(57)【要約】【課題】バネを配置するための空間を広く確保しながらも、ダンパー室による減衰の効果を十分に発揮することのできる燃料噴射弁、を提供する。【解決手段】燃料噴射弁１０は、燃料を噴射するための噴孔５１１が、長手方向における一端に形成されたハウジング１００と、ハウジング１００の内部において移動することにより、噴孔５１１の開閉を切り換えるニードル２００と、少なくとも一部が磁性体によって形成された部材であって、ハウジング１００の内部に固定されている固定コア４００と、少なくとも一部が磁性体によって形成された部材であって、ハウジング１００の内部において、ニードル２００と共に移動可能な状態で配置されている可動コアと３００と、を備える。ニードル２００とハウジング１００との間には、ニードル２００の動作速度を減衰させるためのダンパー室２５０が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射するための噴孔（５１１）が、長手方向における一端に形成されたハウジング（１００）と、
前記ハウジングの内部において前記長手方向に沿って移動することにより、前記噴孔の開閉を切り換えるニードル（２００）と、
少なくとも一部が磁性体によって形成された部材であって、前記ハウジングの内部に固定されている固定コア（４００）と、
少なくとも一部が磁性体によって形成された部材であって、前記ハウジングの内部において、前記長手方向に沿って前記ニードルと共に移動可能な状態で配置されている可動コア（３００）と、
前記固定コアと前記可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるコイル（６００）と、を備え、
前記ニードルと前記ハウジングとの間には、前記ニードルの動作速度を減衰させるためのダンパー室（２５０）が形成されている燃料噴射弁。
【請求項２】
前記ニードルには、
小径部（２３２）と、前記小径部よりも外径の大きな部分である大経部（２３１，２４０）とが、前記長手方向に沿って並ぶように設けられており、
前記ダンパー室は前記小径部の周りに形成されている、請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ハウジングの内部には、外部から供給された燃料を前記噴孔に導くための燃料通路が形成されており、
前記ニードルと前記ハウジングとが互いに対向している摺動部（２７１，２７２，２７３）とは異なる位置に、前記ダンパー室と前記燃料通路との間を連通させる連通路（２３３，２４１，２６１）が形成されている、請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
燃料として気体燃料が用いられる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
燃料として水素が用いられる、請求項４に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に設けられる燃料噴射弁として、磁気吸引力によって内部の可動コアをニードルと共に動作させることにより、燃料の出口である噴孔の開閉を切り換える構成のものが知られている。
【０００３】
例えば下記特許文献１に記載の燃料噴射弁は、ハウジングの内部に固定された固定コアと、ハウジングの内部において移動可能な状態で配置された可動コアと、固定コアと可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるコイルと、を備えている。燃料噴射弁から燃料が噴射される際には、コイルに電流が供給される。そのとき発生した磁気吸引力によって、可動コアがニードルと共に固定コア側に移動し、噴孔が開かれた状態となる。
【０００４】
ニードル等の可動部材が動作する際において、その動作速度が大きいままハウジング等の固定部材に衝突すると、衝突箇所において部材の損傷や摩耗が生じ、燃料噴射弁の動作特性が変化してしまうことがある。これを防止するために、燃料噴射弁の内部には、可動部材の動作速度を減衰させるためのダンパー室が形成される。下記特許文献１には、可動コアの動作速度を減衰させるためのダンパー室を、ハウジングの内部、具体的には可動コアとハウジングとの間となる位置に形成した燃料噴射弁の例も記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１８９００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハウジングの内部には、可動コアを、噴孔と反対側の方向に向けて付勢するためのバネが配置されることが多い。当該バネのばね定数が適切な値となっていない場合には、ハウジングの内部で共振が生じてしまうことがある。共振を確実に防止するためには、バネが配置される空間を比較的広く確保しておき、バネの設計自由度を高めておくことが好ましい。このため、上記のバネは、ハウジングの内部のうち比較的広い空間を確保し得る部分、具体的には、可動コアとハウジングとの間となる位置に配置することが好ましい。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている例のように、可動コアとハウジングとの間となる位置にダンパー室を形成した場合には、バネを配置するための広い空間を同位置に確保することができなくなってしまう。このように、バネを配置するための空間を広く確保することと、ダンパー室による減衰の効果を十分に発揮することと、を両立させるような構成については、従来の燃料噴射弁では更なる改良の余地があった。
【０００８】
本開示は、バネを配置するための空間を広く確保しながらも、ダンパー室による減衰の効果を十分に発揮することのできる燃料噴射弁、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】
本開示に係る燃料噴射弁（１０）は、燃料を噴射するための噴孔（５１１）が、長手方向における一端に形成されたハウジング（１００）と、ハウジングの内部において長手方向に沿って移動することにより、噴孔の開閉を切り換えるニードル（２００）と、少なくとも一部が磁性体によって形成された部材であって、ハウジングの内部に固定されている固定コア（４００）と、少なくとも一部が磁性体によって形成された部材であって、ハウジングの内部において、長手方向に沿ってニードルと共に移動可能な状態で配置されている可動コア（３００）と、固定コアと可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるコイル（６００）と、を備える。ニードルとハウジングとの間には、ニードルの動作速度を減衰させるためのダンパー室（２５０）が形成されている。
