(57)【要約】【課題】可動コアと固定コアとの間を流れる磁束の量を増加し、閉弁の応答性を向上する燃料噴射弁を提供する。【解決手段】弁ボディの弁座に着座または弁座から離座することにより燃料通路の燃料の流れを断続するニードルと、ニードルとともに軸方向へ往復移動する可動コア３５と、可動コア３５とともに磁気回路を形成する固定コア３４とを備え、可動コア３５の端部に、突出端が固定コア３４の端部と接触する円環状の第一凸部３５１と、第一凸部３５１と同心で円環状の第二凸部３５２、３５３とを設ける。そのため、第二凸部３５２、３５３の面積に相当する分、可動コア３５の端部において磁束が流れやすい部分の面積が増大する。よって、可動コア３５と固定コア３４との間を流れる磁束の量を増加でき、開弁の応答性を向上できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃料通路を区画するハウジングと、
前記ハウジングの内部に設けられ、前記ハウジングの弁座に着座または前記弁座から離座することにより前記燃料通路の燃料の流れを断続するニードルと、
前記ハウジングの内部に設けられ、前記ニードルとともに軸方向へ往復移動する可動コアと、
前記ハウジングの内部に固定され、前記可動コアとともに磁気回路を形成する固定コアとを備え、
前記可動コアおよび前記固定コアのうち少なくとも一方のコアの端部は、他方のコアの端部に向けて突出するとともにその突出端が他方のコアの端部と接触する円環状の第一凸部と、他方のコアの端部に向けて突出するとともに前記第一凸部と同心で円環状の第二凸部とを有する燃料噴射弁。
【請求項２】
前記第二凸部の突出量高さは前記第一凸部より小さい請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記第一凸部が前記他方のコアの端部と接触している状態において、前記第二凸部と前記他方の端部との間には隙間が形成されている請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記第二凸部は複数設けられている請求項１から３のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ニードルを電磁的に駆動する燃料噴射弁が公知である。このような燃料噴射弁では、ニードルおよび可動コアは一体となって軸方向へ往復移動する。コイルへ通電すると、固定コアと可動コアとの間には磁気吸引力が発生する。これにより、一体の可動コアおよびニードルは、固定コア側へ移動し、可動コアの端部に設けられた接触面と固定コアの端部に設けられた接触面とが接触する。一方、コイルへの通電を停止すると、一体の可動コアおよびニードルは、例えばスプリングなどの弾性部材によって固定コアとは反対側すなわち弁座側へ移動し、各接触面は離れる（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特表平８−５０６８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、コイルへの通電を停止し、両コアの接触面が離れ始める際には、両接触面間への燃料の流入が困難である。そのため、両コアの接触面間でスクイズ効果が発生する。これにより可動コアの移動を妨げる力が生じる。その結果、通電を停止してから閉弁するまでの時間が長くなり、コイルへの通電停止に対する閉弁作動の応答性が悪化する。
【０００５】
この対策として、特許文献１記載の燃料噴射弁では、両コアの端部の一部に凸部を設けている。これにより、両コアの端部全体が接触面を形成した場合に比べてスクイズ効果による力を低減できるようにしている。
【０００６】
