JP2022139378A - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料レール管内で発生する燃料圧力の脈動を燃料分配キャップ内で減衰して，電磁式燃料噴射弁の規定の燃料噴射量に変化を来さないようにする。【解決手段】燃料噴射弁Ｉの燃料入口筒１６の入口周縁部に，オリフィス７２を有する金属ダイヤフラム７０の周縁部が固着され，この金属ダイヤフラム７０の外表面を，燃料レール管Ｒから分岐した燃料分配キャップ２１の内部に臨ませる一方，金属ダイヤフラム７０の内表面を燃料入口筒１６の内部に臨ませ，金属ダイヤフラム７０の撓みと，その原形復帰作用により，燃料分配キャップ２１内で燃料圧力の脈動を減衰する。【選択図】 図２

Description

本発明は，エンジンの燃料供給系に使用される電磁式燃料噴射弁に関し，特に，一端部に燃料噴孔及びそれに連なる弁座を有すると共に他端部に燃料入口筒を有する弁ハウジングと，該弁ハウジング内で前記弁座と協働する弁体と，該弁体を開閉作動する電磁作動装置とを備え，前記燃料入口筒には，燃料ポンプから燃料を圧送される燃料レール管から分岐した燃料分配キャップが嵌装される電磁式燃料噴射弁の改良に関する。

かゝる電磁式燃料噴射弁は，下記特許文献１に開示されるように既に知られている。

特開２００７－２８５２８３号公報

エンジンの作動中，燃料レール管内では，燃料ポンプの間歇作動や，複数の燃料噴射弁における燃料の間歇噴射等に起因して，燃料圧力に脈動が発生するもので，この圧力脈動が燃料分配キャップを介して電磁式燃料噴射弁内の燃料流路まで伝播すると，その燃料噴射弁の規定の燃料噴射量に変化を来す可能性がある。

ところで，この種の電磁式燃料噴射弁において，弁体及び電磁作動装置の作動振動を減衰して，その作動振動の外部への伝播を防ぐために，弁ハウジングの燃料入口部に，弁ハウジングよりも厚肉の，オリフィス付き厚肉円筒部を配設したものが特許文献１に記載されている。

しかしながら，特許文献１に記載のものでは，燃料分配キャップから燃料噴射弁への燃料圧力の脈動の伝播を抑えることはできない。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，燃料レール管から燃料分配キャップ内に伝播する燃料圧力脈動を，そのキャップ内で減衰し得て，規定の燃料噴射量に変化を来さないようにした前記電磁式燃料噴射弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，一端部に燃料噴孔及びそれに連なる弁座を有すると共に他端部に燃料入口筒を有する弁ハウジングと，該弁ハウジング内で前記弁座と協働する弁体と，該弁体を開閉作動する電磁作動装置とを備え，前記燃料入口筒には，燃料ポンプの吐出ポートに連なる燃料レール管から分岐した燃料分配キャップが嵌装される電磁式燃料噴射弁において，前記燃料入口筒の入口周縁部に，金属ダイヤフラムの周縁部が固着されて，該金属ダイヤフラムの外側表面が前記燃料分配キャップの内部に，該金属ダイヤフラムの内側表面が前記燃料入口筒の内部にそれぞれ臨み，該金属ダイヤフラムには，前記燃料分配キャップ及び前記燃料入口筒の両内部間を連通するオリフィスが設けられることを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記金属ダイヤフラムが，前記燃料入口筒の入口内周面に圧入される円筒状の取り付け筒部の一端部に一体に連設され，該取り付け筒部の他端が前記燃料入口筒の内部に開口することを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，燃料レール管内に発生する燃料圧力の脈動が燃料分配キャップ内に伝播して，燃料入口筒の金属ダイヤフラムに作用すると，先ず，その脈動波における高圧波により，金属ダイヤフラムが燃料入口筒の内部側に撓むことにより，その高圧波を減衰し，次いでその金属ダイヤフラムが，その反発力を以て原形に復帰することにより，燃料分配キャップの内部側へ反射波（即ち正圧波）を発出し，その反射波と，前記高圧波の次に到来する低圧波との干渉により，その低圧波を減衰し，その繰り返しにより，燃料分配キャップの内部で燃料圧力の脈動を減衰することができる。その間，金属ダイヤフラムのオリフィスを通して，燃料分配キャップ及び燃料入口筒の内部間での燃料の行き来が生じるので，金属ダイヤフラムの撓み及び原形復帰を効果的に生じさせることができる。その結果，燃料噴孔からの燃料噴射量を，燃料レール管における燃料圧力の脈動に影響されることなく，電磁作動装置により適正に制御することができる。

