JPWO2008038395A1 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

内燃機関に用いるインジェクタにおいて、固定コアの残留磁気や燃料の表面張力の影響で生ずる閉弁遅れ時間を短縮して最小噴射量を低減する。パイプ状の部材の内部に固定コア及び可動子を内包し、その外側にコイル及びヨークを設けた燃料噴射弁において、可動子を作動させるアンカーは、軸方向に延びる複数個の燃料通路用貫通孔を設け、貫通孔は周方向に特定の間隔を保って配置し、貫通孔同士の間に固定コアと接触する凸状の接触面が不連続に成形される構成とした。

Description

本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射弁に関し、特に電磁的に駆動される可動子によって、燃料通路を開閉するものに関する。

この種従来の燃料噴射弁は、例えば、特開昭５８−１７８８６３号公報、あるいは特開２００６−２２７２１号公報に記載されるように、可動子が円筒状のアンカー部とこのアンカー部の中心部に位置するプランジャ部と、さらにプランジャの先端に設けられた弁体とを含んで構成されており、中心部に燃料を導く燃料導入孔を有する固定コアの端面とアンカーの端面との間に磁気ギャップが設けられており、さらにこの磁気ギャップを含む磁気通路に磁束を供給する電磁コイルを備えている。
磁気ギャップを通る磁束によってアンカーの端面と固定コアの端面との間に生起された磁気吸引力でアンカーを固定コア側に引き付けて可動子を駆動し、もって、弁体を弁座から引き離して弁座に設けた燃料通路を開くように構成されている。
このように構成された燃料噴射弁では、アンカーの端面と固定コアの端面との間の衝突面が互いに貼りつき、磁気通路の磁力が消滅した後に、初期位置（つまり両者が完全に離れて、弁体が弁座に押付けられた状態）に復帰するまでの時間が長くなるという問題を有する。
この原因は一つは、アンカーや固定コアの表面が磁化されて磁気的に離れにくくなることが考えられるので、これらが磁化しにくくする工夫が必要である。
その原因のもう一つは、アンカーが吸引されアンカーの端面と固定コアの端面とが接触した開弁状態から閉弁動作を開始する際、つまりアンカーの端面と固定コアの端面とが離れ始めて磁気吸引ギャップが徐々に拡大していく際に、アンカーの端面と固定コアの端面との間に流体的な密着現象が発生することである。
具体的には、アンカーを固定コアに貼り付けようとして生じる流体的な力の大きさは、アンカーの移動速度に比例し、ギャップの大きさの３乗に反比例するという性質がある。
しかして、開弁状態から、閉弁開始状態に切り替わった直後においてはギャップが小さいため、このギャップ内に外部から燃料が流れ込みにくいことと、アンカーを取り巻く流体の慣性質量のためにアンカーは非常に微小な移動速度でないと動くことができないという理由で、上記の現象の影響を受けてアンカーの端面と固定コアの端面とが貼りついたような挙動を示す。
この現象を和らげるためには、アンカーの端面と固定コアの端面との間及びアンカーの周囲に生じる燃料の流れを阻害しないことひいては、その流れを助長することが重要である。
従来技術においては上記問題を緩和するために、アンカーの端面と固定コアの端面との間の衝突面を部分的な接触面として、密着現象を起き難くして貼り付きを防止する技術が開示されている。

しかしながら、上記従来技術においては、アンカーの端面と固定コアの端面との間及びアンカーの周囲に生じる燃料の流れを十分に助長することができなかった。
その原因は、固定コアの中心に設けた燃料導入通路から導入される燃料は、大部分はアンカーの内径部には比較的スムースに供給されるが、アンカーの外周側に供給される燃料は長い距離を経由して供給される。このような、従来技術ではアンカーの内周側から外周側へ供給される燃料が十分でなく、このため、アンカーの端面と固定コアの端面との間のギャップに燃料が十分に供給されるまでの時間が長く、結果的にアンカーの運動を阻害し、可動子の応答遅れを生じさせる要因となっていた。
本発明の目的は、アンカーの端面と固定コアの端面との間のギャップに燃料がすばやく供給でき、結果的にアンカーの周囲の燃料がスムースに流れるようにすることにある。
本発明は、この目的を達成するためにアンカーに、その中央部で固定コアの燃料導入孔の端部に対面する位置に形成された凹所と、その端面に周方向に飛び飛びに形成され、固定コアの端面に接触する凸部区域と、その端面に凸部区域の残余の部分に形成された凹部区域と、この凹部区域に一端が開口し、他端がアンカーの反固定コア側端面で前記プランジャの周囲に開口する複数の貫通孔を有する構成とした。
かかる構成により、本発明の燃料噴射弁は、可動子が開弁位置から閉弁動作に移行する状態でのアンカー周囲の燃料の流れがスムースになり、アンカーの端面と固定コアの端面との間のギャップに燃料がすばやく供給でき、アンカーを固定コアから速やかに引き離すことができるので、閉弁遅れ時間を短縮できる。

第１図は、本発明の燃料噴射弁の全体を示す断面図である。
第２図は、本発明の一部分を拡大した断面図である。
第３図は、本発明の第一実施例になるアンカーの平面図（Ａ）と、（Ａ）のＸ−Ｘ断面図（Ｂ）である。
第４図は、本発明の他の実施例になるアンカーの平面図である。
第５図は、第４図のアンカーのＰ矢視、部分拡大斜視図である。
第６図は、第５図のＹ−Ｙ断面図である。

実施形態の全体構成について第１図，第２図を用いて以下説明する。
第１図は実施例の燃料噴射弁の縦断面図である。第２図は第１図の部分拡大図で、実施例の燃料噴射弁の詳細を示したものである。
