特許 7311315 燃料噴射弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-10

(45)【発行日】2023-07-19

(54)【発明の名称】燃料噴射弁

(51)【国際特許分類】

   F02M 51/06 20060101AFI20230711BHJP

   F02M 61/04 20060101ALI20230711BHJP

【ＦＩ】

F02M51/06 B

F02M51/06 H

F02M51/06 K

F02M61/04 G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019105869

(22)【出願日】2019-06-06

(65)【公開番号】P2020200767

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2022-04-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100140486

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100170058

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 拓真

(72)【発明者】

【氏名】前川 仁之

(72)【発明者】

【氏名】藤野 友基

【審査官】竹村 秀康

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２２４６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２５３４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６７６９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ３９／００－７１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料を噴射するための噴孔（５１１）が、長手方向における一端に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前記長手方向に沿っ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、
少なくとも一部が磁性体によって形成された部材であって、前記ハウジングの内部に固定されている固定コア（４００）と、
少なくとも一部が磁性体によって形成された部材であって、前記ハウジングの内部において、前記長手方向に沿っ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、
前記可動コアは、
大径部（３１０，３２０）と、
前記大径部よりも外径の小さな部分であって、前記長手方向に沿って前記大径部と隣り合う位置に配置されている小径部（３３０）と、を有しており、
前記大径部及び前記小径部は互いに別体の部材であって、
前記大径部及び前記小径部のそれぞれが、前記ハウジングの内周面に沿って摺動するように構成されており、
前記大径部よりも前記小径部側であり、且つ前記小径部の周囲となる位置には、前記可動コアの動作速度を減衰させるためのダンパー室（３４０）が形成され、
前記長手方向に沿って見た場合において、
前記小径部のうち、前記ハウジングの内周面と対向する側面よりも内側となる位置には、前記ダンパー室にある燃料から、前記長手方向に沿った成分の力を受ける受圧面（３３２）が形成されている燃料噴射弁。

【請求項2】

前記受圧面は、前記小径部の中心軸の周りを全周に亘るように形成されている、請求項１に記載の燃料噴射弁。

【請求項3】

燃料として気体燃料が用いられる、請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。

【請求項4】

燃料として水素が用いられる、請求項３に記載の燃料噴射弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は燃料噴射弁に関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

可動コアが動作する際において、その動作速度が大きいまま固定コア等の固定部材に衝突すると、衝突箇所において部材の損傷や摩耗が生じ、燃料噴射弁の動作特性が変化してしまうことがある。これを防止するために、燃料噴射弁の内部には、可動部材の動作速度を減衰させるためのダンパー室が形成される。下記特許文献１には、可動コアの動作速度を減衰させるためのダンパー室を、ハウジングの内部、具体的には可動コアと隣り合う位置に形成した燃料噴射弁の例も記載されている。

【0005】

当該例においては、可動コアが、大径部と、大経部よりも外径の小さい小径部と、を有している。可動コアは、大径部及び小径部のそれぞれにおいて、ハウジングの内周面に近接又は当接しており、当該内周面に沿って摺動する。ダンパー室は、大径部よりも小径部側となる位置であり、且つ小径部の周囲となる位置に形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１８－１８９００２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ダンパー室の機能を適切に発揮させるためには、大径部とハウジングの内周面との間の隙間、及び小径部とハウジングの内周面との間の隙間、のそれぞれのクリアランスを均等に確保して、ダンパー室における燃料の出入りを制限する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載された上記例のように、大径部及び小径部を有する可動コアの全体が一体に形成されている構成においては、それぞれのクリアランスを均等に確保するために高精度の加工を行う必要があると考えられる。

