JP6988196B2 - Fuel injection device - Google Patents
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Description
この明細書による開示は、噴孔から燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。 The disclosure by this specification relates to a fuel injection device that injects fuel from a injection hole.
従来、燃料噴射装置の一種として、例えば特許文献1には、制御室及び弁体収容室が内部に設けられたハウジングと、制御室の燃料圧力によって変位するニードルと、弁体収容室に収容される弁体とを備えた構成が開示されている。弁体収容室は、分岐通路によって制御室と連通されており、低圧燃料通路によって低圧側と連通されている。 Conventionally, as a kind of fuel injection device, for example, in Patent Document 1, a housing provided with a control chamber and a valve body accommodating chamber, a needle displaced by the fuel pressure of the control chamber, and a valve body accommodating chamber are accommodated. A configuration with a valve body is disclosed. The valve body accommodating chamber is communicated with the control chamber by a branch passage, and is communicated with the low pressure side by a low pressure fuel passage.
特許文献1の燃料噴射装置において、弁体収容室に臨む分岐通路の流入開口は、その中心軸線が弁体の中心軸線と交差するように設けられている。同様に、弁体収容室に臨む低圧燃料通路の流出開口も、その中心軸線が弁体の中心軸線と交差するように設けられている。こうした特許文献1の構成の燃料噴射装置では、弁体収容室から低圧側に燃料が流出する期間にて、弁体の周囲の燃料圧力に偏りが生じることを、本開示の発明者らは、新たに発見した。 In the fuel injection device of Patent Document 1, the inflow opening of the branch passage facing the valve body accommodating chamber is provided so that its central axis intersects with the central axis of the valve body. Similarly, the outflow opening of the low pressure fuel passage facing the valve body accommodating chamber is also provided so that its central axis intersects the central axis of the valve body. The inventors of the present disclosure show that in the fuel injection device having the configuration of Patent Document 1, the fuel pressure around the valve body is biased during the period when the fuel flows out from the valve body accommodating chamber to the low pressure side. Newly discovered.
上記のような弁体周囲の燃料圧力の偏りは、弁体に偏心方向の力を作用させる。偏心方向の力に起因して弁体の姿勢が傾くと、弁体収容室を経由して流出する制御室の燃料流量、ひいては制御室の圧力降下が不安定となる。その結果、噴孔から噴射される燃料の噴射量の精度悪化が引き起こされ得る。故に、弁体の姿勢の傾きは、抑制させることが望ましい。 The deviation of the fuel pressure around the valve body as described above causes a force in the eccentric direction to act on the valve body. When the attitude of the valve body is tilted due to the force in the eccentric direction, the fuel flow rate in the control chamber flowing out through the valve body accommodating chamber and the pressure drop in the control chamber become unstable. As a result, the accuracy of the injection amount of the fuel injected from the injection hole may be deteriorated. Therefore, it is desirable to suppress the inclination of the posture of the valve body.
本開示は、安定した姿勢で軸方向に弁体を変位させることが可能な燃料噴射装置の提供を目的とする。 It is an object of the present disclosure to provide a fuel injection device capable of laterally displacing a valve body in a stable posture.
上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、燃料を噴射する噴孔(38)が形成され、燃料が充填される制御室(35)及び弁室(36)、弁室の燃料が流出する低圧室(37)、制御室及び弁室を連通する第一流路(70,270,370)、並びに弁室及び低圧室を絞り区間を介して連通する第二流路(80)、が内部に設けられたボデー(20)と、制御室の燃料圧力の変動によって変位し、噴孔を開閉するニードル(50)と、軸方向に変位可能な状態で弁室に収容され、弁室の上シート面部(27)に着座面(61)を離着座させる柱状の弁体(60)と、伸縮作動によって弁体を駆動し、第二流路によって弁室及び低圧室が連通した状態と、第二流路による弁室及び低圧室の連通が遮断された状態とを切り替える駆動部(40)と、を備え、着座面の上流側に位置し第一流路において弁室側の端部となる流入開口(71,271,371)及び着座面の下流側に位置し第二流路において弁室側の端部となる流出開口(81)の両方が、弁体の周囲を巡る周方向の旋回流(SF)を弁室の燃料に生じさせる向きで、弁体の中心軸線(CL1)に対して外周側にずれた位置に設けられている燃料噴射装置とされる。 In order to achieve the above object, one aspect disclosed is that the control chamber (35), the valve chamber (36), and the fuel in the valve chamber, in which the injection hole (38) for injecting fuel is formed and filled with fuel, are used. The outflowing low pressure chamber (37), the first flow path (70, 270, 370) communicating the control chamber and the valve chamber, and the second flow path (80) communicating the valve chamber and the low pressure chamber through the throttle section. The body (20) provided inside, the needle (50) that is displaced by the fluctuation of the fuel pressure in the control chamber and opens and closes the injection hole, and the needle (50) that is housed in the valve chamber in a state where it can be displaced in the axial direction, are housed in the valve chamber. columnar valve body seating surface (61) Ru is away seated on the seat surface portion (27) and (60), to drive the valve body by stretching operation, and a state in which the valve chamber and the low pressure chamber by a second flow path is communicated A drive unit (40) for switching between a state in which communication between the valve chamber and the low pressure chamber by the second flow path is cut off, and an end portion on the valve chamber side in the first flow path located on the upstream side of the seating surface. both the inlet opening (71,271,371) and the seating surface of the downstream located side outflow opening comprising a valve chamber side of the end portion in the second flow path (81) comprising the, in the circumferential direction around the periphery of the valve body It is a fuel injection device provided at a position shifted to the outer peripheral side with respect to the central axis (CL1) of the valve body in a direction in which a swirling flow (SF) is generated in the fuel in the valve chamber.
