CN104508291B - 电磁式燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

在电磁式燃料喷射阀中，在开阀和闭阀两动作时在阀体开始动作前使可动件做空走运动，并且抑制开阀动作时产生的可动件的反弹动作，实现响应性的提高和动作稳定性的提高这两者。作为电磁式燃料喷射阀的被磁芯(109)吸引而进行阀的开闭的可动件，包括第一可动件(105)和第二可动件(104)，其中，通过在闭阀方向施力的第一弹簧(106)对第一可动件(105)施力，通过在开阀方向施力的第二弹簧(112)对第二可动件(104)在磁芯(109)的方向施力。

Description

电磁式燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及作为用于内燃机的燃料喷射阀的通过电磁力进行该喷射阀的开闭的电磁式燃料喷射阀。特别涉及适用于作为内燃机以汽油等为燃料的火花点火式内燃机(汽油发动机)的电磁式燃料喷射阀。

背景技术

通常的电磁式燃料喷射阀利用通电的有无来切换开阀状态和闭阀状态，通过按照喷射指令脉冲的时间调整开阀状态的时间来调整燃料喷射量。然而，从通电开始到开阀为止的期间以及从通电结束到闭阀为止的期间有响应延迟时间，喷射指令脉冲的时间不一定与实际的喷射期间一致。

此外，燃料喷射阀内部的阀体并不是像指令脉冲那样的矩形波状地运动，而是一边做加速运动一边开阀，或者在闭阀时也一边做加速运动一边闭阀。即，阀体的运动关于时间做二次曲线的动作。

而且，由于阀体无法急剧地停止，所以阀体与规定阀体的移位的部件(阀座或止动件(stopper))碰撞而产生阀体的振动(反弹)。由于该振动，指令脉冲的宽度(时间)与喷射量的关系并非线性，而是成非线性。此外，由于发生该振动的期间长度还依赖于构成燃料喷射阀的部件的精度等，因此燃料喷射阀的个体偏差成为喷射量发生偏差的一个原因。

如上所述，阀的响应中有延迟时间和振动导致的不稳定性，因此存在即使减小指令脉冲的宽度也无法喷射足够小的喷射量的燃料的情况。因此燃料喷射阀有能够控制的喷射量的最小值，将其称为最小喷射量。

一般地，为了减小最小喷射量，增大在闭阀方向对阀体施力的弹簧力使得指令脉冲结束后迅速闭阀是有效的。

然而，如果增大施力弹簧的设定负载，高燃料压力下动作时在闭阀方向作用的力变大，所以难以开阀。因此，通常的燃料喷射阀中，施力弹簧的设定负载需要通过权衡(trade-off)最小喷射量和能够使用的燃料压力来决定。

作为应对该问题的现有技术有如下电磁式燃料喷射阀，其构成为由磁吸引力驱动的可动件能够与进行开闭动作的阀体做相对运动，在静止状态下对可动件在闭阀方向施力。在该电磁式燃料喷射阀中，在静止状态下可动件为在闭阀侧的端面与设于阀体上的止动件抵接的状态，可动件的开阀侧的端面不与阀体接触并具有空隙。由于该空隙的存在，在该燃料喷射阀进行开阀动作的情况下，可动件不接触阀体进行空走(free running)，然后可动件的开阀侧端面与阀体的止动件碰撞，开始开阀(阀体开始在开阀方向移动)。

在这样的可动件空走期间，可动件与阀体分离，能够在不受燃料压力的影响下加速，因此在高燃料压力下也易于进行开阀动作。

其结果是，具有可动件能空走的结构的燃料喷射阀具有即使增大施力弹簧的设定负载在也易于高燃料压力下进行开阀动作的优点。

作为这种电磁式燃料喷射阀，专利文献1中公开了如下那样构成的电磁式燃料喷射阀，其进一步地将可动件分割成两个并使其彼此能够做相对运动，闭阀时分割的可动件也进行空走动作，使闭阀动作加速。

专利文献1的电磁式燃料喷射阀中，设置由第一复位弹簧施加负载的由两部分构成的可动件、和与较大的可动件以摩擦连接的方式结合的阀闭锁体，第一可动件部分由第一复位弹簧在闭锁方向被施加负载，第二可动件部分由第二复位弹簧在闭锁方向被施加负载。这样，不仅能够缩短开阀所需的时间，也能够缩短闭阀所需的时间，由此减少最小喷射量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4603749号公报

