JP2019113045A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】リフト量の変化が生じる可能性のある工程の後においてもリフト量を調整可能な燃料噴射弁を提供すること。【解決手段】燃料が通流するノズルホルダ１１１は、ノズルホルダ１１１の外周に設けられ、ノズルホルダ１１１に軸方向の上流側から付勢される力を受ける第一の部位１１７と、ノズルホルダ１１１の外周の第一の部位１１７よりも軸方向の下流側に設けられ、ノズルホルダ１１１に軸方向の下流側から付勢される力を受ける第二の部位１１９とを備え、ノズルホルダ１１１の第一の部位１１７と第二の部位１１９との間に付勢される力により第一の部位１１７と第二の部位１１９の間が塑性変形する。【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料噴射弁に関する。

燃料噴射弁に関する従来技術としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。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ことを目的として、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を備える燃料噴射弁が開示されている。

特開２０１６−１１８２０８号公報

上記特許文献１に記載の燃料噴射弁において、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とともにハウジング２０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。

そして、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。

ところで、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る。そこで、この内燃機関に所望の量を正確に噴射するために上記特許文献１に記載の従来技術では、可動コアを分割することでリフト量を選択的な可変にする構成が提案されている。ここで、小さいリフト量は、弁座部材のノズルホルダへの圧入量を調整することで、弁座部材と弁体との距離を所望の値を得る。また、大きいリフト量は小さいリフト量に加えて、分割された可動コアの寸法差により所望の値を得る。

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術においては、リフト量を調整する工程の後に行われる接合工程(レーザ溶接等)や燃料噴射弁の試験工程等で発生するリフト量の変化を抑制することができないため、精度良く所望のリフト量を得ることが困難となる。また、リフト量の変化には燃料噴射弁の個体間でばらつきがあるため、前述のリフト量の変化と相まって個体間でのリフト量のばらつきが大きくなってしまう恐れがある。リフト量と燃料噴射量との間には相関があるため、リフト量の個体間ばらつきが燃料噴射弁の燃料噴射量の個体間ばらつきの要因となる。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、リフト量の変化が生じる可能性のある工程の後においてもリフト量を調整可能な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、燃料が通流するノズルホルダと、前記ノズルホルダの軸方向の一端に形成された、前記燃料が噴射される燃料噴射孔と、前記ノズルホルダ内に軸方向に移動可能に内包され、前記噴射孔との距離によって前記燃料噴射孔の開度を調整する弁体とを備えた燃料噴射弁において、前記ノズルホルダは、前記ノズルホルダの外周に設けられ、前記ノズルホルダに軸方向の一方から付勢される力を受ける第一の部位と、前記ノズルホルダの外周の前記第一の部位よりも軸方向の他方側に設けられ、前記ノズルホルダに軸方向の他方から付勢される力を受ける第二の部位とを備え、前記ノズルホルダの前記第一の部位と前記第二の部位との間に付勢される力により前記第一の部位と前記第二の部位の間が塑性変形するものとする。

本発明の燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁の製作過程におけるリフト量の変化をその変化の発生する工程の後に調整可能とすることにより、リフト量を高精度に調整することができるので、リフト量の個体間ばらつきを修正することができ、個体間ばらつきが小さく燃料噴射量の精度が高い燃料噴射弁を提供することができる。

