JP2007285282A - 電磁式燃料噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ハウジング、コア、このコアと対向配置されたアマチュア、及びハウジングと結合したホルダによって、ソレノイドコイルの磁気回路を構成し、コアとホルダとこのホルダで支持された弁本体とで燃料通路を構成し、アマチュアと一体に構成された弁体を、ソレノイドコイルの電磁力により往復動させる電磁式燃料噴射装置において、ソレノイドコイルと対面するコアの外周面又は/及びホルダの環状端面に、複数の溝を設けたものである。
【選択図】図1
Description
磁気回路の電磁力を使って開閉動作させ、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁では、コイルの励磁を遮断することで閉弁動作を行っているが、そのコイルの励磁を遮断した際、磁気回路を形成する磁性部材に対し、磁束の流れに垂直な面に渦電流が発生するため磁気回路内に残留磁束が生じる。このためコイルの励磁を遮断後も、その残留磁束により吸引力が発生し閉弁動作に遅れが生じる問題が発生する。この閉弁遅れにより、燃料噴射弁の最小流量特性が悪化する。
バルブの応答性の向上策として、従来から、磁束の流入面に溝を形成することによって電気抵抗を増加させ渦電流の発生を抑制することが提案されている。
例えば特許文献1(実用新案登録第2599460号公報参照)では、コイルが挿貫された固定鉄心の外表面及び内表面の少なくとも一方に、その中心軸方向に沿って溝を構成し、コイルへの給電が遮断されたときに固定鉄心や外側鉄心に発生する渦電流を低減することによりバルブ応答性の改善が図られている。
又、特許文献2(特開2000−18124号公報参照)では、アマチュア外周に複数の溝を構成し、その溝の中にフェライトを埋め込むことで吸引力の低下の抑制及び渦電流の抑制による閉弁遅れの対策が採られバルブ応答性の改善が図られている。
すなわち、特許文献1では、溝を形成する磁性部材が燃料通路内にあり、燃料通路に面した箇所にあるため、溝の内部を燃料が通過する際に燃料の流れに乱れが生じて流れが不安定となり、燃料噴射弁の流量特性を悪化させる。又、燃料の流れにより溝のエッジが脱落した場合、異物となってバルブに噛み込む問題がある。さらに、吸引面に溝を形成するため、吸引面よりも溝部が最小磁路面積となり、吸引力の不足が生じ、そのため、吸引面積を確保するための大径化が必要となるなどの問題がある。
又、特許文献2では、アマチュア外周に複数の溝を形成しその溝にフェライトを埋め込むことで吸引力低下を抑制しているが、アマチュアが可動鉄心のため、加工時のバリに加えて、作動時常に衝撃がかかり、その衝撃によりフェライトが欠けて脱落する危険性があり、これが脱落した場合は燃料通路内のため燃料噴射弁が破損する。仮に脱落しなくても欠け等が発生してバルブに噛み込むなどの危険性があり、最悪の場合は燃料噴射弁を破損させる可能性がある。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、内部に燃料通路を有する燃料噴射弁において、燃料通路に面せず、且つ吸引力が低下する等といった問題が生じさせること無く渦電流を低減し、コイルの励磁を遮断した際、速やかに閉弁動作が開始される電磁式燃料噴射弁を提供することにある。
上記コアと上記ホルダとを、非磁性部材で形成されたリングで結合することにより、上記コアと上記ホルダとこのホルダで支持された弁本体とで燃料通路を構成し、
上記アマチュアと一体に構成され上記弁本体に内装された弁体を、上記弁本体内で上記ソレノイドコイルの電磁力により往復動させ燃料噴射口を開閉する電磁式燃料噴射装置において、上記ソレノイドコイルと対面する上記コアの外周面又は/及びホルダの環状端面に、複数の溝を設けることにより渦電流の発生を抑制するものである。
