(57)【要約】【課題】流体噴射の開閉応答性を高め、シールの容易な流体噴射弁を提供する。【解決手段】筒部材３０は弁ハウジング１６の反弁座側内周壁に挿入され、全周溶接により弁ハウジング１６に固定されている。筒部材３０は、噴孔１４側から第１磁性筒部３２、磁気抵抗部としての非磁性筒部３４および第２磁性筒部３６により構成されている。非磁性筒部３４は第１磁性筒部３２と第２磁性筒部３６との磁気的短絡を防止する。筒部材３０内に可動コア４０および固定コア４４が収容されている。コイル部５０は、コイル５１および巻回コア５２からなる。コイル部５０は筒部材３０の外周側に周方向に３個配置されている。３個のコイル５１は電気的に並列に接続されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を噴射する弁部と、
巻回コア、および前記巻回コアに巻回したコイルを有し、前記コイルに通電して発生する磁気吸引力により前記弁部を開閉駆動する複数のコイル部と、
前記複数のコイル部が外周側に周方向に配置されており、前記弁部に向け内周側を流れる流体と前記複数のコイル部との間をシールしている筒部材と、
を備えることを特徴とする流体噴射弁。
【請求項２】
前記巻回コアは、その一端から前記コイルを巻回している巻回部にかけて直線状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の流体噴射弁。
【請求項３】
弁座を有する弁ハウジングと、
前記弁座と前記弁部を形成し、前記弁座に着座することにより流体噴射を遮断し、前記弁座から離座することにより流体噴射を許容する弁部材と、
前記弁部材の反弁座側に設置され前記弁部材とともに往復移動する可動コアと、
前記可動コアに対し往復移動方向の一方側に設置され前記可動コアと向き合っている固定コアとを備え、
前記筒部材は、前記固定コアおよび前記可動コアを内周側に収容し、前記弁座側から第１磁性部、磁気抵抗部、第２磁性部をこの順番で有していることを特徴とする請求項１または２記載の流体噴射弁。
【請求項４】
前記弁ハウジングの反弁座側の内周壁と前記筒部材の外周壁とは全周溶接されていることを特徴とする請求項３記載の流体噴射弁。
【請求項５】
前記複数のコイル部を通電制御する制御装置を備え、前記制御装置は前記複数のコイル部への通電を同時に断続することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の流体噴射弁。
【請求項６】
前記複数のコイル部を通電制御する制御装置を備え、前記制御装置は開弁時に全てのコイル部に通電し、開弁後、前記複数のコイル部の一部への通電を継続し残りのコイル部への通電を遮断して開弁状態を保持することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の流体噴射弁。
【請求項７】
前記複数のコイル部を通電制御する制御装置を備え、前記制御装置は、開弁に必要な磁気吸引力を下回るように開弁前に前記複数のコイル部の一部に通電し、次に全てのコイル部に通電して開弁させ、開弁後、前記複数のコイル部の一部への通電を継続し残りのコイル部への通電を遮断して開弁状態を保持することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の流体噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のコイル部で流体噴射を駆動する流体噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体噴射弁の噴射量を増やすためには、弁部材と弁座とで形成する弁部のシート径か、弁部材のリフト量を大きくすることが考えられる。シート径を大きくすると流体圧力を受けるシート部の受圧面積が大きくなるので弁部材を付勢するスプリングの荷重が大きくなる。したがって、スプリング荷重に抗して弁部材を吸引する磁気吸引力を大きくする必要がある。また弁部材のリフト量を大きくすると弁部材を吸引するギャップが大きくなるので、磁気吸引力を大きくする必要がある。
【０００３】
しかし、磁気吸引力を大きくすると流体噴射弁の電磁駆動部のインダクタンスが大きくなり、コイルに流れる電流の立ち上がりおよびたち下がりが遅くなる。その結果、動的な磁気吸引力の発生および消滅が遅くなるので、流体噴射弁の開閉応答性が低下するという問題がある。
【０００４】
