JP3923935B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。

従来の内燃機関用燃料噴射弁は、例えば、噴孔，これに連なる弁座，およびこの弁座の入口側に形成される案内孔を有する弁本体と、案内孔に往復動可能に案内され一端側に弁座に当接可能な当接部を有し他端側に平坦面をもつ頭部を有して弁座に接離可能な弁部材（ニードル弁）と、内部に燃料通路を有しその内周壁が弁部材の頭部に固定される筒状の可動鉄心（アマチュア）と、この可動鉄心の燃料入口側に隙間を介して設けられ、内部に燃料通路を有する筒状の固定鉄心（コア）と、弁座に弁部材の当接部を着座する方向に可動鉄心を付勢する付勢手段と、可動鉄心と固定鉄心の外周部に設けられ通電により励磁されて可動鉄心を固定鉄心側に吸引する電磁吸引力を発生する電磁コイルとを備え、弁部材の頭部の外壁と可動鉄心の内壁とにより区画形成される燃料通路部分は、可動鉄心の燃料入口側から燃料出口側まで、燃料通路面積変化率がほぼ一様になるように構成されている（特許文献１参照）。

特開平８−２３２８０１号公報（第２頁、図１および図２）

最近の内燃機関は、高出力化等の要求に応えるため、燃圧を高くする等の処置がとられる場合がある。従来の燃料噴射弁は、上記のように構成されており、可動鉄心部に形成された燃料通路のうち、ニードル弁頭部の円柱部に二面取り加工した面と円柱部が嵌合する可動鉄心内周面とで囲まれた部分の通路は、面積が上流側と下流側で同じになっている。従って、燃圧を高くするとそれに応じて閉弁時のニードル弁の速度は速くなる。弁速度が速くなると弁磨耗が促進される。また、特に閉弁時の速度が速くなると、ニードル弁が弁座に衝突するときの衝突音が大きくなり、更に、閉弁時のバウンスが大きくなって、ニードル弁と弁座の隙間から燃料が漏れてしまう、いわゆる後だれが発生し、デポジットの原因となる。そこで、閉弁時の速度を遅くするために従来の燃料通路の形状で断面積を小さくすれば、開弁時の応答性が悪くなるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、開弁時の制御応答性を維持しつつ、閉弁時のニードル弁の速度を遅くすることにより、ニードル弁の摩耗と閉弁時の動作衝撃音を低減し、ニードル弁のバウンズを抑制することができる燃料噴射弁を得ることを目的とする。

この発明に係わる燃料噴射弁は、中空円筒型の弁本体と、弁本体の一端に設けられ中心に流体の噴射孔を有する弁座と、弁本体内を移動し一端が上記弁座に離接して噴射孔を開閉するニードル弁と、ニードル弁の他端に固着させて設けられ内部に燃料通路を有するアマチュアと、アマチュアに対向して設けられた中空円筒状のコアと、コアの外周に設けられニードル弁を駆動させるソレノイド装置と、アマチュアの外周と所定の間隙をあけて設けられコアと一体で磁気回路を構成するヨークとを備え、コアの中空部に導入した燃料をアマチュアの燃料通路を経由して噴射孔から噴射させる燃料噴射弁において、アマチュアに設けた燃料通路は、通路下流側の方が小さいテーパ形状の孔とし、通路下流側に向けて面積が次第に小さくなるように形成したものである。

この発明の燃料噴射弁によれば、アマチュア部に設けられた燃料通路を通路下流側に向けて面積が次第に小さくなるように形成したので、開弁時の制御応答性を維持しつつ、閉弁時のニードル弁の速度を遅くすることができる。従って、ニードル弁の摩耗と閉弁時の動作衝撃音を低減でき、また、閉弁時のニードル弁のバウンズを抑制して後だれを防止することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁の正面断面図である。図において、燃料噴射弁１は、その先端部に弁装置２を備えており、この弁装置２は、小径円筒部３ａおよび大径円筒部３ｂを持つ段付中空円筒形の弁本体３と、この弁本体３の小径円筒部３ａの先端に固着されて噴射孔４を有する弁座５と、弁本体３内を軸方向に移動し一端が弁座５に離接して噴射孔４を開閉するニードル弁６と、このニードル弁６を軸方向に案内するとともに噴射孔４に流れ込もうとする燃料に旋回運動を与える旋回体７とを備えている。ニードル弁６の他端、すなわち噴射孔４側と反対側には内部に後述の燃料通路２０を有するアマチュア８が溶接等により固着されて設けられており、ニードル弁６と一体で動くように構成されている。

