(57)【要約】【課題】  応答性の向上のため圧粉材をディーゼルエンジン用燃料噴射弁に用いる技術が知られているが、ガソリンエンジンに適用する場合には金属腐食の問題があった。【構成】  バルブシート面に対して開閉動作を行うニードル弁体と、前記ニードル弁体と一体に移動するプランジャーと、前記プランジャーを付勢するコイルと、前記コイルの内側に配置され該コイルにより発生する磁束を軸方向に通すコアと、上記コイルの上流側及び外側に配置された第１ヨークと、上記コイルの下流側に配置され第１ヨークを結合支持する第２ヨークとを有する燃料噴射弁において、上記コアを半径方向に分離配置されたインナーコアとアウターコアとから構成し、アウターコアはインナーコアより電気抵抗が高い材質または構造とすると共に、インナーコアはアウターコアの内周面の少なくとも一部を内側から包囲しアウターコアを燃料と接触させないようにしたもの。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブシート面に対して開閉動作を行うニードル弁体と、前記ニードル弁体と一体に移動するプランジャーと、前記プランジャーを付勢するコイルと、前記コイルの内側に配置され該コイルにより発生する磁束を軸方向に通すコアと、上記コイルの上流側及び外側に配置された第１ヨークと、上記コイルの下流側に配置され第１ヨークを結合支持する第２ヨークとを有する燃料噴射弁において、上記コアを半径方向に分離配置されたインナーコアとアウターコアとから構成し、アウターコアはインナーコアより電気抵抗が高い材質または構造とすると共に、インナーコアはアウターコアの内周面の少なくとも一部を内側から包囲しアウターコアを燃料と接触させないようにしたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
アウターコアとインナーコアとは平面同士で接触し、接触部の磁路断面積をエアギャップ部の磁路断面積より大きくしたことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
アウターコアを圧粉材あるいは焼結材により構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
アウターコアを絶縁皮膜で覆われた複数個の磁性材片を円周方向に積層配置したものから構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
アウターコアと第１ヨークのコイル上流側を一体としたことを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
アウターコアと第１ヨークとを一体としたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
アウターコア上流側の燃料入口部と第１ヨークとを一体としたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
上記一体化された第１ヨークとアウターコアとの間に弾性プレートを挿入したことを特徴とする請求項５記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンに使用される燃料噴射弁の改良に関し、特に弁の応答性が高く微小燃料の噴射が可能な燃料噴射弁の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車などの排出ガス規制が強化されて、エンジンの各気筒を理論空燃比に近い状態で燃焼させることが求められている。また、燃料噴射弁からの噴射燃料量が微小となる軽負荷運転時についても排出ガスのクリーン化が要求されている。特に、この微小噴射領域ではニードル弁体の応答性に起因したエンジン気筒間のばらつきが増加するため、ニードル弁体の応答性を向上させるべく各種の提案がなされている。
【０００３】
