JP6919437B2 - Fuel injection device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device.
従来、ニードル弁の動作によって噴孔を開き、内燃機関の燃焼室に高圧燃料を噴射する燃料噴射装置が知られている。 Conventionally, there is known a fuel injection device that opens a injection hole by the operation of a needle valve and injects high-pressure fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine.
例えば特許文献1に開示された燃料噴射装置において、圧力室25を「圧力制御室」、電磁弁22及び電磁弁23を「二つの電磁弁」、絞り通路22b及び放出路26を「二つの燃料流出経路」と言い換える。二つの電磁弁の弁体、及び二つの燃料流出経路は、圧力制御室に同軸に設けられている。この燃料噴射装置は、二つの燃料流出経路の開閉状態を二つの電磁弁で操作して圧力制御室の燃料圧力を制御することで、ニードル弁の速度切り替えにより噴射率を可変にする。
For example, in the fuel injection device disclosed in Patent Document 1, the
特許文献1の燃料噴射装置において、燃料出口側にある電磁弁22を「第1電磁弁」とし、圧力制御室側にある電磁弁23を「第2電磁弁」とする。特許文献1の装置では、二つの燃料流出経路は同軸上に直列に配置されている。したがって、二つの電磁弁の弁体も直列に配置されるため、第1電磁弁のリフト量を大きく確保する必要がある。そのため、第1電磁弁の必要駆動力が増大し、応答時間の増加による燃料噴射パターンの制約や不安定化が生じるおそれがある。
また、第2電磁弁の弁体による燃料流出経路のシール径を大きく設定する必要があるため、要求駆動力が大きくなり、ソレノイドの体格が大型化するという問題がある。
In the fuel injection device of Patent Document 1, the solenoid valve 22 on the fuel outlet side is referred to as a "first solenoid valve", and the
Further, since it is necessary to set a large seal diameter of the fuel outflow path by the valve body of the second solenoid valve, there is a problem that the required driving force becomes large and the physique of the solenoid becomes large.
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、二つの燃料流出経路の開閉により圧力制御室の燃料圧力を制御する燃料噴射装置において、燃料流出経路のシールに必要となる電磁弁の駆動力を低減し、体格を小型化する燃料噴射装置を提供することにある。 The present invention was created in view of these points, and an object of the present invention is to seal a fuel outflow path in a fuel injection device that controls the fuel pressure in a pressure control chamber by opening and closing two fuel outflow paths. An object of the present invention is to provide a fuel injection device that reduces the required driving force of a solenoid valve and reduces the physique.
本発明は、圧力制御室(31)の燃料圧力によるニードル弁(21)の駆動制御によって噴射率を変更可能な燃料噴射装置である。この燃料噴射装置は、ハウジング(14)と、第1バルブ(60)と、第2バルブ(70)と、第1バルブ付勢部材(66)及び第2バルブ付勢部材(76)と、一つ以上のソレノイド(81、82)と、を備える。
ハウジングは、圧力制御室に連通する一つの中央燃料流出経路(41、47)、及び、中央燃料流出経路と同軸の円周上に配置され圧力制御室に連通する複数の側部燃料流出経路(421、422、481、482)が形成されている。
なお、ハウジングの参照符号として、実施形態における「オリフィスプレート」の符号を記す。各燃料流出経路の参照符号として、実施形態における「アウトオリフィス」及び「燃料流出経路」の符号を併記する。
The present invention is a fuel injection device capable of changing the injection rate by driving control of the needle valve (21) by the fuel pressure of the pressure control chamber (31). This fuel injection device includes a housing (14), a first valve (60), a second valve (70), a first valve urging member (66), and a second valve urging member (76). It comprises one or more solenoids (81, 82).
The housing has one central fuel outflow path (41, 47) communicating with the pressure control chamber and a plurality of side fuel outflow paths (41, 47) arranged on the circumference coaxial with the central fuel outflow path and communicating with the pressure control chamber. 421, 422, 481, 482) are formed.
In addition, as the reference code of the housing, the code of the “orifice plate” in the embodiment is described. As a reference code for each fuel outflow route, the reference numerals for the "out orifice" and the "fuel outflow route" in the embodiment are also described.
第1バルブは、中央燃料流出経路を開閉する。第2バルブは、第1バルブの軸部の径方向外側に位置する筒状に形成され、複数の側部燃料流出経路を開閉する。
第1バルブ付勢部材及び第2バルブ付勢部材は、典型的にはスプリングであり、第1バルブ及び第2バルブをそれぞれ閉弁方向に付勢する。
一つ以上のソレノイドは、通電により発生する電磁力により、「第1バルブのみの開弁状態」、「第2バルブのみの開弁状態」、並びに、「第1バルブ及び第2バルブの両方の開弁状態」のうち少なくとも2通りを切り替え可能である。
具体的には、二つのソレノイドにより第1バルブ又は第2バルブの一方を独立に駆動してもよい。或いは、一つの共通のソレノイドの電磁力を切り替えることで、一方のバルブのみの駆動と二つのバルブの駆動とを切り替えるようにしてもよい。
The first valve opens and closes the central fuel outflow path. The second valve is formed in a tubular shape located on the radial outer side of the shaft portion of the first valve, and opens and closes a plurality of side fuel outflow paths.
The first valve urging member and the second valve urging member are typically springs, urging the first valve and the second valve in the valve closing direction, respectively.
One or more solenoids are "opened only for the first valve", "opened only for the second valve", and "both the first valve and the second valve" due to the electromagnetic force generated by energization. At least two of the "valve open states" can be switched.
