(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料通路を有する筒状のハウジングと、
前記ハウジングの一方の端部に設けられ、前記燃料通路に連通する噴孔および弁座を有するノズル部と、
前記ハウジング内の前記ノズル部とは反対側に設けられる筒状の固定コアと、
前記ハウジング内に往復移動可能に収容され、前記弁座に着座可能なシール部が一方の端部に形成された棒状の本体、および、前記本体の他方の端部から径方向外側に拡がって形成される受動ピストン部を有し、前記シール部が前記弁座から離座または前記弁座に着座することで前記噴孔を開閉するニードルと、
前記ハウジング内の前記固定コアと前記ニードルとの間に往復移動可能に設けられ、前記ノズル部側の端部から径方向外側に拡がって形成される駆動ピストン部を有する可動コアと、
内側に前記駆動ピストン部および前記受動ピストン部を収容可能な筒状に形成され、前記駆動ピストン部と前記受動ピストン部との間に形成されるとともに前記燃料通路の前記固定コア側および前記ノズル部側に連通する中間油室、前記駆動ピストン部の前記中間油室とは反対側に形成される第１油室、前記受動ピストン部の前記中間油室とは反対側に形成される第２油室、および、前記第１油室と前記第２油室とを連通する連通路を有するシリンダと、
前記固定コアと前記可動コアとの間に設けられ、前記可動コアを前記ニードルの閉弁方向に付勢する第１付勢部材と、
前記ニードルを閉弁方向に付勢する第２付勢部材と、
電力が供給されると磁力が発生し、前記可動コアを前記固定コア側に吸引するコイルとを備え、
前記駆動ピストンの前記第１油室側の端面の面積は、前記受動ピストンの前記第２油室側の端面の面積より大きく形成され、
前記可動コアが前記ニードルの開弁方向に移動すると、前記第１油室内の燃料が前記連通路を経由して前記第２油室内に流れ込むことで前記ニードルが開弁方向に移動し、
前記可動コアが前記ニードルの閉弁方向に移動すると、前記第２油室内の燃料が前記連通路を経由して前記第１油室内に流れ込むことで前記ニードルが閉弁方向に移動することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
燃料通路を有する筒状のハウジングと、
前記ハウジングの一方の端部に設けられ、前記燃料通路に連通する噴孔および弁座を有するノズル部と、
前記ハウジング内の前記ノズル部とは反対側に設けられる筒状の固定コアと、
前記ハウジング内に往復移動可能に収容され、前記弁座に着座可能なシール部が一方の端部に形成された棒状の本体、および、前記本体の他方の端部から径方向外側に拡がって形成される受動ピストン部を有し、前記シール部が前記弁座から離座または前記弁座に着座することで前記噴孔を開閉するニードルと、
前記ハウジング内の前記固定コアと前記ニードルとの間に往復移動可能に設けられ、前記ノズル部側の端部から径方向外側に拡がって形成される駆動ピストン部を有する可動コアと、
内側に前記駆動ピストン部および前記受動ピストン部を収容可能な筒状に形成され、前記駆動ピストン部と前記受動ピストン部との間に形成される中間油室、および、前記駆動ピストン部の前記中間油室とは反対側の前記燃料通路と前記受動ピストン部の前記中間油室とは反対側の前記燃料通路とを連通する連通路を有するシリンダと、
前記固定コアと前記可動コアとの間に設けられ、前記可動コアを前記ニードルの閉弁方向に付勢する第１付勢部材と、
前記ニードルを閉弁方向に付勢する第２付勢部材と、
電力が供給されると磁力が発生し、前記可動コアを前記固定コア側に吸引するコイルとを備え、
前記駆動ピストン部は、前記中間油室側の端面の面積が、前記受動ピストン部の前記中間油室側の端面の面積よりも大きく形成され、
前記可動コアが前記ニードルの開弁方向に移動すると、前記中間油室内の圧力が下がることで前記ニードルが開弁方向に移動し、
前記可動コアが前記ニードルの閉弁方向に移動すると、前記中間油室内の圧力が上がることで前記ニードルが閉弁方向に移動することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
前記受動ピストンと前記シリンダとの間で往復移動可能に設けられる筒状のアウタピストンをさらに備え、
前記シリンダの内壁は、前記アウタピストンの前記シリンダに対する相対的な移動を規制する第１規制部を有し、
前記受動ピストンの外壁は、前記アウタピストンの前記受動ピストンに対する開弁方向の相対的な移動を規制する第２規制部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヨーク、ノズル部材、プランジャ、可動コア、固定コア、および、電磁コイルを備え、電磁コイルで発生する磁力によってプランジャを吸引する燃料噴射弁が知られている。例えば、特許文献１に記載された、燃料噴射弁では、開弁時の弁座とプランジャとの距離を十分に確保するには、プランジャのリフト量を増大する必要がある。また、プランジャのリフト量と、可動コアと固定コアとの間の磁気ギャップ量とは同じである。そのため、このプランジャのリフト量を増大させる場合、磁気ギャップ量が増大する。よって、電磁コイルに通電開始時の可動コアを吸引する吸引力を確保するための突入電流を増大させる必要がある。突入電流を増大させると、回路のコストが増大するとともに、回路の発熱量が大きくなる。
