JP4123180B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）に燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

従来、噴孔からの燃料噴射を断続するとともに、固定コア側に吸引される可動部材を支持する構成として、往復移動方向に離れた２箇所以上で可動部材を支持する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、往復移動方向の１箇所で可動部材を支持し、可動部材の平面が平面弁座に着座する構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３４３９９４３号公報 米国特許第５６９２７２３号明細書

しかしながら、往復移動方向に離れた２箇所以上で可動部材を支持する構成では、支持部材が可動部材を滑らかに往復移動可能に支持するとともに、可動部材と支持部材との中心を合わせるために、支持部材を高精度に加工する必要がある。したがって、製造が困難であり、製造コストが増加する。
これに対し、可動部材と弁座とが平面同士で当接する構成では、弁座に着座する可動部材の着座位置が支持箇所のクリアランス分ずれても、可動部材が確実に弁座に着座できるので、支持箇所を高精度に加工する必要がない。しかし、支持箇所のクリアランスにより、可動部材の平面が平面弁座に対して傾いて着座することがある。その結果、平面弁座に着座する可動部材の姿勢が安定せず、燃料噴射量がばらついたり、弁密が悪化する恐れがある。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、円錐状の弁座に可動部材が着座する構成において、弁座に着座する可動部材の着座位置のずれを低減する燃料噴射弁を提供することを目的とする。

請求項１から４記載の発明では、噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材は、噴孔に向けて縮径する円錐状の弁座に着座し、弁座に向けて可動部材を付勢する付勢部材を係止する可動部材の係止部は、可動部材の重心とほぼ同じか、重心よりも弁座側に位置している。つまり、付勢部材が可動部材を弁座に向けて付勢する付勢力の力点は、可動部材の重心とほほ同じか弁座側に位置している。また、可動部材は、当該可動部材が弁座から離れた時に、往復移動方向において支持部材のみで支持され、且つ、支持部材の１箇所のみで支持されている。この構成によれば、付勢部材の付勢力により弁座に向かうときの可動部材の軸ずれ、および傾きを低減できるので、燃料噴射量のばらつきと、作動停止後の弁密の悪化を防止できる。また、支持部材が可動部材を支持する支持箇所を高精度に加工することなく、弁座に着座する可動部材の着座位置のずれを低減できる。したがって、可動部材を支持する支持部材の加工が容易である。
また、弁座が噴孔側に向けて縮径する円錐状に形成されているので、弁部材が弁座に着座する位置が弁座の中心からずれても、弁部材が円錐面に案内されることにより、弁部材と弁座との中心が一致する。

請求項２記載の発明では、付勢部材を係止する可動部材の係止部は、可動部材が支持部材に支持される支持箇所よりも弁座側に位置している。つまり、付勢部材が可動部材を弁座に向けて付勢する付勢力の力点は、可動部材が支持部材に支持される支点よりも弁座側に位置している。したがって、付勢部材の付勢力により弁座に向かうときの可動部材の軸ずれ、および傾きを低減できる。この構成によれば、支持部材が可動部材を支持する支持箇所を高精度に加工することなく、弁座に着座する可動部材の着座位置のずれを低減できる。したがって、可動部材を支持する支持部材の加工が容易である。

また、請求項１から４記載の発明のように、支持部材が可動部材を支持する箇所が往復移動方向の１箇所であっても、弁座に着座する可動部材の着座位置のずれを低減できる。したがって、支持部材の加工が容易である。
さらに、請求項１から４記載の発明では、可動部材は、当該可動部材が弁座から離れた時に、往復移動方向において支持部材のみで支持され、且つ、支持部材の１箇所のみで支持されているから、弁部材が弁座に着座する位置が弁座の中心からずれた場合、弁座の円錐面に沿って弁部材が案内されることにより、弁座の着座位置のずれを容易に修正できる。

ここで、支持部材が往復移動方向の１箇所で可動部材を支持する支持箇所の摺動クリアランスδを、δ＜１０μｍにすると、可動部材の摺動抵抗が大きくなり、可動部材の滑らかな往復移動が妨げられる。また、δ＞１５０μｍにすると、摺動クリアランスによる可動部材のずれ幅が大きくなるので、弁座に着座する可動部材の位置がばらつく恐れがある。そこで請求項４記載の発明では、可動部材と支持部材との摺動クリアランスδを、１０μｍ≦δ≦１５０μｍに設定している。これにより、可動部材が滑らかに往復移動するとともに、弁座に着座する可動部材の着座位置のばらつきを低減できる。