发明内容

发明想要解决的技术问题

如专利文献1所示，在构成为能够进行使可动件空走的动作的情况下，需要对可动件在闭阀方向施力。

如果对可动件在闭阀方向施力，可动件在规定的开阀位置与磁芯或止动件碰撞时，由于施力的弹簧的力作用在助长反弹(bound)的方向上，存在反弹的动作增大的问题。

如果可动件的反弹动作增大，则如上所述喷射量的偏差增大，形成相对于指令脉冲为非线性的喷射量特性，因此不一定能减小最小喷射量。

本发明的目的是实现能够使用于燃料喷射阀的可动件空走的结构与开阀时的可动件的反弹动作的抑制两者。

用于解决问题的技术方案

为了达成上述目的，本发明的电磁式燃料喷射阀构成为，可动件被分割成第一可动件和第二可动件，第一可动件和第二可动件构成使得两者都能够相对于阀体在开闭阀方向上做相对移位。第一可动件被第一弹簧在闭阀方向施力，第二可动件被第二弹簧在(向)磁芯的方向(开阀方向)施力。第一弹簧的促动力比第二弹簧的促动力大。

构成为：在闭阀状态下的静止状态中，第一弹簧产生的闭阀方向的促动力通过第一可动件传递到第二可动件和阀体。因此，即使第二可动件被第二弹簧在开阀方向施力，也会被第一弹簧和第一可动件推回闭阀方向，在阀体与第二可动件的相对移位方向(轴向)上的抵接部产生间隙，在开阀初期第二可动件在抵接部产生的间隙移动的期间，能够实现第二可动件的空走。

另一方面，在开阀状态下，第一可动件和第二可动件因磁吸引力而在(向)磁芯方向移位，并且第二可动件与第一可动件在相对移位方向上分离。即，第二可动件与第一可动件在相对移位方向上的抵接部中产生间隙。因此，在闭阀初期第一可动件在抵接部产生的间隙移动的期间，能够实现第一可动件的空走。此外，第二可动件与第一可动件的抵接部产生的间隙使得第一弹簧产生的闭阀方向的促动力不传递到第二可动件。因此，第二可动件在与限制开阀方向的移位的部件(止动件)碰撞时，第一弹簧产生的闭阀方向的促动力从第二可动件被消除，并且第二可动件被第二弹簧在开阀方向施力，因此能够抑制第二可动件的反弹动作。

发明效果

通过本发明，通过缩短开闭阀所需的时间，抑制开阀时产生的可动件的反弹，可获得更小的最小喷射量。

附图说明

图1是表示本发明的燃料喷射阀的第一实施例的截面图。

图2是本发明的燃料喷射阀的截面图，且为处于闭阀状态的状态的可动件附近放大后的图。

图3是本发明的燃料喷射阀的截面图，且为处于开阀状态的状态的可动件附近放大后的图。

图4是表示本发明的燃料喷射阀的阀动作的示意图。

图5是处于开阀状态的可动件附近放大后的图。

具体实施方式

以下说明本发明的实施例。

图1是表示本发明的电磁式燃料喷射阀的例子的截面图。图1所示的电磁式燃料喷射阀为通过阀体102在中心轴方向上下移动而开闭其与阀座101的间隙(燃料通路)来控制燃料的喷射和停止的开闭(ON/OFF)阀。在该电磁式燃料喷射阀所具有的线圈108未通电的状态下，由设置在磁芯109内的施力弹簧(第一弹簧)106经由可动部件(第一可动件)105对阀体102在(向)阀座101的方向施力，成为阀体102与阀座101之间的间隙闭合的状态。

在此，当线圈108通电时，磁芯109与可动件(第二可动件)104之间以及磁芯109与可动部件105之间产生磁通，可动件104和可动部件105在(向)磁芯109的方向，即向燃料喷射阀的上游侧移位。可动件104向上游侧移位时，阀体102在相对移位方向上与可动件104接触并传递力，阀体102也向上游侧移位并开阀。

