JP6765346B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００８−２１５３６２号公報（特許文献１）に記載された燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁は、磁性筒体を金属パイプ等によって一体の形成し、その途中部位には、弁体収容部とコア部材挿嵌部とを磁気的に遮断する薄肉部を設けている（要約参照）。これにより、電磁コイルの作動時には、その磁界が磁性筒体によって短絡されるのを防止でき、磁界を弁体の吸着部とコア筒との間に安定的に導くことができる（要約参照）。

特開２００８−２１５３６２号公報

特許文献１の燃料噴射弁では、磁性筒体（筒状体）の弁体収容部とコア部材（固定鉄心）挿嵌部とを磁気的に遮断する薄肉部を設けることで、磁界を弁体の吸着部（可動鉄心）とコア筒（固定鉄心）との間に安定的に導くことができ、可動鉄心と固定鉄心との間に作用する磁気吸引力を向上することができる。しかしながら、筒状体には固定鉄心や弁座が形成された弁座部材等が圧入される場合があり、筒状体にはある程度の強度が要求される。このため、薄肉部の厚さ（肉厚）寸法を小さくして薄肉化することには筒状体の強度を確保する上で限界がある。特に特許文献１の燃料噴射弁では、薄肉部の形状についての配慮が十分ではなく、薄肉部の厚さ寸法をあまり小さくすることができなかった。その結果、筒状体を通る漏れ磁束の低減効果に限界があり、可動鉄心の磁気吸引力を増加させることに限界があった。

本発明の目的は、筒状体の薄肉部の厚さ寸法を小さくすることができ、可動鉄心の磁気吸引力を向上することができる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、
協働して燃料通路を開閉する弁座及び弁体と、
相互間に電磁力を働かせて前記弁体を駆動する可動鉄心及び固定鉄心と、
前記可動鉄心及び前記固定鉄心を内包する筒状体と、を備え、
前記筒状体は、前記可動鉄心と前記固定鉄心とが対向する対向部の外周側に、前記対向部に対向する当該筒状体の部位を挟んで燃料噴射弁の中心軸線に沿う方向に離間して配置され、肉厚の薄い第一薄肉部及び第二薄肉部を周方向に形成する第一環状凹部及び第二環状凹部を有し、
前記第一薄肉部は、前記中心軸線に平行で且つ前記中心軸線を含む断面において、前記中心軸線に沿う方向の両端部に、前記第一環状凹部の側縁と底部とを曲線で接続する第一曲線部を有し、
前記第二薄肉部は、前記中心軸線に平行で且つ前記中心軸線を含む断面において、前記中心軸線に沿う方向の両端部に、前記第二環状凹部の側縁と底部とを曲線で接続する第二曲線部を有し、
前記第一曲線部は、前記中心軸線に沿う方向において、前記第一環状凹部の前記側縁から前記第一環状凹部の深さ寸法よりも大きな寸法範囲に亘って設けられ、
前記第二曲線部は、前記中心軸線に沿う方向において、前記第二環状凹部の前記側縁から前記第二環状凹部の深さ寸法よりも大きな寸法範囲に亘って設けられ、
前記第一薄肉部と前記第二薄肉部との間に形成された厚肉部の内周面に対向する前記可動鉄心の外周面及び前記固定鉄心の外周面のうち、少なくともいずれか一方に、前記厚肉部の内周面との隙間を拡大する隙間拡大部が形成される。

本発明によれば、筒状体の薄肉部の厚さ寸法を小さくすることができ、可動鉄心に作用する磁気吸引力を高めることができる。これにより、弁体を付勢するばね部材のセット荷重を大きくすることができ、燃料噴射弁の最小燃料噴射量を小さくすることができる。

本発明に係る燃料噴射弁の一実施例について、弁軸心（中心軸線）に沿う断面を示す断面図である。 図１に示す可動子２７の近傍を拡大して示す断面図である。 図２に示すノズル部８の近傍を拡大して示す断面図である。 本発明に係る薄肉部５ｉの一実施例の構成を示す断面図であり、薄肉部５ｉの近傍を拡大して示す断面図である。 図４の薄肉部５ｉとその比較例の薄肉部５ｉ’とについて、作用効果の差異を説明する断面図である。 図４の薄肉部５ｉとその比較例の薄肉部５ｉ’とについて、弁体変位（弁体リフト）の差異を説明する図である。 本発明に係る薄肉部５ｉの変更例（第一変更例）の構成を示す断面図であり、薄肉部５ｉの近傍を拡大して示す断面図である。 本発明に係る薄肉部５ｉの変更例（第二変更例）の構成を示す断面図であり、薄肉部５ｉの近傍を拡大して示す断面図である。 燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。

本発明に係る実施例について、図１乃至図３を用いて説明する。

図１を参照して、燃料噴射弁１の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る燃料噴射弁の一実施例について、弁軸心（中心軸線）に沿う断面を示す断面図である。なお、中心軸線１ｘは、弁体２７ｃ、ロッド部（接続部）２７ｂ及び可動鉄心２７ａが一体に設けられた可動子２７の軸心（弁軸心）２７ｘに一致し、筒状体５及び弁座部材１５の中心軸線に一致している。

図１において、燃料噴射弁１の上端部（上端側）を基端部（基端側）と呼び、下端部（下端側）を先端部（先端側）と呼ぶ場合がある。基端部（基端側）及び先端部（先端側）という呼び方は、燃料の流れ方向或いは燃料配管に対する燃料噴射弁１の取り付け構造に基づいている。また、本明細書において説明される上下関係は図１を基準とするもので、燃料噴射弁１を内燃機関に搭載した実装状態における上下方向とは関係がない。

燃料噴射弁１には、金属材製の筒状体（筒状部材）５によって、その内側に燃料流路（燃料通路）３がほぼ中心軸線１ｘに沿うように構成されている。筒状体５は、磁性を有するステンレス等の金属素材を用い、深絞り加工等のプレス加工により中心軸線１ｘに沿う方向に段付きの形状に形成されている。これにより、筒状体５は、一端側５ａの径が他端側５ｂの径に対して大きくなっている。

