(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドコイルが組み込まれた噴射弁本体と、前記噴射弁本体に形成された燃料通路と、前記燃料通路を軸方向の移動によって開閉する可動体と、前記可動体を弾性によって開閉可能に支持するとともに軸線と直交する方向に関し位置決めする支持バネとを備え、前記ソレノイドコイルの電磁作用により前記可動体を開閉させることによって前記燃料通路を流れる燃料の噴射量を制御する燃料噴射弁であって、
前記可動体を軸方向へ付勢する付勢バネを備えるとともに、前記可動体に作用する支持バネと付勢バネとのバネ荷重を相反する方向にかつ異なる大きさで付与し、
前記支持バネは、リング板状に形成され、
前記支持バネの外周部が、前記燃料噴射弁本体に支持され、
前記支持バネの内周部が、前記可動体の外周部に形成された外周隅角部分に弾性材を介して組付けられ、
前記弾性材は、前記支持バネの内周部にインサート成形によって設けられ、
前記弾性材は、前記支持バネの表裏両面に跨りかつ該支持バネに形成された孔を通じてその表裏部分が連続している
ことを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、圧縮天然ガス燃料等のガス燃料（気体燃料ともいう。）を使用する内燃機関に好適な燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な燃料噴射弁は、ソレノイドコイルが組み込まれた噴射弁本体と、前記噴射弁本体に形成された燃料通路と、前記燃料通路を軸方向の移動によって開閉する可動体とを備え、前記ソレノイドコイルの電磁作用により前記可動体を開閉させることによって前記燃料通路を流れる燃料の噴射量を制御する（例えば、特開平１−２１６０６８号公報参照）。
【０００３】
上記した燃料噴射弁では、可動体は、噴射弁本体側に形成された摺動案内面によって、軸線と直交する方向に関し位置決めされるとともに、その開閉移動時の案内がなされている。このため、ガソリン、液化ガス等の液体燃料と比較して、潤滑性の悪いガス燃料を使用した場合、前記可動体１７の開閉により摺動案内面と可動体との摺動部分に摩擦が生じことが予想され、可動体の作動性が損なわれる。
【０００４】
このような理由から、ガス燃料を使用する場合は、可動体に摺動部分を必要としない構造の燃料噴射弁が適している（例えば、特許−０２５４７８６５号公報参照）。前記特許公報に開示された従来の燃料噴射弁は、可動体を板バネによってフローティング状態で支持することにより、可動体に摺動部分を必要としない構造としている。前記板バネは、可動体（弁体）を弾性によって閉弁方向に付勢するとともに、軸線と直交する方向に関し位置決めしている。また、前記板バネのバネ荷重は、板バネ組付け後の調整が困難なため、可動体と噴射弁本体のコアとの間の間隙（すなわち磁路のエアギャップ）を調整することによって、燃料噴射量を調整（流量調整ともいう。）している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の燃料噴射弁において、板バネは、可動体をフローティング状態で安定して支持するために、少なくとも２００ｇ程度のバネ荷重をもつものが必要とされる。また、板バネはバネ定数のバラツキが大きく、前記２００ｇ程度のバネ荷重Ｆs をもつものでは、そのバラツキが±１２０ｇ程度となるため、そのバネ荷重Ｆs の範囲は８０〜３２０ｇとなる。また、前記板バネによる開弁時のバネ荷重Ｆは、開弁時の弾性変形による荷重増加分をβとした場合、
Ｆ＝Ｆs ＋β
に増える。
【０００６】
そして、バネ荷重Ｆの目標値を仮に３００ｇとした場合、バネ荷重Ｆs の範囲が前に述べたように８０〜３２０ｇであるから、閉弁時において既に３００ｇを越える板バネが存在していることが分かる。このため、磁路のエアギャップの調整では流量調整することが困難であり、所望の燃料噴射量を得ることができない。また、仮に、バネ荷重Ｆの目標値を小さくして、小さいバネ荷重Ｆs の板バネを使用すれば、磁路のエアギャップの調整で流量調整が可能となるが、バネ荷重Ｆs が小さいために可動体の支持が不安定になるといった問題を生じる。したがって、上記従来の燃料噴射弁では、可動体を支持バネによりフローティング状態で安定して支持しながら、所望の燃料噴射量を得ることができない。