【００１０】
このような構成の燃料噴射弁では、ニードルの動作速度を減衰させるためのダンパー室が、ニードルとハウジングとの間となる位置に形成されている。可動コアとハウジングとの間となる位置にはダンパー室を形成する必要がないので、当該位置に、バネを配置するための空間を広く確保することができる。これにより、バネを配置するための空間を広く確保しながらも、ダンパー室による減衰の効果を十分に発揮することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、バネを配置するための空間を広く確保しながらも、ダンパー室による減衰の効果を十分に発揮することのできる燃料噴射弁、が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１実施形態に係る燃料噴射弁の内部構造を示す断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ部における構成を拡大して示す図である。
【図３】図３は、第２実施形態に係る燃料噴射弁の内部構造を示す断面図である。
【図４】図４は、図３のＢ部における構成を拡大して示す図である。
【図５】図５は、第３実施形態に係る燃料噴射弁の、内部構造の一部を示す断面図である。
【図６】図６は、第４実施形態に係る燃料噴射弁の、内部構造の一部を示す断面図である。
【図７】図７は、第５実施形態に係る燃料噴射弁の、内部構造の一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１４】
第１実施形態に係る燃料噴射弁１０の構成について、図１を参照しながら説明する。燃料噴射弁１０は、不図示の内燃機関に設けられ、当該内燃機関に燃料を噴射し供給するための装置である。燃料としては、本実施形態では気体燃料、具体的には水素が用いられる。燃料噴射弁１０は、ハウジング１００と、ニードル２００と、可動コア３００と、固定コア４００と、コイル６００と、を備えている。
【００１５】
ハウジング１００は、その全体が概ね筒状の容器として形成された部材である。図１では、ハウジング１００がその長手方向を上下方向に沿わせた状態が描かれている。以下の説明においては、図１における上方側を示すものとして、単に「上方側」等の語を用いることがある。また、図１における下方側を示すものとして、単に「下方側」等の語を用いることがある。後の説明に用いる図２乃至図７においても同様である。
【００１６】
後に説明するように、燃料噴射弁１０から噴射される燃料は、ハウジング１００の内部を上方側から下方側に向かって流れる。後述のニードル２００、可動コア３００、及び固定コア４００は、いずれのハウジング１００の内部に収容されている。
【００１７】
ハウジング１００は、第１筒状部材１１０と、第２筒状部材１２０と、第３筒状部材１３０と、第４筒状部材１４０と、第５筒状部材１５０と、を有している。これらはいずれも略円筒状の部材として形成されており、それぞれの中心軸を互いに一致させた状態で配置されている。
【００１８】
第１筒状部材１１０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って最も下流側となる位置に配置された部材である。第１筒状部材１１０はマルテンサイト系ステンレスによって形成されており、その硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。第１筒状部材１１０の内部には空間１１１が形成されており、この空間１１１に後述のニードル２００が収容されている。
【００１９】
第１筒状部材１１０の下端部では、噴射ノズル５００が内側に圧入され溶接されている。噴射ノズル５００はハウジング１００の一部をなすものであって、円筒部５２０と閉塞部５１０とを有している。円筒部５２０は円筒状に形成された部分である。円筒部５２０は、その中心軸を第１筒状部材１１０の中心軸と一致させた状態で、第１筒状部材１１０の内側に嵌め込まれている。円筒部５２０の内周面５２１は、ニードル２００の摺接部２２２（後述）が当接した状態で摺動する面となっている。
【００２０】
閉塞部５１０は、円筒部５２０のうち下方側の端部を塞ぐように形成された部分である。閉塞部５１０には噴孔５１１が形成されている。噴孔５１１は、閉塞部５１０の中心を図１の上下方向に貫くように形成された貫通穴である。噴孔５１１によって、第１筒状部材１１０の内部の空間１１１と外部空間とが連通されている。噴孔５１１は、燃料噴射弁１０から噴射される燃料の出口として形成されている。このように、燃料噴射弁１０では、燃料を噴射するための噴孔５１１が、ハウジング１００の長手方向における一端に形成されている。
【００２１】
閉塞部５１０の内面には、噴孔５１１の周囲を囲むように弁座５１２が形成されている。弁座５１２は、噴孔５１１を塞ぐために、ニードル２００のシール部２２１（後述）が当接する部分である。
【００２２】
噴射ノズル５００は、その全体がマルテンサイト系ステンレスによって形成されており、その硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。また、噴射ノズル５００のうちニードル２００が当接する部分、すなわち弁座５１２と内周面５２１とには、窒化処理が施されている。内周面５２１には、摩擦力を低下させるためのＤＬＣコートが更に施されている。
【００２３】
第１筒状部材１１０のうち噴射ノズル５００とは反対側、つまり上方側の部分は拡径されており、当該部分から更に上方側に向かって伸びるように拡径円筒部１１２が形成されている。拡径円筒部１１２の内面は、後に説明するように可動コア３００の一部が当接した状態で摺動する部分となっている。このため、拡径円筒部１１２には窒化処理が施されている。拡径円筒部１１２の上端、つまり第１筒状部材１１０の上端には、第２筒状部材１２０の下端が接続されている。
【００２４】