筒状体５の基端部には燃料供給口２が設けられ、この燃料供給口２に、燃料に混入した異物を取り除くための燃料フィルタ１３が取り付けられている。

筒状体５の基端部は径方向外側に向けて拡径するように曲げられた鍔部（拡径部）５ｄが形成され、鍔部５ｄとカバー４７の基端側端部４７ａとで形成される環状凹部（環状溝部）４にＯリング１１が配設されている。

筒状体５の先端部には、弁体２７ｃと弁座部材１５とからなる弁部７が構成されている。弁座部材１５は、筒状体５の先端側内側に挿入され、レーザ溶接１９により筒状体５に固定されている。レーザ溶接１９は、筒状体５の外周側から全周に亘って実施されている。この場合、弁座部材１５を筒状体５の先端側内側に圧入した上で、弁座部材１５をレーザ溶接により筒状体５に固定してもよい。

弁座部材１５にはノズルプレート２１ｎが固定され、弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎはノズル部８を構成する。弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎは、弁座部材１５が筒状体５の内周面に挿入されて固定されることにより、筒状体５の先端側に組み付けられている。

本実施例の筒状体５は、燃料供給口２が設けられる部分から弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎが固定される部分までが一部材で構成されている。筒状体５の先端側部分はノズル部８を保持するノズルホルダを構成する。本実施例では、ノズルホルダが筒状体５の基端側部分と共に一部材で構成されている。

筒状体５の中間部には弁体２７ｃを駆動するための駆動部９が配置されている。駆動部９は電磁アクチュエータ（電磁駆動部）で構成されている。

具体的には、駆動部９は、筒状体５の内部（内周側）に固定された固定鉄心（固定コア）２５と、筒状体５の内部において固定鉄心２５に対して先端側に配置された可動子（可動部材）２７と、筒状体５の外周側に外挿された電磁コイル２９と、電磁コイル２９の外周側で電磁コイル２９を覆うヨーク３３と、を備える。可動子２７は基端側に固定鉄心２５と対向する可動鉄心（可動コア）２７ａを有し、中心軸線１ｘに沿う方向に移動可能に組み付けられている。また電磁コイル２９は、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとが微小ギャップδ１を介して対向する位置の外周側（径方向外側）に配置されている。これにより、可動鉄心２７ａ及び固定鉄心２５は、相互間に電磁力を働かせて弁体２７ｃを駆動する。

筒状体５の内側には可動子２７及び固定鉄心２５が収容されており、筒状体５は固定鉄心２５と当接すると共に、可動鉄心２７ａの外周面と対向して可動鉄心２７ａ及び固定鉄心２５を囲繞するハウジングを構成している。すなわち筒状体５は、可動鉄心２７ａ及び固定鉄心２５を内包している。

可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とヨーク３３とは、電磁コイル２９に通電することにより生じる磁束が流れる閉磁路を構成する。磁束は微小ギャップδ１を通過するが、微小ギャップδ１の部分で筒状体５を流れる漏れ磁束を低減するため、筒状体５の微小ギャップδ１に対応する位置に、非磁性部或いは筒状体５の他の部分よりも弱磁性の弱磁性部５ｃが設けられている。以下、この非磁性部或いは弱磁性部５ｃは、単に非磁性部５ｃと呼んで説明する。

本実施例では、非磁性部５ｃは、筒状体５の外周面に形成した環状凹部５ｈにより構成される。環状凹部５ｈは非磁性部５ｃに相当する部分を薄肉化して薄肉部５ｉを構成する。すなわち環状凹部５ｈは、可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とが対向する対向部の外周部に位置する筒状体５の部位に、肉厚の薄い薄肉部５ｉを周方向に形成する。薄肉部５ｉは筒状体５の他の部分よりも肉厚（厚さ寸法）が薄くなっており、ここを通る磁束の磁気抵抗を増大させ、磁束を流れ難くしている。薄肉部５ｉについては後で詳細に説明する。

電磁コイル２９は、樹脂材料で筒状に形成されたボビン３１に巻回され、筒状体５の外周側に外挿されている。電磁コイル２９はコネクタ４１に設けられたターミナル４３に電気的に接続されている。コネクタ４１には図示しない外部の駆動回路が接続され、ターミナル４３を介して、電磁コイル２９に駆動電流が通電される。

固定鉄心２５は、磁性金属材料からなる。固定鉄心２５は筒状に形成され、中心部を中心軸線１ｘに沿う方向に貫通する貫通孔２５ａを有する。貫通孔２５ａは、可動鉄心２７ａの上流側の燃料通路（上流側燃料通路）３を構成する。固定鉄心２５は、筒状体５の小径部５ｂの基端側に圧入固定され、筒状体５の中間部に位置している。小径部５ｂの基端側に大径部５ａが設けられていることにより、固定鉄心２５の組付けが容易になる。固定鉄心２５は溶接により筒状体５に固定してもよいし、溶接と圧入を併用して筒状体５に固定してもよい。

可動子２７は、可動鉄心２７ａとロッド部（接続部）２７ｂと弁体２７ｃとで構成される。可動鉄心２７ａは円環状の部材である。弁体２７ｃは弁座１５ｂ（図３参照）と当接する部材である。弁座１５ｂ及び弁体２７ｃは協働して燃料通路を開閉する。ロッド部２７ｂは細長い円筒形状であり、可動鉄心２７ａと弁体２７ｃとを接続する接続部である。可動鉄心２７ａは、弁体２７ｃと連結され、固定鉄心２５との間に作用する磁気吸引力によって、弁体２７ｃを開閉弁方向に駆動するための部材である。

本実施例では、可動鉄心２７ａとロッド部２７ｂとが固定されているが、可動鉄心２７ａとロッド部２７ｂとが相対変位可能に連結された構成であってもよい。

本実施例では、ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとを別部材で構成し、ロッド部２７ｂに弁体２７ｃを固定している。ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとの固定は、圧入又は溶接により行われる。ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとは一つの部材で一体化されて構成されてもよい。

