JP4637931B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射弁に関し、特に内燃機関の燃料供給系に使用される電磁式燃料噴射弁の改良に関するものである。

この種の燃料噴射弁の一般的な構成を図１に従って説明する。図１に示すように、燃料噴射弁１は、大きくはソレノイド装置２及び弁装置１２から構成されている。ソレノイド装置２は、磁気回路のヨーク部分であるハウジング３と、磁気回路の固定鉄心部分であるコア４と、コネクタ６を介して外部から給電されるコイル５と、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア７と、アマチュア７に連結されたニードル８を下流方向に付勢する閉弁バネ９とからなっている。なお、燃料は燃料噴射弁１の上部にある燃料入口１０から供給され下部の弁座１１から噴射されるものであり、燃料入口１０側を上流、弁座１１側を下流と呼ぶこととする。

一方、弁装置１２は、上記コア４の一部とアマチュア７とを収容し、ハウジング３に連結された中空状のボディ１３と、上記ボディ１３内でアマチュア７に連結されたニードル８と、上記ボディ１３の下流側に設けられニードル８の摺動を案内するガイド１４と、上記ニードル８が接離して噴射口１５Ａを開閉し、燃料の流れを制御する弁座１５とからなっている。このような燃料噴射弁１の動作は周知であるのでここでは説明を省略する。

従来の燃料噴射弁１の詳細構成について、以下ソレノイド装置２および弁装置１２の一部拡大図である図４乃至図６を参照して説明する。一般的な従来の燃料噴射弁１では図４に示すようにアマチュア７とニードル８は圧入あるいは溶接などで一体化され、アマチュア７を閉弁バネ９により下流側へ押圧されている。ところが、前述したようにコイル５への通電による電磁駆動方式であるため、コイルへの励磁あるいは非励磁によりアマチュア７が上下動するようになっている。この上下動により、アマチュア７のコア４への衝突が生じ、あるいはニードル８の弁座１５への衝突が生じる結果、衝突時の衝撃によりそれぞれの移動部材にバウンドが発生し、これに伴い燃料噴射量を正確にコントロールできなくなることがあった。

このバウンドの問題に対処するため、図５、図６に示すようにニードル８とアマチュア７を別体構造にする燃料噴射弁が提案されている。図５はニードル８の上流側端部がアマチュア７を貫通し、その先端部をストッパ１６により溶接等により固定するが、その際ストッパ１６とアマチュア７との間にバネ等の弾性材１７を介挿させると共に、上記ストッパ１６の上部から閉弁バネ９にてニードル８及びアマチュア７を下流側へ押圧するように構成している。上記弾性材１７の存在によりアマチュア７がニードル８に対して軸方向に所定量だけ移動可能となるため、衝突による衝撃力が緩和される。（例えば、特許文献１を参照）

また、図６は図５と同様にニードル８とアマチュア７を別体構造にしているが、ニードル８の段付部１９とアマチュア７との間にバネ等の弾性材１７を介挿させない構造とし、それに代えてストッパ１６とアマチュア７の上接面２０が当接しているとき、ニードル８の段付部１９とアマチュア７の下接面２１とは所定の隙間が形成されるように構成している。
今、アマチュア７がコア４に吸引され衝突が生じたとすると、衝突の衝撃によりアマチュア７は反対側にバウンドするが、ニードル８は上昇運動の慣性により更にコア４側に移動しようとする。すなわちアマチュア７とニードル８とは反対方向のエネルギーを有しているため、アマチュア７とニードル８との相対的な移動を上記ニードル８の段付部１９とアマチュア７の下接面２１との隙間により許容することにより、衝突によるエネルギーを相殺することができる。（例えば、特許文献２を参照）

特表２００２−５０６５０２号公報 特開２００３−５１２５５７号公報

ところが、特許文献１のようなアマチュア７とニードル８とをバネ等の弾性材１７で結合する構造では、部品数、行程数が大幅に増加し、構造の複雑化を招く問題がある。また特許文献２の構造では、上記ニードル８の段付部１９とアマチュア７の下接面２１との隙間の存在によりアマチュア７の位置が固定できないため、内燃機関の振動などの影響で閉弁時のアマチュア７とコア４との距離が一定にならず、開弁に要する時間にばらつきが生じ、噴射量精度が悪化する問題がある。