また，本発明の第２の特徴によれば，金属ダイヤフラムと，それを燃料入口筒に圧入により取り付けるための取り付け筒部との一体化により，これら金属ダイヤフラム及び取り付け筒部のプレス加工による一体成形が可能であるのみならず，金属ダイヤフラムの燃料入口筒への組み付け性が良好であり，製作コストの低減に大いに資することができる。しかも，取り付け筒部は燃料入口筒内に開口するので，取り付け筒部の直径の設定により，金属ダイヤフラムに所望の直径を付与して，その金属ダイヤフラムの燃料入口筒側への撓みを確実に生じさせることができる。

本発明に係る内燃機関用電磁式燃料噴射弁の実施形態を示す縦断面図 図１の２矢視部拡大断面図 図１の３矢視部拡大断面図

本発明の実施形態について添付の図１～図３を参照しながら説明する。

先ず図１において，内燃機関Ｅのシリンダヘッド５には，燃焼室６に開口する装着孔７が設けられており，燃焼室６に向かって燃料を噴射し得る電磁式燃料噴射弁Ｉが上記装着孔７に装着される。

電磁式燃料噴射弁Ｉの弁ハウジング９は，中空円筒状のハウジングボディ１０と，このハウジングボディ１０の一端部内周に嵌合して溶接される弁座部材１１と，ハウジングボディ１０の他端部外周に一端部を嵌合させてハウジングボディ１０に溶接される磁性円筒体１２と，磁性円筒体１２の他端部に一端部が同軸に結合される非磁性円筒体１３とで構成される。非磁性円筒体１３の他端部には，中空部１５を有する固定コア１４の一端部が同軸に結合され，この固定コア１４の他端部に，前記中空部１５に通じる燃料入口筒１６が一体にかつ同軸に連設される。

磁性円筒体１２は，その軸方向中間部にフランジ状のヨーク部１２ａを一体に有しており，装着孔７の外端を囲繞するようにしてシリンダヘッド５に設けられる環状凹部１７に収容されるクッション材１８が，シリンダヘッド５およびヨーク部１２ａ間に介装されている。

図１及び図２において，燃料入口筒１６の他端部，即ち入口の周縁部には，中心部にオリフィス７２を穿設した金属ダイヤフラム７０の周縁部が次のようにして固着される。

金属ダイヤフラム７０は，円筒状の取り付け筒部７１の一端部に一体に連設される。この取り付け筒部７１の他端部は開放されてり，その開放端にテーパ状の圧入ガイド部７１ａに形成される。この金属ダイヤフラム７０及び取り付け筒部７１は，例えば０．２ｍｍ以下のステンレス鋼板を材料とする。

一方，燃料入口筒１６の入口部の内周面には筒状の嵌合凹部７４と，その内端に連なる環状段部７５とが形成される。上記環状段部７５には，燃料入口筒１６に設置される燃料フィルタ１９の取り付けフランジ１９ａを載置し，次いで，圧入ガイド部７１ａを先頭にして取り付け筒部７１を嵌合凹部７４に圧入して，圧入ガイド部７１ａを前記取り付けフランジ１９ａに密着させる。こうして，金属ダイヤフラム７０の周縁部は，燃料入口筒１６の入口周縁部に固着されると共に，取り付け筒部７１は燃料入口筒１６内に開口するように設置され，同時に燃料フィルタ１９が燃料入口筒１６に取り付けられる。

