JP4134978B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置に関する。

燃料噴射装置としては、例えば内燃機関の燃焼室に直接あるいは間接的に燃料噴射する燃料噴射弁が知られている。燃料噴射弁から供給される燃料は、吸気管あるいは燃焼室において空気と混合され、燃焼室内に可燃混合気を形成する。燃焼室内の可燃混合気はピストン運動により圧縮された後、点火装置により着火燃焼し、内燃機関の動力として利用されている。燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射・噴霧特性の一つとして、噴射率および噴霧ペネトレーション（噴霧先端到達距離）があり、噴射率および噴霧ペネトレーションは内燃機関の運転状態により最適な状態がある。

その実現手段として、特許文献１は、噴霧形状を２段階に切換える技術を開示している。特許文献１の開示による従来技術によると、ノズルニードルのリフト量の切換えにより噴霧形状を２段階に切換えることで、運転状態による噴射率の最適な状態への考慮がなされている。そのノズルニードルのリフト量を２段階に切換える手段として、従来の噴射用ソレノイドとは別のストッパ用ソレノイドを有している。別のソレノイドを作動させることによりノズルニードルのリフト量を制限するストッパの軸方向位置を制御する。詳しくは、噴射用ソレノイドはノズルニードルと一体となった可動コアを駆動する。一方、ストッパ用ソレノイドは、可動コアのリフトが増加する側つまりノズルニードルのリフト量を増加させる側に、ストッパを駆動する。なお、ストッパには、リフトが小さくなる側にストッパを付勢する第２のスプリングが、リフトが小さくなる側に可動コアを付勢する第１のスプリングとは別に、設けられている。
特開２００１−１５３００３号公報

しかしながら、上記従来技術では、噴射用ソレノイドを作動させて内燃機関の各気筒へ燃料噴射を繰り返している期間中に、ニードルリフトを小さくさせたい場合に、ストッパ用ソレノイドを通電状態から非通電に切換えても、消磁が促進されず、ストッパ軸方向移動の応答性もしくは閉弁応答性が低下するおそれがある。

また、上記従来技術では、噴射用ソレノイドとは別にもう一つのソレノイドを設ける必要となるため、システムの複雑化を招き、コストアップは避けられないという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、噴射率等の噴射・噴霧特性を切換える機能を有するもので、切換え応答性の向上が図れる燃料噴射装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。

即ち、請求項１乃至５記載の発明では、噴孔の上流側に弁座を有するノズルボディと、ノズルボディ内に軸方向移動可能に収容され、弁座に離座および着座するノズルニードルと、ノズルニードルに協働する第１可動コアと、第１可動コアに軸方向に対峙し、軸方向移動可能な第２可動コアと、第１可動コアおよび第２可動コアをノズルニードルの着座方向に付勢する付勢部材とを備え、第２可動コアの軸方向位置に応じてノズルニードルのリフト量を可変にする燃料噴射装置において、
第１可動コアおよび第２可動コアに磁力を作用可能な駆動コイルと、磁力に対して第２可動コアを反第１可動コア側に吸引および反発可能な永久磁石とを設けるとともに、
付勢部材は、第１可動コアを付勢する第１付勢部材と、第２可動コアを付勢する第２付勢部材とを有し、第２付勢部材の内周側には、第１付勢部材と、第１付勢部材に荷重を加える付勢力調整部材を設けていることを特徴としている。

これによると、ノズルニードルのリフト量を可変にするための第２可動コアの駆動手段として、第１可動コアおよび第２可動コアに磁力を作用可能な駆動コイルと、永久磁石とを有し、永久磁石は、駆動コイルの磁力に応じて第２可動コアを、反第１可動コア側に吸引、および第１可動コア側へ反発可能にしている。例えばその磁力の磁極方向に対して永久磁石による吸引、反発力を利用することで、第２可動コアの軸方向位置を、反第１可動コア側に吸引される方向つまり第１可動コアから遠のく方向側の位置と、第１可動コア側へ反発される方向つまり第１可動コアへ近づく方向側の位置とに切換えることができる。

したがって、従来のようにソレノイドつまり駆動コイルを例えば２つ設けてストッパ用駆動コイルを通電停止および通電にすることでノズルニードルのリフト量を切換えるのではなく、駆動コイルに発生する磁力の磁極方向を切換えることでノズルニードルのリフト量を切換えることが可能である。さらに、永久磁石の吸引、反発力を利用するので、従来の通電停止つまり消磁がなされてリフト量が切換えられる構成に比べて、リフト量切換えの応答性の向上が図れる。

なお、ストッパ用駆動コイルに通電つまり励磁する従来技術の場合には、励磁され磁気飽和するまでの間、本来の電磁力が発生せず、磁気飽和するまでの過渡期は電磁力が比較的小さい。例えば第２可動コアを磁気吸引する磁束の流れにその電磁力を効率的に変換するために、磁路面積としての対向面積を稼ぐ必要がある。しかしながら、内部に第１付勢部材および第２付勢部材を配置する場合、体格の大型化を招くおそれがある。その解決方法として第１付勢部材および第２付勢部材を直列状に配置する方法が考えられるが、第１可動コアおよび第２可動コアに付勢する各付勢力を調整することが難しいという問題がある。

これに対して永久磁石は、常に飽和磁力を発生するように磁化し、着磁することができるので、従来のストッパ用駆動コイルの場合のように対向面積を稼ぐ必要がない。したがって、第１付勢部材および第２付勢部材を内外に二重に配置することができ、第１可動コアと第２可動コアに独立して付勢力を加えることができるので、各付勢力の調整が容易となるとともに、体格の大型化防止が図れる。

