JP7063741B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本開示は燃料噴射弁に関する。

内燃機関に設けられる燃料噴射弁として、磁気吸引力によって内部の可動コアをニードルと共に動作させることにより、燃料の出口である噴孔の開閉を切り換える構成のものが知られている。

例えば下記特許文献１に記載の燃料噴射弁は、ハウジングの内部に固定された固定コアと、ハウジングの内部において移動可能な状態で配置された可動コアと、固定コアと可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるコイルと、を備えている。燃料噴射弁から燃料が噴射される際には、コイルに電流が供給される。そのとき発生した磁気吸引力によって、可動コアがニードルと共に固定コア側に移動し、噴孔が開かれた状態となる。

上記の可動コアには、移動方向に沿ってこれを貫くような貫通穴が複数形成されている。可動コアが開弁側若しくは閉弁側に移動する際には、燃料が当該貫通穴を通って流れる。このような構成においては、可動コアの移動先に存在する燃料の圧力上昇が抑制される。可動コアの移動が周囲の燃料の圧力によって妨げられることが無いため、可動コアはいずれの方向においてもスムーズに移動することができる。

特開２０１０－２６１３９６号公報

燃料噴射弁の開弁時においては、可動コアは固定コアに衝突して停止する。このとき、衝突直前における可動コアの移動速度が大きすぎる場合には、衝突の衝撃によって、可動コア及びニードルが跳ね返り閉弁側に移動してしまうことがある。このような現象が生じると、燃料の噴射量を正確に制御することが難しくなってしまう。

そこで、上記特許文献１に記載の燃料噴射弁は、可動コアと固定コアとの間に介在する燃料のスクイズ力が適切な大きさとなるように、可動コアのうち固定コアと対向する部分の形状を工夫している。これにより、可動コアが固定コアに衝突する直前における可動コアの移動速度を抑制し、上記のような跳ね返りを防止することとしている。

一方、燃料噴射弁の閉弁時においては、可動コアはハウジングの一部に衝突することによって停止する。このため、閉弁時においても、開弁時と同様の跳ね返りが生じる可能性がある。そこで、閉弁時の跳ね返りについても、上記の開弁時と同様に、燃料のスクイズ力によって抑制すればよいようにも思われる。

しかしながら、閉弁時における可動コアの移動先（つまり噴孔側）には、可動コアを付勢するバネを収容するために、比較的広めの空間が形成されていることが多い。このため、当該空間に存在する燃料により、可動コアを減速させるために十分な大きさのスクイズ力を生じさせることは難しい。従来の燃料噴射弁においては、特に閉弁時における可動コアの跳ね返りを抑制するという点において、更なる改良の余地があった。

本開示は、閉弁時及び開弁時のいずれにおいても、可動コアの跳ね返りを防止することのできる燃料噴射弁、を提供することを目的とする。

本開示に係る燃料噴射弁は、燃料を噴射するための噴孔（５１１）が形成されたハウジング（１００）と、ハウジングの内部において移動することにより、噴孔の開閉を切り換えるニードル（２００）と、ハウジングの内部に固定されている固定コア（４００）と、ハウジングの内部において、ニードルと共に移動可能な状態で配置されている可動コア（３００）と、固定コアと可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるコイル（６００）と、を備える。可動コアには、その移動方向に沿って貫くように貫通穴（３１０）が形成されている。可動コア及びニードルが噴孔から遠ざかる方向を開弁方向とし、可動コア及びニードルが噴孔に近づく方向を閉弁方向としたときに、貫通穴には、可動コアが閉弁方向に移動する際に貫通穴を通る燃料の流量が、可動コアが開弁方向に移動する際に貫通穴を通る燃料の流量よりも小さくなるように、流路断面積を変化させる弁体（３２０）が設けられている。弁体は、可動コアに対し閉弁方向側において隣り合う位置に配置されている。可動コアが閉弁方向に移動する際には、弁体が、燃料の圧力により可動コアに押し付けられる一方で、可動コアが開弁方向に移動する際には、弁体が、燃料の圧力により可動コアから離れることにより、流路断面積が大きくなる。

このような構成の燃料噴射弁では、可動コアの移動時において貫通穴を通過する燃料の流量が、貫通穴に設けられた弁体によって調整される。具体的には、可動コアが閉弁方向に移動する際に貫通穴を通る燃料の流量が、可動コアが開弁方向に移動する際に貫通穴を通る燃料の流量よりも小さくなるように、燃料が通る流路の流路断面積を弁体が変化させる。

開弁時においては、貫通穴を通る燃料の流量が比較的大きくなる。このため、例えば従来と同様の構成を採用することにより、固定コアに衝突する直前における可動コアの移動速度を、燃料のスクイズ力によって抑制することができる。これにより、開弁時における可動コアの跳ね返りを抑制することができる。

閉弁時においては、貫通穴を通る燃料の流量が比較的小さくなる。このため、可動コアの移動方向側（つまり噴孔側）に存在する燃料の圧力を上昇させ、可動コアの移動速度を抑制することで、閉弁時においても可動コアの跳ね返りを抑制することができる。

