JP7068488B2 - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本願は、電磁式燃料噴射弁に関するものである。

内燃機関などの燃料噴射装置として、例えば特許文献１に開示された電磁式燃料噴射弁が知られている。特許文献１に開示された電磁式燃料噴射弁は、コイルへの通電により可動子にはコアの方向に電磁力吸引力が作用し、可動子に結合された弁体がホルダ内で摺動動作し、その後に可動子が固定鉄心であるコアに接触して開弁状態となる。また、同文献の図５に示されているように、可動子は端部から燃料噴射方向における下流に向かって縮径するテーパー面を有している。更に、同文献の図３に示されているように、コアは可動子に対面する平面を有しており、開弁時に可動子の端部がコアの平面に衝突する構造となっている。

特表平８－５０６８７７号公報（図１、図５、図３）

特許文献１に開示された電磁式燃料噴射弁は、コイルへの通電により、コアの方向に電磁吸引力を受けた可動子がホルダ内を摺動し、所定の速度をもってコアと衝突する。この衝突時において、可動子はコアの平面より垂直方向の反発力を受け、可動子を含む弁体のバウンスが始まる。コアの平面は通常、燃料噴射弁の軸に対して垂直になるように設計されている。しかし、製造ばらつきにより、コアの平面が垂直に対して数度程度の傾きを有する製品が存在する。このため、可動子の反発もコアの平面の傾き方向となり、ホルダ内で径方向にふらついてバウンスし、バウンスの収束が遅い製品が製造されていた。そして、バウンスの収束が遅いことにより、噴射量特性における低噴射量域の直線性が悪化する課題を有していた。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、弁体の開弁衝突後のバウンスの収束を改善し、弁体の挙動を安定させる電磁式燃料噴射弁を提供することを目的とする。

本願に開示される電磁式燃料噴射弁は、弁部と可動子を備えた弁体と、上記弁体を内部に収容し、上記可動子と隙間を有する内周面が構成されたホルダと、上記弁体の燃料噴射方向における上流側に設けられ、開弁状態で上記可動子と接触するコアと、上記コアの外側を取り囲むコイルと、閉弁状態で上記弁部と接触する弁座と、上記弁体を閉弁側に押圧するスプリングと、を備え、
上記可動子の燃料噴射方向における上流側端面に、外周側端部から燃料噴射方向における下流に向かって縮径するテーパー面を形成すると共に、上記コアの燃料噴射方向における下流側端面に、外周側端部から燃料噴射方向における上流側に向かって縮径するテーパー面を形成し、
上記可動子の上記外周側端部の直径をＤ１、上記コアの上記外周側端部の直径をＤ２、上記可動子の外径をＤ３、上記可動子の外径と対面する上記ホルダの内径をＤ４とした時に、|Ｄ１－Ｄ２|＜Ｄ４－Ｄ３の関係を有し、上記可動子に形成された上記テーパー面の内側に上記外周側端部と同一高さのフラット面を形成し、上記フラット面は上記可動子の内周に形成された曲部もしくは面取り部に繋がるように形成されていることを特徴とする。

本願に開示される電磁式燃料噴射弁によれば、弁体の開弁衝突後のバウンスの収束を改善し、弁体の挙動を安定させることができる。

実施の形態１による電磁式燃料噴射弁の全体断面図である。 実施の形態１による電磁式燃料噴射弁の要部拡大説明図である。 実施の形態１による電磁式燃料噴射弁の閉弁状態の要部拡大図である。 実施の形態１による電磁式燃料噴射弁の開弁衝突時の要部拡大図である。 実施の形態１による電磁式燃料噴射弁の開弁衝突時の要部拡大図である。 実施の形態１による電磁式燃料噴射弁の開弁衝突時の要部拡大図である。 実施の形態１による電磁式燃料噴射弁の要部拡大説明図である。 実施の形態１による電磁式燃料噴射弁の要部拡大説明図である。 実施の形態２による電磁式燃料噴射弁の可動子の形状を説明する要部拡大説明図である。 実施の形態２による電磁式燃料噴射弁の開弁途中の要部拡大図である。 実施の形態２による電磁式燃料噴射弁の要部拡大説明図である。

