以下、本発明の燃料噴射装置を、ガソリンエンジンに燃料を噴射供給するものに適用して、具体化した実施形態を図面に従って説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を表す部分的断面図である。図2は、本実施形態に係わる電気的構成を示す模式的回路図である。図3は、図2中の電磁コイルへの通電方向を切換える切換手段の切換動作を表す図である。図4は、図1中の燃料噴射弁の一実施例の第1の構成ユニットを示す断面図である。図5は、図1中の燃料噴射弁の一実施例の第2の構成ユニットを示す断面図である。図6は、図1中の燃料噴射弁の一実施例の第3の構成ユニットを示す断面図である。図7は、本実施形態の燃料噴射弁の一実施例の組付け過程を示す図であって、第2可動コアを筒状部材に係止する工程を示す工程図である。図8は、本実施形態の燃料噴射弁の一実施例の組付け過程を示す図であって、第2可動コアの軸方向移動量を形成する工程を示す工程図である。図9は、本実施形態の燃料噴射弁の一実施例の組付け過程を示す図であって、第1可動コアの軸方向移動量を形成する工程を示す工程図である。図10は、図1の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルの非通電状態を示す部分的断面図である。図11は、図1の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルへの通電方向の正方向状態を示す部分的断面図である。図12は、図1の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルへの通電方向の逆方向状態を示す部分的断面図である。なお、図1において、駆動コイルは非通電状態にある。
燃料噴射装置1は、内燃機関(エンジン)、特にガソリンエンジンに用いられる。燃料噴射装置1は、図1に示すように、エンジンの燃焼室(図示せず)に燃料噴射する燃料噴射弁2と、燃料噴射弁2の噴射動作等を制御する制御手段(以下、ECUと呼ぶ)100とを含んで構成されている。
なお詳しくは、燃料噴射弁2は、例えば多気筒(例えば4気筒)ガソリンエンジン(以下、エンジンと呼ぶ)の吸気ポート等の吸気管または各気筒に取付けられて、気筒内の燃焼室に燃料を噴射供給する。なお、本実施形態では、燃料噴射弁2は各気筒に設けられているものとする。燃料噴射弁2には、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料が、燃料分配管(図示せず)を介して供給される。燃料分配管には、一般に、図示しない燃料タンク内の燃料を燃料ポンプ(図示せず)により吸い上げ吐出し、その吐出された燃料が導かれている。なお、吐出される燃料は、図示しないプレーシャレギュレータ等の調圧装置によって所定の圧力に調圧されて、燃料分配管へ送られる。なお、エンジンが直噴エンジンの場合には、内燃機関の燃焼室へ供給する燃料の圧力が約2Mpa以上とするため、燃料ポンプによって燃料タンクから吸上げられた所定の低圧(例えば0.2Mpa)の燃料を、図示しない高圧ポンプで加圧し、この加圧された所定の高圧の燃料(例えば、2〜13Mpaの範囲の所定の燃料)が、燃料分配管を介して燃料噴射弁2に供給されている。燃料ポンプから吐出される燃料、高圧ポンプから燃料分配管へ供給された燃料は、図示しないプレーシャレギュレータ等の調圧装置によって所定の圧力に調圧されている。なお、以下、本実施例で説明するエンジンは、ガソリン直噴エンジンとする。
まず、燃料噴射弁2について以下図1に従って説明する。燃料噴射弁2は、略円筒形状であり、一端から燃料を受け、内部の燃料通路を経由して他端から燃料を噴射する。燃料噴射弁2は、燃料の噴射を遮断および許容する弁部Bと、弁部Bを駆動する電磁駆動部Sとを備えており、燃料導入部48側から内部の燃料通路内に流入した燃料を弁部Bからエンジンの気筒に噴射供給する。
弁部Bは、図1に示すように、弁ボディとしてのノズルボディ12と、弁部材としてのノズルニードル30と、ハウジング16とを含んで構成されている。ノズルボディ12はハウジング16の燃料噴射側端部の内壁に溶接により固定されている。ノズルボディ12は燃料流れ方向の噴孔21側に向けて縮径する内周面としての円錐面13を有している。円錐面13には、ノズルニードル30が離座および着座可能である。なお、ここで、円錐面13は、ノズルニードル30が離座および着座可能な弁座14を構成する。具体的には、弁座14には、ノズルニードル30の当接部31が離座および着座する。ノズルニードル30は略軸状に形成され、ノズルボディ12内を軸方向に往復移動可能である。なお、ここで、弁座14と当接部31は、弁部が燃料の噴射を遮断するための油密機能の働きをするシート部を構成している。