尚、上記の構成には、「可動コアが閉弁方向に移動する際に貫通穴を通る燃料の流量」が０となるような場合も含まれる。

本開示によれば、閉弁時及び開弁時のいずれにおいても、可動コアの跳ね返りを抑制することのできる燃料噴射弁、が提供される。

図１は、第１実施形態に係る燃料噴射弁の内部構造を示す断面図である。 図２は、第１実施形態に係る燃料噴射弁の内部構造を示す断面図である。 図３は、第１実施形態に係る燃料噴射弁の内部構造を示す断面図である。 図４は、ニードルのリフト量の時間変化を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る燃料噴射弁の内部構造を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

第１実施形態に係る燃料噴射弁１０の構成について、図１を参照しながら説明する。燃料噴射弁１０は、不図示の内燃機関に設けられ、当該内燃機関に燃料を噴射し供給するための装置である。本実施形態では、上記の燃料として気体燃料が用いられる。燃料噴射弁１０は、ハウジング１００と、ニードル２００と、可動コア３００と、固定コア４００と、コイル６００と、を備えている。

ハウジング１００は、その全体が概ね筒状の容器として形成された部材である。後述のニードル２００、可動コア３００、及び固定コア４００は、いずれのハウジング１００の内部に収容されている。図１では、ハウジング１００がその長手方向を上下方向に沿わせた状態が描かれている。後に説明するように、燃料噴射弁１０では、ハウジング１００の長手方向に沿ってニードル２００が移動することにより、燃料の出口である噴孔５１１の開閉が切り換えられる。

具体的には、ニードル２００が図１における上方向（噴孔５１１から導入口１４３に向かう方向）に移動すると、噴孔５１１が開かれて燃料の噴射が開始される。このため、当該方向のことを以下では「開弁方向」とも称する。

噴孔５１１から燃料が噴射されている状態から、ニードル２００が図１における下方向（導入口１４３から噴孔５１１に向かう方向）に移動すると、噴孔５１１が閉じられて燃料の噴射が停止される。このため、当該方向のことを以下では「閉弁方向」とも称する。

ハウジング１００は、第１筒状部材１１０と、第２筒状部材１２０と、第３筒状部材１３０と、第４筒状部材１４０と、を有している。これらはいずれも略円筒状の部材として形成されており、それぞれの中心軸を互いに一致させた状態で配置されている。

第１筒状部材１１０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って最も下流側となる位置に配置された部材である。第１筒状部材１１０は、磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。第１筒状部材１１０の内部には空間１１１が形成されており、この空間１１１に後述のニードル２００が収容されている。

第１筒状部材１１０のうち最も閉弁方向側の端部には、噴射ノズル５００が内側に圧入され溶接されている。噴射ノズル５００はハウジング１００の一部をなすものであって、円筒部５２０と閉塞部５１０とを有している。円筒部５２０は円筒状に形成された部分である。円筒部５２０は、その中心軸を第１筒状部材１１０の中心軸と一致させた状態で、第１筒状部材１１０の内側に嵌め込まれている。円筒部５２０の内周面５２１は、ニードル２００の摺接部２２２（後述）が当接した状態で摺動する面となっている。

閉塞部５１０は、円筒部５２０のうち閉弁方向側の端部を塞ぐように形成された部分である。閉塞部５１０には噴孔５１１が形成されている。噴孔５１１は、第１筒状部材１１０の中心軸に沿って閉塞部５１０を貫くように形成された貫通穴である。噴孔５１１によって、第１筒状部材１１０の内部の空間１１１と外部空間とが連通されている。噴孔５１１は、燃料噴射弁１０から噴射される燃料の出口として形成されている。このように、燃料噴射弁１０では、燃料を噴射するための噴孔５１１が、ハウジング１００の長手方向における一端に形成されている。

閉塞部５１０の内面には、噴孔５１１の周囲を囲むように弁座５１２が形成されている。弁座５１２は、噴孔５１１を塞ぐために、ニードル２００のシール部２２１（後述）が当接する部分である。

噴射ノズル５００は、その全体がマルテンサイト系ステンレスによって形成されており、その硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。また、噴射ノズル５００のうちニードル２００が当接する部分、すなわち弁座５１２と内周面５２１とには、窒化処理が施されている。内周面５２１には、摩擦力を低下させるためのＤＬＣコートが更に施されていてもよい。

第１筒状部材１１０のうち噴射ノズル５００とは反対側（つまり開弁方向側）の部分は拡径されており、当該部分から更に上方側に向かって伸びるように拡径円筒部１１２が形成されている。拡径円筒部１１２の内面は、後に説明するように可動コア３００の一部が当接した状態で摺動する部分となっている。このため、拡径円筒部１１２の内周面には窒化処理が施されている。拡径円筒部１１２のうち開弁方向側の端部には、第２筒状部材１２０のうち閉弁方向側の端部が接続されている。

