JP7268546B2 - injector - Google Patents
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Description
本開示は、インジェクタに関する。 The present disclosure relates to injectors.
例えば、特許文献1には、燃料噴射弁(インジェクタ)が開示されている。この燃料噴射弁は、ニードルと一体となってリフトする摺動部の上に第1空間、下に第2空間を設け、摺動部に第1空間と第2空間を連通する通路を設け、さらに、該通路に絞りを備えている。開弁時には、摺動部が上昇するが、絞りが第1空間と第2空間との間の燃料の移動を制限するため、第1空間の圧力が高くなり、第2空間の圧力が低くなる。この第1空間と第2空間の圧力差によりニードルや摺動部の移動に対して抗する力が生じ、摺動部の移動速度を抑制し、ニードルや摺動部がストッパに当たるときの衝撃・バウンスを低減している。
For example,
開弁の際に第1空間の圧力と第2空間の圧力に圧力差が生じるが、第1空間から通路を通って第2空間に燃料が流れ込むことで、第1空間の圧力と第2空間の圧力は、最終的には等しくなる。しかし、第1空間、第2空間の圧力が等しくなる前に閉弁する場合には、第1空間と第2空間の圧力差により、摺動部を下降させる力が生じるため、摺動部の下降速度が上昇し、ニードルが弁座に当たるときの衝撃・バウンスが却って増大してしまう場合があった。 When the valve is opened, a pressure difference occurs between the pressure in the first space and the pressure in the second space. are eventually equalized. However, if the valve is closed before the pressures in the first space and the second space become equal, the pressure difference between the first space and the second space will generate a force to lower the sliding portion. In some cases, the lowering speed increases, and the impact and bounce when the needle hits the valve seat rather increases.
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be implemented as the following forms.
本開示の一形態によれば、インジェクタ(20)が提供される。このインジェクタは、燃料を噴射する噴孔(32)と内部に前記噴孔に連通する流路(101~105)が形成された筒状のハウジング(30)と、前記噴孔を開閉する弁体(52)を有するニードル(50)と、前記ニードルを移動させる可動コア(42)と、前記可動コアを前記ニードルの開弁方向に移動させる磁界を発生させるコイル(44)と、前記可動コアの前記噴孔と反対側に設けられ、前記可動コアの移動範囲を規制する固定コア(41)と、前記可動コアが上流側に移動する時に圧縮され、下流側に移動する時に拡張される第1空間(91)と、前記可動コアが上流側に移動する時に拡張され、下流側に移動する時に圧縮される第2空間(92)と、前記可動コアに形成され、前記第1空間と前記第2空間とを連通するコア内流路であって、前記可動コアが運動しているときは、していないときよりも前記コア内流路の流路断面積を小さくする流路制限部材(82)を内部に有するコア内流路(81)と、を備える。この形態によれば、第1空間と第2空間とを連通するコア内流路の流路断面積は、可動コアが運動しているときは、していないときよりも小さくなるので、第1空間と第2空間の圧力差により、可動コアの移動速度を緩和するので、可動コアの移動に伴う部材の衝突に起因する衝撃を緩和できる。さらに、部材の衝突後は、コア内流路の流路断面積は、可動コアが運動する前の状態に戻って、第1空間と第2空間の圧力差が無くなる。そのため、閉弁するときに、第1空間、第2空間の圧力差により摺動部を下降させる力が生じることでニードルが弁座に当たるときの衝撃・バウンスが却って増大してしまう、という問題を起こりにくくできる。 According to one aspect of the present disclosure, an injector (20) is provided. This injector comprises a cylindrical housing (30) in which an injection hole (32) for injecting fuel and passages (101 to 105) communicating with the injection hole are formed, and a valve body for opening and closing the injection hole. a needle (50) having (52); a movable core (42) for moving the needle; a coil (44) for generating a magnetic field for moving the movable core in the valve opening direction of the needle; A fixed core (41) is provided on the opposite side of the injection hole and regulates the movement range of the movable core, and a first core (41) is compressed when the movable core moves upstream and expands when the movable core moves downstream. a space (91); a second space (92) that is expanded when the movable core moves upstream and is compressed when it moves downstream; 2 spaces, wherein when the movable core is in motion, the flow path restricting member (82 ) inside the core channel (81). According to this aspect, the flow path cross-sectional area of the core flow path that communicates the first space and the second space is smaller when the movable core is moving than when the movable core is not moving. Since the moving speed of the movable core is reduced by the pressure difference between the space and the second space, it is possible to reduce the impact caused by the collision of the members accompanying the movement of the movable core. Furthermore, after the member collides, the cross-sectional area of the intra-core flow path returns to the state before the movable core moves, and the pressure difference between the first space and the second space disappears. Therefore, when the valve is closed, the pressure difference between the first space and the second space generates a force to lower the sliding portion, which instead increases the impact and bounce when the needle hits the valve seat. It's unlikely to happen.
本開示は、インジェクタ以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料噴射装置や、燃料噴射方法等の形態で実現することができる。 The present disclosure can also be implemented in various forms other than injectors. For example, it can be implemented in the form of a fuel injection device, a fuel injection method, or the like.
