(57)【要約】【課題】ボディの外径の増加を抑えつつ、ニードル弁の移動量の検出精度を向上させることができる燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料噴射弁１は、外部のコモンレールに通じており、噴孔１１に当該コモンレール内の燃料を供給する高圧燃料通路１３と高圧燃料通路１３の燃料を導入することによりニードル弁３６を閉弁方向に付勢する制御室２１を有するボディ２と、制御室２１内の圧力を増減する電気駆動式制御弁２３と、ニードル弁３６と連動して往復動する磁石４０と、ボディ２に収容され、磁石４０が往復動することにより誘導電流を発生するコイル４１であって、内周側に高圧燃料通路１３を配置させるコイル４１とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔に対して往復動することにより、前記噴孔を開閉するニードル弁を備え、前記ニードル弁が前記噴孔を開くことにより内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁において、
前記噴孔に外部の燃料供給源内の燃料を供給する燃料供給通路と、前記燃料供給通路に通じており、燃料が導入されることにより、前記噴孔を閉塞する方向に前記ニードル弁を付勢する制御室とを有するボディと、
作動することにより前記制御室内の圧力を増減させる弁部材、および通電することにより前記弁部材を作動させる駆動部を有する電気駆動式制御弁と、
前記ニードル弁と連動して往復動するよう前記ニードル弁に設けられ、前記制御室内に配置される磁石と、
前記磁石の往復動方向に前記磁石と並んで、前記ボディ内に収容され、前記磁石が往復動することにより電流が発生し、その電流に基づいて前記ニードル弁の位置変化を検出するコイルと、を備え、
前記コイルの内周側には、前記燃料供給通路が配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記ボディは、前記燃料供給通路から分岐し、前記燃料供給通路内の燃料を前記制御室に導入させるこ分岐通路を有し、
前記コイルの内周側には、前記燃料供給通路と共に前記分岐通路が配置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】
前記コイルおよび筒孔状の前記制御室は、前記磁石の往復動方向に同軸上に並んで配置されており、
前記コイルの内径は、前記制御室の内径よりも大きい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。
【請求項４】
前記コイルは、前記磁石が前記コイルに最接近したとき、前記コイルの前記磁石側の端面よりも外側に前記磁石が位置されるように、前記ボディに収容されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記コイルの内周部のうち、前記燃料供給通路に最も近い部分は、前記燃料供給通路の通路壁に沿って延びていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記磁石は焼結磁石であり、
前記磁石を前記制御室内の燃料から隔離するカバーをさらに備えることを特徴とする請求項１から５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、内燃機関に高圧燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に高圧燃料を噴射する噴射システム、例えばディーゼル機関のコモンレール式燃料噴射システムでは、各気筒に共通のコモンレールに高圧燃料を蓄圧し、当該機関の運転状態に応じたタイミングで燃料噴射弁のニードル弁を移動させて、高圧燃料を噴射している。
【０００３】
燃料噴射弁は、噴孔に対して往復動することにより、噴孔を開閉し、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するニードル弁、および燃料を導入することにより、噴孔を閉弁する方向にニードル弁を付勢する制御室を有し、電気駆動式の弁部材を作動させることで制御室内の圧力が増減され、その制御室内の圧力の変動により、ニードル弁の移動が制御される構成となっている。電気駆動式制御弁を駆動する制御部は、エンジンの回転速度やアクセル開度などに基づいて、最適な燃料噴射量を算出し、所定の燃料噴射タイミングで所定の時間だけ燃料噴射弁が開弁するように、当該制御弁に指令信号を出力する。
【０００４】
このように、燃料噴射弁では、ニードル弁の動作は電気駆動式制御弁の動作に依存している。ニードル弁の動作を把握し、その結果に応じて電気駆動式制御弁の制御を最適なものとすることにより、燃料噴射量や燃料噴射のタイミングの精度を向上させることができる。
【０００５】
ニードル弁の位置変化を検出する一つの例として磁石とコイルとを相対的に移動させることによりコイルに発生する誘導電流を利用した燃料噴射弁が知られている（特許文献１を参照）。
【０００６】
この特許文献１の燃料噴射弁は、ニードル弁と連動して往復動するように、ニードル弁において噴孔とは反対側の端部に設けられる磁石と、磁石の往復動方向に磁石と並んで、燃料噴射弁のボディに収容されるように設けられ、磁石が往復動することにより電流が発生し、その電流に基づいてニードル弁の位置変化を検出するコイルとを備えている。特許文献１では、ニードル弁の位置変化に基づき、ニードル弁の移動量を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３５２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、燃料噴射弁から噴射される燃料を直接燃焼室に供給する態様の内燃機関では、燃料噴射弁はシリンダヘッドに取付けられることとなる。シリンダヘッドには、燃料噴射弁の他に、吸排気弁やカムシャフトなどが取付けられている。このようにシリンダヘッドには様々な機能部品が取付けられるため、燃料噴射弁の体格に制限が設けられることとなる。このような事情により、燃料噴射弁のボディの外径は大きくできない。
【０００９】
ここで、コイルの内径を大きくすればするほど、コイルに発生する誘導電流を大きくできることは知られている。これは、コイルと鎖交する磁束（以下、鎖交磁束という）が増加するからである。
【００１０】
したがって、コイルの内径を大きくすれば、ニードル弁の位置変化の検出精度を向上することができる。しかしながら、位置変化の検出精度の向上を図るべく、単にコイルの内径を大きくするだけでは、コイルの外周側に燃料供給通路が配置されることとなるので、ボディの外径が大きくなってしまう。
【００１１】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、ボディの外径の増加を抑えつつ、ニードル弁の位置変化の検出精度を向上させることができる燃料噴射弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明は、噴孔に対して往復動することにより、噴孔を開閉するニードル弁を備え、ニードル弁が噴孔を開くことにより内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁において、
噴孔に外部の燃料供給源内の燃料を供給する燃料供給通路と、燃料供給通路に通じており、燃料が導入されることにより、噴孔を閉塞する方向にニードル弁を付勢する制御室とを有するボディと、作動することにより制御室内の圧力を増減させる弁部材、および通電することにより弁部材を作動させる駆動部を有する電気駆動式制御弁と、ニードル弁と連動して往復動するようニードル弁に設けられ、制御室内に配置される磁石と、磁石の往復動方向に磁石と並んで、ボディ内に収容され、磁石が往復動することにより電流が発生し、その電流に基づいてニードル弁の位置変化を検出するコイルと、を備え、コイルの内周側には、燃料供給通路が配置されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明では、磁石がニードル弁と連動して往復動するようにニードル弁に設けられ、磁石の往復動方向に並び、かつ磁石が往復動することにより電流が発生するようにコイルがボディ内に収容されている。
【００１４】
このように磁石とコイルとが燃料噴射弁に設けられているので、例えば、ニードル弁が噴孔を閉弁している状態から電気駆動式制御弁の駆動によりニードル弁が開弁方向に移動すると、鎖交磁束数が変化する。鎖交磁束数の変化量に応じた誘導電流がコイルに発生する。この誘導電流はニードル弁の位置変化に応じて変化する。この誘導電流によれば、ニードル弁の位置変化を検出することが可能となる。
【００１５】
また、本発明では、コイルの内径を大きくすることにより、ニードル弁の位置変化の検出精度を向上させ、コイルの内周側の領域を従来技術のものよりも広げている。そして、本発明では、その広がった領域に、従来、コイルの外周側に配置されていた燃料供給通路を配置させているので、燃料噴射弁のボディの外径の増加を抑えることができる。
【００１６】
以上のことにより、本発明によれば、ボディの外径の増加を抑えつつ、ニードル弁の位置変化の検出精度を向上させることができる燃料噴射弁を提供できる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、燃料供給通路から分岐し、燃料供給通路内の燃料を制御室に導入させる分岐通路を有し、コイルの内周側には、燃料供給通路と共に分岐通路が配置されていることを特徴としている。
【００１８】
本発明によれば、コイルの内周側に燃料供給通路と共に分岐通路を配置させることができるほどにコイルの内径を大きくしているため、ニードル弁の位置変化の検出精度をさらに向上させることができる。また、コイルの内周側に燃料供給通路と共に分岐通路も配置させているため、分岐通路もコイルの外周側に配置させる必要がなくなる。以上のことにより、ボディの外径を増加を抑えつつ、さらにニードル弁の位置変化の検出精度を向上させることができる。
【００１９】
コイルと磁石との距離を極力短くすると鎖交磁束数を増加させることができるので、検出精度がさらに向上する。しかしながら、磁石は比較的高圧の燃料が供給される制御室内に配置されているため、制御室の形状を維持するために制御室の周囲にはコイルとの間に制御室の形状を維持できるだけの肉厚を有した隔壁が必要となる。
【００２０】
これに対し、請求項３に記載の発明では、コイルおよび筒孔状の制御室は、磁石の往復動方向に同軸上に並んで配置されており、コイルの内径は、制御室の内径よりも大きくしている。
【００２１】
コイルの内径が制御室の内径よりも小さい従来技術と、コイルの内径が制御室の内径よりも大きい本発明とにおいて、磁石の往復動方向における制御室とコイルとの距離を同じとした場合、制御室とコイルとの隔壁の肉厚が従来技術のものよりも本発明のものの方が厚くなる。このことによれば、従来技術のものに比べ、よりコイルを磁石に近づけることができる。したがって、本発明によれば、さらにニードル弁の位置変化の検出精度を向上させることができる。
【００２２】
磁石がコイルに向って移動し、コイルの内周側に突入した場合、突入以降はコイルを鎖交する磁束の変化量が小さくなるためコイルに発生する誘導電流がコイルの内周側に磁石が突入する直前に発生する誘導電流よりも低下することがある。つまり、磁石のコイルに対する位置と、コイルに発生する誘導電流の値の関係が相関の関係がなくなる。このため、ニードル弁の位置変化の検出精度が低下するおそれがある。
【００２３】
これに対し、請求項４に記載の発明では、磁石がコイルに最接近したとき、コイルの磁石側の端面よりも外側に磁石が位置されるようにコイルをボディに収容させている。このことによれば、磁石のコイルに対する位置と、コイルに発生する誘導電流の値との関係に相関の関係を築くことができる。このため、ニードル弁の位置変化の検出精度の低下を抑制することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、コイルの内周部のうち、燃料供給通路に最も近い部分は、燃料供給通路の通路壁に沿って延びていることを特徴としている。
【００２５】
本発明では、コイルの内周部のうち、燃料供給通路に最も近い部分が、燃料通路の通路壁に沿って延びているので、コイルの内周部と燃料供給通路の通路壁との隔壁の肉厚を確保することができる。これによれば、当該隔壁の肉厚が部分的に薄くなる場所が形成されないため、当該通路の形状を維持することができる。
【００２６】
微粉末にした磁石原料を焼き固めることにより製造される焼結磁石は、その製造過程を経るがゆえ、気孔を有する。制御室内に配置させる磁石を焼結磁石とすると、制御室内の比較的圧力の高い燃料が磁石の気孔に入り込む。このため、入り込んだ燃料が、圧力の変動により、気孔を出たり入ったりしたり、もしくは、気孔の中で膨張・収縮をするために磁石強度が早期に劣化するおそれがある。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、磁石は焼結磁石であり、磁石を制御室内の燃料から隔離するカバーをさらに備えることを特徴としている。
【００２８】
本発明では、焼結磁石からなる磁石に制御室内の燃料から隔離するカバーを設けているため、制御室内の比較的圧力の高い燃料が磁石の気孔に入り込むことを抑制することができる。よって、磁石の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１における燃料噴射弁の要部を拡大した断面図である。
【図３】誘導電流の変化を示す図である。
【図４】コイルの内径と、コイルの鎖交磁束数との関係を示す図である。
【図５】磁石がコイルに最接近したときの磁石とコイルとの距離を異ならせた場合のノズルニードルの移動量と誘導電流との関係を示す図である。
【図６】コイルと制御室との位置関係を説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施形態による燃料噴射弁の要部を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００３１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態による燃料噴射弁１の概略を示す図であり、縦断面を示している。燃料噴射弁１は、燃料供給源としてのコモンレール（図示しない）に蓄圧された高圧燃料をディーゼル機関（図示しない）の燃焼室に噴射するコモンレール式燃料噴射システムに組み込まれているものである。
【００３２】
燃料噴射弁１は、ボディ２、電気駆動式制御弁２３、ニードル弁３６、ノズルシリンダ３７、スプリング３８などから構成されている。ボディ２は、金属材料より筒状に形成されている。ボディ２は、ハウジング３、バルブホルダ４、プレート５、コイルホルダ６、およびノズルボディ７などから構成されている。ボディ２を構成するこれらの部材３、４、５、６および７は、図１に示すように上方から下方に向けて積層され、外周に設けられるリテーナ８などの締結部材により互いに油密に固定される。なお、本実施形態では、燃料噴射弁１の上方を図１に図示する上向きの矢印が指し示す方向とし、燃料噴射弁１の下方を図１に図示する下向きの矢印が指し示す方向とする。
【００３３】
ハウジング３、バルブホルダ４、プレート５およびノズルボディ７は、強磁性体材料からなっている。本実施形態では、部材３、４、５および７は、機械的強度の比較的高い鉄系の金属材料からなっている。コイルホルダ６のみ、強磁性体材料よりも透磁率の低い非磁性材料または弱磁性材料からなっている。本実施形態では、コイルホルダ６はステンレス鋼からなっているが、コイルホルダ６は他の材料であっても良い。
【００３４】
ハウジング３の上方の端面には、コモンレールに連通する高圧燃料入口９および燃料タンク（図示せず）に連通する低圧燃料出口１０が開口している。また、ノズルボディ７の下方の端面には、高圧燃料入口９から導入したコモンレール内の高圧燃料を燃焼室に向って噴射する噴孔１１が形成されている。本実施形態では、四つの噴孔１１が形成されている。
【００３５】
ボディ２は、ニードル収容部１２、および燃料供給通路としての高圧燃料通路１３を有する。ニードル収容部１２は、噴孔１１と連通しており、ニードル弁３６、ノズルシリンダ３７およびスプリング３８を収容する。高圧燃料通路１３は、高圧燃料入口９とニードル収容部１２とを連通する。
【００３６】
ボディ２は、高圧燃料通路１３とは別に、分岐通路１４を有する。分岐通路１４は、高圧燃料通路１３から分岐し、後述する制御室２１に高圧燃料通路１３内の高圧燃料を導入する。分岐通路１４は、電気駆動式制御弁２３の弁部材２４を収容する弁室１６を有する。また、ボディ２は、電気駆動式制御弁２３の駆動部２６を収容する収容部１８および連通路１９を有する。収容部１８、連通路１９および弁室１６は同軸上に配置されている。さらに、ボディ２は、連通路１９および収容部１８と、低圧燃料出口１０とを連通する低圧燃料通路２０を有する。
【００３７】
高圧燃料通路１３は、ハウジング３、バルブホルダ４、プレート５、コイルホルダ６のそれぞれを軸方向に貫くように形成されている。また、制御室２１は、ニードル弁３６にノズルシリンダ３７およびスプリング３８を組み付けたものをニードル収容部１２に収容させることにより筒孔状に形成される。制御室２１は、高圧燃料通路１３と分岐通路１４を介して通じており、高圧燃料通路１３内の高圧燃料を導入することにより、噴孔１１を閉塞する方向にニードル弁３６を付勢する。
【００３８】
ニードル弁３６は強磁性材料より円柱状に形成されている。ニードル弁３６の下方の端面は、先端に向かうほど外径が小さくなるような円錐状に形成されている。この円錐状の部分には、弁座２２に着座する当接部３６ａが形成されている。弁座２２は、ニードル収容部１２の壁面において、噴孔１１よりも上方に形成されている。また、当接部３６ａとは反対側の端部、つまりニードル弁３６の上方の端部における外周壁には、摺動部３６ｂが形成されている。摺動部３６ｂには、円筒状に形成されたノズルシリンダ３７が挿入される。ノズルシリンダ３７は摺動部３６ｂに接しながら軸方向に移動可能である。当接部３６ａと摺動部３６ｂとの間には、スプリング座３６ｃが形成されている。スプリング３８はノズルシリンダ３７の下端面とスプリング座３６ｃとの間に配置され、ノズルシリンダ３７に対して上方への付勢力を付与する。
【００３９】
コイルホルダ６の下端面にノズルシリンダ３７の上端面を当接させ、当接部３６ａを弁座２２に当接させるように、ニードル弁３６、ノズルシリンダ３７、およびスプリング３８をニードル収容部１２に収容することにより、ノズルシリンダ３７の内周壁、ニードル弁３６の上端面、およびコイルホルダ６の下端面にて制御室２１が形成される。本実施形態では、コイルホルダ６の下端面のうち、制御室２１を形成する部分に、下方に向って開口する凹部６ａが形成されている。
【００４０】
ニードル弁３６は、制御室２１内の燃料圧力とニードル収容部１２内の燃料圧力との圧力差に応じてニードル収容部１２内を上下方向に往復動する。ニードル弁３６の上端面には制御室２１内の燃料圧力が作用し、円錐状の部分にはニードル収容部１２内の燃料圧力が作用する。ニードル弁３６には、制御室２１内の燃料圧力が上端面に作用することにより発生する下向きの力（閉弁方向の力）と、ニードル収容部１２内の燃料圧力が円錐状部分に作用することにより発生する上向きの力（開弁方向の力）と、ニードル弁３６を下向きに付勢するスプリング３８の付勢力に応じた推力が発生する。
【００４１】
制御室２１およびニードル収容部１２内の燃料圧力が同じである場合、ニードル弁３６には下向きの推力が発生する。このため、当接部３６ａが弁座２２に着座する状態が維持される。この状態から、制御室２１内の燃料圧力が減少すると、ニードル弁３６に作用する下向きの力が減少する。下向きの力が上向きの力よりも小さくなると、ニードル弁３６に上向きの推力が発生する。これにより、当接部３６ａは弁座２２から離座し、ニードル収容部１２内の燃料が噴孔１１に供給され、噴孔１１から燃料が噴射される。ニードル弁３６は、上端面の外周縁がコイルホルダ６の凹部６ａの周りの部分に突き当たるまで上方に移動する。
【００４２】
さらに、制御室２１内の燃料圧力が回復すると、ニードル弁３６に作用する下向きの力も回復する。そして、下向きの力が上向きの力よりも大きくなると、ニードル弁３６に下向きの推力が発生する。これにより、当接部３６ａが再び弁座２２に着座する。このため、噴孔１１への燃料の供給が断たれ、噴孔１１からの燃料噴射が停止する。
【００４３】
分岐通路１４は、バルブホルダ４、プレート５およびコイルホルダ６に形成されている。分岐通路１４は、分岐部１５、弁室１６および連通部１７から構成されている。分岐部１５は、プレート５の下端面に形成され、高圧燃料通路１３と連通している環状溝と、環状溝の底部と弁室１６とを連通するようにプレート５を貫通する通路とから構成されている。
【００４４】
弁室１６は、下方に向って開口するようにバルブホルダ４の下端面に形成されている凹部４ａ、およびプレート５の上端面にて形成されている。プレート５の上端面のうち、弁室１６を形成する部分、つまり弁室１６の下端面には、分岐部１５の上端が開口している。連通部１７は弁室１６と制御室２１とを連通する。連通部１７の上端は、弁室１６の下端面に開口し、連通部１７の下端は、凹部４ａの底部に開口している。連通部１７は、プレート５およびコイルホルダ６のそれぞれを軸方向に貫くように形成されている。弁室１６の上端面には、連通路１９が開口している。
【００４５】
弁室１６の下端面には、連通部１７の開口部の周囲に下方弁座１６ａが形成され、上端面には、連通路１９の開口部の周囲に上方弁座１６ｂが形成されている。両弁座１６ａ、１６ｂは、同軸上に配置されるように形成されている。
【００４６】
弁室１６には、上下方向に往復動する弁部材２４および弁部材２４を上方に付勢するスプリング２５が収容されている。弁部材２４の下端面には、下方弁座１６ａに着座する下方当接部２４ａが形成され、上端面には、上方弁座１６ｂに着座する上方当接部２４ｂが形成されている。
【００４７】
下方当接部２４ａが下方弁座１６ａに着座しているときは、上方当接部２４ｂは上方弁座１６ｂより離座する。このとき、弁室１６と高圧燃料通路１３との連通が遮断し、弁室１６と低圧燃料通路２０とが連通する。これにより、制御室２１内の燃料が連通部１７、弁室１６、連通路１９、低圧燃料通路２０を経由して、低圧燃料出口１０より燃料噴射弁１外部に放出される。
【００４８】
下方当接部２４ａが下方弁座１６ａより離座しているときは、上方当接部２４ｂは上方弁座１６ｂに着座する。このとき、弁室１６と高圧燃料通路１３とが連通し、弁室１６と低圧燃料通路２０との連通が遮断する。これにより、高圧燃料通路１３内の燃料が分岐通路１４を経由して制御室２１に流入する。
【００４９】
低圧燃料通路２０は、ハウジング３およびバルブホルダ４に形成されている。収容部１８は、ハウジング３の下端面に開口するように凹状にハウジング３に形成されている。
【００５０】
駆動部２６は、通電することにより弁部材２４を上下方向に往復動させるアクチュエータである。駆動部２６は、ピエゾスタック２７および駆動力伝達部２８から構成されている。
【００５１】
ピエゾスタック２７は、例えば、ＰＺＴなどの圧電セラミック層と電極層とを交互に積層したコンデンサ構造を有する一般的なもので、図示しない駆動回路を介して充放電されることにより、図１の上下方向に伸縮する。本実施形態では、充電されることにより、ピエゾスタック２７は伸長し、放電されることにより収縮する。ピエゾスタック２７は収容部１８の上方に配置されている。
【００５２】
駆動力伝達部２８は、ピエゾスタック２７が伸縮する際の変位を弁部材２４に伝達するものである。駆動力伝達部２８は、ピエゾピストン２９、油圧ピストン３０、油圧シリンダ３１、第一スプリング３２、第二スプリング３３、およびバルブニードル３４から構成されている。
【００５３】
ピエゾピストン２９および油圧ピストン３０は、内部を上下方向に移動可能に油圧シリンダ３１に挿入されている。油圧シリンダ３１の下端面は、バルブホルダ４の上端面に当接している。ピエゾピストン２９はピエゾスタック２７の下側に配置されており、第一スプリング３２にて常にピエゾスタック２７に押し付けられている。ピエゾピストン２９と油圧ピストン３０との間には、両ピストン２９、３０、シリンダ３１の内周壁によって、油密室３５が形成されている。油密室３５内には、両ピストン２９、３０を上下方向に引き離すような付勢力を付与する第二スプリング３３が収容されている。油圧ピストン３０の下端には、油圧ピストン３０と弁部材２４とを連接するバルブニードル３４が設けられている。
【００５４】
ピエゾスタック２７が充電され、ピエゾピストン２９が下方に移動すると、油密室３５内の燃料圧力が上昇する。そして、その上昇した燃料圧力が油圧ピストン３０に作用する。油圧ピストン３０は、上昇した燃料圧力を受けて下方に移動する。この油圧ピストン３０の下方への移動により、バルブニードル３４が下方へ移動する。このバルブニードル３４と連動して、弁部材２４も下方に移動する。このようにして、ピエゾスタック２７の変位が弁部材２４に伝達される。再び、ピエゾスタック２７が放電されると、第一スプリング３２の付勢力と、弁室１６に導入される高圧燃料通路１３内の高圧燃料の燃料圧力が弁部材２４に作用することにより発生する上方に向う推力により、ピエゾピストン２９および油圧ピストン３０が上方に移動する。これら両ピストン２９、３０の上方への移動に伴い弁部材２４も上方に移動する。
【００５５】
以上、燃料噴射弁１の基本的な構成を説明した。次に、特徴部分を図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態の特徴部分を拡大した図である。
【００５６】
ニードル弁３６の上端面には磁石４０がニードル弁３６と同軸上に設けられている。磁石４０は当該上端面に形成された凹部３６ｄに一部が差し込まれるようにして設けられている。ニードル弁３６と磁石４０は接着剤にて固定されている。このため、磁石４０は、ニードル弁３６の往復動と連動して、上下方向に往復動する。
【００５７】
磁石４０は、磁極がニードル弁３６の軸線上に位置するように制御室２１に配置される。磁石４０は、一方の磁極より他方の磁極に向って図２に示すような磁力線を発している。なお、本実施形態の磁石４０は、アルニコ磁石よりなっている。アルニコ磁石とは、アルミニウム、ニッケル、コバルトなどを原料として鋳造された鋳造磁石である。
【００５８】
磁石４０の外径は、コイルホルダ６の凹部６ａの内径よりも小さい。噴孔１１が閉弁されている状態において、磁石４０の上端部は、凹部６ａ内に収容されている。また、磁石４０は、ニードル弁３６が最も上方に移動し、全開位置に達したとき、凹部６ａの底部に接触しないようになっている。このときに凹部６ａの底部に磁石４０が接触しないため、連通部１７は磁石４０により塞がれない。
【００５９】
図２に示すように、コイルホルダ６には、コイル４１が設けられている。コイル４１は、磁石４０の往復動方向に制御室２１と同軸上に配置されている。コイル４１は、磁石４０がニードル弁３６と連動して、上下方向に移動することにより内周側を通過する鎖交磁束数の変化に伴い誘導電流を発生するものである。
【００６０】
コイル４１は、樹脂などの材料より円筒状に形成されたボビン４２と、ボビン４２の軸線を囲むようにボビン４２に巻かれた線材４３から構成されている。コイル４１は、制御室２１に対して、磁石４０の往復動方向に同軸上に並んで配置されている。コイル４１は、磁石４０の上方に、かつ磁石４０が発する磁力線がコイル４１の内周側を通過する位置に配置されている。
【００６１】
また、ニードル弁３６が上方に移動し、上端面がコイルホルダ６の下端面に当接したとき、磁石４０の上端側の磁極がコイル４１の下方の端面４４、つまり磁石４０側端面よりも下方に位置するように、コイル４１はコイルホルダ６に収容されている。つまり、コイル４１は、磁石４０が最接近したとき、磁石４０の上端側の磁極がコイル４１の内周側に突入しない位置に収容されている。
【００６２】
ボビン４２の内径は、制御室２１における磁石４０の移動方向と交差する方向の内径よりも大きく、内周側に高圧燃料通路１３および分岐通路１４の連通部１７を配置させることが可能となる大きさに設定されている。コイルホルダ６の径方向外側の壁面には、中心軸に向かって凹む凹部６ｂが設けられている。この凹部６ｂにコイル４１が収容される。
【００６３】
コイル４１は、コイル４１と制御室２１との間の隔壁（コイルホルダ６の一部）の肉厚が、制御室２１の形状を維持するために制御室２１が必要とする肉厚以上となる位置に収容されている。本実施形態では、当該隔壁の肉厚は、図２に図示する長さＬとなっている。このように、コイル４１はコイルホルダ６に収容されているので、制御室２１に高圧燃料通路１３、分岐通路１４を通じて、コモンレールに蓄圧された高圧燃料が導入されても、制御室２１の形状を維持することができる。
【００６４】
本実施形態の燃料噴射弁１では、ボディ２の中心軸付近に電気駆動式制御弁２３、ニードル弁３６、ニードル収容部１２などが配置されているため、高圧燃料通路１３はボディ２の外周壁に近い部分に形成されている。本実施形態では、コイル４１の内周側に高圧燃料通路１３を配置させるような構成を採用しているため、高圧燃料通路１３は、図１に示すようにコイルホルダ６部分にてコイル４１を避けるように形成されている。この部分における高圧燃料通路１３は、ボディ２の軸線に対して傾斜している。
【００６５】
ここで、高圧燃料通路１３には高圧燃料入口９を通じてコモンレールに蓄圧された高圧燃料が流れている。このため、当該通路１３の形状を維持するために、他の部品との間の隔壁の肉厚を確保する必要がある。例えば、ボビン４２の内周壁４２ａがボディ２の軸線に沿って延びており、高圧燃料通路１３の通路壁１３ａが当該軸線に対して傾斜していると、当該内周壁４２ａと当該通路壁１３ａとの間の隔壁の肉厚に薄い部分が形成されてしまう。このため、当該隔壁の肉厚を確保できないおそれがある。
【００６６】
本実施形態では、コイルホルダ６部分の高圧燃料通路１３は、中心軸側から径方向外側に向うように傾斜している。ボビン４２の内周壁４２ａは、高圧燃料通路１３の通路壁１３ａとの距離を確保すべく、通路壁１３ａに沿って延びている。本実施形態では、当該内周壁４２ａは、下方に向うほど内径が大きくなるように形成されている。これにより、当該内周壁４２ａと当該通路壁１３ａとの間の隔壁の肉厚を確保することができ、当該通路１３の形状を維持することができる。なお、本実施形態では、上記内周壁４２ａが特許請求の範囲に記載の内周部に相当する。
【００６７】
線材４３の両端は、図示しない電気配線を通じて燃料噴射弁１の外部に設けられている演算装置（図示せず）と電気的に接続されている。この演算装置は、コイル４１に発生する誘導電流を検出し、ニードル弁３６の移動量を算出する。
【００６８】
次に、上記構成を有する燃料噴射弁１の作動を説明する。図１に示す状態から、駆動回路を介してピエゾスタック２７に通電され、ピエゾスタック２７に変位が発生（伸長）すると、その変位がピエゾピストン２９から油密室３５内の燃料を介して油圧ピストン３０に伝達される。油圧ピストン３０に伝達された変位は、バルブニードル３４を介して弁部材２４に伝達される。これにより、弁部材２４は下方に移動し、下方当接部２４ａが下方弁座１６ａに着座する。すると、制御室２１内の高圧燃料が、連通部１７、弁室１６、連通路１９、低圧燃料通路２０を介して低圧燃料出口１０より外部に放出され、制御室２１内の燃料圧力が低下する。これに伴い、ニードル弁３６に発生する下向きの力が低下する。当該下向きの力が低下し、上向きの力を下回ると、ニードル弁３６が上方に移動し始める。これにより、ニードル弁３６の当接部３６ａが弁座２２より離座し、噴孔１１より燃料が噴射される。
【００６９】
ニードル弁３６が上方に移動するとともに、磁石４０もコイル４１に向って移動する。これにより、コイル４１の内周側を通過する磁力線が多くなり、鎖交磁束数が増加する方向に変化する。このため、コイル４１には、図３に示すように、当該鎖交磁束数の変化量に応じた誘導電流が発生する。この誘導電流は、ニードル弁３６が最大リフト位置に達するまで発生する。なお、誘導電流は、ニードル弁３６の移動速度に比例している。誘導電流の勾配は、ニードル弁３６の加速度を表す。
【００７０】
ニードル弁３６が最大リフト位置まで上昇してから所定時間が経過し、ピエゾスタック２７への通電が停止すると、ピエゾスタック２７の電荷が放出されて、ピエゾスタック２７が収縮する。このため、駆動力伝達部２８を介して弁部材２４に作用していた力が解除される。これにより、スプリング３８の付勢力と分岐部１５を介して弁室１６に導入される高圧燃料の燃料圧力により、弁部材２４が上方に移動する。すると、制御室２１に高圧燃料通路１３からの高圧燃料が再び導入され、制御室２１内の燃料圧力が回復する。制御室２１内の燃料圧力が回復すると、ニードル弁３６に発生する下向きの力が回復する。当該下向きの力が上昇し、上向きの力を上回ると、ニードル弁３６が下方に移動し始める。その後、当接部３６ａが弁座２２に着座し、噴孔１１からの燃料噴射が停止する。
【００７１】
図３に示すように、ニードル弁３６が上記最大リフト位置から噴孔１１に向うと、開弁時とは反対向きの誘導電流が発生する。この誘導電流は、ニードル弁３６が弁座２２に着座する閉弁位置まで発生する。
【００７２】
本実施形態では、コイル４１に発生する誘導電流に対応する信号が図示しない演算装置に入力されている。演算装置は、この信号の発生タイミングを検出することにより、ニードル弁３６の位置変化を検出することができる。このニードル弁３６の位置変化を検出することができれば、開弁開始時期、最大リフト位置到達時期、閉弁開始時期、閉弁位置到達時期を算出することができる。また、演算装置は、誘導電流の時間積分を実行することにより、ニードル弁３６の移動量を算出することもできる。
【００７３】
ここで、ニードル弁３６の位置変化の検出精度について説明する。本実施形態のように磁石４０をコイル４１に対して相対的に移動させ、コイル４１に発生する誘導電流を検出することにより、ニードル弁３６の位置変化を検出する態様のものにおいては、発生する誘導電流を大きくさせることにより検出精度が向上する。
【００７４】
誘導電流を大きくさせる手段としては、コイル４１の内径を大きくすることが考えられる。図４は、コイル４１の内径とコイル４１の鎖交磁束数との関係を示している。図４に示すように、コイル４１の内径を大きくすればするほど、コイル４１の鎖交磁束数が増加している。コイル４１の内径を大きくすることにより、コイル４１の鎖交磁束数が増加するため、コイル４１に発生する誘導電流が大きくなる。
【００７５】
しかしながら、従来技術のようにコイルの外周側に高圧燃料通路などが配置されている燃料噴射弁においては、検出精度の向上を図るべく、コイルの内径を大きくすると、ボディの外径が大きくなってしまう。これでは、検出精度は向上できるものの、内燃機関への搭載が不可能となってしまう。
【００７６】
本実施形態では、コイル４１の内径を大きくすることにより、ニードル弁３６の位置変化の検出精度を向上させ、コイル４１の内周側の領域を従来技術のものよりも広げている。そして、本実施形態では、その広がった領域に、従来、コイル４１の外周側に配置されていた高圧燃料通路１３や分岐通路１４を、配置させているので、燃料噴射弁１のボディ２の外径の増加を抑えることができる。したがって、本実施形態によれば、ボディ２の外径の増加を抑えつつ、ニードル弁３６の位置変化の検出精度を向上させることができる燃料噴射弁１を提供することができるのである。
【００７７】
また、本実施形態では、ニードル弁３６が最大リフト位置まで上昇し、磁石４０がコイル４１に対して最接近したとき、磁石４０は、コイル４１の端面４４よりも下方に位置している。このことによれば、磁石４０のコイル４１に対する位置と、コイル４１に発生する誘導電流の値との関係に相関の関係を築くことができる。このことによれば、ニードル弁３６の位置変化の検出精度の低下を抑制することができる。以下、このことを図５を用いて説明する。
【００７８】
図５は、磁石４０がコイル４１に最接近したときの磁石４０とコイル４１との距離を異ならせた場合のニードル弁３６の位置と誘導電流との関係を示している。図５中、破線で示す線はニードル弁３６が最大リフト位置に達したとき、磁石４０がコイル４１の内周側に突入する場合を示している。二点鎖線で示す線は、磁石４０が最接近したときコイル４１に対して最も離れている場合を示している。一点鎖線で示す線は、二点鎖線で示す場合に比べ両者の距離が短い場合を示している。実線で示す線は、一点鎖線で示す場合に比べ更に両者の距離が短い場合を示している。破線で示す場合のみ、ニードル弁３６が最大リフト位置に達したとき、磁石４０がコイル４１の内周側に突入する。
【００７９】
実線、一点鎖線、二点鎖線で示す誘導電流はニードル弁３６が最大リフト位置に向うにしたがい上昇する傾向にあるが、破線で示す誘導電流は途中まではニードル弁３６が最大リフト位置に向うにしたがい上昇するものの、途中でニードル弁３６の移動とは関係なしに下降する。破線で示すようにコイル４１の内周側に磁石４０が突入した場合、突入以降はコイル４１を鎖交する磁束の変化量が小さくなるためコイル４１に発生する誘導電流がコイル４１の内周側に磁石４０が突入する直前に発生する誘導電流よりも低下する。破線で示す誘導電流は、ニードル弁３６に対する位置と相関関係がない。このため、破線で示す誘導電流からでは、ニードル弁３６の位置変化を精度良く検出するのが困難となり、検出精度が低下する。このことからわかるとおり、コイル４１は、磁石４０が最接近したときにコイル４１の外側に磁石４０が位置するようにコイルホルダ６に設けられるのが良い。
【００８０】
また、図５からもわかるとおり、上記条件を満たしつつ、極力コイル４１は磁石４０に近づけて配置させるのが望ましい。ところが、磁石４０は制御室２１内に配置されているため、コイル４１を磁石４０に近づけて配置させると、制御室２１とコイル４１との隔壁の肉厚を確保することが困難となる。
【００８１】
これに対し、本実施形態では、コイル４１の内径を制御室２１の内径よりも大きくすることで上記懸念される問題を解消している。このことについて、図６を用いてコイルの内径が制御室の内径よりも小さい従来技術のものと比較しながら説明する。図６では、図２に示す本実施形態の燃料噴射弁１上に、従来技術のコイル１４１（破線で図示する）を重ねて図示している。なお、従来技術のコイル１４１は、そのコイル１４１の端面１４４が本実施形態のコイル４１の端面４４と上下方向で同じとなる位置に図示されている。
【００８２】
上述したように、制御室２１には高圧燃料が導入されるため、ある程度の強度が必要である。このため、制御室２１とコイル４１との間の隔壁の肉厚もある程度確保する必要がある。本実施形態では、当該隔壁の肉厚をＬとすることにより制御室２１の強度を確保している。一方、従来技術のコイル１４１では、図６に示すように、コイル１４１と制御室２１との隔壁の肉厚が非常に薄くなるか、隔壁すら設けることができない。これでは、制御室２１の強度を確保することなど到底できない。したがって、従来技術のコイル１４１において、制御室２１の強度を確保するには、コイル４１を上方に配置させなければならない。このため、従来技術のものでは、磁石４０との距離が離れてしまうので、コイル１４１を磁石４０に接近させることによる検出精度向上を達成できない。
【００８３】
これに対し、本実施形態では、従来技術とは異なり、コイル４１の内径が制御室２１の内径よりも大きいため、図６に示すようにコイル４１を制御室２１に近づけても隔壁の肉厚を確保することができる。よって、本実施形態では、隔壁の肉厚を確保しつつ、磁石４０との距離を極力短くすることが可能となり、検出精度が向上する。
【００８４】
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。第２実施形態では、磁石４０が鋳造磁石ではなく、焼結磁石である点が第１実施形態と異なる。本実施形態では、図７に示すように、磁力がアルニコ磁石よりも強力であるネオジム磁石を磁石１４０として用いている。ネオジム磁石は、磁力が非常に強力であるため、コイル４１にて発生する誘導電流が大きくなる。このため、ニードル弁３６の位置変化の検出精度が向上する。
【００８５】
ネオジム磁石は、ネオジウム、鉄、ホウ素などを微粉末にし、これらの原料を焼き固めることで製造される焼結磁石の一種である。ネオジム磁石は、焼結製品であるため、内部に気孔を有する。このように内部に気孔を有するネオジム磁石を磁石１４０として用いると、制御室２１内の高圧燃料が磁石１４０の気孔に入り込む。そして、気孔に入り込んだ燃料が、圧力の変動により、気孔を出たり入ったりしたり、もしくは、気孔の中で膨張・収縮をするために磁石強度が早期に劣化するおそれがある。
【００８６】
本実施形態では、磁石１４０としてネオジム磁石のような焼結磁石を用いる際、磁石１４０を全て覆い、制御室２１内の高圧燃料から磁石１４０を隔離する弱磁性材料または非磁性材料からなるカバー４５を設けている。このカバー４５により、制御室２１内の高圧燃料が磁石４０の気孔に入り込むことを抑制することができる。このことによれば、磁石４０の寿命を長くすることができる。
【００８７】
（その他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【００８８】
例えば、電気駆動式制御弁２３は第１実施形態にて示したようにピエゾスタック２７を利用するものでなくても良い。例えば、電磁コイルを備えた電気駆動式制御弁であっても良い。
【００８９】
また、第１実施形態の燃料噴射弁１は、ディーゼル機関が備えるコモンレール式燃料噴射システムに適用したものであるが、ガソリン機関の燃料噴射システムに適用しても良い。
【００９０】
また、第２実施形態では、磁石１４０としてネオジム磁石を使用しているが、ネオジム磁石に代わって同じ焼結磁石であるフェライト磁石を使用しても良い。フェライト磁石は比較的安価な磁石であるため、この磁石を用いることにより、燃料噴射弁が安価になる。
【符号の説明】
【００９１】
１  燃料噴射弁、２  ボディ、３  ハウジング、４  バルブホルダ、５  プレート、６  コイルホルダ、７  ノズルボディ、８  リテーナ、９  高圧燃料入口、１０  低圧燃料出口、１１  噴孔、１２  ニードル収容部、１３  高圧燃料通路（燃料供給通路）、１４  分岐通路、１６  弁室、１７  連通部、１８  収容部、１９  連通路、２０  低圧燃料通路、２１  制御室、２２  弁座、２３  電気駆動式制御弁、２４  弁部材、２５  スプリング、２６  駆動部、２７  ピエゾスタック、２８  駆動力伝達部、３６  ニードル弁、３７  ノズルシリンダ、３８  スプリング、４０  磁石、４１  コイル、４２  ボビン、４３  線材、４４  端面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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