JP2017096131A - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】弁座と協働する弁部ととも弁体を構成するステムに、固定コアの吸引面に対置される可動コアが摺動可能に嵌装され、コイルの通電時に吸引面に吸引される可動コアを当接させることで弁体が開弁作動するようにした開弁側ストッパと、可動コアのストロークを開弁側ストッパとの間に限定するようにしつつ開弁側ストッパよりも弁座側に配置される閉弁側ストッパとがステムに固定される電磁式燃料噴射弁において、開弁作動時の応答性に対する燃料の粘性による影響を抑え、開弁時の応答性向上を図る。【解決手段】閉弁側ストッパ49および可動コア41のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を閉弁側ストッパ49および可動コア41のいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成される。【選択図】 図3

Description

本発明は、一端部に弁座を有する弁ハウジングと、該弁ハウジングの他端に連設される中空の固定コアと、該固定コアの外周に配設されるコイルと、前記弁座と協働する弁部にステムが連設されて成る弁体と、前記固定コアの吸引面に対置されつつ前記ステムに摺動可能に嵌装される可動コアと、前記コイルの通電時に前記吸引面に吸引される前記可動コアを当接させることで前記弁体が開弁作動するようにして前記ステムに固定される開弁側ストッパと、前記ステムに沿う前記可動コアのストロークを前記開弁側ストッパとの間に限定するようにしつつ前記開弁側ストッパよりも前記弁座側で前記ステムに固定される閉弁側ストッパと、前記弁体を閉弁方向に付勢する弁ばねと、前記コイルの非通電時に前記可動コアを前記開弁側ストッパから離反させて前記閉弁側ストッパに当接させるばね力を発揮するようにして前記開弁側ストッパおよび前記可動コア間に設けられる補助ばねとを備える電磁式燃料噴射弁に関する。
このような電磁式燃料噴射弁は、既に特許文献1で知られている。
特開2013−104340号公報
このような電磁式燃料噴射弁では、その開弁時に先ず可動コアのみが弁体のステム上を摺動して固定コア側に引き寄せられ、加速した後、ステムに固定された開弁側ストッパを弁ばねのセット荷重に抗して可動コアが押し上げることで弁体を迅速に開弁することができ、弁体の開弁応答性を高めることができる。また閉弁時には、補助ばねで付勢された可動コアが可動コアに当接することで、弁体が弁座に最初に着座したときの着座衝撃による弁体の後方への跳ね返り量を最小限に抑えることが可能である。
ところで電磁式燃料噴射弁の内部には燃料が満たされており、可動コアが閉弁側ストッパに当接した閉弁状態では可動コアおよび閉弁側ストッパ間の微小間隙に燃料が介在し、その燃料の粘性が弁体の開弁作動時に抵抗となる。ところが上記特許文献1で開示されるものでは、閉弁側ストッパ部材が全長にわたって同一外径を有して円筒状に形成されており、可動コアおよび閉弁側ストッパの当接領域が比較的広くなっており、燃料の粘性による開弁抵抗が比較的大きく、開弁応答性の低下を招く可能性がある。
一方、可動コアが開弁側ストッパに当接した開弁状態でも可動コアおよび開弁ストッパ間の微小間隙に燃料が介在し、その燃料の粘性が弁体の閉弁作動時に抵抗となるが、閉弁時作動時の応答性には、燃料の粘性よりもコイルへの通電停止時に生じる残留磁気による影響の方が大きくなる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、開弁作動時の応答性に対する燃料の粘性による影響を抑え、開弁時の応答性向上を図った電磁式燃料噴射弁を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、一端部に弁座を有する弁ハウジングと、該弁ハウジングの他端に連設される中空の固定コアと、該固定コアの外周に配設されるコイルと、前記弁座と協働する弁部にステムが連設されて成る弁体と、前記固定コアの吸引面に対置されつつ前記ステムに摺動可能に嵌装される可動コアと、前記コイルの通電時に前記吸引面に吸引される前記可動コアを当接させることで前記弁体が開弁作動するようにして前記ステムに固定される開弁側ストッパと、前記ステムに沿う前記可動コアのストロークを前記開弁側ストッパとの間に限定するようにしつつ前記開弁側ストッパよりも前記弁座側で前記ステムに固定される閉弁側ストッパと、前記弁体を閉弁方向に付勢する弁ばねと、前記コイルの非通電時に前記可動コアを前記開弁側ストッパから離反させて前記閉弁側ストッパに当接させるばね力を発揮するようにして前記開弁側ストッパおよび前記可動コア間に設けられる補助ばねとを備える電磁式燃料噴射弁において、前記閉弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を前記閉弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されることを第1の特徴とする。
また本発明は、第1の特徴の構成に加えて、前記開弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を前記開弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されることを第2の特徴とする。
さらに本発明は、第2の特徴の構成に加えて、前記閉弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか一方の少なくとも他方側端部の外周もしくは内周、ならびに前記開弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか一方の少なくとも他方側端部の外周もしくは内周に、テーパ面が形成されることを第3の特徴とする。
本発明の第1の特徴によれば、可動コアおよび閉弁側ストッパの当接面積を極力小さくし、閉弁時に可動コアおよび閉弁側ストッパ間の微小間隙に介在する燃料の粘性による開弁応答性への影響を小さく抑え、開弁応答性の向上を図ることができる。
また本発明の第2の特徴によれば、可動コアおよび開弁側ストッパの当接面積を極力小さくし、開弁時に可動コアおよび開弁側ストッパ間の微小間隙に介在する燃料の粘性による閉弁応答性への影響を小さく抑え、開弁応答性も向上する。
