(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射孔と、前記燃料噴射孔の近傍に配設される弁座と、前記弁座との接離により燃料通路の開閉を行う弁体と、前記弁体を前記弁座に押付けるスプリングと、前記弁体と前記スプリングとの間に設けられる前記弁体とは別体の連動部材と、前記弁体を駆動する駆動手段とを備える燃料噴射弁において、
前記弁体に、前記連動部材の前記弁体から離反する方向への可動範囲を規制する可動範囲規制部を設けることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
前記駆動手段として、前記弁体側に設けた可動鉄心と、前記可動鉄心を電磁力によって吸引する内側鉄心とを備え、
前記連動部材の前記可動鉄心側の端部に大径部を設け、前記可動範囲規制部を前記可動鉄心の内径部に設けられ前記大径部と係合する段差部によって構成したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記可動範囲規制部に弾性部材を設けることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記可動範囲規制部に、前記連動部材と前記弁体とによって燃料を閉じ込める空間を形成することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
前記弁体内に板ばねで構成した弾性部材を設け、
前記連動部材に、前記弁体から離反する方向に移動したときに前記板ばねの弁座側の面と係合する係合部と、前記方向とは反対の方向に移動したときに前記板ばねの前記面とは反対側の面と係合する係合部とを設け、
前記連動部材の前記弁体から離反する方向への可動範囲及び前記連動部材の前記弁体側への可動範囲が前記板ばねによって弾性的に規制されることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁において、前記連動部材と前記弁体との衝突部または摺動部に耐摩耗処理を施すことを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関に搭載され、燃料供給量を制御するための燃料噴射弁及びこれを搭載した内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射弁は、燃料噴射孔と、その近傍に配設される弁座と、弁座と対向する位置に、軸方向に摺動可能に支持された弁体と、スプリングとを備える。スプリングは、弁体を弁座方向へ押し付ける力を発生する。
スプリング力により弁座と弁体とが接触している状態では、燃料通路が閉じられるため、燃料噴射孔から燃料は噴射されない。
電磁力や燃料圧力などを利用した駆動手段により、弁体が軸方向に摺動し、弁座から離れている状態になると、燃料通路が開かれるため、燃料噴射孔から燃料が噴射される。このように、燃料噴射弁では、弁体の位置を切り替えることによって、燃料供給量を制御する。
ここで、弁体の位置を切り替える際には、弁座と弁体との衝突や、弁座とは軸方向の反対側にあるストッパ部材と弁体との衝突が起こる。この衝突時に弁体が跳ね返る挙動をバウンシングと呼ぶことにする。尚、磁気回路を構成する固定鉄心がストッパ部材を兼ねる場合と、固定鉄心とは別体のストッパ部材を設ける場合とがある。
特に、弁体とストッパ部材との衝突によるバウンシングは、燃料噴射弁への入力パルス幅に対する燃料噴射量の直線性を悪化させる場合があり、抑制することが望ましい。
バウンシングを抑制するための従来技術として、特開平５−２２３０３１号公報がある。この従来技術では、弁体の軸（以下ではロッドと記す）に穴を設け、その中に磁性粉体を封入する。弁体がストッパ部材に衝突すると、磁性粉体はある遅れを持って穴の上部に衝突する。これにより、弁体にはたらく反発力を打ち消して、バウンシングを抑制しようとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、次のような課題があった。
弁体のロッドに穴を設ける必要があるため、ロッドの剛性を確保しようとすれば、ロッドの外径寸法が大きくなるため、外径寸法の小さい燃料噴射弁には適用しにくい。
また、ロッドに深い穴を設ける加工が困難である。