しかしながら、単純に凸部を設けただけでは、磁気吸引力の発生に寄与する磁束は端部のうち凸部に集中する。そして、凸部における接触面の面積は、端部全体を接触面とした場合の面積より小さいため、凸部に集中した磁束は少ない量で飽和する。また、端部のうち凸部が設けられていない部分は接触することなくギャップが形成されることとなるため、その部分の磁束量が減少する。このようにコアの端部の磁束量が減少すると、端部全体を接触面とした場合に比べて磁気吸引力が低減する。そのため、開弁速度が遅くなり、コイルへの通電に対する開弁の応答性が悪化する。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、可動コアと固定コアとの間を流れる磁束の量を増加し、作動の応答性を向上する燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１から４のいずれか一項記載の発明では、可動コアおよび固定コアのうち少なくとも一方のコアの端部には、第一凸部に加え、他方のコアの端部に向けて突出する第二凸部が設けられている。そのため、第二凸部の面積に相当する分、一方のコアの端部において磁束が流れやすい部分の面積は増大する。よって、可動コアと固定コアとの間を流れる磁束の量を増加でき、作動の応答性を向上できる。
さらに、第二凸部は第一凸部と同心で円環状であるため、ギャップ量の少ない部分の面積が周方向に均一に存在することとなる。そのため、周方向に均一な磁気吸引力が発生し、その吸引力を安定させることができる。
【０００９】
請求項３記載の発明では、第二凸部は他方のコアの端部と接触することなく隙間が形成されているため、両コアが接触する面積を小さくできる。よって、両コアの接触面が離れ始める際に両接触面の間で発生するスクイズ効果による力を低減できる。そのため、閉弁作動時の可動コアの移動速度が速くなり、閉弁するまでの時間が短くなるので、開弁作動の応答性のみならず、閉弁作動の応答性をも向上できる。
【００１０】
請求項４記載の発明では、第二凸部は複数設けられているため、コアの端部のうちギャップ量の少ない部分の面積がより一層増大する。よって、磁束量を増加でき、開弁作動の応答性をより一層向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁としてのインジェクタを、図１および図２に示す。第１実施形態によるインジェクタ１０は、例えばガソリンエンジンの燃焼室に吸入される吸気に燃料を噴射する。なお、インジェクタ１０は、ガソリンエンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式のガソリンエンジン、またはディーゼルエンジンに適用してもよい。燃料噴射装置は、インジェクタ１０、およびインジェクタ１０に燃料を供給する図示しないデリバリパイプなどから構成されている。
【００１２】
インジェクタ１０の収容パイプ１１は、薄肉の筒状に形成されている。収容パイプ１１は、第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４を有している。非磁性部１３は、第一磁性部１２と第二磁性部１４との磁気的な短絡を防止している。収容パイプ１１は、一方の端部に燃料導入口１５を有している。燃料導入口１５は、図示しない燃料ポンプから燃料が供給される。燃料導入口１５に供給された燃料は、フィルタ１６を経由して収容パイプ１１の内周側の燃料通路４１に流入する。フィルタ１６は、収容パイプ１１の端部に設置され、燃料に含まれる異物を除去する。
【００１３】
収容パイプ１１の燃料導入口１５とは反対側、すなわち第一磁性部１２の先端にはノズル２０が設置されている。ノズル２０は、弁ボディ２１および噴孔プレート２２を有している。弁ボディ２１は、略円筒状に形成され、第一磁性部１２の内周側に固定されている。弁ボディ２１は、先端すなわち燃料導入口１５とは反対側の端部に開口部２１ａを有している。弁ボディ２１は、開口部２１ａに近づくにつれて内径が小さくなる円錐状の内壁に弁座２３を有している。弁ボディ２１は、収容パイプ１１とは反対側の端部に噴孔プレート２２を有している。噴孔プレート２２は、弁座２３側の内壁と弁座２３とは反対側の外壁とを連通する噴孔２４を有している。
【００１４】
