(57)【要約】【課題】閉弁時における弁体のバウンドが低減された燃料噴射弁を得る。【解決手段】コア、アマチュアおよびコイルを有するソレノイド装置と、ソレノイド装置に接続され、アマチュアに接続されて共に移動する弁体および弁体が離接して開閉される弁座を有する弁装置とを備えた燃料噴射弁であって、コアおよびアマチュア間に形成されるエアギャップに連通した通路と、通路に連通して通路を介してエアギャップに連通した圧力室とを備え、圧力室を形作る仕切壁が、樹脂からなる圧力室壁部材から構成され、通路および圧力室の形状寸法が、エアギャップで発生する圧力波を位相反転させエアギャップに戻し、エアギャップ内の圧力を高めるような形状寸法である。【選択図】        図１
2004183600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア、アマチュアおよびコイルを有するソレノイド装置と、上記ソレノイド装置に接続され、上記アマチュアに接続されて共に移動する弁体および上記弁体が離接して開閉される弁座を有する弁装置とを備えた燃料噴射弁であって、
上記コアおよび上記アマチュア間に形成されるエアギャップに連通した通路と、
上記通路に連通して上記通路を介して上記エアギャップに連通した圧力室とを備え、
上記圧力室を形作る仕切壁が、樹脂からなる圧力室壁部材から構成され、
上記通路および上記圧力室の形状寸法が、上記エアギャップで発生する圧力波を位相反転させ上記エアギャップに戻し、上記エアギャップ内の圧力を高めるような形状寸法であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
上記通路および上記圧力室の形状寸法が、上記エアギャップ内の圧力により、上記弁体の上記弁座からの跳ね返りを抑制するような形状寸法であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
上記アマチュアの外側面と上記仕切壁との隙間が上記圧力波を通過しないほどに狭いことを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
上記仕切壁の一部分がリングとバルブハウジングとに挟持されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弁体と弁座とを離接して、高圧の燃料を弁座に設けられたオリフィスの先端口から内燃機関の燃料室へ噴射する従来の燃料噴射弁に於いては、弁体が閉弁するときに起きる燃料噴霧の後だれを低減するために、コア端面とアマチュア端面が対向するエアギャップ部に連通するように緩衝部を設けて、閉弁直後の弁座付近に発生する燃圧変化に対してエアギャップ部の燃圧変化に遅れを発生させて、弁体の上流部と下流部との間の圧力差により弁体に閉弁方向の荷重を与えて噴射終了後の２次噴射を抑制している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２９１５０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の構成の燃料噴射弁に於いては、コア端面とアマチュア端面が対向するエアギャップ部に連通するように設置されたアキュームレータ室が弾性体で構成されているため、閉弁直後の弁体のバウンドで弁座付近に発生する燃圧低下に対してエアギャップ部の燃圧変動に遅れを発生するのには有効であるが、圧力室を持たないため閉弁時にエアギャップ部で発生する圧力変動を弁体のバウンド抑制に適した圧力波に変換できず、弁体のバウンドを十分に低減できていなかった。
【０００５】
