JP2018189002A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】固定コア及び可動コアの損傷を防止することのできる燃料噴射弁、を提供する。
【解決手段】燃料噴射弁１０の固定コア４００は、硬度が高い固定側高硬度部４１０と、固定側高硬度部４１０よりも硬度が低い固定側低硬度部４２０と、を有しており、可動コア３００は、硬度が高い可動側高硬度部３１０と、可動側高硬度部３１０よりも硬度が低い可動側低硬度部３２０と、を有している。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。
【選択図】図１

Description

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。

ところで、燃料噴射弁においては、固定コアなどの構成部品の形状が摩耗や損傷によって変化してしまうと、燃料の噴射量等の特性が変化してしまう。このため、燃料噴射弁では、構成部品の摩耗や損傷を可能な限り抑制する必要がある。

上記の燃料噴射弁の固定コアには、比較的硬度の高い材料で形成されたブッシュが設けられている。ニードルは、固定コアに直接は接しておらず、上記のブッシュに当接した状態で移動する。このため、比較的硬度の低い磁性体からなる固定コアが、ニードルとの摺接によって摩耗してしまうことが防止される。

また、燃料噴射弁から燃料が噴射される際には、上記のように可動コアが固定コア側に移動するのであるが、最終的には可動コアは固定コアに当たるのではなく、固定コアに設けられた上記のブッシュに当たって止まることとなる。上記の燃料噴射弁では、固定コアに対し可動コアが直接衝突しないので、固定コアの摩耗や損傷を更に抑制することが可能となっている。

特開２０１３−１００７５６号公報

上記特許文献１に記載の燃料噴射弁では、比較的硬度の高い材料からなるブッシュに対し、比較的硬度の低い材料からなる可動コアが衝突することとなる。このため、衝突による可動コアの損傷が懸念される。特に、噴射される燃料として気体燃料が用いられる場合には、燃料の粘度が低いために可動コアの移動速度が大きくなるので、上記のような可動コアの損傷が生じる可能性が高くなってしまう。燃料噴射弁の動作特性を長期間に亘り一定に維持するためには、固定コアのみならず可動コアの損傷をも防止することが好ましい。

本開示は、固定コア及び可動コアの損傷を防止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（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。固定コアは、硬度が高い固定側高硬度部（４１０）と、固定側高硬度部よりも硬度が低い固定側低硬度部（４２０）と、を有している。可動コアは、硬度が高い可動側高硬度部（３１０）と、可動側高硬度部よりも硬度が低い可動側低硬度部（３２０）と、を有している。この燃料噴射弁は、コイル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がニードルと共に固定コア側に移動し、可動側高硬度部が固定側高硬度部に当たるように構成されている。

このような構成の燃料噴射弁では、固定コアはその全体が硬度の低い磁性体材料によって形成されているのではなく、一部が硬度の高い固定側高硬度部となっている。同様に、可動コアはその全体が硬度の低い磁性体材料によって形成されているのではなく、一部が硬度の高い可動側高硬度部となっている。

燃料を噴射させるためにコイルに電流が供給され、可動コアがニードルと共に固定コア側に移動すると、可動側高硬度部が固定側高硬度部に当たることとなる。比較的硬度の高い部分同士が衝突するので、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。

例えば、固定コアのうち固定側低硬度部を磁性体によって形成しておけば、固定側高硬度部は、磁気吸引力の発生に寄与する必要はない。このため、比較的硬度の高い非磁性体で固定側高硬度部を形成することができる。同様に、可動コアのうち可動側低硬度部を磁性体によって形成しておけば、可動側高硬度部は、磁気吸引力の発生に寄与する必要はない。このため、比較的硬度の高い非磁性体で可動側高硬度部を形成することができる。

本開示によれば、固定コア及び可動コアの損傷を防止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、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３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。 図４は、第４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５は、第５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のうち可動コア及びその近傍の構成を拡大して示す図である。 図７は、第６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。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。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。尚、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乃至図７においても同様である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（閉弁側）の面は、可動コア３００の端面に当接している。

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のうち大径部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。

