JP3633885B2

JP3633885B2 - 電磁弁装置およびそれを用いた燃料噴射装置

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Publication number: JP3633885B2
Application number: JP2001171090A
Authority: JP
Inventors: 耕一大畑; 哲也鳥谷尾; 千太東條
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: CN1208547C; DE10140789A1; JP2002139168A; CN1339654A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁弁装置およびそれを用いた燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁弁装置では、流体が流通する開口部は電磁力により駆動される弁部材によって開閉されている。例えば、コイルに通電されることにより開口部が開放される電磁弁装置の場合、コイルへの非通電時、弁部材は例えばスプリングなどの付勢手段により開口部を閉塞する方向に付勢され、弁座部に着座し開口部を閉塞している。一方、コイルに通電されると、コイルが内包されている固定コアに発生した電磁吸引力により可動部材が吸引され、この可動部材とともに移動する弁部材は開口部を開放する。弁部材は、可動部材と対向して配置されている固定部材に案内されて移動する。
【０００３】
上記の構成の電磁弁装置の場合、開口部を閉塞するときすなわち弁部材が弁座部に着座するとき、付勢手段の付勢力により弁部材は開口部が形成されている弁座部材に打ち付けられる。このとき、弁部材は弁座部に短時間で非常に高速に打ち付けられるため、その衝撃で弁部材は弁座部との間でバウンドを発生する。弁部材がバウンドすると、開口部はバウンドの回数に応じて開口する。したがって、例えばコモンレール式の燃料噴射装置に用いられる電磁弁装置において弁部材がバウンドすると、噴孔を開閉するバルブニードルを噴孔閉塞方向へ付勢している圧力制御室の内部の燃料圧力が低下する。その結果、所定時期以外に燃料が噴射されるおそれがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
弁部材のバウンドを低減するための技術として特開平９−１６６０６３号公報に開示されている燃料噴射装置用電磁計量弁が公知である。特開平９−１６６０６３号公報に開示されている燃料噴射装置用電磁計量弁によると、可動部を２つの部材により構成することにより、可動部の質量を低減し、弁部材と開口部が形成されている弁座部材とが衝突する際に発生するバウンドの低減を図っている。
【０００５】
しかしながら、可動部を２つの部材で構成すると、電磁弁装置の構造が複雑になり、体格が大きくなるという問題がある。
一方、バウンドの低減を図るために可動部材と固定部材との間に存在する流体の抗力を利用することが考えられる。可動部材と固定部材との間の距離を小さくするにしたがって、抗力が大きくなりバウンドを低減することができる。しかし、バウンドの低減を図るために可動部材と固定部材との間の距離を極めて小さくすると、可動部材と固定部材との間に存在する流体の吸着力により、可動部材の移動が阻害される。そのため、コイルに通電が開始されてから可動部材および弁部材が移動を開始するまでに遅れが生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、弁部材の移動遅れが生じることなく弁部材のバウンドの発生を低減する電磁弁装置およびそれを用いた燃料噴射装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、可動部材の固定部材側の面と固定部材の可動部材側の面との間の距離の寸法管理が容易な電磁弁装置およびそれを用いた燃料噴射装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、固定コアと可動部材との間に発生する磁気吸引力が大きな電磁弁装置およびそれを用いた燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１から７のいずれか一項記載の電磁弁装置によると、弁部材が開口部を閉塞しているとき、すなわち弁閉時における可動部材の固定部材側の面と固定部材の可動部材側の面との間の距離Ｄは、下限値および上限値が設定されている。下限値は、可動部材と固定部材との間に存在する流体の吸着力により可動部材の移動が阻害されない距離に設定されている。すなわち、流体の吸着力により、コイルに通電が開始されてから可動部材および弁部材が移動を開始するまでに遅れが生じない距離に設定されている。
また、上限値は、可動部材と固定部材との間に存在する流体により固定コア方向へ抗力が発生する距離に設定されている。流体の抗力により可動部材の移動方向とは逆方向すなわち固定コア方向への力が生じ、可動部材と固定部材とが衝突する直前の可動部材の固定部材方向への移動速度が低減される。可動部材の移動速度が低減されることにより、弁部材が弁座部に着座するときに発生する衝撃を低減できる。そのため、弁部材とともに可動部材が固定部材との間で生じるバウンドを低減することができる。
【００１０】
また、本発明の請求項１記載の電磁弁装置によると、固定部材は弁部材の軸方向の長さが異なる第１固定部材および第２固定部材を有している。そのため、製造時の公差により弁部材の軸方向の長さに分布がある第１固定部材と第２固定部材とを組み合わせることにより寸法管理をすることができる。
【００１１】
