JP5019137B2 - Electromagnetically driven valve and fuel injection device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、コイルの磁力により弁部材を駆動する電磁駆動弁及びこれを用いた燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to an electromagnetically driven valve that drives a valve member by the magnetic force of a coil, and a fuel injection device using the same.
従来より、コイルに通電することで固定コアと可動コアとの間に吸引力を発生させ、この可動コアと共に駆動する弁部材を弁座に離座及び着座することで、燃料通路を開閉する燃料噴射装置が知られている(特許文献1、2参照)。
この種の燃料噴射装置では、可動コアの吸引に必要な電流以上の大電流を投入し、電流値の立ち上がり速度を大きくすることで、弁部材の開弁応答性を良くしている。
Conventionally, a fuel that opens and closes a fuel passage by generating a suction force between a fixed core and a movable core by energizing a coil and separating and seating a valve member that drives with the movable core on a valve seat. An injection device is known (see
In this type of fuel injection device, a valve opening response of the valve member is improved by supplying a large current more than that required for attracting the movable core and increasing the rising speed of the current value.
しかしながら、従来の燃料噴射装置は、可動コアと固定コアに流れる磁束が飽和すると、大電流をコイルに供給しても吸引力はそれ以上発生しない。このため、磁束の飽和条件以上に弁部材の駆動力を高めることが困難となっていた。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁部材の動作をアシストすることで弁部材の駆動力を高めることの可能な電磁駆動弁を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記電磁駆動弁を用いることで弁部材の応答性を高めることの可能な燃料噴射装置を提供することにある。
However, in the conventional fuel injection device, when the magnetic flux flowing through the movable core and the fixed core is saturated, no more attractive force is generated even if a large current is supplied to the coil. For this reason, it has been difficult to increase the driving force of the valve member more than the saturation condition of the magnetic flux.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an electromagnetically driven valve capable of increasing the driving force of the valve member by assisting the operation of the valve member.
Moreover, the objective of this invention is providing the fuel-injection apparatus which can improve the responsiveness of a valve member by using the said electromagnetically driven valve.
請求項1に係る発明によると、通電されることで磁界を発生するコイルの発生する磁界内に固定コア、第1可動コア及び第2可動コアが設けられ、磁気回路を形成する。第2可動コアの移動領域内に生じる流体圧力を付勢手段が圧力室へ伝達し、第1可動コアを固定コア側へ付勢する。1つの磁気回路内に固定コア、第1可動コア及び第2可動コアによって2か所の吸引部を形成することで、コイルに投入される電気エネルギーを吸引力に高効率に変換することが可能となる。そして、付勢手段が第2可動コアの移動領域内に生じる流体圧力を圧力室へ伝達し、第1可動コアを付勢することで、弁部材の動作がアシストされ、弁部材の駆動力を高めることができる。 According to the first aspect of the present invention, the fixed core, the first movable core, and the second movable core are provided in the magnetic field generated by the coil that generates a magnetic field when energized to form a magnetic circuit. The urging means transmits the fluid pressure generated in the moving region of the second movable core to the pressure chamber, and urges the first movable core toward the fixed core. It is possible to convert the electrical energy input to the coil into an attractive force with high efficiency by forming two attractive parts with a fixed core, first movable core and second movable core in one magnetic circuit. It becomes. Then, the biasing means transmits the fluid pressure generated in the moving region of the second movable core to the pressure chamber and biases the first movable core, thereby assisting the operation of the valve member and reducing the driving force of the valve member. Can be increased.
請求項2に係る発明によると、第1可動コアは、固定コアの軸方向の一端側に設けられ、第2可動コアは、固定コアの軸方向の他端側に設けられる。固定コアの両端に形成される磁極を使用することで、第1、第2吸引部に大きな吸引力が得られ、弁部材の駆動力を高めることができる。
According to the invention which concerns on
請求項3に係る発明によると、コイルの径方向内側に第1吸引部が設けられ、コイルの径方向外側に第2吸引部が設けられる。第1吸引部と第2吸引部とがコイルを挟んで径方向に設けられることにより、第2可動コアの移動領域内に生じる流体圧力を短距離で圧力室へ直接伝達することができる。
According to the invention which concerns on
請求項4に係る発明によると、付勢手段は、固定コア及び第1可動コアを軸方向に通る管部材により、第2可動コアの移動領域内の流体を圧力室に導く。これにより、電磁駆動弁の径方向の体格を大きくすることなく、第2可動コアの移動領域内に生じる流体圧力を圧力室へ確実に伝達することができる。
According to the invention which concerns on
請求項5に係る発明によると、付勢手段は、第2可動コアの移動領域内の流体を、コイルの径方向外側に設けた連絡通路により圧力室に導く。これにより、連絡通路から流体がリークする箇所を少なくすることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the urging means guides the fluid in the moving region of the second movable core to the pressure chamber through the communication passage provided outside in the radial direction of the coil. Thereby, the location where the fluid leaks from the communication passage can be reduced.
請求項6に係る発明によると、付勢手段は、固定コアを軸方向に通じる上通孔、この上通孔と同軸に設けられ第1可動コアを軸方向に通じる下通孔、並びに第2可動コアから延びて上通孔及び下通孔に挿入されるピストンを有する。第2可動コアと共に駆動するピストンにより、圧力室の流体圧力を直接高めることができる。 According to the invention of claim 6, the urging means includes an upper through hole that passes through the fixed core in the axial direction, a lower through hole that is provided coaxially with the upper through hole and passes through the first movable core in the axial direction, and the second through hole. The piston extends from the movable core and is inserted into the upper through hole and the lower through hole. The piston driven with the second movable core can directly increase the fluid pressure in the pressure chamber.
