JP6187563B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁に関する。

従来、ハウジング内で往復移動するニードルの噴孔とは反対側の端部を固定コアの内壁で支持する構成の燃料噴射弁が知られている。例えば特許文献１および２に記載された燃料噴射弁では、ニードルが往復移動するとき、ニードルの噴孔とは反対側の端部の外壁と固定コアの内壁とは摺接する。ニードルは、弁座との当接（着座）を繰り返す部材のため、耐摩耗性および耐衝撃性等の観点から、比較的硬度の高い材料により形成されるのが一般的である。一方、固定コアは、磁性材料により形成されるため、比較的硬度が低い。よって、燃料噴射弁の長期に亘る使用によりニードルと固定コアとが摺接を繰り返すと、固定コアおよびニードルの摺接箇所のうち特に固定コア側が摩耗するおそれがある。固定コアが摩耗すると、固定コアの磁気特性の変化や、ニードル開弁時の姿勢変化、摩耗による摺動抵抗の変化により、燃料圧力および噴射量など燃料噴射弁の性能が使用初期と比べ変化するおそれがある。

また、特許文献１および２の燃料噴射弁では、図の記載から、可動コアは、外壁がハウジングの内壁と摺接可能に設けられていると考えられる。そのため、長期使用により可動コアとハウジングとが摺接を繰り返すと、摺接箇所が摩耗するおそれがある。当該摩耗により、可動コアの磁気特性が変化するおそれがある。

このように、長期使用により固定コアまたは可動コアの磁気特性が変化すると、燃料圧力および噴射量など燃料噴射弁の性能が使用初期と比べ変化または低下するおそれがある。また、燃料噴射弁における部材同士の摺接箇所が多い構成では、摩耗粉の発生が増大するおそれがある。

特表２００４−５１８８５８号公報 特表２００５−５０４２１８号公報

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部材の経年変化による燃料噴射量の性能変化を抑制可能な燃料噴射弁を提供することにある。

請求項１に記載の燃料噴射弁の発明は、ハウジングとニードルと可動コアと固定コアとコイルと第１付勢部材とブッシュとを備えている。ハウジングは、筒状に形成され、軸方向の一端に形成され燃料が噴射される噴孔、当該噴孔の周囲に形成される弁座、および、噴孔への燃料が流通する燃料通路を有している。ニードルは、棒状に形成され、ハウジング内に往復移動可能に設けられている。ニードルは、弁座側の端部に形成されるシール部、および、径外方向へ延びるよう形成される大径部を有している。ニードルは、シール部が弁座から離座または弁座に着座することで噴孔を開閉する。可動コアは、外径がニードルの大径部の外径より大きく、ニードルとは別体に形成されている。可動コアは、大径部のシール部側に設けられている。固定コアは、筒状に形成され、可動コアの開弁方向側に設けられている。コイルは、通電により可動コアと固定コアとの間に磁気吸引力を発生させることで、可動コアをニードルとともに開弁方向に吸引する。第１付勢部材は、ニードルを閉弁方向に付勢する。ブッシュは、固定コアと別体かつ筒状に形成され、固定コアの内側に設けられている。ブッシュは、筒部及び当該筒部の内壁から径内方向へ突出するよう形成される内側突出部を有し、当該内側突出部の内壁が、ニードルの一部である大径部の外壁と摺接することでニードルを往復移動可能に支持する。

上記構成により、本発明では、固定コアは、ニードルがハウジング内で往復移動可能なよう、ブッシュを経由してニードルの大径部側の端部を支持する。そのため、ニードルがハウジング内で往復移動するとき、ニードルと固定コアとは摺接しない。よって、ニードルの往復移動に伴って固定コアが摩耗することはない。したがって、燃料噴射弁の長期使用による固定コアの経年変化を抑制することができる。よって、燃料圧力および噴射量など燃料噴射弁の性能が使用初期と比べ変化または低下するのを抑制することができる。
また、本発明では、ブッシュは、固定コアとは別体のため、固定コアと異なる材料で形成することが可能である。例えばブッシュを固定コアよりも硬度が高い材料で形成すれば、ニードルの大径部との摺接に伴うブッシュの摩耗を抑制することができる。
また、例えばブッシュをニードルと硬度が同等の材料で形成すれば、ブッシュとニードルの大径部との摺接に伴うブッシュおよびニードル両方の摩耗を抑制することができる。
請求項２に記載の発明では、シール部が弁座から離座してから可動コアが固定コアまたはブッシュに当接するまでの間、内側突出部と大径部との軸方向の摺接長は一定である。
請求項３に記載の発明では、シール部が弁座に着座しているとき、内側突出部の噴孔とは反対側の端面と、大径部の噴孔とは反対側の端面とは、ニードルの軸方向において略同じ位置にある。
請求項４に記載の発明では、内側突出部の軸方向の長さは、大径部の軸方向の長さより短い。

請求項５に記載の発明では、ブッシュは、固定コアよりも硬度が高い材料で形成されている。よって、ニードルの大径部との摺接に伴うブッシュの摩耗を抑制することができる。
請求項６に記載の発明では、ブッシュは、ニードルと硬度が同等の材料で形成されている。よって、ブッシュとニードルの大径部との摺接に伴うブッシュおよびニードル両方の摩耗を抑制することができる。

