JP2002327661A

JP2002327661A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2002327661A
Application number: JP2001133279A
Authority: JP
Inventors: Eiji Mimura; 栄二三村; Masaaki Konishi; 正晃小西; Hideo Kiuchi; 英雄木内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15
Also published as: US6682046B2; US20020158220A1

Abstract

(57)【要約】【課題】容易に吸引力を増大させ得る燃料噴射弁を提供
する。【解決手段】パイプ（２１）と、固定コネクタ（２２）
と、可動コア（２３）と、電磁コイル（２４）と、ニー
ドル弁（３１）とを備える燃料噴射弁（１）において、
電磁力が作用する固定コネクタの固定作用面（２２８）
を可動コアの可動作用面（２３８）よりも小径としたこ
とを特徴とする燃料噴射弁。これにより、固定作用面か
ら可動作用面に至る外周近傍の磁束が、可動作用面にほ
ぼ垂直に入り、両者間に作用する電磁力が可動コアの吸
引力へ効率的に変換される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁力により作動
する燃料噴射弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近のガソリンエンジンやディーゼルエ
ンジンは、高出力、低騒音等に加え、低燃費で、厳しい
排ガス規制等を満足することが求められる。このため、
エンジンへの燃料供給は燃料噴射弁によって正確に行わ
れる。燃料噴射弁は、図１を参照するとわかるように、
例えば、円筒状のパイプに固定コネクタと、弁体に結合
された可動コアとが収納され、それらの外周側に電磁コ
イルが配設されている。固定コネクタと可動コアとは磁
気回路の一部を形成している。電磁コイルが給電を受け
て起磁力を生じると、固定コネクタから可動コアへ至る
磁路が形成される。そして、可動コアが固定コネクタに
電磁力によって吸引され、弁体が燃料噴射孔を開孔す
る。一方、電磁コイルへの給電を遮断すると、スプリン
グ（付勢手段）によって可動コアは固定コネクタから引
離され、弁体が燃料噴射孔を閉孔する。この燃料噴射弁
は、制御装置（ＥＣＵ）によって制御され、通常は、電
磁コイルへの印可電圧を調整して行われる。そして、弁
体による燃料噴射孔の開閉時間や開閉タイミングを制御
することにより、吸気管やシリンダ内へ噴射される燃料
の噴射量や噴射時期等が高精度に制御される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
燃料噴射弁の制御をより高精度化するには、燃料噴射孔
を開閉する弁体の応答性を高めることが必要である。そ
のために、可動コアに作用する吸引力を高めることが有
効である。電磁コイルの巻数や電磁コイルに流す電流を
増加させ電磁力を大きくすることでも、その吸引力を高
められるが、それでは燃料噴射弁の大型化や消費電力の
増大を招く。また、それらは大きな設計変更を伴い、コ
スト上昇にもなる。

【０００４】本発明は、このような事情に鑑みて為され
たものである。つまり、比較的容易な手段で、固定コネ
クタと可動コアとの間に生じる電磁力を効率的に利用で
きるようにし、例えば、可動コアに作用する吸引力を高
めることで弁体の応答性向上を図れる燃料噴射弁を提供
することを目的とする。

【０００５】なお、特表平１１−５００５０９号公報に
は、開示された発明の目的と異なるものの、円筒状のパ
イプに嵌挿した可動コアよりも大径の固定コネクタをそ
の可動コアに対向配置した構造の燃料噴射弁が開示され
ている。従来の燃料噴射弁の場合、その公報にあるよう
に固定コネクタの外径を可動コアの外径よりも大径とす
るか、または両者を同径とすることが一般的であった。
これは、固定コネクタの端面（固定作用面）から可動コ
アの端面（可動作用面）に磁束が向う場合、固定作用面
の面積が大きいほど、より大きな吸引力が得られると確
信されていたからである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は上述の課題を
解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、従来の
常識に反して、固定作用面の外径を可動作用面の外径よ
りも小径とすることで、両者間に生じる吸引力がむしろ
増大することを発見し、本発明を完成させたものであ
る。

