JP4265540B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は燃料噴射弁、特に開閉時及び閉弁時における構成部材の衝突音の防止に関する。

内燃機関において吸気孔等に燃料を噴射する燃料噴射時は軸方向に移動可能なニードル弁を含む。即ち、図６に示すように、燃料噴射弁はケーシング７０、ニードル弁７３、駆動コイル７６及びバネ７８から成る。筒状のケーシング７０は先端（下端）に噴孔７１を備え、ケーシング７０内に移動可能に収容されたニードル弁７３は先端（下端）に噴孔７１を開閉する弁部７４を備えている。駆動コイル７６は電磁力によりニードル弁７３を開弁方向（上方向）に駆動し、バネ７８はニードル弁７３を閉弁方向（下方向）に付勢する。非噴射時はバネ７８の付勢力でニードル弁７３が下降して、弁部７４が噴孔７１を塞いでいる。噴射時はバネ７８の付勢力に抗してコイル７６の電磁力でニードル弁７３を上昇させ、弁部７４を噴孔７１から離す。

このような基本構造を持つ燃料噴射弁ではニードル弁７３の移動時に気障りな衝突音が不可避的に発生する。すなわち、開弁時は上昇するニードル弁７３の肩部７５がバネ支持部７９に衝突して衝突音が発生する。また、閉弁時は下降するニードル弁７３の弁部７４がケーシング７０の噴孔形成部７２に衝突して衝突音が発生する。何れの場合も、衝突に伴いニードル弁７３がそれまでと反対方向にはね返るバウンスが発生する。

衝突音の発生を防止すべく、図７に示すように、従来の燃料噴射弁（特許文献１参照）ではケーシング８２に移動可能に収容されたニードル弁８４内に衝突緩衝部材を配置している。即ち、ケーシング８２と、ニードル弁８４と、ストッパ８７とを含む燃料噴射弁において、ニードル弁８２の中心部にあけた穴８３内に少量の磁性粉体９０を封入し、キャップ９２で閉じている。ニードル弁８４がストッパ８７又は噴孔形成部９３に衝突するとき、磁性粉体９０はその慣性力によりニードル弁８４よりも遅れて上方又は下方に移動する。そして、ニードル弁８４がストッパ８７又は噴孔形成部９３に衝突する際の反撥力を磁性粉体９０で打ち消すようになっている。
特開平５−２２３０３１号公報

上記従来の燃料噴射弁はニードル弁８４への磁性粉体９０の封入により、磁性粉体９０を封入しない場合に比べて衝突音の発生は抑制されるかも知れない。しかし、ニードル弁８４の下降時に弁部８５が噴孔形成部９３に衝突し、上昇時に肩部８６がストッパ８７に衝突することに変わりない。これでは衝突音の発生、及びそれに伴うニードル弁８４のバウンスを十分に防止することはできない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、噴孔の開放時（開弁時）、及び噴孔の閉鎖時（閉弁時）における構成部材同士の衝突、及び衝突による気障りな異音の発生を確実に防止できる燃料噴射弁を提供することを目的とする。

（イ）本発明は、従来の燃料噴射弁におけるニードル弁の移動により噴孔を開閉するとの考えを一掃し、軸方向に移動せずコイルの励磁時に所定方向に変形して燃料通路を形成する通路形成部材を採用したことを基本的な技術思想とする。本発明による燃料噴射弁は、請求項１に記載したように、一端に流入口を備え他端に噴孔を備えたケーシングと、 ケーシング内の外周寄りに配置された環状の駆動コイルと、駆動コイルの中心に配置され、駆動コイルが励磁されたとき加わる磁界により変形する柱形状の通路形成部材と、通路形成部材を噴孔を塞ぐ方向に付勢する付勢部材と、を備え、通路形成部材は、駆動コイルの消磁時は流入口と噴孔との間をシールする第１形状を保ち、駆動コイルの励磁時は通路形成部材の外周面と駆動コイルの内周面との間に、流入口と噴孔とを連通する環状の燃料通路を形成する第２形状に変形する燃料噴射弁において、通路形成部材は弾性部材に磁性流体を封入して成り、磁性流体は媒体に磁性粒子を分散させて成ることを特徴とする。

（ロ）次に、燃料噴射弁の構成要素の種々の形態を説明する。燃料噴射弁は、その先端の噴孔が内燃機関（エンジン）吸気口又は燃焼室に臨むようにエンジンのシリンダヘッドなどに取り付けられ、ケーシング、通路形成部材、駆動コイル及び付勢部材を備える。更に、通路形成部材の延び量を規制する規制部材を含むことができる。

