JP3797133B2

JP3797133B2 - Engine fuel injector

Info

Publication number: JP3797133B2
Application number: JP2001141928A
Authority: JP
Inventors: 明宏榊田; 浩幸小松; 賢明久保; 明裕飯山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2021-05-11
Also published as: JP2002332929A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの燃料噴射装置に関し、詳しくは、燃料と空気との混合気を噴射する２流体燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直噴火花点火式エンジンの燃料噴射装置としては、特開平５−２５６２３０号公報に記載されるように、燃料と空気とを予め混合し、針弁を電磁力によってリフトさせて、前記燃料と空気との混合気を噴射する構成のものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように燃料と空気との混合気を噴射する燃料噴射装置においては、燃料のみを噴射する装置に対して噴射体積流量が増加するため、ノズルのシート部の径及び針弁のストロークを大きくして、噴射ノズルの噴孔部の開口面積を大きくする必要が生じる。
【０００４】
ここで、シート径を大きくすると、針弁が燃焼室内の圧力を受け易くなり、吸気行程から圧縮行程の後半までを噴射時期とする場合、閉弁方向に働く燃焼室内の圧力に対抗し得る電磁力で針弁を開駆動させることが要求され、大きな磁性材料を必要とすることになる。
しかし、大きな磁性材料の使用によって可動部分の重量が増加すると、応答性を維持するためには、針弁を閉弁方向に付勢するスプリングのセット荷重を増加させる必要が生じ、その結果、更に大きな電磁力が必要とされ、磁性材料部が大型化し、引いては、燃料噴射装置を大型化させることになってしまうという問題があった。
【０００５】
更に、可動部分の重量が増加することで、針弁がシート部に着座するときの衝突エネルギーが増加することになり、これにより、噴射装置の耐久性が低下し、また、衝撃音が発生し、更には、閉弁後の針弁の再リフト（バウンシング）が生じるという問題があった。
特に、針弁のバウンシングが発生すると、余分な混合気の噴射によって排気性能が悪化すると共に、ノズルに対するデポジット堆積の原因になってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、小さい電磁力、即ち、軽い可動部でありながら、噴射時期を圧縮行程の後半まで設定することが可能な電磁式の２流体燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明は、ノズルに保持される針弁を駆動して燃料と空気との混合気を噴射するエンジンの燃料噴射装置において、前記針弁及びノズルにより形成される空間を前記針弁に設けた針弁ガイドによって前記針弁の軸方向に隔成することで、前記針弁ガイドを挟んでエア室と作動補助室とを形成し、前記エア室にエンジンに噴射する混合気を供給する一方、前記針弁に作用する電磁力と、前記作動補助室内の圧力により前記針弁に作用する力との合力により前記針弁を駆動する構成とし、かつ、前記混合気の噴射時期を前記電磁力の発生時期によって制御する構成とした。
【０００８】
かかる構成によると、針弁をノズルに摺接させて移動案内させるために設けられる針弁ガイドが、混合気の供給経路を構成するエア室と針弁を補助的に駆動するための作動補助室とを隔成する遮断部としても機能する。そして、電磁力のみで針弁を開弁駆動するのではなく、作動補助室の圧力を補助的に作用させ、電磁力と作動補助室の圧力との合力で針弁を開弁駆動するものであり、針弁の開閉は電磁力の発生の有無で切換えられる。
【０００９】
請求項２記載の発明では、前記作動補助室内の液体の圧力を変化させる構成であって、前記作動補助室内の液体の圧力を前記エア室内の圧力よりも高く設定する構成とした。
【００１０】
かかる構成によると、作動補助室内の液体の圧力が、エア室内の圧力よりも高いから、作動補助室とエア室とを隔成する針弁ガイド部の隙間における流体の流れが、作動補助室からエア室に向かう流れに限定される。請求項３記載の発明では、前記作動補助室内の液体の圧力を変化させる構成であって、前記針弁ガイドにシール部材を介装させる構成とした。
【００１１】
かかる構成によると、エア室側から作動補助室に対する空気の漏れ出しが、シール部材で遮断されることになる。請求項４記載の発明では、前記燃料噴射装置が、エンジンの燃焼室内に直接混合気を噴射する構成であり、前記作動補助室内の圧力を、前記燃焼室内の圧力に応じて変化させる構成とした。
【００１２】
かかる構成によると、針弁が閉弁方向に受ける圧力である燃焼室内の圧力に応じて、針弁を開弁方向に駆動させる力を発生させる作動補助室の圧力が変化することになる。請求項５記載の発明では、前記作動補助室に液体燃料を供給する燃料供給通路と、該燃料供給通路に介装され前記作動補助室内の圧力が所定圧以下であるときに液体燃料を前記作動補助室内に供給するチェック弁と、前記燃焼室内の圧力を受圧して前記作動補助室内の液体を加圧するピストンとを備える構成とした。
【００１３】
かかる構成によると、作動補助室の圧力が低下すると、チェック弁が開いて液体燃料が作動補助室に供給され、作動補助室内の圧力が一定圧以上に保持され、燃焼室内の圧力が上昇すると、ピストンによって作動補助室内が加圧される。請求項６記載の発明では、前記ピストンが、前記作動補助室内の圧力を前記燃焼室内の圧力以上に増圧する構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、ピストンによって作動補助室内の液体燃料の圧力が、燃焼室内の圧力以上に加圧され、該作動補助室の圧力と電磁力とによって針弁を駆動する。請求項７記載の発明では、前記作動補助室とエンジンの燃焼室とを連通させる連通路を備えると共に、前記連通路を、前記燃焼室内の圧力が所定値以上になったときに閉塞させる構成とした。