【０００７】すなわち、本発明の燃料噴射弁は、円筒状
のパイプと、該パイプの内周側に嵌挿して固定され一端
側に固定作用面を有する磁性材料からなる固定コネクタ
と、該固定コネクタと同軸的に該パイプの内周側に摺動
可能に嵌挿され該固定作用面に対向する可動作用面を一
端側に有する磁性材料からなる可動コアと、電力供給源
から給電されて該固定作用面から該可動作用面へ至る磁
束を生起し該固定コネクタと該可動コアとの間に吸引力
を生じさせる電磁コイルと、該可動コアと共に可動し該
電磁コイルへの給電の有無により燃料噴射孔を開閉する
弁体とを備える燃料噴射弁において、前記固定作用面の
外径は、前記可動作用面の外径よりも小径であることを
特徴とする。

【０００８】固定作用面から可動作用面に磁束が伝わ
り、固定コネクタから可動コアに磁気回路が形成され得
る燃料噴射弁の場合、前述したように、固定作用面の外
径を前記可動作用面の外径よりも小径としたとき、その
逆のときよりも、両者間に作用する吸引力が増大するこ
とを見出した。このことを利用した本発明の燃料噴射弁
を用いると、例えば、電磁コイルや印可電圧（電流）の
仕様を従来と同様としつつも、固定コネクタと可動コア
間に作用する吸引力を増大させることができる。そし
て、開閉弁応答性等の向上を図れる。勿論、その吸引力
や応答性が従来と同程度で良ければ、本発明の燃料噴射
弁を用いることで、電磁コイルの小型化や消費電力の低
減等を図れる。

【０００９】ところで、このような現象が生じる理由は
必ずしも定かではないが、次のように考えることができ
る。従来の燃料噴射弁のように、固定作用面の外径が可
動作用面の外径よりも大きい場合、固定作用面の外周近
傍から出た磁束は、可動作用面に略垂直に入れず、可動
作用面の外周近傍に斜めに入ることになる。その結果、
その外周近傍で生じる電磁力の垂直成分（作用面の法線
方向の成分）は減少する。この電磁力の垂直成分は、可
動コアが軸方向に可動する際に必要とする、吸引力にな
り得るものである。従って、可動作用面の外周近傍に入
る磁束の傾斜が大きくなる程、固定作用面と可動作用面
との間で作用する電磁力が可動コアの吸引力として有効
に変換されず、その吸引力が減少することになる。

【００１０】これに対し、本発明の燃料噴射弁の場合、
固定作用面の外径が可動作用面の外径よりも小径である
ため、固定作用面から出た磁束は、可動作用面に略垂直
に入り易い。固定作用面と可動作用面との間で作用する
電磁力が、可動コアの吸引力として有効に変換される。
特に、固定作用面の外周側から出る磁束（密度）は大き
いため、その外周近傍の磁束が可動作用面に略垂直に入
る程、その吸引力は増大する。しかも、その外周近傍の
磁束が可動作用面に略垂直に入ると、中心寄りの磁束も
外周近傍の磁束によってその方向性が乱され難くなり、
可動作用面に略垂直に入り易くなる。その結果、中心側
から外周側に至る可動作用面の全体に渡って、固定作用
面から出た磁束が可動作用面に略垂直に入るようにな
る。こうして、固定作用面と可動作用面との間に作用す
る電磁力は、可動コアの有効な吸引力として一層効率的
に活かされ、従来よりも大きな吸引力が可動コアに作用
する。こうした吸引力の増加は、可動コアの応答性、つ
まり弁体の応答性の向上となり、最小燃料噴射量等の適
正化が図れ、燃料噴射弁のより高精度な制御が可能とな
る。

【００１１】なお、本発明で着目しているのは、対向す
る固定作用面と可動作用面との外径であり、固定コネク
タや可動コアの外周径ではない。つまり、固定コネクタ
の外周径を可動コアの外周径に対して必ずしも小径とす
る必要はない。例えば、固定コネクタの外周角部を面取
りして固定作用面の外径を可動作用面の外径よりも小径
とすることもできる。面取りを設けることで、固定コネ
クタの打痕やバリの発生等を抑制し、その部品管理等を
容易にもできる。

