JP5509117B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射装置に関する。

従来、燃料タンクから高圧ポンプによって加圧圧送され、デリバリパイプに蓄圧された燃料を内燃機関に噴射供給する電磁式の燃料噴射装置が知られている。燃料噴射装置は、コイルに通電されると、可動コアを固定コア側に磁力により吸引し、その可動コアと共に移動するニードル弁により噴孔を開閉することで燃料を噴射する。
特許文献１の燃料噴射装置は、可動コアとニードル弁との間に僅かな隙間（特許文献１では「第１ギャップ３９」）を有している。コイルに通電されると、可動コアは、その隙間を固定コア側へ磁気吸引される間に加速された後、ニードル弁と衝突する。これにより、ニードル弁の開弁動作を高速にしている。

特表２００２−５０６５０２号公報

特許文献１では、コイルへの通電が停止されると、ニードル弁を弁座側に付勢するスプリング（特許文献１では「第１戻しばね２７」）の付勢力により、可動コアとニードル弁とが閉弁方向へ移動する。したがって、特許文献１の燃料噴射装置は、ニードル弁の閉弁動作を高速にするものではない。このため、閉弁作動時の燃料の噴射率を適切に制御することが困難になり、噴射終了間際の燃料噴霧が十分に微粒化されないおそれがある。これにより、未燃焼ガスが増加し、炭化水素（ＨＣ）及び粒子状物質（ＰＭ）の排出量が増加するおそれがある。ここで、噴射率とは、噴射動作中における単位時間当たりの燃料噴射量をいう。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、噴射率を適切に制御可能な燃料噴射装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明によると、燃料噴射装置は、ハウジング、ニードル弁、コイル、固定コア、可動コア、第１付勢手段、ストッパおよび第２付勢手段を備える。
筒状のハウジングは、燃料の流れる燃料通路、この燃料通路内に設けられる弁座、及びこの弁座の下流側に設けられる噴孔を有する。ハウジング内に軸方向に往復移動可能に設けられるニードル弁は、弁座に着座又は離座することで噴孔を開閉する。
通電されることで磁界を励磁するコイルの径方向内側で、コイルの発生する磁界内に固定コアが固定される。固定コアの弁座側で軸方向に往復移動可能に設けられる可動コアは、コイルの励磁する磁界によって固定コア側に磁気吸引される。
第１付勢手段が可動コアおよびニードル弁を閉弁方向へ付勢する。ストッパは、ニードル弁に当接可能に設けられ、ニードル弁の開弁方向への移動を制限する。第２付勢手段は、一方の側が可動コアに固定又は係止され、他方の側がニードル弁に固定又は係止され、可動コアが固定コアに磁気吸引されるとき、ニードル弁とストッパとが当接した後に可動コアが固定コア側へ移動することで撓み変形し、可動コアを閉弁方向へ付勢する付勢力を蓄勢可能である。

コイルに通電されると、可動コアは、第１付勢手段の付勢力に抗して固定コアに磁気吸引される。このとき、可動コアとニードル弁とが第２付勢手段により互いに固定又は係止され、共に開弁方向に移動する。そしてニードル弁がストッパに当接した後、可動コアはさらに固定コア側に移動する。このため、可動コアを閉弁方向へ付勢する付勢力が第２付勢手段に蓄勢される。
コイルへの通電が停止されると、第２付勢手段に蓄勢された付勢力、および、第１付勢手段の付勢力により、可動コアが閉弁方向に移動する。そして可動コアとニードル弁とが衝突すると、ニードル弁は高速で閉弁方向に移動する。これにより、ニードル弁の閉弁速度が速くなる。したがって、燃料噴射装置は燃料の噴射率を適切に制御することができる。この結果、燃費を低減すると共に、燃料噴霧の微粒化により炭化水素（ＨＣ）及び粒子状物質（ＰＭ）の排出量を低減することができる。

請求項２に係る発明によると、燃料噴射装置は、コイルへの通電が停止し、かつニードル弁が弁座に着座した状態において、第２付勢手段とニードル弁との間、または第２付勢手段と可動コアとの間に所定の距離の空間を有する。
これにより、コイルに通電され、可動コアとニードル弁とが第２付勢手段により固定又は係止されるまでに、可動コアが加速される。したがって、ニードル弁の開弁速度を速くすることができる。

請求項３に係る発明によると、コイルへの通電が停止し、かつニードル弁が弁座に着座した状態において、第２付勢手段とニードル弁との距離、または第２付勢手段と可動コアとの距離を距離Ａとし、ニードル弁とストッパとの距離を距離Ｂとし、可動コアと固定コアとの距離を距離Ｅとすると、距離Ｅは、距離Ａと距離Ｂとの和より大きい。
これにより、ニードル弁の開弁作動時、可動コアが固定コアに磁気吸引されるときに第２付勢手段が撓むための空間が形成されるので、可動コアを閉弁方向へ付勢する付勢力が第２付勢手段に蓄勢される。

請求項４に係る発明によると、コイルに通電され、可動コアが固定コアに磁気吸引されたときの可動コアの移動距離を距離Ｃとすると、距離Ｅは、距離Ｃよりも大きい。
これにより、燃料噴射装置は、可動コアが固定コア側にフルリフトした状態で、可動コアと固定コアとの間に空間を有する。このため、固定コアの吸引力に釣合う位置まで可動コアを固定コア側に引き上げることで、第１付勢手段と第２付勢手段とに付勢力が十分に蓄勢される。したがって、閉弁速度を速くすることができる。
さらに、ニードル弁の開弁作動時に可動コアと固定コアとの間のスクイズ力が低減される。したがって、開弁応答性および閉弁応答性を向上することができる。

