JP3790991B2 - 燃料噴射弁におけるアーマチュアの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射弁におけるアーマチュアおよびその製造方法にかかるもので、とくに蓄圧器（コモンレール）などから供給される高圧燃料を所定のタイミングで噴射する燃料噴射弁におけるアーマチュアおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料噴射弁について図４および図５にもとづき概説する。
図４は、燃料噴射弁１の要部拡大断面図であって、燃料噴射弁１は、インジェクターハウジング２と、ノズルボディ３と、ノズルニードル４（弁体）と、バルブピストン５と、バルブボディ６と、背圧制御部７と、を有する。
【０００３】
インジェクターハウジング２には、その先端部にノズルボディ３を取り付けるとともに、その上方部に高圧燃料導入部８を設ける。この高圧燃料導入部８よりさらに上方部に上記背圧制御部７を設けてある。
燃料タンク９からの燃料を燃料ポンプ１０により高圧として、コモンレール１１（蓄圧器）に蓄え、高圧燃料導入部８から燃料噴射弁１に高圧燃料を供給する。
すなわち、高圧燃料導入部８からインジェクターハウジング２およびノズルボディ３にかけて燃料通路１２を形成し、ノズルニードル４の受圧部４Ａに高圧燃料を供給可能とする。さらに、高圧燃料導入部８から燃料通路１２の一部を図４中上方に延ばして背圧制御部７部分から燃料還流路１３を形成し、燃料タンク９に燃料を還流可能とする。
【０００４】
ノズルボディ３には、その先端部に燃料の噴射孔１４を任意の数だけ形成し、噴射孔１４につながるシート部１５にノズルニードル４の先端部がシートして噴射孔１４を閉鎖し、ノズルニードル４がシート部１５からリフトすることにより噴射孔１４を開放して燃料を噴射可能とする。
【０００５】
ノズルニードル４の上方部には、ノズルニードル４をシート部１５へのシート方向に付勢するノズルスプリング１６を設け、ノズルニードル４に一体のバルブピストン５をさらに上方に延ばしてある。
【０００６】
バルブボディ６は、その上方中央部に制御圧室１７を形成し、バルブピストン５の先端部を下方側からこの制御圧室１７に臨ませる。
制御圧室１７は、バルブボディ６に形成した導入側オリフィス１８に連通している。導入側オリフィス１８は、燃料通路１２に連通し、コモンレール１１からの導入圧力を制御圧室１７に供給している。
【０００７】
制御圧室１７は、開閉用オリフィス１９にも連通し、開閉用オリフィス１９は背圧制御部７のバルブボール２０（制御弁体、弁体）がこれを開閉可能としている。
なお、制御圧室１７におけるバルブピストン５の頂部５Ａの受圧面積は、ノズルニードル４の受圧部４Ａの受圧面積より大きくしてある。
【０００８】
背圧制御部７は、制御圧室１７内の圧力（すなわち、ノズルニードル４の背圧）を制御することによりノズルニードル４のリフト動作を制御するもので、上記バルブボール２０と、バルブボール２０に一体のアーマチュア２１と、マグネット２２と、マグネットコア２３と、コア取付けボディ２４と、バルブスプリング２５と、上述の制御圧室１７と、を有する。
【０００９】
アーマチュア２１は、磁性体材料からこれを構成しているとともに、バルブボール２０を有するロッド部２１Ａと、このロッド部２１Ａに直交するプレート部２１Ｂと、このプレート部２１Ｂに直交する摺動被ガイド部２１Ｃと、を有し、この摺動被ガイド部２１Ｃをコア取付けボディ２４のスカート部分としてのアーマチュアガイド部２４Ａ内で軸方向に摺動案内可能とする。
なおアーマチュアガイド部２４Ａは、マグネットコア２３の中心孔２３Ａ内に圧入ではなく、単にはめ込むようにしている。
プレート部２１Ｂは、アーマチュアガイド部２４Ａの先端部２４Ｂとの間に所定の平行度を保って第１のギャップＬ１（リフト量）を形成し、マグネットコア２３の吸引面２３Ｂとの間に、所定の平行度を保って第２のギャップＬ２を形成している。
【００１０】
マグネット２２は、マグネットコア２３のマグネット収容部２３Ｃ内にこれを収容し、マグネットコア２３に所定の磁束を発生させ、アーマチュア２１（プレート部２１Ｂ）を吸引可能とする。
【００１１】
マグネットコア２３は、磁性体材料からこれを構成するとともに、コア取付けボディ２４の下部にこれをレーザー溶接などにより一体化している。
