JP7416310B2 - How to design a fuel injector - Google Patents

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Description

本発明は、燃料噴射装置の設計方法に関する。 The present invention relates to a method for designing a fuel injection device.

従来、ニードルの動作により噴孔を開き、内燃機関の燃焼室に高圧燃料を噴射する燃料噴射装置において、ニードル上端面と制御プレートとの間に形成された制御室の圧力変動によってニードルが軸方向に変位する構成が知られている。 Conventionally, in a fuel injection device that opens a nozzle hole by operating a needle and injects high-pressure fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, the needle moves in the axial direction due to pressure fluctuations in the control chamber formed between the upper end surface of the needle and the control plate. A configuration in which the displacement occurs is known.

例えば特許文献１のＦｉｇ．１において、シリンダ（１１）の上部に制御プレート（２２）が設けられている。ニードル（３）は、直筒状に形成されたシリンダ（１１）の内壁に沿って摺動する。 For example, Fig. of Patent Document 1. 1, a control plate (22) is provided on the top of the cylinder (11). The needle (3) slides along the inner wall of a cylinder (11) formed in a straight cylindrical shape.

独国特許出願公開ＤＥ１０２０１２０１０６１４Ａ１号明細書German Patent Application DE102012010614A1

特許文献１のＦｉｇ．１の構成ではシリンダの内径が一定であるため、ニードルが上昇するにつれてシリンダ内壁との摺動長が増加する。すると、ニードルの位置に応じて摺動抵抗や摺動隙間からの燃料リーク量が変動し、噴射量が変動する。よって、特に大噴射量が要求される燃料噴射装置において噴***度が低下するという問題がある。 Fig. of Patent Document 1. In configuration 1, since the inner diameter of the cylinder is constant, as the needle rises, the sliding length with respect to the inner wall of the cylinder increases. Then, the sliding resistance and the amount of fuel leaked from the sliding gap change depending on the position of the needle, and the injection amount changes. Therefore, there is a problem in that the injection accuracy is lowered, especially in a fuel injection device that requires a large injection amount.

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、ニードルの変位過程におけるシリンダとの摺動抵抗を安定させ、噴***度を向上させる燃料噴射装置の設計方法を提供することにある。 The present invention was created in view of these points, and its purpose is to provide a design method for a fuel injection device that stabilizes the sliding resistance between the needle and the cylinder during the displacement process and improves injection accuracy. It's about doing.

本発明は、以下の構成の燃料噴射装置の設計方法である。燃料噴射装置は、ノズルボデー（２３）と、ニードル（５０）と、シリンダ（７０、７００、７０４）と、制御プレート（６０）と、流路プレート（２２）と、排出制御弁（４０）と、を備える。 The present invention is a method of designing a fuel injection device having the following configuration. The fuel injection device includes a nozzle body (23), a needle (50), a cylinder (70, 700, 704), a control plate (60), a flow path plate (22), an emission control valve (40), Equipped with

筒状のノズルボデーは、内部にノズル室（３８）を有し、ノズル室の下端部に燃料を噴射する噴孔（３９）が形成されている。ニードルは、下降時に噴孔を閉じ、上昇時に噴孔を開くようにノズル室の内部で軸方向に変位可能であり、上端部に摺動軸部（５２）が形成されている。シリンダは、ノズル室の上部に設けられ、ニードルの摺動軸部が摺動可能な所定の軸方向長さ（Ｌｃ）を有する摺動孔部（７８）が形成されている。 The cylindrical nozzle body has a nozzle chamber (38) therein, and a nozzle hole (39) for injecting fuel is formed at the lower end of the nozzle chamber. The needle is axially displaceable within the nozzle chamber so as to close the nozzle hole when descending and open the nozzle hole when ascending, and has a sliding shaft portion (52) formed at its upper end. The cylinder is provided in the upper part of the nozzle chamber, and has a sliding hole (78) having a predetermined axial length (Lc) in which the sliding shaft of the needle can slide.

制御プレートは、シリンダのプレート収容部（７１０）に軸方向に変位可能に収容されており、軸方向に貫通する連通孔（６４）を有し、ニードルの上端面（５１）との間に燃料が充填される制御室（３５）を形成する。流路プレートは、ノズルボデーの上側に設けられ、制御室に燃料を導入するイン流路（３２）、及び、制御室から低圧室（３４）へ余剰燃料を排出するアウト流路（３３）が形成されている。排出制御弁は、低圧室への燃料排出経路を開閉する。 The control plate is housed in the plate housing part (710) of the cylinder so as to be axially displaceable, has a communication hole (64) passing through it in the axial direction, and has a communication hole (64) that allows fuel to flow between the control plate and the upper end surface (51) of the needle. forms a control chamber (35) filled with The flow path plate is provided on the upper side of the nozzle body, and has an in flow path (32) that introduces fuel into the control chamber and an out flow path (33) that discharges excess fuel from the control chamber to the low pressure chamber (34). has been done. The discharge control valve opens and closes the fuel discharge path to the low pressure chamber.

排出制御弁の開弁時、制御プレートが流路プレートの下端面に設けられた開口壁（２２７）に当接してイン流路の流入開口（３２１）を閉じる。排出制御弁の閉弁時、制御プレートが開口壁から離間してイン流路の流入開口を開き、イン流路から制御室へ燃料を導入する。 When the discharge control valve is opened, the control plate comes into contact with the opening wall (227) provided on the lower end surface of the flow path plate to close the inflow opening (321) of the in flow path. When the exhaust control valve is closed, the control plate separates from the opening wall to open the inflow opening of the inflow path, and introduces fuel from the inflow path into the control chamber.

シリンダは、制御室逃がし部（７７）が摺動孔部の上端に隣接して形成されている。制御室逃がし部は、シリンダの中心軸（Ｏｃ）に対するニードルの中心軸（Ｏｎ）の傾き角度（θ）に依らず、ニードルのストローク上限においてニードルの上端面外周エッジ部（５４）が内壁に非接触となるように、摺動孔部の内径よりも大きな内径（Ｈ）を有する。ニードルは、制御室の圧力変動によって変位し、全変位過程において摺動軸部の一部が摺動孔部の軸方向長さの全範囲に対向する。 In the cylinder, a control chamber relief part (77) is formed adjacent to the upper end of the sliding hole part. The control chamber relief part is configured so that the outer peripheral edge part (54) of the upper end surface of the needle does not touch the inner wall at the upper limit of the stroke of the needle, regardless of the inclination angle (θ) of the central axis (On) of the needle with respect to the central axis (Oc) of the cylinder. It has an inner diameter (H) larger than the inner diameter of the sliding hole so as to make contact. The needle is displaced by pressure fluctuations in the control chamber, and a portion of the sliding shaft portion faces the entire axial length of the sliding hole portion during the entire displacement process.

本発明による燃料噴射装置の設計方法では、制御室逃がし部の内径をＨ、ニードルの摺動軸部の外径をＤ、摺動孔部の内径をｄ、摺動孔部の軸方向長さをＬｃ、ニードルの上端面外周エッジ部の周方向最下点が摺動孔部の上端の高さに一致する基準位置から、ニードルの中心軸に沿ったストローク上限までの距離である超過距離をＬｕとすると、下記の式
（Ｈ－ｄ）／２＞（ｄ－Ｄ）×（Ｌｕ／Ｌｃ）
を満たすように、制御室逃がし部の内径が設定される。 In the design method of a fuel injection device according to the present invention, the inner diameter of the control chamber relief part is H, the outer diameter of the sliding shaft of the needle is D, the inner diameter of the sliding hole is d, and the axial length of the sliding hole is Lc is the excess distance that is the distance from the reference position where the lowest point in the circumferential direction of the outer peripheral edge of the upper end surface of the needle matches the height of the upper end of the sliding hole to the upper limit of the stroke along the central axis of the needle. Assuming Lu, the following formula (H-d)/2>(d-D)×(Lu/Lc)
The inner diameter of the control room relief part is set so as to satisfy the following conditions.

本発明による燃料噴射装置の設計方法が適用された燃料噴射装置は、ニードルの全変位過程においてニードルの摺動軸部とシリンダの摺動孔部との摺動長が一定となる。したがって、摺動抵抗や燃料リーク量が安定し、噴射量が安定する。よって、特に大噴射量が要求される燃料噴射装置において噴***度を向上させることができる。また、片当たりによる摺動抵抗を低減させることができる。 In a fuel injection device to which the fuel injection device design method according to the present invention is applied, the sliding length between the sliding shaft portion of the needle and the sliding hole portion of the cylinder is constant during the entire displacement process of the needle. Therefore, the sliding resistance and the amount of fuel leakage are stabilized, and the injection amount is stabilized. Therefore, injection accuracy can be improved particularly in a fuel injection device that requires a large injection amount. Furthermore, sliding resistance due to uneven contact can be reduced.

