JP3892146B2

JP3892146B2 - 流体制御弁

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Publication number: JP3892146B2
Application number: JP17439498A
Authority: JP
Inventors: 公孝斎藤; 時男小浜; 樹志中島; 沢田　　行雄
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2018-06-22
Also published as: JPH11303705A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体流路を開閉する流体制御弁に関し、例えば内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの回転数、スロットル開度、吸気流量および水温等を各種センサで検出し、これら検出信号に基づき流体制御弁としての燃料噴射弁からエンジン内に噴射供給する燃料量をマイクロコンピュータ等で決定する燃料噴射装置が近年多く用いられている。このような燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁の一例を図２７に示す。
【０００３】
燃料噴射弁１００のニードル弁１０１はスプリング１０２の付勢力により弁座１０３に向けて付勢されている。コイル１０５への通電をオフすると、ニードル弁１０１はスプリング１０２の付勢力により弁座１０３に着座し、燃料噴射弁１００は閉弁する。ニードル弁１０１が弁座１０３に着座すると噴孔１０４が閉塞されるので、噴孔１０４から燃料は噴射されない。
【０００４】
コイル１０５への通電をオンするとスプリング１０２の付勢力に抗し磁力により可動コア１０６が固定コア１０７側に吸引されるので、ニードル弁１０１が弁座１０３から離座し燃料噴射弁１００は開弁する。ニードル弁１０１が弁座１０３から離座すると噴孔１０４から燃料が噴射される。コイル１０５への通電をオンしている間燃料は噴射されるので、コイル１０５の通電時間を調整することにより燃料噴射量を制御できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の燃料噴射弁では、コイルへの通電をオンすることにより発生する磁力によりスプリングの付勢力に抗してニードル弁を開弁方向に吸引しているので、以下に述べるような問題がある。
(1) コイルのインダクタンスにより、コイルへの通電をオンしてからコイルに磁力が発生するまでに時間遅れが生じるので、ニードル弁の応答性が低い。
【０００６】
(2) コイルの電気抵抗によりコイルに供給する電力の一部が熱となる。この熱によりコイルの温度が上昇し、コイルの絶縁被覆が破壊されるとコイルが導通するのでコイルとしての機能を果たさなくなる恐れがある。
またコイルに発生する熱により磁性体である固定コアおよび可動コアの磁気特性が変化すると、例えばニードル弁のリフトタイミングが遅れる。前述したコイルのインダクタンスによる応答性の遅れと合わせ、従来の燃料噴射弁は、コイルへの通電をオンしてから燃料噴射弁が全開するまでに約１〜１．５ms（１０００〜１５００μs ）要する。コイルに印加する電圧を増加すればニードル弁の応答性を向上させることはできる。しかし、印加電圧を増加するとコイルの温度が上昇するので、電圧の上昇により応答性を向上することには限界がある。
【０００７】
(3) 燃料噴射期間中スプリングの付勢力に抗してニードル弁を吸引し続ける必要があるので、燃料噴射期間中常にコイルへの通電をオンにする必要がある。したがって、コイルの温度が上昇しやすい。前述したように、コイルの温度が上昇し、コイルの絶縁被覆が破壊されるとコイルが導通するのでコイルとしての機能を果たさなくなる恐れがある。
本発明の目的は、開閉応答性に優れた流体制御弁を提供することにある。
本発明の他の目的は、発熱量の少ない流体制御弁を提供することにある。
本発明の他の目的は、開弁方向および閉弁方向に弁部材が滑らかに移動する流体制御弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１から１０記載の流体制御弁によると、衝撃発生手段において発生する衝撃により開弁位置または閉弁位置の一方に保持されていた弁部材が他方に移動し、流体流路を開閉する。通電をオフからオン、またはオンからオフしてから衝撃が発生するまでの衝撃発生手段の応答時間は、電気エネルギーまたは磁気エネルギーを機械的変位に変換する素子を用いることにより短縮することができる。さらに、衝撃が弁部材に伝播する時間は短いので、流体制御弁の開閉応答性が向上する。
【０００９】
本発明の請求項２記載の流体制御弁によると、開弁位置または閉弁位置の一方に保持されていた弁部材を他方に移動させるための衝撃は、衝撃発生手段への通電をオンするときに一回発生すればよいので、衝撃発生手段への通電をオンし続ける必要がない。したがって、燃料噴射弁に供給する電力を低減するとともに、燃料噴射弁で発生する熱量を減少し、流体制御弁内の温度上昇を抑制することができる。これにより、流体制御弁に磁性材料が用いられる場合、磁性材料の磁気特性が変動することを防止し、流体制御弁の開閉を高精度に制御することができる。