ノズルボディ12はハウジング16の燃料噴射側端部の内壁に溶接により固定されている。詳しくは、図1に示すように、ハウジング16は、ノズルボディ12を固定する弁ハウジング下部16aと、電磁駆動部S側の筒部材15に固定されるハウジング上部16bとから構成されており、ハウジング下部16aはハウジング上部16bの内周16baに挿入固定されている。なお、ここで、ハウジング下部16aは、請求項4に記載のハウジング部を構成している。ノズルボディ12とハウジング下部16aは弁ボディを構成している。ノズルボディ12とハウジング下部16aは別部材を溶接等により固定し、一体的に形成されるものに限らず、一体形成されているものであってもよい。なお、ノズルボディ12とハウジング下部16aを別部材で構成し、一体的に形成されるものは、例えばノズルボディを特定の材料で、ハウジング下部16aをその特定材料以外の材料で形成したい場合に好ましい。これにより、燃料噴射毎に繰り返しノズルニードル30が離座および着座する弁座14を有する弁ボディ12には耐磨耗性に比較的高い特定材料を用い、ハウジング下部16aには特定材料以外の比較的安価な材料を用いることができる。
弁座の中央側には、図1に示すように、弁座14の燃料流れの下流側に向って、内部燃料通路と連通可能な噴孔21が配置されている。この噴孔21は、要求される燃料の噴霧の形状、方向、数などに応じて、その大きさ、噴孔軸線の方向、噴孔配列等が決定される。また、噴孔の開口面積は、開弁時の流量を規定する。なお、燃料噴射弁2の燃料噴射量は、開弁している噴孔の開口面積と、ノズルニードル30のリフト量と、開弁期間とによって計量されている。ノズルニードル30が弁座14に着座すると噴孔21からの燃料噴射が遮断され、ノズルニードル30が弁座14から離座すると噴孔21からの燃料噴射が許容され燃料が噴射される。
なお、上述の燃料噴射量に影響を及ぼすリフト量は、ノズルニードル30(詳しくは当接部31とノズルボディ12(詳しくは弁座14)によるリフト量−開口面積の関係において、リフト量の増加に従ってシール部31、14の離間距離が増加するので、シール部による開口面積が噴孔による開口面積より小さい間(例えば後述するリフト量H=HD1の低リフト状態)は、燃料噴射量が増加する。
電磁駆動部Sは、図1に示すように、第1可動コア50、第1可動コア50に軸方向に対峙する第2可動コア60、コイル70、および永久磁石80と、第1可動コア50および第2可動コア60に付勢する付勢手段としての付勢部材59、69とを有する。第1可動コア50は磁性ステンレス等の磁性材からなる段付きの略円筒状体である。第1可動コア50はノズルニードル30に固定されており、第1可動コア50とノズルニードル30は協働する。なお、第1可動コア50とノズルニードル30は、図1に示すように別部材を溶接等により一体的に形成されたものに限らず、一体に形成されているものであってもよい。
第2可動コア60は、磁性ステンレス等の磁性材からなる略円筒体である。第2可動コア60は筒部材15、18の内周を軸方向に移動可能である。詳しくは、第2可動コア60は、筒部材15の内周15a、15bに軸方向移動可能に収容されている。筒部材15は磁性材料からなるパイプ材などで形成され、段付き内周15a、15bからなる段差部15kを有する。段付部15kは、第2可動コア60の軸方向移動(詳しくは軸方向下方移動)を規制する。なお詳しくは、筒部材15は内周15aより内周15bが大きく形成されている。第2可動コア60の下端部側の外周が内周15aに移動可能に保持されている。また、第2可動コア60の上端部側の外周に形成された環状部62が内周15bに移動可能に保持されており、その軸方向下方側への移動は、環状部62が段差部15kに係止されると制限される。なお、ここで、段差部15kは、第2可動コア60の永久磁石80から遠ざかる側の軸方向位置を規制する係止部を構成する。第2可動コア60の軸方向移動量L2は、第2可動コア60が段差部15kに規制されている状態において、磁性体17の下端面17aと第2可動コア60の上端部との間に形成されるエアギャップにより決定されている。また、第1可動コア50の軸方向移動量L1は、第2可動コア60が段差部15kに規制されている状態において、第2可動コア60の下端部と第2可動コア50の上端部との間に形成されるエアギャップにより決定される。なお、この軸方向移動量L1は請求項2に記載の第1可動コア50の軸方向移動量であり、ノズルニードル30のリフト量が低リフト状態における第1可動コア50の軸方向に移動しうる最大移動量である。なお、ノズルニードル30のリフト量が高リフト状態における第1可動コア50の軸方向に移動しうる最大移動量は、L1+L2で規定されている。なお、低リフト状態では第1可動コア50(詳しく環状部62)が段差部15kに規制され、係止されている。
コイル70は、樹脂製のスプール(図示せず)の外周に所定方向に巻回されている。コイル70の端部は2つのターミナル(図示せず)として引き出されている。ターミナルは、外部電源等(詳しくは、ECU100)からの電流をコイル70へ供給する。スプールは、筒部材15、18の外周に装着されている。なお、ここで、コイル70、スプール、ターミナルは、駆動コイルを構成している。なお、コイル70等の駆動コイルの外周側には、樹脂モールド19が配置され、ターミナルを収容するコネクタ部(図示せず)が設けられている。
