JP2006329147A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 噴孔へのデポジットの堆積を低減する燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】 噴孔２５を形成する弁ボディ２１の内壁にコーティング部４１を設置している。コーティング部４１とデポジットとは線膨張係数が異なっている。そのため、弁ボディ２１または弁ボディ２１の近傍において温度が変化すると、弁ボディ２１に付着しているデポジットはコーティング部４１において膨張率の差によって剪断力を受ける。その結果、噴孔２５の内部に付着したデポジットは、噴孔２５を形成する弁ボディ２１の内壁から剥離する。弁ボディ２１の内壁から剥離したデポジットは噴孔２５の内部を流れる燃料によって除去される。
【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。

燃料噴射弁において噴孔を形成する弁ボディの外壁にデポジットが付着すると、噴孔からの燃料の噴射が妨げられる。その結果、エンジンの出力低下を招いたり、燃費の悪化あるいは排気中の有害成分の増加を招くおそれがある。そこで、特許文献１に開示されている発明では、噴孔を形成している弁ボディにコーティング部を形成している。コーティング部は、弁ボディの外壁に開口する噴孔の周囲に形成されている。コーティング部は、弁ボディに付着するデポジットと線膨張係数の異なる材料から形成されている。これにより、燃料噴射弁の弁ボディの温度が上昇すると、線膨張係数の違いから、弁ボディの外壁からのデポジットの剥離が促進される。

特開２００２−３６４４９８号公報

特許文献１に開示されている発明では、噴孔の出口へのデポジットの付着が低減されるにすぎない。しかしながら、噴孔の内部にデポジットが付着すると、噴孔から噴射される燃料の噴射量が変化したり、噴霧の形状が悪化するおそれがある。特に、噴孔の断面積が大きな場合、燃料噴射量の変化および噴霧形状の悪化が大きくなる。

そこで、本発明の目的は、噴孔へのデポジットの堆積を低減す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、複数のコーティング部は噴孔において弁ボディの内周面側の端部から外周面側の端部までの間に設けられている。各コーティング部の線膨張係数は、互いに線膨張係数と異なっている。そのため、弁ボディの温度が上昇すると、各コーティング部の線膨張係数の違いから、弁ボディに付着したデポジットは弁ボディから剥離する。剥離したデポジットは、噴孔を流れる燃料によって除去される。したがって、噴孔へのデポジットの堆積を低減することができる。

請求項２記載の発明では、各コーティング部は噴孔を形成する弁ボディの内壁に形成されている。そのため、噴孔を形成する弁ボディの内壁へのデポジットの付着が低減される。また、噴孔を形成する弁ボディの内壁にコーティング部を形成することにより、コーティング部によって剥離したデポジットは噴孔の内部を流れる燃料によって除去される。したがって、噴孔の内部へのデポジットの堆積を低減することができる。

請求項３記載の発明では、各コーティング部は噴孔の周方向へ連続して形成されている。そのため、デポジットは噴孔を形成する弁ボディの内壁の全周にわたり付着が低減される。したがって、噴孔の内部へのデポジットの堆積を低減することができる。

請求項４記載の発明では、噴孔はスリット状である。スリット状の噴孔では、断面積が大きくなるため、噴孔を形成する弁ボディの内壁にデポジットが付着しやすくなる。コーティング部を設置することにより、断面積に関係なく噴孔を形成する弁ボディの内壁へのデポジットの付着が低減される。したがって、噴孔の内部へのデポジットの堆積を低減することができる。

請求項５記載の発明では、噴孔は略円錐形状である。噴孔の形状にかかわらずコーティング部を設置することにより、噴孔を形成する弁ボディの内壁へのデポジットの付着が低減される。したがって、噴孔の内部へのデポジットの堆積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、例えば直噴式のガソリンエンジンに適用される。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、ポート噴射式のガソリンエンジン、またはディーゼルエンジンなどに適用してもよい。直噴式のガソリンエンジンにインジェクタ１０を適用する場合、インジェクタ１０は図示しないエンジンのガソリンヘッドに搭載される。

インジェクタ１０のハウジング１１は筒状に形成されている。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互いに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物に成形し、熱加工などをすることにより非磁性部１３に対応する部分を非磁性化したり、第一磁性部１２または第二磁性部１４に対応する部分を磁性化してもよい。

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、フィルタ部材１７を経由してハウジング１１の内周側へ流入する。フィルタ部材１７は、燃料に含まれる異物を除去する。

