JP4464372B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関で使用される燃料噴射弁に係り、特に、噴射弁のアクチュエータとして磁歪素子を用いる燃料噴射弁に関する。

内燃機関で使用される燃料噴射弁に関しては、近年、そのアクチュエータとして磁歪素子を用いたものが提案されている。例えば、特許文献１（特開２００１−２３４８３０号公報）における燃料噴射装置では、アクチュエータとしてパイロット弁を用い、弁体を駆動する圧力油の制御に磁歪素子を用いている。この従来技術では、磁歪素子が複数の磁歪棒（第１磁歪棒、第２磁歪棒）により構成され、磁歪棒は並列に配置（タンデム型配置）され且つ両者は連結部材を介して連結した構造を提案している。この特許文献１に記載の燃料噴射ノズルは、低圧から高圧までの広範囲の噴射圧力下で、噴射率パターンを可変に制御する。磁歪素子は、パイロット弁の軸線と平行に配置され、パイロット弁のリフト量が第１磁歪棒と第２磁歪棒の軸方向変位量の和で決定することにより、リフト量が拡大できるように構成されている。

特許文献２（特開２０００−２６２０７６号公報）においても、燃料噴射弁の駆動装置として、超磁歪アクチュエータを用いている。このアクチュエータでも、少なくとも２本の超磁歪材を組合せて使用している。この燃料噴射弁は、同軸に配置された第１磁歪材、第２磁歪材が連結部材を介して結合されている。両磁歪材は、磁界が発生すると、両磁歪材の伸縮量の和に相当する変位が発生するように連結され、この変位により、弁体のリフト量を決定している。

特開２００１−２３４８３０号公報 特開２０００−２６２０７６号公報

磁歪素子を用いて高応答で作動させる燃料噴射弁においては、広範囲での流量（最大流量、最小流量）を精密に制御することが要求される。このためには、燃料噴射弁の噴射ノズル弁体のリフト量を決定することと、リフト量の拡大を図ることと、リフト量のばらつきの低減を図ることが非常に重要となる。

磁歪素子をアクチュエータに用いる燃料噴射弁にあっては、個々の磁歪素子自体の磁歪量のばらつき、弁体と磁歪素子間における位置調整のばらつき、温度変化が有った場合に生じる熱膨張によるばらつきなどがある。これらのバラツキによって弁体のリフト量がばらついて、燃料噴射弁の流量に生じるばらつきが非常に大きいものとなっていた。

近年、低燃費および高出力を狙ったエンジンとして、筒内直接噴射式ガソリンエンジン（以下、「筒内噴射エンジン」と称する）が実用化されている。この筒内噴射エンジンの例としては、図９（Ａ）に示すように、燃料噴射弁をエンジンの燃焼室の側面に配置したものや、図９（Ｂ）に示すように、エンジンの燃焼室の直上に配置したものなどがある。この図９に示される筒内噴射エンジンにおいては、燃焼方式、燃焼室形状、燃焼室の寸法などによって、それぞれに適した形状に形成された燃料の噴霧と最適な流量が必要とされている。

一方で、筒内噴射エンジンにおいては、燃料を噴射してから点火までの時間が短く、筒内に噴射された燃料が蒸発するまでの時間は短い。このため、同じ量の燃料に対して、より大きい表面積を得て蒸発を促進するため、燃料の微粒化が必要とされている。このように、噴霧形状と燃料の微粒化および最適な流量は、エンジンの排気中の未燃燃料成分（以下ＨＣと称する）や窒素酸化物（以下ＮＯｘと称する）の量、及び燃費に影響を与える。

本発明は、噴射ノズルの燃料噴射口の開閉による供給流量の最適流量をより精密に制御することのできる磁歪素子タイプの燃料噴射弁を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料噴射弁は、基本的には、次のように構成される。

