JP2022143529A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の噴射量のばらつきを抑制することができる燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射装置は、噴射孔形成部材が設けられたノズルホルダ１０２と、ノズルホルダに配置された固定コア１０１と、アンカー１１０と、弁部材１０４と、を備えている。弁部材１０４は、アンカー１１０に形成された挿通孔１１０ｃを挿通する軸部１１３ａ及び開弁動作時にアンカー１１０と係合する係合部１２８が設けられたプランジャロッド１１３と、スペーサー１２５を有している。そして、軸部１１３ａと挿通孔１１０ｃとの間に形成された隙間Ｇｃは、アンカー１１０と収容凹部１０２ｂとの間に形成された隙間Ｇｂよりも大きく、流体が通過可能に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料噴射装置に関する。

従来、内燃機関として、燃料噴射装置によりシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射型の内燃機関が用いられている。また、近年では、低排気化の観点から高い圧力で燃料を多段噴射でき、低パルス時の燃料の噴射量のばらつきを抑制することが求められている。

従来の燃料噴射装置に関する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。

特許文献１には、弁部材と、弁部材に対して相対変位可能なアンカーと、貫通孔が形成された固定コアとを備えた技術が記載されている。そして、アンカーと弁部材との双方にアンカーが弁部材に対して開弁方向に変位した場合に係合してアンカーの開弁方向への変位を規制する係合部を設けている。また、弁部材側の係合部とアンカー側の係合部との間に間隙を形成する間隙形成部材と、間隙形成部材を閉弁方向に付勢する付勢ばねとを備え、間隙形成部材の外径と付勢ばねの外径と弁部材の最大外径とを貫通孔の内径よりも小さくしている。

国際公開第２０１６／０４２８９６号

また、特許文献１に記載された技術において、アンカーが弁体に摺動可能に支持されているため、弁体の段付き部とスペーサーを示す間隙形成部材との間に形成される隙間は、閉弁状態では、閉空間となっていた。そして、閉弁状態から開弁状態に移行する際には、この隙間の圧力が大きく変動し、開弁動作に影響を与えていた。

さらに、燃料噴射装置の個体ごとの寸法誤差により、段付き部とスペーサーとの間に形成される隙間の大きさは、個体ごとに異なっていた。隙間の大きさの違いにより、開動作時における圧力変動の大きさも個体ごとにばらつきが発生していた。そして、隙間の圧力が低い個体は、開弁動作が速くなり、圧力が高い個体は、開弁動作が遅くなる。その結果、特許文献１に記載された技術では、燃料の噴射量にばらつきが発生していた。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、燃料の噴射量のばらつきを抑制することができる燃料噴射装置を提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、噴射孔形成部材が設けられたノズルホルダと、ノズルホルダに配置された固定コアと、アンカーと、弁部材と、を備えている。アンカーは、固定コアと対向し、ノズルホルダに設けた収容凹部に配置される。弁部材は、噴射孔形成部材に設けた噴射孔を開閉する弁体を有する。そして、弁部材は、アンカーに形成された挿通孔を挿通する軸部及び開弁動作時にアンカーと係合する係合部が設けられたプランジャロッドを有している。また、弁部材は、係合部が収容される収容部を有し、閉弁時に係合部とアンカーとの間に所定の間隙を形成するスペーサーを有している。
そして、軸部と挿通孔との間に形成された隙間は、アンカーと収容凹部との間に形成された隙間よりも大きく、流体が通過可能に形成されている。

上記構成の燃料噴射装置によれば、燃料の噴射量のばらつきを抑制することができる。

実施の形態例にかかる燃料噴射装置を示す断面図である。 実施の形態例にかかる燃料噴射装置におけるスペーサー及びアンカー周りを拡大して示す断面図である。 実施の形態例にかかる燃料噴射装置における開弁動作が開始した際のスペーサー及びアンカー周りを拡大して示す断面図である。 実施の形態例にかかる燃料噴射装置における開弁動作の途中状態のスペーサー及びアンカー周りを拡大して示す断面図である。 実施の形態例にかかる燃料噴射装置における開弁動作が完了した際のスペーサー及びアンカー周りを拡大して示す断面図である。 実施の形態例にかかる燃料噴射装置における開弁動作時の電圧、電流の時間変化と、弁部材及びアンカーの挙動を示す図である。図６Ａは電圧の時間変化を示す図、図６Ｂは電流の時間変化を示す図、図６Ｃは弁部材及びアンカーの挙動を示す図である。

以下、燃料噴射装置の実施の形態例について、図１～図６を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

１．実施の形態例
１－１．燃料噴射装置の構成
まず、実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかる燃料噴射装置の構成について図１を参照して説明する。
図１は、燃料噴射装置を示す断面図である。

図１に示す燃料噴射装置は、内燃機関として、吸気行程、圧縮行程、燃焼（膨張）行程、排気行程の４行程を繰り返す４サイクルエンジンに用いられるものである。また、燃料噴射装置は、各気筒のシリンダの中に燃料を噴射する筒内噴射型の内燃機関に適用されるものである。

図１に示すように、燃料噴射装置１００は、固定コア（磁気コア）１０１と、ノズルホルダ１０２と、噴射孔形成部材１０３と、弁部材１０４と、電磁コイル１０８と、ハウジング１０９と、アンカー（可動コア）１１０と、接続部１３５と、を備えている。また、燃料噴射装置１００は、第１スプリング１１８と、第２スプリング１２４と、第３スプリング１２６とを備えている。

