JP4670878B2 - Control valves and injectors - Google Patents
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Description
本発明は、例えば内燃機関用インジェクタに適用されて、ノズルニードルを昇降させる3方弁構造の制御弁に関する。 The present invention relates to a control valve having a three-way valve structure that is applied to, for example, an injector for an internal combustion engine to raise and lower a nozzle needle.
例えばディーゼルエンジンにおいて、コモンレール式燃料噴射装置が知られている。各気筒に共通のコモンレールには、燃料供給ポンプから高圧燃料が圧送されて所定の燃料噴射圧となるように制御される。コモンレール用のインジェクタは、通常、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、制御室の圧力を制御する制御弁を有し、ピエゾアクチュエータで制御弁を駆動して制御室の圧力を増減する。 For example, in a diesel engine, a common rail fuel injection device is known. A common rail common to each cylinder is controlled so that high-pressure fuel is pumped from a fuel supply pump to a predetermined fuel injection pressure. Common rail injectors usually have a control chamber that applies pressure in the valve closing direction to the nozzle needle and a control valve that controls the pressure in the control chamber. The control valve is driven by a piezoelectric actuator to control the pressure in the control chamber. Increase or decrease.
例えば特許文献1に記載されているように、制御弁は、3方弁構造を有し、高圧通路に連通する高圧ポートと低圧通路に連通する低圧ポートを開閉して制御室の圧力を増減する。このような制御弁の一例を、図7に示す。図7(a)において、制御弁100の弁体101は、高圧ポート102と低圧ポート103が開口する弁室104内に位置し、ピストン部材105によって駆動されて、高圧ポート102に続く高圧シート106および低圧ポート103に続く低圧シート107の一方に選択的に着座する。弁室104は、図示しない制御室と連通路にて常時連通しており、弁体101のシート位置を切り換えると、高圧ポートまたは低圧ポートと制御室が弁室104を介して連通する。弁体101形状は、例えば、高圧シート106側の下端面が平面状、低圧ポート103側の上端面が球面状に形成されている。
ところで、図示の制御弁構造において、高圧ポート102開放時の弁室104から制御室への燃料の流入は、制御弁100の弁体101が低圧シート107に着座した状態でのリフト量と高圧シート径に依存する。ここでは、高圧シート径=高圧ポート径であり、燃料流入量が、高圧シート周長さ×制御弁リフト量で表される流路面積Sにより決まる構造となっている。ただし実際には、弁体101相手部品を分割する必要があり、弁体101に加工精度の問題や、組み付け時の高圧ポートおよび低圧ポートの位置ずれ等により、図7(b)のように、組み付け状態において弁体101に傾きが生じることがある。
By the way, in the illustrated control valve structure, the flow of fuel from the
さらに、弁室104に燃料が流入する際の流体力等により弁体101が回転すると、図7(c)のように、面積Sは変動する。この場合、制御室への燃料流入量が変化することになるため、安定した噴射量を供給することが困難である。位置ずれの対策としては、弁体を複数部材で構成することにより相対移動可能としたものがあるが、構成が複雑となる。
Furthermore, when the valve body 101 rotates due to fluid force or the like when fuel flows into the
そこで、本発明は、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置のインジェクタ等に使用され、軸方向の両端にシート部を構成した3方弁構造の制御弁において、両シートの軸ずれおよび弁体の回転による、流路面積の変動を回避可能な構造とし、燃料噴射量の変動を防ぐことを目的とする。 Accordingly, the present invention is a control valve having a three-way valve structure that is used in an injector or the like of a common rail fuel injection device of a diesel engine and has seat portions at both ends in the axial direction. Therefore, it is intended to prevent the fluctuation of the fuel injection amount by making the structure capable of avoiding the fluctuation of the flow path area.