另一方面，当对线圈108的通电中止时，磁芯109内产生的磁通消失，作用于可动件104和可动部件105的磁吸引力也减少并不久消失。其结果是，当施力弹簧106作用于可动部件105的力大于作用于可动部件105和可动件104的磁吸引力时，通过经由可动部件105传递到可动件104的施力弹簧106的力，可动部件105和可动件104向下游侧移位，使阀体102闭阀。

以上说明了电磁式燃料喷射阀的基本动作。电磁式燃料喷射阀通过控制对线圈108的通电时间来控制阀体102处于开状态的时间，进行燃料喷射量的控制。

图2是为了解说本发明的效果相关的该燃料喷射阀的开闭阀动作而对可动件104和可动部件105附近放大后的截面图。

在此，利用图2针对本发明的开阀动作和闭阀动作的特征、作用及其效果进行说明。

本实施例的电磁式燃料喷射阀中，由在磁芯109产生的磁通产生吸引力的可动单元具有可动件104和可动部件105这两个。即，可动件由能够在与阀体的相对移位方向上相对移位的两个可动件(第一可动件105、第二可动件104)构成。可动部件105在相对移位方向的抵接部204，使可动部件105的下游侧的面与可动件104的上游侧的面能够相互传递力。电磁式燃料喷射阀在闭阀状态时，处于可动部件105被施力弹簧106在(向)下游方向施力的状态。此外，可动件104被设定为比施力弹簧106小的力的预备弹簧(第二弹簧)112在(向)位于上游侧的磁芯109的方向施力，力作用在可动部件105与可动件104相互接近的方向上。

这样，在可动部件105与可动件104在抵接部204相接触的状态下，可动部件105的磁芯109侧的端面相对于可动件104的磁芯109侧的端面的位置位于下游侧，存在端面位置差202。

此外，在闭阀状态下，可动部件105与阀体102在相对移位方向上抵接，施力弹簧106产生的力经由可动部件105作用于阀体102，对阀体102在闭阀方向施力。

在这种闭阀状态下，可动件104与阀体102的抵接部205的位置存在间隔(间隙)201。可动件104与磁芯109之间产生间隔(间隙)203，间隔203设定得比间隔201大。

当线圈108开始通电时，磁芯109与可动件104之间以及磁芯109与可动部件105之间通过磁通，因此磁吸引力作用于可动件104和可动件105。在该状态下，由于磁通从可动部件105的圆筒侧面流向可动件104的内径面206，因此即使受到磁吸引力的可动单元分为两个，也能够使足够的磁吸引力作用于各部件上。该可动件104的内径面206在与可动件105的圆筒侧面之间形成滑动部。

此外，可动件104与可动部件105的下游侧端面之间设有较大的间隔，磁通难以从此处通过。其结果是抑制了可动件104与可动部件105在阀体的轴方向上因磁吸引力而相互吸引的效果。

当作用于可动件104和可动部件105的磁吸引力超过施力弹簧106的力时，可动件104与可动部件105成为一体，开始在(向)磁芯109的方向移位。此时，对可动件104施力的预备弹簧112产生的力的作用方向为磁芯109的方向，由于预备弹簧112产生的力和施力弹簧106产生的力作用在使可动件104与可动部件105相互接近的方向上，因此可动件104与可动部件105不会分离。因此，可动件104与可动部件105在磁芯109的方向上一体地开始移动。

此时的可动件104和可动部件105的运动在没有燃料流动的状态下进行，是与受到燃料压力产生的力的阀体102分离地进行的运动(空走运动)，因此不受燃料压力等的影响。

可动件104的移位量达到空隙201的大小时，可动件104在抵接部205与阀体102抵接并传递力，将阀体102推起。此时，由于可动件104与可动部件105一起进行空走运动而具有动能的状态下与阀体102碰撞，阀体102冲击地在开阀方向开始移位。

燃料压力作用在阀体102上，该燃料压力产生的力变大是在阀体102的移位较小、阀体102的前端的燃料流动引起的伯努利效应所导致的压降较大时。在这种燃料压力产生的力变大、开阀动作变难的时刻，由于阀体102的开阀通过空走运动冲击地进行，因此即使在更高的燃料压力作用的状态下也能够进行开阀动作。或者，能够针对(相对于)需要能够动作的燃料压力范围将施力弹簧106设定为更大的力。通过将施力弹簧106设定为更大的力，能够缩短下述的开阀动作所需的时间，对微小喷射量的控制是有效的。

