JP6101610B2 - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に用いられ、燃料を噴射する電磁式燃料噴射弁に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００６−９０１９１号公報（特許文献１）がある。この公報には、ニードルと、ニードルに協働して着座方向及び離座方向に移動する可動コアと、可動コアを着座方向に付勢する付勢力に抗して磁気吸引する固定コアと、可動コアを固定コアに磁気吸引するための電磁力を発生するコイルとを備えた燃料噴射弁において、可動コアと固定コアとの間に着座方向に付勢される磁性体としての緩衝コアを設け、緩衝コアと固定コアとの接触面積を緩衝コアと可動コアとの接触面積よりも大きく形成し、緩衝コアを着座方向に付勢する第１のセット荷重よりも可動コアを着座方向に付勢する第２のセット荷重を大きくした構成が記載されている（要約参照）。

この構成によれば、緩衝コアと固定コアとの接触面積を大きくすることができ、緩衝コアと固定コアとの間の燃料スクイーズ力が増大し、緩衝コア及び可動コアの固定コアに対する衝突速度を低減することができる。その結果、緩衝コア及び可動コアが固定コアに衝突するときの反発力が緩和され、瞬間的に着座方向に戻される挙動、いわゆる開弁バウンスが抑制又は防止される（段落００３８参照）。

特開２００６−９０１９１号公報

燃料噴射弁では、駆動信号である噴射パルスのパルス幅（時間）に対する燃料噴射量の線形性を高めることが求められている。噴射量特性の線形性を高めるためには、噴射パルスの立ち上がりから開弁が完了するまでの時間（以下、開弁動作時間という）を短くすることが望ましい。

特許文献１では、可動鉄心の開弁バウンスを抑制又は防止するために、可動鉄心の固定鉄心に対する衝突速度を低減することは、開弁動作時間を長くすることになる。

ところで、可動鉄心が開弁バウンスを生じる原因として、可動鉄心が固定鉄心における可動鉄心との対向側端部（以下、単に対向側端部という）に衝突したときに生じる応力波が、固定鉄心内を対向側端部とは反対側の端部（以下、単に反対側端部という）に向かって移動し、反対側端部で反射して折り返した応力波が固定鉄心の対向側端部に当接している可動鉄心に伝達することが挙げられる。

本発明の目的は、固定鉄心内を移動する応力波が可動鉄心に伝達されるのを防ぐことにより、開弁バウンスを低減した燃料噴射弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、可動鉄心と固定鉄心との衝突時に可動部材を固定鉄心に当接させておき、固定鉄心内を移動する応力波をこの可動部材に伝達させて減衰するようにする。

本発明によれば、可動鉄心と固定鉄心との衝突時に生じた応力波が固定鉄心内を移動したのち可動部材に伝達されて減衰されるため、可動鉄心に伝達されるのを防ぐことができ、可動鉄心の開弁バウンスを低減することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁の構造を示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す縦断面図である。 図１に示す電磁式燃料噴射弁のノズル部の先端部に構成される弁部を拡大して示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す縦断面図である。 本発明を実施していない電磁式燃料噴射弁について、駆動信号である噴射パルス幅と燃料噴射量との関係（噴射量特性）を示す図である。 本発明を実施していない電磁式燃料噴射弁について、噴射パルス信号と弁体変位（弁体挙動）との関係を示す図である。 固定コアに生じる応力波により可動鉄心に開弁バウンスが生じる現象を説明する説明図である。 本発明により開弁バウンスが抑制される理由を説明する説明図である。 本発明に係る第２実施例について、電磁式燃料噴射弁の構造を示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す縦断面図である。

以下、本発明に係る実施例について説明する。

図１及び図２を用いて、本発明に係る第一実施例である電磁式燃料噴射弁１００の構成について説明する。図１は本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁の構造を示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す縦断面図である。図２は図１に示す電磁式燃料噴射弁のノズル部の先端部に構成される弁部を拡大して示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す縦断面図である。

電磁式燃料噴射弁１００は、燃料を供給する燃料供給部２００と、燃料の流通を許したり遮断したりする弁部３００ａが先端部に設けられたノズル部３００と、弁部３００ａを駆動する電磁駆動部４００とで、構成される。本実施例では、ガソリンを燃料とする内燃機関用の電磁式燃料噴射弁を例にとり、説明する。なお、燃料供給部２００、弁部３００ａ、ノズル部３００及び電磁駆動部４００は、図１に記載した断面に対して該当する部分を指示しており、図１に記載した符号と対応するものではない。

本実施例の電磁式燃料噴射弁１００では、図面の上端側に燃料供給部２００が、下端側にノズル部３００が構成され、燃料供給部２００とノズル部３００との間に電磁駆動部４００が構成されている。すなわち、中心軸線１００ａ方向に沿って、燃料供給部２００、電磁駆動部４００及びノズル部３００がこの順に配置されている。

