JP2002327659A - 磁歪式アクチュエータおよび燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工が容易で且つロウ付けなどの接合手段を
用いず、超磁歪素子の熱膨張を相殺できる磁歪式アクチ
ュエータ５、およびその磁歪式アクチュエータ５を備え
た磁歪式燃料噴射弁１０の提供。 【解決手段】 この発明の磁歪式アクチュエータ１０
は、両端が開放し一端が固定端５ｂ、他端が自由端５ａ
となっている非磁性体管５０と、該非磁性体管５０内に
嵌め込まれるとともに非磁性体管５０と近似した熱膨張
を有し、一端が作動端５Ｂ、他端が自由端５Ａとなって
いる磁歪素子棒５３と、非磁性体管５０の外周に配され
た電磁コイル５１と、該電磁コイル５１への通電を制御
して磁歪素子棒５３に磁界を印加して伸長させる制御手
段ＥＣＵと、非磁性体管５０の自由端５ａおよび磁歪素
子棒５３の自由端５Ａを同期して押圧する弾性支持手段
５８とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、磁歪素子を用い
た磁歪式アクチュエータ、および該磁歪式アクチュエー
タを組み込んだ燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁コイル内に超磁歪素子を配し、制御
手段による電磁コイルへの通電により磁場を印加して該
超磁歪素子を伸縮させる磁歪式アクチュエータが提案さ
れている。また、この磁歪式アクチュエータにより燃料
噴射ノズルの噴射孔を開閉制御する磁歪式燃料噴射弁が
検討されている。磁歪式アクチュエータは、超磁歪素子
が電磁コイルの発熱などにより高温度になると熱膨張し
て作動点がずれる問題がある。このため、熱膨張を補償
する温度補償機構が必要となる。

【０００３】磁歪式燃料噴射弁では、燃料温度の上昇に
よっても超磁歪素子が加熱されるため、意図せぬタイミ
ングで開弁して燃料噴射が生じ、適正な噴射制御ができ
なくなることを防止する必要から温度補償機構は必須と
なる。特開平５−３１２１１８号公報には、開放した一
端を係止し、閉塞した他端を自由端とした非磁性パイプ
内に、磁歪素子棒を挿設するとともに、両者の熱膨張係
数を一致させて、磁歪素子棒の熱膨張を非磁性パイプで
相殺した温度補償機構付き磁歪式アクチュエータ、およ
び該磁歪式アクチュエータを用いた燃料噴射弁が提案さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の温度補償機構付
き磁歪式アクチュエータでは、非磁性パイプは他端が閉
塞した長い筒状を呈するため、一体で加工することが困
難である。また、２つの部品の接合で製造すると接合強
度に問題を生じ、燃料噴射弁のアクチュエータとして長
期間のメンテナンスフリーが困難になるとともに、製造
コストの上昇を招く。

【０００５】本発明の目的は、加工が容易で且つロウ付
けなどの接合手段を用いずに、超磁歪素子の熱膨張を相
殺できる磁歪式アクチュエータ、およびその磁歪式アク
チュエータを備えた磁歪式燃料噴射弁の提供にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の磁歪式アクチ
ュエータは、両端が開放し一端が固定端、他端が自由端
となっている非磁性パイプと、該非磁性パイプ内に嵌め
込まれるとともに前記磁歪素子棒と近似した熱膨張係数
を有し、一端が作動端、他端が自由端となっている磁歪
素子棒と、前記非磁性パイプの外周に配された電磁コイ
ルと、該電磁コイルへの通電を制御して前記磁歪素子棒
に磁界を印加して伸長させる制御手段と、前記非磁性パ
イプの自由端および前記磁歪素子棒の自由端を同期して
押圧する弾性支持手段とからなる。

【０００７】つまり、非磁性パイプを製造することが容
易な両端開放構造であるため、パイプ材の切断で精密な
寸法に形成できる。このため、一端が閉じた非磁性パイ
プを一体または２以上の部品の接合で製造する場合に比
較して、製造コストが低減できるとともに、寸法の管理
および耐久性に優れる。

【０００８】請求項２の構成では、上記請求項１の磁歪
式アクチュエータを有するので燃料噴射弁の製造コスト
を低減できる。

【０００９】請求項３の構成では、非磁性パイプと磁歪
素子棒との間の空間（切欠き部）を燃料通路として利用
可能なため、弁ボディに燃料通路を形成する必要がな
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の一実施例にか
かる内燃機関（特にディーゼル機関）の磁歪式燃料噴射
弁１０を示す。磁歪式燃料噴射弁１０は、内部が円筒室
１１となっている筒状の弁ボディ１と、該弁ボディの一
端（下端）に締結された噴射ノズル２と、他端（上端）
に差し込まれた電源プラグ３とを備えている。電源プラ
グ３は、磁歪式燃料噴射弁１０の制御手段であるエンジ
ン制御ユニットＥＣＵに接続されている。

