JP5982210B2 - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射弁であって、該噴射弁の開閉が電磁力によって行われる電磁式燃料噴射弁のものに関する。特に、内燃機関としてガソリンなどを燃料とする、火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）に用いるのに好適な電磁式燃料噴射弁に関する。

一般的な電磁式の燃料噴射弁は、開弁状態と閉弁状態とを通電の有無によって切り替え、開弁状態の時間を噴射指令パルスの時間で調整することで、燃料の噴射量を調整するようになっている。しかしながら、通電の開始から弁が開くまでの間や、通電の終了から弁が閉じる迄の間には応答遅れ時間があり、噴射指令パルスの時間は必ずしも実際の噴射期間とは一致しない。

また、燃料噴射弁内部にある弁体は、指令パルスのような矩形波状に運動するのではなく、加速度運動をしながら開弁し、また閉弁時にも加速度運動をしながら閉弁する。すなわち、弁体の運動は時間に対して二次曲線のような動作をする。

更に、弁体は急激に停止することができないため、弁体が弁体の変位を規定している部品（弁座或いはストッパ）と衝突することによって弁体の振動（跳ね返り）が生じる。この振動によって、指令パルスの幅（時間）と噴射量との関係が線形的ではなく、非線形的になってしまう。また、この振動が起きている期間の長さは、燃料噴射弁を構成する部品の精度などにも依存するため、燃料噴射弁の個体ばらつきによって噴射量がばらつく一因になる。

上記のように、弁の応答には遅れ時間や振動による不安定性があるために、指令パルスの幅を短くしても十分に小さい噴射量の燃料を噴射できない場合がある。このため、燃料噴射弁には制御可能な噴射量の最小値があることになり、これを最小噴射量と称する。

一般的には、最小噴射量を小さくするためには、弁体を閉弁方向に付勢しているばね力を大きくして、指令パルス終了後に素早く弁が閉じるようにすることが有効である。

しかしながら、付勢ばねの設定荷重を大きくすると、高い燃料圧力での動作時に閉弁方向に作用する力が大きくなるため、開弁し難くなる。このため、一般的な燃料噴射弁では、付勢ばねの設定荷重は、最小噴射量と使用可能燃料圧力とのトレードオフで決定する必要がある。

この問題に対応する従来技術としては、磁気吸引力によって駆動される可動子が、開閉動作を行う弁体と相対運動可能なように構成され、静止状態では可動子が閉弁方向に付勢されている電磁式燃料噴射弁がある。この電磁式燃料噴射弁では、静止状態で可動子は弁体に設けられたストッパと閉弁側の端面で当接した状態であり、可動子の開弁側の端面は弁体と接触せず、空隙を有するようになっている。この空隙の存在によって、この燃料噴射弁が開弁動作を行う場合には、可動子が弁体とは接触せずに空走し、しかる後に可動子の開弁側端面と弁体のストッパとが衝突して弁が開き始める（弁体が開弁方向に移動し始める）ことになる。

このような可動子の空走期間には、可動子は弁体から分離されており、燃料圧力の影響を受けること無く加速できるため、高い燃料圧力の下でも開弁動作を行い易くなっている。

この結果、可動子が空走できる構造を持った燃料噴射弁では、付勢ばねの設定荷重を大きくしても高い燃料圧力下で開弁動作を行い易いというメリットがあった。

このような電磁式燃料噴射弁として、特許文献１には、更に可動子を二つに分割して互いに相対運動できるようにして、弁が閉じる際にも分割された可動子が空走動作を行い、閉弁動作を速めるように構成された電磁式燃料噴射弁が開示されている。

特許文献１の電磁式燃料噴射弁では、第一の戻しばねによって負荷される２つの部分からなる可動子と、大きい方の可動子に摩擦接続的に結合される弁閉鎖体を設け、第一の可動子部分が閉鎖方向で第一の戻しばねによって負荷されていて、第二の可動子部分が閉鎖方向で第二の戻しばねによって負荷されている。このように、開弁に要する時間だけでなく閉弁に要する時間も短縮することにより、最小噴射量を低減することができる。