【０００７】
本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、可動体を支持バネによりフローティング状態で安定して支持しながら、所望の燃料噴射量を得ることのできる燃料噴射弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する請求項１の発明は、ソレノイドコイルが組み込まれた噴射弁本体と、前記噴射弁本体に形成された燃料通路と、前記燃料通路を軸方向の移動によって開閉する可動体と、前記可動体を弾性によって開閉可能に支持するとともに軸線と直交する方向に関し位置決めする支持バネとを備え、前記ソレノイドコイルの電磁作用により前記可動体を開閉させることによって前記燃料通路を流れる燃料の噴射量を制御する燃料噴射弁であって、
前記可動体を軸方向へ付勢する付勢バネを備えるとともに、前記可動体に作用する支持バネと付勢バネとのバネ荷重を相反する方向にかつ異なる大きさで付与し、
前記支持バネは、リング板状に形成され、
前記支持バネの外周部が、前記燃料噴射弁本体に支持され、
前記支持バネの内周部が、前記可動体の外周部に形成された外周隅角部分に弾性材を介して組付けられ、
前記弾性材は、前記支持バネの内周部にインサート成形によって設けられ、
前記弾性材は、前記支持バネの表裏両面に跨りかつ該支持バネに形成された孔を通じてその表裏部分が連続している
ことを特徴とする。
このように構成すると、支持バネに可動体を安定して支持するために必要なバネ荷重をもたせても、支持バネと付勢バネとの合力によって可動体に対し所望のバネ荷重を付与することができ、これによって可動体を支持バネによりフローティング状態で安定して支持しながら、所望の燃料噴射量を得ることができる。
また、支持バネはリング板状に形成され、その支持バネの外周部は燃料噴射弁本体に支持され、支持バネの内周部は可動体の外周隅角部分に弾性材を介して嵌合するとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。燃料噴射弁の断面図を示した図１において、ほぼ円筒状のボデー１は、磁性材からなり、その中央部内周に突出する環状のフランジ部１ａを有している。前記ボデー１の後半部（図１において右半部）には、ほぼ円筒状のコア２の前半部が挿入されている。コア２は、磁性材からなり、その中央部外周に突出する環状のフランジ部２ａを有している。コア２のフランジ部２ａにボデー１の後端部がかしめつけられることにより、ボデー１がコア２に固定されている。
【００１２】
前記ボデー１の後半部内周とコア２の前半部外周との間には、ほぼ円筒状のボビン３が配置されている。ボビン３は、合成樹脂などの電気絶縁素材からなり、ソレノイドコイル４を多層状に巻装している。ソレノイドコイル４にはターミナル５が電気的に接続されている。ターミナル５は、コア２のフランジ部２ａの貫通孔（符号省略）を貫通して後方へ突出している。なお、ボビン３の前端部とボデー１との間、およびボビン３の後端部とコア２との間には、それぞれリング状のシール材６，７が介在されている。
【００１３】
前記コア２の後半部外周には、樹脂モールド成形が施されることにより受電用コネクタ８が形成されている。受電用コネクタ８は、前記ターミナル５の先端部周囲を取り囲むソケット部８ａを有している。ソケット部８ａには、図示されない電子制御装置の給電用コネクタが接続される。これにより、電子制御装置からの信号がターミナル５を通じてソレノイドコイル４に入力されることにより、ソレノイドコイル４の通電及びその解除がなされる。
【００１４】
