WO2021039434A1

WO2021039434A1 - 燃料噴射装置

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Publication number: WO2021039434A1
Application number: PCT/JP2020/030850
Authority: WO
Inventors: 真士菅谷; 明靖宮本; 威生三宅; 泰介杉井
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2021-03-04
Also published as: JP2022160009A

Abstract

本発明の目的は、安定的な高圧燃料噴射が可能な燃料噴射装置を提供することにある。そのため燃料噴射装置は、弁体１１３と、弁体１１３を上流側に移動させるアンカー１１０と、弁体１１３及びアンカー１１０を周囲から囲む囲繞部材１０２と、アンカー１１０の下流側に配置されアンカー１１０を上流側に付勢するスプリング１２４と、スプリング１２４をガイドするガイド部１０２ｂｘを形成するガイド部形成部１０２ｂと、アンカー１１０の下流側でかつ弁体１１３の外周面１１３ｂから径方向外側に向かってアンカー１１０の外周面１１０ｄに対応する位置まで形成される第１空間部Ｖ１と、第１空間部Ｖ１の下流側でかつガイド部形成部１０２ｂの外周面１０２ｂ１から径方向外側に向かって形成される第２空間部Ｖ２と、を備える。

Description

燃料噴射装置

　本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射装置に関し、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して燃料噴射を行う燃料噴射装置に関する。

　本技術分野の背景技術として、特開２０１０－２１６３４４号公報（特許文献１）に記載された燃料噴射弁（燃料噴射装置）が知られている。特許文献１の燃料噴射装置は、可動子（アンカー）を常時閉弁方向に付勢する第１スプリングと、可動子が閉位置と所定中間位置との間にあるときのみ可動子を開弁方向に付勢する第２スプリングとを備えている。これにより、第１スプリングおよび第２スプリングの噴孔側に向かう付勢合力は、可動子が閉位置にあるときよりも全開位置にあるときの方が大きくなっている（要約参照）。

　さらに特許文献１の段落０１１９及び図１０には、ニードル（弁体）と可動コア（アンカー）とが相対移動可能な可動子を採用し、第２スプリングを閉弁力付勢弾性部材として設けた構成が記載されている。この構成では、ニードルと可動コアとが相対移動可能であるので、ニードルを閉弁方向に常時付勢する第１スプリングと可動コアを開弁方向に常時付勢する第３スプリングとで常時付勢手段を構成している。

特開２０１０－２１６３４４号公報

　排気規制が厳しくなっている近年、燃料噴射装置には噴射量の安定化が求められている。

　噴射量の安定化の一例として、高圧燃料噴射及び多段噴射における噴射量の安定化が求められている。高圧燃料噴射は、高圧で弁体を開弁するための開弁力が必要である。一方、多段噴射は、弁体の中間リフトで燃料噴射装置のコイルへの通電をオフとした場合における燃料噴射の安定性が必要である。この場合の燃料噴射装置は、中間リフトでの高圧燃料噴射における噴射量の安定化が求められる。

　特許文献１の燃料噴射弁（燃料噴射装置）を含む従来の燃料噴射装置では、高圧燃料噴射の実現のために素早く弁体を開弁する場合、アンカー下流側の体積変化が大きくなることによってアンカー下流側の圧力が不安定となり、高圧での安定的な燃料の噴射が阻害される。特に、中間リフトにおいては、高圧での安定的な燃料の噴射が阻害される。

　本発明の目的は、安定的な高圧燃料噴射が可能な燃料噴射装置を提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明における燃料噴射装置は、アンカーの下流側で、かつ弁体の外周面から径方向外側に向かってアンカーの外周面に対応する位置まで形成される第１空間部と、第１空間部の下流側で、かつガイド部形成部の外周面から径方向外側に向かって形成される第２空間部と、を有することにより、高圧での開弁動作中においてアンカー下流側の圧力を安定化する。

　本発明によれば、アンカー下流側の圧力を安定化することで、安定的な高圧燃料噴射が可能な燃料噴射装置を提供することができる。

　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例に係る燃料噴射装置の全体構成を概略的に示す断面図である。図１の部分拡大図で、燃料噴射装置の電磁コイルへの駆動電圧（電流）を印加していない状態（閉弁状態）を示す図である。図１の部分拡大図で、燃料噴射装置の電磁コイルに駆動電圧（電流）を印加して、アンカーが弁体に当接した状態（開弁直前状態）を示す図である。図１の部分拡大図で、燃料噴射装置の電磁コイルに駆動電圧（電流）を印加して、弁体が開弁途中にある状態（中間リフト状態）を示した図である。図１の部分拡大図で、燃料噴射装置の電磁コイルに駆動電圧（電流）を印加して、弁体が開弁を完了した状態（フルリフト状態）を示した図である。本発明の一実施例に係る弁部材の挙動（フルリフト、中間リフトの挙動）及びその課題を模式的に示す図である。本発明の第一実施例に係る弁体及びアンカーの周囲の構成を概略的に示した図である。本発明の第二実施例に係る弁体及びアンカーの周囲の構成を概略的に示した図である。本発明の第三実施例に係る弁体及びアンカーの周囲の構成を概略的に示した図である。本発明の第四実施例に係る弁体及びアンカーの周囲の構成を概略的に示した図である。本発明の第五実施例に係る弁体及びアンカーの周囲の構成を概略的に示した図である。本発明の第六実施例に係る弁体及びアンカーの周囲の構成を概略的に示した図である。