Specifically, one of the first valve and the second valve may be driven independently by two solenoids. Alternatively, by switching the electromagnetic force of one common solenoid, the drive of only one valve and the drive of two valves may be switched.
本発明では、二つのバルブにより中央燃料流出経路及び側部燃料流出経路の開閉状態を操作し、圧力制御室の燃料圧力を制御することで、安定した噴射率可変制御を実現することができる。
また、中央燃料流出経路及び側部燃料流出経路は、軸方向に重複するように並列に配置されているため、二つの燃料流出経路が直列に配置された特許文献1の構成に比べ、各バルブのリフト量を比較的さくすることができる。したがって、バルブの駆動力を小さくし、ソレノイドの体格を小型化可能である。
In the present invention, stable variable injection rate control can be realized by controlling the open / closed state of the central fuel outflow path and the side fuel outflow path with the two valves to control the fuel pressure in the pressure control chamber.
Further, since the central fuel outflow path and the side fuel outflow path are arranged in parallel so as to overlap in the axial direction, each valve is compared with the configuration of Patent Document 1 in which two fuel outflow paths are arranged in series. The lift amount can be relatively reduced. Therefore, the driving force of the valve can be reduced and the physique of the solenoid can be reduced.
さらに、側部燃料流出経路は複数形成されているため、必要流量確保に応じた必要最小シール面積を小さくすることができる。したがって、第2バルブ付勢部材の付勢力を小さくし、ソレノイドの体格を小型化可能である。
加えて、第1バルブ及び第2バルブについて少なくとも2通りのパターンの開弁動作が実行されるため、各パターンでの流量に応じて多様な噴射率が得られる。
Further, since a plurality of side fuel outflow paths are formed, the required minimum seal area can be reduced according to the required flow rate. Therefore, the urging force of the second valve urging member can be reduced, and the physique of the solenoid can be reduced.
In addition, since at least two patterns of valve opening operations are executed for the first valve and the second valve, various injection rates can be obtained according to the flow rate in each pattern.
好ましくは、複数の側部燃料流出経路は、開口面積が等しく、周方向に等間隔に配置されている。これにより、中心軸からオフセットした位置に作用する油圧力によるモーメントを相殺することができ、必要シール力を低減することができる。 Preferably, the plurality of side fuel outflow paths have the same opening area and are arranged at equal intervals in the circumferential direction. As a result, the moment due to the hydraulic pressure acting at the position offset from the central axis can be canceled, and the required sealing force can be reduced.
より好ましい構成では、第2バルブは、第2バルブ付勢部材により閉弁方向に付勢される本体筒部(72)と、本体筒部に押圧され側部燃料流出経路を閉塞可能なシールリング(77)とが別体で構成されている。本体筒部とシールリングとの接触面は、円錐面(758、788)同士、又は、一方が球面(759)で他方が円錐面(788)の組み合わせで形成されている。 In a more preferable configuration, the second valve has a main body cylinder portion (72) urged in the valve closing direction by the second valve urging member and a seal ring that is pressed by the main body cylinder portion and can block the side fuel outflow path. (77) is configured as a separate body. The contact surfaces between the main body cylinder and the seal ring are formed by conical surfaces (758, 788) or a combination of spherical surfaces (759) on one side and conical surfaces (788) on the other side.
特許文献1の従来技術では第2電磁弁は一体に形成されており、傾きが生じた場合に、テーパ状のシート面での燃料シールを確実にすることが困難である。シール性確保のため駆動力を大きく設定すると、ソレノイドの体格を大きくする必要がある。
それに対し、上記の好ましい構成によれば、本体筒部に傾きが生じた場合でも、円錐面又は球面を介してシールリングに付勢力を効率的に伝達することができる。したがって、必要シール力を低減し、ソレノイドの体格を小さくすることができる。
In the prior art of Patent Document 1, the second solenoid valve is integrally formed, and it is difficult to ensure the fuel seal on the tapered seat surface when tilting occurs. If the driving force is set large to ensure the sealing property, it is necessary to increase the physique of the solenoid.
On the other hand, according to the above-mentioned preferable configuration, the urging force can be efficiently transmitted to the seal ring via the conical surface or the spherical surface even when the main body cylinder portion is tilted. Therefore, the required sealing force can be reduced and the physique of the solenoid can be reduced.
以下、燃料噴射装置の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明する。本実施形態という場合、複数の実施形態を包括する。
本実施形態の燃料噴射装置は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の気筒に取り付けられ、コモンレールに蓄えられた高圧燃料を、先端に形成された噴孔から気筒に噴射する。
Hereinafter, embodiments of the fuel injection device will be described with reference to the drawings. In the description of the plurality of embodiments, substantially the same configuration will be described with the same reference numerals. The present embodiment includes a plurality of embodiments.
The fuel injection device of the present embodiment is attached to a cylinder of an internal combustion engine such as a diesel engine, and injects high-pressure fuel stored in a common rail into the cylinder from an injection hole formed at the tip.
