JP6945743B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２０１６−１１８２０８号公報（特許文献１）に記載されている燃料噴射弁がある。特許文献１の要約には、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、固定コア、ニードル、可動コア、及び、ニードル及び可動コアと磁気コアとの間に電磁吸引力を発生させるコイルを備えた燃料噴射弁が記載されている。

ニードルは、磁性材料から形成され本体より外径が大きいニードル大径部を有する。可動コアは、大径内壁面の内側にニードル大径部が位置し小径内壁面の内側に本体が位置する状態でニードルとともにハウジング内を往復移動可能に固定コアの弁座側に設けられている。可動コアは、シール部と弁座とが当接しているときニードルの第２段差面と固定コアの弁座側の端面との距離が弁座とは反対側の端面と固定コアの端面との距離より長くなるよう形成されている。

特開２０１６−１１８２０８号公報

特許文献１に開示されるような燃料噴射弁では、可動部であるニードル（弁体）や可動コアは、往復運動する際に固定コアや弁座などの周辺部品との摺動部の空間（クリアランス）により傾きや偏心が発生し、噴射動作ごとのニードル４０の動きが安定せず、これにより、弁座３１２とシール部４２との離間により噴孔３１１から噴射される燃料の流量ばらつきが発生する。

本発明の目的は、弁体の偏心を補正することができる燃料噴射弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一例は、弁体と、前記弁体を駆動する可動子と、前記可動子を吸引する磁気コアと、前記磁気コアの下流側に形成される流路を示す磁気コア下流側流路と、を備え、前記可動子は、前記磁気コア下流側流路に接続され、下流側に燃料を流すための流路を示す可動子上流側流路を有し、前記磁気コア下流側流路の下流側開口面と前記可動子上流側流路の上流側開口面との重なりの径方向長さは、前記磁気コア下流側流路の径方向長さより小さい燃料噴射弁において、前記可動子上流側流路は、前記可動子に環状に形成され、かつ下流側に向かって凹む凹み部により構成される。

本発明によれば、弁体の偏心を補正することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例に係る燃料噴射弁の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の可動子近傍の拡大図であり、コイルが非通電の状態を示す断面図である。 図２の状態からコイルが通電状態となって、可動子が開弁方向に動いて、可動子の上端面が弁体の段付き部の下面に衝突した状態を示す断面図である。 図３の状態から更に可動子が変位して、可動子の上端面が固定コアの下端面に衝突した状態を示す断面図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の固定コア及び可動子の燃料流路の接続部近傍の拡大図であり、可動子が軸ずれを起こしていない時の拡大図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の固定コア及び可動子の流路の接続部近傍の拡大図であり、可動子が右方向に軸ずれを起こした状態の拡大図である。 図６と同じ状態を模擬したシミュレーション結果（流速）を示した、燃料噴射弁の可動子近傍を拡大した断面図である。 図６と同じ状態を模擬したシミュレーション結果（圧力）を示した、燃料噴射弁の可動子近傍を拡大した断面図である。 本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁の可動子近傍の拡大図であり、コイルが非通電の状態を示す断面図である。 本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁の固定コア及び可動子の燃料流路の接続部近傍の拡大図であり、可動子が軸ずれを起こしていない時の拡大図である。 本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁の固定コア及び可動子の流路の接続部近傍の拡大図であり、可動子が右方向に軸ずれを起こした状態の拡大図である。 本発明の第１及び第２実施例に係る燃料噴射弁に用いられる可動子の斜視図である。 本発明の第１及び第２実施例に係る燃料噴射弁に用いられる可動子を別の方向から見た斜視図である。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。本実施例の目的は、弁体の傾きや偏心に応じて、それを補正する方向に作用する流体力を用いて弁挙動を安定化させることができる燃料噴射弁を提供することにある。

［第１実施例］
本実施例では、燃料噴射弁の第１実施例として、電磁式燃料噴射弁について説明する。
また図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にも適用可能である。

また本発明は、電磁式燃料噴射弁に限らず、ピエゾ素子や磁歪素子で駆動される燃料噴射弁にも適用可能である。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、燃料噴射弁１００の中心軸線１００ａ（中心線）に沿う方向において、燃料噴射孔１１６の側を下流側、燃料供給口１１２の側を上流側として説明する。また、説明の中で、例えば「上端面」や「下端面」のように上下方向を指定して説明する場合があるが、この上下方向は各図面の上下方向に基づいており、燃料噴射弁の実装状態における上下方向を指定するものではない。

図１は、本発明の実施例に係る燃料噴射弁１００の構造を示す断面図である。

燃料噴射弁１００は、ＥＤＵ１２１（駆動回路：Electric Drive Unit）及びＥＣＵ１２０（エンジンコントロールユニット：Engine Control Unit）により、駆動される。燃料噴射弁１００の駆動装置は、燃料噴射弁１００の駆動電圧を発生する装置であって、図１のＥＤＵ１２１に相当する。ＥＤＵ１２１はＥＣＵ１２０と一体となったものであってもよい。

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１００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て、コイル１０８に電流を供給する。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１００に供給する燃料の圧力や運転条件によってＥＤＵ１２１によって生成され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を変化させる。

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の上端部には燃料供給口１１２が設けられ、下端部に燃料噴射孔１１６が設けられている。燃料は燃料供給口１１２から燃料噴射弁１００の内部に供給され、燃料噴射弁１００の上端部から下端部に向かって中心軸線１００ａに沿う方向に流れ、燃料噴射孔１１６から噴射される。