而して，金属ダイヤフラム７０の外表面は燃料分配キャップ２１の内部に臨み，金属ダイヤフラム７０の内表面は燃料入口筒１６の内部に臨むことになる。

図１に示すように，燃料ポンプＰの吐出ポートに接続される燃料レール管Ｒには，エンジンの気筒数に応じた複数の燃料分配キャップ２１が分岐形成されており，その燃料分配キャップ２１が，対応する気筒の前記シリンダヘッド５に装着される電磁式燃料噴射弁Ｉの燃料入口筒１６の入口側端部にシール部材２２を介して嵌装される。

燃料分配キャップ２１の頂部にはブラケット２３が係止され，このブラケット２３は，シリンダヘッド５に立設した不図示の支柱に適当な固定手段（例えばボルト）を以てシリンダヘッド５に着脱可能に締結される。

燃料分配キャップ２１と，燃料入口筒１６の中間部に設けられて燃料分配キャップ２１側に臨む環状段部２５との間には，板ばねから成る弾性部材２６が介装される。そして，この弾性部材２６が発揮する弾発力で電磁式燃料噴射弁Ｉが，シリンダヘッド５および弾性部材２６間に挟持される。

図１及び図３において，弁座部材１１は，端壁部１１ａを一端部に有して有底円筒状に形成されており，前記端壁部１１ａには，円錐状の弁座２７が形成されるとともに，その弁座２７の中心近傍に開口する複数の燃料噴孔２８が設けられる。この弁座部材１１は，燃料噴孔２８を燃焼室６に向けて開口するようにしてハウジングボディ１０の一端部に嵌合，溶接される。すなわち弁ハウジング９が，その一端部に弁座２７を有するように構成される。

磁性円筒体１２の他端部から固定コア１４に至る外周面にはコイル組立体３０が嵌装される。このコイル組立体３０は，上記外周面に嵌合するボビン３１と，このボビン３１に巻装されるコイル３２とから成り，このコイル組立体３０を囲繞する磁性体のコイルハウジング３３の一端部が磁性円筒体１２と結合される。

固定コア１４の他端部外周は，コイルハウジング３３の他端部に連なってモールド成形される合成樹脂製の被覆層３４で被覆されており，この被覆層３４には，コイル３２に連なる端子３５を保持するカプラ３４ａが電磁式燃料噴射弁Ｉの一側方に突出するようにして一体に形成される。

固定コア１４の一端部外周には環状凹部３６が形成されており，この環状凹部３６に，固定コア１４に外周面を連ならせるようにして非磁性円筒体１３の他端部が嵌合され，液密に溶接される。

固定コア１４の一端部内周面には，その一端の吸引面１４ａに開口する嵌合凹部３８が形成され，この嵌合凹部３８に，円筒状のガイドブッシュ３９が，その一端部を固定コア１４の吸引面１４ａと面一もしくは略面一として圧入により固着され，このガイドブッシュ３９の内周面は固定コア１４の内周面に連続する。

弁座部材１１から非磁性円筒体１３に至る弁ハウジング９内には，弁体４０の一部と，可動コア４１とが収容される。弁体４０は，弁座２７と協働して燃料噴孔２８を開閉する弁部４２に，ガイドブッシュ３９内まで延びるロッド４３が連設されて成る。そして，弁部４２は，弁座部材１１内で摺動するように，球状に形成され，ロッド４３は弁部４２よりも小径に形成される。弁座部材１１およびロッド４３間には環状の燃料通路４４が画成され，弁部４２の外周面には，弁座部材１１との間に燃料通路を画成する複数の平面部４５が形成される。したがって弁座部材１１は，弁体４０の開閉動作を案内しながら燃料の通過を許容する。