前記ボデー１の前半部（図１の左半部）内には、ほぼリング状のストッパ部材９、後述する支持バネ２０を付けた可動体１７およびバルブシート１０が順次組み込まれている。バルブシート１０は、ステンレス材からなるもので、その軸心部には燃料噴射口１２が形成され、その後端面には軸線と直交する平面をなす座面１１が形成されている。燃料噴射口１２は、後端面から前方に向かって小径をなすテーパ孔部１２ａと、前記テーパ孔部１２ａの前端孔径と同一口径をもって連続する小径孔部１２ｂと、前記小径孔部１２ｂの前端に段付面（符号省略）を介して連続しかつバルブシート１０の前半部分に形成された大径孔部１２ｃとからなる。
【００１５】
前記バルブシート１０の後部外周の段付部には、前記ボデー１の先端部がかしめつけられており、これによりボデー１にストッパ部材９およびバルブシート１０等が固定されている。またバルブシート１０の中央部外周の段付部には、本燃料噴射弁の取り付け寸法を決めるためのリング状のスペーサ部材１３が取り付けられている。また、バルブシート１０とボデー１との間には、リング状のシール材１４が介在されている。なお、後述する可動体１７以外の固定部位を総称して噴射弁本体１５という。
【００１６】
図１のストッパ部材９および可動体１７を含む要部拡大図が図２に示されている。図２において、ストッパ部材９は、前記ボデー１に対するバルブシート１０の組付けにともないバルブシート１０とボデー１のフランジ部１ａとの間で挟持されている。ストッパ部材９は、磁性材である電磁ステンレス材からなるもので、ボデー１に嵌合する外リング部９ａと、ボデー１のフランジ部１ａと当接するストッパ片部９ｂとを有している。ストッパ片部９ｂの前面は、ストッパ面９ｃとなっている。
【００１７】
図２において、可動体１７は、磁性材である電磁ステンレス材からなるもので、前記コア２とほぼ同様の断面円環形状をなす円筒状の主部１７ａと、その主部１７ａの前部外周に突出する環状のフランジ部１７ｂと、前記主部１７ａの前部にほぼ同一外径をもって連続するバルブ部１７ｃとを有している。なお、前記可動体１７の主部１７ａおよびフランジ部１７ｂは、前記ソレノイドコイル４の通電時においてコア２からの吸引力を受けるアーマチュアとして機能する。
【００１８】
前記主部１７ａの中空部１７１の内周には、段付面からなる後述する付勢バネ２６のバネ座面（符号、１７ｄを付す。）が形成されている。また、フランジ部１７ｂの後面は、前記ストッパ部材９のストッパ面９ｃと面接触可能な当接面１７ｅとなっている。前記当接面１７ｅには環状溝（符号省略）が形成されており、その環状溝に前記ストッパ部材９のストッパ面９ｃと当接可能な環状の弾性部材１８が嵌着されている。なお弾性部材１８は、可動体１７の開弁時のダンパ作用を果たすものであるから、環状に限らず、適数の任意の形状のものを採用することが可能である。
【００１９】
また、バルブ部１７ｃの前面は、前記バルブシート１０の座面１１と面接触可能なシール面１７ｆとなっている。前記シール面１７ｆには環状溝（符号省略）が形成されており、その環状溝には前記バルブシート１０の座面１１と当接可能な環状の弾性部材１９が嵌着されている。弾性部材１９は、可動体１７の閉弁時のダンパ作用とシール作用とを果たす。
【００２０】
また、前記可動体１７には、前記主部１７ａの中空部１７１と、その中空部１７１と連通しかつ前記フランジ部１７ｂの前方において半径方向に放射状をなす例えば４本の貫通孔１７２とからなる燃料通路（１７１，１７２を付す。）が形成されている。その燃料通路１７１，１７２が、本発明でいう「支持バネ２０を迂回する燃料通路」に相当している。
【００２１】
前記可動体１７のフランジ部１７ｂとバルブ部１７ｃとで形成される外周隅角部分に、リング板状の支持バネ２０の内周部がバネ荷重をもって当接している。支持バネ２０の外周部は、前記ストッパ部材９の外リング部９ａとバルブシート１０との間で挟持されている。前記支持バネ２０の正面図が図３、図３のＡ−Ａ線断面図が図４、図４のＢ部の部分拡大図に示されている。図３に示すように、支持バネ２０には、例えば、内外二本の円周線上にその円周線に沿う長細孔２１，２２が３本ずつ約１／２ピッチずらした状態で形成されている。内外の各長細孔２１，２２の中間部には、他方の長細孔２１，２２の相互間に膨出する凹部２１ａ，２２ａを形成することにより、板バネ２０の剛性を低下させている。