燃料噴射装置が適用される燃料供給システムの全体構成図。1 is an overall configuration diagram of a fuel supply system to which a fuel injection device is applied. 第１実施形態による燃料噴射装置の全体断面図。FIG. 1 is an overall sectional view of a fuel injection device according to a first embodiment. 図２の流路プレート及びノズルボデー部の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the flow path plate and nozzle body portion of FIG. 2. 図３のシリンダ部拡大断面図。FIG. 4 is an enlarged sectional view of the cylinder portion in FIG. 3. 図４に対しニードルの中心軸がシリンダの中心軸に対して最大に傾いた状態を示す拡大断面図。FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a state in which the central axis of the needle is tilted to the maximum with respect to the central axis of the cylinder with respect to FIG. 4; （ａ）第１実施形態，（ｂ）比較例の燃料噴射装置のニードル閉弁時及びニードル開弁時における摺動長を示す断面図。(a) A sectional view showing the sliding length of the fuel injection device of the first embodiment and (b) the comparative example when the needle is closed and when the needle is opened. （ａ）第１実施形態，（ｂ）比較例の燃料噴射装置のニード開弁時における片当たり状態を示す断面図。(a) A sectional view showing an uneven contact state of the fuel injection device of the first embodiment and (b) a comparative example when the needle valve is opened. 逃がし深さと摺動抵抗（噴射量変動）との関係を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between relief depth and sliding resistance (injection amount fluctuation). 第２実施形態による燃料噴射装置のシリンダ部拡大断面図。FIG. 4 is an enlarged sectional view of a cylinder portion of a fuel injection device according to a second embodiment. 第２実施形態の変形例による燃料噴射装置のシリンダ部拡大断面図。FIG. 7 is an enlarged sectional view of a cylinder portion of a fuel injection device according to a modification of the second embodiment. 第３実施形態による燃料噴射装置のシリンダ部拡大断面図。FIG. 7 is an enlarged sectional view of a cylinder portion of a fuel injection device according to a third embodiment. 第４実施形態による燃料噴射装置のシリンダ部拡大断面図。FIG. 7 is an enlarged sectional view of a cylinder portion of a fuel injection device according to a fourth embodiment.

以下、本発明の燃料噴射装置の設計方法が適用された燃料噴射装置の複数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。以下の第１～第４実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の燃料噴射装置は、ディーゼルエンジン等の燃料供給システムにおいて、コモンレールに蓄えられた高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する。 Hereinafter, a plurality of embodiments of a fuel injection device to which the fuel injection device design method of the present invention is applied will be described based on the drawings. In the description of a plurality of embodiments, substantially the same configurations will be described with the same reference numerals. The following first to fourth embodiments are collectively referred to as "this embodiment". The fuel injection device of this embodiment injects high-pressure fuel stored in a common rail into a combustion chamber of an internal combustion engine in a fuel supply system of a diesel engine or the like.

［燃料供給システム］
最初に図１を参照し、燃料供給システム９０の全体構成を説明する。燃料供給システム９０は、燃料タンク９１、フィードポンプ９２、高圧燃料ポンプ９３、コモンレール９６、複数の燃料噴射装置１０等がそれぞれパイプで接続されて構成されている。フィードポンプ９２は、低圧燃料パイプ９１１を経由して燃料タンク１の燃料を高圧燃料ポンプ９３に圧送する。 [Fuel supply system]
First, with reference to FIG. 1, the overall configuration of the fuel supply system 90 will be described. The fuel supply system 90 includes a fuel tank 91, a feed pump 92, a high-pressure fuel pump 93, a common rail 96, a plurality of fuel injection devices 10, and the like, which are connected by pipes. Feed pump 92 pressure-feeds fuel in fuel tank 1 to high-pressure fuel pump 93 via low-pressure fuel pipe 911 .

高圧燃料ポンプ９３とコモンレール９６との間はレール前高圧燃料パイプ９５で接続されている。コモンレール９６と複数の燃料噴射装置１０との間は複数のレール後高圧燃料パイプ９７で接続されている。高圧燃料ポンプ９３は、燃料タンク９１から吸入した低圧燃料を加圧し、高圧燃料をコモンレール９６に供給する。燃料調量弁９４は、ＥＣＵ９９からの指示に従い、高圧燃料ポンプ９３に吸入される燃料を調量する。なお、ＥＣＵ９９が入出力する他の信号線の図示及び説明を省略する。 The high-pressure fuel pump 93 and the common rail 96 are connected by a high-pressure fuel pipe 95 in front of the rail. The common rail 96 and the plurality of fuel injection devices 10 are connected by a plurality of post-rail high pressure fuel pipes 97. The high-pressure fuel pump 93 pressurizes the low-pressure fuel taken in from the fuel tank 91 and supplies the high-pressure fuel to the common rail 96 . The fuel metering valve 94 meters the fuel sucked into the high-pressure fuel pump 93 according to instructions from the ECU 99. Note that illustrations and explanations of other signal lines that the ECU 99 inputs and outputs are omitted.

コモンレール９６に供給された高圧燃料は、複数（図１の例では４つ）の燃料噴射装置１０に分配される。高圧燃料ポンプ９３、コモンレール９６又は燃料噴射装置１０の余剰燃料は、それぞれリターン配管９８１、９８２、９８３を経由して燃料タンク９１に戻される。 The high-pressure fuel supplied to the common rail 96 is distributed to a plurality of (four in the example of FIG. 1) fuel injection devices 10. Excess fuel from the high-pressure fuel pump 93, common rail 96, or fuel injection device 10 is returned to the fuel tank 91 via return pipes 981, 982, and 983, respectively.

［燃料噴射装置］
（第１実施形態）
第１実施形態の燃料噴射装置１０について、図２～図８を参照して説明する。図２及び図３に燃料噴射装置１０の全体構成を示す。この燃料噴射装置１０においてシリンダ７０以外の構成は、特開２０１９－１９６９３号公報（対応ＵＳ公報：ＵＳ２０１９／１７４７８Ａ１）に開示された構成と基本的に同じである。以下、この公知文献を「参照文献」という。 [Fuel injection device]
(First embodiment)
The fuel injection device 10 of the first embodiment will be explained with reference to FIGS. 2 to 8. The overall configuration of the fuel injection device 10 is shown in FIGS. 2 and 3. The configuration of this fuel injection device 10 other than the cylinder 70 is basically the same as the configuration disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 2019-19693 (corresponding US publication: US2019/17478A1). Hereinafter, this known document will be referred to as a "reference document."

なお、参照文献の一部の用語を本明細書では別の用語に言い換える。例えば参照文献の「流路形成部材２２」及び「ノズルボデー部材２３」を本明細書では「流路プレート２２」及び「ノズルボデー２３」という。また、参照文献の「可動プレート６０」を本明細書では「制御プレート６０」という。 Note that some terms in the reference documents are replaced with different terms in this specification. For example, the "channel forming member 22" and "nozzle body member 23" in the reference document are referred to as "channel plate 22" and "nozzle body 23" in this specification. Furthermore, the "movable plate 60" in the reference document is referred to as the "control plate 60" in this specification.

図２、図３に示すように、燃料噴射装置１０は、弁ボデー２０、ニードル５０、排出制御弁４０、及び制御プレート６０等を備えている。弁ボデー２０は、インジェクタボデー２１、流路プレート２２、ノズルボデー２３、リテーニングナット２４及びシリンダ７０等の複数の金属部材が組み合わされて構成されている。ノズルボデー２３、リテーニングナット２４及びシリンダ７０は、同軸の筒状である。ノズルボデー２３は、内部にノズル室３８を有し、ノズル室３８の下端部に燃料を噴射する噴孔３９が形成されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel injection device 10 includes a valve body 20, a needle 50, an exhaust control valve 40, a control plate 60, and the like. The valve body 20 is constructed by combining a plurality of metal members such as an injector body 21, a passage plate 22, a nozzle body 23, a retaining nut 24, and a cylinder 70. The nozzle body 23, retaining nut 24, and cylinder 70 are coaxial and cylindrical. The nozzle body 23 has a nozzle chamber 38 therein, and a nozzle hole 39 for injecting fuel is formed at the lower end of the nozzle chamber 38 .

以下、図２、図３の上側を「上」、下側を「下」として説明する。また、図２、図３の上下方向を「軸方向」という。コモンレール９６から供給された高圧燃料は、インジェクタボデー２１の上端の燃料入口３１１から高圧燃料通路３１へ流入する。高圧燃料通路３１を流れる高圧燃料の一部は、ノズル室流路３１５を経由してノズルボデー２３のノズル室３８に流入し、ニードル５０の上昇時に噴孔３９から噴射される。高圧燃料の他の一部は、流路プレート２２に形成されたイン流路３２を経由して制御室３５に供給される。 Hereinafter, the upper side of FIGS. 2 and 3 will be referred to as "upper" and the lower side will be referred to as "lower". Further, the vertical direction in FIGS. 2 and 3 is referred to as the "axial direction." High-pressure fuel supplied from the common rail 96 flows into the high-pressure fuel passage 31 from the fuel inlet 311 at the upper end of the injector body 21 . A portion of the high-pressure fuel flowing through the high-pressure fuel passage 31 flows into the nozzle chamber 38 of the nozzle body 23 via the nozzle chamber flow path 315, and is injected from the nozzle hole 39 when the needle 50 rises. Another part of the high-pressure fuel is supplied to the control chamber 35 via an in-flow path 32 formed in the flow path plate 22 .

