JP2009108721A - インジェクタ - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な機構によって燃料切れ後のエンジンの再始動を確実にするインジェクタを提供する。
【解決手段】本実施形態に係るインジェクタ1は、アクチュエータ2と、アクチュエータ2の動力によって変位する第1ピストン31と、燃料が充填された変位伝達室32を介して第1ピストン31の変位が伝達される第2ピストン33と、第2ピストン33の変位によって変位するニードル6とを備え、第1ピストン31の下端面には、第2ピストン33の上端面に向けて突出した押圧部31bが形成されている。
【選択図】図2
【解決手段】本実施形態に係るインジェクタ1は、アクチュエータ2と、アクチュエータ2の動力によって変位する第1ピストン31と、燃料が充填された変位伝達室32を介して第1ピストン31の変位が伝達される第2ピストン33と、第2ピストン33の変位によって変位するニードル6とを備え、第1ピストン31の下端面には、第2ピストン33の上端面に向けて突出した押圧部31bが形成されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、内燃機関に採用されるインジェクタに関する。
従来から、内燃機関に採用されるインジェクタとしては、ピエゾアクチュエータの伸縮と一体に変位する大径ピストンと、燃料が充填された変位拡大室を介して小径ピストンの変位が伝達される小径ピストンを備えたものが知られている(特許文献1参照)。変位拡大室は、ピエゾアクチュエータの少ない変位を拡大して小径ピストンに伝達する機能を有している。ピエゾアクチュエータの変位は、この変位拡大室を介して伝達され、所定の噴射が実現される。また、変位拡大室内の燃料は、各ピストンの昇降に伴って、リークしたり浸入したりする構成となっている。
このようなインジェクタにおいて、燃料切れが発生すると、インジェクタにおける変位拡大室内に燃料の補充が行われなくなり、変位拡大室内に気泡を含む低圧の燃料が流入する恐れがある。このような状態でピエゾアクチュエータが変位しても、気泡を圧縮するたけで、燃料を噴射させるのに必要な変位を小径ピストンに伝達することが困難となり、燃料の噴射が行われなくなる恐れがある。このような場合には、エンジンを再始動することができない恐れがある。
このような燃料切れの発生は、頻繁に起こることは少ないと思われる。このような頻繁に起こることのないケースに対して、対策用のソレノイドなどを追加することは、コストと搭載スペースなどの観点により問題がある。
したがって本発明の目的は、簡易な機構によって燃料切れ後のエンジンの再始動を確実にするインジェクタを提供することである。
上記目的は、動力源と、前記動力源の動力によって変位する第1ピストンと、燃料が充填された変位伝達室を介して前記第1ピストンの変位が伝達される第2ピストンと、前記第2ピストンの変位によって変位するニードルとを備え、前記第1及び第2ピストンの少なくとも一方に他方に向けて突出した押圧部が形成されている、ことを特徴とするインジェクタによって達成できる。
この構成により、燃料切れが発生して、例えば気泡が混入した低圧の燃料が変位伝達室に充填された場合であっても、第1及び第2ピストンの少なくとも一方に他方に向けて突出した押圧部が形成されているので、この押圧部が、他方のピストンを押圧する、又は他方のピストンから押圧されることにより、第1ピストンの変位を、第2ピストンへと伝達することができる。このように簡易な機構によって、低コストで、搭載スペースに影響を与えることなく、燃料切れ後であってもエンジンの再始動を行うことができる。
上記構成において、前記変位伝達室は、前記第1ピストンの変位を拡大して前記第2ピストンに伝達し、前記変位伝達室に供給される燃料の圧力が正常な正常燃圧である場合には、前記第1ピストンの変位に関わらず、前記押圧部は前記他方のピストンと接せず、前記変位伝達室に供給される燃料の圧力が前記正常燃圧よりも低い異常燃圧の場合には、前記第1ピストンの変位により、前記押圧部は前記他方のピストンを押圧する、構成を採用できる。
この構成により、正常燃圧の場合には、第1ピストンの変位は、変位伝達室を介して第2ピストンに伝達されることになる。これにより、動力源として、変位の小さいピエゾアクチュエータを用いた場合であっても、正常燃圧時には、第1ピストンの変位を、第2ピストンの変位に伝達することができる。また、気泡などが混入した異常燃圧の燃料が変位伝達室に供給された場合には、押圧部が他方のピストンを押圧することにより、第1ピストンの変位を第2ピストンへと伝達することができる。これにより、燃料切れ後であってもエンジンの再始動を行うことができる。