燃料噴射弁１００は、内部に燃料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及び弁座１１５が形成される。弁体１０１は、弁座１１５と接触してシール部を形成する。コイル１０８に通電がないときには、弁体１０１が第１ばね１１０によって弁座１１５に押し付けられ、燃料をシールする構造となっている。すなわち、弁体１０１及び弁座１１５は協働して燃料噴射孔１１６に至る燃料通路の開閉を行う。

燃料噴射弁１００は、弁体１０１の駆動部として、可動子２０１（可動コア）、固定コア１０７（磁気コア）及びコイル１０８を備える。換言すれば、可動子２０１は、弁体１０１を駆動する。可動子２０１、固定コア１０７及びヨーク１０９により磁気回路が形成される。コイル１０８は固定コア１０７の外周側に配置され、ヨーク１０９はコイル１０８の外周側を覆うように配置される。コイル１０８に通電することにより、可動子２０１と固定コア１０７との間に磁気的な吸引力（電磁吸引力）を発生させ、弁体１０１を開弁方向に駆動する。すなわち、固定コア１０７（磁気コア）は、可動子２０１を吸引する。

固定コア１０７と可動子２０１とは、可動子２０１の燃料供給口１１２側の端面である上端面２０１Ａ（図２参照）と固定コア１０７の弁座１１５側の端面である下端面１０７Ｂ（図２参照）とが対向するように配置される。磁気的な吸引力は可動子２０１の上端面２０１Ａと固定コア１０７の下端面１０７Ｂとの間に作用する。

可動子２０１は、固定コア１０７に対して、可動コアと呼ばれる場合もある。

本実施例では、可動子２０１、固定コア１０７及びコイル１０８は電磁駆動部として構成される。燃料噴射弁１００の駆動部は、ピエゾ素子や磁歪素子等で構成される駆動部であってもよい。

弁体１０１及び可動子２０１は、筒状部材で構成されるノズルホルダ１１１に内包され、可動部を構成する。弁体１０１と可動子２０１とは別体で独立した構成である。すなわち、可動子２０１と弁体１０１とは異なる部材として構成され、弁体１０１は可動子２０１に対して開閉弁方向に相対変位可能に構成されている。なお、可動子２０１の弁体１０１に対する開弁方向への変位は、弁体１０１の段付き部１２９によって規制される。

弁体１０１は、可動子２０１の径方向（中心軸線１００ａに垂直な方向）の中央部に形成された貫通孔１２８に挿通され、固定コア１０７側の端部の近傍に段付き部１２９を有する。すなわち、弁体１０１は、可動子２０１と係合する段付き部１２９（つば部）を有する。

弁体１０１及び可動子２０１は、開閉弁動作を行う際に、段付き部１２９が可動子２０１と係合することにより、一体となって連動する。段付き部１２９が可動子２０１と係合していない状態では、弁体１０１と可動子２０１とは、中心軸線１００ａに沿う方向（開閉弁方向）において相対変位可能なように、独立した構成である。

弁体１０１の上端にはキャップ１３２が取り付けられており、キャップ１３２の上端面１３２Ｄ（図２参照）が第１ばね１１０の下端部と当接している。第１ばね１１０は調整子５４とキャップ１３２との間に圧縮された状態で設けられており、弁体１０１は第１ばね１１０により下流方向（閉弁方向）に付勢される。

第１ばね１１０は弁体１０１を閉弁方向に付勢するため、閉弁スプリングと呼ばれる場合もある。調整子５４は固定コア１０７の貫通孔１０７Ｃ内に圧入固定され、中心軸線１００ａに沿う方向における固定位置を調整することにより、弁体１０１に対する第１ばね１１０の付勢力が調整される。

また本実施例では、弁体１０１の予備リフトを可能にするために、キャップ１３２と、可動子２０１及び段付き部１２９との間に第２ばね１３４（中間スプリング）及び中間部材１３３が設けられている。換言すれば、中間部材１３３は、閉弁状態において、段付き部１２９（つば部）と可動子２０１の間に空隙を形成する。

予備リフトは、開弁時に、弁体１０１が閉弁した状態のまま、可動子２０１が開弁方向への移動（リフト）を開始する動作である。この予備リフトについては後で詳細に説明する。

なお、ノズルホルダ１１１に設けられたスプリング保持部材１１４と可動子２０１との間に、第３ばね２０４（ゼロスプリング）が圧縮状態で設けられる。可動子２０１は、第３ばね２０４によって開弁方向に付勢されている。

ＥＤＵ１２１よりコイル１０８に駆動電流が流れることで、固定コア１０７と可動子２０１と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、可動子２０１が固定コア１０７に向かって移動する際に可動子２０１が弁体１０１と係合して弁体１０１をリフトし、燃料噴射弁１００を開弁させる。

ここで、弁体１０１の閉弁状態における構成について、図２を用いて、詳細に説明する。図２は、本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁１００の可動子２０１近傍の拡大図であり、コイル１０８が非通電の状態を示す断面図である。なお、図２には図示していないが、弁体１０１は弁座１１５に接触することで閉弁状態となっている。