請求項1の発明は、アクチュエータで駆動されるピストン部材が、弁室内に配置された弁体を軸方向に駆動して、上記弁室の対向面に設けた高圧シール部および低圧シール部の一方に選択的に着座させることにより、上記高圧シール部に連通する高圧ポートおよび上記低圧シール部に連通する低圧ポートを開閉して、上記弁室と常時連通する制御室の制御圧力を増減する制御弁であって、
上記弁体は、駆動方向の一方の端面側に、上記高圧シール部に着座する高圧シート部を設け、他方の端面側に、上記低圧シール部に着座する低圧シート部を設けるとともに、上記高圧シート部には、上記高圧ポートの対向位置を凹陥させた座ぐり部を形成して、該座ぐり部の外周縁部が着座時の高圧シート位置となり、かつ、高圧シート径>高圧ポート径となる形状としたことを特徴とする。
The invention of
The valve body is provided with a high-pressure seat portion seated on the high-pressure seal portion on one end surface side in the driving direction, and a low-pressure seat portion seated on the low-pressure seal portion on the other end surface side, and the high-pressure seat A counterbore part in which the facing position of the high-pressure port is recessed is formed in the part, and the outer peripheral edge of the counterbore part becomes a high-pressure seat position when seated, and the high-pressure seat diameter> the high-pressure port diameter. It is characterized by its shape.
上記構成によれば、高圧ポート径より大きい座ぐり部を形成することで、座ぐり径が高圧シート径となり、シートの位置ずれをキャンセルして、弁体の傾きや回転により流路面積が変化するのを抑制することができる。よって、流量変動による制御圧の変化を抑制し、例えばインジェクタの背圧制御に適用されて、安定した燃料噴射を可能とする。 According to the above configuration, by forming the counterbore portion larger than the high-pressure port diameter, the counterbore diameter becomes the high-pressure seat diameter, canceling the positional deviation of the seat, and changing the flow path area due to the inclination and rotation of the valve body Can be suppressed. Therefore, the change in the control pressure due to the flow rate fluctuation is suppressed and applied to, for example, the back pressure control of the injector, thereby enabling stable fuel injection.
請求項2の発明では、上記弁体は、上記座ぐり部外周縁部の周長さをL1、上記座ぐり部の深さをD1、上記高圧ポート開口縁部の周長さをL2、上記高圧ポート開放時の上記弁体のリフト量をH1とした時に、下記式(1)〜(3)が成立する構成とした。
式(1):S1=L1×H1
式(2):S2=L2×(H1+D1)
式(3):S1<S2
According to a second aspect of the present invention, the valve body has a circumferential length of the outer peripheral edge portion of the counterbore portion as L1, a depth of the counterbore portion as D1, and a circumferential length of the high pressure port opening edge portion as L2. When the lift amount of the valve body when the high-pressure port is opened is H1, the following formulas (1) to (3) are established.
Formula (1): S1 = L1 × H1
Formula (2): S2 = L2 × (H1 + D1)
Formula (3): S1 <S2
この時、流路面積S1が高圧シール部開弁時の絞り部となり、高圧シール部と低圧シール部の位置ずれ、弁体の傾きによる回転が生じても、流路面積が変化しないので、燃料流入量の変動を抑制する効果が高い。 At this time, the flow passage area S1 becomes a throttle portion when the high-pressure seal portion is opened, and the flow passage area does not change even if the high-pressure seal portion and the low-pressure seal portion are misaligned or rotated due to the inclination of the valve body. Highly effective in suppressing fluctuations in inflow.
請求項3の発明では、上記高圧シート位置を除く、上記制御室への流入通路の最小断面積をS3とした時に、下記式(4)が成立する構成とした。
式(4):S1/S3<2
In the invention of
Formula (4): S1 / S3 <2
この範囲では、高圧シート部における流路面積S1と、その他通路の最小断面積S3との面積比に対する流量変化が大きいので、本発明を適用することによる効果が高い。 In this range, since the flow rate change with respect to the area ratio between the flow path area S1 in the high-pressure sheet portion and the minimum cross-sectional area S3 of the other passage is large, the effect of applying the present invention is high.
請求項4の発明では、上記弁体は、上記一方の端面側の低圧シート部が球面または円錐状に形成されて、円錐状に形成された上記低圧シール部に対向する一方、上記他方の端面側の高圧シート部が平面状に形成されて、平面状に形成された上記高圧シール部に対向している。 According to a fourth aspect of the present invention, the valve element has a low-pressure seat portion on one end face side formed in a spherical shape or a conical shape, and faces the low-pressure seal portion formed in a conical shape, while the other end face is provided. The high-pressure sheet portion on the side is formed in a flat shape and faces the high-pressure seal portion formed in a flat shape.
