JP2007046475A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射弁において、閉弁状態の弁体と弁座との間から燃料が流出することを抑制する。
【解決手段】 弁座７ａが形成された弁座部材７と、弁座７ａに離着座する弁体９と、弁体９を閉弁方向に付勢するコイルスプリングと、磁気吸引力を発生させて弁座を離座させる電磁コイルと、を備える燃料噴射弁において、弁座７ａに形成された凹凸７ｃを、有機化合物からなる被覆層３１で平滑化した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料噴射弁に関する。

従来、弁座が形成された弁座部材と、弁座に着座する弁体とを備え、弁体を弁座に離座させて開状態とすることにより燃料を内燃機関内に噴射する一方、燃料噴射を停止するときには弁体を弁座に着座させて閉弁状態とする燃料噴射弁がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３１１１６８号公報

しかしながら、弁座部材や弁体は、金属製であり、機械加工によって表面仕上げが施されているため、加工精度のばらつきによっては、それら弁座部材、弁体の表面粗さが大きくなってしまい、閉弁状態において、弁体と弁座との間の油密性が低くなり弁体と弁座との間から燃料が流出してしまうという問題がある。

本発明の目的は、燃料噴射弁において、閉弁状態の弁体と弁座との間から燃料が流出することを抑制することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、弁座が形成された弁座部材と、前記弁座に離着座する弁体と、前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段と、磁気吸引力を発生させて前記弁座を離座させる電磁コイルと、を備える燃料噴射弁において、前記弁座の表面に形成された凹凸と前記弁体の表面に形成された凹凸とのうちの少なくとも一方を、有機化合物からなる被覆層によって平滑化したことを特徴とする。

したがって、被覆層によって、閉弁状態の弁体と弁座との間の油密性が向上するので、閉弁状態の弁体と弁座との間から燃料が流出することを抑制することができる。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記弁座の表面に形成された凹凸を前記被覆層によって平滑化した。

したがって、弁座の表面に形成された凹凸が被覆層によって平滑化されていることから、閉弁状態の弁体と弁座との間の油密性が向上するので、閉弁状態の弁体と弁座との間から燃料が流出することを抑制することができる。

また、請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記被覆層の厚さをｔとしたとき、０．１μｍ≦ｔ≦１．５μｍとしたことを特徴とする。

したがって、閉弁状態の弁体と弁座との間から燃料が流出することを抑制することができるとともに、被覆層が弁座や弁体から剥離することを抑制することができる。

以下、本発明を具現化した実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、内燃機関に用いられる燃料噴射弁を例示する。図１は、本実施形態にかかる燃料噴射弁を示す断面図（軸方向に沿った断面の図）、図２は、燃料噴射弁の弁体付近を拡大して示す断面図、図３は（ａ）は、被覆層が弁座の弁体着座領域のみに設けられた場合の弁座付近を拡大して示す断面図、図３（ｂ）は、被覆層が弁座において弁体着座領域を含みその弁体着座領域よりも広い領域に設けられた場合の弁座付近を示す断面図である。なお、図３は、図２における領域Ａの部位を示している。

本実施形態にかかる燃料噴射弁１は、燃料配管に設けられたボス部（いずれも図示せず）に接続され、燃料配管内を流れる燃料を内燃機関内（吸気ポートやシリンダ内等）に噴射するものである。

図１に示すように、燃料噴射弁１は、本体部として、ケーシング２や、磁性筒体３、コア筒５、ヨーク１３、樹脂カバー１６等を含んで構成されている。

このうち、磁性筒体３は、例えば、磁性を有するステンレス材料等の素材に深絞り加工等のプレス加工を施すことにより、段差を有する薄肉の金属管として形成される。本実施形態では、磁性筒体３の軸方向の一端側には大径部３ａが、また他端側にはより小径の小径部３ｂが、それぞれ形成されており、大径部３ａの端部が燃料配管のボス部内に挿入された状態で、磁性筒体３が燃料配管に接続されるようになっている。

磁性筒体３（大径部３ａ）の入口側の外周面には、磁性筒体３と燃料配管のボス部との間の液密を確保するＯリング１８が外装される。

磁性筒体３の入口側（上流側）の開口部には、フィルタ２１が装着される。フィルタ２１は、磁性筒体３の大径部３ａ内に圧入される筒状の芯金２１ａと、磁性筒体３よりも軟質な樹脂材料、例えばナイロン、フッ素樹脂等を用いて芯金２１ａと一体に形成（射出成形）されたフレーム２１ｂと、当該フレーム２１ｂに取付けられて燃料を透過させるメッシュ２１ｃとによって大略構成されている。

磁性筒体３の内側には、コア筒５が嵌挿される。コア筒５は、弁体９のアンカ部１０、ヨーク１３と共に電磁コイル１５による閉磁路を形成するとともに、弁体９の開弁位置を規定するものである。本実施形態では、コア筒５は、磁性筒体３の小径部３ｂ内に圧入して取付けられ、その先端面は弁体９を構成するアンカ部１０の端面に小さな隙間δをもって対面する構成となっている。

