JP5285379B2 - ガス燃料用インジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、ガス燃料用インジェクタに関し、殊に、電磁駆動で開弁してガスエンジンが要求する流量のガス燃料を噴射する常閉式のインジェクタに関する。

電磁コイルに通電して励磁させることにより可動コアを吸引し、開閉弁を開いて燃料を噴射する電磁駆動式のインジェクタは、例えば実開昭６１―１０５７５６号公報に記載されており、図５の部分縦断面図に示すように開閉弁（バルブ）の弁体５を円板状の弁バネ６で支持しながらリターンスプリング７の付勢力でそのシール面をシート部材の弁シート５ａに押しつけて閉弁状態を維持させる常閉式のインジェクタ１Ｄが広く普及している。

このような構成のインジェクタ１Ｄは、一般的にはホールド型のインジェクタと呼ばれており、可動コアを摺動させるプランジャ型のインジェクタにおいて燃料を潤滑剤として使用できないガス燃料を使用する際に摩耗耐久性の問題が生じていたのに対し、図５に示したように弁バネ６で弁体５を浮遊状態にしてホールドする構成であるため、固定コア２に対する可動コア４Ｄまたは弁体５の摺動部がなく摩耗耐久性の問題を生じさせないとともに、固定コア２の中心軸延長線方向に限定された可動コア４Ｄ及び弁体５の動作を確保可能としている。

そして、固定コア２及び可動コア４Ｄを外周側から覆う円筒状のヨーク３Ｄにより一点鎖線で示す磁気通路を形成するようになっており、ヨーク３Ｄの内側で固定コア２の外周側に捲回されたコイル２ａに通電することによる起磁力で可動コア４Ｄを固定コア２に吸引させて開弁するようになっている。

このような従来のガス燃料用のインジェクタ１Ｄでは、略円柱状の可動コア４Ｄの外周側とこれが挿通されるヨーク３Ｄの挿通孔内周側とで形成される部分の磁気通路は、図６（Ａ）に示す通電開始時点の位置から図６（Ｂ）の位置に可動コア４Ｄがストロークした場合でも充分に確保されるのが通常であり、可動コア４Ｄと固定コア２との間に最も大きなギャップＧが形成される閉弁時の吸引力に対し、閉弁動作でギャップＧが小さくなるに従い磁気効率が改善されて吸引力が増大するのが一般的である。

ところが、このようなインジェクタでは最も吸引力が必要なのは開弁動作開始時点であるのに対し、可動コア４Ｄと固定コア２との間のギャップＧの縮小やコイル２ａに流れる電流の増加等により、開弁動作終了時点で吸引力が最大になってしまう。そのため、可動コア４Ｄの全開ストッパーを兼ねる固定コア２の当接面に可動コア４Ｄの基端側面が過剰な衝撃力で衝突することになり、過大な作動音が発生するとともに固定コア２や可動コア４Ｄの接触面の劣化による耐久性の低下が問題となりやすい。
実開昭６１―１０５７５６号公報

本発明の課題は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、ガス燃料用インジェクタの開弁動作で可動コアが固定コアに過剰な衝撃力で衝突しないようにして、過大な作動音の発生や耐久性の低下を回避できるようにすることである。

前記課題を解決するためになされた本発明は、固定コアと、固定コアの外周側に捲回したコイルと、コイルの外周側を覆う筒状のヨークと、ヨーク先端側の挿通孔内周側で固定コアの中心軸延長線に沿ってスライド可能に配置された可動コアと、可動コアに付設された弁体及び弁シートからなる開閉弁とを備えており、コイルに通電することにより、ヨーク、固定コア、可動コアを通る磁気通路を形成し可動コアが固定コア側に吸引されて開弁し、通電を維持することにより開弁状態を維持する電磁駆動式のガス燃料用インジェクタにおいて、ヨークの挿通孔内周側と可動コア外周側とで構成される部分がコイルへの通電で少なくとも開弁動作開始時に必要な可動コアの吸引力を発生させる磁気通路を形成させるとともに開弁動作で可動コアが固定コアに接近するのに従って吸引力を減小させる吸引力調整構造を備えていることを特徴とする。

上述したように、従来のガス燃料用インジェクタでは、開弁動作開始時点で所定レベル以上の吸引力が必要であるとともに開弁動作で可動コアが固定コアに接近するのに従って吸引力が強くなるのが通常であることから、可動コアが固定コアに過剰な衝撃力で衝突することになるため、過大な作動音が発生しやすくこの部分の耐久性の確保が困難であった。これに対し、本発明において開弁動作開始時点から可動コアが固定コアに接近するのに従って吸引力を減小させる吸引力調整構造を設けたことにより、正確な開弁動作を確保しながら可動コアが固定コアに過剰な衝突力で衝突しないものとなり、過大な作動音の発生を回避しつつその部分の耐久性確保を可能としたものである。