第２筒状部材１２０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って第１筒状部材１１０の上流側となる位置に配置された円筒形状の部材である。第２筒状部材１２０の内径及び外径は、拡径円筒部１１２の内径及び外径とそれぞれ等しい。第２筒状部材１２０は、磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。第２筒状部材１２０の上端には、第３筒状部材１３０の下端が接続されている。
【００２５】
第３筒状部材１３０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って第２筒状部材１２０の上流側となる位置に配置された円筒形状の部材である。第３筒状部材１３０の内径及び外径は、第２筒状部材１２０の内径及び外径とそれぞれ等しい。第３筒状部材１３０は、非磁性体であるオーステナイト系ステンレスによって形成されている。第３筒状部材１３０の上端には、第４筒状部材１４０の下端が接続されている。
【００２６】
第４筒状部材１４０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って第３筒状部材１３０の上流側となる位置に配置された円筒形状の部材である。第４筒状部材１４０の内径及び外径は、第３筒状部材１３０の内径及び外径とそれぞれ等しい。第４筒状部材１４０は、磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。第４筒状部材１４０の上方側部分では、第５筒状部材１５０の下端部分が内側に圧入され溶接されている。
【００２７】
第５筒状部材１５０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って最も上流側となる位置に配置された略円筒形状の部材である。第５筒状部材１５０はオーステナイト系ステンレスによって形成されている。第５筒状部材１５０の上端部には導入口１５３が形成されている。導入口１５３は、外部から導入される燃料の入口として形成された開口である。
【００２８】
第５筒状部材１５０の内部に形成された空間１５１のうち、導入口１５３の近傍となる位置には、フィルタ１５２が設けられている。フィルタ１５２は、導入口１５３から導入された燃料に含まれる異物を捕集するためのものである。
【００２９】
ニードル２００は、ハウジング１００の内部に配置された棒状の部材である。ニードル２００は、その中心軸をハウジング１００の中心軸に移動させた状態で、ハウジング１００の長手方向、すなわち図１の上下方向に沿って移動可能な状態で配置されている。ニードル２００はマルテンサイト系ステンレスによって形成されており、硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。ニードル２００のうち噴射ノズル５００側の端部には、シール部２２１が形成されている。
【００３０】
ニードル２００が、その可動範囲のうち最も下方側まで移動すると、図１に示されるようにシール部２２１が弁座５１２に当接し、噴孔５１１が閉じられた状態となる。これにより、噴孔５１１からの燃料の噴射が停止される。ニードル２００が上方側に移動し、シール部２２１が弁座５１２から離れると、噴孔５１１が開かれた状態となる。これにより、噴孔５１１からの燃料の噴射が行われる。このように、ニードル２００は、ハウジング１００の内部において長手方向に沿って移動することにより、噴孔５１１の開閉を切り換えるための部材として設けられている。
【００３１】
以下の説明においては、噴孔５１１が開かれるようにニードル２００が移動する方向の側、すなわち図１における上側のことを、「開弁側」とも称することがある。また、噴孔５１１が閉じられるようにニードル２００が移動する方向の側、すなわち図１における下側のことを、「閉弁側」とも称することがある。
【００３２】
ニードル２００の側面のうち、シール部２２１よりも僅かに開弁側となる位置には、外方に向けて突出する摺接部２２２が複数形成されている。摺接部２２２は、その先端を円筒部５２０の内周面５２１に当接させた状態で摺動する部分である。複数の摺接部２２２は、ニードル２００の周方向に沿って並ぶように形成されている。互いに隣り合う摺接部２２２同士の間には、燃料が通るための経路として凹部が形成されている。ニードル２００のうちシール部２２１及び摺接部２２２には、窒化処理が施されている。摺接部２２２には更にＤＬＣコートが施されている。これにより、摺接部２２２と内周面５２１との間における摩擦抵抗が低下している。
【００３３】
ニードル２００は、後に説明する可動コア３００を上下方向に貫いた状態で配置されている。ニードル２００の上端部は、可動コア３００の上端よりも更に上方側に配置されている。ニードル２００の上端部分における側面には、外方に向けて突出するように拡径部２１０が形成されている。拡径部２１０のうち可動コア３００側の面、すなわち閉弁側の面は、可動コア３００の端面に当接している。
【００３４】
ニードル２００の内部には空間２０１が形成されている。空間２０１は、ニードル２００のうち拡径部２１０の開弁側端部から、可動コア３００よりも閉弁側となる位置まで伸びるように形成されている。ニードル２００のうち開弁側の端部では、空間２０１が外部に開放されている。空間２０１のうち可動コア３００よりも閉弁側となる位置では、ニードル２００に貫通穴２０２が複数形成されている。この貫通穴２０２により、空間２０１と空間１１１とが連通されている。
【００３５】
可動コア３００は、その全体が略円筒形状に形成された部材である。可動コア３００は、その中心軸をハウジング１００の中心軸に移動させた状態で、ニードル２００と共にハウジング１００の長手方向、すなわち図１の上下方向に沿って移動可能な状態で配置されている。可動コア３００は、可動側高硬度部３１０と可動側低硬度部３２０とを有している。
【００３６】
可動側高硬度部３１０は、その一部が可動側低硬度部３２０よりも内側となる位置に配置された略円筒形状の部分である。可動側高硬度部３１０は、非磁性体であり且つ比較的硬度の高い材料であるマルテンサイト系ステンレスによって形成されている。可動側高硬度部３１０には、その硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。可動側高硬度部３１０の中央には、これを上下方向、すなわちハウジング１００の長手方向に貫くように可動側貫通穴３１３が形成されている。先に説明したニードル２００は、この可動側貫通穴３１３に挿通されている。ニードル２００の外側面は、可動側貫通穴３１３の内面に当接した状態で摺動可能となっている。可動側貫通穴３１３の内面には窒化処理が施されている。また、ニードル２００の外側面にも窒化処理が施されており、更にＤＬＣコートが施されている。