ハウジング１１の軸方向の他方の端部には、ホルダ２０が設置されている。ホルダ２０は、筒状に形成され、内側に弁ボディ２１が設置されている。弁ボディ２１は、筒状に形成され、例えば圧入あるいは溶接などによりホルダ２０の内側に固定されている。弁ボディ２１は、図１に示すように先端に近づくにつれて内径が小さくなる円錐状の内壁２２に弁座２３を有している。弁ボディ２１は、内壁２２のハウジング１１とは反対側に接続するサック部２４を有している。サック部２４には、噴孔２５の一方の端部が開口している。噴孔２５は、一方の端部がサック部２４を形成する弁ボディ２１の内壁に開口し、他方の端部が弁ボディ２１の外壁に開口している。これにより、噴孔２５は、弁ボディ２１の内壁と外壁とを連通している。

弁部材としてのニードル２６は、図２に示すようにハウジング１１、ホルダ２０および弁ボディ２１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２６は、弁ボディ２１と概ね同軸上に配置されている。ニードル２６は、燃料入口１６とは反対側の端部にシール部２７を有している。シール部２７は、弁ボディ２１の弁座２３に着座可能である。図１に示すように弁ボディ２１の内壁２２とシール部２７が形成されているニードル２６の外壁との間には、燃料が流れる燃料通路２８が形成される。

インジェクタ１０は、図２に示すようにニードル２６を駆動する駆動部３０を有している。駆動部３０は、ニードル２６を電磁的に駆動する電磁駆動部である。駆動部３０は、スプール３１、コイル３２、固定コア３３、可動コア３４およびプレートハウジング３５を有している。スプール３１は、ハウジング１１の外周側に設置されている。スプール３１は、樹脂で筒状に形成され、外周側にコイル３２が巻かれている。コイル３２は、コネクタ３６の端子と電気的に接続している。ハウジング１１を挟んでコイル３２の内周側には固定コア３３が設置されている。固定コア３３は、例えば鉄などの磁性材料により筒状に形成され、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。プレートハウジング３５は、磁性体から形成され、コイル３２の外周側を覆っている。プレートハウジング３５は、ハウジング１１の第二磁性部１４とホルダ２０とを磁気的に接続している。スプール３１およびコイル３２の外周側は、コネクタ３６を一体に形成する樹脂モールド３８により覆われている。

可動コア３４は、ハウジング１１の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。可動コア３４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３４は、固定コア３３とは反対側の端部がニードル２６と一体に接続している。ニードル２６のシール部２７とは反対側の端部は、可動コア３４に固定されている。これにより、可動コア３４およびニードル２６は一体に軸方向へ往復移動する。

可動コア３４は、固定コア３３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３４に接しており、他方の端部がアジャスティングパイプ１９と接している。なお、弾性部材には、例えば板ばねまたは気体や液体のダンパなど、スプリング１８に限らず適用可能である。アジャスティングパイプ１９は、固定コア３３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。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、一体のニードル２６および可動コア３４は、スプリング１８によりシール部２７が弁座２３に着座する方向へ押し付けられている。

コイル３２に通電していないとき、スプリング１８の押し付け力により、シール部２７は弁座２３に着座する。コイル３２に通電していないとき、固定コア３３と可動コア３４との間には所定の隙間が形成されている。コイル３２に通電されると、可動コア３４は固定コア３３に吸引されるとともに、固定コア３３と可動コア３４とは互いに相対する面同士が接する。これにより、一体の可動コア３４およびニードル２６の固定コア３３側への移動は制限される。

次に、弁ボディ２１について詳細に説明する。
図１に示すように、弁ボディ２１は円錐状の内壁２２に弁座２３を有している。弁座２３には、ニードル２６のシール部２７が着座可能である。内壁２２の燃料流れ下流側すなわちハウジング１１と反対側の端部にはサック部２４が接続している。サック部２４は、弁ボディ２１の内壁によって包囲されている。サック部２４は、弁座２３に近い側が略円筒状に形成され、弁座２３から遠い先端側が略半球面状に形成されている。

サック部２４を形成する弁ボディ２１の内壁には、噴孔２５の燃料入口２５１が開口している。噴孔２５は、サック部２４とは反対側の燃料出口２５２が弁ボディ２１の外壁に開口している。これにより、噴孔２５は、弁ボディ２１を貫いて弁ボディ２１の内壁と外壁とを連通している。噴孔２５は、図１および図３に示すように軸に垂直な断面が扁平なスリット状に形成されている。噴孔２５の断面は、例えば楕円形あるいは長円形に形成されている。