この発明の目的は、閉弁時における弁体のバウンドが低減された燃料噴射弁を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる燃料噴射弁は、コア、アマチュアおよびコイルを有するソレノイド装置と、ソレノイド装置に接続され、アマチュアに接続されて共に移動する弁体および弁体が離接して開閉される弁座を有する弁装置とを備えた燃料噴射弁であって、コアおよびアマチュア間に形成されるエアギャップに連通した通路と、通路に連通して通路を介してエアギャップに連通した圧力室とを備え、圧力室を形作る仕切壁が、樹脂からなる圧力室壁部材から構成され、通路および圧力室の形状寸法が、エアギャップで発生する圧力波を位相反転させエアギャップに戻し、エアギャップ内の圧力を高めるような形状寸法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の燃料噴射弁の断面図である。図２は図１のエアギャップおよび圧力室の詳細断面図である。図３は図１のエアギャップおよび圧力室の燃料圧力の経時変化を示すグラフである。図４は図１の弁体の開閉過渡変化を示すグラフである。
【０００８】
燃料噴射弁は、ソレノイド装置１と弁装置２とを備え、ソレノイド装置１は磁気回路のヨーク部でもあるハウジング３と、磁気回路の固定鉄心部分であるコア４と、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア５と、磁気回路のヨーク部でもあり、弁装置２を支持するバルブホルダ６と、ハウジング３の内周面に内接し、コアの外周面を覆うコイルハウジング７と、コイルハウジング７に納められ、磁気回路を励磁するコイル８と、コイルハウジング７を固定するリング９と、アマチュア５を弁装置２方向に付勢する圧縮ばね１０と、圧縮ばね９を係着するボルト１１とを備えている。
【０００９】
弁装置２は、バルブホルダ６の内径部に圧入溶接して固定された弁本体１２と、アマチュア５に溶接され、弁本体１２の中心円筒を貫通した弁体１３と、バルブホルダ６と弁本体１２に挟持され、内周端部が弁体１３のハウジング１３ａと離接して、アマチュア５とコア４との間に形成されるエアギャップ１４の間隔を制約するストッパ１５と、弁体１３に貫通され、弁本体１２の先端に設けられた内径部に圧入され、燃料に旋回流を与えるスワラ１６と、スワラ１６の圧入された弁本体１２の内径部にスワラ１６に重なるように圧入され、弁体１３の先端と離接して燃料の流路を閉開する弁座１７とを備えている。
弁体１３は弁体の摺動部１３ｂで弁本体１２の内径部１２ａに案内されて摺動動作する。摺動部１３ｃは弁座面１７ａに対する弁体１３の径方向の非同軸度（振れ）を規制する手段であるのでクリアランスはなるべく小さく設定されるのが好ましく、図１では弁体１３の耐久磨耗を許容限度以内とするため、１０μｍ以下（片側隙間５μｍ以下）としている。
【００１０】
バルブホルダ６のリング９に相対する面にアマチュア５と同心円状の段周部６ａが設けている。段周部６ａの段部６ｂに当接する土台１８ａと、アマチュア５の外側面５ａに対向する仕切壁１８ｂとを有するＬ字状の断面形状である環状の圧力室壁部材１８が段周部６ａに配設されている。圧力室壁部材１８は樹脂ブロックを加工して製造している。樹脂ブロックは耐油性と機械的強度を考慮して選択されるが、フェノール樹脂やメラミン樹脂などを使うことができる。仕切壁１８ｂはアマチュア５の外側面５ａと隙間を配して対向した円筒状であり、土台１８ａは段周部６ａの段部６ｂに固定されている。エアギャップ１４から段周部６ａと仕切壁１８で囲まれた圧力室１９に連通している通路２０は、仕切壁１８ｂの上方端面１８ｃとリング９の下方端面９ａに囲まれた空間であり、圧力室１９は土台１８ａと仕切壁１８ｂと段周部６ｂの外周面６ｃとリング９の下方端面９ａとで囲まれた空間である。
【００１１】
通路２０の長さは仕切壁１８ｂの厚みＬ（ｍｍ）とする。通路２０の断面積Ｓは、仕切壁１８ｂの上方端面１８ｃとリング９の下方端面９ａとの間隔と仕切壁１８ｂの周の長さとの積算値である。さらに圧力室１９の体積は仕切壁１８ｂの厚みと土台１８ａの厚みを設定することにより、エアギャップ１４で発生する圧力波に共鳴するヘルムホルツ共鳴器をエアギャップ１４に連通して設けることができる。
【００１２】
仕切壁１８ｂの上端面１８ｃとリング９の下方端面９ａとの間隔はＧ（ｍｍ）とする。段周部６ａの内周面６ｃの上端面６ｄはリング９の下方端面９ａに当接している。また圧力室１９の深さはＷ（ｍｍ）、仕切壁１８ｂの内径はＭ（ｍｍ）、外径はＮ（ｍｍ）、また段周部６ａの内周面６ｃの内径はＲ（ｍｍ）とする。通路２０は仕切壁１８ｂとリング９の下方端面９ａとに挟まれた空間である。また通路断面積Ｓ（ｍｍ２）は（２×π×（Ｍ＋Ｎ）／２）である。圧力室１９の体積Ｖ（ｍｍ３）は（π×（Ｒ２ーＮ２）×Ｗ）である。