また、磁気ギャップ量が増大すると、可動コアのリフト量が増大し、リフト所要時間が長くなる。よって、可動コアの移動とともにリフトするプランジャの弁開閉時の安定性が低下し、弁の開閉サイクルの精度が低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９７９６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁開閉サイクルの精度の向上と回路のコストの低減とを両立可能な燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明によると、燃料噴射弁は、ハウジング、ノズル部、固定コア、受動ピストン部、固定コア、ニードル、可動コア、シリンダ、第１付勢部材、第２付勢部材、および、コイルを備える。ハウジングは、筒状であり燃料通路を有する。ノズル部は、ハウジングの一方の端部に設けられ、燃料通路に連通する噴孔および弁座を有する。固定コアは、筒状であり、ハウジング内のノズル部とは反対側に設けられる。ニードルは、弁座に着座可能なシール部が一方の端部に形成された棒状の本体、および、本体の他方の端部から径方向外側に拡がって形成される受動ピストン部を有する。ニードルは、ハウジング内に往復移動可能に収容され、シール部が弁座から離座または弁座に着座することで前記噴孔を開閉する。可動コアは、ノズル部側の端部から径方向外側に拡がって形成される駆動ピストン部を有する。可動コアは、ハウジング内の固定コアとニードルとの間に往復移動可能に設けられる。シリンダは、内側に駆動ピストン部および受動ピストン部を収容可能な筒状に形成される。シリンダは、駆動ピストン部と受動ピストン部との間に形成されるとともに燃料通路の固定コア側およびノズル部側に連通する中間油室、駆動ピストン部の中間油室とは反対側に形成される第１油室、受動ピストン部の中間油室とは反対側に形成される第２油室、および、第１油室と第２油室とを連通する連通路を有する。第１付勢部材は、固定コアと可動コアとの間に設けられ、可動コアをニードルの閉弁方向に付勢する。第２付勢部材は、ニードルを閉弁方向に付勢する。コイルは、電力が供給されると磁力が発生し、可動コアを固定コア側に吸引する。
【０００６】
本発明では、駆動ピストンの第１油室側の端面の面積は、受動ピストンの第２油室側の端面の面積より大きく形成されている。可動コアがニードルの開弁方向に移動すると、第１油室内の燃料が連通路に流出し、連通路の燃料が第２油室内に流入する。これにより、ニードルが開弁方向に移動する。また、可動コアがニードルの閉弁方向に移動すると、連通路の燃料が第１油室内に流入し、第２油室内の燃料が連通路に流入する。これにより、ニードルが閉弁方向に移動する。ここで、ニードルの開弁時、第１油室から連通路に流出する燃料の容積は、駆動ピストンの第１油室側の端面の面積と可動コアがニードルの開弁方向に移動する距離との積で表すことができる。一方、連通路から第２油室に流入する燃料の容積は、受動ピストンの第２油室側の端面の面積とニードルが開弁方向に移動する距離との積で表すことができる。第１油室から連通路に流出する燃料の容積と連通路から第２油室に流入する燃料の容積とは同じであり、駆動ピストンの第１油室側の端面の面積は受動ピストンの第２油室側の端面の面積より大きいため、可動コアがニードルの開弁方向に移動する距離は、ニードルが開弁方向に移動する距離より小さくなる。
【０００７】
このように、本発明では、可動コアのリフト量をニードルのリフト量より小さくすることができる。よって、可動コアの応答性が向上し、弁開閉サイクルの精度を高めることができる。また、可動コアのリフト量を小さくすることで、突入電流の増大を抑制し、回路のコストを低減することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明によると、燃料噴射弁は、ハウジング、ノズル部、固定コア、受動ピストン部、固定コア、ニードル、可動コア、シリンダ、第１付勢部材、第２付勢部材、および、コイルを備える。ハウジングは、筒状であり燃料通路を有する。ノズル部は、ハウジングの一方の端部に設けられ、燃料通路に連通する噴孔および弁座を有する。固定コアは、筒状であり、ハウジング内のノズル部とは反対側に設けられる。ニードルは、弁座に着座可能なシール部が一方の端部に形成された棒状の本体、および、本体の他方の端部から径方向外側に拡がって形成される受動ピストン部を有する。ニードルは、ハウジング内に往復移動可能に収容され、シール部が弁座から離座または弁座に着座することで前記噴孔を開閉する。