さらに本発明の第3の特徴によれば、テーパ面の形成によって横断面積を変化させるようにすることで、簡易的に横断面積を変化させることができる。またテーパ面は全周にわたるものであるので、可動コアおよび閉弁側ストッパの当接面全体、ならびに可動コアおよび開弁側ストッパの当接面全体で、当接領域をステムの中心軸線まわりに均等化しつつ小さくすることができ、燃料の粘性による開弁および閉弁応答性への影響をより効果的に抑えることができる。
エンジン用の電磁式燃料噴射弁の縦断側面図である。 図1の2−2線断面図である。 図2の3矢示部拡大図である。
本発明の実施形態について添付の図1〜図3を参照しながら説明すると、先ず図1および図2において、エンジンEのシリンダヘッド5には、燃焼室6に開口する装着孔7が設けられており、燃焼室6に向かって燃料を噴射し得る電磁式燃料噴射弁8が装着孔7に装着される。
電磁式燃料噴射弁8の弁ハウジング9は、中空円筒状のハウジングボディ10と、このハウジングボディ10の一端部内周に嵌合して溶接される弁座部材11と、ハウジングボディ10の他端部外周に一端部を嵌合させてハウジングボディ10に溶接される磁性円筒体12と、磁性円筒体12の他端部に一端部が同軸に結合される非磁性円筒体13とで構成される。非磁性円筒体13の他端部には、中空部15を有する固定コア14の一端部が同軸に結合され、この固定コア14の他端部に、前記中空部15に通じる燃料供給筒16が一体にかつ同軸に連設される。
磁性円筒体12は、その軸方向中間部にフランジ状のヨーク部12aを一体に有しており、装着孔7の外端を囲繞するようにしてシリンダヘッド5に設けられる環状凹部17に収容されるクッション材18が、シリンダヘッド5およびヨーク部12a間に介装される。
燃料供給筒16の他端部すなわち入口には燃料フィルタ19が装着され、燃料分配管20に設けられる燃料供給キャップ21に燃料供給筒16が環状のシール部材22を介して嵌合され、燃料供給キャップ21に設けられるブラケット23がシリンダヘッド5の支柱5aにボルト24で締結される。燃料供給キャップ21と、燃料供給筒16の中間部に設けられて燃料供給キャップ21側に臨む環状段部25との間には、板ばねから成る弾性部材26が介装されており、この弾性部材26が発揮する弾発力で燃料供給筒16すなわち電磁式燃料噴射弁8が、シリンダヘッド5および弾性部材26間に挟持される。
弁座部材11は、端壁部11aを一端部に有して有底円筒状に形成されており、前記端壁部11aに、円錐状の弁座27が形成されるとともに、その弁座27の中心近傍に開口する複数の燃料噴孔28が設けられる。この弁座部材11は、燃料噴孔28を燃焼室6に向けて開口するようにしてハウジングボディ10の一端部に嵌合、溶接される。すなわち弁ハウジング9が、その一端部に弁座27を有するように構成される。
磁性円筒体12の他端部から固定コア14に至る外周面にはコイル組立体30が嵌装される。このコイル組立体30は、上記外周面に嵌合するボビン31と、このボビン31に巻装されるコイル32とから成り、このコイル組立体30を囲繞するコイルハウジング33の一端部が磁性円筒体12におけるヨーク部12aの外周に結合される。
固定コア14の他端部外周は、コイルハウジング33の他端部に連なってモールド成形される合成樹脂製の被覆層34で被覆されており、この被覆層34には、コイル32に連なる端子35を保持するカプラ34aが電磁式燃料噴射弁8の一側方に突出するようにして一体に形成される。
図3を併せて参照して、固定コア14の一端部外周には環状凹部36が形成されており、この環状凹部36に、固定コア14に外周面を連ならせるようにして非磁性円筒体13の他端部が嵌合され、液密に溶接される。
固定コア14の一端部内周面には、その一端の吸引面37に開口する嵌合凹部38が形成され、この嵌合凹部38に、円筒状のガイドブッシュ39が、その一端部を固定コア14の吸引面37よりもわずかに突出させるようにしつつ圧入により固設され、このガイドブッシュ39の内周面は固定コア14の内周面に連続する。
弁座部材11から非磁性円筒体13に至る弁ハウジング9内には、弁体40の一部と、可動コア41とが収容される。弁体40は、弁座27と協働して燃料噴孔28を開閉する弁部42に、ガイドブッシュ39内まで延びるステム43が連設されて成り、弁部42は、弁座部材11内で摺動するようにして球状に形成され、ステム43は弁部42よりも小径に形成される。弁座部材11およびステム43間には環状の燃料流路44が画成され、弁部42の外周面には、弁座部材11との間に燃料流路となる複数の平面部45が形成される。したがって弁座部材11は、弁体40の開閉動作を案内しながら燃料の通過を許容する。
ステム43には、固定コア14の吸引面37に対置される可動コア41が摺動可能に嵌装され、コイル32の通電時に固定コア14の吸引面37に吸引される可動コア41を当接させる開弁側ストッパ48が可動コア41の当接によって弁体40が開弁作動するようにしてステム43に固定され、ステム43に沿う可動コア41のストロークを開弁側ストッパ48との間に限定するようにしつつ開弁側ストッパ48よりも弁座27側に配置される閉弁側ストッパ49がステム43に固定される。
開弁側ストッパ48は、ガイドブッシュ39の内周面に摺動自在に嵌合するフランジ部48aと、このフランジ部48aから可動コア41側に突出する円筒状の軸部48bとで構成され、フランジ部48aの内周部が溶接ビード50によってステム43に溶接され、弁体40の閉弁位置では軸部48bの一部がガイドブッシュ39の一端面よりも可動コア41側に突出するように配置される。一方、閉弁側ストッパ49の外周には環状溝51が形成されており、その環状溝51の溝底51aを貫通する溶接ビード52によって、閉弁側ストッパ49がステム43に固定される。
ガイドブッシュ39および開弁側ストッパ48は、固定コア14より硬度が高い非磁性又は弱磁性材料、たとえばマルテンサイト系のステンレス鋼で構成され、ほぼ同等の硬度を有する。