【００１０】
本発明の請求項３記載の流体制御弁によると、永久磁石の磁力により開弁位置または閉弁位置に弁部材を保持している。したがって、開弁位置または閉弁位置に弁部材を保持するために電気エネルギーを用いないので、流体制御弁内で発生する熱量が減少し、流体制御弁内の温度上昇を抑制することができる。
【００１１】
本発明の請求項４記載の流体制御弁によると、主に開弁方向および閉弁方向に弁部材を吸引するように永久磁石の磁力を働かせる磁力規制手段を備えている。開弁方向および閉弁方向に移動する弁部材の周囲に配設されている部材と弁部材との間に磁力が殆ど働かないので、開弁方向および閉弁方向に向かう弁部材の動きを永久磁石の磁力が妨げず、移動途中で弁部材周囲に配設されている部材に弁部材が吸着されることを防止する。したがって、弁部材が衝撃により確実に開弁位置および閉弁位置に到達する。
【００１２】
本発明の請求項５記載の流体制御弁によると、開弁位置と閉弁位置との間を移動する前記弁部材を非磁性材料で形成された案内部が案内する。案内部が磁化せず案内部と弁部材との間に磁力が働かないので、弁部材が衝撃により確実に開弁位置および閉弁位置に到達する。
【００１３】
本発明の請求項６記載の流体制御弁によると、板状に形成した弁部材で磁力規制手段を構成している。開弁方向および閉弁方向に面する弁部材の面積は弁部材の外周側面の面積よりも遥かに大きいので、弁部材が磁力により開弁方向および閉弁方向に吸引される力は弁部材の外周側面が吸引される力よりも大きい。開弁位置および閉弁位置に向かう弁部材の動きが妨げられないので弁部材が衝撃により確実に開弁位置および閉弁位置に到達する。
【００１４】
また、弁部材が板状に形成されているので、弁部材と弁座との接触面積を大きくすることができる。衝撃発生手段で発生した衝撃から弁部材が受けるエネルギーが大きくなるので、開弁方向および閉弁方向に移動する弁部材の応答性が向上する。
【００１５】
本発明の請求項７記載の流体制御弁によると、保持手段を構成するソレノイドを非磁性材料で形成されているボビンに巻回し、ボビンの内周壁が開弁位置と閉弁位置との間を移動する弁部材を案内する。ボビンが磁化せずボビンと弁部材との間に磁力が働かないので、弁部材が衝撃により確実に開弁位置および閉弁位置に到達する。さらに、ボビンが案内部を兼ねているので、部品点数が減少し、製造コストを低減できる。
【００１６】
本発明の請求項８記載の流体制御弁によると、圧電素子または磁歪素子を用いて衝撃発生手段を構成している。したがって、通電をオンからオフ、またはオフからオンしてから衝撃が発生するまでに要する時間が短いので、弁部材の応答時間を短縮することができる。また、簡単な構成で衝撃発生手段を構成することができるので、部品点数が減少する。これにより、流体制御弁を小型化するとともに製造コストを低減することができる。
【００１７】
本発明の請求項９記載の流体制御弁によると、開弁位置または閉弁位置のいずれに弁部材が位置しているかを検出する検出手段を備えているので、流体制御弁の作動状態を確実に把握することができる。
本発明の請求項１０記載の流体制御弁によると、衝撃発生手段の一部を用いて状態検出手段を構成しているので、部品点数を減少することができる。
【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実施例による流体制御弁としての燃料噴射弁を図１および図２に示す。
【００１９】
図１に示す燃料噴射弁１のハウジング１１は、一端に圧電素子２０を係止し、弁ボディ１２と圧電素子２０との間に通路部材１３を挟持している。圧電素子２０は衝撃発生手段を構成し、弁ボディ１２および通路部材１３は衝撃伝播手段を構成している。弁ボディ１２および通路部材１３は磁性材料で形成されている。弁ボディ１２は下流側に噴孔１２ａを形成しており、噴孔１２ａの上流側に弁部材としてのボール弁１７が着座可能な弁座１２ｂを設けている。ボール弁１７が弁座１２ｂに着座すると噴孔１２ａは閉塞される。保持手段としての永久磁石２１は環状に形成されており、弁ボディ１２の外周にボール弁１７を取り囲むように嵌合している。通路部材１３は、円板部１４および円筒部１５を有している。円板部１４はボール弁１７が着座可能な弁座１４ａを設けている。
【００２０】
図２に示すように、弁ボディ１２の弁座１２ｂの上流側内周壁および円板部１４の弁座１４ａにそれぞれ３個の溝流路１２ｃ、１４ｂが形成されており、ボール弁１７が弁座１２ｂから離座すると、燃料流路１６から溝流路１４ｂ、１２ｃを通り噴孔１２ａから燃料が噴射される。燃料流路１６、溝流路１４ｂ、１２ｃおよび噴孔１２ａは流体流路を構成している。
【００２１】
衝撃発生手段としての圧電素子２０は、例えば薄い円板状のＰＺＴ(PbZrO₃・PbTiO₃系)を積層したものであり、中央部に通路部材１３を収容する孔が設けられている。コネクタ３０にインサート成形されたターミナル３１から圧電素子２０に電圧が印加される。