　以下、本発明の実施例について、図１～図１２を参照しつつ説明する。

　最初に、本発明の各実施例に共通な構成について説明する。図１は、本発明の一実施例に係る燃料噴射装置１００の全体構成を概略的に示す断面図である。

　燃料噴射装置１００は、例えば筒内直接噴射式のガソリンエンジン向けの燃料噴射装置である。本実施例では弁体を電磁的に駆動する電磁駆動式の燃料噴射装置を例に挙げて説明するが、以下で説明する弁体、ロッドヘッド及び巻ばねを備え、弁体とロッドヘッドとが圧入により固定される構造を有する燃料噴射装置であれば、他の駆動方式の燃料噴射装置にも本発明は適用可能である。またポート噴射エンジン用の燃料噴射装置や、ディーゼルエンジン用の燃料噴射装置にも本発明は適用可能である。

　燃料噴射装置１００の中心軸線１００aに沿う方向において、燃料噴射孔１１２に近い側（図１では下側）を下流側、燃料供給口１１１に近い側（図１では上側）を上流側と定義して説明する。これは、燃料噴射装置１００の内部に構成される燃料通路の構造に基づいており、燃料は燃料供給口１１１から燃料噴射孔１１２に向かって燃料噴射装置１００の内部をほぼ中心軸線１００aに沿って流れる。本実施例では、弁部材１０４、アンカー１１０、第一スプリング１１８、調整子１１９、第三スプリング１２４、磁気コア１０１、弁体１１３、中間部材１２５、第二スプリング１２６、及びロッドヘッド１２７の各中心軸線は、中心軸線１００ａに一致するように配置されている。従って、弁体１１３の移動方向である開閉弁方向は、中心軸線１００ａに沿う。

　なお、燃料噴射孔１１２に近い側（下流側）を先端側、燃料供給口１１１に近い側（図１では上側）を基端側と呼ぶ場合もある。また以下の説明において、上下方向を指定して説明する場合があるが、この上下方向は図１に上下方向に基づいており、燃料噴射装置１００が実装された状態における上下方向を指定するものではない。

　燃料噴射装置１００には、燃料噴射装置１００を駆動するための駆動装置であるＥＤＵ（駆動回路）１２１及びＥＤＵ１２１の制御を行うＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１２０が接続されている。

　ＥＣＵ１２０では、燃料噴射装置１００による燃料噴射の対象となるエンジン（内燃機関：図示せず）の状態を示す信号を各種センサーから取り込み、エンジンの運転条件に応じて適切な駆動パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。ＥＣＵ１２０より出力された駆動パルスは、信号線１２３を通して燃料噴射装置１００のＥＤＵ１２１に入力される。

　ＥＤＵ１２１は、燃料噴射装置１００の電磁コイル１０８に印加する電圧を制御して電磁コイル１０８に電流を供給する。また、ＥＣＵ１２０は、通信ライン１２２を通してＥＤＵ１２１と通信を行っており、燃料噴射装置１００に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動パルスを制御し、ＥＤＵ１２１によって生成する駆動電圧（電流）を切替えることが可能である。なお、ＥＤＵ１２１は、ＥＣＵ１２０との通信によって制御定数を変化できるようになっており、制御定数に応じて電流波形が変化する。

　ＥＣＵ１２０及びＥＤＵ１２１は一体の部品として構成されてもよい。すなわち、燃料噴射装置１００を駆動するための駆動装置は、燃料噴射装置１００の駆動電圧を発生する装置であれば良く、例えば、ＥＣＵ１２０とＥＤＵ１２１とが一体となって駆動装置を構成しても良いし、本実施の形態で例示するようにＥＤＵ１２１単体で駆動装置を構成してもよい。

　燃料噴射装置１００は、燃料が供給される燃料供給口１１１を有する磁気コア（固定コア）１０１と、磁気コア１０１の下流側に設けられたノズルホルダ１０２と、ノズルホルダ１０２の下流側端部（先端部）に位置して燃料噴射孔１１２を形成する噴孔部材１０３と、を有している。噴孔部材１０３はノズルホルダ１０２の内側に挿入され、先端面の外周部に沿ってノズルホルダ１０２の先端部に溶接固定される。

　噴孔部材１０３には、弁部材１０４を構成する弁体１１３が離接する弁座１０３aが形成される。噴孔部材１０３は、弁体１１３が着座することで燃料を封止する。弁体１１３は弁座１０３aに当接することで燃料をシールし、弁座１０３aから離れることで燃料の流通を許す。すなわち、弁体１１３及び弁座１０３aは協働して燃料通路を開閉する。

　また、噴孔部材１０３の内部には、弁部材１０４を構成する弁体１１３の下流側先端部１１７の外周面をガイドするガイド部材１０５が圧入または塑性結合により固定されている。尚、ガイド部材１０５は噴孔部材１０３と一体で形成されてもよい。

　磁気コア１０１の上流側内周部（径方向内側）には燃料フィルタ（図示せず）が設けられている。また磁気コア１０１の上流側外周部（径方向外側）１１４には、Ｏリングに代表されるシール部材１０６が、その下流側にはシール部材１０６を保護する保護部材１０７が組付けられている。シール部材１０６は燃料配管（図示せず）の内周面と磁気コア外周面１１４との間の隙間をシールし、燃料配管を流れる燃料の漏洩を防止する。

　ノズルホルダ１０２の上流側外周部（径方向外側）には電磁コイル１０８が設けられ、その外周側には電磁コイル１０８を内包する形でハウジング１０９が設けられている。ハウジング１０９、磁気コア１０１及びアンカー（可動コア）１１０により磁気回路が形成される。

　ノズルホルダ１０２の下流側外周部（径方向外側）には溝１１５が形成されており、樹脂材製のチップシールに代表されるシール部材１１６が溝１１５に嵌め込まれている。

　磁気コア１０１及びノズルホルダ１０２の内部には、弁部材１０４、アンカー１１０、第一スプリング１１８、調整子１１９、及び第三スプリング１２４が配置される。弁部材１０４は、軸方向（中心軸線１００aに沿う方向）に移動することによって燃料噴射装置１００による燃料の噴射量を調整する。アンカー１１０は、磁気コア１０１の吸引力を受けて弁部材１０４を開弁方向に引き上げる。すなわちアンカー１１０は、なおアンカー１１０は、弁体１１３に対して軸方向（開閉弁方向）に相対変位可能に構成されている。第一スプリング１１８は、弁部材１０４及びアンカー１１０を下流方向（閉弁方向）に付勢する。調整子１１９は、第一スプリング１１８を支持し、第一スプリング１１８の圧縮量（すなわち付勢力）を調整する。第三スプリング１２４は、ノズルホルダ１０２に保持されアンカー１１０及び弁部材１０４を上流方向（開弁方向）に付勢する。

