JP2013119836A - Fuel injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料を噴射供給する燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device that injects and supplies fuel.
エンジン運転状態に応じて燃料噴射特性を切り替えるために、特開平８−１９３５６０号公報（特許文献１）に記載された燃料噴射装置が提案されている。かかる燃料噴射装置は、ノズルボディーの先端部に内挿されたロータリーバルブにより噴孔を切り替えると共に、ノズルボディの軸線方向に往復動するニードルバルブにより燃料供給路を開閉することで、燃料噴射特性を切り替える。 In order to switch the fuel injection characteristics according to the engine operating state, a fuel injection device described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-193560 (Patent Document 1) has been proposed. Such a fuel injection device switches the injection hole by a rotary valve inserted at the tip of the nozzle body and opens and closes the fuel supply path by a needle valve that reciprocates in the axial direction of the nozzle body, thereby improving the fuel injection characteristics. Switch.
しかしながら、このような燃料噴射装置は、ロータリーバルブを回転させるアクチュエータとニードルバルブを往復動させるアクチュエータとが必要であり、大型化が避けられなかった。燃料噴射装置の大型化は、各種機器が取り付けられるエンジンの上部におけるレイアウトが困難となり、設計工数が増加するおそれもある。 However, such a fuel injection device requires an actuator that rotates a rotary valve and an actuator that reciprocates a needle valve, and an increase in size cannot be avoided. The increase in size of the fuel injection device makes it difficult to lay out the upper part of the engine to which various devices are attached, which may increase the number of design steps.
そこで、本発明は、簡単な機構で燃料噴射特性を切り替えられる燃料噴射装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel injection device capable of switching fuel injection characteristics with a simple mechanism.
燃料噴射装置は、燃料噴射特性が異なる第１の噴孔及び第２の噴孔が先端部に開設されると共に、外周面に燃料導入口が開設されたノズルボディと、ノズルボディに対して１自由度で変位可能に内挿されたニードルバルブと、ニードルバルブを１自由度で変位させるアクチュエータと、を有する。そして、ニードルバルブには、アクチュエータが非作動の場合、燃料導入口から導入された燃料を遮断し、アクチュエータによりニードルバルブが１自由度の一方へと変位された場合、燃料導入口から導入された燃料を第１の噴孔に供給し、アクチュエータによりニードルバルブが１自由度の他方へと変位された場合、燃料導入口から導入された燃料を第２の噴孔に供給するように、燃料供給孔が開設される。 The fuel injection device includes a nozzle body having a first injection hole and a second injection hole having different fuel injection characteristics at the tip and a fuel introduction port on the outer peripheral surface, and one for the nozzle body. It has a needle valve inserted so as to be displaceable with a degree of freedom, and an actuator that displaces the needle valve with one degree of freedom. When the actuator is inactive, the needle valve shuts off the fuel introduced from the fuel introduction port. When the needle valve is displaced to one degree of freedom by the actuator, the needle valve is introduced from the fuel introduction port. Fuel is supplied so that the fuel introduced from the fuel introduction port is supplied to the second nozzle hole when the fuel is supplied to the first nozzle hole and the needle valve is displaced to the other one degree of freedom by the actuator. A hole is opened.
ニードルバルブを１自由度で変位させるという簡単な機構で、燃料の遮断、及び、燃料噴射特性を切り替えることができる。 With a simple mechanism of displacing the needle valve with one degree of freedom, it is possible to switch between fuel cutoff and fuel injection characteristics.
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、燃料噴射装置が取り付けられたディーゼルエンジンの概要を示す。なお、燃料噴射装置は、ディーゼルエンジンに限らず、例えば、吸気ポートに燃料を噴射供給するガソリンエンジンなどにも適用できる。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an outline of a diesel engine to which a fuel injection device is attached. The fuel injection device is not limited to a diesel engine, and can be applied to, for example, a gasoline engine that supplies fuel to an intake port.
