JP2018184854A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気抵抗を減らして磁束密度が高くなるように可動コアを構成し、効率的に弁体を引き上げることで、高燃料圧力条件下でも駆動可能とする。【解決手段】燃料噴射弁１００は、磁気コア１０７と、磁気コア１０７に吸引される第一可動コア２０１と、第一可動コア２０１の径方向外側に配置され、磁気回路を形成するハウジング（ヨーク１０９）と、第一可動コア２０１の凹み部２０１ｃに配置され、磁気コア１０７に吸引される第二可動コア２０２を備えている。そして図８に示すように、第二可動コア２０２の下流側端面２０２ｉと凹み部２０１ｃとの間に弁体軸方向（１０１ａ）において隙間２０２ｇが形成され、第二可動コア２０２が磁気コア１０７に吸引された状態において、第二可動コア２０２の下流側端面２０２ｅがハウジング（ヨーク１０９）の上流側端面１０９ａよりも下流側に位置するように構成される。【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射弁であって、コイルに電流を流すことにより可動コアと磁気コアとを含む磁気回路に磁束を発生させ、可動コアを磁気コア側に引き付ける磁気吸引力を作用させることにより、弁体の開閉を行う電磁式燃料噴射弁に関する。

本技術分野の背景技術として、以下の特許文献１（特開２０１６−１１８２０８号公報）に記載されている燃料噴射弁がある。この特許文献１には、「簡素な構造で燃料噴射率を変更可能な燃料噴射弁を提供するために、燃料噴射弁１は、固定コア６０、ニードル４０、可動コア５０、及び、ニードル４０及び可動コア５０と固定コア６０との間に電磁吸引力を発生させるコイル７０を備える。ニードル４０は、磁性材料から形成され本体４１より外径が大きいニードル大径部４４を有する。可動コア５０は、大径内壁面５１の内側にニードル大径部４４が位置し小径内壁面５２の内側に本体４１が位置する状態でニードル４０とともにハウジン２０グ内を往復移動可能に固定コア６０の弁座３１２側に設けられている。可動コア５０は、シール部４２と弁座３１２とが当接しているときニードル４０の第２段差面４９と固定コア６０の弁座３１２側の端面６１との距離ｄ１が弁座３１２とは反対側の端面５７と固定コア６０の端面６１との距離ｄ２より長くなるよう形成されている。 」との構成が開示されている。

特開２０１６−１１８２０８号公報

内燃機関の有害排気成分低減のためには、エンジン（内燃機関）に所望の量の燃料を正確に噴射する燃料噴射弁が求められている。上記特許文献１に記載の燃料噴射弁は、コイルへの通電によって発生する磁気吸引力を用いて噴孔から燃料を噴射する。このような燃料噴射弁では、コイルに通電すると、磁気コアと可動コアとの間に磁気吸引力が発生する。可動コアと磁気コアの間に発生した磁気吸引力によって可動コアが磁気コア側に引き寄せられると、弁体に力が伝達され、弁体は弁座から離間する方向に移動する。可動コアおよび弁体は、磁気コアと衝突することにより移動が規制され、停止する。その後、コイルへの通電を中止すると、磁気コアと可動コアの間に形成された磁束が消失し、磁気吸引力が弁体を下流方向（閉弁方向）に付勢する力よりも小さくなると、弁体は下流方向（閉弁方向）に移動し始め、その後、閉弁する。この開弁期間に燃料が内燃機関に供給され燃焼に利用される。

この内燃機関に所望の量を正確に噴射するために特許文献１では、可動コアを分割することでリフトを可変にする構成が提案されている。しかしながら、特許文献１に開示されている構成では、燃料噴射弁に供給される燃料圧力が高くなると、動作しにくくなり、設定可能な燃料圧力の自由度が小さくなるという問題があった。

そこで本発明は、磁気抵抗を減らして磁束密度が高くなるように可動コアを構成し、効率的に弁体を引き上げるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は磁気コアと、前記磁気コアに吸引される第一可動コアと、前記第一可動コアの径方向外側に配置され、磁気回路を形成するハウジングと、前記第一可動コアの凹み部に配置され、前記磁気コアに吸引される第二可動コアを備え、前記第二可動コアの下流側端面と前記凹み部との間に弁体軸方向において隙間が形成され、前記第二可動コアが前記磁気コアに吸引された状態において、前記第二可動コアの下流側端面が前記ハウジングの上流側端面よりも下流側に位置するように構成された。

