(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルへの通電を断続することによりコアから離間あるいはコアに吸引されるアマチュアと、前記アマチュアの往復移動に付随してその反コア側端部が弁座を開閉するニードルと、前記コイルへの通電が断たれたときにニードルを閉弁状態に付勢する閉弁バネとからなり、前記ニードルのコア側端部は前記アマチュアを貫通した状態でストッパに固定され、前記アマチュアの反コア側端部は前記ニードルの中間部に有する段付部と係合され、前記閉弁バネは前記固定コアとアマチュアのコア側端面との間に設置され、前記コイルへの通電時に発生する電磁力により前記閉弁バネの付勢力に抗して前記ストッパを介してニードルを開弁方向に移動するように構成してなる燃料噴射弁において、前記ストッパとニードルとは、前記コイルへの通電時に前記アマチュアがニードルに対し軸方向に所定量だけ移動可能な隙間を有する状態で固定し、前記段付部とアマチュアとは、前記コイルへの通電が断たれたときに前記アマチュアがニードルに対し軸方向に所定量だけ移動可能な隙間を有する状態で係合されたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
ニードルが閉弁を開始した時点から弁座に着座するまでの期間において「燃料圧力によりニードルが受ける力Fｎ」、「閉弁バネがアマチュアを押圧する力Fs」、「残留磁場に
よりアマチュアが受ける力Fm」、「ニードルの質量Mn」および「アマチュアの質量Ma」の関係が下記式を満足する構造としたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【数１】
0004637930.tif 000005
【請求項３】
ニードルが閉弁開始した時点から弁座に着座するまでの期間において「燃料圧力によりニードルが受ける力Fｎ」、「閉弁バネがアマチュアを押圧する力Fs」、「ニードルの質
量Mn」および「アマチュアの質量Ma」の関係が下記式を満足する構造としたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【数２】
0004637930.tif 000006
【請求項４】
可変燃圧システムを採用する内燃機関にあっては、可変燃圧範囲のうち高燃圧時においてのみ適用することを特徴とする請求項２あるいは請求項３に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
アマチュアがニードルに対し軸方向に移動可能な所定の量をニードル移動量の１０％以下としたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
ニードルとストッパとの固定に際し、上記アマチュアがニードルに対し所定量だけ移動可能となるように調節しながらアマチュアを挟むようにストッパをニードルに圧入あるいは溶接する構造としたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の燃料噴射弁に関し、特に内燃機関の燃料供給系に使用される電磁式燃料噴射弁の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料噴射弁の一般的な構成を図１に従って説明する。図１に示すように、燃料噴射弁１は、大きくはソレノイド装置２及び弁装置１２から構成されている。ソレノイド装置２は、磁気回路のヨーク部分であるハウジング３と、磁気回路の固定鉄心部分であるコア４と、コネクタ６を介して外部から給電されるコイル５と、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア７と、アマチュア７に連結されたニードル８を下流方向に付勢する閉弁バネ９とからなっている。なお、燃料は燃料噴射弁１の上部にある燃料入口１０から供給され下部の弁座１５から噴射されるものであり、燃料入口１０側を上流、弁座１５側を下流と呼ぶこととする。
【０００３】
一方、弁装置１２は、上記コア４の一部とアマチュア７とを収容し、ハウジング３に連結された中空状のボディ１３と、上記ボディ１３内でアマチュア７に連結されたニードル８と、上記ボディ１３の下流側に設けられニードル８の摺動を案内するガイド１４と、上記ニードル８が接離して噴射口１５Ａを開閉し、燃料の流れを制御する弁座１５とからなっている。このような燃料噴射弁１の動作は周知であるのでここでは説明を省略する。
【０００４】
従来の燃料噴射弁１の詳細構成について、以下ソレノイド装置２および弁装置１２の一部拡大図である図５乃至図７を参照して説明する。一般的な従来の燃料噴射弁１では図５に示すようにアマチュア７とニードル８は溶接あるいは圧入などで一体化され、アマチュア７を閉弁バネ９により下流側へ押圧されている。ところが、前述したようにコイル５への通電による電磁駆動方式であるため、コイルへの励磁あるいは非励磁により移動部材が上下動するようになっている。この上下動により、アマチュア７のコア４への衝突が生じ、あるいはニードル８の弁座１５への衝突が生じる結果、衝突時の衝撃によりそれぞれの移動部材にバウンドが発生し、これに伴い燃料噴射量を正確にコントロールできなくなることがある。
