(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のパイプと、電磁コイルと、該電磁コイルの励磁による磁束の磁路を形成する該パイプの内周側に嵌挿して固定された固定コアと、該電磁コイルの励磁に応答して該固定コアに吸引される該パイプの内周側に摺動可能に嵌挿された可動コアと、該可動コアに一体であると共に燃料噴射孔を開閉可能な弁体と、を有すると共に、前記固定コア及び可動コアの中央部側には、前記燃料噴射孔に連通する燃料通路が形成してある電磁式燃料噴射弁であって、
前記固定コアと前記可動コアが対面する両円環状端面の少なくともどちらか一方の円環状端面は、中心側及び遠心側に径方向中央部を隔てて内側円環状突起と外側円環状突起を有し、
前記内側円環状突起は、前記外側円環状突起より高いことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
【請求項２】
前記外側円環状突起の高さは、１〜２５μｍである請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁。
【請求項３】
前記内側円環状突起と前記外側円環状突起の高さの差が１〜５０μｍである請求項１〜２のいずれかに記載の電磁式燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力により作動する燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近のガソリンエンジンやディーゼルエンジンは、高出力、低騒音等に加え、低燃費で、厳しい排ガス規制等を満足することが求められる。このため、エンジンへの燃料供給は燃料噴射弁によって正確に行われる。
燃料噴射弁は、図１を参照するとわかるように、例えば、円筒状のパイプに固定コアと、弁体に結合された可動コアとが収納され、それらの外周側に電磁コイルが配設されている。固定コアと可動コアとは磁気回路の一部を形成している。電磁コイルが給電を受けて起磁力を生じると、固定コアと可動コアとの間に磁路が形成される。そして、可動コアが固定コアに電磁力によって吸引されて、弁体が上昇し燃料噴射孔を開孔する。逆に、電磁コイルへの給電を遮断すると、スプリング（付勢手段）によって可動コアは固定コアから引離され、弁体が下降し燃料噴射孔を閉孔する。この燃料噴射弁は、制御装置（ＥＣＵ）によって制御され、通常は、電磁コイルへの印加電圧（駆動パルス）を調整して行われる。そして、弁体による燃料噴射孔の開閉時間や開閉タイミングを制御することにより、吸気管やシリンダ内へ噴射される燃料の噴射量や噴射時期等が高精度に制御される。
【０００３】
自動車エンジンに要求される高出力化、低騒音化、低燃費化、排ガスのクリーン化を達成するためには、このような燃料噴射弁の制御をより高精度化する必要がある。すなわち、燃料噴射量の制御性の向上、さらには噴射開始時間及び終了時間の短縮化などが要請されており、これらに応えるためには、燃料噴射孔を開閉する弁体の応答性を高めることが必要である。
【０００４】
弁体の応答性向上を目的とした可動コアの形状が、特表平８−５０６８７６号公報や特開２０００−２６５９１９号公報に開示されている。特表平８−５０６８７６号公報には、可動コア端面に円環状突起を形成することが開示されている。これによると、可動コアが固定コアに吸引されて衝突する際、衝突面が小さいため液圧による固着（固定コアから可動コアが離反するとき界面に負圧が発生し、離反に抗する力が働くため固着する現象、メタル接触ともいう）が回避され、可動コアの離反（弁体の下降）側応答性が向上するとある。また、特開２０００−２６５９１９号公報には、固定コアに対向する可動コアの端面を、その中央に位置する燃料通路に向けて僅かに下降するテーパ面とすることが開示されている。これによると、その可動コアが固定コネクタに吸引される場合、可動コアの動きに応じて、可動コアと固定コアとの間に介在する燃料は、そのテーパ面に案内されて中央の燃料通路へ逃される。その結果、その介在する燃料によるダンパー作用が低減され、可動コアの吸引側の応答性が向上するとある。一方、可動コアが離反するときは、そのテーパ面によりエアが導入されて、可動コアと固定コアとの間の負圧の発生（吸付き）が抑制される。よって、同様に可動コアの離反側の応答性が向上する旨が開示されている。