請求項7に係る発明によると、コイルの発生する磁界内に固定コア、第1可動コア及び第2可動コアが設けられ、磁気回路を形成する。第2可動コアの移動領域内に生じる燃料圧力を第2付勢手段が弁部材の移動方向の反対側に設けられる第2圧力室へ伝達し、この第2圧力室の流体圧力によって弁部材を移動方向へ付勢する。第1可動コアを介在することなく、第2付勢手段によって弁部材の動作が直接アシストされ、弁部材の駆動力を高めることができる。 According to the invention which concerns on Claim 7, a fixed core, a 1st movable core, and a 2nd movable core are provided in the magnetic field which a coil generate | occur | produces, and a magnetic circuit is formed. The second urging means transmits the fuel pressure generated in the moving region of the second movable core to the second pressure chamber provided on the opposite side of the moving direction of the valve member, and the valve member is driven by the fluid pressure in the second pressure chamber. Energize in the moving direction. Without the first movable core, the operation of the valve member is directly assisted by the second urging means, and the driving force of the valve member can be increased.
請求項8に係る発明によると、第2付勢手段は、弁部材の内側に設けられた加圧室、弁部材の内部で加圧室と第2圧力室とを連通する連通路、及び第2可動コアから軸方向に延びて加圧室に挿入される軸部材を有する。軸部材が加圧室の流体を連通路を経由して第2圧力室へ押し出すことで、加圧室の流体圧力を第2圧力室へ確実に伝達することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the second urging means includes a pressurizing chamber provided inside the valve member, a communication passage communicating the pressurizing chamber and the second pressure chamber inside the valve member, 2 A shaft member extending in the axial direction from the movable core and inserted into the pressurizing chamber. The shaft member pushes the fluid in the pressurizing chamber to the second pressure chamber via the communication path, so that the fluid pressure in the pressurizing chamber can be reliably transmitted to the second pressure chamber.
請求項9に係る発明によると、燃料の供給される燃料通路及び弁座を有する弁ボディの内側に設けられる弁部材は、コイルに通電されると弁座から離座することで燃料通路を開放し、コイルの通電が遮断されると弁座に着座することで燃料通路を閉塞する。弁部材の駆動力が高い電磁駆動弁を燃料噴射装置に用いることで、短時間に指定噴射量を噴射することが可能になるので、噴射量制御を確実に行うことができる。したがって、1燃焼サイクルに指令噴射量を複数回噴射するマルチ噴射等に好適であり、燃焼効率を高めることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the valve member provided inside the valve body having the fuel passage to which fuel is supplied and the valve seat opens the fuel passage by separating from the valve seat when the coil is energized. When the energization of the coil is cut off, the fuel passage is closed by seating on the valve seat. By using an electromagnetically driven valve having a high driving force of the valve member for the fuel injection device, it becomes possible to inject the designated injection amount in a short time, and thus the injection amount control can be performed reliably. Therefore, it is suitable for multi-injection in which the command injection amount is injected a plurality of times in one combustion cycle, and the combustion efficiency can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態は、請求項1、2、4及び9に記載の発明に対応するものである。
本実施形態による燃料噴射装置は、例えば直噴式のガソリンエンジンに適用され、燃料ポンプで昇圧された燃料を蓄積する燃料レールから供給された高圧燃料を直接燃焼室内へ噴射供給する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention corresponds to the invention described in
The fuel injection device according to the present embodiment is applied to, for example, a direct injection type gasoline engine, and directly injects and supplies high-pressure fuel supplied from a fuel rail that accumulates fuel boosted by a fuel pump into a combustion chamber.
燃料噴射装置は、図1に示すように、弁ボディ10、弁部材20、コイル30、固定コア40、第1可動コア50、第2可動コア60及び管部材70等を備えている。
弁ボディ10は、筒状に形成され、内側に燃料通路11を有している。弁ボディ10の軸方向の一端に、燃料の供給される燃料入口12が設けられている。弁ボディ10は、燃料入口12側から第1磁性部101、第1非磁性部102、第2磁性部103、第2非磁性部104及び第3磁性部105をこの順に有している。第1非磁性部102は第1磁性部101と第2磁性部103との間で磁束が短絡することを防ぎ、第2非磁性部104は第2磁性部103と第3磁性部105との間で磁束が短絡することを防いでいる。
As shown in FIG. 1, the fuel injection device includes a
The