本発明の請求項２記載の電磁弁装置によると、距離Ｄは第１固定部材と第２固定部材とを組み合わせることにより上限値から下限値までの間に設定される。第１固定部材および第２固定部材は製造時の公差により弁部材の軸方向の長さに分布がある。そのため、当接部材および軸部材を適当に組み合わせることにより、距離Ｄを容易に確保することができる。
【００１２】
本発明の請求項３または５記載の電磁弁装置によると、固定部材は所定値以上の降伏点を有する材料から形成されている。固定部材の降伏点を所定値以上とすることにより、固定部材の塑性変形が低減される。そのため、固定部材を大きな力で組み付けることができる。その結果、固定部材の弾性力により周囲の部材を押圧することができ、固定部材の周囲におけるシール性を高めることができる。
また、本発明の請求項３記載の電磁弁装置によると、固定部材は非磁性体材料からなる非磁性部を有している。そのため、固定コアおよび可動部材に構成される磁気回路から固定部材への磁束の漏れを防止でき、固定コアと可動部材との間に発生する磁気吸引力を増大することができる。
【００１３】
本発明の請求項４記載の電磁弁装置によると、非磁性部は固定部材の固定コア側の端部に配設されている。固定コアおよび可動部材に構成される磁気回路の磁束は、主に固定部材の可動部材側の端部に漏れる。そのため、固定部材の可動部材側の端部に非磁性部を配設することにより、固定部材の全体を非磁性部材として形成することなく磁束の漏れを防止することができる。
【００１４】
本発明の請求項５記載の電磁弁装置によると、固定部材は非磁性材料から形成されている。そのため、固定コアおよび可動部材に構成される磁気回路から固定部材への磁束の漏れを防止でき、固定コアと可動部材との間に発生する磁気吸引力を増大することができる。
【００１７】
本発明の請求項６記載の電磁弁装置によると、固定コアの内側磁極面の面積は外側磁極面の面積と同一または大きくなるように設定されている。そのため、内周側磁極面から出た磁束は外側磁極面で絞り込まれる。その結果、磁気吸引力を増大することができる。
本発明の請求項８記載の電磁弁装置によると、可動部材と弁部材とを一体に形成することにより、可動部材と弁部材との接合部における溶接あるいは接合のための別部材が不要となる。そのため、弁部材を軽量化することができ、固定コアと弁部材との間に発生する電磁吸引力を小さくすることができる。そのため、固定コアやコイルを小型化でき、かつコイルで消費される電力を低減することができる。
本発明の請求項９記載の電磁弁装置によると、可動部材には中心部から外周部方向へスリット部が形成されている。そのため、可動部材と固定部材との間に挟み込まれる不要な流体を容易に排出することができる。また、スリット部を形成することにより、磁気吸引力によってアーマチャにうず電流が発生することを防止できる。したがって、固定コアと可動部材との間に発生する磁気吸引力を増大することができる。
本発明の請求項１０記載の電磁弁装置によると、可動部材には貫通孔が形成されている。そのため、可動部材と固定部材との間に挟み込まれる不要な流体を容易に排出することができる。また、貫通孔は固定コアの内側磁極面と外側磁極面との間に対応する位置に形成されている。すなわち、貫通孔は可動部材において磁気回路が形成されない部位に形成されている。そのため、可動部材の磁極面積が減少することなく、固定コアと可動部材との間に発生する磁気吸引力を増大することができる。
本発明の請求項１１または１２記載の燃料噴射装置によると、請求項１から１０のいずれか一項記載の電磁弁装置を備えている。そのため、例えばコモンレール式の燃料噴射装置の場合、電磁弁装置の可動部材のバウンドが低減されることにより、圧力制御室内の燃料の圧力を精密に制御でき、所定の時期以外に燃料が噴射されることを防止できる。
本発明の請求項１３記載の電磁弁の製造方法によると、当接部材と軸部材とを組み合わせることにより距離Ｄを下限値から上限値までの範囲内に設定している。当接部材および軸部材は製造時の公差により弁部材の軸方向の長さに分布がある。そのため、当接部材および軸部材を適当に組み合わせることにより、距離Ｄを容易に確保することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による電磁弁装置を適用した燃料噴射装置を図２に示す。
図２に示す燃料噴射装置１には、図示しないコモンレールから一定の圧力で蓄圧された高圧燃料が図示しない燃料配管を経由して供給される。
【００１９】
燃料噴射装置１は、主にノズルボディ１０、バルブニードル２０、弁ボディ３０および電磁弁装置４０から構成されている。
ノズルボディ１０は、概略円筒形状に形成され、内周側にバルブニードル２０を摺動可能に収容している。ノズルボディ１０の先端部には、噴孔１１が形成されている。また、ノズルボディ１０の内部には高圧の燃料が蓄えられる燃料溜まり１２が形成されている。
【００２０】
バルブニードル２０は、ノズルボディ１０および弁ボディ３０の内周側を軸方向に往復移動可能である。バルブニードル２０は、ノズルボディ１０の内周側と摺動可能な摺動部２１を有している。摺動部２１の噴孔１１側には、円錐台部２２および円錐部２３が形成されている。円錐台部２２と円錐部２３との接続部分は円形状の当接部２４となっている。この当接部２４は、ノズルボディ１０の噴孔入口側に配設されている弁座部１３に着座可能である。
【００２１】
弁ボディ３０は、リテーニングナット３１によりノズルボディ１０と接続されている。弁ボディ３０の内部には、制御ピストン３２が軸方向へ移動可能に収容されている。制御ピストン３２の噴孔側の端部はバルブニードル２０と当接しており、反噴孔側の端部は弁ボディ３０および後述する第１板部材８１とともに圧力制御室３３を形成している。
【００２２】