第２筒状部材１２０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って第１筒状部材１１０よりも上流側となる位置に配置された円筒形状の部材である。第２筒状部材１２０の内径及び外径は、拡径円筒部１１２の内径及び外径とそれぞれ等しい。第２筒状部材１２０は、非磁性体であるオーステナイト系ステンレスによって形成されている。第２筒状部材１２０のうち開弁方向側の端部には、第３筒状部材１３０のうち閉弁方向側の端部が接続されている。

第３筒状部材１３０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って第２筒状部材１２０よりも上流側となる位置に配置された円筒形状の部材である。第３筒状部材１３０の内径及び外径は、第２筒状部材１２０の内径及び外径とそれぞれ等しい。第３筒状部材１３０は、磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。第３筒状部材１３０のうち開弁方向側の部分には、第４筒状部材１４０のうち閉弁方向側の部分が内側に圧入され溶接されている。

第４筒状部材１４０は、ハウジング１００のうち、燃料の流れる方向に沿って最も上流側となる位置に配置された略円筒形状の部材である。第４筒状部材１４０はオーステナイト系ステンレスによって形成されている。第４筒状部材１４０のうち最も開弁方向側の端部には導入口１４３が形成されている。導入口１４３は、外部から導入される燃料の入口として形成された開口である。

第４筒状部材１４０の内部に形成された空間１４１のうち、導入口１４３の近傍となる位置には、フィルタ１４２が設けられている。フィルタ１４２は、導入口１４３から導入された燃料に含まれる異物を捕集するためのものである。

ニードル２００は、ハウジング１００の内部に配置された棒状の部材である。ニードル２００は、その中心軸をハウジング１００の中心軸に移動させた状態で、ハウジング１００の長手方向（図１では上下方向）に沿って移動可能な状態で配置されている。ニードル２００はマルテンサイト系ステンレスによって形成されており、硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。ニードル２００のうち噴射ノズル５００側の端部には、シール部２２１が形成されている。

ニードル２００が可動範囲のうち最も閉弁方向側まで移動すると、図１に示されるようにシール部２２１が弁座５１２に当接し、噴孔５１１が閉じられた状態となる。これにより、噴孔５１１からの燃料の噴射が停止される。ニードル２００が開弁方向側に移動し、シール部２２１が弁座５１２から離れると、噴孔５１１が開かれた状態となる。これにより、噴孔５１１からの燃料の噴射が行われる。このように、ニードル２００は、ハウジング１００の内部において移動することにより、噴孔５１１の開閉を切り換えるための部材として設けられている。

ニードル２００の側面のうち、シール部２２１よりも僅かに開弁側となる位置には、外方に向けて突出する摺接部２２２が複数形成されている。摺接部２２２は、その先端を円筒部５２０の内周面５２１に当接させた状態で摺動する部分である。複数の摺接部２２２は、ニードル２００の周方向に沿って並ぶように形成されている。互いに隣り合う摺接部２２２同士の間には、燃料が通るための経路として凹部２２３が形成されている。ニードル２００のうちシール部２２１及び摺接部２２２には、窒化処理が施されている。摺接部２２２には更にＤＬＣコートが施されている。これにより、摺接部２２２と内周面５２１との間における摩擦抵抗が低下している。

ニードル２００は、後に説明する可動コア３００を上下方向に貫いた状態で配置されている。ニードル２００の上端部分は、可動コア３００の上端よりも更に上方側に配置されている。ニードル２００の上端部分における側面には、外方に向けて突出するように大径部２１０が形成されている。大径部２１０のうち可動コア３００側（つまり閉弁方向側）の面は、可動コア３００の端面３０２に当接している。

ニードル２００の内部には空間２０１が形成されている。空間２０１は、ニードル２００のうち大径部２１０の開弁方向側端部から、可動コア３００よりも閉弁方向側となる位置まで伸びるように形成された凹状の空間である。ニードル２００のうち開弁方向側の端部では、空間２０１が外部に開放されている。空間２０１のうち可動コア３００よりも閉弁方向側となる位置では、ニードル２００に貫通穴２０２が形成されている。この貫通穴２０２により、空間２０１と空間１１１とが連通されている。

可動コア３００は、その全体が略円柱形状に形成された部材である。可動コア３００は、その中心軸をハウジング１００の中心軸に移動させた状態で、ニードル２００と共にハウジング１００の長手方向（図１では上下方向）に沿って移動可能な状態で配置されている。先に述べた「開弁方向」は、可動コア３００及びニードル２００が噴孔５１１から遠ざかる方向、ということもできる。また、「閉弁方向」は、可動コア３００及びニードル２００が噴孔５１１に近づく方向、ということもできる。

可動コア３００は、その全体が磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。可動コア３００は、概ね第１筒状部材１１０の内側となる位置に配置されている。可動コア３００の中央には、これを上下方向（つまりハウジング１００の長手方向）に沿って貫くように貫通穴３１９が形成されている。先に説明したニードル２００は、この貫通穴３１９に挿通されている。ニードル２００の外側面は、貫通穴３１９の内面に当接した状態で摺動可能となっている。

