JP4168448B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁に関する。

駆動電流をコイルに供給することにより固定コアに可動コアを吸引する磁気吸引力を発生し、可動コアとともに弁部材がリフトすることにより燃料を噴射する燃料噴射弁において、高精度に噴射量を制御可能な通電時間の長さの範囲、つまりダイナミックレンジを広げることが要求されている。ダイナミックレンジを広げるためには、特に通電時間が短いときに、噴射量を高精度に制御する必要がある。そのためには、開弁応答性および閉弁応答性を向上することが望ましい。

しかしながら、コイルへの通電をオンし固定コアに可動コアが吸引されるとき、互いに向き合っている固定コアと可動コアとの間に形成される対向空間の圧力が上昇すると、可動コアの開弁方向への動きが妨げられ、開弁応答性が低下する。
また、コイルへの通電をオフし可動コアが固定コアから離れるとき、対向空間の圧力が低下すると、可動コアの閉弁方向への動きが妨げられし、閉弁応答性が低下する。

そこで、特許文献１のように、固定コアまたは可動コアの互いに向き合う対向面側に突部を設け、固定コアと可動コアとが接触する接触面積を減少することにより、開弁時および閉弁時に固定コアと可動コアとの間に形成される対向空間の圧力が可動コアの動きを妨げることを抑制し、開弁応答性および閉弁応答性を向上することが考えられる。

特表平８−５０６８７６号公報（図３、４、５）

しかしながら、特許文献１に示すように、固定コアと可動コアとの接触面積を減少しても、固定コアと可動コアとの間に形成される対向空間の圧力は開弁時および閉弁時に増減するので、可動コアの開弁時および閉弁時の動きが妨げられる。したがって、開弁応答性および閉弁応答性を十分に向上することができない。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、開弁応答性および閉弁応答性を向上する燃料噴射弁を提供することを目的とする。

請求項１から３記載の発明によると、可動コアに、噴孔から噴射される燃料が流れる燃料通路とは別に、固定コアおよび可動コアが向き合う間に形成される対向空間と他の空間とを連通する連通路が形成されている。可動コアの小径部の外周壁と大径部の外周壁との間に形成される噴孔を向く面には、可動コアが噴孔に向かって移動する際に小径部の外周側の空間にある燃料を大径部の径外方向へ導くように傾斜するテーパ面が形成されており、連通路は当該テーパ面に開口している。この構成によれば、開弁時に固定コアに可動コアが吸引されるとき、連通路を通り対向空間の燃料が他の空間に流出する。その結果、開弁時において、固定コアと可動コアとの間に形成される空間の圧力上昇が低減するので、開弁応答性が向上する。

また、閉弁時に可動コアが固定コアから離れるとき、連通路を通り対向空間に他の空間から燃料が流入する。その結果、閉弁時において、対向空間の圧力の低下が低減するので、閉弁応答性が向上する。
このように、開弁応答性および閉弁応答性が向上すると、コイルに供給される駆動電流の通電時間が短くなっても、通電時間に応じた噴射量の燃料を噴射できる。したがって、コイルへの通電時間に応じて噴射量を高精度に制御できるダイナミックレンジが広がる。

また、請求項１記載の発明によると、往復移動する可動コアに連通路を形成しているので、固定コアに連通路が形成されている場合に比べ、開弁時に対向空間から連通路を通り燃料が流出しやすく、閉弁時に連通路から対向空間に燃料が流入しやすい。したがって、開弁応答性および閉弁応答性が向上する。
請求項２記載の発明によると、可動コアを可動コアの往復移動方向に貫通して連通路が形成されているので、開弁時および閉弁時において、可動コアの往復移動に伴い連通路を流れる燃料の抵抗を低減できる。

請求項３記載の発明によると、固定コアまたは可動コアの一方の対向空間に面している側の燃料通路と連通路との間に、固定コアまたは可動コアの他方側に向けて突出し、開弁時に固定コアまたは可動コアの他方に当接する突部が設けられている。この構成によれば、固定コアと可動コアとが接触する面積が減少するので、固定コアと可動コアとの間に形成される対向空間の圧力の増減が、開弁時および閉弁時に可動コアの往復移動を妨げることを低減できる。したがって、開弁応答性および閉弁応答性がさらに向上する。