この態様では、流入開口及び流出開口のうちの少なくとも一方が弁体の中心軸線から外周側にずれた位置に、周方向の旋回流を生じさせる向きで設けられている。故に、弁室から低圧室に燃料が流出する期間にて、弁体の周囲を巡る周方向の燃料流れが引き起こされる。こうした燃料の旋回流によれば、弁体の周囲の燃料圧力の偏りが低減される。その結果、周方向における燃料圧力の不均衡に起因した偏心方向の力が抑制されるため、弁体は、安定した姿勢で軸方向に変位可能となる。 In this embodiment, at least one of the inflow opening and the outflow opening is provided at a position deviated from the central axis of the valve body toward the outer peripheral side in a direction that causes a swirling flow in the circumferential direction. Therefore, during the period when the fuel flows out from the valve chamber to the low pressure chamber, a circumferential fuel flow around the valve body is caused. Such a swirling flow of fuel reduces the deviation of the fuel pressure around the valve body. As a result, the force in the eccentric direction caused by the imbalance of the fuel pressure in the circumferential direction is suppressed, so that the valve body can be displaced in the axial direction in a stable posture.
尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。 The reference numbers in parentheses are merely examples of the correspondence with the specific configuration in the embodiment described later, and do not limit the technical scope at all.
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. By assigning the same reference numerals to the corresponding components in each embodiment, duplicate description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiment described above can be applied to the other parts of the configuration. Further, not only the combination of the configurations specified in the description of each embodiment but also the configurations of a plurality of embodiments can be partially combined even if the combination is not specified. Further, an unspecified combination of the configurations described in the plurality of embodiments and modifications is also disclosed by the following description.
(第一実施形態)
本開示の第一実施形態による燃料噴射装置10は、図1に示す燃料供給システム1に用いられている。燃料噴射装置10は、内燃機関であるディーゼルエンジン(以下、「エンジン2」)の各燃焼室2bに、燃料タンク4に貯留された燃料を供給する。燃料供給システム1は、フィードポンプ5、高圧燃料ポンプ6、コモンレール3、及び制御装置9等を、燃料噴射装置10と共に備えている。
(First Embodiment)
The
フィードポンプ5は、例えばトロコイド式の電動ポンプである。フィードポンプ5は、高圧燃料ポンプ6に内蔵されている。フィードポンプ5は、燃料タンク4に貯留された燃料としての軽油を、高圧燃料ポンプ6に圧送する。フィードポンプ5は、高圧燃料ポンプ6と別体で、例えば燃料タンク4の内部に配置される構成であってもよい。
The
高圧燃料ポンプ6は、例えばプランジャ式のポンプである。高圧燃料ポンプ6は、エンジン2の出力軸によって駆動される。高圧燃料ポンプ6は、燃料配管6aによってコモンレール3と接続されている。高圧燃料ポンプ6は、フィードポンプ5により供給された燃料をさらに昇圧し、高圧燃料としてコモンレール3に供給する。
The high-
コモンレール3は、高圧燃料配管3bを介して複数の燃料噴射装置10と接続されている。コモンレール3は、余剰燃料配管8aを介して燃料タンク4と接続されている。コモンレール3は、高圧燃料ポンプ6から供給される高圧燃料を一時的に蓄え、圧力を保持したまま各燃料噴射装置10に分配する。コモンレール3には、減圧弁8が備えられている。減圧弁8は、コモンレール3の燃料圧力が目標圧力よりも高い場合に、余剰になった燃料を余剰燃料配管8aへ排出する。
The common rail 3 is connected to a plurality of
制御装置9は、ECU(Electronic Control Unit)9a及びEDU(Electronic Driver Unit)9bを含む電子制御ユニットである。制御装置9は、各燃料噴射装置10と電気的に接続されている。制御装置9は、エンジン2の稼動状態に応じて、各燃料噴射装置10による燃料の噴射を制御する。
The
ECU9aは、マイクロコンピュータ又はマイクロコントローラを主体に構成された演算回路を備えている。演算回路には、プロセッサ、RAM、及び書き換え可能な不揮発性のメモリ装置が含まれている。EDU9bは、ECU9aから入力される指令信号に基づき、燃料噴射装置10の駆動部40(図2参照)に駆動電圧を印加する。
The ECU 9a includes an arithmetic circuit mainly composed of a microcomputer or a microcontroller. The arithmetic circuit includes a processor, RAM, and a rewritable non-volatile memory device. The
