JP5297320B2

JP5297320B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP5297320B2
Application number: JP2009223119A
Authority: JP
Inventors: 雅季鈴木; 新溝田; 一則荒川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-09-28
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-09-28
Also published as: JP2011069331A

Description

本発明は、車両の燃料噴射装置に関する。

車両のエンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置は、ハウジング内を往復移動するノズルニードルが、燃料噴射口を開閉するように構成される。
ノズルニードルは可動コアに連結され、コイル、可動コア、及び固定コア等で形成される電磁石の磁力によって駆動する。
すなわち、コイルに電流が流れない無通電状態のときは、バネなどの付勢手段による付勢力によって燃料噴射口を閉口する方向にノズルニードルが移動し、コイルに電流が流れる通電状態のときは、可動コアが磁化して固定コアに吸引され、可動コアとともにノズルニードルが固定コアの方向に引き寄せられて、燃料噴射口が開口するように構成される。
また、燃料噴射口まで燃料が流通する流路がノズルニードルの中に形成されるものが知られている。

このように構成される燃料噴射装置では、燃料噴射口から噴射される燃料がハウジング内を流れるときに、その一部が固定コアと可動コアの間に溜まって燃料溜まりが形成される場合がある。
そして、燃料溜まりが形成されると、可動コアが固定コアに吸引されるときに、燃料溜まりに溜まった燃料の粘性が抵抗になって可動コアの動作速度、すなわちノズルニードルの動作速度が低下する。そして、燃料噴射装置の動作性能が低下する。
そこで、例えば、特許文献１には、燃料溜まりに溜まる燃料を排出して動作性能の低下を抑えるための補助流路が形成される可動コアを備える燃料噴射装置が開示されている。

特開２００６−１８３４７０号公報

しかしながら、例えば引用文献１に示す燃料噴射装置のように、燃料溜まりの燃料を排出する補助流路を可動コアに形成すると、可動コアの加工工数が増えることになって可動コアがコストアップし、ひいては、当該可動コアを使用する燃料噴射装置がコストアップするという問題がある。

そこで本発明は、補助流路が形成されない可動コアであっても、動作性能の低下を防止できる燃料噴射装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために本発明の請求項１は、燃料噴射口を有する円筒型のハウジング部と、前記ハウジング部に収容されて固定される固定コアと、前記ハウジング部に収容され、当該ハウジング部の内周面にガイドされて当該ハウジング部の中心線方向に往復移動し、前記固定コアに当接・離反する可動コアと、前記ハウジング部に収容されて前記可動コアとともに前記中心線方向に往復移動し、前記燃料噴射口を開閉するニードルと、前記可動コアを磁化するためのコイルと、を含み、前記可動コアは、前記コイルが通電状態のときに磁化して前記固定コアに吸引され、当該固定コアに当接する方向に移動するとともに、前記ニードルを前記固定コアの方向に引き寄せて前記燃料噴射口を開口する燃料噴射装置とする。そして、前記可動コアと前記ハウジング部の間に設けられる第１のクリアランスを前記中心線方向に投影した第１の投影面積が、前記可動コアを前記中心線方向に投影した第２の投影面積の１．１３％以上であり、前記ニードルと前記可動コアが別体に構成され、前記可動コアは前記ニードルの軸方向に沿って移動可能に嵌め込まれるとともに、前記可動コアの内周と前記ニードルの外周の間に、当該可動コアの内周と当該ニードルの外周が接触しない大きさの第２のクリアランスが形成され、前記可動コアが磁化して前記固定コアに吸引されるとき、前記可動コアが、前記ニードルに対して移動して加速した状態で当該ニードルに当接して、前記ニードルを前記固定コアの方向に引き寄せるとともに、前記固定コアと前記可動コアの間に溜まる燃料が前記第１のクリアランスを通って前記燃料噴射口の側に排出されることを特徴とする。

請求項１によると、可動コアをハウジング部の中心線方向に投影した第２の投影面積に対して、可動コアとハウジング部の間に設けられる第１のクリアランスをハウジング部の中心線方向に投影した第１の投影面積が１．１３％以上になるように第１のクリアランスを設定できる。
したがって、固定コアと可動コアの間に溜まる燃料を、第１のクリアランスを通して効果的に排出することができ、可動コアに燃料の補助流路を形成しなくても、燃料噴射装置の動作性能の低下を防止できる。
また、ニードルと可動コアは別体に構成され、可動コアはニードルの軸方向に沿って移動可能に嵌め込まれるとともに、可動コアの内周とニードルの外周の間に、当該可動コアの内周と当該ニードルの外周が接触しない大きさの第２のクリアランスが形成されている。
したがって、可動コアがニードルの軸方向に沿って移動するときの抵抗を小さくでき、可動コアがニードルの軸方向に沿って移動するときの動作性能の低下を防止できる。そして、燃料噴射装置の動作性能の低下を防止できる。
なお、第２のクリアランスは、例えばニードルが傾いた場合であっても、可動コアの内周とニードルの外周が接しない大きさに形成されることが好適である。この構成によって、ニードルが傾いた場合にニードルが可動コアに引っかかることを防止できる。また、この構成によると、ニードルは可動コアで支持されないことから、ハウジング部でニードルを支持する構成が好適である。