本発明に係る燃料噴射弁は、
燃料噴射孔となるオリフィスと、
このオリフィスの上流に設けられた弁座と、
この弁座と協働して燃料を通流，遮断する第１の弁棒と、前記第１の弁棒を前記弁座から離れる開弁方向に付勢するばねと、
このばねにより動作する前記第１の弁棒の開弁となるフルストロークを規制するストッパと、
磁界を発生させるソレノイドと、
前記ソレノイドに電流を流すことにより伸び、その電流を断つことによって縮む磁歪素子であって、伸びるときの軸方向伸長量と縮むときの軸方向縮小量とがヒステリシスを有する磁歪素子と、
前記第１の弁棒と別体でこの第１の弁棒と同一軸線上に配置され、前記ソレノイドが非通電状態のとき、前記ばねの力に抗して前記第１の弁棒を前記弁座に押し付け、前記ソレノイドが通電状態のとき、前記磁歪素子の伸長で前記第１の弁棒の押し付けを解除するよう押し上げられる第２の弁棒とを備え、
前記第２の弁棒が前記磁歪素子の伸長で押し上げられると、前記第１の弁棒が前記ばねの力によって前記弁座から離れる開弁方向に移動する構成とし、
前記第１の弁棒が開弁状態のときの前記磁歪素子の軸方向伸長量は、前記第１の弁棒の前記ストッパにより規制される前記フルストロークよりも大きく設定され且つ前記磁歪素子の伸長量が前記第２の弁棒のストローク量を決定して、前記第１の弁棒が開弁となるためにフルストロークした後も、前記第２の弁棒が前記第１の弁棒から離れて開弁方向にストロークする構成にしたことを特徴とする。

本発明によれば、噴射ノズルの燃料噴射口の開閉制御によって決定される最適燃料供給流量を精密に制御することができる。

以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。

図１は、本発明に係る燃料噴射弁１００の第１の実施例を示す断面図である。
なお、図１において、ノズル１側を下側、その反対側を上側とする。

図１において、筒状に形成されるノズル１には、燃料噴射口(オリフィス)を開閉するための動作を行う棒状の第１の弁棒２（第１の弁体）が軸方向に摺動自在に嵌合されている。また、このノズル１の下端部には、オリフィスプレート３が設けられる。オリフィスプレート３の噴射孔上流のテーパ穴には、第１の弁棒２の先端が位置している。ノズル１の上部には、スプリング４が設けられており、このスプリング４は、第１の弁棒２を常時上方向（開弁方向）に押圧している。ノズル１の上部は、ハウジング５に収納されており、このハウジング５に保持されている。第１の弁棒２の上方には、第１の弁棒２が所定量引き上げられると、弁棒に設けたフランジ部が当接し、弁棒２のリフト量すなわち開弁時のフルストロークを規制するストッパ６が設けられている。ストッパ６は、ハウジング５の上端部に取り付けられるベース７によって固定されている。そして、このストッパ６は、ドーナツ状に形成されている。

さらにノズル周りについて詳述すると、燃料噴射弁１００のボディは、ノズル１、ハウジング５、第１のヨーク１１、第２のヨーク１２、上部コア１９等からなる組立体により構成される。ノズル１は、細長の筒状に形成されるバルブガイド１ａとそれよりも大径の上部筒部１ｂよりなる。筒部１ｂは、ハウジング５の下端内周に嵌合して例えば溶接などで固着されている。

このようにして連結されたノズル１とハウジング５の内部に、燃料噴射口３２ａを開閉するための第１の弁棒２、スプリング４、ストッパ６、及びばね受け４０が装着されている。ノズル１の下端部に設けたオリフィスプレート３は、その中央に燃料噴射孔となるオリフィス３２が設けられる。オリフィス３２の上流側に弁シートを有するテーパ穴３１が設けられる。

第１の弁棒２は、ばね受け４０を通してオリフィスプレート３とストッパ６との間に設けられる。第１の弁棒２の上端部には、フランジ２０が設けられ、このフランジ２０とばね受け４０との間にスプリング４が設けられる（図３）。

第１の弁棒２の先端(下端)は、弁棒２の軸方向の往復動作により、オリフィスプレート３のテーパ穴３１に設けたシートと接触したり、シートから離れることができ、それによりノズルの開閉動作が行われる。スプリング４は、ノズル１の上部からハウジング５の内部にかけて位置する。スプリング４は、第１の弁棒２に、常時図１の上方向（開弁方向：オリフィスプレート３のシートから離れる方向）に押圧するばね力を与えている。ノズル１は、その上部筒部１ｂがハウジング５に嵌合し、それによりハウジング５により保持される。第１の弁棒２のリフト量を規制するストッパ６は、ハウジング５の上端部に取り付けたべース７によって固定されている。ベース７は、例えば溶接などでハウジング５の上端に固着される。ベース７及びストッパ６は、ドーナツ状に形成されており、それらの中央の穴部を通して後述の第２の弁棒８が先端（下端）が第１の弁棒２の頭部に接触している。ベース7の穴部は、第２の弁棒８の軸方向の移動を案内するガイド穴として機能する。