請求項５に係る発明によると、燃料噴射装置は、ニードル弁を弁座側に直接付勢する第３付勢手段を備える。
これにより、可動コアとニードル弁とが離間し、かつ、燃料通路の燃料圧力が低下したとき、ニードル弁を確実に弁座に着座させることができる。

請求項６に係る発明によると、第２付勢手段は、環状に形成され、板厚方向に撓み変形可能である。これにより、第２付勢手段の構成を簡素にすることができる。

請求項７に係る発明によると、可動コアは、弁座側の外壁から弁座側へ延び、第２付勢手段の一方の側を係止又は固定する保持部を有する。
これにより、第２付勢手段と可動コアとを容易に固定又は係止することができる。

請求項８に係る発明によると、第２付勢手段は、皿ばね、または、圧縮コイルばねである。
これにより、第２付勢手段の荷重を容易に設定することができる。

請求項９に係る発明によると、第２付勢手段は、筒状の筒部と、筒部の一端から径外方向に延びて可動コアに係止可能又は固定される大径部と、筒部の他端から径内方向に延びてニードル弁に係止可能又は固定される小径部とを有する。
これにより、可動コア及びニードル弁に第２付勢手段を容易に固定又は係止することができる。

請求項１０に係る発明によると、第２付勢手段は、筒部から小径部に連続して形成されるスリットを有する。
スリットの大きさ、長さ等を設定することで、第２付勢手段の付勢力を調節することができる。

請求項１１に係る発明によると、第２付勢手段は、係止部材と引張コイルばねとを有する。係止部材は、可動コアの弁座側に設けられ、開弁作動時にニードル弁を係止可能である。引張コイルばねは、一端が可動コアに固定され、他端が係止部材に固定される。
これにより、第２付勢手段の荷重を容易に設定することができる。

本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の断面図である。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の要部断面図である。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の閉弁の状態と開弁の状態を示す要部断面図である。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の開弁時の特性図である。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の閉弁時の特性図である。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の開弁動作の説明図である。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の閉弁動作の説明図である。 本発明の第２実施形態による燃料噴射装置の要部断面図である。 本発明の第２実施形態による燃料噴射装置の第２付勢手段の斜視図である。 本発明の第３実施形態による燃料噴射装置の第２付勢手段の斜視図である。 本発明の第４実施形態による燃料噴射装置の第２付勢手段の斜視図である。 本発明の第５実施形態による燃料噴射装置の第２付勢手段の斜視図である。 本発明の第６実施形態による燃料噴射装置の要部断面図である。 本発明の第７実施形態による燃料噴射装置の要部断面図である。 本発明の第８実施形態による燃料噴射装置の要部断面図である。 本発明の第９実施形態による燃料噴射装置の要部断面図である。 本発明の第１０実施形態による燃料噴射装置の要部断面図である。 本発明の第１１実施形態による燃料噴射装置の要部断面図である。 本発明の第１２実施形態による燃料噴射装置の要部断面図である。 本発明の第１３実施形態による燃料噴射装置の要部断面図である。

以下、本発明による複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を図１〜図７に示す。燃料噴射装置１は、燃料タンクから高圧ポンプによって加圧圧送され、デリバリパイプに蓄圧された燃料を内燃機関の気筒内に直接噴射供給する。
図１及び図２に示すように、燃料噴射装置１は、ハウジング１０、ニードル弁３０、コイル４０、固定コア５０、可動コア６０、第１付勢手段としてのスプリング７０、ストッパ８０および第２付勢手段９０等を備えている。

ハウジング１０は、入口部材１１、筒部材１２、ノズルボディ１３及び弁ボディ１４から構成されている。
ハウジング１０を構成する各部材は略筒状に形成され、内側に燃料が流通する燃料通路１５を有している。入口部材１１は、図示しないデリバリパイプに装着可能であり、燃料入口１６から燃料が供給される。入口部材１１の燃料入口１６と反対側に筒部材１２が接続されている。筒部材１２は、入口部材１１側から第１磁性部１７、非磁性部１８及び第２磁性部１９を有している。非磁性部１８は、第１磁性部１７と第２磁性部１９との間の磁気的な短絡を防止する。筒部材１２の入口部材１１と反対側にノズルボディ１３が接続されている。ノズルボディ１３の筒部材１２と反対側に弁ボディ１４が接続している。弁ボディ１４は、燃料通路１５を形成する内壁にテーパ状の弁座２０を有している。弁ボディ１４は、弁座２０の下流側に噴孔２１を有している。噴孔２１は、弁座２０の下流側に形成されるサック室２２と弁ボディ１４の外側とを通じている。

ニードル弁３０は、略円柱状に形成され、ハウジング１０内に軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル弁３０は、燃料入口１６側の端部から径外方向に環状に延びる鍔部３１を有している。鍔部３１は、可動コア６０の弁座２０側に形成された凹部６１に収容されている。
ニードル弁３０の噴孔２１側の端部には、弁座２０に当接可能な弁シート３２が形成されている。ニードル弁３０は、弁シート３２から軸方向に所定の距離離れた位置で、ノズルボディ１３の内壁と摺動可能な摺動部３３を有している。摺動部３３の径外側の一部に図示しない面取り部が設けられ、この面取り部と弁ボディ１４の内壁との間を燃料が流通可能である。
ニードル弁３０は、弁シート３２が弁座２０に着座することで噴孔２１に通じる燃料通路１５を閉塞し、弁シート３２が弁座２０から離座することで噴孔２１に通じる燃料通路１５を開放する。
以下、ニードル弁３０が弁座２０から離座する方向を開弁方向といい、ニードル弁３０が弁座２０に着座する方向を閉弁方向という。