金属材製のノズルパイプ１０１は直径が小さい小径筒状部２２と直径が大きい大径筒状部２３とを備え、両者間は円錐断面部２４により繋がっている。
小径筒状部２２の先の部分にはノズル体が形成される。具体的には小径筒状部の先端部分の内部に形成された筒状部に、燃料を中心に向かってガイドするガイド部材１１５，燃料噴射口１１６Ａを備えたオリフィスプレート１１６がこの順に積層されて挿入され、オリフィスプレート１１６の周囲で筒状部に溶接により固定される。
ガイド部材１１５は後述する可動子１１４のプランジャ１１４Ａもしくはその先端に設けられた弁体１１４Ｂの外周をガイドすると共に、燃料を放射方向外側から内側に案内する燃料のガイドも兼ねる。
オリフィスプレート１１６にはガイド部材１１５に面する側に円錐状の弁座が形成されている。この弁座３９にはプランジャ１１４Ａの先端に設けた弁体１１４Ｂが当接し、燃料の流れを燃料噴射口１１６Ａに導いたり遮断したりする。
ノズル体の外周には溝が形成されており、この溝に樹脂材製のチップシールあるいは金属の周りにゴムが焼き付けられたガスケットで代表されるシール部材が嵌め込まれている。
金属材製のノズルパイプ１０１の大径筒状部２３の内周下端部には可動子１１４のプランジャ１１４Ａをガイドするプランジャガイド１１３が大径筒状部２３の絞り加工部２５に圧入固定されている。
プランジャガイド１１３は中央にプランジャ１１４Ａをガイドするガイド孔１２７が設けられており、その周囲に複数個の燃料通路１２６が穿孔されている。
さらに、中央の上面には押出し加工により凹部１２５が形成されている。この凹部１２５にはばね１１２が保持される。
プランジャガイド１１３の中央下面にはこの凹部１２５に対応する凸部が押出し加工によって形成され、その凸部中央にプランジャ１１４Ａのガイド孔１２７が設けられている。
かくして、細長い形状のプランジャ１１４Ａはプランジャガイド１１３のガイド孔１２７とガイド部材１１５のガイド孔によってまっすぐに往復動するようガイドされる。
このように、金属材製のノズルパイプ１０１は先端部から後端部まで、同一部材で一体に形成されているので部品の管理がやり易く、また組立て作業性が良い。
プランジャ１１４Ａの弁体１１４Ｂが設けられている端部とは反対の端部にはプランジャ１１４Ａの直径より大きい外径を有する段付き部１２９，１３３を有する頭部１１４Ｃが設けられている段付き部１２９の上端面にはスプリング１１０の着座面が設けられており、中心にはスプリングガイド用の突起１３１が形成されている。
可動子１１４はプランジャ１１４Ａが貫通する貫通孔を中央に備えたアンカー１０２を有する。アンカー１０２はプランジャガイド１１３と対面する側の面の中央にばね受け用の凹部１１２Ａが形成されており、プランジャガイド１１３の凹部１２５とこの凹部１１２Ａとの間にばね１１２が保持されている。
頭部１１４Ｃの段付き部１３３の直径より貫通孔１２８の直径の方が小さいので、プランジャ１１４Ａをオリフィスプレート１１６の弁座に向かって押付けるスプリング１１０の付勢力もしくは重力の作用下においては、ばね１１２によって保持されたアンカー１０２の上側面に形成された凹所１２３の底面１２３Ａにプランジャ１１４Ａの頭部１１４Ｃの段付き部１２９の内周下端面が当接し、両者は係合している。
これによりばね１１２の付勢力もしくは重力に逆らう上方へのアンカー１０２の動きあるいは、ばね１１２の付勢力もしくは重力に沿った下方へのプランジャ１１４Ａの動きに対しては両者は協働して一緒に動くことになる。
しかし、ばね１１２の付勢力もしくは重力に関係なくプランジャ１１４Ａを上方へ動かす力、あるいはアンカー１０２を下方へ動かす力が独立して両者に別々に作用したときは、両者は別々の方向に動こうとする。
このとき、貫通孔１２８の部分でプランジャ１１４Ａの外周面とアンカー１０２の内周面との間の５乃至１５ミクロンの微小ギャップに存在する流体の膜が両者の異なった方向への動きに対して摩擦を生じ、両者の動きを抑制する。つまり両者の急速な変位に対してブレーキをかける。ゆっくりした動きに対してはほとんど抵抗を示さない。かくして、このような両者の反対方向への瞬間的な動作は短時間の間に減衰する。
ここで、アンカー１０２は、大径筒状部２３の内周面とアンカー１０２の外周面との間ではなく、アンカー１０２の貫通孔１２８の内周面とプランジャ１１４Ａの外周面とによって中心位置が保持されている。そして、プランジャ１１４Ａの外周面はアンカー１０２が、単独で軸方向に移動するときのガイドとして機能している。
アンカー１０２の下端面はプランジャガイド１１３の上端面に対面しているが、ばね１１２が介在していることで両者が接触することはない。
アンカー１０２の外周面と金属材製のノズルパイプ１０１の大径筒状部２３の内周面との間にはサイドギャップ１３０が設けられている。このサイドギャップ１３０はアンカー１０２の軸方向の動きを許容するために、貫通孔１２８の部分においてプランジャ１１４Ａの外周面とアンカー１０２の内周面との間に形成される５乃至１５ミクロンの微小ギャップより大きな、たとえば０．１ミリメートル程度にしてある。あまり大きくすると磁気抵抗が大きくなるので、このギャップは磁気抵抗との兼ね合いで決定される。
金属材製のノズルパイプ１０１の大径筒状部２３の内周部には固定コア１０７が圧入され、その上端部には燃料導入パイプ１０８が圧入され、ノズルパイプ１０１の大径筒状部２３と燃料導入用のパイプ部１０８との圧入接触位置で溶接接合されている。この溶接接合により金属材製のノズルパイプ１０１の大径筒状部２３の内部と外気との間に形成される燃料漏れ隙間が密閉される。
