JP2011196202A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】プレートを溶接する際の弁座部材への入熱を小さくすることができる燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】弁座部材7の他端側には、燃料にスワール（旋回流）を与える複数のスワール室41と、各スワール室41に燃料を分配する燃料分配室42が形成されている。また弁座6は他端側に延長されて、燃料分配室4に接続する延長部43を有している。弁座部材7は、弁座6に弁体4が座るように磁性筒体2に挿入され、磁性筒体2に溶接により固定されている。弁座部材7の他端側にはノズルプレート8が設けられ、このノズルプレート8は弁座部材7と溶接により固定されている。ノズルプレート8には、スワール室41においてスワールが与えられた燃料が噴射される燃料噴射孔44が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射弁として用いられる燃料噴射弁に関する。

この種の技術としては、下記の特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報には、燃料にスワールを付与するスワール室が形成された通路プレートと、スワール室に開口する燃料噴射孔が形成されたインジェクタプレートとを、弁座部材と別体に形成したものが開示されている。

特開２００３−３３６５６２号公報

燃料の吐出量を確保しつつ、燃料にスワールを効果的に与える必要があるため、スワール室の容積をある程度確保する必要がある。スワール室を設けることができる面積は限られているため、容積を確保するにはスワールの高さを稼ぐ必要があり、その結果スワール室が形成されるプレートの板厚が厚くなる。このプレートを溶接する際、弁座部材への入熱が大きくなり、弁座部材が変形し弁座の形成精度が低下するおそれがあった。
本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、プレートを溶接する際の弁座部材への入熱を小さくすることができる燃料噴射弁を提供することである。

上記目的を達成するため本発明では、閉弁時に弁体が座る弁座が一端側に形成された弁座部材と、弁座部材の他端側に形成され、燃料にスワールを付与する複数のスワール室とを設けた。

本発明により、プレートを溶接する際の弁座部材への入熱を小さくすることができ、弁座部材の変形を抑制し、弁座の形成精度を向上させることができる。

実施例１の燃料噴射弁の軸方向断面図である。 実施例１の燃料噴射弁のスワール室付近の拡大断面図である。 実施例１の弁座部材を他端側から見た図である。 実施例１のノズルプレートを軸方向から見た図である。 実施例１の弁座部材とノズルプレートの組みつけを示す図である。 他の実施例の弁座部材とノズルプレートを示す図である。 他の実施例の弁座部材とノズルプレートを示す図である。 他の実施例の弁座部材とノズルプレートを示す図である。 他の実施例の弁座部材とノズルプレートを示す図である。

〔実施例１〕
実施例１の燃料噴射弁1について説明する。
［燃料噴射弁の構成］
図１は燃料噴射弁1の軸方向断面図である。この燃料噴射弁1は、自動車用エンジン等に用いられるものである。
燃料噴射弁1は、磁性筒体2と、磁性筒体2内に収容されるコア筒体3と、軸方向に摺動可能な弁体4と、弁体4と一体に形成された弁軸5と、閉弁時に弁体4により閉鎖される弁座6を有する弁座部材7と、開弁時に燃料が噴射される噴射孔を有するノズルプレート8と、通電時に弁体4を開弁方向に摺動させる電磁コイル9と、磁束線を誘導するヨーク10とを有している。
磁性筒体2は、例えば電磁ステンレス鋼等の磁性金属材料により形成された金属パイプ等からなり、深絞り等のプレス加工、研削加工等の手段を用いることにより、図１に示すように段付き筒状をなして一体に形成されている。磁性筒体2は、一端側に形成された大径部11と、大径部11よりも小径であって他端側に形成された小径部12とを有している。
小径部12には、一部を薄肉化した薄肉部13が形成されている。小径部12は、薄肉部13より一端側にコア筒体3を収容するコア筒体収容部14と、薄肉部13より他端側に弁部材15（弁体4、弁軸5、弁座部材7）を収容する弁部材収容部16とに分けられている。薄肉部13は、後述するコア筒体3と弁軸5が磁性筒体2に収容された状態で、コア筒体3と弁軸5との間の隙間部分を取り囲むように形成されている。薄肉部13は、コア筒体収容部14と弁部材収容部16との間の磁気抵抗を増大させ、コア筒体収容部14と弁部材収容部16間を磁気的に遮断している。
大径部11は弁部材15に燃料を送る燃料通路17を構成しており、大径部11の一端部には燃料を濾過する燃料フィルタ18が設けられている。燃料通路17にはポンプ47が接続されている。このポンプ47は、ポンプ制御装置54により制御されている。
コア筒体3は、中空部19を有する円筒形に形成されており、磁性筒体2のコア筒体収容部14に圧入されている。中空部19には、圧入等の手段により固定されたばね受20が収容されている。
弁体4の外形は略球体状に形成されており、周上に燃料噴射弁1の軸方向に対して並行に削られた燃料通路面21を有している。弁軸5は大径部22と、外形が大径部22より小径に形成された小径部23とを有している。
小径部23の先端には弁体4が溶接により一体に固定されている。なお図中の黒半円や黒三角は溶接箇所を示している。大径部22の端部にはばね挿入孔24が穿設されている。このばね挿入孔24の底部は、ばね挿入孔24よりも小径に形成されたばね座り部25が形成されるとともに、段部のばね受け部26が形成されている。小径部23の端部には燃料通路孔27が形成されている。この燃料通路孔27はばね挿入孔24と連通している。小径部23の外周と燃料通路孔27とは貫通した燃料流出孔28が形成されている。