可動コアは、ノズル部側の端部から径方向外側に拡がって形成される駆動ピストン部を有する。可動コアは、ハウジング内の固定コアとニードルとの間に往復移動可能に設けられる。シリンダは、駆動ピストン部および受動ピストン部を収容可能な筒状に形成される。シリンダは、内側に駆動ピストン部と受動ピストン部との間に形成されている中間油室、および、駆動ピストン部の中間油室とは反対側の燃料通路と受動ピストン部の中間油室とは反対側の燃料通路とを連通する連通路を有する。第１付勢部材は、固定コアと可動コアとの間に設けられ、可動コアをニードルの閉弁方向に付勢する。第２付勢部材は、ニードルを閉弁方向に付勢する。コイルは、電力が供給されると磁力が発生し、可動コアを固定コア側に吸引する。
【０００９】
本発明では、駆動ピストン部は、中間油室側の端面の面積が、受動ピストン部の中間油室側の端面の面積よりも大きく形成されている。可動コアがニードルの開弁方向に移動すると、中間油室内の圧力が下がることでニードルが開弁方向に移動する。また、可動コアがニードルの閉弁方向に移動すると、中間油室内の圧力が上がることでニードルが閉弁方向に移動する。ここで、駆動ピストン部の中間油室側の端面の面積は、受動ピストン部の中間油室側の端面の面積よりも大きく形成されているため、可動コアのリフト量はニードルのリフト量より小さくなる。
これにより、請求項１に係る発明と比べ、より簡単な構成で、請求項１に係る発明と同様の効果を果たすことができる。
【００１０】
請求項３に係る発明によると、受動ピストンとシリンダとの間で往復移動可能に設けられる筒状のアウタピストンをさらに備える。シリンダの内壁は、アウタピストンのシリンダに対する相対的な移動を規制する第１規制部を有する。受動ピストンの外壁は、アウタピストンの前記受動ピストンに対する開弁方向の相対的な移動を規制する第２規制部を有する。
可動コアがニードルの開弁方向に移動すると、第１油室および第２油室内の燃料の圧力変化、または、中間油室内の燃料の圧力変化によって、ニードルとアウタピストンとが開弁方向に移動する。アウタピストンが第１規制部に当接すると、ニードルとアウタピストンとは一旦停止する。そして、可動コアがさらにニードルの開弁方向に移動すると、ニードルのみ開弁方向に移動し、ニードルの最大リフト量までリフトする。
また、可動コアがニードルの閉弁方向に移動すると、第１油室および第２油室内の燃料の圧力変化、または、中間油室内の燃料の圧力変化によって、ニードルが開弁方向に移動する。受動ピストンの第２規制部がアウタピストンに当接すると、アウタピストンはニードルとともに閉弁方向に移動する。
【００１１】
本発明では、可動コアの移動距離および移動速度を制御することでニードルのリフト量を調整することができる。可動コアの移動距離および移動速度は、コイルへ供給する電力の供給時間および電力の大きさを調節することで制御される。そのため、電力の供給時間および大きさを調節することにより、ニードルのリフトバリエーションを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態の燃料噴射弁の断面図。
【図２】本発明の第１実施形態の燃料噴射弁の要部断面図。
【図３】本発明の第２実施形態の燃料噴射弁の断面図。
【図４】本発明の第３実施形態の燃料噴射弁の断面図。
【図５】本発明の第３実施形態の燃料噴射弁の特性図。
【図６】本発明の第３実施形態の燃料噴射弁の特性図。
【図７】本発明の第３実施形態の燃料噴射弁の特性図。
【図８】本発明の第４実施形態の燃料噴射弁の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図１に示す。燃料噴射弁１は、図示しない内燃機関に用いられ、燃料を内燃機関に噴射供給する。
【００１４】
燃料噴射弁１は、ハウジング１０、ノズル部２０、固定コア３０、ニードル４０、可動コア５０、シリンダ６０、第１付勢部材としての第１スプリング７１、第２付勢部材としての第２スプリング７２、および、コイル８０等を備えている。
【００１５】
図１に示すように、ハウジング１０は、第１筒部材１１、第２筒部材１２、第３筒部材１３、外周部材１４および樹脂モールド部１５から構成されている。第１筒部材１１、第３筒部材１３、および外周部材１４は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材により形成され、磁気安定化処理が施されている。一方、第２筒部材１２は、例えばオーステナイト系ステンレス等の非磁性材により形成されている。
【００１６】
第１筒部材１１、第２筒部材１２および第３筒部材１３は、いずれも略円筒状に形成され、第１筒部材１１、第２筒部材１２、第３筒部材１３の順に同軸となるよう配置され、互いに接続している。外周部材１４は、第１筒部材１１、第２筒部材１２、および第３筒部材１３の径方向外側に設けられている。
【００１７】
