JP4038462B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

この発明は、弁体の開弁により燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。

従来、燃料噴射弁として、アマチュアの外周面と下ハウジングの内周面との間の隙間を燃料絞り部として構成し、弁体がある変位量となると燃料絞り部により弁体の減速が行われ、弁体の弁座に対する衝突音を低減したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この燃料噴射弁では、アマチュアがコアの端面に接することで、弁体は、「開」状態となり、弁体が内部を摺動する弁本体の軸線方向の位置を下ハウジングに対して相対的に微小調整することで、弁体のリフト量が決定されている。

特開平８−１８９４３７号公報（図１）

従来の燃料噴射弁では、アマチュアと下ハウジングとの相対位置は弁体のリフト調整量により決定されるので、前記燃料絞り部を構成する、アマチュアの外周面と下ハウジングの内周面との軸線方向の相対位置は、弁体のリフト調整量に依存しており、衝突音を小さくするために構成された燃料絞り部の隙間の寸法は製品毎に不均一となり、その結果衝突音は製品毎にばらついてしまい、衝突音の小さい製品を安定して供給することができない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決するためになされたもので、弁体の「閉」動作時に生じる衝突音の製品毎における「ばらつき」を小さくすることができる等の燃料噴射弁を提供することを目的とする。

この発明に係る燃料噴射弁は、ハウジングと、このハウジング内に固定されている中空円柱状のコアと、このコアの内周側に固定されているとともに内周部を燃料が通過する中空円柱状のロッドと、このコアの外側に設けられている電磁コイルと、前記ハウジングに固定されている筒状の弁本体と、この弁本体内に設けられ内部を往復動可能な棒状の弁体と、この弁体の一端部に固定されているとともに前記電磁コイルへの通電により前記コアに吸引されるアマチュアとを備え、前記弁本体の一端部には前記弁体の他端面が当接するシート部および前記燃料が通過する噴射口部を有する弁座が設けられている燃料噴射弁であって、前記アマチュアの端面と前記弁本体の他端部の端面との間には前記弁体が前記弁座に向かって移動するに従って前記燃料の流路面積が縮小する可変隙間部が形成されており、前記アマチュアには、前記ロッドからの前記燃料を前記アマチュアの外周部に導く通路が形成されており、この通路を通過した燃料は、前記可変隙間部を通過して前記弁本体の内部を通じて前記噴射口部に至る。

この発明は、弁体の「閉」動作時に生じる衝突音の製品毎における「ばらつき」を小さくすることができる。

以下、この発明の各実施の形態について説明するが、同一または相当の部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の筒内に取り付けられた噴射用燃料噴射弁１の全体断面図、図２は図１の要部拡大図、図３は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
この燃料噴射弁１は、先端部がエンジンのシリンダヘッド２０の穴２０ａにシール部材１４を介して挿入され、かつフランジ下面３ａがシリンダヘッド上面２０ｂに接触した状態で固定手段（図示せず）により固定されている。
この燃料噴射弁は、ソレノイド装置２と、このソレノイド装置２への通電により作動する弁装置８とを備えている。

前記ソレノイド装置２は、ハウジング３と、このハウジング３内に溶接により固定された中空円柱状のコア４と、このコア４の外側に設けられた電磁コイル５と、コア４の内周側に固定された中空円柱状のロッド７と、コア４の内周側に設けられ一端部がロッド７の下端面に当接したばね６とを備えている。
ロッド７は、コア４の内周部に、所定の噴射量特性を得る弾性力を有する位置までばね６を押し込んで挿入されている。このロッド７は、コア４の中間部４ａが径内側方向に押圧されることで、ロッド７の外周面のリング状の凹凸部７ａにコア４の内壁面がくい込み、コア４に固定されている。

前記弁装置８は、ハウジング３の下端部に形成された凹部３ａにプレート１５を介して圧入され、かつ溶接により固定された中空円柱状の弁本体１３と、この弁本体１３内に設けられ内部を摺動可能な棒状の弁体９と、この弁体９の上端部に固定されているとともに燃料通路１０ｂを有するアマチュア１０と、弁本体１３の下端部に溶接により固定されているとともにシート部１１ａおよび噴射口部１１ｂを有する弁座１１と、この弁座１１の上部に溶接により固定されているとともに燃料を旋回させるための旋回通路１２ａを有するスワーラー１２を備えている。前記プレート１５は、その厚さにより、弁体９の「開」と「閉」との間の変位量（コア４に対するアマチュア１０の軸線方向の変位量）が調整されている。

