CN105264214A

CN105264214A - 电磁式燃料喷射阀

Info

Publication number: CN105264214A
Application number: CN201480031948.1A
Authority: CN
Inventors: 高奥淳司; 石川亨
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2016-01-20
Also published as: US20160115920A1; JPWO2014196240A1; WO2014196240A1; EP3006721A1; EP3006721A4

Abstract

本发明中，通过焊接使作为构成电磁式燃料喷射阀的零件之一的阀芯(101)与金属接头(2)接合，使金属接头侧的金属接头(2)与阀芯(101)的焊接部的溶解量比阀芯侧的金属接头(2)与阀芯(101)的焊接部的溶解量大，进一步地，具有：金属接头端面(203)，截面积比所述金属接头端面(203)的面积小的燃料密封部，以及面积比所述燃料密封部截面积大的阀芯端面(105)，金属接头端面(203)与阀芯端面(105)采用通过所述燃料密封部连通的构成。

Description

电磁式燃料喷射阀

技术领域

本发明涉及一种燃料喷射阀，其用于内燃机，特别是使用汽油的汽车用缸内喷射发动机。

技术背景

关于用于内燃机，特别是使用汽油的汽车用缸内喷射发动机的电磁式燃料喷射阀，为满足对排放气体、燃费的管制及要求，对于以比以往更高的压力向发动机缸内喷射燃料压力的市场要求越来越高。这是因为，燃料压力越高，燃料喷射速度增大，与空气的摩擦阻力变得越大，燃料更加微粒化从而燃烧性能更好。

此时，以往的技术如日本特开2011-220259进行了如下的揭示，燃料配管与电磁式燃料喷射阀之间的连接部采用O形环，但O形环在燃料压力比以往市场要求远高的情况下会严重变形，密封性的确保变得困难。于是，为确保密封性，已知有将燃料配管与电磁式燃料喷射阀之间的连接部的密封结构设为金属密封结构的手段，该金属密封结构采用了日本特开2008-303810所揭示的不锈钢制的球(燃料配管侧)与具有与球相向的圆锥面的金属接头(电磁式燃料喷射阀侧)的接触面。由于金属接头与电磁式喷射阀的接合部在要求密封性的同时要求较高的强度，如所述专利文献揭示的通过螺纹连接的金属接头与电磁式燃料喷射阀之间的连接结构一样，一般而言比以往更加大型化。然而，发动机配置上，电磁式燃料喷射阀被要求小型化。又，电磁式燃料喷射阀，进一步地，由于与燃料配管侧相反侧的喷嘴被安装固定于发动机缸盖，燃料配管与电磁式燃料喷射阀之间的位置偏移及直角度如果太大，电磁式燃料喷射阀自身被燃料配管与发动机缸盖弯曲，而有可能出现燃料喷射量的偏差变大等性能恶化的恶劣影响。因此，燃料配管与电磁式燃料喷射阀之间的接合部需要很高的安装精度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-220259

专利文献2：日本特开2008-303810

专利文献3：日本特开2006-200454

专利文献4：日本特开2006-233886

发明内容

发明要解决的问题

关于金属接头与电磁式燃料喷射阀之间的接合部，为确保比以往更高的密封性与强度，采用如所述专利文献2所揭示的螺纹构造等，因此，一般而言，比以往的所述专利文献1所揭示的O形环构造更大型化。

又，在其它的现有例中，为了比螺纹构造更小型化有如所述专利文献3所揭示的电阻焊的例子。这种情况下，为使金属接头与电磁式燃料喷射阀之间的位置偏移及直角度变小，进行电阻焊的平面尺寸精度有必要提高。又，为确保高强度而大幅增加焊接的融解量的话，由于焊接后发生的收缩引起的焊接变形，成为即使提高进行电阻焊的平面的尺寸精度，位置偏移量也很大、或者直角度也很大的原因。

又，在同样的专利文献3中，也有在电阻焊部的内径侧有别于电阻焊部地另外设置燃料密封部的实施例。然而，在这种情况下，有必要提高尺寸精度及用于密封的面粗糙精度。提高尺寸精度、面粗糙精度的话，则生产效率低下，设备成本也增大。又，在燃料密封部处有必要产生密封所需要的面压，需要在加载必要之上的高负载的状态下进行接合，所以造成设备成本增大。

在其它实施例中，有采取如所述专利文献4所揭示的采用激光焊接的接合的情形。在此实施例中，虽设置有用于定位的锪孔，但由于在激光焊接位置进行燃料密封，承受燃料压力的面积很大，负载变高。