【００３７】
可動側高硬度部３１０のうち開弁側の端面には、ニードル２００の拡径部２１０が上方側から当接している。尚、可動側高硬度部３１０の開弁側の端面の一部は、後に説明するように、開弁時において固定コア４００に当たる部分となっている。可動側高硬度部３１０の開弁側の端面では、ニードル２００の拡径部２１０が当接する部分と、固定コア４００に当たる部分と、のそれぞれに対して窒化処理が施されている。また、拡径部２１０のうち閉弁側の端面にも窒化処理が施されている。
【００３８】
可動側高硬度部３１０のうち閉弁側の部分は拡径されており、側方に向けて突出する拡径部３１１が形成されている。拡径部３１１の先端面３１２は、第１筒状部材１１０のうち拡径円筒部１１２の内面に当接している。可動コア３００が移動する際には、拡径部３１１の先端面３１２が拡径円筒部１１２の内面に当接した状態で摺動する。先端面３１２には窒化処理が施されており、更にＤＬＣコートが施されている。
【００３９】
可動側低硬度部３２０は、可動側高硬度部３１０よりも外側となる位置に配置された略円筒形状の部分である。可動側低硬度部３２０は、その内面を可動側高硬度部３１０の外面に当接させた状態で、可動側高硬度部３１０に対し所謂「打ち込み」によって固定されている。可動側低硬度部３２０の閉弁側の端面は、可動側高硬度部３１０の拡径部３１１に当接している。
【００４０】
可動側低硬度部３２０は、磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。その結果、可動側低硬度部３２０は、可動側高硬度部３１０よりも硬度が低い部分となっている。ハウジング１００の内部において可動側低硬度部３２０が配置されている位置は、第２筒状部材１２０と概ね対向する位置となっている。
【００４１】
可動側低硬度部３２０の開弁側の端面の位置は、可動側高硬度部３１０の開弁側の端面の位置よりも、僅かに閉弁側となっている。換言すれば、可動側高硬度部３１０の上端面は、可動側低硬度部３２０の上端面よりも僅かに上方側に向けて突出している。
【００４２】
その結果、可動側高硬度部３１０は、可動コア３００のうち、ハウジング１００の長手方向に沿った一方側の端部である上端部から、他方側の端部である下端部まで伸びるように形成されている。
【００４３】
可動コア３００のうち外周部近くとなる位置には、可動コア３００を上下方向に沿って貫く貫通穴３０１が複数形成されている。それぞれの貫通穴３０１は、可動側高硬度部３１０の拡径部３１１と、可動側低硬度部３２０との両方を貫くように形成されている。貫通穴３０１の機能については後述する。
【００４４】
尚、本実施形態では上記のように、可動コア３００の一部である可動側低硬度部３２０が磁性体によって形成されており、その他の部分である可動側高硬度部３１０が非磁性体によって形成されている。このような態様に替えて、可動コア３００の全体が、磁性体からなる単一の材料によって形成されているような態様であってもよい。
【００４５】
固定コア４００は、可動コア３００と同様に、その全体が略円筒形状に形成された部材である。固定コア４００は、その中心軸をハウジング１００の中心軸に移動させた状態で、ハウジング１００の内部に固定されている。固定コア４００が設けられている位置は、開弁側において可動コア３００と隣り合う位置である。図１のようにニードル２００のシール部２２１が弁座５１２に当接しているときにおいては、固定コア４００と可動コア３００との間には隙間が形成されている。固定コア４００は、固定側低硬度部４２０と固定側高硬度部４１０とを有している。
【００４６】
固定側低硬度部４２０は、可動コア３００の上方側となる位置に配置された略円筒形状の部分である。ハウジング１００の内部において固定側低硬度部４２０が配置されている位置は、第４筒状部材１４０と概ね対向する位置となっている。固定側低硬度部４２０の外側面は、第４筒状部材１４０の内面に対して溶接によって固定されている。
【００４７】
固定側低硬度部４２０には、これを上下方向に沿って貫くように貫通穴４２１が形成されている。固定側低硬度部４２０は、磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。その結果、固定側低硬度部４２０は、次に述べる固定側高硬度部４１０よりも硬度が低い部分となっている。
【００４８】
固定側高硬度部４１０は、固定側低硬度部４２０よりも内側となる位置、具体的には貫通穴４２１のうち下方側の部分に配置された略円筒形状の部分である。固定側高硬度部４１０は、非磁性体であり且つ比較的硬度の高い材料であるマルテンサイト系ステンレスによって形成されている。固定側高硬度部４１０には、その硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。固定側高硬度部４１０のうち可動コア３００側の端面は、可動コア３００の可動側高硬度部３１０が当たる部分となっている。このため、当該端面には窒化処理が施されている。固定側高硬度部４１０は、その外面を固定側低硬度部４２０の内面に当接させた状態で、固定側低硬度部４２０に対して溶接によって固定されている。
【００４９】
固定側高硬度部４１０の中央には、これを上下方向に貫くように固定側貫通穴４０１が形成されている。先に説明したニードル２００の空間２０１は、この固定側貫通穴４０１及び貫通穴４２１を介して第５筒状部材１５０の空間１５１に連通されている。
【００５０】
固定側貫通穴４０１のうち可動コア３００側の部分には、ニードル２００の拡径部２１０が下方から挿通されている。当該部分における固定側貫通穴４０１の内径は、他の部分における固定側貫通穴４０１の内径よりも僅かに大きくなっている。このため、ニードル２００の拡径部２１０と、固定側貫通穴４０１の内面との間には隙間が形成されている。
【００５１】
固定側低硬度部４２０の閉弁側の端面の位置は、固定側高硬度部４１０の閉弁側の端面の位置よりも、僅かに開弁側となっている。換言すれば、固定側高硬度部４１０の下端面は、固定側低硬度部４２０の下端面よりも僅かに下方側、すなわち可動コア３００側に向けて突出している。固定側高硬度部４１０の下端面は、その全体が、可動側高硬度部３１０の上端面に対向している。
