CN101105165B - 电磁式燃料喷射阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁式燃料喷射阀，其目的是在用于内燃机的喷射器中，获得良好的磁吸引力并降低燃料喷射量的可控制最小喷射量。该燃料喷射阀在管状部件的内部内置固定磁芯和可动元件，其外侧设有线圈和磁轭，其中，用于设置线圈的空间被设置成该空间的纵截面上的内周长度比磁轭的外径小，或者被设置成该空间的在所述固定磁芯轴向上的高度比所述固定磁芯的直径小。

Description

电磁式燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的电磁式燃料喷射阀，该电磁式燃料喷射阀通过使电流流过线圈而对包括可动元件的电枢(anchor)和固定磁芯的磁通路提供磁通，通过在可动元件的电枢端面和固定磁芯端面之间的磁吸引间隙产生磁吸引力而将可动元件吸引于固定磁芯一侧，从而对阀体进行开关，具体地说，本发明涉及一种如下这样构成的电磁式燃料喷射阀，该电磁式燃料喷射阀将固定磁芯固定在金属管的内侧，将可动元件配置成在该金属管内可以相对于固定磁芯吸引该可动元件或使该可动元件分离，在金属管的外侧安装线圈和磁轭(yoke)，对可动元件的电枢和固定磁芯提供磁通。

背景技术

在日本特开平10-318079号公报中公开了如下的技术，即，采用内置阀体和磁芯的管状的阀壳，通过使阀壳的一部分非磁性化从而提供制造性良好的燃料喷射阀。

专利文献1：日本特开平10-318079号公报

在上述现有技术中，存在如下问题，卷绕在线圈骨架(bobbin)上的线圈的轴向尺寸即线圈高度变大，磁通路长度变长，在向磁通路提供的磁动势的作用下，在固定磁芯和电枢之间的磁吸引间隙产生的磁通量按照线圈的大小比例得不到足够的磁通。

发明内容

本发明的目的在于减小磁通路内的磁阻，以小的磁动势获得比通过磁吸引间隙更多的磁通，可以把磁动势有效地转换为磁吸引力。

本发明为了达成上述目的，通过在磁吸引间隙的周围形成：由配置在金属管内侧的固定磁芯和电枢以及配置在金属管外侧的线圈的上下、外周磁轭部形成的短的磁通路，而达到上述目的。

发明效果

根据这样构成的本发明，能够提供一种以小的电磁线圈装置、磁通路结构，获得大的磁吸引力，响应性好的电磁式燃料喷射阀。

附图说明

图1是表示实施本发明的燃料喷射阀的整体的截面图；

图2是实施本发明的燃料喷射阀的磁通路部分的放大截面图；

图3是说明图2记载的在实施例的燃料喷射阀中磁通的流动的模式图；

图4是表示用于图2记载的实施例的燃料喷射阀的磁性材料的特性的图表；

图5是通过图2记载的实施例的燃料喷射阀和现有技术的燃料喷射阀，描述磁通和磁通密度相对于提供的磁动势增加的样子并进行比较的图表；

图6是对图2记载的实施例的燃料喷射阀中磁通路的长度、和表示磁通路大小的标度进行对比的图表。

图中，101-喷管；102-电枢；103-磁轭；104-线圈骨架；105-线圈；(104、105)-电磁线圈；106-上磁轭；107-固定磁芯；110-弹簧；111-缩磁部(磁気絞リ部)；112-弹簧；113-柱塞导向件；114-可动元件；114A-柱塞部；114B-阀体；114C-头部；201-磁通路。

具体实施方式

关于实施例的整体构成，以下参照图1，图2进行说明。

图1是实施例的电磁燃料喷射阀的纵截面图。图2是图1的局部放大图，详细表示了实施例的电磁燃料喷射阀的磁通路的结构。

以下，参照图1，图2对实施例的电磁燃料喷射阀的结构进行说明。

金属材料制的喷管101具有直径较小的小径筒状部22和直径较大的大径筒状部23，两者间通过圆锥截面部24相连。

在小径筒状部22的前端的部分形成喷嘴体。具体为向在小径筒状部的前端部分的内部形成的筒状部中，将朝向中心引导燃料的导向部件115、和具有燃料喷射口116A的锐孔板(orifice plate)116顺次层叠并插入，在锐孔板116的周围通过焊接与筒状部固定。