燃料導入パイプ１０８と固定コア１０７は中心にプランジャ１１４Ａの頭部１１４Ｃの直径よりわずかに大きい直径Ｄの貫通孔が設けられている。
固定コア１０７の燃料導入通路としての貫通孔１０７Ｄの下端部内周にはプランジャ１１４Ａの頭部１１４Ｃが非接触状態で挿通されており、固定コア１０７の貫通孔１０７Ｄの内周下端エッジ１３２と頭部１１４Ｃの段付き部１３３の外周エッジ部１３４との間の隙間は上記したサイドギャップと同程度の隙間が与えられている。これは、アンカー１０２の内周エッジ部１３５との間隔（約４０乃至１００ミクロン）より大きくして、固定コア１０７からプランジャ１１４Ａへ磁束が漏洩するのをできるだけ少なくするためである。
プランジャ１１４Ａの頭部１１４Ｃに設けられた段付き部１３３の上端面に形成されたスプリング受け座１１７には初期荷重設定用のスプリング１１０の下端が当接しており、スプリング１１０の他端が固定コア１０７の貫通孔１０７Ｄの内部に圧入される調整子５４で受け止められることで、頭部１１４Ｃと調整子５４の間に固定されている。
調整子５４の固定位置を調整することでスプリング１１０がプランジャ１１４Ａを弁座３９に押付ける初期荷重を調整することができる。
アンカー１０２のストロークの調整は、ノズルパイプ１０１の大径筒状部２３外周に電磁コイル（１０４，１０５），ヨーク（１０３，１０６）を装着した後、アンカー１０２をノズルパイプ１０１の大径筒状部２３内にセットし、プランジャ１１４Ａをアンカー１０２に挿通した状態で、治具によりプランジャ１１４Ａを閉弁位置に押下し、コイル１０５へ通電したときの可動子１１４のストロークを検出しながら、固定コア１０７の圧入位置を決定することで可動子１１４のストロークを任意の位置に調整できる。
第１図，第２図に示すごとく、初期荷重設定スプリング１１０の初期荷重が調整された状態で、固定コア１０７の下端面が可動子１１４のアンカー１０２の上端面１２２に対して約４０乃至１００ミクロン程度（図面では誇張してある）の磁気吸引ギャップ１３６を隔てて対面するように構成されている。アンカー１０２の外径と固定コア１０７の外径はほんのわずかだけ（約０．１ミリメートル）アンカー１０２の外径が小さい。一方、アンカー１０２の中心に位置する貫通孔１２８の内径は可動子１１４のプランジャ１１４Ａ及び弁体の外径よりわずかに大きい。また頭部１１４Ｃの外径より固定子コア１０７の貫通孔の内径の方がわずかに大きい。そして頭部１１４Ｃの外径はアンカー１０２の貫通孔１２８の内径より大きい。
これにより、磁気吸引ギャップ１３６での磁気通路面積を十分確保しながら、プランジャ１１４Ａの頭部１１４Ｃの下端面とアンカー１０２の凹所１２３Ａの底面との軸方向の係合代を確保している。
金属材製のノズルパイプ１０１の大径筒状部２３の外周にはカップ状ヨーク１０３とこのカップ状ヨーク１０３の開放側開口を塞ぐように設けられた環状の上ヨーク１０６が固定されている。
カップ状ヨーク１０３の底の部には中央に貫通孔が設けられており、貫通孔には金属材製のノズルパイプ１０１の大径筒状部２３が挿通している。
カップ状ヨーク１０３の外周壁の部分は金属材製のノズルパイプ１０１の大径筒状部２３の外周面に対面する外周ヨーク部を形成している。
環状の上ヨーク１０７の外周はカップ状ヨーク１０３の内周に圧入されている。
カップ状ヨーク１０３と環状の上ヨーク１０６とによって形成される筒状空間内には環状若しくは筒状の電磁コイル１０５が配置されている。
電磁コイル１０５は半径方向外側に向かって開口する断面がＵ字状の溝を持つ環状のコイルボビン１０４と、この溝の中に巻きつけられた銅線で形成される環状コイル１０５とから構成されている。
電磁コイル装置はボビン１０４，コイル１０５，カップ状ヨーク１０３及び上ヨーク１０６から構成される。
コイル１０５の巻き始め，巻き終わり端部には剛性のある導体１０９が固定されており、上ヨーク１０６に設けた貫通孔より導体１０９が引き出されている。
この導体１０９と燃料導入パイプ１０８，ノズルパイプ１０１の大径筒部２３の外周はカップ状ヨーク１０３の上端開口部内周の、上ヨーク１０６上部に絶縁樹脂を注入して、モールド成形され、樹脂成形体１２１で覆われる。
かくして、電磁コイル（１０４，１０５）の周りに矢印１４０で示すトロイダル状の磁気通路１４０が形成される。
導体４３Ｃの先端部に形成されたコネクタ４３Ａにはバッテリ電源より電力を供給するプラグが接続され、図示しないコントローラによって通電，非通電が制御される。
コイル１０５に通電中は、磁気回路１４０を通る磁束によって磁気吸引ギャップ１３６において可動子１１４のアンカー１０２と固定コア１０７との間に磁気吸引力が発生し、アンカー１０２がスプリング１１０の設定荷重を超える力で吸引されることで上方へ動く。このときアンカー１０２はプランジャの頭部１１４Ｃと係合して、プランジャ１１４Ａと一緒に上方へ移動し、アンカー１０２の上端面が固定コア１０７の下端面に衝突するまで移動する。
その結果、プランジャ１１４Ａの先端の弁体１１４Ｂが弁座３９より離間し、燃料が燃料通路１１８を通り、複数の噴射口１１６Ａから燃焼室内に噴出する。
電磁コイル１０５への通電が断たれると、磁気回路１４０の磁束が消滅し、磁気吸引ギャップ１３６における磁気吸引力も消滅する。
この状態では、プランジャ１１４Ａの頭部１１４Ｃを反対方向に押す初期荷重設定用のスプリング１１０のばね力がばね１１２の力に打ち勝って可動子１１４全体（アンカー１０２，プランジャ１１４Ａ）に作用する。
その結果、磁気吸引力を失った可動子１１４のアンカー１０２はスプリング１１０のばね力によって、弁体１１４Ｂが弁座に接触する閉位置に押し戻される。