以下、本発明の複数の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図２に示す。なお、本実施形態では、燃料噴射弁１０をガソリンエンジン用の直噴用燃料噴射弁に適用している。
弁ボディ１２は弁ハウジング１６の燃料噴射側端部内壁に溶接により固定されている。弁ボディ１２は燃料流れ方向の噴孔１４側の内周壁に弁座１３を有している。

フィルタ１８は燃料流入部材１９内に収容され、固定コア５０の燃料上流側に設置されている。フィルタ１８は燃料噴射弁１０に供給される燃料中の異物を除去する。燃料流入部材１９は筒部材３０の第２磁性部３６と溶接により固定されている。
燃料流入部材１９の燃料入口からフィルタ１８を通して固定コア５０内の燃料通路２００に流入した燃料は、可動コア４０内の燃料通路２０２、流出孔２０４、弁ハウジング１６の内周壁とノズルニードル２０の外周壁との間を順次通過する。弁部材としてのノズルニードル２０が弁座１３から離座すると、当接部２２と弁座１３との間に形成される開口通路を燃料が通過し噴孔１４に導かれる。

ノズルニードル２０は弁座１３に着座する当接部２２を噴孔１４側端部に有している。当接部２２が弁座１３に着座すると噴孔１４からの燃料噴射が遮断され、当接部２２が弁座１３から離座すると噴孔１４から燃料が噴射される。弁座１３とノズルニードル２０とは燃料噴射を開閉する弁部を構成している。
筒部材３０は、弁ハウジング１６の弁座１３と反対側の内周壁に挿入されている。筒部材３０は溶接により弁ハウジング１６に固定されている。筒部材３０は、噴孔１４側から第１磁性部３２、磁気抵抗部としての非磁性部３４および第２磁性部３６により構成されている。非磁性部３４は第１磁性部３２と第２磁性部３６との磁気的短絡を防止する。

可動コア４０は、ノズルニードル２０の噴孔１４と反対側の端部２４と溶接により固定されており、ノズルニードル２０とともに往復移動する。可動コア４０は磁性材料で円筒状に形成されており、中央部に燃料通路２０２が形成されている。さらに、可動コア４０の筒壁を貫通し、燃料通路２０２と可動コア４０の外部とを連通する流出孔２０４が形成されている。

図１に示すように、可動コア４０は、固定コア５０側から大径部４２、小径部４４をこの順に有している。大径部４２は、筒部材３０に往復移動可能に案内されるガイド部４３を有している。連通路２１０は、可動コア４０の往復移動に沿って大径部４２を軸方向に貫通して燃料通路２０２の外周側に、周方向に９０°の等間隔に４箇所形成されている。連通路２１０は、可動コア４０と固定コア５０とが向き合っている間に形成される対向空間２０６と、小径部４４の外周側の空間とを連通している。可動コア４０には、対向空間２０６に面している固定コア５０との対向面側の燃料通路２０２と連通路２１０との間に、固定コア５０側に突出する環状の突部４６が形成されている。つまり、突部４６は、燃料通路２０２の外周側、かつ連通路２１０の内周側に形成されている。

図２に示す固定コア５０は、磁性材料で円筒状に形成されている。固定コア５０は筒部材３０内に挿入されており、筒部材３０と溶接により固定されている。固定コア５０は可動コア４０に対しノズルニードル２０の往復移動方向の一方側である噴孔１４と反対側に設置され可動コア４０と向き合っている。

アジャスティングパイプ５２は固定コア５０に圧入され、内部を燃料が通過する。付勢部材としてのスプリング４８は一端部でアジャスティングパイプ５２に係止され、他端部で可動コア４０に係止されている。アジャスティングパイプ５２の圧入量を調整することにより、可動コア４０に加わるスプリング４８の荷重を変更できる。スプリング４８の付勢力により可動コア４０およびノズルニードル２０は往復移動方向の他方側である弁座１３に向けて付勢されている。
スプール６０は筒部材３０の外周を囲んでおり、コイル６２はスプール６０の外周に巻回されている。ターミナル７２は樹脂ハウジング７０にインサート成形されており、コイル６２と電気的に接続している。コイル６２に供給する駆動電流のパルス幅を調整することより、燃料噴射量は制御される。