导向部件115引导后述的可动元件114的柱塞部114A或设置在柱塞部114A前端的阀体114B的外周，并且兼作从放射方向外侧向内侧引导燃料的燃料导向件。

在锐孔板116上，在面向导向部件115的一侧形成圆锥状的阀座。设在柱塞部114A前端的阀体114B抵接于该阀座39，引导或隔断燃料向燃料喷射口116A的流动。

在喷嘴体的外周上形成有槽，在该槽内嵌入有树脂材料制的顶端密封件、或以在金属的周围烧上了橡胶的密封垫圈为代表的密封部件。

在金属材料制的喷管101的大径筒状部23的内周下端部，引导可动元件114的柱塞部114A的柱塞导向件113被压入固定在大径筒状部23的深冲加工部25。

柱塞导向件113在其中央设有引导柱塞部114A的导向孔127，多个燃料通路126在其周围穿孔。

并且，在中央的上面通过挤压加工形成有凹部。在该凹部保持弹簧112。

在柱塞导向件113的中央的下面通过挤压加工形成与该凹部相对应的凸部，在该凸部的中央设有柱塞部114A的导向孔。

如此，细长形状的柱塞部114A通过柱塞导向件113的导向孔127和导向部件115的导向孔被引导，而笔直地往复运动。

如此，金属材料制的喷管101从前端部到后端部，由同一部件形成一体，因此零件的管理容易，而且组装作业性良好。

在柱塞部114A的设有阀体114B的端部的相反端部上设有头部114C，所述头部114C具有阶梯部129、133，所述阶梯部129、133具有比柱塞部114A的直径更大的外径。在阶梯部129的上端面设有弹簧110的支承面，在中心形成有弹簧导向件用的突起131。

可动元件114具有电枢102，所述电枢102在中央具备柱塞部114A贯通的贯通孔。电枢102在面对柱塞导向件113的一侧的面的中央形成有承受弹簧用的凹部112A，在柱塞导向件113的凹部125和该凹部112A之间保持有弹簧112。

因为贯通孔128的直径比头部114C的阶梯部133的直径小，所以在将柱塞部114A向锐孔板116的阀座压紧的弹簧110的施力或重力的作用下，柱塞部114A的头部114C的阶梯部133的内周下端面抵接于由弹簧112保持的电枢102的上侧面形成的凹处123的底面，两者卡合在一起。

由此，相对于电枢102的克服弹簧112的施力或重力而向上方的运动、或者柱塞部114A的沿着弹簧112的施力或重力而向下方的运动，两者协动而一起运动。

但是，在与弹簧112的施力或重力无关而使柱塞部114A向上方运动的力、或使电枢102向下方运动的力各自独立地分别作用在两者上时，两者会朝各自的方向运动。

这时，在贯通孔128部分，在柱塞部114A的外周面和电枢102的内周面之间的5至15微米的微小间隙内存在的流体膜，相对于两者的朝不同方向的运动而产生摩擦，抑制两者的运动。即，对两者的快速变位施加阻碍。对于慢速运动几乎不显示出阻碍。如此，像这样的两者朝相反方向的瞬间动作在短时间内衰减。

这里，电枢102不是通过大径筒状部23的内周面和电枢102的外周面之间的间隙，而是通过电枢102的贯通孔128的内周面和柱塞部114A的外周面保持中心位置。而且，柱塞部114A的外周面在电枢102单独地在轴向移动时起导向作用。

电枢102下端面面对于柱塞导向件113的上端面，但由于弹簧112介于其间，两者未接触。

在电枢102的外周面和金属材料制的喷管101的大径筒状部23的内周面之间设有侧隙(side gap)。该侧隙为了允许电枢102的轴向的运动，形成为例如0.1毫米左右，大于在贯通孔128部分在柱塞部114A的外周面和电枢102的内周面之间形成的5至15微米的微小间隙。若太大则磁阻将变大，所以该间隙兼顾磁阻来确定。

在金属材料制的喷管101的大径筒状部23的内周部压入有固定磁芯107，其上端部压入燃料导入管108，在喷管101的大径筒状部23和燃料导入用的管部108的压入接触位置通过焊接接合在一起。通过该焊接接合，在金属材料制的喷管101的大径筒状部23的内部和外部空气之间形成的燃料泄漏间隙被密封。

燃料导入管108和固定磁芯107在中心设有直径比柱塞部114A的头部114C的直径稍大的贯通孔。

在固定磁芯107的贯通孔的下端部内周，以不接触状态插通柱塞部114A的头部114C，固定磁芯107的贯通孔的内周下端边缘132和头部114C的阶梯部133的外周边缘部134之间的间隙是与上述的侧隙程度相同的间隙。这是为了，增大与电枢102的内周边缘部135的间隔(约40至100微米)，尽量减少从固定磁芯107向柱塞部114A自给自足的泄漏。

