JP2009167901A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】非磁性部材を介してボディと固定コアを容易に精度よく組付け可能な構造を実現する。
【解決手段】 燃料噴射弁は、燃料噴射孔を有する弁座部材と、弁座部材が設けられている磁性体のボディと、弁座部材に当接して燃料噴射孔を閉塞する弁体と、ボディ内に収容されているとともに弁体が固定されている磁性体のアーマチャと、弁体に対して反燃料噴射孔側に位置する磁性体の固定コアと、固定コアの周囲に設けられているコイルと、ボディと固定コアの間で両者を液密に接続する非磁性部材を備えている。この種の燃料噴射弁において、非磁性部材をボディの貫通孔に圧入するとともに、非磁性部材の内周面に固定コアを圧入する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

特許文献１に、燃焼機関（内燃機関）に燃料を噴射する燃料噴射弁が記載されている。この燃料噴射弁は、燃料噴射孔（燃料出口孔）を有する弁座部材と、弁座部材が設けられている磁性体のボディ（弁ハウジング）と、弁座部材に当接して燃料噴射孔を閉塞する弁体と、ボディ内に収容されているとともに弁体が固定されている磁性体のアーマチャ（可動コア）と、弁体に対して反燃料噴射孔側に位置する磁性体の固定コアと、固定コアの周囲に設けられているコイルと、ボディと固定コアの間に介装されている非磁性体の環状の非磁性部材（スペーサ）を備えている。非磁性部材は、ボディと固定コアのそれぞれに液密に接続されている。

特開２００２−８１３５６

特許文献１の燃料噴射弁では、ボディ及び固定コアが、非磁性部材の両端面にそれぞれ突き当てられ、液密に全周溶接されている。この構造によると、製造時においてボディと非磁性部材を組付ける際には、ボディと非磁性部材の両者を精度よく保持しながら、両者を全周に亘って溶接する必要がある。また、ボディと非磁性部材を組付ける際には、非磁性部材と固定コアの両者を精度よく保持しながら、両者を全周に亘って溶接する必要がある。そのことから、ボディと固定コアを組付ける作業が面倒であるとともに、それらの組付け精度が変動しやすい構造といえる。即ち、特許文献１の燃料噴射弁は、その製造品質を維持することが難しい構造を有している。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、非磁性部材を介してボディと固定コアを容易に精度よく組付け可能な燃料噴射弁を提供する。

本発明に係る燃料噴射弁は、弁座部材と、ボディと、弁体と、アーマチャと、固定コアと、コイルと、環状の非磁性部材を備えている。弁座部材は、燃料噴射孔を有している。ボディは、磁性材料によって形成されており、内部に燃料が流れる貫通孔を有しており、その貫通孔に弁座部材が設けられている。弁体は、弁座部材に当接して燃料噴射孔を閉塞する。アーマチャは、磁性材料によって形成されており、ボディの貫通孔内に移動可能に収容されており、弁体が固定されている。固定コアは、磁性材料によって形成されており、内部に燃料が流れる貫通孔を有しており、弁体に対して反燃料噴射孔側に位置している。コイルは、固定コアの周囲に設けられている。非磁性部材は、非磁性材料によって形成されており、ボディと固定コアの間に介装されており、ボディの貫通孔と固定コアの貫通孔を液密に接続している。
この燃料噴射弁では、非磁性部材がボディの貫通孔に圧入されているとともに、非磁性部材の内周面に固定コアが圧入されている。

この燃料噴射弁では、非磁性部材をボディの貫通孔に圧入することによって、ボディと非磁性部材の位置決めを容易に行うことができる。また、非磁性部材の内周面に固定コアを圧入することによって、非磁性部材と固定コアの位置決めを容易に行うことができる。ボディと非磁性部材と固定コアを互いに圧入し、それらの相対位置が定まった状態で例えば全周を溶接することにより、非磁性部材を介してボディと固定コアを液密に接続することができる。
この燃料噴射弁によると、非磁性部材を介してボディと固定コアを容易に精度よく組付けることができる。