また、その吸引力調整構造は、ヨークの挿通孔にその開口端から所定範囲の内周面が可動コア外周面との間で磁気通路を形成させない所定幅以上の間隔を確保する大径部による段差を備えていることを特徴とするものとすれば、簡易な構成で前述した機能を確実に発揮できるものとなる。さらに、上述したガス燃料用インジェクタにおいて、その吸引力調整構造は、可動コアにその端面側から所定範囲の外周面がヨークの挿通孔内周面との間で磁気通路を形成させない所定幅以上の間隔を確保する小径部による段差を備えているものとしても、同様である。

さらにまた、上述したガス燃料用インジェクタにおいて、その吸引力調整構造は、ヨークの挿通孔内周面または／及び可動コアの外周面に、その外周面と内周面との間隔が先端側から基端側になるのに従って拡大するティーパ形状を備えているものとしても、上記同様に簡易な構成で前述した機能を確実に発揮することができる。

可動コアが固定コアに接近するのに従って吸引力を減小させる吸引力調整構造を設けた本発明によると、可動コアが固定コアに過剰な衝撃力で衝突せず、過大な作動音の発生や耐久性の低下を確実に回避することができる。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本実施の形態であるインジェクタ１Ａの開閉弁部分を中心とした部分縦断面図を示している。このインジェクタ１Ａは、電磁コイル２ａ、固定コア２、可動コア４Ａを備えた電磁駆動式でガス燃料用のインジェクタ（燃料噴射弁）であって、可動コア４Ａの下側（下流側）には弁体５が付設され、これらが弁ストローク方向に対し直角に設けられた円盤状の弁バネ６で支持されているとともに、リターンスプリング７で閉弁方向に付勢されている、所謂ホールド型のインジェクタである。

また、弁体５の下方には弁シート５ａを構成する筒状のシート部材が配設されてこれらで開閉弁を構成しており、上述した構成部分は図５に示した従来型のインジェクタ１Ｄとほぼ共通した周知のものである。そして、コイル２ａに通電することにより、固定コア２、可動コア４Ａ、ヨーク３Ａを通る磁気通路が形成され、可動コア４Ａが磁力により固定コア２に吸引されることで弁体５がリフトされて開閉弁が開弁し、ガス燃料噴射用のインジェクタ機能を発揮するようになっている。

そして、本実施の形態においては、略円柱状の可動コア４Ａの外周側と、可動コア４Ａが挿通されるヨーク３Ａの挿通孔３０Ａ内周側とで構成される部分が、可動コア４Ａの閉弁位置において開弁動作開始時に最低限必要とされる吸引力を発生させる磁気通路を形成するとともに、開弁動作で可動コア４Ａが挿通孔３０Ａ内をスライドして固定コア２に接近するのに従って磁気通路を変化させて吸引力を減小させる吸引力調整構造として幅Ｈ分の段差部３１を備えている。

即ち、その吸引力調整構造である段差部３１は、ヨーク３Ａの挿通孔３０Ａが固定コア２側の開口位置から所定範囲までの内周面が可動コア４Ａ外周面との間で所定幅以上の間隔を確保する大径部によるものであり、図２（Ａ）に示す開弁開始時点で可動コア５をリフトさせる吸引力を確保するための磁気通路面積を有した状態から、通電により可動コア４Ａがリフトされるに従って、図２（Ｂ）に示すように磁気通路面積が縮小するようになっており、可動コア４Ａと固定コア２との間のギャップＧが狭くなることによる磁気効率が向上する現象を回避可能としている。

従って、本実施の形態のインジェクタ１Ａによると、開弁開始時点における吸引力が、従来例とは異なり開弁動作終了時点で増大せずにかえって減小して、可動コア４Ａが固定コア２に過剰な衝撃力で衝突する事態が確実に回避されるため、過大な作動音の発生が防止されるとともにその衝突部分における部品の変形や摩耗が軽減され、その部分の耐久性が格段に向上する結果となる。