このうち、ケーシングは全体として筒形状又は箱形状を持ち、単一の部材から成っても良いし、接合などされた複数の部材から成っても良い。ケーシングは軸方向の一端に燃料タンクに接続され燃料が流入する流入口を備え、軸方向の他端に燃焼室などに臨まされ燃料を噴射する噴孔（オリフィス）を備えている。また、駆動コイルの取付け部や通路形成部材の収容空間を有している。なお、噴孔はケーシングの他端側に配置され、駆動コイルの取付け部等を区画する部材とは別の噴孔部材に形成することが望ましい。その場合、噴孔部材の端面の面積は、第２形状に変形した通路形成部材の外周面と、通路形成部材の外周側に配置された駆動コイルの内周面との間の環状部分すなわち燃料通路の面積よりも狭いことが望ましい。

通路形成部材は全体として柱形状を持ち、ケーシングの内部、特にその中心部に収容される。次述する駆動コイルの励磁時に形成される磁界により所定方向に変形し、少なくとも半径方向に伸縮可能で外径が増減可能であることが望ましい。通常は、外径が大きく高さが低い第１形状を呈し、その外周面が駆動コイル又はケーシングの内周面に密着し、その一端面（例えば下端面）がケーシングの噴孔部材に当接している。これにより、通路形成部材と駆動コイル及びケーシングとの間がシールされる。

これに対して、駆動コイルが励磁されると通路形成部材は半径方向に収縮し、外径が小さく高さが高い第２形状に変形する。第２形状では、その外周面が駆動コイル又はケーシングの内周面から離れ、軸方向に延び流入口と噴孔とを連通させる燃料通路を形成する。

駆動コイルの励磁時に変形するために、通路形成部材は弾性部材（例えば、ポリプロピレン）に磁性流体を封入して成り、磁性流体は媒体（例えば水）に磁性粒子（例えば鉄粉）を分散させて成ることができる。

駆動コイルは環形状を呈し、ケーシングの外周寄りに配置される。通電時（励磁時）にその軸方向一端（例えば上端）から出て他端に入るループ状の磁界を形成し、この磁束の方向が上記通路形成部材の軸方向と一致している。ケーシングの一端側に付勢部材及び規制部材を配置できる。バネ等の付勢部材は、ケーシングと通路形成部材との間に配置され、通路形成部材を噴孔部材に向かって付勢する。ケーシングと通路形成部材との間に配置された規制部材は通路形成部材の軸方向の延び量を規制する。

本発明にかかる燃料噴射弁によれば、流入口と噴孔との間に配置された通路形成部材が噴孔の開放時も閉鎖時も変形するのみで移動しない。従って、通路形成部材はケーシングに衝突せず、衝突に伴う異音も発生しない。しかも、噴孔の閉鎖時は燃料が漏れず、開放時は所定量の燃料が噴孔から噴射される。さらに、本発明の燃料噴射弁によれば、 駆動コイルの励磁時半径方向に収縮する通路形成部材により通路形成部材と駆動コイルとの間に所定形状の燃料通路が形成され、この燃料通路を通して所定量の燃料が噴孔に流れる。

請求項１の燃料噴射弁によれば、駆動コイルへの通電で発生する磁界により所定の時期に所定の形状に変形する通路形成部材が安価に得られる。請求項２の燃料噴射弁によれば、噴孔の入口を噴孔部材の外周寄りに形成したので、燃料通路と噴孔とが確実に連通する。請求項３の燃料噴射弁によれば、通路形成部材が第２形状に変形したとき、燃料通路の面積が噴孔の面積よりも大きいので噴孔が最小絞りとなり、実噴射圧を上げることができ、かつ噴孔からの噴射量が安定する。請求項４の燃料噴射弁によれば、規制部材が通路形成部材の軸方向の延び量を規制するので、半径方向の縮み量即ち燃料通路が所定の大きさになる。

以下、本発明による燃料噴射弁の最良の形態を説明する。

（構成）
始めに、最良の形態の構成を図１から図５を参照しつつ説明する。図１に示すように、燃料噴射弁５５はケーシング１０、駆動コイル２５，通路形成部材３０及びバネ３５等から成る。このうちケーシング１０は合わせ面に対して上下方向で対称な上ケース１２及び下ケース１６と、噴孔部材４５とを含む。上ケース１２は円形状の上壁１３と円筒形状の周壁１４とを有し、下向きに開口し、上壁１３の中心に円形状の小さな流入口１５が形成されている。一方、下ケース１６は円形状の下壁１７と円筒形状の周壁１８とを有し、上向きに開口し、下壁１７の中心に円形状の大きな流出口１９が形成されている。

