JP2011127578A - インジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】インジェクタ１の開弁動作において、弁体３に対し軸方向に作用する燃料圧の付勢力が電磁吸引力に抗しない状態を作り出すとともに、閉弁動作において、燃料圧の付勢力が弁体３を閉弁側に駆動できる状態を作り出す。
【解決手段】アウターニードル２４の内周径（摺動軸部４２の径）φＤ２を、シート部３０の径φＤ１に等しくするとともに、膨出部３７の後端面４０（第２スプリング室３９の燃料圧の受圧面）の径φＤ３を摺動軸部４２の径φＤ２よりも大きくする。これにより、インジェクタ１の開弁動作において、弁体３に対し軸方向に作用する燃料圧の付勢力が電磁吸引力に抗しない状態を作り出すとともに、閉弁動作において、燃料圧の付勢力が弁体３を閉弁側に駆動できる状態を作り出すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに燃料を噴射供給するインジェクタに関する。

従来から、インジェクタでは、電磁吸引力により弁体を直接的に駆動して開弁するものが公知となっている。
すなわち、従来のインジェクタは、先端に噴孔を有する弁ボディと、軸方向に摺動自在に支持されて噴孔を開閉する弁体とを備える。そして、インジェクタは、ソレノイドコイルへの通電により、燃料圧の付勢力およびスプリングの付勢力に抗して弁体を電磁吸引して軸方向後方へ移動させ噴孔を開放する。

ところで、近年の噴射圧の高圧化は、必然的にインジェクタ内の燃料圧の高圧化を伴う。このため、噴射圧の高圧化に伴って、弁体を確実に開弁側に駆動するためにソレノイドコイルを高能力化する必要があり、インジェクタの体格が大型化したり、エネルギー消費量が多くなったりしてしまう。

そこで、ソレノイドコイルを高能力化しなくても、弁体を確実に開弁側に駆動できるようにするため、様々な技術的検討が行われている。例えば、特許文献１には、開弁動作において、弁体に対して開弁側に作用する燃料圧と閉弁側に作用する燃料圧とが打ち消し合い、燃料圧全体として弁体に作用する付勢力がゼロとなる構造が開示されている。このため、特許文献１のインジェクタによれば、電磁吸引力はスプリングの付勢力に抗して弁体を移動させることができる程度の大きさで充分となり、噴射圧の高圧化に関わりなく、ソレノイドコイルを高能力化しなくてもよくなる。

しかし、特許文献１のインジェクタによれば、閉弁動作においても燃料圧全体として弁体に作用する付勢力がゼロとなってしまい、弁体はスプリングの付勢力のみで閉弁側に駆動される。このため、弁体の閉弁応答性が低下してしまい、噴射量の指令値が微小である場合に対応できなくなってしまう。

特開２００５−２６４８２２号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、インジェクタの開弁動作において、弁体に対し軸方向に作用する燃料圧の付勢力が電磁吸引力に抗しない状態を作り出すとともに、閉弁動作において、燃料圧の付勢力が弁体を閉弁側に駆動できる状態を作り出すことにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のインジェクタは、先端に噴孔を有する弁ボディと、軸方向に摺動自在に支持されて噴孔を開閉する弁体とを備え、ソレノイドコイルへの通電により弁体を電磁吸引して軸方向後方へ移動させ開弁するものである。

また、弁体は、ソレノイドコイルへの通電により電磁吸引されて軸方向後方に移動するとともに、第１スプリングにより軸方向先方に付勢される筒状のアウターニードルと、アウターニードルの内周側で軸方向に摺動自在に支持されて、アウターニードルの後方に突出するとともに、第２スプリングにより軸方向先方に付勢される棒状のインナーニードルとを有する。

ここで、インナーニードルは、アウターニードルの後方に突出する部分において、径方向に膨出する膨出部を有し、膨出部は、軸方向先方に向かう燃料圧および第２スプリングにより付勢されて所定の係合部と係合する。
そして、インジェクタは、アウターニードルの先端部に設けられたシート部が軸方向後方に移動して弁ボディに設けられたシート面から離座することで開弁するとともに、シート部が軸方向先方に移動してシート面に着座することで閉弁する。

また、インナーニードルは、開弁動作において、軸方向後方に移動を開始したアウターニードルに係合されて、膨出部と係合部との係合を解除するとともに、アウターニードルに遅れて軸方向後方に移動を開始し、閉弁動作において、アウターニードルとの係合状態を保って軸方向先方に移動を開始した後、膨出部と係合部との係合により軸方向先方への移動を停止する。

