JP3928162B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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Description

本発明は燃料噴射弁にかかるもので、とくに蓄圧器(コモンレール)などから供給される高圧燃料を所定のタイミングで噴射する燃料噴射弁に関するものである。
従来の燃料噴射弁について図4にもとづき概説する。
図4は、燃料噴射弁1の要部拡大断面図であって、燃料噴射弁1は、インジェクターハウジング2と、ノズルボディ3と、ノズルニードル4と、バルブピストン5と、バルブボディ6と、背圧制御部7と、を有する。
インジェクターハウジング2には、その先端部にノズルボディ3を取り付けるとともに、その上方部に高圧燃料導入部8を設ける。この高圧燃料導入部8よりさらに上方部に上記背圧制御部7を設けてある。
燃料タンク9からの燃料を燃料ポンプ10により高圧として、コモンレール11(蓄圧器)に蓄え、高圧燃料導入部8から燃料噴射弁1に高圧燃料を供給する。
すなわち、高圧燃料導入部8からインジェクターハウジング2およびノズルボディ3にかけて燃料通路12を形成し、ノズルニードル4の受圧部4Aに高圧燃料を供給可能とする。さらに、高圧燃料導入部8から燃料通路12の一部を図4中上方に延ばして背圧制御部7部分から燃料還流路13を形成し、燃料タンク9に燃料を還流可能とする。
ノズルボディ3には、その先端部に燃料の噴射孔14を任意の数だけ形成し、噴射孔14につながるシート部15にノズルニードル4の先端部がシートして噴射孔14を閉鎖し、ノズルニードル4がシート部15からリフトすることにより噴射孔14を開放して燃料を噴射可能とする。
ノズルニードル4の上方部には、ノズルニードル4をシート部15へのシート方向に付勢するノズルスプリング16を設け、ノズルニードル4に一体のバルブピストン5をさらに上方に延ばしてある。
バルブボディ6は、その上方中央部に制御圧室17を形成し、バルブピストン5の先端部を下方側からこの制御圧室17に臨ませる。
制御圧室17は、バルブボディ6に形成した導入側オリフィス18に連通している。導入側オリフィス18は、燃料通路12に連通し、コモンレール11からの導入圧力を制御圧室17に供給している。
制御圧室17は、開閉用オリフィス19にも連通し、開閉用オリフィス19は背圧制御部7のバルブボール20(制御弁体)がこれを開閉可能としている。
なお、制御圧室17におけるバルブピストン5の頂部5Aの受圧面積は、ノズルニードル4の受圧部4Aの受圧面積より大きくしてある。
背圧制御部7は、制御圧室17内の圧力(すなわちノズルニードル4の背圧)を制御することによりノズルニードル4のリフト動作を制御するもので、上記バルブボール20と、バルブボール20に一体のアーマチュア21と、アーマチュアガイド22と、マグネット23と、マグネットコア24と、コア取付けボディ25と、バルブスプリング26と、ギャップ調整カラー27と、コネクター28と、上述の制御圧室17と、を有する。
アーマチュア21は、そのロッド部21Aをアーマチュアガイド22により軸方向にガイドされるとともに、ロッド部21Aに直交しているそのプレート部21Bがギャップ調整カラー27の先端部27Aとの間に所定の平行度を保って第1のギャップL1(リフト量)をあけ、マグネットコア24の吸引面24Aとの間に所定の平行度を保って第2のギャップL2をあけている。
マグネット23は、マグネットコア24のマグネット収容部24B内にこれを収容し、マグネットコア24に所定の磁束を発生させ、アーマチュア21(プレート部21B)を吸引可能とする。
マグネットコア24は、磁性体材料からこれを構成する。