弁体１０１の弁座１１５側とは反対側の端部には、弁体１０１の中で外径が最も大きい段付き部１２９を有する頭部が設けられている。段付き部１２９は弁体１０１の外周面から鍔状に張り出した鍔部（拡径部）を構成する。段付き部１２９の上面１２９Ａ（上端面）から上部には、段付き部１２９の外径よりも小径の突起部１３１が設けられており、突起部１３１の上端部には第１ばね１１０（閉弁スプリング）の着座面である上端面１３２Ｄが形成されたキャップ１３２が設けられている。キャップ１３２は突起部１３１に圧入固定されている。

可動子２０１は弁体１０１が貫通する貫通孔１２８を中央に備える。ノズルホルダ１１１にはスプリング保持部材１１４が取り付けられる。可動子２０１とスプリング保持部材１１４の間には、第３ばね２０４（ゼロスプリング）が取り付けられる。

具体的には、第３ばね２０４は一端部が燃料噴射弁１００の本体側（本実施例ではノズルホルダ１１１に取り付けられたスプリング保持部材１１４）に支持され、他端部が可動子２０１の下端面２０１Ｂに当接しており、可動子２０１を開弁方向（スプリング保持部材１１４から引き離す方向）に付勢している。すなわち第３ばね２０４は、可動子２０１に対して固定コア１０７側とは反対側に配置され、可動子２０１を開弁方向に付勢する。

第３ばね２０４の付勢力（セット荷重）は第１ばね１１０による付勢力（セット荷重）とは逆向きに可動子２０１に作用している。すなわち、第１ばね１１０は弁体１０１を閉弁方向に付勢し、第３ばね２０４（ゼロスプリング）は可動子２０１を固定コア１０７の側とは反対側から開弁方向に付勢している。なお、第１ばね１１０の一端部は燃料噴射弁１００の本体側（本実施例では調整子５４の下端面５４Ａ）に支持されている。

可動子２０１の上端面２０１Ａ側に中間部材１３３が設けられている。中間部材１３３の下端面１３３Ｄ側（下面側）には上方に向けて凹部１３３Ａが形成されており、この凹部１３３Ａは弁体１０１の段付き部１２９が収まる直径（内径）と深さを有している。

すなわち、凹部１３３Ａの直径（内径）は段付き部１２９の直径（外径）よりも大きく、凹部１３３Ａの深さ寸法は段付き部１２９の上面１２９Ａと下面１２９Ｂとの間の長さ寸法よりも大きい。なお、中間部材１３３の凹部１３３Ａの深さ寸法から段付き部１２９の上面１２９Ａと下面１２９Ｂとの間の高さ寸法（間隔）を引いた長さ寸法が、間隙ｇ１の長さ寸法となっている。

凹部１３３Ａの底面１３３Ｅ（底部）には弁体１０１の突起部１３１が貫通する貫通孔１３３Ｂが形成されている。中間部材１３３とキャップ１３２との間には第２ばね１３４（中間スプリング）が保持されており、中間部材１３３の上端面１３３Ｃは第２ばね１３４の一端部が当接するばね座を構成する。

第３ばね２０４（ゼロスプリング）による付勢力Ｆｚの絶対値は、第２ばね１３４（中間スプリング）の付勢力Ｆｍの絶対値より小さくなるように、各ばね２０４，１３４の付勢力が設定されている。このため、第２ばね１３４は、中間部材１３３を介して可動子２０１を固定コア１０７側から閉弁方向（弁座１１５側）に付勢する。

その結果、図２の状態では、中間部材１３３の凹部１３３Ａの底面１３３Ｅと弁体１０１の段付き部１２９の上面１２９Ａとが接触すると共に中間部材１３３の下端面１３３Ｄと可動子２０１の上端面２０１Ａとが接触し、弁体１０１の段付き部１２９の下面１２９Ｂと可動子２０１の上端面２０１Ａとが離間して、下面１２９Ｂと上端面２０１Ａとの間に間隙ｇ１が存在する。間隙ｇ１は予備リフトにおける可動子２０１の移動を可能にする。

本実施例では、予備リフトを可能にするために、弁体１０１は、段付き部１２９と、中間部材１３３と、第２ばね１３４と、を備える。段付き部１２９は、可動子２０１に対して固定コア１０７側の当接部（上端面２０１Ａ）で当接して可動子２０１の固定コア１０７側への相対変位を規制する。中間部材１３３は、段付き部１２９に当接する可動子２０１の当接部（上端面２０１Ａ）と可動子２０１に当接する段付き部１２９の当接部（下面１２９Ｂ）との間に間隙ｇ１を形成する。第２ばね１３４は、中間部材１３３を閉弁方向に付勢する。中間部材１３３及び第２ばね１３４は、弁体１０１に一体に組み付けられている。

本実施例では、固定コア１０７の下端面１０７Ｂが可動子２０１の開弁方向（上流方向）の変位を規制する可動子変位規制部を構成する。閉弁時において、可動子２０１の上端面２０１Ａと固定コア１０７の下端面１０７Ｂ（可動子変位規制部）との間の間隙の長さ（距離）ｇ２は、弁体１０１の段付き部１２９の下面１２９Ｂと可動子２０１の上端面２０１Ａとの間に存在する間隙ｇ１よりも大きく設定される。

中間部材１３３の上方に位置するキャップ１３２の上端部には径方向に張り出した鍔部１３２Ａが形成されており、鍔部１３２Ａの下端面１３２Ｂに第２ばね１３４の他端部が当接するばね座が構成されている。キャップ１３２の鍔部１３２Ａの下端面１３２Ｂから下方に筒状部１３２Ｃが形成されており、筒状部１３２Ｃに突起部１３１が圧入固定されている。