弁ボディ10は、軸方向の他端にノズル部13を有している。ノズル部13は、先端に燃料を外気へ噴射する噴孔14、及びこの噴孔14の上流側の内壁に弁座15を有している。
弁ボディ10の内側に略円柱状に形成された弁部材20が軸方向へ往復移動可能に収容されている。弁部材20は、噴孔14側の端部に円錐状のシート部21を有している。シート部21が弁座15に着座及び離座することでノズル部13の内側の燃料通路16が開閉され、噴孔14から燃料噴射が断続する。
The
A
コイル30は、弁ボディ10の径方向の外側に巻回されている。コイル30の周囲には磁性材料から形成されるヨーク31が設けられている。ヨーク31は、第1磁性部101と第3磁性部105とを磁気的に接続している。
固定コア40は、磁性材料から筒状に形成され、コイル30の径方向内側で弁ボディ10の内壁に圧入等により固定されている。固定コア40には、軸方向に燃料を通す燃料通路41が設けられている。この燃料通路41の噴孔14側には内径の大きい第1凹部42が設けられ、第1スプリング43を収容している。また、燃料通路41の燃料入口12側には内径の大きい第2凹部44が設けられ、第2スプリング45を収容している。
The
The fixed
第1可動コア50は、磁性材料から筒状に形成され、固定コア40の噴孔14側で軸方向に往復移動可能に設けられている。固定コア40と第1可動コア50との間に第1ギャップ55が設けられ、固定コア40、第1可動コア50及び第1ギャップ55を含んで第1吸引部が構成される。第1可動コア50には、軸方向に弁部材20を通す軸孔51が設けられている。弁部材20の燃料入口12側の端部には、フランジ22が設けられている。フランジ22は、第1スプリング43に付勢され、第1可動コア50の燃料入口12側の外壁に当接している。
第1可動コア50の噴孔14側の端部の径方向外側には、噴孔14側に突出する環状の外側リング52が設けられている。第1可動コア50の噴孔14側の端部の軸孔51周りには、噴孔14側に突出する環状の内側リング53が設けられている。外側リング52と内側リング53は、弁ボディ10の内壁に設けられた外側凹部17と内側凹部18にそれぞれ液密に摺動可能である。これにより、第1可動コア50の噴孔14側の外壁、外側リング52の内壁、内側リング53の外壁、及び弁ボディ10の内壁により圧力室54が形成される。
The first
On the radially outer side of the end portion of the first
第2可動コア60は、磁性材料から筒状に形成され、固定コア40の燃料入口12側で軸方向に往復移動可能に設けられている。固定コア40と第2可動コア60との間に第2ギャップ65が設けられ、固定コア40、第2可動コア60及び第2ギャップ65を含んで第2吸引部が構成される。第2可動コア60には、軸方向に燃料を通す燃料通路61が設けられている。第2可動コア60の噴孔14側の端部の燃料通路61周りには、噴孔14側に突出する環状の内側リング62が設けられている。内側リング62の外壁は、固定コア40の第2凹部44の内壁と液密に摺動可能である。
第2可動コア60は、内側リング62の端部が第2スプリング45に付勢されている。第2可動コア60は、弁ボディ10の内壁に設けられたストッパ19によって、第2可動コア60の燃料入口12側への移動が制限されている。
The second
In the second
管部材70は、固定コア40と第1可動コア50に設けられた孔に挿入され、周方向に例えば6箇所設けられている。管部材70は、固定コア40の孔の内壁に圧入等により固定され、第1可動コア50の孔の内壁と液密に摺動可能である。管部材70は、軸方向に通じる内側通路71により、第2ギャップ65と圧力室54とを連通している。
なお、本実施形態では、管部材70、第2ギャップ65及び圧力室54が特許請求の範囲に記載の付勢手段に相当する。
The
In this embodiment, the
次に、燃料噴射装置1の作動について説明する。
コイル30への通電が停止されているとき、弁部材20は、燃料通路内の燃料圧力がシート部21の横断面に相当する面積に作用する力と、第1スプリング43の弾性力によって噴孔14側に付勢されている。このため、第1可動コア50は、弁部材20のフランジ22によって付勢され、外側リング52及び内側リング53の噴孔14側の外壁がそれぞれ弁ボディ10の外側凹部17及び内側凹部18の内壁に当接している。
一方、第2可動コア60は、第2スプリング45の弾性力によって、燃料入口12側に付勢されている。このため、第2可動コア60は、燃料入口12側の外壁がストッパ19の外壁に当接している。
弁部材20のシート部21が弁座15に着座し、燃料通路16を閉塞しているので、噴孔14からの燃料噴射は遮断されている。
Next, the operation of the
When the energization of the
On the other hand, the second
Since the
コイル30に通電されると、図2に示すように、コイル30の発生する磁界により、ヨーク31、第3磁性部105、第1可動コア50、固定コア40、第2可動コア60及び第1磁性部101から形成される磁気回路に磁束が矢印Aに示すように流れる。これにより、第1吸引部と第2吸引部に吸引力が発生する。このとき、第2吸引部に生じる吸引力Bが第2スプリング45の弾性力よりも大きくなると、第2可動コア60は固定コア40側に移動を開始する。これにより、第2可動コア60の移動領域となる第2ギャップ65内の燃料は第2可動コア60に圧縮されることで加圧される。
When the
第2ギャップ65内の燃料圧力が大きくなるに伴い、管部材70で連通されている圧力室54内の燃料圧力が大きくなる。図3に示すように、圧力室54内の燃料圧力が第1可動コアの圧力室54側の面に作用する力Cと第1吸引部に生じる吸引力Dとの合力が、燃料通内の燃料圧力が弁部材20のシート部21の横断面に相当する面積及び第1可動コア50の燃料入口12側の面に作用する力、並びに第1スプリング43の弾性力の合力よりも大きくなると、第1可動コア50は固定コア40側に移動する。これに伴って弁部材20が燃料入口12側へ移動し、シート部21が弁座15から離座することで燃料通路16が開放され、噴孔14から燃料が噴射される。
As the fuel pressure in the
コイル30への通電を停止すると、第1吸引部と第2吸引部の吸引力が消失する。このため、図4に示すように、第1可動コア50は第1スプリング43の弾性力Eにより噴孔14側へ移動し、第2可動コア60は第2スプリング45の弾性力Fにより燃料入口12側へ移動する。このとき、第1可動コア50は圧力室54の燃料圧力によって噴孔14側への移動を抑制される。一方、第2可動コア60は、第2可動コア60に圧縮されていた第2ギャップ65内の燃料圧力Gによって、燃料入口12側への移動が加速される。このため、第2可動コア60は第1可動コア50よりも早く移動する。
When energization of the
弁部材20が噴孔14側へ移動するにつれて、シート部21と弁座15との距離が小さくなり、噴孔14側へ向けて弁部材20に作用する燃料圧力が大きくなる。図5に示すように、シート部21が弁座15に着座すると、燃料通路内の燃料圧力が弁部材20に作用する力Hと第1スプリング43の弾性力Eにより燃料通路16が閉塞され、一回の燃料噴射が終了する。
As the
次に、本実施形態の燃料噴射装置と、1つの可動コアを備えた従来の燃料噴射装置との駆動性能を比較する。
図6(A)に示す本実施形態の燃料噴射装置に相当するモデルと、図6(B)に示す従来の燃料噴射装置に相当するモデルについて、各可動コアに作用する電磁力を解析した。
本実施形態の燃料噴射装置に相当するモデルには、本実施形態の燃料噴射装置の構成と同一の符号を付してある。また、従来の燃料噴射装置に相当するモデルには、本実施形態の燃料噴射装置の構成に対応する構成に「a」を加えた符号を付してある。なお、この解析では、燃料圧力等による影響は考慮されていない。
Next, the drive performance of the fuel injection device of the present embodiment and a conventional fuel injection device having one movable core will be compared.
