JP7376337B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本開示は、燃料噴射弁に関する。

特許文献１には、凹部が設けられた第１可動コアと、凹部内に配置された第２可動コアとを備える燃料噴射弁が記載されている。この燃料噴射弁では、磁気コアからの磁気吸引力によって第１可動コアと第２可動コアとが移動する。第１可動コアとともに第２可動コアが移動することによって弁体のリフト量が小さな小リフト状態が実現され、第２可動コアが第１可動コアの凹部の底面から離れてさらに移動することによって弁体のリフト量が大きな大リフト状態が実現されるので、弁体のリフト量に応じて燃料の噴射率が二段階で変更される。

特開２０１８－１８４８５４号公報

上述した燃料噴射弁において、例えば、第１可動コアと第２可動コアとが軟磁性材料のみで構成されている場合には、第１可動コアの凹部の底面と当該底面に対向する第２可動コアの面とを通って磁束が流れて、小リフト状態から大リフト状態に移行させる際に、第２可動コアが第１可動コアの凹部の底面から磁気吸引力を受ける可能性がある。そのため、第１可動コアから第２可動コアに対して第２可動コアの移動を妨げる向きに磁気吸引力が働いて、第２可動コアを効率良く移動させることができない可能性がある。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

本開示の一形態によれば、燃料噴射弁（１００ｂ）が提供される。この燃料噴射弁は、長手方向（Ｚ）を有し、燃料を噴射するための噴孔（３１）が前記長手方向における一端に設けられた筒状のハウジング（２０）と、前記ハウジング内に固定された固定コア（６０）と、前記固定コア側に開放された収容空間を有し、前記固定コアよりも前記一端側に配置され、前記ハウジング内を前記長手方向に沿って移動可能な第１可動コア（１５０ｂ）と、前記固定コアよりも前記一端側に配置され、前記第１可動コアの移動に伴って前記ハウジング内を前記長手方向に沿って移動し、前記第１可動コアが停止した状態において前記収容空間（ＳＰ）を前記長手方向に沿って移動可能な第２可動コア（２５０ｂ）と、前記第２可動コアの移動に伴って前記ハウジング内を前記長手方向に沿って移動することによって前記噴孔を開閉するニードル（４０）と、前記第１可動コアと前記第２可動コアとを移動させる磁界を発生させるコイル（７０）と、を備える。前記第１可動コアは、前記長手方向において前記固定コアに対向し、かつ、軟磁性材料で構成された第１磁性部（１５１）と、前記長手方向において前記第２可動コアに対向する第１対向部（１６０ｂ）と、前記長手方向に交差する方向において常に前記ハウジングに対向する第１ハウジング対向部（１７０ｂ）と、を有し、前記第２可動コアは、前記長手方向において前記固定コアに対向し、かつ、軟磁性材料で構成された第２磁性部（２５１）と、前記長手方向において前記第１可動コアに対向する第２対向部（２６０ｂ）と、前記長手方向に交差する方向において前記ハウジングに対向する第２ハウジング対向部（２７０）と、を有し、前記第１ハウジング対向部の少なくとも一部、および、前記第２ハウジング対向部の少なくとも一部は、軟磁性材料によって構成されており、前記第１対向部と前記第２対向部とのうちの少なくとも一部は、前記第１磁性部の透磁率よりも低い透磁率を有し、かつ、前記第２磁性部の透磁率よりも低い透磁率を有する材料で構成されている。

この形態の燃料噴射弁によれば、第１対向部と第２対向部とのうちの少なくとも一部を透磁率の低い材料によって構成することによって、長手方向に沿って第１可動コアと第２可動コアとを通る磁束の流れが形成されることを抑制できる。そのため、第１可動コアから第２可動コアに対して第２可動コアの移動を妨げる向きに磁気吸引力が働くことを抑制できるので、第２可動コアを効率良く移動させることができる。

第１実施形態の燃料噴射弁の概略構成を示す第１の説明図。 図１における第１可動コアおよび第２可動コア周辺の部分拡大図。 第１実施形態の燃料噴射弁の概略構成を示す第２の説明図。 第１実施形態の燃料噴射弁の概略構成を示す第３の説明図。 第２実施形態の燃料噴射弁の概略構成を示す説明図。 図５における第１可動コアおよび第２可動コア周辺の部分拡大図。

Ａ．第１実施形態：
図１に示すように、第１実施形態における燃料噴射弁１００は、ハウジング２０と、ニードル４０と、第１可動コア１５０と、第２可動コア２５０と、固定コア６０と、コイル７０と、第１付勢部材８１と、第２付勢部材８２とを備えている。図１には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が表されている。他の図においても、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に沿った矢印が、適宜、表されている。図１におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向と、他の図におけるＸ，Ｙ，Ｚ方向とは、同じ方向を表している。燃料噴射弁１００は、燃料を噴射する。本実施形態では、燃料噴射弁１００は、気体燃料である水素ガスを噴射する。尚、燃料噴射弁１００は、水素ガスではなく、例えば、石炭ガスやアセチレンガスやプロパンガスや天然ガス等の気体燃料を噴射してもよい。燃料噴射弁１００は、気体燃料ではなく、例えば、ガソリンや軽油等の液体燃料を噴射してもよい。