なお、第２付勢部材の内周側には、第１付勢部材と、第１可動コアに付勢する第１付勢部材の付勢力を調整する付勢力調整手段としての付勢力調整部材が配置されている。

また、請求項２に記載の発明では、永久磁石は、第２可動コアの反第１可動コア側に配置されていることを特徴としている。

これによると、例えば第２可動コアの磁極が駆動コイルの磁力の作用によって逆転すると、第２可動コアには、磁極の逆転前に比べて、永久磁石の磁力にバイアスした磁力が作用つまり永久磁石の磁力と駆動コイルの電磁力を加えた磁力が作用、あるいは永久磁石に反発する電磁力のいずれかが作用する。バイアスした磁力が作用する場合には、第２可動コアは永久磁石側つまり第１可動コアから遠のく方向側の軸方向位置に吸引され、永久磁石に反発する磁力が作用する場合には、第２可動コアは第１可動コアに近づく方向側の軸方向位置へ押し戻される。その結果、第２可動コアの変位動作により第１可動コアの変位量、つまりノズルニードルのリフト量を変化させることが容易となる。さらに、噴射率等の噴射・噴霧特性を変化させる機能を、従来に比べて構成を簡素化させて提供することが可能である。

また、請求項３に記載の発明では、第２可動コアと永久磁石との間には、磁性体が配設されていることを特徴としている。

これによると、第２可動コアと永久磁石との間には、磁性体が配設されていることが好ましい。例えば駆動コイルの磁力の作用により第１可動コアおよび第２可動コアに発生する磁界（磁力の磁極方向）と永久磁石の磁界とが逆方向となる場合には、駆動コイルの磁束の流れは、その磁束の流れに対して磁気抵抗となる永久磁石自身に直接作用せず、永久磁石と第２可動コアの間に設けられた磁性体に作用するため、永久磁石の磁束の影響を緩和または除去できる。したがって、駆動コイルに発生する電磁力を効率的に利用することができる。

また、請求項４に記載の発明では、付勢力調整部材の第１付勢部材との接触面は、略円筒状であることを特徴としている。

これによると、第１付勢部材および第２付勢部材を内外に二重に配置し、第１可動コアと第２可動コアへの各付勢力の独立した調整が可能なように、付勢力調整部材を配置することができる。

また、請求項５に記載の発明では、駆動コイルへの通電方向を切換える切換手段を備えていることを特徴としている。これにより、駆動コイルへの通電方向を切換えることで、第１可動コアおよび第２可動コアの極性を逆転することができる。

以下、本発明の燃料噴射装置を、ガソリンエンジンに燃料を噴射供給するものに適用して、具体化した実施形態を図面に従って説明する。

図１は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を表す部分的断面図である。図２は、本実施形態に係わる電気的構成を示す模式的回路図である。図３は、図２中の電磁コイルへの通電方向を切換える切換手段の切換動作を表す図である。図４は、図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルの非通電状態を示す部分的断面図である。図５は、図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルへの通電方向の正方向状態を示す部分的断面図である。図６は、図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルへの通電方向の逆方向状態を示す部分的断面図である。なお、図７は、図１中の燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射量と噴射期間との関係を示すグラフであって、図７（ａ）は燃料噴射弁の個々のばらつきを示すグラフ、図７（ｂ）は各燃料噴射弁の付勢力調整部材による第１付勢部材の付勢力の調整後を示すグラフである。なお、図１において、駆動コイルは非通電状態にある。

燃料噴射装置１は、内燃機関（エンジン）、特にガソリンエンジンに用いられる。燃料噴射装置１は、図１に示すように、エンジンの燃焼室（図示せず）に燃料噴射する燃料噴射弁（インジェクタと呼ぶ）２と、インジェクタ２の噴射動作等を制御する制御手段（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１００とを含んで構成されている。

なお詳しくは、インジェクタ２は、例えば多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジン（以下、エンジンと呼ぶ）の吸気ポート等の吸気管または各気筒に取付けられて、気筒内の燃焼室に燃料を噴射供給する。なお、本実施形態では、インジェクタ２は各気筒に設けられているものとする。インジェクタ２には、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料が、燃料分配管（図示せず）を介して供給される。燃料分配管には、一般に、図示しない燃料タンク内の燃料を燃料ポンプ（図示せず）により吸い上げ吐出し、その吐出された燃料が導かれている。なお、吐出される燃料は、図示しないプレーシャレギュレータ等の調圧装置によって所定の圧力に調圧されて、燃料分配管へ送られる。なお、エンジンが直噴エンジンの場合には、内燃機関の燃焼室へ供給する燃料の圧力が約２Ｍｐａ以上とするため、燃料ポンプによって燃料タンクから吸上げられた所定の低圧（例えば０．２Ｍｐａ）の燃料を、図示しない高圧ポンプで加圧し、この加圧された所定の高圧の燃料（例えば、２〜１３Ｍｐａの範囲の所定の燃料）が、燃料分配管を介してインジェクタ２に供給されている。燃料ポンプから吐出される燃料、高圧ポンプから燃料分配管へ供給された燃料は、図示しないプレーシャレギュレータ等の調圧装置によって所定の圧力に調圧されている。なお、以下、本実施例で説明するエンジンは、ガソリン直噴エンジンとする。

まず、インジェクタ２について以下図１に従って説明する。インジェクタ２は、略円筒形状であり、一端から燃料を受け、内部の燃料通路を経由して他端から燃料を噴射する。インジェクタ２は、燃料の噴射を遮断および許容する弁部Ｂと、弁部Ｂを駆動する電磁駆動部Ｓとを備えており、燃料導入部４８側から内部の燃料通路内に流入した燃料を弁部Ｂからエンジンの気筒に噴射供給する。