ディーゼルエンジン１０のシリンダブロック１２には、ピストン１４が往復動可能に嵌挿されるシリンダ１２Ａが形成される。また、シリンダブロック１２の下方に形成されたスカート部１２Ｂの下面には、オイルパン１６が締結される。そして、スカート部１２Ｂ及びオイルパン１６により、クランク軸１８を回転可能に収容しつつ潤滑油を貯蔵するクランクケース２０が形成される。 The cylinder block 12 of the diesel engine 10 is formed with a cylinder 12A into which the piston 14 is fitted so as to be able to reciprocate. An oil pan 16 is fastened to the lower surface of the skirt portion 12B formed below the cylinder block 12. The skirt portion 12B and the oil pan 16 form a crankcase 20 that stores the lubricating oil while rotatably accommodating the crankshaft 18.
一方、シリンダブロック１２の上面には、吸気ポート２２及び排気ポート２４が夫々形成されたシリンダヘッド２６が締結される。シリンダヘッド２６には、燃焼室を臨む吸気ポート２２及び排気ポート２４の開口を所定タイミングで開閉すべく、軸方向に摺動可能な吸気弁２８及び排気弁３０が配設される。シリンダヘッド２６の上面には、吸気弁２８及び排気弁３０を夫々開閉駆動する動弁機構３２が収納されるヘッドカバー３４が締結される。また、シリンダヘッド２６には、燃焼室に燃料を噴射供給する燃料噴射装置４０が取り付けられる。燃料噴射装置４０は、その先端部が燃焼室を臨む一方、その基端部がヘッドカバー３４から突出するように取り付けられる。そして、燃料噴射装置４０は、例えば、図示しないエンジンコントロールユニットからの制御信号に応じて作動する。 On the other hand, a cylinder head 26 in which an intake port 22 and an exhaust port 24 are formed is fastened to the upper surface of the cylinder block 12. The cylinder head 26 is provided with an intake valve 28 and an exhaust valve 30 slidable in the axial direction so as to open and close the openings of the intake port 22 and the exhaust port 24 facing the combustion chamber at a predetermined timing. On the upper surface of the cylinder head 26, a head cover 34 in which a valve mechanism 32 for opening and closing the intake valve 28 and the exhaust valve 30 is housed is fastened. In addition, a fuel injection device 40 that supplies fuel to the combustion chamber is attached to the cylinder head 26. The fuel injection device 40 is attached so that its tip end faces the combustion chamber and its base end protrudes from the head cover 34. The fuel injection device 40 operates according to a control signal from an engine control unit (not shown), for example.
燃料噴射装置４０は、図２に示すように、燃料噴射特性が異なる第１の噴孔４２Ａ及び第２の噴孔４２Ｂが先端部に開設されたノズルボディ４２と、ノズルボディ４２に対して１自由度で変位可能、即ち、その軸心周りに回転可能に内挿されたニードルバルブ４４と、ニードルバルブ４４を回転させるアクチュエータ４６と、を含んで構成される。 As shown in FIG. 2, the fuel injection device 40 includes a nozzle body 42 having a first injection hole 42 </ b> A and a second injection hole 42 </ b> B having different fuel injection characteristics, and one nozzle body 42 with respect to the nozzle body 42. It includes a needle valve 44 that is displaceable with a degree of freedom, that is, is rotatably inserted around its axis, and an actuator 46 that rotates the needle valve 44.
ノズルボディ４２の軸心には、その基端部から先端部に亘って、ニードルバルブ４４を回転可能に内挿する円形断面のシリンダ４２Ｃが形成される。ノズルボディ４２の先端部の内周面には、例えば、円錐面又は球面などを有するバルブシート４２Ｄが形成される。また、ヘッドカバー３４から突出するノズルボディ４２の外周面には、図示しない燃料ポンプから圧送された燃料をシリンダ４２Ｃの内部へと導入する燃料導入口４２Ｅが開設される。さらに、ノズルボディ４２の基端部には、アクチュエータ４６を収納するための収納室４２Ｆが形成される。 A cylinder 42C having a circular cross section for rotatably inserting the needle valve 44 is formed in the axial center of the nozzle body 42 from the base end portion to the tip end portion. A valve seat 42D having, for example, a conical surface or a spherical surface is formed on the inner peripheral surface of the tip portion of the nozzle body 42. In addition, a fuel introduction port 42E for introducing fuel pumped from a fuel pump (not shown) into the inside of the cylinder 42C is opened on the outer peripheral surface of the nozzle body 42 protruding from the head cover 34. Further, a storage chamber 42 </ b> F for storing the actuator 46 is formed at the base end portion of the nozzle body 42.
