(57)【要約】【課題】  燃料噴射弁の噴射量精度を向上させるためには、弁体の開閉動作を迅速に行わせる必要がある。可動子の運動開始直後に、弁体のシート部に発生する流体力が伝達しない構造としながら、アンカーの端面と固定コアの端面との密着現象を起き難くして貼り付きを防止する必要がある。【解決手段】  上記課題を解決するために、本発明は、電磁式燃料噴射弁の弁体が、閉弁時にアンカーと当接している第2の弁体と、開弁途中でアンカーと当接する第1の弁体からなり、開弁時には第2の弁体が固定コアの内周に配置されたストロークストッパと当接し、開弁時も固定コアとアンカーが直接当接することなくギャップが確保されるよう第1の弁体と第2の弁体の長さを規定し、固定コアとアンカーのメッキ処理を廃止した構造とする。【選択図】図２a
2014227958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定コアと、前記固定コアの外周側に配置されたソレノイドと、前記固定コアの下端部に対面するアンカーと、前記アンカーに係合した弁体と、前記ソレノイドに通電することにより磁気吸引力を発生させて、前記アンカーと前記弁体を前記固定コアへ吸引し開弁するよう構成した燃料噴射弁において、
前記弁体は、閉弁時には、前記アンカーの上面と第2の弁体の下面が当接し、前記アンカーの上面と第1の弁体の上部にある太径部の下面の間には所定の隙間が設けられ、開弁時には前記第2の弁体の上面が固定コアの内周に配置されたストロークストッパの下面と当接し、前記アンカーの上面には前記第2の弁体の下面と前記第1の弁体の上部にある太径部の下面が当接し、前記アンカーの上面と前記固定コアの下面には所定の隙間が設けられることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
固定コアと、前記固定コアの外周側に配置されたソレノイドと、前記固定コアの下端部に対面するアンカーと、前記アンカーに係合した弁体と、前記ソレノイドに通電することにより磁気吸引力を発生させて、前記アンカーと前記弁体を前記固定コアへ吸引し開弁するよう構成した燃料噴射弁において、
前記弁体は、閉弁時には、前記アンカーの上面と当接している第2の弁体と、開弁途中で前記アンカーの上面と当接する第1の弁体からなり、開弁時には前記第2の弁体の上面が固定コアの内周に配置されたストロークストッパと当接し、前記アンカーの上面と前記固定コアの下面には所定の隙間が設けられることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記アンカーの上面と固定コアの下面にメッキ処理等の表面硬化処理が施されていないことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料噴射弁において、前記アンカーの上面と固定コアの下面にメッキ処理等の表面硬化処理が施されていないことを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射弁に関し、特に電磁的に駆動される可動子によって、燃料通路を開閉するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、運転状態に応じた適切な燃料量を燃料噴射弁の噴射時間に変換する演算を行い、燃料を供給する燃料噴射弁を駆動させる燃料噴射制御装置が備えられている。燃料噴射弁は、内部のソレノイドに流れる電流によって発生する磁気力によって燃料噴射弁を構成している可動子を動作させ、弁体を開閉させることで燃料の噴射を行う。噴射される燃料量は、主に燃料の圧力と燃料噴射弁の噴口部の雰囲気圧力との差圧、並びに弁体を開いた状態に維持し、燃料が噴射されている時間により決定される。
【０００３】
近年、燃料消費量低減という観点から、内燃機関の出力が不要な場合に燃料の噴射を行わない燃料カットを行う機会が増加し、併せて燃料の噴射を再開する頻度も増加している。燃料噴射を再開する際には無負荷相当の少ない燃料量を噴射する必要がある。また、出力の増加や排気性能の向上を目的として、分割噴射が行われている。これは本来１回の噴射に必要な燃料を複数回に分割して、適切な時期に噴射することで内燃機関の性能を向上させようとするもので、１回当たりの燃料噴射量を少なくすることが求められている。
【０００４】
また、内燃機関においては、ダウンサイジングにより車両搭載時の燃料消費量を低減させる試みも実施されている。この場合、吸入空気の過給等により比出力の向上が求められるため、最小噴射量を増加させることなく、あるいは減少させた上で、最大噴射量を増加させることが求められている。よって燃料噴射弁に求められるダイナミックレンジ（最大噴射量を最小噴射で除算した値）は増加する傾向にある。