弁座部材7は、略円錐状の弁座6と、弁座6より一端側に弁体4の径とほぼ同型に形成された弁体保持孔30と、一端開口側に向かうにつれて大径に形成された開口部31とが設けられている。
また弁座部材7の他端側には、燃料にスワール（旋回流）を与える複数のスワール室41と、各スワール室41に燃料を分配する燃料分配室42が形成されている。また弁座6は他端側に延長されて、後述する燃料分配室4に接続する延長部43を有している。
弁軸5および弁体4は、弁軸5のばね受け部26とばね受け20との間にコイルばね29が設けられるとともに、磁性筒体2に軸方向摺動可能に収装されている。弁座部材7は、弁座6に弁体4が座るように磁性筒体2に挿入され、磁性筒体2に溶接により固定されている。
弁座部材7の他端側にはノズルプレート8が設けられ、このノズルプレート8は弁座部材7と溶接により固定されている。ノズルプレート8には、スワール室41においてスワールが与えられた燃料が噴射される燃料噴射孔44が形成されている。
磁性筒体2のコア筒体3の外周には電磁コイル9が挿嵌されている。すなわち、電磁コイル9はコア筒体3の外周に配置されることとなる。電磁コイル9は、樹脂材料により形成されたボビン32と、このボビン32に巻回されたコイル33とから構成されている。コイル33は、コネクタピン34を介して電磁コイル制御装置55に接続されている。電磁コイル制御装置55は、クランク角を検出するクランク角センサからの情報に基づいて計算した燃焼室側に燃料を噴射するタイミングに応じて、電磁コイル9のコイル33に通電して燃料噴射弁1を開弁させる。

ヨーク10は中空の貫通孔を有し、一端開口側に形成された大径部35と、大径部35より小径に形成された中径部36と、中径部36より小径に形成され他端開口側に形成された小径部37から構成されている。小径部37は、弁部材収容部16の外周に嵌合されている。中径部36の内周には電磁コイル9が収装されている。大径部35の内周には連結コア38が配置されている。
連結コア38は磁性金属材料等により略Ｃ字状に形成されている。ヨーク10は、小径部37および連結コア38を介した大径部35において磁性筒体2と接続しており、すなわち電磁コイル9の両端部で磁性筒体2と磁気的に接続されていることとなる。ヨーク10の他端側先端には、燃料噴射弁1をエンジンの吸気バルブ接続するためのアダプタ52が取り付けられている。
コネクタピン34を介して電磁コイル9に給電されると磁界が発生し、この磁界の磁力によって、弁体4および弁軸5をコイルばね29の付勢力に抗して開弁させる。
燃料噴射弁1の図１に示すように、磁性筒体2の大径部11の一端部を除いた部分、小径部12の電磁コイル9設置位置まで、電磁コイル9とヨーク10の中径部36との間、連結コア38の外周と大径部35との間、大径部35の外周、中径部36の外周、およびコネクタピン34の外周は樹脂カバー53により被服されている。コネクタピン34の先端部分は樹脂カバー53が開口して形成されており、コントロールユニットのコネクタが差し込まれるようになっている。
磁性筒体2の一端部外周にはOリング39が、ヨーク10の小径部37の外周にはOリング40が設けられている。

［スワール室の構成］
図２は燃料噴射弁1のスワール室41付近の拡大断面図である。図３は弁座部材7をA矢視した図である。
弁座部材7の他端側にはスワール室41と燃料分配室42が形成されている。燃料分配室42は弁座部材7の軸の同芯上に円形凹状に形成されている。前述のように、この燃料分配室42は弁座6を延長して形成された延長部43に接続されており、開弁時には燃料が燃料分配室42に導かれることとなる。
スワール室41は、弁座部材7の周方向に等間隔に形成されており、導入通路41aとスワール付与室41bとから構成されている。導入通路41aは燃料分配室42から放射状に延びて形成されている。放射状に延びた導入通路41aの先にはスワール付与室41bが形成されている。スワール付与室41bは円形凹状に形成されている。導入通路41aは、スワール付与室41bの接線上でスワール付与室41bに接続されている。
またスワール室41の外周には、弁座部材7の他端側の周の一部が半月状に切り欠かれた位置決め部45が形成されている。この位置決め部45は、弁座部材7の軸方向一部に形成されている。

