| 【発明の名称】 |
燃料噴射弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】伊藤 泰志
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| 【要約】 |
【課題】燃料通路内の燃圧上昇時にニードル弁のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなるのを阻止する。
【解決手段】磁歪素子３の体積弾性係数を大きくし、ニードル弁２の体積弾性係数を小さくし、燃料通路１を画定するケース５及びノズル12の縦弾性係数を小さくし、ガスケット14の縦弾性係数を小さくし、燃料通路１内の燃圧上昇時に磁歪素子３が縮むのに伴ってニードル弁２のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなるのを阻止する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ハウジング部材により画定された燃料通路内にニードル弁とそのニードル弁をリフトさせるための磁歪素子とを配置した燃料噴射弁において、前記燃料通路内の燃圧上昇時に前記磁歪素子が縮むのに伴って前記ニードル弁のリフト量が減少するのを阻止するように前記磁歪素子の体積弾性係数を大きくした燃料噴射弁。
【請求項２】 ハウジング部材により画定された燃料通路内にニードル弁とそのニードル弁をリフトさせるための磁歪素子とを配置した燃料噴射弁において、前記燃料通路内の燃圧上昇時に前記磁歪素子が縮むのに伴って前記ニードル弁のリフト量が減少するのを阻止するように前記ニードル弁の体積弾性係数を小さくした燃料噴射弁。
【請求項３】 ハウジング部材により画定された燃料通路内にニードル弁とそのニードル弁をリフトさせるための磁歪素子とを配置した燃料噴射弁において、前記燃料通路内の燃圧上昇時に前記磁歪素子が縮むのに伴って前記ニードル弁のリフト量が減少するのを阻止するように、前記ハウジング部材に対し前記磁歪素子が固定されている固定位置と前記ニードル弁のシート位置との間における前記ハウジング部材の縦弾性係数を小さくした燃料噴射弁。
【請求項４】 ハウジング部材により画定された燃料通路内にニードル弁とそのニードル弁をリフトさせるための磁歪素子とを配置した燃料噴射弁において、前記ハウジング部材を複数の部材により構成し、前記燃料通路内の燃圧によって前記複数の部材が互いに離れるのに抗するガスケットを前記複数の部材の接続部位に配置し、前記燃料通路内の燃圧上昇時に前記磁歪素子が縮むのに伴って前記ニードル弁のリフト量が減少するのを阻止するように前記ガスケットの縦弾性係数を小さくした燃料噴射弁。
【請求項５】 前記磁歪素子の磁歪量がゼロの時における前記磁歪素子と前記ニードル弁との間の長手方向ギャップが、前記燃料通路内の燃圧上昇前と上昇後とで変化しないように、磁歪素子及びニードル弁の体積弾性係数、並びにハウジング部材及びガスケットの縦弾性係数を選択した請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】 磁歪素子の体積弾性係数とニードル弁の体積弾性係数とをほぼ等しくするか、あるいは、磁歪素子の体積弾性係数をニードル弁の体積弾性係数よりも大きくした請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ハウジング部材により画定された燃料通路内にニードル弁とそのニードル弁をリフトさせるための磁歪素子とを配置した燃料噴射弁が知られている。この種の燃料噴射弁の例としては、例えば特開平９−３１０６５４号公報に記載されたものがある。特開平９−３１０６５４号公報に記載された燃料噴射弁では、磁歪素子に対し通電が行われると磁歪素子が伸び、その伸びた磁歪素子によりニードル弁が押動され、ニードル弁がリフトせしめられる。一方、磁歪素子に対する通電が終了されると磁歪素子の長さが元の長さに戻り、ニードル弁が全閉せしめられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平９−３１０６５４号公報に記載された燃料噴射弁では、燃料を噴射するために燃料通路内の燃圧が上昇せしめられるにもかかわらず、その燃圧の上昇に伴う磁歪素子、ニードル弁、ガスケットの縮み、あるいは、燃圧の上昇に伴うハウジング部材の伸びについて考慮されていない。従って、特開平９−３１０６５４号公報に記載された燃料噴射弁では、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子が縮み、それに伴ってニードル弁がリフト量が所望のリフト量よりも小さくなる可能性が生じてしまう。
