JP3873066B2

JP3873066B2 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP3873066B2
Application number: JP2004190713A
Authority: JP
Inventors: 範久福冨; 直也橋居
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: JP2006009741A

Description

この発明はエンジンに使用される燃料噴射弁の改良に関し、特に弁の応答性が高く微小燃料の噴射が可能な構造に関するものである。

近年、自動車などの排出ガス規制が強化されて、エンジンの各気筒を理論空燃比に近い状態で燃焼させることが求められているが、燃料噴射弁からの噴射燃料量が微小となる軽負荷運転時についても排出ガスのクリーン化が要求されている。

この微小噴射領域では燃料噴射弁の応答性のばらつきに起因したエンジン気筒間のばらつきが増加するため、燃料噴射弁の応答性を向上させるべく各種の検討がなされており、例えば電磁弁の磁性材に圧粉を使用するものがある。この種の電磁弁は、コイル周囲に配置されたステータを圧粉で形成した磁性材を作動流体中に配置し、同じく作動流体中に配置されたプランジャーとの間にエアギャップを構成して、高速応答性を得るようにしている。（例えば特許文献１参照）。

特開２００３−２６９６４７号公報（段落０００３、図１、図２）

特許文献１の発明は主にディーゼルエンジンの燃料である軽油を作動流体とする燃料噴射弁を対象としたものであるが、ガソリンエンジン用燃料噴射弁のステータに圧粉材を使用すると、ガソリン中の水分により腐食が発生するという問題点があった。

また、特許文献１の発明の電磁弁はプランジャーをステータの内側及び外側端面と対面させてエアギャップとする構造としているため、プランジャー質量が比較的大きく高応答性が確保できない構造となっている。ガソリンエンジンはディーゼルエンジンに比べて高回転数まで運転するため、燃料噴射弁には高い噴射率が求められる一方、車両の減速時などでは微小噴射量で精度よく噴射することが求められるが、特許文献１のようにプランジャー質量が大きいと応答性が悪く、前記運転条件では精度よく噴射できないという問題点があった。
このためエンジン気筒間の噴射量のばらつきが発生して排気ガスエミッションが悪化するという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、ガソリンエンジン用燃料噴射弁において、磁性材の腐食を回避しつつ、比較的質量が低く、高い応答性を有する電磁気構造を提供することを第１の目的とする。
この発明は、さらに、高い応答性を確保するため、絶縁皮膜に覆われた磁性金属粉を圧縮して形成する圧粉材によって磁気回路を構成する場合に、圧粉材の短所である溶接性のない点と低強度であるため強い圧入嵌合ができない点を克服して燃料噴射弁の磁気回路を圧粉材で構成することを第２の目的とする。

この発明に係る燃料噴射弁は、ニードルの開閉動作のために電流が通電されるコイルと、前記コイルの内側に配置され前記コイルにより発生する磁束を軸方向に通すコアと、前記ニードルと一体的に設けられ、前記コアとエアギャップを介して対向する面を有するプランジャーと、前記コイルの外側および上流側に配置された第１ヨークと、前記コイルの下流側に配置され前記プランジャーの側面とサイドギャップを介して対向し、前記第１ヨーク、コア及びプランジャーと共に磁気回路を構成する第２ヨークとを備えた燃料噴射弁において、前記第１ヨークを圧粉材で形成すると共に、前記第１ヨークの上流側に配置され、前記第１ヨークを前記第２ヨークに押圧した状態で前記コアに固定されたスリーブを設けたものである。

この発明に係る燃料噴射弁は上記のように構成され、エアギャップをコア下面に形成してプランジャー外径を比較的小さくし、第１ヨークを圧粉材料で構成したので、圧粉材を燃料に接触させることなくプランジャー質量の軽量化と渦電流抑制による高い応答性が得られる。
また、第１ヨーク上流側に配置したスリーブにより第１ヨークを上流側から押圧して第２ヨークとコアに固定したので、比較的簡単な構造で溶接性のない低強度な圧粉材を磁気回路中にしっかり構成することができる。

