JPH03222862A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関用の燃料噴射弁に関するもので、たと
えば２サイクル内燃機関の燃焼室内へ直接に比較的低圧
の燃料を霧化して噴射するのに適した燃料噴射弁に関す
る。

〔従来の技術〕

内燃機関に用いられる燃料噴射弁は要求燃料量が最も少
いときでも正確な量の燃料を噴射しうる構造となってい
る。ところが要求燃料量は機関の運転状態に応じて大巾
に変動し、従って特に低圧用燃料噴射弁を用いたときに
は要求噴射量が多くなると噴射時間をかなり長くしなけ
ればならない。

ところが例えば２サイクル内燃機関では短時間のうちに
燃料噴射を行わなければならず、従って特に低圧燃料噴
射弁を用いた場合には短時間のうちに最小要求燃料量か
ら最大要求燃料量の全範囲に亘って必要な量の燃料を噴
射するのが困難となる。

そこで短時間のうちに燃料噴射を行う必要がある場合に
は通常小流量用燃料噴射弁と大流壷用燃料噴射弁を具え
、要求撚＄４１が少いときには小流量用燃料噴射弁から
燃料を噴射し、要求燃料量が多くなると大流■燃料噴射
弁からも燃料を噴射するようにしている（特公昭６１−
５５４３号公報参照）。

また別の従来例では、燃料噴射弁の制御可能な燃料噴射
量の範囲を拡げて、噴射燃料を微小量においても確実に
制御することができるようにするために、可動コアが励
磁コイルの付勢によって吸引されるとき、この吸引力を
可動コアとニードルの間に挿入したデイレイスプリング
と呼ばれるものに所定時間蓄えた後、この吸引力に前記
のようにして蓄えた力を付加して前記ニードルに伝達す
るバルブリフト制御手段なるものを設けたものもある（
実開昭５８−７２４５５号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら実際には内燃機関の燃焼室等に前記の第１
の従来例のような２つの燃料噴射弁を設けるのはスペー
スの点から困難な場合が多いことは当業者の良く知ると
ころである。

また、前記の第２の従来例におけるデイレイスプリング
も、低流量域から高流量域までの広い範囲にわたって燃
料噴射量の制御範囲を拡げ、且つ微調整を可能とすると
は考えられない。

本発明は、このような従来技術によっては解決し得なか
った燃料噴射弁の広範囲の制御とその微調整を新規な手
段によって解決しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、第１の発明による燃料噴
射弁は、ニードルが開弁したときに燃料噴射が行われる
燃料噴射弁において、前記ニードルを開弁させるために
設けられる第１のアクチュエータと、前記ニードルが開
弁したときに前記ニードルと直接又は間接的に係合して
前記ニードルの最大リフト位置を規制するストッパ部材
と、前記ニードルの前記最大リフト位置を変化させるた
島に前記ストッパ部材を前記ニードルの軸線方向に移動
せしめる第２のアクチュエータとを具備している。

第２の発明による燃料噴射弁は、前記の手段に加えて、
ニードルを開弁させるための第１のアク壬二エータと、
ストッパ部材を前記ニードルの軸線方向に移動させるた
めの第２のアクチュエータが、それぞれ高リフト時にお
ける燃料噴射量と低リフト時における燃料噴射量を個別
に調整するだめの燃料噴射量調整手段を具備している。

〔作　用〕

第１の発明においては、第２のアクチュエータによって
ストッパ部材が移動し、ニードルの最大リフト位置を変
化させることによって、第１のアクチュエータによりニ
ードルが開弁じた時の噴射燃料の流量を変化せしめられ
る。

第２の発明においては、第１の発明の手段に加えて、ニ
ードルを開弁させるための第１のアクチュエータが、高
リフト時における燃料噴射量を調整するだめの燃料噴射
量の調整手段を備えているので、高リフト時、つまり単
位時間当り多量の燃料を噴射する際の噴射量特性を任意
に調整することができると共に、ストッパ部材をニード
ルの軸線方向に移動させるための第２のアクチュエータ
が、低リフト時における燃料噴射量の調整手段を備えて
いるので、低リフト時、すなわち単位時間当り少量の燃
料を噴射する際の噴射量特性を高リフト時と無関係に任
意に調整することができる。