弁ボディ３０には高圧燃料通路３４が形成されており、コモンレールから高圧の燃料が供給される。高圧燃料通路３４は、第１高圧燃料通路３４１および第２高圧燃料通路３４２に接続されている。第１高圧燃料通路３４１は、弁ボディ３０およびノズルボディ１０を貫通して燃料溜まり１２へ連通している。第２高圧燃料通路３４２は、圧力制御室３３および電磁弁装置４０の低圧通路４０１へ連通している。第２高圧燃料通路３４２へ供給された燃料の一部は、第１板部材８１を貫通している燃料通路８１１を経由して圧力制御室３３へ供給される。また、第２高圧燃料通路３４２へ供給された燃料の他の一部は、弁座部材としての第２板部材８２に形成されている燃料通路８２１および絞り部８２２を経由して低圧通路４０１へ排出される。
弁ボディ３０にはばね室３５が形成されており、ばね室３５の内部にばね部材３５１が配設されている。ばね部材３５１は、バルブニードル２０を噴孔閉塞方向へ付勢している。
【００２３】
図３に示すように、弁ボディ３０の反噴孔側の端部には第１板部材８１および弁座部材としての第２板部材８２が配設されている。第１板部材８１は、図２に示すように噴孔側の端面８１ａと弁ボディ３０の内周面および制御ピストンの反噴孔側の端面３２ａとにより圧力制御室３３を形成している。図３に示すように第１板部材８１には、高圧燃料通路３４２に接続されている燃料通路８１１が形成されており、燃料通路８１１の端部には絞り部８１２が形成されている。また、第１板部材８１には燃料溝８１３が形成されている。燃料溝８１３は一端が絞り部８１２を介して燃料通路８１１に接続され、他端が第１板部材８１を貫通する貫通孔８１４に接続されている。貫通孔８１４は一端が第２板部材８２の燃料通路８２１に接続され、他端が圧力制御室３３に連通している。
【００２４】
第２板部材８２は第１板部材８１の反噴孔側に配設されている。第２板部材８２には燃料通路８２１が形成され、燃料通路８２１の反第１板部材側の端部に絞り部８２２が形成されている。燃料通路８２１の電磁弁装置４０側の端部が開口部であり、この開口部の周囲に図１に示すように後述する電磁弁装置４０の弁部材５０が着座可能な弁座部８２ａが配置されている。
【００２５】
次に、電磁弁装置４０について詳細に説明する。
電磁弁装置４０は、圧力制御室３３と低圧通路４０１とを断続する電磁二方弁である。電磁弁装置４０は、弁ボディ３０の反噴孔側の端部に配設されている。電磁弁装置４０は、リテーニングナット４１により弁ボディ３０に固定されている。
図１、図２および図３に示すように、電磁弁装置４０は主に固定コア４２、弁部材５０、可動部材としてのアーマチャ６０および固定部材７０から構成されている。
【００２６】
固定コア４２にはコイル４３が巻回された状態で内包されている。コイル４３へはコネクタ４４から電力が供給される。固定コア４２は強磁性体の材料から形成されている。固定コア４２のアーマチャ６０側の端面部は、内周側の方が外周側よりも面積が大きく形成されている。すなわち、固定コア４２の内側磁極面４２ａの面積は外側磁極面４２ｂの面積よりも大きく形成されている。このとき、外側磁極面４２ｂの面積を１とすると、内側磁極面４２ａの面積は１．０から２．０の範囲に設定されている。
【００２７】
固定コア４２は概略円筒形状に形成されている。固定コア４２の内周側にはスプリング４５が配設されている。このスプリング４５は弁部材５０を第２板部材８２方向へ付勢している。スプリング４５はアジャスティングパイプ４６により付勢力が調整されている。
【００２８】
アーマチャ６０は、強磁性体の材料により円盤状に形成されている。アーマチャ６０は、固定コア４２との間に発生する電磁吸引力により固定コア４２方向へ吸引される。
弁部材５０は、軸部材としてのシャフト５１と当接部材としての球状部材５２とから構成されている。シャフト５１は、アーマチャ６０と一体に形成され、アーマチャ６０の移動にともなって軸方向へ移動する。球状部材５２は、シャフト５１の反アーマチャ側の端部に回動可能に支持されている。
【００２９】
シャフト５１とアーマチャ６０は、強磁性体の材料により一体に形成されている。そのため、固定コア４２とアーマチャ６０との間に発生する電磁吸引力によりアーマチャ６０が固定コア４２方向へ吸引されると、アーマチャ６０とともにシャフト５１も固定コア４２方向へ移動する。
【００３０】
図４に示すように、アーマチャ６０には中心部側から径方向外側へスリット部６１が形成されている。本実施例ではアーマチャ６０の周方向に等間隔に３カ所スリット部６１が形成されている。また、アーマチャ６０には固定コア４２の内側磁極面４２ａと外側磁極面４２ｂとの間、すなわち固定コア４２に内包されるコイル４３と対向する位置に、アーマチャ６０を軸方向に貫通する孔部としての貫通孔６２が形成されている。貫通孔６２もアーマチャ６０の周方向に等間隔に３カ所形成されている。
スリット部６１および貫通孔６２は、アーマチャ６０と固定部材７０との間に挟み込まれる不要な燃料を排出するために形成されている。また、スリット部６１は電磁吸引力によってアーマチャ６０にうず電流が発生するのを防止している。
【００３１】
アーマチャ６０と固定部材７０との間の燃料を効果的に排出するためにはスリット部６１を多数形成することが好ましい。しかし、スリット部６１を多数形成すると、アーマチャ６０の磁極面積が減少する。そのため、固定コア４２とアーマチャ６０との間に作用する磁気吸引力が低下する。そこで、本実施例では、アーマチャ６０に貫通孔６２を形成することにより燃料の排出を容易にしている。この貫通孔６２は、固定コア４２の内側磁極面４２ａと外側磁極面４２ｂとの間に形成されている。すなわち、磁気回路が形成されない部分であるコイル４３と対向する位置に形成されている。これにより、アーマチャ６０の磁極面積が減少することなく、アーマチャ６０と固定部材７０との間からの燃料の排出性を向上している。
【００３２】
球状部材５２は一部が平面部５２１となるようにカットされている。球状部材５２は、シャフト５１の先端に回動可能に支持されているため、第２板部材８２の弁座部８２ａには常に平面部５２１が面接触する。アーマチャ６０およびシャフト５１が固定コア４２側に移動すると、球状部材５２の平面部５２１に作用する燃料の圧力により球状部材５２も固定コア４２側へ移動し、開口部が開放される。