再び図2において、固定コア14の中空部15にはパイプ状のリテーナ53が嵌挿されてかしめ固定され、このリテーナ53と、開弁側ストッパ48のフランジ部48aとの間に弁体40を弁座27への着座方向、すなわち閉弁方向へ付勢する弁ばね54が縮設される。また開弁側ストッパ48のフランジ部48aと、可動コア41との間には、開弁側ストッパ48の軸部48bを囲繞する補助ばね55が縮設されており、この補助ばね55は、弁ばね54のセット荷重よりも小さいセット荷重を有しており、可動コア41を開弁側ストッパ48から離反させて閉弁側ストッパ49に当接させる側に付勢するばね力を発揮する。
ステム43の他端部は、開弁側ストッパ48のフランジ部48aよりも突出し、弁ばね54の可動端部の内周面に嵌合して、その位置決めの役割を果たし、また開弁側ストッパ48の軸部48bは、補助ばね55の内周面に嵌合して、その位置決めの役割を果たすととともに、弁ばね54および補助ばね55間の間隔を狭めて電磁式燃料噴射弁8の軸方向寸法の短縮化に寄与する。
可動コア41の外周面と、磁性円筒体12および非磁性円筒体13の内周面との間には、環状の間隙56が確保される。開弁側ストッパ48のフランジ部48aの外周の複数箇所には、燃料流路となる平面部57が設けられ、また可動コア41には、燃料流路となる複数の通孔58が設けられる。
このような電磁式燃料噴射弁8において、コイル32の非通電状態では、弁体40は、弁ばね54のセット荷重によって押されることで弁座27に着座して燃料噴孔28を閉鎖する。すなわち閉弁状態にあり、可動コア41は、補助ばね55のセット荷重によって閉弁側ストッパ49との当接状態に保持され、固定コア14との間に所定の間隙を保っている。
このような閉弁状態でコイル32に通電すると、それによって生じる磁力によって先ず可動コア41が固定コア14に吸引され、補助ばね55を圧縮しながら開弁側ストッパ48に当接する。すなわち可動コア41は、その初動時、弁ばね54より弱い補助ばね55のセット荷重に抗して摺動するので、固定コア14から吸引力を受けると速やかに摺動し、加速しながら開弁側ストッパ48に当接する。
可動コア41が開弁側ストッパ48に当接すると、開弁側ストッパ48を弁ばね54のセット荷重に抗して速やかに押圧移動させ、ガイドブッシュ39の一端に可動コア41が衝突して停止する。その間、押圧移動する開弁側ストッパ48はステム43に固定されているので、弁部42が弁座27から離座し、開弁状態となる。
可動コア41が衝撃的にガイドブッシュ39に当接すると、弁部42およびステム43から成る弁体40が、その慣性によりオーバーシュートするが、その弁体40と一体化された開弁側ストッパ48が可動コア41に衝突することで、オーバーシュートは停止する。その間に、弁体40のオーバーシュート分だけ開弁側ストッパ48が可動コア41から離れながら、弁ばね54の圧縮変形を増加させることになるので、この弁ばね54の反発力によっても弁体40のオーバーシュートは抑えられる。
オーバーシュートが停止すると、弁ばね54の反発力により、開弁側ストッパ48が、ガイドブッシュ39との当接状態にある可動コア41に当接する位置まで戻ることで、弁体40は所定の開弁位置に保持される。その際、補助ばね55のセット荷重は、弁体40を閉弁方向に付勢する弁ばね54のセット荷重より小さく設定されているので、補助ばね55は、コイル32の通電時、固定コア14の可動コア41に対する吸引と、弁ばね54による開弁側ストッパ48の可動コア41に対する当接には干渉せず、弁体40の所定位置への開弁を阻害しない。
このように、弁体40の開弁過程において、可動コア41がガイドブッシュ39に与える衝撃力は、可動コア41のみがガイドブッシュ39に最初に衝突したときの衝撃力と、その後で閉弁側ストッパ49が可動コア41に衝突したときの衝撃力とに分けられるので、それぞれの衝突エネルギは比較的小さくなり、ガイドブッシュ39および可動コア41相互の当接部の摩耗を防ぐと共に、衝突騒音を小さく抑えることができる。しかも閉弁側ストッパ49の可動コア41に対する衝突時には、弁ばね54を、通常の開弁時の圧縮変形量より多く変形させるので、弁ばね54が閉弁側ストッパ49の可動コア41に対する衝突エネルギを吸収し、その衝撃力を緩和することになる。
弁体40が開弁すると、図示しない燃料ポンプから燃料供給筒34に圧送された燃料は、パイプ状のリテーナ53の内部、固定コア14の中空部15、開弁側ストッパ48周りの平面部57、可動コア41の通孔58、弁ハウジング9の内部、弁部42周りの平面部45を順次経て燃料噴孔28からエンジンEの燃焼室6に直接噴射される。
次にコイル32への通電を遮断すると、弁ばね54の反発力により開弁側ストッパ48が押動されるので、開弁側ストッパ48は可動コア41および弁体40を伴なって弁座27側に移動し、弁部42を弁座27に着座させる。このとき可動コア41は、固定コア14の間の残留磁気の影響と、可動コア41を前方へ下降させる補助ばね55のセット荷重が比較的小さいことにより、弁部42の弁座27への着座から僅かに遅れて移動する。
ところで、弁体40は、弁座27に最初に着座したとき、その着座衝撃によって跳ね返るが、遅れて下降する可動コア41が跳ね返る弁体40に固定された閉弁側ストッパ49に当接することで、弁体40の跳ね返り量を最小限に抑えることができる。
弁体40の跳ね返りが抑えられると、弁体40は弁ばね54の反発力により閉弁状態に保持されて燃料噴射を停止し、可動コア41は補助ばね55の反発力により閉弁側ストッパ49への当接状態に保持される。
上記のように、弁体40の閉弁過程において、弁体40が弁座27に与える衝撃力は、弁体40のみが弁座27に最初に着座したときの衝撃力と、次いで可動コア41が閉弁側ストッパ49に衝突したときの衝撃力とに分けられるので、それぞれの衝突エネルギは比較的小さい。また弁体40は、弁座27に最初に着座したときは、その着座衝撃により跳ね返り、その後で再び弁座27に着座して衝撃を与えるが、弁体40の跳ね返り後の閉弁ストロークは、弁体40の通常の開弁位置からの閉弁ストロークより極めて小さいから、弁座27に及ぼす衝撃力は極めて小さい。これにより弁部42および弁座27相互の着座部の摩耗を防ぐととともに、着座騒音を小さく抑えることができる。
