(57)【要約】【課題】開閉時の応答性を向上し、最小噴射量を小さくすることができる燃料噴射弁を提供する。【解決手段】内部ハウジング１０７と、該内部ハウジングの外周を空隙を設けて被覆する外部ハウジング１１０と、該外部ハウジングの一端に該外部ハウジングと同軸に取り付けられたノズルパイプ１０３と、前記内部ハウジングの内側に固定された電磁コイルおよび該電磁コイルの一部を囲む磁気コア１１１，１１４と、該磁気コアの端部に磁気吸引ギャップを挟んで対面する可動子１１２をその一端に具備し、その他端に前記ノズルパイプの先端に形成した燃料噴射口を開閉する弁体１０１ａを具備し、前記ノズルパイプ内で前記磁気コアに対して往復動可能に配置された弁棒１０１と、前記弁棒に外挿されその一端が弁棒に封着されその他端が前記内部ハウジングに封着されたベローズ１０４を備え、燃料を内部ハウジングと外部ハウジング間に形成された空隙および前記ノズルパイプとベローズの間隙を介して燃料噴射口に供給する。【選択図】図１
2010276002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部ハウジングと、
該内部ハウジングの外周を空隙を設けて被覆する外部ハウジングと、
該外部ハウジングの一端に該外部ハウジングと同軸に取り付けられたノズルパイプと、
前記内部ハウジングの内側に固定された電磁コイルおよび該電磁コイルの一部を囲む磁気コアと、
該磁気コアの端部に磁気吸引ギャップを挟んで対面する可動子をその一端に具備し、その他端に前記ノズルパイプの先端に形成した燃料噴射口を開閉する弁体を具備し、前記ノズルパイプ内で前記磁気コアに対して往復動可能に配置された弁棒と、
前記弁棒に外挿されその一端が弁棒に封着されその他端が前記内部ハウジングに封着されたベローズを備え、
燃料を内部ハウジングと外部ハウジング間に形成された空隙および前記ノズルパイプとベローズの間隙を介して燃料噴射口に供給することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記磁気コアは、前記内部ハウジングの内側に固定された電磁コイルの三方を囲み、残りの一方に前記可動子を磁気吸引ギャップを介して対向させたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項２記載の燃料噴射弁において、
前記電磁コイルを囲む磁気コアの前記可動子に対向する面の一方は他方に対して突出しており、突出している面の前記可動子との衝突面には硬質メッキを施したことを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いる燃料噴射弁に係り、開閉時の応答性を向上し、最小噴射量を小さくすることができる燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、金属パイプにより構成された燃料通路中に磁気コアおよび電磁コイルを固定し、電磁コイルを励磁することにより磁気コアを介して弁体に固定された可動子を駆動して開弁する燃料噴射弁が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０３８３９５号公報
【特許文献２】特開２００８−１９７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁として、電磁式の燃料噴射弁が一般的に用いられている。電磁式の燃料噴射弁は、通常時は付勢スプリングなどによって弁体が弁座面に押し付けられて閉状態となる通常時閉型の電磁弁である。
【０００５】
コイルへの通電によって固定コアと可動子の間に磁気吸引力が発生すると、弁体と弁座面とが離間して隙間を生じ、開状態となる。通電が停止されると、付勢スプリングによって弁体は閉方向に移動し、閉弁する。
【０００６】
一般に、燃料噴射弁は高速にこの開閉弁動作を行うことが要求される。高速に開閉を行うことにより、制御可能な最小噴射量をより小さくすることができる。最小噴射量を小さくすることにより、燃料噴射制御の自由度を増すことができる。また、低負荷時における燃料噴射量を抑制できる。このため、内燃機関の排気ガス量を抑制し燃費を低減することができる。
【０００７】
