WO2020008730A1

WO2020008730A1 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: WO2020008730A1
Application number: PCT/JP2019/019284
Authority: WO
Inventors: 健司大島; 友基藤野
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2020-01-09
Also published as: DE112019003417T5; JP7116609B2; JP2020007937A

Abstract

燃料噴射弁（１０）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、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、前記ニードルに、前記噴孔に向かわせる方向の力を加える付勢部材（８２０）と、を備える。前記ニードルは、第１被支持部（２００Ａ）と、前記第１被支持部よりも前記閉弁方向側の部分である第２被支持部（２００Ｂ）と、のそれぞれにおいて、前記開弁方向及び前記閉弁方向に移動可能な状態で支持されており、前記ニードルのうち、前記付勢部材からの力を受ける部分である作用部（２００Ｃ）が、前記第１被支持部と前記第２被支持部との間となる位置に配置されている。

Description

燃料噴射弁

関連出願の相互参照

　本出願は、2018年7月5日に出願された日本国特許出願2018-128393号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。

　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。

特許第５９６５２５３号公報

　ハウジングの内部では、ニードルが上記のように移動可能な状態で支持されている。ニードルのうち支持されている部分では、当該部分における摺動に伴って摩耗が生じてしまう。ニードル、若しくはこれを支持している部分の摩耗は、燃料として気体燃料が用いられる場合において特に生じやすい。

　ニードル等が摩耗して変形すると、燃料噴射弁の動作特性が変化してしまい、噴射量が指令値からずれてしまう可能性がある。また、摩耗によって生じた摩耗粉が、噴孔に形成された弁座とニードルとの間に噛み込んでしまい、閉じているはずの噴孔から燃料が漏出してしまう可能性もある。このような点に鑑みれば、ニードルの動作に伴う摩耗は可能な限り抑制することが好ましい。

　本開示は、ニードルの動作に伴う摩耗を抑制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が形成されたハウジングと、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と、ハウジングの内部に固定されている固定コアと、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、ニードルに、噴孔に向かわせる方向の力を加える付勢部材と、を備える。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、ニードルは、第１被支持部と、第１被支持部よりも閉弁方向側の部分である第２被支持部と、のそれぞれにおいて、開弁方向及び閉弁方向に移動可能な状態で支持されている。ニードルのうち、付勢部材からの力を受ける部分である作用部は、第１被支持部と第２被支持部との間となる位置に配置されている。

　付勢部材からニードルに加えられる力には、閉弁方向に沿った方向の力のみならず、閉弁方向に対して垂直な方向の力も含まれることがある。後者の力のことを、以下では「サイドフォース」とも称する。サイドフォースは、ニードルのうち支持されている部分を、ハウジング等のうちニードルを支持している部分に対して押し付けてしまうので、ニードル等の摩耗を促進してしまうこととなる。

　上記特許文献１に記載の燃料噴射弁では、付勢部材であるスプリングからの力が、ニードルのうち開弁方向側の端部に対して加えられている。つまり、第１被支持部よりも開弁方向側となる位置に作用部が配置されている。このような構成においては、特に第１被支持部において大きなサイドフォースが生じ、ニードル等の摩耗の原因となってしまうことがある。

　そこで、上記構成の燃料噴射弁では、ニードルのうち、付勢部材からの力を受ける部分である作用部を、第１被支持部と第２被支持部との間となる位置に配置している。このような構成においては、サイドフォースが第１被支持部に集中してしまうことが無く、第１被支持部と第２被支持部とで分散される。その結果、第１被支持部及び第２被支持部のそれぞれに働くサイドフォースは小さくなるので、ニードル等の摩耗が抑制される。

　また、付勢部材によるサイドフォースは、付勢部材のうちニードルとは反対側の端部で生じた偏荷重に起因することが多い。上記構成の燃料噴射弁では、偏荷重の発生場所である上記端部から、作用部までの距離が比較的長くなるので、ニードル等に働くサイドフォースを更に小さくすることができる。その結果、ニードル等の摩耗は更に抑制される。