また、本発明の請求項２に係る燃料噴射装置は、燃料噴射口を有する円筒型のハウジング部と、前記ハウジング部に収容されて固定される固定コアと、前記ハウジング部に収容され、当該ハウジング部の内周面にガイドされて当該ハウジング部の中心線方向に往復移動し、前記固定コアに当接・離反する可動コアと、前記ハウジング部に収容されて前記可動コアとともに前記中心線方向に往復移動し、前記燃料噴射口を開閉するニードルと、前記可動コアを磁化するためのコイルと、を含み、前記可動コアは、前記コイルが通電状態のときに磁化して前記固定コアに吸引され、当該固定コアに当接する方向に移動するとともに、前記ニードルを前記固定コアの方向に引き寄せて前記燃料噴射口を開口する燃料噴射装置とする。そして、前記ニードルが前記固定コアの方向に引き寄せられるリフトアップ時の当該ニードルの速度の低下を、前記ニードルが限界までリフトアップする状態になるまで抑制できる大きさの第１のクリアランスが、前記可動コアと前記ハウジング部の間に設けられ、前記ニードルと前記可動コアが別体に構成され、前記可動コアは前記ニードルの軸方向に沿って移動可能に嵌め込まれるとともに、前記可動コアの内周と前記ニードルの外周の間に、当該可動コアの内周と当該ニードルの外周が接触しない大きさの第２のクリアランスが形成され、前記可動コアが磁化して前記固定コアに吸引されるとき、前記可動コアが、前記ニードルに対して移動して加速した状態で当該ニードルに当接して、前記ニードルを前記固定コアの方向に引き寄せるとともに、前記固定コアと前記可動コアの間に溜まる燃料が前記第１のクリアランスを通って前記燃料噴射口の側に排出されることを特徴とする。
また、本発明の請求項３に係る燃料噴射装置は、前記可動コアは、前記ニードルに形成される係止部に当接・離反する係合部を備え、前記係止部は前記係合部よりも前記中心線方向に前記固定コアの側に配置され、前記コイルが無通電状態のとき、前記可動コアと前記固定コアの間に前記中心線方向の第１ギャップが形成されるとともに、前記係合部と前記係止部の間に前記中心線方向の第２ギャップが形成され、前記第１ギャップは前記第２ギャップよりも大きく形成されることを特徴とする。

本発明によると、補助流路が形成されない可動コアであっても、動作性能の低下を防止できる燃料噴射装置を提供できる。

（ａ）は、本実施形態に係る燃料噴射装置の概略構成を示す断面図、（ｂ）は、図１の（ａ）のＡ部拡大図である。可動コアとノズルニードルの動作状態を示す図であり、（ａ）は、第１係止部と係合部の間にギャップが形成されている状態を示す図、（ｂ）は、第１係止部と係合部の間のギャップが解消して、係合部が第１係止部に当接した状態を示す図、（ｃ）は、可動コアが燃料入口筒に当接した状態を示す図である。（ａ）は、リフトアップ量の時間経過に伴う変化を示すグラフ、（ｂ）は、ガイド部投影面積とコア投影面積と隙間投影面積を示す図である。隙間面積とリフトアップに要する時間の関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る燃料噴射装置１は、一端に燃料噴射口１２ａを有する略円筒型の弁ハウジング１２と、両端が開放している略円筒状の燃料入口筒１０とが直列に配置されて構成される。
燃料入口筒１０の一端には、燃料噴射装置１に送り込まれる燃料に含まれる異物を除去するためのフィルタ１７が備わって、燃料入口１０ａが形成される。
なお、燃料入口筒１０は強磁性体で形成される。

燃料入口筒１０には、略円筒型のハウジング１１が周囲を囲むように備わり、ハウジング１１の一方の端部は、燃料入口筒１０の燃料入口１０ａと反対側の端部からハウジング１１の中心線に沿った方向（以下、中心線方向と称する）に突出し、弁ハウジング１２の開放した一端が、ハウジング１１の内周に挿入されて固定される。
そして、ハウジング１１と弁ハウジング１２とで、特許請求の範囲に記載される円筒型のハウジング部を構成する。
なお、ハウジング１１と弁ハウジング１２が一体に構成されるハウジング部であってもよい。

燃料入口筒１０の一端と弁ハウジング１２の一端は所定の距離だけ離れており、その間に、強磁性体で形成される略円筒形の可動コア１４が、ハウジング１１の中心線方向に往復移動自在に備わっている。

可動コア１４は、燃料入口筒１０の端部と弁ハウジング１２の端部の間を、ハウジング１１の内周面に沿って往復移動することから、燃料入口筒１０の端部と弁ハウジング１２の端部の間において、ハウジング１１の内周面は、可動コア１４の往復移動をガイドするガイド部１１ｃになる。

そして、ハウジング１１に備わる、可動コア１４を磁化するためのコイル１１ａが、例えば、ガイド部１１ｃを外側から囲むように配置される。さらに、ハウジング１１には、図示しない電流供給源から、コイル１１ａに電流を供給するためのターミナル部１１ｂが設けられている。

また、可動コア１４には、弁ハウジング１２の側に延びるようにニードル（ノズルニードル１３）が連結されている。
略円筒形の可動コア１４は、ノズルニードル１３の外周に嵌め込まれるように備わり、可動コア１４がハウジング１１の中心線方向に往復移動するのにともなって、ノズルニードル１３がハウジング１１の中心線方向に往復移動するように構成される。

ノズルニードル１３は、弁ハウジング１２の内周より細い径の棒状部材である。
また、弁ハウジング１２の内部には、例えばノズルニードル１３が往復動可能に貫通する縦孔を有する複数のガイド板１２ｃが備わってノズルニードル１３を支持するとともに、ノズルニードル１３の中心線と弁ハウジング１２の中心線が一致するように、ノズルニードル１３の姿勢を維持している。
なお、ガイド板１２ｃは、例えば圧入によって弁ハウジング１２の内部に固定される。

