(57)【要約】【課題】  開弁応答性と閉弁応答性の両立を可能とした電磁式燃料噴射弁を提供する。【解決手段】  フェイスタイプのアーマチャ４０を有し、コア２０内の電磁コイル２１の励磁により、アーマチャ４０と一体化しているニードルバルブ５０を駆動することで燃料噴射孔１２と燃料噴射口１３間の燃料供給通路１０ａの連通／遮断を切り替える燃料噴射弁において、コア２０とアーマチャ４０との間のリターンスプリング３０に非線形スプリングを用い、コア２０とアーマチャ４０との間隙が小さいときのバネ定数をその間隙が大きいときのバネ定数に比べて大きく設定する。【選択図】  図１
2005023906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、前記ケース内に固定されて内部に電磁コイルを有しているコアと、該電磁コイルの励磁に応答して前記コアに対して前記ケース内を移動するフェースタイプのアーマチャと、前記コアと前記アーマチャとを接続するリターンスプリングと、前記アーマチャに連結されて前記アーマチャを前記コア方向へ移動させた場合に燃料供給口と１つないし複数の燃料噴射孔とを連通させるニードルバルブとを備える電磁式燃料噴射弁において、
前記リターンスプリングのバネ特性を、前記ニードルバルブによる弁開度が大きいときのバネ定数が前記ニードルバルブによる弁開度が小さいときのバネ定数に比べて大きくなるよう設定したことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
【請求項２】
ケースと、前記ケース内に固定されて内部に電磁コイルを有しているコアと、該電磁コイルの励磁に応答して前記コアに対して前記ケース内を移動するフェースタイプのアーマチャと、前記コアと前記アーマチャとを接続するリターンスプリングと、前記アーマチャに連結されて前記アーマチャを前記コア方向へ移動させた場合に燃料供給口と１つないし複数の燃料噴射孔とを連通させるニードルバルブとを備える電磁式燃料噴射弁において、
前記コアと前記アーマチャのそれぞれの対向する面に、相互に反発するよう極が配置されている永久磁石をさらに備え、該永久磁石による反発力は前記アーマチャが前記コアへ近接および着座している場合に有効に作用するよう設定されていることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の燃料供給等に用いられる電磁式燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関への燃料供給装置として電磁式燃料噴射弁が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このような電磁式燃料噴射弁には、プランジャータイプのものと、フェイスタイプのものがある。フェイスタイプの電磁式燃料噴射弁は、コア部内の電磁コイルの励磁によって駆動する平板状のアーマチャを有し、このアーマチャと一体に可動するニードルバルブにより燃料噴射孔と燃料供給口との連通／遮断を切り替えることにより、その連通時に燃料供給口へ供給される燃料を燃料噴射孔から噴射する構成をとる。このようなフェイスタイプのアーマチャを利用することでアーマチャの吸引面積を大きくとることができ、高い吸引力を発生できる利点がある。
【０００３】
特許文献１の技術は、このようなフェイスタイプのアーマチャを用いた電磁式燃料噴射弁において燃料通路の形状を工夫することによりニードルバルブの閉弁時のバウンスを抑制し、二次噴射の抑制と開弁時の騒音低減を図ると記載されている。
【特許文献１】特開平８−２１０２１７号公報（段落００３７〜００５５、図１〜図１２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の燃料噴射弁における噴射量精度、噴射圧向上のためには、コアとアーマチャの吸引特性の改善が有効である。開弁応答性の向上には、コアとアーマチャの実質的な吸引力を増大させることが有効であるが、吸引力を増大させた場合、閉弁応答性を向上させるためには、コア中のコイルの残留磁束の影響もあるため、アーマチャのコアからの離脱力を大きくする必要があるが、これは実質的な吸引力増大と両立させることが難しかった。すなわち、従来の技術では、開弁応答性と閉弁応答性の両立が困難であり、いずれかを犠牲にせざるを得なかった。
【０００５】