ハウジング２０は、Ｚ方向に沿った長手方向を有している。ハウジング２０は、＋Ｚ方向側に向かって、噴射ノズル３０と、第１筒部材２１と、第２筒部材２２と、第３筒部材２３と、第４筒部材２４とが、この順に連接されて構成されている。噴射ノズル３０および各筒部材２１～２４は、それぞれ、Ｚ方向に沿った中心軸ＣＬを中心とした円筒形状を有している。噴射ノズル３０の－Ｚ方向側の端部には、燃料を噴射するための噴孔３１が設けられている。噴射ノズル３０の噴孔３１の周縁部には、ニードル４０の弁部４２が接触する弁座３２が設けられている。本実施形態では、噴射ノズル３０と第１筒部材２１との間と、第１筒部材２１と第２筒部材２２との間と、第２筒部材２２と第３筒部材２３との間と、第３筒部材２３と第４筒部材２４との間とは、それぞれ、溶接や圧入等によって互いに固定されている。噴射ノズル３０と第１筒部材２１とは、金属材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼によって形成されており、かつ、所定の硬度を有するように焼入れ処理が施されている。第２筒部材２２と第４筒部材２４とは、軟磁性材料であるフェライト系ステンレス鋼によって形成されている。第３筒部材２３は、非磁性材料であるオーステナイト系ステンレス鋼によって形成されている。尚、第２筒部材２２のことをハウジング磁性部と呼ぶことがある。

第４筒部材２４には、燃料導入パイプ１２が接続されている。本実施形態では、第４筒部材２４と燃料導入パイプ１２との間は、溶接によって互いに固定されている。燃料導入パイプ１２は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状を有している。燃料導入パイプ１２の＋Ｚ方向側の端部には、燃料を導入するための導入口１４が設けられている。燃料導入パイプ１２には、燃料噴射弁１００に燃料を供給するための供給パイプが接続される。燃料導入パイプ１２内には、フィルタ１３が設けられている。フィルタ１３は、導入口１４から流入した燃料に混入した異物を捕集して、ハウジング２０内に異物が流入することを抑制する。

ニードル４０は、ハウジング２０内に、中心軸ＣＬに沿って移動可能に配置されている。ニードル４０は、軸部４１と、弁部４２と、拡径部４３とを有している。軸部４１は、中心軸ＣＬを中心とした円柱形状を有している。弁部４２は、軸部４１の－Ｚ方向側の端部に設けられている。弁部４２が弁座３２に接触することによって噴孔３１が閉塞され、弁部４２が弁座３２から離れることによって噴孔３１が開放される。本実施形態では、拡径部４３は、軸部４１の＋Ｚ方向側の端部に設けられている。拡径部４３の外径は、軸部４１の外径よりも大きい。拡径部４３は、第２可動コア２５０の＋Ｚ方向側の端面に接触する。軸部４１と拡径部４３との内部には、中心軸ＣＬに沿って燃料が流れる燃料通路４４が設けられている。燃料通路４４は、拡径部４３の＋Ｚ方向側の端面に開口部を有している。軸部４１の側面には、燃料通路４４に連通する連通孔４５が設けられている。

図２に示すように、第１可動コア１５０は、ハウジング２０内に、中心軸ＣＬに沿って移動可能に配置されている。第１可動コア１５０は、後述する固定コア６０側に向かって開放された収容空間ＳＰを有している。収容空間ＳＰには、後述する第２可動コア２５０が収容されている。本実施形態では、第１可動コア１５０は、＋Ｚ方向側から順に、第１大径部１５５と、段差部１５６と、第１小径部１５７とを有している。第１大径部１５５は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状を有している。段差部１５６は、中心軸ＣＬを中心とした円環形状を有している。第１小径部１５７は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状を有している。第１大径部１５５は、段差部１５６の外周縁から＋Ｚ方向側に延びている。第１小径部１５７は、段差部１５６の内周縁から－Ｚ方向側に延びている。第１小径部１５７の外径は、第１大径部１５５の外径よりも小さい。第１小径部１５７の内径は、第１大径部１５５の内径よりも小さい。収容空間ＳＰは、第１大径部１５５の内側面と、段差部１５６の＋Ｚ方向側の面とによって区画されている。また、第１可動コア１５０は、Ｚ方向において第２可動コア２５０に対向する第１対向面１６０と、第１可動コア１５０の半径方向においてハウジング２０の第２筒部材２２に対向する第１ハウジング対向面１７０とを有している。本実施形態では、第１対向面１６０は、段差部１５６の＋Ｚ方向側の面に設けられており、第１ハウジング対向面１７０は、第１大径部１５５の外側面に設けられている。第１対向面１６０は、第２筒部材２２の－Ｚ方向側の端部よりも－Ｚ方向側に配置されている。

第１大径部１５５の＋Ｚ方向側の端部は、固定コア６０に接触する。第１ハウジング対向面１７０を含んだ第１大径部１５５の外側面は、ハウジング２０のうちの第１筒部材２１と第２筒部材２２と第３筒部材２３とによって構成された内径の大きな部分にＺ方向に沿って摺動し、第１大径部１５５の内側面には、第２可動コア２５０がＺ方向に沿って摺動する。摺動とは、２つの物体同士が接触した状態で一方の物体が他方の物体の面を滑って移動することだけでなく、近接した２つの物体同士の間に流体が介在した状態で一方の物体が他方の物体の面を滑って移動することをも意味する。段差部１５６の第１対向面１６０の一部には、第２可動コア２５０が接触し、段差部１５６の－Ｚ方向側の面は、ハウジング２０のうちの第１筒部材２１に設けられた段差状の部分に対向する。第１小径部１５７の外側面は、ハウジング２０のうちの第１筒部材２１によって構成された内径の小さな部分にＺ方向に沿って摺動し、第１小径部１５７の内側面は、Ｚ方向に沿ってニードル４０の軸部４１が摺動する。