ハウジング５の上部側は、筒状の第１のヨーク１１の下端部と結合する。ヨーク１１の上端部は、第２のヨーク１２の下端部と結合する。ヨーク１１には、その中心に第２の弁棒８が設けられる。第２の弁棒８の先端は、第１の弁棒２の上端に接触している。第１の弁棒２と第２の弁棒８とは、同一軸心ライン上に配置される。第２の弁棒８の外周りには、弁体８の軸方向の移動を案内するガイドパイプ２５が配置される。ガイドバイプ２５は、ベース７により保持される。ガイドパイプ２５は、非磁性部材により構成され、その外側に筒状の磁歪素子９が配置される。磁歪素子９の外側には、磁歪素子９を保護するための筒状の非磁性保護ケース２６が配置される。さらに、磁歪素子９の外側に磁歪素子９に磁界を与えるための電磁コイル１０が配設されている。コイル１０の外側にヨーク１１が配置される。

すなわち、第２の弁棒８、ガイドパイプ２５、磁歪素子９、保護パイプ２６、コイル１０及びヨーク１１が同心状に配置されている。

磁歪素子（超磁歪素子）は、外部磁界の作用で伸縮し、磁界に比例して伸長する正の磁歪特性を有する。例えば希土類であるテルビウム（Tb）およびディスプロシウム（Dy）を含む鉄合金により構成される。この磁歪材料は、外部磁界の変化に対して極めて高い応答速度で伸縮する。

磁歪素子９の上端には、磁歪素子９の上端を被うカバー１３が設けられ、このカバー１３の上に磁歪素子を押さえるための素子押え１４が配置される。この素子押え１４の上にギャップ調整用のギャップリング１５が配置される。すなわち、磁歪素子９の上端に素子カバー１３、素子押え１４、ギャップリング１５が重なって設けられる。ギャップリング１５の上方に、第２の弁棒８のフランジ部２７ａが配置される。また、素子押え１４の上方には、磁歪素子９に予圧を与えるためのスプリング１６が設けられる。磁歪素子は、軸線方向に予圧を与えておくことで、大きな磁歪定数を示す特性を有する。第２の弁棒８のフランジ部２７ａの上方にはスプリング１７が設けられる。

フランジ部２７ａの上端部は、スプリング１７のばね力を受け、このスプリング１７により、第２の弁棒８は、常時閉弁方向（下方向）に押圧されている。スプリング１６とスプリング１７は、ヨーク１２の上端部に取り付けたコア１９に収納されている。スプリング１６の一端は、コア１９の内部に形成した段差部（ばね受け部）により保持され、他端が素子押え１４のフランジ部１４ａ上面により保持される。スプリング１７は、一端がコア１９に設けたアジャスタピン１８によって保持され、他端が第２の弁棒８の上端フランジ１４aにより保持される。

さらに、詳述すると、第２の弁棒８の上部フランジ２７ａは、弁棒８の上端に固着された筒体２７と一体成形されている。筒体２７は、内部に燃料通路を有し、その通路側壁に燃料を筒体２７の外周に導く燃料案内孔２８が複数配設される。筒体２７は、フランジ２７ａを除く大部分が素子押え１４の内周に挿入される。

磁歪素子９に磁界が加えられていない状態では、第２の弁棒８がスプリング１７のばね力を受けて第１の弁棒２をシートに押し付けている(初期状態)。この初期状態は、閉弁状態にある。また、第１の弁棒２の上端フランジ２０とストッパ６との間には、第1の弁棒２の移動範囲(リフト範囲：ストローク)を保つためのギャップ(例えば２０〜４０μｍ程度)が確保されている。また、第２の弁棒８の上部フランジ27ａとギャップリング１５との間には、磁歪素子９の軸方向の熱膨張を吸収するためのギャップ(例えば５μｍ程度)が設けられている。この熱膨張吸収ギャップは、弁のリフト用ギャップに比べて小さい。