【０００５】
燃料噴射弁は、例えば、可動子が円筒状のアンカーとこのアンカーの中心部に位置するプランジャロッドと、さらにプランジャロッドの先端に設けられた弁体とを含んで構成されており、中心部に燃料を導く燃料導入孔を有する固定コアの端面とアンカーの端面との間に磁気ギャップが設けられており、さらにこの磁気ギャップを含む磁気通路に磁束を供給する電磁コイルを備えている。磁気ギャップを通る磁束によってアンカーの端面と固定コアの端面との間に生起された磁気吸引力でアンカーを固定コア側に引き付けて可動子を駆動し、弁体を弁座から引き離して弁座に設けた燃料通路を開くように構成されている。
【０００６】
このように構成された従来の燃料噴射弁では、弁体が閉弁位置にある際に、シート部より上流の燃料圧力と、シートより下流の雰囲気圧力と差で、弁体を弁座に押し付ける力が常に加わっており、前記電磁コイルに通電後も可動子ならびに弁体の開弁動作が遅れるという問題を有している。近年ガソリン内燃機関に搭載される燃料噴射弁の使用燃料圧力も増加傾向にあり、この開弁遅れも増大することになる。
【０００７】
原因として弁体のシート部に作用している燃圧力と雰囲気圧力の差による力が、プランジャロッドを経由して常にアンカーに伝達する構造となっているためである。
【０００８】
従来技術においては上記問題を緩和するために、閉弁状態においてプランジャロッドとアンカーにギャップを設ける構造とし、弁体のシート部に加わる燃料圧力と雰囲気圧力の差による力が、電磁コイル通電開始し、固定子とアンカーに磁気吸引力が発生し、アンカーが移動を始める初期には加わらないようにする技術が開示されている。
【０００９】
従来技術の一例として、可動子が弁ニードルに設けられた第１のストッパに達する前に、つまり弁ニードルを連行する前にまず予備加速され、可動子は弁ニードルを連行する前にすでに、可動子が弁ニードルに伝達するインパルスに達する。可動子が弁ニードルと剛性的に結合されている燃料噴射弁又は可動子が弁ニードルに対し可動であるがしかし不作用位置では弁ニードルのストッパに接触する燃料噴射弁に比較して、著しく短い開放時間ひいては燃料のより正確な調量が達成されることが知られている。（例えば、特許文献１参照）
さらに従来の燃料噴射弁では、弁体が完全に開弁位置に到達した後、アンカーの端面と固定コアの端面との間の衝突面が互いに貼りつき、弁体を閉弁位置に戻すべく電磁コイルへの通電を終了させ、磁気通路の磁力が消滅した後でも、アンカーが初期位置、つまり両者が完全に離れて、弁体が弁座に押付けられた状態に復帰するまでの時間が長くなるという問題を有する。
【００１０】
この原因の一つとして、アンカーの端面と固定コアの端面とが離れ始めて磁気吸引ギャップが徐々に拡大していく際に、アンカーの端面と固定コアの端面との間に流体的な密着現象が発生することが挙げられる。
【００１１】
具体的には、アンカーを固定コアに貼り付けようとする流体力の大きさは、アンカーの移動速度に比例し、流体ギャップの大きさの３乗に反比例するという性質がある。開弁状態から、閉弁開始状態に切り替わった直後においては流体ギャップが小さいため、この流体ギャップ内に外部から燃料が流れ込みにくいことと、アンカーを取り巻く流体の慣性質量のためにアンカーは非常に微小な移動速度で動くという理由で、上記の現象の影響を受けてアンカーの端面と固定コアの端面とが貼りついたような挙動を示す。
【００１２】
この現象を和らげるためには、アンカーの端面と固定コアの端面との間及びアンカーの周囲に生じる燃料の流れを阻害しないこと、ひいては、その流れを助長することが重要である。
【００１３】
従来技術においては上記問題を緩和するために、アンカーの端面と固定コアの端面との間の衝突面を部分的な接触面として、密着現象を起き難くして貼り付きを防止する技術が開示されている。
【００１４】
従来技術の一例として、可動子に設けられた少なくとも１つの衝突区分が、コアの端面と可動子の端面との当接し合う領域の一部だけを成す幅ｂを有していて、該衝突区分の幅ｂが２０μｍ〜５００μｍの間であって、衝突区分よりも低い位置にある段部区分が段部底部を有していて、この段部区分が衝突区分よりも５μｍ〜１５μｍだけ低い位置にある燃料噴射弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料噴射弁では、互いに衝突し合う構成部分のうちの少なくともどちらか一方が、耐摩耗性表面の形成後に衝突面が長い運転時間後においても摩耗によって不都合に拡大されることがないように構成されているので、可動子が固定コアに吸引されて移動する時間及び可動子が固定コアの吸引力から解放されて固定コアから離れる方向に移動する時間がほぼ一定に維持され、磁気的又は液圧的な最適性を得られる。