請求項７に記載の発明では、ブッシュは、可動コア側の端面が、固定コアの可動コア側の端面よりも可動コア側に位置するよう設けられている。そのため、可動コアがコイルにより開弁方向に吸引されたとき、可動コアのブッシュ側の端面は、ブッシュに衝突するものの、固定コアに衝突することはない。よって、可動コアとの衝突に伴う固定コアの摩耗および損傷等を防止することができる。これにより、固定コアの経年変化による燃料噴射量の性能変化を抑制することができる。また、この構成では、固定コアの可動コア側の端面に、耐摩耗性および耐衝撃性を向上させるためのめっき等の特殊処理を施す必要がないため、製造コストを低減することができる。

請求項８に記載の発明では、ブッシュは、固定コアよりも飽和磁束密度が低い材料で形成されている。ブッシュが例えば非磁性材料や弱磁性材料あるいは固定コアより飽和磁束密度の低い材料で形成され、固定コアが例えば磁性材料（強磁性材料）などブッシュより飽和磁束密度の高い材料で形成されている場合、コイルへの通電時、磁束はブッシュを流れにくくなるため、可動コアおよび固定コアの磁束密度の上昇を早めることができる。これにより、可動コアと固定コアとの間に生じる磁気吸引力の立ち上がりを早くすることができる。その結果、ニードル開弁時の応答性を向上することができる。

ところで、ブッシュの可動コア側の端面と可動コアのブッシュ側の端面とが当接可能な構成の場合、燃料噴射弁の作動時、ブッシュに当接していた可動コアがブッシュから離間するとき、ブッシュと可動コアとの端面間にリンキング力が生じる。当該リンキング力は、可動コアがブッシュから離間するのを妨げるよう作用する。そのため、リンキング力が大きい場合、ニードル閉弁時の応答性が低下するおそれがある。特に、ブッシュおよび可動コアの周囲に燃料が存在する場合、リンキング力が大きくなることが懸念される。

そこで、請求項９に記載の発明では、ブッシュは、可動コア側の端面に、可動コアとは反対側へ凹むよう形成される第１溝を有している。これにより、ブッシュと可動コアとの当接面積を小さくすることができる。よって、ブッシュと可動コアとの間に生じるリンキング力を小さくすることができる。したがって、ニードル閉弁時の応答性を向上することができる。

ところで、燃料噴射弁の作動時、可動コアがコイルにより開弁方向に吸引されてブッシュまたは固定コアに衝突するとき、可動コアとブッシュおよび固定コアとの端面間にスクイズ力（端面間の流体により生じる力）が生じる。当該スクイズ力は、可動コアがブッシュまたは固定コアに衝突するのを妨げるよう作用する。そのため、スクイズ力が過度に大きい場合、ブッシュまたは固定コアに衝突するときの可動コアの速度が所定値以下となり、燃料圧力および噴射量等に関し燃料噴射弁の個体毎の性能ばらつきが大きくなるおそれがある。特に、ブッシュ、固定コアおよび可動コアの周囲に燃料が存在する場合、スクイズ力が大きくなることが懸念される。また、スクイズ力が大きい場合、可動コアの経年変化に対するロバスト性が低下するおそれがある。

そこで、請求項１０に記載の発明では、可動コアは、ブッシュ側の端面に、ブッシュとは反対側へ凹むよう形成される第２溝を有している。これにより、可動コアがコイルにより開弁方向に吸引されてブッシュまたは固定コアに衝突するとき、可動コアとブッシュおよび固定コアとの端面間の流体（燃料）を第２溝に逃がすことで、過度なスクイズ力の発生を抑制することができる。そのため、ブッシュまたは固定コアに衝突するときの可動コアの速度を所定値以上にすることができる。その結果、燃料圧力および噴射量等に関し燃料噴射弁の個体毎の性能ばらつきを小さくすることができる。また、過度なスクイズ力の発生を抑制することにより、可動コアの経年変化に対するロバスト性を向上することができる。
また、可動コアが第２溝を有することで、可動コアとブッシュまたは固定コアとの当接面積を小さくすることができる。よって、ブッシュまたは固定コアと可動コアとの間に生じるリンキング力を小さくすることができる。したがって、ニードル閉弁時の応答性を向上することができる。

請求項１１に記載の発明では、可動コアは、外径がハウジングの内径より小さく形成されている。そのため、本発明では、可動コアの外壁がハウジングの内壁と摺接しない構成とすることができる。この構成では、可動コアの外壁の摩耗を防止できる。これにより、可動コアの磁気特性の経年変化を抑制することができる。また、この構成では、燃料噴射弁における部材同士の摺接箇所を低減できるため、摩耗粉の発生を抑制することができる。

請求項１２に記載の発明は、可動コアをニードルとともに開弁方向に付勢する第２付勢部材をさらに備えている。そして、可動コアは、ニードルとは別体、かつ、ニードルに対し相対移動可能に設けられている。本発明では、可動コアとニードルとによるダンパ効果により、ニードルのシート部が弁座に着座したとき、および、可動コアがブッシュまたは固定コアに衝突したときのニードルの過度のバウンスを抑制することができる。