鋼材などから構成した固定用ボディ29の内方段部29Aにマグネットコア24の吸引面24Aの外縁部を当接し、マグネットコア24の上部にコア取付けボディ25を配置して、内方段部29Aと固定用ボディ29のカシメ部29Bとの間でマグネットコア24およびコア取付けボディ25を圧接して一体化するとともに、固定用ボディ29の外方突出部29Cに係合させるリテーニングナット30をインジェクターハウジング2に締め付けることにより、コア取付けボディ25およびマグネットコア24を取り付ける。
なお、コア取付けボディ25は、非磁性体からこれを構成し、その上部開放部分は、プラグ31により閉鎖する。
ギャップ調整カラー27は、マグネットコア24の中心孔24C内にこれを挿入してある。
ギャップ調整カラー27およびバルブスプリング26と、コア取付けボディ25との間にシム32を設け、第1のギャップL1(リフト量)および第2のギャップL2の調整を可能としている。
コネクター28は、外部の制御回路(図示せず)にこれを接続し、マグネット23に所定タイミングで駆動信号を供給する。
こうした構成の燃料噴射弁1において、コモンレール11からの高圧燃料は、高圧燃料導入部8から燃料通路12を介してノズルニードル4の受圧部4Aに供給されるとともに、導入側オリフィス18を介して制御圧室17におけるバルブピストン5の頂部5Aに供給される。
したがって、ノズルニードル4は、バルブピストン5を介して制御圧室17の背圧を受け、ノズルスプリング16の付勢力と併せて、ノズルボディ3のシート部15にシートし、噴射孔14を閉鎖している。
コネクター28からマグネット23に所定タイミングで駆動信号を供給することにより、マグネット23はバルブスプリング26の付勢力に抗してアーマチュア21を吸引し、バルブボール20がリフトして開閉用オリフィス19を解放すると、制御圧室17の高圧が開閉用オリフィス19を介し燃料還流路13を通って燃料タンク9に還流するため、制御圧室17におけるバルブピストン5の頂部5Aに作用していた高圧が解放され、ノズルニードル4は受圧部4Aの高圧によりノズルスプリング16の付勢力に抗してシート部15からリフトし、噴射孔14を解放して燃料を噴射する。
マグネット23を消磁することにより、バルブボール20が開閉用オリフィス19を閉鎖すれば、制御圧室17内の圧力がバルブピストン5を介してノズルニードル4をそのシート位置(シート部15)にシートさせ、噴射孔14を閉鎖し、燃料噴射を終了させる。
しかして、マグネットコア24については、その磁気特性を安定化するためにその組み立て前に、切削その他の機械的加工などにより発生した内部の磁気を焼き鈍し(磁気焼鈍)によって取り去り、その後は機械的に力を加えることなく、製品として使用することが理想的である。
しかしながら、実際にはその組立て時に、固定用ボディ29によるカシメ操作、リテーニングナット30による締付け操作などによりマグネットコア24に外部から締付け力ないしは圧縮力が作用するため、その内部に歪み(圧縮歪み)を生じ、磁気特性の悪化および固体差が生じてしまうという問題がある。
すなわち、マグネットコア24の取付け構造として、マグネットコア24全体をコア取付けボディ25を介して固定用ボディ29(製品のケース)に一体化してしまっているため、その後の加工および取付け操作などによる磁気の変化は避けられない。また、図示は省略するがマグネットコア24を別体にはするものの、組み立て時にカシメ工程などを有する場合には、マグネットコア24内に内部応力が発生し、磁気的に変化してしまうものがほとんどであった。
さらに、いずれの場合にも、アーマチュア21(プレート部21B)に対向するマグネットコア24が、たとえば固定用ボディ29の内方段部29Aに当接しているため、この内方段部29Aを介したマグネットコア24からの磁気漏れおよび磁気損失を避けられないとともに、この磁気漏れ自体についてもバラツキを生じやすいという問題がある。
なお、マグネットコア24の磁性体材料として、焼結材料は、その内部に微小空隙があるため渦電流の発生を防止しやすいという利点がある反面、コストが高いとともに、高圧および高精度の燃料噴射弁において、外力の作用による上述のような磁気歪みの発生を無視することができない。