以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図２に示す。第１実施形態による燃料噴射弁１０は、例えばガソリンエンジンのエンジンの燃焼室に接続する吸気管に設置され、吸気管が形成する吸気通路を流れる吸気に燃料を噴射する。なお、燃料噴射弁１０は、ガソリンエンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式のガソリンエンジンに適用してもよく、またディーゼルエンジンに適用してもよい。

燃料噴射弁１０のパイプ部材１２は、噴孔１８ａの形成された噴孔プレート１８側から、磁性パイプ１３、非磁性パイプ１４をこの順で有している。磁性パイプ１３の外周側に軸方向に重なって非磁性パイプ１４が嵌合している。磁性パイプ１３と非磁性パイプ１４との重なり箇所は、溶接等で結合されている。磁性パイプ１３および非磁性パイプ１４は、軸方向の一方の端部から他方の端部まで継ぎ目を有することなくそれぞれ一体に形成されている。

支持部材としての磁性パイプ１３は、非磁性パイプ１４と反対側の端部内周壁に弁ボディ１６を収容し、弁ボディ１６と溶接等により固定されている。弁座部材としての弁ボディ１６は、内周壁に弁部材２２の当接部２３が着座可能な弁座１７を形成している。弁座１７は、噴孔１８ａに向けて縮径する円錐面である。弁ボディ１６の底部外壁に、噴孔プレート１８が溶接等により結合されている。噴孔プレート１８には燃料を噴射する単数もしくは複数の噴孔１８ａが形成されている。

非磁性パイプ１４は、可動コア２６と固定コア３０との間に形成されるギャップ１１０の外周を覆っている。非磁性パイプ１４は、噴孔プレート１８と反対側の燃料噴射弁１０の端部まで延び、燃料入口１５を形成している。非磁性パイプ１４の燃料入口１５側の内周壁に燃料フィルタ６０が設置されている。燃料フィルタ６０は、燃料入口１５から燃料通路１００に流入する燃料に含まれる異物を除去する。非磁性パイプ１４の燃料入口１５側の外周壁にシール部材であるＯリング５４が嵌合している。燃料入口１５を形成する非磁性パイプ１４の開口端は径方向外側に曲げられており、Ｏリング５４が非磁性パイプ１４から脱落することを防止する抜け止めとなっている。

可動部材２０は、弁部材２２および可動コア２６を有している。図１に示す符号２００は、可動部材２０の重心である。弁部材２２は有底円筒状の中空であり、弁ボディ１６に形成した弁座１７に着座可能である当接部２３を有している。当接部２３の上流側に、弁部材２２の側壁を貫通する燃料孔２２ａが単数または複数形成されている。弁部材２２内に流入した燃料は、燃料孔２２ａを内から外に通過し、当接部２３と弁座１７とが形成する弁部に向かう。弁部材２２の外周壁と弁ボディ１６の内周壁との間には、摺動クリアランスよりも大きいクリランス１０２が形成されている。

可動コア２６は、弁部材２２の弁座１７と反対側に溶接等により固定されている。第１実施形態においては、可動部材２０の重心２００は、可動部材２０がスプリング２９を係止する係止部２４とほぼ同じ位置にある。可動コア２６は、弁座１７側から小径部２７、小径部２７よりも外径の大きい大径部２８をこの順に有している。大径部２８は、弁部材２２の係止部２４に対し弁座１７と反対側に設けられている。つまり、係止部２４は、可動コア２６が磁性パイプ１３に支持される支持箇所よりも弁座１７側に位置している。可動コア２６は、磁性パイプ１３の内周壁により大径部２８を支持されている。大径部２８と磁性パイプ１３との摺動クリアランスをδとすると（図３参照）、１０μｍ≦δ≦１５０μｍであることが望ましい。

図２に示すように、付勢部材としてのスプリング２９は、一端を弁部材２２の係止部２４に係止され、他端を固定コア３０に圧入されているアジャスティングパイプ３２に係止されている。固定コア３０は、パイプ部材１２内に取り付けられ固定されている。
コイル４０はボビン４２に巻回されており、非磁性パイプ１４の外周に設置されている。ヨーク４４は、コイル４０の外周を覆い、可動コア２６の径方向外側で磁性パイプ１３と接続し、固定コア３０の径方向外側で非磁性パイプ１４と接続している。樹脂ハウジング５０は、パイプ部材１２、コイル４０およびヨーク４４の外周を覆っている。ターミナル５２はコイル４０と電気的に接続されており、コイル４０に駆動電流を供給する。