ハウジング１０の第１磁性部１７及び非磁性部１８の径外側にスプール４１が設けられる。スプール４１にコイル４０が巻回されている。コイル４０の外側には、磁性材からなるホルダ４２が設けられている。コイル４０は、図示しないコネクタの端子と電気的に接続している。ドライバ（ＥＤＵ）４５からコネクタを通じてコイル４０に通電されると、コイル４０は磁界を励磁する。

固定コア５０は、磁性材により略円筒状に形成され、ハウジング１０の第１磁性部１７及び非磁性部１８の内壁に固定されている。固定コア５０には、その中心に軸方向に通じる流路５１が設けられている。
可動コア６０は、磁性材から略円筒状に形成され、固定コア５０の弁座２０側で、軸方向に往復移動可能に設けられている。可動コア６０には、軸方向に対して傾斜する流路６２が設けられている。この流路６２を通じて燃料が流通する。

第１付勢手段としてのスプリング７０が固定コア５０の流路５１に挿入されている。スプリング７０は、一端が可動コア６０に当接し、他端が固定コア５０の流路５１の内壁に圧入固定されたアジャスティングパイプ７１に当接している。アジャスティングパイプ７１の圧入量により、スプリング７０の荷重が設定される。スプリング７０は、可動コア６０を閉弁方向へ付勢する。このため、可動コア６０の凹部６１の軸方向の壁面に当接するニードル弁３０が閉弁方向へ付勢され、弁座２０に着座する。コイル４０に通電されていない状態で、可動コア６０と固定コア５０との間に所定の空間５２が形成される。

固定コア５０の流路５１の内壁にストッパ８０が圧入固定されている。ストッパ８０は、可動コア６０の中心に設けられた孔６３に挿入されている。コイル４０への通電が停止された状態で、ストッパ８０とニードル弁３０の鍔部３１との間に所定の空間が形成される。ストッパ８０は、ニードル弁３０の鍔部３１と当接可能であり、ニードル弁３０の開弁方向の移動を制限する。
第２付勢手段９０は、環状の板ばねから形成され、可動コア６０の噴孔２１側の壁面に溶接などにより固定されている。第２付勢手段９０は、板厚方向に撓み変形可能である。第２付勢手段９０の中央には、板厚方向に孔９１が設けられている。この孔９１をニードル弁３０が挿通している。第２付勢手段９０の孔９１の内径は、可動コア６０の凹部６１の内径よりも小さい。したがって、可動コア６０が開弁方向へ移動するとき、第２付勢手段９０は、ニードル弁３０の鍔部３１の弁座２０側の端面を係止可能である。

固定コア５０、可動コア６０、ニードル弁３０の鍔部３１、ストッパ８０及び第２付勢手段９０の位置関係について、図３を参照して説明する。図３（Ａ）は、スプリング７０の付勢力により可動コア６０とニードル弁３０とが当接し、かつ、ニードル弁３０が弁座２０に着座している状態を示している。図３（Ｂ）は、可動コア６０がフルリフトした状態を示している。
図３（Ａ）の状態において、ニードル弁３０の鍔部３１と第２付勢手段９０との距離を距離Ａとする。ニードル弁３０の鍔部３１とストッパ８０との距離を距離Ｂとする。固定コア５０と可動コア６０との距離を距離Ｅとする。
図３（Ａ）から図３（Ｂ）の状態に移行したときの可動コア６０の移動距離をＣとする。第２付勢手段９０が撓む距離を距離Ｄとする。

距離Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、Ｃ＝Ａ＋Ｂ＋Ｄ の関係にある。距離Ｂと距離Ａとの和よりも距離Ｅが長いことで、可動コア６０のフルリフト状態において、第２付勢手段９０が距離Ｄを撓むことが可能になる。
距離Ｅは距離Ｃよりも大きい。したがって、可動コア６０がフルリフトした状態で、可動コア６０と固定コア５０との間に微小な空間が形成される。図３（Ｂ）の状態において、可動コア６０は、フルリフトした状態で固定コア５０に当接することなく、スプリング７０の付勢力、第２付勢手段９０の付勢力及びニードル弁３０に作用する燃圧の上下差圧の合力と、固定コア５０の吸引力とが釣り合う位置で静止する。

次に、燃料噴射装置１の作動について説明する。
燃料入口１６からハウジング１０内に流入した燃料は、固定コア５０の中央の流路５１、ストッパ８０の流路８１、アジャスティングパイプ７１の流路７２、可動コア６０の流路６２、ノズルボディ１３および弁ボディ１４の内側の燃料通路１５などに充満する。コイル４０への通電が停止しているとき、スプリング７０の付勢力により可動コア６０とニードル弁３０とが当接し、ニードル弁３０は弁座２０に着座している。
燃料噴射装置１の開弁動作を図４及び図６に示す。
時刻Ｔ１でコイル４０に通電されると、コイル４０の励磁する磁界の磁束が、第１磁性部１７、固定コア５０、可動コア６０、第２磁性部１９及びホルダ４２などから形成される磁気回路に流れる。時刻Ｔ２で固定コア５０の吸引力αがスプリング７０の付勢力βより大きくなると、可動コア６０は、固定コア５０側へ上昇を開始する。そして時刻Ｔ３まで可動コア６０は加速される。
ニードル弁３０には、燃料通路１５の燃料圧力と、内燃機関の気筒に連通するサック室２２の圧力が作用している。このため、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間、ニードル弁３０は、ニードル弁上下差圧γによって弁座２０に着座している。
なお、スプリング７０の荷重は、コイル４０への通電が停止している状態で、内燃機関のクランキングでニードル弁３０の開弁を防ぐことの可能な「耐クランキング開弁圧」に設定されている。時刻Ｔ２以降、可動コア６０の上昇によりスプリング７０は圧縮され、スプリング７０の荷重が次第に大きくなる。