そこで、流体噴射弁の開閉応答性を高めるために、複数のコイルを使用することが考えられている（例えば、特許文献１、特許文献２、非特許文献１）。なお、非特許文献１のＳＡＥは’Ｔｈｅ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ’の略称である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３２６６２０号公報
【特許文献２】
特開昭６０−５６１３７号公報
【非特許文献１】
ＳＡＥ８２０２０３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の流体噴射弁では、開弁時には複数のコイルに通電して大きな磁気吸引力で開弁させ、開弁応答性を向上しようとしている。開弁後は開弁状態を保持するため複数のコイルの一部だけに通電している。開弁保持状態で発生している磁気吸引力は開弁開始時よりも小さいので、閉弁時の応答性が向上する。
【０００７】
しかし、特許文献１の流体噴射弁では、複数のコイルが共通のコアの周囲に巻回されているので、複数のコイルを使用するときのインダンクタンスは一部のコイルを使用する場合よりも大きくなる。したがって、複数のコイルに通電する開弁時の応答性は低下する。
【０００８】
特許文献２または非特許文献１では、それぞれ異なるコアにコイルを巻回する構成が開示されている。一つの共通のコアに複数のコイルを巻回する構成に比べ、コアおよびコイルで構成される１個のコイル部のインダクタンスは小さくなり、複数のコイルに同時に通電しても各コイル部のインダクタンスは変化しないので、開弁時および閉弁時の応答性が向上する。
【０００９】
しかしながら、特許文献２および非特許文献１に示されているように異なるコアにコイルを巻回して形成した複数のコイル部を流体噴射弁に使用する場合、流体とコイル部との間をシールする構造が必要である。特許文献２の流体噴射弁では、コイル部と流体との間をシールするためにＯリング等のシール部材を使用している。コイル部と流体とのシール箇所が多いとシール部材の部品点数が増え、シール部材の組み付けが煩雑である。非特許文献１には流体とシール部との間をシールする構造が示されていない。非特許文献１において特許文献２と同様にＯリング等のシール部材でシールするのであれば、特許文献２と同様の問題が生じる。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、流体噴射の開閉応答性を高め、シールの容易な流体噴射弁を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明によると、異なる巻回コアにコイルが巻回されているコイル部が筒部材の外周に周方向に配置されているので、同じ体格の流体噴射弁であれば、一個のコアに一個のコイルを巻回して電磁駆動部を構成している場合に比べ、１個のコイル部当たりの磁気回路の磁路面積は小さくなり磁気抵抗が大きくなる。したがって、各コイル部のインダクタンスは低下する。同時に通電制御するコイル部の数に関わらず各コイル部のインダクタンスは変化しないので、各コイル部のインダクタンスが低下することで、流体噴射弁の開閉応答性が向上する。
また、筒部材の内周側を流体が流れ、筒部材の外周側に周方向にコイル部が配置されているので、液体と複数のコイル部との間をシールする箇所が少なく、シールが容易である。
【００１１】
請求項２記載の発明によると、巻回コアは、その一端からコイルを巻回している巻回部にかけて直線状に形成されているので、治具にコイルを巻回して治具からコイルを抜いた後、治具を抜いた箇所に巻回コアを挿入するようにした場合には、巻回コアを容易に挿入できる。
このように、巻回コアに直接コイルを巻回するのではなく治具に巻回してから巻回コアを挿入できるので、コイルの巻回が容易である。また、治具に巻回するときに断線、巻き崩れ等の不良が発生すると、コイルだけを廃棄できる。したがって、製造部材の廃棄量を低減できる。
【００１２】
請求項３記載の発明によると、筒部材は、固定コアおよび可動コアを収容し、弁座側から第１磁性部、磁気抵抗部、第２磁性部をこの順番で有している。筒部材は、シール部材および磁気回路の一部を兼ねているので、部品点数が低減する。
請求項４記載の発明によると、弁ハウジングの反弁座側の内周壁と筒部材の外周壁とは全周溶接されているので、弁ハウジングの反弁座側の内周壁と筒部材の外周壁とをシールするシール部材が不要である。したがって、部品点数が低減する。
