JP2005140048A

JP2005140048A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2005140048A
Application number: JP2003378692A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Fukutomi; 範久福冨
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-07
Also published as: US6981663B2; DE102004025562A1; KR20050043595A; US20050098665A1; FR2862094B1; CN1614222A; DE102004025562B4; FR2862094A1; KR100584427B1; JP3927534B2

Abstract

【課題】スリーブ１７を介して固定鉄心１１とヨーク１６を溶接により一体化する際の熱によって発生するヨーク１６の磁気特性変化部分１６ａに起因する噴射量特性の製品ばらつきを抑制できる燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】燃料噴射信号に応じて軸方向に往復移動する可動鉄心２２は、スリーブ１７とヨーク１６とを溶接する際の熱によってヨーク１６に生じる磁気特性変化部分１６ａと対向する位置において、その外周に所定幅と深さを有した径方向の凹み部２２ａが形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、主として車両用エンジンに使用する燃料噴射弁に関する。

図６は、例えば、特許文献１（特開２００２−３８３１号公報）に示された従来の燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。
また、図７は、図６に示した燃料噴射弁の要部（磁気通路部分）の構成を説明するための部分拡大図である。なお、図７では、断面を示すハッチングは省略している。
エンジンのマイコンより燃料噴射弁の駆動回路（図示なし）に動作信号が送られると、コイル１３に電流が流れ、固定鉄心１１、可動鉄心２２、ヨーク１６、ハウジング１２で構成される磁気ループに磁力線１００で示す磁束が生じ、可動鉄心２２は圧縮ばね１４のばね力を越える電磁吸引力を受けて固定鉄心１１側へ吸引される。
可動鉄心２２が固定鉄心１１側へ吸引されることにより、可動鉄心と一体化された弁体２１も固定鉄心１１側へ移動し、エンジン内への燃料噴射が行われる。

図６あるいは図７において、１７はヨーク１６と固定鉄心１１を接続するための接続部材である非磁性の金属性スリーブである。
該スリーブ１７は、固定鉄心１１が嵌入される円筒部と、この円筒部のヨーク１６側の端部外周にリング状に突出して形成されたリング部とで構成されている。従って、図７からも明らかなように、スリーブ１７の断面形状はＬ字状をしている。
そして、スリーブ１７のリング部はヨーク１６と当接した状態でヨーク１６と溶接され、スリーブ１７の円筒部は嵌入された固定鉄心１１と溶接されている。
従って、スリーブ１７を介して、固定鉄心１１とヨーク１６の位置関係は固定される。
なお、１７ａはスリーブ１７のリング部とヨーク１６との溶接部分を示しており、１７ｂはスリーブ１７の円筒部と固定鉄心１１との溶接部分を示している。

このように、ヨーク１６と固定鉄心１１の間に非磁性金属製のスリーブ１７を配置して、固定鉄心１１とヨーク１６との間の磁気リークを極力少なくし、かつ、ヨーク１６とスリーブ１７間および固定鉄心１１とスリープ１７を溶接接合して燃料シールを行っている。
特に、筒内噴射用燃料噴射弁（即ち、車両用の燃料噴射弁）は、弁体の応答性を高速とする必要があるため、スリーブ１７に発生する渦電流を最小にすることが求められる。
このような燃料噴射弁では、スリーブ１７の厚さｔを極力薄くすることにより、渦電流の発生を最小化している。
特開２００２−３８３１号公報（図１）

従来の燃料噴射弁では、スリーブ１７の厚さを薄くすると、スリーブ１７とヨーク１６
との溶接部１７ａは、ヨーク１６の磁気通路（即ち、磁力線１００の通路）に近いため、溶接により高温化する部分が一部ヨークの磁気通路に広がり、この部分（即ち、図７の波線で示した半円の内部）は磁束密度の低下する磁気特性変化部分１６ａとなる。
燃料噴射弁において主にヨーク１６の材質とされる電磁ステンレスは、図８に示すように、約９００℃以上で磁束密度が急激に低下（例えば９００℃で磁束密度が１．１０Ｔであったものが９５０℃で磁束密度が１．０２Ｔに低下）する傾向があり、可動鉄心２２に発生する電磁吸引力も低下してしまう。