この発明の燃料噴射弁は、上述したような問題を解決するためになされたもので、部品数、工程数を増加することなくニードルのバウンドを抑制すると共に、予備通電技術を組み合わせることによって開弁直前のアマチュア位置を規制し、アマチュアとコアとの距離を一定に保つことができる燃料噴射弁を提供することを目的とするものである。

この発明の燃料噴射弁は、コイルへの通電を断続することによりコアから離間あるいはコアに吸引されるアマチュアと、前記アマチュアの往復移動に付随して上下動し弁座を開閉するニードルと、前記コイルへの通電が断たれたときにニードルを閉弁状態に付勢する閉弁バネとからなり、前記ニードルのコア側端部は前記アマチュアを貫通した状態でスト
ッパに固定され、前記アマチュアの反コア側端部は前記ニードルの中間部に有する段付部と係合され、前記閉弁バネは前記固定コアとストッパのコア側端面との間に設置され、前記コイルへの通電時に発生する電磁力により前記閉弁バネの付勢力に抗して前記ストッパを介してニードルを開弁方向に移動するように構成してなる燃料噴射弁において、前記ストッパとニードルとは、前記コイルへの通電が断たれた閉弁状態で前記コイルへの通電時に前記アマチュアがニードルに対し軸方向に所定量だけ移動可能な隙間を有する状態で固定し、前記段付部とアマチュアとは、前記コイルへの通電が断たれたときに前記アマチュアがニードルに対し軸方向に所定量だけ移動可能な隙間を有する状態で係合されるようにすると共に、開弁直前に前記コイルに予備通電を行うことにより開弁直前のアマチュアとコアとの距離を一定に保つようにしたことを特徴とするものである。

本発明によれば、開弁時の応答性を向上することができると共に、ニードルの開弁時のバウンドを、部品点数の増大を招くことなく簡単な構造で抑制することができ、かつ閉弁直前のアマチュア位置を規制しアマチュアとコアの距離を一定に保つことで開弁に要する時間のバラツキを抑制して噴射量リニアリティ精度ならびに噴射量精度の向上を図ることができる。

実施の形態１．
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。本発明の燃料噴射弁１の構成は図６と外観上同一であるので、以下図６を用いて説明する。図６において、ニードル８の側面に段付部１９を設置し、その上流側からニードル８を貫通するようにアマチュア７を乗せて、ニードル８の先端部をストッパ１６によりアマチュア７を挟み込むように溶接等により固定するが、その際ストッパ１６をアマチュア７がニードル８に対し所定の量だけ移動可能となるように調節しながら圧入、溶接されるようになされている。また、上記ストッパ１６の上端面に閉弁バネ９を当接させてアマチュア７ひいてはニードル８を下流側へ押圧しニードル８と弁座１５との閉弁動作を行う。なお、アマチュア７は燃料通路となる貫通孔１８を備えており、この貫通孔１８は流路絞り部とならないように噴射量に対し十分な流路面積を有している。

以下、図２および図３に従って実施形態１による燃料噴射弁１の動作を説明する。図３は図２に示す燃料噴射弁の動作の各段階におけるコイル５への通電電流を表している。先ず、図２（a）はコイル５への通電が行われていない閉弁状態を示しており、ストッパ１６をニードル８の先端部に溶接するときにアマチュア７とニードル８との間が所定の量だけ軸方向に移動可能となるように設定されている。閉弁バネ９によりストッパ１６を押圧しているが、アマチュア７の上流側当接面２０および下流側当接面２１は当接位置が不特定である。

図２（b）は閉弁期間中にニードル８が開弁しない程度の予備通電(図３参照)が行われ
た開弁直前の状態を示しており、アマチュア７がストッパ１６を介してニードル８と上流側当接面２０で当接し、開弁直前のアマチュア７位置が固定される。これにより外部から受ける振動などの影響によりアマチュア７とコア４の距離が変化しなくなり、開弁に要する時間を一定に保つことができる。なお、このときの予備通電量は内燃機関のシリンダ内に直接燃料を噴射するタイプのものでは、ニードル８が燃焼ガス圧により開弁しないように設定される必要がある。

