JP2008509334A - 燃料噴射器及び部品の接続方法 - Google Patents

Abstract

燃料噴射器が、入口と出口の間を縦軸に沿って延びる容器を備えている。該容器は、段付き部分のある薄肉シェルコネクタ部材により本体に接続された、細長い部材を備えている。コネクタ部材は、厚さが略一定であり、第１の内容積と第２の内容積を備えるが、ここで、第２の内容積は、第１の内容積の少なくとも１．１倍である。本発明によれば、鋳造及び機械加工に必要な処理時間及び機械加工が原因で非効率的であった従来の燃料噴射器の欠点を除去できる。

Description

既知の燃料噴射器は、入口筒をバルブ本体に接続するための部材を含む。この部材は、燃料噴射器への組付けが可能になる前に、所望の形状をなすように鋼ブランクの鋳造及び機械加工を行うことで形成される。鋼ブランクの鋳造及び機械加工のため、燃料噴射器の製造は、鋳造及び機械加工に必要な処理時間及び加工が原因で非効率的である。

本発明の目的は、従来型燃料噴射器の欠点がない燃料噴射器を提供することにある。

本発明によれば、態様の１つにおいて、燃料噴射器が提供される。この燃料噴射器は、容器と、容器内に配置されたアーマチュアを含む。容器は、入口と出口の間を縦軸に沿って延びる通路を備えている。容器には、筒状部材、本体及びコネクタ部材を含んでいる。筒状部材は、入口に近接して配置され、第１の筒状部材端と第２の筒状部材端を備えている。筒状部材の第２の端部は、アーマチュアの端面に向かい合った端面を備えている。本体は、出口に近接して配置され、第１の本体端及び第２の本体端を備えている。コネクタ部材は、第２の筒状部材端及び第１の本体端に固定されている。コネクタ部材には、第１の壁部、中間壁部、及び、第２の壁部が含まれている。第１の壁部は、縦軸を囲んで、第１の容積を形成している。中間壁部は、第１の壁部を第２の壁部に接続している。第２の壁部は、縦軸を囲んで、第１の容積の少なくとも１．１倍の第２の容積を形成している。

本発明によれば、もう１つの態様において、燃料噴射器の部品を接続する方法が提供される。燃料噴射器は、入口端と出口端の間を縦軸に沿って延びている。この方法には、略平面状の加工物に深絞りを施して、軸に沿って延びるコネクタ部材を形成し、コネクタ部材が、その間の略一定距離にわたって、内部表面を包囲する外部表面を備えるようにする工程と、コネクタ部材の第１の部分に燃料噴射器の筒状部材を配置し、燃料噴射器の本体にコネクタ部材の第２の部分を配置する工程が含まれている。

本明細書に組み込み、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を例示し、上記概要及び下記詳細説明と共に、本発明の特徴を明らかにする働きをしている。

図１〜３は、望ましい実施形態を例示する。図１は、入口端１００Ａ及び出口端１００Ｂを備える燃料噴射器１００を示す。燃料噴射器１００は、筒状部材１０２、コネクタ部材１１４、本体シェル１２２及び本体１２０で形成される流体流路１０１を備える。燃料噴射器１００は、調整筒１０４、フィルタ組立体１０６、コイル１０８Ａと巻枠１２１を備えたコイル組立体１０８、偏倚バネ１１０、アーマチュア１１２Ａと密閉部材１１２Ｂを備えたアーマチュア組立体１１２、非磁性コネクタ部材１１４、第１のオーバモールド１１６、第２のオーバモールド１１８、本体１２０、本体シェル１２２、コイル組立体容器１２４、密閉部材１１２Ａの案内部材１２６、弁座１２８及びオリフィスディスク１３０を含む。第１の噴射器端１００Ａは、内燃機関（不図示）の燃料源に結合できる。Ｏリング１３４を利用し、燃料源に対して第１の噴射器端１００Ａを密封し、燃料が、噴射器１００と燃料レール（不図示）との接続部にＯリング１３４による流体密封が施された状態で、燃料レール（不図示）から筒状部材１０２に供給されるようになし得る。

