(57)【要約】      （修正有）【課題】ストローク量を生産しやすい手法で精密に制御できる電磁式燃料噴射弁を提供する。【解決手段】内径固定コア１０８に、円筒の外径部と、下流側には外径部より径の大きい円筒の外径部とが備えられている。外径部は、外周固定コア１０７の下流側に設けられた内径部２１よりもわずかに径が大きく、外径部と内径部２１とが圧入されている。外径部と内径部２１の圧入代は、外径部と内径部２１の圧入荷重が燃料噴射時の際の開弁による可動子１０２と内径固定コア１０８との衝突時に発生する荷重よりも大きくなる圧入荷重が得られるように定められている。内径固定コア１０８と外径固定コア１０７との接触に応じて、弁体のストローク調整を管理している。【選択図】図２
2016017583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと弁体と該弁体を開弁させる可動コアを備え、磁気回路の一部であり前記可動コアの上端と接する内径固定コアと、同じく磁気回路の一部であり前記内径固定コアの外周部に配置された外周固定コアとを備え、
前記内径固定コアと前記外径固定コアとの接触に応じて、前記弁体のストローク調整が可能な電磁弁。
【請求項２】
コイルと弁体とノズルと、弁体を開弁させる可動コアを備え、磁気回路の一部であり可動コアの上端と接する内径固定コアと、同じく磁気回路の一部であり内径固定コアの外周部に配置された外周固定コアとを備え、
内径固定コアは、上部に外径固定コアとの接触部となる小径の外径部と、下部に大径の外径部とを備えていることを特徴とする電磁弁。
【請求項３】
請求項２において、内径固定コアにおける小径の外径部と、大径の外径部はなめらかに接続されていることを特徴とする電磁弁。
【請求項４】
請求項２において、外周固定コアとノズルとが接合されることで固定と燃料シールがなされていることを特徴とする電磁弁。
【請求項５】
請求項２において示した接触部について、内径固定コアにおける小径部と、それよりわずかに径の小さい外径固定コアの内径部とで構成されており、両者が圧入されていることを特徴とする電磁弁。
【請求項６】
請求項２において、内周固定コアにおける大径の外径部と、対向するノズル内径部との間に空隙が設けられていることを特徴とする電磁弁。
【請求項７】
請求項２において、内径固定コアと外径固定コアとは、共に同種、もしくは異なる種類の磁性ステンレスにより構成されていることを特徴とする電磁弁。
【請求項８】
請求項２において、内径固定コアの可動コアとの対向面は平坦で、可動コアの上端面の一部に突起が設けられており、内径固定コアと可動コアとが対向する空間には両者の接触部と空隙が設けられていることを特徴とする電磁弁。
【請求項９】
請求項２において、可動コアの内径固定コアとの対向面は平坦で、内径固定コアの下端面の一部に突起が設けられており、内径固定コアと可動コアとが対向する空間には両者の接触部と空隙が設けられていることを特徴とする電磁弁。
【請求項１０】
請求項２において、内径固定コアの下端面の面積より、内径固定コアの外径固定コアとの圧入部の面積の方が大きいことを特徴とする電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はソレノイド方式の電磁式燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にガソリンを用いた自動車用筒内噴射システムに用いられる電磁式燃料噴射弁においては、年々厳しくなる排気ガスや燃費に対する規制や要求を満足するため、燃料噴射量の精度を従来よりも向上させるニーズが高まっている。制御上必要とされる燃料噴射量は走行状態によっても異なるが、一般的には燃料噴射量が必要とされる量より多いと燃料過多の状態で燃焼することになり、燃費が悪化すると共に、排気ガス中の未燃炭化水素が多く含まれる。また、燃料噴射量が少ないと、排気ガス中にすすが多く含まれる。また、筒内噴射システムでは1気筒に1本の電子式燃料噴射弁が取り付けられているため、電磁式燃料噴射弁の1本1本の流量が異なると、気筒ごとの出力ばらつきや排気ガス性能のばらつきがでるといった問題が発生する。
【０００３】
電磁式燃料噴射弁はソレノイド方式で、閉弁状態から固定鉄心である固定コアに可動鉄心である可動コアを磁気吸引力で双方が衝突するまで引き付けて開弁する。燃料噴射量は、閉弁から開弁までの弁体の移動量であるストローク量の大きさに対する感度が高い。そのため、燃料噴射量の精度を向上するにはストローク量のばらつきを抑制することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2007-218204