・第1実施形態:
図1に示すように、第1実施形態のインジェクタ20は、ハウジング30と、固定コア41と、可動コア42と、コイル44と、ニードル50と、第1スプリング61と、第2スプリング62と、を備えている。インジェクタ20は、燃料を噴射するための装置である。本実施形態のインジェクタ20は、流体、特に燃料として気体の燃料ガス、例えばLNG、LPG、水素などを噴射するのに用いられる。
・First embodiment:
As shown in FIG. 1, the
ハウジング30は、燃料を噴射する噴孔32、および、噴孔32に連通する流路が形成された筒状部材である。本実施形態のハウジング30は、噴孔32側から順に、噴孔32が形成されたノズル部31と、磁性体部34と、非磁性体部35と、磁性体部36と、入口部37とによって構成されている。ノズル部31のハウジング30内側の面には、噴孔32の周りに弁座33が設けられている。ノズル部31と磁性体部34との間、磁性体部34と非磁性体部35との間、非磁性体部35と磁性体部36との間、磁性体部36と入口部37との間は、それぞれ、溶接部38において溶接されている。なお、図1では、図示の都合上、引き出し線のいくつかを省略している。
The
本実施形態では、ノズル部31は、非磁性材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼によって形成されている。磁性体部34、36は、磁性材料であるフェライト系ステンレス鋼によって形成されている。非磁性体部35は、非磁性材料であるオーステナイト系ステンレス鋼によって形成されている。
In this embodiment, the
入口部37には、インジェクタ20に燃料を供給するための供給管(図示省略)が接続される。供給管FSは、入口部37に設けられたバックアップリング72に接触するように接続される。供給管FSと入口部37との間は、バックアップリング72上に設けられたOリング73によってシールされる。入口部37内には、入口流路である第1流路101が形成されている。第1流路101の中には、フィルタ71が設けられている。フィルタ71は、供給管から供給される燃料に含まれる異物を捕集し、ハウジング30の内部に異物が流入することを抑制する。
A supply pipe (not shown) for supplying fuel to the
固定コア41は、ハウジング30の内部に固定された筒状の部材である。固定コア41は、後述する可動コア42の移動範囲を規制する。固定コア41内には、第1流路101に連通する第2流路102が形成されている。本実施形態では、固定コア41は、磁性材料であるフェライト系ステンレス鋼によって形成されている。
The fixed
可動コア42は、ハウジング30内の固定コア41よりも噴孔32側にハウジング30の軸AXに沿って往復移動可能に設けられた筒状の部材である。可動コア42は、磁性材料であるフェライト系ステンレス鋼によって形成されている磁性体可動コア42aと、非磁性材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼によって形成されている非磁性体可動コア42bとを有する。磁性体可動コア42aと非磁性体可動コア42bとは、一体に接合されている。磁性体可動コア42aは、軸AXと垂直な断面の外径が、固定コア41の外径より僅かに小さい略筒状の部材であり、軸AXに沿って移動したときに固定コア41と接触可能に構成されている。磁性体可動コア42aの固定コア41と接触する接触部を「第1当接部」421と呼ぶ。
The
非磁性体可動コア42bは、磁性体可動コア42aの内側に設けられた部材であり、筒状の筒部42btと、筒部42btから外縁側に突き出たフランジ部42bfとを備える。筒部42btは、固定コア41の内径よりも小さな外径を有しており、軸AXに沿って移動しても固定コア41と接触しない。筒部42btは、軸AXに沿った貫通孔43を有しており、貫通孔43には、後述するニードル50が挿入されている。フランジ部42bfの外径は、磁性体可動コア42aの外径と同じ大きさであり、フランジ部42bfは、磁性体可動コア42aの、固定コア41と反対側に接合されている。そのため、磁性体可動コア42aは、コイル44の磁力により移動する時に、フランジ部42bfを移動させるので、非磁性体可動コア42bも同時に移動する。本実施形態では、可動コア42は、磁性体可動コア42aとフランジ部42bfに、内部に衝撃緩和部80を有する。衝撃緩和部80の構成については、後述する。
The nonmagnetic
可動コア42の上流側に設けられた、固定コア41と可動コア42とハウジング30に囲われた空間を「第1空間」91と呼び、可動コア42の下流側に設けられた、可動コア42の筒部42btと可動コア42のフランジ部42bfとハウジング30に囲われた空間を「第2空間」92と呼ぶ。後述するように、第1空間91と第2空間92の圧力差が存在すると、どちらの空間の圧力が大きいかにより、可動コア42は、上昇方向、あるいは、下降方向の力を受ける。
A space surrounded by the
コイル44は、ハウジング30の外周に巻回されている。コイル44の外周は、磁性材料であるフェライト系ステンレス鋼によって形成されたヨーク45によって覆われている。コイル44は、通電されると、可動コア42を固定コア41側に向かって移動させる磁界φを発生する。可動コア42が固定コア41側に移動すると、後述するように、ニードル50を開弁方向に移動させる。コイル44に流れる電流は、例えば、バッテリ等の電力供給源(図示省略)から供給される。電力供給源から印加される電圧は、制御部(図示省略)によって制御される。
Coil 44 is wound around the outer circumference of
ニードル50は、軸部51と、弁体52と、第1ストッパ53と、第2ストッパ54と、を備えている。軸部51は、可動コア42の貫通孔43に、軸AXに沿って往復移動可能に設けられている。軸部51の中心軸は、軸AXと同じであり、固定コア41の中心軸および可動コア42の中心軸と同じである。
The
弁体52は、軸部51の噴孔32側の端部に形成されている。弁体52は、ノズル部31に設けられた弁座33と接触可能に構成されており、軸部51が軸AXに沿って往復移動することによって噴孔32を開閉する。弁体52は、非磁性材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼によって形成されている。
The
第1ストッパ53は、軸部51の弁体52と反対側の端部に設けられている。第1ストッパ53は、略円盤状部材であり、第1ストッパ53の外径は、可動コア42の貫通孔43の径よりも大きく、固定コア41の内径よりも少し小さい。そのため、第1ストッパ53は、固定コア41とは接触しないが可動コア42と接触可能である。第1ストッパ53の可動コア42との接触部を「第2当接部」531と呼ぶ。本実施形態では、軸部51と第1ストッパ53は、非磁性材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼によって形成されている。
The