【００５２】
尚、本実施形態では上記のように、固定コア４００の一部である固定側低硬度部４２０が磁性体によって形成されており、その他の部分である固定側高硬度部４１０が非磁性体によって形成されている。このような態様に替えて、固定コア４００の全体が、磁性体からなる単一の材料によって形成されているような態様であってもよい。
【００５３】
コイル６００は、電流の供給を受けて磁力を生じさせるものである。コイル６００はボビン６１０に巻かれた状態で、ハウジング１００のうち第３筒状部材１３０の全体と、第４筒状部材１４０の一部とを外側から覆うように配置されている。コイル６００に電流が供給されると、固定側低硬度部４２０、可動側低硬度部３２０、第２筒状部材１２０、及び第４筒状部材１４０等を磁束が通るように磁気回路が形成される。その結果として、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力によって、可動コア３００は、ニードル２００と共に開弁側に移動する。コイル６００に対する電流の供給が停止すると、上記の磁気吸引力は０となる。その際、可動コア３００は、後述のバネ８２０の付勢力によって、ニードル２００と共に閉弁側に移動する。
【００５４】
燃料噴射弁１０のその他の構成について説明する。固定側低硬度部４２０に形成された貫通穴４２１のうち、固定側高硬度部４１０よりもの上方側の部分には、アジャスティングパイプ４３０が圧入され固定されている。アジャスティングパイプ４３０は円筒形状の部材であって、その内側には、アジャスティングパイプ４３０を上下方向に貫く貫通穴４３１が形成されている。
【００５５】
アジャスティングパイプ４３０の下方側には、バネ８２０が配置されている。バネ８２０は、その略全体が固定側貫通穴４０１の内側に配置されている。バネ８２０は、その伸縮方向が上下方向に沿っている弾性部材である。バネ８２０の一端は、アジャスティングパイプ４３０の閉弁側端部に当接している。バネ８２０の他端は、ニードル２００のうち拡径部２１０の開弁側端部に当接している。バネ８２０は、その長さを自由長よりも短くした状態となっている。このため、ニードル２００の拡径部２１０は、バネ８２０からの力によって可動側高硬度部３１０に対して押し付けられている。その結果、バネ８２０は、ニードル２００と可動コア３００との両方を閉弁側に付勢している。
【００５６】
可動コア３００の下方側には、バネ８１０が配置されている。バネ８１０は、その伸縮方向が上下方向に沿っている弾性部材である。バネ８１０の一端は、可動側高硬度部３１０の閉弁側端面に形成された段差部に当接している。バネ８１０の他端は、第１筒状部材１１０のうち開弁側の端部近傍に形成された段差部に当接している。このように、バネ８１０は、可動コア３００とハウジング１００との間となる位置に配置されている。
【００５７】
バネ８１０は、その長さを自由長よりも短くした状態となっている。このため、可動コア３００の可動側高硬度部３１０は、バネ８１０からの力によってニードル２００の拡径部２１０に対して押し付けられている。その結果、バネ８１０は、ニードル２００と可動コア３００との両方を開弁側に付勢している。バネ８１０とバネ８２０とが設けられていることにより、拡径部２１０と可動側高硬度部３１０とが互いに当接している状態が維持されている。
【００５８】
本実施形態では、バネ８２０の付勢力が、バネ８１０の付勢力よりも大きくなっている。このため、コイル６００に対する電流の供給が停止しており、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が発生していないときには、ニードル２００のシール部２２１が弁座５１２に当接した状態、すなわち噴孔５１１が塞がれた状態となる。
【００５９】
コイル６００、第４筒状部材１４０、及び第５筒状部材１５０の一部は、樹脂９００によって外側からモールドされている。この樹脂９００の一部は外側に向かって突出しており、この突出した部分がコネクタ９１０として形成されている。コネクタ９１０は、コイル６００に対して電流を供給するための線が接続される部分である。コネクタ９１０の内側には給電端子９２０が配置されている。給電端子９２０は、コイル６００に繋がる給電線の一端に設けられた端子である。コイル６００への電流の供給はこの給電端子９２０から行われる。
【００６０】
樹脂９００のうち、第４筒状部材１４０をモールドしている部分の更に外側には、ホルダ７００が配置されている。ホルダ７００は磁性体からなる筒状の部材であって、拡径円筒部１１２の外側となる位置から、コイル６００の開弁側端部よりも更に開弁側となる位置まで伸びるように形成されている。ホルダ７００の内側であって、且つコイル６００よりも開弁側となる位置にはカバー７１０が配置されている。カバー７１０は、磁性体からなる略円管状の部材であって、第４筒状部材１４０を外側から囲むように配置されている。カバー７１０のうちコネクタ９１０の近傍となる部分は、コネクタ９１０との干渉を避けるために切り欠かれている。このため、図１においては、第４筒状部材１４０の右側となる位置においてのみカバー７１０の断面が表れている。ホルダ７００及びカバー７１０は、コイル６００で発生した磁束が通る磁気回路の一部を成すものである。
【００６１】
燃料噴射弁１０の動作について説明する。第５筒状部材１５０には、導入口１５３から燃料が供給されている。コイル６００への電流供給が行われていないときには、既に述べたように噴孔５１１は閉じられている。このため、燃料噴射弁１０の内部は燃料によって加圧された状態となっている。
【００６２】
コイル６００への電流供給が開始されると、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が発生し、可動コア３００は開弁側に移動する。その際、ニードル２００の拡径部２１０は可動コア３００の可動側高硬度部３１０に当接しているので、可動コア３００と共にニードル２００も開弁側に移動する。ニードル２００のシール部２２１が弁座５１２から離れて、噴孔５１１が開かれた状態になるので、噴孔５１１からの燃料の噴射が開始される。
【００６３】
燃料は、導入口１５３から空間１５１に流入した後、貫通穴４３１、固定側貫通穴４０１、空間２０１、貫通穴２０２、及び空間１１１を順に通り、噴孔５１１から噴射される。このように燃料が通る経路は、ハウジング１００の内部に形成された経路であって、外部から供給された燃料を噴孔５１１に導くための「燃料通路」に該当する。