【特許文献２】特許第3734702
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ストローク量を生産しやすい手法で精密に制御する。
【０００６】
従来の技術では、特開2007-218204に示されるように、弁体の長さを制御することでストローク量を制御する方法が開示されている。弁体の長さでストロークに関する他部品の寸法ばらつきをすべて吸収する必要があるため、選別する場合には多種類の弁体を準備しておく必要があり、生産性コストが高い。また、別の実施例では、弁体の一部を圧入構造とすることで圧入深さを変えて弁体の長さを制御している。この場合には、部品寸法が小さいために高い加工精度が必要となり、生産コストがかかる。
【０００７】
固定コアの可動コアとの対向面は両者の衝突構造部となるため、保護のために表面処理を行う必要がある。生産コストを抑制するためには対象部品を小型化して一度に多くの部品を前記表面処理することが望ましい。前記特開2007-218204では固定コアの外周部をノズル部材で覆うことで、固定コアを燃料通路内のみで用いている。そのため、固定コアは比較的小型化されているが、一方でノズルの全長は長いために、ノズルの加工性の観点からコストがかかる。
【０００８】
別の従来の技術では、特許第3734702に示されるように、固定コアの位置を制御することでストローク量を制御する方法が開示されている。固定コアの外周部は燃料シールのために全周を下流側の別部品とレーザ溶接により固定する必要があるが、レーザ溶接による収縮分だけ固定コアの位置が変化し、ストローク量のばらつきの原因となる。固定コアは燃料シール部と磁気回路部を兼ねているために前述したような生産性のための小型化が難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、外周固定コアと、外周固定コアの内径部に圧入され固定される内周固定コアとを、分離して備える構造とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ストローク量を生産しやすい手法で精密に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明が実施される燃料噴射弁の全体を示す断面図
【図２】部分断面図１
【図３】外径固定コア外観図
【図４】部分断面図２
【図５】部分断面図３
【図６】部分断面図４
【図７】部分断面図５
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施例の全体構成について図１を用いて説明する。以降の図は説明のため寸法を誇張して描いており、実際の縮尺とは異なる。
【００１３】
図１の外周固定コア１０７上部は電磁式燃料噴射弁の上流側であり、アダプタ１１２が圧入勘合されている。アダプタ１１２の上流側には加圧して燃料を供給するための図示しない高圧ポンプと、前記高圧ポンプと外周固定コア１０７上部とを連結する配管が配置されており、外周固定コア１０７中心部の燃料通路である貫通孔へ加圧された状態で燃料が供給される。弁体１１４の上端には弁体１１４と一体の可動コア１０２が設けられており、可動コア１０２の上端面にはスプリング５５の着座面が設けられている。
【００１４】
スプリング５５の弁体１１４との逆側の上端面には調整子５４が当接している。調整子５４は外周固定コア１０７に固定されている。
【００１５】
弁体１１４は上下に往復運動できるように保持されている。
【００１６】
弁体１１４は電磁コイル１０５に通電していない閉弁状態においてはスプリング５５の付勢力によってノズル１０１の先端に設けられた固定弁１１６と当接しており、前記高圧ポンプから供給された燃料の流れを下流側である燃料噴射孔１１６Ａから遮断している。
【００１７】
電磁コイル１０５は外周固定コア１０７の外周部に配置されており、ハウジング１０３、ノズル１０１、および、弁体１１４と一体構造である可動コア１０２を介して矢印１２２で示すトロイダル状の磁気通路が形成されている。
【００１８】
また、導体１０９の先端部に形成されたコネクタ１２３にはバッテリ電圧より電力を供給するプラグが接続される。電磁コイル１０５は図示しないコントローラにより、導体１０９を通じて通電、非通電が制御される。
【００１９】
電磁コイル１０５に通電中は磁気通路１２２を通る磁束によって可動コア１０２と内周固定コア１０８との間に磁気吸引力が発生する。可動コア１０２が吸引されることで上方へ動き、内周固定コア１０８の下端面に衝突するまでのストローク量分を移動する。