燃料供給部２００は、ノズル部３００に対して反対側の端部が図示しない燃料配管に連結される。ノズル部３００は、燃料供給部２００に対して反対側の端部が、図示しない吸気管或いは内燃機関の燃焼室形成部材（シリンダブロック、シリンダヘッド等）に形成された取付穴（挿入孔）に挿入される。電磁式燃料噴射弁１００は燃料供給部２００を通じて燃料配管から燃料の供給を受け、ノズル部３００の先端部から吸気管或いは燃焼室内に燃料を噴射する。電磁式燃料噴射弁１００の内部には、燃料供給部２００の前記端部からノズル部３００の先端部まで、燃料がほぼ電磁式燃料噴射弁１００の中心軸線１００ａ方向に沿って流れるように、燃料通路１０１（１０１ａ〜１０１ｈ）が構成されている。

以下の説明においては、電磁式燃料噴射弁１００の中心軸線１００ａに沿う方向の両端部について、ノズル部３００に対して反対側に位置する燃料供給部２００の端部或いは端部側を基端部或いは基端側と呼び、燃料供給部２００に対して反対側に位置するノズル部３００の端部或いは端部側を先端部或いは先端側と呼ぶことにする。また、図１の上下方向を基準として、電磁式燃料噴射弁を構成する各部に「上」又は「下」を付けて説明する。これは、説明を分かり易くするために行うものであり、内燃機関に対する電磁式燃料噴射弁の実装形態をこの上下方向に限定するものではない。

以下、燃料供給部２００、電磁駆動部４００及びノズル部３００の構成について、詳細に説明する。

燃料供給部２００は、燃料パイプ２０１によって構成される。燃料パイプ２０１の一端部（上端部）には、燃料供給口２０１ａが設けられ、燃料パイプ２０１の内側には燃料通路１０１ａが中心軸線１ａに沿う方向に貫通するように形成されている。燃料パイプ２０１の他端部（下端部）は筒状部材３０４の一端部（上端部）に接合されている。筒状部材３０４は一端側に大径部３０４ａが形成され、他端側にノズル部３００のノズル体３００ｂを構成する小径部３０４ｂが形成されている。

燃料パイプ２０１の上端部の外周側には、Ｏリング２０２とバックアップリング２０３とが設けられている。

Ｏリング２０２は、燃料供給口２０１ａが燃料配管に取り付けられた際に、燃料漏れを防止するシールとして機能する。また、バックアップリング２０３はＯリング２０２をバックアップするためのものである。バックアップリング２０３は複数のリング状部材が積層されて構成される場合もある。燃料供給口２０１ａの内側には燃料に混入した異物を濾しとるフィルタ２０４が配設されている。

ノズル部３００は、ノズル体３００ｂを備え、ノズル体３００ｂの先端部（下端部）に弁部３００ａが構成されている。ノズル体３００ｂは中空の筒状体であり、弁部３００ａの上流側に燃料通路１０１ｆを構成している。尚、ノズル体３００ｂの先端部外周面には、内燃機関に搭載される際に気密を維持するチップシール１０３が設けられている。

弁部３００ａは、噴射孔形成部材３０１と、ガイド部材３０２と、プランジャロッド１０２の一端部（下端側先端部）に設けられた弁体３０３とを備えている。

噴射孔形成部材３０１の内側には上端面３０１ａから下方に向けて凹形状部３０１ｂが形成されている。凹形状部３０１ｂには、中心軸線１００ａに平行な円筒形状を成す内周面３０１ｃが上端面３０１ａから凹形状部３０１ｂの奥側（下側）に向けて形成されている。内周面３０１ｃの下端には段部３０１ｄが形成され、段部３０１ｄの内周縁からさらに奥側に向けて内周壁面３０１ｅが形成されている。段部３０１ｄには、後述するガイド部材３０２が載置される。内周壁面３０１ｅは奥側に向かって縮径するように形成され、燃料室３０１ｆを形成している。内周壁面３０１ｅの下端には円錐形状の弁座構成面３０１ｇが形成され、弁座構成面３０１ｇを形成する円錐形状の頂点部には、弁体３０３との干渉を避ける逃げ部３０１ｈが設けられている。

円錐形状の弁座構成面３０１ｇには弁体３０３の弁部３０３ａと接触する弁座３０１ｂが円環状に設けられている。弁座構成面３０１ｇと弁体３０３との接触幅は非常に狭く、線接触に近い。このため、弁座構成面３０１ｇと弁体３０３との接触幅に相当する環状部分を弁座３０１ｂと呼び、弁座３０１ｂと弁座構成面３０１ｇとを区別している。しかし、弁座３０１ｂは弁座構成面３０１ｇの上端と下端との間に構成されており、弁座構成面３０１ｇを弁座３０１ｂと呼ぶ場合もある。