また、アウターニードルの先端部には、シート部がシート面から離座しているときに、インナーニードルに対し軸方向後方に燃料圧が作用するように、アウターニードルの内周側に燃料を導く開口部が設けられている。
また、膨出部は、軸方向先方に向かって作用する燃料圧の方が軸方向後方に向かって作用する燃料圧よりも大きくなるように組み込まれている。

そして、シート部の有効径をφＤ１、インナーニードルの一部であってアウターニードルにより摺動自在に支持される摺動軸部の有効径をφＤ２、膨出部において軸方向先方に向かって作用する燃料圧の受圧面の有効径をφＤ３とすると、φＤ１、φＤ２およびφＤ３は、φＤ１＝φＤ２＜φＤ３の関係を満たす。

これにより、アウターニードルでは、開弁側（軸方向後方）に作用する燃料圧と閉弁側（軸方向先方）に作用する燃料圧とが開弁動作および閉弁動作を問わず、常時、打ち消し合う。また、インナーニードルは、開弁動作においてアウターニードルと係合して移動を開始するまでの間、電磁吸引力に関わりなく静止している。このため、開弁動作においてインナーニードルが移動を開始するまでの間、アウター、インナーニードルに軸方向に作用する燃料圧全体の付勢力が電磁吸引力に抗しない状態を作り出すことができる。

また、閉弁動作において、アウター、インナーニードルは互いに係合したまま移動を開始するが、アウター、インナーニードルに対し軸方向に作用する燃料圧全体の付勢力は、膨出部において閉弁側に作用する燃料圧の付勢力と開弁側に作用する燃料圧の付勢力との差分に起因する部分だけ閉弁側に作用する。このため、閉弁動作において、燃料圧の付勢力がアウター、インナーニードル全体を閉弁側に駆動できる状態を作り出すことができる。

以上により、インジェクタの開弁動作において、弁体に対し軸方向に作用する燃料圧の付勢力が電磁吸引力に抗しない状態を作り出すとともに、閉弁動作において、燃料圧の付勢力が弁体を閉弁側に駆動できる状態を作り出すことができる。
この結果、噴射圧の高圧化に伴ってソレノイドコイルを高能力化しなくても、弁体を確実に開弁側に駆動することができる。また、弁体の閉弁応答性が低下しないので、噴射量の指令値が微小である場合にも確実に対応できるようになる。

なお、開弁動作において、インナーニードルが移動を開始した後は、アウター、インナーニードルは互いに係合しているため、アウター、インナーニードルに対し軸方向に作用する燃料圧の付勢力は、閉弁動作におけるのと同様の理由により閉弁側に作用する。このため、開弁動作において、インナーニードルが移動を開始した後は、閉弁側に燃料圧の付勢力が作用してしまう。しかし、インナーニードルが移動を開始する時点では、アウターニードルのコア部とステータとの距離が充分に縮小して電磁吸引力が大きくなっているので、支障なくアウター、インナーニードル全体を開弁側に駆動することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のインジェクタは、アウターニードルのコア部と軸方向に対向するように固定され、ソレノイドコイルへの通電によりコア部を電磁吸引することでアウターニードルを軸方向後方へ移動させるステータを備える。そして、ソレノイドコイルへの通電によりアウターニードルが軸方向後方に移動を開始した後、インナーニードルに係合するまでのアウターニードルの軸方向の移動量をｈ１、コア部とステータとの間の軸方向ギャップをｈ２とすると、ｈ１およびｈ２は、ｈ１＜ｈ２の関係を満たす。
これにより、インナーニードルは、開弁動作において確実にアウターニードルに遅れて開弁側に移動を開始することができる。

閉弁状態のインジェクタの全体構成図である。 インナーニードルが開弁側への移動を開始するとき、またはインナーニードルが閉弁側への移動を停止したときのインジェクタの全体構成図である。 アウター、インナーニードルが開弁側への移動を停止したとき、またはアウター、インナーニードルが閉弁側への移動を開始するときのインジェクタの全体構成図である。

実施形態のインジェクタは、先端に噴孔を有する弁ボディと、軸方向に摺動自在に支持されて噴孔を開閉する弁体とを備え、ソレノイドコイルへの通電により弁体を電磁吸引して軸方向後方へ移動させ開弁するものである。

また、弁体は、ソレノイドコイルへの通電により電磁吸引されて軸方向後方に移動するとともに、第１スプリングにより軸方向先方に付勢される筒状のアウターニードルと、アウターニードルの内周側で軸方向に摺動自在に支持されて、アウターニードルの後方に突出するとともに、第２スプリングにより軸方向先方に付勢される棒状のインナーニードルとを有する。