［ノズルホルダ］
ノズルホルダ１０２は、筒状に形成されている。ノズルホルダ１０２の中心軸線１００ａに沿う軸線方向Ｄａ「以下、単に「軸線方向Ｄａ」という」の一端部である先端部には、噴射孔形成部材１０３が挿入又は圧入により取り付けられている。この噴射孔形成部材１０３には、燃料を噴射する噴射孔１１２が形成されている。

また、噴射孔形成部材１０３には、後述する弁部材１０４の弁体１１７の先端部が離接する弁座１０３ａが形成されている、噴射孔形成部材１０３は、弁体１１７が弁座１０３ａに着座することで燃料を封止する。また、弁体１１７は、弁座１０３ａに当接することで燃料をシールし、弁座１０３ａから離反することで燃料の通過を許可する。

ノズルホルダ１０２の先端部には、ガイド部材１０５が圧入または塑性結合により固定されている。ガイド部材１０５は、弁部材１０４における弁体１１７の外周面を支持し、弁体１１７の移動をガイドする。

ノズルホルダ１０２の軸線方向Ｄａの他端部である後端部には、先端部よりも外径が大きい大径部１０２ａが形成されている。この大径部１０２ａには、収容凹部１０２ｂが形成されている。この収容凹部１０２ｂは、ノズルホルダ１０２の軸線方向Ｄａに沿って形成された連通孔１０２ｃによって先端部に連通している。

収容凹部１０２ｂは、大径部１０２ａの後端側が開口し、軸線方向Ｄａの先端側に向けて凹んだ有底の凹部である。収容凹部１０２ｂには、後述するアンカー１１０と、固定コア１０１の一部が配置される。収容凹部１０２ｂにおける底部の中央部には、第２スプリング１２４の一端部が収容される。そして、収容凹部１０２ｂは、その内壁面において後述するアンカー１１０を軸線方向Ｄａに沿って摺動可能に支持する。

また、ノズルホルダ１０２の下流側外周部（径方向外側）には溝１１５が形成されており、樹脂材製のチップシールに代表されるシール部材１１６が溝１１５に嵌め込まれている。

［弁部材］
このノズルホルダ１０２の内部には、弁部材１０４が軸線方向Ｄａに沿って移動可能に配置されている。弁部材１０４は、プランジャロッド１１３と、スペーサー１２５と、第３スプリング１２６と、ロッドヘッド１２７とを備えている。なお、弁部材１０４の詳細な構成については、後述する。
［アンカー］
次に、アンカー１１０について説明する。アンカー１１０は、ノズルホルダ１０２の収容凹部１０２ｂにおいて、弁部材１０４のスペーサー１２５と収容凹部１０２ｂの底部との間に配置されている。また、アンカー１１０の外周面と収容凹部１０２ｂの内周面との間には、微小な間隙が形成されている。そのため、アンカー１１０は、収容凹部１０２ｂ内において軸線方向Ｄａに沿って移動可能に配置される。

アンカー１１０は、円筒状に形成されている。アンカー１１０には、挿通孔１１０ｃ（図２参照）と、偏心貫通孔１１０ｄが形成されている。挿通孔１１０ｃ及び偏心貫通孔１１０ｄは、アンカー１１０における軸線方向Ｄａの先端部から後端部にかけて貫通するガイド孔である。挿通孔１１０ｃは、アンカー１１０の中心軸上に形成されている。そして、挿通孔１１０ｃには、弁部材１０４のプランジャロッド１１３が挿通している。

偏心貫通孔１１０ｄは、アンカー１１０の中心軸から偏心した位置に形成されている。偏心貫通孔１１０ｄは、固定コア１０１の貫通孔１０１ａによって形成された流路に連通している。そして、偏心貫通孔１１０ｄは、燃料が通過する流路を形成する。

アンカー１１０における軸線方向Ｄａの先端側の端面には、第２スプリング１２４の後端部が当接している。そのため、第２スプリング１２４は、アンカー１１０とノズルホルダ１０２の収容凹部１０２ｂの間に介在される。また、アンカー１１０における軸線方向Ｄａの後端側には、固定コア１０１が配置されている。

なお、アンカー１１０の詳細な構成については、後述する。

［固定コア］
固定コア１０１は、アンカー１１０を磁気吸引力によって吸引する部材である。固定コア１０１は、外周面に凹凸を有する略円筒状に形成されている。固定コア１０１における軸線方向Ｄａの先端部は、ノズルホルダ１０２の大径部１０２ａの内側、すなわち収容凹部１０２ｂ内に圧入されている。そして、ノズルホルダ１０２と固定コア１０１は、溶接により接合される。れにより、ノズルホルダ１０２と固定コア１０１との間の間隙が密閉され、ノズルホルダ１０２の内部の空間が密閉される。

また、固定コア１０１の先端部１０１ｂは、収容凹部１０２ｂに配置されたアンカー１１０における軸線方向Ｄａの他端側の端面（上端面１１０ａ）と対向する。なお、固定コア１０１における軸線方向Ｄａの後端部側は、ノズルホルダ１０２の収容凹部１０２ｂから軸線方向Ｄａの後端に向けて突出している。

固定コア１０１には、貫通孔１０１ａが形成されている。貫通孔１０１ａは、中心軸線１００ａと同軸上に形成されている。そして、貫通孔１０１ａは、燃料が通過する流路を形成する。また、固定コア１０１における軸線方向Ｄａの後端部には、貫通孔１０１ａに連通する燃料供給口１１１が形成されている。この燃料供給口１１１から貫通孔１０１ａに向けて燃料が導入される。

