JP3329945B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の燃料噴射装置
に関し、特に、電磁作用により圧縮天然ガス（ Compres
sed Natural Gas ；以下、「ＣＮＧ」という）等の燃料
の噴射を制御する燃料噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＮＧを燃料とする内燃機関で用いられ
る燃料噴射装置としては種々あるが、いわゆる電磁制御
式のものが広く用いられている。電磁制御式燃料噴射装
置は、一般に、管状の本体内のプランジャを電磁コイル
の電磁作用により往復動させることで、弁を開閉して燃
料の噴射を制御する構成となっている。

【０００３】従来の電磁制御式燃料噴射装置としては、
実開昭５９−１８６４７２号公報がある。ここでは、電
磁コイルは環状ないしは円筒形に構成されており、プラ
ンジャはその内側に配置されている。また、電磁コイル
とプランジャとの間に配置された円筒形のガイドは非磁
性体から構成され、プランジャはこのガイドの内面、即
ち案内面に沿って摺動される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような燃料噴
射装置において、燃料制御の応答性を向上させるために
は、プランジャを高速で移動させるのが好ましい。ま
た、マルチポイント方式では、１本の燃料噴射装置で全
ての流量レンジをカバーするために、プランジャのスト
ロークを大きくすることがある。

【０００５】プランジャを高速で移動させる場合や、プ
ランジャのストロークを大きくする場合、電磁コイルが
励磁された時のプランジャの吸引力を高める必要があ
る。この吸引力を高めるためには、励磁時のプランジャ
を通過する磁束密度を高めればよい。従来その手段とし
ては、電磁コイルが発生させる起磁力自体を、電磁コイ
ルのコイル巻数を増やしたり、昇圧ドライバ等の特殊な
駆動回路を設けて増加させたりしていた。

【０００６】しかしながら、コイル巻数を増やす方法で
は、インダクタンスの増加により応答性が悪化するとい
う問題点があった。一方、昇圧ドライバ等の特殊な駆動
回路には、駆動回路自体が高価であるという問題があ
る。

【０００７】そこで、本発明の目的は、電磁コイルのコ
イル巻数を増加させることで応答性を損なったり、高価
な駆動回路を用いたりせず、高速で或は大ストロークで
プランジャを作動させることのできる燃料噴射装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による燃料噴射装置おいては、燃料噴射用の
弁を有する管状の本体と、この本体内に設けられた電磁
コイルと、電磁コイルの内側に同軸に配置されており、
電磁コイルへの通電を制御することにより軸線方向に往
復動して前記弁を開閉するプランジャと、プランジャを
案内するために電磁コイル及びプランジャの間に配置さ
れた、磁性材料から成るガイドとを備えることを特徴と
している。

【０００９】また、上記構成の燃料噴射装置において、
ガイドの案内面若しくはこの案内面に接するプランジャ
の面のいずれか一方又はその両方に、摩擦係数が小さい
材料、例えばフッ素樹脂から成る被膜を形成するのが好
適である。

【００１０】更に、請求項４に記載したように、電磁コ
イルの励磁によるプランジャの移動を、プランジャの端
面に接することで規制する規制部材をプランジャに対向
して配置した場合、この規制部材を磁性材料から作り、
プランジャに向かって先細り形状とするのが好適であ
る。

【００１１】

【作用】本発明による燃料噴射装置おいては、電磁コイ
ルへの通電を制御すると、プランジャは軸線方向に往復
動して弁を開閉する。このプランジャを案内するための
ガイドは電磁コイルとプランジャとの間に配置され、磁
性材料から作られている。このため、電磁コイルとプラ
ンジャとの間のサイドエアギャップは、実質的に縮小さ
れる。つまり、ガイドが磁性材料から構成されているた
め、磁気抵抗の小さい磁気回路を構成でき、プランジャ
を通過する磁束密度を増加させることができる。

【００１２】また、プランジャがガイドの案内面に接し
て摺動するが、ガイドの案内面若しくは該案内面に接す
る前記プランジャの面のいずれか一方又はその両方に、
フッ素樹脂等から成る被膜を設けることで、プランジャ
の動作が円滑化される。

【００１３】更に、請求項４に記載したように、規制部
材を先細り形状とした場合、プランジャを通過する磁束
密度を高めて、プランジャに作用する吸引力を増加さ
せ、電磁コイルの起磁力を有効に利用することができ
る。