インジェクタボデー２１は、中心軸から偏心した位置で軸方向に延びる高圧燃料通路３１が形成されており、高圧燃料通路３１とは干渉しない位置に排出制御弁４０が設けられている。図２の排出制御弁４０は、駆動部４１及びアーマチャバルブ４２を含む電磁弁で構成されている。他の実施形態では、電磁弁に代えてピエゾ素子等により排出制御弁４０が構成されてもよい。 The injector body 21 has a high pressure fuel passage 31 extending in the axial direction at a position eccentric from the central axis, and an exhaust control valve 40 is provided at a position that does not interfere with the high pressure fuel passage 31. The discharge control valve 40 in FIG. 2 is composed of an electromagnetic valve including a drive section 41 and an armature valve 42. In other embodiments, the discharge control valve 40 may be configured with a piezo element or the like instead of the electromagnetic valve.

アーマチャバルブ４２の径方向外側には、リターン配管９８３に連通する低圧室３４が形成されている。低圧室３４には、制御室３５内の高圧燃料に比べて低圧の燃料が充填されている。駆動部４１は、ＥＣＵ９９から指令される駆動電流に基づいてアーマチャバルブ４２を変位させることにより、流路プレート２２の上端面２２６に形成されたアウト流路３３の弁側開口３３２、すなわち、制御室３５から低圧室３４への燃料排出経路を開閉する。排出制御弁４０の閉弁時、制御室３５から低圧室３４への燃料排出が遮断される。排出制御弁４０の開弁時、制御室３５から低圧室３４への余剰燃料の排出が可能となる。 A low pressure chamber 34 communicating with a return pipe 983 is formed on the radially outer side of the armature valve 42 . The low pressure chamber 34 is filled with fuel at a lower pressure than the high pressure fuel in the control chamber 35 . The drive unit 41 displaces the armature valve 42 based on a drive current commanded from the ECU 99, thereby opening the valve-side opening 332 of the out flow path 33 formed in the upper end surface 226 of the flow path plate 22, that is, the control chamber. The fuel discharge path from 35 to low pressure chamber 34 is opened and closed. When the discharge control valve 40 is closed, fuel discharge from the control chamber 35 to the low pressure chamber 34 is blocked. When the discharge control valve 40 is opened, excess fuel can be discharged from the control chamber 35 to the low pressure chamber 34.

流路プレート２２及びノズルボデー２３は、リテーニングナット２４がインジェクタボデー２１の雄ねじ部に螺合されることで、インジェクタボデー２１に固定されている。流路プレート２２は、インジェクタボデー２１とノズルボデー２３との間に挟まれた円板状であり、インジェクタボデー２１側とノズルボデー２３側とを接続するノズル室流路３１５、イン流路３２及びアウト流路３３が形成されている。 The flow path plate 22 and the nozzle body 23 are fixed to the injector body 21 by screwing a retaining nut 24 onto a male threaded portion of the injector body 21. The flow path plate 22 has a disc shape sandwiched between the injector body 21 and the nozzle body 23, and has a nozzle chamber flow path 315 connecting the injector body 21 side and the nozzle body 23 side, the in flow path 32, and the out flow path. A path 33 is formed.

以下の説明で、制御プレート６０及びシリンダ７０の細部に関する符号は、図４を参照する。流路プレート２２の下端面には、イン流路３２の流入開口３２１及びアウト流路３３の流出開口３３１が形成された開口壁２２７が設けられている。アウト流路３３の流出開口３３１は、制御プレート６０の連通孔６４と対向する中心軸上に位置する。イン流路３２の流入開口３２１は、制御プレート６０の連通孔６４の周囲の上端面６１と対向する位置に配置されており、制御プレート６０の上端面６１が開口壁２２７に当接したとき、流入開口３２１が閉じられる。 In the following description, reference will be made to FIG. 4 for reference numbers regarding details of the control plate 60 and cylinder 70. The lower end surface of the channel plate 22 is provided with an opening wall 227 in which an inflow opening 321 of the inflow channel 32 and an outflow opening 331 of the outflow channel 33 are formed. The outflow opening 331 of the out flow path 33 is located on the central axis facing the communication hole 64 of the control plate 60. The inflow opening 321 of the inflow path 32 is arranged at a position facing the upper end surface 61 around the communication hole 64 of the control plate 60, and when the upper end surface 61 of the control plate 60 comes into contact with the opening wall 227, Inflow opening 321 is closed.

ノズル室流路３１５は、シリンダ７０の外壁とノズル室３８の内壁との間の環状流路に向かって開口している。高圧燃料の一部は、高圧燃料通路３１からノズル室流路３１５を経由してノズル室３８に導入される。高圧燃料の他の一部は、流入開口３２１が開いたとき、高圧燃料通路３１からイン流路３２を経由して制御室３５に導入される。 The nozzle chamber flow path 315 opens toward an annular flow path between the outer wall of the cylinder 70 and the inner wall of the nozzle chamber 38 . A portion of the high-pressure fuel is introduced into the nozzle chamber 38 from the high-pressure fuel passage 31 via the nozzle chamber flow path 315. Another part of the high-pressure fuel is introduced into the control chamber 35 from the high-pressure fuel passage 31 via the in-flow passage 32 when the inflow opening 321 is opened.

アウト流路３３は、開口壁２２７に形成された流出開口３３１と、流路プレート２２の上端面２２６に形成された低圧室側開口３３２とを接続する。排出制御弁４０の開弁時、制御プレート６０の連通孔６４及びアウト流路３３を経由して、制御室３５から低圧室３４に余剰燃料が排出される。 The out flow path 33 connects an outflow opening 331 formed in the opening wall 227 and a low pressure chamber side opening 332 formed in the upper end surface 226 of the flow path plate 22 . When the discharge control valve 40 is opened, surplus fuel is discharged from the control chamber 35 to the low pressure chamber 34 via the communication hole 64 of the control plate 60 and the out flow path 33.

シリンダ７０は、ノズルボデー２３の内部に形成されたノズル室３８の上部に設けられている。シリンダ７０は、シリンダ７０の下端面７２とニードル５０の鍔部５７との間に支持されたニードルスプリング５８により流路プレート２２に向かって付勢されている。流路プレート２２の開口壁２２７に対向するシリンダ７０の上端面７１には、制御プレート６０を収容するプレート収容部７１０が形成されている。 The cylinder 70 is provided above the nozzle chamber 38 formed inside the nozzle body 23. The cylinder 70 is urged toward the channel plate 22 by a needle spring 58 supported between the lower end surface 72 of the cylinder 70 and the flange 57 of the needle 50. A plate accommodating portion 710 for accommodating the control plate 60 is formed on the upper end surface 71 of the cylinder 70 facing the opening wall 227 of the flow path plate 22 .

制御プレート６０は、金属材料で円板状に形成され、シリンダ７０のプレート収容部７１０に軸方向に変位可能に収容されている。詳しくは、制御プレート６０の径方向外壁６３は、プレート収容部７１０の内壁７１３に隙間嵌めで嵌合し、変位がガイドされている。制御プレート６０が上方に変位したとき、制御プレート６０の上端面６１は流路プレート２２の開口壁２２７に当接する。 The control plate 60 is formed of a metal material into a disk shape, and is accommodated in the plate accommodating portion 710 of the cylinder 70 so as to be displaceable in the axial direction. Specifically, the radial outer wall 63 of the control plate 60 is fitted into the inner wall 713 of the plate accommodating portion 710 with a clearance fit, and its displacement is guided. When the control plate 60 is displaced upward, the upper end surface 61 of the control plate 60 comes into contact with the opening wall 227 of the channel plate 22.

制御プレート６０は、ニードル５０の上端面５１との間に燃料が充填される制御室３５を形成する。詳しくは、制御プレート６０の下端面６２、ニードル５０の上端面５１、及びシリンダ７０の内壁に囲まれた空間により制御室３５が形成される。制御プレート６０は、径方向の中心に、軸方向に貫通する連通孔６４を有する。連通孔６４の途中には、流路径が絞られたオリフィスが形成されている。このオリフィスは、制御プレート６０の上端面６１側と下端面６２側との燃料圧力差を拡大させる。 The control plate 60 forms a control chamber 35 between which the control plate 60 and the upper end surface 51 of the needle 50 is filled with fuel. Specifically, the control chamber 35 is defined by a space surrounded by the lower end surface 62 of the control plate 60, the upper end surface 51 of the needle 50, and the inner wall of the cylinder 70. The control plate 60 has a communication hole 64 at its radial center that extends through it in the axial direction. An orifice with a narrowed flow path diameter is formed in the middle of the communication hole 64. This orifice increases the fuel pressure difference between the upper end surface 61 side and the lower end surface 62 side of the control plate 60.

制御室３５には、イン流路３２及び連通孔６４を通じて供給された燃料が充填されている。制御室３５の燃料圧力は、イン流路３２からの燃料の流入と、アウト流路３３への燃料の流出とにより変動し、その燃料圧力の変動によってニードル５０が変位する。 The control chamber 35 is filled with fuel supplied through the in flow path 32 and the communication hole 64. The fuel pressure in the control chamber 35 fluctuates due to the inflow of fuel from the inflow path 32 and the outflow of fuel to the outflow path 33, and the needle 50 is displaced by the fluctuation in fuel pressure.

