JP2005233178A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンへの搭載時における燃料噴射特性の変化を低減する燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】 磁気回路を形成するハウジング部材５０は、反ホルダ側の端部５４が筒部材１１に固定されていない。そのため、ハウジング部材５０の端部５４は、筒部材１１に対し軸方向へ往復相対移動可能である。そのため、インジェクタ１０をエンジンに搭載するとき、ハウジング部材５０に軸方向の荷重が加わる場合でも、荷重によるハウジング部材５０の変形は筒部材１１に伝わらない。これにより、エンジンへのインジェクタ１０の搭載の前後において、固定コア４３と可動コア４４との間の距離の変化は低減される。したがって、インジェクタ１０の燃料噴射特性の変化を低減することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）に燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

従来、コイルへ通電することにより発生する磁気吸引力を利用して弁部材を駆動する燃料噴射弁が公知である。このような燃料噴射弁は、磁気回路を形成するため、複数の磁性部材を備えている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている燃料噴射弁の場合、コイルを包囲するコア、アーマチャおよびハウジングは磁気回路を形成する。これにより、コアとアーマチャとの間には磁気吸引力が発生し、弁体が駆動される。

特開平１０−４７１９９号公報

特許文献１に開示されている燃料噴射弁のように、直噴式のエンジンに適用する場合、燃料噴射弁はエンジンのシリンダヘッドに搭載される。この場合、燃料噴射弁はシリンダヘッドに固定するために軸方向の荷重を受ける。インジェクタにおいて磁気回路を構成する複数の磁性部材はそれぞれ溶接などにより他の部材に固定されている。そのため、磁性部材の一つが荷重を受けると、荷重を受ける磁性部材に固定されている磁性部材も変形するおそれがある。

燃料噴射弁の燃料噴射特性を確保するためには、固定コアとアーマチャなどの可動コアとの間の距離、すなわち弁部材のリフト量を精密に管理する必要がある。しかしながら、上述のように燃料噴射弁に荷重が加わると、燃料噴射弁の各磁性部材がそれぞれ変形するおそれがある。そのため、燃料噴射弁の組み付け時に固定コアと可動コアとの間の距離を精密に管理しても、燃料噴射弁をエンジンへ設置する際に受ける荷重により、固定コアと可動コアとの間の距離が変化する。その結果、エンジンへの搭載時に、燃料噴射弁の燃料噴射特性が変化するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、エンジンへの搭載時における燃料噴射特性の変化を低減する燃料噴射弁を提供することにある。

請求項１または５記載の発明では、磁気回路を形成するハウジング部材は、ボディとは反対側の端部が固定コアに対し軸方向へ相対移動可能である。例えば噴孔方向へ押し付ける荷重のようにハウジング部材に軸方向の荷重が加わる場合、その荷重によってハウジング部材は変形する。一方、ハウジング部材は固定コアに対し軸方向へ相対移動可能である。そのため、ハウジング部材が変形する場合でも、固定コアは変形せず、可動コアと固定コアとの間の距離は変化しない。したがって、エンジンへの搭載時に軸方向の荷重が加わる場合でも、燃料噴射特性の変化を低減することができる。

請求項２記載の発明では、ハウジング部材と筒部材とが対向する位置と可動コアと固定コアとが接する位置は軸方向にずれている。そのため、ハウジング部材の変形にともなう可動コアと固定コアとの間の距離の変化は小さくなる。したがって、エンジンへの搭載時に軸方向の荷重が加わる場合でも、燃料噴射特性の変化を低減することができる。
請求項３記載の発明では、可動コアおよび固定コアは筒部材に収容されている。ハウジング部材は、ボディとは反対側の端部が筒部材に対し軸方向へ相対移動可能である。そのため、ハウジング部材に軸方向の荷重が加わっても、可動コアおよび固定コアを収容している筒部材は変形せず、可動コアと固定コアとの間の距離は変化しない。したがって、エンジンへの搭載時に軸方向の荷重が加わる場合でも、燃料噴射特性の変化を低減することができる。
請求項４記載の発明では、コイルを電源と接続するコネクタ部を備えている。ハウジング部材は、筒状でありコネクタ部を挿入可能な開口部を有している。そのため、ハウジング部材を容易に取り付けることができる。