本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を示す断面図。 本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の要部を示す部分断面図。 （Ａ）は本発明の第１実施形態による燃料噴射弁のブッシュを示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）を矢印Ｂ方向から見た図、（Ｃ）は本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の可動コアを図２の矢印ＩＩＩＣ方向から見た平面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ線断面図。 （Ａ）は本発明の第２実施形態による燃料噴射弁のブッシュを示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）を矢印Ｂ方向から見た図。 （Ａ）は本発明の第３実施形態による燃料噴射弁の可動コアを示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）を矢印Ｃ方向から見た図。 本発明の第４実施形態による燃料噴射弁の要部を示す部分断面図。

以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図１に示す。燃料噴射弁１０は、例えば図示しない直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射装置に用いられ、燃料としてのガソリンをエンジンに噴射供給する。

燃料噴射弁１０は、ハウジング２０、ニードル４０、可動コア５０、固定コア６０、コイル７０、第１付勢部材としてのスプリング８１、第２付勢部材としてのスプリング８２、および、ブッシュ９０等を備えている。
図１に示すように、ハウジング２０は、第１筒部材２１、第２筒部材２２、第３筒部材２３および噴射ノズル３０から構成されている。第１筒部材２１、第２筒部材２２および第３筒部材２３は、いずれも略円筒状に形成され、第１筒部材２１、第２筒部材２２、第３筒部材２３の順に同軸となるよう配置され、互いに接続している。

第１筒部材２１および第３筒部材２３は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により形成され、磁気安定化処理が施されている。第１筒部材２１および第３筒部材２３は、硬度が比較的低い。一方、第２筒部材２２は、例えばオーステナイト系ステンレス等の非磁性材料により形成されている。第２筒部材２２の硬度は、第１筒部材２１および第３筒部材２３の硬度よりも高い。

噴射ノズル３０は、第１筒部材２１の第２筒部材２２とは反対側の端部に設けられている。噴射ノズル３０は、例えばマルテンサイト系ステンレス等の金属により形成されている。噴射ノズル３０は、所定の硬度を有するよう焼入れ処理が施されている。

噴射ノズル３０は、略有底筒状に形成され、底部３１および筒部３２を有する。底部３１は、筒部３２の一方の端部を塞いでいる。底部３１には、内壁と外壁とを接続する噴孔３１１が形成されている。また、底部３１の内壁には、噴孔３１１を囲むようにして環状の弁座３１２が形成されている。筒部３２は、外壁が第１筒部材２１の内壁に嵌合するようにして第１筒部材２１に接続している。筒部３２と第１筒部材２１との嵌合箇所は溶接されている。

ニードル４０は、例えばマルテンサイト系ステンレス等の金属により棒状に形成されている。ニードル４０は、所定の硬度を有するよう焼入れ処理が施されている。ニードル４０の硬度は、噴射ノズル３０の硬度とほぼ同等に設定されている。

ニードル４０は、ハウジング２０内に軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル４０の噴射ノズル３０側の端部には、弁座３１２に当接可能なシール部４１が形成されている。また、ニードル４０には、シール部４１から軸方向に所定の距離離れた位置に摺接部４２が形成されている。摺接部４２は、略円柱状に形成され、外壁４２１の一部が面取りされている。摺接部４２は、外壁４２１の面取りされていない部分が、噴射ノズル３０の筒部３２の内壁３２１と摺接可能である。これにより、ニードル４０は、噴孔３１１側先端部の往復移動が案内される。

ニードル４０は、シール部４１とは反対側の端部から径外方向、すなわちハウジング２０の内壁２４に向かうよう延びて形成される大径部４３を有している。本実施形態では、大径部４３は略円環状に形成されている。ニードル４０は、シール部４１が弁座３１２から離座（離間）または弁座３１２に着座（当接）することで噴孔３１１を開閉する。以下、適宜、ニードル４０が弁座３１２から離座する方向を開弁方向といい、ニードル４０が弁座３１２に着座する方向を閉弁方向という。なお、ニードル４０の大径部４３側は、中空筒状に形成され、内壁４５と外壁４６とを接続する孔４４が形成されている。

可動コア５０は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により略円筒状に形成されている。可動コア５０は、磁気安定化処理が施されている。可動コア５０の硬度は比較的低く、ハウジング２０の第１筒部材２１および第３筒部材２３の硬度と概ね同等である。

可動コア５０は、内側にニードル４０が挿通されるようにして、ハウジング２０の内側に設けられる。可動コア５０は、シール部４１とは反対側の端面５３が、ニードル４０の大径部４３のシール部４１側の端面に当接可能である。すなわち、可動コア５０は、大径部４３のシール部４１側に、ニードル４０とは別体に設けられている。可動コア５０は、内壁５１がニードル４０の外壁４６と摺接可能である。これにより、可動コア５０は、ニードル４０に対し軸方向に相対移動可能である。また、可動コア５０は、外径がハウジング２０の内径、すなわち第１筒部材２１の第２筒部材２２側端部、および、第２筒部材２２の内径より小さく形成されている。
また、可動コア５０のシール部４１側端部は、内径が軸方向の他の部分より大きく形成されている。これにより、可動コア５０の内側に環状の段差面５４が形成されている（図１および２参照）。