第2ストッパ54は、可動コア42の軸AX方向の長さよりも少し長い長さだけ第1ストッパ53から弁体52方向に離れた位置において、軸部51から外側向けて突き出ている円盤形状の部材である。第2ストッパ54の外径は、貫通孔43の径よりも大きい。そのため、第2ストッパ54は、可動コア42の筒部42btと接触可能である。第2ストッパ54の可動コア42との接触面を「第3当接部」541と呼ぶ。可動コア42は、第1ストッパ53と第2ストッパ54との間に挟まれており、第2当接部531と第3当接部541との間の軸AXに沿った間隔は、可動コア42の軸AXに沿った長さよりも大きい。本実施形態では、第2ストッパ54は、非磁性材料であるオーステナイト系ステンレス鋼によって形成されており、軸部51に圧入されている。
The
軸部51の内部には、第2流路102に接続される第3流路103が形成されている。軸部51の外側と、ハウジング30のノズル部31の内側と、の間には、第4流路104が形成されている。第3流路103は、第2ストッパ54よりも下流側において、連通路105により第4流路104に連通している。噴孔32が開弁されたときには、燃料は、第1流路101から第2流路102、第3流路103、連通路105、第4流路104の順にハウジング30内を流れ、噴孔32から噴射される。
A
第1スプリング61は、第2流路102内に配置されている。第1スプリング61は、ニードル50の第1ストッパ53に対し、固定コア41側から噴孔32に向かう力を加える。この第1スプリング61により、ニードル50の弁体52は、弁座33に着座し、噴孔32が閉弁する。本実施形態では、第1スプリング61は、コイルばねである。第2流路102における第1スプリング61よりも上流側には、アジャスティングパイプ63が設けられている。アジャスティングパイプ63の噴孔32側における端部の位置を調節することによって、第1スプリング61が第1ストッパ53を噴口32側に押す力を調節することができる。
The
第2スプリング62は、第2空間92内に配置され、フランジ部42bfを固定コア41方向に押すことで、可動コア42を噴孔32側から固定コア41方向に押す。本実施形態の第2スプリング62は、コイルばねである。閉弁状態では、第1スプリング61が第1ストッパ53を介してニードル50の弁体52を弁座の接触させることで噴孔32を閉じさせ、第2スプリング62が可動コア42を第1ストッパ53に接触させている。
The
図2を用いて、衝撃緩和部80について説明する。衝撃緩和部80は、可動コア42の磁性体可動コア42a及びフランジ部42bfを中心とした領域に形成されている。衝撃緩和部80は、第1空間91と、第2空間92と、コア内流路81と、流路制限部材82と、2つの弾性体83、84とを備える。2つの弾性体83、84を区別する場合には、弾性体83を「第1弾性体」83と呼び、弾性体84を「第2弾性体」84と呼ぶ。コア内流路81は、可動コア42に形成されており、第1空間91と第2空間92とを連通している。コア内流路81は、流路制限部材82を収納する収納部813と、収納部813よりも第1空間91側の第1空間側流路部811と、収納部813よりも第2空間92側の第2空間側流路部812と、を備える。流路制限部材82は、弾性体83、84により収納部813内に支持されている。弾性体83、84は、各種バネやゴムで形成可能である。固定コア41は、可動コア42と接する面に溝41gを有する。溝41gは、可動コア42が固定コア41方向に移動して固定コア41と接触した状態でも、第2流路102とコア内流路81との間を連通する流路を形成する。溝は、可動コア42の固定コア41と接する面に形成されていても良い。
The
図2は可動コア42が静止し、加速度が掛かっていない状態を示している。流路制限部材82は、弾性体83、84から受ける力がバランスする位置、例えば、収納部813の略中央に位置し、収納部813の内壁と接触していない。この状態では、収納部813の中の流路制限部材82の第1空間側流路部811側の流路82aと、流路制限部材82の第2空間側流路部812側の流路82bとは、いずれも開いている。したがって、第1空間91と第2空間とは、第1空間側流路部811、流路82a、収納部813、流路82b、第2空間側流路部812を介して連通し、第1空間91から第2空間92へ、あるいは、第2空間92から第1空間91へ燃料が流れ、第1空間91と第2空間の圧力は、同じになる。
FIG. 2 shows a state in which the
可動コア42が加速度運動しても、流路制限部材82は、慣性により、その位置を維持する。その結果、収納部813における流路制限部材82の相対的な位置が変化し、流路82a、82bの流路断面積を変える。例えば、可動コア42が下方に加速度運動した場合、流路制限部材82が収納部813の第1空間側流路部811に近い位置に相対的に移動し、流路82aの流路断面積が小さくなり、流路82bの流路断面積が大きくなる。一方、可動コア42が上方に加速度運動した場合、流路制限部材82が収納部813の第2空間側流路部812に近い位置に相対的に移動し、流路82bの流路断面積が小さくなり、流路82aの流路断面積が大きくなる。第1空間91と第2空間との間で燃料が流れる速度は、流路断面積の狭い方で律速される。したがって、第1空間91と第2空間92との間に圧力差が生じた場合、流路82a、82bのいずれかの流路断面積が狭い場合には、燃料が流れ難いため、第1空間91と第2空間92との間の圧力差は、流路制限部材82が移動しない場合より長時間維持される。
Even if the
図3は、インジェクタ20が閉弁している状態を示し、図1の固定コア41の下流側から噴孔32までを拡大して示している。図3に示す状態では、コイル44(図1)に電力が通電されていない。そのため、ニードル50の第1ストッパ53は第1スプリング61に押され、ニードル50の弁体52は弁座33に着座し、噴孔32は閉弁している。可動コア42は、第2スプリング62によって第1ストッパ53方向に押され、第1ストッパ53と接触している。可動コア42は静止状態であり、可動コア42には加速度がかかっていない。流路制限部材82は、弾性体83、84から受ける力がバランスする位置である収納部813のほぼ中央に位置している。
FIG. 3 shows a state in which the
図4は、コイル44に通電を開始した状態を示す。可動コア42は、コイル44から受ける磁力Fmによって上方、すなわち固定コア41に近づくように移動する。このとき、可動コア42は第1ストッパ53を上方に移動させ、ニードル50も上方に移動させる。その結果、弁体52が弁座33から離間し、インジェクタ20が開弁する。燃料は、矢印で示すように、第2流路102から、第3流路103、連通路105、第4流路104の順にハウジング30内を流れ、噴孔32から噴射される。可動コア42が上方に移動するため、通電前に比べて、第2空間92の容積は大きくなり、第2空間92の圧力は低下する。その結果、第1空間91と第2空間92の圧力差が生じる。この圧力差は、可動コア42の上昇速度を減少させる方向に働く。
FIG. 4 shows a state in which energization of the coil 44 is started.