次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。
コイル６２への通電をオンすると、スプリング４８の付勢力に抗して可動コア４０が固定コア５０に吸引される。ノズルニードル２０は可動コア４０とともにリフトし、当接部２２が弁座１３から離座する。すると、噴孔１４から燃料が噴射される。

可動コア４０が固定コア５０に吸引されるとき、突部４６の外周側に位置する対向空間２０６の燃料が連通路２１０を通り小径部４４の外周側に流出するので、対向空間２０６の圧力上昇が抑制される。その結果、、図４の（Ａ）の実線に示すように、可動コア４０は速やかに固定コア５０に吸引され、ノズルニードル２０が速やかに弁座１３から離座するので、開弁応答性が向上する。

コイル６２への通電をオフすると、可動コア４０はスプリング４８の付勢力により固定コア５０から離れる。このとき、突部４６の外周側に位置する対向空間２０６に、小径部４４の外周側の空間から燃料が流入するので、対向空間２０６の圧力低下が抑制される。その結果、図４の（Ｂ）の実線に示すように、可動コア４０は速やかに固定コア５０から離れ、ノズルニードル２０が速やかに弁座１３に着座するので、閉弁応答性が向上する。

これに対し、図３に示す第１実施形態の比較形態では、可動コア７４に連通路２１０を形成していないので、開弁時に対向空間２０６から燃料が流出しにくく、閉弁時に対向空間２０６に燃料が流入しにくい。その結果、図４の（Ａ）、（Ｂ）の点線に示すように、第１実施形態に比べ、開弁応答性および閉弁応答性が低下している。

第１実施形態では、固定コア５０ではなく往復移動する可動コア４０に連通路２１０を形成しているので、可動コア４０の往復移動に伴い、開弁時に対向空間２０６から連通路２１０を通り燃料が流出しやすく、閉弁時に連通路２１０を通り対向空間２０６に燃料が流入しやすい。したがって、開弁応答性および閉弁応答性が向上する。

また、可動コア４０を往復移動方向に貫通して連通路２１０が形成されているので、可動コア４０が往復移動するときに連通路２１０を流れる燃料の抵抗を低減できる。これにより、開弁応答性および閉弁応答性が向上する。
また第１実施形態では、可動コア４０の内周端と外周端との間に、大径部４２を軸方向に貫通して連通路２１０を形成しているので、連通路２１０の加工が容易であるとともに、可動コア４０が筒部材３０と摺動する摺動箇所に連通路２１０を加工するときのばりが生じない。したがって、連通路２１０を加工するときのばりは、可動コア４０の往復移動を妨げない。

（第１参考例、第２参考例）
本発明の第１参考例を図５に、第２参考例を図６に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図５に示す第１参考例では、可動コア８０の大径部４２の外周壁に、周方向に９０ーの等間隔で軸方向に延びる連通路２１２を形成している。

図６に示す第２参考例では、可動コア８２の大径部４２の外周壁を、周方向に９０ーの等間隔位置で軸方向に面取りして連通路２１４を形成している。第２参考例では、切削等により連通路２１４を容易に形成できる。また、面取りして連通路２１４を形成する箇所と可動コア８２の外周面との角度が緩やかなので、連通路２１４を形成するときに生じるばりを容易に除去できる。

（第３参考例）
本発明の第３参考例を図７に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図７に示す第３参考例では、可動コア８４の中央部に形成した燃料通路２０２の固定コア５０側の開口周囲に、周方向に９０ーの等間隔で円弧状の突部８６を４個形成している。周方向に隣接する突部８６の間には、連通路２１６が４箇所形成されている。この連通路２１６を通り、開弁時に対向空間２０６から燃料通路２０２に燃料が流出し、閉弁時に燃料通路２０２から対向空間２０６に燃料が流入する。

