JP2005139971A - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。 The present invention relates to a fuel injection valve that injects fuel directly into a combustion chamber of an internal combustion engine.
従来の内燃機関用燃料噴射弁は、例えば、噴孔,これに連なる弁座,およびこの弁座の入口側に形成される案内孔を有する弁本体と、案内孔に往復動可能に案内され一端側に弁座に当接可能な当接部を有し他端側に平坦面をもつ頭部を有して弁座に接離可能な弁部材(ニードル弁)と、内部に燃料通路を有しその内周壁が弁部材の頭部に固定される筒状の可動鉄心(アマチュア)と、この可動鉄心の燃料入口側に隙間を介して設けられ、内部に燃料通路を有する筒状の固定鉄心(コア)と、弁座に弁部材の当接部を着座する方向に可動鉄心を付勢する付勢手段と、可動鉄心と固定鉄心の外周部に設けられ通電により励磁されて可動鉄心を固定鉄心側に吸引する電磁吸引力を発生する電磁コイルとを備え、弁部材の頭部の外壁と可動鉄心の内壁とにより区画形成される燃料通路部分は、可動鉄心の燃料入口側から燃料出口側まで、燃料通路面積変化率がほぼ一様になるように構成されている(特許文献1参照)。 A conventional fuel injection valve for an internal combustion engine has, for example, a valve body having an injection hole, a valve seat connected to the injection hole, and a guide hole formed on the inlet side of the valve seat, and is guided to the guide hole so as to be reciprocally movable. A valve member (needle valve) that has a contact portion that can contact the valve seat on the side and a head that has a flat surface on the other end and that can contact and separate from the valve seat, and a fuel passage inside A cylindrical movable iron core having an inner peripheral wall fixed to the head of the valve member, and a cylindrical fixed iron core provided with a fuel passage inside the movable iron core via a gap at the fuel inlet side (Core), an urging means for urging the movable iron core in the direction in which the contact portion of the valve member is seated on the valve seat, and an outer peripheral portion of the movable iron core and the fixed iron core that are excited by energization to fix the movable iron core. An electromagnetic coil that generates an electromagnetic attracting force attracted to the iron core side, the outer wall of the valve member head and the inner wall of the movable iron core Fuel passage portion is partitioned and formed from the fuel inlet side of the movable iron core to the fuel outlet, a fuel passage area change rate is configured to be substantially uniform by (see Patent Document 1).
最近の内燃機関は、高出力化等の要求に応えるため、燃圧を高くする等の処置がとられる場合がある。従来の燃料噴射弁は、上記のように構成されており、可動鉄心部に形成された燃料通路のうち、ニードル弁頭部の円柱部に二面取り加工した面と円柱部が嵌合する可動鉄心内周面とで囲まれた部分の通路は、面積が上流側と下流側で同じになっている。従って、燃圧を高くするとそれに応じて閉弁時のニードル弁の速度は速くなる。弁速度が速くなると弁磨耗が促進される。また、特に閉弁時の速度が速くなると、ニードル弁が弁座に衝突するときの衝突音が大きくなり、更に、閉弁時のバウンスが大きくなって、ニードル弁と弁座の隙間から燃料が漏れてしまう、いわゆる後だれが発生し、デポジットの原因となる。そこで、閉弁時の速度を遅くするために従来の燃料通路の形状で断面積を小さくすれば、開弁時の応答性が悪くなるという問題点があった。 In recent internal combustion engines, measures such as increasing the fuel pressure may be taken in order to meet the demand for higher output. The conventional fuel injection valve is configured as described above, and in the fuel passage formed in the movable core portion, the movable core in which the cylindrical portion of the cylindrical portion of the needle valve head is fitted with the cylindrical portion is fitted. The passage surrounded by the inner peripheral surface has the same area on the upstream side and the downstream side. Accordingly, when the fuel pressure is increased, the speed of the needle valve when the valve is closed is correspondingly increased. As the valve speed increases, valve wear is promoted. In particular, when the speed at the time of closing the valve increases, the collision noise when the needle valve collides with the valve seat increases, and further, the bounce at the time of closing the valve increases, so that fuel flows from the gap between the needle valve and the valve seat. Leakage, or so-called sag occurs, causing deposits. Therefore, if the cross-sectional area is reduced in the shape of the conventional fuel passage in order to slow down the valve closing speed, there is a problem that the responsiveness at the time of valve opening becomes worse.