本発明によれば、簡易な機構によって燃料切れ後のエンジンの再始動を確実にするインジェクタを提供できる。
以下、本発明の第1の実施形態を図1に基づいて説明する。本実施形態は、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置への適用例を示すものである。図1は、インジェクタ1の構成を示す図である。ここでは、エンジンの各気筒に対応して設けられるインジェクタ1のうち1つのみを示している。
インジェクタ1は、図示しないコモンレールに接続されて、燃料(ここでは軽油)の供給を受けるようになっており、コモンレールには高圧サプライポンプにより圧送される燃料が噴射圧力に相当する所定の高圧で蓄えられる。
図1において、インジェクタ1は、動力源であるアクチュエータ2、第1ピストン31、第2ピストン33が収容されるボディB1と、制御バルブ35が収容されるボディB2と、燃料溜まり室13と弁室14とを連通する通路と、弁室14と制御室15とを連通する通路とを形成するボディB3と、ニードル6が収容されるボディB4を有する。これらボディB1〜B4は、この順に上下に積層されて、リテーナB5により密に締付け固定され、図略の燃焼室壁に取付けられる。
ノズルボディを構成するボディB1〜B3を貫通して、燃料供給用の高圧燃料通路12が形成される。高圧燃料通路12は、ボディB1の上端面に開口する燃料導入口11を介してコモンレールに連通するとともに、ボディB4内に設けた燃料溜まり室13に連通している。ボディB1には、高圧燃料通路12の側方に、リターン通路となる低圧燃料通路22が形成され、図示しない燃料出口23を介して外部に設けた燃料タンクへ接続している。低圧燃料通路22は、ボディB2に形成された低圧通路21と連通している、
アクチュエータ2はPZT等の圧電セラミック層と電極層を交互に積層したピエゾスタックからなり、積層方向(上下方向)を伸縮方向として、図示しない駆動回路により充放電されるようになっている。第1ピストン31、第2ピストン33は、シリンダ5内に摺動自在に保持され、両ピストン31、33間に形成される変位伝達室32を形成する。
第1ピストン31は、アクチュエータ2の動力によって変位し、第2ピストン33は、変位伝達室32を介して第1ピストン31の変位が伝達される。また、ニードル6は、第2ピストン33の変位によって変位する。詳細については後述する。
アクチュエータ2の駆動力は、摺動ピン34を介して、制御バルブ35に伝達される。摺動ピン34は、ボディB2に穿設した縦孔に摺動自在に収容され、該縦孔の下端拡径部からなる弁室14に制御バルブ35が収容される。制御バルブ35は上部が半球状になっており、下部が円柱状に形成されている、摺動ピン34は、第2ピストン33の鍔部33aの下端面に鉛直下方に突出するように形成されている。摺動ピン34の下端小径部周りには、環状通路が形成され、低圧通路21を介して低圧燃料通路22に連通している。
ボディB4には、ニードル6が摺動自在に保持される。ボディB4の下端サック室壁を貫通して噴孔64が設けられ、摺動ピン34が制御バルブ35を駆動すると、ニードル6が昇降して噴孔64を開閉する。ボディB4内の空間は燃料溜まり室13を構成し、ニードル6が下端位置にある時に、円錐形状の先端部が燃料溜まり室13とサック室の境界部に設けられるノズルシート65に着座して、燃料溜まり室13から噴孔64への燃料供給を遮断する。ニードル6がリフトしてノズルシート65から離座すると、燃料が噴射される。
ニードル6の上方には、制御室15が形成される。弁室14は、ボディB3を貫通する連通路を介して、制御室15と常時連通する。制御室15は、ボディB4の上端部に設けられてニードル6の上端部が摺動自在に保持される筒状部66内壁面とニードル6の上端面により画成される空間からなる。
制御室15は、弁室14を介して、高圧燃料通路12から制御油としての燃料が導入されることにより、ニードル6の背圧を発生している。この背圧はニードル6に下向きに作用して、スプリング41とともにノズルニードル5を閉弁方向に付勢する。スプリング41は、ニードル6の中間部外周に設けたフランジ部61と筒状部66の下端面との間に保持される。一方、燃料溜まり室13の高圧燃料がニードル6先端部の円錐面に上向きに作用しニードル6を開弁方向に付勢している。
