JP2010209719A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ストローク可変機構における、ストロークの精密制御を可能にする。
【解決手段】本体となるノズル２と、上下動するプランジャロッド１と、弁体と接し燃料をシールするシート部３とを備え、複数のリフト量を有する燃料噴射弁において、ストローク調整の最後に非駆動時のプランジャロッド１のリフト方向位置によって小さい側のストローク隙間１３を調整する構造とすることで、精度良く規定することが要求される小ストロークを加工精度に大きく依存することなく決定することが可能となることを特徴とする燃料噴射弁。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁、特に低燃費化と高出力化の両立を実現する燃料噴射弁に関する。

近年、自動車の燃費規制が強化されてきており、自動車用内燃機関には低燃費化が求められている。一方で内燃機関には高出力化も求められている。低燃費化と高出力化を同時に達成するためには、エンジンの広い運転領域に適合する噴霧を形成する必要がある。また、噴霧形状と同時に、噴射量制御範囲の拡大が必要となる。そのためには、噴射量と直結している燃料噴射部の流路断面積を決めている弁体のリフト量（ストローク）を変えられることが望ましい。

これを実現するための燃料噴射弁として、特許文献１が開示されている。特許文献１によると、内開き式噴射弁において、大・小の弁体ストローク時に別々に弁体を稼働させることでストロークの長さを切替えるという技術が開示されている。

特開２００４−２２５６５９号公報

しかしながら、公知例には噴射弁の実装上の課題，実用上の課題について開示が無い。燃料噴射弁は多くの部品から構成されており、単体部品の精度で組上げたとしても製品が成立することはない。そして、実装上はミクロンオーダーの精度でストローク量を調整できる必要がある。なおかつ、実用上は大・小のそれぞれのストロークに対して調整手段が必要である。特に小ストロークは精度が必要となる。

本発明の目的は、低燃費化と高出力化の両立といったエンジンの広い運転状態に必要とされる燃料噴射量の制御範囲を広げるために、弁体のストローク量を高精度に規定することができる燃料噴射弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を採用する。

上下に動作可能な弁体を備え、弁体と当接して燃料をシールするシート部を有し、前記弁体の動作によって前記シート部と前記弁体が離座する距離を複数有する燃料噴射弁において、非動作時の弁体のリフト方向位置によって最も小さい側のストローク量を調整することを特徴とした。また、前記燃料噴射弁において、弁体が燃料噴射弁の外側に開くこととする。また、前記燃料噴射弁において、弁体の本数はシート部と弁体が離座する距離の数よりも多いこととする。また、前記燃料噴射弁において、シート部と弁体が離座する距離が２種類であることとする。また、前記燃料噴射弁において、シート部と弁体が離座する距離を調節する機構を有する位置が、距離を発生させる２つの可動子と非可動子の上下に有ることとする。また、前記燃料噴射弁において、弁体が燃料噴射弁の内側に開くことを特徴とするように構成する。

本発明によれば、高精度な弁体のストローク調整が可能になり、燃料噴射量の制御範囲が広くなることにより、エンジンの広い運転領域で最適な燃料噴射を実現することができる。

本発明の実施形態に係る燃料噴射弁の断面図である。 本実施形態に関する稼働部の拡大断面図である。 本実施形態に関する弁体のリフト量調整方法の説明図である。 本実施形態に関する弁体のリフト量調整方法の説明図である。 本実施形態に関する弁体のリフト量調整方法の説明図である。 本実施形態に関する弁体のリフト量調整方法の説明図である。 本実施形態に関する燃料噴射弁の断面図である。

以下、本発明に係る実施例を説明する。

本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射弁について、図１〜図６を参照しながら以下に説明する。図１は本発明の実施形態に係る燃料噴射弁の構造を示す断面図である。図２は本発明の実施形態に係る駆動箇所の拡大断面図である。図３乃至図６は本実施形態による燃料噴射弁リフト量の調整方法である。

はじめに、本実施例における燃料噴射弁の先端の燃料噴射部ノズルユニット７について記す。本実施例における燃料噴射弁はプランジャロッド１が燃料噴射弁下方（フィルタ５２側を上方、シート部３側を下方とする）に開く外開き式燃料噴射弁である。上記燃料噴射弁は、上下に稼働するプランジャロッド１，プランジャロッド１を内包するノズル２を有しており、プランジャロッド１とノズル２の接触するシート部３によってプランジャロッド閉弁時は燃料を封止している。また、プランジャロッドにはノズル部との真円度を高めるために燃料通路部を面取り等で構成しているプランジャロッドガイド１ａ，１ｂを有している。プランジャロッド１は、プランジャスプリング押さえ６と嵌め合わされ、プランジャスプリング受け２ａとの間にあるプランジャスプリング５により燃料噴射弁上方に押し付けられている。なお、プランジャスプリング押さえ６もプランジャ押さえ燃料通路６ａを有している。また、燃料噴射弁リフト量調整機構で詳細に説明するが、ロアスペーサ４によりプランジャロッド１の押し込み量を調整している。