The electromagnetic force acting on each movable core was analyzed for a model corresponding to the fuel injection device of the present embodiment shown in FIG. 6A and a model corresponding to the conventional fuel injection device shown in FIG.
The model corresponding to the fuel injection device of the present embodiment is given the same reference numerals as the configuration of the fuel injection device of the present embodiment. Further, a model corresponding to the conventional fuel injection device is denoted by a reference numeral “a” added to the configuration corresponding to the configuration of the fuel injection device of the present embodiment. In this analysis, the influence of fuel pressure or the like is not taken into consideration.
図7(A)に示すように、本実施形態の燃料噴射装置に相当するモデル及び従来の燃料噴射装置に相当するモデルの各コイル30、30aに同一の回路設定による電流を供給した。本実施形態の燃料噴射装置に相当するモデルのコイル30に供給した電流値を点線Iに示し、従来の燃料噴射装置に相当するモデルのコイル30aに供給した電流値を実線Jに示す。
高圧燃料に対応し、開弁速度を高めるため、時刻約0.6msから約1.3msの間に最大約10Aの大電流を供給した。その後、弁部材を開弁状態に保持するため、時刻約3msまで約2Aの電流を供給した。本実施形態の燃料噴射装置に相当するモデルと従来の燃料噴射装置に相当するモデルの形状の違いにより、電流値に僅かな差が見られた。
As shown in FIG. 7A, currents having the same circuit settings were supplied to the
To cope with high pressure fuel and increase the valve opening speed, a large current of about 10 A at maximum was supplied between about 0.6 ms and about 1.3 ms. Thereafter, in order to keep the valve member open, a current of about 2 A was supplied until about 3 ms. A slight difference was observed in the current value due to the difference in shape between the model corresponding to the fuel injection device of this embodiment and the model corresponding to the conventional fuel injection device.
図6(A)、(B)及び図7(A)に示した条件において、本実施形態の燃料噴射装置に相当するモデルの第1可動コア50、第2可動コア60、及び従来の燃料噴射装置に相当するモデルの可動コア50aに作用する電磁力を図7(B)に示す。本実施形態の燃料噴射装置に相当するモデルの第2可動コア60に作用する電磁力を点線Kに示し、第1可動コア50に作用する電磁力を一点鎖線Lに示す。従来の燃料噴射装置に相当するモデルの可動コア50aに作用する電磁力を実線Mに示す。
時刻約1.3msにおいて、各コイル30、30aには磁束の飽和条件以上の余剰電流が供給されているので、本実施形態の燃料噴射装置に相当するモデルの第1可動コア50に作用する電磁力、第2可動コア60に作用する電磁力、及び従来の燃料噴射装置の可動コア50aに作用する電磁力は、それぞれ最大値で約100Nであった。
また、時刻約3msにおいて、2つの可動コアを有する本実施形態の燃料噴射装置に相当するモデルには余剰電流が無いので、第1可動コア50、第2可動コア60に作用する電磁力はそれぞれ約45Nであった。一方、従来の燃料噴射装置に相当するモデルには余剰電流があるので、可動コア50aに作用する電磁力は約60Nであった。
Under the conditions shown in FIGS. 6A, 6B, and 7A, the first
At a time of about 1.3 ms, surplus current exceeding the saturation condition of the magnetic flux is supplied to each of the
Moreover, since there is no surplus current in the model corresponding to the fuel injection device of the present embodiment having two movable cores at about 3 ms, the electromagnetic forces acting on the first
上記試験結果に基づき、本実施形態の燃料噴射装置1において、第2可動コア60に作用する吸引力が第1可動コア50の作用をアシストするアシスト力について検討する。
コイル30に通電されていない状態の第2ギャップ65、管部材の内側通路71、及び圧力室54の断面の模式図を図8に示す。なお、管部材の内側通路71は周方向に6箇所設けられているものとする。
Based on the above test results, in the
FIG. 8 shows a schematic diagram of a cross section of the
第2ギャップ65に面する第2可動コア60の表面積は、
(42−2.52)π≒30.6(mm2) である。
圧力室54に面する第1可動コア50の表面積は、
(42−22)π−0.52π・6≒32.9(mm2) である。
したがって、第2可動コア60に作用する吸引力を100Nとすると、第1可動コア50に作用するアシスト力は、下記の式により算出される。なお、第2ギャップ65、内側通路71及び圧力室54の燃料のリークは考慮しないものとする。
(4 2 −2.5 2 ) π≈30.6 (mm 2 ).
The surface area of the first
(4 2 −2 2 ) π−0.5 2 π · 6≈32.9 (mm 2 ).
