JP4055571B2

JP4055571B2 - 電磁式燃料噴射弁

Info

Publication number: JP4055571B2
Application number: JP2002370496A
Authority: JP
Inventors: 友二石川; 雅夫中山; 夏樹杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: JP2003254189A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁式燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電磁式燃料噴射弁は例えば下記特許文献１に記載されている。同公報に記載の電磁式燃料噴射弁は、燃料が導入される容器内に設けられたニードル部材を電磁手段による吸引力によってニードル部材の長手方向に移動させることにより、容器の内面とニードル部材の外面との間の隙間で規定される燃料通過経路の大きさを変化させている。燃料通過経路の通過後、燃料は噴孔から出射される。
【特許文献１】
特開平８−２１０２１７号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電磁式燃料噴射弁は電磁手段の吸引力が適正でなく、十分な開閉動作ができないという問題がある。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、十分な開閉動作が可能な電磁式燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る電磁式燃料噴射弁は、燃料が導入される容器内に設けられたニードル部材を電磁手段による吸引力によってニードル部材の長手方向に移動させることにより、容器の内面とニードル部材の外面との間の隙間で規定される燃料通過経路の大きさが変化する電磁式燃料噴射弁において、電磁手段は吸引力が互いに独立制御可能な第１及び第２の磁気回路を備え、第１及び第２磁気回路のそれぞれは、空隙を介して対向し互いに引き合う磁性体対を有し、各磁性体対の少なくとも一方は電磁石を構成し、磁性体対のそれぞれは、ニードル部材が磁性体対の吸引力によってその長手方向に沿って移動するように容器とニードル部材との間に配置され、第１磁気回路によるニードル部材の第１ストローク長は、第２磁気回路によるニードル部材の第２ストローク長よりも短く、ニードル部材が吸引力の向きに移動した場合にニードル部材を吸引力に抗する向きに付勢する弾性手段と、ニードル部材が弾性手段による付勢力によって吸引力とは逆向きに移動する場合には、ニードル部材の閉弁時の位置よりも大きくかつ第２ストローク長未満の所定位置で特定の部材に衝突しニードル部材の速度がニードル部材の外面が容器の内面へ当接前に減少するようにニードル部材に設けられたストッパ部材とを備えることを特徴とする。
【０００５】
本電磁式燃料噴射弁によれば、吸引力が互いに独立制御可能な第１及び第２の磁気回路を用いているため、吸引力を適正に設定することができ、十分な開閉動作ができる。特に、第１磁気回路と第２磁気回路が所定期間において同時に吸引力を発生することとすれば、吸引力を強くすることができ、更に十分な開閉動作を行うことができる。
【０００６】
また、第１及び第２の磁気回路をニードル部材の長手方向に沿って配置すれば、長手方向に直交する方向（径方向）の寸法の大型化を行わずに、吸引力を増加させることができる。
【０００７】
第１及び第２磁気回路のそれぞれは、空隙を介して対向し互いに引き合う磁性体対を有し、各磁性体対の少なくとも一方は電磁石を構成し、磁性体対のそれぞれは、ニードル部材が磁性体対の吸引力によってその長手方向に沿って移動するように容器とニードル部材との間に配置されていることが好ましく、コンパクトに磁気回路を配置することができる。
【０００８】
また、第１磁気回路によるニードル部材の第１ストローク長は、第２磁気回路によるニードル部材の第２ストローク長よりも短いこととすれば、要するにストローク長が異なることとすれば、燃料通過経路の大きさをストローク長に併せて変えることができ、緻密な燃料噴射制御ができるようになる。
【０００９】