図5は、図4における衝撃緩和部80を拡大して示す説明図である。可動コア42が静止状態から上方に移動しても、流路制限部材82は、慣性により、そのままの状態を維持しようとする。その結果、流路制限部材82は、収納部813の中で、相対的に第2空間92の側に移動し、流路82bの流路断面積を小さくする。第1空間91と第2空間92との間の圧力差は、第1空間91から第2空間92に燃料が流れることで解消される。しかし、流路82bの流路断面積が小さくなっているため、第1空間91から第2空間92に燃料が流れにくくなっている。そのため、通電開始後の一定期間は、第1空間91と第2空間92の圧力差は、解消せず、可動コア42の上昇速度が低下させる。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the
図6は、可動コア42が固定コア41と衝突したときを示す説明図である。上述したように、衝撃緩和部80により、第1空間91と第2空間92の圧力差が生じ、可動コア42の上昇速度が低下させられているので、衝撃緩和部80を備えない場合に比べて、可動コア42が固定コア41に衝突したときの衝撃を小さくできる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing when the
また、可動コア42が固定コア41と衝突したときの衝撃は、可動コア42の質量によるものに限定され、比較的小さい。
Also, the impact when the
図7は、図6における衝撃緩和部80を拡大して示す説明図である。可動コア42に加速度がかからなくなると、流路制限部材82は、弾性体83、84から受ける力がバランスする位置である収納部813のほぼ中央に位置に戻る。そのため、流路82bの流路断面積は、閉弁時と同じ大きさに戻る。この場合、燃料が第2流路102から溝41g、コア内流路81を経て第2空間92に流入するので、第2空間92の圧力は、第1空間91の圧力とほぼ同じ圧力に速やかに戻る。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the
図8は、ニードル50が慣性によりさらに上方に移動し、ニードル50の第2ストッパ54が可動コア42に衝突したときを示す説明図である。ニードル50の第2ストッパ54が可動コア42に衝突したときの衝撃は、ニードル50の質量によるものに限定され、比較的小さい。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the
図9は、コイル44への通電を切って開弁状態から閉弁状態に切り替えた状態を示す。コイル44への通電が切られると、第1スプリング61の付勢力Fspが第1ストッパ53を介してニードル50を下方に移動させる。その結果、ニードル50の弁体52が弁座33に着座し、噴孔32が閉弁する。ニードル50の第1ストッパ53は、可動コア42を、下方に移動させるので、通電状態に比べて第2空間92の容積が減少し、第2空間92の圧力は増大する。その結果、第1空間91と第2空間92の圧力差が生じ、可動コア42の下降速度が低く抑えられる。可動コア42の下降速度が低下させられているので、ニードル50の弁体52が弁座33に着座する時の衝撃を小さくできる。
FIG. 9 shows a state in which the coil 44 is de-energized to switch from the valve open state to the valve closed state. When the coil 44 is de-energized, the biasing force Fsp of the
ニードル50の弁体52が弁座33に衝突した場合、ニードル50はこれ以上、下方に移動しない。しかし、可動コア42は、ニードル50の弁体52が弁座33により停止させられても、慣性により下方に移動する。そのため、ニードル50の弁体52が弁座33に衝突したときの弁座33が受ける衝撃は、ニードル50の質量によるものに限定され、比較的小さい。
When the
図10は、図9における衝撃緩和部80を拡大して示す説明図である。可動コア42が静止状態から下方に移動しても、流路制限部材82は、慣性により、そのままの状態を維持しようとする。その結果、流路制限部材82は、慣性により、収納部813の中で、相対的に第1空間91側に移動し、流路82aの流路断面積を小さくする。第1空間91と第2空間92との間の圧力差は、第2空間92から第1空間91に燃料が流れ出ることで解消される。しかし、流路82aの流路断面積が小さくなっているため、第2空間92から第1空間91に燃料が流れにくくなっている。そのため、通電オフ後の一定期間は、第1空間91と第2空間92の圧力差は、解消せず、可動コア42の下降速度が低く抑えられる。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the
図11は、可動コア42がニードル50の第2ストッパ54と衝突したときを示す説明図である。可動コア42がニードル50の第2ストッパ54に衝突したときの衝撃は、ニードル50を介して弁座33に伝わる。このときの衝撃は、可動コア42の質量によるものに限定され比較的小さい。
FIG. 11 is an explanatory view showing when the
図12は、図11における衝撃緩和部80を拡大して示す説明図である。流路制限部材82は、弾性体83、84から受ける力がバランスする位置である収納部813のほぼ中央に位置に戻る。そのため、流路82aの流路断面積は、図2や図7に示す状態と同じになっている。また、第2空間92の圧力は、第2空間92からコア内流路81、溝41gを経て第2流路102からに燃料ガスが流れ出すことで、第1空間91の圧力とほぼ同じ圧力に速やかに戻る。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the
以上説明したように、第1実施形態によれば、インジェクタ20は、可動コア42が上流側に移動する時に圧縮され、下流側に移動する時に拡張される第1空間91と、可動コア42が上流側に移動する時に拡張され、下流側に移動する時に圧縮される第2空間92と、可動コア42に形成され、第1空間91と第2空間92とを連通するコア内流路81であって、可動コア42が加速度運動しているときは、していないときよりも流路断面積が小さくなるコア内流路81を備えるので、コア内流路81の流路断面積を絞ることで、一定の期間、第1空間91と第2空間92の圧力差を生じさせ、可動コア42の移動速度を低減する。その結果、開弁時に、可動コア42が固定コア41に衝突するときの衝撃や、閉弁時にニードル50の弁体52が弁座33に衝突するときに衝撃を緩和できる。その結果、弁体52、弁座33、第1ストッパ53、第2ストッパ54、可動コア42、固定コア41の当接部分の摩耗を抑制できる。