噴射孔形成部材３０１の外側には、上端面３０１ａから下方に向けて中心軸線１００ａに平行な外周面３０１ｉが円筒形状に形成されている。外周面３０１ｉの下端は先端面（下端面）３０１ｊに接続されている。先端面３０１ｊには、その中心部に、先端面から突出する曲面部（或いは球面部）３０１ｋが形成されている。

上述した構成により、噴射孔形成部材３０１は、内周面３０１ｃと外周面３０１ｉとによって構成される筒状部３０１ｌと、内周壁面３０１ｅと弁座構成面３０１ｇと逃げ部３０１ｈと曲面部（或いは球面部）３０１ｋを含む先端面３０１ｊとによって構成される底部３０１ｍとを有しており、有底筒状に形成されている。

噴射孔形成部材３０１の底部３０１ｍには、底部３０１ｍを貫通するように、燃料噴射孔３０１ｎと凹部３０１ｏとが形成されている。凹部３０１ｏは、曲面部３０１ｋの外面から凹形状部３０１ｂ側に向けて円筒形状に形成された内周面３０１ｏａと、平坦に形成された底面３０１ｏｂとを有している。燃料噴射孔３０１ｎは、その出口が凹部３０１ｏの底面３０１ｏｂに開口し、その入口が噴射孔形成部材３０１の裏面側（凹形状部３０１ｂの内側）に開口している。内周面３０１ｏａの中心軸線は燃料噴射孔３０１ｎの中心軸線と一致している。底面３０１ｏｂは燃料噴射孔３０１ｎの中心軸線に垂直である。複数の燃料噴射孔３０１ｎのそれぞれに凹部３０１ｏが個別に設けられ、燃料噴射孔３０１ａと凹部３０１ｏとからなる噴射部が複数設けられている。

噴射孔形成部材３０１は、ノズル体３００ｂの先端部に形成された凹部内周面３００ｂａに挿入されて固定されている。このとき、噴射孔形成部材３０１の先端面の外周とノズル体３００ｂの先端面内周とが溶接され、燃料をシールしている。

ガイド部材３０２は噴射孔形成部材３０１の内側に配置されている。ガイド部材３０２の中心部には、上端面から下端面に貫通する貫通孔３０２ａが形成されている。貫通孔３０２ａはプランジャロッド１０２の先端側（下端側）のガイド面を構成し、中心軸線１００ａに沿う方向（開閉弁方向）におけるプランジャロッド１０２の移動を案内する。ガイド部材３０２の外周面には燃料通路１０１ｇが形成され、ガイド部材３０２の下端面には燃料通路１０１ｈが形成されている。

弁体３０３は閉弁時に弁部３０１ａが弁座３０１ｂと接触し、弁座３０１ｂと協働して燃料をシールする。弁部３００ａは、燃料を噴射する主要部であり、燃料噴霧を形成する噴霧形成部を構成する。

電磁駆動部４００は、固定鉄心４０１と、コイル４０２と、外周ヨーク４０３と、可動鉄心４０４と、第１ばね部材（コイルばね）４０５と、ばね力調整部材４０６と、第２ばね部材（スプリング）４０７と、ばね座部材４０８とで構成されている。固定鉄心４０１は固定コアとも呼ばれる。可動鉄心４０４は可動コア又はアンカと呼ばれる。

固定鉄心４０１は、可動鉄心４０４と対向する側の端部（下端部）に形成された下端面４０１ａと、中心部に燃料通路１０１ｃを構成する貫通孔４０１ｂと、下端面４０１ａに対して他端側に形成された端面（上端面）４０１ｃとを有する。固定鉄心４０１の外周面４０１ｄは筒状部材３０４に形成された大径部３０４ａの内周面に嵌合されている。固定鉄心４０１及び大径部３０４ａの外周側にはコイル４０２が巻回されている。

固定鉄心４０１の上端面４０１ｃ側には、上端面４０１ｃと対向するように配置された可動部材１と、可動部材１を上端面４０１ｃに向けて付勢する付勢部材２とによって構成される振動機構４が設けられている。付勢部材２は弾性部材であり、本実施例では第３ばね部材を構成する。振動機構４は、筒状部材３０４の大径部３０４ａの内側でかつ固定鉄心４０１の上端面４０１ｃ側に設けられた振動機構収容部（振動機構収容室）３に収容されている。振動機構収容部３の固定鉄心４０１側とは反対側には燃料パイプ２０１によって区画されている。振動機構収容部３は燃料通路１０１ａの下流端部に形成され、振動機構収容部３には燃料が満たされた状態になる。

可動部材１は円環状の形状をしており、第３ばね部材２に付勢されることにより、下端面１ａが固定鉄心４０１の上端面４０１ｃに当接している。可動部材１の中央部には横断面（中心軸線１００ａに直交する断面）が円形の貫通孔１ｂが設けてあり、貫通孔１ｂを通じて固定鉄心４０１の貫通孔４０１ｂに燃料を流す構成になっている。可動部材１はその質量が可動鉄心４０４及びプランジャロッド１０２で構成される可動子の質量と等しくなるように構成するのが望ましい。また、可動部材１は筒状部材３０４の内周面によって案内されて中心軸線１００ａに沿う方向に移動可能に設けられている。