【０００５】
しかし、これら公報に開示された燃料噴射弁は、いずれも可動コアに突起が一つだけ形成されているため、可動コアが固定コアに吸引される場合、可動コアと固定コアの間に介在する燃料が逃げてしまい、燃料によるダンパー効果が小さくなる。その結果、可動コアが固定コアに高速で衝突し、その衝撃反力で可動コアが固定コアから離反する。離反して衝撃反力より固定コアの吸引力が大きくなると、吸引され衝突するといった吸引と離反が繰り返される現象が発生する。可動コアと弁体は、一体で動くため、可動コアの吸引側は弁体の上昇側になる。弁体の上昇と下降の挙動を模式的に示すと図４のようになり、可動コアが吸引・離反を繰り返す現象は、弁体が上昇する初期（図４の円で囲む領域）すなわち開弁初期挙動に対応し、開弁バウンス（弁が弾む）といわれる。図５は電磁コイルへ印加する駆動パルスと燃料噴射量の関係を模式的に示したもので、可動コアが固定コアに吸着すると一定開弁状態になり、それ以後は点線のように駆動パルス数に比例して噴射量が増大する。しかし、開弁バウンスがあると実線のように噴射量が変動し、噴射量の変動幅Δｑは開弁バウンスが大きくなると大きくなる。
このように、公報に開示された燃料噴射弁は、開弁バウンスが発生し、噴射量が変動するという問題を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、弁体の上昇と下降の応答性を損なうことなく開弁バウンスの発生を抑制し燃料噴射量の変動幅を小さくした電磁式燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための第１の手段は、円筒状のパイプと、電磁コイルと、該電磁コイルの励磁による磁束の磁路を形成する該パイプの内周側に嵌挿して固定された固定コアと、該電磁コイルの励磁に応答して該固定コアに吸引される該パイプの内周側に摺動可能に嵌挿された可動コアと、該可動コアに一体であると共に燃料噴射孔を開閉可能な弁体と、を有すると共に、前記固定コア及び可動コアの中央部側には、前記燃料噴射孔に連通する燃料通路が形成してある電磁式燃料噴射弁であって、
前記固定コアと前記可動コアが対面する両円環状端面の少なくともどちらか一方の円環状端面は、中心側及び遠心側に径方向中央部を隔てて内側円環状突起と外側円環状突起を有することを特徴とする電磁式燃料噴射弁である。
【０００８】
可動コアが吸引時に上昇することでできる内側円環状突起、外側円環状突起、可動コア端面及び固定コア端面で区画される領域（実施形態に係る図２の容積Ｖ部）の油圧ダンパー作用で、可動コアが固定コアに衝突する速度を抑え、開弁バウンスを抑制することができる。開弁工程中は、内側円環状突起および外側円環状突起と固定コアとの間の隙間が大きいため、Ｖ内の燃料がＶの外へ排出され易い（開弁応答性を悪化させない）。フルリフト（内側円環状突起が固定コアに衝突する）直前に、Ｖ内の燃料は、外側円環状突起と固定コアの間の微小な隙間からしか排出されないので（燃料が逃げ出せず、Ｖ内の燃料圧が急激に上昇し）開弁バウンスを抑制できる。また、可動コアと固定コアの間の衝突面（接触面）が小さいため、駆動パルスオフ時に可動コアは固定コアから離れ易くなり、弁体の応答性（閉弁応答性）が悪くならない。