弁体９は、径方向に膨大した摺動部９ａが弁本体１３の内壁面１３ａに摺接可能であり、また先端部がスワーラー１２の内壁面１２ｂに摺接可能である。この弁体９は、弁座１１のシート部１１ａとの当接によって軸線方向の一方の位置が規制されている。弁体９の軸線方向の他方の位置は弁体９に固定されたアマチュア１０の上端面１０ａがコア４の下端面４ｂに当接することで規制されている。
弁座１１は、弁本体１３の内周部に圧入される際には、弁本体１３の上端面１３ｂとアマチュア１０の下端面１０ｄとの間の隙間Ｌが所定の値となるように位置調整されている。この弁座１１は、位置調整後に弁本体１３の下端面で溶接により固定されている。
即ち、隙間Ｌは弁体９が「閉」のときの弁本体１３の上端面１３ｂとアマチュア１０の下端面１０ｄとの間の隙間であり、弁本体１３に固定された弁座１１の位置により、隙間Ｌの寸法が定まる。

図４（ａ）〜（ｄ）は隙間Ｌを調整する工程図を示す。
予め、弁本体１３の上方から内部に、アマチュア１０と溶接により一体の弁体９が挿入される。次に、溶接によりスワーラー１２と一体の弁座１１は、弁本体１３の下方から押圧部材３０により挿入され、引き続き弁体９とともに、押し上げられていく（図４（ａ）、（ｂ））。その後、弁本体１３と、押し上げられた弁体９との軸線方向の相対位置が隙間Ｌを有するようになったところで押圧部材３０による押圧が停止される（図４（ｃ））。最後に、レーザー溶接により弁座１１は弁本体１３に固定される（図４（ｄ））。

次に、上記構成の燃料噴射弁１の動作について説明する。
先ず、エンジンのマイコンから燃料噴射弁１の駆動回路（図示せず）に動作信号が送られると、燃料噴射弁１は端子５ａから電磁コイル５に電流が通電され、ハウジング３、コア４およびアマチュア１０で構成される磁気回路に磁束が発生する。この結果、コア４から離間する方向にばね６の弾性力を常に受けているアマチュア１０は、ばね６の弾性力に逆らってコア４へ吸引される。
アマチュア１０と一体構造である弁体９は、弁座１１のシート部１１ａから離れ、この部分に間隙が形成されると、燃料圧力１ＭＰａ以上の高圧の燃料は噴射口部１１ｂからエンジンシリンダ内に噴射され、燃料噴射が始まる。
弁体９は、アマチュア１０の上端面１０ａがコア４の下端面４ｂと当接することで開弁位置が決まり、１０分の数ミリ秒から数ミリ秒間の燃料噴射が継続される。

弁体９の「開」状態においては、図示しない燃料供給管よりロッド７の内周部に流入した燃料は、主にアマチュア１０の通路１０ｂを通ってアマチュア１０の外周部に流れる。この後、この燃料は、アマチュア１０の下端面１０ｄと弁本体１３の上端面１３ｂとの間の可変隙間部Ａを通って弁本体１３の内部に至り、そのまま内部を流下する。また、燃料の一部は、アマチュア１０の内周面に等分間隔で軸線方向に延びて形成されたスリット部１０ｃを通って弁本体１３の内部に至り、そのまま内部を流下する。なお、弁体９の摺動部９ａには、外周面に等分間隔で軸線方向に延びたスリット部９ｂが形成されており、摺動部９ａではこのスリット９ｂを通じて燃料が流下する。
その後、燃料はスワーラー１２の外周部から中心部に燃料噴射弁１の軸線に対して偏心した旋回流路１２ａを通って弁座１１のシート部１１ａに達し、噴射口部１１ｂを通ってエンジンシリンダ内に噴射される。

１０分の数ミリ秒から数ミリ秒間の燃料噴射が継続された後、マイコンからのオフ信号により電磁コイル５への通電が停止されて電磁力が消滅する。この結果、ばね６の弾性力により、弁体９は、その先端部が弁座１１方向に押し下げられ、１０分の数ミリ秒後にはシート部１１ａに衝突して燃料噴射が終了する。

弁体９の「閉」動作時において、弁体９が弁座１１のシート部１１ａに衝突する際に、弁体９の運動エネルギーの大部分は弁体９および弁座１１の振動エネルギーへと変化する。このうち、弁座１１の振動エネルギーは、弁本体１３、ハウジング３およびシリンダヘッド２０へと伝達され、エンジンを搭載した車両の外部へ騒音として放射される。

