燃料噴射弁
【課題】可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル弁開閉の応答性を高めることができる燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】インジェクタ１は、電磁コイル２０１を固定する固定子２０２と、可動子２０３と、可動子２０３を制御室１３側に付勢するスプリング２０４と、固定子２０２側に設けられた凸部２０５と、可動子２０３に対向する側の固定子２０２に凹状に形成された収納部２０６と、収納部２０６に出没可能に設けられ、凸部２０５よりも大きく可動子２０３側に突出可能な出没部２０７と、出没部２０７を可動子２０３側に付勢するスプリング２０８と、出没部２０７に対向する部分の可動子２０３に形成された連通孔２０３ｃと、を備え、収納部２０６の内部の電磁コイル２０１側には、収納部２０６の他の部分よりも出没部２０７との間の間隙がより小さい絞り部２０６ｂが形成されている。
【解決手段】インジェクタ１は、電磁コイル２０１を固定する固定子２０２と、可動子２０３と、可動子２０３を制御室１３側に付勢するスプリング２０４と、固定子２０２側に設けられた凸部２０５と、可動子２０３に対向する側の固定子２０２に凹状に形成された収納部２０６と、収納部２０６に出没可能に設けられ、凸部２０５よりも大きく可動子２０３側に突出可能な出没部２０７と、出没部２０７を可動子２０３側に付勢するスプリング２０８と、出没部２０７に対向する部分の可動子２０３に形成された連通孔２０３ｃと、を備え、収納部２０６の内部の電磁コイル２０１側には、収納部２０６の他の部分よりも出没部２０７との間の間隙がより小さい絞り部２０６ｂが形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソレノイドの磁気的吸引力を利用してニードル弁を駆動する燃料噴射弁が用いられている。このようなソレノイド式の燃料噴射弁は、その内部に磁性体からなる固定子および可動子を有し、電磁コイルへの通電により可動子を固定子側に吸引し移動させることでニードル弁を開弁（または閉弁）させる構成が広く適用されている。
【０００３】
これら燃料噴射弁は、内燃機関の燃費向上や排ガスエミッションの改善を図るために燃料噴射タイミングや燃料噴射時間の高精度化が求められている。そのため、燃料噴射弁の応答性、すなわちニードル弁の開弁および閉弁応答性の向上が求められており、可動子をより早く固定子側に移動させることが要求されている。しかしながら、可動子の移動速度が大きくなると固定子に衝突する際の衝撃力がより大きくなるために、可動子が固定子に衝突する際に発生する衝突音がより大きくなってしまう。また、ソレノイド式の燃料噴射弁では、衝突時の衝撃によって可動子が固定子から離反するバウンスが生じて燃料噴射量が変動することが知られているが、可動子の移動速度が大きくなるとバウンスもより大きくなるために燃料噴射量が大きく変動してしまう。
【０００４】
このような可動子の衝突による衝撃を低減する技術としては、固定子と可動子が対面する端面の少なくともどちらか一方に内側円環状突起と外側円環状突起を有するソレノイド式の燃料噴射弁が特許文献１に開示されている。この技術は、固定子または可動子の端面、内側円環状突起、外側円環状突起で区画される領域の油圧ダンパ作用、および流体抵抗力（スクイーズ効果）によって可動子の衝突速度を抑えて開弁バウンスを抑制するものである。
【０００５】
また、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献２および３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１０６２３６号公報
【特許文献２】特開２００９−１５０３４６号公報
【特許文献３】特開２００２−２５０４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁気的吸引力によって可動子と固定子の対向面が近接すると、二平面間に挟まれた流体（燃料）の粘性抵抗により流体圧力が発生し、流体負荷能力を発揮する効果（スクイーズ効果）が生じることが知られている。このスクイーズ効果による力は、可動子−固定子間のギャップが小さくなるほど大きくなる。可動子−固定子間のスクイーズ効果による力は、可動子が固定子に衝突する際の衝撃を低減する一方、可動子が固定子から離反する動作を妨げる力となる。そのため、可動子−固定子間のスクイーズ効果が大きいほど電磁コイルへの通電の停止時に可動子が固定子から離反する動作の応答性が低下する、すなわち、ニードル弁の閉弁（または開弁）応答性が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル弁開閉の応答性を高め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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、ノズルボディ内部の制御室と固定子との間を移動し、前記制御室に設けられた燃料排出流路を開閉する可動子を有する燃料噴射弁であって、前記可動子を前記制御室側に付勢する第１付勢手段と、前記第１付勢手段の付勢力に抗して前記可動子を前記固定子側に移動させる移動手段と、前記移動手段によって前記固定子側に移動した前記可動子と前記固定子との間に所定の大きさの間隙を形成する間隙形成部と、前記可動子に対向する側の前記固定子に凹状に形成された収納部と、前記収納部に出没可能に設けられた出没部と、前記出没部を前記可動子側に突出するよう付勢する第２付勢手段と、前記出没部に対向する部分の前記可動子に形成され、前記制御室側と前記固定子側とを連通する連通孔と、を備え、前記収納部には、前記固定子側に移動した前記可動子によって押し込まれた前記出没部の一部分が進入する絞り部が形成され、前記絞り部と前記出没部との間に形成される間隙の大きさが、前記収納部の他の部分と前記出没部との間に形成される間隙の大きさよりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、移動手段によって可動子が固定子側に移動するときは、可動子側に突出した出没部との間のスクイーズ効果、および第２付勢手段の付勢力によって可動子が固定子に衝突する際の衝撃力が低減される。また、可動子が固定子側に移動すると、可動子の連通孔を通じて供給される燃料圧力と絞り部における燃料圧力との差分によって出没部が絞り部に進入し、可動子−固定子間に所定の間隙が形成される。そのため、第１付勢手段の付勢力によって可動子が固定子から離反するときは可動子−固定子間のギャップがより大きい状態にあり、スクイーズ効果がより小さい状態にあるために、制御室側へ可動子が移動する際の応答性が向上する。よって、可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル弁開閉の応答性を高めることができる。
【００１１】
特に、本発明の燃料噴射弁は、前記出没部の前記可動子に対向する面の面積が、前記出没部の前記絞り部に対向する面の面積と、前記出没部の前記可動子側における燃料の圧力と、前記出没部の前記絞り部側における燃料の圧力と、前記第２付勢手段の付勢力と、に基づいて設定される構成とすることができる。
【００１２】
上記の構成によれば、出没部の可動子に対向する面の面積を適切に設定することで、出没部の可動子側の面圧と絞り部側の面圧との差分を大きくすることができ、それによって出没部を絞り部に進入させて可動子−固定子間に所定の間隙を形成させることができる。よって、可動子が制御室側へ移動する際の可動子−固定子間のスクイーズ効果をより小さくすることができることから、ニードル弁開閉の応答性を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の燃料噴射弁は、前記出没部が、前記可動子に対向する面が前記連通孔と相似する形状であって、前記可動子の移動軸を中心とする円周上の複数の位置に略均等に設けられている構成とすることができる。
【００１４】
上記の構成によれば、出没部の前記可動子に対向する面を連通孔と相似する形状とすることで、連通孔を通じて供給される燃料圧力と絞り部における燃料圧力との差分を大きくすることができ、それによって出没部を絞り部に進入させて可動子−固定子間に所定の間隙を形成させることができる。また、出没部を可動子の移動軸を中心とする円周上の複数の位置に略均等に設けることで、可動子が固定子に衝突する際の衝撃力を適切に低減することができる。よって、可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル弁開閉の応答性を高めることができる。