【００２２】
次に、燃料噴射弁１０の作動を説明する。
(1)開弁時における通電オフ時、図３の（Ａ）に示すようにボール弁１７は永久磁石２１の磁力により弁座１２ｂ側に吸着され弁座１２ｂに着座している。この状態で、図４の（Ａ）または（Ｂ）に示すように圧電素子２０にパルス電圧を印加すると、圧電素子２０が伸縮し、この伸縮により衝撃が発生する。圧電素子２０で発生した衝撃が通路部材１３から弁ボディ１２を経てボール弁１７に伝播すると、ボール弁１７は弁座１２ｂからたたき出され、図３の（Ｂ）に示すように弁座１４ａに向かう。これにより噴孔１２ａは開放され燃料が噴孔１２ａから噴射される。図３の（Ｃ）に示すように、弁座１４ａに衝突したボール弁１７は永久磁石２１の磁力により弁座１４ａに吸着され、弁座１４ａに着座する。磁力によりボール弁１７は弁座１４ａに吸着するので、弁座１４ａに衝突してもボール弁１７はバウンドしない。
【００２３】
圧電素子２０に印加するパルス電圧のパルス幅は短く、ボール弁１７が弁座１４ａに向かう途中でパルス電圧はオンからオフする。したがって、パルス電圧がオンからオフするときに圧電素子２０に発生する衝撃はボール弁１７に加わらない。
【００２４】
(2)図３の（Ｃ）に示す状態から、図４の（Ａ）または（Ｂ）に示すように圧電素子２０にパルス電圧を印加すると、圧電素子２０が伸縮し、この伸縮により衝撃が発生する。圧電素子２０で発生した衝撃が通路部材１３から弁ボディ１２を経てボール弁１７に伝播すると、ボール弁１７は弁座１４ａからたたき出され、図３の（Ｄ）に示すよう弁座１２ｂに向かう。弁座１２ｂに衝突したボール弁１７は、永久磁石２１の磁力により弁座１２ｂに吸着され、弁座１２ｂに着座する。これにより噴孔１２ａは閉塞され、燃料噴射が終了する。磁力によりボール弁１７は弁座１２ｂに吸着するので、弁座１２ｂに衝突してもボール弁１７はバウンドしない。
【００２５】
前述したように圧電素子２０に印加するパルス電圧のパルス幅は短く、ボール弁１７が弁座１２ｂに向かう途中でパルス電圧はオンからオフする。したがって、パルス電圧がオンからオフするときに圧電素子２０に発生する衝撃はボール弁１７に加わらない。
【００２６】
圧電素子２０にパルス電圧を印加してから圧電素子２０が伸縮するまでに要する時間は約５０μｓである。また、衝撃により発生した縦波が金属体を伝播する伝播速度Ｃは、次式で表される。
Ｃ＝（Ｅ（１−ν）／ρ（１＋ν）（１−２ν））^1/2
ρ：密度、Ｅ：ヤング係数、ν：ポアソン比
例えばアルミ、ステンレス、鉄の伝播速度は、５０００m/s 、５０５０m/s 、５２００m/s であり。高速に伝播する。第１実施例の燃料噴射弁１０において圧電素子２０で発生した衝撃がボール弁１７に伝播する長さは約２０〜３０mmであるから、伝播時間は、４〜６μs である。
【００２７】
ボール弁１７が衝撃を受け弁座１２ｂから弁座１４ａに衝突するまでに要する時間は、ボール弁１７の移動距離、ボール弁１７の重量、ボール弁１７に加わる衝撃の大きさ、ボール弁１７を吸着する磁力の大きさ等により異なるが、第１実施例では、約３００μs に設定してある。
【００２８】
以上のことから、圧電素子２０への通電をオンしてからボール弁１７が弁座１４ａに着座するまでに要する時間は、約３６０μs である。この応答時間は、前述した従来例で説明した燃料噴射弁に比べかなり短縮されている。図４から判るように、第１実施例の応答性は開弁時だけでなく閉弁時においても従来例よりも優れている。さらに、図４に示すように、開弁期間の長短に関わらず圧電素子２０への通電をオンする時間は同じであり、移動したボール弁１７は永久磁石２１の磁力によりその位置に保持されるので、燃料噴射弁１に供給する電力量を低減できる。
【００２９】
第１実施例では、ボール弁１７を付勢するスプリングを用いず、圧電素子２０が発生する衝撃によりボール弁１７を移動させている。したがって、部品点数が減少し燃料噴射弁１の構造が簡単になるので、燃料噴射弁の製造コストが低下する。
（変形例）
第１実施例の変形例１、変形例２および変形例３をそれぞれ図５、図６および図７に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。各変形例において圧電素子に加えるパルス電圧は図４の（Ａ）および（Ｂ）と同様である。
【００３０】
第１実施例では、永久磁石２１により磁化された弁ボディ１２および円板部１４が剥き出しでボール弁１７に面しているので、圧電素子２０で発生した衝撃がボール弁１７に伝播し、ボール弁１７が移動し各弁座に吸着されるまでに弁座間の内側壁に接触すると内側壁に吸引される。内側壁から受ける吸引力はボール弁１７が開弁または閉弁方向に移動する際の抵抗となり、ボール弁１７の滑らかな移動が妨げられる恐れがある。
【００３１】
そこで図５に示す変形例１では、弁座１２ｂの上流側の弁ボディ１２の内側面に非磁性材料で膜３５を形成している。磁力規制手段としての膜３５には非磁性金属または樹脂等の非磁性材料を用いる。非磁性金属であればめっき、樹脂であればコーティング等の従来技術により容易に膜３５を形成することができる。さらに潤滑性に優れた非磁性材料を用いれば、ボール弁１７の動きをさらに滑らかにすることができる。