既に述べたように、可動コア３００のうち開弁方向側の端面３０２には、ニードル２００の大径部２１０が当接している。端面３０２のうち大径部２１０の周囲の部分は、後に説明するように、開弁時において固定コア４００の端面４０２に衝突する部分となっている。

可動コア３００の側面のうち閉弁方向側の部分には、他の部分よりも外方に向けて突出する突出部３０１（図２を参照）が形成されている。可動コア３００は、この突出部３０１を拡径円筒部１１２の内面に当接させた状態で、ハウジング１００の長手方向に沿って移動する。

固定コア４００は、可動コア３００と同様に、その全体が略円柱形状に形成された部材である。固定コア４００は、その中心軸をハウジング１００の中心軸に移動させた状態で、ハウジング１００の内部に固定されている。固定コア４００は、磁性体であるフェライト系ステンレスによって形成されている。固定コア４００が設けられている位置は、可動コア３００よりも開弁方向側において、可動コア３００と隣り合う位置である。固定コア４００のうち可動コア３００側の端面４０２は、開弁時において、可動コア３００のうち開弁方向側の端面３０２が衝突する部分となっている。図１のようにニードル２００のシール部２２１が弁座５１２に当接しているときにおいては、端面４０２と端面３０２との間には隙間が形成されている。

固定コア４００の中央には、これを上下方向（つまりハウジング１００の長手方向）に貫くように貫通穴４２０が形成されている。先に説明したニードル２００の空間２０１は、この貫通穴４２０によって第４筒状部材１４０の空間１４１に連通されている。

貫通穴４２０のうち可動コア３００側の部分には、ニードル２００の大径部２１０が挿通されている。大径部２１０の外周面は、貫通穴４２０の内周面に当接している。ニードル２００は、開弁方向側の部分である摺接部２２２と、閉弁方向側の部分である大径部２１０と、の２箇所において、上下方向に沿って移動可能な状態で支持されている。

固定コア４００は、概ね第３筒状部材１３０の内側となる位置に配置されている。固定コア４００の外側面は、第３筒状部材１３０の内面に対して溶接によって固定されている。

コイル６００は、電流の供給を受けて磁力を生じさせるものである。コイル６００はボビン６１０に巻かれた状態で、ハウジング１００のうち第２筒状部材１２０の全体と、第３筒状部材１３０の一部とを外側から覆うように配置されている。コイル６００に電流が供給されると、固定コア４００、可動コア３００、第１筒状部材１１０の拡径円筒部１１２、及び第３筒状部材１３０等を磁束が通るように磁気回路が形成される。その結果として、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力によって、可動コア３００は、ニードル２００と共に開弁方向側に移動する。コイル６００に対する電流の供給が停止すると、上記の磁気吸引力は０となる。その際、可動コア３００は、後述のスプリング８２０の付勢力によって、ニードル２００と共に閉弁方向側に移動する。

燃料噴射弁１０のその他の構成について説明する。固定コア４００に形成された貫通穴４２０のうち開弁方向側の部分近傍となる位置には、アジャスティングパイプ４３０が圧入され固定されている。アジャスティングパイプ４３０は円筒形状の部材であって、その内側には貫通穴４３１が形成されている。貫通穴４３１は、ハウジング１００の長手方向に沿ってアジャスティングパイプ４３０を貫くように形成されている。

貫通穴４２０のうちアジャスティングパイプ４３０の下方側には、スプリング８２０が配置されている。スプリング８２０は、その伸縮方向が、ハウジング１００の長手方向に沿っている弾性部材である。スプリング８２０の一端は、アジャスティングパイプ４３０の閉弁方向側端部に当接している。スプリング８２０の他端は、ニードル２００のうち大径部２１０の開弁方向側端部に当接している。スプリング８２０は、その長さを自由長よりも短くした状態となっている。このため、ニードル２００の大径部２１０は、スプリング８２０からの力によって可動コア３００に対して押し付けられている。その結果、スプリング８２０は、ニードル２００と可動コア３００との両方を閉弁方向側に付勢している。

第１筒状部材１１０のうち、可動コア３００の閉弁方向側となる部分には、凹状の空間ＳＰ２が形成されている。空間ＳＰ２にはスプリング８１０が配置されている。スプリング８１０は、その伸縮方向が、ハウジング１００の長手方向に沿っている弾性部材である。スプリング８１０の一端は、可動コア３００のうち閉弁方向側の端部（具体的には、後述の弁体３２０）に当接している。スプリング８１０の他端は、第１筒状部材１１０のうち空間ＳＰ２の底面に当接している。