第１可動コア１５０は、軟磁性材料によって形成された第１磁性部材１５１と、第１磁性部材１５１の透磁率よりも低い透磁率を有する第１摺動部材１５２とによって構成されている。第１可動コア１５０のうちの固定コア６０に対向する部分、および、第１可動コア１５０のうちの第１ハウジング対向面１７０を含んだ部分は、第１磁性部材１５１によって構成されており、第１可動コア１５０のうちの第１対向面１６０を含んだ部分は、第１摺動部材１５２によって構成されている。より具体的には、第１大径部１５５のうちの＋Ｚ方向側の部分は、第１磁性部材１５１によって構成されており、第１大径部１５５のうちの－Ｚ方向側の部分では、外側部分が第１磁性部材１５１によって構成されており、内側部分が第１摺動部材１５２によって構成されている。段差部１５６および第１小径部１５７は、第１摺動部材１５２によって構成されている。本実施形態では、第１磁性部材１５１は、軟磁性材料であるフェライト系ステンレス鋼によって形成されている。第１摺動部材１５２は、金属材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼によって形成され、かつ、所定の硬度を有するように焼入れ処理が施されている。第１磁性部材１５１と第１摺動部材１５２とは、溶接や圧入等によって互いに固定されている。本実施形態では、第１摺動部材１５２の硬度は、第１磁性部材１５１の硬度よりも高い。第１摺動部材１５２の硬度と第１磁性部材１５１の硬度とは、ビッカース硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４４）によって調べることができる。尚、第１可動コア１５０のうちの第１磁性部材１５１で構成された部分のことを第１磁性部と呼ぶことがある。第１可動コア１５０のうちの第１対向面１６０が設けられた部分のことを第１対向部と呼ぶことがある。第１可動コア１５０のうちの第１ハウジング対向面１７０が設けられた部分のことを第１ハウジング対向部と呼ぶことがある。

第２可動コア２５０は、収容空間ＳＰに、中心軸ＣＬに沿って移動可能に配置されている。第２可動コア２５０は、第１可動コア１５０から独立して移動可能に配置されている。本実施形態では、第２可動コア２５０は、第２本体部２５５と、第２突起部２５６とを有している。第２本体部２５５は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状を有している。第２突起部２５６は、第２本体部２５５の－Ｚ方向側の端面の外周縁から－Ｚ方向側に向かって突き出すように設けられている。第２突起部２５６は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状を有している。第２突起部２５６の外径と第２本体部２５５の外径とは同じである。第２突起部２５６の内径は、第２本体部２５５の内径よりも大きい。第２可動コア２５０は、Ｚ方向において第１可動コア１５０に対向する第２対向面２６０を有している。本実施形態では、第２本体部２５５の－Ｚ方向側の端面と、第２突起部２５６の－Ｚ方向側の端面に第２対向面２６０が設けられている。

第２本体部２５５の＋Ｚ方向側の端面には、ニードル４０の拡径部４３および固定コア６０が接触する。第２本体部２５５の外側面は、第１可動コア１５０の第１大径部１５５の内側面にＺ方向に沿って摺動し、第２本体部２５５の内側面には、ニードル４０の軸部４１がＺ方向に沿って摺動する。第２突起部２５６の－Ｚ方向側の端部は、第１可動コア１５０の段差部１５６に接触する。第２本体部２５５の－Ｚ方向側の端面と第１可動コア１５０の段差部１５６との間には所定の隙間が設けられている。

第２可動コア２５０は、軟磁性材料によって形成された第２磁性部材２５１と、第２磁性部材２５１の透磁率よりも低い透磁率を有する第２摺動部材２５２とによって構成されている。第２可動コア２５０のうちの固定コア６０に対向する部分は、第２磁性部材２５１によって構成されており、第２可動コア２５０のうちの第２対向面２６０を含んだ部分は、第２摺動部材２５２によって構成されている。より具体的には、第２本体部２５５のうち、固定コア６０に対向する部分と、第２対向面２６０を含んだ部分とが第２磁性部材２５１によって構成されている。第２本体部２５５のうち、第１可動コア１５０の段差部１５６に接触する部分と、ニードル４０の軸部４１が摺動する部分と、ニードル４０の拡径部４３が接触する部分と、第２突起部２５６とが第２摺動部材２５２によって構成されている。本実施形態では、第２磁性部材２５１と第２摺動部材２５２とは、溶接や圧入等によって互いに固定されている。第２磁性部材２５１は、軟磁性材料であるフェライト系ステンレス鋼によって形成されている。第２摺動部材２５２は、金属材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼によって形成され、かつ、所定の硬度を有するように焼入れ処理が施されている。本実施形態では、第２摺動部材２５２の硬度は、第２磁性部材２５１の硬度よりも高い。第２摺動部材２５２の硬度と第２磁性部材２５１の硬度とは、ビッカース硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４４）によって調べることができる。尚、第２可動コア２５０のうちの第２磁性部材２５１で構成された部分のことを第２磁性部と呼ぶことがある。第２可動コア２５０のうちの第２対向面２６０が設けられた部分のことを第２対向部と呼ぶことがある。

図１に示すように、固定コア６０は、第１可動コア１５０および第２可動コア２５０よりも＋Ｚ方向側のハウジング２０内に固定されている。本実施形態では、固定コア６０は、第４筒部材２４に溶接等によって固定されている。固定コア６０は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状を有している。固定コア６０の内壁面には、ニードル４０の拡径部４３が摺動する。固定コア６０の－Ｚ方向側の端面には、中心軸ＣＬに沿って移動する第１可動コア１５０および第２可動コア２５０が接触する。固定コア６０の内側における＋Ｚ方向側の部分には、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状を有するアジャスティングパイプ１１が圧入によって固定されている。