また、磁性粉体の質量は、穴の容積の範囲で選定する必要があり、適切な質量を選定することが困難である。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題を解決し、ロッドに穴を設ける必要がなく、よって外径寸法の小さい燃料噴射弁にも適用可能なバウンシング抑制構造を搭載した燃料噴射弁を得ることである。また、困難な深い穴加工を伴わず、さらに、適切な付加質量を選定できるため効果の高い、バウンシング抑制構造を搭載した燃料噴射弁を得ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明では、燃料噴射孔と、前記燃料噴射孔の近傍に配設される弁座と、前記弁座との接離により燃料通路の開閉を行う弁体と、前記弁体を前記弁座に押付けるスプリングと、前記弁体と前記スプリングとの間に設けられる前記弁体とは別体の連動部材と、前記弁体を駆動する駆動手段とを備える燃料噴射弁において、前記弁体に、前記連動部材の前記弁体から離反する方向への可動範囲を規制する可動範囲規制部を設けるようにする。
【０００６】
前記連動部材の前記可動鉄心側の端部に大径部を設け、前記可動範囲規制部を前記可動鉄心の内径部に設けられ前記大径部と係合する段差部によって構成するとよい。
また前記可動範囲規制部に弾性部材を設けるようにするとよい。
また燃料噴射弁において、前記可動範囲規制部に、前記連動部材と前記弁体とによって燃料を閉じ込める空間を形成するようにするとよい。
また前記弁体内に板ばねで構成した弾性部材を設け、前記連動部材に、前記弁体から離反する方向に移動したときに前記板ばねの弁座側の面と係合する係合部と、前記方向とは反対の方向に移動したときに前記板ばねの前記面とは反対側の面と係合する係合部とを設け、前記連動部材の前記弁体から離反する方向への可動範囲及び前記連動部材の前記弁体側への可動範囲が前記板ばねによって弾性的に規制されるようにするとよい。
また前記連動部材と前記弁体との衝突部または摺動部に耐摩耗処理を施すようにするとよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の一実施形態を説明する。
＜図１〜図４ 第一の実施形態＞
図１は本発明の燃料噴射弁の一実施形態を表す。
オリフィスプレート１には燃料噴射孔２、弁座３が設けられる。オリフィスプレート１はノズルホルダ１１の先端部に固定されている。オリフィスプレート１とノズルホルダ１１の間にはスワラ１２を設ける。またノズルホルダ１１の内部にはガイドプレート１３を固定する。弁体４は、ガイドプレート１３の中央部に設けられる穴と、スワラ１２の内径部とによって案内される。
【０００８】
弁体４は、可動鉄心５と、筒状部材６、ロッド７を結合してなる。可動鉄心５の内部に設けられるダンパプレート８は、筒状部材６の上端面によってその外周部８０１が支持されるようにする。連動部材１０は内側鉄心９の内部に軸方向に摺動可能なように支持される。連動部材１０の先端部はダンパプレート８の内周部８０２に接触するようにする。ダンパプレート８は、その外周部８０１が支持され、内周部８０２が軸方向にたわむことにより、板ばねとして機能する。
【０００９】
ノズルホルダ１１は、ノズルハウジング１４の内部に固定される。ノズルホルダ１１の上端部には、弁体４のストロークを調整するためのリング１５を設ける。内側鉄心９の内部にはスプリングピン１９が固定さる。スプリングピン１９の下端部を固定端として、スプリング２０が圧縮状態で設けられる。スプリング力は、連動部材１０を介して、弁体４に伝達され、弁体４は弁座３に押し付けられる。この状態では、燃料通路が閉じられるため、燃料噴射孔２からの燃料噴射は行われない。
【００１０】
ノズルホルダ１４、可動鉄心５、内側鉄心９、プレートハウジング１６、外側鉄心１７によって、コイル１８の周りを一巡する磁気回路が構成される。コイル１８に電流を流すと、可動鉄心５は内側鉄心９に電磁力によって吸引され、弁体４は、その上端面が内側鉄心９の下端面に接触する位置まで移動する。この状態では、弁体４と弁座３の間に隙間ができるため、燃料通路が開かれ、燃料供給口２１から供給された燃料が、スワラ１２によって旋回力を与えられて、燃料噴射孔２から噴射される。
【００１１】
燃料噴射弁のはたらきは、上記のように、弁体４の位置を切り替えることによって、燃料供給量を制御することである。
【００１２】
ここで、弁体４の位置を切り替える際には、弁体４と弁座３との衝突や、弁体４と内側鉄心９との衝突が起こる。この衝突時に起こる弁体４の跳ね返り挙動、いわゆるバウンシングによって、燃料噴射量の微小なばらつきが生じる可能性があるため、バウンシングは抑制することが望ましい。
【００１３】