【００２２】
支持バネ２０の内周部には、図４および図５に示すように、表裏両面に跨がる弾性材２３がインサート成形によって設けられている。なお、弾性材２３がインサート成形される支持バネ２０の部分には適数個（図３は６個を示す。）の小孔２４がほぼ等間隔で形成されている。支持バネ２０の内周部および前記小孔２４において弾性材２３の表裏部分が連続している。前記弾性材２３の取り付けられた支持バネ２０は、バネ荷重をもって可動体１７を押圧している。なお弾性材２３は、フランジ部１７ｂ側には全周に設けることが望ましく、反対側（図２において左側）は周方向に断続的に設けても差し支えない。
【００２３】
図２において、支持バネ２０の外周部を前にも述べたようにストッパ部材９の外リング部９ａとバルブシート１０との間で挟持すること及び長細孔等を設けることによって支持バネ２０の剛性を低下させることによって、支持バネ２０により可動体１７がフローティング状態で支持されている。これにより、可動体１７は、支持バネ２０の弾性によって軸方向に開閉可能に支持されているとともに軸線と直交する方向（すなわち径方向）に関し位置決めされている。このため、可動体１７に摺動部分がなくても開閉可能となり、可動体１７の開閉による摺動部分の摩耗の発生がなく、可動体１７の作動性が損なわれない。
【００２４】
また、前記支持バネ２０の長細孔２１，２２の形成によって、可動体１７を径方向に位置決めしながらも、その可動体１７が軸方向に動きやすくなっている。可動体１７は、バルブ部１７ｃのシール面１７ｆがバルブシート１０の座面１１と面接触することによって閉弁し、かつ閉弁状態より後退（図１において右方への移動）することによって開弁する。また開弁時には、可動体１７のフランジ部１７ｂの当接面１７ｅがストッパ部材９のストッパ面９ｃと面接触することにより、可動体１７の後退位置が規制される。なお、開弁時におけるコア２と可動体１７との対向面間のエアギャップは、ストッパ部材９のストッパ片部９ｂの厚さの変更によって容易に調整することができる。
【００２５】
図１において、前記コア２内には、その後方からコイルスプリングからなる付勢バネ２６が挿入され、さらにバネ荷重調整用のパイプ２７が挿入されている。前記付勢バネ２６の先端面は前記可動体１７のバネ座面１７ｄと当接している（図２参照）。また付勢バネ２６の後端面には、パイプ２７の先端面が当接している。パイプ２７は、可動体１７に対する閉弁方向の付勢バネ２６のバネ荷重を調整した後、コーキングによってコア２に固定されている。前記付勢バネ２６のバネ荷重によって、可動体１７が常には閉弁状態に保持される。なおパイプ２７は、本発明でいうバネ荷重調整手段に相当している。
【００２６】
前記コア２の後端面（図１の右端面）からバルブシート１０の先端面までの間には、コア２およびパイプ２７内の中空部、可動体１７の燃料通路１７１，１７２、バルブシート１０の燃料噴射口１２に至る一連の燃料通路２９が形成されている。コア２の後端部内には、ストレーナ３０が組み込まれている。また、コア２の後端部外周には凹溝（符号省略）が形成されており、その凹溝にＯリング３１が嵌着されている。なおＯリング３１は、コア２とそれに連通される図示しないデリバリパイプとの間をシールする。またコア２には、前記受電用コネクタ８の後面に当接するグロメット３２が嵌着されている。グロメット３２は、受電用コネクタ８と前記デリバリパイプとの間において緩衝作用を果たす。
【００２７】
ところで、前記支持バネ２０と付勢バネ２６とは、前記可動体１７に作用するバネ荷重を相反する方向にかつ異なる大きさで付与している。すなわち、付勢バネ２６は可動体１７を閉弁方向へバネ荷重Ｆs で付勢している。一方、支持バネ２０は、可動体１７を開弁方向へバネ荷重Ｆi で付勢している。付勢バネ２６のバネ荷重Ｆs は支持バネ２０のバネ荷重Ｆi よりも大きく設定されており、常には可動体１７が閉弁状態に保持されている。