　弁部材１０４は、弁体１１３、中間部材１２５、第二スプリング１２６、及びロッドヘッド１２７により構成されている。弁体１１３は、閉弁状態で噴孔部材１０３と当接して燃料の流れを遮断する。中間部材１２５は、弁体１１３の上流側に位置してアンカー１１０と弁体１１３との間に間隙Ｇ２（図２参照）を形成する。第二スプリング１２６は、中間部材１２５を介してアンカー１１０を下流側に付勢する。ロッドヘッド１２７は、第一スプリング１１８及び第二スプリング１２６の着座面を形成する。さらにロッドヘッド１２７は、磁気コア１０１の径方向中央部に軸方向に貫通する貫通孔１０１ａと対向して摺動する摺動面１２７ｄ（図２参照）を形成する。摺動面１２７ｄはロッドヘッド１２７の最外周面で構成される。すなわちロッドヘッド１２７は、弁部材１０４の上流側端部に設けられる。

　本実施例では、ロッドヘッド１２７に支持される巻ばねを有する。この巻ばねは、一端部がロッドヘッド１２７に支持されて弁体１１３を閉弁方向（下流側）に付勢する第一スプリング１１８と、一端部がロッドヘッド１２７に支持されて中間部材１２５を閉弁方向（下流側）に付勢する第二スプリング１２６と、を備えて構成される。

　ここで、弁部材１０４及びアンカー１１０の構成について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、図１の部分拡大図で、燃料噴射装置１００の電磁コイル１０８への駆動電圧（電流）を印加していない状態（閉弁状態）を示す図である。尚、図２は電磁駆動部への通電がオフされ、弁部材１０４が弁座１０３ａに着座した状態で、なお且つアンカー１１０が静止した状態を示している。

　アンカー１１０は、貫通孔１１０ｃを有し、弁部材１０４の弁体１１３が貫通孔１１０ｃの内径に挿通するように構成される。これにより、アンカー１１０と弁部材１０４とは軸方向に相対変位可能に構成されている。

　弁体１１３は、上流側端部に、アンカー１１０の内径（貫通孔）１１０ｃを貫通する部分１１３ａの直径よりも大きい外径を有する段付き部１２８を有する。段付き部１２８は弁体部分１１３ａの外周面から鍔状に張り出す構成とする。アンカー１１０は、上流側端面１１０ａが段付き部１２８の下端面（下流側端面）１２８ｂと対向し、相対変位時に上流側端面１１０ａが段付き部１２８の下端面１２８ｂに当接することで、弁体１１３に対する上流側（開弁方向）への相対変位が規制される。

　段付き部１２８の上端面（上流側端面）１２８ａから上部は段付き部１２８よりも小径の突起部１２９が設けられており、突起部１２９の上端面（上流側端面）１２９ａには下流方向（段付き部１２８側）に窪んだ穴部１３０が形成されている。弁体１１３の段付き部１２８の上流側には、中間部材１２５が設けられている。中間部材１２５の下端面（下流側端面）１２５ｂには上流側（上面１２５ａ側）に向けて凹部１２５ｃが形成されており、凹部１２５ｃは段付き部１２８が収まる直径（内径）と深さを有している。すなわち、凹部１２５ｃの直径（内径）は段付き部１２８の直径（外径）よりも大きく、凹部１２５ｃの深さ寸法は段付き部１２８の上端面１２８ａと下端面１２８ｂとの間の寸法（高さ寸法又は厚み寸法）よりも大きい。凹部１２５ｃの底面１２５ｅから中間部材１２５の上端面（上流側端面）１２５ａにかけては軸方向の貫通孔１２５ｄが形成されている。貫通孔１２５ｄには、突起部１２９が挿通される。

　中間部材１２５の上流側には第二スプリング１２６が支持されており、中間部材１２５の上端面１２５ａは第二スプリング１２６の下流側端部が当接するばね座を構成する。

　弁部材１０４の上流側端部にはロッドヘッド１２７が設けられている。ロッドヘッド１２７の上端部には径方向に張り出した鍔部１２７ｃの下端面１２７ｂに第二スプリング１２６の上流側端部が当接するばね座が構成されている。そして、ロッドヘッド１２７には第一スプリング１１８の内径よりも小さい径となるように構成された上流側突起部１３１が設けられている。上流側突起部１３１は鍔部１２７ｃの上端面１２７ａから上流側に突出している。

　ロッドヘッド１２７は上方（上流側）から第一スプリング１１８の付勢力（第一スプリング力）を受け、下方（下流側）から第二スプリング１２６の付勢力（第二スプリング力）を受ける。後述するように第一スプリング力は第二スプリング力よりも大きく、結果的に、ロッドヘッド１２７には第一スプリング力と第二スプリング力との差分の付勢力が弁体１１３の突起部１２９の上端面に向かって作用する。

　中間部材１２５についてさらに説明する。図２に示す状態は、弁部材１０４が第一スプリング１１８による付勢力を受け、なお且つアンカー１１０に電磁力は作用していない状態である。このため、弁体１１３の下流側先端部１１７が噴孔部材１０３の弁座１０３ａに当接して燃料噴射装置１００は閉弁しており、且つ弁部材１０４及びアンカー１１０は静止して安定した状態にある。

