JP2024039312A - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁式燃料噴射弁において，コイルの通電遮断時，閉弁側ストッパに衝撃的に当接する可動コアのバウンシングを早期に収束させる。【解決手段】可動コア４１の前端面に，それと同心の環状凹部５０が設けられる一方，閉弁側ストッパ４９の後端面に，可動コア４１の閉弁側ストッパ４９への当接時，環状凹部５０に進入しながら環状凹部５０の開口部を閉鎖する環状凸部５１が設けられる。【選択図】 図４

Description

本発明は，主として内燃機関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，前端部に弁座を有する弁ハウジングと，該弁ハウジングの後端に連設される中空の固定コアと，該固定コアの外周に配設されるコイルと，前記弁座と協働する弁部にロッドが連設されてなる弁体と，前記固定コアの前端面に対向しながら前記弁ハウジングの内周及び前記ロッドの外周に摺動可能に嵌装され，前記弁ハウジング内での燃料の流通を許容する可動コアと，前記ロッドに固定されて前記可動コアの後端面に対向し，前記コイルの通電時，前記固定コアに吸引される前記可動コアにより押動されて前記弁体を開弁作動させる開弁側ストッパと，前記可動コアの前端面に対向して前記ロッドに固定される閉弁側ストッパと，前記弁体を閉弁方向に付勢する弁ばねと，前記コイルの非通電時，前記可動コアを前記開弁側ストッパから離反させて前記閉弁側ストッパに当接させるように付勢する補助ばねとを備える電磁式燃料噴射弁の改良に関する。

かか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。

特許第６７８８０８５号公報

かかる電磁式燃料噴射弁では，可動コアを閉弁側ストッパ側に付勢する補助ばねのセット荷重が，弁体を閉弁方向に付勢する弁ばねのセット荷重よりも小さく設定されるので，コイルの通電時，固定コアの，可動コアに対する吸引力の上昇過程で，可動コアは素早く補助ばねのセット荷重に抗して固定コアに近接し，それに伴い急増する固定コアの吸引力により可動コアは，直ちに弁ばねのセット荷重に抗して開弁側ストッパを押動しながら固定コアに吸着されることで，弁体を素早く開弁させる。これにより弁体の開弁応答性を高めると共に，コイルの消費電力を軽減し得る利点がある。

その反面，可動コアを閉弁側ストッパ側に付勢する補助ばねのセット荷重が小さいことにより，例えば多段噴射用燃料噴射弁のように，燃料噴射間隔時間が極めて短い場合に，コイルの通電遮断により，閉弁側ストッパに衝撃的に当接する可動コアにバウンシング現象が発生したとき，それを次の開弁のためのコイルの通電時までに収束させることを困難にする虞れがある。もし，可動コアに発生したバウンシング現象が，次のコイルの通電時まで続けば，弁体の所定の開弁ストロークに多少とも狂いが生じ，燃料の噴射特性に影響が及ぶ可能性がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので，コイルの通電遮断時，可動コアの閉弁側ストッパに対する当接衝撃を緩和して，可動コアのバウンシングを抑制し得る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，前端部に弁座を有する弁ハウジングと，該弁ハウジングの後端に連設される中空の固定コアと，該固定コアの外周に配設されるコイルと，前記弁座と協働する弁部にロッドが連設されてなる弁体と，前記固定コアの前端面に対向しながら前記弁ハウジングの内周及び前記ロッドの外周に摺動可能に嵌装され，前記弁ハウジング内での燃料の流通を許容する可動コアと，前記ロッドに固定されて前記可動コアの後端面に対向し，前記コイルの通電時，前記固定コアに吸引される前記可動コアにより押動されて前記弁体を開弁作動させる開弁側ストッパと，前記可動コアの前端面に対向して前記ロッドに固定される閉弁側ストッパと，前記弁体を閉弁方向に付勢する弁ばねと，前記コイルの非通電時，前記可動コアを前記開弁側ストッパから離反させて前記閉弁側ストッパに当接させるように付勢する補助ばねとを備える電磁式燃料噴射弁において，前記可動コアの前端面に，それと同心の環状凹部が設けられる一方，前記閉弁側ストッパの後端面に，前記可動コアの前記閉弁側ストッパへの当接時，前記環状凹部に頂部を進入させながら前記環状凹部の開口部を閉鎖する環状凸部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，前記環状凸部が断面円弧状に形成されることを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，コイルの通電遮断時，補助ばねの付勢力により可動コアが閉弁側ストッパに近接すると，閉弁側ストッパの環状凸部が，可動コアの環状凹部に進入して，その内部を満たす燃料を加圧しながら，その開口部を絞っていくので，環状凹部内の燃料が上記絞り部で強力にスクイズされながら環状凹部外に流出していき，これによって生じるダンパ効果により可動コアの閉弁側ストッパに対する当接衝撃が緩和される。そして，環状凸部による環状凹部の開口部の閉鎖直後，可動コアが跳ね上がろうとすれば，環状凹部内の減圧に伴い発生する張り付き力により，その跳ね上がりが抑制される。このような作用の繰り返しにより可動コアのバウンシングを早期に収束させることができる。