第１の実施の形態に係る燃料噴射弁の全体構成を概略的に示す断面図である。 弁体の上流側端部付近の拡大断面図である。 第一可動コアを抜き出して示す拡大断面図である。 第二可動コアを抜き出して示す拡大断面図である。 磁気回路部を周辺構成とともに抜き出して示す拡大図であり、コイルへの駆動電圧（電流）の印加がない状態を示す図である。 磁気回路部を周辺構成とともに抜き出して示す拡大図であり、コイルへの駆動電圧（電流）の印加を行った状態を示す図である。 磁気回路部を周辺構成とともに抜き出して示す拡大図であり、コイルへの駆動電圧（電流）の印加を継続した状態を示す図である。 磁気回路部を周辺構成とともに抜き出して示す拡大図であり、コイルへの駆動電圧（電流）の印加をさらに継続した状態を示す図である。 磁気回路部の動作と燃料噴射弁の開閉状態の関係を簡略化して模式的に示す図であり、燃料噴射弁の閉弁状態を示す図である。 磁気回路部の動作と燃料噴射弁の開閉状態の関係を簡略化して模式的に示す図であり、燃料噴射弁の開弁開始状態を示す図である。 磁気回路部の動作と燃料噴射弁の開閉状態の関係を簡略化して模式的に示す図であり、燃料噴射弁の小リフト状態を示す図である。 磁気回路部の動作と燃料噴射弁の開閉状態の関係を簡略化して模式的に示す図であり、燃料噴射弁の大リフト状態を示す図である。 小リフト状態における駆動電流値の時間変化を示す図である。 小リフト状態における弁体変位の時間変化を示す図である。 大リフト状態における駆動電流値の時間変化を示す図である。 大リフト状態における弁体変位の時間変化を示す図である。 燃料噴射弁のリフト量の第一の調整処理の様子を示す図である。 第１の実施の形態の燃料噴射弁におけるノズルホルダを示す拡大断面図である。 第１の実施の形態におけるノズルホルダの外観を模式的に示す図である。 料噴射弁のリフト量の第二の調整処理（最終調整処理）の様子を示す図である。 第１の実施の形態の変形例の燃料噴射弁におけるノズルホルダを示す拡大断面図である。 第１の実施の形態の変形例におけるノズルホルダの外観を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、燃料噴射弁の一例として、弁体を電磁的に駆動する電磁式の燃料噴射弁を例示して説明する。

＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態を図１〜図２０を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料噴射弁の全体構成を概略的に示す断面図である。

図１に示す燃料噴射弁１００は、例えば、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である。なお、本実施の形態では、燃料噴射弁１００の軸方向に対して燃料噴射孔の側を下流側、燃料供給口側を上流側と定義して説明する。

図１において、本実施の形態における燃料噴射弁１００には、燃料噴射弁を駆動するための駆動装置であるＥＤＵ（駆動回路）１２１及びＥＤＵ１２１の制御を行うＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１２０が接続されている。

燃料噴射弁１００は、燃料が供給される燃料供給口１１２を有する磁気コア１０７と、磁気コア１０７の下流側に設けられたノズルホルダ１１１と、ノズルホルダ１１１内を軸方向に移動することによって燃料噴射弁１００による燃料の噴射量を調整する弁体１０１と、弁体１０１の移動量を規定する第一可動コア２０１及び第二可動コア２０２により構成される可動コア群と、可動コア群や弁体１０１等を軸方向（すなわち、弁体軸１０１ａに沿う方向）に付勢するための第一スプリング１１０、第二スプリング２０３及び第三スプリング２０４と、ＥＤＵ１２１からの駆動電圧（電流）によって発生する磁気的な吸引力で弁体１０１を駆動するコイル１０８とから概略構成されている。

ＥＣＵ１２０では、燃料噴射弁１００による燃料噴射の対象となるエンジン（内燃機関：図示せず）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、燃料噴射弁１００のコイル１０８（後述）に印加する電圧を制御して電流を供給する。また、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駆動パルスを制御し、ＥＤＵ１２１によって生成する駆動電圧（電流）を切替えることが可能である。なお、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。なお、ＥＣＵ１２０とＥＤＵ１２１は一体の部品として構成されてもよい。すなわち、燃料噴射弁１００を駆動するための駆動装置は、燃料噴射弁１００の駆動電圧を発生する装置であれば良く、例えば、ＥＣＵ１２０とＥＤＵ１２１とが一体となって駆動装置を構成しても良いし、本実施の形態で例示するようにＥＤＵ１２１単体で駆動装置を構成してもよい。

ここで、燃料噴射弁１００における各構成の詳細及び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を有しており、弁体１０１を内包するノズルホルダ１１１の下流側端部には、弁体１０１の下流側端部と対向して弁体１０１を支持可能なように弁座部材１０２が設けられている。また、弁体１０１の弁座部材１０２との対向面には、弁座部材１０２により形成される弁座構造と接触してシール部を形成する弁体シート部１１５が設けられている。弁座部材１０２の弁体１０１の下流側端部との対向部には燃料噴射孔１１６が形成されており、弁体１０１と弁座部材１０２との距離によって燃料噴射孔１１６の開度が調整される。コイル１０８に通電がないときには、上流側端部を保持部材１１０ａにより保持された第一スプリング１１０によって弁体１０１が弁座部材１０２に押し付けられ、弁体１０１と弁座部材１０２とで燃料をシールする構造となっている。

