(57)【要約】【課題】ニードルと可動コアが相対運動可能で、可動コアに当接してニードルおよび可動コアを開弁向きに付勢する第２スプリングを備える燃料噴射弁において、スペーサ等の調整手段によるセット長調整や、精密な部品寸法管理をすることなく、第２スプリングのセット荷重を所望の値に設定可能にする。【解決手段】可動コア３０に当接してニードル２０および可動コア３０を開弁向きに付勢する第２スプリング４２のバネ定数を、ニードル２０に当接してニードル２０および可動コア３０を閉弁向きに付勢する第１スプリング３８のバネ定数よりも小さく設定する。このようにすれば、第２スプリング４２のセット長バラツキによる第２スプリング４２のセット荷重バラツキを小さくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対移動可能に組み付けられたニードル（２０）と可動コア（３０）とを備え、コイル（２６）への通電により前記可動コア（３０）が固定コア（２８）側に吸引されることにより、前記ニードル（２０）と前記可動コア（３０）が係合して一体的に開弁向きに移動して噴孔（１８０）から燃料が噴射される燃料噴射弁において、
前記ニードル（２０）に当接して前記ニードル（２０）および前記可動コア（３０）を閉弁向きに付勢する第１スプリング（３８）と、前記可動コア（３０）に当接して前記ニードル（２０）および前記可動コア（３０）を開弁向きに付勢する第２スプリング（４２）とを備え、前記第２スプリング（４２）のバネ定数が前記第１スプリング（３８）のバネ定数よりも小さく設定されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記第１スプリング（３８）および前記第２スプリング（４２）は、圧縮コイルスプリングであ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】
前記第１スプリング（３８）のセット荷重が前記第２スプリング（４２）のセット荷重よりも大きく設定されている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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の噴射を断続する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されている燃料噴射弁は、ニードルが可動コアに摺動可能に挿入され、ニードルと可動コアは相対運動可能になっている。但し、可動コアが固定コア側に吸引される際には、ニードルと可動コアが係合してニードルおよび可動コアが一体的に開弁向きに移動する。また、ニードルが閉弁向きに移動する際にも、ニードルと可動コアが係合してニードルおよび可動コアが一体的に移動する。
【０００３】
また、ニードルと可動コアが相対運動可能になっていることに伴い、ニードルおよび可動コアを付勢するスプリングが２種類設けられている。具体的には、ニードルに当接する第１スプリングにより、ニードルおよび可動コアは閉弁向きに付勢され、可動コアに当接する第２スプリングにより、ニードルおよび可動コアは開弁向きに付勢されている。そして、第１スプリングのセット荷重は、アジャスティングパイプの押し込み量で設定される。
【特許文献１】特表２００１−５１１８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、第２スプリングのセット長は組付後の調整ができない為、予めスペーサ等の調整手段により第２スプリングのセット長を調整したり、あるいは、第２スプリングのセット長ばらつきを小さくする為に部品寸法を精密管理することにより、第２スプリングのセット荷重を所望の値に設定している。したがって、高コストとなる問題がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、ニードルと可動コアが相対運動可能な燃料噴射弁において、スペーサ等の調整手段によるセット長調整や、精密な部品寸法管理をすることなく、第２スプリングのセット荷重を所望の値に設定可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ニードル（２０）と可動コア（３０）が相対移動可能に組み付けられた燃料噴射弁において、ニードル（２０）に当接してニードル（２０）および可動コア（３０）を閉弁向きに付勢する第１スプリング（３８）と、可動コア（３０）に当接してニードル（２０）および可動コア（３０）を開弁向きに付勢する第２スプリング（４２）とを備え、第２スプリング（４２）のバネ定数が第１スプリング（３８）のバネ定数よりも小さく設定されていることを特徴とする。