図１の（ｂ）に示すように、ノズルニードル１３の一方の端部は外周が周囲に広がってフランジ部１３ｄが形成され、フランジ部１３ｄの近傍の外周には、円周方向に沿って係合溝１３ｃが形成される。
また、可動コア１４の、ノズルニードル１３側の端部は内周に沿って内側に突出し、係合部１４ａを形成する。
そして、フランジ部１３ｄは、可動コア１４の内周より小さな直径に形成され、可動コア１４の係合部１４ａがノズルニードル１３の係合溝１３ｃに係合して、フランジ部１３ｄを外周から覆うように、可動コア１４がノズルニードル１３に嵌め込まれる。

さらに、フランジ部１３ｄの外周と可動コア１４の内周の間には、クリアランスＣ１が形成され、係合部１４ａの内周と係合溝１３ｃの外周の間にはクリアランスＣ２が形成される構成が好適である。
この構成によって、可動コア１４の内周とノズルニードル１３の外周の間にクリアランスＣ１、Ｃ２を形成することができる。そして、クリアランスＣ１、Ｃ２は、特許請求の範囲に記載の第２のクリアランスに相当する。

また、ノズルニードル１３が可動コア１４に固定されない構成の場合、クリアランスＣ１は、例えば、可動コア１４の外周がガイド部１１ｃ（図１の（ａ）参照）に当接するなどしてノズルニードル１３が傾いたときにフランジ部１３ｄの外週と可動コア１４の内周が接触しない大きさに構成され、クリアランスＣ２は、ノズルニードル１３が傾いたときに係合部１４ａの内周と係合溝１３ｃの外周が接触しない大きさに構成されることが好適である。

また、係合溝１３ｃの幅は、係合部１４ａの厚みよりわずかに広く形成され、係合部１４ａは、係合溝１３ｃのフランジ部１３ｄ側の側壁部（以下、第１係止部１３ｃ１と称する）と、第１係止部１３ｃ１と対向する側壁部（以下、第２係止部１３ｃ２と称する）の間を往復移動可能に構成される。
この構成によって、可動コア１４はノズルニードル１３の軸方向に沿って移動可能に備わり、さらに、第１係止部１３ｃ１、及び第２係止部１３ｃ２に当接・離反する係合部１４ａを、可動コア１４に備えることができる。

そして、可動コア１４の係合部１４ａがノズルニードル１３の第１係止部１３ｃ１に当接した状態で可動コア１４が燃料入口筒１０に当接する方向に移動すると、ノズルニードル１３は可動コア１４とともに、燃料入口筒１０の方向に引き寄せられる。
また、可動コア１４の内周とノズルニードル１３の外周にクリアランス（クリアランスＣ１、Ｃ２）が形成されていることから、可動コア１４がノズルニードル１３に対して移動するときの抵抗を小さくできる。
さらに、第１係止部１３ｃ１と第２係止部１３ｃ２がノズルニードル１３に形成されるため、別部材からなるストッパを備えることなく可動コア１４の移動範囲を規制することができ、燃料入口筒１０と可動コア１４のクリアランスを容易に管理できる。

そして、ノズルニードル１３のフランジ部１３ｄと可動コア１４の係合部１４ａの間にはコイル状の戻しバネ１４ｂが備わり、可動コア１４を第２係止部１３ｃ２の方向に付勢している。
この構成によって、可動コア１４が第２係止部１３ｃ２の方向に付勢された状態とすることができる。
したがって、コイル１１ａ（図１の（ａ）参照）が無通電状態で可動コア１４が磁化していない状態のとき、可動コア１４の係合部１４ａは戻しバネ１４ｂの付勢力によって、第２係止部１３ｃ２に当接した状態に維持される。

なお、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、ノズルニードル１３と可動コア１４を連結する方法として、例えば、中心線方向に２つ以上に分割した可動コア１４を、係合部１４ａが係合溝１３ｃに係合するように結合する方法が考えられる。

図１の（ａ）に戻って、可動コア１４の側と反対側のノズルニードル１３の先端部１３ｅは、ノズルニードル１３の往復移動に伴って、弁ハウジング１２の閉鎖した端部に開口する燃料噴射口１２ａの周囲に形成される弁座部１２ｂに着座・離座するように構成される。
そして、ノズルニードル１３の先端部１３ｅが弁座部１２ｂに着座すると、燃料噴射口１２ａが先端部１３ｅによって閉口し、先端部１３ｅが弁座部１２ｂから離座すると、燃料噴射口１２ａが開口するように構成される。

また、燃料入口筒１０の内部には、パイプ状のリテーナ１６が嵌合されて備わっている。リテーナ１６は、例えば燃料入口筒１０の外周からカシメによって固定され、リテーナ１６とノズルニードル１３の間に、ノズルニードル１３を弁ハウジング１２の方向に付勢するコイル状の弁バネ１５が備わっている。

さらに、ノズルニードル１３の可動コア１４側の端部には、中心線方向の縦孔からなる燃料流通部１３ａが形成される。
そして、燃料流通部１３ａには、係合溝１３ｃより先端部１３ｅの側に、例えば、ノズルニードル１３の外周から中心部に向う複数の横孔からなる燃料排出孔１３ｂが開口し、可動コア１４と燃料噴射口１２ａの間の領域と燃料流通部１３ａが、複数の燃料排出孔１３ｂで連通する。

このように構成される燃料噴射装置１において、燃料入口１０ａからフィルタ１７を介して燃料入口筒１０の内部に取り込まれた燃料はパイプ状のリテーナ１６を通過して、ノズルニードル１３の燃料流通部１３ａに流れ込む。そして、燃料は、複数の燃料排出孔１３ｂから可動コア１４と燃料噴射口１２ａの間の領域に流出して燃料噴射口１２ａまで流通し、燃料噴射口１２ａが開口したときに、図示しないエンジンに向って噴射される。
可動コア１４と燃料噴射口１２ａの間の領域は、燃料を燃料噴射口１２ａに供給する領域であり、燃料流路１８と称する。
なお、ガイド板１２ｃには、燃料流路１８を燃料噴射口１２ａに向って流れる燃料が通るための図示しない１つ以上の流通路が形成されていることが好適である。
図示しない流通路の形状は限定されるものではなく、例えば、貫通する縦孔をガイド板１２ｃに形成することで図示しない流通路を形成できる。または、ガイド板１２ｃの断面形状を十字形や星型に形成することやガイド板１２ｃの外周の一部を平面形状に形成することで、ガイド板１２ｃの外周と弁ハウジング１２の内周の間に隙間を設け、この隙間を図示しない流通路としてもよい。