ノズル部２０は、例えばマルテンサイト系ステンレス等の金属により形成されている。ノズル部２０は、略有底筒状に形成され、底部２１および筒部２２を有する。底部２１は、筒部２２の一方の端部を塞いでいる。底部２１には、内壁と外壁とを接続する噴孔２１１が形成されている。また、底部２１の内壁には、噴孔２１１を囲むようにして環状の弁座２１２が形成されている。
【００１８】
ノズル部２０は、ハウジング１０の第１筒部材１１の第２筒部材１２とは反対側の端部に設けられている。筒部２２は、外壁が第１筒部材１１の内壁に嵌合するようにして第１筒部材１１に接続している。筒部１２と第１筒部材１１との嵌合箇所は溶接されている。
【００１９】
固定コア３０は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材により略円筒状に形成されている。固定コア３０は、磁気安定化処理が施されている。固定コア３０は、ハウジング１０の内側に設けられている。固定コア３０とハウジング１０の第３筒部材１３とは溶接されている。
【００２０】
ニードル４０は、例えばマルテンサイト系ステンレス等の金属により棒状に形成されている。ニードル４０の棒状の本体４２の一方の端部には、弁座２１２に当接可能なシール部４１が形成されている。また、本体４２のシール部４１とは反対側には、受動ピストン部４３が設けられている。受動ピストン部４３は、本体４２のシール部４１とは反対側の端部から径方向外側に拡がって形成される。
【００２１】
本実施形態では、受動ピストン部４３は略円盤状に形成され、ノズル部２０側に円環状の受動面４３１が形成されている。本実施形態の場合、受動面４３１は受動ピストン部４３の軸方向に垂直となるよう形成されている。本実施形態の場合、ニードル４０の受動ピストン部４３側は、中空筒状に形成され、長孔４４を有する。長孔４４の内壁４４１と本体４２の外壁４２１とは、穴４５によって接続されている。
【００２２】
ニードル４０は、シール部４１と弁座２１２とが当接可能に、ハウジング１０内に軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル４０は、シール部４１が弁座２１２から離間（離座）または弁座２１２に当接（着座）することで噴孔２１１を開閉する。以下、適宜、ニードル４０が弁座２１２から離間する方向を開弁方向といい、ニードル４０が弁座２１２に当接する方向を閉弁方向という。
【００２３】
図２に示すように、可動コア５０は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材により断面が略「工」字状となるよう形成され、受力部５１、駆動ピストン部５３、および、連結部５２を有する。
【００２４】
受力部５１は連結部５２の一方の端部から径方向外側に拡がって形成される。受力部５１の連結部５２とは反対側の端面に、当接部５１２が形成されている。当接部５１２には、硬質被膜処理によって硬質被膜が形成されている。
【００２５】
駆動ピストン部５３は連結部５２の他方の端部から径方向外側に拡がって形成されている。よって、駆動ピストン部５３には、受力部５１に対向している駆動面５３１が形成されている。本実施形態の場合、駆動面５３１は、連結部５２の軸方向に垂直となるよう形成されている。また、駆動面５３１の面積は受動面４３１の面積より大きく形成されている。
【００２６】
可動コア５０は、内部が軸方向に沿って中空筒状に形成され、貫通孔５４を有する。貫通孔５４の内壁５４１と連結部５２の外壁５２１とは、穴５５によって接続されている。
【００２７】
本実施形態の場合、可動コア５０は、受力部５１が固定コア３０側に位置し、駆動ピストン部５３がニードル４０側に位置するよう、ハウジング１０内に往復移動可能に設けられている。可動コア５０は、固定コア３０によって開弁方向の移動が規制され、第１筒部材１１の内壁に設けられている突出部１１１によって閉弁方向の移動が規制される。また、コイル８０に電力が供給されていないとき、可動コア５０と固定コア３０との間には軸方向に所定距離を有するギャップＧが形成されている。
【００２８】
シリンダ６０は、有底の筒状であり、第１底部６１、第２底部６２、および、筒部６３を有する。第１底部６１は中央に第１摺動穴６１１を有し、第２底部は中央に第２摺動穴６２１を有する。筒部６３は、第１底部６１側よりも第２底部６２側が肉厚となるよう形成され、内壁に段差部６３１が形成されている。
シリンダ６０は、第１底部６１と第２底部６２との間に、筒部６３に囲まれた収容油室６４を有する。シリンダ６０は第１筒部材１１と溶接されている。
【００２９】