【００１５】
別の従来技術の一例として、アンカーに、その中央部で固定コアの燃料導入孔の端部に対面する位置に形成された凹所と、その端面に周方向に飛び飛びに形成され、固定コアの端面に接触する凸部区域と、その端面に凸部区域の残余の部分に形成された凹部区域と、この凹部区域に一端が開口し、他端がアンカーの反固定コア側端面で前記プランジャの周囲に開口する複数の貫通孔とを有する燃料噴射弁が知られている（例えば、特許文献２参照）。この燃料噴射弁では、可動子が開弁位置から閉弁動作に移行する状態でのアンカー周囲の燃料の流れがスムースになり、アンカーの端面と固定コアの端面との間のギャップに燃料がすばやく供給でき、アンカーを固定コアから速やかに引き離すことができるので、閉弁遅れ時間を短縮できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特表２００３−５１１６０２号公報
【特許文献２】特開２００７−１８７１６７号公報
【特許文献３】国際公開２００８／０３８３９５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
燃料噴射弁から適切な量の燃料噴射を精度良く行うには、弁体の開閉動作を迅速にかつばらつきをできるだけ小さくして行わせる必要があるが、燃料噴射弁の開、閉弁時には、磁束や流体の作用による応答遅れによって、燃料噴射制御装置が真に開、閉弁させたい時期よりも遅れて、かつばらつきを持って弁の開、閉弁動作が完了する。
【００１８】
この応答遅れを改善する一つの手段として、磁気吸引力発生初期に、アンカーに弁体シート部に発生する流体力が伝達しない構造とすることが挙げられる。
【００１９】
しかしながら、特許文献１に開示されているような構造では同時にコアとアンカーの流体ギャップに生じるスクイーズ力を低減できず、閉弁の応答遅れを小さくできないといった課題が発生する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明は、電磁式燃料噴射弁の弁体が、閉弁時にアンカーと当接している第2の弁体と、開弁途中でアンカーと当接する第1の弁体からなり、開弁時には第2の弁体が固定コアの内周に配置されたストロークストッパと当接し、開弁時も固定コアとアンカーが直接当接することなくギャップが確保されるよう第1の弁体と第2の弁体の長さを規定し、固定コアとアンカーのメッキ処理を廃止した構造とする。
【発明の効果】
【００２１】
燃料噴射弁の弁体を高応答化させる為に、磁気吸引力発生初期のアンカーに弁体シート部に発生する流体力が伝達しない構造としながらも、閉弁時にアンカーの端面と固定コアの端面との密着現象を起き難くして貼り付きを防止し、従来よりも高応答かつばらつきの小さい弁体の開閉動作を実現できる、燃料噴射弁の内部構成を提供する。その結果燃料噴射量の制御領域が拡大し、内燃機関においてより少ない噴射量を噴射することが可能となり、燃料消費量の削減に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態による燃料噴射弁の全体断面図である。
【図２ａ】本発明の実施形態による燃料噴射弁の詳細断面図である。
【図２ｂ】本発明の実施形態による燃料噴射弁の詳細図である。
【図２ｃ】本発明の実施形態による燃料噴射弁の詳細断面図である。
【図３】本発明の実施形態による電流、弁体に作用する力、弁体変位の時間変化を模式的に示した図である。
【図４】従来の実施形態による燃料噴射弁の詳細断面図である。
【図５】従来の実施形態による燃料噴射弁の一部詳細断面図である。
【図６】本発明の実施形態による燃料噴射弁の詳細断面図である。
【図７】固定コアとアンカーに作用するスクイーズ力を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図１〜７図を用いて、本発明に係る燃料噴射弁の一実施例の構成について説明する。図１は本実施例における燃料噴射弁の縦断面図である。図２、４、６は図１の部分拡大図で、本実施例における燃料噴射弁の詳細を示したものである。本図では構造を分かり易くするために部品や隙間の大きさは実際の比率よりも誇張されており、機能を説明するために不要な部品は省略されている。
【００２４】
