JP2015090088A - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】制御室を排出通路に連通させてノズルニードルを開弁作動させる形式の燃料噴射弁において、噴射量精度を向上させる。
【解決手段】制御室26に弁体スプリング34およびスプリングシート35を配置することにより、それらの容積分だけ制御室26の容積が小さくなる。その結果、ノズルニードル22を開弁作動させる際の制御室26の圧力変動が小さくなり、ノズルニードル22の作動が安定して噴射量精度が向上する。
【選択図】図2
【解決手段】制御室26に弁体スプリング34およびスプリングシート35を配置することにより、それらの容積分だけ制御室26の容積が小さくなる。その結果、ノズルニードル22を開弁作動させる際の制御室26の圧力変動が小さくなり、ノズルニードル22の作動が安定して噴射量精度が向上する。
【選択図】図2
Description
本発明は、燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射弁に関するものである。
従来、この種の燃料噴射弁として、例えば特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載された燃料噴射弁は、ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室を備え、制御室の燃料圧力を制御することにより、ノズルニードルを開弁作動または閉弁作動させるようになっている。
具体的には、制御室の燃料を低圧部に排出させる排出通路が開口する低圧シート面と、低圧シート面に対向し、高圧燃料を制御室に供給する高圧供給通路が開口する高圧シート面とを備え、低圧シート面と高圧シート面との間に形成された弁室に弁体が配置され、この弁体が低圧シート面および高圧シート面と接離して、制御室を排出通路および高圧供給通路に選択的に連通させるようになっている。また、弁体を低圧シート面に向かって付勢するスプリングは、高圧供給通路に配置されている。
そして、制御室を排出通路に連通させて制御室の燃料圧力を下げることにより、ノズルニードルが開弁向きに移動して噴孔が開かれ、燃料が噴孔から内燃機関の燃焼室に噴射されるようになっている。
しかしながら、制御室の容積が大きい場合は、ノズルニードルを開弁作動させる際に制御室の圧力変動が大きくなってしまい、ノズルニードルの作動が安定せずに噴射量精度が低下してしまうという問題が発生する。特に、排出通路の通路面積を大きくして開弁速度を高くした燃料噴射弁においては、制御室の圧力変動がより大きくなるため、噴射量精度が大幅に低下してしまう。
本発明は上記点に鑑みて、制御室を排出通路に連通させてノズルニードルを開弁作動させる形式の燃料噴射弁において、噴射量精度を向上させることを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔(211)を有するノズルボデー(21)と、ノズルボデー内で往復動して噴孔を開閉するノズルニードル(22)と、ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室(26)と、制御室の燃料を低圧部に排出させる排出通路(313)が開口する低圧シート面(312)と、低圧シート面に対向し、高圧燃料を制御室に供給する高圧供給通路(243、323)が開口する高圧シート面(242、321)と、低圧シート面と高圧シート面との間に形成された弁室(241、311)と、弁室に配置され、低圧シート面および高圧シート面と接離して、制御室を排出通路および高圧供給通路に選択的に連通させる弁体(33)と、弁体を高圧シート面に向かって駆動する駆動手段(4)と、制御室に配置され、弁体を低圧シート面に向かって付勢するスプリング(34)とを備えることを特徴とする。
これによると、スプリングを制御室に配置したことにより、スプリングの分だけ制御室の容積が小さくなり、ノズルニードルを開弁作動させる際の制御室の圧力変動が小さくなるため、ノズルニードルの作動が安定して噴射量精度を向上させることができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。
本発明の第1実施形態について説明する。
図1〜図3に示す本実施形態の燃料噴射弁は、コモンレール(図示せず)から供給される高圧燃料を、圧縮着火式内燃機関(以下、内燃機関という。図示せず)の燃焼室に噴射するものである。
燃料噴射弁は、インジェクタボデー1、ノズル2、制御弁機構3、アクチュエータ4、リテーニングナット5を、主要構成要素として備えている。
略円筒状のインジェクタボデー1には、コモンレールから供給される高圧燃料が流通する高圧燃料通路11と、アクチュエータ4が収納されるアクチュエータ収納室12が形成されている。このアクチュエータ収納室12は、図示しない燃料タンクに接続されており、常に低圧になっている。
ノズル2は、略円筒状のノズルボデー21、ノズルボデー21に摺動自在に挿入された略円柱状のノズルニードル22、ノズルニードル22を閉弁向きに付勢するノズルスプリング23、およびシリンダ24を備えている。
ノズルボデー21には、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴出させる噴孔211が形成され、ノズルニードル22の先端部(すなわち、噴孔側端部)がノズルボデー21に接離することにより噴孔211が開閉されるようになっている。
ノズルボデー21内には、コモンレールから高圧燃料が常時供給される燃料溜まり室25が形成され、コモンレールからの高圧燃料は燃料溜まり室25を介して噴孔211に向かって流れるようになっている。