【０００５】
このバウンドの問題に対処するため、図６、図７に示すようにニードル８とアマチュア７を別体構造にする燃料噴射弁が提案されている。図６はニードル８の上流側端部がアマチュア７を貫通し、その先端部をストッパ１６により溶接等により固定するが、その際ニードル８(段付部１９)とアマチュア７との間にバネ等の弾性材１７を介挿させると共に、上記ストッパ１６の上部から閉弁バネ９にてニードル８及びアマチュア７を下流側へ押圧するように構成している。上記弾性材１７の存在によりアマチュア７がニードル８に対して軸方向に所定量だけ移動可能となるため、衝突による衝撃力が緩和される。（例えば、特許文献１を参照）
【０００６】
また、図７は図６と同様にニードル８とアマチュア７を別体構造にしているが、ストッパ１６とアマチュア７との間にバネ等の弾性材１７を介挿させない構造とし、それに代えてストッパ１６とアマチュア７の上端部２０が接地しているとき、ニードル８の段付部１９とアマチュア７の下端部２１とは所定の隙間が形成されるように構成している。
今、アマチュア７がコア４に吸引され衝突が生じたとすると、衝突の衝撃によりアマチュア７は反対側にバウンドするが、ニードル８は上昇運動の慣性により更にコア４側に移動しようとする。すなわちアマチュア７とニードル８とは反対方向のエネルギーを有しているため、アマチュア７とニードル８との相対的な移動を上記ニードル８の段付部１９とアマチュア７の下端部２１との隙間により許容することにより、衝突によるエネルギーを相殺することができる。（例えば、特許文献２を参照）
【０００７】
【特許文献１】特表２００２−５０６５０２号公報
【特許文献２】特開２００６−１７１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１のようなアマチュア７とニードル８とをバネ等の弾性材１７で結合する構造では、部品数、行程数が大幅に増加し、構造の複雑化を招く問題がある。また特許文献２の構造では、上記ニードル８の段付部１９とアマチュア７の下端部２１との隙間の存在によりアマチュア７の位置が固定できないため、内燃機関の振動などの影響で閉弁時のアマチュア７とコア４との距離が一定にならず、開弁に要する時間にばらつきが生じ、噴射量精度が悪化する問題がある。
【０００９】
この発明の燃料噴射弁は、上述したような問題を解決するためになされたもので、部品数、工程数を増加することなくニードルのバウンドを抑制し、かつ閉弁時のアマチュア位置を固定可能な構造として噴射量リニアリティ精度ならびに噴射量精度の向上を実現することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の燃料制御装置は、コイルへの通電を断続することによりコアから離間あるいはコアに吸引されるアマチュアと、前記アマチュアの往復移動に付随してその反コア側端部が弁座を開閉するニードルと、前記コイルへの通電が断たれたときにニードルを閉弁状態に付勢する閉弁バネとからなり、前記ニードルのコア側端部は前記アマチュアを貫通した状態でストッパに固定され、前記アマチュアの反コア側端部は前記ニードルの中間部に有する段付部と係合され、前記閉弁バネは前記固定コアとアマチュアのコア側端面との間に設置され、前記コイルへの通電時に発生する電磁力により前記閉弁バネの付勢力に抗して前記ストッパを介してニードルを開弁方向に移動するように構成してなる燃料噴射弁において、前記ストッパとニードルとは、前記コイルへの通電時に前記アマチュアがニードルに対し軸方向に所定量だけ移動可能な隙間を有する状態で固定し、前記段付部とアマチュアとは、前記コイルへの通電が断たれたときに前記アマチュアがニードルに対し軸方向に所定量だけ移動可能な隙間を有する状態で係合されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、開弁時の応答性を向上することができると共に、ニードルの開弁時のバウンドを、部品点数の増大を招くことなく簡単な構造で抑制することができる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。図２に実施形態１による燃料噴射弁１の詳細構成をソレノイド装置２および弁装置１２の一部拡大図で示している。図２において、ニードル８の側面に段付部１９を設置し、その上流側からニードル８を貫通するようにアマチュア７を乗せて、その先端部をストッパ１６により溶接等により固定するが、その際ストッパ１６をアマチュア７がニードル８に対し所定の量だけ移動可能となるように調節しながら圧入、溶接されるようになされている。また、上記アマチュア７の上端面２０に閉弁バネ９を当接させてアマチュア７ひいてはニードル８を下流側へ押圧しニードル８と弁座１５との閉弁動作を行う。なお、アマチュア７は燃料通路となる貫通孔１８を備えており、この貫通孔１８は流路絞り部とならないように噴射量に対し十分な流路面積を有している。