ここで、駆動ピストン部５３および受動ピストン部４３は、筒部６３の内壁面と摺動可能に収容油室６４に収容されている。よって、駆動ピストン部５３と第１底部６１との間には第１油室６４１が形成され、受動ピストン部４３と第２底部６２との間には第２油室６４２が形成される。また、駆動ピストン部５３と受動ピストン部４３との間には中間油室６４３が形成される。本実施形態の場合、第１油室６４１と第２油室６４２とは筒部６３に形成されている連通路６３２によって連通されている。中間油室６４３は、貫通孔５４および穴５５によりシリンダ６０の固定コア３０側の空間と連通し、孔４４によりシリンダ６０のノズル部２０側の空間と連通する。
【００３０】
コイル８０は、略円筒状に形成され、第２筒部材１２および第３筒部材１３の径方向外側を囲むようにして設けられている。また、第２筒部材１２、第３筒部材１３および外周部材１４とコイル８０との間には樹脂モールド部１５が充填されている。樹脂モールド部１５は、周方向の一部が外周部材１４から外側に突出し、コイル８０と電気的に接続された通電ターミナル８１が内部に配されたコネクタ部８２を形成している。コイル８０は、コネクタ部８２を介して電力が供給されると磁力を生じる。
【００３１】
コイル８０に磁力が生じると、固定コア３０、可動コア５０、第１筒部材１１、第３筒部材１３および外周部材１４に磁気回路が形成される。これにより、可動コア５０は、固定コア３０に吸引される。
【００３２】
第１スプリング７１は、一端が固定コア３０に係止され、他端が可動コア５０の当接部５１２に当接するよう設けられている。第１スプリング７１は、軸方向に伸びる力を有している。これにより、第１スプリング７１は、可動コア５０を閉弁方向に付勢している。
【００３３】
第２スプリング７２は、一端がシリンダ６０の第２底部６２の外壁に当接し、他端がニードル４０の係止部４６に当接するよう設けられている。第２スプリング７２は、軸方向に伸びる力により、ニードル４０を閉弁方向に付勢している。
【００３４】
第３筒部材１３の第２筒部材１２とは反対側の端部には、略円筒状の燃料導入パイプ１６が圧入および溶接されている。
燃料導入パイプ１６の導入口から流入した燃料は、固定コア３０の内側、可動コア５０の貫通孔５４、中間油室６４３、長孔４４、穴４５、第１筒部材１１とニードル４０との間、および、ニードル４０のシール部４１とノズル部２０の弁座２１２との間を流通し、噴孔２１１に導かれる。つまり、ハウジング１０の内側には、燃料が流通する燃料通路１０１が形成されている。
【００３５】
次に、本実施形態の燃料噴射弁１の作動について説明する。
コイル８０に電力が供給されると、コイル８０に生じる磁力によって、可動コア５０は、固定コア３０に吸引され、第１スプリング７１の付勢力に抗して開弁方向に移動する。
このとき、駆動ピストン部５３が開弁方向へ移動することによって第１油室６４１の容積が縮小し、第１油室６４１内の燃料の一部が連通路６３２に流出し、連通路６３２内の燃料の一部が第２油室６４２に入る。よって、第２油室６４２内の燃料の圧力が高まる。そのため、ニードル４０は、第２油室６４２内の燃料の圧力によって、第２スプリング７２の付勢力に抗して開弁方向に移動する。ニードル４０のシール部４１が弁座２１２から離座すると噴孔２１１が開口し、燃料の噴射が開始される。
【００３６】
コイル８０への電力供給が停止すると、可動コア５０を吸引する吸引力がなくなり、可動コア５０は第１スプリング７１の付勢力によって閉弁方向に押され閉弁方向に移動する。  このとき、第１油室６４１は駆動ピストン部５３の閉弁方向への移動によって容積が拡大する。よって、連通路６３２内の燃料の一部が第１油室６４１内に流入し、第２油室６４２内の燃料の一部が連通路６３２内に流入する。これにより、第２油室６４２内の燃料の圧力は小さくなり、ニードル４０は第２スプリング７２の付勢力によって閉弁方向に移動する。ニードル４０のシール部４１が弁座２１２に着座すると噴口２１１が閉じられ、燃料の噴射が停止する。
【００３７】
ここで、駆動ピストン部５３の駆動面５３１の面積をＳ１とし、受動ピストン部４３の受動面４３１の面積をＳ２とすると
Ｓ１＞Ｓ２      ・・・式１
である。
また、ニードル４０の開弁時、可動コア５０が開弁方向に移動するときの移動距離をＬ１とし、ニードル４０が開弁方向に移動するときの移動距離をＬ２とすると、第１油室６４１から流出する燃料の体積Ｖ１、および、第２油室６４２に流入する燃料の体積Ｖ２は、下記式１および式２で表される。
Ｖ１＝Ｓ１×Ｌ１      ・・・式２
Ｖ２＝Ｓ２×Ｌ２      ・・・式３
【００３８】
本実施形態の場合、第１油室６４１と第２油室６４２とは連通路６３２によって連通しているため、Ｖ１＝Ｖ２である。よって、
Ｓ１×Ｌ１＝Ｓ２×Ｌ２      ・・・式４
である。