［ノズルプレートの構成］
図４はノズルプレート8を軸方向から見た図である。ノズルプレート8には、軸方向に貫通する燃料噴射孔44が形成されている。この燃料噴射孔44は、ノズルプレート8の周方向に等間隔に設けられており、弁座部材7に装着されたときにスワール付与室42b内に開口するように形成されている。
また燃料噴射孔44の外周には、ノズルプレート8の周の一部が半月状に切り欠かれた位置決め部45が形成されている。
図5は弁座部材7とノズルプレート8の組みつけを示す図である。図５に示すように、弁座部材7の位置決め部45と、ノズルプレート8の位置決め部46とを合わせることによって、弁座部材7に対するノズルプレート8の位置決めを行っている。

［作用］
次に実施例１の燃料噴射弁1の作用について説明する。
（弁座の精度向上）
従来、スワール室はノズルプレートに設けられていた。燃料の吐出量を確保しつつ、燃料にスワールを効果的に与えるには、スワール室の容積をある程度確保する必要がある。ノズルプレートの外周側は、ノズルプレートを弁座部材に装着する際の工具による支持のためのスペースや、溶接代を確保する必要があるため、スワール室を設けることができる面積は限られている。そのため、容積を確保するにはノズルプレート8の高さを稼ぐ必要があり、その結果ノズルプレートの板厚が厚くなる。これによりノズルプレートを溶接する際、弁座部材への入熱が大きくなり、弁座部材が変形するおそれがあった。特に弁座は、閉弁時に弁体と密着し、開弁時の正確な燃料流量を確保する必要があるため、精度が求められる部分であり、入熱による変形による影響が大きい。
そこで、実施例１の燃料噴射弁1では、弁座部材7の他端側にスワール室を形成するようにした。これにより、高さを必要としたスワール室41をノズルプレート8に形成する必要がなくなったため、ノズルプレート8の板厚を薄くすることができる。そのため、ノズルプレート8を弁座部材7に溶接する際の入熱を小さくすることができ、弁座部材7の変形を抑制することができるため、弁座6の精度を確保することができる。
（ノズルプレートの縮径化）
スワール室にそれぞれ燃料を供給する場合、燃料用の孔を周上に形成しなければならない。また効率的に燃料にスワールを付与するためには、導入通路をある程度長く形成する必要がある。そのため、スワール室全体の周方向大きさが大きくなってしまい、ノズルプレート8の径が大きくなり、延いては燃料噴射弁1の径が拡大化する問題があった。
そこで実施例1の燃料噴射弁1では、弁座部材7と同芯上に燃料分配室42を形成し、この燃料分配室42から各スワール室41に燃料を分配するようにした。１つの燃料分配室42から各スワール室41に燃料を供給することができるため、スワール室41全体を周方向に小さく形成することができる。

（燃料分配室の縮径化）
スワール室41全体の径の大きさを小さくするためには、燃料分配室42の径もできるだけ小さく形成することが望ましい。
そこで実施例１の燃料噴射弁1では、一端側から他端側に向けて開口部が細くなるように形成され（図２矢示B）弁座6を他端側にスワール室41より中心側にある燃料分配室42まで延長して延長部43（図２のl部分）を形成した。そのため、弁座部材7の他端側の開口部を小さくすることができ、この小さくなった開口部に合わせて燃料分配室42の径も小さく形成することができる。
（燃料噴射弁の長軸化抑制）
前述のように、燃料分配室42の径はできるだけ小さく形成することが望ましい。燃料分配室42の径を小さくするために延長部43を設けている。この延長部43は燃料流路抵抗を抑制するために弁座6と等しい角度で形成されているため、軸方向にも延びることとなり弁座部材7の軸方向長さが長くなる。
また溶接時の弁座6への入熱の影響を抑制するためには、弁座6と弁座部材7の他端側との肉厚は厚い方が良い。しかしながら、当然弁座部材7の軸方向長さは長くなる。
実施例１の燃料噴射弁1では、長くなった弁座部材7によりできたスペースにスワール室41を形成しているため、燃料噴射弁1全体としての軸方向長さは押えることができる。
（スワール室に対する燃料噴射孔の位置管理）
燃料の微細化を図るためには、スワール室41に対する燃料噴射孔44の位置は精度高く管理されなければならない。しかしながら、実施例１の燃料噴射弁1では、スワール室41と燃料噴射孔44とを弁座部材7とノズルプレート8の別部材に形成するようにしたため、スワール室41と燃料噴射孔44とを一部材で形成した場合に比べて、位置管理が困難であった。
そこで実施例１の燃料噴射弁1では、弁座部材7とノズルプレート8それぞれに位置決め部45,46を形成した。そのため、スワール室41に対する燃料噴射孔44の位置管理を容易に行うことができる。

