JP2007205229A - 燃料噴射弁および燃料噴射弁の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダンパ効果およびスクイズ効果を低減し、燃料通路を開閉する応答性を向上する燃料噴射弁および燃料噴射弁の製造方法を提供する。
【解決手段】弁ボディの弁座に着座または弁座から離座することにより燃料通路の燃料の流れを断続するニードルと、軸方向の一方の端部に可動側接触面３５ｃを有し、ニードルとともに軸方向へ往復移動する可動コア３５と、可動コア３５とともに磁気回路を形成し、可動側接触面３５ｃと接触可能に対向して配置された固定側接触面３４ｂを有する固定コア３４とを備える。そして、両接触面３５ｃ、３４ｂのうち少なくとも一方を粗面状に形成する。これによれば、両接触面３５ｃ、３４ｂが接触した状態において接触面間に部分的な隙間が燃料の逃がし通路として形成されるので、ダンパ効果およびスクイズ効果を低減できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンに燃料を噴射する燃料噴射弁および燃料噴射弁の製造方法に関する。

従来、ニードルを電磁的に駆動する燃料噴射弁が公知である。このような燃料噴射弁では、ニードルおよび可動コアは一体となって軸方向へ往復移動する。コイルへ通電すると、固定コアと可動コアとの間には磁気吸引力が発生する。これにより、一体の可動コアおよびニードルは、固定コア側へ移動し、可動コアに設けられた接触面と固定コアに設けられた接触面とが接触する。一方、コイルへの通電を停止すると、一体の可動コアおよびニードルは、例えばスプリングなどの弾性部材によって固定コアとは反対側すなわち弁座側へ移動し、両接触面は離れる（特許文献１、２参照）。

特開２００５−１８０４０７号公報 特表平８−５０６８７６号公報

しかしながら、コイルへ通電し、両コアの接触面が近づく際には、両接触面で押し退けられる燃料の逃げ場がなくなる。そのため、燃料が圧縮されることによるダンパ効果により可動コアの移動を妨げる力が生じる。その結果、通電を開始してから完全に開弁するまでの時間が長くなり、コイルへの通電に対する開弁作動の応答性が悪化する。

また、コイルへの通電を停止し、両コアの接触面が離れ始める際には、両接触面間への燃料の流入が困難である。そのため、両コアの接触面間で発生するスクイズ効果により可動コアの移動を妨げる力が生じる。その結果、通電を停止してから閉弁するまでの時間が長くなり、コイルへの通電停止に対する閉弁作動の応答性が悪化する。

そこで、本発明の目的は、これらのダンパ効果およびスクイズ効果を低減し、燃料通路を開閉する応答性を向上する燃料噴射弁および燃料噴射弁の製造方法を提供することにある。

請求項１または２記載の発明では、可動側接触面および固定側接触面のうち少なくとも一方は粗面状に形成されている。そのため、両接触面が接触した状態において接触面間に部分的な隙間が形成されることとなる。両接触面間に形成された隙間は、燃料の逃がし通路として機能することとなる。すなわち、両コアの接触面が近づく際には、両接触面で押し退けられる燃料は逃がし通路から流出し、両コアの接触面が離れ始める際には、逃がし通路から両接触面間に燃料が流入する。よって、開弁時のダンパ効果および閉弁時のスクイズ効果が低減されるため、閉弁および開弁の時間を短縮することができ、ニードルによる燃料流れ断続の応答性を向上させることができる。

請求項３から５のいずれか一項記載の発明では、可動側接触面および固定側接触面のうち少なくとも一方を粗面状に形成する粗面形成工程を備える。そのため、請求項１または２と同様に、両接触面が接触した状態において逃がし通路としての隙間が形成されることとなる。よって、開弁時のダンパ効果および閉弁時のスクイズ効果が低減されるため、閉弁および開弁の時間を短縮することができ、ニードルによる燃料流れ断続の応答性を向上させることができる。

請求項４記載の発明では、ショットブラストにより粗面状に形成するため、エッチング等の他の工法により粗面状に形成した場合に比べて容易に製造できる。

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としてのインジェクタを、図１および図２に示す。第１実施形態によるインジェクタ１０は、例えばガソリンエンジンの燃焼室に吸入される吸気に燃料を噴射する。なお、インジェクタ１０は、ガソリンエンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式のガソリンエンジン、またはディーゼルエンジンに適用してもよい。燃料噴射装置は、インジェクタ１０、およびインジェクタ１０に燃料を供給する図示しないデリバリパイプなどから構成されている。