固定コア６０は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により略円筒状に形成されている。固定コア６０は、磁気安定化処理が施されている。固定コア６０の硬度は比較的低く、可動コア５０の硬度と概ね同等である。固定コア６０は、ハウジング２０の内側に固定されるようにして設けられている。固定コア６０とハウジング２０の第３筒部材２３とは溶接されている。固定コア６０の可動コア５０側端部は、内径が軸方向の他の部分より大きく形成されている。これにより、固定コア６０の内側に環状の段差面６１が形成されている（図１および２参照）。

コイル７０は、略円筒状に形成され、ハウジング２０の特に第２筒部材２２および第３筒部材２３の径方向外側を囲むようにして設けられている。コイル７０は、電力が供給（通電）されると磁力を生じる。コイル７０に磁力が生じると、固定コア６０、可動コア５０、第１筒部材２１および第３筒部材２３に磁気回路が形成される。これにより、固定コア６０と可動コア５０との間に磁気吸引力が発生し、可動コア５０は、固定コア６０に吸引される。このとき、可動コア５０の端面５３はニードル４０の大径部４３に当接するため、ニードル４０は、可動コア５０とともに固定コア６０側、すなわち開弁方向へ移動する。これにより、シール部４１が弁座３１２から離座し、噴孔３１１が開放される。

スプリング８１は、一端がニードル４０の大径部４３側の端部に当接するよう設けられている。スプリング８１の他端は、固定コア６０の内側に圧入固定されたアジャスティングパイプ１１の一端に当接している。スプリング８１は、軸方向に伸びる力を有している。これにより、スプリング８１は、ニードル４０を可動コア５０とともに閉弁方向に付勢している。

スプリング８２は、一端が可動コア５０の段差面５４に当接するよう設けられている。スプリング８２の他端は、ハウジング２０の第１筒部材２１の内側に形成された環状の段差面２１１に当接している。スプリング８２は、軸方向に伸びる力を有している。これにより、スプリング８２は、可動コア５０をニードル４０とともに開弁方向に付勢している。
本実施形態では、スプリング８１の付勢力は、スプリング８２の付勢力よりも大きく設定されている。そのため、コイル７０に電力が供給（通電）されていない状態では、ニードル４０のシール部４１は、弁座３１２に着座した状態、すなわち閉弁状態となる。

ブッシュ９０は、例えばマルテンサイト系ステンレス等の金属により筒状に形成されている。ブッシュ９０は、所定の硬度を有するよう焼入れ処理が施されている。ブッシュ９０は、固定コア６０よりも硬度が高い。ブッシュ９０の硬度は、ニードル４０の硬度とほぼ同等に設定されている。また、ブッシュ９０は、固定コア６０よりも飽和磁束密度が低い。

図２に示すように、ブッシュ９０は、筒部９１および内側突出部９２を有している。筒部９１は、円筒状に形成されている。内側突出部９２は、筒部９１の可動コア５０側の端部の内壁から径内方向へ突出するようにして円筒状に形成されている。よって、内側突出部９２の内径は、筒部９１の内径よりも小さい。

ブッシュ９０は、筒部９１の可動コア５０とは反対側の端部が段差面６１に当接するよう、固定コア６０の内側に設けられている。ここで、筒部９１の外壁は、固定コア６０の内壁に密に接している。これにより、ブッシュ９０は、固定コア６０の内側に固定されている。

内側突出部９２の内壁、すなわちブッシュ９０の内壁の一部は、ニードル４０の大径部４３の外壁と摺接可能である。これにより、ニードル４０は、ハウジング２０内で往復移動するとき、大径部４３側の端部がブッシュ９０によって支持される。つまり、ブッシュ９０は、内壁が大径部４３の外壁と摺接することでニードル４０を往復移動可能に支持する。
また、上述のように、ニードル４０は、ハウジング２０内で往復移動するとき、摺接部４２（噴孔３１１側の端部）が噴射ノズル３０の筒部３２によって支持される。このように、本実施形態では、ニードル４０は、軸方向の２箇所（大径部４３および摺接部４２）を支持され、ハウジング２０の内側を往復移動する。
また、上述のように、可動コア５０の外径は、ハウジング２０の内径、すなわち第１筒部材２１の第２筒部材２２側端部、および、第２筒部材２２の内径より小さく形成されている。そのため、可動コア５０は、内壁５１がニードル４０の外壁４６と摺接するものの、外壁５２はハウジング２０の内壁２４と摺接することなく、ハウジング２０の内側で往復移動可能である。

また、ブッシュ９０は、可動コア５０とは反対側の端部が段差面６１に当接した状態において、可動コア５０側の端面９３（筒部９１および内側突出部９２の可動コア５０側の端面）が固定コア６０の可動コア５０側の端面６２よりも可動コア５０側に位置するよう設けられている（図２参照）。そのため、可動コア５０は、磁気吸引力により固定コア６０側（開弁方向）に吸引されると、端面５３がブッシュ９０の端面９３に衝突する。これにより、可動コア５０は、開弁方向への移動が規制される。すなわち、ブッシュ９０は、可動コア５０のストッパとして機能する。

