(57)【要約】【課題】  燃料噴射弁の噴射燃料の微粒化を向上させることを目的とする。【解決手段】  内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁１であって、通電によって磁力を発生する電磁コイル１８と、この電磁コイル１８の発生する磁力が与えられて電磁石となる固定子２１と、電磁コイル１８および固定子２１を収容するボディ２と、軸方向に移動可能に支持され、磁力が与えられた固定子２１に吸引される固定子側端面２６および反固定子側端面２７を有する可動子２５と、可動子２５を貫通するように、かつ軸方向に移動可能に支持されるニードル１０と、固定子側端面２６と対向するように、ニードル１０に形成されている第１拡径部１１と、固定子から離れる方向に可動子２５を付勢する第１付勢手段１６とを備え、閉弁時、第１付勢手段１６によって固定子側端面２６と第１拡径部１１との間に隙間を形成させることを特徴とする。【選択図】  図１
2006097659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁であって、
通電によって磁力を発生する電磁コイルと、
この電磁コイルの発生する磁力が与えられて電磁石となる固定子と、
前記電磁コイルおよび前記固定子を収容するボディと、
軸方向に移動可能に支持され、磁力が与えられた前記固定子に吸引される固定子側端面および反固定子側端面を有する可動子と、
前記可動子を貫通し、かつ軸方向に移動可能に支持されるニードルと、
前記固定子側端面と対向するように、前記ニードルに形成されている第１拡径部と、
前記固定子から離れる方向に前記可動子を付勢する第１付勢手段とを備え、
閉弁時、前記第１付勢手段によって前記可動子の前記固定子側端面と前記第１拡径部との間に隙間を形成させることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記ニードルには、前記可動子の前記反固定子側端面と対向する位置に第２拡径部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記第１拡径部の前記固定子側端面に対向する面は、前記ニードルの移動方向に対して略垂直な面であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記第１拡径部および前記第２拡径部のそれぞれ前記固定子側端面および前記反固定子側端面に対向する面は、曲面もしくは傾斜面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記固定子から離れる方向に前記ニードルを付勢する第２付勢手段を備え、
前記第１付勢手段の付勢力は、前記第２付勢手段の付勢力よりも弱いことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項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、燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特表２００２−５２８６７２号公報に開示されているような燃料噴射弁が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この従来技術の燃料噴射弁は、電磁コイル１００、ステータ１１０、アーマチャ１２０、アーマチャ１２０をステータ１１０方向に押し付けるスプリング１３０、弁体１４０を有するニードル１５０、およびニードル１５０を噴孔１６０側に押し付けるスプリング１７０から成っている。そして、このニードル１５０には、アーマチャ１２０がニードル１５０に形成されている第１ストッパ１８０と第２ストッパ１９０との間に往復移動可能に配置されている（図４参照）。
【０００４】
この燃料噴射弁では、電磁コイル１００が通電されていない閉弁時、アーマチャ１２０は、スプリング１３０の付勢力によって第１ストッパ１８０に当接された状態となっている。電磁コイル１００が通電されると、アーマチャ１２０と第１ストッパ１８０の当接を維持したまま、ニードル１５０がステータ１１０方向に移動する。すると、弁座体２００から弁体１４０が離座し、弁座体２００に形成されている噴孔１６０が開いて燃料が噴射される。