以下、本発明の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁（以下、燃料噴射弁を「インジェクタ」という。）を図１に示す。本実施形態によるインジェクタ１０は、例えば直噴式のガソリンエンジンに適用される。なお、インジェクタ１０は、直噴式のガソリンエンジンに限らず、予混合式のガソリンエンジン、またはディーゼルエンジンに適用してもよい。直噴式のガソリンエンジンにインジェクタ１０を適用する場合、図２に示すようにインジェクタ１０はエンジンのシリンダヘッド２に搭載される。インジェクタ１０は、シリンダヘッド２が形成する穴部３に設置される。穴部３は、一方の端部がエンジンの燃焼室に開口している。

インジェクタ１０は、一方の端部が穴部３に挿入され、他方の端部が燃料を供給する燃料レール４に接続される。シリンダヘッド２とインジェクタ１０との間には、シール部材５およびシール部材６が設置される。シール部材５およびシール部材６は、燃焼室からの吸気および燃焼ガスの漏れを防止する。インジェクタ１０は、反シリンダヘッド側の端部が燃料レール４の取付部７に挿入される。インジェクタ１０と燃料レール４の取付部７との間は、シール部材８によりシールされる。シール部材８は、燃料レール４からの燃料漏れを防止する。

燃料レール４の取付部７とインジェクタ１０との間には、弾性部材９が設置されている。弾性部材９は、例えばばねなどであり、インジェクタ１０をシリンダヘッド２に押し付ける。これにより、インジェクタ１０の寸法にばらつきがある場合でも、その寸法のばらつきは弾性部材９の伸縮により吸収される。その結果、インジェクタ１０はシリンダヘッド２に確実かつ強固に固定される。なお、燃料レール４の取付部７をシリンダヘッド２の穴部３にねじ止めし、取付部７で直接インジェクタ１０をシリンダヘッド２に押し付けて、インジェクタ１０をシリンダヘッド２に固定する構成としてもよい。

図１に示すように、インジェクタ１０の筒部材１１は略円筒状に形成されている。筒部材１１は、第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４を有している。非磁性部１３は、第一磁性部１２と第二磁性部１４との磁気的な短絡を防止する。第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４は、例えばレーザ溶接などにより一体に接続されている。なお、筒部材１１を磁性材料により筒状の一体物に成形し、熱加工することにより非磁性部１３に対応する部分を非磁性化してもよい。

筒部材１１の軸方向の一方の端部には入口部材１５が設置されている。入口部材１５は筒部材１１の内周側に圧入されている。入口部材１５は燃料入口１６を有している。燃料入口１６は、図示しない燃料ポンプから燃料が供給される燃料レール４に接続する。燃料レール４から燃料入口１６に供給された燃料は、燃料フィルタ１７を経由して筒部材１１の内周側に流入する。燃料フィルタ１７は、燃料に含まれる異物を除去する。

筒部材１１の他方の端部にはホルダ２０が設置されている。ホルダ２０は、筒状に形成され、内側にノズルボディ２１が設置されている。ノズルボディ２１は、筒状に形成され、例えば圧入あるいは溶接などによりホルダ２０に固定されている。本実施形態におけるホルダ２０およびノズルボディ２１は、特許請求の範囲に記載のボディを構成している。なお、ホルダ２０およびノズルボディ２１は、一体の部材により構成してもよい。ノズルボディ２１は、先端に近づくにつれて内径が小さくなる円錐状の内壁面に弁座２２を有している。ノズルボディ２１は、反ハウジング側の端部近傍に、ノズルボディ２１を貫いて内壁面と外壁面とを接続する噴孔２３を有している。

弁部材としてのニードル３０は、筒部材１１、ホルダ２０およびノズルボディ２１の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル３０は、ノズルボディ２１と概ね同軸上に配置されている。ニードル３０は、ノズルボディ２１の弁座２２に接触可能な当接部３１を有している。ニードル３０は、ノズルボディ２１との間に燃料が流れる燃料通路３２を形成する。

