JP2001263194A - 燃料噴射弁 - Google Patents

燃料噴射弁

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JP2001263194A
JP2001263194A JP2000081752A JP2000081752A JP2001263194A JP 2001263194 A JP2001263194 A JP 2001263194A JP 2000081752 A JP2000081752 A JP 2000081752A JP 2000081752 A JP2000081752 A JP 2000081752A JP 2001263194 A JP2001263194 A JP 2001263194A
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fuel
valve
fuel injection
injection hole
injection
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JP2000081752A
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Tosuke Hirata
東助 平田
Masahiro Tsuchiya
雅弘 土屋
Toru Ishikawa
石川  亨
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】閉弁時における弁体6のバウンドを防止するこ
とにより2次噴射なくし、燃費を向上させる。閉弁時に
おける騒音を低減する。 【解決手段】噴射孔8及び弁座シート面8が形成された
ノズル部7とヨーク部3とを緩衝性のよい部材23で結
合し、閉弁時における衝撃エネルギを吸収して弁体6と
シート面8が離れることなく一体となって運動するよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、噴射した燃料を燃
焼させて動力を得る内燃機関に使用される燃料噴射弁に
係り、燃料の噴射を停止するために弁体が弁座部シート
面に着座する際に衝撃により弁体がバウンドしてシート
面より離れ、再度燃料を噴射することを防止する技術に
関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンの吸気管内に燃料を噴射する吸
気管内燃料噴射装置に対して、燃焼室内に直接燃料を噴
射する装置の普及が進んでいる。
【0003】筒内に直接燃料を噴射する装置を用いたと
きの燃焼室内の圧力は吸気管内燃料噴射装置を用いた場
合に比べ、非常に高くなる。そのため、筒内燃料噴射装
置の弁体にも高い圧力がかかり。弁を閉じておくために
は、弁体に強い予圧をかける必要がある。また、筒内に
直接燃料を噴射する装置を用いたときの弁の開閉は吸気
管内燃料噴射装置を用いた場合に比べ、非常に高速で行
う必要がある。弁体にかかる強い予圧に打ち勝って高速
に弁を開閉するため、閉弁時には弁座部シート面に強い
衝撃力が加わる。この衝撃力により弁体がバウンドして
シート面より離れ、再度燃料が噴射される(2次噴射と
呼ぶ)。2次噴射により走行に関係ない燃料が消費され
るため燃費が低下する。
【0004】従来構造のノズル部分の拡大例を図7に示
す。また、従来構造体の弁開閉時における弁変位を図8
に示す。ノズル部材とヨーク部材は剛に締結されてお
り、閉弁時にノズル部シート面に衝撃が加わったとき、
ノズル部材とヨーク部材は一体で運動し、互いの部材間
に相対運動は生じないため摩擦などにより衝撃のエネル
ギが消費されることはない。したがって、衝撃のエネル
ギの多くは弁体をシート面から跳ね返させるために消費
され、図8に示すように弁が再度開いて燃料が噴射され
る。
【0005】特開平4―339168号公報ではノズル
部とヨーク部は一体成形されている。特開平8―284
07号公報ではシールのためノズル部とヨーク部の間に
Oリングを用いているが、ノズル部とヨーク部の締結は
剛である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】筒内に直接燃料を噴射
する装置を用いたとき、弁体にかかる強い予圧に打ち勝
って高速に弁を開閉するため、開閉時にはシート面やス
トッパに強い衝撃力が加わる。とくに閉弁時において
は、この衝撃力により弁体がバウンドしてシート面より
離れ、 2次噴射が発生する。2次噴射により走行に関
係ない燃料が消費されるため燃費が低下する。
【0007】本発明は閉弁時における弁体のバウンドを
