JP2007224829A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】開弁応答性及び閉弁応答性が良好な燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【解決手段】燃料噴射弁（１）は、先端に噴孔（３）を有する弁ボディ（２）を備えている。弁ボディ２の内部にはアーマチャ（５）と一体となったニードル弁（４）が収容されている。また、アーマチャ（５）を開弁側へ吸引するソレノイド（６）、ニードル弁（４）を弁ボディ（２）の先端側へ付勢するスプリング（７）が装着されている。さらに、弁ボディ（２）の内部には第一皿バネ（８）、第二皿バネ（９）、ニードル弁４に設けられた鍔状のスプリング着座部（１０）を備えている。第一皿バネ（８）による力はニードル弁（４）の開弁動作を補助する方向に作用し、第二皿バネ（９）による力がニードル弁の開弁動作を補助する方向に作用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を内燃機関に対して噴射供給する燃料噴射弁に関する。

従来から、燃料を内燃機関に対して噴射供給する燃料噴射弁として、図３に概略構成を示すような燃料噴射弁５０が用いられている。燃料噴射弁５０は、弁ボディ５１の内部に形成した燃料通路５２と、この燃料通路５２と連通し、弁ボディ５１の先端に穿設した噴孔５３を備えている。さらに、燃料通路５２内で往復動することにより噴孔５３の開閉を行うニードル弁５４、このニードル弁５４と一体となったアーマチャ５５、通電されることによって磁界を発生し、その磁界によってアーマチャ５５と一体となったニードル弁５４を開弁側へ引き上げるソレノイド５６、ニードル弁５４を閉弁側、すなわち先端側へ付勢するスプリング５７を備えている。

このような燃料噴射弁５０の駆動信号、ニードル弁に作用する力の関係、弁挙動について図４を参照しつつ説明する。なお、ニードル弁に作用する力については、図中、プラス（＋）側が開弁方向、マイナス（−）が閉弁方向の力を表している。
まず、駆動信号がＯＦＦの状態ではソレノイド５６に通電されていないことから、ソレノイド５６による開弁方向への吸引力は作用していない。従って、この時点では、スプリング５７によるスプリング力、燃料通路５２内に充填された燃料の圧力と弁ボディ５１外の圧力との圧力差に基づく差圧力がニードル弁５４に作用してニードル弁５４を閉弁状態としている。
このような閉弁状態から駆動信号がＯＮとなると、ソレノイド５６による吸引力がアーマチャ５５に作用してニードル弁５４を開弁方向に引き上げる。ただし、この吸引力も駆動信号ＯＮの入力に伴って即座に垂直に上昇するのものではない。このように、吸引力によって僅かにニードル弁５４が開弁し、噴孔５３が開放されると燃料通路５２内と弁ボディ５１外の圧力差が減少するため、マイナス側すなわち閉弁側に働く差圧力が減少する。これによりニードル弁５４は開弁方向へ移動するが、スプリング５７は縮むことになるので、スプリング力は、この分だけ僅かにマイナス側に作用する力が大きくなる。
燃料噴射弁を構成する各要素には以上のような力が作用することになるが、
これらの力を整理すると、
吸引力＞スプリング力＋差圧力
の関係が成立していれば、ニードル弁５４は、開弁することになる。

しかし、ニードル弁５４が実際に開弁動作を開始するまでにはタイムラグが存在する。すなわち、理想的な弁挙動は図中、点線で示したように駆動信号と完全に同調して開弁を開始するものであるが、実際の弁挙動は、実線で示すようにＯＮの駆動信号からニードル弁５４が動き出すまでにはタイムラグが存在し、動き始めてからも所望の開度に達するまでに多少の時間が必要となる。このような弁挙動の遅れは、駆動信号をＯＮからＯＦＦとしたときにも観察される。

このように従来の燃料噴射弁はその構成上、駆動信号に対する弁挙動の遅れが生じるが、内燃機関における適切な燃焼を実現するためには、燃料噴射量の緻密なコントロールが不可欠となることから、ニードル弁の応答性の改善が求められる。このようなニードル弁の応答遅れを改善する提案が特許文献１にされている。

