JP6233481B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
特許文献1の燃料噴射弁は、コイルに通電されていないとき、第1戻しばねの付勢力によりニードル弁が弁座に着座し、第2戻しばねの付勢力により可動コアがストッパ体に当接している。このとき、ニードル弁に設けられたフランジと可動コアとの間に僅かな隙間が設けられている。
特許文献1の燃料噴射弁は、開弁動作の際、コイルに通電されると、可動コアが固定コアに磁気吸引され、加速した状態でニードル弁のフランジに当接する。これにより、開弁時間を短くしている。
また、可動コアとストッパ体との衝突力が大きくなると、衝突音が大きくなるおそれがある。さらに、可動コアとストッパ体との衝突により、可動コア及びストッパ体が損傷するおそれがある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、閉弁動作の際にニードル弁が再度噴孔を開弁する二次開弁を抑制可能な燃料噴射弁を提供することを目的とする。
ストッパは、可動コアと当接する面とは反対側の面が、燃料に満たされる空間に露出している。
燃料噴射弁は、閉弁動作の際、コイルへ通電している状態から非通電の状態へ切り替えられると、第1スプリングの付勢力によりニードルが弁座に着座した後、可動コアは慣性により弁座側へ移動する。このとき、第2スプリングの付勢力は、可動コアの移動速度を減速するように作用する。ストッパは、この可動コアの移動距離を規制する。これにより、第2スプリングの縮小量が制限され、第2スプリングに蓄えられる弾性力が小さくなる。したがって、可動コアが固定コア側に跳ね返る力が小さくなるので、ニードル弁の二次開弁を防ぐことができる。
(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1〜図6に示す。燃料噴射弁1は、燃料タンクから高圧ポンプによって加圧圧送され、デリバリパイプに蓄圧された燃料を内燃機関に噴射供給する。
図1および図2に示すように、燃料噴射弁1は、ハウジング10、ニードル弁30、コイル40、固定コア50、可動コア60およびストッパ80等を備えている。
ハウジング10は、筒部材11、非磁性部12、ホルダ13、入口部材15及びノズルボディ20から構成される。本実施形態のハウジング10が特許請求の範囲に記載の「ハウジング」に相当する。
筒部材11の非磁性部12と反対側の端部に、燃料入口14を形成する筒状の入口部材15が接合している。入口部材15の径内側には、フィルタ16が設けられている。燃料入口14から流入した燃料は、フィルタ16によって燃料の中の異物が捕獲され、ハウジング10の内側に形成される上流通路17に流入する。
ニードル弁30は、燃料入口14側の端部から径外方向に環状に延びるフランジ31を有している。フランジ31は、可動コア60の燃料入口14側の端面に当接可能である。
ニードル弁30とホルダ13との間には、下流通路19が形成される。なお、上流通路17と下流通路19とが特許請求の範囲に記載の「燃料通路」に相当する。
ニードル弁30は、フランジ31側に、軸中心を通る内側通路36を有する。ニードル弁30は、内側通路36の内壁とニードル弁30の外壁とを径方向に通じる流出口32を有する。これにより、内側通路36は、流出口32を通じて上流通路17と下流通路19とを連通する。
ニードル弁30は、シート部33が弁座24に着座することで噴孔23に通じる下流通路19を閉塞し、シート部33が弁座24から離座することで噴孔23に通じる下流通路19を開放する。
以下、ニードル弁30が弁座24から離座する方向を開弁方向といい、ニードル弁30が弁座24に着座する方向を閉弁方向という。
ハウジング10を構成する筒部材11及び非磁性部12の径外側にスプール41が設けられる。スプール41にコイル40が巻回されている。コイル40の外側を、磁性体からなる筒状のヨーク42が覆っている。コイル40は、コネクタ43の端子44と電気的に接続している。コネクタ43を通じてコイル40に通電されると、コイル40は磁界を生じる。
可動コア60は、ハウジング10の内側に軸方向に往復移動可能に設けられている。コイル40に通電されていない状態で、可動コア60と固定コア50との間には、所定の隙間90が形成される。