又、最小磁気通路面積を減少させずに溝を設けることができ、渦電流発生の抑制による閉弁遅れの低減により流量特性の向上が図れる(最小流量域の拡大及びダイナミックレンジ拡大)。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1である電磁式燃料噴射装置を示し、この実施の形態1は、図8に示した従来装置の構成に実施したものである。図1(a)は、電磁式燃料噴射装置全体を示す側断面図、図1(b)は、図1中、H部の拡大断面図、図1(c)は、図1(a)のA−A線を矢印方向に見たコア部分の断面図である。
まず、図8にもとづいて、従来装置の構成と動作を説明する。
図8において、燃料噴射弁1は、ソレノイド装置2と弁装置9とで構成されている。
ソレノイド装置2は、磁気回路のヨーク部でもあるハウジング3と、磁気回路の固定鉄心部分であるコア5と、このコアとエアギャップSを介して対向配置され可動鉄心部分を形成するアマチュア8と、ハウジング3と結合してヨーク部を形成し且つ後述する弁装置9の弁本体13を支持するホルダ4と、ハウジング3に内装されたコイルハウジング6aと、このコイルハウジング6aに納められ且つコア5の外周部側に巻装されて磁気回路を励磁するソレノイドコイル6と、ターミナル7と、非磁性部材で形成された断面L字型リング17と、アマチュア8を弁装置9の方向に付勢する圧縮ばね15と、この圧縮ばね15のスプリング力を調整するロッド16を備えている。
したがって、ソレノイド装置2の磁気回路は、ハウジング3、ホルダ4、コア5、ソレノイドコイル6、ターミナル7、可動鉄心であるアマチュア8で構成されている。
なお、コア5とホルダ4は、互いに対面するコア5の環状端面外周縁とホルダ4の環状端面内周縁に、それぞれ位置決め用の環状段差部4a、5aを同心円状に有し、この両環状段差部4a、5aに断面L字型リング17の水平部と垂直部をそれぞれ嵌合することにより位置決めがなされ、さらに溶接部17a、17bで燃料シールすると共にコア5とホルダ4とを結合している。
このようにコア5とホルダ4間に非磁性部材の断面L字型リング17を介在させることにより,コア5からホルダ4への磁気リークを防止している。又、コア5、ホルダ4、断面L字型リング17の内面と後述する弁本体13などで燃料通路を形成している。
弁体10は、アマチュア8と共に圧縮ばね15によりバルブシート12に押圧され、且つ弁体の摺動部10bで弁本体13の内径部13aに案内されソレノイドコイル6の電磁力によりコア5に向って往復動(摺動)可能なように弁本体13に取付られ燃料噴射口21を開閉する。なお、18はスペーサ、19はラバーリング、20は濾過網である。
図示しない制御コントローラの開弁動作信号により燃料噴射弁1のソレノイドコイル6が励磁され、ソレノイド装置2の磁気回路に磁束が発生する。その際、コア5とアマチュア8の対抗面で吸引力が発生し、吸引力が圧縮ばね15のスプリング力以上となった時点でコア5がアマチュア8を吸引動作する。
吸引動作は、弁体10がストッパ14に当接するまで行われる。その時、弁体10とバルブシート12間が開口し燃料が噴射される。
次に、前記制御コントローラの閉弁動作信号によりソレノイド装置2の磁気回路に発生する磁束が消滅する。同時にアマチュア8に発生する吸引力も消滅し、圧縮ばね15のスプリング力により弁体10とバルブシート12間が閉弁する(燃料噴射が停止する)。なお、弁体10の移動量は、それぞれ開弁時はストッパ14、閉弁時はバルブシート12で規制する。
この発明の実施の形態1は、図8のコア5に相当するコア105の外周面(燃料通路の反対側の対面)すなわちソレノイドコイル6と対面する周面に、渦電流の発生を抑制するための溝105aを複数条並列して設けたものである。
そして、この溝105aは、後述するように溝の深さLをコア105の環状段差部5aのコア段差Tより浅く設定している。
この溝105aは、特許文献1、特許文献2に記載の従来装置と同様に渦電流の抑制のために設けられたものであるが、最小磁路面積の確保のため、溝の深さLは、以下に述べるように設定されるものである。
すなわち、図1(b)に示すように、溝の深さL、コア側の環状段差部5aのコア段差をTとしたとき、
T>L
となるよう設定することにより、燃料通路が従来装置と同じ構造のまま、噴霧特性と信頼性を確保した状態で渦電流の抑制が可能であり、結果として閉弁遅れの抑制による流量特性(特に最小流量域の拡大)を向上させることが可能となる。
