(57)【要約】【課題】開弁応答性及び閉弁応答性が良好な燃料噴射弁を提供することを課題とする。【解決手段】燃料噴射弁（１）は、先端に噴孔（３）を有する弁ボディ（２）内に配置した位置決め部材（４）、この位置決め部材よりも先端側に固定されたストッパ（５）、このストッパに先端側への移動を規制される第一アーマチャ（６）、この第一アーマチャ（６）と位置決め部材（４）とを接続する第一スプリング（７）、ストッパ（５）よりも先端側に位置し、噴孔を開閉するニードル弁（３）、このニードル弁の基端側に一体となった第二アーマチャ（９）、この第二アーマチャ（９）と第一アーマチャ（６）とを接続する第二スプリング（１０）、通電することにより第一アーマチャ（６）を開弁側へ吸引する第一ソレノイド（１１）、通電することにより第二アーマチャ（９）を開弁側へ吸引する第二ソレノイド（１２）を備える。【選択図】図１
2007154723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に噴孔を有する弁ボディ内に配置した位置決め部材と、
当該位置決め部材よりも先端側に固定されたストッパと、
当該ストッパに先端側への移動を規制される第一アーマチャと、
当該第一アーマチャと前記位置決め部材とを接続する第一スプリングと、
前記ストッパよりも先端側に位置し、前記噴孔を開閉するニードル弁と、
当該ニードル弁の基端側に位置し、当該ニードル弁と一体となった第二アーマチャと、
当該第二アーマチャと前記第一アーマチャとを接続する第二スプリングと、
通電することにより前記第一アーマチャを開弁側へ吸引する第一ソレノイドと、
通電することにより前記第二アーマチャを開弁側へ吸引する第二ソレノイドと、
を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記第一スプリングのセット荷重は、前記第二スプリングのセット荷重よりも大きいことを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料噴射弁において、
前記第二ソレノイドへのＯＮ／ＯＦＦの駆動信号の発信に先立って前記第一ソレノイドへのＯＮ／ＯＦＦの駆動信号の発信が行われることを特徴とした燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を内燃機関に対して噴射供給する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料を内燃機関に対して噴射供給する燃料噴射弁として、図４に概略構成を示すような燃料噴射弁５０が用いられている。燃料噴射弁５０は、弁ボディ５１の内部に形成した燃料通路５２と、この燃料通路５２と連通し、弁ボディ５１の先端に穿設した噴孔５３を備えている。さらに、燃料通路５２内で往復動することにより噴孔５３の開閉を行うニードル弁５４、このニードル弁５４と一体となったアーマチャ５５、通電されることによって磁界を発生し、その磁界によってアーマチャ５５と一体となったニードル弁５４を開弁側へ引き上げるソレノイド５６、ニードル弁５４を閉弁側、すなわち先端側へ付勢するスプリング５７を備えている。
【０００３】
このような燃料噴射弁５０の駆動信号、ニードル弁に作用する力の関係、弁挙動について図５を参照しつつ説明する。なお、ニードル弁に作用する力については、図中、プラス（＋）側が開弁方向、マイナス（−）側が閉弁方向の力を表している。
まず、駆動信号がＯＦＦの状態ではソレノイド５６に通電されていないことから、ソレノイド５６による開弁方向への吸引力はニードル弁５４に作用していない。従って、この時点では、スプリング５７によるスプリング力、燃料通路５２内に充填された燃料の圧力と弁ボディ５１外の圧力との圧力差に基づく差圧力がニードル弁５４に作用してニードル弁を閉弁状態としている。
このような閉弁状態から駆動信号がＯＮとなると、ソレノイド５６による吸引力がアーマチャ５５に作用してニードル弁５４を開弁方向に引き上げる。ただし、この吸引力も駆動信号ＯＮの入力に伴って即座に垂直に上昇するのものではない。このように、吸引力によって僅かにニードル弁５４が開弁し、噴孔５３が開放されると燃料通路５２内と弁ボディ５１外の圧力差が減少するため、マイナス側すなわち閉弁側に働く差圧力が減少する。これによりニードル弁５４は開弁方向へ移動するが、スプリング５７は縮むことになるので、スプリング力は、この分だけ僅かにマイナス側に作用する力が大きくなる。