【００３２】
図６に示す変形例２では、ボール弁１７を取り囲む弁ボディ１２および円板部１４の内周面にすべて非磁性材料で膜３６を形成している。したがって、ボール弁１７が着座するのは非磁性材料で形成された弁座３６ａ、３６ｂであるから、ボール弁１７が弁座３６ａ、３６ｂに着座しても、ボール弁１７が磁化される度合いを低減できる。したがって、圧電素子２０で発生する衝撃により吸着されている弁座からボール弁１７が離れやすくなるので、ボール弁１７の移動が速やかに行われる。
【００３３】
図７に示す変形例３は、弁ボディ１２または円板部１４の内周面ではなくボール弁本体１８の外周面に非磁性材料により膜３７を形成し弁部材としてのボール弁１９を形成している。これにより、ボール弁１９が移動する際に径方向に吸引される力を低減するとともに、ボール弁１９の磁化を低減するので、ボール弁１９が滑らかに移動する。
【００３４】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図８および図９に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第２実施例では、弁部材４０自体を永久磁石で形成しているので、弁部材４０は保持手段を兼ねている。弁部材４０の外周壁に２か所以上の切欠４０ａが形成されており、弁部材４０の断面形状に合わせて弁座１２ｂと弁座１４ａとの間の内周壁が形成されている。したがって、弁部材４０は回転することなく往復移動する。
【００３５】
第２実施例においても、図８および図９に示すように、圧電素子２０に発生する衝撃が弁部材４０に伝播することにより弁部材４０が一方の弁座から他方の弁座に移動し、噴孔１２ａを開閉する。
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図１０に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
【００３６】
ハウジング１１の内周にコイル４１が収容されており、コイル４１と円筒部１５との間に磁歪素子４２が収容されている。コイル４１および磁歪素子４２は衝撃発生手段を構成している。コイル４１はボール弁１７を吸引する磁力を発生するために用いるのではなく、コイル４１が生成する磁界により磁歪素子４２を伸縮させるために用いられる。磁歪素子４２が伸縮するときに生じる衝撃によりボール弁１７は往復移動する。
【００３７】
コイル４１への通電は、磁歪素子４２を伸縮変形させボール弁１７を移動させるためにオンされるので、開弁期間中および閉弁期間中はコイル４１への通電はオフされている。
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図１１および図１２に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
【００３８】
弁座１２ｂの上流側および弁座１４ａの下流側にそれぞれ環状溝５０、５１が形成されている。環状溝５０、５１は、永久磁石２１の磁束が弁ボディ１２および円板部１４の内部ではなくボール弁１７との間に流れやすくするために設けられている。したがって、永久磁石２１で発生する磁束がより多くボール弁１７を吸引する力となって働く。
【００３９】
第４実施例では環状溝５０、５１を形成することにより空気を非磁性材料として用いたが、環状溝５０、５１に非磁性金属または樹脂を充填してもよい。
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図１３および図１４に示す。
ニードル弁６０は弁ボディ６１に往復移動可能に支持されている。ニードル弁６０は弁ボディ６１に形成した弁座６１ｂに着座可能であり、ニードル弁６０が弁座６１ｂに着座すると、流体流路の一部である噴孔６１ａが閉塞される。ニードル弁６０の反噴孔６１ａ側にフランジ６０ａが形成されている。フランジ６０ａは可動コア６２内に収容されており、スプリング６３により可動コア６２のストッパ６２ａに向けて付勢されている。ニードル弁６０、可動コア６２およびスプリング６３は弁部材を構成している。
【００４０】
衝撃伝播手段としての固定コア６４はニードル弁６０および可動コア６２を往復移動可能に収容している。固定コア６４の内周に可動コア６２を囲むように環状の永久磁石６５が配設されている。衝撃発生手段としての圧電素子６６は固定コア６４の反噴射側に配設されており、コネクタ６７にインサート成形されたターミナル６８からパルス電圧を印加される。
【００４１】
図１３に示す閉弁状態において、ニードル弁６０は弁座６１ｂに着座しており、可動コア６２は永久磁石６５の磁力により固定コア６４の閉弁ストッパ６４ａに吸着している。ニードル弁６０のフランジ６０ａはスプリング６３の付勢力により可動コア６２のストッパ６２ａに向けて付勢されているが、当接していない。
【００４２】