　この状態では、中間部材１２５は第二スプリング１２６の付勢力を受けて、凹部１２５ｃの底面１２５ｅが弁体１１３の段付き部１２８の上端面１２８ａに当接している。すなわち、凹部１２５ｃの底面１２５ｅと段付き部１２８の上端面１２８ａとの間隙Ｇ３の大きさ（寸法）がゼロである。中間部材１２５の底面１２５ｅと段付き部１２８の上端面１２８ａとは中間部材１２５と段付き部１２８とが当接する当接面を構成する。

　一方、アンカー１１０は第三スプリング１２４の付勢力（第三スプリング力）を受けて磁気コア１０１側に向けて付勢される。このため、アンカー１１０の上面（上流側端面）１１０ａが中間部材１２５の下端面（凹部１２５aの開口縁部）１２５ｂに当接する。第三スプリング力は第二スプリング力よりも弱い（小さい）ため、アンカー１１０は第二スプリング１２６により付勢された中間部材１２５を押し返すことはできず、中間部材１２５と第二スプリング１２６とにより上方（開弁方向）への動きを止められる。アンカー１１０の上面１１０ａと中間部材の下端面１２５ｂとはそれぞれアンカー１１０と中間部材１２５とが当接する当接面を構成する。

　中間部材１２５は、弁体１１３の段付き部上端面（基準位置）１２８ａに位置づけられた状態で下端面１２５ｂがアンカー１１０と当接することにより、弁体１１３の係合部（段付き部下端面）１２８ｂとアンカー１１０の当接部（上面）１１０ａとの間に間隙Ｇ２（Ｇ２＞０）が形成される。第二スプリング１２６は中間部材１２５を段付き部上端面（基準位置）１２８ａに位置づけるように閉弁方向に付勢している。

　ここで、以上説明した３つのスプリング１１８，１２６，１２４の付勢力について改めて説明しておく。第一スプリング１１８と第三スプリング１２４と第二スプリング１２６とのうち、第一スプリング１１８の付勢力が最も大きく、次に第二スプリング１２６の付勢力が大きく、第三スプリング１２４の付勢力が最も小さい。

　本実施例では、アンカー１１０の上端面１１０ａと磁気コア１０１の下端面１０１ｂとが当接するものとして説明しているが、アンカー１１０の上端面１１０ａ又は磁気コア１０１の下端面１０１ｂのいずれか一方、或いはアンカー１１０の上端面１１０ａ及び磁気コア１０１の下端面１０１ｂの両方に突起部が設けられ、突起部と端面とが、或いは突起部同士が当接するように構成される場合もある。この場合、隙間Ｇ１＋Ｇ２は、アンカー１１０側の当接部と磁気コア１０１側の当接部との間の間隙になる。

　次に、図２～５を用いて、弁部材１０４及びアンカー１１０の動作について説明する。

　電磁コイル１０８に通電中は、上記磁気回路を通る磁束によって磁気吸引ギャップＧ１＋Ｇ２においてアンカー１１０と磁気コア１０１との間に磁気吸引力が発生し、磁気吸引力が第二スプリング１２６の付勢力を超えた時点でアンカー１１０が磁気コア１０１側へ動き始める。

　最初に、図２の状態について説明する。図２の状態は、電磁コイル１０８に駆動電圧（電流）が印加されていない状態（閉弁状態）である。

　この状態では、アンカー１１０側の衝突面（上端面１１０ａ）と磁気コア１０１側の衝突面（下端面１０１ｂ）との間に間隙Ｇ１＋Ｇ２が存在し、弁体１１３の段付き部下端面１２８ｂとアンカー１１０の上面１１０ａとの間に間隙Ｇ２が存在する。中間部材１２５の凹部底面１２５ｅと段付き部上端面１２８ａとは接触しており（Ｇ３＝０）、また中間部材下端面１２５ｃとアンカー上面１１０ａとは接触している。弁部材１０４は第一スプリング１１８による付勢力で閉弁方向に付勢され、弁体１１３の下流側先端部１１７は弁座１０３ａに当接している。

　次に図３の状態について、図６を参照しながら説明する。図３は、図１の部分拡大図で、燃料噴射装置１００の電磁コイル１０８に駆動電圧（電流）を印加して、アンカー１１０が弁体１１３に当接した状態（開弁直前状態）を示す図である。図６は、本発明の一実施例に係る弁部材１０４の挙動及びその課題を模式的に示す図である。なお図６では、駆動パルス（上段）、駆動電流（中段）及び弁体１１３のリフト（下段）を示しており、弁体１１３の挙動の概要が理解できるよう模式的に描いたものである。

　図３の状態は、図６の時刻IIにおける状態に相当する。電磁コイル１０８に通電が開始され、アンカー１１０と磁気コア１０１との間に磁気吸引力が作用し、この磁気吸引力が第二スプリング１２６の付勢力よりも大きくなるとアンカー１１０が上方（開弁方向）へ動き始める。区間Ｉ～IIでは、アンカー１１０は単独で上方に移動し、この間、弁体１１３は下流側先端部１１７が噴孔部材１０３の弁座１０３ａに当接している。図３は、アンカー１１０が上方へ移動し、アンカー１１０の上端面１１０ａが弁体１１３の段付き部下端面１２８ｂに係合した状態を示している。すなわち、間隙Ｇ２＝０である。

　アンカー１１０が上方へ変位した分だけ、アンカー１１０と磁気コア１０１との間隙の大きさが減少し、Ｇ１（Ｇ１＞０）となる。また、弁体１１３の段付き部上端面１２８ａと中間部材１２５の凹部底面１２５ｅとの間隙（寸法）はＧ３（Ｇ３＞０）である。Ｇ３は中間部材１２５の凹部１２５ａの深さ寸法から段付き部１２８の上端面１２８ａと下端面１２８ｂとの間隔寸法を差し引いた寸法を有する。すなわち、Ｇ３は中間部材１２５の下端面１２５ｂがアンカー１１０の上端面１１０ａに接触している状態で、アンカー１１０と弁体１１３とが相対変位可能な寸法に相当する。