第３ばね部材２は第１ばね部材４０５及び第２ばね部材４０７と同様に、コイルばね（圧縮ばね）で構成している。第３ばね部材２の一方の端部は可動部材１の上端面１ｃに当接しており、他方の端部は燃料パイプ２０１の下端面２０１ｃに当接している。第３ばね部材２は可動部材１の上端面１ｃと燃料パイプ２０１の下端面２０１ｃとの間に圧縮された状態で挟設されている。

本実施例のように、筒状部材３０４の大径部３０４ａの開放側端部に燃料パイプ２０１を接合する構成により、筒状部材３０４の内側に振動機構収容部３を形成することができるとともに、振動機構４の組付けを可能にしている。

本実施例では、可動部材１が中心軸線１００ａに沿う方向に移動するとき、その運動エネルギは振動機構収容部３内に満たされた燃料によって、減衰される。特に筒状部材３０４の内周面と可動部材１との間に入り込んだ燃料の粘性によって、可動部材１の運動は著しく減衰される。

外周ヨーク４０３はコイル４０２の外周側を囲むように設けられ、電磁式燃料噴射弁１００のハウジング部材を兼ねている。外周ヨーク４０３の上端側内周面４０３ａは磁性材料からなる径方向ヨーク部材４０９によって筒状部材３０４を介して固定鉄心４０１の外周面に接続されている。また、外周ヨーク４０３の下端側内周面４０３ｂは、筒状部材３０４の大径部３０４ａの外周面に接続されて固定されている。

固定鉄心４０１の下端面４０１ａ側には、可動鉄心４０４が配置されている。可動鉄心４０４の上端面４０４ａは固定鉄心４０１の下端面４０１ａと対向している。また、可動鉄心４０４の外周面は筒状部材３０４の大径部３０４ａの内周面と僅かな隙間を介して対向しており、可動鉄心４０４は筒状部材３０４の内側で中心軸線１００ａに沿う方向に移動可能に設けられている。

固定鉄心４０１、可動鉄心４０４、外周ヨーク４０３及び径方向ヨーク部材４０９には、可動鉄心４０４と外周ヨーク４０３との間、及び径方向ヨーク部材４０９と固定鉄心４０１との間にそれぞれ筒状部材３０４を介して磁束が周回するように流れる磁路が形成される。筒状部材３０４は磁路の一部となるため、磁性材料で形成されている。しかし、磁束は、固定鉄心４０１の下端面４０１ａと可動鉄心４０４の上端面４０４ａとの間を流れるものが有効磁束となり、固定鉄心４０１の下端面４０１ａと可動鉄心４０４の上端面４０４ａとが対向する部分で筒状部材３０４を通じて流れるものは漏れ磁束となる。この漏れ磁束を低減するため、筒状部材３０４には磁気抵抗を大きくする非磁性部４１０を設けている。本実施例では、非磁性部を筒状部材３０４の外周面に形成した環状溝４１０で構成している。

可動鉄心４０４の中央部には、上端面４０４ａ側から下端面４０４ｂ側に窪んだ凹部４０４ｃが形成されている。凹部４０４ｃの底面に中心軸線１００ａに沿う方向に下端面４０４ｂ側まで貫通する貫通孔４０４ｄが形成されている。貫通孔４０４ｄを挿通するようにプランジャロッド１０２が設けられている。可動鉄心４０４とプランジャロッド１０２とは、中心軸線１００ａに沿う方向に、相対変位可能に構成されている。可動鉄心４０４の貫通孔４０４ｄの周囲には、凹部４０４ｃの底面に開口し、下端面４０４ｂ側に貫通する貫通孔により形成された燃料通路１０１ｄが設けられている。

プランジャロッド１０２は第１ばね部材４０５により閉弁方向（下方向）に付勢され、下端部に構成された弁体３０３が弁座３０１ｂに接触している。なお、閉弁方向は弁体３０３が弁座３０１ｂに当接して着座する方向である。このために、第１ばね４０５の上端部はばね力調整部材４０６の下端面に当接し、第１ばね部材４０５の下端部はプランジャロッド１０２の上端部に形成された拡径部１０２ａの上端面に当接している。可動鉄心４０４は第２ばね部材４０７により開弁方向（上方向）に付勢され、凹部４０４ｃの底面がプランジャロッド１０２の拡径部１０２ａの下端面と接触している。なお、開弁方向は弁体３０３が弁座３０１ｂから離れて離座する方向である。このために、第２ばね部材４０７の上端部は可動鉄心４０４の下端面４０４ｂ側に当接し、第２ばね部材４０７の下端部はばね座部材４０８のばね座面４０８ａに当接している。