(第1実施形態)
図1〜図3に燃料噴射装置100の全体構成を示す。なお、図1は、本明細書で言及する構成や機能を説明するため部分的に誇張又は省略した模式図である。例えば図1では、ハウジング10は便宜的に4つの部分に分けて記載されているが、必ずしも実際の製品の構成を反映するものではない。説明上、ハウジング10は、先端側から順に、ノズルハウジング12、制御室プレート13、オリフィスプレート14、ボディハウジング15を含むものとする。
(First Embodiment)
1 to 3 show the overall configuration of the
まず、燃料噴射装置100の構成の概要を簡単に説明する。
ノズルハウジング12には、ニードル弁21が収容されるノズル室26が形成される。
制御室プレート13には、圧力制御室31が形成される。圧力制御室31の燃料圧力の制御によってニードル弁21の駆動が制御される。
オリフィスプレート14には、圧力制御室31に連通する中央燃料流出経路47、側部燃料流出経路481、482等が形成される。
ボディハウジング15には、電磁弁部50が設けられる。電磁弁部50は、ECU80からの指令に基づくソレノイド81、82への通電によって第1バルブ60及び第2バルブ70を動作させることにより、オリフィスプレート14の中央燃料流出経路47及び側部燃料流出経路481、482を開閉する。
First, an outline of the configuration of the
The
A
The
The
ハウジング10には、ボディハウジング15からノズルハウジング12まで縦断しノズル室26に連通する燃料流路25が形成されている。燃料流路25には、コモンレール90から供給される高圧燃料が流入する。また、オリフィスプレート14には、燃料流路25から分岐した燃料流入経路49が形成される。圧力制御プレート35が開方向に移動したとき、高圧燃料は、燃料流路25から燃料流入経路49を経由して圧力制御室31に導入される。
The
続いて、各部の構成を詳しく説明する。
ノズルハウジング12は、有底筒状であり、ノズル室26の先端に噴孔27が形成されている。噴孔27は、例えば周方向に所定の間隔で複数形成されている。噴孔27の開口面積は燃料噴射率を決定する要因となる。ノズル室26の噴孔27の周囲は、ニードル弁21の先端部が着座可能な弁座を構成する。
Subsequently, the configuration of each part will be described in detail.
The
ニードル弁21は、ニードル軸Oを中心軸としてノズル室26に収容されており、ガイド22の内壁に沿って摺動可能である。ニードル弁21は、常時、ニードルスプリング23によって、噴孔27を閉じる方向に付勢されている。
ニードル弁21は、先端側にテーパ状の受圧面211を有し、基端側に背圧面212を有する。受圧面211は、ノズル室26に流入する高圧燃料により、ニードル弁21が噴孔27を開く方向に作用する圧力を受ける。背圧面212は、圧力制御室31から連通路32を経由して背圧室24に流入する燃料により、ニードル弁21が噴孔27を閉じる方向に作用する圧力を受ける。
The
The
圧力制御室31の圧力とニードルスプリング23の付勢力の圧力換算値との和がノズル室26の圧力よりも大きいとき、ニードル弁21は噴孔27を閉じる。
後述の電磁弁部50の動作によって圧力制御室31の圧力が低下し、圧力制御室31の圧力とニードルスプリング23の付勢力の圧力換算値との和がノズル室26の圧力を下回ると、ニードル弁21は背圧室24側に移動し噴孔27を開く。これにより、ノズル室26の燃料が噴孔27から噴射される。
When the sum of the pressure in the
When the pressure in the
このとき、圧力制御室31の圧力変化の程度によってニードル弁21の移動速度が変わり、その結果、燃料噴射率が制御される。すなわち、ニードル弁21が相対的に高速で開弁すれば噴射率は大きくなり、相対的に低速で開弁すれば噴射率は小さくなる。したがって、供給される高圧燃料の圧力が同一である前提において、圧力制御室31の圧力変化を2水準以上に変化させることにより、噴射率の可変制御が実現される。
At this time, the moving speed of the
制御室プレート13には、オリフィスプレート14側に開口する圧力制御室31、及び、圧力制御室31の底部と背圧室24とを連通する連通路32が形成されている。
圧力制御室31には、軸方向に貫通する制御流路36を有する圧力制御プレート35が収容されている。制御流路36は、圧力制御プレート35の中央付近で流路径が絞られており、通過する流量が制御される。ここで、圧力制御プレート35のオリフィスプレート14側の端面を上端面といい、圧力制御室31の底側の端面を下端面という。下端面には、制御プレートスプリング37の一端が当接する。また、圧力制御プレート35の上端面がオリフィスプレート14に近接する方向を閉方向といい、圧力制御プレート35の上端面がオリフィスプレート14から離れる方向を開方向という。
The
The
燃料流入経路49の燃料圧力が所定値以下のとき、圧力制御プレート35は、制御プレートスプリング37に付勢され、上端面がオリフィスプレート14に当接して燃料流入経路49を閉じる。このとき、制御流路36は、圧力制御室31とオリフィスプレート14の中央燃料流出経路47とを連通する。
燃料流入経路49の燃料圧力が圧力制御室31の圧力と制御プレートスプリング37の付勢力の圧力換算値との和を上回ると、圧力制御プレート35は、制御プレートスプリング37の付勢力に抗して圧力制御室31の底側へ移動する。そのため、上端面がオリフィスプレート14から離間して燃料流入経路49を開き、燃料流入経路49から圧力制御室31に高圧の燃料が導入される。、
When the fuel pressure in the
When the fuel pressure in the
オリフィスプレート14には、一つの燃料流入経路49、一つの中央燃料流出経路47、及び、複数の側部燃料流出経路481、482が形成されている。
一つの中央燃料流出経路47は、圧力制御プレート35の制御流路36に連通し、複数の側部燃料流出経路481、482は、圧力制御室31に連通する。ここで、側部燃料流出経路481、482は、オリフィスプレート14において図1の断面とは直交方向に形成されているため破線で記載される。
The
One central
燃料流入経路49の圧力制御室31側の端部は、径が絞られたインオリフィス490をなしている。