さらに、貫通孔１０１ａにおける軸線方向Ｄａの先端部側には、第１スプリング１１８及び調整部材１１９が配置されている。第１スプリング１１８は、調整部材１１９よりも貫通孔１０１ａの先端部側に配置されている。調整部材１１９は、貫通孔１０１ａに圧入されて、固定コア１０１の内部に固定されている。また、貫通孔１０１ａには、弁部材１０４のロッドヘッド１２７、第３スプリング１２６及びスペーサー１２５が挿入される。そして、貫通孔１０１ａは、後述する弁部材１０４のロッドヘッド１２７を軸線方向Ｄａに沿って摺動可能に支持する。

第１スプリング１１８は、調整部材１１９と弁部材１０４のロッドヘッド１２７の間に介在される。そして、第１スプリング１１８は、弁部材１０４をノズルホルダ１０２の先端部に向けて軸線方向Ｄａに付勢している。

また、調整部材１１９における固定コア１０１に対する固定位置を調整することで、第１スプリング１１８における弁部材１０４の付勢力を調整することができる。これにより、弁部材１０４におけるプランジャロッド１１３の先端部である弁体１１７がノズルホルダ１０２の噴射孔形成部材１０３に設けた弁座１０３ａに押し付ける初期荷重を調整することができる。

ここで、第１スプリング１１８が弁部材１０４をノズルホルダ１０２の先端部に向けて付勢する付勢力は、第２スプリング１２４がアンカー１１０を固定コア１０１に向けて付勢する付勢力よりも大きく設定されている。

固定コア１０１の上流側内周部（径方向内側）には燃料フィルタ（図示せず）が設けられている。また固定コア１０１の上流側外周部（径方向外側）１１４には、Ｏリングに代表されるシール部材１０６が、その下流側にはシール部材１０６を保護する保護部材１０７が組付けられている。シール部材１０６は燃料配管（図示せず）の内周面と固定コア１０１の上流側外周部１１４との間の隙間をシールし、燃料配管を流れる燃料の漏洩を防止する。

［コイル］
次に、電磁コイル１０８について説明する。電磁コイル１０８は、円筒状のコイルボビンに巻回されている。そして、電磁コイル１０８は、コイルボビンに巻回されて、ノズルホルダ１０２における大径部１０２ａの外周面の一部及び固定コア１０１の先端部の外周面の一部を覆うようにして配置される。電磁コイル１０８の巻き始めと巻き終わりの端部は、不図示の配線を介して後述する接続部１３５のコネクタ１３６の電力供給用の端子に接続されている。電磁コイル１０８の外周には、ハウジング１０９が固定されている。

［ハウジング］
ハウジング１０９は、有底の円筒状に形成されている。ハウジング１０９における軸線方向Ｄａの先端部である底部には、嵌合孔１０９ａが形成されている。嵌合孔１０９ａは、底部の中央部に形成されている。この嵌合孔１０９ａには、ノズルホルダ１０２が挿入される。そして、嵌合孔１０９ａの開口縁とノズルホルダ１０２の外周面との間は、例えば、全周にわたって溶接されている。これにより、ノズルホルダ１０２は、ハウジング１０９に固定される。

また、ハウジング１０９は、固定コア１０１の先端部側、コイルボビン及び電磁コイル１０８の外周を囲むようにして配置される。そして、ハウジング１０９の内周面は、ノズルホルダ１０２及び電磁コイル１０８と対向し、外周ヨーク部を形成する。このように、電磁コイル１０８の周りには、固定コア１０１、アンカー１１０、ノズルホルダ１０２及びハウジング１０９を含む磁気回路が形成されている。

［接続部］
接続部１３５は、樹脂により形成されている。そして、接続部１３５は、固定コア１０１及びハウジング１０９との間に充填される。また、接続部１３５は、ハウジング１０９よりも軸線方向Ｄａの後端側において、固定コア１０１の後端部を除く外周面を覆う。そして、接続部１３５は、電力供給用の端子を有するコネクタ１３６を形成するようにモールド成形されている。端子は、不図示のプラグの接続端子に接続される。これにより、燃料噴射装置１００は、高電圧電源又はバッテリ電源に接続される。

また、燃料噴射装置１００には、燃料噴射装置１００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。

ＥＣＵ１２０は、燃料噴射装置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を通して燃料噴射装置１００のＥＤＵ１２１に入力される。

ＥＤＵ１２１は、燃料噴射装置１００の電磁コイル１０８に印加する電圧を制御して電磁コイル１０８に電流を供給する。また、ＥＣＵ１２０は、通信ライン１２２を通してＥＤＵ１２１と通信を行っており、燃料噴射装置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する。そして、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。

ＥＣＵ１２０及びＥＤＵ１２１は一体の部品として構成されてもよい。すなわち、燃料噴射装置１００を駆動するための駆動装置は、燃料噴射装置１００の駆動電圧を発生する装置であればよく、例えば、ＥＣＵ１２０とＥＤＵ１２１とが一体となって駆動装置を構成してもよいし、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。

１－２．弁部材及びアンカーの詳細な構成
次に、弁部材１０４及びアンカー１１０の詳細な構成について図１及び図２を参照して説明する。
図２は、燃料噴射装置１００におけるスペーサー１２５及びアンカー１１０周りを拡大して示す断面図である。なお、図２では、閉弁状態を示す。

図１に示すように、プランジャロッド１１３は、円柱状をなす棒状の部材により構成されている。図２に示すように、プランジャロッド１１３は、アンカー１１０の挿通孔１１０ｃを挿通し、ノズルホルダ１０２の連通孔１０２ｃ（図１参照）内に配置されている。そして、図１に示すように、プランジャロッド１１３の軸線方向Ｄａの先端部には、弁体１１７が設けられている。弁体１１７は、ノズルホルダ１０２に設けたガイド部材１０５に軸線方向Ｄａｂに沿って移動可能に支持されている。そして、弁体１１７は、噴射孔形成部材１０３の弁座１０３ａに離反可能に当接し、噴射孔形成部材１０３に設けた噴射孔１１２を開閉する。