スプリング８１０は、その長さを自由長よりも短くした状態となっている。このため、可動コア３００は、スプリング８１０からの力によってニードル２００の大径部２１０に対して押し付けられている。その結果、スプリング８１０は、ニードル２００と可動コア３００との両方を開弁方向側に付勢している。スプリング８１０とスプリング８２０とが設けられていることにより、大径部２１０と可動コア３００とが互いに当接している状態が維持されている。スプリング８１０は、上記のように開弁方向に向けて付勢することにより弁体３２０を可動コア３００に押し付けるものであって、本実施形態における「付勢部材」に該当する。

本実施形態では、スプリング８２０の付勢力が、スプリング８１０の付勢力よりも大きくなっている。このため、コイル６００に対する電流の供給が停止しており、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が発生していないときには、ニードル２００のシール部２２１が弁座５１２に当接した状態、すなわち噴孔５１１が塞がれた状態に維持される。

コイル６００、第４筒状部材１４０、第３筒状部材１３０、及び第２筒状部材１２０は、樹脂９００によって外側からモールドされている。この樹脂９００の一部は外側に向かって突出しており、この突出した部分がコネクタ９１０として形成されている。コネクタ９１０は、コイル６００に対して電流を供給するための線が接続される部分である。コネクタ９１０の内側には給電端子９２０が配置されている。給電端子９２０は、コイル６００に繋がる給電線の一端に設けられた端子である。コイル６００への電流の供給はこの給電端子９２０から行われる。

樹脂９００のうち、第３筒状部材１３０をモールドしている部分の更に外側には、ホルダ７００が配置されている。ホルダ７００は磁性体からなる筒状の部材であって、拡径円筒部１１２の外側となる位置から、コイル６００の開弁方向側端部よりも更に開弁方向側となる位置まで伸びるように形成されている。ホルダ７００の内側であって、且つコイル６００よりも開弁方向側となる位置にはカバー７１０が配置されている。カバー７１０は、磁性体からなる略円管状の部材であって、第３筒状部材１３０を外側から囲むように配置されている。カバー７１０のうちコネクタ９１０の近傍となる部分は、コネクタ９１０との干渉を避けるために切り欠かれている。このため、図１においては、第３筒状部材１３０の右側となる位置においてのみカバー７１０の断面が表れている。ホルダ７００及びカバー７１０は、コイル６００で発生した磁束が通る磁気回路の一部を成すものである。

燃料噴射弁１０の動作について説明する。第４筒状部材１４０には、導入口１４３から燃料が供給されている。コイル６００への電流供給が行われていないときには、既に述べたように噴孔５１１は閉じられている。このため、燃料噴射弁１０の内部は燃料によって加圧された状態となっている。

コイル６００への電流供給が開始されると、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が発生し、可動コア３００は開弁方向側に移動する。その際、ニードル２００の大径部２１０は可動コア３００の端面３０２に当接しているので、可動コア３００と共にニードル２００も開弁方向側に移動する。ニードル２００のシール部２２１が弁座５１２から離れて、噴孔５１１が開かれた状態になるので、噴孔５１１からの燃料の噴射が開始される。

燃料は、導入口１４３から空間１４１に流入した後、貫通穴４３１、貫通穴４２０、空間２０１、貫通穴２０２、及び空間１１１を順に通り、噴孔５１１から噴射される。

噴孔５１１が開かれている状態で、コイル６００への電流供給が停止されると、固定コア４００と可動コア３００との間に磁気吸引力が働かなくなる。可動コア３００及びニードル２００は、スプリング８２０の付勢力によって閉弁方向側に移動し、最終的にはシール部２２１が弁座５１２に当接した状態、すなわち噴孔５１１が塞がれた状態となる。これにより、噴孔５１１からの燃料の噴射が停止される。

可動コア３００の更に詳細な構成について、図２を参照しながら説明する。図２には、図１のうち可動コア３００及びその近傍の部分が拡大して示されている。

図２に示されるように、可動コア３００には複数の貫通穴３１０が形成されている。本実施形態では、貫通穴３１０は４つ形成されており、これらがハウジング１００の中心軸を囲むように、周方向に沿って等間隔に並んでいる。

貫通穴３１０は、可動コア３００の移動方向（つまりハウジング１００の長手方向）に沿って、可動コア３００を貫くように形成されている。このため、可動コア３００よりも開弁方向側の空間ＳＰ１と、可動コア３００よりも閉弁方向側の空間ＳＰ２との間は、それぞれの貫通穴３１０によって互いに連通されている。尚、空間ＳＰ１は、可動コア３００の端面３０２と、固定コア４００の端面４０２と、の間に挟まれた空間である。

固定コア４００の貫通穴４２０を通る燃料の一部は、大径部２１０の周囲にある隙間を通って空間ＳＰ１に流入する。また、第１筒状部材１１０の空間１１１を通る燃料の一部は、ニードル２００の周囲にある隙間を通って空間ＳＰ２に流入する。このため、空間ＳＰ１及び空間ＳＰ２はいずれも、燃料によって満たされた状態となっている。