因此，焊接部所需要的强度变高。在这种情况下，也和所述电阻焊情况一样，为确保高强度而大幅增加焊接的融解量的话，由于焊接后发生的收缩引起的焊接变形，成为位置偏移量变大、或者直角度变大的原因。

解决问题的手段

本发明的结构为：通过焊接将作为构成电磁式燃料喷射阀的零件之一的阀芯与金属接头接合，使金属接头侧的金属接头与阀芯之间的焊接部的融解量比阀芯侧的金属接头与阀芯之间的焊接部的融解量大，进一步地，具有：金属接头端面，截面积比所述金属接头端面的面积小的燃料密封部，以及面积比所述燃料密封部的截面积大的阀芯端面，金属接头端面与阀芯端面通过所述燃料密封部连通。

发明效果

根据本发明，在所述燃料密封部，通过密封燃料而使承受燃料压力的面积减小，可以减小燃料压力引起的负载。又，所述燃料密封部所需要的面压通过用于金属接头与阀芯的接合的焊接变形而产生。其结果，可以降低金属接头与阀芯的之间接合部所需要的激光焊接强度，从而焊接变形减小，可以低成本、省空间地减小燃料配管与阀芯之间的位置偏移及直角度。

附图说明

图1是示出实施本发明的燃料喷射阀的整体的截面图。

图2是金属接头2与阀芯101的截面的放大图1。

图3是金属接头2与阀芯101的截面的放大图2。

图4是金属接头2与阀芯101的截面的放大图3。

图5是金属接头2与阀芯101的截面的放大图4。

图6是金属接头2与阀芯101的截面的放大图5。

图7是金属接头2与阀芯101的截面的放大图6。

图8是金属接头2与阀芯101的截面的放大图7。

图9是金属接头2与阀芯101的截面的放大图8。

图10是应力分析的例子。

具体实施方式

利用图1对实施例的整体构成进行说明。之后的图为方便说明放大尺寸而描画，与实际的比例尺不同。

燃料通过未图示的高压泵被加压于图1中的圆筒形的燃料通路501，通过不锈钢制的圆筒形构件的阀芯101被供给于电磁式燃料喷射阀1。电磁式燃料喷射阀1的下端部具有圆筒形的不锈钢制的喷嘴102，外周被发动机缸盖6所约束。喷嘴102的下端设置有喷孔103，将被供给的燃料以由电磁式燃料喷射阀1所控制的量与时机，喷射入未图示的发动机缸内。

配管5是具有燃料通路5的不锈钢制圆筒形构件。内径侧具有圆筒形的燃料通路的不锈钢制的钢球3通过焊接接合于下端。

钢球3利用其下端面的球面301，与不锈钢制的金属接头2的上端部的为90度的圆锥状的圆锥面202接触，构成用于燃料密封的圆环形金属密封部302。

盖形螺母4是通过螺纹部401和金属接头2的螺纹部201来紧固钢球3和金属接头2的构成，通过该紧固力施加燃料密封所必需的面压于金属密封部302。另外，在金属接头2与阀芯101，设置有由燃料通路5连通的直径5mm的燃料通路。

金属接头2的下端，设置有比阀芯101的外周部106的外径约10mm略小的内径圆筒部204，内径圆筒部204与外周部106被压入嵌合。

在此，利用图2～4对第1实施例进行说明。

第1实施例中，如图2的(a)所示在阀芯端面105设置有截面为三角形、且高X＝1mm、宽Y＝1mm、直径D＝6mm的圆环状的突起107。阀芯101由屈服应力比金属接头2的屈服应力低的材料构成。

圆环状的突起107设置于与金属接头2的下端面203相向的面，将阀芯101压入嵌合于金属接头2时突起顶端108与端面203接触。通过进一步地施加负载，如图2所示那样使突起顶端108发生塑性变形，压入直至高X’＝0.5mm左右。塑性变形的有无，虽然可以通过压入负载及阀芯101的移动量判断，也可以切开截面通过金属显微镜等观察圆环状的突起107的金属组织的状态来确认。由此，即使端面203的粗糙度及平面度较大，只要凹凸在0.5mm以下，则圆环状的突起107沿着端面203的形状变形，与端面203全周接触。又，圆环状的突起107以外的阀芯端面105与金属接头端面203之间的具有宽约0.5mm的间隙109。

接下来，阀芯101被压入后，如图3所示，在焊接部104，由金属接头2的外径约12mm的外周侧的、与金属接头端面相距约4mm的位置开始通过激光焊接接合金属接头2与阀芯101。通过设定为焊接深度L＝1.5mm左右，达到与阀芯101的外周部106相比位于内径侧的直径约9mm的位置。此时，以金属接头2与阀芯101的焊接部104满足以下条件式的方式设定包括焊接深度L的焊接条件。