上記式１および式４より、可動コア５０が開弁方向に移動する移動距離Ｌ１は、ニードル４０が開弁方向に移動する移動距離Ｌ２よりも小さくなる。よって、可動コア５０と固定コア３０との軸方向の距離Ｇを、ニードル４０のリフト量よりも小さく設定しても、開弁時の弁座２１２とシール部４１との距離を確保することができる。また、可動コア５０と固定コア３０との軸方向の距離Ｇを小さくすることで、可動コア５０の応答性を向上させ、ニードル４０の弁開閉サイクルの精度を高めることができる。また、可動コア５０のリフト量を小さくすることで、突入電流の増大を抑制し、回路のコストを低減することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料噴射弁を図３に示す。上記形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態では、可動コア５６の受力部５１側は中空筒状に形成され、通路５７を有する。また、通路５７は受力部５１と駆動ピストン部５３との間に穴５５を有する。
【００４０】
ニードル４７は、中実円筒状である。本実施形態では、受動ピストン部４３の中間油室６４４側の端面４３２の面積が、可動コア５６の駆動ピストン部５３の中間油室６４４側の端面５３２の面積より小さく形成されている。
シリンダ６５は、筒状であり、内壁に段差部６３１が形成されている。また、シリンダ６５は連通路６３３を有する。
【００４１】
ここで、可動コア５６の駆動ピストン部５３とニードル４７の受動ピストン部４３との間にはシリンダ６５に囲まれた中間油室６４４が形成されている。中間油室６４４は、駆動ピストン部５３と受動ピストン部４３とシリンダ６５に囲まれた密閉空間である。中間油室６４４は、駆動ピストン部５３、または、受動ピストン部４３の移動により容積が拡大または縮小可能である。
【００４２】
燃料導入パイプ１６の導入口から流入した燃料は、固定コア３０、可動コア５６の通路５７、連通路６３３、第１筒部材１１とニードル４７との間、および、ニードル４７のシール部４１とノズル部２０の弁座２１２との間を流通し、噴孔２１１に導かれる。つまり、ハウジング１０の内側には、燃料が流通する燃料通路１０２が形成されている。
【００４３】
ここで、シリンダ６５の連通路６３３は、一端が駆動ピストン部５３の中間油室６４４とは反対側に開口され、他端が受動ピストン部４３の中間油室６４４とは反対側に開口されている。連通路６３３は、燃料通路１０２のうち、駆動ピストン部５３の中間油室６４４とは反対側と、受動ピストン部４３の中間油室６４４とは反対側とを連通する。
【００４４】
次に、本実施形態の燃料噴射弁２の作動について説明する。
コイル８０に電力が供給されると、コイル８０に生じる磁力によって、可動コア５６は、固定コア３０に吸引され、第１スプリング７１の付勢力に抗して開弁方向に移動する。
このとき、中間油室６４４の容積が拡大することで、中間油室６４４内の燃料の圧力が下がると、ニードル４７は燃料通路１０２内の燃料圧力によって第２スプリング７２の付勢力に抗して開弁方向に移動する。これにより、ニードル４７のシール部４１が弁座２１２から離座することによって噴孔２１１が開口し、燃料の噴射が開始される。
【００４５】
コイル８０への電力供給が停止すると、可動コア５６を吸引する吸引力がなくなり、可動コア５６は第１スプリング７１の付勢力によって閉弁方向に押され閉弁方向に移動する。
このとき、中間油室６４４の容積が縮小することで、中間油室６４４内の燃料の圧力が上がると、ニードル４７は、中間油室６４４内の燃料圧力および第２スプリング７２の付勢力によって、閉弁方向に移動する。ニードル４７のシール部４１が弁座２１２に着座すると噴口２１１が閉じられ、燃料の噴射が停止する。
【００４６】
ここで、駆動ピストン部５３の中間油室６４４側の端面５３２の面積をＳ３とし、ニードル４７の受動ピストン部４３の中間油室６４４側の端面４３２の面積をＳ４とすると
Ｓ３＞Ｓ４      ・・・式５
である。
また、ニードル４７の開弁時、可動コア５６が開弁方向に移動するときの移動距離をＬ３とし、ニードル４７が開弁方向に移動するときの移動距離をＬ４とすると、中間油室６４４の容積のうち、駆動ピストン部５３の移動によって変化する容積Ｖ３、および、受動ピストン部４３の移動によって変化する容積Ｖ４は、下記式６および式７で表される。
Ｓ３×Ｌ３＝Ｖ３      ・・・式６
Ｓ４×Ｌ４＝Ｖ４      ・・・式７
【００４７】
本実施形態では、中間油室６４４は密閉空間であるため、Ｖ３＝Ｖ４である。よって、
Ｓ３×Ｌ３＝Ｓ４×Ｌ４      ・・・式８
である。
上記式５および式６より、可動コア５６が開弁方向に移動する移動距離Ｌ３は、ニードル４７が開弁方向に移動する移動距離Ｌ４よりも小さくなる。よって、可動コア５６と固定コア３０との軸方向の距離Ｇは、ニードル４７のリフト量より小さく設定することができる。
【００４８】
本実施形態では、上記第１実施形態と同様の効果を果たすことができる。さらに、本実施形態では、上記第１実施形態と比べ、より簡単な構造のシリンダ６５を備えることにより、部品コストを低減することができる。
【００４９】
（第３実施形態）
第３実施形態の燃料噴射弁を図４に示す。上記第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態では、シリンダ６６とニードル４８との間には、筒状のアウタピストン９０が設けられている。