噴孔２５を形成する弁ボディ２１の内壁には、複数のコーティング部４１が設置されている。コーティング部４１は、例えばジェラルミンあるいは酸化チタンなどの線膨張係数が大きな材料から形成されている。また、複数のコーティング部４１を設置する場合、各コーティング部４１は互いに熱膨張係数が異なる材料で形成してもよい。また、コーティング部４１は、一部が例えばポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素含有樹脂で形成してもよい。本実施形態の場合、コーティング部４１は、弁ボディ２１の内壁において噴孔２５の燃料入口２５１から燃料出口２５２までの間に二個所設置されている。この場合、例えばコーティング部４１の一方をジェラルミンあるいは酸化チタンなどの線膨張係数の大きな材料で形成し、他方をフッ素含有樹脂で形成してもよい。コーティング部４１は、噴孔２５の周方向の全周にわたり形成されている。すなわち、コーティング部４１は、噴孔２５の周方向へ切れ目なく連続して形成されている。

次に、上記の構成によるインジェクタ１０の作動について説明する。
図２に示すコイル３２への通電が停止されているとき、固定コア３３と可動コア３４との間には磁気吸引力は発生しない。そのため、可動コア３４は、スプリング１８の押し付け力により固定コア３３とは反対側へ移動している。その結果、コイル３２への通電が停止されているとき、ニードル２６のシール部２７は弁座２３に着座している。したがって、燃料は噴孔２５から噴射されない。

コイル３２に通電されると、コイル３２に発生した磁界によりプレートハウジング３５、ホルダ２０、第一磁性部１２、可動コア３４、固定コア３３および第二磁性部１４に磁気回路が形成され磁束が流れる。これにより、固定コア３３と可動コア３４との間には磁気吸引力が発生する。固定コア３３と可動コア３４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３４およびニードル２６は固定コア３３方向へ移動する。その結果、ニードル２６のシール部２７は弁座２３から離座する。

燃料入口１６から流入した燃料は、フィルタ部材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３４の内周側、可動コア３４を内周側から外周側へ貫く燃料孔３９およびホルダ２０の内周側を経由して燃料通路２８へ流入する。燃料通路２８に流入した燃料は、弁座２３から離座したニードル２６と弁ボディ２１との間およびサック部２４を経由して噴孔２５へ流入する。これにより、噴孔２５から燃料が噴射される。

コイル３２への通電を停止すると、固定コア３３と可動コア３４との間の磁気吸引力は消滅する。これにより、一体の可動コア３４およびニードル２６はスプリング１８の押し付け力により固定コア３３とは反対側へ移動する。これにより、一体の可動コア３４およびニードル２６はスプリング１８の押し付け力により弁座２３に着座する。その結果、燃料通路２８と噴孔２５との間の燃料の流れは遮断される。したがって、噴孔２５からの燃料の噴射は終了する。

第１実施形態では、噴孔２５を形成する弁ボディ２１の内壁に複数のコーティング部４１を設置している。コーティング部４１は、それぞれ熱膨張率が異なるとともに、インジェクタ１０の噴孔２５の近傍に付着するデポジットと線膨張率が異なる材料によって形成されている。噴孔２５からは燃料が繰り返し噴射されるため、噴孔２５を形成しているインジェクタ１０の弁ボディ２１には例えば燃料に含まれる高沸点成分などのデポジットが付着しやすい。また、直噴式のエンジンにインジェクタ１０を適用する場合、噴孔２５を形成しているインジェクタ１０の弁ボディ２１は高温の燃焼ガスに晒される。そのため、噴孔２５に残留した燃料は噴孔２５内あるいは噴孔の近傍で固化し、デポジットとして弁ボディ２１に付着する。

本実施形態では、噴孔２５を形成する弁ボディ２１の内壁に複数のコーティング部４１を設置している。各コーティング部４１は、それぞれ線膨張係数が異なるとともに、デポジットと線膨張係数が異なっている。そのため、弁ボディ２１または弁ボディ２１の近傍において温度が変化すると、弁ボディ２１に付着しているデポジットはコーティング部４１において膨張率の差によって剪断力を受ける。その結果、噴孔２５の内部に付着したデポジットは、噴孔２５を形成する弁ボディ２１の内壁から剥離する。特に、コーティング部４１を噴孔２５の軸方向へ複数設置することにより、デポジットは細かく粉砕されて剥離する。また、コーティング部４１を、噴孔２５を形成する弁ボディ２１の内壁に設置することにより、噴孔２５からの燃料の噴射時、弁ボディ２１の内壁から剥離したデポジットは噴孔２５の内部を流れる燃料によって除去される。したがって、噴孔２５の内部へのデポジットの堆積を低減することができる。

