JP2023037746A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射毎に噴射される噴射量のばらつきを小さく抑えることができる燃料噴射装置を提供する。【解決手段】一端側に吸引面（４３）を有する電磁石（４０）と、前記吸引面（４３）に対向するプレート面（５１）と、前記プレート面（５１）と逆側に延在するスリーブ部（５３）と、前記スリーブ部（５３）の端面（５４）に開口し前記プレート面（５１）側に延びる第１穴（５５）と、を有するアーマチュアプレート（５０）と、円筒形状に形成された外周面を有するガイド部（７１）と、前記ガイド部（７１）と同軸に形成された貫通孔（７３）とを有するアーマチュアガイド（７０）と、を備え、前記ガイド部（７１）が前記第１穴（５５）に挿入されており、前記アーマチュアプレート（５０）は前記ガイド部（７１）によって摺動自在に支持されている、燃料噴射装置。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置に関するものである。

従来、アーマチュア等を有する電磁アクチュエータを備え、アーマチュアを往復動させることにより、燃料の噴射の開始及び停止を制御する燃料噴射装置が知られている。特許文献１には、アーマチュアプレートと共に移動するアーマチュアボルトがアーマチュアガイドに設けられた貫通孔内で摺動自在に支持されている電磁アクチュエータを有する燃料噴射装置が記載されている。

特許文献１においては、電磁石と対向する位置に設けられたアーマチュアプレートと、該アーマチュアプレートと係合し、アーマチュアプレートと共に移動するアーマチュアボルトがアーマチュアガイドに設けられた貫通孔内で摺動自在に支持されるように構成された電磁アクチュエータを有する燃料噴射装置が記載されている。この燃料噴射装置において、電磁石への通電が開始されると、アーマチュアプレート及びアーマチュアボルトが引き上げられ、アーマチュアボルトの下側に設けられた開閉用オリフィス通路が開口される。さらに、開閉用オリフィス通路が開口されると、開閉用オリフィス通路と連通する圧力制御室の圧力が下がり、この圧力の低下により、噴射孔を塞いでいたノズルニードルが上昇し、燃料が燃料噴射孔から噴射される。一方、電磁石への通電が停止されると、アーマチュアプレートを吸引していた電磁力が減少し、消滅するので、アーマチュアボルトを電磁石の吸引方向と逆方向に付勢するスプリングにより、アーマチュアプレート及びアーマチュアボルトは電磁石側とは逆方向に移動し、開閉用オリフィス通路が閉止される。開閉用オリフィス通路が閉止されると、圧力制御室の圧力が上昇し、これにともなってノズルニードルが下降し噴射孔を塞ぎ、燃料噴射が停止される。

特開２０１９－５６３２０号公報

電磁石への通電が停止されると、通電電流が時間とともに減少し、これにともない電磁石とアーマチュアプレート間の電磁力も減少する。この際に、電磁石とアーマチュアプレート間の電磁力の減少速度に位置的な偏りが生じる場合がある。

図４は、従来品の燃料噴射装置において通電停止後における電磁アクチュエータの挙動を説明するための模式図である。図４の例は、右側に比べ左側で電磁力の減少速度が遅い場合を示す。この場合、電磁力の減少速度の遅いアーマチュアプレート１５０の左側は、右側に比べ降下が遅れ、図４に示すようにアーマチュアプレート１５０に傾きが生じる。

電磁石１４０への通電停止後における電磁力の減少速度の偏りは、例えば、電磁石１４０およびアーマチュアプレート１５０の吸引面上の部分ごとの磁気特性、特に、磁気ヒステリシス特性の違いによって発生する。材料の磁気ヒステリシスが大きい場合には、電流の減少に比べて磁束の減少速度が遅くなり、これにともなって電磁力の減少速度が遅くなる。

