專利名稱：電磁式燃料噴射閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機的電磁式燃料噴射閥，該電磁式燃料噴射
閥通過使電流流過線圈而對包括可動元件的電樞(anchor)和固定磁芯的 磁通路提供磁通，通過在可動元件的電樞端面和固定磁芯端面之間的磁吸 引間隙產(chǎn)生磁吸引力而將可動元件吸引于固定磁芯一側，從而對閥體進行 開關，具體地說，本發(fā)明涉及一種如下這樣構成的電磁式燃料噴射閥，該 電磁式燃料噴射閥將固定磁芯固定在金屬管的內(nèi)側，將可動元件配置成在 該金屬管內(nèi)可以相對于固定磁芯吸引該可動元件或使該可動元件分離，在 金屬管的外側安裝線圈和磁軛(yoke)，對可動元件的電樞和固定磁芯提 供磁通。
背景技術：
在日本特開平10 — 318079號公報中公開了如下的技術，即，采用內(nèi) 置閥體和磁芯的管狀的閥殼，通過使閥殼的一部分非磁性化從而提供制造 性良好的燃料噴射閥。
專利文獻1:日本特開平10—318079號公報
在上述現(xiàn)有技術中，存在如下問題，巻繞在線圈骨架(bobbin)上的 線圈的軸向尺寸即線圈高度變大，磁通路長度變長，在向磁通路提供的磁 動勢的作用下，在固定磁芯和電樞之間的磁吸引間隙產(chǎn)生的磁通量按照線 圈的大小比例得不到足夠的磁通。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于減小磁通路內(nèi)的磁阻，以小的磁動勢獲得比通過磁 吸引間隙更多的磁通，可以把磁動勢有效地轉換為磁吸引力。
本發(fā)明為了達成上述目的，通過在磁吸引間隙的周圍形成由配置在
金屬管內(nèi)側的固定磁芯和電樞以及配置在金屬管外側的線圈的土下、外周 磁軛部形成的短的磁通路，而達到上述目的。 發(fā)明效果
根據(jù)這樣構成的本發(fā)明，能夠提供一種以小的電磁線圈裝置、磁通路 結構，獲得大的磁吸引力，響應性好的電磁式燃料噴射閥。


圖1是表示實施本發(fā)明的燃料噴射閥的整體的截面圖2是實施本發(fā)明的燃料噴射閥的磁通路部分的放大截面圖3是說明圖2記載的在實施例的燃料噴射閥中磁通的流動的模式
圖4是表示用于圖2記載的實施例的燃料噴射閥的磁性材料的特性的 圖表；
圖5是通過圖2記載的實施例的燃料噴射閥和現(xiàn)有技術的燃料噴射 閥，描述磁通和磁通密度相對于提供的磁動勢增加的樣子并進行比較的圖 表；
圖6是對圖2記載的實施例的燃料噴射閥中磁通路的長度、和表示磁 通路大小的標度進行對比的圖表。
圖中，101—噴管；102—電樞；103 —磁軛；104 —線圈骨架；105 — 線圈；(104、 105) —電磁線圈；106 —上磁軛；107—固定磁芯；110 — 彈簧；lll一縮磁部(磁気絞U部)；112 —彈簧；113—柱塞導向件；114 一可動元件；114A—柱塞部；114B —閥體；114C —頭部；201—磁通路。
具體實施例方式
關于實施例的整體構成，以下參照圖l，圖2進行說明。
圖1是實施例的電磁燃料噴射閥的縱截面圖。圖2是圖1的局部放大
圖，詳細表示了實施例的電磁燃料噴射閥的磁通路的結構。
以下，參照圖l，圖2對實施例的電磁燃料噴射閥的結構進行說明。 金屬材料制的噴管101具有直徑較小的小徑筒狀部22和直徑較大的
大徑筒狀部23，兩者間通過圓錐截面部24相連。
在小徑筒狀部22的前端的部分形成噴嘴體。具體為向在小徑筒狀部 的前端部分的內(nèi)部形成的筒狀部中，將朝向中心引導燃料的導向部件115、 和具有燃料噴射口 116A的銳孔板(orifice plate) 116順次層疊并插入，在 銳孔板116的周圍通過焊接與筒狀部固定。
導向部件115引導后述的可動元件114的柱塞部114A或設置在柱塞 部114A前端的閥體114B的外周，并且兼作從放射方向外側向內(nèi)側引導 燃料的燃料導向件。
在銳孔板116上，在面向導向部件115的一側形成圓錐狀的閥座。設 在柱塞部114A前端的閥體114B抵接于該閥座39，引導或隔斷燃料向燃 料噴射口 116A的流動。
在噴嘴體的外周上形成有槽，在該槽內(nèi)嵌入有樹脂材料制的頂端密封 件、或以在金屬的周圍燒上了橡膠的密封墊圈為代表的密封部件。
在金屬材料制的噴管101的大徑筒狀部23的內(nèi)周下端部，引導可動 元件114的柱塞部114A的柱塞導向件113被壓入固定在大徑筒狀部23的 深沖加工部25。
柱塞導向件113在其中央設有引導柱塞部114A的導向孔127，多個 燃料通路126在其周圍穿孔。