阀体102开始开阀动作后，可动件104与磁芯109碰撞。在该瞬间，由于可动部件105继续运动，所以可动件104与可动部件105分离，施力弹簧106产生的力不再传递到可动件104。

当可动件104与磁芯109碰撞时，可动件104做反弹动作，但由于作用于可动件104的磁吸引力，可动件104被吸引向磁芯并不久停止。此时，由于预备弹簧112，力在磁芯109的方向作用于可动件104，因此能够减小反弹运动。通过减小反弹运动，缩短了可动件104与磁芯109之间的间隔增大的时间，可对更小的喷射脉冲宽度进行稳定的动作。

这样，结束了开阀动作后的可动件104、可动部件105和阀体102以图3所示的开阀状态静止。在开阀状态下，阀体102与阀座101之间产生间隙，喷射燃料。燃料通过设于磁芯109的中心孔、设于可动部件105的燃料通路孔和设于可动件104的燃料通路孔流向下游方向。

图3所示的开阀状态下，可动件104与可动部件105的抵接部204产生间隙，产生了间隔301。间隔301的大小与端面位置差202一致。

这样，即使产生间隔301，由于通过可动部件105的磁通的一部分能够通过可动部件105的外径侧面304，所以可以不使作用在可动部件105与磁芯109之间的磁吸引力减小。为了获得该效果，优选设定为外径侧面304的高度303使得可动部件105的与磁芯109的相对面积减去可动部件105的滑动侧面305所形成的圆的面积得到的面积与外径侧面304的面积同等，或者外径侧面304的面积更大。通过这样设定，能够充分地确保磁通通过外径侧面304的面积，能够抑制产生间隔301而导致的磁通减少。此外，这样通过充分地确保外径侧面304的面积，防止了间隔301的面上产生的磁吸引力过大，因此能够抑制妨碍可动部件105与可动件104在相对移位方向上的分离的效果。

此外，在开阀状态下，可动部件105与阀体102也在相对移位方向上分离，其间产生间隔302。间隔302的大小设定得比间隔301更大。这样，为了使可动部件105与可动件104在分离的状态下静止，设定可动部件105的吸引面侧的面积使得磁芯109与可动部件105之间产生的磁吸引力略大于施力弹簧106产生的力即可。

在此，由于燃料压力使阀体102受到的力不传递到可动部件105，因此不需将作用于可动部件105的磁吸引力设定得过大。过大的磁吸引力有时使通电停止后的至开始闭阀动作为止的时间延迟，可设定可动部件105的吸引面侧的面积，使该延迟时间在最小限度。

这样，在燃料喷射阀开阀的状态下，可通过如下的力平衡维持开阀状态：即作用于可动件104的磁吸引力承受作用于阀体102的燃料压力导致的力，作用于可动部件105的磁吸引力承受施力弹簧106产生的力。

此外，阀体102从阀座101的上升(lift)量为可动件104与磁芯109在闭阀状态下的间隔203减去可动件104与阀体102的抵接部205在闭阀状态下的间隔201得到的高度。

接着，针对本发明的燃料喷射阀的闭阀动作进行说明。

从开阀状态切断对线圈108的通电后，磁芯109中产生的磁通减少，作用于可动件104和可动部件105的磁吸引力减少。

当作用于可动部件105的磁吸引力小于对可动部件105施力的施力弹簧106产生的力时，可动部件105开始在闭阀方向移位。

在此，可动部件105开始闭阀方向的移位的时刻(timing)难以受到燃料压力的影响。燃料压力产生的力虽然通过阀体102将可动件104推向闭阀方向，但该力不传递到可动部件105，因此可动部件105不依赖于燃料压力能够在期望的设计的时刻(timing)开始运动。

在燃料压力小的状态下，由于作用于可动件104的燃料压力产生的闭阀方向的力较小，因此可动件104难以开始闭阀动作。该现象在通常的燃料喷射阀(单一可动件)中也相同，尤其成为燃料压力不高的状态下的闭阀所需时间变长的主要原因之一。

本实施例的结构为可动件104与可动部件105以能够相互运动的方式分割的结构，由于可动部件105不受到燃料压力产生的力，因此即使在可动件104难以闭阀的燃料压力的条件下，可动部件105也能够先开始向闭阀方向的运动。