また、第２の弁棒８の全長は、磁歪素子９の全長より長くしてある。これは、磁歪素子９と第2の弁棒８との材質が異なり、両者の線膨張係数との差が異なることを配慮したものである。すなわち、一般に、磁歪素子９の線膨張係数が、第2の弁棒８のそれよりも大きい。このような状況でも、上記した熱膨張吸収ギャップを略一定に保つためには、第２の弁棒８の長さを磁歪素子９のそれよりも適宜長くして、両者の熱膨張による伸びを略一致させる必要がある。両者の部材の長さの比率は、それぞれの熱膨張率、長さに加えて、第1の弁棒２、筒体２７、素子押え１４などの関連部材の熱膨張率、長さも加味して決定される。例えば、磁歪素子９が既述したTb及びDyを含む鉄合金、弁棒２及び弁棒８がステンレス（SUS420J）である。ステンレス（SUS420J）は、耐磨耗性、防錆性を有し線膨張係数が超磁歪素子に比較的近い。第２の弁棒８は、磁歪素子の１．２倍程度の長さとなる。

なお、燃料噴射弁のその他の材料の一例をあげれば、ノズル１がステンレス（SUS420J2）、ハウジング５、第１のヨーク１１及び素子押え１４が磁性ステンレス（K-M35FL）、ガイドパイプ２５及び非磁性保護ケース２６がステンレス（SUS304）である。

このように構成される燃料噴射弁１００においては、ハウジング５、ベース７、磁歪素子９、素子カバー１３、素子押え１４、ヨーク１１，１２によってコイル１０の周りを一巡する磁気回路が構成されている。

噴射パルスがオフすなわちコイル１０に電流が流れないときは、第１の弁棒２は、スプリング４のばね力によって上方向(リフト方向)に押されるが、第２の弁棒８には、スプリング１７の付勢力によって押し下げられる力が作用する。スプリング１７のばね力は、スプリング４のばね力よりも大きいために、第１の弁棒２のフランジ部の上面が第２の弁棒８の先端により押され、第１の弁棒2はシートに押し付けられるので、噴射弁は閉弁状態にある。第１の弁棒２が閉弁しているときには、第１の弁棒２のリフト量分だけ、第１の弁棒２とストッパ６の間に予め隙間が設けられている。

このように構成される燃料噴射弁１００において、いま、噴射パルスがオンの状態になると、コイル１０に電流が流れ、磁界が形成される。この磁界の作用を受けて、磁歪素子９は、上方に変形(伸長)する。この磁歪素子９の変形量は、上記熱膨張吸収ギャップより大きい。磁歪素子９が上方に変形すると、素子カバー１３、素子押え１４、ギャップリング１５がスプリング１６、スプリング１７の付勢力に抗して上方に押し上げられ、最終的にギャップリング１５が第２の弁棒８を上方へリフトする。それに伴い、第1の弁棒２がスプリング４の力でストッパ６に接触するまで引き上げられ、弁が開く。第１の弁棒２のリフト量は、ストッパ６によって規制されており、第１の弁棒２のリフト量は、磁歪素子９の変形量よりも小さく設定されている。

噴射パルスがオフの状態になると、コイル１０に電流が流れなくなり、磁歪素子９の変形が元の状態に戻るため、スプリング１７の力によって第２の弁棒８と第１の弁棒２は、閉弁状態に戻り、燃料の噴射が終わる。

図４には、磁歪素子９のヒステリシス特性と、ストッパ６の規制方法が示されている。
磁歪素子９の磁歪量が変化すると、第２の弁棒８が上方または下方へリフトする。

図４において、磁歪素子９の磁歪量は磁界の強さに比例しており、ヒステリシスの増磁路(往路)側について見ると、０点から磁界の強さをＣ（ｋ０ｅ）まで上げると、磁歪量は、０（ｐｐｍ）からＦ（ｐｐｍ）まで大きくなる。そして、ヒステリシスの増磁路側で、磁界の強さをＣ（ｋ０ｅ）からＡ（ｋ０ｅ）まで上げると、磁歪量は、Ｆ（ｐｐｍ）からＥ（ｐｐｍ）まで大きくなる。さらに、磁界の強さをＡ（ｋ０ｅ）からＢ（ｋ０ｅ）まで上げると、磁歪量は、Ｅ（ｐｐｍ）から最大磁歪量のＤ（ｐｐｍ）まで大きくなる。