中央燃料流出経路47及び複数の側部燃料流出経路481、482の圧力制御室31とは反対側の端部は、それぞれ、径が絞られた中央アウトオリフィス41、及び、複数の側部アウトオリフィス421、422をなしている。
The end of the
The ends of the central
図3に示すように、第1実施形態では、二つの側部アウトオリフィス421、422が中央アウトオリフィス41を挟んで反対側に配置される。中央アウトオリフィス41及び側部アウトオリフィス421、422は、電磁弁部50側に開口し、電磁弁部50のバルブ60、70の動作によって開閉される。なお、図3において、断面視方向の手前にあるバルブ60、70の外形線は、仮想線として二点鎖線で記載される。
第1バルブ60が開弁したとき、中央アウトオリフィス41は、オリフィスプレート14の端面に凹設された低圧室流路45に連通する。同様に、第2バルブ70が開弁したとき、側部アウトオリフィス421、422は低圧室流路45に連通する。
As shown in FIG. 3, in the first embodiment, the two side out
When the
中央アウトオリフィス41又は側部アウトオリフィス421、422から流出した燃料は、低圧室流路45を経由してボディハウジング15の低圧室58に導入される。さらに低圧室58の燃料は、図示しない排出流路を経由して外部に排出される。
本実施形態では、一つの中央アウトオリフィス41から流出される燃料流量と、複数の側部アウトオリフィス421、422から流出される合計の燃料流量とが異なるように、各オリフィスの開口面積や長さが設定されている。
The fuel flowing out from the
In the present embodiment, the opening area and length of each orifice are different so that the fuel flow rate flowing out from one
以下、中央アウトオリフィス41及び第1バルブ60の中心を結ぶ仮想線を中心軸Vと記す。中心軸Vは、複数の側部アウトオリフィス421、422の配置を規定する基準としても用いられる。本実施形態では、中心軸Vはニードル軸Oとオフセットしている。
電磁弁部50は、中央アウトオリフィス41を開閉する第1バルブ60、複数の側部アウトオリフィス421、422を同時に開閉する第2バルブ70、並びに、バルブ60、70を駆動するスプリング66、76及びソレノイド81、82等を含む。
ここで、「第1バルブ60」及び「第2バルブ70」の用語は、スプリング66、76の付勢力、又は、ソレノイド81、82の電磁吸引力によって駆動される「弁体」を意味する。また、第1スプリング66は、「第1バルブ付勢部材」に相当し、第2スプリング76は、「第2バルブ付勢部材」に相当する。
Hereinafter, the virtual line connecting the center of the
The
Here, the terms "
本実施形態では、第1バルブ60、第1スプリング66及び第1ソレノイド81の組み合わせが第1の電磁弁を構成する。また、第2バルブ70、第2スプリング76及び第2ソレノイド82の組み合わせが第2の電磁弁を構成する。すなわち、本実施形態の電磁弁部50は、独立して駆動可能な二つの電磁弁によって構成されている。
第1バルブ60及び第2バルブ70は、いずれも、図1の下向きであるオリフィスプレート14に向かう方向の動作が閉弁動作となり、図1の上向きであるオリフィスプレート14から離れる方向の動作が開弁動作となる。
また、図1には、電磁弁部50が設けられるハウジング部が4つの部分に分けて図示されているが、ハウジング10の図示と同様に、この図示は説明上の便宜的なものである。ここでは、バルブ先端側から順に、第1プレート51、第2プレート52、第3プレート53、第4プレート54と記す。
In the present embodiment, the combination of the
In both the
Further, in FIG. 1, the housing portion provided with the
第1バルブ60は、磁性体で形成され、軸部61及びフランジ部63を有する。フランジ部63は、第3プレート53の凹部に収容され、第4プレート54側から第1スプリング66によって閉弁方向に付勢されている。軸部61は、第3プレート53から第1プレート51までを貫通する。なお、図5等に記される軸部61の先端の詳細構成について、ここでは図示を省略する。
第1ソレノイド81は、第1バルブ60のフランジ部63に対向するように第4プレート54に設けられる。
The
The
第2バルブ70は、磁性体で形成され、本体筒部72及びフランジ部73を有する。フランジ部63は、第1プレート51の凹部に収容され、第2プレート52側から第2スプリング76によって閉弁方向に付勢されている。本体筒部72は、第1プレート51に形成された孔に収容され、内壁を摺動する。本体筒部72に形成された摺動孔726に、第1バルブ60の軸部61が挿通される。すなわち、第2バルブ70の本体筒部72は、第1バルブ60の軸部61の径方向外側に位置する筒状に形成されている。本体筒部72の先端には別体のシールリング77が設けられる。シールリング77の詳細については後述する。
第2ソレノイド82は、第2バルブ70のフランジ部73に対向するように第2プレート52に設けられる。
The
The
なお、各バルブ60、70を開弁方向に効率良く駆動するため、ソレノイド81、82が発生する磁界は、フランジ部63、73の閉弁側のプレートに伝達されないことが好ましい。また、第1バルブ60及び第2バルブ70を独立して駆動するため、第1ソレノイド81の通電により発生する磁界と、第2ソレノイド82の通電により発生する磁界とは相互に伝達されないことが好ましい。したがって、電磁弁分野の周知の磁気遮断技術が適宜採用され、例えば第3プレート53及び第1プレート51は、全体又は一部が非磁性体で形成されてもよい。
In order to efficiently drive the
次に、図2(a)、図2(b)を参照し、電磁弁部50におけるソレノイド81、82への通電による第1バルブ60及び第2バルブ70の動作を説明する。
ECU80からの指令に基づく第1ソレノイド81及び第2ソレノイド82への通電により発生する電磁吸引力を、それぞれFe1、Fe2と記す。第1スプリング66及び第2スプリング76の付勢力を、それぞれFsp1、Fsp2と記す。
また、アウトオリフィス41、421、422から流出しバルブ60、70の先端面に作用する燃料の油圧力をFfと記す。なお、圧力制御プレート35の制御流路36を通過して中央アウトオリフィス41に流入する燃料の油圧力と、圧力制御室31から側部アウトオリフィス421、422に直接流入する燃料の油圧力とは厳密には同じではないが、ここではその区別を省略する。