在此，特别地为了加快(提前)可动部件105向闭阀方向的运动，如图5所示，优选在可动部件105与磁芯109接触的部位设置突起501，并使该突起的高度比可动件104与磁芯109的接触部位上设置的突起502的高度高。这样，通过在可动部件105上设置突起501，能够加快磁吸引力的衰减，并且减少在可动部件105与磁芯109之间的间隙存在的燃料带来的挤压(squeeze)效应所产生的力，结果能够加快(提前)可动部件105的闭阀方向的运动。将上述突起的任一个或者全部设置在磁芯109侧，效果也相同(此外，在这样设置突起501和突起502的情况下的可动件104或可动部件105的磁芯109侧的端面定义为突起501或突起502与磁芯109接触的部分的面)。

像这样在可动件的端面设置突起的方法普遍在燃料喷射阀中实施。一般地，突起的高度根据可动件的响应性与所获得的磁吸引力的权衡关系来选择，而通过本发明，可动件分割为可动件104和可动部件105，能够设定为可动件104主要获得较大的磁吸引力，并设定为可动部件105主要提高响应性。作为这种设定方法，有使设于可动件104的突起高度502比设于可动部件105的突起高度501高的方法。此外，在可动部件105上仅设置突起501而不在可动件104上设置突起，也能够获得同样的效果。

可动部件105在闭阀方向运动后，在可动件104的抵接部204碰撞(接触)，使可动件104在闭阀方向移位。在直至与可动件104碰撞为止的期间，可动部件105通过施力弹簧106的力进行空走运动。此外，由于阀体102与可动部件105之间的间隔302设定得比可动件104与可动部件105之间产生的间隔301大，因此可动部件105在与阀体102接触之前与可动件104接触。

可动件104在可动部件105碰撞的时刻以前，由于被残留在磁芯109中的磁通在开阀方向被吸引，并且磁芯109与可动件104之间的间隙狭窄，所以因挤压效果而处于难以在闭阀方向移位的状态。

通过本实施例的结构，由于可动部件105做空走运动而与难以在闭阀方向移位的可动件104碰撞，因此可动件104能够迅速地开始闭阀动作。此外，作用于可动件104的由挤压效果导致的力和磁吸引力的大小具有随着可动件104与磁芯109的距离分离而急剧地减小的性质。因此，当可动件104由于可动部件105对可动件104的碰撞而冲击地从磁芯109分离时，可动件104能够迅速地在闭阀方向运动。

当可动件104开始闭阀方向的动作时，由于燃料压力而被推向闭阀方向的阀体102也开始闭阀动作。

当阀体102最终与阀座101抵接时，可动件104与阀体102在抵接部204产生间隙，两者分离，可动件104独立于阀体102运动。这样，在闭阀的瞬间，通过阀体102与可动件104分离，能够抑制阀体102与阀座101的碰撞而产生的反弹动作。该反弹抑制效果通过在阀体102与阀座101碰撞的瞬间使可动件104从阀体102分离来防止可动件104具有的动能转换成反弹能量而获得。

此外，能够通过施力弹簧106产生的力的大小进行调整使得闭阀时的阀体102的动作和可动部件105的动作的时刻(timing)不同。

在施力弹簧106产生的力足够小的情况下，在阀体102与阀座101碰撞后，可动部件105与阀体102抵接，至闭阀状态。这种情况下，阀体102与可动部件105抵接的时刻始终在阀体102与阀座101接触之后，该前后关系不依赖于燃料压力。

另一方面，如果将施力弹簧106的力设定得较大，在低燃料压力的状态下，在阀体102与阀座101接触之前，可动部件105与阀体102碰撞。在低燃料压力的状态下，使阀体102闭阀的力不足，闭阀所需的时间容易变长，而这样通过可动部件105与阀体102碰撞而达到闭阀，能够缩短闭阀所需的时间。

