JP2010014088A5 - - Google Patents
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Description
本発明は,弁座を前端部に有する筒状の弁座部材と,この弁座部材の後端部に同軸状に結合される磁性円筒体と,この磁性円筒体の後端に同軸状且つ液密に溶接される非磁性円筒体と,非磁性円筒体の後端に同軸状且つ液密に溶接される中空円筒状の固定コアとで弁ハウジングを構成し,この弁ハウジング内に,前記弁座に着座し得る弁体と,この弁体の後端に結合されて固定コアの前端に対向する可動コアとで構成される弁組立体を収容し,弁ハウジングには,弁体を受け止めてその開弁ストロークを規制するストッパ部材を設け,弁体及び弁座部材をマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した電磁式燃料噴射弁に関し,特にアルコール燃料の噴射に適するように改良した電磁式燃料噴射弁に関する。
かゝる電磁式燃料噴射弁は,例えば下記特許文献1に開示されているように,既に知られている。
特許3819741号公報
かゝる電磁式燃料噴射弁は,ガソリン燃料の噴射に適するように開発されたものであるが,これをアルコール燃料の噴射に使用すると,性能劣化が著しいことが分かった。そして,それが次の原因によるものであることを本発明者らは究明した。
即ち,一般にマルテンサイト系ステンレス鋼製の弁体及び弁座部材は,これらを熱処理することにより,所望の硬度を確保している。しかしながら,かゝる電磁式燃料噴射弁を,アルコール燃料の噴射に使用すると,アルコール燃料中に存在する蟻酸や酢酸の影響により,弁体及び弁座部材の着座部に凝着摩耗が発生し,その結果,弁座の開度増により燃料噴射量が増加したり,弁体及び弁座の着座面積の増加による弁体の密着力の増加により,弁体の開弁応答性が低下して,燃料噴射量が減少したりする。
そこで,アルコール燃料耐性に強い特別な材料,例えばハイグレードマルテンサイト鋼のX15TNを選択して弁体及び弁座部材を構成することが考えられるが,そのような材料は高価であるため,電磁式燃料噴射弁のコストが著しく嵩んで好ましくない。
本発明は,かゝる事情に鑑みてなされたもので,マルテンサイト系ステンレス鋼製の弁体及び弁座部材を用いながら,アルコール燃料の噴射に使用しても,着座部での凝着摩耗の発生を抑え得るようにした電磁式燃料噴射弁を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために,本発明は,弁座を前端部に有する筒状の弁座部材と,この弁座部材の後端部に同軸状に結合される磁性円筒体と,この磁性円筒体の後端に同軸状且つ液密に溶接される非磁性円筒体と,非磁性円筒体の後端に同軸状且つ液密に溶接される中空円筒状の固定コアとで弁ハウジングを構成し,この弁ハウジング内に,前記弁座に着座し得る弁体と,この弁体の後端に結合されて固定コアの前端に対向する可動コアとで構成される弁組立体を収容し,弁ハウジングには,弁体を受け止めてその開弁ストロークを規制するストッパ部材を設け,弁体及び弁座部材をマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した電磁式燃料噴射弁において,弁体の硬度が弁座部材の硬度より大きくなるように,弁体及び弁座部材を互いに異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成したことを第1の特徴とする。
また本発明は,第1の特徴に加えて,ストッパ部材の硬度が弁体の硬度より小さくなるように,ストッパ部材を,弁体とは異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成することを第2の特徴とする。
さらに本発明は,第1の特徴に加えて,弁体及び弁座部材の各表面を不動態処理することを第3の特徴とする。