このとき、頭部１１４Ｃの段付き部１２９がアンカー１０２の凹所の底面１２３Ａに当接してアンカー１０２をばね１１２の力に打ち勝って、プランジャガイド１１３側へ移動させる。
弁体１１４Ｂが弁座に勢い良く衝突すると、プランジャ１１４Ａはスプリング１１０を圧縮する方向へ跳ね返る。
しかし、アンカー１０２はプランジャ１１４Ａとは別体であるため、プランジャ１１４Ａはアンカー１０２から離れてアンカー１０２の動きとは反対方向に動こうとする。
このときプランジャ１１４Ａの外周とアンカー１０２の内周との間には流体による摩擦が発生し、跳ね返るプランジャ１１４Ａのエネルギが、いまだ慣性力によって反対方向（弁の閉じ方向）に移動しようとしているアンカー１０２の慣性質量によって吸収される。
跳ね返り時には慣性質量の大きなアンカー１０２がプランジャ１１４Ａから切り離されるので、跳ね返りエネルギ自体も小さくなる。
また、プランジャ１１４Ａの跳ね返りエネルギを吸収したアンカー１０２は自らの慣性力がその分だけ減少するので、ばね１１２を圧縮するエネルギが減少して、ばね１１２の反発力が小さくなり、アンカー１０２自体の跳ね返り現象によってプランジャ１１４Ａが開弁方向に動かされる現象は発生し難くなる。
かくして、プランジャ１１４Ａの跳ね返りは最小限に抑えられ、電磁コイル（１０４，１０５）への通電が断たれた後に弁が開いて、燃料が不作為に噴射される、いわゆる二次噴射現象が抑制される。
ここで、燃料噴射弁には、入力された開弁信号に対して素早く応答して開閉弁できることが求められる。すなわち、開弁パルス信号の立ち上りから実際に開弁状態になるまでの遅れ時間（開弁遅れ時間）や、開弁パルス信号が終了してから実際に閉弁状態になるまでの遅れ時間（閉弁遅れ時間）を短縮することが、最小の可制御噴射量（最小噴射量）をより小さくするという観点からも重要である。中でも、とりわけ閉弁遅れ時間の短縮は最小噴射量の低減に有効であることが知られている。
閉弁遅れ時間の短縮の方法の１つに、弁体１１４Ｂを開状態から閉状態に移行させる力を可動子１１４に付与するスプリング１１０の設定荷重を大きくすることであるが、この力を大きくすると開弁時に大きな力が必要となり、電磁コイルが大型になるという相反する問題がある。このため設計上の限界があってこの方法だけで開弁遅れ時間を十分短縮できるとは限らない。
他の方法として、固定コア１０７の電磁吸引力により吸引されているアンカー１０２をスプリング１１０で押下げたとき、固定コア１０７の下端面とアンカー１０２の上端面１２２との間の磁気ギャップ１３６が負圧状態になるため、これを利用してアンカー１０２移動によって押しのけられた燃料が、燃料通路１１８から速やかに磁気ギャップ１３６に流れ込むようにすることが考えられる。
以下、この原理に基づく実施例を説明する。本実施例では、閉弁遅れ時間を短縮するために、アンカー１０２には軸方向に燃料を流すための燃料通路用貫通孔１２４を設け、この貫通孔１２４とアンカー１０２の側面に設けた燃料供給路１３０をアンカー１０２の上端面と固定コア１０７の下端面との間の磁気ギャップを利用して連通させ、流体抵抗を小さくした。
この構成によれば、燃料供給路を飛び飛び（不連続）に形成することで、アンカー１０２の上端面と固定コア１０７の下端面との接触面の面積を磁気的、あるいは対衝撃性において必要とされる面積だけ確保してアンカー１０２の上端面１２２に作用する磁気吸引力が低減されにくい構成とすることができる。
また、接触面を必要最小限にすることができるので、固定コア１０７の下端面とアンカー１０２の上端面１２２の吸引時に生ずるスクイーズ効果による貼り付き力を低減でき、さらに両者間に負圧が作用したとき、アンカー１０２によって押しのけられた燃料通路１１８内の燃料をアンカー１０２に設けた貫通孔１２４を通して磁気ギャップ１３６に速やかに引き込まれる構成とすることができた。
第３図は本発明の実施形態によるアンカー１０２の構成図である。（Ａ）はプランジャ頭部１１４Ｃ側からの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
アンカー１０２の中央部分には凹所１２３が設けられており、その底面１２３Ａの中心部には可動子１１４のプランジャ１１４Ａを貫通させる貫通孔１２８が穿孔されている。
また燃料通路用の貫通孔１５０，１５１，１５２，１５３の一部を構成する断面が半円状の４つの縦溝１５０Ｂ−１５３Ｂが凹所１２３の内周壁面に等間隔で飛び飛びに形成されている。縦溝１５０Ｂ−１５３Ｂは凹所１２３の底面１２３Ａまで達したところで底面１２３Ａを貫通し、真直ぐにアンカー１０２の反固定コア側端面に開口している。底面１２３Ａから先の部分は断面が円形の貫通孔１５０，１５１，１５２，１５３として形成されている。この結果、底面１２３Ａにはその外周部から中心側に突出する断面が半円状の貫通孔１５０Ａ−１５３Ａが形成される。この実施例では断面が半円状の貫通孔１５０Ａ−１５３Ａと断面が半円状の縦溝１５０Ｂ−１５３Ｂとによって断面が円形になる貫通孔１５０−１５３が構成しているが、断面が半円状の貫通孔１５０Ａ−１５３Ａの直径と、断面が半円状の縦溝１５０Ｂ−１５３Ｂの直径はどちらかが大きくてもよい。また、断面形状は矩形でもその他の形状でもよい。とにかく、少なくとも一部がアンカー１０２凹所１２３の底面部、あるいはその途中でもよいが、アンカー１０２の端面１２２より窪んだ位置に開口し、残余の部分がアンカー１０２の端面１２２若しくは上記一部の開口よりアンカー１０２の端面１２２に近い位置に開口するように段差を持って開口することが条件である。