【００１５】
かかる構成によると、作動補助室と燃焼室とが連通路で連通されるので、作動補助室内の圧力が、燃焼室内の圧力と同等になるが、燃焼室の圧力が所定値以上になったとき、特に燃焼行程において前記連通路を閉塞させることで、燃焼ガスの作動補助室への侵入が遮断される。請求項８記載の発明では、前記燃焼室内の圧力を受圧してストロークし、ストローク途中で前記連通路を閉塞すると共に、前記作動補助室内の圧力を前記燃焼室内の圧力以上に増圧するピストンを備える構成とした。
【００１６】
かかる構成によると、燃焼室内の圧力が高まると、ピストンがストロークすることで連通路が閉塞されて、作動補助室が閉じた空間となり、更に、ピストンがストロークすることで、作動補助室内の圧力が燃焼室内の圧力以上に増圧される。請求項９記載の発明では、前記ピストンのストロークがストッパによって規制される構成とした。
【００１７】
かかる構成によると、作動補助室を加圧するピストンのストロークがストッパによって規制され、ストッパ位置を越えるストローク、換言すれば、ストッパ位置での圧力を超える加圧が禁止される。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、針弁のガイド部によってエア室と作動補助室とを隔成させ、前記作動補助室の圧力を補助的に用いて針弁を駆動するので、小さい電磁力で針弁を開駆動することができ、これにより、可動部分の重量を軽くできるので、磁性材料部を小型化して燃料噴射装置を小型化でき、また、着座時の衝撃エネルギーが小さくなるので、耐久性を向上させることができると共に、閉弁時の再リフトが防止され排気性能を向上させることができるという効果がある。
【００１９】
請求項２，３記載の発明によると、エア室の空気が作動補助室に入るのを防止でき、以って、作動補助室内の液体のキャビテーションを防止できるという効果がある。
【００２０】
請求項４記載の発明によると、針弁が受ける燃焼室内の圧力を相殺させることができ、圧縮行程後半に噴射時期が設定されたとしても、開弁に必要な電磁力を小さくすることができるという効果がある。請求項５記載の発明によると、作動補助室内の液体の圧力を燃焼室内の圧力上昇に応じて増加させて、針弁が受ける燃焼室内の圧力を相殺させることができるという効果がある。
【００２１】
請求項６記載の発明によると、針弁に対して閉弁方向に加わるスプリングなどによる付勢力及び燃焼室内の圧力に抗する圧力を作動補助室内に発生させることができるという効果がある。請求項７記載の発明によると、作動補助室内の圧力を簡便な構成で燃焼室に対応させ、針弁が受ける燃焼室内の圧力を相殺させることができると共に、燃焼ガスが作動補助室に入って、噴射装置内が汚損されるのを防止できるという効果がある。
【００２２】
請求項８記載の発明によると、針弁に対して閉弁方向に加わるスプリングなどによる付勢力及び燃焼室内の圧力に抗する圧力を作動補助室内に発生させることができると共に、燃焼ガスが作動補助室に入ることを簡便な構成で防止できるという効果がある。請求項９記載の発明によると、作動補助室内を加圧するピストンのストロークを規制することで、作動補助室内の圧力が高くなり過ぎるのを確実に防止できるという効果がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、第１の実施形態における燃料噴射装置を示す断面図である。
この図１に示す燃料噴射装置１は、エンジン２の燃焼室３内に、燃料と空気との混合気を直接噴射する装置である。
【００２４】
前記燃料噴射装置１の本体１１には、先端に噴孔１２ａが形成される中空のノズル１２が設けられ、該ノズル１２に針弁１３が保持される。
前記針弁１３の中間部には拡径された針弁ガイド１３ａが設けられ、該針弁ガイド１３ａがノズル１２の中空部に嵌合されることで、ノズル１２に対する針弁１３の軸方向への移動が案内される。
【００２５】
前記針弁ガイド１３ａを挟んで上下に、針弁１３の外周とノズル１２の内周とにより作動補助室１４，エア室１５がそれぞれ環状に形成される。
前記針弁ガイド１３ａよりも先端側に形成されるエア室１５には、本体１１内に設けられる混合気供給通路１６を介してエンジン２に噴射する混合気が供給される。
【００２６】
前記混合気供給通路１６の途中には、本体１１に固定される液体燃料噴射弁１７が臨む一方、本体１１の外にまで延設される前記混合気供給通路１６の端部にはエアポンプ１８が設けられ、エアポンプ１８で加圧された圧縮空気中に液体燃料噴射弁１７から燃料を噴射することで、燃料と空気との混合気が形成される。前記液体燃料噴射弁１７には、燃料タンク１９から燃料ポンプ２０によって吸引され、プレッシャレギュレータ２１で所定圧力に調整された液体燃料が第１燃料供給通路２２を介して供給される。
【００２７】
前記プレッシャレギュレータ２１は、リリーフ通路２１ａを介して余剰燃料を燃料タンク１９に戻すことで、燃料圧力を所定の圧力に調整する。一方、前記針弁ガイド１３ａよりも基端側に形成される作動補助室１４には、前記プレッシャレギュレータ２１で所定圧力に調整された液体燃料が第２燃料供給通路２３を介して供給される。
【００２８】
前記第２燃料供給通路２３の途中には、チェック弁２４が介装されている。
前記チェック弁２４は、該チェック弁２４下流側の液体燃料の圧力が、上流側の液体燃料の圧力（前記プレッシャレギュレータ２１の設定圧）よりも所定以上低くなったときに開弁して、燃料の作動補助室１４への導入を許容し、それ以外では、第２燃料供給通路２３を遮断する弁である。
【００２９】
尚、作動補助室１４内の圧力がエア室１５の圧力よりも高くなるように設定してあり、これにより、作動補助室１４とエア室１５とを隔成する針弁ガイド１３ａの嵌合隙間を介してエア室１５の空気が作動補助室１４に侵入することを防止するようにしてある。