このような場合、吸引力非発生時の第１磁気回路の空隙の寸法は、吸引力非発生時の第２磁気回路の空隙の寸法よりも小さいことが好ましい。空隙が狭いほど吸引力は強くなる。燃料通過経路の大きさを零から拡大する瞬間は、相対的にこれ以降の吸引力よりも大きな吸引力を必要とする。燃料通過経路の大きさを零から拡大する瞬間は、少なくともニードル部材ストローク長の短い方の第１磁気回路において吸引力を発生させることが好ましい。
【００１０】
したがって、空隙の寸法を小さくすることによって第１磁気回路側の吸引力を増加させれば、燃料通過経路の大きさをスムーズに拡大することができる。一旦、燃料通過経路が形成された場合には、相対的には小さな力でニードル部材を移動させることができるので、第１ストローク長よりも長い第２ストローク長を設定することができ、緻密な燃料噴射制御ができるようになる。
【００１１】
また、本発明の電子式燃料噴射弁は、ニードル部材が吸引力の向きに第１ストローク長以上移動した場合にはニードル部材を吸引力に抗する向きに付勢する第１及び第２弾性手段を備え、第１弾性手段はニードル部材が吸引力の向きに第１ストローク長未満で移動する場合にはニードル部材に吸引力と同じ向きに力を与えるように配置されていることが好ましく、ニードル部材の戻り時（ニードル部材が弾性手段による付勢力によって吸引力とは逆向きに移動する時）には第１及び第２弾性手段の合力によってニードル部材を移動させることができ、また、吸引力を加えている場合には第１弾性手段は吸引力に抗しないので、ニードル部材を高速に移動させることができる。
【００１２】
また、ニードル部材戻り時の移動速度が速すぎると、ニードル部材が容器の内面に当接した時にバウンドし、所謂二次噴射が生じる。このような二次噴射は開閉制御性や燃費の観点から好ましくない。
【００１３】
本発明の電子式燃料噴射弁は、ニードル部材が吸引力の向きに移動した場合にニードル部材を吸引力に抗する向きに付勢する弾性手段と、ニードル部材が弾性手段による付勢力によって吸引力とは逆向きに移動する場合には、前記ニードル部材の閉弁時の位置よりも大きく前記第１ストローク長未満の所定位置で特定の部材に衝突するように前記ニードル部材に設けられたストッパ部材とを備えることとしてもよい。これにより、ニードル部材が戻り時にストッパ部材に特定の部材に衝突するため、その速度が容器内面への当接前に減少し、二次噴射が減少する。
【００１４】
第１磁気回路の磁性体対の一方は容器に固定され、他方はニードル部材に対して相対的に移動可能であって間接的に吸引力をニードル部材に伝達できるように構成されていることが好ましい。ニードル部材は容器に対して移動するが、磁性体対の他方は間接的に吸引力を伝達するため、ニードル部材戻り時の不要な共振を抑制することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係る電磁式燃料噴射弁について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は電磁式燃料噴射弁内部要素の機械的結合関係を示す説明図である。この電磁式燃料噴射弁は、燃料が導入される容器Ｈ内に設けられたニードル部材Ｎを電磁手段による吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sによってニードル部材Ｎの長手方向（＋Ｚ方向）に移動させることにより、容器Ｈの内面ＩＳとニードル部材Ｎの外面との間の隙間で規定される燃料通過経路ＰＳの大きさが変化する電磁式燃料噴射弁であり、この電磁手段は吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sが互いに独立制御可能な第１磁気回路Ｍ１及び第２の磁気回路Ｍ２を備えている。
【００１７】
本電磁式燃料噴射弁においては、ニードル部材Ｎが燃料通過経路ＰＳを塞いだ状態が「閉弁」状態であり、燃料通過経路ＰＳが形成された状態が「開弁」状態である。容器Ｈ内部に導入された燃料は、燃料通過経路ＰＳの大きさに依存して燃料噴射用の噴孔から噴射される。この噴孔は燃料通過経路ＰＳ自体から構成することもできるが、燃料通過経路ＰＳの後段側に設けることとしてもよい。
【００１８】
本電磁式燃料噴射弁によれば、吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sが互いに独立制御可能な第１及び第２の磁気回路Ｍ１，Ｍ２を用いているため、吸引力（Ｆ_LとＦ_Sの関数）を適正に設定することができ、十分な開閉動作ができる。特に、第１磁気回路Ｍ１と第２磁気回路Ｍ２が所定期間（Ｔ１，Ｔ２：図８参照）において同時に吸引力を発生することとすれば、吸引力を強くすることができ、更に十分な開閉動作ができる。
