JP2011069264A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、スプリングが変形し、燃料噴射量特性が変化または低下するのを抑制することができる燃料噴射弁を提供することにある。
【解決手段】弁体２０８を弁座の円錐面２１１Ａに付勢させる力を発生させるスプリング２１２を有する燃料噴射弁２０１において、スプリング２１２の一端が接している可動子２０３及び棒状弁体２０８と、もう一端が接している回転板２１５とが周方向に回転可能な構造とする。これにより、発生したねじりトルクは打ち消され、流路抵抗が変化することで噴射量特性が変化するようなことが無くなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関用の燃料噴射弁に係り、特にスプリングの変形による燃料噴射量の変化を抑制する効果を得るための構造に関する。

従来、自動車等の内燃機関においては、エンジン制御ユニットからの電気信号により駆動する電磁式の燃料噴射弁が広く用いられている。

公知の燃料噴射弁は、中空筒型の固定子の周りに電磁コイルおよびヨークが配置され、電磁コイルを収納するヨークの下部には、弁体を有する可動子を内装したバルブボディが取付けられ、この弁体がスプリングの力を受けて弁座側に付勢される構造となっている（特許文献１参照）。

電磁コイルを通電すると、ヨーク，固定子，可動子，ノズルボディ部，ヨークに磁気回路が形成され、可動子が固定子側に磁気吸引され、弁体と弁座の間に隙間が生じ、燃料が噴射される。

特開平１０−３３９２４０号公報

上記記載の燃料噴射弁において、スプリング力調整部材（アジャスタ）でスプリング全長を変化させることで、スプリングが発生する力が変化し、弁動作時間を変化させ、燃料噴射量特性を所望する値に調整することが可能である。このときスプリングとして一般的に用いられるコイルバネは圧縮されることでねじりトルクが発生する。アジャスタが圧入される場合は、このねじりトルクによってスプリングが変形し、燃料が通過する隙間が変化し、流路抵抗が変化することで噴射量特性が変化する。また、弁体を有する可動子にスプリングが接している場合には駆動時の衝撃で、あるとき突然にねじりトルクが開放されてスプリングが元に戻り、結果燃料噴射量特性が変化する。

さらに、スプリング両端の内周または外周が案内されていない場合は、スプリングの変形はより顕著なものとなる。

特に、近年ガソリンエンジンにおいても、燃料を内燃機関のシリンダ内に直接噴射させる燃料噴射弁が実用化されているが、直接噴射式の燃料噴射弁においては、取付けの自由度から、図７に示すような、ヨーク１０４下部に設けるノズルボディ１０５を細径化し全長を伸ばした、いわゆるロングノズルタイプのインジェクタが提案されている。

しかしながら、ノズルボディ１０５が細長くなる分、内部の弁体１０８も細く長いものとなり、強度上の問題から、中実で棒状の部品の先端がニードル弁またはボール弁のものが多く使用される。

スプリング１１２の内径（内側）を通る燃料は、図７に矢印１００で示す通り、弁体１０８に阻まれスプリング１１２の隙間から外周側に設けられた燃料通路に誘導される。従って、燃料噴射量特性を調整する際に、スプリング１１２が圧縮されると、スプリング１１２の隙間は狭くなるので、燃料噴射量特性は低下する。

このように、燃料噴射量特性が変化または低下すると、エンジン性能や排気性能に悪影響を及ぼす原因となる。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スプリングが変形し燃料噴射量特性が変化または低下するのを抑制することができる燃料噴射弁を提供することにある。

（１）上記目的を達成させるために、本発明では、アジャスタとスプリングの間に、周方向に回転可能な部品を挿入することで、スプリングの両端をそれぞれ軸方向に支持する部品が回転可能となり、ねじりトルクの発生を抑制し、燃料噴射量特性の変化または低下を防止することが可能である。
（２）上記（１）において好ましくは、スプリングの両端をそれぞれ軸方向に支持する部品が、スプリングの内周または外周を案内することで、スプリングの変形を抑制する効果を得られるため、燃料噴射量特性の変化または低下を防止することが可能である。
（３）上記（２）において好ましくは、スプリングの隙間を燃料が通過する流路が構成されないように、スプリングの上流側端面に接する部品が、燃料の流れをスプリング外周方向にバイパスさせる機能を有することで、燃料噴射量特性調整時の燃料噴射量の低下を防止することが可能である。
（４）上記（１）において好ましくは、スプリングの上流側端面に接する部品が、フィルタ機能を有することで、弁体と弁座の隙間に異物が噛み込み、シート不良により燃料が漏れることを防止することが可能である。

スプリングの変形による燃料噴射量特性の変化や低下を抑制することで、エンジン性能や排気性能の向上に貢献できる。

本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図。 噴射量特性について示す図。 本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の要部構成を示す縦断面図。 本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の要部構成を示す縦断面図。 本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の要部構成を示す縦断面図。 本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の要部構成を示す縦断面図。 従来の燃料噴射弁の全体構成と燃料通路を示す縦断面図。