Next, the operations of the
The electromagnetic attraction generated by energizing the
Further, the oil pressure of the fuel flowing out from the
図2(a)に示すように、第1ソレノイド81に通電されると、第4プレート54に磁界が生成され、第1バルブ60のフランジ部63は第4プレート54に吸引される。このとき、電磁吸引力Fe1と燃料油圧力Ffとの和が第1スプリング66の付勢力Fsp1を上回ると、第1バルブ60が開弁し、中央アウトオリフィス41から燃料が流出する。
図2(b)に示すように、第2ソレノイド82に通電されると、第2プレート52に磁界が生成され、第2バルブ70のフランジ部73は第2プレート52に吸引される。このとき、電磁吸引力Fe2と燃料油圧力Ffとの和が第2スプリング76の付勢力Fsp2を上回ると、第2バルブ70が開弁し、側部アウトオリフィス421、422から燃料が流出する。
As shown in FIG. 2A, when the
As shown in FIG. 2B, when the
上述の通り、本実施形態では、第1バルブ60の開弁により一つの中央アウトオリフィス41が開放されたときと、第2バルブ70の開弁により複数の側部アウトオリフィス421、422が開放されたときとで、燃料噴射率が異なるように設定されている。
以上の構成に基づく本実施形態の概念図を図4に示す。図4には、圧力制御室31への燃料の流出入を中心とする燃料の流れ、及び、ニードル弁21の作動の様子が示される。なお、図1の連通路32及び背圧室24は、図4では圧力制御室31に包含されるものと解釈する。また、図4では、複数の側部燃料流出経路481、482をまとめて側部燃料流出経路48と記し、複数の側部アウトオリフィス421、422をまとめて側部アウトオリフィス42と記す。
As described above, in the present embodiment, when one
FIG. 4 shows a conceptual diagram of the present embodiment based on the above configuration. FIG. 4 shows the flow of fuel centered on the inflow and outflow of fuel into the
高圧燃料は、コモンレール90側の油圧従動弁であるインバルブ91から燃料流路25に流入し、燃料流路25から分岐した燃料流入経路49のインオリフィス490を通って圧力制御室31に流入する。
圧力制御室31の燃料は、中央アウトオリフィス41を有する中央燃料流出経路47、及び、側部アウトオリフィス42を有する側部燃料流出経路48の2通りの経路を通って低圧室58に流出する。中央アウトオリフィス41は第1バルブ60により開閉され、側部アウトオリフィス42は第2バルブ70により開閉される。
The high-pressure fuel flows into the
The fuel in the
例えば第1バルブ60が開弁したとき、白抜きブロック矢印で示すように、ニードル弁21は低速で開弁方向にリフトする。一方、第2バルブ70が開弁したとき、斜線のブロック矢印で示すように、ニードル弁21は高速で開弁方向にリフトする。
このように、本実施形態では、第1バルブ60及び第2バルブ70の動作を切り替えることにより、ニードル弁21の背圧を調整し、リフト速度を切り替える。その結果、2水準以上の噴射率を切り替え可能である。
For example, when the
As described above, in the present embodiment, the back pressure of the
以上のように、本実施形態の燃料噴射装置100は、二つのバルブ60、70により中央燃料流出経路47及び側部燃料流出経路481、482の開閉状態を操作し、圧力制御室31の燃料圧力を制御することで、安定した噴射率可変制御を実現することができる。
また、中央燃料流出経路47及び側部燃料流出経路481、482は、軸方向に重複するように並列に配置されているため、二つの燃料流出経路が直列に配置された特許文献1の構成に比べ各バルブ60、70のリフト量を比較的小さくすることができる。したがって、バルブの駆動力を小さくし、ソレノイド81、82の体格を小型化可能である。
As described above, the
Further, since the central
さらに、側部アウトオリフィス421、422は複数形成されているため、必要流量確保に応じた必要最小シール面積を小さくすることができる。したがって、第2バルブ70の駆動力を小さくし、第2ソレノイド82の体格を小型化可能である。
加えて、第1バルブ60及び第2バルブ70について少なくとも2通りのパターンの開弁動作が実行されるため、各パターンでの流量に応じて多様な噴射率が得られる。
Further, since a plurality of side out
In addition, since at least two patterns of valve opening operations are executed for the
次に図5〜図8を参照し、第1実施形態による第1バルブ60及び第2バルブ70の先端部の詳細構成について説明する。図5は、電磁弁部50の非通電時を示す図1の拡大図に相当する。図6、図7は、それぞれ、第1ソレノイド81の通電時を示す図2(a)、及び、第2ソレノイド82の通電時を示す図2(b)の拡大図に相当する。
以下の説明において、図5〜図7に図示されない箇所は、適宜、図1、図2(a)、図2(b)が参照される。
図5には、第1バルブ60及び第2バルブ70がいずれも閉弁した状態が示される。
図6には、第1バルブ60が開弁し第2バルブ70が閉弁した状態が示される。
図7には、第2バルブ70が開弁し第1バルブ60が閉弁した状態が示される。
Next, with reference to FIGS. 5 to 8, the detailed configuration of the tip portions of the
In the following description, FIGS. 1, 2 (a), and 2 (b) are appropriately referred to for locations not shown in FIGS. 5 to 7.