上記した燃料噴射弁において、ボディには、アーマチャを摺動可能に支持する支持面が設けられていることが好ましい。この場合、非磁性部材の内周面とアーマチャとの間には、隙間（クリアランス）が設けられていることが好ましい。
上記した燃料噴射弁では、ボディに非磁性部材と固定コアを互いに圧入したときに、非磁性部材が僅かに変形することがある。そのことから、アーマチャをボディによって支持する構造とし、非磁性部材とアーマチャとの間にクリアランスを設けておくと、非磁性部材が変形した場合でもアーマチャに干渉することを防止することができる。

上記した燃料噴射弁において、非磁性部材の一端ではその内周面にせん断面が形成されているとともに、非磁性部材の他端ではその外周面にせん断面が形成されている場合、せん断面を内周面に有する非磁性部材の一端がボディの貫通孔に圧入されているとともに、せん断面を外周面に有する非磁性部材の他端に固定コアが圧入されていることが好ましい。
非磁性部材は、プレス加工によって容易かつ精度よく製造することができる。環状の非磁性部材をプレス加工によって製造した場合、その一端では内周面にせん断面が形成され、その他端では外周面にせん断面が形成されることがある。この場合、せん断面を内周面に有する非磁性部材の一端をボディの貫通孔に圧入し、せん断面を外周面に有する非磁性部材の他端に固定コアを圧入する構成とすると、せん断面を除去することなくボディと非磁性部材と固定コアを精度よく組付けることができる。

上記した燃料噴射弁では、非磁性部材が略一定の肉厚を有する筒状部材あることが好ましい。
上記した燃料噴射弁では、非磁性部材がボディ及び固定コアに圧入されることより、非磁性部材がボディ及び固定コアによって周方向の全体から保持される。そのことから、非磁性部材の肉厚を比較的に薄くできるとともに、補強用のリブやフランジを必ずしも設ける必要がない。従って、非磁性部材を略一定の肉厚を有する筒状部材とすることができる。この場合、固定コアとコイルとの距離を比較的に狭く設計することができ、固定コアに強い磁界を発生させることが可能となる。

本発明により、非磁性部材を介してボディと固定コアを容易に精度よく組付け可能な燃料噴射弁が実現され、燃料噴射弁を高い製造品質で製造することが可能なる。

本発明の好適な実施形態を列記する。
（形態１） 燃料噴射弁は、アーマチャを弁体とともに燃料噴射孔に向けて付勢する付勢部材を備えている。
（形態２） アーマチャには、貫通孔が形成されている。アーマチャの貫通孔は、固定コアの貫通孔と連通しており、固定コアの貫通孔と共に燃料が通過する燃料流路を構成している。
（形態３） 非磁性部材は、アーマチャと固定コアの互いに対向する端部を周囲から囲繞する位置に設けられている。

図１は、本発明を実施した燃料噴射弁１０の構成を示す断面図である。燃料噴射弁１０は、燃料ポンプ等によって圧送される燃料を内燃機関に噴射する弁装置である。図１に示すように、燃料噴射弁１０は、弁座部材２４、ボディ２６、弁体４０、アーマチャ４４、固定コア３２、非磁性リング３０、コイル５０、圧縮ばね４６、スプリングピン３６を備えている。

弁座部材２４は、金属材料によって形成されている。弁座部材２４には、燃料噴射孔２２が形成されている。弁座部材２４には、燃料噴射孔２２の開口面積を調整するためのオリフィスプレート２０が設けられている。弁座部材２４には、弁体４０をその周囲から摺動可能に支持する複数の支持部２４ｅが形成されている。
ボディ２６は、磁性材料によって形成されており、詳しくは電磁ステンレス鋼によって形成されている。ボディ２６は概して筒状形状を有しており、その内部に燃料が通過する貫通孔２６ａを有している。ボディ２６の貫通孔２６ａには、弁座部材２４が固定されている。弁座部材２４は、ボディ２６の貫通孔２６ａに圧入されている。ボディ２６の貫通孔２６ａには、アーマチャ４４をその周囲から摺動可能に支持する環状の支持面２６ｅが形成されている。

