JP2007162582A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化に関わらず噴射量を高精度に制御する燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】噴孔１８ａを開閉する弁部材２０と、弁部材２０とともに軸方向に往復移動する可動コア２２と、可動コア２２の噴孔１８ａと反対側に可動コア２２と対向して設置されている固定コア３０と、通電することにより固定コア３０に可動コア２２を吸引する磁力を発生するコイル４６とを備える燃料噴射弁１０において、コイル４６の巻線を、銅線よりも抵抗温度係数の小さいＣｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｃｕ−Ａｌ系合金またはＣｕ−Ｓｎ系合金のうちいずれか一つの材質で形成する。燃料噴射弁１０の雰囲気温度の変化によるコイル４６の体積抵抗率の変化が低減する結果、コイル４６への通電を開始してから弁部材２０が弁座１７から離れるまでに要する燃料噴射弁１０の開弁時間のばらつきが低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用の燃料噴射弁に関する。

コイルに通電することにより固定コアに可動コアを吸引する磁力を発生し、可動コアとともに往復移動する弁部材が噴孔からの燃料噴射を断続する内燃機関用の燃料噴射弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような燃料噴射弁においては、内燃機関のコンパクト化、高回転化等の影響により雰囲気温度が高くなる傾向にある。

しかしながら、燃料噴射弁の雰囲気温度が高くなりコイルの温度が上昇すると、コイルを形成している巻線の抵抗値が増加する。その結果、図３に示すように、例えばコイルの温度が２０℃から８０℃に上昇すると、コイルを流れる電流値の時間当たりの上昇率が低下するので、コイルへの通電を開始してから固定コアに可動コアが吸引され弁部材がリフトするために必要な電流値に達するまでに要する時間が温度の上昇により長くなる。その結果、コイルへの通電を開始してから燃料噴射弁が開弁を開始するまでに要する開弁時間が長くなるので、温度変化により燃料噴射量がばらつく。このように、雰囲気温度によって燃料噴射弁の噴射量特性が変化すると、燃料噴射量を高精度に制御できないという問題が生じる。

特開２００２−４８０３１号公報

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、温度変化に関わらず噴射量を高精度に制御する燃料噴射弁を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によると、コイルの巻線は、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｃｕ−Ａｌ系合金及びＣｕ−Ｓｎ系合金のいずれか一つの材質で形成されている。Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｃｕ−Ａｌ系合金及びＣｕ−Ｓｎ系合金は、抵抗温度係数（温度変化に対する体積抵抗率の変化）が銅よりも小さいため、燃料噴射弁の雰囲気温度が変化しても巻線の体積抵抗率の変化が小さくなる。故に、雰囲気温度が上昇しても、コイルへの通電開始から開弁に必要な電流が流れるまでに要する時間変化のばらつきを低減できる。したがって、温度変化に関わらず燃料噴射量を高精度に制御することができる。

一般的に、抵抗温度係数が小さい材質は体積抵抗率が大きくなる傾向があるため、例えば従来の銅線で形成されたコイルと同じ電流値を流すためには、巻線の径を大きくすればよい。しかしながら、巻線の径を大きくし、かつコイルの巻数を従来と同一にすると、コイルの外径が大きくなるので、燃料噴射弁の体格が大きくなる。そこで、請求項２に記載の発明によれば、横断面形状が多角形の巻線を用いてコイルを形成しているため、横断面形状が円形の巻線に比べて巻線同士の間に生じる隙間が小さくなり、巻線の占積率を高くすることができる。つまり、径が大きい巻線と同等の横断面積を持つ多角形の巻線をコイルの外径を大きくすること無く巻回することができる。したがって、コイルの巻線に抵抗温度係数が小さい材質を使用した場合でも、燃料噴射弁の体格の大型化を防止することができる。

請求項３に記載の発明によると、巻線の横断面形状は矩形であるから、巻線同士の間に隙間がさらに生じにくくなる。したがって、巻線の占積率が高くなり、燃料噴射弁を小型化できる。これにより、コイルが発生する磁束の通る磁路長が短くなるので、燃料噴射弁の開弁応答性が向上する
請求項４に記載の発明によると、Ｃｕ−Ｚｎ系合金の中でも抵抗温度係数の小さい丹銅で巻線を形成するので、コイルへの通電開始から開弁に必要な電流が流れるまでに要する時間変化のばらつきをさらに低減できる。したがって、温度変化に関わらず燃料噴射量を高精度に制御することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による燃料噴射弁を図１に示す。燃料噴射弁１０は、ガソリンエンジン用の燃料噴射弁である。筒部材１２は磁性部材と非磁性部材とからなる円筒状に形成されている。筒部材１２には燃料通路１００が形成されており、この燃料通路１００に、弁ボディ１６、弁部材２０、可動コア２２、固定コア３０、アジャスティングパイプ３２およびスプリング３４等が収容されている。筒部材１２の燃料入口側には、燃料フィルタ５４が設置されている。