このように、シート部の一方を平面シートとすると、位置ずれに対応しやすく、加工も容易となる。また、異物の噛みこみによるシート不良にも対応しやすい。 As described above, when one of the sheet portions is a flat sheet, it is easy to cope with the positional deviation and the processing becomes easy. In addition, it is easy to deal with sheet defects caused by foreign matter biting.
請求項5の発明では、上記弁体は、上記座ぐり部の内周面が上記一方の端面に向けて拡径するテーパ面形状を有し、該テーパ面の傾斜角度が30°以上90°未満である。
In the invention according to
テーパ面とすることで加工が容易になり、シート位置も設定しやすい。ただし、傾斜角度が小さいと、研削による径変化が大きいので30°以上とするのがよい。 By using a tapered surface, processing becomes easy and the sheet position is easy to set. However, if the inclination angle is small, the diameter change due to grinding is large, so it is preferable to set it to 30 ° or more.
請求項6の発明では、アクチュエータをピエゾ式アクチュエータとする。応答性のよいピエゾアクチュエータを用い、本発明を適用することで、制御性をより向上させることができる。 In the invention of claim 6, the actuator is a piezoelectric actuator. By using a piezoelectric actuator with good response and applying the present invention, controllability can be further improved.
請求項7の発明は、請求項1ないし6のいずれか記載の制御弁を用いたインジェクタであって、上記制御室の圧力を、噴孔を開閉するノズルニードルの閉弁方向に作用させ、上記アクチュエータが上記ピストン部材を介して上記弁体を開閉することにより燃料噴射を行う。 A seventh aspect of the present invention is an injector using the control valve according to any one of the first to sixth aspects, wherein the pressure in the control chamber is caused to act in a valve closing direction of a nozzle needle that opens and closes the nozzle hole. The actuator performs fuel injection by opening and closing the valve body via the piston member.
以下、図面に基づいて本発明の第1の実施形態を説明する。図1は本発明の制御弁V構成を、図2はこの制御弁Vを組み込んだインジェクタIの概略構成を示す図で、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として説明する。図2において、エンジンの各気筒に対応して設けられるインジェクタIは、各気筒に共通のコモンレール(図示せず)に接続され、コモンレールには高圧サプライポンプ(図示せず)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ている。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a control valve V according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an injector I incorporating the control valve V, which will be described as an application example to a common rail fuel injection device of a diesel engine. In FIG. 2, an injector I provided corresponding to each cylinder of the engine is connected to a common rail (not shown) common to each cylinder, and fuel fed by a high pressure supply pump (not shown) is fed to the common rail. It is stored at a predetermined high pressure corresponding to the injection pressure.