ノズルホルダ１０１は直径が小さい小径筒状部２２と直径が大きい大径筒状部２３とを備えている。ノズルホルダ１０１の大径筒状部２３の内周部には固定コア１０７が圧入され、圧入接触位置で溶接接合されている。この溶接接合によりノズルホルダ１０１の大径筒状部２３の内部と外気との間に形成される隙間が密閉される。小径筒状部２２の先端部分の内部に、ガイド部１１５，燃料噴射口１０を備えたオリフィスカップ１１６が挿入され、オリフィスプカップ１１６の先端面の外周部に沿って小径筒状部２２に溶接固定される。ガイド部１１５は後述する可動子１１４を構成するプランジャロッド１１４Ａの先端に設けられた弁体１１４Ｂの外周をガイドする。オリフィスカップ１１６にはガイド部材１１５に面する側に円錐状の弁座３９が形成されている。この弁座３９にはプランジャ１１４Ａの先端に設けた弁体１１４Ｂが当接し、燃料の流れを燃料噴射口１０に導いたり遮断したりする。ノズルホルダ１０１の外周には溝が形成されており、この溝に樹脂材製のチップシール１３１に代表されるシール部材が嵌め込まれている。
【００２５】
細長い形状のプランジャロッド１１４Ａは、弁体１１４Ｂが設けられている端部とは反対の端部にはプランジャロッド１１４Ａの直径より大きい外径を有する頭部１１４Ｃが設けられている。頭部１１４Ｃの上部には、プランジャロッド１１４Ａとは別部材となっている第二の弁体１５２が頭部１１４Cの外径部を覆うように配置され、上端面にはスプリング１１０の着座面が設けられている。第二の弁体１５２の外周部は固定コア１０７の内周部によってガイドされ、かつ内周部でプランジャロッド１１４Ａの頭部１１４Cをガイドするため、プランジャロッド１１４Ａはオリフィスプカップ１１６のガイド部１１５の内周部によって長手方向まっすぐに往復運動するようガイドされる。
【００２６】
第二の弁体１５２の上端面に形成されたスプリング受け面には初期荷重設定用のスプリング１１０の下端が当接しており、スプリング１１０の他端が固定コア１０７に圧入される第二のコア１５０の凹部１５１で受け止められることで、第二の弁体１５２との間に保持されている。
【００２７】
可動子１１４はプランジャロッド１１４Ａが貫通する貫通孔１２８を中央に備えたアンカー１０２を有する。アンカー１０２とノズルホルダ１０１の肩部１１３との間にゼロスプリング１１２が保持されている。ゼロスプリング１１２はアンカーを開弁方向に付勢しており、この付勢力はスプリング１１０による付勢力とは逆向きにアンカーに作用している。
【００２８】
図２に弁体１１４Bが閉弁状態にあるときの燃料噴射弁の部分拡大図を示す。第二の弁体１５２の直径より貫通孔１２８の直径の方が小さいので、第二の弁体１５２をオリフィスカップ１１６の弁座３９に向かって押付けるスプリング１１０の付勢力もしくは重力の作用下においては、ゼロスプリング１１２によって保持されたアンカー１０２の上側面と第二弁体１３１の下端面が当接し、両者は係合している。これによりゼロスプリング１１２の付勢力もしくは重力に逆らう上方へのアンカー１０２の動きあるいは、スプリング１１０の付勢力もしくは重力に沿った下方への第二の弁体１５２の動きに対して両者は協働して動くことになる。しかし、ゼロスプリング１１２の付勢力もしくは重力に関係なく第二の弁体１５２を上方へ動かす力、あるいはアンカー１０２を下方へ動かす力が独立して両者に作用したとき、両者は別々の方向に動くことができる。
【００２９】
アンカー１０２は、ノズルホルダ１０１の大径筒状部２３の内周面とアンカー１０２の外周面との間ではなく、アンカー１０２の貫通孔１２８の内周面とプランジャロッド１１４Ａの外周面とによって中心位置が保持されている。つまり、プランジャロッド１１４Ａの外周面はアンカー１０２が、単独で軸方向に移動するときのガイドとして機能している。アンカー１０２の下端面はロッドガイドの肩部１１３の上端面に対面しているが、ゼロスプリング１１２が介在していることで両者が接触することはない。アンカー１０２の外周面とノズルホルダ１０１の大径筒状部２３の内周面との間にはサイドギャップ１３０が設けられている。このサイドギャップ１３０はアンカー１０２の軸方向の動きと燃料噴射弁内の燃料の移動を許容するためであるが、磁気抵抗との兼ね合いでその大きさが決定される。
【００３０】
固定コア１０７は中心に第二の弁体１５２の直径よりわずかに大きい直径Ｄの貫通孔１０７Ｄが燃料導入通路として設けられている。貫通孔１０７Ｄの下端部内周には第二の弁体１５２が摺動状態で挿通されている。図２bに第二の弁体１５２を固定コア１０７方向から見た模式図を示す。第二の弁体１５２の外径は円形の一部を面取りした部位２５０が複数設けられており、貫通孔１０７Dの燃料を下流に流す通路となっている。固定コア１０７から第二の弁体１５２への磁束漏洩防止として、第二の弁体１５２は非磁性材で構成される。