一方、ヒステリシスの減磁路(復路)側について見ると、磁界の強さを最大磁歪量Ｄ（ｐｐｍ）を示すＢ（ｋ０ｅ）の地点から、磁界の強さＢ（ｋ０ｅ）より小さい磁界の強さＣ（ｋ０ｅ）まで下げると、磁歪量は、Ｄ（ｐｐｍ）からＥ（ｐｐｍ）まで小さくなる。この磁歪量Ｅ（ｐｐｍ）は、ヒステリシスの増磁路側の磁界の強さＡ（ｋ０ｅ）に相当するものである。したがって、同じ磁歪量Ｅ（ｐｐｍ）でもヒステリシスの増磁路の場合と減磁路の場合では、与える磁界の強さが異なる（増磁路のときはＡ（ｋ０ｅ）、減磁路のときはＣ（ｋ０ｅ）となる）ことがわかる。

このことは、電流（Ａ）とリフト量（μｍ）の関係においても同様な関係が成り立つ。
すなわち、いま、ヒステリシスの増磁路側について見ると、供給する電流（Ａ）を０（Ａ）の値からＩ（Ａ）の値まで上げると、リフト量は、０（μｍ）の値からＭ（μｍ）の値まで大きくなる。そして、ヒステリシスの増磁路側で、供給する電流（Ａ）をＩ（Ａ）の値からＧ（Ａ）の値まで上げると、リフト量は、Ｍ（μｍ）の値からＫ（μｍ）の値まで大きくなる。さらに、供給する電流（Ａ）をＧ（Ａ）の値からＨ（Ａ）の値まで上げると、リフト量は、Ｋ（μｍ）の値から最大リフト量のＪ（μｍ）の値まで大きくなる。

一方、ヒステリシスの減磁路側について見ると、供給する電流（Ａ）の大きさを最大リフト量Ｊ（μｍ）を示すＨ（Ａ）の値から、電流を電流Ｈ（Ａ）より小さい電流Ｉ（Ａ）まで下げると、リフト量は、最大リフト量のＪ（μｍ）からＫ（μｍ）まで小さくなる。このリフト量Ｋ（μｍ）は、ヒステリシスの増磁路電流Ｇ（Ａ）に相当するものである。
したがって、同じリフト量Ｋ（μｍ）でもヒステリシスの増磁路の場合と減磁路の場合では、供給する電流（Ａ）の大きさが異なる（増磁路のときはＧ（Ａ）、減磁路のときはＩ（Ａ）となる）ことがわかる。

このように、リフト量を多くする必要がある場合、同じリフト量を得るのに供給する電流（Ａ）の値を小さく抑えるには、磁歪素子９のヒステリシスの復路側を使用するのが良いことがわかる。図１に図示の実施例の場合、ヒステリシス減磁路側において電流がＩ（Ａ）の値の時には、第１の弁棒２の上方の第２の弁棒８のリフト量は、Ｋ（μｍ）の値となる。
しかし、第１の弁棒２の場合は、リフト量を規制するストッパ６があるため、このストッパ６による規制ラインであるＬ（μｍ）のリフト量となる。

図５には、図４に図示の状態を、時間（ｍｓ）を横軸に、電圧（Ｖ）、電流（Ａ），磁歪量（ｐｐｍ）、第２の弁棒リフト量（μｍ）、第１の弁棒リフト量（μｍ）のそれぞれを縦軸にした特性図が示されている。図中の各記号は、図４に図示の記号の場所と対応しておりヒステリシスの往路、復路を考慮したものとなっている。