ニードル２５は、第一磁性部１２および弁ボディ２１の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル２５は、収容パイプ１１および弁ボディ２１と概ね同軸上に配置されている。ニードル２５は、噴孔プレート２２側の端部近傍にシール部２６を有している。シール部２６は、弁ボディ２１に形成されている弁座２３に着座可能である。ニードル２５は、弁ボディ２１との間に燃料が流れる燃料通路２７を形成する。ニードル２５のシール部２６が弁座２３から離座することにより、燃料通路２７は噴孔２４と連通する。本実施形態の場合、ニードル２５は筒状に形成されている。ニードル２５は、内周側に燃料通路４２を形成している。ニードル２５は、燃料通路４２と燃料通路２７とを接続する孔２５１および孔２５２を有している。なお、ニードル２５は、筒状に限らず中実の柱状でもよい。
【００１５】
インジェクタ１０は、ニードル２５を駆動する駆動部３０を有している。駆動部３０は、電磁駆動部である。駆動部３０は、コイル３１、プレート３２、ホルダ３３、固定コア３４および可動コア３５を有している。プレート３２およびホルダ３３は、磁性材料から形成されている。プレート３２は、コイル３１の外周側を覆っている。ホルダ３３は、収容パイプ１１の外周側に配置され、噴孔２４側からコイル３１を保持している。プレート３２およびホルダ３３は、磁性材料から形成され、磁気的に接続している。コイル３１、プレート３２、ホルダ３３および収容パイプ１１の外周側は、樹脂モールド３６によって覆われている。コイル３１は、配線部材３７を経由してコネクタ３８に設置されているターミナル３９と電気的に接続している。筒状の収容パイプ１１、弁ボディ２１、これらの外周側に設置される駆動部３０、およびこれらを覆う樹脂モールド３６などは、内部に燃料通路を区画するハウジングである。
【００１６】
固定コア３４は、収容パイプ１１を挟んでコイル３１の内周側に固定されている。固定コア３４は、例えば鉄などの磁性材料により略円筒状に形成されている。固定コア３４は、内周側に燃料通路４３を形成している。固定コア３４は、可動コア３５との間に所定の隙間を形成して設置される。この固定コア３４と可動コア３５との間の隙間は、ニードル２５のリフト量に対応する。
【００１７】
可動コア３５は、収容パイプ１１の内周側に収容されている。可動コア３５は、収容パイプ１１の内周側を軸方向へ往復移動可能である。可動コア３５は、噴孔２４とは反対側の端部が固定コア３４と対向している。可動コア３５は、例えば鉄などの磁性材料から略円筒状に形成されている。可動コア３５は、内周側に燃料通路４４を形成している。ニードル２５は、シール部２６とは反対側の端部が可動コア３５の内周側に固定されている。これにより、ニードル２５および可動コア３５は、一体となって軸方向へ往復移動する。
【００１８】
一体のニードル２５および可動コア３５は、シール部２６が弁座２３に着座することにより、噴孔２４側への移動が規制される。また、一体のニードル２５および可動コア３５は、噴孔２４とは反対側へ移動すると可動コア３５が固定コア３４に接する。これにより、一体のニードル２５および可動コア３５は、固定コア３４側への移動が規制される。そのため、固定コア３４は、一体のニードル２５および可動コア３５の固定コア３４側への移動を規制するストッパとして機能する。
【００１９】
可動コア３５は、弾性部材としてのスプリング１７と接している。弾性部材は、スプリング１７に限らず、例えば板ばね、オイルダンパあるいはエアダンパなど、弾性を有していれば適用することができる。スプリング１７は、軸方向の一方の端部が可動コア３５と接し、他方の端部がアジャスティングパイプ１８と接している。アジャスティングパイプ１８は、固定コア３４の内周側に固定されている。スプリング１７は、軸方向へ伸長する力を有している。そのため、一端が固定されているスプリング１７は、他端側において一体のニードル２５および可動コア３５を弁座２３側へ押し付ける。スプリング１７の荷重は、アジャスティングパイプ１８の固定コア３４への圧入量により調整される。コイル３１に通電していないとき、一体のニードル２５および可動コア３５は弁座２３側へ押し付けられる。これにより、シール部２６は弁座２３に着座する。アジャスティングパイプ１８は、略円筒状に形成されている。アジャスティングパイプ１８は、内周側に燃料通路４５を形成する。
【００２０】