【００１２】ところで、固定作用面を過度に小径とする
と、電磁力の作用する有効面積が減少するため、前述の
吸引力の低下を招き得る。そこで、例えば、前記固定作
用面の外径（ｄ１）を前記可動作用面の外径（ｄ２）に
対して０．５〜１０％小径とすると好適である。言換え
るなら、（ｄ２−ｄ１）／ｄ２が０．００５〜０．１と
なるようにすると良い。０．５％未満では、両者を同径
とした場合と大差なく、１０％を超えると吸引力の低下
を招くからである。その小径の度合を、１〜７％、２〜
５％さらには２．５〜３．５％とするとより望ましい。
なお、本発明の燃料噴射弁は、電磁式燃料噴射弁である
限り、ガソリンエンジン用でもディーゼルエンジン用で
も良く、筒内に噴射するものでもインテークマニホール
ド内に噴射するものでも良い。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、実施形態を挙げ、本発明を
より具体的に説明する。（燃料噴射弁の構造）本発明の実施形態である燃料噴射
弁１の縦断面図を図１に示す。この燃料噴射弁１は、自
動車用ガソリンエンジンのシリンダヘッドに配設される
ものである。つまり、シリンダ内に直接燃料を噴射す
る、いわゆる直噴タイプの電磁式燃料噴射弁である。

【００１４】燃料噴射弁１は、燃料供給部１０と、電磁
駆動部２０と、弁部３０と、電気コネクタ部４０とから
なる。燃料供給部１０は、高圧燃料が供給されるコモン
レール（図略）に接続される燃料コネクタ１１と、その
内部に形成された燃料通路１１１に設けられる燃料フィ
ルター１２と、燃料コネクタ１１の外周側に嵌入された
Ｏリング１３とからなる。コモンレールと燃料コネクタ
１１とは、このＯリング１３を介して油密状態に接続さ
れる。

【００１５】電磁駆動部２０は、底部中央が開口した有
底円筒状のパイプ２１と、パイプ２１内に圧入固定され
る段付き円筒状の固定コネクタ２２と、固定コネクタ２
２と同軸的に対向して配設される段付き円筒状の可動コ
ア２３と、起磁力を生じさせる電磁コイル２４と、パイ
プ２１と後述のノズルホルダ３３との間で磁気回路を形
成する磁性プレート２５と、可動コア２３を図下方に付
勢するスプリング２６と、その付勢力を調整するアジャ
スタ２７とからなる。

【００１６】固定コネクタ２２は、パイプ２１に圧入さ
れる圧入部２２１と、圧入部２２１と同軸的に図下方に
延びる縮径した縮径部２２２とからなる。そして、固定
コネクタ２２は、圧入部２２１がパイプ２１に圧入され
ると共にその部分で油密状に溶接固定されている。ま
た、固定コネクタ２２の軸中央部には、燃料通路１１１
に連通する燃料通路２２３が形成されている。この燃料
通路２２３には、スプリング２６と円筒状のアジャスタ
２７とが納められている。

【００１７】可動コア２３は、パイプ２１に嵌挿されて
その内周面と摺動するガイド部２３１と、ガイド部２３
１と同軸的に図下方に延びる縮径部２３２と、縮径部２
３２から図下方に突出し、下面に開口した有底円筒状の
支持部２３３とからなる。支持部２３３の図下方には、
後述するニードル弁３１の頭部がその円筒開口から圧入
され溶接固定されている。また、可動コア２３の中央部
には燃料通路２３４が形成されている。この燃料通路２
３４の図上方はスプリング２６の座面となっている。ま
た、燃料通路２３４は、支持部２３３に穿設した貫通孔
２３５と連通している。

【００１８】なお、パイプ２１の図上方の開口部には、
前述の燃料コネクタ１１が嵌装され燃料をシールするよ
うに溶接で固定されている。また、パイプ２１、固定コ
ネクタ２２、可動コア２３、磁性プレート２５および後
述のノズルホルダ３３は鉄系の磁性材料からなる。但
し、パイプ２１の中央付近（固定コネクタ２２と可動コ
ア２３との境界付近）には、高周波熱処理で非磁性化し
た非磁性部２１１が設けられている。後述する磁気回路
の短絡を防止するためである。弁部３０は、弁体である
ニードル弁３１と、先端に燃料噴射孔３２１が穿設され
た円筒状のノズル３２と、ノズル３２を固定保持するノ
ズルホルダ３３とからなる。

【００１９】ニードル弁３１は、そのガイド部３１１と
ノズル３２の内周面とを摺動させながら往復動する。こ
のニードル弁３１の往復動により、ニードル弁３１の先
端テーパ面と燃料噴射孔３２１のテーパ座面とが離着座
して、燃料噴射孔３２１の開閉がなされる。なお、燃料
噴射孔３２１のさらに先端には、複数の噴孔３２２が形
成されている。燃料は、この噴孔３２２からシリンダ
（図略）内に噴射される。