永久磁石80は、フェライト磁石、稀土類磁石、あるいはアルニコ磁石等の磁化された磁性体である。図1に示すように、永久磁石80は略円筒体に形成され、所定の磁力が発生するように着磁されている。この永久磁石80は、第2可動コア60の反第1可動コア50側に、第2可動コア60に軸方向に対峙するように配置されている。
永久磁石80の磁極としては、図4に示すように第2可動コア60側の端面をS極、反第2可動コア60側の端面をN極とする磁極配置に限らず、第2可動コア60側の端面をN極、反第2可動コア60側の端面をS極とする磁極配置であってもよい。なお、第2可動コア60側の端面をS極、反第2可動コア60側の端面をN極とする磁極配置する前者に代えて、第2可動コア60側の端面をN極、反第2可動コア60側の端面をS極とする磁極配置する後者の構成とする場合には、永久磁石80による磁力と駆動コイルによる電磁力の関係が前者と同じになるように、後者におけるECU100による駆動コイルへの通電方向を反転させる。
なお、以下本実施形態で説明する永久磁石80の磁極配置は、第2可動コア60側の端面をS極、反第2可動コア60側の端面をN極とする(図10参照)。
付勢部材59、69は、図1に示すように、第1可動コア50をノズルニードル30の着座方向に付勢する第1付勢部材(以下、第1スプリングと呼ぶ)59と、第2可動コア60をノズルニードル30の着座方向に付勢する第2付勢部材(以下、第2スプリングと呼ぶ)とから構成されている。なお、第1スプリング59および第2スプリング69は加える荷重に応じて変位するばね部材等の弾性体であればいずれの部材であってもよく、本実施例ではばね部材とする。
第1スプリング59は、一端部で第1可動コア(詳しくは第1可動コア50内のスプリング座50sに係止され、他端部で付勢力調整部材(以下、アジャスティングパイプと呼ぶ)41に係止されている。詳しくは、アジャスティングパイプ41は、燃料導入部48の内周48aに圧入され、内部に燃料通路を形成している。アジャスティングパイプ41の圧入量を調整することにより、第1可動コア50に付勢する第1スプリング59の付勢力(荷重)が変更される。第1スプリング59の付勢力により第1可動コア50およびノズルニードル30は弁座14に向けて付勢されている。
第2スプリング69は、第2可動コア60と、他端部で磁性体17等の第2可動コア60に軸方向に対峙する部材との間に挟みこまれている。詳しくは、第2スプリング69は、磁性体17および永久磁石80の内周を挿通可能であり、一端部が第2可動コア60の上端面に係止され、他端部が燃料導入部48内のスプリング座面に係止されている。
第2スプリング69の内周側には、図1に示すように、第1スプリング59とアジャスティングパイプ41が配置されている。第2スプリング69と第1スプリング59は内外に二重に配置される付勢手段を構成している。
なお、本実施形態では、アジャスティングパイプ41は略円筒状体であり、アジャスティングパイプ41の第1スプリング59との接触面は円筒状であることが好ましい。これにより、第2スプリング69と第1スプリング59を内外に二重に配置し、第1可動コア50と第2可動コア60への各付勢力の独立した調整が可能なように、アジャスティングパイプ41を配置することが可能となる。
なお、本実施形態では、第2可動コア60と永久磁石80との間には、図1に示すように、磁性体17を設けることが好ましい。磁性体19は、永久磁石等の強磁性材料のように着磁により磁化されるものではなく、比較的磁化され易く、残留磁気が少ない軟磁性材料などの磁性材を使用する。例えば駆動コイルへの通電方向によっては、第1可動コア50および第2可動コア60に発生する磁界(磁力の磁極方向)と永久磁石80の磁界とが逆方向となる場合がある。この場合、上記磁性体17を設けることにより、駆動コイルの磁束の流れは、その磁束の流れに対して磁気抵抗となる永久磁石80自身に直接作用することなく、永久磁石80と第2可動コア60の間に設けられた磁性体17に作用する。したがって、永久磁石80の磁束の影響を緩和または除去できるので、駆動コイルに発生する電磁力を効率的に利用することができる。なお、ここで、永久磁石80と磁性体17は磁化部材を構成している。
なお、上述の磁性体17を永久磁石80とコア60の間に配置する場合、着磁により磁化された永久磁石80に換えて、磁性体17が、第2可動コア60の永久磁石80側方向(図1では軸方向上方)への移動量を規制する機能を有する。なお、磁性体17の下端面17aは、第2可動コア60にほぼ全面で当接する略平面形状に限らず、第2可動コア60の一部に当接するように略円環状の段差(図示せず)を有する段付平面のものであってもよい。なお、磁性体17の下端面17a形状に上記段差を設けるように構成するものでは、第2可動コア60が磁性体17の磁力により一旦は連結した場合であっても、第2可動コア60の磁性を逆転させたときに、磁性体17から第2可動コア60の連結を解除して離脱し易くなる。