【００３１】
図１のノズルホルダ１０１の大径筒状部２３の外周にはカップ状のハウジング１０３が固定されている。ハウジング１０３の底部には中央に貫通孔が設けられており、貫通孔にはノズルホルダ１０１の大径筒状部２３が挿通されている。ハウジング１０３の外周壁の部分はノズルホルダ１０１の大径筒状部２３の外周面に対面する外周ヨーク部を形成している。ハウジング１０３によって形成される筒状空間内には環状若しくは筒状の電磁コイル１０５が配置されている。電磁コイル１０５は半径方向外側に向かって開口する断面がＵ字状の溝を持つ環状のコイルボビン１０４と、この溝の中に巻きつけられた銅線で形成される。コイル１０５の巻き始め、巻き終わり端部には剛性のある導体１０９が固定されており、固定コア１０７に設けた貫通孔より引き出されている。この導体１０９と固定コア１０７、ノズルホルダ１０１の大径筒部２３の外周はハウジング１０３の上端開口部内周から絶縁樹脂を注入して、モールド成形され、樹脂成形体１２１で覆われる。
【００３２】
導体１０９の先端部に形成されたコネクタ４３Ａには高電圧電源、バッテリ電源より電力を供給するプラグが接続され、図示しないコントローラによって通電，非通電が制御される。コイル１０５に通電中は、コア１０７、ハウジング１０３、アンカー１０２で形成される磁気回路を通る磁束によって、図２aの磁気吸引ギャップG3において可動子１１４のアンカー１０２と固定コア１０７との間に磁気吸引力が発生し、アンカー１０２がスプリング１１０の設定荷重を超える力で吸引されることで上方へ動く。このときアンカー１０２によって、プランジャロッド１１４Ａが上方へ移動することでプランジャ１１４Ａの先端の弁体１１４Ｂが弁座３９より離間し、燃料が燃料通路１１８を通り、オリフィスカップ１１６先端にある噴射口１０から内燃機関の燃焼室内に噴出される。
【００３３】
電磁コイル１０５への通電が断たれると、磁気回路の磁束が消滅し、磁気吸引ギャップG3における磁気吸引力も消滅する。この状態では、第二の弁体１５２を磁気吸引力とは反対方向に押す初期荷重設定用のスプリング１１０のばね力がゼロスプリング１１２の力に打ち勝って可動子１１４全体（アンカー１０２，プランジャロッド１１４Ａ）に作用する。その結果、アンカー１０２はスプリング１１０のばね力によって、弁体１１４Ｂが弁座３９に接触する閉位置に押し戻される。このとき、第二の弁体がアンカー１０２の上面に当接してアンカー１０２を、ゼロスプリング１１２の力に打ち勝ってロッドガイドの肩部１１３側へ移動させる。弁体１１４Ｂが弁座に衝突すると、アンカー１０２はプランジャロッド１１４Ａと別体であるため、慣性力によってロッドガイドの肩部１１３方向への移動を継続する。このときプランジャロッド１１４Ａの外周とアンカー１０２の内周との間に流体による摩擦が発生し、アンカー１０２の運動エネルギが減衰する。慣性質量の大きなアンカー１０２がプランジャロッド１１４Ａから切り離されているので、弁座３９から再度開弁方向に跳ね返るプランジャロッド１１４Ａの跳ね返りエネルギ自体も小さい。また、流体による摩擦でプランジャロッド１１４Ａの跳ね返りエネルギを吸収したアンカー１０２は自らの慣性力がその分だけ減少し、ゼロスプリング１１２を圧縮した後に受ける反発力も小さくなるため、アンカー１０２自体の跳ね返り現象によってプランジャロッド１１４Ａが開弁方向に再び動かされる現象は発生し難くなる。かくして、プランジャロッド１１４Ａの跳ね返りは最小限に抑えられ、電磁コイル（１０４，１０５）への通電が断たれた後に弁が開いて、燃料が不作為に噴射される、いわゆる二次噴射現象が抑制される。
【００３４】
以下、本実施例の特徴について説明する。図２aの部分拡大図において、プランジャロッド１１４Aの頭部１１４Cの下端面とアンカー１０２の上端面には隙間G1が確保されている。固定コア１０７内径部に圧入されているストロークストッパ１５３の下端面と第二の弁体１５２の上端面には隙間G２が確保されている。固定コア１０７の下端面とアンカー１０２の上端面には隙間G３が確保されている。弁体１１４Bの閉弁時に可動子１１４をこのような部品構成と隙間を確保することで、本実施例の燃流噴射弁の特徴的な動作を実現することができる。以下、動作の詳細と効果について説明する。
【００３５】