【００１４】

【実施例】以下、図面に沿って本発明による燃料噴射装
置の好適な実施例について詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明によるＣＮＧ用の燃料噴射
装置１０の一実施例を示している。図１において、符号
１２は、燃料噴射装置１０の管状の本体を示し、この本
体１２は、管状のハウジング１４と、ハウジング１４の
一端側（以下、この側を「前」側とする）に同軸に取り
付けられたノズルヘッド１６と、ハウジング１４の他端
側（以下、この側を「後」側とする）に同軸に取り付け
られた燃料導入管１８とから構成されている。

【００１６】ハウジング１４は磁性材料から成り、その
前後方向における中央部は、内管部分２０及び外管部分
２２から成る２重管構造となっている。内管部分２０と
外管部分２２との間には、後方に開放する環状空間が形
成されており、この環状空間に環状の電磁コイル２４が
装着されている。

【００１７】燃料導入管１８は、ＣＮＧタンク（図示し
ない）からの配管（図示しない）に接続され、ＣＮＧタ
ンクからのＣＮＧをハウジング１４内に導入するための
ものであり、ハウジング１４と同様に、磁性材料から作
られている。燃料導入管１８の外周面にはフランジ２６
が一体的に形成されている。図示の如く、燃料導入管１
８をハウジング１４に組み付けた状態においては、フラ
ンジ２６の前面は、ハウジング１４内に装着された電磁
コイル２４の後端部に接し、燃料導入管１８の前端部の
外周面は電磁コイル２４の内周面に接する。また、燃料
導入管１８の前端面とハウジング１４の内管部分２０の
後端面との間には一定の間隔が設けられている。更に、
燃料導入管１８の前端部１９は、前方ほど径が小さくな
るように、テーパが付けられている。なお、図示実施例
では、燃料導入管１８のフランジ２６に設けられた穴２
８を通してリード線３０が電磁コイル２４に接続されて
いる。

【００１８】ハウジング１４の前端部に取り付けられて
いるノズルヘッド１６は、燃料導入管１８からハウジン
グ１４内に導入されたＣＮＧを外部（実際には、当該燃
料噴射装置が取り付けられる内燃機関のインテークマニ
ホールド等の内部）に噴射させるためのものであり、そ
の中心部には燃料噴射ノズル穴としての貫通孔３２が形
成されている。

【００１９】ハウジング１４の内部空間３４、より詳細
には、ハウジング１４の内管部分２０、ノズルヘッド１
６及び燃料導入管１８により囲まれる空間３４には、磁
性材料から成るプランジャ３６が配置されている。この
プランジャ３６は、ハウジング１４の内管部分２０をガ
イドとして、前後方向に摺動可能となっている。

【００２０】また、図２に明示するように、ハウジング
１４の内管部分２０の内周面（案内面）３８及びこの内
周面３８に摺動可能に接するプランジャ３６の外周面４
０には、それぞれ、摩擦係数の小さな材料から成る被膜
４２，４４が全周にわたり設けられている。この被膜４
２，４４の材料としては、耐摩耗性にすぐれ、摩擦係数
が小さい非粘着性のフッ素樹脂が好ましい。

【００２１】プランジャ３６の内部には燃料孔４６が形
成されている。この燃料孔４６はプランジャ３６の後端
面の中心から中心軸線に沿って延びており、プランジャ
３６の前端面に近い或る一点から外方に延びる４つの斜
孔４８によって、ハウジング１４の前側の内部空間３４
に通じている。従って、燃料導入管１８により導入され
たＣＮＧは、プランジャ３６の燃料孔４６及び斜孔４８
を経てハウジング１４の前側の内部空間３４に導かれる
こととなる。

【００２２】プランジャ３６と燃料導入管１８との間に
は圧縮ばね５０が配置されており、この圧縮ばね５０の
ばね力によりプランジャ３６は前方、即ちノズルヘッド
１６側に常時押圧されている。プランジャ３６の前端面
には弁体５２が固着されており、この弁体５２に対向す
るノズルヘッド１６の後端面５４は弁座として機能する
ようになっている。従って、圧縮ばね５０のばね力によ
りプランジャ３６が前方に移動されると、弁体５２は弁
座５４に密着し、弁体５２及び弁座５４から成る燃料噴
射用弁を閉鎖する。