例えば特開２００３−２６９６４７号公報（特許文献１参照）には、上記応答性に大きく作用する電磁弁の材料として電気抵抗率が高い圧粉体を使用し、渦電流を低減して微小噴射領域でのニードル弁体の応答性を向上するものが開示されている。この電磁弁は、コイル周囲に配置されたステータを圧粉の磁性材で構成し、これを作動流体中に配置して、同じく作動流体中に配置されたプランジャーとの間でエアギャップを構成するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６９６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のものは、主にディーゼルエンジンの燃料である軽油を作動流体とし、ステータが常に作動流体に触れた状態で使用される燃料噴射弁を対象としたものであり、ガソリンエンジン用燃料噴射弁のステータに適用しようとすると、ガソリン中に含有する水分により圧粉材の腐食が発生し、錆び付くという問題があった。
【０００６】
また特許文献１のものの電磁弁は、プランジャーをコイルより内側のステータ端面のみならずコイルより外側のステータ端面とも対面させてエアギャップとする構造としているため、プランジャー質量が比較的大きくなって高応答性が確保できない構造となっている。ガソリンエンジンはディーゼルエンジンに比べて高回転数まで運転するため、燃料噴射弁には高い噴射率が求められる一方、車両の減速時などでは微小噴射量で精度よく噴射することが求められるが、前記特許文献１のもののようにプランジャー質量が大きいと、応答性が悪く、上記運転条件では精度よく噴射できない結果となり、このためエンジン気筒間の噴射量ばらつきが発生して排気ガスエミッションが悪化するという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は上記問題を解決することにあり、ガソリンエンジン用燃料噴射弁において、磁性材の腐食を回避しつつ、比較的質量が低く、高い応答性を有する磁気回路構造を持つ燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、バルブシート面に対して開閉動作を行うニードル弁体と、前記ニードル弁体と一体に移動するプランジャーと、前記プランジャーを付勢するコイルと、前記コイルの内側に配置され該コイルにより発生する磁束を軸方向に通すコアと、上記コイルの上流側及び外側に配置された第１ヨークと、上記コイルの下流側に配置され第１ヨークを結合支持する第２ヨークとを有する燃料噴射弁において、上記コアを半径方向に分離配置されたインナーコアとアウターコアとから構成し、アウターコアはインナーコアより電気抵抗が高い材質または構造とすると共に、インナーコアはアウターコアの内周面の少なくとも一部を内側から包囲しアウターコアを燃料と接触させないようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明にかかる燃料噴射弁によれば、アウターコアが燃料と接触しない構造となり、磁性材の腐食を回避しつつ、比較的質量が低く、高い応答性を有する磁気回路構造を持つ燃料噴射弁を得ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１を図面を参照して説明する。図１はガソリン直接噴射エンジンに使用する燃料噴射弁の断面図を示しており、図1において、燃料噴射弁１は先端部がエンジンシリンダ内２に臨み、図示しないパーツによりフランジ上面１ａに軸方向荷重がかけられた状態でシリンダヘッド３に固定されている。シリンダヘッド３と燃料噴射弁１との間にはエンジンシリンダ内２のガスをシールするシール材１０１が介挿されている。燃料噴射弁１の反対側には燃料タンク（図示せず）に連通するフューエルレール４が結合され、フューエルレール４と燃料噴射弁１との間には燃料をシールするラバーリング１０２とラバーリング１０２の燃料圧力による下流側へのはみ出しを防止するバックアップリング１０３、バックアップリングの剛性補強用のスペーサ１０４が介挿されている。
【００１１】
燃料噴射弁1はニードル弁体５とバルブシート６を有しており、ニードル弁体５と一体に構成されたプランジャー１４をコイル９を電磁付勢することにより移動させる。上記プランジャー１４との間で上記移動のためのエアーギヤップ１４aを構成するコア部分はインナーコア１０とアウターコア１１に分割され、インナーコア１０の下方フランジ部はアウターコア１１の下面と当接部１１ｂで隙間なく接触し、インナーコア１０の上方はスリーブ１８部まで延設されている。
アウターコア１１は高電気抵抗率の磁性材料例えば圧粉材や焼結材で構成されており、その上下、内周をインナーコア１０とスリーブ１８によって挟持され、また、その外周をコイル９およびコイルボビン１９をカバーしている第１ヨーク１２により支承されている。なお、コイル９への通電はプラグ２０からコイルターミナル２１を介して実現される。
