(57)【要約】【課題】弁体のリフト量を小さくすることなく、燃料噴射装置の大型化も必要とせずに、弁体を確実に開弁させることができる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】弁体４を開弁させる時において、アーマチャ７がコア８との間に発生する磁気吸引力によってギャップｇを減少させるように少なくとも設定量だけコアの方向へ移動するまで、弁体は閉弁し続けると共に弾性体１１において弁体を開弁方向に付勢する付勢力を発生させ、アーマチャが設定量だけコアの方向へ移動すると、増大した磁気吸引力によってアーマチャは設定量を超えてコアの方向へ移動すると共に弁体を開弁させ、弁体が開弁させられると、弁体は弾性体において発生させた開弁方向の付勢力によってさらに開弁させられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉弁方向に付勢された弁体と、アーマチャと、前記弁体と前記アーマチャとの間に配置された弾性体と、前記弁体の閉弁時においてギャップを有して前記アーマチャに対向するコアとを具備し、前記弁体を開弁させる時において、前記アーマチャが前記コアとの間に発生する磁気吸引力によって前記ギャップを減少させるように少なくとも設定量だけ前記コアの方向へ移動するまで、前記弁体は閉弁し続けると共に前記弾性体において前記弁体を開弁方向に付勢する付勢力を発生させ、前記アーマチャが前記設定量だけ前記コアの方向へ移動すると、増大した前記磁気吸引力によって前記アーマチャは前記設定量を超えて前記コアの方向へ移動すると共に前記弁体を開弁させ、前記弁体が開弁させられると、前記弁体は前記弾性体において発生させた前記開弁方向の付勢力によってさらに開弁させられることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記弁体の閉弁時に前記アーマチャと前記コアとの間の前記ギャップを維持するための前記アーマチャのストッパが前記弁体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記弁体を開弁させる時において、前記アーマチャが前記設定量だけ前記コアの方向へ移動した時に、前記アーマチャが当接する当接部が前記弁体に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記弾性体は皿バネであ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内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料噴射装置として電磁式が一般的である。電磁式の燃料噴射装置は、噴孔を開閉するための弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するバネと、ソレノイドとを有している。燃料噴射を開始する時にはソレノイドへ通電して弁体に固定されたアーマチャと本体に固定されたコアとの間に発生させた磁気吸引力によりバネ力に逆らって弁体を開弁させ、燃料噴射を終了する時にはソレノイドへの通電を停止してバネ力によって弁体を閉弁させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２３９０６
【特許文献２】特開２００７−１５４７２３
【特許文献３】特開平１１−２００９８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような燃料噴射装置において、噴射燃料の微粒化を促進する等のために燃料圧力をさらに高めることが望まれている。弁体閉弁時において、弁体のシール位置より先端側に開弁方向に作用する圧力は、大気圧又は気筒内圧力のような燃料圧力より低い圧力であり、閉弁時の弁体には、バネ力に加えて、弁体の先端側の受圧面積に燃料圧力と作用圧力（大気圧又は気筒内圧力）との差圧とを乗算した閉弁力が作用し、これらに打ち勝つ磁気吸引力を、アーマチャとコアとの間に発生させないと、弁体を開弁させることができない。それにより、燃料圧力を高くすると、前述の閉弁力が増大するために、磁気吸引力も大きくしなければならない。
【０００５】
磁気吸引力を大きくするために、アーマチャとコアとの対向面積を大きくしたり、ソレノイドを大きくしたりすることが考えられるが、これでは燃料噴射装置の大型化が必要となる。また、弁体閉弁時のアーマチャとコアとの間のギャップを小さくしても発生する磁気吸引力を大きくすることができるが、これでは弁体のリフト量が小さくなり、燃料噴射率が低下してしまう。
【０００６】