図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ブッシュ９０は、可動コア５０側の端面９３に、可動コア５０とは反対側へ凹むよう形成される第１溝９４を有している。第１溝９４は、端面９３の周方向に沿って環状に形成されている。
図３（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、可動コア５０は、ブッシュ９０側の端面５３に、ブッシュ９０とは反対側へ凹むよう形成される第２溝５５を有している。第２溝５５は、例えば切削あるいは型抜き等により形成されている。第２溝５５は、可動コア５０の中心穴（内壁５１）から径外方向へ延びるよう、周方向に等間隔で４つ形成されている。また、本実施形態では、第２溝５５は、可動コア５０の軸に平行な仮想平面による断面の形状が矩形状となるよう形成されている。よって、第２溝５５を形成する壁面同士のなす角、および、第２溝５５を形成する壁面と端面５３とのなす角は、概ね９０度となる（図３（Ｄ）参照）。また、第２溝５５の深さは、第２溝５５を流体（燃料）が流れる場合に流体抵抗が生じない程度の深さに設定されている。

図１に示すように、第３筒部材２３の第２筒部材２２とは反対側の端部には、略円筒状の燃料導入パイプ１２が圧入および溶接されている。燃料導入パイプ１２の内側には、フィルタ１３が設けられている。フィルタ１３は、燃料導入パイプ１２の導入口１４から流入した燃料の中の異物を捕集する。

燃料導入パイプ１２および第３筒部材２３の径方向外側は、樹脂によりモールドされている。当該モールド部分にコネクタ１５が形成されている。コネクタ１５には、コイル７０へ電力を供給するための端子１６がインサート成形されている。また、コイル７０の径方向外側には、コイル７０を覆うようにして筒状のホルダ１７が設けられている。

燃料導入パイプ１２の導入口１４から流入した燃料は、固定コア６０、アジャスティングパイプ１１およびニードル４０の内側、孔４４、第１筒部材２１とニードル４０との間、噴射ノズル３０とニードル４０との間を流通し、噴孔３１１に導かれる。つまり、ハウジング２０の内側には、燃料が流通する燃料通路１８が形成されている。なお、燃料噴射弁１０の作動時、可動コア５０の周囲は燃料で満たされた状態となる。

次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。
コイル７０に通電されると、可動コア５０は固定コア６０に吸引される。これにより、ニードル４０は、可動コア５０とともに固定コア６０側へ移動し、シール部４１が弁座３１２から離座する。これにより、噴孔３１１は開放された状態（開弁状態）となる。燃料導入パイプ１２の導入口１４から流入した燃料は、燃料通路１８を流通し、噴孔３１１から噴射される。一方、コイル７０への通電がオフされると、ニードル４０のシール部４１が弁座３１２に着座し、閉弁する。これにより、燃料噴射が遮断される。

本実施形態では、ブッシュ９０の可動コア５０側の端面９３に第１溝９４が形成されているため、可動コア５０とブッシュ９０との当接面積を小さくすることができる。よって、燃料噴射弁１０の作動時（コイル７０の磁気吸引力によりブッシュ９０に当接していた可動コア５０がブッシュ９０から離れるとき）にブッシュ９０と可動コア５０との間に生じるリンキング力を小さくすることができる。これにより、ニードル４０閉弁時の応答性を向上することができる。

また、可動コア５０のブッシュ９０側の端面５３に第２溝５５が形成されているため、燃料噴射弁１０の作動時（コイル７０の磁気吸引力により吸引された可動コア５０がブッシュ９０に衝突するとき）に可動コア５０とブッシュ９０および固定コア６０との端面間の燃料を第２溝５５に逃がすことで、過度なスクイズ力の発生を抑制することができる。これにより、ブッシュ９０に衝突するときの可動コア５０の速度を所定値以上にすることができる。

また、可動コア５０のブッシュ９０側の端面５３に第２溝５５が形成されているため、可動コア５０とブッシュ９０との当接面積をさらに小さくすることができる。よって、燃料噴射弁１０の作動時にブッシュ９０と可動コア５０との間に生じるリンキング力をさらに小さくすることができる。したがって、ニードル４０閉弁時の応答性をさらに向上することができる。
また、本実施形態では、可動コア５０とニードル４０とによりダンパ機構を構成することにより、ニードル４０のシート部４１が弁座３１２に着座したとき、および、可動コア５０がブッシュ９０に衝突したときのニードル４０の過度のバウンスを抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態では、固定コア６０は、ニードル４０がハウジング２０内で往復移動可能なよう、ブッシュ９０を経由してニードル４０の大径部４３側の端部を支持する。そのため、ニードル４０がハウジング２０内で往復移動するとき、ニードル４０と固定コア６０とは摺接しない。よって、ニードル４０の往復移動に伴って固定コア６０が摩耗することはない。したがって、燃料噴射弁１０の長期使用による固定コア６０の磁気特性の変化（経年変化）を抑制することができる。よって、燃料圧力および噴射量など燃料噴射弁１０の性能が使用初期と比べ変化または低下するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、ブッシュ９０は、固定コア６０とは別体のため、固定コア６０と異なる材料で形成することが可能である。本実施形態では、ブッシュ９０は、固定コア６０よりも硬度が高い材料で形成されている。よって、ニードル４０の大径部４３との摺接に伴うブッシュ９０の摩耗を抑制することができる。
また、本実施形態では、ブッシュ９０は、ニードル４０と硬度が同等の材料で形成されている。よって、ブッシュ９０とニードル４０の大径部４３との摺接に伴うブッシュ９０およびニードル４０両方の摩耗を抑制することができる。