また純鉄材は、低コストで加工しやすく、熱的に強くて磁力性能を確保することができる反面、焼結材料のようにその内部に微小空隙がないため渦電流の防止構造が必要であるとともに、外力の作用による磁気歪みを発生しやすく、効率が落ちやすいという問題があり、いずれの材料にとっても加工時および組立て時などにおける外力の影響を減少させる要請は大きなものがある。
また、コモンレール11に接続した燃料噴射弁1においては、単一ストロークあたりの燃料噴射量を非常な高精度で制御する必要があるが、これを安価に実行可能とする要請もある。
さらに、燃料噴射システムの要請から高圧燃料を噴射することはもちろん、パイロット噴射(前噴射)やメイン噴射に加えて後噴射を必要とする場合もあり、わずかな時間内に非常な高速でマグネットの励磁および消磁を行うと、発生する熱および磁気変化による歪みを無視することもできないという問題もある。
つぎに、アーマチュア21と、ギャップ調整カラー27およびマグネットコア24との間の平行度について述べると、アーマチュア21のプレート部21Bとギャップ調整カラー27の先端部27Aとの間の第1のギャップL1、およびマグネットコア24の吸引面24Aとの間の第2のギャップL2におけるそれぞれの平行度は、マグネットコア24、コア取付けボディ25、固定用ボディ29、シム32、ギャップ調整カラー27、アーマチュアガイド22、さらにはアーマチュア21など、それぞれの部品の精度の積み重ねにより作成されるが、複数の部品が関連しているため、ギャップの精度を向上することが困難で、かつ高い精度が必要な部品が多く、高コストとなるという問題がある。
とくにマグネット23の特性を安定させるとともにその固体差を小さくするには、アーマチュア21とマグネットコア24との間のエアギャップ(第2のギャップL2)を極小化あるいは最適化すること、平行度の精度を向上させること、およびこれらについてバラツキを小さくすることが必要であるが、上述のように複数の部品の組み立てによる背圧制御部7の部分のコストアップという問題がある。
さらにアーマチュア21は、第1のギャップL1および第2のギャップL2などとは反対側に位置しているそのロッド部21Aにおいてアーマチュアガイド22によりガイドされているため、ギャップの平行度および精度を向上させることが困難であるという問題がある。
特開平8−165965号公報 特開平11−82228号公報
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、アーマチュア摺動支持構造を改善した燃料噴射弁を提供することを課題とする。
また本発明は、アーマチュアおよびマグネットコアの間における互いの平行度および精度の向上が可能な燃料噴射弁を提供することを課題とする。
また本発明は、安価で性能のバラツキの少ないアーマチュアおよびマグネットコアを有する燃料噴射弁を提供することを課題とする。
すなわち本発明は、マグネットコアの内部にアーマチュアの摺動部を設け、アーマチュアの摺動支持構造を改善することに着目したもので、燃料の噴射孔を開閉可能なノズルニードルの背圧を制御するための制御圧室を開閉する制御弁体と、この制御弁体を駆動するためのアーマチュアと、このアーマチュアを吸引するためのマグネットコアおよびマグネットと、を有し、上記制御圧室の圧力を上記制御弁体により制御して、上記ノズルニードルによる上記噴射孔の開閉作用を可能とした燃料噴射弁であって、上記マグネットコア側に延びる摺動被ガイド部を上記アーマチュアに形成するとともに、この摺動被ガイド部を上記マグネットコアの内周側において案内可能としたことを特徴とする燃料噴射弁である。
上記摺動被ガイド部は、上記マグネットコアの吸引面に平行に対向するプレート部に直交するようにこれを形成することができる。
上記マグネットコアは、コア取付けボディにこれを固定するとともに、上記摺動被ガイド部は、上記マグネットコアの内周側においてこのコア取付けボディに形成したアーマチュアガイド部によりこれを案内可能とすることができる。