図１及び図２に示すように、磁性筒体３の下流側端部には、筒状の弁座部材７が配設される。この弁座部材７には、燃料通路４内の燃料を噴射する噴射口７ｂと、後述する弁体９の弁部１１を着座させるとともに開弁時には当該弁部１１を取り囲んで環状の燃料流路を形成する弁座７ａとが形成される。本実施形態では、小径部３ｂ内に圧入した磁性筒体３の外周側を当該小径部３ｂに全周に亘って溶接することで、弁座部材７が当該磁性筒体３の端部に固定されている。

弁座部材７は、金属によって構成されると共に、機械加工によって表面仕上げ加工がなされたものである。ここで、このように表面仕上げ加工を施しても弁座７ａを含む弁座部材７の表面は、図３に示すように、微小な凹凸７ｃが形成された状態となってしまう。なお、図３では、説明の為に凹凸７ｃを誇張して示している。そこで、本実施形態では、弁座７ａに形成された凹凸７ｃを、有機化合物からなる被覆層３１で平滑化している。このように、弁座７ａに形成された凹凸７ｃを被覆層３１で平滑化することで、弁座７ａの見かけ上の表面粗さを小さくしている。この被覆層３１は、例えば、弁座７ａに有機化合物を塗布することによって形成される。被覆層３１を構成する有機化合物としては、例えば、パーフルオロポリエーテル化合物が耐熱性と異物の非付着性とが高く好適である。

この被覆層３１は、凹凸７ｃ全体を覆うように設けられていても良いし、凹凸７ｃのうち凹部の一部だけを埋めるように設けられていてもよい。また、通常、弁座７ａの凹凸７ｃの高低差は、０．５μｍ〜１．０μｍの範囲内であることから、被覆層３１の厚さをｔとしたとき、０．１μｍ≦ｔ≦１．５μｍであることが好適である。

また、被覆層３１は、図３（ａ）に示すように、弁座７ａのうち弁体９の弁部１１が着座する弁体着座領域Ｂのみに形成されていても良いし、図３（ｂ）に示すように、弁座７ａにおいて弁体着座領域Ｂを含みその弁体着座領域Ｂよりも広い領域に形成されていても良い。弁体着座領域Ｂを含みその弁体着座領域Ｂよりも広い領域に被覆層３１を形成した場合には、被覆層３１の形成領域に自由度があるので被覆層３１の形成が容易化され、被覆層３１を弁座７ａの弁体着座領域Ｂのみに形成した場合には、被覆層３１の使用量が抑制される。

図１及び図２に示すように、この弁座部材７の先端面の噴射口７ｂを覆う位置には、ノズルプレート８が例えば溶接によって固定されており、このノズルプレート８に設けられた噴射孔（図示せず）から所定の位置あるいは方向に燃料を噴出できるようにしてある。

コア筒５と弁座部材７との間には、磁性筒体３の小径部３ｂ内で軸方向に変位可能な弁体９が収容される。本実施形態では、弁体９は、磁性金属材料により軸方向に延びる段付筒状に形成されたアンカ部１０と、アンカ部１０の先端部に固着されて弁座部材７の弁座７ａに離着座する球状の弁部１１とを備えている。

この弁体９に閉弁方向の付勢力を与える付勢手段として、コイルスプリング１２が設けられる。このコイルスプリング１２の上端は、コア筒５内に嵌挿された筒状のアジャスタ１９の下端に当接する一方、コイルスプリング１２の下端部は、弁体９のアンカ部１０の上部に形成された凹部１０ａに挿入されており、軸方向に伸びる方向に弾性力を発生させる。すなわち、このコイルスプリング１２は圧縮バネとして用いられ、弁体９に対し、コア筒５から離間する方向、すなわち閉弁方向に付勢力を作用させる。

一方、磁性筒体３の外周側には、段付筒状に形成されたヨーク１３が設けられている。本実施形態では、ヨーク１３は、磁性筒体３の小径部３ｂの外周側に圧入して固着されている。また、ヨーク１３と磁性筒体３の小径部３ｂとの間は、連結コア１４が設けられている。本実施形態では、連結コア１４は、小径部３ｂの外周側を取囲む略Ｃ字状の磁性体として形成されている。

そして、磁性筒体３とヨーク１３との間には、電磁コイル１５が設けられる。本実施形態では、電磁コイル１５は、樹脂材料により形成された筒状のコイルボビン１５ａと、該コイルボビン１５ａに巻装されたコイル１５ｂとを備えており、コイルボビン１５ａが磁性筒体３の小径部３ｂに外装されている。なお、電磁コイル１５は、コネクタ１７のピン２０および樹脂カバー１６内に形成される導電経路を介して通電される。

樹脂カバー１６は、磁性筒体３の外周側に設けられる。この樹脂カバー１６は、例えば、磁性筒体３の外周側に、ヨーク１３や、連結コア１４、電磁コイル１５等を組付けた状態で、射出成形することによって形成することができる。なお、樹脂カバー１６とコネクタ１７は一体成形されている。