Therefore, assuming that the suction force acting on the second
したがって、第1可動コア50に作用するアシスト力は、107.7Nである。
上記結果から導き出される本実施形態の燃料噴射装置1と従来の燃料噴射装置の駆動性能との比較を図9に示す。本実施形態の燃料噴射装置1の駆動力を点線Nに示し、従来の燃料噴射装置の駆動力を実線Oに示す。
上述したように、本実施形態の燃料噴射装置1では、第2可動コア60は、第2スプリング45の弾性力により燃料入口12側に付勢されている。一方、第1可動コア50は、燃料通路内の燃料圧力が弁部材20のシート部21の横断面に相当する面積に作用する力と、第1スプリング43の弾性力により噴孔14側に付勢されている。このため、コイル30に通電されると、第2可動コア60は、第1可動コア50よりも先に移動を開始する。このため、時刻約1.3msにおいて、第1可動コア50は第2可動コア60によるアシスト力、及び第1吸引部に生じる吸引力により200N以上の駆動力が得られる。したがって、第1可動コア50と共に動作する弁部材20は、従来の燃料噴射装置と比較して、開弁動作が速くなり、かつ、約2倍の駆動力を得ることができる。
なお、駆動力のピーク時以降、第1可動コア50が弁部材20を開弁状態に保持する力は、圧力室54内の燃料のリーク等を考慮すると、従来の燃料噴射装置のものとほぼ同じものとなる。
Therefore, the assist force acting on the first
FIG. 9 shows a comparison between the drive performance of the
As described above, in the
In addition, after the peak of the driving force, the force with which the first
本実施形態では、1つの磁気回路内に第1吸引部及び第2吸引部が設けられている。このため、従来の燃料噴射装置において余剰に投入されていた電気エネルギーを吸引力に高効率に変換することができる。第2ギャップ65と圧力室54とを管部材70の内側通路71が連通することで、第2吸引部に生じる吸引力を、第1可動コア50のアシスト力として用いることができる。これにより、弁部材20の開弁応答性及び駆動力を高めることができる。したがって、短時間に指定噴射量を噴射することが可能となり、噴射量制御を確実に行うことができる。
なお、弁部材20の駆動力を高めることで、第1スプリング43の荷重を大きくすることが可能となり、閉弁応答性を高めることができる。
In this embodiment, the 1st attraction | suction part and the 2nd attraction | suction part are provided in one magnetic circuit. For this reason, it is possible to convert the electric energy that has been excessively supplied in the conventional fuel injection device into a suction force with high efficiency. By connecting the
In addition, it becomes possible to enlarge the load of the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態による燃料噴射装置を図10に示す。本実施形態は、請求項3及び9に記載の発明に対応するものである。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の燃料噴射装置2では、ヨーク31の径方向外側に、筒部材80、第2可動コア66、ハウジング81及び第2固定コア82が設けられている。
筒部材80は、第4磁性部84、第3非磁性部83、第5磁性部85を有している。第3非磁性部83は、第4磁性部84と第5磁性部85との磁気的な短絡を防いでいる。
(Second Embodiment)
A fuel injection device according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment corresponds to the invention described in
In the
The
筒部材80の径方向外側に第2可動コア66を挟んで筒状のハウジング81が設けられている。第2可動コア66は、磁性材料から筒状に形成され、筒部材80とハウジング81との間に軸方向に往復移動可能に収容されている。
第2可動コア66の軸方向の噴孔14側には、磁性材料から形成された筒状の第2固定コア82が筒部材80の外壁に固定されている。
第2可動コア66と第2固定コア82との間には、第2スプリング67が設けられ、第2可動コア66を燃料入口12側へ付勢している。第2可動コア66は、ハウジング81の内壁に設けられたストッパ19により軸方向の移動を制限されている。
A
A cylindrical second fixed
A
第2可動コア66と第2固定コア82との間に設けられた第2ギャップ68と、圧力室54との間を連絡通路72が連通している。連絡通路72は、第2ギャップ68から第2固定コアを通り、さらに弁ボディ10、ヨーク31及び筒部材80を径方向に通って圧力室54に通じている。
A
コイル30に通電されると、コイル30の発生する磁界により、ヨーク31、第3磁性部105、第1可動コア50、固定コア40、第2磁性部103、ヨーク31、第4磁性部84、第2可動コア66、第2固定コア82及び第5磁性部85から形成される磁気回路に磁束が流れる。これにより、第1可動コア50、固定コア40及び第1ギャップ55から構成される第1吸引部、並びに第2可動コア66、第2固定コア82及び第2ギャップ68から構成される第2吸引部に吸引力が発生する。このとき、第2スプリング67の弾性力よりも第2吸引部に生じる吸引力が大きくなると、第2可動コア66は第2固定コア82側に移動を開始する。これにより、第2ギャップ68内の燃料が加圧される。
When the
第2ギャップ68内の燃料圧力が大きくなるに伴い、連絡通路72で連通されている圧力室54内の燃料圧力が大きくなる。圧力室54内の燃料圧力が第1可動コア50の圧力室側の面に作用する力と第1吸引部に生じる吸引力との合力が、燃料通路内の燃料圧力が弁部材20のシート部21の横断面に相当する面積及び第1可動コア50の燃料入口12側の面に作用する力、並びに第1スプリング43の弾性力との合力よりも大きくなると、第1可動コア50は固定コア40側に移動する。これに伴って弁部材20が燃料入口12側へ移動し、シート部21が弁座15から離座することで燃料通路16が開放され、噴孔14から燃料が噴射される。
As the fuel pressure in the
本実施形態では、連絡通路72が、弁ボディ10、ヨーク31及び筒部材80を径方向に通り、さらに第2固定コアを軸方向に通り、圧力室54と第2ギャップ68とを連通している。このため、第2ギャップ68と圧力室54との間の燃料圧力の伝達距離を短くすることで、第1可動コア50のアシスト力を高めることができる。したがって、弁部材20の開弁応答性及び駆動力を高めることができる。