ここで、インナーニードルは、アウターニードルの後方に突出する部分において、径方向に膨出する膨出部を有し、膨出部は、軸方向先方に向かう燃料圧および第２スプリングにより付勢されて所定の係合部と係合する。

ここで、インナーニードルは、アウターニードルの後方に突出する部分において、径方向に膨出する膨出部を有し、膨出部は、軸方向先方に向かう燃料圧により付勢されて所定の係合部と係合する。
そして、インジェクタは、アウターニードルの先端部に設けられたシート部が軸方向後方に移動して弁ボディに設けられたシート面から離座することで開弁するとともに、シート部が軸方向先方に移動してシート面に着座することで閉弁する。

また、インナーニードルは、開弁動作において、軸方向後方に移動を開始したアウターニードルに係合されて、膨出部と係合部との係合を解除するとともに、アウターニードルに遅れて軸方向後方に移動を開始し、閉弁動作において、アウターニードルとの係合状態を保って軸方向先方に移動を開始した後、膨出部と係合部との係合により軸方向先方への移動を停止する。

また、アウターニードルの先端部には、シート部がシート面から離座しているときに、インナーニードルに対し軸方向後方に燃料圧が作用するように、アウターニードルの内周側に燃料を導く開口部が設けられている。
また、膨出部は、軸方向先方に向かって作用する燃料圧の方が軸方向後方に向かって作用する燃料圧よりも大きくなるように組み込まれている。

そして、シート部の有効径をφＤ１、インナーニードルの一部であってアウターニードルにより摺動自在に支持される摺動軸部の有効径をφＤ２、膨出部において軸方向先方に向かって作用する燃料圧の受圧面の有効径をφＤ３とすると、φＤ１、φＤ２およびφＤ３は、φＤ１＝φＤ２＜φＤ３の関係を満たす。

また、インジェクタは、アウターニードルのコア部と軸方向に対向するように固定され、ソレノイドコイルへの通電によりコア部を電磁吸引することでアウターニードルを軸方向後方へ移動させるステータを備える。そして、ソレノイドコイルへの通電によりアウターニードルが軸方向後方に移動を開始した後、インナーニードルに係合するまでのアウターニードルの軸方向の移動量をｈ１、コア部とステータとの間の軸方向ギャップをｈ２とすると、ｈ１およびｈ２は、ｈ１＜ｈ２の関係を満たす。

〔実施例１の構成〕
実施例１のインジェクタ１の構成を、図面を用いて説明する。
インジェクタ１は、例えば、ガソリンエンジン（図示せず）の各気筒に搭載されて、燃焼室（図示せず）に直接的に燃料を噴射するものである。また、インジェクタ１は、例えば、２０ＭＰａもの高圧の燃料を燃焼室に噴射して燃料噴霧を形成する。そして、燃焼室に形成された燃料噴霧は、火花放電により燃焼して出力を発生する。

インジェクタ１は、図１に示すように、燃料を噴射するノズル部２と、ノズル部２の弁体３を駆動するための電磁吸引力を発生させる電磁ソレノイド部４とを備え、後端から噴射圧相当（例えば、２０ＭＰａ）に加圧された高圧の燃料を受け入れるとともに、受け入れた燃料を先端の噴孔５に導き、弁体３を駆動することにより噴孔５を通じて噴射する。

ノズル部２は、噴孔５を開閉する弁体３、先端に噴孔５を有する弁ボディ７、ソレノイドコイル８への通電により励磁されるステータ９および可動コア１０等を有し、弁体３、弁ボディ７、ステータ９および可動コア１０等がホルダパイプ１１内に収容されて構成されている。

ここで、ホルダパイプ１１は、先端側が縮径するように設けられており、ホルダパイプ１１の先端開口は弁ボディ７により封鎖され、後端開口は、燃料フィルタ１３を支持して収容するコネクタ１４により封鎖されている。また、可動コア１０は、ステータ９の軸方向先端側に収容されており、ステータ９は、可動コア１０と軸方向に対向するようにホルダパイプ１１に固定されている。そして、可動コア１０は、ソレノイドコイル８への通電によりステータ９の方に向かって軸方向後方に電磁吸引される。また、弁体３は、可動コア１０およびステータ９を軸方向に貫通して先端側に突出するように収容される。

また、ステータ９はコネクタ１４の軸方向先端側で固定されており、コネクタ１４とステータ９との間には燃料フィルタ１３を通過した噴射圧相当の燃料が流入する燃料室１６が形成されている。
また、ステータ９と可動コア１０との間にも燃料室１７が形成されており、燃料室１６と燃料室１７との間は、ステータ９を軸方向に貫通する燃料通路１８により連通している。このため、燃料室１７の燃料圧も噴射圧相当となっている。