キャップ１３２と中間部材１３３とがそれぞれ第２ばね１３４のばね座を構成するため、中間部材１３３の貫通孔１３３Ｂの直径（内径）はキャップ１３２の鍔部１３２Ａの直径（外径）よりも小さい。従って、中間部材１３３と第２ばね１３４とは、キャップ１３２と突起部１３１との圧入工程の前に、弁体１０１に組み付けられる。

本実施例では、第１ばね１１０、第２ばね１３４、及び第３ばね２０４は、コイルばねで構成されると共に、燃料噴射弁１００の中心軸線１００ａに沿う方向において同列（一列）に配置される。

これにより、燃料噴射弁１００の径方向寸法の増大を抑制することができる。

固定コア１０７の上流から流れる燃料は、貫通孔１０７Ｃ内を通り、下流側へと流れる。固定コア１０７の下流側には、貫通孔１０７Ｃと同心の円筒内径１０７Ｄが設けられている。円筒内径１０７Ｄは、貫通孔１０７Ｃと滑らかに接続し、円筒内径１０７Ｄと中間部材１３３の最外径面１３３Ｆとの間に流路１０７Ｄ−１３３Ｆを構成する。

ここで、流路１０７Ｄ−１３３Ｆは、固定コア１０７（磁気コア）の下流側に形成される流路を示す磁気コア下流側流路と呼んでもよい。本実施例では、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）は、弁体１０１の外径部と固定コア１０７（磁気コア）の内径部との間に形成される。換言すれば、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）は、段付き部１２９（つば部）と固定コア１０７（磁気コア）との間に形成される。詳細には、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）は、中間部材１３３の外周面と固定コア１０７（磁気コア）の内周面との間に形成される。これらにより、固定コア１０７（磁気コア）の下流側に環状の流路が形成される。

固定コア１０７（磁気コア）の下流側の内径である円筒内径１０７Ｄは、貫通孔１０７Ｃ（磁気コアの上流側の内径）よりも大きい。これにより、例えば、第１ばね１１０の軸ずれを貫通孔１０７Ｃで抑えつつ、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）の断面積を確保することができる。貫通孔１０７Ｃは、固定コア１０７（磁気コア）の中心軸方向に形成される。

燃料は中間部材１３３の最外径面１３３Ｆと円筒内径１０７Ｄとが構成する流路１０７Ｄ−１３３Ｆを、可動子側へと流れる。この時、図２では固定コア１０７の貫通孔１０７Ｃと円筒内径１０７Ｄは、異なる直径の面として表されているが、同一直径の面であっても良い。また、流路１０７Ｄ−１３３Ｆは、円筒内径１０７Ｄと中間部材１３３の最外径面１３３Ｆから構成されるため、軸方向から見て環状の流路となっている。

可動子２０１の上端面２０１Ａには、環状の流路１０７Ｄ−１３３Ｆと同様に環状の流路を成す可動子２０１の上流側流路２０１Ｃが設けられている（図１１参照）。

ここで、上流側流路２０１Ｃは、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）に接続され、下流側に燃料を流すための流路を示す可動子上流側流路と呼んでもよい。上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）は、可動子２０１に環状に形成され、かつ下流側に向かって凹む凹み部により構成される。これにより、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）から上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）へ燃料が中心軸線１００ａに対して回転対称に流れる。

可動子２０１の上流側流路２０１Ｃは、上記固定コア１０７の下流側の環状の流路１０７Ｄ−１３３Ｆに対向する。可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの下流側は、可動子２０１の下端面２０１Ｂに設けられた連通孔２０１Ｄ（図１２参照）と接続し、可動子２０１内の流路を構成している。

すなわち、可動子２０１には、上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）の下流側開口面と繋がるとともに、上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）の下流側開口面よりも大きい断面積である上流側開口面を有する連通孔２０１Ｄ（可動子下流側流路）が形成される。連通孔２０１Ｄ（可動子下流側流路）は、可動子２０１に円筒形状で複数、形成される。連通孔２０１Ｄを円筒形状とすることで、例えば、加工が容易となる。

上流側流路２０１Ｃと連通孔２０１Ｄとの関係は、次の通りである。連通孔２０１Ｄは、複数の連通孔で構成される。連通孔２０１Ｄの断面積が、上流側流路２０１Ｃの下流側開口面より大きくなるため、上流側流路２０１Ｃ内を流れる燃料を下流側に円滑に流すことができる。

可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向外側の内向面２０１Ｅの直径φＤ１は、固定コア１０７の円筒内径１０７Ｄの直径φＤ２より小さく、可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向内側の外向面２０１Ｆの直径φＤ３は、中間部材１３３の最外径面１３３Ｆの直径φＤ４より大きく設定される。

図３を参照して、開弁時における可動子２０１の初動状態について説明する。

図３は、図２の状態からコイル１０８が通電状態となって、可動子２０１が開弁方向に動いて、可動子２０１の上端面２０１Ａが弁体１０１の段付き部１２９の下面１２９Ｂに衝突した状態を示す断面図である。

図２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固定コア１０７、ヨーク１０９及び可動子２０１に磁束が生じ、固定コア１０７と可動子２０１との間に磁気吸引力が発生する。

式（１）は、可動子２０１が開弁方向への運動を開始するときの、磁気吸引力Ｆａ、第２ばね１３４（中間スプリング）の付勢力Ｆｍ、及び第３ばね２０４（ゼロスプリング）の付勢力Ｆｚの関係を示している。