【００５０】
図４に示すように、シリンダ６６は、上記第１実施形態と同様の第１底部６１、第２底部６２、および、筒部６３を有する。シリンダ６６の筒部６３の内壁には、第１規制部６３４が径方向内側に突出して形成されている。第１規制部６３４は第１底部６１よりも軸方向のノズル部２０側に形成されている。ここで、アウタピストン９０は、第１規制部６３４のノズル部２０側に設けられている。アウタピストン９０は、外壁がシリンダ６６の内壁と摺動可能であり、内壁が受動ピストン４３の外壁と摺動可能に設けられている。
ニードル４８は、受動ピストン部４３の本体４２とは反対側の端部から径方向外側に拡がって形成されている第２規制部４３３を有する。
【００５１】
次に、図４および図５に基づいて、本実施形態の燃料噴射弁３の作動について説明する。
アウタピストン９０の断面積をＳａとし、閉弁時のニードル４０を閉弁方向に作用する合力をＦｃとすると、第１油室６４１および第２油室６４２内の燃料の圧力（以下、「作動油圧」という）Ｐは下記式９を満たす。ここで、駆動油圧Ｐがニードル４０に作用する開弁方向の力をＦｐとする。
Ｐ×（Ｓ２＋Ｓａ）＝Ｆｐ＜Ｆｃ      ・・・式９
【００５２】
図５は、本実施形態のニードル４８のリフト量が時間推移によって変化するグラフを示す。図５に示すように、指令値がＯＮとなり、突入電流指令値および定電流制御指令値がＯＮとなると、コイル８０には突入電流および定電流が供給される。可動コア５０は、固定コア３０に吸引され、時刻Ｔ０でスプリング７１の付勢力に抗して開弁方向に移動し始める。
【００５３】
このとき、駆動ピストン部５３が開弁方向へ移動することによって第１油室６４１の容積が縮小する。よって、作動油圧Ｐが高まり、受動ピストン部４３およびアウタピストン９０は第２油室６４２内の燃料の圧力によって開弁方向に付勢される。作動油圧Ｐが下記の式１０を満たすと、ニードル４０は、第２油室６４２内の燃料の圧力によって、時刻Ｔ１で第２スプリング７２の付勢力に抗して開弁方向に移動する。
Ｐ×（Ｓ２＋Ｓａ）＝Ｆｐ＞Ｆｃ＞Ｆｏ      ・・・式１０
【００５４】
ニードル４０のシール部４１が弁座２１２から離座すると噴孔２１１が開口し、燃料の噴射が開始される。ここで、作動油圧Ｐが下記式１１を満たすため、アウタピストン９０が、シリンダ６６の第１規制部６３４に当接すると、ニードル４８およびアウタピストン９０は時刻Ｔ２で一旦停止する。ここで、Ｆｏは開弁時のニードル４０を閉弁方向に作用する合力である。
Ｐ×Ｓ２＝Ｆｐ＜Ｆｏ      ・・・式１１
可動コア５０の開弁方向の移動により作動油圧Ｐが下記式１２を満たすと、ニードル４８は時刻Ｔ３で再び開弁方向に移動し始める。
Ｐ×Ｓ２＝Ｆｐ＞Ｆｏ      ・・・式１２
可動コア５０と固定コア３０とが当接すると、ニードル４８は時刻Ｔ４で最大リフト量までリフトする。
【００５５】
指令値がＯＦＦとなり、定電流制御指令値がＯＦＦとなると、コイル８０への電力供給が停止する。よって、可動コア５０を吸引する吸引力がなくなり、可動コア５０は時刻Ｔ５で第１スプリング７１の付勢力によって閉弁方向に押され閉弁方向に移動する。
【００５６】
このとき、駆動ピストン部５３が閉弁方向への移動することによって第１油室６４１の容積が拡大し、作動油圧Ｐが下がる。よって、受動ピストン部４３は、中間油室６４３内の燃料圧力および第２スプリング７２の付勢力によって閉弁方向に付勢される。作動油圧Ｐが上記式１１を満たすと、ニードル４０は時刻Ｔ６で閉弁方向に移動する。受動ピストン部４３の第２規制部４３３が、時刻Ｔ７でアウタピストン９０に当接すると、アウタピストン９０はニードル４８とともに閉弁方向に移動する。ニードル４８のシール部４１が時刻Ｔ８で弁座２１２に着座すると噴孔２１１が閉じられる。
【００５７】
本実施形態では、ニードル４８とシリンダ６６との間にアウタピストン９０が設けられている。これにより、ニードル４８のリフト量を段階的に制御することができる。図５に示すように、ニードルは、Ｔ１でリフトし始め、Ｔ２で一旦停止する。そして、ニードルは、Ｔ３で再びリフトし始め、Ｔ４で最大リフト量までリフトする。このように、本実施形態の燃料噴射弁３は、ニードルがＴ２とＴ３との間で一旦停止することで、微小噴射を行うことができる。
【００５８】
図６は、指令値のＯＮの時間を短縮することでニードル４８のリフト量の制御を行うとき、ニードル４８のリフト量が時間推移によって変化するグラフを示している。図６に示すように、指令値のＯＮの時間を短縮した場合、ニードル４８は、時刻Ｔ１１でリフトし始め、時刻Ｔ１２で一旦停止する。そして、ニードル４８は、時刻Ｔ１３で下がり始める。つまり、この例では、ニードル４８は、時刻Ｔ１２と時刻Ｔ１３との間で一旦停止し、最大リフト量に達することなく閉弁する。これにより、燃料の微小噴射を行うことができる。
【００５９】