ニードル弁６およびアマチュア８の軸線上にアマチュア８と対向して所定の間隔を保ち中空円筒状のコア９が配置され、このコア９の中空部９ａにはスリーブ１０が位置調整されて固定されている。そして、スリーブ１０に一端を係止したスプリング１１によって、ニードル弁６を噴射孔４へ押圧する方向に付勢している。また、コア９の周囲にはにボビン１２に巻回されたコイル１３とコネクタ１４とを備えたソレノイド装置１５が配置されている。

アマチュア８の外周と所定の間隙をあけてヨーク１６が設けられており、この一端側は、ボビン１２とコイル１３とを包み込んでコア９に接続され、コア９と一体で磁気回路を構成している。他端側は、ストッパープレート１７を介して弁本体３の大径円筒部３ｂが挿入され、ヨーク１６の先端に設けた結合部１６ａを大径円筒部３ｂと小径円筒部３ａとの肩部３ｃ上に折り曲げて、かしめ等により固定されている。このように、ヨーク１６は弁本体３とアマチュア８とソレノイド装置１５の主要部とを収納するハウジングも兼ねている。このヨーク１６と同軸上に、コア９とコネクタ１４とを収納するハウジング１８が設けられており、こハウジング１８の先端部（図では上端側）は図示しない燃料供給管に接続され、燃料フィルタ１９を介してコア９の中空部９ａに燃料が導入されるようになっている。

図２は図１のＡ部の拡大図であり、（ａ）は正面断面図，（ｂ）は（ａ）を矢印Ｂ−Ｂから見た要部の図である。太矢印は燃料の流れ方向を示している。図のように、アマチュア８に設けた中空部にニードル弁６の一端を挿入し溶接等で固定しているが、このアマチュア８とニードル弁６との接合部を利用して燃料通路２０を形成している。すなわち、ニードル弁６のアマチュア８へ挿入される大径円柱部に、上流側（図で上部側）のほうを大きく下流側の方を小さく斜めに面カットを施し、このカット面とアマチュア８の内周面とで囲まれた空間を燃料通路２０とするものである。燃料通路２０の流路断面積は上流の流路断面積＞下流の流路断面積で、かつ、上流側から下流側に行くに従いなめらかに次第に小さくなるように形成されている。面積の割合は、上流側面積を下流側面積の約２倍以上にすることが望ましい。

次に動作について説明する。エンジンのマイコンより燃料噴射弁１の駆動回路であるソレノイド装置１５に動作信号が送られてコイル１３に電流が通電されると、アマチュア８と、コア９と、ヨーク１６とで構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア８はコア９側へ吸引動作し、アマチュア８と一体構造であるニードル弁６が弁座５から離れてその部分に間隙が形成される。これにより、図示しない燃料供給管から供給される燃料圧力２ＭＰａ以上の高圧の燃料は、コア９の中空部９ａを通りアマチュア８に形成した燃料通路２０を経由して弁座５の噴射孔４から図示しない内燃機関のシリンダー内に噴射される。コイル１３への給電が遮断されると、スプリング１１の付勢力によってニードル弁６が弁座５側に移動し噴射孔４を閉孔する。

前述のように、アマチュア８に設けられた燃料通路２０は、その流路断面積が上流の流路断面積＞下流の流路断面積で、かつ、燃料通路の下流方向に向けてスムーズに流路面積が縮小しているので、開弁時には燃料通路２０は大きな流体抵抗を受けることがなくニードル弁６が高速で移動し、閉弁時には燃料通路２０部で流体抵抗を大きく受けるので、ニードル弁６の速度は遅くなる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、開弁時の制御応答性を維持しつつ、閉弁時のニードル弁の速度を遅くすることができるので、流量ダイナミックレンジの低下を抑制しながら、弁摩耗が低減でき、また、閉弁時の衝撃作動音を低減でき、更に、閉弁時にニードル弁が弁座に衝突するときのバウンズを抑制して、デポジットの原因となる燃料の後だれを防止することができる。