また、図２に示すように、プランジャロッド１１３は、先端部に弁体１１７が形成された軸部１１３ａと、アンカー１１０に係合する係合部１２８と、接続軸部１２９と、を有している。軸部１１３ａは、円柱状に形成されている。そして、軸部１１３ａは、アンカー１１０に設けた挿通孔１１０ｃを挿通する。軸部１１３ａの外周面と挿通孔１１０ｃの内壁面との間には、隙間Ｇｃが形成されている。この隙間Ｇｃの長さは、燃料噴射装置１００を通過する燃料が十分に通過可能な長さに設定されている。

軸部１１３ａよりも軸線方向Ｄａの後端部側には、係合部１２８が形成されている。係合部１２８の直径は、軸部１１３ａの直径及び挿通孔１１０ｃの内径よりも大きく形成されている。そして、係合部１２８は、軸部１１３ａの外周面から半径方向の外側に向けて張り出している。

係合部１２８は、アンカー１１０の上端面１１０ａと対向している。プランジャロッド１１３が閉弁状態では、係合部１２８の軸線方向Ｄａの一端部側の端面である下端面１２８ｂと固定コア１０１の先端部１０１ｂとの間には、間隙Ｇ１が空いている。さらに、係合部１２８の下端面１２８ｂは、後述するスペーサー１２５によって上端面１１０ａと間隙Ｇ２を空けて対向する。そして、間隙Ｇ２と間隙Ｇ１を足した長さ（Ｇ１＋Ｇ２）が、固定コア１０１の先端部１０１ｂとアンカー１１０の上端面１１０ａとの間隙、いわゆる磁気吸引ギャップとなる。

また、開弁動作時に、すなわちアンカー１１０とプランジャロッド１１３の位置が相対的に変位する際に、アンカー１１０の上端面１１０ａは係合部１２８の下端面１２８ｂに当接し、アンカー１１０と係合部１２８が係合する（図３から図５参照）。これにより、プランジャロッド１１３は、アンカー１１０とともに軸線方向Ｄａの後端部側、すなわち開弁方向へ移動する。

係合部１２８よりも軸線方向Ｄａの後端部側には、接続軸部１２９が形成されている。接続軸部１２９は、係合部１２８の軸線方向Ｄａの他端部側の端面である上端面１２８ａから軸線方向Ｄａの後端に向けて突出している。また、接続軸部１２９の直径は、係合部１２８の直径よりも小さく形成されている。接続軸部１２９における軸線方向Ｄａの後端面には、接続凹部１２９ａが形成されている。この接続凹部１２９ａには、ロッドヘッド１２７の接続凸部１３０が嵌入される。

ロッドヘッド１２７は、略円板状に形成されている。ロッドヘッド１２７は、半径方向の外側に張り出すフランジ部１２７ｃと、接続凸部１３０と、突起部１３１とを有している。接続凸部１３０は、フランジ部１２７ｃにおける軸線方向の一端部側の端面である下端面１２７ｂから軸線方向Ｄａの先端に向けて突出している。突起部１３１は、フランジ部１２７ｃにおける軸線方向Ｄａの他端部側の端面である上端面１２７ａから軸線方向Ｄａの後端に向けて突出している。

また、フランジ部１２７ｃの上端面１２７ａには、第１スプリング１１８が当接している。そして、フランジ部１２７ｃの下端面１２７ｂには、第３スプリング１２６が当接している。第３スプリング１２６は、ロッドヘッド１２７とスペーサー１２５の間に介在され、スペーサー１２５をアンカー１１０に向けて付勢している。

さらに、フランジ部１２７ｃの外周面には、固定コア１０１の貫通孔１０１ａの内壁面を摺動する摺動面１２７ｄが形成されている。摺動面１２７ｄと貫通孔１０１ａの間に形成される隙間Ｇａの長さは、軸部１１３ａの外周面と挿通孔１１０ｃの内壁面との間に形成された隙間Ｇｃの長さよりも短く設定されている。そして、プランジャロッド１１３の軸線方向Ｄａの先端部は、弁体１１７によってガイド部材１０５に支持され、プランジャロッド１１３の軸線方向Ｄａの後端部は、ロッドヘッド１２７によって固定コア１０１の貫通孔１０１ａに支持される。

プランジャロッド１１３の係合部１２８及び接続軸部１２９の周囲を囲むようにして、スペーサー１２５が配置されている。スペーサー１２５は、略円筒状に形成されている。スペーサー１２５における軸線方向Ｄａの他端部側の端面である上端部１２５ａには、第３スプリング１２６が当接する。また、スペーサー１２５における軸線方向Ｄａの一端部側の下端部１２５ｂは、アンカー１１０の上端面１１０ａに当接する。

また、スペーサー１２５には、係合部１２８を収容する収容部１２５ｃが形成されている。収容部１２５ｃは、下端部１２５ｂから上端部１２５ａに向けて凹んだ凹部である。収容部１２５ｃの内径は、プランジャロッド１１３の係合部１２８の直径よりも大きき設定されている。そのため、係合部１２８の半径方向の外側の外周面と収容部１２５ｃの内壁面の間には、間隙が形成される。