本発明の好ましい実施形態を図面に示した実施例により説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。本実施例の燃料噴射弁２０１は、開弁時に噴射弁本体の上部から燃料が流入し、軸方向に流れて、噴射弁下端に設けた噴射孔２１１Ｂより燃料が噴射される、いわゆるトップフィード式のもので、ガソリン等の燃料をエンジンの気筒（燃焼室）に直接噴射する燃料噴射弁である。

燃料噴射弁２０１は、中空の固定子２０２，可動子２０３，ハウジングを兼ねるヨーク２０４，ノズルホルダ２０５を有する。固定子２０２，可動子２０３，ヨーク２０４と電磁コイル２０６は、磁気回路の構成要素となる。

固定子２０２とヨーク２０４とノズルホルダ２０５とは、溶接により結合される。この結合態様は、種々のものがあるが、本実施例では、ノズルホルダ２０５の一部内周が、固定子２０２の一部外周に嵌合した状態で固定子２０２とノズルホルダ２０５とが溶接結合されている。さらに、このノズルホルダ２０５の一部外周をヨーク２０４が囲むようにしてノズルホルダ２０５とヨーク２０４とが溶接結合されている。ヨーク２０４の内側には電磁コイル２０６が組み込まれる。電磁コイル２０６は、ヨーク２０４と樹脂ボディ２０７とノズルホルダ２０５の一部によって、シール性を保って覆われている。

ノズルホルダ２０５の内部には、可動子２０３と可動子２０３に溶接結合された棒状弁体２０８が軸方向に移動可能に組み込まれている。本実施例の棒状弁体２０８は、先端が先細りのニードルタイプのものを示すが、先端に球体を設けたタイプのものであってもよい。また、本実施例の棒状弁体２０８は、可動子２０３と溶接結合されているものを示すが、溶接結合されず接触しているだけの別体タイプのものであっても良い。棒状弁体２０８と可動子２０３とが別体タイプのものでは、ガイド部材２０９と可動子２０３との間に、スプリング２１２の付勢力よりも弱い付勢力で、可動子２０３を固定子２０２側（スプリング２１２の付勢力とは反対向き）に付勢するスプリングを追加する。

ノズルホルダ２０５内部には、可動子２０３と棒状弁体２０８の軸方向の移動を案内する上下配置のガイド部材２０９と２１０とが設けられる。

ノズルホルダ２０５の先端には、ノズルホルダの一部となるノズルトップ２１１が溶接により固定されている。ノズルトップ２１１は、弁座部を含む円錐面２１１Ａと、複数の噴射孔（オリフィス）２１１Ｂを有する。

固定子２０２の内部には、可動子２０３と棒状弁体２０８を弁座部を含む円錐面２１１Ａに押し付けるスプリング２１２と、このスプリング２１２の付勢力を調整するアジャスタ２１３とろ過機能を持つフィルタ２１４とが組み込まれている。

また、スプリング２１２とアジャスタ２１３の間には、回転板２１５が組み込まれている。回転板外径と固定子内径には微小な隙間が設けてあり、回転板２１５は周方向に回転できる。

噴射弁内の燃料通路は、固定子２０２の内部と、可動子２０３に設けた複数の孔２０３Ａと、ガイド部材２０９に設けた複数の孔２０９Ａと、ノズルホルダ２０５の内部と、ガイド部材２１０に設けた複数の孔２１０Ａと、弁座部を含む円錐面２１１Ａと、複数の噴射孔２１１Ｂで構成される。

樹脂ボディ２０７には、電磁コイル２０６に励磁電流（パルス電流）を供給するコネクタ部２０７Ａが設けられ、樹脂ボディ２０７により絶縁されたリード端子２１６の一部がコネクタ部２０７Ａに位置する。

このリード端子２１６を介して、外部駆動回路（図示せず）によりヨーク２０４に収納された電磁コイル２０６を励磁すると、固定子２０２，可動子２０３及びヨーク２０４が磁気回路を形成し、可動子２０３は固定子２０２側にスプリング２１２の力に抗して磁気吸引される。この時、棒状弁体２０８は、弁座部を含む円錐面２１１Ａから離れ開弁状態になり、外部高圧燃料ポンプ（図示せず）で予め昇圧（１０ＭＰａ以上）されている噴射弁本体内の燃料が、複数の噴射孔２１１Ｂを介して噴射される。