ノズルボディ４２の先端部に開設された第１の噴孔４２Ａ及び第２の噴孔４２Ｂは、夫々、複数の噴孔（群）からなり、例えば、シリンダ４２Ｃの軸心の一点であるＡ点を頂点とした、立体角が異なる２つの円錐の母線上に等間隔で配置される。従って、第１の噴孔４２Ａから噴射される燃料と第２の噴孔４２Ｂから噴射される燃料とは、燃料噴射特性の１つである燃料噴射方向が異なる。 The first injection hole 42A and the second injection hole 42B opened at the tip of the nozzle body 42 are each composed of a plurality of injection holes (groups), for example, a point A that is one point of the axis of the cylinder 42C. Are arranged at equal intervals on the generatrix of two cones having solid angles with different solid angles. Therefore, the fuel injected from the first injection hole 42A and the fuel injected from the second injection hole 42B have different fuel injection directions, which is one of the fuel injection characteristics.
なお、本実施形態では、技術内容の理解を容易にするため、第１の噴孔４２Ａ及び第２の噴孔４２Ｂは、ノズルボディ４２のシリンダ４２Ｃの軸心を挟んだ２箇所に開設されているものとするが、その個数はこれに限るものではない。また、第１の噴孔４２Ａと第２の噴孔４２Ｂとでは、その個数を異ならせてもよい。 In the present embodiment, in order to facilitate understanding of the technical contents, the first injection hole 42A and the second injection hole 42B are opened at two locations across the axis of the cylinder 42C of the nozzle body 42. However, the number is not limited to this. Further, the number of the first nozzle holes 42A and the number of the second nozzle holes 42B may be different.
ニードルバルブ４４の先端部は、ノズルボディ４２の先端部に形成されたバルブシート４２Ｄに倣った形状をなし、両者間で燃料のシール性が確保されている。また、図示しないコイルスプリングなどの弾性部材により、ニードルバルブ４４がノズルボディ４２の先端部方向に押圧されているので、ノズルボディ４２に対するニードルバルブ４４のセンタリングが行われると共に、ノズルボディ４２のバルブシート４２Ｄとニードルバルブ４４の先端部とのシール性を向上させることができる。 The distal end portion of the needle valve 44 has a shape that follows the valve seat 42D formed at the distal end portion of the nozzle body 42, and the sealing property of fuel is ensured between the two. Further, since the needle valve 44 is pressed toward the tip of the nozzle body 42 by an elastic member such as a coil spring (not shown), the needle valve 44 is centered with respect to the nozzle body 42 and the valve seat of the nozzle body 42 The sealing performance between 42D and the tip of the needle valve 44 can be improved.
ニードルバルブ４４の軸心には、その略全長に亘って、略円形断面の燃料供給路４４Ａが形成される。また、ニードルバルブ４４の外周面には、ノズルボディ４２の燃料導入口４２Ｅから導入された燃料を燃料供給路４４Ａに導くために、周溝４４Ｂが陥凹形成されると共に、周溝４４Ｂの底面から燃料供給路４４Ａへと連通する少なくとも１つの連通孔４４Ｃが開設される。 A fuel supply passage 44 </ b> A having a substantially circular cross section is formed in the axial center of the needle valve 44 over substantially the entire length thereof. Further, a circumferential groove 44B is formed in the outer peripheral surface of the needle valve 44 so as to guide the fuel introduced from the fuel introduction port 42E of the nozzle body 42 to the fuel supply path 44A, and the bottom surface of the circumferential groove 44B. The at least one communication hole 44C that communicates with the fuel supply path 44A is opened.