したがって調整の幅が広くなって、良好な噴射条件を維
持する領域が拡がり、調整も簡単となる。

〔実施例〕

第１図は本発明を低圧用燃料噴射弁に適用した場合の第
１実施例を示す。

第１図を参照すると、１は燃料噴射弁本体、２は燃料噴
射弁本体１を例えば（図示しない）シリンダヘッドに固
締するだめのフランジ、３は燃料噴射弁本体１の先端部
に固定されたノズルホルダを夫々示し、ノズルホルダ３
の先端部にはノズル口４が形成される。ノズルホルダ３
内にはニードル挿入孔５が形成され、このニードル挿入
孔５内にニードル６が摺動可能に挿入される。ニードル
６の先端部には円錐状弁部７が形成され、この円錐状弁
部７近傍のニードル６上にはニードル６を正規の位置に
保持するための円筒状膨大部８が形成される。この円筒
状膨大部８の外周面上には複数本の螺旋溝９が形成され
る。一方、ニードル６周りにはノズルホルダ３の内端面
上に着座可能なストッパ部材１０が摺動可能に挿入され
る。ストッパ部材１０は大径下端部１０ａと、中径中間
部ｆｏｂと、小径上端部１０Ｃと、小径上端部１０Ｃと
同心的に配置されかつ中経中間部Ｊｏｂに溶着固定され
た中空円筒状コア部１０ｄとを具備する。ストッパ部材
１０の小径上端部１０ｃ上方のニードル６周りにはスプ
リングリテーナ１１が嵌着され、スプリングリテーナ１
１の上方にはスペーサ１２と、ニードル６の溝部に嵌着
固定されたスナップリング１３が配置される。

スプリングリテーナ１１の拡大頭部１１ａとストッパ部
材１０の中径中間部１０ｂ間には圧縮ばね１４が挿入さ
れ、この圧縮ばね１４のばね力はスプリングリテーナ１
１、スペーサ１２およびスナップリング１３を介してニ
ードル６に伝えられる。従ってニードル６は圧縮ばね１
４のばね力により常時上方に付勢され、斯くして通常ニ
ードル６の弁部７がノズル口４を閉鎖している。

ニードル６の上端部の上方には可動コア１５が摺動可能
に挿入され、この可動コア１５は圧縮ばね１６のばね力
によってニードル６の上端部に圧接される。この圧縮ば
ね１６のばね力は圧縮ばね１４のばね力よりも弱く設定
されている。ニードル６の上端部と接触する可動コア１
５の下端面上には耐摩耗性部材１７が嵌着固定される。

可動コア１５の周りには第１のアクチュエータを構成す
る第１の励磁コイル１８が配置される。この第１励磁コ
イル１８が付勢されるとステータ部分１９ａ１このステ
ーク部分１９ａと可動コア１５間の空隙２０、可動コア
１５およびステーク部分１９ｂを通る磁路が形成され、
このとき可動コア１５は空隙２０を減少させる方向に移
動する。

可動コア１５の上方には燃料流入通路２１が形成され、
この燃料流入通路２１はフィルタ２２を介して燃料流入
口２３に接続される。

燃料流入口２３からフィルタ２２を介して燃料流入通路
２１内に送り込まれた燃料は可動コア１５の外周面上に
形成された燃料流通溝２４を介してニードル６周りに形
成された燃料室２５内に送り込まれる。

次いて燃料はスペーサ１２に形成された燃料流通孔２６
を介してニードル６とスプリングリテーナ１１間に流入
する。スプリングリテーナ１１およびストッパ部材１０
内に位置するニードル６の外周面はほぼ断面三角形状を
なしていて３個の突条６ａが形成されており、これらの
突条６ａ間には夫々燃料流通溝２８が形成される。従っ
てニードル６とスプリングリテーナ１１間に流入した燃
料はこれら燃料流通溝２８を通り、次いでニードル挿入
孔５とニードル６間に形成された環状の燃料流通路２９
を通り、次いて螺旋溝９を通って弁部７の背後まで送り
込まれる。図示されない端子を介して第１励磁コイル１
８が付勢されると、前述したように可動コア１５は空隙
２０を減少させる方向に移動するので、ニドル６は圧縮
ばね１４に抗して下降せしめられ、斯（して弁部７がノ
ズル口４を開口せしめるためにノズル口４から燃料が噴
射される。

第１図に示されるようにストッパ部材１０の小径上端部
１０Ｃの上端面とスプリングリテーナ１１の下端面間に
は空隙３０が形成されており、第１励磁コイル１８が付
勢されたときにニードル６はスプリングリテーナ１１の
下端面がストッパ部材１０の小径上端部ＩＯＣの上端面
に当接するまで下降せしめられる。従って、このときの
ニードル７の最大リフト伍は空隙３０の巾に実質的に等
しくなるから、空隙３０の大きさを変えることによって
ニードル６の最大リフト位置を制御することができる。