時刻Ｔ３で、第２付勢手段９０とニードル弁３０の鍔部３１とが接触する。このとき、第２付勢手段９０にニードル弁３０の慣性力が作用し、第２付勢手段９０のニードル弁３０との接触部は弁座２０側に僅かに撓む。スプリング７０の付勢力βとニードル弁３０の上下差圧γと第２付勢手段９０の付勢力δとの合力よりも、固定コア５０の吸引力が大きくなると、ニードル弁３０は弁座２０から離座し、固定コア５０側へ上昇を開始する。ニードル弁３０が固定コア５０側へ上昇を開始するとき、僅かに撓んだ第２付勢手段９０がその反発力によりニードル弁３０の鍔部３１を弾くことで、ニードル弁３０は瞬時に上昇する。これにより、燃料通路１５の燃料はサック室２２を経由し、噴孔２１から噴射される。
図４では、スプリング７０の付勢力βとニードル弁３０の上下差圧γと第２付勢手段９０の付勢力δとの合力を反転して破線εで示してある。この破線εと、固定コアの吸引力を示す実線αとの交差点が、ニードル弁３０が固定コア５０側へ上昇を開始する時刻である。
なお、Ｔ３以降、ニードル弁３０の開弁によって燃料通路１５からサック室２２に高圧燃料が流入することで、ニードル弁３０の上下差圧γが減少する。

第２付勢手段９０によって可動コア６０とニードル弁３０とが係止された状態で上昇し、時刻Ｔ４で、ニードル弁３０の鍔部３１とストッパ８０とが当接する。このため、ニードル弁３０は、開弁方向の移動を制限される。
コイル４０へ通電する電流を時刻Ｔ３と時刻Ｔ４との間から徐々に減少し、固定コア５０の吸引力を低下させる。ただし、時刻Ｔ４において、固定コア５０の吸引力αは、スプリング７０の付勢力β、第２付勢手段９０の付勢力δ及びニードル弁３０に作用する燃圧の上下差圧γの合力よりも大きい。このため、時刻Ｔ４以降、可動コア６０は固定コア５０側にさらに上昇する。これにより、第２付勢手段９０は、可動コア６０を開弁方向へ付勢する付勢力を蓄勢する。
そして時刻Ｔ５で、第２付勢手段９０が距離Ｄを変位し、スプリング７０の付勢力β、第２付勢手段９０の付勢力δ及びニードル弁３０に作用する燃圧の上下差圧γの合力と、固定コア５０の吸引力αとが釣り合うと、可動コア６０は上昇を停止する。

燃料噴射装置１の閉弁動作を図５及び図７に示す。
可動コア６０がフルリフトした状態で、可動コア６０は固定コア５０にフルリフトの位置を制限されていない。このため、スプリング７０と第２付勢手段９０には、非常に大きい付勢力が蓄勢されている。
時刻Ｔ６よりも手前でコイル４０への通電が停止されると、固定コア５０の吸引力が低下する。この時、可動コア６０の動きを妨げる渦電流が発生する。しかし、第２付勢手段９０およびスプリング７０に蓄勢された付勢力は大きいので、時刻Ｔ６から可動コア６０は、直ちに閉弁方向へ移動を開始する。
時刻Ｔ６から時刻Ｔ７の間で可動コア６０が加速され、時刻Ｔ７で可動コア６０とニードル弁３０の鍔部３１とが衝突すると、可動コア６０の慣性とスプリング７０の付勢力により、ニードル弁３０は高速で閉弁方向へ移動する。そして時刻Ｔ８でニードル弁３０が弁座２０に着座すると、燃料噴射が停止する。なお、ニードル弁３０が弁座２０に着座するとき、噴孔からの噴射量に対し、サック室２２に流入する燃料が多くなる場合には、サック室２２の燃圧が上昇することで、ニードル弁３０の上下差圧が変動する。