特許第４６０３７４９号公報

可動子を空走させる動作が可能なように構成した場合には、特許文献１のように、可動子を閉弁方向に付勢しておく必要がある。

可動子を閉弁方向に付勢すると、可動子が所定の開弁位置で磁気コアやストッパに衝突した時に、付勢しているばねの力がバウンドを助長する方向に作用しているため、バウンドする動作が大きくなってしまうという問題があった。

可動子のバウンド動作が大きくなると、前述のように噴射量のばらつきは大きくなり、指令パルスに対して非線形な噴射量特性となるために、最小噴射量を必ずしも小さくできない。

本発明の目的は、燃料噴射弁に用いる可動子を空走可能に構成することと、開弁時の可動子のバウンド動作の抑制とを両立させることである。

上記目的を達成するために、本発明の電磁式燃料噴射弁では、可動子が第一の可動子と第二の可動子とに分割され、第一の可動子と第二の可動子とは両方とも弁体に対して開閉弁方向に相対変位可能に構成されている。第一の可動子は第一ばねによって閉弁方向に付勢され、第二の可動子は第二ばねによって磁気コアの方向（開弁方向）に付勢されている。第一ばねの付勢力は第二ばねの付勢力よりも大きい。

閉弁状態における静止状態では、第一の可動子を介して第一ばねによる閉弁方向の付勢力が第二の可動子及び弁体に伝達されるように構成されている。このため、第二の可動子は第二ばねによって開弁方向に付勢されていても、第一ばね及び第一の可動子によって閉弁方向に押し戻されて、弁体と第二の可動子との相対変位方向（軸方向）における当接部に隙間を生じており、開弁時初期には第二の可動子が当接部に生じた隙間を移動する間、第二の可動子の空走が可能になる。

一方で、開弁状態では、第一の可動子と第二の可動子とが磁気吸引力によって磁気コアの方向に変位し、しかも第二の可動子と第一の可動子とが相対変位方向に離間している。すなわち、第二の可動子と第一の可動子との相対変位方向における当接部に隙間を生じている。このため、閉弁時初期には第一の可動子が当接部に生じた隙間を移動する間、第一の可動子の空走が可能になる。また、第二の可動子と第一の可動子との当接部に生じた隙間は第一ばねによる閉弁方向の付勢力が第二の可動子に伝達されないようにする。このため、第二の可動子が開弁方向への変位を規制する部材（ストッパ）に衝突する際には、第一ばねによる閉弁方向の付勢力が第二の可動子から取り除かれ、また第二の可動子が第二ばねによって開弁方向に付勢されているため、第二の可動子のバウンド動作を抑制することができる。

本発明によれば、開閉弁に要する時間を短縮し、開弁時に生じる可動子のバウンドを抑制することによって、より小さい最小噴射量を得られるようになる。

本発明に係る燃料噴射弁の第一の実施例を示す断面図である。 本発明に係る燃料噴射弁の断面図であって、閉弁状態にある状態の可動子近傍を拡大した図である。 本発明に係る燃料噴射弁の断面図であって、開弁状態にある状態の可動子近傍を拡大した図である。 本発明に係る燃料噴射弁の弁動作を表わす模式図である。 開弁状態にある可動子の近傍を拡大した図である。

以下、本発明の実施例を説明する
図１は、本発明に係る電磁式燃料噴射弁の例を示す断面図である。図１に示した電磁式燃料噴射弁は、弁体１０２が中心軸方向に上下動することによって、弁座１０１との隙間（燃料通路）が開閉し、燃料の噴射と停止を制御するＯＮ／ＯＦＦ弁である。この電磁式燃料噴射弁が有するコイル１０８が通電されていない状態では、弁体１０２は可動部材（第一の可動子）１０５を介して磁気コア１０９内に配設された付勢ばね（第一ばね）１０６によって、弁座１０１の方向に付勢され、弁体１０２と弁座１０１の間の隙間が閉じられた状態になっている。