燃料噴射弁を大量生産する場合、溶接温度および溶接位置のばらつきによって磁気特性変化部分の磁気特性もばらつくので、可動鉄心に発生する電磁吸引力にもばらつきが発生する。
従って、生産される燃料噴射弁の噴射量特性は、製品毎にばらつきが非常に大きくなるという問題がある。
図９は、従来の燃料噴射弁の噴射量特性の製品ばらつき示す図であり、横軸は燃料噴射弁へ印加する噴射信号の駆動パルス幅（ｍsec）、縦軸は一回当たりの燃料噴射量（ｍｍ^３）である。
図９に示すように、従来の燃料噴射弁の噴射量特性の製品ばらつきの上限と下限では、１０％程度のばらつき幅がある。

この発明は、上述のように問題点を解決するためになされたもので、スリーブとヨークとの溶接時の熱によって発生する磁気特性変化部分に起因する噴射量特性の製品ばらつきを抑制することのできる車両用の燃料噴射弁を提供することを目的とする。

この発明に係る燃料噴射弁は、燃料噴射信号に応じて軸方向に往復移動する筒状の可動鉄心、一端が上記可動鉄心と一体化され、他端に弁座部を設けた弁体、上記弁座部が離接することにより開閉されるオリフィスを有したプレートで構成された弁装置と、上記可動鉄心と軸方向に対向して配置される筒状の固定鉄心、上記可動鉄心の外周部に配置される筒状のヨーク、溶接によって上記固定鉄心と上記ヨークを接合して一体化する非磁性金属のスリーブ、上記固定鉄心、可動鉄心、ヨークとともに磁気ループを形成するハウジング、上記固定鉄心の外周部に配置されて上記可動鉄心に軸方向の電磁的吸引力を付与するコイル、上記弁体を上記プレート方向に移動させるばね力を付勢する圧縮ばねで構成されたソレノイド装置とを備えた燃料噴射弁において、上記可動鉄心は、上記スリーブと上記ヨークとを溶接する際の熱によって上記ヨークに生じる磁気特性変化部分と対向する位置において、その外周に所定幅と深さを有した径方向の凹み部が形成されている。

本発明によれば、可動鉄心は、上記スリーブと上記ヨークとを溶接する際の熱によって上記ヨークに生じる磁気特性変化部分と対向する位置において、その外周に所定幅と深さを有した径方向の凹み部が形成されているので、可動鉄心を通る磁束は凹み部の下側（即ち、固定鉄心のない側）に迂回する。
従って、ヨークの磁気特性変化部分を通る磁束数を減少させ、磁気特性のばらつきによる影響を受け難くすることが可能となり、スリーブとヨークとの溶接時の熱によって発生する磁気特性変化部分に起因する噴射量特性の製品ばらつきを抑制することができる。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。
また、図２は、図１に示した実施の形態１による燃料噴射弁の要部（磁気通路部分）の構成を説明するための部分拡大図である。なお、図２では、断面を示すハッチングは省略している。
図１に示すように、本実施の形態による燃料噴射弁１は、ソレノイド装置１０と弁装置２０とで構成されている。
ソレノイド装置１０は、コイル１３、固定鉄心１１、ヨーク１６、ハウジング１２、固定鉄心１１とヨーク１６を接続するための接続部材である非磁性金属製のスリーブ１７、後述する可動鉄心と一体化された弁体にばね力を付勢するための圧縮ばね１４、圧縮ばね１４の位置を調整して固定するロッド１５などで構成されている。
また、弁装置２０は、弁体２１、弁体２１を固定して収容する弁本体２４、弁体２１の一端と一体化された可動鉄心２２、弁本体２４の端部に設けられた弁座部２４ａ、複数のオリフィスを有するプレート２３などで構成されている。

３０は燃料噴射弁１に高圧の（例えば、2ＭＰａ以上の）の燃料を供給するための燃料供給管であり、３１は燃料供給管３０の燃料流通穴である。
自動車用のエンジンは複数気筒であるため、各気筒に対応して複数の燃料噴射弁を紙面の前後方向（紙面と直交する方向）に配列し、燃料供給管３０の長手方向を紙面の前後方向（紙面と直交する方向）に配置される。また、３３はフィルタのメッシュ部、３４はフィルタ保持部材である。
燃料噴射弁1は、燃料供給管３０とエンジンのシリンダヘッド４０の間にそれぞれシール材５１および５２を介して軸方向下向きの押さえ荷重によりワッシャ５３上に取り付けられる。