インジェクタ１０は、ニードル３０を駆動する駆動部４０を有している。駆動部４０は、スプール４１、コイル４２、固定コア４３、可動コア４４およびハウジング部材５０を有している。スプール４１は、筒部材の外周側に設置されている。スプール４１は、樹脂で筒状に形成され、外周側にコイル４２が巻回されている。コイル４２は、コネクタ部４５の端子４６に接続している。筒部材１１を挟んでコイル４２の内周側には固定コア４３が設置されている。固定コア４３は、例えば鉄などの磁性材料により筒状に形成され、筒部材１１の内周側に例えば圧入などにより固定されている。

可動コア４４は、筒部材１１の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。可動コア４４は、例えば鉄などの磁性材料から筒状に形成されている。可動コア４４は、固定コア４３側の端部において付勢手段であるスプリング１８と接触している。スプリング１８は、一方の端部が可動コア４４に接しており、他方の端部がアジャスティングパイプ１９に接している。アジャスティングパイプ１９は、固定コア４３に圧入されている。アジャスティングパイプ１９の圧入量を調整することにより、スプリング１８の荷重は調整される。スプリング１８は、軸方向へ伸びる方向の力を有している。そのため、ニードル３０および可動コア４４は、スプリング１８により弁座２２に着座する方向へ押し付けられる。

コイル４２に通電していないとき、可動コア４４およびニードル３０は弁座方向へ押し付けられ、当接部３１は弁座２２に着座する。コイル４２に通電していないとき、固定コア４３と可動コア４４との間には所定の隙間が形成されている。コイル４２に通電されると、可動コア４４は固定コア４３に吸引されるとともに、固定コア４３と可動コア４４とは互いに相対する面同士が接する。これにより、可動コア４４および可動コア４４と一体のニードル３０の移動量は制限される。すなわち、コイル４２の非通電時における固定コア４３と可動コア４４との間の距離は、ニードル３０のリフト量に対応する。そのため、固定コア４３と可動コア４４との間の距離は精密に制御される。

ハウジング部材５０は、例えば鉄などの磁性材料により形成され、コイル４２の外周側を覆っている。ハウジング部材５０は、図３に示すように略円筒状に形成されている。ハウジング部材５０は、周方向の一部に軸方向へ伸びる開口部５１を有している。開口部５１にはコネクタ部４５を挿入可能である。ハウジング部材５０は、反噴孔側に径方向内側に突出する座部５２を有している。インジェクタ１０をエンジンに搭載したとき、図２に示すように燃料レール４の取付部７とインジェクタ１０との間に設置される弾性部材９は、一方の端部がハウジング部材５０の座部５２に接する。

ハウジング部材５０は、図１に示すように軸方向において一方の端部すなわちホルダ２０側の端部５３がホルダ２０に接している。また、ハウジング部材５０とホルダ２０とは固定されている。ハウジング部材５０とホルダ２０とは、例えば溶接することにより固定されている。なお、ハウジング部材５０とホルダ２０とは、溶接に限らず、圧入、嵌合、ろう付けあるいはかしめなど他の方法により固定してもよい。

ハウジング部材５０は、他方の端部すなわち反ホルダ側の端部５４が筒部材１１に対し軸方向へ相対移動可能である。すなわち、ハウジング部材５０の反ホルダ側の端部５４に設置されている座部５２の内周面は、筒部材１１の外周面に固定されていない。ハウジング部材５０と筒部材１１とは、接触あるいはわずかな隙間を形成している。ハウジング部材５０と筒部材１１との間の距離は、磁束の流れが阻害されない程度に設定されている。すなわち、磁束の流れを阻害しないために、ハウジング部材５０と筒部材１１とは接触していることが望ましい。ハウジング部材５０と筒部材１１とは固定されていないため、ハウジング部材５０が軸方向へ変形しても、その変形は筒部材１１に伝達されない。ハウジング部材５０の反ホルダ側の端部５４と筒部材１１とが対向している位置は、インジェクタ１０の軸方向において固定コア４３と可動コア４４とが隙間を形成している位置とずれている。