弁部Ｂは、図１に示すように、弁ボディとしてのノズルボディ１２と、弁部材としてのノズルニードル３０と、ハウジング１６とを含んで構成されている。ノズルボディ１２はハウジング（以下、弁ハウジングと呼ぶ）１６の燃料噴射側端部の内壁に溶接により固定されている。ノズルボディ１２は燃料流れ方向の噴孔２１側に向けて縮径する内周面としての円錐面１３を有している。円錐面１３には、ノズルニードル３０が離座および着座可能である。なお、ここで、円錐面１３は、ノズルニードル３０が離座および着座可能な弁座１４を構成する。具体的には、弁座１４には、ノズルニードル３０の当接部３１が離座および着座する。ノズルニードル３０は略軸状に形成され、弁ボディ１２内を軸方向に往復移動可能である。なお、ここで、弁座１４と当接部３１は、弁部が燃料の噴射を遮断するための油密機能の働きをするシート部を構成している。

弁座の中央側には、図１に示すように、弁座１４の燃料流れの下流側に向って、内部燃料通路と連通可能な噴孔２１が配置されている。この噴孔２１は、要求される燃料の噴霧の形状、方向、数などに応じて、その大きさ、噴孔軸線の方向、噴孔配列等が決定される。また、噴孔の開口面積は、開弁時の流量を規定する。なお、インジェクタ２の燃料噴射量は、開弁している噴孔の開口面積と、ノズルニードル３０のリフト量と、開弁期間とによって計量されている。ノズルニードル３０が弁座１４に着座すると噴孔２１からの燃料噴射が遮断され、ノズルニードル３０が弁座１４から離座すると噴孔２１からの燃料噴射が許容され燃料が噴射される。

なお、上述の燃料噴射量を左右するリフト量とは、ノズルニードル３０（詳しくは当接部３１とノズルボディ１２（詳しくは弁座１４）によるリフト量−開口面積の関係において、リフト量の増加に従ってシール部３１、１４の離間距離が増加するので、シール部による開口面積が噴孔による開口面積より小さい間（例えば後述するリフト量Ｈ＝ＨＤ１の低リフト状態）は、燃料噴射量が増加する。

なお、弁ハウジング１６は、ノズルボディ１２を固定する弁ハウジング下部１６ａと、電磁駆動部Ｓ側の筒部材１５に固定される弁弁ハウジング上部１６ｂとから構成されており、弁ハウジング下部１６ａは弁ハウジング上部１６ｂの内周１６ｂａに挿入固定されている。なお、弁ハウジング下部１６ａと弁ハウジング上部１６ｂは挿入固定可能な別部材を一体的に組付け固定する構成に限らず、一体に形成されるものであってもよい。

電磁駆動部Ｓは、図１に示すように、第１可動コア５０、第１可動コア５０に軸方向に対峙する第２可動コア６０、コイル７０、および永久磁石８０と、第１可動コア５０および第２可動コア６０に付勢する付勢手段としての付勢部材５９、６９とを有する。第１可動コア５０は磁性ステンレス等の磁性材からなる段付きの略円筒状体である。第１可動コア５０はノズルニードル３０に固定されており、第１可動コア５０とノズルニードル３０は協働する。なお、第１可動コア５０とノズルニードル３０は、図１に示すように別部材を溶接等により一体的に形成されたものに限らず、一体に形成されているものであってもよい。

第２可動コア６０は、磁性ステンレス等の磁性材からなる略円筒体である。第２可動コア６０は筒部材１５、１８の内周を軸方向に移動可能である。詳しくは、第２可動コア６０は、筒部材１５の内周１５ａ、１５ｂに軸方向移動可能に収容されている。筒部材１５は磁性材料からなるパイプ材などで形成され、段付き内周１５ａ、１５ｂからなる段差部１５ｋを有する。段付部１５ｋは、第２可動コア６０の軸方向移動（詳しくは軸方向下方移動）を規制する。なお詳しくは、筒部材１５は内周１５ａより内周１５ｂが大きく形成されている。第２可動コア６０の下端部側の外周が内周１５ａに移動可能に保持されている。また、コア６０の上端部側の外周に形成された環状部６２が内周１５ｂに移動可能に保持されており、その軸方向下方側への移動は、環状部６２が段差部１５ｋに係止されると制限される。

コイル７０は、樹脂製のスプール（図示せず）の外周に所定方向に巻回されている。コイル７０の端部は２つのターミナル（図示せず）として引き出されている。ターミナルは、外部電源等（詳しくは、ＥＣＵ１００）からの電流をコイル７０へ供給する。スプールは、筒部材１５、１８の外周に装着されている。なお、ここで、コイル７０、スプール、ターミナルは、駆動コイルを構成している。なお、コイル７０等の駆動コイルの外周側には、樹脂モールド１９が配置され、ターミナルを収容するコネクタ部（図示せず）が設けられている。

永久磁石８０は、フェライト磁石、稀土類磁石、あるいはアルニコ磁石等の磁化された磁性体である。図１に示すように、永久磁石８０は略円筒体に形成され、所定の磁力が発生するように着磁されている。この永久磁石８０は、第２可動コア６０の反第１可動コア５０側に、第２可動コア６０に軸方向に対峙するように配置されている。