【００１５】
更に、本発明の燃料噴射弁は、前記移動手段が、磁性体の部材からなる前記固定子に設けられた電磁コイルへの通電によって発生する磁気的吸引力によって磁性体の部材からなる前記可動子を前記固定子側に移動させるものであって、前記出没部が、非磁性体の部材からなる構成とすることができる。
【００１６】
上記の構成によれば、非磁性体の部材からなる出没部が、電磁コイルの通電によって発生する磁気的吸引力に影響を受けずに第２付勢手段の付勢力によって可動子側へ突出することができる。よって、適切に可動子の衝突時の衝撃力を低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、可動子を固定子側に移動させる際は、可動子側に突出した出没部力によって可動子が固定子に衝突する際の衝撃力を低減することができる。また、可動子が固定子側に移動すると、燃料の圧力差によって出没部が絞り部に進入して可動子−固定子間のギャップがより大きい状態となるために、可動子−固定子間のスクイーズ効果がより小さい状態になる。そのため、可動子を制御室側に移動させる際の応答性を高めることができる。よって、可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル弁開閉の応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例のインジェクタの一構成例を示した図である。
【図２】実施例の電磁弁の概略構成を示した図である。
【図３】電磁弁の動作の説明図である。
【図４】実施例の電磁弁における可動子の挙動を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明のインジェクタ１（燃料噴射弁）の一構成例を示した図である。なお、図１にはインジェクタ１の一部の構成のみを示している。
インジェクタ１は、ノズルボディ１１、ノズルボディ１１の先端部に形成された燃料噴射孔１２、燃料配管を通じて高圧の燃料が供給される制御室１３、制御室１３内に摺動自在に配置されるニードル１４、ニードル１４の先端部が着座する弁座１５、および制御室１３に設けられた燃料排出流路１３ｂを開閉する電磁弁２０を備えた構成となっている。
【００２１】
ノズルボディ１１は、インジェクタ１の先端部に設けられている。ノズルボディ１１の内部には制御室１３が設けられている。制御室１３は、燃料導入流路１３ａおよび燃料排出流路１３ｂを備えており、ノズルボディ１１の先端側（燃料噴射孔１２側）が開放されている。燃料導入流路１３ａは図示しない燃料配管と連結しており、燃料供給源より供給される高圧の燃料を制御室１３内部に導入する。制御室１３内部に導入された高圧の燃料は、ニードル１４の開弁方向への移動に従い燃料噴射孔１２より外部へ噴射される。燃料排出流路１３ｂは、制御室１３内部とノズルボディ１１の基端側（電磁弁２０側）とを連通させており、制御室１３内部に導入された燃料を電磁弁２０側に流出させる。
【００２２】
ニードル１４は、制御室１３内部にニードル軸方向に摺動自在（移動可能）に設けられている。ニードル１４は、その先端部が鋭角な針形状の内開弁であり、その基端部にはニードル１４を開弁方向（電磁弁２０側）に付勢するスプリング１４ａが連結している。ニードル１４は、制御室１３内部の燃料の圧力に連動して燃料噴射孔１２の開弁方向または閉弁方向に移動する。すなわち、制御室１３内部の燃料の圧力が上昇しスプリング１４ａの付勢力を上回ると、ニードル１４は閉弁方向（燃料噴射孔１２側）に移動する。一方、制御室１３内部の燃料の圧力が下降しスプリング１４ａの付勢力を下回ると、ニードル１４は開弁方向（電磁弁２０側）に移動する。
【００２３】
ノズルボディ１１の先端側には、ニードル１４の先端部（着座部）と嵌合する弁座１５が設けられている。この弁座１５にニードル１４の着座部が着座することで制御室１３と燃料噴射孔１２との連通が遮断され、それにより燃料噴射孔１２からの燃料の噴射が停止する。また、弁座１５からニードル１４の着座部が離座することで制御室１３と燃料噴射孔１２とが連通し、それにより燃料噴射孔１２から燃料が噴射される。
【００２４】
燃料噴射孔１２は、ノズルボディ１１先端部の円周方向に略均等の間隔で設けられた複数の連通孔であり、ノズルボディ１１外部と制御室１３とを連通させている。燃料噴射孔１２は、燃料供給源から供給される燃料の圧力によってノズルボディ１１内の燃料を外部へと噴射可能に構成されている。
【００２５】
以下に、電磁弁２０の構成について詳細に説明する。図２は、実施例の電磁弁２０の概略構成を示した図である。図２（ａ）は可動子２０３の移動軸方向における電磁弁２０の断面構成を示しており、図２（ｂ）は可動子２０３の制御室１３と対向する面の構成を示している。
電磁弁２０は、円筒状に形成された電磁コイル２０１、電磁コイル２０１を固定する固定子２０２、固定子２０２と制御室１３との間を移動する可動子２０３、両端がそれぞれ固定子２０２および可動子２０３と結合したスプリング２０４、可動子２０３側の固定子２０２に設けられた凸部２０５および収納部２０６、収納部２０６から出没する出没部２０７、出没部２０７を可動子２０３側に付勢するスプリング２０８を備えた構成となっている。
【００２６】
電磁コイル２０１は、図示しない制御装置（ＥＣＵ）に接続され、通電のタイミングが管理されている。電磁コイル２０１の外周には固定子２０２が設けられている。固定子２０２は磁性体の部材であって、電磁コイル２０１に通電すると励磁されて磁気的吸引力が発生し、それによって磁性体の部材からなる可動子２０３を吸引する。また、固定子２０２は、電磁コイル２０１への通電を停止すると磁束が抜けて磁気的吸引力が消失し、スプリング２０４の付勢力によって可動子２０３が離反する。
なお、電磁コイル２０１および固定子２０２は、本発明の移動手段の一構成例である。
【００２７】
固定子２０２は、その内周側にスプリング２０４が設置される中空部２０２ａを有している。スプリング２０４は、その両端部がそれぞれ固定子２０２および可動子２０３と結合している。スプリング２０４は、金属製のつる巻きバネであって、ノズルボディ１１内で固定子２０２と可動子２０３とが最も離れた状態においても自然状態よりも圧縮されている。すなわち、スプリング２０４は、その一端部に結合した可動子２０３を制御室１３側に向けて常に付勢している。この場合、スプリング２０４は、金属製のつる巻きバネに限られずに、両端部を互いに離れる方向に向けて付勢し得る任意の構成を採用することができる。
なお、スプリング２０４は、本発明の第１付勢手段の一構成例である。
【００２８】
また、固定子２０２は、可動子２０３と対向する側の面に可動子２０３側に突出した凸部２０５を有している。凸部２０５は非磁性体の部材であって、電磁コイル２０１への通電によって固定子２０２側に吸引された可動子２０３の端面と接触し、それによって固定子２０２と可動子２０３との間に所定の間隙（クリアランス）を形成させる。この場合、凸部２０５の突出量は、固定子２０２−可動子２０３間のスクイーズ効果を効果的に低減できる任意のクリアランスを形成可能な突出量（例えば２０μｍ〜３０μｍ）を適用することができる。また、凸部２０５の設置箇所は固定子２０２側に限られず、可動子２０３の固定子２０２と対向する側の面に設けられてもよい。
なお、凸部２０５は、本発明の間隙形成部の一構成例である。
【００２９】
更に、固定子２０２は、可動子２０３と対向する側の面に収納部２０６を有している。収納部２０６は可動子２０３側が開口した凹状であって、後述する出没部２０７の全部を収納可能に構成されている。また、収納部２０６は非磁性体の部材にて構成されている。収納部２０６の内部には、出没部２０７の可動子２０３側への突出量を規制するストッパ２０６ａが形成されている。
【００３０】
そして、収納部２０６の内部の電磁コイル２０１側（奥側）には絞り部２０６ｂが形成されている。絞り部２０６ｂは、出没部２０７の可動子２０３側の端面が凸部２０５の位置にあるときに出没部２０７の他端面側の一部分が進入するよう構成されている。また、絞り部２０６ｂは、出没部２０７の端面が固定子の端面の位置になるまで出没部２０７の他端面側が進入できるよう構成されている。絞り部２０６ｂは、出没部２０７の移動軸と直交する断面方向の大きさが収納部２０６の他の部分よりも小さく設定されている。すなわち、出没部２０７と絞り部２０６ｂとの間に形成される間隙（クリアランス）の大きさが、出没部２０７と収納部２０６の他の部分との間に形成されるクリアランスの大きさよりも小さく設定されている。
【００３１】