本実施形態では、固定コア６０は、軟磁性材料によって形成された第３磁性部材６１と、第３磁性部材６１の硬度よりも高い硬度を有する第３摺動部材６２とによって構成されている。第３磁性部材６１の硬度と第３摺動部材６２の硬度とは、ビッカース硬さ試験（ＪＩＳ Ｚ ２２４４）によって調べることができる。固定コア６０のうち、第１可動コア１５０の第１磁性部材１５１で構成された部分に接触する部分と、第２可動コア２５０の第２磁性部材２５１で構成された部分に接触する部分とは、第３磁性部材６１によって構成されている。固定コア６０のうち、拡径部４３が摺動する部分と、第２可動コア２５０の第２摺動部材２５２で構成された部分に接触する部分とは、第３摺動部材６２によって構成されている。本実施形態では、第３磁性部材６１は、磁性材料であるフェライト系ステンレス鋼によって形成されている。第３摺動部材６２は、金属材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼によって形成されており、所定の硬度を有するように焼入れ処理が施されている。第３磁性部材６１と第３摺動部材６２とは、圧入によって互いに固定されている。

第１付勢部材８１は、固定コア６０の内側におけるアジャスティングパイプ１１と拡径部４３との間に配置されている。第１付勢部材８１は、－Ｚ方向側に向かってニードル４０を付勢する。本実施形態では、第１付勢部材８１は、Ｚ方向に沿って伸縮するコイルばねによって構成されている。第１付勢部材８１の＋Ｚ方向側の端部は、アジャスティングパイプ１１に接触しており、第１付勢部材８１の－Ｚ方向側の端部は、拡径部４３に接触している。アジャスティングパイプ１１のＺ方向における位置を調節することによって、第１付勢部材８１がニードル４０を付勢する力を調節できる。本実施形態では、第１付勢部材８１がニードル４０を付勢する力の方が、後述する第２付勢部材８２が第１可動コア１５０を付勢する力よりも大きくなるように、アジャスティングパイプ１１の位置が調節されている。

第２付勢部材８２は、第１筒部材２１と第１小径部１５７との間に配置されている。第２付勢部材８２は、＋Ｚ方向側に向かって第１可動コア１５０を付勢する。本実施形態では、第２付勢部材８２は、Ｚ方向に沿って伸縮するコイルばねによって構成されている。第２付勢部材８２の－Ｚ方向側の端部は、第１筒部材２１に接触しており、第２付勢部材８２の＋Ｚ方向側の端部は、第１可動コア１５０の第１小径部１５７に接触している。

ハウジング２０の外壁面には、コイル７０が巻回されたボビン７１が配置されている。本実施形態では、第３筒部材２３の外壁面と第４筒部材２４の外壁面とに跨ってボビン７１が配置されている。第４筒部材２４の外壁面のうちのボビン７１が配置されていない部分と、燃料導入パイプ１２の外壁面の一部とは、樹脂材料によって被覆されている。第４筒部材２４の側方には、第４筒部材２４の外壁面から突き出すように、コネクタ１５が設けられている。コネクタ１５には、コイル７０に電気的に接続された端子１６が設けられている。本実施形態では、インサート成形によって、樹脂製のコネクタ１５に金属製の端子１６が設けられている。端子１６には、スイッチング素子等を介して、バッテリ等の電源が電気的に接続される。

コイル７０は、電源から電流の供給を受けることによって磁界を発生させる。コイル７０の発生させる磁界によって、図１に破線で表されたように、第２筒部材２２と第１磁性部材１５１と第３磁性部材６１と第４筒部材２４とを通る第１磁気回路Φ１、および、第２筒部材２２と第１磁性部材１５１と第２磁性部材２５１と第３磁性部材６１と第４筒部材２４とを通る第２磁気回路Φ２とが形成される。第１磁気回路Φ１によって第１磁性部材１５１と第３磁性部材６１との間に磁気吸引力が発生し、第２磁気回路Φ２によって第２磁性部材２５１と第３磁性部材６１との間の磁気吸引力が発生する。コイル７０の外周には、コイル７０を覆うようにして筒状のホルダ１７が設けられている。第４筒部材２４とホルダ１７との間には、環状のカバー１８が設けられている。ホルダ１７とカバー１８とは、それぞれ、磁性材料によって形成されており、上述した第１磁気回路Φ１の一部、および、第２磁気回路Φ２の一部を構成する。

燃料噴射弁１００を図１に表された閉弁状態から図３に表された小リフト状態に切替えるための動作について説明する。図１に表されたように、閉弁状態では、弁部４２が弁座３２に接触しているため、噴孔３１は閉塞されている。閉弁状態では、コイル７０には電流が供給されていない。ニードル４０は、第１付勢部材８１によって－Ｚ方向側に向かって付勢されており、第１可動コア１５０は、第２付勢部材８２によって＋Ｚ方向側に向かって付勢されている。そのため、拡径部４３と第２可動コア２５０とが接触し、かつ、第１可動コア１５０と第２可動コア２５０とが接触した状態で、ニードル４０と第１可動コア１５０と第２可動コア２５０とが静止している。第１可動コア１５０と固定コア６０との間には、＋Ｚ方向側に向かって第１可動コア１５０が移動可能なように隙間が設けられている。第２可動コア２５０と固定コア６０との間には、＋Ｚ方向側に向かって第２可動コア２５０が移動可能なように隙間が設けられている。図２に表されたように、第２可動コア２５０と固定コア６０との間の距離Ｌ２は、第１可動コア１５０と固定コア６０との間の距離Ｌ１よりも大きい。導入口１４から流入した燃料は、燃料導入パイプ１２、固定コア６０の内側、燃料通路４４、連通孔４５の順に流れて、噴孔３１に導かれる。

コイル７０への電流の供給が開始されることによって、図１に表されたように、上述した第１磁気回路Φ１および第２磁気回路Φ２が形成される。そのため、第１可動コア１５０と固定コア６０との間、および、第２可動コア２５０と固定コア６０との間に磁気吸引力が発生する。第１可動コア１５０は、固定コア６０からの磁気吸引力を受けて＋Ｚ方向側に移動する。第２可動コア２５０は、固定コア６０からの磁気吸引力を受けつつ第１可動コア１５０に押されて、第１可動コア１５０とともに＋Ｚ方向側に移動する。ニードル４０は、拡径部４３を第２可動コア２５０に押されて、第１可動コア１５０および第２可動コア２５０とともに＋Ｚ方向側に移動する。ニードル４０の移動によって、弁部４２が弁座３２から離れて、噴孔３１からの燃料の噴射が開始される。