次にリフト機構について、小リフト，大リフトの順で説明する。

小ストローク時は、ケーシング１０に内包されている、アッパアンカ１１とアッパコア１２の間に構成される小ストローク用隙間１３が互いの吸引面になる。ダブルコイルボビン１４内に構成されている小ストローク用コイル１４ａに図示しない電源装置からコネクタ１４ｃを通り電流が印加されると、アッパアンカ１１，アッパコア１２，アッパヨーク１６，ミドルヨーク１５，ケーシング１０によって磁気回路が構成される。それにより、アッパアンカ１１がアッパコア１２に吸引され、アッパスペーサ１８と共にアッパプッシュロッド１７は下方向に押される。これと同時にロアプッシュロッド３７とプランジャロッド１が押され、小ストローク分開弁する。

大ストローク時は、ケーシング１０に内包されている、ロアアンカ３１とロアコア３２の間に構成される大ストローク隙間３３が互いの吸引面になる。ダブルコイルボビン１４内に構成されている大ストローク用コイル１４ｂに図示しない電源装置からコネクタ１４ｃを通り電流が印加されると、ロアアンカ３１，ロアコア３２，ミドルヨーク１５，ロアヨーク３６，ケーシング１０によって磁気回路が構成される。それにより、ロアアンカ３１がロアコア３２に吸引され、ロアアンカ３１に接合されているロアプッシュロッド３７は下方向に押される。この時、ロアプッシュロッド３７は、アッパプッシュロッド１７と独立に稼働する。それによりプランジャロッド１が押され、大ストローク分開弁する。

ケーシング１０上方にはジョイント５１が圧入，溶接等により組付けられている。ジョイント５１内には燃料中の異物を除去するフィルタ５２，アッパプッシュロッド１７を押付け、位置を規定するためのセットスプリング５３，セットスプリング押さえ５４，セットスプリング受け５５が内包されている。セットスプリング押さえ５４は主に圧入でジョイント５１に固定される。また、アッパアンカ１１の位置を規定するためにスプリング１９も有している。

なお、燃料の流れは以下のようになる。図示しない燃料配管から流れてきた燃料は、異物を除去され、フィルタ５２を通過し、ジョイント内燃料通路５１ａを流れる。ジョイント内径部とセットスプリング受け５５間には面取り等により流路が設けられており、更に下流へ流れる。アッパアンカ１１には、周方向に縦貫通孔１１ａが設けられておりアッパコア１２内周に流れ込む。アッパプッシュロッドガイド１７ａには面取り等により流路が設けられており、アッパコア１２とアッパプッシュロッドガイド１７ａの間を通り更に下流へ流れる。アッパアンカ１１とアッパコア１２の場合と同様にロアアンカ３１とロアコア３２の間も燃料が流れ、燃料溜り３２ａに到達し、プランジャ押さえ燃料通路６ａを通り、ノズル２とプランジャロッド１の間を抜けシート部３へ到る。

また、本実施例における燃料噴射弁には以下のような特徴がある。上記特徴について、図２を用いて説明する。

燃料噴射弁において、弁体，可動子，コアは磁気回路を形成するだけではなく、燃料を燃料噴射弁先端へ運ぶための燃料通路の機能及び偏芯を避けるための弁体のガイド機能を有する必要がある。特に、本実施例においては、弁体が下流側に開く外開き式であるために、弁体が可動子とコアの間の吸引面を貫通することと、吸引面を貫通する弁体を吸引面上方でガイドする必要がある。吸引面の下方には弁体のガイド機能と燃料通路の機能を満たす空間を有する必要がある。

よって、本実施例における燃料噴射弁では、大ストロークを発生させるロアアンカ３１，ロアコア３２部を例に取る。この場合の吸引面は、ロアアンカ３１とロアコア３２の間大ストローク隙間３３である。上記吸引面の上方にケーシング１０とのガイドとなるロアアンカガイド３１ａ及びロアアンカ縦貫通孔３１ｂを有している。また、上記吸引面の下方にはロアコア燃料空間３９を有し、その下流にロアプッシュロッドガイド３７ａを有している。なお、ロアプッシュロッドガイド３７ａの上端面はダブルコイルボビン下端面１４ｄよりも下方にある。これは、ロアアンカ３１，ロアコア３２，ケーシング１０，ミドルヨーク１５，ロアヨーク３６から構成される磁気回路において、ロアプッシュロッド３７に逃げる磁束を低減するためである。