図２は弁体の上流側端部付近の拡大断面図であり、図３は第一可動コアを抜き出して示す拡大断面図、図４は第二可動コアを抜き出して示す拡大断面図である。

図２に示すように、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。スリーブ１１３のスリーブ下端部１１３ａは弁体１０１の肩部１０１ｂと係合するように構成されており、スリーブ１１３への下流側への付勢力がスリーブ下端部１１３ａと肩部１０１ｂの係合部を介して伝えられることにより、弁体１０１の全体が下流方向（弁座部材１０２に向かう方向）に付勢される。また、弁体１０１の下流側には、外周側に凸となる段付き部１３１（大径部）を有している。

可動コア群の第一可動コア２０１及び第二可動コア２０２は、それぞれ、弁体１０１の段付き部１３１の下流側及び上流側に弁体１０１と同軸状に配置されており、弁体１０１の上流側の端部は可動コア群の上流側において磁気コア１０７内に挿入されている。可動コア群（第一可動コア２０１、第二可動コア２０２）及び磁気コア１０７の外周に軸周りを囲むようにコイル１０８が配置されており、さらにその外周にヨーク１０９が軸周りを囲むように配置されている。可動コア群（第一可動コア２０１、第二可動コア２０２）、磁気コア１０７、及び、ヨーク１０９は、磁気コアの外周に位置するコイル１０８とともに磁気回路を形成し、コイル１０８への駆動電圧（電流）の供給によって磁気的な吸引力を発生することにより弁体１０１を駆動する。弁体１０１および可動コア群（第一可動コア２０１、第二可動コア２０２）は、ノズルホルダ１１１に内包されている。また、可動コア群により段付き部１３１を介して駆動される弁体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。

図３に示すように、第一可動コア２０１は、弁体１０１と同軸状に配置された円筒形状を有し、内部の下流側寄りを塞ぐ底部を有して構成されており、第一可動コア２０１の内部空間は上流側に開口する凹み部２０１ｃを形成している。第一可動コア２０１の底部の弁体１０１の位置（弁体軸１０１ａ）とは異なる位置に、燃料を底部の上流側と下流側とで通流するための燃料通路孔が設けられている。また、第一可動コア２０１は、上流側端部に磁気コア１０７に対向する第一対向面２０１ａを有しており、第一対向面２０１ａが磁気コア１０７に吸引される。

図４に示すように、第二可動コア２０２は、第一可動コア２０１と別体で構成されており、上流側から下流側に向かってその内径が段階的に大きくなる略円筒形状を有している。なお、第二可動コア２０２の外径は上流側から下流側にかけて一定である。本実施の形態では、第二可動コア２０２は、上流側から下流側に向かって３つの大きさの内径を有するよう形成されており、その内径は上流側から順に、１段目が弁体１０１の外周に沿う大きさ、２段目が弁体１０１の段付き部１３１の外周に沿う大きさ、３段目が弁体１０１の段付き部１３１の外周よりも十分に大きい大きさにそれぞれ形成されている。また、第二可動コア２０２は、上流側端部に磁気コア１０７に対向する第二対向面２０２ａを有しており、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。

第二可動コア２０２の内周の２段目の下流側端面２０２ｉ（すなわち、２段目と３段目の境界面）には、燃料を第二可動コア２０２の上流側と下流側とで通流するための燃料通路孔２０２ｄが設けられている。

可動コア群は、第一可動コア２０１の凹み部２０１ｃの内部に、第一可動コア２０１の内周面２０１ｂが第二可動コア２０２の外周面２０２ｂに沿って対向するように、第二可動コア２０２を内包して構成されていている。このとき、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。また、可動コア群では、第一可動コア２０１と第二可動コア２０２とで弁体１０１の段付き部１３１を内包するように配置されており、段付き部１３１が第二可動コア２０２の内周の２段目に収容されて、段付き部１３１の上流側端面と第二可動コア２０２の内周の１段目の下流側端面２０２ｃ（すなわち、１段目と２段目の境界面）に対向し、段付き部１３１の下流側端面１３１ｂが第一可動コア２０１の凹み部底面２０１ｅと対向する。なお、可動コア群は、第一可動コア２０１の外周面２０１ｆがノズルホルダ１１１の内周面に沿って対向するように配置されている。

可動コア群において、第一可動コア２０１の軸方向の最大長さをＬ１、上流側端部（第一対向面２０１ａ）から凹み部底面２０１ｅまでの深さをＬ３とすると、第一可動コア２０１の軸方向の深さＬ３（すなわち、最大長さＬ１）が、第二可動コア２０２の軸方向の最大長さＬ２に対して長くなるように構成する。

