JP4123323B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉弁時に発生する着座の衝撃を低減する燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば電磁駆動式の燃料噴射弁において、電磁駆動部が有するコイルへの通電をオンするとノズルニードルが弁座から離座することにより噴孔から燃料を噴射し、コイルへの通電をオフするとスプリングの付勢力によりノズルニードルが弁座に着座することにより噴孔が閉塞され、燃料噴射が終了する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コイルへの通電がオフされ燃料の噴射を停止するとき、ノズルニードルが弁座に着座するときの衝撃により発生する音が問題である。
特開平８−１８９４３７号公報には、燃料のダンパ効果により閉弁時におけるノズルニードルの下降速度を低下し、二次噴射を抑制しようとしている。ノズルニードルの下降速度が低下することにより、結果として閉弁時の音の発生を防止できると考えられる。
【０００４】
しかし、このダンパ効果をもたらす燃料絞り通路は、ノズルニードルの着座部の上流側において可動コアの外周面と弁ボディとの間に形成される。ノズルニードルが弁座に着座するとき、ノズルニードルと弁座との開口面積は減少し、ノズルニードルと弁座とが形成し燃料絞り通路よりも下流側に位置する開口が絞りになる。したがって、可動コアの外周面と弁ボディとの間にノズルニードルと弁座との間に形成される開口よりも上流側に形成される燃料絞り通路が閉弁時にノズルニードルの下降速度を低下するに十分なダンパ効果をもたらすとは考えにくい。
本発明の目的は、閉弁時に弁部材の動きを速やかにしつつ、弁部材の着座速度を低下することにより着座衝撃を低減でき、ひいては着座時の作動音の低減等にもつながる燃料噴射弁を提供することにある。
【０００５】
本発明の請求項１、２または４記載の燃料噴射弁によると、弁座に着座可能な当接部と弁ボディに往復移動自在に支持される摺動部との間に、燃料流れから閉弁方向に力を受けるとともに、上流側から下流側に燃料が流れる燃料受け部を弁部材が有している。したがって、燃料受け部が燃料流れから受ける力と付勢手段の付勢力とにより弁部材を閉弁方向に移動させる。したがって、付勢手段の付勢力を小さくしても閉弁初期において閉弁方向への移動速度を確保できる。さらに、弁部材が弁座に近づき弁部材の当接部と弁座との間に形成される開口から流出する燃料量が減少すると、燃料受け部が燃料流れから受ける力が減少し、弁座に向け弁部材を移動させる力がほぼ付勢手段の付勢力になる。したがって、当接部が弁座に近づくにしたがい弁部材が弁座に着座する速度が低下するので、弁部材が弁座に及ぼす衝撃が低減する。また、燃料受け部は燃料上流側に向けて形成された凹部を有する。平板で燃料流れを受ける場合に比べ燃料流れから受ける力が増加するので、付勢手段の付勢力を低減しても、閉弁開始時における弁部材の移動速度を確保できる。
【０００６】
本発明の請求項３記載の燃料噴射弁によると、燃料受け部は、燃料流れ方向に貫通する燃料通孔を有する。したがって、燃料通孔の径または数を調整することにより、付勢手段の付勢力を低減し閉弁時に発生する衝撃を低減するとともに、燃料受け部の上流側から下流側に流れる燃料流れ量を容易に調整できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１参考例）
本発明の第１参考例による燃料噴射弁を図１および図２に示す。
図２に示すように、燃料噴射弁１０の有底の円筒部材１１内に、弁ボディ１５、弁部材としてのノズルニードル２０、可動コア３０、固定コア３１、付勢手段としてのスプリング３２、アジャスティングパイプ３３、フィルタ３４が収容されている。円筒部材１１は、有底筒部１２、非磁性筒部１３、磁性筒部１４からなり、図２において下方の燃料噴射側からこの順で配置されている。円筒部材１１の外周にスプール３５に巻回されたコイル３６が配設されており、コイル３６から円筒部材１１の上方を樹脂モールド４０が覆っている。
【００１０】
円筒部材１１の有底筒部１２は底部１２ａおよび側部１２ｂからなり、底部１２ａの中央部に通孔１２ｃが形成されている。通孔１２ｃは、噴孔プレート１８に形成された噴孔１８ｂと、噴孔１８ｂの燃料下流側で連通している。非磁性筒部１３の内径は有底筒部１２の内径よりも僅かに小さく、可動コア３０を往復移動可能に支持している。磁性筒部１４の反噴射側に燃料入口１４ａが形成されており、燃料中の異物を除去するフィルタ３４が燃料入口１４ａ内に取付けられている。
【００１１】