仮に、可動コア３００に貫通穴３１０が形成されていなかった場合には、空間ＳＰ１と空間ＳＰ２との間における燃料の流通は殆ど行われない。このため、開弁時において可動コア３００が開弁方向側に移動すると、空間ＳＰ１の容積が小さくなることに伴って、空間ＳＰ１における燃料の圧力が上昇する。その結果、当該圧力によって可動コア３００の動きが阻害されてしまい、燃料噴射弁１０の開弁応答性が低下してしまうこととなる。

これに対し、本実施形態では上記のように可動コア３００に貫通穴３１０が形成されている。このため、開弁時において可動コア３００が開弁方向側に移動し、空間ＳＰ１の容積が小さくなると、空間ＳＰ１に存在していた燃料の一部が貫通穴３１０を通って空間ＳＰ２に流入する。空間ＳＰ１における燃料の圧力が上昇し過ぎることは無く、圧力によって可動コア３００の動きが阻害されてしまうことはない。

本実施形態では、可動コア３００のうち閉弁方向側の端面３０３の一部が、開弁方向側に向けて後退しており、これにより凹状の空間３１１が形成されている。ハウジング１００の長手方向に沿って見た場合においては、空間３１１は、それぞれの貫通穴３１０と重なるような円形の範囲に形成されている。当該円形の中心は、ハウジング１００やニードル２００の中心軸上の点となっている。

空間３１１には、弁体３２０が配置されている。ハウジング１００の長手方向に沿って見た場合においては、弁体３２０は、空間３１１の略全体と重なるような円形の板状部材となっている。弁体３２０は、本実施形態では非磁性体であるオーステナイト系ステンレスステンレスによって形成されている。弁体３２０の中央には、これをハウジング１００の長手方向に沿って貫くような円形の貫通穴３２１が形成されている。貫通穴３２１の内径は、可動コア３００に形成された貫通穴３１９の内径と概ね等しい。貫通穴３２１にはニードル２００が挿通されている。

先に述べたスプリング８１０の開弁方向側端部は、弁体３２０のうち閉弁方向側の面に対して当接している。このため、弁体は開弁方向に向けて付勢されており、閉弁時においては可動コア３００に押し付けられた状態となっている。つまり、スプリング８１０は、弁体３２０に対して開弁方向の力を加えることにより、弁体３２０及び可動コア３００の全体を開弁方向に向けて付勢している。

弁体３２０の機能について説明する。開弁時においては、既に述べたように可動コア３００が開弁方向に移動し、空間ＳＰ１の容積が次第に小さくなって行く。このとき、全ての貫通穴３１０は弁体３２０によって塞がれた状態となっているので、可動コア３００が動き始めた直後においては、空間ＳＰ１からは燃料が流出しない。空間ＳＰ１における燃料の圧力は次第に大きくなって行き、可動コア３００及びニードル２００の移動速度はこの圧力によって僅かに減少する。つまり、弁体３２０によって上昇した空間ＳＰ１の燃料の圧力が、可動コア３００に対して所謂ダンパーとして作用することとなる。これにより、可動コア３００が固定コア４００に衝突する際における速度が低減される。

空間ＳＰ１の圧力が上昇し過ぎてしまうと、先に説明したように可動コア３００の動きが必要以上に阻害され、燃料噴射弁１０の開弁応答性が低下してしまうこととなる。本実施形態では、空間ＳＰ１の圧力が上昇し、スプリング８１０からの力よりも大きくなると、図３に示されるように、当該圧力によって弁体３２０が閉弁方向側（つまり、可動コア３００から離れる側）に移動し、それぞれの貫通穴３１０が開放された状態（つまり、流路断面積がそれまでよりも大きくなった状態）となる。このため、空間ＳＰ１における燃料の圧力が上昇し過ぎてしまうような事態が防止される。本実施形態では、空間ＳＰ１の圧力がダンパーとして適切に作用し、且つそれを超えない程度に収まるように、スプリング８１０の力が調整されている。

弁体３２０が可動コア３００から離れた後は、空間ＳＰ１から空間ＳＰ２へと燃料が流入するので、空間ＳＰ１における燃料の圧力は低下する。ただし、当初よりも狭くなった空間ＳＰ１に存在する燃料のスクイズ力により、可動コア３００が急激に減速される。可動コア３００が固定コア４００に衝突する際における速度が更に低減されるので、衝突に伴う可動コア３００やニードル２００の跳ね返りが生じてしまうことが無い。

尚、空間ＳＰ１にける燃料の圧力が上記のように低下すると、スプリング８１０からの力によって弁体３２０は再び開弁方向側に移動し、それぞれの貫通穴３１０を塞いだ状態となる。このため、開弁が完了して燃料が噴射されているときには、それぞれの貫通穴３１０は弁体３２０によって塞がれた状態となっている。