さらになお、磁性体17は、図1に示すように、永久磁石80を収容して保持するように有底筒状に形成されている。磁性体17は筒部材18の内周に挿入固定可能である。なお、磁性体17と永久磁石80は、永久磁石80を内部に収容した磁性体17を筒部材18の内周に挿入可能にする構成に限らず、永久磁石80および磁性体17を個別に筒部材18の内周に挿入可能にするものであってもよい。
なお、本実施例では、磁性体17と筒部材18とを挿入固定する方法として、磁性体17の外周と筒部材18の内周15bの圧入による圧入固定がなされる。
なお、筒部材15、18は、永久磁石80および磁性体17を内部に収容する筒部材18と、第2可動コア60を軸方向に移動可能かつ下方移動を規制する筒部材15とが接続されている。なお、筒部材15、18は別部材で形成され一体的に接続されるものに限らず、一体形成されるものであってもよい。
なお、燃料噴射弁2の内部燃料通路は、図1に示すように、燃料の流れの上流から下流に向かって、燃料導入部48の内周48aと、アジャスティングパイプ41の内周と、永久磁石80の内周と、磁性体17の内周と、第2可動コア60の内周61と、第1可動コア50の径方向通路52と、ハウジング16の内周およびノズルボディ12の内周とノズルニードル30とで形成される燃料通路の順で構成されており、これらは、噴孔21へ向かう燃料の流れ経路としての内部燃料通路を構成している。
ECU100は、図示しないリードオンリメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、マイクロプロセッサ(CPU)、入力ポート、出力ポートを相互に双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成されている。このECU100は、バッテリ等の電源を用いて、燃料噴射弁2のコイル70への通電開始および通電停止を行なうことで、燃料噴射弁2への通電期間を制御する。エンジンの回転速度、吸気管圧力(または吸入空気量)、冷却水温等のエンジンの運転状態を検出する図示しない各種センサの信号を読み込み、エンジン用の各種プログラム(図示せず)に従って、燃料噴射弁2の電磁駆動部Sの動作を制御する(図1参照)。
本実施形態の燃料噴射装置1における電気的構成を、図2および図3に従って説明する。ECU100は、エンジンの運転状態を検出する各種センサの信号に基づいて、燃料噴射弁2(詳しくは駆動コイル)の二つのターミナルに所定の方向の電流を供給する。ECU100は、図2に示すように、制御部100aと、通電方向切換え回路100bとを有する。なお、制御部100aは上記説明のマイクロコンピュータであるので説明を省略する。
通電方向切換え回路100bは、燃料噴射弁2の駆動コイル(詳しくはコイル70)を中心とし、四つのスイッチング素子(以下、トランジスタと呼ぶ)TR1、TR2、TR3、TR4によりHブリッジ回路を組んだ構成となっている。所定方向に巻回されたコイル70の一端側は、直列接続された、バッテリ電源電圧Vb側の第1のトランジスタTR1と、接地側の第2のトランジスタTR1との中間点に接続されている。また、コイル70の他端側は、直列接続された、バッテリ電源電圧Vb側の第3のトランジスタTR3と、接地側の第4のトランジスタTR4との中間点に接続されている。この通電方向切換え回路100bでは、図3に示すように、第1のトランジスタTR1のベース端子と第4のトランジスタTR4のベース端子に対する通電のみをONにすることにより、コイル70へ流れる電流の方向が所定方向となる。また、第2のトランジスタTR2のベース端子と第3のトランジスタTR3のベース端子に対する通電のみをONにすることにより、コイル70へ流れる電流の方向が、所定方向とは逆転し、反所定方向となる。なお、以下の本実施形態の説明では、所定電流方向を正方向、反所定電流方向を逆方向と呼ぶ。
なお、ここで、ECU100は、システムを制御する手段の一つとして、燃料噴射弁2の駆動コイルへの通電方向を切換える切換手段を有する。この切換手段は、通電方向を切換えることで、コイル70に流れる電流方向を正方向から逆方向へ、あるいは逆方向から正方向へ切換えられる。
上述の構成を有する燃料噴射装置1の動作、特に燃料噴射弁2の作動について以下図10から図12に従って説明する。図10から図12では、ECU100から駆動コイル(詳しくはコイル70)へ供給されるバッテリ電源等の電流の方向を、便宜上、電池の向きで模式的に表す。まず、駆動コイルへの非通電状態(図10参照)、駆動コイルへの通電方向が正方向状態(図11参照)、駆動コイルへの通電方向が逆方向状態(図12参照)についてそれぞれ説明する。なお、図10から図12において、矢印方向は磁界(磁束の流れ)の方向を示している。