【００１３】
コイル部への通電を同時に断続しても、各コイル部のインダクタンスは変化しないので、請求項５記載の発明のように同時に複数のコイル部への通電制御を行うことにより、開閉応答性の向上を維持しつつ、磁気吸引力を確保できる。さらに、各コイル部の通電制御が共通であるから、通電制御が容易である。
【００１４】
請求項６記載の発明によると、開弁時に全てのコイル部に通電することにより、開弁応答性の向上を維持しつつ、磁気吸引力を確保することができる。また、開弁後、複数のコイル部の一部への通電を継続し残りのコイル部への通電を遮断して開弁状態を保持するので、閉弁開始時に働いている磁気吸引力は小さくなっている。したがって、全てのコイル部に通電されているよりも、閉弁応答性は向上する。
【００１５】
請求項７記載の発明によると、開弁に必要な磁気吸引力を下回るように開弁前に複数のコイル部の一部に通電し、次に全てのコイル部に通電して開弁させる。予め通電されていた磁気コイル部により開弁時にすでに磁気吸引力が発生しているので、開弁時に全てのコイル部に通電すると、開弁応答性がさらに向上する。また、開弁後、複数のコイル部の一部への通電を継続し残りのコイル部への通電を遮断して開弁状態を保持するので、閉弁開始時に働いている磁気吸引力は小さくなっている。したがって、全てのコイル部に通電されているよりも、閉弁応答性は向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による流体噴射弁としての燃料噴射弁を図１に示す。なお、本実施形態では、燃料噴射弁１０をガソリンエンジン用の直噴用燃料噴射弁に適用している。
弁ボディ１２は弁ハウジング１６の燃料噴射側端部内壁に溶接により固定されている。弁ボディ１２は燃料流れ方向の噴孔１４側の内周壁に弁座１３を有している。弁ボディ１２および弁ハウジング１６は、特許請求の範囲に記載した弁ハウジングを構成している。
【００１７】
図１に示すように、弁部材２０は弁座１３に着座する当接部２１を噴孔１４側端部に有している。当接部２１が弁座１３に着座すると噴孔１４からの燃料噴射が遮断され、当接部２１が弁座１３から離座すると噴孔１４から燃料が噴射される。弁座１３と弁部材２０とは燃料噴射を開閉する弁部を構成している。
【００１８】
筒部材３０は弁ハウジング１６の反弁座側内周壁に挿入されている。筒部材３０は全周溶接２００により弁ハウジング１６に固定されており、全周溶接２００により、弁ハウジング１６と筒部材と３０との間はシールされている。筒部材３０は、噴孔１４側から第１磁性部３２、磁気抵抗部としての非磁性部３４および第２磁性部３６により構成されている。非磁性部３４は第１磁性部３２と第２磁性部３６との磁気的短絡を防止する。
【００１９】
可動コア４０は磁性材料で円筒状に形成されており、弁部材２０の反噴孔側の端部２４と溶接により固定されている。可動コア４０は弁部材２０とともに往復移動する。可動コア４０の筒壁を貫通する流出孔４２は、可動コア４０の筒内外を連通する燃料通路を形成している。
【００２０】
固定コア４４は磁性材料で円筒状に形成されている。固定コア４４は筒部材３０内に挿入されており、筒部材３０と全周溶接２０２により固定されている。筒部材３０と固定コア４４との間は全周溶接２０２によりシールされている。固定コア４４は可動コア４０に対し弁部材２０の往復移動方向の一方側である反噴孔側に設置され可動コア４０と向き合っている。
【００２１】
アジャスティングパイプ４６は固定コア４４に圧入され、内部に燃料通路を形成している。付勢部材としてのスプリング４８は一端部でアジャスティングパイプ４６に係止され、他端部で可動コア４０に係止されている。アジャスティングパイプ４６の圧入量を調整することにより、可動コア４０に加わるスプリング４８の荷重を変更できる。スプリング４８の付勢力により可動コア４０および弁部材２０は往復移動方向の他方側である弁座１３に向けて付勢されている。
【００２２】
コイル部５０は、コイル５１および巻回コア５２からなる。各コイルは電気的に並列に接続されている。図２に示すように各巻回コア５２は断面円弧状に形成されており、図１に示すように一端からコイル５１を巻回している巻回部にかけて巻回コア５２は直線状に形成されている。コイル部５０は筒部材３０の外周側に周方向に３個配置されている。コイル部５０は、巻回治具にまずコイル５１を巻回し、巻回したコイル５１に巻回コア５２の直線部を挿入して形成する。