　区間Ｉ～IIにおいて、アンカー１１０は加速し、ある程度の速度に加速した状態で弁体１１３の段付き部下端面１２８ｂに当接する。このためアンカー１１０は、段付き部下端面１２８ｂに当接した時点から弁部材１０４を速やかに持ち上げることができ、弁体１１３の下流側先端部１１７は弁座１０３ａから離れる動作（開弁動作）を速やかに開始することができる。

　図４は、図１の部分拡大図で、燃料噴射装置１００の電磁コイル１０８に駆動電圧（電流）を印加して、弁体１１３が開弁途中にある状態（中間リフト状態）を示した図である。

　図４に示す状態は、図６の時刻IIIにおける状態に相当する。区間IIIの動作中、アンカー１１０、弁体１１３及び中間部材１２５は図４に示す状態を維持して、一体となって上方に移動する。中間リフトと、図６の区間II～VIでフルリフトを行う場合の弁体１１３にオーバーシュートが発生するまでの期間とでは、弁部材１０４とアンカー１１０とが一体となって変位している。そして、弁体１１３の下流側先端部１１７は噴孔部材１０３から離間する。

　図４では、アンカー１１０が磁気コア１０１に向かって変位をしている瞬間を示している。この場合、アンカー上端面１１０ａと磁気コア下端面１０１ｂとの間隙Ｇ1’（Ｇ1’＞０）はＧ１よりも図３の状態から変位した分だけ小さくなる。また、中間部材１２５の下端面１２５ｂはアンカー上端面１１０ａに当接しており、また、弁体１１３の段付き部下端面１２８ｂとアンカー上端面１１０ａとが当接しているため（Ｇ２＝０）、弁体１１３の段付き部上端面１２８ａと中間部材１２５の凹部底面１２５ｅとの間隙はＧ３（Ｇ３＞０）である。

　図４に示した状態（中間リフト状態）において駆動パルスをＯＦＦにすると、電磁コイル１０８への通電が遮断され、アンカー１１０と磁気コア１０１との間に働く磁気吸引力が消失する。このとき、アンカー１１０は、磁気コア１０１に向かって変位していることによる運動エネルギーと磁気吸引力とが第一スプリング１１８の付勢力よりも小さくなると、弁部材１０４と共に閉弁方向への移動を開始する。電磁コイル１０８への通電遮断から磁気吸引力が第一スプリング１１８の付勢力よりも小さくなるまでには時間がかかるため、閉弁開始時刻は電磁コイル１０８への通電遮断のタイミングIIIよりも遅れる。閉弁方向へ移動を開始した弁部材１０４はアンカー１１０と一体になって変位し、弁体１１３が弁座１０３ａに着座して閉弁状態に至る。

　図５は、図１の部分拡大図で、燃料噴射装置１００の電磁コイル１０８に駆動電圧（電流）を印加して、弁体１１３が開弁を完了した状態（フルリフト状態）を示した図である。

　図５に示す状態は、図６の区間II～VIにおいて、弁部材１０４の変位がピークとなる状態を示している。このときのアンカー１１０、弁体１１３及び中間部材１２５の位置関係は、アンカー１１０の磁気コア１０１からのバウンス状態や、弁体１１３の慣性力による単独での上方への移動量（オーバーシュート量）等によって異なる時間を経て、図５に示す状態となる。図５では、アンカー上端面１１０ａと磁気コア下端面１０１ｂとの間隙Ｇ1の大きさはゼロである（Ｇ1＝０）。また、弁体１１３の段付き部下端面１２８ｂとアンカー上端面１１０ａとの間隙Ｇ２はゼロであり（Ｇ２＝０）、弁体１１３の段付き部上端面１２８ａと中間部材１２５の凹部底面１２５ｅとの間隙はＧ３（Ｇ３＞０）である。

　図５に示すように、アンカー１１０の上端面１１０ａが磁気コア１０１の下端面１０１ｂに衝突すると、アンカー１１０は上方への移動を妨げられる。このとき、弁体１１３はアンカー１１０に対して相対的に変位（オーバーシュート）し始める。すなわち、磁気コア１０１の下端面１０１ｂに衝突して上方への移動を停止したアンカー１１０に対して、弁体１１３は慣性力で上方への移動を継続することにより、弁体１１３はアンカー１１０に対して相対的に変位する。このとき、弁体１１３の段付き部下端面１２８ｂとアンカー１１０の上端面１１０ａとの当接は解除されるため、一時的にＧ２は弁体１１３のアンカー１１０に対する相対変位分だけ増加する。

　弁体１１３が慣性力により単独でさらに上方へ移動する場合には、Ｇ３がゼロとなり、中間部材１２５が弁体１１３と一体で上方へ移動することにより、中間部材１２５の下端面１２５ｂがアンカー１１０の上端面１１０ａから離れてしまう場合もある。弁体１１３が慣性力により単独で上方へ移動する場合には、所定のストローク量を超えて移動することになり、弁体１１３の下流側先端部１１７と噴孔部材１０３との隙間は一時的に開弁静止状態で維持される所定の大きさを超えることになる。

　やがて上方へ移動した弁体１１３は第一スプリング１１８により押し戻され、段付き部下端面１２８ｂがアンカー１１０の上端面１１０ａに当接した状態（図５の状態）で静止する。これにより、弁体１１３が所定のストローク量（Ｇ1）だけ持ち上げられた開弁静止状態となる。この状態では、アンカー１１０が磁気吸引力により磁気コア１０１に吸引され、弁部材１０４が第一スプリング１１８の付勢力により閉弁方向に付勢されるため、アンカー１１０と弁体１１３とは当接し一体となっている。すなわち、弁体１１３の段付き部下端面１２８ｂとアンカー上端面１１０ａとが当接して、間隙Ｇ２の大きさはゼロとなる。また、第二スプリング１２６は磁気吸引力に対抗してアンカー１１０を押し戻すことはできないため、中間部材１２５の下端面１２５ｂはアンカー上端面１１０ａに当接している。このため、弁体１１３の段付き部上端面１２８ａと中間部材１２５の凹部底面１２５ｅとの間隙はＧ３である。また、アンカー１１０と磁気コア１０１とは当接しており、アンカー１１０の上端面１１０ａと磁気コア１０１の下端面１０１ｂとの間隙大きさはゼロとなっている（Ｇ１＝０）。