第１ばね部材４０５の付勢力は第２ばね部材４０７の付勢力よりも大きく設定されている。このため、弁体３０３は弁座３０１ｂに接触した状態を維持することができる。一方、可動鉄心４０４はプランジャロッド１０２の拡径部１０２ａによって、開弁方向への変位を規制されている。本実施例では、上述した構成により、第１ばね４０５の付勢力はプランジャロッドの拡径部１０２ａを介して可動鉄心４０４に伝達される。一方、開弁時においては、可動鉄心４０４には第２ばね部材４０７の付勢力及び固定鉄心４０１からの磁気吸引力との合力が開弁方向に作用し、この合力は可動鉄心４０４から拡径部１０２ａを介してプランジャロッド１０２に伝達される。

第１ばね４０５の付勢力を調整するために、固定鉄心４０１の貫通孔４０１ｂ内にばね力調整部材４０６が設けられている。第１ばね４０５とばね力調整部材４０６とは固定鉄心４０１の貫通孔４０１ｂによって形成された燃料通路１０１ｃ内に配置されている。ばね力調整部材４０６の中心部には燃料通路１０１ｂが構成されている。

上述した固定鉄心４０１、コイル４０２及び外周ヨーク４０３は、可動鉄心４０４に対する磁気吸引力を発生する電磁石を構成する。

上述したばね座部材４０８には、中心部に中心軸線１００ａに沿う方向に貫通する貫通孔４０８ｂが形成されている。貫通孔４０８ｂはプランジャロッド１０２の上端側のガイド面を構成し、中心軸線１００ａに沿う方向（開閉弁方向）におけるプランジャロッド１０２の移動を案内する。ばね座部材４０８には燃料通路１０１ｅが形成されている。

コイル４０２はボビンに巻かれた状態で固定鉄心４０１及び筒状部材大径部３０４ａの外周側に組み付けられ、その周囲には樹脂材がモールドされている。このモールドに使用される樹脂材により、コイル４０２から引き出されたターミナル１０４を有するコネクタ１０５が一体的に成形されている。

次に、電磁式燃料噴射弁１００の動作について説明する。

コイル４０２に通電されていない状態では、プランジャロッド１０２を閉弁方向に付勢する第１ばね部材の付勢力により、弁体３０３が弁座３０１ｂに当接して閉弁している。この状態を閉弁静止状態という。このとき、可動鉄心４０４は第２ばね部材４０７によって開弁方向に付勢され、凹部４０４ｃの底面がプランジャロッド拡径部１０２ａと当接している。可動鉄心４０４は開弁方向への変位がプランジャロッド拡径部１０２ａによって規制され、上端面４０４ａと固定鉄心下端面４０１ａとの間には、弁体３０３のストロークに対応するギャップｇが生じている。

コイル４０２に通電されると、固定鉄心４０１、コイル４０２及び外周ヨーク４０３によって構成された電磁石により起磁力が発生する。この起磁力により、コイル４０２を囲むように構成された固定鉄心４０１、筒状部材３０４、径方向ヨーク部材４０９、外周ヨーク４０３、筒状部材３０４及び可動鉄心４０４によって構成される磁路を周回する磁束が流れる。このとき、可動鉄心上端面４０４ａと固定鉄心下端面４０１ａとの間に磁気吸引力が作用し、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に向けて引き付けられる。プランジャロッド１０２は可動鉄心４０４によって引き上げられ、弁体３０３の弁部３０１ａが弁座３０１ｂから離れる。これにより、弁体３０３と弁座３０１ｂとの間の燃料通路が開く。

可動鉄心上端面４０４ａが固定鉄心下端面４０１ａと当接すると、可動鉄心上端面４０４ａは固定鉄心下端面４０１ａに吸着された状態となって動きを止めるが、プランジャロッド１０２は開弁方向への移動を続ける。やがて、プランジャロッド１０２は第１ばね部材４０５の付勢力により開弁方向への移動を続けることができなくなり、第１ばね部材４０５により閉弁方向に押し戻される。閉弁方向に押し戻されたプランジャロッド１０２はプランジャロッド拡径部１０２ａの下端面が可動鉄心凹部４０４ｃの底面に当接して静止状態となる。この状態を開弁静止状態という。また、通電を開始して閉弁静止状態から開弁静止状態に至るまでの期間を開弁動作期間という。

開弁静止状態でコイル４０２への通電を遮断すると、可動鉄心上端面４０４ａと固定鉄心下端面４０１ａとの間に作用している磁気吸引力が小さくなる。この磁気吸引力と第２ばね部材４０７の付勢力との合力よりも第１ばね４０５の付勢力が大きくなると、プランジャロッド１０２及び可動鉄心４０４は閉弁方向に移動を始める。弁体３０３の弁部３０３ａが弁座３０１ｂに当接すると、プランジャロッド１０２は閉弁方向への移動を止める。この後も可動鉄心４０４は閉弁方向への移動を継続するが、やがて第２ばね部材４０７の付勢力により閉弁方向への移動を続けることができなくなる。この後、可動鉄心４０４は第２ばね部材４０７により開弁方向に押し戻され、可動鉄心凹部４０４ｃの底面がプランジャロッド拡径部１０２ａの下端面に当接して静止状態（閉弁静止状態）となる。この閉弁静止状態では、弁体３０３と弁座３０１ｂとの間の燃料通路が閉じられている。