ここで、上記圧力設定が行えない場合や、作動補助室１４からエア室１５への燃料の漏れ出しをも防止したいときには、図２に示すように、針弁ガイド１３ａの外周に、Ｏリング１３ｂ（シール部材）を介装させるようにすれば良い。
【００３０】
また、前記チェック弁２４下流側の第２燃料供給通路２３には、一方端が燃焼室３内の圧力を受けるピストン２５の他端部を臨ませてある。
前記ピストン２５は、スプリング２６によって燃焼室３側に向けて付勢される一方、前記燃焼室３内の圧力を受ける大径部２５ａと、第２燃料供給通路２３に臨む小径部２５ｂとから構成される。
【００３１】
従って、前記ピストン２５は、燃焼室３内の圧力が高くなると、図３に示すように、第２燃料供給通路２３に向けてストロークすることで、作動補助室１４内の燃料を加圧することになり、かつ、作動補助室１４側と燃焼室３側との受圧面積の違いによって燃焼室３内の圧力を増圧して作動補助室１４の燃料に伝えることになる。
【００３２】
ここで、前記ピストン２５の第２燃料供給通路２３に向けてのストロークが、ストッパ２５ｃによって規制され、ピストン２５によって作動補助室１４内の燃料圧力が所定以上に増圧されることがないようにしてある。
前記針弁１３は、コイルスプリング２７によって閉弁方向（図１で上方）に付勢される一方、基端部にアーマチャー２８（磁性材料）が一体的に設けられ、本体１１に固定される電磁コイル２９に電流を流すことで、針弁１３を開弁方向（図１で下方）に駆動する電磁吸引力が発生するようになっている。
【００３３】
尚、ノズル１２の基端側を貫通する針弁１３の摺接部分から前記コイルスプリング２７を内設する空間に漏れ出した燃料は、ドレン通路３０を介して燃料タンク１９に戻されるようになっている。
上記構成の燃料噴射装置１において、噴射時期において前記電磁コイル２９に電流を流すことで、針弁１３をリフトさせて開弁させるが、前記電磁コイル２９により開弁方向に作用する電磁力と共に、前記作動補助室１４内の燃料圧力が針弁１３に対して開弁方向に作用するから、開弁駆動に必要とされる電磁力を小さくできる。
【００３４】
更に、前記作動補助室１４内の燃料圧力は、燃焼室３内の圧力増加に応じて増大するから、噴射時期として圧縮行程後半が設定されたとしても、開弁駆動に要する電磁力が吸気行程噴射時に対して急増することがない。
従って、噴射時期として吸気行程から圧縮行程の後半まで設定される場合であっても、開弁駆動に要する電磁力を小さく抑制でき、これによって、アーマチャー２８（磁性材料）を小さくでき、燃料噴射装置１を小型化できる。
【００３５】
図４は、燃焼室内の圧力変化と、針弁に作用する力との相関を示すものである。
この図４に示すように、針弁１３には、コイルスプリング２７による閉弁方向の力と、燃焼室３内の作動ガス圧力による閉弁方向の力と、エア室１５内の混合気圧力による開弁方向の力と、作動補助室１４内の燃料圧力による開弁方向の力とが常に加わることになる。
【００３６】
ここで、燃焼室３内の作動ガス圧力による閉弁方向の力の増大変化に応じて、作動補助室１４内の燃料圧力による開弁方向の力を増大変化させることができるから、ピストン２５の径や針弁ガイド１３ａにおける受圧面積等の設定によって、閉弁方向の力と開弁方向の力とを、燃焼室３内の圧力変化に関わらずに略バランスさせることができ、開弁駆動のために要求される電磁量を、燃焼室内の圧力変化（噴射タイミング）に因らずに小さな値に抑制できる。
【００３７】
これに対し、前記作動補助室１４による開弁方向の力を作用させない場合には、図５に示すように、作動補助室１４による開弁方向の力がない分、電磁力を増加させる必要が生じ、噴射時期を圧縮行程後半に設定することを可能にするためには大きな電磁力が要求され、アーマチャー２８（磁性材料）の大型化、引いては、燃料噴射装置１の大型化を招くことになる。
【００３８】
図６は、第２の実施形態における燃料噴射装置を示す。
この図６に示す燃料噴射装置は、前記図１に示した第１の実施形態に対して、作動補助室１４の圧力制御系の構成のみが異なる。
図６に示す燃料噴射装置では、作動補助室１４に導く流体を、燃焼室３内の作動ガスとする。
【００３９】
具体的には、燃焼室３内と作動補助室１４とを連通する連通路３１が設けられると共に、作動補助室１４内の圧力を燃焼室３内の圧力よりも高めるためのピストン３２が設けられる。
前記ピストン３２は、燃焼室３内の圧力を受ける大径部３２ａと作動補助室１４側に臨む小径部３２ｂとからなり、スプリング３３によって付勢される燃焼室３側の基準位置では、前記連通路３１が開放されるので、燃焼室３内の圧力と作動補助室１４内の圧力とが等しくなる。
【００４０】
ここで、燃焼室３内の圧力が上昇して、受圧面積の差によりピストン３２をストロークさせる方向に作用する力が、スプリング３３の付勢力を上回るようになると、ピストン３２がストロークし、小径部３２ｂのシリンダ壁に開口する連通路３１を閉塞するようになる（図７参照）。
ピストン３２により連通路３１を閉塞した後は、燃焼室３内の圧力がより高くなると、ピストン３２が更にストロークし、作動補助室１４内の圧力を燃焼室３内の圧力よりも高く増圧する。
【００４１】
尚、上記第２の実施形態においても、ストッパ３２ｃが、ピストン３２のストロークを規制し、作動補助１４内の圧力が所定以上に加圧されないようにしてある。
係る構成の第２実施形態においても、作動補助室１４内の圧力が針弁１３の開弁方向に作用し、然も、作動補助室１４内の圧力が燃焼室３の圧力上昇に応じて増大するから、たとえ圧縮行程の後半に噴射時期が設定される構成であっても、開弁駆動に要求される電磁力を低く抑えることができ、以って、アーマチャー２８（磁性材料）を小さくでき、燃料噴射装置１を小型化できる。
【００４２】
また、燃焼室３内の圧力が高くなったときに連通路３１を閉塞することで、作動補助室１４内への燃焼ガスの流入を防止でき、作動補助室１４内に燃焼ガスが流入して針弁１３とノズル１２との間の摺動部にカーボン等が入り込み、針弁１３の動きが阻害されるようになることを未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃料噴射装置を示すシステム構成図。