図３に燃料噴射弁の弁体が開弁から閉弁に動作する際の、電磁コイル１０５に印加する電流、弁体１１４Bに作用する力、動作を、横軸を時間として模式的に示す。燃料噴射弁を駆動させるために、図３aに示す電流を燃料噴射弁の電磁コイル１０５に印加する。アンカー１０２には固定コア方向に吸引される力（磁気吸引力）が図３bのF1に示すように働く。一方、アンカー１０２にはスプリング１１０の付勢力F2が第二の弁体１５２を介して、アンカー１０２を固定コアから引き離す方向に作用している。よってアンカー１０２が固定コア方向に動き出すためには、電磁コイルのよる吸引力F1がスプリング１１０の付勢力F2を上回ることが条件となる。
【００３６】
図３Cに示す時刻T1にて磁気吸引力F1がスプリング付勢力F2を上回ると、アンカー１０２は図３cに示す線３００のように固定コア１０７に向かって動き始める。ただしアンカー１０２はプランジャロッド１１４Aの頭部１１４Cとの間で形成されている隙間G1が０になるまではプランジャロッド１１４Aと共同運動することはない。この磁気吸引力F１によってアンカー１０２のみが固定コア方向に動く状態を予備ストロークと呼ぶ。なおここでは説明のために隙間G1、つまり予備ストローク量を例えば２０umとする。
【００３７】
時刻T３においてアンカー１０２が２０um移動し、プランジャロッド１１４Aの頭部１１４Cの下端面に係合した状態を図２cに示す。アンカー１０２の上端面とプランジャロッド１１４Aの頭部１１４Cの下端面が接触することで、アンカー１０２とプランジャロッド１１４Aが共動し、弁体１１４Bがオリフィスカップ１１６の弁座３９から離間し、噴射口１０から内燃機関の燃焼室内に噴出され始める。弁体１１４Bが弁座３９から離間している状態と本ストロークとする。
【００３８】
比較のために、図４に従来の燃料噴射弁の弁体１１４Bが閉弁状態にあるときの燃料噴射弁の部分拡大図を示す。アンカー１０２の上端面とプランジャロッド１１４Aの頭部１１４Cの下端面が係合しており、隙間は形成されていない。
【００３９】
弁体１１４Bが閉弁時、オリフィスカップ１１６の弁座３９で燃料をシールしている。燃料噴射弁内部の燃料圧力と噴射孔１０に通じる外部の圧力差とシート面積の積に比例する流体力（F3とする）が、弁体１１４Bを弁座３９に押し付ける向き（閉弁方向、図４下向き）に作用する。アンカー１０２の上端面とプランジャロッド１１４Aの頭部１１４Cの下端面が係合しており、隙間は形成されていないため、アンカー１０２にも下向きの流体力F3が伝達している。そのためアンカー１０２が固定コア方向に動き出すためには、図３bに示すように、電磁コイルのよる吸引力F1がスプリング付勢力F2と流体力F3の和を上回ることが条件となる。よって従来の燃料噴射弁では図３cに示すようにアンカー１０２が動き出す時刻はT2となり、本実施例の構造を適用した燃料噴射弁の時刻T1よりも遅い。
【００４０】
以上より、本実施例の燃料噴射弁は予備ストローク開始タイミングT1が燃料噴射弁内部の燃料圧力に依存しない。またアンカー１０２とプランジャロッド１１４Aが共同し本ストロークを開始する図３cの時刻T３において、プランジャロッド１１４Aには磁気吸引力加え、予備ストローク中のアンカーの運動量が衝撃力として頭部１１４Cに印加される。よって従来の燃料噴射弁が時刻T2で電磁コイルのよる吸引力F1がスプリング付勢力F2と流体力F3の和を上回り、アンカー１０２およびプランジャロッド１１４Aが本ストロークを開始する際の、アンカー１０２、プランジャロッド１１４Aの初速よりも大きい。よって本実施例の燃料噴射弁の本ストロークが終了する時刻は図３cの時刻T４であり、従来の燃料噴射弁の時刻T5よりも早い。
【００４１】
以上より本実施例の燃料噴射弁は燃料圧力の変化による予備ストローク動作開始タイミングのばらつきを低減し、かつ本ストロークによる弁体１１４Bの開弁動作を素早く行うことができる。
【００４２】
燃料噴射弁製作時に、図２aの部分拡大図に示される、各部品間の隙間G1、G2、G3を形成する方法の一例を説明する。プランジャロッド１１４Aの頭部１１４Cの下端面とアンカー１０２の上端面には隙間G1は第二の弁体１５２の凹部の深さと、プランジャロッド１１４Aの頭部１１４Cの厚さで規定される。なおこの隙間G1は予備ストローク量に等しい。
【００４３】
固定コア１０７の下端面とアンカー１０２の上端面には隙間G３は、ストロークストッパ１５３を固定コア１０７に挿入する前に、オリフィスカップ１１６をノズルホルダ１０１の小径筒状部２２への圧入する際の移動量で規定する。詳細には電磁コイル１０５に電流を印加することで磁気吸引力を発生させ、固定コア１０７の下端面とアンカー１０２の上端面を衝突させる。第二の弁体１５２もアンカー１０２と共同するため、固定コア貫通孔１０７Dより第二の弁体１５２の移動量を計測し、オリフィスカップ１１６の移動量にフィードバックすることで所望の隙間G３を規定することができる。