In the present embodiment, the
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態による燃料噴射装置を図11に示す。本実施形態は、請求項5及び9に記載の発明に対応するものである。
本実施形態の燃料噴射装置3では、第2ギャップ65と圧力室54とを連通する連絡通路74が、コイル30の径方向外側に設けられている。連絡通路74は、第2ギャップ65から弁ボディ10の第1非磁性部102、ヨーク31内部及び第2非磁性部104を通り、圧力室54に通じている。このため、連絡通路74から燃料がリークする箇所を少なくすることができるので、第2ギャップ65内の燃料圧力を圧力室54へ確実に伝達することができる。
(Third embodiment)
A fuel injection device according to a third embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment corresponds to the invention described in
In the
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態による燃料噴射装置を図12に示す。本実施形態は、請求項6及び9に記載の発明に対応するものである。
本実施形態の燃料噴射装置4では、固定コア40を軸方向に通じる上通孔46が周方向に例えば6箇所設けられている。また、第1可動コア50を軸方向に通じる下通孔56が上通孔46と同軸に周方向に6箇所設けられている。
第2可動コア60は、噴孔14側の外壁から軸方向に延びる6本のピストン75を有している。ピストン75は、上通孔46の内壁と摺動可能であり、下通孔56の内壁と液密に摺動可能である。
なお、第2可動コア60の軸方向に設けられた通孔69は、第2ギャップと燃料通路11を連通し、第2可動コア60の作動性を高めている。
本実施形態では、コイル30に通電されると、第2可動コア60と共にピストン75が噴孔14側へ移動する。このため、圧力室54の燃料がピストン75によって直接加圧される。したがって、第1可動コア50の移動がアシストされ、弁部材20の開弁応答性及び駆動力を高めることができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 shows a fuel injection device according to the fourth embodiment of the present invention. This embodiment corresponds to the inventions described in
In the
The second
A through
In the present embodiment, when the
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態による燃料噴射装置を図13に示す。本実施形態は、請求項7、8及び9に記載の発明に対応するものである。
本実施形態の燃料噴射装置5では、固定コア40の燃料入口12側に設けられる第2凹部44内へ弁部材20が延びている。弁部材20の燃料入口12側の端部には、外径の大きい円筒状の大径部23が設けられている。大径部23の径方向の外壁は、第2凹部44の内壁と液密に摺動する。このため、大径部23の軸方向の噴孔14側の外壁と、第2凹部44の内壁との間に第2圧力室24が形成される。
(Fifth embodiment)
A fuel injection device according to a fifth embodiment of the present invention is shown in FIG. This embodiment corresponds to the invention described in
In the
大径部23には、燃料入口12側の外壁から噴孔14側へ凹む凹溝25が設けられている。一方、第2可動コア60は、噴孔14側の外壁から軸方向に延びる軸部材90を有している。軸部材90は、噴孔14側の端部が凹溝25に挿入され、凹溝25の内壁と液密に摺動する。このため、軸部材90の外壁と凹溝25の内壁との間に加圧室26が形成される。加圧室26と第2圧力室24とは、弁部材20の内部に設けられた連通路27によって連通している。
The
コイル30への通電が停止されているとき、弁部材20は、第2スプリング91の弾性力、及び燃料通路内の燃料圧力がシート部21の横断面に相当する面積に作用する力により噴孔14側へ付勢され、シート部21が弁座15に着座している。
一方、第2可動コア60は、第2スプリング91の弾性力によって燃料入口12側へ付勢され、燃料入口12側の外壁がストッパ19に当接している。
第1可動コア50は、第3スプリング93により燃料入口12側へ付勢され、弁部材20のフランジ22により燃料入口12側への移動を規制されている。
When the energization of the
On the other hand, the second
The first
コイル30に通電されると、コイル30の発生する磁界により、ヨーク31、第3磁性部105、第1可動コア50、固定コア40、第2可動コア60及び第1磁性部101から形成される磁気回路に磁束が流れ、第1吸引部及び第2吸引部に吸引力が発生する。このとき、図14に示すように、第2可動コア60が固定コア40側に移動を開始すると、第2可動コア60と共に移動する軸部材90により、加圧室26内の燃料が加圧される。加圧室26内の燃料圧力の上昇に伴い、連通路27で連通されている第2圧力室24内の燃料圧力が大きくなる。
When the
図15に示すように、第2圧力室24内の燃料圧力が大径部23の第2圧力室24側の面に作用する力Pと第1吸引部に生じる吸引力Qの合力が、燃料通路内の燃料圧力が弁部材20のシート部21の横断面に相当する面積に作用する力と第2スプリング91の弾性力との合力よりも大きくなると、第1可動コア50と共に弁部材20は燃料入口12側へ移動する。弁部材20のシート部21が弁座15から離座することで燃料通路16が開放され、噴孔14から燃料が噴射される。
As shown in FIG. 15, the resultant force of the fuel P in the
コイル30への通電を停止すると、第1吸引部と第2吸引部の吸引力が消失する。第2スプリング91の弾性力により、第1可動コア50と弁部材20は噴孔14側へ移動し、第2可動コア60は燃料入口12側へ移動する。シート部21が弁座15に着座すると、燃料通路16が閉塞され、一回の燃料噴射が終了する。
When energization of the
本実施形態では、第2可動コアと共に移動する軸部材90によって加圧室26内の燃料が加圧され、加圧室26と連通する第2圧力室24内の燃料圧力が大きくなる。これにより、第1可動コア50を介在することなく、第2吸引部に生じる吸引力によるアシスト力を弁部材20に直接作用させることができる。したがって、アシスト力の損失を低減し、弁部材20の開弁応答性及び駆動力を高めることができる。
In the present embodiment, the fuel in the pressurizing