ニードルバルブ４４の先端部には、アクチュエータ４６の作動状態に応じて、次のように、燃料供給路４４Ａの燃料を遮断、又は、ノズルボディ４２の第１の噴孔４２Ａ若しくは第２の噴孔４２Ｂに選択的に供給する、第１の供給孔４４Ｄ及び第２の供給孔４４Ｅが夫々開設される。即ち、アクチュエータ４６が非作動の場合、図３に示すように、ニードルバルブ４４の第１の供給孔４４Ｄ及び第２の供給孔４４Ｅとノズルボディ４２の第１の噴孔４２Ａ及び第２の噴孔４２Ｂとが夫々連通しないため、燃料供給路４４Ａの燃料は遮断される。また、アクチュエータ４６によりニードルバルブ４４が所定角度だけ右回転して第１の噴射位置まで変位すると、ニードルバルブ４４の第１の供給孔４４Ｄとノズルボディ４２の第１の噴孔４２Ａとが連通し、ニードルバルブ４４の第２の供給孔４４Ｅとノズルボディ４２の第２の噴孔４２Ｂとが連通しないため、図４（Ａ）に示すように、燃料供給路４４Ａの燃料は第１の噴孔４２Ａのみから噴射供給される。一方、アクチュエータ４６によりニードルバルブ４４が所定角度だけ左回転して第２の噴射位置まで変位すると、ニードルバルブ４４の第１の供給孔４４Ｄとノズルボディ４２の第１の噴孔４２Ａとが連通せず、ニードルバルブ４４の第２の供給孔４４Ｅとノズルボディ４２の第２の噴孔４２Ｂとが連通するため、図４（Ｂ）に示すように、燃料供給路４４Ａの燃料は第２の噴孔４２Ｂのみから噴射供給される。 At the tip of the needle valve 44, the fuel in the fuel supply passage 44A is cut off or the first injection hole 42A or the second injection hole of the nozzle body 42 as follows according to the operating state of the actuator 46. A first supply hole 44D and a second supply hole 44E that selectively supply to 42B are respectively opened. That is, when the actuator 46 is not operated, the first supply hole 44D and the second supply hole 44E of the needle valve 44 and the first injection hole 42A and the second injection hole of the nozzle body 42 are shown in FIG. Since the holes 42B do not communicate with each other, the fuel in the fuel supply path 44A is shut off. Further, when the needle valve 44 is rotated clockwise by a predetermined angle by the actuator 46 and displaced to the first injection position, the first supply hole 44D of the needle valve 44 and the first injection hole 42A of the nozzle body 42 communicate with each other. Since the second supply hole 44E of the needle valve 44 and the second injection hole 42B of the nozzle body 42 do not communicate with each other, the fuel in the fuel supply path 44A is supplied to the first injection hole as shown in FIG. Injected and supplied from 42A only. On the other hand, when the needle valve 44 is rotated counterclockwise by a predetermined angle and displaced to the second injection position by the actuator 46, the first supply hole 44D of the needle valve 44 and the first injection hole 42A of the nozzle body 42 communicate with each other. First, since the second supply hole 44E of the needle valve 44 and the second injection hole 42B of the nozzle body 42 communicate with each other, the fuel in the fuel supply path 44A is injected into the second injection hole as shown in FIG. 4B. Injection is supplied only from the hole 42B.
要するに、ニードルバルブ４４の第１の供給孔４４Ｄ及び第２の供給孔４４Ｅは、アクチュエータ４６が非作動の場合、燃料を遮断し、ニードルバルブ４４が第１の噴射位置まで変位した場合、ノズルボディ４２の第１の噴孔４２Ａへと燃料を供給し、ニードルバルブ４４が第２の噴射位置まで変位した場合、ノズルボディ４２の第２の噴孔４２Ｂへと燃料を供給するように開設される。 In short, the first supply hole 44D and the second supply hole 44E of the needle valve 44 shut off the fuel when the actuator 46 is inactive, and the nozzle body when the needle valve 44 is displaced to the first injection position. When the fuel is supplied to the first injection hole 42A of the nozzle 42 and the needle valve 44 is displaced to the second injection position, the fuel is supplied to the second injection hole 42B of the nozzle body 42. .