また、貫通孔１５０−１５３は固定コアの燃料導入孔１０７Ｄのよりも内側にその一部が形成され、残余の一部がその直径の外に形成される。そして燃料導入孔１０７Ｄより内側の部分に位置する貫通孔１５０−１５３の上端開口位置が燃料導入孔１０７Ｄより外側の部分に位置する貫通孔１５０−１５３の上端開口位置より固定コアの端面からより離れた位置に形成されるように構成されていることである。
このように構成されている、本実施例では固定コア１０７の燃料導入孔１０７Ｄから流れ込む燃料が貫通孔１５０−１５３に流れ込むと共に、貫通孔の開口部を通って燃料はアンカー１０２の端面の半径方向外側にも連通し、その結果磁気ギャップ内に燃料が速やかに出入りする。
第３図に戻って、アンカー１０２の端面１２２には燃料通路用の貫通孔１５０−１５３の間に、固定コア１０２の端面と接触する接触面１６０，１６１，１６２，１６３で構成されている。
第２図はこのアンカー１０２を装着し、アンカー１０２が磁気吸引ギャップ１３６を介して固定コア１０７に吸引された状態を示す図である。なお、磁気吸引ギャップ１３６や接触面１６０は拡大して示してある。
コイル１０５に開弁パルス信号が与えられ、磁気回路１４０による磁気吸引力によって、アンカー１０２が固定コア１０７に吸引され、接触面１６０が固定コア１０７に接触するまで吸引される。その動作に応じて可動子１１４は、アンカー１０２に連動して上部に引き上げられる。そして、燃料はアンカー１０２の貫通孔１５０，プランジャガイド１１３の燃料通路１２６，燃料通路１１８，引き上げられた弁体１１４Ｂと噴射口１１６Ａから燃料を噴射する。
開弁パルス信号が終了すると、磁気回路１４０による磁気吸引力がなくなり、アンカー１０２が固定コア１０７からの吸引から開放される。そして、スプリング１１０の押付け力によってアンカー１０２が押下げられ、弁体１１４Ｂが弁座３９に着座して噴射口１１６Ａを閉じて燃料の噴射が終了する。
弁体１１４Ｂが押下げられ噴射口１１６Ａを閉じた時、押しのけられた燃料は、噴射の時とは逆に燃料通路１１８，プランジャガイド１１３の燃料通路１２６，アンカー１０２の燃料通路用の貫通孔１５０−１５３を通って流れるがこの間の燃料通路の流体抵抗を小さくすることができたので、閉弁遅れ時間を短縮することができた。
閉弁遅れ時間をさらに短縮するための動作を以下に説明する。
アンカー１０２が固定コア１０７に磁気吸引された開弁時の状態では、アンカー１０２の上端面１２２すべてが接触せず、接触面１６０のみが接触している。
ところで、２つの面に流体が挟まれた状態からそれを引き離すスクイーズ効果による貼り付け力は、上端面１２２すべてが固定コア１０７に密着状態で接触している場合に比べて、非常に小さな値となる。このことは、スクイーズ効果による貼り付け力は、理論的に接触面積と比例関係にあり、かつギャップ距離の３乗分の１に比例していることから明らかである。
そこで、接触面１６０を設けることにより、固定コア１０７への貼り付き面積を小さく、凸部区域（接触面）形成により磁気吸引ギャップ１３６を一定距離に保つことで、スクイーズ効果による貼り付け力を低減している。
開弁パルス信号終了後、磁気吸引力がなくなり、アンカー１０２が固定コア１０７からの吸引から開放されると、磁気吸引ギャップ１３６で生ずるスクイーズ効果による貼り付け力が本発明によって小さくなっているため、弁体１１４Ｂが押下げられ、これによって押しのけられた燃料は、アンカー１０２の燃料通路用の貫通孔１５０を流れて速やかに負圧状態の磁気吸引ギャップ１３６に引き込まれる。
アンカー１０２の接触面１６０，１６１，１６２，１６３は、貫通孔１５０，１５１，１５２，１５３に重ならないように不連続に成形しているので、一層燃料の流れは円滑になる。接触面が不連続であると、衝突部の内外を連通する流体通路を存在させることができる。この効果により、衝突部の外径側に対して、アンカー外径側面の隙間からだけでなく、コア中心側の主たる燃料通路から燃料を供給ができるようになり、磁気ギャップへの燃料供給が円滑に行われるようになる。この結果、アンカーの初速が比較的速い場合であってもスクイーズ効果による貼り付き力を減じることができる。
本実施形態では、固定コア１０７には、アンカー１０２の接触面１６０のみを接触させ、さらに、接触面１６０，１６１，１６２，１６３は貫通孔１５０，１５１，１５２，１５３に重ならないように構成している。すなわち、アンカーは、軸方向に延びる複数個の燃料通路用貫通孔として１５０乃至１５３を有するとともに、貫通孔１５０乃至１５３は周方向に特定の間隔を保って配置され、それぞれの孔の間に接触面１６０乃至１６３が凸端面として形成されている。
接触面が貫通孔１５０乃至１５３によって分断され、不連続になっていることにより、丁度不連続部分からの燃料供給が最も容易になるようになっている。すなわち、貫通孔１５０乃至１５３はアンカーに設けられた凹所とも連通しており、固定コアの中心に設けられた燃料通路と併せて主たる燃料通路を形成しているため、流路断面積が大きい。流路断面積が大きい燃料通路によって接触面が分断されていることにより、磁気ギャップへの燃料の供給は、アンカーの内周及びアンカーの外周に加えて、貫通孔１５０乃至１５３からも行われるようになる。貫通孔１５０乃至１５３はアンカーの下部とも連通しているため、アンカーの移動に伴って押出され、磁気ギャップへ移動する燃料の大部分は貫通孔を介して移動する。ここで、貫通孔１５０乃至１５３によって分断された接触面１６０乃至１５３は貫通孔の直近に配置されるため、狭い流路の影響を受けずに燃料が供給されることとなる。この結果、磁気ギャップ及び衝突部への燃料供給が容易になり、貼り付きを生じさせているスクイーズ効果による力を減じることができる。スクイーズ効果による貼り付きの力は、隙間の３乗に反比例することから、本発明のように最も隙間が狭くなる衝突端部への燃料供給を円滑に行うことが効果的である。