FIG. 5 shows a state in which both the
FIG. 6 shows a state in which the
FIG. 7 shows a state in which the
第1バルブ60の軸部61は、第1スプリング66により常に閉弁方向に付勢され、第1ソレノイド81の通電時に電磁吸引力により開弁方向に駆動される。軸部61は、第2バルブ70の本体筒部72に形成された摺動孔726の内壁を摺動する。
第1バルブ60の軸部61の先端には、ボール収容穴68が凹設されている。ボール収容穴68には、球の一部が平坦面695でカットされたシールボール69が収容される。シールボール69は、平坦面695を中央アウトオリフィス41のシール面43に向けた姿勢で、軸部61に対し回動自在に収容されている。
The
A
図5、図7に示す第1バルブ60の閉弁状態では、シールボール69の平坦面695が中央アウトオリフィス41のシール面43に当接する。このとき、仮に軸部61が傾いても、シールボール69は、平坦面695がシール面43に平行に当接するように軸部61に対して微小角度回動することで、シール面43での燃料漏れが防止される。
図6に示す第1バルブ60の開弁状態では、シールボール69は軸部61と分離しているものの、中央アウトオリフィス41から流出される燃料の油圧力Ffによって軸部61に追従して上昇する。中央アウトオリフィス41からの燃料は、例えば図8に示す方向に形成された低圧室流路45に流出する。
In the closed state of the
In the valve open state of the
第2バルブ70は、本体筒部72とシールリング77とが別体で構成されている。本体筒部72は、第2スプリング76により常に閉弁方向に付勢され、第2ソレノイド82の通電時に電磁吸引力により開弁方向に駆動される。シールリング77は、本体筒部72の先端とオリフィスプレート14との間に配置される。本体筒部72の閉弁方向への移動時に、シールリング77の被押圧面788が本体筒部72の先端面758に押圧され、シールリング77は側部アウトオリフィス421、422を閉塞可能である。本体筒部72の先端面758及びシールリング77の被押圧面788は、「接触面」に相当する。
The
第1実施形態では、本体筒部72とシールリング77との接触面である先端面758及び被押圧面788は円錐面で形成されている。図5〜図7に示す例では、本体筒部72の先端面758は、径方向外側から内側に向かって先端側に傾斜する凸円錐面であり、シールリング77の被押圧面788は、径方向外側から内側に向かって高さが低くなる凹円錐面である。
なお、他の例では逆に、本体筒部72の先端面が凹円錐面であり、シールリング77の被押圧面が凸円錐面であってもよい。
In the first embodiment, the
In another example, conversely, the tip surface of the main
図5、図6に示す第2バルブ70の閉弁状態では、本体筒部72に押圧されたシールリング77の端面775が側部アウトオリフィス421、422のシール面441、442に当接する。このとき、仮に本体筒部72が傾いても、円錐面での接触による調芯効果により、シールリング77は、端面775がシール面441、442に平行に当接するように姿勢が調整され、シール面441、442での燃料漏れが防止される。つまり、本体筒部72に傾きが生じた場合でも、円錐面758、778を介して、第2スプリング76の付勢力をシールリング77に効率的に伝達することができる。したがって、必要シール力を低減し、第2ソレノイド82の体格を小さくすることができる。
図7に示す第2バルブ70の開弁状態では、シールリング77は本体筒部72と分離しているものの、側部アウトオリフィス421、422から流出される燃料の油圧力Ffによって本体筒部72に追従して上昇する。側部アウトオリフィス421、422からの燃料は、例えば図8に示す方向に形成された低圧室流路45に流出する。
In the closed state of the
In the valve open state of the
次に、図5〜図8を参照し、中央アウトオリフィス41及び二つの側部アウトオリフィス421、422の配置に関する詳細構成について説明する。
中央アウトオリフィス41は中心軸V上に配置されている。第1実施形態では、二つの側部アウトオリフィス421、422は、中央アウトオリフィス41と同軸の円周Cc上に、周方向に等間隔、すなわち180°間隔に配置されている。二つの側部アウトオリフィス421、422の開口面積は等しい。
Next, with reference to FIGS. 5 to 8, a detailed configuration regarding the arrangement of the
The
第2スプリング76による閉弁方向の付勢力は中心軸V上に作用するのに対し、側部アウトオリフィス421、422から流出する燃料による開弁方向の油圧力は、中心軸Vからオフセットした位置に作用するため、油圧力によるモーメントが発生する。そこで、開口面積の等しい二つの側部アウトオリフィス421、422を中心軸Vに対して対称位置に配置することにより、油圧力によるモーメントを相殺することができる。したがって、必要シール力を低減することができる。よって、第2スプリング76の荷重を小さくし、また、それに伴って第2ソレノイド82の体格を小さくすることができる。
The urging force in the valve closing direction by the
中央アウトオリフィス41の開口の周囲には、第1バルブ60のシールボール69の平坦面695が当接するシール面43が形成されている。また、側部アウトオリフィス421、422の開口の周囲には、第2バルブ70のシールリング77の端面775が当接するシール面441、442が形成されている。
二つの側部アウトオリフィス421、422の各シール面441、442は、同一平面Ss上に形成されている。また、二つの側部アウトオリフィス421、422の各シール面441、442と中央アウトオリフィス41のシール面43とも同一平面Ss上に形成されている。これにより、先端面がフラットな刃具を用いて、各シール面43、441、442を高精度に同時加工することができる。
Around the opening of the
The sealing surfaces 441 and 442 of the two side out
さらに図8の例では、側部アウトオリフィス421、422が配置される円周上において、側部アウトオリフィス421、422に対し90°の方向に、開口を有しない二つのサポート461、462が形成されている。サポート461、462の端面は、側部アウトオリフィス421、422のシール面441、442と同一平面Ss上に形成されている。シールリング77の端面775は、周方向の四箇所に形成されたシール面441、442及びサポート461、462の端面に均等に当接することで、シール面441、442との平行が確保される。
Further, in the example of FIG. 8, two
(第2実施形態)
第2実施形態について、第1実施形態の図5に対応する図9を参照する。
第2実施形態では、本体筒部72とシールリング77との接触面は、一方が球面で他方が円錐面の組み合わせで形成されている。すなわち、本体筒部72の先端面759は凸球面であり、シールリング77の被押圧面788は凹円錐面である。図中、先端面759の球半径を「SR」と記す。それ以外の構成は、第1実施形態の図5と同様である。
