JP2018184926A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン搭載時にニードルの変位を正確に検出することができる燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射装置１０は、永久磁石６１、第１磁気検出部６２、第２磁気検出部６３および変位算出部６４を備えている。永久磁石６１はニードル２３に設けられている。第１磁気検出部６２は、永久磁石６１の変位に応じて変化する磁気を検出する。第２磁気検出部６３は、永久磁石６１から受ける磁気の影響が第１磁気検出部６２と比べて小さくなる位置に設けられている。変位算出部６４は、第１磁気検出部６２の検出値と第２磁気検出部６３の検出値との差に基づきニードル２３の変位を算出する。これにより外部からの磁気ノイズの影響をキャンセルし、永久磁石６１の磁気を主として検出することができる。したがって、エンジンに搭載された燃料噴射装置１０のニードル２３の変位を正確に検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射装置に関する。

従来、磁気を利用してニードルの変位を検出する燃料噴射装置が知られている。特許文献１に開示された燃料噴射装置は、ニードルに設けられた永久磁石と、永久磁石の磁気を検出する検出コイルとを備えている。検出コイルの出力は、永久磁石の変位に伴い変化する。ニードルの変位は、検出コイルの出力を用いて求められる。

特許第５８５５９８４号公報

特許文献１に開示された燃料噴射装置は、単体で使用される場合には問題なくニードルの変位を検出することができる。ところが、外部からの磁気ノイズについては一切考慮されていない。そのため、エンジンに搭載されて使用される場合には、エンジンから発せられる大小様々な磁気ノイズの影響を受けるので、ニードルの変位を正確に検出することができないという問題があった。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン搭載時にニードルの変位を正確に検出することができる燃料噴射装置を提供することである。

本発明の燃料噴射装置は、ハウジング（２１）と、ハウジング内で軸方向へ移動可能なニードル（２３）と、ニードルを軸方向へ駆動する駆動部（２５）とを備えている。
燃料噴射装置は、さらに磁気発生部（６１）、第１磁気検出部（６２、７６、８１）、第２磁気検出部（６３、７１、７７、８２）および変位算出部（６４）を備えている。磁気発生部はニードルに設けられている。第１磁気検出部は、磁気発生部の変位に応じて変化する磁気を検出する。第２磁気検出部は、磁気発生部から受ける磁気の影響が第１磁気検出部と比べて小さくなる位置に設けられている。変位算出部は、第１磁気検出部の検出値と第２磁気検出部の検出値との差に基づきニードルの変位を算出する。

このように磁気検出部を２つ設けることで、それらの検出値の差には、外部からの磁気ノイズがほとんど表れず、磁気発生部の磁気が顕著に表れるようになる。つまり、外部からの磁気ノイズの影響をキャンセルし、磁気発生部の磁気を主として検出することができる。したがって、エンジンに搭載された燃料噴射装置のニードルの変位を正確に検出することができる。

第１実施形態による燃料噴射装置を説明する図であって、燃料噴射弁の断面図および制御部のブロック図である。 図１のＩＩ部分の拡大図であって、ニードルが着座している状態の図である。 図２の状態からニードルが離座方向の端に移動した状態の図である。 第２実施形態による燃料噴射装置の要部拡大図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。 第３実施形態による燃料噴射装置の要部拡大図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。 第４実施形態による燃料噴射装置の要部拡大図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。 第５実施形態による燃料噴射装置の要部拡大図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。 第６実施形態による燃料噴射装置の要部拡大図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。 第７実施形態による燃料噴射装置の要部拡大図であって、第１実施形態の図２に相当する図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
第１実施形態による燃料噴射装置を図１に示す。燃料噴射装置１０は、燃料噴射弁１１および制御部１２を備えている。燃料噴射弁１１は、図示しないエンジンに搭載され、吸気通路または気筒内などに燃料を噴射する。

＜燃料噴射弁＞
先ず、燃料噴射弁１１について図１を参照して説明する。以下では、図１の紙面上側をアッパー側とし、図１の紙面下側をロア側とする。
燃料噴射弁１１は、ハウジング２１、ノズル２２、ニードル２３、スプリング２４および駆動部２５を備えている。