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、開弁時の制御応答性を維持しつつ、閉弁時のニードル弁の速度を遅くすることにより、ニードル弁の摩耗と閉弁時の動作衝撃音を低減し、ニードル弁のバウンズを抑制することができる燃料噴射弁を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. By maintaining the control responsiveness at the time of valve opening, the needle valve at the time of valve closing is slowed down so that the wear of the needle valve is reduced. An object of the present invention is to obtain a fuel injection valve that can reduce an operational impact sound when the valve is closed and can suppress bounce of the needle valve.
この発明に係わる燃料噴射弁は、中空円筒型の弁本体と、弁本体の一端に設けられ中心に流体の噴射孔を有する弁座と、弁本体内を移動し一端が上記弁座に離接して噴射孔を開閉するニードル弁と、ニードル弁の他端に固着させて設けられ内部に燃料通路を有するアマチュアと、アマチュアに対向して設けられた中空円筒状のコアと、コアの外周に設けられニードル弁を駆動させるソレノイド装置と、アマチュアの外周と所定の間隙をあけて設けられコアと一体で磁気回路を構成するヨークとを備え、コアの中空部に導入した燃料をアマチュアの燃料通路を経由して噴射孔から噴射させる燃料噴射弁において、アマチュアに設けた燃料通路は通路下流側に向けて面積が次第に小さくなるように形成したものである。 A fuel injection valve according to the present invention includes a hollow cylindrical valve body, a valve seat provided at one end of the valve body and having a fluid injection hole at the center thereof, and moves through the valve body, and one end is separated from the valve seat. A needle valve that opens and closes the injection hole, an armature that is fixed to the other end of the needle valve and that has a fuel passage inside, a hollow cylindrical core that faces the armature, and an outer periphery of the core A solenoid device that drives the needle valve, and a yoke that is provided with a predetermined gap from the outer periphery of the armature and forms a magnetic circuit integrally with the core, and the fuel introduced into the hollow portion of the core is disposed in the armature fuel passage. In the fuel injection valve that is injected from the injection hole via, the fuel passage provided in the amateur is formed so that the area gradually decreases toward the downstream side of the passage.
この発明の燃料噴射弁によれば、アマチュア部に設けられた燃料通路を通路下流側に向けて面積が次第に小さくなるように形成したので、開弁時の制御応答性を維持しつつ、閉弁時のニードル弁の速度を遅くすることができる。従って、ニードル弁の摩耗と閉弁時の動作衝撃音を低減でき、また、閉弁時のニードル弁のバウンズを抑制して後だれを防止することができる。 According to the fuel injection valve of the present invention, the fuel passage provided in the armature portion is formed so that the area gradually decreases toward the downstream side of the passage, so that the control responsiveness at the time of valve opening is maintained and the valve closing is performed. The speed of the needle valve at the time can be reduced. Accordingly, it is possible to reduce the wear of the needle valve and the operation impact sound when the valve is closed, and it is possible to prevent the needle valve from bouncing when the valve is closed and to prevent the back.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による燃料噴射弁の正面断面図である。図において、燃料噴射弁1は、その先端部に弁装置2を備えており、この弁装置2は、小径円筒部3aおよび大径円筒部3bを持つ段付中空円筒形の弁本体3と、この弁本体3の小径円筒部3aの先端に固着されて噴射孔4を有する弁座5と、弁本体3内を軸方向に移動し一端が弁座5に離接して噴射孔4を開閉するニードル弁6と、このニードル弁6を軸方向に案内するとともに噴射孔4に流れ込もうとする燃料に旋回運動を与える旋回体7とを備えている。ニードル弁6の他端、すなわち噴射孔4側と反対側には内部に後述の燃料通路20を有するアマチュア8が溶接等により固着されて設けられており、ニードル弁6と一体で動くように構成されている。