　本開示によれば、ニードルの摩耗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、付勢部材からの力がニードルの作用部に加えられている状態を模式的に示す図である。図３は、作用部の位置と、サイドフォースの大きさとの関係を説明するための図である。図４は、作用部に働く付勢部材からの力と、可動コアに働く磁気吸引力と、を模式的に示す図である。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。図６は、図５に示される支持部材の構成を示す断面図である。図７は、第３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、いずれもハウジング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。上記における「長手方向」は、ハウジング１００の中心軸方向ともいえる。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、すなわち噴孔５１１から導入口１５３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、すなわち導入口１５３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、第５筒状部材１５０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。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の内周面には、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、当該部分から更に開弁方向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の内周面は、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、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、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３筒状部材１３０開弁方向側の端部には、第４筒状部材１４０のうち閉弁方向側の端部が接続されている。

　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第３筒状部材１３０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４筒状部材１４０の内径及び外径は、第３筒状部材１３０の内径及び外径とそれぞれ等しい。第４筒状部材１４０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４筒状部材１４０のうち開弁方向側の部分には、第５筒状部材１５０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５筒状部材１５０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５筒状部材１５０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５筒状部材１５０のうち最も開弁方向側の端部には導入口１５３が形成されている。導入口１５３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５筒状部材１５０の内部に形成された空間１５１のうち、導入口１５３の近傍となる位置には、フィルタ１５２が設けられている。フィルタ１５２は、導入口１５３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の内部において長手方向に沿っ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よりも僅かに開弁方向側となる位置には、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を図１の上下方向に貫いた状態で配置されている。ニードル２００の開弁方向側端部は、可動コア３００の開弁方向側端部よりも、更に開弁方向側に配置されている。ニードル２００の開弁方向側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のうち開弁方向側の端面に当接している。

　ニードル２００には、その開弁方向側の端部から、閉弁方向に向かって後退するように凹部２０１が形成されている。凹部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、凹部２０１が外部に開放されている。凹部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、凹部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、可動側高硬度部３１０と可動側低硬度部３２０とを有している。

　可動側高硬度部３１０は、その一部であり且つ後述の拡径部３１１を除く部分が、可動側低硬度部３２０よりも内側となる位置に配置された略円筒形状の部分である。可動側高硬度部３１０は、非磁性体であり且つ比較的硬度の高い材料であるマルテンサイト系ステンレスによって形成されている。可動側高硬度部３１０には、その硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。可動側高硬度部３１０の中央には、これをハウジング１００の中心軸に沿って貫くように貫通穴３１３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３１３に挿通されている。

　可動側高硬度部３１０のうち開弁方向側の端面には、ニードル２００の大径部２１０が当接している。尚、可動側高硬度部３１０の開弁方向側の端面の一部は、後に説明するように、開弁時において固定コア４００に当たる部分となっている。可動側高硬度部３１０の開弁方向側の端面では、ニードル２００の大径部２１０が当接する部分と、固定コア４００に当たる部分と、のそれぞれに対して窒化処理が施されている。また、大径部２１０のうち閉弁方向側の端面にも窒化処理が施されている。

　可動側高硬度部３１０のうち閉弁方向側の部分は拡径されており、側方に向けて突出する拡径部３１１が形成されている。拡径部３１１の外周面３１２は、第１筒状部材１１０のうち拡径円筒部１１２の内周面に当接している。可動コア３００が移動する際には、拡径部３１１の外周面３１２が拡径円筒部１１２の内周面に当接した状態で摺動する。外周面３１２には窒化処理が施されており、更にＤＬＣコートが施されている。

　可動側低硬度部３２０は、可動側高硬度部３１０よりも外側となる位置に配置された略円筒形状の部分である。可動側低硬度部３２０は、その内周面を可動側高硬度部３１０の外周面に当接させた状態で、可動側高硬度部３１０に対し所謂「打ち込み」によって固定されている。可動側低硬度部３２０の閉弁方向側の端面は、可動側高硬度部３１０の拡径部３１１に当接している。

　可動側低硬度部３２０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。その結果、可動側低硬度部３２０は、可動側高硬度部３１０よりも硬度が低い部分となっている。ハウジング１００の内部において可動側低硬度部３２０が配置されている位置は、第２筒状部材１２０と概ね対向する位置となっている。