【特許文献１】特表２００２−５２８６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の燃料噴射弁のように、ニードル１５０を移動させ、弁座体２００から弁体１４０を離座させ、噴孔１６０を開いて燃料を噴射させる形式の燃料噴射弁では、弁体１４０が弁座体２００から離座するときに形成される弁体１４０と弁座体２００との隙間の面積が噴孔１６０の通路面積よりも小さい期間（以下、これを開弁初期と呼ぶ）、十分な圧力をもった燃料が噴孔１６０まで到達できないので、実噴射圧が低くなり、噴孔１６０からの燃料の噴射速度が遅くなってしまう。すると、この期間の噴射燃料の粒径が比較的大きいものになってしまう。この状態の弁体１４０が弁座体２００から離座するときに形成される弁体１４０と弁座体２００との隙間のことをシート絞りと呼ぶ。
【０００６】
従って、このシート絞りの面積が噴孔１６０の通路面積の方が小さい開弁初期の期間が長ければ長いほど比較的粒径の大きい噴射燃料が噴射される期間が長くなり、噴射一回あたりの噴射燃料の平均粒径が大きくなってしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされており、燃料噴射弁の噴射燃料の微粒化を向上させ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１では、内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁であって、通電によって磁力を発生する電磁コイルと、この電磁コイルの発生する磁力が与えられて電磁石となる固定子と、電磁コイルおよび固定子を収容するボディと、軸方向に移動可能に支持され、磁力が与えられた固定子に吸引される固定子側端面および反固定子側端面を有する可動子と、可動子を貫通し、かつ軸方向に移動可能に支持されるニードルと、固定子側端面と対向するように、ニードルに形成されている第１拡径部と、固定子から離れる方向に可動子を付勢する第１付勢手段とを備え、閉弁時、第１付勢手段によって可動子の固定子側端面と第１拡径部との間に隙間を形成させることを特徴とする。
【０００９】
これにより、開弁時、上記隙間分の距離を移動することにより可動子に蓄えられる運動エネルギーと電磁コイルが発生する磁力による力をニードルに伝達させることで、ニードルの開弁初期の速度を従来の燃料噴射弁のニードルの速度よりも速くすることが可能となり、シート絞りが形成されている時間を従来よりも短縮することが可能となる。シート絞りが形成されている時間が短縮されるので、比較的粒径の大きい噴射燃料が噴射される期間が短くなり、噴射燃料の微粒化が向上させることが可能となる。
【００１０】
請求項２では、ニードルには、可動子の反固定子側端面と対向する位置に第２拡径部が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、燃料噴射弁の閉弁時、固定子側端面と固定子との隙間を適正な距離に保つことができる。
【００１２】
請求項３では、第１拡径部の固定子側端面に対向する面は、ニードルの移動方向に対して略垂直な面であることを特徴とする。
【００１３】
これにより、可動子が第１拡径部に当接して、可動子のもつエネルギーをニードルに伝達する際、エネルギーを効率よく伝達することができる。
【００１４】
請求項４では、第１拡径部および第２拡径部のそれぞれ固定子側端面および反固定子側端面に対向する面は、曲面もしくは傾斜面であることを特徴とする。
【００１５】
これにより、可動子が第１拡径部、第２拡径部に当接するときの第１拡径部、第２拡径部とニードルとの境界部分にかかる応力を分散させることができるので、ニードルの寿命を長く維持することが可能となる。
【００１６】
請求項５では、固定子から離れる方向にニードルを付勢する第２付勢手段を備え、第１付勢手段の付勢力は、第２付勢手段の付勢力よりも弱いことを特徴とする。
【００１７】
第１付勢手段の付勢力は、閉弁時、可動子が内燃機関の振動によって動かない程度であればよいので、可動子の移動時、第１付勢手段の付勢力によって生じる上記運動エネルギーの損失を可能な限り抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（一実施形態）