ロッド部２７ｂは円筒形状であり、ロッド部２７ｂの上端が可動鉄心２７ａの下端部に開口し軸方向に延設された孔２７ｂａを有する。ロッド部２７ｂには内側（内周側）と外側（外周側）とを連通する連通孔（開口部）２７ｂｏが形成されている。ロッド部２７ｂの外周面と筒状体５の内周面との間には燃料室３７が形成されている。

固定鉄心２５の貫通孔２５ａにはばね部材３９が設けられている。本実施例では、ばね部材３９はコイルばねで構成される。以下、コイルばね３９と呼んで説明する。

コイルばね３９の一端は、可動鉄心２７ａの内側に設けられたばね座２７ａｇに当接している。コイルばね３９の他端部は、固定鉄心２５の貫通孔２５ａの内側に配設されたアジャスタ（調整子）３５に当接している。コイルばね３９は、可動鉄心２７ａに設けられたばね座２７ａｇとアジャスタ（調整子）３５の下端（先端側端面）との間に、圧縮状態で配設されている。

コイルばね３９は、弁体２７ｃが弁座１５ｂに当接する方向（閉弁方向）に可動子２７を付勢する付勢部材として機能している。中心軸線１ｘに沿う方向におけるアジャスタ３５の位置を貫通孔２５ａ内で調整することにより、コイルばね３９による可動子２７（すなわち弁体２７ｃ）の付勢力が調整される。

アジャスタ３５は、中心部を中心軸線１ｘに沿う方向に貫通する燃料流路３を有する。燃料供給口２から供給された燃料は、アジャスタ３５の燃料流路３を流れた後、固定鉄心２５の貫通孔２５ａの先端側部分の燃料流路３に流れ、可動子２７内に構成された燃料流路３に流れる。

ヨーク３３は、磁性を有する金属材料でできており、燃料噴射弁１のハウジングを兼ねている。ヨーク３３は大径部３３ａと小径部３３ｂとを有する段付きの筒状に形成されている。大径部３３ａは電磁コイル２９の外周を覆って円筒形状を成しており、大径部３３ａの先端側に大径部３３ａよりも小径の小径部３３ｂが形成されている。小径部３３ｂは筒状体５の小径部５ｂの外周に圧入又は挿入されている。これにより、小径部３３ｂの内周面は筒状体５の外周面に緊密に接触している。このとき、小径部３３ｂの内周面の少なくとも一部は、可動鉄心２７ａの外周面と筒状体５を介して対向しており、この対向部分に形成される磁路の磁気抵抗を小さくしている。

ヨーク３３の先端側端部の外周面には周方向に沿って環状凹部３３ｃが形成されている。環状凹部３３ｃの底面に形成された薄肉部において、ヨーク３３と筒状体５とがレーザ溶接２４により全周に亘って接合されている。

筒状体５の先端部にはフランジ部４９ａを有する円筒状のプロテクタ４９が外挿され、筒状体５の先端部がプロテクタ４９によって保護されている。プロテクタ４９はヨーク３３のレーザ溶接部２４の上を覆っている。

プロテクタ４９のフランジ部４９ａと、ヨーク３３の小径部３３ｂと、ヨーク３３の大径部３３ａと小径部３３ｂとの段差面とによって環状溝３４が形成され、環状溝３４にＯリング４６が外挿されている。Ｏリング４６は、燃料噴射弁１が内燃機関に取り付けられる際に、内燃機関側に形成された挿入口の内周面とヨーク３３における小径部３３ｂの外周面との間で液密及び気密を確保するシールとして機能する。

燃料噴射弁１の中間部から基端側端部の近傍までの範囲に、樹脂カバー４７がモールドされている。樹脂カバー４７の先端側端部はヨーク３３の大径部３３ａの基端側の一部を被覆している。また、樹脂カバー４７を形成する樹脂によりコネクタ４１が一体的に形成されている。

図２を参照して、可動子２７近傍の構成について、詳細に説明する。図２は、図１に示す可動子２７の近傍を拡大して示す断面図である。

本実施例では、可動鉄心２７ａとロッド部２７ｂとが一部材で一体に形成されている。可動鉄心２７ａの上端面（上端部）２７ａｂの中央部には、下端側に向けて窪んだ凹部２７ａａが形成されている。凹部２７ａａの底部２７ａｇにはばね座が形成され、コイルばね３９の一端（先端側端部）が底部２７ａｇに支持されている。さらに、凹部２７ａａの底部２７ａｇには、ロッド部２７ｂの孔２７ｂａの内側に連通する開口部２７ａｆが形成されている。開口部２７ａｆは、固定鉄心２５の貫通孔２５ａから凹部２７ａａ内の空間２７ａｉに流入した燃料を、ロッド部２７ｂの孔２７ｂａの内側の空間２７ｂｉに流す燃料通路を構成する。

本実施例では、ロッド部２７ｂと可動鉄心２７ａとを一部材で構成しているが、別々の部材で構成したものを一体に組み付けてもよい。

可動鉄心２７ａの上端面（基端側端面）２７ａｂは、固定鉄心２５側に位置する端面であり、固定鉄心２５の下端面（先端側端面）２５ｂと対向する。上端面２７ａｂに対して反対側の可動鉄心２７ａの端面は、燃料噴射弁１の先端側（ノズル側）に位置する端面であり、以下、下端面（下端部）２７ａｋと呼ぶ。

可動鉄心２７ａの上端面２７ａｂと固定鉄心２５の下端面２５ｂとは、相互に磁気吸引力が作用する磁気吸引面を構成する。

本実施例では、可動鉄心２７ａの外周面２７ａｃに、筒状体５の内周面５ｅに摺動する摺動部が構成される。この摺動部として、外周面２７ａｃには径方向外方に向かって突出する凸部２７ａｌが設けられる。内周面５ｅは、可動鉄心２７ａの凸部２７ａｌが摺接する上流側ガイド部５０Ｂを構成する。

一方、弁座部材１５には、弁体２７ｃの球面２７ｃｂが摺接するガイド面１５ｃ（図３参照）が構成され、ガイド面１５ｃが球面２７ｃｂをガイドするガイド部は下流側ガイド部５０Ａを構成する。これにより、可動子２７は上流側ガイド部５０Ｂと下流側ガイド部５０Ａとの二点で案内されて、中心軸線１ｘに沿う方向（開閉弁方向）に往復動作する。