弁体４０は、球形状を有しており、金属材料によって形成されている。弁体４０は、ボディ２６の貫通孔２６ａ内に収容されている。弁体４０は、弁座部材２４の支持部２４ｅによって摺動可能に支持されており、燃料噴射孔２２に対して進退可能となっている。弁体４０は、弁座部材２４に液密に当接して燃料噴射孔２２を閉塞する。
アーマチャ４４は、磁性材料によって形成されており、詳しくは電磁ステンレス鋼によって形成されている。アーマチャ４４は、ボディ２６の貫通孔２６ａ内に収容されている。アーマチャ４４は、ボディ２６の支持面２６ｅによって摺動可能に支持されており、燃料噴射孔２２に対して進退可能となっている。アーマチャ４４には、筒状の接続部４２を介して弁体４０が固定されている。アーマチャ４４は、概して筒状形状を有しており、その内部に燃料が通過する貫通孔４４ａを有している。アーマチャ４４の貫通孔４４ａは、接続部４２の内孔４２ａ及び接続部４２の側壁孔４２ｂを通じて、燃料噴射孔２２へと繋がっている。

固定コア３２は、磁性材料によって形成されており、詳しくは電磁ステンレス鋼によって形成されている。固定コア３２は、アーマチャ４４に対して燃料噴射孔２２とは反対側（反燃料噴射孔側）に位置している。固定コア３２は概して筒状形状を有しており、その内部に燃料が通過する貫通孔３２ａを有している。固定コア３２の反燃料噴射孔側の端部３２ｄには燃料配管（図示省略）が接続され、燃料ポンプ（図示省略）等から燃料が圧送される。固定コア３２の貫通孔３２ａ内には、圧送された燃料から異物を除去するためのフィルタ部材３８が、反燃料噴射孔側の端部３２ｄに設けられている。
非磁性リング３０は、非磁性材料によって形成された環状の部材であり、詳しくはオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）によって形成されている。非磁性リング３０は、ボディ２６と固定コア３２の間に介装されており、ボディ２６の貫通孔２６ａと固定コア３２の貫通孔３２ａを液密に接続している。非磁性リング３０は、アーマチャ４４と固定コア３２の互いに対向する端部を周囲から囲繞する位置に設けられている。非磁性材料からなる非磁性リング３０をボディ２６と固定コア３２の間に介装することにより、コイル５０を励磁したときに、固定コア３２とアーマチャ４４との間に強い磁界を発生させることができる。それにより、固定コア３２とアーマチャ４４との間に生じる吸引力を大きくし、アーマチャ４４の高速な動作が可能となる。非磁性リング３０については、後段においてさらに詳細に説明する。

コイル５０は、固定コア３２の周囲を周回するように設けられている。コイル５０は、樹脂材料によって形成されたケース４８内に埋設されている。コイル５０は、コネクタ５４内の複数の端子ピン５２に電気的に接続されている。なお、コネクタ５４は、ケース４８と共にインサート成形によって形成されている。コネクタ５４は、外部の制御ユニット（図示省略）にワイヤハーネス（図示省略）を介して接続される。コイル５０には、制御ユニットによって燃料を噴射すべきタイミングで電流が通電される。
圧縮ばね４６は、アーマチャ４４の貫通孔４４ａ及び固定コア３２の貫通孔３２ａに収容されている。圧縮ばね４６の一端はアーマチャ４４に当接しており、圧縮ばね４６の他端はスプリングピン３６に当接している。圧縮ばね４６は、十分に圧縮された状態となっており、アーマチャ４４を弁体４０と共に燃料噴射孔２２に向けて付勢している。
スプリングピン３６は、軸方向に伸びるスリットが形成された円筒形状を有しており、リン青銅によって形成されている。スプリングピン３６は、固定コア３２の貫通孔３２ａに圧入されており、自身の弾性力によって固定コア３２に固定されている。圧縮ばね４６がアーマチャ４４を付勢する付勢力は、スプリングピン３６を圧入する位置によって調整される。スプリングピン３６の貫通孔３６ａは、燃料が通過する燃料流路となる。