以下、本願に係る電磁式燃料噴射弁の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において、同一符号は同一、若しくは相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による電磁式燃料噴射弁の全体断面図である。電磁式燃料噴射弁１は、下部を内燃機関の吸気管内に臨んで取付けられ、上部には燃料供給管が接続されて燃料圧力をかけた燃料が供給される。なお、図１において、吸気管と燃料供給管は図示省略されている。
電磁式燃料噴射弁１は、燃料噴射方向における下流（以下、単に下流という。）に弁部２、燃料噴射方向における上流（以下、単に上流という。）に可動子３を備えると共に、弁部２と可動子３の間に両者と結合するパイプ４を備えている。弁部２、可動子３、及びパイプ４は弁体５を構成しており、ホルダ６の内部に収容されている。

電磁式燃料噴射弁１は、更に、可動子３と対面する固定鉄心であるコア７、コア７の外側を囲むコイル８、コア７の内部に設けられて弁体５を下流側に押圧するスプリング９、スプリング９のベースとなりコア７に固定されるロッド１０、外部からコイル８に通電するための端子１１、弁部２が着座し燃料をシールする弁座１２、及び弁座１２の下流側に結合されオリフィスを有するプレート１３を備えている。

図２は、電磁式燃料噴射弁１の要部拡大説明図で、可動子３の上流側端面には外周側端部から下流に向かって縮径するテーパー面が形成され、コア７の下流側端面には外周側端部から上流に向かって縮径するテーパー面が形成されている。本実施の形態ではテーパー面の傾斜角を水平面に対してそれぞれ１０°としている。

ここで、可動子３の上流側端部の径をＤ１、コア７の下流側端部の径をＤ２、可動子３の外径をＤ３、可動子３の外径に対面するホルダ６の内径をＤ４とする。可動子３はホルダ６の内周と隙間を有して収容され、図２に示すように、片側隙間Ａは(Ｄ４－Ｄ３)／２となっている。また、可動子３の上流側端部とコア７の下流側端部の片側隙間Ｂは|Ｄ１－Ｄ２|／２となっている。

図２に示すように、コイル８に通電がない状態では、燃料圧力による荷重とスプリング９による荷重で弁体５は下流方向に押圧されており、弁部２が弁座１２のシート面に接触して燃料を封止している。弁部２も弁座１２の内周と隙間を有して収容され、これらの隙間が存在することにより弁体５は、ホルダ６の内部で摺動動作可能な状態となっている。

しかし、実際の電磁式燃料噴射弁１においては、弁体５はスプリング９により偏荷重を受けて、図３に示すように可動子３がホルダ６の内周の右側に接し、右にＡ＝(Ｄ４－Ｄ３)／２偏心した状態となっている。この時、可動子３の上流側端部とコア７の下流側端部の片側隙間ＢはＡより短く形成されているので、可動子３の右側端部３Ｒはコア７の右側端部７Ｒより右側にあり、可動子３の左側端部３Ｌはコア７の左側端部７Ｌより右側にある。

この状態で図示しない制御機器からの指令により、端子１１を通してコイル８が通電されると、可動子３にコア７の方向への電磁吸引力が作用し、電磁力がスプリング９と燃料圧力による荷重を越えると、弁体５は上流に向けて変位し、弁部２と弁座１２の間に隙間が形成されて燃料噴射が開始される。可動子３の外周とホルダ６の内周との間に働く径方向の電磁吸引力は、ギャップの小さい右側で最大となるため、弁体５は右に傾いた状態を維持しつつ軸方向に変位する。なお、上記において、右、右側、あるいは左、左側とは、図３の右、右側、あるいは左、左側を意味するものであり、以降の説明においても同様に、当該図において右、右側、あるいは左、左側を意味するものとする。

その後、図４に示すように、可動子３がコア７に接触すると電磁式燃料噴射弁１は開弁状態となる。可動子３の右側テーパー面がコア７の右側端部７Ｒに衝突すると、可動子３はコア７より右に向かう反力Ｆを受けて反発し、バウンスが開始される。開弁衝突前に弁体５は右側に偏心した状態となっており、衝突時に右方向の反力を受けることにより確実に右側に押圧された状態を維持し、バウンス中の径方向のガタつきがなく弁体５の挙動が安定するためバウンスの収束が向上する。