また、図７は、突入電流を増大することでニードル４８のリフト量に対して制御を行うとき、ニードル４８のリフト量が時間推移によって変化するグラフを示す。図７に示すように、突入電流を増大した場合、ニードル４８は、時刻Ｔ２１でリフトを開始し、時刻Ｔ２２で一旦停止し、時刻Ｔ２３で再びリフトし始め、時刻Ｔ２４で最大リフト量までリフトする。この例では、ニードル４８は、時刻Ｔ２２と時刻Ｔ２３との間で一旦停止し、突入電流を増大しない場合に比べ、ニードル４８の一旦停止する時間が短縮される。よって、突入電流を増大することで、ニードル４８が最大リフト量までリフトする時間を短縮することができる。
【００６０】
このように、本実施形態では、指令値のＯＮの時間および突入電流の大きさを調整することでニードル４８のリフト量を調整することができる。よって、指令値およびソレノイド電流を調整することで、燃料噴射弁３の噴射の仕方に、異なるバリエーションをもたせることができる。
【００６１】
（第４実施形態）
第４実施形態の燃料噴射弁を図８に示す。上記第２実施形態および第３実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。図８に示すように、本実施形態では、シリンダ６７とニードル４７との間に、筒状のアウタピストン９０が設けられている。
【００６２】
シリンダ６７は、略筒状であり、内壁に第１規制部６３４が形成されている。アウタピストン９０は、軸方向の第１規制部６３４のノズル部２０側に、シリンダ６７およびニードル４７と摺動可能に設けられている。
【００６３】
シリンダ６７のノズル部２０側の端部と第１筒部材１１との間には、スプリング止部材７３が設けられている。第２スプリング７２は、スプリング止部材７３と係止部４６との間に設けられ、ニードル４７を閉弁方向に付勢する。
【００６４】
次に、本実施形態の燃料噴射弁４の作動について説明する。
コイル８０に電力が供給されると、可動コア５６は、固定コア３０に吸引され、第１スプリング７１の付勢力に抗して開弁方向に移動する。
【００６５】
このとき、中間油室６４４の容積が拡大することで、中間油室６４４内の燃料の圧力が下がる。ニードル４７は燃料通路１０２内の燃料圧力によって第２スプリング７２の付勢力に抗してアウタピストン９０とともに開弁方向に移動する。これにより、ニードル４８のシール部４１が弁座２１２から離座すると噴孔２１１が開口し、燃料の噴射が開始される。ここで、アウタピストン９０が、シリンダ６７の第１規制部６３４に当接すると、ニードル４７およびアウタピストン９０は一旦停止する。中間油室６４４内の燃料の圧力がさらに下がると、燃料通路１０２内の燃料圧力によってニードル４７のみ再び開弁方向に移動し始める。
【００６６】
コイル８０への電力供給が停止すると、可動コア５６を吸引する吸引力がなくなり、可動コア５６は第１スプリング７１の付勢力によって閉弁方向に押され閉弁方向に移動する。
このとき、中間油室６４４の容積が縮小することで、中間油室６４４内の燃料の圧力が上がると、ニードル４７は、中間油室６４４内の燃料圧力および第２スプリング７２の付勢力によって、閉弁方向に移動する。受動ピストン部４３の第２規制部４３３が、アウタピストン９０に当接すると、アウタピストン９０はニードル４７とともに閉弁方向に移動する。ニードル４７のシール部４１が弁座２１２に着座すると噴口２１１が閉じられ、燃料の噴射が停止する。
【００６７】
本実施形態では、上記第２実施形態と同様、上記第１実施形態と比べ、より簡単な構造のシリンダ６７を備えることにより、部品コストを低減することができる。
また、本実施形態では、上記第３実施形態と同様、指令値のＯＮの時間および突入電流の大きさを調整することで、燃料噴射弁４の噴射の仕方に、異なるバリエーションをもたせることができる。
【００６８】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１      ・・・燃料噴射弁
１０    ・・・ハウジング
２０    ・・・ノズル部
３０    ・・・固定コア
４０    ・・・ニードル
４１    ・・・シール部
４２    ・・・本体
４３    ・・・受動ピストン部
５０    ・・・可動コア
６０    ・・・シリンダ
７１    ・・・第１スプリング
７２    ・・・第２スプリング
８０    ・・・コイル
１０１  ・・・燃料通路
２１１  ・・・噴孔
２１２  ・・・弁座
６４３  ・・・中間油室
６４１  ・・・第１油室
６４２  ・・・第２油室
６３２  ・・・連通路
【図１】
0005462143.tif 000002
【図２】
0005462143.tif 000003
【図３】
0005462143.tif 000004
【図４】
0005462143.tif 000005
【図５】
0005462143.tif 000006
【図６】
0005462143.tif 000007
【図７】
0005462143.tif 000008
【図８】
0005462143.tif 000009