ロッド４３には，固定コア１４の吸引面１４ａに対置される可動コア４１が摺動および回転可能に嵌装される。この可動コア４１のロッド４３上での摺動ストロークを一定に規制するために，可動コア４１を挟むように並ぶ開弁側ストッパ４８及び閉弁側ストッパ４９がロッド４３に固定される。その際，開弁側ストッパ４８は，可動コア４１の，固定コア１４に対向する被吸引面４１ａに当接可能に対向し，閉弁側ストッパ４９は，可動コア４１の，被吸引面４１ａと反対側の他端面に当接可能に対向するように配置される。

而して，弁体４０の閉弁状態（図３参照）では，可動コア４１は，閉弁側ストッパ４９に当接していて，開弁側ストッパ４８との間に前記摺動ストロークに対応する間隔を置いて対向し，この間隔，すなわち摺動ストロークは，閉弁側ストッパ４９に当接状態の可動コア４１と固定コア１４との間に設けられる間隔よりも小さく設定される。したがって，コイル３２の通電に伴い固定コア１４が可動コア４１を吸引したときは，可動コア４１は，先ず開弁側ストッパ４８に当接し，次いで固定コア１４に吸着されるタイミングとなる。

開弁側ストッパ４８は，ガイドブッシュ３９の内周面に摺動自在に嵌合するフランジ部４８ａと，このフランジ部４８ａから可動コア４１側に突出する円筒状の軸部４８ｂとで構成される。そして，フランジ部４８ａの内周部が溶接によりロッド４３に固着され，弁体４０の閉弁位置では軸部４８ｂの一部が吸引面１４ａ及びガイドブッシュ３９の一端面よりも可動コア４１側に突出するように配置される。一方，閉弁側ストッパ４９の外周には環状溝５１が形成されており，その環状溝５１の溝底壁がロッド４３に溶接により固着されることで，閉弁側ストッパ４９はロッド４３と一体化される。

ガイドブッシュ３９及び開弁側ストッパ４８は，固定コア１４より硬度が高い非磁性又は弱磁性材料，例えばマルテンサイト系のステンレス鋼で構成され，ほぼ同等の硬度を有する。

固定コア１４の中空部１５にはパイプ状のリテーナ５３が嵌挿されてかしめ固定される。このリテーナ５３と，開弁側ストッパ４８のフランジ部４８ａとの間には弁体４０を弁座２７への着座方向，すなわち閉弁方向へ付勢する弁ばね５４が縮設される。

また開弁側ストッパ４８のフランジ部４８ａと可動コア４１との間には，開弁側ストッパ４８の軸部４８ｂを囲繞する補助ばね５５が縮設される。この補助ばね５５は，弁ばね５４のセット荷重よりも小さいセット荷重を有しており，可動コア４１を開弁側ストッパ４８から離反させて閉弁側ストッパ４９に当接させる側に付勢するばね力を発揮する。

ロッド４３の他端部は，開弁側ストッパ４８のフランジ部４８ａよりも突出し，弁ばね５４の可動端部の内周面に嵌合して，その位置決めの役割を果たしている。また開弁側ストッパ４８の軸部４８ｂは，補助ばね５５の内周面に嵌合して，その位置決めの役割を果たしている。

開弁側ストッパ４８のフランジ部４８ａの外周の複数箇所には，ガイドブッシュ３９の内周面との間に燃料通路を画成する平面部５７が設けられ，また可動コア４１には，ロッド４３配列の複数の燃料通孔５８が設けられる。