【図２】第１の実施形態において針弁ガイドにＯリングを追加した構成を示す部分拡大図。
【図３】第１の実施形態におけるピストンのストローク状態を示す部分拡大図。
【図４】第１の実施形態における針弁に加わる荷重と燃焼室内の圧力との相関を示すグラフ。
【図５】作動補助室により閉弁方向の力を発生させない場合の針弁に加わる荷重と燃焼室内の圧力との相関を示すグラフ。
【図６】第２の実施形態における燃料噴射装置を示すシステム構成図。
【図７】第２の実施形態におけるピストンのストローク状態を示す部分拡大図。
【符号の説明】
１…燃料噴射装置
２…エンジン
１２…ノズル
１３…針弁
１３ａ…針弁ガイド
１４…作動補助室
１５…エア室
１６…混合気供給通路
１７…液体燃料噴射弁
１８…エアポンプ
１９…燃料タンク
２０…燃料ポンプ
２１…プレッシャレギュレータ
２４…チェック弁
２５…ピイトン
２７…コイルスプリング
２８…アーマチャー
２９…電磁コイル
３１…連通路
３２…ピストン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine fuel injection device, and more particularly to a two-fluid fuel injection device that injects a mixture of fuel and air.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a fuel injection device of a direct injection spark ignition type engine, as described in JP-A-5-256230, fuel and air are mixed in advance, and a needle valve is lifted by electromagnetic force, and the fuel is injected. There is a configuration in which a mixture of air and air is injected.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the fuel injection device that injects the mixture of fuel and air as described above, the injection volume flow rate increases with respect to the device that injects only the fuel, so that the diameter of the nozzle seat and the stroke of the needle valve are increased. To increase the opening area of the injection hole of the injection nozzle.
[0004]
Here, when the seat diameter is increased, the needle valve is likely to receive pressure in the combustion chamber. When the injection timing is from the intake stroke to the latter half of the compression stroke, the electromagnetic pressure that can counter the pressure in the combustion chamber that works in the valve closing direction. It is required to open the needle valve with force, and a large magnetic material is required.
However, when the weight of the movable part increases due to the use of a large magnetic material, it is necessary to increase the set load of the spring that biases the needle valve in the valve closing direction in order to maintain the responsiveness. There is a problem that a large electromagnetic force is required, the magnetic material portion is enlarged, and the fuel injection device is enlarged.
[0005]
Furthermore, the weight of the movable part increases, so that the collision energy when the needle valve is seated on the seat part increases, which reduces the durability of the injection device and generates an impact sound. Furthermore, there has been a problem that re-lifting (bouncing) of the needle valve occurs after the valve is closed.