燃料導入口１５からフィルタ１６へ流入した燃料は、収容パイプ１１が形成する燃料通路４１、アジャスティングパイプ１８が形成する燃料通路４５、固定コア３４が形成する燃料通路４３、可動コア３５が形成する燃料通路４４、ニードル２５の燃料通路４２、孔２５１および孔２５２を経由して燃料通路２７へ流入する。
【００２１】
次に、可動コア３５と固定コア３４の接触面の詳細を、図３および図４を用いて説明する。
可動コア３５の端部は、固定コア３４側へ向けて突出するとともに、その突出端が固定コア３４の端部と接触する第一凸部３５１を有する。第一凸部３５１は可動コア３５の軸方向周りに延びる円環形状である。第一凸部３５１の突出端には硬質めっきが施されており、この硬質めっきの表面は、固定コア３４と接触する接触面となる。硬質めっきが施されることにより、固定コア３４との接触に対する可動コア３５の耐磨耗性を向上させている。第一凸部３５１は可動コア３５の径方向内側の端部に設けられている。
【００２２】
可動コア３５は、その端部のうち固定コア３４と接触しない部分に、固定コア３４の端部に向けて突出する複数の第二凸部３５２、３５３を有する。第二凸部３５２、３５３は可動コア３５の軸方向周りに延びる円環形状である。
【００２３】
第一凸部３５１および第二凸部３５２、３５３は、各円環が同心に配置されており、第一凸部３５１は可動コア３５の端部のうち内周面側（図４の左側）に位置し、第二凸部３５３は可動コア３５の端部のうち外周面側（図４の右側）に位置する。また、第二凸部３５２、３５３の突出量高さは第一凸部３５１より小さく設定されている。よって、第一凸部３５１が固定コア３４と接触した状態では、図５（ｃ）に示す如く、第二凸部３５２、３５３と固定コア３４との間には隙間ｔ１が形成されている。
【００２４】
なお、２つの第二凸部３５２、３５３の突出量高さは同一に設定されている。また、２つの第二凸部３５２、３５３の突出端の面積は同一に設定されている。また、第二凸部３５２の突出端の面積は、第一凸部３５１の突出端の面積よりも小さく設定されている。
【００２５】
本実施形態の場合、固定コア３４の端部はこのような凸部３５１、３５２、３５３を有しておらず、軸方向に対して垂直に拡がる平坦形状である。固定コア３４の端部には、可動コア３５の端部と同様にして硬質めっきが施されており、可動コア３５との接触に対する固定コア３４の耐磨耗性を向上させている。
【００２６】
次に、上記構成によるインジェクタ１０の作動を説明する。
コイル３１への通電を停止しているとき、固定コア３４と可動コア３５との間には磁気吸引力が発生しない。そのため、一体のニードル２５および可動コア３５は、スプリング１７によって弁ボディ２１側へ押し付けられる。これにより、一体のニードル２５および可動コア３５は、弁ボディ２１側へ移動し、シール部２６が弁座２３に着座している。その結果、燃料通路２７と噴孔２４との間は遮断され、噴孔２４から燃料は噴射されない。
【００２７】
コイル３１へ通電すると、発生した磁界により、第二磁性部１４、固定コア３４、可動コア３５、第一磁性部１２、ホルダ３３およびプレート３２には磁気回路が形成される。これにより、固定コア３４と可動コア３５との間には、磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力によって、可動コア３５は固定コア３４側へ吸引される。磁気吸引力がスプリング１７の押し付け力よりも大きくなると、一体のニードル２５および可動コア３５は固定コア３４側へ移動する。一体のニードル２５および可動コア３５は、第一凸部３５１が固定コア３４に接するまで、固定コア３４側へ移動する。一体のニードル２５および可動コア３５が固定コア３４側へ移動すると、シール部２６は弁座２３から離座する。これにより、燃料通路２７と噴孔２４とは開口部２１ａを介して連通し、噴孔２４から燃料が噴射される開弁状態となる。
【００２８】
コイル３１への通電を停止すると、固定コア３４と可動コア３５との間の磁気吸引力は消滅する。そのため、可動側接触面３５ｃと固定側接触面３４ｂは離れ、一体にニードル２５および可動コア３５は、再びスプリング１７によって弁ボディ２１側へ押し付けられる。これにより、一体のニードル２５および可動コア３５は、弁ボディ２１側へ移動する。一体のニードル２５および弁ボディ２１は、シール部２６が弁座２３に着座するまで弁ボディ２１側へ移動する。シール部２６が弁座２３に着座すると、燃料通路２７と噴孔２４との間は遮断され、噴孔２４から燃料は噴射されない閉弁状態となる。