入口端１００Ａに近接した筒状部材１０２は強磁性材料製でよく、露出した上方端に燃料入口開口部を含む。燃料が調整筒１０４に流入する前に、入口開口部１００Ａを介して流入する燃料を濾過し、ある特定寸法より大きい粒子状物質を除去すべく調整筒１０４の開放上方端に近接してフィルタ組立体１０６を取り付ける。

コイル組立体１２０は、電磁コイル１２２が巻き付けられた、合成樹脂巻枠１２１を含む。コイル１２２の各終端は、周囲１１８Ａと共に、オーバモールド１１６の一体部分として造形され、形成されて、燃料噴射器１００を作動させる電子制御回路（不図示）に燃料噴射器１００を接続する電気コネクタを形成する、各端子１２３に接続されている。

較正燃料噴射器１００に、所望の偏倚力に予加重バネ１１０を圧縮する調整筒１０４を筒状部材１０２内で、ある軸方向位置に対し軸方向に配置できる。偏倚力により、アーマチュア／密閉組立体１１２が弁座１２８に押し付けられ、弁座に通る中心穴を密閉する。筒１０２及び１０４は、調整較正の実施後、それらの相対軸方向位置決めを保持すべく、互いに圧着するのが望ましい。

筒状部材１０２は、２つ以上の細長い部材を互いに接続することで形成できる。筒状部材１０２は、出口端１００Ｂに近接した端部に磁極片１０２Ａが形成された、細長い単体部材であるとよい。

出口端１００Ｂに近接するアーマチュア組立体１１２は、密閉部材１１２Ａを含む。密閉部材１１２Ａは、例えば球状部材又は半球状面を備えた針状部材のような、部材と弁座１２８の密封面との間にシールを施すのに適した部材となし得る。密閉部材１１２Ａは球状部材が望ましい。密閉部材１１２Ａは、アーマチュア組立体１１２の一体型部材となし得る。アーマチュア組立体１１２は、容積１２５と本体１２０における通路１０４Ａをつなぐ通路１１２Ｅを含み、案内部材１２６は、燃料通路１２６Ａを含む。この結果、燃料は、容積１２５から流出し、通路１１２Ｅを通り、アーマチュア筒１１３に形成された開口１１２Ｄを経て、弁座１２８に達する。アーマチュア組立体１１２は、本体１２０の内壁によって案内し、軸方向に往復運動させ得る。密閉部材１１２Ａが通る部材１２６の中心案内穴で、アーマチュア／密閉部材組立体を軸方向に更に案内できる。

端部１０２Ｂと１１２Ｃの少なくとも一方に表面処理を施し、アーマチュアの応答を向上させ、衝突面の摩耗と、各端部１０２Ｂと１１２Ｃの間における有効空隙の変動を低減し得る。表面処理は、コーティング、メッキ又は肌焼きを含む。コーティング又はメッキには、制限するわけではないが、硬質クロムメッキ、ニッケルメッキ又はケロナイトコーティングを含み得る。一方、肌焼きには、制限するわけではないが、窒化、浸炭、浸炭窒化、薬焼き、熱硬化、炎焼入れ、放電硬化又は高周波焼入れを含む

案内部材１２６、弁座１２８及びオリフィスディスク１３０は、例えば圧着、溶接、接合又はリベット留め等の適当な結合技法にて、燃料噴射器１００の出口端１００Ｂにおいて結合される弁座組立体を形成する。弁座１２８は、本体１２０に溶接するとよい。或いは弁座１２８代えて、参考迄に本明細書がそっくりそのまま援用している、２００３年８月１９日に提出され、特許出願番号１０／６４２，６２９を持つ、「Fuel Injector with Deep Pocket Seat and Method of Maintaining Spatial Orientation」と題する米国特許出願に示され、解説されている弁座も利用できる。