ここで、コイル１０８に通電されると、磁気コア１０９と可動子（第二の可動子）１０４の間、および磁気コア１０９と可動部材１０５との間には磁束が生じ、可動子１０４および可動部材１０５は磁気コア１０９の方向、すなわち燃料噴射弁の上流側に変位する。可動子１０４が上流側に変位すると、弁体１０２が相対変位方向で可動子１０４と接触して力を伝達し、弁体１０２も上流側に変位し、開弁する。

一方で、コイル１０８への通電が中止されると、磁気コア１０９内に生じていた磁束が消滅し、可動子１０４や可動部材１０５に作用していた磁気吸引力も減少し、やがて消滅する。この結果、付勢ばね１０６が可動部材１０５に作用する力が、可動部材１０５と可動子１０４に作用している磁気吸引力より大きくなると、可動部材１０５を介して可動子１０４に伝達される付勢ばね１０６の力によって、可動部材１０５と可動子１０４とは下流側に変位し、弁体１０２を閉弁させる。

以上は電磁式燃料噴射弁の基本的な動作を説明したものである。電磁式燃料噴射弁は、コイル１０８への通電時間を制御することで、弁体１０２が開状態にある時間を制御して、燃料噴射量の制御を行うようになっている。

図２は、本発明の効果に係る該燃料噴射弁の開閉弁動作を解説するために、可動子１０４および可動部材１０５の近傍を拡大した断面図である。

ここでは、図２を用いて本発明による開弁動作および閉弁動作の特徴、作用、およびその効果について述べる。

本実施例による電磁式燃料噴射弁では、磁気コア１０９に生じた磁束によって吸引力を発生する可動部品が可動子１０４と可動部材１０５の二つを備えている。すなわち、可動子が弁体との相対変位方向に相対変位可能な二つの可動子（第一の可動子１０５，第二の可動子１０４）とで構成されている。可動部材１０５は相対変位方向の当接部２０４において、可動部材１０５の下流側の面と可動子１０４の上流側の面とが互いに力を伝達できるようになっている。電磁式燃料噴射弁が閉弁状態にある時には、可動部材１０５が付勢ばね１０６によって下流方向に付勢されている状態にある。また、可動子１０４は付勢ばね１０６よりも小さい力に設定された予備ばね（第二ばね）１１２によって上流側にある磁気コア１０９の方向に付勢されており、可動部材１０５と可動子１０４とが互いに接近する方向に力が作用している。

このように可動部材１０５と可動子１０４が当接部２０４で接した状態では、可動部材１０５の磁気コア１０９側の端面は可動子１０４の磁気コア１０９側の端面の位置に対して下流側に位置しており、端面位置の差２０２が存在している。

また、閉弁状態では可動部材１０５は弁体１０２と相対変位方向において当接しており、付勢ばね１０６による力は可動部材１０５を介して弁体１０２に作用し、弁体１０２を閉弁方向に付勢している。

このような閉弁状態では、可動子１０４と弁体１０２との当接部２０５の位置には間隔（隙間）２０１が存在するようになっている。可動子１０４と磁気コア１０９の間には、間隔（隙間）２０３が生じるようになっており、間隔２０３は間隔２０１より大きくなるように設定されている。

コイル１０８に通電が開始されると、磁気コア１０９と可動子１０４、および磁気コア１０９と可動部材１０５の間を磁束が通過し、したがって可動子１０４と可動子１０５には磁気吸引力が作用する。この状態では、可動部材１０５の円筒側面から、可動子１０４の内径面２０６に向かって磁束が通過するため、磁気吸引力を受ける可動部品が二つになっていても、それぞれの部品に十分な磁気吸引力を作用させることができる。この可動子１０４の内径面２０６は可動子１０５の円筒側面との間で、摺動部を形成するようになっている。

また、可動子１０４と可動部材１０５の下流側端面との間には大きな間隔が設けられており、ここを磁束が通り難いようになっている。この結果、可動子１０４と可動部材１０５が、弁体の軸方向には磁気吸引力で互いに引きあってしまう効果を抑えるようになっている。