図４に示すようにアーマチュアプレート１５０に傾きが生じると、アーマチュアボルト１６０がアーマチュアガイド１７０に形成された貫通孔１７３の当該上部近傍と下部近傍において押し付けられ、アーマチュアボルト１６０には、横方向荷重Ｆ１とＦ２がそれぞれ作用する。アーマチュアボルト１６０が貫通孔１７３内で摺動する際、アーマチュアボルト１６０には横方向荷重Ｆ１、Ｆ２の大きさに応じた摺動抵抗が発生する。この摺動抵抗が大きいほど電磁石１４０への通電停止後から開閉用オリフィス通路１２５を閉止するまでの時間が長くなり、燃料噴射が停止されるまでの時間も長くなる。

また、アーマチュアプレート１５０は上下動を繰り返すことにより、電磁石１４０に対して回転移動する場合がある。アーマチュアプレート１５０の回転により、アーマチュアプレート１５０の吸引面と電磁石１４０の吸引面とは互いに回転方向で異なる部分で対向することになる。このことにより、アーマチュアプレート１５０と電磁石１４０との互いに対向する部分の磁気特性が変わり、両者間に働く電磁力の特性も変わる。

アーマチュアプレート１５０の回転の結果、例えば、図４の例に比べ電磁力の減少速度の差が小さくなれば、アーマチュアボルト１６０に生じる摺動抵抗が小さくなり、電磁石１４０への通電停止後から開閉用オリフィス通路１２５を閉止するまでの時間が短くなり、燃料噴射が停止されるまでの時間も短くなる。逆に図４の例に比べ電磁力の減少速度の差が大きくなれば、アーマチュアボルト１６０に生じる摺動抵抗が大きくなり、電磁石１４０への通電停止後から開閉用オリフィス通路１２５を閉止するまでの時間が長くなり、燃料噴射が停止されるまでの時間も長くなる。

このように、従来品の燃料噴射装置においては、電磁石１４０への通電停止後から開閉用オリフィス通路１２５を閉止するまでの時間および燃料噴射が停止されるまでの時間がばらつくおそれがある。このことは、燃料噴射毎に噴射される燃料の量がばらつくおそれがあるということである。これを図にまとめたのが、図５である。図５の（ａ）は、アーマチュアボルト１６０の挙動を示し、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示す挙動でアーマチュアボルト１６０が動作した際の、燃料噴射装置から噴射された燃料の流量Ｑ（単位時間当たりに噴射される燃料の量）の変遷を示している。尚、図５の（ａ）、（ｂ）において横軸は時間を示し、この例では、時刻ｔａで電磁石への通電を開始し、時刻ｔｂで電磁石への通電を停止している。図５の（ａ）において縦軸はアーマチュアボルト１６０の位置を示し、“ｃｌｏｓｅ”はアーマチュアボルト１６０により開閉用オリフィス通路１２５が閉止されていることを示す。“ｏｐｅｎ”はアーマチュアボルト１６０が最大リフト位置にあることを示す。アーマチュアボルト１６０が“ｃｌｏｓｅ”の位置から“ｏｐｅｎ”の位置に向かって上昇することにより開閉用オリフィス通路１２５は開口する。図５の（ｂ）において縦軸の“０”は燃料の流量Ｑがゼロ、すなわち燃料噴射が停止していることを示す。

線図Ａは、電磁石１４０への通電停止後から開閉用オリフィス通路１２５を閉止するまでの時間が最も短い場合を表し、線図Ｂは、電磁石１４０への通電停止後から開閉用オリフィス通路１２５を閉止するまでの時間が最も長い場合を表している。図５の（ａ）に記載のｔ１は開閉用オリフィス通路１２５を閉止する際の両線図間の時間差を示す。線図Ｃは、アーマチュアボルト１６０が線図Ａの挙動をした際の燃料の流量Ｑの変遷を示し、線図Ｄは、アーマチュアボルト１６０が線図Ｂの挙動をした際の燃料の流量Ｑの変遷を示す。図５の（ｂ）に記載のｔ２は燃料噴射を停止する際の両線図間の時間差を示す。