　可動側低硬度部３２０の開弁方向側の端面の位置は、可動側高硬度部３１０の開弁方向側の端面の位置よりも、僅かに閉弁方向側となっている。換言すれば、可動側高硬度部３１０の開弁方向側の端面は、可動側低硬度部３２０の開弁方向側の面よりも、僅かに開弁方向側、、つまり固定コア４００側に向けて突出している。

　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が設けられている位置は、開弁方向側において可動コア３００と隣り合う位置である。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、固定コア４００と可動コア３００との間には隙間が形成されている。固定コア４００は、固定側高硬度部４１０と固定側低硬度部４２０とを有している。

　固定側高硬度部４１０は、固定側低硬度部４２０よりも内側となる位置に配置された略円筒形状の部分である。固定側高硬度部４１０は、非磁性体であり且つ比較的硬度の高い材料であるマルテンサイト系ステンレスによって形成されている。固定側高硬度部４１０には、その硬度を高めるために焼き入れ処理が施されている。固定側高硬度部４１０のうち可動コア３００側の端面は、可動コア３００の可動側高硬度部３１０が当たる部分となっている。このため、当該端面には窒化処理が施されている。固定側高硬度部４１０は、固定コア４００のうち閉弁方向側の部分にのみ配置されている。

　固定コア４００の中央には、固定側高硬度部４１０及び固定側低硬度部４２０の両方を、ハウジング１００の中心軸に沿って貫くように貫通穴４０１が形成されている。先に説明したニードル２００の凹部２０１は、この貫通穴４０１によって第５筒状部材１５０の空間１５１に連通されている。

　貫通穴４０１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。図１に示されるように、当該部分における貫通穴４０１の内径は、他の部分における貫通穴４０１の内径よりも大きくなっている。大径部２１０の外周面２１１は、貫通穴４０１の内周面に当接している。

　ニードル２００は、上記の外周面２１１と、先に述べた摺接部２２２と、のそれぞれにおいて、開弁方向及び閉弁方向に移動可能な状態で支持されている。これらのうち、開弁方向側に配置された方の外周面２１１のことを、以下では「第１被支持部２００Ａ」とも称する。また、閉弁方向側に配置された方の摺接部２２２のことを、以下では「第２被支持部２００Ｂ」とも称する。

　上記のような態様に替えて、ニードル２００のうち可動側高硬度部３１０に対向している部分が、可動側高硬度部３１０によって支持されている態様としてもよい。この場合、ニードル２００のうち可動側高硬度部３１０に対向している部分が「第１被支持部２００Ａ」ということになる。

　固定側低硬度部４２０は、その全体が固定側高硬度部４１０よりも外側となる位置に配置された略円筒形状の部分である。固定側低硬度部４２０は、その内周面を固定側高硬度部４１０の外周面に当接させた状態で、固定側高硬度部４１０に対して溶接によって固定されている。

　固定側低硬度部４２０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。その結果、固定側低硬度部４２０は、固定側高硬度部４１０よりも硬度が低い部分となっている。ハウジング１００の内部において固定側低硬度部４２０が配置されている位置は、第４筒状部材１４０と概ね対向する位置となっている。固定側低硬度部４２０の外側面は、第４筒状部材１４０の内周面に対して溶接によって固定されている。

　固定側低硬度部４２０の閉弁方向側の端面の位置は、固定側高硬度部４１０の閉弁方向側の端面の位置よりも、僅かに開弁方向側となっている。換言すれば、固定側高硬度部４１０の閉弁方向側の端面は、固定側低硬度部４２０の閉弁方向側の端面よりも、僅かに閉弁方向側、つまり可動コア３００側に向けて突出している。固定側高硬度部４１０の閉弁方向側の端面は、その全体が、可動側高硬度部３１０の開弁方向側の端面に対向している。

　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３筒状部材１３０の全体と、第４筒状部材１４０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、固定側低硬度部４２０、可動側低硬度部３２０、第２筒状部材１２０、及び第４筒状部材１４０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、後述の付勢部材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４０１のうち、開弁方向側の部分には、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、ハウジング１００の長手方向に沿って貫くように貫通穴４３１が形成されている。