円筒状のシリンダ24は、ノズルスプリング23によって後述する第2プレート32に押し付けられ、ノズルニードル22の後端部(すなわち、反噴孔側端部)がシリンダ24に挿入されている。
このシリンダ24および第2プレート32内には、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室26が形成されている。そして、ノズルニードル22は、制御室26内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料溜まり室25の燃料圧力により開弁向きに付勢される。
制御室26の圧力を制御する制御弁機構3は、インジェクタボデー1とノズル2との間に配置されている。そして、インジェクタボデー1とリテーニングナット5とを螺合させることにより、燃料噴射弁の構成要素が一体化されている。
制御弁機構3は、第1プレート31、第2プレート32、弁体33、弁体スプリング34、スプリングシート35およびロッド36を備えている。
第1プレート31と第2プレート32は積層され、第1プレート31がインジェクタボデー1と当接し、第2プレート32がノズルボデー21と当接している。
第1プレート31および第2プレート32には、インジェクタボデー1の高圧燃料通路11とノズルボデー21内の燃料溜まり室25とを連通させる高圧燃料通路310、320が形成されている。
第1プレート31における第2プレート32側には、凹形状の弁室311が形成され、その弁室311の底部が低圧シート面312となっている。より詳細には、低圧シート面312は、平坦な平坦シート面312aと、平坦シート面312aの中央部に位置するテーパ状のテーパシート面312bとからなる。
第2プレート32には、低圧シート面312に対向する位置に高圧シート面321が形成されている。
第2プレート32には、制御室26の一部をなす第2プレート連通孔322が形成されている。この第2プレート連通孔322は、弁室311と連通している。
第1プレート31には、制御室26の燃料を弁室311を介して低圧部としてのアクチュエータ収納室12に排出させる排出通路313が形成されており、この排出通路313はテーパシート面312bの中央部に開口している。また、排出通路313中には、アウトオリフィス314が形成されている。
第2プレート32には、高圧燃料通路320から分岐して、高圧燃料を弁室311を介して制御室26に供給する高圧供給通路323が形成されている。この高圧供給通路323は高圧シート面321に開口している。また、高圧供給通路323中には、インオリフィス324が形成されている。
弁体33は、弁室311に配置され、テーパシート面312bおよび高圧シート面321と接離して、制御室26を排出通路313および高圧供給通路323に選択的に連通させるようになっている。また、弁体33には、弁体33がテーパシート面312bから離れているときに排出通路313と制御室26とを連通させる弁体連通孔331が形成されている。
弁体スプリング34は、制御室26に配置され、その一端側はノズルニードル22に当接している。
スプリングシート35は、制御室26に配置され、その一端側はノズルニードル22に当接している。より詳細には、スプリングシート35におけるノズルニードル22側の部位は、制御室26の一部をなす第2プレート連通孔322内に位置している。
弁体スプリング34およびスプリングシート35の各他端側が当接し、弁体スプリング34の付勢力がスプリングシート35を介して弁体33に伝達されるとともに、弁体スプリング34により弁体33が低圧シート面312に向かって付勢されるようになっている。
駆動手段としてのアクチュエータ4は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮する円柱状のピエゾスタック41と、ピエゾスタック41の伸縮変位を弁体33に伝達する変位拡大機構42とを備えている。
変位拡大機構42は、シリンダ421と、シリンダ421内に摺動自在に挿入された2つのピストン422、423とを備えている。2つのピストン422、423間には、燃料が充填された液室43が形成されている。
第1ピストン422は、ピエゾスタック41により直接駆動されるようになっている。そして、ピエゾスタック41の伸長時には、第1ピストン422により液室43の圧力が高められるようになっている。
第2ピストン423は、第1ピストン422よりも小径で、液室43の圧力を受けて作動し、第2ピストン423の変位は、ロッド36を介して弁体33に伝達されるようになっている。
そして、ピエゾスタック41の伸長時には、アクチュエータ4により弁体33が高圧シート面321に向かって駆動されるようになっている。その際、ピエゾスタック41の長さの変化は、第1ピストン422と第2ピストン423の受圧面積比分拡大されて、弁体33に伝達される。
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。ピエゾスタック41に通電されると、ピエゾスタック41が伸長して第1ピストン422が駆動され、第1ピストン422により液室43の圧力が高められる。高圧化された液室43の圧力により、第2ピストン423が弁体33側に向かって駆動される。
また、図3に示すように、第2ピストン423の変位がロッド36を介して弁体33に伝達されることにより、弁体33およびスプリングシート35が弁体スプリング34の付勢力に抗して、ノズルニードル22側に向かって駆動される。