すなわち、コア取付けボディ２４の下部円周部２４Ｃにおいてマグネットコア２３の上部円周部２３Ｄ（固定端）を溶接することにより、コア取付けボディ２４とマグネットコア２３とを互いに一体化している。
【００１２】
コア取付けボディ２４は、その外方突出部２４Ｄに係合するリテーニングナット２６によりインジェクターハウジング２にこれを取り付けるもので、インジェクターハウジング２の上方突出部２Ａとの間にＯリング２７を配置するとともに、インジェクターハウジング２本体部分との間にシム２８を介在させている。
なお、コア取付けボディ２４は、非磁性体からこれを構成し、その上部開放部分は、プラグ２９により閉鎖する。
【００１３】
マグネットコア２３は、その上部円周部２３Ｄにおいて片持ち式にコア取付けボディ２４に一体化されており、上部円周部２３Ｄとは反対側の吸引面２３Ｂは自由端となっているとともに、この自由端（吸引面２３Ｂ）に上記アーマチュア２１（プレート部２１Ｂ）が平行に対向している。
【００１４】
マグネットコア２３は、その外周側に位置するインジェクターハウジング２との間に第１の環状空隙３０を形成してあり、インジェクターハウジング２の上方突出部２Ａにコア取付けボディ２４をはめ込んでマグネットコア２３の中心軸を設定する際の径方向の調整代を確保可能としてある。
【００１５】
アーマチュアガイド部２４Ａの外周面を一部径方向に削ることによりこの部分を薄肉とし、マグネットコア２３の中心孔２３Ａとの間に第２の環状空隙３１を形成してあり、アーマチュアガイド部２４Ａを介したマグネットコア２３からの磁気漏れを低減可能としてあるとともに、アーマチュアガイド部２４Ａの加工熱による膨張の逃げ部を形成してある。
【００１６】
マグネットコア２３には、その半径方向に径方向スリット２３Ｅを形成してあるとともに、コア取付けボディ２４には、この径方向スリット２３Ｅに連通する連通路３２を形成する。
【００１７】
したがって、制御圧室１７から開閉用オリフィス１９を経て、アーマチュア室３３から燃料還流路１３への通路とともに、径方向スリット２３Ｅの形成により、アーマチュア室３３から連通路３２への通路を形成している。
【００１８】
こうした構成の燃料噴射弁１において、コモンレール１１からの高圧燃料は、高圧燃料導入部８から燃料通路１２を介してノズルニードル４の受圧部４Ａに供給されるとともに、導入側オリフィス１８を介して制御圧室１７におけるバルブピストン５の頂部５Ａに供給される。
したがって、ノズルニードル４は、バルブピストン５を介して制御圧室１７の背圧を受け、ノズルスプリング１６の付勢力と併せて、ノズルボディ３のシート部１５にシートし、噴射孔１４を閉鎖している。
【００１９】
マグネット２２に所定タイミングで駆動信号を供給することにより、マグネット２２はバルブスプリング２５の付勢力に抗してアーマチュア２１（プレート部２１Ｂ）を吸引し、バルブボール２０がリフトして開閉用オリフィス１９を解放すると、制御圧室１７の高圧が開閉用オリフィス１９を介し燃料還流路１３を通って燃料タンク９に還流するため、制御圧室１７におけるバルブピストン５の頂部５Ａに作用していた高圧が解放され、ノズルニードル４は受圧部４Ａの高圧によりノズルスプリング１６の付勢力に抗してシート部１５からリフトし、噴射孔１４を解放して燃料を噴射する。
マグネット２２を消磁することにより、バルブボール２０が開閉用オリフィス１９を閉鎖すれば、制御圧室１７内の圧力がバルブピストン５を介してノズルニードル４をそのシート位置（シート部１５）にシートさせ、噴射孔１４を閉鎖し、燃料噴射を終了させる。
【００２０】
しかしながら、アーマチュア２１に浸炭処理を行って、とくにコア取付けボディ２４のアーマチュアガイド部２４Ａ内を軸方向にガイドされるその摺動被ガイド部２１Ｃの耐久性を確保しようとしたところ、プレート部２１Ｂ（吸引面）にも同様に浸炭されるため、プレート部２１Ｂの表面に残留オーステナイトが析出した。
このオーステナイトは、非磁性の磁気特性を有しているために、マグネット２２およびマグネットコア２３との間の吸引特性に変化が生ずる結果、アーマチュア２１としての性能のばらつき（固体差）を生じてしまうという問題がある。
【００２１】