燃料噴射弁を構成する各要素には以上のような力が作用することになるが、
これらの力を整理すると、
吸引力＞スプリング力＋差圧力
の関係が成立していれば、ニードル弁５４は、開弁することになる。
【０００４】
しかし、ニードル弁５４が実際に開弁動作を開始するまでにはタイムラグが存在する。すなわち、理想的な弁挙動は図中、点線で示したように駆動信号と完全に同調して開弁を開始するものであるが、実際の弁挙動は、実線で示すようにＯＮの駆動信号からニードル弁５４が動き出すまでにはタイムラグが存在し、動き始めてからも所望の開度に達するまでに多少の時間が必要となる。このような弁挙動の遅れは、駆動信号をＯＮからＯＦＦとしたときにも観察される。
【０００５】
このように従来の燃料噴射弁はその構成上、駆動信号に対する弁挙動の遅れが生じるが、内燃機関における適切な燃焼を実現するためには、燃料噴射量の緻密なコントロールが不可欠となることから、ニードル弁の応答性の改善が求められる。このようなニードル弁の応答遅れを改善する提案が特許文献１にされている。
【０００６】
特許文献１には、燃料噴口部を弁部材と、この弁部材と一体に構成された可動コアと、この可動コアの一端側に設けられ、通電することにより第１の固定コアを磁化し可動コアを開弁方向に吸引する第１のコイル部と、可動コアの他端側に設けられ、通電することにより第２の固定コアを磁化し可動コアを閉弁方向に吸引する第２のコイル部とを備えた燃料噴射装置が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１６５０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１記載の燃料噴射装置は、電磁弁の開閉応答性を向上できるものであるが、可動コアの両側にそれぞれコイル部を設けており、可動コアの下流側（噴射口部側）にもコイル部を配置していることから、可動コアと一体となった弁部材が長くなってしまう。可動コアと一体となった弁部材は弁の開閉時に運動するものであるが、弁の応答性を向上させるとの観点からすると運動する物体の重量はできるだけ軽量であることが望ましい。この点を鑑みれば、特許文献１に記載の燃料噴射装置は改良の余地を有している。
【０００９】
そこで、本発明は、特許文献１記載の燃料噴射装置とは異なる構成により応答性の高い燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するための本発明の燃料噴射弁は、先端に噴孔を有する弁ボディ内に配置した位置決め部材と、当該位置決め部材よりも先端側に固定されたストッパと、当該ストッパに先端側への移動を規制される第一アーマチャと、当該第一アーマチャと前記位置決め部材とを接続する第一スプリングと、前記ストッパよりも先端側に位置し、前記噴孔を開閉するニードル弁と、当該ニードル弁の基端側に位置し、当該ニードル弁と一体となった第二アーマチャと、当該第二アーマチャと前記第一アーマチャとを接続する第二スプリングと、通電することにより前記第一アーマチャを開弁側へ吸引する第一ソレノイドと、通電することにより前記第二アーマチャを開弁側へ吸引する第二ソレノイドと、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような燃料噴射弁では、前記第一スプリングのセット荷重は、前記第二スプリングのセット荷重よりも大きくした構成とすることができ（請求項２）、また、前記第二ソレノイドへのＯＮ／ＯＦＦの駆動信号の発信に先立って前記第一ソレノイドへのＯＮ／ＯＦＦの駆動信号の発信が行われる構成とすることができる（請求項３）。
【００１１】
このような構成の燃料噴射弁の開弁時は、まず、第一アーマチャが開弁側に吸引される。これに伴ってニードル弁を噴孔側へ押し付けている第二スプリングの圧縮が若干緩和されスプリング力が弱まることから、この状態で吸引される第二アーマチャ、すなわち、ニードル弁の応答性は良好なものとなる。また、このように開弁時、すなわち、ニードル弁が動き出す以前に第二スプリングのスプリング力を低下させることができることから、閉弁状態におけるセット荷重は従来のものより高く設定することができる。閉弁状態におけるセット荷重を高くするということは、ニードル弁が開弁状態から閉弁状態へ移行するときのスプリング力を高くすることになるから、閉弁応答性を向上させることができる。