特許文献１には、燃料噴口部を弁部材と、この弁部材と一体に構成された可動コアと、この可動コアの一端側に設けられ、通電することにより第１の固定コアを磁化し可動コアを開弁方向に吸引する第１のコイル部と、可動コアの他端側に設けられ、通電することにより第２の固定コアを磁化し可動コアを閉弁方向に吸引する第２のコイル部とを備えた燃料噴射装置が開示されている。

特開２００１−１６５０１４号公報

特許文献１記載の燃料噴射装置は、電磁弁の開閉応答性を向上できるのものであるが、可動コアの両側にそれぞれコイル部を設けており、可動コアの下流側（噴射口部側）にもコイル部を配置していることから、可動コアと一体となった弁部材が長くなってしまう。可動コアと一体となった弁部材は弁の開閉時に運動するものであるが、弁の応答性を向上させるとの観点からすると運動する物体の重量はできるだけ軽量であることが望ましい。この点を鑑みれば、特許文献１に記載の燃料噴射装置は改良の余地を有している。

そこで、本発明は、特許文献１記載の燃料噴射装置とは異なる構成により応答性の高い燃料噴射弁を提供することを課題とする。

かかる目的を達成するための本発明の燃料噴射弁は、先端部に噴孔を有する弁ボディと、当該弁ボディ内に収容され、前記噴孔を開閉するニードル弁と、当該ニードル弁の基端側に位置し、当該ニードル弁と一体となったアーマチャと、通電することにより当該アーマチャを開弁側へ吸引するソレノイドと、前記ニードル弁の開弁時に当該ニードル弁を閉弁方向に付勢する閉弁スプリングと前記ニードル弁の閉弁時に当該ニードル弁を開弁方向へ付勢する開弁スプリングと前記アーマチャ又はニードル弁に設けたスプリング着座部とを有するニードル弁の補助付勢手段と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすれば、ニードル弁が次に移動する方向への付勢力を得られるので、ニードル弁の応答性を向上させることができる。すなわち、ニードル弁が閉弁状態のとき、ニードル弁はこれに続く動作として開弁することとなるが、開弁スプリングはニードル弁が閉弁状態となっているときにニードル弁を開弁方向へ付勢している。このため、ソレノイドが駆動信号を受けて通電され、アーマチャが吸引されたときのニードル弁の良好な応答性を得ることができる。また、これとは逆に、ニードル弁が開弁状態のとき、ニードル弁はこれに続く動作として閉弁することとなるが、閉弁スプリングはニードル弁が開弁状態となっているときにニードル弁を閉弁方向へ付勢している。このため、ソレノイドが駆動信号を受けて通電が解除されたときのニードル弁の良好な応答性を得ることができる。

また、本発明の構成とすることにより開弁完了直前に閉弁スプリング、閉弁完了直前に開弁スプリングに着座して弁速度を低減させる方向に作用するため、ニードル弁の着座時の衝撃が低減され、バウンスの抑制、摩耗の低減、作動音低減といった効果を得ることもできる。

以上のような燃料噴射弁における前記スプリング着座部は、前記アーマチャ又はニードル弁に設けた凸部又は凹部とすることができる（請求項２）。スプリング着座部は開弁スプリング、閉弁スプリングの形状に応じて適宜変更可能なものである。例えば、前記開弁スプリング及び閉弁スプリングを皿バネとし（請求項３）、弁ボディ内に一対の皿バネを装着した場合には、この一対の皿バネの間に位置するような鍔状の凸部をスプリング着座部としてニードル弁に設ける構成とすることができる。

また、スプリング着座部はアーマチャ又はニードル弁の側壁に必要な強度を維持しつつ皿バネが係止されるような凹部を形成し、これをスプリング着座部とする構成とすることもできる。このように凹部をスプリング着座部とすれば、アーマチャ及びニードル弁の質量を軽減できる、すなわち、運動体の質量を軽減することができるので、開弁応答性、閉弁応答性を向上させることができる。