初期载荷设定用的弹簧110的下端抵接于在柱塞部114A的头部114C上设置的阶梯部133的上端面形成的弹簧承受座117上，通过弹簧110的另一端被压入到固定磁芯107的贯通孔内部的调整元件54阻挡，弹簧110被固定在头部114C和调整元件54之间。

通过调整调整元件54的固定位置，能够调整弹簧110将柱塞11按压到阀座39上的初期载荷。

电枢102的行程的调整如下进行，在喷管101的大径筒状部23外周安装了电磁线圈(104、105)和磁轭(103、106)之后，将电枢102设置在喷管101的大径筒状部23内，在将柱塞部114A插通于电枢102的状态下，利用夹具将柱塞部114A压下到闭阀位置上，检测出向线圈105通电时的可动元件114的行程，同时确定固定磁芯107的压入位置，从而能够将可动元件114的行程调整到任意位置。

如图1、图2所示，在调整了初期载荷设定弹簧110的初期载荷的状态下，固定磁芯107的下端面间隔约为40至100微米左右(图面夸大)的磁吸引间隙与可动元件114的电枢102的上端面122面对。电枢102的外径比固定磁芯107的外径只小一点点(约0.1毫米)。另一方面，位于电枢102中心的贯通孔128的内径比可动元件114的柱塞部114A以及阀体的外径稍大。另外，固定磁芯107的贯通孔的内径比头部114C的外径稍大。而且头部114C的外径比电枢102的贯通孔128的内径大。

由此，确保足够的在磁吸引间隙中的磁通路面积，同时确保柱塞部114A的头部114C的下端面和电枢102的凹处123的底面在轴向上的卡合量。

在金属材料制的喷管101的大径筒状部23的外周固定有杯状磁轭103、和以堵塞该杯状磁轭103的敞开侧开口的方式设置的环状的上磁轭106。

在杯状磁轭103的底部的中央设置有贯通孔，贯通孔内插通金属材料制的喷管101的大径筒状部23。

杯状磁轭103的外周壁的部分形成了与金属材料制的喷管101的大径筒状部23的外周面面对的外周磁轭部。

环状的上磁轭106的外周被压入到杯状磁轭103的内周。

在由杯状磁轭103和环状的上磁轭106形成的筒状空间内配置有环状或者筒状的电磁线圈105。

电磁线圈105由朝半径方向外侧开口的截面具有U字形的槽的环状线圈骨架104和卷绕在该槽中的由铜线形成的环状线圈105构成。

电磁线圈装置由线圈骨架104，线圈105，杯状磁轭103和上磁轭106构成。

在线圈105的绕线始端、绕线终端的端部上固定有刚性的导体109，通过在上磁轭106上设置的贯通孔拉出导体109。

通过向杯状磁轭103的上端开口部内周的、上磁轭106上部注入绝缘树脂，在喷管101的大径筒部23的外周模制成形该导体109和燃料导入管108，大径筒部23的外周被树脂成形体121覆盖。

如此，在电磁线圈(104、105)的周围形成由箭头201表示的环状磁通路。

在形成于导体43C的前端部的连接器上连接由电池电源供电的插头，通过未图示的控制器控制通电、断电。

在对线圈105通电中，由通过磁通路201的磁通在磁间隙Ga处在可动元件114的电枢102和固定磁芯107之间产生磁吸引力，电枢102被超过弹簧110的设定载荷的力吸引而向上方移动。这时，电枢102与柱塞的头部114C卡合，与柱塞部114A一起向上方移动，一直移动到电枢102的上端面与固定磁芯107的下端面相撞为止。

其结果是，柱塞部114A的前端的阀体114B从阀座离开，燃料通过燃料通路，从多个喷射口116A向燃烧室内喷出。

若对电磁线圈105的通电结束，则磁通路201的磁通消失，在磁吸引间隙的磁吸引力也消失。

在该状态下，将柱塞部114A的头部114C压向相反方向的初期载荷设定用的弹簧110的弹力克服弹簧112的力而作用于可动元件114的整体(电枢102，柱塞部114A)。