図５において、図４で説明したように同じリフト量Ｋ（μｍ）でもヒステリシスの増磁路と減磁路で与える電流が異なること、リフト量を多くする必要がある場合（Ｍ（μｍ）の値からＫ（μｍ）の値）にはヒステリシスの減磁路側を使用するのが良いことがわかる。また、ヒステリシスの減磁路側において、電流がＩ（Ａ）の値の時には、第１の弁棒２の上方に位置する第２の弁棒８のリフト量は、Ｋ（μｍ）の値となる。これに対し、第１の弁棒２の場合には、リフト量を規制するストッパ６が設けられているため、リフト量は、このストッパ６によって決定される規制ラインであるＬ（μｍ）の値となる。これによって、磁歪素子９自体における磁歪量の固体のばらつき、第２の弁棒８と磁歪素子９間の位置の調整のばらつきなどを抑えることができることから燃料噴射弁１００の流量ばらつきを抑えることができ、その結果、噴射量を広範囲で精密に制御することが可能となる。

図６には、本発明に係る燃料噴射弁１００の磁歪素子のヒステリシス特性とストッパ規制方法にかかる第２の実施例が示されている。

図６において、磁歪素子９の磁歪量は、図２と同様に磁界の強さに比例しており、ヒステリシスの往路側について見ると、磁界の強さを０（ｋ０ｅ）からＣ（ｋ０ｅ）まで上げると、磁歪量は、０（ｐｐｍ）からＦ（ｐｐｍ）まで大きくなる。また、ヒステリシスの増磁路側で、磁界の強さをＣ（ｋ０ｅ）からＡ’（ｋ０ｅ）まで上げると、磁歪量は、Ｆ（ｐｐｍ）からＥ’（ｐｐｍ）まで大きくなる。さらに、磁界の強さをＡ’（ｋ０ｅ）からＡ（ｋ０ｅ）まで上げると、磁歪量は、Ｅ’（ｐｐｍ）からＥ（ｐｐｍ）まで大きくなる。そして、磁界の強さをＡ（ｋ０ｅ）からＢ（ｋ０ｅ）まで上げると、磁歪量は、Ｅ（ｐｐｍ）から最大磁歪量のＤ（ｐｐｍ）まで大きくなる。

一方、ヒステリシスの減磁側について見ると、磁界の強さを最大磁歪量Ｄ（ｐｐｍ）を示すＢ（ｋ０ｅ）の地点から、磁界の強さＢ（ｋ０ｅ）より小さい磁界の強さＣ（ｋ０ｅ）まで下げると、磁歪量は、Ｄ（ｐｐｍ）からＥ（ｐｐｍ）まで小さくなる。この磁歪量Ｅ（ｐｐｍ）は、ヒステリシスの増磁側の磁界の強さＡ（ｋ０ｅ）に相当するものである。したがって、同じ磁歪量Ｅ（ｐｐｍ）でもヒステリシスの増磁路の場合と減磁路の場合では、与える磁界の強さが異なる（増磁路のときはＡ（ｋ０ｅ）、減磁路のときはＣ（ｋ０ｅ）となる）ことがわかる。さらに、磁界の強さをＣ（ｋ０ｅ）の地点から、磁界の強さＣ（ｋ０ｅ）より小さい磁界の強さＣ’（ｋ０ｅ）まで下げると、磁歪量は、Ｅ（ｐｐｍ）からＥ“（ｐｐｍ）まで小さくなる。

このことは、電流（Ａ）とリフト量（μｍ）の関係においても同様な関係が成り立つ。
すなわち、いま、ヒステリシスの増磁路側について見ると、供給する電流（Ａ）の値を０（Ａ）の値からＩ（Ａ）の値まで上げると、リフト量は、０（μｍ）の値からＭ（μｍ）の値まで大きくなる。また、ヒステリシスの増磁側で、供給する電流（Ａ）をＩ（Ａ）の値からＧ’（Ａ）の値まで上げると、リフト量は、Ｍ（μｍ）の値からＬ’（μｍ）の値まで大きくなる。さらに、ヒステリシスの増磁側で、供給する電流（Ａ）をＧ’（Ａ）の値からＧ（Ａ）の値まで上げると、リフト量は、Ｌ’（μｍ）の値からＫ（μｍ）の値まで大きくなる。そして、供給する電流（Ａ）をＧ（Ａ）の値からＨ（Ａ）の値まで上げると、リフト量は、Ｋ（μｍ）の値から最大リフト量のＪ（μｍ）の値まで大きくなる。