【００４４】
固定コア１０７内径部に圧入されているストロークストッパ１５３の下端面と第二の弁体１５２の上端面の隙間G２は、ストロークストッパ１５３を固定コア１０７に挿入する際に、電磁コイル１０５に電流を印加することで磁気吸引力を発生させ、ストロークストッパ１５３の下端面と第二の弁体１５２の上端面を衝突させる。固定コア貫通孔１０７Dより第二の弁体１５２の移動量を計測し、ストロークストッパ１５３の移動量にフィードバックすることで所望の隙間G２を規定することができる。なおこの隙間G２は本ストローク量に等しい。
【００４５】
図５に従来の燃料噴射弁における固定コア１０７とアンカー１０２の拡大図を示す。本図では電磁コイル１０５に通電し、アンカー１０２の上端面と固定コア１０７の下端面が接している状態を表している。従来の燃料噴射弁ではコア１０７の下端面や、アンカー１０２の上端面にメッキ５０１を施して、衝突部の耐久性を向上させている。これによりアンカー１０２や固定コア１０７に比較的軟らかい軟磁性ステンレス鋼を用いた場合においても、硬質クロムメッキ等を用いることで、固定コア１０７とアンカー１０２の衝突部位の耐久信頼性を確保することができた。
【００４６】
しかしながら衝突部位の耐久信頼性を確保するためには固定コア１０７とアンカー１０２に付着させるメッキ５０１をある一定以上の厚みにする必要がある。メッキは非磁性材であるため、固定コア１０７とアンカー１０２が接触している場合でも、両部品間の磁気ギャップは流体ギャップ１３６にメッキ厚さを加えた５０２となり、両部品間に作用する磁気吸引力はメッキ５０２を付着させない場合に比べて低下する。
【００４７】
一方で、燃料噴射弁には、入力された開弁信号に対して素早く応答して開閉弁できることが求められる。すなわち、開弁パルス信号の立ち上りから実際に開弁状態になるまでの遅れ時間（開弁遅れ時間）や、開弁パルス信号が終了してから実際に閉弁状態になるまでの遅れ時間（閉弁遅れ時間）を短縮することが、最小の可制御噴射量（最小噴射量）をより小さくするという観点から重要である。とりわけ閉弁遅れ時間の短縮は最小噴射量の低減に有効であることが知られている。閉弁遅れ時間短縮の方法の１つに、弁体１１４Ｂを開状態から閉状態に移行させる力を可動子１１４に付与するスプリング１１０の設定荷重を大きくすることであるが、この力を大きくすると開弁時に大きな磁気吸引力F1が必要となり、電磁コイルが大型になるという相反する問題がある。このため設計上の限界があり、この方法だけで開弁遅れ時間を十分短縮できない。
【００４８】
従来から閉弁遅れを低減する手段は種々考案されているが、有効な手段としてアンカー１０２に凸部５０３を設け、固定コア１０７とアンカー１０２が接触した状態でも流体ギャップ１３６を形成させる手法がある。閉弁時に固定コア１０７の電磁吸引力により吸引されていたアンカー１０２をスプリング１１０で押下げたとき、固定コア１０７の下端面とアンカー１０２の上端面との間の流体ギャップ１３６の負圧状態を利用し、アンカー１０２移動によって押しのけられた燃料が、燃料通路１１８から速やかに流体ギャップ１３６、アンカー側方の隙間（サイドギャップ）１３０に流れ込むようにし、固定コア１０７の下端面とアンカー１０２の上端面の間に生ずるスクイーズ効果による貼り付き力（スクイーズ力）を低減することで閉弁遅れを短縮する手段が知られている。
【００４９】
本実施例の燃料噴射弁の開弁状態の拡大模式図を図６に示す。第二の弁体１５２の上端面は固定コア１０７の内径部に挿入、固定されたストロークストッパ１５３の下端面に接触し、その位置が規定されている。アンカー１１２は磁気吸引力で固定コア１０２に引き付けられるも、第二の弁体１５２によって隙間G4を残した位置に規制される。プランジャロッド１１４Aの弁体１１４Bとオリフィスカップ１１６の弁座３９を通過して噴孔１０から内燃機関の燃焼室には燃料が流れるため、プランジャロッド１１４Aには閉弁方向（図６下向き）の流体力が加わり、プランジャロッド１１４Aの位置はアンカー１１２の上端面が頭部１１４Cを支持することで規制される。
【００５０】
本構成では燃料噴射弁が開弁状態にある際にも固定コア１０７とアンカー１１２が直接衝突することがないため、比較的軟らかい軟磁性ステンレス鋼を用いた場合においても、メッキを用いる必要がないという利点を有している。
【００５１】
図５の従来の燃料噴射弁ではメッキ５０１が非磁性材であるため、メッキ５０１の厚さ分磁気ギャップ５０２が流体ギャップ１３６よりも大きい。つまりスクイーズ力を低減するために流体ギャップ１３６を拡大すると、磁気ギャップ５０２も拡大され、磁気吸引力が低下し、開弁時の弁体の応答性が低下するという問題を抱えていた。