図2(a)において、インジェクタIは、ハウジングH内の中間部に制御弁Vを、上半部に、ピエゾ式アクチュエータを構成するピエゾスタック1と駆動力伝達機構6を収容している。ハウジングHの下半部には、ノズルニードル5が収容され、図示の状態では、先端が噴孔54を閉鎖している。ハウジングH内には、また、軸方向に延びる高圧通路12と低圧通路13が設けられ、ハウジングH側壁に開口する高圧通路12の通路入口11はコモンレールに、ハウジングH上壁に開口する低圧通路13の通路出口14は図示しない燃料タンクへ連通している。
In FIG. 2A, the injector I accommodates a control valve V in an intermediate part in a housing H and a
ハウジングH内において、ノズルニードル5周りの空間は、油溜まり室52を構成している。油溜まり室52には、その上部壁に開口する高圧通路12を介してコモンレールから高圧燃料が供給されている。ノズルニードル5の上端部は、油溜まり室52の上部壁に固定された筒状部42内に摺動自在に保持され、ノズルニードル5の中間部外周に設けたフランジ51と筒状部42下端部との間に配設したスプリング56がノズルニードル5を閉弁方向に付勢している。
In the housing H, the space around the
油溜まり室52には、その上部壁に開口する高圧通路12を介してコモンレールから高圧燃料が供給されている。ハウジングHの下端面中央には、サック部53形成壁を貫通して噴孔54が形成されており、ノズルニードル5は図示の下端位置において、円錐形状の先端部がノズルシート55に着座してサック部53を閉じ、油溜まり室52から噴孔54への燃料供給を遮断する。
The
ノズルニードル5の上端面は、制御室であるノズル背圧室4に面している。ノズル背圧室4は、連通路41を介して制御弁Vの弁室2と常時連通し、油溜まり室52から弁室2を経由して導入される燃料の圧力が開弁方向に作用している。一方、油溜まり室52の高圧燃料がノズルニードル5先端部の円錐面に上向きに作用しノズルニードル5を開弁方向に付勢している。3方弁構造の制御弁Vを用いてノズル背圧室4の圧力を増減させると、ノズルニードル5が昇降する。
The upper end surface of the
3方弁構造の制御弁Vは、弁室2内に収容した弁体3を、弁室2の底面に設けた高圧シール部21と、天井面に設けた低圧シール部22のいずれか一方に選択的に着座させることにより、ノズル背圧室4の圧力を制御する。弁室2の平坦な底面には、高圧ポート23が開口し、その開口部周りの環状平面部を高圧シール部21としている。同様に、弁室2の天井面に開口する低圧ポート24周りの環状テーパ面にて低圧シール部22が形成され、高圧ポート23と低圧ポート24は、弁体3の駆動方向に対向位置している。高圧ポート23は、連通路25を介して油溜まり室52に連通し、高圧通路12から燃料が供給されている。一方、低圧ポート24は絞り通路15にて低圧通路13に連通している。弁体3は、外周に設けたフランジ33と弁室2底面の間に配設したスプリング26にて上方に付勢され、初期位置において低圧シール部22に着座する図示の位置にある。制御弁Vの詳細、特に弁体3形状については後述する。
The control valve V having a three-way valve structure is configured such that the
駆動力伝達機構6は、応答性の良好なピエゾ式アクチュエータの駆動力を、大小2つのピストン部材を用いて制御弁Vの弁体3に伝達する。ピエゾスタック1はPZT等の圧電セラミック層と電極層を交互に積層したもので、図示しない駆動回路により充放電されて、積層方向(図の上下方向)に伸縮する。駆動力伝達機構6は、筒状のシリンダ部材61内に、大径のピエゾピストン62と小径のバルブピストン64を摺動自在に設け、両ピストン部材の間に作動油を充填した油密室63を設けている。ピエゾピストン62は、シリンダ部材61の上方に突出する大径の円盤部がピエゾスタック1の下端面に当接し、この円盤部とシリンダ部材61下端外周縁部との間に配設したピエゾスプリング65によってピエゾスタック1に一定の初期荷重を印加している。これにより、ピエゾピストン62はピエゾスタック1の伸縮に伴い一体に上下動する。
The driving force transmission mechanism 6 transmits the driving force of a piezo-type actuator with good responsiveness to the