　貫通穴４０１のうちアジャスティングパイプ４３０よりも閉弁方向側の部分には、付勢部材８２０が配置されている。付勢部材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って、具体的にはコイルばねである。付勢部材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。付勢部材８２０の他端は、伝達部材５０の開弁方向側端部に当接している。

　伝達部材５０は、その中心軸をハウジング１００の中心軸に一致させた状態で配置された棒状の部材である。伝達部材５０は、その大部分が凹部２０１の内部に収容されている。伝達部材５０のうち閉弁方向側の端部は、凹部２０１のうち最も閉弁方向側の端部、つまり凹部２０１の底に当接している。伝達部材５０のうち開弁方向側の端部は、凹部２０１から開弁方向側に向けて突出している。当該部分には、外方に向けて突出するように大径部５２が形成されている。大径部５２のうち開弁方向側の端面には、上記のように付勢部材８２０の他端が当接している。

　大径部５２のうち開弁方向側の端面の中央部分には、更に開弁方向側に向けて突出する突出部５３が形成されている。突出部５３は円柱形状となっており、その中心軸はハウジング１００の中心軸と一致している。突出部５３は、付勢部材８２０の内側に挿通されている。

　付勢部材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、伝達部材５０は、付勢部材８２０からの力によって、凹部２０１のうち最も閉弁方向側の端部に対して押し付けられている。その結果、付勢部材８２０は、伝達部材５０とニードル２００との両方を閉弁方向側に付勢している。

　このように、付勢部材８２０は、ニードル２００に、噴孔に向かわせる方向、つまり閉弁方向の力を加えるためのものとして設けられている。凹部２０１のうち最も閉弁方向側の端部は、ニードル２００のうち、付勢部材８２０からの力を受ける部分となっている。当該部分のことを、以下では「作用部２００Ｃ」とも表記する。

　本実施形態では、付勢部材８２０からの力は、伝達部材５０を介してニードルの作用部２００Ｃへと伝達される。このように、本実施形態では、付勢部材８２０のうち閉弁方向側の端部と、作用部２００Ｃとの間に、付勢部材８２０からの力をニードル２００に伝達するための伝達部材５０が配置されている。

　可動コア３００の閉弁方向側には、付勢部材８１０が配置されている。付勢部材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って、具体的にはコイルばねである。付勢部材８１０の一端は、可動側高硬度部３１０の閉弁方向側の端面に当接している。付勢部材８１０の他端は、第１筒状部材１１０のうち開弁方向側の端部近傍に形成された段差部分に当接している。

　付勢部材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の可動側高硬度部３１０は、付勢部材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、付勢部材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。付勢部材８１０と付勢部材８２０とが設けられていることにより、大径部２１０と可動側高硬度部３１０とが互いに当接している状態が維持されている。

　本実施形態では、付勢部材８２０の付勢力が、付勢部材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が塞がれた状態となる。

　コイル６００、第４筒状部材１４０、及び第５筒状部材１５０の一部は、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４筒状部材１４０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４筒状部材１４０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４筒状部材１４０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５筒状部材１５０には、導入口１５３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の可動側高硬度部３１０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１５３から空間１５１に流入した後、貫通穴４３１、貫通穴４０１、凹部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。

　開弁方向側に移動し始めた可動コア３００はその後、固定コア４００に当たって止まる。本実施形態では既に述べたように、可動側高硬度部３１０の開弁方向側の端面が、固定コア４００側に向けて突出しており、固定側高硬度部４１０の閉弁方向側の端面が、可動コア３００側に向けて突出している。このため、可動コア３００は、可動側高硬度部３１０が固定コア４００に当たる一方で、可動側低硬度部３２０は固定コア４００には当たらない。また、固定コア４００のうち固定側高硬度部４１０には可動コア３００が当たるのであるが、固定側低硬度部４２０には可動コア３００が当たらない。

　つまり、本実施形態では、可動コア３００のうち比較的硬度の高い部分、すなわち可動側高硬度部３１０と、固定コア４００のうち比較的硬度の高い部分、すなわち固定側高硬度部４１０とが互いに衝突する。このため、固定コア４００及び可動コア３００のいずれにおいても、衝突による損傷の発生が抑制される。