図１３に示す閉弁状態において、圧電素子６６にパルス電圧を印加すると圧電素子６６の伸縮により衝撃が発生し、この衝撃が固定コア６４に伝播するので、固定コア６４の閉弁ストッパ６４ａに着座していた可動コア６２が叩き出され図１３の上方に移動する。可動コア６２の上昇に伴いフランジ６０ａがストッパ６２ａに係止されるので、ニードル弁６０も上昇し、ニードル弁６０は弁座６１ｂから離座する。そして噴孔６１ａから燃料が噴射される。
【００４３】
図１４に示すように、上方に移動した可動コア６２は固定コア６４の開弁ストッパ６４ｂに衝突し、永久磁石６５の磁力により開弁ストッパ６４ｂに吸着される。
（第６実施例）
本発明の第６実施例を図１５および図１６に示す。第５実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
【００４４】
衝撃発生手段としての圧電素子７０はキャップ状の可動コア７１、７２に上下を挟持されており、圧電素子７０、可動コア７１、７２は一体となって往復移動する。ニードル弁６０のフランジ６０ａは可動コア７１内に収容されており、スプリング６３により可動コア７１のストッパ７１ａに向けて付勢されている。ニードル弁６０、圧電素子７０、可動コア７１、７２およびスプリング６３は弁部材を構成している。
【００４５】
衝撃伝播手段としての固定コア７３はニードル弁６０および可動コア７１、７２を往復移動可能に収容している。固定コア７３の内周に可動コア７１、７２を囲むように円柱状の永久磁石７４が配設されている。
【００４６】
図１５に示す閉弁状態において、ニードル弁６０は弁座６１ｂに着座しており、可動コア７１は永久磁石７４の磁力により固定コア７３の閉弁ストッパ７３ａに吸着している。ニードル弁６０のフランジ６０ａはスプリング６３の付勢力により可動コア７１のストッパ７１ａに向けて付勢されているが、当接していない。
【００４７】
図１５に示す閉弁状態において、圧電素子７０にパルス電圧を印加すると、圧電素子７０の伸縮により衝撃が発生する。この衝撃が可動コア７１、７２に伝播すると、固定コア７３の閉弁ストッパ７３ａに着座していた可動コア７１が叩き出され、可動コア７１とともに圧電素子７０、可動コア７２およびスプリング６３が図１５の上方に移動する。可動コア７１の上昇に伴いフランジ６０ａが可動コア７１のストッパ７１ａに係止されるので、ニードル弁６０も上昇し、ニードル弁６０は弁座６１ｂから離座する。そして噴孔６１ａから燃料が噴射される。
【００４８】
図１６に示すように、上方に移動した可動コア７２は固定コア７３の開弁ストッパ７３ｂに衝突し、永久磁石７４の磁力により開弁ストッパ７３ｂに吸着される。
（第７実施例）
本発明の第７実施例を図１７および図１８に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
【００４９】
衝撃発生手段としての圧電素子２０のボール弁１７側に、ボール弁１７が弁座１２ｂおよび１４ａに衝突するときの衝撃を検出する検出手段としての圧電素子２３が配設されている。コネクタ３０にインサート成形されたターミナル３２、３３はそれぞれ圧電素子２０、２３に接続されている。さらにターミナル３２、３３は、それぞれ噴射弁駆動回路８０、開弁・閉弁検出回路８１に接続されている。
【００５０】
図１７に示す閉弁状態において、噴射弁駆動回路８０から圧電素子２０にパルス電圧が印加されると、図１９の（Ａ）に示すように圧電素子２０に発生する衝撃によりボール弁１７は弁座１２ｂから叩き出され弁座１４ａに衝突する。このとき、検出用の圧電素子２３は、圧電素子２０に発生する衝撃と、ボール弁１７が弁座１４ａに衝突するときの衝撃を検出し、図２０に示すようにそれぞれ検出信号８２、８３を出力する。
【００５１】
また図１９の（Ａ）に示す開弁状態において、噴射弁駆動回路８０から圧電素子２０にパルス電圧が印加されると、図１９の（Ｂ）に示すように圧電素子２０に発生する衝撃によりボール弁１７は弁座１４ａから叩き出され弁座１２ｂに衝突する。このとき、検出用の圧電素子２３は、圧電素子２０に発生する衝撃と、ボール弁１７が弁座１２ｂに衝突するときの衝撃を検出し、図２０に示すようにそれぞれ検出信号８２、８４を出力する。
【００５２】
検出用の圧電素子２３は弁座１４ａに近い側に配設されているので、ボール弁１７が弁座１２ｂに衝突するときよりも弁座１４ａに衝突するときに圧電素子２３に伝播する衝撃の方が大きい。したがって、検出信号８４よりも検出信号８３の方が出力値が大きい。また、検出信号８２は検出信号８３、８４よりも出力値が大きい。
【００５３】
そこで、検出信号８２よりも小さく検出信号８４よりも大きいスレッシュホールドレベルにより検出信号を波形変形すると、図２０の下段に示すパルス信号を得ることができる。
【００５４】
つまり、ボール弁１７が弁座１４ａに衝突するときにパルス信号が２個検出され、ボール弁１７が弁座１２ｂに衝突するときにパルス信号が１個検出される。したがって、ボール弁１７がどちらの弁座に衝突したかを検出できるので、燃料噴射弁の開閉状態を検出することができる。
【００５５】
（第８実施例）