【０００４】前記問題点に鑑み、本発明は、燃料通路内の燃圧を上昇させた時にニードル弁のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなるのを阻止することができる燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明によれば、ハウジング部材により画定された燃料通路内にニードル弁とそのニードル弁をリフトさせるための磁歪素子とを配置した燃料噴射弁において、前記燃料通路内の燃圧上昇時に前記磁歪素子が縮むのに伴って前記ニードル弁のリフト量が減少するのを阻止するように前記磁歪素子の体積弾性係数を大きくした燃料噴射弁が提供される。
【０００６】請求項１に記載の燃料噴射弁では、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に燃料通路内の磁歪素子があまり縮まないように磁歪素子の体積弾性係数が大きくされている。そのため、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子が縮み、それに伴ってニードル弁のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。
【０００７】請求項２に記載の発明によれば、ハウジング部材により画定された燃料通路内にニードル弁とそのニードル弁をリフトさせるための磁歪素子とを配置した燃料噴射弁において、前記燃料通路内の燃圧上昇時に前記磁歪素子が縮むのに伴って前記ニードル弁のリフト量が減少するのを阻止するように前記ニードル弁の体積弾性係数を小さくした燃料噴射弁が提供される。
【０００８】請求項２に記載の燃料噴射弁では、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に燃料通路内の磁歪素子の縮み量がニードル弁の縮み量よりも大きくならないようにニードル弁の体積弾性係数が小さくされている。そのため、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子が縮み、それに伴ってニードル弁のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。
【０００９】請求項３に記載の発明によれば、ハウジング部材により画定された燃料通路内にニードル弁とそのニードル弁をリフトさせるための磁歪素子とを配置した燃料噴射弁において、前記燃料通路内の燃圧上昇時に前記磁歪素子が縮むのに伴って前記ニードル弁のリフト量が減少するのを阻止するように、前記ハウジング部材に対し前記磁歪素子が固定されている固定位置と前記ニードル弁のシート位置との間における前記ハウジング部材の縦弾性係数を小さくした燃料噴射弁が提供される。
【００１０】請求項３に記載の燃料噴射弁では、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に燃料通路内の磁歪素子の縮み量がハウジング部材に対し磁歪素子が固定されている固定位置とニードル弁のシート位置との間におけるハウジング部材の伸び量よりも大きくならないようにハウジング部材の縦弾性係数が小さくされている。そのため、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子が縮み、それに伴ってニードル弁のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。
【００１１】請求項４に記載の発明によれば、ハウジング部材により画定された燃料通路内にニードル弁とそのニードル弁をリフトさせるための磁歪素子とを配置した燃料噴射弁において、前記ハウジング部材を複数の部材により構成し、前記燃料通路内の燃圧によって前記複数の部材が互いに離れるのに抗するガスケットを前記複数の部材の接続部位に配置し、前記燃料通路内の燃圧上昇時に前記磁歪素子が縮むのに伴って前記ニードル弁のリフト量が減少するのを阻止するように前記ガスケットの縦弾性係数を小さくした燃料噴射弁が提供される。
【００１２】請求項４に記載の燃料噴射弁では、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に燃料通路内の磁歪素子の縮み量がガスケットの縮み量よりも大きくならないようにガスケットの縦弾性係数が小さくされている。そのため、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子が縮み、それに伴ってニードル弁のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。