インジェクタ１０の収容パイプ１１は、薄肉の筒状に形成されている。収容パイプ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している。収容パイプ１１は、一方の端部に燃料導入口１５を有している。燃料導入口１５は、図示しない燃料ポンプから燃料が供給される。燃料導入口１５に供給された燃料は、フィルタ１６を経由して収容パイプ１１の内周側の燃料通路４１に流入する。フィルタ１６は、収容パイプ１１の端部に設置され、燃料に含まれる異物を除去する。

収容パイプ１１の燃料導入口１５とは反対側、すなわち第一磁性部１２の先端にはノズル２０が設置されている。ノズル２０は、弁ボディ２１および噴孔プレート２２を有している。弁ボディ２１は、略円筒状に形成され、第一磁性部１２の内周側に固定されている。弁ボディ２１は、先端すなわち燃料導入口１５とは反対側の端部に開口部２１ａを有している。弁ボディ２１は、開口部２１ａに近づくにつれて内径が小さくなる円錐状の内壁に弁座２３を有している。弁ボディ２１は、収容パイプ１１とは反対側の端部に噴孔プレート２２を有している。噴孔プレート２２は、弁座２３側の内壁と弁座２３とは反対側の外壁とを連通する噴孔２４を有している。

ニードル２５は、第一磁性部１２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２５は、収容パイプ１１および弁ボディ２１と概ね同軸上に配置されている。ニードル２５は、噴孔プレート２２側の端部近傍にシール部２６を有している。シール部２６は、弁ボディ２１に形成されている弁座２３に着座可能である。ニードル２５は、弁ボディ２１との間に燃料が流れる燃料通路２７を形成する。ニードル２５のシール部２６が弁座２３から離座することにより、燃料通路２７は噴孔２４と連通する。本実施形態の場合、ニードル２５は筒状に形成されている。ニードル２５は、内周側に燃料通路４２を形成している。ニードル２５は、燃料通路４２と燃料通路２７とを接続する孔２５１および孔２５２を有している。なお、ニードル２５は、筒状に限らず中実の柱状でもよい。

インジェクタ１０は、ニードル２５を駆動する駆動部３０を有している。駆動部３０は、電磁駆動部である。駆動部３０は、コイル３１、プレート３２、ホルダ３３、固定コア３４および可動コア３５を有している。プレート３２およびホルダ３３は、磁性材料から形成されている。プレート３２は、コイル３１の外周側を覆っている。ホルダ３３は、収容パイプ１１の外周側に配置され、噴孔２４側からコイル３１を保持している。プレート３２およびホルダ３３は、磁性材料から形成され、磁気的に接続している。コイル３１、プレート３２、ホルダ３３および収容パイプ１１の外周側は、樹脂モールド３６によって覆われている。コイル３１は、配線部材３７を経由してコネクタ３８に設置されているターミナル３９と電気的に接続している。筒状の収容パイプ１１、弁ボディ２１、これらの外周側に設置される駆動部３０、およびこれらを覆う樹脂モールド３６などは、内部に燃料通路を区画するハウジングである。

固定コア３４は、収容パイプ１１を挟んでコイル３１の内周側に固定されている。固定コア３４は、例えば鉄などの磁性材料により略円筒状に形成されている。固定コア３４は、内周側に燃料通路４３を形成している。固定コア３４は、可動コア３５との間に所定の隙間を形成して設置される。この固定コア３４と可動コア３５との間の隙間は、ニードル２５のリフト量に対応する。

可動コア３５は、収容パイプ１１の内周側に収容されている。可動コア３５は、収容パイプ１１の内周側を軸方向へ往復移動可能である。可動コア３５は、噴孔２４とは反対側の端部が固定コア３４と対向している。可動コア３５は、例えば鉄などの磁性材料から略円筒状に形成されている。可動コア３５は、内周側に燃料通路４４を形成している。ニードル２５は、シール部２６とは反対側の端部が可動コア３５の内周側に固定されている。これにより、ニードル２５および可動コア３５は、一体となって軸方向へ往復移動する。

一体のニードル２５および可動コア３５は、シール部２６が弁座２３に着座することにより、噴孔２４側への移動が規制される。また、一体のニードル２５および可動コア３５は、噴孔２４とは反対側へ移動すると可動コア３５が固定コア３４に接する。これにより、一体のニードル２５および可動コア３５は、固定コア３４側への移動が規制される。そのため、固定コア３４は、一体のニードル２５および可動コア３５の固定コア３４側への移動を規制するストッパとして機能する。