并且，在中央的上面通過擠壓加工形成有凹部。在該凹部保持彈簧
112。
在柱塞導向件113的中央的下面通過擠壓加工形成與該凹部相對應的 凸部，在該凸部的中央設有柱塞部114A的導向孔。
如此，細長形狀的柱塞部114A通過柱塞導向件113的導向孔127和 導向部件115的導向孔被引導，而筆直地往復運動。
如此，金屬材料制的噴管101從前端部到后端部，由同一部件形成一 體，因此零件的管理容易，而且組裝作業(yè)性良好。
在柱塞部114A的設有閥體114B的端部的相反端部上設有頭部114C， 所述頭部114C具有階梯部129、 133，所述階梯部129、 133具有比柱塞 部114A的直徑更大的外徑。在階梯部129的上端面設有彈簧110的支承 面，在中心形成有彈簧導向件用的突起131。
可動元件114具有電樞102，所述電樞102在中央具備柱塞部114A
貫通的貫通孔。電樞102在面對柱塞導向件113的一側的面的中央形成有 承受彈簧用的凹部112A，在柱塞導向件113的凹部125和該凹部112A之 間保持有彈簧112。
因為貫通孔128的直徑比頭部114C的階梯部133的直徑小，所以在 將柱塞部114A向銳孔板116的閥座壓緊的彈簧110的施力或重力的作用 下，柱塞部114A的頭部114C的階梯部133的內(nèi)周下端面抵接于由彈簧 112保持的電樞102的上側面形成的凹處123的底面，兩者卡合在一起。
由此，相對于電樞102的克服彈簧112的施力或重力而向上方的運動、 或者柱塞部114A的沿著彈簧112的施力或重力而向下方的運動，兩者協(xié) 動而一起運動。
但是，在與彈簧112的施力或重力無關而使柱塞部114A向上方運動 的力、或使電樞102向下方運動的力各自獨立地分別作用在兩者上時，兩 者會朝各自的方向運動。
這時，在貫通孔128部分，在柱塞部114A的外周面和電樞102的內(nèi) 周面之間的5至15微米的微小間隙內(nèi)存在的流體膜，相對于兩者的朝不 同方向的運動而產(chǎn)生摩擦，抑制兩者的運動。即，對兩者的快速變位施加 阻礙。對于慢速運動幾乎不顯示出阻礙。如此，像這樣的兩者朝相反方向 的瞬間動作在短時間內(nèi)衰減。
這里，電樞102不是通過大徑筒狀部23的內(nèi)周面和電樞102的外周 面之間的間隙，而是通過電樞102的貫通孔128的內(nèi)周面和柱塞部114A 的外周面保持中心位置。而且，柱塞部114A的外周面在電樞102單獨地 在軸向移動時起導向作用。
電樞102下端面面對于柱塞導向件113的上端面，但由于彈簧112介 于其間，兩者未接觸。
在電樞102的外周面和金屬材料制的噴管101的大徑筒狀部23的內(nèi) 周面之間設有側隙(sidegap)。該側隙為了允許電樞102的軸向的運動， 形成為例如0.1毫米左右，大于在貫通孔128部分在柱塞部114A的外周 面和電樞102的內(nèi)周面之間形成的5至15微米的微小間隙。若太大則磁 阻將變大，所以該間隙兼顧磁阻來確定。
在金屬材料制的噴管101的大徑筒狀部23的內(nèi)周部壓入有固定磁芯
107，其上端部壓入燃料導入管108，在噴管101的大徑筒狀部23和燃料 導入用的管部108的壓入接觸位置通過焊接接合在一起。通過該焊接接合， 在金屬材料制的噴管101的大徑筒狀部23的內(nèi)部和外部空氣之間形成的 燃料泄漏間隙被密封。
燃料導入管108和固定磁芯107在中心設有直徑比柱塞部114A的頭 部114C的直徑稍大的貫通孔。
在固定磁芯107的貫通孔的下端部內(nèi)周，以不接觸狀態(tài)插通柱塞部 114A的頭部114C，固定磁芯107的貫通孔的內(nèi)周下端邊緣132和頭部 114C的階梯部133的外周邊緣部134之間的間隙是與上述的側隙程度相 同的間隙。這是為了，增大與電樞102的內(nèi)周邊緣部135的間隔(約40 至100微米)，盡量減少從固定磁芯107向柱塞部114A自給自足的泄漏。
初期載荷設定用的彈簧110的下端抵接于在柱塞部114A的頭部114C 上設置的階梯部133的上端面形成的彈簧承受座117上，通過彈簧110的 另一端被壓入到固定磁芯107的貫通孔內(nèi)部的調(diào)整元件54阻擋，彈簧110 被固定在頭部114C和調(diào)整元件54之間。
通過調(diào)整調(diào)整元件54的固定位置，能夠調(diào)整彈簧110將柱塞11按壓 到閥座39上的初期載荷。
