JP2006242149A - 燃料噴射弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】 噴孔の周囲への燃料の滞留が低減され、組み付け工程が簡略化される燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】 ホルダ20に収容されるノズルプレート30は板状の材料から継ぎ目のない薄肉の筒状に形成されている。これにより、ノズルプレート30は、噴孔32、弁座36およびガイド面38を一体に有している。ノズルプレート30は、例えばプレス加工などによって噴孔32および燃料孔37の形成、ならびに円錐筒部33、円筒部34および突出部35の成形は一つの工程として行うことが可能となり、位置精度が容易かつ精密に確保される。ノズルプレート30は、弁座36の外周側がホルダ20によって支持されている。これにより、ノズルプレート30を板状の材料から薄肉の筒状に形成する場合でも、弁座36の近傍における強度は向上する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、内燃機関などのエンジンに用いられる燃料噴射弁に関する。
燃料噴射弁では、例えば排気中の有害物質の低減および燃費の向上などの観点から噴射される燃料の微粒化が重要な要素である。燃料の微粒化を達成する従来技術として、弁座を有する弁ボディの先端に噴孔を形成する板状の噴孔形成部材を設置する燃料噴射弁が公知である。
このような噴孔形成部材を備える燃料噴射弁の場合、噴孔形成部材は噴孔径が同一であれば板厚が小さくなるほど微粒化特性が向上する。一方、噴孔形成部材の板厚が小さくなると、噴孔形成部材の強度は低下する。そこで、噴孔形成部材の変形を防止する技術として、例えば特許文献1に開示されている発明が公知である。
特開2004−60519号公報
特許文献1に開示されている発明では、噴孔形成部材は弁ボディの外周側を覆う筒部において弁ボディに溶接により固定されている。また、噴孔形成部材の弁ボディとは反対側はホルダが形成方向内側へ突出して形成されている。これにより、噴孔形成部材は、弁ボディとは反対側からホルダによって支持されている。特許文献1に開示されている発明では、噴孔形成部材は、噴孔を形成する部分以外の板厚を大きくするとともに、ホルダで支持することにより要求される強度を確保している。
しかしながら、特許文献1に開示されている発明では、ホルダが噴孔形成部材を支持するために噴孔近傍まで突出している。そのため、噴孔の周囲には燃料が滞留しやすくなる。その結果、噴孔の周囲には、燃料が固形化したデポジットが堆積しやすい。また、弁ボディと噴孔形成部材とが別体である。そのため、弁ボディと噴孔形成部材との接合工程が必要となる。この場合、弁ボディと噴孔形成部材との密着性あるいは位置を精密に管理する必要がある。その結果、工程の複雑化および工数の増大を招くおそれがある。
そこで、本発明の目的は、噴孔の周囲への燃料の滞留が低減され、組み付け工程が簡略化される燃料噴射弁を提供することにある。
請求項1記載の発明では、噴孔形成部材は噴孔を形成するだけでなく弁座を有している。そのため、弁座を有する部材と噴孔を形成する噴孔形成部材とを接合する工程は不要である。また、ホルダは、弁部材の着座により力が加わる弁座の外周側から噴孔形成部材を支持している。これにより、ホルダが噴孔の近傍に突出することはなく、噴孔の周囲における形状は簡単になる。したがって、噴孔の周囲への燃料の滞留を低減することができ、組み付け工程を簡略化することができる。
請求項2記載の発明では、噴孔形成部材は継ぎ目のない板状である。これにより、噴孔形成部材は、薄肉の筒状に形成されるとともに、噴孔および弁座を有する。そのため、噴孔の周囲における形状が簡略化され、噴孔の周囲における熱容量が低減する。その結果、噴孔の周囲におけるデポジットの堆積を低減することができる。また、噴孔形成部材は弁座の径方向外側からホルダにより支持されている。そのため、噴孔形成部材を継ぎ目のない板状に形成する場合でも、弁座における強度を確保することができる。さらに、噴孔形成部材を継ぎ目のない板状に形成することにより、噴孔の形成と噴孔形成部材の成形は例えばプレスによる打ち抜きなどによって一工程によって行われる。したがって、加工工数を低減することができる。