本実施例では、プランジャロッド１０２と可動鉄心４０４とが相対変位可能な電磁式燃料噴射弁について説明したが、プランジャロッド１０２と可動鉄心４０４とが固定された構造であってもよい。或いは、プランジャロッド１０２と可動鉄心４０４とが他の相対変位可能な構造であってもよい。また、固定鉄心４０１、コイル４０２及び外周ヨーク４０３によって構成した電磁石も、本実施例と異なる構成にしても構わない。

次に、図３乃至図６を用いて、本実施例に特有な作用効果について説明する。

図３は、本発明を実施していない電磁式燃料噴射弁について、駆動信号である噴射パルスのパルス幅と燃料噴射量との関係（噴射量特性）を示す図である。図４は、本発明を実施していない電磁式燃料噴射弁について、噴射パルス信号と弁体変位（弁体挙動）との関係を示す図である。図５は、固定コアに生じる応力波により可動鉄心に開弁バウンスが生じる現象を説明する説明図（模式図）である。図６は、本発明により開弁バウンスが抑制される理由を説明する説明図（模式図）である。

図３において、噴射パルスのパルス幅が比較的長い領域（Ｃ点の前後の領域）では、パルス幅の変化に対して燃料噴射量が直線的に変化する。このときの弁体３０３は、概ね図４のＣのような変位（挙動）を示す。Ｃの挙動では、弁体３０３はＦＬまで変位し、フルリフトの状態を維持する。このときの噴射パルスは、図４に示すように、その終了タイミングが弁体３０３の開弁バウンスが終了した後になるため、弁体３０３の閉弁動作が開弁動作の影響を受けることがない。また、パルス幅が比較的長いこの領域においても、弁体３０３の開弁バウンスは発生するが、噴射期間中に噴射される燃料量が多く、開弁バウンス６０１の影響を無視することができる。従って、燃料を多量に噴射する領域では、噴射量特性の線形性がよくなり、燃料噴射量を高精度に制御することが容易である。

図３のＡ点では、弁体３０３及び可動鉄心４０４（以下、可動子という）は図４に示すＡのような挙動を示す。これは、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に衝突して跳ね返り、可動子が開弁バウンスによる下降中に噴射パルスがＯＦＦされた場合である。この場合、可動子の閉弁動作が速くなり、燃料噴射量は噴射パルス幅に対して期待される量よりも少なくなる。

図３のＢ点では、可動子は図４に示すＢのような挙動を示す。これは、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に衝突して跳ね返った後、可動子が磁気吸引力により再び開弁方向に動作している期間中に噴射パルスがＯＦＦされた場合である。この場合、可動子の閉弁方向への動作が遅れ、燃料噴射量は噴射パルス幅に対して期待される量よりも多くなる。

可動子の可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に衝突する際には、図５に示すような現象が起こる。

図５の（ａ）では、噴射パルスがＯＮに成り、磁路（磁気回路）Ｃφに磁束が生じる。このとき、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に吸引されて、開弁方向に移動を始める。本実施例では、第２ばね部材４０７の力も可動子の開弁方向への移動を助けるように作用する。可動鉄心４０４とプランジャニードル１０２或いは弁体３０３を固定して第２ばね部材４０７を設けない形態では、第２ばね部材４０７の力がないものとして考えればよい。

図５の（ｂ）では、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に衝突し、固定鉄心４０１の内部に応力波ＳＷａが発生した状態を示している。この応力波ＳＷａは、固定鉄心４０１内を反対側の端部（端面）に向かって移動し、反対側端部で反射する。

図５の（ｃ）では、固定鉄心４０１の反対側端部で反射した応力波ＳＷａが可動鉄心４０４にＳＷｂとして伝達されることにより、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１から離れて閉弁方向に変位（開弁バウンス）する状態を示している。

図５では、可動鉄心４０４とプランジャニードル１０２とが相対変位を起こさず、一体となって移動する場合を示している。

本実施例では、固定鉄心４０１の上端面４０１ｃ側に、可動部材１と第３ばね部材２とによって構成される振動機構４が設けられている。図６の（ａ）に示すように、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に衝突するまでは、可動部材１は第３ばね部材２の付勢力により、固定鉄心４０１に当接している。