そこで、本発明は開弁応答性と閉弁応答性の両立を可能とした電磁式燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る電磁式燃料噴射弁は、ケースと、ケース内に固定されて内部に電磁コイルを有しているコアと、この電磁コイルの励磁に応答してコアに対してケース内を移動するアーマチャと、コアとアーマチャとを接続するリターンスプリングと、アーマチャに連結されてアーマチャをコア方向へ移動させた場合に燃料供給口と１つないし複数の燃料噴射孔とを連通させるニードルバルブとを備える電磁式燃料噴射弁において、（１）リターンスプリングのバネ特性を、ニードルバルブによる弁開度が大きいときのバネ定数がニードルバルブによる弁開度が小さいときのバネ定数に比べて大きくなるよう設定したことをを特徴とする。
【０００７】
このようにニードルバルブの弁開度に応じてバネ定数が変化する非線形スプリングをリターンスプリングとして用いることで、ニードルバルブが燃料供給口と燃料噴射孔とを連通させる開弁時（弁開度が小さいとき）のリターンスプリングの反力を小さくすることができる。反対に、弁開度が大きいときには、リターンスプリングの反力を線形スプリングを用いた場合に比べて大きくすることができる。さらに、アマーチャをコアから離脱させる閉弁時（弁開度が大きいとき）には、リターンスプリングによる脱離力を大きくすることができる。
【０００８】
あるいは、本発明に係る電磁式燃料噴射弁は、（１）に代えて、コアとアーマチャのそれぞれの対向する面に、相互に反発するよう極が配置されている永久磁石をさらに備え、該永久磁石による反発力はアーマチャがコアへ近接および着座している場合に有効に作用するよう設定されているものでもよい。これらの永久磁石によってコアとアマーチャが近接および着座している場合に、両者の間に反発力を発生させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
このようにニードルバルブによる弁開度に応じてバネ定数が変化する非線形スプリングをリターンスプリングとして用いることで、開弁時のリターンスプリングの反力を小さくし、開弁応答性を向上させる。弁開度が大きくなったときには、リターンスプリングの反力を線形スプリングを用いた場合に比べて大きくして、アマーチャーがコアに着座するフルリフト時の衝撃力を緩和する。さらに、アマーチャをコアから離脱させる際の脱離力を大きくすることで、閉弁応答性も向上する。そして、弁開度が小さくなると、リターンスプリングによる脱離力が小さくなるため、閉弁時のバウンスも抑制される。これにより、開弁応答性と閉弁応答性の両立が可能となる。
【００１０】
あるいは、コアとアーマチャそれぞれの対向面に永久磁石を配置することにより、これらの永久磁石によってコアとアマーチャの間に反発力を発生させ、開弁応答性を維持したまま、アマーチャーがコアに近接した場合における電磁コイルによる吸引力に対して働く反発力を大きくして、アマーチャーがコアに着座するフルリフト時の衝撃力を緩和し、閉弁応答性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は、本発明に係る電磁式燃料噴射弁の第１の実施形態の構成を示す概略図である。この燃料噴射弁１００は、円筒状のケース１０内に固定されている同じく円筒状の固定子であるコア２０とケース１０の軸方向に移動可能に配置された略平板状のフェイスタイプの可動子であるアーマチャ４０を備えている。コア２０内には略円筒状の電磁コイル（ソレノイド）２１が配置されている。一方、アーマチャ４０は鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体からなり、ソレノイド２１の励磁に応答してケース１０内を移動する。アーマチャ４０はコア２０とリターンスプリング３０によって接続される。また、アーマチャ４０のコア２０に対向する面と反対の面にはケース１０の軸方向に延びて先端を尖らせたニードルバルブ５０が一体的に接続されている。ケース１０のニードルバルブ５０側端部には、バルブシート１１が接続されており、バルブシート１１の先端部に燃料噴射孔１２が設けられている。また、ケース１０の上端には燃料供給口１３が設けられている。ニードルバルブ５０は、アーマチャ４０と一体的にケース１０内を移動することにより、燃料噴射孔１２と燃料供給口１３の間に形成される燃料供給通路１０ａの遮断／連通を切り替える機能を有する。
【００１３】