バルブピストン64の下端面は、その下方のピン部材7に当接している。ピン部材7は、高圧ポート23内に摺動自在に保持され、下端が弁室21内の弁体3に当接している。バルブピストン64は下端大径部とシリンダ部材61の間に配設したバルブスプリング66によって下方に付勢されており、これにより、ピン部材7と一体に上下動可能である。ピエゾスタック1が伸長してピエゾピストン62を押圧すると、油密室63の圧力が上昇しバルブピストン64を駆動する。この時、ピエゾピストン62とバルブピストン64の径差に応じて移動量が増加するので、変位を拡大して伝達することができる。
The lower end surface of the valve piston 64 is in contact with the
ここで、図1により本発明の制御弁Vについて説明する。図1(a)に示すように、弁体3は、フランジ33より下方が略円柱状、上方が略半球状の形状を有するブロック状で、略円柱状の下半部底面に高圧シート部31を形成し、略半球状の上半部頂面に低圧シート部32を形成している。弁体3は、一方の端部(図の下端部)において、高圧ポート23に対向する下端面中央部に、座ぐり部34となる凹陥部を形成し、その外周に形成される環状平面部を高圧シート部31として、該高圧シート部31が、対向する高圧シール部21に着座して高圧ポート23を閉鎖するようになっている。弁体3の他方の端部(図の上端部)は、ピン部材7に当接する平坦な頂部外周に、球面状の低圧シート部32を形成し、該低圧シート部32が、対向する低圧シール部22に着座して低圧ポート24を閉鎖する。
Here, the control valve V of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1A, the
シート形状は、高圧側では、弁体3側の高圧シート部31が平面、対向する高圧シール部21が平面であり、低圧側では、弁体3側の低圧シート部31が球面または円錐面、対向する低圧シール部22が円錐面であることが望ましい。このように、1つの弁体3で2つの通路をシートする場合には、高圧側または低圧側の一方を平面シートとするとよく、上下シートの軸ずれに対応しやすくなる。本発明では、高圧側を平面シートとして、さらに座ぐり部34を設定することで、上下シートの軸ずれによる流量変動を抑制することができる。
The sheet shape is such that, on the high pressure side, the high
図1(b)は、制御弁Vの高圧ポート23近傍を拡大して示す断面図である。本実施形態において、弁体3の座ぐり部34は、平坦面に座ぐり加工を施すことにより形成された、略台形断面形状の凹陥部で、内周側面は下方へ向けて拡径するテーパ面となっている。開口縁部(図の下端部)の径、すなわち座ぐり径は、高圧ポート23より大径となっている。この時、高圧シート部31の内周縁部となる、座ぐり部34の開口縁部(図の下端部)は、弁体3が対向する高圧シール部21に着座した時の、高圧シート位置となる。このように本発明では、座ぐり径=高圧シート径>高圧ポート径となるように、弁体3の座ぐり部34形状を設定しており、これにより、シート部流量を安定にすることができる。
FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the high-
好適には、座ぐり部34開口縁部の周長さをL1、座ぐり部34の深さをD1、高圧ポート23開口縁部の周長さをL2、高圧ポート23開放時の弁体3のリフト量をH1とした時に、下記式(1)〜(3)が成立する構成とする。
式(1):S1=L1×H1
式(2):S2=L2×(H1+D1)
式(3):S1<S2
Preferably, the peripheral length of the opening edge of the
Formula (1): S1 = L1 × H1
Formula (2): S2 = L2 × (H1 + D1)
Formula (3): S1 <S2
式(1)で表されるS1は、弁体3がリフトした時の高圧シート部31から弁室2へ至る流路の開口面積を示し、式(2)で表されるS2は、弁体3がリフトした時の高圧ポート23出口部における流路の開口面積を示している。式(3)は、高圧シート部31における流路面積S1が、高圧ポート23における流路面積S2より小さく、高圧ポート23から弁室2への燃料流入量が、絞り部となる弁体3の高圧シート位置における流路面積S1に依存することを示す。式(3)のようにすると、流路面積S1は、弁体2の傾きやシート位置のずれによらず、ほぼ一定となるので、流量の変動を抑制することができる。
S1 represented by the formula (1) indicates an opening area of the flow path from the high-