内側円環状突起と外側円環状突起の高さは同じでもよいが、同じにすると、前記区画領域が完全に閉じた領域になり油圧ダンパー作用が大きくなる。固定コアの電磁吸引力などの条件によっては、油圧ダンパー作用が大きくなり過ぎ、開弁バウンスは抑制できるが、駆動パルスオフ時に、可動コアが固定コアから離れにくくなるため、閉弁応答性が悪くなる。したがって、高さが同じでない方が好ましい。高さが異なると、低い方の円環状突起と対向面との間の隙間（エアーギャップＡ／Ｇ）から燃料を逃がすことができるため、油圧ダンパー作用の最適化を図ることができる。フルリフト直前の内側円環状突起および外側円環状突起とその対向面（固定コア）のスクイーズの効果も弁の衝突速度を抑え、開弁バウンス低減に有効に働く。
【０００９】
課題を解決するための第１の手段は、更に、前記内側円環状突起は前記外側円環状突起より高い電磁式燃料噴射弁である。
【００１１】
課題を解決するための第２の手段は、第１の手段であって、前記外側円環状突起の高さは、１〜２５μｍである電磁式燃料噴射弁である。
【００１２】
内側円環状突起、外側円環状突起、固定コア端面、及び可動コア端面で区画される領域の容積をＶ、Ｖ内に流入してきた燃料量をΔＶ、燃料の体積弾性係数をＥとすると、容積Ｖの領域の圧力上昇ΔＰは次式のようになる。
ΔＰ=ＥΔＶ／Ｖ
したがって、油圧ダンパー作用はＶに反比例し、Ｖを小さくすることでも開弁バウンスを抑制することができる。図５は開弁バウンスによる噴射量の変動幅ΔｑとＶおよびＡ／Ｇとの関係を示したグラフで、Ｖを矢印のように小さくすると、開弁バウンスが抑制されΔｑが小さくなる。Ｖは外側円環状突起の高さに比例する（実施の形態に係る図２参照）ので高さを小さくすればよいが、発明者らの実験によると、１μｍ未満では、油圧ダンパー作用が大きくなり、磁気吸引力を増加させる必要があった。磁気吸引力を増加させると、磁気切れ悪化による閉弁速度の低下を招いてしまうので、高さの下限は１μｍが適当である。一方、高さを大きくすると油圧ダンパー作用が低下するので、当然上限が存在する。発明者らの実験によれば、２５μｍであった。
【００１３】
課題を解決するための第３の手段は、第１〜２のいずれかの手段であって、前記内側円環状突起と前記外側円環状突起の高さの差が１〜５０μｍである電磁式燃料噴射弁である。
【００１４】
可動コアが固定コアに衝突する直前に、前述の容積Ｖの区画領域内の燃料は、内側円環状突起と対向面との間の隙間がなくなるため、外側円環状突起と対向面との間の隙間（Ａ／Ｇ）のみから逃げ出すが、Ａ／Ｇが小さくなると油圧ダンパー作用が大きくなり、Ａ／Ｇが大きくなると油圧ダンパー作用が小さくなる。したがって、図５に示すように、噴射量の変動幅Δｑは、Ａ／Ｇに比例するため、Δｑを所定の値にするためには、前述のＶに応じてＡ／Ｇを選定すれば良いことがわかる。ＶとＡ／Ｇの組み合わせが使えるので、弁体の応答性を悪化させないで開弁バウンスを抑制しΔｑを所定の値にすることが容易にできる。しかし、Ａ／Ｇを小さくし過ぎると、油圧ダンパー作用が大きくなり過ぎるし、Ａ／Ｇを大きくし過ぎると、油圧ダンパー作用が小さくなり過ぎるので、Ａ／Ｇすなわち、内側円環状突起と外側円環状突起の高さの差には最適範囲が存在する。発明者らの実験によれば高さの差が１〜１０μｍのとき油圧ダンパー作用が有効に働き、開弁バウンスを抑制することができ、噴射量の変動幅Δｑを所定の値にすることができると共に、弁体の応答性を悪化させないことがわかった。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
本発明の実施形態である燃料噴射弁１の縦断面図を図１に示す。この燃料噴射弁１は、自動車用ガソリンエンジンのシリンダヘッドに配設されるものである。つまり、シリンダ内に直接燃料を噴射する、いわゆる直噴タイプの電磁式燃料噴射弁である。
燃料噴射弁１は、燃料供給部１０と、電磁駆動部２０と、弁部３０と、電気コネクタ部４０とからなる。
燃料供給部１０は、高圧燃料が供給されるコモンレール（図略）に接続される燃料コネクタ１１と、その内部に形成された燃料通路１１１に設けられる燃料フィルター１２と、燃料コネクタ１１の外周側に嵌入されたＯリング１３とからなる。コモンレールと燃料コネクタ１１とは、このＯリング１３を介して油密状態に接続される。