一方、ヒステリシスの減磁側について見ると、供給する電流（Ａ）の大きさを最大リフト量Ｊ（μｍ）を示すＨ（Ａ）の値から、電流を電流Ｈ（Ａ）の値より小さい電流Ｉ（Ａ）の値まで下げると、リフト量は、最大リフト量のＪ（μｍ）からＫ（μｍ）まで小さくなる。このリフト量Ｋ（μｍ）は、ヒステリシスの増磁側の電流Ｇ（Ａ）の値に相当するものである。したがって、同じリフト量Ｋ（μｍ）でもヒステリシスの増磁路の場合と減磁路の場合では、供給する電流（Ａ）の大きさが異なる（増磁路のときはＧ(Ａ)、減磁路のときはＩ（Ａ）となる）ことがわかる。さらに、供給する電流（Ａ）の大きさをＩ（Ａ）の値からＩ’（Ａ）の値まで下げると、リフト量は、Ｋ（μｍ）の値からＬ（μｍ）の値まで小さくなる。

図１に図示の実施例の場合、ヒステリシス減磁側において電流がＩ（Ａ）の値の時には、第１の弁棒２の上方の第２の弁棒８のリフト量は、Ｋ（μｍ）の値となる。しかし、第１の弁棒２の場合は、リフト量を規制するストッパ６があるため、このストッパ６による規制ラインであるＬ（μｍ）のリフト量となる。

本実施例の場合においては、ヒステリシスの増磁路側および減磁路側のいずれにおいても、ストッパ６の規制ラインであるＬ（μｍ）のリフト量の手前でリフトを一旦ストップさせる（増磁路のときはリフト量Ｌ’（μｍ）の値で、減磁路のときはリフト量Ｋ（μｍ）の値となる）ことを行う。これにより、ヒステリシス増磁路側では第１の弁棒２がストッパ６に衝突する直前（リフト量Ｌ’（μｍ）の地点）で第１の弁棒２の速度を低下させることで、第１の弁棒２がストッパ６に衝突した後のバウンドを抑える効果がある。また、ヒステリシスの減磁側では第２の弁棒８が閉弁側で動作するときに第１の弁棒２に衝突する直前（リフト量Ｋ（μｍ）の地点）で第２の弁棒８の速度を低下させることで、第２の弁棒８が第１の弁棒２に衝突した後のバウンドを抑える効果がある。

図７には、図６に図示の状態を、時間（ｍｓ）を横軸に、電圧（Ｖ）、電流（Ａ），磁歪量（ｐｐｍ）、第２の弁棒リフト量（μｍ）、第１の弁棒リフト量（μｍ）のそれぞれを縦軸にした特性図が示されている。図中の各記号は、図６に図示の記号の場所と対応しておりヒステリシスの往路、復路を考慮したものとなっている。

図７において、図６で説明したようにヒステリシス往路側、復路側においてストッパ６の規制ライン（リフト量Ｋ（μｍ）の値）の手前の地点（ヒステリシス往路側の場合、リフト量Ｌ’（μｍ）の地点、ヒステリシス復路側の場合、リフト量Ｋ（μｍ）の地点）でリフトを一旦ストップさせている。

本実施例の場合においては、磁歪素子９自体の磁歪量の固体のばらつき、第２の弁棒８と磁歪素子９との間の位置の調整のばらつき、ヒステリシス往路（増磁路）側では第１の弁棒２がストッパ６に衝突する直前（リフト量Ｌ’（μｍ）の地点）で第１の弁棒２の速度を低下させることで、第１の弁棒２がストッパ６に衝突した後のバウンドを抑える効果がある。このように第１の弁棒２のバウンドを抑えることができることから燃料噴射弁１００の流量のばらつきも抑えることができ、その結果、噴射量を広範囲で精密に制御することが可能となる。

図８には、本発明に係る燃料噴射弁１００の第３の実施例を示す断面図が示されている。

図８において、本実施例が図１に図示の実施例と異なる点は、図１に図示の燃料噴射口を開閉するために移動する第１の弁棒２と第２の弁棒８を一つの弁棒３０により構成した点にある。この弁棒３０は、ヨーク１２，ヨーク１１，噴射ノズル１に貫通して設けられる。また、図１で使用されるスプリング４は、省略される。他は、図１に図示の実施例とほぼ同様の構成である。