　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、付勢部材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する。

　本実施形態では、ニードル２００のうち付勢部材８２０から力を受ける部分である作用部２００Ｃが、従来のようにニードル２００の開弁方向側端部に配置されているのではなく、これよりも閉弁方向側となる位置に配置されている。このように構成されていることの効果について、図２及び図３を参照しながら説明する。

　図２には、付勢部材８２０からの力がニードル２００の作用部２００Ｃに加えられている状態、が模式的に示されている。同図においては、付勢部材８２０のうち開弁方向側の端部から、第１被支持部２００Ａまでの距離が「Ｇ１」と示されている。また、付勢部材８２０のうち開弁方向側の端部から、作用部２００Ｃまでの距離が「Ｐ」と示されている。更に、付勢部材８２０のうち開弁方向側の端部から、第２被支持部２００Ｂまでの距離が「Ｇ２」と示されている。

　ところで、コイルばねのような付勢部材８２０からニードル２００に加えられる力には、閉弁方向に沿った方向の力のみならず、閉弁方向に対して垂直な方向の力も含まれることがある。後者の力のことを、以下では「サイドフォース」とも称する。サイドフォースは、ニードル２００のうち支持されている部分、つまり第１被支持部２００Ａや第２被支持部２００Ｂを、ハウジング１００等のうちニードル２００を支持している部分に対して押し付けてしまうので、ニードル２００等の摩耗を促進してしまうこととなる。

　ニードル２００等で摩耗が生じると、燃料噴射弁１０の動作特性が時間と共に変化してしまい、噴射量が指令値からずれてしまう可能性がある。また、摩耗によって生じた摩耗粉が、弁座５１２とシール部２２１との間に噛み込んでしまい、閉じているはずの噴孔５１１から燃料が漏出してしまう可能性もある。このため、摩耗の原因となるサイドフォースは可能な限り小さくすることが好ましい。

　サイドフォースは、付勢部材８２０のうちその開弁方向端部、すなわちアジャスティングパイプ４３０に当接している部分において、アジャスティングパイプ４３０から受ける力が一様とはならないことに起因して生じることが多い。例えば、図１において、付勢部材８２０の上端のうち右側の部分においてアジャスティングパイプ４３０から受ける力が、付勢部材８２０の上端のうち左側の部分においてアジャスティングパイプ４３０から受ける力よりも大きくなってしまうような状態が生じ得る。このような偏荷重が生じると、ニードル２００には偏荷重に伴うモーメントが加えられてしまう。当該モーメントの大きさを「Ｍ」とすると、図２の位置に配置された作用部２００Ｃには、以下の式（１）で示されるサイドフォースＦ_Pが働くこととなる。
Ｆ_P＝Ｍ／Ｐ・・・・・・（１）

　サイドフォースＦ_Pは、第１被支持部２００Ａや第２被支持部２００Ｂに分配されて働くこととなる。このうち、第１被支持部２００Ａを貫通穴４０１の内周面に押しけるように働くサイドフォースＦ_G1は、以下の式（２）で示される。
Ｆ_G1＝Ｆ_P（Ｇ２－Ｐ）／（Ｇ２－Ｇ１）・・・・・・（２）

　また、第２被支持部２００Ｂを噴射ノズル５００の内周面５２１に押しけるように働くサイドフォースＦ_G2は、以下の式（３）で示される。
Ｆ_G2＝Ｆ_P（Ｐ－Ｇ１）／（Ｇ２－Ｇ１）・・・・・・（３）

　尚、式（１）、（２）、（３）に示される「Ｐ」、「Ｇ１」、「Ｇ２」は、それぞれ図２に示される「Ｐ」、「Ｇ１」、「Ｇ２」のことである。

　図３には、作用部２００Ｃの位置を示す上記の「Ｐ」（横軸）と、サイドフォースＦ_G1、Ｆ_G2のそれぞれの大きさ（縦軸）との関係が示されている。同図に示されるように、ＰがＧ１に等しい場合、すなわち、従来のように作用部２００Ｃがニードル２００の開弁方向側端部に配置されているような場合には、第１被支持部２００Ａに加えられるサイドフォースＦ_G1は最も大きくなり、サイドフォースＦ_Pと同じ大きさとなる。