可動コア３５は、弾性部材としてのスプリング１７と接している。弾性部材は、スプリング１７に限らず、例えば板ばね、オイルダンパあるいはエアダンパなど、弾性を有していれば適用することができる。スプリング１７は、軸方向の一方の端部が可動コア３５と接し、他方の端部がアジャスティングパイプ１８と接している。アジャスティングパイプ１８は、固定コア３４の内周側に固定されている。スプリング１７は、軸方向へ伸長する力を有している。そのため、一端が固定されているスプリング１７は、他端側において一体のニードル２５および可動コア３５を弁座２３側へ押し付ける。スプリング１７の荷重は、アジャスティングパイプ１８の固定コア３４への圧入量により調整される。コイル３１に通電していないとき、一体のニードル２５および可動コア３５は弁座２３側へ押し付けられる。これにより、シール部２６は弁座２３に着座する。アジャスティングパイプ１８は、略円筒状に形成されている。アジャスティングパイプ１８は、内周側に燃料通路４５を形成する。

燃料導入口１５からフィルタ１６へ流入した燃料は、収容パイプ１１が形成する燃料通路４１、アジャスティングパイプ１８が形成する燃料通路４５、固定コア３４が形成する燃料通路４３、可動コア３５が形成する燃料通路４４、ニードル２５の燃料通路４２、孔２５１および孔２５２を経由して燃料通路２７へ流入する。

次に、可動コア３５と固定コア３４の接触面の詳細を、図３および図４を用いて説明する。
可動コア３５の端部は、固定コア３４の端部に向けて延びる凸部３５ａを有する。凸部３５ａは、可動コア３５の軸方向周りに延びる円環形状である。凸部３５ａは、可動コア３５の端部のうち内周面側（図３の右側）に位置する。

凸部３５ａの突出端には、硬質めっき層３５ｂが形成されており、硬質めっきの材質例としては硬質クロムめっき、ニッケルめっき、無電解ニッケルめっき等が挙げられる。この硬質めっき層３５ｂの表面は、固定コア３４の固定側接触面３４ｂと接触する可動側接触面３５ｃである。硬質めっき層３５ｂが形成されることにより、固定コア３４との接触に対する可動コア３５の耐磨耗性を向上させている。

可動側接触面３５ｃは、梨地状その他の粗面状に形成されており、より具体的には、十点平均粗さにて計測される表面粗さＲｚが５μｍ〜２０μｍ程度となるように形成されている。

図５は、可動側接触面３５ｃを粗面状に形成する粗面形成工程を示す図であり、この工程におけるショットブラストにより可動側接触面３５ｃは粗面状に形成される。具体的には、先ず、可動側接触面３５ｃがノズル５０と対向するように可動コア３５単体を設置し、図６（ａ）に示す状態にする。その後、図６（ｂ）に示す如く、ノズル５０から可動側接触面３５ｃに向けて砥粒としてのビーズ５１を噴射する。その後、可動側接触面３５ｃを洗浄して付着したビーズ５１等を除去する。

なお、凸部３５ａに硬質めっき層３５ｂを形成するめっき処理工程は、電気処理または化成処理によるものであり、粗面形成工程の前に行われる。また、粗面形成工程にてビーズ５１を噴射する前に、可動コア３５の端部のうち可動側接触面３５ｃ以外の部分をマスキングすることにより、図４に示す如く可動側接触面３５ｃみが粗面状となるようにしている。粗面形成工程が終了した後、可動コア３５単体にニードル２５を組み付け、一体となった可動コア３５およびニードル２５を、収容パイプ１１内に組み付ける。

一方、固定コア３４の端部はこのような凸部３５ａを有しておらず、軸方向に対して垂直に拡がる平坦形状である。固定コア３４の端部には、可動コア３５の硬質めっき層３５ｂと同様にして硬質めっき層３４ａが形成されており、可動コア３５との接触に対する固定コア３４の耐磨耗性を向上させている。
硬質めっき層３５ｂの表面は、可動側接触面３５ｃと同様の工程によりショットブラストにて粗面状に形成される。図４に示す例では、固定コア３４の硬質めっき層３５ｂのうち、可動側接触面３５ｃと接触する固定側接触面３４ｂに加え、それ以外の部分も粗面状に形成している。粗面形成工程が終了した後、固定コア３４単体にアジャスティングパイプ１８を組み付け、一体となった固定コア３４およびアジャスティングパイプ１８を、収容パイプ１１内に組み付ける。

