(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁ケースに対し固定された磁歪素子が磁歪することによりニードル弁がリフトするようになっている燃料噴射弁において、温度上昇に伴う前記磁歪素子の磁歪量の低下分に応じて前記磁歪素子及び前記ニードル弁の熱膨張係数を決定した燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料噴射弁ケースに対し固定された磁歪素子が伸びることによりニードル弁がリフトするようになっている燃料噴射弁が知られている。この種の燃料噴射弁の例としては、例えば特開平５−３１２１１８号公報に記載されたものがある。特開平５−３１２１１８号公報に記載された燃料噴射弁では、電磁コイルに対し通電が行われると、磁歪素子が伸び、その伸びた磁歪素子によってニードル弁が押動され、ニードル弁がリフトせしめられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平５−３１２１１８号公報に記載された燃料噴射弁では、磁歪素子の熱膨張係数が考慮されているものの、温度上昇に伴って磁歪素子の磁歪量が低下する点が考慮されていない。従って、特開平５−３１２１１８号公報に記載された燃料噴射弁では、磁歪素子及びニードル弁の熱膨張係数が温度上昇に伴う磁歪素子の磁歪量の低下分に応じて決定されておらず、その結果、温度が上昇したとき、温度上昇に伴う磁歪素子の磁歪量の低下分だけニードル弁のリフト量が減少してしまう。
【０００４】
前記問題点に鑑み、本発明は、温度上昇時に磁歪素子の磁歪量の低下に伴ってニードル弁のリフト量が減少してしまうのを抑制することができる燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、燃料噴射弁ケースに対し固定された磁歪素子が伸びることによりニードル弁がリフトするようになっている燃料噴射弁において、温度上昇に伴う前記磁歪素子の磁歪量の低下分に応じて前記磁歪素子及び前記ニードル弁の熱膨張係数を決定した燃料噴射弁が提供される。
【０００６】
請求項１に記載の燃料噴射弁では、磁歪素子及びニードル弁の熱膨張係数が温度上昇に伴う磁歪素子の磁歪量の低下分を考慮して決定されている。つまり、温度上昇に伴って磁歪素子の磁歪量が低下してもニードル弁のリフト量が減少しないように磁歪素子及びニードル弁の熱膨張係数が決定されている。そのため、温度上昇時に磁歪素子の磁歪量の低下に伴ってニードル弁のリフト量が減少してしまうのを抑制することができる。例えば、磁歪素子の熱膨張量が大きくなるほどニードル弁のリフト量が大きくなり、ニードル弁の熱膨張量が大きくなるほどニードル弁のリフト量が小さくなるように磁歪素子及びニードル弁が配置されている燃料噴射弁の場合には、ニードル弁の熱膨張量が磁歪素子の熱膨張量よりも小さくなるように構成される。その結果、ニードル弁のリフト量が温度上昇時のニードル弁及び磁歪素子の熱膨張によって減少してしまうのを抑制することができる。ニードル弁の熱膨張係数を更に小さくすることにより、温度が上昇するに従ってニードル弁のリフト量が大きくなるようにすることが可能になる。その場合、温度上昇に伴って燃料密度が低下し燃料噴射質量が減少してしまうのを抑制することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【０００８】
図１は本発明の燃料噴射弁の第一の実施形態の縦断面図である。図１において、１は燃料通路、２は燃料通路１内に配置されたニードル弁、３は燃料通路１内に配置された磁歪素子、４は磁歪素子３を駆動するための電磁コイル、５は燃料噴射弁ケースである。磁歪素子３は燃料噴射弁ケース５に固定された磁歪素子ホルダ６に固定されている。電磁コイル４に対し通電が行われると磁歪素子３が膨張し、膨張した磁歪素子３によりヨーク７を介してニードル弁２が図１の上側に押動されてリフトする。その結果、燃料噴射弁が開弁せしめられる。８は強磁性材料により形成された電磁コイルカバー、１０はコイル配線、１１はコイル配線１０を取り出すためのコイル配線取り出し開口、１２はノズルである。燃料通路１は燃料噴射弁ケース５及びノズル１２により画定されている。１５は燃料噴射弁ケース５に対し磁歪素子ホルダ６を介して磁歪素子３が固定されている固定位置、１６はノズル１２に対しニードル弁２が着座するシート位置、Ｇはヨーク７とニードル弁２との間の長手方向ギャップである。