(1)図10に示す駆動コイル(詳しくはコイル70)の非通電状態では、永久磁石80の磁束の流れは、磁性体17を通って閉回路を形成する。永久磁石80の磁力は、磁性体17を通じて第2可動コア60に及ばないため、第2可動コア60を永久磁石80に吸引する吸引力は生じない。一方、駆動コイルは非通電状態にあるため、コイル70には電磁力は生じず、ノズルニードル30は、第1スプリング59によって弁座14へ押付けられている。その結果、燃料噴射弁2は閉弁し、噴孔21から燃料が噴射されることはない。
なお、第2スプリング69の付勢力によって第2可動コア60が筒部材15の段差部15kに向けて付勢されているため、この付勢力によって第2可動コア60が段差部15kに係止されている。そのため、第2可動コア60の移動位置が軸方向移動の下限位置(以下、低リフト状態に制限する位置と呼ぶ)に規制されている。
(2)図11に示す駆動コイルへの通電方向が正方向の状態では、コイル70に通電され、コイル70には電磁力が発生する。さらに、駆動コイルへの通電方向が正方向に設定されているため、第2可動コア60の永久磁石80側端面の磁極がS極となり、永久磁石80の第2可動コア23側端面の磁極のS極と反発する関係となる。その結果、第2可動コア60は低リフト状態に制限する位置に維持される。
一方、コイル70によって磁化された第2可動コア60は第1可動コア50を引きつけ、第1可動コア50に協働するノズルニードル30が弁座14から離座する。このとき、可動コア50の軸方向変位は、第2可動コア60の低リフト状態に制限する位置によって規制されるので、ノズルニードル30のリフト量Hは低リフト状態に制限される(H=HD1)。
なお、このとき、第2可動コア60には、永久磁石80による磁力(以下、定常磁力と呼ぶ)に対して反発するコイル70の電磁力が作用している。このコイル70の電磁力すなわち磁束の流れは、図11に示すように、永久磁石80自体に直接作用せず、磁性体17に作用する。その結果、コイル70の磁束の流れは、その磁束の流れに対して磁気抵抗となる永久磁石80の磁束の流れに妨げられない。そのため、永久磁石80と第2可動コア60との間に磁性体17を配置せずに永久磁石80と第2可動コア60を軸方向に直接対峙させる構成を有する燃料噴射弁に比べて、コイル70に発生する電磁力を約半分程度にする場合であっても、同等以上の動作力を得ることが可能である。
なお、ここで、永久磁石80の磁力で形成する磁気回路とコイル70の電磁力で形成する磁気回路は、永久磁石80と第2可動コア60との間に挟まれた磁性体17を通じて、それぞれ閉回路を形成している。
(3)図12に示す駆動コイルへの通電方向が逆方向の状態では、駆動コイルへの通電方向を正方向から逆方向に切換えられるため、コイル70に発生する電磁力による磁界の方向は、永久磁石80に常に生じる磁界の方向と同じとなる。このとき、第2可動コア60には、永久磁石80による定常磁力に加えてコイル70の電磁力をバイアスされた磁力が作用する。その結果、第2可動コア60は磁性体17側に引きつけられて、磁性体17の下端面17aに係止される。そのため、第2可動コア60の移動位置が軸方向移動の上限位置(以下、高リフト状態に制限する位置と呼ぶ)に規制される。なお、図5および図6に示す矢印方向は磁界の方向つまり磁力線を表す。図12において、コイル70の電磁力による磁力線と永久磁石80の磁力による磁力線とを便宜的に別々(図12中の実線で示す各磁力線)に表したが、これら磁力線の磁力はバイアスされるため、コイル70と永久磁石80の磁力線は一つの大きな磁力線(図12中の一点鎖線で示す磁力線)となる。
一方、コイル70と永久磁石80によって磁化された第2可動コア60は第1可動コア50を引きつけ、ノズルニードル30のリフト量Hを高リフト状態にする(H=HD2であって、HD2>HD1)。
次に燃料噴射装置1の全体動作を説明する。ECU100は各種センサの信号からエンジンの運転状態を検出する。そして、ECU100は、検出したエンジンの運転状態に基いて、その運転状態に適した噴孔21から燃料噴射する噴射率、噴霧形状等の噴射・噴霧特性を判断する。その運転状態に適した噴射・噴霧特性がノズルニードル30のリフト量を低リフト状態にすることであるとECU100が判断した場合には、ECU100は通電方向切変え回路100bの第1および第4のトランジスタTR1、TR4をオン動作させ、駆動コイルへの通電方向を正方向にする。その結果、第2可動コア60の移動位置を低リフト状態に制限する位置に規制し、第1ニードル31のみを開弁し、ノズルニードル30のリフト量HをH=HD1に制御する。一方、その運転状態に適した噴射・噴霧特性がノズルニードル30のリフト量を高リフト状態にするものであるとECU100が判断した場合には、ECU100は通電方向切変え回路100bの第2および第3のトランジスタTR2、TR3をオン動作させ、駆動コイルへの通電方向を逆方向にする。その結果、第2可動コア60の移動位置を高リフト状態に制限する位置に規制し、リフト量HをH=HD2に制御する。