【００２９】
上述のように、一体のニードル２５および可動コア３５は、コイル３１への通電によって可動コア３５の第一凸部３５１が固定コア３４に衝突する。また、一体のニードル２５および可動コア３５は、コイル３１への通電の停止によってニードル２５が弁ボディ２１に衝突する。そのため、コイル３１への通電の断続によって、一体のニードル２５および可動コア３５は弁ボディ２１または固定コア３４への衝突を繰り返す。
【００３０】
図５（ａ）は、本実施形態に対する比較例としての構造を示す模式図であり、固定コア３４と可動コア３５とが対向する部分を拡大した図である。また、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、本実施形態のインジェクタ１０において、図５（ａ）に対応する部分を拡大した模式図である。図５（ａ）に示す比較例の場合、可動コア３５は第二凸部３５２、３５３を有していない。この構造の場合、第一凸部３５１が固定コア３４と接触した状態において、固定コア３４と可動コア３５との間に形成されるギャップは図５（ｃ）の符号ｔ２に示す大きさとなる。そのため、磁気吸引力の発生に寄与する磁束は接触面を形成する第一凸部３５１に集中し、可動コア３５のうち固定コア３４と接触しない部分の通過磁束量が少なくなる。よって、固定コア３４と対向する可動コア３５の端部の対向面積に対し、有効な通過磁束面積が低減する。すると、磁気吸引力の低下を招き、コイル３１への通電に対する、ニードル２５による開弁の応答性が悪くなる。
【００３１】
これに対し、図５（ｂ）、（ｃ）に示す本実施形態によれば、第一凸部３５１が固定コア３４と接触した状態において、固定コア３４と可動コア３５との間には隙間ｔ２よりも小さい隙間ｔ１が存在する。そのため、可動コア３５のうち固定コア３４と接触しない部分の通過磁束量を増加させることができる。よって、固定コア３４と可動コア３５との間に加わる磁気吸引力を全体として増加させることができ、コイル３１への通電に対する、ニードル２５による開弁の応答性を向上できる。
【００３２】
また、本実施形態の構成に対し、第二凸部３５２、３５３が固定コア３４に接触するように第二凸部３５２、３５３の突出量高さを設定した場合には、磁気吸引力を増加させることはできるものの、固定コア３４との接触面積が増加する。そのため、コイル３１への通電を停止し、固定コア３４と可動コア３５との接触面が離れ始める際に両接触面の間で発生するスクイズ効果による力が増大する。すなわち、可動コア３５の閉弁側への移動を妨げる力が大きくなる。
【００３３】
これに対し、第二凸部３５２、３５３と固定コア３４との接触を規制した本実施形態によれば、可動コア３５のうち固定コア３４との接触面積が増加することを回避しつつ、可動コア３５のうち固定コア３４と接触しない部分の通過磁束量を上述の如く増加させることができる。そのため、コイル３１への通電に対する開弁の応答性に加え、閉弁の応答性をも向上できる。
【００３４】
さらに、本実施形態によれば、第二凸部３５２、３５３は第一凸部３５１と同心で円環状であるため、ギャップ量の少ない部分の面積が周方向に均一に存在することとなる。そのため、周方向に均一な磁気吸引力が発生し、その吸引力を安定させることができる。また、第二凸部３５２、３５３は環状に延びる形状であるため、周方向に連続していない形状に比べて、可動コア３５のうち固定コア３４と接触しない部分の通過磁束量を増加させることができる。
【００３５】
以下、本発明の第２、第３、第４実施形態を図６、図７、図８に基づいて説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態による両コア３４、３５の接触面の近傍を示す断面図である。上述の第１実施形態では、可動コア３５の端部のうち固定コア３４と接触しない部分に、第二凸部３５２、３５３を設けている。これに対し、第２実施形態では、第１実施形態の第二凸部３５３に相当する部位を廃止して第二凸部３５２のみを設けている。また、第２実施形態の第二凸部３５２の突出端の面積は、第一凸部３５１の面積よりも大きく設定されている。