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態による燃料噴射装置を図16に示す。本実施形態は、請求項1〜4、7〜9に記載の発明に対応するものである。また、本実施形態は、第2実施形態と第5実施形態とを組み合わせたものである。
本実施形態の燃料噴射装置6では、コイル30の径方向内側に第1固定コア40が設けられ、外側に第3固定コア821が設けられている。第1固定コア40の軸方向の噴孔14側に第1可動コア50が設けられ、燃料入口12側に第2可動コア60が設けられている。また、第3固定コア821の軸方向の燃料入口12側に第3可動コア661が設けられている。
(Sixth embodiment)
FIG. 16 shows a fuel injection device according to a sixth embodiment of the present invention. The present embodiment corresponds to the inventions described in
In the fuel injection device 6 of the present embodiment, the first fixed
コイル30に通電されると、コイル30の発生する磁界により、ヨーク31、第3磁性部105、第1可動コア50、固定コア40、第2可動コア60、第1磁性部101、ヨーク31、第4磁性部84、第3可動コア661、第3固定コア821及び第5磁性部85から形成される磁気回路に磁束が流れる。これにより、第1可動コア50、固定コア40及び第1ギャップ55から構成される第1吸引部、第2可動コア60、固定コア40及び第2ギャップ65から構成される第2吸引部、並びに第3可動コア661、第3固定コア821及び第3ギャップ681から構成される第3吸引部に吸引力が発生する。
第3吸引部に生じる吸引力により、第3可動コア661が第3固定コア821側に移動を開始すると、第3ギャップ681内の燃料が加圧される。この第3ギャップ681内の燃料圧力が大きくなるに伴い、連絡通路72で連通されている圧力室54内の燃料圧力が大きくなる。
第2吸引部に生じる吸引力により、第2可動コア60が第1固定コア40側に移動を開始すると、軸部材90により加圧室26内の燃料が加圧される。加圧室26内の燃料圧力の上昇に伴い、連通路27で連通されている第2圧力室24内の燃料圧力が大きくなる。
When the
When the third
When the second
圧力室54内の燃料圧力が第1可動コア50の圧力室54側の面に作用する力、第2圧力室24内の燃料圧力が大径部23の第2圧力室側の面に作用する力、及び第1吸引部に生じる吸引力の合力が、燃料通路内の燃料圧力が弁部材20のシート部21の横断面に相当する面積及び第1可動コア50の燃料入口12側の面に作用する力、並びに第2スプリング91の弾性力の合力よりも大きくなると、第1可動コア50と共に弁部材20は燃料入口12側へ移動する。弁部材20のシート部21が弁座15から離座することで燃料通路16が開放され、噴孔14から燃料が噴射される。
The fuel pressure in the
コイル30への通電を停止すると、第1吸引部、第2吸引部及び第3吸引部の吸引力が消失する。第2スプリング91の弾性力により、第1可動コア50と弁部材20は噴孔14側へ移動し、第2可動コア60は燃料入口12側へ移動する。第3スプリング671の弾性力により、第3可動コア661は燃料入口12側へ移動する。シート部21が弁座15に着座すると、燃料通路16が閉塞され、一回の燃料噴射が終了する。
When energization of the
本実施形態では、1つの磁気回路内に3か所の吸引部を形成することで、コイルに投入される電気エネルギーを吸引力に高効率に変換することができる。第2ギャップに生じる吸引力は、連絡通路72及び圧力室54を経由し、第1可動コア50に作用する。第1可動コア50は、第1吸引力に生じる吸引力、及び圧力室54の燃料圧力が第1可動コア50の圧力室54側の面に作用する力により弁部材20を駆動する。さらに、第3吸引力に生じる吸引力は、加圧室26、連通路27及び第2圧力室24を経由し、弁部材20に直接作用する。これにより、弁部材20の動作がアシストされ、弁部材20の開弁応答性及び駆動力を高めることができる。
In the present embodiment, by forming three attracting portions in one magnetic circuit, it is possible to convert the electrical energy input to the coil into attracting force with high efficiency. The suction force generated in the second gap acts on the first
(他の実施形態)
上述した複数の実施形態では、直噴式の燃料噴射装置について説明した。これに対し、本発明は、ポート噴射式等の燃料噴射装置に適用しても良い。
上述した複数の実施形態では、電磁駆動弁を燃料噴射装置に用いたものについて説明した。これに対し、本発明の電磁駆動弁は、吸気バルブ又は排気バルブの駆動装置等、種々の弁部材を駆動する駆動装置に適用することができる。
このように、本発明は上述した複数の実施形態を組み合わせることに加え、本発明の本旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態にすることができる。
(Other embodiments)
In the above-described embodiments, the direct injection type fuel injection device has been described. In contrast, the present invention may be applied to a fuel injection device such as a port injection type.
In the above-described plurality of embodiments, the electromagnetic drive valve is used for the fuel injection device. In contrast, the electromagnetically driven valve of the present invention can be applied to a drive device that drives various valve members, such as a drive device for an intake valve or an exhaust valve.
As described above, the present invention can be implemented in various embodiments without departing from the spirit of the present invention, in addition to combining the above-described plurality of embodiments.