【００２３】一方、プランジャ３６は、電磁コイル２４
が励磁されると、電磁作用により圧縮ばね５０のばね力
に抗して後方に移動されるようになっている。プランジ
ャ３６のこの後方移動により、弁は開放され、ノズルヘ
ッド１６の貫通孔３２はハウジング１４の内部空間３４
に連通される。プランジャ３６の後方移動は、規制部材
としても機能する燃料導入管１８の前端面により規制さ
れる。なお、プランジャ３６との直接接触を防止して接
触時の衝撃を緩和するために、燃料導入管１８の前端面
にはゴム製の緩衝部材５６が取り付けられている。

【００２４】上記構成において、ＣＮＧタンク（図示し
ない）から燃料導入管１８の後端部に供給されたＣＮＧ
は、燃料導入管１８内に設けられたストレーナ５８を通
過して濾過された後、ハウジング１４内に導かれる。ハ
ウジング１４内に導入されたＣＮＧは、更にプランジャ
３６の燃料孔４６から斜孔４８を通過し、ノズルヘッド
１６側の内部空間３４に導かれる。

【００２５】ここで、電磁コイル２４が非励磁状態にあ
る場合、プランジャ３６は圧縮ばね５０によりノズルヘ
ッド１６側に押圧され、弁体５２は弁座５４であるノズ
ルヘッド１６の後端面に密着する。この時、ＣＮＧがノ
ズルヘッド１６の貫通孔３２から噴射されることはな
い。

【００２６】一方、電磁コイル２４に通電してこれを励
磁すると、プランジャ３６は圧縮ばね５０のばね力に抗
して後方に移動し、弁体５２はノズルヘッド１６から分
離するため、ＣＮＧはハウジング１４の内部空間３４か
らノズルヘッド１６の貫通孔３２を通って外部に噴射さ
れる。

【００２７】この実施例においては、プランジャ３６の
ガイドとなるハウジング１４の内管部分２０が磁性材料
から構成されているため、プランジャ３６と電磁コイル
２４との間のサイドエアギャップは大幅に縮小され、実
質的にフッ素樹脂製の被膜４２，４４の厚さのみとなっ
ている。その結果、電磁コイル２４、内管部分２０、プ
ランジャ３６及び燃料導入管１８により構成される磁気
回路における磁気抵抗が小さくなるので、電磁コイル２
４を励磁すると、強いプランジャ吸引力が発生する。従
って、プランジャ３６を高速で移動させる場合やプラン
ジャ３６のストロークが大きい場合に、特殊な駆動回路
を使用せずとも或はコイル巻数を増やさなくとも、所望
の吸引力を得ることができる。

【００２８】また、摩擦係数の小さな被膜４２，４４の
存在により、プランジャ３６は内管部分２０内で円滑に
動作する。また、被膜４２，４４の材料としてフッ素樹
脂を用いた場合、耐摩耗性や非粘着性等の特性に優れて
いるため、プランジャ３６の往復動による摩耗やプラン
ジャ３６と内管部分２０との間のはり付きが防止され
る。

【００２９】前述したように、図１で示される電磁コイ
ル２４による磁気回路は、外管部分２２（ハウジング１
４の一部分）と燃料噴射管１８（規制部材）とプランジ
ャ３６と内管部分２０（ハウジングの一部分）とから構
成され、磁束はこれらの部品をこの順で通る。この磁気
回路で電磁コイル２４が励磁されると、燃料導入管１８
の前端面とプランジャ３６の後端面が互いに引合うこと
になる。このとき、燃料導入管１８の前端面を通過した
磁束はすべてプランジャ３６の後端面へ導かれることが
望ましいが、燃料導入管１８の前端部１９が先細り形状
ではないとすると、その磁束の一部は直接内管部分２０
へと導かれる。なぜなら、この内管部分２０へ導かれた
磁束は、プランジャ３６の後端面を貫通しないため、プ
ランジャ３６の後端面を燃料導入管１８の前端面へ吸引
することができないからである。このため、この実施例
では、電磁コイル２４に接する燃料導入管１８の前端部
１９を先細り形状とし、内管部分２０に導かれる磁束を
減少させ、プランジャ３６の後端面へ導かれる磁束を増
加させるものである。これによって、プランジャ３６の
吸引力が強められて、電磁コイル２４の起磁力を有効に
利用することができる。

【００３０】なお、内管部分２０の後端部７０も同様に
先細り形状にされている。すなわち内管部材２０の後端
部にテーパが設けられている。これによって、内管部分
２０に導かれる磁束が減少され、プランジャ３６の後端
面へ導かれる磁束が増加されることにより、プランジャ
３６の吸引力が強化される。