第１可動コア１５０が固定コア６０に衝突することによって、第１可動コア１５０の移動は停止される。換言すれば、固定コア６０によって、＋Ｚ方向側への第１可動コア１５０の移動は規制される。ニードル４０および第２可動コア２５０は、第１付勢部材８１によって－Ｚ方向側に向かって押されるので、ニードル４０の拡径部４３が第２可動コア２５０の第２本体部２５５に接触し、かつ、第２可動コア２５０の第２突起部２５６が第１可動コア１５０の段差部１５６に接触した状態で、ニードル４０および第２可動コア２５０の移動が停止される。以上で説明した一連の動作によって、燃料噴射弁１００は、図３に表された小リフト状態になる。小リフト状態における第１可動コア１５０の位置と第２可動コア２５０の位置とニードル４０の位置とは、閉弁状態におけるそれぞれの位置から距離Ｌ１だけ＋Ｚ方向側に移動している。小リフト状態において第１可動コア１５０と第２可動コア２５０とが接触する面、つまり、第１可動コア１５０の第１対向面１６０は、ハウジング２０の第２筒部材２２の－Ｚ方向側の端部よりも＋Ｚ方向側に位置している。小リフト状態が維持されるようにコイル７０への電流の供給が継続されている間、ニードル４０の移動した距離Ｌ１に応じた噴射率で噴孔３１から燃料が噴射される。

燃料噴射弁１００を図３に表された小リフト状態から図４に表された大リフト状態に切替えるための動作について説明する。コイル７０に供給される電流が小リフト状態を維持するための電流よりも大きくされることによって、第２可動コア２５０と固定コア６０との間の磁気吸引力は、小リフト状態での当該部の磁気吸引力より大きくなる。第２可動コア２５０は、固定コア６０からの磁気吸引力を受けて＋Ｚ方向側に移動する。ニードル４０は、拡径部４３を第２可動コア２５０に押されて、第２可動コア２５０とともに＋Ｚ方向側に移動する。第２可動コア２５０に第２突起部２５６が設けられているため、第２本体部２５５の－Ｚ方向側の端面と第１可動コア１５０の段差部１５６との間には所定の隙間が設けられている。そのため、小リフト状態から大リフト状態に切替える際に、第２可動コア２５０は、第１可動コア１５０から離れやすい。

第２可動コア２５０が固定コア６０に衝突することによって、第２可動コア２５０の移動は停止される。換言すれば、固定コア６０によって、＋Ｚ方向側への第２可動コア２５０の移動は規制される。ニードル４０は、第１付勢部材８１によって－Ｚ方向側に向かって押されるので、ニードル４０の拡径部４３が第２可動コア２５０の第２本体部２５５に接触した状態で、ニードル４０の移動が停止される。以上で説明した一連の動作によって、燃料噴射弁１００は、図４に表された大リフト状態になる。大リフト状態における第２可動コア２５０の位置とニードル４０の位置とは、閉弁状態におけるそれぞれの位置から距離Ｌ２だけ＋Ｚ方向側に移動しており、大リフト状態における第１可動コア１５０の位置は、閉弁状態における第１可動コア１５０の位置から距離Ｌ１だけ＋Ｚ方向側に移動している。大リフト状態が維持されるようにコイル７０への電流の供給が継続されている間、ニードル４０の移動した距離Ｌ２に応じた噴射率で噴孔３１から燃料が噴射される。大リフト状態での噴射率は、小リフト状態での噴射率よりも大きい。

燃料噴射弁１００を図４に表された大リフト状態から図３に表された小リフト状態に切替えるための動作について説明する。コイル７０に供給される電流が大リフト状態を維持するための電流よりも小さくされることによって、第２可動コア２５０と固定コア６０との間の磁気吸引力は、大リフト状態での当該部の磁気吸引力より小さくなる。ニードル４０と第２可動コア２５０とは、第１付勢部材８１によって押されて、－Ｚ方向側に向かって移動する。この際、第１可動コア１５０は、固定コア６０に接触した状態に保たれている。そのため、第２可動コア２５０の第２突起部２５６が第１可動コア１５０の段差部１５６に接触して、ニードル４０と第２可動コア２５０との移動は停止される。換言すれば、第１可動コア１５０によって、－Ｚ方向側への第２可動コア２５０の移動は規制される。以上で説明した一連の動作によって、燃料噴射弁１００は、図３に表された小リフト状態になる。

燃料噴射弁１００を図３に表された小リフト状態から図１に表された閉弁状態に切替えるための動作について説明する。コイル７０への電流の供給が停止されることによって、第１可動コア１５０と固定コア６０との間の磁気吸引力、および、第２可動コア２５０と固定コア６０との間の磁気吸引力が消失する。そのため、ニードル４０は、第１付勢部材８１に押されて－Ｚ方向側に向かって移動する。第２本体部２５５が拡径部４３に押されることによって、第２可動コア２５０は、ニードル４０とともに－Ｚ方向側に向かって移動する。段差部１５６が第２突起部２５６に押されることによって、第１可動コア１５０は、第２可動コア２５０およびニードル４０とともに－Ｚ方向側に向かって移動する。弁部４２が弁座３２に衝突することによって、ニードル４０の移動は停止される。換言すれば、弁座３２によって、－Ｚ方向側へのニードル４０の移動が規制される。弁部４２が弁座３２に接触することによって噴孔３１が閉塞される。以上で説明した一連の動作によって、燃料噴射弁１００は、図１に表された閉弁状態になる。閉弁状態では、噴孔３１からの燃料の噴射は停止される。