このように、燃料入口１０ａから燃料入口筒１０の内部に取り込まれた燃料は、燃料流通部１３ａ、複数の燃料排出孔１３ｂ、及び燃料流路１８を経由して図示しないエンジンに向って噴射されるが、燃料の一部は、可動コア１４と燃料入口筒１０の間に形成される燃料溜まり１０ｂに溜まる。

次に、主に図２を参照して、可動コア１４とノズルニードル１３の動作について説明する（適宜図１参照）。
図２の（ａ）に示すように、図示しない電流供給源からコイル１１ａに電流が供給されていない状態、すなわち、コイル１１ａが無通電状態のとき、ノズルニードル１３は弁バネ１５の付勢力によって、弁ハウジング１２の側に移動し、ノズルニードル１３の先端部１３ｅが燃料噴射口１２ａを閉口した状態にある。また、可動コア１４は、戻しバネ１４ｂの付勢力によって、係合部１４ａが第２係止部１３ｃ２に当接した状態にある。
そして、燃料入口筒１０と可動コア１４の間にはハウジング１１の中心線方向のギャップＧ１が形成され、係合部１４ａと第１係止部１３ｃ１の間にはハウジング１１の中心線方向のギャップＧ２が形成される。
なお、ギャップＧ１はギャップＧ２より大きく形成される（Ｇ１＞Ｇ２）ことが好適である。
このように形成されるギャップＧ２は、コイル１１ａが無通電状態のときに係合部１４ａと第１係止部１３ｃ１の間に形成されることから、特許請求の範囲に記載のギャップに相当する。

図２の（ｂ）に示すように、図示しない電流供給源からターミナル部１１ｂを介してコイル１１ａに電流が供給されてコイル１１ａが通電状態になると、コイル１１ａに発生する磁界によって可動コア１４が磁化し、燃料入口筒１０に吸引される。このときの吸引力が戻しバネ１４ｂの付勢力より強くなるように構成すると、可動コア１４は燃料入口筒１０に当接する方向に移動し、係合部１４ａが第１係止部１３ｃ１に当接する。
すなわち、ギャップＧ２が解消して、係合部１４ａが第１係止部１３ｃ１に当接する。
そして、燃料入口筒１０と可動コア１４の間のギャップは、「Ｇ１−Ｇ２」になる。

このとき、可動コア１４は、ギャップＧ２を解消する間に、燃料入口筒１０に吸引される吸引力によって加速している。
したがって、可動コア１４が加速した状態で、係合部１４ａが第１係止部１３ｃ１に当接する。
このように、コイル１１ａが通電状態のとき、係合部１４ａが第１係止部１３ｃ１に当接することから、第１係止部１３ｃ１が特許請求の範囲に記載される係止部に相当する。

さらに、可動コア１４が燃料入口筒１０に吸引される吸引力が弁バネ１５の付勢力より強くなるように構成すると、可動コア１４が燃料入口筒１０に吸引されて燃料入口筒１０に当接する方向に移動するのにともなって、ノズルニードル１３は、燃料入口筒１０の方向に引き寄せられ、可動コア１４とノズルニードル１３は、ともに燃料入口筒１０に向かって移動する。
そして、図２の（ｃ）に示すように、可動コア１４が燃料入口筒１０に当接するまで、ノズルニードル１３が燃料入口筒１０の側に引き寄せられる。図１の（ａ）に示すノズルニードル１３の先端部１３ｅは、弁座部１２ｂから離座して燃料噴射口１２ａが開口する。
このように、可動コア１４が燃料入口筒１０に吸引されてノズルニードル１３とともに燃料入口筒１０に当接する方向に移動し、ノズルニードル１３の先端部１３ｅが弁座部１２ｂから離座する動作を、以下、リフトアップと称する。
そして、ノズルニードル１３が限界までリフトアップする状態をフルリフトと称する。

前記したように、係合部１４ａが第１係止部１３ｃ１に当接するときは可動コア１４が加速した状態であることから、停止した状態のノズルニードル１３を燃料入口筒１０の方向に引き寄せるときの初速度を高くすることができ、ノズルニードル１３の動作性能を向上できる。すなわち、燃料噴射装置１の動作性能を向上できる。

コイル１１ａへの電流の供給が瞬時に停止されてコイル１１ａが無通電状態になると、可動コア１４が消磁して、燃料入口筒１０に吸引される吸引力が瞬時に消滅する。ノズルニードル１３は弁バネ１５の付勢力によって弁ハウジング１２の方向に移動し、図１の（ａ）に示すノズルニードル１３の先端部１３ｅが弁ハウジング１２の弁座部１２ｂに着座して、燃料噴射口１２ａが閉口する。
また、可動コア１４の係合部１４ａは、戻しバネ１４ｂの付勢力によって、第２係止部１３ｃ２の方向に移動して第２係止部１３ｃ２に当接し、係合部１４ａと第１係止部１３ｃ１の間に、図２の（ａ）に示すように、ハウジング１１の中心線方向のギャップＧ２が形成される。