特定の燃料噴霧パターンを獲得し、標的を定めるため、弁座１２８に関連して、オリフィスディスク１３０を利用し、少なくとも１つの正確な寸法付与及び配向を施したオリフィス１３０Ａを設け得る。正確な寸法付与及び配向を施したオリフィス１３０Ａは、オリフィスディスク１３０の中心軸上に配置しても、可能なら中心軸を外して配置し、燃料噴射器１００の任意の１つ以上の基準点に対し、任意の望ましい角配置となるように配向を施してもよい。留意すべきは、弁座１２８とオリフィスディスク１３０を、両方とも、例えばレーザ溶接、圧着及び摩擦溶接又は通常の溶接を含む、適合する取り付け技法で、本体１２０にしっかりと固定することである。オリフィスディスク１３０は、特定の燃料噴霧パターンを形成し、燃料噴霧の標的を定めるため、固定空間配向をなすように、弁座１２８のオリフィスディスク保持表面１２８Ｅに仮付け溶接するのが望ましい。

望ましい実施形態では、電磁コイル１０８Ａで生じた磁束は、磁極片１０２Ａ、アーマチュア組立体１１２、本体１２０及びコイル容器１２４を含む磁気回路に流入する。磁束は、磁性部分又はアーマチュア１１２Ａの均質材料と本体１２０の間の側方空隙を横切ってアーマチュア組立体１１２に流入し、端部１０２Ｂと１１２Ｃの間の有効空隙を横切って磁極片１０２Ａに向かい、その結果弁座１２８から密閉部材１１２Ｂを持ち上げる。磁極片１０２Ａの衝突表面１０２Ｂの幅は、磁性部分又はアーマチュア１１２Ａの衝突表面１１２Ｃの断面の幅より広いのが望ましい。断面積が小さくなると、アーマチュア組立体１１２の強磁性部分１１２Ａが軽くなり、同時に磁極片１０２Ａ内ではなく、磁極片１０２Ａと強磁性部分１１２Ａとの間の有効空隙の近くに磁束飽和点が生じる。

コネクタ部材１１４を用い、燃料噴射器１００の部品を互いに接続できる。コネクタ部材１１４は、深絞り加工で形成できる。図２に略示する如く、略平面状の非磁性加工物１０をホルダ１４に配置し、ダイ１６を用いてパンチ１２による深絞りを施し、薄いシェル形状を備えたコネクタ部材１１４を形成するとよい。適合する深絞り技法で形成すると加工物１０、即ちコネクタ部材１１４は、縦軸に沿って、その間に略一定距離「ｔ」の間隔をあけた連続外部表面１１５Ａ及び連続内部表面１１５Ｂを備えることになる。加工物１０は、ステンレス系の鋼で、距離「ｔ」は約０．４ｍｍが望ましい。留意すべきは、本明細書における寸法の大きさに対する言及は、何れも、燃料の計量において、望ましい実施形態がその意図する目的のために機能を果たせるようにするこれら寸法の許容可能な公差に起因するばらつきのある、望ましい実施形態の寸法である点である。

コネクタ部材１１４は、燃料噴射器１００の部品を互いに接続する構造的支持を施す上で有利な幾つかの特徴を持つ。特に重要なのは、第１の部分１１４Ａと第２の部分１１４Ｂである。第１の部分１１４Ａは、内部表面１１５Ｂが縦軸に沿い第１の軸方向距離Ｌ₁にわたり横断している故、縦軸Ａ−Ａと内部表面１１５Ｂの間の第１の半径方向距離ｒ₁で決定可能な第１の内容積Ｖ１を備えるとよい。第２の部分１１４Ｂは、内部表面１１５Ｂが縦軸に沿って第２の軸方向距離Ｌ₂にわたり横断している故、縦軸と内部表面１１５Ｂの間の第２の半径方向距離ｒ₂で決定可能な、第２の内容積Ｖ２を備えるとよい。

コネクタ部材１１４で筒状部材１０２を本体シェル１２２に接続するに十分な構造剛性を得るべく、第２の容積Ｖ２を第１の容積Ｖ１の１．１倍以上にするとよい。第２の容積Ｖ２は、第１の容積Ｖ１の約１．８倍が望ましい。最適な実施形態では、縦軸Ａ−Ａからの第１の半径方向距離ｒ₁は約２．９ｍｍ、第１の軸方向距離Ｌ₁は約３．１ｍｍ、第２の半径方向距離ｒ₂は約５．０ｍｍ、第２の軸方向距離Ｌ₂は約１．７ｍｍである。