【００１９】
第１及び第２磁気回路Ｍ１，Ｍ２のそれぞれは、空隙Ａ１，Ａ２を介して対向し互いに引き合う磁性体対（Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ）、（Ｍ２ａ，Ｍ２ｂ）を有している。磁性体対Ｍ１ａ，Ｍ１ｂの一方（Ｍ１ａとする）は電磁石を構成している。また、磁性体対Ｍ２ａ，Ｍ２ｂの一方（Ｍ２ａとする）も電磁石を構成している。磁性体対Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ（Ｍ２ａ，Ｍ２ｂ）を構成する磁性体は、双方とも電磁石を構成してもよい。
【００２０】
なお、電磁石は磁性体にコイルを付加したものであるが、説明の便宜上、それぞれの電磁石は磁性体Ｍ１ａ，Ｍ２ａと同一の符号を用いることとする。
【００２１】
磁性体は、鉄、コバルトやニッケル等からなる金属であって、磁界中において磁極が発生する物質であり、電磁石はこのような物質にコイルを巻きつけることで構成することができる。コイルに電流を供給すると、コイル電流による磁束とコイルの巻かれた磁性体の磁極による磁束が空隙Ａ１，Ａ２を通過することで、強力な磁界が空隙Ａ１，Ａ２内に形成され、空隙Ａ１，Ａ２を含むそれぞれの磁気回路Ｍ１，Ｍ２において吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sが発生する。
【００２２】
本例においては、閉弁時の磁気回路Ｍ１の吸引力Ｆ_Lは磁気回路Ｍ２の吸引力Ｆ_Sも大きいものとする（Ｆ_L＞Ｆ_S）。磁気回路Ｍ１の吸引力Ｆ_Lは空隙Ａ１の寸法（エアギャップ）Ｇ１に反比例し、磁気回路Ｍ２の吸引力Ｆ_Sは空隙Ａ２の寸法（エアギャップ）Ｇ２に反比例する。すなわち、閉弁時の空隙Ａ１の寸法Ｇ１は、空隙Ａ２の寸法Ｇ２よりも小さく（Ｇ１＜Ｇ２）、したがって、吸引力Ｆ_Lが吸引力Ｆ_Sよりも大きくなる。
【００２３】
なお、磁性体対Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ（Ｍ２ａ，Ｍ２ｂ）のそれぞれは、ニードル部材Ｎが磁性体対Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ（Ｍ２ａ，Ｍ２ｂ）の吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sによって、その長手方向（＋Ｚ方向）に沿って移動するように容器Ｈとニードル部材Ｎとの間に配置されており、磁気回路Ｍ１，Ｍ２がコンパクトに配置されている。
【００２４】
電磁石Ｍ１ａ及びＭ２ａは容器Ｈに対して固定されており、磁性体Ｍ１ｂは第１弾性手段（スプリング）Ｓ１を介して駆動力伝達部材ＦＸに接続され、磁性体Ｍ２ｂはニードル部材Ｎに固定されている。
【００２５】
閉弁動作時の第１磁気回路Ｍ１による吸引によって、磁性体Ｍ１ｂが＋Ｚ方向に移動すると、磁性体Ｍ１ｂに接続された駆動力伝達部材ＦＸが第１弾性手段Ｓ１のバネ力によって＋Ｚ方向に移動する。駆動力伝達部材ＦＸはニードル部材Ｎに固定されているので、ニードル部材Ｎは＋Ｚ方向に移動し、燃料通過経路ＰＳが形成され、開弁が行われる。なお、容器Ｈとニードル部材Ｎとは第２弾性手段（スプリング）Ｓ２によって接続されており、第１磁気回路Ｍ１による吸引力Ｆ_Lは、第２弾性手段Ｓ２のバネ力に抗している。第２弾性手段Ｓ２は必要に応じて設けることとする。
【００２６】
吸引力Ｆ_Lによって磁性体Ｍ１ｂが、容器Ｈに対して固定された電磁石Ｍ１ａ方向に移動し、これに当接すると、第１磁気回路Ｍ１によるニードル部材Ｎの移動は略停止する。閉弁時のニードル部材ＮのＺ方向位置を基準位置とすると、基準位置から当該停止位置までの距離が、ニードル部材Ｎの第１磁気回路Ｍ１によるストローク長（第１ストローク長）となる。本例では第１ストローク長は空隙寸法Ｇ１に相当する。
【００２７】
閉弁動作時の第２磁気回路Ｍ２による吸引によって、磁性体Ｍ２ｂが＋Ｚ方向に移動すると、第２弾性手段Ｓ２によるバネ力に抗して磁性体Ｍ２ｂが＋Ｚ方向に移動する。磁性体Ｍ２ｂはニードル部材Ｎに固定されているので、ニードル部材Ｎは＋Ｚ方向に移動する。この吸引力が閉弁時に作用すれば、燃料通過経路ＰＳが形成され、開弁が行われる。
【００２８】