As described above, according to the first embodiment, the
第1実施形態によれば、衝撃緩和部80は、コア内流路81の収納部813に配置された流路制限部材82と、流路制限部材82を支持する弾性体83、84とを有している。流路制限部材82の位置は、開弁直後に、収納部813内の相対的な位置を変え、第2空間92側に相対的に移動した後、元の位置に戻る。すなわち、流路82bの流路断面積は、一旦小さくなった後、元の流路断面積に戻る。流路82bの流路断面積を狭くするだけでは、開弁から閉弁までのタイミングが短い場合には、第2空間92の圧力が元の状態に戻る前に閉弁する場合が生じ、第1空間91と第2空間92の圧力差が残っているため、ニードル50の下降速度が上昇し、弁座33が受ける衝撃が却って大きくなる場合が有り得る。しかし、第1実施形態によれば、流路82bの流路断面積は、一旦小さくなった後、元の流路断面積に戻るので、開弁から閉弁までのタイミングが短くても、流路82bの流路断面積が元の流路断面積に戻ることで、第1空間91から第2空間92に燃料が流れ、第1空間91と第2空間92の圧力差がなくなっている。その結果、開弁から閉弁までのタイミングが短い場合でも、閉弁時には、第1空間91と第2空間92の圧力差によるニードル50の下降速度の上昇が発生せず、弁座33が受ける衝撃が却って大きくなることも発生しない。なお、閉弁から次の開弁までの時間が短い場合も、第1空間91と第2空間92の圧力差が解消しているので、可動コア42の上昇速度が上昇して可動コア42や固定コア41が受ける衝撃が却って大きくなることを発生し難くできる。
According to the first embodiment, the
第1実施形態によれば、ニードル50を可動コア42に対して相対的に移動できるように構成しているので、開弁時における可動コア42が固定コア41に衝突したときの衝撃を、可動コア42のみから受ける衝撃と、ニードル50のみから受ける衝撃と、に分散し、衝撃のピークを低減する。また、閉弁時におけるニードル50の弁体52が弁座33に衝突したときの衝撃を、ニードル50のみから受ける衝撃と、可動コア42のみから受ける衝撃と、に分散し、衝撃のピークを低減できる。
According to the first embodiment, since the
・変形例1:
第1実施形態では、流路制限部材82の初期位置を、収納部813のほぼ中央の位置としているが、図13に示す変形例1では、流路制限部材82の初期位置を、第1実施形態における位置よりも、第1空間91側にシフトした位置としている。こうしておけば、開弁時の可動コア42の第1加速度の絶対値が、閉弁時の可動コア42の第2加速度の絶対値よりも大きい場合に対応できる。開弁時の可動コア42の第1加速度の絶対値が、閉弁時の可動コア42の第2加速度の絶対値よりも大きい場合、閉弁時よりも開弁時の方が流路制限部材82にかかる慣性が大きくなるため、このような第1空間91側にシフトした位置に流路制限部材82を配置しておけば、流路制限部材82は、収納部813の内壁に当接し難くなる。その結果、流路制限部材82や収納部813の内壁の摩耗を低減できる。さらに、可動コア42は加速度運動するが、流路制限部材82は慣性により移動しないので、収納部813の流路断面積を絞り、可動コア42が固定コア41に衝突する時やニードル50の弁体52が弁座33に衝突するときの衝撃を低減する効果が得られる。なお、第1加速度は、コイル40から受ける磁力、2つのスプリング61、62の強さ及びインジェクタ20に供給される燃料の圧力により算出可能である。また、第2加速度は、2つのスプリング61、62の強さ及びインジェクタ20に供給される燃料の圧力により算出可能である。
・Modification 1:
In the first embodiment, the initial position of the flow
図13では、開弁時の可動コア42の第1加速度の絶対値が、閉弁時の可動コア42の第2加速度の絶対値よりも大きいとしたので、流路制限部材82を収納部813のほぼ中央から第1空間91側にシフトした位置に配置したが、逆に、閉弁時の可動コア42の第1加速度の絶対値が、開弁時の可動コア42の第1加速度の絶対値よりも大きい場合には、流路制限部材82を収納部813のほぼ中央から第2空間92側にシフトした位置に配置すればよい。
In FIG. 13, the absolute value of the first acceleration of the
なお、加速度の絶対値の大きい側に流路制限部材82を偏位させておく場合に限らず、第1加速度の絶対値と第2加速度の絶対値とが等しい場合でも、流路制限部材82を一方に偏って配置しても良く、加速度の絶対値の小さい側に流路制限部材82を偏位させてもよい。こうすれば、開弁時と閉弁時における燃料の移動の制限を異ならせることができる。例えば、閉弁時の燃料の移動の制限を緩やかなものとし、閉弁速度を開弁速度より速めるようにしてもよい。逆に、開弁速度を閉弁速度より速めるようにしてもよい。流路制限部材82の初期位置、つまり、弾性体83、84の長さや形状は、インジェクタ20が実現すべき特性に応じて決定すれば良い。
It should be noted that, not only when the flow
また、図13に示す例では、開弁時の可動コア42の第1加速度の絶対値が、閉弁時の可動コア42の第2加速度の絶対値よりも大きい場合に、流路制限部材82を収納部813のほぼ中央から第1空間91側にシフトした位置に配置しているが、流路制限部材82の配置位置を収納部813のほぼ中央として、流路制限部材82を支持する第1弾性体83、第2弾性体84のばね定数を変えても良い。具体的には、開弁時の可動コア42の第1加速度の絶対値が、閉弁時の可動コア42の第2加速度の絶対値よりも大きい場合には、第2弾性体84のばね定数を第1弾性体83のばね定数よりも大きくしてもよい。逆に、閉弁時の可動コア42の第2加速度が、開弁時の可動コア42の第1加速度の大きさよりも大きい場合には、第1弾性体83のばね定数を第2弾性体84のばね定数よりも大きくしてもよい。例えば、閉弁時の燃料の移動の制限を緩やかなものとし、閉弁速度を開弁速度より速めるようにしてもよい。逆に、開弁速度を閉弁速度より速めるようにしてもよい。流路制限部材82の初期位置、つまり、弾性体83、84のばね定数は、インジェクタ20が実現すべき特性に応じて決定すれば良い。
