JP2009174475A

JP2009174475A - 燃料噴射弁およびその製造方法

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Publication number: JP2009174475A
Application number: JP2008015455A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Saito; 貴博齋藤; Hiroshi Yamada; 博山田; Nobuaki Kobayashi; 信章小林; Minoru Hyodo; 稔兵藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-08-06

Abstract

【課題】燃料噴射弁における筒体へのノズル部材の組付作業性の向上を図る。
【解決手段】燃料噴射弁１は、内部を燃料が流通する筒体３と、弁座７ａを有し筒体３内に配置された弁座部材７と、筒体３内に配置された弁体９と、弁体９と弁座７ａとの間を通過した燃料を噴射する噴射孔８ｄを有し筒体３内に配置されたノズル部材８と、を備える。筒体３とノズル部材８とを、筒体３の外周側からの熱エネルギーの印加によって溶接する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁およびその製造方法に関する。

従来より種々の燃料噴射弁が提案されている。特許文献１は、その一例としての燃料噴射弁を開示する。

特許文献１に開示される燃料噴射弁は、筒体と、この筒体内に配置され燃料通路を開閉する弁体と、筒体内に配置され弁体が離着座する弁座部材と、燃料噴射用の噴射孔を有し弁座部材の下流側に設けられるノズル部材としてのノズルプレートと、を有している。このノズルプレートは、筒体に挿入された状態で当該筒体に溶接されている。
特表２００２−５１６９５６号公報

上述した従来技術では、ノズルプレートと筒体との溶接は、筒体の内周側からのエネルギーの印加によってなされている。このため、筒体の内周側の奥まった狭いスペースに溶接箇所が位置するため、溶接作業が難しく、筒体へのノズル部材への組付作業性が劣るという問題がある。

そこで、本発明は、筒体へのノズル部材の組付作業性の向上を図ることができる燃料噴射弁およびその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、内部を燃料が流通する筒体と、弁座を有し前記筒体内に配置された弁座部材と、前記弁座に対して離着座可能に前記筒体内に配置された弁体と、前記弁体を前記弁座に対して離着座させる駆動部と、前記弁体と前記弁座との間を通過した燃料を噴射する噴射孔を有し前記筒体内に配置されたノズル部材と、を備える燃料噴射弁において、前記筒体と前記ノズル部材とが、当該筒体の外周側からの熱エネルギーの印加によって溶接されたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、内部を燃料が流通する筒体と、弁座を有し前記筒体内に配置された弁座部材と、前記弁座に対して離着座可能に前記筒体内に配置された弁体と、前記弁体を前記弁座に対して離着座させる駆動部と、前記弁体と前記弁座との間を通過した燃料を噴射する噴射孔を有し前記筒体内に配置されたノズル部材と、を備える燃料噴射弁の製造方法において、前記筒体内に前記ノズル部材を配置する工程と、前記筒体の外周側から熱エネルギーを印加して、当該筒体と当該筒体内に配置した前記ノズル部材とを溶接する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、筒体とノズル部材との溶接は、筒体の外周側からの熱エネルギーの印加によってなされるので、筒体とノズル部材との溶接を容易に行なうことができ、筒体へのノズル部材の組付作業性の向上を図ることができる。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を図１ないし図５に基づいて説明する。本実施形態は、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内燃機関に取り付けられた状態の燃料噴射弁を示す断面図、図２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図）、図３は、本実施形態にかかるノズルプレートおよびその周辺部分を拡大して示す断面図（軸方向に沿った断面図）、図４は、図３中のＡ矢視図、図５は、図３中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図１に示すように、燃料噴射弁１は、燃料配管１０１に設けられたボス部１０２に接続され、燃料配管１０１内を流れる燃料を内燃機関１０３内（吸気ポート１０３ａやシリンダ１０３ｂ内等）に噴射するものである。

本実施形態では、燃料噴射弁１は、内燃機関１０３に形成された挿入口１０３ｃに挿嵌されて内燃機関１０３に取り付けられている。燃料噴射弁１から噴射された燃料は、吸気弁１０３ｄが開弁状態のときに、内燃機関１０３のエンジンブロック１０３ｅに形成されたシリンダ１０３ｂ内に供給されるようになっている。

図２に示すように、燃料噴射弁１は、本体部として、弁ケーシング２や、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。

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、段差を有する比較的薄肉の金属管として形成されている。筒体３の肉厚は、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内が好適に設定されている。本実施形態では、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１０１のボス部１０２内に挿入された状態で、筒体３が燃料配管１０１に接続されるようになっている。この筒体３では、内部を筒体３の軸方向の一端から他端に向けて燃料が流れる。