永久磁石８０の磁極としては、図４に示すように第２可動コア６０側の端面をＳ極、反第２可動コア６０側の端面をＮ極とする磁極配置に限らず、第２可動コア６０側の端面をＮ極、反第２可動コア６０側の端面をＳ極とする磁極配置であってもよい。なお、第２可動コア６０側の端面をＳ極、反第２可動コア６０側の端面をＮ極とする磁極配置する前者に代えて、第２可動コア６０側の端面をＮ極、反第２可動コア６０側の端面をＳ極とする磁極配置する後者の構成とする場合には、永久磁石８０による磁力と駆動コイルによる電磁力の関係が前者と同じになるように、後者におけるＥＣＵ１００による駆動コイルへの通電方向を反転させる。

なお、以下本実施形態で説明する永久磁石８０の磁極配置は、第２可動コア６０側の端面をＳ極、反第２可動コア６０側の端面をＮ極とする（図４参照）。

付勢部材５９、６９は、図１に示すように、第１可動コア５０をノズルニードル３０の着座方向に付勢する第１付勢部材（以下、第１スプリングと呼ぶ）５９と、第２可動コア６０をノズルニードル３０の着座方向に付勢する第２付勢部材（以下、第２スプリングと呼ぶ）とから構成されている。なお、第１スプリング５９および第２スプリング６９は加える荷重に応じて変位するばね部材等の弾性体であればいずれの部材であってもよく、本実施例ではばね部材とする。

第１スプリング５９は、一端部で第１可動コア（詳しくは第１可動コア５０内のスプリング座５０ｓに係止され、他端部で付勢力調整部材（以下、アジャスティングパイプと呼ぶ）４１に係止されている。詳しくは、アジャスティングパイプ４１は、燃料導入部４８の内周４８ａに圧入され、内部に燃料通路を形成している。アジャスティングパイプ４１の圧入量を調整することにより、第１可動コア５０に付勢する第１スプリング５９の付勢力（荷重）が変更される。第１スプリング５９の付勢力により第１可動コア５０およびノズルニードル３０は弁座１４に向けて付勢されている。

第２スプリング６９は、第２可動コア６０と、他端部で磁性体１７等の第２可動コア６０に軸方向に対峙する部材との間に挟みこまれている。詳しくは、第２スプリング６９は、磁性体１７および永久磁石８０の内周を挿通可能であり、一端部が第２可動コア６０の上端面に係止され、他端部が燃料導入部４８内のスプリング座面に係止されている。

第２スプリング６９の内周側には、図１に示すように、第１スプリング５９とアジャスティングパイプ４１が配置されている。第２スプリング６９と第１スプリング５９は内外に二重に配置される付勢手段を構成している。

なお、本実施形態では、アジャスティングパイプ４１は略円筒状体であり、アジャスティングパイプ４１の第１スプリング５９との接触面は円筒状であることが好ましい。これにより、第２スプリング６９と第１スプリング５９を内外に二重に配置し、第１可動コア５０と第２可動コア６０への各付勢力の独立した調整が可能なように、アジャスティングパイプ４１を配置することが可能となる。

なお、本実施形態では、第２可動コア６０と永久磁石８０との間には、図１に示すように、磁性体１７を設けることが好ましい。磁性体１９は、永久磁石等の強磁性材料のように着磁により磁化されるものではなく、比較的磁化され易く、残留磁気が少ない軟磁性材料などの磁性材を使用する。例えば駆動コイルへの通電方向によっては、第１可動コア５０および第２可動コア６０に発生する磁界（磁力の磁極方向）と永久磁石８０の磁界とが逆方向となる場合がある。この場合、上記磁性体１７を設けることにより、駆動コイルの磁束の流れは、その磁束の流れに対して磁気抵抗となる永久磁石８０自身に直接作用することなく、永久磁石８０と第２可動コア６０の間に設けられた磁性体１７に作用する。したがって、永久磁石８０の磁束の影響を緩和または除去できるので、駆動コイルに発生する電磁力を効率的に利用することができる。

なお、上述の磁性体１７を永久磁石８０とコア６０の間に配置する場合、着磁により磁化された永久磁石８０に代えて、磁性体１７が、第２可動コア６０の永久磁石８０側方向（図１では軸方向上方）への移動量を規制する機能を有する。なお、磁性体１７の下端面１７ａは、第２可動コア６０にほぼ全面で当接する略平面形状に限らず、第２可動コア６０の一部に当接するように略円環状の段差（図示せず）を有する段付平面のものであってもよい。なお、磁性体１７の下端面１７ａ形状に上記段差を設けるように構成するものでは、第２可動コア６０が磁性体１７の磁力により一旦は連結した場合であっても、第２可動コア６０の磁性を逆転させたときに、磁性体１７から第２可動コア６０の連結を解除して離脱し易くなる。

なお、磁性体１７は、図１に示すように、永久磁石８０を収容して保持するように有底筒状に形成されている。磁性体１７は筒部材１８の内周に挿入固定可能である。なお、磁性体１７と永久磁石８０は、永久磁石８０を内部に収容した磁性体１７を筒部材１８の内周に挿入可能にする構成に限らず、永久磁石８０および磁性体１７を個別に筒部材１８の内周に挿入可能にするものであってもよい。

なお、筒部材１５、１８は、永久磁石８０および磁性体１７を内部に収容する筒部材１８と、第２可動コア６０を軸方向に移動可能かつ下方移動を規制する筒部材１５とが接続されている。なお、筒部材１５、１８は別部材で形成され一体的に接続されるものに限らず、一体形成されるものであってもよい。

なお、インジェクタ２の内部燃料通路は、図１に示すように、燃料の流れの上流から下流に向かって、燃料導入部４８の内周４８ａと、アジャスティングパイプ４１の内周と、永久磁石８０の内周と、磁性体１７の内周と、第２可動コア６０の内周６１と、第１可動コア５０の径方向通路５２と、弁ハウジング１６ａ、１６ｂの内周およびノズルボディ１２の内周とノズルニードル３０とで形成される燃料通路の順で構成されており、これらは、噴孔２１へ向かう燃料の流れ経路としての内部燃料通路を構成している。