Further, in the example shown in FIG. 13, when the absolute value of the first acceleration of the
ばね定数についても、加速度の絶対値が大きい側の弾性体のばね定数を、加速度の絶対値が小さい側の弾性体のばね定数よりも大きくする場合に限られず、加速度が等しい場合でも、一方のばね例数を他方のばね定数より高くしたり、加速度の絶対値が小さい側の弾性体のばね定数を、加速度の絶対値が大きい側の弾性体のばね定数よりも大きくしたりしてもよい。同様に、開弁時と閉弁時における燃料の移動の制限を異ならせることができる。 The spring constant is not limited to the case where the spring constant of the elastic body on the side with the larger absolute value of acceleration is larger than the spring constant of the elastic body on the side with the smaller absolute value of acceleration. The number of springs may be set higher than the other spring constant, or the spring constant of the elastic body on the side with the smaller absolute value of acceleration may be set larger than the spring constant of the elastic body on the side with the larger absolute value of acceleration. . Similarly, the restrictions on fuel movement when the valve is open and when the valve is closed can be different.
・変形例2:
図14は、可動コア42が上方に加速度運動するときに、流路制限部材82が収納部813の内壁に接触しない場合を示す説明図である。流路制限部材82の質量と、可動コア42の加速度により決まる流路制限部材82の慣性力をFiとし、流路制限部材82が、収納部813の第2空間92側に着座するときの弾性体83、84の弾性力をFsとすると、Fi<Fsとなるように、弾性体83、84のばね定数、長さ、変位量を定めると、可動コア42が上方に加速度運動しても、流路制限部材82は、収納部813の内壁に接触しない。すなわち、流路82bが閉じることはなく、接触により収納部813や流路制限部材82が摩耗することはない。
・Modification 2:
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a case where the flow
図15は、可動コア42が上方に加速度運動するときに、流路制限部材82が収納部813の内壁に接触する場合を示す説明図である。この場合、Fi>Fsとなるように、弾性体83、84のばね定数、長さ、変位量を定めると、可動コア42が上方に加速度運動した場合、流路制限部材82は、収納部813の内壁に接触する。流路制限部材82の質量にはバラツキがあり、弾性体83、84に経時劣化が生じる場合がある。このように、流路制限部材82が収納部813の内壁に接触するように、流路制限部材82の質量、弾性体83、84のばね定数、長さ、変位量を定めておくと、弾性体83、84の経時劣化や、流路制限部材82の質量のバラツキが生じても、これらに対するロバスト性を向上することができる。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a case where the flow
図15に示す例では、流路制限部材82cの第2空間92側に、切り欠き82k2を備えている。そのため、流路制限部材82cが収納部813の第2空間92側の内壁に接触しても、第1空間91から第1空間側流路部811、収納部813、切り欠き82k2、第2空間側流路部812を経て第2空間92に燃料を流すことができる。その結果、流路制限部材82cを収納部813の略中央に戻すことができる。同様に、流路制限部材82cの第1空間91側に、切り欠き82k1を備えても良い。切り欠き82k1は、閉弁時に流路制限部材82cが収納部813の第1空間91側の内壁に接触した場合に、第2空間92から第1空間91の燃料を排出する経路を形成する。すなわち、燃料は、第2空間92から第2空間側流路部812、収納部813、切り欠き82k1、第1空間側流路部811を経て第1空間91に排出される。なお、流路制限部材82cは、切り欠き82k1、82k2の代わりに、溝を備えても良い。切り欠きや溝は、収納部813に形成されていても良い。
In the example shown in FIG. 15, a notch 82k2 is provided on the
流路制限部材82が収納部813の第2空間92側の内壁に接触した場合の第1空間91と第2空間92の圧力差により生じる力をFpとすると、Fi>Fs>Fpを満たすように、流路制限部材82の質量、弾性体83、84のばね定数、長さ、変位量を定めると、流路制限部材82cのように切り欠き82k1、82k2を設けなくても、流路制限部材82は、元の位置に戻ることができる。
Assuming that the force generated by the pressure difference between the
・第2実施形態:
図16は、第2実施形態における流路制限部材82dを示す説明図である。流路制限部材82dは、第1空間側流路部811側の第1受圧部82d1と、第2空間側流路部812側の第2受圧部82d2と、第1受圧部82d1と第2受圧部82d2との間のガイド部82d3とを備える。流路制限部材82dの相対的な移動方向と垂直な断面の断面積について、第1受圧部82d1と第2受圧部82d2における断面積は、ガイド部82d3における断面積よりも小さい。
・Second embodiment:
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the flow
