JPH116468A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超磁歪素子をアクチュエータとする燃料噴射
弁においてコイルの発熱に原因する超磁歪素子の特性変
動及び燃料噴射量変動を防止する。 【解決手段】 超磁歪素子１２ａを駆動するコイル１２
ｃをケーシング１０にて包囲し、ケーシング１０の外周
面を燃料噴射弁本体１１の内面に密に接するように嵌合
して十分な伝熱経路を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超磁歪素子をア
クチュエータとして使用した内燃機関の燃料噴射弁に関
する。

【０００２】

【従来の技術】筒内燃料噴射方式の火花点火式内燃機関
に適用する燃料噴射弁には高度の応答性及び開閉精度が
求められる。このような要求に応える燃料噴射弁とし
て、超磁歪素子を利用したアクチュエータに信号電流を
供給して伸縮作動させることにより針弁の開閉を制御す
るようにしたものが知られている（例えば特開平４−８
１５６５号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】超磁歪素子を利用した
アクチュエータは、超磁歪素子を包囲するように電磁コ
イルを設け、コイルに通電したときの磁界の作用により
超磁歪素子を伸縮変位させることによりノズルを開閉さ
せるので、コイルの発熱の影響で超磁歪素子の温度が上
昇すると、それに伴って磁歪量が減少し燃料噴射量が不
正確になるという問題がある。

【０００４】この対策として、例えば特開平６−９１６
２号のものではアクチュエータに冷媒を循環させる流路
を形成しているが、燃料噴射弁への流路の形成、冷媒の
シール、冷媒を循環させる配管等が必要であるため構造
が複雑になる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、超磁
歪素子及び超磁歪素子を伸縮駆動するコイルを備えたア
クチュエータを噴射弁本体内に収装し、このアクチュエ
ータの伸縮作動に基づいてノズルを開閉するようにした
燃料噴射弁において、前記コイルを該コイルを包囲する
外壁部を有するケーシングに収装するとともに、このケ
ーシングをその外周面が噴射弁本体の内壁面に密に接す
るように嵌装したものとする。

【０００６】請求項２の発明は、上記請求項１の発明の
ケーシングを、棒状の超磁歪素子が貫通する内側円筒部
と、該内側円筒部との間にコイルを収装する外側円筒部
と、前記内側円筒部と外側円筒部とを端部にて結合する
端部材とを有するものとした。

【０００７】請求項３の発明は、上記請求項２の発明の
ケーシングを、軸方向の中間部分にて分割された２つの
ケーシング部材にて構成し、内部にコイルを収装して相
互に結合した状態でコイルを保持するようにした。

【０００８】請求項４の発明は、上記請求項１の発明の
ケーシングを、外周にコイルを嵌装した内側円筒部の端
部をコイル外周を包囲するように折り返して形成したも
のとした。

【０００９】請求項５の発明は、上記請求項１の発明の
ケーシングをモールド形成とし、モールド形成時にその
内部にコイルを鋳込んだものとした。

【００１０】

【作用・効果】請求項１以下の各発明によれば、コイル
を包囲するケーシングの外周面が噴射弁本体の内面に密
に接しているので、噴射弁駆動時にコイルから発する熱
はケーシングから噴射弁本体へと効率よく伝達され、噴
射弁本体の周囲へと放熱される。これによりコイル及び
超磁歪素子の温度上昇が抑えられるので、この温度上昇
に原因する超磁歪素子の変位特性及び燃料噴射量の変動
を防止できる。

【００１１】また、超磁歪素子には温度変化時の変位量
のバラツキを見込んだ余分の変位量を設定する必要がな
くなるので、必要最小限の変位量特性を有する小型のア
クチュエータとすることができる。

【００１２】また、このケーシングによりコイルの外周
部分が保護されるので、コイル表面の絶縁皮膜が噴射弁
に組み込むときの噴射弁本体内面部分等との接触により
剥がれてしまうような不具合を起こすことがない。

【００１３】請求項２に発明によれば、内外の円筒部と
その端部を接続する端部材とで構成したケーシングによ
りコイルを包囲するので伝熱経路をコイルの周囲に最大
限に確保することができ、一層良好な冷却性能が得られ
る。

【００１４】請求項３の発明によれば、予め巻回してお
いたコイルを前後から挟むように２つのケーシング部材
を被せてこれらを相互に結合することにより、請求項２
の発明によるアクチュエータを容易に製造することがで
きる。

【００１５】請求項４の発明によれば、コイルを嵌装す
る内側円筒部の端部を外側に折り返して外側円筒部を形
成した構成であるので、部品数が少なくて済み、かつ伝
熱経路をとぎれなく形成できるという利点が得られる。