【００２０】
その結果、弁体１１４が固定弁１１６からストローク量分だけ離れて開弁状態となり，外径固定コア１０７中心部の燃料通路である貫通孔から供給された燃料を噴射孔１１６Ａから燃焼室内へ噴射する。
【００２１】
電磁コイル１０５への通電が断たれると磁気通路１２２の磁束が消滅し、磁気吸引力も消滅する。この状態では弁体１１４を閉弁方向に押すスプリング５５のばね力が弁体１１４に作用する。その結果、弁体１１４は固定弁１１６に接触する閉弁位置に押し戻される。
【００２２】
第一実施例について図１〜５を用いて説明する。
【００２３】
第一実施例では、図１〜３に示すように、内径固定コア１０８に、円筒の外径部１１と、下流側には外径部１１より径の大きい円筒の外径部１３とが備えられている。
【００２４】
外径部１１は、外周固定コア１０７の下流側に設けられた内径部２１よりもわずかに径が大きく、外径部１１と内径部２１とが圧入されている。
【００２５】
外径部１１と内径部２１の圧入代は、外径部１１と内径部２１の圧入荷重が燃料噴射時の際の開弁による可動子１０２と内径固定コア１０８との衝突時に発生する荷重よりも大きくなる圧入荷重Fが得られるように定められている。
【００２６】
また、外径部１１と外径部１３の間には下流側に向かって径が拡大するテーパ部１２が設けられている。径の異なる外径部１１と外径部１３とを段差でなくテーパ部１２で接続することで、加工時の生産性を高め、燃料圧力などによる外力が発生した際の応力集中を避け、また、磁束の流れをスムーズにしている。
【００２７】
内周固定コア１０８にはスプリング５５よりわずかに径が大きく、外周固定コア１０７の内径より径が小さい円筒形の内径部が設けられており、燃料通路であると同時にスプリングの配置がなされている。
【００２８】
外径部１３は対向するノズル１０１の内径よりもわずかに径が小さく、外径部１３とノズル１０１には隙間２２が設けられている。隙間２２により、内径固定コア１０８からノズル１０１へ磁束がもれて、内径固定コア１０８と可動子１０２の磁束が減少し、磁気吸引力が低下することを抑制している。
【００２９】
外周固定コア１０７の外径部３２は、外周固定コア１０７の最外径部にあたる円筒部であり、ハウジング１０３の内径部に接している。外径部３２の下流側に配置された円筒の外周と、ノズル１０１の上端部に設けられた円筒の内周は溶接３１により固定され、さらに、溶接３１で燃料がシールされる構造となっている。
【００３０】
外周固定コア１０７の下端部に設けられた内径部にあたる、内周固定コア１０８のテーパ部１２との対向面には、テーパ部１２にならうテーパ部が設けられている。
【００３１】
図４に示すように内周固定コア１０８と可動コア１０２はそれぞれ対向する円環状の端面１１０,端面２１０を備えている。可動コア端面１１０には内周固定コア端面２１０との衝突時に接触する突起１１１が設けられている。開弁時には固定コアと可動コアが衝突して端面２１０と突起１１１が接触する。
【００３２】
液体中で端面１１０と端面２１０が接触すると、液体の張り付き力であるスクイーズ力が働き、閉弁時間が伸びることで応答性が悪化する。そのため、突起１１１を設けることで接触する範囲を極力狭くし、スクイーズ力の発生を抑制している。
【００３３】
また、端面２１０と、端面１１０の突起１１１以外の部位が近すぎてもスクイーズ力が発生する。ただし、端面２１０,端面１１０は磁気回路の一部でもあり、両端面が遠いと磁気吸引力が低下して開弁時の応答性が悪化する。そのため、突起１１１の高さはスクイーズ力と磁気吸引力のバランスをとるように設定される。突起１１１の高さばらつきは、スクイーズ力と磁気吸引力のばらつきを発生させて応答性がばらつく要因となる。応答性がばらつくと流量もばらついてしまうため、突起１１１の高さは非常に精度よく管理する必要がある。
【００３４】
前述した段差１１０は凸形状であるが、端面２１０に対して接触する部位である突起１１１と、対向する面に空隙が設けられるように突起より低い部位を備えた構成であればよい。
【００３５】
端面２１０と、端面１１０の突起１１１はそれぞれの衝突構造部となる。表面を衝突から保護するため、端面２１０と端面１１０とはそれぞれ硬質クロムメッキが施される。本実施例のように固定コアを外周固定コア１０７と内周固定コア１０８とに分離することで、内周固定コア１０８を小型化でき、めっき槽内に多く投入できる。一度に多くの表面処理できるため生産コストを抑制できる。
【００３６】