図2(a)は、図1のコア105の一部断面図、図2(b)は、図1のコア105と比較するための従来装置コアの一部断面図、図3は、閉弁時間―渦電流経路(比率)の関係を示すグラフである。
図2において、コア105の外径D、溝数をNとすると、従来装置コア5の渦電流経路長さ及び本実施の形態1のコア105の渦電流経路長さは、
従来装置の渦電流経路長さ=πD
本実施の形態1の渦電流経路長さ=πD+2L*N
となるため、図3のグラフから、従来例の経路長さを1としたとき、この長さを1.5以上(渦電流経路比1.5以上)にすることによって、アマチュアに溝を形成した場合と同等レベルの渦電流抑制効果が得られることが分かる。このことから、
従来装置の渦電流経路長さ*1.5<本実施の形態1の渦電流経路長さ
とすると、
πD*1.5<(πD+2L*N)
L>π*D/4*N
という関係が得られる。
すなわち、この結果によれば、渦電流の経路の長さを従来装置に対し、L>π*D/4*Nとすれば、アマチュアに溝を形成した場合とほぼ同等レベルの渦電流抑制効果が得られると共に、燃料の流れの乱れと信頼性の問題とを解決できる。
又以上のことから、仮にコア段差Tが小さく、溝の深さLが浅くなったとしても溝数Nを増加させることで渦電流の抑制効果を得ることができる。
図4は、弁体の開閉過渡変化を示すグラフで、渦電流低減によりリフトのどの部分を改善したかを示し、残留磁気による閉弁遅れの改善を示している。
この結果、ソレノイドコイル6からの磁束がコア側面に流入する際に、磁束がこの溝105aを確実に通過することになるため、より有効な渦電流抑制効果が得られる。
図5は、この発明の実施の形態2の電磁式燃料噴射装置を示し、この実施の形態2は、図8に示した従来装置の構成に実施したものである。図5(a)は、電磁式燃料噴射装置全体を示す側断面図、図5(b)は、図5中、L部の拡大断面図、図5(c)は、図5のB−B線を矢印方向に見たホルダ106の平面図である。なお、図8の従来装置と同一又は相当する部分については説明を省略する。
この発明の実施の形態2は、図1の4に相当するホルダ104の環状端面に、溝104aを、ホルダの中心に対して放射状に複数設けたものである。
この溝104aは、溝の深さGを環状段差部4aのホルダ段差の幅Fより浅く設定している。
このように、F>Gの設定とすることで、溝部が滋路部にかかることがないので滋路面積が減少せず、最小磁路面積の減少を防ぐことができ、又燃料通路に面していないため、燃料の流れを乱すことなく渦電流の抑制が可能となる。
この結果、ソレノイドコイル6からの磁束がホルダ端面に流入する際に、磁束がこの溝104aを確実に通過することになるため、より有効な渦電流抑制効果が得られる。
図6は、この発明の実施の形態3の電磁式燃料噴射装置を示し、この実施の形態3は、図8に示した従来装置の構成に実施したものである。図6(a)は、電磁式燃料噴射装置全体を示す側断面図、図6(b)は、図6中のK部の拡大断面図である。なお、図8の従来装置と同一又は相当する部分については説明を省略する。
図6に示された実施の形態3の電磁式燃料噴射装置は、コア205とホルダ204の両方すなわちソレノイドコイル6と対面するコア205の外周面及びホルダ204の環状端面に、複数の溝205a、204aをそれぞれ設けることにより渦電流の発生を抑制するものである。
すなわち、図6において、ホルダ204の環状端面内周縁と対面するコア205の環状端面外周縁に、リング17を嵌合する環状段差部5aを設け、コア205の外周面に、コアの環状段差部5aの段差より浅くした溝205aを複数設けたものである。
又、コア205の環状端面外周縁と対面するホルダ204の環状端面内周縁に、リング17を嵌合する環状段差部4aを設け、ソレノイドコイル6と対面するホルダ204の環状端面に、ホルダの環状段差部4aの段差より浅くした溝204aをホルダ204の中心に対して放射状に複数設けたものである。
このように、コアとホルダのそれぞれで溝深さが十分確保できない場合には、両方に溝を形成しても良い。