本発明の第1の特徴によれば,弁体の硬度が弁座部材の硬度より大きくなるように,弁体及び弁座部材を異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成したことで,電磁式燃料噴射弁をアルコール燃料の噴射に使用しても,弁体及び弁座の凝着摩耗が少なくすることができ,したがって燃料噴射量変化率が小さい良好な燃料噴射特性を長期間安定させることができる。しかも,アルコール燃料専用の高価な材料を使用しないで済むので,コストアップを抑えることができる。
本発明の第2の特徴によれば,ストッパ部材の硬度が弁体の硬度より小さくなるように,ストッパ部材を,弁体とは異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成したことで,弁体及びストッパ部材の当接部の凝着摩耗を少なくすることができ,したがって,弁体の開弁ストロークの変化を抑えて,良好な燃料噴射特性を一層安定させることができる。
本発明の第3の特徴によれば,弁体及び弁座部材の表面に,不動態処理による不動態膜を形成することで,弁体及び弁座部材の防錆性能が向上し,電磁式燃料噴射弁の商品性を高めることができる。
本発明の実施の形態を,添付図面に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明する。
図1は本発明の実施例に係る内燃機関用の電磁式燃料噴射弁の縦断面図,図2は本発明の実施例と比較例との,アルコール燃料噴射テストに基づく燃料噴射量変化率の比較グラフである。
先ず,図1において,電磁式燃料噴射弁Iの弁ハウジング1は,円筒状の弁座部材2と,この弁座部材2の後端部にC字状のストッパ部材7を挟んで同軸状に結合される磁性円筒体3と,この磁性円筒体3の後端に同軸状に結合される非磁性円筒体4と,この非磁性円筒体4の後端に同軸状に結合される中空円筒状の固定コア5と,この固定コア5の後端に同軸状に連設される燃料入口筒6とで構成される。
弁座部材2は,その後端部に縮径した連結筒部2aを有し,また磁性円筒体3は,その前端部内周に環状凹部3aを有しており,その環状凹部3aに連結筒部2aが圧入される。その際,環状凹部3aの内端面と連結筒部2aの端面との間で前記ストッパ部材7が挟持される。そして,磁性円筒体3は,その前端面で連結筒部2aと全周に亙りレーザ溶接(その溶接部を符号W1で示す。)により結合される。こうして,弁座部材2及び磁性円筒体3は互いに同軸状に且つ液密に結合される。
また,磁性円筒体3及び非磁性円筒体4は,互いに突き合わせた対向端面で同じく全周に亙りレーザ溶接(その溶接部を符号W2で示す。)により互いに同軸状且つ液密に結合される。これら磁性円筒体3及び非磁性円筒体4は,互いに内径及び外径を等しくして,互いに内周面及び外周面を面一に連続させるように配置される。非磁性円筒体4の軸方向両端の内周縁部にはテーパ面4a,4aが形成される。
さらに,非磁性円筒体4及び固定コア5は,互いに突き合わせた対向端面で同じく全周に亙りレーザ溶接(その溶接部を符号W3で示す。)により互いに同軸状且つ液密に結合される。固定コア5には,非磁性円筒体4内に向かって突出する吸引筒部5aが形成されており,この吸引筒部5aの外周面と非磁性円筒体4の内周面との間に環状間隙Gが設けられる。この環状間隙Gは,前記溶接部W3の液密検査に使用する圧力流体のスムーズな流入を許容しつゝ吸引筒部5aの吸引能を満足させるように設定される。吸引筒部5aの基端部にはフィレット5bが形成されており,このフィレット5bは,前記非磁性円筒体4の後端部内周縁の前記テーパ面4aの内側に収められる。
弁座部材2には,その前端面に下流端を開口する円錐状の弁座8と,この弁座8の上流端,即ち大径部に連なる円筒状のガイド孔9と,弁座8の中心部を貫通する弁孔10とが設けられている。弁座部材2の前端には,前記弁孔10に連通する1又は複数の燃料噴孔11を有するインジェクタプレート12が液密に溶接される。