また、収容部１２５ｃにおける軸線方向Ｄａの長さ、すなわち下端部１２５ｂから収容部１２５ｃの上面部１２５ｅまでの長さは、係合部１２８の軸線方向Ｄａの長さよりも長く設定されている。また、スペーサー１２５が第３スプリング１２６によってアンカー１１０に向けて付勢されることで、閉弁状態において、係合部１２８の上端面１２８ａは、収容部１２５ｃの上面部１２５ｅに当接する。

また、スペーサー１２５の上端部１２５ａには、収容部１２５ｃに連通する貫通孔１２５ｄが形成されている。貫通孔１２５ｄは、スペーサー１２５の軸線方向Ｄａの後端部側の端面である上端部１２５ａから収容部１２５ｃにかけて貫通している。この貫通孔１２５ｄには、プランジャロッド１１３の接続軸部１２９が挿入される。そして、貫通孔１２５ｄの内径は、接続軸部１２９の直径よりも大きく設定されている。

ここで、アンカー１１０は、第２スプリング１２４の付勢力により固定コア１０１側に向けて付勢されている。そのため、アンカー１１０の上端面１１０ａは、スペーサー１２５の下端部１２５ｂに当接する。なお、第２スプリング１２４の付勢力は、第３スプリング１２６の付勢力よりも小さく設定されている。そのため、アンカー１１０は、スペーサー１２５を介して第３スプリング１２６により軸線方向Ｄａの先端側に向けて付勢される。これにより、アンカー１１０における軸線方向Ｄａの後端側への移動、すなわち開弁方向への移動は、スペーサー１２５と第３スプリング１２６により規制される。

また、閉弁状態において、収容部１２５ｃの上面部１２５ｅがプランジャロッド１１３の係合部１２８の上端面１２８ａに当接することで、スペーサー１２５は、所定の位置（基準位置）に配置される。スペーサー１２５が基準位置に配置された状態で、スペーサー１２５の下端部１２５ｂがアンカー１１０の上端面１１０ａに当接する。これにより、プランジャロッド１１３の下端面１２８ｂとアンカー１１０の上端面１１０ａとの間に、間隙Ｇ２、いわゆる予備ストロークを設けることができる。すなわち、スペーサー１２５は、アンカー１１０とプランジャロッド１１３の係合部１２８との間に、予備ストロークとなる所定の間隙Ｇ２を形成する。

また、上述したように、プランジャロッド１１３が閉弁状態では、係合部１２８の下端面１２８ｂと固定コア１０１の先端部１０１ｂとの間には、間隙Ｇ１が空いている。そして、間隙Ｇ２と間隙Ｇ１を足した長さ（Ｇ１＋Ｇ２）が、固定コア１０１の先端部１０１ｂとアンカー１１０の上端面１１０ａとの間隙、いわゆる磁気吸引ギャップとなる。

なお、本例では、第３スプリング１２６を設けた例を説明したが、これに限定されるものではなく、第３スプリング１２６を設けなくてもよい。

次に、アンカー１１０について説明する。
アンカー１１０の半径方向の外側の外周面には、アンカー摺動面１１０ｂが形成されている。アンカー摺動面１１０ｂは、ノズルホルダ１０２の収容凹部１０２ｂの内壁面と対向している。そして、アンカー摺動面１１０ｂは、収容凹部１０２ｂの内壁面を摺動する。

アンカー摺動面１１０ｂと収容凹部１０２ｂの内壁面との間に形成される隙間Ｇｂの長さは、プランジャロッド１１３の軸部１１３ａの外周面と挿通孔１１０ｃの内壁面との間に形成された隙間Ｇｃの長さよりも短く設定されている（Ｇｂ＜Ｇｃ）。すなわち、本例の燃料噴射装置１００のアンカー１１０は、プランジャロッド１１３ではなく、ノズルホルダ１０２の収容凹部１０２ｂに摺動可能に支持されている。

また、隙間Ｇｃの長さを隙間Ｇｂの長さよりも長く設定することで、プランジャロッド１１３における軸線方向Ｄａと交差する方向の力がアンカー１１０に伝わることを防ぐことができる。これにより、アンカー１１０をスムーズに移動させることができ、アンカー１１０の耐摩耗性を向上させることができる。

また、アンカー摺動面１１０ｂには、収容凹部１０２ｂとの隙間の長さの違いによって、第１摺動面１１０ｂ１と、第２摺動面１１０ｂ２と、第３摺動面１１０ｂ３が形成されている。第１摺動面１１０ｂ１は、第２摺動面１１０ｂ２及び第３摺動面１１０ｂ３に比べて、収容凹部１０２ｂとの隙間の長さが最も短く、この第１摺動面１１０ｂ１と収容凹部１０２ｂとの隙間が上述した隙間Ｇｂに相当する。

第２摺動面１１０ｂ２は、第１摺動面１１０ｂ１よりも軸線方向Ｄａの他端部側（後端部）に形成されており、第１摺動面１１０ｂ１よりも小さい外径を有している。そして、第２摺動面１１０ｂ２は、アンカー１１０における上端面１１０ａとの角部に形成される。ここで、アンカー１１０の上端面１１０ａは、固定コア１０１の先端部１０１ｂと衝突するため、衝突耐久性を高めるために、表面の硬さを高めるコーティングが施される。第２摺動面１１０ｂ２は、アンカー１１０の角部に形成されているため、上端面１１０ａに施したコーティング材が付着する。このように、コーティング材が付着することを考慮して、第２摺動面１１０ｂ２の外径を小さくすることが好ましい。