【００１２】
閉弁時のニードル弁は、スプリングによって先端側に付勢されて噴孔を閉塞しているが、このスプリング力は内燃機関の燃焼圧を受けても燃料噴射弁が開弁してしまわない程度の大きさを必要とし、また、このスプリング力が大きくなれば閉弁応答性を向上させることができる。しかし、その一方で、このスプリング力を大きくするということは開弁応答性を悪化させることともなる。そこで本発明の燃料噴射弁では、開弁時に第一アーマチャを開弁側に吸引して第二スプリングの圧縮を緩和するようにしたので、第二ソレノイドへ通電してからの開弁応答性を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の燃料噴射弁では、ニードル弁と一体となった第二アーマチャよりも基端側に第一ソレノイド、第二ソレノイドを配置することができるので、ニードル弁と第二アーマチャとが一体となって形成される運動体の質量を軽量なものとすることができ、ニードル弁の開弁応答性、閉弁応答性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ストッパに先端側への移動を規制される第一アーマチャと位置決め部材とを第一スプリングで接続し、ニードル弁と一体となった第二アーマチャと第一アーマチャとを第二スプリングで接続して第一アーマチャと第二アーマチャとを別個に吸引するようにしたので、ニードル弁を閉弁側に付勢する第二スプリングのスプリング力を強く設定しておいても開弁時には第二スプリングの圧縮を緩和し、スプリング力を弱めることができる。これにより、開弁応答性、閉弁応答性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
まず、本発明の燃料噴射弁１の概略構成につき、図１を参照しつつ説明する。燃料噴射弁１は、先端に噴孔３を有する筒状の弁ボディ２を備えている。この弁ボディ２の内部には弁ボディ２と一体となった位置決め部材４が配置されている。また、弁ボディ２内には位置決め部材４よりも先端側にストッパ５が固定されている。さらに、弁ボディ２内にはストッパ５によって先端側への移動を規制される第一アーマチャ６が内装されている。この第一アーマチャ６と位置決め部材４とは第一スプリング７により接続されている
【００１７】
また、弁ボディ２内にはストッパ５よりも先端側（弁ボディ２内の最先端部）にニードル弁８を備えている。このニードル弁８の基端側にはニードル弁８と一体となった第二アーマチャ９が設けられている。この第二アーマチャ９と第一アーマチャ６とは第二スプリング１０によって接続されている。
【００１８】
さらに、燃料噴射弁１は、図１に示すように位置決め部材４と第一アーマチャ６との間に、通電することにより第一アーマチャ６を開弁側へ吸引する第一ソレノイド１１が配置されている。また、ストッパ５と第二アーマチャ９との間に、通電することにより第二アーマチャ９を開弁側へ吸引する第二ソレノイド１２が配置されている。これらの第一ソレノイド１１、第二ソレノイド１２は図示しない制御装置に接続され、通電のタイミングが管理されている。
【００１９】
以上のように構成される燃料噴射弁１における第一スプリング７のセット荷重（閉弁状態におけるスプリング力）は、第二スプリング１０のセット荷重よりも大きく設定されている。より具体的には、第一スプリング７、第二スプリング１０は共に自由長から圧縮した状態で弁ボディ２内へ装着されるが、ニードル弁８が噴孔３を閉塞した状態で第一スプリング７のスプリング力が第二スプリング１０のスプリング力よりも大きくなるようにセットされている。このように両者のスプリング力を調整しておくことにより、閉弁時に第一スプリング７のスプリング力により第一アーマチャ６とストッパ５とを一体化した状態に保ち、このように固定状態にある第一アーマチャ６を基準位置として第二スプリング１０のスプリング力により第二アーマチャ９と一体となったニードル弁８を噴孔３へ着座させて噴孔３を閉塞することができる。仮に、第二スプリング１０のセット荷重が第一スプリング７のセット荷重よりも大きいと、第二スプリング１０が第一アーマチャ６を押し上げ、第一アーマチャ６がストッパ５から離間し、不安定な状態となってしまう。
