JP2004108219A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数増加や燃料噴射弁の全長寸法・外径寸法を大きくすることなく、弁体に作用する閉弁方向力を増大させ、弁体の閉弁遅れ時間を短縮し、制御可能な最小噴射量の小さい燃料噴射弁を得る。
【解決手段】内側固定鉄心９の下端面と可動鉄心４の上端面のうち少なくとも何れか一方の面に、周方向の一部についての凸部２２を設ける。
【効果】スプリング２０の発生する閉弁方向力に加えて、開弁状態の近傍で、ロッド７の弾性による閉弁方向力を得ることができる。
【選択図】　図１

Description

【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。
【０００３】
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、すなわち閉弁状態では、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。
【０００４】
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、すなわち開弁状態になると、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。
【０００５】
燃料噴射弁では、開弁状態を保持する時間を調整することによって、燃料供給量を制御する。
【０００６】
内燃機関への燃料供給量を精密に制御するためには、制御可能な燃料供給量の最小値である最小噴射量を小さくすることが必要である。
【０００７】
最小噴射量を小さくするためには、開弁状態から閉弁状態へ移行する時間を短縮することが重要である。このための、従来技術として以下の特許文献１が挙げられる。これは、燃料噴射弁の開弁時に供給する大電流の通電時間を、弁体が開弁を完了する時間より短く設定することにより、磁束の減衰を速くして、開弁状態から閉弁状態への移行時間を短縮し、最小噴射量を低減しようとするものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１５２９４０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術は、燃料噴射弁を駆動する電流波形についてのものであり、燃料噴射弁本体の弁体に作用する力の特性を考慮していない。よって、ばね力などの弁体を閉弁させる力には改良が加えられていないため、最小噴射量の低減には限界があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記問題を解決し、燃料噴射弁本体の弁体に作用する力の特性を改良し、開弁状態から閉弁状態への移行時間を短縮し、最小噴射量の小さい燃料噴射弁を得ることである。
【００１１】
【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、前記弁体の構成要素である可動鉄心と、可動鉄心に対向する固定鉄心とを備える燃料噴射弁において、
可動鉄心の固定鉄心に対向する面と、固定鉄心の可動鉄心に対向する面のうち、少なくとも何れか一方の面に、周方向の一部に凸部を設けるようにする（請求項１）。
【００１２】
さらに本発明では、前記凸部はメッキ層によって形成してもよい（請求項２）。
【００１３】
さらに本発明では、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、前記弁体の構成要素である可動鉄心と、可動鉄心に対向する固定鉄心とを備える燃料噴射弁において、
可動鉄心の固定鉄心に対向する面と、固定鉄心の可動鉄心に対向する面のうち、少なくとも何れか一方の面に、板ばねを設けるようにしてもよい（請求項３）。
【００１４】
さらに本発明では、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、前記連動部材の下端部に配設される板ばねとを備える燃料噴射弁において、
前記連動部材の上端部に対向する位置に、連動部材の変位を規制する変位規制部を設けるようにしてもよい（請求項４）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（図１〜図６　第一の実施形態）
図１〜６を用いて、本発明の燃料噴射弁の第一の実施形態の構成及び作用・効果について説明する。
【００１６】
図１は本発明の燃料噴射弁の一実施形態を表す全体断面図である。
【００１７】
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摺動案内される。
【００１８】
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が支持されるようにする。連動部材１０は内側固定鉄心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の内周部に接触するようにする。ダンパプレート８は、その外周部が支持され、内周部が軸方向にたわむことにより、板ばねとして機能する。
【００１９】