次に、燃料噴射弁１０の動作について説明する。先にも説明したように、燃料噴射弁１０には、固定コア３２の反燃料噴射孔側の一端３２ｄから昇圧された燃料が流入する。流入した燃料は、図１の矢印Ｆに示すように、フィルタ部材３８、スプリングピン３６の貫通孔３６ａ、固定コア３２の貫通孔３２ａ、アーマチャ４４の貫通孔４４ａ、接続部４２の内孔４２ａ及び側壁孔４２ｂを通って、弁座部材２４及び弁体４０からなる弁部に到る。コイル５０に電流が通電されていない場合、弁体４０は圧縮ばね４６の付勢力によって弁座部材２４に液密に当接している。この場合、燃料噴射孔２２は弁体４０によって閉塞され、燃料噴射孔２２から燃料は噴射されない。
それに対して、コイル５０に電流が通電され、コイル５０が磁界を発生すると、固定コア３２及びアーマチャ４４が磁気を帯びる。それにより、固定コア３２とアーマチャ４４は互いに引き合い、圧縮ばね４６の付勢力に抗して、アーマチャ４４が弁体４０と共に固定コア３２側へ移動する。即ち、アーマチャ４４が弁体４０と共に、反燃料噴射孔側へ移動する。このとき、燃料噴射孔２２が開放され、燃料噴射孔２２から燃料が噴射される。

以上、本実施例の燃料噴射弁１０の全体の構造及び動作について説明した。次に、非磁性リング３０の構成について詳細な説明を加える。
図２に示すように、ボディ２６と非磁性リング３０は、非磁性リング３０の一端をボディ２６の貫通孔２６ａの端部２６ｂに圧入することによって、互いに結合されている。即ち、非磁性リング３０の外周径は、ボディ２６の貫通孔２６ａの端部２６ｂにおける内周径よりも僅かに大きくなっており、非磁性リング３０は径方向に圧縮された状態でボディ２６の貫通孔２６ａの端部２６ｂに嵌合している（即ち、しまりばめの状態である）。また、非磁性リング３０と固定コア３２についても、非磁性リング３０の内周面３０ａに固定コア３２を圧入することによって、互いに結合されている。即ち、非磁性リング３０の内周径は、固定コア３２の外周径よりも僅かに小さくなっており、非磁性リング３０は径方向に伸展された状態で固定コア３２の外周面３２ｂに嵌合している（即ち、しまりばめの状態である）。
本実施例では、ボディ２６と非磁性リング３０の結合、及び非磁性リング３０と固定コア３２の結合が、圧入によって行われている。それにより、非磁性リング３０を介したボディ２６と固定コア３２の組付けを、容易に精度よく行うことができる構造となっている。ここで、非磁性リング３０の外周面３０ｂとボディ２６の貫通孔２６ａの端部２６ｂは、圧入後に全周に亘って液密に溶接されている。また、非磁性リング３０の内周面３０ａと固定コア３２の外周面３２ｂも、圧入後に全周に亘って液密に溶接されている。
ここで、非磁性リング３０の外周径とそれを圧入するボディ２６の貫通孔２６ａの端部２６ｂにおける内周径との寸法差は、それらの寸法、形状、材質（剛性）に応じて適宜設定するとよい。本実施例の構造では、非磁性リング３０の外周径及びボディ２６の貫通孔２６ａの端部２６ｂにおける内周径が５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の場合、両者の寸法差を５μｍ〜２０μｍとすることができる。同様に、非磁性リング３０の内周径と固定コア３２の外周径についても、それらの寸法が５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の場合は、両者の寸法差を５μｍ〜２０μｍとすることができる。