本発明の燃料噴射弁によれば、磁気抵抗を減らして磁束密度が高くなるように可動コアを構成し、効率的に弁体を引き上げるようにすることを目的とする。

本発明の実施例に係る燃料噴射弁の断面図である。 本発明の実施例に係る燃料噴射弁の弁体の断面図である。 本発明の実施例に係る燃料噴射弁の第二可動コアの断面図である。 本発明の実施例に係る燃料噴射弁の第一可動コアの断面図である。 本発明の実施例に係る燃料噴射弁の可動コア近傍の拡大図であり、コイル１０８が非通電の状態を示す。 図５からコイル１０８が通電状態となって、第一可動コア２０１及び第二可動コア２０２が開弁方向に動いて第一対向面２０１ａが係合部材１１３の弁体係合部１１３ａ（衝突面）と衝突した状態を示す。 図６の状態からさらに、第二可動コア２０２が変位して第二対向面２０２ａと磁気コア１０７の下流側端面１０７ａと接触した状態を示す。 図７の状態からさらに、第一可動コア２０１のみが変位して第一対向面２０１ａが磁気コア１０７の下流側端面１０７ａと接触した状態を示す。 図８のコイル１０８と第二可動コア２０２周辺の拡大図である。 本発明の第一実施例に係る燃料噴射弁の弁体、内径側可動子、および外径側可動子の挙動を示した図である。 本発明の第一実施例に係る噴射量特性を示した図である。 本発明の磁気特性を調査した図である。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例の燃料噴射弁として、電磁式燃料噴射弁の例を示す断面図である。図１の電磁式燃料噴射弁は、筒内直接噴射式のガソリンエンジン向けの電磁式燃料噴射弁の例であるが、本発明の効果は、ポート噴射式のガソリンエンジン向けの電磁式燃料噴射弁や、ピエゾ素子や磁歪素子で駆動される燃料噴射弁においても有効である。なお本実施例では、燃料噴射弁１００の軸方向に対して燃料噴射孔の側を上流側、弁座側を下流側として説明する。

本実施例の燃料噴射弁（燃料噴射装置）について、図１〜図４を用いて、以下に説明する。図１は本実施例の燃料噴射弁の構造を示す断面図である。図２は、本実施例の弁体部の断面図である。図３は、本実施例の第二可動コアの断面図である。図４は、本実施例の第一可動コアの断面図である。図５〜９は本実施例の磁気コア部の拡大断面図である。図１０は、本実施例の燃料噴射弁が小リフト、および大リフトをするときの可動部の動作を模式的に示す。図１１は、本実施例の燃料噴射弁が小リフト、および大リフトをするときの駆動電流波形（図１１上図）および噴射量特性（図１１下図）を示す。

図１は本実施例における燃料噴射弁の縦断面図とその燃料噴射弁を駆動するための、ＥＤＵ（駆動回路）１２１、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１２０の構成の一例を示す図である。なお、ＥＣＵ１２０とＥＤＵ１２１は一体の部品として構成されてもよい。少なくとも燃料噴射弁の駆動装置は、燃料噴射弁の駆動電圧を発生する装置であって、ＥＣＵとＥＤＵとが一体となったものであってもよいし、ＥＤＵ単体であってもよい。

ＥＣＵ１２０では、エンジン（内燃機関）の状態を示す信号を各種センサーから取り込み、エンジンの運転条件に応じて適切な駆動パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。ＥＣＵ１２０より出力された駆動パルスは、信号線１２３を通して燃料噴射弁のＥＤＵ１２１に入力される。ＥＤＵ１２１は、コイル１０８に印加する電圧を制御し、電流を供給する。ＥＣＵ１２０は、通信ライン１２２を通して、ＥＤＵ１２１と通信を行っており、燃料噴射弁に供給する燃料の圧力や運転条件によってＥＤＵ１２１によって生成する駆動電流を切替えることが可能である。ＥＤＵ１２１は、ＥＣＵ１２０との通信によって制御定数を変化できるようになっており、制御定数に応じて電流波形が変化する。
まず、燃料噴射弁１００における全体構成と燃料の流れについて説明する。燃料噴射弁１００に供給される燃料は燃料供給口１１２から供給され、燃料噴射弁１００の内部に供給される。燃料噴射弁１００は、内部に流路の開閉を行う弁体１０１を有し、弁体１０１の対向する位置には、弁座部材１０２が設けられている。弁座部材１０２には燃料噴射孔１１６が形成される。弁体１０１の上端にはスリーブ１１３が取り付けられており、スリーブ１１３の上端面が第一スプリング１１０により下流方向に付勢される。