従って、本発明の目的は、弁体のリフト量を小さくすることなく、燃料噴射装置の大型化も必要とせずに、高められた燃料圧力に対してアーマチャとコアとの間の磁気吸引力を利用して弁体を確実に開弁させることができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、閉弁方向に付勢された弁体と、アーマチャと、前記弁体と前記アーマチャとの間に配置された弾性体と、前記弁体の閉弁時においてギャップを有して前記アーマチャに対向するコアとを具備し、前記弁体を開弁させる時において、前記アーマチャが前記コアとの間に発生する磁気吸引力によって前記ギャップを減少させるように少なくとも設定量だけ前記コアの方向へ移動するまで、前記弁体は閉弁し続けると共に前記弾性体において前記弁体を開弁方向に付勢する付勢力を発生させ、前記アーマチャが前記設定量だけ前記コアの方向へ移動すると、増大した前記磁気吸引力によって前記アーマチャは前記設定量を超えて前記コアの方向へ移動すると共に前記弁体を開弁させ、前記弁体が開弁させられると、前記弁体は前記弾性体において発生させた前記開弁方向の付勢力によってさらに開弁させられることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記弁体の閉弁時に前記アーマチャと前記コアとの間の前記ギャップを維持するための前記アーマチャのストッパが前記弁体に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記弁体を開弁させる時において、前記アーマチャが前記設定量だけ前記コアの方向へ移動した時に、前記アーマチャが当接する当接部が前記弁体に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記弾性体は皿バネであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、閉弁方向に付勢された弁体と、アーマチャと、弁体とアーマチャとの間に配置された弾性体と、弁体の閉弁時においてギャップを有してアーマチャに対向するコアとを具備し、弁体を開弁させる時において、アーマチャがコアとの間に発生する磁気吸引力によってギャップを減少させるように少なくとも設定量だけコアの方向へ移動するまで、弁体は閉弁し続けると共に弾性体において弁体を開弁方向に付勢する付勢力を発生させるようになっており、それにより、アーマチャとコアとの間に発生させる磁気吸引力は、当初、結果的に高燃料圧力により閉弁方向に付勢されている弁体を開弁させなくて良く、それほど強くする必要はない。こうして、アーマチャが少なくとも設定量だけコアの方向へ移動すると、アーマチャとコアとの間のギャップが減少するために磁気吸引力は増大し、アーマチャは設定量を超えてコアの方向へ移動する際に、弁体を容易に開弁させることができる。こうして、弁体が開弁させられると、結果的に燃料圧力による弁体の付勢力がなくなるために、弁体は弾性体において発生させた開弁方向の付勢力によって容易にさらに開弁させられ、弁体のリフト量を大きくすることができる。それにより、弁体のリフト量を小さくすることなく、燃料噴射装置の大型化も必要とせずに、高められた燃料圧力に対してアーマチャとコアとの間の磁気吸引力を利用して弁体を確実に開弁させることができる。
【００１２】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、弁体の閉弁時にアーマチャとコアとの間のギャップを維持するためのアーマチャのストッパが弁体に設けられている。それにより、アーマチャとコアとの間に予め定められたギャップが維持されるために、弁体を開弁させる当初において、ギャップに発生させた磁気吸引力によりアーマチャをコアの方向へ確実に移動させることができる。
【００１３】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置によれば、請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、弁体を開弁させる時において、アーマチャが設定量だけコアの方向へ移動した時に、アーマチャが当接する当接部が弁体に設けられているために、アーマチャが設定量を超えてコアの方向へ移動する時に、確実に弁体を開弁させることができる。
【００１４】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、弾性体は皿バネである。それにより、小さな圧縮量でも弁体を開弁方向に付勢する付勢力を確実に発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明による内燃機関の燃料噴射装置の先端側を示す断面図である。本燃料噴射装置は、例えば、内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するために、蓄圧室等で加圧された高圧燃料を噴射するものである。もちろん、本燃料噴射装置は気筒内以外の例えば吸気ポートへ燃料を噴射するのにも使用可能である。図１において、１は燃料噴射装置の本体であり、２は噴孔であり、３は噴孔と連通する燃料溜である。４は弁体であり、４ａは弁体４のシール部である。