防止することにより2次噴射なくし燃費を向上すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の燃料噴射弁は、噴射孔と該噴射孔の上流側
に弁座と該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と前
記弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁におい
て、前記噴射孔及び前記弁座が形成されたノズル部とヨ
ーク部とを緩衝性のよい部材で結合し、閉弁時における
衝撃エネルギを吸収して弁体とシート面が離れることな
く一体となって運動するようにする。このとき、緩衝部
材としてはゴム、樹脂等の高分子化合物、多孔質金属お
よび空気ばねを用いるとよい。また上記目的を達成する
ために、本発明の内燃機関は、噴射孔と該噴射孔の上流
側に弁座と該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と
前記弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁、該
燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給手段、前記燃料噴
射弁への燃料の供給を制御する燃料供給制御手段、前記
燃料噴射弁で噴射された燃料に点火する点火手段、前記
点火手段による点火時期を制御する点火制御手段、前記
燃料噴射弁で噴射される燃料を燃焼して動力を発生する
ためのシリンダ及びピストンを備えた内燃機関におい
て、前記噴射孔及び前記弁座が形成されたノズル部とヨ
ーク部とを緩衝性のよい部材で結合し、閉弁時における
衝撃エネルギを吸収して弁体とシート面が離れることな
く一体となって運動するようにしたものである。このと
き、前記燃料噴射弁を燃料をシリンダ内に直接噴射する
内燃機関に使用すると、特に高い燃料圧力に対向して大
きな駆動力で弁体を駆動する場合でも閉弁時における2
次噴射をなくすことができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図1〜
図4により説明する。図1は本発明の一実施例を示す電
磁式燃料噴射弁1の縦断面図、図2はノズル部材と弁部
を拡大した要部縦断面図である。図1を用いて構造、動
作について説明する。
【0010】電磁式燃料噴射弁1は、コントロ−ルユニ
ット(燃料供給制御手段)により演算されたデュ−ティ
のON−OFF信号により、シ−ト部の開閉を行うこと
により燃料の噴射を実施する。磁気回路は、有底筒状の
ヨ−ク3、ヨ−ク3の開口端を閉じる栓体部2aとヨ−
ク3の中心部に延びる柱状部2bとからなるコア2及び
コア2に空隙を隔てて対面するプランジャ4とからな
る。柱状部2bの中心には、プランジャ4とロッド5と
弁体6からなる可動部4Aを、ノズル部材7に形成され
た燃料の通過を許す燃料噴射孔部8の上流側のシ−ト面
9に、押圧する弾性部材としてのスプリング10を挿入
保持するための穴が設けてある。スプリング10の上端
は、セット荷重を調整するためにコア2の中心に挿通さ
れたスプリングアジャスタ11の下端に当接している。
コア2の柱状部2b側とヨ−ク3の可動部4B側で対面
する隙間部は、コイル14側へ燃料が流出するのを防ぐ
ために、両者間に機械的に固定されたシ−ルリング12
が設けられている。磁気回路を励磁するコイル14はボ
ビン13に巻かれ、その外周をプラスチック材でモ−ル
ドされている。これらから成るコイル組立体15の端子
17は、コア2のつば部に設けた穴16に挿入されてい
る。この端子17は、図示しないコントロ−ルユニット
の端子と結合されている。ヨ−ク3の有底部には、可動
部4Aを受容するプランジャ受容部18が開けられてお
り、その下部にはさらにプランジャ受容部18より大径
に形成され、ストッパ19及びノズル部材7を受容する
ノズル受容部20がヨ−ク先端まで貫設されている。
【0011】可動部4Aは、磁性材料製プランジャ4
と、一端がプランジャ4に接合されたロッド5とロッド
5に連接する弁体6とより成るが、ロッド5のプランジ
ャ4側には燃料の通過を許す空洞部5Aが設けてある。
この空洞部5Aには燃料の流出口5Bが設けてある。ま
た可動部4Aは、プランジャ4の外周がシ−ルリング1
2に当接することでその軸方向の動きを案内されるとと
もに、他端部に接合された弁体6がノズル部材7の中空
部の内壁21に挿入される円筒状の燃料旋回部材22の
内壁に当接することでそれぞれガイドされている。
【0012】ノズル部材7には、弁体6をガイドする円