図６の（ｂ）に示すように、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に衝突すると、固定鉄心４０１の内部に衝突による応力波ＳＷａが発生する。可動部材１が固定鉄心４０１に当接していることにより、固定鉄心４０１内を移動した応力波ＳＷａは可動部材１に伝達される（ＳＷｃ）。

これにより、図６（ｃ）に示すように、可動部材１は第３ばね部材２の付勢力に抗して固定鉄心４０１から離れるように跳躍する。

固定鉄心４０１から跳躍した可動部材１は、固定鉄心４０１から離れる方向に移動する間、及びその後で固定鉄心４０１に近づく方向に移動する間、その運動エネルギが振動機構収容部３内に満たされた燃料によって、減衰される。特に筒状部材３０４の内周面と可動部材１との間に入り込んだ燃料の粘性によって、可動部材１の運動は著しく減衰される。その結果、可動部材１が固定鉄心４０１に再び当接する際、固定鉄心４０１内に応力波が発生するのを低減することができる。

可動部材１はその質量が可動鉄心４０４及びプランジャロッド１０２で構成される可動子の質量と等しくなるように構成するのが望ましい。このとき、可動部材１の質量と可動子の質量とが実質的に等しくなるように構成すればよい。これにより、理想的には、応力波ＳＷａのもつエネルギの全量を可動部材１で受け止めることができ、可動鉄心４０４側に向けて反射される応力波を無くすことができる。

本実施例では、可動鉄心４０４が固定鉄心４０１に衝突することにより、固定鉄心４０１内に生じた応力波が可動鉄心４０４に伝達されないか、伝達される量を低減することができるので、可動鉄心４０４及びプランジャニードル１０２からなる可動子の開弁バウンスを生じなくする、或いは低減することができる。

可動部材１の質量が可動子の質量と実質的に等しいとは、両者の質量が応力波の伝達による可動子の開弁バウンスが生じなくなる大きさに設定されることを意味する。

図７を用いて、本発明に係る第二実施例の電磁式燃料噴射弁について説明する。図７は、第二実施例について、電磁式燃料噴射弁の構造を示す断面図であり、中心軸線１００ａに平行な切断面を示す縦断面図である。

以下、第一実施例と相違する部分について、重点的に説明する。

本実施例では、固定鉄心４０１に段差面４０１ｇが形成され、段差面４０１ｇから燃料供給口２０１ａ側に外径が小径となる筒状部４０１ｅが形成されている。筒状部４０１ｅの外径は、固定鉄心４０１における磁気回路を構成する部分（コイル４０２の内側の部分）の外径よりも小さい。筒状部４０１ｅの端部には、燃料パイプ２０１が接続される。燃料パイプ２０１は第一実施例に対して中心軸線１ａに沿う方向の長さが短くなっている。

また、固定鉄心４０１にはフランジ部４０１ｃが形成されており、このフランジ部４０１ｃにより固定鉄心４０１が外周ヨーク４０３に接続されている。筒状部材３０４はフランジ部４０１ｃの下端面までしか設けられていない。このため、固定鉄心４０１は筒状部材３０４を介することなく外周ヨーク４０３に接続される。

本実施例では、振動機構収容部（振動機構収容室）３が固定鉄心４０１に形成された筒状部４０１ｅの外側（外周側）に構成され、振動機構４も筒状部４０１ｅの外側（外周側）に構成されている。すなわち、可動部材及び第３ばね部材２は燃料通路１０１ａの外側に配置されている。また、振動機構収容部３は段差面４０１ｇと筒状部４０１ｅの外周面と円筒状のカバー部材５とによって形成される。

可動部材１は円環状の形状をしており、第３ばね部材２に付勢されることにより、下端面１ａが固定鉄心４０１の段差面４０１ｇに当接している。可動部材１の中央部には、横断面（中心軸線１ａに直交する断面）が円形の貫通孔１ｂが設けてあり、固定鉄心４０１の筒状部４０１ｅが貫通孔１ｂを挿通するようにして筒状部４０１ｅに可動部材１を組み付けている。可動部材１はその質量が可動鉄心４０４及びプランジャロッド１０２で構成される可動子の質量と等しくなるように構成するのが望ましい。また、可動部材１は筒状部材３０４の内周面によって案内されて中心軸線１ａに沿う方向に移動可能に設けられている。

第３ばね部材２は、第１ばね部材４０５及び第２ばね部材４０７と同様に、コイルばね（圧縮ばね）で構成している。第３ばね部材２の一方の端部は可動部材１の上端面１ｃに当接しており、他方の端部はカバー部材５の内壁面５ａに当接している。第３ばね部材２は可動部材１の上端面１ｃとカバー部材５の内壁面５ａとの間に圧縮された状態で挟設されている。

本実施例のように、固定鉄心４０１の筒状部４０１ｅの開放側端部（上端部）に燃料パイプ２０１を接合する構成により、筒状部４０１ｅの外周側に振動機構収容部３を形成することができるとともに、振動機構４の組付けを可能にしている。