このように、図１の（ａ）に示す、燃料噴射装置１は、コイル１１ａへの電流の供給を制御することで、燃料噴射口１２ａの開閉を制御できる。
なお、図１の（ａ）に示すように構成される燃料噴射装置１では、コイル１１ａが通電状態になったときに磁化する可動コア１４は、燃料入口筒１０に吸引されることから、燃料入口筒１０が固定コアとして機能する。
そして、可動コア１４は、固定コアである燃料入口筒１０に当接・離反するように、ハウジング１１の内部をガイド部１１ｃに沿って往復移動する。

図１の（ａ）に示す燃料噴射装置１において、ノズルニードル１３が滑らかにリフトアップするためには、可動コア１４がガイド部１１ｃに沿って滑らかに往復移動する必要がある。そこで、可動コア１４とガイド部１１ｃの間にクリアランス（以下、サイドクリアランスＣＬと称する）を設けることが好適である。
サイドクリアランスＣＬは、可動コア１４とハウジング１１の間に形成されるクリアランスであり、特許請求の範囲に記載の第１のクリアランスに相当する。

例えば、サイドクリアランスＣＬを小さくすると、可動コア１４とガイド部１１ｃの間に浸透する燃料の粘性によって可動コア１４の動作速度が低下する。
そして、可動コア１４の動作速度が低下すると、ノズルニードル１３が燃料噴射口１２ａを開閉する動作速度が低下し、燃料噴射装置１の動作性能が低下することになる。

そこで、本願出願人らは、図３の（ｂ）に示すように、直径Ｒ１が１０．６ｍｍの可動コア１４を用いたときのサイドクリアランスＣＬとノズルニードル１３のリフトアップ量の時間経過（ノズルニードル１３がリフトアップするときの動作速度、以下、リフトアップ速度Ｌｖと称する）を計測した。

その結果、リフトアップ量の時間経過に伴う変化が、図３の（ａ）のように示された。
なお、図３の（ａ）の横軸は、コイル１１ａ（図１の（ａ）参照）への電流の供給が開始してからの時間経過を示し、縦軸はノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）のリフトアップ量を示す。
そして、図３の（ａ）に示すグラフは、傾きが大きいほどリフトアップ速度Ｌｖが高速であることを示している。

例えば、サイドクリアランスＣＬが７μｍの場合、図３の（ａ）に破線で示すように、リフトアップの初期から、時間経過に対するリフトアップ量が小さい。すなわち、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）のリフトアップ速度Ｌｖが低い。
そして、フルリフト近くまでリフトアップしたときにリフトアップ速度Ｌｖが失速している。
これは、燃料溜まり１０ｂ（図１の（ａ）参照）に溜まる燃料の影響が大きいことがわかっている。

前記したように、燃料入口１０ａ（図１の（ａ）参照）から燃料入口筒１０（図１の（ａ）参照）の内部に取り込まれた燃料の一部は、可動コア１４（図１の（ａ）参照）と燃料入口筒１０の間に形成される燃料溜まり１０ｂ（図１の（ａ）参照）に溜まる。
サイドクリアランスＣＬが小さい場合、燃料溜まり１０ｂに溜まった燃料は逃げ場が少なく、燃料はその場に留まる。
可動コア１４が燃料入口筒１０に吸引され、可動コア１４と燃料入口筒１０の距離が短くなると燃料溜まり１０ｂの容積が小さくなる。そして、燃料溜まり１０ｂに溜まっている燃料の粘性による抵抗が大きくなって可動コア１４の動作速度が低下し、可動コア１４にともなって動作するノズルニードル１３のリフトアップ速度Ｌｖが低下する。

サイドクリアランスＣＬを１５μｍに広げると、図３の（ａ）に一点鎖線で示すように、サイドクリアランスＣＬが７μｍのときより、時間経過に対するリフトアップ量が大きくなる。すなわち、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）のリフトアップ速度Ｌｖが向上する。
また、フルリフト近くでの失速も小さくなる。

さらに、サイドクリアランスＣＬを１００μｍに広げると、図３の（ａ）に二点鎖線で示すように、時間経過に対するリフトアップ量が大きくなる。すなわち、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）のリフトアップ速度Ｌｖが向上する。
そして、フルリフト近くでも失速しない。
これは、燃料溜まり１０ｂ（図１の（ａ）参照）に溜まった燃料が、サイドクリアランスＣＬを通って燃料流路１８（図１の（ａ）参照）に流入することから、燃料の粘性による抵抗が大きくならず、可動コア１４（図３の（ｂ）参照）の動作速度が低下しないためである。

本願出願人らは、サイドクリアランスＣＬを様々に変更したときの、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）のリフトアップ速度Ｌｖを測定した。
そして、図３の（ａ）に実線で示すように、サイドクリアランスＣＬを３０μｍにしたときのノズルニードル１３のリフトアップ速度Ｌｖが、サイドクリアランスＣＬが１００μｍのときのリフトアップ速度Ｌｖと同等になるという結果を得ることができた。
また、サイドクリアランスＣＬを３０μｍにすると、フルリフト近くで失速しないことがわかった。
なお、３０μｍに対して±５μｍの誤差が許容できることも確認できた。すなわち、サイドクリアランスＣＬが３０μｍ±５μｍの範囲であれば、図３の（ａ）に実線で示す特性を得られる。

そこで、可動コア１４（図３の（ｂ）参照）の直径Ｒ１が１０．６ｍｍのときは、サイドクリアランスＣＬを３０μｍ以上にすると、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）のリフトアップ速度Ｌｖを最大にでき、フルリフト近くで失速しないと結論付けた。

すなわち、可動コア１４（図３の（ｂ）参照）の直径Ｒ１が１０．６ｍｍの場合は、サイドクリアランスＣＬを３０μｍ以上にすることで、燃料溜まり１０ｂ（図１の（ａ）参照）に溜まる燃料を好適な流量でサイドクリアランスＣＬを通して燃料流路１８（図１の（ａ）参照）に流入させることができ、その結果、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）のリフトアップ速度Ｌｖの低下を抑制できるとした。