ここで、ニードルバルブ４４の第１の供給孔４４Ｄ及び第２の供給孔４４Ｅが、燃料供給孔の一例として挙げられる。
アクチュエータ４６は、図５（Ａ）に示すように、回転駆動軸４６Ａと、回転駆動軸４６Ａに固定された回転子４６Ｂと、回転子４６Ｂを介してニードルバルブ４４を第１の噴射位置まで変位させる一対の第１のソレノイド４６Ｃと、回転子４６Ｂを介してニードルバルブ４４を第２の噴射位置まで変位させる一対の第２のソレノイド４６Ｄと、第１のソレノイド４６Ｃ及び第２のソレノイド４６Ｄが非作動の場合に回転子４６Ｂを第１の噴射位置と第２の噴射位置との間に保持する４条のリターンスプリング４６Ｅと、を含んで構成される。ここで、回転駆動軸４６Ａは、ニードルバルブ４４の基端部に位置する端面に、例えば、圧入によって固着される。また、リターンスプリング４６Ｅは、回転子４６Ｂの先端部（自由端部）の側面に配設される。
Here, the first supply hole 44D and the second supply hole 44E of the needle valve 44 are examples of the fuel supply hole.
As shown in FIG. 5A, the actuator 46 displaces the rotational drive shaft 46A, the rotor 46B fixed to the rotational drive shaft 46A, and the needle valve 44 to the first injection position via the rotor 46B. The pair of first solenoids 46C to be moved, the pair of second solenoids 46D for displacing the needle valve 44 to the second injection position via the rotor 46B, and the first solenoid 46C and the second solenoid 46D are not And four return springs 46E that hold the rotor 46B between the first injection position and the second injection position in operation. Here, the rotation drive shaft 46A is fixed to the end surface located at the proximal end portion of the needle valve 44 by, for example, press-fitting. Further, the return spring 46E is disposed on the side surface of the distal end portion (free end portion) of the rotor 46B.
そして、第１のソレノイド４６Ｃを作動させると、図５（Ｂ）に示すように、回転子４６Ｂと第１のソレノイド４６Ｃとの間に配設されたリターンスプリング４６Ｅの付勢力に抗して、回転子４６Ｂが第１のソレノイド４６Ｃに発生した磁力に引き付けられて右回転し、その一側面が第１のソレノイド４６Ｃの外面に当接することで、第１の噴射位置の位置決めが行われる。また、この状態で、第１のソレノイド４６Ｃの作動を停止すると、回転子４６Ｂと第１のソレノイド４６Ｃとの間に配設されたリターンスプリング４６Ｅが自然長へと戻る反発力によって、回転子４６Ｂが第１の噴射位置と第２の噴射位置との間へと戻る。なお、第２のソレノイド４６Ｄを作動させた場合の動作は、第１のソレノイド４６Ｃを作動させた場合の動作と同様であるので、その説明は割愛することとする。 When the first solenoid 46C is actuated, as shown in FIG. 5B, the urging force of the return spring 46E disposed between the rotor 46B and the first solenoid 46C is resisted, The rotor 46B is attracted by the magnetic force generated in the first solenoid 46C and rotates rightward, and one side surface thereof comes into contact with the outer surface of the first solenoid 46C, thereby positioning the first injection position. Further, when the operation of the first solenoid 46C is stopped in this state, the return spring 46E disposed between the rotor 46B and the first solenoid 46C is caused by a repulsive force that returns to the natural length, so that the rotor 46B. Returns to between the first injection position and the second injection position. Since the operation when the second solenoid 46D is operated is the same as the operation when the first solenoid 46C is operated, the description thereof will be omitted.
ここで、アクチュエータ４６としては、図５に示す構成のものに限らず、例えば、位置決め機構を有するステッピングモータなどであってもよい。また、第１の噴射位置及び第２の噴射位置の位置決めは、回転子４６Ｂを第１のソレノイド４６Ｃ又は第２のソレノイド４６Ｄの外面に当接させて行う方法に限らず、例えば、ピンなどからなる公知のメカニカルストッパを適用することもできる。 Here, the actuator 46 is not limited to the one shown in FIG. 5, and may be a stepping motor having a positioning mechanism, for example. Further, the positioning of the first injection position and the second injection position is not limited to a method in which the rotor 46B is brought into contact with the outer surface of the first solenoid 46C or the second solenoid 46D. A known mechanical stopper can also be applied.