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。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（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、これを上下方向（つまりハウジング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の内面に当接した状態で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。

可動側高硬度部３１０のうち開弁側の端面には、ニードル２００の大径部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の先端面３１２が拡径円筒部１１２の内面に当接した状態で摺動する。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。

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。

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（固定コア４００側）に向けて突出している。

その結果、可動側高硬度部３１０は、可動コア３００のうち、ハウジング１００の長手方向に沿った一方側の端部（つまり上端部）から他方側の端部（つまり下端部）まで伸びるように形成されている。

可動コア３００のうち外周部近くとなる位置には、可動コア３００を上下方向に沿って貫く貫通穴３０１が複数形成されている。それぞれの貫通穴３０１は、可動側高硬度部３１０の拡径部３１１と、可動側低硬度部３２０との両方を貫くように形成されている。貫通穴３０１の機能については後述する。

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の全体が磁性体によって形成されているような態様であってもよい。ただしこの場合でも、可動側高硬度部３１０は、可動側低硬度部３２０よりも硬度の高い材料で形成される。

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の中央には、これを上下方向（つまりハウジング１００の長手方向）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によって第５筒状部材１５０の空間１５１に連通されている。固定側高硬度部４１０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４１１が形成されている。

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の大径部２１０が下方から挿通されている。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の内径よりも大きくなっている。このため、ニードル２００の大径部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。

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、その内面を固定側高硬度部４１０の外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。本実施形態では、固定コア４００の開弁側端部となる位置において、固定側高硬度部４１０と固定側低硬度部４２０とが互いに溶接されている。

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の開弁側の端面の位置は、固定側高硬度部４１０の開弁側の端面の位置と同一となっている。また、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（可動コア３００側）に向けて突出している。

その結果、固定側高硬度部４１０は、固定コア４００のうち、ハウジング１００の長手方向に沿った一方側の端部（つまり上端部）から他方側の端部（つまり下端部）まで伸びるように形成されている。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。

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の全体が磁性体によって形成されているような態様であってもよい。ただしこの場合でも、固定側高硬度部４１０は、固定側低硬度部４２０よりも硬度の高い材料で形成される。

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、後述のスプリング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。

燃料噴射弁１０のその他の構成について説明する。固定側高硬度部４１０に形成された固定側貫通穴４０１の上方側部分には、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。

固定側貫通穴４０１のうちアジャスティングパイプ４３０の下方側には、スプリング８２０が配置されている。スプリング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。スプリング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。スプリング８２０の他端は、ニードル２００のうち大径部２１０の開弁側端部に当接している。スプリング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の大径部２１０は、スプリング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、スプリング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。

可動コア３００の下方側には、スプリング８１０が配置されている。スプリング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。スプリング８１０の一端は、可動側高硬度部３１０の閉弁側端面に形成された段差部に当接している。スプリング８１０の他端は、第１筒状部材１１０のうち開弁側の端部近傍に形成された段差部に当接している。

スプリング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、スプリング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、スプリング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。スプリング８１０とスプリング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、スプリング８２０の付勢力が、スプリング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。

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、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。

尚、可動コア３００の周囲は、貫通穴２０２から排出された燃料で満たされた状態となっている。可動コア３００が開弁側に移動する際には、可動コア３００よりも開弁側の空間に存在していた燃料が、可動コア３００を貫く貫通穴３０１を通って、可動コア３００よりも閉弁側の空間に移動する。貫通穴３０１を通って燃料がスムーズに移動するので、可動コア３００の移動が燃料によって妨げられてしまうことが無い。可動コア３００が、その後閉弁側に移動する際においても同様である。

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。

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（開弁側）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。

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（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（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。

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。

可動側高硬度部３１０は、可動コア３００のうち、ハウジング１００の長手方向に沿った一方側の端部（つまり上端部）から他方側の端部（つまり下端部）まで伸びるように形成されている。このため、例えば可動側高硬度部３１０のうち閉弁側の端部が可動側低硬度部３２０によって支持されているような構成に比べると、可動コア３００が固定コア４００に当たった際に、可動側低硬度部３２０に加えられる衝撃が低減される。このため、硬度の低い可動側低硬度部３２０の損傷が更に防止されている。