【００３１】以上、本発明の好適な実施例について詳細
に説明したが、本発明は上記実施例に限られるものでな
いことはいうまでもない。例えば、上記実施例では、磁
性材料製のハウジング１４の内管部分２０がプランジャ
３６のガイドとなっているが、図３に示す燃料噴射装置
１０′のように、プランジャ３６のガイド６０をハウジ
ング１４′とは別個に設け、これを電磁コイル２４とプ
ランジャ３６との間に配置することとしてもよい。これ
によって、ガイド６０に対してテフロン処理等の表面処
理を容易に施すことができ、ガイド６０自体の加工も容
易になる。

【００３２】また、上記実施例では、非磁性材料から成
る被膜４２，４４をハウジング１４の内管部分２０とプ
ランジャ３６の両方に形成することとしているが、その
いずれか一方でもよい。

【００３３】更に、上記の燃料噴射装置１０，１０′は
ＣＮＧ用のものであるが、本発明はガソリン等の液体燃
料又は液化天然ガス（ＬＰＧ）にも適用可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、プ
ランジャのガイドを磁性材料とすることにより、電磁コ
イルとプランジャとの間のサイドエアギャップが実質的
に縮小される。従来のように非磁性材料から成るガイド
を用いた場合に比して、ガイドを磁性材料とすること
で、磁気抵抗を小さくできる。従って、昇圧ドライバ等
の高価な駆動回路を用いたり、電磁コイルのコイル巻数
を増やしたりせずとも、プランジャを高速で或は大スト
ロークで作動させることが可能となる。これは、マルチ
ポイント方式等において噴射燃料の流量を増加させるべ
くプランジャのストロークを大きくしたい場合に、特に
有効となる。

【００３５】また、電磁コイルのコイル巻数を増やす必
要がないことは、インダクタンスの維持又は低減を可能
とし、よって応答性の低下が防止される。

【００３６】更に、ガイドとプランジャとの間に、フッ
素樹脂等の小摩擦係数の材料から成る被膜を設けた場合
には、ガイド内でのプランジャの摺動が円滑化され、両
者間のはり付き等も防止できる。

【００３７】また、プランジャに対向配置された規制部
材の先端を先細り形状とすることで、プランジャを通過
する磁束密度が高められ、プランジャに作用する吸引力
が増加され、電磁コイルの起磁力を有効に利用すること
ができる。これによっても燃料噴射装置の応答性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃料噴射装置の一実施例を示す図
であって、本体の軸線に沿った断面図である。

【図２】図１に示す燃料噴射装置のプランジャの周囲を
拡大して示す断面部分図である。

【図３】本発明による燃料噴射装置の変形例を示す図１
と同様な断面図である。

【符号の説明】

１０，１０′…燃料噴射装置、１２…本体、１４，１
４′…ハウジング、１６…ノズルヘッド、１８…燃料導
入管（規制部材）、１９…テーパが付けられた前端部、
２０…内管部分（ガイド）、２２…外管部分、２４…電
磁コイル、３２…貫通孔、３４…内部空間、３６…プラ
ンジャ、３８…内管部分の内周面（案内面）、４０…プ
ランジャの外周面、４２，４４…被膜、４６…燃料孔、
４８…斜孔、５０…圧縮ばね、５２…弁体、５４…弁
座、６０…ガイド、７０…テーパーが付けられた後端
部。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 21/02 F02M 51/06

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料噴射用の弁を有する管状の本体と、 前記本体内に設けられた電磁コイルと、 前記電磁コイルの内側に同軸に配置されており、前記電
   磁コイルへの通電を制御することにより軸線方向に往復
   動して前記弁を開閉するプランジャと、 前記プランジャを案内するために前記電磁コイル及び前
   記プランジャの間に配置された、磁性材料から成るガイ
   ドと、前記電磁コイルへの通電による前記プランジャの移動を
   該プランジャの端面に接することで規制するよう、前記
   ガイドに対向して配置された、磁性材料から成る規制部
   材と、を備え、 前記電磁コイルによって生成された磁束の前記ガイドに
   導かれる量を減少させるよう、前記規制部材および前記
   ガイドは互いに向かって先細り形状となっている、 燃料
   噴射装置。
2. 【請求項２】前記ガイドの案内面若しくは該案内面に接
   する前記プランジャの面のいずれか一方又はその両方
   に、摩擦係数が小さい材料から成る被膜を形成した、請
   求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 【請求項３】前記被膜はフッ素樹脂から成る、請求項２
   に記載の燃料噴射装置。