【００３６】
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態による両コア３４、３５の接触面の近傍を示す断面図である。上述の第１実施形態では、第一凸部３５１および第二凸部３５２、３５３を可動コア３５の端部に設けている。これに対し、第３実施形態では、固定コア３４の端部に、第一凸部３４１および第二凸部３４２、３４３を設けている。
【００３７】
（第４実施形態）
図８は、本実施形態による固定コア３４および可動コア３５の接触面の近傍を示す断面図である。上述の第３実施形態では、固定コア３４の端部のうち可動コア３５と接触しない部分に、第二凸部３４２、３４３を設けている。これに対し、第４実施形態では、第３実施形態の第二凸部３４３に相当する部位を廃止して第二凸部３４２のみを設けている。また、第４実施形態の第二凸部３４２の突出端の面積は、第一凸部３４１の面積よりも大きく設定されている。
【００３８】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、固定コア３４および可動コア３５のうち第一凸部３４１、３５１が設けられている側のコアに、第二凸部３４２、３４３、３５２、３５３を設けているが、本発明の実施にあたり、第一凸部３４１、３５１が設けられている側のコアと反対側のコアに、第二凸部３４２、３４３、３５２、３５３を設けるようにしてもよい。
【００３９】
上記各実施形態では、固定コア３４および可動コア３５のうち一方のコアにのみ、第一凸部３４１、３５１、第二凸部３４２、３４３、３５２、３５３を設けているが、本発明の実施にあたり、第一凸部３４１、３５１、第二凸部３４２、３４３、３５２、３５３のうち少なくとも１つの凸部を、固定コア３４および可動コア３５の両コアに設けるようにしてもよい。
【００４０】
上記各実施形態では、第二凸部３４２、３４３、３５２、３５３は他方のコアと接触しないように設定しているが、本発明の実施にあたり、第二凸部３４２、３４３、３５２、３５３の少なくとも一方が、第一凸部３４１、３５１と同様にして他方のコアと接触するように設定してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態によるインジェクタを示す断面図。
【図２】図１に示すインジェクタのノズルを拡大した断面図。
【図３】図１に示すインジェクタの固定コアおよび可動コアを拡大した断面図。
【図４】図３に示す両コアの接触面を拡大した断面図。
【図５】図４に示す第二凸部による磁束量増大の効果を説明する模式図であり、（ａ）は第二凸部を設けない場合の磁束量を示す図、（ｂ）は第二凸部を設けた場合の磁束量を示す図、（ｃ）は第一凸部が固定コアと接触した状態を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態によるインジェクタの両コアの接触面の近傍を示す断面図。
【図７】本発明の第３実施形態によるインジェクタの両コアの接触面の近傍を示す断面図。
【図８】本発明の第４実施形態によるインジェクタの両コアの接触面の近傍を示す断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１０：インジェクタ（燃料噴射弁）、１１：収容パイプ（ハウジング）、２１：弁ボディ（ハウジング）、２３：弁座、２５：ニードル、２７、４１、４２、４３、４４、４５：燃料通路、３０：駆動部（ハウジング）、３４：固定コア、３５：可動コア、３６：樹脂モールド（ハウジング）、３４１、３５１：第一凸部、３４２、３５２、３４３、３５３：第二凸部
【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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【図８】
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