In particular, when bouncing of the needle valve occurs, there is a problem that exhaust performance deteriorates due to injection of an excess air-fuel mixture and deposits are deposited on the nozzle.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an electromagnetic two-fluid fuel injection device capable of setting the injection timing until the latter half of the compression stroke while having a small electromagnetic force, that is, a light movable part. The purpose is to do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the invention according to claim 1 is a fuel injection device for an engine in which a needle valve held by a nozzle is driven to inject a mixture of fuel and air, and the space formed by the needle valve and the nozzle is By separating the needle valve in the axial direction by a needle valve guide provided in the needle valve, an air chamber and an operation auxiliary chamber are formed across the needle valve guide, and the air-fuel mixture injected into the air chamber to the engine The needle valve is driven by the resultant force of the electromagnetic force acting on the needle valve and the force acting on the needle valve by the pressure in the operation assisting chamber , and the injection timing of the air-fuel mixture Is controlled by the generation time of the electromagnetic force.
[0008]
According to this configuration, the needle valve guide provided for sliding and guiding the needle valve to the nozzle moves the air chamber constituting the air-fuel mixture supply path and the auxiliary operation chamber for driving the needle valve as an auxiliary. It also functions as a blocking part that separates the two. In addition, the needle valve is not driven to open by electromagnetic force alone, but the pressure in the auxiliary operation chamber is actuated supplementarily, and the needle valve is driven to open by the resultant force of the electromagnetic force and the pressure in the auxiliary operation chamber. Yes, the needle valve can be opened and closed depending on whether electromagnetic force is generated .
[0009]
According to a second aspect of the present invention, the pressure of the liquid in the operation auxiliary chamber is changed, and the pressure of the liquid in the operation auxiliary chamber is set higher than the pressure in the air chamber.
[0010]
According to such a configuration, since the pressure of the liquid in the operation auxiliary chamber is higher than the pressure in the air chamber, the fluid flow in the gap of the needle valve guide portion that separates the operation auxiliary chamber and the air chamber from the operation auxiliary chamber. Limited to the flow toward the air chamber. According to a third aspect of the present invention, the pressure of the liquid in the auxiliary operation chamber is changed, and a seal member is interposed in the needle valve guide.
[0011]
According to such a configuration, leakage of air from the air chamber side to the auxiliary operation chamber is blocked by the seal member. According to a fourth aspect of the present invention, the fuel injection device is configured to inject the air-fuel mixture directly into the combustion chamber of the engine, and is configured to change the pressure in the operation auxiliary chamber according to the pressure in the combustion chamber. .
[0012]
According to this configuration, the pressure in the auxiliary operation chamber that generates a force that drives the needle valve in the valve opening direction changes according to the pressure in the combustion chamber that is the pressure that the needle valve receives in the valve closing direction. According to a fifth aspect of the present invention, the fuel supply passage for supplying liquid fuel to the operation auxiliary chamber, and the liquid fuel is operated when the pressure in the operation auxiliary chamber is not more than a predetermined pressure. A check valve supplied to the auxiliary chamber and a piston for receiving the pressure in the combustion chamber and pressurizing the liquid in the operation auxiliary chamber are provided.
[0013]
According to such a configuration, when the pressure in the operation auxiliary chamber decreases, the check valve opens and liquid fuel is supplied to the operation auxiliary chamber, the pressure in the operation auxiliary chamber is maintained at a predetermined pressure or more, and the pressure in the combustion chamber increases. The operation auxiliary chamber is pressurized by the piston. According to a sixth aspect of the present invention, the piston is configured to increase the pressure in the auxiliary operation chamber to be higher than the pressure in the combustion chamber.
[0014]
According to this configuration, the pressure of the liquid fuel in the operation auxiliary chamber is increased by the piston to be higher than the pressure in the combustion chamber, and the needle valve is driven by the pressure and electromagnetic force in the operation auxiliary chamber. According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a communication passage that allows the operation auxiliary chamber and the combustion chamber of the engine to communicate with each other, and the communication passage is closed when the pressure in the combustion chamber becomes a predetermined value or more. did.
[0015]
According to such a configuration, since the operation auxiliary chamber and the combustion chamber communicate with each other through the communication path, the pressure in the operation auxiliary chamber becomes equal to the pressure in the combustion chamber, but when the pressure in the combustion chamber exceeds a predetermined value. In particular, by closing the communication passage in the combustion stroke, the intrusion of the combustion gas into the operation auxiliary chamber is blocked. According to an eighth aspect of the invention, there is provided a piston that receives the pressure in the combustion chamber to make a stroke, closes the communication path in the middle of the stroke, and increases the pressure in the auxiliary operation chamber to be higher than the pressure in the combustion chamber. The configuration.
[0016]
According to such a configuration, when the pressure in the combustion chamber increases, the communication path is closed by the stroke of the piston, and the operation auxiliary chamber is closed, and further, the pressure in the operation auxiliary chamber is increased by the stroke of the piston. The pressure is increased above the pressure in the combustion chamber. In the invention according to claim 9 , the stroke of the piston is regulated by a stopper.
[0017]
According to such a configuration, the stroke of the piston for pressurizing the auxiliary operation chamber is regulated by the stopper, and the stroke exceeding the stopper position, in other words, pressurization exceeding the pressure at the stopper position is prohibited.