以下、本発明の一実施形態を、図１、図２に基づいて説明する。なお、本実施形態においては、燃料、特にガソリンを内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）の燃焼室に直接噴射するための燃料噴射弁について説明する。しかし、本発明による燃料噴射弁は、いわゆるポート噴射用のガソリンエンジンにも適用することができる。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。図２は、図１の範囲Ｉの部分を拡大した部分断面図である。
【００２０】
この図１において、燃料タンク（図示しない）内に貯蔵された燃料は、サプライポンプ（図示しない）に内蔵されたフィードポンプ（図示しない）によってサプライポンプへ吸引され、このサプライポンプにて高圧に圧縮された後にデリバリパイプ（図示しない）に供給される。このデリバリパイプには、エンジンの各気筒に対して１つの燃料噴射弁１が接続されており、各燃料噴射弁１は電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ：図示しない）からの駆動信号にしたがって噴射作動を行う。
【００２１】
以下、燃料噴射弁１の構成を詳しく説明する。
【００２２】
燃料噴射弁１のケーシングは、いずれも円筒状に形成されたボディ２と弁ボディ３から成り、それらはリング８を介してリテーニングナット６の締め付けにより一体化されている。このケーシングの内部には、先端に弁閉鎖体１３が形成されている長尺状のニードル１０が収容されている。リング８は、ニードル１０のストローク量を調整するためのもので、その調整は、リング８の厚さを変更することにより行うことができる。ボディ２の内壁と弁ボディ３の外壁との間には、シールリング９が設けられている。
【００２３】
弁ボディ３の先端部には、有底円筒状に形成されている弁座体４が設けられている。その弁座体４の底部には、噴孔５が形成されている。燃料は、燃料噴射弁１のケーシング内をとおり、この噴孔５から噴射される。弁座体４に形成されている弁座面に弁閉鎖体１３を着座させることにより、噴孔５が閉じ、弁閉鎖体１３を弁座面から離座させることにより、噴孔５が開くようになっている。
【００２４】
ボディ２には、ニードル１０を軸方向に往復させる電磁アクチュエータが設けられている。この電磁アクチュエータは、電磁コイル１８、固定子２１（以下、ステータと呼ぶ）、および可動子２５（以下、アーマチャと呼ぶ）から成っている。電磁コイル１８は、細いエナメル線を巻回した筒状を呈するものであり、樹脂部材２０にモールドされた状態でボディ２の外壁に配置され、筒状ナット７によりボディ２に固定される。樹脂部材２０には、電磁コイル１８のコイル端に接続された端子１９がモールドされており、ＥＣＵによって通電されると、電磁コイル１８に磁力が発生する。
【００２５】
ステータ２１は、メインステータ２２とサブステータ２３から成り、図１に示すようにサブステータ２３は、メインステータ２２に形成されている貫通孔に差し込まれて固定されている。サブステータ２３には、略中心部に燃料を通すための燃料通路２４と、ニードル１０とアーマチャ２５とを噴孔５方向（ステータ２１から離れる方向）にそれぞれ付勢する第１付勢手段としての第１コイルスプリング１６と第２付勢手段としての第２コイルスプリング１７とを保持する面が形成されている。
【００２６】
アーマチャ２５は、固定子側端面２６（以下、ステータ側端面と呼ぶ）と反固定子側端面２７（以下、反ステータ側端面と呼ぶ）を有している。電磁コイル１８に磁力が発生すると、ステータ２１が電磁石となり、アーマチャ２５は、そのステータ側端面２６が対向するステータ２１の端面に接触するまで引き寄せられる。
【００２７】
図１および、図２に示すようにニードル１０の弁閉鎖体１３の反対側の端部には、アーマチャ２５のステータ側端面２６と当接可能な第１拡径部としての第１ストッパ１１と、反ステータ側端面２７と当接可能な第２拡径部としての第２ストッパ１２が形成されている。アーマチャ２５は、これら第１、第２ストッパ１１、１２の間で軸方向に移動可能に設けられている。アーマチャ２５は、第１コイルスプリング１６によって所定の付勢力で噴孔５方向に押し付けられており、ニードル１０は、第２コイルスプリング１７によって所定の付勢力で噴孔５方向に押し付けられている。
【００２８】