図５は前記弁体９の「開」「閉」動作における変位プロフィールであり、図６は弁体９の変位と可変隙間部Ａの流路面積との関係を示す図である。
弁体９が下動する「閉」動作時において、弁体９の「閉」開始直後は弁体９の先端面と弁座１１のシート部１１ａとの間の流路面積が大きく、可変隙間部Ａの上流側のほうが可変隙間部Ａの下流側より静圧力が高く、弁体９への減速効果は小さい。
弁体９の下動に伴い弁体９の先端面とシート部１１ａとの間のリング状の流路面積が狭まるにつれて、燃料の慣性作用により弁座１１付近の燃料の静圧力が上昇し、可変絞り部Ａの下流側の静圧力が上流側の静圧力より高くなり、「閉」開始直後とは逆方向の燃料圧力差が発生する（以後閉塞効果と記す）。一方、可変隙間部Ａは、弁体９が下動に伴い、燃料の流路面積が漸次小さくなっているので、この可変隙間部Ａの下流側と上流側との間に発生する圧力差は漸次増大する。このように漸次増大する上記閉塞効果による弁体９の上流側への押し上げ力により下動する弁体９は減速され、弁体９が弁座１１に衝突する直前においては、最大の減速効果が得られる。
このようなことから、「閉」動作における弁体９の応答遅れが伴うものの、図５の弁体９の変位プロフィールから分かるように、弁体９の応答遅れに伴う噴射量増加分が少ない。例えば、エンジンのアイドル運転時には微小噴射量が要求されるが、微小噴射量の増加を抑えることにより、エンジンの制御性の悪化を伴うことなく衝突音を小さくすることができる。

以上説明したように、この実施の形態の燃料噴射弁によれば、アマチュア１０の下端面１０ｄと弁本体１３の上端面１３ｂとの間にリング状の可変隙間部Ａが形成されているので、弁体９の「閉」動作が減速され、弁体９が弁座１１に衝突したときに生じる衝突音を小さくすることができる。
また、可変隙間部Ａの隙間調整は、弁本体１３に固定される弁座１１の位置調整で行うことができるので、可変隙間部Ａについては高い隙間精度を確保することができ、弁体９の「閉」動作時に生じる衝突音を小さくすることができるとともに製品毎における衝突音の「ばらつき」を小さくすることができる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２の燃料噴射弁１の要部断面図である。
この実施の形態では、弁本体１１３の上部には円柱状の突出部１１３ａが形成されている。この突出部１１３ａの外周面には円筒状のスリーブ１６が溶接により接合されている。このスリーブ１６の上端面１６ａとアマチュア１０の下端面１０ｄとの間で可変隙間部Ａが形成されている。他の構成は実施の形態１と同様である。
この実施の形態による燃料噴射弁１によれば、可変隙間部Ａの寸法は、突出部１１３ａに対するスリーブ１６の軸線方向の取付位置を調整することで簡単に設定されるので、実施の形態１のものと比較して可変隙間部Ａの寸法の調整が簡単であり、組立作業性が向上する。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３の燃料噴射弁１の要部断面図である。
上記実施の形態１、２では、弁本体１３の内壁面１３ａに弁体９の摺動部９ａが摺接しており、耐磨耗性を確保するために弁本体１３は高い硬度の材料を用いる必要があり、マルテンサイト系鉄材、例えばＳＵＳ４４０が使用されている。そのため、電磁コイル５に電流が通電された場合、ハウジング３、コア４およびアマチュア１０で構成される磁気回路に磁束が発生するも、そのとき可変隙間部Ａを通じて弁本体１３，１１３に向けて磁気漏洩が発生する。
この実施の形態３では、アマチュア１１０の外周面に薄肉部１１０ｅが形成されている。このため、この部分での磁路面積が小さくなり、可変隙間部Ａを通じて弁本体１３への磁気の漏洩が低減される。この部分の肉厚寸法は、強度上の最低肉厚として例えば約０．４ｍｍが必要である。
また、この薄肉部１１０ｅで溶接によりアマチュア１１０と弁体９とが一体化されているので、この薄肉部１１０ｅでは高温化による磁気特性の低減が図られ、それだけ磁気抵抗が増大しており、より磁気の漏洩を抑制することができる。
なお、図８中において、１１０ａは上端面、１１０ｂは燃料通路、１１０ｃはスリット、１１０ｄは下端面である。