本実施形態では、以下の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、燃料噴射装置１は、閉弁状態において、第２付勢手段９０とニードル弁３０との間に距離Ａの空間を有している。このため、開弁作動時において、可動コア６０の移動開始以降、第２付勢手段９０に接触する間に、可動コア６０が加速される。ニードル弁３０は、加速された可動コア６０の慣性と、第２付勢手段９０のばね力により、高速で開弁方向へ移動する。したがって、ニードル弁３０の開弁速度を速くすることができる。
（２）本実施形態では、開弁作動時において、スプリング７０の付勢力、第２付勢手段９０の付勢力及びニードル弁３０に作用する燃圧の上下差圧の合力と、固定コア５０の吸引力とが釣り合うと、可動コア６０は固定コア５０に当接することなくフルリフトした状態を維持する。このため、スプリング７０と第２付勢手段９０に、大きい付勢力を蓄勢することができる。
（３）本実施形態では、可動コア６０はフルリフトしたとき、固定コア５０と可動コア６０との間に微小な空間が形成される。したがって、開弁作動時において、可動コア６０と固定コア５０との間のスクイズ力が低減を低減することができる。したがって、開弁応答性および閉弁応答性を向上することができる。
（４）本実施形態では、第２付勢手段９０は、開弁作動時にニードル弁３０とストッパ８０とが当接した後に可動コア６０が固定コア５０側へ移動することで撓み変形し、可動コア６０を閉弁方向へ付勢する付勢力を蓄勢する。そして、コイル４０への通電が停止されると、第２付勢手段９０とスプリング７０に蓄勢された付勢力により、可動コア６０が閉弁方向に移動し、ニードル弁３０に衝突する。このため、ニードル弁３０は高速で閉弁方向に移動する。これにより、ニードル弁３０の閉弁速度が速くなる。したがって、燃料噴射装置は燃料噴射率を適切に制御することができる。
（５）本実施形態では、第２付勢手段９０は、環状に形成され、径外側が可動コア６０に固定され、径内側がニードル弁３０に係止される。これにより、第２付勢手段９０の構成を簡素にすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料噴射装置を図８及び図９に示す。以下、複数の実施形態において、上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、第２付勢手段９１は、略皿状に形成され、筒状の筒部９１１と、筒部９１１の一端から径外方向に延びる大径部９１２と、筒部９１１の他端から径内方向に延びる小径部９１３とを有する。筒部９１１は、大径部９１２側の径よりも小径部９１３側の径が小さいテーパ状に形成されている。大径部９１２は、可動コア６０の弁座２０側の端面に溶接などにより固定されている。小径部９１３の中央には孔９１４が設けられている。小径部９１３の孔をニードル弁３０が挿通している。小径部９１３の孔９１４の内径は、ニードル弁３０の鍔部３１の外径よりも小さい。このため、小径部９１３は、ニードル弁３０の鍔部３１を係止可能である。
本実施形態では、可動コア６０の弁座２０側に凹部６１が設けられていない。その代わり、ニードル弁３０の鍔部３１は、第２付勢手段９１の大径部９１２及び筒部９１１の内側に収容されている。
本実施形態において、ニードル弁３０の鍔部３１と第２付勢手段９１との距離Ａ、ニードル弁３０の鍔部３１とストッパ８０との距離Ｂ、固定コア５０と可動コア６０との距離Ｅ、可動コア６０の移動距離Ｃ、第２付勢手段９１が撓む距離Ｄについては、第１実施形態と同様に設定される。

本実施形態では、ストッパ８０は、スプリング７０のアジャスティングパイプ７１の軸方向に設けられた孔７２の内壁に固定されている。ストッパ８０には、軸方向に通じる流路８２が設けられている。また、ニードル弁３０には、軸方向に通じる流路３５が設けられている。これにより、燃料噴射装置の軸方向に燃料通路が直線的に形成される。このため、燃料入口から噴孔２１へ流れる燃料の流体抵抗が低減される。したがって、燃料噴射装置の噴射量が大量となるとき、噴射燃料圧力が低下することを抑制することができる。
また、ニードル弁３０を軽量化することで、ニードル弁３０の高速移動が可能になり、開弁応答性及び閉弁応答性を高めることができる。

本実施形態では、ストッパ８０の径方向に流路８３が形成されている。このため、固定コア５０と可動コア６０との間の空間５２の燃料がその流路８３を通り、ストッパ８０を軸方向に通じる流路８２を流通可能になる。したがって、固定コア５０と可動コア６０との間の燃料の圧力変化が抑制されることで、可動コア６０の高速移動が可能になり、開弁応答性及び閉弁応答性を高めることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による燃料噴射装置の第２付勢手段９２を図１０に示す。本実施形態では、第２付勢手段９２の筒部９２１が、軸にほぼ平行な筒状に形成されている。筒部９２１の一端から径外方向に延びる大径部９２２は、可動コア６０の弁座２０側の端面に溶接などにより固定される。筒部９２１の他端から径内方向に延びる小径部９２３にはニードル弁３０が挿通する孔９２４が設けられる。小径部９２３は、ニードル弁３０の鍔部３１を係止可能である。

（第４、第５実施形態）
本発明の第４実施形態による燃料噴射装置の第２付勢手段９１を図１１に示し、第５実施形態による燃料噴射装置の第２付勢手段９２を図１２に示す。第４、第５実施形態では、第２付勢手段９１、９２は、筒部９１１、９２１から小径部９１３、９２３の孔９１４、９２４に連続して形成されるスリット９１５、９２５を有する。スリット９１５、９２５の長さ、幅、および数を調節することで、第２付勢手段９１、９２の荷重を設定することができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態による燃料噴射装置を図１３に示す。本実施形態では、燃料噴射装置は、皿ばね９３及び係止部材９４を備えている。本実施形態の皿ばね９３と係止部材９４とが特許請求の範囲に記載の「第２付勢手段」に相当する。
また、本実施形態では、可動コア６０の弁座２０側に保持部６５を有する。保持部６５は、可動コア６０の弁座２０側の外壁に溶接などにより接続され、弁座２０側へ筒状に延びる筒部６６と、その筒部６６の弁座２０側の端部から径内方向に延びる環状の底部６７とから構成されている。保持部６５の内側に皿ばね９３と係止部材９４とが収容されている。
係止部材９４は、軸方向可動コア６０側の端面が可動コア６０に当接している。係止部材９４の内側にニードル弁３０の鍔部３１が収容されている。係止部材９４は、軸方向弁座２０側に孔９４１を有している。この孔９４１をニードル弁３０が挿通している。係止部材９４の孔９４１の内径は、ニードル弁３０の鍔部３１の外径より小さい。このため、係止部材９４は、開弁方向に移動するとき、ニードル弁３０の鍔部３１を係止可能である。
本実施形態において、ニードル弁３０の鍔部３１と係止部材９４との距離Ａ、ニードル弁３０の鍔部３１とストッパ８０との距離Ｂ、固定コア５０と可動コア６０との距離Ｅ、可動コア６０の移動距離Ｃ、皿ばね９３が撓む距離Ｄについては、第１実施形態の距離Ａ〜Ｄと同様に設定される。