【００１６】
弁体４が閉弁されて、シール部４ａが本体１のシート部１ａに当接し、燃料通路５内の高圧燃料の燃料溜３への流入が遮断されると、噴孔２を介しての燃料噴射が停止される。一方、弁体４が開弁されて、シール部４ａが本体１のシート部１ａから離間し、燃料通路５内の高圧燃料の燃料溜３への流入が許可されると、噴孔２を介しての燃料噴射が実施される。
【００１７】
このような燃料噴射装置において、弁体４はバネ等の弾性体によって閉弁方向に付勢されており、弁体４の開弁時には、弁体４のシール部４ａより先端側には燃料通路５内の高い燃料圧力が開弁方向に作用するが、弁体４の基端側の同じ受圧面積には燃料通路５内の高い燃料圧力が閉弁方向に作用するために、これらの燃料圧力は相殺され、結果的には、弁体４には弾性体による閉弁力だけが作用することとなる。
【００１８】
しかしながら、弁体４が閉弁すると、弁体４のシール部４ａより先端側には燃料溜３内の大気圧又は気筒内圧力の燃料圧力しか開弁方向に作用せず、結果的には、弁体４には、弾性体による閉弁力に加えて、この先端側の受圧面積に燃料通路５内の高い燃料圧力と燃料溜３内の燃料圧力との差圧を乗算した閉弁力（以下、燃料圧力による閉弁力）が作用することとなる。それにより、噴射圧力を高めて噴射燃料の微粒化を促進するために、燃料通路５内の燃料圧力を高めるほど、弁体４を開弁させるのに必要な磁気吸引力は強くなる。
【００１９】
図２は本燃料噴射装置の基端側を示す断面図である。同図において、Ｃは弁体４のリフト方向に延在する燃料噴射装置の中心軸線であり、６は本体１内に配置されたソレノイドである。７は弁体４と本体１との間を中心軸線方向に摺動するアーマチャであり、８は本体１に固定されたコアである。コア８は弁体４の閉弁時において予め設定されたギャップｇを有して中心軸線方向にアーマチャ７に対向している。
【００２０】
アーマチャ７は、下面７ａが弁体４に固定された下側ストッパ９と当接することによって弁体４上における先端側への摺動が規制され、また、内側に形成された第一段部７ｂが弁体４の上側ストッパ１０と当接することによって弁体４上における基端側への摺動が規制される。また、弁体４の上側ストッパ１０と、アーマチャ７において第一段部７ｂより内側に形成された第二段部７ｃとの間には、皿バネ１１が配置されている。１２はアーマチャ７の上面７ｄとコア８の段部との間に配置されて、下側ストッパ９に当接するアーマチャ７を介して弁体４を閉弁方向に付勢するコイルバネである。
【００２１】
燃料通路５内の高い燃料圧力による閉弁力とコイルバネ１２による閉弁力とが作用する弁体４を開弁させる際には、ソレノイド６へ通電して、アーマチャ７とコア８との間に磁気吸引力を発生させる。この磁気吸引力は、コイルバネ１２を圧縮させると共に皿バネ１１を圧縮させることができるような大きさであり、それにより、図３に示すように、アーマチャ７は、磁気吸引力によってコア８との間のギャップｇを減少させてｇ’とするように設定量だけコア８の方向へ移動する。
【００２２】
この時において、弁体４は依然として閉弁したままであり、アーマチャ７の第一段部７ｄは弁体４の上側ストッパ１０に当接し、アーマチャ７の第二段部７ｃと弁体４の上側ストッパ１０との間に配置された皿バネ１１は圧縮され、弁体４を開弁方向に付勢する付勢力を発生する。こうして、アーマチャ７とコア８との間に発生させる磁気吸引力は、当初は、弁体４を開弁させなくても良いために、それほど強くする必要はない。
【００２３】
こうして、アーマチャ７が設定量だけコア８の方向へ移動してアーマチャ７とコア８との間のギャップがｇからｇ’へ減少すると、コイルバネ１２により発生する力も増大するが、磁気吸引力はさらに急激に増大し、コイルバネ１２による力に燃料圧力により弁体４に作用する閉弁力を加えた力より大きくなる（厳密には、この時において、皿バネ１１の開弁力が弁体４に作用しており、磁気吸引力とこの開弁力を加えた力が、コイルバネ１２による力に燃料圧力により弁体４に作用する閉弁力を加えた力より大きくなれば良い）。それにより、アーマチャ７は設定量を超えてコア８の方向へ移動すると共に、アーマチャ７の第一段部７ｂは弁体４の上側ストッパ１０に当接しているために、弁体４も移動させて弁体４を開弁させる。この磁気吸引力による弁体４のリフト量はｇ’であり、比較的小さいが、こうして、弁体４が開弁させられると、前述したように、燃料圧力による弁体４の閉弁力がなくなるために、図４に示すように、弁体４は皿バネ１１において発生させた開弁方向の付勢力によってさらに開弁させられ、弁体４のリフト量を大きくすることができる。