第１実施形態のシリンダ７０は、参照文献に開示された構成と同様に、軸方向において制御室３５を背圧室３６と収容室３７とに分割する分割壁部７５を有している。背圧室３６は分割壁部７５の下側に位置し、ニードル５０の受圧面である上端面５１と内壁７７３とにより区画される。収容室３７は分割壁部７５の上側に位置し、制御プレート６０の下端面６２と内壁７３とにより区画される。分割壁部７５は、収容室３７の内壁７３から径内方向に突出するように形成されている。背圧室３６と収容室３７とは、分割壁部７５により内径が縮小された絞り孔７４を介して経由して連通する。 The cylinder 70 of the first embodiment has a dividing wall portion 75 that divides the control chamber 35 into a back pressure chamber 36 and a storage chamber 37 in the axial direction, similar to the configuration disclosed in the reference document. The back pressure chamber 36 is located below the dividing wall portion 75 and is partitioned by the upper end surface 51, which is the pressure receiving surface of the needle 50, and the inner wall 773. The storage chamber 37 is located above the dividing wall portion 75 and is partitioned by the lower end surface 62 of the control plate 60 and the inner wall 73. The dividing wall portion 75 is formed to protrude radially inward from the inner wall 73 of the storage chamber 37 . The back pressure chamber 36 and the accommodation chamber 37 communicate with each other via a throttle hole 74 whose inner diameter is reduced by the dividing wall portion 75 .

収容室３７には、制御プレート６０の下端面６２と分割壁部７５の支持面部７６との間にサポートスプリング６８が収容されている。つまり、サポートスプリング６８は、支持面部７６に支持され、制御プレート６０を流路プレート２２の開口壁２２７に当接させるように付勢している。 A support spring 68 is housed in the housing chamber 37 between the lower end surface 62 of the control plate 60 and the support surface portion 76 of the dividing wall portion 75 . That is, the support spring 68 is supported by the support surface portion 76 and urges the control plate 60 to come into contact with the opening wall 227 of the channel plate 22.

制御室３５における背圧室３６の下側には、ニードル５０の摺動軸部５２が摺動可能な所定の軸方向長さＬｃを有する摺動孔部７８が形成されている。摺動孔部７８の視点で言えば、摺動孔部７８の上端に隣接して制御室３５が形成されている。第１実施形態では、制御室３５における背圧室３６の部分が、「摺動孔部７８の内径よりも大きな内径を有する制御室逃がし部７７」となっている。また、摺動孔部７８の下端に隣接して、摺動孔部７８の内径からシリンダ７０の下端面７２に向かってテーパ状に拡径するノズル側逃がし部７９が形成されている。摺動孔部７８等の詳細な構成については後述する。 A sliding hole 78 having a predetermined axial length Lc in which the sliding shaft 52 of the needle 50 can slide is formed below the back pressure chamber 36 in the control chamber 35 . From the viewpoint of the sliding hole 78, the control chamber 35 is formed adjacent to the upper end of the sliding hole 78. In the first embodiment, a portion of the back pressure chamber 36 in the control chamber 35 is a "control chamber relief section 77 having an inner diameter larger than the inner diameter of the sliding hole section 78." Further, a nozzle-side relief portion 79 is formed adjacent to the lower end of the sliding hole portion 78, the diameter of which tapers from the inner diameter of the sliding hole portion 78 toward the lower end surface 72 of the cylinder 70. The detailed structure of the sliding hole portion 78 and the like will be described later.

ニードル５０は、金属材料により、全体として円柱形に形成され、噴孔３９側の先端は円錐形に形成されている。ニードル５０は、ノズル室３８に供給された高圧燃料から噴孔３９を開く開弁方向の力を受ける。また、ニードル５０は、ニードルスプリング５８の付勢力により、シリンダ７０に対して、噴孔３９を閉じる閉弁方向へ常に付勢されている。ニードル５０の上端部には、シリンダ７０の摺動孔部７８に沿って摺動する摺動軸部５２が形成されている。 The needle 50 is made of a metal material and has a cylindrical shape as a whole, and the tip on the nozzle hole 39 side is formed in a conical shape. The needle 50 receives a force in the valve-opening direction to open the nozzle hole 39 from the high-pressure fuel supplied to the nozzle chamber 38 . Furthermore, the needle 50 is always urged in the valve closing direction to close the nozzle hole 39 with respect to the cylinder 70 by the urging force of the needle spring 58. A sliding shaft portion 52 that slides along a sliding hole portion 78 of the cylinder 70 is formed at the upper end portion of the needle 50 .

ニードル５０は、制御室３５の燃料圧力の変動によってノズル室３８の内部で軸方向に変位可能であり、下降時に噴孔３９を閉じ、上昇時に噴孔３９を開く。特に本実施形態の燃料噴射装置１０は、ニードル５０を噴孔３９の絞り以上にリフトさせることにより大噴射量が要求される。したがって、ニードル５０のストローク下限からストローク上限までのリフト量が比較的大きいため、ニードル５０の変位過程における噴***度の維持が重要となる。 The needle 50 is axially displaceable inside the nozzle chamber 38 by variations in the fuel pressure in the control chamber 35, closing the nozzle hole 39 when descending and opening the nozzle hole 39 when rising. In particular, in the fuel injection device 10 of this embodiment, a large injection amount is required by lifting the needle 50 beyond the restriction of the nozzle hole 39. Therefore, since the lift amount from the lower stroke limit to the upper stroke limit of the needle 50 is relatively large, it is important to maintain injection accuracy during the displacement process of the needle 50.

ニードルの上部には、シリンダ７０の摺動孔部７８に摺動する摺動軸部５２が形成されている。摺動軸部５２は、外径が一定であり、且つ、摺動軸部５２の下側に隣接する部分よりも外径が大きい。摺動軸部５２の上端面５１は、制御室３５に充填された高圧燃料から閉弁方向の力を受ける。 A sliding shaft portion 52 that slides into a sliding hole portion 78 of the cylinder 70 is formed in the upper portion of the needle. The sliding shaft portion 52 has a constant outer diameter and is larger than the portion adjacent to the lower side of the sliding shaft portion 52 . The upper end surface 51 of the sliding shaft portion 52 receives a force in the valve closing direction from the high pressure fuel filled in the control chamber 35 .

以上の構成の燃料噴射装置１０の作用について説明する。ＥＣＵ９９からの指示により駆動部４１に駆動電流が供給されると、排出制御弁４０が開弁し、制御室３５から連通孔６４及びアウト流路３３を経由して低圧室３４へ余剰燃料が排出される。また、燃料排出時に連通孔６４のオリフィスにより増大された燃料の圧力差による力、及びサポートスプリング６８の付勢力により制御プレート６０が押し上げられ、流路プレート２２の開口壁２２７に当接してイン流路３２の流入開口３２１を閉じる。制御室３５からの燃料排出に伴う制御室３５の圧力低下により、ニードル５０はノズル室３８の高圧燃料に押し上げられて上昇し、噴孔３９を開いて燃料を噴射する。 The operation of the fuel injection device 10 having the above configuration will be explained. When drive current is supplied to the drive unit 41 according to an instruction from the ECU 99, the discharge control valve 40 opens, and excess fuel is discharged from the control chamber 35 to the low pressure chamber 34 via the communication hole 64 and the out flow path 33. be done. Furthermore, when the fuel is discharged, the control plate 60 is pushed up by the force due to the fuel pressure difference increased by the orifice of the communication hole 64 and the biasing force of the support spring 68, and comes into contact with the opening wall 227 of the flow path plate 22, causing the inflow. Close the inflow opening 321 of channel 32. As the pressure in the control chamber 35 decreases as fuel is discharged from the control chamber 35, the needle 50 is pushed up by the high pressure fuel in the nozzle chamber 38 and rises, opening the nozzle hole 39 and injecting fuel.

ＥＣＵ９９からの指示により駆動部４１への駆動電流の供給が停止されると、排出制御弁４０が閉弁して燃料排出が遮断され、制御プレート６０を開口壁２２７に押し付けていた燃料圧力が低下する。制御プレート６０は、イン流路３２からの燃料圧力により、サポートスプリング６８の付勢力に抗して開口壁２２７から離間して流入開口３２１を開放する。その結果、イン流路３２から制御室３５へ燃料が流入して制御室３５の圧力が増加し、ニードル５０が下降して噴孔３９を閉じる。なお、以下の図では便宜上、ニードル５０の閉弁時又は開弁時にかかわらず、制御プレート６０の上端面６１が流路プレート２２の開口壁２２７に当接した状態を図示する。 When the supply of drive current to the drive unit 41 is stopped in response to an instruction from the ECU 99, the discharge control valve 40 closes to cut off fuel discharge, and the fuel pressure that was pressing the control plate 60 against the opening wall 227 decreases. do. The control plate 60 is moved away from the opening wall 227 by the fuel pressure from the inflow path 32 against the biasing force of the support spring 68 to open the inflow opening 321 . As a result, fuel flows into the control chamber 35 from the inflow path 32, the pressure in the control chamber 35 increases, and the needle 50 descends to close the nozzle hole 39. For convenience, the following figures show a state in which the upper end surface 61 of the control plate 60 is in contact with the opening wall 227 of the flow path plate 22, regardless of whether the needle 50 is closed or opened.