図7(a)(b)は、この発明の実施の形態4を示し、図1(c)のコア部分の断面図に相当する断面図とその拡大図である。
図7において、コア305に設けられた溝305aは、溝105a(図1)又は溝104a(図5)に相当し、その溝形状の加工性を向上させるために台形形状にしたもので、この場合も、渦電流の低減効果を同様に得ることができる。
3 ハウジング 4 ホルダ
4a 環状段差部 5a 環状段差部
105 コア 105a 溝
6 ソレノイドコイル 6a コイルハウジング
7 ターミナル 8 アマチュア
9 弁装置 10 弁体(ニードル)
10b 弁体の摺動部 11 軸受け
12 バブルシート 13 弁本体
13a 内径部 14 ストッパ
15 圧縮ばね 16 ロッド
17 断面L字型リング 17a 溶接部
17b 溶接部
Claims (8)
- ヨーク部を形成するハウジング、固定鉄心部分を形成するコア、このコアとエアギャップを介して対向配置され可動鉄心部分を形成するアマチュア、及び上記ハウジングと結合してヨーク部を形成するホルダによって、上記コアの外周部に巻装されたソレノイドコイルの磁気回路を構成し、
上記コアと上記ホルダとを、非磁性部材で形成されたリングで結合することにより、上記コアと上記ホルダとこのホルダで支持された弁本体とで燃料通路を構成し、
上記アマチュアと一体に構成され上記弁本体に内装された弁体を、上記弁本体内で上記ソレノイドコイルの電磁力により往復動させ燃料噴射口を開閉する電磁式燃料噴射装置において、
上記ソレノイドコイルと対面する上記コアの外周面又は/及びホルダの環状端面に、複数の溝を設けることにより渦電流の発生を抑制することを特徴とする電磁式燃料噴射装置。 - 上記ホルダの環状端面内周縁と対面する上記コアの環状端面外周縁に、上記リングを嵌合する環状段差部を設け、且つ上記コアの外周面に、上記コアの環状段差部の段差より浅くした溝を複数設けることにより、渦電流の発生を抑制することを特徴とする請求項1記載の電磁式燃料噴射装置。
- 上記コアの外周面に設けた溝は、上記ソレノイドコイル端部より長く設定したことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の電磁式燃料噴射装置。
- 上記コアの環状端面外周縁と対面する上記ホルダの環状端面内周縁に、上記リングを嵌合する環状段差部を設け、且つ上記ソレノイドコイルと対面する上記ホルダの環状端面に、上記ホルダの環状段差部の段差より浅くした溝を上記ホルダの中心に対して放射状に複数設けることにより、渦電流の発生を抑制することを特徴とする請求項1記載の電磁式燃料噴射装置。
- 上記ホルダの環状端面に設けた溝は、上記ホルダの中心に対して放射状に設けられ、且つコイル端部の長さより長く設定したことを特徴とする請求項4記載の電磁式燃料噴射装置。
- 上記コアの外周面に設けた溝、又は上記ホルダの環状端面に設けた溝は、断面形状を台形とすることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電磁式燃料噴射装置。
- 上記コアの外周面に設けた溝の溝数をNとし、上記コアの外径をDとした場合に、
この溝の深さLを、L>π*D/4*Nに設定したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項又は請求項6に記載の電磁式燃料噴射装置。 - 上記ホルダの環状端面内周縁と対面する上記コアの環状端面外周縁に、上記リングを嵌合する環状段差部を設け、且つ上記コアの環状端面外周縁と対面する上記ホルダの環状端面内周縁に、上記リングを嵌合する環状段差部を設け、
上記コアの外周面に、上記コアの環状段差部の段差より浅くした溝を複数設けると共に上記ソレノイドコイルと対面する上記ホルダの環状端面に、上記ホルダの環状段差部の段差より浅くした溝を上記ホルダの中心に対して放射状に複数設けることにより、渦電流の発生を抑制することを特徴とする請求項1記載の電磁式燃料噴射装置。
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