線図Ｃ、Ｄが示すように、従来品の燃料噴射装置においては、電磁石への通電停止後燃料噴射が停止するまでの時間がばらつく、すなわち、燃料噴射毎に噴射される噴射量がばらつくという課題があった。燃料噴射毎に噴射される噴射量のばらつきは排気ガスを抑制するための制御に影響するので、従来品の燃料噴射装置において、今後さらにきびしくなる排気ガス規制に対応するためには、燃料噴射毎に噴射される噴射量のばらつきを小さくすることが課題となっていた。

本願発明は燃料噴射毎に噴射される噴射量のばらつきを従来品に比べ小さく抑えることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本願発明のある観点によれば、一端側に吸引面を有する電磁石と、前記吸引面に対向するプレート面と、前記プレート面と逆側に延在するスリーブ部と、前記スリーブ部の端面に開口し前記プレート面側に延びる第１穴と、を有するアーマチュアプレートと、円筒形状に形成された外周面を有するガイド部と、前記ガイド部と同軸に形成された貫通孔とを有するアーマチュアガイドと、を備え、前記ガイド部が前記第１穴に挿入されており、前記アーマチュアプレートは前記ガイド部によって摺動自在に支持されている、燃料噴射装置が提供される。

本願発明によれば、燃料噴射毎に噴射される噴射量のばらつきを従来品に比べ小さく抑えることができる燃料噴射装置を提供することができる。

本願発明の実施形態に係る燃料噴射装置を示す断面図である。 図１のＥ部の拡大図である。 本願発明の実施形態に係る燃料噴射装置に使用される電磁アクチュエータの各部品を示す図である。 従来品の燃料噴射装置における通電停止後の電磁アクチュエータの挙動を説明するための模式図である。 従来品の燃料噴射装置における通電停止後から開閉用オリフィス通路１２５を閉止するまでの時間および燃料噴射が停止されるまでの時間のばらつきを表す図である。

本願発明を実施するための形態（以下、本実施形態という。）について具体例を示して説明する。ただし、本実施形態は本願発明の一態様を示すものであり、本願発明を限定するものではなく、本願発明の範囲内で任意に変更することが可能である。

＜ 燃料噴射装置の全体構成＞
以下では、本願発明が適用された燃料噴射装置１について説明する。具体的に、燃料噴射装置１は、図１に示すように、インジェクタハウジング２と、ノズルボディ３と、ノズルニードル４と、ノズルスプリング５と、ノズルナット６と、バルブピストン７と、バルブボディ８と、電磁アクチュエータ９と、インレット部１０等、を備える。

ノズルボディ３は、インジェクタハウジング２の先端部（図１の下端側）にノズルナット６により締結されている。インジェクタハウジング２およびノズルボディ３には、インレット部１０から導入される高圧燃料をノズルボディ３内部に形成された燃料溜まり室１７へ送る第１燃料通路１５、１６がそれぞれ形成されている。また、インジェクタハウジング２には、インレット部１０から導入される燃料を、後述する圧力制御室２０へ送る第２燃料通路２２が形成されている。インレット部１０は、図示しないコモンレールに接続され、当該コモンレールから高圧燃料がインレット部１０に導入される。

また、ノズルボディ３の先端部には燃料噴射孔１２が形成されている。この燃料噴射孔１２につながるシート部１３にノズルニードル４の先端部が着座（シート）することにより燃料噴射孔１２が閉鎖される一方、ノズルニードル４の先端部がシート部１３から離間（リフト）することにより燃料噴射孔１２が開口される。これによって燃料の噴射開始、停止が可能となっている。

また、インジェクタハウジング２内には、その中心軸を中心としたスプリング室１８が形成され、当該スプリング室１８にノズルスプリング５が配置される。ノズルスプリング５は、ノズルニードル４をシート部１３側の方向へ付勢する。

バルブピストン７は、インジェクタハウジング２に形成された孔３０内に挿入される。また、バルブピストン７は、燃料噴射孔１２側の下部３１がノズルニードル４の上方部に位置するように配置され、他方の上部３２側がバルブボディ８に形成された摺動孔３４内に摺動可能に挿入される。