其结果是，失去了磁吸引力的可动元件114的电枢102在弹簧110的弹力的作用下，被压回到阀体114B与阀座接触的关闭位置。

这时，头部114C的阶梯部129抵接于电枢102的凹处117的底面，使电枢102克服弹簧112的力，向柱塞导向件113一侧移动。

若阀体114B猛力地撞击阀座，则柱塞部114A向压缩弹簧110的方向弹回。

但是，由于电枢102和柱塞部114A是不同个体，所以柱塞部114A会从电枢102离开，要向与电枢102的运动相反的方向运动。

这时，在柱塞部114A的外周和电枢102的内周之间产生由流体引起的摩擦，弹回的柱塞部114A的能量，被在惯性力的作用下仍要朝相反方向(阀的关闭方向)移动的电枢102的惯性质量吸收。

由于弹回时惯性质量大的电枢102从柱塞11离开，所以弹回能量自身也变小。

另外，由于吸收了柱塞部114A的弹回能量的电枢102自身的惯性力仅减少该对应的量，所以压缩弹簧112的能量减少，弹簧112的反弹力变小，通过电枢102自身的弹回现象，不易发生柱塞部114A向开阀方向运动的现象。

如此，柱塞11的弹回被抑制在最小限度，在切断了对电磁线圈(104、105)的通电后打开阀，抑制了燃料不积极喷射的所谓的二次喷射现象。

在本实施例中，特别在固定磁芯107的下端面所在部分的外周刻设有槽101A。该槽101A为使在固定磁芯105和电枢102之间流动的磁通难以泄漏，用于减小成为露磁通路的大径筒状部23的通路截面积。该槽位于40至100微米的磁吸引间隙的周围，构成为轴向的宽度是500微米，深度是喷管101的大径筒状部23的壁厚750微米的大致1/2。缩磁部111厚度约为400微米。

柱塞部114A构成为，即使在最下部位置(闭阀位置)，电枢102的上端面位于环状的槽101A的轴向宽度的中央，固定磁芯107的下端面位于槽101A的大致中央。

电枢102由适于锻造的加工性良好的磁性不锈钢形成，至少在与固定磁芯107相撞击的端面以及其周围的表面镀有铬(Cr)或镍(Ni)。

实施例1

对于燃料喷射阀，要求对输入的开阀信号能够尽快响应来开闭阀。即，从进一步减小最小的可控制喷射量(最小喷射量)的观点来看，重要的是缩短从开阀脉冲信号的立起到实际变为开阀状态的延迟时间(开阀延迟时间)、和从开阀脉冲信号终止之后到实际变为闭阀状态的延迟时间(闭阀延迟时间)。其中，已公知的是缩短闭阀延迟时间对降低最小喷射量尤其有效。因此，优选的是施加使阀体从开状态进入到闭状态的力的弹簧110的设定载荷大。即，若弹簧110的设定载荷大，则驱动阀体114B的力变大，克服残留的电磁力或流体阻力，开阀变得容易，能够缩短闭阀延迟时间。为了像这样得到大的弹簧110的设定载荷，需要克服强的弹簧设定载荷来开启阀体114B，为了保持开状态，固定磁芯107和电枢102之间需要有大的磁吸引力。因此，为改善阀开闭的响应性、减小最小喷射量，需要获得足够大的磁吸引力。

固定磁芯107和电枢102之间的吸引面的磁吸引力，由在吸引方向上贯穿电枢102和固定磁芯107的磁通密度和吸引面积确定。尤其，为使磁吸引力与磁通密度的平方成比例变大，需要提高吸引面上的磁通密度。

为此，需要将在磁通路中产生的磁通有效引导到吸引面上。例如图1所示，阀体114B的弹簧承受座117相比于固定磁芯107的端面而设置在电枢一侧，这是为了防止磁通从固定磁芯107的内径侧向阀体114B的弹簧承受座117泄漏而导致在固定磁芯107的吸引面上产生的磁通密度降低。阀体114B由于具有通过与阀座间的撞击而对燃料进行开闭的功能，所以多采用较硬的材料。作为高硬度的钢或不锈钢多采用含有马氏体组织的材料，马氏体组织具有高透磁率。因此，在弹簧承受座117具有磁性的情况下，将该承受座117设置在比固定磁芯107的端面更靠进电枢的一侧，以使弹簧的承受座在固定磁芯107和电枢102之间不会成为磁通的泄漏路径，这样设置有助于提高磁通路的效率。