電樞102的行程的調(diào)整如下進行，在噴管101的太徑筒狀部23外周 安裝了電磁線圈(104、 105)和磁軛(103、 106)之后，將電樞102設置 在噴管101的大徑筒狀部23內(nèi)，在將柱塞部114A插通于電樞102的狀態(tài) 下，利用夾具將柱塞部114A壓下到閉閥位置上，檢測出向線圈105通電 時的可動元件114的行程，同時確定固定磁芯107的壓入位置，從而能夠 將可動元件114的行程調(diào)整到任意位置。
如圖l、圖2所示，在調(diào)整了初期載荷設定彈簧110的初期載荷的狀 態(tài)下，固定磁芯107的下端面間隔約為40至100微米左右(圖面夸大) 的磁吸引間隙與可動元件114的電樞102的上端面122面對。電樞102的 外徑比固定磁芯107的外徑只小一點點(約0.1毫米)。另一方面，位于 電樞102中心的貫通孔128的內(nèi)徑比可動元件114的柱塞部114A以及閥 體的外徑稍大。另外，固定磁芯107的貫通孔的內(nèi)徑比頭部114C的外徑 稍大。而且頭部114C的外徑比電樞102的貫通孔128的內(nèi)徑大。
由此，確保足夠的在磁吸引間隙中的磁通路面積，同時確保柱塞部
114A的頭部114C的下端面和電樞102的凹處123的底面在軸向上的卡合
在金屬材料制的噴管101的大徑筒狀部23的外周固定有杯狀磁軛 103、和以堵塞該杯狀磁軛103的敞開側開口的方式設置的環(huán)狀的上磁軛 106。
在杯狀磁軛103的底部的中央設置有貫通孔，貫通孔內(nèi)插通金屬材料 制的噴管101的大徑筒狀部23。
杯狀磁軛103的外周壁的部分形成了與金屬材料制的噴管101的大徑 筒狀部23的外周面面對的外周磁軛部。
環(huán)狀的上磁軛106的外周被壓入到杯狀磁軛103的內(nèi)周。
在由杯狀磁軛103和環(huán)狀的上磁軛106形成的筒狀空間內(nèi)配置有環(huán)狀 或者筒狀的電磁線圈105。
電磁線圈105由朝半徑方向外側開口的截面具有U字形的槽的環(huán)狀線 圈骨架104和巻繞在該槽中的由銅線形成的環(huán)狀線圈105構成。
電磁線圈裝置由線圈骨架104，線圈105，杯狀磁軛103和上磁軛106 構成。
在線圈105的繞線始端、繞線終端的端部上固定有剛性的導體109， 通過在上磁軛106上設置的貫通孔拉出導體109。
通過向杯狀磁軛103的上端開口部內(nèi)周的、上磁軛106上部注入絕緣 樹脂，在噴管101的大徑筒部23的外周模制成形該導體109和燃料導入 管108，大徑筒部23的外周被樹脂成形體121覆蓋。
如此，在電磁線圈(104、 105)的周圍形成由箭頭201表示的環(huán)狀磁 通路。
在形成于導體43C的前端部的連接器上連接由電池電源供電的插頭， 通過未圖示的控制器控制通電、斷電。
在對線圈105通電中，由通過磁通路201的磁通在磁間隙Ga處在可 動元件114的電樞102和固定磁芯107之間產(chǎn)生磁吸引力，電樞102被超 過彈簧110的設定載荷的力吸引而向上方移動。這時，電樞102與柱塞的 頭部114C卡合，與柱塞部114A —起向上方移動， 一直移動到電樞102
的上端面與固定磁芯107的下端面相撞為止。
其結果是，柱塞部114A的前端的閥體114B從閥座離開，燃料通過 燃料通路，從多個噴射口 116A向燃燒室內(nèi)噴出。
若對電磁線圈105的通電結束，則磁通路201的磁通消失，在磁吸引 間隙的磁吸引力也消失。
在該狀態(tài)下，將柱塞部114A的頭部114C壓向相反方向的初期載荷 設定用的彈簧110的彈力克服彈簧112的力而作用于可動元件114的整體 (電樞102，柱塞部114A)。
其結果是，失去了磁吸引力的可動元件114的電樞102在彈簧110的 彈力的作用下，被壓回到閥體114B與閥座接觸的關閉位置。
這時，頭部114C的階梯部129抵接于電樞102的凹處117的底面， 使電樞102克服彈簧112的力，向柱塞導向件113 —側移動。
若閥體114B猛力地撞擊閥座，則柱塞部114A向壓縮彈簧110的方 向彈回。
但是，由于電樞102和柱塞部114A是不同個體，所以柱塞部114A 會從電樞102離開，要向與電樞102的運動相反的方向運動。
這時，在柱塞部114A的外周和電樞102的內(nèi)周之間產(chǎn)生由流體引起 的摩擦，彈回的柱塞部114A的能量，被在慣性力的作用下仍要朝相反方 向(閥的關閉方向)移動的電樞102的慣性質(zhì)量吸收。
由于彈回時慣性質(zhì)量大的電樞102從柱塞11離開，所以彈回能量自 身也變小。