第３摺動面１１０ｂ３は、第１摺動面１１０ｂ１よりも軸線方向Ｄａの一端部側（先端部）に形成されており、第１摺動面１１０ｂ１よりも小さい外径を有している。そして、第３摺動面１１０ｂ３は、第１摺動面１１０ｂ１からアンカー摺動面１１０ｂの軸線方向Ｄａの先端部まで連続して形成されている。そのため、アンカー摺動面１１０ｂは、第１摺動面１１０ｂ１が形成された箇所が半径方向の外側に向けて張り出している。

ここで、アンカー摺動面１１０ｂの外径を一様に形成した場合、アンカー１１０が偏心した際に、アンカー１１０と収容凹部１０２ｂとの隙間の長さが不均一となる。その結果、アンカー１１０には径方向に磁気力が不均一に作用し、アンカー１１０の軸線方向Ｄａと交差する方向の力が大きくなる。これに対して、本例では、第１摺動面１１０ｂ１よりも磁気ギャップの大きい第３摺動面１１０ｂ３を設けている。これにより、アンカー１１０が偏心した際に生じる磁気力を小さくすることができ、アンカー１１０の軸線方向Ｄａと交差する方向の力を小さくすることができる。その結果、アンカー１１０のアンカー摺動面１１０ｂと収容凹部１０２ｂの摺動耐久性を向上させることができる。

また、アンカー１１０の第１摺動面１１０ｂ１は、ノズルホルダ１０２とハウジング１０９の嵌合孔１０９ａが嵌合する箇所よりも軸線方向Ｄａの後端部側に設けている。これにより、ノズルホルダ１０２を嵌合孔１０９ａに圧入した際に、ノズルホルダ１０２の収容凹部１０２ｂが縮径しても、第１摺動面１１０ｂ１と収容凹部１０２ｂの隙間Ｇｃの長さを確保することができる。

さらに、本例では、収容凹部１０２ｂの内径を一様にし、アンカー１１０のアンカー摺動面１１０ｂの外径の長さを変化させる例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、アンカー摺動面１１０ｂの外径を一様にし、収容凹部１０２ｂの内壁面の一部に半径方向の内側に張り出す突条部を設けて、収容凹部１０２ｂの内径の長さを変化させてもよい。

２．燃料噴射装置の動作例
次に、上述した構成を有する燃料噴射装置１００の動作例について図３から図６を参照して説明する。
図３は、開弁動作が開始した際のスペーサー１２５及びアンカー１１０周りを示す断面図、図４は、開弁動作の途中状態のスペーサー１２５及びアンカー１１０周りを拡大して示す断面図である。また、図５は、開弁動作が完了した際のスペーサー１２５及びアンカー１１０周りを拡大して示す断面図である。そして、図６Ａは電圧の時間変化を示す図、図６Ｂは電流の時間変化を示す図、図６Ｃは弁部材及びアンカーの挙動を示す図である。

図６Ａに示すように、ＥＣＵによって電磁コイル１０８に通電されると、固定コア１０１、アンカー１１０、ノズルホルダ１０２及びハウジング１０９によって形成される磁気回路に磁束が流れる。そして、固定コア１０１には、アンカー１１０を吸引する磁気吸引力が発生する。固定コア１０１の磁気吸引力が、第３スプリング１２６の付勢力を超えると、アンカー１１０は、スペーサー１２５を押圧し、固定コア１０１に向けて移動する。そのため、図６Ｃに示すように、区間Ｉから区間IIでは、アンカー１１０は、軸線方向Ｄａの後端側に向けて移動する。この間、プランジャロッド１１３の先端部は、噴射孔形成部材１０３の弁座１０３ａに当接している。

図３に示すように、アンカー１１０が軸線方向Ｄａの後端側に移動することで、アンカー１１０の上端面１１０ａは、プランジャロッド１１３の係合部１２８の下端面１２８ｂに接近する。そのため、アンカー１１０の上端面１１０ａと係合部１２８の下端面１２８ｂとの間隙Ｇ２は、ゼロとなる。

さらに、アンカー１１０が軸線方向Ｄａの後端側に移動した分だけ、アンカー１１０と固定コア１０１との間隙（磁気吸引ギャップ）の大きさが減少し、磁気吸引ギャップは、長さＧ１となる。さらに、スペーサー１２５も軸線方向Ｄａの後端側に移動するため、収容部１２５ｃの上面部１２５ｅと係合部１２８の上端面１２８ａには、間隙Ｇ３が発生する。この間隙Ｇ３は、スペーサー１２５の収容部１２５ｃの深さ寸法から係合部１２８における下端面１２８ｂから上端面１２８ａまでの長さを引いた寸法となる。

また、開弁動作を開始する直前では、アンカー１１０と係合部１２８との間には、間隙Ｇ２が空いている。そのため、アンカー１１０は、間隙Ｇ２を移動した後に、係合部１２８に当接する。これにより、アンカー１１０は、係合部１２８に当接するまでの間、すなわち間隙Ｇ２を移動する間に、加速する。その結果、アンカー１１０が加速した状態で、アンカー１１０を係合部１２８に当接させることができる。

このように、アンカー１１０から係合部１２８を介してプランジャロッド１１３に加える力を上昇させることができ、プランジャロッド１１３を軸線方向Ｄａの後端側に向かう移動を速やかに開始させることができる。その結果、プランジャロッド１１３における開弁動作を速やかに開始することができる。