出没部２０７は、収納部２０６の内部に可動子２０３の移動軸方向に移動可能（出没自在）に収納されている。出没部２０７は非磁性体の部材であって、収納部２０６から可動子２０３側へ突出する部分の面形状が後述する可動子２０３の連通孔２０３ｃと相似する形状（円形）となっている。出没部２０７の電磁コイル２０１側（奥側）には段部２０７ａが形成されており、この段部２０７ａが収納部２０６のストッパ２０６ａに当接することで、可動子２０３側への出没部２０７の突出量が規制される。出没部２０７の可動子２０３側の端面は、段部２０７ａがストッパ２０６ａに当接した状態で凸部２０５よりも可動子２０３側に突出する構成である。
【００３２】
出没部２０７は、電磁コイル２０１側（奥側）の端面がスプリング２０８と結合している。スプリング２０８は、スプリング２０４と同様の金属製のつる巻きバネであって、その他端部が絞り部２０６ｂの電磁コイル２０１側（奥側）の壁面と結合している。スプリング２０８は、出没部２０７がストッパ２０６ａに当接した状態においても自然状態よりも圧縮されている。すなわち、スプリング２０８は、その一端部に結合した出没部２０７を可動子２０３側に向けて常に付勢している。
なお、スプリング２０８は、本発明の第２付勢手段の一構成例である。
【００３３】
出没部２０７は、固定子２０２の中空部２０２ａ（可動子２０３の移動軸）を中心とする円周上の４箇所の位置に略均等（９０°毎）に設けられている。これによって、可動子２０３が固定子２０２側に移動したときに、出没部２０７が可動子２０３のコア部２０３ａと円周上の略均等の４箇所にて接触する。そのため、可動子２０３が固定子２０２に衝突する際の衝撃力を適切に低減することができる。この場合、出没部２０７の設置数は４箇所に限られず、円周上の略均等の位置に複数（例えば３箇所以上）設けることができる。
【００３４】
更に、出没部２０７の可動子２０３と対向する面の面積（Ｓ１）は、出没部２０７の絞り部２０６ｂと対向する面の面積（Ｓ２）、出没部２０７の可動子２０３側における燃料圧力（Ｐ１）、出没部２０７の絞り部２０６ｂ側における燃料圧力（Ｐ２）、およびスプリング２０８の付勢力（Ｆ）に基づいて設定される。具体的には、例えば以下の（１）式を満たす面積が適用される。
（Ｓ１×Ｐ１）−（Ｓ２×Ｐ２）＞Ｆ ・・・（１）
（Ｓ１：出没部２０７の可動子２０３と対向する面の面積，Ｓ２：出没部２０７の絞り部２０６ｂと対向する面の面積，Ｐ１：出没部２０７の可動子２０３側における燃料圧力，Ｐ２：出没部２０７の絞り部２０６ｂ側における燃料圧力，Ｆ：スプリング２０８の付勢力）
上記（１）式を満たすように出没部２０７の可動子２０３と対向する面の面積（Ｓ１）を設定することで、出没部２０７の可動子２０３側の面圧（Ｓ１×Ｐ１）と絞り部２０６ｂ側の面圧（Ｓ２×Ｐ２）との差分がスプリング２０８の付勢力（Ｆ）よりも大きくなる。そのため、出没部２０７が絞り部２０６ｂに進入する。
【００３５】
可動子２０３は制御室１３と固定子２０２との間に移動自在に設けられている。可動子２０３は、固定子２０２側に円盤形状のコア部２０３ａと、制御室１３側に開閉弁２０３ｂとを備えている。コア部２０３ａの固定子２０２側はスプリング２０４と結合しており、それによって可動子２０３が制御室１３側に付勢されている。可動子２０３は磁性体の部材であって、電磁コイル２０１に通電すると励磁されて磁気的吸引力が発生し、それによって固定子２０２側に吸引される（固定子２０２側に移動する）。また、可動子２０３は、電磁コイル２０１への通電を停止すると磁束が抜けて磁気的吸引力が消失し、スプリング２０４の付勢力によって固定子２０２側から離反して制御室１３側に移動する。開閉弁２０３ｂは、可動子２０３の移動に伴って制御室１３の燃料排出流路１３ｂを開閉する。すなわち、可動子２０３が固定子２０２側に移動すると開閉弁２０３ｂが燃料排出流路１３ｂを開放する。また、可動子２０３が制御室１３側に移動すると開閉弁２０３ｂが燃料排出流路１３ｂを閉鎖する。
なお、可動子２０３は、本発明の移動手段の一構成例である。
【００３６】
可動子２０３のコア部２０３ａには連通孔２０３ｃが設けられている。連通孔２０３ｃは、コア部２０３ａの制御室１３側と固定子２０２（出没部２０７）側とを連通している円形の孔である。連通孔２０３ｃは、固定子２０２に設けられた４つの出没部２０７に対向する位置のコア部２０３ａにそれぞれ設けられている（図２（ｂ）参照）。
【００３７】
また、連通孔２０３ｃの半径（ｒ）は、例えば以下の（２）および（３）式を満たす半径が適用される。
Ｓ１＞πｒ２ ・・・（２）
（πｒ２×Ｐ１）−（Ｓ２×Ｐ２）＞Ｆ ・・・（３）
（ｒ：連通孔２０３ｃの半径，Ｓ１：出没部２０７の可動子２０３と対向する面の面積，Ｓ２：出没部２０７の絞り部２０６ｂと対向する面の面積，Ｐ１：出没部２０７の可動子２０３側における燃料圧力，Ｐ２：出没部２０７の絞り部２０６ｂ側における燃料圧力，Ｆ：スプリング２０８の付勢力）
上記（２）式を満たすように連通孔２０３ｃの半径（ｒ）を設定することで、可動子２０３が固定子２０２側へ移動したときに連通孔２０３ｃ周りのコア部２０３ａと出没部２０７とが干渉し、それによって出没部２０７が収納部２０６に押し込まれる。また、上記（３）式を満たすように連通孔２０３ｃの半径（ｒ）を設定することで、連通孔２０３ｃを通じて供給される燃料によって出没部２０７が受ける面圧（πｒ２×Ｐ１）と出没部２０７の絞り部２０６ｂ側の面圧（Ｓ２×Ｐ２）との差分がスプリング２０８の付勢力（Ｆ）よりも大きくなる。そのため、出没部２０７が絞り部２０６ｂに進入する。
なお、本実施例の連通孔２０３ｃの半径ｒは制御室１３側から固定子２０２（出没部２０７）側にかけて一定であるが、これに限られない。例えば、制御室１３側から固定子２０２（出没部２０７）側にかけて孔径が縮小するテーパ形状であってもよい。この場合、連通孔２０３ｃの最も小径の部分の半径ｒが上記（２）および（３）式を満たすことが望ましい。
【００３８】
以上のように構成されるインジェクタ１における電磁弁２０の動作について、図３を参照しつつ説明する。図３は、電磁弁２０の動作の説明図である。なお、図３には電磁弁２０の一部の構成（出没部２０７の周囲）のみを示している。
図３（ａ）は電磁コイル２０１への通電が停止した状態を示している。電磁コイル２０１への通電が停止した状態では、可動子２０３がスプリング２０４の付勢力によって制御室１３側に移動し、開閉弁２０３ｂが燃料排出流路１３ｂを閉鎖する。そして、燃料導入流路１３ａを通じて導入される燃料によって制御室１３内部の圧力が上昇しスプリング１４ａの付勢力を上回ると、ニードル１４が閉弁方向（燃料噴射孔１２側）へ移動して弁座１５に着座する。これにより、燃料噴射孔１２からの燃料噴射が停止する。この時点において、非磁性体の部材からなる出没部２０７は磁気的吸引力の影響を受けないために、スプリング２０８の付勢力によって凸部２０５よりも可動子２０３側に突出した状態となっている。
【００３９】
図３（ｂ）は電磁コイル２０１への通電を開始した状態を示している。ＥＣＵの指令によって電磁コイル２０１に電流が流れる（通電する）と、磁性体である固定子２０２および可動子２０３にそれぞれ磁束が発生する。磁束が発生すると、磁気的吸引力により可動子２０３がスプリング２０４の付勢力に抗して固定子２０２側に吸引されて移動し、それによって開閉弁２０３ｂが燃料排出流路１３ｂを開放する。そして、開放された燃料排出流路１３ｂを通じて電磁弁２０側への燃料の排出が開始される。
【００４０】
図４は、実施例の電磁弁２０における可動子２０３の挙動を示している。可動子２０３が固定子２０２側に移動するにつれて出没部２０７との間の距離が小さくなり、両者の間にスクイーズ効果による力が生じる。それによって可動子２０３が固定子２０２に衝突する衝撃力が低減される（図４（ａ）参照）。可動子２０３がさらに固定子２０２側に移動すると、連通孔２０３ｃ周りのコア部２０３ａと出没部２０７とが干渉し（（２）式参照）、それによって出没部２０７が収納部２０６に押し込まれる。そして、可動子２０３が出没部２０７を収納部２０６へ押し込むときに、スプリング２０８の付勢力によって可動子２０３が固定子２０２に衝突する衝撃力が従来技術よりも低減される（図４（ｂ）参照）。このように、本実施例のインジェクタ１は、電磁弁２０における可動子２０３が固定子２０２に衝突する際の衝撃力を効果的に低減することができるために、衝突時のバウンスによる燃料噴射量の変動を抑制することができる。
【００４１】