【００１３】請求項５に記載の発明によれば、前記磁歪素子の磁歪量がゼロの時における前記磁歪素子と前記ニードル弁との間の長手方向ギャップが、前記燃料通路内の燃圧上昇前と上昇後とで変化しないように、磁歪素子及びニードル弁の体積弾性係数、並びにハウジング部材及びガスケットの縦弾性係数を選択した請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁が提供される。
【００１４】請求項５に記載の燃料噴射弁では、磁歪素子とニードル弁との間の長手方向ギャップが燃料通路内の燃圧に応じて変化しないように磁歪素子及びニードル弁の体積弾性係数、並びにハウジング部材及びガスケットの縦弾性係数が選択されている。そのため、ニードル弁のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。
【００１５】請求項６に記載の発明によれば、磁歪素子の体積弾性係数とニードル弁の体積弾性係数とをほぼ等しくするか、あるいは、磁歪素子の体積弾性係数をニードル弁の体積弾性係数よりも大きくした請求項１又は２に記載の燃料噴射弁が提供される。
【００１６】請求項６に記載の燃料噴射弁では、磁歪素子の体積弾性係数とニードル弁の体積弾性係数とがほぼ等しくされるか、あるいは、磁歪素子の体積弾性係数がニードル弁の体積弾性係数よりも大きくされる。そのため、燃料通路内の燃圧上昇後のニードル弁のリフト量を、燃圧上昇前のニードル弁のリフト量と等しくするか、あるいは、燃圧上昇前のニードル弁のリフト量よりも大きくすることができる。つまり、燃料通路内の燃圧上昇後のニードル弁のリフト量が燃圧上昇前のニードル弁のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１８】図１は本発明の燃料噴射弁の第一の実施形態の縦断面図、図２は図１に示した構成部品の一部の拡大断面図である。図１及び図２において、１は燃料通路、２は燃料通路１内に配置されたニードル弁、３は燃料通路１内に配置された磁歪素子、４は磁歪素子３を駆動するための電磁コイル、５は燃料噴射弁ケースである。磁歪素子３は燃料噴射弁ケース５に固定された磁歪素子ホルダ６に固定されている。電磁コイル４に対し通電が行われると磁歪素子３が膨張し、膨張した磁歪素子３によりヨーク７を介してニードル弁２が図１の上側に押動されてリフトする。その結果、燃料噴射弁が開弁せしめられる。８は強磁性材料により形成された電磁コイルカバー、１０はコイル配線、１１はコイル配線１０を取り出すためのコイル配線取り出し開口、１２はノズルである。燃料通路１は燃料噴射弁ケース５及びノズル１２により画定されている。１３、１４は燃料をシールするためのガスケットであり、ガスケット１４は燃料通路１内の燃圧によって燃料噴射弁ケース５とノズル１２とが互いに離れないように抗している。１５は燃料噴射弁ケース５に対し磁歪素子ホルダ６を介して磁歪素子３が固定されている固定位置、１６はノズル１２に対しニードル弁２が着座するシート位置、Ｇはヨーク７とニードル弁２との間の長手方向ギャップである。
【００１９】本実施形態では、燃料通路１内の燃圧を上昇させた時に燃料通路１内の磁歪素子３があまり縮まないように磁歪素子３の体積弾性係数が大きくされている。そのため、燃料通路１内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子３が縮み、それに伴ってギャップＧが大きくなり、ニードル弁２のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。尚、磁歪素子３の体積弾性係数を大きくすることには、磁歪素子３を構成する材料の体積弾性係数を大きくすること、磁歪素子３の横断面積を大きくすること、及び磁歪素子３の長手方向長さを短くすることが含まれる。また本実施形態では、燃料通路１内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子３が縮むのに伴ってニードル弁２のリフト量が小さくならないようにニードル弁２の体積弾性係数が小さくされている。そのため、燃料通路１内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子３が縮むもののニードル弁２も縮み、その結果、ニードル弁２のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。