バルブボディ８には、バルブピストン７の頂部３３が位置する部位に、圧力制御室２０が形成されている。つまり、圧力制御室２０は、バルブピストン７の頂部３３が下方側（燃料噴射孔１２側）から上方側に向けて臨むように形成される。また、圧力制御室２０は、バルブボディ８に形成された導入側オリフィス通路２４に連通している。この導入側オリフィス通路２４は、バルブボディ８とインジェクタハウジング２との間にバルブボディ８の周方向で環状に形成された圧力導入室２３を介して第２燃料通路２２に連通されている。つまり、インレット部１０に導入された高圧燃料が、第２燃料通路２２、圧力導入室２３、導入側オリフィス通路２４を順に流れて圧力制御室２０に供給される。

圧力制御室２０内の圧力はバルブピストン７を介してノズルニードル４を下向きに押し、燃料溜まり室１７内の圧力はノズルニードル４を上向きに押すように構成されている。

圧力制御室２０は、高圧燃料を低圧側に排出するための開閉用オリフィス通路２５にも連通している。開閉用オリフィス通路２５は、後述する電磁アクチュエータ９によって開閉される。開閉用オリフィス通路２５が閉止されている時、圧力制御室２０内の圧力は、インレット部１０に導入された高圧燃料の圧力となる。

一方、開閉用オリフィス通路２５が開口されると、圧力制御室２０内の高圧燃料が開閉用オリフィス通路２５を通って低圧側に流出し、圧力制御室２０内の圧力は開口前に比べ降下する。これは、開閉用オリフィス通路２５の流路断面積が導入側オリフィス通路２４の流路断面積よりも大きく形成されているので、開閉用オリフィス通路２５が開口された際に開閉用オリフィス通路２５を通って圧力制御室２０から流出する燃料よりも導入側オリフィス通路２４を通って圧力制御室２０に流入する燃料が少なくなるためである。

開閉用オリフィス通路２５が閉止されている時、ノズルニードル４に作用する圧力制御室２０内の圧力による力とノズルスプリング５の付勢力とを加えた下向きの力が燃料溜まり室１７内の圧力による上向きの力よりも大きくなり、ノズルニードル４は下向きに押され、燃料噴射孔１２を閉鎖する。このため、燃料噴射装置１から燃料が噴射されない状態となる。

一方、開閉用オリフィス通路２５が開口された際には、ノズルニードル４に作用する圧力制御室２０内の圧力による力とノズルスプリング５の付勢力とを加えた下向きの力が燃料溜まり室１７内の圧力による上向きの力よりも小さくなり、ノズルニードル４は上向きに押され、燃料噴射孔１２が開口される。このため、燃料噴射装置１から燃料が噴射される状態となる。

＜電磁アクチュエータ＞
図１に示すように、インジェクタハウジング２の上端部には、電磁アクチュエータ９が収容されている。図２は、図１におけるＥ部の拡大図である。また、図２に示すように、電磁アクチュエータ９は、電磁石４０と、アーマチュアプレート５０と、アーマチュアプレート５０に係合するアーマチュアボルト６０と、アーマチュアボルト６０が挿通されるアーマチュアガイド７０と、アーマチュアボルト６０に対して圧力制御室２０側に付勢力を与えるスプリング８０等、を備える。

電磁石４０は、円筒形状に形成された磁性体からなるコア４１と、コア４１の内部に配置されたコイル４２とを有する。コイル４２は電気コネクタ（図示せず）と電気的に接続されている。電磁石４０の一方の端面には吸引面４３が形成されている。電気制御回路（図示せず）から電気コネクタを介してコイル４２が通電されると、電磁石４０は電磁力を発生して吸引面４３と対向する位置に設けられたアーマチュアプレート５０を吸引する。電磁石４０は、燃料タンク（図示せず）に燃料を還流する燃料還流路８６が形成されたホルダ８５と電磁石ハウジング８７で一体化され、ナット８８によりインジェクタハウジング２との接合部分に締結されている。