また、アンカー１１０の上端面１１０ａが係合部１２８の下端面１２８ｂに接近することで、係合部１２８の下端面１２８ｂと、アンカー１１０の上端面１１０ａと、スペーサー１２５の収容部１２５ｃで形成される領域Ｇ２１（図２参照）の体積が急激に減少する。従来の燃料噴射装置では、領域Ｇ２１が閉空間であるため、領域Ｇ２１の体積の変化により、領域Ｇ２１の圧力が大きく変動していた。また、領域Ｇ２１の寸法は、燃料噴射装置の製造時のばらつきにより個体ごと、すなわち燃料噴射装置ごとに異なっていた。そのため、領域Ｇ２１の圧力の変化量は、個体ごとにばらつきが発生し、プランジャロッド１１３の開弁タイミングや開弁速度にもばらつきが発生していた。その結果、従来の燃料噴射装置では、燃料噴射装置ごとの噴射量にばらつきが生じていた。

開弁状態（フルリフト状態）となると、アンカー１１０がプランジャロッド１１３の係合部１２８に当接し、係合部１２８の上端面１２８ａとスペーサー１２５における収容部１２５ｃの上面部１２５ｅとの間に間隙Ｇ３が形成される。開弁状態から閉弁状態に変位する際は、領域Ｇ２１の体積が減少するため、領域Ｇ２１の圧力が上昇する。その結果、プランジャロッド１１３に作用する圧力が変化し、プランジャロッド１１３の閉弁動作にも影響を与えていた。

これに対して、本例の燃料噴射装置１００で、プランジャロッド１１３の軸部１１３ａとアンカー１１０の挿通孔１１０ｃとの間に燃料（流体）が通過可能な隙間Ｇｃを設けている。これにより、領域Ｇ２１の燃料（流体）は、プランジャロッド１１３の軸部１１３ａとアンカー１１０の挿通孔１１０ｃとの間に形成された隙間Ｇｃに流れ込む。これにより、領域Ｇ２１の体積が変動することによって生じる圧力の変動を抑制することができる。その結果、係合部１２８とアンカー１１０が接近する際に領域Ｇ２１の圧力変動による影響を受けることがなく、アンカー１１０を係合部１２８にスムーズに接触させることができる。

さらに、領域Ｇ２１の体積が個体ごとにばらつきが発生した場合でも、プランジャロッド１１３や開弁タイミングや開弁速度のばらつきを抑制することができる。その結果、燃料噴射装置１００ごとの噴射量のばらつきを抑制することができる。

また、アンカー１１０が軸線方向Ｄａの後端側に移動すると、図４に示すように、アンカー１１０と係合部１２８が係合する。このとき、下端面１２８ｂと固定コア１０１の先端部１０１ｂとの間の間隙の長さは、長さＧ１’に減少する。そして、図６Ｃにおける区間ＩＩからＩＶに示すように、アンカー１１０と弁部材１０４の変位を表す曲線が重なっており、弁部材１０４は、アンカー１１０と共に軸線方向Ｄａの後端側に移動する。

図４に示すように、アンカー１１０、スペーサー１２５及びプランジャロッド１１３がさらに軸線方向Ｄａの後端側に移動すると、弁体１１７の先端部は、噴射孔形成部材１０３の弁座１０３ａから離反し、噴射孔１１２が開放される開弁状態となる。これにより、噴射孔１１２から燃料の噴射が開始される。

また、アンカー１１０の上端面１１０ａが固定コア１０１の先端部１０１ｂに当接することで、アンカー１１０における軸線方向Ｄａの後端側に向かう移動が規制される。なお、プランジャロッド１１３は、慣性力で軸線方向Ｄａの後端側へ移動するが、第１スプリング１１８の付勢力により押し戻される。そのため、プランジャロッド１１３は、図５に示すように、係合部１２８の下端面１２８ｂがアンカー１１０の上端面１１０ａに当接した状態で静止する。これにより、プランジャロッド１１３が所定のストローク量（図２に示す間隙Ｇ１）だけ移動した開弁静止状態となる。

開弁静止状態では、アンカー１１０が磁気吸引力により固定コア１０１に吸引され、弁部材１０４が第１スプリング１１８の付勢力により閉弁方向に付勢されている。そのため、アンカー１１０とプランジャロッド１１３は、互いに当接し、一体となっている。すなわち、プランジャロッド１１３の係合部１２８の下端面１２８ｂがアンカー１１０の上端面１１０ａに当接し、間隙Ｇ２の大きさはゼロとなる。

さらに、第３スプリング１２６の付勢力は、磁気吸引力よりも小さいため、第３スプリング１２６は、スペーサー１２５を介してアンカー１１０を軸線方向Ｄａの先端側に押し戻すことはできない。そのため、スペーサー１２５の下端部１２５ｂは、アンカー１１０の上端面１１０ａに当接し、係合部１２８の上端面１２８ａとスペーサー１２５の収容部１２５ｃの上面部１２５ｅとの間隙Ｇ３は、維持される。さらに、アンカー１１０は、固定コア１０１と当接しているため、アンカー１１０の上端面１１０ａと固定コア１０１の先端部１０１ｂとの間隙Ｇ１の大きさはゼロとなる。

図５に示す開弁した状態（フルリフト状態）において駆動パルスをＯＦＦ（図６における区間Ｖ）にすると、電磁コイル１０８への通電が遮断される。そのため、アンカー１１０と固定コア１０１との間に生じる磁気吸引力が消失する。そして、磁気吸引力が第１スプリング１１８の付勢力よりも小さくなると、弁部材１０４は、軸線方向Ｄａの先端側、すなわち閉弁方向への移動を開始する。閉弁方向へ移動を開始した弁部材１０４は、アンカー１１０と一体になって変位し、長さＧ１だけ変位した後、弁体１１７の先端部が弁座１０３ａに着座する。これにより、図２に示す閉弁状態に戻り、燃料噴射装置１００による燃料の噴射が停止される。