【００２０】
また、第二スプリング１０のセット荷重は、従来の燃料噴射弁に装着されたスプリングのセット荷重よりも大きく設定し、さらに、第一アーマチャ６が上昇したときの荷重（スプリング力）が従来の燃料噴射弁に装着されたスプリングのセット荷重よりも小さくなるように第二スプリング１０の選定、第一アーマチャ６の移動量が設定されている。第二スプリング１０のセット荷重をこのように設定することにより、ニードル弁８が開弁方向に移動し始める直前の第二スプリング１０のスプリング力は従来の燃料噴射弁のスプリング力よりも小さくなることから開弁応答性を向上させることができる。また、閉弁時の第二スプリング１０のスプリング力は従来の燃料噴射弁のスプリング力よりも大きくなることから丙弁応答性を向上させることができる。
【００２１】
以上のように構成される燃料噴射弁１の動作につき、図１、図２を参照しつつ説明する。図１（ａ）はニードル弁８が噴孔３を閉塞した閉弁状態、図１（ｂ）は第一アーマチャ６が第一ソレノイド１１に吸引されて基端側に移動した状態、図１（ｃ）は第二アーマチャ９が吸引されニードル弁８が基端側に移動した開弁状態、図１（ｄ）は第一ソレノイド１１がＯＦＦとなって第一アーマチャ６がストッパ５に着座した状態を示している。
【００２２】
まず、第一ソレノイド１１、第二ソレノイド１２共にＯＦＦの状態にあるときは図１（ａ）に示した状態となっている。図１（ａ）に示す状態は、第一スプリング７のスプリング力によって第一アーマチャ６がストッパ５に押し付けられており、第一アーマチャ６とストッパ５とが一体化した状態が保たれている。このような状態の第一アーマチャ６と第二スプリング１０で接続された第二アーマチャ９、さらにニードル弁８は第二スプリング１０のセット荷重を保っているスプリング力によって先端側に押し付けられている。
【００２３】
燃料噴射弁１の開弁を行うときは、まず、図２中、符号ａを付して示したタイミングで第一ソレノイド１１の駆動信号がＯＮ、すなわち通電される。このように第一ソレノイド１１の駆動信号がＯＮとなると、図２中、符号ｂを付して示したタイミング、すなわち、第一ソレノイド１１がＯＮとされてから僅かに遅れて吸引されている第一アーマチャ６が上昇を開始する。このように第一アーマチャ６が上昇すると第二スプリング１０の圧縮が緩和されることから第二アーマチャ９に作用する第二スプリング１０のスプリング力は低下する。すなわち、図１（ｂ）で示したような第一アーマチャ６が完全に上昇した状態では、第二アーマチャ９に作用する第二スプリング１０のスプリング力はｔだけ低下する。
【００２４】
このように第一アーマチャ６を吸引し、上昇させる動作は、いわばニードル弁８の開弁動作のプレ制御に相当する。燃料噴射弁１は、制御装置により第一アーマチャ６が上昇を開始するのとほぼ同じタイミングで第二ソレノイド１２の駆動信号をＯＮ状態とする。このとき、第二アーマチャ９に作用する第二スプリング１０のスプリング力はセット荷重と比較してｔだけ低下していることから開弁応答性が向上している。すなわち、第二アーマチャ９を閉弁側に押し付けているスプリング力が弱まっていることから第二ソレノイド１２に通電されて第二アーマチャ９が吸引されたときの第二アーマチャ９及びニードル弁８の動き出しが良好である。また、一旦動き出してからの第二アーマチャ９の加速、すなわち、図２中、θで表した角度が垂直に近づく。以上のように第二ソレノイドの駆動信号がＯＮとされてから第二アーマチャ９、すなわち、ニードル弁８の応答性が従来のものと比較して向上している。第二アーマチャ９が吸引されニードル弁８が基端側に移動すると、図１（ｃ）に示すような開弁状態となる。
【００２５】
次に、図２中、符号ｄを付して示したタイミングで第一ソレノイド１１の駆動信号がＯＦＦ、すなわち、通電がカットされると、図２中、符号ｅを付して示したタイミングで第一アーマチャ６が閉弁方向に移動を開始する。また、これと同時に第一スプリング７のスプリング力が第二アーマチャ９（ニードル弁８）を閉弁方向に移動させる力として第二アーマチャ９に作用する。
【００２６】