従来の電磁式燃料噴射弁は、特許文献１，２に示すように、燃料通路内に可動子を配置する構造を有している。このため、燃料による流体抵抗が可動子の運動の妨げとなることがある。  この問題の対策として、可動子の表面に突起を設けるなどして接触面積を減らす方法が一般的に用いられている。しかし、接触面積を減少させると耐久性が不十分となる。このため可動子の高速駆動と耐久性はトレードオフの関係にある。
【０００８】
また、燃料通路外にコイルを設置する必要があることから、燃料通路を封止する部材が磁気回路中に必要となり、電磁的な応答性の妨げとなることがある。また、電磁式直動型の燃料噴射弁では、一般的に燃料圧力が弁体に作用し、高い燃料圧力では動作が困難になることがある。
【０００９】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、開閉時の応答性を向上し、最小噴射量を小さくすることができる燃料噴射弁を提供するものである。。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１１】
内部ハウジングと、該内部ハウジングの外周を空隙を設けて被覆する外部ハウジングと、該外部ハウジングの一端に該外部ハウジングと同軸に取り付けられたノズルパイプと、前記内部ハウジングの内側に固定された電磁コイルおよび該電磁コイルの一部を囲む磁気コアと、該磁気コアの端部に磁気吸引ギャップを挟んで対面する可動子をその一端に具備し、その他端に前記ノズルパイプの先端に形成した燃料噴射口を開閉する弁体を具備し、前記ノズルパイプ内で前記磁気コアに対して往復動可能に配置された弁棒と、前記弁棒に外挿されその一端が弁棒に封着されその他端が前記内部ハウジングに封着されたベローズを備え、燃料を内部ハウジングと外部ハウジング間に形成された空隙および前記ノズルパイプとベローズの間隙を介して燃料噴射口に供給する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上の構成を備えるため、開閉時の応答性を向上し、最小噴射量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る電磁式燃料噴射弁を説明する図である。
【図２】弁体を駆動する駆動部分を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る電磁式燃料噴射弁を説明する図である。図１に示す電磁式燃料噴射弁は、筒内直接噴射式のガソリンエンジン向けの電磁式燃料噴射弁であるが、ポート噴射式のガソリンエンジン向けの電磁式燃料噴射弁に適用することができる。
【００１５】
図１において、燃料は燃料供給口１１７から供給され、外部ハウジング１１０と内部ハウジング１０７の間に形成された隙間を通り、ノズルパイプ１０３に設けられた燃料通路１０６を通して噴射孔のあるオリフィス部材１０２に至る。燃料噴射の過程で、燃料はコイルを内部に有する内部ハウジング１０７と外部ハウジング１１０の隙間を通過するため、コイルによる発生熱を燃料によって冷却することができる。
【００１６】
弁棒１０１と可撓性の部材である金属ベローズ１０４の一端とを弁棒１０１の円周面で溶接し、前記金属ベローズの他端を固定部材１０９に溶接するとともに該固定部材１０９とノズルパイプ１０３とを溶接する。これにより、可動子１１２と磁気コア１１４の間に形成される空隙は燃料通路と隔絶される。
【００１７】
このように、弁棒の上流側を封止すると、燃料圧力によって弁棒先端が受ける閉弁方向の力とは逆向きの力が封止部によって発生することになり、弁棒に作用する力を減殺することがえきる。燃料圧力によって弁棒が受ける力が減殺されることで、より高い燃料圧力に適した噴射弁の設計が容易になると共に、燃料圧力による力の為に従来弱く設定せざるを得なかった付勢スプリングの荷重を、より強く設定することができる。より強い付勢スプリングの設定荷重は、高速な閉弁動作にとって有利であり、微小噴射量の制御性を向上したり、応答性を向上させることが出来る。
【００１８】
また、金属ベローズ１０４は、弁棒１０１と同軸の円周面上で接合されている。このため、受圧面積が封止した円筒部の断面積相当となり、封止部位のばらつきが径方向に生じなくなり、弁棒が燃料圧力によって受ける力が径方向にばらついてしまうのを防止できる。
【００１９】