本実施形態の燃料噴射装置の作動を説明する。
コイル４０に通電され、固定コア５０の吸引力がスプリング７０の付勢力よりも大きくなると、可動コア６０、保持部６５、皿ばね９３および係止部材９４は、固定コア５０側へ上昇する。可動コア６０は加速され、係止部材９４とニードル弁３０の鍔部３１とが接触する。このとき、皿ばね９３は僅かに撓む。ニードル弁３０は皿ばね９３の反発力により瞬時に弁座２０から離座し、固定コア５０側へ上昇を開始する。これにより、噴孔２１から燃料が噴射される。

保持部６５、皿ばね９３及び係止部材９４によって、可動コア６０とニードル弁３０とが係止された状態で上昇すると、ニードル弁３０の鍔部３１とストッパ８０とが当接する。その後さらに可動コア６０と保持部６５が固定コア５０側にさらに上昇することで、皿ばね９３とスプリング７０に可動コア６０を開弁方向へ付勢する付勢力が蓄勢される。

コイル４０への通電が停止されると、皿ばね９３とスプリング７０に蓄勢された付勢力により、可動コア６０は直ちに閉弁方向へ移動を開始する。可動コア６０とニードル弁３０の鍔部３１とが衝突するまでに可動コア６０は加速される。可動コア６０とニードル弁３０の鍔部３１とが衝突すると、可動コア６０の慣性力とスプリング７０の付勢力により、ニードル弁３０は高速で閉弁方向へ移動する。ニードル弁３０が弁座２０に着座すると、燃料噴射が停止する。

本実施形態では、第２付勢手段に皿ばね９３を用いることで、第２付勢手段の付勢力を容易に設定することができる。
また、本実施形態では、係止部材９４を備えることで、係止部材９４とニードル弁３０の鍔部３１との距離Ａを容易に設定することができる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態による燃料噴射装置を図１４に示す。本実施形態では、ストッパ８５が筒状に形成され、ノズルボディ１３の内壁に固定されている。ニードル弁３０の外壁には環状のフランジ３７が設けられている。フランジ３７とストッパ８５とが当接することで、ニードル弁３０の開弁方向の移動が制限される。
本実施形態において、ニードル弁３０の鍔部３１と係止部材９４との距離Ａ、ニードル弁３０のフランジ３７とストッパ８５との距離Ｂ、固定コア５０と可動コア６０との距離Ｅ、可動コア６０の移動距離Ｃ、皿ばね９３が撓む距離Ｄについては、第１実施形態の距離Ａ〜Ｄと同様に設定される。
本実施形態では、可動コア６０より上流側の燃料通路の流路断面積を大きくすることができる。これにより、可動コア６０と固定コア５０との間の燃料の圧力変化が抑制されることで、可動コア６０の高速移動が可能になる。したがって、開弁応答性及び閉弁応答性を高めることができる。

（第８実施形態）
本発明の第８実施形態による燃料噴射装置を図１５に示す。本実施形態では、ストッパ８５とニードル弁３０との間に第３付勢手段としての第３スプリング７３が設けられている。第３スプリング７３は、一端がニードル弁３０の鍔部３１に係止され、他端が第３スプリング用アジャスティングパイプ７４に係止されている。第３スプリング７３は、コイル４０への通電が停止している状態で燃料通路１５の燃圧が低下し、かつ、内燃機関の気筒内での燃焼等によりサック室２２の燃圧が高くなった場合、ニードル弁３０が弁座２０から離座することを抑制可能な荷重に設定されている。
なお、本実施形態のスプリング７０の荷重は、第１実施形態のスプリング７０の荷重から本実施形態の第３スプリング７３の荷重を引いた値に設定されている。
本実施形態において、スプリング７０と第３スプリング７３とが特許請求の範囲に記載の「第１付勢手段」に相当する。
本実施形態では、内燃機関の運転中、燃料噴射装置に供給される燃圧が低下し、かつ、可動コア６０がニードル弁３０を閉弁方向に付勢しなくなった場合、ニードル弁３０が開弁し、噴孔２１から燃料噴射されることを抑制することができる。

（第９実施形態）
本発明の第９実施形態による燃料噴射装置を図１６に示す。本実施形態では、可動コア６０の弁座２０側の端面と、ニードル弁３０の鍔部３１との間に僅かな隙間３６が設けられている。保持部６５の弁座２０側の端面とノズルボディ１３に設けられた位置決め部材１３１とが当接することで、可動コア６０の閉弁時の位置が規定される。

本実施形態の燃料噴射装置の作動を説明する。
コイル４０に通電され、固定コア５０の吸引力がスプリング７０の付勢力よりも大きくなると、可動コア６０、保持部６５、皿ばね９３および係止部材９４は、固定コア５０側へ上昇する。可動コア６０は加速され、係止部材９４とニードル弁３０の鍔部３１とが接触する。このとき、固定コア５０の吸引力はスプリング７０の付勢力と第３スプリング７３の付勢力との合力よりも大きくなる。皿ばね９３は僅かに撓む。ニードル弁３０は皿ばね９３の反発力により瞬時に弁座２０から離座し、固定コア５０側へ上昇を開始する。これにより、噴孔２１から燃料が噴射される。