図１に示すように、弁ボディ１５は有底筒部１２に圧入されており、有底筒部１２と弁ボディ１５との間で軸方向に噴孔プレート１８を挟持した状態で有底筒部１２の側部１２ｂと弁ボディ１５の外側壁１５ａとの隣接部分がレーザ溶接により溶接位置５０において固定されている。弁ボディ１５の底部内壁は噴孔プレート１８に向けて縮径する円錐状の弁座面１６を有している。弁座面１６にノズルニードル２０の当接部２１が着座可能な弁座１６ａが形成されている。内周面１７は弁座面１６の燃料上流側に位置し、円筒状である。
【００１２】
噴孔プレート１８は薄板状に形成されたプレート部１８ｂを有し、プレート部１８ａは有底筒部１２の底部１２ａと弁ボディ１５の底部外壁１５ｃとの間で軸方向に挟持されている。噴孔１８ｂはプレート部１８ａの中央部に同一円周上に４個形成されている。
図２に示す樹脂製の保護キャップ１９は有底筒部１２に圧入されている。保護キャップ１９は、燃料噴射弁１０を吸気管に取り付ける際に吸気管のストッパと燃料噴射弁１０とが金属接触することを防止するためのものである。
【００１３】
ノズルニードル２０はスプリング３２の付勢力により弁座１６ａに向けて付勢されており、ノズルニードル２０の先端部に形成された当接部２１は弁座１６ａに着座可能である。摺動部２２は、当接部２１の燃料上流側、つまり図２の上方に形成されており、弁ボディ１５の内壁に往復移動自在に支持されている。摺動部２２の外側壁は弁ボディ１５の内周壁との間に燃料通路を形成するため四面取りが施されている。
【００１４】
摺動部２２のさらに燃料上流側に接合部２３が形成されている。接合部２３と可動コア３０とがレーザ溶接されていることによりノズルニードル２０と可動コア３０とが一体に往復移動する。接合部２３の外側壁は可動コア３０の内周壁と燃料通路を形成するために面取りが施されている。
【００１５】
図１に示すように、燃料受け部であり仕切部でもあるフランジ２４は、当接部２１と摺動部２２との間に平板な円環状に形成されている。フランジ２４は、ニードル本体と一体に切削等により形成してもよいし、ニードル本体と別部品で形成しておき、溶接等で接続してもよい。フランジ２４と弁ボディ１５の内側壁との間に上流側から下流側に燃料が流れる環状のクリアランス６０が形成されている。クリアランス６０の流路面積は、ノズルニードル２０が最大リフトしたときに当接部２１と弁座１６ａとの間に形成される開口面積よりも大きくなるように設定されている。また、フランジ２４、弁座面１６、内周面１７および当接部２１により燃料空間６１が形成されている。
【００１６】
図２に示す燃料入口１４ａからフィルタ３４を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ３３および固定コア３１内、ノズルニードル２０の接合部２３に形成された面取部と可動コア３０の内周壁との隙間、弁ボディ１５の円周壁とノズルニードル２０の摺動部２２に形成された四面取部との隙間、さらにクリアランス６０を通過し、ノズルニードル２０の当接部２１と弁座１６ａとの当接位置に到る。当接部２１が弁座１６ａに着座すると噴孔１８ｂからの燃料噴射が遮断され、当接部２１が弁座１６ａから離座すると噴孔１８ｂから燃料が噴射される。
【００１７】
可動コア３０は磁性材料からなり筒状に形成されている。可動コア３０の上端面は、固定コア３１の下端面と所定の隙間を介して対向するように設けられている。固定コア３１は強磁性材料からなり、内壁にアジャスティングパイプ３３が圧入固定されている。アジャスティングパイプ３３の圧入量を調整することにより、スプリング３２の付勢力を調整することができる。アジャスティングパイプ３３を固定コア３１にねじ結合する構成でもよい。
【００１８】
樹脂製のスプール３５は円筒部材１１の外周に装着されており、スプール３５の外周にコイル３６が巻回されている。樹脂モールド４０の外壁から突出するようにコネクタ部４０ａが設けられており、コイル３６に電気的に接続されるターミナル４１がコネクタ部４０ａに埋設されている。スプール３５およびコイル３６は電磁駆動部を構成している。
【００１９】
次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。
(1) コイル３６への通電をオンすると、可動コア３０はスプリング３２の付勢力に抗して固定コア３１側に吸引されるのでノズルニードル２０がリフトする。これにより当接部２１が弁座１６ａから離座すると、噴孔１８ｂから燃料が噴射される。
【００２０】
(2) コイル３６への通電をオフすると、スプリング３２から閉弁方向に受ける力に加え、摺動部２２と弁ボディ１５の内側壁とが形成する燃料通路を通過し整流された燃料が所定の流速Ｖでフランジ２４に衝突することによりフランジ２４が受ける力により、ノズルニードル２０は閉弁方向に力を受ける。フランジ２４が燃料流れから受ける力は、フランジ２４の燃料上流側と燃料下流側との静差圧ΔＰ、ならびに摺動部２２の周囲を通過した燃料流れが有する動圧であるρＶ²／２の和とをフランジ２４の受圧面積で積分した値により求められる。ρは燃料の密度である。このように、スプリング３２の付勢力と、フランジ２４が燃料流れから受ける力とにより、ノズルニードル２０は図２の下方に付勢され、当接部２１が弁座１６ａに着座する。これにより、噴孔１８ｂからの燃料噴射は遮断される。