制御バルブ35は、シート位置を選択的に切換えることにより、弁室14と常時連通する制御室15の圧力を制御する。制御バルブ35が上端位置にある時には、上端部球面が弁室14頂面の開口を閉鎖して、摺動ピン34周りの環状通路に続く低圧通路21、低圧燃料通路22との連通を遮断する。制御バルブ35が下端位置にある時には、下端面が弁室14底面の開口を閉鎖して燃料溜まり室13と弁室14との連通を遮断する。これに伴い、弁室14に連通する制御室15の圧力、すなわちニードル6の背圧が減少する。
アクチュエータ2に通電しない通常状態において、制御バルブ35は弁室14に配設されるスプリング42と燃料圧力により上方に付勢されて、上端位置にある。この時、弁室14と連通する制御室15の圧力が上昇するために、ニードル6は閉弁位置となる。
ボディB1に収納されているシリンダ5は、上半部内を大径の第1ピストン31を、下半部内を小径の第2ピストン33を、摺動自在に保持している。第1ピストン31と第2ピストン33の間に形成される空間には、作動油となる燃料が充填されて変位伝達室32を構成する。これにより、第1ピストン31の変位を変位伝達室32にて油圧に変換し、両ピストン31、33の流路断面積比に応じて拡大して伝達することができる。具体的には、第1ピストン31と、第2ピストン33との断面積比は、2:1となっている。従って、変位拡大室32は、第1ピストン31の変位を拡大して第2ピストン33へと伝達する機能を有している。
第1ピストン31は、上端が大径のフランジ部31aとなってシリンダ5から上方に突出し、上端面がアクチュエータ2の下端面に当接している。第2ピストン33は下端面に設けた突出部が摺動ピン34の上端面に当接している。シリンダ5は、下端外周に張り出すフランジ部5aを有している。
フランジ部5aと第1ピストン31のフランジ部31aの間に、バネ44が挟持されている。バネ44は中空略円筒状バネで、シリンダ5の外周面との間隙にクリアランスを有して配置されており、第1ピストン31をアクチュエータ2に押し付けて、第1ピストン31とアクチュエータ2とを一体に変位可能とする。
次に、本実施形態におけるインジェクタ1の作動を説明する。図1において、アクチュエータ2が放電状態で縮小している状態では、上述したように制御バルブ35が上端位置にあり、制御室15の油圧力とスプリング41のバネ力によって、ニードル6は閉弁している。この状態から、アクチュエータ2に通電すると、アクチュエータ2が充電されて伸長する。これに伴い、第1ピストン31が下方に移動して変位伝達室32内の燃料(ここでは軽油)を圧縮し、この油圧力が第2ピストン33をおよび摺動ピン34を押し下げると、制御バルブ35が下端位置へ移動し、弁室14と燃料溜まり室13との連通を閉鎖する。
これにより、制御室15が、弁室14、低圧通路21を介して低圧燃料通路22に連通する。制御室15の圧力が降下してニードル6に作用する上向きの付勢力が下向きの付勢力を上回ると、ニードル6がノズルシート65から離座し、噴孔64から燃料が噴射される。その後、アクチュエータ2を再び放電して収縮させると、制御バルブ35の押し下げ力が解除されて上端位置に戻り、制御室15圧力が再び上昇してニードル6が着座し、噴射が終了する。
次に、本実施形態におけるインジェクタ1の特徴部分について詳細に説明する。図2は、変位伝達室32周辺の拡大図である。変位伝達室32は、第1ピストン31の下端面には、第2ピストン33の上端面に向けて突出した押圧部31bが形成されている。押圧部31bは、厚みの薄い円板状に形成されている。押圧部31bは、変位伝達室32内に臨むように設けられている。図2に示した状態は、アクチュエータ2が放電状態である場合を示している。また、押圧部31bの下端面と第2ピストン33の上端面との間にクリアランスαを有して、第1ピストン31は保持される。
押圧部31bは、第1ピストン31と同一材料により一体に形成されている。クリアランスαは、アクチュエータ2が放電状態にある場合であって、変位伝達室32に導入された燃料が正常な燃圧である場合に、即ち高圧状態にある燃料が導入されている場合に(以下、正常燃圧と称する)、押圧部31bの下端面と第2ピストン33の上端面との間に形成されるクリアランスの大きさである。