保持部６５、皿ばね９３及び係止部材９４によって、可動コア６０とニードル弁３０とが係止された状態で上昇すると、ニードル弁３０のフランジ３７とストッパ８５とが当接する。その後さらに可動コア６０と保持部６５とが固定コア５０側にさらに上昇することで、皿ばね９３とスプリング７０に可動コア６０を開弁方向へ付勢する付勢力が蓄勢される。

コイル４０への通電が停止されると、皿ばね９３とスプリング７０に蓄勢された付勢力により、可動コア６０は直ちに閉弁方向へ移動を開始する。可動コア６０とニードル弁３０の鍔部３１とが衝突するまでに可動コア６０は加速される。可動コア６０とニードル弁３０の鍔部３１とが衝突すると、可動コア６０の慣性とスプリング７０及び第３スプリング７３の付勢力により、ニードル弁３０は高速で閉弁方向へ移動する。ニードル弁３０が弁座２０に着座する直前で、保持部６５の弁座２０側の端面と位置決め部材１３１とが当接することで、可動コア６０の閉弁方向の移動が停止する。ニードル弁３０は、第３スプリング７３の付勢力により、弁座２０に着座する。これにより、ニードル弁３０の弁シート３２に作用する力が低減するので、弁シート３２の変形を抑制することができる。また、ニードル弁３０が弁座２０に着座するときの衝撃が低減されるので、ニードル弁３０が再開弁することを抑制することができる。

（第１０実施形態）
本発明の第１０実施形態による燃料噴射装置を図１７に示す。本実施形態では、燃料噴射装置は、圧縮コイルばね９５、係止部材９４及び保持部６５を備えている。本実施形態の圧縮コイルばね９５と係止部材９４とが特許請求の範囲に記載の「第２付勢手段」に相当する。
保持部６５は、可動コア６０に接続され、弁座２０側へ延びる棒状又は管状の側部材６５１と、側部材の弁座２０側に固定される環状の支持板６５２とを有する。圧縮コイルばね９５は、一端が保持部６５の支持板６５２に係止され、他端が係止部材９４に係止されている。
本実施形態では、第２付勢手段に圧縮コイルばね９５を用いることで、第２付勢手段の荷重を容易に設定することができる。

（第１１実施形態）
本発明の第１１実施形態による燃料噴射装置を図１８に示す。本実施形態では、燃料噴射装置は、引張コイルばね９６及び係止部材９７を備えている。本実施形態の引張コイルばね９６と係止部材９７とが特許請求の範囲に記載の「第２付勢手段」に相当する。
係止部材９７は、可動コア６０の弁座２０側に設けられている。係止部材９７は、筒状に形成され、内側に引張コイルばね９６及びニードル弁３０の鍔部３１とを収容している。係止部材９７の弁座２０側に設けられた孔９７１の内径は、鍔部３１の外径より小さい。このため、開弁作動時において、係止部材９７はニードル弁３０の鍔部３１を係止可能である。
引張コイルばね９６は、一端が可動コア６０に固定され、他端が係止部材９７に固定されている。引張コイルばね９６は、可動コア６０と係止部材９７とを軸方向に引きつけている。このため、閉弁状態において、係止部材９７は、可動コア６０の弁座２０側の端面に当接している。

本実施形態の燃料噴射装置の作動を説明する。
コイル４０に通電され、固定コア５０の吸引力がスプリング７０の付勢力よりも大きくなると、可動コア６０、引張コイルばね９６及び係止部材９７は、固定コア５０側へ上昇する。可動コア６０は加速され、係止部材９７とニードル弁３０の鍔部３１とが接触する。このとき、固定コア５０の吸引力はスプリング７０の付勢力と第３スプリング７３の付勢力との合力よりも大きくなる。引張コイルばね９６は僅かに伸びる。ニードル弁３０は引張コイルばね９６の反発力により瞬時に弁座２０から離座し、固定コア５０側へ上昇を開始する。これにより、噴孔２１から燃料が噴射される。

引張コイルばね９６及び係止部材９７によって、可動コア６０とニードル弁３０とが係止された状態で上昇すると、ニードル弁３０のフランジ３７とストッパ８５とが当接する。その後さらに可動コア６０が固定コア５０側にさらに上昇することで、引張コイルばね９６とスプリング７０に可動コア６０を開弁方向へ付勢する付勢力が蓄勢される。

コイル４０への通電が停止されると、引張コイルばね９６とスプリング７０に蓄勢された付勢力により、可動コア６０は直ちに閉弁方向へ移動を開始する。可動コア６０とニードル弁３０の鍔部３１とが衝突するまでに可動コア６０は加速される。可動コア６０とニードル弁３０の鍔部３１とが衝突すると、可動コア６０の慣性とスプリング７０及び第３スプリング７３の付勢力により、ニードル弁３０は高速で閉弁方向へ移動する。ニードル弁３０が弁座２０に着座すると、燃料噴射が停止する。
本実施形態では、第２付勢手段に引張コイルばね９６を用いることで、第２付勢手段の荷重を容易に設定することができる。