同様に、固定側高硬度部４１０は、固定コア４００のうち、ハウジング１００の長手方向に沿った一方側の端部（つまり上端部）から他方側の端部（つまり下端部）まで伸びるように形成されている。このため、例えば固定側高硬度部４１０のうち開弁側の端部が固定側低硬度部４２０によって支持されているような構成に比べると、可動コア３００が固定コア４００に当たった際に、固定側低硬度部４２０に加えられる衝撃が低減される。このため、硬度の低い固定側低硬度部４２０の損傷が更に防止されている。

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、スプリング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。

本実施形態では、固定側高硬度部４１０が固定側低硬度部４２０よりも内側となる位置に配置されており、可動側高硬度部３１０が可動側低硬度部３２０よりも内側となる位置に配置されている。このような構成において、可動コア３００には、可動側高硬度部３１０の中央を長手方向に沿って貫く可動側貫通穴３１３が形成されており、ニードル２００はこの可動側貫通穴３１３に挿通されている。このため、ニードル２００は、可動コア３００のうち硬度の高い部分に対してのみ当接し摺動するので、可動コア３００の摩耗が抑制される。その結果、燃料噴射弁１０の動作特性が、可動コア３００の変形によって短期間で変化してしまうようなことが更に防止される。

本実施形態では、可動側高硬度部３１０の拡径部３１１が、ハウジング１００の内面（具体的には拡径円筒部１１２の内面）に当接した状態で摺動するように構成されている。このため、硬度の低い可動側低硬度部３２０がハウジング１００の内面に当接し摺動するような構成に比べると、可動コア３００の摩耗が抑制されている。これにより、燃料噴射弁１０の動作特性が、可動コア３００の変形によって短期間で変化してしまうようなことが更に防止されている。

本実施形態では、可動コア３００及びニードル２００の移動に伴って、互いに当接した状態で摺動する一対の部材（以下では、一方を「第１部材」と称し、他方を「第２部材」と称する）のうち少なくとも一方に、その硬度を高めるための高硬度化処理（具体的には焼き入れ及び窒化処理）と、摩擦力を低下させるための表面処理（具体的にはＤＬＣコート）とが施されている。これにより、摺動に伴う可動コア３００や固定コア４００の破損や変形が更に抑制されている。

このような第１部材と第２部材との組み合わせとしては、ニードル２００と噴射ノズル５００、ニードル２００と可動側高硬度部３１０、第１筒状部材１１０と可動側高硬度部３１０、が挙げられる。本実施形態では、互いに当接した状態で摺動する部分の全てについて、それぞれの少なくとも一方に上記の高硬度化処理や表面処理が施されている。

高硬度化処理は、第１部材及び第２部材のうち一方のみに施されていてもよく、両方に施されていてもよい。また、高硬度化処理が施されていないような第１部材と第２部材とが、燃料噴射弁１０の一部において存在しているような態様であってもよい。

同様に、摩擦力を低下させるための表面処理は、第１部材及び第２部材のうち一方のみに施されていてもよく、両方に施されていてもよい。また、摩擦力を低下させるための表面処理が施されていないような第１部材と第２部材とが、燃料噴射弁１０の一部において存在しているような態様であってもよい。

硬度を高めるための高硬度化処理としては、本実施形態のように焼き入れ及び窒化処理が用いられてもよいが、焼き入れ及び窒化処理以外の処理が用いられてもよい。また、摩擦力を低下させるための表面処理としては、本実施形態のようにＤＬＣコートが用いられてもよいが、ＤＬＣコート以外の処理が用いられてもよい。

第２実施形態について、図２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、固定側高硬度部４１０のうち開弁側の部分に形成された拡径部４１１の先端が、第４筒状部材１４０の内面に当接しており、溶接により固定されている。一方、本実施形態では、固定側低硬度部４２０の外側面と、第４筒状部材１４０の内面との間が僅かに離間しており、両者は溶接されていない。