另一方面，如图1所示，通过将电枢102、固定磁芯107和阀体构成在一个管状部件(喷管101)之中，从而易于燃料的密封，可以简单地制造小型的燃料喷射阀，在这样的构造中，由于通过磁性体即喷管101内的磁通的存在，难以避免吸引力的下降。作为避免该吸引力下降的方法，考虑了如下等方法，即，通过与用于固定磁芯107和电枢102的部件相比，用饱和磁通密度小(1.0～1.6T左右)的材质作为喷管101的材质，从而减少从吸引面向喷管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％以下的马氏体系不锈钢等，则可以容易满足该特性，强度方面也能得到比较高的强度。但是，在这种方法中，在主磁通路内产生饱和磁通密度小的部分，磁通横切该饱和磁通密度小的部分而供给向固定磁芯、吸引间隙、电枢、磁轭，因此，磁通路的磁阻变大，不能增大在磁吸引间隙内产生的磁吸引力。

或者，已公知的一种方法是，使喷管101的一部分非磁性化，使其位于非磁性化的范围和在吸引面202及203之间形成的磁吸引间隙的周围。但是，为使喷管101的一部分非磁性化，需要特殊的热处理，成为成本提高的主要原因，另外用于喷管101的材质也会受到限制。

尤其，对于高压下使用的筒内直接喷射式的汽油内燃机所用的燃料喷射阀来说，与用于喷口喷射式的汽油内燃机的燃料喷射阀相比，所述管对于燃料压力需要具有足够的承受强度，为此需要具有足够的厚度。在对管状部件不进行局部的非磁性化等的情况下，管状部件如果是磁性材料，则在固定磁芯和电枢之间理应产生的磁通向管状部件泄漏的比例增加，难以获得足够的磁吸引力。

在本实施例中，如图2所示那样，与在吸引面202和203之间形成的磁吸引间隙的周围对应的位置上，在喷管101的外周刻设有环状槽101A，由该槽部分减小喷管101的截面积，从而设置缩磁部111。该缩磁部111与其他的主磁通路相比，由微小的磁通就引起磁饱和，在磁饱和后，无论怎样提供磁通都具有显示出磁性上无限大的磁阻的性质。结果是缩磁部作为磁绝缘部发挥作用，能够减少来自该部分的漏磁。如果是该方法，则喷管101可由强磁性材料构成，由于在主磁通路内不存在饱和磁通密度小的部分，因此，主磁通路可以由容易通过磁通的材料构成，结果是能够向磁吸引间隙提供大量的磁通，产生大的磁吸引力。

图3是表示图2所示实施例的燃料喷射阀的内部产生的磁力线的情况的模式图。图中所示的箭头表示磁力线的流动的情况。另外，图3-(a)至(c)分别表示磁动势从小的状态到大的状态变化时的磁力线的情况。如图3-(a)所示，在磁动势小的状态下，相比于磁阻大的吸引间隙301，磁力线向由磁阻小的磁性体构成的喷管101一侧流动。其结果是，在吸引间隙301产生的磁吸引力变成小的状态。若使磁动势增加，则如图3-(b)所示磁通增加，通过吸引间隙301的磁力线也增加。但是，设在喷管101上的缩磁部111未达到磁饱和，由于通过喷管的磁通也多，所以不能产生足够的吸引力。若进一步增大磁动势，如图3-(c)所示那样缩磁部111达到磁饱和，则在固定磁芯内产生的大部分磁通通过吸引间隙301，吸引力快速上升。

如此，即使向线圈105通电来施加磁动势，磁吸引力也不容易变大。如此，在利用喷管101确保燃料的密闭的方式下，与利用非磁性的其他部件进行密闭的情况相比，存在难以获得强大的磁吸引力的问题。

因此，在考虑了向喷管101的磁通泄漏之后，为确保足够的磁吸引力，需要向线圈105施加大电流来提供大的磁动势，或增大线圈105的匝数来提供大的磁动势。由于一般为了增大电流，给驱动线圈105的驱动回路带来的负担增加，所以需要增加线圈105的匝数进行设计。另外，在利用喷管101来密闭燃料的构造中，由于喷管101的厚度使得与磁轭103之间的间隙变窄，所以增长线圈105的在喷射器轴向上的长度，增大线圈的匝数来提供足够的磁动势，确保磁吸引力，这是通常的设计方法。

但是，若通过这样的设计方法设计燃料喷射阀，由于线圈匝数大使得电感变大。因此，在因成本上的制约和制造方法上的制约而难以对喷管101的一部分进行非磁性化的情况下，不仅造成产生从吸引面向喷管101的漏磁通的磁动势的浪费，而且电感按照为获得足够的磁吸引力而增加的匝数的量相应变大，响应性变慢。因此，对于在喷管中内置固定磁芯107和电枢102的构造，有效提高磁吸引力成为重要的课题。