請求項3記載の発明では、噴孔を形成する部位が弁座を形成する部位に比較して薄い。弁座には弁部材が着座する。そのため、弁座を形成する部位の板厚を厚くすることにより、必要な強度を確保することができる。また、噴孔を形成する部位の板厚を薄くすることにより、噴孔から噴射される燃料の微粒化を促進することができる。
請求項4記載の発明では、噴孔形成部材は斜面部においてホルダによって支持されている。これにより、弁座の周囲は円錐状に形成される。円錐状の斜面部を支持することにより、噴孔形成部材はホルダによって確実に支持される。
請求項5記載の発明では、斜面部は弁座の径方向外側に位置している。そのため、斜面部に接するホルダは弁座の外周側から噴孔形成部材を支持する。これにより、噴孔形成部材は、燃料圧力による変形防止のため強度が必要な部分、および弁部材の着座によって強度が必要な部分がホルダによって支持される。したがって、弁座の近傍における強度を確保することができる。
請求項6、7または8記載の発明では、噴孔形成部材は内壁にガイド面を有している。ガイド面は、弁部材の移動を案内する。これにより、弁部材は他の部材を追加することなく移動が案内される。したがって、部品点数の増大を招くことなく、簡単な構造で弁部材を安定して支持することができる。また、例えば噴孔形成部材をプレスによって成形する場合、噴孔の形成および噴孔形成部材の成形とともにガイド面が形成される。したがって、加工工数を低減することができる。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による燃料噴射弁(以下、燃料噴射弁を「インジェクタ」という。)を図2に示す。第1実施形態によるインジェクタ10は、例えば燃焼室へ燃料を噴射する直噴式のガソリンエンジンに適用される。直噴式のガソリンエンジンの場合、インジェクタ10はエンジンのシリンダヘッドに搭載される。なお、インジェクタ10は、直噴式のガソリンエンジンに限らず、吸気ポートを流れる吸気に燃料を噴射するポート噴射式のガソリンエンジン、あるいはディーゼルエンジンに適用してもよい。
インジェクタ10は筒状のハウジング11を備えている。ハウジング11は、第一磁性部12、非磁性部13および第二磁性部14を有している。非磁性部13は、第一磁性部12と第二磁性部14との磁気的な短絡を防止する。第一磁性部12、非磁性部13および第二磁性部14は、例えばレーザ溶接などにより一体に接続されている。なお、ハウジング11は、磁性材料または非磁性材料により筒状の一体部として形成し、例えば熱加工などにより一部を非磁性化または磁性化する構成としてもよい。
ハウジング11の軸方向の一方の端部には入口部材15が設置されている。入口部材15はハウジング11の内周側に圧入されている。入口部材15は燃料入口16を形成している。燃料入口16には、図示しない燃料ポンプにより燃料タンクから燃料が供給される。燃料入口16に供給された燃料は、燃料フィルタ17を経由してハウジング11の内周側に流入する。燃料フィルタ17は、燃料に含まれる異物を除去する。
ハウジング11の他方の端部には、ホルダ20が設置されている。ホルダ20は、筒状に形成され、内側に噴孔形成部材としてのノズルプレート30を収容している。ホルダ20は、燃料入口16とは反対側の端部に径方向内側へ突出する支持部21を有している。支持部21は、図1に示すように内周面22が中心軸に対し傾斜している。ノズルプレート30は、板状の材料から薄肉の筒状に形成されている。また、ノズルプレート30は、板状の材料から継ぎ目なく一体に形成されている。ノズルプレート30は、燃料入口16とは反対側の端部に底部31を有している。ノズルプレート30の底部31は、板厚方向に貫く噴孔32を形成している。底部31は、径方向へ概ね板厚が一定の円板状に形成されている。
ノズルプレート30は、底部31に加え、円錐筒部33、円筒部34、および突出部35から構成されている。円錐筒部33は、一方の端部が底部31に接続し、他方の端部が円筒部34に接続している。円錐筒部33は、底部31から遠ざかるにつれて内径および外径が拡大している。円錐筒部33は、円錐状に形成されているため、内周面33aおよび外周面33bが中心軸に対し傾斜している。これにより、円錐筒部33の外周面33bが特許請求の範囲の斜面部を形成している。ノズルプレート30は、円錐筒部33においてホルダ20の支持部21と接している。円錐筒部33の外周面33bの傾斜角度と支持部21の内周面22の傾斜角度とは概ね同一である。これにより、ノズルプレート30は、円錐筒部33においてホルダ20の支持部21に支持される。ノズルプレート30は、円錐筒部33の内周側に弁座36を形成している。弁座36は、底部31が形成する噴孔32よりも燃料流れ方向において上流側に設置されている。円錐筒部33の内周面33aに弁座36を形成することにより、ホルダ20の支持部21は弁座36の径方向外側からノズルプレート30を支持している。