本発明の第８実施例を図２１および図２２に示す。第７実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第８実施例は、衝撃発生用の圧電素子２０が衝撃を検出する検出手段としても用いられる例を示している。コネクタ３０にインサート成形されたターミナル３４は、スイッチング回路８５により、噴射弁駆動回路８０または開弁・閉弁検出回路８１に接続される。ボール弁１７に衝撃を与えるときはスイッチング回路８５は噴射弁駆動回路８０側に接続され、ボール弁１７が弁座１２ｂ、１４ａに衝突するときは開弁・閉弁検出回路８１に接続される。
【００５６】
噴射弁駆動回路８０は圧電素２０にパルス信号を送出し、開弁・閉弁検出回路８１は圧電素子２０から検出信号を入力するので、噴射弁駆動回路８０および開弁・閉弁検出回路８１と圧電素子２０との間の信号の流れ方向は逆である。したがって、スイッチング回路８５に代えて一方の回路とターミナル３４との間に正規の方向に信号が流れるようにダイオードを接続することによっても、噴射弁駆動回路８０と開弁・閉弁検出回路８１とにより圧電素子２０を目的に応じて共有することができる。
【００５７】
（第９実施例）
本発明の第９実施例を図２３に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
図２３の（Ａ）に示すように、ハウジング１１は、一端に圧電素子２０を係止し、磁性材料で形成された弁ボディ９０と圧電素子２０との間に通路部材１３を挟持している。弁ボディ９０および通路部材１３は衝撃伝播手段を構成している。弁ボディ９０は下流側に噴孔９０ａを形成しており、噴孔９０ａの上流側にボール弁１７が着座可能な弁座９０ｂを設けている。ボール弁１７が弁座９０ｂに着座すると噴孔９０ａは閉塞される。磁気規制手段としての案内部材９１は非磁性材料で環状に形成されており、ボール弁１７の周囲を取り囲んでいる。案内部材９１は弁座１４ａおよび弁座９０ｂに向かうボール弁１７を案内する。
【００５８】
図２３の（Ｂ）に示すように、案内部材９１の内周壁に３個の溝流路９１ａが形成されており、ボール弁１７が弁座９０ｂから離座すると、燃料流路１６から溝流路１４ｂ、９１ａを通り噴孔９０ａから燃料が噴射される。燃料流路１６、溝流路１４ｂ、９１ａおよび噴孔９０ａは流体流路を構成している。
【００５９】
第９実施例では、ボール弁１７を案内する案内部材９１を非磁性材料で形成しているので、案内部材９１が磁化されず案内部材９１とボール弁１７との間に磁力が働かない。弁座１４ａおよび弁座９０ｂの一方から他方に移動するときにボール弁１７は案内部材９１に吸引されないので、圧電素子２０で発生した衝撃によりボール弁１７は弁座１４ａおよび弁座９０ｂの一方から他方に確実に移動する。
【００６０】
（第１０実施例）
本発明の第１０実施例を図２４および図２５に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
ハウジング１１は、一端に圧電素子２０を係止し、弁ボディ９２と圧電素子２０との間に通路部材９３を挟持している。弁ボディ９２および通路部材９３は磁性材料で形成されており、衝撃伝播手段を構成している。弁ボディ９２は下流側に噴孔９２ａを形成しており、噴孔９２ａの上流側に弁部材であり、かつ磁気規制手段としての円板弁９４が着座可能な弁座９２ｂを設けている。円板弁９４は薄板状に形成されており、板厚方向に移動する。円板弁９４が弁座９２ｂに着座すると噴孔９２ａは閉塞される。通路部材９３は、円板部９３ａおよび円筒部９３ｂを有している。円板部９３ａは円板弁９４が着座可能な弁座９３ｃを設けている。
【００６１】
弁座９３ｃの上流側内周壁および弁ボディ９２の内周側壁にそれぞれ溝流路９３ｄ、９２ｃが形成されている。溝流路９３ｄは当接部９４ｂの外周側に形成され、溝流路９２ｃは円板弁９４の外周側面よりも外周側に形成されている。円板弁９４が弁座９２ｂから離座すると、燃料流路１６から溝流路９３ｄ、９２ｃを通り噴孔９２ａから燃料が噴射される。燃料流路１６、溝流路９３ｄ、９２ｃおよび噴孔９２ａは流体流路を構成している。
【００６２】
図２５に示すように、円板弁９４は円板状に形成された弁本体９４ａと、弁本体９４ａの軸方向両端面に弁座９２ｂおよび弁座９３ｃに向けてそれぞれ突出する環状の当接部９４ｂとを有する。当接部９４ｂは弁座９２ｂおよび弁座９３ｃに当接可能である。
【００６３】
第１０実施例では、弁座９２ｂおよび弁座９３ｃに対向する円板弁９４の面積が、弁ボディ９２の内周側面と対向する円板弁９４の外周側面の面積よりも遥かに大きいので、弁座９２ｂおよび弁座９３ｃの一方から他方に移動するときに円板弁９４は弁ボディ９２の内周側面との間よりも弁座９２ｂおよび弁座９３ｃとの間に大きな吸引力が働く。したがって、圧電素子２０で発生した衝撃により円板弁９４は弁座９２ｂおよび弁座９３ｃの一方から他方に確実に移動する。
【００６４】
第１０実施例では、円板状の弁本体９４ａではなく環状の当接部９４ｂが弁座９２ｂおよび弁座９３ｃに着座するので、円板弁９４と各弁座との間に働く磁力が当接部９４ｂと各弁座との接触箇所に加わる。弁本体９４ａが直接各弁座に着座する場合に比べ当接部９４ｂが磁力により各弁座に着座する面圧が大きいので、円板弁９４が弁座９２ｂに着座しているときに確実に燃料噴射を遮断することができる。