燃料噴射装置10は、燃焼室2bを形成するヘッド部材2aの挿入孔に挿入された状態で、ヘッド部材2aに取り付けられている。燃料噴射装置10は、高圧燃料配管3bを介して供給される高圧燃料を、噴孔38から燃焼室2bへ向けて直接的に噴射する。燃料噴射装置10は、噴孔38からの燃料の噴射を制御する弁構造を備えている。燃料噴射装置10は、高圧燃料の一部を、噴孔38の開閉に使用する。燃料噴射装置10に供給された燃料の一部は、戻り配管8b及び余剰燃料配管8aを通じて燃料タンク4へ戻される。
The
燃料噴射装置10は、図2及び図3に示すように、弁ボデー20、ノズルニードル50、駆動部40、弁体60及びコイルスプリング68を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
弁ボデー20は、インジェクターボデー部材21、バルブボデー部材22、オリフィス形成部材23、ノズルボデー部材24、リテーニングナット25、及びニードルシリンダ26等の複数の金属部材を組み合わせることによって構成されている。弁ボデー20には、噴孔38が形成されている。加えて、弁ボデー20の内部には、高圧燃料通路31、高圧室31a、供給連通路32、低圧室37、制御室35、及び弁室36が設けられている。
The
噴孔38は、ヘッド部材2a(図1参照)へ挿入される弁ボデー20において、挿入方向の先端部に形成されている。噴孔38は、燃焼室2b(図1参照)に露出している。弁ボデー20の先端部は、円錐状又は半球状に形成されている。噴孔38は、弁ボデー20の内側から外側に向けて放射状に複数設けられている。各噴孔38は、燃焼室2bへ向けて高圧燃料を噴射する。高圧燃料は、噴孔38を通過することによって霧化され、空気と混合容易な状態となる。
The
高圧燃料通路31は、インジェクターボデー部材21、バルブボデー部材22、及びオリフィス形成部材23に亘って形成されている。高圧燃料通路31は、高圧燃料配管3b(図1参照)と接続されている。高圧燃料通路31は、高圧燃料配管3bを通じてコモンレール3(図1参照)から供給される高圧燃料を、高圧室31aに供給する。
The high-
高圧室31aは、ノズルボデー部材24に円柱状に形成された空間である。高圧室31aには、ノズルニードル50及びニードルシリンダ26が収容されている。高圧室31aは、高圧燃料通路31と接続されている。高圧室31aは、高圧燃料通路31を通じて供給される高圧燃料で満たされている。高圧室31aは、高圧燃料を噴孔38まで流通させる。
The
供給連通路32は、高圧室31a及び弁室36を連通する燃料通路である。供給連通路32には、インオリフィス32aが形成されている。インオリフィス32aは、供給連通路32によって高圧室31a及び弁室36が接続された状態で、高圧室31aから弁室36に流入する燃料の流量を制限する。
The
低圧室37は、インジェクターボデー部材21に形成されている。低圧室37は、戻り配管8b(図1参照)と接続されており、余剰燃料を戻り配管8bに流通させる。低圧室37は、高圧室31aよりも低圧な燃料によって満たされている。低圧室37には、制御室35及び弁室36の燃料が流出する。
The
制御室35は、オリフィス形成部材23、ニードルシリンダ26、及びノズルニードル50等によって区画された円柱状の空間である。制御室35は、ノズルニードル50を挟んで噴孔38の反対側に位置している。制御室35には、供給連通路32、弁室36、及び制御連通路70を経由して燃料が供給される。制御室35には、燃料が充填されている。
The
弁室36は、バルブボデー部材22に設けられた弁体収容穴39とオリフィス形成部材23の上端面とによって区画された円柱状の空間である。弁室36は、制御室35と低圧室37との間に設けられている。弁室36には、弁体60及びコイルスプリング68が収容されている。弁室36には、供給連通路32を通じて高圧室31aから供給される燃料が充填されている。弁室36の燃料は、低圧連通路80を流通して低圧室37に排出される。
The
弁室36は、内周壁面36c、底壁面36b及び頂壁面36dを含む区画壁36aによって区画されている。内周壁面36cは、弁体収容穴39を形成する円筒面状の壁面である。内周壁面36cは、弁体60との間に径方向の隙間を確保しつつ、弁体60の周囲を囲っている。
The
底壁面36bは、オリフィス形成部材23の上端面に円状に設けられている。底壁面36bには、供給開口32b及び下シート面部28が形成されている。供給開口32bは、供給連通路32の一方の端部である。供給開口32bは、底壁面36bの中央に円状に開口している。供給開口32bは、インオリフィス32aを通過した高圧な燃料を弁室36に流入させる。下シート面部28は、弁体60の軸方向にて、弁体60の底面と対向している。下シート面部28は、供給開口32bの周囲を囲む円環状に形成されている。下シート面部28には、軸方向に変位する弁体60が離着座する。
The
頂壁面36dは、バルブボデー部材22に設けられた弁体収容穴39の底壁に円状に設けられている。頂壁面36dには、バルブボデー部材22に円筒孔状に形成されたピン収容孔22aが接続されている。頂壁面36dには、接続開口22c及び上シート面部27が形成されている。接続開口22cは、ピン収容孔22aの一方の端部である。接続開口22cは、頂壁面36dの中央に円状に開口している。接続開口22cは、弁室36の燃料をピン収容孔22aに流出させる。上シート面部27は、弁体60の軸方向にて、弁体60の頂面と対向している。上シート面部27は、接続開口22cの周囲を囲む内テーパ面状に形成されている。上シート面部27には、軸方向に変位する弁体60が離着座する。
The
ノズルニードル50は、金属材料により円柱形に形成されている。ノズルニードル50の噴孔38側の先端は円錐形に形成されている。ノズルニードル50は、高圧室31aに収容されており、高圧室31aの高圧燃料から噴孔38を開く方向(以下、「開弁方向」)の力を受ける。ノズルニードル50には、ニードル受圧面51が形成されている。
The
ニードル受圧面51は、制御室35に臨むノズルニードル50の軸方向の端面に形成されている。ニードル受圧面51は、制御室35に充填された高圧燃料から、噴孔38を閉じる方向(以下、「閉弁方向」)の力を受ける。加えてノズルニードル50は、円筒螺旋状に形成されたニードルスプリング53によって閉弁方向に付勢されている。
The needle
ノズルニードル50は、制御室35の減圧により、高圧室31aの燃料に押し上げられ、開弁方向へ向けて変位する。その結果、高圧室31aに充填された高圧燃料は、噴孔38から燃焼室2b(図1参照)へ向けて噴射される。一方、制御室35の圧力回復によれば、ノズルニードル50は閉弁方向に押し下げられる。その結果、噴孔38からの燃料噴射は、停止される。このように、ノズルニードル50は、制御室35の燃料圧力の変動により、軸方向に沿って弁ボデー20に対し相対変位し、噴孔38の開閉を行う。
The
駆動部40は、弁体60を駆動する。駆動部40は、圧電素子積層体を有するピエゾアクチュエータ41及び駆動伝達ピン42等によって構成されている。ピエゾアクチュエータ41の圧電素子積層体は、例えばPZT(PbZrTiO3)と呼ばれる層と薄い電極層が交互に積まれた積層体である。ピエゾアクチュエータ41には、制御装置9(図1参照)から出力された駆動電圧が入力される。ピエゾアクチュエータ41は、駆動電圧の入力に基づき、ピエゾ素子の特性である逆圧電効果によって伸縮する。
The