筒状の燃料旋回部材22に続いて、弁体6をシ−トする
シ−ト面9が形成されており、シ−ト面9の中央には燃
料の通過を許す燃料噴射孔8が設けられている。可動部
4Aのストロ−ク(軸上方への移動量)は、ロッド5の
首部の受け面5Cとストッパ19間の空隙の寸法で決定
される。なお、27はフィルタ−で燃料中、配管中のゴ
ミや異物がシ−ト側へ侵入するのを防ぐために設けられ
ている。
【0013】上記の構成において、弁体6を駆動する駆
動手段は電磁式に限定されるわけではなく例えば圧電素
子を用いて駆動するようにしてもよい。
【0014】また、本実施例の燃料噴射弁を、シリンダ
内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射式の内燃機関に使
用した場合、閉弁時における2次噴射の防止が期待でき
る。即ち、シリンダ内に直接燃料を噴射する内燃機関で
は高い燃料圧力で燃料を噴射するため弁体の駆動力も大
きくする必要があり、弁体の着座時に大きな衝撃力がノ
ズル部シート面と弁座面に加わる。そのため、一旦着座
した弁体がバウンドしてシート面から離れて弁が開き燃
料が再度噴射する。これに対して本実施例で記載した燃
料噴射弁を使用することで閉弁時における2次噴射を防
止することが可能である。しかし、シリンダ外で燃料を
噴射するタイプの内燃機関に使用しても閉弁時における
2次噴射を防止できることに変わりはない。
【0015】ここに、緩衝部材23を用いた電磁式燃料
噴射弁の閉弁時における挙動について図2〜図4を用い
て説明する。
【0016】図2は図1の実施例の弁体6を含むノズル
部材7の要部拡大縦断面図である。ヨーク3とノズル部
材7は緩衝材23を介して結合されており、緩衝材23
は脱落防止のためナット24で押さえられている。な
お、緩衝材23は燃料の漏れを防止するためのシールの
役目も兼ねている。さらに、ヨーク3の一部は開弁時の
ストッパ19の役割を受け持っている。図3は閉弁時に
おける挙動を示すために弁体6、ノズル部材7、緩衝材
23、ヨーク3およびスプリング10を質量、ばね、ダ
ンパでモデル化した図である。図4は開弁から閉弁に至
る行程中の弁体6の変位を示した図である。
【0017】図3と図4により閉弁時における弁体6の
バウンド防止機構、すなわち、2次噴射防止機構を説明
する。
【0018】開弁時には弁体6はコイル組立体15の吸
引力によってストッパ19に押し付けられており、弁体
6と弁座シート面9との間には隙間ができる。この隙間
を通って燃料はシリンダ内へ噴射されている。一方、閉
弁指令によりコイル組立体15の吸引力がなくなると、
弁体6はスプリング10の予圧力によって燃料噴射孔8
側へ急速に移動し弁座シート面9へ達する。弁体6がシ
ート面9へ当たるとその衝撃力によりノズル部材7を支
持している緩衝部材23が撓む。このとき、緩衝部材2
3の復原力が弁体6がノズル部材7を押す力より小さい
間はノズル部材7と弁体6は同じ方向(下向き)に動
く。一方、緩衝部材23の撓む速さの二乗に比例して衝
撃のエネルギは緩衝部材23で内部摩擦エネルギとして
消費されるため、衝突後時間が経つと緩衝部材23の復
原力(復原エネルギ)は小さくなり弁体6はノズル部材
7から離れることはない(バウンドしない)。したがっ
て、燃料の2次噴射を防止することができる。
【0019】さらに、本実施例によれば閉弁時の衝撃が
緩和されるため振動振幅が小さくなり、騒音が低減され
る。
【0020】図5は電磁式燃料噴射弁の他の実施例を示
す。本実施例ではシール性をよくするため、ナット24
をヨーク3の外壁でネジ締結するようにしている。
【0021】図6は電磁式燃料噴射弁の他の実施例を示
す。本実施例では開弁時における衝撃も緩和できるよう
にするため、ノズル部材7とストッパ19の間にも緩衝
部材23を嵌入した例である。本実施例により開弁時の
騒音も低減される。
【0022】本発明に係る燃料噴射弁は、燃料噴射弁に
燃料を供給する燃料供給手段、燃料噴射弁への燃料の供
給を制御する燃料供給制御手段、燃料噴射弁で噴射され
た燃料に点火する点火手段、点火手段による点火時期を
制御する点火制御手段、燃料噴射弁で噴射される燃料を
燃焼して動力を発生するためのシリンダ及びピストンを
備えた内燃機関において使用される。上記内燃機関の構
成は一般的なものであり、特に図示はしていない。更に
内燃機関の構成は上記構成に限定されるわけではなく、
その他の構成であってもよい。
【0023】以上説明した実施例では、燃料噴射弁の閉
弁時の衝撃が緩和されることにより燃料の2次噴射がな
くなり燃費が向上する。さらに閉弁時の振動が小さくな
ることにより、騒音を低減でき、乗心地が改善されると