このように、本実施形態に係る燃料噴射装置１（図１の（ａ）参照）は、燃料溜まり１０ｂ（図１の（ａ）参照）に溜まる燃料を好適な流量でサイドクリアランスＣＬを通して燃料流路１８（図１の（ａ）参照）に流入させることで、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）のリフトアップ速度Ｌｖの低下を抑制する構成としたが、サイドクリアランスＣＬを通って燃料流路１８に流入する燃料の流量は、サイドクリアランスＣＬをハウジング１１（図１の（ａ）参照）の中心線方向に投影した面積（以下、隙間投影面積Ａｇと称する）に対応する。したがって、ノズルニードル１３のリフトアップ速度Ｌｖを最大にするためには、好適な隙間投影面積Ａｇを確保することが必要になる。

図３の（ｂ）に示すように、可動コア１４の直径Ｒ１が１０．６ｍｍの場合、可動コア１４をハウジング１１の中心線方向に投影した面積（以下、コア投影面積Ａｃと称する）は、８８．２ｍｍ^２になる。
また、サイドクリアランスＣＬが３０μｍ（０．０３ｍｍ）のとき、ガイド部１１ｃの直径Ｒ２は１０．６６ｍｍ（１０．６＋０．０３×２）になり、ガイド部１１ｃの断面をハウジング１１の中心線方向に投影したガイド部投影面積Ａｈは８９．２２ｍｍ^２になる。
隙間投影面積Ａｇは、ガイド部投影面積Ａｈからコア投影面積Ａｃを減じれば求められ、サイドクリアランスＣＬが３０μｍの場合、隙間投影面積Ａｇは１．００２ｍｍ^２になる。

前記したように、コア投影面積Ａｃは、可動コア１４をハウジング１１（図１の（ａ）参照）の中心線方向に投影した面積であり、特許請求の範囲に記載の第２の投影面積に相当する。
また、隙間投影面積Ａｇは、可動コア１４と燃料入口筒１０のサイドクリアランスＣＬをハウジング１１の中心線方向に投影した面積であり、特許請求の範囲に記載の第１の投影面積に相当する。

このように求められる隙間投影面積Ａｇと、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）がフルリフトまでリフトアップするのに要する時間の関係を計測すると、図４に示す傾向を得られた。
すなわち、ノズルニードル１３のリフトアップ速度Ｌｖが急速に低下する隙間投影面積Ａｇの値があることがわかった。
換言すると、隙間投影面積Ａｇをその値よりも大きくすることによってノズルニードル１３のリフトアップ速度Ｌｖを最大にできる。

この結果に基づき、本願出願人らは、コア投影面積Ａｃが８８．２ｍｍ^２の場合は、サイドクリアランスＣＬが３０μｍ以上にして隙間投影面積Ａｇを１．００２ｍｍ^２以上にすると、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）のリフトアップ速度Ｌｖを最大にできると結論付けた。

また、燃料噴射装置１（図１の（ａ）参照）が大型化すると可動コア１４（図３の（ｂ）参照）の直径Ｒ１が大きくなり、燃料噴射装置１に取り込まれる燃料の量も多くなる。そして、燃料溜まり１０ｂ（図１の（ａ）参照）に溜まる燃料も多くなる。したがって、可動コア１４の直径Ｒ１が大きくなった場合、サイドクリアランスＣＬを通す燃料の流量を多くする必要があり、大きな隙間投影面積Ａｇが必要になる。

換言すると、可動コア１４（図３の（ｂ）参照）の直径Ｒ１が大きくなった場合、すなわち、コア投影面積Ａｃが大きくなった場合、図３の（ａ）に実線で示す特性を得るためには、隙間投影面積Ａｇを大きくする必要がある。
すなわち、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）を最大のリフトアップ速度Ｌｖで駆動するための隙間投影面積Ａｇは、コア投影面積Ａｃにともなって変化する。

そこで、本願出願人らは、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）を最大のリフトアップ速度Ｌｖで駆動するための評価値として、コア投影面積Ａｃに対する隙間投影面積Ａｇの比率（以下、隙間面積比Ａｇｃと称する）を用いることにした。
そして、可動コア１４（図３の（ｂ）参照）の直径Ｒ１が１０．６ｍｍ（コア投影面積Ａｃが８８．２ｍｍ^２）の場合、サイドクリアランスＣＬが３０μｍ（隙間投影面積Ａｇが１．００２ｍｍ^２）以上のときに、ノズルニードル１３を最大のリフトアップ速度Ｌｖで駆動できることに基づいて、隙間面積比Ａｇｃが１．１３％（１．００２ｍｍ^２／８８．２ｍｍ^２×１００）以上のときに、ノズルニードル１３を最大のリフトアップ速度Ｌｖで駆動できるとした。

すなわち、隙間面積比Ａｇｃが１．１３％より小さい場合は、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）のリフトアップ速度Ｌｖが低いため、燃料噴射装置１（図１の（ａ）参照）の動作性能が低下することになる。

そこで、本実施形態に係る燃料噴射装置１（図１の（ａ）参照）は、隙間面積比Ａｇｃが１．１３％以上になるように、可動コア１４（図３の（ｂ）参照）の直径Ｒ１とサイドクリアランスＣＬを設定する。
この構成によって、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）を最大のリフトアップ速度Ｌｖで動作させることができ、好適な動作性能で燃料噴射装置１（図１の（ａ）参照）を駆動できるという優れた効果を奏する。