【０００７】
このようにすれば、第２スプリング（４２）のセット長バラツキによる第２スプリング（４２）のセット荷重バラツキを小さくすることができ、したがって、スペーサ等の調整手段によるセット長調整や、精密な部品寸法管理をすることなく、第２スプリング（４２）のセット荷重を所望の値に設定することができる。
【０００８】
この場合、第１スプリング（３８）のセット荷重を第２スプリング（４２）のセット荷重よりも大きく設定すれば、コイル非通電時に確実に閉弁させることができる。
【０００９】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、燃料噴射弁は金属製の筒状のハウジング１０を備え、このハウジング１０は磁性部１０ａおよび非磁性部１０ｂを有しており、磁性部１０ａと非磁性部１０ｂは、例えばレーザ溶接などにより接合されている。非磁性部１０ｂは、磁性部１０ａと後述するノズルホルダ１６との磁気的な短絡を防止する。なお、ハウジング１０を磁性材料により筒状の一体物に成形し、熱加工することにより非磁性部１０ｂに対応する部分を非磁性化してもよい。
【００１２】
ハウジング１０の軸方向の一端部には入口部材１２が設置されている。より詳細には、入口部材１２はハウジング１０の内周側に圧入されている。入口部材１２には入口部燃料通路孔１２０が形成されており、この入口部燃料通路孔１２０に図示しない加圧ポンプから燃料が供給される。また、入口部燃料通路孔１２０には、異物を除去するフィルタ部材１４が挿入されており、入口部燃料通路孔１２０に供給された燃料はフィルタ部材１４を通過してハウジング１０の内周側に流入する。
【００１３】
ハウジング１０の軸方向の他端部には、磁性体金属製の筒状のノズルホルダ１６が設置されている。ノズルホルダ１６は、ハウジング１０の非磁性部１０ｂと例えばレーザ溶接などにより接合されている。
【００１４】
ノズルホルダ１６における反ハウジング１０側の端部には、金属製の筒状のノズルボディ１８が設置されている。より詳細には、ノズルボディ１８は例えば圧入あるいは溶接などによりノズルホルダ１６に固定されている。そして、ノズルボディ１８には、噴孔１８０および円錐台の弁座１８１が形成されている。
【００１５】
ハウジング１０、ノズルホルダ１６およびノズルボディ１８の内周側には、金属製の円柱状のニードル２０が軸方向へ移動可能な状態で収容されている。ニードル２０は、ノズルボディ１８と概ね同軸上に配置され、ニードル２０とノズルボディ１８との間には、燃料が流れるノズルボディ部燃料通路２２が形成されている。
【００１６】
ニードル２０におけるノズルボディ１８側の端部には、ノズルボディ１８の弁座１８１と接離することにより噴孔１８０とノズルボディ部燃料通路２２との間を開閉する当接部２００が形成され、ニードル２０の他端側には、後述する可動コア３０と係合可能な鍔部２０１が形成されている。
【００１７】
ニードル２０の径方向中心部には、ニードル２０における反ノズルボディ１８側の端面から軸方向に延びるニードル燃料通路縦孔２０２が形成されている。また、ニードル２０の軸方向中間部には、ニードル燃料通路縦孔２０２とノズルボディ部燃料通路２２とを連通させるニードル燃料通路横孔２０３が形成されている。
【００１８】
燃料噴射弁はニードル２０を磁気吸引力にて駆動する駆動部を有しており、この駆動部は、スプール２４、コイル２６、固定コア２８、可動コア３０および磁性部材３２、３９を有している。
【００１９】
スプール２４は、樹脂で筒状に形成され、ハウジング１０の外周側に設置されている。スプール２４の外周側にコイル２６が巻かれ、このコイル２６はコネクタ部３４のコネクタ端子３６に接続されている。
【００２０】