その結果、開弁パルス信号終了後、可動子１１４が速やかに動作でき、弁体１１４Ｂが燃料噴射口１１６Ａを押下げて、閉弁遅れ時間を短縮できる効果がある。すなわち、コイルへの通電終了後に閉弁挙動を開始するまでの時間を短縮でき、閉弁遅れ時間が短縮される。この結果、制御可能な燃料噴射弁の最小噴射量を低減することができるようになる。あるいは、小さい最小噴射量が必要とされない場合には、付勢スプリングのセット荷重を低減することができ、この結果磁気吸引力が付勢スプリングに勝り易くなり、燃料噴射弁が動作する最大燃料圧力を拡大することもできる。
第３図では、アンカー１０２の接触面１６０，１６１，１６２，１６３を、貫通孔１５０，１５１，１５２，１５３のそれぞれの間では連続させて、貫通孔の部分で飛び飛びになるように形成しているが、貫通孔１５０乃至１５３のそれぞれの間では必ずしも接触面を連続させる必要はない。たとえば、貫通孔１５０乃至１５３のそれぞれの間において接触面の中間部分に不連続部分を形成しても作用、同様の効果が得られる。
ところで、本発明では燃料噴射弁に使用される燃料について特に述べていないが、ガソリン，軽油，アルコール等、内燃機関に使用される燃料すべてにおいて適用することができる。これは、本発明が流体が有する粘性抵抗の観点に立脚して為されているためである。どのような燃料を用いたとしても粘性抵抗は存在し、本発明の原理が適用できるため、効果を発揮することができる。
なお、アルコール燃料においては、接触面１６０，１６１，１６２，１６３がなく固定コア１０７の下端面とアンカー１０２の上端面１２２が貼り付くと、これを引き離すときにスクイーズ効果の負圧の影響で、アルコール燃料に溶け込んでいる空気のエアレーションやキャビテーションによって、固定コア１０７の下端面やアンカー１０２の上端面１２２が損傷し、信頼性を損なうことになる。この傾向は、燃料噴射弁に供給される燃料圧力が低いほど顕著である。したがって、本発明のように接触面１６０乃至１６３への燃料供給を円滑に行うことで、端部に生じる負圧を減じることができると、固定コア１０７の衝突端面やアンカー１０２の上端面１２２や衝突端部１６０乃至１６３に生じるエアレーションやキャビテーションを減じることができ、耐久信頼性が向上する。
コア１０７の下端面（衝突端面）や、アンカー１０２の上端面１２２及び衝突端面１６０乃至１６３にはメッキを施して耐久性を向上させることがあるが、本発明によるエアレーションやキャビテーションの発生を抑える効果は、メッキの剥がれなどを抑制する効果を発揮する。この結果、アンカーに比較的軟らかい軟磁性ステンレス鋼を用いた場合においても、硬質クロムメッキや無電解ニッケルメッキを用いることで、耐久信頼性を確保することができる。特に、無電解ニッケルメッキを熱処理などによって定着させたようなメッキを利用できるようになる。無電解ニッケルメッキを用いた場合には、膜厚を高精度に保ち易くなり、この結果製品の精度を向上し、ばらつきを低減することができる。
これより、アンカー１０２に飛び飛びの（不連続の）接触面１６０，１６１，１６２，１６３を設けることによって、スクイーズ効果による貼り付き力を低減すると共に、固定コア１０７の下端面とアンカー１０２の上端面１２２との間の衝突による損傷を低減できる効果が得られる。
なお、第３図において、実線１２３φは凹所１２３の直径を示し、凹所１２３の内周壁を意味する。破線１０７Φは固定コア１０７の燃料導入孔１０７Ｄの内径を示す。また、一点差線１１７Φはプランジャ１１４Ａの頭部１１４Ｃに形成されたスプリング受け座１１７の外径を示す。第３図と第２図に示すように、固定コア１０７の下端から凹所１２３に導入される燃料は、固定コア１０７の内周のエッジ１３２とスプリング受け座１１７の上端外周のエッジとの間に形成される燃料通路を通して導入される。そして、この燃料通路のすぐ下流（ほとんど真下）に貫通孔１５０−１５３の開口が形成されているので、燃料の流れがスムースになる。また、燃料通路１１８側から貫通孔１５０−１５３を通って流れる燃料も負圧になったアンカー１０２の端面１２２と固定コア１０７の端面との間の磁気ギャップ１３６にスムースに流れ込む。つまり、燃料導入孔１０７Ｄから、燃料通路１１８までほとんど真直ぐな燃料通路が形成されているので燃料の流れがスムースになるのである。さらに、磁気ギャップの部分では、貫通孔１５０−１５３の一部が凹所１２３を半径方向外側に膨らませるような形で拡張しているので、固定コア１０７の内周のエッジ１３２とスプリング受け座１１７の上端外周のエッジ１３４との間の隙間Ｓ１からの燃料、凹所１２３からの燃料が、アンカー１０２の端面１２２と固定コア１０７の端面との間の磁気ギャップ１３６にスムースに流れ込む。
このとき、隙間Ｓ１によって形成される燃料通路の通路断面積よりも貫通孔１５０−１５３の通路断面積の総和の方が大きくなるように構成した。これにより、燃料の流れ方向に断面積が広がるので燃料の流れがよりスムースになった。
また、隙間Ｓ１によって形成される燃料通路の通路断面積の下流部に燃料通路の広がり部としての凹所１２３を設けたので、隙間Ｓ１を通ってきた燃料が貫通孔１５０−１５３にもまた磁気ギャップ１３６にもスムースに供給される。その際、溝１５０Ｂ−１５３Ｂの上端部が接触面１６０−１６３の間を通して凹所１２３側からアンカー１０２の外周側の凹部区域１２２にスムースに燃料を供給する役目を果たす。