第1実施形態で説明したように、慣性力Fiと、弾性体83、84の弾性力Fsと、第1空間91と第2空間92の圧力差により生じる力Fpとは、Fi>Fs>Fpを満たすようにすればよい。慣性力Fiを大きく、第1空間91と第2空間92の圧力差により生じる力Fpを小さくすれば、弾性体83、84の弾性力Fsの範囲を大きくできる。すなわち、弾性体83、84のばね定数、長さ、変位量の設計の自由度を大きくできる。
As described in the first embodiment, the inertial force Fi, the elastic force Fs of the
慣性力Fiを大きくするには、流路制限部材82dを重くすれば良い。具体的には、流路制限部材82の体積を大きくすればよい。また、流路制限部材82dを比重の大きな材料で形成すれば良い。例えば、流路制限部材82dを、タングステンで形成すれば、比較的安価なコストで流路制限部材82dを重くでき、慣性力Fiを大きくできる。タングステンよりも比重は少し小さいが、流路制限部材82dをタンタルで形成してもよい。また、タングステンより比重が大きい金属、例えば、金、白金、イリジウム、オスミウムを用いても良い。ここで、流路制限部材82dの外径を大きくすると、受圧面積が大きくなって第1空間91と第2空間92の圧力差により生じる力Fpも大きくなってしまう。そこで、本実施形態では、流路制限部材82dの相対的な移動方向と垂直な断面の断面積について、ガイド部82d3より第1空間91側の第1受圧部82d1における断面積とガイド部82d3より第2空間92側の第2受圧部82d2における断面積を、流路制限部材82dの中間のガイド部82d3における断面積よりも小さくすることで、Fpを小さくしている。これにより、慣性力Fiを大きくすることと、第1空間91と第2空間92の圧力差により生じる力Fpを小さくすること、とを両立させることができる。
In order to increase the inertial force Fi, the weight of the flow
・第3実施形態:
図17は、第3実施形態の衝撃緩和部80cを示す。第3実施形態の衝撃緩和部80cは、第1実施形態の衝撃緩和部80と比較すると、第1空間90側の第1弾性体83を備えておらず、固定コア41は、第1空間側流路部811に侵入可能な突起41cを備えている点が異なる。なお、流路制限部材82eは、閉弁時には、第2弾性体84に押されて収納部813の第1空間側流路部811側に接しており、流路82aは閉じている。
・Third embodiment:
FIG. 17 shows the
図18は、コイル44に電力を印加し、可動コア42をニードル50の開弁方向に移動させた状態を示す説明図である。この状態でも、流路制限部材82eは、弾性体84に押されて収納部813の第1空間側流路部811側に接しており、流路82aは閉じている。そのため、第2空間92の圧力は第1空間91の圧力よりも低くなるので、第1空間91と第2空間92との間に圧力差が生じ、可動コア42を下方に移動させる力が生じる。その結果、可動コア42の上昇速度が低く抑えられる。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a state in which electric power is applied to the coil 44 and the
図19は、可動コア42が固定コア41に接触したフルリフト状態を示す。この状態では、流路制限部材82eは、突起41cにより相対的に下方に移動しており、流路82aが開いている。そのため、燃料が第2流路102から溝41g、コア内流路81を経て第2空間92に流入するので、第2空間92の圧力は、第1空間91の圧力とほぼ同じ圧力に戻る。したがって、このように慣性を利用しない構成であっても、可動コア42に形成され、第1空間91と第2空間92とを連通するコア内流路81であって、可動コア42が運動しているときは、可動コア42が運動していないときよりも流路断面積が小さくなるコア内流路81を構成できる。第3実施形態によれば、可動コア42の運動は、加速度運動でなくてもよい。
FIG. 19 shows a full lift state in which the
・第3実施形態の変形例1:
第3実施形態は、フルリフト状態で流路82aを開き、第2空間92の圧力を、第1空間91の圧力とほぼ同じ圧力に戻す構成であるが、第2弾性体84を除き、第1弾性体83を備え、突起41cの代わりに、第2空間側流路部812に侵入可能な突起を備える構成であってもよい。この構成では、閉弁状態で流路82bを開き第2空間92の圧力を、第1空間91の圧力とほぼ同じ圧力に戻すことができる。
-
The third embodiment has a configuration in which the
・第3実施形態の変形例2:
図17に示す第3実施形態の構成を有するコア内流路81と、第3実施形態の変形例1の構成を有するコア内流路とを備えることで、フルリフト時に流路82aを開き、閉弁時に流路82bを開き、第2空間92の圧力を、第1空間91の圧力とほぼ同じ圧力に戻すようにしてもよい。
- Modification 2 of the third embodiment:
By providing the
上記各実施形態では、インジェクタ20は、気体の燃料を噴射するものとしたが、液体を噴射するインジェクタであってもよい。
In each of the above embodiments, the
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above, and can be implemented in various configurations without departing from the scope of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments may be appropriately replaced or combined in order to solve some or all of the above problems or achieve some or all of the above effects. is possible. Also, if the technical features are not described as essential in this specification, they can be deleted as appropriate.