本発明の第２の特徴によれば，環状凸部を断面円弧状に形成することで，コイルの通電遮断時，可動コアが閉弁側ストッパに対して傾き，或いは偏心した状態で当接する場合でも，環状凸部及び環状凹部の係合により，可動コア及び閉弁側ストッパ間に調心作用が働き，前記スクイズ及び張り付き力を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。 上記燃料噴射弁の閉弁状態を示す，図１の２矢視部拡大断面図。 上記燃料噴射弁の開弁状態を示す，図２との対応図。 図２の４部拡大図。 図２の４部拡大図（弁体の閉弁過程で可動コア４１が閉弁側ストッパ４９へ近接した状態を示す）。

本発明の実施形態について添付の図１～図４を参照しながら説明する。

先ず図１及び図２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本発明の電磁式燃料噴射弁Ｉが前記装着孔７に装着される。本発明の電磁式燃料噴射弁Ｉでは，燃料噴射側を前方，その反対側を後方とする。

この電磁式燃料噴射弁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の前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の後端部外周に前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，この磁性円筒体１２の後端部に前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の後端部には，中空部１５を有する円筒状の固定コア１４の前端部が同軸に結合され，この固定コア１４の後端部に，前記中空部１５に通じる燃料供給筒１６が一体に且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溝１７に収容されるクッション材１８が，シリンダヘッド５及びヨーク部１２ａ間に介装される。

燃料供給筒１６の入口には，オリフィス部材２４と，その下流側に位置する燃料フィルタ１９とが装着される。この燃料供給筒１６には，図示しない燃料ポンプの吐出口に連なる燃料分配管２０から分岐した燃料供給キャップ２１が環状のシール部材２２を介して嵌合される。燃料供給キャップ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に立設される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。

燃料供給キャップ２１と，燃料供給筒１６の中間部に設けられて燃料供給キャップ２１側に臨む環状段部２５との間には，板ばねからなる弾性部材２６が介装される。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に保持される。

弁座部材１１は，端壁部１１ａを前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が形成されると共に，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の前端部に嵌合，溶接される。即ち弁ハウジング９が，その前端部に弁座２７を有するように構成される。

磁性円筒体１２の後端部から固定コア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とからなり，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の前端部が磁性円筒体１２と結合される。

固定コア１４の後端部外周は，コイルハウジング３３の後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の前端小径部に，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の後端部が嵌合され，液密に溶接される。

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，固定コア１４内まで延びるロッド４３が連設されてなる。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及びロッド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。

前記可動コア４１は，その後端面（被吸引面４１ａ）を固定コア１４の前端面（吸引面１４ａ）に対向させながら，弁ハウジング９の内周面とロッド４３の外周面とに摺動及び回転可能に嵌装される。したがって，可動コア４１の外周面及び弁ハウジング９の内周面間には環状間隙５６ａが，また可動コア４１の内周面及びロッド４３の外周面間には環状の間隙５６ｂがそれぞれ設けられる。また，可動コア４１は，磁性円筒体１２及び非磁性円筒体１３に跨がって配置される。