第2実施形態では第1実施形態と同様に、本体筒部72に傾きが生じた場合でも、球面と円錐面との組み合わせで構成される接触面759、788を介して、第2スプリング76の付勢力をシールリング77に効率的に伝達することができる。したがって、必要シール力を低減し、第2ソレノイド82の体格を小さくすることができる。
なお、他の例として、本体筒部72の先端面が凹円錐面であり、シールリング77の被押圧面が凸球面であってもよい。
(Second Embodiment)
For the second embodiment, reference is made to FIG. 9 corresponding to FIG. 5 of the first embodiment.
In the second embodiment, the contact surface between the main
In the second embodiment, as in the first embodiment, even when the main
As another example, the tip surface of the main
(第3実施形態)
第3実施形態について、第1実施形態の図8に対応する図10を参照する。
第3実施形態では、三つの側部アウトオリフィス421、423、424は、中央アウトオリフィス41と同軸の円周Cc上に、周方向に等間隔、すなわち120°間隔に配置されている。三つの側部アウトオリフィス421、423、424の開口面積は等しい。
(Third Embodiment)
For the third embodiment, reference is made to FIG. 10 corresponding to FIG. 8 of the first embodiment.
In the third embodiment, the three side out
また、軸方向断面図は省略するが、第1実施形態と同様に、中央アウトオリフィス41及び側部アウトオリフィス421、423、424の各シール面43、441、443、444は、同一平面上に形成されている。
第3実施形態では、第1実施形態よりも側部アウトオリフィス一つあたりの流量をさらに少なく、必要最小シール面積をさらに小さくすることができる。また、第1実施形態と同様に、油圧力のモーメント相殺により必要シール力を低減する作用効果が得られる。
Further, although the axial cross-sectional view is omitted, as in the first embodiment, the sealing surfaces 43, 441, 443, 444 of the
In the third embodiment, the flow rate per side out orifice can be further reduced and the required minimum sealing area can be further reduced as compared with the first embodiment. Further, as in the first embodiment, the effect of reducing the required sealing force can be obtained by canceling the moment of the hydraulic pressure.
第3実施形態の応用例では、側部アウトオリフィスが四つ以上形成されてもよい。
一般化すると、N個(Nは2以上の整数)の側部アウトオリフィスが形成される構成では、開口面積の等しいN個の側部アウトオリフィスが、周方向に(360/N)°間隔に配置されることが好ましい。また、中央アウトオリフィス及びN個の側部アウトオリフィスの各シール面が同一平面上に形成されることが好ましい。
理論的には、側部アウトオリフィスの数を増やすほど必要最小シール面積を小さくすることができる。その反面、加工工数が増え、各オリフィスの加工寸法のバラつきが生じる可能性があるため、総合的な考慮により最適数が設定されることが好ましい。
In the application example of the third embodiment, four or more side out orifices may be formed.
Generally speaking, in a configuration in which N side out orifices (N is an integer of 2 or more) are formed, N side out orifices having the same opening area are arranged at (360 / N) ° intervals in the circumferential direction. It is preferable to be arranged. Further, it is preferable that the sealing surfaces of the central out orifice and the N side out orifices are formed on the same plane.
Theoretically, the minimum required seal area can be reduced by increasing the number of side out orifices. On the other hand, since the processing man-hours increase and the processing dimensions of each orifice may vary, it is preferable to set the optimum number by comprehensive consideration.
(その他の実施形態)
(a)中央アウトオリフィス41のシール面43と複数の側部アウトオリフィス421等のシール面441等とは、必ずしも同一平面上ではなく、段差を有する異なる平面上に形成されてもよい。例えば先端面の径内側と径外側とが段付きの刃物で加工することで、段差のあるシール面を同時加工することができる。
また、複数の側部アウトオリフィス421等のシール面441等も、必ずしも同一平面上ではなく、段差を有する異なる平面上に形成されてもよい。
(b)例えば他の孔との干渉を避ける等の理由により、複数の側部アウトオリフィスのうち一部又は全部の周方向の間隔が不等間隔に配置されてもよい。それに伴い、流量のバランスを調整するために開口面積が不均一に設定されてもよい。
(Other embodiments)
(A) The sealing
Further, the sealing surfaces 441 and the like of the plurality of side out
(B) For reasons such as avoiding interference with other holes, some or all of the plurality of side out orifices may be arranged at unequal intervals in the circumferential direction. Along with this, the opening area may be set non-uniformly in order to adjust the balance of the flow rate.