（第１２実施形態）
本発明の第１２実施形態による燃料噴射装置を図１９に示す。本実施形態では、環状に形成された第２付勢手段９０がニードル弁３０の外壁に固定されている。
可動コア６０は、弁座２０側に保持部６５を有する。保持部６５は、弁座２０側の外壁に溶接などによって接続され、弁座２０側へ筒状に延びる筒部６６と、その筒部の弁座２０側の端部から径内方向に延びる環状の底部６７とから構成されている。保持部６５の内側にニードル弁３０の鍔部３１と第２付勢手段９０とが収容されている。保持部６５の底部６７には孔６８が設けられている。この孔６８をニードル弁３０が挿通している。保持部６５の底部の孔６８の内径は、第２付勢手段９０の外径より小さい。このため、可動コア６０が開弁方向へ移動するとき、保持部６５は第２付勢手段９０を係止可能である。
本実施形態において、保持部６５の底部６７と第２付勢手段９０との距離Ａ、ニードル弁３０の鍔部３１とストッパ８０との距離Ｂ、固定コア５０と可動コア６０との距離Ｅ、可動コア６０の移動距離Ｃ、第２付勢手段９０が撓む距離Ｄについては、第１実施形態の距離Ａ〜Ｄと同様に設定される。
本実施形態では、第２付勢手段９０の組付方法の選択の自由度が向上する。

（第１３実施形態）
本発明の第１３実施形態による燃料噴射装置を図２０に示す。本実施形態では、第２付勢手段９０の弁座２０側に固定部材９８が設けられている。固定部材９８は、筒状に形成され、ニードル弁３０の外壁に固定されている。固定部材９８は、第２付勢手段９０の軸方向の移動を制限する。
本実施形態では、固定部材９８により、ニードル弁３０に第２付勢手段９０を容易かつ確実に固定することができる。

（他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置について説明した。これに対し、本発明は、内燃機関の吸気通路等に燃料を噴射する燃料噴射装置に適用してもよい。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・燃料噴射装置
１０ ・・・ハウジング
１５ ・・・燃料通路
２０ ・・・弁座
２１ ・・・噴孔
３０ ・・・ニードル弁
４０ ・・・コイル
５０ ・・・固定コア
６０ ・・・可動コア
６５ ・・・保持部
７０ ・・・スプリング（第１付勢手段）
７３ ・・・第３スプリング（第３付勢手段）
８０、８５ ・・・ストッパ
９０、９１、９２・・・第２付勢手段
９３ ・・・皿ばね
９４、９７ ・・・係止部材
９５ ・・・圧縮コイルばね
９６ ・・・引張コイルばね
９１１、９２１ ・・・筒部
９１２、９２２ ・・・大径部
９１３、９２３ ・・・小径部
９１５、９２５ ・・・スリット

Claims (11)

1. 燃料の流れる燃料通路、この燃料通路内に設けられる弁座、及びこの弁座の下流側に設けられる噴孔を有する筒状のハウジングと、
   前記ハウジング内に軸方向に往復移動可能に設けられ、前記弁座に着座又は離座することで前記噴孔を開閉するニードル弁と、
   通電されることで磁界を励磁するコイルと、
   前記コイルの径方向内側で、前記コイルの発生する磁界内に固定される固定コアと、
   前記固定コアの前記弁座側で軸方向に往復移動可能に設けられ、前記コイルの励磁する磁界によって前記固定コア側に磁気吸引される可動コアと、
   前記可動コアおよび前記ニードル弁を閉弁方向へ付勢する第１付勢手段と、
   前記ニードル弁と当接可能に設けられ、前記ニードル弁の開弁方向への移動を制限するストッパと、
   一方の側が前記可動コアに固定又は係止され、他方の側が前記ニードル弁に固定又は係止され、前記可動コアが前記固定コアに磁気吸引されるとき、前記ニードル弁と前記ストッパとが当接した後に前記可動コアが前記固定コア側へ移動することで撓み変形し、前記可動コアを閉弁方向へ付勢する付勢力を蓄勢可能な第２付勢手段と、を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記コイルへの通電が停止し、かつ前記ニードル弁が前記弁座に着座した状態において、前記第２付勢手段と前記ニードル弁との間、または前記第２付勢手段と前記可動コアとの間に所定の距離の空間を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記コイルへの通電が停止し、かつ前記ニードル弁が前記弁座に着座した状態において、前記第２付勢手段と前記ニードル弁との距離、または前記第２付勢手段と前記可動コアとの距離を距離Ａとし、前記ニードル弁と前記ストッパとの距離を距離Ｂとし、前記可動コアと前記固定コアとの距離を距離Ｅとすると、
   距離Ｅは、距離Ａと距離Ｂとの和よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記コイルに通電され、前記可動コアが前記固定コアに磁気吸引されたときの前記可動コアの移動距離を距離Ｃとすると、
   距離Ｅは、距離Ｃよりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記ニードル弁を前記弁座側に直接付勢する第３付勢手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
6. 前記第２付勢手段は、環状に形成され、板厚方向に撓み変形可能なことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
7. 前記可動コアは、前記弁座側の外壁から前記弁座側へ延び、前記第２付勢手段の一方の側を係止又は固定する保持部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
8. 前記第２付勢手段は、皿ばね、または、圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射装置。
9. 前記第２付勢手段は、
   筒状の筒部と、
   前記筒部の一端から径外方向に延びて前記可動コアに係止可能又は固定される大径部と、
   前記筒部の他端から径内方向に延びて前記ニードル弁に係止可能又は固定される小径部と、を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
10. 前記第２付勢手段は、前記筒部から前記小径部に連続して形成されるスリットを有することを特徴とする請求項９に記載の燃料噴射装置。
11. 前記第２付勢手段は、
    前記可動コアの前記弁座側に設けられ、開弁作動時に前記ニードル弁を係止可能な係止部材と、
    一端が前記可動コアに固定され、他端が前記係止部材に固定される引張コイルばねとを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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