弁体１０１のスリーブ下端部１１３ａは、第二可動コア２０２よりも上流側になるよう配置されており、第二可動コア２０２が上流側に移動した場合に、スリーブ１１３のスリーブ下端部１１３ａ（弁体係合部）が第二可動コア２０２の第二対向面２０２ａ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、第二対向面２０２ａ（特に、スリーブ下端部１１３ａと係合する範囲を上流側係合部２０２ｈと称する）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の燃料通路孔２０１ｄ及び第二可動コア２０２の燃料通路孔２０２ｄは、第一可動コア２０１及び第二可動コア２０２が軸方向に移動した際に燃料によって生ずる流体力を低減するために設けられている。したがって、燃料通路孔２０１ｄ及び燃料通路孔２０２ｄの孔部の弁体軸１０１ａに垂直な面における断面積は、外径側の第一可動コア２０１（外径側可動コア）及び内径側の第二可動コア２０２（内径側可動コア）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するよう形成されている。

次に、弁体１０１、第一可動コア２０１、及び第二可動コア２０２の間に設けられた空隙の関係と、コイル１０８に駆動電圧（電流）が印加された際の各部材の動作について説明する。

図５〜図８は、可動コア群（第一可動コア、第二可動コア）、磁気コア、ヨーク、及びコイル１０８によって形成される磁気回路部を周辺構成とともに抜き出して示す拡大図である。図５はコイルへの駆動電圧（電流）の印加がない状態、図６はコイルへの駆動電圧（電流）の印加を行った状態、図７はコイルへの駆動電圧（電流）の印加を継続した状態、図８はコイルへの駆動電圧（電流）の印加をさらに継続した状態をそれぞれ示している。
また、図９〜図１２は、磁気回路部の動作と燃料噴射弁の開閉状態の関係を簡略化して模式的に示す図である。図９は燃料噴射弁の閉弁状態、図１０は開弁開始状態、図１１は小リフト状態、図１２は大リフト状態をそれぞれ示している。
さらに、図１３〜図１６は、駆動電流値および弁体変位の時間変化を示す図であり、図１３は小リフト状態における駆動電流値の時間変化、図１４は小リフト状態における弁体変位の時間変化、図１５は大リフト状態における駆動電流値の時間変化、図１６は大リフト状態における弁体変位の時間変化をそれぞれ示している。

＜１．コイル１０８への通電がない状態（閉弁状態）＞
磁気回路部が図５に示す状態のときは、図９に示すように、弁体１０１は弁座部材１０２に設けられた弁座に接触しており、燃料噴射弁１００は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（下流側方向）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１１４から引き離す方向（上流側方向）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の第二対向面２０２ａ（上流側端面）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、第二可動コア２０２は第二スプリング２０３によって下流側方向に付勢される一方、第一可動コア２０１は第三スプリング２０４によって上流側方向に付勢される。上記のように、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、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が設けられている。また、第一可動コア２０１の上流側端部の面（第一対向面２０１ａ）と第二可動コア２０２の上流側端部の面（第二対向面２０２ａ）との軸方向の位置の差はｇ３である。

＜２．コイル１０８に駆動電圧（電流）を印加した場合（開弁開始状態）＞
図５に示した状態において、コイル１０８に駆動電圧（電流）が印加されると、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。

下記の（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は一体的に磁気コア１０７側に吸引されて運動を開始する。

Ｆｏ＋Ｆｉ＞Ｆｍ−Ｆｚ ・・・（式１）
図６では、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（開弁開始状態：図１０参照）を示している。コイル１０８への通電がない状態（図５参照）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が設けられていたが、図６の状態では、これらの間の空隙はｇ２１（ｇ２１＝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１０１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の第二対向面２０２ａ（上流側端面）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。

＜３．コイル１０８への駆動電圧（電流）の印加を継続した場合（小リフト状態）＞
図６に示した状態において、コイル１０８への駆動電圧（電流）の印加を継続し、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ｇ２１だけ変位して第一可動コア２０１（外径側可動コア）の第一対向面２０１ａが磁気コア１０７に衝突すると、図７に示すように小リフト状態（図１１参照）となる。図７においては、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１３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Ｉｔｈよりも小さくすると、下記の（式２）および（式３）に示す力の関係を満たす。