【００２４】
こうして、弁体４のリフト量を小さくすることなく、燃料噴射装置の大型化も必要とせずに、高められた燃料圧力に対してアーマチャ７とコア８との間の磁気吸引力を利用して弁体４を確実に開弁させることができる。
【００２５】
弁体４を閉弁させる際には、ソレノイド６への通電を停止してアーマチャ８とコア９との間の磁気吸引力を発生させなくすれば良く、それにより、コイルバネ１２によりアーマチャ７を介して閉弁方向に付勢されている弁体４は容易に閉弁する。
【００２６】
ここで、コイルバネ１２は、任意の弾性体とすることができ、また、アーマチャ７を介して弁体４を閉弁方向に付勢するのではなく、弁体４の端面等に当接して直接的に弁体４を閉弁方向に付勢するようにしても良い。この場合には、弁体４を開弁させる際に、アーマチャ８とコア９との間に発生させる磁気吸引力は、当初、皿バネ１１を圧縮させるだけで良いが、アーマチャ７の第一段部７ｂが弁体４の当接部１０に当接した時には、アーマチャ８とコア９との間に発生する磁気吸引力は、燃料圧力による弁体４の閉弁力と、コイルバネ１２の閉弁力とに打ち勝つ大きさでなければならない（厳密には、磁気吸引力は、前述同様に、皿バネ１１の開弁力の分だけ小さくても良い）。
【００２７】
弁体４に設けられた下側ストッパ９は、前述したように、アーマチャ７の弁体４上における先端側への移動を規制し、それにより、弁体４の閉弁時において、皿バネ１１の伸長により下側ストッパ９に当接するアーマチャ７は、コア８との間に予め定められたギャップｇを維持することができ、弁体４を開弁させる当初において、アーマチャ７とコア８との間に所望の磁気吸引力を発生させて、アーマチャ７をコア８の方向へ確実に移動させることができる。
【００２８】
弁体４の上側ストッパ１０には、アーマチャ７が設定量だけコア８の方向へ移動した時に、アーマチャ７の第一段部７ｂが当接するために、増大した磁気吸引力によってアーマチャ７が設定量を超えてコア８の方向に移動する時に、確実に弁体４を開弁させることができる。また、上側ストッパ１０は、アーマチャ７が設定量だけコア８の方向へ移動する時に、アーマチャ７の第二段部７ｃとの間において皿バネ１１を圧縮するようにも機能している。
【００２９】
皿バネ１１は、小さな圧縮量でも弁体４を開弁方向に付勢する付勢力を確実に発生させることができる。しかしながら、皿バネ１１は、コイルバネのような任意の弾性体としても良い。
【００３０】
図５は、図２から４に示す実施形態において、アーマチャ７の位置に対して変化する磁気吸引力Ｆ１と、コイルバネ１２により発生する力Ｆ２と、弁体４の閉弁力Ｆ３とを示している。磁気吸引力Ｆ１は、アーマチャ７がコア８に近づくほど急激に大きくなる。また、コイルバネ１２により発生する力Ｆ２は、磁気吸引力Ｆ１と方向が反対であり、その絶対値は、アーマチャ７がコア８に近づくほど徐々に大きくなる。また、弁体４の閉弁力Ｆ３も磁気吸引力Ｆ１と方向が逆であり、弁体４が閉弁し続ける限り燃料圧力による閉弁力は一定であるが、アーマチャ７がコア８に近づくほど皿バネ１１による開弁力が徐々に大きくなるために、結果的に、その絶対値は、アーマチャ７が弁体４に当接するまでアーマチャ７がコア８に近づくほど徐々に小さくなる。
【００３１】
図５において、Ａは図２に示すアーマチャ７の位置であり、この位置Ａにおいて、アーマチャ７に作用する力ＦはＦ１＋Ｆ２＞０であり、この関係は、図３に示すアーマチャ７の位置Ｂまで維持されるために、アーマチャ７は位置Ｂまでコア８の方向へ移動する。アーマチャ７が位置Ｂとなって弁体４と当接すると、アーマチャ７に作用する力ＦはＦ１＋Ｆ２＋Ｆ３＞０であり、それにより、アーマチャ７はさらにコア８の方向へ移動すると共に弁体４を開弁させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による内燃機関の燃料噴射装置の先端部を示す断面図である。
【図２】本発明による内燃機関の燃料噴射装置の基端部を示す弁体の閉弁時の断面図である。
【図３】本発明による内燃機関の燃料噴射装置の基端部を示す弁体の開弁途中の断面図である。
【図４】本発明による内燃機関の燃料噴射装置の基端部を示す弁体の開弁時の断面図である。
【図５】アーマチャの位置に対して変化する磁気吸引力Ｆ１と、コイルバネにより発生する力Ｆ２と、弁体の閉弁力Ｆ３とを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１    本体
２    噴孔
４    弁体
７    アーマチャ
８    コア
【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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