【００２１】
次に、第１参考例、フランジをもたない従来例１および従来例２における、時間経過とノズルニードルのリフト量との関係を図３に示す。図３において、実線は第１参考例、点線はフランジをもたず従来と同じ大きさの付勢力のスプリングを有する従来例１、二点鎖線はフランジをもたず従来よりも小さい付勢力のスプリングを有する従来例２を示している。
【００２２】
第１参考例では、コイル３６への通電をオフすると、閉弁初期において従来例と同じ速度で閉弁する。そして、ノズルニードル２０の当接部２１が弁座１６ａに近づき当接部２１と弁座１６ａとが形成する開口の面積が減少すると、開口における圧損が上昇する。すると、フランジ２４の燃料上流側と燃料下流側との差圧が低下し、フランジ２４が燃料流れから閉弁方向に受ける力が小さくなるので、ノズルニードル２０の下降速度が低下する。
【００２３】
また、ノズルニードル２０とともにフランジ２４が下降することにより燃料空間６１から燃料が押し出され燃料空間６１の容積は減少する。しかし、当接部２１が弁座１６ａに近づき当接部２１と弁座１６ａとが形成する開口の面積が減少すると開口から排出される燃料量が減少するので、（フランジ２４の移動量×フランジ２４の面積）で表される燃料空間６１の容積減少量が減少する。したがって、フランジ６１の下降速度、つまりノズルニードル２０の下降速度が低下する。
【００２４】
これにより、フランジ２４をもたない従来例１と比較し、閉弁後期において当接部２１が弁座１６ａに向かう速度が低下するので、当接部２１が弁座１６ａに着座するときに発生する衝撃が低減する。内周面１７と微小なクリアランス６０を形成するフランジ２４をノズルニードル２０に設けるという簡単な構成で、閉弁時において、ノズルニードル２０が着座する時の衝撃を低減することができる。
フランジ２４をもたずスプリングの付勢力を弱めた従来例２では、当接部が弁座に及ぼす衝撃は小さくなるが、コイルへの通電をオフしてから閉弁するまでに噴射される燃料量が多いので、炭化水素（ＨＣ）やカーボン等の排出量が増加する。
【００２５】
（第１実施例、第２実施例）
本発明の第１実施例、第２実施例をそれぞれ図４、図５に示す。第１参考例と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。
第１実施例の燃料受け部であり仕切部でもあるフランジ６５および第２実施例の燃料受け部であり仕切部でもあるフランジ７０は、燃料上流側に向けそれぞれ凹部６６、７１が形成されている。フランジ６５の厚みは凹部６６よりも外周縁６７が厚くなっており、フランジ７０の厚みは全体に均一である。第１参考例の平板状なフランジ２４に比べ、燃料流れからフランジ６５、７０が受ける力が大きくなる。したがって、閉弁方向にノズルニードルを付勢するスプリングの付勢力を小さくすることができるので、閉弁時の衝撃が低減する。
【００２６】
（第２参考例）
本発明の第２参考例を図６に示す。第１参考例と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。
第２参考例の燃料受け部であり仕切部でもあるフランジ７５は、燃料上流側の外周縁角部が突曲面状に形成されている。したがって、ノズルニードル２０がリフトするときにフランジ７５、つまりノズルニードル２０が受ける抵抗が小さくなる。したがって、図７の二点鎖線に示すように第１参考例に比べノズルニードル２０のリフト速度が上昇し、開弁応答性が上昇する。
【００２７】
以上説明した第１、２実施例及び第１、２参考例の各フランジ２４、６５、７０、７５は燃料受け部と仕切部とを兼ねている。しかし、仕切部としての機能だけを満たすなら、内周面１７とのクリアランス６０を微小に設定することにより、上記各実施例及び参考例の形状に限らず仕切部としてのフランジをどのような形状にすることも可能である。また、摺動部２２が弁座１６ａに近い位置に形成されているのであれば、摺動部の上流側にフランジを配置しても、仕切部を弁座近傍に配置できるので仕切部としての機能を満たすことができる。
【００２８】
（第３実施例、第４実施例）
本発明の第３実施例、第４実施例を図８、図９に示す。第１参考例と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。第１、２実施例及び第１、２参考例の各フランジ２４、６５、７０、７５は、燃料受け部と仕切部とを兼ねているが、第３実施例および第４実施例の各フランジ８０、８５は燃料受け部としての機能だけを有する。
【００２９】