以上で説明した本実施形態の燃料噴射弁１００によれば、第１可動コア１５０のうちの第１対向面１６０を有する部分が第１磁性部材１５１よりも透磁率の低い第１摺動部材１５２によって構成されており、かつ、第２可動コア２５０のうちの第２対向面２６０を有する部分が第２磁性部材２５１よりも透磁率の低い第２摺動部材２５２によって構成されている。そのため、Ｚ方向に沿って第１可動コア１５０と第２可動コア２５０との両方を通る磁束の流れが形成されることを抑制できる。そのため、第１可動コア１５０から第２可動コア２５０に対して第２可動コア２５０の移動を妨げる向きに磁気吸引力が働くことを抑制できるので、第２可動コア２５０を効率良く移動させることができる。

また、本実施形態では、閉弁状態および小リフト状態において、第２可動コア２５０に接触する第１可動コア１５０の第１対向面１６０がハウジング２０の第２筒部材２２の－Ｚ方向側の端部よりも＋Ｚ方向側に位置するように、ハウジング２０と第１可動コア１５０と第２可動コア２５０とが構成されている。そのため、第１対向面１６０の－Ｚ方向側に磁束が回り込むことを抑制できるので、Ｚ方向に沿って第１可動コア１５０と第２可動コア２５０との両方を通る磁束の流れが形成されることをより効果的に抑制できる。

Ｂ．第２実施形態：
図５に示すように、第２実施形態の燃料噴射弁１００ｂでは、第１可動コア１５０ｂおよび第２可動コア２５０ｂの構成が第１実施形態と異なる。その他の構成や開閉弁動作は、特に説明しない限り、第１実施形態と同じである。

図６に示すように、本実施形態では、第１可動コア１５０ｂは、第１本体部１５８と、第１突起部１５９とを有している。第１本体部１５８は、中心軸ＣＬを中心とした円筒形状を有している。第１突起部１５９は、Ｚ方向における第１本体部１５８の両端の間から中心軸ＣＬに向かって突き出すように設けられている。第１突起部１５９は、中心軸ＣＬを中心とした円環形状を有している。本実施形態では、収容空間ＳＰは、第１本体部１５８の内側面によって区画されている。第１対向面１６０ｂは、第１突起部１５９の＋Ｚ方向側の面に設けられている。第１ハウジング対向面１７０ｂは、第１本体部１５８の外側面に設けられている。

第１本体部１５８の＋Ｚ方向側の端部は、固定コア６０に接触する。第１ハウジング対向面１７０ｂを含んだ第１本体部１５８の外側面は、ハウジング２０の第２筒部材２２と第３筒部材２３とにＺ方向に沿って摺動する。第１突起部１５９の第１対向面１６０ｂには、第２可動コア２５０ｂが接触する。

第１ハウジング対向面１７０ｂを含んだ第１本体部１５８は、第１磁性部材１５１によって構成されている。第１対向面１６０ｂを含んだ第１突起部１５９は、第１摺動部材１５２によって構成されている。

本実施形態では、第２可動コア２５０ｂは、＋Ｚ方向側から順に、第２中径部２５７と、第２大径部２５８と、第２小径部２５９とを有している。第２中径部２５７は、収容空間ＳＰに配置されている。第２大径部２５８および第２小径部２５９は、収容空間ＳＰよりも－Ｚ方向側に配置されている。つまり、本実施形態では、収容空間ＳＰには、第２可動コア２５０ｂの一部が収容されている。第２大径部２５８と第２中径部２５７と第２小径部２５９とは、それぞれ中心軸ＣＬを中心とした円筒形状を有している。第２大径部２５８の外径は、第２中径部２５７の外径よりも大きい。第２中径部２５７の外径は、第２小径部２５９の外径よりも大きい。第２大径部２５８の内径と第２中径部２５７の内径と第２小径部２５９の内径とは、それぞれ同じである。第２中径部２５７の＋Ｚ方向側の端部には、第２中径部２５７の半径方向の外側に向かって突き出すように第２突起部２５６ｂが設けられている。第２突起部２５６ｂは、中心軸ＣＬを中心とした円環形状を有している。第２対向面２６０ｂは、第２突起部２５６ｂの－Ｚ方向側の面に設けられている。本実施形態では、第２可動コア２５０ｂは、ハウジング２０の第２筒部材２２に対向する第２ハウジング対向面２７０を有している。

第２中径部２５７の＋Ｚ方向側の端面は、固定コア６０に接触する。第２中径部２５７の外側面は、第２中径部２５７の半径方向において第１可動コア１５０ｂに対向する。第２大径部２５８の外側面は、ハウジング２０のうちの第１筒部材２１と第２筒部材２２とによって構成された内径の大きな部分にＺ方向に沿って摺動する。第２大径部２５８の－Ｚ方向側の面は、ハウジング２０のうちの第１筒部材２１に設けられた段差状の部分に対向する。第２小径部２５９の外側面は、ハウジング２０のうちの第１筒部材２１によって構成された内径の小さな部分にＺ方向に沿って摺動する。第２中径部２５７の内側面と第２大径部２５８の内側面と第２小径部２５９の内側面には、ニードル４０の軸部４１がＺ方向に沿って摺動する。第２突起部２５６ｂの第２対向面２６０ｂには、第１突起部１５９の第１対向面１６０ｂが接触する。

第２中径部２５７のうちの外側部分は、第２磁性部材２５１によって構成されている。第２大径部２５８のうちの外側部分では、第２ハウジング対向面２７０を含んだ＋Ｚ方向側の部分が第２磁性部材２５１によって構成されており、－Ｚ方向側の部分が第２摺動部材２５２によって構成されている。第２中径部２５７のうちの内側部分、第２大径部２５８のうちの内側部分、および、第２小径部２５９は、第２摺動部材２５２によって構成されている。尚、第２可動コア２５０ｂのうちの第２ハウジング対向面２７０が設けられた部分のことを第２ハウジング対向部と呼ぶことがある。