図３（ｃ）は可動子２０３が固定子２０２側に移動した状態を示している。可動子２０３は、固定子２０２の凸部２０５に接触することで固定子２０２側への移動が停止する。そして、開放された燃料排出流路１３ｂを通じて制御室１３内部から電磁弁２０側へ燃料が排出されて制御室１３内部の圧力が低下する。制御室１３内部の圧力がスプリング１４ａの付勢力を下回ると、ニードル１４が開弁方向（電磁弁２０側）へ移動して弁座１５から離座する。これにより、燃料噴射孔１２から燃料が噴射される。
【００４２】
図３（ｄ）は出没部２０７が絞り部２０６ｂに進入した状態を示している。燃料排出流路１３ｂを通じて電磁弁２０側へ排出された燃料は、可動子２０３の連通孔２０３ｃを通じて出没部２０７の可動子２０３と対向する面に向かう。同様に、電磁弁２０側へ排出された燃料は、固定子２０２と可動子２０３との間隙部分を通じて収納部２０６および絞り部２０６ｂに向かう。ここで、出没部２０７と絞り部２０６ｂとの間に形成されるクリアランスの大きさが、出没部２０７と収納部２０６の他の部分との間に形成されるクリアランスの大きさよりも小さいために、絞り部２０６ｂにおいて燃料の圧損が生じる。そのため、出没部２０７の可動子２０３側における燃料圧力（Ｐ１）と、出没部２０７の絞り部２０６ｂ側における燃料圧力（Ｐ２）との間にＰ１＞Ｐ２の圧力差が生じる。それによって、出没部２０７における面圧の差分がスプリング２０８の付勢力を上回るために（（１）および（３）式参照）、出没部２０７が絞り部２０６ｂに進入する。出没部２０７が絞り部２０６ｂに進入すると、出没部２０７の可動子２０３と対向する面の位置が固定子２０２の面の位置と同等になる。そのため、可動子２０３と固定子２０２との間に凸部２０５ぶんのクリアランスが形成される。
【００４３】
可動子２０３−固定子２０２間に所定のクリアランスが形成されると、スプリング２０４の付勢力によって可動子２０３が固定子２０２から離反するときは可動子２０３−固定子２０２間のギャップがより大きい状態にある。そのため、可動子２０３−固定子２０２間のスクイーズ効果がより小さい状態にあるために、制御室１３側へ可動子２０３が移動する際の応答性が従来技術よりも向上する（図４（ｃ）参照）。よって、可動子２０３の応答性の向上に伴ってニードル１４の閉弁応答性も向上する。このように、本実施例のインジェクタ１は、可動子２０３が固定子２０２から離反する際に可動子２０３−固定子２０２間のスクイーズ効果をより小さくすることでニードル１４の閉弁応答性を高めることができる。
【００４４】
図３（ｅ）は電磁コイル２０１への通電を停止した後の状態を示している。ＥＣＵの指令によって電磁コイル２０１への通電が停止されると、電磁コイル２０１に流れる電流値がゼロに向かって小さくなってゆくために、電磁コイル２０１から発生する磁場もゼロに向かって弱まってゆく。そして、磁場による磁気的吸引力がスプリング２０４の付勢力を下回ると、可動子２０３が固定子２０２側から離反し制御室１３側に移動することで、開閉弁２０３ｂが燃料排出流路１３ｂを閉鎖する。そして、燃料導入流路１３ａを通じて導入される燃料によって制御室１３内部の圧力が上昇しスプリング１４ａの付勢力を上回ると、ニードル１４が閉弁方向（燃料噴射孔１２側）へ移動して弁座１５に着座する。これにより、燃料噴射孔１２からの燃料噴射が停止する。
【００４５】
可動子２０３が固定子２０２側から離反すると、可動子２０３が離反する際のスクイーズ効果およびスプリング２０８の付勢力によって、出没部２０７が収納部２０６から可動子２０３側に突出する。すなわち、図３（ａ）の状態に戻ることから、次回の通電時にも可動子２０３が固定子２０２に衝突する際の衝撃力を効果的に低減することができる。
【００４６】
以上のように、本実施例のインジェクタは、電磁コイルを固定する固定子と、可動子と、可動子を制御室側に付勢するスプリングと、固定子側に設けられた凸部と、可動子に対向する側の固定子に凹状に形成された収納部と、収納部に出没可能に設けられ、凸部よりも大きく可動子側に突出可能な出没部と、出没部を可動子側に付勢するスプリングと、出没部に対向する部分の可動子に形成された連通孔と、を備え、収納部の内部の電磁コイル側には、収納部の他の部分よりも出没部との間の間隙がより小さい絞り部が形成されていることを特徴とする。これによって、磁気的吸引力によって可動子が固定子側に移動するときは、可動子側に突出した出没部との間のスクイーズ効果、およびスプリングの付勢力によって可動子が固定子に衝突する際の衝撃力が低減される。また、可動子が固定子側に移動すると、可動子の連通孔を通じて供給される燃料圧力と絞り部における燃料圧力との差分によって出没部が絞り部に進入し、可動子−固定子間に所定の間隙が形成される。そのため、スプリングの付勢力によって可動子が固定子から離反するときは可動子−固定子間のギャップがより大きい状態にあり、スクイーズ効果がより小さい状態にあるために、制御室側へ可動子が移動する際の応答性が向上する。よって、可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル閉弁の応答性を高めることができる。
【００４７】
また、本実施例のインジェクタは、出没部の可動子に対向する面の面積が、出没部の絞り部に対向する面の面積と、出没部の可動子側における燃料の圧力と、出没部の絞り部側における燃料の圧力と、スプリングの付勢力と、に基づいて設定される。これによって、出没部の可動子側の面圧と絞り部側の面圧との差分を大きくすることができ、出没部を絞り部に進入させて可動子−固定子間に所定の間隙を形成させることができる。よって、可動子が制御室側へ移動する際の可動子−固定子間のスクイーズ効果をより小さくすることができることから、ニードル閉弁の応答性を高めることができる。
【００４８】
そして、本実施例のインジェクタは、出没部の可動子に対向する面が連通孔と相似する形状であって、可動子の移動軸を中心とする円周上の複数の位置に略均等に出没部が設けられている。これによって、連通孔を通じて供給される燃料圧力と絞り部における燃料圧力との差分を大きくすることができ、出没部を絞り部に進入させるための差圧を適切に発生させることができる。また、出没部を可動子の移動軸を中心とする円周上の複数の位置に略均等に設けることで、可動子が固定子に衝突する際の衝撃力を適切に低減することができる。
【００４９】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５０】
例えば、本実施例の電磁弁２０では可動子２０３を固定子２０２側に移動させることで制御室１３の燃料排出流路１３ｂを開放する構成（外開き型）であるが、可動子２０３を固定子２０２側に移動させることで燃料排出流路１３ｂを閉鎖する構成（内開き型）であってもよい。この構成によれば、可動子２０３が固定子２０２側から離反する際の応答性を向上させることで、ニードル１４の開弁応答性を高めることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ インジェクタ
１１ ノズルボディ
１２ 燃料噴射孔
１３ 制御室
１３ｂ 燃料排出流路
１４ ニードル
２０ 電磁弁
２０１ 電磁コイル（移動手段）
２０２ 固定子（移動手段）
２０３ 可動子（移動手段）
２０３ｃ 連通孔
２０４ スプリング（第１付勢手段）
２０６ 収納部
２０６ｂ 絞り部
２０７ 出没部
２０８ スプリング（第２付勢手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソレノイドの磁気的吸引力を利用してニードル弁を駆動する燃料噴射弁が用いられている。このようなソレノイド式の燃料噴射弁は、その内部に磁性体からなる固定子および可動子を有し、電磁コイルへの通電により可動子を固定子側に吸引し移動させることでニードル弁を開弁（または閉弁）させる構成が広く適用されている。
【０００３】
これら燃料噴射弁は、内燃機関の燃費向上や排ガスエミッションの改善を図るために燃料噴射タイミングや燃料噴射時間の高精度化が求められている。そのため、燃料噴射弁の応答性、すなわちニードル弁の開弁および閉弁応答性の向上が求められており、可動子をより早く固定子側に移動させることが要求されている。しかしながら、可動子の移動速度が大きくなると固定子に衝突する際の衝撃力がより大きくなるために、可動子が固定子に衝突する際に発生する衝突音がより大きくなってしまう。また、ソレノイド式の燃料噴射弁では、衝突時の衝撃によって可動子が固定子から離反するバウンスが生じて燃料噴射量が変動することが知られているが、可動子の移動速度が大きくなるとバウンスもより大きくなるために燃料噴射量が大きく変動してしまう。
【０００４】