式（１）に示すように、可動子２０１と固定コア１０７の間に作用する磁気吸引力Ｆａが、第２ばね１３４の付勢力Ｆｍと第３ばね２０４の付勢力Ｆｚの差よりも大きくなると、可動子２０１は固定コア１０７側に吸引されて開弁方向の運動を開始する。

図３では、弁体１０１が閉弁状態を維持した状態で、可動子２０１が間隙ｇ１分だけ固定コア１０７側に変位した状態を示している。すなわち、可動子２０１が中間部材１３３を持ち上げ、可動子２０１の上端面２０１Ａは弁体１０１の段付き部１２９の下面１２９Ｂに接触する。このとき、中間部材１３３の底面１３３Ｅと段付き部１２９の上面１２９Ａとの間には、間隙ｇ1に相当する間隙が形成される。図２では固定コア１０７と可動子２０１の上端面２０１Ａとの間には間隙ｇ２が存在していたが、図３では間隙はｇ２’（ｇ２’＝ｇ２−ｇ１）に減少する。

このとき、可動子２０１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、間隙ｇ１（予備リフト）が設定されていることで可動子２０１の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４は、図３の状態から更に可動子２０１が変位して、可動子２０１の上端面２０１Ａが固定コア１０７の下端面１０７Ｂに衝突した状態を示す断面図である。

図４では、可動子２０１の上端面２０１Ａが固定コア１０７の下端面１０７Ｂに衝突し、弁体１０１が上流方向へ向かう動きが規制される。結果として、弁体１０１は、間隙ｇ２’に相当する距離（ｇ２−ｇ１）だけリフトされる。

燃料噴射弁１００は、可動部である弁体１０１や可動子２０１を滑らかに往復移動させるため、それぞれの部品と周辺部品との間には隙間（クリアランス）が設けられている。例えば、スプリング保持部材１１４の貫通孔１１４Ａ（図２参照）と弁体１０１との間であり、可動子２０１の貫通孔１２８（図２参照）と弁体１０１との間である。図には記載されていないが、弁体１０１の弁座１１５に近い側にも周辺部品との摺動する箇所で隙間が設けられている。

そのため、上記隙間の範囲内で、弁体１０１や可動子２０１は傾きや偏心が許容され、燃料噴射弁の中心軸線１００ａから軸ずれを起こす。図２の閉弁状態においては、第１ばね１１０の付勢力の偏りなどによって、弁体１０１や可動子２０１はそれぞれの中心軸線が中心軸線１００ａからずれて組み付けられた状態となっている。

ここで、固定コア１０７の下流側、可動子２０１の上流側、中間部材１３３及び弁体１０１周辺の拡大断面図を図５、図６に示す。

図５は、可動子２０１が弁体１０１をリフトし、固定コア１０７の下端面１０７Ｂと可動子２０１の上端面２０１Ａとの隙間がｇ２’’（ｇ２’＞ｇ２’’＞０）となった場合で、軸ずれを起こしていない時の各部品の位置関係を示している。

この状態では、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｄ−１３３Ｆに関し、中心軸線１００ａを中心として左右の流路の径方向長さＬ１１とＬ１２は等しい。また、可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの左右の流路の径方向長さＬ２１とＬ２２は変わらない。さらに、可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向外側の内向面２０１Ｅの直径φＤ１は、固定コア１０７の円筒内径１０７Ｄの直径φＤ２より小さく、可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向内側の外向面２０１Ｆの直径φＤ３は、中間部材１３３の最外径面１３３Ｆの直径φＤ４より大きく設定されていることから、次の式（２）が成り立つような構成となっている。

ここで、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）の下流側開口面と上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）の上流側開口面との重なりの径方向長さ（Ｌ２１、Ｌ２２）は、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）の径方向長さ（Ｌ１１、Ｌ１２）より小さい。これにより、燃料の流路の断面積が絞られる。

本実施例では、開弁状態において、上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）の上流側開口面の全てが流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）の下流側開口面と径方向において重なる。これにより、開弁状態において、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）に対する上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）の位置が限定される。

また、可動子２０１が設定範囲内（各部品のクリアランスから定まる範囲内）で径方向に移動した場合にも、上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）の上流側開口面の全てが流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）の下流側開口面と径方向において重なる。これにより、可動子２０１が径方向に移動した場合でも、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）のと下流側開口面と上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）の上流側開口面の重なりの面積は変わらない。

なお、上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）の径方向長さ（Ｌ２１、Ｌ２２）は、流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）の径方向長さ（Ｌ１１、Ｌ１２）以下である。これにより、上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）の断面積は流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（磁気コア下流側流路）の断面積以下となる。

図６は、可動子２０１が弁体１０１をリフトし、固定コア１０７の下端面１０７Ｂと可動子２０１の上端面２０１Ａとの隙間がｇ２’’（ｇ２’＞ｇ２’’＞０）となった場合であり、さらに、弁体１０１や可動子２０１が部品間の隙間によって許容されるだけ図の右方向に軸ずれを起こした状態（燃料噴射弁１００の中心軸線１００ａに対し可動子２０１の中心軸線２０１ａが右方向にずれた状態）を示している。