次に図４、図５を参照し、シリンダ７０の詳細な構成について説明する。シリンダ７０は、所定の軸方向長さＬｃを有する摺動孔部７８が形成されている。摺動孔部７８の制御室３５側には、摺動孔部７８の上端に隣接して、摺動孔部７８の内径ｄよりも大きな内径Ｈを有する制御室逃がし部７７が摺動孔部７８と同軸に形成されている。摺動孔部７８の噴孔３９側には、摺動孔部７８の下端に隣接して、摺動孔部７８の内径ｄからテーパ状に拡径するノズル側逃がし部７９が形成されている。言い換えれば、制御室逃がし部７７とノズル側逃がし部７９との軸方向の間に設けられた、内径が一定の最小値ｄである範囲が摺動孔部７８をなしている。 Next, the detailed configuration of the cylinder 70 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The cylinder 70 is formed with a sliding hole 78 having a predetermined axial length Lc. On the control chamber 35 side of the sliding hole 78, adjacent to the upper end of the sliding hole 78, a control chamber relief portion 77 having an inner diameter H larger than the inner diameter d of the sliding hole 78 is provided. It is formed coaxially with 78. A nozzle-side relief part 79 is formed on the nozzle hole 39 side of the sliding hole part 78, adjacent to the lower end of the sliding hole part 78, and whose diameter increases in a tapered shape from the inner diameter d of the sliding hole part 78. . In other words, the area provided between the control chamber relief part 77 and the nozzle side relief part 79 in the axial direction and whose inner diameter is a constant minimum value d forms the sliding hole part 78 .

径方向における摺動孔部７８から制御室逃がし部７７の内壁７７３までの距離を「逃がし深さＥ」と定義すると、逃がし深さＥは式（１）で表される。なお、制御室逃がし部７７の内壁７７３の視点からは、摺動孔部７８を径内方向に突出する凸部とみなし、「逃がし深さ」を「凸部高さ」と考えることもできる。
Ｅ＝（Ｈ－ｄ）／２ ・・・（１） When the distance from the sliding hole portion 78 to the inner wall 773 of the control room relief portion 77 in the radial direction is defined as “relief depth E,” the relief depth E is expressed by equation (1). Note that from the viewpoint of the inner wall 773 of the control room relief portion 77, the sliding hole portion 78 can be regarded as a convex portion projecting in the radial direction, and the “relief depth” can also be considered as the “convex height”.
E=(H-d)/2...(1)

ニードル５０の摺動軸部５２の外径Ｄは、摺動孔部７８の内径ｄよりもわずかに小さく設定されている。また、摺動軸部５２の長さＬｎは、摺動孔部７８の長さＬｃとニードルストロークＳｔとの和以上に設定されている。すなわち、「Ｌｎ≧Ｌｃ＋Ｓｔ」の関係が成り立つ。実線で示されるニードル５０の位置は、上端面外周エッジ部５４の周方向最下点が摺動孔部７８の上端の高さに一致する基準位置を示す。この基準位置は、ストローク下限の理論上の最低位置である。実際のストローク下限は、基準位置以上の高さとなるように設定される。なお、ニードル５０の上端面外周に面取りや角丸めが形成されている場合、外径Ｄの領域の起点となる面取り又は角丸めの終端部を「上端面外周エッジ部５４」とみなす。 The outer diameter D of the sliding shaft portion 52 of the needle 50 is set to be slightly smaller than the inner diameter d of the sliding hole portion 78. Further, the length Ln of the sliding shaft portion 52 is set to be greater than or equal to the sum of the length Lc of the sliding hole portion 78 and the needle stroke St. That is, the relationship "Ln≧Lc+St" holds true. The position of the needle 50 indicated by a solid line indicates a reference position where the lowest point in the circumferential direction of the upper end surface outer peripheral edge portion 54 coincides with the height of the upper end of the sliding hole portion 78. This reference position is the theoretical lowest position of the lower limit of the stroke. The actual lower limit of the stroke is set to be higher than the reference position. In addition, when a chamfer or a rounded corner is formed on the outer periphery of the upper end surface of the needle 50, the end of the chamfer or rounded corner that is the starting point of the area of the outer diameter D is regarded as the "upper end surface outer peripheral edge portion 54".

破線は、ニードル５０のストローク上限を示す。ニードル５０の中心軸Ｏｎに沿った基準位置からストローク上限までの距離を超過距離Ｌｕと表す。超過距離Ｌｕは、ニードル５０の摺動軸部５２が摺動孔部７８の上端を超えて上昇する距離を意味する。ストローク下限が基準位置に設定された場合の最大ストロークが超過距離Ｌｕに等しくなる。また、「Ｌｎ≧Ｌｃ＋Ｓｔ」の関係により、摺動軸部５２の下端は、ストローク上限においても摺動孔部７８の下端を上方に超えることはない。よって、全変位過程において摺動軸部５２の一部が摺動孔部７８の軸方向長さＬｃの全範囲に対向する。 The dashed line indicates the upper stroke limit of the needle 50. The distance from the reference position to the upper stroke limit along the central axis On of the needle 50 is expressed as an excess distance Lu. The excess distance Lu means the distance by which the sliding shaft portion 52 of the needle 50 rises beyond the upper end of the sliding hole portion 78. The maximum stroke when the stroke lower limit is set to the reference position is equal to the excess distance Lu. Further, due to the relationship “Ln≧Lc+St”, the lower end of the sliding shaft portion 52 does not exceed the lower end of the sliding hole portion 78 upward even at the upper limit of the stroke. Therefore, a part of the sliding shaft portion 52 faces the entire range of the axial length Lc of the sliding hole portion 78 during the entire displacement process.

図４には、ニードル５０の中心軸Ｏｎとシリンダ７０の中心軸Ｏｃとが一致している、すなわち同軸の状態を示し、図５には、ニードル５０の中心軸Ｏｎがシリンダ７０の中心軸Ｏｃに対して相対的に、最大に傾いた状態を示す。詳しくは、ニードル５０が上昇して噴射する際に発生するモーメントにより、シリンダ７０が径方向に動き、ニードル５０の中心軸Ｏｃに対して傾くと考えられる。このときの相対的な傾き角度をθと表す。実際の傾き角度θは微小角度であるが、図５では傾きを誇張して示す。 FIG. 4 shows a state in which the central axis On of the needle 50 and the central axis Oc of the cylinder 70 match, that is, are coaxial, and FIG. Indicates the maximum tilted state relative to the Specifically, it is considered that the cylinder 70 moves in the radial direction due to the moment generated when the needle 50 rises and injects, and is tilted with respect to the central axis Oc of the needle 50. The relative tilt angle at this time is expressed as θ. Although the actual tilt angle θ is a minute angle, FIG. 5 shows the tilt in an exaggerated manner.

図４の状態では、ニードル５０の全変位過程において、摺動孔部７８と摺動軸部５２との間に、全周均等の（ｄ－Ｄ）／２のクリアランスが存在する。また、ニードル５０の全変位過程において、ニードル５０の上端面外周エッジ部５４と制御室逃がし部７７の内壁７７３との径方向距離は一定に維持される。 In the state shown in FIG. 4, a clearance of (d-D)/2 exists between the sliding hole portion 78 and the sliding shaft portion 52 throughout the entire displacement process of the needle 50. Further, during the entire displacement process of the needle 50, the radial distance between the outer peripheral edge portion 54 of the upper end surface of the needle 50 and the inner wall 773 of the control chamber relief portion 77 is maintained constant.

一方、図５の状態では、周方向の一方の側（図５の右側）で摺動軸部５２の上部が摺動孔部７８の上端に片当たりし、その周方向の反対側（図５の左側）で摺動軸部５２の下部が摺動孔部７８の下端に片当たりしている。また、ニードル５０の上昇に伴って、上端面外周エッジ部５４は制御室逃がし部７７の内壁７７３に接近し、ストローク上限で、制御室逃がし部７７の内壁７７３との距離が最短となる。本実施形態では、制御室逃がし部７７の内径Ｈは、ニードル５０のストローク上限において上端面外周エッジ部５４が内壁７７３に非接触となるように設定される。 On the other hand, in the state shown in FIG. 5, the upper part of the sliding shaft part 52 partially contacts the upper end of the sliding hole part 78 on one side in the circumferential direction (the right side in FIG. 5), and on the opposite side in the circumferential direction (the right side in FIG. (on the left side), the lower part of the sliding shaft portion 52 is in partial contact with the lower end of the sliding hole portion 78. Further, as the needle 50 rises, the upper end surface outer peripheral edge portion 54 approaches the inner wall 773 of the control chamber relief portion 77, and at the stroke upper limit, the distance from the inner wall 773 of the control chamber relief portion 77 becomes the shortest. In this embodiment, the inner diameter H of the control chamber relief portion 77 is set such that the upper end surface outer peripheral edge portion 54 does not come into contact with the inner wall 773 at the upper limit of the stroke of the needle 50.