図２に示すようにスリーブ１１３のスリーブ下端部１１３ａが弁体１の肩部と係合するように構成されており、スリーブ１１３のスリーブ下端部１１３ａを介して、弁体１０１は下流方向（弁座部材１０２に向かう方向）に付勢される。

弁体１０１は、弁座部材１０２に形成される弁座と接触してシール座を形成する弁体シート部１１５を有する。コイル１０８に通電がないときには、弁体１０１が第一スプリング１１０によって弁座部材１０２に押し付けられ、燃料をシールする構造となっている。

可動コア群、磁気コア１０７、磁気コアの外周側の位置するコイル１０８により磁気回路を形成し、磁気的な吸引力を発生することで弁体１０１を駆動する。可動コア群は、第一可動コア２０１と第二可動コア２０２に分割されている。弁体１０１および可動コア群（２０１、２０２）は、ノズルホルダ１１１に内包されている。また、第一可動コア２０１又は第二可動コア２０２により開弁される弁体１０１が第一可動コア２０１及び第二可動コア２０２とは別体で独立して構成される。

駆動回路１２１よりコイル１０８に駆動電流が流れることで、磁気コア１０７と第一可動コア２０１及び第二可動コア２０２の間には磁気的な吸引力が生じる。詳細は後で説明するが、第二可動コア２０２が磁気コア１０７に向かって移動する際に第一可動コア２０１を磁気コア１０７に向かって駆動させ、これにより第一可動コア２０１が弁体と係合して開弁させる。

図４に示すように第一可動コア２０１は、磁気コア１０７に対向する第一対向面２０１ａを有し当該第一対向面２０１ａが磁気コア１０７に吸引される。図３に示すように第二可動コア２０２は、第一可動コア２０１と別体で構成され、磁気コア１０７に対向する第二対向面２０２ａを有し第二対向面２０２ａが磁気コア１０７に吸引されるように構成されている。また、
本実施例では第二可動コア２０２の下流側端面に突起部２０２ｆが形成され、閉弁時においても突起部２０２ｆが第一可動コア２０１の凹み部の底面に接触することで第二可動コア２０２と凹み部との間に隙間２０２ｇが形成される。また、第一可動コア２０１の第一対向面２０１ａに対して第二可動コア２０２の第二対向面２０２ａが内周側に配置されている。

第一可動コア２０１の内周部２０１ｂは、弁体軸方向１０１ａと直交する方向において、第二可動コア２０２の外周部２０２ｂと対向するように構成される。

第一可動コア２０１は内周側に下流側へ向かって凹む凹み部２０１ｃが形成されており、凹み部２０１ｃの内部に第二可動コア２０２が内包されていている。弁体軸１０１ａ方向において、第一可動コア２０１の凹み部底面２０１ｅが第二可動コア２０２の下流側端面２０２ｅと対向するように構成される。

その際、第一可動コア２０１と第二可動コア２０２の弁体軸１０１ａ方向の長さ関係は、第一可動コア２０１の軸方向最大長さＬ１が、第二可動コア２０２の軸方向最大長さＬ２に対して長くなるように構成する。また第一可動コア２０１の凹み部２０１ｃの深さＬ３も第二可動コア２０２の軸方向最大長さＬ２に対して長くなるように構成する。

図２に示したように弁体１０１は、上流側において外周側に凸となる段付き部１３１（大径部）を有しており、第二可動コア２０２の下流側端面２０２ｃが段付き部１３１の上流側端面１３１ａと対向して支持されている。