这种用于在阀体102与阀座101接触之前，阀体102与可动部件105接触的条件为，设定成施力弹簧106产生比燃料压力将阀体102推向下游侧的力更大的负载即可。

这样设定为根据燃料压力闭阀时的阀体102的动作与可动部件105的动作的时刻不同的动作，在抑制阀座101和阀体102的磨损的方面也是有效的。在低燃料压力时，阀体102被可动部件105加速后与阀座101碰撞，而在高燃料压力时，阀体102被燃料压力加速并在与可动部件105碰撞前与阀座101碰撞。在高燃料压力时，阀体102与阀座101的碰撞力增大，存在造成各自的磨损的情况。特别是在阀体102与阀座101碰撞的瞬间，阀体102前端的一部分与阀座101的一部分接触，因此应力容易过大。通过在可动部件105与阀体102碰撞前进行与阀座101的碰撞，在施力弹簧106的力不作用于阀体102的状态下进行阀座101与阀体102的碰撞，能够减小碰撞力，其结果是具有抑制磨损的效果。这种情况下，在阀体101与阀座102碰撞后可动部件105与阀体102碰撞，由于此时阀体101的前端的整周与阀座102接触，因此无需产生应力过大导致的磨损。

图4示意性地表示通过以上的动作所获得的阀体102的运动(阀举动(阀行为))。实线为本实施例的阀举动，虚线为通常的燃料喷射阀的阀举动。

根据本实施例，阀体102开始开阀的举动401因可动件104的空走运动而变得迅速，通过其效果能够减少处于阀体的移位量小的状态401’的时间。通过该效果，能够抑制燃料以低速状态流出而产生的粗大液滴。开始开阀的时刻402不会受燃料压力的影响。

此外，阀体102到达规定的上升(lift)位置并开阀后，能够使可动件104与磁芯109碰撞后的反弹举动403与通常的燃料喷射阀相比更小。

阀体102转移到闭阀动作的时刻404通过可动部件105与可动件104碰撞而被提前。此外，由于可动部件105进行空走运动后与可动件104碰撞来开始闭阀动作405，因此阀体102进行闭阀动作的速度加快，因此能够缩短闭阀动作所需的时间。

这样，相对于喷射脉冲的延迟时间减少，并且能够实现稳定的动作，因此能够稳定地进行短喷射脉冲、短喷射期间的动作，可获得小的最小喷射量。

附图标记说明

101……阀座

102……阀体

103……容器(vessel)

104……可动件

105……可动部件

106……施力弹簧

108……线圈

109……磁芯

110……弹簧调节器

111……端子

201……空隙

202……端面位置差

203……空隙

204……抵接面

205……抵接面

301……空隙

302……空隙

303……侧面高度

304……外径侧面

305……滑动侧面

401……开阀开始

402……开阀开始时刻

403……反弹动作

404……闭阀开始

405……闭阀动作

Claims (3)

1.一种电磁式燃料喷射阀，其特征在于，包括：

阀体，用于在所述阀体与阀座之间进行间隙的开闭；

将力传递到所述阀体使所述阀体动作的可动件；

磁芯，用于在所述磁芯与所述可动件之间使磁通通过来产生磁吸引力；和

用于在所述磁芯产生磁通的线圈，

通过控制对所述线圈的通电来进行基于所述阀体的燃料通路的开闭，所述电磁式燃料喷射阀构成为：

所述可动件由第一可动件和第二可动件构成，所述第一可动件和所述第二可动件分别具有与所述磁芯相对的磁吸引面，

所述第一可动件被第一弹簧在闭阀方向施力，所述第二可动件被第二弹簧在开阀方向施力，其中所述第二弹簧具有比所述第一弹簧产生的促动力小的促动力，

所述第二可动件在开阀方向上对所述阀体施力，

在所述第一可动件与所述第二可动件之间形成有在开阀状态下在所述燃料喷射阀的轴方向上分离且在闭阀状态下抵接的抵接部，

在从开阀状态至闭阀状态的过程中，在所述第一可动件于所述抵接部碰撞到所述第二可动件之后，所述阀体向闭阀方向动作。

2.如权利要求1所述的电磁式燃料喷射阀，其特征在于，构成为：

所述第一可动件在闭阀状态下与所述阀体接触，将所述第一弹簧的促动力传递到所述阀体。

3.如权利要求2所述的电磁式燃料喷射阀，其特征在于：

在闭阀状态下所述第一可动件的磁吸引面与所述磁芯之间产生的间隙比在闭阀状态下所述第二可动件的磁吸引面与所述磁芯之间产生的间隙大。