另外，由于吸收了柱塞部114A的彈回能量的電樞102自身的慣性力 僅減少該對應的量，所以壓縮彈簧112的能量減少，彈簧112的反彈力變 小，通過電樞102自身的彈回現(xiàn)象，不易發(fā)生柱塞部114A向開閥方向運 動的現(xiàn)象。
如此，柱塞11的彈回被抑制在最小限度，在切斷了對電磁線圈(104、 105)的通電后打開閥，抑制了燃料不積極噴射的所謂的二次噴射現(xiàn)象。
在本實施例中，特別在固定磁芯107的下端面所在部分的外周刻設有 槽IOIA。該槽101A為使在固定磁芯105和電樞102之間流動的磁通難以 泄漏，用于減小成為露磁通路的大徑筒狀部23的通路截面積。該槽位于
40至100微米的磁吸引間隙的周圍，構成為軸向的寬度是500微米，深度 是噴管IOI的大徑筒狀部23的壁厚750微米的大致1/2?？s磁部lll厚度 約為400微米。
柱塞部114A構成為，即使在最下部位置(閉閥位置)，電樞102的 上端面位于環(huán)狀的槽101A的軸向寬度的中央，固定磁芯107的下端面位 于槽101A的大致中央。
電樞102由適于鍛造的加工性良好的磁性不銹鋼形成，至少在與固定 磁芯107相撞擊的端面以及其周圍的表面鍍有鉻(Cr)或鎳(Ni)。
對于燃料噴射閥，要求對輸入的開閥信號能夠盡快響應來開閉閥。艮P， 從進一步減小最小的可控制噴射量(最小噴射量)的觀點來看，重要的是 縮短從開閥脈沖信號的立起到實際變?yōu)殚_閥狀態(tài)的延遲時間(開閥延遲時 間)、和從開閥脈沖信號終止之后到實際變?yōu)殚]閥狀態(tài)的延遲時間(閉閥 延遲時間)。其中，已公知的是縮短閉閥延遲時間對降低最小噴射量尤其 有效。因此，優(yōu)選的是施加使閥體從開狀態(tài)進入到閉狀態(tài)的力的彈簧110 的設定載荷大。即，若彈簧IIO的設定載荷大，則驅動閥體114B的力變 大，克服殘留的電磁力或流體阻力，開閥變得容易，能夠縮短閉閥延遲時 間。為了像這樣得到大的彈簧110的設定載荷，需要克服強的彈簧設定載 荷來開啟閥體114B，為了保持開狀態(tài)，固定磁芯107和電樞102之間需 要有大的磁吸引力。因此，為改善閥開閉的響應性、減小最小噴射量，需 要獲得足夠大的磁吸引力。
固定磁芯107和電樞102之間的吸引面的磁吸引力，由在吸引方向上 貫穿電樞102和固定磁芯107的磁通密度和吸引面積確定。尤其，為使磁 吸引力與磁通密度的平方成比例變大，需要提高吸引面上的磁通密度。
為此，需要將在磁通路中產(chǎn)生的磁通有效引導到吸引面上。例如圖1 所示，閥體114B的彈簧承受座117相比于固定磁芯107的端面而設置在 電樞一側，這是為了防止磁通從固定磁芯107的內(nèi)徑側向閥體114B的彈 簧承受座117泄漏而導致在固定磁芯107的吸引面上產(chǎn)生的磁通密度降 低。閥體114B由于具有通過與閥座間的撞擊而對燃料進行開閉的功能， 所以多采用較硬的材料。作為高硬度的鋼或不銹鋼多采用含有馬氏體組織
的材料，馬氏體組織具有高透磁率。因此，在彈簧承受座117具有磁性的
情況下，將該承受座117設置在比固定磁芯107的端面更靠進電樞的一側， 以使彈簧的承受座在固定磁芯107和電樞102之間不會成為磁通的泄漏路 徑，這樣設置有助于提高磁通路的效率。
另一方面，如圖1所示，通過將電樞102、固定磁芯107和閥體構成 在一個管狀部件(噴管101)之中，從而易于燃料的密封，可以簡單地制 造小型的燃料噴射閥，在這樣的構造中，由于通過磁性體即噴管IOI內(nèi)的 磁通的存在，難以避免吸引力的下降。作為避免該吸引力下降的方法，考 慮了如下等方法，即，通過與用于固定磁芯107和電樞102的部件相比， 用飽和磁通密度小(1.0 1.6T左右)的材質(zhì)作為噴管101的材質(zhì)，從而 減少從吸引面向噴管101泄漏的磁通的量。例如，若采用含碳量小其重量 比例在0.2。/。以下的馬氏體系不銹鋼等，則可以容易滿足該特性，強度方面 也能得到比較高的強度。但是，在這種方法中，在主磁通路內(nèi)產(chǎn)生飽和磁 通密度小的部分，磁通橫切該飽和磁通密度小的部分而供給向固定磁芯、 吸引間隙、電樞、磁軛，因此，磁通路的磁阻變大，不能增大在磁吸引間 隙內(nèi)產(chǎn)生的磁吸引力。
或者，已公知的一種方法是，使噴管101的一部分非磁性化，使其位 于非磁性化的范圍和在吸引面202及203之間形成的磁吸引間隙的周圍。 但是，為使噴管101的一部分非磁性化，需要特殊的熱處理，成為成本提 高的主要原因，另外用于噴管101的材質(zhì)也會受到限制。