可動コア60には、その中央部分に軸方向に通じる中央孔61が設けられている。この中央孔61にニードル弁30が挿通される。ニードル弁30は、可動コア60の径内側に位置する部分が可動コア60の中央孔61の内壁と摺動する。ニードル弁30は、ノズルボディ20側に設けられた摺動部34と、可動コア60の内側の摺動箇所との2か所で案内され、ハウジング10の内側を往復移動可能である。
第1スプリング70の付勢力は、第2スプリング72の付勢力よりも大きく設定されている。したがって、コイル40に通電されないとき、ニードル弁30のシート部33は、弁座24に着座する。
ストッパ80の円盤部81は、可動コア60の噴孔側への移動を規制することで、可動コア60が噴孔側へ移動したときの第2スプリング72の縮小量を制限する。図3では、可動コア60を破線で示している。図2および図3に示すように、円盤部81の可動コア側に設けられた第1当接面83の径方向の距離L1は、可動コア60の噴孔側に設けられた第2当接面66の径方向の距離L2よりも大きい。すなわち、ニードルの軸に垂直な仮想平面に第1当接面83と第2当接面66とを投影したとき、第1当接面83の内側に第2当接面が入る。これにより、第1当接面83と第2当接面66とが衝突する際のスクイズ力、および、第1当接面83と第2当接面66とが離れる際のリンキング力が大きくなる。なお、スクイズ力とは、当接面に挟まれる流体の力である。また、リンキング力とは、流体内において物体が離れることを妨げる力である。
燃料入口14から上流通路17に流入した燃料は、ニードル弁30の内側通路36、および下流通路19に充満する。
図2は、コイル40に通電されていない状態を示している。ニードル弁30は、第1スプリング70に付勢され、シート部33が弁座24に着座している。可動コア60は、第2スプリング72の付勢力により、ニードル弁30のフランジ31の噴孔側の端面に当接している。このとき、可動コア60とストッパ80との間に僅かな隙間91が形成される。なお、図2及び図4では、可動コア60とストッパ80との隙間91を誇張して記載しているが、この隙間91は例えば約30μm程度である。
コイル40に通電されると、図6の矢印Bに示すように、コイル40の発生する磁界により、固定コア50、筒部材11、ヨーク42、ホルダ13および可動コア60等から形成される磁気回路に磁束が流れる。ストッパ80は非磁性体であるので、ホルダ13からストッパ80に漏れる磁束が低減される。したがって、可動コア60と固定コア50との間の磁束密度が大きくなる。
コイル40への通電が停止されると、第1スプリング70の付勢力により、ニードル弁30は可動コア60と共に閉弁方向へ移動する。図2に示すように、ニードル弁30のシート部33が弁座24に着座すると、燃料噴射が遮断される。
その後、可動コア60は慣性により閉弁方向へ移動し続ける。このとき、第2スプリング72の付勢力は可動コア60の移動速度を減速するように作用する。図5に示すように、可動コア60がストッパ80に当接すると、可動コア60は開弁方向への移動が規制され、第2スプリング72は縮小量が制限される。
なお、可動コア60とストッパ80とが当接するとき、可動コア60の連通孔62は、ストッパ80によって塞がれる。ストッパ80の第1当接面83は、可動コア60の第2当接面66の全面に当接可能であるので、第1当接面83と第2当接面66とが衝突した時の面圧が小さい。さらに、第1当接面83と第2当接面66とが衝突する際のスクイズ力、および、第1当接面83と第2当接面66とが離れる際のリンキング力が大きい。これにより、可動コア60の動作速度を遅くするダンパ効果が生じる。したがって、可動コア60がストッパ80に衝突した後、再度固定コア側へ跳ね返る動作速度が遅くなる。
さらに、可動コア60とストッパ80との隙間91は、可動コアが固定コア側へ跳ね返るときに可動コア60とニードル弁30のフランジ31との衝突力を小さくし、ニードル弁30を二次開弁させない程度の距離に設定されている。