なお、可撓性の金属ベローズ１０４は、弁棒１０１に溶接されている側が金属ベローズ１０４の他端よりも下流側にあるように構成すると良い。このような構成とすることで、燃料圧力が加わった際にベローズにかかる圧力が圧縮側になるようにして、金属ベローズを用いた場合の強度を確保することが容易になる。
【００２０】
なお、本実施形態においては弁棒１０１の円筒面で燃料を封止する方法として、金属ベローズ１０４を用いたが、ほかに樹脂などのシール部材を用いたり、あるいはゴム製のリングやＯリングを用いることによっても燃料の封止を行うことができる。この場合にも、弁棒１０１と同軸の円周面上に封止部位を設けることで、封止部を摺動面として弁棒の開閉弁動作を可能にできる。
【００２１】
コイル１１３に通電されていない状態では、スプリング１１５によって付勢された弁棒１０１の先端に形成した弁体１０１ａがオリフィス部材１０２に密着して閉弁状態を保っている。コイル１１３に通電が開始されると、ヨーク１１１、磁気コア１１４、可動子１１２によって磁気回路が形成され、ヨーク１１１および磁気コア１１４と可動子１１２の間に存在するギャップによって、可動子１１２には磁気吸引力が作用する。磁気吸引力は可動子１１２を開弁位置まで引き上げ、磁気コア１１４あるいはヨーク１１１のいずれか一方に接触するようになっている。
【００２２】
すなわち、磁気コア１１４あるいはヨーク１１１のいずれか一方を他方より僅かに突出するように配置することにより、一方の部材のみに安定して衝突させられるようになる。
【００２３】
なお、磁気コア１１４とヨーク１１１の吸引面を同一平面になるように加工しておき、可動子１１２側に段差を設けても良い。この場合、内部ハウジング１０７との間で磁気漏れの可能性のある外周側で衝突させる方が、磁気吸引力の低下を抑制できるので望ましい。
【００２４】
また、本実施形態では、ヨーク１１１と磁気コア１１４の双方を利用して吸引する構成を採っている。このような構成を採用することで、より強力な磁気吸引力を、より小型の磁気回路で得ることができる。なお、強力な磁気吸引力を得られる場合には、スプリング１１５の設定荷重を増して閉弁動作時の応答速度を向上させることができる。また、磁気回路を小型化する場合には、発生させる磁束が減るため、インダクタンスが減少し、磁気的な応答性を向上させることができる。
【００２５】
このように、磁気コア１１４と可動子１１２の間の空隙である磁気吸引空間を燃料通路から隔絶することで、従来技術で必要とされていたヨーク１１１と磁気コア１１４の間の燃料隔壁が不要となり、これらの両方を吸引面とした磁気回路を構成し、なおかつコイル及びコイル１１３を巻きつけるボビンを燃料から隔絶することが容易になる。これは、特にガソリンなどの揮発性が高い燃料を用いた場合に、コイル１１３を巻きつける樹脂製のボビンやコイルが劣化・損傷してしまうのを防ぐ上で有効である。
【００２６】
また、磁気吸引面が燃料通路外にあることで、燃料によるスクイーズ効果や可動子の前後圧損によるドラッグフォースに代表される流体抵抗力を可動子が受けずに済み、応答性を向上させることができる。また、スクイーズ効果を回避するために従来の噴射弁で必要としていた磁気コアや可動子の突起を設ける必要がないか、あるいは接触面積を拡大できる。この結果、耐久が有利になるばかりでなく、磁気的な空隙が縮まってより効率的に磁気吸引力を得ることができる。
【００２７】
なお、ヨーク１１１、可動子１１２、磁気コア１１４は、磁気応答性の良い軟磁性材を用いるのが良い。磁気回路を、外部空間および燃料と接触しない構造とした場合には、磁気回路を、ステンレス鋼などを用いずに、より高い飽和磁束密度が得られる鉄の比率が高い合金、鉄損の少ない珪素鋼板などで構成しても良好な特性を得ることができる。このような材料を用いることで、より高い磁気吸引力を小型の磁気回路で得ることができる。
【００２８】
耐腐食性を向上させる場合には、磁気回路が形成される部位に窒素ガスなどの不活性ガスを封入すると良い。また、スプリング１１５の付勢力を調整する調整ピン１１８を、中実の丸棒とすることにより、不活性ガスなどを可動部に封入し、異物の混入を防ぐことができる。なお、不活性ガスの封入圧力を大気圧よりも高くしておくことで、空気の侵入を防ぐともに、燃料圧力によって内部ハウジング１０７が受ける応力を緩和することもできる。
【００２９】
可動子１１２の衝突面、および可動子１１２と衝突する磁気コア１１４あるいはヨーク１１１の衝突面には、硬質クロムなどの硬度の高いめっきを施しておくことが、耐久性の観点から好ましい。