電磁コイル１８が通電されていないときは、これら第１、第２コイルスプリング１６、１７の付勢力によって、反ステータ側端面２７は、第２ストッパ１２に当接し、弁閉鎖体１３は、弁座体４に着座している。このとき、ステータ側端面２６と第１ストッパ１１との間には、隙間３０が形成されている。
【００２９】
第２ストッパ１２は、反ステータ側端面２７が第２ストッパ１２に当接されているとき、ステータ側端面２６とステータ２１との距離が所定の距離となる位置に形成されている。その距離は、上記隙間３０より大きく、かつ、電磁コイル１８が通電されたときに発生する磁力によってステータ２１がアーマチャ２５を引き寄せることができる距離となっている。なお、第２ストッパ１２は、ニードル１０に形成されていなくてもよい。例えば、ボディ２の内壁から中心に向って突き出ている突起であってもよい。
【００３０】
次に、この燃料噴射弁１の作動について説明する。
【００３１】
（開弁時）
ＥＣＵから与えられる駆動信号により電磁コイル１８が通電されると、電磁コイル１８に磁力が発生し、ステータ２１は、この磁力によって電磁石となり、第１コイルスプリング１６の付勢力に抗してアーマチャ２５を引き寄せる。アーマチャ２５がステータ２１に引き寄せられる初期段階では、ステータ側端面２６と第１ストッパ１１との間には、隙間３０が形成されているので、アーマチャ２５は、ステータ側端面２６が第１ストッパ１１に当接するまで単独で移動する。このとき、アーマチャ２５には、電磁コイル１８が発生する磁力、ステータ側端面２６と第１ストッパ１１との距離、およびアーマチャ２５の質量に応じた運動エネルギーが蓄えられることになる。
【００３２】
ステータ側端面２６が第１ストッパ１１に当接すると、アーマチャ２５は、ニードル１０と一体となって引き続きステータ２１方向に移動する。ステータ側端面２６が第１ストッパ１１に当接する瞬間、ニードル１０には、アーマチャ２５が電磁コイル１８に発生する磁力によって引き寄せられる力と、上記アーマチャ２５の移動の初期段階で蓄えられた運動エネルギーとを合わせた力が伝達され、ニードル１０は、ステータ２１方向に移動する。
【００３３】
本実施形態では、第１ストッパ１１のステータ側端面２６に対向する面は、ニードル１０の移動方向に対して略垂直に形成されている、これにより、ステータ側端面２６が第１ストッパ１１に当接する際、上記運動エネルギーと上記磁力によって引き寄せられる力を効率よく伝達させることができる。
【００３４】
その後、ニードル１０と一体となって移動するアーマチャ２５は、ステータ２１の端面に当接するまで移動し、アーマチャ２５がステータ２１に当接すると、開弁動作が終わり、それ以降は開弁状態が保持される。このアーマチャ２５とニードル１０とが共にステータ２１方向に移動することによって弁閉鎖体１３が弁座体４の弁座面から離座し、噴孔５が開いて燃料が噴孔５より噴射される。
【００３５】
また、本実施形態では、第１コイルスプリング１６の付勢力は、第２コイルスプリング１７の付勢力よりも弱いものとしている。第１コイルスプリング１６は、閉弁時、アーマチャ２５がエンジンの振動により移動しないようにするためのものであり、弁閉鎖体１３を弁座体４に押し付ける第２コイルスプリング１７とは役割が異なる。第１コイルスプリング１６の付勢力を第２コイルスプリング１７の付勢力よりも弱くすることで、第１コイルスプリング１６の付勢力によって生じる上記運動エネルギーの損失を可能な限り抑えることができる。
【００３６】
（閉弁時）
ＥＣＵから与えられる駆動信号により電磁コイル１８の通電が停止されると、ステータ２１によるアーマチャ２５を引き寄せる力が無くなり、第１、第２コイルスプリング１６、１７の付勢力によってアーマチャ２５とニードル１０が噴孔５方向に移動する。そして、弁閉鎖体１３が弁座体４の弁座面に当接すると、閉弁動作が終わり、それ以降は閉弁状態が保持される。そして、アーマチャ２５の反ステータ側端面２７が第２ストッパ１２に当接される。このようにニードル１０が噴孔５方向に移動して、弁閉鎖体１３が弁座体４の弁座面に着座することで、噴孔５が閉じて燃料の噴射が停止される。
【００３７】
次に、この燃料噴射弁１の効果について説明する。
【００３８】
従来の燃料噴射弁では、ＥＣＵから与えられる駆動信号により電磁コイル１００が通電されると、ニードル１５０は、開弁初期からアーマチャ１２０と一体となってステータ１１０に引き寄せられる。このとき、ニードル１５０には、電磁コイル１００が発生する磁力のみがステータ１１０方向に働くこととなる。