また、本実施形態では、各コーティング部４１を線膨張係数が異なる材料で形成することにより、弁ボディ２１に付着したデポジットが噴孔２５を形成する弁ボディ２１の内壁から剥離する部分が増加する。そのため、噴孔２５の内部へのデポジットの堆積を低減することができる。さらに、複数のコーティング部４１の一部をフッ素含有樹脂で形成することにより、噴孔２５を形成する弁ボディ２１の内壁へのデポジットの付着が低減される。すなわち、フッ素含有樹脂で形成したコーティング部４１によりデポジットの付着を低減するとともに、弁ボディ２１および各コーティング部４１間の線膨張係数の相違によって弁ボディ２１からのデポジットの剥離が促進される。したがって、噴孔２５の内部へのデポジットの堆積をより低減することができる。

また、第１実施形態では、弁ボディ２１はスリット状の噴孔２５を形成している。スリット状の噴孔２５の場合、断面積が増大し、デポジットの付着を招きやすい。特に、スリット状の噴孔２５の場合、噴孔２５の内側にデポジットが付着すると、噴孔２５から噴射される燃料の噴霧形状の悪化を招きやすい。すなわち、スリット状の噴孔２５の場合、噴孔２５から精密に形状および噴射量が設定された液膜状の噴霧が噴射される。そのため、噴孔２５の内部にデポジットが付着すると、噴霧の形状および燃料の噴射量が変化し、所望の噴霧形状および燃料噴射量を得ることが困難になる。そこで、噴孔２５の内部にコーティング部４１を設置することにより、デポジットの付着が低減されるため、噴霧の形状および燃料噴射量を精密に維持することができる。

（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２実施形態では、図４に示すように弁ボディ２１が形成する噴孔５１は軸に垂直な断面が円形状に形成されている。噴孔５１は、サック部２４側の燃料入口５１１から弁ボディ２１の外壁側の燃料出口５１２にかけて徐々に内径が拡大している。これにより、噴孔５１は、略円錐形状に形成されている。噴孔５１を形成する弁ボディ２１の内壁には、コーティング部４２が設置されている。コーティング部４２は、第１実施形態と同様に噴孔５１の軸方向へ複数個所設置され、噴孔５１の周方向へ連続して形成されている。

第２実施形態では、噴孔５１の形状にかかわらず略円錐形状の噴孔５１であってもコーティング部４２を適用することができる。これにより、噴孔５１の内部へのデポジットの堆積を低減することができる。

（その他の実施形態）
上述した複数の実施形態では、弁ボディ２１に一つの噴孔２５、５１を設置する例について説明した。しかし、弁ボディ２１に二つ以上の噴孔が設置される場合も、各噴孔にコーティング部４１、４２を設置してもよい。また、上述の実施形態ではニードル２６を電磁的に駆動するインジェクタ１０を例に説明したが、例えば油圧でニードル２６を駆動するインジェクタに本発明を適用してもよい。

本発明の第１実施形態によるインジェクタの要部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。 図１のIII−III線で切断した断面図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態によるインジェクタの要部を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。

符号の説明

１０ インジェクタ（燃料噴射弁）、２１ 弁ボディ、２２ 内壁、２３ 弁座、２５、５１ 噴孔、２６ ニードル（弁部材）、２８ 燃料通路、４１、４２ コーティング部

Claims (5)

1. 内壁に形成されている弁座、および前記弁座の下流側に設置され前記内壁と外壁とを連通している噴孔を有する弁ボディと、
   前記弁ボディとともに燃料通路を形成し、前記弁座に着座または前記弁座から離座することにより前記噴孔からの燃料の噴射を断続する弁部材と、
   前記噴孔の前記内壁側の端部から前記外壁側の端部までの間に設けられ、線膨張係数が異なるコーティング部と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記各コーティング部は、前記噴孔を形成する前記弁ボディの内壁に設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記各コーティング部は、前記噴孔の周方向へ連続して形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。
4. 前記噴孔は、軸に垂直な断面が扁平なスリット状であることを特徴とする請求項１、または３記載の燃料噴射弁。
5. 前記噴孔は、軸に垂直な断面が円形状の略円錐形状であ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。

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