　図５に示した状態（フルリフト状態）において駆動パルスをＯＦＦにすると、電磁コイル１０８への通電が遮断され、アンカー１１０と磁気コア１０１との間に働く磁気吸引力が消失する。そして磁気吸引力が第一スプリング１１８の付勢力よりも小さくなると、弁部材１０４は閉弁方向への移動を開始する（図６の時刻Ｖ）。電磁コイル１０８への通電遮断から磁気吸引力が第一スプリング１１８の付勢力よりも小さくなるまでには時間がかかるため、閉弁開始時刻は電磁コイル１０８への通電遮断のタイミングＶよりも遅れる。
閉弁方向へ移動を開始した弁部材１０４はアンカー１１０と一体になって変位し、Ｇ１だけ変位したのちに弁体１１３が弁座１０３ａに着座して閉弁状態に至る。

　次に、中間リフト状態において、弁体１１３の挙動が不安定になる現象について、説明する。

　図４に示した状態（中間リフト状態）において駆動パルスをＯＦＦにした場合の安定した弁体１１３の挙動（パーシャルリフト（安定））と不安定な弁体１１３の挙動（パーシャルリフト（不安定））を図６の下段に示す。

　不安定な弁体１１３の挙動は、開弁によりアンカー下流側の単位時間当たりの体積変化が圧力変化を不安定にし、動作中の弁体１１３の変位が非放物運動となる。

　一方、安定した弁体１１３の挙動は、不安定な弁体１１３の挙動に対しアンカー下流側の単位時間当たりの体積変化が圧力変化を不安定にすることなく、動作中の弁体１１３の変位（運動）が放物運動となる。

　［実施例１］
　上述した不安定な弁体１１３の挙動を抑制する構成の第一実施例について説明する。図７は、本発明の第一実施例に係る弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を概略的に示した図である。図７では、図２と同じ図面に対し、第一実施例に係る構成に符号を付している。

　本実施例の燃料噴射装置１００は、流路を開閉する弁体１１３と、弁体１１３と係合して上流側に移動させるアンカー１１０と、弁体１１３及びアンカー１１０の径方向外側に配置され弁体１１３及びアンカー１１０を周囲から囲む囲繞部材（ノズルホルダ）１０２と、アンカー１１０の下流側に配置されアンカー１１０を上流側に付勢するスプリング（第三スプリング）１２４と、スプリング１２４をガイドするガイド部（ガイド面）１０２ｂｘを形成するガイド部形成部１０２ｂと、を備える。

　ガイド部形成部１０２ｂは、外周面１０２ｂ１、内周面１０２ｂ２及び最上流端部（最上流端面）１０２ｂ３を有し、本実施例においてガイド部１０２ｂｘは外周面１０２ｂ１に構成されている。

　本実施例の燃料噴射装置１００は、さらに、第１空間部Ｖ１及び第２空間部Ｖ２を有する。第１空間部Ｖ１は、アンカー１１０の下流側で、かつ弁体１１３の外周面１１３ｂから径方向外側に向かってアンカー１１０の外周面１１０ｄに対応する位置まで形成される。第２空間部Ｖ２は、第１空間部Ｖ１の下流側で、かつガイド部形成部１０２ｂの外周面１０２ｂ１から径方向外側に向かって形成される。

　これにより、アンカー１１０の下流側に第１空間部Ｖ１及び第２空間部Ｖ２からなる大きな空間を形成することができ、中間リフトにおける弁体１１３の変位（運動）が放物線を描くようになる。その結果、燃料噴射装置１００の高圧での開弁動作中においてアンカー下流側の圧力を安定化することができ、中間リフトにおける安定的な高圧燃料噴射が可能になる。

　本実施例においては、第２空間部Ｖ２は、ガイド部形成部１０２ｂの外周面１０２ｂ１からアンカー１１０の外周面１１０ｄに対応する位置まで形成される。これにより、第２空間部Ｖ２の径方向の大きさを大きくすることができる。

　また本実施例においては、アンカー１１０の外周面１１０ｄに対応する位置は、囲繞部材（ノズルホルダ）１０２のアンカー１１０の外周面１１０ｄに対向する内周面１０２ａの位置である。本実施例では、囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の内周面１０２ａは、アンカー１１０の外周面１１０ｄに対向する内周面部分と、アンカー１１０の下流側で弁体１１３の外周面１１３ｂ或いはスプリング（第三スプリング）１２４の外周と対向する内周面部分とが、同一径（同一内径）の内周面１０２ａとして形成されており、内周面１０２ａとアンカー１１０の外周面１１０ｄとの径方向における隙間は非常に小さい。従って、アンカー１１０の外周面１１０ｄに対応する位置は実質的にこの内周面１０２ａの位置と考えることができる。

　また本実施例においては、ガイド部形成部１０２ｂは、外周面１０２ｂ１が囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の内周面１０２ａに対して径方向内側に内周面１０２ａと対向するように設けられる。このため、弁体１１３の外周面１１３ｂから第１空間部Ｖ１を形成する囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の内周面１０２ａまでの径方向長さＬ１が、ガイド部形成部１０２ｂの外周面１０２ｂ１から第２空間部Ｖ２を形成する囲繞部材１０２の内周面１０２ａまでの径方向長さＬ２よりも大きくなるように構成される。