尤其，對于高壓下使用的筒內(nèi)直接噴射式的汽油內(nèi)燃機所用的燃料噴 射閥來說，與用于噴口噴射式的汽油內(nèi)燃機的燃料噴射閥相比，所述管對 于燃料壓力需要具有足夠的承受強度，為此需要具有足夠的厚度。在對管 狀部件不進行局部的非磁性化等的情況下，管狀部件如果是磁性材料，則 在固定磁芯和電樞之間理應產(chǎn)生的磁通向管狀部件泄漏的比例增加，難以 獲得足夠的磁吸引力。
在本實施例中，如圖2所示那樣，與在吸引面202和203之間形成的 磁吸引間隙的周圍對應的位置上，在噴管101的外周刻設有環(huán)狀槽IOIA， 由該槽部分減小噴管101的截面積，從而設置縮磁部.lll。該縮磁部111 與其他的主磁通路相比，由微小的磁通就引起磁飽和，在磁飽和后，無論
怎樣提供磁通都具有顯示出磁性上無限大的磁阻的性質(zhì)。結果是縮磁部作 為磁絕緣部發(fā)揮作用，能夠減少來自該部分的漏磁。如果是該方法，則噴 管101可由強磁性材料構成，由于在主磁通路內(nèi)不存在飽和磁通密度小的 部分，因此，主磁通路可以由容易通過磁通的材料構成，結果是能夠向磁 吸引間隙提供大量的磁通，產(chǎn)生大的磁吸引力。
圖3是表示圖2所示實施例的燃料噴射閥的內(nèi)部產(chǎn)生的磁力線的情況 的模式圖。圖中所示的箭頭表示磁力線的流動的情況。另外，圖3— (a) 至(c)分別表示磁動勢從小的狀態(tài)到大的狀態(tài)變化時的磁力線的情況。 如圖3— (a)所示，在磁動勢小的狀態(tài)下，相比于磁阻大的吸引間隙301， 磁力線向由磁阻小的磁性體構成的噴管101—側流動。其結果是，在吸引 間隙301產(chǎn)生的磁吸引力變成小的狀態(tài)。若使磁動勢增加，則如圖3— (b) 所示磁通增加，通過吸引間隙301的磁力線也增加。但是，設在噴管101 上的縮磁部lll未達到磁飽和，由于通過噴管的磁通也多，所以不能產(chǎn)生 足夠的吸引力。若進一步增大磁動勢，如圖3— (c)所示那樣縮磁部lll 達到磁飽和，則在固定磁芯內(nèi)產(chǎn)生的大部分磁通通過吸引間隙301，吸引 力快速上升。
如此，即使向線圈105通電來施加磁動勢，磁吸引力也不容易變大。 如此，在利用噴管101確保燃料的密閉的方式下，與利用非磁性的其他部 件進行密閉的情況相比，存在難以獲得強大的磁吸引力的問題。
因此，在考慮了向噴管101的磁通泄漏之后，為確保足夠的磁吸引力， 需要向線圈105施加大電流來提供大的磁動勢，或增大線圈105的匝數(shù)來 提供大的磁動勢。由于一般為了增大電流，給驅動線圈105的驅動回路帶 來的負擔增加，所以需要增加線圈105的匝數(shù)進行設計。另外，在利用噴 管101來密閉燃料的構造中，由于噴管101的厚度使得與磁軛103之間的 間隙變窄，所以增長線圈105的在噴射器軸向上的長度，增大線圈的匝數(shù) 來提供足夠的磁動勢，確保磁吸引力，這是通常的設計方法。
但是，若通過這樣的設計方法設計燃料噴射閥，由于線圈匝數(shù)大使得 電感變大。因此，在因成本上的制約和制造方法上的制約而難以對噴管101 的一部分進行非磁性化的情況下，不僅造成產(chǎn)生從吸引面向噴管101的漏 磁通的磁動勢的浪費，而且電感按照為獲得足夠的磁吸引力而增加的匝數(shù)
的量相應變大，響應性變慢。因此，對于在噴管中內(nèi)置固定磁芯107和電 樞102的構造，有效提高磁吸引力成為重要的課題。
因此，撰稿者們發(fā)現(xiàn)了如下的方法，該方法是著眼于燃料噴射閥的固 定磁芯和電樞所用的軟磁性體(例如電磁不銹鋼)具有的磁特性，使磁吸 引力增大的方法。燃料噴射閥的固定磁芯和電樞，多采用在鐵中添加鉻、 硅、鋁而成的鐵素體組織的軟磁性電磁不銹鋼。這樣的軟磁性材料，對于 從外界施加的磁場的大小產(chǎn)生的磁通密度為顯著的非線性關系。如圖4所 示，實驗證實，比起通過在一般方法容易測量的5kA/m左右下得到的磁通 密度，實際的飽和磁通密度更高，通過提高外部磁場能夠獲得更高的磁通 密度。即，在將軟磁性電磁不銹鋼用于固定磁芯或電樞等的情況下，相比 于一般采用直流電流測量的飽和磁通密度的作為上限值的額定值(目錄 值)，在固定磁芯和電樞中可以產(chǎn)生更大的磁通密度。本發(fā)明中，在選定 磁性材料的通常的飽和磁通密度的額定值以上的區(qū)域(例如額定值的3 倍 10倍，也就是15kA/m 50kA/m)內(nèi)使用。另夕卜，該B/H特性由于不 能用直流測量，所以通過交流測量。