また、本実施形態では、ブッシュ９０は、可動コア５０側の端面９３が、固定コア６０の可動コア５０側の端面５３よりも可動コア５０側に位置するよう設けられている。そのため、可動コア５０がコイル７０により開弁方向に吸引されたとき、可動コア５０のブッシュ９０側の端面５３は、ブッシュ９０に衝突するものの、固定コア６０に衝突することはない。よって、可動コア５０との衝突に伴う固定コア６０の摩耗および損傷等を防止することができる。これにより、固定コア６０の磁気特性の経年変化を抑制することができる。また、この構成では、固定コア６０の可動コア５０側の端面６２に、耐摩耗性および耐衝撃性を向上させるためのめっき等の特殊処理を施す必要がないため、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態では、ブッシュ９０は、マルテンサイト系ステンレスで形成され、フェライト系ステンレスで形成された固定コア６０よりも飽和磁束密度が低い。よって、コイル７０への通電時、磁束はブッシュ９０を流れにくくなるため、可動コア５０および固定コア６０の磁束密度の上昇を早めることができる。これにより、可動コア５０と固定コア６０との間に生じる磁気吸引力の立ち上がりを早くすることができる。その結果、ニードル４０開弁時の応答性を向上することができる。

また、本実施形態では、ブッシュ９０は、可動コア５０側の端面９３に、可動コア５０とは反対側へ凹むよう形成される第１溝９４を有している。これにより、ブッシュ９０と可動コア５０との当接面積を小さくすることができる。よって、ブッシュ９０と可動コア５０との間に生じるリンキング力を小さくすることができる。したがって、ニードル４０閉弁時の応答性を向上することができる。

また、本実施形態では、可動コア５０は、ブッシュ９０側の端面５３に、ブッシュ９０とは反対側へ凹むよう形成される第２溝５５を有している。これにより、可動コア５０がコイル７０により開弁方向に吸引されてブッシュ９０に衝突するとき、可動コア５０とブッシュ９０および固定コア６０との端面間の流体（燃料）を第２溝５５に逃がすことで、過度なスクイズ力の発生を抑制することができる。そのため、ブッシュ９０に衝突するときの可動コア５０の速度を所定値以上にすることができる。その結果、燃料圧力および噴射量等に関し燃料噴射弁１０の個体毎の性能ばらつきを小さくすることができる。また、過度なスクイズ力の発生を抑制することにより、可動コア５０の経年変化に対するロバスト性を向上することができる。

また、可動コア５０が第２溝５５を有することで、可動コア５０とブッシュ９０または固定コア６０との当接面積を小さくすることができる。よって、ブッシュ９０または固定コア６０と可動コア５０との間に生じるリンキング力を小さくすることができる。したがって、ニードル４０閉弁時の応答性を向上することができる。

また、本実施形態では、可動コア５０は、外径がハウジング２０の内径より小さく形成されている。そのため、本実施形態では、可動コア５０の外壁がハウジング２０の内壁と摺接しない構成とすることができる。この構成では、可動コア５０の外壁５２の摩耗を防止できる。これにより、可動コア５０の磁気特性の経年変化を抑制することができる。また、この構成では、燃料噴射弁１０における部材同士の摺接箇所を低減できるため、摩耗粉の発生を抑制することができる。

また、本実施形態は、可動コア５０をニードル４０とともに開弁方向に付勢するスプリング８２をさらに備えている。そして、可動コア５０は、ニードル４０とは別体、かつ、ニードル４０に対し相対移動可能に設けられている。本実施形態では、可動コア５０とニードル４０との当接面（可動コア５０の端面５３とニードル４０の大径部４３のシール部４１側の端面との当接面）に発生するダンパ効果により、ニードル４０のシート部４１が弁座３１２に着座したとき、および、可動コア５０がブッシュ９０に衝突したときのニードル４０の過度のバウンスを抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料噴射弁を図４に基づき説明する。第２実施形態では、ブッシュ９０の形状が第１実施形態と異なる。

図４（Ａ）および（Ｂ）に第２実施形態による燃料噴射弁のブッシュ９０を示す。第２実施形態では、ブッシュ９０の内側突出部９２に、流通溝９５が形成されている。流通溝９５は、内側突出部９２の可動コア５０とは反対側の端面と可動コア５０側の端面とを接続するよう、内側突出部９２の周方向に等間隔で４つ形成されている。

以上説明したように、本実施形態では、ブッシュ９０に流通溝９５が形成されているため、燃料噴射弁の作動時、固定コア６０の内側の燃料は、流通溝９５を経由して流通し、可動コア５０の端面５３、内壁５１および外壁５２の周囲に行き渡る。これにより、可動コア５０と各部材とを潤滑するとともに、可動コア５０とブッシュ９０および固定コア６０との間に適度なスクイズ力を生じさせることで可動コア５０とブッシュ９０との衝撃力を許容範囲内に抑えることができる。したがって、燃料噴射弁の長期使用による可動コア５０および各部材の摩耗および損傷等を抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による燃料噴射弁を図５に基づき説明する。第５実施形態では、可動コア５０の第２溝５５の形状が第１実施形態と異なる。

図５（Ａ）〜（Ｃ）に第３実施形態による燃料噴射弁の可動コア５０を示す。第３実施形態では、第２溝５５は、可動コア５０の軸に平行な仮想平面による断面の形状が逆三角形状（Ｖ字状）となるよう形成されている。よって、第２溝５５を形成する壁面同士のなす角、および、第２溝５５を形成する壁面と端面５３とのなす角は、鈍角となる（図５（Ｂ）および（Ｃ）参照）。

