電磁弁および燃料噴射弁

【課題】電磁弁において、アーマチャと弁部材を互いに摺動可能に係合させつつ、弁部材と弁孔の軸ズレにより弁部材の平面部が弁座に対して傾斜しないようにする。
【解決手段】電磁弁は、摺動孔４１が形成されたバルブボデー４と、摺動孔４１内を往復摺動が可能なアーマチャ３と、弁孔２３が形成された弁座２２と、摺動孔４１内をアーマチャ３と協動して往復摺動する弁部材３１であって、弁座２２に着座および弁座２２から離座して弁孔２３を開閉する平面部３１１を備えた弁部材３１と、アーマチャ３と弁部材３１の間に介在されてアーマチャ３と弁部材３１を互いに摺動可能に係合させる摺動部３０２，３１２，３２であって、曲面状の凹部３０２，３１２と、凹部３０２，３１２に摺動可能に当接する曲面状の凸部３２とを有する摺動部３０２，３１２，３２、とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁弁および電磁弁を備えた燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料噴射弁に使用されている電磁弁が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
この電磁弁は、摺動孔が形成されたバルブボデーと、摺動孔内を往復摺動が可能なアーマチャと、弁孔が形成された弁座と、アーマチャと協動して往復移動する弁部材とを備える。摺動孔内をアーマチャが往復摺動すると、弁部材は、弁座に着座および弁座から離座して弁孔を開閉する。
【０００４】
この電磁弁を備えた燃料噴射弁では、電磁弁の弁孔を開閉することによって、ノズルニードルと連動するピストンの背圧を制御し、これにより、ノズルニードルを上下に移動させる。ノズルニードルを下方に移動させることによって噴孔を閉じ、ノズルニードルを上方に移動させることによって噴孔を開いて、噴孔から燃料を噴射させる。この燃料噴射を、高精度に制御することが要求されるため、電磁弁は、ピストンの背圧を、高精度に制御することが要求されている。
【０００５】
このため、摺動孔を含むバルブボデーとアーマチャとの間に要請される寸法公差と、弁座を含む弁孔と弁部材との間に要請される寸法公差を、それぞれ満足させるようにし、これらの公差の積み上げ分を、アーマチャと弁部材の係合部分で吸収させる構成としている。具体的に、弁部材を、球状に形成し、アーマチャに対して摺動可能に当接するように構成し、弁座に着座して弁孔を閉塞する平面部を弁部材に形成している。
【特許文献１】特開２００６−１９４２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の電磁弁では、弁部材と弁孔に軸ズレが生じると、弁部材の平面部が弁座に対して傾斜するおそれがある。これは、弁部材と弁孔に軸ズレが生じると、弁部材の平面部の中心からずれた部位に、弁孔を通して背圧が作用するためであり、且つ、弁部材がアーマチャに対して摺動可能であるために生じるものである。平面部が弁座に対して傾斜すると、弁孔を通して平面部に作用する背圧が弱まるため、背圧による弁孔を開く開弁力が弱まる。このため、噴孔から燃料を噴射させる噴射タイミングが遅くなる等の問題が生じて、燃料噴射を、高精度に制御できなくなる。
【０００７】
また、平面部が平面弁座に対して傾斜すると、平面部が平面弁座と線で当接し、面で当接する場合と比較して当接圧が高くなるため、平面部と平面弁座の磨耗が激しくなる。この磨耗により、弁孔の閉塞が不完全となり、ピストンの背圧制御が不安定となる。このため、燃料噴射弁の噴孔からの燃料噴射が不安定となり、燃料噴射を、高精度に制御できなくなる。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、電磁弁において、アーマチャと弁部材を互いに摺動可能に係合させつつ、弁部材と弁孔の軸ズレにより弁部材の平面部が弁座に対して傾斜しないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
【００１０】
請求項１に記載の電磁弁は、摺動孔が形成されたバルブボデーと、摺動孔内を往復摺動が可能なアーマチャと、弁孔が形成された弁座と、摺動孔内をアーマチャと協動して往復摺動する弁部材であって、弁座に着座および弁座から離座して弁孔を開閉する平面部を備えた弁部材と、アーマチャと弁部材の間に介在されてアーマチャと弁部材を互いに摺動可能に係合させる摺動部であって、曲面状の凹部と、凹部に摺動可能に当接する曲面状の凸部とを有する摺動部、とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、弁部材を摺動孔内で往復摺動させているため、傾斜する方向において弁部材は摺動孔によって拘束されている。摺動孔による拘束によって、弁部材と弁孔の軸ズレにより弁部材の平面部が弁座に対して傾斜しないようにできる。また、アーマチャと弁部材は、摺動部によって、互いに摺動可能に係合している。したがって、アーマチャと弁部材を互いに摺動可能に係合させつつ、弁部材と弁孔の軸ズレにより弁部材の平面部が弁座に対して傾斜しないようにできる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、凹部を、アーマチャと弁部材の一方に形成し、凸部を、アーマチャと弁部材の他方に形成しているため、新たに部品を追加しないで、アーマチャと弁部材を互いに摺動可能に係合させることができる。