このように、本実施形態では、固定側高硬度部４１０の拡径部４１１がハウジングの内面に接合されている。このような構成においては、開弁時において可動コア３００が固定コア４００に当たった際の衝撃が、固定側高硬度部４１０のみに対して直接的に加えられ、固定側低硬度部４２０には加えられない。このため、硬度の低い固定側低硬度部４２０の破損を更に防止することができる。

第３実施形態について、図３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、可動側高硬度部３１０に拡径部３１１が設けられていない。可動側高硬度部３１０は、その全体が円筒形状に形成されており、その閉弁側の端部が、可動側低硬度部３２０の閉弁側端部よりも更に閉弁側に伸びている。可動側高硬度部３１０のうち、可動側低硬度部３２０の閉弁側端部よりも更に閉弁側に伸びている部分のことを、以下では「延長部３１５」とも称する。延長部３１５は、第１筒状部材１１０の空間１１１の内側まで伸びている。延長部３１５の閉弁側端部の位置は、貫通穴２０２よりも僅かに開弁側となる位置である。延長部３１５の閉弁側端部は、スプリング８１０の端部に当接している。

延長部３１５の外側面３１６は、第１筒状部材１１０のうち、空間１１１を区画する内面に当接した状態で摺動可能となっている。外側面３１６には、第１実施形態における先端面３１２と同様に、窒化処理及びＤＬＣコートが施されている。また、これと対向する第１筒状部材１１０の内面には、窒化処理が施されている。

このような態様においては、可動コア３００のうち摺動を案内される部分、すなわち延長部３１５の上下方向における長さが、先端面３１２（第１実施形態）の上下方向における長さに比べて長くなっている。このため、開弁時及び閉弁時における可動コア３００の動きをより安定させることが可能となっている。

尚、本実施形態の第１筒状部材１１０には、可動コア３００を外周から囲むような拡径円筒部１１２が形成されていない。代わりに、第２筒状部材１２０が下方側まで延長されている。これは、可動側高硬度部３１０の拡径部３１１が当接し摺動する部分（つまり拡径円筒部１１２）を、本実施形態では第２筒状部材１２０の近傍に設ける必要が無いからである。このような構成においては、第２筒状部材１２０が延長されることにより、当該部分における磁気抵抗が小さくなっている。その結果、固定コア４００と可動コア３００との間に発生する磁気吸引力が大きくなっており、燃料噴射弁の開弁動作がより効率的に行われる。

第４実施形態について、図４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、第１実施形態と同様の可動側高硬度部３１０に対し、第３実施形態（図３）と同様の延長部３１５を形成した構成となっている。つまり、本実施形態に係る可動側高硬度部３１０は、拡径部３１１の先端面３１２と、延長部３１５の外側面３１６と、の２箇所において第１筒状部材１１０に当接し摺動する。

拡径部３１１よりも閉弁側となる位置には、拡径部３１１と第１筒状部材１１０とによって挟まれた空間であるダンパー室３０３が形成されている。また、可動コア３００と固定コア４００との間には、空間３０４が形成されている。ダンパー室３０３及び空間３０４は、いずれも燃料で満たされた状態となっている。ダンパー室３０３と空間３０４との間は、可動コア３００を貫く貫通穴によって連通されている。本実施形態の貫通穴３０１にはオリフィス３０２が設けられており、貫通穴３０１における燃料の流路断面積が絞られている。

固定側低硬度部４２０の外周面には、上下方向に伸びるスリット状の溝、である連通路４２１が形成されている。連通路４２１により、閉弁側の空間３０４と、開弁側の空間１５１とが連通されている。このため、可動コア３００の動作状態や位置に拘らず、空間３０４における燃料の圧力は概ね一定となっている。

コイル６００への電流共有が開始され、可動コア３００が開弁側に移動すると、空間３０４に存在していた燃料は、貫通穴３０１及びオリフィス３０２を通ってダンパー室３０３に移動する。可動コア３００の移動速度が大きくなると、上記のような燃料の移動はオリフィス３０２によって抑制される。このため、可動コア３００が開弁側端部に到達した際の、可動側高硬度部３１０と固定側高硬度部４１０との衝突エネルギーを低く抑えることができる。