【００３９】
これに対し、本実施形態の燃料噴射弁１では、閉弁時、アーマチャ２５のステータ側端面２６と第１ストッパ１１との間には、隙間３０が形成されている。このため、ＥＣＵから与えられる駆動信号により電磁コイル１８が通電されると、まず、アーマチャ２５のみが電磁コイル１８が発生する磁力によりステータ２１方向に移動する。このとき、アーマチャ２５には、隙間３０の距離分の運動エネルギーが蓄えられることになる。次に、運動エネルギーをもったアーマチャ２５が第１ストッパ１１に当接すると、ニードル１０には、アーマチャ２５が電磁コイル１８に発生する磁力によって引き寄せられる力と、アーマチャ２５に蓄えられた運動エネルギーとを合わせた力が伝達され、ニードル１０は、ステータ２１方向に移動する。
【００４０】
本実施形態の燃料噴射弁１では、電磁コイル１８に発生する磁力によってアーマチャ２５を引き寄せる力とアーマチャ２５に蓄えられた運動エネルギーとによってニードル１０を移動させるので、ニードル１０の開弁初期の速度を従来の燃料噴射弁のニードル１５０の速度よりも速くすることが可能となり、シート絞りが形成されている時間を従来よりも短縮することが可能となる。シート絞りが形成されている時間が短縮されるので、比較的粒径の大きい噴射燃料が噴射される期間が短くなり、噴射燃料の微粒化が向上させることが可能となる。
【００４１】
（変形例１）
次に、本発明の変形例１による燃料噴射弁１について図３に基づいて説明する。図３は、本発明の変形例１による燃料噴射弁１の要部を拡大した部分断面図である。なお、一実施形態と同一機能物は、同一符号を付して説明を省略する。
【００４２】
変形例１の特徴は、図３に示すように第１ストッパ１１とニードル１０との境界部分を曲面１４とし、ステータ側端面２６のその曲面１４に対向する部分をその曲面１４と同じ曲率を有した曲面２８としている。そして、第２ストッパ１２とニードル１０との境界部分も曲面１５とし、反ステータ側端面２７のその曲面１５に対向する部分をその曲面１５と同じ曲率を有した曲面２９としている。
【００４３】
これにより、アーマチャ２５が第１ストッパ１１、第２ストッパ１２に当接するときの第１ストッパ１１、第２ストッパ１２とニードル１０との境界部分にかかる応力を分散させることができるので、ニードル１０の寿命を長く維持することが可能となる。
【００４４】
なお、これら、第１、第２ストッパ１１、１２に形成される曲面１４、１５は、傾斜面でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図２】図１の範囲Ｉの部分を拡大した部分断面図である。
【図３】本発明の変形例１による燃料噴射弁の要部を拡大した部分断面図である。
【図４】従来の燃料噴射弁を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１                      燃料噴射弁
２                      ボディ
３                      弁ボディ
４                      弁座体
５                      噴孔
１０                    ニードル
１１                    第１ストッパ
１２                    第２ストッパ
１３                    弁閉鎖体
１６                    第１コイルスプリング（第１付勢手段）
１７                    第２コイルスプリング（第２付勢手段）
１８                    電磁コイル
２１                    ステータ
２５                    アーマチャ
２６                    ステータ側端面
２７                    反ステータ側端面
３０                    隙間
【図１】
2006097659.tif 000003
【図２】
2006097659.tif 000004
【図３】
2006097659.tif 000005
【図４】
2006097659.tif 000006