1:燃料噴射装置、10:弁ボディ、14:噴孔、15:弁座、20:弁部材、30:コイル、40:固定コア、50:第1可動コア、54:圧力室(付勢手段)、55:第1ギャップ、60:第2可動コア、65:第2ギャップ(付勢手段)、70:管部材(付勢手段)、71:内側通路(付勢手段) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Fuel injection apparatus, 10: Valve body, 14: Injection hole, 15: Valve seat, 20: Valve member, 30: Coil, 40: Fixed core, 50: 1st movable core, 54: Pressure chamber (biasing means ), 55: first gap, 60: second movable core, 65: second gap (biasing means), 70: pipe member (biasing means), 71: inner passage (biasing means)
Claims (9)
前記コイルの発生する磁界内に設けられる固定コアと、
前記固定コアと相対運動可能に設けられ、前記固定コアと共に磁気回路を形成する第1可動コアと、
前記第1可動コアと前記固定コアとの間に生じる吸引力によって前記固定コア側へ移動する前記第1可動コアと連動する弁部材と、
前記固定コアと相対運動可能に設けられ、前記第1可動コア及び前記固定コアと共に前記磁気回路を形成する第2可動コアと、
前記第2可動コアと前記固定コアとの間に生じる吸引力によって前記固定コア側へ移動する前記第2可動コアの移動領域内に生じる流体圧力を前記第1可動コアの前記固定コアとは反対側に設けられる圧力室へ伝達し、この圧力室の流体圧力によって前記第1可動コアを前記固定コア側へ付勢する付勢手段と、を備えた電磁駆動弁。 A coil that generates a magnetic field when energized,
A fixed core provided in a magnetic field generated by the coil;
A first movable core provided so as to be movable relative to the fixed core and forming a magnetic circuit together with the fixed core;
A valve member interlocked with the first movable core that moves to the fixed core side by a suction force generated between the first movable core and the fixed core;
A second movable core provided so as to be relatively movable with the fixed core, and forming the magnetic circuit together with the first movable core and the fixed core;
The fluid pressure generated in the moving region of the second movable core that moves toward the fixed core due to the suction force generated between the second movable core and the fixed core is opposite to the fixed core of the first movable core. An electromagnetically driven valve comprising: an urging means that transmits to a pressure chamber provided on the side and urges the first movable core toward the fixed core by the fluid pressure of the pressure chamber.
前記第2可動コアは、前記固定コアの軸方向の他端側に設けられ、前記固定コアと共に第2吸引部を構成することを特徴とする請求項1に記載の電磁駆動弁。 The first movable core is provided on one end side in the axial direction of the fixed core, and constitutes a first suction part together with the fixed core,
2. The electromagnetically driven valve according to claim 1, wherein the second movable core is provided on the other end side in the axial direction of the fixed core and constitutes a second suction portion together with the fixed core.
前記第1可動コアは、前記第1固定コアと共に第1吸引部を構成し、
前記第2可動コアは、前記第2固定コアと共に第2吸引部を構成することを特徴とする請求項1に記載の電磁駆動弁。 The fixed core includes a first fixed core provided on a radially inner side of the coil, and a second fixed core provided on a radially outer side of the coil,
The first movable core constitutes a first suction part together with the first fixed core,
2. The electromagnetically driven valve according to claim 1, wherein the second movable core constitutes a second suction portion together with the second fixed core.
前記コイルの発生する磁界内に設けられる固定コアと、
前記固定コアと相対運動可能に設けられ、前記固定コアと共に磁気回路を形成する第1可動コアと、
前記第1可動コアと前記固定コアとの間に生じる吸引力によって前記固定コア側へ移動する前記第1可動コアと共に移動する弁部材と、
前記固定コアと相対運動可能に設けられ、前記第1可動コア及び前記固定コアと共に前記磁気回路を形成する第2可動コアと、
前記第2可動コアと前記固定コアとの間に生じる吸引力によって前記固定コア側へ移動する前記第2可動コアの移動領域内に生じる流体圧力を前記弁部材の移動方向の反対側に設けられる第2圧力室へ伝達し、この第2圧力室の流体圧力によって弁部材を移動方向へ付勢する第2付勢手段と、を備えることを特徴とする電磁駆動弁。 A coil that generates a magnetic field when energized,
A fixed core provided in a magnetic field generated by the coil;
A first movable core provided so as to be movable relative to the fixed core and forming a magnetic circuit together with the fixed core;
A valve member that moves together with the first movable core that moves toward the fixed core by a suction force generated between the first movable core and the fixed core;
A second movable core provided so as to be relatively movable with the fixed core, and forming the magnetic circuit together with the first movable core and the fixed core;
A fluid pressure generated in a moving region of the second movable core that moves toward the fixed core by a suction force generated between the second movable core and the fixed core is provided on the opposite side of the moving direction of the valve member. An electromagnetically driven valve comprising: a second urging unit that transmits to the second pressure chamber and urges the valve member in the moving direction by the fluid pressure of the second pressure chamber.
燃料の供給される燃料通路及びこの燃料通路を流通する燃料を外気へ噴射する噴孔の上流側に設けられる弁座を有する弁ボディを備え、
前記弁ボディの内側に設けられる前記弁部材は、前記コイルに通電されると前記弁座から離座することで前記燃料通路を開放し、
前記コイルの通電が遮断されると前記弁座に着座することで前記燃料通路を閉塞することを特徴とする燃料噴射装置。 A fuel injection device using the electromagnetically driven valve according to any one of claims 1 to 8,
A fuel passage to which fuel is supplied and a valve body having a valve seat provided on the upstream side of an injection hole for injecting fuel flowing through the fuel passage to the outside air;
The valve member provided inside the valve body opens the fuel passage by separating from the valve seat when the coil is energized,
The fuel injection device, wherein when the energization of the coil is interrupted, the fuel passage is closed by being seated on the valve seat.
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