弁体１０１は、第二可動コア２０２よりも上流側に、第二対向面２０２ａと係合して弁体１０１を駆動するスリーブ下端部１１３ａ（弁体係合部）を有しており、第二可動コア２０２が上流側に移動した場合にスリーブ１１３と係合して弁体１０１を上流側（開弁方向）に移動させる。

第一可動コア２０１は、第二可動コア２０２と係合する第一係合部（凹み部底面２０１ｅ）を有し、第一可動コア２０１が上流方向へ移動すると、第一可動コア２０１の第一係合部（凹み部底面２０１ｅ）と第二可動コア２０２の第二係合部（下流側端面２０２ｅ）とが係合することで、第二可動コア２０２が上流方向に移動する。第二可動コア２０２が上流方向に移動すると、上流側係合部２０２ｈとスリーブ下端部１１３ａとが係合して、弁体１０１を上流側に移動させる。

第一可動コア２０１および第二可動コア２０２は、移動した際に生ずる流体力を低減するため、燃料通路孔２０１ｄ、燃料通路孔２０２ｄを有している。燃料通路孔２０１ｄ、燃料通路孔２０２ｄの孔部の弁体軸１０１ａの垂直方向における面積は、外径側可動コア２０１および内径側可動コア２０２が動作する際の排除体積による流体力を緩和するのに十分な面積を有している。

次に図５〜図９を参考にして、弁体１０１、第一可動コア２０１、第二可動コア２０２間に設けられた空隙の関係と、コイル１０８に電流が印可された際の部材の動作について説明する。

図５はコイル１０８に通電がない状態を示している。図示していないが、この状態において弁体１０１は弁座部材１０２に設けられた弁座に接触することで閉弁状態となっている。図５に示すように第一可動コア２０１は、第二スプリング２０３によって下流側に付勢され、段付き部１３１の上流側に設けられた接触面１３１ａを介して、静止している。

第一可動コア２０１と弁体１０１との間には、第二スプリング２０３が設けられる。第二スプリング２０３は第二可動コア２０２を弁体１０１に取り付けられたスリーブ１１３のスリーブ下端部１１３ａから引き離す方向（下方向）に付勢する。

ノズルホルダ１１１にはスプリング保持部材１１４が取り付けられ、第二可動コア２０２とスプリング保持部材１１４の間には、第三スプリング２０４が取り付けられる。第三スプリング２０４は第一可動コア２０１をスプリング保持部材１１１から引き離す方向（上方向）に付勢する。第三スプリング２０４による付勢力Ｆｚと第二スプリング２０３の付勢力Ｆｍの絶対値は、第二スプリング２０３の方が大きくなるように設定されている。また磁気コア１０７の下流側端面１０７ａにおける内周部の内径Ｄｃは、第二可動コア２０２の上流側端面２０２ａにおける外周部の外径Ｄｉの方が小さくなるように構成されている。そのため、コイル１０８へ通電されると、第一可動コア２０１（外径側可動コア）と磁気コア１０７および第二可動コア２０２（内径側可動コア）と磁気コア１０７の空隙に磁束が発生し、磁気吸引力が生ずる。

また第二側可動コア２０２は第二スプリング２０３によって下流方向に付勢され、一方で第一可動コア２０１は第三スプリング２０４によって上流方向に付勢される。上記したように第二スプリング２０３の付勢力の方が第三スプリング２０４の付勢力よりも大きいため、第二可動コア２０２の下流側端面２０２ｅと第一可動コア２０１の第一係合部（凹み部底面２０１ｅ）とが接触して、第二可動コア２０２を弁体１０１に取り付けられたスリーブ１１３のスリーブ下端部１１３ａから引き離した状態で維持する。このときの第二可動コア２０２の第二対向面２０２ａとスリーブ１１３のスリーブ下端部１１３ａとの間には、空隙ｇ１が設けられている。

図５の状態より、コイル１０８に通電されると、磁気回路を構成する磁気コア１０７、ヨーク１０９、第一可動コア２０１と第二可動コア２０２に磁束が生じ、磁気コア１０７と第一可動コア２０１およびの磁気コア１０７と第二可動コア２０２との間に磁気吸引力が発生する。