　また本実施例においては、ガイド部形成部１０２ｂは、第２空間部Ｖ２を形成する囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の底面１０２ｃから上流側に突出するように形成される。このため、ガイド部形成部１０２ｂの最上流端部１０２ｂ３からアンカー１１０の下端面１１０ｂまでの軸方向長さ（中心軸線１００ａ方向に同じ）Ｌ４に対して、第２空間部Ｖ２を形成する囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の底面１０２ｃからアンカー１１０の下端面１１０ｂまでの軸方向長さＬ３の方が大きくなる。

　また本実施例においては、第２空間部Ｖ２を形成する囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の底面１０２ｃは、スプリング１２４の下流側端部のばね座を構成する。スプリング１２４のばね座を底面１０２ｃに構成することで、ばね座の径方向外側に大きな空間を形成することができ、第２空間部Ｖ２の容積（燃料が入る容積）を大きくすることができる。

　また本実施例においては、ガイド部形成部１０２ｂの内周面１０２ｂ２の下流側には、ガイド部形成部１０２ｂの内周面１０２ｂ２と繋がるとともに、ガイド部形成部１０２ｂの内周面１０２ｂ２の内径Ｄ１よりも大きい径Ｄ２の内周面を有する内径拡大部１０２ｅが形成されている。これにより、弁体１１３の外周面１１３ｂとガイド部形成部１０２ｂの内周面１０２ｂ２との間の径方向長さＬ５に対して、弁体１１３の外周面１１３ｂと内径拡大部の内周面１０２ｅとの間の径方向長さＬ６の方が大きくなるように構成される。

　また本実施例においては、上述した様に、ガイド部形成部１０２ｂは、第２空間部Ｖ２を形成する囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の底面１０２ｃから上流側に突出するように形成される。これにより、弁体１１３の外周面１１３ｂとガイド部形成部１０２ｂの外周面１０２ｂ１との間の径方向長さＬ７の方が、弁体１１３の外周面１１３ｂとガイド部形成部１０２ｂの内周面１０２ｂ２との間の径方向長さＬ５よりも大きくなるように構成され、アンカー１１０の外周面１１０ｄの外径よりも第２空間部Ｖ２を形成する囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の内周面１０２ａの内径の方が大きくなるように構成される。

　上述した実施例１の構成及び作用効果は以下で説明する実施例２～６においても同様である。以下の実施例２～６の説明では、同様な構成については実施例１と同じ符号を付して説明を省略し、実施例１と異なる構成について説明する。

　［実施例２］
　図８は、本発明の第二実施例に係る弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を概略的に示した図である。図８は、図２と対応する、閉弁状態における弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を示している。

　本実施例では、実施例１と同様に、ガイド部形成部１０２ｂは、第２空間部Ｖ２を形成するノズルホルダ（囲繞部材）１０２の底面１０２ｃから上流側に突出するように形成されているが、ガイド部１０２ｂｘはガイド部形成部１０２ｂの内周面１０２ｂ２に構成されている。

　また、スプリング（第三スプリング）１２４のばね座はガイド部形成部１０２ｂの内周面１０２ｂ２に対して径方向内側に形成された底面部１０２ｆに構成されており、底面部１０２ｆは底面１０２ｃに対して上流側に配置されている。その結果、スプリング１２４の下流側端部のばね座は、第２空間部Ｖ２を形成する囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の底面１０２ｃに対して上流側に配置されている。これにより、第２空間部Ｖ２の軸方向長さを長くすることができ、第２空間部Ｖ２の容積を大きくすることができる。

　［実施例３］
　図９は、本発明の第三実施例に係る弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を概略的に示した図である。図９は、図２と対応する、閉弁状態における弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を示している。

　本実施例では、ノズルホルダ（囲繞部材）１０２の底面１０２ｃに凹部１０２ｇを設け、第２空間部Ｖ２の容積を大きくしている。この凹部１０２ｇは周方向の一部に設けられており、例えば軸方向（中心軸線１００ａ方向）から見た断面形状が円形の凹部（円孔）であってもよい。

　［実施例４］
　図１０は、本発明の第四実施例に係る弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を概略的に示した図である。図１０は、図２と対応する、閉弁状態における弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を示している。

　本実施例では、ノズルホルダ（囲繞部材）１０２の底面１０２ｃの外周部に環状の凹部（環状溝）１０２ｈを設け、第２空間部Ｖ２の容積を大きくしている。

　［実施例５］
　図１１は、本発明の第五実施例に係る弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を概略的に示した図である。図１１は、図２と対応する、閉弁状態における弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を示している。

　本実施例では、ノズルホルダ（囲繞部材）１０２の底面１０２ｃの外周部に環状の凹部（環状溝）１０２ｉを設け、第２空間部Ｖ２の容積を大きくしている。この場合、凹部１０２ｉは上流側から見た形状が逆テーパー状の円錐台面で構成されており、凹部１０２ｉの最外周部が最も深くなる。最深部が最外周部に形成されることで、最深部の周方向長さが長くなり、第２空間部Ｖ２の容積を大きくするのに効果的である。

　［実施例６］
　図１２は、本発明の第六実施例に係る弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を概略的に示した図である。図１２は、図２と対応する、閉弁状態における弁体１１３及びアンカー１１０の周囲の構成を示している。

　本実施例では、ノズルホルダ（囲繞部材）１０２の底面１０２ｃの外周部に環状の凹部（環状溝）１０２ｊを設け、第２空間部Ｖ２の容積を大きくしている。この場合、凹部１０２ｊは上流側から見た形状がテーパー状の円錐台面で構成されており、凹部１０２ｊの最内周部が最も深くなる。凹部１０２ｊがテーパー状の円錐台面で構成され、最深部が最内周部に形成されることで、凹部１０２ｊの形状をホルダ１０２の大径部１０２ｋと小径部１０２ｌとを接続するテーパー部１０２ｍの形状に合わせることができる。これにより、凹部１０２ｊの深さを深くすることができ、第２空間部Ｖ２の容積を大きくするのに効果的である。