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に溶接により固着される。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と反対側の前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の閉弁状態では（図２参照），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，即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，固定コア１４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よりも可動コア４１側に突出するように配置される。

再び図１及び図２において，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，即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付与されており，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。

ロッド４３の後端部は，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，固定コア１４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，環状配列の複数の燃料通孔５８が設けられる。

図２及び図４に示すように，可動コア４１の前端面には，環状配列の複数の燃料通孔５８の内側において，可動コア４１と同心の環状凹部５０が設けられ，この環状凹部５０は，可動コア４１の前端面側を開口する断面Ｖ字状に形成され，そのＶ字状断面の頂角θは鈍角に設定される。一方，閉弁側ストッパ４９の，可動コア４１の後端面には，閉弁側ストッパ４９と同心，且つ上記環状凹部５０と同軸状に並ぶ環状凸部５１が設けられ，この環状凸部５１は，その断面が凸状円弧に形成される。而して，この環状凸部５１は，可動コア４１の閉弁側ストッパ４９への当接時，その頂部５１ａを上記環状凹部５０内に進入させて，上記環状凹部５０の内外周２条の開口縁に当接し，もって環状凹部５０の開口部を閉鎖するようになっている。尚，図４中，符号Ｒは，環状凸部５１の断面形状の円弧の半径を示し，その円弧の中心Ｏは，前記環状凹部５０のＶ字状断面の２等分線Ｙ上に位置する。

次に，この実施形態の作用について説明する。

電磁式燃料噴射弁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圧されることで，弁座２７に着座して燃料噴孔２８を閉鎖する閉弁状態となる。この閉弁状態では，図示しない燃料ポンプから燃料分配管２０に吐出される高圧燃料が燃料供給キャップ２１を通して燃料供給筒１６に供給され，燃料噴射弁Ｉの内部，即ち燃料供給筒１６，パイプ状のリテーナ５３，固定コア１４，可動コア４１，弁ハウジング９等の内部を満たして待機する。

その際，燃料ポンプの吐出圧変動等に起因して燃料分配管２０内に発生する燃料圧力の脈動は，燃料供給筒１６の入口のオリフィス部材２４のオリフィスにより減衰され，燃料噴射弁Ｉ内部への影響を解消，もしくは軽減している。

一方，図２に示すように，可動コア４１は，このような閉弁状態では，補助ばね５５のセット荷重によって，可動コア４１の環状凹部５０を閉弁側ストッパ４９の環状凸部５１に係合した状態に保持され，固定コア１４との間に所定の間隔を保っている。

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及び可動コア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。即ち可動コア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を素早く圧縮しながら固定コア１４に近接して，固定コア１４からの吸引力の急増を得て，開弁側ストッパ４８を勢いよく突き上げる。

したがって，可動コア４１は，開弁側ストッパ４８を伴いながら，弁ばね５４の大なるセット荷重に抗して速やかに更に後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と共に後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，弁ハウジング９等の内部で待機する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。このようにして，弁体４０の開弁応答性が高められると共に，コイル３２の消費電力の軽減を図ることができる。

次に，コイル３２への通電を遮断すると，弁ばね５４の大なるセット荷重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及び弁体４０を伴なって弁座２７側に直ちに移動し，弁部４２を弁座２７に着座させ，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。この弁体４０の閉弁状態は，弁ばね５４の大なるセット荷重により確実に保持される。

一方，可動コア４１は，補助ばね５５のセット荷重により閉弁側ストッパ４９に向かって勢いよく押圧される。そして，図５に示すように，可動コア４１が閉弁側ストッパ４９に近接すると，閉弁側ストッパ４９の環状凸部５１が，その頂部５１ａを可動コア４１の環状凹部５０に進入させて，環状凹部５０の内部を満たす燃料を加圧しながら，その開口部を絞っていくので，環状凹部５０内の燃料が上記絞り部で強力にスクイズされながら環状凹部５０外に流出していき，これによって生じるダンパ効果により可動コア４１の閉弁側ストッパ４９に対する当接衝撃が緩和される。そして，環状凸部５１による環状凹部５０の開口部の閉鎖直後，可動コア４１が跳ね上がろうとして，環状凸部５１の頂部５１ａが環状凹部５０から抜け出そうとすれば，環状凹部５０内の減圧に伴う張り付き力が発生して，可動コア４１の跳ね上がりを抑制する。このような作用の繰り返しにより可動コア４１のバウンシングを早期に収束させることができる。