ハウジング１０を挟んでコイル２６の内周側には固定コア２８が設置されている。固定コア２８は、例えば鉄などの磁性材料により筒状に形成され、ハウジング１０の内周側に例えば圧入などにより固定されている。固定コア２８の径方向中心部には、軸方向に延びて貫通するスプリング挿入孔２８０が形成されており、このスプリング挿入孔２８０は、入口部燃料通路孔１２０およびニードル燃料通路縦孔２０２と連通する。
【００２１】
可動コア３０は、例えば鉄などの磁性材料にて筒状に形成され、ハウジング１０およびノズルホルダ１６の内周側で、且つ固定コア２８におけるノズルボディ１８側の面と対向して配置され、軸方向へ移動可能な状態で収容されている。
【００２２】
可動コア３０の径方向中心部には、軸方向に延びて貫通するニードル挿入孔３００が形成され、ニードル挿入孔３００にニードル２０が摺動自在に挿入されている。換言すると、ニードル２０と可動コア３０は、相対移動可能に組み付けられている。
【００２３】
可動コア３０における固定コア２８側の面にニードル２０の鍔部２０１が係合可能になっている。そして、ニードル２０が噴孔１８０とノズルボディ部燃料通路２２との間を遮断する向き（すなわち閉弁向き）に移動する際には、鍔部２０１が可動コア３０に係合して可動コア３０も一体的に移動する。また、可動コア３０が固定コア２８側に向かって（すなわち開弁向き）に移動する際には、可動コア３０が鍔部２０１に係合してニードル２０も一体的に移動する。
【００２４】
磁性部材３２は、例えば鉄などの磁性材料により形成され、コイル２６の外周側を覆っている。
【００２５】
固定コア２８のスプリング挿入孔２８０には、ニードル２０および可動コア３０を閉弁向きに付勢する第１スプリング３８が挿入されると共に、第１スプリング３８のセット荷重を調整するアジャスティングパイプ４０が圧入されている。
【００２６】
第１スプリング３８は、一端がニードル２０に当接し、他端がアジャスティングパイプ４０に当接している。そして、固定コア２８に対するアジャスティングパイプ４０の固定位置を調整することにより、第１スプリング３８のセット荷重を調整可能になっている。
【００２７】
ノズルボディ部燃料通路２２には、可動コア３０における反固定コア２８側の面に当接してニードル２０および可動コア３０を開弁向きに付勢する第２スプリング４２が配置されている。
【００２８】
第１スプリング３８および第２スプリング４２は、いずれも圧縮コイルスプリングである。そして、第２スプリング４２のバネ定数ｋ２が第１スプリング３８のバネ定数ｋ１よりも小さく設定されている。また、第１スプリング３８のセット荷重Ｆ１が第２スプリング４２のセット荷重Ｆ２よりも大きく設定されている。
【００２９】
次に、上記の構成による燃料噴射弁の作動について説明する。まず、コイル２６への通電が停止されているときには、固定コア２８と可動コア３０との間には磁気吸引力が発生しない。そして、第１スプリング３８のセット荷重が第２スプリング４２のセット荷重よりも大きいため、ニードル２０および可動コア３０は第１スプリング３８により閉弁向きに付勢される。その結果、ニードル２０の当接部２００がノズルボディ１８の弁座１８１に当接して噴孔１８０とノズルボディ部燃料通路２２との間が遮断されるため、燃料は噴射されない。
【００３０】
一方、コイル２６に通電されると、コイル２６に発生した磁界により磁性部材３２、３９、ノズルホルダ１６、可動コア３０、固定コア２８および磁性部１０ａに磁束が流れ、磁気回路が形成される。これにより、固定コア２８と可動コア３０との間には磁気吸引力が発生する。そして、この磁気吸引力により可動コア３０は固定コア２８側に向かって移動するとともに、可動コア３０に鍔部２０１が係合しているためニードル２０も可動コア３０と一体的に移動する。その結果、ニードル２０の当接部２００がノズルボディ１８の弁座１８１から離れて噴孔１８０とノズルボディ部燃料通路２２との間が連通する。これにより、入口部燃料通路孔１２０から燃料噴射弁の内部へ流入した燃料は、スプリング挿入孔２８０、ニードル燃料通路縦孔２０２、ニードル燃料通路横孔２０３およびノズルボディ部燃料通路２２を介して噴孔１８０に至り、噴孔１８０から噴射される。
【００３１】
本実施形態の燃料噴射弁では、第２スプリング４２のバネ定数ｋ２が第１スプリング３８のバネ定数ｋ１よりも小さく設定されている。以下、ｋ１＞ｋ２とする理由について説明する。