凹所１２３の深さはプランジャ１１４Ａの頭部１１４Ｃの高さ方向の寸法によって適宜選択される。凹所１２３固定コア１０７の内周径より大きことが一つの条件であるが、どこまで大きくするかは、固定コア１０７との間の磁気特性も考慮して決定する。実施例では、貫通孔１５０−１５３の最外径部まで広げた場合でも十分な磁気特性が得られた。
また、プランジャ貫通孔１２８の断面積より貫通孔１５０−１５３の通路断面積の総和の方が大きくなるように構成した。
これにより、プランジャに貫通孔を設けた場合より大きな燃料通路断面積が得られることになる。当然、実施例の構成を維持しながら、プランジャ１１４Ａの中心あるいは外周部に貫通孔を設けてさらに燃料通路を拡大してもよい。
次に第４図に基づいて、第二の実施例を説明する。
第４図−第６図に示す実施例では、貫通孔１５０−１５３の溝１５０Ｂ−１５３Ｂの上端の周囲にくぼみ１５０Ｄ−１５３Ｄを設けてアンカー１０２の端面における内周部と外周部との連通路をより大きくした。
さらに、くぼみ１５０Ｄ−１５３Ｄの相互の間にＶ溝１８０−１８３を設けた。これにより、接触面１６０Ａ，Ｂ−１６３Ａ，Ｂを効果的に減らせるのでさらにスクイーズ効果を低減できた。
このＶ溝１８０−１８３は外周側より内周側のほうが幅が広くなっており、また、内周側に傾斜１９０を有している。これにより、燃料の半径方向への移動がよりスムースに行える効果がある。
以上２つの実施例の実施の態様を整理すると以下の通りである。
１．（Ａ）円筒状のアンカー部（１０２）、アンカー部（１０２）の中心部に位置するプランジャ部（１１４Ａ），プランジャ部（１１４Ａ）の先端に設けられた弁体（１１４Ｂ）とを含んで構成される可動子（１１４）を有する。
（Ｂ）中心部に燃料を導く燃料導入孔（１０７Ｄ）を有する固定コア（１０７）を有する。
（Ｃ）アンカー（１０２）の端面（１２２）と固定コア（１０７）の端面との間に設けられた磁気ギャップ（１３６）を含む磁気通路（１４０）に磁束を供給する電磁コイル（１０５）を備える。
（Ｄ）磁気ギャップ（１３６）を通る磁束によってアンカー（１０２）の端面（１２２）と固定コア（１０７）の端面との間に生起された磁気吸引力でアンカー（１０２）を固定コア（１０７）側に引き付けて可動子（１１４）を駆動し、もって、弁体（１１４Ｂ）を弁座（３９）から引き離して弁座（３９）に設けた燃料通路（１１６Ａ）を開く。
（Ｅ）アンカー（１０２）には、
（ａ）その中央部で固定コア（１０７）の燃料導入孔（１０７Ｄ）の端部に対面する位置に形成された凹所（１２３）が形成されている。
（ｂ）その端面に周方向に飛び飛びに形成され、固定コア（１０７）の端面に接触する凸部区域（１６０−１６３）を有する。
（ｃ）その端面に凸部区域（１６０−１６３）の残余の部分に形成された凹部区域（１２２）を有する。
（ｄ）凹部区域（１２２）に一端が開口し、他端がアンカー（１０２）の反固定コア側端面（１１２Ａ）でプランジャ（１１４Ａ）の周囲に開口する複数の貫通孔（１５０−１５３）を有する。
好適には、
２．アンカー（１０２）の端面（１２２）の凸部区域（１６０−１６３）が固定コア（１０７）に接触した状態で、少なくとも貫通孔（１５０−１５３）部分において、凹所（１２３）とアンカー（１０２）の凸部区域（１６０−１６３）より外周側の凹部区域（１２２）とが連通する。
好適には、
３．隣接する貫通孔（１５０−１５３）の開口と開口との間に凹所（１２３）側から半径方向外側に向かって放射状に延びる溝（１８０−１８３）が形成されており、
かくして、アンカー（１０２）の端面（１２２）には貫通孔（１５０−１５３）の開口と凸部区域（１６０−１６３）と溝（１８０−１８３）と次の貫通孔（１５０−１５３）の開口が交互に特定の間隔を置いて形成されている。
好適には、
４．溝（１８０−１８３）はＶ溝である。
好適には、
５．Ｖ溝（１８０−１８３）は凹所（１２３）側に傾斜している。
具体的には、
６．金属材製のパイプ（１０１）の内側に固定コア（１０７）を固定し、アンカー（１０２）が固定コア（１０７）に対して磁気吸引ギャップ（１３６）を隔てて対面するように配置して、可動子（１１４）を弁座（３９）と固定コア（１０７）との間で往復動可能に金属パイプ（１０１）内に配置し、パイプ（１０１）の外側に環状コイル（１０５）とこの環状コイル（１０５）の上下，周囲を取り巻くヨーク（１０３，１０６）を装着して成り、アンカー（１０２）は、軸方向に延びる複数個の燃料通路用貫通孔（１５０−１５３）を有し、貫通孔（１５０−１５３）は周方向に特定の間隔を保って配置されており、当該貫通孔（１５０−１５３）同士の間に固定コア（１０７）と接触する端面が飛び飛び、すなわち不連続に形成されるように構成した。
なお、図１の符号１１１は、磁気通路１４０を形成するパイプ部材に設けた環状溝で、磁気絞りを形成する。この磁気絞りは、磁気ギャップ１３６に対面する位置に形成されている。
以上の実施例では以下の特徴である構成によって、従来技術では得られない効果を得ることができた。
ａ．衝突部の凸部区域（つまり接触面１６０−１６３）が不連続となる部分で、接触面はアンカーに設けた貫通孔に隣接している。つまり、隣接する凸部区域（接触面）の間に貫通孔の上端が開口する。より好適には隣接する凸部区域（接触面）の間に凹部区域が形成されており、その凹部区域に貫通孔の上端が開口する。
ｂ．凸部区域（接触面）が不連続となる部分に隣接する貫通孔は、側方と連通している。つまり、貫通孔よりアンカーの内側方向においては凹所１２３に連通し、アンカーの外側方向においてはアンカー上端面に設けた凹部区域によってアンカー側周部の燃料通路まで連通している。