本発明に従えば、閉弁側ストッパ49および可動コア41のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されており、この実施の形態では、閉弁側ストッパ49の可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるように形成されるものであり、横断面積を変化させるために、閉弁側ストッパ49の可動コア41側の端部内周もしくは外周(この実施の形態では内周)に、可動コア41側に向かうにつれて大径となるテーパ面59が形成される。
また開弁側ストッパ48および可動コア41のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を前記開弁側ストッパ48および前記可動コア41のいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されるものであり、この実施の形態では、開弁側ストッパ48における軸部48bの可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるように形成されるものであり、横断面積を変化させるために、軸部48bの可動コア41側の端部内周もしくは外周(この実施の形態では内周)に、可動コア41側に向かうにつれて大径となるテーパ面60が形成される。
次にこの実施の形態の作用について説明すると、閉弁側ストッパ49および可動コア41のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されるものであり、この実施の形態では、閉弁側ストッパ49の可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるように形成されるので、可動コア41および閉弁側ストッパ49の当接面積を極力小さくし、閉弁時に可動コア41および閉弁側ストッパ49間の微小間隙に介在する燃料の粘性による開弁応答性への影響を小さく抑え、開弁応答性の向上を図ることができる。
また開弁側ストッパ48および可動コア41のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を開弁側ストッパ48および可動コア41のいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されるものであり、この実施の形態では、開弁側ストッパ48における軸部48bの可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるように形成されるので、開弁時に可動コア41および開弁側ストッパ48間の微小間隙に介在する燃料の粘性による閉弁応答性への影響を小さく抑え、閉弁応答性も向上する。
さらに閉弁側ストッパ49の可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるようにするために、閉弁側ストッパ49の可動コア41側の端部内周に、可動コア41側に向かうにつれて大径となるテーパ面59が形成され、開弁側ストッパ48の可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるようにするために、開弁側ストッパ48における軸部48bの可動コア41側の端部内周に、可動コア41側に向かうにつれて大径となるテーパ面60が形成されるので、簡易的に横断面積を変化させることができる。またテーパ面59,60は全周にわたるものであるので、可動コア41および閉弁側ストッパ49の当接面全体、ならびに可動コア41および開弁側ストッパ48の当接面全体で、当接領域をステム43の中心軸線まわりに均等化しつつ小さくすることができ、燃料の粘性による開弁および閉弁応答性への影響をより効果的に抑えることができる。
特にテーパ面59,60を閉弁側ストッパ49の可動コア41側端部の内周、ならびに開弁側ストッパ48における軸部48bの可動コア41側の端部内周に形成することで、可動コア41の挙動安定化に寄与することができる。すなわち閉弁側ストッパ49および開弁側ストッパ48間で可動コア41が移動する際に、可動コア41の軸線がステム43の軸線すなわち閉弁側ストッパ49および開弁側ストッパ48の軸線に対して傾く可能性があるが、テーパ面が、閉弁側ストッパ49および閉弁側ストッパ49の外周側に形成されると、可動コア41がそのテーパ面に接触してしまう可能性があり、それによる可動コア41の挙動不安定化を、閉弁側ストッパ49および開弁側ストッパ48の内周側にテーパ面59,60を形成することで防止することが可能である。
ところで可動コア41および閉弁側ストッパ49間の微小間隙に介在する燃料の粘性による抵抗が閉弁応答性に及ぼす影響、ならびに可動コア41および開弁側ストッパ48間の微小間隙に介在する燃料の粘性による抵抗が開弁応答性に及ぼす影響を抑制するためには、可動コア41および閉弁側ストッパ49の当接面積、ならびに可動コア41および開弁側ストッパ48の当接面積を上述のように小さくすることの他に、当接面の粗さを調整することも有効である。
すなわち燃料の粘性抵抗をh、当接幅をD、当接面間隙をH、燃料の種類、供給圧力および温度に影響される燃料の粘度をη、当接面の相対離反速度をV,当接面積をSとしたときに、粘性抵抗=(D2 /H3 )×η×V×Sであり、当接面間隙Hは表面粗さに依存するので、より粗いほど抵抗は小さくなる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
8・・・電磁式燃料噴射弁
9・・・弁ハウジング
14・・・固定コア
27・・・弁座
32・・・コイル
37・・・吸引面
40・・・弁体
41・・・可動コア
42・・・弁部
43・・・ステム
48・・・開弁側ストッパ
49・・・閉弁側ストッパ
54・・・弁ばね
55・・・補助ばね
59,60・・・テーパ面
本発明は、一端部に弁座を有する弁ハウジングと、該弁ハウジングの他端に連設される中空の固定コアと、該固定コアの外周に配設されるコイルと、前記弁座と協働する弁部にステムが連設されて成る弁体と、前記固定コアの吸引面に対置されつつ前記ステムに摺動可能に嵌装される可動コアと、前記コイルの通電時に前記吸引面に吸引される前記可動コアを当接させることで前記弁体が開弁作動するようにして前記ステムに固定される開弁側ストッパと、前記ステムに沿う前記可動コアのストロークを前記開弁側ストッパとの間に限定するようにしつつ前記開弁側ストッパよりも前記弁座側で前記ステムに固定される閉弁側ストッパと、前記弁体を閉弁方向に付勢する弁ばねと、前記コイルの非通電時に前記可動コアを前記開弁側ストッパから離反させて前記閉弁側ストッパに当接させるばね力を発揮するようにして前記開弁側ストッパおよび前記可動コア間に設けられる補助ばねとを備える電磁式燃料噴射弁に関する。