次に、変位伝達室32に導入された燃料の圧力が正常燃圧である場合と、正常燃圧よりも低い異常な燃圧(以下、異常燃圧と称する)である場合とにおいて、第1ピストン31の昇降に伴う変位伝達室32の状態について説明する。図3(A)は、正常燃圧状態において第1ピストン31が下端近くまで下降した状態を示している。図3(B)は、異常燃圧状態において第1ピストン31が下端近くまで下降した状態を示している。
図3(A)に示すように、第1ピストン31が下端近くまで下降すると、変位伝達室32内の燃料が圧縮されて、その作用で第2ピストン33の上端面に対して下方に圧力が作用して、第2ピストン33は下降する。これにより、燃料が噴射される。第1ピストン31が上端位置から下端近くに移動する際に、押圧部31bは、第2ピストン33の上端部当接しない。即ち、第1ピストン31の変位によらず、押圧部31bは、第2ピストン33の上端部当接しない。尚、この場合でのクリアランスβは、クリアランスαよりも大きくなる。
一方、異常燃圧の場合、例えば、変位伝達室32内に、気泡が混入した燃料が供給された場合には、変位伝達室32内の圧力は、正常に燃料が変位伝達室32内に供給された場合と比較して、低い状態となる。このような状態で、第1ピストン31が下端近くまで下降すると、気泡が潰れるだけで、変位伝達室32内の圧力は上昇しない。または、ある程度は上昇するが、第2ピストン33を下方へ移動させ、燃料を噴射させるに至らない恐れがある。
しかしながら、異常燃圧の場合には、第1ピストン31が上端位置から下端近くに移動する際に、第1ピストン31が下端近くに達する前に押圧部31bが第2ピストン33の上端面に当接する。そして、図3(B)に示すように、押圧部31bが第2ピストン33を直接下方に押して下方に移動させることができる。これにより、燃料を噴射することができる。
具体的には、例えば、燃料切れの状態で変位伝達室32内に、気泡が混じった燃料が供給されたままエンジンが停止し、給油後にエンジンを再始動する場合には、上述したように、第2ピストン33を下方へ移動させることができる。これにより、制御室15内の燃料の一部が変位伝達室32へと流れ込み、変位伝達室32内の気泡は、新しく変位伝達室32内に供給された燃料の圧力によって潰され、変位伝達室32内の圧力は正常な状態となる。
これにより、燃料切れ後のエンジンの再始動が可能となる。また、第1ピストン31の下端面に、突起状に形成された押圧部31bを設けるという、簡易な機構によって燃料切れ後のエンジンの再始動が可能となるので、低コストで、搭載スペースに影響を与えることがない。
次に、制御バルブ35への力学的作用について説明する。コモンレール内の燃料の圧力をPcとする。また、制御バルブ35の上端部のシートの断面積をS1とする。制御バルブ35を上方に付勢するスプリング42の力をFSとする。コモンレール内の圧力をPcとすると、弁室14内の燃料の圧力もPcでると考えられる。従って、制御バルブ35に上方に作用する力FUは、以下のように算出される。
(数1)
FU=Pc*S1+FS…(1)
FU=Pc*S1+FS…(1)
次に、アクチュエータ2のストロークをΔLとすると、摺動ピン34が制御バルブ35を押す力FDを求める。体積弾性係数Kを有するボリュームV燃料が、ΔVだけ圧縮された場合に燃料に生じる圧力ΔPは、以下のように算出される。
(数2)
ΔP=K(ΔV/V)…(2)
ΔP=K(ΔV/V)…(2)
また、第1ピストン31の断面積をS2とすると、第1ピストン31のストロークは、アクチュエータ2のストロークと同一なので、上記式2を、以下のように変形できる。
(数3)
K(ΔV/V)=K(ΔL*S2)/V…(3)
K(ΔV/V)=K(ΔL*S2)/V…(3)
従って、摺動ピン34の断面積をS3とすると、摺動ピン34が制御バルブ35を押す力FDは、以下のように算出される
(数4)
FD=S3*ΔP=S3*K(ΔL*S2)/V…(4)
FD=S3*ΔP=S3*K(ΔL*S2)/V…(4)
FU<FDの場合に、制御バルブ35が下方に移動して燃料が噴射されることになる。これに対し、変位伝達室32内に供給される燃料が正常燃圧の場合には、体積弾性係数Kの値は、比較的大きな値をとるが、変位伝達室32内に気泡が混入した場合のような、変位伝達室32内の圧力が低い異常燃圧の場合には、体積弾性係数Kの値は、小さな値をとる。このため、上記式3において、アクチュエータ2のストロークΔLが同一の場合であっても、異常燃圧時には、正常燃圧時と比較し、燃料に生じる圧力ΔPが小さな値となり、FU>FDとなり、制御バルブ35が下方に移動しないことになる。