ニードル部材Ｎが第１ストローク長以上の位置にあるとき、第２磁気回路Ｍ２による更なる吸引によって、磁性体Ｍ２ｂが＋Ｚ方向に移動すると、第２弾性手段Ｓ２によるバネ力に加えて第１弾性手段Ｓ１によるバネ力にも抗して磁性体Ｍ２ｂが＋Ｚ方向に移動し、これに固定されたニードル部材Ｎが＋Ｚ方向に移動する。磁性体Ｍ２ｂが電磁石Ｍ２ａに当接すると、第２磁気回路Ｍ２によるニードル部材Ｎの移動は停止する。閉弁時のニードル部材ＮのＺ方向位置を基準位置とすると、基準位置から当該停止位置までの距離が、ニードル部材Ｎの第２磁気回路Ｍ２によるストローク長（第２ストローク長）となる。本例では第２ストローク長は空隙寸法Ｇ２に相当する。なお、ストローク長と空隙寸法が異なる場合も考えられる。
【００２９】
第１磁気回路Ｍ１によるニードル部材Ｎの第１ストローク長（＝Ｇ１）は、第２磁気回路Ｍ２によるニードル部材Ｎの第２ストローク長（＝Ｇ２）よりも短い。このように、本電磁式燃料噴射弁においてはストローク長が異なるので、燃料通過経路ＰＳの大きさをストローク長に併せて変えることができ、緻密な燃料噴射制御ができる。
【００３０】
吸引力非発生時（閉弁時）の第１磁気回路Ｍ１の空隙Ａ１の寸法Ｇ１は、吸引力非発生時（閉弁時）の第２磁気回路Ｍ２の空隙Ａ２の寸法Ｇ２よりも小さい。上述のように、空隙が狭いほど吸引力は強くなる。燃料通過経路ＰＳの大きさを零から拡大する瞬間は、燃料噴射用の噴孔内外の圧力差が閉弁力を強めているので、相対的に開弁動作始動時以降の吸引力よりも大きな吸引力が必要である。
【００３１】
このように燃料通過経路ＰＳの大きさを零から拡大する瞬間は、少なくともニードル部材ストローク長の短い方の第１磁気回路Ｍ１において吸引力を発生させる。空隙Ａ１の寸法Ｇ１を小さくすることによって、閉弁時の第１磁気回路Ｍ１側の吸引力Ｆ_Lを増加させれば、燃料通過経路ＰＳの大きさをスムーズに拡大することができる。一旦、燃料通過経路ＰＳが形成された場合には、相対的には小さな力でニードル部材Ｎを移動させることができるので、第１ストローク長よりも長い第２ストローク長を設定することができ、緻密な燃料噴射制御ができるようになる。
【００３２】
また、本電磁式燃料噴射弁は、ニードル部材Ｎが吸引力の向きに第１ストローク長以上移動した場合にはニードル部材Ｎを吸引力に抗する向きに付勢する第１及び第２弾性手段Ｓ１，Ｓ２を備えており、第１弾性手段Ｓ１はニードル部材Ｎが吸引力の向きに第１ストローク長未満で移動する場合にはニードル部材Ｎに吸引力と同じ向きに力を与えるように配置されており、ニードル部材Ｎの戻り時（ニードル部材Ｎが弾性手段Ｓ１，Ｓ２による付勢力によって吸引力とは逆向きに移動する時）には第１及び第２弾性手段Ｓ１，Ｓ２の合力によってニードル部材Ｎを移動させることができ、また、吸引力を加えている場合には第１弾性手段Ｓ１は吸引力に抗しないので、ニードル部材Ｎを高速に移動させることができる。
【００３３】
また、第１磁気回路Ｍ１の磁性体対の一方（Ｍ１ａ）は容器Ｈに固定され、他方（Ｍ１ｂ）はニードル部材Ｎに対して相対的に移動可能であって間接的に吸引力をニードル部材Ｎに伝達できるように構成されている。磁性体対の他方（Ｍ１ｂ）は間接的に吸引力Ｆ_Lを伝達するため、ニードル部材戻り時の不要な共振を抑制することができる。
【００３４】
上述の電磁式燃料噴射弁は種々の変形が可能である。
【００３５】
図２は別の電磁式燃料噴射弁内部要素の機械的結合関係を示す説明図である。この電磁式燃料噴射弁も上述の噴射弁と同様に、燃料が導入される容器Ｈ内に設けられたニードル部材Ｎを電磁手段による吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sによってニードル部材Ｎの長手方向（＋Ｚ方向）に移動させることにより、容器Ｈの内面ＩＳとニードル部材Ｎの外面との間の隙間で規定される燃料通過経路ＰＳの大きさが変化する電磁式燃料噴射弁であり、この電磁手段は吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sが互いに独立制御可能な第１磁気回路Ｍ１及び第２の磁気回路Ｍ２を備えている。図１に示したものとの相違点は、第１弾性手段Ｓ１を備えず、吸引時に磁性体Ｍ１ｂがニードル部材Ｎに固定されたストッパ部材ＮＳに当接でき、磁性体Ｍ１ｂが第３弾性手段（スプリング）Ｓ３を介して容器Ｈに接続されている点である。他の構成は同一である。
【００３６】
第１磁気回路Ｍ１の吸引力が磁性体Ｍ１ｂに作用すると、これに当接したストッパ部材ＮＳが＋Ｚ方向に移動し、ニードル部材が＋Ｚ方向に移動する。更なるストロークが必要な場合、第２磁気回路Ｍ２による吸引力を作用させると、ニードル部材Ｎは第１ストローク長を超え、磁性体Ｍ１ｂとストッパ部材ＮＳとは離隔する。他の作用は上記と同様である。