可動子１０４と可動部材１０５とに作用する磁気吸引力が、付勢ばね１０６の力を超えると、可動子１０４および可動部材１０５は一体となって磁気コア１０９の方向に変位を開始する。このとき、可動子１０４を付勢している予備ばね１１２による力の作用する方向が、磁気コア１０９の方向であり、予備ばね１１２による力と付勢ばね１０６による力が、可動子１０４と可動部材１０５を互いに接近させる方向に作用しているため、可動子１０４と可動部材１０５が離間しないようになっている。このため可動子１０４と可動部材１０５は磁気コア１０９の方向に一体となって変位を開始する。

この時の可動子１０４および可動部材１０５の運動は、燃料の流れが無い状態で行われ、燃料圧力による力を受けている弁体１０２とは分離して行われる運動（空走運動）であるため、燃料の圧力などの影響を受けることがない。

可動子１０４の変位量が空隙２０１の大きさに達すると、可動子１０４が弁体１０２に当接部２０５で当接して力を伝達し、弁体１０２を引き上げる。このとき、可動子１０４は可動部材１０５と共に空走運動を行って運動エネルギを有した状態で弁体１０２と衝突するため、弁体１０２は衝撃的に開方向に変位を開始する。

弁体１０２には燃料圧力が作用しており、この燃料圧力による力が大きくなるのは弁体１０２の変位が小さく、弁体１０２の先端での燃料流れが引き起こすベルヌイ効果による圧力降下が大きいときである。このように燃料圧力による力が大きくなって開弁動作がし難くなるタイミングで、弁体１０２の開弁が空走運動によって衝撃的に行われるため、より高い燃料圧力が作用している状態でも開弁動作を行うことができるようになる。あるいは、動作できることが必要な燃料圧力範囲に対して、より強い力に付勢ばね１０６を設定することができる。付勢ばね１０６をより強い力に設定することで、後述する閉弁動作に要する時間を短縮することができ、微小噴射量の制御に有効である。

弁体１０２が開弁動作を開始した後、可動子１０４は磁気コア１０９に衝突する。この瞬間には、可動部材１０５は運動を継続するため、可動子１０４と可動部材１０５とは離間し、可動子１０４には付勢ばね１０６による力が伝達されなくなる。

可動子１０４が磁気コア１０９に衝突する時、可動子１０４は跳ね返る動作をするが、可動子１０４に作用する磁気吸引力によって可動子１０４は磁気コアに吸引され、やがて停止する。このとき、可動子１０４には予備ばね１１２によって磁気コア１０９の方向に力が作用しているため、跳ね返り動作が小さく出来る。跳ね返り動作が小さいことによって、可動子１０４と磁気コア１０９の間のギャップが大きくなってしまう時間が短くなり、より小さい噴射パルス幅に対しても安定した動作が行えるようになる。

このようにして開弁動作を終えた可動子１０４、可動部材１０５、および弁体１０２は、図３のような開弁状態で静止する。開弁状態では、弁体１０２と弁座１０１の間には隙間が生じており、燃料が噴射されている。燃料は磁気コア１０９に設けられた中心孔と、可動部材１０５に設けられた燃料通路孔と、可動子１０４に設けられた燃料通路孔を通過して下流方向へ流れてゆくようになっている。

図３に示した開弁状態では、可動子１０４と可動部材１０５との当接部２０４には隙間が生じており、間隔３０１が生じるようになっている。間隔３０１の大きさは、端面位置の差２０２と一致する。

このように間隔３０１が生じても、可動部材１０５を通過する磁束の一部は、可動部材１０５の外径側面３０４を通過できるため、可動部材１０５と磁気コア１０９の間に作用する磁気吸引力が小さくならずに済む。この効果を得るためには、外径側面３０４の高さ３０３は、可動部材１０５の磁気コア１０９との対向面積から可動部材１０５の摺動側面３０５が為す円の面積を差し引いた面積と、外径側面３０４の面積が同等か、もしくは外径側面３０４の面積の方が大きくなるように設定するとよい。このような設定によって、外径側面３０４を磁束が通過する面積を十分確保することができ、間隔３０１を生じることによる磁束の減少を抑制することができる。また、このように外径側面３０４の面積を十分に確保しておくことで、間隔３０１の面に生じる磁気吸引力が過大になってしまうことを防げるため、可動部材１０５と可動子１０４との相対変位方向における離間を妨げる効果を抑制できる。