【００２８】
上記のように構成された燃料噴射弁の作動を説明する。図示しない燃料タンクから燃料ポンプを介して所定の圧力を付与された状態で供給される燃料は、ストレーナ３０によってろ過された後、噴射弁本体１５内の一連の燃料通路２９を通って、バルブシート１０に対する可動体１７の閉止部分まで至っている。そして、可動体１７は支持バネ２０と付勢バネ２６のバネ荷重の合力によって閉弁状態に保持されているため、燃料は噴射されない。
【００２９】
ここで、電子制御装置からの電気信号の入力によってソレノイドコイル４が通電状態になると、ボデー１、コア２、可動体１７、ストッパ部材９を通る磁路（図１中の点線Ｍ参照）が構成されることによる電磁作用によって、可動体１７が後退されることにより開弁する。これにより、バルブシート１０の燃料噴射口１２から燃料が噴射される。
【００３０】
そして、前記ソレノイドコイル４に対する電気信号がオフになり、可動体１７に作用していた電磁作用がなくなると、可動体１７が前に述べたように支持バネ２０と付勢バネ２６の合力によって閉弁されることにより、前記燃料の噴射が停止する。
【００３１】
上記した燃料噴射弁によると、支持バネ２０に可動体１７を安定して支持するために必要なバネ荷重をもたせても、支持バネ２０と付勢バネ２６との合力によって可動体１７に対し所望のバネ荷重を付与することができ、これによって可動体１７を支持バネ２０によりフローティング状態で安定して支持しながら、所望の燃料噴射量を得ることができる。
【００３２】
この点について詳述すると、例えば、閉弁時の付勢バネ２６による閉弁方向のバネ荷重をＦs と支持バネ２０による開弁方向のバネ荷重をＦi とによるバネ荷重の合力は、Ｆs −Ｆi となる。ここで、支持バネ２０は、可動体１７をフローティング状態で安定して支持するために、少なくとも２００ｇ程度のバネ荷重Ｆi をもつものが必要とされる。また、支持バネ２０はバネ定数のバラツキが大きく、前記２００ｇ程度のバネ荷重Ｆi をもつものでは、そのバラツキが±１２０ｇ程度となるため、そのバネ荷重Ｆi は２００±１２０ｇとなる。
【００３３】
そして、バネ荷重の合力の目標値を仮に３００ｇとした場合、付勢バネ２６に必要なバネ荷重Ｆs は、
0003718035.tif 000002
となる。付勢バネ２６の５００ｇ程度のバネ荷重Ｆs をもつものでは、そのバラツキが±１００ｇ程度となるため、そのバネ荷重Ｆs は５００±１００ｇとなる。
【００３４】
従って、付勢バネ２６と支持バネ２０によるバネ荷重の合力は、
0003718035.tif 000003
となることにより、バネ荷重の合力を目標値３００ｇに調整することができる。このため、閉弁時において所定の目標値に調整でき、これと同様にして、開弁時のバネ荷重の合力Ｆを所定の目標値に調整することが可能となる。よって、前に述べたように、支持バネ２０に可動体１７を安定して支持するために必要なバネ荷重（例えば、少なくとも２００ｇ程度）をもたせても、支持バネ２０と付勢バネ２６との合力によって可動体１７に対し所望のバネ荷重を付与することができ、可動体１７を支持バネ２０によりフローティング状態で安定して支持しながら、所望の燃料噴射量を得ることができる。
【００３５】
また、開弁時の付勢バネ２６のバネ荷重Ｆa は、開弁時の弾性変形による荷重増加分をβとした場合、
Ｆa ＝Ｆs ＋β
となる。また、開弁時の支持バネ２０のバネ荷重Ｆb は、開弁時の弾性変形による荷重減少分をαとした場合、
Ｆb ＝Ｆi −α
となる。従って、開弁時の付勢バネ２６と支持バネ２０によるバネ荷重の合力Ｆは、
0003718035.tif 000004
となる。
【００３６】
また、開弁時と閉弁時の荷重差Ｆ3 は、
0003718035.tif 000005