ハウジング部材５０は、図４に示すように筒部材１１の反噴孔側から筒部材１１およびコイル４２の径方向外側に設置される。このとき、開口部５１はコネクタ部４５と対応する位置に形成されているため、ハウジング部材５０はコネクタ部４５よりも噴孔２３側まで挿入される。挿入されたハウジング部材５０は、ホルダ２０側の端部５３がホルダ２０と溶接され、ホルダ２０に固定される。ハウジング部材５０が取り付けられると、筒部材１１とは別体の入口部材１５が筒部材１１に取り付けられる。これにより、インジェクタ１０が組み付けられる。

組み付けられたインジェクタ１０は、図２に示すようにエンジンのシリンダヘッド２に搭載される。インジェクタ１０は、噴孔２３側の端部がシリンダヘッド２の穴部３に挿入され、反噴孔側の端部が燃料レール４の取付部７に挿入される。このとき、取付部７とインジェクタ１０との間には弾性部材９が設置される。これにより、インジェクタ１０は、弾性部材９の押し付け力によってシリンダヘッド２に保持される。

上述のように、インジェクタ１０をエンジンに搭載したとき、インジェクタ１０は弾性部材９によってシリンダヘッド２へ押し付けられている。このとき、弾性部材９は反燃料レール側の端部がインジェクタ１０のハウジング部材５０に接している。そのため、ハウジング部材５０には軸方向の圧縮荷重が加わる。ハウジング部材５０に軸方向の荷重が加わると、ハウジング部材５０は変形し軸方向の全長が縮小する。

一方、ハウジング部材５０は、反ホルダ側の端部５４が筒部材１１に固定されていないため、筒部材１１に対し軸方向へ相対移動可能である。これにより、ハウジング部材５０が軸方向の荷重によって変形した場合、ハウジング部材５０の変形は筒部材１１に影響を与えない。すなわち、ハウジング部材５０の変形にともなって筒部材１１が変形することはない。その結果、ハウジング部材５０の変形によって、筒部材１１に収容されている固定コア４３と可動コア４４との間の距離が変化することはない。

次に、上記構成によるインジェクタ１０の作動について説明する。
コイル４２への通電が停止されているとき、固定コア４３と可動コア４４との間には磁気吸引力は発生していない。そのため、可動コア４４および可動コア４４と一体のニードル３０はスプリング１８の押し付け力により反固定コア方向へ移動している。その結果、コイル４２への通電が停止されているとき、ニードル３０の当接部３１は弁座２２に着座している。したがって、燃料は噴孔２３から噴射されない。

コイル４２に通電されると、コイル４２に発生した磁界によりハウジング部材５０、第一磁性部１２、可動コア４４、固定コア４３および第二磁性部１４には磁束が流れ、磁気回路が形成される。これにより、固定コア４３と可動コア４４との間には磁気吸引力が発生する。固定コア４３と可動コア４４との間に発生する磁気吸引力がスプリング１８の押し付け力よりも大きくなると、可動コア４４は固定コア４３方向へ移動する。その結果、ニードル３０の当接部３１は弁座２２から離座する。

燃料入口１６からインジェクタ１０の内部へ流入した燃料は、燃料フィルタ１７、入口部材１５の内周側、アジャスティングパイプ１９の内周側、可動コア４４の内周側、可動コア４４を貫く燃料孔４７およびホルダ２０の内周側を経由して燃料通路３２に流入する。燃料通路３２に流入した燃料は、弁座２２から離座したニードル３０とノズルボディ２１との間を経由して噴孔２３へ流入する。これにより、噴孔２３から燃料が噴射される。

コイル４２への通電を停止すると、固定コア４３と可動コア４４との間の磁気吸引力は消滅する。これにより、可動コア４４およびニードル３０はスプリング１８の押し付け力により反固定コア方向へ移動する。そのため、ニードル３０の当接部３１は再び弁座２２に着座し、燃料通路３２と噴孔２３との間の燃料の流れは遮断される。したがって、燃料の噴射は終了する。