なお、ストッパ部材１０の下端面はノズルホルダ３上に
着座せしめられているので、スプリングリテーナ１１が
ストッパ部材１０に当接すると、スプリングリテーナ１
１、即ちニードル６はそのときの位置に確実に保持され
る。

一方、ストッパ部材１０の中空円筒状コア部１０ｄの周
りには第２のアクチュエータを構成する第２の励磁コイ
ル３１が配置される。この第２励磁コイル３１が付勢さ
れると、ステータ部分３２ａ１このステータ部分３２ａ
とコア部１０ｄ間の空隙３３、コア部ｌａｄおよびステ
ータ部分３２ｂを通る磁路が形成され、このときコア部
１０ｄは空隙３３を減少させる方向に移動する。また、
燃料噴射弁本体１とノズルホルダ３間にはストッパ部材
１０の移動量を規制するための位置規制リンク３４が嵌
着固定され、この位置規制リング３４吉ストッパ部材１
０の大径下端部１０２間には空隙３５が形成される。こ
の空隙３５はステータ部分３２ａとコア部１０ｄ間の空
隙３３およびスプリングリテーナ１１とストッパ部材１
０間の空隙３０よりも小さく形成されている。

図示されない端子を介して第２励磁コイル３１が付勢さ
れると、前述したようにコア部１０ｄは空隙３３を減少
させる方向に移動するので、ストッパ部材１０がノズル
ホルダ３から離れ、その大径下端部１０ａの上縁が位置
規制リング３４に当接するまで上昇する。その結果、ス
プリングリテーナ１１吉ストツパ部材１０間の空隙３０
は空隙３５に相当する分だけ小さくなる。従って、この
ような状態で第１励磁コイル１８が付勢されると、ニー
ドル６の最大リフト量が減少せしめられることになる。

なお、第２励磁コイル３１が付勢され続けている限り、
ストッパ部材１０は位置規制リンク３４に強固に圧接せ
しめられているので、スプリングリテーナ１１がストッ
パ部材１０に当接すると、スプリングリテーナ１１、即
ちニードルＧはそのときの位置に確実に保持される。

第２図は、第１図に示す第１実施例において、ストッパ
部材１０を制御することによりニードル６の最大リフト
位置を変えたときの燃料噴射ｆｉＱと噴射時間Ｔとの関
係を示している。第２図において直線Ａは第２励磁コイ
ル３１を付勢しない場合、即ち第１図に示される場合を
示しており、直線Ｂは第２励磁コイル３１を付勢した場
合を示している。

ニードル６の最大リフ）ｌが小さくなれば単位時間当り
の噴射量が少くなるので、噴射時間Ｔが同じであっても
直線Ｂで示される場合の方が直線Ａで示される場合より
も噴射量Ｑが少なくなる。第１図及び第２図に示す実施
例では要求噴射量がＱ。

よりも少ないときには第２励磁コイル３１が付勢されて
ニードル６の最大リフト量が減少せしめられ、要求噴射
量がＱＯよりも多いときには第２励磁コイル３１が消勢
されてニードル６の最大リフト量が増大せしめられる。

その結果、短かい噴射期間において最小要求噴射量から
最大要求噴射量まで広範囲に噴射量を制御することがで
きる。

第１図に示される実施例では、圧縮ばね１４はニードル
６を閉弁方向に付勢するための役目と、ストッパ部材１
０をノズルホルダ３に強固に圧接保持するための役目の
双方の役目を果しており、またスプリングリテーナ１１
は、圧縮ばね１４のばね力をニードル６に伝えるための
役目と、ストッパ部材１０と協働してニードル６の最大
リフト位置を規制する役目との双方の役目を果している
。更に、ストッパ部材１０のコア部１０ｄは燃料室２５
の内周面上に摺動可能に挿入されており、従ってコア１
ｌｌ（１０ｄはストッパ部材１０の上下動を案内する役
目も果してしする。

次に、第３図に示された本発明の第２実施例について説
明する。第１実施例と同様の部分には同じ符号を付して
説明を省略する。第２実施例においては、可動コア１５
を下方に付勢する圧縮ばね１６の上端を支持している雄
ねじ状の円筒３６がステータ部分１９ｂの中に螺合され
ており、該円筒３６を上方から適当な工具によって回動
させると、それ自体が上下方向に微細な移動をするので
、圧縮ばね１６の圧縮力が変化し、可動コア１５を下方
へ付勢する力の大きさが変化する。