となる。したがって、荷重差Ｆ3 がα＋βとなり、従来の荷重差（Ｆs ＋β−Ｆs ＝β）よりも大きくなることにより、大きいダイナミックレンジが得られるといった付随的効果も得られる。
【００３７】
また、付勢バネ２６のバネ荷重を調整可能なパイプ２７を備えたことにより、パイプ２７の位置調整によって付勢バネ２６のバネ荷重を調整し、もって燃料噴射量を調整することができる。すなわち、コア２に対するパイプ２７の固定位置を前進位置とすれば、付勢バネ２６のバネ荷重が大きくなり、開弁遅れ時間Ｔo が大、閉弁遅れ時間Ｔc が小となるため、燃料噴射量を減少させることができる。また、コア２に対するパイプ２７の固定位置を後退位置とすれば、付勢バネ２６のバネ荷重が小さくなり、開弁遅れ時間Ｔo が小、閉弁遅れ時間Ｔc が大となるため、燃料噴射量を増大させることができる。
【００３８】
また、従来の磁路のエアギャップ調整ではエアギャップが増大して磁気効率が低下することが懸念されるが、前記パイプ２７の位置調整によればエアギャップへの影響が生じないため、開弁時のコア２と可動体１７とのエアギャップを減少させることにより磁気効率を向上し、ひいては応答性を高めることができる。また、従来の磁路のエアギャップ調整では調整が敏感であるため、精度良く調整することが難しいが、前記パイプ２７の位置調整によれば精度良く調整することが可能である。
【００３９】
また、可動体１７には支持バネ２０を迂回する燃料通路１７１，１７２が形成されているので、燃料が可動体１７の燃料通路１７１，１７２を流れることにより、支持バネ２０に対する燃料力の影響による支持バネ２０の振動ひいては可動体１７の振動を防止することができる。このことは、可動体１７の振動に起因する計量精度の低下の防止に有効である。
【００４０】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、上記実施の形態における支持バネ２０と付勢バネ２６の荷重方向および大きさを逆に設定することもできる。また、上記実施の形態における可動体１７はアーマチュアとして機能する主部１７ａおよびフランジ部１７ｂと燃料通路２９を開閉するバルブとして機能するバルブ部１７ｃとを有する一体成形品としたが、各部を別体で形成した部品を組み合わせることによって可動体を構成することもできる。また使用燃料としては、圧縮天然ガスが好適であるが、その他の燃料例えばガソリン、液化ガス等の使用までも制限するものではない。また上記実施の形態では、噴射弁本体１５の軸線方向の反噴射側から燃料を供給するトップフィードタイプの燃料噴射弁に実施したが、その他、噴射弁本体１５の軸線方向に交差する側面側から燃料を供給するサイドフィードタイプの燃料噴射弁に実施することも考えられる。また、上記実施の形態では、ノーマルクローズタイプに実施したが、その他、ノーマルォープンタイプに適用することも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、可動体を支持バネによりフローティング状態で安定して支持しながら、所望の燃料噴射量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態を示す燃料噴射弁の断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】支持バネの正面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４のＢ部の部分拡大図である。
【符号の説明】
４  ソレノイドコイル
１５  噴射弁本体
１７  可動体
１７１，１７２  可動体の燃料通路
２０  支持バネ
２６  付勢バネ
２７  パイプ（バネ荷重調整手段）
２９  燃料通路
【図１】
0003718035.tif 000006
【図２】
0003718035.tif 000007
【図３】
0003718035.tif 000008
【図４】
0003718035.tif 000009
【図５】
0003718035.tif 000010