さらに、可動コア１０と弁ボディ７との間にも燃料室１９が形成されており、燃料室１７と燃料室１９との間は、可動コア１０を軸方向に貫通する燃料通路２０、およびホルダパイプ１１と可動コア１０との間に形成される筒状の燃料通路２１により連通している。このため、燃料室１９の燃料圧も噴射圧相当となっている。

弁体３は、筒状のアウターニードル２４と、棒状のインナーニードル２５とからなり、インナーニードル２５は、アウターニードル２４の内周側で軸方向に摺動自在に支持されて、アウターニードル２４の後方に突出している。

アウターニードル２４は、可動コア１０に圧入されて可動コア１０と一体化されており、可動コア１０とともに軸方向に移動する。つまり、可動コア１０は、アウターニードル２４の一部分をなす。また、ステータ９と可動コア１０との間には、軸方向先方に向かって可動コア１０を付勢する第１スプリング２６がセットされており、第１スプリング２６によって可動コア１０を含むアウターニードル２４全体が軸方向先方に付勢されている。

なお、可動コア１０において、第１スプリング２６の先端を支持する内周部２７は、軸方向後端に向かって隆起しており、ソレノイドコイル８への通電によりアウターニードル２４が軸方向後方に移動したときにステータ９の先端に当接する。つまり、アウターニードル２４は、内周部２７がステータ９の先端に当接するまで電磁吸引力により駆動されて軸方向後方に移動する。

また、アウターニードル２４の先端部２８は、先端に向かってテーパ状に縮径しており、最先端は、弁ボディ７に設けられたテーパ状のシート面２９に対して離着するシート部３０をなす。

ここで、噴孔５は、シート面２９よりも先端側に設けられている。また、弁ボディ７は、弁体３の先端部全体を収容するように有底の筒状に設けられており、底部に噴孔５が設けられている。また、弁ボディ７は、弁体３の先端部全体を収容することで、アウターニードル２４との間に燃料室３１を形成する。そして、燃料室３１は燃料室１９と連通しており、燃料室３１の燃料は噴射圧相当の燃料圧を示す。

このため、シート部３０が軸方向後方に移動してシート面２９から離座すると、噴孔５が燃料室３１に対して開放されるので、噴射圧相当の燃料が噴孔５を通じて筒内に噴射される。また、シート部３０が軸方向先方に移動してシート面２９に着座すると、噴孔５が燃料室３１に対して閉鎖されるので、噴孔５を通じての燃料噴射が停止される。

また、アウターニードル２４の先端部２８は、アウターニードル２４が電磁吸引されて軸方向後方に移動を開始した後、インナーニードル２５の先端に係合する係合部として機能する（図２参照）。そして、先端部２８は、インナーニードル２５の先端に係合することで電磁吸引力をインナーニードル２５に伝達し、アウター、インナーニードル２４、２５は、一体となって電磁吸引されて軸方向後方に移動する。

さらに、アウターニードル２４の先端部２８には、シート部３０がシート面２９から離座しているときに（つまり、噴孔５が開放されているときに）、インナーニードル２５に対し軸方向後方に燃料圧が作用するように、アウターニードル２４の内周側に燃料を導く開口部３２が設けられている。

すなわち、アウターニードル２４の先端部２８は、インナーニードル２５の先端との間に所定の空間３３を形成しており、シート部３０がシート面２９から離座することにより、空間３３には、開口部３２を介して噴射圧相当の燃料圧を示す燃料が流入する。これにより、インナーニードル２５は、空間３３の燃料圧によって軸方向後方に付勢されるようになる。なお、空間３３の容積は、アウターニードル２４のインナーニードル２５に対する軸方向の相対的な位置に応じて可変する。そして、空間３３の圧力は、噴孔５が閉鎖されているときには筒内圧と同様の圧力を示す。

インナーニードル２５は、アウターニードル２４の後方に突出する後端において、径方向に膨出する膨出部３７をなしている。また、膨出部３７とコネクタ１４との間には、軸方向先方に向かってインナーニードル２５を付勢する第２スプリング３８がセットされている。

また、膨出部３７の外周面は、ステータ９の後端部分の内周面に摺接するように組み込まれており、膨出部３７はステータ９の後端部分により摺動自在に支持される。そして、膨出部３７とステータ９の後端部分とは、第２スプリング３８を収容する第２スプリング室３９を形成する。

なお、第２スプリング室３９は燃料室１６と連通しているため、第２スプリング室３９の燃料は噴射圧相当の燃料圧を示す。このため、膨出部３７には、後端面４０を受圧面として、軸方向先方に向かって噴射圧相当の燃料圧が作用する。そして、膨出部３７は、第２スプリング室３９の燃料圧および第２スプリング３８により付勢されて所定の係合部４１と係合する。