なお、図２ではカット面を２箇所設けた場合について説明したが、１箇所または３箇所以上としても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による燃料噴射弁の要部の拡大図であり、（ａ）は正面断面図，（ｂ）は（ａ）を矢印Ｃ−Ｃから見た要部の図である。図３に示す部分以外の全体構成については、実施の形態１で説明した図1と同等なので、それらの部分の符号と動作の説明は省略する。図１と異なるのは、図１のＡ部一点鎖線内の部分であり、この部分を拡大したものが図３である。（図１と同等部分は同一符号で示している。）本実施の形態では、図のように、ニードル弁２１の大径円柱部をアマチュア２２の内径部に密着挿入し、溶接などで固着している。そして、アマチュア２２の外周近傍の数箇所（図では４箇所）に、軸方向に貫通させたテーパ形状の孔を設けこれを燃料通路２３とするものである。テーパ方向は、上流（図では上部）を大きくし下流を小さくしている。

次に動作について説明する。実施の形態１と同様に、ソレノイド装置のコイルへの電流のＯＮ−ＯＦＦによりニードル弁２１が上下しその先端が噴射孔に離接する。燃料噴射弁の外部から供給される燃料は、コア９の中空部９ａを通り、図の太矢印の方向に流れ、燃料通路２３を通り弁装置先端の噴射孔から噴射される。アマチュア２２に設けられた燃料通路２３は、上述のように上流の流路断面積＞下流の流路断面積で下流へ向かいスムーズに縮小しているので、開弁時は燃料通路２３による大きな流体抵抗を受けることなくニードル弁２１が図で上方へ移動し、閉弁時はスプリング１１の付勢力により図で下方に移動するが、このとき、燃料通路２３の面積が下流側で小さくなっているめ流体抵抗を大きく受けニードル弁２１の速度は遅くなる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、アマチュアに設けた燃料通路を下流に行くに従い狭くしたことによる実施の形態１と同様の効果を得られ、加えて、燃料通路をアマチュアとニードル弁の接合部ではなくアマチュア単体に孔開け加工により形成したので、通路加工時の寸法管理と加工が容易となる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３による燃料噴射弁の要部の拡大図であり、（ａ）は正面断面図，（ｂ）は（ａ）を矢印Ｄ−Ｄから見た要部の図である。図４に示す部分以外の全体構成については、実施の形態１で説明した図1と同等なので、それらの部分の符号と動作の説明は省略する。図１と異なるのは、図１のＡ部一点鎖線内の部分であり、この部分を拡大したものが図４である。（図１と同等部分は同一符号で示している。）図のように、本実施の形態では、ニードル弁６は図１と同じであるが、アマチュア２４は外周側面の軸方向の一部に全周にわたり他の部分より外径を大きくした大径部２４ａを設け、外周側面とヨーク１６との隙間２５を軸方向の一部において他の部分より狭くした形状としている。

次に動作について説明する。燃料噴射弁の基本動作は実施の形態１と同様なので、説明は省略する。アマチュア２４の外周側面とヨーク１６との隙間２５（以下サイドギャップと称する）は、磁気通路として作用している。従って、サイドギャップ２５は狭い方が好ましいが、狭すぎると電流ＯＦＦ時（磁気回路遮断時）の応答性が悪くなる。そこで、仕様によっても異なるが、通常２００μｍ前後を確保している。このため、サイドギャップ２５にも燃料の一部が流れる。アマチュア２４に設けた燃料通路２０は下流に行くほど狭く絞っているために、燃料通路をストレートに形成した従来のものに比べ、サイドギャップ２５側に流れる（漏れる）燃料が増えてくる。そこで、磁気通路としての適正な間隔を確保しつつサイドギャップ２５側への燃料の流れを少なくするために、大径部２４ａを設けたものである。従って、大径部２４ａの軸方向の寸法はわずかでよい。また、大径部２４ａにおけるサイドギャップ２５の間隙は１００μｍ程度以下にするのが望ましい。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、実施の形態１の効果に加え、アマチュアの外周側面に大径部を設けてその部分でサイドギャップの間隔を狭めるようにしたため、磁気通路としての適正な間隔を保ちながらサイドギャップへの燃料の流れを抑制できるので、閉弁時にニードル弁の速度を減速させる効果を更に高めることができる。