また、開弁している状態では、可動部材１０５と弁体１０２も相対変位方向において離間しており、その間には間隔３０２を生じるようになっている。間隔３０２の大きさは間隔３０１よりも大きくなるように設定されている。このように、可動部材１０５と可動子１０４とを離間した状態で静止させるためには、磁気コア１０９と可動部材１０５との間に生じる磁気吸引力が、付勢ばね１０６による力よりも若干大きくなるように、可動部材１０５の吸引面側の面積を設定すればよい。

ここで、可動部材１０５には燃料圧力によって弁体１０２が受けている力は伝達されないため、可動部材１０５に作用させる磁気吸引力が過剰に大きくなるように設定にする必要はない。過剰な磁気吸引力は、通電停止後の閉弁動作開始までの時間を遅らせることがあるが、このような遅れ時間を最小限にするように可動部材１０５の吸引面側の面積を設定することができるようになる。

このように、燃料噴射弁が開弁している状態においては、可動子１０４に作用している磁気吸引力が、弁体１０２に作用している燃料圧力による力を受け持ち、可動部材１０５に作用している磁気吸引力が付勢ばね１０６による力を受け持つという力のバランスで開弁状態を維持するようになっている。

なお、弁体１０２の弁座１０１からのリフト量は、可動子１０４と磁気コア１０９の閉弁状態における間隔２０３から、可動子１０４と弁体１０２との当接部２０５の閉弁状態における間隔２０１を差し引いた高さになる。

次に、本発明に係る燃料噴射弁の閉弁動作について説明する。

開弁した状態から、コイル１０８への通電を打ち切ると、磁気コア１０９に生じている磁束が減少し、可動子１０４および可動部材１０５に作用している磁気吸引力が減少する。

可動部材１０５に作用している磁気吸引力が、可動部材１０５を付勢している付勢ばね１０６による力を下回ると、可動部材１０５は閉弁方向に変位を開始する。

ここで、可動部材１０５が閉弁方向の変位を開始するタイミングは、燃料圧力の影響を受け難い。燃料圧力による力は弁体１０２を介して可動子１０４を閉弁方向に引き付けているが、この力は可動部材１０５に伝達されないため、可動部材１０５は燃料圧力に依存せずに、所期の設計されたタイミングで運動を開始できる。

燃料圧力が低い状態では、可動子１０４に作用している燃料圧力による閉弁方向の力が小さいため、可動子１０４は閉弁動作を開始し難い。この現象は、一般的な燃料噴射弁（可動子が単一）でも同様であり、特に燃料圧力が高くない状態での閉弁に要する時間を長くする要因の一つになっている。

本実施例による構造では、可動子１０４と可動部材１０５が相互に運動できるように分割された構成になっており、可動部材１０５が燃料圧力による力を受け持っていないため、可動子１０４が閉弁し難い燃料圧力の条件であっても、可動部材１０５が先に閉弁方向への運動を開始できる。

ここで、特に可動部材１０５の閉弁方向への運動を早めるためには、図５に示すように、可動部材１０５と磁気コア１０９とが接触する部位に突起５０１を設け、その突起の高さが可動子１０４と磁気コア１０９との接触部位に設ける突起５０２よりも高くすると良い。このように、可動部材１０５に突起５０１を設けることによって、磁気吸引力の減衰が速くなり、また可動部材１０５と磁気コア１０９との間の隙間に存在する燃料によるスクイーズ効果が発生する力を減少させることができ、結果として可動部材１０５の閉弁方向の運動を早めることができる。このような突起は、いずれか、もしくはいずれも磁気コア１０９側に設けても効果は同じである。（なお、このように突起５０１や突起５０２を設けた場合の、可動子１０４や可動部材１０５の磁気コア１０９側の端面は、突起５０１や突起５０２と磁気コア１０９が接触する部分の面として定義する。）
このように、可動子の端面に突起を設ける方法は、燃料噴射弁において一般的に行われている。一般的には、突起の高さは可動子の応答性と、得られる磁気吸引力とのトレードオフの関係の中から選択されるが、本発明によれば可動子が可動子１０４と可動部材１０５に分割されており、可動子１０４が主に磁気吸引力を大きく得るように設定し、可動部材１０５が主に応答性を高めるように設定することができる。この設定方法として、可動子１０４に設けた突起高さ５０２が、可動部材１０５に設けた突起高さ５０１よりも高くなるようにする方法がある。また、可動部材１０５に突起５０１だけを設け、可動子１０４には突起を設けずに、同様の効果を得ることもできる。