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。内側固定鉄心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。この閉弁状態では、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。
【００２０】
ノズルホルダ１４、可動鉄心５、内側固定鉄心９、プレートハウジング１６、外側固定鉄心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。
【００２１】
噴射指令パルスがオンの状態になると、コイル１８に電流が流れ、可動鉄心５は内側固定鉄心９に電磁力によって吸引され、弁体４は、その上端面が内側固定鉄心９の下端面に接触する位置まで移動する。この開弁状態では、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。
【００２２】
噴射指令パルスがオフの状態になると、コイル１８に電流が流れなくなり、電磁力が消滅するため、スプリング力によって弁体４は閉弁状態に戻り、燃料の噴射が終わる。
【００２３】
燃料噴射弁のはたらきは、上記のように、噴射指令パルスに従って、弁体４の位置を開弁状態と閉弁状態に切り替え、開弁状態を保持する時間を調整することによって、燃料供給量を制御することである。内燃機関への燃料供給量を精密に制御するためには、制御可能な燃料供給量の最小値である最小噴射量を小さくすることが必要である。このためには、噴射指令パルスがオフになってから、弁体４が開弁状態から閉弁状態への移行を完了するまでの時間、すなわち閉弁遅れ時間を短縮する必要がある。
【００２４】
そこで本発明では、内側固定鉄心９の可動鉄心５に対向する端面の周方向の一部に凸部２２を設ける。
【００２５】
図２は、図１で示した燃料噴射弁のうち、弁体４、固定鉄心９、連動部材１０を取り出して拡大した断面図である。弁体４は閉弁状態にある。凸部２２は固定鉄心９の端面にメッキ層として設けることが好適であるが、他の方法によって設けてもよい。凸部２２の、弁体４の軸方向についての厚さは、閉弁状態における、可動鉄心５の上端面と内側固定鉄心９の下端面との距離よりも小さく設定しておく。また、凸部２２は、固定鉄心９の端面の周方向の一部に設けるようにする。
【００２６】
図３は、図１で示した燃料噴射弁のうち、弁体４、固定鉄心９、連動部材１０、ガイドプレート１３を取り出して拡大した断面図である。弁体４は開弁状態にある。可動鉄心５は、電磁力によって、内側固定鉄心９に吸引される。可動鉄心５は、周方向の一部に設けられた凸部２２によって、曲げモーメントを受ける。これにより、ロッド７にも曲げモーメントが伝達され、ロッド７が弾性変形によって僅かに曲げられる。ロッド７は、ステンレス鋼などの弾性体であるから、真っ直ぐに戻ろうとする反力を発生する状態となる。この反力は可動鉄心５にも伝達され、可動鉄心５を内側固定鉄心９から離反させる方向の力となる。すなわち、弁体４が開弁状態のときには、スプリング２０の発生するスプリング力に、ロッド７の弾性による力を加えた閉弁方向力が弁体４に作用することになる。
【００２７】
これによる本発明の作用・効果について、図４を加えて説明する。
【００２８】
図４（ａ）は、横軸に時間をとり、縦軸に噴射指令パルスをとって表したグラフである。
【００２９】
図４（ｂ）は、横軸に時間をとり、縦軸にコイル１８に流れる駆動電流をとって表したグラフである。
【００３０】
図４（ｃ）は、横軸に時間をとり、縦軸に固定鉄心９が可動鉄心５を吸引する電磁力及び前記の閉弁方向力の大きさをとって表したグラフである。
【００３１】
図４（ｄ）は、横軸に時間をとり、縦軸に弁体４の変位をとって表したグラフである。
【００３２】
噴射指令パルスがオフの状態になると、駆動電流が消滅するため、これに遅れを伴って電磁力が減衰していく。電磁力が閉弁方向力より小さくなった時点から、弁体４は開弁状態から閉弁状態への移動を開始する。本発明では、開弁状態における閉弁方向力が大きいため、弁体４が上記移動を開始する時間が速く、閉弁遅れ時間を短縮することができる。
【００３３】
さらに、本発明の効果について図５を加えて説明する。
【００３４】
図５は、横軸に噴射指令パルス幅をとり、縦軸に開閉動作一回当りの噴射量をとって表したグラフである。
【００３５】
噴射指令パルスを短くしていけば、噴射量も小さくなっていく。噴射指令パルス幅と噴射量の関係が概ね直線となる領域で、内燃機関への燃料供給量の制御が可能となる。すなわち、制御可能な最小噴射量は１００または１０１の点で表される。この最小噴射量は閉弁遅れ時間の間に噴射される燃料の量に概ね相当する。本発明の燃料噴射弁では、閉弁遅れ時間が短いため、最小噴射量を１００の点から１０１の点へ小さくすることが可能となる。
【００３６】
さらに、本発明の効果について図６を加えて説明する。
【００３７】
図６は、横軸に弁体４の位置をとり、縦軸に上述した閉弁方向力をとって表したグラフである。本発明の燃料噴射弁では、ロッド７の弾性を用いて、閉弁方向力を開弁位置の近傍でのみ大きくすることができる。
【００３８】
スプリング２０のスプリング力を強くして、閉弁方向力を増加させることも考えられるが、この場合は、弁体の位置によらずに、開弁位置から閉弁位置に至るまでの全領域で閉弁方向力が増加してしまう。すると、弁体が動作可能な最大の燃料圧力である最大作動燃料圧力が低下することが問題となる可能性がある。また、弁体５が弁座３に衝突する際の衝撃力が大きくなるため、作動音が増大したり、弁座３の耐摩耗性確保が困難となる可能性がある。