Ｆｓ＋Ｆｐ＜Ｆｉ＋Ｆｏ ・・・（式２）
Ｆｓ＋Ｆｐ＞Ｆｉ ・・・（式３）
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。また、閾値Ｉｔｈは、上記（式２）及び（式３）を満たすための駆動電圧（電流）の判定条件として予め設定されたものである。

上記（式２）は、第一可動コア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している。また、上記（式３）は、第二可動コア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と第一スプリング１１０による付勢力Ｆｓとの和よりも小さくなる条件を示している。

つまり、上記（式２）及び（式３）の条件を満たした場合、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る。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（小リフト状態：図１１参照）となる。

小リフト状態の場合には、図９に示したように、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。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。

＜３−１．コイル１０８への駆動電圧（電流）の印加を停止した場合＞
図７及び図１１に示した状態（小リフト状態）において、コイル１０８への駆動電圧（電流）の印加を停止する（すなわち、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）は下流側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（下流側方向）への変位を開始し、その後、弁座部材１０２と衝突して閉弁状態（図６及び図９の状態）となる。結果として、閉弁状態から小リフト状態を経て閉弁状態に至る場合の弁体１０１の弁体変位量の時間変化は、図１４に示す弁体変位量４０３で示される。

＜４．コイル１０８への駆動電圧（電流）をの印加を継続した場合（大リフト状態）＞
図１５に示すように、コイル１０８への通電する最大駆動電流４０４を予め設定した閾値Ｉｔｈよりも大きくすると、下記（式４）に示す力の関係を満たす。

Ｆｓ＋Ｆｐ＞Ｆｉ ・・・（式４）
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。

上記（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という条件を示している。

図１５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及び図９参照）の分だけ変位し、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ｇ２１（ｇ２１＝ｇ２−ｇ１）と空隙ｇ３の和の分だけ変位する（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。

＜４−１．コイル１０８への駆動電圧（電流）の印加を停止した場合＞
図８及び図１２に示した状態（大リフト状態）において、コイル１０８への駆動電圧（電流）を停止する（すなわち、電流を遮断する）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、下流側方向へ移動すると、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、下流側方向に変位する。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と衝突して閉弁状態（図６及び図９の状態）となる。結果として、閉弁状態から大リフト状態を経て閉弁状態に至る場合の弁体１０１の弁体変位量の時間変化は、図１６に示す弁体変位量４０６で示される。

＜５．磁気回路部および弁体の動作のまとめ＞
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。

ここで、本実施の形態における燃料噴射弁１００のリフト量の調整について説明する。

図１７は、燃料噴射弁のリフト量の第一の調整処理の様子を示す図である。

燃料噴射弁１００において、大リフト状態における弁体１０１のリフト量（大リフト量）は空隙ｇ２１（ｇ２１＝ｇ２−ｇ１）と空隙ｇ３の和であり、空隙ｇ３は第一可動コア２０１の凹み部２０１ｃの深さＬ３と第二可動コア２０２の軸方向最大長さＬ２により形成される。また、小リフト状態における弁体１０１のリフト量（小リフト量）は図１７に示すように、ノズルホルダ１１１に対して弁座部材１０２の押し込む量を制御することでリフト量を調整する。調整の際は、図１３に示したように、コイル１０８に印加する駆動電圧を調整して通電する最大駆動電流４０１を予め設定した閾値Ｉｔｈよりも小さい値で駆動させることで図１１に示す状態（小リフト状態）とさせて行う。ここで、弁体１０１と弁座部材１０２の間には空隙ｇ２１に相当する空隙が発生しており、この空隙が小リフト量である。この空隙をノズルホルダ１１１に対する弁座部材１０２の押し込み量の制御により調整する。小リフト量の調整工程は燃料噴射弁組立時のリフト量集積公差を調整するために行う。

なお、小リフト量の調整の後には、レーザ溶接による弁座部材１０２とノズルホルダ１１１との接合や、流量調整工程、試験工程等があり、これら工程において調整されたリフト量は変化する。リフト量と燃料噴射弁の噴射量との間には相関があり、所望のリフト量から変化した場合、所望の量の燃料を正確に噴射することは困難となる。また、リフト量の変化には個体差があるため、リフト量の個体間ばらつきは燃料噴射弁の燃料噴射量の個体間ばらつきの要因となる。そこで、本実施の形態における燃料噴射弁１００では、以下のようにリフト量の最終調整処理を行う。