第１可動コア１５０ｂと第２可動コア２５０ｂとの間には、第３付勢部材８３が配置されている。第３付勢部材８３は、＋Ｚ方向側に向かって第１可動コア１５０ｂを付勢する。本実施形態では、第３付勢部材８３は、Ｚ方向に沿って伸縮するコイルばねによって構成されている。第３付勢部材８３の＋Ｚ方向側の端部は、第１突起部１５９の－Ｚ方向側の面に接触している。第３付勢部材８３の－Ｚ方向側の端部は、第２大径部２５８の＋Ｚ方向側の面に接触している。

燃料噴射弁１００ｂの閉弁状態では、ニードル４０は、第１付勢部材８１によって－Ｚ方向側に向かって付勢されており、第２可動コア２５０ｂは、第２付勢部材８２によって＋Ｚ方向側に向かって付勢されている。第１可動コア１５０ｂは、第３付勢部材によって＋Ｚ方向側に向かって付勢されている。そのため、ニードル４０の拡径部４３と第２可動コア２５０ｂの第２中径部２５７とが接触し、かつ、第１可動コア１５０ｂの第１突起部１５９と第２可動コア２５０ｂの第２突起部２５６ｂとが接触した状態で、ニードル４０と第１可動コア１５０ｂと第２可動コア２５０ｂとが静止している。閉弁状態から小リフト状態に切替えるための動作では、第２可動コア２５０ｂの第２突起部２５６ｂが第１可動コア１５０ｂの第１突起部１５９に＋Ｚ方向側に向かって押される。小リフト状態から閉弁状態に切替えるための動作では、第１突起部１５９が第２突起部２５６ｂに－Ｚ方向側に向かって押される。

コイル７０の発生させる磁界によって、図５に破線で表されたように、第２筒部材２２と第１磁性部材１５１と第３磁性部材６１と第４筒部材２４とを通る第１磁気回路Φ１ｂ、および、第２筒部材２２と第２磁性部材２５１と第３磁性部材６１と第４筒部材２４とを通る第２磁気回路Φ２ｂとが形成される。第１磁気回路Φ１ｂによって第１磁性部材１５１と第３磁性部材６１との間に磁気吸引力が発生し、第２磁気回路Φ２ｂによって第２磁性部材２５１と第３磁性部材６１との間の磁気吸引力が発生する。

この形態の燃料噴射弁１００ｂによれば、第１可動コア１５０ｂはハウジング２０の第２筒部材２２に対向する第１ハウジング対向面１７０ｂを有しており、かつ、第２可動コア２５０ｂは第２筒部材２２に対向する第２ハウジング対向面２７０を有しているので、第１可動コア１５０ｂと第２可動コア２５０ｂとの間の半径方向における隙間を通らない経路で、第１可動コア１５０ｂを移動させるための磁気回路Φ１ｂ、および、第２可動コア２５０を移動させるための磁気回路Φ２ｂを形成できる。例えば、第１実施形態の燃料噴射弁１００のように、第２可動コア２５０が第２筒部材２２に対向する面を有しない場合、第２筒部材２２と第１可動コア１５０との間の半径方向における隙間と、第１可動コア１５０と第２可動コア２５０との間の半径方向における隙間との２箇所の隙間を通る経路で第２磁気回路Φ２が形成される。第２筒部材２２と第１可動コア１５０との間の隙間や、第１可動コア１５０と第２可動コア２５０との間の隙間では、第２筒部材２２や第１磁性部材１５１や第２磁性部材２５１に比べて磁気抵抗が大きい。本実施形態では、第２磁気回路Φ２ｂが通る隙間の数を低減できるので、第２可動コア２５０ｂを効率良く移動させることができる。

また、上述した構成によって、第１可動コア１５０ｂと第２可動コア２５０ｂとの間の半径方向における隙間に磁束が流れることを抑制できるので、第１可動コア１５０ｂと第２可動コア２５０ｂとの間に半径方向に沿って磁気吸引力が働いて、ハウジング２０ｂの中心軸ＣＬに対して、第１可動コア１５０ｂの中心軸や第２可動コア２５０ｂの中心軸がずれたり傾いたりすることを抑制できる。そのため、第１可動コア１５０ｂや第２可動コア２５０ｂが移動する際に、第１可動コア１５０ｂや第２可動コア２５０ｂがハウジング２０に擦りつけられたり、第１可動コア１５０ｂと第２可動コア２５０ｂとが互いに擦りつけられて、ハウジング２０や第１可動コア１５０ｂや第２可動コア２５０ｂが摩耗することを抑制できる。特に、本実施形態のように、燃料噴射弁１００ｂが気体燃料である水素ガスを噴射する形態である場合には、液体燃料に比べて潤滑性が低いので、摩耗が生じやすい。そのため、上述した構成によって摩耗を効果的に抑制できる。

Ｃ．他の実施形態：
（Ｃ－１）上述した各実施形態の燃料噴射弁１００，１００ｂでは、第１可動コア１５０，１５０ｂのうちの第１対向面１６０，１６０ｂは、第１摺動部材１５２によって構成された部分に設けられており、第２可動コア２５０，２５０ｂのうちの第２対向面２６０，２６０ｂは、第２摺動部材２５２によって構成された部分に設けられている。これに対して、第１対向面１６０，１６０ｂの一部は、第１磁性部１５１によって構成された部分に設けられてもよいし、第２可動コア２５０，２５０ｂのうちの第２対向面２６０，２６０ｂは、第２摺動部材２５２によって構成された部分に設けられている。これに対して、第２対向面２６０，２６０ｂの一部は、第２磁性部２５１によって構成された部分に設けられてもよい。