駆動伝達ピン42は、圧電素子積層体の伸縮作動を弁体60に伝達する押圧軸部である。駆動伝達ピン42は、ピン収容孔22aに収容されている。駆動伝達ピン42の先端部42aは、弁体60の頂面中央に突き当てられている。先端部42aの外径は、ピン収容孔22aの内径に対して小さくされている。先端部42aとピン収容孔22aとの間の隙間は、弁室36から流出する燃料の通路として機能する。
The
以上の駆動部40は、電荷の蓄積によって伸長したピエゾアクチュエータ41により、駆動伝達ピン42を弁室36に突き出す方向へ変位させる。また駆動部40は、電荷の放出によるピエゾアクチュエータ41の収縮により、駆動伝達ピン42をピン収容孔22aへと引き戻す。
The
弁体60は、金属材料等によって全体として柱状に形成されている。弁体60は、円柱部60a及び半球部60bを有している。円柱部60aは、円柱状に形成され、半球部60bに対してオリフィス形成部材23側に位置している。半球部60bは、接続開口22cへ向けて凸状に湾曲した部分球状に形成されている。半球部60bは、円柱部60aに対して駆動伝達ピン42側に位置している。半球部60bの中心は、円柱部60aの中心軸上に位置している。弁体60は、弁室36及びバルブボデー部材22と同軸配置となるように、弁室36に収容されている。こうした配置により、弁体60の中心軸線CL1は、駆動伝達ピン42、接続開口22c及び供給開口32bの中心を通過している。
The
弁体60には、上着座面61及び下着座面62が形成されている。上着座面61は、半球部60bのうちで、上シート面部27と対向する位置に設けられている。上着座面61は、駆動部40が縮んだ状態で、上シート面部27に押し当てられる。下着座面62は、円柱部60aの底面のうちで、下シート面部28と対向する位置に設けられている。下着座面は、駆動部40が伸長した状態で、下シート面部28に押し当てられる。
The
コイルスプリング68は、線状に形成された金属材料を螺旋状に巻回してなる弾性部材である。コイルスプリング68は、弁体60と実質的に同軸となる配置にて、弁室36に収容されている。コイルスプリング68は、軸方向に押し縮められた状態で、半球部60bと底壁面36bとの間に配置されている。コイルスプリング68の内周側には、円柱部60aが収容されている。コイルスプリング68は、弁体60を駆動伝達ピン42へ向けて付勢している。上着座面61は、コイルスプリング68の付勢力により、上シート面部27に着座し、弁室36からの燃料流出を妨げる油密を形成する。
The
次に、弁ボデー20に形成される制御連通路70及び低圧連通路80の詳細を、図3〜図5に基づき、図2を参照しつつ、さらに説明する。制御連通路70及び低圧連通路80は、弁室36の燃料に旋回流SFを生じさせる構造を有している。
Next, the details of the
図3及び図4に示す制御連通路70は、制御室35及び弁室36を連通する燃料通路である。駆動部40の収縮作動により、弁体60が上着座面61を上シート面部27に着座させているとき、制御連通路70は、弁室36の燃料を制御室35に流通させる。一方、駆動部40の伸長作動により、弁体60が下着座面62を下シート面部28に着座させている場合、制御連通路70は、制御室35の燃料を弁室36に流通させる。制御連通路70には、流入開口71、ストレート区間72、及び接続区間73が設けられている。
The
流入開口71は、制御連通路70の両端のうちで弁室36側に位置する一方の端部である。流入開口71は、内周壁面36cに開口しており、弁室36に臨んでいる。流入開口71は、内周壁面36cのうちで底壁面36bと連続した下側の縁部に設けられている。流入開口71は、弁体60の軸方向に沿った内法よりも弁体60の周方向に沿った内法が長い横長形状に形成されている。
The
流入開口71は、中心軸線CL1に対して外周側にずれた(偏心した)位置に、弁体60の周囲を巡る周方向の旋回流SFを弁室36の燃料に生じさせる向きで、内周壁面36cに開口している。詳記のため、流入開口71の向きを規定する仮想の軸線を流入軸線AL1とする。流入軸線AL1は、流入開口71の中心を通過し、接続区間73の延伸方向に沿った軸線である。流入軸線AL1は、中心軸線CL1とは交差していない。流入軸線AL1は、中心軸線CL1とはねじれの位置関係にあり、底壁面36bに沿った姿勢とされている。
The
ストレート区間72は、オリフィス形成部材23において、弁室36よりも外周側に設けられている。ストレート区間72は、オリフィス形成部材23を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されている。ストレート区間72の下端は、制御室35に臨んでいる。ストレート区間72の上端は、接続区間73と接続されている。
The
接続区間73は、制御連通路70において、ストレート区間72と流入開口71とを繋いでいる区間である。接続区間73は、バルブボデー部材22の下端面に設けられた溝部によって形成されている。接続区間73の外側壁面74と弁室36の内周壁面36cとの境界を、連続部分75とすると、接続区間73は、連続部分75での周方向の接線TLに沿って延伸するストレート形状とされている。即ち、流入開口71の流入軸線AL1は、連続部分75での接線TLと実質的に平行となっている。
The
図3及び図5に示す低圧連通路80は、弁室36及び低圧室37を連通する燃料通路である。低圧連通路80は、弁体60の軸方向にて、制御連通路70と重なる位置に設けられている。低圧連通路80は、バルブボデー部材22に設けられたピン収容孔22aと接続されている。低圧連通路80は、弁室36の一部となったピン収容孔22aから低圧室37へ向けて燃料を流通させる。
The low-
詳記すると、駆動部40の収縮作動により、弁体60が上着座面61を上シート面部27に着座させている場合、低圧連通路80よって弁室36及び低圧室37が連通した状態となる。一方、駆動部40の伸長作動により、弁体60が下着座面62を下シート面部28に着座させている場合、低圧連通路80による弁室36及び低圧室37の連通は、遮断された状態となる。
More specifically, when the
低圧連通路80には、アウトオリフィス80a及び流出開口81が設けられている。アウトオリフィス80aは、低圧連通路80に設けられた円筒孔状の絞り区間である。アウトオリフィス80aは、低圧連通路80を通じて弁室36から低圧室37に流出する燃料の流量を制限する。
The low
流出開口81は、低圧連通路80の両端のうちで弁室36側に位置し、ピン収容孔22aに臨む一方の端部である。流出開口81は、アウトオリフィス80aの流路入口となる。流出開口81は、ピン収容孔22aを区画する内周壁面のうちで先端部42aと径方向にて対向する範囲に開口している。
The
流出開口81は、中心軸線CL1に対して外周側にずれた(偏心した)位置に、弁体60の周囲を巡る周方向の旋回流SFを弁室36の燃料に生じさせる向きで、設けられている。詳記のため、流出開口81の向きを規定する仮想の軸線を流出軸線AL2とする。流出軸線AL2は、流出開口81の中心を通過し、アウトオリフィス80aの軸方向に沿った軸線である。流出軸線AL2は、流入軸線AL1と同様に、中心軸線CL1とは交差しておらず、中心軸線CL1とはねじれの位置関係にある。流出軸線AL2は、中心軸線CL1に対して外周側にずれて位置しており、弁室36から低圧室37へ向かうに従って、中心軸線CL1から離れる方向に傾斜した姿勢とされている。