ＥＣＵ１００は、図示しないリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入力ポート、出力ポートを相互に双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成されている。このＥＣＵ１００は、バッテリ等の電源を用いて、インジェクタ２のコイル７０への通電開始および通電停止を行なうことで、インジェクタ２への通電期間を制御する。エンジンの回転速度、吸気管圧力（または吸入空気量）、冷却水温等のエンジンの運転状態を検出する図示しない各種センサの信号を読み込み、エンジン用の各種プログラム（図示せず）に従って、インジェクタ２の電磁駆動部Ｓの動作を制御する（図１参照）。

本実施形態の燃料噴射装置１における電気的構成を、図２および図３に従って説明する。ＥＣＵ１００は、エンジンの運転状態を検出する各種センサの信号に基づいて、インジェクタ２（詳しくは駆動コイル）の二つのターミナルに所定の方向の電流を供給する。ＥＣＵ１００は、図２に示すように、制御部１００ａと、通電方向切換え回路１００ｂとを有する。なお、制御部１００ａは上記説明のマイクロコンピュータであるので説明を省略する。

通電方向切換え回路１００ｂは、インジェクタ２の駆動コイル（詳しくはコイル７０）を中心とし、四つのスイッチング素子（以下、トランジスタと呼ぶ）ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４によりＨブリッジ回路を組んだ構成となっている。所定方向に巻回されたコイル７０の一端側は、直列接続された、バッテリ電源電圧Ｖｂ側の第１のトランジスタＴＲ１と、接地側の第２のトランジスタＴＲ１との中間点に接続されている。また、コイル７０の他端側は、直列接続された、バッテリ電源電圧Ｖｂ側の第３のトランジスタＴＲ３と、接地側の第４のトランジスタＴＲ４との中間点に接続されている。この通電方向切換え回路１００ｂでは、図３に示すように、第１のトランジスタＴＲ１のベース端子と第４のトランジスタＴＲ４のベース端子に対する通電のみをＯＮにすることにより、コイル７０へ流れる電流の方向が所定方向となる。また、第２のトランジスタＴＲ２のベース端子と第３のトランジスタＴＲ３のベース端子に対する通電のみをＯＮにすることにより、コイル７０へ流れる電流の方向が、所定方向とは逆転し、反所定方向となる。なお、以下の本実施形態の説明では、所定電流方向を正方向、反所定電流方向を逆方向と呼ぶ。

なお、ここで、ＥＣＵ１００は、システムを制御する手段の一つとして、インジェクタ２の駆動コイルへの通電方向を切換える切換手段を有する。この切換手段は、通電方向を切換えることで、コイル７０に流れる電流方向を正方向から逆方向へ、あるいは逆方向から正方向へ切換えられる。

上述の構成を有する燃料噴射装置１の動作、特にインジェクタ２の作動について以下図４から図６に従って説明する。図４から図６では、ＥＣＵ１００から駆動コイル（詳しくはコイル７０）へ供給されるバッテリ電源等の電流の方向を、便宜上、電池の向きで模式的に表す。まず、駆動コイルへの非通電状態（図４参照）、駆動コイルへの通電方向が正方向状態（図５参照）、駆動コイルへの通電方向が逆方向状態（図６参照）についてそれぞれ説明する。なお、図４から図６において、矢印方向は磁界（磁束の流れ）の方向を示している。

（１）図４に示す駆動コイル（詳しくはコイル７０）の非通電状態では、永久磁石８０の磁束の流れは、磁性体１７を通って閉回路を形成する。永久磁石８０の磁力は、磁性体１７を通じて第２可動コア６０に及ばないため、第２可動コア６０を永久磁石８０に吸引する吸引力は生じない。一方、駆動コイルは非通電状態にあるため、コイル７０には電磁力は生じず、ノズルニードル３０は、第１スプリング５９によって弁座１４へ押付けられている。その結果、インジェクタ２は閉弁し、噴孔２１から燃料が噴射されることはない。

なお、第２スプリング６９の付勢力によって第２可動コア６０が筒部材１５の段差部１５ｋに向けて付勢されているため、この付勢力によって第２可動コア６０が段差部１５ｋに係止されている。そのため、第２可動コア６０の移動位置が軸方向移動の下限位置（以下、低リフト状態に制限する位置と呼ぶ）に規制されている。

（２）図５に示す駆動コイルへの通電方向が正方向の状態では、コイル７０に通電され、コイル７０には電磁力が発生する。さらに、駆動コイルへの通電方向が正方向に設定されているため、第２可動コア６０の永久磁石８０側端面の磁極がＳ極となり、永久磁石８０の第２可動コア２３側端面の磁極のＳ極と反発する関係となる。その結果、第２可動コア６０は低リフト状態に制限する位置に維持される。

一方、コイル７０によって磁化された第２可動コア６０は第１可動コア５０を引きつけ、第１可動コア５０に協働するノズルニードル３０が弁座１４から離座する。このとき、可動コア５０の軸方向変位は、第２可動コア６０の低リフト状態に制限する位置によって規制されるので、ノズルニードル３０のリフト量Ｈは低リフト状態に制限される（Ｈ＝ＨＤ１）。