【００１３】
圧力室１９の形状の設定方法について説明する。閉弁を行ってエアギャップ１４に発生する圧力波を計測して、圧力波の周波数Ｆｐ（Ｈｚ）を求める。一方、通路２０と圧力室１９からなるいわゆるヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数Ｆｈ（Ｈｚ）を求める。ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数Ｆｈ（Ｈｚ）は通路２０の長さＬ（ｍｍ）および断面積Ｓ（ｍｍ２）、圧力室１９の内容積Ｖ（ｍｍ３）から求めることができる。有効質量Ｍａは（ρ×Ｌ）／Ｓ、コンプライアンスＣａはＶ／（ρ×ｃ２）である。なお、ここではρは燃料の密度（Ｋｇ／ｍ３）、ｃは圧力波の燃料中の伝搬速度（ｍ／ｓ）である。共鳴周波数Ｆｈは１／（２π（Ｍａ×Ｃａ）１／２）として求められる。このヘルムホルツ共鳴周波数Ｆｈがエアギャップ１４が広がるときに発生する圧力波の周波数Ｆｐ（Ｈｚ）とほぼ等しくなるように通路２０および圧力室１９の形状を設定する。
【００１４】
次に圧力波がヘルムホルツ共鳴器で反射してエアギャップ１４に戻ってくるタイミングを合わせる。弁体１３は弁座１７に衝突後バウンスしてエアギャップ１４を狭めるように、アマチュア５方向に移動してくる。弁体１３の機械振動は弁体１３の形状と重量、溶接部で固定されたアマチュア５の形状と重量に因って振動数が決まる。弁体１３の振動数を求めるために、アマチュア５も含めた弁体１３に機械振動を加えて弁体１３の長手方向の共振周波数Ｆｌ（Ｈｚ）を計測する。この弁体１３の振動の半波長の間に圧力波がエアギャップ１４に戻るようにアマチュア５の径、アマチュア５と通路２０の壁との隙間および通路２０の長さの加算値を往復することができるようにそれぞれを設定する。
【００１５】
次に燃料噴射弁の動作について説明する。燃料は加圧されて図示しないフューエルポンプから流入口２１へ注入され、ボルト１１、圧縮ばね１０、アマチュア５の内管を通過して、弁体１３と弁本体１２の内管１２ａの隙間を流れて、弁体１３と弁座１７との当接面で停止させられている。
【００１６】
図示しないエンジンの制御装置からコイル８に電流が通電され、アマュア５、コア４、ハウジング３、バルブホルダ６で構成される磁気回路に磁束が流れて、アマチュア５はコア４側へ吸引移動される。アマチュア５と一体構造である弁体１３が弁座面１７ａから離れて間隙が形成されると、高圧の燃料は弁本体１２と弁体１３の間隙を通過し、弁座面１７ａと弁体１３の隙間を通って弁座の噴射口１７ｂに流入したのち外部へ噴射される。開弁されているときは、アマチュア５とコア４との相対する端面４ａ、５ａの間の間隙は、弁体１３のフランジ１３ａの上面がストッパ１５の下面に当たることで決められている。
【００１７】
次に図示しないエンジンの制御装置からの電流が停止すると、磁気回路中の磁束が減少して、アマチュア５をコア４に吸引している力が減少する。アマチュア５に連接された弁体１３は閉弁方向に付勢している圧縮ばね１０により閉弁方向に移動する。弁体１３と弁座面１７ａ間の隙間は閉じた状態となり、燃料噴射が終了する。
【００１８】
同時に、閉弁動作ではアマチュア５とコア４の間のエアギャップ１４の容積が急激に拡大するために、エアギャップ１４にある燃料は膨張させられ、エアギャップ１４の周囲にある燃料の圧力より低い圧力の圧力波２２が外側（図２に矢印で示す。）に向かって伝搬する。この圧力波２２はエアギャップ１４に連通した通路２０を経由し圧力室入口１９ａに達し、通路２０と圧力室１９はエアギャップ１４で発生する圧力波２２と共鳴するように設けられているので、圧力波２２は圧力室入口１９ａで図３に示すように位相反転して周囲の燃料の圧力より高い圧力の圧力波２３（図２に矢印で示す。）として跳ね返される。この跳ね返った圧力波２３がエアギャップ１４に戻ってきたとき、弁体１３が弁座１７に衝突した後跳ね返えるように、アマチュア５の径、アマチュア５と通路２０の壁との間の隙間、通路２０の通路長を設定してある。エアギャップ１４の圧力が周囲の燃料の圧力より高くなり、弁体１３は閉弁方向へ燃料から力が作用して、弁体１３と弁座１７との間に隙間が開かない。