【００１２】
燃料噴射は、燃料噴射弁1のニードル弁体５の先端とバルブシート６のシート面とが開閉することにより行われる。閉弁状態においてニードル弁体５は、スプリング７により押圧されており、下流側はバルブシート６のシート面と接触して、上流側はバルブボディ８の内周と接触している。この状態でコイル９が通電されると、インナーコア１０とアウターコア１１と第１ヨーク１２と第２ヨーク１３とプランジャー１４とで構成される磁気回路に磁束が生じ、インナーコア１０とプランジャー１４とが対面するエアギャップ１４ａに電磁吸引力が発生する。
【００１３】
そして可動パーツであるプランジャー１４がインナーコア１０側へ移動を開始し、これに伴いプランジャー１４と一体化されたニードル弁体５も開弁動作を開始する。開弁途中の状態において、ニードル弁体５は下流側がガイド１５の内周と接触し、上流側がバルブボディ８の内周と接触しつつ、摺動動作を行う。ニードル弁体５の中間面５ａがプレート１６の下面に衝突するとニードル弁体５は開弁状態となり、コイル９への通電が持続されて開弁状態が保持される。次にコイル９への通電が終了すると、電磁吸引力は急速に減少し、ニードル弁体５はスプリング７により押圧されて閉弁する。
【００１４】
次に、図２乃至図６により上記燃料噴射弁1の組み立て手順を説明する。先ず、図２において、インナーコア１０と第２ヨーク１３とは耐腐食性の高い電磁ステンレスにて構成され、相互間に非磁性リング１７をはさみこんで各接触部１７ａ、１７ｂを溶接により接合し、エアギャップ１４ａ及びサイドギャップ１４ｂに対向するそれぞれの面１０b、１３bを溶接部から若干の距離をとることにより溶接の高熱によるひずみを回避して高精度に組み立てる。また溶接により燃料シールも確保される。
【００１５】
前記３部品の締結後、図３に示すように、圧粉材であるアウターコア１１をインナーコア１０の外側に挿入し、更に図４に示すように、コイル９及びコイルボビン１９を内包した電磁ステンレス材である第１ヨーク１２は、その下端面１２ａが第２ヨーク１３の上面に接触して軸方向に突き当てられ、内周１２ｂがそれぞれ第２ヨーク１３外周と圧入により半径方向の位置決めがなされた後、図５に示すように第１ヨーク１２下端面１２ａと第２ヨーク１３の接触部１３aが溶接される。次に上流側よりスリーブ１８が挿入されて、スリーブ下面１８aがアウターコア１１の上端面１１ａと接触する。そして図６に示すように、アウターコア上端面１１ａに過度な応力がかからないよう組み立て装置によるスリーブ１８への押圧荷重Ａを適正に印加しながら、スリーブ１８の溶接用の薄肉部１８bをインナーコア１０に溶接固定する。
【００１６】
前記のように構成されることにより、高抵抗磁性材の一種である圧粉材であるアウターコア１１は、インナーコア１０、スリーブ１８、第１ヨーク１２および第２ヨーク１３により完全に取り囲まれており、燃料に接触しないように配置されることができる。またアウターコア１１はスリーブ１８により押圧された状態で固定されるので、エンジン振動などによるガタつきがないように組みつけられる。なおアウターコア１１は燃料に接触しないように配置されているが、自動車の長期使用による錆の防止のため、アウターコア１１表面にはニッケル燐メッキを施すことができる。
【００１７】
図７は上記燃料噴射弁１の部分断面拡大図である。インナーコア１０とアウターコア１１はそれぞれの平面の接触部である１１ｂ部で隙間なく接触し、この部分が主な磁束通路Ｘとなる。この接触部１１ｂの接触面積Ｂ１は、プランジャー１４に作用する電磁吸引力に支配的なエアギャップ部１４aの磁路面積Ｂ２より大きく設定したので、１１ｂ部以外の部分の磁気通路Ｙの形状が少々ばらついても電磁吸引力への影響が少なくなる。
すなわちインナーコア外周１０ａとアウターコア内周１１ｃとの隙間寸法Ｌがばらついても、磁束はほとんど１１ｂを通るため、プランジャー１４に作用する電磁吸引力への影響が少ない。
【００１８】
なお、アウターコア１１の外径をＤ３、内径をＤ４とすると、上記接触部１１ｂの接触面積Ｂ１は、
Ｂ１＝（Ｄ３2−Ｄ４2）×π／４  ・・・・・・（１）
で表され、また、第２ヨーク１３の内径をＤ１、プランジャー１４の内径をＤ２とすると、エアギャップ部１４aの磁路面積Ｂ２は、