なお、サイドクリアランスＣＬが大きくなると、コイル１１ａ（図１の（ａ）参照）が通電状態になったときに発生する磁界で可動コア１４（図１の（ａ）参照）が磁化しにくくなる。したがって、サイドクリアランスＣＬを大きくとりすぎると、コイル１１ａが通電状態になったとき、可動コア１４が燃料入口筒１０（図１の（ａ）参照）に吸引される力が小さくなり、燃料噴射装置１（図１の（ａ）参照）の動作に支障が生じる。

このような状態を避けるため、サイドクリアランスＣＬに所定の上限値を設定してもよい。
本願出願人らの検証の結果、サイドクリアランスＣＬが０．３ｍｍ（３００μｍ）以下であれば、コイル１１ａが通電状態になったときに、可動コア１４が好適に磁化して、燃料噴射装置１（図１の（ａ）参照）が支障なく動作することがわかった。
このことより、サイドクリアランスＣＬの上限値を０．３ｍｍ（３００μｍ）とするような燃料噴射装置１としてもよい。

また、図１の（ａ）に示す可動コア１４の動作速度が高速になると、可動コア１４が燃料入口筒１０に接触したときの衝撃によってバウンスが発生することがわかっている。そして、可動コア１４にバウンスが発生すると、可動コア１４に連結されるノズルニードル１３にもバウンスが発生する。

図３の（ａ）に二点鎖線で示すように、サイドクリアランスＣＬが１００μｍの場合、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）がフルリフトしたときにリフトアップ量が大きく振動し、ノズルニードル１３にバウンスが発生している。
例えば、図３の（ａ）に実線で示すように、サイドクリアランスＣＬが３０μｍの場合にノズルニードル１３に発生するバウンスの大きさは、サイドクリアランスＣＬが１００μｍの場合にノズルニードル１３に発生するバウンスの大きさより小さい。

すなわち、ノズルニードル１３（図３の（ｂ）参照）に発生するバウンスは、サイドクリアランスＣＬの増大にともなって大きくなる。
そして、ノズルニードル１３に発生するバウンスが大きくなると、コイル１１ａ（図１の（ａ）参照）に電流が供給された状態であっても、燃料噴射口１２ａ（図１の（ａ）参照）が開閉することになり、図示しないエンジンに対する燃料噴射量の誤差が大きくなる。

例えば、可動コア１４（図１の（ａ）参照）とノズルニードル１３（図１の（ａ）参照）が一体に構成されている場合、可動コア１４に発生するバウンスは、全てノズルニードル１３に伝達される。
したがって、ノズルニードル１３に発生するバウンスを小さく抑えるためには、サイドクリアランスＣＬを大きくとることができない。

本実施形態に係る燃料噴射装置１は、図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、可動コア１４とノズルニードル１３が別体に構成され、ノズルニードル１３の係合溝１３ｃに可動コア１４の係合部１４ａが往復移動可能に係合する構成とした。
この構成によって、可動コア１４にバウンスが発生した場合、そのバウンスの少なくとも一部を、係合溝１３ｃと係合部１４ａで形成されるギャップＧ２等で吸収できる。
したがって、サイドクリアランスＣＬを大きくとって可動コア１４に発生するバウンスが大きくなっても、ノズルニードル１３に発生するバウンスを小さくできる。
すなわち、サイドクリアランスＣＬを大きくすることができる。

隙間面積比Ａｇｃを１．１３％以上とする本実施形態を、可動コア１４とノズルニードル１３が一体に構成される燃料噴射装置１に適用する場合、例えば、サイドクリアランスＣＬが１００μｍの場合にノズルニードル１３に発生するバウンスが、図３の（ａ）に二点鎖線で示すバウンスより大きくなる。
したがって、ノズルニードル１３に発生するバウンスが許容の範囲内に収まるように、サイドクリアランスＣＬの上限値を設定すればよい。
ノズルニードル１３に発生するバウンスの許容の範囲は、例えば、燃料噴射装置１に要求される性能等に基づいて決定されればよい。
また、隙間面積比Ａｇｃの上限値は、ノズルニードル１３に発生するバウンスが許容の範囲に収まるような値を、実験計測等によって求めればよい。

以上のように、本実施形態に係る燃料噴射装置１（図１の（ａ）参照）は、可動コア１４（図１の（ａ）参照）のコア投影面積Ａｃに対する隙間投影面積Ａｇの比である隙間面積比Ａｇｃを１．１３％以上とすることで、ノズルニードル１３（図１の（ａ）参照）のリフトアップ速度Ｌｖを最大にできるとともに、フルリフト近くまでリフトアップしたときの失速を防ぐ構成とした。
この構成によって、燃料溜まり１０ｂ（図１の（ａ）参照）に溜まる燃料を排出するための補助流路を可動コア１４に形成する必要がなくなり、可動コア１４の加工工数を増やす必要がない。
したがって、本実施形態に係る燃料噴射装置１は、可動コア１４のコストアップを抑えることができるとともに、動作性能の低下を防止できるという優れた効果を奏する。

また、可動コア１４（図１の（ａ）参照）とノズルニードル１３（図１の（ａ）参照）を別体で構成し、ノズルニードル１３の第１係止部１３ｃ１と可動コア１４の係合部１４ａの間に、ハウジング１１（図１の（ａ）参照）の中心線方向のギャップＧ２を形成して、可動コア１４とノズルニードル１３を連結する構成とした。

この構成によって、ギャップＧ２が解消する間に可動コア１４（図１の（ａ）参照）を適宜加速できるとともに、可動コア１４が加速した状態で、係合部１４ａ（図１の（ｂ）参照）を第１係止部１３ｃ１（図１の（ｂ）参照）に当接できる。
したがって、停止した状態のノズルニードル１３（図１の（ｂ）参照）を燃料入口筒１０（図１の（ａ）参照）の方向に引き寄せるときの初速度を高くすることができ、ノズルニードル１３の動作性能を向上できる。