【００１６】請求項５の発明によれば、モールド形成に
よりケーシングの内部にコイルを一体化しているので、
コイルとケーシングとの密着によりこれらの間の伝熱経
路も十分に確保でき、それだけ良好な冷却性能が得られ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき図
面を示して説明する。図１において、１は燃料噴射弁で
あり、この燃料噴射弁１は、筒状の本体１１の内部にア
クチュエータ１２が収装されるとともに、この本体１１
の先端部には、内部に針弁１３を収装したノズルボディ
１４が設けられている。

【００１８】アクチュエータ１２は、円柱状の超磁歪素
子１２ａと、その周囲にケーシング１０を介して保持さ
れたコイル１２ｃとからなる。

【００１９】超磁歪素子１２ａの背後側の端部に設けら
れた端板１５は、本体１１に嵌合したキャップ１６に対
してボール１７を介して位置決めされている。超磁歪素
子１２ａの先端側にはピストン１８が設けられており、
このピストン１８は本体内に形成されたシリンダ部１９
にシールリング２０を介して油密的にかつ摺動可能に嵌
合している。

【００２０】ピストン１８の前方にはシリンダ部１９と
の間に圧力室２１が画成されており、この圧力室２１に
収装された皿ばね２２の張力によりピストン１８は背後
方向に付勢されている。また圧力室２１は通路３０を介
して圧力室２６と連通している。

【００２１】ノズルボディ１４にはその先端部に開口し
た噴孔２３を開閉する針弁１３が収装されている。この
針弁１３は、基端部が太径のピストン部２４となってお
り、このピストン部２４がホルダ内周に形成されたシリ
ンダ部２５に沿って摺動可能に保持されている。ピスト
ン部２４の背後部に画成された圧力室２６にはコイルス
プリング２７が介装されており、このスプリング２７の
張力により針弁１３は閉弁方向に付勢されている。

【００２２】ピストン部２４よりも前方のノズルボディ
１４内の空間は燃料室２８となっており、この燃料室２
８には燃料供給口２９を介して図示しない燃料系統から
所定圧力に調圧された燃料が供給される。

【００２３】アクチュエータ１２のコイル１２ｃには、
図示しない燃料噴射量制御回路からの噴射信号が供給さ
れる。燃料噴射量制御回路は、例えば内燃機関の回転数
及び吸入空気量をパラメータとして燃料噴射量を決定
し、該燃料噴射量に相当するパルス幅を有する電流を噴
射信号としてコイル１２ｃに供給して燃料噴射を行わせ
るのである。

【００２４】このような噴射信号が入力したときの燃料
噴射弁１の作動の詳細は次のとおりである。まず、この
燃料噴射弁では、非噴射時にはコイル１２ｃに所定の電
圧が供給されており、このときのコイル１２ｃにより生
じる磁界の作用により超磁歪素子１２ａに伸び方向の所
定量の初期変位が付与されている。これにより、アクチ
ュエータ１２は圧力室２１の容積を小さく保っている。
燃料室２８に供給されている燃料の圧力は、針弁ピスト
ン部２４とシリンダ部２５との間の摺動間隙を介して圧
力室２６にも作用しているため、針弁１３の前後圧力は
平衡しており、したがって針弁１３はスプリング２７の
張力により閉弁保持されている。

【００２５】この状態から、コイル１２ｃへの通電を停
止すると、超磁歪素子１２ａが収縮してピストン１８が
後退するので圧力室２１はその容積を拡大して圧力を低
下させる。この圧力低下は通路３０を介して直ちに針弁
背後の圧力室２６に伝えられるが、このとき針弁ピスト
ン部２４とシリンダ部２５との間の摺動間隙がオリフィ
スとして作用するので、圧力室２６の圧力低下に対して
燃料室２８の圧力変化に遅れを生じ、燃料室２８は相対
的に高圧になる。このピストン部２４の前後圧力差に基
づき、針弁１３はスプリング２７に抗して背後方向にリ
フト作動し、噴孔２３を開放して燃料噴射を行う。

【００２６】そのときの要求燃料噴射量に応じて定めら
れた時間が経過したコイル１２ｃへの通電を再開する
と、アクチュエータ１２の超磁歪素子１２ａが再度伸張
して圧力室２１及び２６の圧力を上昇させるため針弁１
３が閉弁方向に移動して燃料噴射は終了する。非噴射時
の針弁１３の閉弁状態は上述のようにピストン２４前後
の圧力平衡状態下でのコイルスプリング２７の張力によ
り保持される。

【００２７】このようにコイル１２ｃには燃料噴射弁の
使用時には常時的に電流が供給されることから、コイル
１２ｃが発熱して超磁歪素子１２ａの温度を上昇させ、
その作動特性を変動させてしまう。

【００２８】この対策として本発明では、ケーシング１
０にてコイル１２ｃを包囲し、ケーシング１０の外周面
が燃料噴射弁本体１１の内周面に密着するように本体１
１に嵌装する。この構成により、噴射弁駆動時にコイル
１２ｃから発する熱はケーシング１０から噴射弁本体１
１へと効率よく伝達され、噴射弁本体１１の周囲へと逃
がされる。したがって、コイル１２ｃ及び超磁歪素子１
２ａの温度上昇が抑えられて、アクチュエータとしての
作動特性が安定し、燃料噴射量のバラツキ等を起こすこ
とがない。

【００２９】また、温度上昇によるバラツキを見込んだ
余分の変位量を設定する必要がなくなるので、必要最小
限の変位量特性を有する超磁歪素子を用いることにより
アクチュエータ１２を小型化することが可能である。

【００３０】さらに、このケーシング１０によりコイル
１２ｃの内外面が保護されるので、組立時にコイル表面
の絶縁皮膜が噴射弁本体内面部分等との接触により剥が
れてしまうような不具合を起こすことがない。

【００３１】ところで、この実施の形態のケーシング１
０は、図示したようにコイル１２ｃの内側に嵌合する内
側円筒部１０ａと、コイル１２ｃの外側に嵌合する外側
嵌合部１０ｂ及びこれらの両端部を接続する環状の端部
材１０ｃとからなっており、これらによりコイル１２ｃ
の周囲に最大限に伝熱経路を確保するようにしているの
で、良好な冷却性能が得られる。なお、ここで外側嵌合
部１０ｂはコイル１２ｃを包囲する外壁部を構成する。

【００３２】また、このケーシング１０は、図２にも示
したように前後に分割される互いに同一形状の２つのケ
ーシング部材１０Ａ，Ｂからなっており、予め巻回して
おいたコイル１２ｃにその前後から挟むようにこれらの
ケーシング部材１０Ａ，Ｂを被せて相互に結合した構成
となっている。このような構成とすることにより、コイ
ル１２ｃを全周的に包囲するケーシング構造を容易に製
造することができる。

【００３３】ケーシング１０の構成は上述したものに限
られず、例えば図３にも示したようにコイルを嵌装する
内側円筒部１０ａの端部を外側に折り返して外側円筒部
１０ｂを形成した構成とすることも可能であり、これに
よればケーシングを構成する部品数が少なくて済み、か
つ伝熱経路をとぎれなく形成することができる。

【００３４】また、ケーシング１０を伝熱性に優れた樹
脂や金属でモールド形成するものとし、このときコイル
１２ｃに耐熱性の絶縁皮膜を被覆したうえで鋳込むこと
によりアクチュエータ１２を形成するものとしてもよ
い。この場合、鋳込み時にケーシング材がコイル１２ｃ
に密着するので、コイル１２ｃとケーシング１０との間
の伝熱性も良好になり、より優れた冷却性能が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の概略断面図。

【図２】実施形態のケーシング部材の外観斜視図。

【図３】他の実施形態のケーシング部材の外観斜視図。

【符号の説明】

１ 燃料噴射弁 １０ ケーシング １０ａ ケーシングの内側円筒部 １０ｂ ケーシングの外側円筒部 １０ｃ ケーシングの端部材 １１ 燃料噴射弁の本体 １２ アクチュエータ １２ａ 超磁歪素子 １２ｃ コイル １３ 針弁 １４ ノズルボディ １５ 端板 １６ キャップ １７ ボール １８ ピストン １９ シリンダ部 ２０ シールリング ２１ 圧力室 ２２ 皿ばね ２３ 噴孔 ２４ ピストン部 ２５ シリンダ部 ２６ 圧力室 ２７ コイルスプリング ２８ 燃料室 ２９ 燃料供給口 ３０ 通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 隆 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超磁歪素子及び超磁歪素子を伸縮駆動す
   るコイルを備えたアクチュエータを噴射弁本体内に収装
   し、このアクチュエータの伸縮作動に基づいてノズルを
   開閉するようにした燃料噴射弁において、前記コイルを
   該コイルを包囲する外壁部を有するケーシングに収装す
   るとともに、このケーシングをその外周面が噴射弁本体
   の内壁面に密に接するように嵌装したことを特徴とする
   燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 ケーシングは、棒状の超磁歪素子が貫通
   する内側円筒部と、該内側円筒部との間にコイルを収装
   する外側円筒部と、前記内側円筒部と外側円筒部とを端
   部にて結合する端部材とを有することを特徴とする請求
   項１に記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 ケーシングは、軸方向の中間部分にて分
   割された構成を有し、内部にコイルを収装して相互に結
   合した状態でコイルを保持するようにしたことを特徴と
   する請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】 ケーシングは、外周にコイルを嵌装した
   内側円筒部の端部をコイル外周を包囲するように折り返
   して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   燃料噴射弁。
5. 【請求項５】 ケーシングをモールド形成とし、その内
   部にコイルを鋳込んでなることを特徴とする請求項１に
   記載の燃料噴射弁。