本実施例は、特に、弁体４と内側鉄心９との衝突によるバウンシングを抑制することを目的とする。
【００１４】
そこで本実施例では、連動部材１０の下端部に大径部１０１を設け、可動鉄心５の内径に設けた段差部５０１に係合するようにする。言い換えれば、弁体４に、連動部材１０のスプリング側への可動範囲を規制する可動範囲規制部としての段差部５０１を設ける。このような構成により、弁体４のバウンシングが抑制されるメカニズムを図２及び図３を用いて説明する。
【００１５】
図２は、燃料噴射弁のうち、オリフィスプレート１、弁体４、内側鉄心９、連動部材
１０、スプリング２０のみを取り出し、閉弁保持状態から開弁保持状態に遷移する過程を、（ａ）〜（ｄ）の順に示したものである。
（ａ）「閉弁保持」は、スプリング２０により弁体４がオリフィスプレート１に押し付けられている状態を表す。
（ｂ）「開弁」は、図示しないコイルに電流を流すことにより、電磁力が作用して、弁体４が内側鉄心９に吸引され、両者が衝突した瞬間を表す。
（ｃ）「開弁直後」では、弁体４と内側鉄心９とが衝突した後も、連動部材１０が慣性によって上方に移動する。連動部材１０の下端部の大径部１０１は、可動鉄心の段差部501に係合する。これにより、連動部材１０から弁体４に、矢印Ａのように上向きの力が作用する。開弁直後は、衝突の反動で、弁体４は下向きに跳ね返ろうとするが、連動部材１０からの上向きの力である矢印Ａがこれを抑制することになる。尚、弁体４が内側鉄心９に吸引保持されている状態で、さらに、大径部１０１が段差部５０１に係合している状態においても、スプリング２０は密着しないようにしておく。
（ｄ）「開弁保持」は、連動部材１０はスプリング力によって再び元の位置に戻った様子を表す。
【００１６】
同じ過程について、図３のグラフを用いて説明する。図３は弁体４が駆動されるときの入力パルス、コイルに流れる電流、弁体変位を、横軸を時間にとったグラフで表したものである。入力パルスがオンになると、大電流が立ち上がり、弁体が閉弁位置から、開弁位置に向かって移動する。本発明の構成をとらない場合には、弁体４は開弁位置で内側鉄心９に衝突した後、実線▲１▼のようにバウンシングを起こす。本発明の構成によれば、開弁直後に、連動部材１０が慣性によって上方に移動し、弁体と係合する。よって連動部材１０から弁体４へ上向きの力が作用するため、破線▲２▼のように、バウンシングを抑制することができる。
【００１７】
さらに図４を加えて、本実施例の効果についてさらに詳しく説明する。
【００１８】
図４は燃料噴射弁への入力パルス幅と噴射量の関係を表すグラフである。本実施例の構成をとらない場合、弁体４の開弁位置でのバウンシングの影響で、短い入力パルス幅の領域で、実線のように、噴射量がうねる特性となることがある。図３の（ａ）の領域で入力パルスがオフになる場合には、その時点で弁体が負の速度を持っているため、閉弁位置に戻るまでの時間が短くなる。このような状態のときには、噴射量が比較的に少なくなり、図４の（Ａ）に示すような特性となる。図３の（ｂ）の領域で入力パルスがオフになる場合には、その時点で弁体が正の速度を持っているため、閉弁位置に戻るまでの時間が長くなる。このような状態のときには、噴射量が比較的に大きくなり、図４の（Ｂ）に示すような特性となる。本実施例によれば、開弁位置での弁体４のバウンシングを抑制できるため、短い入力パルス幅の領域でも、図４の破線に示すように、噴射量の直線性を保つことができるようになる。
【００１９】
図１〜図４を用いて示したように、本実施例によれば、ロッド７に穴を設ける必要がなく、したがって、ロッド７の外径寸法を大きくすることなく、バウンシング抑制機構を設けることができる。よって外径寸法の小さい燃料噴射弁にもバウンシング抑制機構を設けることが可能となる。また、連動部材１０の質量は、その長さによって調整することが可能であり、適切な値を選択することが可能となる。
【００２０】
また、本実施形態によれば、連動部材１０の大径部１０１と可動鉄心５の段差部５０１との軸方向の隙間を調整することにより、図２における（ｂ）から（ｃ）に至る時間、すなわち可動鉄心５が固定鉄心９に衝突してから、連動部材１０の大径部１０１と可動鉄心５の段差部５０１とが係合するまでの遅れ時間を調整することができる。よってバウンシング抑制効果が高い。
＜図５ 可動範囲規制部に弾性部材＞
図５を用いて、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態について説明する。
【００２１】
図５は本発明の燃料噴射弁のうち、連動部材１０、可動鉄心５、ダンパプレート８、筒状部材６、ロッド７のみを取り出して示した断面図である。