Ｂ２＝（Ｄ１2−Ｄ２2）×π／４  ・・・・・・（２）
で表される。
【００１９】
上記のように、この発明の実施の形態１にかかる燃料噴射弁によれば、アウターコアとインナーコアとは平面同士で接触し、接触部の磁路断面積Ｂ１をエアギャップ部の磁路断面積Ｂ２より大きくしたので、プランジャーの電磁吸引力に支配的なエアギャップ部を通過する磁束は大部分が上記アウターコアとインナーコアの接触部を通過することとなり、前記接触部以外の磁気通路寸法のばらつきによる電磁吸引力の変化が抑制される結果、燃料噴射弁の噴射量特性が製品ごとに大きくばらつくことがなくなる効果を有する。また、
プランジャー形状をコア端面との対抗部のみをエアギャップとする構造としてプランジャー外径を小径化して質量を軽減し、コアを二重構造としてアウターコアを電気抵抗率の高いパーツとして渦電流を減少させたので、磁気回路の磁気応答性が向上し、磁気応答性の向上によりニードル弁体の応答性が向上し、微小噴射量域での製品ばらつきが減少する効果がある。また外側コアを燃料に接触しないように構成したので、ガソリンに対する耐腐食性が弱いという問題を回避することができる。
【００２０】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態1ではアウターコア１１に圧粉材や焼結材を使用した例を示したが、これに限られず、図８に示すように、絶縁皮膜２２で覆われた１８個の磁性材片２３を円周方向に積層配置した構造としてもアウターコア１１を高電気抵抗率とすることができ、円周方向に発生する渦電流を抑制して同様な効果が得られる。
【００２１】
実施の形態３．
図９は実施の形態３による燃料噴射弁の断面図である。実施の形態３は実施の形態１に対して、アウターコア１１と第１ヨーク１２のコイル上流側を一体化して、アウターコア１９とし、アウターコア１９を圧粉材で形成したものである。コイル９外側の第１ヨーク２０は電磁ステンレスを材料とする。実施の形態３によると、実施の形態１に比較して高抵抗磁性材の磁気通路長さが延長されるので、磁気回路の応答性を更に向上させることができるものである。
【００２２】
また、実施の形態１においては、コイルターミナル２１の通り穴１２ｂは第１ヨーク１２の外観形状の加工後に２次加工していたが、実施の形態３では圧粉材としたので、コイルターミナル２１の通り穴１９ａをアウターコア１９外観形状の成形時に同時に形成することができので、製造工数及び製造コストを低減することができる。
以上のように、この発明の実施の形態３にかかる燃料噴射弁によれば、アウターコアと第１ヨークのコイル上流側を一体としたので、磁気回路の磁気応答性が更に向上すると共に、コイルターミナルの通り穴をアウターコア外観形状の成形時に同時に形成したので、コイルターミナルの通り穴の２次加工が不要となり、製造コストを節約することができる効果を有する。
【００２３】
実施の形態４．
図１０は実施の形態４になる燃料噴射弁の断面図である。実施の形態４は実施の形態１に対してアウターコア１１と第１ヨーク１２の全体を一体化して、アウターコア２４とし、アウターコア２４を圧粉材で形成したものである。実施の形態４によると、実施の形態１及び実施の形態３に対して高抵抗磁性材の磁気通路長さが更に延長されるので、磁気回路の応答性を更に向上させることができるものである。実施の形態４では、アウターコア２４がインナーコア１０と端面同士で接触部２４aにて突き当てされているので、下端面２４bを第２ヨーク１３上面に接触させることができなくなり、この間を隙間としている。そして燃料噴射弁１をシリンダヘッド３に取り付けるためのフランジ１３cを第２ヨーク１３に設けている。
【００２４】
以上のように、この発明の実施の形態４にかかる燃料噴射弁によれば、アウターコアと第１ヨークを一体としたので、実施の形態１及び実施の形態３の発明に対して更に磁気回路の磁気応答性を向上させることができる。またアウターコアと第１ヨークを一体としたので、部品点数が減り、製造コストの節約と信頼性の向上を図ることができる。
【００２５】
実施の形態５．