つまり、磁歪素子３及びニードル弁２の体積弾性係数は、ニードル弁２のリフト量が小さくならないように選択されている。好適には、磁歪素子３の体積弾性係数とニードル弁２の体積弾性係数とがほぼ同等な値とされるか、あるいは、磁歪素子３の体積弾性係数がニードル弁２の体積弾性係数よりも大きくされる。尚、ニードル弁２の体積弾性係数を小さくすることには、ニードル弁２を構成する材料の体積弾性係数を小さくすること、ニードル弁２の横断面積を小さくすること、及びニードル弁２の長手方向長さを長くすることが含まれる。また本実施形態ではニードル弁２が単一の材料により構成されているが、他の実施形態ではニードル弁２を複数の材料により構成し、ニードル弁２の先端を耐摩耗性の高い材料により構成することも可能である。
【００２０】更に本実施形態では、燃料通路１内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子３が縮むのに伴ってニードル弁２のリフト量が小さくならないように燃料噴射弁ケース５及びノズル１２の縦弾性係数が小さくされている。そのため、燃料通路１内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子３が縮むものの固定位置１５とシート位置１６との間で燃料噴射弁ケース５及びノズル１２が伸び、その結果、ニードル弁２のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。尚、固定位置１５とシート位置１６との間における燃料噴射弁ケース５及びノズル１２の縦弾性係数を小さくすることには、それらを構成する材料の縦弾性係数を小さくすること、それらの肉厚を薄くすること、及び固定位置１５とシート位置１６との間におけるそれらの長さを長くすることが含まれる。
【００２１】また本実施形態では、燃料通路１内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子３が縮むのに伴ってニードル弁２のリフト量が小さくならないようにガスケット１４の縦弾性係数が小さくされている。そのため、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子３が縮むもののガスケット１４が縮み、その結果、ニードル弁２のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。尚、ガスケット１４の縦弾性係数を小さくすることには、ガスケット１４を構成する材料の縦弾性係数を小さくすること、ガスケット１４の横断面積を小さくすること、及びガスケット１４の長手方向厚みを厚くすることが含まれる。
【００２２】図３は燃料通路１内の燃圧を上昇させる前のギャップと燃圧を上昇させた後のギャップとを比較して示した図である。図３に示すように、燃圧の上昇に伴う磁歪素子３、ニードル弁２、ガスケット１４の縮み、あるいは、燃圧の上昇に伴う燃料噴射弁ケース５及びノズル１２の伸びについて考慮されていない従来の場合、燃圧がゼロの時と燃圧が作動燃圧まで上昇された時とでギャップが異なってしまう。一方、上述したように燃圧の上昇に伴う磁歪素子３、ニードル弁２、ガスケット１４の縮み、あるいは、燃圧の上昇に伴う燃料噴射弁ケース５及びノズル１２の伸びについて考慮されている本実施形態の場合、燃圧がゼロの時のギャップと燃圧が作動燃圧まで上昇された時のギャップとがほぼ同じ大きさとされる。その結果、ニードル弁２のリフト量が所望のリフト量よりも小さくならないようにすることができる。
【００２３】図４は電磁コイル４の電流値と磁歪素子３の磁歪量と磁歪素子３の温度との関係を示した図である。図４に示すように、磁歪素子３の磁歪量は、電流値を大きくするに従ってかつ磁歪素子３の温度を低くするに従って大きくなる。従って本実施形態では、燃料噴射量を所望の燃料噴射量に一致させるために、磁歪素子３の温度、つまり、燃料の温度が上昇すると電流値が増加せしめられる。逆に磁歪素子３の温度、つまり、燃料の温度が低下すると電流値が減少せしめられる。磁歪素子３の温度を得るためには、燃料温度センサを使用してもよく、電磁コイル４の電流値、エンジン冷却水温、燃料噴射量及びこれらの履歴等から予測してもよい。
【００２４】図５は燃料温度と燃料噴射質量との関係を示した図である。燃料温度が上昇すると燃料密度が低下するため、従来の場合のように燃料温度にかかわらずリフト量が一定に維持されていると、燃料温度の上昇に伴って燃料噴射質量が低下してしまう。従って本実施形態では、燃料温度にかかわらず燃料噴射質量を一定に維持するために、燃料温度が上昇するとリフト量が増加せしめられる。逆に燃料温度が低下するとリフト量が減少せしめられる。燃料温度を得るためには、燃料温度センサを使用してもよく、エンジン冷却水温、エンジン負荷履歴等から予測してもよい。