また、ノズルニードル１３（図１の（ａ）参照）がフルリフトしたときに可動コア１４（図１の（ａ）参照）に発生するバウンスの一部を、可動コア１４の係合部１４ａ（図１の（ｂ）参照）とノズルニードル１３の第１係止部１３ｃ１（図１の（ｂ）参照）の間に形成されるギャップＧ２で吸収することができる。
したがって、ノズルニードル１３に発生するバウンスを小さく押さえることができ、可動コア１４とハウジング１１のガイド部１１ｃ（図１の（ａ）参照）の間のサイドクリアランスＣＬが大きくなっても、ノズルニードル１３に発生するバウンスを小さくできる。

このことによって、例えば可動コア１４の直径Ｒ１が１０．６ｍｍの場合、サイドクリアランスＣＬの下限は２５μｍに規制されるが、サイドクリアランスＣＬの上限は寸法誤差の許容範囲を大きくできる。すなわち、可動コア１４、及びハウジング１１（図１の（ａ）参照）の加工精度を落とすことができ、可動コア１４、及びハウジング１１のコストを下げることができる。

１燃料噴射装置
１０燃料入口筒（固定コア）
１１ハウジング（ハウジング部）
１１ａコイル
１２弁ハウジング（ハウジング部）
１２ａ燃料噴射口
１３ノズルニードル（ニードル）
１３ｃ１第１係止部（係止部）
１４可動コア
１４ａ係合部
Ａｃコア投影面積（第２の投影面積）
Ａｇ隙間投影面積（第１の投影面積）
Ｃ１、Ｃ２クリアランス（第２のクリアランス）
ＣＬサイドクリアランス（第１のクリアランス）
Ｇ１、Ｇ２ギャップ

Claims

燃料噴射口を有する円筒型のハウジング部と、
前記ハウジング部に収容されて固定される固定コアと、
前記ハウジング部に収容され、当該ハウジング部の内周面にガイドされて当該ハウジング部の中心線方向に往復移動し、前記固定コアに当接・離反する可動コアと、
前記ハウジング部に収容されて前記可動コアとともに前記中心線方向に往復移動し、前記燃料噴射口を開閉するニードルと、
前記可動コアを磁化するためのコイルと、を含み、
前記可動コアは、前記コイルが通電状態のときに磁化して前記固定コアに吸引され、当該固定コアに当接する方向に移動するとともに、前記ニードルを前記固定コアの方向に引き寄せて前記燃料噴射口を開口する燃料噴射装置であって、
前記可動コアと前記ハウジング部の間に設けられる第１のクリアランスを前記中心線方向に投影した第１の投影面積が、前記可動コアを前記中心線方向に投影した第２の投影面積の１．１３％以上であり、
前記ニードルと前記可動コアが別体に構成され、前記可動コアは前記ニードルの軸方向に沿って移動可能に嵌め込まれるとともに、
前記可動コアの内周と前記ニードルの外周の間に、当該可動コアの内周と当該ニードルの外周が接触しない大きさの第２のクリアランスが形成され、
前記可動コアが磁化して前記固定コアに吸引されるとき、前記可動コアが、前記ニードルに対して移動して加速した状態で当該ニードルに当接して、前記ニードルを前記固定コアの方向に引き寄せるとともに、
前記固定コアと前記可動コアの間に溜まる燃料が前記第１のクリアランスを通って前記燃料噴射口の側に排出されることを特徴とする燃料噴射装置。
燃料噴射口を有する円筒型のハウジング部と、
前記ハウジング部に収容されて固定される固定コアと、
前記ハウジング部に収容され、当該ハウジング部の内周面にガイドされて当該ハウジング部の中心線方向に往復移動し、前記固定コアに当接・離反する可動コアと、
前記ハウジング部に収容されて前記可動コアとともに前記中心線方向に往復移動し、前記燃料噴射口を開閉するニードルと、
前記可動コアを磁化するためのコイルと、を含み、
前記可動コアは、前記コイルが通電状態のときに磁化して前記固定コアに吸引され、当該固定コアに当接する方向に移動するとともに、前記ニードルを前記固定コアの方向に引き寄せて前記燃料噴射口を開口する燃料噴射装置であって、
前記ニードルが前記固定コアの方向に引き寄せられるリフトアップ時の当該ニードルの速度の低下を、前記ニードルが限界までリフトアップする状態になるまで抑制できる大きさの第１のクリアランスが、前記可動コアと前記ハウジング部の間に設けられ、
前記ニードルと前記可動コアが別体に構成され、前記可動コアは前記ニードルの軸方向に沿って移動可能に嵌め込まれるとともに、
前記可動コアの内周と前記ニードルの外周の間に、当該可動コアの内周と当該ニードルの外周が接触しない大きさの第２のクリアランスが形成され、
前記可動コアが磁化して前記固定コアに吸引されるとき、前記可動コアが、前記ニードルに対して移動して加速した状態で当該ニードルに当接して、前記ニードルを前記固定コアの方向に引き寄せるとともに、
前記固定コアと前記可動コアの間に溜まる燃料が前記第１のクリアランスを通って前記燃料噴射口の側に排出されることを特徴とする燃料噴射装置。
前記可動コアは、前記ニードルに形成される係止部に当接・離反する係合部を備え、
前記係止部は前記係合部よりも前記中心線方向に前記固定コアの側に配置され、
前記コイルが無通電状態のとき、前記可動コアと前記固定コアの間に前記中心線方向の第１ギャップが形成されるとともに、前記係合部と前記係止部の間に前記中心線方向の第２ギャップが形成され、前記第１ギャップは前記第２ギャップよりも大きく形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。