このような可動子の衝突による衝撃を低減する技術としては、固定子と可動子が対面する端面の少なくともどちらか一方に内側円環状突起と外側円環状突起を有するソレノイド式の燃料噴射弁が特許文献１に開示されている。この技術は、固定子または可動子の端面、内側円環状突起、外側円環状突起で区画される領域の油圧ダンパ作用、および流体抵抗力（スクイーズ効果）によって可動子の衝突速度を抑えて開弁バウンスを抑制するものである。
【０００５】
また、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献２および３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１０６２３６号公報
【特許文献２】特開２００９−１５０３４６号公報
【特許文献３】特開２００２−２５０４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁気的吸引力によって可動子と固定子の対向面が近接すると、二平面間に挟まれた流体（燃料）の粘性抵抗により流体圧力が発生し、流体負荷能力を発揮する効果（スクイーズ効果）が生じることが知られている。このスクイーズ効果による力は、可動子−固定子間のギャップが小さくなるほど大きくなる。可動子−固定子間のスクイーズ効果による力は、可動子が固定子に衝突する際の衝撃を低減する一方、可動子が固定子から離反する動作を妨げる力となる。そのため、可動子−固定子間のスクイーズ効果が大きいほど電磁コイルへの通電の停止時に可動子が固定子から離反する動作の応答性が低下する、すなわち、ニードル弁の閉弁（または開弁）応答性が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル弁開閉の応答性を高め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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、ノズルボディ内部の制御室と固定子との間を移動し、前記制御室に設けられた燃料排出流路を開閉する可動子を有する燃料噴射弁であって、前記可動子を前記制御室側に付勢する第１付勢手段と、前記第１付勢手段の付勢力に抗して前記可動子を前記固定子側に移動させる移動手段と、前記移動手段によって前記固定子側に移動した前記可動子と前記固定子との間に所定の大きさの間隙を形成する間隙形成部と、前記可動子に対向する側の前記固定子に凹状に形成された収納部と、前記収納部に出没可能に設けられた出没部と、前記出没部を前記可動子側に突出するよう付勢する第２付勢手段と、前記出没部に対向する部分の前記可動子に形成され、前記制御室側と前記固定子側とを連通する連通孔と、を備え、前記収納部には、前記固定子側に移動した前記可動子によって押し込まれた前記出没部の一部分が進入する絞り部が形成され、前記絞り部と前記出没部との間に形成される間隙の大きさが、前記収納部の他の部分と前記出没部との間に形成される間隙の大きさよりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、移動手段によって可動子が固定子側に移動するときは、可動子側に突出した出没部との間のスクイーズ効果、および第２付勢手段の付勢力によって可動子が固定子に衝突する際の衝撃力が低減される。また、可動子が固定子側に移動すると、可動子の連通孔を通じて供給される燃料圧力と絞り部における燃料圧力との差分によって出没部が絞り部に進入し、可動子−固定子間に所定の間隙が形成される。そのため、第１付勢手段の付勢力によって可動子が固定子から離反するときは可動子−固定子間のギャップがより大きい状態にあり、スクイーズ効果がより小さい状態にあるために、制御室側へ可動子が移動する際の応答性が向上する。よって、可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル弁開閉の応答性を高めることができる。
【００１１】
特に、本発明の燃料噴射弁は、前記出没部の前記可動子に対向する面の面積が、前記出没部の前記絞り部に対向する面の面積と、前記出没部の前記可動子側における燃料の圧力と、前記出没部の前記絞り部側における燃料の圧力と、前記第２付勢手段の付勢力と、に基づいて設定される構成とすることができる。
【００１２】
上記の構成によれば、出没部の可動子に対向する面の面積を適切に設定することで、出没部の可動子側の面圧と絞り部側の面圧との差分を大きくすることができ、それによって出没部を絞り部に進入させて可動子−固定子間に所定の間隙を形成させることができる。よって、可動子が制御室側へ移動する際の可動子−固定子間のスクイーズ効果をより小さくすることができることから、ニードル弁開閉の応答性を高めることができる。
【００１３】
また、本発明の燃料噴射弁は、前記出没部が、前記可動子に対向する面が前記連通孔と相似する形状であって、前記可動子の移動軸を中心とする円周上の複数の位置に略均等に設けられている構成とすることができる。
【００１４】
上記の構成によれば、出没部の前記可動子に対向する面を連通孔と相似する形状とすることで、連通孔を通じて供給される燃料圧力と絞り部における燃料圧力との差分を大きくすることができ、それによって出没部を絞り部に進入させて可動子−固定子間に所定の間隙を形成させることができる。また、出没部を可動子の移動軸を中心とする円周上の複数の位置に略均等に設けることで、可動子が固定子に衝突する際の衝撃力を適切に低減することができる。よって、可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル弁開閉の応答性を高めることができる。
【００１５】
更に、本発明の燃料噴射弁は、前記移動手段が、磁性体の部材からなる前記固定子に設けられた電磁コイルへの通電によって発生する磁気的吸引力によって磁性体の部材からなる前記可動子を前記固定子側に移動させるものであって、前記出没部が、非磁性体の部材からなる構成とすることができる。
【００１６】
上記の構成によれば、非磁性体の部材からなる出没部が、電磁コイルの通電によって発生する磁気的吸引力に影響を受けずに第２付勢手段の付勢力によって可動子側へ突出することができる。よって、適切に可動子の衝突時の衝撃力を低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、可動子を固定子側に移動させる際は、可動子側に突出した出没部力によって可動子が固定子に衝突する際の衝撃力を低減することができる。また、可動子が固定子側に移動すると、燃料の圧力差によって出没部が絞り部に進入して可動子−固定子間のギャップがより大きい状態となるために、可動子−固定子間のスクイーズ効果がより小さい状態になる。そのため、可動子を制御室側に移動させる際の応答性を高めることができる。よって、可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル弁開閉の応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例のインジェクタの一構成例を示した図である。
【図２】実施例の電磁弁の概略構成を示した図である。
【図３】電磁弁の動作の説明図である。
【図４】実施例の電磁弁における可動子の挙動を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明のインジェクタ１（燃料噴射弁）の一構成例を示した図である。なお、図１にはインジェクタ１の一部の構成のみを示している。
インジェクタ１は、ノズルボディ１１、ノズルボディ１１の先端部に形成された燃料噴射孔１２、燃料配管を通じて高圧の燃料が供給される制御室１３、制御室１３内に摺動自在に配置されるニードル１４、ニードル１４の先端部が着座する弁座１５、および制御室１３に設けられた燃料排出流路１３ｂを開閉する電磁弁２０を備えた構成となっている。
【００２１】
ノズルボディ１１は、インジェクタ１の先端部に設けられている。ノズルボディ１１の内部には制御室１３が設けられている。制御室１３は、燃料導入流路１３ａおよび燃料排出流路１３ｂを備えており、ノズルボディ１１の先端側（燃料噴射孔１２側）が開放されている。燃料導入流路１３ａは図示しない燃料配管と連結しており、燃料供給源より供給される高圧の燃料を制御室１３内部に導入する。制御室１３内部に導入された高圧の燃料は、ニードル１４の開弁方向への移動に従い燃料噴射孔１２より外部へ噴射される。燃料排出流路１３ｂは、制御室１３内部とノズルボディ１１の基端側（電磁弁２０側）とを連通させており、制御室１３内部に導入された燃料を電磁弁２０側に流出させる。
【００２２】