このような電磁式燃料噴射弁は、既に特許文献1で知られている。
特開2013−104340号公報
このような電磁式燃料噴射弁では、その開弁時に先ず可動コアのみが弁体のステム上を摺動して固定コア側に引き寄せられ、加速した後、ステムに固定された開弁側ストッパを弁ばねのセット荷重に抗して可動コアが押し上げることで弁体を迅速に開弁することができ、弁体の開弁応答性を高めることができる。また閉弁時には、補助ばねで付勢された可動コアが閉弁側ストッパに当接することで、弁体が弁座に最初に着座したときの着座衝撃による弁体の後方への跳ね返り量を最小限に抑えることが可能である。
ところで電磁式燃料噴射弁の内部には燃料が満たされており、可動コアが閉弁側ストッパに当接した閉弁状態では可動コアおよび閉弁側ストッパ間の微小間隙に燃料が介在し、その燃料の粘性が弁体の開弁作動時に抵抗となる。ところが上記特許文献1で開示されるものでは、閉弁側ストッパ部材が全長にわたって同一外径を有して円筒状に形成されており、可動コアおよび閉弁側ストッパの当接領域が比較的広くなっており、燃料の粘性による開弁抵抗が比較的大きく、開弁応答性の低下を招く可能性がある。
一方、可動コアが開弁側ストッパに当接した開弁状態でも可動コアおよび開弁ストッパ間の微小間隙に燃料が介在し、その燃料の粘性が弁体の閉弁作動時に抵抗となるが、閉弁時作動時の応答性には、燃料の粘性よりもコイルへの通電停止時に生じる残留磁気による影響の方が大きくなる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、開弁作動時の応答性に対する燃料の粘性による影響を抑え、開弁時の応答性向上を図った電磁式燃料噴射弁を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、一端部に弁座を有する弁ハウジングと、該弁ハウジングの他端に連設される中空の固定コアと、該固定コアの外周に配設されるコイルと、前記弁座と協働する弁部にステムが連設されて成る弁体と、前記固定コアの吸引面に対置されつつ前記ステムに摺動可能に嵌装される可動コアと、前記コイルの通電時に前記吸引面に吸引される前記可動コアを当接させることで前記弁体が開弁作動するようにして前記ステムに固定される開弁側ストッパと、前記ステムに沿う前記可動コアのストロークを前記開弁側ストッパとの間に限定するようにしつつ前記開弁側ストッパよりも前記弁座側で前記ステムに固定される閉弁側ストッパと、前記弁体を閉弁方向に付勢する弁ばねと、前記コイルの非通電時に前記可動コアを前記開弁側ストッパから離反させて前記閉弁側ストッパに当接させるばね力を発揮するようにして前記開弁側ストッパおよび前記可動コア間に設けられる補助ばねとを備える電磁式燃料噴射弁において、前記閉弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を前記閉弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されることを第1の特徴とする。
また本発明は、第1の特徴の構成に加えて、前記開弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を前記開弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されることを第2の特徴とする。
さらに本発明は、第2の特徴の構成に加えて、前記閉弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか一方の少なくとも他方側端部の外周もしくは内周、ならびに前記開弁側ストッパおよび前記可動コアのいずれか一方の少なくとも他方側端部の外周もしくは内周に、テーパ面が形成されることを第3の特徴とする。
本発明の第1の特徴によれば、可動コアおよび閉弁側ストッパの当接面積を極力小さくし、閉弁時に可動コアおよび閉弁側ストッパ間の微小間隙に介在する燃料の粘性による開弁応答性への影響を小さく抑え、開弁応答性の向上を図ることができる。
また本発明の第2の特徴によれば、可動コアおよび開弁側ストッパの当接面積を極力小さくし、開弁時に可動コアおよび開弁側ストッパ間の微小間隙に介在する燃料の粘性による閉弁応答性への影響を小さく抑え、弁応答性も向上する。
さらに本発明の第3の特徴によれば、テーパ面の形成によって横断面積を変化させるようにすることで、簡易的に横断面積を変化させることができる。またテーパ面は全周にわたるものであるので、可動コアおよび閉弁側ストッパの当接面全体、ならびに可動コアおよび開弁側ストッパの当接面全体で、当接領域をステムの中心軸線まわりに均等化しつつ小さくすることができ、燃料の粘性による開弁および閉弁応答性への影響をより効果的に抑えることができる。
エンジン用の電磁式燃料噴射弁の縦断側面図である。 図1の2−2線断面図である。 図2の3矢示部拡大図である。
本発明の実施形態について添付の図1〜図3を参照しながら説明すると、先ず図1および図2において、エンジンEのシリンダヘッド5には、燃焼室6に開口する装着孔7が設けられており、燃焼室6に向かって燃料を噴射し得る電磁式燃料噴射弁8が装着孔7に装着される。
電磁式燃料噴射弁8の弁ハウジング9は、中空円筒状のハウジングボディ10と、このハウジングボディ10の一端部内周に嵌合して溶接される弁座部材11と、ハウジングボディ10の他端部外周に一端部を嵌合させてハウジングボディ10に溶接される磁性円筒体12と、磁性円筒体12の他端部に一端部が同軸に結合される非磁性円筒体13とで構成される。非磁性円筒体13の他端部には、中空部15を有する固定コア14の一端部が同軸に結合され、この固定コア14の他端部に、前記中空部15に通じる燃料供給筒16が一体にかつ同軸に連設される。
磁性円筒体12は、その軸方向中間部にフランジ状のヨーク部12aを一体に有しており、装着孔7の外端を囲繞するようにしてシリンダヘッド5に設けられる環状凹部17に収容されるクッション材18が、シリンダヘッド5およびヨーク部12a間に介装される。