ハウジング２１は、アッパーハウジング３１、ミドルハウジング３２およびロアハウジング３３を有している。ミドルハウジング３２およびロアハウジング３３は、アッパー側からロア側に向かって延びるように筒状に形成されている。ロアハウジング３３は、ミドルハウジング３２のロア側に設けられている。アッパーハウジング３１は、ミドルハウジング３２のアッパー側に設けられており、本体部３４およびコネクタ部３５を有している。本体部３４は、軸心部分に設けられており、アッパー側に燃料導入部３６を有している。コネクタ部３５は、本体部３４の外周部に設けられており、外側に突出するコネクタ３７を有している。

ハウジング２１は、アッパーハウジング３１の本体部３４の内部空間からなる流路４１と、ミドルハウジング３２の内部空間からなる流路４２と、ロアハウジング３３の内部空間からなる流路４３とを有している。流路４１、４２、４３は、燃料流路であり、燃料導入部３６のアッパー側の端部からロアハウジング３３のロア側の端部まで連通している。

ノズル２２は、ロアハウジング３３のロア側の端部に固定されており、弁座４４および噴孔４５を有している。弁座４４は、ノズル２２の内壁に形成されている。噴孔４５は、ノズル２２の内外を貫通するように形成されている。

ニードル２３は、ミドルハウジング３２およびロアハウジング３３の内側で軸方向へ移動可能である。ニードル２３は、弁座４４から離座しているとき流路４３と噴孔４５とを連通させ、弁座４４に着座しているとき流路４３と噴孔４５との連通を遮断する。
スプリング２４は、アッパーハウジング３１とニードル２３の段付き部４６との間に設けられており、ニードル２３を着座方向すなわちロア側に付勢している。

駆動部２５は、コイル４７、ボビン４８、非磁性リング４９および磁気回路部５１を有している。コイル４７は、ミドルハウジング３２の内側に設けられており、ニードル２３の軸心ＡＸを中心に環状に巻かれたコイルである。ボビン４８は、コイル４７の周囲に設けられた絶縁部材である。非磁性リング４９は、非磁性材料からなる環状部材であり、ボビン４８に対して内側に設けられている。

磁気回路部５１は、磁性材料からなる部材の集合体であり、ミドルハウジング３２の一部、ロアハウジング３３の一部、インナーハウジング５２および可動コア５３から構成されている。各部材は、軸心ＡＸを含む縦断面においてボビン４８および非磁性リング４９を取り囲むように設けられている。インナーハウジング５２は、ミドルハウジング３２に対して内側で非磁性リング４９とミドルハウジング３２とを接続するように設けられている。可動コア５３は、非磁性リング４９に対して内側で軸方向へ移動可能であり、アッパー側に移動したときインナーハウジング５２とロアハウジング３３とを接続する。

可動コア５３は、ニードル２３に嵌合しており、小スプリング５４により段付き部４６に押しつけられている。ニードル２３と可動コア５３は一体的に軸方向へ移動する。ニードル２３が着座しているとき、可動コア５３はインナーハウジング５２との間に磁気ギャップを形成する。可動コア５３は、軸方向に貫通する通孔５５を有している。通孔５５は、流路４２の一部を構成している。

以上のように構成された燃料噴射弁１１では、コイル４７に通電すると、当該コイル４７周りに磁気回路が形成される。このとき、可動コア５３には、インナーハウジング５２との間の磁気ギャップが狭まるように働く吸引力が作用する。これにより、ニードル２３はスプリング２４の付勢力に抗して離座方向へ駆動される。コイル４７の通電電流が大きいほど吸引力は大きくなる。ニードル２３が弁座４４から離間した状態（開弁状態）においては、流路４３の燃料が噴孔４５を通じて外部に噴射される。

コイル４７の通電が停止されると、コイル４７周りの磁気回路は消失し、可動コア５３には吸引力が作用しなくなる。これにより、ニードル２３はスプリング２４により着座方向へ移動させられる。ニードル２３が弁座４４に着座した状態（閉弁状態）においては、流路４３が噴孔４５に対して閉鎖され、燃料の噴射が停止される。

＜制御部＞
次に、制御部１２について図１を参照して説明する。
制御部１２は、マイクロコンピュータを主体として構成されている電子制御ユニット５６（以下、ＥＣＵ５６）と、コイル４７の通電を制御するドライバ５７とを備えている。ＥＣＵ５６は、たとえばエンジンの吸入空気量や空燃比などに基づき目標燃料噴射量を決定し、この目標燃料噴射量に応じてニードル２３を駆動するための指令信号を出力する。ドライバ５７は、ＥＣＵ５６からの指令信号に応じてコイル４７に通電する。