この第１の実施形態では、リターンスプリング３０として非線形バネを用いている。図２にそのバネ特性を示す。横軸が圧縮量Ｃ、縦軸が圧縮に要する荷重（反発力であるバネ力に等しい）ｆとすると、圧縮量ＣがＣ0以下の場合には、ｆ＝ｋ1×Ｃであり、圧縮量ＣがＣ0を超えると、ｆ＝ｋ2×Ｃ−（ｋ2−ｋ1）Ｃ0となる（ここで、ｋ2＞ｋ1である）。このＣ0は、ニードルバルブ５０がバルブシート１１の内面に接し、燃料噴射孔１２と燃料供給口１３の連通を遮断している閉弁状態とアマーチャ４０がコア２０に接する（着座する）フルリフト時点の間、好ましくはフルリフト側寄りに設定されている。つまり、コア２０とアマーチャ４０との間隙が小さいときのバネ定数ｋ2は、コア２０とアマーチャ４０との間隙が大きいときのバネ定数ｋ1に比べて大きく設定されており、バネ定数が一定でない非線形に設定されている。
【００１４】
図３、図４に、リターンスプリングに線形バネを用いた場合（図３）と、非線形バネを用いた場合（図４）で、開弁から閉弁までの一連の動作時にアーマチャ４０に働く力の変化を比較して示している。
【００１５】
燃料噴射弁１００の閉止時には、いずれの場合でもニードルバルブ５０がバルブシート１１に押しつけられている。具体的には、燃料供給口１３と燃料噴射孔１２との圧力差であるシート差圧力Ｆspと、リターンスプリング３０の反発力Ｆsrがアマーチャ４０、ニードルバルブ５０に作用して、ニードルバルブ５０により燃料供給通路１０ａを遮断している。この閉止時のＦspとＦsrおよびその和は第１の実施形態でも従来技術と同等の値に設定されている。
【００１６】
ソレノイド２１に通電すると、ソレノイド２１は磁界を形成し、その励磁によってコア２０とアーマチャ４０間に吸引力Ｆsaが生成される。この吸引力Ｆsaは、コア２０とアーマチャ４０間の間隙が狭いほど大きくなる。Ｆsaを閉止時のＦspとＦsrの和より大きく設定しておくことにより、アーマチャ４０に働く合力Ｆはコア２０方向に作用することとなり、アーマチャ４０がコア２０方向に移動する。これにより、ニードルバルブ５０がバルブシート１１から離隔され、燃料供給通路１０ａが連通されるので、燃料供給口１３から供給される燃料の燃料噴射孔１２からの噴射が開始される。したがって、各力のバランスを適切に設定して開弁時の合力Ｆを確保することにより、開弁応答性を向上させることができる。開弁によってシート差圧力Ｆspは０となる。この結果、合力Ｆは大きくなり、アーマチャ４０のコア２０方向への移動速度が加速される。
【００１７】
コア２０とアーマチャ４０の間隙が小さくなるにしたがい、ソレノイド吸引力Ｆsaと、バネ力Ｆsrはいずれも増大する。図３に示される従来の場合は、合力Ｆは間隙が小さくなるにしたがい、増大するか、ある間隙で極大値を有するが、アーマチャ４０がコア２０と接する着座時（フルリフト時）まで合力Ｆが大きいため、着座時の衝撃が大きくなり、これにより、アーマチャ４０がコア２０から離隔して振動を発生させ、燃料噴射量を変動させる可能性がある。これに対して、図４に示される本実施形態によれば、リターンスプリング３０のバネ定数をコア２０とアーマチャ４０の間隙が大きいときに比べてその間隙が小さいときには大きくなるように設定しているため、反発力Ｆsrは間隙が小さくなると急激に増大する。このため、コア２０とアーマチャ４０の間隙がある程度小さくなる開弁後期においては、合力Ｆをその間隙が大きい開弁前期に比べて小さくすることができる。このため、アーマチャ４０がコア２０に着座する際の衝撃力を緩和し、振動発生を抑制するので、燃料噴射量の変動も抑制できる。
【００１８】
閉弁時には、ソレノイド２１への通電を停止させる。ソレノイド２１への通電が停止されても、残留磁束による吸引力Ｆsa'が存在する。このため、アーマチ
ャ４０をコア２０から離隔させる合力Ｆは、リターンスプリング３０の反発力Ｆsrより吸引力Ｆsa'分小さくなる。本実施形態では、従来よりコア２０とアーマ
チャ４０の間隙が小さいときのリターンスプリング３０の反発力Ｆsrが大きく設定されているため、その分だけアーマチャ４０をコア２０から離隔させる際の合力Ｆを大きくすることができる。この結果、閉弁応答性も向上する。この合力Ｆは、コア２０とアーマチャ４０との間隙が大きくなると、従来の場合と同一となるため、閉弁後期、つまり、ニードルバルブ５０がバルブシート１１に接する際の合力Ｆは抑制されるので、閉弁時の衝撃を抑制して、これによって発生しうる二次噴射を防止することができる。
【００１９】