他方、とくに摺動被ガイド部２１Ｃは、その磁化による吸引力の発生によりアーマチュアガイド部２４Ａとの間の接触面で摩耗を生じさせる点が懸念され、非磁性な磁気特性が要請されるものである。
【００２２】
図５は、アーマチュア２１の拡大側面図であって、アーマチュア２１のロッド部２１Ａおよび摺動被ガイド部２１Ｃ（図中実線の括弧で示す部分）は、非磁性および耐久性を必要とし、プレート部２１Ｂ（図中点線の括弧で示す部分）は、磁性を必要とするものであって、互いに相反する磁気特性が要請されることになる。
【００２３】
なお、ディスク型アーマチュアを用いた電磁弁としては、特開２０００−４６２４４などがある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、摺動被ガイド部の耐久性およびプレート部の磁性をともに確保可能とした燃料噴射弁におけるアーマチュアおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【００２５】
また本発明は、プレート部の吸引特性の差による固体差を解消可能な燃料噴射弁におけるアーマチュアおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【００２６】
また本発明は、アーマチュアおよびマグネットやマグネットコアによる磁力の向上により燃料噴射弁としての性能を安定化可能な燃料噴射弁におけるアーマチュアおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【００２７】
また本発明は、摺動被ガイド部の耐久性を確保しつつ安価に製造可能で、プレート部の吸引特性の差をできるだけなくすことができる燃料噴射弁におけるアーマチュアおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、少なくとも摺動被ガイド部には非磁性および耐久性を、プレート部には磁性を保有させること、および、少なくとも摺動被ガイド部への浸炭処理あるいは窒化処理をここに限定することに着目したもので、第一の発明は、燃料の噴射孔を開閉可能な弁体と、この弁体を駆動するためのロッド部、このロッド部に直交するプレート部、およびこのプレート部に直交する摺動被ガイド部を有するアーマチュアと、このアーマチュアの上記プレート部を吸引するためのマグネットコアおよびマグネットと、を有する燃料噴射弁におけるアーマチュアであって、上記アーマチュアの少なくとも上記摺動被ガイド部に耐久性のある非磁性面を形成するとともに、上記アーマチュアの上記プレート部に磁性面を形成したことを特徴とする燃料噴射弁におけるアーマチュアである。
【００２９】
第二の発明は、燃料の噴射孔を開閉可能な弁体と、この弁体を駆動するためのロッド部、このロッド部に直交するプレート部、およびこのプレート部に直交する摺動被ガイド部を有するアーマチュアと、このアーマチュアの上記プレート部を吸引するためのマグネットコアおよびマグネットと、を有する燃料噴射弁におけるアーマチュアの製造方法であって、上記アーマチュアの少なくとも上記摺動被ガイド部に耐久性のある非磁性面を形成する非磁性面形成工程と、上記アーマチュアの上記プレート部に磁性面を形成する磁性面形成工程と、を有することを特徴とする燃料噴射弁におけるアーマチュアの製造方法である。
【００３０】
上記非磁性面形成工程として、上記アーマチュアの上記プレート部を厚肉に形成しておくとともに、上記アーマチュア全体に浸炭処理あるいは窒化処理を施すことにより上記非磁性面を形成する非磁性処理工程を有し、上記磁性面形成工程として、この非磁性処理工程で形成した上記プレート部の上記非磁性面を削除するプレート部加工工程を有することができる。
【００３１】
上記非磁性面形成工程として、上記アーマチュアの上記プレート部を被覆するプレート部用マスクを設けた上で、上記アーマチュア全体に浸炭処理あるいは窒化処理を施すことにより上記摺動被ガイド部に上記非磁性面を形成することができる。
【００３２】
上記非磁性面形成工程として、上記アーマチュアの少なくとも上記摺動被ガイド部に非磁性体によるコーティングを行うことにより上記非磁性面を形成するコーティング工程を有することができる。
【００３３】