【００６５】
また、ボール弁１７に比べ各弁座との接触面積を大きくすることができるので、圧電素子２０で発生した衝撃から円板弁９４は大きなエネルギーを受けることができる。したがって、弁座の一方から他方に確実に移動することができる。
【００６６】
第１０実施例では、円板弁９４の外周側面を磁性材料で形成された弁ボディ９２の内周側面で取り囲んだが、第９実施例のように、円板弁９４の外周側面を非磁性材料で形成された案内部材で取り囲んでもよい。
【００６７】
（第１１実施例）
本発明の第１１実施例を図２６に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
ハウジング１１は、一端に圧電素子２０を係止し、弁ボディ９５と圧電素子２０との間に通路部材１３を挟持している。弁ボディ９５は磁性材料で形成されており、弁ボディ９５および通路部材１３は衝撃伝播手段を構成している。弁ボディ９５は下流側に噴孔９５ａを形成しており、噴孔９５ａの上流側にボール弁１７が着座可能な弁座９５ｂを設けている。ボール弁１７が弁座９５ｂに着座すると噴孔９５ａは閉塞される。
【００６８】
弁ボディ９５に形成した環状の凹部９５ｃに、ボビン９６に巻回された保持手段としてのソレノイド９７が嵌合している。ボビン９６は非磁性材料で形成されている。ソレノイド９７への通電をオンすることにより、弁座９５ｂおよび弁座１４ａとボール弁１７との間に磁力が働く。
【００６９】
第１１実施例では、非磁性材料で形成されているボビン９６がボール弁１７の移動を案内する部材を兼ねているので、▲１▼ボビン９６が磁化されずボビン９６とボール弁１７との間に磁力が働かない。弁座１４ａおよび弁座９５ｂの一方から他方に移動するときにボール弁１７はボビン９６に吸引されないので、圧電素子２０で発生した衝撃によりボール弁１７は弁座１４ａおよび弁座９５ｂの一方から他方に確実に移動する。さらに、▲２▼部品点数を減少し製造コストを低減できる。
【００７０】
以上説明した本発明の実施の形態を示す上記複数の実施例では、衝撃発生手段が発生する衝撃により弁部材を往復移動させている。衝撃が弁部材に伝播する時間は短かく、衝撃発生手段として用いる圧電素子２０および磁歪素子４２は衝撃を発生する応答時間が短いので、燃料噴射弁の開閉応答性が向上する。
【００７１】
また、弁部材に衝撃を与えるときにだけ磁歪素子に磁界を加えるコイルまたは圧電素子への通電をオンし、弁部材が閉弁位置または開弁位置に保持されているときは通電をオフするので、燃料噴射弁に供給する電力が低減し、燃料噴射弁に発生する熱量が減少する。したがって、燃料噴射弁の温度上昇が抑制され、燃料噴射弁内の磁性部材の磁気特性の変動を防止することができる。
【００７２】
このような電圧オン時間の短いパルス電圧を印可する電圧制御に対し、オフからオン、またはオンからオフに電圧を変化させることにより弁部材に衝撃を与え開弁位置または閉弁位置に弁部材を移動させた後電圧を変化させず、次に開弁位置および閉弁位置に弁部材を移動させるときに電圧をオンからオフ、またはオフからオンに変化させる電圧制御も可能である。
【００７３】
また、弁部材に衝撃を与えるときにだけ磁歪素子に磁界を加えるコイルまたは圧電素子への通電をオフし、弁部材が閉弁位置または開弁位置に保持されているときは通電をオンする電圧オフ時間の短いパルス電圧を印可する電圧制御電圧制御も可能である。
【００７４】
上記複数の実施例では、衝撃発生手段として圧電素子２０、あるいはコイル４１および磁歪素子４２を用いたが、電気エネルギーまたは磁気ネルギーを機械的な変位に変換する素子であればどのような素子を用いてもよい。
上記複数の実施例では、本発明の流体制御弁を燃料噴射弁に適用したが、他の液体や気体の流体流路を開閉する目的で本発明の流体制御弁を用いてもよい。
【００７５】
また、弁部材が開弁位置または閉弁位置のいずれに位置しているかを検出するために、圧電素子に代えて振動センサまたは位置センサを用いてもよい。
上記複数の実施例では、弁部材を一方に付勢するスプリング等の付勢手段を用いなかったが、スプリングにより弁部材を一方に付勢する構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図２】（Ａ）は図１からボール弁を取り除いた状態を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】第１実施例の燃料噴射弁の作動を示す説明図であり、（Ａ）および（Ｂ）は開弁状態を示し、（Ｃ）および（Ｄ）は閉弁状態を示している。
【図４】（Ａ）は開弁期間が短いときの第１実施例と従来例の作動を示す特性図であり、（Ｂ）は開弁期間が長いときの第１実施例と従来例の作動を示す特性図である。
【図５】第１実施例の変形例１を示す部分断面図である。
【図６】第１実施例の変形例２を示す部分断面図である。
【図７】第１実施例の変形例３を示す部分断面図である。