【００１６】
電磁駆動部２０は、底部中央が開口した有底円筒状のパイプ２１と、パイプ２１内に圧入固定される段付き円筒状の固定コア２２と、固定コア２２と燃料噴射弁１の軸線１Ａと同軸的に対向して配設される段付き円筒状の可動コア２３と、起磁力を生じさせる電磁コイル２４と、パイプ２１と後述のノズルホルダ３３との間で磁気回路を形成する磁性プレート２５と、可動コア２３を図下方に付勢するスプリング２６と、その付勢力を調整するアジャスタ２７とからなる。
固定コア２２は、パイプ２１に圧入される圧入部２２１と、圧入部２２１と同軸的に図下方に延びる縮径した縮径部２２２とからなる。そして、固定コア２２は、圧入部２２１がパイプ２１に圧入されると共にその部分で油密状に溶接固定されている。また、固定コア２２の軸中央部には、燃料通路１１１に連通する燃料通路２２３が形成されている。この燃料通路２２３には、スプリング２６と円筒状のアジャスタ２７とも納められている。
【００１７】
可動コア２３は、パイプ２１に嵌挿されてその内周面と摺動するガイド部２３１と、ガイド部２３１から同軸的に図下方に延びる縮径部２３２と、縮径部２３２から図下方に突出し、下面に開口した有底円筒状の支持部２３３とからなる。支持部２３３の図下方には、後述するニードル弁３１の頭部がその円筒開口から圧入され溶接固定されている。また、可動コア２３の中央部には燃料通路２３４が形成されている。この燃料通路２３４の図上方はスプリング２６の座面となっている。また、燃料通路２３４は、支持部２３３に穿設した貫通孔２３５と連通している。
【００１８】
なお、パイプ２１の図上方の開口部には、前述の燃料コネクタ１１が嵌装され、溶接で燃料シール固定されている。また、パイプ２１、固定コア２２、可動コア２３、磁性プレート２５および後述のノズルホルダ３３は鉄系の磁性材料からなる。
【００１９】
弁部３０は、弁体であるニードル弁３１と、先端に燃料噴射孔３２１が穿設された円筒状のノズル３２と、ノズル３２を固定保持するノズルホルダ３３とからなる。
ニードル弁３１は、そのガイド部３１１とノズル３２の内周面とを摺動させながら往復動する。このニードル弁３１の往復動により、ニードル弁３１の先端テーパ面と燃料噴射孔３２１のテーパ座面とが離着座して、燃料噴射孔３２１の開閉（開弁・閉弁）がなされる。なお、燃料噴射孔３２１のさらに先端には、複数の噴孔３２２が形成されている。燃料は、この噴孔３２２からシリンダ（図略）内に噴射される。
【００２０】
電気コネクタ部４０は、パイプ２１およびノズルホルダ３３に嵌装された樹脂モールド成形部材である。電気コネクタ部４０は、パイプ２１の側方から延在したコネクタ４１と、コネクタ４１の内側から突出したターミナル４２と、ターミナル４２と電磁コイル２４と接続する埋設された導線４３とからなる。
ターミナル４２に電力供給源である電子制御装置（ＥＣＵ）から電圧が印加（駆動パルスが供給）されると、電磁コイル２４に電流が流れる。電磁コイル２４は、励磁されて、その電流量に応じた起磁力を生じる。そして、可動コア２３→固定コア２２→パイプ２１→磁性プレート２５→ノズルホルダ３３→パイプ２１→可動コア２３と形成された磁気回路を磁束が伝わり、可動コア２３およびニードル弁３１をスプリング２６の付勢力に抗して上昇させる。駆動パルスの供給が停止されると、起磁力が消滅し、可動コア２３およびニードル弁３１はスプリング２６の付勢力で下降する。
【００２１】
図２は図１の噴射弁の固定コア２２と可動コア２３の対面する両端面付近の拡大断面図である。
固定コア２２の縮径部２２２は、水平の（噴射弁１の軸線１Ａと直交する）固定作用面２２８を有している。
可動コア２３のガイド部２３１は、固定作用面２２８に対向する水平の可動作用面２３８を有し、外周部に例えば高さ５μｍの外側円環状突起２３０を、内周部に例えば高さ１０μｍの内側円環状突起２３９を有している。
【００２２】