すなわち、ストッパ80によって第2スプリング72に蓄積される弾性力を小さくし、可動コア60が固定コア側へ跳ね返る動作速度を遅くし、可動コア60とストッパ80との隙間91を適切に設定することで、可動コア60とニードル弁30のフランジ31との衝突力が小さくなる。したがって、図2に示すように、可動コア60とニードル弁30のフランジ31とが当接したとき、ニードル弁30は開弁方向へ移動することなく、二次開弁が防がれる。
(1)本実施形態では、燃料噴射弁1の閉弁動作において、コイル40への通電をオンからオフに切り換えると、可動コア60は第1スプリング70の付勢力によりニードル弁30とともに噴孔側へ移動する。このとき、可動コア60は、ストッパ80により噴孔側への移動が規制されるので、噴孔側への大幅な移動が防がれる。このため、第2スプリング72の縮み量が小さくなり、第2スプリング72に蓄えられる付勢力が小さくなる。
また、ストッパ80の第1当接面83と可動コア60の第2当接面66とが衝突した時の面圧が小さい。さらに、その時に生じるスクイズ力、および、第1当接面83と第2当接面66とが離れる際のリンキング力が大きいので、可動コア60の動作速度を遅くするダンパ効果が生じる。これにより、可動コア60がストッパ80に衝突した後、再度固定コア側へ跳ね返る動作速度が遅くなるので、ニードル弁30と可動コア60との衝突力が小さくなる。
さらに、可動コア60とストッパ80との隙間91は、可動コア60が固定コア側へ跳ね返るときに可動コア60とニードル弁30のフランジ31との衝突力を小さくし、ニードル弁30を二次開弁させない程度の距離に設定されている。
したがって、燃料噴射弁1は、閉弁動作の際、再度噴孔23が開弁する二次開弁を抑制することができる。
さらに、第1当接面83と第2当接面66とが衝突した時の面圧が小さくなるので、ストッパ80および可動コア60の耐久性を高めることができる。
本発明の第2実施形態による燃料噴射弁を図7に示す。以下、複数の実施形態において上述した第1実施形態と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。
第2実施形態では、ストッパ84が円盤部のみから構成されている。ストッパ84は、径外方向の外壁がホルダ13の内壁に圧入されている。また、ストッパ84の内径D3は、第2スプリング72の姿勢が傾いたときに接触しない程度に、第2スプリング72の外径D2よりも大きい。
第2実施形態では、ストッパ84の構成が簡素になるので、容易に製造することが可能となる。したがって、製造上のコストを低減することができる。
また、第2スプリング72とストッパ84との接触が防がれるので、第2スプリング72とストッパ84とに意図しない摩擦力が生じることを防ぐことができる。
本発明の第3実施形態による燃料噴射弁を図8に示す。第3実施形態では、ストッパ85とホルダ13とが一体で形成されている。
第3実施形態では、ホルダ13の段差面73と、ストッパ85の可動コア側の端面との距離Hを管理するのみで、ストッパ85を製造することが可能である。このため、製造時に寸法を管理する個所が少なくなる。したがって、可動コア60とストッパ85とのクリアランスを精密に形成することができる。
本発明の第4実施形態による燃料噴射弁を図9及び図10に示す。
なお、図10では、可動コア60とストッパ86との隙間91を視認しづらいが、実際には、上記第1〜第3実施形態と同様、コイル40に通電されていない状態で、隙間91は約30μm程度の距離に設定されている。また、図10では、コイル、ヨークおよびスプールを省略している。
ストッパ86は、径外方向の外壁がホルダ13の内壁に圧入固定されている。また、ストッパ86は、噴孔側の端面が、ホルダ13の段差面131に当接している。
さらに、ストッパ86の内径を大きくし、その径内側の空間を広くすることで、下流通路19を流れる燃料の圧力損失を小さくすることができる。
可動コア60とストッパ86との隙間91もまた、可動コア60が固定コア側へ跳ね返るときに可動コア60とニードル弁30のフランジ31との衝突力を小さくし、ニードル弁30を二次開弁させない程度の距離に設定されている。
したがって、燃料噴射弁は、閉弁動作の際、再度噴孔23が開弁する二次開弁を抑制することができる。