【0008】

例えば、大径部の中心軸と、小径部の中心軸と、が互いに一致していない場合には、一部のクリアランスが大きくなり過ぎてダンパー室の機能が損なわれてしまったり、一部のクリアランスが小さくなり過ぎて可動コアが動作し得ない状態になってしまったりする可能性がある。また、大径部に対向するハウジングの内周面の中心軸と、小径部に対向するハウジングの内周面の中心軸と、が互いに一致していない場合にも、同様の問題が生じ得る。高精度の加工を不要とするために、クリアランスの全体を大きく確保することも考えられるが、この場合にはダンパー室の機能を十分に発揮させることができなくなる。

【0009】

本開示は、高精度の加工を行うことなく、ダンパー室を容易に形成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。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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、長手方向における一端に形成されたハウジング（１００）と、ハウジングの内部において長手方向に沿って移動することにより、噴孔の開閉を切り換えるニードル（２００）と、少なくとも一部が磁性体によって形成された部材であって、ハウジングの内部に固定されている固定コア（４００）と、少なくとも一部が磁性体によって形成された部材であって、ハウジングの内部において、長手方向に沿っ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。可動コアは、大径部（３１０，３２０）と、大径部よりも外径の小さな部分であって、長手方向に沿って大径部と隣り合う位置に配置されている小径部（３３０）と、を有している。大径部及び小径部は互いに別体の部材である。大径部及び小径部のそれぞれが、ハウジングの内周面に沿って摺動するように構成されている。大径部よりも小径部側であり、且つ小径部の周囲となる位置には、可動コアの動作速度を減衰させるためのダンパー室（３４０）が形成されている。

【0011】

このような構成の燃料噴射弁では、可動コアの大径部及び小径部が、互いに別体の部材として構成されている。大径部及び小径部の全体が一体の部材とはなっていないので、大径部の中心軸と、小径部の中心軸と、を互いに一致させるための高精度の加工を行う必要が無い。また、ハウジングにおいて、大径部に対向する内周面の中心軸と、小径部に対向する内周面の中心軸と、が互いに一致していない場合には、それぞれの中心軸に合わせて、大径部及び小径部の相対的な位置が変化することとなる。これにより、大径部とハウジングの内周面との間の隙間、及び小径部とハウジングの内周面との間の隙間、のそれぞれのクリアランスを均等に確保して、ダンパー室の機能を発揮させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、高精度の加工を行うことなく、ダンパー室を容易に形成することのできる燃料噴射弁が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、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】図２は、図１のＡ部における構成を拡大して示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

本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。燃料としては、本実施形態では気体燃料、具体的には水素が用いられる。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。

【0016】

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。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。以下の説明においては、図１における上方側を示すものとして、単に「上方側」等の語を用いることがある。また、図１における下方側を示すものとして、単に「下方側」等の語を用いることがある。後の説明に用いる図２においても同様である。

【0017】

後に説明するように、燃料噴射弁１０から噴射される燃料は、ハウジング１００の内部を上方側から下方側に向かって流れる。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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

第１筒状部材１１０の下端部では、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。

【0021】

閉塞部５１０は、円筒部５２０のうち下方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、閉塞部５１０の中心を図１の上下方向に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。

【0022】

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。

【0023】

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る。

【0024】

第１筒状部材１１０のうち噴射ノズル５００とは反対側、つまり上方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の内周面１１５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の上端、つまり第１筒状部材１１０の上端には、第２筒状部材１２０の下端が接続されている。

【0025】

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の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の上端には、第３筒状部材１３０の下端が接続されている。

【0026】

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の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の上端には、第４筒状部材１４０の下端が接続されている。

【0027】

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の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の上方側部分では、第５筒状部材１５０の下端部分が内側に圧入され溶接されている。

【0028】

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の上端部には導入口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。

【0029】

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。

【0030】

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、すなわち図１の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。

【0031】

ニードル２００が、その可動範囲のうち最も下方側まで移動すると、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が上方側に移動し、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。