燃料供給筒16の他端部すなわち入口には燃料フィルタ19が装着され、燃料分配管20に設けられる燃料供給キャップ21に燃料供給筒16が環状のシール部材22を介して嵌合され、燃料供給キャップ21に設けられるブラケット23がシリンダヘッド5の支柱5aにボルト24で締結される。燃料供給キャップ21と、燃料供給筒16の中間部に設けられて燃料供給キャップ21側に臨む環状段部25との間には、板ばねから成る弾性部材26が介装されており、この弾性部材26が発揮する弾発力で燃料供給筒16すなわち電磁式燃料噴射弁8が、シリンダヘッド5および弾性部材26間に挟持される。
弁座部材11は、端壁部11aを一端部に有して有底円筒状に形成されており、前記端壁部11aに、円錐状の弁座27が形成されるとともに、その弁座27の中心近傍に開口する複数の燃料噴孔28が設けられる。この弁座部材11は、燃料噴孔28を燃焼室6に向けて開口するようにしてハウジングボディ10の一端部に嵌合、溶接される。すなわち弁ハウジング9が、その一端部に弁座27を有するように構成される。
磁性円筒体12の他端部から固定コア14に至る外周面にはコイル組立体30が嵌装される。このコイル組立体30は、上記外周面に嵌合するボビン31と、このボビン31に巻装されるコイル32とから成り、このコイル組立体30を囲繞するコイルハウジング33の一端部が磁性円筒体12におけるヨーク部12aの外周に結合される。
固定コア14の他端部外周は、コイルハウジング33の他端部に連なってモールド成形される合成樹脂製の被覆層34で被覆されており、この被覆層34には、コイル32に連なる端子35を保持するカプラ34aが電磁式燃料噴射弁8の一側方に突出するようにして一体に形成される。
図3を併せて参照して、固定コア14の一端部外周には環状凹部36が形成されており、この環状凹部36に、固定コア14に外周面を連ならせるようにして非磁性円筒体13の他端部が嵌合され、液密に溶接される。
固定コア14の一端部内周面には、その一端の吸引面37に開口する嵌合凹部38が形成され、この嵌合凹部38に、円筒状のガイドブッシュ39が、その一端部を固定コア14の吸引面37よりもわずかに突出させるようにしつつ圧入により固設され、このガイドブッシュ39の内周面は固定コア14の内周面に連続する。
弁座部材11から非磁性円筒体13に至る弁ハウジング9内には、弁体40の一部と、可動コア41とが収容される。弁体40は、弁座27と協働して燃料噴孔28を開閉する弁部42に、ガイドブッシュ39内まで延びるステム43が連設されて成り、弁部42は、弁座部材11内で摺動するようにして球状に形成され、ステム43は弁部42よりも小径に形成される。弁座部材11およびステム43間には環状の燃料流路44が画成され、弁部42の外周面には、弁座部材11との間に燃料流路となる複数の平面部45が形成される。したがって弁座部材11は、弁体40の開閉動作を案内しながら燃料の通過を許容する。
ステム43には、固定コア14の吸引面37に対置される可動コア41が摺動可能に嵌装され、コイル32の通電時に固定コア14の吸引面37に吸引される可動コア41を当接させる開弁側ストッパ48が可動コア41の当接によって弁体40が開弁作動するようにしてステム43に固定され、ステム43に沿う可動コア41のストロークを開弁側ストッパ48との間に限定するようにしつつ開弁側ストッパ48よりも弁座27側に配置される閉弁側ストッパ49がステム43に固定される。
開弁側ストッパ48は、ガイドブッシュ39の内周面に摺動自在に嵌合するフランジ部48aと、このフランジ部48aから可動コア41側に突出する円筒状の軸部48bとで構成され、フランジ部48aの内周部が溶接ビード50によってステム43に溶接され、弁体40の閉弁位置では軸部48bの一部がガイドブッシュ39の一端面よりも可動コア41側に突出するように配置される。一方、閉弁側ストッパ49の外周には環状溝51が形成されており、その環状溝51の溝底51aを貫通する溶接ビード52によって、閉弁側ストッパ49がステム43に固定される。
ガイドブッシュ39および開弁側ストッパ48は、固定コア14より硬度が高い非磁性又は弱磁性材料、たとえばマルテンサイト系のステンレス鋼で構成され、ほぼ同等の硬度を有する。
再び図2において、固定コア14の中空部15にはパイプ状のリテーナ53が嵌挿されてかしめ固定され、このリテーナ53と、開弁側ストッパ48のフランジ部48aとの間に弁体40を弁座27への着座方向、すなわち閉弁方向へ付勢する弁ばね54が縮設される。また開弁側ストッパ48のフランジ部48aと、可動コア41との間には、開弁側ストッパ48の軸部48bを囲繞する補助ばね55が縮設されており、この補助ばね55は、弁ばね54のセット荷重よりも小さいセット荷重を有しており、可動コア41を開弁側ストッパ48から離反させて閉弁側ストッパ49に当接させる側に付勢するばね力を発揮する。
ステム43の他端部は、開弁側ストッパ48のフランジ部48aよりも突出し、弁ばね54の可動端部の内周面に嵌合して、その位置決めの役割を果たし、また開弁側ストッパ48の軸部48bは、補助ばね55の内周面に嵌合して、その位置決めの役割を果たすととともに、弁ばね54および補助ばね55間の間隔を狭めて電磁式燃料噴射弁8の軸方向寸法の短縮化に寄与する。
可動コア41の外周面と、磁性円筒体12および非磁性円筒体13の内周面との間には、環状の間隙56が確保される。開弁側ストッパ48のフランジ部48aの外周の複数箇所には、燃料流路となる平面部57が設けられ、また可動コア41には、燃料流路となる複数の通孔58が設けられる。
このような電磁式燃料噴射弁8において、コイル32の非通電状態では、弁体40は、弁ばね54のセット荷重によって押されることで弁座27に着座して燃料噴孔28を閉鎖する。すなわち閉弁状態にあり、可動コア41は、補助ばね55のセット荷重によって閉弁側ストッパ49との当接状態に保持され、固定コア14との間に所定の間隙を保っている。
このような閉弁状態でコイル32に通電すると、それによって生じる磁力によって先ず可動コア41が固定コア14に吸引され、補助ばね55を圧縮しながら開弁側ストッパ48に当接する。すなわち可動コア41は、その初動時、弁ばね54より弱い補助ばね55のセット荷重に抗して摺動するので、固定コア14から吸引力を受けると速やかに摺動し、加速しながら開弁側ストッパ48に当接する。