したがって、第２励磁コイル３１を付勢しない高リフト
時に、燃料噴射量Ｑが第２図の直線Ａと同様に第４図の
直線Ａのようにならなければならないのにもかかわらず
、部品のばらつき等の原因により、仮りに直線Ａ′のよ
うに目標値からずれた特性を示した場合には、円筒３６
を回動させて圧縮ばね１６の圧縮力を調整して、直線Ａ
′を直線Ａのように修正することができる。

直線Ｂの方も、やはり部品のばらつきや直線Ａ′の前記
のような調整等が原因となって、第４図の直線Ｂのよう
になるべきものが、実際には直線Ｂ′のようにずれた特
性を示すということが起り得る。

その対策として、第３図に示された第２実施例では、第
１の励磁コイル１８の外側に第３の励磁コイル３７を重
ねて設けており、第５図に示されているように、第３の
励磁コイル３７に可変抵抗３８を直列に接続して、これ
を最大リフト量の切替用として設けられている第２の励
磁コイル３１と並列に接続し、その回路に直列にスイッ
チ３９を設けると共に、第１の励磁コイル１８の回路に
も直列にスイッチ４０を設けている。スイッチ３９及び
４０は機械的に作動されるリレー接点のようなものであ
ってもよいが、無接点のスイッチ回路では、たとえばパ
ワートランジスタのような半導体スイッチであってもよ
い。

なお端子４１は図示しないバッテリーのような電源に接
続される。また、第３図中に４２として示したものは端
子４１を含む接続用の端子部である。（第１図では省略
されている。） 弁駆動用のコイルとして第１の励磁コイル１８だけでな
く、第３の励磁コイル３７が重ねて設けられており、ス
イッチ３９がＯＮの状態（第５図（ａ）に示す低リフト
時）において可変抵抗３８を調節することにより第３の
励磁コイル３７に流れる電流値が変化すると、弁すなわ
ちニードル６を圧縮ばね１４に抗して移動させて開弁さ
せる駆動力の大きさが変化し、第４図の直線Ｂ′を移動
させて直線Ｂに合わせることができる。

この作用は第５図（ａ）に示すようにスイッチ３９が閉
じている状態、すなわち第２の励磁コイル３１に通電さ
れている低リフト時に限って生じ、第５図（ｂ）に示す
ように、スイッチ３９が開いて第２の励磁コイル３１が
付勢されていない高リフト時には生じないから、可変抵
抗３８がどのような位置に調整されていても、高リフト
時の噴射量Ｑ（直線Ａ）には何の影響も与えない。この
ように、可変抵抗３８がスイッチ３９の閉じている第５
図（ａ）の状態に限って有効であるため、低リフト時に
おける噴射量Ｑの調整（直線Ｂ′−Ｂ）は高リフト時と
は無関係に、独立して行なうことができる。

つまり、第５図における直線Ａ′と直線Ｂ′は、互いに
相手方とは無関係にそれぞれの目標値である直線Ａと直
線Ｂに向って近づけるように調整することができるので
、部品のばらつき等によって燃料噴射量０の特性のばら
つきが生じても、第２実施例においては、容易に統一の
目標値に合わせることができるのである。

同様な目的で、燃料噴射量Ｑのずれを容易に調整する手
段が第３実施例として、第６図と、その要部の作動状態
を概念的に画いた第７図に示されている。第３実施例に
おいても、第１実施例を示す第１図や、第２実施例を示
す第３図と共通の構造部分については、同上符号を付し
て説明を省略する。

第３実施例の特徴は、第１実施例や第２実施例において
は独立している第１励磁コイル１８による弁駆動用の磁
気回路と、第２励磁コイル３１による最大リフト切替用
の磁気回路との間に、磁気的なブリッジとしての調整用
鉄心４３を掛は渡して、後者の磁気回路の磁束の一部が
６１者の磁気回路に回り込むようにした点にある。

調整用鉄心４３は磁性材料からなり、燃料噴射弁本体１
の上部にある第１の励磁コイル１８、ステータ部分１９
ｂ、可動コア１５等を収容している磁性材料製のハウジ
ング４４と、燃料噴射弁本体１の下部にある第２の励磁
コイル３１、ステータ部分３２ａ１中空円筒状コア部１
０ｄ等を収容している磁性材料製のハウジング４５の間
に、端子部４２の部分を除く環状体として形成され、そ
の半径方向の肉厚を変えて何種類も異なる肉厚のものを
用意する。場合によっては、環状の調整用鉄心４３は環
の一部に相当する小さなものでもよく、また、肉厚の異
なるものを多数用意しなくても、それを燃料噴射弁本体
１に取付けたあと、外側から切削して、部分的に肉厚を
減らすことによって調整することもできる。