＜変位検出手段＞
次に、燃料噴射装置１０の特徴的な構成について図１〜図３を参照して説明する。
燃料噴射装置１０は、ニードル２３の変位を検出するための構成として、燃料噴射弁１１の永久磁石６１、第１磁気検出素子６２および第２磁気検出素子６３と、ＥＣＵ５６の変位算出部６４とを備えている。

永久磁石６１は、磁気発生部であり、ニードル２３に設けられている。ニードル２３のうち本体部３４に対向する一端部、すなわちニードル２３のアッパー側の端部６５は、コイル４７よりもアッパー側であってアッパーハウジング３１の本体部３４付近まで軸方向に延びている。永久磁石６１は、ニードル２３の端部６５に固定されている。永久磁石６１と本体部３４との軸方向隙間は、可動コア５３がインナーハウジング５２に接触するまでニードル２３が離座方向へ移動したときに永久磁石６１が本体部３４に接触しない範囲で可及的に小さくなっている。ニードル２３は、少なくとも端部６５が非磁性材料からなる。スプリング２４は、端部６５に対して外側に設けられているコイルスプリングであり、非磁性材料からなる。

第１磁気検出素子６２は、永久磁石６１の変位に応じて変化する磁気を検出するものであり、たとえばホール素子や磁気抵抗効果素子などから構成されている。第１磁気検出素子６２は、永久磁石６１の近傍であって、永久磁石６１の磁気（図２、図３に二点鎖線で示す）の影響を受ける位置に設けられている。本実施形態では、永久磁石６１に対してアッパー側に設けられている。

第２磁気検出素子６３は、第１磁気検出素子６２と同様の素子であるが、永久磁石６１から受ける磁気の影響が第１磁気検出素子６２と比べて小さくなる位置に設けられている。具体的には、永久磁石６１および第１磁気検出素子６２が軸心ＡＸ上に設けられているのに対して、第２磁気検出素子６３は、軸心ＡＸから径方向外側に離れた位置に設けられている。

本体部３４は、例えばステンレス等の非磁性材料からなる。第１磁気検出素子６２および第２磁気検出素子６３は、非磁性部である本体部３４の内部であって、ロア側の端部６９に設けられている。本体部３４のロア側の端部には、径方向に開口する収容穴６６が形成されている。第１磁気検出素子６２および第２磁気検出素子６３は、収容部としての収容穴６６内に設置されている。

本体部３４は、本体部３４のアッパー側の端面から軸方向へ延びている有底穴６７と、有底穴６７の底面から本体部３４のロア側の端面まで延びている通孔６８とを有している。有底穴６７および通孔６８は流路４１を構成している。通孔６８は、収容穴６６およびそれに収容された第１磁気検出素子６２および第２磁気検出素子６３を回避するように形成されている。

図１、図２に示すようにニードル２３が着座しているとき、永久磁石６１と第１磁気検出素子６２との距離が最も離れる。また、図３に示すようにニードル２３が離座方向の端に移動しているとき、永久磁石６１と第１磁気検出素子６２との距離が最も近くなる。ニードル２３が着座しているときの永久磁石６１の変位（ニードル２３の変位）を０とすると、永久磁石６１の変位が大きいほど、第１磁気検出素子６２による永久磁石６１の磁気の検出値が大きくなる。これに対して、第２磁気検出素子６３は第１磁気検出素子６２と比べて永久磁石６１から離れているため、永久磁石６１の変位にかかわらず第２磁気検出素子６３による永久磁石６１の磁気の検出値が極端に小さくなるか、または全くない。

一方、燃料噴射弁１１がエンジンに搭載された場合、第１磁気検出素子６２および第２磁気検出素子６３は、外部の例えば点火コイルなどから発せられる大小様々な外部磁気（以下、磁気ノイズ）の影響を受ける。磁気ノイズの発生源からの距離は、第１磁気検出素子６２も第２磁気検出素子６３も大差ない。そのため、第１磁気検出素子６２による磁気ノイズの検出値は、第２磁気検出素子６３による磁気ノイズの検出値とほぼ変わらない。

図１に示すＥＣＵ５６の変位算出部６４は、第１磁気検出素子６２の磁気検出値と第２磁気検出素子の磁気検出値とを差分することで、磁気ノイズをキャンセルし、永久磁石６１の磁気のみを検出する。変位算出部６４は、上記永久磁石６１の磁気の変化に基づきニードル２３の変位を算出する。
ＥＣＵ５６が有する機能部である変位算出部６４は、専用の論理回路によるハードウェア処理により実現されてもよいし、コンピュータ読み出し可能非一時的有形記録媒体等のメモリに予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理により実現されてもよい。