本実施例では硬質クロムめっきの場合で示したが、その他の表面処理でも小型化することで一度に多くの表面処理ができるため、同様の生産コスト低減効果が得られる。
【００３７】
次に、ストローク量の調整方法について図５を用いて説明する。
【００３８】
ストローク量の調整は図５(a)に示すように調整子５４を圧入する前に実施される。調整前の状態では内径固定コア１０８のテーパ部１２が、対向する外周固定コア１０７のテーパ部に接した状態で配置される。この状態ではストローク量Saが所望のストローク量Sf以上となるように関連する部品の寸法および公差の設定がなされる。
【００３９】
次に図５(b)に示すように外径固定コア１０７の内径よりわずかに外径が小さい調整ピン２０１を、内径固定コア１０８の上端面１４に接するように配置する。このとき、調整ピン２０１に加える荷重は、内径固定コア１０８の圧入荷重Fよりも小さく設定する。
【００４０】
調整ピンにはスプリング５５の内径よりわずかに径の小さい内径部と、スプリング５５の外径よりわずかに径の大きい内径部が、下端側の径が広くなるように設けられている。スプリング５５の上端面は、対向する調整ピン２０１の段差部分により押され、スプリング５５に荷重がかかるように寸法が定められている。
【００４１】
この状態で弁体を駆動させて開閉弁させ、可動子上端部の移動量を上流側からレーザ変位計などで確認することで初期ストロークSaを測定する。
【００４２】
上端面１４に圧入荷重Fより大きな力を加えることで外周固定コア１０７から相対的に下流側へ内径固定コア１０８を移動させる。所望のストローク量Sfを得るために、内周固定コア１０８の移動量Sxを制御する。移動量Sxは初期ストロークSaから所望のストローク量Sfを差し引いた差分（ Sx = Sa - Sf ）である。
【００４３】
ストローク量の調整後はテーパ部１２の対向面に隙間ができる。ただし、寸法のばらつきによって初期ストロークSaが所望のストロークSfと等しい場合には内径固定コア１０８を移動させる必要がなく、テーパ部１２の対向面に隙間はできない。
【００４４】
外周固定コア１０７と内周固定コア１０８の材料には磁性ステンレスが用いられる。外周固定コア１０７と内周固定コア１０８の材料は同一でも異なっていてもよい。
【００４５】
次に、第２実施例について図６を用いて説明する。
【００４６】
第２実施例では図６に示すように、内径固定コア１０８の外径部１１の内、外径固定コア１０７との圧入となる範囲の表面積Saを内径固定コア１０７の下端面と可動コア１０２の対向面の面積Sbよりも大きく設ける。外径固定コア、内径固定コア、可動コアは磁気回路の一部となるため、Sa > Sb とすることで内径固定コアと外径固定コアの圧入部で磁束密度が局所的に高まって磁束が飽和し、磁気吸引力が低下することを抑制する。
【００４７】
その他の部位は第１実施例の場合と同様の構成である。
【００４８】
次に、第３実施例について図７を用いて説明する。
【００４９】
第３実施例では図７に示すように、第１実施例で設けられていた可動コア１０２の突起１１１の代わりに、内径固定コア１０８の下端面２０１の一部に突起３０１として設けられている。内径固定コア１０７の下端面２０１との対向面である、可動コア１０２の上端面１１０は平坦である。
【００５０】
その他の部位は第１実施例の場合と同様の構成である。このような構成としても第１実施例の場合と同様の効果が得られる。
【００５１】
以上のような構成とすることで、生産コストを抑制しつつ、ストローク量を精密に制御できる。
【００５２】
全体の構成については電磁式燃料噴射弁を用いて説明したが、それ以外のソレノイド形式の開閉弁である電磁弁についても同様である。
【符号の説明】
【００５３】
１１…内周固定コアの外径部
１２…内周固定コアのテーパ部
１３…内周固定コアの外径部
１４…内周固定コアの上端部
２１…外周固定コアの内径部
２２…隙間
３１…溶接部
３２…外周固定コアの外径部
５４…調整子
５５…スプリング
１０１…ノズル
１０２…可動コア
１０３…ハウジング
１０５…電磁コイル
１０７…外周固定コア
１０８…内周固定コア
１０９…導体
１１０…可動コア端面
１１１…可動コア端面上の突起
１１２…アダプタ
１１４…弁体
１１６…固定弁
１２２…磁気通路
１２３…コネクタ
２０１…調整ピン
２１０…内周固定コア端面
３０１…内径固定コア端面上の突起
【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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