【0032】

以下の説明においては、噴孔５１１が開かれるようにニードル２００が移動する方向の側、すなわち図１における上側のことを、「開弁側」とも称することがある。また、噴孔５１１が閉じられるようにニードル２００が移動する方向の側、すなわち図１における下側のことを、「閉弁側」とも称することがある。

【0033】

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。

【0034】

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拡径部２１０が形成されている。拡径部２１０のうち可動コア３００側の面、すなわち閉弁側の面は、可動コア３００の端面に当接している。

【0035】

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のうち拡径部２１０の開弁側端部から、可動コア３００よりも閉弁側となる位置まで伸びるように形成されている。ニードル２００のうち開弁側の端部では、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よりも閉弁側となる位置では、ニードル２００に貫通穴２０２が複数形成されている。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。

【0036】

可動コア３００は、その全体が略円筒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、すなわち図１の上下方向に沿って移動可能な状態で配置されている。可動コア３００は、可動側高硬度部３１０と、可動側低硬度部３２０と、共動部３３０と、を有している。

【0037】

可動側高硬度部３１０は、その一部が可動側低硬度部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、これを上下方向、すなわちハウジング１００の長手方向に貫くように可動側貫通穴３１３が形成されている。先に説明したニードル２００は、この可動側貫通穴３１３に挿通されている。ニードル２００の外側面は、可動側貫通穴３１３の内面に沿って摺動可能となっている。可動側貫通穴３１３の内面には窒化処理が施されている。また、ニードル２００の外側面にも窒化処理が施されており、更にＤＬＣコートが施されている。

【0038】

可動側高硬度部３１０のうち開弁側の端面には、ニードル２００の拡径部２１０が上方側から当接している。尚、可動側高硬度部３１０の開弁側の端面の一部は、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の開弁側の端面では、ニードル２００の拡径部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、拡径部２１０のうち閉弁側の端面にも窒化処理が施されている。

【0039】

可動側高硬度部３１０のうち閉弁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の先端面３１２は、第１筒状部材１１０のうち拡径円筒部１１２の内周面１１５に当接している。可動コア３００が移動する際には、拡径部３１１の先端面３１２が拡径円筒部１１２の内周面１１５に沿って摺動する。先端面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。

【0040】

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、その内面を可動側高硬度部３１０の外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。

【0041】

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。

【0042】

可動側低硬度部３２０の開弁側の端面の位置は、可動側高硬度部３１０の開弁側の端面の位置よりも、僅かに閉弁側となっている。換言すれば、可動側高硬度部３１０の上端面は、可動側低硬度部３２０の上端面よりも僅かに上方側に向けて突出している。

【0043】

尚、本実施形態では上記のように、可動コア３００の一部である可動側低硬度部３２０が磁性体によって形成されており、その他の部分である可動側高硬度部３１０及び共動部３３０が非磁性体によって形成されている。このような態様に替えて、可動コア３００の全体が、磁性体からなる単一の材料によって形成されているような態様であってもよい。

【0044】

共動部３３０は、その全体が円筒形状となっている部材である。共動部３３０は、その中心軸を、ハウジング１００の長手方向に沿わせた状態で配置されている。共動部３３０は、可動側高硬度部３１０と同じマルテンサイト系ステンレスによって形成されている。

【0045】

図１に示されるように、可動側高硬度部３１０及び可動側低硬度部３２０は互いに一体となっており、その全体が円筒形状となっている。共動部３３０は、このように一体となった可動側高硬度部３１０及び可動側低硬度部３２０の下方側となる位置に配置されている。つまり、共動部３３０は、ハウジング１００の長手方向に沿って、可動側高硬度部３１０及び可動側低硬度部３２０と隣り合う位置、具体的には可動側高硬度部３１０及び可動側低硬度部３２０の直下となる位置に配置されている。