上ケース１２及び下ケース１６はともに外径に比べて高さが低い扁平な円盤形状を呈している。周壁部１４と１８とが接合され、その下方空間４１内に後述する噴孔部材４５が配置され、上方ケース１２、下方ケース１６及び噴孔部材４５で円形状で所定高さの中空なケーシング１０を構成している。ケーシング１０で区画された所定高さの円形状の空間内２１の周辺に、コイルがらせん状に巻かれ環形状を持つ駆動コイル２５が配置されている。駆動コイル２５の外周面、上端面及び下端面はケーシング１０の周壁１４及び１８の内周面、上壁１３の下面及び下壁１７の上面にそれぞれ当接している。駆動コイル２５の両端は所定の電気回路を介して車載バッテリに接続され、所定時期に所定値の電流が流される。

駆動コイル２５の円形状の中空孔２６に円柱形状の通路形成部材３０が配置されている。図５（ａ）にその一部を示すように、この通路形成部材３０はゴム等の弾性部材（不図示）中に適量の磁性流体６１を封入したものである。磁性流体６１は媒体（水）６２内に磁性粒子（鉄粉）６３が分散して成り、両者間に界面活性剤６４が介在されている。

図１に戻って、駆動コイル２５に電流を流さない状態での通路形成部材３０の外径ｄ１は駆動コイル２５の中空孔２６の内径と等しく、外周面３１が中空孔２６の内周面に密着している。高さｈ１は駆動コイル２５の高さよりも低く、駆動コイル２５の高さ方向で中間部に挿入されている。

上ケース１２の上壁１３と駆動コイル２５の上端部と通路形成部材３０の上端面３２とで区画される上方空間３６内にコイルバネ３５及び規制部材３８が装着されている。コイルバネ３５の上端は上壁１３に、下端は通路形成部材３０の上端面３２に当接し、通路形成部材３０はコイルバネ３５により常時下方に付勢され、その下端面３３が噴孔部材４５の上端面４６に当接している。コイルバネ３５の付勢力の大きさは通路形成部材３０の変形能及び吸気孔など内の燃料の圧力等を考慮して決定している。

また、コイルバネ３５の中空孔に配置された円筒形状の規制部材３８は所定高さを持ち、高さ方向中間で直径方向で対向する位置に貫通孔３９があけられ、中空孔に流入した燃料が貫通孔３９を通して半径方向外向きに流れ、通路形成部材３０の外周面３１と駆動コイル２５の内周面２７との境界面に導かれる。

下ケース１６の下壁１７と駆動コイル２５の下端部と通路形成部材３０の下端面３３とで区画される下方空間４１内に噴孔部材４５が装着されている。図１（ａ）（ｂ）から分かるように、噴孔部材４５には上端面４６から下端面４７にかけて一対の噴孔（オリフィス）４８及び４９が形成されている。一方の噴孔４８は上端面４６の手前（図１（ｂ）で下方）左方寄りから下端面４７の中心に向けて斜め方向に貫通し、他方の噴孔４９は上端面４６の向こう右寄りから下端面４７の中心に向けて斜め方向に貫通している。

噴孔４８の面積と噴孔４９の面積との合計は、第２形状に変形した通路形成部材３０の外周面３１と駆動コイル２５の内周面２７との燃料通路５５の面積よりも小さく選定されている。噴孔部材４５の底面は下壁１７に、外周面は駆動コイル２５の下端部にそれぞれ当接し、上ケース１２及び下ケース１６とともに上記ケーシング１０を構成している。

（作用）
次に、この最良の形態の作用を説明する。図２に示すように、燃料の非噴射時は駆動コイル２５は通電されておらず、通路形成部材３０は直径ｄ１が大きく高さｈ１が低い第１形状を呈している。外周面３１が駆動コイル２５の中空孔２６の内周面２７に密着し、下端面３３が噴孔部材４５の上端面４６に当接している。こうして通路形成部材３０、駆動コイル２５及び噴孔部材４５の間がシールされている。従って、矢印ａで示すように流入口１５から上方空間３６に流入する燃料が噴孔４８及び４９に漏れることが防止される。規制部材３８の下端面と通路形成部材３０の上端面３２との間に高さｂのすきまが形成されている。

一方、図３に示すように、噴射時は、駆動コイル２５に電流を流すとそのまわりに磁界が形成され、通路形成部材３０は外径が減少し高さが高くなり第２形状に変形する。即ち、図１及び図５（ａ）（ｂ）に示すように、駆動コイル２５が励磁され矢印ｘで示すように磁界が形成されると、矢印ｙで示すように磁性粒子６３が媒体６２とともに磁束の入り側（図５（ｂ）の下側）及び出側（図５（ｂ）の上側）に移動する。その結果、通路形成部材３０の外径ｄ２が減少し、高さｈ２が高くなり、上端面３２に規制部材３８の下端に当接する。