次に、上記構成によるインジェクタ１０の作動を説明する。
コイル３１への通電を停止しているとき、固定コア３４と可動コア３５との間には磁気吸引力が発生しない。そのため、一体のニードル２５および可動コア３５は、スプリング１７によって弁ボディ２１側へ押し付けられる。これにより、一体のニードル２５および可動コア３５は、弁ボディ２１側へ移動し、シール部２６が弁座２３に着座している。その結果、燃料通路２７と噴孔２４との間は遮断され、噴孔２４から燃料は噴射されない。

コイル３１へ通電すると、発生した磁界により、第二磁性部１４、固定コア３４、可動コア３５、第一磁性部１２、ホルダ３３およびプレート３２には磁気回路が形成される。これにより、固定コア３４と可動コア３５との間には、磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力によって、可動コア３５は固定コア３４側へ吸引される。磁気吸引力がスプリング１７の押し付け力よりも大きくなると、一体のニードル２５および可動コア３５は固定コア３４側へ移動する。一体のニードル２５および可動コア３５は、可動コア３５の可動側接触面３５ｃが固定コア３４の固定側接触面３４ｂに接するまで、固定コア３４側へ移動する。一体のニードル２５および可動コア３５が固定コア３４側へ移動すると、シール部２６は弁座２３から離座する。これにより、燃料通路２７と噴孔２４とは開口部２１ａを介して連通し、噴孔２４から燃料が噴射される開弁状態となる。

コイル３１への通電を停止すると、固定コア３４と可動コア３５との間の磁気吸引力は消滅する。そのため、可動側接触面３５ｃと固定側接触面３４ｂは離れ、一体にニードル２５および可動コア３５は、再びスプリング１７によって弁ボディ２１側へ押し付けられる。これにより、一体のニードル２５および可動コア３５は、弁ボディ２１側へ移動する。一体のニードル２５および弁ボディ２１は、シール部２６が弁座２３に着座するまで弁ボディ２１側へ移動する。シール部２６が弁座２３に着座すると、燃料通路２７と噴孔２４との間は遮断され、噴孔２４から燃料は噴射されない閉弁状態となる。

上述のように、一体のニードル２５および可動コア３５は、コイル３１への通電によって可動コア３５の可動側接触面３５ｃが固定コア３４の固定側接触面３４ｂに衝突する。また、一体のニードル２５および可動コア３５は、コイル３１への通電の停止によってニードル２５が弁ボディ２１に衝突する。そのため、コイル３１への通電の断続によって、一体のニードル２５および可動コア３５は弁ボディ２１または固定コア３４への衝突を繰り返す。

そして、本実施形態によれば、可動側接触面３５ｃおよび固定側接触面３４ｂは粗面状に形成されている、すなわち、図４に示す如く両接触面３５ｃ、３４ｂ上には微細な溝３５ｄ、３４ｃが多数形成されている。そのため、両接触面３５ｃ、３４ｂが接触した状態において、これらの溝３５ｄ、３４ｃが接触面間における部分的な隙間を形成することとなり、これらの隙間は、燃料の逃がし通路として機能する。

すなわち、両コア３４、３５の接触面が近づく際には、両接触面３５ｃ、３４ｂで押し退けられる燃料は逃がし通路から燃料通路４３、４４に流出し、両コア３４、３５の接触面が離れ始める際には、燃料通路４３、４４に位置する燃料が逃がし通路を介して両接触面３５ｃ、３４ｂの間に流入する。よって、開弁時のダンパ効果および閉弁時のスクイズ効果が低減されるため、閉弁および開弁の時間を短縮することができ、コイル３１への通電に対する、ニードル２５による燃料流れ断続の応答性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、めっき処理工程を粗面形成工程の前に行うので、粗面形成工程の後に行った場合に比べて、両コア３４、３５の磁性材素地形状を凹凸粗面にする必要がないため磁気特性を悪化させないといった効果が奏される。
また、本実施形態によれば、ショットブラストにより粗面形成工程を行うので、ビーズ５１の大きさや噴射速度を調整することで、溝３５ｄ、３４ｃの面積および深さ等、両接触面３５ｃ、３４ｂの粗面状態を変えることができる。よって、粗面状態を容易に調整することができる。