【００２３】
ターミナル６２は樹脂ハウジング６０にインサート成形されており、コイル５１と電気的に接続している。コイル５１に通電すると、可動コア４０と固定コア４４との間に磁気吸引力が働き、スプリング４８の付勢力に抗し可動コア４０は固定コア４４側に吸引される。
【００２４】
フィルタ７０は燃料流入部材７２内に収容され、固定コア４４の燃料上流側に設置されている。燃料フィルタ７０は燃料噴射弁１０に供給される燃料中の異物を除去する。燃料流入部材７２は筒部材３０と全周溶接２０４により固定されており、全周溶接２０４により筒部材３０と燃料流入部材７２との間はシールされている。
【００２５】
フィルタ７０を通して固定コア４４内に流入した燃料は、アジャスティングパイプ４６内の燃料通路、可動コア４０内の燃料通路、流出孔４２、弁ハウジング１６の内周壁と弁部材２０の外周壁との間を順次通過する。弁部材２０が弁座１３から離座すると、当接部２１と弁座１３との間に形成される開口流路を燃料が通過し噴孔１４に導かれる。
【００２６】
コイル部５０に供給する駆動電流は、図３に示すように制御装置であるＣＰＵ１００で制御される。ＣＰＵ１００は、スイッチングトランジスタ１１２をスイッチング制御するコントローラ１０２を有している。コントローラ１０２がスイッチングトランジスタ１１２をオン、オフすることにより、各コイル５１に流れる駆動電流が断続される。コントローラ１０２とスイッチングトランジスタ１１２とはスイッチング回路１１０を構成している。第１実施形態では、ＣＰＵ１００およびスイッチングトランジスタ１１２は燃料噴射弁１０の外部に設置されている。
【００２７】
次に、コイル部５０の数（以下、「コイル部５０の数」を極数という）と磁気吸引力および電流値との関係について図４から図８に基づいて説明する。図４から図８において、各コイル５１の巻数は極数に関わらず同じである。また、極数をｎとすると、ｎ極の各コイル５１の抵抗値をｎ倍に設定することにより、各コイル５１に供給される電流値を１／ｎにし、コイル部５０に流れる電流の合計を極数に関わらず同じにしている。
【００２８】
まず図４に示すように、起電力が同じであれば、極数が増えると可動コア４０と固定コア４４との間に働く静的吸引力は低下する。これは、本実施形態のように異なる巻回コア５２にそれぞれコイル５１を巻回し、筒部材３０の外周側に周方向にコイル部５０を設置する構成では、コイル部５０毎に磁束の通る巻回コア５２が異なり分割されているので、極数が増えると各コイル部５０の磁路面積は小さくなる。磁路面積が小さくなると各コイル部５０の磁気抵抗が大きくなるので、図４に示すように、１極当たりの静的吸引力は低下する。しかし、巻数が同じであれば、磁路面積が小さく磁気抵抗が大きいと、各コイル部５０のインダクタンスは小さくなる。
【００２９】
次に、通電開始時の電流値の変化を図５に示す。前述したように、極数が増えると各コイル部５０のインダクタンスが小さくなるので、各コイル５１に供給される電流値の立ち上がりが早くなる。すると、図６に示すように各コイル部５０が発生する磁気吸引力の立ち上がりが早くなる。ただし、極数が増えると各コイル５１の抵抗値を大きくしているので、飽和する電流値および磁気吸引力は低くなる。
【００３０】
全コイル部５０における電流値および磁気吸引力の動的変化は、各コイル部５０における電流値および磁気吸引力の動的変化の合計であるから、図７および図８に示すように、極数が大きいほど電流値および磁気吸引力の立ち上がりは早くなっている。したがって、開弁応答性が向上する。動的吸引力の立ち上がりが早くなれば、動的吸引力の立ち下がりも早くなるので、閉弁応答性が向上する。本実施形態では、必要な磁気吸引力を発生するコイル抵抗、電流値およびコイルの巻数を考慮してコイル部５０の数を３個にしている。
【００３１】
上述した各コイル５１への通電制御では、３個のコイル部５０全てへの通電を同時に断続した。これ以外に、例えば、開弁前に３個のコイル部５０のうち１個だけに通電しておき、開弁開始時に他の２個のコイル部５０に通電してもよい。１個のコイル部５０への通電では、開弁に必要な磁気吸引力は発生しない。開弁前に予め１個のコイル部５０に通電しておくことにより、開弁開始時において固定コア４４と可動コア４０との間にすでに磁気吸引力が発生しているので、開弁開始時に他の２個のコイル部５０に通電することにより開弁応答性がさらに向上する。開弁前に予め１個のコイル部５０に通電せず、開弁時に３個のコイル部５０に同時に通電してもよい。