【００３３】
固定部材７０は概略円筒形状に形成されており、中心部に貫通孔７１が形成されている。貫通孔７１の内部には、シャフト５１との間で摺動部を構成するためのブッシュ７２が圧入されている。固定部材７０は非磁性体により形成されている。固定部材７０を非磁性体により形成することで、固定コア４２およびアーマチャ６０に形成される磁気回路の磁束が固定部材７０へ漏れ出すことが防止される。そのため、コイル４３に発生する磁力により固定コア４２とアーマチャ６０との間に作用する磁気吸引力が増大する。
【００３４】
次に、アーマチャ６０と固定部材７０との間の距離Ｄについて説明する。
図１に示すように、閉弁時すなわち球状部材５２が弁座部８２ａに着座しているとき、アーマチャ６０の固定部材側の面６０ａと固定部材７０のアーマチャ側の面７０ａとの間の距離Ｄは、上限値と下限値との間になるように設定されている。本実施例では、この距離Ｄは、下限値が５μｍであり、上限値が６０μｍである。また、本実施例では、アーマチャ６０の固定コア４２との対向面積、すなわちアーマチャ６０の固定コア４２側の面６０ｂの面積は、１５０ｍｍ^２である。
【００３５】
以下、この下限値および上限値を設定した理由について説明する。
（上限値）
図５には、閉弁の指令すなわちコイル４３への通電が停止されてから経過した時間に対する弁部材５０の位置が距離Ｄによってどのように変化するかを示している。
【００３６】
距離Ｄを６０μｍよりも大きく、例えば図５に示すように距離Ｄを１００μｍあるいは１０００μｍとすると、閉弁時にバウンドが発生する。バウンドは、図３に示すスプリング４５の付勢力により弁部材５０が第２板部材８２へ高速で打ち付けられることによって発生する弁部材５０の軸方向への往復動である。弁部材５０は第２板部材８２へ短時間で高速に打ち付けられるため、その衝撃によりバウンドを繰り返し発生する。その結果、コイル４３への通電が停止され、固定コア４２とアーマチャ６０との間に磁気吸引力が消滅した場合でも、第２板部材８２の開口部は完全に閉塞されない。本実施例のように電磁弁装置４０を燃料噴射装置１に適用した場合、開口部が完全に閉塞されないと、圧力制御室３３の圧力が変動しバルブニードル２０が移動する。そのため、噴孔１１がバルブニードル２０によって完全に閉塞されず、燃料が所定の時期以外すなわちコイル４３への通電が停止されてからも噴射される。その結果、燃料が不完全燃焼し、内燃機関から有害ガスが排出されたり、粒状物質が排出されるおそれがある。
【００３７】
そこで、本実施例ではアーマチャ６０と固定部材７０との間に所定の空隙を設けることでアーマチャ６０と固定部材７０との間に流体としての燃料を介在させている。燃料を介在させることにより、弁部材５０の球状部材５２が弁座部８２ａへ着座するとき、アーマチャ６０と固定部材７０との間に介在する燃料が加圧される。そのため、アーマチャ６０は加圧された燃料により図１の上方すなわち固定コア４２方向への抗力を受ける。アーマチャ６０が受ける抗力により、アーマチャ６０とともに移動する弁部材５０が弁座部８２ａへ着座する直前において弁部材５０の移動速度が低下する。したがって、弁座部８２ａへの着座時に弁部材５０が受ける衝撃が低減され、バウンドの発生が低減される。
【００３８】
一方、バウンドが図５に示すように許容値よりも小さくなると、弁部材５０はバウンドするものの圧力制御室３３の圧力の変動が小さくかつ短時間であるため、バルブニードル２０は移動せず、所定時期以外の燃料の噴射が防止される。したがって、本実施例では距離Ｄの上限値を６０μｍに設定している。
【００３９】
（下限値）
図６には、開弁の指令すなわちコイル４３に通電が開始されてから経過した時間に対する弁部材５０の位置が上述の距離Ｄによってどのように変化するかを示している。
上述のように距離Ｄを６０μｍより小さくすることにより、弁部材５０のバウンドを低減することができる。しかし、距離Ｄを極めて小さく、例えば図６に示すように距離Ｄを３μｍとすると、開弁タイミングに大きな遅れが発生する。開弁タイミングの遅れは、図１に示すようにアーマチャ６０の固定部材側の面６０ａと固定部材７０のアーマチャ側の面７０ａとの間に挟まれた燃料による吸着力が発生するために生じる。
【００４０】
アーマチャ６０および固定部材７０のそれぞれ対向する面は、滑らかに研磨されている。また、上述の距離Ｄが非常に小さいため、弁部材５０の開弁時、弁部材５０のリフトにともなうアーマチャ６０と固定部材７０との間における対向面間の容積の増大にアーマチャ６０と固定部材７０との間への燃料の流入が追従しない。そのため、アーマチャ６０と固定部材７０との対向面間に負圧が発生した状態となる。その結果、コイル４３に通電が開始され、固定コア４２とアーマチャ６０との間に磁気吸引力が発生した場合でも、磁気吸引力が上記の負圧よりも大きくなるまでアーマチャ６０は移動せず、開弁タイミングに遅れが生じる。
【００４１】
開弁タイミングの遅れが大きくなると、本実施例のように電磁弁装置４０を燃料噴射装置１に適用した場合、燃料の噴射時期が所定の時期よりも遅れるため、燃料が不完全燃焼し、内燃機関から有害ガスが排出されたり、粒状物質が排出されるおそれがある。
一方、距離Ｄが下限値よりも大きくなった場合、例えば図６に示すように１０００μｍとなった場合、開弁タイミングの遅れは距離Ｄが５μｍである場合と比べて差はわずかである。すなわち、開弁タイミングの遅れを許容値以内とするためには距離Ｄとして５μｍを確保すればよい。したがって、本実施例では距離Ｄの下限値を５μｍと設定している。
【００４２】
以上の結果から、距離Ｄに対する閉弁時のバウンドおよび開弁時の開弁タイミングの遅れを表すと図７に示すようになる。したがって、距離Ｄは下限値と上限値の間、すなわち５μｍ≦Ｄ≦６０μｍの範囲となるように設定する必要がある。
【００４３】