第３実施例のフランジ８０、第４実施例のフランジ８５は、平板な円環状に形成されている。そして、フランジ８０、８５を貫通する燃料通孔８１、８６がそれぞれ形成されている。これら燃料通孔８１、８６の流路面積と、フランジ８０、８５が弁ボディとの間に形成するクリアランスの流路面積との合計は、フランジ８０、８５が燃料流れから十分な力を閉弁方向に受ける範囲内において、ノズルニードルが最大リフトしたときに当接部と弁座との間に形成される開口面積よりも大きくなるように設定されている。第３実施例および第４実施例においてフランジ８０、８５が弁ボディと形成するクリアランスの流路面積は、第１実施例、第２実施例、第１参考例および第２参考例においてフランジが弁ボディ１５の内周面１７と形成するクリアランス６０の流路面積よりも小さくなる。
【００３０】
第３実施例および第４実施例では、平板な円環状に形成されたフランジ８０、８５に燃料通孔８１、８６を形成したが、第１実施例および第２実施例に示した凹部６６、７１を有するフランジ６５、７０に燃料通孔を形成してもよい。
第３実施例および第４実施例では、クリアランス６０で流路面積を調整するよりも、燃料通孔の径または数を変更することにより燃料流量を容易に調整できる。
【００３１】
以上説明した本発明の実施の形態を示す上記複数の実施例では、ノズルニードルの当接部と摺動部との間に燃料流れから閉弁方向に力を受けるフランジを形成している。これにより、ノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリングの付勢力を小さくすることができる。したがって、コイルへの通電をオフした閉弁初期において燃料噴射量が多い間、スプリングの付勢力とフランジが受ける力とによりノズルニードルは十分なな速度で閉弁方向に向かう。さらに、当接部が弁座に近づき燃料噴射量が減少する閉弁後期においてフランジが燃料流れから閉弁方向に受ける力が小さくなるので、当接部が弁座に及ぼす衝撃が低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１参考例による燃料噴射弁の主要部を示す断面図である。
【図２】 第１参考例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図３】 第１参考例、従来例１および従来例２における時間経過とノズルニードルのリフト量との関係を示す特性図である。
【図４】 本発明の第１実施例による燃料噴射弁の主要部を示す断面図である。
【図５】 本発明の第２実施例による燃料噴射弁の主要部を示す断面図である。
【図６】 本発明の第２参考例による燃料噴射弁の主要部を示す断面図である。
【図７】 第１参考例、第２参考例および従来例１における時間経過とノズルニードルのリフト量との関係を示す特性図である。
【図８】 本発明の第３実施例による燃料受け部を示す平面図である。
【図９】 本発明の第４実施例による燃料受け部を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射弁
１５ 弁ボディ
１６ 弁座面
１６ａ 弁座
１７ 内周面
１８ 噴孔プレート
１８ｂ 噴孔
２０ ノズルニードル（弁部材）
２１ 当接部
２２ 摺動部
２４、６５、７０、７５ フランジ（燃料受け部、仕切部）
６０ クリアランス
６６、７１ 凹部
８０、８５ フランジ（燃料受け部）
８１、８６ 燃料通孔

Claims (4)

1. 弁座を有する弁ボディと、
   前記弁座に着座することにより噴孔を閉塞し前記弁座から離座することにより前記噴孔を開放する当接部、ならびに前記当接部の燃料上流側において前記弁ボディに往復移動自在に支持されるとともに前記弁ボディとの間に燃料通路を形成している摺動部を有する弁部材と、
   前記弁部材を閉弁方向に付勢する付勢手段と、
   前記付勢手段の付勢力に抗し前記弁座から前記当接部を離座させる電磁駆動部と、
   を備える燃料噴射弁であって、
   前記弁部材は、前記燃料通路を通過し前記当接部と前記弁座とが形成する開口に向け流れる燃料から閉弁方向に力を受ける燃料受け部であって、前記燃料受け部の上流側から下流側に燃料が流れる燃料受け部を前記当接部と前記摺動部との間に有し、
   前記燃料受け部は燃料上流側に向け形成された凹部を有することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記燃料受け部は、前記弁ボディとの間に燃料通路を形成していることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記燃料受け部は、燃料流れ方向に貫通する燃料通孔を有することを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。
4. 前記燃料受け部はフランジ状に形成されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料噴射弁。

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