可動部材１０５は、閉弁方向に運動した後に、可動子１０４の当接部２０４で衝突（接触）して、可動子１０４を閉弁方向に変位させる。可動子１０４に衝突するまでの間に、可動部材１０５は付勢ばね１０６の力によって空走運動する。なお、弁体１０２と可動部材１０５の間の間隔３０２は、可動子１０４と可動部材１０５との間に生じていた間隔３０１よりも大きく設定されているため、可動部材１０５は弁体１０２と接触するよりも前に可動子１０４と接触する。

可動子１０４は、可動部材１０５が衝突するタイミング以前では、磁気コア１０９に残留している磁束によって開弁方向に吸引されていると共に、磁気コア１０９と可動子１０４の間の隙間が狭いために、スクイーズ効果によって閉弁方向に変位し難い状態にある。

本実施例の構造によれば、閉弁方向に変位し難くなっている可動子１０４に、可動部材１０５が空走運動して衝突するため、可動子１０４は素早く閉弁動作を開始できる。また、可動子１０４に作用しているスクイーズ効果による力や、磁気吸引力の大きさは、可動子１０４と磁気コア１０９の距離が離れることによって、急激に小さくなる性質がある。このため、可動部材１０５の可動子１０４への衝突によって衝撃的に可動子１０４が磁気コア１０９から離間すると、可動子１０４は素早く閉弁方向に運動できるようになる。

可動子１０４が閉弁方向の動作を開始すると、燃料圧力によって閉弁方向に引き付けられている弁体１０２も閉弁動作を開始する。

最終的に弁体１０２が弁座１０１と当接すると、可動子１０４と弁体１０２とは当接部２０４に隙間が生じて両者が離間し、可動子１０４は弁体１０２とは独立して運動するようになる。このように、閉弁の瞬間に、弁体１０２が可動子１０４と離間することによって、弁体１０２と弁座１０１との衝突によって生じるバウンド動作を抑制できる。このバウンド抑制効果は、弁体１０２が弁座１０１に衝突した瞬間に弁体１０２から可動子１０４が離間することによって、可動子１０４が有している運動エネルギがバウンドエネルギに転換されることを防げることによって得られる。

なお、閉弁時の弁体１０２の動作と可動部材１０５の動作とのタイミングが燃料圧力によって異なるように、付勢ばね１０６が発生する力の大小で調整することができる。

付勢ばね１０６による力が十分に小さい場合には、弁体１０２が弁座１０１と衝突した後に可動部材１０５と弁体１０２とが当接して閉弁状態に至る。この場合には、弁体１０２と可動部材１０５とが当接するタイミングは、常に弁体１０２と弁座１０１とが接触した後であり、この前後関係は燃料圧力に因らない。

一方で、付勢ばね１０６の力を大きく設定すると、低い燃料圧力の状態では弁体１０２が弁座１０１と接触するよりも前に、可動部材１０５が弁体１０２と衝突する。低い燃料圧力の状態では、弁体１０２を閉弁させる力が十分でなく、閉弁に要する時間が長くなり易いが、このように可動部材１０５が弁体１０２に衝突して閉弁に至ることによって、閉弁に要する時間を短くすることができる。

このように弁体１０２が弁座１０１に接触する前に弁体１０２と可動部材１０５とが接触するための条件は、燃料圧力によって弁体１０２が下流側に引き付けられる力よりも大きい荷重を、付勢ばね１０６が発生するように設定しておけばよい。