図３は電磁アクチュエータの各部品を示す図であり、アーマチュアプレート５０、アーマチュアボルト６０、アーマチュアガイド７０およびボール８１について示す。アーマチュアガイド７０は、円筒形状に形成された外周面を有するガイド部７１と、ガイド部７１の下方において径方向外側に延び外縁部７５が円形状に形成されたフランジ部７２と、を備える。また、アーマチュアガイド７０は、上下方向に貫通する貫通孔７３を有する。これらガイド部７１、貫通孔７３およびフランジ部７２の外縁部７５の中心軸は同一の軸７４となるように形成されている。

インジェクタハウジング２内に設けられた内周面にフランジ部７２が挿入され、フランジ部７２がバルブボディ８とナット８２に挟み込まれることにより、アーマチュアガイド７０はインジェクタハウジング２に固定される。フランジ部７２の外縁部７５がインジェクタハウジング２内に設けられた内周面に隙間嵌めされるように、外縁部７５とインジェクタハウジング２内に設けられた内周面との寸法が決定されてもよい。

アーマチュアプレート５０は、電磁石４０の吸引面４３に対向するプレート面５１を有するプレート部５２とプレート面５１と逆側に延在するスリーブ部５３と、スリーブ部５３の端面５４に開口しプレート面５１側に延びる第１穴５５と、プレート面５１に開口し第１穴５５と連通する第２穴５６とを有する。アーマチュアガイド７０のガイド部７１が第１穴５５に挿入された際に、第１穴５５はガイド部７１と摺動するように形成されている。第１穴５５にアーマチュアガイド７０のガイド部７１が挿入されることにより、アーマチュアプレート５０はガイド部７１によって摺動自在に支持される。尚、アーマチュアプレート５０において、少なくともプレート面５１を有するプレート部５２は磁性体で形成されている。

アーマチュアボルト６０はアーマチュアガイド７０に設けられた貫通孔７３およびアーマチュアプレート５０の第２穴５６に挿入されている。アーマチュアボルト６０は貫通孔７３内で摺動する部分であるボルト軸本体６１と、アーマチュアボルト６０の一端側に設けられたヘッド部６２と、ヘッド部６２とボルト軸本体６１との間に設けられヘッド部６２およびボルト軸本体６１よりも径が細い首部６３と、アーマチュアボルト６０の他端側に設けられた弁制御部６４とを有する。弁制御部６４の端部には球面状の凹部６５が設けられている。当該凹部６５にボール８１が保持される。ボール８１により開閉用オリフィス通路２５は開閉される。アーマチュアボルト６０はアーマチュアガイド７０の貫通孔７３内で摺動自在に支持される。

アーマチュアボルト６０のヘッド部６２側はアーマチュアプレート５０の第２穴５６からアーマチュアプレート５０の外部に突出するように配置されている。アーマチュアボルト６０の首部６３には、アーマチュアボルト６０のヘッド部６２とアーマチュアプレート５０によって挟まれるようにＣリング８３が取り付けられている。また、アーマチュアプレート５０をＣリング８３に押しつけるアーマチュアスプリング８４が、アーマチュアプレート５０とアーマチュアガイド７０との間に設けられている。

＜ 燃料噴射装置の作動＞
以下、本実施例に係る燃料噴射装置１の作動について述べる。

電磁アクチュエータ９の電磁石４０が通電されると、電磁石４０の電磁力によりアーマチュアプレート５０が引き上げられ、これにともなってアーマチュアボルト６０も引き上げられる。アーマチュアボルト６０の移動により、開閉用オリフィス通路２５が開口される。さらに、開閉用オリフィス通路２５が開口されると、圧力制御室２０内の圧力が下がり、燃料噴射孔１２を塞いでいたノズルニードル４が上昇し、燃料が燃料噴射孔１２から噴射される。