従って、異常燃圧時においては、変位伝達室32内の燃料の作用のみによっては、制御バルブ35は下方に移動しないことになる。しかしながら、前述したように、押圧部31bが、第2ピストン33の上端面に直接当接して下方へ押すことにより、制御バルブ35を下方へ移動させることができ、燃料を噴射させることができる。
尚、前述したクリアランスαは、変位伝達室32に供給される燃料に気泡が混入していない状態で、押圧部31bが第2ピストン33の上端面に当接する前に、FU<FDとなるように設定されており、かつ、変位伝達室32に供給される燃料に気泡が混入しているような燃料の圧力が低い状態では、押圧部31bが第2ピストン33の上端面に当接するように設定する必要がある。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
押圧部は、第2ピストン33の上端面に設けてもよい。
変位伝達室は、第1ピストンの変位を拡大して第2ピストンへ伝達する構成に限定されない。例えば、第1ピストンの変位と同等の変位を第2ピストンへ伝達するものであってもよい。
1 インジェクタ
11 燃料導入口
12 高圧燃料通路
13 燃料溜まり室
14 弁室
15 制御室
2 アクチュエータ
21 低圧通路
22 低圧燃料通路
23 燃料出口
31 第1ピストン
31a フランジ部
31b 押圧部
32 変位伝達室
33 第2ピストン
34 摺動ピン
35 制御バルブ
41、42、43 スプリング
44 バネ
5 シリンダ
5a フランジ部
6 ニードル
61 フランジ部
64 噴孔
65 ノズルシート
11 燃料導入口
12 高圧燃料通路
13 燃料溜まり室
14 弁室
15 制御室
2 アクチュエータ
21 低圧通路
22 低圧燃料通路
23 燃料出口
31 第1ピストン
31a フランジ部
31b 押圧部
32 変位伝達室
33 第2ピストン
34 摺動ピン
35 制御バルブ
41、42、43 スプリング
44 バネ
5 シリンダ
5a フランジ部
6 ニードル
61 フランジ部
64 噴孔
65 ノズルシート
Claims (2)
- 動力源と、
前記動力源の動力によって変位する第1ピストンと、
燃料が充填された変位伝達室を介して前記第1ピストンの変位が伝達される第2ピストンと、
前記第2ピストンの変位によって変位するニードルとを備え、
前記第1及び第2ピストンの少なくとも一方に他方に向けて突出した押圧部が形成されている、ことを特徴とするインジェクタ。 - 前記変位伝達室は、前記第1ピストンの変位を拡大して前記第2ピストンに伝達し、
前記変位伝達室に供給される燃料の圧力が正常な正常燃圧である場合には、前記第1ピストンの変位に関わらず、前記押圧部は前記他方のピストンと接せず、前記変位伝達室に供給される燃料の圧力が前記正常燃圧よりも低い異常燃圧の場合には、前記第1ピストンの変位により、前記押圧部は前記他方のピストンを押圧する、ことを特徴とする請求項1に記載のインジェクタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007280230A JP2009108721A (ja) | 2007-10-29 | 2007-10-29 | インジェクタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007280230A JP2009108721A (ja) | 2007-10-29 | 2007-10-29 | インジェクタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009108721A true JP2009108721A (ja) | 2009-05-21 |
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ID=40777465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007280230A Pending JP2009108721A (ja) | 2007-10-29 | 2007-10-29 | インジェクタ |
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Country | Link |
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