なお、リフト量を変化させることで、例えば燃料噴射のための開口面積が変わるため、単位時間当りの噴射量を変化させることが可能である。その結果、コイル70への通電期間を調節することで燃料噴射弁2から噴射される噴射量が調整される。さらに、コイル70への通電期間が同一であっても、リフト量Hを、H=HD1あるいはH=HD2のいずれかに設定することによって噴射量を変化させることができる。
この様に、ECU100(詳しくは通電方向切換え回路100b)によって駆動コイルへの通電方向を切換えることで、第2可動コア60の極性(磁極)を反転させられる。第2可動コア60の極性を反転させると、永久磁石80の定常磁力とコイル70の電磁力がバイアスした磁力、あるいは永久磁石80の定常磁力に反発するコイル70の電磁力のいずれかが第2可動コア60に作用する。第2可動コア60にバイアスした磁力が作用する場合には、永久磁石80側(詳しくは磁性体17の下端面17a)に吸引され、第2可動コア60の軸方向上方へ移動可能な上限位置(高リフト状態に制限する位置)に規制される。一方、永久磁石80に反発するコイル70の電磁力が第2可動コア60に作用する場合には、第2可動コア60は反永久磁石80側つまり弁座14方向に押付けられ、第2可動コア60の軸方向下方へ移動可能な下限位置(低リフト状態に制限する位置)に規制される。なお、第1可動コア50および第2可動コア60には駆動コイルの電磁力が作用可能である。低リフト状態(図11参照)および高リフト状態(図12参照)のいずれも、コイル70へ通電し、コイル70に電磁力を発生している。この電磁力によって第1可動コア50が引きつけられる。
なお、ここで、第2可動コア60、永久磁石80、および通電方向切換回路100bは、ノズルニードル30のリフト量を可変にするリフト可変手段を構成する。第2可動コア60の変位動作(詳しくは軸方向に移動する位置)により第1可動コア50の変位量(軸方向に移動する移動量)つまりノズルニードル30のリフト量Hを、HD2からHD1へ、あるいはHD1からHD2へ変化させることができる。このリフト可変手段60、80、100bによって、燃料噴射弁2のリフト量が低リフト状態(H=HD1)と高リフト状態(H=HD2)に切換えられる。
上述の燃料噴射装置1における燃料噴射弁2の組付け方法、特にノズルニードル30のリフト量が低リフト状態と高リフト状態とに切換えられるように、第1可動コア50の軸方向移動量L1、および第2可動コア60の軸方向移動量L2の調整方法について、図7から図9に従って説明する。
まず、上述の構成を有する燃料噴射弁2を組付けのための各構成ユニットで表すと、燃料噴射弁2は、図4に示す第1の構成ユニットと、図5に示す第2の構成ユニットと、図6に示す第3の構成ユニットとから構成されている。第1の構成ユニットは、図4に示すように、第2可動コア60と、筒部材15、18、ハウジング上部16b、および駆動コイルからなる筒状部材いわゆるホルダサブアッセンブリとを備えている。筒状部材は、内周部側に、第2可動コア60を軸方向移動可能に収容可能な組付け構造体に形成されている。駆動コイルは筒状部材の外周部側に配置されている。
第2の構成ユニットいわゆるコネクタサブアッセンブリは、図5に示すように、磁性体17と、永久磁石80と、燃料導入部48を備えている。有底筒状の磁性体17内に永久磁石80および燃料導入部48を挿入組付け可能な組付け構造体に形成されている。
第3の構成ユニットいわゆるバルブアッセンブリは、図6に示すように、ノズルボディ12およびハウジング下部16aからなる弁ボディと、ノズルニードル30と、第1可動コア50を備えている。弁ボディの弁座14にノズルニードル30および第1可動コア50が着座して挿入組付け可能な組付け構造体に形成されている。
次に、上記軸方向移動量L1、L2の調整のための組付け工程を説明すると、図7に示すように、第2可動コア60を筒状部材に挿入し、第1の構成ユニットを形成する。そして、図8に示すように、第1の構成ユニットに第2スプリング69を挿入し、第2可動コア60の軸方向移動量L2を測定しながら第2の構成ユニットを挿入し圧入していく。このとき、第1可動コア50は段差部15kに規制され、係止されている。詳しくは、第2の構成ユニットの挿入量を調整しながら、第2可動コア60の軸方向移動量L2が所定値に達するまで、第2の構成ユニット(詳しくは磁性体17)を圧入していく。軸方向移動量L2が所定値に達したら、第2の構成ユニットの圧入を止める。なお、本実施例では、第2の構成ユニットの挿入量(詳しくは圧入量)を調整しながら、第2可動コア60の軸方向移動量L2を所定値L2に調節したが、磁性体17単体を第1の構成ユニットに挿入する圧入量を調整するようにしてもよく、挿入する挿入量を調整しながら軸方向移動量L2に所定値L2に調節するものであればいずれでもよい。
なお、その後、第2の構成ユニット(詳しくは磁性体17)と第1の構成ユニット(詳しくは筒部材18)は溶接等により固定される。