さらに、第１ヨークの上流側に配置したスリーブと燃料入口部を一体構造としてコアとスリーブとの締結部より上流側に薄肉部を形成したので、燃料入口部が燃料供給管より外力を受けて弾性変形した場合でも燃料入口部とコアが別体となっているためコアの変位は少なく、磁気特性の変化が抑制される。そして磁気特性の変化が抑制されることにより、噴射量特性の変化が抑制され、燃料噴射弁をエンジンに取り付けた際に発生する噴射量の気筒間のばらつきの増大を抑制することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示すもので、ガソリン直接噴射エンジンに使用する燃料噴射弁の一例の断面図を示す。
図１に示す燃料噴射弁１は先端部がエンジンシリンダ内２に臨み、図示しないパーツによりフランジ上面１ａに軸方向荷重がかけられた状態でシリンダヘッド３に固定されている。

シリンダヘッド３と燃料噴射弁１との間にはエンジンシリンダ内２のガスをシールするシール材１０１が介挿されている。フューエルレール４と燃料噴射弁１との間には燃料をシールするラバーリング１０２とラバーリング１０２の燃料圧力による下流側へのはみ出しを防止するバックアップリング１０３、バックアップリングの剛性補強用のスペーサ１０４が介挿されている。

燃料噴射は、燃料噴射弁１のニードル５の先端とバルブシート６のシート面との間が開閉することにより行われる。閉弁状態においてニードル５は、スプリング７により押圧されており、下流側はバルブシート６のシート面と接触して、上流側はバルブボディ８の内周と接触している。

この状態でコイル９が通電されると、コア１０と第１ヨーク１１と第２ヨーク１２とプランジャー１３とで構成される磁気回路に磁束が生じ、コア１０とプランジャー１３とが対面するエアギャップ１３ａに電磁吸引力が発生する。そして可動パーツであるプランジャー１３がコア１０側へ移動を開始し、プランジャー１３と一体化されたニードル５もコア１０側へ移動して開弁を開始する。開弁途中の状態において、ニードル５は下流側がガイド１４の内周と接触し、上流側がバルブボディ８の内周と接触しつつ、摺動動作を行う。

ニードル５の中間端面５ａがプレート１５の下面に衝突するとニードル５は開弁状態となり、コイル９への通電が持続されて開弁状態が保持される。次に、コイル９への通電が終了すると、電磁吸引力は急速に減少し、スプリング７により押圧されて閉弁する。

図２〜図５はソレノイド部の組み立て手順の第１工程〜第４工程を説明する説明図である。図２に第１工程を示すように、コア１０と第２ヨーク１２とは耐腐食性の高い電磁ステンレスを材質として、その間に非磁性リング１６を挿入して上端部及び下端部の各接触部１６ａ、１６ｂをコア１０及び第２ヨーク１２とそれぞれ溶接により接合し、図１に示すエアギャップ１３ａ及びサイドギャップ１３ｂに対面するコア１０と第２ヨーク１２のそれぞれの面１０ａ、１２ａを高精度に組み立てる。また、溶接により燃料シールも確保される。

前記３部品の締結後、図３に示す第２工程において、コイル９を内包した圧粉材で形成された第１ヨーク１１を、その下面１１ａが第２ヨーク１２のフランジ上面に接触するまで矢印Ｂで示すように軸方向に挿入して位置決めし、内周１１ｂ及び１１ｃがそれぞれコア１０の外周及び第２ヨーク１２の外周に隙間ばめ又は弱い圧入を行なって半径方向の位置決めを行なう。

次に、図４に示す第３工程で上流側よりスリーブ１７を矢印Ｃで示すように挿入し、スリーブ１７の下面を第１ヨークの上面１１ｄに当接する。そして図５に示す第４工程で第１ヨーク１１に過度な応力がかからないよう組み立て装置によるスリーブ１７への押圧荷重Ｄを適正に印加しながら、スリーブ１７の溶接用の薄肉部１７ａをコア１０に溶接固定する。