【００１９】
図３にエアギャップ１４で発生した圧力波２２と圧力室入口１９ａで反射した圧力波２３の波の進行状況を示してある。エアギャップ１４の中央部１４ａで圧力波２２がアマチュア５の径方向に対して内側と外側の両側に向かって伝搬するが、内側へ伝搬した圧力波は燃料の流れの中を伝搬して消滅する。一方、外側に伝搬した圧力波２２はエアギャップの端部１４ｂを通過し、さらに通路２０を伝搬し、圧力室入口１９ａで位相が反転させられて反射する。
【００２０】
このような燃料噴射弁を駆動したとき弁体１３のニードルドリフト量を計測すると、図４に示すようにコイル８への電流遮断後、閉弁方向へ変位し、小さな振動を伴って停止する。このように従来に較べて弁体１３のニードルバウンスが抑制され、噴霧終了後の２次噴射を低減することができている。
【００２１】
また、この燃料噴射弁をコイル８へ流す電流のパルス幅を変えて、流量との関係を調べたが、パルス幅と流量が比例関係にある領域が微小なパルス幅まで広がって燃料噴射弁のダイナミックレンジが拡大されている。
【００２２】
また、この燃料噴射弁を備えた内燃機関を搭載した車両で走行したのち、燃料噴射弁を内燃機関から取り外して外観を観察したが、デポジットの付着が少なくなっていた。
【００２３】
また、この燃料噴射弁を備えた内燃機関を搭載した車両で走行したときの燃費を比較したが、従来より１％位燃費が向上していた。
【００２４】
また、この燃料噴射弁を備えた内燃機関を搭載した車両で走行したときの騒音が低減していた。
【００２５】
また、一体構造である圧力室壁部材１８の寸法を変えることにより、通路２０の通路長や断面積、圧力室１９の容積を容易に設定でき、閉弁時における弁体のバウンスを抑えるのに適した強さと周波数の圧力波に調整することができる。
【００２６】
また、圧力室壁部材１８は樹脂からできているので、磁気特性を変えずに共鳴周波数や圧力波の伝搬距離が変更できる。
【００２７】
また、圧力室壁部材１８は樹脂からできているので、液圧の脈動を遅延することもできる。
【００２８】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２の燃料噴射弁のエアギャップおよび圧力室の詳細断面図である。実施の形態１とは圧力室壁部材の形状が異なっており、その他は同じであり、説明は省略する。
【００２９】
アマチュア５の外側面５ｂに対向する圧力室壁部材２４の仕切壁２４ｂの内径Ｍ（ｍｍ）、外径Ｎ（ｍｍ）、バルブホルダ６の内側面６ｅの径Ｈ（ｍｍ）とする。アマチュア５の外径と仕切壁２４ｂとの隙間がアマチュア５の外径とバルブホルダ６の内側面６ｅとの間隙より狭くしている。アマチュア５の外側面５ｂとバルブホルダ６の内側面６ｅとの間隙は、ヨーク３、コア４、アマチュア５およびバルブホルダ６で構成されている磁気回路の飽和磁気特性に影響するので、隙間を単独で変更することが難しい。しかし圧力室壁部材２４は非磁性であるので、土台２４ａおよび仕切壁２４ｂの厚みを変更して、アマチュア５と仕切壁２４ｂとの隙間から圧力波が通過しない程度に隙間を狭めてある。この隙間は圧力波に対して質量として作用し、圧力波が隙間を通過することができなくなる。
【００３０】
このような燃料噴射弁は、アマチュアの外側面５ｂを通過して漏れる圧力波２２が少ないので、通路２０を通過し、圧力室１９で反射した圧力波２３のほとんどがエアギャップ１４に戻るので弁体１３を閉弁方向に加圧する力が働く。
【００３１】
また、圧力室壁部材２４だけを変更したので、ソレノイド装置１の磁気特性に影響を与えることがない。
【００３２】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３の燃料噴射弁の圧力室壁部材の斜視図である。図７は図６の圧力室壁部材を用いた圧力室の断面図である。実施の形態１とは圧力室壁部材の形状だけが異なっており、その他は同じであり、同様な部分の説明は省略する。