【0046】

共動部３３０は、可動側高硬度部３１０及び可動側低硬度部３２０とは一体となっておらず、これらとは別体の部材となっている。つまり、共動部３３０は、可動側高硬度部３１０に対して接合されてはおらず、上下方向に沿って可動側高硬度部３１０から分離可能な状態となっている。ただし、共動部３３０は、後に述べるバネ８１０によって上方側に向けて付勢されており、これにより可動側高硬度部３１０に対して下方から押し付けられた状態となっている。その結果、共動部３３０の上端部は、全周に亘って可動側高硬度部３１０の下端面に当接している。

【0047】

共動部３３０の内径は、可動側高硬度部３１の内径と概ね等しい。共動部３３０の外径は、一体となった可動側高硬度部３１０及び可動側低硬度部３２０の全体の外径よりも小さい。

【0048】

一体となった可動側高硬度部３１０及び可動側低硬度部３２０は、本実施形態における「大径部」に該当する。また、共動部３３０は、本実施形態における「小径部」に該当する。上記のように、小径部である共動部３３０は、大径部よりも外径の小さな部分であって、ハウジング１００の長手方向に沿って大径部と隣り合う位置に配置されている。ニードル２００は、上記の大径部及び小径部のそれぞれを上下方向に貫いている。尚、可動コア３００の全体を、磁性体からなる単一の材料によって形成する場合であっても、本実施形態と同様に、可動コア３００を大径部と小径部に分かれた構成とすることが好ましい。

【0049】

先に述べたように、一体となった可動側高硬度部３１０及び可動側低硬度部３２０、すなわち可動コア３００の大径部は、第１筒状部材１１０のうち拡径円筒部１１２の内側となる位置に配置されている。大径部は、拡径円筒部１１２の内周面１１５に沿って上下方向に摺動する。大径部の外周面と内周面１１５との間、具体的には、拡径部３１１の先端面３１２と内周面１１５との間には、数μｍから数十μｍ程度の隙間が形成されている。尚、一部において先端面３１２と内周面１１５とが互いに当接していてもよい。

【0050】

可動コア３００の小径部である共動部３３０は、第１筒状部材１１０のうち拡径円筒部１１２よりも下方側となる位置に配置されている。小径部である共動部３３０は、第１筒状部材１１０の内周面１１６に沿って上下方向に摺動する。共動部３３０の外周面３３１と、第１筒状部材１１０の内周面１１６との間には、数μｍから数十μｍ程度の隙間が形成されている。尚、一部において外周面３３１と内周面１１６とが互いに当接していてもよい。

【0051】

このように、本実施形態では、可動コア３００の大径部及び小径部が、互いに別体の部材として構成されている。また、可動コア３００のうち大径部及び小径部のそれぞれが、ハウジング１００の内周面に沿って摺動するように構成されている。

【0052】

固定コア４００は、可動コア３００と同様に、その全体が略円筒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、固定側低硬度部４２０と固定側高硬度部４１０とを有している。

【0053】

固定側低硬度部４２０は、可動コア３００の上方側となる位置に配置された略円筒形状の部分である。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の内面に対して溶接によって固定されている。

【0054】

固定側低硬度部４２０には、これを上下方向に沿って貫くように貫通穴４２１が形成されている。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、次に述べる固定側高硬度部４１０よりも硬度が低い部分となっている。

【0055】

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、具体的には貫通穴４２１のうち下方側の部分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、その外面を固定側低硬度部４２０の内面に当接させた状態で、固定側低硬度部４２０に対して溶接によって固定されている。

【0056】

固定側高硬度部４１０の中央には、これを上下方向に貫くように固定側貫通穴４０１が形成されている。先に説明したニードル２００の空間２０１は、この固定側貫通穴４０１及び貫通穴４２１を介して第５筒状部材１５０の空間１５１に連通されている。

【0057】

固定側貫通穴４０１のうち可動コア３００側の部分には、ニードル２００の拡径部２１０が下方から挿通されている。当該部分における固定側貫通穴４０１の内径は、他の部分における固定側貫通穴４０１の内径よりも僅かに大きくなっている。このため、ニードル２００の拡径部２１０と、固定側貫通穴４０１の内面との間には隙間が形成されている。