図1(a)に示すように、弁体3の座ぐり角度、すなわち、弁体3下端面と座ぐり部34の内周側面とのなす角度は、90°未満とすることで内周側面がテーパ面となり、座ぐり加工が容易になって、高圧シート位置が設定しやすくなる。弁体3下端面の座ぐり径は、ノズル背圧室4への燃料流入量を決定するための重要な寸法で、精度よく加工する必要があり、また、弁体3は高圧燃料をシールする構造であるから、高硬度、高精度(平面度、面粗度等)である必要がある。これを実現するため、通常は、テーパ形状切削後、熱処理、研削により座ぐり径を設定することになる。ただし、テーパ角度が小さくなるほど、研削による径変化が大きく、またエッジ(座ぐり径部)のだれにより径測定(エッジが不明瞭)が困難となるおそれがある。そこで、量産を考慮した、実現可能な角度として、通常は、座ぐり角度を30°以上90°未満とすることが好ましい。
As shown in FIG. 1 (a), the counterbore angle of the
上記構成のインジェクタIの作動と、弁体3形状による効果について説明する。図2(a)は無噴射時の状態で、ピエゾスタック1は放電状態で縮小している。弁体3は、上端位置にあって低圧シール部22に続く低圧ポート24を閉鎖し、これにより、低圧通路13と弁室2との連通が遮断される。この時、低圧シール部22に対向する高圧シール部21が開放され、弁室2は、高圧通路12から高圧ポート23、高圧シール部21を介して流入する燃料により高圧となっている。連通路41を介して弁室2と常時連通するノズル背圧室4も高圧となる。ノズルニードル5は、ノズル背圧室4の圧力とスプリング56の付勢力によってノズルシート55に着座し、噴孔54は閉鎖されている。
The operation of the injector I having the above configuration and the effect of the shape of the
図2(b)は噴射時の状態で、図示しない駆動回路からピエゾスタック1に通電すると、ピエゾスタック1が充電されて伸長する。ピエゾスタック1とともにピエゾピストン62が下方に移動し、油密室63の作動油(ここでは軽油)が圧縮されると、この作動油の圧力でバルブピストン64が下方に移動する。そして、ピン部材7が弁体3を押し下げて低圧シール部22から離座させ、さらに下方変位して高圧シール部21に着座させる。この時、ノズル背圧室4が弁室2、低圧シール部22、低圧ポート24を介して低圧通路13に連通し、ノズル背圧室4の圧力が降下する。ノズルニードル5に作用する下向きの付勢力が上向きの付勢力を下回ると、ノズルシート55から離座し、噴孔54が開放されて燃料噴射が開始される。ここで、低圧シール部22下流に絞り部15を有する流路構成とすると、ノズル背圧室4の圧力降下は緩やかとなり、ノズル開弁速度を小さくすることができる。
FIG. 2B shows a state at the time of injection, and when the
ピエゾスタック1への通電が終了し、ピエゾスタック1を放電して収縮させると、ピエゾピストン62が上方へ移動し、油密室63の圧力が降下する。これによりバルブピストン64およびピン部材7による弁体3の押し下げ力が解除され、弁体3が高圧シール部21から離座し、さらに上方変位して低圧シール部22に着座する。弁室2に高圧通路12から高圧ポート23、高圧シール部21を介して燃料が流入し、さらに連通路41から流入する燃料でノズル背圧室4が所定の高圧となると、ノズルニードル5が下降して閉弁し、噴射を終了する。
When energization to the
この時、ノズルニードル5の閉弁速度は、ノズル背圧室4への燃料流入量により決まることになる。本実施形態において使用しているピエゾスタック1は、非常に微小変位であることから、制御弁Vにて設定できる弁体3のリフト量も小さくなる。このため、高圧通路12から弁室2を経てノズル背圧室4へ至る燃料流入通路は、通常、高圧ポート23の出口部付近で最も絞る構造、またはノズル背圧室4へ至る通路の最小断面積、例えば連通路41との2重絞りとなる可能性が高い。一方、本構造を具現化すると、弁体3を弁室2に収容するために相手部品である高圧シール部21、低圧シール部22を分割する必要があり、通常はノックピンで両部品の位置決めをするが、ノック穴位置および内径、ノックピン外径等に公差を持たせる必要がある。このため図3(a)に示すように、実際の組み付け状態では、各公差範囲内で高圧シール部21、低圧シール部22の軸心が一致しない軸ずれが発生する。また、弁体3をピン部材7で押す構造においては、両当接面の加工精度に限界があり、例えば数μmの傾斜が発生して、弁体3が傾きが生じるおそれがある。
At this time, the valve closing speed of the
この状態で、高圧シール部21開弁時に、流体力等により弁体3が回転すると、上記図7(c)に示した通り、従来の制御弁構造では、絞り部となる高圧ポート102出口部の面積Sが変動する。すると、図4に示すように、回転位置に応じてシート部開口面積が変化し、高圧ポート102から弁室104、さらには連通路41を経てノズル背圧室4への燃料流入量が周期的に変化することにより、ノズルニードル5の閉弁速度が変動する。例えば、制御弁の弁体リフトは、通常20μm程度であり、弁体上下面は数μmの傾斜でも、軸ずれと弁体回転により、シート開口面積は大きく変化することになる。このため目標とする噴射量に対して実際の噴射量が増減し、安定した噴射量を供給することが困難である。