1 is a front sectional view of a fuel injection valve according to
ニードル弁6およびアマチュア8の軸線上にアマチュア8と対向して所定の間隔を保ち中空円筒状のコア9が配置され、このコア9の中空部9aにはスリーブ10が位置調整されて固定されている。そして、スリーブ10に一端を係止したスプリング11によって、ニードル弁6を噴射孔4へ押圧する方向に付勢している。また、コア9の周囲にはにボビン12に巻回されたコイル13とコネクタ14とを備えたソレノイド装置15が配置されている。
A hollow cylindrical core 9 is disposed on the axis of the
アマチュア8の外周と所定の間隙をあけてヨーク16が設けられており、この一端側は、ボビン12とコイル13とを包み込んでコア9に接続され、コア9と一体で磁気回路を構成している。他端側は、ストッパープレート17を介して弁本体3の大径円筒部3bが挿入され、ヨーク16の先端に設けた結合部16aを大径円筒部3bと小径円筒部3aとの肩部3c上に折り曲げて、かしめ等により固定されている。このように、ヨーク16は弁本体3とアマチュア8とソレノイド装置15の主要部とを収納するハウジングも兼ねている。このヨーク16と同軸上に、コア9とコネクタ14とを収納するハウジング18が設けられており、こハウジング18の先端部(図では上端側)は図示しない燃料供給管に接続され、燃料フィルタ19を介してコア9の中空部9aに燃料が導入されるようになっている。
A
図2は図1のA部の拡大図であり、(a)は正面断面図,(b)は(a)を矢印B−Bから見た要部の図である。太矢印は燃料の流れ方向を示している。図のように、アマチュア8に設けた中空部にニードル弁6の一端を挿入し溶接等で固定しているが、このアマチュア8とニードル弁6との接合部を利用して燃料通路20を形成している。すなわち、ニードル弁6のアマチュア8へ挿入される大径円柱部に、上流側(図で上部側)のほうを大きく下流側の方を小さく斜めに面カットを施し、このカット面とアマチュア8の内周面とで囲まれた空間を燃料通路20とするものである。燃料通路20の流路断面積は上流の流路断面積>下流の流路断面積で、かつ、上流側から下流側に行くに従いなめらかに次第に小さくなるように形成されている。面積の割合は、上流側面積を下流側面積の約2倍以上にすることが望ましい。
2 is an enlarged view of a portion A in FIG. 1, (a) is a front sectional view, and (b) is a view of a main portion when (a) is viewed from an arrow BB. Thick arrows indicate the direction of fuel flow. As shown in the figure, one end of the
次に動作について説明する。エンジンのマイコンより燃料噴射弁1の駆動回路であるソレノイド装置15に動作信号が送られてコイル13に電流が通電されると、アマチュア8と、コア9と、ヨーク16とで構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア8はコア9側へ吸引動作し、アマチュア8と一体構造であるニードル弁6が弁座5から離れてその部分に間隙が形成される。これにより、図示しない燃料供給管から供給される燃料圧力2MPa以上の高圧の燃料は、コア9の中空部9aを通りアマチュア8に形成した燃料通路20を経由して弁座5の噴射孔4から図示しない内燃機関のシリンダー内に噴射される。コイル13への給電が遮断されると、スプリング11の付勢力によってニードル弁6が弁座5側に移動し噴射孔4を閉孔する。
Next, the operation will be described. When an operation signal is sent from the microcomputer of the engine to the
前述のように、アマチュア8に設けられた燃料通路20は、その流路断面積が上流の流路断面積>下流の流路断面積で、かつ、燃料通路の下流方向に向けてスムーズに流路面積が縮小しているので、開弁時には燃料通路20は大きな流体抵抗を受けることがなくニードル弁6が高速で移動し、閉弁時には燃料通路20部で流体抵抗を大きく受けるので、ニードル弁6の速度は遅くなる。
As described above, the
以上のように、本実施の形態の発明によれば、開弁時の制御応答性を維持しつつ、閉弁時のニードル弁の速度を遅くすることができるので、流量ダイナミックレンジの低下を抑制しながら、弁摩耗が低減でき、また、閉弁時の衝撃作動音を低減でき、更に、閉弁時にニードル弁が弁座に衝突するときのバウンズを抑制して、デポジットの原因となる燃料の後だれを防止することができる。 As described above, according to the invention of the present embodiment, the speed of the needle valve at the time of valve closing can be slowed while maintaining control responsiveness at the time of valve opening, thereby suppressing a decrease in flow rate dynamic range. However, it is possible to reduce valve wear, reduce the impact noise when the valve is closed, and suppress the bounce when the needle valve collides with the valve seat when the valve is closed, thereby reducing the fuel that causes deposits. It is possible to prevent any later.
なお、図2ではカット面を2箇所設けた場合について説明したが、1箇所または3箇所以上としても同様の効果を得ることができる。 In addition, although FIG. 2 demonstrated the case where two cut surfaces were provided, the same effect can be acquired even if it is one place or three places or more.
実施の形態2.