以上説明したように、本実施形態では、可動コア５０の第２溝５５を形成する壁面同士のなす角、および、第２溝５５を形成する壁面と端面５３とのなす角が鈍角となるよう形成されるため、第２溝５５の形成に伴うバリの発生を抑制することができる。よって、第２溝５５を流れる流体（燃料）の抵抗（流体抵抗）のばらつきを抑制することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による燃料噴射弁を図６に基づき説明する。第４実施形態では、ブッシュ９０の形状が第１実施形態と異なる。

図６に示すように、第４実施形態では、ブッシュ９０は、筒部９１の可動コア５０とは反対側の端部の外壁から径外方向へ突出するよう形成される円筒状の外側突出部９６を有している。よって、外側突出部９６の外径は、筒部９１の外径よりも大きい。外側突出部９６の可動コア５０側の端面は、テーパ状に形成されている。ブッシュ９０には、当該テーパ状の端面と筒部９１の内壁とを接続するよう流通孔９７が形成されている。流通孔９７は、筒部９１の軸に対し傾斜するよう、筒部９１の周方向に等間隔で４つ形成されている。

ブッシュ９０は、筒部９１および外側突出部９６の可動コア５０とは反対側の端部が段差面６１に当接するよう、固定コア６０の内側に設けられている。ここで、外側突出部９６の外壁は、固定コア６０の内壁に密に接している。これにより、ブッシュ９０は、固定コア６０の内側に固定されている。この状態で、筒部９１の外壁と固定コア６０の内壁との間には、略円筒状の空間Ｓが形成されている。当該空間Ｓは、各流通孔９７と接続している。

なお、本実施形態では、第１実施形態と同様、ブッシュ９０は、可動コア５０とは反対側の端部が段差面６１に当接した状態において、可動コア５０側の端面９３（筒部９１および内側突出部９２の可動コア５０側の端面）が固定コア６０の可動コア５０側の端面６２よりも可動コア５０側に位置するよう設けられている。

以上説明したように、本実施形態では、ブッシュ９０に流通孔９７が形成され、筒部９１と固定コア６０との間に空間Ｓが形成されているため、燃料噴射弁の作動時、固定コア６０の内側の燃料は、流通孔９７および空間Ｓを経由して流通し、可動コア５０の端面５３、内壁５１および外壁５２の周囲に行き渡る。これにより、可動コア５０と各部材とを潤滑するとともに、可動コア５０とブッシュ９０および固定コア６０との間に適度なスクイズ力を生じさせることで可動コア５０とブッシュ９０との衝撃力を許容範囲内に抑えることができる。したがって、燃料噴射弁の長期使用による可動コア５０および各部材の摩耗および損傷等を抑制することができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、ブッシュおよびニードルをマルテンサイト系ステンレスで形成する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、ブッシュおよびニードルを二相系、析出硬化系またはフェライト系のステンレス、あるいは、鉄等の磁性材料で形成してもよい。また、ブッシュおよびニードルをオーステナイト系ステンレス、アルミニウム、チタン、銅、セラミック等の非磁性材料で形成してもよい。ただし、フェライト系ステンレスおよび鉄は比較的硬度が低いこと、ならびに、鉄は燃料に対する耐腐食（錆）性が低いことから、ブッシュおよびニードルは、比較的硬度が高く、かつ、耐腐食（錆）性が高いマルテンサイト系、二相系、析出硬化系またはオーステナイト系のステンレス、チタン、セラミック等で形成することが望ましい。なお、ブッシュとニードルとは、異なる材料で形成されていてもよい。

また、上述の実施形態では、固定コアおよび可動コアをフェライト系ステンレスで形成する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、固定コアおよび可動コアをマルテンサイト系、二相系または析出硬化系のステンレス、あるいは、鉄等の磁性材料で形成してもよい。ただし、鉄は飽和磁束密度は高いものの耐腐食（錆）性は低いことから、固定コアおよび可動コアは、飽和磁束密度が高く、かつ、耐腐食（錆）性が高いフェライト系ステンレスで形成することが望ましい。なお、固定コアと可動コアとは、異なる材料で形成されていてもよい。

このように、本発明では、ブッシュ、ニードル、固定コアおよび可動コアを、硬度、飽和磁束密度および耐腐食（錆）性等の高低にかかわらず、例えば上に示したような如何なる材料で形成してもよい。上述の第１〜４実施形態では、ブッシュを、固定コア（フェライト系ステンレス）よりも飽和磁束密度の低い材料（マルテンサイト系ステンレス）で形成する例を示した。これに対し、例えばブッシュを、マルテンサイト系ステンレスよりもさらに飽和磁束密度が低いオーステナイト系ステンレス等の非磁性材料で形成すれば、コイルへの通電時、磁束はブッシュをより流れにくくなるため、可動コア５０および固定コア６０の磁束密度の上昇をより早めることができる。これにより、可動コア５０と固定コア６０との間に生じる磁気吸引力の立ち上がりをより早くすることができる。その結果、ニードル４０開弁時の応答性をさらに向上することができる。