【００２０】電気コネクタ部４０は、パイプ２１および
ノズルホルダ３３に嵌装された樹脂モールド成形部材で
ある。電気コネクタ部４０は、パイプ２１の側方から延
在したコネクタ４１と、コネクタ４１の内側から突出し
たターミナル４２と、ターミナル４２と電磁コイル２４
と接続する埋設された導線４３とからなる。

【００２１】ここで、ターミナル４２に電力供給源であ
る電子制御装置（ＥＣＵ）から電圧が印可されると、電
磁コイル２４に電流が流れる。電磁コイル２４は、励磁
されて、その電流量に応じた起磁力を生じる。そして、
固定コネクタ２２→可動コア２３→パイプ２１→ノズル
ホルダ３３→磁性プレート２５→パイプ２１→固定コネ
クタ２２と形成された磁気回路を磁束が伝わる。

【００２２】（固定作用面の小径化の評価）前述した固
定コネクタ２２と可動コア２３との形状をベースとし
て、それぞれをモデル化し、両者間で磁束が伝達される
様子をシミュレーションした。その結果を磁束ベクトル
を用いて図２に示した。モデル諸元は、固定コネクタ２
２の縮径部２２２の外径（固定作用面２２８の外径）：
φ６．０ｍｍ、可動コア２３のガイド部２３１の外径
（可動作用面２３８の外径）：φ６．２ｍｍとした。一
方、比較のために、固定作用面の外径をφ６．４ｍｍ、
可動作用面の外径をφ６．２ｍｍとしてシミュレーショ
ンを行った結果を図３に示した。なお、外周近傍の太い
磁束ベクトルは、磁束密度が大きいことを示す。

【００２３】図２と図３とを対比すると解るように、本
実施形態のように固定作用面の外径が可動作用面の外径
に対して小径（３％程度の小径）となっている場合、固
定作用面から可動作用面へ至る磁束ベクトルが、全体的
に、ほぼ固定作用面の法線方向に向っている。一方、固
定作用面の外径が大きい場合、外周側の磁束ベクトルは
全体的に内周側に大きく傾斜し、法線方向の成分が減少
していることが解る。つまり、本実施形態のように、固
定作用面２２８の外径が可動作用面２３８の外径よりも
適度に小径であると、可動コア２３に作用する電磁力
が、有効な吸引力に効率的に変換されることが解る。

【００２４】

【発明の効果】本発明の燃料噴射弁によれば、固定コネ
クタから可動コアに作用する電磁力が効率的に可動コア
の吸引力に変換され、その吸引力の増大を図れる。しか
も、固定作用面の外径を可動作用面の外径よりも小さく
するだけであるから、本発明は大きな設計変更等を伴わ
ず、容易に実施可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面
である。

【図２】本発明に係る実施形態の固定コネクタと可動コ
アとをモデルにして両者間に現れる磁束の様子をシミュ
レーションした結果図である。

【図３】従来の固定コネクタと可動コアとをモデルにし
て両者間に現れる磁束の様子をシミュレーションした結
果図である。

【符号の説明】

１燃料噴射弁２１パイプ２２固定コネクタ２３可動コア２４電磁コイル３１ニードル弁（弁体）２２８固定作用面２３８可動作用面

フロントページの続き (72)発明者木内英雄愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AB02 AC09 AD12 BA19 BA54 CC06U CC14 CC26 CE23 CE24 CE25 CE26 5E048 AA08 AB01 AD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状のパイプと、該パイプの内周側に嵌
挿して固定され一端側に固定作用面を有する磁性材料か
らなる固定コネクタと、該固定コネクタと同軸的に該パ
イプの内周側に摺動可能に嵌挿され該固定作用面に対向
する可動作用面を一端側に有する磁性材料からなる可動
コアと、電力供給源から給電されて該固定作用面から該
可動作用面へ至る磁束を生起し該固定コネクタと該可動
コアとの間に吸引力を生じさせる電磁コイルと、該可動
コアと共に可動し該電磁コイルへの給電の有無により燃
料噴射孔を開閉する弁体とを備える燃料噴射弁におい
て、前記固定作用面の外径は、前記可動作用面の外径よりも
小径であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】前記固定作用面の外径を前記可動作用面の
外径に対して０．５〜１０％小径とした請求項１記載の
燃料噴射弁。