以上、説明したように、本発明の第１実施形態では、磁気回路を形成するハウジング部材５０は反ホルダ側の端部５４が筒部材１１に対し軸方向へ往復相対移動可能である。そのため、インジェクタ１０をエンジンに搭載するとき、ハウジング部材５０に軸方向の荷重が加わる場合でも、荷重によるハウジング部材５０の変形は筒部材１１に伝わらない。これにより、エンジンへのインジェクタ１０の搭載の前後において、固定コア４３と可動コア４４との間の距離の変化は低減される。したがって、インジェクタ１０の燃料噴射特性の変化を低減することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるインジェクタを図５に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態によるインジェクタ１１０は、図１に示す第１実施形態によるインジェクタ１０の筒部材１１に対応する部材を備えていない。第２実施形態によるインジェクタ１１０は、略円筒状の固定コア１４３を有している。固定コア１４３は、磁性材料により一体に形成されている。固定コア１４３の軸方向の一方の端部は、燃料入口１６を有している。燃料入口１６には燃料フィルタ１７が設置されている。すなわち、第２実施形態では、固定コア１４３および入口部材が一体に形成されている。

固定コア１４３の他方の端部にはホルダ１２０が設置されている。ホルダ１２０は、第１実施形態と同様に内側にノズルボディ２１が設置されている。ホルダ１２０およびノズルボディ２１は、特許請求の範囲に記載のボディを構成している。ノズルボディ２１は、弁座２２および噴孔２３を有している。固定コア１４３とホルダ１２０との間には、非磁性パイプ１１３が設置されている。非磁性パイプ１１３は、固定コアとホルダとの磁気的な短絡を防止している。固定コア１４３またはホルダ１２０と非磁性パイプ１１３とは、例えば溶接などにより接続されている。

弁部材としてのニードル３０は、ホルダ１２０およびノズルボディ２１の内周側を軸方向へ往復移動可能である。ニードル３０は、ノズルボディ２１と概ね同軸上に配置されている。ニードル３０は、ノズルボディ２１の弁座２２に接触可能な当接部３１を有している。ニードル３０は、ノズルボディ２１との間に燃料通路３２を形成している。

駆動部１４０は、スプール１４１、コイル１４２、可動コア１４４およびハウジング部材１５０を有している。また、上述の固定コア１４３も駆動部１４０を構成している。スプール１４１は固定コア１４３の外周側に設置され、外周側にコイル１４２が巻回されている。すなわち、スプール１４１は直接固定コア１４３に接している。コイル１４２は、コネクタ部４５の端子４６に接続している。可動コア１４４は、固定コア１４３の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。可動コア１４４は、固定コア１４３側の端部においてスプリング１８と接触している。スプリング１８は、一方の端部が可動コア１４４に接しており、他方の端部がアジャスティングパイプ１９に接している。アジャスティングパイプ１９は、固定コア１４３に圧入されている。

ハウジング部材１５０は、例えば鉄などの磁性材料により形成され、コイル１４２の外周側を覆っている。ハウジング部材１５０は、略円筒状に形成されている。ハウジング部材１５０は、周方向の一部に軸方向へ伸びる図示しない開口部を有している。開口部にはコネクタ部４５を挿入可能である。ハウジング部材１５０は、噴孔２３とは反対側に径方向内側へ突出する座部１５２を有している。インジェクタ１１０をエンジンに搭載したとき、弾性部材９は一方の端部が座部１５２に接する。

ハウジング部材１５０は、軸方向において一方の端部すなわちホルダ１２０側の端部１５３がホルダ１２０に接している。また、ハウジング部材１５０とホルダ１２０とは固定されている。ハウジング部材１５０とホルダ１２０とは、例えば溶接することにより固定されている。なお、ハウジング部材１５０とホルダ１２０との固定方法は溶接に限らない。