In this state, when the
これに対して本発明では、上記図1(b)のように、弁体3の高圧シール部21側に、座ぐり部34を設け、かつS1(座ぐり周長さL1×弁体リフトH1)<S2(高圧ポート周長さL2×(弁体リフトH1+座ぐり深さD1))となる構成としたので、流路面積S1が高圧シール部21開弁時の絞り部となり、高圧シール部と低圧シール部の位置ずれをキャンセルすることができる。図3(a)に示すように、高圧シール部21と低圧シール部22の軸心にずれが生じ、さらに弁体3が傾いて下端面の低圧シート部31と対向する低圧シール部21との位置ずれが発生した場合でも、図3(b)に示すように、高圧シール部21開弁時の絞り部となる流路面積S1は、弁体が180°回転しても変化しない。この構造により上記図5に示したノズル背圧室4の燃料流入量、ノズルニードル閉弁速度の周期的な変化を抑制し、安定した燃料噴射を可能とする。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 1B, a
なお、高圧シール部21と低圧シール部22の位置ずれや弁体3の傾きを有する状態で、再び高圧シール部21を閉弁する場合、図5(a)に示すように、まず、弁体3の一部のみが高圧シール部21に当接する。この時点で、高圧ポート23は完全には閉鎖されていない。次いで、この当接部が支点となり、弁体3頂面のピン部材7との当接部が力点となって、弁体3が回転すると、図5(b)に示すように、シート可能な位置に弁体がずれ、高圧ポート23を閉鎖することができる。このように、支点より力点が中心側にあればシート可能方向に回転力が作用するため、シート可能と考えられる。また、図は実際よりもずれを強調した模式的な図であり、噴射特性への影響はほとんどない。
When the high-
また、弁室2からノズル背圧室4への流入通路において、高圧シート部の流路面積S1が最小絞り部となる構成であれば、本発明の効果が大きいことは上述した通りであるが、ノズル背圧室4への流入通路が2重絞りとなる構成であってもよい。この場合、好適には、絞り部となる流路面積S1以外の流入通路の最小断面積、本実施形態では連通路41の断面積をS3とした時に、高圧シート部の流路面積S1との関係が、下記式(4)を満足するように構成するとよい。
式(4):S1/S3<2
Further, as described above, if the flow passage area S1 of the high-pressure seat portion is the minimum throttle portion in the inflow passage from the
Formula (4): S1 / S3 <2
図6(a)は、燃料噴射終了時(高圧側開弁時)の、高圧通路12から、燃料溜まり室52、高圧ポート23、高圧シート21、弁室2、連通路41を経てノズル背圧室4へ流入する燃料の流れを示しており(図中、矢印)、図6(b)は、流路面積S1を変化させた時(その他の通路面積は固定とする)の流量変化と、その他通路最小面積S3に対する面積比との関係を示している。図示のように、流路面積S1以外の燃料通路の最小面積S3に対し、流路面積S1が2倍(面積比2)程度までは、面積比が大きくなるほど流量が増加しており、面積比に対する流量変化が大きい。すなわち、ノズル背圧室4への流量への感度が高いため、弁体3が傾いて流量が変化した時の影響が大きく、本発明の効果が得られる。
6A shows the nozzle back pressure from the
以上により、本発明によれば、3方弁構造の制御弁において、加工精度や組付けのずれ、弁体の回転が生じても、燃料流入量の変動が抑制され、制御圧の変動を抑制することができる。よって、背圧式のインジェクタ等に利用されてノズルニードルの閉弁速度、噴射終了タイミングを安定させ、噴射量を安定して制御することができる。 As described above, according to the present invention, in a control valve having a three-way valve structure, even if machining accuracy, assembly deviation, or valve body rotation occurs, fluctuations in fuel inflow are suppressed, and fluctuations in control pressure are suppressed. can do. Therefore, it is utilized for a back pressure type injector or the like, and the valve closing speed of the nozzle needle and the injection end timing can be stabilized, and the injection amount can be controlled stably.