The
以上の流入開口71及び流出開口81は、中心軸線CL1を含む弁体60の仮想縦断面VPに対して、同じ側に設けられている。仮想縦断面VPは、一方の面を高圧燃料通路31に正対させた姿勢で規定される。流入開口71及び流出開口81は、高圧燃料通路31と仮想縦断面VPとの間に位置している。流入開口71によって生成が促される旋回流SFの向きは、流出開口81によって生成が促される旋回流SFの向きと同一とされている。第一実施形態の旋回流SFは、制御室35側から見たとき、弁体60の周囲を反時計回りに巡りつつ、底壁面36bから頂壁面36dへ向かう燃料の流れである。この旋回流SFの流れ方向は、コイルスプリング68の巻回し方向に沿っている。換言すれば、コイルスプリング68は、旋回流SFの流れ方向に沿うように、その巻回し方向を規定されている。
The
こうした旋回流SFの効果を、図6〜図8に基づき、図3を参照しつつ説明する。 The effect of such a swirling flow SF will be described with reference to FIGS. 6 to 8 and with reference to FIG.
旋回流SFの発生がない場合、流入開口71から流出開口81へ向かう燃料流れは、主に弁体60の片側を流れる。具体的に、燃料の大部分は、中心軸線CL1(仮想縦断面VP)に対して、流入開口71及び流出開口81が開口する側(以下、「開口側AS」)を流れるよとする。そのため、中心軸線CL1に対して開口側ASの流れの速度は、その反対側(以下、「反開口側UAS」)の流れの速度よりも高速となる。故に、図6に示すように、上着座面61と上シート面部27との間における燃料の圧力は、周方向に不均等となり、開口側ASが反開口側UASよりも低圧となる。以上により、低圧となる開口側ASへ向けて弁体60を偏心させるような偏心方向(x軸方向)の油圧力PFが発生する。
When the swirling flow SF is not generated, the fuel flow from the
対して、旋回流SFを発生させた場合、流入開口71から流出開口81へ向かう流れは、弁体60の周囲を巡りながら、接続開口22cに到達するようになる。故に、開口側AS及び反開口側UASの間で、燃料流れの速度差が生じ難くなる。その結果、図7に示すように、上着座面61と上シート面部27との間における燃料の圧力は、周方向にて均等になり易くなる。故に、弁体60を偏心させるような油圧力PF(図6参照)は、低減され得る。
On the other hand, when the swirling flow SF is generated, the flow from the
さらに旋回流SFは、図8に示すように、弁体60の開弁期間の全体に亘って油圧力PFを低減させる効果を発揮し得る。詳記すると、弁体60の開弁開始後に発生する油圧力PFのピークが、旋回流SFによって抑制され得る。加えて、旋回流SFのある形態では、弁体60の開度が大きくなるに従い、流速の上昇に伴って油圧力PFが増大する。一方で、旋回流SFがある形態では、弁体60の開度が大きくなるに従い、流速の上昇に伴って強く安定的な旋回流SFが生じるようになる。その結果、弁体60に作用する油圧力PFは、実質的にゼロに近い状態まで低減され得る。以上のように、旋回流SFによる弁体60の偏心抑制への寄与度は、開弁開始から時間が経過するに従って大きくなる。
Further, the swirling flow SF can exert the effect of reducing the hydraulic pressure PF over the entire valve opening period of the
ここまで説明したように、第一実施形態では、流入開口71及び流出開口81が、中心軸線CL1から外周側にずれた位置に、旋回流SFを生じさせる向きで設けられている。故に、弁室36から低圧室37に燃料が流出する期間にて、弁体60の周囲を巡る周方向の燃料流れが引き起こされる。こうした旋回流SFによれば、弁体60の周囲の燃料圧力の偏りが低減される。その結果、周方向における燃料圧力の不均衡に起因した偏心方向の油圧力PFが抑制されるため、弁体60は、安定した姿勢で軸方向に変位可能となる。
As described above, in the first embodiment, the
以上によれば、低圧室37への燃料流出に伴う制御室35の圧力降下の態様、ひいてはノズルニードル50の開弁方向への変位の態様も、安定化し得る。したがって、噴孔38から噴射される燃料の噴射量の精度向上が実現される。
Based on the above, the mode of pressure drop in the
加えて第一実施形態では、流入開口71の直前に設けられた接続区間73が、内周壁面36cの周方向の接線TLに沿って延伸した形状とされている。こうした接続区間73を流通することで、弁室36に流入した燃料は、内周壁面36cに沿って円滑に流れるようになり、弁体60の周囲を旋回するよう誘導される。以上のように、接続区間73を設ける構成によれば、旋回流SFが生成され易くなるため、弁体60に作用する偏心方向の力は、いっそう低減可能となる。
In addition, in the first embodiment, the
また第一実施形態では、旋回流SFの流れ方向がコイルスプリング68の巻回し方向に沿っている。故に、弁室36にコイルスプリング68が収容される形態であっても、燃料は、コイルスプリング68の線材に阻まれることなく、弁体60の周囲を流れることができる。以上によれば、旋回流SFによる燃料圧力の偏り低減作用は、いっそう発揮され易くなる。
Further, in the first embodiment, the flow direction of the swirling flow SF is along the winding direction of the
さらに第一実施形態では、流入開口71に加えて流出開口81も外周側に偏心しており、互いに同一方向の旋回流SFの生成を促している。こうした構成であれば、弁室36の燃料には、いっそう強い旋回流SFが発生し得る。その結果、弁体60に作用する偏心方向の油圧力PFは、さらに低減され易くなる。
Further, in the first embodiment, in addition to the
加えて第一実施形態では、制御室35及び弁室36や駆動部40等の配置に起因して、流入開口71及び流出開口81は、弁体60に対して同一となる側に設けられている。こうした形態では、偏心方向の油圧力PFが生じ易くなる(図6参照)。しかし、旋回流SFを発生させる構成であれば、油圧力PFの生じ易い形態であっても、弁体60の開口側ASと反開口側UASとの圧力差が効果的に解消され得る(図7参照)。このように、流入開口71及び流出開口81のレイアウトによって旋回流SFを発生させる構成は、流入開口71及び流出開口81が弁体60に対して同一の側に位置する燃料噴射装置10に特に好適なのである。
In addition, in the first embodiment, the
尚、第一実施形態では、弁ボデー20が「ボデー」に相当し、下シート面部28が「シート面部」に相当し、ノズルニードル50が「ニードル」に相当し、制御連通路70が「第一流路」に相当し、低圧連通路80が「第二流路」に相当する。
In the first embodiment, the