＜効果＞
以上説明したように、第１実施形態では、燃料噴射装置１０は、永久磁石６１、第１磁気検出部６２、第２磁気検出部６３および変位算出部６４を備えている。永久磁石６１はニードル２３に設けられている。第１磁気検出部６２は、永久磁石６１の変位に応じて変化する磁気を検出する。第２磁気検出部６３は、永久磁石６１から受ける磁気の影響が第１磁気検出部６２と比べて小さくなる位置に設けられている。変位算出部６４は、第１磁気検出部６２の検出値と第２磁気検出部６３の検出値との差に基づきニードル２３の変位を算出する。

このように磁気検出部を２つ設けることで、それらの検出値の差には、外部からの磁気ノイズがほとんど表れず、永久磁石６１の磁気が顕著に表れるようになる。つまり、外部からの磁気ノイズの影響をキャンセルし、永久磁石６１の磁気を主として検出することができる。したがって、エンジンに搭載された燃料噴射装置１０のニードル２３の変位を正確に検出することができる。

また、第１実施形態では、ハウジング２１は、非磁性材料からなる本体部３４を含んでいる。第１磁気検出素子６２および第２磁気検出素子６３は、本体部３４の内部に設けられている。
したがって、永久磁石６１の磁場が本体部３４により歪められることを防ぎ、永久磁石６１の磁束を第１磁気検出素子６２に有効に届けることができる。また、永久磁石６１の磁束が第２磁気検出素子６３のまわりの磁性体に引きつけられることに起因して、第２磁気検出素子６３が永久磁石６１の磁気の影響を受けやすくなることを避けることができる。

また、第１実施形態では、磁気発生部を永久磁石６１から構成している。
したがって、ニードル２３の変位を検出するために必要となる磁気発生部を簡易に設けることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図４に示すように、第２磁気検出素子７１は、軸心ＡＸ上であって第１磁気検出素子６２に対して永久磁石６１とは反対側に設けられている。第２磁気検出素子７１と永久磁石６１との距離は、第１磁気検出素子６２と永久磁石６１との距離よりも遠い。

このように第２磁気検出素子７１が軸心ＡＸ上に設けられてもよい。それでも、永久磁石６１から受ける磁気の影響が第１磁気検出部６２と比べて小さくなる位置に第２磁気検出素子７３が設けられていれば、それら素子の検出値の差には、外部からの磁気ノイズがほとんど表れない。そのため第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、図５に示すように、永久磁石７５は、ニードル２３の端部６５の側部に設けられている。第１磁気検出素子７６は、永久磁石７５に対して径方向外側に設けられている。第２磁気検出素子７７は、第１磁気検出素子７６に対してアッパー側に設けられている。第２磁気検出素子７７と永久磁石７５との距離は、第１磁気検出素子７６と永久磁石７５との距離よりも遠い。

このように永久磁石７５がニードル２３の端部６５の側部に設けられてもよい。それでも、永久磁石７５から受ける磁気の影響が第１磁気検出部６２と比べて小さくなる位置に第２磁気検出素子７７が設けられていれば、それら素子の検出値の差には、外部からの磁気ノイズがほとんど表れない。そのため第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第４実施形態］
第４実施形態では、図６に示すように、第１磁気検出素子８１および第２磁気検出素子８２は、本体部３４の外であって、流路４２内に設けられている。第２磁気検出素子８２は、第１磁気検出素子８１に対して永久磁石６１とは反対側に設けられている。第２磁気検出素子８２と永久磁石６１との距離は、第１磁気検出素子８１と永久磁石６１との距離よりも遠い。

このように第１磁気検出素子８１および第２磁気検出素子８２が本体部３４の外に設けられてもよい。それでも、永久磁石６１から受ける磁気の影響が第１磁気検出部６２と比べて小さくなる位置に第２磁気検出素子８２が設けられていれば、それら素子の検出値の差には、外部からの磁気ノイズがほとんど表れない。そのため第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第５実施形態］
第５実施形態では、図７に示すように、第１磁気検出素子６２および第２磁気検出素子６３に対して外側にアウター磁気シールド８４が設けられている。アウター磁気シールド８４は、本体部３４の外側に嵌合している筒状部材であり、鉄または鉄を含む金属からなる。
このように磁気検出素子６２、６３の外側にアウター磁気シールド８４を設けることで、それらの素子が外部からの磁気ノイズの影響を受けることを抑制することができる。したがって、ニードル２３の変位の検出精度が高まる。