図１８〜図２０は、燃料噴射弁のリフト量の第二の調整処理（最終調整処理）を説明する図である。図１８は本実施の形態の燃料噴射弁におけるノズルホルダを示す拡大断面図であり、図１９はノズルホルダの外観を模式的に示す図である。また、図２０は、料噴射弁のリフト量の第二の調整処理（最終調整処理）の様子を示す図である。

図１８及び図１９に示すように、本実施の形態のノズルホルダ１１１は、ノズルホルダ１１１の外周に設けられ、ノズルホルダ１１１に軸方向の一方（例えば、上流側）から付勢される力を受ける第一の部位１１７と、ノズルホルダ１１１の外周の第一の部位１１７よりも軸方向の他方側（例えば、下流側）に設けられ、ノズルホルダ１１１に軸方向の他方（下流側）から付勢される力を受ける第二の部位１１９とを備えており、ノズルホルダ１１１の第一の部位１１７と第二の部位１１９との間に付勢される力により第一の部位１１７と第二の部位１１９の間を塑性変形させて、弁体１０１のリフト量の調整を行う。

第一の部位１１７は、ノズルホルダ１１１の外周に沿って円環状に形成された溝構造を有し、その溝構造によって上流側から付勢される力の受け面１１７ａが形成されている。また、第二の部位１１９は、ノズルホルダ１１１の外周に沿って円環状に形成された溝構造を有し、その溝構造によって下流側から付勢される力の受け面１１９ａを有して形成されている。そして、燃料噴射弁１００の上流側から下流側、もしくは下流側から上流側に第一の部位１１７及び第二の部位１１９を介して加圧を行い、ノズルホルダ１１１の力の受け面１１７ａ，１１９ａに挟まれた部位を圧縮して塑性変形させる。この時、ノズルホルダ１１１の塑性変形量を所望の値に制御することでリフト量の調整を行う。

ノズルホルダ１１１は弁座部材１０２と溶接による結合を行っているため、ノズルホルダ１１１の軸方向長さを変更することは小リフト量ｇ２１を変更することとなり、小リフト量ｇ２１を所望の値に調整可能となる。さらに、塑性変形させる部位を、力を受ける部位と同一の部品とすることで、塑性変形部以外の部位への影響をおさえることが可能となる。また、ノズルホルダ１１１の軸方向長さが変更されることにより、前記弁体１０１のリフト量が変更されることを特徴とする。前記の通りノズルホルダ１１１の軸方向長さを変更することは小リフト量ｇ２１を変更することとなるため、小リフト量ｇ２１を所望の値に調整可能となる。

なお、本調整工程はリフト量のばらつきが発生する工程の後に行うことが望ましく、燃料噴射弁１００の製作過程におけるリフト量の変化をその変化の発生する工程の後に調整可能とすることにより、リフト量を高精度に調整することができるので、リフト量の個体間ばらつきを修正することができ、燃料噴射弁１００の個体間ばらつきを小さくすることができるとともに、燃料噴射量の精度を高めることができる。また、第一の部位１１７と第二の部位１１９とをそれぞれ円環状に形成したので、円筒形状部品である燃料噴射弁１００のノズルホルダ１１１への第一の部位１１７と第二の部位１１９の形成が容易となり、より安価に燃料噴射弁１００を製作することができる。

また、図１８及び図１９に示すように、ノズルホルダ１１１は、ノズルホルダ１１１の外周の軸方向における第一の部位１１７と第二の部位１１９との間に設けられ、ノズルホルダ１１１の外周に添って円環状に形成された溝構造、すなわち、径方向内側に凹む構造を有する第三の部位１１８を備えている。

これにより、リフト量の調整処理においてノズルホルダ１１１の塑性変形する部分を第一の部位１１７と第二の部位１１９の間のさらに限定的な範囲に抑制することが可能となり、ノズルホルダ１１１のリフト量の調整処理における塑性変形の他の部位への影響を抑えつつ、リフト量の調整を行うことが可能となる。

また、ノズルホルダ１１１の第一の部位１１７と第二の部位１１９にそれぞれ設けた力の受け面１１７ａ，１１９ａの面積は、第三の部位の外径１１８ｂとノズルホルダ１１１の内径１１１ａとで形成される径方向断面積よりも大きくなるように形成されている。すなわち、第一の部位１１７、第二の部位１１９、及び第三の部位１１８は、第三の部位１１８の外径１１８ｂとノズルホルダ１１１の内径１１１ａとで形成される径方向断面積（すなわち、軸方向に垂直な面での断面積）が第一の部位１１７の力の受け面１１７ａ及び第二の部位１１９の力の受け面１１９ａの面積よりも小さくなるように形成されている。