【0058】

固定側低硬度部４２０の閉弁側の端面の位置は、固定側高硬度部４１０の閉弁側の端面の位置よりも、僅かに開弁側となっている。換言すれば、固定側高硬度部４１０の下端面は、固定側低硬度部４２０の下端面よりも僅かに下方側、すなわち可動コア３００側に向けて突出している。固定側高硬度部４１０の下端面は、その全体が、可動側高硬度部３１０の上端面に対向している。

【0059】

尚、本実施形態では上記のように、固定コア４００の一部である固定側低硬度部４２０が磁性体によって形成されており、その他の部分である固定側高硬度部４１０が非磁性体によって形成されている。このような態様に替えて、固定コア４００の全体が、磁性体からなる単一の材料によって形成されているような態様であってもよい。

【0060】

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、後述のバネ８２０の付勢力によって、ニードル２００と共に閉弁側に移動する。

【0061】

燃料噴射弁１０のその他の構成について説明する。固定側低硬度部４２０に形成された貫通穴４２１のうち、固定側高硬度部４１０よりもの上方側の部分には、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、アジャスティングパイプ４３０を上下方向に貫く貫通穴４３１が形成されている。

【0062】

アジャスティングパイプ４３０の下方側には、バネ８２０が配置されている。バネ８２０は、その略全体が固定側貫通穴４０１の内側に配置されている。バネ８２０は、その伸縮方向が上下方向に沿っている弾性部材である。バネ８２０の一端は、アジャスティングパイプ４３０の閉弁側端部に当接している。バネ８２０の他端は、ニードル２００のうち拡径部２１０の開弁側端部に当接している。バネ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の拡径部２１０は、バネ８２０からの力によって可動側高硬度部３１０に対して押し付けられている。その結果、バネ８２０は、ニードル２００と可動コア３００との両方を閉弁側に付勢している。

【0063】

可動コア３００の下方側、具体的には共動部３３０の下方側には、バネ８１０が配置されている。バネ８１０は、その伸縮方向が上下方向に沿っている弾性部材である。バネ８１０の一端は、共動部３３０の閉弁側端面に下方側から当接している。バネ８１０の他端は、第１筒状部材１１０の途中に形成された段差部に上方側から当接している。

【0064】

バネ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、共動部３３０は、バネ８１０からの力によって可動側高硬度部３１０に対して押し付けられている。その結果、バネ８１０は、ニードル２００と可動コア３００との両方を開弁側に付勢している。バネ８１０とバネ８２０とが設けられていることにより、拡径部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。また、バネ８１０とバネ８２０とが設けられていることにより、共動部３３０と可動側高硬度部３１０とが互いに当接している状態も維持されている。

【0065】

本実施形態では、バネ８２０の付勢力が、バネ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。

【0066】

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。

【0067】

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の開弁側端部よりも更に開弁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。

【0068】

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。

【0069】

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は開弁側に移動する。その際、ニードル２００の拡径部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。

【0070】

燃料は、導入口１５３から空間１５１に流入した後、貫通穴４３１、固定側貫通穴４０１、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。このように燃料が通る経路は、ハウジング１００の内部に形成された経路であって、外部から供給された燃料を噴孔５１１に導くための「燃料通路」に該当する。

【0071】

開弁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の上端面が固定コア４００側に向けて突出しており、固定側高硬度部４１０の下端面が可動コア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。

【0072】

このように、本実施形態に係る燃料噴射弁１０は、コイル６００に電流が供給されると、発生した磁気吸引力によって可動コア３００がニードル２００と共に固定コア４００側に移動し、可動側高硬度部３１０が固定側高硬度部４１０に当たるように構成されている。