ロッド部２７ｂには、内側（孔２７ｂａ）と外側（燃料室３７）とを連通する開口部（連通孔）２７ｂｏが形成されている。連通孔２７ｂｏは、ロッド部２７ｂの内側と外側とを連通する燃料通路を構成する。これにより、固定鉄心２５の貫通孔２５ａ内の燃料は、孔２７ｂａ及び連通孔２７ｂｏを通じて燃料室３７に流れる。

次に、図３を参照して、ノズル部８の構成ついて、詳細に説明する。図３は、図２に示すノズル部８の近傍を拡大して示す断面図である。

弁座部材１５には、中心軸線１ｘに沿う方向に貫通する貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅが形成されている。この貫通孔の途中には下流側に向かって縮径する円錐面（円錐台面）１５ｖが形成されている。円錐面１５ｖ上には弁座１５ｂが構成され、弁体２７ｃが弁座１５ｂに離接することにより、燃料通路の開閉が行われる。なお、弁座１５ｂが形成された円錐面１５ｖを弁座面と呼ぶ場合もある。

弁座１５ｂと弁体２７ｃとの相互に当接する当接部は、閉弁時に燃料をシールするシール部を構成する。

貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅにおける、円錐面１５ｖから上側の孔部分１５ｄ，１５ｃ，１５ｖは、弁体２７ｃを収容する弁体収容孔を構成する。弁体収容孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖの内周面に、弁体２７ｃを中心軸線１ｘに沿う方向に案内するガイド面１５ｃが形成されている。ガイド面１５ｃは可動子２７を案内する二つのガイド面のうち、下流側に位置する下流側ガイド面５０Ａを構成する。

ガイド面１５ｃの上流側には、上流側に向かって拡径する拡径部１５ｄが形成されている。

弁体収容孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖの下端部は燃料導入孔１５ｅに接続され、燃料導入孔１５ｅの下端面が弁座部材１５の先端面１５ｔに開口している。

弁座部材１５の先端面１５ｔには、ノズルプレート２１ｎが取り付けられている。ノズルプレート２１ｎは弁座部材１５にレーザ溶接２３により固定されている。レーザ溶接部２３は、燃料噴射孔５１が形成された噴射孔形成領域を取り囲むようにして、この噴射孔形成領域の周囲を一周している。

また、ノズルプレート２１ｎは板厚が均一な板状部材（平板）で構成されており、中央部に外方に向けて突き出すように突状部２１ｎａが形成されている。突状部２１ｎａは曲面（例えば球状面）で形成されている。突状部２１ｎａの内側には燃料室２１ａが形成されている。この燃料室２１ａは弁座部材１５に形成された燃料導入孔１５ｅに連通しており、燃料導入孔１５ｅを通じて燃料室２１ａに燃料が供給される。

突状部２１ｎａには複数の燃料噴射孔５１が形成されている。燃料噴射孔５１の形態は特に問わない。燃料噴射孔５１の上流側に燃料に旋回力を付与する旋回室を有するものであってもよい。燃料噴射孔の中心軸線５１ａは燃料噴射弁の中心軸線１ｘに対して平行であってもよいし、傾斜していてもよい。また、突状部２１ｎａが無い構成であってもよい。

燃料噴霧の形態を決定する燃料噴射部２１はノズルプレート２１ｎによって構成される。弁座部材１５と燃料噴射部２１とは、燃料噴射を行うためのノズル部８を構成している。弁体２７ｃはノズル部８を構成する構成要素の一部とみなしてもよい。

また本実施例では、弁体２７ｃは、球状を成すボール弁を用いている。このため、弁体２７ｃにおけるガイド面１５ｃと対向する部位には、周方向に間隔を置いて複数の切欠き面２７ｃａが設けられ、この切欠き面２７ｃａによってシート部に燃料を供給する燃料通路が構成されている。弁体２７ｃはボール弁以外の弁体で構成することも可能である。例えば、ニードル弁を用いてもよい。

弁座部材１５は、筒状体５の先端部の内周面５ｇに圧入した後、溶接部１９により筒状体５に溶接して固定する。

次に、図４を参照して、薄肉部５ｉの構成について説明する。図４は、本発明に係る薄肉部５ｉの一実施例の構成を示す断面図であり、薄肉部５ｉの近傍を拡大して示す断面図である。

本実施例では、薄肉部５ｉは、筒状体５の外周面を周方向に一周するように環状凹部（環状溝部）５ｈが形成されることにより、構成される。すなわち環状凹部５ｈは、可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とが対向する対向部（可動鉄心２７ａの基端側端面２７ａｂと固定鉄心２５の先端側端面２５ｂとが対向する部分）の外周部に位置する筒状体５の部位に、肉厚の薄い薄肉部５ｉを周方向に形成する。

環状凹部５ｈは、中心軸線１ｘに平行で且つ中心軸線１ｘを含む断面形状（以下、単に断面形状と呼ぶ）の全体が曲線を成す曲線部５ｘにより形成されている。特に本実施例では、この曲線部５ｘを楕円の周を成す弧（周の一部分）の形状に形成している。これにより、環状凹部５ｈの断面形状には、例えば直線部と直線部とが交わるような屈曲した形状部分が存在しない。薄肉部５ｉは、環状凹部５ｈの上端側の側縁（基端側端部）５ｈ１から下端側の側縁（先端側端部）５ｈ２までの全体に形成され、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとが対向する部位の近傍に、肉厚が最も小さくなる最薄肉部５ｉ０が形成されている。最薄肉部５ｉ０において環状凹部５ｈは最も深くなる。最薄肉部５ｉ０に対応する環状凹部５ｈの最深部５ｈ０を環状凹部５ｈの底部とみなす。