【００３３】
圧力室壁部材２５は、段周部６ｂの段部６ｃに当接する土台２５ａと、段周部６ｂとアマチュア５とを仕切壁２５ｂとからなる。仕切壁２５ｂの高さを段部６ｃとリング９の下方端面９ａの間隔と同じ長さにする。仕切壁２５ｂのリング９に当たる端面２５ｃに溝２５ｄを設けてある。さらに、圧力室壁部材２５の土台２５ａが段周部６ｂの段部６ｃに当接する面に全周に連続して延びた突起２５ｅを設けてある。
【００３４】
溝２５ｄの深さＸ（ｍｍ）、仕切壁２５ｂの内周面２５ｆ上での溝２５ｄの幅Ｙ（ｍｍ）、仕切壁２５ｂの外周面２５ｇ上での溝２５ｄの幅Ｚ（ｍｍ）、また、仕切壁２５ｂの厚みをＬ（ｍｍ）とする。通路２０の長さはＬであり、通路断面積Ｓは、仕切壁２５ｂの周方向に対する溝２５ｄの占める割合と（Ｘ×（Ｙ＋Ｚ）／２）の加算値として求めることができる。
【００３５】
このような燃料噴射弁では、仕切壁２５ｂがリング９と段周部６ａの段部６ｃの間に挟持されているので、振動などの影響を受けづらい。
【００３６】
また、突起２５ｅを調整するだけで、通路２０の通路長や断面積、圧力室１９の容積を容易に設定でき、閉弁時における弁体のバウンスを抑えるのに適した強さと周波数の圧力波に調整することができる。
【００３７】
【発明の効果】
上述の如く、この発明による燃料噴射弁の効果は、コア、アマチュアおよびコイルを有するソレノイド装置と、ソレノイド装置に接続され、アマチュアに接続されて共に移動する弁体および弁体が離接して開閉される弁座を有する弁装置とを備えた燃料噴射弁であって、コアおよびアマチュア間に形成されるエアギャップに連通した通路と、通路に連通して通路を介してエアギャップに連通した圧力室とを備え、圧力室を形作る仕切壁が、樹脂からなる圧力室壁部材から構成され、通路および圧力室の形状寸法が、エアギャップで発生する圧力波を位相反転させエアギャップに戻し、エアギャップ内の圧力を高めるような形状寸法であるので、一体構造である圧力室壁部材の寸法を変えることにより、通路の通路長や断面積、圧力室の容積を容易に設定でき、閉弁時における弁体のバウンスを抑えるのに適した強さと周波数の圧力波に調整することができる。
【００３８】
また、圧力室壁部材は樹脂からできているので、磁気特性を変えずに共鳴周波数や圧力波の伝搬距離が変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の燃料噴射弁の断面図である。
【図２】図１のエアギャップ、圧力室の詳細断面図である。
【図３】図１のエアギャップ、圧力室の燃料圧力の経時変化を示すグラフである。
【図４】図１の弁体の開閉過渡変化を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態２の通路と圧力室の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３の圧力室壁部材の斜視図である。
【図７】図６の圧力壁部材を用いた通路と圧力室の断面図である。
【符号の説明】
１  ソレノイド装置、２  弁装置、３  ハウジング、４  コア、５  アマチュア、６  バルブホルダ、６ａ  （バルブホルダの）段周部、６ｂ  （バルブホルダの）段部、７  コイルハウジング、８  コイル、９  リング、１０  圧縮ばね、１１  ボルト、１２  弁本体、１３  弁体、１３ａ  （弁体の）フランジ、１３ｂ、１３ｃ  （弁体の）摺動部、１４  エアギャップ、１５  ストッパ、１６スワラ、１７  弁座、１８、２４、２５  圧力壁部材、１８ａ  （圧力壁部材の）土台、１８ｂ  （圧力壁部材の）仕切壁、１９  圧力室、２０  通路、２１流入口、２２、２３  圧力波。
【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】
2004183600.tif 000008
【図７】
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