コイル６００への電流共有が停止され、可動コア３００が閉弁側に移動すると、ダンパー室３０３に存在していた燃料は、貫通穴３０１及びオリフィス３０２を通って空間３０４に移動する。可動コア３００の移動速度が大きくなると、上記のような燃料の移動はオリフィス３０２によって抑制される。このため、可動コア３００が閉弁側端部に到達した際の、シール部２２１と弁座５１２との衝突エネルギーを低く抑えることができる。

第５実施形態について、図５及び図６を参照しながら説明する。以下では、上記の第４実施形態（図４）と異なる点について主に説明し、第４実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。

本実施形態では、一部の貫通穴３０１には第４実施形態のオリフィス３０２が設けられている一方で、他の一部の貫通穴３０１には弁３０６が設けられている。オリフィス３０２が設けられている方の貫通穴３０１のことを、以下では「貫通穴３０１Ａ」とも表記する。また、弁３０６が設けられている方の貫通穴３０１のことを、以下では「貫通穴３０１Ｂ」とも表記する。

弁３０６は、貫通穴３０１Ｂにおける燃料の流れや圧力に応じて上下方向に移動可能となっている。弁３０６によって、貫通穴３０１Ｂを開弁方向に向かうような燃料の流れは禁止される一方で、貫通穴３０１Ｂを閉弁方向に向かうような燃料の流れは許容される。つまり、弁３０６は所謂「逆止弁」として機能するものである。

コイル６００への電流共有が開始され、可動コア３００が開弁側に移動すると、空間３０４に存在していた燃料は、その一部が貫通穴３０１Ａ及びオリフィス３０２を通ってダンパー室３０３に移動する。また、空間３０４に存在していた燃料の残部（実際には大部分である）は、貫通穴３０１Ｂを通ってダンパー室３０３に移動する。このため、開弁時においては、オリフィス３０２が設けられていることによる可動コア３００の減速効果はほとんど得られない。

コイル６００への電流共有が停止され、可動コア３００が閉弁側に移動すると、ダンパー室３０３に存在していた燃料は、貫通穴３０１Ａ及びオリフィス３０２を通って空間３０４に移動する。一方、貫通穴３０１Ｂを通って空間３０４に向かうような燃料の流れは、弁３０６によって妨げられる。このため、閉弁時においては、第４実施形態と同様に、可動コア３００の移動速度がオリフィス３０２によって減速される。

このように本実施形態では、開弁時においては迅速に可動コア３００及びニードル２００が開弁方向に移動する一方で、閉弁時においては可動コア３００及びニードル２００の移動速度がオリフィス３０２によって減速される。可動側高硬度部３１０と固定側高硬度部４１０との衝突エネルギーを低く抑えることよりも、シール部２２１と弁座５１２との衝突エネルギーを低く抑えることの方をより重視する場合には、このような構成とすることが好ましい。

図６に拡大して示されるように、可動側低硬度部３２０のうち開弁側の端面では、貫通穴３０１Ａ、３０１Ｂの周囲の部分が、他の部分よりも開弁側に向けて突出している。この突出している部分のことを、以下では「土手部３２５」とも称する。可動コア３００及びニードル２００が開弁側端部に位置している状態、すなわちフルリフト状態において、可動コア３００と固定コア４００との間の隙間の大きさは、土手部３２５においては１０μｍ程度となっており、その周囲においては５０μｍ程度となるように設定されている。

コイル６００への電流共有が開始され、可動コア３００が開弁側に移動すると、土手部３２５と固定コア４００との間の距離は次第に小さくなって行く。当該距離が５０μｍよりも小さくなると、両者の隙間を流れる燃料に働く流路抵抗が急速に増大し、空間３０４から貫通穴３０１Ａ、３０１Ｂに流入する燃料の流れが妨げられる。その結果、開弁が完了する直前において可動コア３００の移動速度が低減されるので、可動側高硬度部３１０と固定側高硬度部４１０との衝突エネルギーを低く抑えることができる。