【００６４】
尚、可動コア３００の周囲は燃料で満たされた状態となっている。可動コア３００が開弁側に移動する際には、可動コア３００よりも開弁側の空間に存在していた燃料が、可動コア３００を貫く貫通穴３０１を通って、可動コア３００よりも閉弁側の空間に移動する。貫通穴３０１を通って燃料がスムーズに移動するので、可動コア３００の移動が燃料によって妨げられてしまうことが無い。可動コア３００が、その後閉弁側に移動する際においても同様である。可動コア３００の上下の空間、及びこれらを繋ぐ貫通穴３０１も、燃料通路の一部に該当する。
【００６５】
開弁側に移動し始めた可動コア３００はその後、固定コア４００に当たって止まる。本実施形態では既に述べたように、可動側高硬度部３１０の上端面が固定コア４００側に向けて突出しており、固定側高硬度部４１０の下端面が可動コア３００側に向けて突出している。このため、可動コア３００は、可動側高硬度部３１０が固定コア４００に当たる一方で、可動側低硬度部３２０は固定コア４００には当たらない。また、固定コア４００のうち固定側高硬度部４１０には可動コア３００が当たるのであるが、固定側低硬度部４２０には可動コア３００が当たらない。
【００６６】
このように、本実施形態に係る燃料噴射弁１０は、コイル６００に電流が供給されると、発生した磁気吸引力によって可動コア３００がニードル２００と共に固定コア４００側に移動し、可動側高硬度部３１０が固定側高硬度部４１０に当たるように構成されている。
【００６７】
本実施形態では、可動コア３００のうち比較的硬度の高い部分である可動側高硬度部３１０と、固定コア４００のうち比較的硬度の高い部分である固定側高硬度部４１０とが互いに衝突する。このため、固定コア及び可動コアのいずれにおいても、衝突による損傷の発生が抑制される。
【００６８】
一方、磁気吸引力に寄与する部分である可動側低硬度部３２０及び固定側低硬度部４２０は、比較的硬度の低い磁性体によって形成されているのであるが、これらには他の部材が衝突しない構成となっている。燃料噴射弁１０では、磁性体を用いて磁気吸引力を効率的に発生させ得る構成としながらも、磁性体が衝突によって損傷してしまうことが防止されている。
【００６９】
噴孔５１１が開かれている状態で、コイル６００への電流供給が停止されると、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が働かなくなる。可動コア３００及びニードル２００は、バネ８２０の付勢力によって閉弁側に移動し、最終的にはシール部２２１が弁座５１２に当接した状態、すなわち噴孔５１１が塞がれた状態となる。これにより、噴孔５１１からの燃料の噴射が停止する。
【００７０】
上記のように、燃料の噴射が開始される際には、可動コア３００が開弁側に移動して固定コアに衝突する。また、燃料の噴射が停止される際には、ニードル２００が閉弁側に移動して弁座５１２に衝突する。燃料噴射弁１０を構成する各部材の摩耗や変形を抑制するためには、衝突時のエネルギーは小さい方が好ましい。衝突時のエネルギーを低減するための工夫点について、図２を参照しながら説明する。図２は、図１のＡ部における構成を拡大して示す図である。
【００７１】
同図に示されるように、ニードル２００のうち拡径部２１０よりも下方側の部分には、第１部分２３１と第２部分２３２とが設けられている。第１部分２３１は、拡径部２１０から下方側に向けて伸びている部分であって、その外径が比較的大きい部分である。第２部分２３２は、第１部分２３１の下端から更に下方側に向けて伸びている部分であって、その外径が、第１部分２３１の外径よりも小さくなっている部分である。第１部分２３１は、本実施形態における「大経部」に該当する。第２部分２３２は、本実施形態における「小経部」に該当する。大経部である第１部分２３１と、小径部である第２部分２３２とは、上記のように、ハウジング１００の長手方向に沿って並ぶように設けられている。
【００７２】
第１部分２３１の下端部近傍は、第１筒状部材１１０の内周面に対して対向しており、当該内周面によって摺動可能な状態で支持されている。このように、ニードル２００の第１部分２３１の一部と、第１筒状部材１１０の内周面とが対向している部分のことを、以下では「摺動部２７１」とも称する。摺動部２７１では、第１部分２３１と第１筒状部材１１０との間に数μｍから数十μｍ程度の隙間が形成されている。尚、摺動部２７１においては、一部においてニードル２００と第１筒状部材１１０とが互いに当接していてもよい。
【００７３】
摺動部２７１よりも下方側では、第２部分２３２と第１筒状部材１１０の内周面との間に空間が形成されている。当該空間は、後に説明するように、ニードル２００の動作速度を減衰させるためのダンパー室２５０として機能する空間である。ダンパー室２５０は、小径部である第２部分２３２の上端部近傍において、第２部分２３２の周りに形成された空間となっている。
【００７４】
第１筒状部材１１０の内周面のうち、ダンパー室２５０よりも下方側の部分は、全周に亘って第２部分２３２に向かって突出している。このように突出している部分のことを、以下では「突出部２６０」とも称する。先に述べた空間１１１は、第１筒状部材１１０の内部のうち、この突出部２６０よりも下方側の空間となっている。
【００７５】
第２部分２３２のうちダンパー室２５０よりも下方側の部分は、第１筒状部材１１０の内周面、具体的には突出部２６０の内周面に対して対向しており、当該内周面によって摺動可能な状態で支持されている。このように、ニードル２００の第２部分２３２の一部と、第１筒状部材１１０の内周面とが対向している部分のことを、以下では「摺動部２７２」とも称する。摺動部２７２では、第２部分２３２と突出部２６０との間に数μｍから数十μｍ程度の隙間が形成されている。尚、摺動部２７２においては、一部においてニードル２００と第１筒状部材１１０とが互いに当接していてもよい。突出部２６０は、ダンパー室２５０の下端部分を区画するための壁、ということもできる。先に述べた貫通穴２０２は、ニードル２００のうち突出部２６０よりも下方側となる位置に形成されている。
【００７６】