この状態において、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｄ−１３３Ｆは、弁体１０１や可動子２０１が軸ずれした右方向（図６の右側の部分）では、中間部材１３３が弁体１０１とともに右方向へ移動するため最外径面１３３Ｆは固定コア１０７の円筒内径１０７Ｄに近づき、右方向の流路の径方向長さＬ１１’は前記Ｌ１１より小さくなり、反対に軸ずれと逆の左方向（図６の左側の部分）では、最外径面１３３Ｆは円筒内径１０７Ｄから遠ざかるため、左方向の流路の径方向長さＬ１２’は前記Ｌ１２より大きくなる。可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの右方向の流路の径方向長さＬ２１と左方向の流路の径方向長さＬ２２は変わらないことから、次の式（３）が成立する。

換言すれば、可動子２０１が径方向に移動した場合に、可動子２０１の移動方向の側に形成される流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（第１磁気コア下流側流路）の径方向長さＬ１１’に対する、可動子２０１の移動方向の側に形成される上流側流路２０１Ｃ（第１可動子上流側流路）の径方向長さＬ２１の比が、可動子２０１の移動方向と反対側に形成される流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（第２磁気コア下流側流路）の径方向長さＬ１２’に対する、可動子２０１の移動方向と反対側に形成される上流側流路２０１Ｃ（第２可動子上流側流路）の径方向長さＬ２２の比よりも大きくなる。これにより、後述するように、可動子２０１の移動方向と反対側の方向に差圧力が生じる。

ここで、可動子２０１が径方向に移動した場合に、可動子２０１の移動方向の側に形成される流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（第１磁気コア下流側流路）の径方向長さＬ１１’に対し、可動子２０１の移動方向と反対側に形成される流路１０７Ｄ−１３３Ｆ（第２磁気コア下流側流路）の径方向長さＬ１２’が大きくなる。これにより、可動子２０１の移動方向と反対側の流量の変化が、可動子２０１の移動方向の側の流量の変化よりも大きくなる。

詳細には、軸ずれ方向（右方向）の固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｄ−１３３Ｆと可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向長さの比Ｌ２１／Ｌ１１’が１に近づくことは、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｄ−１３３Ｆから可動子２０１の上流側流路２０１Ｃに接続する部分で燃料流れの変化が小さいことを示す。逆に、一方（右方向）の軸ずれと逆方向（左方向）の固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｄ−１３３Ｆと可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向長さの比Ｌ２２／Ｌ１２’がより小さくなることは、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｄ−１３３Ｆから可動子２０１の上流側流路２０１Ｃに接続する部分で流路面積が絞られ、燃料流れの変化が大きくなることを示す。

一般的に流路面積が絞られると、その部分で流速が速くなり、圧力が下がることがベルヌーイの定理で知られており、図６の軸ずれ方向（右方向）とは逆の左方向の流路Ｌ１２’とＬ２２の間でもこの定理が成り立つ。

この効果を検証するために流体解析を用いて図６と同じ状態を模擬してシミュレーションした結果を図７Ａ、７Ｂに示す。

図７Ａは可動子２０１周辺における流速分布を示したものであり、図７Ｂは圧力分布を示したものである。表示はいずれも青に近いほど値が低く、赤に近いほど値が高い。また、本シミュレーションは、燃料噴射弁の内部流路全体を３次元で計算し、周辺の構造物を透過表示した上に中心軸線１００ａを通る断面のみを表示したものである。

図７Ａの流速分布では、中心軸線１００ａを中心として左右の可動子付近の燃料流路（図中の枠内）の流速を比較すると、左側の流路の流速が大きく、右側の流路の流速が小さい。また、図７Ｂの圧力分布では、中心軸線１００ａを中心として左右の可動子付近の燃料流路（図中の枠内）の圧力を比較すると、左側の流路の圧力状態が低く、右側の流路の圧力状態が高いことが判る。このとき、左右の圧力の差によって圧力の高い方（右方向）から低い方（左方向）への差圧力が可動子２０１に掛かる。

つまり、軸ずれ方向（右方向）とは逆方向（左方向）の差圧力Ｆｐが作用することとなり、軸ずれ（偏心）を補正する効果がある。すなわち、弁体（ニードル）の傾きや偏心に応じて、それを補正する方向に作用する流体力を用いて弁挙動を安定化させることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、弁体の偏心を補正することができる。固定コアと可動子に設けられた流路を流れる燃料流れを利用し、可動子の軸ずれ方向とは逆方向に作用する流体力を意図的に生み出すことができる。これにより、可動子の軸ずれを小さくし、したがって、弁体の傾きや偏心を小さくすることができ、弁挙動の安定化に効果がある。

［第２実施例］
図８を用いて、本発明に係る第２実施例の構成について説明する。図８は、本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁１００の可動子２０１近傍の拡大図であり、コイル１０８が非通電の状態を示す断面図である。第１実施例と同様な構成や動作には、第１実施例と同じ符号を付し、説明を省略する。なお、図８には図示していないが、弁体１０１は弁座部材１０２に設けられた弁座１１５に接触することで、閉弁状態となっている。

第２実施例は、第１実施例とは燃料が流れる流路が異なる構成となっている他は大きな違いはないので、流路の構成を中心に説明する。

固定コア１０７の上流から流れる燃料は、貫通孔１０７Ｃ内を通り、下流側へと流れる。固定コア１０７の下端面１０７Ｂには、ノズルホルダ１１１と接する外径部と貫通孔１０７Ｃとの間に中心軸線１００ａと同心の溝状（円筒状）の流路１０７Ｆが設けられている。