　一方、ＰがＧ１よりも大きくなると、それに伴って、第１被支持部２００Ａに加えられるサイドフォースＦ_G1は小さくなって行く。

　上記の知見に鑑みて、本実施形態では、ニードル２００のうち付勢部材８２０からの力を受ける部分である作用部２００Ｃを、第１被支持部２００Ａと第２被支持部２００Ｂとの間となる位置に配置している。尚、「第１被支持部２００Ａと第２被支持部２００Ｂとの間となる位置」とは、第１被支持部２００Ａよりも閉弁方向側であり、且つ第２被支持部２００Ｂよりも開弁方向側の位置を意味する。

　このような構成においては、サイドフォースＦ_Pが第１被支持部２００Ａに集中してしまうことが無く、第１被支持部２００Ａと第２被支持部２００Ｂとで分散される。その結果、第１被支持部２００Ａ及び第２被支持部２００Ｂのそれぞれに働くサイドフォースは、いずれもサイドフォースＦ_Pに比べて小さくなるので、ニードル２００やこれを支持する部材の摩耗を抑制することができる。

　また、付勢部材８２０によるサイドフォースは、上記のように、付勢部材８２０のうちニードル２００とは反対側の端部で生じた偏荷重に起因することが多い。本実施形態では、偏荷重の発生場所である上記端部から、作用部２００Ｃまでの距離が比較的長くなるので、ニードル２００等に働くサイドフォースを更に小さくすることができる。つまり、式（１）におけるＰが大きくなり、これによりサイドフォースＦ_Pが小さくなる。その結果、ニードル２００等の摩耗が更に抑制される。

　作用部２００Ｃの位置を工夫することによる付随的な効果について、図４を参照しながら説明する。図４（Ａ）には、比較例に係る燃料噴射弁のニードル２００及び可動コア３００が模式的に示されている。この比較例では、従来と同様に、作用部２００Ｃがニードル２００の開弁方向側端部に配置されている。同図の矢印Ｆ１は、作用部２００Ｃに働く付勢部材８２０からの力を示している。また、同図の矢印Ｆ２は、開弁時において可動コア３００に働く磁気吸引力を示している。同図の点３００Ａは、可動コア３００のうち、可動コア３００の各部、具体的には可動側低硬度部３２０の各部に働く磁気吸引力の合力が作用する点を示している。矢印Ｆ２で示される磁気吸引力は、その全てが点３００Ａに働くものとみなすことができる。尚、点３００Ａは、可動コア３００をその中心軸を通る面において切断した断面においては、図４のように「点」となるのであるが、実際には、上記中心軸を囲むような円管状に分布しているものである。

　図４（Ａ）に示される比較例においては、閉弁方向に向かう力を受ける作用部２００Ｃが、開弁方向に向かう力を受ける点３００Ａよりも、開弁方向側に位置している。このため、開弁時においては、矢印Ｆ１、Ｆ２によって示される力のバランスが崩れると、ニードル２００及び可動コア３００の全体が、例えば矢印ＡＲに示されるような回転方向の力を受けてしまう可能性がある。その結果、第１被支持部２００Ａ等には更に大きなサイドフォースが加えられてしまう可能性がある。

　これに対し、本実施形態に係る燃料噴射弁１０では、図４（Ｂ）に示されるように、作用部２００Ｃの位置が、磁気吸引力の合力が作用する点３００Ａよりも閉弁方向側の位置となっている。つまり、閉弁方向に向かう力を受ける作用部２００Ｃが、開弁方向に向かう力を受ける点３００Ａよりも、閉弁方向側に位置している。

　この場合、閉弁方向側にある作用部２００Ｃが閉弁方向に向かう力を受けて、開弁方向側にある点３００Ａが開弁方向に向かう力を受ける。その結果、矢印Ｆ１、Ｆ２によって示される力は、むしろ、ニードル２００の中心軸を、よりハウジング１００の中心軸に一致させるように働くこととなる。これにより、第１被支持部２００Ａ等に加えられるサイドフォースが更に小さくなるという効果が得られる。