【０００９】
本実施形態では、磁歪素子３及びニードル弁２の熱膨張係数が、温度上昇に伴う磁歪素子３の磁歪量の低下分を考慮して決定されている。つまり、温度上昇に伴って磁歪素子３の磁歪量が低下してもニードル弁２のリフト量が減少しないように、磁歪素子３及びニードル弁２の熱膨張係数が決定されている。そのため、温度上昇時に、磁歪素子３の磁歪量が低下し、それに伴ってニードル弁２のリフト量が減少してしまうのを抑制することができる。詳細には、図１に示すように、磁歪素子３の熱膨張量が大きくなるほどニードル弁２のリフト量が大きくなり、ニードル弁２の熱膨張量が大きくなるほどギャップＧが大きくなってニードル弁２のリフト量が小さくなる本実施形態の燃料噴射弁の場合、ニードル弁２の熱膨張量が磁歪素子３の熱膨張量よりも小さくなるように磁歪素子３及びニードル弁２が構成されている。その結果、ニードル弁２のリフト量が温度上昇時のニードル弁２及び磁歪素子３の熱膨張によって減少してしまうのを抑制することができる。具体的には、磁歪素子は鉄、リスプロシウム、テルビウム等の金属間化合物により構成されている。また、ニードル弁は、商品名がインコネル、ハステロイ等のニッケル合金（鉄を含まないもの）により構成されている。尚、従来では、一般的にニードル弁はステンレス（鉄、ニッケル合金）により構成されている。
【００１０】
図２は本実施形態の磁歪素子３の磁歪量とニードル弁２のリフト量との関係を示した図である。図２に示すように、本実施形態の場合には、温度が上昇するに従って磁歪素子３の磁歪量が減少するものの、ニードル弁２の熱膨張量が磁歪素子３の熱膨張量よりも小さくなるように磁歪素子３及びニードル弁２の熱膨張係数が決定されているため、温度上昇により磁歪素子３の磁歪量が減少してもニードル弁２のリフト量は減少しない（図２の実線）。一方、従来の場合には、温度が上昇するに従って磁歪素子３の磁歪量が減少することを考慮することなく磁歪素子及びニードル弁の熱膨張係数が決定され、ニードル弁の熱膨張量が磁歪素子の熱膨張量とほぼ等しくなっているため、ニードル弁のリフト量は、温度が上昇するに従って減少してしまう（図２の点線）。
【００１１】
以下、本発明の燃料噴射弁の第二の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、後述する点を除き図１に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。従って、本実施形態の燃料噴射弁は第一の実施形態の燃料噴射弁とほぼ同様の効果を奏することができる。本実施形態では、ニードル弁２の熱膨張係数が第一の実施形態のものよりも更に小さくされている。そのため、ニードル弁２のリフト量は、温度が上昇するに従って大きくなる。その結果、温度上昇に伴って燃料密度が低下し燃料噴射質量が減少してしまうのを抑制することができる。
【００１２】
図３は本実施形態の磁歪素子３の磁歪量とニードル弁２のリフト量との関係を示した図である。図３に示すように、本実施形態の場合には、ニードル弁２の熱膨張量が磁歪素子３の熱膨張量よりも小さくなるように磁歪素子３及びニードル弁２の熱膨張係数が決定され、その上、ニードル弁２の熱膨張係数が第一の実施形態のものよりも更に小さくされている。そのため、温度が上昇するに従って磁歪素子３の磁歪量が減少しても、ニードル弁２のリフト量は減少せず、むしろ、増加する（図３の実線）。
【００１３】
以下、本発明の燃料噴射弁の第三の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、後述する点を除き図１に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。従って、本実施形態の燃料噴射弁は第一の実施形態の燃料噴射弁とほぼ同様の効果を奏することができる。図４は本実施形態のニードル弁を示した図である。第一の実施形態ではニードル弁２が一種類の材料で構成されているが、図４に示すように、本実施形態では、ニードル弁が熱膨張係数の異なる材料を接合して形成されている。熱膨張係数の大きい材料の長さと熱膨張係数の小さい材料の長さを調節することにより、ニードル弁全体の所望の熱膨張特性を得ることができる。
【００１４】