　上述した各実施例は、燃料噴射装置１００の高圧での開弁動作中においてアンカー下流側の圧力を安定化することで、安定的に中間リフトにおける高圧燃料噴射が可能な燃料噴射装置１００を提供する。

　なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　１００…燃料噴射装置、１０２…囲繞部材（ノズルホルダ）、１０２ａ…囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の内周面、１０２ｂ…ガイド部形成部、１０２ｂ１…ガイド部形成部１０２ｂの外周面、１０２ｂ２…ガイド部形成部１０２ｂの内周面、１０２ｂ３…ガイド部形成部１０２ｂの最上流端部、１０２ｂｘ…スプリング１２４をガイドするガイド部、１０２ｃ…囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の底面、１１０…アンカー、１１０ｄ…アンカー１１０の外周面、１１３…弁体、１１３ｂ…弁体１１３の外周面、１２４…スプリング（第三スプリング）、Ｄ１…ガイド部形成部１０２ｂの内周面１０２ｂ２の内径、Ｄ２…内径拡大部１０２ｅの内径、Ｌ１…弁体１１３の外周面１１３ｂから第１空間部Ｖ１を形成する囲繞部材（ノズルホルダ）１０２の内周面１０２ａまでの径方向長さ、Ｌ２…ガイド部形成部１０２ｂの外周面１０２ｂ１から第２空間部Ｖ２を形成する囲繞部材１０２の内周面１０２ａまでの径方向長さ、Ｌ３…第２空間部Ｖ２を形成する囲繞部材１０２の底面１０２ｃからアンカー１１０の下端面１１０ｂまでの軸方向長さ、Ｌ４…ガイド部形成部１０２ｂの最上流端部１０２ｂ３からアンカー１１０の下端面１１０ｂまでの軸方向長さ、Ｌ５…弁体１１３の外周面１１３ｂとガイド部形成部１０２ｂの内周面１０２ｂ２との間の径方向長さ、Ｌ６…弁体１１３の外周面１１３ｂと内径拡大部の内周面１０２ｅとの間の径方向長さ、Ｌ７…弁体１１３の外周面１１３ｂとガイド部形成部１０２ｂの外周面１０２ｂ１との間の径方向長さ、Ｖ１…第１空間部、Ｖ２…第２空間部。

Claims

　流路を開閉する弁体と、
　前記弁体を上流側に移動させるアンカーと、
　前記弁体及び前記アンカーの径方向外側に配置され前記弁体及び前記アンカーを周囲から囲む囲繞部材と、
　前記アンカーの下流側に配置され前記アンカーを上流側に付勢するスプリングと、
　前記スプリングをガイドするガイド部を形成するガイド部形成部と、を備え、
　前記アンカーの下流側で、かつ前記弁体の外周面から径方向外側に向かって前記アンカーの外周面に対応する位置まで形成される第１空間部と、
　前記第１空間部の下流側で、かつ前記ガイド部形成部の外周面から径方向外側に向かって形成される第２空間部と、を有する燃料噴射装置。
　請求項１に記載の燃料噴射装置において、
　前記第２空間部は、前記ガイド部形成部の前記外周面から前記アンカーの前記外周面に対応する前記位置まで形成される燃料噴射装置。
　請求項２に記載の燃料噴射装置において、
　前記アンカーの前記外周面に対応する前記位置は、前記囲繞部材の前記アンカーの前記外周面に対向する内周面の位置である燃料噴射装置。
　請求項３に記載の燃料噴射装置において、
　前記弁体の前記外周面から前記第１空間部を形成する前記囲繞部材の前記内周面までの径方向長さが、前記ガイド部形成部の前記外周面から前記第２空間部を形成する前記囲繞部材の内周面までの径方向長さよりも大きくなるように構成された燃料噴射装置。
　請求項３に記載の燃料噴射装置において、
　前記ガイド部形成部の最上流端部から前記アンカーの下端面までの軸方向長さに対して、前記第２空間部を形成する前記囲繞部材の底面から前記アンカーの前記下端面までの軸方向長さの方が大きくなるように構成された燃料噴射装置。
　請求項５に記載の燃料噴射装置において、
　前記第２空間部を形成する前記囲繞部材の前記底面は、前記スプリングの下流側端部のばね座を構成する燃料噴射装置。
　請求項５に記載の燃料噴射装置において、
　前記スプリングの下流側端部のばね座は、前記第２空間部を形成する前記囲繞部材の前記底面に対して上流側に配置されている燃料噴射装置。
　請求項３に記載の燃料噴射装置において、
　前記ガイド部形成部の内周面の下流側には、前記ガイド部形成部の前記内周面と繋がるとともに、前記ガイド部形成部の前記内周面の内径よりも大きい径の内周面を有する内径拡大部が形成され、
　前記弁体の前記外周面と前記ガイド部形成部の前記内周面との間の径方向長さに対して、前記弁体の前記外周面と前記内径拡大部の前記内周面との間の径方向長さの方が大きくなるように構成された燃料噴射装置。
　請求項３に記載の燃料噴射装置において、
　前記ガイド部形成部は、前記第２空間部を形成する前記囲繞部材の底面から上流側に突出するように形成され、
　前記弁体の前記外周面と前記ガイド部形成部の前記外周面との間の径方向長さの方が、前記弁体の前記外周面と前記ガイド部形成部の前記内周面との間の径方向長さよりも大きくなるように構成された燃料噴射装置。
　請求項３に記載の燃料噴射装置において、
　前記アンカーの前記外周面の外径よりも前記第２空間部を形成する前記囲繞部材の前記内周面の内径の方が大きくなるように構成された燃料噴射装置。