ニードル１４は、制御室１３内部にニードル軸方向に摺動自在（移動可能）に設けられている。ニードル１４は、その先端部が鋭角な針形状の内開弁であり、その基端部にはニードル１４を開弁方向（電磁弁２０側）に付勢するスプリング１４ａが連結している。ニードル１４は、制御室１３内部の燃料の圧力に連動して燃料噴射孔１２の開弁方向または閉弁方向に移動する。すなわち、制御室１３内部の燃料の圧力が上昇しスプリング１４ａの付勢力を上回ると、ニードル１４は閉弁方向（燃料噴射孔１２側）に移動する。一方、制御室１３内部の燃料の圧力が下降しスプリング１４ａの付勢力を下回ると、ニードル１４は開弁方向（電磁弁２０側）に移動する。
【００２３】
ノズルボディ１１の先端側には、ニードル１４の先端部（着座部）と嵌合する弁座１５が設けられている。この弁座１５にニードル１４の着座部が着座することで制御室１３と燃料噴射孔１２との連通が遮断され、それにより燃料噴射孔１２からの燃料の噴射が停止する。また、弁座１５からニードル１４の着座部が離座することで制御室１３と燃料噴射孔１２とが連通し、それにより燃料噴射孔１２から燃料が噴射される。
【００２４】
燃料噴射孔１２は、ノズルボディ１１先端部の円周方向に略均等の間隔で設けられた複数の連通孔であり、ノズルボディ１１外部と制御室１３とを連通させている。燃料噴射孔１２は、燃料供給源から供給される燃料の圧力によってノズルボディ１１内の燃料を外部へと噴射可能に構成されている。
【００２５】
以下に、電磁弁２０の構成について詳細に説明する。図２は、実施例の電磁弁２０の概略構成を示した図である。図２（ａ）は可動子２０３の移動軸方向における電磁弁２０の断面構成を示しており、図２（ｂ）は可動子２０３の制御室１３と対向する面の構成を示している。
電磁弁２０は、円筒状に形成された電磁コイル２０１、電磁コイル２０１を固定する固定子２０２、固定子２０２と制御室１３との間を移動する可動子２０３、両端がそれぞれ固定子２０２および可動子２０３と結合したスプリング２０４、可動子２０３側の固定子２０２に設けられた凸部２０５および収納部２０６、収納部２０６から出没する出没部２０７、出没部２０７を可動子２０３側に付勢するスプリング２０８を備えた構成となっている。
【００２６】
電磁コイル２０１は、図示しない制御装置（ＥＣＵ）に接続され、通電のタイミングが管理されている。電磁コイル２０１の外周には固定子２０２が設けられている。固定子２０２は磁性体の部材であって、電磁コイル２０１に通電すると励磁されて磁気的吸引力が発生し、それによって磁性体の部材からなる可動子２０３を吸引する。また、固定子２０２は、電磁コイル２０１への通電を停止すると磁束が抜けて磁気的吸引力が消失し、スプリング２０４の付勢力によって可動子２０３が離反する。
なお、電磁コイル２０１および固定子２０２は、本発明の移動手段の一構成例である。
【００２７】
固定子２０２は、その内周側にスプリング２０４が設置される中空部２０２ａを有している。スプリング２０４は、その両端部がそれぞれ固定子２０２および可動子２０３と結合している。スプリング２０４は、金属製のつる巻きバネであって、ノズルボディ１１内で固定子２０２と可動子２０３とが最も離れた状態においても自然状態よりも圧縮されている。すなわち、スプリング２０４は、その一端部に結合した可動子２０３を制御室１３側に向けて常に付勢している。この場合、スプリング２０４は、金属製のつる巻きバネに限られずに、両端部を互いに離れる方向に向けて付勢し得る任意の構成を採用することができる。
なお、スプリング２０４は、本発明の第１付勢手段の一構成例である。
【００２８】
また、固定子２０２は、可動子２０３と対向する側の面に可動子２０３側に突出した凸部２０５を有している。凸部２０５は非磁性体の部材であって、電磁コイル２０１への通電によって固定子２０２側に吸引された可動子２０３の端面と接触し、それによって固定子２０２と可動子２０３との間に所定の間隙（クリアランス）を形成させる。この場合、凸部２０５の突出量は、固定子２０２−可動子２０３間のスクイーズ効果を効果的に低減できる任意のクリアランスを形成可能な突出量（例えば２０μｍ〜３０μｍ）を適用することができる。また、凸部２０５の設置箇所は固定子２０２側に限られず、可動子２０３の固定子２０２と対向する側の面に設けられてもよい。
なお、凸部２０５は、本発明の間隙形成部の一構成例である。
【００２９】
更に、固定子２０２は、可動子２０３と対向する側の面に収納部２０６を有している。収納部２０６は可動子２０３側が開口した凹状であって、後述する出没部２０７の全部を収納可能に構成されている。また、収納部２０６は非磁性体の部材にて構成されている。収納部２０６の内部には、出没部２０７の可動子２０３側への突出量を規制するストッパ２０６ａが形成されている。
【００３０】
そして、収納部２０６の内部の電磁コイル２０１側（奥側）には絞り部２０６ｂが形成されている。絞り部２０６ｂは、出没部２０７の可動子２０３側の端面が凸部２０５の位置にあるときに出没部２０７の他端面側の一部分が進入するよう構成されている。また、絞り部２０６ｂは、出没部２０７の端面が固定子の端面の位置になるまで出没部２０７の他端面側が進入できるよう構成されている。絞り部２０６ｂは、出没部２０７の移動軸と直交する断面方向の大きさが収納部２０６の他の部分よりも小さく設定されている。すなわち、出没部２０７と絞り部２０６ｂとの間に形成される間隙（クリアランス）の大きさが、出没部２０７と収納部２０６の他の部分との間に形成されるクリアランスの大きさよりも小さく設定されている。
【００３１】
出没部２０７は、収納部２０６の内部に可動子２０３の移動軸方向に移動可能（出没自在）に収納されている。出没部２０７は非磁性体の部材であって、収納部２０６から可動子２０３側へ突出する部分の面形状が後述する可動子２０３の連通孔２０３ｃと相似する形状（円形）となっている。出没部２０７の電磁コイル２０１側（奥側）には段部２０７ａが形成されており、この段部２０７ａが収納部２０６のストッパ２０６ａに当接することで、可動子２０３側への出没部２０７の突出量が規制される。出没部２０７の可動子２０３側の端面は、段部２０７ａがストッパ２０６ａに当接した状態で凸部２０５よりも可動子２０３側に突出する構成である。
【００３２】
出没部２０７は、電磁コイル２０１側（奥側）の端面がスプリング２０８と結合している。スプリング２０８は、スプリング２０４と同様の金属製のつる巻きバネであって、その他端部が絞り部２０６ｂの電磁コイル２０１側（奥側）の壁面と結合している。スプリング２０８は、出没部２０７がストッパ２０６ａに当接した状態においても自然状態よりも圧縮されている。すなわち、スプリング２０８は、その一端部に結合した出没部２０７を可動子２０３側に向けて常に付勢している。
なお、スプリング２０８は、本発明の第２付勢手段の一構成例である。
【００３３】
出没部２０７は、固定子２０２の中空部２０２ａ（可動子２０３の移動軸）を中心とする円周上の４箇所の位置に略均等（９０°毎）に設けられている。これによって、可動子２０３が固定子２０２側に移動したときに、出没部２０７が可動子２０３のコア部２０３ａと円周上の略均等の４箇所にて接触する。そのため、可動子２０３が固定子２０２に衝突する際の衝撃力を適切に低減することができる。この場合、出没部２０７の設置数は４箇所に限られず、円周上の略均等の位置に複数（例えば３箇所以上）設けることができる。
【００３４】
更に、出没部２０７の可動子２０３と対向する面の面積（Ｓ１）は、出没部２０７の絞り部２０６ｂと対向する面の面積（Ｓ２）、出没部２０７の可動子２０３側における燃料圧力（Ｐ１）、出没部２０７の絞り部２０６ｂ側における燃料圧力（Ｐ２）、およびスプリング２０８の付勢力（Ｆ）に基づいて設定される。具体的には、例えば以下の（１）式を満たす面積が適用される。
（Ｓ１×Ｐ１）−（Ｓ２×Ｐ２）＞Ｆ ・・・（１）
（Ｓ１：出没部２０７の可動子２０３と対向する面の面積，Ｓ２：出没部２０７の絞り部２０６ｂと対向する面の面積，Ｐ１：出没部２０７の可動子２０３側における燃料圧力，Ｐ２：出没部２０７の絞り部２０６ｂ側における燃料圧力，Ｆ：スプリング２０８の付勢力）
上記（１）式を満たすように出没部２０７の可動子２０３と対向する面の面積（Ｓ１）を設定することで、出没部２０７の可動子２０３側の面圧（Ｓ１×Ｐ１）と絞り部２０６ｂ側の面圧（Ｓ２×Ｐ２）との差分がスプリング２０８の付勢力（Ｆ）よりも大きくなる。そのため、出没部２０７が絞り部２０６ｂに進入する。
【００３５】