図５は、コア７の左側テーパー面と可動子３の左側端部３Ｌが衝突する場合を説明する図である。コア７の左側テーパー面が可動子３の左側端部３Ｌに衝突すると、可動子３はコア７より右に向かう反力Ｆを受けて反発しバウンスが開始される。この状態においても、開弁衝突前に弁体５は右側に偏心した状態となっており、衝突時に右方向の反力Ｆを受けることにより確実に右側に押圧された状態を維持し、バウンス中の径方向のガタつきがなく弁体５の挙動が安定するためバウンスの収束が向上する。なお、図５において、Ｃ１はコア７の端面の中心線、Ｃ２は可動子３の端面の中心線を示している。

図６は、可動子３の右側テーパー面がコア７の右側端部７Ｒに衝突し、可動子３はコア７より右に向かう反力Ｆを受けて反発しバウンスが開始される。

このように、可動子３がホルダ６の内で右側に偏心した状態では、可動子３の右側端部３Ｒと左側端部３Ｌが、コア７の右側端部７Ｒと左側端部７Ｌの右側にそれぞれ位置するので、コア７の端面の傾き方向が異なって衝突位置が変わっても可動子３は右方向の反力を受ける。従って、確実に右側に押圧された状態を維持し、バウンス中の径方向のガタつきがなく弁体５の挙動が安定するため、バウンスの収束が向上する。

図７Ａに示すように、弁体５は、可動子３にパイプ４を挿入した後、両者の境界部を全周にわたり、例えばレーザー光Ｌの照射により溶接して製作してもよい。レーザー光Ｌで照射された可動子３及びパイプ４の境界部は、一旦溶解して接合部を形成した後に凝固して接合が完了する。凝固時に溶解部が収縮するため、接合部を起点として可動子３に振れが発生し、例えば図７Ｂに示すように、左に振れた状態となる。

このように、可動子３が左に振れた状態の弁体５が使用された場合、開弁衝突時における弁体５の衝突位置がコア７の右側端部７Ｒとなり、図６に示す場合と同様にコア７の右側端部７Ｒが可動子３のテーパー面に衝突するので、可動子３は右方向の反力を受け、確実に右側に押圧された状態を維持し、バウンス中の径方向のガタつきがなく弁体５の挙動が安定するためバウンスの収束が向上する。

実施の形態２．
次に、実施の形態２による電磁式燃料噴射弁について説明する。図８は、実施の形態２による電磁式燃料噴射弁の可動子の形状を説明する図である。実施の形態２は、可動子を除いて実施の形態１と同様であり、図８では可動子のみを図示している。
実施の形態２による電磁式燃料噴射弁は、実施の形態１と同様に可動子３の上流側端面に外周側端部から下流に向かって縮径するテーパー面が形成され、そのテーパー面の内径側に図８に示す段部３０が形成されている。この段部３０の径Ｄ５は、コア７の下流側端部の径をＤ２、可動子３の外径をＤ３、可動子３の外径に対面するホルダ６の内径をＤ４とした場合、Ｄ５＜Ｄ２－（Ｄ４－Ｄ３）となるように構成されている。このため、可動子３が片側クリアランスである（Ｄ４－Ｄ３）／２の偏心を有していても、段部３０はコア７の右側端部７Ｒより左側にあり、可動子３のテーパー面がコア７の右側端部７Ｒに衝突することになる。なお、図８に示すように、可動子３の右側端部３Ｒあるいは左側端部３Ｌと同一高さのフラット面３１を段部３０に接続して可動子３の内周側に形成し、フラット面３１の内径Ｄ６は可動子３の内周面につながる曲部若しくは面取り部（以下、曲部という。）３２に繋げている。

このように、可動子３のテーパー面の内径側に段部３０を形成し、この段部３０の径をＤ５、コア７の下流側端部の径をＤ２、可動子３の外径をＤ３、可動子３の外径に対面するホルダ６の内径をＤ４とした場合、Ｄ５＜Ｄ２－（Ｄ４－Ｄ３）の関係に構成することにより、図９に示す開弁途中において、可動子３の移動により押しのけられて可動子３の外周側から内周側に排出される燃料流れＧには、段部３０を通過するときに流路面積の急縮小による流体損失が発生して、弁体５の移動に対する抵抗となり、開弁直前の可動子３とコア７の隙間の小さい時に弁体５を減速させる緩衝作用が働く。この開弁緩衝作用により弁体５の軸方向のバウンス量が低減される効果がある。即ち、実施の形態１では、径方向の弁体５のふらつきを防止してバウンスの収束性を高めているが、実施の形態２では、弁体５の軸方向速度を減速させてバウンス量を低減し、収束性を更に高めている。

実施の形態２では可動子３の右側端部３Ｒあるいは左側端部３Ｌと同一高さのフラット面３１を段部３０に接続して形成し、フラット面３１の内径Ｄ６は可動子３の内周面に形成された曲部３２に繋げている。開弁途中において可動子３の移動により押しのけられて可動子３外周側から内周側へ排出される燃料流れＧには、段部３０を通過するときの流路の急縮小による流体損失が発生するのみならず、フラット面３１から可動子３の内側に燃料が流出する時に、曲部３２に流路の急拡大による流体損失が発生するので弁体５の移動に対する抵抗として働き、開弁直前の可動子３とコア７の隙間の小さい時に弁体５を減速させる緩衝作用が働く。

図１０に示すように、可動子３の内側に流出する際の流路面積は、フラット面３１を可動子３の端部と同一高さとしているので曲部３２の可動子３とコア７との隙間高さＨは極めて小さく、また、フラット面３１が曲部３２の内周側に接続しており、曲部３２の径も比較的小さいために、曲部３２の流路面積は極めて小さくなり、流路の急拡大による流体損失が極力大きくなるような形状となっている。
更に、実施の形態１では、可動子３の上流側端面をテーパー面としているため、内周側でコア７とのギャップが大きくなっているが、実施の形態２では、内周側にフラット面３１を形成することにより、内周側でコア７とのギャップが比較的小さくなり、可動子３に作用する電磁吸引力の向上が一層図られる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 電磁式燃料噴射弁、２ 弁部、３ 可動子、３Ｌ 左側端部、３Ｒ 右側端部、４ パイプ、５ 弁体、６ ホルダ、７ コア、７Ｒ 右側端部、７Ｌ 左側端部、８ コイル、９ スプリング、１０ ロッド、１１ 端子、１２ 弁座、１３ プレート、３０ 段部、３１ フラット面、３２ 曲部、Ｃ１、Ｃ２ 中心線、Ｆ 反力、Ｇ 燃料流れ、Ｌ レーザー光。

Claims (3)

1. 弁部と可動子を備えた弁体と、
   上記弁体を内部に収容し、上記可動子と隙間を有する内周面が構成されたホルダと、
   上記弁体の燃料噴射方向における上流側に設けられ、開弁状態で上記可動子と接触するコアと、
   上記コアの外側を取り囲むコイルと、
   閉弁状態で上記弁部と接触する弁座と、
   上記弁体を閉弁側に押圧するスプリングと、を備え、
   上記可動子の燃料噴射方向における上流側端面に、外周側端部から燃料噴射方向における下流に向かって縮径するテーパー面を形成すると共に、上記コアの燃料噴射方向における下流側端面に、外周側端部から燃料噴射方向における上流側に向かって縮径するテーパー面を形成し、
   上記可動子の上記外周側端部の直径をＤ１、上記コアの上記外周側端部の直径をＤ２、上記可動子の外径をＤ３、上記可動子の外径と対面する上記ホルダの内径をＤ４とした時に、|Ｄ１－Ｄ２|＜Ｄ４－Ｄ３の関係を有し、上記可動子に形成された上記テーパー面の内側に上記外周側端部と同一高さのフラット面を形成し、上記フラット面は上記可動子の内周に形成された曲部もしくは面取り部に繋がるように形成されていることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
2. 上記弁体は、複数の部材を溶接して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁。
3. 上記可動子に形成された上記テーパー面の内側に段部を形成し、上記段部の径をＤ５とした時、上記Ｄ２、上記Ｄ３、上記Ｄ４との間に、Ｄ５＜Ｄ２－（Ｄ４－Ｄ３）の関係を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電磁式燃料噴射弁。

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