ここで、係合部４１は、ステータ９の内周側に設けられてステータ９の一部をなしており、膨出部３７は、円環状の先端面が係合部４１の後端面に当接した状態で係合部４１に係合する。なお、係合部４１は、先端において第１スプリング２６の後端を支持し、自身の内周面がインナーニードル２５の外周面に摺接することによりインナーニードル２５を摺動自在に支持する。

ここで、インナーニードル２５の膨出部３７以外の部分は、同一径に設けられており、膨出部３７寄りの部分が係合部４１により軸方向に摺動自在に支持され、先端側の大部分が、アウターニードル２４に対し軸方向に摺動自在に支持されている。つまり、インナーニードル２５において、膨出部３７以外の部分は、同一径に設けられて、係合部４１やアウターニードル２４により摺動自在に支持される摺動軸部４２をなす。

また、インナーニードル２５は、開弁動作において、軸方向後方に移動を開始したアウターニードル２４に係合されて、膨出部３７と係合部４１との係合を解除するとともに、アウターニードル２４に遅れて軸方向後方に移動を開始する。そして、アウター、インナーニードル２４、２５が軸方向後方に移動するのに伴い、膨出部３７と係合部４１との間には、係合部４１の先端側に形成される燃料室（以下、第１スプリング２６が収容されているので、第１スプリング室４３と呼ぶ。）から燃料が漏れ込む燃料室４４（図３参照）が形成される。

なお、第１スプリング室４３は燃料室１７と連通しているため、第１スプリング室４３の燃料は噴射圧相当の燃料圧を示している。そして、第１スプリング室４３の燃料が係合部４１とインナーニードル２５の摺動軸部４２との間に形成される摺動クリアランスを通過して燃料室４４に漏れ込むことで、燃料室４４の燃料圧は第１スプリング室４３の燃料圧に比べて大きく降下している。このため、燃料室４４の燃料圧は、噴射圧相当の第１、第２スプリング室４３、３９の燃料圧よりも低くなっている。

以上により、膨出部３７は、軸方向先方に向かって作用する燃料圧の方が軸方向後方に向かって作用する燃料圧よりも大きくなるように組み込まれている。

また、インナーニードル２５は、ソレノイドコイル８への通電停止後の閉弁動作において、アウターニードル２４との係合状態（つまり、アウターニードル２４の先端部２８とインナーニードル２５の先端とが係合した状態）を保って軸方向先方に移動を開始した後、膨出部３７と係合部４１との係合により軸方向先方への移動を停止する（図２参照）。

なお、インナーニードル２５の先端部分にはシールリング４７が装着されており、シールリング４７は、噴孔５から空間３３に浸入した筒内ガスがさらに後端側に浸入するのを阻止するとともに、第１スプリング室４３および燃料室１７から先端側への燃料リークを阻止している。

電磁ソレノイド部４は、円筒状の樹脂製ボビンにコイル素線を多数回巻回することで設けられたソレノイドコイル８、ソレノイドコイル８の先端側、後端側および外周側を覆って磁束を通すヨーク４８等により構成されている。そして、ソレノイドコイル８への通電は、ターミナル４９を介して車載電源（図示せず）から電力の供給を受けることで実行される。

なお、ソレノイドコイル８への通電により形成される磁気回路は、例えば、ヨーク４８→ホルダパイプ１１→可動コア１０→ステータ９→ホルダパイプ１１→ヨーク４８の順序で磁束を受け渡す。このため、ホルダパイプ１１の一部は非磁性化されて非磁性部５０をなしており、ホルダパイプ１１が可動コア１０とステータ９との間での磁束の受け渡しの妨げにならないように設けられている。
また、ソレノイドコイル８への通電開始および通電停止は、車両に搭載された所定の電子制御装置からの指令に応じて行われる。

以上のような構成を備えるインジェクタ１において、シート部３０の径をφＤ１、インナーニードル２５の摺動軸部４２の径をφＤ２、膨出部３７の後端面４０の径をφＤ３とすると、φＤ１、φＤ２およびφＤ３は、φＤ１＝φＤ２＜φＤ３の関係を満たす。

また、ソレノイドコイル８への通電によりアウターニードル２４が軸方向後方に移動を開始した後、インナーニードル２５の先端にアウターニードル２４の先端部２８が係合するまでのアウターニードル２４の軸方向の移動量をｈ１、可動コア１０の内周部２７とステータ９との間の軸方向ギャップをｈ２とすると、ｈ１およびｈ２は、ｈ１＜ｈ２の関係を満たす。