円筒部34は、外径がホルダ20の内径と概ね同一である。これにより、例えば円筒部34においてノズルプレート30とホルダ20とを溶接することにより、ノズルプレート30はホルダ20に固定される。なお、ノズルプレート30は、ホルダ20に圧入して固定するとしてもよい。突出部35は、円筒部34の円錐筒部33とは反対側の端部に接続している。突出部35は、円筒部34から径方向内側へ突出している。突出部35には、板厚方向に貫く燃料孔37が形成されている。
弁部材としてのニードル23は、ハウジング11、ホルダ20およびノズルプレート30の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル23は、ノズルプレート30と概ね同軸上に配置されている。ニードル23は、軸方向の一方の端部すなわち燃料入口16とは反対側の端部にシール部24を有している。シール部24は、ノズルプレート30に形成されている弁座36に着座可能である。ニードル23は、ノズルプレート30との間に燃料が流れる燃料通路25を形成する。ニードル23の外周面23aは、ノズルプレート30の突出部35と接している。ノズルプレート30の突出部35は、径方向内側へ突出することにより、内端面がニードル23の外周面23aと摺動する。これにより、ニードル23の外周面23aと摺動する突出部35の内端面は、ニードル23の移動を案内するガイド面38を形成する。ガイド面38は、ノズルプレート30の周方向へ連続して形成されている。これにより、ガイド面38とニードル23とは、周方向の全周で接する。突出部35に燃料孔37を形成することにより、ニードル23とガイド面38とが全周で接する場合でも、燃料通路25への燃料の流れが確保される。
インジェクタ10は、ニードル23を駆動する駆動部40を有している。駆動部40は、スプール41、コイル42、固定コア43、プレートハウジング44および可動コア45を有している。スプール41は、ハウジング11の外周側に設置されている。スプール41は、樹脂で筒状に形成され、外周側にコイル42が巻かれている。コイル42は、コネクタの端子部47に接続している。固定コア43は、ハウジング11を挟んでコイル42の内周側に設置されている。固定コア43は、例えば鉄などの磁性材料から筒状に形成され、ハウジング11の内周側に例えば圧入などにより固定されている。磁性部材であるプレートハウジング44は、コイル42の外周側を覆っている。スプール41およびコイル42の外周側は、コネクタ46を一体に形成する樹脂モールド48により覆われている。
可動コア45は、ハウジング11の内周側に軸方向へ往復移動可能に設置されている。可動コア45は、例えば鉄などの磁性材料から筒状に形成されている。可動コア45は、固定コア43とは反対側の端部においてニードル23と一体に接続している。また、可動コア45は、固定コア43側の端部において弾性部材であるスプリング18と接している。スプリング18は、一方の端部が可動コア45に接しており、他方の端部がアジャスティングパイプ19に接している。アジャスティングパイプ19は、固定コア43の内周側に圧入されている。スプリング18は、軸方向へ伸びる力を有している。そのため、一体の可動コア45およびニードル23は、スプリング18により弁座36に着座する方向へ押し付けられる。固定コア43に圧入されているアジャスティングパイプ19の圧入量を調整することにより、スプリング18の荷重は調整される。コイル42に通電していないとき、可動コア45およびニードル23は弁座36方向へ押し付けられ、シール部24は弁座36に着座する。
次に、上記構成によるインジェクタ10の作動について説明する。
コイル42への通電が停止されているとき、固定コア43と可動コア45との間には電磁吸引力が発生しない。そのため、可動コア45は、スプリング18の押し付け力により、ニードル23とともに固定コア43とは反対側へ移動している。その結果、コイル42への通電が停止されているとき、ニードル23のシール部24は弁座36に着座している。したがって、燃料は噴孔32から噴射されない。