【００１１】弁ボディ１内には、前記円筒室１１と平行
して燃料通路である燃料導入路１２が形成され、弁ボデ
ィ１の上端部に突設した傾斜筒状の燃料導入ポート１３
に連通している。また、弁ボディ１の上端部には、円筒
室１１内に設けられた燃料通路である燃料流出路１４に
連通する傾斜筒状の燃料流出ポート１５が、傾斜筒状に
突設されている。このため、カムシャフトの上方に装着
されているコモンレールなど高圧燃料源Ｃから、カムシ
ャフトの下方に設置される噴射ノズル２への、燃料の供
給および帰還が、磁歪式燃料噴射弁１０の内部を通じて
行える。

【００１２】噴射ノズル２は、中心穴２０を有する筒状
のノズルボディ２１と、中心穴２０内に上下動可能に収
容された弁体としてのニードル４とを備えている。ノズ
ルボディ２１は、上端に内ネジ１６が形成され、下端に
径小部１７が設けられた連結筒１８によって、弁ボディ
１の下方に締結されている。ノズルボディ２１は、連結
筒１８の下部に保持された径大の胴部２２と、連結筒１
８から下方に突き出しているノズル部２３とからなる。

【００１３】胴部２２内の中心穴２０はやや径大のガイ
ド穴２４となっており、ノズル部２３内の中心穴２０
は、燃料通路２５となっている。ノズル部２３の先端
（下端）には、円錐形のシート面２６が形成され、さら
にその先端には噴孔２７が開けられている。ガイド穴２
４と燃料通路２５との間には、燃料室２８が周設され、
燃料室２８は、胴部２２内に傾斜して設けた燃料供給路
２９に連通している。

【００１４】円筒室１１の下部には、磁歪式アクチュエ
ータ５が嵌め込まれている。連結筒１８内の弁ボディ１
の下端とノズルボディ２１上端との間には、磁歪式アク
チュエータ５の作動により燃料圧を制御してニードル４
をリフトさせるニードルリフト機構６が設けられてい
る。

【００１５】ニードル４は、ガイド穴２４に摺動自在に
嵌め込まれた径大の胴部４１、胴部４１の上端から延長
された径小の頭部４２、燃料通路２５に挿入されている
径中の脚長部４３を有する。脚長部４３の先端は、テー
パー状のシート４４が形成され、頭部４２の外周は燃料
圧室４５となっているとともに、バネ４６が配されて胴
部４１を下方（ニードル４を閉弁方向）に付勢してい
る。

【００１６】磁歪式アクチュエータ５は、円筒室１１の
下部に嵌め込まれて固定された電磁コイル５１と、該電
磁コイル５１のボビン５２内に嵌め込まれた非磁性体管
５０と、非磁性体管５０の内部に挿設された磁歪素子棒
５３とを備えている。円筒室１１の上部には、電源プラ
グ３と電磁コイル５１とを接続するリード線が埋設され
た絶縁筒３１が嵌着されている。

【００１７】絶縁筒３１は、上端が閉塞して端子３２、
３２が突設された天井３３を有し、下端が開口した円筒
体構造を有する。絶縁筒３１内には、内部に円筒状のア
ジャスタ３４が収容されている。アジャスタ３４は、後
記する弾性支持手段５８の上端支持および位置調節の作
用を有する。アジャスタ３４内は、燃料流出路１４とな
っており、図１に二点鎖線で示す連通路により、燃料流
出ポート１５に連通している。なお、アジャスタ３４を
円筒室１１の内周壁に螺合させて、弾性支持手段５８の
位置調節を行ってもよい。

【００１８】非磁性体管５０は、上下両端が開口した円
筒体であり、下端は固定端５ｂとなっており、上端は自
由端５ａとなっている。固定端５ｂに鍔５ｃが周設され
ている。非磁性体管５０は、この実施例では、ステンレ
スなど非磁性体製のパイプ材を所定の長さに切断して、
固定端（下端）５ｂに円環板状の鍔５ｃを、溶接等によ
り固着した構造を有する。