ダンパー室２５０は、燃料通路である空間１１１等と繋がっているので、ダンパー室２５０には燃料が流入又は流出する。しかしながら、ダンパー室２５０と燃料通路との間には、隙間の小さい摺動部２７１や摺動部２７２が設けられているので、ダンパー室２５０における燃料の出入りは制限されており、ダンパー室２５０は準密閉空間となっている。
【００７７】
燃料の噴射が開始される際には、先に述べたようにニードル２００が開弁側に向かって移動する。その際、ニードル２００の移動に伴って、ダンパー室２５０の容積は拡大するので、ダンパー室２５０における燃料の圧力は低下する。ダンパー室２５０と燃料通路との圧力差に起因して、ニードル２００には閉弁側に向かう方向の力が加えられる。その結果、開弁側に向かう方向に移動しているニードル２００及び可動コア３００には、同方向への動作速度を減衰させるような力が働くこととなる。これにより、可動部材であるニードル２００や可動コア３００が、固定部材である固定コア４００等に対して衝突する際の衝突エネルギーが低減される。
【００７８】
燃料の噴射が停止される際には、先に述べたようにニードル２００が閉弁側に向かって移動する。その際、ニードル２００の移動に伴って、ダンパー室２５０の容積は縮小するので、ダンパー室２５０における燃料の圧力は増加する。ダンパー室２５０と燃料通路との圧力差に起因して、ニードル２００には開弁側に向かう方向の力が加えられる。その結果、閉弁側に向かう方向に移動しているニードル２００には、同方向への動作速度を減衰させるような力が働くこととなる。これにより、可動部材であるニードル２００が、固定部材である弁座５１２等に対して衝突する際の衝突エネルギーが、閉弁時においても低減される。
【００７９】
尚、このようなダンパー室２５０は、従来のように、可動コア３００とハウジング１００との間、具体的には可動コア３００の直下となる位置に形成することも可能である。しかしながら、そのような構成においては、同位置にバネ８１０を配置することが難しくなってしまう。ダンパー室２５０の機能を十分に発揮させるためには、ダンパー室２５０の容積を小さくする必要があるのであるが、これにより、同位置に配置されるバネ８１０の設計自由度が低下してしまうからである。
【００８０】
バネ８１０のばね定数が適切な値となっていない場合には、ハウジング１００の内部で共振が生じてしまうことがある。共振を確実に防止するためには、バネ８１０が配置される空間を比較的広く確保しておき、バネ８１０の設計自由度を高めておくことが好ましい。このため、バネ８１０は、ハウジング１００の内部のうち比較的広い空間を確保し得る部分、すなわち、本実施形態のように可動コア３００とハウジング１００との間となる位置に配置することが好ましい。
【００８１】
本実施形態では、ニードル２００の動作速度を減衰させるためのダンパー室２５０が、ニードル２００とハウジング１００との間となる位置、具体的には、第２部分２３２と第１筒状部材１１０との間となる位置に形成されている。可動コア３００とハウジング１００との間となる位置にはダンパー室を形成する必要がないので、当該位置に、バネ８１０を配置するための空間を広く確保することができている。これにより、バネ８１０を配置するための空間を広く確保しながらも、ダンパー室２５０による減衰の効果を十分に発揮することが可能となっている。
【００８２】
以上に説明したような燃料噴射弁１０の構成は、液体燃料を噴射するための燃料噴射弁にも採用することができる。しかしながら、気体燃料を噴射するための燃料噴射弁１０においては、燃料の粘度が小さく、ニードル２００等の動作速度が大きくなり過ぎる傾向が高いので、本実施形態の構成を採用することの効果が大きい。
【００８３】
また、気体燃料として、本実施形態のように水素が用いられる場合には、燃料噴射弁１０の各部を構成する材料が、所謂水素脆性によって脆くなる傾向がある。水素脆性が生じた際に、ニードル２００等の可動部材が激しく衝突すると、燃料噴射弁１０の各部が摩耗などによって変形し、燃料噴射弁１０の動作特性が短期間で変化してしまう可能性がある。このため、気体燃料として水素が用いられる場合には、以上に説明したような燃料噴射弁１０の構成を採用することの効果が特に大きくなる。
【００８４】
第２実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。図３には、本実施形態に係る燃料噴射弁１０の全体構造が示されている。図４は、図３のＢ部における構成を拡大して示したものである。本実施形態に係る燃料噴射弁１０は、図４に示される部分の構成において第１実施形態と異なっている。
【００８５】
図４に示されるように、本実施形態においては、ニードル２００に拡径部材２４０が取り付けられている。拡径部材２４０は略円筒形状の部材である。拡径部材２４０の外径は、第１部分２３１の外径よりも大きい。拡径部材２４０の内径は、第２部分２３２の外径に概ね等しい。拡径部材２４０は、その内側にニードル２００の第２部分２３２が挿通されており、拡径部材２４０の上端は第１部分２３１の下端に当接している。拡径部材２４０は、このような位置において、例えば溶接や圧入等によりニードル２００に対して固定されている。その結果、拡径部材２４０はニードル２００の一部となっている。拡径部材２４０は、本実施形態における「大経部」に該当する。また、第２部分２３２は、その外径が拡径部材２４０の外径よりも小さいので、実施形態における「小経部」に該当する。
【００８６】
拡径部材２４０の外周面は、第１筒状部材１１０の内周面に対して対向しており、当該内周面によって摺動可能な状態で支持されている。このように、ニードル２００の拡径部材２４０と、第１筒状部材１１０の内周面とが対向している部分のことを、以下では「摺動部２７３」とも称する。摺動部２７３では、拡径部材２４０と第１筒状部材１１０との間に数μｍから数十μｍ程度の隙間が形成されている。尚、摺動部２７３においては、一部において拡径部材２４０と第１筒状部材１１０とが互いに当接していてもよい。
【００８７】
摺動部２７３よりも下方側では、第２部分２３２と第１筒状部材１１０の内周面との間に空間が形成されている。当該空間は、本実施形態におけるダンパー室２５０として機能する空間である。
【００８８】
ダンパー室２５０は、燃料通路である空間１１１等と繋がっているので、ダンパー室２５０には燃料が流入又は流出する。しかしながら、ダンパー室２５０と燃料通路との間には、隙間の小さい摺動部２７３や摺動部２７２が設けられているので、ダンパー室２５０における燃料の出入りは制限されており、ダンパー室２５０は準密閉空間となっている。