【0073】

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である可動側高硬度部３１０と、固定コア４００のうち比較的硬度の高い部分である固定側高硬度部４１０とが互いに衝突する。このため、固定コア及び可動コア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。

【0074】

一方、磁気吸引力に寄与する部分である可動側低硬度部３２０及び固定側低硬度部４２０は、比較的硬度の低い磁性体によって形成されているのであるが、これらには他の部材が衝突しない構成となっている。燃料噴射弁１０では、磁性体を用いて磁気吸引力を効率的に発生させ得る構成としながらも、磁性体が衝突によって損傷してしまうことが防止されている。

【0075】

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、バネ８２０の付勢力によって閉弁側に移動し、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。

【0076】

上記のように、燃料の噴射が開始される際には、可動コア３００が開弁側に移動して固定コアに衝突する。また、燃料の噴射が停止される際には、ニードル２００が閉弁側に移動して弁座５１２に衝突する。燃料噴射弁１０を構成する各部材の摩耗や変形を抑制するためには、衝突時のエネルギーは小さい方が好ましい。衝突時のエネルギーを低減するための工夫点について、図２を参照しながら説明する。図２は、図１のＡ部における構成を拡大して示す図である。

【0077】

図２に示されるように、可動側高硬度部３１０と第１筒状部材１１０との間には空間が形成されている。当該空間は、可動コア３００の動作速度を減衰させるためのダンパー室３４０として機能する空間である。ダンパー室３４０の位置は、大径部よりも小径部側であり、且つ小径部の周囲となる位置、ということができる。

【0078】

ダンパー室３４０は、燃料通路である空間１１１等と繋がっているので、ダンパー室３４０には燃料が流入又は流出する。しかしながら、ダンパー室３４０よりも上方側に形成された隙間、すなわち先端面３１２と内周面１１５との間に形成された隙間は、先に述べたように数μｍから数十μｍ程度の小さな隙間となっている。同様に、ダンパー室３４０よりも下方側に形成された隙間、すなわち外周面３３１と内周面１１６との間に形成された隙間も、先に述べたように数μｍから数十μｍ程度の小さな隙間となっている。このため、ダンパー室３４０における燃料の出入りは、これらの小さな隙間によって制限されており、ダンパー室３４０は準密閉空間となっている。

【0079】

燃料の噴射が開始される際には、先に述べたように可動コア３００が開弁側に向かって移動する。その際、可動コア３００の移動に伴って、ダンパー室３４０の容積は拡大するので、ダンパー室３４０における燃料の圧力は低下する。ダンパー室３４０と燃料通路との圧力差に起因して、可動コア３００の大径部には閉弁側に向かう方向の力が加えられる。その結果、開弁側に向かう方向に移動しているニードル２００及び可動コア３００の大径部には、同方向への動作速度を減衰させるような力が働くこととなる。これにより、可動部材であるニードル２００や可動コア３００が、固定部材である固定コア４００等に対して衝突する際の衝突エネルギーが低減される。

【0080】

尚、可動コア３００の小径部である共動部３３０は、先に述べたように、バネ８１０からの力によって可動側高硬度部３１０に押し付けられている。このため、可動コア３００が開弁側に向かって移動しているときには、可動コア３００の大径部と小径部とが互いに当接している状態が維持される。

【0081】

共動部３３０のうち可動側高硬度部３１０に当接している面、及び、可動側高硬度部３１０のうち共動部３３０に当接している面、のそれぞれは、加工によりその平面度が高められている。このため、可動コア３００の大径部と小径部とが互いに当接している状態においては、当接面を通じた燃料の出入りはほとんど生じない。