【００１９】このため、自由端５ａが閉塞した構造の非
磁性体管に較べ、加工が容易で低コストに製造できると
ともに、寸法精度の管理が容易である。なお、非磁性体
管５０の下端部を拡開させて鍔５ｃを形成してもよい。
鍔５ｃは、ボビン５２の下端と円筒室１１の下端に嵌め
込まれた環状栓体１９との間に矜持されており、非磁性
体管５０の固定端（下端）５ｂは上下方向に固定されて
いる。

【００２０】磁歪素子棒５３は、非磁性体管５０と同等
の長さを有し、図２の（ロ）に示す如く、円形の断面を
等間隔に３つの平面５４で切り欠いた略正三角形の切欠
き円断面（三面カット）を呈している。平面５４は、非
磁性体管５０と磁歪素子棒５３との間に燃料流出路１４
を形成している。磁歪素子棒５３は、非磁性体管５０に
摺動自在に嵌め込まれ、上端は自由端５Ａとなってお
り、非磁性体管５０の自由端（上端）５ａとともに、押
さえ板５５に当接している。下端は作動端５Ｂとなって
いる。磁歪素子棒５３の断面は、等間隔に４つの平面で
切り欠いた略正四角形の切欠き円断面であってもよい。

【００２１】押さえ板５５には、燃料通路穴５６が開け
られている。押さえ板５５とアジャスタ３４との間には
皿ばね５７が介装され、磁歪素子棒５３の自由端（上
端）５Ａと、非磁性体管５０の自由端（上端）５ａとを
下方に付勢する弾性支持手段５８を構成している。これ
により、電磁コイル５１での発熱や燃料温度の変化によ
り非磁性体管５０が熱膨張して伸長した際に皿ばね５７
が圧縮される。この結果、磁歪素子棒５３の自由端（上
端）５Ａと非磁性体管５０の自由端（上端）５ａとは、
熱膨張に対し、同期して変位する。

【００２２】ニードルリフト機構６は、磁歪素子棒５３
の作業端５Ｂに同軸的に配され、作業端５Ｂと連動する
ロッド６０、弁ボディ１の下に配される開閉弁７、およ
び開閉弁７とノズルボディ２１との間に配されたオリフ
ィスプレート８とからなる。

【００２３】ロッド６０は、環状栓体５４の中心穴に摺
動自在に貫設された上部６１、中間鍔部６２、径小の下
部６３、テーパー部６４、下端の径小部６５からなる。
上部６１には、燃料流出路１４への連絡通路を形成する
ための平面６６が設けられ、中間鍔部６２にはロッド６
０を上方に付勢するスプリング６７が配されている。ロ
ッド６０は、磁歪素子棒５３の伸長により開閉弁７を開
放する作用を有する。

【００２４】開閉弁７は、上面に平面６６を介して燃料
流出路１４に連通した排圧室７１が設けられ、下面に加
圧室７２が設けられた弁本体７０を備えている。排圧室
７１と加圧室７２とは、弁口７３で連通しており、弁口
７３の周囲には円錐面状のシート面７４が設けられてい
る。加圧室７２内には、下面が平面７５となっている切
欠き球型の弁体７６が上下に微動できるように収容され
ている。

【００２５】ロッド６０の径小部６５は、弁口７３を挿
通して配され、下端面６８は、弁体７６の頂部に接近し
ている。図３の（イ）に示す如く、磁歪式アクチュエー
タ５への通電によりロッド６０がスプリング６７を圧縮
して下方に変位し弁体７６を下方に押し付けているとき
は、弁体７６はシート面７４から離れて弁口７３は開放
している。図３の（ロ）に示す如く、磁歪式アクチュエ
ータ５への通電がなく、ロッド６０がスプリング６７の
作用で上位に設定されているときは、弁体７６は燃料圧
でシート面７４に押し付けられ、弁口７３は閉鎖されて
いる。

【００２６】オリフィスプレート８は、加圧室７２の中
央に通じる中央ポート８１、加圧室７２の側部に開口し
て側ポート８２、下面に燃料圧室４５に連なる連絡室８
３を有する。燃料導入路１２および燃料供給路２９に連
通した燃料通路８４が設けられている。中央ポート８１
は、燃料通路８５を介して燃料通路８４に連通してい
る。連絡室８３は、オリフィス８６を介して連絡室８３
に連通している。

【００２７】つぎに作動を説明する。燃料噴射時以外
は、コモンレールなどの高圧燃料源Ｃから燃料導入路１
２に供給された燃料圧が加圧室７４に印加され、図３の
（ロ）に示す如く、弁体７６はシート面７４に押圧され
ている。このため、中央ポート８１は開放され、燃料圧
は連絡室８３を経て燃料圧室４５に供給されている。こ
れにより、ニードル４は、バネ４６の付勢力および有効
受圧面に加わる燃料圧により、閉弁方向に付勢され、ニ
ードル弁は閉弁している。