【００３２】
まず、第２スプリング４２の設計時の前提・制約として下記２点がある。第１に、ノズルホルダ１６、ノズルボディ１８、ニードル２０および可動コア３０の加工・組付け精度の影響により、第２スプリング４２のセット長Ｌ２のばらつきが発生する。なお、単品加工精度は一般的に±０．０５ｍｍ程度であるため、第２スプリング４２のセット長Ｌ２のばらつきは±０．２ｍｍとなる。第２に、燃料噴射弁の性能確保の為に、第２スプリング４２のセット荷重Ｆ２のばらつきは±１Ｎ以下に抑える必要がある。
【００３３】
ここで、図２は、この２点の前提・制約の下で第２スプリング４２のバネ定数ｋ２が成立する範囲を検討するための図である。図２に示すように、第２スプリング４２の自由長のばらつきおよび第２スプリング４２のバネ定数ｋ２のばらつきによる第２スプリング４２のセット荷重Ｆ２のばらつきΔＦ２ａが約０．８Ｎとすると、第２スプリング４２のセット長Ｌ２のばらつき０．４ｍｍによる第２スプリング４２のセット荷重Ｆ２のばらつきΔＦ２ｂは、約１．２Ｎ以下でなければならない。したがって、第２スプリング４２のバネ定数ｋ２は約３Ｎ／ｍｍ以下とする必要がある。
【００３４】
一方、第１スプリング３８の設計時の制約として、第１スプリング３８のセット長Ｌ１に制約が存在する。因みに、エンジンへの燃料噴射弁の搭載制約（他部品との干渉・エンジンルーム内への搭載）から燃料噴射弁の全長増加を抑制したいとの制約がある。その際、フィルタ部材１４のろ過面積確保の為、フィルタ部材１４の全長を短くすることは困難であり、また、アジャスティングパイプ４０は圧入後に動かないようにするために圧入長さを確保しなければならないことから、こちらも全長を短くできない。その為、第１スプリング３８のセット長Ｌ１に制約が存在する。
【００３５】
そして、一般的なエンジン搭載条件を考えると、望ましくは第１スプリング３８のセット長Ｌ１は２０ｍｍ以下に抑えたい。その場合、図３に示す密着高さとバネ定数の関係から、第１スプリング３８のバネ定数ｋ１は約４Ｎ／ｍｍ以上としなければならない。
【００３６】
以上のことより、ｋ１＞ｋ２と設定することにより、スペーサ等の調整手段によるセット長調整や、精密な部品寸法管理をすることなく、第２スプリング４２のセット荷重Ｆ２を所望の値に設定することができる。換言すると、ｋ１＞ｋ２と設定することにより、搭載制約・部品精度を守った上で、第２スプリング４２を無調整で、要求性能を満足する燃料噴射弁を提供することができる。
【００３７】
（他の実施形態）
上記実施形態では、第２スプリング４２として圧縮コイルスプリングを１つ用いたが、第２スプリング４２は、以下述べる変形例のスプリングを用いてもよい。図４に示す第１変形例の第２スプリング４２は、外力により体積が変化する弾性体（例えば、ゴム、樹脂）を円筒状に形成している。図５に示す第２変形例の第２スプリング４２は、金属薄板を蛇腹状にしたものである。図６に示す第３変形例の第２スプリング４２は、金属薄板よりなる板ばねである。図７に示す第４変形例は、第２スプリング４２として圧縮コイルスプリングを２つ用いている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。
【図２】第２スプリング４２のバネ定数ｋ２が成立する範囲を検討するための図である。
【図３】密着高さとバネ定数の関係を示す図である。
【図４】第２スプリング４２の第１変形例を示す要部の断面図である。
【図５】第２スプリング４２の第２変形例を示す要部の断面図である。
【図６】第２スプリング４２の第３変形例を示す要部の断面図である。
【図７】第２スプリング４２の第４変形例を示す要部の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
２０…ニードル、２６…コイル、２８…固定コア、３０…可動コア、３８…第１スプリング、４２…第２スプリング、１８０…噴孔。
【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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