エンジンのマイコンより燃料噴射弁１の駆動回路（図示なし）に動作信号が送られると、コイル１３に電流が流れ、固定鉄心１１、可動鉄心２２、ヨーク１６、ハウジング１２で構成される磁気ループに磁束が生じ、可動鉄心２２は圧縮ばね１４のばね力を越える電磁吸引力を受けて固定鉄心１１側へ吸引される。
可動鉄心２２が固定鉄心１１側へ吸引されると、可動鉄心２２と一体化された弁体２１の先端部である弁座部２１ａは弁本体２４の弁座面から離れ、弁座部２１ａと弁本体２４の弁座面との間に間隙が形成されると、高圧の燃料はプレート２３のオリフィスよりエンジンの気筒内に噴射される。
燃料噴射弁１の駆動回路（図示なし）からの動作信号がなくなるとコイル１３を流れる電流はなくなり、可動鉄心２２を固定鉄心１１側へ吸引していた吸引力もなくなる。
従って、弁体２１は圧縮ばね１４のばね力に付勢されてプレート２３側に移動し、弁座部２１ａは弁本体２４の弁座面に押圧され、燃料の噴射は終了する。

なお、図２において、６１はスラスト（軸方向の）エアギャップであって、この部分（即ち、スラストエアギャップ６１）で固定鉄心１１と可動鉄心２２の間に電磁吸引力が働き、可動鉄心２２が固定鉄心１１に吸引される。
可動鉄心２２は軸方向にある程度の距離を移動するので、スラストエアギャップ６１は可動鉄心２２の移動距離以上の隙間が必要である。
また、６２はラジアル（径方向の）エアギャップであり、可動鉄心２２が軸方向に移動する際にヨーク１６と接触しないように、可動鉄心２２とヨーク１６の間に設けた隙間である。

背景技術の項で説明したように、非磁性金属製のスリーブ１７は、固定鉄心１１が嵌入される円筒部と、該円筒部のヨーク１６側の端部外周にリング状に突出して形成されたリング部とで構成されており、軸Ａを通る平面での断面形状はＬ字状をしている。
そして、スリーブ１７のリング部は、ヨーク１６の固定鉄心１１側の端面に当接した状態でレーザー溶接により、ヨーク１６と接合され、スリーブ１７の円筒部は、嵌入された固定鉄心１１とレーザー溶接により接合されている。
従って、スリーブ１７を介して、固定鉄心１１とヨーク１６の位置関係は固定される。
なお、１７ａはスリーブ１７のリング部とヨーク１６との溶接部分を示しており、１７ｂはスリーブ１７の円筒部と固定鉄心１１との溶接部分を示しており、それぞれの溶接部分（接合部）はレーザー溶接により燃料シール可能な状態に接合されている。

スリーブ１７は、固定鉄心１１とヨーク１６の間の磁気リークを最小とし、かつ、防錆のために透磁率の低い非磁性材であるオーステナイト系ステンレスを用いている。
固定鉄心１１、可動鉄心２２、ヨーク１６、ハウジング１２で構成される磁気ループに発生する磁束の応答性を高速とするため、スリーブ１７に発生する渦電流を極力少なくする必要があり、スリーブ１７の肉厚ｔは極力薄くしている。
ところで、スリーブ１７とヨーク１６の溶接部１７ａでの溶融温度は、鉄の融点である１５４０℃を超えるが、ヨーク１６の溶接部１７ａ近傍の部分（図２において、破線の半円で囲った部分）も金属の熱伝導により約１０００℃まで上昇する。
この部分は磁束密度が低下し、さらに磁気特性が製品ごとにばらつく磁気特性変化部分１６ａとなる。