本実施例では、最薄肉部５ｉ０は環状凹部５ｈの幅方向（中心軸線１ｘに沿う方向）における中心（中央）に位置する。中心軸線１ｘに沿う方向における側縁５ｈ１と最薄肉部５ｉ０との間の長さ寸法ｌは環状凹部５ｈの深さ寸法ｄよりも大きい。中心軸線１ｘに沿う方向における側縁５ｈ２と最薄肉部（環状凹部５ｈの底部）５ｉ０との間の長さ寸法ｌは環状凹部５ｈの深さ寸法ｄよりも大きい。すなわち、５ｈ１と５ｉ０との間に設けられる曲線部は、中心軸線１ｘに沿う方向において、側縁５ｈ１から、環状凹部５ｈの溝深さ寸法ｄよりも大きな寸法範囲ｌに亘って設けられている。また、５ｈ２と５ｉ０との間に設けられる曲線部は、中心軸線１ｘに沿う方向において、側縁５ｈ２から、環状凹部５ｈの溝深さ寸法ｄよりも大きな寸法範囲ｌに亘って設けられている。

筒状体５には基端側から固定鉄心２５が、また先端側から弁座部材１５がそれぞれ圧入される。このため、筒状体５は圧入により発生する圧縮応力に耐える強度を有する必要がある。特に、環状凹部５ｈが形成された薄肉部５ｉは強度が小さくなる部位であり、薄肉部５ｉは圧入による圧縮応力に耐える強度を有する必要がある。

本実施例では、環状凹部５ｈの上端及び下端と最薄肉部５ｉ０との間の溝面（薄肉部５ｉの表面）が外周側から見て凹状（凹面）となる滑らかな曲面状５ｘに形成されている。すなわち、環状凹部５ｈの上端と下端との間の溝面（薄肉部５ｉの表面）が外周側から見て凹状（凹面）となる滑らかな曲面状に形成されている。これにより、環状凹部５ｈが耐えることのできる最大圧縮荷重を高めることができ、筒状体５の強度を高めることができる。

次に、図５及び図６を参照して、本実施例の薄肉部５ｉの作用効果について説明する。

図５は、図４の薄肉部５ｉとその比較例の薄肉部５ｉ’とについて、作用効果の差異を説明する断面図である。

図５では、本実施例の環状凹部５ｈに対する比較例の環状凹部（環状溝部）５ｈ’を破線で示している。比較例の環状凹部５ｈ’は、上端と下端の間の中央部に底部５ｈ０’を有し、底部５ｈ０’の上端部及び下端部にそれぞれ傾斜部（テーパー部）５ｈ３’が形成されている。これにより、本実施例では、環状凹部５ｈ’の底部５ｈ０’の部分は筒状体５の肉厚（厚さ寸法）が一定となり、底部５ｈ０’の上端部及び下端部から環状凹部５ｈ’の上端５ｈ１及び下端５ｈ２に向かっては肉厚が大きくなる薄肉部５ｉ’が形成される。

比較例の薄肉部５ｉ’では、環状凹部５ｈ’の底部５ｈ０’と傾斜部５ｈ３’とが交わる部位に、外周面が屈曲して肉厚が急激に変化する肉厚急変部５ｈ４’が形成される。肉厚急変部５ｈ４’は耐えることのできる最大圧縮荷重が小さくなり、固定鉄心２５や弁座部材１５の圧入時に、肉厚急変部５ｈ４’が破壊され易くなる。

本実施例では、環状凹部５ｈの断面形状（薄肉部５ｉの外周面）を上端から下端まで曲線形状にしたことにより、薄肉部５ｉの耐えることのできる最大圧縮荷重を大きくすることができる。これにより、筒状体５の強度を向上することができる。このことは、筒状体５の強度を従来と同程度に維持すればよいのであれば、薄肉部５ｉの最小肉厚Ｔ１を比較例の肉厚Ｔ１’よりも小さくできることを意味する。

図６は、図４の薄肉部５ｉとその比較例の薄肉部５ｉ’とについて、弁体変位（弁体リフト）の差異を説明する図である。

本実施例では、薄肉部５ｉの最小肉厚Ｔ１を従来の肉厚Ｔ１’よりも小さくできるため、薄肉部５ｉの磁気抵抗を高め、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとの対向部において筒状体５を通る漏れ磁束を減らすことができる。これにより、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとの間に作用する磁気吸引力を大きくすることができる。磁気吸引力が大きくなると、弁体２７ｃの開弁動作開始タイミングを早めることができると共に開弁速度を速めることができ、開弁動作を素早く行うことができる。

また、磁気吸引力が大きくなると、コイルばね３９のセット荷重（付勢力）を大きくすることができ、弁体２７ｃの閉弁動作開始タイミングを早めることができると共に閉弁速度を速めることができ、閉弁動作を素早く行うことができる。この閉弁動作について説明する。

図６では、パルス幅（オン時間）Ｔｉの噴射パルスにより、燃料噴射を行う場合を示している。噴射パルスがオンして弁体２７ｃが開弁動作を開始するまでに遅れ期間Ａが存在する。これは、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとの間に作用する磁気吸引力がコイルばね３９のセット荷重や燃料圧力よりも大きくなるのに時間がかかるためである。弁体２７ｃは期間Ｂにおいて、閉弁状態から開弁状態に遷移する。噴射パルスのオンから弁体２７ｃが開弁状態に遷移するまでの時間をＴａとする。

なお、本実施例では磁気吸引力を大きくできる分、コイルばね３９のセット荷重を大きくして、磁気吸引力とコイルばね３９のセット荷重とのバランスを比較例と同じ条件にしている。従って、弁体２７ｃが開弁動作を開始するまでの遅れ期間Ａと弁体２７ｃが閉弁状態から開弁状態に遷移する遷移期間Ｂとを含めた開弁時間Ｔａは、本実施例と比較例とで同じになる。

噴射パルスのオン時間Ｔｉが経過して噴射パルスがオフになると、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとの間に作用している磁気吸引力が減少する。この磁気吸引力の減少には時間がかかり、本実施例の場合、弁体２７ｃは遅れ期間Ｃが経過してからコイルばね３９のセット荷重により閉弁動作を開始する。一方、比較例の場合、コイルばね３９のセット荷重が本実施例よりも小さく設定されているため、本実施例の遅れ期間Ｃよりも長い期間が経過してから閉弁動作を開始する。このように本実施例では、閉弁動作の開始遅れ時間を比較例よりも短縮することができる。