さらに、閉弁動作時では、係合部１２８の下端面１２８ｂがアンカー１１０の上端面１１０ａから離反するため、領域Ｇ２１の体積が急激に増加する。このとき、領域Ｇ２１には、プランジャロッド１１３の軸部１１３ａとアンカー１１０の挿通孔１１０ｃとの間に形成された隙間Ｇｃから燃料（流体）が流れ込む。これにより、閉弁動作時においても、領域Ｇ２１の圧力変動を抑制することができる。その結果、安定した閉弁動作を実現することができ、噴射量のばらつきを抑制することができる。

さらに、本例の燃料噴射装置１００では、隙間Ｇａ、隙間Ｇｂ及び隙間Ｇｃの大きさの関係をＧａ＜Ｇｂ＜Ｇｃに設定している。そして、プランジャロッド１１３は、固定コア１０１の貫通孔１０１ａとガイド部材１０５に摺動可能に支持されており、アンカー１１０は、ノズルホルダ１０２の収容凹部１０２ｂに支持されている。このように、アンカー１１０とプランジャロッド１１３は、それぞれ独立して摺動可能に支持されるため、アンカー１１０に作用する軸線方向Ｄａと交差する方向の力がプランジャロッド１１３に伝わることを防できる。これにより、プランジャロッド１１３をスムーズに動作させることができる。

なお、上述しかつ図面に示した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した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。

１００…燃料噴射装置、 １０１…固定コア、 １０１ａ…貫通孔、 １０１ｂ…先端部、 １０２…ノズルホルダ、 １０２ａ…大径部、 １０２ｂ…収容凹部、 １０２ｃ…連通孔、 １０３…噴射孔形成部材、 １０３ａ…弁座、 １０４…弁部材、 １０５…ガイド部材、 １０８…電磁コイル、 １０９…ハウジング、 １０９ａ…嵌合孔、 １１０…アンカー、 １１０ａ…上端面、 １１０ｂ…アンカー摺動面、 １１０ｂ１…第１摺動面、 １１０ｂ２…第２摺動面、 １１０ｂ３…第３摺動面、 １１０ｃ…挿通孔、 １１０ｄ…偏心貫通孔、 １１１…燃料供給口、 １１２…噴射孔、 １１３…プランジャロッド、 １１３ａ…軸部、 １１７…弁体、 １１８…第１スプリング、 １２４…第２スプリング、 １２５…スペーサー、 １２５ａ…上端部、 １２５ｂ…下端部、 １２５ｃ…収容部、 １２５ｄ…貫通孔、 １２５ｅ…上面部、 １２６…第３スプリング、 １２７…ロッドヘッド、 １２７ａ…上端面、 １２７ｂ…下端面、 １２７ｃ…フランジ部、 １２７ｄ…摺動面、 １２８…係合部、 １２８ａ…上端面、 １２８ｂ…下端面、 １２９…接続軸部、 １２９ａ…接続凹部、 １３０…接続凸部、 １３１…突起部、 １３６…コネクタ、 Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３…間隙、 Ｇ２１…領域、 Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ…隙間

Claims (6)

1. 噴射孔形成部材が設けられたノズルホルダと、
   前記ノズルホルダに配置された固定コアと、
   前記固定コアと対向し、前記ノズルホルダに設けた収容凹部に配置されるアンカーと、
   前記噴射孔形成部材に設けた噴射孔を開閉する弁体を有する弁部材と、を備え、
   前記弁部材は、
   前記アンカーに形成された挿通孔を挿通する軸部及び開弁動作時に前記アンカーと係合する係合部が設けられたプランジャロッドと、
   前記係合部が収容される収容部を有し、閉弁時に前記係合部と前記アンカーとの間に所定の間隙を形成するスペーサーと、を有し、
   前記軸部と前記挿通孔との間に形成された隙間は、前記アンカーと前記収容凹部との間に形成された隙間よりも大きく、流体が通過可能に形成されている
   燃料噴射装置。
2. 前記プランジャロッドは、軸線方向の先端部が前記ノズルホルダに設けられたガイド部材に摺動可能に支持され、軸線方向の後端部が前記固定コアに設けた貫通孔に摺動可能に支持され、
   前記アンカーは、前記収容凹部に摺動可能に支持される
   請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記アンカーの外周面又は前記収容凹部の内壁面には、摺動面が設けられ、
   前記摺動面は、前記アンカー又は前記収容凹部との隙間の長さの違いによって、第１摺動面と、第２摺動面と、第３摺動面が形成されており、
   前記第１摺動面は、第２摺動面及び第３摺動面よりも最も前記アンカー又は前記収容凹部との隙間の長さが短く、
   前記第２摺動面は、前記第１摺動面よりも軸線方向の後端部側に形成され、
   前記第３摺動面は、前記第１摺動面よりも軸線方向の先端部側に形成される
   請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記ノズルホルダが嵌合する嵌合孔が設けられたハウジングを備え、
   前記第１摺動面は、前記ノズルホルダと前記ハウジングの前記嵌合孔が嵌合する箇所よりも軸線方向の後端部側に設けられる
   請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記プランジャロッドは、前記係合部から軸線方向の後端部に向けて突出し、前記スペーサーに設けた貫通孔を貫通する接続軸部を有し、
   前記接続軸部には、前記固定コアに設けた貫通孔に摺動可能に支持されるロッドヘッドが接続される
   請求項２に記載の燃料噴射装置。
6. 前記ロッドヘッドと前記固定コアに設けた貫通孔との間に形成された隙間は、前記軸部と前記挿通孔との間に形成された隙間よりも短く設定さる
   請求項５に記載の燃料噴射装置。

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