このように、燃料圧力に応じて閉弁時の弁体１０２の動作と可動部材１０５の動作とのタイミングが異なるように設定された動作は、弁座１０１および弁体１０２の摩耗を抑制すると言う観点でも有効である。低い燃料圧力では、弁体１０２は可動部材１０５によって加速されてから弁座１０１に衝突するが、高い燃料圧力では弁体１０２は燃料圧力によって加速され、可動部材１０５と衝突する前に弁座１０１と衝突する。高い燃料圧力では、弁体１０２と弁座１０１との衝突力が大きくなり、それぞれの摩耗を引き起こす場合がある。特に、弁体１０２と弁座１０１との衝突の瞬間は、弁体１０２先端の一部分が弁座１０１の一部分と接触するため、応力が過大になり易い。可動部材１０５が弁体１０２に衝突する前に弁座１０１との衝突が行われることによって、付勢ばね１０６の力が弁体１０２に作用しない状態で弁座１０１と弁座１０２との衝突を行わせ、衝突力を小さくすることができ、この結果摩耗を抑制する効果がある。この場合には、弁体１０１と弁座１０２とが衝突した後に、可動部材１０５は弁体１０２と衝突するが、この時には弁体１０１の先端の全周が弁座１０２と接触しているため、応力が過大になることによる摩耗を生じさせずに済む。

図４は、以上のような動作によって、得られる弁体１０２の運動（弁挙動）を模式的に示したものである。実線が本実施例による弁挙動であり、破線が一般的な燃料噴射弁による弁挙動を示している。

本実施例によれば、弁体１０２の開き始めの挙動４０１は、可動子１０４の空走運動によって急瞬になり、この効果によって弁体の変位量が小さい状態４０１’にある時間を少なくできる。この効果によって、燃料が低速のまま流出することで生じる粗大液滴を抑制できる。弁の開き始めのタイミング４０２が燃料圧力の影響を受けることはない。

また、弁体１０２が所定のリフト位置に到達し開弁した後には、可動子１０４が磁気コア１０９に衝突した後のバウンド挙動４０３を、一般的な燃料噴射弁と比較して少なくできる。

弁体１０２が閉弁動作に移行するタイミング４０４は、可動部材１０５が可動子１０４に衝突することによって早められる。また、可動部材１０５が空走運動を行ってから可動子１０４に衝突して閉弁動作４０５が開始されるため、弁体１０２が閉弁動作を行う速度が速くなり、したがって閉弁動作に要する時間を短縮できる。

このように、噴射パルスに対して遅れ時間が少なく、なおかつ安定した動作が可能になるため、短い噴射パルスで短い噴射期間での動作を安定して行うことができるようになり、小さい最小噴射量を得られるようになる。

１０１…弁座、１０２…弁体、１０３…ベッセル、１０４…可動子、１０５…可動部材、１０６…付勢ばね、１０８…コイル、１０９…磁気コア、１１０…スプリングアジャスタ、１１１…端子、２０１…空隙、２０２…端面位置の差、２０３…空隙、２０４…当接面、２０５…当接面、３０１…空隙、３０２…空隙、３０３…側面高さ、３０４…外径側面、３０５…摺動側面、４０１…開弁開始、４０２…開弁開始タイミング、４０３…バウンド動作、４０４…閉弁開始、４０５…閉弁動作。

Claims (10)