〔実施例１の作用〕
実施例１のインジェクタ１の作用を、図１〜図３を用いて説明する。
ソレノイドコイル８への通電が開始されると、アウターニードル２４は可動コア１０とステータ９との間に作用する電磁吸引力により軸方向後方（開弁側）に移動を開始する。これにより、シート部３０がシート面２９から離座して、噴孔５から噴射圧相当の燃料が噴射されるようになる。

ここで、アウターニードル２４の内周径、つまり摺動軸部４２の径φＤ２は、シート部３０の径φＤ１に等しい。このため、アウターニードル２４に対して開弁側に作用する燃料圧と、軸方向先方（閉弁側）に作用する燃料圧とが打ち消し合い、燃料圧全体としてアウターニードル２４に対し軸方向に作用する付勢力がゼロとなる。

なお、アウターニードル２４に対して開弁側に作用する燃料圧とは、燃料室１９、３１の燃料がシート部３０よりも外周側のアウターニードル２４に対して軸方向後方に向かって及ぼす燃料圧である。また、アウターニードル２４に対して閉弁側に作用する燃料圧とは、燃料室１７の燃料がアウターニードル２４に対して軸方向先方に向かって及ぼす燃料圧である。

また、アウターニードル２４が開弁側に移動を開始した後、サック室５１は燃料室３１と連通状態となり、サック室５１の燃料圧は噴射圧相当となる。そして、噴射圧相当の燃料圧を示すサック室５１の燃料が開口部３２を通じて空間３３に導かれる。このため、アウターニードル２４の先端部２８においてシート部３０よりも内周側の部分に関しても、開弁側に作用する燃料圧と閉弁側に作用する燃料圧とが打ち消し合う。このため、アウターニードル２４が開弁側に移動を開始した後も、アウターニードル２４に対し軸方向に作用する燃料圧全体としての付勢力はゼロとなる。

この結果、アウターニードル２４は、第１スプリング２６の付勢力のみに抗して、電磁吸引力により開弁側に移動する。
この間、インナーニードル２５は、開弁側に作用する付勢力と閉弁側に作用する付勢力とが釣り合っているので全く移動しない。ここで、インナーニードル２５に対し開弁側に作用する付勢力とは、空間３３の燃料圧による付勢力と係合部４１が膨出部３７に与える抗力との合力である。また、インナーニードル２５に対し閉弁側に作用する付勢力とは、第２スプリング室３９の燃料圧による付勢力と第２スプリング３８の付勢力との合力である。

そして、アウターニードル２４の開弁側への移動量がｈ１に達してアウターニードル２４の先端部２８がインナーニードル２５の先端に係合すると、インナーニードル２５が開弁側への移動を開始し、アウター、インナーニードル２４、２５は一体となって開弁側へ移動する。

また、インナーニードル２５が開弁側への移動を開始すると、膨出部３７と係合部４１との係合が解除されて膨出部３７と係合部４１との間に燃料室４４が形成され（図３参照）、燃料室４４の燃料は、噴射圧相当の燃料圧よりも低圧の燃料圧を示すようになる。これにより、係合部４１から膨出部３７に抗力が作用しなくなるとともに、膨出部３７に作用する燃料圧は、軸方向先方に作用する燃料圧（第２スプリング室３９の燃料圧）の方が、軸方向後方に作用する燃料圧（燃料室４４の燃料圧）よりも大きくなる。

ここで、膨出部３７の後端面４０（つまり、第２スプリング室３９の燃料圧の受圧面）の径φＤ３は摺動軸部４２の径φＤ２よりも大きい。このため、インナーニードル２５に対し開弁側に作用する燃料圧と、閉弁側に作用する燃料圧とが完全に打ち消し合わず、インナーニードル２５に軸方向に作用する燃料圧全体の付勢力は、インナーニードル２５に対し閉弁側に作用するようになる。

すなわち、インナーニードル２５に対し開弁側に作用する燃料圧とは、サック室５１の燃料がシート部３０よりも内周側のアウター、インナーニードル２４、２５の先端部に対して軸方向後方に向かって及ぼす燃料圧、および燃料室４４の燃料が膨出部３７に対し軸方向後方に向かって及ぼす燃料圧である。また、インナーニードル２５に対して閉弁側に作用する燃料圧とは、第２スプリング室３９の燃料が膨出部３７に対し軸方向先方に向かって及ぼす燃料圧である。