[0018]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the air chamber and the auxiliary operation chamber are separated by the guide portion of the needle valve, and the needle valve is driven by using the pressure in the auxiliary operation chamber as a supplement. The needle valve can be driven to open, thereby reducing the weight of the movable part, miniaturizing the magnetic material part and miniaturizing the fuel injection device, and reducing the impact energy when seated. As a result, the re-lifting at the time of closing the valve can be prevented and the exhaust performance can be improved.
[0019]
According to the second and third aspects of the invention, it is possible to prevent the air in the air chamber from entering the auxiliary operation chamber, thereby preventing the liquid cavitation in the auxiliary operation chamber.
[0020]
According to the fourth aspect of the present invention, the pressure in the combustion chamber received by the needle valve can be offset, and even if the injection timing is set in the latter half of the compression stroke, the electromagnetic force required for valve opening can be reduced. There is an effect. According to the fifth aspect of the present invention, there is an effect that the pressure of the liquid in the operation auxiliary chamber is increased according to the pressure increase in the combustion chamber, and the pressure in the combustion chamber received by the needle valve can be offset.
[0021]
According to the sixth aspect of the present invention, there is an effect that it is possible to generate an urging force by a spring or the like applied to the needle valve in the valve closing direction and a pressure against the pressure in the combustion chamber in the operation auxiliary chamber. According to the seventh aspect of the invention, the pressure in the auxiliary operation chamber can be made to correspond to the combustion chamber with a simple configuration, the pressure in the combustion chamber received by the needle valve can be offset, and the combustion gas enters the auxiliary operation chamber. There is an effect that the inside of the injection device can be prevented from being soiled.
[0022]
According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to generate an urging force by a spring or the like applied in the valve closing direction with respect to the needle valve and a pressure against the pressure in the combustion chamber in the operation auxiliary chamber, and the combustion gas is used as the operation auxiliary. There is an effect that entry into the room can be prevented with a simple configuration. According to the ninth aspect of the invention, by regulating the stroke of the piston that pressurizes the operation auxiliary chamber, it is possible to reliably prevent the pressure in the operation auxiliary chamber from becoming too high.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a fuel injection device according to the first embodiment.
A fuel injection device 1 shown in FIG. 1 is a device that directly injects a mixture of fuel and air into a combustion chamber 3 of an engine 2.
[0024]
The main body 11 of the fuel injection device 1 is provided with a hollow nozzle 12 having a nozzle hole 12 a formed at the tip, and a needle valve 13 is held by the nozzle 12.
A needle valve guide 13a having an enlarged diameter is provided at an intermediate portion of the needle valve 13, and the needle valve guide 13a is fitted in a hollow portion of the nozzle 12, so that the needle valve 13 is axially moved with respect to the nozzle 12. The movement of is guided.
[0025]
The auxiliary operation chamber 14 and the air chamber 15 are formed in an annular shape by the outer periphery of the needle valve 13 and the inner periphery of the nozzle 12 above and below the needle valve guide 13a.
An air-fuel mixture that is injected into the engine 2 is supplied to an air chamber 15 that is formed on the tip side of the needle valve guide 13a through an air-fuel mixture supply passage 16 provided in the main body 11.
[0026]
In the middle of the air-fuel mixture supply passage 16, a liquid fuel injection valve 17 fixed to the main body 11 faces, while an air pump 18 is provided at the end of the air-fuel mixture supply passage 16 extending to the outside of the main body 11. A fuel / air mixture is formed by injecting fuel from the liquid fuel injection valve 17 into the compressed air that is provided and pressurized by the air pump 18. The liquid fuel injection valve 17 is supplied with liquid fuel, which is sucked from a fuel tank 19 by a fuel pump 20 and adjusted to a predetermined pressure by a pressure regulator 21, via a first fuel supply passage 22.
[0027]
The pressure regulator 21 adjusts the fuel pressure to a predetermined pressure by returning surplus fuel to the fuel tank 19 via the relief passage 21a. On the other hand, the liquid fuel adjusted to a predetermined pressure by the pressure regulator 21 is supplied through the second fuel supply passage 23 to the operation assisting chamber 14 formed on the base end side with respect to the needle valve guide 13a.
[0028]
A check valve 24 is interposed in the middle of the second fuel supply passage 23.
The check valve 24 opens when the pressure of the liquid fuel downstream of the check valve 24 becomes lower than the pressure of the upstream liquid fuel (the set pressure of the pressure regulator 21) by a predetermined amount or more. This is a valve that allows introduction into the auxiliary operation chamber 14 and blocks the second fuel supply passage 23 otherwise.
[0029]
Note that the pressure in the operation auxiliary chamber 14 is set to be higher than the pressure in the air chamber 15, whereby the fitting clearance of the needle valve guide 13 a that separates the operation auxiliary chamber 14 and the air chamber 15. The air in the air chamber 15 is prevented from entering the auxiliary operation chamber 14 via
Here, when the pressure cannot be set or when it is desired to prevent the fuel from leaking from the auxiliary operation chamber 14 to the air chamber 15, as shown in FIG. 2, an O-ring 13b is provided on the outer periphery of the needle valve guide 13a. A (seal member) may be interposed.