上述した複数の実施形態では、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁について説明した。これに対し、他の実施形態では、燃料噴射弁は、内燃機関の吸気通路などに燃料を噴射するものでもよい。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
10・・・ハウジング
30・・・ニードル弁
50・・・固定コア
60・・・可動コア
66・・・第2当接面
70・・・第1スプリング
72・・・第2スプリング
80、84、85、86・・・ストッパ
83・・・第1当接面
Claims (8)
- 燃料が噴射される噴孔(23)、この噴孔に連通する燃料通路(17、19)、及び前記燃料通路の内壁に形成された弁座(24)を有するハウジング(10、11、12、13、15、20)と、
前記ハウジング内に軸方向に往復移動可能に設けられ、前記弁座に着座又は離座することで前記噴孔を開閉するニードル弁(30)と、
通電により磁界を発生するコイル(40)と、
前記ハウジング内で前記コイルの発生する磁界内に固定される固定コア(50)と、
前記固定コアの前記噴孔側で軸方向へ往復移動可能に設けられ、前記ニードル弁に当接可能な可動コア(60)と、
前記ニードル弁を前記噴孔側へ付勢する第1スプリング(70)と、
前記第1スプリングよりも小さい力で前記可動コアを前記固定コア側へ付勢する第2スプリング(72)と、
前記可動コアの前記噴孔側に設けられ、前記可動コアの前記噴孔側の端面と当接することにより前記可動コアの前記噴孔側への移動を規制するストッパ(80)と、を備え、
前記ストッパは、前記可動コアと当接する面とは反対側の面が、燃料に満たされる空間に露出していることを特徴とする燃料噴射弁(1)。 - 前記コイルに通電されていないとき、前記ニードル弁は前記第1スプリングの付勢力により前記弁座に着座し、前記可動コアは前記第2スプリングの付勢力により前記ニードル弁の前記噴孔側の面に当接し、前記ストッパと前記可動コアとの間に隙間(91)が設けられることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。
- 前記コイルに通電されていないときに前記ストッパと前記可動コアとの間に設けられる前記隙間は、前記コイルへ通電している状態から非通電の状態へ切り替えたときに前記ニードル弁と共に前記噴孔側へ移動する前記可動コアが慣性移動により前記ストッパに当接した後、前記可動コアが跳ね返ることによって前記ニードル弁に当接し前記ニードル弁を二次開弁させない程度の距離に設定されていることを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射弁。
- 前記可動コアは、前記可動コアの前記固定コア側の隙間(90)と、前記ストッパの径内方向の内壁と前記ニードル弁との間に設けられる下流通路(19)とを連通する連通孔(62)を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記ストッパは、前記可動コアと当接可能な円盤部、および、前記円盤部の径内側から前記噴孔側へ筒状に延びる筒部を有し、
前記ストッパの前記筒部は、径内方向の内壁により前記第2スプリングを軸方向に案内可能であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。 - 前記ストッパは、前記ハウジング(13)と別体であり、かつ、非磁性体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記可動コアと前記固定コアとが当接するとき、前記可動コアの前記連通孔は、前記固定コアによって塞がれ、
前記ストッパと前記可動コアとが当接するとき、前記可動コアの前記連通孔は、前記ストッパによって塞がれることを特徴とする請求項4に記載の燃料噴射弁。 - 前記ニードル弁は、軸中心を通る内側通路(36)、およびこの内側通路の内壁と前記ニードル弁の外壁とを径方向に通じる流出口(32)を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
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