弁ハウジング1には弁組立体15が収容される。この弁組立体15は,前記ガイド孔9に軸方向摺動自在に収容される弁体16と,この弁体16の後端部にカシメにより一体に結合される可動コア17とで構成されるもので,この弁組立体15は,可動コア17の後端と,前記固定コア5の吸引筒部5aの前端とが非磁性円筒体4内で対向するように配置される。可動コア17の後端には,固定コア5の中空部20を磁性円筒体3及び非磁性円筒体4の両内側に連通させる複数の切欠き17aが設けられている。
弁体16は,弁座8に着座し得る球状の弁部16aと,ガイド孔9に摺動自在に支承される前後一対のジャーナル部16b,16bと,前記ストッパ部材7に当接して弁体16の開弁限界を規定するフランジ16cとを一体に備えており,各ジャーナル部16bには,燃料の流通を可能にする複数の面取り部18が設けられる。
固定コア5の中空部20には,可動コア17を弁体16の閉じ方向,即ち弁座8への着座方向に付勢するコイル状の弁ばね22と,この弁ばね22の後端を支承するパイプ状のリテーナ23とが収容される。燃料入口筒6の入口には燃料フィルタ24が装着される。
非磁性円筒体3及び固定コア5の外周にはコイル組立体25が嵌装される。このコイル組立体25は,非磁性円筒体3及び固定コア5に外周面に嵌合するボビン26と,これに巻装されるコイル27とからなっており,このコイル組立体25を囲繞するコイルハウジング28の一端部が磁性円筒体3の外周面に溶接により結合される。
コイルハウジング28,コイル組立体25及び固定コア5は合成樹脂製の被覆体30内に埋封され,この被覆体30の中間部には,前記コイル27に連なる接続端子33を収容するカプラ31が一体に連設される。
磁性円筒体3から弁座部材2にかけて,それらの外周に環状のシールホルダ35が嵌合され,このシールホルダ35と,弁座部材2の前端部に嵌着される合成樹脂製のキャップ36との間に環状溝37が画成され,この環状溝37に,弁座部材2の外周面に密接するOリング38が装着される。このOリング38は,この電磁式燃料噴射弁Iを図示しないエンジンの燃料噴射弁取り付け孔に装着したとき,その取り付け孔の内周面に密接するようになっている。
また燃料入口筒6の入口部外周にはOリング39が装着され,このOリング39は,燃料入口筒6の外周に嵌装される燃料分配管(図示せず)の内周面に密接するようになっている。
而して,コイル27を消磁した状態では,弁ばね22の付勢力で可動コア17及び弁体16が前方に押圧され,その弁部16aが弁座8に着座している。したがって,燃料入口筒6に供給された高圧燃料は,燃料入口筒6は勿論,固定コア5,非磁性円筒体4,磁性円筒体3及び弁座部材2の各内部を満たして待機する。
コイル27に通電すると,それにより生ずる磁束が固定コア5,コイルハウジング28,磁性円筒体3及び可動コア17を順次走り,その磁力により可動コア17が固定コア5の吸引筒部5aに吸引され,この可動コア17と一体に移動する弁体16が弁座8から離座して弁孔10を開放するので,弁座部材3内の高圧燃料が,弁体16の面取り部18を経て弁座8及び弁孔10を通過した後,燃料噴孔11から図示しない内燃機関の吸気ポートに向けて噴射される。その際,弁体16は,そのフランジ16cがストッパ部材7に受け止められることで開弁ストロークが一定に規制される。
このような電磁式燃料噴射弁Iにおいて,弁体16の硬度が弁座部材2の硬度より大きくなるように,弁体16及び弁座部材2は,互いに異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成される。そして,これら弁体16及び弁座部材2の表面には,不動態処理による不動態膜が形成される。
〔実施例1〕
弁体16はATS34(硬度HV=780)で,弁座部材2はSUS440C(硬度HV=740)で構成される。
〔実施例2〕
弁体16はATS34(硬度HV=780)で,弁座部材2はSUS420J2(硬度HV=650〜700)で構成される。
〔比較例1〕
弁体16はSUS440C(硬度HV=740)で,弁座部材2はATS34(硬度HV=780)で構成される。
〔比較例2〕
弁体16及び弁座部材2は,何れもSUS440C(硬度HV=約740)で構成される。
〔実施例1〕
弁体16はATS34(硬度HV=780)で,弁座部材2はSUS440C(硬度HV=740)で構成される。