コイル42に通電されると、コイル42に発生した磁界によりプレートハウジング44、ホルダ20、第一磁性部12、可動コア45、固定コア43および第二磁性部14には磁気回路が形成され、磁束が流れる。これにより、固定コア43と可動コア45との間には磁気吸引力が発生する。固定コア43と可動コア45との間に発生する磁気吸引力がスプリング18の押し付け力よりも大きくなると、一体の可動コア45およびニードル23は固定コア43側へ移動する。その結果、ニードル23のシール部24は弁座36から離座する。
燃料入口16に供給された燃料は、燃料フィルタ17、入口部材15の内周側、アジャスティングパイプ19の内周側、可動コア45の内周側、可動コア45の内周側と外周側とを連通する連通孔451、ハウジング11と可動コア45との間、ニードル23とホルダ20との間、およびノズルプレート30の燃料孔37を経由して燃料通路25へ流入する。燃料通路25へ流入した燃料は、弁座36とシール部24との間を経由して噴孔32へ流入する。これにより、燃料は噴孔32から噴射される。
コイル42への通電を停止すると、固定コア43と可動コア45との間に磁気吸引力は消滅する。これにより、一体の可動コア45およびニードル23は、スプリング18の押し付け力により固定コア43とは反対側へ移動する。そのため、シール部24は、再び弁座36に着座し、燃料通路25と噴孔32との間の燃料の流れは遮断される。したがって、燃料の噴射は終了する。
第1実施形態では、ノズルプレート30は板状の材料から継ぎ目のない薄肉の筒状に形成されている。これにより、ノズルプレート30は、噴孔32、弁座36およびガイド面38を一体に有している。ノズルプレート30は、板状の材料から形成することにより、例えばプレス加工などによって噴孔32および燃料孔37の形成、ならびに円錐筒部33、円筒部34および突出部35の成形は一つの工程として行うことが可能となる。噴孔32、弁座36およびガイド面38が一体のノズルプレート30に設置されることにより、複数の部材を組み付ける場合と比較して、噴孔32、弁座36およびガイド面38などの位置精度は容易かつ精密に確保される。したがって、組み付け工程における工数の増大および工程の複雑化を招くことなく、形状の精度を高めることができる。また、噴孔32の形状および位置の精度が向上するため、噴孔32から噴射される燃料の微粒化を促進することができる。
第1実施形態では、ノズルプレート30は、円錐筒部33の内周側に弁座36を形成するとともに、円錐筒部33の外周側がホルダ20によって支持されている。これにより、ノズルプレート30を板状の材料から薄肉の筒状に形成する場合でも、弁座36の近傍における強度は向上する。ニードル23の往復移動により燃料が噴射される場合、燃料圧力によりプレート底部31は燃料流れ下流方向に変形するものの、弁座36の外周側に位置するホルダ20の支持部21によってノズルプレート30を支持することにより、この変形量を抑制することができる。また、ニードル23の往復移動によって、弁座36にはニードル23のシール部24が着座する。そのため、弁座36の近傍には大きな力が加わる。弁座36の外周側に位置するホルダ20の支持部21によってノズルプレート30を支持することにより、ニードル23との衝突によってノズルプレート30に加わる力はホルダ20の支持部21が受ける。これにより、ノズルプレート30は弁座36の近傍における変形が防止される。したがって、ノズルプレート30を薄肉の筒状に形成する場合でも、必要な強度を確保することができるとともに、弁座36の近傍における寸法精度を維持することができる。
第1実施形態では、ホルダ20の支持部21はノズルプレート30の外周側から円錐筒部33を支持している。そのため、ホルダ20はノズルプレート30の底部31に設置される噴孔32の周囲に突出しない。これにより、インジェクタ10は、噴孔32が設置される先端部における形状が簡単になる。その結果、噴孔32の近傍への燃料の滞留は低減される。また、噴孔32の近傍における形状が簡単になるため、噴孔32の近傍における熱容量も低減する。これらにより、直噴式のエンジンのように、インジェクタ10の噴孔32の近傍が高温の燃焼ガスに晒される場合でも、噴孔32の近傍に残留する燃料が固形化することがない。したがって、噴孔32の近傍におけるデポジットの堆積を低減することができる。