本実施の形態では、磁気特性変化部分１６ａを通る磁束数（即ち、磁力線１００の数）を減らし、ヨーク１６の磁気特性変化部分１６ａでの磁気特性のばらつきが全体の磁束数のばらつきに与える影響を少なくして、可動鉄心２２に発生する電磁吸引力のばらつきを抑制するようにしている。
そのため、磁気特性変化部分１６ａと対向する位置において可動鉄心２２の外周に所定幅と深さを有した凹み部（溝部）２２ａを設けて、磁気抵抗の大きい部分を形成した。
これにより、可動鉄心２２を通る磁束は、凹み部２２ａの下側（即ち、固定鉄心１１のない側）に迂回するので、ヨーク１６の磁気特性変化部分１６ａを通る磁束数も減少し、この部分の磁気特性のばらつきによる影響を受け難くしている。

なお、凹み部（溝部）２２ａの幅は、磁気特性変化部分１６ａの軸方向の長さよりも大きいことが望ましい。
また、凹み部（溝部）２２ａの径方向の深さは、可動鉄心２２の外周に凹み部（溝部）２２ａを形成したことによる磁束数の減少による電磁力の低下が実用上支障のない程度にすることが必要である。

図３は、本実施の形態による燃料噴射弁の噴射量特性を示す図であり、横軸は燃料噴射弁へ印加する噴射信号の駆動パルス幅（ｍ sec）、縦軸は一回当たりの燃料噴射量（ｍｍ^３）である。
図９と比較して明らかなように、従来の燃料噴射弁では噴射量特性のばらつきの上限と下限では１０％程度のばらつき幅があったのが、本実施の形態による燃料噴射弁では６％程度に改善された。
従って、実施の形態１によれば、量産される燃料噴射弁の噴射量特性の製品ばらつきが小さくなり、品質の安定した燃料噴射弁の生産が可能となる。

以上説明したように、本実施の形態による燃料噴射弁は、燃料噴射信号に応じて軸方向に往復移動する筒状の可動鉄心２２、一端が可動鉄心２２と一体化され、他端に弁座部２４ａを設けた弁体２１、弁座部２４ａが離接することにより開閉されるオリフィスを有したプレート２３で構成された弁装置２０と、可動鉄心２２と軸方向に対向して配置される筒状の固定鉄心１１、可動鉄心２２の外周部に配置される筒状のヨーク１６、溶接によって固定鉄心１１とヨーク１６を接合して一体化する非磁性金属のスリーブ１７、固定鉄心１１、可動鉄心２２、ヨーク１６とともに磁気ループを形成するハウジング１２、固定鉄心１１の外周部に配置されて可動鉄心２２に軸方向の電磁的吸引力を付与するコイル１３、弁体２１をプレート２３方向に移動させるばね力を付勢する圧縮ばね１４で構成されたソレノイド装置１０とを備えた燃料噴射弁において、
可動鉄心２２は、スリーブ１７とヨーク１６とを溶接する際の熱によってヨーク１６に生じる磁気特性変化部分１６ａと対向する位置において、その外周に所定幅と深さを有した径方向の凹み部２２ａが形成されている。

その結果、可動鉄心２２を通る磁束は、可動鉄心２２の外周部に形成された凹み部の下側（即ち、固定鉄心のない側）に迂回し、ヨーク１６の磁気特性変化部分を通る磁束数を減少させ、磁気特性のばらつきによる影響を受け難くすることが可能となり、スリーブ１７とヨーク１６との溶接時の熱によって発生する磁気特性変化部分１６ａに起因する噴射量特性の製品ばらつきを抑制することができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２による燃料噴射弁の要部（磁気通路部分）の構成を説明するための部分拡大図である。なお、図４では、断面を示すハッチングは省略している。
前述の実施の形態１による燃料噴射弁では、可動鉄心２２の外周の一部に所定幅と深さを有した凹み部２２ａを形成して、可動鉄心２２の半径方向の厚みを薄くしているので、この部分で磁束の閉塞部が発生し、電磁力が低下する。
そのため、実施の形態2による燃料噴射弁では、弁体２１を磁性材で構成し、弁体２１の上部にも磁力線１００が通るようにしている。
このように、弁体２１の上部と可動鉄心２２を並行する磁路とすることによって、可動鉄心２２の外周に凹み部２２ａを形成したことによる磁束数の低下を回避している。
なお、弁本体２４下部の弁座部２４ａは、オリフィスを有するプレート２３と衝突動作を行う部分であるため、耐磨耗性のある磁性材としてマルテンサイト系のステンレスを使用している。