[0030]
The second fuel supply passage 23 on the downstream side of the check valve 24 has one end facing the other end of the piston 25 that receives the pressure in the combustion chamber 3.
The piston 25 is urged toward the combustion chamber 3 by a spring 26, and includes a large diameter portion 25 a that receives pressure in the combustion chamber 3 and a small diameter portion 25 b that faces the second fuel supply passage 23. Is done.
[0031]
Therefore, when the pressure in the combustion chamber 3 increases, the piston 25 strokes toward the second fuel supply passage 23 to pressurize the fuel in the auxiliary operation chamber 14 as shown in FIG. In addition, the pressure in the combustion chamber 3 is increased and transmitted to the fuel in the operation auxiliary chamber 14 due to the difference in pressure receiving area between the operation auxiliary chamber 14 side and the combustion chamber 3 side.
[0032]
Here, the stroke of the piston 25 toward the second fuel supply passage 23 is restricted by the stopper 25c, so that the fuel pressure in the auxiliary operation chamber 14 is not increased more than a predetermined value by the piston 25. It is.
The needle valve 13 is urged in a valve closing direction (upward in FIG. 1) by a coil spring 27, while an armature 28 (magnetic material) is integrally provided at a base end portion and is fixed to the main body 11. By passing a current through the coil 29, an electromagnetic attractive force that drives the needle valve 13 in the valve opening direction (downward in FIG. 1) is generated.
[0033]
The fuel leaking from the sliding contact portion of the needle valve 13 penetrating the proximal end side of the nozzle 12 into the space in which the coil spring 27 is provided is returned to the fuel tank 19 through the drain passage 30. ing.
In the fuel injection device 1 having the above-described configuration, the needle valve 13 is lifted and opened by passing a current through the electromagnetic coil 29 at the injection timing, but with the electromagnetic force acting in the valve opening direction by the electromagnetic coil 29, Since the fuel pressure in the operation auxiliary chamber 14 acts in the valve opening direction with respect to the needle valve 13, the electromagnetic force required for the valve opening drive can be reduced.
[0034]
Further, since the fuel pressure in the operation assisting chamber 14 increases as the pressure in the combustion chamber 3 increases, even if the second half of the compression stroke is set as the injection timing, the electromagnetic force required for the valve opening drive is generated by the intake stroke. There is no sudden increase from the time of injection.
Therefore, even when the injection timing is set from the intake stroke to the second half of the compression stroke, the electromagnetic force required for the valve opening drive can be suppressed to a small value, whereby the armature 28 (magnetic material) can be reduced, and the fuel injection device 1 can be reduced in size.
[0035]
FIG. 4 shows the correlation between the pressure change in the combustion chamber and the force acting on the needle valve.
As shown in FIG. 4, the needle valve 13 is caused by the force in the valve closing direction by the coil spring 27, the force in the valve closing direction by the working gas pressure in the combustion chamber 3, and the mixture gas pressure in the air chamber 15. The force in the valve opening direction and the force in the valve opening direction due to the fuel pressure in the operation auxiliary chamber 14 are always applied.
[0036]
Here, the force in the valve opening direction due to the fuel pressure in the operation auxiliary chamber 14 can be increased and changed in accordance with the increase in the valve closing direction force due to the working gas pressure in the combustion chamber 3. By setting the diameter and pressure receiving area in the needle valve guide 13a, the force in the valve closing direction and the force in the valve opening direction can be substantially balanced regardless of the pressure change in the combustion chamber 3, and the valve opening drive Therefore, the electromagnetic quantity required for this can be suppressed to a small value regardless of the pressure change (injection timing) in the combustion chamber.
[0037]
On the other hand, when the force in the valve opening direction by the operation auxiliary chamber 14 is not applied, it is necessary to increase the electromagnetic force by the amount of the force in the valve opening direction by the operation auxiliary chamber 14 as shown in FIG. As a result, a large electromagnetic force is required to enable the injection timing to be set in the latter half of the compression stroke, leading to an increase in the size of the armature 28 (magnetic material) and, in turn, an increase in the size of the fuel injection device 1. become.
[0038]
FIG. 6 shows a fuel injection device according to the second embodiment.
The fuel injection device shown in FIG. 6 differs from the first embodiment shown in FIG. 1 only in the configuration of the pressure control system of the auxiliary operation chamber 14.
In the fuel injection device shown in FIG. 6, the fluid guided to the auxiliary operation chamber 14 is the working gas in the combustion chamber 3.
[0039]
Specifically, a communication path 31 that communicates the inside of the combustion chamber 3 and the operation auxiliary chamber 14 is provided, and a piston 32 for increasing the pressure in the operation auxiliary chamber 14 higher than the pressure in the combustion chamber 3 is provided. .
The piston 32 includes a large-diameter portion 32 a that receives the pressure in the combustion chamber 3 and a small-diameter portion 32 b that faces the operation assisting chamber 14, and at the reference position on the combustion chamber 3 side that is biased by a spring 33, Since the passage 31 is opened, the pressure in the combustion chamber 3 and the pressure in the operation auxiliary chamber 14 become equal.