因此，如果充分增大從外部附加的磁場，可以獲得比現(xiàn)有考慮的更大 的磁吸引力。從外部施加的磁場與磁動勢成比例，但在如所述那樣增大磁 動勢的方法中，與現(xiàn)有技術同樣地由于電感增加和大電流化而導致給驅動 回路帶來的負擔變大。
因此，在本發(fā)明中，通過縮短磁通路的長度來增大來自外部的磁場， 即使以少的磁動勢也能獲得大的磁吸引力。來自外部的磁場，因為與提供 的磁動勢成比例與磁通路的長度成反比，所以若磁通路的長度短，則即使 同一磁動勢也能獲得大的磁場。磁通路如圖2的箭頭201所示，由外周磁 軛部、上磁軛部、固定磁芯、吸引間隙、電樞、側隙、.下磁軛部、外周磁 軛部這一周的路徑構成。其中，空隙小的側隙和吸引面以外的部分，在由 磁性體形成的磁通路的內(nèi)側的空間收容巻繞在線圈骨架上的線圈。該內(nèi)側 空間中，除去產(chǎn)生漏磁通而對吸引力無貢獻的噴管101的內(nèi)周面部的磁通 路(即，通過縮磁部101A的磁通路)，表示通過固定磁芯的磁通路的箭 頭201的長度，為在電磁式燃料噴射閥中對吸引力有貢獻的磁通路的內(nèi)周 長度。在本實施例中，通過使該磁通路的內(nèi)周的全長小于燃料噴射閥的磁
軛103的外徑，另外使收容線圈的內(nèi)周空間的高度Hs也小于固定磁芯直 徑，從而即使不增大磁動勢也能增大磁場。
固定磁芯的直徑或磁軛的外徑是與磁通路的主要部分的截面積有關 的長度的標度。若固定磁芯的直徑變大，則為了獲得同等的磁通密度就需 要更多的磁通，因此需要以更大的磁動勢來驅動。另外，若磁軛部分達到 磁飽和，則可以通過固定磁芯的磁通減少，因此，為了得到較大的磁通， 磁軛部分也不得不變大。如此，固定磁芯和磁軛的直徑不僅是表示主要的 磁通路的截面積的長度的標度，也是表示為了使產(chǎn)生的磁通達到特定的磁 通密度所必需的磁動勢的大小的標度。
磁通路的內(nèi)周長度的縮短效果如圖5所示。圖5— (a),是描述相對 于提供的磁動勢產(chǎn)生的磁通密度的情況的圖表，實線表示基于本發(fā)明的磁 通密度，虛線表示基于現(xiàn)有技術的磁通密度。若提供磁動勢，在現(xiàn)有技術 中，噴管的縮磁部lll的磁通密度302首先上升。這時的磁通(磁通密度 X面積)的大小如圖5— (b)所示。由于噴管的縮磁部111與其他的磁通 路相比通路截面積小，所以即使想要增加磁通密度，磁通的絕對值也不能 達到特定的值以上。若進一步增加磁動勢，則由于在噴管的縮磁部lll產(chǎn) 生的磁通接近于飽和磁通密度，所以磁通密度302的上升程度變得緩慢。 因此，磁通難以流向縮磁部111，在固定磁芯及吸引間隙產(chǎn)生的磁通密度 301急劇變大。
若如本發(fā)明那樣縮短磁通路的長度，則因為相對于相同的磁動勢能夠 提供大的磁場，所以能夠增大在固定磁芯和電樞的吸引面上產(chǎn)生的磁通密 度。其結果是，如圖5— (a)所示，在噴管產(chǎn)生的磁通密度303或在固定 磁芯吸引面產(chǎn)生的磁通密度304能夠以低磁動勢得到高磁通密度。另外， 關于磁通的絕對值也成為在圖5— (b)中以實線如磁通305及磁通306 那樣表示的分布(profile)。其結果是，即使是以低的磁動勢也能使縮磁 部111的磁通密度提前接近飽和狀態(tài)，使通過固定磁芯和電樞的吸引面的 磁通提前增加，可提前獲得大的磁吸引力。
這里，固定磁芯和上下磁軛的相面對積或寬度，是與磁通路的主要部 分的截面積有關的長度的標度。若相面對積或寬度變大，則為了獲得同等 的磁通密度就需要更多的磁通，因此需要以更大的磁動勢來驅動。另外，
若磁軛部分達到磁飽和，則能夠通過固定磁芯的磁通減少，因此，為獲得 更多的磁通，磁軛部分也不得不變大。如此，固定磁芯和上下磁軛的相面 對積、寬度或者外周磁軛部的厚度，不僅是表示主要的磁通路的截面積的 長度的標度，也是表示為使產(chǎn)生的磁通達到特定的磁通密度所必需的磁動 勢的大小的標度。因此，在本實施例中，為了獲得必要的磁通而形成盡量 短的磁通路，所以如下這樣設計磁通路。
1、 關于在噴管內(nèi)內(nèi)置固定磁芯及電樞的形式的燃料噴射閥，若使磁 動勢一定，并相對于磁通路內(nèi)周長度或線圈的高度Hs研究在固定磁芯的
吸引面產(chǎn)生的磁通密度，則如圖6所示。線圈的高度Hs越低(即，線圈
的軸向尺寸越短)、或磁通路內(nèi)周長度越短，磁吸引力變得越大。尤其，
在磁通路內(nèi)周長度比磁軛外徑小的條件下、或線圈的高度Hs比固定磁芯 的直徑小的條件下，該效果顯著。