【００５２】
メッキを用いないことで、図６に示す本実施例の燃料噴射弁に示すように、磁気ギャップと流体ギャップは等しくG4となるため、従来よりも流体ギャップを拡大しつつ、磁気ギャップを低減することができる。またストロークストッパには固定コア１０７に対して非圧入、かつ第二の弁体が衝突する際の衝撃力を緩和できるように低剛性部２０１を設けてある。本構造によりストロークストッパ１５３を固定コア１０７に圧入するのみで第二の弁体が衝突する際の衝撃力に耐えて保持することができ、溶接による変形で本ストローク量の精度が悪化する問題を解決できる。また低剛性部で衝撃力が緩和されるため、ストロークストッパ１５３や第二の弁体１５２の衝突部にメッキ等の処理も不要となる。
【００５３】
図８に固定コア１０７とアンカー１１２のギャップとスクイーズ力の関係を示す。例えばギャップをAからBに拡大させることで、スクイーズ力は約50%低減することができる。スクイーズ力の低減によるアンカー１０２の運動の変化を図３cに示す。時刻0.6msで図３aに示すように電流を遮断する。磁気吸引力F1は図３bのように低下し、時刻T６でスプリング１１０の付勢力F2と流体力F3の和を下回ると、アンカー１０２はノズルホルダの肩部１１３に向かって閉弁を開始する。本実施例の燃料噴射弁ではスクイーズ力が低減されているため、時刻T７でプランジャロッド１１４Aは弁座３９に接触する閉弁位置に戻り、従来の燃料噴射弁の閉弁時刻T8よりも早い。よって磁気吸引力を低下させることなく、あるいは向上させつつも、閉弁時のスクイーズ力を低減し、閉弁応答性を向上させることができる。
【００５４】
公知となっている従来の発明では開弁時の予備ストロークとメッキ廃止を、簡便な構成で実現することができなかった。本実施例は、可動子をアンカー、第一の弁体、第二の弁体の３部品に分割し、固定コアとは別のストロークストッパで可動子の位置を決めることで、複雑な部品構成とすることなく、開弁時の予備ストロークとメッキ廃止を実現できる燃料噴射弁の構造を提案するものである。
【００５５】
以上のように本実施例では、燃料噴射弁内部の流体の作用力による開弁時の弁体応答遅れと、閉弁時のスクイーズ効果による貼り付き力の両方を低減することとで、従来技術以上に開、閉弁遅れ時間を短縮でき、最小の可制御噴射量（最小噴射量）をより小さく出来る。
【００５６】
なお、本実施例は、前記実施形態に限定されるものではない。また、本実施例の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【００５７】
例として、本実施例では燃料噴射弁に使用される燃料について特に述べていないが、ガソリン、軽油、アルコール等、内燃機関に使用される燃料すべてにおいて適用することができる。これは、本実施例が流体の有する粘性抵抗の観点に立脚して為されているためである。どのような燃料を用いたとしても粘性抵抗は存在し、本実施例の原理が適用できるため、効果を発揮することができる。
【符号の説明】
【００５８】
２２…ノズルホルダ小径筒状部
２３…ノズルホルダ大径筒状部
３９…弁座
４３A…コネクタ
１０１…ノズルホルダ
１０２…アンカー
１０３…ハウジング
１０４…コイルボビン
１０５…電磁コイル
１０７…固定コア
１０７D…固定コア貫通孔（燃料通路）
１０９…導体
１１０…スプリング
１１２…ゼロスプリング
１１３…肩部
１１４…可動子
１１４A…プランジャロッド
１１４B…弁体
１１４C…プランジャロッド頭部
１１５…ガイド部材
１１６…オリフィスカップ
１１８…燃料通路
１２１…樹脂成形体
１２６…燃料通路
１２８…貫通孔
１３０…サイドギャップ（燃料通路）
１５０…第二のコア
１５１…凹部
１５２…第二の弁体
２０１…非圧入部
２５０…面取り部位
３００…本実施例の燃料噴射弁のアンカーの変位
３０１…従来の燃料噴射弁のアンカーの変位
５０１…メッキ
５０２…磁気ギャップ
５０３…凸部
【図１】
2014227958.tif 000003
【図２ａ】
2014227958.tif 000004
【図２ｂ】
2014227958.tif 000005
【図２ｃ】
2014227958.tif 000006
【図３】
2014227958.tif 000007
【図４】
2014227958.tif 000008
【図５】
2014227958.tif 000009
【図６】
2014227958.tif 000010
【図７】
2014227958.tif 000011