これにより、リフト量の調整処理において、力の受け面１１７ａ，１１９ａに発生する応力よりも第三の部位１１８に発生する応力を大きくすることができ、第三の部位１１８が第一の部位１１７や第二の部位１１９に先んじて一番初めに塑性変形を行うようになり、他の部位への影響をさらに抑制することが可能となる。

また、リフト量の調整処理において、第三の部位１１８の塑性変形量が第一の部位１１７及び第二の部位１１９の塑性変形量よりも大きくなるように形成されている。

これにより、塑性変形部の限定と塑性変形量の管理が容易となり、ノズルホルダ１１１の塑性変形部以外の部位への影響をおさえつつリフト量の調整を行うことが可能となる。

また、図１２に示すように、本実施の形態におけるリフト量の調整処理は、ノズルホルダ１１１に設けた第一の部位１１７及び第二の部位１１９に対してそれぞれ治具５０１，５０２を挿入して行う。具体的には、治具５０１，５０２をそれぞれ力の受け面１１７a，１１９ａに当接させ、片方の治具（例えば、上流側の第一の部位１１７の力の受け面１１７ａに当接させた治具５０１）を固定させた状態で、もう片方の治具（例えば、下流側の第二の部位１１９の力の受け面１１９ａに当接させた治具５０２）をノズルホルダ１１１が圧縮される方向（すなわち、上流側方向）に移動させるように加圧を行い、ノズルホルダ１１１の第三の部位１１８を塑性変形させる。すなわち、第一の部位１１７又は第二の部位１１９の何れか一方が固定された状態で、他方に挿入された治具５０１，５０２が動作することで、第一の部位１１７から下流側に向かって力がかかる、又は第二の部位１１９から上流側に向かって力がかかるように構成する。

これにより、ノズルホルダ１１１の圧縮塑性変形によるリフト量の調整を均一に行うことが可能となる。このことは、塑性変形を行った際のノズルホルダ１１１の軸ずれ防止効果があり、燃料噴射弁１００の弁体シート部１１５のシール性を悪化させずにリフト量の調整処理を行うことができる。また、塑性変形部以外の部位への影響を抑えつつリフト量の調整処理を行うことが可能となる。

＜第１の実施の形態の変形例＞
第１の実施の形態の変形例を図２１及び図２２を参照しつつ説明する。

第１の実施の形態では、第一の部位１１７及び第二の部位１１９を凹み形状（溝構造）により形成しているが、本変形例では、力の受け面を有する部位をノズルホルダの外周側に凸となるように形成している。

図２１は本変形例の燃料噴射弁におけるノズルホルダを示す拡大断面図であり、図２２はノズルホルダの外観を模式的に示す図である。

図２１及び図２２に示すように、本変形例のノズルホルダ１１１Ａは、ノズルホルダ１１１Ａの外周に設けられ、ノズルホルダ１１１Ａに軸方向の一方（例えば、上流側）から付勢される力を受ける第一の部位１１７Ａと、ノズルホルダ１１１Ａの外周の第一の部位１１７Ａよりも軸方向の他方側（例えば、下流側）に設けられ、ノズルホルダ１１１Ａに軸方向の他方（下流側）から付勢される力を受ける第二の部位１１９とを備えており、ノズルホルダ１１１Ａの第一の部位１１７Ａと第二の部位１１９との間に付勢される力により第一の部位１１７と第二の部位１１９の間を塑性変形させて、弁体１０１のリフト量の調整を行う。

第一の部位１１７Ａは、ノズルホルダ１１１の外周に沿って円環状に形成されたフランジ状の凸構造を有し、その凸構造によって上流側から付勢される力の受け面１１７ｂが形成されている。また、第二の部位１１９は、ノズルホルダ１１１の外周に沿って円環状に形成された溝構造を有し、その溝構造によって下流側から付勢される力の受け面１１９ａを有して形成されている。そして、燃料噴射弁１００の上流側から下流側、もしくは下流側から上流側に第一の部位１１７Ａ及び第二の部位１１９を介して加圧を行い、ノズルホルダ１１１Ａの力の受け面１１７ｂ，１１９ａに挟まれた部位を圧縮して塑性変形させる。この時、ノズルホルダ１１１Ａの塑性変形量を所望の値に制御することでリフト量の調整を行う。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜付記＞
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。