上端が片当たりした側（図５の右側）における摺動孔部７８の下端におけるクリアランスＸｃは、「Ｘｃ＝ｄ－（Ｄ／ｃｏｓθ）＜ｄ－Ｄ」と表される。ただし、傾き角度θは微小角度であるため「ｃｏｓθ≒１」であり、「Ｘｃ≒ｄ－Ｄ」とみなすことができる。そして、基準位置からストローク上限までに上端面外周エッジ部５４が径外方向に移動する距離を径方向進出距離Ｘｕとすると、下記の比の関係が成立する。
Ｌｃ：Ｘｃ＝Ｌｕｃｏｓθ：Ｘｕ The clearance Xc at the lower end of the sliding hole portion 78 on the side where the upper end makes partial contact (the right side in FIG. 5) is expressed as “Xc=d−(D/cosθ)<d−D”. However, since the inclination angle θ is a minute angle, “cos θ≈1” and can be regarded as “Xc≈d−D”. If the distance that the upper end surface outer circumferential edge portion 54 moves in the radial outward direction from the reference position to the stroke upper limit is defined as the radial advancement distance Xu, the following ratio relationship holds true.
Lc:Xc=Lucosθ:Xu

ニードル５０のストローク上限において上端面外周エッジ部５４が内壁７７３に非接触となるためには、逃がし深さＥが径方向進出距離Ｘｕより大きいことが必要である。したがって、式（２）の条件が導かれる。
Ｅ＞（ｄ－Ｄ）×（Ｌｕ／Ｌｃ）＞Ｘｃ×（Ｌｕｃｏｓθ／Ｌｃ）＝Ｘｕ
・・・（２） In order for the upper end surface outer circumferential edge portion 54 to be out of contact with the inner wall 773 at the upper limit of the stroke of the needle 50, the relief depth E needs to be larger than the radial advance distance Xu. Therefore, the condition of equation (2) is derived.
E>(d-D)×(Lu/Lc)>Xc×(Lucosθ/Lc)=Xu
...(2)

式（１）、（２）より式（３）が導かれる。式（３）を満たすように制御室逃がし部７７の内径Ｈが設定されることで、傾き角度θに依らず、ニードル５０のストローク上限において上端面外周エッジ部５４が内壁７７３に非接触となる。
（Ｈ－ｄ）／２＞（ｄ－Ｄ）×（Ｌｕ／Ｌｃ） ・・・（３） Equation (3) is derived from Equations (1) and (2). By setting the inner diameter H of the control chamber relief portion 77 to satisfy equation (3), the upper end surface outer peripheral edge portion 54 does not contact the inner wall 773 at the upper stroke limit of the needle 50, regardless of the inclination angle θ. .
(H-d)/2>(d-D)×(Lu/Lc)...(3)

（効果）
図６～図８を参照し、第１実施形態の効果について、比較例と対比しつつ説明する。図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示す比較例のシリンダ７０Ｃは、分割壁部７５より下側の全範囲が内径一定の摺動孔部７８Ｃをなしており、制御室逃がし部やノズル側逃がし部を有していない。この比較例は、特許文献１のＦｉｇ．１に開示された構成に相当する。 (effect)
The effects of the first embodiment will be explained in comparison with a comparative example with reference to FIGS. 6 to 8. The cylinder 70C of the comparative example shown in FIGS. 6(b) and 7(b) has a sliding hole 78C with a constant inner diameter in the entire area below the dividing wall 75, and the control chamber relief part and the nozzle It does not have a side relief part. This comparative example is shown in Fig. of Patent Document 1. This corresponds to the configuration disclosed in 1.

［１］ニードル５０がシリンダ７０と同軸に変位する場合について、図６を参照する。図６（ａ）、（ｂ）には、それぞれ第１実施形態及び比較例のニードル閉弁時及びニードル開弁時における摺動状態を示す。図６（ｂ）に示すように、比較例では閉弁時と開弁時とで摺動長が変化するため、摺動抵抗が変化する。そのため、摺動隙間からの燃料リーク量が変動し、噴射量が変動する。よって、特に大噴射量が要求される燃料噴射装置において噴***度が低下するという問題がある。 [1] Refer to FIG. 6 for the case where the needle 50 is displaced coaxially with the cylinder 70. FIGS. 6A and 6B show the sliding states of the first embodiment and the comparative example when the needle is closed and when the needle is opened, respectively. As shown in FIG. 6(b), in the comparative example, the sliding length changes between when the valve is closed and when the valve is opened, so the sliding resistance changes. Therefore, the amount of fuel leaking from the sliding gap changes, and the injection amount changes. Therefore, there is a problem in that the injection accuracy is lowered, especially in a fuel injection device that requires a large injection amount.

それに対し図６（ａ）に示すように、第１実施形態では、シリンダ７０に制御室逃がし部７７及びノズル側逃がし部７９が形成されることで、摺動孔部７８が所定の軸方向長さＬｃを有するため、ニードル５０の全変位過程において摺動長が一定となる。したがって、摺動抵抗や燃料リーク量が安定し、噴射量が安定する。よって、特に大噴射量が要求される燃料噴射装置において噴***度を向上させることができる。 On the other hand, as shown in FIG. 6(a), in the first embodiment, the control chamber relief part 77 and the nozzle side relief part 79 are formed in the cylinder 70, so that the sliding hole part 78 has a predetermined axial length. Since the needle 50 has a length Lc, the sliding length is constant during the entire displacement process of the needle 50. Therefore, the sliding resistance and the amount of fuel leakage are stabilized, and the injection amount is stabilized. Therefore, injection accuracy can be improved particularly in a fuel injection device that requires a large injection amount.

［２］ニードル５０の中心軸Ｏｎがシリンダ７０の中心軸Ｏｃに対して相対的に傾き、摺動軸部５２が摺動孔部７８に片当たりする場合について、図７を参照する。図７（ａ）、（ｂ）には、それぞれ第１実施形態及び比較例のニードル開弁時における片当たりの状態を示す。図７（ｂ）に破線円で示すように、比較例では、ニードル５０の上端面外周エッジ部５４が摺動孔部７８Ｃに接触し、且つ、摺動軸部５２の下端近くの部分がシリンダ７０の下端部において摺動孔部７８Ｃの開口エッジに接触する。そのため、ニードル５０の上昇に従って次第に傾きが規制され、片当たりによる摺動抵抗が大きくなる。 [2] Refer to FIG. 7 for the case where the central axis On of the needle 50 is tilted relative to the central axis Oc of the cylinder 70 and the sliding shaft portion 52 hits the sliding hole portion 78 unevenly. FIGS. 7A and 7B show the state of uneven contact when the needle valve is opened in the first embodiment and the comparative example, respectively. As shown by the broken line circle in FIG. 7(b), in the comparative example, the upper end surface outer peripheral edge portion 54 of the needle 50 contacts the sliding hole portion 78C, and the portion near the lower end of the sliding shaft portion 52 is in contact with the cylinder. The lower end of 70 contacts the opening edge of the sliding hole 78C. Therefore, as the needle 50 rises, the inclination is gradually restricted, and the sliding resistance due to uneven contact increases.

それに対し図７（ａ）に示すように、第１実施形態では、摺動軸部５２は、所定の軸方向長さＬｃを有する摺動孔部７８の上端及び下端に、一定の傾きを維持しつつ接触可能である。そのため、ニードル５０の全変位過程において、片当たりによる摺動抵抗が低減される。 In contrast, as shown in FIG. 7A, in the first embodiment, the sliding shaft portion 52 maintains a constant inclination at the upper and lower ends of the sliding hole portion 78 having a predetermined axial length Lc. It is possible to contact the person while doing so. Therefore, during the entire displacement process of the needle 50, sliding resistance due to uneven contact is reduced.

続いて図８を参照し、逃がし深さＥと摺動抵抗との関係を示す。縦軸の摺動抵抗は、噴射量変動と相関する。制御室逃がし部が無い比較例では、逃がし深さＥは０である。この構成を（Ｉ）とする。上述の通り、構成（Ｉ）では摺動抵抗や噴射量変動が大きい。 Next, referring to FIG. 8, the relationship between relief depth E and sliding resistance is shown. The sliding resistance on the vertical axis correlates with the injection amount fluctuation. In the comparative example without a control room relief section, the relief depth E is 0. This configuration is designated as (I). As mentioned above, in configuration (I), sliding resistance and injection amount fluctuation are large.

制御室逃がし部７７が形成されることで、逃がし深さＥは０より大きい値となる。ここで、式（３）の右辺の値である「（ｄ－Ｄ）×（Ｌｕ／Ｌｃ）」を臨界値Ｅｃとする。そして、逃がし深さＥが０より大きく臨界値Ｅｃ以下である構成を（ＩＩ）とする。また、逃がし深さＥが臨界値Ｅｃより大きい構成を（ＩＩＩ）とする。第１実施形態に相当する構成（ＩＩＩ）では、上述の効果［１］、［２］により摺動抵抗が低減し、よって噴射量変動が低減する。 By forming the control room relief portion 77, the relief depth E becomes a value greater than zero. Here, "(dD)×(Lu/Lc)", which is the value on the right side of equation (3), is defined as the critical value Ec. A configuration in which the relief depth E is greater than 0 and less than or equal to the critical value Ec is defined as (II). Further, a configuration in which the relief depth E is larger than the critical value Ec is defined as (III). In the configuration (III) corresponding to the first embodiment, the sliding resistance is reduced due to the above-mentioned effects [1] and [2], and therefore, the injection amount fluctuation is reduced.