第1実施形態では、ノズルプレート30は噴孔32および弁座36だけでなくガイド面38を有している。そのため、ニードル23は、外周面23aがガイド面38と摺動することにより、軸方向への往復移動が案内される。これにより、ニードル23の安定した移動を確保することができる。また、ガイド面38は、噴孔32および弁座36を有するノズルプレート30の一部を径方向内側に折り曲げて突出することにより形成される。そのため、ガイド面38はノズルプレート30と一体に設置され、ニードル23を支持するために別部材を追加する必要がない。したがって、部品点数の増大を招くことなく、簡単な構造とすることができる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態によるインジェクタの噴孔近傍を図3に示す。なお、第1実施形態とは実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第2実施形態では、図3に示すようにノズルプレート50は単純な有底の薄肉筒状に形成されている。ノズルプレート50は、底部51、円錐筒部53および円筒部54を有している。第1実施形態と同様に、底部51は噴孔52を形成している。また、円錐筒部53の弁座36の外周側には、ホルダ20の支持部21が位置している。円筒部54は、外周面54aがホルダ20の内周面20aと接している。これにより、ノズルプレート30は、円筒部54においてホルダ20に圧入またはホルダと溶接される。一方、円筒部54は、内周面54bの一部がニードル23と接している。
ニードル23は、シール部24の噴孔52とは反対側において軸方向の途中に大径部231を有している。大径部231の外径はノズルプレート50の円筒部54の内径と概ね同一である。これにより、大径部231の外周面231aは円筒部54の内周面54bの一部と摺動する。この円筒部54の内周面54bのうち、大径部231の外周面231aと接する部分がガイド面58となる。これにより、ニードル23は、軸方向の移動がノズルプレート50の円筒部54のガイド面58によって案内される。また、ニードル23は、大径部231の一部が面取りされている。これにより、ニードル23の大径部231は、一部がノズルプレート50の円筒部54の内周面54bとの間に隙間59を形成する。この隙間59は燃料通路25に連通している。そのため、燃料入口16から流入した燃料は、ニードル23の大径部231とノズルプレート50の円筒部54との間に形成される隙間59を経由して、燃料通路25へ流入する。
第2実施形態では、ノズルプレート50は形状が第1実施形態に比較してより簡単になる。そのため、ノズルプレート50の形成を容易にすることができる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態によるインジェクタの噴孔の近傍を図4に示す。なお、第1実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第3実施形態では、図4に示すようにノズルプレート30の突出部35は、軸に垂直な断面が略矩形状に形成されている。これにより、突出部35は一部がニードル23の外周面23aに接するとともに、他の一部がニードル23の外周面23aとの間に隙間39を形成する。このとき、突出部35のうちニードル23の外周面23aと接する部分はガイド面38を形成する。また、燃料入口16に流入した燃料は、突出部35とニードル23の外周面23aとの間に形成される隙間39を経由して燃料通路25へ流入する。
第3実施形態では、ノズルプレート30の突出部35の一部の断面形状を略矩形状に形成している。これにより、ニードル23の軸方向への移動を案内するガイド面38と、燃料が流れる隙間39とが形成される。なお、第3実施形態では、ノズルプレート30の突出部35の断面形状を略矩形状にする例について説明した。しかし、突出部35の断面形状は、矩形状に限らず、多角形状、偏心した円形状または楕円形状など、ニードル23との間にガイド面38および隙間39を形成する形状であればよい。
(その他の実施形態)
本発明のその他の実施形態によるインジェクタの噴孔の近傍について説明する。第1実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