次に、距離Ｄの調整方法について説明する。
上述のように開弁タイミングの遅れおよびバウンドの発生を低減するためには、距離Ｄを厳密に管理しなければならない。距離Ｄの調整は下記の方法により実施することができる。
本実施例では、シャフト５１と球状部材５２とから弁部材５０を構成している。球状部材５２の高さ、すなわち弁部材５０の軸方向の長さには製造時の公差により±１５μｍ程度の分布が存在する。同様に、切削あるいは冷間鍛造により一体に成形されているアーマチャ６０およびシャフト５１にも製造時の公差により同程度の分布が存在する。すなわち、製造時、アーマチャ６０およびシャフト５１は±１５μｍ程度の公差を有している。
【００４４】
そのため、一体になったアーマチャ６０およびシャフト５１と、球状部材５２とを適当に組み合わせることにより、弁部材５０の軸方向の長さを所望の長さに設定可能である。
また、固定部材７０も弁部材５０と同様に製造時の公差が存在する。そのため、軸方向の長さを調整した弁部材５０と固定部材７０とを組み合わせることにより、距離Ｄが所望の値に設定される。
【００４５】
さらに、固定部材７０を図２の上下に２分割し、一方を板状の部材とすることにより、この板状の部材の厚さを選択し、固定部材７０の軸方向の長さを調整可能である。
【００４６】
次に、本実施例による電磁弁装置４０を適用した燃料噴射装置１の作動について説明する。
コイル４３への非通電時、アーマチャ６０およびシャフト５１はスプリング４５の付勢力により図２の下方への力を受けている。そのため、球状部材５２は第２板部材８２の弁座部８２ａ着座し、燃料通路８２１に形成されている絞り部８２２の球状部材側の開口部を閉塞している。
【００４７】
また、図示しないコモンレールから供給された燃料の一部は高圧燃料通路３４１を経由して燃料溜まり１２に蓄えられ、他の一部は高圧燃料通路３４２、燃料通路８１１、燃料溝８１３および貫通孔８１４を経由して圧力制御室３３に蓄えられている。このとき、燃料通路８２１の端部は球状部材５２により閉塞されているため、圧力制御室３３に蓄えられている燃料の圧力はコモンレールの内部の燃料の圧力と同一の圧力に維持されている。
【００４８】
これにより、圧力制御室３３に蓄えられている燃料の圧力により制御ピストン３２を介してバルブニードル２０を噴孔閉塞方向へ付勢する力とばね部材３５１がバルブニードル２０を噴孔閉塞方向へ付勢する力との和は、燃料溜まり１２および弁座部１３近傍の燃料の圧力によりバルブニードル２０が噴孔開放方向へ受ける力よりも大きくなっている。そのため、バルブニードル２０の当接部２４は弁座部１３に着座し、噴孔１１は閉塞されている。したがって、噴孔１１からは燃料は噴射されない。
【００４９】
コイル４３へ通電が開始されると、固定コア４２とアーマチャ６０との間に発生する磁気吸引力により、アーマチャ６０とともにシャフト５１が固定コア４２方向へ吸引される。磁気吸引力がスプリング４５の付勢力よりも大きくなるとアーマチャ６０およびシャフト５１は固定コア４２方向へ移動する。そのため、球状部材５２は平面部５２１に作用する圧力制御室３３の内部の燃料の圧力により図１の上方へ移動し、弁座部８２ａから離座する。球状部材５２が弁座部８２ａから離座すると、圧力制御室３３と低圧通路４０１とが連通され、圧力制御室３３の内部の高圧の燃料が低圧通路４０１へと流出する。
【００５０】
高圧の燃料が低圧通路４０１へ流出すると、圧力制御室３３の内部の燃料の圧力が低下し、バルブニードル２０を噴孔閉塞方向へ付勢する力が減少する。そして、バルブニードル２０を噴孔閉塞方向へ受ける力が燃料溜まり１２および弁座部１３近傍の燃料の圧力によりバルブニードル２０が噴孔開放方向へ受ける力よりも大きくなると、バルブニードル２０は図２の上方へリフトする。バルブニードル２０がリフトすると、噴孔１１が開放され、噴孔１１から燃料が噴射される。
【００５１】
燃料の噴射が終了し、コイル４３への通電が停止されると、アーマチャ６０、シャフト５１および球状部材５２はスプリング４５の付勢力により図２の下方へ移動する。そして、球状部材５２の平面部５２１は弁座部８２ａに着座し、圧力制御室３３から低圧通路４０１への燃料の流通を遮断する。低圧通路４０１への燃料の流通が遮断されると、圧力制御室３３の内部の燃料の圧力が増大し、バルブニードル２０を噴孔閉塞方向へ付勢する力が増大する。バルブニードル２０を噴孔閉塞方向へ付勢する力がバルブニードル２０を噴孔開放方向へ付勢する力よりも大きくなると、バルブニードル２０の当接部２４は弁座部１３に着座し、燃料の流通が遮断される。したがって、噴孔１１からの燃料の噴射は終了する。
【００５２】
以上説明したように、本発明の第１実施例による電磁弁装置４０によると、閉弁時における距離Ｄは５μｍから６０μｍの範囲に設定されている。距離Ｄの上限値を６０μｍと設定することにより、アーマチャ６０と固定部材７０とが対向する面の間には燃料が挟み込まれる。燃料が挟み込まれることにより、弁部材５０が第２板部材８２へ着座するときの衝撃が低減され、弁部材５０のバウンドを低減することができる。また、弁部材５０のバウンドを低減するために弁部材５０の構成部材を追加する必要がなく、簡単な構造とすることができる。
【００５３】
一方、距離Ｄの下限値を５μｍと設定することにより、アーマチャ６０と固定部材７０との間に存在する燃料によって発生する吸着力が低減される。そのため、開弁指令すなわちコイル４３に通電が開始されてから弁部材５０が駆動されるまでの時間に遅れが生じることを防止できる。
したがって、距離Ｄを５μｍから６０μｍの範囲に設定することで弁部材５０のバウンドの発生を低減しつつ、弁部材５０の開弁タイミングの遅れの発生を防止することができる。
【００５４】