以上において，金属ダイヤフラム７０の取り付け筒部７１，燃料入口筒１６及び固定コア１４の各中空部，可動コア４１の燃料通孔５８，並びに弁ハウジング９の中空部が，金属ダイヤフラム７０のオリフィス７２及び弁座部材１１の燃料噴孔２８間を繋ぐ一連の燃料流路５９を構成する。また，固定コア１４，可動コア４１，コイル３２，弁ばね５４，補助ばね５５，開弁側ストッパ４８及び閉弁側ストッパ４９は，弁体４０を開閉作動する電磁作動装置Ｄを構成する。

次に，この実施形態の作用について説明する。

エンジンＥの作動に伴い，燃料ポンプＰが燃料を燃料レール管Ｒに圧送すると，その高圧燃料は複数の燃料分配キャップ２１に分配される。各燃料分配キャップ２１に分配された高圧燃料は，対応する電磁式燃料噴射弁Ｉの金属ダイヤフラム７０のオリフィス７２を通して，燃料入口筒１６の内部を含む一連の燃料流路５９に供給される。

その燃料噴射弁Ｉにおいて，コイル３２の非通電状態では，弁体４０は，弁ばね５４のセット荷重によって押されることで，弁座２７に着座して燃料噴孔２８を閉鎖する。すなわち閉弁状態にあり，図３に示すように，可動コア４１は，補助ばね５５のセット荷重によって閉弁側ストッパ４９との当接状態に保持され，固定コア１４との間に所定の間隔を保っている。したがって，上記高圧燃料は，燃料流路５９に保持されたままとなる。

このような閉弁状態でコイル３２に通電すると，固定コア１４および可動コア４１間に生じる磁力により，可動コア４１は，固定コア１４に吸引されるので，先ず，補助ばね５５を圧縮しながら，ロッド４３上を上方へ摺動して開弁側ストッパ４８に当接する。すなわち可動コア４１は，その初動時，弁ばね５４よりセット荷重が小さい補助ばね５５を圧縮しながら摺動するので，固定コア１４から吸引力を受けると速やかに上方へ移動し，加速しながら開弁側ストッパ４８に当接する。

次に，可動コア４１は，開弁側ストッパ４８を伴いながら，弁ばね５４のセット荷重に抗して速やかに更に上方へ移動して可動コア４１の吸引面１４ａに吸着される。

こうして可動コア４１と共に上方へ移動する開弁側ストッパ４８は，弁体４０のロッド４３に固定されているので，弁部４２を弁座２７から離座させ，開弁状態とすることができる。弁体４０が開弁すると，燃料分配キャップ２１から燃料流路５９に供給された高圧燃料が燃料噴孔２８から内燃機関Ｅの燃焼室６に直接噴射される。その際，燃料分配キャップ２１から燃料流路５９への最大燃料流量は，金属ダイヤフラム７０のオリフィス７２により規制される。

このように，弁体４０の開弁過程において，可動コア４１が固定コア１４に与える衝撃力は，可動コア４１のみが固定コア１４に最初に当接したときの衝撃力と，その後で閉弁側ストッパ４９が可動コア４１に当接したときの衝撃力とに分けられるので，それぞれの衝突エネルギは比較的小さくなり，可動コア４１および可動コア４１相互の当接部の摩耗を防ぐと共に，衝突騒音を小さく抑えることができる。しかも閉弁側ストッパ４９の可動コア４１に対する当接時には，弁ばね５４を，通常の開弁時の圧縮変形量より多く変形させるので，弁ばね５４が閉弁側ストッパ４９の可動コア４１に対する衝突エネルギを吸収し，その衝撃力を緩和することになる。

次にコイル３２への通電を遮断すると，弁ばね５４の反発力により開弁側ストッパ４８が押動されるので，開弁側ストッパ４８は可動コア４１および弁体４０を伴なって弁座２７側に移動し，当初の閉弁状態となって，燃料噴孔２８からの燃料噴射を停止する。