以上の構成を備える燃料噴射弁１において、弁体９にはコイルスプリング１２から閉弁方向の付勢力が作用しており、電磁コイル１５が通電されない状態では、弁部１１が弁座７ａに着座した状態が維持される（閉弁状態）。このとき、アンカ部１０とコア筒５との間には、軸方向の隙間δが形成される。

一方、電磁コイル１５が通電されると、コア筒５、アンカ部１０、およびヨーク１３等によって閉磁路が形成され、これにより、アンカ部１０にはコア筒５に近接する方向の磁力が作用する。ここで、この磁力（吸着力）は、コイルスプリング１２の付勢力より大きくなるように設定してあるため、電磁コイル１５が通電されると、弁体９がコア筒５に引き寄せられ、弁部１１が弁座７ａから離座する（開弁状態）。

この開弁状態において、燃料は、磁性筒体３およびコア筒５内の燃料通路４を流下した後、弁体９のアンカ部１０の凹部１０ａ内に流入し、さらにその奥のアンカ部１０の側壁に形成された開口窓部９ａを経由して弁体９の背圧室６に流入する。さらに、燃料は、背圧室６から、開弁時に弁部１１と弁座部材７の弁座７ａとの間に形成される隙間を経由して、噴射口７ｂに至り、ノズルプレート８の噴射孔から噴射される。

以上の本実施形態によれば、弁座７ａに形成された凹凸７ｃが、有機化合物からなる被覆層３１で平滑化されていることにより、閉弁状態の弁体９と弁座７ａとの間の油密性が向上するので、閉弁状態の弁体９と弁座７ａとの間から燃料が流出することを抑制することができる。

また、被覆層３１を弁座７ａの弁体着座領域Ｂのみに形成した場合には、被覆層３１の使用量が抑制されるので、燃料噴射弁１のコストの増大を抑制することができる。一方、弁座７ａにおいて弁体着座領域Ｂを含みその弁体着座領域Ｂよりも広い領域に被覆層３１を形成した場合には、被覆層３１の形成領域に自由度があるので、被覆層３１の形成を容易化することができる。

また、被覆層３１の厚さをｔとしたとき、０．１μｍ≦ｔ≦１．５μｍとすることにより、閉弁状態の弁体９と弁座７ａとの間から燃料が流出することを抑制することができると共に、被覆層３１の高さが高すぎることがないので、被覆層３１が燃料の流れなどから受ける外力によって弁座７ａから剥離することを抑制することができる。

また、本実施の形態では、被覆層３１を構成する有機化合物がパーフルオロポリエーテル化合物であることにより、パーフルオロポリエーテル化合物は耐熱性と異物の非付着性とが比較的高いので、耐熱性と異物の非付着性とが高い被覆層３１を実現することができる。また、このように、被覆層３１の異物の非付着性が高いことにより、弁座７ａに異物が滞留することを防止することができる。

なお、本発明は、次のような別の実施形態に具現化することができる。以下の別の実施形態でも上記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

（１）上記実施形態では、被覆層３１を構成する有機化合物として、例えば、パーフルオロポリエーテル化合物を例に説明したが、これ以外の有機化合物によって被覆層３１を構成してもよい。

（２）また、上記実施形態では、弁座７ａに形成された凹凸７ｃを、有機化合物からなる被覆層３１で平滑化した例を説明したが、弁座７ａではなく弁体９の表面に形成された凹凸を有機化合物からなる被覆層によって平滑化しても良いし、さらには、弁座７ａに形成された凹凸７ｃと弁体９の表面に形成された凹凸との両方を有機化合物からなる被覆層３１によって平滑化しても良い。

また、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ）請求項１に記載の燃料噴射弁では、前記有機化合物は、パーフルオロポリエーテル化合物とするのが好適である。

こうすれば、耐熱性と異物の非付着性とが高い被覆層を実現することができる。

本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁を示す断面図（軸方向に沿った断面の図）。 本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁の弁体付近を拡大して示す断面図。 （ａ）は、被覆層が弁座の弁体着座領域のみに設けられた場合の弁座付近を拡大して示す断面図、（ｂ）は、被覆層が弁座において弁体着座領域を含みその弁体着座領域よりも広い領域に設けられた場合の弁座付近を示す断面図。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
７ 弁座部材
７ａ 弁座
９ 弁体
１２ コイルスプリング（付勢手段）
１５ 電磁コイル
３１ 被覆層

Claims (3)

1. 弁座が形成された弁座部材と、
   前記弁座に離着座する弁体と、
   前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段と、
   磁気吸引力を発生させて前記弁座を離座させる電磁コイルと、
   を備える燃料噴射弁において、
   前記弁座の表面に形成された凹凸と前記弁体の表面に形成された凹凸とのうちの少なくとも一方を、有機化合物からなる被覆層によって平滑化したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記弁座の表面に形成された凹凸を前記被覆層によって平滑化したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記被覆層の厚さをｔとしたとき、０．１μｍ≦ｔ≦１．５μｍとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。

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