ハウジング部材１５０は、他方の端部すなわちホルダ１２０とは反対側の端部１５４が固定コア１４３に対して軸方向へ相対移動可能である。すなわち、ハウジング部材１５０のホルダ１２０とは反対側に端部に設置されている座部１５２の内周面は、固定コア１４３の外周面に固定されていない。ハウジング部材１５０と固定コア１４３とは、径方向において緩く接触またはわずかな隙間を形成している。ここで、ハウジング部材１５０と固定コア１４３との間の距離は、磁束の流れが阻害されない程度に設定されている。すなわち、磁束の流れを阻害しないために、ハウジング部材１５０と固定コア１４３とは接触していることが望ましい。ハウジング部材１５０と固定コア１４３とは固定されていないため、ハウジング部材１５０が軸方向へ変形しても、その変形は固定コア１４３に伝達されない。ハウジング部材１５０のホルダ１２０と反対側の端部１５４と固定コア１４３とが対向している位置は、インジェクタ１１０の軸方向において固定コア１４３と可動コア１４４とが隙間を形成している位置とずれている。

第２実施形態では、可動コア１４４およびニードル３０は固定コア１４３、非磁性パイプ１１３およびホルダ１２０の内側に直接設置されている。そのため、固定コア１４３、可動コア１４４およびニードル３０を収容する例えば筒部材などの別部材は不要である。したがって、部品点数を低減することができる。

また、第２実施形態では、ハウジング部材１５０はホルダ１２０と反対側の端部１５４が固定コア１４３に対し軸方向へ相対移動可能である。そのため、インジェクタ１１０をエンジンに搭載するとき、ハウジング部材１５０に軸方向の荷重が加わる場合でも、荷重によるハウジング部材１５０の変形は固定コア１４３に伝わらない。これにより、エンジンへのインジェクタ１１０の搭載の前後において、固定コア１４３と可動コア１４４との間の距離の変化は低減される。したがって、インジェクタ１１０の燃料噴射特性の変化を低減することができる。

本発明の第１実施形態によるインジェクタを示す断面図である。 本発明の第１実施形態によるインジェクタをガソリンエンジンのシリンダヘッドに搭載した状態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態によるインジェクタのハウジングを示す概略斜視図である。 本発明の第１実施形態によるインジェクタの構成を示す断面図である。 本発明の第２実施形態によるインジェクタを示す断面図である。

符号の説明

１０、１１０ インジェクタ（燃料噴射弁）、１１ 筒部材、２０、１２０ ホルダ（ボディ）、２１ ノズルボディ（ボディ）、２３ 噴孔、３０ ニードル（弁部材）、４２、１４２ コイル、４３、１４３ 固定コア、４４、１４４ 可動コア、４５ コネクタ部、５０、１５０ ハウジング部材、５１ 開口部、５３、１５３ 端部、５４、１５４ 端部

Claims (5)

1. 噴孔を有するボディと、
   前記噴孔からの燃料の噴射を断続する弁部材と、
   通電時に磁界を発生するコイルと、
   前記弁部材と一体に軸方向へ往復移動する可動コアと、
   前記可動コアの反噴孔側と対向して配置され、前記コイルにより発生した磁界により前記弁部材と一体の前記可動コアを吸引する固定コアと、
   軸方向の一方の端部が前記ボディに固定され、他方の端部が前記固定コアに対し軸方向へ相対移動可能であり、前記コイルの外周側を覆い前記コイルに発生した磁界により前記ボディ、前記可動コアおよび前記固定コアとともに磁束が流れる磁気回路を形成するハウジング部材と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記ハウジング部材の前記他方の端部と、前記可動コアと前記固定コアとが接する位置とは、軸方向にずれていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記可動コアおよび前記固定コアを内側に収容する筒部材を備え、
   前記ハウジング部材の前記他方の端部は前記筒部材に対し軸方向へ相対移動可能であ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. 前記コイルを電源と接続するコネクタ部をさらに備え、
   前記ハウジング部材は、筒状であり、周方向の一部に前記コネクタ部を挿入可能な開口部を有す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。
5. 前記ハウジング部材は、前記他方の端部側から前記ボディ方向へ荷重を受けることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
   

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