前記のような構成により第１ヨーク１１は燃料に接触しないように配置される。また、コイル９をループする磁気回路の全長Ｍに対して第１ヨーク１１は約１/２の長さを占めているが、第１ヨーク１１を圧粉材で形成して渦電流を大幅に減少させている。前記のように第１ヨーク１１はスリーブ１７により適正な荷重が印加された状態で第２ヨーク１２の上面に固定されているので、第１ヨーク１１そのものを溶接もしくは強く圧入することなく磁気回路中にしっかり固定することができる。

また、スリーブ１７と接触する部分を第１ヨーク１１の上面１１ｄの比較的面積の大きな部位としており、この接触部で過度の応力がかかるのを回避している。
なお、第１ヨーク１１は燃料に接触しない構成としているが、長期間車両のエンジンに搭載されるため、圧粉材の表面にニッケルりんメッキ処理を施し、耐腐食性を確保している。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態２による燃料噴射弁の断面図を示す。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、燃料入口部１２０とコア１０とを別体化し、燃料入口部１２０を第１ヨーク１１の押圧パーツであるスリーブ１７と一体化してスリーブ２０１とした点である。

スリーブ２０１はコア１０との溶接部２０１ｄより上流側でコア１０の外周との隙間部分２０１ｃを形成し、その隙間部分に対応する個所の一部に薄肉部２０１ａを形成している。
シリンダヘッド穴３ａとフューエルレール穴４ａとの間には寸法のばらつきにより片側最大0.5ｍｍ程度の位置ずれができるが、これにより図１の場合には燃料噴射弁上部のモールド外周１８ａとフューエルレール内周４ａとの間で接触が起こり、モールド１８にインサートされているコア１０に矢印Ａで示す外力が加わっていた。

そして、外力Ａによりコア１０の下流部のエアギャップ１３ａの変形が誘発され、磁気特性に変化が生じていた。しかし、図６の場合には、外力Ａをスリーブ外周２０１ｂが受けるが、この部分が前記薄肉部２０１ａより上流側にありコア１０の外周とスリーブ２０１の内周との間に隙間２０１Ｃがあるため弾性変形して、コア１０への荷重伝達が阻止される結果、コア１０の変位が防止される。

この発明の実施の形態１による燃料噴射弁とシリンダヘッド及びフューエルレールの構成を示す断面図である。実施の形態１のソレノイド部の組み立て手順のうち第１工程を示す説明図である。実施の形態１のソレノイド部の組み立て手順のうち第２工程を示す説明図である。実施の形態１のソレノイド部の組み立て手順のうち第３工程を示す説明図である。実施の形態１のソレノイド部の組み立て手順のうち第４工程を示す説明図である。この発明の実施の形態２による燃料噴射弁とシリンダヘッド及びフューエルレールの構成を示す断面図である。

符号の説明

３シリンダヘッド、４フューエルレール、９コイル、
１０コア、１１第１ヨーク、 1２第２ヨーク、１３プランジャー、 1７，２０１スリーブ。

Claims

ニードルの開閉動作のために電流が通電されるコイルと、前記コイルの内側に配置され前記コイルにより発生する磁束を軸方向に通すコアと、前記ニードルと一体的に設けられ、前記コアとエアギャップを介して対向する面を有するプランジャーと、前記コイルの外側および上流側に配置された第１ヨークと、前記コイルの下流側に配置され前記プランジャーの側面とサイドギャップを介して対向し、前記第１ヨーク、コア及びプランジャーと共に磁気回路を構成する第２ヨークとを備えた燃料噴射弁において、前記第１ヨークを圧粉材で形成すると共に、前記第１ヨークの上流側に配置され、前記第１ヨークを前記第２ヨークに押圧した状態で前記コアに固定されたスリーブを設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
前記スリーブと前記コアとを所定位置で締結すると共に、前記スリーブと燃料入口部とを一体構造とし、前記コアとスリーブとの締結部より上流側で前記コアとスリーブとの間に隙間を形成し、前記スリーブの前記隙間に対応する個所に薄肉部を形成したことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。