例えば、第１の実施の形態の変形例においては、第一の部位１１７Ａのみをノズルホルダ１１１の外周に沿って円環状に形成されたフランジ状の凸構造とする構成としたが、第二の部位１１９についても同様に凸構造としてもよい。

また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１００…燃料噴射弁、１０１…弁体、１０１ａ…弁体軸、１０１ｂ…肩部、１０２…弁座部材、１０７…磁気コア、１０７ａ…下流側端面、１０８…コイル、１０９…ヨーク、１１０…第一スプリング、１１０ａ…保持部材、１１１，１１１Ａ…ノズルホルダ、１１２…燃料供給口、１１３…スリーブ、１１３ａ…スリーブ下端部、１１４…スプリング保持部材、１１５…弁体シート部、１１６…燃料噴射孔、１１７…第一の部位、１１７ａ…力の受け面、１１７Ａ…第一の部位、１１７ｂ…力の受け面、１１８…第三の部位、１１９…第二の部位、１１９ａ…力の受け面、１２２…通信ライン、１２３…信号線、１３１…段付き部、１３１ａ…接触面、１３１ｂ…下流側端面、２０１…第一可動コア、２０１ａ…第一対向面、２０１ｂ…内周面、２０１ｃ…凹み部、２０１ｄ…燃料通路孔、２０１ｅ…凹み部底面、２０１ｆ…外周面、２０２…第二可動コア、２０２ａ…第二対向面、２０２ｂ…外周面、２０２ｃ…下流側端面、２０２ｄ…燃料通路孔、２０２ｅ…下流側端面、２０２ｈ…上流側係合部、２０２ｉ…下流側端面、２０３…第二スプリング、２０４…第三スプリング、４０１，４０４…最大駆動電流、４０３，４０６…弁体変位量、５０１，５０２…治具

Claims (9)

1. 燃料が通流するノズルホルダと、
   前記ノズルホルダの軸方向の一端に形成された、前記燃料が噴射される燃料噴射孔と、
   前記ノズルホルダ内に軸方向に移動可能に内包され、前記燃料噴射孔との距離によって前記燃料噴射孔の開度を調整する弁体と
   を備えた燃料噴射弁において、
   前記ノズルホルダは、
   前記ノズルホルダの外周に設けられ、前記ノズルホルダに軸方向の一方から付勢される力を受ける第一の部位と、
   前記ノズルホルダの外周の前記第一の部位よりも軸方向の他方側に設けられ、前記ノズルホルダに軸方向の他方から付勢される力を受ける第二の部位とを備え、
   前記ノズルホルダの前記第一の部位と前記第二の部位との間に付勢される力により前記第一の部位と前記第二の部位の間が塑性変形することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記ノズルホルダの外周の軸方向における前記第一の部位と前記第二の部位との間に設けられ、前記ノズルホルダの外周に添って円環状に形成された溝構造を有する第三の部位を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記第三の部位は、前記ノズルホルダの前記第三の部位における軸方向に垂直な面での断面積が、前記第一の部位における前記第一の部位に付勢される力の方向と対向する面の面積及び前記第二の部位における前記第二の部位に付勢される力の方向と対向する面の面積よりも小さくなるよう形成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記第三の部位は、前記ノズルホルダの前記第三の部位における塑性変形の変形量が、前記第一の部位における前記第一の部位に付勢される力による変形量及び前記第一の部位における前記第一の部位に付勢される力による変形量よりも大きくなるように形成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記第一の部位及び前記第二の部位はそれぞれ前記ノズルホルダの外周に沿って円環状に形成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
6. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記第一の部位及び前記第二の部位の少なくとも一方は、前記ノズルホルダの外周に沿って円環状に形成された溝構造を有することを特徴とする燃料噴射弁。
7. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記第一の部位及び前記第二の部位の少なくとも一方は、前記ノズルホルダの外周に沿って円環状に形成されたフランジ状の凸構造を有することを特徴とする燃料噴射弁。
8. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記ノズルホルダは、前記第一の部位又は前記第二の部位の何れか一方に挿入された治具の方向に、前記第一の部位又は前記第二の部位の他方に挿入された治具を近づけるように動かすことで、前記第一の部位と前記第二の部位の間が塑性変形することを特徴とする燃料噴射弁。
9. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記第一の部位と前記第二の部位の間が塑性変形して前記ノズルホルダの軸方向長さが変更されることを特徴とする燃料噴射弁。

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