【００２５】図６は目標燃料噴射量が小さいときの電流値及びリフト量と目標燃料噴射量が大きいときの電流値及びリフト量との関係を示した図である。目標燃料噴射量が小さいときに電流値を大きくしリフト量を大きくすると、燃料噴射期間が短くなり過ぎてしまい要求通りの量の燃料を噴射することができなくなってしまう。一方、目標燃料噴射量が小さいときに電流値を小さくしリフト量を小さくすると、燃料噴射期間を長くすることができ、要求通りの量の燃料を噴射することができる。つまり、ダイナミックレンジを拡大することができる。また、目標燃料噴射量が大きいときに電流値を小さくしリフト量を小さくすると、燃料噴射期間が長くなってしまう。一方、目標燃料噴射量が大きいときに電流値を大きくしリフト量を大きくすると、燃料噴射期間を短くすることができる。従って本実施形態では、図６に示すように、燃料カット時及び燃料カットからの復帰時に要求される少ない燃料噴射量を実現するために、目標燃料噴射量が小さいときには電流値が小さくされリフト量が小さくされる。また、目標燃料噴射量が大きいときには、燃料噴射期間を短くするために、電流値が大きくされリフト量が大きくされる。
【００２６】図７はエンジン回転数が低いときの電流値及びリフト量とエンジン回転数が高いときの電流値及びリフト量との関係を示した図である。エンジン回転数が高いときに電流値を小さくしリフト量を小さくすると、燃料噴射期間が長くなり過ぎてしまいボアフラッシング等の可能性が生じてしまう。一方、エンジン回転数が高いときに電流値を大きくしリフト量を大きくすると、燃料噴射期間を短くすることができ、ボアフラッシングを回避することができる。また、エンジン回転数が低いときに電流値を大きくしリフト量を大きくすると、消費電力の増加に伴って燃費が悪化すると共に電磁コイル４の発熱量が増加してしまう。一方、エンジン回転数が低いときに電流値を小さくしリフト量を小さくすると、消費電力を減少させ電磁コイル４の発熱量を低減することができる。従って本実施形態では、図７に示すように、ボアフラッシングを回避するために、エンジン回転数が高いときには電流値が大きくされリフト量が大きくされる。また、エンジン回転数が低いときには、電流値が小さくされリフト量が小さくされる。
【００２７】図８は電磁コイル４への通電制御方法を示したフローチャートである。このルーチンは所定時間間隔で実行される。図８に示すように、このルーチンが開始されると、まずステップ１００において、図４及び図６に示した関係に基づいて基本電流値が算出される。即ち、算出される基本電流値は、目標燃料噴射量が大きくなるに従って大きくなり、磁歪素子３の温度が高くなるに従って大きくなる。次いでステップ１０１では、図５に示した関係に基づいて電流燃料体積補正係数が算出される。即ち、算出される電流燃料体積補正係数は、燃料温度が高くなるに従って大きくなる。次いでステップ１０２では、図７に示した関係に基づいて電流回転補正係数が算出される。即ち、算出される電流回転補正係数は、エンジン回転数が高くなるに従って大きくなる。次いでステップ１０３では、基本電流値、電流燃料体積補正係数及び電流回転補正係数に基づいて開弁時電流値が算出される（開弁時電流値←基本電流値×電流燃料体積補正係数×電流回転補正係数）。次いでステップ１０４では、開弁時電流値及び不図示のルーチンで算出された燃料噴射期間、燃料噴射開始時期に基づいて電磁コイル４への通電が行われる。
【００２８】
【発明の効果】請求項１〜６に記載の発明によれば、燃料通路内の燃圧を上昇させた時に磁歪素子が縮み、それに伴ってニードル弁のリフト量が所望のリフト量よりも小さくなってしまうのを阻止することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年６月１２日（２０００．６．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５１７
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５５５３６（Ｐ２００１−３５５５３６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１８０７５３（Ｐ２０００−１８０７５３） |
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