電磁コイル２０６の励磁をオフすると、スプリング２１２の力で棒状弁体２０８が弁座部を含む円錐面２１１Ａ側に押し付けられ閉弁状態になる。

つまり、電磁コイル２０６に通電する時間をエンジンの運転状況に応じて制御すれば、燃料の噴射量をエンジンの運転条件に対応する量に調整することができる。

図２は、通電時間と燃料噴射量の関係である燃料噴射量特性を示している。本実施例の燃料噴射弁２０１は、アジャスタ２１３の位置を移動させて、スプリング２１２の付勢力を大きくして、燃料噴射量特性がエンジンを制御するコントロールユニット（図示せず）に予め登録されているものと合致するように、調整する作業を実施している。

このとき、スプリング２１２がコイルバネであれば、軸方向に圧縮されてねじりトルクを発生させるが、スプリング２１２の一端が接している可動子２０３と棒状弁体２０８、もう一端が接している回転板２１５が周方向に回転可能であるため、発生したねじりトルクは打ち消される。

したがって本実施例によれば、スプリング２１２が変形し、燃料が通過する隙間が変化し、流路抵抗が変化することで噴射量特性が変化するようなことは無く、エンジン性能や排気性能の向上に貢献できる。

次に、図３，図４，図５及び図６を用いて、本発明の他の実施形態による燃料噴射弁の構成について説明する。なお、図中の符号で図１と同一符号は、同一部分を示している。

図３は、本発明の他の実施形態による燃料噴射弁の要部構成を示す縦断面図で、回転板４１５は、回転板外径と固定子内径には微小な隙間を有しているため、周方向に回転でき、かつ凹み部４１５Ａを有するため、スプリング２１２の外周を案内することができるので、スプリング２１２が変形せず、また固定子２０２の内径の中心に位置するため、燃料の流れが安定する。

図４は、本発明の他の実施形態による燃料噴射弁の要部構成を示す縦断面図で、回転板５１５は、回転板外径と固定子内径には微小な隙間を有しているため、周方向に回転でき、かつ凸部５１５Ａを有するため、スプリング２１２の内周を案内することができるので、スプリング２１２が変形せず、また固定子２０２の内径の中心に位置するため、燃料の流れが安定する。

図５は、本発明の他の実施形態による燃料噴射弁の要部構成を示す縦断面図で、回転板６１５は、回転板外径と固定子内径には微小な隙間を有しているため、周方向に回転でき、かつ凸部６１５Ａを有するため、スプリング２１２の内周を案内することができる。スプリング２１２が変形せず、また固定子２０２の内径の中心に位置するため、燃料の流れが安定する。

また、複数の内周から外周に向けた放射状の溝６１５Ｂを有しており、燃料の流れはスプリング２１２の内径ではなく、固定子２０２の内径とスプリング２１２の外径の隙間に誘導される。従って、スプリング２１２の隙間を流れる燃料が無くなり、より流量が安定する。

図６は、本発明の他の実施形態による燃料噴射弁の要部構成を示す縦断面図で、回転板７１５の内径にフィルタ７１５Ａを設けることで、流入する燃料に含まれる異物（主に金属，高分子化合物等）や上流側に圧入されているアジャスタ２１３が発生させる異物をせき止めることができ、異物噛み込みによるシート不良のリスクを回避することができる。

また図１〜図６の実施例において、回転板２１５，４１５，５１５，６１５，７１５の燃料通路の流路面積を上流側の流路面積より著しく小さくすることで、外部高圧燃料ポンプ（図示せず）で予め昇圧（１０ＭＰａ以上）した際に発生する燃料圧力脈動の影響を無くし、燃料噴射量の変化を抑制することも可能である。

なお、上述の説明では、筒内噴射方式の燃料噴射弁について説明しているが、本発明は、吸気通路に配置する燃料噴射弁にも適用できるものである。

２０１ 燃料噴射弁
２０２ 固定子
２０３ 可動子
２０４ ヨーク
２０５ ノズルホルダ
２０６ 電磁コイル
２０７ 樹脂ボディ
２０８ 棒状弁体
２０９，２１０ ガイド部材
２１１ ノズルトップ
２１１Ａ 弁座部を含む円錐面
２１１Ｂ 噴射孔
２１２ スプリング
２１３ アジャスタ
２１４ フィルタ
２１５，４１５，５１５，６１５ 回転板
２１６ リード端子

Claims (4)

1. 弁体を弁座に付勢させる力を発生させるスプリングを有する燃料噴射弁において、前記スプリングの両端をそれぞれ軸方向に支持する部品が、周方向に回転可能であ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、前記スプリングの両端をそれぞれ軸方向に支持する部品が、前記スプリングの内周または外周を支持する機能を有することを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、前記スプリングの上流側端部に接する部品が、燃料を前記スプリングの外周に導く、通路機能を具備することを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記スプリングの上流側端部に接する部品が、流入する燃料に含まれる異物（主に金属，高分子化合物等）を燃料噴射弁内部に流入することを防止する機能を有することを特徴とする燃料噴射弁。

Images