上記構成とすることで、吸引面を貫通する弁体を有し、吸引面の上流と下流に弁体ガイドを有する。更に、吸引面の下流にはガイド部よりも上流に燃料通路となる空間を有することにより、外開き方式の燃料噴射弁における弁体の偏芯を低減し、磁気吸引力の低減を招くことなく、高精度に燃料噴射弁を稼働させることができる。

次に、図３乃至図６を用いて、本実施例の燃料噴射弁において、高精度にリフト量を調節する方法について説明する。初期状態から手順２により、大小のストロークの差分を決定し、最後の手順３において小ストロークを規定すると同時に大ストロークを決定することが特徴である。

［初期状態（組立準備）−図３］
ケーシング１０にロアアンカ３１と接合されたロアプッシュロッド３７を挿入し、アッパコア１２，ロアコア３２を溶接等により固定する。その外周にダブルコイルボビン１４，小ストローク用コイル１４ａ，大ストローク用コイル１４ｂ，アッパヨーク１６，ミドルヨーク１５及びロアヨーク３６を固定する。この状態において、ロアアンカ３１とロアコア３２の間には適当な隙間３３ａが発生している。なお各ヨークは本説明図には図示しない。そして、アッパアンカ１１とアッパプッシュロッド１７の間に適当な寸法と考えられる仮アッパスペーサ１８ａを挟み、一体にして挿入する。この際、仮アッパスペーサ１８ａには予め大きな大小ストロークの差分が得られるものを選定すると良い。

［手順１（大小ストローク差分の生成）−図４］
初期状態から小ストローク用コイル１４ａに通電し、アッパアンカ１１とアッパコア１２を密着させ隙間をゼロとする。そして、ロアプッシュロッド３７を図下方側から押付けアッパプッシュロッド１７との突き当りを確認する。この際ロアアンカ３１とロアコア３２の間に形成される隙間３３ｂは大小ストローク差分相当になる。

［手順２（大小ストローク差分の読取，調整）−図５］
手順１の状態で、大ストローク用コイル１４ｂに通電し、ロアプッシュロッド３７の変位を読み取る。この変位が仮アッパスペーサ１８ａを挿入した際の大小ストローク差分となっている。よって、大小ストローク差分の目標値への不足分を把握し、所望のアッパスペーサ１８を選択し目標の大小ストローク差分３３ｃに合わせる。なお、本実施例においてはアッパスペーサ１８を変え、調整を行ったがアッパプッシュロッド１７そのものの選択嵌合により調整しても良い。

［手順３（ノズルユニット押込みにより小ストロークの決定と同時に大ストロークの決定）−図６］
そして、スプリング１９を組み、ケーシング１０の上方にセットスプリング５３，セットスプリング受け５５，セットスプリング押さえ５４を内包したジョイント５１を組付ける。

最後に、仮ロアスペーサ４ａを取付けたノズルユニット７を挿入し小ストローク量を調整する。

この際、プランジャロッド１によりロアプッシュロッド３７とアッパプッシュロッド１７が持上げられ、小ストローク用隙間１３が決定する。またそれと同時に、ロアプッシュロッド３７も小ストローク用隙間１３の分だけ持上げられるので、手順２で決定した大小ストローク差分３３ｃと足し合わせた大ストローク隙間３３を構成していることになる。

小ストローク用コイル１４ａに通電し、プランジャロッドの変位から所望のロアスペーサ４を選択し目標値に合わせる。

上記のように、非通電時のプランジャロッド１のリフト方向位置によって小ストローク用隙間１３を調整することができる。このように最後に小ストローク用隙間１３を決定する構造とすることで、精度良く規定することが要求される小ストロークを部品の加工精度に大きく依存することなく決定することが可能となる。

本実施例のように、２つのストロークを有する燃料噴射弁において、プランジャロッド１，ロアプッシュロッド３７，アッパプッシュロッド１７の連通する３本の弁体を有することで、２箇所の高精度なリフト量の調整が可能になる。ロアプッシュロッド３７とアッパプッシュロッド１７が分かれていない場合、手順２において大小のストロークの差分が調節できず、プランジャロッド１とロアプッシュロッド３７が分かれていない場合、最後に小ストローク量を調節することができない。

本実施例では、ロアスペーサ４により決まる押し込み量により調節したが、ロアコア３２の内径にノズル２の外周を当て、圧入等により小ストロークを調節しても良い。

本実施例における大小ストローク差分を決定する方法に寄らずとも、予め大小ストロークの差分を決定した後に、最後に小ストローク長さを決定する構造となっていれば、本実施例における効果を満足するものである。