【0082】

燃料の噴射が停止される際には、先に述べたように可動コア３００が閉弁側に向かって移動する。その際、可動コア３００の移動に伴って、ダンパー室３４０の容積は縮小するので、ダンパー室３４０における燃料の圧力は増加する。ダンパー室３４０と燃料通路との圧力差に起因して、可動コア３００の大径部には開弁側に向かう方向の力が加えられる。その結果、閉弁側に向かう方向に移動しているニードル２００及び可動コア３００の大径部には、同方向への動作速度を減衰させるような力が働くこととなる。これにより、可動部材であるニードル２００や可動コア３００が、固定部材である弁座５１２等に対して衝突する際の衝突エネルギーが、閉弁時においても低減される。

【0083】

可動コア３００が閉弁側に向かって移動しているときにも、先に述べた開弁時と同様に、可動コア３００の大径部と小径部とが互いに当接している状態が維持される。ただし、ダンパー室３４０における燃料の圧力によっては、大径部と小径部とが互いに分離する場合も生じ得る。これについては後に説明する。

【0084】

ダンパー室３４０を形成するためには、可動コア３００の全体、すなわち大径部及び小径部の全体を一体の部材とすることも可能である。しかしながら、そのような構成においては、大径部とハウジング１００の内周面との間の隙間、及び小径部とハウジング１００の内周面との間の隙間、のそれぞれのクリアランスを均等に確保することが難しくなってしまう。これらの隙間のクリアランスを均等に確保するためには、例えば、大径部の中心軸と小径部の中心軸とが互いに一致するように、高精度の加工を行う必要性が生じてしまう。

【0085】

大径部の中心軸と、小径部の中心軸と、が互いに一致していない場合には、一部のクリアランスが大きくなり過ぎてダンパー室３４０の機能が損なわれてしまったり、一部のクリアランスが小さくなり過ぎて可動コア３００が動作し得ない状態になってしまったりする可能性がある。また、大径部に対向するハウジング１００の内周面１１５の中心軸と、小径部に対向するハウジング１００の内周面１１６の中心軸と、が互いに一致していない場合にも、同様の問題が生じ得る。高精度の加工を不要とするために、クリアランスの全体を大きく確保することも考えられるが、この場合にはダンパー室３４０の機能を十分に発揮させることができなくなる。

【0086】

これに対し、本実施形態では、可動コア３００の大径部及び小径部が、互いに別体の部材として構成されている。大径部及び小径部の全体が一体の部材とはなっていないので、大径部の中心軸と、小径部の中心軸と、を互いに一致させるための高精度の加工を行う必要が無い。また、ハウジング１００において、大径部に対向する内周面１１５の中心軸と、小径部に対向する内周面１１６の中心軸と、が互いに一致していない場合には、それぞれの中心軸に合わせて、大径部及び小径部の相対的な位置が変化することとなる。これにより、大径部と内周面１１５との間の隙間、及び小径部と内周面１１６との間の隙間、のそれぞれのクリアランスを均等に確保して、ダンパー室３４０の機能を発揮させることができる。このように、本実施形態では、可動コア３００を形成するにあたり高精度の加工を行わなくても、燃料噴射弁１０の内部に、ダンパー室３４０を容易に形成することができる。

【0087】

共動部３３０に施された更なる工夫点について、引き続き図２を参照しながら説明する。同図に示されるように、共動部３３０の上端面と、外周面３３１との境界部分には、傾斜面３３２が形成されている。傾斜面３３２は、その法線方向が、上方側であり且つ外周側に向かうように形成された面である。傾斜面３３２は、小径部である共動部３３０の中心軸の周りを、全周に亘るように形成されている。このため、共動部３３０の上端面のうち大径部に当接している部分の外径Ｄ１は、外周面３３１の直径Ｄ２よりも小さくなっている。

【0088】

燃料噴射弁１０を、ハウジング１００の長手方向に沿って見た場合においては、傾斜面３３２は、その全体が外周面３３１よりも内側となる位置に形成されている。すなわち、受圧面である傾斜面３３２は、小径部である共動部３３０のうち、ハウジング１００の内周面１１６と対向する側面（つまり外周面３３１）よりも内側となる位置に形成されている。