上記マグネットコアは、その外周側に位置する部材、たとえば上記コア取付けボディを取り付けるインジェクターハウジングなどとの間にわずかな環状空隙を設けてあることができる。
上記マグネットコアは、その内周側に位置する上記コア取付けボディ(たとえばこのコア取付けボディに形成したアーマチュアガイド部)との間にわずかな環状空隙を設けてあることができる。
上記マグネットコアには、その半径方向に径方向溝部を形成してあることができる。
本発明による燃料噴射弁においては、アーマチュアの摺動支持構造を改善することにより、マグネットコアおよびアーマチュアの平行度ないし精度を所定レベルに維持することにより、コスト低く信頼性のある性能を確保することができる。
とくに、従来とは逆にマグネットコア側に延びる摺動被ガイド部をアーマチュアに形成し、この摺動被ガイド部をマグネットコア内部においてガイドするようにしたので、互いの平行度をより近い位置で、かつより直接組み合わせる部材間で得ることができる。
かくして、アーマチュアとマグネットコアとの間の平行度および精度を向上させ性能の向上を図るとともに、部品点数を減らし、コストおよび性能の固体差ないしバラツキを低減し、耐久性および信頼性を向上させることができる。
さらに、マグネットコアと、その外周側の部材たとえばインジェクターハウジングとの間で一定の環状空隙を設けることにより、インジェクターハウジング側を基準としてこの環状空隙の範囲内でマグネットコアおよびこれに対向するアーマチュアのセンター出しの調整を行うことができるようにして、組立て精度の向上にも寄与することができる。
本発明は、マグネットコア側に延びる摺動被ガイド部をアーマチュアに形成してアーマチュアの摺動支持構造を改善したので、マグネットコアおよびアーマチュアの平行度ないし精度を所定レベルに維持し、コスト低く信頼性のある性能を確保可能な燃料噴射弁を実現した。
つぎに本発明の第1の実施例による燃料噴射弁40を図1および図2にもとづき説明する。ただし、図4と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図1は、燃料噴射弁40の要部拡大断面図、図2は、図1のII−II線におけるマグネットコア24部分の断面図であって、燃料噴射弁40においては、前記コア取付けボディ25に相当するコア取付けボディ41の下部にマグネットコア24をレーザー溶接などにより一体化している。
すなわち、コア取付けボディ41の下部円周部41Aにおいてマグネットコア24の上部円周部24D(固定端)を溶接することにより、コア取付けボディ41とマグネットコア24とを互いに一体化している。なお、この一体化手段としては、摩擦作用などを利用した溶着、あるいは接着などの手法も採用することができる。
コア取付けボディ41は、その外方突出部41Bに係合するリテーニングナット42によりインジェクターハウジング2にこれを取り付けるもので、インジェクターハウジング2の上方突出部2Aとの間にOリング43を配置するとともに、インジェクターハウジング2本体部分との間にシム44を介在させている。
さらにコア取付けボディ41は、アーマチュア45のストッパー部としての前記ギャップ調整カラー27に相当する部位にスカート部分としてアーマチュアガイド部41Cを一体に有する。
アーマチュア45は、前記バルブボール20を有するロッド部45Aと、このロッド部45Aに直交するプレート部45Bと、このプレート部45Bに直交する摺動被ガイド部45Cと、を有し、この摺動被ガイド部45Cをコア取付けボディ41のアーマチュアガイド部41C内で軸方向に摺動案内可能とする。
なおアーマチュアガイド部41Cは、マグネットコア24の中心孔24C内に圧入ではなく、単にはめ込むようにしている。
マグネットコア24は、上述のようにその上部円周部24Dにおいて片持ち式にコア取付けボディ41に一体化されており、上部円周部24Dとは反対側の吸引面24Aは自由端となっているとともに、この自由端(吸引面24A)にアーマチュア45(プレート部45B)が平行に対向している。