ともに、騒音カバーが不要になりコストを低減できる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、燃料噴射弁の閉弁時の
衝撃が緩和されることにより燃料の2次噴射がなくなり
燃費が向上する。さらに閉弁時の振動が小さくなること
により、騒音を低減でき、乗心地が改善されるととも
に、騒音カバーが不要になりコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である筒内燃料噴射装置用の
電磁式燃料噴射弁の縦断面図。
【図2】本発明の一実施例のノズル部材周辺の要部縦断
面図。
【図3】本発明の一実施例の振動モデル図。
【図4】本発明の一実施例の開閉弁時における弁体の変
位を示す図。
【図5】本発明の第二実施例を示すノズル部材周辺の要
部縦断面図。
【図6】本発明の第三実施例を示すノズル部材周辺の要
部縦断面図。
【図7】従来方式の筒内燃料噴射装置用電磁式燃料噴射
弁の縦断面図。
【図8】従来方式の筒内燃料噴射装置用電磁式燃料噴射
弁の開閉弁時における弁体の変位を示す図。
【符号の説明】
1…電磁式燃料噴射弁、3…ヨーク、6…弁体、7…ノ
ズル部材、8…燃料噴射孔、9…シート面、10…スプ
リング、23…緩衝部材、24…ナット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 亨 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Fターム(参考) 3G023 AA02 AB01 AC04 AD12 AE00 AE03 3G066 AA02 AB02 AD12 BA09 BA11 BA17 BA22 BA40 BA61 CC06U CC14 CC15 CC43 CD14 CD17 CD19 CE22 CE27 CE31

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】噴射孔と該噴射孔の上流側に弁座と該弁座
    との間で燃料通路の開閉を行う弁体と前記弁体を駆動す
    る駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射
    孔及び前記弁座が形成されたノズル部とヨーク部とが緩
    衝部材で結合されていることを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の燃料噴射弁において、前
    記緩衝部材はゴム、樹脂等の高分子化合物、多孔質金属
    又は空気ばねのいずれかで構成されていることを特徴と
    する燃料噴射弁。
  3. 【請求項3】噴射孔と該噴射孔の上流側に弁座と該弁座
    との間で燃料通路の開閉を行う弁体と前記弁体を駆動す
    る駆動手段とを備えた燃料噴射弁、該燃料噴射弁に燃料
    を供給する燃料供給手段、前記燃料噴射弁への燃料の供
    給を制御する燃料供給制御手段、前記燃料噴射弁で噴射
    された燃料に点火する点火手段、前記点火手段による点
    火時期を制御する点火制御手段、前記燃料噴射弁で噴射
    される燃料を燃焼して動力を発生するためのシリンダ及
    びピストンを備えた内燃機関において、前記噴射孔及び
    前記弁座を有するノズル部とヨーク部とが緩衝部材で結
    合されていることを特徴とする内燃機関。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の内燃機関において、前記
    燃料噴射弁は燃料をシリンダ内に直接噴射するように構
    成されていることを特徴とする内燃機関。
  5. 【請求項5】燃料噴射孔部を有するノズル部材と燃料の
    噴射を開閉する弁体と燃料を旋回させる部材を有し、エ
    ンジンのシリンダ内にこの噴射孔部から燃料を噴射する
    燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁への燃料の供給を制御す
    る燃料供給制御手段を備えた燃料噴射装置において、
    前記噴射孔及び前記弁座が形成されたノズル部とヨーク
    部とが緩衝部材で結合されていることを特徴とする燃料
    噴射装置。
  6. 【請求項6】請求項5に記載の燃料噴射装置において、
    緩衝部材はゴム、樹脂等の高分子化合物、多孔質金属又
    は空気ばねのいずれかで構成されていることを特徴とす
    る筒内燃料噴射装置。
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