なお、燃料通路２０は図のようにニードル弁とアマチュアの嵌合部に形成したものについて説明したが、実施の形態２で説明した図３の燃料通路２３のようなものでも良い。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による燃料噴射弁の要部の拡大図であり、（ａ）は正面断面図，（ｂ）は（ａ）を矢印Ｅ−Ｅから見た要部の図である。図５に示す部分以外の全体構成については、実施の形態１で説明した図1と同等なので、それらの部分の符号と動作の説明は省略する。図１と異なるのは、図１のＡ部一点鎖線内の部分であり、この部分を拡大したものが図５である。（図１と同等部分は同一符号で示している。）また、図５のニードル弁２１，アマチュア２２，燃料通路２３は実施の形態２の図３で説明したものと同等なので、それらの説明も省略し、異なる部分のみを以下に説明する。

本実施の形態のアマチュア２２には、その外周側面に非磁性材料からなるメッキ２６を、アマチュア２２の移動を妨げない範囲の厚さで施している。アマチュア２２とヨーク１６との隙間であるサイドギャップ２５は磁気通路として作用しているので狭い方が好ましいが、狭すぎると電流ＯＦＦ時（磁気回路遮断時）の応答性が悪くなる。そこで、仕様によっても異なるが、通常２００μｍ前後を確保している。従って、サイドギャップ２５にも燃料の一部が流れる（漏れる）が、メッキ２６を施すことによりサイドギャップ２５が狭まるので、燃料はサイドギャップ２５側にはほとんど流れなくなり、アマチュア２２に設けた燃料通路２３を主に流れるようになる。アマチュア２２とヨーク１６と隙間を約２００μｍとした場合、最終的なサイドギャップ２５は１００μｍ以下程度にするのが望ましいので、メッキの厚さは例えば１００μｍ程度とる。一度のメッキで厚さを確保するのが難しければ多層メッキとすればよい。メッキの厚さを変えることで、自由にギャップを調整することができる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、アマチュアに設けた燃料通路を下流側ほど狭くしたための実施の形態１，２の効果に加え、アマチュアとヨークとの隙間であるサイドギャップをアマチュアの側面に非磁性のメッキを施すことにより狭くしたので、磁気通路としての適正な間隔を保ちながらサイドギャップに流れる燃料の流路を絞ることができ、閉弁時にニードル弁の速度を減速させる効果を更に高めることができる。また、ギャップ調整はメッキ厚さを変えることにより、簡単にコントロールできる。

なお、アマチュアに設けた燃料通路は、軸方向に貫通させたテーパ形状の孔として説明したが、実施の形態１で説明した図２の燃料通路２０のようなものでも良い。

内燃機関の燃料室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁で、特に、燃圧が高く弁速度の高い燃料噴射弁に適用して効果を上げることができる。

この発明の実施の形態１による燃料噴射弁を示す正面断面図である。 図１の要部拡大図である。 この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の要部拡大図である。 この発明の実施の形態３による燃料噴射弁の要部拡大図である。 この発明の実施の形態４による燃料噴射弁の要部拡大図である。

符号の説明

３ 弁本体 ４ 噴射孔
５ 弁座 ６，２１ ニードル弁
８，２２，２４ アマチュア ９ コア
１５ ソレノイド装置 １６ ヨーク
２０，２３ 燃料通路 ２４ａ 大径部
２５ サイドギャップ ２６ メッキ。

Claims (3)

1. 中空円筒型の弁本体と、上記弁本体の一端に設けられ中心に流体の噴射孔を有する弁座と、上記弁本体内を移動し一端が上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉するニードル弁と、上記ニードル弁の他端に固着させて設けられ内部に燃料通路を有するアマチュアと、上記アマチュアに対向して設けられた中空円筒状のコアと、上記コアの外周に設けられ上記ニードル弁を駆動させるソレノイド装置と、上記アマチュアの外周と所定の間隙をあけて設けられ上記コアと一体で磁気回路を構成するヨークとを備え、上記コアの中空部に導入した燃料を上記アマチュアの上記燃料通路を経由して上記噴射孔から噴射させる燃料噴射弁において、上記アマチュアに設けた上記燃料通路は、通路下流側の方が小さいテーパ形状の孔とし、通路下流側に向けて面積が次第に小さくなるように形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１記載の燃料噴射弁において、上記アマチュアの外周側面の軸方向の一部に全周にわたり他の部分より外径を大きくした大径部を設け、上記外周側面と上記ヨークとの間隙を上記大径部において上記他の部分より狭くしたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１記載の燃料噴射弁において、上記アマチュアの外周側面に非磁性材料からなるメッキを施したことを特徴とする燃料噴射弁。

Images