【００１３】
以下、図３に従って実施形態１による燃料噴射弁１の動作を説明する。図３（a）はコイル５への通電が行われていない閉弁状態を示しており、ストッパ１６をニードル８の先端部に溶接するときにアマチュア７とニードル８との間が所定の量だけ軸方向に移動可能となるように設定されている。閉弁バネ９によりアマチュア７を押圧することで通電直前では図に示すようにアマチュア７が常に下流側当接面２１でニードル８と接地した状態で閉弁状態を維持している。
【００１４】
図３（b）は通電が開始された開弁直前の状態を示しており、通電後、電磁力により先ずアマチュア７のみがコア４へ吸引され、図に示すようにアマチュア７の上流側当接面２０でストッパ１６の下端面と衝突した後、アマチュア７はニードル８と一体となって開弁していく。これによりアマチュア７が初速を持った状態でニードル８を移動させることができるので（ニードル移動量ｘ）、開弁速度が速くなり、応答性が向上して噴射量精度の向上が実現できる。この状態ではアマチュア７の下端面２１とニードル８の段付部１９の上端面との間には、後で説明する移動可能な所定量の隙間ｙが形成されている。
【００１５】
図３（c）は通電ありで開弁状態を示しており、図３(ｂ）の状態から開弁動作が進行し、アマチュア７とコア４が衝突した状態を示す。衝突が発生すると、その衝撃でアマチュア７のみが下流側へバウンドする一方、ニードル８は慣性力が働くためそのまま上流側へオーバーシュートする。このときアマチュア７のバウンド量とニードル８のオーバーシュート量の和が、上述したアマチュア７がニードル８に対して移動可能な所定の量ｙと等しくなったとき、アマチュア７とニードル８は逆方向の力を持って下流側当接面２１で衝突し互いの動きを相殺するためニードル８の開弁時バウンドを抑制することができ、バウンドによる噴射量リニアリティ精度の悪化を防止できる。
【００１６】
図３(d）は再び通電が停止され、アマチュア７が閉弁バネ９によって下流側に付勢される閉弁直前の状態を示している。この際、閉弁バネ９が直接アマチュア７を下流側に付勢すると共に、ニードル８の弁座１５への衝突によるバウンドがあっても、アマチュア７の下端面２１と段付部１９との間の移動可能な所定量の隙間があるため、アマチュア７の慣性力と相殺される。また、閉弁バネ９がアマチュア７を押圧する構造とすることにより閉弁状態が維持されるので、特許文献２のような振動等の影響でアマチュア７が軸方向に容易に移動することがなく、噴射量精度が悪化するようなことがない。
【００１７】
以上の説明からこの発明の実施の形態１の燃料噴射弁は、開弁時の応答性が向上し、且つニードル８の開弁時のバウンドを抑制することが、部品点数の増大を招くことなく簡単な構造で達成することができる。特に移動可能な所定量の隙間を、ストッパ１６をニードル８に固定する際、ストッパ１６をアマチュア７がニードル８に対し所定の量だけ移動可能となるように調節しながら圧入、溶接されうる構成となっているため、上記隙間の設定方法が極めて簡単となる。なお、上記移動可能な所定量の値はニードル８の移動量の１０％以下にすることにより、ニードル８のバウンド量が噴射量のリニアリティ精度に対して影響を与えないレベルとすることができる。
【００１８】
実施の形態２．
筒内噴射用の内燃機関では、噴射可能範囲の拡大や噴霧を微粒化するために噴射燃料が高圧化されている。この高圧化に伴う燃圧によりニードル８に掛かる力が大きくなるためニードル８が弁座１５に着座した際の衝突荷重が増大し、ニードル８と弁座１５の着座面が磨耗して耐久性が悪化する問題がある。
この問題に対処するため、ニードル８が閉弁を開始した時点から弁座に着座するまでの期間において、「燃料圧力によりニードル８が受ける力をFｎ」、「閉弁バネ９がアマチュア７を押圧する力をFs」、「残留磁場によりアマチュア７が受ける力をFm」、「ニードルの質量をMn」および「アマチュアの質量をMa」とした場合、
【００１９】
【数１】
0004637930.tif 000002
となる関係を有する構造とすることにより、ニードル８はアマチュア７より閉弁速度が速くなり、図３（ｄ）に示すようにアマチュア７とニードル８は上流側当接面２０で接地したままニードル８が弁座１５に着座する。これにより上記Ｆｓが着座の衝突荷重に含まれなくなるためニードル８と弁座１５の着座面の磨耗が抑制され、耐久性を向上させることができる。
【００２０】