可動コア41が開弁側ストッパ48に当接すると、開弁側ストッパ48を弁ばね54のセット荷重に抗して速やかに押圧移動させ、ガイドブッシュ39の一端に可動コア41が衝突して停止する。その間、押圧移動する開弁側ストッパ48はステム43に固定されているので、弁部42が弁座27から離座し、開弁状態となる。
可動コア41が衝撃的にガイドブッシュ39に当接すると、弁部42およびステム43から成る弁体40が、その慣性によりオーバーシュートするが、その弁体40と一体化された閉弁側ストッパ49が可動コア41に衝突することで、オーバーシュートは停止する。その間に、弁体40のオーバーシュート分だけ開弁側ストッパ48が可動コア41から離れながら、弁ばね54の圧縮変形を増加させることになるので、この弁ばね54の反発力によっても弁体40のオーバーシュートは抑えられる。
オーバーシュートが停止すると、弁ばね54の反発力により、開弁側ストッパ48が、ガイドブッシュ39との当接状態にある可動コア41に当接する位置まで戻ることで、弁体40は所定の開弁位置に保持される。その際、補助ばね55のセット荷重は、弁体40を閉弁方向に付勢する弁ばね54のセット荷重より小さく設定されているので、補助ばね55は、コイル32の通電時、固定コア14の可動コア41に対する吸引と、弁ばね54による開弁側ストッパ48の可動コア41に対する当接には干渉せず、弁体40の所定位置への開弁を阻害しない。
このように、弁体40の開弁過程において、可動コア41がガイドブッシュ39に与える衝撃力は、可動コア41のみがガイドブッシュ39に最初に衝突したときの衝撃力と、その後で閉弁側ストッパ49が可動コア41に衝突したときの衝撃力とに分けられるので、それぞれの衝突エネルギは比較的小さくなり、ガイドブッシュ39および可動コア41相互の当接部の摩耗を防ぐと共に、衝突騒音を小さく抑えることができる。しかも閉弁側ストッパ49の可動コア41に対する衝突時には、弁ばね54を、通常の開弁時の圧縮変形量より多く変形させるので、弁ばね54が閉弁側ストッパ49の可動コア41に対する衝突エネルギを吸収し、その衝撃力を緩和することになる。
弁体40が開弁すると、図示しない燃料ポンプから燃料供給筒34に圧送された燃料は、パイプ状のリテーナ53の内部、固定コア14の中空部15、開弁側ストッパ48周りの平面部57、可動コア41の通孔58、弁ハウジング9の内部、弁部42周りの平面部45を順次経て燃料噴孔28からエンジンEの燃焼室6に直接噴射される。
次にコイル32への通電を遮断すると、弁ばね54の反発力により開弁側ストッパ48が押動されるので、開弁側ストッパ48は可動コア41および弁体40を伴なって弁座27側に移動し、弁部42を弁座27に着座させる。このとき可動コア41は、固定コア14の間の残留磁気の影響と、可動コア41を前方へ下降させる補助ばね55のセット荷重が比較的小さいことにより、弁部42の弁座27への着座から僅かに遅れて移動する。
ところで、弁体40は、弁座27に最初に着座したとき、その着座衝撃によって跳ね返るが、遅れて下降する可動コア41が跳ね返る弁体40に固定された閉弁側ストッパ49に当接することで、弁体40の跳ね返り量を最小限に抑えることができる。
弁体40の跳ね返りが抑えられると、弁体40は弁ばね54の反発力により閉弁状態に保持されて燃料噴射を停止し、可動コア41は補助ばね55の反発力により閉弁側ストッパ49への当接状態に保持される。
上記のように、弁体40の閉弁過程において、弁体40が弁座27に与える衝撃力は、弁体40のみが弁座27に最初に着座したときの衝撃力と、次いで可動コア41が閉弁側ストッパ49に衝突したときの衝撃力とに分けられるので、それぞれの衝突エネルギは比較的小さい。また弁体40は、弁座27に最初に着座したときは、その着座衝撃により跳ね返り、その後で再び弁座27に着座して衝撃を与えるが、弁体40の跳ね返り後の閉弁ストロークは、弁体40の通常の開弁位置からの閉弁ストロークより極めて小さいから、弁座27に及ぼす衝撃力は極めて小さい。これにより弁部42および弁座27相互の着座部の摩耗を防ぐととともに、着座騒音を小さく抑えることができる。
本発明に従えば、閉弁側ストッパ49および可動コア41のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されており、この実施の形態では、閉弁側ストッパ49の可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるように形成されるものであり、横断面積を変化させるために、閉弁側ストッパ49の可動コア41側の端部内周もしくは外周(この実施の形態では内周)に、可動コア41側に向かうにつれて大径となるテーパ面59が形成される。
また開弁側ストッパ48および可動コア41のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を前記開弁側ストッパ48および前記可動コア41のいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されるものであり、この実施の形態では、開弁側ストッパ48における軸部48bの可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるように形成されるものであり、横断面積を変化させるために、軸部48bの可動コア41側の端部内周もしくは外周(この実施の形態では内周)に、可動コア41側に向かうにつれて大径となるテーパ面60が形成される。
次にこの実施の形態の作用について説明すると、閉弁側ストッパ49および可動コア41のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されるものであり、この実施の形態では、閉弁側ストッパ49の可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるように形成されるので、可動コア41および閉弁側ストッパ49の当接面積を極力小さくし、閉弁時に可動コア41および閉弁側ストッパ49間の微小間隙に介在する燃料の粘性による開弁応答性への影響を小さく抑え、開弁応答性の向上を図ることができる。