上記アーマチュアによる弁体（ノズルニードル４）の制御構造は、図４に示した燃料噴射弁１のように背圧制御部７を介した間接的な構造に限定されず、アーマチュアが弁体を直接開閉制御するなど任意のタイプの構造に本発明を適用することができる。
【００３４】
本発明による燃料噴射弁におけるアーマチュアおよびその製造方法においては、少なくとも摺動被ガイド部には非磁性および耐久性を、プレート部には磁性を保有させ、摺動被ガイド部への浸炭処理あるいは窒化処理をここに限定するようにしたので、アーマチュアを軸方向にガイドする摺動被ガイド部には非磁性かつ耐久性が確保され、そのガイド機能を強化することができるとともに、プレート部には吸引特性を安定して確保し、マグネットおよびマグネットコアとの間の吸引機能を強化することができる。
したがって、アーマチュアないし燃料噴射弁としての性能を安定化し、固体間のばらつきを解消するとともに、単純な製造方法により安価に製造することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施の形態による燃料噴射弁におけるアーマチュアおよびその製造方法を図１にもとづき説明する。ただし、図４および図５と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、アーマチュア２１の製造方法の各工程を示す説明図であって、まず図１（１）に示すように、鉄材その他の磁性体からなるアーマチュア素材４０を準備する。
【００３６】
アーマチュア素材４０は、最終製品としてのアーマチュア２１とほぼ同様の大きさおよび形状を有しているが、プレート部２１Ｂの部分を所定厚さで覆う肉厚部４１を形成して、プレート部２１Ｂ部分のみをやや肉厚としてある。
【００３７】
図１（２）に示すように、加熱炉４２内に炭素粉末４３を充満させた状態で、所定温度たとえば７００〜８００℃に加熱し、アーマチュア素材４０全体を浸炭（焼き入れ）することにより耐久性のある非磁性面４４を形成する（非磁性面形成工程、非磁性処理工程）。
【００３８】
なお、加熱炉４２内に炭素粉末４３の代わりに窒素ガスを充満させた状態で加熱することとすれば、アーマチュア素材４０全体を窒化することができ、浸炭の場合と同様に、耐久性のある非磁性面を形成することができる。
【００３９】
図１（３）は、浸炭された状態のアーマチュア素材４０を示す側面図であって、非磁性面４４の一部となっている肉厚部４１部分を削除するように加工することにより（図中点線を参照）、プレート部２１Ｂの部分をマグネット２２およびマグネットコア２３により吸引可能な磁性面４５とする（磁性面形成工程、プレート部加工工程）。
この加工厚さは、０．３〜０．４ｍｍ程度である。
【００４０】
かくして、図１（４）に示すように、摺動被ガイド部２１Ｃおよびロッド部２１Ａが耐久性のある非磁性面４４となり、プレート部２１Ｂが浸炭処理ないし窒化処理を行っていない磁性面４５となり、ついで摺動被ガイド部２１Ｃおよびロッド部２１Ａ部分を研磨し、焼き鈍しを行って、最終製品とする。
【００４１】
図２は、本発明によるアーマチュアの製造方法の他の例を示す説明図であって、アーマチュア２１として磁性材料から製作したもののプレート部２１Ｂ部分にプレート部用マスク５０を被覆し、浸炭処理（図１（２）参照）あるいは窒化処理を行うものである（非磁性面形成工程）。
【００４２】
このプレート部用マスク５０としては、鋼材など浸炭処理あるいは窒化処理の影響が少ないものを選択するもので、任意の構成、たとえばプレート部用マスク５０を上下に二分割して、プレート部２１Ｂの上下からこれを被覆する。
【００４３】
こうした製造方法によっても、プレート部２１Ｂの部分を磁性面４５に維持したままで、ロッド部２１Ａおよび摺動被ガイド部２１Ｃを耐久性のある非磁性面４４とすることができる。
【００４４】
図３は、本発明によるアーマチュアの製造方法のさらに他の例を示す説明図であって、アーマチュア２１として磁性材料から製作したもののロッド部２１Ａおよび摺動被ガイド部２１Ｃ部分に耐久性のある非磁性のコーティング６０を被覆するものである（非磁性面形成工程、コーティング工程）。
【００４５】
このコーティング処理としては、メッキ処理、プラズマ蒸着法（ＰＶＤ法）、化学蒸着法（ＣＶＤ法）などを採用可能で、たとえばカーボンコーティング、セラミックコーティング、ダイヤモンドライクコーティング（ＤＬＣ）などを被覆する。