2、 而且，最好構成為縮短磁通路，使得線圈105的軸向巻繞寬度
L4，小于與固定磁芯107面對的上磁軛106的軸向尺寸L3和與電樞102 面對的磁軛103的下磁軛部的尺寸L5之和。
3、 另外，即使在考慮了線圈骨架的情況下，也最好構成為縮短磁 通路，使得線圈高度Hs，小于與固定磁芯107面對的上磁軛106的軸向 尺寸L3和與電樞102面對的磁軛103的下磁軛部的尺寸L5之和。
4、 此時，最好構成為縮短磁通路，使得線圈105的軸向巻繞寬度 L4、與固定磁芯107面對的上磁軛106的軸向尺寸L3、以及與電樞102 面對的磁軛103的下磁軛部的尺寸L5是大致相同的尺寸。
5、 另外，若構成為與固定磁芯107面對的上磁軛106的軸向尺寸L3、 及與電樞102面對的磁軛103的下磁軛部的尺寸L5約為外周磁軛的厚度 的2倍，則在磁通路的全周，由于磁通路的截面積變得大致相同，所以能 夠獲得無浪費的磁通路。
6、 為了盡量縮短磁通路，有必要減小收容線圈的空間。為了減小收 容線圈的空間，最好使巻繞線圈的線圈骨架的厚度足夠薄。若相對于收容 線圈的空間的在固定磁芯徑向上的厚度，使線圈骨架和線圈之間的厚度達 到25%以下的程度，則可以使磁通路長度足夠小。并且為了縮短磁通路長 度、提高磁通路的效率，最好在噴管上設置絕緣紙或者絕緣板、絕緣樹脂
皮膜，直接在其上巻繞線圈。在如此構成的情況下，由于線圈的發(fā)熱容易 被由燃料冷卻的噴管吸收，所以即使采用小線圈也能減小絕緣不良或燒損 等的可能性。
這樣，縮短磁通路而設計的燃料噴射閥，即使以小的磁動勢也能增大 磁吸引力。即，對于提供的磁動勢能有效產(chǎn)生磁吸引力。即，即使是相同 的匝數(shù)、流過相同的電流、產(chǎn)生相同的磁動勢，在磁通路長的情況下由于 磁通路自身的磁阻，變換為吸引力的能量減少，結果吸引力變小。相反， 如果縮短磁通路的長度，能量損失減少，即使是線圈匝數(shù)小的狀態(tài)(例如 100匝或其以下的匝數(shù))，也不用增加電流，就能產(chǎn)生足夠的磁吸引力。 結果是能夠降低線圈的電感、能夠迅速提高用于驅動的電流、能夠提高燃
料噴射閥的響應性?；蛘?，如果是線圈匝數(shù)大的狀態(tài)(例如120匝或其以 上的匝數(shù))，則即使是小電流，也能產(chǎn)生大的磁吸引力，還能降低耗電。
在以上的實施例中，詳述了用磁性材料制造噴管、在與磁吸引間隙對 應的部分設置縮磁部的例子，但本發(fā)明的技術不僅限于該實施例。
以上說明的"縮短磁回路長、降低磁路的磁阻，靠小的磁動勢盡量使
通過磁間隙的磁通增多的技術"，可以組合以下技術實施，即由弱磁性
材料或非磁性材料構成噴管；或在磁性材料制成的金屬管上接合非磁性 圈；另外對磁性材料的金屬管局部實施非磁性或弱磁性化處理。 工業(yè)實用性
本發(fā)明，不僅限于內(nèi)燃機的燃料噴射閥，可廣泛應用于由電磁線圈驅 動可動柱塞而對閥體進行操作的電磁閥機構。例如，還可應用于燃料高壓 泵的電磁式容量控制閥或電磁式溢流控制閥(溢出閥)，或者電子燃料壓 力控制閥等。
權利要求
1.一種電磁式燃料噴射閥，通過對環(huán)狀線圈通電，向包括可動元件的電樞和固定磁芯的磁通路提供磁通，在可動元件的電樞端面和固定磁芯端面之間的磁吸引間隙產(chǎn)生磁吸引力，把可動元件吸引到固定磁芯一側，使安裝在可動元件前端的閥體從閥座分離，由此打開燃料通路，其中，在金屬材料制的管的內(nèi)側固定所述固定磁芯，所述電樞被配置成相對于所述固定磁芯相隔所述磁吸引間隙而與所述固定磁芯面對，在所述金屬管內(nèi)配置所述可動元件，使所述可動元件在所述閥座和所述固定磁芯之間能夠往復運動，在所述管的外側安裝所述環(huán)狀線圈和圍繞在該環(huán)狀線圈的上下、周圍的磁軛，在所述線圈的周圍形成的磁通路中，以如下方式構成所述磁通路，即，除去所述管的部分的位于最內(nèi)周的磁通路的全長比所述磁軛的外徑小。
2. —種電磁式燃料噴射閥，其中，其包括金屬材料制的管；固定磁芯，其固定在該管的內(nèi)側；可動元件，其被配置成隔著磁吸引間隙與該固定磁芯的端部面對，在 所述管內(nèi)相對于所述固定磁芯可以往復運動；閥體，其安裝在該可動元件上，對燃料噴射口進行開閉； 環(huán)狀線圈，其固定在所述管的外周；以及 磁軛，其配置在該環(huán)狀線圈的外周及上下部，通過所述管、固定磁芯、可動元件及磁軛，形成所述環(huán)狀線圈產(chǎn)生的 磁通通過的磁通路，磁通路構成為所述環(huán)狀線圈的軸向巻繞寬度L4，小于與所述固定 磁芯面對的所述上磁軛部的軸向尺寸L3和與所述電樞面對的所述下磁軛 部的軸向尺寸L5之和。