(第二実施形態)
図9に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態では、制御連通路270の形状が第一実施形態と異なっている。以下、図9及び図3に基づき、第二実施形態の制御連通路270の詳細を説明する。
(Second embodiment)
The second embodiment shown in FIG. 9 is a modification of the first embodiment. In the second embodiment, the shape of the
制御連通路270において流入開口271に繋がる接続区間273は、内周壁面36cに沿って周方向に湾曲する形状である。接続区間273は、バルブボデー部材22の下端面において、弁体収容穴39の外周側に円弧状に設けられた湾曲溝部によって形成されている。第二実施形態でも、流入開口271の流入軸線AL1は、接続区間273の外側壁面74と内周壁面36cとの連続部分75の接線TLに沿って延伸しており、接線TLと実質的に平行である。接続区間273を流通した燃料には、接続区間273の湾曲形状により、周方向に旋回しようとする流れが生じる。そして、流入軸線AL1が中心軸線CL1に対して外周側にずれて位置する配置により、流入開口271から弁室36に流入した燃料は、内周壁面36cに沿って弁体60の周囲を旋回するように流れる。
The
ここまで説明した第二実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、旋回流SFの発生を促して、弁体60に作用する偏心方向の油圧力PF(図6参照)を抑えることで、安定した姿勢での弁体60の変位が可能になる。加えて第二実施形態では、流入開口271の直前に設けられた接続区間273の湾曲形状により、流入開口271から弁室36に流入した燃料は、弁体60の周囲をそのまま旋回するように流れ得る。このように接続区間273にて旋回方向の流れを予めつくり出しておくことによれば、弁体60の変位姿勢は、さらに安定的となる。
The second embodiment described so far also has the same effect as that of the first embodiment, promotes the generation of swirling flow SF, and suppresses the eccentric oil pressure PF (see FIG. 6) acting on the
(第三実施形態)
図10及び図11に示す第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態の制御連通路370において、弁室36側の端部となる流入開口371は、弁室36の底壁面36bに設けられている。流入開口371は、底壁面36bのうちで、弁体60の着座する下シート面部28の外周側に、略円形状に開口している。流入開口371は、内周壁面36cに臨む底壁面36bの外縁部分に設けられている。
(Third embodiment)
The third embodiment shown in FIGS. 10 and 11 is another modification of the first embodiment. In the
制御連通路370は、中心軸線CL1に対して周方向に傾斜した姿勢で、制御室35(図2参照)から流入開口371へ向けて延伸している。加えて制御連通路370は、弁室36から制御室35へ向かうに従って中心軸線CL1から離れるように、中心軸線CL1に対して外周側に傾斜した姿勢とされている。こうした形状の制御連通路370であれば、バルブボデー部材22への溝加工の実施が省略される。尚、制御連通路370の姿勢を規定する軸線は、流入開口71の向きを規定する流入軸線AL1である。
The
ここまで説明した第三実施形態のように、底壁面36bに流入開口371を開口させたうえで、制御連通路370を中心軸線CL1に対し傾斜させた姿勢とすれば、流入開口371から弁室36に流入する燃料は、弁体60の周囲を旋回する旋回流SFとなり得る。以上によれば、第一実施形態と同様の効果を奏し、弁体60に作用する偏心方向の油圧力PF(図6参照)が抑制され得るため、弁体60は、安定した姿勢で軸方向に変位可能となる。尚、第三実施形態において、下シート面部28が「シート面部」に相当する。
As in the third embodiment described so far, if the
(第四実施形態)
図12に示す第四実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第四実施形態では、制御連通路470の形状が第一実施形態とは異なっている。具体的に、第四実施形態において、低圧連通路80の流出開口81は、第一実施形態と同様に旋回流SFの生成に寄与する。一方で、制御連通路470の流入開口471は、旋回流SFの生成に実質的に寄与しない。流入開口471の向きを規定する流入軸線AL101は、底壁面36bに沿った姿勢とであり、且つ、中心軸線CL1と実質的に交差している。制御連通路470を流通した燃料は、流入開口471から中心軸線CL1へ向けて、弁室36に流入する。
(Fourth Embodiment)
The fourth embodiment shown in FIG. 12 is still another modification of the first embodiment. In the fourth embodiment, the shape of the
以上の第四実施形態でも、少なくとも流出開口81が旋回流SFの発生を促す配置で設けられているため、流入開口471から流入した燃料は、接続開口22cへ向かうに従って次第に弁体60の周囲を巡り始める。そして、弁室36の燃料は、弁体60に対する周方向の移動を伴いながら接続開口22cに到達し得る。したがって、第四実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、弁体60に作用する偏心方向の油圧力PF(図6参照)の抑制により、安定した姿勢で弁体60を変位させることが可能となる。
Also in the above fourth embodiment, at least the
(他の実施形態)
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
(Other embodiments)
Although the plurality of embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not construed as being limited to the above embodiments, and is applied to various embodiments and combinations without departing from the gist of the present disclosure. can do.