20…インジェクタ、30…ハウジング、31…ノズル部、32…噴孔、33…弁座、41…固定コア、41c…突起、41g…溝、42…可動コア、42a…磁性体可動コア、42b…非磁性体可動コア、43…貫通孔、44…コイル、45…ヨーク、50…ニードル、51…軸部、52…弁体、53、54…ストッパ、61、62…第1スプリング、63…アジャスティングパイプ、71…フィルタ、72…バックアップリング、73…Oリング、80、80c…衝撃緩和部、81…コア内流路、82、82c、82d、82e…流路制限部材、82a…流路、82b…流路、83、84…弾性体、91…第1空間、92…第2空間、101、102、103、104…流路、105…連通路、421、531、541…当接部、811…第1空間側流路部、812…第2空間側流路部、813…収納部、82d1、82d2…受圧部、82d3…ガイド部、AX…軸
DESCRIPTION OF
Claims (10)
燃料を噴射する噴孔(32)と内部に前記噴孔に連通する流路(101~105)が形成された筒状のハウジング(30)と、
前記噴孔を開閉する弁体(52)を有するニードル(50)と、
前記ニードルを移動させる可動コア(42)と、
前記可動コアを前記ニードルの開弁方向に移動させる磁界を発生させるコイル(44)と、
前記可動コアの前記噴孔と反対側に設けられ、前記可動コアの移動範囲を規制する固定コア(41)と、
前記可動コアが上流側に移動する時に圧縮され、下流側に移動する時に拡張される第1空間(91)と、
前記可動コアが上流側に移動する時に拡張され、下流側に移動する時に圧縮される第2空間(92)と、
前記可動コアに形成され、前記第1空間と前記第2空間とを連通するコア内流路であって、前記可動コアが運動しているときは、していないときよりも前記コア内流路の流路断面積を小さくする流路制限部材(82)を内部に有するコア内流路(81)と、
を備える、
インジェクタ。 an injector (20),
a cylindrical housing (30) in which an injection hole (32) for injecting fuel and flow paths (101 to 105) communicating with the injection hole are formed;
a needle (50) having a valve body (52) for opening and closing the injection hole;
a movable core (42) for moving the needle;
a coil (44) for generating a magnetic field that moves the movable core in the valve opening direction of the needle;
a fixed core (41) provided on the opposite side of the movable core to the injection hole and regulating the movement range of the movable core;
a first space (91) that is compressed when the movable core moves upstream and expands when it moves downstream;
a second space (92) expanded when the movable core moves upstream and compressed when it moves downstream;
an intra-core channel formed in the movable core and communicating between the first space and the second space, wherein the intra-core channel is higher when the movable core is in motion than when the movable core is not in motion; an intra-core channel (81) having therein a channel restricting member (82) for reducing the channel cross-sectional area of
comprising a
injector.
前記流路制限部材は、前記可動コアが加速度運動しているときは、していないときよりも前記コア内流路の流路断面積を小さくする、インジェクタ。 The injector of claim 1, comprising:
The injector according to claim 1, wherein the flow path restricting member makes the cross-sectional area of the flow path in the core smaller when the movable core is accelerating than when the movable core is not moving.
前記流路制限部材は、前記コア内流路内において前記第1空間側と前記第2空間側の少なくとも一方に設けられた弾性体(83、84)により支持されており、前記可動コアが運動すると、前記コア内流路内の相対的な位置を変え、前記流路断面積を変える、
インジェクタ。 3. The injector according to claim 1 or 2,
The flow path restricting member is supported by elastic bodies (83, 84) provided on at least one of the first space side and the second space side within the core flow path, and the movable core moves. Then, changing the relative position in the intra-core channel to change the cross-sectional area of the channel,
injector.
前記弾性体は、バネまたはゴムである、インジェクタ。 4. The injector of claim 3, wherein
The injector, wherein the elastic body is a spring or rubber.
前記弾性体の弾性力は、前記可動コアが運動していない状態で前記流路制限部材が前記コア内流路の内壁と当接しない値とされている、インジェクタ。 5. The injector according to any one of claims 3 or 4,
The injector, wherein the elastic force of the elastic body is set to a value such that the flow path restricting member does not come into contact with the inner wall of the intra-core flow path when the movable core does not move.
前記可動コアが運動していない状態で、前記流路制限部材は、前記コア内流路における前記流路制限部材の収納部(813)の中間位置よりも、前記第1空間または前記第2空間のいずれか一方に偏った位置に配置されている、
インジェクタ。 The injector according to any one of claims 3 to 5,
In a state in which the movable core is not moving, the flow path restricting member is placed in the first space or the second space relative to the intermediate position of the storage portion (813) of the flow path restricting member in the intra-core flow path. It is placed in a position biased to one of the
injector.
前記弾性体として、前記流路制限部材の前記第1空間側に設けられた第1弾性体(83)と、前記第2空間側に設けられた第2弾性体(84)とを有し、
前記第1弾性体のばね定数と前記第2弾性体のばね定数と、は異なる値である、
インジェクタ。 The injector according to any one of claims 3 to 5,
As the elastic bodies, a first elastic body (83) provided on the first space side of the flow path restricting member and a second elastic body (84) provided on the second space side,
the spring constant of the first elastic body and the spring constant of the second elastic body are different values;
injector.
前記流路制限部材または前記コア内流路の内壁は、前記流路制限部材が前記コア内流路の内壁に接触しても、前記第1空間と前記第2空間との間の流体の移動を可能とする溝または切り欠き(82k1、82k2)を有する、
インジェクタ。 The injector according to any one of claims 3 to 6,
The flow path restricting member or the inner wall of the intra-core flow path prevents the fluid from moving between the first space and the second space even if the flow path restricting member contacts the inner wall of the intra-core flow path. having grooves or notches (82k1, 82k2) that allow
injector.
前記流路制限部材の相対的な移動方向と垂直な断面の断面積について、前記流路制限部材の中間のガイド部より前記第1空間側の第1受圧部における断面積と、前記ガイド部より前記第2空間側の第2受圧部における断面積は、前記ガイド部における断面積よりも小さい、
インジェクタ。 The injector according to any one of claims 3 to 8,
Regarding the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the relative movement direction of the flow path restricting member, A cross-sectional area of the second pressure receiving portion on the second space side is smaller than a cross-sectional area of the guide portion,
injector.
前記燃料は気体である、インジェクタ。 The injector according to any one of claims 1 to 9,
The injector, wherein the fuel is gaseous.
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