また、アマチュア７とニードル８が上流側当接面２０で接地したままニードル８が弁座１５に着座すると、ニードル８は弁座１５と衝突し、上流側へバウンドするが、アマチュア７は慣性力と閉弁バネ９の押圧力により下流側へオーバーシュートする。このときニードル８のバウンド量とアマチュア７のオーバーシュート量の和とアマチュア７がニードル８に対して移動可能な所定の量が等しくなったときアマチュア７とニードル８は逆方向の力を持って下流側当接面２１で衝突し、互いの動きを相殺するためニードル８の閉弁時バウンドも抑制することで、微粒化されにくい二次噴射の発生を防止できる。
【００２１】
なお、上記（１）式は「残留磁場によりアマチュア７が受ける力Fm」が無視できる場合は、
【数２】
0004637930.tif 000003
となる関係を有する構造とすることにより、上記（１）式の場合と同様、閉弁時のニードル８と弁座１５との衝突荷重を低減することができ、ニードル８と弁座１５との着座面の磨耗を抑制し、その耐久性を向上させることができる。
【００２２】
可変燃圧システムを採用する内燃機関においては、システム燃圧全域で上記(１)式、（２）式を満足する構造では燃料噴射弁１の構成自由度を大幅に低下させ、また低燃圧時、つまり上記Ｆｎが小さい状況では閉弁速度の低下が問題となる。そこで可変燃圧範囲のうち一部の範囲すなわちニードル８と弁座１５の着座面の磨耗が大きくなる高燃圧時のみ、即ち、上記Ｆｎが大きい場合のみ上記(１)式、（２）式を満足する構造とする。このとき、上記Ｆｎの小さい低燃圧時では次の（３）式が成立する構造とすることにより、アマチュア７とニードル８は下流側当接面２１で接地した状態で着座し、ニードル８にかかる力はＦｎ＋Ｆｓとなるため閉弁速度の低下を防止できる。これによりニードル８と弁座１５の着座面の磨耗抑制と閉弁速度の低下防止を両立することができる。
【数３】
0004637930.tif 000004
【００２３】
実施の形態３．
図４に実施形態３による燃料噴射弁１の詳細構成を示している。図４において、（b）は（a）のＡ−Ａ線断面図を示している。図２で説明した実施形態１と異なる部分はニードル８とアマチュア７との固定方法のみである。すなわち、図２ではニードル８の側面に段付部１９を設置し、その上流側からニードル８を貫通するようにアマチュア７を乗せて、その先端部をストッパ１６により溶接等により固定するようにしていたが、図４ではニードル８の側面に、上下端面がそれぞれアマチュア７の上端面２０、下端面２１との当接面となる溝２２を設けると共に、アマチュア７の一部にスリット２３(図４（b）参照)を有する形状とし、Ｃ型形状のアマチュア７を上記スリット２３を介してニードル８に嵌め込む構造としたものである。
【００２４】
これにより、Ｃ型形状のアマチュア７を単にニードル８に嵌め込むだけで済むため、アマチュア７の上端面２０を形成するストッパ１６が不要となり、部品数、行程数を削減することができる。また、アマチュア７をＣ型としたことで燃料の流路が確保しやすくなり、また、磁気通路形状の自由度も拡大するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明における内燃機関用燃料噴射弁の全体概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の一部拡大構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の動作を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態３による燃料噴射弁の一部拡大構成図である。
【図５】従来の燃料噴射弁の一形態を示す一部拡大構成図である。
【図６】従来の燃料噴射弁の他の形態を示す一部拡大構成図である。
【図７】従来の燃料噴射弁の更に他の一形態を示す一部拡大構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    燃料噴射弁、    ２    ソレノイド装置、    ３    ハウジング、
４    コア、    ５    コイル、    ６    コネクタ、
７    アマチュア、    ８    ニードル、    ９    閉弁バネ、
１０    燃料入口、    １２    弁装置、
１３    ボディ、    １４    ガイド、
１５    弁座、    １６    ストッパ、    １７    弾性材、
１８    貫通孔、    １９    段付部、    ２０    上端面、
２１    下端面、    ２２    溝部。
【図１】
0004637930.tif 000007
【図２】
0004637930.tif 000008
【図３】
0004637930.tif 000009
【図４】
0004637930.tif 000010
【図５】
0004637930.tif 000011
【図６】
0004637930.tif 000012
【図７】
0004637930.tif 000013