このため、膨出部３７の後端面４０の面積と摺動軸部４２の断面積との差分に、第２スプリング室３９の燃料圧（噴射圧相当の燃料圧）と燃料室４４の燃料圧との差分を乗じた大きさの付勢力がインナーニードル２５に対し閉弁側に作用する。
このように、インナーニードル２５が開弁側への移動を開始すると、インナーニードル２５に軸方向に作用する燃料圧全体の付勢力が閉弁側に作用するようになる。このため、アウター、インナーニードル２４、２５全体として開弁側への移動が妨げられる虞が懸念される。

しかし、可動コア１０の内周部２７とステータ９との間の軸方向距離がｈ２からｈ２−ｈ１まで減少しており（図２参照）、電磁吸引力は、内周部２７とステータ９との間の軸方向距離の２乗に反比例して増強されている。このため、インナーニードル２５に軸方向に作用する燃料圧全体の付勢力が閉弁側に作用するようになっても、増強された電磁吸引力により、アウター、インナーニードル２４、２５は一体となって開弁側に移動を続けることができる。

そして、アウター、インナーニードル２４、２５は、内周部２７がステータ９に当接することで開弁側への移動を停止する。
やがて、ソレノイドコイル８への通電が停止されると、アウター、インナーニードル２４、２５は、第１、第２スプリング２６、３８の付勢力とともに、第２スプリング室３９の燃料圧と燃料室４４の燃料圧との差分に起因して発生する付勢力（上記の差分同士の積により求まる大きさの付勢力）により閉弁側に駆動されて移動を開始する。

そして、膨出部３７が係合部４１に係合すると、インナーニードル２５は閉弁側への移動を停止し（図２参照）、アウターニードル２４の先端部２８とインナーニードル２５の先端との係合が解除され、アウターニードル２４のみが第１スプリング２６の付勢力により閉弁側に移動を続ける。やがて、シート部３０がシート面２９に着座してインナーニードル２５が移動を停止するとともに、噴孔５からの燃料噴射が停止される（図１参照）。

〔実施例１の効果〕
実施例１のインジェクタ１によれば、アウターニードル２４の内周径、つまり摺動軸部４２の径φＤ２は、シート部３０の径φＤ１に等しく、膨出部３７の後端面４０（つまり、第２スプリング室３９の燃料圧の受圧面）の径φＤ３は摺動軸部４２の径φＤ２よりも大きい。

これにより、アウターニードル２４では、開弁側（軸方向後方）に作用する燃料圧と閉弁側（軸方向先方）に作用する燃料圧とが開弁動作および閉弁動作を問わず、常時、打ち消し合う。また、インナーニードル２５は、開弁動作においてアウターニードル２４と係合して移動を開始するまでの間、電磁吸引力に関わりなく静止している。このため、開弁動作においてインナーニードル２５が移動を開始するまでの間、アウター、インナーニードル２４、２５に軸方向に作用する燃料圧全体の付勢力が電磁吸引力に抗しない状態を作り出すことができる。

また、閉弁動作において、アウター、インナーニードル２４、２５は互いに係合したまま移動を開始するが、アウター、インナーニードル２４、２５に対し軸方向に作用する燃料圧全体の付勢力は、膨出部３７において閉弁側に作用する第２スプリング室３９の燃料圧と開弁側に作用する燃料室４４の燃料圧との差分に起因する分だけ閉弁側に作用する。このため、閉弁動作において、燃料圧の付勢力がアウター、インナーニードル２４、２５全体を閉弁側に駆動できる状態を作り出すことができる。

以上により、インジェクタ１の開弁動作において、弁体３に対し軸方向に作用する燃料圧の付勢力が電磁吸引力に抗しない状態を作り出すとともに、閉弁動作において、燃料圧の付勢力が弁体３を閉弁側に駆動できる状態を作り出すことができる。
この結果、噴射圧の高圧化に伴ってソレノイドコイル８を高能力化しなくても、弁体３を確実に開弁側に駆動することができる。また、弁体３の閉弁応答性が低下しないので、噴射量の指令値が微小である場合にも確実に対応できるようになる。

なお、開弁動作において、インナーニードル２５が移動を開始した後は、アウター、インナーニードル２４、２５は互いに係合しているため、アウター、インナーニードル２４、２５に作用する燃料圧全体の付勢力は、閉弁動作におけるのと同様の理由により閉弁側に作用する。このため、開弁動作において、インナーニードル２５が移動を開始した後は、閉弁側に燃料圧の付勢力が作用してしまう。

しかし、インナーニードル２５が移動を開始する時点では、可動コア１０の内周部２７とステータ９との距離が充分に縮小して電磁吸引力が大きくなっているので、支障なくアウター、インナーニードル２４、２５全体を開弁側に駆動することができる。