〔実施例2〕
弁体16はATS34(硬度HV=780)で,弁座部材2はSUS420J2(硬度HV=650〜700)で構成される。
〔比較例1〕
弁体16はSUS440C(硬度HV=740)で,弁座部材2はATS34(硬度HV=780)で構成される。
〔比較例2〕
弁体16及び弁座部材2は,何れもSUS440C(硬度HV=約740)で構成される。
尚,上記実施例1,2,及び比較例1,2の各材料に上記硬度を付与するために,950°〜1000°で焼き入れし,その後180°〜250°で焼き戻しを行った。
上記実施例1,2,及び比較例1,2の弁体16及び弁座部材2をそれぞれ組み込んだ同一仕様の電磁式燃料噴射弁Iをそれぞれ複数個用意し,アルコール燃料を使用して,これら電磁式燃料噴射弁Iについて約3億回の燃料噴射テストを行い,2msec開弁時の燃料噴射量の変化率(%)〔(テスト終期の燃料噴射量−テスト初期の燃料噴射量)/テスト初期の燃料噴射量〕を調べたところ,図2のグラフに示す結果を得た。
図2において,燃料噴射量変化率の「+」は,弁体16の開弁1回当たりの燃料噴射量の増加を示し,「−」はその減少を示す。上記燃料噴射量の増加は,弁体16及び弁座8の凝着摩耗による弁座開度の増加に起因し,上記燃料噴射量の減少は,弁体16及び弁座8の凝着摩耗により,弁体16の弁座8に対する着座面積が増加し,両者の密着作用で弁体16の開弁応答性が低下したことによる。
而して,弁体16の硬度が弁座部材2の硬度より大きくなるように,弁体16及び弁座部材2を異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した第1及び第2実施例では,燃料噴射量変化率が少なく,したがって弁体16及び弁座8の凝着摩耗が少ない。
それに対して,弁体16及び弁座部材2の材料を,第1実施例の場合と反対の関係にした比較例1では,燃料噴射量変化率が「−」側に増加し,弁体16及び弁座8の凝着摩耗が大きい。
また弁体16及び弁座部材2を,同一硬度のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した比較例2では,主として燃料噴射量変化率が「+」側に大きく増加し,弁体16及び弁座8の凝着摩耗が大きい。
以上より明らかなように,弁体16の硬度が弁座部材2の硬度より大きくなるように,弁体16及び弁座部材2を異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した電磁式燃料噴射弁Iでは,これをアルコール燃料の噴射に使用しても,弁体16及び弁座8の凝着摩耗が少なく,したがって燃料噴射量変化率が小さい良好な燃料噴射特性を長期間安定させることができる。しかも,アルコール燃料専用の高価な材料を使用しないで済むので,コストアップを抑えることができる。
さらに,弁体16及び弁座部材2の表面には,不動態処理による不動態膜が形成されるので,それらの防錆性能が向上し,電磁式燃料噴射弁Iの商品性を高めることができる。
また,ストッパ部材7の硬度が弁体16の硬度より小さくなるように,ストッパ部材7を,弁体16とは異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成すれば,弁体16及びストッパ部材7の当接部の凝着摩耗を少なくすることができ,したがって,弁体16の開弁ストロークの変化を抑えて,良好な燃料噴射特性を一層安定させることができる。
本発明は上記実施例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設計変更が可能である。
I・・・・・燃料噴射弁
1・・・・・弁ハウジング
2・・・・・弁座部材
3・・・・・磁性円筒体
4・・・・・非磁性円筒体
5・・・・・固定コア
7・・・・・ストッパ部材
8・・・・・弁座
15・・・・弁組立体
16・・・・弁体
17・・・・可動コア
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