図４に示すように、通路形成部材３０は時間ｔ１の間にすきまｂの分だけ高さが増加し、時間ｔ２の間は外径がｄ２で高さがｈ２の状態を保ち、時間ｔ３の間にもとの状態に復帰する。時間ｔ１及びｔ２の長さは例えば５０から２００μｓである。通路形成部材３０の変形により、その外周面３１と駆動コイル２５の内周面２７との間に環状の燃料通路５５が形成される。これと同時に、上方空間３６と噴孔４８及び４９とが燃料通路５５で連通される。燃料は規制部材３８の貫通孔３９から供給通路５５を軸方向に流れ、噴孔４８及び４９、並びに流出口１９から吸気孔又は筒内（不図示）に噴射される。

（効果）
この最良の形態によれば、以下の効果が得られる。第１に、図２に示す噴孔４８及び４９の閉鎖時も、図３に示す噴孔４８及び４９の開放時も、燃料噴射弁の構成部材の衝突による異音が発生しない。その理由は、従来のニードル弁８４（図７参照）を廃止し、軸方向に移動せず、半径方向及び軸方向に変形する通路形成部材３０を採用したからである。

第２に、噴孔４８及び４９の閉弁時に燃料が漏れる心配がない。第１形状の通路形成部材３０は外周面３１が駆動コイル２５の内周面２７に接触し、コイルバネ３５の付勢力で下端面３３が噴孔部材４５の上端面４６に接触しているからである。

噴孔４８及び４９の閉鎖に関連して、コイルバネの付勢力の大きさの選定が容易になる。ニードル弁を含む従来の燃料噴射弁では燃料の圧力が作用しない状態で、燃料室内の空気の圧力により噴孔が開かないとの条件が必要である。しかし、この最良の形態の場合、通路形成部材３０は移動しないのでそのような条件の考慮は不要である。また、通路形成部材は弾性部材を含みその下端面３３が噴孔部材４５にぴったり密着してシールするので、噴孔部材４５の上端面４６の精密な加工が不要となり、その分加工コストが低減できる。

第３に、噴孔４８及び４９の開放時に所定量の燃料が確実に噴射される。通路形成部材３０と駆動コイル２５との間の環状の燃料通路５５が、噴孔部材４５の外周寄りに形成した２つの噴孔４８及び４９の入口に連通される。しかも、規制部材３８により規制される通路形成部材３０が所定寸法の燃料通路５５を形成するとともに、燃料通路５５の面積よりも小さい面積の噴孔４８及び４９が最小絞りとして作用するからである。第４に、燃料噴射弁の高さ、特に通路形成部材３０の高さを大幅に小さくできる。これは、噴孔部材４５及び規制部材３８を磁束通路部として利用できるからである。

（ａ）は本発明の最良の形態による燃料噴射弁を示す正面断面図、（ｂ）はその要部下面図である。 上記最良の形態の作動説明図（消磁時）である。 上記最良の形態の作動説明図（励磁時）である。 駆動コイルへの通電と通路形成部材の変形との関係を示す説明図である。 （ａ）及び（ｂ）は上記最良の形態における通路形成部材の変形の原理を説明する説明図である。 従来例の燃料噴射弁を模式的に示す説明図である。 具体的な従来例を示す正面断面図である。

符号の説明

１０：ケーシング １３：流入口
２５：駆動コイル ３０：通路形成部材
３５：コイルバネ ３８：規制部材
４５：噴孔部材 ４８，４９：噴孔
５５：燃料通路

Claims (4)

1. 一端に流入口（１５）を備え、他端に噴孔（４８，４９）を備えたケーシング（１０）と、
   前記ケーシング内の外周寄りに配置された環状の駆動コイル（２５）と、
   前記駆動コイルの中心に配置され、前記駆動コイルが励磁されたとき加わる磁界により変形する柱形状の通路形成部材（３０）と、
   前記通路形成部材を前記噴孔を塞ぐ方向に付勢する付勢部材（３５）と、を備え、
   前記通路形成部材は、前記駆動コイルの消磁時は前記流入口と前記噴孔との間をシールする第１形状を保ち、該駆動コイルの励磁時は該通路形成部材の外周面（３１）と前記駆動コイルの内周面（２７）との間に、該流入口と該噴孔とを連通する環状の燃料通路（５５）を形成する第２形状に変形する燃料噴射弁において、
   前記通路形成部材は弾性部材に磁性流体（６１）を封入して成り、磁性流体は媒体（６２）に磁性粒子（６３）を分散させて成ることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記ケーシングは、その他端側に配置され前記噴孔が形成された噴孔部材（４５）を含み、該噴孔の入口は該噴孔部材の外周寄りに形成されている請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記噴孔の面積は、前記通路形成部材が前記第２形状に変形したときの前記燃料通路の面積よりも狭い請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記ケーシングの一端側に、前記通路形成部材の軸方向の延び量を規制する規制部材（３８）が配置されている請求項１に記載の燃料噴射弁。

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