段付き部分に関する各外側半径が略同一の既知のコネクタ部材と異なり、コネクタ部材１１４の望ましい実施形態の第１の軸方向距離Ｌ₁は、既知のコネクタ部材の同様の構造の第１の軸方向距離より約１７％短く、第２の軸方向距離Ｌ₂は、既知のコネクタ部材の同様の構造の第２の軸方向距離より約４０％長い。コネクタ部材１１４の望ましい実施形態におけるこれらの特徴から、既知のコネクタ部材と比較して、望ましい実施形態は、下記の如く、既知のコネクタ部材に対し少なくとも３つの利点を有する。
（１）第１の軸方向距離Ｌ₁が一層短いために、コイル容器１２４からアーマチュア１１２Ａを通って磁極片１０２Ａに至る、一層短い磁束経路（一般には、コイル１０８Ａからバルブ本体１２０に達し、アーマチュア１１２Ａから磁極片１０２Ａに達し、コイル１０８Ａに戻る）が生じ、その結果、一層効率の良い電磁アクチュエータが可能になる。
（２）第２の軸方向距離Ｌ₂が一層長いため、流体チャンバの第２の容積Ｖ２が増大し、その結果、アーマチュア１１２Ａの往復運動の制御を助けることになる。
（３）コネクタ部材１１４は、他の部品に係合する表面を最終寸法迄機械加工せずに最終組み立てが可能であり、その結果、燃料噴射器１００の高効率の製造が可能になる。

図１及び３を参照するに、コネクタ部材１１４の第１の部分１１４Ａは、圧入にて筒状部材１０２の下方端に入れ子式にはめ込み接合し得る。第２の部分１１４Ｂは、望ましい圧入構成の本体シェル１２２の下方端内に嵌合する。コネクタ部材１１４に対し、筒状部材１０２と本体シェル１２２の少なくとも一方を縦軸Ａ−Ａに沿って移動させることができ、この結果燃料噴射器の非作動時、即ち燃料流を阻止すべく、密閉部材１１２Ｂが偏倚させられて、弁座１２８に押し付けられた際に、磁極片の端面１０２Ｂとアーマチュアの端面１１２Ｃの間に有効空隙を形成することができる。或いは、筒状部材１０２と本体シェル１２２の一方は、コネクタ部材１１４の周辺に近接して形成された連続溶接部によって固定し、一方、筒状部材１０２と本体シェル１２２のもう一方は、縦軸に沿って移動させて、所望の有効空隙が得られるようにできる。更にもう１つの変種では、筒状部材１０２と本体シェル１２２は、コネクタ１１４に固定し、他方本体１２０は、縦軸Ａ−Ａに沿って移動させて、所望の有効空隙が得られるようにできる。磁極片とアーマチュアの間に所望の有効空隙を形成した後、コネクタ部材１１４の周辺に近接して形成した連続溶接部により、筒状部材１０２と本体シェル１２２の少なくとも一方を固定し得る。

その後、コイル容器１２４を、本体シェル１２２の周辺及びコイル容器１２４の内部表面の一方に形成された連続溶接部により、本体シェル１２２に固定する。部分的に組み立てた燃料噴射器をモールド内に配置し、筒状部材１０２及び本体１２０の少なくとも一部を包囲すべく、少なくとも１つのオーバモールドを形成できる。第１のオーバモールド１１６で、筒状部材１０２及びコイル容器１２４の一部を包囲し、第２のオーバモールド１１８で、本体シェル１２２及び本体１２０の一部を包囲して、動作可能な燃料噴射器が得られるようにするとよい。

動作時、電磁コイル１０８Ａが付勢され、その結果、磁気回路に磁束が発生する。磁束によって、アーマチュア組立体１１２が一体磁極片１０２Ａに向かって望ましい実施形態では軸Ａ−Ａに沿って移動し、有効空隙を閉じる。このアーマチュア組立体１１２の移動により、密閉部材１１２Ｂが弁座１２８から引き離され、燃料が、燃料レール（不図示）から、筒状部材１０２、通路１０１及び１０４Ａ、貫通ボア１１２Ｄを経て、弁座１２８と密閉部材１１２Ｂの間を通り抜け、弁座開口部を通り、最後にオリフィスディスク１３０を通って、内燃機関（不図示）に流入する。電磁コイル１０８Ａが消勢すると、アーマチュア組立体１１２が、弾性部材２２６の偏倚に伴い移動し、密閉部材１１２Ｂと弁座１２８を接触係合させ、その結果、噴射器１００を通る燃料流を阻止する。