筒部材１２は、図１において下方の弁ボディ１６側から第１磁性部材１３、磁気抵抗部材としての非磁性部材１４、第２磁性部材１５をこの順で有している。第１磁性部材１３と非磁性部材１４、ならびに非磁性部材１４と第２磁性部材１５とは溶接により結合している。溶接は例えばレーザ溶接により行う。非磁性部材１４は第１磁性部材１３と第２磁性部材１５との間で磁束が短絡することを防ぐ。第１磁性部材１３の噴孔側内部に弁ボディ１６が溶接により固定されている。弁ボディ１６は内周壁に弁部材２０が着座可能な弁座１７を有している。カップ状の噴孔プレート１８は弁ボディ１６の外周壁に溶接により固定されている。噴孔プレート１８は薄板状に形成されており、中央部に複数の噴孔１８ａが形成されている。

弁部材２０は有底円筒状の中空であり、弁部材２０の底側に当接部２１が形成されている。当接部２１は弁ボディ１６に形成されている弁座１７に着座可能である。当接部２１が弁座１７に着座すると、噴孔１８ａが閉塞され燃料噴射が遮断される。弁部材２０の弁ボディ１６と反対側に可動コア２２が溶接等により固定されている。当接部２１の上流側に弁部材２０の側壁を貫通する燃料孔２０ａが複数形成されている。弁部材２０内に流入した燃料は、燃料孔２０ａを内から外に通過し、当接部２１と弁座１７とが形成する弁部に向かう。

固定コア３０は円筒状に形成されており、筒部材１２の非磁性部材１４および第２磁性部材１５の内部に収容され、溶接または圧入により筒部材１２に固定されている。固定コア３０は可動コア２２に対し弁部材２０の往復移動方向の一方側である弁ボディ１６と反対側に設置され可動コア２２と向き合っている。固定コア３０の可動コア２２と向き合う対向面に非磁性材が塗布されている。

スプリング３４は、アジャスティングパイプ３２に一端を係止され、他端を可動コア２２に係止されている。スプリング３４は、弁部材２０が弁座１７に着座する方向、つまり燃料噴射弁１０が閉弁する方向に可動コア２２および弁部材２０に荷重を加えている。
磁性部材４０、４２はコイル４６の外周側に設置されており、第１磁性部材１３と第２磁性部材１５とを磁気的に接続している。固定コア３０、可動コア２２、第１磁性部材１３、磁性部材４０、４２および第２磁性部材１５は磁気回路を構成している。

コイル４６を巻回しているスプール４４は筒部材１２の外周に取付けられている。樹脂ハウジング５０は筒部材１２およびコイル４６の外周を覆っている。ターミナル５２は樹脂ハウジングに埋設されており、コイル４６と電気的に接続している。
本実施形態におけるコイル４６の巻線４７を形成している材質は、Ｃｕ−Ｚｎ合金としての丹銅である。具体的には、ＪＩＳ合金番号でＣ２１００、Ｃ２２００、Ｃ２３００、Ｃ２４００に示される合金を使用している。

図２に示すように、コイル４６の巻線４７は横断面形状が長方形である。コイル４６は、巻線４７の横断面における長辺をコイル４６の中心軸６０に沿わせて巻線４７を巻回することにより形成されている。
巻線４７の横断面における短辺の長さをａ、長辺の長さをｂとすると、１．１≦ｂ／ａ≦２５の範囲に設定されている。また、中心軸６０方向のコイル４６の長さをＬ、中心軸６０から見て一方の半径方向のコイル４６の厚みをｔとすると、２≦Ｌ／ｔ≦３０の範囲に設定されている。

筒部材１２の図１において上方から燃料通路１００に流入した燃料は、固定コア３０内の燃料通路、可動コア２２内の燃料通路、弁部材２０内の燃料通路、燃料孔２０ａ、当接部２１が弁座１７から離座したときに当接部２１と弁座１７との間に形成される開口を通り、噴孔１８ａから噴射される。
以上のように構成した燃料噴射弁１０において、コイル４６への通電がオフされると、スプリング３４によって弁部材２０が図１の下方、つまり閉弁方向に移動して弁部材２０の当接部２１が弁座１７に着座し、噴孔１８ａが閉塞され燃料噴射が遮断される。

コイル４６への通電をオンすると、固定コア３０、可動コア２２、第１磁性部材１３、磁性部材４０、４２および第２磁性部材１５からなる磁気回路を磁束が流れ、固定コア３０と可動コア２２との間に磁気吸引力が発生する。すると、可動コア２２とともに弁部材２０はスプリング３４の荷重に抗して固定コア３０側に移動し、当接部２１が弁座１７から離座する。これにより、燃料が噴孔１８ａから噴射される。