　尚、作用部２００Ｃの位置は、磁気吸引力の合力が作用する点３００Ａよりも閉弁方向側の位置であればよいのであるが、本実施形態のように、可動コア３００の閉弁方向側端部よりも更に閉弁方向側の位置とすることが好ましい。

　第２実施形態について、図５を主に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。

　本実施形態に係る燃料噴射弁１０では、アジャスティングパイプ４３０と付勢部材８２０との間に支持部材４５０が配置されている。支持部材４５０は概ね円柱形状の部材であって、その中心軸はハウジング１００の中心軸に一致している。支持部材４５０は、その外周側の面を、固定側低硬度部４２０に形成された貫通穴４０１の内周面に当接させた状態で配置されている。図６に示されるように、支持部材４５０には、その中央をハウジング１００の中心軸に沿って貫くように貫通穴４５１が形成されている。また、支持部材４５０のうち閉弁方向側の端面には、当該端面の中央部から開弁方向側に後退するように凹部４５２が形成されている。凹部４５２は、付勢部材８２０のうち開弁方向側の端部近傍の部分を受け入れて支持する部分となっている。

　図５に示されるように、本実施形態では伝達部材５０が設けられておらず、付勢部材８２０が凹部２０１の内側まで伸びている。付勢部材８２０のうち閉弁方向側の端部は、凹部２０１の底の部分、すなわち作用部２００Ｃまで伸びており、作用部２００Ｃに直接当たっている。

　このように、伝達部材５０を介することなく、付勢部材８２０が作用部２００Ｃに直接当たり力を加えるような態様であっても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。

　第３実施形態について、図７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。

　本実施形態に係る燃料噴射弁１０では、付勢部材８２０の全体がコイルばねとして形成されているのではなく、付勢部材８２０のうち閉弁方向側の部分に直線部８２１が形成されている。直線部８２１は、閉弁方向に沿って、つまりハウジング１００の中心軸に沿って直線状に伸びる棒状の部分となっている。本実施形態では、直線部８２１のうち閉弁方側の端部が、作用部２００Ｃに直接当たっている。

　つまり、本実施形態でも上記の第２実施形態と同様に、伝達部材５０が設けられておらず、付勢部材８２０が凹部２０１の内側まで伸びている。本実施形態では、付勢部材８２０の一部である直線部８２１のうち編弁方向側の端部が、作用部２００Ｃに直接当たっている。このような態様でも、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。

　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。

Claims

　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、
　前記ニードルに、前記噴孔に向かわせる方向の力を加える付勢部材（８２０）と、を備え、
　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、
　前記ニードルは、第１被支持部（２００Ａ）と、前記第１被支持部よりも前記閉弁方向側の部分である第２被支持部（２００Ｂ）と、のそれぞれにおいて、前記開弁方向及び前記閉弁方向に移動可能な状態で支持されており、
　前記ニードルのうち、前記付勢部材からの力を受ける部分である作用部（２００Ｃ）が、前記第１被支持部と前記第２被支持部との間となる位置に配置されている燃料噴射弁。
　前記ニードルには、その前記開弁方向側の端部から、前記閉弁方向に向かって後退するように凹部（２０１）が形成されており、
　前記作用部は、前記凹部のうち最も前記閉弁方向側の端部である、請求項１に記載の燃料噴射弁。
　前記付勢部材のうち前記閉弁方向側の端部と、前記作用部との間には、前記付勢部材からの力を前記ニードルに伝達するための伝達部材（５０）が配置されている、請求項２に記載の燃料噴射弁。
　前記付勢部材のうち前記閉弁方向側の端部が、前記作用部に直接当たっている、請求項２に記載の燃料噴射弁。
　前記付勢部材はコイルばねであって、
　前記付勢部材のうち前記閉弁方向側の部分には、前記閉弁方向に沿って直線状に伸びる棒状の直線部（８２１）が形成されており、
　前記直線部のうち前記閉弁方向側の端部が前記作用部に直接当たっている、請求項４に記載の燃料噴射弁。
　前記作用部の位置は、
　前記可動コアのうち、前記可動コアの各部に働く磁気吸引力の合力が作用する点の位置、よりも前記閉弁方向側となる位置である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。