また、図６に拡大して示されるように、拡径部３１１のうち閉弁側の端面では、貫通穴３０１Ａ、３０１Ｂの全体を外側から囲むような円環状の部分が、閉弁側に向けて突出している。この突出している部分のことを、以下では「土手部３１８」とも称する。また、ダンパー室３０３のうち、土手部３１８よりも外側の空間のことを、以下では「外側ダンパー室３０３Ａ」とも称する。更に、土手部３１８よりも内側の空間のことを、以下では「内側ダンパー室３０３Ｂ」とも称する。

コイル６００への電流共有が停止され、可動コア３００及びニードル２００が閉弁側に移動すると、土手部３２５と第１筒状部材１１０との間の距離は次第に小さくなって行く。当該距離が５０μｍよりも小さくなると、両者の隙間を流れる燃料に働く流路抵抗が急速に増大し、外側ダンパー室３０３Ａから内側ダンパー室３０３Ｂに流入する燃料の流れが妨げられる。その結果、ニードル２００による閉弁が完了した後、可動コア３００が下方への移動を継続し第１筒状部材１１０に衝突する際、可動コア３００の移動速度が低減されるので、可動コア３００と第１筒部材１１０との衝突エネルギーを低く抑えることができる。

第６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。

本実施形態では、可動コア３００の可動側高硬度部３１０と、ニードル２００の上方側部分とが一体となっている。ニードル２００のうち固定側低硬度部４２０に当たる部分には、本実施形態でも窒化処理が施されている。また、ニードル２００のうち第１筒状部材１１０の拡径円筒部１１２に当接し摺動する部分（つまり、拡径部３１１の先端面３１２）には、本実施形態でも窒化処理及びＤＬＣコートが施されている。このような態様であっても、第１実施形態において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。

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
３１３：可動側貫通穴
３２０：可動側低硬度部
４００：固定コア
４１０：固定側高硬度部
４２０：固定側低硬度部
５１１：噴孔
６００：コイル

Claims (9)

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、
   前記固定コアは、硬度が高い固定側高硬度部（４１０）と、前記固定側高硬度部よりも硬度が低い固定側低硬度部（４２０）と、を有しており、
   前記可動コアは、硬度が高い可動側高硬度部（３１０）と、前記可動側高硬度部よりも硬度が低い可動側低硬度部（３２０）と、を有しており、
   前記コイルに電流が供給されると、発生した前記磁気吸引力によって前記可動コアが前記ニードルと共に前記固定コア側に移動し、前記可動側高硬度部が前記固定側高硬度部に当たるように構成されている燃料噴射弁。
2. 前記固定側高硬度部は、前記固定コアのうち前記長手方向に沿った一方側の端部から他方側の端部まで伸びるように形成されており、
   前記可動側高硬度部は、前記可動コアのうち前記長手方向に沿った一方側の端部から他方側の端部まで伸びるように形成されている、請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記固定側高硬度部が前記ハウジングの内面に接合されている、請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記固定側高硬度部は、少なくともその一部が前記固定側低硬度部よりも内側となる位置に配置されており、
   前記可動側高硬度部は、少なくともその一部が前記可動側低硬度部よりも内側となる位置に配置されている、請求項２に記載の燃料噴射弁。
5. 前記可動コアには、前記可動側高硬度部を前記長手方向に沿って貫く可動側貫通穴（３１３）が形成されており、
   前記ニードルは前記可動側貫通穴に挿通されている、請求項４に記載の燃料噴射弁。
6. 前記可動側高硬度部が、前記ハウジングの内面に当接した状態で摺動するように構成されている、請求項１に記載の燃料噴射弁。
7. 前記可動側高硬度部と前記ニードルとが一体となっている、請求項１に記載の燃料噴射弁。
8. 前記可動コア及び前記ニードルの移動に伴って、互いに当接した状態で摺動する部分である第１部分と第２部分のうち少なくとも一方に、その硬度を高めるための高硬度化処理が施されている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
9. 前記可動コア及び前記ニードルの移動に伴って、互いに当接した状態で摺動する部分である第１部分と第２部分のうち少なくとも一方に、摩擦力を低下させるための表面処理が施されている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。

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