マグネットコア24は、その外周側に位置するインジェクターハウジング2との間に第1の環状空隙46を形成してあり、インジェクターハウジング2の上方突出部2Aにコア取付けボディ41をはめ込んでマグネットコア24の中心軸を設定する際の径方向の調整代を確保可能としてある。
アーマチュアガイド部41Cの外周面を一部径方向に削ることによりこの部分を薄肉とし、マグネットコア24の中心孔24Cとの間に第2の環状空隙47を形成してあり、アーマチュアガイド部41Cを介したマグネットコア24からの磁気漏れを低減可能としてあるとともに、アーマチュアガイド部41Cの加工熱による膨張の逃げ部を形成してある。
また前記第2のギャップL2は、マグネットコア24の吸引面24Aと、アーマチュア45のプレート部45Bとの間にこれを形成し、前記第1のギャップL1(リフト量)は、アーマチュアガイド部41Cの先端部41Dと、プレート部45Bとの間にこれを形成している。
また図2に示すように、マグネットコア24には、その半径方向に径方向溝部24Eを形成してあるとともに、コア取付けボディ41には、この径方向溝部24Eに連通する連通路48を形成する。
こうした構成を有する燃料噴射弁40において、マグネットコア24は、その上部円周部24Dにおいてコア取付けボディ41の下部円周部41A部分にのみ固定されているだけで、アーマチュア45のプレート部45Bに対向するその吸引面24Aがどの部材にも接していない開放状態の自由端となっており、しかもインジェクターハウジング2の間に第1の環状空隙46が、アーマチュアガイド部41Cとの間には第2の環状空隙47が形成されているので、マグネットコア24は片持ち式に宙吊り状態で取り付けられていることになり、マグネットコア24に外力が作用することはない。
したがって、加工ないし組立て時はもちろん、組立て後に燃料噴射弁40ないしインジェクターハウジング2に外力が作用しても、マグネットコア24には応力歪みが発生することはなく、その磁気特性が変化することはないとともに、固体間での特性に差が生ずる可能性は少ない。
さらに、アーマチュア45は、そのマグネットコア24側の摺動被ガイド部45Cにおいてコア取付けボディ41のアーマチュアガイド部41Cにより軸方向に案内され、アーマチュア45とマグネットコア24の吸引面24Aとの間の平行度をより精度よく、かつ比較的容易に確保することができ、性能の向上および部品点数の削減とともに、コストの低減が可能である。
なお、マグネットコア24に形成した径方向溝部24Eおよびコア取付けボディ41に形成した連通路48が互いに連通しているので、アーマチュア45の軸方向の往復動作にともなうアーマチュア45の上下流方向への燃料の移動を容易とし、アーマチュア45の応答速度を所定レベルに維持可能である。
マグネットコア24は、純鉄材を採用した場合にもその径方向溝部24Eの存在によりその円周方向の渦電流の発生を防止可能である。
図3は、本発明の第2の実施例による燃料噴射弁50の要部拡大断面図であって、燃料噴射弁50は、燃料噴射弁40(図1)と同様に、コア取付けボディ41に相当する前記コア取付けボディ25(図4)とマグネットコア24との一体化構造(マグネットコア取付け構造)は、マグネットコア24の上部円周部24D(固定端)とコア取付けボディ25の下部円周部25Aとを溶接などにより互いに一体化し、かつ、アーマチュア摺動支持構造としても、コア取付けボディ25のアーマチュアガイド部25Bによりアーマチュア45の摺動被ガイド部45Cを軸方向に案内している。
ただし、当該燃料噴射弁50においては、コア取付けボディ25をインジェクターハウジング2に取り付けるにあたり、カシメ構造を有する前記固定用ボディ29およびリテーニングナット30を用いている。
マグネットコア24は、その外周側に位置する固定用ボディ29との間に前記第1の環状空隙46を形成している。
なお第2のギャップL2は、アーマチュアガイド部25Bの先端部25Cと、プレート部45Bとの間にこれを形成している。