また，環状凹部５０が断面Ｖ字状に形成される一方，環状凸部５１が断面円弧状に形成されるので，コイル３２の通電遮断時，可動コア４１が閉弁側ストッパ４９に対して傾き，或いは偏心した状態で当接する場合でも，環状凸部５１と環状凹部５０との係合により，可動コア４１及び閉弁側ストッパ４９間に調心作用が働き，前記スクイズ及び張り付き力を生じさせ，可動コア４１のバウンシングの早期収束を図ることができる。

かくして，可動コアのバウンシング時間の大幅な短縮を達成し，例えば多段噴射用燃料噴射弁のように，燃料噴射間隔時間が極めて短い場合でも，次のコイル３２の通電時までに前記バウンシング現象を収束させ得て，所定の燃料噴射特性を維持することができる。

ところで，コイル３２に通電して，固定コア１４の吸引力により可動コア４１を閉弁側ストッパ４９から離隔させるとき，環状凹部５０内で環状凸部５１を引き戻そうと発生する減圧抵抗が過大である場合には，弁体４０の開弁応答性の低下を招くことになるので，上記減圧抵抗の大きさは，可動コア４１のバウンシング抑制，及び弁体４０の開弁応答性の両方を満足すべく，制御する必要がある。その制御は，例えば，環状凸部５１の断面円弧状部の半径Ｒを調整して，環状凸部５１の環状凹部５０への進入体積を調整することにより達成できる。

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，環状凹部５０の断面形状をＵ字状にすることもできる。

Ｉ・・・・電磁式燃料噴射弁
９・・・・弁ハウジング
１４・・・固定コア
２７・・・弁座
３２・・・コイル
４０・・・弁体
４１・・・可動コア
４２・・・弁部
４３・・・ロッド
４８・・・開弁側ストッパ
４９・・・閉弁側ストッパ
５０・・・環状凹部
５１・・・環状凸部
５１ａ・・環状凸部の頂部
５４・・・弁ばね
５５・・・補助ばね

Claims (2)

1. 前端部に弁座（２７）を有する弁ハウジング（９）と，該弁ハウジング（９）の後端に連設される中空の固定コア（１４）と，該固定コア（１４）の外周に配設されるコイル（３２）と，前記弁座（２７）と協働する弁部（４２）にロッド（４３）が連設されてなる弁体（４０）と，前記固定コア（１４）の前端面に対向しながら前記弁ハウジング（９）の内周及び前記ロッド（４３）の外周に摺動可能に嵌装され，前記弁ハウジング（９）内での燃料の流通を許容する可動コア（４１）と，前記ロッド（４３）に固定されて前記可動コア（４１）の後端面に対向し，前記コイル（３２）の通電時，前記固定コア（１４）に吸引される前記可動コア（４１）により押動されて前記弁体（４０）を開弁作動させる開弁側ストッパ（４８）と，前記可動コア（４１）の前端面に対向して前記ロッド（４３）に固定される閉弁側ストッパ（４９）と，前記弁体（４０）を閉弁方向に付勢する弁ばね（５４）と，前記コイル（３２）の非通電時，前記可動コア（４１）を前記開弁側ストッパ（４８）から離反させて前記閉弁側ストッパ（４９）に当接させるように付勢する補助ばね（５５）とを備える電磁式燃料噴射弁において，
   前記可動コア（４１）の前端面に，それと同心の環状凹部（５０）が設けられる一方，前記閉弁側ストッパ（４９）の後端面に，前記可動コア（４１）の該閉弁側ストッパ（４９）への当接時，前記環状凹部（５０）に頂部（５０ａ）を進入させながら前記環状凹部（５０）の開口部を閉鎖する環状凸部（５１）が設けられることを特徴とする，電磁式燃料噴射弁。
2. 前記環状凸部（５１）が断面円弧状に形成されることを特徴とする，請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁。