(57)【要約】【課題】従来よりも耐久性を向上させることが可能であり、従来よりも燃料の噴射量を均一にすることが可能な燃料噴射弁を提供する。【解決手段】弁体２０は、後端部２１の周方向に間隔をあけて設けられた複数の後端側摺動部２１１と、その後端側摺動部２１１の間でその後端側摺動部２１１よりも後端部２１の径方向の内側に設けられた複数の流路形成部２１２と、その流路形成部２１２よりも弁体２０の先端側に設けられて流路形成部２１２よりも径方向の外側に張り出した係合部２１３と、を有している。弁体２０は、噴射孔の開閉時に、複数の後端側摺動部２１１の少なくとも一つが固定コア４０の内周面４１に接して軸方向Ｄａに摺動するとともに係合部２１３の可動コア３０に対向する端面が可動コア３０に接する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射孔と、前記噴射孔を開閉する先端部を有する弁体と、前記弁体の後端部に係合されて前記弁体とともに移動する可動コアと、該可動コアを磁気吸引力によって吸引する固定コアと、を備えた燃料噴射弁であって、
前記弁体は、前記後端部の周方向に間隔をあけて設けられた複数の後端側摺動部と、該後端側摺動部の間で該後端側摺動部よりも前記後端部の径方向の内側に設けられた複数の流路形成部と、該流路形成部よりも前記弁体の先端側に設けられ該流路形成部よりも前記径方向の外側に張り出した係合部と、を有し、前記噴射孔の開閉時に前記複数の後端側摺動部の少なくとも一つが前記固定コアの内周面に接して摺動するとともに前記係合部の前記可動コアに対向する端面が前記可動コアに係合することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
噴射孔と、前記噴射孔を開閉する先端部を有する弁体と、前記弁体の後端部に係合されて前記弁体とともに移動する可動コアと、該可動コアを磁気吸引力によって吸引する筒状の固定コアと、を備えた燃料噴射弁であって、
前記弁体は、前記後端部から前記先端部まで一部材により構成され、前記後端部の周方向に間隔をあけて設けられた複数の後端側摺動部と、該後端側摺動部の間で該後端側摺動部よりも前記後端部の径方向の内側に設けられた複数の流路形成部とを有し、前記噴射孔の開閉時に前記複数の後端側摺動部の少なくとも一つが前記固定コアの内周面に接して摺動することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
噴射孔と、前記噴射孔を開閉する先端部を有する弁体と、前記弁体の後端部に係合されて前記弁体とともに移動する可動コアと、該可動コアを磁気吸引力によって吸引する固定コアと、を備えた燃料噴射弁であって、
前記噴射孔が形成され前記弁体の前記先端部を受容する凹状の先端部材を有し、
前記弁体は、前記後端部から前記先端部まで一部材により構成され、前記後端部と前記先端部にそれぞれ後端側摺動部と先端側摺動部を有し、前記噴射孔の開閉時に前記後端側摺動部が前記固定コアの内周面に接して摺動するとともに前記先端側摺動部が前記先端部材の内周面に接して摺動することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
前記弁体は、前記後端部の周方向に３つの前記後端側摺動部が間隔をあけて設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記後端側摺動部は、前記後端部の周方向に等しい間隔で設けられていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記弁体を前記噴射孔へ向けて付勢するコイルばねを備え、
前記弁体は、前記後端部の前記可動コアと反対の端面から突出して前記コイルばねの内側に係合する凸部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記コイルばねは、前記固定コアの内周面との間に間隙を有していることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
前記後端側摺動部は、部分円筒状の外周面を有し、
前記流路形成部は、前記後端側摺動部の間に設けられた平坦面を有してい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９】
前記後端側摺動部を介して隣り合う前記流路形成部の前記平坦面の間の夾角の角度は、６０°であることを特徴とする請求項８に記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
前記後端部の周方向において、前記流路形成部が形成された部分の角度範囲は、前記後端側摺動部が形成された部分の角度範囲よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
前記後端側摺動部は、部分円筒状の外周面を有し、
前記流路形成部は、前記後端側摺動部の間に設けられた平坦面を有し、
前記係合部は、前記後端部の周方向の全周にわたって連続し前記後端側摺動部の前記外周面に面一に連なる円筒状の外周面を有し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１２】
前記固定コアは、内周面に前記可動コアに近づくほど内径が拡大する拡径部を有し、
前記噴射孔が閉じた状態で、前記拡径部に前記弁体の前記後端部の前記係合部が収容され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１３】
前記噴射孔が閉じた状態で、前記流路形成部の少なくとも一部が前記拡径部に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の燃料噴射弁。
【請求項１４】
前記可動コアに隣接する前記後端部の端部および前記後端部と前記先端部との間の中間部は、前記弁体の中心軸を中心とする円筒状の外周面を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１５】
前記弁体において、前記後端部の前記端部の外径は、前記中間部の外形よりも拡径され、前記中間部が前記可動コアに挿通されていることを特徴とする請求項１４に記載の燃料噴射弁。
【請求項１６】
前記係合部は、前記固定コアの内径よりも外径が小さくされ、前記固定コアの内部で移動可能に設けら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１７】
前記弁体は、前記後端部と前記先端部との間の中間部の外周面と、筒状のノズル本体の内周面との間に間隙を有していることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
【請求項１８】
前記弁体は、前記先端側摺動部よりも先端側に凸状の球面部を有し、
前記先端部材は、筒状のノズル本体の先端に設けられ、前記球面部を受容する凹状の座面を有し、
前記座面は、前記ノズル本体の軸方向の先端に向けて漸次縮径する円錐台状に設けられ、前記噴射孔が開口されていることを特徴とする請求項３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】
従来から内燃機関のコモンレール噴射系において燃料を噴射するためのコモンレール・インジェクタに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載されたコモンレール・インジェクタは、燃料供給部を備えたインジェクタケーシングが設けられている。燃料供給部は、インジェクタケーシングの外部に設けられた中央の燃料高圧アキュムレータと、インジェクタケーシングの内部に設けられた圧力室とに接続されている。この圧力室から、高圧負荷された燃料が、制御弁の位置に関連して噴射されるようになっている。
【０００３】
上記制御弁は、圧力室内における圧力が、供給絞りを介して燃料供給部と接続された制御室内における圧力よりも大きい場合に、インジェクタの長手方向孔において、ノズルニードルが座から持ち上がるようにするために働く。このノズルニードルは、ノズルばね室内に受容されたノズルばねの予負荷力に抗して、軸方向で往復運動が可能である。
【０００４】
このような形式のコモンレール・インジェクタにおいて、制御室は円筒形の室によって形成されている。この制御室の室内において、燃焼室とは反対側のノズルニードルの端部に形成された制御ピンが、シール作用をもってシフト可能である。ノズルばね室は、燃焼室とは反対側のノズルニードルの端部の領域において、制御室の外側に配置されている（同文献、請求項１等を参照）。
【０００５】
この従来の発明によるインジェクタでは、制御室の容積がノズルばねの構造空間によって左右されることなく、制御室と、燃焼室とは反対側のノズルニードルの端部におけるノズルばね室とを、組み合わせることができる。したがって、ノズルニードルの良好な閉鎖を可能にする、高いばね強さを有するノズルばねを組み込むことが可能になる。これにより、噴射時間および噴射時期を正確に決定することができる（同文献、第０００６段落等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００３−５０６６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来のインジェクタのように、内燃機関に用いられる燃料噴射弁では、内燃機関の排気ガス中の粒子状物質を低減することが要求されており、１サイクルあたりの燃料の噴射回数が増加する傾向にある。したがって、燃料噴射弁の耐久性を向上させ、燃料の噴射量を均一にすることが要求されている。
【０００８】
本開示は、従来よりも耐久性を向上させることが可能であり、従来よりも燃料の噴射量を均一にすることが可能な燃料噴射弁を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様は、噴射孔と、前記噴射孔を開閉する先端部を有する弁体と、前記弁体の後端部に係合されて前記弁体とともに移動する可動コアと、該可動コアを磁気吸引力によって吸引する固定コアと、を備えた燃料噴射弁であって、前記弁体は、前記後端部の周方向に間隔をあけて設けられた複数の後端側摺動部と、該後端側摺動部の間で該後端側摺動部よりも前記後端部の径方向の内側に設けられた複数の流路形成部と、該流路形成部よりも前記弁体の先端側に設けられ該流路形成部よりも前記径方向の外側に張り出した係合部と、を有し、前記噴射孔の開閉時に前記複数の後端側摺動部の少なくとも一つが前記固定コアの内周面に接して摺動するとともに前記係合部の前記可動コアに対向する端面が前記可動コアに係合することを特徴とする燃料噴射弁である。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の上記一態様によれば、従来よりも耐久性を向上させることが可能であり、従来よりも燃料の噴射量を均一にすることが可能な燃料噴射弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態に係る燃料噴射弁の断面図。
【図２】図１に示す燃料噴射弁の弁体の後端部の拡大斜視図。
【図３】図２に示す弁体の後端部を軸方向から見た平面図。
【図４】図１に示す燃料噴射弁の弁体の後端部の近傍の拡大断面図。
【図５】図１に示す燃料噴射弁の弁体の先端部の近傍の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本開示に係る燃料噴射弁の実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、本開示の一実施形態に係る燃料噴射弁１の断面図である。図２は、図１に示す燃料噴射弁１の弁体２０の後端部２１の拡大斜視図である。図３は、図２に示す弁体２０の後端部２１を軸方向Ｄａから見た平面図である。図４は、図１に示す燃料噴射弁１の弁体２０の後端部２１の近傍の拡大断面図である。図５は、図１に示す燃料噴射弁１の弁体２０の先端部２３の近傍の拡大断面図である。
【００１４】
本実施形態の燃料噴射弁１は、筒状のノズル本体１０と、このノズル本体１０の中心軸Ａに沿う軸方向Ｄａ（以下、単に「軸方向Ｄａ」という。）の先端に設けられた噴射孔１１と、軸方向Ｄａに延びて噴射孔１１を開閉する先端部２３を有する弁体２０とを備えている。また、燃料噴射弁１は、弁体２０の後端部２１に係合されて弁体２０とともに軸方向Ｄａに移動する可動コア３０と、この可動コア３０を磁気吸引力によって吸引する筒状の固定コア４０と、この固定コア４０に磁気吸引力を生じさせるコイル５０と、を備えている。ここで、弁体２０の後端部２１とは、軸方向Ｄａにおける弁体２０の先端部２３と反対側の端部である。
【００１５】
詳細については後述するが、本実施形態の燃料噴射弁１は、第１の特徴として、次の構成を有している。弁体２０は、複数の後端側摺動部２１１と、複数の流路形成部２１２と、係合部２１３と、を有している。複数の後端側摺動部２１１は、後端部２１の周方向に間隔をあけて設けられている。複数の流路形成部２１２は、後端側摺動部２１１と後端側摺動部２１１の間に設けられ、後端側摺動部２１１よりも後端部２１の径方向の内側に設けられている。係合部２１３は、流路形成部２１２よりも弁体２０の先端側に設けられ、流路形成部２１２よりも径方向の外側に張り出している。そして、弁体２０は、噴射孔１１の開閉時に、複数の後端側摺動部２１１の少なくとも一つが固定コア４０の内周面４１に接して軸方向Ｄａに摺動するとともに、係合部２１３の可動コア３０に対向する端面が可動コア３０に接するように構成されている。
【００１６】
同様に、詳細については後述するが、本実施形態の燃料噴射弁１は、第２の特徴として、次の構成を有している。弁体２０は、後端部２１から先端部２３まで一部材により構成されている。また、弁体２０は、後端部２１の周方向に間隔をあけて設けられた複数の後端側摺動部２１１と、この後端側摺動部２１１と後端側摺動部２１１の間に設けられ、後端側摺動部２１１よりも後端部２１の径方向の内側に設けられた複数の流路形成部２１２とを有している。そして、弁体２０は、噴射孔１１の開閉時に、複数の後端側摺動部２１１の少なくとも一つが固定コア４０の内周面４１に接して軸方向Ｄａに摺動するように構成されている。
【００１７】
同様に、詳細については後述するが、本実施形態の燃料噴射弁１は、第３の特徴として、次の構成を有している。ノズル本体１０は、噴射孔１１が形成されて弁体２０の先端部２３を受容する凹状の先端部材１２を有している。弁体２０は、後端部２１から先端部２３まで一部材により構成され、後端部２１と先端部２３にそれぞれ後端側摺動部２１１と先端側摺動部２３１を有している。そして、弁体２０は、噴射孔１１の開閉時に、後端部２１の後端側摺動部２１１が固定コア４０の内周面４１に接して軸方向Ｄａに摺動するとともに、先端部２３の先端側摺動部２３１が先端部材１２の内周面１２１に接して軸方向Ｄａに摺動するように構成されている。
【００１８】
以下、本実施形態の燃料噴射弁１の各部についてより詳細に説明する。
【００１９】
前述のように、燃料噴射弁１は、主に、ノズル本体１０と、弁体２０と、可動コア３０と、固定コア４０と、コイル５０と、を備えている。また、燃料噴射弁１は、たとえば、コイルばね６１と、調整部材６２と、小コイルばね６３と、ハウジング７０と、コイルボビン５１と、樹脂部８０と、フィルタ９０と、を備えている。また、ノズル本体１０は、先端部材１２を有している。
【００２０】
ノズル本体１０は、たとえば、軸方向Ｄａに延びるおおむね円筒状に設けられ、先端に噴射孔１１を有している。ノズル本体１０の内部には、軸方向Ｄａに延びる丸棒状または円柱状の弁体２０が挿入されている。ノズル本体１０は、噴射孔１１が設けられた先端側に小径部１３を有し、噴射孔１１とは反対側の後端部に大径部１４を有している。大径部１４の外径は、小径部１３の外径よりも拡径されている。
【００２１】
小径部１３は、先端部の内側に凹状の内部空間を有し、その凹状の内部空間に先端部材１２が挿入または圧入されている。先端部材１２は、たとえば、底面すなわち先端面の外周縁が、小径部１３の先端の開口部の内周縁に全周にわたって溶接されることで、小径部１３に固定されている。小径部１３は、先端部の外周面に溝１３１が形成され、この溝１３１にたとえば樹脂製のチップシールなどの燃焼ガスのシール部材１５が嵌め込まれている。
【００２２】
大径部１４は、固定コア４０側の端部に開口部を有する有底円筒状の内部空間を有し、その内部空間に円環状または円筒状の可動コア３０が収容されている。大径部１４の内部空間の底部の中央部には、さらに円筒状の凹部１４１が設けられ、その凹部１４１に可動コア３０を噴射孔１１から遠ざかる方向、すなわち開弁方向に付勢する小コイルばね６３の一端が収容されている。
【００２３】
大径部１４は、内部空間の開口部の内側に、円筒状の固定コア４０の先端部が圧入され、ノズル本体１０と固定コア４０とが溶接により接合されている。これにより、ノズル本体１０と固定コア４０との間の隙間が密閉され、大径部１４の内部の空間が密閉される。ノズル本体１０の大径部１４および固定コア４０の先端部の外周には、円筒状のコイルボビン５１と、そのコイルボビン５１に巻回されたコイル５０とが配置され、その外周に樹脂部８０を介して円筒状のハウジング７０が固定されている。
【００２４】
弁体２０は、図１から図４に示すように、噴射孔１１を開閉する先端部２３とは反対側の後端部２１に、たとえば、複数の後端側摺動部２１１と、複数の流路形成部２１２と、係合部２１３と、を有している。また、弁体２０は、たとえば、図１から図４および図５に示すように、後端部２１と先端部２３にそれぞれ後端側摺動部２１１と先端側摺動部２３１を有している。さらに、弁体２０は、後端部２１と先端部２３との間の中間部２２の外周面２２１と、ノズル本体１０の内周面１６との間に、間隙Ｇ１を有している。
【００２５】
弁体２０は、たとえば、後端部２１から先端部２３まで一部材により構成されている。すなわち、後端部２１、先端部２３、およびこれらの間の中間部２２を含む弁体２０の全体は、たとえば、一つの材料からなり、各部の間に溶接による接合部やねじなどの機械的な接合部を有しない。より具体的には、弁体２０は、たとえば、一本の棒状または柱状の金属材料を旋盤やマシニングセンタなどによって切削加工することによって製作されている。
【００２６】
弁体２０の後端部２１の複数の後端側摺動部２１１は、弁体２０の軸方向Ｄａにおける噴射孔１１側の先端部２３とは反対側の後端部２１の周方向に、間隔をあけて設けられている。弁体２０は、たとえば、後端部２１の周方向に、３つの後端側摺動部２１１が間隔をあけて設けられている。なお、後端部２１は、周方向に２つの後端側摺動部２１１を有してもよく、周方向に４つ以上の後端側摺動部２１１を有してもよい。
【００２７】
軸方向Ｄａにおいて可動コア３０に隣接する後端部２１の端部すなわち係合部２１３、および、後端部２１と先端部２３との間の中間部２２は、ノズル本体１０の中心軸Ａとほぼ同軸である弁体２０の中心軸Ａ’を中心とする円筒状の外周面を有している。また、弁体２０は、後端部２１の可動コア３０に隣接する端部である係合部２１３の外径が中間部２２の外径よりも拡径され、図１および図４に示すように、中間部２２が可動コア３０に挿通されることで、後端部２１が可動コア３０に係合する。
【００２８】
後端部２１の複数の後端側摺動部２１１は、たとえば、後端部２１の周方向に等しい間隔で設けられている。すなわち、図３に示すように、後端部２１の周方向における後端側摺動部２１１の中心２１１ｃの角度間隔ＡＳが等しくなっている。たとえば、後端部２１の周方向に３つの後端側摺動部２１１が間隔をあけて設けられている場合、後端部２１の周方向において流路形成部２１２を介して隣り合う後端側摺動部２１１の中心２１１ｃの角度間隔ＡＳは、１２０°である。また、後端部２１の周方向に４つの後端側摺動部２１１が間隔をあけて設けられている場合、後端部２１の周方向において流路形成部２１２を介して隣り合う後端側摺動部２１１の中心２１１ｃの角度間隔ＡＳは、９０°である。
【００２９】
後端部２１の後端側摺動部２１１は、たとえば、弁体２０の円筒状の後端部２１の切り欠かれずに残された部分であり、部分円筒状の外周面を有している。すなわち、後端側摺動部２１１は、複数の切欠きを有する円筒状の後端部２１の外周面の一部によって構成されている。なお、円筒状の後端部２１の外周面の一部を切り欠くことにより、複数の流路形成部２１２が設けられている。
【００３０】
複数の流路形成部２１２は、後端側摺動部２１１と後端側摺動部２１１の間で、後端側摺動部２１１よりも後端部２１の径方向の内側に設けられている。流路形成部２１２は、図１および図４に示すように、弁体２０の後端部２１と固定コア４０の内周面４１との間に燃料の流路ＦＣを形成する。後端部２１が周方向に３つの後端側摺動部２１１を有する場合、後端部２１に３つの流路形成部２１２が形成される。また、後端部２１が周方向に４つの後端側摺動部２１１を有する場合、後端部２１に４つの流路形成部２１２が形成される。すなわち、後端部２１に設けられる後端側摺動部２１１の数と流路形成部２１２の数は等しい。また、後端部２１の周方向に複数の後端側摺動部２１１が等しい間隔で設けられている場合、後端部２１の周方向に複数の流路形成部２１２が等しい間隔で形成される。
【００３１】
流路形成部２１２は、後端側摺動部２１１と後端側摺動部２１１の間に設けられた平坦面２１２ａを有している。図３に示すように、たとえば、後端部２１が周方向に等しい間隔で３つの後端側摺動部２１１を有する場合、後端側摺動部２１１を介して隣り合う流路形成部２１２の平坦面２１２ａの間の夾角ＩＡの角度は、６０°である。また、たとえば、後端部２１が周方向に等しい間隔で４つの後端側摺動部２１１を有する場合、後端側摺動部２１１を介して隣り合う流路形成部２１２の平坦面２１２ａの間の夾角ＩＡの角度は、９０°である。これは、それぞれ、正三角形の内角と正方形の内角に等しい。すなわち、後端部２１が周方向に等しい間隔で複数の後端側摺動部２１１を有する場合、後端側摺動部２１１を介して隣り合う流路形成部２１２の平坦面２１２ａの間の夾角ＩＡの角度は、後端側摺動部２１１の数と等しい数の頂点を有する正多角形の内角に等しい。
【００３２】
また、図２および図３に示す例では、後端部２１の周方向において、流路形成部２１２が形成された部分の角度範囲ＡＲ２は、後端側摺動部２１１が形成された部分の角度範囲ＡＲ１よりも大きくなっている。すなわち、後端部２１の係合部２１３よりもコイルばね６１側の円筒状の外周面のうち、後端側摺動部２１１を構成する部分円筒面として残されているのは、半周未満である。換言すると、後端部２１の係合部２１３よりもコイルばね６１側の円筒状の外周面は、半周以上が切り欠かれて流路形成部２１２が形成されている。
【００３３】
係合部２１３は、流路形成部２１２よりも弁体２０の先端側に設けられ、流路形成部２１２よりも径方向の外側に張り出すように設けられている。また、係合部２１３は、図２および図３に示す例において、後端部２１の周方向の全周にわたって連続して後端側摺動部２１１の外周面に面一に段差なく連なる円筒状の外周面を有している。すなわち、係合部２１３の可動コア３０に対向する端面は、弁体２０の後端部２１の可動コア３０側の端部である係合部２１３の外周面を外周縁とし、弁体２０の中間部２２の外周面２２１を内周縁とする円環状の端面である。
【００３４】
また、係合部２１３は、図１および図４に示す例において、固定コア４０の貫通孔４２の内径よりも外径が小さくされ、固定コア４０の内部で軸方向Ｄａに移動可能に設けられている。なお、弁体２０の後端部２１の外周面、すなわち、係合部２１３および後端側摺動部２１１の外周面と、固定コア４０の内周面４１との間のクリアランスは、たとえば、１０μｍから３０μｍ程度、より好ましくは２０μｍから３０μｍ程度である。
【００３５】
弁体２０の先端部２３の先端側摺動部２３１は、図１および図５に示すように、円柱状または丸棒状の弁体２０の外周面の一部によって構成され、ノズル本体１０の先端部材１２の底部の内側に設けられた凹部１２２の円筒状の内周面１２１に接して軸方向Ｄａに摺動する。また、先端部材１２の底部の内側に設けられた凹部１２２には、たとえば、燃料の流路ＦＣを形成するための複数の切欠き部１２３が、凹部１２２の周方向に等間隔に設けられている。
【００３６】
弁体２０は、先端部２３の先端側摺動部２３１よりも軸方向Ｄａの先端側に凸状の球面部２３２を有している。球面部２３２がノズル本体１０の先端部材１２に設けられた座面１２４に接することで、弁体２０と座面１２４との間の燃料の流路ＦＣが閉鎖され、噴射孔１１が閉じられるようになっている。また、球面部２３２がノズル本体１０の先端部材１２に設けられた座面１２４から離れることで、弁体２０と座面１２４との間に燃料の流路ＦＣが形成され、噴射孔１１が開かれるようになっている。弁体２０は、たとえば、先端部２３の球面部２３２よりも軸方向Ｄａの先端側に先端が丸い円錐状の凸部２３３が設けられている。
【００３７】
ノズル本体１０の先端部材１２は、たとえば底部の内側の中央部に、弁体２０の先端部２３の球面部２３２を受容する凹状の座面１２４を有している。座面１２４は、ノズル本体１０の軸方向Ｄａの先端に向けて漸次縮径する円錐台状に設けられ、噴射孔１１が開口されている。すなわち座面１２４と弁体２０の球面部２３２とが、座面１２４の全周にわたって、おおむね線接触することで、座面１２４と弁体２０との間の燃料の流路ＦＣが閉鎖される。また、座面１２４から弁体２０の球面部２３２が離れることで、座面１２４と弁体２０との間の燃料の流路ＦＣが形成され、座面１２４に開口する噴射孔１１を介して燃料が噴射される。また、先端部材１２は、たとえば底部の内側の中央部で、座面１２４よりも軸方向Ｄａの先端側に凹曲面状の底部を有する受容凹部１２５が形成されている。この受容凹部１２５は、噴射孔１１が閉じられた状態で、弁体２０の先端の凸部２３３の少なくとも一部を受容するように設けられている。
【００３８】
固定コア４０は、可動コア３０を磁気吸引力によって吸引する筒状の部材である。より詳細には、固定コア４０は、外周面に凹凸を有するおおむね円筒状の形状を有している。固定コア４０の先端部の外周には、おおむね円筒状のコイルボビン５１が配置されている。コイルボビン５１の外周には、円筒状に巻回されたコイル５０が配置されている。コイル５０の巻き始めと巻き終わりの端部は、図示を省略する配線を介してコネクタ８１の電力供給用の端子８１１に接続されている。
【００３９】
固定コア４０は、中心軸Ａに沿って貫通孔４２が設けられている。固定コア４０の貫通孔４２は、燃料を導入するための流路ＦＣを形成する。可動コア３０に衝突する固定コア４０の耐久性および信頼性の向上を目的として、可動コア３０に対向する固定コア４０の先端面を硬質クロムメッキや無電解ニッケルメッキなどのメッキによって被覆してもよい。固定コア４０の先端面と反対側の後端面に、燃料を導入するための開口部４３が設けられている。この開口部４３から、固定コア４０の貫通孔４２にフィルタ９０が挿入されて固定されている。
【００４０】
固定コア４０は、貫通孔４２の先端面の近傍が先端面に近づくほど拡径された拡径部４４を有している。換言すると、固定コア４０は、円筒状の内周面４１に、可動コア３０に近づくほど内径が拡大する拡径部４４を有している。拡径部４４は、たとえば、弁体２０が座面１２４に接して噴射孔１１が閉じた閉弁状態で、弁体２０の後端部２１の円筒状の係合部２１３が収容されるように構成されている。すなわち、弁体２０が閉弁位置にあるときに、軸方向Ｄａにおいて、固定コア４０の拡径部４４は、弁体２０の後端部２１の係合部２１３の位置に重なるように設けられている。
【００４１】
また、固定コア４０の拡径部４４は、たとえば、噴射孔１１が閉じた閉弁状態で、弁体２０の後端部２１の流路形成部２１２の少なくとも一部が拡径部４４に配置され、流路形成部２１２と固定コア４０の内周面４１との間に燃料の流路ＦＣが形成されるようになっている。すなわち、弁体２０が閉弁位置にあるときに、軸方向Ｄａにおいて、固定コア４０の拡径部４４は、弁体２０の後端部２１の流路形成部２１２の少なくとも一部に重なるように設けられている。
【００４２】
調整部材６２は、たとえば固定コア４０の貫通孔４２に圧入されて固定コア４０の内部に固定されている。コイルばね６１は、固定コア４０の内部の貫通孔４２に配置され、弁体２０を噴射孔１１へ向けて軸方向Ｄａに付勢するように設けられている。より具体的には、コイルばね６１は、固定コア４０に固定された調整部材６２と弁体２０の後端部２１との間で圧縮された状態で配置され、弁体２０を噴射孔１１へ向けて軸方向Ｄａに付勢している。固定コア４０に対する調整部材６２の固定位置を調整することで、コイルばね６１が弁体２０の先端部２３をノズル本体１０の先端部材１２に設けられた座面１２４に押し付ける初期荷重を調整することができる。また、調整部材６２は、コイルばね６１側の端部によってコイルばね６１を支持することで、コイルばね６１の軸方向Ｄａに交差する方向の位置のずれを防止している。
【００４３】
弁体２０は、後端部２１の可動コア３０と反対の端面から軸方向Ｄａに突出してコイルばね６１の内側に係合する凸部２１４を有している。凸部２１４は、先端部の角部が面取りされたおおむね円柱状の突起であり、コイルばね６１の弁体２０側の端部の内側にぴったりと嵌まるように設けられ、コイルばね６１の軸方向Ｄａに交差する方向の位置のずれを防止している。これにより、コイルばね６１は、固定コア４０の内周面４１との間に間隙Ｇ２を有して固定コア４０の内部に保持されている。
【００４４】
可動コア３０は、弁体２０の後端部２１に係合されて弁体２０とともに軸方向Ｄａに移動する部材である。可動コア３０は、弁体２０とは別体であり、中央に可動コア３０を軸方向Ｄａに挿通させる弁体挿通孔３１を有している。弁体挿通孔３１の内径は、係合部２１３の外径を含む弁体２０の後端部２１の外径よりも小さく、弁体２０の後端部２１よりも先端側の部分の外径よりも僅かに大きくなるように形成され、弁体２０の後端部２１よりも先端側の部分を挿通させる。また、可動コア３０は、中央の弁体挿通孔３１から偏心した位置に、可動コア３０を軸方向Ｄａに貫通して燃料の流路ＦＣを形成する貫通孔３２を有している。
【００４５】
固定コア４０に衝突する可動コア３０の耐久性および信頼性の向上を目的として、固定コア４０の可動コア３０に対向する上端面または衝突面を硬質クロムメッキや無電解ニッケルメッキなどのメッキによって被覆してもよい。これにより、可動コア３０の材料として、比較的に軟らかい軟磁性ステンレス鋼を用いた場合でも、可動コア３０の耐久性および信頼性を確保することができる。
【００４６】
小コイルばね６３は、ノズル本体１０の大径部１４の内部空間に収容されている。小コイルばね６３は、先端部が大径部１４の内部空間の底部の中央部に設けられた凹部１４１の底部に支持され、後端部が可動コア３０の固定コア４０と反対側の下端面に当接し、可動コア３０とノズル本体１０との間で圧縮された状態で保持されている。これにより、小コイルばね６３は、可動コア３０を固定コア４０に向けて付勢している。
【００４７】
ハウジング７０は、有底円筒状の形状を有し、底部の中央部に設けられた貫通孔７１にノズル本体１０の大径部１４が挿入されている。ハウジング７０は、底部に設けられた貫通孔７１の開口縁とノズル本体１０の大径部１４の外周面との間が、たとえば全周にわたって溶接されることで、ノズル本体１０の大径部１４に固定されている。また、ハウジング７０は、固定コア４０の先端部、コイルボビン５１、およびコイル５０の外周を囲むように配置されている。ハウジング７０の内周面はノズル本体１０の大径部１４およびコイル５０と対向して外周ヨーク部を形成する。
【００４８】
樹脂部８０は、固定コア４０、コイルボビン５１およびコイル５０と、ハウジング７０との間に充填されるとともに、固定コア４０の後端部２１を除く外周面を覆い、電力供給用の端子８１１を有するコネクタ８１を形成するようにモールド成形されている。以上のように、コイル５０の周りには、固定コア４０、可動コア３０、ノズル本体１０の大径部１４、およびハウジング７０を含むトロイダル状の磁気通路が形成されている。
【００４９】
以下、本実施形態に係る燃料噴射弁１の動作について説明する。
【００５０】
燃料噴射弁１は、たとえばコネクタ８１の端子８１１が図示を省略するプラグの接続端子に接続されて高電圧電源またはバッテリ電源に接続され、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）によってコイル５０に対する通電が制御される。コイルばね６１が弁体２０をノズル本体１０の先端部の座面１２４に向けて付勢する弾性力は、小コイルばね６３が可動コア３０を固定コア４０に向けて付勢する弾性力よりも大きい。そのため、コイル５０に通電されていない状態では、弁体２０の先端部２３の球面部２３２はノズル本体１０の先端部材１２の座面１２４に押し付けられ、座面１２４に設けられた噴射孔１１に至る流路ＦＣが閉じられた閉弁状態になっている。
【００５１】
ＥＣＵによってコイル５０に通電されると、固定コア４０、可動コア３０、ノズル本体１０の大径部１４、およびハウジング７０を含む磁気回路に磁束が流れ、固定コア４０に可動コア３０を吸引する磁気吸引力が発生する。固定コア４０の磁気吸引力がコイルばね６１の設定荷重を超えると、可動コア３０が固定コア４０へ向けて移動する。可動コア３０は、固定コア４０に対向する端面が固定コア４０の先端面に衝突するまで移動する。このとき、可動コア３０は、弁体２０の後端部２１に係合され、弁体２０を固定コア４０へ向けて軸方向Ｄａに移動させる。
【００５２】
弁体２０が固定コア４０へ向けて軸方向Ｄａに移動することで、弁体２０の先端部２３の球面部２３２がノズル本体１０の先端部材１２の座面１２４から離れ、弁体２０と座面１２４との間の噴射孔１１に至る流路ＦＣが開通して噴射孔１１が開いた状態になる。燃料噴射弁１は、弁体２０がこのような開弁位置にあるときに、固定コア４０の後端部の開口部４３からフィルタ９０を介して供給された燃料が、固定コア４０の貫通孔４２を通ってノズル本体１０の先端側へ向けて軸方向Ｄａに沿って流れる。
【００５３】
燃料は、さらに固定コア４０の貫通孔４２に配置された調整部材６２およびコイルばね６１を通過し、弁体２０の後端部２１の流路形成部２１２と固定コア４０の貫通孔４２の内周面４１との間に形成された流路ＦＣを流れ、可動コア３０の貫通孔３２を介してノズル本体１０の大径部１４の内部空間へ流入する。ノズル本体１０の大径部１４の内部空間へ流入した燃料は、弁体２０の中間部２２とノズル本体１０の小径部１３の内周面１６との間を流れ、さらに弁体２０の先端部２３の球面部２３２と先端部材１２の座面１２４との間に形成された流路ＦＣを流れ、座面１２４に開口した噴射孔１１を介して内燃機関の燃焼室内へ噴射される。
【００５４】
ＥＣＵによってコイル５０の通電が中断されると、固定コア４０、可動コア３０、ノズル本体１０の大径部１４、およびハウジング７０を含む磁気回路を流れる磁束が消滅し、可動コア３０を吸引する固定コア４０の磁気吸引力が消滅する。すると、コイルばね６１が弁体２０をノズル本体１０の先端部の座面１２４に向けて付勢する弾性力が、小コイルばね６３が可動コア３０を固定コア４０に向けて付勢する弾性力よりも大きい初期状態に戻る。
【００５５】
これにより、弁体２０の後端部２１がコイルばね６１によって付勢され、弁体２０の後端部２１に係合した可動コア３０と弁体２０が、ともにノズル本体１０の軸方向Ｄａの先端へ向けて移動し、弁体２０の先端部２３の球面部２３２がノズル本体１０の先端部材１２の座面１２４に接する。これにより、弁体２０の先端部２３の球面部２３２とノズル本体１０の座面１２４との間の流路ＦＣが閉鎖され、噴射孔１１が弁体２０によって閉じられた閉弁状態になり、噴射孔１１を介した燃料の噴射が停止される。
【００５６】
本実施形態の燃料噴射弁１は、前述のように、第１の特徴として、次の構成を有している。弁体２０は、複数の後端側摺動部２１１と、複数の流路形成部２１２と、係合部２１３と、を有している。複数の後端側摺動部２１１は、後端部２１の周方向に間隔をあけて設けられている。複数の流路形成部２１２は、後端側摺動部２１１と後端側摺動部２１１の間に設けられ、後端側摺動部２１１よりも後端部２１の径方向の内側に設けられている。係合部２１３は、流路形成部２１２よりも弁体２０の先端側に設けられ、流路形成部２１２よりも径方向の外側に張り出している。そして、弁体２０は、噴射孔１１の開閉時に、複数の後端側摺動部２１１の少なくとも一つが固定コア４０の内周面４１に接して軸方向Ｄａに摺動するとともに、係合部２１３の可動コア３０に対向する端面が可動コア３０に接するように構成されている。
【００５７】
この構成により、噴射孔１１の開閉時、すなわち弁体２０と座面１２４との間の噴射孔１１に至る流路ＦＣの開閉時に、弁体２０の後端部２１の複数の後端側摺動部２１１の少なくとも一つを、固定コア４０の内周面４１によって軸方向Ｄａに案内することができる。そのため、弁体２０の径方向の位置を規定することで、弁体２０の軸方向Ｄａの移動を安定させることができ、従来よりも燃料の噴射量を均一にすることができる。
【００５８】
また、後端側摺動部２１１の摩耗が抑制され、弁体２０の耐久性が向上する。より詳細には、コイルばね６１が可動コア３０をノズル本体１０の先端方向へ向けて付勢するときに、コイルばね６１によって、弁体２０の後端部２１に、軸方向Ｄａの力だけでなく、弁体２０の径方向の力が作用する。しかし、弁体２０の後端部２１の周方向に、固定コア４０の内周面４１に接して軸方向Ｄａに摺動する複数の後端側摺動部２１１が設けられていることで、コイルばね６１から径方向の力が作用する弁体２０の後端部２１において、弁体２０を固定コア４０の内周面４１によって支持および案内することができる。そのため、弁体２０に径方向の力が作用する位置と後端側摺動部２１１との軸方向Ｄａの距離を近付けることができ、後端側摺動部２１１に作用する弁体２０の径方向の荷重を力学的に低減することができる。
【００５９】
また、弁体２０の後端部２１の係合部２１３が流路形成部２１２よりも径方向外側に張り出すことで、係合部２１３を有しない場合と比較して、弁体２０の後端部２１の可動コア３０に対向する面の面積を大きくすることができる。これにより、弁体２０の後端部２１と可動コア３０との間に作用する単位面積当たりの力を低減し、従来よりも耐久性を向上させることができる。
【００６０】
また、本実施形態の燃料噴射弁１は、前述のように、第２の特徴として、次の構成を有している。弁体２０は、後端部２１から先端部２３まで一部材により構成されている。また、弁体２０は、後端部２１の周方向に間隔をあけて設けられた複数の後端側摺動部２１１と、この後端側摺動部２１１と後端側摺動部２１１の間に設けられ、後端側摺動部２１１よりも後端部２１の径方向の内側に設けられた複数の流路形成部２１２とを有している。そして、弁体２０は、噴射孔１１の開閉時に、複数の後端側摺動部２１１の少なくとも一つが固定コア４０の内周面４１に接して軸方向Ｄａに摺動するように構成されている。
【００６１】
この構成により、噴射孔１１の開閉時、すなわち弁体２０による噴射孔１１に至る流路ＦＣの開閉時に、弁体２０の後端部２１の複数の後端側摺動部２１１の少なくとも一つを、固定コア４０の内周面４１によって案内することができる。そのため、弁体２０の径方向の位置を規定することで、弁体２０の軸方向Ｄａの移動を安定させることができ、従来よりも燃料の噴射量を均一にすることができる。また、弁体２０は、後端部２１から先端部２３まで一部材により構成されているので、後端側摺動部２１１による弁体２０の案内と、流路形成部２１２による燃料の流路ＦＣの形成という複数の機能を一部品に集約することができる。そのため、部品点数を減少させ、生産性を向上させ、製造コストを低減することができる。
【００６２】
また、本実施形態の燃料噴射弁１は、前述のように、第３の特徴として、次の構成を有している。ノズル本体１０は、噴射孔１１が形成されて弁体２０の先端部２３を受容する凹状の先端部材１２を有している。弁体２０は、後端部２１から先端部２３まで一部材により構成され、後端部２１と先端部２３にそれぞれ後端側摺動部２１１と先端側摺動部２３１を有している。そして、弁体２０は、噴射孔１１の開閉時に、後端部２１の後端側摺動部２１１が固定コア４０の内周面４１に接して軸方向Ｄａに摺動するとともに、先端部２３の先端側摺動部２３１が先端部材１２の内周面１２１に接して軸方向Ｄａに摺動するように構成されている。
【００６３】
この構成により、噴射孔１１の開閉時、すなわち弁体２０による噴射孔１１に至る流路ＦＣの開閉時に、弁体２０の後端部２１の複数の後端側摺動部２１１の少なくとも一つを、固定コア４０の内周面４１によって案内することができる。同時に、弁体２０の先端部２３の先端側摺動部２３１を、先端部材１２の内周面１２１によって案内することができる。すなわち、軸方向Ｄａに延びる弁体２０を、軸方向Ｄａの先端部２３と後端部２１で、同時に案内することができる。なお、弁体２０の先端部２３の球面部２３２がノズル本体１０の先端部材１２の座面１２４に接触した閉弁位置にある間、弁体２０は後端部２１の後端側摺動部２１１のみが固定コア４０の内周面４１によって支持され、先端部２３の先端側摺動部２３１は先端部材１２の内周面１２１と接触しなくてもよい。
【００６４】
このように、弁体２０が軸方向Ｄａの先端部２３と後端部２１にそれぞれ後端側摺動部２１１と先端側摺動部２３１を備えることで、燃料噴射弁１の個体間において、後端部２１の後端側摺動部２１１と固定コア４０の内周面４１との接触面積、および、先端部２３の先端側摺動部２３１と先端部材１２の内周面１２１との接触面積を、より均一化することができる。これにより、燃料噴射弁１の個体間における燃料の噴射量を、より均一化することができる。また、弁体２０の後端部２１だけでなく、弁体２０の先端部２３の球面部２３２が接する先端部材１２の座面１２４に近い位置に先端側摺動部２３１を形成することで、ノズル本体１０の中心軸Ａに対する弁体２０の倒れ量すなわち傾斜角度を低減することができる。
【００６５】
この弁体２０の倒れ量すなわち傾斜角度の低減により、流体の流れが噴射ごとに変化しにくくなり、燃料の噴射量を均一にすることができる。また、弁体２０の径方向の位置をより正確に規定することができ、弁体２０の軸方向Ｄａの移動をより安定させることができ、燃料の噴射量をより均一にすることができる。また、弁体２０は、後端部２１から先端部２３まで一部材により構成されているので、後端側摺動部２１１および先端側摺動部２３１による弁体２０の案内と、流路形成部２１２による燃料の流路ＦＣの形成という複数の機能を一部品に集約することができる。そのため、部品点数を減少させ、生産性を向上させ、製造コストを低減することができる。
【００６６】
また、本実施形態の燃料噴射弁１において、弁体２０は、前述のように、後端部２１の周方向に３つの後端側摺動部２１１が間隔をあけて設けられている。この構成により、後端側摺動部２１１の数が２つまたは４つ以上である場合よりも、固定コア４０の内周面４１に接して摺動する後端側摺動部２１１の外周面の面積を大きくすることができる。これにより、弁体２０に要求される作動回数を満たす後端部２１の後端側摺動部２１１の耐摩耗性を保証することができる。したがって、従来よりも耐久性を向上させることが可能な燃料噴射弁１を提供することができる。
【００６７】
また、弁体２０の後端部２１において、後端側摺動部２１１と後端側摺動部２１１との間の流路形成部２１２の範囲を大きくすることができ、流路形成部２１２と固定コア４０との間の燃料の流路ＦＣの断面積を大きくすることが可能になる。これにより、流路形成部２１２によって形成された燃料の流路ＦＣにおける圧力損失を低減し、従来よりも燃料の噴射量を均一にすることが可能な燃料噴射弁１を提供することができる。
【００６８】
また、本実施形態の燃料噴射弁１において、弁体２０の後端部２１の後端側摺動部２１１は、後端部２１の周方向に等しい間隔で設けられている。この構成により、後端側摺動部２１１と後端側摺動部２１１との間の流路形成部２１２によって形成される燃料の流路ＦＣの断面積を均等にすることができ、流体である燃料によって流路形成部２１２に作用する圧力を均等にすることができる。また、たとえばコイルばね６１から弁体２０に弁体２０の径方向の力が作用することで、いずれか１つの後端側摺動部２１１のみが固定コア４０に接触する。そのため、弁体２０の後端部２１の他の２つの後端側摺動部２１１は固定コア４０に接触せず、弁体２０の後端部２１と固定コア４０との間の摺動面積や摺動抵抗を一定にして、燃料噴射弁１による燃料の一回の噴射ごとの燃料の噴射量を均一にすることができる。
【００６９】
また、本実施形態の燃料噴射弁１は、弁体２０を噴射孔１１へ向けて軸方向Ｄａに付勢するコイルばね６１を備えている。そして、弁体２０は、後端部２１の可動コア３０と反対の端面から軸方向Ｄａに突出してコイルばね６１の内側に係合する凸部２１４を有している。この構成により、弁体２０の後端部２１の凸部２１４によってコイルばね６１の径方向の移動を抑制し、コイルばね６１と固定コア４０の内周面４１との接触を抑制することができる。これにより、コイルばね６１と固定コア４０とが接触する位置や接触する圧力が燃料噴射弁１ごとに異なることによる弁体２０の往復運動の不均一性を解消することができる。したがって、従来よりも耐久性を向上させることができ、燃料の噴射量を均一にすることが可能な燃料噴射弁１を提供することができる。
【００７０】
また、本実施形態の燃料噴射弁１において、コイルばね６１は、固定コア４０の内周面４１との間に間隙Ｇ２を有している。この構成により、コイルばね６１と固定コア４０との接触を防止して、弁体２０の往復運動の均一性を向上させることができる。したがって、従来よりも耐久性を向上させることができ、燃料の噴射量を均一にすることが可能な燃料噴射弁１を提供することができる。
【００７１】
また、本実施形態の燃料噴射弁１において、弁体２０の後端部２１の後端側摺動部２１１は、部分円筒状の外周面を有し、流路形成部２１２は、後端部２１の後端側摺動部２１１の間に設けられた平坦面２１２ａを有している。この構成により、円筒状の固定コア４０の内周面４１と、弁体２０の後端部２１の後端側摺動部２１１との接触面積を大きくすることができ、後端側摺動部２１１の耐摩耗性を向上させ、燃料噴射弁１の耐久性を従来よりも向上させることができる。また、流路形成部２１２の平坦面２１２ａと円筒状の固定コア４０の内周面４１との間に断面形状が円弧と弦によって画定される流路ＦＣを形成することができ、流路ＦＣの断面積を大きくすることができ、流路抵抗を低減して、燃料噴射弁１の燃料の噴射量を均一にすることができる。
【００７２】
また、本実施形態の燃料噴射弁１において、弁体２０の後端部２１の後端側摺動部２１１を介して隣り合う流路形成部２１２の平坦面２１２ａの間の夾角ＩＡの角度は、６０°である。この構成により、弁体２０の後端部２１において、後端側摺動部２１１と後端側摺動部２１１との間の流路形成部２１２の範囲を大きくすることができ、流路形成部２１２と固定コア４０との間の燃料の流路ＦＣの断面積を大きくすることが可能になる。これにより、流路形成部２１２によって形成された燃料の流路ＦＣにおける圧力損失を低減し、従来よりも燃料の噴射量を均一にすることが可能な燃料噴射弁１を提供することができる。また、弁体２０の後端部２１の流路形成部２１２が形成された部分の断面形状を、頂点部分が円弧状のおおむね正三角形の形状にすることができる。これにより、弁体２０の後端部２１の強度を確保することができ、燃料噴射弁１の耐久性を向上させることができる。
【００７３】
また、本実施形態の燃料噴射弁１は、弁体２０の後端部２１の周方向において、流路形成部２１２が形成された部分の角度範囲ＡＲ２は、後端側摺動部２１１が形成された部分の角度範囲ＡＲ１よりも大きい。この構成により、弁体２０の後端部２１において、後端側摺動部２１１と後端側摺動部２１１との間の流路形成部２１２の範囲を大きくすることができ、流路形成部２１２と固定コア４０との間の燃料の流路ＦＣの断面積を大きくすることが可能になる。これにより、流路形成部２１２によって形成された燃料の流路ＦＣにおける圧力損失を低減し、従来よりも燃料の噴射量を均一にすることが可能な燃料噴射弁１を提供することができる。また、弁体２０の後端部２１の流路形成部２１２が形成された部分の断面形状を、頂点部分が円弧状のおおむね正三角形の形状にすることができる。これにより、弁体２０の後端部２１の強度を確保することができ、燃料噴射弁１の耐久性を向上させることができる。
【００７４】
また、本実施形態の燃料噴射弁１において、弁体２０の後端部２１の後端側摺動部２１１は、前述のように、部分円筒状の外周面を有し、流路形成部２１２は、後端側摺動部２１１の間に設けられた平坦面２１２ａを有している。さらに、弁体２０の後端部２１の係合部２１３は、流路形成部２１２よりも弁体２０の先端側に設けられ、流路形成部２１２よりも径方向の外側に張り出すとともに、後端部２１の周方向の全周にわたって連続し、後端側摺動部２１１の外周面に面一に連なる円筒状の外周面を有している。
【００７５】
このように、弁体２０の後端部２１の係合部２１３が流路形成部２１２よりも径方向外側に張り出すことで、係合部２１３を有しない場合と比較して、弁体２０の後端部２１の可動コア３０に接触する面の面積を大きくすることができる。さらに、後端部２１の可動コア３０側の端部である係合部２１３が後端部２１の周方向の全周にわたって連続し、後端側摺動部２１１の外周面に面一に連なる円筒状の外周面を有することで、可動コア３０に接する面の面積を極大化することができる。これにより、弁体２０の後端部２１と可動コア３０との間に作用する単位面積当たりの力を低減し、従来よりも耐久性を向上させることができる。
【００７６】
加えて、弁体２０を旋盤やマシニングセンタなどによって回転させて切削することが可能になり、弁体２０の製造が容易になるだけでなく、製造工程の工数を削減し、生産性を向上させ、製造コストを低減することができる。具体的には、回転切削によって製造された弁体２０の係合部２１３の外周面と可動コア３０に対向する面との間の角部にはバリが発生することがある。しかし、係合部２１３が、後端部２１の周方向の全周にわたって連続する円筒状の外周面を有することで、弁体２０の後端部２１を回転させて角部のバリを一工程で除去することができる。一方、弁体２０の可動コア３０側の端部の断面形状が非円形である場合、角部のバリを一工程で除去することができず、弁体２０の生産性が低下し、製造コストが上昇するおそれがある。
【００７７】
また、本実施形態の燃料噴射弁１において、固定コア４０は、内周面４１に可動コア３０に近づくほど内径が拡大する拡径部４４を有し、噴射孔１１が閉じた状態で、拡径部４４に弁体２０の後端部２１の係合部２１３が収容されるように構成されている。これにより、弁体２０の後端部２１の係合部２１３と、固定コア４０の内周面４１の拡径部４４との間に隙間を形成し、燃料の流路ＦＣを形成することができる。したがって、弁体２０の後端部２１の係合部２１３と、固定コア４０の内周面４１の拡径部４４との間を流れる燃料の圧力損失を低減し、燃料噴射弁１の燃料の噴射量を均一にすることができる。
【００７８】
また、本実施形態の燃料噴射弁１は、噴射孔１１が閉じた状態で、流路形成部２１２の少なくとも一部が拡径部４４に配置される。より詳細には、本実施形態の燃料噴射弁１は、噴射孔１１に至る弁体２０の先端部２３と座面１２４との間の流路ＦＣが閉じた状態で、流路形成部２１２の可動コア３０側の端部が拡径部４４に収容される。これにより、弁体２０の後端部２１の流路形成部２１２と、固定コア４０の内周面４１の拡径部４４との間の燃料の流路ＦＣの断面積を拡大することができる。したがって、弁体２０の後端部２１と、固定コア４０の内周面４１との間を流れる燃料の圧力損失を低減し、燃料噴射弁１の燃料の噴射量を均一にすることができる。
【００７９】
また、本実施形態の燃料噴射弁１は、軸方向Ｄａにおいて可動コア３０に隣接する後端部２１の端部および後端部２１と先端部２３との間の中間部２２は、弁体２０の中心軸Ａ’を中心とする円筒状の外周面を有している。この構成により、弁体２０の全体、すなわち、弁体２０の後端部２１、中間部２２および先端部２３を、たとえば、円柱状または丸棒状の一つの金属材料を切削加工することによって、形成することができる。このように、弁体２０の全体を一つの材料から削り出した一つの部品とすることによって、弁体２０の寸法精度を向上させることができ、生産性を向上させて弁体２０の製造コストを低減することができる。さらに、弁体２０の各部を別部品として製造して圧入や溶接によって一体化させる場合と比較して、圧入時に発生する金属片や溶接時に発生するスパッタなど、異物の発生を抑制することができる。これにより、異物に起因する燃料漏れなど、弁体２０の不具合の発生を抑制することができ、燃料噴射弁１の燃料の噴射量を均一にすることができる。
【００８０】
また、本実施形態の燃料噴射弁１は、弁体２０において、後端部２１の可動コア３０に隣接する端部の外径は、後端部２１と先端部２３との間の中間部２２の外径よりも拡径され、中間部２２が可動コア３０に挿通されている。すなわち、可動コア３０の弁体挿通孔３１の内径は、弁体２０の中間部２２の外径よりも大きく、弁体２０の後端部２１の係合部２１３の外径よりも小さい。
【００８１】
この構成により、弁体２０の後端部２１にノズル本体１０の先端へ向けて作用するコイルばね６１の付勢力が、可動コア３０を固定コア４０へ向けて付勢する小コイルばね６３の付勢力よりも大きい燃料噴射弁１の閉弁状態において、弁体２０の後端部２１の可動コア３０側の端部は可動コア３０に当接して係合している。そして、可動コア３０が小コイルばね６３の付勢力および固定コア４０の磁気吸引力により、固定コア４０に向けて軸方向Ｄａへ移動すると、弁体２０が可動コア３０とともにノズル本体１０の先端部材１２の座面１２４から離れるように軸方向Ｄａへ移動する。
【００８２】
可動コア３０が固定コア４０の先端面に衝突すると、可動コア３０は固定コア４０と反対側のノズル本体１０の先端側すなわち燃料の下流側にはね返る。一方、可動コア３０の弁体挿通孔３１に挿通された弁体２０は、可動コア３０が固定コア４０に衝突した後も、噴射孔１１から離れる燃料の上流側への移動を継続する。
【００８３】
つまり、弁体２０は、可動コア３０の先端面の位置から、燃料の上流側である固定コア４０の後端部２１へ向けてオーバーシュートし、その後、コイルばね６１に付勢されることで、再び燃料の下流側であるノズル本体１０の先端側へ移動する。そのため、コイル５０が通電した状態であれば、弁体２０は、後端部２１が固定コア４０に吸着された可動コア３０に係合し、先端部２３の球面部２３２と座面１２４との間の流路ＦＣが開いた開弁位置で静止する。
【００８４】
また、コイル５０の通電が中断され、固定コア４０の磁気吸引力が消滅すると、弁体２０の後端部２１に作用するコイルばね６１の付勢力によって、弁体２０の後端部２１に係合した可動コア３０が弁体２０とともにノズルの先端へ向けて軸方向Ｄａに移動する。そして、弁体２０の先端部２３の球面部２３２がノズル本体１０の先端部材１２の座面１２４に衝突すると、可動コア３０は、弁体２０とは別体であるため、慣性力によってノズル本体１０の先端側への移動を継続する。また、弁体２０は、先端部２３の球面部２３２がノズル本体１０の先端部材１２の座面１２４に衝突した後に、開弁方向に跳ね返る。
【００８５】
このとき、可動コア３０の弁体挿通孔３１の内周面と、弁体挿通孔３１に挿通された弁体２０の外周面との間に流体による摩擦が発生し、運動エネルギが摩擦エネルギに変換されて小さくなる。また、慣性質量が比較的に大きい可動コア３０が弁体２０と別体で構成されているため、弁体２０が座面１２４に衝突した際の運動エネルギが小さくなる。これにより、座面１２４に衝突した後の弁体２０の跳ね返りが小さくなる。
【００８６】
また、可動コア３０に作用する慣性力は、可動コア３０と弁体２０とが一体である場合と比較して小さくなる。そのため、小コイルばね６３を圧縮した後に受ける反発力が小さくなる。よって、可動コア３０の開弁方向すなわち固定コア４０へ向かう跳ね返りが抑制され、弁体２０が座面１２４に衝突した後に開弁方向に再び移動される現象が発生しにくくなる。結果として、弁体２０の跳ね返りは最小限に抑えられ、コイル５０への通電が中断された後に、弁体２０と座面１２４との間の流路ＦＣ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、エミッションを低減することができる。
【００８７】
また、本実施形態の燃料噴射弁１において、弁体２０の後端部２１の係合部２１３は、固定コア４０の内径よりも外径が小さくされ、固定コア４０の内部で軸方向Ｄａに移動可能に設けられている。この構成により、円筒状の固定コア４０の貫通孔４２を洗浄して燃料漏れの原因となる異物を除去した後に、先端部材１２、弁体２０、コイルばね６１、調整部材６２、およびフィルタ９０を、固定コア４０の貫通孔４２から軸方向Ｄａに挿入して組み付けることができる。したがって、燃料噴射弁１において、異物による燃料漏れの可能性を低減することができるだけでなく、製造工程を簡潔にして生産性を向上させることができる。
【００８８】
また、本実施形態の燃料噴射弁１において、弁体２０は、後端部２１と先端部２３との間の中間部２２の外周面２２１と、ノズル本体１０の内周面１６との間に間隙Ｇ１を有している。この構成により、ノズル本体１０と弁体２０との間の摩擦抵抗を低減し、弁体２０を軸方向Ｄａに移動しやすくすることができる。したがって、燃料噴射弁１の耐久性を向上させることができ、燃料の噴射量を均一にすることができる。
【００８９】
また、本実施形態の燃料噴射弁１において、弁体２０は、先端部２３の先端側摺動部２３１よりも軸方向Ｄａの先端側に凸状の球面部２３２を有している。また、ノズル本体１０の先端部材１２は、球面部２３２を受容する凹状の座面１２４を有している。そして、座面１２４は、ノズル本体１０の軸方向Ｄａの先端に向けて漸次縮径する円錐台状に設けられ、噴射孔１１が開口されている。
【００９０】
この構成により、弁体２０の先端部２３を、先端部２３に設けられた先端側摺動部２３１によって案内しながら、弁体２０の先端側摺動部２３１よりも先端側の球面部２３２をノズル本体１０の先端部材１２の座面１２４に当接させ、または座面１２４から離隔させることができる。これにより、噴射孔１１の開閉時の弁体２０の動作を安定させることができ、燃料噴射弁１の耐久性を向上させ、燃料の噴射量を均一にすることができる。また、燃料噴射弁１の閉弁時に弁体２０の先端部２３の球面部２３２とノズル本体１０の先端部材１２の座面１２４とを、弁体２０の周方向の全周にわたっておおむね線接触させることができる。これにより、燃料噴射弁１の耐久性を向上させ、燃料の噴射量を均一にすることができる。
【００９１】
以上説明したように、本開示の実施形態によれば、従来よりも耐久性を向上させることが可能であり、従来よりも燃料の噴射量を均一にすることが可能な燃料噴射弁１を提供することができる。
【００９２】
以上、図面を用いて本開示の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。
【符号の説明】
【００９３】
１        燃料噴射弁
１０      ノズル本体
１１      噴射孔
１２      先端部材
１２１    内周面
１２４    座面
１６      内周面
２０      弁体
２１      後端部
２１１    後端側摺動部
２１２    流路形成部
２１２ａ  平坦面
２１３    係合部
２１４    凸部
２２      中間部
２２１    外周面
２３      先端部
２３１    先端側摺動部
２３２    球面部
３０      可動コア
４０      固定コア
４１      内周面
４４      拡径部
５０      コイル
６１      コイルばね
Ａ’      中心軸
ＡＲ１    角度範囲
ＡＲ２    角度範囲
Ｄａ      軸方向
Ｇ１      間隙
Ｇ２      間隙
ＩＡ      夾角
【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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