因此，撰稿者们发现了如下的方法，该方法是着眼于燃料喷射阀的固定磁芯和电枢所用的软磁性体(例如电磁不锈钢)具有的磁特性，使磁吸引力增大的方法。燃料喷射阀的固定磁芯和电枢，多采用在铁中添加铬、硅、铝而成的铁素体组织的软磁性电磁不锈钢。这样的软磁性材料，对于从外界施加的磁场的大小产生的磁通密度为显著的非线性关系。如图4所示，实验证实，比起通过在一般方法容易测量的5kA/m左右下得到的磁通密度，实际的饱和磁通密度更高，通过提高外部磁场能够获得更高的磁通密度。即，在将软磁性电磁不锈钢用于固定磁芯或电枢等的情况下，相比于一般采用直流电流测量的饱和磁通密度的作为上限值的额定值(目录值)，在固定磁芯和电枢中可以产生更大的磁通密度。本发明中，在选定磁性材料的通常的饱和磁通密度的额定值以上的区域(例如额定值的3倍～10倍，也就是15kA/m～50kA/m)内使用。另外，该B/H特性由于不能用直流测量，所以通过交流测量。

因此，如果充分增大从外部附加的磁场，可以获得比现有考虑的更大的磁吸引力。从外部施加的磁场与磁动势成比例，但在如所述那样增大磁动势的方法中，与现有技术同样地由于电感增加和大电流化而导致给驱动回路带来的负担变大。

因此，在本发明中，通过缩短磁通路的长度来增大来自外部的磁场，即使以少的磁动势也能获得大的磁吸引力。来自外部的磁场，因为与提供的磁动势成比例与磁通路的长度成反比，所以若磁通路的长度短，则即使同一磁动势也能获得大的磁场。磁通路如图2的箭头201所示，由外周磁轭部、上磁轭部、固定磁芯、吸引间隙、电枢、侧隙、下磁轭部、外周磁轭部这一周的路径构成。其中，空隙小的侧隙和吸引面以外的部分，在由磁性体形成的磁通路的内侧的空间收容卷绕在线圈骨架上的线圈。该内侧空间中，除去产生漏磁通而对吸引力无贡献的喷管101的内周面部的磁通路(即，通过缩磁部101A的磁通路)，表示通过固定磁芯的磁通路的箭头201的长度，为在电磁式燃料喷射阀中对吸引力有贡献的磁通路的内周长度。在本实施例中，通过使该磁通路的内周的全长小于燃料喷射阀的磁轭103的外径，另外使收容线圈的内周空间的高度Hs也小于固定磁芯直径，从而即使不增大磁动势也能增大磁场。

固定磁芯的直径或磁轭的外径是与磁通路的主要部分的截面积有关的长度的标度。若固定磁芯的直径变大，则为了获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动势来驱动。另外，若磁轭部分达到磁饱和，则可以通过固定磁芯的磁通减少，因此，为了得到较大的磁通，磁轭部分也不得不变大。如此，固定磁芯和磁轭的直径不仅是表示主要的磁通路的截面积的长度的标度，也是表示为了使产生的磁通达到特定的磁通密度所必需的磁动势的大小的标度。

磁通路的内周长度的缩短效果如图5所示。图5-(a)，是描述相对于提供的磁动势产生的磁通密度的情况的图表，实线表示基于本发明的磁通密度，虚线表示基于现有技术的磁通密度。若提供磁动势，在现有技术中，喷管的缩磁部111的磁通密度302首先上升。这时的磁通(磁通密度×面积)的大小如图5-(b)所示。由于喷管的缩磁部111与其他的磁通路相比通路截面积小，所以即使想要增加磁通密度，磁通的绝对值也不能达到特定的值以上。若进一步增加磁动势，则由于在喷管的缩磁部111产生的磁通接近于饱和磁通密度，所以磁通密度302的上升程度变得缓慢。因此，磁通难以流向缩磁部111，在固定磁芯及吸引间隙产生的磁通密度301急剧变大。

若如本发明那样缩短磁通路的长度，则因为相对于相同的磁动势能够提供大的磁场，所以能够增大在固定磁芯和电枢的吸引面上产生的磁通密度。其结果是，如图5-(a)所示，在喷管产生的磁通密度303或在固定磁芯吸引面产生的磁通密度304能够以低磁动势得到高磁通密度。另外，关于磁通的绝对值也成为在图5-(b)中以实线如磁通305及磁通306那样表示的分布(profile)。其结果是，即使是以低的磁动势也能使缩磁部111的磁通密度提前接近饱和状态，使通过固定磁芯和电枢的吸引面的磁通提前增加，可提前获得大的磁吸引力。