次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。
コイル４０に通電されると、ヨーク４４、磁性パイプ１３、非磁性パイプ１４、可動コア２６、固定コア３０で形成される磁気回路に磁束が流れる。ヨーク４４と磁性パイプ１３とはいずれも磁性材料から形成されているため、ヨーク４４と可動コア２６との間における磁気抵抗は小さい。一方、ヨーク４４と固定コア３０との間には、非磁性パイプ１４が挟み込まれている。しかし、非磁性パイプ１４は、薄肉であるため、ヨーク４４の端部４６と固定コア３０との間を磁束が十分に透過する。そのため、ヨーク４４と固定コア３０との間の磁気抵抗は低減される。上記磁気回路を磁束が流れることにより、固定コア３０と可動コア２６との間に磁気吸引力が発生し、可動コア２６は固定コア３０側に吸引される。そして、弁部材２２は、可動コア２６が固定コア３０側に吸引されることにともない、図２の上方に移動して当接部２３が弁座１７から離座する。これにより、噴孔プレート１８に形成した噴孔１８ａから燃料が噴射される。

コイル４０への通電を停止すると、固定コア３０と可動コア２６との間の磁気吸引力は消滅する。その結果、可動コア２６はスプリング２９の付勢力により固定コア３０から離れる方向に移動する。弁部材２２も固定コア３０から離れる方向、つまり弁座１７に向けて移動する。
このとき、スプリング２９を係止する弁部材２２の係止部２４が可動部材２０の重心２００よりも弁座１７側に位置しているので、可動部材２０が弁座に向けて移動するときに可動部材２０の軸ずれ、および傾きを低減できる。その結果、弁部材２２が弁座１７に着座するときの着座位置のばらつきを低減できる。したがって、燃料噴射量のばらつきを防止できる。また、閉弁時の弁密の悪化を防止できる。

また、弁座１７が噴孔１８ａに向けて縮径する円錐状に形成されているので、弁部材２２の着座位置がずれても、円錐面に案内されて弁部材２２が調心され、弁座１７と弁部材２２の中心が一致する。
第１実施形態では、可動コア２６の大径部２８は磁性パイプ１３に支持されて磁性パイプ１３と摺動し、大径部２８よりも外径の小さい小径部２７は磁性パイプ１３と殆ど摺動しない。この構成により、可動コア２６と磁性パイプ１３との往復移動方向の摺動長が短くなるので、可動コア２６の摺動抵抗が低下する。したがって、可動部材２０は磁性パイプ１３に支持されて滑らかに往復移動する。

（変形形態１、２）
第１実施形態の変形形態１、２を図４、図５に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第１実施形態では、可動コア２６に、小径部２７と、小径部２７よりも外径の大きい大径部２８とを設け、磁性パイプ１３の内周壁で大径部２８を支持した。これに対し図４に示す第１実施形態の変形形態１では、可動コア６５の外径を同一径にしている。ただし、第１実施形態と同様に、弁部材２２および可動コア６５からなる可動部材の重心２００は、スプリング２９を係止する係止部２４とほぼ同じ位置にある。

図５に示す第１実施形態の変形形態２では、スプリング２９を係止する可動部材２０の係止部２４は、弁部材２２および可動コア２６からなる可動部材２０の重心２００より弁座１７側に位置している。したがって、スプリング２９の付勢力により弁座１７に向けて可動部材２０が移動するときに、可動部材２０の軸ずれ、および傾きを低減できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第２実施形態の可動部材７０は、ボール７２、筒部材７４および可動コア２６を有している。可動部材２０の重心２００は、スプリング２９を係止する筒部材７４の係止部７５とほほ同じ位置である。弁部材であるボール７２は、弁座部材である弁ボディ７６に形成された弁座７７に着座可能である。弁座７７は噴孔１８ａに向けて縮径する円錐面である。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図７および図８に示す。尚、第１実施形態を実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第３実施形態の燃料噴射弁８０の可動部材９０は、弁部材９２および可動コア９４を有している。弁部材９２は中実の円柱状に形成されている。

可動コア９４は、弁部材９２の弁座１７と反対側に溶接等により固定されている。図８に示すように、可動コア９４の外周に連通路１２０が形成されている。固定コア３０の内部を通った燃料は、連通路１２０から弁部材９２と弁座１７とが形成する弁部に到達する。可動コア９４のスプリング２９側に凹部が形成されている。この凹部の底部内壁はスプリング２９を係止する係止部９５である。可動部材９０の重心２００は、係止部９５とほぼ同じ位置である。また、係止部９５は、磁性パイプ１３が可動コア９４を往復移動可能に支持する支持箇所の軸方向の範囲に位置している。