上記実施形態では、駆動力伝達機構に大径のピエゾピストンと小径のバルブピストンを用いたが、これら両ピストンを同径とすることもでき、油圧を介して安定して駆動力を伝達することができる。この場合、変位を拡大して伝達できるので、より効率よく動力を伝達することができる。また、アクチュエータは、通電により変位を発生する素子であれば、上記実施形態で使用したピエゾ素子以外の素子を用いてもよい。その他、本発明の制御弁を、インジェクタ以外の圧力制御に使用することもできる。 In the above embodiment, a large-diameter piezo piston and a small-diameter valve piston are used for the driving force transmission mechanism. However, both the pistons can have the same diameter, and the driving force can be stably transmitted via hydraulic pressure. Can do. In this case, the displacement can be enlarged and transmitted, so that the power can be transmitted more efficiently. In addition, the actuator may be an element other than the piezoelectric element used in the above embodiment as long as it is an element that generates displacement when energized. In addition, the control valve of the present invention can also be used for pressure control other than the injector.
H ハウジング部材
I インジェクタ
V 制御弁
1 ピエゾスタック(アクチュエータ)
11 燃料導入口
12 高圧通路
13 低圧通路
14 燃料導出口
2 弁室
21 高圧シール部
22 低圧シール部
23 高圧ポート
24 低圧ポート
3 弁体
31 高圧シート部
32 低圧シート部
4 ノズル背圧室(制御室)
41 連通路
5 ノズルニードル
52 油溜まり室
54 噴孔
6 駆動力伝達機構
62 ピエゾピストン(ピストン部材)
63 油密室
64 バルブピストン(ピストン部材)
7 ピン部材
H Housing member I Injector
DESCRIPTION OF
41
63 Oiltight chamber 64 Valve piston (piston member)
7 Pin member
Claims (7)
上記弁体は、駆動方向の一方の端部に、上記高圧シール部に着座する高圧シート部を設け、他方の端部に、上記低圧シール部に着座する低圧シート部を設けるとともに、上記高圧シート部が形成される上記一方の端部には、上記高圧ポートの対向位置を凹陥させた座ぐり部を形成して、該座ぐり部の開口縁部が着座時の高圧シート位置となり、かつ、高圧シート径>高圧ポート径となる形状としたことを特徴とする制御弁。 The piston member is driven by the actuator drives the valve body disposed in the valve chamber in the axial direction, thereby selectively seated on one of the high-pressure seal portion and the low-pressure seal portion provided on the opposite face of the valve chamber Accordingly, a control valve which opens and closes the low-pressure port, for increasing or decreasing the control pressure in the control chamber which always communicates with said valve chamber communicating with the high pressure port and the low-pressure seal portion communicating with the high-pressure seal portion,
The valve body is provided with a high-pressure seat portion seated on the high-pressure seal portion at one end in the driving direction, and a low-pressure seat portion seated on the low-pressure seal portion at the other end, and the high-pressure seat A counterbore part in which the opposite position of the high-pressure port is recessed is formed at the one end where the part is formed, and the opening edge of the counterbore part becomes a high-pressure seat position at the time of sitting, and A control valve characterized by having a shape such that the high-pressure seat diameter> the high-pressure port diameter.
式(1):S1=L1×H1
式(2):S2=L2×(H1+D1)
式(3):S1<S2 The valve body has a circumferential length of the counterbore portion opening edge of L1, a depth of the counterbore portion of D1, a circumferential length of the high pressure port opening edge portion of L2, and the valve when the high pressure port is opened. The control valve according to claim 1, wherein the following formulas (1) to (3) are established when the lift amount of the body is H1.
Formula (1): S1 = L1 × H1
Formula (2): S2 = L2 × (H1 + D1)
Formula (3): S1 <S2
式(4):S1/S3<2 The control valve according to claim 2, wherein when the minimum cross-sectional area of the inflow passage to the control chamber excluding the high-pressure seat position is S3, the following expression (4) is established.
Formula (4): S1 / S3 <2
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