また本実施例では、コイルばね３９のセット荷重が比較例よりも大きく設定されているため、弁体２７ｃの閉弁速度も比較例に対して速くなり、比較例よりも短い期間Ｄで開弁状態から閉弁状態に遷移する。このため本実施例では、開弁状態から閉弁状態に遷移する時間を比較例よりも短縮することができる。

上述したように、本実施例では、弁体２７ｃが閉弁動作を開始するまでの遅れ期間Ｃと弁体２７ｃが開弁状態から閉弁状態に遷移する遷移期間Ｄとを含めた閉弁時間Ｔｂを、比較例の閉弁時間Ｔｂ’よりも短くすることができる。

本実施例では、閉弁時間Ｔｂを短縮できるため、制御可能な最小燃料噴射量（ｑｍｉｎ）を小さくすることができ、ｑｍｉｎ性能を向上することができる。発明者らは、本実施例の薄肉部５ｉを採用することにより、筒状体５の強度を比較例と同程度にした状態で薄肉部５ｉの最小厚みを小さくできること、磁気吸引力を比較例よりも大きくできること、ｑｍｉｎ性能を比較例よりも１０％改善できること、をそれぞれシミュレーションにより確認している。

次に、図７及び図８を参照して、薄肉部５ｉの変更例について説明する。

図７は、本発明に係る薄肉部５ｉの変更例（第一変更例）の構成を示す断面図であり、薄肉部５ｉの近傍を拡大して示す断面図である。

本変更例では、環状凹部５ｈは、５ｈ５で示す位置と５ｈ６で示す位置との間の部分が深さ寸法ｄ（一定）となるように形成された溝部５ｈ７で構成されている。環状凹部５ｈの中心軸線１ｘに沿う方向（幅方向）における側縁（上端）５ｈ１と５ｈ５で示す位置との間の部分、及び環状凹部５ｈの幅方向における側縁（下端）５ｈ２と５ｈ６で示す位置との間の部分は、それぞれの溝面（薄肉部５ｉの表面）が外周側から見て凹状（凹面）となる滑らかな曲面状に形成されている。すなわち、５ｈ１と５ｈ５との間の溝面５ｈ８の断面形状は５ｈ１と５ｈ５とを通る曲線５ｘであり、５ｈ２と５ｈ６との間の溝面５ｈ９の断面形状は５ｈ２と５ｈ６とを通る曲線５ｘである。特に本実施例では、５ｈ１と５ｈ５との間の溝面５ｈ８はその断面形状が５ｈ１と５ｈ５とを通る円弧となるように形成し、５ｈ２と５ｈ６との間の溝面５ｈ９はその断面形状が５ｈ２と５ｈ６とを通る円弧となるように形成している。

中心軸線１ｘに沿う方向における５ｈ１と５ｈ５との間の長さ寸法ｌは環状凹部５ｈの深さ寸法ｄよりも大きくしている。すなわち、５ｈ１と５ｈ５との間に設けられる曲線部５ｘ及び５ｈ２と５ｈ６との間に設けられる曲線部５ｘは、中心軸線１ｘに沿う方向において、側縁５ｈ１，５ｈ２から、環状凹部５ｈの溝深さ寸法ｄよりも大きな寸法範囲ｌに亘って設けられている。

なお本実施例では、中心軸線１ｘに沿う方向における５ｈ２と５ｈ６との間の長さ寸法は５ｈ１と５ｈ５との間の長さ寸法ｌに等しい大きさであるが、環状凹部５ｈの深さ寸法ｄよりも大きければ、５ｈ１と５ｈ５との間の長さ寸法ｌと異なる大きさにしてもよい。溝面５ｈ８及び溝面５ｈ９の断面形状を円弧とする場合は、円弧の半径ｒを環状凹部５ｈの深さ寸法ｄよりも大きくする。

本変更例では、環状凹部５ｈの溝深さｄやコイルばね３９のセット荷重を上述した実施例と同様に設定することにより、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。ただし本変更例では、上述した実施例と比較して、薄肉部５ｉの耐えることができる最大圧縮荷重は小さくなるものの、比較例よりも大きくすることができる。

図８は、本発明に係る薄肉部５ｉの変更例（第二変更例）の構成を示す断面図であり、薄肉部５ｉの近傍を拡大して示す断面図である。

本変更例では、第一環状凹部（第一環状溝部）５ｈＡと第二環状凹部（第二環状溝部）５ｈＢとを中心軸線１ｘに沿う方向に離間して配置する。第一環状凹部５ｈＡは筒状体５に第一薄肉部５ｉＡを形成し、第二環状凹部５ｈＢは筒状体５に第二薄肉部５ｉＢを形成する。この場合、第一環状凹部５ｈＡと第二環状凹部５ｈＢとの間に肉厚寸法の大きな部分５ｊが構成される。

本実施例では、第一薄肉部５ｉＡの最薄肉部５ｉＡ０は第一環状凹部５ｈＡの幅方向（中心軸線１ｘに沿う方向）における中心（中央）に位置する。また、第二薄肉部５ｉＢの最薄肉部５ｉＢ０は第二環状凹部５ｈＢの幅方向（中心軸線１ｘに沿う方向）における中心（中央）に位置する。

第一薄肉部５ｉＡの最薄肉部５ｉＡ０において第一環状凹部５ｈＡは最も深くなる。最薄肉部５ｉＡ０に対応する第一環状凹部５ｈＡの最深部５ｈＡ０を第一環状凹部５ｈＡの底部とみなす。また、第二薄肉部５ｉＢの最薄肉部５ｉＢ０において第二環状凹部５ｈＢは最も深くなる。最薄肉部５ｉＢ０に対応する第二環状凹部５ｈＢの最深部５ｈＢ０を第二環状凹部５ｈＢの底部とみなす。