第１実施例では、アーマチャ６０にはスリット部６１および貫通孔６２が形成されている。スリット部６１および貫通孔６２は、アーマチャ６０と固定部材７０との間に挟み込まれる不要な燃料を排出する。そのため、アーマチャ６０と固定部材７０との間に存在する燃料が必要以上に高圧になるのが防止され、弁部材５０は円滑に移動することができる。また、スリット部６１は電磁吸引力によりアーマチャ６０にうず電流が発生するのを防止することができる。そのため、電磁吸引力が低下することを防止できる。さらに、貫通孔６２は固定コア４２の内側磁極面４２ａと外側磁極面４２ｂとの間に対応する位置、すなわちアーマチャ６０とコイル４３とが対向している位置に形成されている。そのため、アーマチャ６０に電磁吸引力が作用する磁極面積が減少することがない。したがって、燃料を容易に排出できると同時に電磁吸引力の低下を防止することができる。
【００５５】
第１実施例では、固定部材７０を非磁性体により形成している。そのため、アーマチャ６０の軸方向の長さすなわち厚さが小さな場合でも、磁束が固定部材７０へ漏れ出すのを防止することができる。したがって、アーマチャ６０を薄くした場合でも固定コア４２とアーマチャ６０との間に作用する磁気吸引力の低下を防止することができる。また、固定コア４２の内側磁極面４２ａと外側磁極面４２ｂとの比が１から２となるように設定されている。そのため、内側磁極面４２ａから流れ出た磁束が外側磁極面４２ｂで絞り込まれ、固定コア４２とアーマチャ６０との間に作用する磁気吸引力を増大することができる。
【００５６】
第１実施例では、アーマチャ６０と弁部材５０の一部を構成するシャフト５１とは一体に形成されている。そのため、溶接あるいは他の部材による接合が不要となり、アーマチャ６０およびシャフト５１を軽量にすることができる。そのため、固定コア４２で発生すべき電磁吸引力を小さくすることができ、固定コア４２あるいはコイル４３などの部材を小型軽量化ならびにコイル４３での消費電力を低減することができる。
【００５７】
第１実施例では、アーマチャ６０、ならびに弁部材５０を構成するシャフト５１および球状部材５２の製造時における公差を利用して弁部材５０の軸方向の長さを調整している。また、軸方向の長さが調整されたアーマチャ６０および弁部材５０と固定部材７０とを組み合わせることにより、それぞれの製造時における公差を利用して距離Ｄを設定された範囲、すなわち５μｍから６０μｍの間に調整することができる。したがって、アーマチャ６０および弁部材５０と固定部材７０とを組み合わせることにより、距離Ｄを容易に調整できるので、歩留まりが向上し製造コストを低減することができる。
【００５８】
本発明の第１実施例による燃料噴射装置１によると、電磁弁装置４０の弁部材５０のバウンドを低減できるので、開口部を確実に閉塞することができる。そのため、圧力制御室３３の内部の燃料の圧力変動が減少し、バルブニードル２０の付勢力の変動を低減できる。その結果、噴孔１１から所定時期以外に燃料が噴射されることを防止することができる。また、電磁弁装置４０の弁部材５０の開弁タイミング遅れの発生が防止されるので、燃料の噴射が遅れることを防止できる。
【００５９】
（第２実施例）
本発明の第２実施例による燃料噴射装置の電磁弁装置を図８および図９に示す。第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施例による燃料噴射装置１の電磁弁装置４０は固定部材９０の構成が上述の第１実施例と異なる。第２実施例の固定部材９０は、図８および図９に示すように固定部材本体９１と非磁性部材９２とを有している。固定部材本体９１は鉄系の磁性材料から形成されている。非磁性部材９２は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼またはアルミニウムなどの非磁性材料から形成されている。また、第２実施例では固定部材９０の中心部に形成されている貫通孔９２に圧入されるブッシュが廃止されている。そのため、弁部材５０のシャフト５１は、固定部材９０に形成されている貫通孔９２の内周面と直接摺動する。
【００６０】
固定部材本体９１は所定値以上の降伏点を有する材料で形成されている。固定部材本体９１として降伏点の大きな材料を用いることにより、固定部材本体９１の塑性変形が低減され、固定部材９０を大きな力で弁ボディ３０に組み付けることが可能となる。そのため、第１板部材８１および第２板部材８２は固定部材９０により大きな力で押圧される。これにより、第１板部材８１と弁ボディ３０、ならびに第１板部材８１と第２板部材８２とは大きな力で密着し、シール性が向上する。
【００６１】
非磁性部材９２は、固定部材本体９１のアーマチャ６０側の端部に配設されている。非磁性部材９２は円環板状に形成され、内周側の端面は貫通孔９２の内周面を形成している。非磁性部材９２は固定部材本体９１に埋め込まれており、固定部材本体９１と非磁性部材９２とはアーマチャ６０側の端面が同一平面となるように形成されている。これにより、アーマチャ６０と固定部材９０との間の距離は磁性部および非磁性部で同一となり、アーマチャ６０と固定部材９０との間の寸法の調整が容易である。また、固定部材本体９１のアーマチャ６０側の端部は一部がアーマチャ６０と対向している。すなわち、図８に示すように固定部材９０のアーマチャ６０側の両端部では固定部材本体９１とアーマチャ６０とが対向している。これにより、固定部材本体９１の強度を維持することができ、固定部材本体９１の降伏点が維持される。非磁性部材９２は例えばレーザ溶接、ろう付、かしめまたは圧入などにより固定部材本体９１に接合されている。非磁性部材９２は磁束の漏れを防止するため、約１ｍｍから３ｍｍ程度の厚さに形成されている。非磁性部材９２は非磁性材料で形成されているため、固定コア４２とアーマチャ６０との間に形成される磁気回路の磁束が固定部材９０側へ漏れることがない。そのため、固定部材本体９１を降伏点の大きな磁性材料で形成する場合でも固定コア４２とアーマチャ６０との間の磁気吸引力が低下することがなく、コイル４３への通電に対するアーマチャ６０の応答性を高く維持することができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明の第２実施例によれは、固定部材本体９１を所定値以上の大きな降伏点を有する材料で形成することにより、固定部材本体９１の変形が防止され、固定部材９０は大きな力で弁ボディ３０に組み付けることができる。そのため、第１板部材８１および第２板部材８２は固定部材９０により大きな力で押圧され、弁ボディ３０、第１板部材８１および第２板部材８２の相互間のシール性を高めることができる。その結果、燃料の圧力を高めた場合でも第１板部材８１と弁ボディとの間ならびに第１板部材８１と第２板部材８２との間からの燃料の漏れを防止でき、例えば１８０ＭＰａ以上のさらなる燃料の高圧化を図ることができる。