このように本実施形態によれば、開弁応答性と閉弁応答性を両立させることが可能となる。
【００２０】
次に、本発明に係る電磁式燃料噴射弁の第２の実施形態を図５を参照して説明する。この燃料噴射弁１１０の構成は、図１に示される第１の実施形態と類似しているが、リターンスプリング３１に線形バネを用いている点と、コア２０とアーマチャ４０のそれぞれの対向する面にリング状の永久磁石２２、４２を配置している点が相違する。
【００２１】
永久磁石２２、４２は、それぞれ内周側にＳ極、外周側にＮ極が存在し、リング状の端面に２極が配置される端面２極構造を有している。これにより、永久磁石２２と４２間には反発力が発生する。この反発力は図６に示されるようにコア２０とアーマチャ４０の間隙が小さいほど大きく、大きいほど減衰する。そして、ある間隙を超えると無視しうる。
【００２２】
図７に、この実施形態で開弁から閉弁までの一連の動作時にアーマチャ４０に働く力の変化を示す。
【００２３】
燃料噴射弁１００の閉止時から開弁初期の段階では、永久磁石２２と４２間の反発力Ｆsmは無視しうるため、図３に示される従来技術、図４に示される第１の実施形態と同様のことが該当する。このため、各力のバランスを適切に設定して開弁時の合力Ｆを確保することにより、開弁応答性を向上させることができる。
【００２４】
コア２０とアーマチャ４０の間隙が小さくなるにしたがい、ソレノイド吸引力Ｆsaと、バネ力Ｆsrはいずれも増大する。本実施形態では、さらに、間隙が小さくなると、永久磁石２２と４４の間に生ずる反発力Ｆsmが増大する。このため、コア２０とアーマチャ４０の間隙がある程度小さくなる開弁後期においては、第１の実施形態と同様に合力Ｆをその間隙が大きい開弁前期に比べて小さくすることができる。このため、アーマチャ４０がコア２０に着座する際の衝撃力を緩和し、振動発生を抑制するので、燃料噴射量の変動も抑制できる。
【００２５】
閉弁時には、ソレノイド２１への通電を停止させる。ソレノイド２１への通電が停止されても、残留磁束による吸引力Ｆsa'が存在する。このため、アーマチ
ャ４０をコア２０から離隔させる合力Ｆは、リターンスプリング３０の反発力Ｆsrと永久磁石２２と４２間の反発力Ｆsmとの和より吸引力Ｆsa'分小さくなる。
本実施形態では、永久磁石２２と４２との反発力Ｆsmの分だけアーマチャ４０をコア２０から離隔させる際の合力Ｆを従来より大きくすることができる。この結果、閉弁応答性も向上する。この反発力Ｆsmは前述したようにコア２０とアーマチャ４０との間隙が大きくなると、無視できるほど小さくなるため、合力Ｆは従来の場合と略同一になる。このため、閉弁後期、つまり、ニードルバルブ５０がバルブシート１１に接する際の合力Ｆは抑制されるので、閉弁時の衝撃を抑制して、これによって発生しうる二次噴射を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、筒内噴射等に用いられる内燃機関の燃料噴射装置に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る電磁式燃料噴射弁の第１の実施形態の構造を示す概略図である。
【図２】図１の噴射弁に用いられるリターンスプリングのバネ特性を示す線図である。
【図３】線形バネを用いた従来の電磁式燃料噴射弁においてアーマチャに働く力の位置による変化を説明する図である。
【図４】第１の実施形態の電磁式燃料噴射弁においてアーマチャに働く力の位置による変化を説明する図である。
【図５】本発明に係る電磁式燃料噴射弁の第２の実施形態の構造を示す概略図である。
【図６】第２の実施形態の電磁式燃料噴射弁における永久磁石間に働く反発力のコアとアーマチャ間の間隙による変化を示す線図である。
【図７】第２の実施形態の電磁式燃料噴射弁においてアーマチャに働く力の位置による変化を説明する図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０…ケース、１０ａ…燃料供給通路、１１…バルブシート、１２…燃料噴射孔、１３…燃料供給口、２０…コア、２１…ソレノイド（電磁コイル）、２２、４２…永久磁石、３０、３１…リターンスプリング、４０…アーマチャ、５０…ニードルバルブ、１００、１１０…燃料噴射弁。
【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】
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