中心軸線１ｘに沿う方向における第一環状凹部５ｈＡの側縁５ｈＡ１と最薄肉部５ｉＡ０との間の長さ寸法ｌは第一環状凹部５ｈＡの深さ寸法ｄよりも大きい。また、中心軸線１ｘに沿う方向における第一環状凹部５ｈＡの側縁５ｈＡ２と最薄肉部５ｉＡ０との間の長さ寸法ｌは第一環状凹部５ｈＡの深さ寸法ｄよりも大きい。すなわち、５ｈＡ１と５ｉＡ０との間に設けられる曲線部５ｘＡは、中心軸線１ｘに沿う方向において、第一環状凹部５ｈＡの側縁５ｈＡ１から、第一環状凹部５ｈＡの溝深さ寸法ｄよりも大きな寸法範囲ｌに亘って設けられている。また、５ｈＡ２と５ｉＡ０との間に設けられる曲線部５ｘＡは、中心軸線１ｘに沿う方向において、第一環状凹部５ｈＡの側縁５ｈＡ２から、第一環状凹部５ｈＡの溝深さ寸法ｄよりも大きな寸法範囲ｌに亘って設けられている。本変更例では、５ｈＡ１と５ｉＡ０との間に設けられる曲線部５ｘＡと５ｈＡ２と５ｉＡ０との間に設けられる曲線部５ｘＡとは、一つの楕円を成す円弧で構成される。

中心軸線１ｘに沿う方向における第二環状凹部５ｈＢの側縁５ｈＢ１と最薄肉部５ｉＢ０との間の長さ寸法ｌは第二環状凹部５ｈＢの深さ寸法ｄよりも大きい。また、中心軸線１ｘに沿う方向における第二環状凹部５ｈＢの側縁５ｈＢ２と最薄肉部５ｉＢ０との間の長さ寸法ｌは第二環状凹部５ｈＢの深さ寸法ｄよりも大きい。すなわち、５ｈＢ１と５ｉＢ０との間に設けられる曲線部５ｘＢは、中心軸線１ｘに沿う方向において、第二環状凹部５ｈＢの側縁５ｈＢ１から、第二環状凹部５ｈＢの溝深さ寸法ｄよりも大きな寸法範囲ｌに亘って設けられている。また、５ｈＢ２と５ｉＢ０との間に設けられる曲線部５ｘＢは、中心軸線１ｘに沿う方向において、第二環状凹部５ｈＢの側縁５ｈＢ２から、第二環状凹部５ｈＢの溝深さ寸法ｄよりも大きな寸法範囲ｌに亘って設けられている。本変更例では、５ｈＢ１と５ｉＢ０との間に設けられる曲線部５ｘＢと５ｈＢ２と５ｉＢ０との間に設けられる曲線部５ｘＢとは、一つの楕円を成す円弧で構成される。

厚肉部分５ｊは、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとの対向部分の外周側に位置する。このため、固定鉄心２５の下端面２５ｂと可動鉄心２７ａの上端面２７ａｂとを通過すべき磁束の一部（漏れ磁束）が固定鉄心２５の側面から厚肉部分５ｊを通って可動鉄心２７ａの側面（或いはその逆）に流れる。この漏れ磁束を低減するために、厚肉部分５ｊの内周面に対向する可動鉄心２７ａの側面（外周面）及び厚肉部分５ｊの内周面に対向する固定鉄心２５の側面（外周面）のうち、少なくともいずれか一方に、厚肉部分５ｊの内周面との隙間を拡大する隙間拡大部を設ける。

本変更例では、厚肉部分５ｊに対向する固定鉄心２５の側面部分と可動鉄心２７ａの側面部分との両方に、筒状体５の内周面との間隔を広げる隙間拡大部２５ｄ，２７ａｍを設ける。隙間拡大部２５ｄ又は隙間拡大部２７ａｍのいずれか一方を設けることで、固定鉄心２５の側面から厚肉部分５ｊを通って可動鉄心２７ａの側面（或いはその逆）に流れる漏れ磁束に対する磁気抵抗を大きくし、漏れ磁束を流れ難くすることができる。隙間拡大部２５ｄ及び隙間拡大部２７ａｍの両方を設けることで、漏れ磁束に対する磁気抵抗をより大きくすることができる。

本変更例では、隙間拡大部２５ｄ，２７ａｍはテーパー面で構成される。すなわち、隙間拡大部２５ｄ，２７ａｍは、その断面形状が中心軸線１ｘに対して傾斜した直線状を成している。この直線は、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとが対向する対向部側において中心軸線１ｘに近づき（筒状体５の内周面との間隔が拡大し）、基端側又は先端側に近づくほど中心軸線１ｘから離れる（筒状体５の内周面との間隔が縮小する）。すなわち、隙間拡大部２５ｄ，２７ａｍは、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとが対向する対向部に近づくにつれて固定鉄心２５及び可動鉄心２７ａの直径が小さくなるように形成される。

また、隙間拡大部２５ｄは、その基端側端部２５ｄ１が、中心軸線１ｘに沿う方向において、第一環状凹部５ｈＡの先端側端部５ｈＡ２よりも基端側に位置し、隙間拡大部２７ａｍは、その先端側端部２５ａｍ１が、中心軸線１ｘに沿う方向において、第二環状凹部５ｈＢの基端側端部５ｈＢ１よりも先端側に位置する。

本変更例では、第一環状凹部５ｈＡ及び第二環状凹部５ｈＢの溝深さｄやコイルばね３９のセット荷重を上述した実施例と同様に設定することにより、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、環状凹部の個数は３つ以上であってもよい。

図９を参照して、本発明に係る燃料噴射弁を搭載した内燃機関について説明する。図７は、燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。

内燃機関１００のエンジンブロック１０１にはシリンダ１０２が形成されおり、シリンダ１０２の頂部に吸気口１０３と排気口１０４とが設けられている。吸気口１０３には、吸気口１０３を開閉する吸気弁１０５が、また排気口１０４には排気口１０４を開閉する排気弁１０６が設けられている。エンジンブロック１０１に形成され、吸気口１０３に連通する吸気流路１０７の入口側端部１０７ａには吸気管１０８が接続されている。