【００６３】
また、固定部材本体９１に非磁性部材９２を配設することにより、磁気回路を構成する磁束が固定部材９０側へ漏れることを防止できる。そのため、固定部材本体９１を降伏点の大きな磁性材料で形成する場合でも磁気吸引力が低下することなくコイル４３への通電に対するアーマチャ６０の応答性を高く維持することができる。
したがって、燃料の高圧化とアーマチャ６０の応答性の向上を両立して達成することができる。
【００６４】
以上、本発明の第２実施例では固定部材本体９１に非磁性部材９２を配設することにより固定部材９０の一部を非磁性にする場合について説明した。しかし、固定部材９０を大きな降伏点を有する非磁性の材料で形成することで第２実施例と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
以上、本発明の複数の実施例ではコモンレール式の燃料噴射装置の電磁弁装置に本発明の電磁弁装置を適用した例について説明した。しかし、本発明の電磁弁装置は、コモンレール式の燃料噴射装置に限らず、ガソリンエンジンの燃料噴射装置、あるいはその他の電磁弁装置など上記の実施例に限定されるものではない。
また、本発明の複数の実施例ではアーマチャの固定コア側の面の面積が１５０ｍｍ^２である場合を例に説明したが、本発明は当該面積に限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による電磁弁装置の要部を拡大した模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１実施例による電磁弁装置を適用した燃料噴射装置を示す断面図である。
【図３】図２の電磁弁装置近傍を拡大した断面図である。
【図４】図３のＶＩ−ＶＩ線で切断したアーマチャ、ならびに固定コアの磁極面側を示す模式的な断面図である。
【図５】距離Ｄの変化による開弁指令後の経過時間と弁部材の位置との関係を示す図である。
【図６】距離Ｄの変化による閉弁指令後の経過時間と弁部材の位置との関係を示す図である。
【図７】距離Ｄの設定範囲を決定するために、距離Ｄと閉弁時のバウンドおよび開弁タイミングの遅れとの関係を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例による電磁弁装置の要部を拡大した模式的な断面図である。
【図９】本発明の第２実施例による電磁弁装置の固定部材を示す図であって、アーマチャ側から見た模式的な平面図である。
【符号の説明】
１燃料噴射装置
１０ノズルボディ
１１噴孔
２０バルブニードル
３０弁ボディ
４０電磁弁装置
４２固定コア
４３コイル
５０弁部材
５１シャフト（弁部材、軸部材）
５２球状部材（弁部材、当接部材）
６０アーマチャ（可動部材）
６１スリット部
６２貫通孔（孔部）
７０固定部材
８２第２板部材（弁座部材）
９０固定部材
９１固定部材本体
９２非磁性部材
９３貫通孔（孔部）

Claims

流体が流通可能な開口部、ならびに前記開口部の外側に配置されている弁座部を有する弁座部材と、
前記弁座部から離座または前記弁座部へ着座することにより、前記開口部を開閉可能な弁部材と、
前記弁部材とともに移動可能な可動部材と、
コイルが内包され、前記コイルに供給される電流によって発生する磁力により前記可動部材を吸引可能な固定コアと、
前記可動部材の反固定コア側に前記可動部材と対向して配設されている固定部材とを備え、
前記弁部材が前記開口部を閉塞しているとき、前記可動部材の前記固定部材側の面と前記固定部材の前記可動部材側の面との間の距離Ｄは、下限値から上限値までの範囲内に設定され、前記下限値は前記可動部材と前記固定部材との間に存在する流体の吸着力により前記コイルに通電が開始されてから前記可動部材が移動するまでの遅れが生じない距離に設定され、前記上限値は前記可動部材に対し前記可動部材と前記固定部材との間に存在する流体により前記固定コア方向への抗力が発生する距離に設定され、
前記固定部材は、前記弁部材の軸方向の長さが異なる第１固定部材および第２固定部材を有することを特徴とする電磁弁装置。
前記距離Ｄは、前記第１固定部材と前記第２固定部材とを組み合わせることにより前記下限値から前記上限値までの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１記載の電磁弁装置。
流体が流通可能な開口部、ならびに前記開口部の外側に配置されている弁座部を有する弁座部材と、
前記弁座部から離座または前記弁座部へ着座することにより、前記開口部を開閉可能な弁部材と、
前記弁部材とともに移動可能な可動部材と、
コイルが内包され、前記コイルに供給される電流によって発生する磁力により前記可動部材を吸引可能な固定コアと、
前記可動部材の反固定コア側に前記可動部材と対向して配設されている固定部材とを備え、
前記弁部材が前記開口部を閉塞しているとき、前記可動部材の前記固定部材側の面と前記固定部材の前記可動部材側の面との間の距離Ｄは、下限値から上限値までの範囲内に設定され、前記下限値は前記可動部材と前記固定部材との間に存在する流体の吸着力により前記コイルに通電が開始されてから前記可動部材が移動するまでの遅れが生じない距離に設定され、前記上限値は前記可動部材に対し前記可動部材と前記固定部材との間に存在する流体により前記固定コア方向への抗力が発生する距離に設定され、