【００３７】
図３は更に別の電磁式燃料噴射弁内部要素の機械的結合関係を示す説明図である。この電磁式燃料噴射弁も上述の噴射弁と同様に、燃料が導入される容器Ｈ内に設けられたニードル部材Ｎを電磁手段による吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sによってニードル部材Ｎの長手方向（＋Ｚ方向）に移動させることにより、容器Ｈの内面ＩＳとニードル部材Ｎの外面との間の隙間で規定される燃料通過経路ＰＳの大きさが変化する電磁式燃料噴射弁であり、この電磁手段は吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sが互いに独立制御可能な第１磁気回路Ｍ１及び第２の磁気回路Ｍ２を備えている。
【００３８】
図１に示したものとの相違点は、第１弾性手段Ｓ１を備えず、吸引時に磁性体Ｍ１ｂがニードル部材Ｎに固定されたストッパ部材ＮＳに当接でき、磁性体Ｍ１ｂが第２弾性手段Ｓ２に抗して吸引される点である。磁性体Ｍ１ｂは適当な部材に対してスライド可能とされる。他の構成は同一である。このように弾性手段の構成や機械的結合としては種々のものが考えられる。
【００３９】
図４は更に別の電磁式燃料噴射弁内部要素の機械的結合関係を示す説明図である。本電磁式燃料噴射弁は、図１に示したものに加えて、吸引時に磁性体Ｍ１ｂがニードル部材Ｎに固定されたストッパ部材ＮＳに当接できるようにしたものである。磁性体Ｍ１ｂは第１ストローク長未満では第２弾性手段Ｓ２に抗して、第１ストローク長以上では第１及び第２弾性手段Ｓ１，Ｓ２に抗して吸引される。
【００４０】
ニードル部材Ｎの戻り時の移動速度が速すぎると、ニードル部材Ｎが容器Ｈの内面ＩＳに当接した時にバウンドし、所謂二次噴射が生じる。このような二次噴射は開閉制御性や燃費の観点から好ましくない。
【００４１】
本電子式燃料噴射弁は、ニードル部材Ｎが吸引力の向き（＋Ｚ方向）に移動した場合にニードル部材Ｎを吸引力に抗する向きに付勢する弾性手段Ｓ２（Ｓ１）と、ニードル部材Ｎが弾性手段Ｓ２（Ｓ１）による付勢力によって吸引力とは逆向き（−Ｚ方向）に移動する場合には、ニードル部材Ｎの閉弁時の基準位置よりも大きく第１ストローク長未満の所定位置で特定の部材（本例では磁性体Ｍ１ｂ）に衝突するようにニードル部材Ｎに設けられたストッパ部材ＮＳとを備えている。
【００４２】
この構成においては、ストッパ部材ＮＳは、ニードル部材Ｎの戻り時に、衝撃緩衝作用のあるＳ１に取り付けられた磁性体Ｍ１ｂに衝突する。このようにニードル部材Ｎが、戻り時に磁性体Ｍ１ｂに衝突すると、その速度が容器内面ＩＳへの当接前に減少し、二次噴射が減少する。ストッパ部材ＮＳは弾性的に支持されていることとしてもよい。
【００４３】
次に、上述の電磁式燃料噴射弁の具体的な構成例について説明する。上述の電磁式燃料噴射弁の中で図４に示したものが最も好適であるので、以下では、これを具体化したものについて説明する。
【００４４】
図５は電磁式燃料噴射弁の縦断面図である。
【００４５】
この電磁式燃料噴射弁においては、燃料供給管１の端部に位置する燃料供給口１ａから容器Ｈ内に燃料が供給される。容器Ｈは、容器本体１００と容器本体１００の長手方向先端部に取り付けられたノズル１７から構成される。容器本体１００内にはニードル部材（ニードル弁）Ｎが配置され、ニードル弁Ｎはノズル１７内部まで延びている。容器本体１００とニードル弁Ｎとの間には第１及び第２磁気回路Ｍ１，Ｍ２が配置される。
【００４６】
第１磁気回路Ｍ１は、円筒状の磁性体（第１コア）Ｍ１ａと、第１コアＭ１ａ内に埋め込まれた第１コイルＭ１ｃとから構成される第１電磁石（Ｍ１ａ，M１ｃ）を有する。また、第１磁気回路Ｍ１は、円環状の磁性体（アーマチャ）Ｍ１ｂを備えている。アーマチャＭ１ｂの開口内には相対的にスライド可能なニードル弁Ｎが位置し、アーマチャＭ１ｂは第１弾性手段（第１スプリング）Ｓ１を介して駆動力伝達部材（ストッパ部材）ＦＸに接続され、ニードル弁Ｎと弾性的に結合している。
【００４７】