【００１３】
請求項３，４の発明によれば、凸部を球状または楕円球状に形成しているため、より円滑に凹部と当接させることができる。このため、上述の効果を得つつ、アーマチャと弁部材の摺動性を向上できる。
【００１４】
請求項５の発明によれば、球状または楕円球状に形成されている凸部を、円錐状に形成されている凹部に当接させているため、凸部と凹部の当接部分に作用する力は、周方向で均一となっている。このため、上述の効果を得つつ、アーマチャと弁部材の摺動性を、より向上できる。
【００１５】
請求項６の発明によれば、請求項１〜５に記載の電磁弁が、上述の効果を得ることができるため、ピストンの背圧を高精度に制御できる。このため、この電磁弁を使用する燃料噴射弁は、燃料噴射を、高精度に制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図中の互いに同一若しくは均等である部分に、同一符号を付している。
【００１７】
図１に示す燃料噴射弁１０は、図示しないエンジンのエンジンヘッドに挿入搭載され、エンジンの各気筒内に燃料を直接噴射するように構成される。燃料噴射弁１０は、背圧制御室２１の圧力を制御する電磁弁１と、燃料が噴射される噴孔１１１が先端部に形成されたノズルボデー１１と、噴孔１１１を開閉させるノズルニードル１２と、背圧制御室２１の圧力制御によって往復移動するピストン１３とを備える。
【００１８】
ピストン１３は、図１において上下方向へロアボデー１４内を往復摺動可能に、且つ、ノズルニードル１２と連動するように構成される。ピストン１３が図１において上方に移動すると、ノズルニードル１２も上方に移動し、ピストン１３が図１において下方に移動すると、ノズルニードル１２も下方に移動するように構成される。
【００１９】
高圧燃料は、ロアボデー１４に形成されている燃料流入路１４１から流入し、ノズルニードル１２が上方に移動して噴孔１１１が開いている状態で、燃料通路１４２と燃料溜まり１１２を通して噴孔１１１から噴射される。燃料流入路１４１から流入した高圧燃料は、燃料通路１４３を通して背圧制御室２１にも到達している。
【００２０】
ノズルニードル１２が下方に移動して噴孔１１１が閉じている状態では、燃料溜まり１１２は、燃料流入路１４１から流入した高圧燃料によって高圧になっている。これに対して、噴孔１１１が閉じている状態でも、後述する電磁弁１による背圧制御室２１の圧力制御によって、背圧制御室２１の圧力は低下する。このため、高圧の燃料溜まり１１２と低圧の背圧制御室２１の差圧によって、ノズルニードル１２は、ピストン１３と連動して上方に移動する。これにより、噴孔１１１が開いて噴孔１１１から高圧燃料が噴射される。
【００２１】
一方、電磁弁１による背圧制御室２１の圧力制御によって、背圧制御室２１の圧力が高圧に制御されると、高圧の燃料溜まり１１２と高圧の背圧制御室２１の差圧がなくなる。このため、ノズルニードル１２は、ピストン１３と連動して下方に移動して、噴孔１１１が閉じる。このように、電磁弁１による背圧制御室２１の圧力制御によって、噴孔１１１を開閉制御するように構成される。
【００２２】
次に、電磁弁１を、背圧制御室２１の圧力制御の構成を中心に説明する。
【００２３】
電磁弁１は、図２に示すように、弁孔２３と弁座２２が形成されたプレート２と、摺動孔４１が形成されたバルブボデー４と、摺動孔４１内を往復摺動が可能なアーマチャ３と、摺動孔４１内をアーマチャ３と協動して往復摺動する弁部材３１と、アーマチャ３と弁部材３１の間に介在されたボールジョイント３２を備える。
【００２４】
プレート２は、ロアボデー１４の内部にピンで位置決めされて固定される。背圧制御室２１は、ピストン１３の端部外壁、ロアボデー１４の内壁１４４、およびプレート２の内壁２４によって形成される。
【００２５】
略円筒状に形成された弁部材３１には、図２〜４に示すように、弁座２２に着座および弁座２２から離座して弁孔２３を開閉する平面部３１１が形成され、平面部３１１と反対側に、円錐状で凹状の摺動面３１２が形成される。アーマチャ３は、略円盤状の羽部３０１を備え、羽部３０１と反対側に、摺動面３１２と対向させて、円錐状で凹状の摺動面３０２が形成される。球状のボールジョイント３２を摺動面３０２，３１２に摺動可能に当接させて、アーマチャ３と弁部材３１を、互いに摺動可能に係合させる。