電磁石４０が通電から非通電に切り替えられると、コイル４２に流れる電流が時間とともに減少し、これにともない電磁石４０とアーマチュアプレート５０間の電磁力も減少する。アーマチュアプレート５０はアーマチュアボルト６０を介したスプリング８０の付勢力により押され、下方に移動する。この下方に移動する際に、電磁石４０とアーマチュアプレート５０間の電磁力の減少速度に部分的な偏りが生じていても、アーマチュアプレート５０はアーマチュアガイド７０のガイド部７１によって摺動自在に支持されているので、従来品の燃料噴射装置に比べ、アーマチュアプレート５０の傾きは小さくなる。この結果アーマチュアボルトに作用する横荷重が小さくなり、摺動抵抗も小さくなる。したがって、本実施形態の燃料噴射装置１によれば、電磁石４０が通電から非通電に切り替えられた後、アーマチュアボルト６０が開閉用オリフィス通路２５を閉止するまでの時間のばらつき（図５のｔ１参照）を小さく抑えることができ、燃料噴射が停止するまでの時間のばらつき（図５のｔ２参照）も小さく抑えることができる。

以上のように、本実施形態の燃料噴射装置１によれば、通電から非通電に切り替えられた後の燃料噴射が停止するまでの時間のばらつきを小さく抑えることができるので、燃料噴射毎に噴射される燃料の量がばらつきを小さく抑えることができる。

１ 燃料噴射装置、２ インジェクタハウジング、３ ノズルボディ、４ ノズルニードル、５ ノズルスプリング、６ ノズルナット、７ バルブピストン、８ バルブボディ、９ 電磁アクチュエータ、１０ インレット部、１２ 燃料噴射孔、１３ シート部、１５ １６ 第１燃料通路、１７ 燃料溜まり室、１８ スプリング室、２０、圧力制御室、２２ 第２燃料通路、２３ 圧力導入室、２４ 導入側オリフィス通路、２５ 開閉用オリフィス通路、２６ 低圧室、３０ 孔、３１ 下部、３２ 上部、３３ 頂部、３４ 摺動孔、４０ 電磁石、４１ コア、４２ コイル、４３ 吸引面、５０ アーマチュアプレート、５１ プレート面、５２ プレート部、５３ スリーブ部、５４ 端部、５５ 第１穴、５６ 第２穴、６０ アーマチュアボルト、６１ ボルト軸本体、６２ ヘッド部、６３ 首部、６４ 圧力制御部、６５ 凹部、７０ アーマチュアガイド、７１ ガイド部、７２ フランジ部、７３ 貫通孔、７４ 中心軸、７５ 外縁部、８０ スプリング、８１ ボール、８２ ナット、８３ Ｃリング、８４ アーマチュアスプリング、８５ ホルダ、８６ 燃料還流路、８７ 電磁石ハウジング、８８ ナット、１２５開閉用オリフィス通路、１５０ アーマチュアプレート、１６０ アーマチュアボルト、１７０ アーマチュアガイド、１７３ 貫通孔

Claims (2)

1. 一端側に吸引面（４３）を有する電磁石（４０）と、
   前記吸引面（４３）に対向するプレート面（５１）と、前記プレート面（５１）と逆側に延在するスリーブ部（５３）と、前記スリーブ部（５３）の端面（５４）に開口し前記プレート面（５１）側に延びる第１穴（５５）と、を有するアーマチュアプレート（５０）と、
   円筒形状に形成された外周面を有するガイド部（７１）と、前記ガイド部（７１）と同軸に形成された貫通孔（７３）とを有するアーマチュアガイド（７０）と、
   を備え、
   前記ガイド部（７１）が前記第１穴（５５）に挿入されており、前記アーマチュアプレート（５０）は前記ガイド部（７１）によって摺動自在に支持されている、
   燃料噴射装置。
2. 前記アーマチュアプレート（５０）と係合するアーマチュアボルト（３０）が前記貫通孔（７３）内で摺動自在に支持されている、
   請求項１に記載の燃料噴射装置。
   
   

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