【００３９】
本発明の燃料噴射弁では、開弁位置の近傍でのみ閉弁方向力を増加させることが可能であるため、最大作動燃圧の低下や、作動音の増加を最小限に抑え、また弁座３の耐摩耗性を確保しつつ、最小噴射量を小さくすることが可能となる。
【００４０】
さらに、本発明の燃料噴射弁では、閉弁方向力を増加させるために、スプリング等の部品を追加する必要がない。部品点数を増加させることなく、すなわちコスト上昇を招くことなく閉弁方向力を増加させることができる。
【００４１】
開弁状態において、可動鉄心５と内側固定鉄心９とを直接接触させる方式の燃料噴射弁では、可動鉄心５と内側固定鉄心９との間に挟まれる燃料が、弁体の高速な動作を妨げることがある。これを防止するために、可動鉄心５の上端面と、内側固定鉄心９の下端面とのうちの少なくとも何れか一方の面を、平面でない形状に加工する場合が多い。
【００４２】
本発明の燃料噴射弁では、凸部２２により、可動鉄心５と内側固定鉄心９との間に挟まれる燃料の膜厚を厚くすることができるため、弁体の高速な動作が妨げられることがない。従って、可動鉄心５の上端面と、内側固定鉄心９の下端面とを何れも平面とすることができる。よって可動鉄心５の上端面と、内側固定鉄心９の下端面とのうちの少なくとも何れか一方の面を、平面でない形状に加工する必要がなくなる。
【００４３】
尚、可動鉄心５の上端面と、内側固定鉄心９の下端面とのうちの少なくとも何れか一方の面を、平面でない形状に加工したうえで、凸部２２を設けても、本発明のその他の効果が損なわれるものではない。
【００４４】
開弁状態において、可動鉄心５と内側固定鉄心９とを直接接触させる方式の燃料噴射弁では、両者の衝突摩耗を防止するために、衝突面にメッキを施す場合が多い。この衝突面の全域にわたり、メッキの膜厚を均一に管理することが必要になる。
【００４５】
本発明の燃料噴射弁では、メッキ等の方法により、周方向の一部に凸部２２を設ける。凸部２２は面積が小さいため、メッキ膜厚を均一に管理することが容易となる。
（図７　凸部を母材形状として形成）
図７は本発明の他の実施形態を表す部分断面図である。
【００４６】
燃料噴射弁のうち弁体４、内側固定鉄心９、連動部材１０を取り出して拡大した断面図である。その他の部分の構成は図１と同一である。
【００４７】
凸部２２を内側固定鉄心９の母材形状として形成する。これによれば、メッキ層を設ける必要がなくなり低コストである。
【００４８】
尚、凸部２２を内側固定鉄心９の母材形状として形成した後、メッキ層を設けても、本発明の効果が損なわれるものではない。
（図８　凸部は可動鉄心側に形成）
図８は本発明の他の実施形態を表す部分断面図である。
【００４９】
燃料噴射弁のうち弁体４、内側固定鉄心９、連動部材１０を取り出して拡大した断面図である。その他の部分の構成は図１と同一である。
【００５０】
凸部２３を可動鉄心５の端面に形成する。凸部２３は可動鉄心５の母材形状として形成してもよいし、メッキ層として形成してもよい。さらに、凸部２３は可動鉄心５の母材形状として形成した後、メッキ層を設けてもよい。
【００５１】
ロッド７は、図３で示したように、ロッド７のガイドプレート１３による支持点を基準にして弾性変形する。よって、凸部２３の高さは、ロッドを基準として計測し、管理することが望ましい。
【００５２】
この実施形態では、ロッド７を基準にとって、弁体４を回転させながら、可動鉄心５の上端面の凸部２３の高さを計測・管理することが可能である。よって、ロッド７の弾性変形による閉弁方向力の増分の管理が容易となる。
（図９　吸引面に板ばね設置）
図９は本発明の他の実施形態を表す部分断面図である。
【００５３】
燃料噴射弁のうち弁体４、内側固定鉄心９、連動部材１０を取り出して拡大した断面図である。その他の部分の構成は図１と同一である。弁体４は閉弁状態にある。
【００５４】
内側固定鉄心９の下端面に凹部９０１を設け、そこに皿ばね等の板ばね２４を設ける。板ばね２４の下端部は内側固定鉄心９の下端面より下側に突出するようにする。この突出量は、閉弁状態における内側固定鉄心９の下端面と可動鉄心４の上端面との距離よりも小さくなるように設定する。弁体４が開弁状態になると、可動鉄心５の上端面が板ばね２４を変形させる。このとき、板ばね２４の反力により、可動鉄心５を内側固定鉄心９から離反させる方向の力が作用する。
【００５５】
本実施形態によっても、開弁状態の近傍で、弁体４に作用する閉弁方向力を増大させることができるため、図１から図６を用いて説明したものと同一の作用・効果を得ることができる。
【００５６】
これに加えて、本実施形態では、以下のような作用・効果を得ることもできる。
【００５７】
コイルばねをもう一つ追加して、開弁位置の近傍での閉弁方向力を増大させる構成も考え得るが、全長寸法や外径寸法を小さく抑える必要がある燃料噴射弁への採用は困難である。本実施形態では、板ばねを用いるため、狭い空間に第二のばねを設けることが可能となり、全長寸法や外形寸法の小さい燃料噴射弁についても、開弁位置近傍での閉弁方向力を増大させることができる。
【００５８】
また、板ばねはコイルばねに比較してばね定数を大きくすることが可能であるため、強い閉弁方向力を得ることができるようになる。