［効果］
実施例１の燃料噴射弁1の効果について以下に列記する。
（１）燃料を供給するポンプ47と、摺動可能に設けられた弁体4と、閉弁時に弁体4が座る弁座6が一端側に形成された弁座部材7と、弁座部材7の他端側に形成され、燃料にスワールを付与する複数のスワール室41と、スワールが付与された燃料を燃焼室側に噴射する燃料噴射孔44が形成され、弁座部材7に溶接により接合されたノズルプレート8とを設けた。
よって、高さを必要としたスワール室41をノズルプレート8に形成する必要がなくなったため、ノズルプレート8の板厚を薄くすることができる。そのため、ノズルプレート8を弁座部材7に溶接する際の入熱を小さくすることができ、弁座部材7の変形を抑制することができるため、弁座6の精度を確保することができる。
（２）弁座部材7の他端側に形成され、各スワール室41の中心に形成されるとともに、各スワール室41と連通する燃料分配室42を設け、弁座6は一端側から他端側に向けて開口部が細くなるように形成されており、弁座6を延長して燃料分配室42に連通するようにした。
よって、１つの燃料分配室42から各スワール室41に燃料を供給することができるため、スワール室41全体を周方向に小さく形成することができる。また、弁座部材7の他端側の開口部を小さくすることができ、この小さくなった開口部に合わせて燃料分配室42の径も小さく形成することができる。更に、弁座6の延長により長くなった弁座部材7にできたスペースにスワール室41を形成しているため、燃料噴射弁1全体としての軸方向長さは押えることができる。
（３）弁座部材7の他端側およびノズルプレート8に、弁座部材7とノズルプレート8との位置決めをする位置決め部45,46を形成した。
よって、スワール室41に対する燃料噴射孔44の位置管理を容易に行うことができる。

〔他の実施例〕
以上、本願発明を実施例１に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
実施例１の燃料噴射弁1では、弁座部材7とノズルプレート8に周の一部を半月状に切り欠かいた位置決め部45,46を形成したが、位置決め部45,46の形状は他の形でも良い。
図６、図７、図８、図９は弁座部材7を他端側から見た図（ａ）、ノズルプレート8を軸方向から見た図（ｂ）、弁座部材7とノズルプレート8の組みつけを示す図（ｃ）である。
例えば図６に示すように、弁座部材7とノズルプレート8のそれぞれに直径方向に２箇所を半円状に切り欠いて位置決め部45,46としても良い。
また例えば図７に示すように、弁座部材7にノズルプレート8の外周を包囲するように凸状に形成した案内部47と、この案内部47に直径方向に２箇所を半円状に突出させた位置決め部45を形成するようにしても良い。この場合、ノズルプレート8には位置決め部45が挿入される半円状に切り欠いた位置決め部46が形成されている。
また例えば図８に示すように、弁座部材7の周の一部を半月状に突出させて位置決め部45を形成し、ノズルプレート8の周の一部を半月状に切り欠いて位置決め部46を形成するようにしても良い。
また例えば図９に示すように、弁座部材7のスワール室41の外周側に穿設した2箇所の位置決め部48を形成し、ノズルプレート8には位置決め部48と対応する位置に貫通し、位置決め部48と同径の位置決め部49を形成するようにしても良い。この場合、位置決め部48,49に嵌合する円筒状の仮止め部材50により、弁座部材7とノズルプレート8とを組み合わせた状態で仮止めを行う。仮止めを行った状態で、ノズルプレート８を弁座部材7に溶接し、その後仮止め部材50を外すようにする。

1 燃料噴射弁
4 弁体
6 弁座
7 弁座部材
8 ノズルプレート
41 スワール室
45 位置決め部
46 位置決め部
47 ポンプ

Claims (3)

1. 燃料を供給するポンプと、
   摺動可能に設けられた弁体と、
   閉弁時に前記弁体が座る弁座が一端側に形成された弁座部材と、
   前記弁座部材の他端側に形成され、燃料にスワールを付与する複数のスワール室と、
   前記スワールが付与された燃料を燃焼室側に噴射する燃料噴射孔が形成され、前記弁座部材に溶接により接合されるノズルプレートと、
   を設けた燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記弁座部材の他端側に形成され、前記各スワール室の中心に形成されるとともに、前記各スワール室と連通する燃料分配室を設け、
   前記弁座は一端側から他端側に向けて開口部が細くなるように形成されており、前記弁座を延長して前記燃料分配室に連通したことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記弁座部材の他端側および前記ノズルプレートに、前記弁座部材と前記ノズルプレートとの位置決めをする位置決め部を形成したことを特徴とする燃料噴射弁。

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