【００４６】
こうした製造方法によっても、プレート部２１Ｂの部分を磁性面４５に維持したままで、ロッド部２１Ａおよび摺動被ガイド部２１Ｃを耐久性のある非磁性面４４とすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、プレート部の磁性機能を維持したまま、摺動被ガイド部を耐久性のある非磁性とすることができるので、アーマチュアの固体差をなくして、安定した磁気特性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による燃料噴射弁におけるアーマチュア２１の製造方法の各工程を示す説明図である。
【図２】本発明によるアーマチュアの製造方法の他の例を示す説明図である。
【図３】本発明によるアーマチュアの製造方法のさらに他の例を示す説明図である。
【図４】燃料噴射弁１の要部拡大断面図である。
【図５】同、アーマチュア２１の拡大側面図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁（図４）
２ インジェクターハウジング
２Ａ インジェクターハウジング２の上方突出部
３ ノズルボディ
４ ノズルニードル（弁体）
４Ａ ノズルニードル４の受圧部
５ バルブピストン
５Ａ バルブピストン５の頂部
６ バルブボディ
７ 背圧制御部
８ 高圧燃料導入部
９ 燃料タンク
１０ 燃料ポンプ
１１ コモンレール（蓄圧器）
１２ 燃料通路
１３ 燃料還流路
１４ 噴射孔
１５ シート部
１６ ノズルスプリング
１７ 制御圧室
１８ 導入側オリフィス
１９ 開閉用オリフィス
２０ バルブボール（制御弁体、弁体）
２１ アーマチュア
２１Ａ アーマチュア２１のロッド部
２１Ｂ アーマチュア２１のプレート部
２１Ｃ アーマチュア２１の摺動被ガイド部
２１Ｄ アーマチュア２１の径方向スリット
２２ マグネット
２３ マグネットコア
２３Ａ マグネットコア２３の中心孔
２３Ｂ マグネットコア２３の吸引面
２３Ｃ マグネットコア２３のマグネット収容部
２３Ｄ マグネットコア２３の上部円周部
２３Ｅ マグネットコア２３の径方向スリット
２４ コア取付けボディ
２４Ａ コア取付けボディ２４のアーマチュアガイド部
２４Ｂ アーマチュアガイド部２４Ａの先端部
２４Ｃ コア取付けボディ２４の下部円周部
２４Ｄ コア取付けボディ２４の外方突出部
２５ バルブスプリング
２６ リテーニングナット
２７ Ｏリング
２８ シム
２９ プラグ
３０ 第１の環状空隙
３１ 第２の環状空隙
３２ 連通路
３３ アーマチュア室
４０ アーマチュア素材（図１）
４１ プレート部２１Ｂの肉厚部
４２ 加熱炉
４３ 炭素粉末
４４ 耐久性のある非磁性面
４５ 磁性面
５０ プレート部用マスク（図２）
６０ 耐久性のある非磁性のコーティング（図３）

Claims (1)

1. 燃料の噴射孔を開閉可能なノズルニードルの背圧を制御するための制御圧室を開閉する制御弁体と、
   この制御弁体を駆動するためのロッド部、このロッド部に直交するプレート部、およびこのプレート部に直交する摺動被ガイド部を有するアーマチュアと、
   このアーマチュアの前記プレート部を吸引するためのマグネットコアおよびマグネットと、を有し、
   前記制御圧室の圧力を前記制御弁体により制御して、前記ノズルニードルによる前記噴射孔の開閉作用を可能とした燃料噴射弁におけるアーマチュアの製造方法であって、
   前記アーマチュアの少なくとも前記摺動被ガイド部に耐久性のある非磁性面を形成する非磁性面形成工程と、
   前記アーマチュアの前記プレート部に磁性面を形成する磁性面形成工程と、
   を有するとともに、
   前記非磁性面形成工程として、
   前記アーマチュアの前記プレート部を厚肉に形成しておくとともに、前記アーマチュア全体に浸炭処理あるいは窒化処理を施すことにより前記非磁性面を形成する非磁性処理工程を有し、
   前記磁性面形成工程として、
   この非磁性処理工程で形成した前記プレート部の前記非磁性面を削除するプレート部加工工程を有することを特徴とする燃料噴射弁におけるアーマチュアの製造方法。

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