【００５９】
また、板ばねの板厚や形状、突出量により閉弁方向力を精度よく管理できるようになる。
【００６０】
ここで、板ばねは皿ばねであることが望ましいが、これに限定するものではない。閉弁方向力を増大できれば、いかなる形状の板ばねを用いても本発明の効果を得ることができる。
【００６１】
また、板ばね２４の下端部にはメッキを施し、可動鉄心５の衝突による摩耗を防止することが好ましいが、これに限定するものではない。
【００６２】
さらに、内側固定鉄心９の下端面の凹部９０１はなくともよい。板ばね２４を設置することが可能であれば、内側固定鉄心９の下端面の形状はいかなるものでもよい。
【００６３】
さらに、板ばね２４は、可動鉄心５に設けても、上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。
（図１０　連動部材・ダンパプレート利用）
図１０は本発明の他の実施形態を表す部分断面図である。
【００６４】
燃料噴射弁のうち弁体４、内側固定鉄心９、連動部材１０を取り出して拡大した断面図である。その他の部分の構成は図１と同一である。図１０（ａ）は弁体４が閉弁位置にある状態を示し、図１０（ｂ）は弁体４が開弁位置にある状態を示す。
【００６５】
内側固定鉄心９の、連動部材１０の上端面に対向する位置に、連動部材１０の上方への可動範囲を規制する変位規制部９０２を設ける。
【００６６】
図１０（ａ）に示すように、連動部材１０の上端面と変位規制部９０２の距離は、閉弁位置における可動鉄心５の上端面と内側固定鉄心９の下端面との距離よりも小さくなるように設定する。
【００６７】
図１０（ｂ）に示すように、弁体４が上方に移動し開弁位置の近傍に達すると、まず、連動部材１０の上端面と変位規制部９０２が接触する。その後弁体４がさらに上方に移動すると、ダンパプレート８が板ばねとして変形するようになる。このとき、ダンパプレート８の復元力により、弁体４に内側固定鉄心９から離反する方向の閉弁方向力が作用する。
【００６８】
本実施形態によっても、開弁状態の近傍で、弁体４に作用する閉弁方向力を増大させることができるため、図１から図６を用いて説明したものと同一の作用・効果を得ることができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、弁体の開弁状態の近傍において、閉弁方向力を増大させることができるため、噴射指令パルスがオフになってから閉弁状態に至るまでの時間である閉弁遅れ時間を短縮することができ、制御可能な最小噴射量の小さい燃料噴射弁を得ることが可能となる。
【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部分拡大図である。
【図３】本発明の燃料噴射弁の他の実施形態を表す部分拡大図である。
【図４】本発明の燃料噴射弁の一実施形態の動作を表す部分拡大図である。
【図５】本発明の燃料噴射弁の作用・効果を説明するグラフである。
【図６】本発明の燃料噴射弁の作用・効果を説明するグラフである。
【図７】本発明の燃料噴射弁の作用・効果を説明するグラフである。
【図８】本発明の燃料噴射弁の他の実施形態を表す部分拡大図である。
【図９】本発明の燃料噴射弁の他の実施形態を表す部分断面図である。
【図１０】本発明の燃料噴射弁の他の実施形態を表す部分拡大図である。
【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…内側固定鉄心、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…外側固定鉄心、１８…コイル、１９…スプリングピン、２０…スプリング、２１…燃料供給口。

Claims (4)

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、前記弁体の構成要素である可動鉄心と、可動鉄心に対向する固定鉄心とを備える燃料噴射弁において、
   可動鉄心の固定鉄心に対向する面と、固定鉄心の可動鉄心に対向する面のうち、少なくとも何れか一方の面に、周方向の一部に凸部を設けることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記凸部はメッキ層によって形成されることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 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、前記弁体の構成要素である可動鉄心と、可動鉄心に対向する固定鉄心とを備える燃料噴射弁において、
   可動鉄心の固定鉄心に対向する面と、固定鉄心の可動鉄心に対向する面のうち、少なくとも何れか一方の面に、板ばねを設けることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 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、前記連動部材の下端部に配設される板ばねとを備える燃料噴射弁において、前記連動部材の上端部に対向する位置に、連動部材の変位を規制する変位規制部を設けることを特徴とする燃料噴射弁。

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