式（１）に示すように、第一可動コア２０１と磁気コア１０７の間に作用する磁気吸引力Ｆｉと第二可動コア２０２と磁気コア１０７の間に作用する磁気吸引力Ｆｏの和が、中間スプリング（第二スプリング２０３）の付勢力Ｆｍとゼロスプリング（第三スプリング２０４）の付勢力Ｆｚの差よりも大きくなると、第一可動コア２０１と第二可動コア２０２は、磁気コア１０７側に吸引され、運動を開始する。

Ｆｏ＋Ｆｉ＞Ｆｍ−Ｆｚ 式（１）

図６はスリーブ１１３と第二可動コア２０２（内径側可動コア）との間に予め設けられた空隙ｇ１分だけ、第二可動コア２０２（内径側可動コア）及び第一可動コア２０１（外径側可動コア）が変位した状態を示す。図５では磁気コア１０７と第一可動コア２０１（外径側可動コア）の第一対向面２０１ａとの間には空隙ｇ２に設けられていたが、図６ではこれらの間の空隙はｇ２’（ｇ２’＝ｇ２−ｇ１）にまで減少する。第二可動コア２０２（内径側可動コア）は、弁体１のスリーブ１１３のスリーブ下端部１１３ａ（衝突面）と第二可動コア２０２の上流側端面２０２ａ（第二の対抗面）が衝突する。

このとき、第一可動コア２０１ならびに第二可動コア２０２に蓄えられた運動エネルギが、弁体１０１の開弁動作に使用される。よって、空隙ｇ１（予備リフト）が設定されていることで運動エネルギを利用でき、開弁動作の応答性を向上させることができる。したがって、高い燃料圧力下でも迅速に開弁することが可能となる。

図６の状態からコイル１０８への通電を継続し、第一可動コア２０１（外径側可動コア）が第一対向面２０１ａと磁気コア１０７との間の空隙ｇ２´だけ変位すると、図７に示す状態となる。図７では、第一可動コア２０１（外径側可動コア）の第一対向面２０１ａが磁気コア１０７に衝突し、第一可動コア２０１（外径側可動コア）が上流方向へ向かう動きが規制される。

このとき、図１１（ａ）に示すように、コイル１０８への通電する最大駆動電流４０１を予め設定した閾値よりも小さくすると、式（２）および式（３）の力の関係を満たす。なお、４０２は最大駆動電流４０１を流した後に第一可動コア２０１（外径側可動コア）が磁気コア１０７に吸引されたまま維持できる保持電流を意味する。

式（２）は第一側可動コア２０１の磁気吸引力Ｆｏと第二可動コア２０２の磁気吸引力Ｆｉの和の方が、弁体１０１に作用する流体による差圧力Ｆｐと第一スプリング１１０による付勢力Ｆｓとの和よりも大きくなる条件を示す。また式（３）は第二側可動コア２０２の磁気吸引力Ｆｉが、弁体１０１に作用する流体による差圧力Ｆｐとスプリング１１０による付勢力Ｆｓとの和よりも小さくなる条件を示す。

つまり、第一可動コア２０１（外径側可動コア）による磁気吸引力Ｆｏ及び第二可動コア２０２（内径側可動コア）による磁気吸引力Ｆｉによって、弁体１０１に作用する流体による差圧力Ｆｐと第一スプリング１１０による付勢力Ｆｓに打ち勝って、第一可動コア２０１（外径側可動コア）が磁気コア１０７に接触するまで移動することができた。しかし、第二可動コア２０２（内径側可動コア）による磁気吸引力Ｆｉだけでは、差圧力Ｆｐ及び第一スプリング１１０による付勢力Ｆｓに打ち勝つことができないことを意味する。そのため図７に示すように、第一可動コア２０１（外径側可動コア）と磁気コア１０７の空隙がなくなり、第二可動コア２０２（内径側可動コア）と磁気コア１０７間の空隙ｇ３のみが残った状態となる。図１０（ｃ）が図７に対応しており、小リフト状態を示す。

Ｆｓ ＋ Ｆｐ ＜ Ｆｉ ＋ Ｆｏ 式（２）
Ｆｓ ＋ Ｆｐ ＞ Ｆｉ 式（３）

図７（図１０（ｃ））の状態（小リフト状態）から、コイル１０８への電流を遮断すると、第一可動コア２０１（外径側可動コア）及び第二可動コア２０２（内径側可動コア）と磁気コア１０７の間に生じている磁束が消失する。そして、磁気吸引力が弁体１０１に作用する流体による差圧力Ｆｐと第一スプリング１１０による付勢力Ｆｓよりも小さくなると、第一可動コア２０１（外径側可動コア）及び第二可動コア２０２（内径側可動コア）は下流方向への変位を開始する。この動きに伴って弁体１０１は閉弁方向（下流方向）への変位を開始し、その後、弁座部材１０２と衝突し、閉弁する。