本発明によれば、ニードル弁の閉弁時にニードル弁を開弁方向へ付勢する開弁スプリングと、ニードル弁の開弁時にニードル弁を閉弁方向に付勢する閉弁スプリングを有するニードル弁の補助付勢手段を備えているので、ニードル弁に作用する力を増すことができ、開弁応答性、閉弁応答性を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

まず、本発明の燃料噴射弁１の概略構成につき、図１を参照しつつ説明する。燃料噴射弁１は、先端に噴孔３を有する筒状の弁ボディ２を備えている。この弁ボディ２の内部にはニードル弁４を備えている。このニードル弁４の基端側にはニードル弁４と一体となったアーマチャ５が設けられている。また、図示しない制御装置により通電のタイミングが管理されており、通電されることによりアーマチャ５を開弁側へ吸引するソレノイド６が配置されている。さらに、ニードル弁４を弁ボディ２の先端側へ付勢するスプリング７が装着されている。

また、弁ボディ２の内部には図に示したように本発明における閉弁スプリングに相当する第一皿バネ８、本発明二おける開弁スプリングに相当する第二皿バネ９が装着されている。第一皿バネ８は図１（ｂ）で示したようなニードル弁４の開弁時に当該ニードル弁を閉弁方向に付勢する。第二皿バネ９は図１（ａ）で示したようにニードル弁４の閉弁時に当該ニードル弁を開弁方向へ付勢する。ニードル弁４には、第一皿バネ８、第二皿バネ９の間に位置し、開弁時、閉弁時に第一皿バネ８、第二皿バネ９が着座する鍔状のスプリング着座部１０が設けられている。

以上のように構成される燃料噴射弁１の動作につき、図１、図２を参照しつつ説明する。図１（ａ）はニードル弁４が噴孔３を閉塞した閉弁状態、図１（ｂ）はアーマチャ５が吸引されニードル弁４が基端側に移動した開弁状態を示している。また、図２は、ソレノイド６の駆動信号、スプリング７によるスプリング力、第一皿バネ８による力、第二皿バネ９による力、アーマチャの挙動すなわち弁挙動を示したチャートである。なお、図２において、閉弁方向へ作用する力、開弁方向への移動はマイナス側、開弁方向へ作用する力、開弁方向への移動はプラス側として表されている。

まず、ソレノイド６がＯＦＦの状態にあるときは、燃料噴射弁１は図１（ａ）に示した状態となっている。図１（ａ）に示す状態は、スプリング７のスプリング力によってアーマチャ５及びニードル弁４が弁ボディ２の先端側へ押し付けられており、ニードル弁４が噴孔３を閉塞した閉弁状態である。このとき、第一皿バネ８にはスプリング着座部１０が着座していないので第一皿バネ８によるニードル弁４へ作用する力は“０”を示している。一方、第二皿バネ９にはスプリング着座部１０が着座しているので第二皿バネ９の押圧量に相当するプラス側の力、すなわち、開弁側への力がニードル弁４に作用している。ただし、この第二皿バネ９によるニードル弁４に作用する力はスプリング７によるスプリング力よりもその値は小さい。このように設定しておかないと、閉弁状態が維持できないからである。

このような状態から、燃料噴射弁１の開弁を行うときは、まず、図２中、符号ａを付して示したタイミングでソレノイド６の駆動信号がＯＮ、すなわち通電される。このようにソレノイド６の駆動信号がＯＮとなると、図２中、符号ｂを付して示したタイミング、すなわち、ソレノイド６がＯＮとされてから僅かに遅れてアーマチャ５が吸引されてアーマチャ５及びニードル弁４が上昇を開始する。