上述した複数の実施形態では、ノズルプレート30の円錐筒部33をホルダ20の支持部21で支持する構成について説明した。しかし、その他の実施形態として、図5に示すようにノズルプレート30に底部31と平行な段差部61を形成し、段差部61の底部31側からホルダ20の支持部21で支持する構成としてもよい。この場合、弁座36の外周側に支持部21が位置するように、弁座36は段差部61の近傍に設置することが望ましい。
また、図6に示すように底部31の弁座36とは反対側からホルダ20の支持部21で支持する構成としてもよい。この場合も、弁座36の外周側に支持部21が位置するように支持部21を設置することが望ましい。
さらに、図7に示すようにノズルプレート30の円錐筒部33は、底部31および円筒部34に比較して板厚を大きくしてもよい。円錐筒部33には弁座36が設置されるため、円錐筒部33はニードル23との衝突による衝撃を受ける。そのため、円錐筒部33の板厚を大きくすることにより、円錐筒部33の強度を高めることができる。一方、底部31は、板厚が小さいほど噴孔32から噴射される燃料の微粒化が促進される。そのため、底部31の板厚を小さくすることにより、噴孔32から噴射される燃料の微粒化を促進することができる。
本発明の第1実施形態によるインジェクタの噴孔の近傍を示す断面図である。 本発明の第1実施形態によるインジェクタを示す断面図である。 本発明の第2実施形態によるインジェクタを示す図であって、(A)は噴孔の近傍を示す中心軸に沿った断面図であり、(B)は(A)のB−B線における断面図である。 本発明の第3実施形態によるインジェクタを示す図であって、(A)は噴孔の近傍を示す中心軸に沿った断面図であり、(B)は(A)のB−B線における断面図である。 本発明の他の実施形態によるインジェクタの噴孔の近傍を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるインジェクタの噴孔の近傍を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるインジェクタの噴孔の近傍を示す断面図である。
符号の説明
10 インジェクタ(燃料噴射弁)、20 ホルダ、23 ニードル(弁部材)、30 ノズルプレート(噴孔形成部材)、32 噴孔、33b 外周面(斜面部)、35 突出部、36 弁座、37 燃料孔、38 ガイド面、50 ノズルプレート、52 噴孔、53 円錐筒部、58 ガイド面

Claims (8)

  1. 燃料を噴射する噴孔を形成し、前記噴孔の燃料流れ上流側に弁部材が着座可能な弁座を有する噴孔形成部材と、
    前記噴孔形成部材を収容し、前記弁座の径方向外側において前記噴孔形成部材の外周側から前記噴孔形成部材を支持するホルダと、
    を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 前記噴孔形成部材は、継ぎ目のない板状であることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。
  3. 前記噴孔形成部材は、前記噴孔を形成する部位が前記弁座を形成する部位に比較して薄いことを特徴とする請求項2記載の燃料噴射弁。
  4. 前記噴孔形成部材は外壁に中心軸に対し傾斜する斜面部を有し、前記ホルダは前記斜面部と接して前記噴孔形成部材を支持していることを特徴とする請求項1、2または3記載の燃料噴射弁。
  5. 前記斜面部は、前記弁座の径方向外側に位置していることを特徴とする請求項4記載の燃料噴射弁。
  6. 前記噴孔形成部材は、内壁に前記弁部材の移動を案内するガイド面を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
  7. 前記噴孔形成部材は径方向内側へ突出して折り曲げられた突出部を有し、前記ガイド面は前記突出部の内端面であることを特徴とする請求項6記載の燃料噴射弁。
  8. 前記噴孔形成部材は、前記突出部を板厚方向に貫く孔を有することを特徴とする請求項7記載の燃料噴射弁。
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WO2010079010A1 (de) * 2009-01-09 2010-07-15 Robert Bosch Gmbh Einspritzventil für eine abgasnachbehandlungseinrichtung

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