【００２６】
摺動面３０２，３１２は、請求項に記載の凹部に相当し、ボールジョイント３２は、請求項に記載の中間部材および凸部に相当し、摺動面３０２，３１２とボールジョイント３２は、請求項に記載の摺動部に相当する。
【００２７】
アーマチャ３は、図２において、スプリング６によって弁孔２３側へ付勢されると共に、コイル５１が通電されて励磁されたステータ５に吸引される。コイル５１は、ターミナル５２によって通電され、非通電時には、アーマチャ３がステータ５に吸引されないため、アーマチャ３とボールジョイント３２を介してスプリング６によって、弁部材３１は、弁孔２３側へ付勢される。
【００２８】
背圧制御室２１から弁孔２３を通して平面部３１１に背圧が作用しているが、スプリング６の付勢力を、この背圧に抗して、弁部材３１の平面部３１１を弁座２２に着座させるように設定する。これにより、コイル５１へ非通電時に、平面部３１１が、弁座２２に着座して弁孔２３を閉塞し、このため、背圧制御室２１は、高圧に維持される。
【００２９】
一方、コイル５１が通電されると、励磁されたステータ５が、アーマチャ３を吸引する。この吸引力と背圧制御室２１の背圧が、スプリング６の付勢力に抗して、弁部材３１の平面部３１１を弁座２２から離座させるように設定する。これにより、コイル５１へ通電時に、平面部３１１が、弁座２２から離座して弁孔２３を開き、このため、背圧制御室２１の背圧が低下して低圧になる。
【００３０】
なお、弁孔２３を開いている状態でも、燃料通路１４３を通して背圧制御室２１へ高圧燃料が流入するが、この流入量より弁孔２３からの流出量が多くなるように構成する。このため、弁孔２３を開いて背圧制御室２１が低圧に制御されている状態でも、コイル５１への通電を停止すると、平面部３１１が、弁座２２に着座して弁孔２３を閉塞し、燃料通路１４３を通して背圧制御室２１へ高圧燃料が流入することによって、背圧制御室２１は、高圧に制御される。
【００３１】
したがって、コイル６への通電をオン・オフすることによって、背圧制御室２１の背圧を制御し、これによって、噴孔１１１を開閉制御する。
【００３２】
以上の構成により、弁部材３１を摺動孔４１内で往復摺動させているため、傾斜する方向において（図３に示す矢印Rの方向において）弁部材３１は摺動孔４１によって拘束されている。摺動孔４１による拘束によって、弁部材３１と弁孔２３の軸ズレ（図３において左右方向のズレ）により弁部材３１の平面部３１１が弁座２２に対して傾斜しないようにできる。具体的には、図３において、弁部材３１と弁孔２３に左右方向に軸ズレが生じると、弁部材３１の平面部３１１の中心からずれた部位に、弁孔２３を通して背圧制御室２１の背圧（高圧燃料の圧力）が作用する。これに対して、傾斜する方向において弁部材３１が摺動孔４１によって拘束されているため、平面部３１１の中心からずれた部位に、弁孔２３を通して背圧が作用しても、平面部３１１が弁座２２に対して傾斜しないようにできる。
【００３３】
アーマチャ３と弁部材３１は、ボールジョイント３２と摺動面３０２，３１２からなる摺動部によって、互いに摺動可能に係合している。したがって、アーマチャ３と弁部材３１を互いに摺動可能に係合させつつ、弁部材３１と弁孔２３の軸ズレにより弁部材３１の平面部３１１が弁座２２に対して傾斜しないようにできる。
【００３４】
ここで、ボールジョイント３２を球状に形成しているため、より円滑に摺動面３０２，３１２と当接させることができる。さらに、ボールジョイント３２を、円錐状に形成されている摺動面３０２，３１２に当接させているため、ボールジョイント３２と摺動面３０２，３１２の当接部分に作用する力は、周方向で均一となっている。したがって、アーマチャ３と弁部材３１の摺動性を、より向上できる。
【００３５】
なお、アーマチャ３と弁部材３１を、互いに摺動可能に係合している理由は、噴孔１１１からの燃料噴射を高精度に制御するために、背圧制御室２１の背圧を高精度に制御する必要があるからである。具体的に、この背圧を高精度に制御するために、電磁弁１において、摺動孔４１を含むバルブボデー４とアーマチャ３との間に要請される寸法公差と、弁座２２を含む弁孔２３と弁部材３１との間に要請される寸法公差を、それぞれ満足させるようにし、これらの公差の積み上げ分を、アーマチャ３と弁部材３１の係合部分で吸収させる構成としているためである。
【００３６】
例えば、バルブボデー４の上面４２に対するアーマチャ３の羽部３０１の傾斜が寸法公差を満足させるようにし、公差の積み上げ分を、アーマチャ３と弁部材３１の係合部分で吸収させている。
【００３７】