1. 弁座との間で隙間の開閉を行う弁体と、前記弁体に力を伝達して前記弁体を動作させる可動子と、前記可動子との間で磁束を通過させて磁気吸引力を発生する磁気コアと、前記磁気コアに磁束を発生させるためのコイルとを備え、前記コイルへの通電を制御することによって前記弁体による燃料通路の開閉を行う電磁式燃料噴射弁において、
   前記可動子が第一の可動子と第二の可動子とで構成され、前記第一の可動子と前記第二の可動子とはそれぞれ前記磁気コアと対面する磁気吸引面を有し、
   前記第一の可動子は第一ばねによって閉弁方向に付勢され、前記第二の可動子は前記第一ばねによる付勢力よりも小さい付勢力を有する第二ばねによって開弁方向に付勢されるように構成し、
   前記第二の可動子は、前記弁体を開弁方向に付勢するように構成され、
   前記第一の可動子と前記第二の可動子との間には、開弁状態において前記燃料噴射弁の軸方向に離間するとともに閉弁状態において当接する当接部が形成され、
   開弁状態から閉弁状態に至る過程で、前記第一の可動子が前記第二の可動子に前記当接部で衝突した後に前記弁体が閉弁方向に動作するように構成されたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
2. 弁座との間で隙間の開閉を行う弁体と、前記弁体に力を伝達して前記弁体を動作させる可動子と、前記可動子との間で磁束を通過させて磁気吸引力を発生する磁気コアと、前記磁気コアに磁束を発生させるためのコイルとを備え、前記コイルへの通電を制御することによって前記弁体による燃料通路の開閉を行う電磁式燃料噴射弁において、
   前記可動子が第一の可動子と第二の可動子とで構成され、前記第一の可動子と前記第二の可動子とはそれぞれ前記磁気コアと対面する磁気吸引面を有し、
   前記第一の可動子は第一ばねによって閉弁方向に付勢され、前記第二の可動子は前記第一ばねによる付勢力よりも小さい付勢力を有する第二ばねによって開弁方向に付勢されるように構成し、
   前記第二の可動子は、前記弁体を開弁方向に付勢するように構成され、
   前記第一の可動子と前記第二の可動子との間には、開弁状態において前記燃料噴射弁の軸方向に離間するとともに閉弁状態において当接する当接部が形成され、
   前記第一の可動子は、開弁状態から閉弁状態に至る過程で、前記第二の可動子と衝突した後に前記弁体と衝突するように構成されたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
3. 弁座との間で隙間の開閉を行う弁体と、前記弁体に力を伝達して前記弁体を動作させる可動子と、前記可動子との間で磁束を通過させて磁気吸引力を発生する磁気コアと、前記磁気コアに磁束を発生させるためのコイルとを備え、前記コイルへの通電を制御することによって前記弁体による燃料通路の開閉を行う電磁式燃料噴射弁において、
   前記可動子が第一の可動子と第二の可動子とで構成され、前記第一の可動子と前記第二の可動子とはそれぞれ前記磁気コアと対面する磁気吸引面を有し、
   前記第一の可動子は第一ばねによって閉弁方向に付勢され、前記第二の可動子は前記第一ばねによる付勢力よりも小さい付勢力を有する第二ばねによって開弁方向に付勢されるように構成し、
   前記第二の可動子は、前記弁体を開弁方向に付勢するように構成され、
   前記第一の可動子と前記第二の可動子との間には、開弁状態において前記燃料噴射弁の軸方向に離間するとともに閉弁状態において当接する当接部が形成され、
   開弁状態から閉弁状態に至る過程で、前記第一の可動子は、前記第二の可動子よりも先に閉弁方向に変位を開始するように構成されたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁式燃料噴射弁において、
   前記第一の可動子は、閉弁状態では前記弁体と接触して前記第一ばねの付勢力を前記弁体に伝達するように構成されたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の電磁式燃料噴射弁において、
   閉弁状態において前記第一の可動子の磁気吸引面と前記磁気コアとの間に生じる間隔が、閉弁状態において前記第二の可動子の磁気吸引面と前記磁気コアとの間に生じる間隔よりも大きくなるように構成したことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の電磁式燃料噴射弁において、
   前記第二の可動子は、前記弁体に対し、相対変位可能に構成されることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
7. 請求項６に記載の電磁式燃料噴射弁において、
   前記弁体は、開弁状態において前記第二の可動子と当接するとともに、閉弁状態において前記第二の可動子と所定の間隔を介して離間する第二の当接部を有することを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の電磁式燃料噴射弁において、
   前記第一の可動子は、前記当接部よりも前記磁気コアに近い位置において前記第二の可動子と径方向に対向する側面を有し、
   前記第一の可動子の側面は、前記第二の可動子の前記磁気吸引面よりも面積が大きくなるように構成されたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の電磁式燃料噴射弁において、
   前記第一の可動子の前記磁気吸引面と前記磁気コアとの間には、突起が設けられることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の電磁式燃料噴射弁において、
    前記第一の可動子の前記磁気吸引面の外径は、前記第二の可動子の前記磁気吸引面の外径よりも小さく構成されていることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。