高リフト時における燃料噴射量Ｑの調整は第２実施例の
場合と同様で、円筒３６のねじ込み深さを変え、圧縮ば
ね１６の圧縮力を変化させて、第４図における直線Ａ′
のようにずれた燃料噴射量Ｑを目標値の直線Ａとなるよ
うに調整する。このときは、第１の励磁コイル１８のみ
に通電され、第２の励磁コイル３１には通電されていな
いから、第７図に４６として示す太い破線のような磁束
だけを発生して、可動コア１５を大きく下方へ移動させ
る。これがニードル６を開弁位置へ動かす結果となるこ
とは、第１実施例において説明した通りである。

低リフト時においては、第２の励磁コイル３１にも通電
されるので、それによって第７図に４７として示す太い
破線のような磁束も発生し、中空円筒状コアｔｌｌＯｄ
を上方へ移動させる。それによって第６図に示したスト
ッパ１０を上昇させ、弁リフトを小さくさせることも第
１実施例において既に説明した。このとき、第７図に示
すように、第２の励磁コイル３１によって発生する磁束
の一部は、中空円筒状コア部１０ｄ、ステータ部分３２
ａ、それと一体のステータ部分１９ａ、調整用鉄心４３
を通ってハウジング４５に戻る。さらに磁束の別の一部
は、ステータ部分１９ａから可動コア１５、ステータ部
分１９ｂ、ハウジング４４、調整用鉄心４３を経てハウ
ジング４５に戻る。この分派磁束４８の向きを第１励磁
コイル１８によって発生する磁束４６の向きと逆向きに
設定しておくと、可動コア１５を通る磁束４６の一部は
分派磁束４８によって打ち消され、可動コア１５の磁束
数の総和が小となる。分派磁束４８の磁束数は調整用鉄
心４３の断面積を変化させることによって調整すること
ができるから、結局、調整用鉄心４３の肉厚を変えたり
、切削したりすることによって、第４図における低リフ
ト時の燃料噴射■０を示す直線Ｂ′を目標値である直線
已に合致させるような調整が可能となる。

言うまでもなく、このような磁束の打消し作用が生じる
のは第２の励磁コイル３１に通電し、た低リフト時だけ
であるから、低リフト時における燃料噴射量Ｑの微調整
（直線Ｂ’−８）は高リフト時における燃料噴射ＩＱ（
直線Ａ）に対して何ら影響を及ぼさないので、前記の調
整は低リフト時に対してのみ独立に行なわれ、その後に
高リフト時についての再調整を要しない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料噴射弁のノズル口を開閉するニー
ドルのリフトｌを変化させるストッパ部材によって大小
２段階に調整することができる。

それに加えて、それらの各段階の燃料噴射量を個別に微
調整することも可能となるので、短かい噴射期間内に必
要な燃料噴射量が得られるように、燃料噴射弁の噴射■
特性を目的に合わせて幅広く、自由に選択、変更するこ
とができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例である燃料噴射弁の縦断正
面図、第２図は第１実施例の燃料噴射量と噴射時間との
関係を示す線図、第３図は第２実施例である燃料噴射弁
の縦断正面図、第４図は第２実施例の燃料噴射量と噴射
時間との関係を示す線図、第５図は第２実施例における
要部の配線と作動状態を示す結線図、第６図は第３実施
例であるだ；、料噴射弁の縦断正面図、第７図は第３実
施例の要部の磁気回路を示す概念図である。 ４・・・ノズル口、　　　　６・・・ニードル、１０・
・・ストッパ部材、 １４．１６・・・圧縮ばね、 １８．３１．３７・・・励磁コ ３６・・・円筒、 １１・・・スプリングリテーナ、 １５・・・可動コア、 イル、 ４３・・・調整用鉄心。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ニードルが開弁したときに燃料噴射が行われる燃料
   噴射弁において、前記ニードルを開弁させるために設け
   られる第１のアクチュエータと、前記ニードルが開弁し
   たときに前記ニードルと直接又は間接的に係合して前記
   ニードルの最大リフト位置を規制するストッパ部材と、
   前記ニードルの前記最大リフト位置を変化させるために
   前記ストッパ部材を前記ニードルの軸線方向に移動せし
   める第２のアクチュエータとを具備していることを特徴
   とする燃料噴射弁。 ２、ニードルを開弁させるための第１のアクチュエータ
   と、ストッパ部材とを前記ニードルの軸線方向に移動さ
   せるための第２のアクチュエータが、それぞれ高リフト
   時における燃料噴射量と低リフト時における燃料噴射量
   を個別に調整するための燃料噴射量調整手段を具備して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料
   噴射弁。