アーマチャ５が吸引され、スプリング着座部１０が第二皿バネ９から離間すると、第二皿バネ９による力は“０”に復帰する。また、スプリング７はアーマチャ５の吸引、上昇に伴って圧縮されることになるから、これにより僅かに閉弁側へのスプリング力が増大する。さらに、アーマチャ５がソレノイド６により吸引され、スプリング着座部１０が第一皿バネ８に着座し、図２中、符号ｃを付して示した時点で、第一皿バネ８にはその押圧量に相当する力が生じる。すなわち、この時点から、ニードル弁４には圧縮されたことにより若干増したスプリング７のスプリング力と第一皿バネ８による力とが作用している。ニードル弁４は、ソレノイド６の電磁力による吸引力がスプリング７のスプリング力と第一皿バネ８による力との合力に勝った状態となっていることにより開弁状態が維持されている。

このような開弁状態から、図２中、符号ｄを付して示したタイミングでソレノイド６の駆動信号がＯＦＦ、すなわち、通電がカットされると、図２中、符号ｅを付して示したタイミングでアーマチャ５が閉弁方向に移動を開始する。このとき、アーマチャ５、ニードル弁４には前記のようにスプリング７のスプリング力と第一皿バネ８による力とが作用しているため、閉弁応答性が向上している。アーマチャ５が閉弁側へ移動を開始し、スプリング着座部１０が第一皿バネ８から離間すると、第一皿バネ８による力は“０”に復帰する。また、図２中、符号ｆを付して示したタイミングでアーマチャ５が完全に閉弁側へ移動して閉弁動作を完了し、図１（ａ）の状態にとなると、スプリング着座部１０が第二皿バネ９に着座して、第二皿バネ９の押圧量に相当するプラス側の力、すなわち、開弁側への力がニードル弁４に作用した状態となる。また、スプリング７も圧縮が解除されるので、セット荷重に復帰する。

以上、説明したように本実施例の燃料噴射弁１は、第一皿バネ８による力がニードル弁４の閉弁動作を補助する方向に作用し、第二皿バネ９による力がニードル弁の開弁動作を補助する方向に作用するので、ニードル弁４の開弁応答性、閉弁応答性が向上している。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

実施例の燃料噴射弁の概略構成を示した説明図であり、（ａ）はニードル弁が噴孔を閉塞した閉弁状態、（ｂ）はアーマチャが吸引されニードル弁が基端側に移動した開弁状態を示す図である。 図１に示した燃料噴射弁におけるソレノイドの駆動信号、スプリングによるスプリング力、第一皿バネによる力、第二皿バネによる力、アーマチャの挙動すなわち弁挙動を示したチャートである。 従来の一般的な燃料噴射弁の概略構成を示した説明図である。 従来の燃料噴射弁におけるソレノイドの駆動信号、ニードル弁に作用する力の関係、弁挙動を示したチャートである。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ 弁ボディ
３ 噴孔
４ ニードル弁
５ アーマチャ
６ ソレノイド
７ スプリング
８ 第一皿バネ
９ 第二皿バネ
１０ スプリング着座部

Claims (3)

1. 先端部に噴孔を有する弁ボディと、
   当該弁ボディ内に収容され、前記噴孔を開閉するニードル弁と、
   当該ニードル弁の基端側に位置し、当該ニードル弁と一体となったアーマチャと、
   通電することにより当該アーマチャを開弁側へ吸引するソレノイドと、
   前記ニードル弁を弁ボディ先端側へ付勢するスプリングと、
   前記ニードル弁の開弁時に当該ニードル弁を閉弁方向に付勢する閉弁スプリングと前記ニードル弁の閉弁時に当該ニードル弁を開弁方向へ付勢する開弁スプリングと前記アーマチャ又はニードル弁に設けたスプリング着座部とを有するニードル弁の補助付勢手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１記載の燃料噴射弁において、
   前記スプリング着座部は、前記アーマチャ又はニードル弁に設けた凸部又は凹部であることを特徴とした燃料噴射弁。
3. 請求項１又は２記載の燃料噴射弁において、
   前記開弁スプリング及び閉弁スプリングは皿バネとしたことを特徴とする燃料噴射弁。
   

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