そして、弁体33が高圧シート面321に当接して弁室311と高圧供給通路323との間が閉じられるとともに、弁体33がテーパシート面312bから離れて、弁室311と排出通路313との間が弁体連通孔331を介して連通する。したがって、制御室26の燃料は、弁室311、弁体連通孔331、アウトオリフィス314、および排出通路313を介して燃料タンクへ戻される。
これにより、制御室26の圧力が低下してノズルニードル22を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、燃料溜まり室25の燃料圧力に付勢されてノズルニードル22が開弁向きに移動し、ノズルニードル22の先端部がノズルボデー21から離れて噴孔211が開かれ、噴孔211から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。
ここで、制御室26には弁体スプリング34およびスプリングシート35が配置されているため、それらの容積分だけ制御室26の容積が小さくなる。その結果、ノズルニードル22を開弁作動させる際の制御室26の圧力変動が小さくなり、ノズルニードル22の作動が安定して噴射量精度が向上する。
その後、ピエゾスタック41への通電が停止されるとピエゾスタック41が縮み、液室43の圧力が低下するため、図1、図2に示すように、弁体33、スプリングシート35、ロッド36、および第2ピストン423が、弁体スプリング34により押し戻される。
そして、弁体33が高圧シート面321から離れて弁室311と高圧供給通路323との間が開かれるとともに、弁体33がテーパシート面312bに当接して弁室311と排出通路313との間が閉じられる。したがって、コモンレールからの高圧燃料が、高圧供給通路323、インオリフィス324、および弁室311を介して制御室26に導入される。
これにより、制御室26の圧力が上昇してノズルニードル22を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル22が閉弁向きに移動し、ノズルニードル22の先端部がノズルボデー21に当接して噴孔211が閉じられ、燃料噴射が終了する。
以上述べたように、本実施形態では、ノズルニードル22を開弁作動させる際の制御室26の圧力変動が小さくなり、噴射量精度が向上する。
なお、上記実施形態においては、弁体スプリング34をシリンダ24内の制御室26に配置したが、弁体スプリング34のセット長が短い場合は、図4に示す第1実施形態の第1変形例のように、スプリングシート35を廃止し、且つ制御室26の一部をなす第2プレート連通孔322内に弁体スプリング34を配置してもよい。
また、弁体スプリング34のセット長が長い場合は、図5に示す第1実施形態の第2変形例のように、スプリングシート35を廃止してもよい。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本発明の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
図6、図7に示すように、本実施形態の制御弁機構3は、シリンダ24、第1プレート31、弁体33、弁体スプリング34、およびロッド36にて構成されている。換言すると、第1実施形態における第2プレート32およびスプリングシート35が廃止されている。
シリンダ24は、ノズルスプリング23によって第1プレート31に押し付けられている。そして、シリンダ24における第1プレート31側に、凹形状の弁室241が形成され、その弁室241の底部が高圧シート面242となっている。
また、シリンダ24における反第1プレート側に制御室26が形成されている。より詳細には、この制御室26は、ノズルニードル22が挿入される大径制御室261と、この大径制御室261と弁室241とを連通させる小径制御室262とを備えている。
シリンダ24には、弁室241と燃料溜まり室25とを連通させて、高圧燃料を弁室241を介して制御室26に供給する高圧供給通路243が形成されている。この高圧供給通路243は高圧シート面242に開口している。また、高圧供給通路243中には、インオリフィス244が形成されている。
第1プレート31には、高圧シート面242に対向する位置に低圧シート面312が形成されている。
弁体33は、弁室241に配置され、低圧シート面312および高圧シート面242と接離して、制御室26を排出通路313および高圧供給通路243に選択的に連通させるようになっている。弁体スプリング34は、小径制御室262に配置されている。
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。ピエゾスタック41に通電されると、第1実施形態と同様に第2ピストン423が弁体33側に向かって駆動され、弁体33が弁体スプリング34の付勢力に抗して、ノズルニードル22側に向かって駆動される。
そして、弁体33が高圧シート面242に当接して弁室241と高圧供給通路243との間が閉じられるとともに、弁体33が低圧シート面312から離れて、弁室241と排出通路313との間が弁体連通孔331を介して連通する。したがって、制御室26の燃料は、弁室241、弁体連通孔331、アウトオリフィス314、および排出通路313を介して燃料タンクへ戻される。
これにより、制御室26の圧力が低下してノズルニードル22を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、燃料溜まり室25の燃料圧力に付勢されてノズルニードル22が開弁向きに移動し、ノズルニードル22の先端部がノズルボデー21から離れて噴孔211が開かれ、噴孔211から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。