本発明を特定の実施形態に関連して開示したが、請求の範囲に定義の本発明の領域及び範囲を逸脱することなく、前記の実施形態に対し多くの修正、改変及び変更を加え得る。従って、本発明は、上記の実施形態に制限されるものではなく、付属の請求範囲の言語によって規定される全範囲と、その均等物を含むことを意図している。

望ましい実施形態による燃料噴射器の絵画図である。 図１の燃料噴射器のコネクタシェルに成形する前の加工物の断面図である。 図１のコネクタの断面図である。

符号の説明

１０ 加工物、１２ パンチ、１４ ホルダ、１６ ダイ、１００ 燃料噴射器、１００Ａ 入口端、１００Ｂ 出口端、１０１ 流体流路、１０２ 筒状部材、１０２Ａ 磁極片、１０２Ｂ 端部、１０４ 調整筒、１０４Ａ 通路、１０６ フィルタ組立体、１０８ コイル組立体、１０８Ａ 電磁コイル、１１０ 偏倚バネ、１１２ アーマチュア組立体、１１２Ａ アーマチュア、１１２Ｂ 密閉部材、１１２Ｃ 端面、１１２Ｄ 開口、１１２Ｅ 通路、１１３ アーマチュア筒、１１４ コネクタ部材、１１６、１１８ オーバモールド、１２０ 本体、１２１ 巻枠、１２２ 本体シェル、１２４ コイル組立体容器、１２６ 案内部材、１２８ 弁座、１２８Ｅ オリフィスディスク保持表面、１３０ オリフィスディスク

Claims (21)