閉弁時においては、可動コア３００が閉弁方向に移動し、空間ＳＰ２の容積が次第に小さくなって行く。このとき、全ての貫通穴３１０は弁体３２０によって塞がれた状態（つまり、流路断面積が０の状態）となっているので、空間ＳＰ２からは燃料が流出しない。空間ＳＰ２における燃料の圧力は次第に大きくなって行き、可動コア３００及びニードル２００の移動速度はこの圧力によって僅かに低下する。つまり、弁体３２０によって上昇した空間ＳＰ２の燃料の圧力が、可動コア３００に対して所謂ダンパーとして作用することとなる。これにより、可動コア３００がハウジング１００（具体的には第１筒状部材１１０）に衝突する際における速度が低減される。

空間ＳＰ２における燃料の圧力が上昇すると、当該圧力によって、弁体３２０は更に可動コア３００に押し付けられる。このため、閉弁が開始されてから完了するまでの全期間において、それぞれの貫通穴３１０は弁体３２０によって常に塞がれたままの状態となっている。

本実施形態では、空間ＳＰ２にスプリング８１０を収容する必要が有るので、空間ＳＰ２の容積は空間ＳＰ１に比べて大きくなっている。このため、閉弁動作中において燃料のスクイズ力が生じたとしても、空間ＳＰ２における燃料の圧力が上昇し過ぎてしまうことは無く、当該圧力によって可動コア３００の動きが妨げられ過ぎてしまうことは無い。

以上のように、本実施形態に係る燃料噴射弁１０では、可動コア３００に貫通穴３１０が形成されており、貫通穴３１０は弁体３２０が設けられている。この弁体３２０が動作することによって、可動コア３００が閉弁方向に移動する際に貫通穴３１０を通る燃料の流量（本実施形態では０である）が、可動コア３００が開弁方向に移動する際に貫通穴３１０を通る燃料の流量よりも小さくなっている。このような流量の変化は、弁体３２０が、貫通穴３１０の出口部分における流路断面積を変化させることによって実現される。

尚、上記のような流量の差は、可動コア３００が移動を開始してから停止するまでの期間における、少なくとも一部の期間において生じればよい。換言すれば可動コア３００が閉弁方向に移動する際に貫通穴３１０を通る燃料の流量と、可動コア３００が開弁方向に移動する際に貫通穴３１０を通る燃料の流量とが、一時的に互いに等しくなっていてもよい。例えば本実施形態では、閉弁時及び開弁時のいずれにおいても、可動コア３００の移動が生じた直後の期間における燃料の流量は０となっている。

本実施形態では、貫通穴３１０が複数形成されており、全ての貫通穴３１０の流路断面積が、一つの弁体３２０によって同時に変化するように構成されている。このような態様に替えて、それぞれの貫通穴３１０に対応した複数の弁体３２０が、貫通穴３１０毎に設けられている態様としてもよい。

図４には、ニードル２００のリフト量の時間変化の一例が示されている。同図においては、閉弁時におけるニードル２００のリフト量が「Ｐ１」として示されており、開弁完了時におけるニードル２００のリフト量が「Ｐ２」として示されている。

図４の線Ｌ２は、可動コア３００に貫通穴３１０が一つも形成されていない場合の比較例における、ニードル２００の動作示すグラフである。この場合、開弁時においては空間ＳＰ１の燃料の圧力が上昇し過ぎてしまうことにより、ニードル２００のリフト量は非常に緩やかに上昇している。つまり、燃料噴射弁１０の開弁応答性が悪くなってしまっている。

図４の線Ｌ３は、可動コア３００に貫通穴３１０が形成されており、且つ弁体３２０が設けられていない場合の比較例における、ニードル２００の動作示すグラフである。この場合、開弁時においては空間ＳＰ１の燃料の圧力がほとんど上昇しないので、ニードル２００のリフト量は当初から急激に上昇している。その結果、可動コア３００が固定コア４００に激しく衝突し、ニードル２００の跳ね返りが生じてしまっている。

また、閉弁時においては空間ＳＰ２の燃料の圧力がほとんど上昇しないので、ニードル２００のリフト量は当初から急激に下降している。その結果、可動コア３００がハウジング１００に激しく衝突し、閉弁時においてもニードル２００の跳ね返りが生じてしまっている。

図４の線Ｌ１は、本実施形態におけるニードル２００の動作を示すグラフである。開弁時においては、弁体３２０の動作によって空間ＳＰ１の燃料の圧力が適切な範囲内に保たれる。このため、線Ｌ２の比較例よりも早く且つ線Ｌ３の比較例よりも低い速度で、ニードル２００のリフト量が増加する。本実施形態では、燃料噴射弁１０の開弁応答性を確保しながらも、開弁時におけるニードル２００の跳ね返りが防止されている。

閉弁時においては、線Ｌ２の比較例と同じ速度でニードル２００のリフト量が減少する。このため、閉弁時においてもニードル２００の跳ね返りが防止されている。

本実施形態では、非磁性体であるオーステナイト系ステンレスによって弁体３２０が形成されている。仮に、フェライト系ステンレスのような磁性体によって弁体３２０が形成されていた場合には、コイル６００で生じた磁束の一部が弁体３２０を通ることにより、弁体３２０と可動コア３００との間に磁気吸引力が働いてしまい、弁体３２０が適切に動作しなくなってしまう可能性がある。そこで、本実施形態では上記のような非磁性材料によって弁体３２０を形成することで、弁体３２０と可動コア３００との間に磁気吸引力が働いてしまう事態を防止している。