（Ｃ－２）上述した各実施形態の燃料噴射弁１００，１００ｂでは、第２可動コア２５０，２５０ｂが接触する第１可動コア１５０，１５０ｂの第１対向面１６０，１６０ｂが、ハウジング２０の第２筒部材２２の－Ｚ方向側の端部よりも＋Ｚ方向側に位置するように、ハウジング２０と第１可動コア１５０，１５０ｂと第２可動コア２５０，２５０ｂとが構成されている。これに対して、第１対向面１６０，１６０ｂが、ハウジング２０の第２筒部材２２の－Ｚ方向側の端部よりも－Ｚ方向側に位置するように、ハウジング２０と第１可動コア１５０，１５０ｂと第２可動コア２５０，２５０ｂとが構成されてもよい。

（Ｃ－３）上述した第２実施形態の燃料噴射弁１００ｂでは、第１ハウジング対向面１７０ｂは、第１磁性部材１５１によって構成された部分に設けられており、第２ハウジング対向面２７０は、第２磁性部材２５１によって構成された部分に設けられている。これに対して、第１ハウジング対向面１７０ｂの一部は、第１摺動部材１５２によって構成された部分に設けられてもよいし、第２ハウジング対向面２７０の一部は、第２摺動部材２５２によって構成された部分に設けられてもよい。

（Ｃ－４）上述した各実施形態の燃料噴射弁１００，１００ｂでは、ハウジング２０の第１筒部材２１と噴射ノズル３０とが別部材によって構成されている。これに対して、第１筒部材２１と噴射ノズル３０とが一つの部材で構成され、噴孔３１と弁座３２とが第１筒部材２１の－Ｚ方向側の端部に設けられてもよい。

（Ｃ－５）上述した各実施形態の燃料噴射弁１００，１００ｂでは、固定コア６０，６０ｂは、第３磁性部材６１と第３摺動部材６２とによって構成されている。これに対して、固定コア６０，６０ｂは、第３磁性部材６１のみによって構成されてもよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１１…アジャスティングパイプ、１２…燃料導入パイプ、１３…フィルタ、１４…導入口、１５…コネクタ、１６…端子、１７…ホルダ、１８…カバー、２０…ハウジング、２１…第１筒部材、２２…第２筒部材、２３…第３筒部材、２４…第４筒部材、３０…噴射ノズル、３１…噴孔、３２…弁座、４０…ニードル、４１…軸部、４２…弁部、４３…拡径部、４４…燃料通路、４５…連通孔、６０…固定コア、６１…第３磁性部材、６２…第３摺動部材、７０…コイル、７１…ボビン、８１…第１付勢部材、８２…第２付勢部材、８３…第３付勢部材、１００…燃料噴射弁、１５０…第１可動コア、１５１…第１磁性部材、１５２…第１摺動部材、１５５…第１大径部、１５６…段差部、１５７…第１小径部、１５８…第１本体部、１５９…第１突起部、２５０…第２可動コア、２５１…第２磁性部材、２５２…第２摺動部材、２５５…第２本体部、２５６…第２突起部、２５７…第２中径部、２５８…第２大径部、２５９…第２小径部

Claims (4)

1. 燃料噴射弁（１００ｂ）であって、
   長手方向（Ｚ）を有し、燃料を噴射するための噴孔（３１）が前記長手方向における一端に設けられた筒状のハウジング（２０）と、
   前記ハウジング内に固定された固定コア（６０）と、
   前記固定コア側に開放された収容空間を有し、前記固定コアよりも前記一端側に配置され、前記ハウジング内を前記長手方向に沿って移動可能な第１可動コア（１５０ｂ）と、
   前記固定コアよりも前記一端側に配置され、前記第１可動コアの移動に伴って前記ハウジング内を前記長手方向に沿って移動し、前記第１可動コアが停止した状態において前記収容空間（ＳＰ）を前記長手方向に沿って移動可能な第２可動コア（２５０ｂ）と、
   前記第２可動コアの移動に伴って前記ハウジング内を前記長手方向に沿って移動することによって前記噴孔を開閉するニードル（４０）と、
   前記第１可動コアと前記第２可動コアとを移動させる磁界を発生させるコイル（７０）と、
   を備え、
   前記第１可動コアは、前記長手方向において前記固定コアに対向し、かつ、軟磁性材料で構成された第１磁性部（１５１）と、前記長手方向において前記第２可動コアに対向する第１対向部（１６０ｂ）と、前記長手方向に交差する方向において常に前記ハウジングに対向する第１ハウジング対向部（１７０ｂ）と、を有し、
   前記第２可動コアは、前記長手方向において前記固定コアに対向し、かつ、軟磁性材料で構成された第２磁性部（２５１）と、前記長手方向において前記第１可動コアに対向する第２対向部（２６０ｂ）と、前記長手方向に交差する方向において常に前記ハウジングに対向する第２ハウジング対向部（２７０）と、を有し、
   前記第１ハウジング対向部の少なくとも一部、および、前記第２ハウジング対向部の少なくとも一部は、軟磁性材料によって構成されており、
   前記第１対向部と前記第２対向部とのうちの少なくとも一部は、前記第１磁性部の透磁率よりも低い透磁率を有し、かつ、前記第２磁性部の透磁率よりも低い透磁率を有する材料で構成されている、
   燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁であって、
   前記ハウジングは、軟磁性材料によって構成されたハウジング磁性部（２２）を有し、
   前記第１対向部は、前記長手方向において前記ハウジング磁性部よりも前記一端側に配置されている、燃料噴射弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁であって、
   前記燃料は、気体燃料である、燃料噴射弁。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁であって、
   前記燃料は、水素燃料である、燃料噴射弁。

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