図５は、実施の形態２による燃料噴射弁の効果を説明するための図である。
実施の形態１による燃料噴射弁では、可動鉄心２２の外周に凹み部２２ａを設け、磁束がヨーク１６の磁気特性変化部分１６ａを通らないようにすることにより量産される燃料噴射弁の噴射量特性のばらつきを小さくすることができた。
しかし、図５に示すように、磁気通路を通る磁束数の減少によってソレノイド装置１０の電磁力が従来の場合よりも２０％程度低下していた。
これに対して、実施の形態２による燃料噴射弁では、弁体２１を磁性材で構成し、弁体２１の上部と可動鉄心２２を並行する磁路として磁束数の低下を回避しているので、図５に示すように、ソレノイド装置１０の電磁力は実施の形態１の場合よりも１６％程度回復する。

このように、実施の形態２による燃料噴射弁では、可動鉄心２２の外周に凹み部２２ａを設け、磁束がヨーク１６の磁気特性変化部分１６ａを通らないようにすることにより量産される燃料噴射弁の噴射量特性のばらつきを小さくすることができると共に、弁体２１を磁性材で構成し、弁体２１の上部と可動鉄心２２を並行する磁路として磁束数の低下を回避しているので、ソレノイド装置１０の電磁力低下も僅か（４％程度）である。
即ち、実施の形態２によれば、噴射量特性のばらつきが小さく、かつ、ソレノイド装置の電磁力低下も僅かな燃料噴射弁を実現できる。

この発明は、燃料噴射量特性のばらつきを抑制することのできる車両用の燃料噴射弁の実現に有用である。

実施の形態１による燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。実施の形態１による燃料噴射弁の要部の構成を説明するための部分拡大図である。実施の形態１による燃料噴射弁の噴射量特性を示す図である。実施の形態２による燃料噴射弁の要部の構成を説明するための部分拡大図である。図５は、実施の形態２による燃料噴射弁の効果を説明するための図である。従来の燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。従来の燃料噴射弁の要部の構成を説明するための部分拡大図である。ヨークに使用される電磁ステンレスの温度と磁束密度の関係を示す図である。従来の燃料噴射弁の噴射量特性の製品ばらつき示す図である。

符号の説明

１燃料噴射弁
１０ソレノイド装置
１１固定鉄心１２ハウジング１３コイル
１４圧縮ばね１５ロッド１６ヨーク
１６ａ磁気特性変化部分１７スリーブ
１７ａ溶接部１７ｂ溶接部
２０弁装置２１弁体２１ａ弁座部
２２可動鉄心２２ａ可動鉄心の凹み部２３プレート
２４弁本体３０燃料供給管３１燃料流通穴
３２接続部３３フィルタのメッシュ部
３４フィルタ保持部材４０シリンダヘッド
５１シール材５２シール材５３ワッシャ
５４コネクタ部５５ターミナル
６１スラストエアギャップ６２ラジアルエアギャップ
１００磁力線

Claims

燃料噴射信号に応じて軸方向に往復移動する筒状の可動鉄心、一端が上記可動鉄心と一体化され、他端に弁座部を設けた弁体、上記弁座部が離接することにより開閉されるオリフィスを有したプレートで構成された弁装置と、
上記可動鉄心と軸方向に対向して配置される筒状の固定鉄心、上記可動鉄心の外周部に配置される筒状のヨーク、溶接によって上記固定鉄心と上記ヨークを接合して一体化する非磁性金属のスリーブ、上記固定鉄心、可動鉄心、ヨークとともに磁気ループを形成するハウジング、上記固定鉄心の外周部に配置されて上記可動鉄心に軸方向の電磁的吸引力を付与するコイル、上記弁体を上記プレート方向に移動させるばね力を付勢する圧縮ばねで構成されたソレノイド装置とを備えた燃料噴射弁において、
上記可動鉄心は、上記スリーブと上記ヨークとを溶接する際の熱によって上記ヨークに生じる磁気特性変化部分と対向する位置において、その外周に所定幅と深さを有した径方向の凹み部が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
一端が上記可動鉄心と一体化される上記弁体は、磁性材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。