なお、このとき、第２可動コア６０には、永久磁石８０による磁力（以下、定常磁力と呼ぶ）に対して反発するコイル７０の電磁力が作用している。このコイル７０の電磁力すなわち磁束の流れは、図５に示すように、永久磁石８０自体に直接作用せず、磁性体１７に作用する。その結果、コイル７０の磁束の流れは、その磁束の流れに対して磁気抵抗となる永久磁石８０の磁束の流れに妨げられない。そのため、永久磁石８０と第２可動コア６０との間に磁性体１７を配置せずに永久磁石８０と第２可動コア６０を軸方向に直接対峙させる構成を有するインジェクタに比べて、コイル７０に発生する電磁力を約半分程度にする場合であっても、同等以上の動作力を得ることが可能である。

なお、ここで、永久磁石８０の磁力で形成する磁気回路とコイル７０の電磁力で形成する磁気回路は、永久磁石８０と第２可動コア６０との間に挟まれた磁性体１７を通じて、それぞれ閉回路を形成している。

（３）図６に示す駆動コイルへの通電方向が逆方向の状態では、駆動コイルへの通電方向を正方向から逆方向に切換えられるため、コイル７０に発生する電磁力による磁界の方向は、永久磁石８０に常に生じる磁界の方向と同じとなる。このとき、第２可動コア６０には、永久磁石８０による定常磁力に加えてコイル７０の電磁力をバイアスされた磁力が作用する。その結果、第２可動コア６０は磁性体１７側に引きつけられて、磁性体１７の下端面１７ａに係止される。そのため、第２可動コア６０の移動位置が軸方向移動の上限位置（以下、高リフト状態に制限する位置と呼ぶ）に規制される。なお、図５および図６に示す矢印方向は磁界の方向つまり磁力線を表す。図６において、コイル７０の電磁力による磁力線と永久磁石８０の磁力による磁力線とを便宜的に別々（図６中の実線で示す各磁力線）に表したが、これら磁力線の磁力はバイアスされるため、コイル７０と永久磁石８０の磁力線は一つの大きな磁力線（図６中の一点鎖線で示す磁力線）となる。

一方、コイル７０と永久磁石８０によって磁化された第２可動コア６０は第１可動コア５０を引きつけ、ノズルニードル３０のリフト量Ｈを高リフト状態にする（Ｈ＝ＨＤ２であって、ＨＤ２＞ＨＤ１）。

次に燃料噴射装置１の全体動作を説明する。ＥＣＵ１００は各種センサの信号からエンジンの運転状態を検出する。そして、ＥＣＵ１００は、検出したエンジンの運転状態に基いて、その運転状態に適した噴孔２１から燃料噴射する噴射率、噴霧形状等の噴射・噴霧特性を判断する。その運転状態に適した噴射・噴霧特性がノズルニードル３０のリフト量を低リフト状態にすることであるとＥＣＵ１００が判断した場合には、ＥＣＵ１００は通電方向切変え回路１００ｂの第１および第４のトランジスタＴＲ１、ＴＲ４をオン動作させ、駆動コイルへの通電方向を正方向にする。その結果、第２可動コア６０の移動位置を低リフト状態に制限する位置に規制し、第１ニードル３１のみを開弁し、ノズルニードル３０のリフト量ＨをＨ＝ＨＤ１に制御する。一方、その運転状態に適した噴射・噴霧特性がノズルニードル３０のリフト量を高リフト状態にするものであるとＥＣＵ１００が判断した場合には、ＥＣＵ１００は通電方向切変え回路１００ｂの第２および第３のトランジスタＴＲ２、ＴＲ３をオン動作させ、駆動コイルへの通電方向を逆方向にする。その結果、第２可動コア６０の移動位置を高リフト状態に制限する位置に規制し、リフト量ＨをＨ＝ＨＤ２に制御する。

なお、リフト量を変化させることで、例えば燃料噴射のための開口面積が変わるため、単位時間当りの噴射量を変化させることが可能である。その結果、コイル７０への通電期間を調節することでインジェクタ２から噴射される噴射量が調整される。さらに、コイル７０への通電期間が同一であっても、リフト量Ｈを、Ｈ＝ＨＤ１あるいはＨ＝ＨＤ２のいずれかに設定することによって噴射量を変化させることができる。

この様に、ＥＣＵ１００（詳しくは通電方向切換え回路１００ｂ）によって駆動コイルへの通電方向を切換えることで、第２可動コア６０の極性（磁極）を反転させられる。第２可動コア６０の極性を反転させると、永久磁石８０の定常磁力とコイル７０の電磁力がバイアスした磁力、あるいは永久磁石８０の定常磁力に反発するコイル７０の電磁力のいずれかが第２可動コア６０に作用する。第２可動コア６０にバイアスした磁力が作用する場合には、永久磁石８０側（詳しくは磁性体１７の下端面１７ａ）に吸引され、第２可動コア６０の軸方向上方へ移動可能な上限位置（高リフト状態に制限する位置）に規制される。一方、永久磁石８０に反発するコイル７０の電磁力が第２可動コア６０に作用する場合には、第２可動コア６０は反永久磁石８０側つまり弁座１４方向に押付けられ、第２可動コア６０の軸方向下方へ移動可能な下限位置（低リフト状態に制限する位置）に規制される。なお、第１可動コア５０および第２可動コア６０には駆動コイルの電磁力が作用可能である。低リフト状態（図５参照）および高リフト状態（図６参照）のいずれも、コイル７０へ通電し、コイル７０に電磁力を発生している。この電磁力によって第１可動コア５０が引きつけられる。