【0089】

傾斜面３３２には、ダンパー室３４０にある燃料から、傾斜面３３２の法線に沿った方向の力が加えられる。このような力は、ハウジング１００の長手方向に沿って、閉弁側に向かう方向の成分を有している。傾斜面３３２は、ダンパー室３４０にある燃料から、上記のように長手方向に沿った成分の力を受けるための「受圧面」として機能する。傾斜面３３２に加えられる燃料からの力は、ハウジング１００の長手方向に沿って、可動コア３００の大径部と小径部とを互いに分離させる方向に働くこととなる。ただし、通常時においては、バネ８１０によって大径部と小径部とを当接させる力の方が大きい。このため、大径部と小径部とが互いに当接している状態が維持される。

【0090】

可動コア３００が閉弁側に向かって移動しているときには、先に述べたように、ダンパー室３４０における燃料の圧力は増加する。このとき、ダンパー室３４０における燃料の圧力が増加し過ぎると、閉弁側に向かう可動コア３００の移動速度が過剰に抑制されてしまい、閉弁が完了するまでの時間が増加し過ぎてしまう可能性がある。

【0091】

しかしながら、本実施形態では、ダンパー室３４０における燃料の圧力が増加し過ぎると、受圧面である傾斜面３３２に働く燃料からの力が大きくなり、共動部３３０が可動側高硬度部３１０から離れた状態となる。つまり、可動コア３００の大径部と小径部とが互いに離間した状態となる。

【0092】

本実施形態では、可動コア３００の内周面とニードル２００との間に形成された隙間の大きさが、先端面３１２と内周面１１５との間に形成された隙間や、外周面３３１と内周面１１６との間に形成された隙間よりも大きくなっている。このため、可動コア３００の大径部と小径部とが互いに離間すると、ダンパー室３４０にある燃料の一部は、可動コア３００の内周面とニードル２００との間に形成された隙間へと流出する。その結果、ダンパー室３４０における燃料の圧力は低下し、閉弁側に向かう可動コア３００の移動速度がそれ以上減少しなくなる。これにより、閉弁側に向かう可動コア３００の移動速度が、過剰に抑制されてしまうような事態が防止される。

【0093】

受圧面である傾斜面３３２は、小径部である共動部３３０の中心軸の周りを、全周に亘るように形成されている。このような構成においては、傾斜面３３２に対する燃料からの力は、共動部３３０の上端部分において、ハウジング１００の中心軸の周りを全周に亘って均等に働くこととなる。このため、共動部３３０に対する燃料からの力が、上下方向とは異なる方向に偏って働いてしまうことが防止される。

【0094】

以上に説明したような燃料噴射弁１０の構成は、液体燃料を噴射するための燃料噴射弁にも採用することができる。しかしながら、気体燃料を噴射するための燃料噴射弁１０においては、燃料の粘度が小さく、ニードル２００等の動作速度が大きくなり過ぎる傾向が高いので、本実施形態の構成を採用することの効果が大きい。

【0095】

また、気体燃料として、本実施形態のように水素が用いられる場合には、燃料噴射弁１０の各部を構成する材料が、所謂水素脆性によって脆くなる傾向がある。水素脆性が生じた際に、ニードル２００等の可動部材が激しく衝突すると、燃料噴射弁１０の各部が摩耗などによって変形し、燃料噴射弁１０の動作特性が短期間で変化してしまう可能性がある。このため、気体燃料として水素が用いられる場合には、以上に説明したような燃料噴射弁１０の構成を採用することの効果が特に大きくなる。

【0096】

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。

【符号の説明】

【0097】

１０：燃料噴射弁
１００：ハウジング
２００：ニードル
３００：可動コア
３１０：可動側高硬度部
３２０：可動側低硬度部３２０
３３０：共動部
３４０：ダンパー室
４００：固定コア
６００：コイル
５１１：噴孔

【図1】

【図2】