上記第一実施形態の変形例1では、制御連通路の流入開口が旋回流の生成に寄与する一方で、低圧連通路の流出開口は、旋回流の生成に実質的に寄与しない。流出開口の流出軸線は、実質的に弁体の中心軸線と交差している。こうした構成でも、流入開口から弁室に流入した燃料は、弁体に対する周方向の移動を伴いながら接続開口に到達し得る。その結果、変形例1でも、弁体は、安定した姿勢で軸方向に変位可能となる。 In the first modification of the first embodiment, the inflow opening of the control communication passage contributes to the generation of the swirling flow, while the outflow opening of the low pressure communication passage does not substantially contribute to the generation of the swirling flow. The outflow axis of the outflow opening substantially intersects the central axis of the valve body. Even in such a configuration, the fuel flowing into the valve chamber from the inflow opening can reach the connection opening with the movement in the circumferential direction with respect to the valve body. As a result, even in the first modification, the valve body can be displaced in the axial direction in a stable posture.
上記実施形態のコイルスプリングは、旋回流の流れ方向と巻回し方向とが一致するように、弁室に配置されていた。しかし、コイルスプリングによる旋回流への影響が軽微であれば、コイルスプリングの巻回し方向は、旋回流の流れ方向とは逆向きであってもよい。さらに、コイルスプリングは、省略されていてもよい。 The coil spring of the above embodiment was arranged in the valve chamber so that the flow direction of the swirling flow and the winding direction coincide with each other. However, if the influence of the coil spring on the swirling flow is slight, the winding direction of the coil spring may be opposite to the flow direction of the swirling flow. Further, the coil spring may be omitted.
上記実施形態において、流入開口及び流出開口は共に、弁体に対して高圧燃料通路側に配置されていた。しかし、流入開口及び流出開口の配置は、適宜変更されてよい。しかしながら、例えば駆動部側から弁室を見たとき、流入開口及び流出開口は、周方向にて対向する配置であることが望ましい。 In the above embodiment, both the inflow opening and the outflow opening are arranged on the high pressure fuel passage side with respect to the valve body. However, the arrangement of the inflow opening and the outflow opening may be changed as appropriate. However, for example, when the valve chamber is viewed from the drive unit side, it is desirable that the inflow opening and the outflow opening are arranged so as to face each other in the circumferential direction.
例えば、中心軸線を基準として時計回りの方向を流入開口が向いている場合、流出開口は、反時計回りの方向の向いていることが望ましい。同様に、中心軸線を基準として反時計回りの方向を流入開口が向いている場合、流出開口は、時計回りの方向の向いていることが望ましい。 For example, when the inflow opening is oriented in the clockwise direction with respect to the central axis, it is desirable that the outflow opening is oriented in the counterclockwise direction. Similarly, if the inflow opening is oriented counterclockwise with respect to the central axis, it is desirable that the outflow opening be oriented clockwise.
上記実施形態では、圧電素子積層体を有するピエゾアクチュエータが駆動部に採用されていた。しかし、駆動部は、例えば磁電アクチュエータ等を有する構成であってもよい。 In the above embodiment, a piezo actuator having a laminated body of piezoelectric elements has been adopted as a drive unit. However, the drive unit may have a configuration having, for example, a magnetic electric actuator or the like.
上記実施形態では、燃料として軽油を噴射する燃料噴射装置に本開示の圧力制御機構等を適用した例を説明した。しかし、上記の圧力制御機構は、軽油以外の燃料、例えばジメチルエーテル等の液化ガス燃料を噴射する燃料噴射装置にも適用可能である。 In the above embodiment, an example in which the pressure control mechanism and the like of the present disclosure are applied to a fuel injection device that injects light oil as fuel has been described. However, the above pressure control mechanism can also be applied to a fuel injection device that injects a fuel other than light oil, for example, a liquefied gas fuel such as dimethyl ether.