また開弁側ストッパ48および可動コア41のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を開弁側ストッパ48および可動コア41のいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されるものであり、この実施の形態では、開弁側ストッパ48における軸部48bの可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるように形成されるので、開弁時に可動コア41および開弁側ストッパ48間の微小間隙に介在する燃料の粘性による閉弁応答性への影響を小さく抑え、閉弁応答性も向上する。
さらに閉弁側ストッパ49の可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるようにするために、閉弁側ストッパ49の可動コア41側の端部内周に、可動コア41側に向かうにつれて大径となるテーパ面59が形成され、開弁側ストッパ48の可動コア41側の端部の横断面積が可動コア41側に向かうにつれて次第に小さくなるようにするために、開弁側ストッパ48における軸部48bの可動コア41側の端部内周に、可動コア41側に向かうにつれて大径となるテーパ面60が形成されるので、簡易的に横断面積を変化させることができる。またテーパ面59,60は全周にわたるものであるので、可動コア41および閉弁側ストッパ49の当接面全体、ならびに可動コア41および開弁側ストッパ48の当接面全体で、当接領域をステム43の中心軸線まわりに均等化しつつ小さくすることができ、燃料の粘性による開弁および閉弁応答性への影響をより効果的に抑えることができる。
特にテーパ面59,60を閉弁側ストッパ49の可動コア41側端部の内周、ならびに開弁側ストッパ48における軸部48bの可動コア41側の端部内周に形成することで、可動コア41の挙動安定化に寄与することができる。すなわち閉弁側ストッパ49および開弁側ストッパ48間で可動コア41が移動する際に、可動コア41の軸線がステム43の軸線すなわち閉弁側ストッパ49および開弁側ストッパ48の軸線に対して傾く可能性があるが、テーパ面が、閉弁側ストッパ49および開弁側ストッパ48の外周側に形成されると、可動コア41がそのテーパ面に接触してしまう可能性があり、それによる可動コア41の挙動不安定化を、閉弁側ストッパ49および開弁側ストッパ48の内周側にテーパ面59,60を形成することで防止することが可能である。
ところで可動コア41および閉弁側ストッパ49間の微小間隙に介在する燃料の粘性による抵抗が閉弁応答性に及ぼす影響、ならびに可動コア41および開弁側ストッパ48間の微小間隙に介在する燃料の粘性による抵抗が開弁応答性に及ぼす影響を抑制するためには、可動コア41および閉弁側ストッパ49の当接面積、ならびに可動コア41および開弁側ストッパ48の当接面積を上述のように小さくすることの他に、当接面の粗さを調整することも有効である。
すなわち燃料の粘性抵抗をh、当接幅をD、当接面間隙をH、燃料の種類、供給圧力および温度に影響される燃料の粘度をη、当接面の相対離反速度をV,当接面積をSとしたときに、粘性抵抗=(D2 /H3 )×η×V×Sであり、当接面間隙Hは表面粗さに依存するので、より粗いほど抵抗は小さくなる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
8・・・電磁式燃料噴射弁
9・・・弁ハウジング
14・・・固定コア
27・・・弁座
32・・・コイル
37・・・吸引面
40・・・弁体
41・・・可動コア
42・・・弁部
43・・・ステム
48・・・開弁側ストッパ
49・・・閉弁側ストッパ
54・・・弁ばね
55・・・補助ばね
59,60・・・テーパ面

Claims (3)

  1. 一端部に弁座(27)を有する弁ハウジング(9)と、該弁ハウジング(9)の他端に連設される中空の固定コア(14)と、該固定コア(14)の外周に配設されるコイル(32)と、前記弁座(27)と協働する弁部(42)にステム(43)が連設されて成る弁体(40)と、前記固定コア(14)の吸引面(37)に対置されつつ前記ステム(43)に摺動可能に嵌装される可動コア(41)と、前記コイル(32)の通電時に前記吸引面(37)に吸引される前記可動コア(41)を当接させることで前記弁体(40)が開弁作動するようにして前記ステム(43)に固定される開弁側ストッパ(48)と、前記ステム(43)に沿う前記可動コア(41)のストロークを前記開弁側ストッパ(48)との間に限定するようにしつつ前記開弁側ストッパ(48)よりも前記弁座(27)側で前記ステム(43)に固定される閉弁側ストッパ(49)と、前記弁体(40)を閉弁方向に付勢する弁ばね(54)と、前記コイル(32)の非通電時に前記可動コア(41)を前記開弁側ストッパ(48)から離反させて前記閉弁側ストッパ(49)に当接させるばね力を発揮するようにして前記開弁側ストッパ(48)および前記可動コア(41)間に設けられる補助ばね(55)とを備える電磁式燃料噴射弁において、前記閉弁側ストッパ(49)および前記可動コア(41)のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を前記閉弁側ストッパ(49)および前記可動コア(41)のいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
  2. 前記開弁側ストッパ(48)および前記可動コア(41)のいずれか一方の少なくとも他方側端部が、その横断面積を前記開弁側ストッパ(48)および前記可動コア(41)のいずれか他方側に向かうにつれて次第に小さくするように形成されることを特徴とする請求項1に記載の電磁式燃料噴射弁。
  3. 前記閉弁側ストッパ(49)および前記可動コア(41)のいずれか一方の少なくとも他方側端部の外周もしくは内周、ならびに前記開弁側ストッパ(48)および前記可動コア(41)のいずれか一方の少なくとも他方側端部の外周もしくは内周に、テーパ面(59,60)が形成されることを特徴とする請求項2に記載の電磁式燃料噴射弁。
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