図3はこの発明の実施の形態2による燃料噴射弁の要部の拡大図であり、(a)は正面断面図,(b)は(a)を矢印C−Cから見た要部の図である。図3に示す部分以外の全体構成については、実施の形態1で説明した図1と同等なので、それらの部分の符号と動作の説明は省略する。図1と異なるのは、図1のA部一点鎖線内の部分であり、この部分を拡大したものが図3である。(図1と同等部分は同一符号で示している。)本実施の形態では、図のように、ニードル弁21の大径円柱部をアマチュア22の内径部に密着挿入し、溶接などで固着している。そして、アマチュア22の外周近傍の数箇所(図では4箇所)に、軸方向に貫通させたテーパ形状の孔を設けこれを燃料通路23とするものである。テーパ方向は、上流(図では上部)を大きくし下流を小さくしている。
3 is an enlarged view of a main part of a fuel injection valve according to
次に動作について説明する。実施の形態1と同様に、ソレノイド装置のコイルへの電流のON−OFFによりニードル弁21が上下しその先端が噴射孔に離接する。燃料噴射弁の外部から供給される燃料は、コア9の中空部9aを通り、図の太矢印の方向に流れ、燃料通路23を通り弁装置先端の噴射孔から噴射される。アマチュア22に設けられた燃料通路23は、上述のように上流の流路断面積>下流の流路断面積で下流へ向かいスムーズに縮小しているので、開弁時は燃料通路23による大きな流体抵抗を受けることなくニードル弁21が図で上方へ移動し、閉弁時はスプリング11の付勢力により図で下方に移動するが、このとき、燃料通路23の面積が下流側で小さくなっているめ流体抵抗を大きく受けニードル弁21の速度は遅くなる。
Next, the operation will be described. Similar to the first embodiment, the
以上のように、本実施の形態の発明によれば、アマチュアに設けた燃料通路を下流に行くに従い狭くしたことによる実施の形態1と同様の効果を得られ、加えて、燃料通路をアマチュアとニードル弁の接合部ではなくアマチュア単体に孔開け加工により形成したので、通路加工時の寸法管理と加工が容易となる。 As described above, according to the present embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by narrowing the fuel passage provided in the amateur as it goes downstream. Since the hole is formed in the armature alone, not in the joint portion of the needle valve, the dimension management and processing at the time of passage processing become easy.
実施の形態3.
図4はこの発明の実施の形態3による燃料噴射弁の要部の拡大図であり、(a)は正面断面図,(b)は(a)を矢印D−Dから見た要部の図である。図4に示す部分以外の全体構成については、実施の形態1で説明した図1と同等なので、それらの部分の符号と動作の説明は省略する。図1と異なるのは、図1のA部一点鎖線内の部分であり、この部分を拡大したものが図4である。(図1と同等部分は同一符号で示している。)図のように、本実施の形態では、ニードル弁6は図1と同じであるが、アマチュア24は外周側面の軸方向の一部に全周にわたり他の部分より外径を大きくした大径部24aを設け、外周側面とヨーク16との隙間25を軸方向の一部において他の部分より狭くした形状としている。
Embodiment 3 FIG.
4 is an enlarged view of a main part of a fuel injection valve according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 4 (a) is a front sectional view, and FIG. 4 (b) is a view of the main part as viewed from arrow DD. It is. Since the entire configuration other than the portion shown in FIG. 4 is the same as that of FIG. 1 described in the first embodiment, the reference numerals and operations of those portions are omitted. What is different from FIG. 1 is a portion in the A-dot chain line in FIG. 1, and FIG. 4 is an enlarged view of this portion. (Equivalent parts in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.) As shown in the figure, in this embodiment, the
次に動作について説明する。燃料噴射弁の基本動作は実施の形態1と同様なので、説明は省略する。アマチュア24の外周側面とヨーク16との隙間25(以下サイドギャップと称する)は、磁気通路として作用している。従って、サイドギャップ25は狭い方が好ましいが、狭すぎると電流OFF時(磁気回路遮断時)の応答性が悪くなる。そこで、仕様によっても異なるが、通常200μm前後を確保している。このため、サイドギャップ25にも燃料の一部が流れる。アマチュア24に設けた燃料通路20は下流に行くほど狭く絞っているために、燃料通路をストレートに形成した従来のものに比べ、サイドギャップ25側に流れる(漏れる)燃料が増えてくる。そこで、磁気通路としての適正な間隔を確保しつつサイドギャップ25側への燃料の流れを少なくするために、大径部24aを設けたものである。従って、大径部24aの軸方向の寸法はわずかでよい。また、大径部24aにおけるサイドギャップ25の間隙は100μm程度以下にするのが望ましい。
Next, the operation will be described. Since the basic operation of the fuel injection valve is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted. A gap 25 (hereinafter referred to as a side gap) between the outer peripheral side surface of the amateur 24 and the
以上のように、本実施の形態の発明によれば、実施の形態1の効果に加え、アマチュアの外周側面に大径部を設けてその部分でサイドギャップの間隔を狭めるようにしたため、磁気通路としての適正な間隔を保ちながらサイドギャップへの燃料の流れを抑制できるので、閉弁時にニードル弁の速度を減速させる効果を更に高めることができる。 As described above, according to the invention of the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the large-diameter portion is provided on the outer peripheral side surface of the amateur and the interval of the side gap is narrowed at that portion. Since the fuel flow to the side gap can be suppressed while maintaining an appropriate interval, the effect of reducing the speed of the needle valve when the valve is closed can be further enhanced.