10 燃料噴射装置、20 弁ボデー、28 下シート面部(シート面部)、35 制御室、36 弁室、36a 区画壁、36b 底壁面、36c 内周壁面、37 低圧室、38 噴孔、40 駆動部、50 ノズルニードル(ニードル)、60 弁体、68 コイルスプリング、70,270,370,470 制御連通路(第一流路)、71,271,371,471 流入開口、73,273 接続区間、74 外側壁面、75 連続部分、80 低圧連通路(第二流路)、81 流出開口、CL1 中心軸線、AL2 流出軸線、TL 接線、VP 仮想縦断面、SF 旋回流 10 Fuel injection device, 20 valve body, 28 lower seat surface (seat surface), 35 control room, 36 valve room, 36a partition wall, 36b bottom wall surface, 36c inner wall surface, 37 low pressure chamber, 38 nozzle hole, 40 drive unit , 50 nozzle needle (needle), 60 valve body, 68 coil spring, 70, 270, 370, 470 control communication passage (first flow path), 71,271,371,471 inflow opening, 73,273 connection section, 74 outside Wall surface, 75 continuous part, 80 low pressure continuous passage (second flow path), 81 outflow opening, CL1 center axis, AL2 outflow axis, TL tangent, VP virtual vertical section, SF swirl flow
Claims (7)
前記制御室の燃料圧力の変動によって変位し、前記噴孔を開閉するニードル(50)と、
軸方向に変位可能な状態で前記弁室に収容され、前記弁室の上シート面部(27)に着座面(61)を離着座させる柱状の弁体(60)と、
伸縮作動によって前記弁体を駆動し、前記第二流路によって前記弁室及び前記低圧室が連通した状態と、前記第二流路による前記弁室及び前記低圧室の連通が遮断された状態とを切り替える駆動部(40)と、を備え、
前記着座面の上流側に位置し前記第一流路において前記弁室側の端部となる流入開口(71,271,371)及び前記着座面の下流側に位置し前記第二流路において前記弁室側の端部となる流出開口(81)の両方が、前記弁体の周囲を巡る周方向の旋回流(SF)を前記弁室の燃料に生じさせる向きで、前記弁体の中心軸線(CL1)に対して外周側にずれた位置に設けられている燃料噴射装置。 A control chamber (35) and a valve chamber (36) in which a jet hole (38) for injecting fuel is formed and filled with fuel, a low pressure chamber (37) from which fuel in the valve chamber flows out, the control chamber and the valve. A body (20) provided inside with a first flow path (70, 270, 370) communicating the chamber and a second flow path (80) communicating the valve chamber and the low pressure chamber via a throttle section. ,
A needle (50) that displaces due to fluctuations in the fuel pressure in the control chamber and opens and closes the injection hole.
Accommodated in the valve chamber displaceable in the axial direction, a columnar valve body seating surface (61) Ru is away seated on the seat surface portion (27) on said valve chamber (60),
The valve body is driven by the expansion / contraction operation, and the valve chamber and the low pressure chamber are in communication with each other by the second flow path, and the valve chamber and the low pressure chamber are in communication with each other by the second flow path. With a drive unit (40) that switches between
The inflow opening (71,271,371) located on the upstream side of the seating surface and serving as the end of the valve chamber side in the first flow path and the valve located on the downstream side of the seating surface in the second flow path. Both of the outflow openings (81), which are the ends on the chamber side, are oriented so as to generate a circumferential swirling flow (SF) around the valve body in the fuel of the valve chamber, and the central axis of the valve body (the central axis of the valve body (81). A fuel injection device provided at a position shifted to the outer peripheral side with respect to CL1).
前記第一流路のうちで前記流入開口に繋がる接続区間(73)は、当該接続区間の外側壁面(74)と前記内周壁面との連続部分(75)での周方向の接線(TL)に沿って延伸する形状である請求項1に記載の燃料噴射装置。 The inflow opening is opened in the inner peripheral wall surface (36c) surrounding the periphery of the valve body in the partition wall (36a) that divides the valve chamber.
The connection section (73) connected to the inflow opening in the first flow path is a circumferential tangent (TL) at the continuous portion (75) between the outer wall surface (74) of the connection section and the inner peripheral wall surface. The fuel injection device according to claim 1, which has a shape extending along the line.
前記第一流路のうちで前記流入開口に繋がる接続区間(273)は、前記内周壁面に沿って周方向に湾曲する形状である請求項1に記載の燃料噴射装置。 The inflow opening is opened in the inner peripheral wall surface (36c) surrounding the periphery of the valve body in the partition wall (36a) that divides the valve chamber.
The fuel injection device according to claim 1, wherein the connection section (273) connected to the inflow opening in the first flow path has a shape curved in the circumferential direction along the inner peripheral wall surface.
前記第一流路は、前記中心軸線に対して周方向に傾斜した姿勢で前記流入開口へ向けて延伸する形状である請求項1に記載の燃料噴射装置。 The inflow opening is opened on the outer peripheral side of the seat surface portion (28) on which the valve body is seated in the bottom wall surface (36b) of the valve chamber.
The fuel injection device according to claim 1, wherein the first flow path has a shape extending toward the inflow opening in a posture inclined in the circumferential direction with respect to the central axis.
前記コイルスプリングの巻回し方向は、前記旋回流の流れ方向に沿っている請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 A coil spring (68), which is housed in the valve chamber and is formed by spirally winding a linear material, is further provided.
The fuel injection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the winding direction of the coil spring is along the flow direction of the swirling flow.
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