第２磁気回路Ｍ２は、円筒状の磁性体（第２コア）Ｍ２ａと、磁性体Ｍ２ａ内に埋め込まれた第２コイルＭ２ｃとから構成される第２電磁石（Ｍ２ａ，Ｍ２ｃ）を有する。また、第２磁気回路Ｍ２は、円環状の磁性体（アーマチャ）Ｍ２ｂを備える。アーマチャＭ２ｂの開口内にはニードル弁Ｎが固定されており、アーマチャＭ２ｂは第２弾性手段（第２スプリング）Ｓ２を介して容器Ｈに接続され、容器Ｈと弾性的に結合している。なお、本例では、容器Ｈに固定された燃料供給管１内のスリーブ１ｂをストッパとし、これとニードル弁Ｎの基端部との間に第２スプリングＳ２を介在させている。
【００４８】
容器Ｈには、コイルＭ１ｃ，Ｍ２ｃにそれぞれ電流を供給するためのコネクタ２が取り付けられており、それぞれへの電流供給によって、それぞれの吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sが独立に発生する。
【００４９】
燃料供給口１ａから導入された燃料は、第２コアＭ２ａの内側領域、アーマチャＭ２ｂ等に設けられた燃料通路、第１コアＭ１ａの内側領域、第１磁性体Ｍ１ｂ等に設けられた燃料通路を介して、ノズル１７内に至り、燃料通過経路（燃料シール部）ＰＳの直前まで移動する。ノズル１７の先端には噴孔１９が設けられており、開弁時には噴孔１９から燃料が噴出する。本装置の動作は既に説明した通りであるが、以下、詳説する。
【００５０】
図６は各状態における電磁式燃料噴射弁の縦断面図である。
【００５１】
図６（ａ）に示す閉弁状態においては、コネクタ２から電流は供給されず、第２スプリングによる第２スプリング力（付勢力）Ｆ２によって、ニードル弁Ｎが燃料シール部ＰＳ方向に付勢され、ニードル弁Ｎの外面が燃料シール部ＰＳを塞いでいる。
【００５２】
図６（ｂ）に示す少量噴射の開弁状態にするには、開弁動作始動時に、コネクタ２から第１及び第２磁気回路Ｍ１，Ｍ２を構成する第１及び第２コイルＭ１ｃ，Ｍ２ｃに電流を供給する。これにより、第１スプリングＳ１及びストッパ部材ＦＸを介してニードル弁Ｎに＋Ｚ方向の力が加わることで、差圧による閉弁力Ｆ_D及び第２スプリング力Ｆ２に抗して、ニードル弁Ｎが燃料シール部ＰＳから離隔する方向に移動し、開弁が行われ、燃料噴射が開始される。
【００５３】
燃料噴射開始後にニードル弁Ｎが第１ストローク長未満の所定位置に位置した時に、第２コイルＭ２ｃへの電流供給が停止され、第１アーマチャＭ１ｂが第１コアＭ１ａに当接し、ニードル弁Ｎの移動が略停止する。しかる後、第１コイルＭ１ｃへの電流供給を停止すると、第１及び第２スプリングによるスプリング力Ｆ１，Ｆ２によって、ニードル弁Ｎが−Ｚ方向に移動し、ニードル弁Ｎが燃料シール部ＰＳを構成する容器内面に当接し、閉弁が行われる。
【００５４】
この噴射は、一度の燃料噴射量が少量なので、燃料の分散度が高く、高分散噴霧が行われる。
【００５５】
なお、ニードル弁Ｎに設けられたストッパ部材ＮＳは、第１ストローク長未満の位置で第１アーマチャＭ１ｂに一旦衝突することで減速された後、燃料シール部ＰＳを構成する容器内面に衝突するので、二次噴射が抑制される。
【００５６】
図６（ｃ）に示す多量噴射の開弁状態にするには、まず、開弁動作始動時に、コネクタ２から第１及び第２磁気回路Ｍ１，Ｍ２を構成する第１及び第２コイルＭ１ｃ，Ｍ２ｃに電流を供給する。これにより、第１スプリングＳ１及びストッパ部材ＦＸを介してニードル弁Ｎに＋Ｚ方向の力が加わることで、差圧による閉弁力Ｆ_D及び第２スプリング力Ｆ２に抗して、ニードル弁Ｎが燃料シール部ＰＳから離隔する方向に移動し、開弁が行われ、燃料噴射が開始される。
【００５７】
燃料噴射開始後にニードル弁Ｎが第１ストローク長に到達した時点においても第２コイルＭ２ｃへの電流供給は継続され、第１アーマチャＭ１ｂは第１コアＭ１ａに当接するものの、第１スプリングＳ１による第１スプリング力Ｆ１及び第２スプリングＳ２によるスプリング力Ｆ２に抗して第２アーマチャＭ２ｂの吸引が行われ、ニードル弁Ｎが更に上方まで移動する。
【００５８】
この時、第１コイルＭ１ｃへの電流供給は停止させることができる。第２アーマチャＭ２ｂが第２コイルＭ２ｃに当接すると、第２ストローク長の位置でニードル弁Ｎの移動が停止する。しかる後、第２コイルＭ１ｃ（必要に応じて第１コイルＭ１ｃ）への電流供給を停止すると、第１及び第２スプリングによるスプリング力Ｆ１，Ｆ２によって、ニードル弁Ｎが−Ｚ方向に移動し、ニードル弁Ｎが燃料シール部ＰＳを構成する容器内面に当接し、閉弁が行われる。
【００５９】
この噴射は、一度の燃料噴射量が多量なので、燃料の分散度が低く、高貫徹力噴射が行われる。
【００６０】