1. 入口と出口の間を縦軸に沿って延びる通路を備える容器と、該容器内に配置されたアーマチュアとを含む燃料噴射器であって、
   前記容器が、
   第１の筒状部材端と第２の筒状部材端を備え、前記第２の筒状部材端が前記アーマチュアの端面と向かい合っている端面を持ち、かつ前記入口に近接した筒状部材と、
   第１の本体端と第２の本体端を備え、かつ前記出口に近接した本体と、
   前記縦軸を囲んで、第１の容積を形成する第１の壁部、前記第１の壁部を第２の壁部に接続する中間壁部及び前記縦軸を囲んで、前記第１の容積の少なくとも１．１倍の第２の容積を形成する前記第２の壁部を含み、かつ前記第２の筒状部材端及び前記第１の本体端に固定されたコネクタ部材と
   を含むことを特徴とする燃料噴射器。
2. 前記第２の容積に前記第１の容積の約１．８倍の容積が含まれることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射器。
3. 前記第１の壁部が、前記縦軸に沿って３．１ｍｍ延び、かつ前記縦軸から半径方向に３．４ｍｍの間隔をあけた第１の内部壁面を含むことを特徴とする請求項２記載の燃料噴射器。
4. 前記第１の壁部が、０．４ｍｍの距離にわたる、前記第１の内部壁面に対し略平行な第１の外部壁面を含むことを特徴とする請求項３項記載の燃料噴射器。
5. 前記第２の壁部が、前記縦軸に沿って１．７ｍｍ延び、かつ前記縦軸から５ｍｍの間隔をあけた第２の内部壁面を含むことを特徴とする請求項４項記載の燃料噴射器。
6. 前記第２の壁部が、０．４ｍｍの距離にわたる、前記第２の内部壁面に対し略平行な第２の外部壁面を含むことを特徴とする請求項５項記載の燃料噴射器。
7. 前記中間壁部が、前記縦軸から３．１ｍｍの距離から前記縦軸から５ｍｍの半径方向距離迄、前記縦軸に対し横に、前記縦軸まわりに延びることを特徴とする請求項６記載の燃料噴射器。
8. 前記筒状部材の前記端面に磁極が含まれ、前記筒状部材及び前記磁極に単体の一体型部材が含まれたことを特徴とする請求項７記載の燃料噴射器。
9. 前記コネクタ部材の前記第１の外部表面が、前記筒状部材の前記第２の端部の外側部分を包囲し、前記第１の外部表面が、連続溶接部によって前記外側部分に固定されたことを特徴とする請求項７記載の燃料噴射器。
10. 前記第１の本体端に、前記第２の壁部の前記第２の外部表面を包囲する外部本体が含まれ、前記外部本体が、前記第２の外部表面との間に形成された連続溶接部により、前記第２の外部表面に固定されたことを特徴とする請求項９項記載の燃料噴射器。
11. 前記第２の本体端に内部本体が含まれ、該内部本体が、前記外部本体の一部により包囲され、かつ前記外部本体との間に形成された連続溶接部によりそれに固定されたことを特徴とする請求項１０記載の燃料噴射器。
12. 更に、
    前記アーマチュアに結合された密閉部材と、
    弁座オリフィス及び前記弁座オリフィスを通る燃料流を閉塞する前記アーマチュアの位置の１つにおいて、前記密閉部材に接着し、前記燃料流が前記弁座オリフィスを通れるようにする前記アーマチュアのもう１つの位置において、前記密閉部材から間隔をあける座面を備え、前記本体内に配置された弁座と、
    前記筒状部材の前記第１の端部に近接して配置されたフィルタと、
    前記筒状部材の前記第２の端部に近接して配置された１つの部分及び前記アーマチュアのポケット内に配置されたもう１つの部分を備える弾性部材と、
    前記筒状部材内に配置され、前記弾性部材の前記１つの部分に係合して、前記密閉部材を前記１つの部分に向かって偏倚させる調整筒と
    を含むことを特徴とする請求項１１項記載の燃料噴射器。
13. 前記密閉部材が球状の部材を含むことを特徴とする請求項１２項記載の燃料噴射器。
14. 前記内部本体に、前記弁座を受ける弁座ポケットが含まれ、前記弁座が連続溶接部によって前記弁座ポケットに固定されたことを特徴とする請求項１３項記載の燃料噴射器。
15. 前記弁座が、更に前記弁座の前記第２の表面に接続されたオリフィスディスクを含み、該オリフィスディスクが、前記縦軸周りに、前記弁座オリフィスと流体が通じるように配置された複数の貫通開口部を備えることを特徴とする請求項１４項記載の燃料噴射器。
16. 前記アーマチュアに、第１のアーマチュア端と第２のアーマチュア端の間を前記縦軸に沿って延びる細長い本体が含まれ、前記アーマチュアに、前記第１のアーマチュア端から前記第２のアーマチュア端迄延びる通路が含まれることを特徴とする請求項１５記載の燃料噴射器。
17. 前記アーマチュアに、前記アーマチュアを前記密閉部材に接続するアーマチュア筒が含まれ、前記アーマチュア筒が、圧入により前記第２のアーマチュア端にはまり込む第１の筒端と、第２の筒端の周辺に配置された連続溶接部によって前記密閉部材に固定された前記第２の筒端とを備えることを特徴とする請求項１６項記載の燃料噴射器。
18. 入口と出口の間を縦軸に沿って延びる燃料噴射器の部品を接続する方法であって、
    略平面状の加工物に深絞りを施してある軸に沿って延びるコネクタ部材を形成し、前記コネクタ部材の外部表面によって、内部表面を、前記外部表面との間の略一定の距離にわたって包囲するようにする工程と、
    前記燃料噴射器の筒状部材を前記コネクタ部材の第１の部分に配置し、前記コネクタ部材の第２の部分を前記燃料噴射器の本体に配置する工程とを含む方法。
19. 前記深絞りを施す工程が、前記軸まわりに第１の容積を形成する第１の部分と、前記軸回りに、前記第１の容積より大きい第２の容積を形成する第２の部分を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 前記配置工程が、前記コネクタ部材に対し前記筒状部材と前記本体の少なくとも一方を前記縦軸に沿って移動させ、前記燃料噴射器の非作動状態時に、前記筒状部材の端面とアーマチュア端面の間に空隙が生ずるようにする工程を含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
21. 前記配置工程が、連続周辺溶接部によって前記筒状部材及び前記本体に対して各部分を溶接する工程を含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。

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