図２（c）は本格通電が行われる開弁状態を示しており、本格通電により図２(ｂ）の状態から開弁動作が直ちに進行し、アマチュア７とコア４が衝突する。衝突が発生すると、その衝撃でアマチュア７のみが下流側へバウンドする一方、ニードル８は慣性力が働くためそのまま上流側へオーバーシュートする。このときアマチュア７のバウンド量とニードル８のオーバーシュート量の和が、上述したアマチュア７がニードル８に対して移動可能な所定の量ｙと等しくなったとき、アマチュア７とニードル８は逆方向の力を持って下流側当接面２１で衝突し互いの動きを相殺するためニードル８の開弁時バウンドを抑制することができ、バウンドによる噴射量リニアリティ精度の悪化を防止できる。

図２(d）は再び通電が停止され、アマチュア７が閉弁バネ９によって下流側に付勢される閉弁直前の状態を示している。この際、ニードル８の弁座１５への衝突によるバウンドがあっても、アマチュア７の下流側当接面２１と段付部１９との間の移動可能な所定量の隙間があるため、アマチュア７の慣性力と相殺される。

以上の説明からこの発明の実施の形態１の燃料噴射弁は、ニードル８の開弁時のバウンドを部品点数の増大を招くことなく抑制することができる。特に開弁直前にコイルへの予備通電を行うことによりアマチュア７の上流側当接面２０がニードル８と当接し、開弁直前のアマチュア７位置を固定することができるので、外部から受ける振動などによりアマチュア７とコア４の距離が変化しなくなり、開弁に要する時間を一定に保ち開弁時の応答性を向上することができ、ひいては噴射量精度を向上することができる。

この発明における内燃機関用燃料噴射弁の全体概略構成図である。 この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の通電電流を示す図である。 従来の燃料噴射弁の一形態を示す一部拡大構成図である。 従来の燃料噴射弁の他の形態を示す一部拡大構成図である。 従来の燃料噴射弁の更に他の一形態を示す一部拡大構成図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁、 ２ ソレノイド装置、 ３ ハウジング、
４ コア、 ５ コイル、 ６ コネクタ、
７ アマチュア、 ８ ニードル、 ９ 閉弁バネ、
１０ 燃料入口、 １２ 弁装置、
１３ ボディ、 １４ ガイド、
１５ 弁座、 １６ ストッパ、 １７ 弾性材、
１８ 貫通孔、 １９ 段付部、 ２０ 上流側等接面、
２１ 下流側等接面、 ２２ 溝部。

Claims (2)

1. コイルへの通電を断続することによりコアから離間あるいはコアに吸引されるアマチュアと、前記アマチュアの往復移動に付随して上下動し弁座を開閉するニードルと、前記コイルへの通電が断たれたときにニードルを閉弁状態に付勢する閉弁バネとからなり、前記ニードルのコア側端部は前記アマチュアを貫通した状態でストッパに固定され、前記アマチュアの反コア側端部は前記ニードルの中間部に有する段付部と係合され、前記閉弁バネは前記固定コアとストッパのコア側端面との間に設置され、前記コイルへの通電時に発生する電磁力により前記閉弁バネの付勢力に抗して前記ストッパを介してニードルを開弁方向に移動するように構成してなる燃料噴射弁において、前記ストッパとニードルとは、前記コイルへの通電が断たれた閉弁状態で前記コイルへの通電時に前記アマチュアがニードルに対し軸方向に所定量だけ移動可能な隙間を有する状態で固定し、前記段付部とアマチュアとは、前記コイルへの通電が断たれたときに前記アマチュアがニードルに対し軸方向に所定量だけ移動可能な隙間を有する状態で係合されるようにすると共に、開弁直前に前記コイルに予備通電を行うことにより開弁直前のアマチュアとコアとの距離を一定に保つようにしたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 上記予備通電時の通電量は、内燃機関のシリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁であってはニードルが燃焼ガス圧により開弁しない範囲で設定したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。

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