構成（ＩＩ）は、制御室逃がし部７７が形成されることで、「摺動長が一定であることによる摺動抵抗の安定化」という第１実施形態の効果［１］を同様に奏する。ただし、構成（ＩＩ）では制御室逃がし部７７の逃がし深さＥが臨界値Ｅｃ以下である。そのため、傾き角度θがある値を超えると、摺動軸部５２が摺動孔部７８に片当たりしたとき、上端面外周エッジ部５４が制御室逃がし部７７の内壁７７３に接触し、摺動抵抗が増加する。つまり、傾き角度θによっては第１実施形態の効果［２］が得られない場合がある。したがって、逃がし深さＥが０から臨界値Ｅｃに向かって増加するにつれ、摺動抵抗及び噴射量変動は、構成（Ｉ）の値から構成（ＩＩＩ）の値に向かって減少する。 Configuration (II) similarly achieves the effect [1] of the first embodiment of "sliding resistance being stabilized by keeping the sliding length constant" by forming the control room escape portion 77. However, in configuration (II), the relief depth E of the control room relief portion 77 is less than or equal to the critical value Ec. Therefore, when the inclination angle θ exceeds a certain value, when the sliding shaft portion 52 makes partial contact with the sliding hole portion 78, the upper end surface outer peripheral edge portion 54 contacts the inner wall 773 of the control chamber relief portion 77, and the sliding resistance increases. That is, depending on the inclination angle θ, the effect [2] of the first embodiment may not be obtained. Therefore, as the relief depth E increases from 0 toward the critical value Ec, the sliding resistance and injection amount fluctuation decrease from the value of configuration (I) toward the value of configuration (III).

補足すると、摺動抵抗の観点から、逃がし深さＥは、臨界値Ｅｃに対しどれだけ大きくてもよいと言える。ただし現実には、逃がし深さＥを過剰に大きくするとシリンダ７０の外周肉厚が薄くなって強度が低下したり、制御室３５の容積が大きすぎて燃料圧力変化の応答性が悪化したりするなどの背反が想定される。したがって、製造公差等を考慮の上、逃がし深さＥが確実に臨界値Ｅｃを超える最小限の値となるようにすることが好ましい。 Supplementally, from the viewpoint of sliding resistance, it can be said that the relief depth E may be any larger than the critical value Ec. However, in reality, if the relief depth E is increased excessively, the outer circumferential thickness of the cylinder 70 becomes thinner, resulting in a decrease in strength, or the volume of the control chamber 35 becomes too large, resulting in poor responsiveness to changes in fuel pressure. Contradictions such as these are expected. Therefore, it is preferable to ensure that the relief depth E is the minimum value that exceeds the critical value Ec, taking into account manufacturing tolerances and the like.

［３］また、第１実施形態のシリンダ７０は、摺動孔部７８の下端に隣接して、摺動孔部７８の内径からテーパ状に拡径するノズル側逃がし部７９が形成されている。これにより、摺動軸部５２の下端部がシリンダ７０の内壁に接触し摺動抵抗が変化することが防止される。また、ニードル５０の組付時における挿入作業性が向上する。 [3] Further, in the cylinder 70 of the first embodiment, a nozzle-side relief part 79 is formed adjacent to the lower end of the sliding hole 78, the diameter of which tapers from the inner diameter of the sliding hole 78. . This prevents the lower end of the sliding shaft portion 52 from coming into contact with the inner wall of the cylinder 70 and changing the sliding resistance. Moreover, the insertion workability when assembling the needle 50 is improved.

［４］さらに第１実施形態のシリンダ７０は、参照文献の構成と同様に、分割壁部７５により制御室３５が背圧室３６と収容室３７とに分割されている。そのため、参照文献の段落［００４９］に記載されたように、分割壁部７５が無い場合に比べて背圧室３６の容積が小さく抑制され、制御室３５からの燃料流出に伴う背圧室３６の燃料圧力の脈動が早期に収束される。したがって、ニードル５０の開弁方向への変位の態様が安定化し、燃料噴射量のばらつきが低減される。 [4] Further, in the cylinder 70 of the first embodiment, the control chamber 35 is divided into a back pressure chamber 36 and a storage chamber 37 by a dividing wall portion 75, similar to the configuration of the reference document. Therefore, as described in paragraph [0049] of the reference document, the volume of the back pressure chamber 36 is suppressed to be smaller than that in the case where there is no dividing wall portion 75, and the volume of the back pressure chamber 36 due to fuel outflow from the control chamber 35 is reduced. The pulsations in fuel pressure are quickly stopped. Therefore, the manner in which the needle 50 is displaced in the valve opening direction is stabilized, and variations in fuel injection amount are reduced.

［５］加えて第１実施形態では、参照文献の構成と同様に、サポートスプリング６８が支持面部７６に支持されている。そのため、参照文献の段落［００５０］～［００５２］に記載されたように、サポートスプリング６８の付勢力による制御プレート６０の挙動のばらつきが抑制され、排出制御弁４０の閉弁後に制御室３５へ流入する燃料流量の変動が抑制される。したがって、ニードル５０の閉弁方向への変位の態様が安定化し、燃料噴射量のばらつきが低減される。 [5] Additionally, in the first embodiment, the support spring 68 is supported by the support surface portion 76, similar to the configuration in the reference document. Therefore, as described in paragraphs [0050] to [0052] of the reference document, variations in the behavior of the control plate 60 due to the biasing force of the support spring 68 are suppressed, and after the exhaust control valve 40 is closed, the Fluctuations in the inflowing fuel flow rate are suppressed. Therefore, the manner in which the needle 50 is displaced in the valve closing direction is stabilized, and variations in fuel injection amount are reduced.

（第２実施形態）
図９、図１０を参照し、第２実施形態について説明する。図９に示すように、第２実施形態では、ニードル５０の摺動軸部５２の外壁に耐摩耗性コーティング８０が施されている。また、図１０に示すように、第２実施形態の変形例では、シリンダ７０の摺動孔部７８の内壁に耐摩耗性コーティング８０が施されている。耐摩耗性コーティングの例としては、ダイヤモンドライクカーボン（略称ＤＬＣ）、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ等が用いられる。第２実施形態では、第１実施形態の効果［１］～［５］を奏することに加え、摩擦力の増加が抑制される。第２実施形態は、次の第３、第４実施形態と組み合わされてもよい。 (Second embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. As shown in FIG. 9, in the second embodiment, a wear-resistant coating 80 is applied to the outer wall of the sliding shaft portion 52 of the needle 50. Further, as shown in FIG. 10, in a modification of the second embodiment, a wear-resistant coating 80 is applied to the inner wall of the sliding hole 78 of the cylinder 70. Examples of wear-resistant coatings include diamond-like carbon (abbreviated as DLC), CrN, TiN, TiCN, TiC, TiAlN, and the like. In addition to achieving the effects [1] to [5] of the first embodiment, the second embodiment suppresses an increase in frictional force. The second embodiment may be combined with the following third and fourth embodiments.

（第３実施形態）
図１１を参照し、第３実施形態について説明する。第３実施形態のシリンダ７００は、シリンダ本体７０３及びアッパーシリンダ７０５に分割されている。シリンダ本体７０３は、プレート収容部７１０と制御室逃がし部７７とを接続する内径一定の嵌合孔７１５が形成されている。アッパーシリンダ７０５は、分割壁部７５の他、収容室３７の周囲部分が筒状に形成されており、シリンダ本体７０３の嵌合孔７１５に圧入等により固定されている。サポートスプリング６８は、アッパーシリンダ７０５に設けられた支持面部７６に支持されている。 (Third embodiment)
A third embodiment will be described with reference to FIG. 11. The cylinder 700 of the third embodiment is divided into a cylinder body 703 and an upper cylinder 705. The cylinder body 703 has a fitting hole 715 having a constant inner diameter that connects the plate accommodating portion 710 and the control chamber relief portion 77 . In the upper cylinder 705, in addition to the dividing wall portion 75, the surrounding portion of the storage chamber 37 is formed into a cylindrical shape, and is fixed to the fitting hole 715 of the cylinder body 703 by press fitting or the like. The support spring 68 is supported by a support surface portion 76 provided on the upper cylinder 705.

例えば嵌合孔７１５の内径が摺動孔部７８の内径以上に設定された場合、摺動孔部７８を通し孔で加工可能となる。また、複雑な内径加工が必要なアッパーシリンダ７０５は、別部品として製作された後、シリンダ本体７０３に組付けられる。したがって第３実施形態では、第１実施形態の効果［１］～［５］を奏することに加え、シリンダ７００の加工性が向上する。 For example, if the inner diameter of the fitting hole 715 is set to be greater than or equal to the inner diameter of the sliding hole 78, the sliding hole 78 can be machined as a through hole. Further, the upper cylinder 705, which requires complicated inner diameter machining, is manufactured as a separate part and then assembled to the cylinder body 703. Therefore, in the third embodiment, in addition to achieving the effects [1] to [5] of the first embodiment, the workability of the cylinder 700 is improved.

（第４実施形態）
図１２を参照し、第４実施形態について説明する。第４実施形態のシリンダ７０４は、制御室３５を仕切る分割壁部が形成されておらず、上端面７１１から摺動孔部７８のすぐ上側まで比較的内径が大きい共用孔７１７が単調に形成されている。共用孔７１７の上部はプレート収容部７１０として、中間部は制御室３５として、下部は制御室逃がし部７７として機能する。すなわち、プレート収容部７１０の内壁７１３、及び、制御室逃がし部７７の内壁７７３が境界無く連続して形成されている。また、サポートスプリング６８は、制御プレート６０の下端面６２とニードル５０の上端面５１との間に支持されている。 (Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described with reference to FIG. 12. In the cylinder 704 of the fourth embodiment, a dividing wall part that partitions the control chamber 35 is not formed, and a common hole 717 having a relatively large inner diameter is monotonously formed from the upper end surface 711 to just above the sliding hole part 78. ing. The upper part of the common hole 717 functions as the plate accommodating part 710, the middle part functions as the control chamber 35, and the lower part functions as the control chamber escape part 77. That is, the inner wall 713 of the plate accommodating portion 710 and the inner wall 773 of the control chamber relief portion 77 are formed continuously without a boundary. Further, the support spring 68 is supported between the lower end surface 62 of the control plate 60 and the upper end surface 51 of the needle 50.