第一スプリング７により閉弁方向側へ押し出された第一アーマチャ６が図２中、符号ｆを付して示したタイミングでストッパ５に着座し、図１（ｄ）で示すような状態となると、第一スプリング７のスプリング力はそれ以後第二アーマチャ９に作用することはない。しかし、その一方で、第一アーマチャ６がストッパ５に着座する位置まで移動することにより第二スプリング１０のスプリング力はほぼセット荷重にまで復帰、より厳密には、第二スプリング１０が未だ圧縮された状態にあることから図２に示したようにセット荷重よりも僅かにマイナス側に大きな力となっている。
【００２７】
第一アーマチャ６がストッパ５へ着座した後、図２中、符号ｇを付して示したタイミングで第二ソレノイド１２の駆動信号をＯＦＦとすると、第二アーマチャ９は第二スプリング１０の従来よりも高く設定されたセット荷重にまで復帰したスプリング力によって閉弁方向に押し出される。これによりニードル弁８は第二ソレノイド１２の駆動信号がＯＦＦ状態とされた符号ｇを付して示した時点から、符号ｈを付して示した時点までの非常に短時間で閉弁動作を完了し、再び図１（ａ）で示した状態に復帰することができる。すなわち、閉弁応答性の向上が達成されている。
【００２８】
以上のような動作をする本発明の燃料噴射弁１の開弁応答性及び閉弁応答性の向上の様子を、図３を参照しつつ説明する。従来例におけるソレノイドの駆動信号、第二ソレノイド１２の駆動信号を、図３中、符号ｂ１を付して示したタイミングで同時にＯＮ状態とすると、本実施例のニードル弁８は、従来例におけるニードル弁よりも始動が早く、また、始動してから完全開弁状態まで短時間で到達している。これは、本実施例の燃料噴射弁１では、図２中、符号ａ１を付して示したタイミングで第一アーマチャ６が開弁方向に移動し、第二スプリング１０のスプリング力が従来例の燃料噴射弁におけるスプリング力よりも低下しているためである。すなわち、閉弁側に作用することとなるスプリング力が弱いことになるため、第二ソレノイド１２による吸引が開始された後のニードル弁８の応答性が良好なものとなっている。
【００２９】
また、従来例におけるソレノイドの駆動信号、第二ソレノイド１２の駆動信号を、図３中、符号ｄ１を付して示したタイミングで同時にＯＦＦ状態とすると、本実施例のニードル弁８は、従来例におけるニードル弁よりも始動が早く、また、始動してから完全閉弁状態まで短時間で到達している。これは、本実施例の燃料噴射弁１では、図２中、符号ｃ１を付して示したタイミングで第一アーマチャ６が閉弁方向に移動してストッパ５に着座し、第二スプリング１０のスプリング力が従来例の燃料噴射弁におけるスプリング力よりも向上しているためである。すなわち、閉弁側に作用することとなるスプリング力が強いことになるため、第二ソレノイド１２による吸引が停止された後のニードル弁８の応答性が良好なものとなっている。
【００３０】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例の燃料噴射弁の概略構成を示した説明図であり、（ａ）はニードル弁が噴孔を閉塞した閉弁状態、（ｂ）は第一アーマチャが第一ソレノイドに吸引されて基端側に移動した状態、（ｃ）は第二アーマチャが吸引されニードル弁が基端側に移動した開弁状態、（ｄ）は第一ソレノイドがＯＦＦとなって第一アーマチャがストッパに着座した状態を示す図である。
【図２】図１に示した燃料噴射弁における第一及び第二ソレノイドの駆動信号、第二アーマチャに作用するスプリング力、第一及び第二アーマチャの挙動を示したチャートである。
【図３】実施例のニードル弁の弁挙動を従来例と比較して示したチャートである。
【図４】従来の一般的な燃料噴射弁の概略構成を示した説明図である。
【図５】従来の燃料噴射弁におけるソレノイドの駆動信号、ニードル弁に作用する力の関係、弁挙動を示したチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１  燃料噴射弁
２  弁ボディ
３  噴孔
４  位置決め部材
５  ストッパ
６  第一アーマチャ
７  第一スプリング
８  ニードル弁
９  第二アーマチャ
１０  第二スプリング
１１  第一ソレノイド
１２  第二ソレノイド
【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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