図３は、本実施の形態のインジェクタ１Ａ及び従来のインジェクタ１Ｄのコイル２ａに各々一定の電流を印加したときの、各可動コアの閉弁状態における吸引力と各可動コアの全開状態における吸引力を比較するためのシミュレーション試験の結果を示すグラフである。このグラフから、本実施の形態のインジェクタ１Ａの構成を採用することにより、可動コア４Ａ全閉時の吸引力を低減させることなく、全開時の吸引力のみを低減できることが分かる。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、上述した実施の形態の応用例を示すものであり、
図４（Ａ）のインジェクタ１Ｂは、吸引力調整構造としての段差部４１をヨーク３Ｂ側ではなく固定コア４Ｂ側に設けたものであるが、このような構成としても上記同様の効果が期待できるものである。

一方、図４（Ｂ）のインジェクタ１Ｃは、上述したインジェクタ１Ａやインジェクタ１Ｂとは異なり、吸引力調整構造としての段差部を設ける代わりにヨーク３Ｃの挿通孔３０Ｃ内周面が先端側から基端側に向かって内周面がθ°傾斜していることにより内径が拡大するティーパ形状を備えてなるものであり、このようにしても上記同様の効果が期待できるものである。尚、ティーパ形状は可動コア４Ｃ側に設けてもよく、或いはヨーク３Ｃ側と可動コア４Ｃの双方に設けても良く、さらに前述した段差部３１，４１と組み合わせても良いことは言うまでもない。

以上、述べたように、ガス燃料用インジェクタについて、本発明により開弁動作時に可動コアが固定コアに過剰な衝撃力で衝突しないものとなり、過大な作動音の発生及び耐久性の低下を有効に回避できるようになった。

本発明における実施の形態のインジェクタの部分縦断面図。 （Ａ）は図１のインジェクタが閉弁状態における磁束分布を示す部分縦断面図、（Ｂ）は図１のインジェクタが開弁状態における磁束分布を示す部分縦断面図。 図１のインジェクタと従来例との間でバルブ開閉前後の可動コアの吸引力を比較したグラフ。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１のインジェクタの応用例を示す部分縦断面図。 従来例を示す部分縦断面図。 （Ａ）は図５のインジェクタが閉弁状態における磁束分布を示す部分縦断面図、（Ｂ）は図５のインジェクタが開弁状態における磁束分布を示す部分縦断面図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ インジェクタ、２ 固定コア、２ａ コイル、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ ヨーク、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 可動コア、５ 弁体、３０Ａ，３０Ｂ、３０Ｃ 挿通孔、３１，４１ 段差部

Claims (3)

1. 固定コアと、前記固定コアの外周側に捲回したコイルと、前記コイルの外周側を覆う筒状のヨークと、前記ヨーク先端側の挿通孔内周側で前記固定コアの中心軸延長線に沿ってスライド可能に配置された可動コアと、前記可動コアに付設された弁体及び弁シートからなる開閉弁とを備えており、前記コイルに通電することにより、前記ヨーク、前記固定コア、前記可動コアを通る磁気通路を形成し前記可動コアが前記固定コア側に吸引されて開弁し通電を維持することにより開弁状態を維持する電磁駆動式のガス燃料用インジェクタにおいて、前記ヨークの挿通孔内周側と前記可動コア外周側とで構成される部分が、前記コイルへの通電で少なくとも開弁動作開始時に必要な前記可動コアの吸引力を発生させるとともに開弁動作で前記可動コアが前記固定コアに接近するのに従って前記吸引力を減小させる吸引力調整構造を備えているガス燃料用インジェクタにおいて、前記吸引力調整構造が、前記ヨークの挿通孔における内周面に形成された前記固定コア側の開口端から所定範囲までの前記可動コアの外周面との間で前記磁気通路を形成させない所定幅以上の間隔を確保する大径部による段差であり、開弁開始時点で前記可動コアをリフトさせる吸引力を確保するための磁気通路面積を有した状態から、通電により前記可動コアがリフトされるに従って前記段差により磁気通路面積が縮小して前記可動コアと固定コとの間のギャップが狭くなることにより磁気効率が向上する現象を回避可能としていることを特徴とするガス燃料用インジェクタ。
2. 前記可動コアに前記可動コア端面側から所定範囲の外周面が前記挿通孔内周面との間で前記磁気通路を形成させない所定幅以上の間隔を確保する小径部による段差を備えていることを特徴とする請求項１に記載したガス燃料用インジェクタ。
3. 前記吸引力調整構造が、前記挿通孔内周面または前記可動コアの外周面の少なくとも一方に、前記外周面と前記内周面との間隔が先端側から基端側になるのに従って拡大するティーパ形状を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載したガス燃料用インジェクタ。

Images