3. —種電磁式燃料噴射閥，其中， 其包括金屬材料制的管；固定磁芯，其固定在該管的內(nèi)側；可動元件，其被配置成隔著磁吸引間隙與該固定磁芯的端部面對，在所述管內(nèi)相對于所述固定磁芯可以往復運動；閥體，其安裝在該可動元件上，對燃料噴射口進行開閉； 環(huán)狀線圈，其固定在所述管的外周；以及 磁軛，其配置在該環(huán)狀線圈的外周及上下部，通過所述管、固定磁芯、可動元件及磁軛，形成所述環(huán)狀線圈產(chǎn)生的 磁通通過的磁通路，所述線圈巻繞在線圈骨架上，磁通路構成為包括該線圈骨架的線圈高度Hs，小于與所述固定磁 芯面對的所述上磁軛部的軸向尺寸L3和與所述電樞面對的所述下磁軛部 的尺寸L5之和。
4. 一種電磁式燃料噴射閥，其中， 其包括金屬材料制的管；固定磁芯，其固定在該管的內(nèi)側；可動元件，其被配置成隔著磁吸引間隙與該固定磁芯的端部面對，在 所述管內(nèi)相對于所述固定磁芯可以往復運動；閥體，其安裝在該可動元件上，對燃料噴射口進行開閉； 環(huán)狀線圈，其固定在所述管的外周；以及 磁軛，其配置在該環(huán)狀線圈的外周及上下部，通過所述管、固定磁芯、可動元件及磁軛，形成所述環(huán)狀線圈產(chǎn)生的 磁通通過的磁通路，磁通路構成為所述線圈的軸向巻繞寬度L4、與所述固定磁芯面對 的所述上磁軛部的軸向尺寸L3、及與所述電樞面對的所述下磁軛部的尺 寸L5是大體相同的尺寸。
5. —種電磁式燃料噴射閥，其中， 其包括 金屬材料制的管；固定磁芯，其固定在該管的內(nèi)側；可動元件，其被配置成隔著磁吸引間隙與該固定磁芯的端部面對，在 所述管內(nèi)相對于所述固定磁芯可以往復運動；閥體，其安裝在該可動元件上，對燃料噴射口進行開閉； 環(huán)狀線圈，其固定在所述管的外周；以及 磁軛，其配置在該環(huán)狀線圈的外周及上下部，通過所述管、固定磁芯、可動元件及磁軛，形成所述環(huán)狀線圈產(chǎn)生的 磁通通過的磁通路，構成為與所述固定磁芯面對的所述上磁軛部的軸向尺寸L3、及與 所述電樞面對的所述下磁軛部的尺寸L5，約為所述外周磁軛部的厚度的2倍。
6. —種電磁式燃料噴射閥，其中，其包括金屬材料制的管；固定磁芯，其固定在該管的內(nèi)側；可動元件，其被配置成隔著磁吸引間隙與該固定磁芯的端部面對，在 所述管內(nèi)相對于所述固定磁芯可以往復運動；閥體，其安裝在該可動元件上，對燃料噴射口進行開閉；環(huán)狀線圈，其固定在所述管的外周；磁軛，其配置在該環(huán)狀線圈的外周及上下部；以及彈簧，其固定在設于所述固定磁芯的中心的燃料通路內(nèi)，對所述可動 元件的電樞上表面施力，通過所述管、固定磁芯、可動元件及磁軛，形成所述環(huán)狀線圈產(chǎn)生的 磁通通過的磁通路，磁通路構成為所述上磁軛的上端和所述磁軛部的下端之間的尺寸 L2比所述彈簧的上端和所述電樞的下端之間的尺寸L1短。
7. 如權利要求1 6的任一項所述的電磁式燃料噴射閥，其中， 所述管由磁性材料形成，在所述管上，在與所述磁吸引間隙對應的位置形成縮磁部， 所述管的縮磁部比所述固定磁芯及電樞先達到磁飽和。
8. 如權利要求1 6的任一項所述的電磁式燃料噴射閥，其中， 所述管由非磁性材料或弱磁性材料構成。
9. 如權利要求4 7的任一項所述的電磁式燃料噴射閥，其中， 所述管由磁性材料形成，在所述管上，在與所述磁吸引間隙對應的位置形成有非磁性化或弱磁 性化處理部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁式燃料噴射閥，其目的是在用于內(nèi)燃機的噴射器中，獲得良好的磁吸引力并降低燃料噴射量的可控制最小噴射量。該燃料噴射閥在管狀部件的內(nèi)部內(nèi)置固定磁芯和可動元件，其外側設有線圈和磁軛，其中，用于設置線圈的空間被設置成該空間的縱截面上的內(nèi)周長度比磁軛的外徑小，或者被設置成該空間的在所述固定磁芯軸向上的高度比所述固定磁芯的直徑小。
文檔編號F02M51/00GK101105165SQ200710129078
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月11日 優(yōu)先權日2006年7月13日
發(fā)明者安部元幸, 早谷政彥, 石川亨 申請人:株式會社日立制作所