小リフトの場合には図１０（ａ）に示すように、弁体１０１は第一可動コア２０１（外径側可動コア）と磁気コア１０７との間に設けられた空隙ｇ２分だけ変位する（弁体変位４０３）となる。第一可動コア２０１（外径側可動コア）は、磁気コア１０７、又は磁気コア１０７以外の第一可動コアの運動を規制する部材に衝突することによって軸方向の変位が規制される。これにより、弁体１０１のリフト量を安定させることができるため、安定した噴射量を供給することができる。

一方、図１１（ｂ）に示すように、コイル１０８への通電する最大駆動電流値４０４を予め設定した閾値よりも大きくすると、式（４）に示す条件を満たす。なお、４０５は最大駆動電流４０４を流した後に第一可動コア２０１（外径側可動コア）が磁気コア１０７に吸引されたまま維持できる保持電流を意味する。式（４）は、第二可動コア２０２（内径側可動コア）の磁気吸引力Ｆｉが、弁体１０１に作用する流体による差圧力Ｆｐとスプリング１１０による付勢力Ｆｓとの和よりも大きくなるという条件を示す。

図１１（ｂ）に示す駆動電流を流すと、図８に示すように、第一可動コア２０１（外径側可動コア）が磁気コア１０７に衝突するまで空隙ｇ２（図５、図１０（ａ）参照）の分、移動し、さらにその後、第二可動コア２０２（内径側可動コア）が第二可動コア２０２（内径側可動コア）と磁気コア１０７との間の空隙ｇ３の分だけ変位する。結果として、弁体１０１は、空隙ｇ２’（ｇ２’＝ｇ２−ｇ１）と空隙ｇ３の和だけ変位する（大リフト状態）。第二可動コア２０２の変位は、磁気コア１０７あるいは第二可動コア２０２の運動を規制する部材に衝突することによって変位が規制される。そのため、弁体１０１の挙動は安定し、安定した噴射量を供給することができる。

Ｆｓ ＋ Ｆｐ ＞ Ｆｉ 式（４）

図８、図１０（ｄ）に示す大リフト状態より、コイル１０８への電流が遮断されると、第二可動コア２０２（内径側可動コア）に生じている磁束が消失する。そして磁気吸引力が弁体１０１に作用する流体による差圧力Ｆｐと第一スプリング１１０による付勢力Ｆｓよりも小さくなると、第二可動コア２０２（内径側可動コア）が下流方向へ変位する。

磁束は内径側より消失を開始するのに加え、差圧力Ｆｐと第一スプリング１１０による付勢力Ｆｓにより、第二可動コア２０２（内径側可動コア）の方が第一可動コア２０１（外径側可動コア）に比べて早く閉弁動作に移行する。その結果、第二可動コア２０２（内径側可動コア）は、第一可動コア２０１（外径側可動コア）との空隙ｇ３だけ、下流方向へ移動すると、第一可動コア２０１（外径側可動コア）と衝突し、第一可動コア２０１（外径側可動コア）を叩き落としながら、下流方向に変位する。
その後、第二可動コア２０２（内径側可動コア）の下流側端面２０２ｃが弁体１０１の段付き部１３１と係合すると、弁体１０１は閉弁動作を開始し、やがて弁座部材１０２と衝突し、閉弁する。結果として、図１０（ｂ）に示すように、弁体１０１は大リフト状態の弁変位４０６となる。

燃料噴射弁１００に供給する電流により、弁体１０１の変位を大リフト状態と小リフト状態と切り替え可能にするためには、閉弁状態での第一可動コア２０１と弁体の空隙ｇ１、第二可動コア２０２と磁気コア１０７の空隙ｇ２、第一可動コア２０１と磁気コア１０７の第一可動コアｇ３の寸法関係は、大きい順にｇ２、ｇ３、ｇ１となるように設定する。