【図８】本発明の第２実施例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図９】第２実施例による燃料噴射弁の開弁状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４実施例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図１２】第４実施例による燃料噴射弁の開弁状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の第５実施例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図１４】第５実施例による燃料噴射弁の開弁状態を示す断面図である。
【図１５】本発明の第６実施例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図１６】第６実施例による燃料噴射弁の開弁状態を示す断面図である。
【図１７】本発明の第７実施例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図１８】第７実施例による燃料噴射弁と制御回路との配線を示す説明図である。
【図１９】（Ａ）は第７実施例による燃料噴射弁の開弁状態を示す断面図であり、（Ｂ）は第７実施例による燃料噴射弁の閉弁状態を示す断面図である。
【図２０】開弁時および閉弁時における検出信号を示す特性図である。
【図２１】本発明の第８実施例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図２２】第８実施例による燃料噴射弁と制御回路との配線を示す説明図である。
【図２３】（Ａ）は第９実施例による燃料噴射弁を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２４】本発明の第１０実施例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図２５】第１０実施例の円板弁を示す平面図である。
【図２６】本発明の第１１実施例による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図２７】従来の燃料噴射弁を示す断面図である。
【符号の説明】
１燃料噴射弁
１２弁ボディ（衝撃伝播手段）
１２ａ噴孔（流体流路）
１２ｂ弁座
１３通路部材（衝撃伝播手段）
１４ａ弁座
１６燃料流路（流体流路）
１７ボール弁（弁部材）
２０圧電素子（衝撃発生手段、検出手段）
２１永久磁石（保持手段）
２３圧電素子（検出手段）
４０弁部材
４１コイル（衝撃発生手段）
４２磁歪素子（衝撃発生手段）
６０ニードル弁（弁部材）
６１ａ噴孔
６２可動コア（弁部材）
６３スプリング（弁部材）
６４固定コア（衝撃伝播手段）
６５永久磁石（保持手段）
６６圧電素子（衝撃発生手段）
７０圧電素子（衝撃発生手段、弁部材）
７１、７２可動コア（弁部材）
７３固定コア（衝撃伝播手段）
７４永久磁石（保持手段）
９１案内部材（磁気規制手段）
９４円板弁（磁気規制手段）
９６ボビン
９７ソレノイド（保持手段）

Claims

流体流路を開閉する弁部材と、
開弁位置および閉弁位置に前記弁部材を保持する保持手段とを備え、
前記弁部材は、通電を制御することにより衝撃を発生する衝撃発生手段を有し、前記衝撃発生手段で発生する衝撃により開弁位置または閉弁位置の一方から他方に移動することを特徴とする流体制御弁。
前記衝撃発生手段は、通電をオンするときに衝撃を発生することを特徴とする請求項１記載の流体制御弁。
前記保持手段は永久磁石の磁力により開弁位置または閉弁位置に前記弁部材を保持することを特徴とする請求項１または２記載の流体制御弁。
主に開弁方向および閉弁方向に前記弁部材を吸引するように前記永久磁石の磁力を働かせる磁力規制手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の流体制御弁。
前記磁力規制手段は、開弁位置と閉弁位置との間を移動する前記弁部材を案内する案内部材であり、前記案内部材は非磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項４記載の流体制御弁。
前記磁力規制手段は、板状に形成した前記弁部材であり、前記弁部材は開弁位置と閉弁位置との間を板厚方向に移動することを特徴とする請求項４記載の流体制御弁。
前記保持手段は開弁位置または閉弁位置に前記弁部材を保持する磁力を発生するソレノイドであり、前記ソレノイドを巻回し非磁性材料で形成されているボビンの内周壁が開弁位置と閉弁位置との間を移動する前記弁部材を案内することを特徴とする請求項１または２記載の流体制御弁。
前記衝撃発生手段は、圧電素子または磁歪素子を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の流体制御弁。
前記弁部材が開弁位置または閉弁位置のいずれに位置しているかを検出する検出手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の流体制御弁。
前記検出手段は、前記衝撃発生手段の一部を用いることを特徴とする請求項９記載の流体制御弁。