図２に示すように、アーマチャ４４は、ボディ２６に形成された支持面２６ｅによって支持されている。そして、アーマチャ４４の外周面４４ｂと非磁性リング３０の内周面３０ａの間には、クリアランス（隙間）が設けられている。このクリアラスを確保するために、ボディ２６に形成された環状の支持面２６ｅの内周径Ｄ１よりも、非磁性リング３０の内周面３０ａの内周径Ｄ２は大きく設計されている。この構造によると、先に説明した製造時における圧入や溶接によって非磁性リング３０が僅かに変形した場合でも、非磁性リング３０がアーマチャ４４に干渉することが防止され、アーマチャ４４の動作が妨げられることがない。さらに、この構造によると、製造時に非磁性リング３０の変形がある程度は許容することができるため、非磁性リング３０を比較的に薄肉で単純な形状とすることができる。即ち、非磁性リング３０に、補強用のリブやフランジ等を形成する必要がない。そのことから、本実施例の非磁性リング３０は、肉厚が略一定（略０．４ｍｍ）の単純な円筒形状に形成されている。

図３に、非磁性リング３０をさらに拡大して示す。図３に示すように、ボディ２６の貫通孔２６ａに圧入された非磁性リング３０の一端３０ｃには、その内周面３０ａにせん断面３０ｇが形成されている。また、固定コア３２が圧入された非磁性リング３０の他端３０ｄでは、その外周面３０ｂにせん断面３０ｈが形成されている。ここで、せん断面３０ｇ、３０ｈとは、せん断加工によって生成された断面を意味し、表面粗さが比較的に大きい凹凸面を示す。非磁性リング３０にせん断面３０ｇ、３０ｈが形成されているのは、非磁性リング３０の製造方法に起因する。
図４を参照して、非磁性リング３０の製造方法を説明する。図４に示すように、非磁性リング３０は、シート状の母材１３０からプレス加工によって製造される。先ず、図４（ａ）に示すように、成形型１０１を用い、母材１３０に非磁性リング３０を成形する。なお、図４（ａ）では一組の成形型１０１のみを示すが、実際には複数組の成形型１０１によって多数回の深絞り加工が行われる。次いで、図４（ｂ）に示すように、第１の打ち抜き型１０２を用い、母材１３０に成形した非磁性リング３０の底部３１を打ち抜く。このとき、非磁性リング３０の一端３０ｃでは、その内周面３０ａにせん断面３０ｇが形成される。次いで、図４（ｃ）に示すように、第２の打ち抜き型１０３を用い、母材１３０から非磁性リング３０を打ち抜く。このとき、非磁性リング３０の他端３０ｄでは、その外周面３０ｂにせん断面３０ｈが形成される。せん断面３０ｇ、３０ｈは、後加工によって除去されない。非磁性リング３０は、せん断面３０ｇ、３０ｈが残る状態で完成となる。

上記のように、非磁性リング３０はプレス加工によって効率よく製造されるが、その反面、せん断面３０ｇ、３０ｈが非磁性リング３０の両端に形成されてしまう。ただし、上記した製造方法によれば、一方のせん断面３０ｇは内周面３０ａに形成され、他方のせん断面３０ｈは外周面３０ａに形成される。そのことから、図３に示すように、本実施例の燃料噴射弁１０では、せん断面３０ｇを内周面３０ａに有する非磁性リング３０の一端３０ｃをボディ２６に圧入するとともに、せん断面３０ｈを外周面３０ｂに有する非磁性リング３０の他端３０ｄに固定コア３２を圧入している。ボディ２６と非磁性リング３０の間の圧入では、非磁性リング３０の内周面３０ａにせん断面３０ｇが形成されていても、そのことが特に問題とはならない。また、非磁性リング３０と固定コア３２の間の圧入では、非磁性リング３０の外周面３０ｂにせん断面３０ｈが形成されていても、そのことは特に問題とはならない。従って、本実施例の構造によると、非磁性リング３０をプレス加工によって製造した場合に、非磁性リング３０に形成されるせん断面３０ｇ、３０ｈを除去する必要がない。本実施例の構造によると、それに用いる非磁性リング３０をプレス加工によって効率よく製造することができる。