このように可動コア群を第一可動コア２０１と、第二可動コア２０２に分割し、コイル１０８への駆動電流を変えることで、弁体１０１の変位を二段階に可変とすることができる。

ぞして本実施例は、磁気抵抗を減らして磁束密度が高くなるように可動コアを構成し、効率的に弁体を引き上げることで、高燃料圧力条件下でも駆動可能とすることを目的とする。

この目的を達成するために、本実施例の燃料噴射弁１００は、磁気コア１０７と、磁気コア１０７に吸引される第一可動コア２０１と、第一可動コア２０１の径方向外側に配置され、磁気回路を形成するハウジング（ヨーク１０９）と、第一可動コア２０１の凹み部２０１ｃに配置され、磁気コア１０７に吸引される第二可動コア２０２を備えている。そして図８に示すように、第二可動コア２０２の下流側端面２０２ｉと凹み部２０１ｃとの間に弁体軸方向（１０１ａ）において隙間２０２ｇが形成され、第二可動コア２０２が磁気コア１０７に吸引された状態において、第二可動コア２０２の下流側端面２０２ｅがハウジング（ヨーク１０９）の上流側端面１０９ａよりも下流側に位置するように構成される。

図１２（ａ）に示す改善前の場合、第二可動コア２０２ｊが磁気コア１０７ｊに吸引された状態において、第二可動コア２０２ｊの下流側端面２０２ｋがハウジング（ヨーク１０９）の上流側端面１０９ｋよりも上流側に位置する仕様の磁気特性の解析結果である。第二可動コア２０２ｊの磁気吸引力を高めるためには、３０１ｊ箇所が最も磁束密度が高く（色が濃い）、３００ｊ箇所は磁束密度が低い（色が薄い）ことが理想であるが、３００ｊ箇所で磁束密度が高くなり磁気飽和していることから、抵抗が増えて３０１ｊ箇所の磁束密度が低下し、第二可動コア２０２（内径側可動コア）に与えられる磁気吸引力が低下することを突き止めた。本発明者らは鋭意検討により、上記構成に対し図１２（ｂ）に示す改善後の場合、第二可動コア２０２の下流側端面２０２ｅがハウジング（ヨーク１０９）の上流側端面１０９ａよりも下流側に位置するように構成された仕様の磁気特性の解析結果である。３００箇所の磁束密度が低下したことで抵抗が減り、３０１箇所の磁束密度が向上した。つまり、磁束を効率的に第二可動コア２０２（内径側可動コア）に与えることができ、結果として磁気吸引力を向上させることができる。

また図８に示すように、第二可動コア２０２（内径側可動コア）の下流側端面２０２ｉと凹み部２０１ｃの底面２０１ｅとの間の隙間２０２ｇの全体がハウジング（ヨーク１０９）の上流側端面１０９ａよりも下流側に位置することが望ましい。また、第一可動コア２０１（外径側可動コア）又は第二可動コア２０２（内径側可動コア）により開弁される弁体１０１が第一可動コア２０１（外径側可動コア）及び第二可動コア２０２（内径側可動コア）とは別体で独立して構成される。

図５、６に示すように、第二可動コア２０２（内径側可動コア）の下流側端面２０２ｉに突起部２０２ｆが形成され、閉弁時においても突起部２０２ｆが第一可動コア２０１（外径側可動コア）の凹み部２０１ｃの底面２０１ｅに接触することで第二可動コア２０２（内径側可動コア）と凹み部２０１ｃとの間に隙間２０２ｇが形成される。また図５−８に示すように、ハウジング（ヨーク１０９）は通電により磁気回路を形成するコイル１０８の周りを覆うように配置される。そして、ハウジング（ヨーク１０９）のうちコイル１０８の下流方向側に位置するハウジング下流部の内周面１０９ｂと第一可動コア２０１（外径側可動コア）の外周面２０１ｆとが対向するように配置されるとともに、弁体軸方向において重なる位置に配置される。なお上記したハウジング（ヨーク１０９）の上流側端面１０９ａとはハウジング下流部の上流側端面１０９ａのことを示す。