燃料噴射弁１の燃料供給口２（図１参照）には燃料配管１１０が接続される。

吸気管１０８には燃料噴射弁１の取付け部１０９が形成されており、取付け部１０９に燃料噴射弁１を挿入する挿入口１０９ａが形成されている。挿入口１０９ａは吸気管１０８の内壁面（吸気流路）まで貫通しており、挿入口１０９ａに挿入された燃料噴射弁１から噴射された燃料は吸気流路内に噴射される。二方向噴霧の場合、エンジンブロック１０１に吸気口１０３が二つ設けられた形態の内燃機関を対象として、それぞれの燃料噴霧が各吸気口１０３（吸気弁１０５）を指向して噴射される。

本発明に係る燃料噴射弁１では、筒状体５の薄肉部５ｉの肉厚を薄くする（肉厚寸法を小さくする）ことができ、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとの対向面を通らず薄肉部５ｉを通る漏れ磁束を減らすことができる。このため、可動鉄心２７ａに作用する磁気吸引力を高めることができる。

磁気吸引力が高まる分、コイルばね（ばね部材）３９のセット荷重を大きくすることができ、弁体１５の閉弁動作開始タイミングを早めることができると共に開弁速度を速めることができ、弁体１５の閉弁動作を素早く行うことができる。

本実施例では、弁体１５の閉弁動作に要する時間を短縮できることで、制御可能な最小燃料噴射量（ｑｍｉｎ）を小さくすることができ、ｑｍｉｎ性能を向上することができる。その結果、内燃機関の燃費性能を向上することができる。

本実施例の薄肉部５ｉを備えた筒状体５は、固定鉄心２５や弁座部材１５の圧入に耐え得る強度を確保するのに有効であるが、固定鉄心２５及び弁座部材１５の両方、またはいずれか一方が圧入されない構造であっても強度を高めることができ、燃料噴射弁１の信頼性を高めることができる。

薄肉部５ｉを形成する環状凹部（環状溝部）５ｈは、筒状体５の外周面を周方向に一周するように連続した形状で形成されることが望ましい。しかし、筒状体５を通る漏れ磁束の低減効果は小さくなるものの、環状凹部５ｈを複数の環状凹部部分に分割して不連続な形状に形成することもできる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、一部の構成の削除や、記載されていない他の構成の追加が可能である。

１…燃料噴射弁、１ｘ…中心軸線、３…燃料通路、５…筒状体（ハウジング）、５ｈ…環状凹部（環状溝部）、５ｈ７…環状凹部５ｈの溝部、５ｈ８…環状凹部５ｈの溝面、５ｈ９…環状凹部５ｈの溝面、５ｈＡ…第一環状凹部、５ｈＢ…第二環状凹部、５ｉ…薄肉部、５ｉＡ…第一薄肉部、５ｉＢ…第二薄肉部、５ｉ０…最薄肉部、５ｊ…厚肉部分、５ｅ…筒状体５の内周面、５ｇ…筒状体５の大径の内周面部、９…駆動部、１５…弁座部材、２５…固定鉄心、２５ａ…固定鉄心２５の貫通孔、２５ｄ…隙間拡大部、２７…可動子、２７ａ…可動鉄心、２７ａｍ…隙間拡大部、２７ｂ…ロッド部、２７ｃ…弁体、２７ｘ…可動子２７の軸線方向、３９…コイルばね（ばね部材）。

Claims (4)

1. 協働して燃料通路を開閉する弁座及び弁体と、
   相互間に電磁力を働かせて前記弁体を駆動する可動鉄心及び固定鉄心と、
   前記可動鉄心及び前記固定鉄心を内包する筒状体と、を備え、
   前記筒状体は、前記可動鉄心と前記固定鉄心とが対向する対向部の外周側に、前記対向部に対向する当該筒状体の部位を挟んで燃料噴射弁の中心軸線に沿う方向に離間して配置され、肉厚の薄い第一薄肉部及び第二薄肉部を周方向に形成する第一環状凹部及び第二環状凹部を有し、
   前記第一薄肉部は、前記中心軸線に平行で且つ前記中心軸線を含む断面において、前記中心軸線に沿う方向の両端部に、前記第一環状凹部の側縁と底部とを曲線で接続する第一曲線部を有し、
   前記第二薄肉部は、前記中心軸線に平行で且つ前記中心軸線を含む断面において、前記中心軸線に沿う方向の両端部に、前記第二環状凹部の側縁と底部とを曲線で接続する第二曲線部を有し、
   前記第一曲線部は、前記中心軸線に沿う方向において、前記第一環状凹部の前記側縁から前記第一環状凹部の深さ寸法よりも大きな寸法範囲に亘って設けられ、
   前記第二曲線部は、前記中心軸線に沿う方向において、前記第二環状凹部の前記側縁から前記第二環状凹部の深さ寸法よりも大きな寸法範囲に亘って設けられ、
   前記第一薄肉部と前記第二薄肉部との間に形成された厚肉部の内周面に対向する前記可動鉄心の外周面及び前記固定鉄心の外周面のうち、少なくともいずれか一方に、前記厚肉部の内周面との隙間を拡大する隙間拡大部が形成された燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記第一薄肉部は、前記断面において、前記中心軸線に沿う方向における、前記第一環状凹部の一方の側縁と他方の側縁との間が曲線で接続されており、
   前記第二薄肉部は、前記断面において、前記中心軸線に沿う方向における、前記第二環状凹部の一方の側縁と他方の側縁との間が曲線で接続されている燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記第一薄肉部の前記曲線及び前記第二薄肉部の前記曲線は、楕円の周を成す弧で構成される燃料噴射弁。
4. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記隙間拡大部は、前記可動鉄心の外周面及び前記固定鉄心の外周面の両方に形成され、
   前記固定鉄心の外周面に形成される前記隙間拡大部は、前記中心軸線に沿う方向において、前記可動鉄心の側とは反対側の端部が前記第一環状凹部の前記可動鉄心の側の側縁よりも前記可動鉄心の側とは反対側に位置し、
   前記可動鉄心の外周面に形成される前記隙間拡大部は、前記中心軸線に沿う方向において、前記固定鉄心の側とは反対側の端部が前記第二環状凹部の前記固定鉄心の側の側縁よりも前記固定鉄心の側とは反対側に位置する燃料噴射弁。

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