(c)上記実施形態では、第1バルブ60のみの開弁状態と第2バルブ70のみの開弁状態とを切り替えることにより噴射率を切り替えている。この他、第1バルブ60のみの開弁状態と、第1バルブ60及び第2バルブ70の両方の開弁状態とを切り替えることにより噴射率を切り替えてもよい。或いは、第2バルブ70のみの開弁状態と、第1バルブ60及び第2バルブ70の両方の開弁状態とを切り替えることにより噴射率を切り替えてもよい。また、3通りの開弁状態を切り替えることで、3水準の噴射率を可変とするようにしてもよい。
また、独立した二つの電磁弁により開閉を切り替える構成に限らず、例えば、共通の一つのソレノイドが生成する磁力を通電方式の変更により変化させることで、二つのバルブ60、70の動作を切り替えるようにしてもよい。
(C) In the above embodiment, the injection rate is switched by switching between the valve open state of only the
In addition, the configuration is not limited to switching between opening and closing by two independent solenoid valves. For example, the operation of the two
(d)本実施形態では、中央アウトオリフィス41を開閉する第1バルブ60、及び、複数の側部アウトオリフィス421等を開閉する第2バルブ70の二つのバルブが設けられることが必須の構成要件となる。ただし、この二つのバルブ以外に、別の用途のバルブがさらに設けられてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
(D) In the present embodiment, it is essential that two valves, a
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various embodiments without departing from the spirit of the invention.
10(11、12、13、14)・・・ハウジング、
21・・・ニードル弁、
31・・・圧力制御室、
41・・・中央アウトオリフィス(中央燃料流出経路)、
421、422・・・側部アウトオリフィス(側部燃料流出経路)、
47・・・中央燃料流出経路、
481、482・・・側部燃料流出経路、
60・・・第1バルブ、 66・・・第1スプリング(第1バルブ付勢部材)、
70・・・第2バルブ、 76・・・第2スプリング(第2バルブ付勢部材)、
81、82・・・ソレノイド。
10 (11, 12, 13, 14) ... housing,
21 ... Needle valve,
31 ... Pressure control room,
41 ... Central out orifice (central fuel outflow path),
421, 422 ... Side out orifice (side fuel outflow path),
47 ... Central fuel outflow route,
481, 482 ... Side fuel outflow route,
60 ... 1st valve, 66 ... 1st spring (1st valve urging member),
70 ... 2nd valve, 76 ... 2nd spring (second valve urging member),
81, 82 ... Solenoid.
Claims (6)
前記圧力制御室に連通する一つの中央燃料流出経路(41、47)、及び、前記中央燃料流出経路と同軸の円周上に配置され前記圧力制御室に連通する複数の側部燃料流出経路(421、422、481、482)が形成されたハウジング(14)と、
前記中央燃料流出経路を開閉する第1バルブ(60)と、
前記第1バルブの軸部(61)の径方向外側に位置する筒状に形成され、前記複数の側部燃料流出経路を開閉する第2バルブ(70)と、
前記第1バルブ及び前記第2バルブをそれぞれ閉弁方向に付勢する第1バルブ付勢部材(66)及び第2バルブ付勢部材(76)と、
通電により発生する電磁力により、前記第1バルブのみの開弁状態、前記第2バルブのみの開弁状態、並びに、前記第1バルブ及び前記第2バルブの両方の開弁状態のうち少なくとも2通りを切り替え可能な一つ以上のソレノイド(81、82)と、
を備える燃料噴射装置。 A fuel injection device capable of changing the injection rate by driving control of the needle valve (21) by the fuel pressure of the pressure control chamber (31).
One central fuel outflow path (41, 47) communicating with the pressure control chamber, and a plurality of side fuel outflow paths (41, 47) arranged on a circumference coaxial with the central fuel outflow path and communicating with the pressure control chamber (a plurality of side fuel outflow paths). The housing (14) in which 421, 422, 481, 482) was formed, and
The first valve (60) that opens and closes the central fuel outflow path and
A second valve (70) formed in a tubular shape located on the radial outer side of the shaft portion (61) of the first valve and opens and closes the plurality of side fuel outflow paths.
A first valve urging member (66) and a second valve urging member (76) that urge the first valve and the second valve in the valve closing direction, respectively.
Due to the electromagnetic force generated by energization, there are at least two ways of opening the first valve only, opening the second valve only, and opening both the first valve and the second valve. With one or more solenoids (81, 82) that can be switched between
A fuel injection device equipped with.
前記本体筒部と前記シールリングとの接触面は、円錐面(758、788)同士、又は、一方が球面(759)で他方が円錐面(788)の組み合わせで形成されている請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 The second valve has a main body cylinder portion (72) urged by the second valve urging member in the valve closing direction and a seal ring (72) that is pressed by the main body cylinder portion and can block the side fuel outflow path. 77) is composed separately from
Claims 1 to 1 that the contact surface between the main body cylinder portion and the seal ring is formed by a combination of conical surfaces (758, 788) or a combination of spherical surfaces (759) on one side and conical surfaces (788) on the other side. 5. The fuel injection device according to any one of 5.
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