这里，固定磁芯和上下磁轭的相面对积或宽度，是与磁通路的主要部分的截面积有关的长度的标度。若相面对积或宽度变大，则为了获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动势来驱动。另外，若磁轭部分达到磁饱和，则能够通过固定磁芯的磁通减少，因此，为获得更多的磁通，磁轭部分也不得不变大。如此，固定磁芯和上下磁轭的相面对积、宽度或者外周磁轭部的厚度，不仅是表示主要的磁通路的截面积的长度的标度，也是表示为使产生的磁通达到特定的磁通密度所必需的磁动势的大小的标度。因此，在本实施例中，为了获得必要的磁通而形成尽量短的磁通路，所以如下这样设计磁通路。

1、关于在喷管内内置固定磁芯及电枢的形式的燃料喷射阀，若使磁动势一定，并相对于磁通路内周长度或线圈的高度Hs研究在固定磁芯的吸引面产生的磁通密度，则如图6所示。线圈的高度Hs越低(即，线圈的轴向尺寸越短)、或磁通路内周长度越短，磁吸引力变得越大。尤其，在磁通路内周长度比磁轭外径小的条件下、或线圈的高度Hs比固定磁芯的直径小的条件下，该效果显著。

2、而且，最好构成为：缩短磁通路，使得线圈105的轴向卷绕宽度L4，小于与固定磁芯107面对的上磁轭106的轴向尺寸L3和与电枢102面对的磁轭103的下磁轭部的尺寸L5之和。

3、另外，即使在考虑了线圈骨架的情况下，也最好构成为：缩短磁通路，使得线圈高度Hs，小于与固定磁芯107面对的上磁轭106的轴向尺寸L3和与电枢102面对的磁轭103的下磁轭部的尺寸L5之和。

4、此时，最好构成为：缩短磁通路，使得线圈105的轴向卷绕宽度L4、与固定磁芯107面对的上磁轭106的轴向尺寸L3、以及与电枢102面对的磁轭103的下磁轭部的尺寸L5是大致相同的尺寸。

5、另外，若构成为与固定磁芯107面对的上磁轭106的轴向尺寸L3、及与电枢102面对的磁轭103的下磁轭部的尺寸L5约为外周磁轭的厚度的2倍，则在磁通路的全周，由于磁通路的截面积变得大致相同，所以能够获得无浪费的磁通路。

6、为了尽量缩短磁通路，有必要减小收容线圈的空间。为了减小收容线圈的空间，最好使卷绕线圈的线圈骨架的厚度足够薄。若相对于收容线圈的空间的在固定磁芯径向上的厚度，使线圈骨架和线圈之间的厚度达到25％以下的程度，则可以使磁通路长度足够小。并且为了缩短磁通路长度、提高磁通路的效率，最好在喷管上设置绝缘纸或者绝缘板、绝缘树脂皮膜，直接在其上卷绕线圈。在如此构成的情况下，由于线圈的发热容易被由燃料冷却的喷管吸收，所以即使采用小线圈也能减小绝缘不良或烧损等的可能性。

这样，缩短磁通路而设计的燃料喷射阀，即使以小的磁动势也能增大磁吸引力。即，对于提供的磁动势能有效产生磁吸引力。即，即使是相同的匝数、流过相同的电流、产生相同的磁动势，在磁通路长的情况下由于磁通路自身的磁阻，变换为吸引力的能量减少，结果吸引力变小。相反，如果缩短磁通路的长度，能量损失减少，即使是线圈匝数小的状态(例如100匝或其以下的匝数)，也不用增加电流，就能产生足够的磁吸引力。结果是能够降低线圈的电感、能够迅速提高用于驱动的电流、能够提高燃料喷射阀的响应性。或者，如果是线圈匝数大的状态(例如120匝或其以上的匝数)，则即使是小电流，也能产生大的磁吸引力，还能降低耗电。

在以上的实施例中，详述了用磁性材料制造喷管、在与磁吸引间隙对应的部分设置缩磁部的例子，但本发明的技术不仅限于该实施例。

以上说明的“缩短磁回路长、降低磁路的磁阻，靠小的磁动势尽量使通过磁间隙的磁通增多的技术”，可以组合以下技术实施，即：由弱磁性材料或非磁性材料构成喷管；或在磁性材料制成的金属管上接合非磁性圈；另外对磁性材料的金属管局部实施非磁性或弱磁性化处理。