図５は、コイル５０が通電時に発生する磁気回路Ｍを模式的に示している。非磁性リング３０は、リブやフランジ等を有しておらず（肉厚が一定）、比較的に薄肉に形成されている。従って、図５に示すように、ボディ２６とアーマチャ４４と固定コア３２を通過する磁気回路Ｍが、コイル５０に対して比較的に近い位置に形成される。即ち、アーマチャ４４と固定コア３２との間に、磁束密度の高い磁界を発生させることが可能となる。そのことから、本実施例の構造によると、アーマチャ４４を高速に動作させることが可能となり、燃料噴射量をより細かに調整することが可能となる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記した実施例では、アーマチャ４４を摺動可能に支持する支持面２６ｅをボディ２６に設けているが、アーマチャ４４を摺動可能に支持する別の支持面を非磁性リング３０に設けることもできる。ただし、非磁性リング３０に支持面を設ける構成であると、上記した実施例と比較して、非磁性リング３０の形状が複雑となりやすい。その反面、ボディ２６に支持面２６ｅを設ける必要が必ずしもなくなるので、ボディ２６の形状を単純化することができる。
本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載された組合せに限定されるものではない。本明細書又は図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

燃料噴射弁の構成を示す断面図。 燃料噴射弁の要部を示す図。 非磁性リングを拡大して示す図。 非磁性リングの製造方法を説明する図。 コイルが発生する磁気回路を模式的に示す図。

符号の説明

１０：燃料噴射弁
２２：燃料噴射孔
２４：弁座部材
２６：ボディ
２６ａ：ボディの貫通孔
３０：非磁性リング
３０ｇ、３０ｈ：せん断面
３２：固定コア
３２ａ：固定コアの貫通孔
３６：スプリングピン
３８：フィルタ部材
４０：弁体
４４：アーマチャ
４６：圧縮ばね
５０：コイル

Claims (4)

1. 燃料噴射孔を有する弁座部材と、
   磁性材料によって形成されており、内部に燃料が流れる貫通孔を有しており、その貫通孔に前記弁座部材が設けられているボディと、
   前記弁座部材に当接して前記燃料噴射孔を閉塞する弁体と、
   磁性材料によって形成されており、前記ボディの貫通孔内に移動可能に収容されており、前記弁体が固定されているアーマチャと、
   磁性材料によって形成されており、内部に燃料が流れる貫通孔を有しており、前記弁体に対して反燃料噴射孔側に位置する固定コアと、
   前記固定コアの周囲に設けられているコイルと、
   非磁性材料によって形成されており、前記ボディと前記固定コアの間に介装されており、前記ボディの貫通孔と前記固定コアの貫通孔を液密に接続している環状の非磁性部材を備え、
   前記非磁性部材が前記ボディの貫通孔に圧入されているとともに、前記非磁性部材の内周面に前記固定コアが圧入されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記ボディには、前記アーマチャを摺動可能に支持する支持面が設けられており、
   前記非磁性部材の内周面と前記アーマチャとの間には、隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記非磁性部材の一端ではその内周面にせん断面が形成されており、前記非磁性部材の他端ではその外周面にせん断面が形成されており、
   せん断面を内周面に有する前記非磁性部材の一端が前記ボディの貫通孔に圧入されており、せん断面を外周面に有する前記非磁性部材の他端に前記固定コアが圧入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記非磁性部材は、肉厚が略一定の筒状部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

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