前記固定部材は、所定値以上の降伏点を有する材料から形成され、非磁性材料からなる非磁性部を有していることを特徴とする電磁弁装置。
前記非磁性部は、前記固定部材の前記固定コア側の端部に配設されていることを特徴とする請求項３記載の電磁弁装置。
流体が流通可能な開口部、ならびに前記開口部の外側に配置されている弁座部を有する弁座部材と、
前記弁座部から離座または前記弁座部へ着座することにより、前記開口部を開閉可能な弁部材と、
前記弁部材とともに移動可能な可動部材と、
コイルが内包され、前記コイルに供給される電流によって発生する磁力により前記可動部材を吸引可能な固定コアと、
前記可動部材の反固定コア側に前記可動部材と対向して配設されている固定部材とを備え、
前記弁部材が前記開口部を閉塞しているとき、前記可動部材の前記固定部材側の面と前記固定部材の前記可動部材側の面との間の距離Ｄは、下限値から上限値までの範囲内に設定され、前記下限値は前記可動部材と前記固定部材との間に存在する流体の吸着力により前記コイルに通電が開始されてから前記可動部材が移動するまでの遅れが生じない距離に設定され、前記上限値は前記可動部材に対し前記可動部材と前記固定部材との間に存在する流体により前記固定コア方向への抗力が発生する距離に設定され、
前記固定部材は、所定値以上の降伏点を有する材料から形成され、非磁性材料から形成されていることを特徴とする電磁弁装置。
流体が流通可能な開口部、ならびに前記開口部の外側に配置されている弁座部を有する弁座部材と、
前記弁座部から離座または前記弁座部へ着座することにより、前記開口部を開閉可能な弁部材と、
前記弁部材とともに移動可能な可動部材と、
コイルが内包され、前記コイルに供給される電流によって発生する磁力により前記可動部材を吸引可能な固定コアと、
前記可動部材の反固定コア側に前記可動部材と対向して配設されている固定部材とを備え、
前記弁部材が前記開口部を閉塞しているとき、前記可動部材の前記固定部材側の面と前記固定部材の前記可動部材側の面との間の距離Ｄは、下限値から上限値までの範囲内に設定され、前記下限値は前記可動部材と前記固定部材との間に存在する流体の吸着力により前記コイルに通電が開始されてから前記可動部材が移動するまでの遅れが生じない距離に設定され、前記上限値は前記可動部材に対し前記可動部材と前記固定部材との間に存在する流体により前記固定コア方向への抗力が発生する距離に設定され、
前記外側磁極面の面積に対する前記内側磁極面の面積の比は、１．０から２．０の範囲内であることを特徴とする電磁弁装置。
前記距離Ｄの下限値は５μｍであり、前記距離Ｄの上限値は６０μｍであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の電磁弁装置。
前記弁部材と前記可動部材とは、一体に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の電磁弁装置。
前記可動部材は、中心部から径方向外側へスリット部が形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の電磁弁装置。
前記可動部材は、前記固定コアの内側磁極面と外側磁極面との間に対応する位置に、軸方向へ貫通する孔部が形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の電磁弁装置。
請求項１から１０のいずれか一項記載の電磁弁装置を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
コモンレールに蓄圧状態で蓄えられている高圧燃料を噴射可能な燃料噴射装置であって、
噴孔が形成されているノズルボディと、
前記噴孔を開閉可能なニードル部材と、
前記ニードル部材を噴孔閉塞方向へ付勢する高圧の燃料が蓄えられる圧力制御室を有し、前記圧力制御室の燃料の圧力により前記ニードル部材を駆動する制御ピストンを内部に収容している弁ボディと、
前記圧力制御室内の燃料の圧力を制御する請求項１から１０のいずれか一項記載の電磁弁装置と、
を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
流体が流通可能な開口部、ならびに前記開口部の外側に配置されている弁座部を有する弁座部材と、前記弁座部から離座または前記弁座部へ着座することにより、前記開口部を開閉可能な弁部材と、前記弁部材とともに移動可能な可動部材と、コイルが内包され、前記コイルに供給される電流によって発生する磁力により前記可動部材を吸引可能な固定コアと、前記可動部材の反固定コア側に前記可動部材と対向して配設されている固定部材とを備え、
前記弁部材が前記開口部を閉塞しているとき、前記可動部材の前記固定部材側の面と前記固定部材の前記可動部材側の面との間の距離Ｄは、下限値から上限値までの範囲内に設定され、前記下限値は前記可動部材と前記固定部材との間に存在する流体の吸着力により前記コイルに通電が開始されてから前記可動部材が移動するまでの遅れが生じない距離に設定され、前記上限値は前記可動部材に対し前記可動部材と前記固定部材との間に存在する流体により前記固定コア方向への抗力が発生する距離に設定され、
前記当接部材は、前記軸部材側の端部に球状面を有し、前記軸部材の前記可動部材とは反対側の端部に回動可能に支持されている電磁弁装置の製造方法であって、
前記弁座部と当接可能な当接部材と前記当接部材を支持し前記可動部材と接合されている軸部材とから前記弁部材を組み付ける段階を含み、
前記当接部材と前記軸部材とを組み合わせることにより前記距離Ｄを前記下限値から前記上限値までの範囲内に設定することを特徴とする電磁弁装置の製造方法。