すなわち、流路１０７Ｆ（磁気コア下流側流路）は、固定コア１０７（磁気コア）の内周面と固定コア１０７の外周面との間に形成される。これにより、第１実施例と比較して、磁気コア１０７が軽量化される。詳細には、流路１０７Ｆ（磁気コア下流側流路）は、固定コア１０７（磁気コア）に環状に形成され、かつ上流側に向かって凹む凹み部により構成される。これにより、流路１０７Ｆ（磁気コア下流側流路）から上流側流路２０１Ｃ（可動子上流側流路）へ燃料が中心軸線１００ａに対して回転対称に流れる。流路１０７Ｆは中心軸線１００ａの軸方向から見て環状の流路である。

流路１０７Ｆの上流部は、貫通孔１０７Ｃと接続する複数の径方向の連通孔１０７Ｅと連結されている。すなわち、連通孔１０７Ｅは、固定コア１０７（磁気コア）の径方向に形成され、貫通孔１０７Ｃと流路１０７Ｆ（磁気コア下流側流路）とを連通する。これにより、燃料が貫通孔１０７Ｃから流路１０７Ｆへバイパスされる。

貫通孔１０７Ｃと中間部材１３３の最外径面１３３Ｆとの間に隙間があるが、流路１０７Ｆと比べて十分に小さい。これにより、貫通孔１０７Ｃの上流部から流れる燃料は、主に連通孔１０７Ｅと流路１０７Ｆを通って下流側に流れる。

可動子２０１の上端面２０１Ａには、第１実施例と同様の環状の可動子２０１の上流側流路２０１Ｃ（環状スリット）が設けられている。可動子２０１の上流側流路２０１Ｃは、固定コア１０７の下流側の環状の流路１０７Ｆに対向する。可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの下流側は、可動子２０１の下端面２０１Ｂに設けられた連通孔２０１Ｄと接続し、可動子２０１内の流路を構成している。

可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向外側の内向面２０１Ｅの直径φＤ１１は、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆの径方向外側の内向面１０７Ｇの直径φＤ１２より小さく、可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向内側の外向面２０１Ｆの直径φＤ１３は、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆの径方向内側の外向面１０７Ｈの直径φＤ１４より小さく設定される。図８では、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆの径方向の流路幅と可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向の流路幅は同一としているが、異なっていても良い。

ここで、固定コア１０７の下流側、可動子２０１の上流側及び弁体１０１周辺の拡大断面図を図９、図１０に示す。

図９は、可動子２０１が弁体１０１をリフトし、固定コア１０７の下端面１０７Ｂと可動子２０１の上端面２０１Ａとの隙間がｇ２’’（ｇ２−ｇ１＞ｇ２’’＞０）となった場合で、軸ずれを起こしていない時の各部品の位置関係を示している。

この状態では、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆと、可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの位置関係は、中心軸線１００ａを中心として左右対称となっている。すなわち、可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向外側の内向面２０１Ｅは、固定コアの下流側の流路１０７Ｆの径方向外側の内向面１０７Ｇより径方向に中心側に位置し、可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向内側の外向面２０１Ｆは、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆの径方向内側の外向面１０７Ｈより径方向に中心側に位置している。

これにより、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆから可動子２０１の上流側流路２０１Ｃに燃料が流れる場合に、その接続部で固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆの径方向内側の外向面１０７Ｈと可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向外側の内向面２０１Ｅにより流路が絞られることとなる。この時、流路が狭まる部分の径方向の幅は、右側の流路幅Ｌ１と左側の流路幅Ｌ２で表され、図９の状態では、左右の位置関係は対称のため、Ｌ１＝Ｌ２が成り立つ。

図１０は、可動子２０１が弁体１０１をリフトし、固定コア１０７の下端面１０７Ｂと可動子２０１の上端面２０１Ａとの隙間がｇ２’’（ｇ２−ｇ１＞ｇ２’’＞０）となった場合であり、さらに、弁体１０１や可動子２０１が部品間の隙間によって許容されるだけ図の右方向に軸ずれを起こした状態（燃料噴射弁１００の中心軸線１００ａに対し可動子２０１の中心軸線２０１ａが右方向にずれた状態）を示している。

この状態では、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆと、可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの位置関係は、中心軸線１００ａを中心として左右非対称となる。すなわち、軸ずれ方向（右方向）の可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの径方向外側の内向面２０１Ｅは、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆの径方向外側の内向面１０７Ｇに径方向に近づき、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆの径方向内側の外向面１０７Ｈから遠ざかることから、流路の狭まる部分の流路幅Ｌ１’（外向面１０７Ｈと内向面２０１Ｅとの間の距離）は図９のＬ１より大きくなる。また、軸ずれと逆方向（左方向）の可動子２０１の上流側流路２０１Ｃの内向面２０１Ｅは、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆの内向面１０７Ｇより径方向に遠ざかり、固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆの外向面１０７Ｈに近づくことから、流路の狭まる部分の流路幅Ｌ２’は図９のＬ２より小さくなる。

これにより、軸ずれと逆方向（左方向）の固定コア１０７の下流側の流路１０７Ｆから可動子２０１の上流側流路２０１Ｃへの流路接続部分で、ベルヌーイの定理により、流速が速くなり、圧力が下がる。そして、左右の流路の圧力差により、軸ずれと逆方向（左方向）の差圧力が作用することとなり、軸ずれ（偏心）を補正する効果がある。