コイル１０が通電されていないときは、ばね１７の力により、弁棒３０はオリフィスプレート３に当接し閉弁状態にある。コイル１０が通電されているときは、磁歪素子９が上方向に伸長し、弁棒３０はばね１７の力に抗して、ストッパに接触するまで弁座から離れるように持ち上げられる。この場合、ベースをストッパとして、弁棒が所定量持ち上げられると、弁棒３０に設けた段差部３３が、このベースに接触するように構成してもよい。このように構成することにより、図１に図示の実施例における第２の弁棒８が第１の弁棒２に衝突して生じるバウンドを抑える効果がある。

本発明に係る燃料噴射弁の第１実施例の構造を示す断面図。 図１に示す燃料噴射弁の部分拡大断面図。 図１に示す燃料噴射弁の部分拡大断面図。 図１に図示の燃料噴射弁に用いる磁歪素子の磁歪量のヒステリシス特性を示す図。 図１に図示の燃料噴射弁に用いる第２の弁棒のリフト量のヒステリシス特性を示す図。 図４に図示の燃料噴射弁のヒステリシス特性を示すチャート図。 本発明に係る燃料噴射弁の第２実施例における磁歪素子の磁歪量のヒステリシス特性を示す図。 本発明に係る燃料噴射弁の第２実施例における第２の弁棒のリフト量のヒステリシス特性を示す図。 図６Ａ，図６Ｂに示す燃料噴射弁のヒステリシス特性を示すチャート図。 本発明に係る燃料噴射弁の第３実施例の構造を示す断面図。 燃料噴射弁を筒内噴射式内燃機関に搭載した例を示す模式図。 燃料噴射弁を筒内噴射式内燃機関に搭載した例を示す模式図。

符号の説明

１…噴射ノズル、２…第１の弁棒、３…オリフィスプレート、４…スプリング、５…ハウジング、６…ストッパ、７…ベース、８…第２の弁棒、９…磁歪素子、１０…コイル、１１、１２…ヨーク、１４…素子押え、１６，１７…ばね、３０…弁棒、１００…燃料噴射弁。

Claims (3)

1. 燃料噴射孔となるオリフィスと、
   このオリフィスの上流に設けられた弁座と、
   この弁座と協働して燃料を通流，遮断する第１の弁棒と、
   前記第１の弁棒を前記弁座から離れる開弁方向に付勢するばねと、
   このばねにより動作する前記第１の弁棒の開弁となるフルストロークを規制するストッパと、
   磁界を発生させるソレノイドと、
   前記ソレノイドに電流を流すことにより伸び、その電流を断つことによって縮む磁歪素子であって、伸びるときの軸方向伸長量と縮むときの軸方向縮小量とがヒステリシスを有する磁歪素子と、
   前記第１の弁棒と別体でこの第１の弁棒と同一軸線上に配置され、前記ソレノイドが非通電状態のとき、前記ばねの力に抗して前記第１の弁棒を前記弁座に押し付け、前記ソレノイドが通電状態のとき、前記磁歪素子の伸長で前記第１の弁棒の押し付けを解除するよう押し上げられる第２の弁棒とを備え、
   前記第２の弁棒が前記磁歪素子の伸長で押し上げられると、前記第１の弁棒が前記ばねの力によって前記弁座から離れる開弁方向に移動する構成とし、
   前記第１の弁棒が開弁状態のときの前記磁歪素子の軸方向伸長量は、前記第１の弁棒の前記ストッパにより規制される前記フルストロークよりも大きく設定され且つ前記磁歪素子の伸長量が前記第２の弁棒のストローク量を決定して、前記第１の弁棒が開弁となるためにフルストロークした後も、前記第２の弁棒が前記第１の弁棒から離れて開弁方向にストロークする構成にしたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記第１の弁棒を前記ストッパ位置までリフトしてそのストッパ位置に保持する場合には、前記磁歪素子のヒステリシスの伸び側と縮み側とを利用し、
   前記第１の弁棒によって規制されるリフト量は、前記磁歪素子のヒステリシスの伸び側でも、縮み側でも同じリフト量になるように設定したことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１又は２に記載の燃料噴射弁において、
   前記第１の弁棒の開弁時の移動方向は、燃料の噴射方向と反対方向としたことを特徴とする燃料噴射弁。

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