【００８９】
本実施形態でも、ダンパー室２５０は、小径部である第２部分２３２の周りに形成された空間となっている。ダンパー室２５０の上部は拡径部材２４０によって区画されており、ダンパー室２５０の下部は突出部２６０によって区画されている。このような構成においても、ダンパー室２５０は、可動コア３００やニードル２００の動作速度を減衰させる。
【００９０】
本実施形態では、ダンパー室２５０の上端が拡径部材２４０によって区画されているので、上方側から見た場合におけるダンパー室２５０の面積を、第１実施形態の場合よりも広く確保することができている。
【００９１】
本実施形態では、拡径部材２４０が設けられていない状態のニードル２００を、可動コア３００の可動側貫通穴３１３に予め挿通した後、拡径部材２４０をニードル２００に取り付けることにより構成されている。これにより、上方側から見た場合におけるダンパー室２５０の面積を、可動側貫通穴３１３の面積よりも広く確保することができている。その結果、ダンパー室２５０による減衰の効果を大きく発揮させることが可能となっている。
【００９２】
第３実施形態について説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。図５は、本実施形態に係る燃料噴射弁１０のうち、図１のＡ部に対応する部分を拡大して示したものである。本実施形態では、当該部分の構成において第１実施形態と異なっている。
【００９３】
本実施形態においては、ニードル２００の第２部分２３２のうち、ダンパー室２５０と隣り合う部分を貫くように、複数の連通路２３３が形成されている。連通路２３３は、ニードル２００の内側の空間２０１、すなわち燃料通路と、ダンパー室２５０との間を連通させるように形成された貫通穴である。連通路２３３は、燃料通路とダンパー室２５０との間を連通させる通路ではあるが、同様の通路といえる摺動部２７１や摺動部２７２とは異なる位置に形成されている。
【００９４】
ニードル２００が動作する際には、燃料の一部は連通路２３３を通って、ダンパー室２５０と空間２０１との間を行き来する。このため、連通路２３３が形成されていることで、ダンパー室２５０の機能、すなわちニードル２００の動作速度を減衰させる機能は抑えられることとなる。本実施形態では、連通路２３３の内径や数を調整することで、ニードル２００等の動作速度を適宜調整し、ニードル２００等が減速され過ぎてしまうようなことを防止することが可能となっている。
【００９５】
第４実施形態について説明する。以下では、図４の第２実施形態と異なる点について主に説明し、第２実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。図６は、本実施形態に係る燃料噴射弁１０のうち、図４に対応する部分、すなわち図３のＢ部に対応する部分を拡大して示したものである。本実施形態では、当該部分の構成において第２実施形態と異なっている。
【００９６】
本実施形態では、拡径部材２４０のうち、第１部分２３１よりも外側に突出している部分を上下に貫くように、複数の連通路２４１が形成されている。それぞれの連通路２４１の途中は絞られており、絞り部２４２が形成されている。
【００９７】
連通路２４１は、燃料通路のうち拡径部材２４０よりも上方側の空間と、ダンパー室２５０との間を連通させるように形成された貫通穴である。連通路２４１は、燃料通路とダンパー室２５０との間を連通させる通路ではあるが、同様の通路といえる摺動部２７３や摺動部２７２とは異なる位置に形成されている。
【００９８】
ニードル２００が動作する際には、燃料の一部は連通路２４１を通って、ダンパー室２５０と、燃料通路のうち拡径部材２４０よりも上方側の空間との間を行き来する。このため、連通路２４１が形成されていることで、ダンパー室２５０の機能、すなわちニードル２００の動作速度を減衰させる機能は抑えられることとなる。本実施形態では、連通路２４１の内径や数、及び絞り部２４２の内径を調整することで、ニードル２００等の動作速度を適宜調整し、ニードル２００等が減速され過ぎてしまうようなことを防止することができる。
【００９９】
第５実施形態について説明する。以下では、図４の第２実施形態と異なる点について主に説明し、第２実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。図７は、本実施形態に係る燃料噴射弁１０のうち、図４に対応する部分、すなわち図３のＢ部に対応する部分を拡大して示したものである。本実施形態では、当該部分の構成において第２実施形態と異なっている。
【０１００】
本実施形態では、突出部２６０を上下に貫くように、複数の連通路２６１が形成されている。それぞれの連通路２６１の途中は絞られており、絞り部２６２が形成されている。
【０１０１】
連通路２６１は、燃料通路のうち突出部２６０よりも下方側の空間１１１と、ダンパー室２５０との間を連通させるように形成された貫通穴である。連通路２６１は、燃料通路とダンパー室２５０との間を連通させる通路ではあるが、同様の通路といえる摺動部２７３や摺動部２７２とは異なる位置に形成されている。
【０１０２】
ニードル２００が動作する際には、燃料の一部は連通路２６１を通って、ダンパー室２５０と、燃料通路である空間１１１との間を行き来する。このため、連通路２６１が形成されていることで、ダンパー室２５０の機能、すなわちニードル２００の動作速度を減衰させる機能は抑えられることとなる。本実施形態では、連通路２６１の内径や数、及び絞り部２６２の内径を調整することで、ニードル２００等の動作速度を適宜調整し、ニードル２００等が減速され過ぎてしまうようなことを防止することができる。
【０１０３】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０：燃料噴射弁
１００：ハウジング
２００：ニードル
２５０：ダンパー室
３００：可動コア
４００：固定コア
６００：コイル
５１１：噴孔
【図１】
2020200766.tif 000003
【図２】
2020200766.tif 000004
【図３】
2020200766.tif 000005
【図４】
2020200766.tif 000006
【図５】
2020200766.tif 000007
【図６】
2020200766.tif 000008
【図７】
2020200766.tif 000009