［第６実施形態］
第６実施形態では、図８に示すように、第１磁気検出素子６２と第２磁気検出素子６３との間にインナー磁気シールド８６が設けられている。インナー磁気シールド８６は、鉄または鉄を含む金属からなる。
これにより、永久磁石６１の磁束を第１磁気検出素子６２に有効に届けつつも、第２磁気検出素子６３が永久磁石６１から受ける磁気の影響を小さくすることができる。したがって、ニードル２３の変位の検出精度が高まる。

［第７実施形態］
第７実施形態では、図９に示すように、アッパーハウジング９１の本体部９２は、ニードル２３の端部６５の径方向移動を抑制しつつ軸方向移動を案内するものであって、非磁性材料からなるガイド９３を一体に備えている。ガイド９３は、ロア側に突出している筒状の突起であり、端部６５に嵌合している。
このようにガイド９３を設けることで、ニードル２３の軸ずれによる永久磁石６１の磁場の変化に起因して第１磁気検出素子６２の磁気検出値が変化することを抑制可能である。したがって、ニードル２３の変位の検出精度が高まる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、磁気発生部は、永久磁石に限らず、電磁石等であってもよい。
他の実施形態では、本体部は樹脂であり、磁気検出素子は本体部に埋め込まれてもよい。
他の実施形態では、本体部の流路は、有底穴および通孔から構成されるのみならず、通孔のみから構成されてもよい。
他の実施形態では、駆動部は、電磁式に限らず、ピエゾ素子を用いるピエゾ式等、他の形式のものであってもよい。
他の実施形態では、ハウジングとノズルとが一体に形成されてもよい。
他の実施形態では、ハウジングの分割数は２つ以下、または４つ以上であってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・燃料噴射装置
１１・・・燃料噴射弁
１２・・・制御部
２１・・・ハウジング
２３・・・ニードル
２５・・・駆動部
６１・・・磁気発生部
６２、７６、８１・・・第１磁気検出部
６３、７１、７７、８２・・・第２磁気検出部
６４・・・変位算出部

Claims (9)

1. ハウジング（２１）と、
   前記ハウジング内で軸方向へ移動可能なニードル（２３）と、
   前記ニードルを軸方向へ駆動する駆動部（２５）と、
   前記ニードルに設けられている磁気発生部（６１）と、
   前記磁気発生部の変位に応じて変化する磁気を検出する第１磁気検出部（６２、７６、８１）と、
   前記磁気発生部から受ける磁気の影響が前記第１磁気検出部と比べて小さくなる位置に設けられている第２磁気検出部（６３、７１、７７、８２）と、
   前記第１磁気検出部の検出値と前記第２磁気検出部の検出値との差に基づき前記ニードルの変位を算出する変位算出部（６４）と、
   を備える燃料噴射装置。
2. 前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子に対して外側に設けられているアウター磁気シールド（８４）をさらに備える請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記ハウジングは、非磁性材料からなる非磁性部（３４、９２）を含んでおり、
   前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子は、前記非磁性部の内部に設けられている請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記ニードルの径方向移動を抑制しつつ軸方向移動を案内するガイド（９３）をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
5. 前記磁気発生部は、前記ニードルのうち、前記ハウジングの前記非磁性部に対向する一端部（６５）に設けられており、
   前記ハウジングの前記非磁性部（９２）は、前記ニードルの前記一端部の径方向移動を抑制しつつ軸方向移動を案内するものであって、非磁性材料からなるガイド（９３）を一体に備えている請求項３に記載の燃料噴射装置。
6. 前記ニードルの前記一端部に対して外側に設けられており、前記ニードルを軸方向へ付勢しているスプリング（２４）をさらに備えており、
   前記スプリングは非磁性材料からなる請求項５に記載の燃料噴射装置。
7. 前記磁気発生部は永久磁石である請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
8. 前記第１磁気検出素子と前記第２磁気検出素子との間に設けられているインナー磁気シールド（８６）をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
9. 前記ハウジングは、
   前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子を収容する収容部（６６）と、
   前記収容部、前記第１磁気検出素子および前記第２磁気検出素子を回避するように形成されている燃料流路（４１）と、
   を有している請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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