（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両コア３４、３５の接触面３４ｂ、３５ｃを図７、図８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１実施形態では可動コア３５の可動側接触面３５ｃと固定コア３４の固定側接触面３４ｂの両方を粗面状に形成しているのに対し、本実施形態では、可動側接触面３５ｃおよび固定側接触面３４ｂのいずれか一方のみを粗面状に形成している。図７に示す例では可動側接触面３５ｃのみを、図８に示す例では固定側接触面３４ｂのみを粗面状に形成している。本実施形態によっても第１実施形態と同様の効果が奏される。

（他の実施形態）
以上説明した各実施形態では、凸部３５ａを可動コア３５の端部に設けているが、本発明の実施にあたり、固定コア３４および可動コア３５の少なくとも一方の端部に凸部を設けてもよいし、いずれのコア３４、３５の端部にも凸部を設けないようにしてもよい。なお、両コア３４、３５の端部にそれぞれ凸部を設ける場合には、一方のコアの端部のうち凸部以外の部分が他方のコアの端部に接触しないようにすれば、両コアの接触面積が増大することを抑制できる。そのため、ダンパ効果およびスクイズ効果の増大を抑制でき、好適である。

上記各実施形態では、可動コア３５端部のうち可動側接触面３５ｃの部分のみを粗面状に形成しているが、接触面３５ｃ以外の部分をも粗面状に形成して、その部分のマスキングを不要にするようにしてもよい。また、上記各実施形態では、固定コア３４端部の全体を粗面状に形成しているが、可動側接触面３５ｃに接触する部分のみを粗面状に形成するようにしてもよい。また、可動コア３５端部に凸部３５ａを設けない場合には、可動コア３５端部の全体を粗面状に形成してもよい。

上記各実施形態では、粗面形成工程において、ショットブラストにより両接触面３５ｃ、３４ｂを粗面状に形成しているが、本発明の粗面形成工程はショットブラストに限られるものではなく、例えば、バレル研磨、ブラシ研磨等により粗面状に形成してもよい。また、上記各実施形態では、めっき処理工程を粗面形成工程の前に行っているが、粗面形成工程の後に行ってもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

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に示すインジェクタのノズルを拡大した断面図である。 図１に示すインジェクタの固定コアおよび可動コアを拡大した断面図である。 図３に示す両コアの接触面を拡大した断面図である。 図４に示す可動側接触面をショットブラストで加工している状態を示す側面図である。 可動側接触面を示す断面図であり、（ａ）は図５の加工が施される前の状態を示す図、（ｂ）は加工後の状態を示す図である。 本発明の第２実施形態によるインジェクタの両コアの接触面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の両コアの接触面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）、１１ 収容パイプ（ハウジング）、２１ 弁ボディ（ハウジング）、２３ 弁座、２５ ニードル、２７、４１、４２、４３、４４、４５ 燃料通路、３０ 駆動部（ハウジング）、３４ 固定コア、３４ｂ 固定側接触面、３５ 可動コア、３５ｃ 可動側接触面、３６ 樹脂モールド（ハウジング）

Claims (5)

1. 内部に燃料通路を区画するハウジングと、
   前記ハウジングの内部に設けられ、前記ハウジングの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燃料通路の燃料の流れを断続するニードルと、
   前記ハウジングの内部に設けられ、軸方向の一方の端部に可動側接触面を有し、前記ニードルとともに軸方向へ往復移動する可動コアと、
   前記可動コアとともに磁気回路を形成し、前記可動側接触面と接触可能に対向して配置された固定側接触面を有する固定コアとを備え、
   前記可動側接触面および前記固定側接触面のうち少なくとも一方は粗面状に形成されている燃料噴射弁。
2. 前記可動側接触面および前記固定側接触面のうち少なくとも一方は梨地状に形成されている請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 内部に燃料通路を区画するハウジングの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燃料通路の燃料の流れを断続するニードルと、前記ニードルとともに軸方向へ往復移動する可動コアと、前記可動コアとともに磁気回路を形成する固定コアとを備える燃料噴射弁の製造方法であって、
   前記可動コアに設けられた可動側接触面および前記固定コアに設けられた固定側接触面のうち少なくとも一方を粗面状に形成する粗面形成工程を含む燃料噴射弁の製造方法。
4. 前記粗面形成工程にて粗面状に形成する工程は、ショットブラストによりなされる請求項３記載の燃料噴射弁の製造方法。
5. 前記粗面形成工程の前または後に、前記可動側接触面および前記固定側接触面のうち少なくとも一方に硬質めっきを施すめっき処理工程を含む請求項３または４記載の燃料噴射弁の製造方法。
   
   
   
   

Images