ここで、制御室26には弁体スプリング34が配置されているため、それらの容積分だけ制御室26の容積が小さくなる。その結果、ノズルニードル22を開弁作動させる際の制御室26の圧力変動が小さくなり、ノズルニードル22の作動が安定して噴射量精度が向上する。
その後、ピエゾスタック41への通電が停止されるとピエゾスタック41が縮み、液室43の圧力が低下するため、図6、図7に示すように、弁体33、ロッド36、および第2ピストン423が、弁体スプリング34により押し戻される。
そして、弁体33が高圧シート面242から離れて弁室241と高圧供給通路243との間が開かれるとともに、弁体33が低圧シート面312に当接して弁室241と排出通路313との間が閉じられる。したがって、燃料溜まり室25の高圧燃料が、高圧供給通路243、インオリフィス324、および弁室241を介して制御室26に導入される。
これにより、制御室26の圧力が上昇してノズルニードル22を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル22が閉弁向きに移動し、ノズルニードル22の先端部がノズルボデー21に当接して噴孔211が閉じられ、燃料噴射が終了する。
以上の説明から明らかなように、本実施形態では、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施形態においては、弁体スプリング34を小径制御室262に配置したが、弁体スプリング34のセット長が長い場合は、図8に示す第2実施形態の変形例のように、大径制御室261および小径制御室262の両方にわたって弁体スプリング34を配置してもよい。
(他の実施形態)
本発明は上記した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した範囲内において適宜変更が可能である。
本発明は上記した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した範囲内において適宜変更が可能である。
また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。
また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
4 アクチュエータ(駆動手段)
21 ノズルボデー
22 ノズルニードル
26 制御室
33 弁体
34 スプリング
211 噴孔
241 弁室
242 高圧シート面
243 高圧供給通路
311 弁室
312 低圧シート面
313 排出通路
321 高圧シート面
323 高圧供給通路
21 ノズルボデー
22 ノズルニードル
26 制御室
33 弁体
34 スプリング
211 噴孔
241 弁室
242 高圧シート面
243 高圧供給通路
311 弁室
312 低圧シート面
313 排出通路
321 高圧シート面
323 高圧供給通路
Claims (2)
- 高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔(211)を有するノズルボデー(21)と、
前記ノズルボデー内で往復動して前記噴孔を開閉するノズルニードル(22)と、
前記ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室(26)と、
前記制御室の燃料を低圧部に排出させる排出通路(313)が開口する低圧シート面(312)と、
前記低圧シート面に対向し、高圧燃料を前記制御室に供給する高圧供給通路(243、323)が開口する高圧シート面(242、321)と、
前記低圧シート面と前記高圧シート面との間に形成された弁室(241、311)と、
前記弁室に配置され、前記低圧シート面および前記高圧シート面と接離して、前記制御室を前記排出通路および前記高圧供給通路に選択的に連通させる弁体(33)と、
前記弁体を前記高圧シート面に向かって駆動する駆動手段(4)と、
前記制御室に配置され、前記弁体を前記低圧シート面に向かって付勢するスプリング(34)とを備えることを特徴とする燃料噴射弁。 - 前記制御室に配置され、前記スプリングの付勢力を前記弁体に伝達するスプリングシート(35)を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013229524A JP2015090088A (ja) | 2013-11-05 | 2013-11-05 | 燃料噴射弁 |
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JP (1) | JP2015090088A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11002235B2 (en) | 2017-07-12 | 2021-05-11 | Denso Corporation | Fuel injection device |
-
2013
- 2013-11-05 JP JP2013229524A patent/JP2015090088A/ja active Pending
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US11002235B2 (en) | 2017-07-12 | 2021-05-11 | Denso Corporation | Fuel injection device |
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