（第４参考例）
本発明の第４参考例を図８に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図８に示す第４参考例では、可動コア９０ではなく、固定コア１００に連通路２２０が形成されている。連通路２２０は、可動コア９０に形成された突部４６の外周側で対向空間２０６に開口している。連通路２２０は、固定コア１００を軸方向に貫通してもよいし、軸方向の途中で固定コア１００の径方向に折れ曲がり、固定コア１００の径方向内側または径方向外側に開口してもよい。連通路２２０を通り、開弁時に対向空間２０６から燃料が他の空間に流出し、閉弁時に対向空間２０６に他の空間から燃料が流入する。

以上説明した上記複数の実施形態では、開弁応答性および閉弁応答性が向上することにより、ノズルニードル２０のリフト量の時間変化波形、つまり燃料噴射率の特性波形が、コイル６２に供給する駆動電流のパルス波形の形状に近づく。したがって、駆動電流のパルス幅が狭くなり、通電時間が短くなっても、通電時間に応じて高精度に燃料噴射量を制御できる。したがって、燃料噴射弁のダイナミックレンジが広がる。

（他の実施形態）
以上説明した上記複数の実施形態では、対向空間２０６に面し固定コアと向き合う可動コアの対向面側に固定コア側に突出する突部を設けたが、対向空間に面し可動コアと向き合う固定コアの対向面側に突部を形成してもよいし、可動コアおよび固定コアの両方に互いに当接する突部を設けてもよい。これに対し、可動コアおよび固定コアの両方に突部を設けない構成も可能である。
上記複数の実施形態では、ガソリンエンジンの直噴燃料噴射弁に本発明を適用したが、直噴以外にも吸気管内で噴射する燃料噴射弁に本発明を適用してもよい。

（Ａ）は本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の固定コアおよび可動コアの周囲を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。 第１実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。 （Ａ）は比較形態の燃料噴射弁の固定コアおよび可動コアの周囲を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。 （Ａ）は開弁時のノズルリードルの作動を示し、（Ｂ）は閉弁時のノズルニードルの作動を示す説明図である。 （Ａ）は本発明の第１参考例による燃料噴射弁の固定コアおよび可動コアの周囲を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。 （Ａ）は本発明の第２参考例による燃料噴射弁の固定コアおよび可動コアの周囲を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。 （Ａ）は本発明の第３参考例による燃料噴射弁の固定コアおよび可動コアの周囲を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。 （Ａ）は本発明の第４参考例による燃料噴射弁の固定コアおよび可動コアの周囲を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。

符号の説明

１０ 燃料噴射弁、１２ 弁ボディ、１３ 弁座、１４ 噴孔、１６ 弁ハウジング、２０ ノズルニードル（弁部材）、４０、８０、８２、８４、９０ 可動コア、４６、８６ 突部、４８ スプリング（付勢部材）、５０、１００ 固定コア、６２ コイル、２００、２０２ 燃料通路、２０６ 対向空間、２１０、２１２、２１４、２１６、２２０ 連通路

Claims (3)

1. 噴孔を開閉する弁部材と、
   前記弁部材とともに軸方向に往復移動する可動コアと、
   前記可動コアの前記噴孔と反対側に前記可動コアと向き合って設置されている固定コアと、
   通電することにより前記固定コアに前記可動コアを吸引する磁力を発生するコイルとを備え、
   前記可動コアは、前記固定コア側から順に大径部と小径部とを有し、
   前記可動コアの前記小径部の外周壁と前記大径部の外周壁との間に形成される前記噴孔を向く面には、前記可動コアが前記噴孔に向かって移動する際に前記小径部の外周側の空間にある燃料を前記大径部の径外方向へ導くように傾斜するテーパ面が形成され、
   前記可動コアの前記大径部には、前記大径部の外周壁よりも内側かつ前記小径部の外周壁よりも外側に、前記噴孔から噴射される燃料が流れる燃料通路とは別に、前記固定コアと前記可動コアとが向き合っている間に形成される対向空間と前記小径部の外周側の空間とを連通し、前記テーパ面に開口する連通路が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記連通路は、前記可動コアを前記可動コアの往復移動方向に貫通して形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記固定コアまたは前記可動コアの一方の前記対向空間に面している側の前記燃料通路と前記連通路との間に、前記固定コアまたは前記可動コアの他方側に突出し、開弁時に前記固定コアまたは前記可動コアの他方に当接する突部が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。

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