すなわち、弁体（ニードル）の傾きや偏心に応じて、それを補正する方向に作用する流体力を用いて弁挙動を安定化させることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、弁体の偏心を補正することができる。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本実施例では、予備リフトのため中間部材１３３を用いているが、用いなくてもよい。
図１２の例では、連通孔２０１Ｄは４個であるが、個数は任意である。なお、可動子２０１の偏心の補正のため連通孔２０１Ｄの周方向の間隔は等しくすることが望ましい。

５４…調整子
１０１…弁体
１０２…弁座部材
１０７…固定コア
１１０…第１ばね（閉弁スプリング）
１１５…弁座
１１６…燃料噴射孔
１３２…キャップ
１３３…中間部材
１０３…第２ばね（中間スプリング）
２０４…第３ばね（ゼロスプリング）
１１２…燃料供給口
２０１…可動子

Claims (14)

1. 弁体と、前記弁体を駆動する可動子と、前記可動子を吸引する磁気コアと、前記磁気コアの下流側に形成される流路を示す磁気コア下流側流路と、を備え、
   前記可動子は、前記磁気コア下流側流路に接続され、下流側に燃料を流すための流路を示す可動子上流側流路を有し、前記磁気コア下流側流路の下流側開口面と前記可動子上流側流路の上流側開口面との重なりの径方向長さは、前記磁気コア下流側流路の径方向長さより小さい燃料噴射弁において、
   前記可動子上流側流路は、前記可動子に環状に形成され、かつ下流側に向かって凹む凹み部により構成された燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記可動子が径方向に移動した場合に、
   前記可動子の移動方向の側に形成される第１磁気コア下流側流路の径方向長さＬ１１’に対する前記可動子の前記移動方向の側に形成される第１可動子上流側流路の径方向長さＬ２１の比が、前記可動子の前記移動方向と反対側に形成される第２磁気コア下流側流路の径方向長さＬ１２’に対する前記可動子の前記移動方向と反対側に形成される第２可動子上流側流路の径方向長さＬ２２の比よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。
3. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記可動子には、前記可動子上流側流路の下流側開口面と繋がるとともに、前記可動子上流側流路の前記下流側開口面よりも大きい断面積である上流側開口面を有する可動子下流側流路が形成された燃料噴射弁。
4. 請求項３に記載の燃料噴射弁において、
   前記可動子下流側流路は、
   前記可動子に円筒形状で複数、形成された燃料噴射弁。
5. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   開弁状態において、前記可動子上流側流路の前記上流側開口面の全てが前記磁気コア下流側流路の前記下流側開口面と径方向において重なるように構成された燃料噴射弁。
6. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記磁気コア下流側流路は、前記弁体の外径部と前記磁気コアの内径部との間に形成され、
   前記可動子が径方向に移動した場合に、前記可動子の移動方向の側に形成される第１磁気コア下流側流路の径方向長さＬ１１’に対し、前記可動子の前記移動方向と反対側に形成される第２磁気コア下流側流路の径方向長さＬ１２’が大きくなるように構成された燃料噴射弁。
7. 請求項５に記載の燃料噴射弁において、
   前記可動子が設定範囲内で径方向に移動した場合に、
   前記可動子上流側流路の前記上流側開口面の全てが前記磁気コア下流側流路の前記下流側開口面と径方向において重なるように構成された燃料噴射弁。
8. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記弁体は、前記可動子と係合するつば部を有し、
   前記磁気コア下流側流路は、前記つば部と前記磁気コアとの間に形成される燃料噴射弁。
9. 請求項８に記載の燃料噴射弁において、
   閉弁状態において、前記つば部と前記可動子の間に空隙を形成する中間部材をさらに備え、
   前記磁気コア下流側流路は、前記中間部材の外周面と前記磁気コアの内周面との間に形成される燃料噴射弁。
10. 請求項９に記載の燃料噴射弁において、
    前記磁気コアの下流側の内径は、前記磁気コアの上流側の内径よりも大きい燃料噴射弁。
11. 請求項９に記載の燃料噴射弁において、
    前記可動子上流側流路の径方向長さは、前記磁気コア下流側流路の径方向長さ以下である燃料噴射弁。
12. 弁体と、前記弁体を駆動する可動子と、前記可動子を吸引する磁気コアと、前記磁気コアの下流側に形成される流路を示す磁気コア下流側流路と、を備え、
    前記可動子は、前記磁気コア下流側流路に接続され、下流側に燃料を流すための流路を示す可動子上流側流路を有し、前記磁気コア下流側流路の下流側開口面と前記可動子上流側流路の上流側開口面との重なりの径方向長さは、前記磁気コア下流側流路の径方向長さより小さい燃料噴射弁において、
    前記磁気コア下流側流路は、前記磁気コアの内周面と前記磁気コアの外周面との間に形成される燃料噴射弁。
13. 請求項１２に記載の燃料噴射弁において、
    前記磁気コア下流側流路は、前記磁気コアに環状に形成され、かつ上流側に向かって凹む凹み部により構成された燃料噴射弁。
14. 請求項１３に記載の燃料噴射弁において、
    前記磁気コアは、
    前記磁気コアの中心軸方向に形成される貫通孔と、
    前記磁気コアの径方向に形成され、前記貫通孔と前記磁気コア下流側流路とを連通する連通孔と、を有する燃料噴射弁。

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