【００３２】
また、開弁後は、開弁状態を保持できるだけの磁気吸引力が発生していればよいので、３個のコイル部５０のうち１個または２個のコイル部５０だけに通電し、残りのコイル部５０への通電を遮断する。こうすることにより、閉弁時に働いている磁気吸引力が低下するので、閉弁応答性がさらに向上する。
【００３３】
第１実施形態では、一端からコイル５１の巻回部にかけて巻回コア５２を直線状に形成している。したがって、巻回治具にコイル５１を巻回してから、コイル５１に巻回コア５２を容易に挿入できる。巻回コア５２に直接巻回するよりも専用の巻回治具に巻回する方が容易である。また、コイル５１の巻回中に断線、巻き崩れ等の不良が発生すると、コイルだけを廃棄できる。したがって、製造途中で廃棄する部材量を低減できる。
【００３４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図９に示す。第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。第２実施形態では、図３に示すスイッチング回路１１０を樹脂ハウジング６０内にインサートしている。
【００３５】
以上説明した上記複数の実施形態では、コイル部５０の数を複数にし、各コイル部５０が異なる磁気回路を形成することにより、コイル部５０のインダンクタンスを低減し、開閉応答性を向上した。さらに、筒部材３０内を燃料が流れ、筒部材３０の外周側にコイル部５０が配置されているので、燃料とコイル部５０とをシールする箇所が少なく、シールが容易である。
上記複数の実施形態ではコイル部５の数を３個にしたが、コイル部５０の数を２個または４個以上にしてもよい。必要な磁気吸引力を発生するコイル抵抗、電流値およびコイルの巻数に対し最適なコイル部５０の数を設定すればよい。
【００３６】
また、巻回コア５２と同様に磁気回路を構成する部材を可能であれば周方向に複数配置してもよい。例えば、固定コアおよび可動コアを周方向に複数配置することは可能である。この場合、固定コアおよび可動コアの数はコイル部５０の数と同じであってもよいし、異なっていてもよい。固定コアを周方向に複数配置する場合、燃料流入部材７２と筒部材３０との間の間が溶接によりシールされているので、筒部材３０内からコイル部５０側に燃料は漏れない。筒部材３０および弁ハウジング１６は燃料とコイル部５０とをシールする部材であるから複数の部材で構成しない。
以上説明した上記複数の実施形態では、ガソリンエンジンの直噴燃料噴射弁に本発明を適用したが、直噴以外にも吸気管内で噴射する燃料噴射弁に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】第１実施形態のコイル部およびスイッチング回路を示す回路図である。
【図４】１極当たりの起磁力と静的吸引力との関係を示す特性図である。
【図５】１極当たりの電流値の変化を示す特性図である。
【図６】１極当たりの動的吸引力の変化を示す特性図である。
【図７】全極合計の電流値の変化を示す特性図である。
【図８】全極合計の動的吸引力の変化を示す特性図である。
【図９】本発明の第２実施形態による燃料噴射弁のスイッチング回路を示す断面図である。
【符号の説明】
１０      燃料噴射弁（流体噴射弁）
１２      弁ボディ
１３      弁座
１４      噴孔
１６      弁ハウジング
２０      弁部材
２１      当接部
４０      可動コア
４４      固定コア
４８      スプリング（付勢部材）
５０      コイル部
５１      コイル（コイル部）
５２      巻回コア（コイル部）
１００      ＣＰＵ（制御装置）
１０２      コントローラ
１１０      スイッチング回路
【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】
2004278426.tif 000008
【図７】
2004278426.tif 000009
【図８】
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【図９】
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