以上説明した上記複数の実施形態では、スプリング２９を係止する可動部材の係止部が可動部材の重心２００とほぼ同じ位置か、重心２００よりも弁座側に位置している。つまり、スプリング２９が弁座に向けて可動部材を付勢する付勢力の力点は、可動部材の重心２００とほぼ同じ位置か、重心２００よりも弁座側に位置している。この構成によれば、スプリング２９の付勢力により可動部材が弁座に向けて移動するときの可動部材の軸ずれ、および傾きを低減できる。その結果、上記複数の実施形態のように、支持部材が往復移動可能に弁部材を支持する支持箇所が往復移動方向の１箇所であっても、可動部材が弁座に着座する着座位置のばらつきを低減できる。また、閉弁時の弁密の悪化を防止できる。したがって、可動部材を往復移動可能に支持する支持部材である磁性パイプ１３の加工が容易である。
また、支持部材が往復移動可能に可動部材を支持する支持箇所が往復移動方向の１箇所であるから、弁座に着座する弁部材の着座位置が弁座の中心からずれても、弁座の円錐面に沿って弁部材が案内されることにより、弁部材の着座位置のずれを容易に修正できる。

（他の実施形態）
上記第１実施形態およびその変形形態では、スプリング２９を係止する可動部材２０の係止部２４は、可動部材２０の重心２００とほぼ同じか、弁座１７側に位置しているとともに、磁性パイプ１３により支持される可動部材２０の支持箇所よりも弁座１７側に位置している。これに対し、可動部材２０の係止部２４が可動部材２０の重心２００とほぼ同じか、弁座１７側に位置しているのであれば、係止部２４は、磁性パイプ１３により支持される可動部材２０の支持箇所とほぼ同じか、係止部２４に対し弁座１７と反対側に位置してもよい。

また、上記第１実施形態では、可動コア２６と磁性パイプ１３との望ましい摺動クリアランスδとして、１０μｍ≦δ≦１５０μｍの範囲を示したが、本発明では、これ以外の摺動クリアランスを設定してもよい。

本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の可動部材の周囲を示す断面図である。 第１実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。 第１実施形態による燃料噴射弁の可動部材の周囲を示す断面図である。 第１実施形態の変形形態１による可動部材の周囲を示す断面図である。 第１実施形態の変形形態２による可動部材の周囲を示す断面図である。 第２実施形態による燃料噴射弁の可動部材の周囲を示す断面図である。 第３実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。 第３実施形態による燃料噴射弁の可動部材の周囲を示す断面図である。

符号の説明

１０、８０ 燃料噴射弁、１３ 磁性パイプ（支持部材）、１６、７６ 弁ボディ（弁座部材）、１７、７７ 弁座、１８ａ 噴孔、２０、７０、９０ 可動部材、２２、９２ 弁部材、２４、７５、９５ 係止部、２６、９４ 可動コア、２９ スプリング（付勢部材）、３０ 固定コア、４０ コイル、７２ ボール（弁部材）、２００ 重心

Claims (4)

1. 噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材、ならびに前記弁部材とともに往復移動する可動コアを有する可動部材と、
   前記弁部材が着座することにより前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、前記弁部材が離座することにより前記噴孔からの燃料噴射を許容し、前記噴孔側に向けて縮径する円錐状の弁座を有する弁座部材と、
   前記可動部材を前記弁座に向けて付勢する付勢部材と、
   前記可動部材を往復移動可能に支持する支持部材と、
   前記可動コアに対し前記噴孔と反対側に設置されて前記可動コアと向き合い、前記可動コアとの間に磁気吸引力を発生する固定コアと、
   通電することにより前記可動コアと前記固定コアとの間に磁気吸引力を発生させるコイルと、
   を備え、
   前記付勢部材を係止する前記可動部材の係止部は、前記可動部材の重心とほぼ同じか、
   前記重心よりも前記弁座側に位置し、
   前記可動部材は、当該可動部材が前記弁座から離れた時に、前記往復移動方向において前記支持部材のみで支持され、且つ、前記支持部材の１箇所のみで支持されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記係止部は、前記可動部材が前記支持部材に支持される箇所よりも前記弁座側に位置していることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記可動コアは前記弁部材の前記弁座と反対側に設置され、前記支持部材は前記可動コアを往復移動可能に支持していることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。
4. 前記可動部材と前記支持部材との摺動クリアランスをδとすると、１０μｍ≦δ≦１５０μｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

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