可動子２０３は制御室１３と固定子２０２との間に移動自在に設けられている。可動子２０３は、固定子２０２側に円盤形状のコア部２０３ａと、制御室１３側に開閉弁２０３ｂとを備えている。コア部２０３ａの固定子２０２側はスプリング２０４と結合しており、それによって可動子２０３が制御室１３側に付勢されている。可動子２０３は磁性体の部材であって、電磁コイル２０１に通電すると励磁されて磁気的吸引力が発生し、それによって固定子２０２側に吸引される（固定子２０２側に移動する）。また、可動子２０３は、電磁コイル２０１への通電を停止すると磁束が抜けて磁気的吸引力が消失し、スプリング２０４の付勢力によって固定子２０２側から離反して制御室１３側に移動する。開閉弁２０３ｂは、可動子２０３の移動に伴って制御室１３の燃料排出流路１３ｂを開閉する。すなわち、可動子２０３が固定子２０２側に移動すると開閉弁２０３ｂが燃料排出流路１３ｂを開放する。また、可動子２０３が制御室１３側に移動すると開閉弁２０３ｂが燃料排出流路１３ｂを閉鎖する。
なお、可動子２０３は、本発明の移動手段の一構成例である。
【００３６】
可動子２０３のコア部２０３ａには連通孔２０３ｃが設けられている。連通孔２０３ｃは、コア部２０３ａの制御室１３側と固定子２０２（出没部２０７）側とを連通している円形の孔である。連通孔２０３ｃは、固定子２０２に設けられた４つの出没部２０７に対向する位置のコア部２０３ａにそれぞれ設けられている（図２（ｂ）参照）。
【００３７】
また、連通孔２０３ｃの半径（ｒ）は、例えば以下の（２）および（３）式を満たす半径が適用される。
Ｓ１＞πｒ２ ・・・（２）
（πｒ２×Ｐ１）−（Ｓ２×Ｐ２）＞Ｆ ・・・（３）
（ｒ：連通孔２０３ｃの半径，Ｓ１：出没部２０７の可動子２０３と対向する面の面積，Ｓ２：出没部２０７の絞り部２０６ｂと対向する面の面積，Ｐ１：出没部２０７の可動子２０３側における燃料圧力，Ｐ２：出没部２０７の絞り部２０６ｂ側における燃料圧力，Ｆ：スプリング２０８の付勢力）
上記（２）式を満たすように連通孔２０３ｃの半径（ｒ）を設定することで、可動子２０３が固定子２０２側へ移動したときに連通孔２０３ｃ周りのコア部２０３ａと出没部２０７とが干渉し、それによって出没部２０７が収納部２０６に押し込まれる。また、上記（３）式を満たすように連通孔２０３ｃの半径（ｒ）を設定することで、連通孔２０３ｃを通じて供給される燃料によって出没部２０７が受ける面圧（πｒ２×Ｐ１）と出没部２０７の絞り部２０６ｂ側の面圧（Ｓ２×Ｐ２）との差分がスプリング２０８の付勢力（Ｆ）よりも大きくなる。そのため、出没部２０７が絞り部２０６ｂに進入する。
なお、本実施例の連通孔２０３ｃの半径ｒは制御室１３側から固定子２０２（出没部２０７）側にかけて一定であるが、これに限られない。例えば、制御室１３側から固定子２０２（出没部２０７）側にかけて孔径が縮小するテーパ形状であってもよい。この場合、連通孔２０３ｃの最も小径の部分の半径ｒが上記（２）および（３）式を満たすことが望ましい。
【００３８】
以上のように構成されるインジェクタ１における電磁弁２０の動作について、図３を参照しつつ説明する。図３は、電磁弁２０の動作の説明図である。なお、図３には電磁弁２０の一部の構成（出没部２０７の周囲）のみを示している。
図３（ａ）は電磁コイル２０１への通電が停止した状態を示している。電磁コイル２０１への通電が停止した状態では、可動子２０３がスプリング２０４の付勢力によって制御室１３側に移動し、開閉弁２０３ｂが燃料排出流路１３ｂを閉鎖する。そして、燃料導入流路１３ａを通じて導入される燃料によって制御室１３内部の圧力が上昇しスプリング１４ａの付勢力を上回ると、ニードル１４が閉弁方向（燃料噴射孔１２側）へ移動して弁座１５に着座する。これにより、燃料噴射孔１２からの燃料噴射が停止する。この時点において、非磁性体の部材からなる出没部２０７は磁気的吸引力の影響を受けないために、スプリング２０８の付勢力によって凸部２０５よりも可動子２０３側に突出した状態となっている。
【００３９】
図３（ｂ）は電磁コイル２０１への通電を開始した状態を示している。ＥＣＵの指令によって電磁コイル２０１に電流が流れる（通電する）と、磁性体である固定子２０２および可動子２０３にそれぞれ磁束が発生する。磁束が発生すると、磁気的吸引力により可動子２０３がスプリング２０４の付勢力に抗して固定子２０２側に吸引されて移動し、それによって開閉弁２０３ｂが燃料排出流路１３ｂを開放する。そして、開放された燃料排出流路１３ｂを通じて電磁弁２０側への燃料の排出が開始される。
【００４０】
図４は、実施例の電磁弁２０における可動子２０３の挙動を示している。可動子２０３が固定子２０２側に移動するにつれて出没部２０７との間の距離が小さくなり、両者の間にスクイーズ効果による力が生じる。それによって可動子２０３が固定子２０２に衝突する衝撃力が低減される（図４（ａ）参照）。可動子２０３がさらに固定子２０２側に移動すると、連通孔２０３ｃ周りのコア部２０３ａと出没部２０７とが干渉し（（２）式参照）、それによって出没部２０７が収納部２０６に押し込まれる。そして、可動子２０３が出没部２０７を収納部２０６へ押し込むときに、スプリング２０８の付勢力によって可動子２０３が固定子２０２に衝突する衝撃力が従来技術よりも低減される（図４（ｂ）参照）。このように、本実施例のインジェクタ１は、電磁弁２０における可動子２０３が固定子２０２に衝突する際の衝撃力を効果的に低減することができるために、衝突時のバウンスによる燃料噴射量の変動を抑制することができる。
【００４１】
図３（ｃ）は可動子２０３が固定子２０２側に移動した状態を示している。可動子２０３は、固定子２０２の凸部２０５に接触することで固定子２０２側への移動が停止する。そして、開放された燃料排出流路１３ｂを通じて制御室１３内部から電磁弁２０側へ燃料が排出されて制御室１３内部の圧力が低下する。制御室１３内部の圧力がスプリング１４ａの付勢力を下回ると、ニードル１４が開弁方向（電磁弁２０側）へ移動して弁座１５から離座する。これにより、燃料噴射孔１２から燃料が噴射される。
【００４２】
図３（ｄ）は出没部２０７が絞り部２０６ｂに進入した状態を示している。燃料排出流路１３ｂを通じて電磁弁２０側へ排出された燃料は、可動子２０３の連通孔２０３ｃを通じて出没部２０７の可動子２０３と対向する面に向かう。同様に、電磁弁２０側へ排出された燃料は、固定子２０２と可動子２０３との間隙部分を通じて収納部２０６および絞り部２０６ｂに向かう。ここで、出没部２０７と絞り部２０６ｂとの間に形成されるクリアランスの大きさが、出没部２０７と収納部２０６の他の部分との間に形成されるクリアランスの大きさよりも小さいために、絞り部２０６ｂにおいて燃料の圧損が生じる。そのため、出没部２０７の可動子２０３側における燃料圧力（Ｐ１）と、出没部２０７の絞り部２０６ｂ側における燃料圧力（Ｐ２）との間にＰ１＞Ｐ２の圧力差が生じる。それによって、出没部２０７における面圧の差分がスプリング２０８の付勢力を上回るために（（１）および（３）式参照）、出没部２０７が絞り部２０６ｂに進入する。出没部２０７が絞り部２０６ｂに進入すると、出没部２０７の可動子２０３と対向する面の位置が固定子２０２の面の位置と同等になる。そのため、可動子２０３と固定子２０２との間に凸部２０５ぶんのクリアランスが形成される。
【００４３】
可動子２０３−固定子２０２間に所定のクリアランスが形成されると、スプリング２０４の付勢力によって可動子２０３が固定子２０２から離反するときは可動子２０３−固定子２０２間のギャップがより大きい状態にある。そのため、可動子２０３−固定子２０２間のスクイーズ効果がより小さい状態にあるために、制御室１３側へ可動子２０３が移動する際の応答性が従来技術よりも向上する（図４（ｃ）参照）。よって、可動子２０３の応答性の向上に伴ってニードル１４の閉弁応答性も向上する。このように、本実施例のインジェクタ１は、可動子２０３が固定子２０２から離反する際に可動子２０３−固定子２０２間のスクイーズ効果をより小さくすることでニードル１４の閉弁応答性を高めることができる。
【００４４】
図３（ｅ）は電磁コイル２０１への通電を停止した後の状態を示している。ＥＣＵの指令によって電磁コイル２０１への通電が停止されると、電磁コイル２０１に流れる電流値がゼロに向かって小さくなってゆくために、電磁コイル２０１から発生する磁場もゼロに向かって弱まってゆく。そして、磁場による磁気的吸引力がスプリング２０４の付勢力を下回ると、可動子２０３が固定子２０２側から離反し制御室１３側に移動することで、開閉弁２０３ｂが燃料排出流路１３ｂを閉鎖する。そして、燃料導入流路１３ａを通じて導入される燃料によって制御室１３内部の圧力が上昇しスプリング１４ａの付勢力を上回ると、ニードル１４が閉弁方向（燃料噴射孔１２側）へ移動して弁座１５に着座する。これにより、燃料噴射孔１２からの燃料噴射が停止する。
【００４５】