ところで，エンジンＥの作動中，燃料レール管Ｒ内では，燃料ポンプＰの間歇作動等に起因して燃料圧力に脈動が生じており，その脈動波が，燃料分配キャップ２１の内部まで伝播すると，先ず，その内部に外表面を臨せした金属ダイヤフラム７０が上記脈動波における高圧波により，取り付け筒部７１の内部側に撓む（図２の鎖線示の状態）ことにより，その高圧波を減衰し，次いでその金属ダイヤフラム７０が，その反発力を以て原形に復帰することにより，燃料分配キャップ２１の内部側へ反射波を発出し，その反射波と，前記高圧波の次に到来する低圧波との干渉により，その低圧波を減衰し，その繰り返しにより，燃料分配キャップ２１の内部において燃料圧力の脈動を減衰することができる。

その間，金属ダイヤフラム７０のオリフィス７２を通して，燃料分配キャップ２１の内部と燃料入口筒１６の内部との間で燃料の行き来が生じるので，金属ダイヤフラム７０の撓み及び原形復帰をスムーズに生じさせることができる。その結果，燃料レール管Ｒ内の燃料圧力の脈動に影響されることなく，燃料噴孔２８からの燃料噴射量を電磁作動装置Ｄにより適正に制御することができる。

しかも，金属ダイヤフラム７０と，燃料入口筒１６に圧入により固着される取り付け筒部７１とは一体化されるので，プレス加工による一体成形が可能であるのみならず，金属ダイヤフラム７０の燃料入口筒１６への組み付け性が良好であり，製作コストの低減に大いに寄与し得る。

さらに，金属ダイヤフラム７０の取り付け筒部７１は燃料入口筒１６内に開口するので，取り付け筒部７１の直径の設定により，金属ダイヤフラム７０に所望の直径を付与して，その金属ダイヤフラム７０の燃料入口筒１６側への撓み具合を容易に調整することができる。

以上，本発明の実施の形態について説明したが，本発明は上記実施形態に限定されるものではなく，特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば，電磁作動装置Ｄは，弁体４０と可動コア４１とを一体的に結合して，補助ばね５５，開弁側ストッパ４８及び閉弁側ストッパ４９を省略した構造とすることもできる。

Ｄ・・・・電磁作動装置
Ｉ・・・・電磁式燃料噴射弁
Ｒ・・・・燃料レール管
９・・・・弁ハウジング
１６・・・燃料入口筒
２１・・・燃料分配キャップ
２７・・・弁座
２８・・・燃料噴孔
４０・・・弁体
７０・・・金属ダイヤフラム
７１・・・取り付け筒部
７２・・・オリフィス

Claims (2)

1. 一端部に燃料噴孔（２８）及びそれに連なる弁座（２７）を有すると共に他端部に燃料入口筒（１６）を有する弁ハウジング（９）と，該弁ハウジング（９）内で前記弁座（２７）と協働する弁体（４０）と，該弁体（４０）を開閉作動する電磁作動装置（Ｄ）とを備え，前記燃料入口筒（１６）には，燃料ポンプ（Ｐ）の吐出ポートに連なる燃料レール管（Ｒ）から分岐した燃料分配キャップ（２１）が嵌装される電磁式燃料噴射弁において，
   前記燃料入口筒（１６）の入口周縁部に，金属ダイヤフラム（７０）の周縁部が固着されて，該金属ダイヤフラム（７０）の外側表面が前記燃料分配キャップ（２１）の内部に，該金属ダイヤフラム（７０）の内側表面が前記燃料入口筒（１６）の内部にそれぞれ臨み，該金属ダイヤフラム（７０）には，前記燃料分配キャップ（２１）及び前記燃料入口筒（１６）の両内部間を連通するオリフィス（７２）が設けられることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁において，
   前記金属ダイヤフラム（７０）が，前記燃料入口筒（１６）の入口内周面に圧入される円筒状の取り付け筒部（７１）の一端部に一体に連設され，該取り付け筒部（７１）の他端が前記燃料入口筒（１６）の内部に開口することを特徴とする電磁式燃料噴射弁。

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