ｃ．凸部区域（接触面）が不連続となる部分に隣接する貫通孔は、主たる燃料通路を形成する。つまり、燃料のほとんどが貫通孔を通して燃料通路１１８に供給される。また、燃料通路１１８から凹所１２３に逆流する。このとき、貫通孔は固定コアの燃料導入項と凹所との間に隙間に対面する位置に開口しているので、燃料の流れはプランジャの軸線に沿った真直ぐな流れになり、流体抵抗が少ないので、アンカーの動きがスムースになる。その結果、可動子１１４の応答性が上がり、開閉弁の応答性が改善される。
その他の効果は以下の通りである。
ａ．の効果は凸部区域（接触面）が不連続となっていることで、凸部区域（接触面）の内外への燃料の移動が容易に行われる。不連続となる部分がアンカーの貫通孔に隣接していることで、閉弁時にアンカー下流側の面が押出した燃料が容易にアンカー上流側に流れ、なおかつ凸部区域（接触面）の内外及び凸部区域（接触面）へ供給されるため、弁体を貼り付けるように作用するスクイーズ効果による力が減少する。
つまり、単純に孔が空いているアンカーや、単純に凸部区域（接触面）が付いているアンカーでは効果が小さい。凸部区域（接触面）の外側や内側だけに孔が空いていても凸部区域（接触面）内外の燃料の移動が妨げられ、貼り付き易い。
ｂ．凸部区域（接触面）が不連続となる部分に隣接する貫通孔が、側方（アンカーに設けた凹所の側）と連通していることにより、燃料の供給および移動がより容易になる。アンカーの貫通孔がコアに面している場合、最小の断面積はコアとアンカーの隙間部に形成されるため、単純に孔を設けても絞りが大きくて効果が低い。このため、燃料が入ってくる経路はコア内側，アンカー外側，貫通孔となるはずが、貫通孔の効果が小さくなってしまう。そこで、貫通孔が側方（アンカーに設けた凹所の側）と連通するようにすることで、燃料の流れが容易になり、貫通孔からの燃料供給が容易になる。この結果、隙間部にも供給され易くなり、結果としてスクイーズ効果による貼り付きを低減できる。
ｃ．主たる燃料通路は、アンカーに設けられた燃料通路の中で最も大きい断面積を有する。このため、主たる燃料通路を形成している貫通孔に衝突部（接触面）が隣接していることで、流体抵抗の低減効果を最も大きくできる。また、主たる燃料通路と、貼り付き防止のための燃料通路を兼ねることができるため、磁気吸引面積を小さくせずにすむ。

本発明は燃料をシリンダ内に直接噴射するいわゆる筒内噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いて好適である。また、これを吸気管に取り付けて、吸気弁上流からシリンダ内に燃料を供給するいわゆるポート噴射式内燃機関の燃料噴射弁に用いることもできる。

Claims (6)

1. 円筒状のアンカー部、当該アンカー部の中心部に位置するプランジャ部、当該プランジャの先端に設けられた弁体とを含んで構成される可動子と、
   中心部に燃料を導く燃料導入孔を有する固定コアと、
   前記アンカーの端面と前記固定コアの端面との間に設けられた磁気ギャップを含む磁気通路に磁束を供給する電磁コイルとを備え、
   前記磁気ギャップを通る磁束によって前記アンカーの端面と前記固定コアの端面との間に生起された磁気吸引力で前記アンカーを前記固定コア側に引き付けて前記可動子を駆動し、
   もって、前記弁体を弁座から引き離して当該弁座に設けた燃料通路を開く燃料噴射弁において、
   前記アンカーには、
   その中央部で前記固定コアの前記燃料導入孔の端部に対面する位置に形成された凹所と、
   その端面に周方向に飛び飛びに形成され、前記固定コアの端面に接触する凸部区域と、
   その端面に前記凸部区域の残余の部分に形成された凹部区域と、
   当該凹部区域に一端が開口し、他端が前記アンカーの反固定コア側端面で前記プランジャの周囲に開口する複数の貫通孔を有する
   ことを特徴とする電磁燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載のものにおいて、
   前記アンカーの端面の前記凸部区域が前記固定コアに接触した状態で、少なくとも前記貫通孔部分において、前記凹所と前記アンカーの前記凸部区域より外周側の凹部区域とが連通する
   ことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１に記載のものにおいて、
   前記隣接する貫通孔の開口と開口との間に前記凹所側から半径方向外側に向かって放射状に延びる溝が形成されており、
   かくして、前記アンカーの端面には貫通孔の開口と凸部区域と前記溝と次の貫通孔の開口が交互に特定の間隔を置いて形成されている
   ことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項３に記載のものにおいて、
   前記溝はＶ溝である
   ことを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項４に記載のものにおいて、
   前記Ｖ溝は前記凹所側に傾斜している
   ことを特徴とする燃料噴射弁。
6. 電磁力によって中心に燃料通路が設けられた固定コアの端面にアンカーを吸引し、アンカーと共に駆動される弁体を制御して燃料噴射口を開閉するものにおいて、
   前記アンカーの端面に前記固定コアの端面に接触する複数の凸状の接触面を特定の間隔で配置し、当該複数の凸状の接触面の間に貫通孔を穿孔し、少なくともこの貫通孔の開口部分において、前記アンカーの内周側と外周側が連通されるように構成したことを特徴とする燃料噴射弁。

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