従って、アクチュエータ４６によりニードルバルブ４４の変位を１自由度で制御することで、燃料供給路４４Ａの燃料の遮断又は開通を行いつつ、燃料噴射方向を切り替えることができる。このため、簡単な機構で燃料噴射特性を切り替えられる、燃料噴射装置を実現することができる。 Therefore, by controlling the displacement of the needle valve 44 with one degree of freedom by the actuator 46, it is possible to switch the fuel injection direction while blocking or opening the fuel in the fuel supply path 44A. For this reason, a fuel injection device capable of switching the fuel injection characteristics with a simple mechanism can be realized.
なお、ノズルボディ４２の第１の噴孔４２Ａ及び第２の噴孔４２Ｂとニードルバルブ４４の第１の供給孔４４Ｄ及び第２の供給孔４４Ｅとは、アクチュエータ４６による位置決め精度の公差を吸収可能とすべく、その径を異ならせるようにしてもよい。また、ノズルボディ４２の第１の噴孔４２Ａ及び第２の噴孔４２Ｂは、燃料噴射特性として燃料噴射方向が異なるものに限らず、例えば、燃料噴射の立体角を規定する径、若しくは、燃料噴射方向及び径が異なっているものなどを適用できる。 The first injection hole 42A and the second injection hole 42B of the nozzle body 42 and the first supply hole 44D and the second supply hole 44E of the needle valve 44 can absorb the tolerance of positioning accuracy by the actuator 46. Therefore, the diameter may be varied. Further, the first injection hole 42A and the second injection hole 42B of the nozzle body 42 are not limited to those having different fuel injection directions as fuel injection characteristics, for example, a diameter defining a solid angle of fuel injection, or a fuel Those having different injection directions and diameters can be applied.
４２ ノズルボディ
４２Ａ 第１の噴孔
４２Ｂ 第２の噴孔
４２Ｅ 燃料導入口
４４ ニードルバルブ
４４Ｄ 第１の供給孔（燃料供給孔）
４４Ｅ 第２の供給孔（燃料供給孔）
４６ アクチュエータ
42 Nozzle body 42A First injection hole 42B Second injection hole 42E Fuel introduction port 44 Needle valve 44D First supply hole (fuel supply hole)
44E Second supply hole (fuel supply hole)
46 Actuator
Claims (5)
前記ノズルボディに対して１自由度で変位可能に内挿されたニードルバルブと、
前記ニードルバルブを前記１自由度で変位させるアクチュエータと、
を含んで構成され、
前記ニードルバルブには、前記アクチュエータが非作動の場合、前記燃料導入口から導入された燃料を遮断し、前記アクチュエータによりニードルバルブが１自由度の一方へと変位された場合、前記燃料導入口から導入された燃料を前記第１の噴孔に供給し、前記アクチュエータによりニードルバルブが１自由度の他方へと変位された場合、前記燃料導入口から導入された燃料を前記第２の噴孔に供給するように、燃料供給孔が開設された、
ことを特徴とする燃料噴射装置。 A nozzle body having a first injection hole and a second injection hole having different fuel injection characteristics opened at the tip and a fuel introduction port on the outer peripheral surface;
A needle valve inserted so as to be displaceable in one degree of freedom with respect to the nozzle body;
An actuator for displacing the needle valve in the one degree of freedom;
Comprising
The needle valve shuts off the fuel introduced from the fuel inlet when the actuator is inactive, and from the fuel inlet when the needle valve is displaced to one degree of freedom by the actuator. When the introduced fuel is supplied to the first injection hole and the needle valve is displaced to the other one degree of freedom by the actuator, the fuel introduced from the fuel introduction port is supplied to the second injection hole. Fuel supply hole was opened to supply,
A fuel injection device.
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。 Each of the first nozzle hole and the second nozzle hole includes a plurality of nozzle holes.
The fuel injection device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射装置。 The one degree of freedom is rotation around the axis of the nozzle body.
The fuel injection device according to claim 1, wherein the fuel injection device is a fuel injection device.
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