筒体３（大径部３ａ）の一端部（上流部）の外周面には、筒体３と燃料配管１０１のボス部１０２との間の液密を確保するＯリング１８が外装される。また、筒体３（小径部３ｂ）の他端部（下流部）の外周面には、筒体３の先端部（他端部）を保護する筒状のプロテクタ２５が外装される。

筒体３の小径部３ｂの他端部は、図３に示すように、その先端側に向って漸次薄肉となるよう、その内周側にテーパ面３ｃが形成されており、先端部の断面が全体的に略くさび形状を呈している。そのため、後述する弁座部材７を筒体３へ容易に挿入できる。

筒体３の内側には、図２に示すように、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の開弁位置を規制するものである。本実施形態では、コア筒５は、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２および図３に示すように、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。弁座７ａには、表面仕上げ加工が施される。本実施形態では、小径部３ｂ内に圧入した筒体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が当該筒体３の端部に固定される。弁座部材７は、金属製である。

図３および図４に示すように、弁座部材７には、ノズル部材である２部品構成のノズルプレート８が溶接によって固定される。ノズルプレート８は、弁座部材７の下流側に配置される。ノズルプレート８は、弁座部材７の先端面（図３での下面）に接合される第１のプレート部材８ａと、この第１のプレート部材８ａに溶接によって接合される第２のプレート部材８ｂとから構成されている。第１のプレート部材８ａは、円盤状に形成されて外周が筒体３の内周面に接するとともに、中央部に下流側（図３での下方）へ膨出する膨出部８ｃが形成されている。膨出部８ｃには、所定の方向に燃料を噴出する複数の噴射孔８ｄが設けられている。第２のプレート部材８ｂは、膨出部８ｃを受け入れる丸孔８ｅを中央部に有する円環部８ｆと、この円環部８ｆの外周部から折り曲げられ、先端部が筒体３の内周面に接する円筒部８ｇとを有している。

コア筒５と弁座部材７との間には、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、コイルばね１２が設けられる。このコイルばね１２の上端は、コア筒５内に嵌挿されコイルばね１２を押さえるアジャスタ筒１９の下端に当接する一方、コイルばね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、このコイルばね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、筒体３の外周側には、段付筒状に形成されたヨーク１３が設けられる。本実施形態では、ヨーク１３は、筒体３の小径部３ｂの外周側に圧入して固着される。また、ヨーク１３と筒体３の小径部３ｂとの間は、連結コア１４が設けられる。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、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。ここで、電磁コイル１５は、コイルばね１２とともに、弁体９を弁座７ａに対して離着座させる駆動部２４を構成している。

樹脂カバー１６は、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、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。

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、筒体３の大径部３ａ内に圧入される筒状の芯金２１ａと、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。

以上の構成の燃料噴射弁１においては、弁体９にコイルばね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、コイルばね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、筒体３の入口側のフィルタ２１で燃料に含まれる異物が捕捉された後、筒体３の燃料通路４を流下して、アジャスタ筒１９を介して弁体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通過して、噴射口７ｂに至り、噴射孔８ｄから噴射される。

このような燃料噴射弁１の製造においては、プロテクタ２５を筒体３の小径部３ｂの他端部に嵌合する前に、筒体３内の所定位置に弁座部材７、２部品に分離状態のノズルプレート８（第１のプレート部材８ａおよび第２のプレート部材８ｂ）を挿入し、筒体３内の所定位置に弁座部材７、ノズルプレート８を配置する。このとき、第１のプレート部材８ａを弁座部材７の先端面に当接させるとともに、第２のプレート部材８ｂを第１のプレート部材８ａに当接させる。

次に、第２のプレート部材８ｂ、第１のプレート部材８ａおよび弁座部材７を溶接する。この溶接は、図３および図４の溶接痕２２に示す通り、膨出部８ｃの外周部から径方向に沿って所定距離だけ離間した第１のプレート部材８ａに、環状になされる。この溶接は、例えば、レーザ溶接であり、熱エネルギーであるレーザビームを第２のプレート部材８ｂ側から第２のプレート部材８ｂ、第１のプレート部材８ａおよび弁座部材７に照射（印加）する。溶接箇所は、溶接痕２２によって図面中に示されている。

次に、筒体３と筒体３内に配置したノズルプレート８とを溶接する。この溶接は、図３および図５の溶接痕２３に示す通り、筒体３の小径部３ｂの他端部の外周、詳しくは、先端側に向って筒体３（小径部３ｂ）の肉厚が薄くなるテーパ面３ｃと、小径部３ｂにおいて肉厚一定の部分との境界部の近傍に環状に施される。この溶接は、例えばレーザ溶接であり、筒体３の外周側から熱エネルギーであるレーザビームを筒体３とノズルプレート８の第２のプレート部材８ｂの円筒部８ｇとに照射（印加）する。