第一の実施形態の説明に戻り、以下、電磁コイル４の通電制御方法について説明する。図５は本実施形態の電磁コイルの通電制御方法を示したフローチャートである。このルーチンは所定時間間隔で実行される。このルーチンが開始されると、まずステップ１００において、冷却水温が設定温度ＫＴよりも低いか否かが判断される。ＹＥＳのときにはステップ１０１に進み、ＮＯのときにはステップ１０８に進む。ステップ１０１では始動後であるか否かが判断される。始動前であるときにはステップ１０１に進み、始動後であるときにはステップ１０５に進む。ステップ１０２では燃圧が設定燃圧ＫＰよりも低いか否かが判断される。燃圧が設定燃圧ＫＰ以上であるときにはステップ１０３に進み、燃圧が設定燃圧ＫＰよりも低いときにはステップ１０４に進む。ステップ１０３では、ニードル弁２がリフトしないような値に電磁コイル４の電流値が設定され、連続通電が行われる。その結果、燃料の温度が上昇せしめられ、始動後に燃料が噴射される際の霧化が向上せしめられる。また、磁歪素子３の温度が上昇せしめられ、それゆえ、低温時に磁歪素子３の磁歪量が低下してしまうことが回避される。一方、ステップ１０４では、ニードル弁２をリフトさせても燃料が噴射されないため、ニードル弁２がリフトするような値に電磁コイル４の電流値が設定され、連続通電が行われる。その結果、ステップ１０３の場合よりも燃料の温度が上昇せしめられ、始動後に燃料が噴射される際の霧化が向上せしめられる。また、ステップ１０３の場合よりも磁歪素子３の温度が上昇せしめられ、それゆえ、低温時に磁歪素子３の磁歪量が低下してしまうことが回避される。
【００１５】
ステップ１０５では、冷却水温が設定温度ＫＴよりも低いときであって始動後のための通電量が設定される。詳細には、燃料噴射弁の閉弁期間中には、ニードル弁２がリフトしないような値に電磁コイル４の電流値が設定される。その結果、燃料の温度が上昇せしめられ、始動後に燃料が噴射される際の霧化が向上せしめられる。また、磁歪素子３の温度が上昇せしめられ、それゆえ、低温時に磁歪素子３の磁歪量が低下してしまうことが回避される。一方、燃料噴射弁の開弁期間中には、燃料及び磁歪素子３の温度を上昇させるように電磁コイル４の電流値が設定される。次いでステップ１０６では開弁期間が算出される（開弁期間←暖機時開弁期間×係数１−係数２）。詳細には、磁歪素子３の温度が上昇せしめられ磁歪素子３の熱膨張量が増加せしめられるのを考慮し、燃料噴射率が増加しないように開弁期間が減少せしめられる。次いでステップ１０７では、燃料噴射期間及び燃料噴射開始時期に基づき電磁コイル４に対する通電が行われる。
【００１６】
ステップ１０８では、冷却水温が設定温度ＫＴ以上のときのための通電量が設定される。詳細には、燃料噴射弁の閉弁期間中には、電磁コイル４の電流値がゼロに設定される。燃料噴射弁の開弁期間中には、電磁コイル４の電流値が通常の値、つまり、ステップ１０５における設定値よりも小さな値に設定される。次いでステップ１０７では、燃料噴射期間及び燃料噴射開始時期に基づき電磁コイル４に対する通電が行われる。
【００１７】
以下、本発明の燃料噴射弁の第四の実施形態について説明する。本実施形態の構成は、後述する点を除き図１に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。従って、本実施形態の燃料噴射弁は第一の実施形態の燃料噴射弁とほぼ同様の効果を奏することができる。図６は本実施形態の電磁コイルの構成図である。第一の実施形態では電磁コイルに対し通電が行われると電磁コイル全体に電流が流れるように電磁コイルが構成されているが、図６に示すように本実施形態では、電磁コイルが四つの部分に分割され、四つの部分のうちの任意の部分に電流を流すことができるように電磁コイルが構成されている。
【００１８】
図７は本実施形態の電磁コイルの通電制御方法を示したフローチャートである。このルーチンは所定時間間隔で実行される。このルーチンが開始されると、まずステップ２００において、機関アイドル運転中であるか否かが判断される。ＹＥＳのときにはニードル弁２を高速で作動させる必要がないと判断し、ステップ２０８に進む。ステップ２０８では、図６に示した電磁コイルの四つの部分のうちの一部のみに電流を流すことができるように電気接続が行われる。次いでステップ２０６において、燃料噴射期間及び燃料噴射開始時期に基づき電磁コイルの一部のみに対し通電が行われる。その結果、ニードル弁２の移動速度が低減され、燃料噴射弁作動時の騒音が低減される。
【００１９】