また、ソレノイドコイル８への通電によりアウターニードル２４が軸方向後方に移動を開始した後、インナーニードル２５に係合するまでのアウターニードル２４の軸方向の移動量をｈ１、ステータ９と可動コア１０との間の軸方向ギャップをｈ２とすると、ｈ１およびｈ２は、ｈ１＜ｈ２の関係を満たす。

これにより、インナーニードル２５は、開弁動作において確実にアウターニードル２４に遅れて開弁側に移動を開始することができる。
なお、インジェクタ１の態様は、請求項１の手段と同様の作用効果、または、請求項１、２の手段と同様の作用効果を奏する限り、実施例に限定されない。

１ インジェクタ
３ 弁体
５ 噴孔
７ 弁ボディ
８ ソレノイドコイル
９ ステータ
１０ 可動コア（コア部）
２４ アウターニードル
２５ インナーニードル
２８ 先端部（アウターニードルの先端部）
２９ シート面
３０ シート部
３２ 開口部
３７ 膨出部
４０ 後端面（膨出部において軸方向先方に向かって作用する燃料圧の受圧面）
４１ 係合部
４２ 摺動軸部
φＤ１ シート部の有効径
φＤ２ 摺動軸部の有効径
φＤ３ 膨出部において軸方向先方に向かって作用する燃料圧の受圧面の有効径
ｈ１ ソレノイドコイルへの通電によりアウターニードルが軸方向後方に移動を開始した後、インナーニードルに係合するまでのアウターニードルの軸方向の移動量
ｈ２ コア部とステータとの間の軸方向ギャップ

Claims (2)

1. 先端に噴孔を有する弁ボディと、軸方向に摺動自在に支持されて前記噴孔を開閉する弁体とを備え、ソレノイドコイルへの通電により前記弁体を電磁吸引して軸方向後方へ移動させ開弁するインジェクタにおいて、
   前記弁体は、
   前記ソレノイドコイルへの通電により電磁吸引されて軸方向後方に移動するとともに、第１スプリングにより軸方向先方に付勢される筒状のアウターニードルと、
   このアウターニードルの内周側で軸方向に摺動自在に支持されて、前記アウターニードルの後方に突出するとともに、第２スプリングにより軸方向先方に付勢される棒状のインナーニードルとを有し、
   このインナーニードルは、前記アウターニードルの後方に突出する部分において、径方向に膨出する膨出部を有し、
   この膨出部は、軸方向先方に向かう燃料圧および前記第２スプリングにより付勢されて所定の係合部と係合し、
   前記アウターニードルの先端部に設けられたシート部が軸方向後方に移動して前記弁ボディに設けられたシート面から離座することで開弁するとともに、前記シート部が軸方向先方に移動してシート面に着座することで閉弁し、
   前記インナーニードルは、
   開弁動作において、軸方向後方に移動を開始した前記アウターニードルに係合されて、前記膨出部と前記係合部との係合を解除するとともに、前記アウターニードルに遅れて軸方向後方に移動を開始し、
   閉弁動作において、前記アウターニードルとの係合状態を保って軸方向先方に移動を開始した後、前記膨出部と前記係合部との係合により軸方向先方への移動を停止し、
   前記アウターニードルの先端部には、前記シート部が前記シート面から離座しているときに、前記インナーニードルに対し軸方向後方に燃料圧が作用するように、前記アウターニードルの内周側に燃料を導く開口部が設けられ、
   前記膨出部は、軸方向先方に向かって作用する燃料圧の方が軸方向後方に向かって作用する燃料圧よりも大きくなるように組み込まれ、
   前記シート部の有効径をφＤ１、前記インナーニードルの一部であって前記アウターニードルにより摺動自在に支持される摺動軸部の有効径をφＤ２、前記膨出部において軸方向先方に向かって作用する燃料圧の受圧面の有効径をφＤ３とすると、φＤ１、φＤ２およびφＤ３は、φＤ１＝φＤ２＜φＤ３の関係を満たすことを特徴とするインジェクタ。
2. 請求項１に記載のインジェクタにおいて、
   前記アウターニードルのコア部と軸方向に対向するように固定され、前記ソレノイドコイルへの通電により前記コア部を電磁吸引することで前記アウターニードルを軸方向後方へ移動させるステータを備え、
   前記ソレノイドコイルへの通電により前記アウターニードルが軸方向後方に移動を開始した後、前記インナーニードルに係合するまでの前記アウターニードルの軸方向の移動量をｈ１、前記コア部と前記ステータとの間の軸方向ギャップをｈ２とすると、ｈ１およびｈ２は、ｈ１＜ｈ２の関係を満たすことを特徴とするインジェクタ。

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