図１１は実施の形態５の燃料噴射弁の断面図である。実施の形態５は実施の形態１に対して第１ヨーク１２とスリーブ１８を一体として第１ヨーク２５とし、この第１ヨーク２５とアウターコア１１との間に銅合金の弾性プレート２６を挟み込んでいる。実施の形態５において第１ヨーク２５の下端面２５ａと第２ヨーク１３の上面とは突き当てされて溶接で接合されるが、弾性プレート２６を配置することによりアウターコア１１を弾性的に支持して固定している。実施の形態５は燃料入口部を含むスリーブを第１ヨーク２５に一体化し、更にこの第１ヨーク２５は第２ヨーク１３に固定されるので、実施の形態１から実施の形態４に対して燃料入口部の剛性が高められる。
【００２６】
図１２は実施の形態１と比較した剛性説明図であり、（a）は実施の形態１のもの、（b）は実施の形態５のものを示している。図から明らかなように、実施の形態５のものはスリーブと一体化された第１ヨーク２５の存在により、フューエルレール４の取り付け時にフューエルレール４の内周４ａと接触して燃料入口部にかけられる外部荷重Ｆに対して耐力が向上する。これにより外部荷重Ｆにより、インナーコア１０の倒れが抑えられ、エアギャップ部１４aの変形とそれによる噴射量特性の変化が抑制された。また、実施の形態５ではインナーコア１０と第１ヨーク２５を直接接触させたので、アウターコア１１下面を通らないでインナーコア１０の軸方向磁路１０ｅを通る微小な磁束Ｙを磁気回路中にループさせることができた。これにより磁束数が僅かながら増加し、プランジャーに作用する電磁吸引力が微小増加する。
【００２７】
以上のように、この発明の実施の形態５にかかる燃料噴射弁によれば、燃料入口部と第１ヨークを一体としたので、燃料入口部の剛性が高まり、燃料噴射弁をシリンダヘッドに取り付けるときに受ける外力に対する耐力が向上し、これによる噴射量特性変化を抑制することができ、また、これにより製品ばらつきを減少することができる。更に、インナーコアの軸方向磁路を通る微小な磁束を磁気回路中にループさせることができたので、プランジャーに作用する電磁吸引力がわずかに増加し、これにより燃料噴射弁の外径寸法を大きくしないでより高い燃料圧力の噴射が可能となる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施の形態１を示すガソリン直接噴射エンジンに使用する燃料噴射弁の断面図である。
【図２】実施の形態１の燃料噴射弁の組み立て工程を示す図である。
【図３】実施の形態１の燃料噴射弁の組み立て工程を示す図である。
【図４】実施の形態１の燃料噴射弁の組み立て工程を示す図である。
【図５】実施の形態１の燃料噴射弁の組み立て工程を示す図である。
【図６】実施の形態１の燃料噴射弁の組み立て工程を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１を示す燃料噴射弁の部分断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２を示す燃料噴射弁のアウターコアの断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３を示す燃料噴射弁の断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態４を示す燃料噴射弁の断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態５を示す燃料噴射弁の断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態５の実施の形態１に対する剛性比較説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    燃料噴射弁                ５    ニードル弁
６    バルブシート              ９    コイル
１０    インナーコア            １１    アウターコア
１２    第１ヨーク              １３    第２ヨーク
１４    プランジャー            １８    スリーブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006022757.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006022757.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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