なお、この場合の閉弁動作においても、ニードル弁Ｎに設けられたストッパ部材ＮＳは、第１ストローク長未満の位置で第１アーマチャＭ１ｂに一旦衝突することで減速された後、燃料シール部ＰＳに衝突するので、二次噴射が抑制される。
【００６１】
図７は二次噴射抑制機能を説明するための説明図である。ニードル弁Ｎが第２ストローク長だけ閉弁位置（基準位置）から移動した位置にある場合（状態Ｃ）、これは空隙Ａ２の寸法Ｇ２に対応するが、閉弁動作時においては、ニードル弁Ｎが時間の経過に従って第１ストローク長（寸法Ｇ１）よりも閉弁位置に近づいた時点で、ストッパ部材ＮＳは第１アーマチャＭ１ｂに衝突し、第１アーマチャＭ１ｂに設けられたスプリングＳ１によって衝撃が緩衝され、第１アーマチャＭ１ｂと共に減速されて閉弁時の位置まで移動する。
【００６２】
すなわち、ニードル弁Ｎは、その時間に対する位置変化量（速度）が、閉弁位置への到達の直前に小さくなり、燃料シール部ＰＳを構成する容器内面への衝突速度は低速となる。したがって、この衝突の際のバウンドが抑制され、二次噴射が抑制される。
【００６３】
図８は、▲１▼閉弁状態、▲２▼少量噴射の開弁動作時、▲３▼多量噴射の開弁動作時のコイルＭ１ｃ，Ｍ２ｃへの供給電流（ソレノイド駆動パルス）Ｉ１，Ｉ２、吸引力Ｆ_L，Ｆ_S、スプリング力Ｆ１，Ｆ２、差圧による閉弁力Ｆ_D、ニードル弁位置のタイミングチャートである。
【００６４】
▲２▼少量噴射の開弁動作時においては、まず、ソレノイド駆動パルスＩ１，Ｉ２を同時に供給した後、期間Ｔ１後に駆動パルスＩ２を停止し、燃料噴射が行われた後、駆動パルスＩ１も停止することで、閉弁動作を行う。
【００６５】
▲３▼多量噴射の開弁動作時においては、まず、ソレノイド駆動パルスＩ１，Ｉ２を同時に供給した後、駆動パルスＩ２は供給したままで期間Ｔ２後に駆動パルスＩ１を停止し、燃料噴射が行われた後、駆動パルスＩ２も停止することで、閉弁動作を行う。
【００６６】
以上、説明したように、ニードル弁Ｎのストローク長を可変としたことで、エンジンの負荷に応じて必要な噴霧を行うことができ、燃費を向上させることができる。少量噴射時においては、噴霧が広角で分散するため、低負荷域での燃焼に適する。また、多量噴射時においては、燃料噴射の直進性が高いため、高負荷域での燃焼に適する。
【００６７】
なお、単位時間当たりの燃料噴射量は、上記駆動パルスＩ１又はＩ２のデューティ比に比例する。少量噴射にすると、デューティ比を可変しなくても燃料噴射率を相対的に小さくすることができ、デューティ比も低減させれば、非常に微量の燃料噴射を行うことができる。
【００６８】
多量噴射はデューティ比を大きくしなくても相対的に燃料噴射率を変えることができ、デューティ比も増加させれば、非常に多量の燃料噴射を行うことができる。このように、上述の構成を採用することによって、燃料噴射率のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００６９】
また、高燃料圧力に対して、弁を開弁させるためには、大きな吸引力が必要であるが、上記構成においては、１つには、空隙Ａ１の寸法Ｇ１を相対的に狭くすることにより、吸引力Ｆ_Lを大きくすることができ、また、吸引力Ｆ_L，Ｆ_Sの合力を用いることで、更に吸引力を大きくすることができる。したがって、高燃圧化を達成することができる。
【００７０】
また、スプリングＳ１，Ｓ２を２つ用いることにより、閉弁動作時にスプリング力Ｆ１，Ｆ２の合力がニードル弁Ｎに働くので、閉弁動作時の応答性が向上する。また、開弁動作時には１つのスプリング力Ｆ２のみが機能するので、吸引力の開弁動作に対する寄与度を高められ、開弁動作時の応答性が向上する。
【００７１】
また、上述の構造では、第１及び第２の磁気回路Ｍ１，Ｍ２はニードル弁Ｎの長手方向に沿って配置されているので、長手方向に直交する方向（径方向）の寸法の大型化を行わずに、吸引力を増加させることができる。
【００７２】
エンジンへの燃料供給においては、蒸散ガスの低減が求められており、このための方策としての燃料供給システムとしてはリターンレスシステムが考えられている。上述の電磁式燃料噴射弁によれば、ニードル弁Ｎを直接ソレノイドで作動させることにより、リターンレス構造や、レール圧内蔵構造を採用することもできる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の電磁式燃料噴射弁によれば十分な開閉動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁式燃料噴射弁内部要素の機械的結合関係を示す説明図である。