第2の構成ユニットと第1の構成ユニットの組付けにより軸方向移動量L2が所定値L2に組付け設定されると、図9に示すように、アジャスティングパイプ41を燃料導入部48に圧入し、第1スプリング59を第2可動コア60に挿入する。その後、図9に示すように、第3の構成ユニット(弁ボディのハウジング下部16a)を第1の構成ユニット(詳しくは筒状部材のハウジング上部16bの内周)に挿入し、第1可動コア50の軸方向移動量L1を測定しながら第3の構成ユニットを挿入し圧入していく。詳しくは、第3の構成ユニットの挿入量を調整しながら、第1可動コア50の軸方向移動量L1が所定値に達するまで、第3の構成ユニットを圧入していく。軸方向移動量L1が所定値L1に達したら、第3の構成ユニットの圧入を止める。
なお、その後、第3の構成ユニットと第1の構成ユニットは、弁ボディのハウジング下部16aとハウジング上部16bの肉薄部16bjで溶接等により固定される。なお、ハウジング下部16aと肉薄部16bjとの溶接部、磁性体17と筒部材18との溶接部はレーザ溶接等により全周溶接することが好ましい。第3の構成ユニットと第1の構成ユニットとの気密、第2の構成ユニットと第1の構成ユニットとの気密を、シール部材等の部品を増やすことなく、全周溶接することで保つことができる。
以上説明した調整方法では、第1可動コア50の軸方向移動量L1を、第3の構成ユニットの挿入量(詳しくは弁ボディの圧入量)を管理することにより、所定値L1に調整することができる。また、第2可動コア60の軸方向移動量L2を、第1の構成ユニットの挿入量(詳しくは磁性体17の圧入量)を管理することにより、所定値L2に調整することができる。
次に、本実施形態の作用効果を説明すると、(1)可動コア50、60を2つ有し、第2可動コア60の軸方向位置で第1可動コア50の軸方向移動量を規制し、ノズルニードル30のリフト量を切換える機能を有するものにおいて、燃料噴射弁2は、第1の構成ユニットと第2の構成ユニットとを備えており、第2の構成ユニット(詳しくは筒状部材の筒部材18の内周)に第1の構成ユニット(詳しくは磁性体17の外周)を挿入する挿入量を調整しながらつまり管理することにより、第2可動コア60の軸方向移動量L2が所定値L2に決められる。したがって、筒状部材に磁性体17を挿入する挿入量を変えることで、第2可動コア60の軸方向移動量L2の所定値を調整することができる。
(2)なお、本実施形態では、筒状部材と磁性体17は、圧入により挿入固定されているので、筒状部材の筒部材18の内周に磁性体17を圧入しながら挿入量つまり圧入量が決められる。したがって、第2可動コア60の軸方向移動量L2を所望の所定値に調整できるとともに、圧入により挿入固定されることにより所定の軸方向移動量L2を維持することができる。
(3)燃料噴射弁2は、第2の構成ユニットと第3の構成ユニットとを備えており、第2の構成ユニット(詳しくは筒状部材のハウジング上部16bの内周)に第3の構成ユニット(詳しくは弁ボディのハウジング下部16aの外周)を挿入する挿入量を管理することにより、第1可動コア50の軸方向移動量L1が所定値L1に決められる。したがって、筒状部材に弁ボディを挿入する挿入量を変えることで、第1可動コア50の軸方向移動量L1の所定値を調整することができる。
(4)なお、本実施形態では、筒状部材と弁ボディ(詳しくはハウジング下部16a)は、圧入により挿入固定されているので、筒状部材の筒部材15の内周に弁ボディを圧入しながら挿入量つまり圧入量が決められる。したがって、第1可動コア50の軸方向移動量L1を所望の所定値に調整できるとともに、圧入により挿入固定されることにより所定の軸方向移動量L1を維持することができる。
(5)なお、可動コア50、60を2つ有し、第2可動コア60の軸方向位置で第1可動コア50の軸方向移動量L2を規制し、ノズルニードル30のリフト量を切換える機能を有するものにおいて、燃料噴射弁2を、第1の構成ユニットと、第2の構成ユニットおよび第3の構成ユニットのうち少なくともいずれか一方とを備えており、第2の構成ユニット(詳しくは筒状部材の筒部材18の内周)に第1の構成ユニット(詳しくは磁性体17の外周)を挿入する挿入量を管理することで第2可動コア60の軸方向移動量L2、もしくは第2の構成ユニット(詳しくは筒状部材のハウジング上部16bの内周)に第3の構成ユニット(詳しくは弁ボディのハウジング下部16aの外周)を挿入する挿入量を管理することで第1可動コア50の軸方向移動量L1のいずれかを決定するものであってもよい。
(6)なお、本実施形態では、筒状部材に磁性体17を挿入する挿入量、および筒状部材に弁ボディを挿入する挿入量を管理することで、第2可動コア60の軸方向移動量L2および第1可動コア50の軸方向移動量L1を決定するので、これらの軸方向移動量L1、L2を所定値L1、L2に調整する調節が容易に行える。