ステップ２００においてＮＯと判断されたときにはステップ２０１に進み、要求燃料噴射量Ｑが設定噴射量ＫＱより小さいか否かが判断される。ＹＥＳのときには、燃料噴射期間が短くなり過ぎるのを回避しつつ燃料噴射量を減少させるために、ニードル弁２のリフト量を小さくし燃料噴射率を小さくする必要があると判断し、ステップ２０８に進む。ステップ２０８及びステップ２０６が実行されることにより、ニードル弁２のリフト量が小さくされ、その結果、燃料噴射期間が短くなり過ぎるのを回避しつつ燃料噴射量が減少せしめられる。ステップ２０１においてＮＯと判断されたときにはステップ２０２に進み、エンジン回転数Ｎが設定回転数ＫＮより低いか否かが判断される。ＹＥＳのときには、燃料噴射期間を短くしなくてもボアフラッシングが発生しないと判断し、ステップ２０８に進む。ステップ２０８及びステップ２０６が実行されることにより、ニードル弁２のリフト量が小さくされると共に燃料噴射期間が比較的長くされる。
【００２０】
ステップ２０２においてＮＯと判断されたときにはステップ２０３に進み、開弁期間中の経過時間を示すカウンタが閾値ＫＯＣより小さいか否かが判断される。ＹＥＳのときには、ニードル弁２が開弁動作中であるためニードル弁２の移動速度を低減し開弁バウンス及び開弁時の衝撃を低減する必要があると判断し、ステップ２０８に進む。ステップ２０８及びステップ２０６が実行されることにより、ニードル弁２の移動速度が低減され、その結果、開弁バウンス及び開弁時の衝撃が低減される。ステップ２０３においてＮＯと判断されたときにはステップ２０４に進み、閉弁期間中の経過時間を示すカウンタが閾値ＫＣＣより小さいか否かが判断される。ＹＥＳのときには、電磁コイルへの通電が突然遮断されるとニードル弁２が急激に閉弁されてしまうことに鑑み、ニードル弁２の移動速度を低減し閉弁バウンス及び閉弁時の衝撃を低減する必要があると判断し、ステップ２０７に進む。ステップ２０７では、電磁コイルへの通電が突然遮断されないように電磁コイルへの通電期間が延長され（通電期間←基本通電期間＋閉弁時用通電期間）、ステップ２０８に進む。ステップ２０８及びステップ２０６が実行されることにより、ニードル弁２の移動速度が低減され、その結果、閉弁バウンス及び閉弁時の衝撃が低減される。
【００２１】
ステップ２０２においてＮＯと判断されたとき、つまり、要求燃料噴射量Ｑが多くエンジン回転数Ｎが高いときには通電期間を短くしボアフラッシングを回避するためにニードル弁２のリフト量を大きくする必要があると判断し、ステップ２０５に進む。ステップ２０５では図６に示した電磁コイルの四つの部分のすべてに電流を流すことができるように電気接続が行われる。次いでステップ２０６において、燃料噴射期間及び燃料噴射開始時期に基づき電磁コイルのすべての部分に対し通電が行われる。その結果、ニードル弁２のリフト量が大きくされ、通電期間が短くされることにより消費電力が低減されると共に、燃料噴射期間が短くされることによりボアフラッシングが回避される。
【００２２】
尚、上述した実施形態では、電磁コイルに通電して磁界をかけると伸長する正磁歪特性を有する磁歪素子を使用しているが、他の実施形態では、磁界をかけると収縮する負磁歪特性を有する磁歪素子を使用することも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、温度上昇時に磁歪素子の磁歪量の低下に伴ってニードル弁のリフト量が減少してしまうのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射弁の第一の実施形態の縦断面図である。
【図２】第一の実施形態の磁歪素子３の磁歪量とニードル弁２のリフト量との関係を示した図である。
【図３】第二の実施形態の磁歪素子３の磁歪量とニードル弁２のリフト量との関係を示した図である。
【図４】第三の実施形態のニードル弁を示した図である。
【図５】第一の実施形態の電磁コイルの通電制御方法を示したフローチャートである。
【図６】第四の実施形態の電磁コイルの構成図である。
【図７】第四の実施形態の電磁コイルの通電制御方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１…燃料通路
２…ニードル弁
３…磁歪素子
４…電磁コイル
５…燃料噴射弁ケース
【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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