【図２】別の電磁式燃料噴射弁内部要素の機械的結合関係を示す説明図である。
【図３】更に別の電磁式燃料噴射弁内部要素の機械的結合関係を示す説明図である。
【図４】更に別の電磁式燃料噴射弁内部要素の機械的結合関係を示す説明図である。
【図５】電磁式燃料噴射弁の縦断面図である。
【図６】各状態における電磁式燃料噴射弁の縦断面図である。
【図７】二次噴射抑制機能を説明するための説明図である。
【図８】コイルＭ１ｃ，Ｍ２ｃへの供給電流（ソレノイド駆動パルス）Ｉ１，Ｉ２、吸引力Ｆ_L，Ｆ_S、スプリング力Ｆ１，Ｆ２、差圧による閉弁力Ｆ_D、ニードル弁位置のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ｂ…スリーブ、１ａ…燃料供給口、１…燃料供給管、２…コネクタ、１７…ノズル、１９…噴孔、１００…容器本体、Ａ１，Ａ２…空隙、Ｆ１，Ｆ２…スプリング力、Ｆ_D…開弁力、Ｆ_L，Ｆ_S…吸引力、ＦＸ…ストッパ部材、Ｇ１…空隙寸法、Ｇ２…空隙寸法、Ｈ…容器、Ｉ１，Ｉ２…ソレノイド駆動パルス、ＩＳ…容器内面、Ｍ１，Ｍ２…磁気回路、Ｍ１ａ…コア（電磁石：磁性体）、Ｍ１ｂ…アーマチャ（磁性体）、Ｍ１ｃ，Ｍ２ｃ…コイル、Ｍ２ａ…コア（電磁石：磁性体）、Ｍ２ｂ…アーマチャ（磁性体）、Ｎ…ニードル部材（ニードル弁）、ＮＳ…ストッパ部材、ＰＳ…燃料シール部（燃料通過経路）、Ｓ１…スプリング（第１弾性手段）、Ｓ２…スプリング（第２弾性手段）。

Claims

燃料が導入される容器内に設けられたニードル部材を電磁手段による吸引力によって前記ニードル部材の長手方向に移動させることにより、前記容器の内面と前記ニードル部材の外面との間の隙間で規定される燃料通過経路の大きさが変化する電磁式燃料噴射弁において、前記電磁手段は吸引力が互いに独立制御可能な第１及び第２の磁気回路を備え、
前記第１及び第２磁気回路のそれぞれは、空隙を介して対向し互いに引き合う磁性体対を有し、各磁性体対の少なくとも一方は電磁石を構成し、前記磁性体対のそれぞれは、前記ニードル部材が前記磁性体対の吸引力によってその長手方向に沿って移動するように前記容器と前記ニードル部材との間に配置され、
前記第１磁気回路による前記ニードル部材の第１ストローク長は、第２磁気回路による前記ニードル部材の第２ストローク長よりも短く、
前記ニードル部材が前記吸引力の向きに移動した場合に前記ニードル部材を前記吸引力に抗する向きに付勢する弾性手段と、前記ニードル部材が前記弾性手段による付勢力によって前記吸引力とは逆向きに移動する場合には、前記ニードル部材の閉弁時の位置よりも大きくかつ前記第２ストローク長未満の所定位置で特定の部材に衝突し前記ニードル部材の速度が前記ニードル部材の外面が容器の内面へ当接前に減少するように前記ニードル部材に設けられたストッパ部材とを備えることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
前記吸引力非発生時の前記第１磁気回路の前記空隙の寸法は、前記吸引力非発生時の前記第２磁気回路の前記空隙の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁。
前記ニードル部材が前記吸引力の向きに前記第１ストローク長以上移動した場合には前記ニードル部材を前記吸引力に抗する向きに付勢する第１及び第２弾性手段を備え、前記第１弾性手段は前記ニードル部材が前記吸引力の向きに前記第１ストローク長未満で移動する場合には前記ニードル部材に前記吸引力と同じ向きに力を与えるように配置されてい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。
前記第１磁気回路の前記磁性体対の一方は前記容器に固定され、他方は前記ニードル部材に対して相対的に移動可能であって間接的に前記吸引力を前記ニードル部材に伝達できるように構成されてい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。
前記第１磁気回路と前記第２磁気回路は所定期間において同時に吸引力を発生す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。
前記第１及び第２の磁気回路は前記ニードル部材の長手方向に沿って配置されてい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。