なお、ここで、第２可動コア６０、永久磁石８０、および通電方向切換回路１００ｂは、ノズルニードル３０のリフト量を可変にするリフト可変手段を構成する。第２可動コア６０の変位動作により第１可動コア５０の変位量つまりノズルニードル３０のリフト量Ｈを、ＨＤ２からＨＤ１へ、あるいはＨＤ１からＨＤ２へ変化させることができる。このリフト可変手段６０、８０、１００ｂによって、インジェクタ２のリフト量が低リフト状態（Ｈ＝ＨＤ１）と高リフト状態（Ｈ＝ＨＤ２）に切換えられる。

以上説明した燃料噴射装置において、インジェクタ２の構成および作動が同じであっても、例えば製造工程途中の個々のインジェクタ２には以下のばらつきが生じる場合がある。図７（ａ）に示すように、同一噴射期間Ｔｉつまり駆動コイルへの通電期間が同一であっても、個々のインジェクタ２の燃料噴射量が異なる。なお、図７（ａ）では横軸を噴射期間Ｔｉ、縦軸を燃料噴射量ｑで表し、便宜上図７（ａ）中に記載するインジェクタ２の個数は３個とする。これらの製造工程途中のインジェクタ２は、ノズルニードル３０の開弁応答性等を調整するため、第１スプリング５９により第１可動コア５０およびノズルニードル３０が弁座１４に付勢される付勢力（荷重）を調整する必要がある。

これに対して本実施形態では、第１スプリング５９と第２スプリング６９が内外に二重に配置され、第１可動コア５０に加える付勢力（以下、第１付勢力と呼ぶ）と、第２可動コア６０に加える付勢力（以下、第２付勢力と呼ぶ）とを独立して調整することが可能である。第１付勢力は、アジャスティングパイプ４１の圧入量を調整することにより、所定の付勢力（荷重）に調整される。その結果、個々のインジェクタ２の燃料噴射量が同じになるように調整できる（図７（ｂ）参照）。したがって、個々のインジェクタ２の噴射期間に対する噴射特性を、第１付勢力を調整することでエンジンに適用するインジェクタに要求される特性に揃えることが可能である。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）本実施形態では、ノズルニードル３０に協働する第１可動コア６０、および第１可動コア５０に軸方向に対峙し軸方向移動可能な第２可動コアとを有し、ノズルニードル３０のリフト量を可変にするインジェクタにおいて、ノズルニードル３０のリフト量を可変にするための第２可動コア６０を駆動する駆動手段として、第１可動コア５０および第２可動コア６０に磁力を作用可能な駆動コイル（詳しくはコイル７０）と、永久磁石８０とを有し、永久磁石８０は、駆動コイルの磁力に応じて第２可動コア６０を、反第１可動コア５０側に吸引、および第１可動コア５０側へ反発可能にしている。その磁力の磁極方向に対して永久磁石８０による吸引、反発力を利用することで、第２可動コア６０の軸方向位置を、反第１可動コア側に吸引される方向つまり第１可動コア５０から遠のく方向側の位置としての高リフト状態に規制する位置と、第１可動コア側へ反発される方向つまり第１可動コアへ近づく方向側の位置としての低リフト状態に規制する位置とに切換えることができる。

したがって、従来のようにソレノイドつまり駆動コイルを例えば２つ設けてストッパ用駆動コイルを通電停止および通電にすることでノズルニードルのリフト量を切換えるのではなく、駆動コイル７０に発生する磁力の磁極方向を切換えることでノズルニードル３０のリフト量を切換えることが可能である。さらに、永久磁石８０の吸引、反発力を利用するので、従来の通電停止つまり消磁がなされてリフト量が切換えられる構成に比べて、リフト量切換えの応答性の向上が図れる。

（２）なお、ストッパ用駆動コイルに通電つまり励磁する従来技術の場合には、励磁され磁気飽和するまでの間、本来の電磁力が発生せず、磁気飽和するまでの過渡期は電磁力が比較的小さい。第２可動コア６０を磁気吸引する磁束の流れにその電磁力を効率的に変換するために、磁路面積としての対向面積を稼ぐ必要がある。しかしながら、内部に第１スプリング５９および第２スプリング６９を配置する場合、体格の大型化を招くおそれがある。その解決方法として第１スプリングよび第２スプリングを直列状に配置する方法が考えられるが、第１可動コア５０および第２可動コア６０に付勢する各付勢力を独立的に調整することが難しいという問題がある。

これに対して本実施形態では、永久磁石８０は、常に飽和磁力を発生するように磁化し、着磁することができるので、従来のストッパ用駆動コイルの場合の対向面積のように対向面積１７ａを稼ぐ必要がない。したがって、第１スプリング５９および第２スプリング６０を内外に二重に配置し、第１可動コア５０と第２可動コア６０に独立して付勢力を加えることができる。したがって、各付勢力の調整が容易となるとともに、体格の大型化防止が図れる。

（３）なお、第２スプリング６９の内周側には、第１スプリング５９と、第１可動コア５０に付勢する第１スプリング５９の付勢力を調整する付勢力調整手段としてのアジャスティングパイプ４１が配置されている。

一般にインジェクタ２の構成および作動が同じであっても、例えば製造工程途中の個々のインジェクタ２の例えば噴射期間Ｔｉ−噴射量特性等の噴射特性が異なる場合がある。エンジンに適用するには、インジェクタ２の個々の噴射特性を揃える必要がある。

これに対して、本実施形態では、第１スプリング５９と第２スプリング６９が内外に二重に配置され、第１可動コア５０に加える第１付勢力と、第２可動コア６０に加える第２付勢力とを独立して調整することが可能である。第１付勢力は、アジャスティングパイプ４１の圧入量を調整することにより、所定の付勢力（荷重）に調整される。その結果、個々のインジェクタ２の燃料噴射量が同一噴射期間Ｔｉにおいて同じになるように調整できる。したがって、個々のインジェクタ２の噴射期間に対する噴射特性を、第１付勢力を調整することでエンジンに適用するインジェクタに要求される特性に揃えることが可能である。