可動子２０３が固定子２０２側から離反すると、可動子２０３が離反する際のスクイーズ効果およびスプリング２０８の付勢力によって、出没部２０７が収納部２０６から可動子２０３側に突出する。すなわち、図３（ａ）の状態に戻ることから、次回の通電時にも可動子２０３が固定子２０２に衝突する際の衝撃力を効果的に低減することができる。
【００４６】
以上のように、本実施例のインジェクタは、電磁コイルを固定する固定子と、可動子と、可動子を制御室側に付勢するスプリングと、固定子側に設けられた凸部と、可動子に対向する側の固定子に凹状に形成された収納部と、収納部に出没可能に設けられ、凸部よりも大きく可動子側に突出可能な出没部と、出没部を可動子側に付勢するスプリングと、出没部に対向する部分の可動子に形成された連通孔と、を備え、収納部の内部の電磁コイル側には、収納部の他の部分よりも出没部との間の間隙がより小さい絞り部が形成されていることを特徴とする。これによって、磁気的吸引力によって可動子が固定子側に移動するときは、可動子側に突出した出没部との間のスクイーズ効果、およびスプリングの付勢力によって可動子が固定子に衝突する際の衝撃力が低減される。また、可動子が固定子側に移動すると、可動子の連通孔を通じて供給される燃料圧力と絞り部における燃料圧力との差分によって出没部が絞り部に進入し、可動子−固定子間に所定の間隙が形成される。そのため、スプリングの付勢力によって可動子が固定子から離反するときは可動子−固定子間のギャップがより大きい状態にあり、スクイーズ効果がより小さい状態にあるために、制御室側へ可動子が移動する際の応答性が向上する。よって、可動子の衝突時の衝撃力を低減しつつ、ニードル閉弁の応答性を高めることができる。
【００４７】
また、本実施例のインジェクタは、出没部の可動子に対向する面の面積が、出没部の絞り部に対向する面の面積と、出没部の可動子側における燃料の圧力と、出没部の絞り部側における燃料の圧力と、スプリングの付勢力と、に基づいて設定される。これによって、出没部の可動子側の面圧と絞り部側の面圧との差分を大きくすることができ、出没部を絞り部に進入させて可動子−固定子間に所定の間隙を形成させることができる。よって、可動子が制御室側へ移動する際の可動子−固定子間のスクイーズ効果をより小さくすることができることから、ニードル閉弁の応答性を高めることができる。
【００４８】
そして、本実施例のインジェクタは、出没部の可動子に対向する面が連通孔と相似する形状であって、可動子の移動軸を中心とする円周上の複数の位置に略均等に出没部が設けられている。これによって、連通孔を通じて供給される燃料圧力と絞り部における燃料圧力との差分を大きくすることができ、出没部を絞り部に進入させるための差圧を適切に発生させることができる。また、出没部を可動子の移動軸を中心とする円周上の複数の位置に略均等に設けることで、可動子が固定子に衝突する際の衝撃力を適切に低減することができる。
【００４９】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５０】
例えば、本実施例の電磁弁２０では可動子２０３を固定子２０２側に移動させることで制御室１３の燃料排出流路１３ｂを開放する構成（外開き型）であるが、可動子２０３を固定子２０２側に移動させることで燃料排出流路１３ｂを閉鎖する構成（内開き型）であってもよい。この構成によれば、可動子２０３が固定子２０２側から離反する際の応答性を向上させることで、ニードル１４の開弁応答性を高めることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１ インジェクタ
１１ ノズルボディ
１２ 燃料噴射孔
１３ 制御室
１３ｂ 燃料排出流路
１４ ニードル
２０ 電磁弁
２０１ 電磁コイル（移動手段）
２０２ 固定子（移動手段）
２０３ 可動子（移動手段）
２０３ｃ 連通孔
２０４ スプリング（第１付勢手段）
２０６ 収納部
２０６ｂ 絞り部
２０７ 出没部
２０８ スプリング（第２付勢手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルボディ内部の制御室と固定子との間を移動し、前記制御室に設けられた燃料排出流路を開閉する可動子を有する燃料噴射弁であって、
前記可動子を前記制御室側に付勢する第１付勢手段と、
前記第１付勢手段の付勢力に抗して前記可動子を前記固定子側に移動させる移動手段と、
前記移動手段によって前記固定子側に移動した前記可動子と前記固定子との間に所定の大きさの間隙を形成する間隙形成部と、
前記可動子に対向する側の前記固定子に凹状に形成された収納部と、
前記収納部に出没可能に設けられた出没部と、
前記出没部を前記可動子側に突出するよう付勢する第２付勢手段と、
前記出没部に対向する部分の前記可動子に形成され、前記制御室側と前記固定子側とを連通する連通孔と、を備え、
前記収納部には、前記固定子側に移動した前記可動子によって押し込まれた前記出没部の一部分が進入する絞り部が形成され、
前記絞り部と前記出没部との間に形成される間隙の大きさが、前記収納部の他の部分と前記出没部との間に形成される間隙の大きさよりも小さいことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記出没部の前記可動子に対向する面の面積は、前記出没部の前記絞り部に対向する面の面積と、前記出没部の前記可動子側における燃料の圧力と、前記出没部の前記絞り部側における燃料の圧力と、前記第２付勢手段の付勢力と、に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記出没部は、前記可動子に対向する面が前記連通孔と相似する形状であって、前記可動子の移動軸を中心とする円周上の複数の位置に略均等に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記移動手段は、磁性体の部材からなる前記固定子に設けられた電磁コイルへの通電によって発生する磁気的吸引力によって磁性体の部材からなる前記可動子を前記固定子側に移動させるものであって、
前記出没部は、非磁性体の部材からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１】
ノズルボディ内部の制御室と固定子との間を移動し、前記制御室に設けられた燃料排出流路を開閉する可動子を有する燃料噴射弁であって、
前記可動子を前記制御室側に付勢する第１付勢手段と、
前記第１付勢手段の付勢力に抗して前記可動子を前記固定子側に移動させる移動手段と、
前記移動手段によって前記固定子側に移動した前記可動子と前記固定子との間に所定の大きさの間隙を形成する間隙形成部と、
前記可動子に対向する側の前記固定子に凹状に形成された収納部と、
前記収納部に出没可能に設けられた出没部と、
前記出没部を前記可動子側に突出するよう付勢する第２付勢手段と、
前記出没部に対向する部分の前記可動子に形成され、前記制御室側と前記固定子側とを連通する連通孔と、を備え、
前記収納部には、前記固定子側に移動した前記可動子によって押し込まれた前記出没部の一部分が進入する絞り部が形成され、
前記絞り部と前記出没部との間に形成される間隙の大きさが、前記収納部の他の部分と前記出没部との間に形成される間隙の大きさよりも小さいことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記出没部の前記可動子に対向する面の面積は、前記出没部の前記絞り部に対向する面の面積と、前記出没部の前記可動子側における燃料の圧力と、前記出没部の前記絞り部側における燃料の圧力と、前記第２付勢手段の付勢力と、に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記出没部は、前記可動子に対向する面が前記連通孔と相似する形状であって、前記可動子の移動軸を中心とする円周上の複数の位置に略均等に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記移動手段は、磁性体の部材からなる前記固定子に設けられた電磁コイルへの通電によって発生する磁気的吸引力によって磁性体の部材からなる前記可動子を前記固定子側に移動させるものであって、
前記出没部は、非磁性体の部材からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２２５１８５（Ｐ２０１２−２２５１８５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１１７１（Ｐ２０１１−９１１７１）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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