尚、本実施形態のように弁体３２０を金属材料（つまり導電体）によって形成した場合には、弁体３２０の一部で渦電流が生じることに伴って、可動コア３００と固定コア４００との間における磁気吸引力が低下してしまう可能性がある。このような事態を防止するためには、弁体３２０を絶縁体によって形成することが好ましい。絶縁体としては、例えば、セラミックスや樹脂などを用いることができる。

本実施形態のように燃料として気体燃料が用いられる場合には、燃料によって生じるスクイズ力が小さいので、開弁時や閉弁時における可動コア３００の移動速度が上昇しやすい。このため、本実施形態のように弁体３２０を設けたことによる効果が特に生じやすい。ただし、以上に説明したような構成は、液体燃料を噴射する燃料噴射弁に適用することもできる。

第２実施形態について、図５を参照しながら説明する。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

図５に示されるように、本実施形態に係る可動コア３００には、貫通穴３１０とは別に貫通穴３３０が形成されている。貫通穴３３０は、貫通穴３１０と同様に、可動コア３００の移動方向に沿って可動コア３００を貫くように形成されている。ただし、貫通穴３３０は貫通穴３１０よりも外周側となる位置に形成されているので、ハウジング１００の中心軸に沿って見た場合においては、貫通穴３３０は弁体３２０と重なっていない。空間ＳＰ１と空間ＳＰ２とは、貫通穴３３０によって常に連通された状態となっている。尚、本実施形態では貫通穴３３０は１つだけ形成されている。

このような構成においては、弁体３２０によって貫通穴３１０が塞がれている場合であっても、可動コア３００が移動する際には、燃料は貫通穴３３０を通ることにより空間ＳＰ１と空間ＳＰ２との間を移動する。その結果、開弁時及び閉弁時のいずれにおいても、可動コア３００に対する燃料によるダンパー効果が低減される。

このように、本実施形態では、弁体３２０によって塞がれることの無い貫通穴３３０を追加で形成しておくことにより、可動コア３００の移動速度が第１実施形態の場合よりも早くなるように調整されている。貫通穴３３０の内径や数を適宜調整することにより、図４の線Ｌ１に示されるようなリフト量の時間変化を、より理想的なものに近づけることが可能となる。

上記と同様の調整を行うために、弁体３２０の一部（貫通穴３１０と重なる部分）に微小な貫通穴を形成することとしてもよい。当該貫通穴の径や個数を調整することで、可動コア３００の移動速度を第１実施形態の場合よりも早くなるように調整することができる。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１０：燃料噴射弁
１００：ハウジング
２００：ニードル
３００：可動コア
３１０：貫通穴
３２０：弁体
４００：固定コア
５１１：噴孔
６００：コイル

Claims (5)

1. 燃料を噴射するための噴孔（５１１）が形成されたハウジング（１００）と、
   前記ハウジングの内部において移動することにより、前記噴孔の開閉を切り換えるニードル（２００）と、
   前記ハウジングの内部に固定されている固定コア（４００）と、
   前記ハウジングの内部において、前記ニードルと共に移動可能な状態で配置されている可動コア（３００）と、
   前記固定コアと前記可動コアとの間に磁気吸引力を発生させるコイル（６００）と、を備え、
   前記可動コアには、その移動方向に沿って貫くように貫通穴（３１０）が形成されており、
   前記可動コア及び前記ニードルが前記噴孔から遠ざかる方向を開弁方向とし、
   前記可動コア及び前記ニードルが前記噴孔に近づく方向を閉弁方向としたときに、
   前記貫通穴には、
   前記可動コアが前記閉弁方向に移動する際に前記貫通穴を通る燃料の流量が、
   前記可動コアが前記開弁方向に移動する際に前記貫通穴を通る燃料の流量よりも小さくなるように、流路断面積を変化させる弁体（３２０）が設けられており、
   前記弁体は、前記可動コアに対し前記閉弁方向側において隣り合う位置に配置されており、
   前記可動コアが前記閉弁方向に移動する際には、前記弁体が、燃料の圧力により前記可動コアに押し付けられる一方で、
   前記可動コアが前記開弁方向に移動する際には、前記弁体が、燃料の圧力により前記可動コアから離れることにより、流路断面積が大きくなる燃料噴射弁。
2. 前記弁体を、前記開弁方向に向けて付勢することによって前記可動コアに押し付ける付勢部材（８１０）を更に備える、請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記貫通穴は複数形成されており、
   全ての前記貫通穴の流路断面積が、前記弁体によって変化するように構成されている、請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記弁体は非磁性材料によって形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
5. 前記弁体は絶縁体によって形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
   

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