なお、燃料通路20は図のようにニードル弁とアマチュアの嵌合部に形成したものについて説明したが、実施の形態2で説明した図3の燃料通路23のようなものでも良い。
The
実施の形態4.
図5はこの発明の実施の形態4による燃料噴射弁の要部の拡大図であり、(a)は正面断面図,(b)は(a)を矢印E−Eから見た要部の図である。図5に示す部分以外の全体構成については、実施の形態1で説明した図1と同等なので、それらの部分の符号と動作の説明は省略する。図1と異なるのは、図1のA部一点鎖線内の部分であり、この部分を拡大したものが図5である。(図1と同等部分は同一符号で示している。)また、図5のニードル弁21,アマチュア22,燃料通路23は実施の形態2の図3で説明したものと同等なので、それらの説明も省略し、異なる部分のみを以下に説明する。
5 is an enlarged view of a main part of a fuel injection valve according to
本実施の形態のアマチュア22には、その外周側面に非磁性材料からなるメッキ26を、アマチュア22の移動を妨げない範囲の厚さで施している。アマチュア22とヨーク16との隙間であるサイドギャップ25は磁気通路として作用しているので狭い方が好ましいが、狭すぎると電流OFF時(磁気回路遮断時)の応答性が悪くなる。そこで、仕様によっても異なるが、通常200μm前後を確保している。従って、サイドギャップ25にも燃料の一部が流れる(漏れる)が、メッキ26を施すことによりサイドギャップ25が狭まるので、燃料はサイドギャップ25側にはほとんど流れなくなり、アマチュア22に設けた燃料通路23を主に流れるようになる。アマチュア22とヨーク16と隙間を約200μmとした場合、最終的なサイドギャップ25は100μm以下程度にするのが望ましいので、メッキの厚さは例えば100μm程度とる。一度のメッキで厚さを確保するのが難しければ多層メッキとすればよい。メッキの厚さを変えることで、自由にギャップを調整することができる。
The
以上のように、本実施の形態の発明によれば、アマチュアに設けた燃料通路を下流側ほど狭くしたための実施の形態1,2の効果に加え、アマチュアとヨークとの隙間であるサイドギャップをアマチュアの側面に非磁性のメッキを施すことにより狭くしたので、磁気通路としての適正な間隔を保ちながらサイドギャップに流れる燃料の流路を絞ることができ、閉弁時にニードル弁の速度を減速させる効果を更に高めることができる。また、ギャップ調整はメッキ厚さを変えることにより、簡単にコントロールできる。 As described above, according to the invention of the present embodiment, in addition to the effects of the first and second embodiments for narrowing the fuel passage provided in the amateur toward the downstream side, the side gap that is the gap between the amateur and the yoke is reduced. Since it is narrowed by applying non-magnetic plating to the side of the amateur, the flow path of the fuel flowing in the side gap can be narrowed while maintaining an appropriate interval as a magnetic path, and the speed of the needle valve is reduced when the valve is closed The effect can be further enhanced. The gap adjustment can be easily controlled by changing the plating thickness.
なお、アマチュアに設けた燃料通路は、軸方向に貫通させたテーパ形状の孔として説明したが、実施の形態1で説明した図2の燃料通路20のようなものでも良い。
Although the fuel passage provided in the amateur has been described as a tapered hole penetrating in the axial direction, it may be the
内燃機関の燃料室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁で、特に、燃圧が高く弁速度の高い燃料噴射弁に適用して効果を上げることができる。 A fuel injection valve that directly injects fuel into a fuel chamber of an internal combustion engine, and in particular, can be applied to a fuel injection valve that has a high fuel pressure and a high valve speed, thereby improving the effect.
3 弁本体 4 噴射孔
5 弁座 6,21 ニードル弁
8,22,24 アマチュア 9 コア
15 ソレノイド装置 16 ヨーク
20,23 燃料通路 24a 大径部
25 サイドギャップ 26 メッキ。
3
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