【００３０】
内部ハウジング１０７は、燃料と接触する部位であることから、耐食性に優れるステンレス鋼を用いることが望ましい。燃料通路と内部の駆動部を隔てる隔壁である内部ハウジング１０７は、燃料圧力を受けるため、強度の高い材料を用いることが望ましい。磁性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた場合には、ヨーク１１１と共に磁気回路の一部を形成し、磁気抵抗を低減させることができる。この場合、可動子１１２との隙間を０．１ｍｍ以上に大きくとり、可動子１１２の外径部にテーパ部を設けるとよい。このようにすることで、可動子１１２の側面と内部ハウジング１０７の間での磁気漏れを防止し、磁気吸引力が低下してしまうのを防ぐことができる。
【００３１】
特に耐食性が必要な場合には、オーステナイト系ステンレス鋼を用いると良い。オーステナイト系ステンレス鋼を用いた場合には、ノズルパイプとの溶接が容易になるなどのメリットもある。
【００３２】
外部ハウジング１１０は、磁気回路に影響を与えない。このため、耐食性の観点からオーステナイト系のステンレス鋼を用いることが望ましい。しかし、外部ハウジングは、燃料による腐食、あるいは水濡れなどの外部の雰囲気による腐食に対して耐食性を有していることが求められる。なお、強度あるいは外径の制限から、高強度材料が必要とされる場合にはマルテンサイト系ステンレス鋼を用いるとよい。
【００３３】
図２は、弁棒を駆動する駆動部分を拡大した断面図である。組立時には、まず固定部材１０９に金属ベローズ１０４の上端を溶接し、弁棒を金属ベローズに挿通した状態で挿通した弁棒１０１と金属ベローズ１０４の下端を溶接し、この状態で弁棒１０１をノズルパイプ１０３内に挿入した後、固定部材１０９をノズルパイプに嵌入する。
【００３４】
このときに、固定部材１０９の嵌入深さによって最終的な金属ベローズ１０４の伸縮量が変化する。これを補うためにはノズルパイプと固定部材との間に調整リング２０１を設けると良い。
【００３５】
また、金属ベローズ１０４の伸縮量は、弁棒に作用する力に影響を与えることから、弁棒に作用する力を調整できるようにしておくと良い。このため調整スプリング１０８を設け、さらに弁棒１０１を軸方向に動かないように固定した状態で、弁棒に作用する押圧荷重が一定になるように調整スプリング１０８の荷重が所定の範囲に収まるように調整しておくことで、製造ばらつきに伴う噴射量の個体差を低減することができる。
【００３６】
また、調整スプリング１０８は金属ベローズ１０４の伸縮に伴う反力に抗って弁棒を閉じさせる必要があるから、２ｋｇｆ以上の強めの荷重に設定しておくと良い。あるいは、閉弁した状態で金属ベローズ１０４が発生させる力が閉弁方向に向くように組み立てると、調整スプリング１０８の設定荷重を小さく設定でき、大型のスプリングを採用する必要が無くなり、燃料噴射弁のサイズを小さくすることができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態によれば、弁棒に作用する燃料圧力による力を低減することができ、高い燃料圧力での動作を容易に行うことができる。また、スプリング等による可動子を閉弁方向に付勢する力を大きくすることができる。このため閉弁時の応答性が向上し、最小噴射量を小さくすることができる。
【００３８】
また、可動子が燃料通路外にあるため、流体抵抗の影響を受けずに動作することができる。更に、磁気回路をコンパクトかつ効率的に形成できるため、磁気的な応答性を向上できる。これらの効果により、燃料噴射弁の応答性が改善され、最小可制御噴射量を低減することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０１  弁棒
１０２  オリフィス部材
１０３  ノズルパイプ
１０４  金属ベローズ
１０５  封止部
１０６  燃料通路
１０７  内部ハウジング
１０８  調整スプリング
１０９  固定部材
１１０  外部ハウジング
１１１  ヨーク
１１２  可動子
１１３  コイル
１１４  磁気コア
１１５  付勢スプリング
１１６  終端部材
１１７  燃料継手
１１８  スプリング調整ピン
２０１  隙間調整リング
【図１】
2010276002.tif 000003
【図２】
2010276002.tif 000004