駆動パルスによって電磁コイル２４に起磁力が発生すると、可動コア２３が上昇し、内側円環状突起２３９が固定コア２２の固定作用面２２８に衝突し、開弁するようになる。その際、それまで固定作用面２２８と可動作用面２３８の間に介在していた燃料は、外側円環状突起２３０と固定作用面２２８の間の隙間Ａ／Ｇを通して抵抗を受けながら（逃げ出し、さらに、ガイド部２３１の外周部とパイプ２１の内周部の隙間を通して抵抗を受けながら）逃げ出す。したがって、可動コア２３の上昇時、燃料の油圧ダンパー作用が働くようになり、内側円環状突起２３９の上昇速度は小さくなり、開弁バウンスを抑制することができた。
【００２３】
図３は本発明の第２の実施形態による電磁式燃料噴射弁における固定コア２２と可動コア２３の対面する両端面付近の拡大断面図である。実施形態１の図２と同じ要素には同じ番号を付す。
第１の実施形態と異なる点は、可動作用面２３８が水平でなくガイド部２３１の外周部に向けテーパになっている点と、そのテーパの終端が外側円環状突起２３０の上面の一端とつながっている点とである。
【００２４】
固定作用面２２８と可動作用面２３８の間に介在する燃料による油圧ダンパー作用で開弁バウンスが抑制される効果は第１の実施形態と同じであるが、可動作用面２３８が外周部に向けてテーパで、かつ、その終端が外側円環状突起２３０の上面の一端とつながっているので、可動コア２３のガイド部２３１への外側円環状突起、内側円環状突起の形成が容易である点有利である。
【００２５】
なお、可動作用面２３８をガイド部２３１の内周部に向けてテーパとし、そのテーパ終端を内側円環状突起２３９の上面の一端とつながるようにしても良いことは当然である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の燃料噴射弁によれば、固定コアと可動コアが対面する両円環状端面の少なくともどちらか一方の円環状端面は、中心側及び遠心側に径方向中央部を隔てて内側円環状突起と外側円環状突起を有しているので、可動コアが吸引時に上昇することでできる内側円環状突起、外側円環状突起、可動コア端面及び固定コア端面で区画される領域（容積Ｖ）の油圧ダンパー作用で、可動コアが固定コアに衝突する速度を抑え、開弁バウンスを抑制することができる。しかも、油圧ダンパー作用は、容積Ｖと内側円環状突起と外側円環状突起の高さの差（Ａ／Ｇ）に依存するので、可動コアの応答性を低下させずに、開弁バウンスによる噴射量の変動幅Δｑを所定の値にするのにＶとＡ／Ｇの組み合わせで行うことができ、容易に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射弁の固定コアと可動コアとの拡大断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る燃料噴射弁の固定コアと可動コアとの拡大断面図である。
【図４】弁体の上昇と下降挙動を説明する模式図である。
【図５】噴射量の変動幅を説明するための噴射量と駆動パルスの関係を示すグラフである。
【図６】噴射量の変動幅Δｑと固定コアと可動コアの間の容積ＶおよびエアギャップＡ／Ｇとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１              燃料噴射弁
２１            パイプ
２２            固定コア
２３            可動コア
２４            電磁コイル
３１            ニードル弁（弁体）
１１１，２３４  燃料通路
２３０          外側円環状突起
２３９          内側円環状突起
３２１          燃料噴射孔
【図１】
0004352301.tif 000002
【図２】
0004352301.tif 000003
【図３】
0004352301.tif 000004
【図４】
0004352301.tif 000005
【図５】
0004352301.tif 000006
【図６】
0004352301.tif 000007