(金属接头侧的截面积A1)＞(阀芯侧的截面积A2)

对由设置这样的焊接部104的构成所产生的负载，利用图4进行说明。众所周知，作为焊接部的焊接变形，为通过激光融解材料，冷却凝固时收缩。此时，材料融解量越大，焊接变形也越大，焊接变形所产生的负载也越大。

在此，材料融解/凝固的量，分别由以下公式求解：

(金属接头侧的溶解量(体积)＝(金属接头侧的截面积A1)×(A1的重心描画的圆周周长C1)

(阀芯侧的溶解量(体积)＝(阀芯侧的截面积A2)×(A2的重心描画的圆周周长C2)

(C1、C2未图示)。截面积A1、A2可通过截开焊接部104并利用显微镜观察很容易求出。因金属接头与阀芯之间的焊接部连续，且焊接深度小，因而C1与C2的直径的差很小，因而可近似认为C1≒C2。从而，各侧溶解量与截面积A1、A2成比例关系。由上述可得出本实施例中焊接变形所产生的负载为：

(金属接头侧的负载F1)＞(阀芯侧的负载F2)

此时，向金属接头端面203与阀芯的圆环状的突起107被压缩的方向施加有焊接变形所产生的负载F3。

图10示出了在本身实施例的构成中通过有限元法实施应力分析的例子。为方便说明，应力分析的条件是无圆环状的突起107，而在金属接头端面203与阀芯端面105全面接触的状态下施加焊接变形的情况。图10的图表横轴表示金属接头端面203或阀芯端面105的直径，纵轴表示产生于金属接头端面203与阀芯端面105的接触面的轴向(纸面纵向)的应力，产生应力+侧表示压缩、-侧表示拉伸。根据所述图表，可知由于焊接部109的焊接变形，阀芯端面105与金属接头端面203的接触面，除最外侧的直径的一部分之外承受压缩应力。又，施加于金属接头端面203与阀芯端面105的接触面的整个表面的负载向压缩方向施加。

由于产生此负载F3，圆环状的突起107与金属接头端面203的圆环状的接触面被施加燃料密封所必需的面压。

针对燃料压力所产生的负载，焊接部104所必需的强度是由于燃料压力而施加突起顶端108塑性变形而形成的圆环状的密封面108’的直径D’部的面积(πD’²/4)的负载F₄，用以下公式表示。

(燃料压力所产生的负载F₄)＝(πD’²/4)×(燃料压力)

此处，本实施例中D’＝约5.5mm。又，在焊接部104进行燃料密封(无圆环状的突起部107)的情况下，因密封部的直径为阀芯的外径大小约10mm，所以承受燃料压力的面积约小7成。因此，通过设置突起部107，可以降低约7成因燃料压力而施加于焊接部的负载。

在此，利用图5对第二实施例进行说明。

如图5的(a)所示，在金属接头端面203设置有突起205。在此情况下，因阀芯101的压入阀芯端面105发生变形，如图5的(b)所示，圆环状的突起205嵌入阀芯101，在阀芯端面105形成圆环状的密封面108’。

其它的构成/效果与实施例1相同。

在此，利用图6对第3实施例进行说明

圆环状的突起107的形状也可以是图6的(a)所示那样的截面为梯形的形状。又，同样地，虽未图示，也可以为长方形。如图6的(b)那样的曲面形状也可以得到与第1实施例的情况同样的效果。虽未图示，圆环状的突起107也可以在阀芯端面105处设置多个。也可以如图6的(c)(d)(e)那样，在阀芯端面105的整个表面分别以锥面、锥面和平面、曲面来形成圆环状的突起部107。

在此，利用图7对第4实施例进行说明。

如图7的(a)(b)(c)所示，在金属接头端面203设置突起205，在阀芯端面105设置圆环状的突起107。又，如图7的(d)(e)(f)所示，也可以在金属接头端面203的整个表面设置圆环状的突起205，在阀芯端面105的整个表面设置圆环状的突起107。虽未图示，圆环状的突起205、107也可以为前述实施例中所示的形状。

在此，对第5实施例进行说明。

在第1实施例中近似取C1≒C2，近似前的溶解量(体积)的关系如下：

(金属接头侧的溶解量(体积))＝(金属接头侧的截面积A1)x(A1的重心描画的圆周周长C1)

(阀芯侧的溶解量(体积))＝(阀芯侧的截面积A2)x(A2的重心描画的圆周周长C2)

因焊接部的溶解量越大，焊接变形越大，也可以以比较上述所述焊接部的溶解量的下述关系来构成：

(金属接头侧的溶解量(体积))＞(阀芯侧的溶解量(体积))