【００２２】
連動部材１０の大径部１０１と、可動鉄心５の段差部５０１との間に弾性部材２２を設ける。弾性部材２２はゴムでもよいし、金属製の板ばねでもよい。
【００２３】
このような構成によれば、弾性部材２２のばね定数と連動部材１０の質量によって決まる固有周期を、開弁衝突時に可動鉄心５が受ける反発力の周期に一致させるか近い値に設定することにより、連動部材１０と弾性部材２２を動吸振器として作用させることができる。よって、開弁時のバウンシング抑制効果をさらに高めることが可能となる。また、開弁時に発生する振動や騒音を、弾性部材２２によって減衰させることができるため、低騒音化することができる。
【００２４】
また本実施例で、弾性部材２２として金属製の板ばねを用いる場合には、ゴムを用いる場合に比較して、ばね定数の温度依存性が低く、温度変化に対しても安定したバウンシング抑制効果が得られる。さらに、耐久性にも優れる。
＜図６ ダンパ室＞
図６を用いて、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態について説明する。
【００２５】
図６は本発明の燃料噴射弁のうち、連動部材１０、可動鉄心５、ダンパプレート８、筒状部材６のみを取り出して示した断面図である。
【００２６】
可動鉄心５と連動部材１０とに囲まれた燃料ダンパ室２３を設ける。
【００２７】
この構成によれば、連動部材１０が、可動鉄心５に対して相対的な軸方向の運動をしたときに、燃料ダンパ室２３内の燃料が隙間２４、２５を通って出入りするようになり、減衰力を発生させることが可能となる。例えば、図２の（ｂ）から（ｃ）に至る過程で、可動鉄心４を上向きに押し付ける減衰力が発生する。この減衰力により、開弁時のバウンシング抑制効果をさらに高めることが可能となる。また、開弁時に発生する振動や騒音を減衰させることができるため低騒音化することができる。
＜図７ 板ばね双方向利用＞
図７を用いて、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態について説明する。
【００２８】
図７は本発明の燃料噴射弁のうち、連動部材１０ａ、１０ｂ、可動鉄心５、ダンパプレート８、筒状部材６、ロッド７のみを取り出して示した断面図である。
【００２９】
連動部材を二分割とし下側連動部材１０ａ、上側連動部材１０ｂとする。下側連動部材１０ａにダンパプレート８を挿入し、その上から上側連動部材１０ｂを挿入するようにする。
【００３０】
このような構成によれば、連動部材１０ａ、１０ｂが、下向きに変位するときにダンパプレート８が板ばねとして機能するのと同時に、上向きに変位するときにもダンパプレート８を板ばねとして機能させることができる。ダンパプレート８のばね定数と連動部材１０ａ、１０ｂの質量によって決まる固有周期を、開弁衝突時に可動鉄心５が受ける反発力の周期に一致させるか近い値に設定することにより、連動部材１０と弾性部材２２を動吸振器として作用させることができる。よって、開弁時のバウンシング抑制効果をさらに高めることが可能となる。さらに、閉弁時のバウンシング抑制効果も得ることができる。
【００３１】
また本実施形態では、ダンパプレート８としてステンレス鋼等の金属製の板ばねを用いるため、ゴム等を用いる場合に比較して、ばね定数の温度依存性が低く、温度変化に対しても安定したバウンシング抑制効果が得られる。さらに、耐久性にも優れる。
＜図８ 馬蹄形板ばね双方向利用＞
図８を用いて、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態について説明する。
【００３２】
図８は本発明の燃料噴射弁のうち、連動部材１０、可動鉄心５、ダンパプレート８、筒状部材６、ロッド７のみを取り出して示した断面図である。
【００３３】
ダンパプレート８は、開口部８０３をもった形状とする。連動部材１０はその先端付近にくびれ部１０２をもつ形状とする。連動部材１０のくびれ部１０２に、ダンパプレート８を開口部から挿入し、両者を組み合わせる。
【００３４】
このような構成によれば、連動部材１０を分割することなく、ダンパプレート８を、連動部材１０が上向きに変位するときと、下向きに変位するときの双方向について、板ばねとして機能させることができるようになる。よって、閉弁時と開弁時の両方について、バウンシング抑制効果を得ることができる。
＜図９ 分割アンカ＞
図９を用いて、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態について説明する。