前述したように、本実施形態では、コイル４６の巻線４７を丹銅で形成している。丹銅の抵抗温度係数は銅線よりも、そしてＣｕ−Ｚｎ系合金の中でも小さいため、燃料噴射弁１０の雰囲気温度が高くなっても巻線４７の体積抵抗率の変化が小さい。したがって、燃料噴射弁１０の雰囲気温度が変化しても、コイル４６への通電開始から開弁に必要な電流がコイル４６に流れるまでに要する時間のばらつきを低減できる。したがって、燃料噴射量を高精度に制御することができる。

上述した丹銅等の抵抗温度係数が小さい材質は体積抵抗率が大きくなる傾向があるため、従来と同じ電流値の電流をコイル４６に流そうとすると、巻線４７の横断面積を大きくする必要がある。したがって、巻線４７の横断面積を大きくし、コイル４６の巻数を従来のコイルと同一にすると、コイル４６の外径が大きくなりやすい。しかし、本実施形態では横断面形状が長方形の巻線４７を用いてコイル４６を形成しているため、横断面形状が円形の巻線に比べて巻線４７同士の間に生じる隙間が小さくなり、巻線４７の占積率を高くすることができる。つまり、径が大きい巻線と同等の横断面積を持つ長方形の巻線４７をコイル４６の外径を大きくすること無く巻回することができる。したがって、コイル４６の巻線４７に抵抗温度係数が小さい丹銅を使用した場合でも、燃料噴射弁１０の体格の大型化を防止することができる。

（他の実施形態）
以上説明した上記実施形態ではコイル４６の巻線４７の材質として丹銅を使用した例を示したが、Ｃｕ−Ｚｎ系合金として、例えばＪＩＳ合金番号でＣ２６００、Ｃ２６８０、Ｃ２７００、Ｃ２７２０、Ｃ２８００等で示される黄銅を使用してもよい。
また、Ｃｕ−Ｓｎ系合金として、例えばＪＩＳ合金番号でＣ５１０２、Ｃ５１１１、Ｃ５１９１、Ｃ５２１２等で示されるりん青銅を巻線の材質として使用できる。

また、Ｃｕ−Ａ1合金として、例えばＪＩＳ合金番号でＣ６８７０、Ｃ６８７１、Ｃ６８７２等で示されるアルミニウム黄銅を巻線の材質として使用してもよい。
また、Ｃｕ−Ｎｉ合金として、例えばＪＩＳ合金番号でＣ７０６０、Ｃ７１００、Ｃ７１５０、Ｃ７１６４等で示される白銅を巻線の材質として使用してもよい。
また、Ｃｕ−Ｎｉ合金として、例えばＪＩＳ合金番号でＣ７４５１、Ｃ７５２１、Ｃ７５４１、Ｃ７７０１等で示される洋白を巻線の材質として使用してもよい。

また上記実施形態では、巻線の縦横比（ｂ／ａ）、コイルの軸長Ｌと径方向の厚みｔとの比率（Ｌ／ｔ）を、それぞれ１．１≦ｂ／ａ≦２５、２≦Ｌ／ｔ≦３０の範囲に設定したが、巻線の横断面形状が長方形であれば、上記の数値範囲を満たさない巻線、およびコイルの構成を採用してもよい。
また、横断面形状が長方形の巻線に限らず、例えば横断面形状が三角形、正方形を含む矩形、またはその他の多角形の巻線を巻回してコイルを形成してもよい。このように、横断面形状が多角形の巻線を用いても、横断面形状が円形の巻線に比べ巻線同士の間に形成される隙間が小さくなり、巻線の占積率が高くなる。その結果、燃料噴射弁が小型化し、コイルが発生する磁束の通る磁路長が短くなるので、開弁応答性が向上する。
このように、本発明はその実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用可能である。

本実施形態による燃料噴射弁を示す断面図。 （Ａ）は本実施形態によるコイルを示す模式図、（Ｂ）はコイルの巻線を示す模式図。 コイルへの通電を開始してからの時間と、コイルの電流値および弁部材のリフト量との関係を示す特性図。

符号の説明

１０：燃料噴射弁、１８ａ：噴孔、２０：弁部材、２２：可動コア、３０：固定コア、４６：コイル、４７：巻線

Claims (4)

1. 噴孔を開閉する弁部材と、
   前記弁部材とともに軸方向に往復移動する可動コアと、
   前記可動コアの前記噴孔と反対側に前記可動コアと向き合って設置されている固定コアと、
   通電することにより前記固定コアに前記可動コアを吸引する磁力を発生するコイルとを備え、
   前記コイルの巻線は、Ｃｕ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ系合金、Ｃｕ−Ａｌ系合金またはＣｕ−Ｓｎ系合金のいずれかで形成されている燃料噴射弁。
2. 前記巻線の横断面形状は多角形である請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記巻線の横断面形状は矩形である請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記巻線は丹銅で形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
   
   
   
   

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