另外，所述实施例中的圆环状的突起107或205，也可以将各自的构成组合使用。又，阀芯101以屈服应力比金属接头2的屈服应力低的材料构成，但与屈服应力的大小关系无关，可以得到与第1实施例相同的效果。即，其特征在于，具有：金属接头端面203，为局部地提高面压而截面积比金属接头203的面积小的燃料密封部(本实施例中为圆环状的突起107或205，以及由其形成的圆环状的密封面108’)，以及面积比所述燃料密封部的截面积大的阀芯端面105，金属接头端面203与端面105通过圆环状的密封面108’连通。因而，塑性变形的部位无论是圆环状的突起，还是金属接头的端面或阀芯端面，又或是两者，都可以得到相同的效果。

又，上述实施例中为提高生产效率，利用塑性变形,容许圆环状的密封面108’的凹凸，但本来凹凸很少，焊接部104与燃料通路501不连通，全周范围能够得到燃料密封所必需的面压的话，可以不塑性变形。又，上述实施例中密封面虽记载为圆环状，但即使并非圆形，也可以采用多边形或椭圆形等来形成密封面以使焊接部104不与燃料通路502连通。

在此，利用图8对第6实施例进行说明。

圆环状的突起107也可以由采用其它构件的圆环状的突起构件701构成。在此也与所述实施例的情况一样，突起也可以为图6的(a)～(e)等所述的实施例的形状。又，以利用定位提高组装性为目的，采用在阀芯端面105设置凹状沟槽702并嵌合圆环状的突起701的构成。

在此，利用图9对第7实施例进行说明。

如图9的圆环状的突起801所示，所述圆环状的突起107，也可以由表面处理形成。也可以遮蔽突起801以外的阀芯端面105，实施硬质镀铬或镀镍等的表面处理。在金属接头端面203设置由表面处理形成的圆环状的突起的情况也相同。在此与前述的实施例的情况相同，突起也可以为所述实施例的形状。

通过采用以上的构成，可以省空间、低成本地抑制金属接头与阀芯的接合所引起的位置偏移以及直角度偏移。

符号的说明

1电磁式燃料喷射阀

101阀芯

102喷嘴

103喷孔

104焊接部

105阀芯端面

106阀芯外周部

107圆环状的突起

108突起顶端

108’圆环状的密封面

109间隙

2金属接头

201螺纹部

202圆锥面

203金属接头端面

204内径圆筒部

205圆环状的突起

3钢球

301球面

302金属密封部

4盖形螺母

401螺纹部

5燃料配管

501燃料通路

6发动机缸盖

701圆环状的突起构件

702凹状沟槽

801圆环状的突起。

Claims

1.一种喷射阀，其特征在于，

所述喷射阀具有：圆筒形的阀芯，以及被压入嵌合于所述阀芯的外径部的金属接头；

通过从金属接头的外周部向阀芯外周部的内径侧连通的激光焊接，接合所述金属接头与所述阀芯；

所述喷射阀具有：金属接头端面，截面积比所述金属接头端面的面积小的燃料密封部，以及面积比所述燃料密封部的截面积大的阀芯端面；

所述金属接头端面与所述阀芯端面采用通过所述燃料密封部连通的构成。

2.如权利要求1所述的喷射阀，其特征在于，

将金属接头与阀芯的焊接部的截面设为：

金属接头侧的截面积A1＞阀芯侧的截面积A2。

3.如权利要求1所述的喷射阀，其特征在于，

所述燃料密封部以圆环状的突起构成。

4.如权利要求3所述的喷射阀，其特征在于，

所述圆环状的突起的截面以三角形、梯形、长方形、曲面构成。

5.如权利要求3所述的喷射阀，其特征在于，

所述圆环状的突起设置于金属接头端面或阀芯端面。

6.如权利要求3所述的喷射阀，其特征在于，

所述圆环状的突起设置于金属接头端面和阀芯端面双方。

7.如权利要求3所述的喷射阀，其特征在于，

设置有2个以上的多个所述圆环状的突起。

8.如权利要求1所述的喷射阀，其特征在于，

金属接头与阀芯各自的焊接部的体积构成为：

金属接头侧的溶解量(体积)＞阀芯侧的溶解量(体积)。

9.如权利要求3所述的喷射阀，其特征在于，

所述圆环状的突起部采用与阀芯或金属接头不同的构件。

10.如权利要求2所述的喷射阀，其特征在于，

所述圆环状的突起部通过表面处理形成于金属接头端面或阀芯端面。

11.如权利要求3所述的喷射阀，其特征在于，

所述圆环状的突起设置于金属接头端面或阀芯端面的内周侧。