本実施例では２種類のストロークを有する場合の説明としたが、３種類以上のストロークを有する燃料噴射弁においても、同様に最後に最も小さい側のストロークを決定することに変わりは無い。

本発明の第２の実施形態に係る燃料噴射弁について、図７を参照しながら説明する。本実施例は、実施例１に示した燃料噴射弁の弁体が燃料噴射弁上方に開く、打ち開き式燃料噴射弁のストローク調整に関するものである。

本実施例における燃料噴射弁は、プランジャロッド７１とオリフィスシート７２がシート部７５で接触することで燃料を封止している。オリフィスシート７２はスペーサ７４を間に挟み、ノズルケース７３に取付けられている。ケーシング１０１に内包され、燃料噴射弁の下流側に小ストローク用アンカ８１，小ストローク用コア８２を有する。両者の隙間、小ストローク隙間８３が吸引面となり小ストローク長さとなる。小ストローク用コイル８４に通電されると、ミドルヨーク１０３，ロアヨーク１０２，ケーシング１０１，小ストローク用アンカ８１及び小ストローク用コア８２により磁気回路が構成され、小ストローク用アンカ８１が小ストローク用コア８２に引寄せられ、小ストローク隙間８３分だけ弁体がリフトする。

大ストロークの動作について以下に説明する。ケーシング１０１に内包され、燃料噴射弁の上流側に大ストローク用アンカ９１，大ストローク用コア９２，スプリング９７を有する。両者の隙間、大ストローク隙間９３が吸引面となり大ストローク長さとなる。大ストローク用コイル９４に通電されると、ミドルヨーク１０３，アッパヨーク１０４，ケーシング１０１，大ストローク用アンカ９１及び大ストローク用コア９２により磁気回路が構成され、大ストローク用アンカ９１が大ストローク用コア９２に引寄せられ、大ストローク隙間９３分だけ弁体がリフトする。

本実施例の燃料噴射弁における、ストロークの調整方法を以下に記す。予め、大ストローク用アンカ９１と大ストローク用コア９２の距離を目標とする大ストローク隙間９３と小ストローク隙間８３の合計した長さとする。その状態で、最後にスペーサ７４を選択嵌合して、オリフィスシート７２がプランジャロッド７１を押し込む量を変えることにより、高精度に小ストローク長さを決めることができる。

本実施例では、スペーサ７４により決まる押し込み量により調節したが、スペーサ７４が無くとも、オリフィスシート７２自体を圧入等することにより小ストロークを調節しても良い。

本実施例における大小ストローク差分を決定する方法に寄らずとも、予め大小ストロークの差分を決定した後に、最後に小ストローク長さを決定する構造となっていれば、本実施例における効果を満足するものである。

本実施例では２種類のストロークを有する場合の説明としたが、３種類以上のストロークを有する燃料噴射弁においても、同様に最後に最も小さい側のストロークを決定することに変わりは無い。

１ プランジャロッド
２ ノズル
３ シート部
４ ロアスペーサ
５ プランジャスプリング
６ プランジャスプリング押さえ
７ ノズルユニット
１０ ケーシング
１１ アッパアンカ
１２ アッパコア
１３ 小ストローク用隙間（吸引面）
１４ ダブルコイルボビン
１４ａ 小ストローク用コイル
１４ｂ 大ストローク用コイル
１５ ミドルヨーク
１６ アッパヨーク
１７ アッパプッシュロッド
１７ａ アッパプッシュロッドガイド
１８ アッパスペーサ
１９ スプリング
３１ ロアアンカ
３２ ロアコア
３３ 大ストローク隙間（吸引面）
３６ ロアヨーク
３７ ロアプッシュロッド
５１ ジョイント
５２ フィルタ
５３ セットスプリング
５４ セットスプリング押さえ
５５ セットスプリング受け

Claims (6)

1. 上下に動作可能な弁体を備え、弁体と当接して燃料をシールするシート部を有し、前記弁体の動作によって前記シート部と前記弁体が離座する距離を複数有する燃料噴射弁において、
   非動作時の弁体のリフト方向位置によって最も小さい側のストローク量を調整することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、弁体が燃料噴射弁の外側に開くことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１又は２に記載の燃料噴射弁において、弁体がシート部と弁体が離座する距離の数よりも多く分離されていることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁において、シート部と弁体が離座する距離が２種類であることを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁において、シート部と弁体が離座する距離を調節する機構を有する位置が、距離を発生させる２つの可動子と非可動子の上下に有ることを特徴とする燃料噴射弁。
6. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、弁体が燃料噴射弁の内側に開くことを特徴とする燃料噴射弁。

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