（４）さらになお、本実施形態では、永久磁石８０は、第２可動コア６０の反第１可動コア５０側に配置されている。そのため、第２可動コア６０の磁極が駆動コイルの磁力の作用によって逆転すると、第２可動コア６０には、磁極の逆転前に比べて、永久磁石８０の磁力にバイアスした磁力が作用つまり永久磁石８０の磁力と駆動コイルの電磁力を加えた磁力が作用、あるいは永久磁石８０に反発する電磁力のいずれかが作用する。バイアスした磁力が作用する場合には、第２可動コア６０は第１可動コア５０から遠のく方向側の軸方向位置つまり高リフト状態に規制する位置に吸引され、永久磁石８０に反発する磁力が作用する場合には、第２可動コア６０は第１可動コアに近づく方向側の軸方向位置つまり低リフト状態に規制する位置へ押し戻される。その結果、第２可動コア６０の変位動作により第１可動コア５０の変位量、つまりノズルニードル３０のリフト量を変化させることが容易となる。さらに、噴射率等の噴射・噴霧特性を変化させる機能を、従来に比べて構成を簡素化させて提供することが可能である。

（５）さらになお、本実施形態では、第２可動コア６０と永久磁石８０との間には、磁性体１７が配置されていることが好ましい。駆動コイルへの通電（詳しくは通電方向が正方向の状態）により第１可動コア５０および第２可動コア６０に発生する磁界（磁力の方向）と永久磁石８０の磁界とが逆方向となる場合には、駆動コイルの磁束の流れは、その磁束の流れに対して磁気抵抗となる永久磁石８０自身に直接作用せず、磁性体１７に作用するため、永久磁石８０の磁束の影響を緩和または除去できる。したがって、駆動コイルに発生する電磁力を効率的に利用することができる。

（６）さらになお、本実施形態では、アジャスティングパイプ４１の第１スプリング５９との接触面は円筒状であることが好ましい。これにより、第２スプリング６９と第１スプリング５９を内外に二重に配置し、第１可動コア５０と第２可動コア６０への各付勢力の独立した調整が可能なように、アジャスティングパイプ４１を配置することが可能となる。

（他の実施形態）
なお、以上説明した本実施形態では、ノズルボディ１２の弁座１４の下流側に噴孔２１が配置される構成で説明したが、ノズルボディ１２と、噴孔プレートとを有するものであってもよい。なお、この場合、噴孔プレートは略有底筒状に形成されており、例えば弁ハウジング１６の底部と弁ボディ１２の底部との間に挟持されている。噴孔プレートには複数の噴孔２１が配置される。噴孔プレートは燃料を微粒化し、噴霧を形成する燃料噴霧形成手段を構成する。

本発明の実施形態の燃料噴射装置の構成を表す部分的断面図である。 本実施形態に係わる電気的構成を示す模式的回路図である。 図２中の電磁コイルへの通電方向を切換える切換手段の切換動作を表す図である。 図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルの非通電状態を示す部分的断面図である。 図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルへの通電方向の正方向状態を示す部分的断面図である。 図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルへの通電方向の逆方向状態を示す部分的断面図である。 図１中の燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射量と噴射期間との関係を示すグラフであって、図７（ａ）は燃料噴射弁の個々のばらつきを示すグラフ、図７（ｂ）は各燃料噴射弁の付勢力調整部材による第１付勢部材の付勢力の調整後を示すグラフである。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
２ インジェクタ（燃料噴射弁）
１２ ノズルボディ（弁ボディ）
１４ 弁座
１５ 筒部材
１５ａ、１５ｂ 内周
１５ｋ 段付部
２１ 噴孔
３０ ノズルニードル（弁部材）
３１ 当接部
５０ 第１可動コア
６０ 第２可動コア
６２ 環状部
７０ コイル（駆動コイルの一部）
８０ 永久磁石
１００ ＥＣＵ（制御手段）
１００ａ 制御部
１００ｂ 通電方向切換え回路
Ｂ 弁部
Ｓ 電磁駆動部

Claims (5)

1. 噴孔の上流側に弁座を有するノズルボディと、
   前記ノズルボディ内に軸方向移動可能に収容され、前記弁座に離座および着座するノズルニードルと、
   前記ノズルニードルに協働する第１可動コアと、
   前記第１可動コアに軸方向に対峙し、軸方向移動可能な第２可動コアと、
   前記第１可動コアおよび前記第２可動コアを前記ノズルニードルの着座方向に付勢する付勢部材とを備え、
   前記第２可動コアの軸方向位置に応じて前記ノズルニードルのリフト量を可変にする燃料噴射装置において、
   前記第１可動コアおよび前記第２可動コアに磁力を作用可能な駆動コイルと、
   前記磁力に対して前記第２可動コアを反第１可動コア側に吸引および反発可能な永久磁石とを設けるとともに、
   前記付勢部材は、前記第１可動コアを付勢する第１付勢部材と、前記第２可動コアを付勢する第２付勢部材とを有し、前記第２付勢部材の内周側には、前記第１付勢部材と、前記第１付勢部材に所定の荷重を加える付勢力調整部材を設けていることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記永久磁石は、前記第２可動コアの反第１可動コア側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記第２可動コアと前記永久磁石との間には、磁性体が配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記付勢力調整部材の前記第１付勢部材との接触面は、略円筒状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
5. 前記駆動コイルへの通電方向を切換える切換手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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