これらノズルプレート８と弁座部材７との溶接およびノズルプレート８と筒体３とを溶接する。

そして、弁ケーシング２や、弁体９、駆動部２４、プロテクタ２５などを筒体３に設ける。

以上説明した本実施形態では、筒体３とノズルプレート８との溶接は、筒体３の外周側からの熱エネルギーの印加によってなされるので、筒体３とノズルプレート８との溶接を容易に行なうことができ、筒体３へのノズルプレート８の組付作業性の向上を図ることができる。

また、ノズルプレート８を筒体３のテーパ面３ｃに溶接しているため、この溶接時に筒体３とノズルプレート８との隙間を小さくできる。

また、本実施形態では、筒体３の肉厚が０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であるので、筒体３とノズルプレート８との溶接時に筒体３の外周側から印加する熱エネルギーをノズルプレート８へ容易に伝熱させることができるとともに、筒体３の剛性を確保することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を図６ないし図８に基づいて説明する。図６は、本実施形態にかかる燃料噴射弁を示す断面図、図７は、図６中のＣ矢視図、図８は、図６中のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。なお、本実施形態にかかる燃料噴射弁１Ａは、第１の実施形態にかかる燃料噴射弁１と同様の構成要素を備える。よって、それら同様の構成要素には共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の燃料噴射弁１Ａは、第１の実施形態の燃料噴射弁１に対してノズルプレート８Ａが異なる。

本実施形態のノズルプレート８Ａは、単一部品である。ノズルプレート８Ａは、噴射孔８ｄを有する円盤部８Ａｈと、この円盤部８Ａｈの外周部から折り曲げられ、先端が筒体３の内周面に接する円筒部８Ａｉとを有している。このノズルプレート８Ａは、図７および図８の溶接痕２２，２３に示すように、第１の実施形態のノズルプレート８と同じ箇所を、同じ溶接方法で、弁座部材７および筒体３に溶接される。

以上説明した本実施形態では、ノズルプレート８Ａが単一部品であるので、ノズルプレートが複数の部品で構成されている場合に比べて、燃料噴射弁１Ａの部品点数を削減することができる。

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。

上記各実施形態では、燃料噴射弁１，（１Ａ）の製造において、まず、弁座部材７，（７）とノズルプレート８，（８Ａ）とを筒体３，（３）内に配置して、これら弁座部材７，（７）とノズルプレート８，（８Ａ）との溶接、および筒体３，（３）とノズルプレート８，（８Ａ）との溶接を行なう例を示した。これに対して、まず、弁座部材７，（７）とノズルプレート８，（８Ａ）とを溶接してそれらを一体化した後、これら一体化した弁座部材７，（７）とノズルプレート８，（８Ａ）とを筒体３，（３）内に配置し、筒体３，（３）とノズルプレート８，（８Ａ）との溶接を行なってもよい。

また、燃料噴射弁１をインテークマニホルドに形成された挿入口に取り付けても良い。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関に取り付けられた状態の燃料噴射弁を示す断面図。本発明の第１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図）。本発明の第１の実施形態にかかるノズルプレートおよびその周辺部分を拡大して示す断面図（軸方向に沿った断面図）。図３中のＡ矢視図。図３中のＢ−Ｂ線に沿った断面図。本発明の第２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図）。図６中のＣ矢視図。図６中のＤ−Ｄ線に沿った断面図。

符号の説明

１，１Ａ燃料噴射弁
３筒体
７弁座部材
８，８Ａノズルプレート（ノズル部材）
８ｄ噴射孔
９弁体
２４駆動部

Claims

内部を燃料が流通する筒体と、
弁座を有し前記筒体内に配置された弁座部材と、
前記弁座に対して離着座可能に前記筒体内に配置された弁体と、
前記弁体を前記弁座に対して離着座させる駆動部と、
前記弁体と前記弁座との間を通過した燃料を噴射する噴射孔を有し前記筒体内に配置されたノズル部材と、
を備える燃料噴射弁において、
前記筒体と前記ノズル部材とが、当該筒体の外周側からの熱エネルギーの印加によって溶接されたことを特徴とする燃料噴射弁。
内部を燃料が流通する筒体と、弁座を有し前記筒体内に配置された弁座部材と、前記弁座に対して離着座可能に前記筒体内に配置された弁体と、前記弁体を前記弁座に対して離着座させる駆動部と、前記弁体と前記弁座との間を通過した燃料を噴射する噴射孔を有し前記筒体内に配置されたノズル部材と、を備える燃料噴射弁の製造方法において、
前記筒体内に前記ノズル部材を配置する工程と、
前記筒体の外周側から熱エネルギーを印加して、当該筒体と当該筒体内に配置した前記ノズル部材とを溶接する工程と、
を含むことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。