また図５−９に示すように、第二可動コア２０２（内径側可動コア）の外周面２０２と第一可動コア２０１（外径側可動コア）の凹み部２０１ｃの内周面２０１とが対向するように配置されるとともに、弁体軸方向１０１ａにおいて重なる位置に配置されることが望ましい。また図９に示すように、コイル１０８の下流側端面１０８ａの最内径側端部から第二可動コア２０２（内径側可動コア）の下流側端面の最外径側端部を結ぶ線Ｌ１に沿って、コイル１０８の下流側端面１０８ａの最内径側端部からノズルホルダ１１１の外周側までの長さＬ２は、磁気コア１０７の肉厚Ｌ３より大きくなるように構成されることが望ましい。

本実施例の燃料噴射弁によれば、複数のリフトを構成することで、燃料噴射量の制御範囲が広くなることに加えて、閉弁状態において弁体もしくは、弁体に係合されている部品と可動コアの間に設けられた空隙によって、可動コアの運動エネルギを開弁動作に利用できる。また、第二可動コアの隙間により、流体力による第一可動コアと第二可動コアの貼り付きを防止するとともに、磁気抵抗を小さくなりより効果的に磁束を第二可動コアに与えることができるため効率的に弁体を引き上げることができる。結果として、内燃機関の広い運転領域で最適な燃料噴射を実現する事が出来る。

なお、本実施例においては、吸入空気量、内燃機関回転数、燃料噴射圧力、アクセル開度をセンシングし、その閾値によって、燃料噴射弁に通電する電流波形を切り替えることとしたが、他の情報を用いても、同様の効果が得られる場合には、切替えをすることが可能である。

弁体・・・１０１
弁座・・・１０２
磁気コア・・・１０７
コイル・・・１０８
ヨーク・・・１０９
第一スプリング・・・１１０
第二スプリング・・・２０３
第三スプリング・・・２０４
燃料供給口・・・１１２
スリーブ・・・１１３
第一可動コア・・・２０１
第二可動コア・・・２０２

Claims (7)

1. 磁気コアと、前記磁気コアに吸引される第一可動コアと、前記第一可動コアの径方向外側に配置され、磁気回路を形成するハウジングと、前記第一可動コアの凹み部に配置され、前記磁気コアに吸引される第二可動コアを備え、前記第二可動コアの下流側端面と前記凹み部との間に弁体軸方向において隙間が形成され、前記第二可動コアが前記磁気コアに吸引された状態において、前記第二可動コアの下流側端面が前記ハウジングの上流側端面よりも下流側に位置する燃料噴射弁。
2. 請求項１の燃料噴射弁において、
   前記第二可動コアの前記下流側端面と前記凹み部の底面との間の前記隙間の全体が前記ハウジングの前記上流側端面よりも下流側に位置する燃料噴射弁。
3. 請求項１の燃料噴射弁において、
   前記第一可動コア又は前記第二可動コアにより開弁される弁体が前記第一可動コア及び前記第二可動コアとは別体で独立して構成される燃料噴射弁。
4. 請求項１の燃料噴射弁において、
   前記第二可動コアの下流側端面に突起部が形成され、閉弁時においても前記突起部が前記第一可動コアの凹み部の底面に接触することで前記第二可動コアと前記凹み部との間に前記隙間が形成された燃料噴射弁。
5. 請求項１の燃料噴射弁において、
   前記ハウジングは通電により磁気回路を形成するコイルの周りを覆うように配置され、前記ハウジングのうち前記コイルの下流方向側に位置するハウジング下流部の内周面と前記第一可動コアの外周面とが対向するように配置されるとともに、弁体軸方向において重なる位置に配置され、前記ハウジングの上流側端面は前記ハウジング下流部の上流側端面である燃料噴射弁。
6. 請求項５の燃料噴射弁において、
   前記第二可動コアの外周面と前記第一可動コアの前記凹み部の内周面とが対向するように配置されるとともに、弁体軸方向において重なる位置に配置される燃料噴射弁。
7. 請求項５の燃料噴射弁において、
   前記コイルの下流側端面の最内径側端部から前記第二可動コアの下流側端面の最外径側端部までを結ぶ線に沿って、前記コイルの下流側端面の最内径側端部からノズルホルダの外周側までの長さＬ２は、前記磁気コアの肉厚Ｌ３より大きくなるように構成された燃料噴射弁

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