工业实用性

本发明，不仅限于内燃机的燃料喷射阀，可广泛应用于由电磁线圈驱动可动柱塞而对阀体进行操作的电磁阀机构。例如，还可应用于燃料高压泵的电磁式容量控制阀或电磁式溢流控制阀(溢出阀)，或者电子燃料压力控制阀等。

Claims (8)

1.一种电磁式燃料喷射阀，通过对环状线圈通电，向包括可动元件的电枢和固定磁芯的磁通路提供磁通，在可动元件的电枢端面和固定磁芯端面之间的磁吸引间隙产生磁吸引力，把可动元件吸引到固定磁芯一侧，使安装在可动元件前端的阀体从阀座分离，由此打开燃料通路，其中，

在作为磁性材料的金属材料制的管的内侧固定所述固定磁芯，

所述电枢被配置成相对于所述固定磁芯相隔所述磁吸引间隙而与所述固定磁芯面对，在所述管内配置所述可动元件，使所述可动元件在所述阀座和所述固定磁芯之间能够往复运动，

在所述管的外侧安装所述环状线圈和围绕在该环状线圈的上下以及外周的磁轭，

在所述线圈的周围形成的磁通路中，以如下方式构成所述磁通路，即，除去所述管的部分的位于最内周的磁通路的全长比所述磁轭的外径小。

2.如权利要求1所述的电磁式燃料喷射阀，其中，

所述磁通路构成为：所述环状线圈的轴向卷绕宽度(L4)，小于与所述固定磁芯面对的上磁轭部的轴向尺寸(L3)和与所述电枢面对的下磁轭部的轴向尺寸(L5)之和。

3.一种电磁式燃料喷射阀，其中，

其包括：

作为磁性材料的金属材料制的管；

固定磁芯，其固定在该管的内侧；

可动元件，其具有隔着磁吸引间隙与该固定磁芯的端部面对的电枢，并被配置成在所述管内相对于所述固定磁芯可以往复运动；

阀体，其安装在该可动元件上，对燃料喷射口进行开闭；

环状线圈，其固定在所述管的外周；以及

磁轭，其配置在该环状线圈的外周及上下部，

通过所述管、固定磁芯、可动元件及磁轭，形成所述环状线圈产生的磁通通过的磁通路，

所述线圈卷绕在线圈骨架上，

磁通路构成为：包括该线圈骨架的线圈高度(Hs)，小于与所述固定磁芯面对的上磁轭部的轴向尺寸(L3)和与所述电枢面对的下磁轭部的轴向尺寸(L5)之和。

4.一种电磁式燃料喷射阀，其中，

其包括：

作为磁性材料的金属材料制的管；

固定磁芯，其固定在该管的内侧；

可动元件，其具有隔着磁吸引间隙与该固定磁芯的端部面对的电枢，并被配置成在所述管内相对于所述固定磁芯可以往复运动；

阀体，其安装在该可动元件上，对燃料喷射口进行开闭；

环状线圈，其固定在所述管的外周；以及

磁轭，其配置在该环状线圈的外周及上下部，

通过所述管、固定磁芯、可动元件及磁轭，形成所述环状线圈产生的磁通通过的磁通路，

磁通路构成为：所述线圈的轴向卷绕宽度(L4)、与所述固定磁芯面对的上磁轭部的轴向尺寸(L3)、及与所述电枢面对的下磁轭部的轴向尺寸(L5)是大体相同的尺寸。

5.如权利要求1～4中任一项所述的电磁式燃料喷射阀，其中，

构成为：与所述固定磁芯面对的上磁轭部的轴向尺寸(L3)、及与所述电枢面对的下磁轭部的尺寸(L5)，约为外周磁轭部的厚度的2倍。

6.如权利要求1～4中任一项所述的电磁式燃料喷射阀，其中，

所述电磁式燃料喷射阀具备固定于在所述固定磁芯的中心设置的燃料通路内，并对所述可动元件的电枢进行施力的弹簧，

所述磁通路构成为：与所述固定磁芯面对的上磁轭的上端和与所述电枢面对的下磁轭部的下端之间的尺寸(L2)比所述弹簧的上端和所述电枢的下端之间的尺寸(L1)短。

7.如权利要求1～4的任一项所述的电磁式燃料喷射阀，其中，

在所述管上，在与所述磁吸引间隙对应的位置形成缩磁部，

所述管的缩磁部比所述固定磁芯及电枢先达到磁饱和。

8.如权利要求1～4的任一项所述的电磁式燃料喷射阀，其中，

在所述管上，在与所述磁吸引间隙对应的位置形成有非磁性化或弱磁性化处理部。

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