[0040]
Here, when the pressure in the combustion chamber 3 rises and the force acting in the direction in which the piston 32 is stroked due to the difference in pressure receiving area exceeds the urging force of the spring 33, the piston 32 strokes and the small diameter portion The communication path 31 opened in the cylinder wall 32b is closed (see FIG. 7).
After the communication passage 31 is closed by the piston 32, when the pressure in the combustion chamber 3 becomes higher, the piston 32 further strokes, and the pressure in the auxiliary operation chamber 14 is increased higher than the pressure in the combustion chamber 3.
[0041]
In the second embodiment as well, the stopper 32c restricts the stroke of the piston 32 so that the pressure in the operation assist 14 is not increased beyond a predetermined level.
Also in the second embodiment having such a configuration, the pressure in the auxiliary operation chamber 14 acts in the valve opening direction of the needle valve 13, and the pressure in the auxiliary operation chamber 14 increases as the pressure in the combustion chamber 3 increases. Therefore, even if the injection timing is set in the latter half of the compression stroke, the electromagnetic force required for the valve opening drive can be kept low, and the armature 28 (magnetic material) can be made small. The fuel injection device 1 can be downsized.
[0042]
Further, by closing the communication path 31 when the pressure in the combustion chamber 3 becomes high, the inflow of combustion gas into the operation auxiliary chamber 14 can be prevented, and the combustion gas flows into the operation auxiliary chamber 14. It can be prevented in advance that carbon or the like enters the sliding portion between the needle valve 13 and the nozzle 12 and the movement of the needle valve 13 is hindered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a fuel injection device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a partially enlarged view showing a configuration in which an O-ring is added to the needle valve guide in the first embodiment.
FIG. 3 is a partially enlarged view showing a stroke state of a piston in the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing the correlation between the load applied to the needle valve and the pressure in the combustion chamber in the first embodiment.
FIG. 5 is a graph showing a correlation between a load applied to a needle valve and a pressure in a combustion chamber when a force in the valve closing direction is not generated by the operation auxiliary chamber.
FIG. 6 is a system configuration diagram showing a fuel injection device in a second embodiment.
FIG. 7 is a partially enlarged view showing a stroke state of a piston in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel injection apparatus 2 ... Engine 12 ... Nozzle 13 ... Needle valve 13a ... Needle valve guide 14 ... Operation auxiliary chamber 15 ... Air chamber 16 ... Mixture supply passage 17 ... Liquid fuel injection valve 18 ... Air pump 19 ... Fuel tank 20 ... Fuel pump 21 ... Pressure regulator 24 ... Check valve 25 ... Piton 27 ... Coil spring 28 ... Armature 29 ... Electromagnetic coil 31 ... Communication path 32 ... Piston

Claims

In an engine fuel injection device for injecting a mixture of fuel and air by driving a needle valve held by a nozzle,
A space formed by the needle valve and the nozzle is separated in the axial direction of the needle valve by a needle valve guide provided in the needle valve, thereby forming an air chamber and an auxiliary operation chamber across the needle valve guide. While supplying an air-fuel mixture to be injected into the engine into the air chamber,
The needle valve is driven by the resultant force of the electromagnetic force acting on the needle valve and the force acting on the needle valve by the pressure in the auxiliary operation chamber , and the injection timing of the air-fuel mixture is set to the electromagnetic force A fuel injection device for an engine, which is controlled according to the generation time.

A structure for varying the pressure of liquid in the hydraulic auxiliary chamber, the working auxiliary chamber of the fuel injection system of an engine according to claim 1, wherein the pressure of the liquid, characterized in that set higher than the pressure of the air chamber .

Wherein a configuration for varying the pressure of the hydraulic auxiliary chamber of the liquid fuel injection system for an engine according to claim 1, characterized in that is interposed a seal member to the needle valve guide.

The fuel injection device, a configuration that directly injects fuel mixture into the combustion chamber of the engine, the pressure of the actuating auxiliary chamber, according to claim 1 to 3, characterized in that to vary according to the pressure in the combustion chamber The fuel injection device for an engine according to any one of the above.

A fuel supply passage for supplying liquid fuel to the operation auxiliary chamber; and a check valve provided in the fuel supply passage for supplying liquid fuel to the operation auxiliary chamber when the pressure in the operation auxiliary chamber is equal to or lower than a predetermined pressure; The engine fuel injection device according to claim 4 , further comprising a piston that receives pressure in the combustion chamber and pressurizes the liquid in the auxiliary operation chamber.

6. The fuel injection device for an engine according to claim 5 , wherein the piston increases the pressure in the auxiliary operation chamber to be higher than the pressure in the combustion chamber.

5. The communication passage according to claim 4, further comprising a communication passage that communicates the auxiliary operation chamber with the combustion chamber of the engine, and the communication passage is closed when a pressure in the combustion chamber becomes a predetermined value or more. Engine fuel injection device.

The piston includes a stroke that receives the pressure in the combustion chamber, closes the communication path in the middle of the stroke, and increases the pressure in the operation auxiliary chamber to be higher than the pressure in the combustion chamber. 8. A fuel injection device for an engine according to 7 .

9. The engine fuel injection device according to claim 5 , wherein a stroke of the piston is regulated by a stopper.