本実施例では、振動機構収容部３に燃料通路１０１ａ内に配置されていないため、燃料の粘性による可動部材１の振動の減衰効果を得ることができない。このため、振動機構収容部３を密閉し、振動の減衰効果が得られる液体を封入すると良い。或いは、振動機構収容部３を密閉した上で、筒状部４０１ｅに燃料通路１０１ａと振動機構収容部３とを連通する連通孔を設け、燃料が振動機構収容部３内に満たされるようにしてもよい。

本実施例では、燃料配管への取り付けのため、燃料パイプ２０１に拡径部２０１ｂを設けている。拡径部２０１ｂが不要な構成では、燃料供給口２０１ａの部分を除いて燃料パイプ２０１の外径を上端部から下端部まで均一にすることができる。可動部材１の内径を燃料供給口２０１ａの部分が挿通可能な大きさにすることにより、燃料パイプ２０１と固定鉄心４０１の筒状部４０１ｅとを二つの部材に分ける必要がなくなり、燃料パイプ２０１と筒状部４０１ｅとを一つの部材で構成することができる。この場合、可動部材１の外径が大きくなるが、周囲にモールドされる樹脂の厚さを薄くすることで燃料噴射弁１００が大きくなるのを防ぐことができる。

第一実施例及び第二実施例において、可動部材１は非磁性材料で形成するとよい。これにより、可動部材１が磁気的に固定鉄心４０１に吸着することを防ぎ、応力波の減衰を確実に行うことができる。

第一実施例及び第二実施例では、可動部材１の下端面１ａが固定鉄心４０１の上端面４０１ｃ（第一実施例）又は段差面４０１ｇ（第二実施例）と直接当接する構成である。これに対して、固定鉄心４０１の上端面４０１ｃ（第一実施例）又は段差面４０１ｇ（第二実施例）と可動部材１の下端面１ａとの間に第三の部材を介在させて、可動部材１と固定鉄心４０１とが間接的に当接するように構成してもよい。すなわち、応力波が伝達されるように、可動部材１と固定鉄心４０１とが連結されていればよい。

本実施例における燃料パイプ２０１に拡径部２０１ｂを設ける構成は、第一実施例で採用してもよい。

また、第一実施例及び第二実施例において、可動部材１の外周面の面粗さを荒くして振動の減衰効果を高めるようにすることも可能である。この場合、第二実施例においては、可動部材の内周面の面粗さを荒くしてもよい。

可動部材１の振動減衰効果を高めるために、可動部材１の下端面１ａ又は上端面１ｃのいずれか一方、或いは下端面１ａ及び上端面１ｃの両方に環状の凹部を形成し、減衰効果を高めることもできる。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…可動部材、２…第３ばね部材、３…振動機構収容部、４…振動機構、５…カバー部材、１０２…プランジャニードル、２０１…燃料パイプ、３０４…筒状部材、４０１…固定鉄心、４０２…電磁コイル、４０３…外周ヨーク、４０４…可動鉄心、４０５…第１ばね部材、４０６…ばね力調整部材、４０７…第２ばね部材。

Claims (6)

1. 一端部に弁体を有し開閉弁方向に駆動される可動子と、前記弁体が開閉弁方向に駆動されることにより離接する弁座と、前記可動子を駆動する電磁駆動部とを備え、前記電磁駆動部が前記可動子との間に磁気吸引力を作用させる固定鉄心を有し、開弁時に前記可動子が前記固定鉄心に当接するように構成された電磁式燃料噴射弁において、
   前記可動子とは異なる第２の可動部材と前記第２の可動部材を前記固定鉄心に向けて付勢する弾性部材とを備え、
   前記第２の可動部材は、開閉弁方向において、前記固定鉄心に対して前記可動子とは反対側に配置され、
   前記第２の可動部材は、前記弾性部材の付勢力により、前記固定鉄心に対して連結されるとともに、前記固定鉄心から離れる方向に移動可能に構成されることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁において、
   前記第２の可動部材は開閉弁方向に移動可能に構成されていることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の電磁式燃料噴射弁において、
   前記第２の可動部材は非磁性材料で形成されたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
4. 請求項３に記載の電磁式燃料噴射弁において、
   前記第２の可動部材は、前記可動子が前記固定鉄心に衝突した際に生じる応力波が前記固定鉄心から伝達可能なように前記固定鉄心に対して連結されていることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
5. 請求項４に記載の電磁式燃料噴射弁において、
   前記第２の可動部材の質量は、前記可動子の質量と実質的に等しいことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
6. 請求項４に記載の電磁式燃料噴射弁において、
   前記第２の可動部材は、前記応力波が前記固定鉄心の内部を移動して前記第２の可動部材に伝達されることにより、前記固定鉄心から離れる方向に移動するように構成され、
   前記第２の可動部材の質量は、前記応力波が前記第２の可動部材に伝達されることにより前記応力波が低減する重さに設定されたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。

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