【００２８】エンジンの運転条件に応じて、エンジン制
御ユニットＥＣＵの出力で電磁コイル５１に通電がなさ
れると、磁歪素子棒５３に磁界が印加され、磁歪素子棒
５３が伸長する。これにより、ロッド６０がスプリング
６７を圧縮して下方に移動し、燃料圧でシート面７４に
押圧されている弁体７６を下方に移動させる。

【００２９】これにより弁口７３が開放するとともに、
中央ポート８１が閉鎖される。燃料圧室４５の燃料圧
は、連絡室８３、側ポート８２および弁口７３と通じ
て、燃料流出路１４に排圧され、ニードル４は、 バネ４６の付勢力＞ニードル４の有効受圧面に加わる燃
料圧 となり開弁方向に付勢され、ニードル弁は開弁して燃料
噴射がなされる。

【００３０】この実施例では次の効果を有する。 １）非磁性体管が上方が開放した筒体であり、上方が閉
じた筒体である場合に比較して加工が容易であり、低コ
ストに製造できる。 ２）非磁性体管５０と磁歪素子棒５３との間に空間が形
成され、この空間を燃料流出路１４としている。このた
め、弁ボディ１内に燃料排出路を形成するためのスペー
スを確保することが回避でき、磁歪式燃料噴射弁１０の
小型化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる内燃機関の燃料噴射弁の断面
図である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】燃料噴射弁の作動説明図である。

【符号の説明】

１ 弁ボディ ２ 噴射ノズル ３ 電源プラグ ４ ニードル ５ 磁歪式アクチュエータ ６ ニードルリフト機構 ７ 開閉弁 ８ オリフィスプレート １０ 磁歪式燃料噴射弁 １２ 燃料導入路 １４ 燃料流出路（燃料通路） ２７ 噴孔 ５０ 非磁性体管（非磁性パイプ） ５１ 電磁コイル ５３ 磁歪素子棒 ５８ 弾性支持手段 ６０ ロッド ５ａ 自由端 ５ｂ 固定端 ５Ａ 自由端 ５Ｂ 作動端

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 47/00 Ｆ０２Ｍ 47/00 Ｐ 47/02 47/02 61/20 61/20 Ｎ Ｈ０１Ｌ 41/12 Ｈ０１Ｌ 41/12 Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｈ０２Ｎ 2/00 Ｄ Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA55 BA61 CC06T CC08T CC08U CC14 CC51 CC52 CC57 CC66 CC67 CC68 CC68T CC68U CC69 CC70 CD14 CE13 CE27 CE31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端が開放し一端が固定端、他端が自由
   端となっている非磁性パイプと、該非磁性パイプ内に嵌
   め込まれるとともに前記非磁性パイプと近似した熱膨張
   係数を有し、一端が作動端、他端が自由端となっている
   磁歪素子棒と、前記非磁性パイプの外周に配された電磁
   コイルと、該電磁コイルへの通電を制御して前記磁歪素
   子棒に磁界を印加して伸長させる制御手段と、前記非磁
   性パイプの自由端および前記磁歪素子棒の自由端を同期
   して押圧する弾性支持手段とからなる磁歪式アクチュエ
   ータ。
2. 【請求項２】 内部に燃料通路が設けられ、一端に噴射
   ノズルが取り付けられ、他端に燃料導入口および燃料流
   出口が設けられた筒状の弁ボディと、 該弁ボディ内に設置した電磁コイル、該電磁コイル内に
   伸長可能に嵌め込まれるとともに、一端が固定端、他端
   が自由端となっている非磁性パイプ、該非磁性パイプ内
   に伸長可能に嵌め込まれるとともに前記非磁性パイプと
   近似した熱膨張係数を有し、一端が作動端、他端が自由
   端となっている磁歪素子棒、および前記弁ボディ内に設
   置され、前記非磁性パイプの自由端および前記磁歪素子
   棒の自由端を同期して押圧する弾性支持手段を有する磁
   歪式アクチュエータと、 電磁コイルへの通電を制御して前記磁歪素子棒に磁界を
   印加して伸長させるエンジン制御ユニットとを備え、 前記作動端の作動により前記噴射ノズルの噴孔を開閉す
   るニードルをリフトさせ燃料噴射を行うことを特徴とす
   る磁歪式燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記非磁性パイプは
   円形断面を有し、前記磁歪素子棒は切欠き円形断面を有
   するとともに該切欠き部が前記燃料通路となっているこ
   とを特徴とする磁歪式燃料噴射弁。