この燃料噴射弁１によれば、可変隙間部Ａを通じての磁気の漏洩が低減されるので、コア４とアマチュア１１０との間に作用する電磁吸引力の低下が抑制され、燃料噴射弁１の電気消費量が節約される。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４の燃料噴射弁１の要部断面図である。
この実施の形態では、スリーブ１６が弁本体１１３の突出部１１３ａに固定されているとともに、アマチュア１１０に薄肉部１１０ｅが形成されている。アマチュア１１０はこの薄肉部１１０ｅで溶接により弁体９に固定されている。
この燃料噴射弁１によれば、可変隙間部Ａの寸法は、突出部１１３ａに対するスリーブ１６の軸線方向の取付位置を調整することで簡単に設定される。
また、アマチュア１１０に薄肉部１１０ｅが形成されているので、この薄肉部１１０ｅでの磁気抵抗が増大し、可変隙間部Ａを通じてスリーブ１６に流れる磁気の漏洩が低減される。この結果、コア４とアマチュア１１０との間に作用する電磁吸引力の低下が抑制され、燃料噴射弁１の電気消費量が節約される。

なお、上記各実施の形態では、筒内噴射用燃料噴射弁について説明したが、この発明は吸気管に取り付けられる燃料噴射弁にも適用することができるし、スワーラーの無い燃料噴射弁でも適用することができる。
また、弁本体１３と弁座１１とは別部材で構成したが、弁本体の先端部に噴射口部を有する弁座が形成された燃料噴射弁であってもよい。

この発明の実施の形態１の筒内に取り付けられた燃料噴射弁の全体断面図である。 図１の要部拡大図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は弁座を弁本体に固定する各工程を示す図である。 弁体の「開」「閉」動作における変位プロフィールである。 弁体の変位と可変隙間部の流路面積との関係を示す図である。 この発明の実施の形態２の燃料噴射弁の要部断面図である。 この発明の実施の形態３の燃料噴射弁の要部断面図である。 この発明の実施の形態４の燃料噴射弁の要部断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁、３ ハウジング、４ コア、５ 電磁コイル、７ ロッド、９ 弁体、１０，１１０ アマチュア、１０ｄ 下端面、１１ 弁座、１１ａ シート部、１１ｂ 噴射口部、１３，１１３ 弁本体、１３ｂ 上端面、１６ スリーブ、１６ａ 上端面、１１０ｅ 薄肉部、Ａ 可変隙間部。

Claims (4)

1. ハウジングと、
   このハウジング内に固定されている中空円柱状のコアと、
   このコアの内周側に固定されているとともに内周部を燃料が通過する中空円柱状のロッドと、
   このコアの外側に設けられている電磁コイルと、
   前記ハウジングに固定されている筒状の弁本体と、
   この弁本体内に設けられ内部を往復動可能な棒状の弁体と、
   この弁体の一端部に固定されているとともに前記電磁コイルへの通電により前記コアに吸引されるアマチュアとを備え、
   前記弁本体の一端部には前記弁体の他端面が当接するシート部および前記燃料が通過する噴射口部を有する弁座が設けられている燃料噴射弁であって、
   前記アマチュアの端面と前記弁本体の他端部の端面との間には前記弁体が前記弁座に向かって移動するに従って前記燃料の流路面積が縮小する可変隙間部が形成されており、
   前記アマチュアには、前記ロッドからの前記燃料を前記アマチュアの外周部に導く通路が形成されており、この通路を通過した燃料は、前記可変隙間部を通過して前記弁本体の内部を通じて前記噴射口部に至る燃料噴射弁。
2. ハウジングと、
   このハウジング内に固定されている中空円柱状のコアと、
   このコアの内周側に固定されているとともに内周部を燃料が通過する中空円柱状のロッドと、
   このコアの外側に設けられている電磁コイルと、
   前記ハウジングに固定されている筒状の弁本体と、
   この弁本体内に設けられ内部を往復動可能な棒状の弁体と、
   この弁体の一端部に固定されているとともに前記電磁コイルへの通電により前記コアに吸引されるアマチュアと、
   前記弁本体の前記アマチュア側の一端部にアマチュア側に突出して固定されている筒状のスリーブとを備え、
   前記弁本体の他端部には前記弁体の他端面が当接するシート部および燃料が通過する噴射口部を有する弁座が設けられている燃料噴射弁であって、
   前記アマチュアの端面と前記スリーブの端面との間には前記弁体が前記シート部に向かって移動するに従って前記燃料の流路面積が縮小する可変隙間部が形成されており、
   前記アマチュアには、前記ロッドからの前記燃料を前記アマチュアの外周部に導く通路が形成されており、この通路を通過した燃料は、前記可変隙間部を通過して前記弁本体の内部を通じて前記噴射口部に至る燃料噴射弁。
3. 前記アマチュアの外周部には、磁路面積を縮小するための薄肉部が形成されている請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記アマチュアは、前記薄肉部で溶接により前記弁体に固定されている請求項３に記載の燃料噴射弁。

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