【００３５】
図９は本発明の燃料噴射弁のうち、連動部材１０、可動鉄心５ａ、５ｂ、ダンパプレート８、筒状部材６のみを取り出して示した断面図である。
【００３６】
可動鉄心を内側可動鉄心５ａ、外側可動鉄心５ｂに分割する。外側可動鉄心５ｂに連動部材１０を挿入した後、外側可動鉄心５ｂに内側可動鉄心５ａを挿入して固定する。
【００３７】
これにより、連動部材１０を挿入しない状態で、外側可動鉄心５ｂ、ダンパプレート８、筒状部材６等を組み立てることができる。よって、外側可動鉄心５ｂの側面や上面等の仕上げ加工を、工具と連動部材１０との干渉に注意することなく行うことができる。また、加工に伴って発生する異物の洗浄を、連動部材１０がない状態で行うことができるため、洗浄後の異物の残存を極めて少なくすることができる。
＜図１０ メッキ・表面処理＞
図１０を用いて、本発明の燃料噴射弁の他の実施形態について説明する。
【００３８】
図１０は本発明の燃料噴射弁のうち、連動部材１０、可動鉄心５、ダンパプレート８、筒状部材６のみを取り出して示した断面図である。
【００３９】
可動鉄心５と連動部材１０とが係合する部分にメッキ２６、２７を施す。さらに、可動鉄心５の連動部材１０が摺動する部分にもメッキ２８を設けてもよい。さらに、可動鉄心５の内側鉄心９に衝突する部分にメッキ２９を設けてもよい。
【００４０】
これによれば、連動部材１０の衝突や摺動により、可動鉄心５が摩耗することがなく、耐久性が高い。また、長時間動作を繰り返しても、安定したバウンシング抑制効果を維持することができる。尚、メッキの代わりに、焼き入れや、窒化などの表面処理を行っても同様の効果が得られる。
【００４１】
尚、図１〜１０では、弁体４を軸方向に駆動する手段として、電磁力を使うものを示したが、別の駆動手段を用いても、本発明の効果が損なわれるものではない。たとえば、燃料圧力を利用して、弁体４の上下に圧力差を作り、弁体４を軸方向に駆動する手段を用いた場合にも、本発明を適用することができる。
【００４２】
また、図１〜１０では、弁体４の軸方向の可動範囲は内側鉄心１０の下端面によって決められているが、内側鉄心１０の代わりに、別のストッパ部材によって弁体４の可動範囲を制約した場合にも、本発明の効果が得られることはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、外径寸法の小さい燃料噴射弁についても、付加質量を用いたバウンシング抑制機構を設けられ、弁体バウンシングを抑制できる。これにより、入力パルス幅に対する噴射量の直線性が優れた燃料噴射弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射弁の一実施形態を表す断面図である。
【図２】本発明の燃料噴射弁の一実施形態の開弁動作を表す模式図である。
【図３】本発明の燃料噴射弁の一実施形態の入力パルス、電流、弁体変位を表すグラフである。
【図４】本発明の燃料噴射弁の一実施形態の入力パルスと噴射量の関係を表すグラフである。
【図５】本発明の燃料噴射弁の他の実施形態表す断面図である。
【図６】本発明の燃料噴射弁の他の実施形態表す断面図である。
【図７】本発明の燃料噴射弁の他の実施形態表す断面図である。
【図８】本発明の燃料噴射弁の他の実施形態表す断面図である。
【図９】本発明の燃料噴射弁の他の実施形態表す断面図である。
【図１０】本発明の燃料噴射弁の他の実施形態表す断面図である。
【符号の説明】
１…オリフィスプレート，２…燃料噴射孔，３…弁座，４…弁体，５…可動鉄心，６…筒状部材，７…ロッド，８…ダンパプレート，９…内側鉄心，１０…連動部材，１１…ノズルホルダ，１２…スワラ，１３…ガイドプレート，１４…ノズルハウジング，１５…リング，１６…プレートハウジング，１７…外側鉄心，１８…コイル，１９…スプリングピン，２０…スプリング，２１…燃料供給口。
【図１】
0003890234.tif 000002
【図２】
0003890234.tif 000003
【図３】
0003890234.tif 000004
【図４】
0003890234.tif 000005
【図５】
0003890234.tif 000006
【図６】
0003890234.tif 000007
【図７】
0003890234.tif 000008
【図８】
0003890234.tif 000009
【図９】
0003890234.tif 000010
【図１０】
0003890234.tif 000011