第４実施形態では、摺動孔部７８を通し孔で加工可能である。また、上記実施形態に比べ分割壁部のような複雑な形状が無いため、内径加工が単純である。したがって第４実施形態では、第１実施形態の効果［１］～［３］を奏することに加え、シリンダ７０４の加工性が向上する。 In the fourth embodiment, the sliding hole portion 78 can be formed into a through hole. Moreover, since there is no complicated shape such as a dividing wall part compared to the above embodiment, the inner diameter machining is simple. Therefore, in the fourth embodiment, in addition to achieving the effects [1] to [3] of the first embodiment, the workability of the cylinder 704 is improved.

（その他の実施形態）
（ａ）例えば、ニードル５０の上昇限で摺動軸部５２の下端がシリンダ７０の下端面７２を超えなければ、シリンダ７０のノズル側逃がし部７９は形成されなくてもよい。或いは、テーパ状のノズル側逃がし部７９に代えて、摺動孔部７８の下端に隣接する段差状のノズル側逃がし部が形成されてもよい。 (Other embodiments)
(a) For example, if the lower end of the sliding shaft portion 52 does not exceed the lower end surface 72 of the cylinder 70 at the upper limit of the rise of the needle 50, the nozzle side relief portion 79 of the cylinder 70 may not be formed. Alternatively, instead of the tapered nozzle side relief section 79, a stepped nozzle side relief section adjacent to the lower end of the sliding hole section 78 may be formed.

（ｂ）制御室逃がし部７７の内壁７７３は、シリンダ７０の中心軸Ｏｃに対して平行でなくテーパ状に形成されてもよい。その場合、ストローク上限の高さにおける内径をＨとみなして、上記の式（１）、（３）を適用すればよい。 (b) The inner wall 773 of the control chamber relief portion 77 may be formed in a tapered shape instead of being parallel to the central axis Oc of the cylinder 70. In that case, the inner diameter at the height of the upper limit of the stroke may be regarded as H, and the above equations (1) and (3) may be applied.

（c）流路プレート２２におけるイン流路又はアウト流路の具体的な形状や本数、制御プレート６０の具体的な形状等は、各図に例示された構成に限らず、同様の機能が実現されるものであれば、どのような構成であってもよい。 (c) The specific shape and number of in-channels or out-channels in the channel plate 22, the specific shape of the control plate 60, etc. are not limited to the configurations illustrated in each figure, and similar functions can be realized. Any configuration may be used as long as it is implemented.

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、そ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。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the spirit thereof.

１０・・・燃料噴射装置、
２２・・・流路プレート、 ２２７・・・開口壁、 ２３・・・ノズルボデー、
３２・・・イン流路、 ３２１・・・流入開口、 ３３・・・アウト流路、
３４・・・低圧室、 ３５・・・制御室、 ３８・・・ノズル室、 ３９・・・噴孔、
４０・・・排出制御弁、
５０・・・ニードル、 ５１・・・上端面、 ５４・・・上端面外周エッジ部、
５２・・・摺動軸部、
６０・・・制御プレート、 ６４・・・連通孔、
７０、７００、７０４・・・シリンダ、 ７１０・・・プレート収容部、
７７・・・制御室逃がし部、 ７７３・・・内壁、 ７８・・・摺動孔部。 10... fuel injection device,
22... Channel plate, 227... Opening wall, 23... Nozzle body,
32... In channel, 321... Inflow opening, 33... Out channel,
34...Low pressure chamber, 35...Control room, 38...Nozzle chamber, 39...Nozzle hole,
40... Emission control valve,
50... Needle, 51... Upper end surface, 54... Upper end surface outer peripheral edge portion,
52...Sliding shaft part,
60... Control plate, 64... Communication hole,
70, 700, 704...Cylinder, 710...Plate housing part,
77...Control room relief part, 773...Inner wall, 78...Sliding hole part.

Claims (1)

内部にノズル室（３８）を有し、前記ノズル室の下端部に燃料を噴射する噴孔（３９）が形成された筒状のノズルボデー（２３）と、
下降時に前記噴孔を閉じ、上昇時に前記噴孔を開くように前記ノズル室の内部で軸方向に変位可能であり、上端部に摺動軸部（５２）が形成されたニードル（５０）と、
前記ノズル室の上部に設けられ、前記ニードルの前記摺動軸部が摺動可能な所定の軸方向長さ（Ｌｃ）を有する摺動孔部（７８）が形成されたシリンダ（７０、７００、７０４）と、
前記シリンダのプレート収容部（７１０）に軸方向に変位可能に収容されており、軸方向に貫通する連通孔（６４）を有し、前記ニードルの上端面（５１）との間に燃料が充填される制御室（３５）を形成する制御プレート（６０）と、
前記ノズルボデーの上側に設けられ、前記制御室に燃料を導入するイン流路（３２）、及び、前記制御室から低圧室（３４）へ余剰燃料を排出するアウト流路（３３）が形成された流路プレート（２２）と、
前記低圧室への燃料排出経路を開閉する排出制御弁（４０）と、
を備え、
前記排出制御弁の開弁時、前記制御プレートが前記流路プレートの下端面に設けられた開口壁（２２７）に当接して前記イン流路の流入開口（３２１）を閉じ、
前記排出制御弁の閉弁時、前記制御プレートが前記開口壁から離間して前記イン流路の前記流入開口を開き、前記イン流路から前記制御室へ燃料を導入し、
前記シリンダは、前記シリンダの中心軸（Ｏｃ）に対する前記ニードルの中心軸（Ｏｎ）の傾き角度（θ）に依らず、前記ニードルのストローク上限において前記ニードルの上端面外周エッジ部（５４）が内壁（７７３）に非接触となるように、前記摺動孔部の内径よりも大きな内径（Ｈ）を有する制御室逃がし部（７７）が前記摺動孔部の上端に隣接して形成されており、
前記ニードルは、前記制御室の圧力変動によって変位し、全変位過程において前記摺動軸部の一部が前記摺動孔部の軸方向長さの全範囲に対向する燃料噴射装置の設計方法であって、
前記制御室逃がし部の内径をＨ、
前記ニードルの前記摺動軸部の外径をＤ、
前記摺動孔部の内径をｄ、
前記摺動孔部の軸方向長さをＬｃ、
前記ニードルの前記上端面外周エッジ部の周方向最下点が前記摺動孔部の上端の高さに一致する基準位置から、前記ニードルの中心軸に沿ったストローク上限までの距離である超過距離をＬｕとすると、
下記の式
（Ｈ－ｄ）／２＞（ｄ－Ｄ）×（Ｌｕ／Ｌｃ）
を満たすように、前記制御室逃がし部の内径が設定される燃料噴射装置の設計方法。 a cylindrical nozzle body (23) having a nozzle chamber (38) therein, and a nozzle hole (39) for injecting fuel formed at the lower end of the nozzle chamber;
A needle (50) that is axially displaceable inside the nozzle chamber so as to close the nozzle hole when descending and open the nozzle hole when ascending, and has a sliding shaft portion (52) formed at its upper end. ,
a cylinder (70, 700, 704) and
It is housed in the plate housing part (710) of the cylinder so as to be displaceable in the axial direction, has a communication hole (64) penetrating in the axial direction, and is filled with fuel between it and the upper end surface (51) of the needle. a control plate (60) forming a control chamber (35) in which
An in flow path (32) provided above the nozzle body for introducing fuel into the control chamber, and an out flow path (33) for discharging excess fuel from the control chamber to the low pressure chamber (34) are formed. a channel plate (22);
an exhaust control valve (40) that opens and closes a fuel exhaust path to the low pressure chamber;
Equipped with
When the discharge control valve is opened, the control plate contacts an opening wall (227) provided on the lower end surface of the flow path plate to close the inflow opening (321) of the in flow path;
When the exhaust control valve is closed, the control plate separates from the opening wall to open the inflow opening of the inflow path and introduce fuel from the inflow path to the control chamber;
In the cylinder, the outer peripheral edge portion (54) of the upper end surface of the needle meets the inner wall at the upper stroke limit of the needle, regardless of the inclination angle (θ) of the central axis (On) of the needle with respect to the central axis (Oc) of the cylinder. (773), a control chamber relief part (77) having an inner diameter (H) larger than the inner diameter of the sliding hole is formed adjacent to the upper end of the sliding hole. ,
In the method of designing a fuel injection device, the needle is displaced by pressure fluctuations in the control chamber, and a part of the sliding shaft portion faces the entire range of the axial length of the sliding hole portion during the entire displacement process. There it is,
The inner diameter of the control room relief part is H,
The outer diameter of the sliding shaft portion of the needle is D,
The inner diameter of the sliding hole is d,
The axial length of the sliding hole portion is Lc,
an excess distance that is the distance from a reference position where the lowest point in the circumferential direction of the outer peripheral edge portion of the upper end surface of the needle matches the height of the upper end of the sliding hole to the upper limit of the stroke along the central axis of the needle; Letting Lu be,
The following formula (H-d)/2>(d-D)×(Lu/Lc)
A method for designing a fuel injection device, wherein the inner diameter of the control chamber relief portion is set so as to satisfy the following.
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