(7)なお、本実施形態において、第1可動コア50の軸方向移動量L1を決定する方法として、筒状部材の内周に弁ボディのハウジング下部16aを挿入するものとして説明したが、筒状部材の内周に弁ボディのノズルボディ12を挿入するようにしてもよく、筒状部材の内周に弁ボディを構成する部材を挿入するものであればよい。
(第2の実施形態)
第2の実施形態を、図13に従って説明する。なお、以下の説明では、第1の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。図13は、本実施形態に係わる燃料噴射弁の一実施例の構成を表す部分的断面図である。
第2の実施形態では、図13に示すように、第1可動コア50の軸方向移動量L1を決定するための弁ボディの挿入量を、スペーサ92で設定するようにする。なお、弁ボディは、ノズルボディ12とハウジング下部206aとから構成されている。筒状部材は、筒部材15、18、ハウジング上部206bとから構成されている。ハウジング下部206aとハウジング上部206bはハウジング206を構成している。
スペーサ92は、図13に示すように、弁ボディ(詳しくはハウジング下部206a)と筒状部材(詳しくはハウジング上部206b)の内周に挟み込まれるように構成されており、弁ボディの挿入量を規制している。これにより、第1可動コア50の軸方向移動量L1を決定するための弁ボディの挿入量を管理する方法として、その挿入量をスペーサ92の厚みにより決定することができる。この様な構成にしても、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、弁ボディと筒状部材の固定方法として、第1の実施形態で説明した圧入により挿入固定するものに代えて、図13に示すように、螺合つまりねじ止めにより挿入固定するようにする。図13に示すように、螺合部材としてのリテーニングナット91が、弁ボディと筒状部材をねじ止めする。詳しくは、リテーニングナット91の内周には、図示しないめねじが設けられ、筒状部材(詳しくは、ハウジング上部206b)の外周には、図示しないおねじが設けられている。これにより、弁ボディを筒状部材の内周に挿入し、挿入量をスペーサ92により所定量に管理した後、弁ボディと筒状部材をねじ止めすることで、第1可動コア50の軸方向移動量L1を所望の所定値L1に調整できるとともに、所定値L1を維持することができる。したがって、この様な構成にしても、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらになお、本実施形態では、弁ボディと筒状部材の気密方法として、第1の実施形態で説明したハウジング下部16aとハウジング上部16b(詳しくは薄肉部16bj)を全周溶接するものに代えて、図13に示すように、Oリング等のシール部材93がハウジング下部206aの外周とハウジング上部206bの内周の間に配設されるようにする。この様な構成にしても、第1の実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらになお、本実施形態では、弁ボディ(詳しくは、ハウジング下部206aの下端部206aj)とリテーニングナット91の間には、シール部材94が設けられている。これにより、燃焼ガスの流入の防止が図れる。
(第3の実施形態)
第3の実施形態では、第2の実施形態で説明した弁ボディと筒状部材をねじ止めにより固定するリテーニングナットにおいて、リテーニングナット91の内周とハウジング上部206bの外周とがねじ止めされるものに代えて、図14に示すように、リテーニングナット191の外周とハウジング上部306bの内周とがねじ止めされる。図14は、本実施形態に係わる燃料噴射弁の一実施例の構成を表す部分的断面図である。詳しくは、リテーニングナット191の外周には、図示しないおねじが設けられ、筒状部材(詳しくは、ハウジング上部306b)の内周には、図示しないめねじが設けられている。これにより、弁ボディを筒状部材の内周に挿入し、挿入量をスペーサ92により所定量に管理した後、弁ボディと筒状部材をねじ止めすることで、第1可動コア50の軸方向移動量L1を所望の所定値L1に調整できるとともに、所定値L1を維持することができる。したがって、この様な構成にしても、第2の実施形態と同様な効果を得ることができる。
なお、ここで、弁ボディは、ノズルボディ12とハウジング下部306aとから構成されている。筒状部材は、筒部材15、18、ハウジング上部306bとから構成されている。ハウジング下部306aとハウジング上部306bはハウジング306を構成している。
(他の実施形態)
なお、以上説明した本実施形態では、永久磁石80および磁性体17を用いノズルニードル30のリフト量を切換えるものとして説明したが、永久磁石80および磁性体17を用いるものに限らず、2つの駆動コイルを用いるものであってもよく、2つの可動コアを有し、一方の可動コアの軸方向位置により他方の可動コアの軸方向移動量を規制することによりノズルニードル30のリフト量を切換える等のため、これら可動コアの軸方向移動量を設定するものであればいずれでもよい。