また、上述の実施形態では、ブッシュが、可動コア側の端面が固定コアの可動コア側の端面よりも可動コア側に位置するよう設けられる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、ブッシュは、可動コア側の端面が、固定コアの可動コア側の端面よりも可動コアとは反対側に位置するよう設けられることとしてもよい。また、ブッシュは、可動コア側の端面が、固定コアの可動コア側の端面と同じ位置となるよう設けられることとしてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、ブッシュに形成される第１溝、および、可動コアに形成される第２溝は、どのような形状でもよく、また、いくつであってもよい。また、ブッシュは第１溝を有していなくてもよい。また、可動コアは第２溝を有していなくてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、ブッシュに形成される流通溝または流通孔は、４つに限らず、いくつであってもよい。

また、上述の実施形態では、ブッシュが内側突出部を有し、当該内側突出部の内壁でニードルの大径部を摺接可能かつ往復移動可能に支持する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、ブッシュは内側突出部を有さず、筒部の内壁でニードルの大径部を摺接可能かつ往復移動可能に支持することとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、可動コアは、外径がハウジングの内径と略同じに形成され、ハウジングの内壁と摺接可能に設けられていてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、可動コアとニードルとは、一体に固定（相対移動不能）されていてもよいし、同一の材料で一体に形成されていてもよい。また、第２付勢部材を備えない構成であってもよい。
また、本発明の他の実施形態では、第１筒部材と噴射ノズルとは、同一の材料で一体に形成されていてもよい。
本発明の燃料噴射弁は、直噴式のガソリンエンジンに限らず、例えばポート噴射式のガソリンエンジンやディーゼルエンジン等に適用してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０ ・・・・燃料噴射弁
１８ ・・・・燃料通路
２０ ・・・・ハウジング
２１ ・・・・第１筒部材（ハウジング）
２２ ・・・・第２筒部材（ハウジング）
２３ ・・・・第３筒部材（ハウジング）
３０ ・・・・噴射ノズル（ハウジング）
３１１ ・・・噴孔
３１２ ・・・弁座
４０ ・・・・ニードル
４１ ・・・・シール部
４３ ・・・・大径部
５０ ・・・・可動コア
６０ ・・・・固定コア
７０ ・・・・コイル
８１ ・・・・スプリング（第１付勢部材）
９０ ・・・・ブッシュ

Claims (14)

1. 軸方向の一端に形成され燃料が噴射される噴孔、当該噴孔の周囲に形成される弁座、および、前記噴孔への燃料が流通する燃料通路を有する筒状のハウジングと、
   前記ハウジング内に往復移動可能に設けられ、前記弁座側の端部に形成されるシール部、および、径外方向へ延びるよう形成される大径部を有し、前記シール部が前記弁座から離座または前記弁座に着座することで前記噴孔を開閉する棒状のニードルと、
   外径が前記大径部の外径より大きく、前記ニードルとは別体に形成され、前記大径部の前記シール部側に設けられる可動コアと、
   前記可動コアの開弁方向側に設けられる筒状の固定コアと、
   通電により前記可動コアと前記固定コアとの間に磁気吸引力を発生させることで、前記可動コアを前記ニードルとともに開弁方向に吸引するコイルと、
   前記ニードルを閉弁方向に付勢する第１付勢部材と、
   前記固定コアと別体に形成され、前記固定コアの内側に設けられ、筒部及び当該筒部の内壁から径内方向へ突出するよう形成される内側突出部を有し、当該内側突出部の内壁が、前記ニードルの一部である前記大径部の外壁と摺接することで前記ニードルを往復移動可能に支持する筒状のブッシュと、
   を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記ブッシュは、前記可動コアの開弁方向への移動を規制可能であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記ブッシュの前記可動コア側の端面の外径は、前記ブッシュの前記可動コアとは反対側の端面の外径と同じであり、
   前記ブッシュの前記可動コア側の端面の内径は、前記ブッシュの前記可動コアとは反対側の端面の内径より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記シール部が前記弁座から離座してから前記可動コアが前記固定コアまたは前記ブッシュに当接するまでの間、前記内側突出部と前記大径部との軸方向の摺接長は一定であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
5. 前記シール部が前記弁座に着座しているとき、前記内側突出部の前記噴孔とは反対側の端面と、前記大径部の前記噴孔とは反対側の端面とは、前記ニードルの軸方向において略同じ位置にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
6. 前記内側突出部の軸方向の長さは、前記大径部の軸方向の長さより短いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
7. 前記ブッシュは、前記固定コアよりも硬度が高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
8. 前記ブッシュは、前記ニードルと硬度が同等の材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
9. 前記ブッシュは、前記可動コア側の端面が、前記固定コアの前記可動コア側の端面よりも前記可動コア側に位置するよう設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
10. 前記ブッシュは、前記固定コアよりも飽和磁束密度が低い材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
11. 前記ブッシュは、前記可動コア側の端面に、前記可動コアとは反対側へ凹むよう形成される第１溝を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
12. 前記可動コアは、前記ブッシュ側の端面に、前記ブッシュとは反対側へ凹むよう形成される第２溝を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
13. 前記可動コアは、外径が前記ハウジングの内径より小さく形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
14. 前記可動コアを前記ニードルとともに開弁方向に付勢する第２付勢部材をさらに備え、
    前記可動コアは、前記ニードルとは別体、かつ、前記ニードルに対し相対移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

Images