この上面４２と羽部３０１のギャップh１は、弁部材３１の平面部３１１が弁座２２に着座する際のバウンス（跳ね返り）を短時間で減衰させる上で重要な寸法である。このため、ギャップh１を、弁部材３１の摺動方向の高さｈ２によって調整している。具体的に、複数の異なる高さh２の弁部材３１をあらかじめ用意しておいて、ギャップh１が要請される寸法となるような高さh２の弁部材３１を選別して組み付ける。したがって、ギャップh１の調整が、従来の球状の弁部材と比較して、加工性や取扱の容易さ等で優れた円筒状の弁部材３１によって行うことができる。
【００３８】
以上のようにして背圧制御室２１の背圧を高精度に制御可能な電磁弁１を使用する燃料噴射弁１０は、噴孔１１１からの燃料噴射を、高精度に制御できる。
【００３９】
（変形例）
ボールジョイント３２を、楕円球状に形成することが可能であり、摺動面３０２，３１２を、ボールジョイント３２と摺動可能な曲面状の凹状に形成することが可能である。
【００４０】
図５に示す弁部材３１Ａにおいて、平面部３１１Ａが弁座２２に着座および弁座２２から離座して弁孔２３を開閉することが可能であれば、平面部３１１Ａを、上述の平面部３１１と比較して小さくすることが可能である。
【００４１】
図６と図７に示すように、ボールジョイント３２を廃止することも可能である。具体的に、図６に示すように、弁部材３１Ｂにおいて半球状に形成した凸部３１３を、アーマチャ３の摺動面３０２に当接させることが可能であり、図７に示すように、アーマチャ３Ａにおいて半球状に形成した凸部３０３を、弁部材３１の摺動面３１２に当接させることが可能である。このため、新たに部品（ボールジョイント３２）を追加しなで、アーマチャ３と弁部材３１を互いに摺動可能に係合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態による電磁弁を備えた燃料噴射弁の縦断面図である。
【図２】図１中のＩＩ部の拡大断面図である。
【図３】図２中のＩＩＩ部の拡大断面図である。
【図４】図３中の主要部品の拡大断面図である。
【図５】図４の第１変形例を示す拡大断面図である。
【図６】図４の第２変形例を示す拡大断面図である。
【図７】図４の第３変形例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０燃料噴射弁、１１ノズルボデー、１１１噴孔、１１２燃料溜まり
１２ノズルニードル、１３ピストン、１４ロアボデー
１４１燃料流入路、１４２，１４３燃料通路、１４４内壁
１電磁弁、２プレート、２１背圧制御室、２２弁座、２３弁孔
２４内壁、３，３Ａアーマチャ、３０１羽部、３０２摺動面（凹部）
３０３凸部、３１，３１Ａ，３１Ｂ弁部材、３１１，３１１Ａ平面部
３１２摺動面（凹部）、３１３凸部、３２ボールジョイント（中間部材、凸部）
４バルブボデー、４１摺動孔、４２上面、５ステータ、５１コイル
５２ターミナル、６スプリング、ｈ１ギャップ、ｈ２高さ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動孔が形成されたバルブボデーと、
前記摺動孔内を往復摺動が可能なアーマチャと、
弁孔が形成された弁座と、
前記摺動孔内を前記アーマチャと協動して往復摺動する弁部材であって、前記弁座に着座および前記弁座から離座して前記弁孔を開閉する平面部を備えた弁部材と、
前記アーマチャと前記弁部材の間に介在されて前記アーマチャと前記弁部材を互いに摺動可能に係合させる摺動部であって、曲面状の凹部と、前記凹部に摺動可能に当接する曲面状の凸部とを有する摺動部、とを備えることを特徴とする電磁弁。
【請求項２】
前記凹部を、前記アーマチャと前記弁部材の一方に形成し、
前記凸部を、前記アーマチャと前記弁部材の他方に形成していることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
【請求項３】
前記凹部を、前記アーマチャと前記弁部材の両方に互いに対向させて形成し、
前記凸部を、前記アーマチャと前記弁部材の間に介在される球状または楕円球状の中間部材として形成していることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
【請求項４】
前記凸部を、半球状または半楕円球状の凸状に形成していることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁弁。
【請求項５】
前記凹部を、円錐状の凹状に形成していることを特徴とする請求項３または４に記載の電磁弁。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電磁弁を備え、燃料が噴射される噴孔が先端部に形成された燃料噴射弁であって、
前記噴孔を開閉させるノズルニードルと、
前記弁孔を開閉して背圧を制御することによって、前記ノズルニードルと連動して往復移動するピストンとを備えることを特徴とする燃料噴射弁。

【図１】