JPH11132133A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料噴射弁の高速作動時の弁体の不整作動を
防止して噴射量計量精度を向上させる。 【解決手段】ニードル弁１０の作動方向に沿って移動可
能に緩衝体１６を設け、この緩衝体１６は、ニードル弁
１０が最大作動量に達する以前にニードル弁１０に当接
し、かつニードル弁１０が最大作動量に達した後も移動
可能となるように支持する。緩衝体１６を弁体に当接す
る方向に付勢するスプリング１７と、緩衝体１６の運動
を減衰させる絞り通路２１を設ける。開弁作動時のニー
ドル弁１０の運動エネルギを緩衝体１６に移行させてニ
ードル弁を１０減速させると共に緩衝体１６の運動を減
衰させてニードル弁１０への振動等の伝達を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の燃料噴射
弁に関する。

【０００２】

【従来の技術と解決すべき課題】近年、自動車用エンジ
ンへの燃料供給装置においては、自動車の運転状態に応
じたきめ細かな燃料制御を行う必要性から、噴射量に高
い調量精度が求められている。特にエンジンの気筒内に
燃料を噴射する筒内直接噴射式エンジンではその要求精
度は一段と高い上、要求される噴射量のダイナミックレ
ンジも高く、ソレノイド等の駆動手段を極力高速に駆動
させる必要が生じている。しかしながらソレノイドを高
速に駆動するとそれだけ可動部の運動エネルギが大きく
なり、結果として開弁直後のニードル弁のはね返り振動
が大きくなってしまうことになる。そのため、特にはね
返り振動が収束する時間以下の短いバルスでの駆動領域
においては噴射量の精度や直線性が悪化してしまう。

【０００３】このような問題を解決するものとして、例
えば特開平５−２１５０３８号公報に開示されているよ
うな技術が公知である。これは、ニードル弁開弁時には
ニードル弁の頂面と衝突した後にニードル弁の開弁方向
に移動するストッパ部材を設け、このストッパ部材によ
る緩衝作用によりニードル弁の跳ね返り振動を抑制しよ
うとするものである。

【０００４】しかしながらこのような従来の燃料噴射弁
にあっては、ニードル弁が衝突しストッパ部材がニード
ル弁の開弁方向に移動した後も、ニードル弁には開弁方
向の力が作用しているため、ニードル弁は一旦は停止す
るもののその後また開弁方向へ移動を開始することにな
る。一方で、ニードル弁の衝突により移動したストッパ
部材は、ストッパ部材を閉弁方向に付勢しているばねの
作用により、ある時間の後にニードル弁の閉弁方向へ移
動の向きを変えることになる。その結果、ニードル弁と
ストッパ部材は所定の位置よりも開弁方向側の位置で再
度衝突することになる。通常はこれらの動作を数回繰り
返したのち、ニードル弁はストッパを付勢しているばね
の作用により、所定の位置に停止することになる。この
ため、それまでの期間、即ちニードル弁が所定の位置に
定常的に静止するまでの間に噴射弁の閉弁動作が行われ
たときにはニードル弁の運動状態や位置が変化している
最中であり、閉弁時の挙動が不安定で、噴射量の精度が
損なわれるという問題が生じる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項１の発明では、弁体を往復させてノズル部を
開閉するようにした燃料噴射弁において、弁体の作動方
向に沿って移動可能に緩衝体を設け、この緩衝体は、弁
体が最大作動量に達する以前に弁体に当接し、かつ弁体
が最大作動量に達した後も移動可能となるように支持す
ると共に、緩衝体を弁体に当接する方向に付勢する付勢
手段と、緩衝体の運動を減衰させる減衰手段とを設け
た。

【０００６】請求項２の発明は、上記減衰手段として、
緩衝体を往復摺動可能に収装するシリンダ部と、このシ
リンダ部に導入される燃料と、シリンダ部での緩衝体の
往復運動に伴う燃料の移動を規制する絞り通路とを設け
た。

【０００７】請求項３の発明は、上記絞り通路を、緩衝
体とシリンダ部との間の摺動間隙部に形成した。

【０００８】請求項４の発明は、上記シリンダ部に摺接
する緩衝体の外周面に環状溝を形成した。

【０００９】請求項５の発明は、上記緩衝体の質量を、
弁体の質量以下に設定した。

【００１０】請求項６の発明は、上記弁体が緩衝体に当
接してから最大作動量に達するまでの作動量を、該最大
作動量の２０％以下に設定した。

【００１１】

【作用・効果】上記各発明において、ノズル開閉のため
に弁体が作動する過程で、弁体はその最大作動量に達す
る以前に緩衝体と当接する。この緩衝体との当接により
弁体の運動エネルギの一部が緩衝体に移動して弁体の作
動速度が減じられると共に、緩衝体での減衰作用により
緩衝作用が行われる。

【００１２】緩衝体は弁体が最大作動量に達した以降も
付勢手段に対抗して移動可能であり、その間も減衰を受
け続けるので、弁体に緩衝体の振動が伝達されるような
こともない。したがって、弁体を駆動時間が短い領域で
高速作動させても不規則な運動をするようなことがな
く、よって高い噴射量計量精度が得られる。

【００１３】請求項２の発明では、緩衝体が移動する際
に、シリンダ部に導入された燃料が絞り通路を通過する
ときの絞り抵抗により減衰作用が得られる。燃料を減衰
媒体として利用しているため減衰手段を容易に構成する
ことができる。

【００１４】請求項３の発明では、緩衝体とシリンダ部
との間に絞り通路を形成しているので、絞り通路を別途
形成する必要がなく、絞り通路の構成が簡潔になる。

【００１５】請求項４の発明では、緩衝体の外周面に形
成した環状溝に燃料が保持されてシリンダ部との間の摺
動を円滑にするので、シリンダ部内での緩衝体の固着を
防止して、その作動性をより良好にすることができる。

【００１６】請求項５または請求項６の発明のように緩
衝体の質量または移動量を設定することにより、弁体の
作動性を損なうことなくその緩衝を効果的に行うことが
できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。

【００１８】図１及び図３において、１は磁性体からな
る噴射弁のハウジング、２はハウジング１に固定され、
中央に円筒状のコア部３を有する磁性体である。ハウジ
ング１とコア部３によって形成される空間にはコイル４
が設置されており、コイル４の銅線はコイルポピン５に
巻回されている。さらにコイル４およびコイルボピン５
が、図示しない燃料供給通路を介して噴射弁内部に導入
される燃料に直接触れないよう、コイル４周辺の空間に
は樹脂６が充填されている。

【００１９】コア部３の中心部の筒内には円筒状のばね
シート７が固定されており、このばねシート７には第一
のばね８が一端を固定され、第一のばね８のもう一方の
端部はプランジャ９に接触している。プランジャ９は磁
性体からなり、コア部３に対して適当な空隙を隔てて設
置されている。

【００２０】プランジャ９には、弁体としてニードル弁
１０及びボール弁体１１が取り付けられている。噴射弁
が駆動されていない状態、即ちコイル４に電流が流れて
いない場合にはボール弁体１１は第一のばね８の付勢力
によってプランジャ９、ニードル弁１０を介して、ノズ
ルホルダ１２の先端部に設けられた噴孔１３の内側に押
しつけられており、閉弁状態を維持している。

【００２１】ニードル弁１０の中間部には大径部１４が
設けられており、大径部１４と所定の間隙を隔てて対向
する位置にはストッパ１５がノズルホルダ１２に固定さ
れて設置されている。ニードル弁の大径部１４とストッ
パ１５との間隙はプランジャ９とコア部３との間隙より
も小さくなっているため、コイル４に電流が流れたとき
のプランジャ９、ニードル弁１０、ボール弁体１１の変
位量はニードル大径部１４とストッパ１５が接触するこ
とによって規制されることになる。

【００２２】１６は緩衝体であり、付勢手段としての第
二のばね１７により閉弁方向へ付勢されているため、噴
射弁の閉弁状態では緩衝体１６はストッパ１５に接して
静止している。第二のばね１７のもう一方の端部はハウ
ジング１に固定されたばねシート１８に接している。緩
衝体１６は図２のようにストッパ１５よりも閉弁方向へ
僅かに突出している突部１９を有しているため、噴射弁
駆動時にはニードル大径部１４がストッパ１５に接触す
る直前に、緩衝体１６の突部１９に接触することにな
る。

【００２３】緩衝体１６の突部１９がストッパ１５の下
面よりも突出している長さは、プランジャ９、ニードル
弁１０およびボール弁体１１からなる可動部が変位する
距離に比較して充分小さくすることが望ましい。例え
ば、ニードル弁１０の最大作動量を１００μm程度とす
ると、突部１９がストッパ１５の下面より突出する長さ
は１０μm〜２０μm程度以下に設定する。なお、この点
に関して、本実施形態においてはストッパ１５と緩衝体
１６との相対的な寸法のみで突部１９の突出量を決定で
きるので製造上好都合である。

【００２４】緩衝体１６は、ノズルホルダ１２の内側に
形成されたシリンダ部２０内に摺動可能に収装されてい
る。緩衝体２０とストッパ１５との間のシリンダ部２０
の体積は、緩衝体１６がストッパ１５に当接していると
きに最も小さく、緩衝体が上方へ移動するほど大きくな
る（図３参照）。シリンダ部２０へは燃料の絞り通路と
して、緩衝体１６の外周面とノズルホルダ１２の内周面
との隙間２１と、緩衝体の突部１９の外周面とストッパ
１５の内周面との隙間２２が連通している。

【００２５】次に作用について説明する。

【００２６】まず、噴射弁閉弁時、すなわちコイル４に
電流が流れていない場合においては、ボール弁体１１は
ニードル弁１０、プランジャ９を介してばね８によって
閉弁方向へ付勢されているため、噴射弁の噴孔１３は内
部から塞がれ、閉弁状態を保っている。

【００２７】ここで図示しない駆動回路によってコイル
４に駆動電流を供給すると、コイル４周辺の磁性体、即
ちハウジング１、磁性体２、コア部３、プランジャ９と
空隙を通る磁気回路が構成され、この作用により、プラ
ンジャ９にはコア部３との空隙を縮めるべく、噴射弁の
開弁方向への力が作用する。コイル４の電気的なインダ
クタンス及び抵抗により、コイル４に流れる電流は次第
に上昇する。それに連れてプランジャ９に作用する開弁
方向の力も上昇し、第一のばね８がプランジャ９を閉弁
方向に付勢しているセット荷重を上回ったとき、プラン
ジャ９は開弁方向へ移動を開始する。プランジャ９が移
動を開始すると、プランジャ９に固定されているニード
ル弁１０やボール弁体１１も共に移動を開始し、これに
よりボール弁体１１が噴孔１３から離れて燃料噴射が開
始される。

【００２８】プランジャ９がコア部３に吸引される過程
で、ニードル大径部１４が緩衝体１６の突部１９に衝突
する。ニードル大径部１４が緩衝体突部１９に衝突する
と緩衝体１６には上向きの力が作用し、上方へ移動を開
始する。即ち、プランジャ９、ニードル弁１０およびボ
ール弁体１１からなる可動部の持つ運動エネルギの一部
が緩衝体１６の運動エネルギに変換される。すなわちプ
ランジャ９、ニードル弁１０およびボール弁体１１から
なる可動部は、ニードル大径部１４が緩衝体の突部１９
に衝突した位置で運動エネルギの一部を失うことにな
る。理論的には、可動部の質量と緩衝体１６の質量が等
しいときに可動部の運動エネルギが完全に緩衝体１６の
エネルギに変換され、可動部は一旦停止することにな
る。しかしながら本発明では可動部の運動エネルギを減
少せしめることが目的であるので、必ずしも可動部の質
量と緩衝体１６の質量を等しくする必要はなく、緩衝体
１６の質量が可動部の質量よりも幾分小さくても目的は
達せられる。逆に緩衝体１６の質量の方が可動部よりも
大きいのは、可動部が跳ね返りを起こしてしまうため望
ましくない。

【００２９】その後、プランジャ９、ニードル弁１０お
よびボール弁体１１からなる可動部は一旦は運動エネル
ギを失い、停止または減速するものの、プランジャ９に
はコイル４に流れている電流が及ほす電磁力により、依
然開弁方向の吸引力が作用しているため、可動部はまた
移動を開始することになる。このとき、プランジャ９、
ニードル弁１０およびボール弁体１１からなる可動部が
実際に変位する距離は、ニードル大径部１４が緩衝体の
突部１９に衝突した位置から、ストッパ１５に当接する
位置までの極く短い区間である。そのため、可動部の速
度が大きくなるより前、すなわち可動部の運動エネルギ
が極めて小さい状態でニードルの大径部１４がストッパ
１５に衝突する。この場合、厳密には可動部が閉弁方向
へはね返ることになるが、前述のようにこの段階で可動
部が持っている運助エネルギは極く減殺されているた
め、はね返りは極微量であり、そのことが噴射量へ及ば
す影響は実質上無視できる程度である。

【００３０】一方、緩衝体１６はニードル大径部１４の
衝突力により、上方へ移動するが、しばらくすると第二
のばね１７の作用によりそれまでとは逆の方向、即ち下
方へその移動の方向を変えることになる。このとき、噴
射弁が依然開弁状態、即ちニードル大径部１４がストッ
パ１５に接した状態であった場合には、緩衝体１６がス
トッパ１５に接する前に緩衝体の突部１９がニードル大
径部１４に衝突することになる。そのためプランジャ
９、ニードル弁１０およびボール弁体１１からなる可動
部は僅かではあるが下降しようとする。この様子を図４
（ａ）のＡ部に示す。このタイミングにおいて仮に噴射
を完了させるためにコイル４の電流が断たれ、プランジ
ャ９に作用する吸引力が零になると、可動部が運動エネ
ルギを持ったまま閉弁動作を行うことになるため噴射量
に誤差が生じることになる。

【００３１】ここで本実施形態における、ニードル大径
部１４が緩衝体の突部１９に衝突し、可動ウエイト１６
に上向きの力が働いた場合を検討すると、緩衝体１６は
上方へ移動しようとするが、シリンダ部２０の体積が大
きくなるとシリンダ部２０内の燃料の圧力が低下するた
め、ただちには移動しない。緩衝体１６が上方に移動す
るためには絞り通路２１、２２を通って燃料がシリンダ
部２０内に流入するのを待つ必要があり、これは可動ウ
エイト１６が移動しようとする方向とは逆向きに、移動
を妨げようとする減衰作用として働くことになる。この
減衰機構の減衰係数は、緩衝体１６の外周面とノズルホ
ルダ１２の内周面との隙間２１と、緩衝体の突部１９の
外周面とストッパ１５の内周面との隙間２２の大きさに
より決定することができるため、これらを適当に設定す
ることにより、一旦上方へ移動した緩衝体１６が再び戻
ってきたときには、ニードル大径部１４に接触しても殆
ど噴射量に影響を与えないようにすることが可能であ
る。またこのときに、コイル４に流れる電流が発生する
電磁力、即ちプランジャが上方へ移動しようとする力
を、第一のばね８と第二のばね１７が、プランジャ９、
ニードル弁１０およびボール弁体１１からなる可動部を
下方へ押し下げようとする力の和よりも大きくしておく
ことにより、緩衝体１６が戻ってきて再びニードルの大
径部１４に当接しても可動部を閉弁方向へ押し下げるこ
と防止できる。これらの効果を図４（ｂ）に示す。

【００３２】また、以上説明してきたような作用を考慮
し、緩衝体１６が上方へ変位する距離よりもストッパ１
５の厚さを大きく設定しておけぱ、緩衝体の突部１９が
ストッパ１５よりも上方へ移動することがなくなり、作
動期間中常に絞り通路２２が形成され続けることにな
る。

【００３３】図５に本発明の他の実施形態を示す。本実
施形態においては、緩衝体１６の外周面、即ち緩衝体１
６のシリンダ部２０との摺接面を大きく確保し、この外
周面に複数本の環状溝２３を設けている。環状溝２３に
は燃料が保持されてシリンダ部２０との間の摺動作用を
円滑にするので、緩衝体１６が移動軸に対して傾いた
り、あるいはシリンダ部２０の内壁の一点に押しつけら
れたりして固着してしまうような不具合を避けて、良好
な作動性を確保することができる。さらには絞り通路２
１は、通路長を大きくしたことにより、燃料の移動には
殆ど寄与しなくなるため、緩衝体の突部１９の外周面と
ストッパ１５の内周面との隙間、即ち絞り通路２２の大
きさだけで、緩衝体１６が移動するときの減衰係数を設
定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の燃料噴射弁の縦断面図。

【図２】図１の緩衝体付近の詳細を、ニードル弁が最大
作動量に達する以前の状態について示した断面図。

【図３】同じく、ニードル弁が最大作動量に達した後の
状態について示した断面図。

【図４】減衰手段による減衰係数と弁体及び緩衝体の変
位との関係を示す特性図。

【図５】本発明の他の実施形態の燃料噴射弁の縦断面
図。

【符号の説明】

１ 燃料噴射弁のハウジング ４ コイル ７ ばねシート ８ ばね ９ プランジャ １０ ニードル弁 １１ ボール弁体 １２ ノズルホルダ １３ 噴孔 １４ ニードル大径部 １５ ストッパ １６ 緩衝体 １７ ばね １８ ばねシート １９ 突部 ２０ シリンダ部 ２１,２２ 隙間（絞り通路）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁体を往復させてノズル部を開閉するよう
   にした燃料噴射弁において、 弁体の作動方向に沿って移動可能に緩衝体を設け、この
   緩衝体は、弁体が最大作動量に達する以前に弁体に当接
   し、かつ弁体が最大作動量に達した後も移動可能となる
   ように支持すると共に、 緩衝体を弁体に当接する方向に付勢する付勢手段と、 緩衝体の運動を減衰させる減衰手段とを設けた燃料噴射
   弁。
2. 【請求項２】減衰手段は、緩衝体を往復摺動可能に収装
   するシリンダ部と、このシリンダ部に導入される燃料
   と、シリンダ部での緩衝体の往復運動に伴う燃料の移動
   を規制する絞り通路とからなることを特徴とする請求項
   １に記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】絞り通路を、緩衝体とシリンダ部との間の
   摺動間隙部に形成したことを特徴とする請求項２に記載
   の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】シリンダ部に摺接する緩衝体の外周面に環
   状溝を形成したことを特徴とする請求項２に記載の燃料
   噴射弁。
5. 【請求項５】緩衝体の質量を、弁体の質量以下に設定し
   たことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
6. 【請求項６】弁体が緩衝体に当接してから最大作動量に
   達するまでの作動量を、該最大作動量の２０％以下に設
   定したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。