こうした構成の燃料噴射弁50においても、マグネットコア24をコア取付けボディ25に対して既述のような片持ち式とすることにより、マグネットコア24の歪みを与えることなく、良好な磁気特性を得ることができる。
また、アーマチュア45のガイドを、コア取付けボディ25のアーマチュアガイド部25Bで行うことにより、アーマチュア45およびマグネットコア24の互いの間の平行度および精度を所定レベルで得ることができるとともに、安定した性能を確保することができる。
さらに、従来の燃料噴射弁1(図4)の部品の大部分をそのまま流用が可能で、コストの上昇を抑制可能である。
以上のように本発明によれば、アーマチュアをマグネットコア側でガイドするようにしたので、各部品間の平行度および精度を確保しつつコストを低減して製造が可能であるとともに、安定性および信頼性の向上を図ることができる。
本発明の第1の実施例による燃料噴射弁40の要部拡大断面図である。 図1のII−II線におけるマグネットコア24部分の断面図である。 本発明の第2の実施例による燃料噴射弁50の要部拡大断面図である。 従来の燃料噴射弁の要部拡大断面図である。
符号の説明
1 燃料噴射弁(図4)
2 インジェクターハウジング
2A インジェクターハウジング2の上方突出部(図1)
3 ノズルボディ
4 ノズルニードル
4A ノズルニードル4の受圧部
5 バルブピストン
5A バルブピストン5の頂部
6 バルブボディ
7 背圧制御部
8 高圧燃料導入部
9 燃料タンク
10 燃料ポンプ
11 コモンレール(蓄圧器)
12 燃料通路
13 燃料還流路
14 噴射孔
15 シート部
16 ノズルスプリング
17 制御圧室
18 導入側オリフィス
19 開閉用オリフィス
20 バルブボール(制御弁体)
21 アーマチュア
21A アーマチュア21のロッド部
21B アーマチュア21のプレート部
22 アーマチュアガイド
23 マグネット
24 マグネットコア
24A マグネットコア24の吸引面(自由端)
24B マグネットコア24のマグネット収容部
24C マグネットコア24の中心孔
24D マグネットコア24の上部円周部(固定端、図1)
24E マグネットコア24の径方向溝部(図2)
25 コア取付けボディ(図3、図4)
25A コア取付けボディ25の下部円周部(図3)
25B コア取付けボディ25のアーマチュアガイド部(図3)
25C アーマチュアガイド部25Bの先端部(図3)
26 バルブスプリング
27 ギャップ調整カラー
27A ギャップ調整カラー27の先端部
28 コネクター
29 固定用ボディ
29A 固定用ボディ29の内方段部
29B 固定用ボディ29のカシメ部
29C 固定用ボディ29の外方突出部
30 リテーニングナット
31 プラグ
32 シム
40 燃料噴射弁(第1の実施例、図1)
41 コア取付けボディ
41A コア取付けボディ41の下部円周部
41B コア取付けボディ41の外方突出部
41C コア取付けボディ41のアーマチュアガイド部
41D アーマチュアガイド部41Cの先端部
42 リテーニングナット
43 Oリング
44 シム
45 アーマチュア
45A アーマチュア45のロッド部
45B アーマチュア45のプレート部
45C アーマチュア45の摺動被ガイド部
46 第1の環状空隙
47 第2の環状空隙
48 連通路
50 燃料噴射弁(第2の実施例、図3)
L1 第1のギャップ(リフト量)
L2 第2のギャップ

Claims (5)

  1. 燃料の噴射孔を開閉可能なノズルニードルの背圧を制御するための制御圧室を開閉する制御弁体と、
    この制御弁体を駆動するためのアーマチュアと、
    このアーマチュアを吸引するためのマグネットコアおよびマグネットと、を有し、
    前記制御圧室の圧力を前記制御弁体により制御して、前記ノズルニードルによる前記噴射孔の開閉作用を可能とした燃料噴射弁であって、
    前記マグネットコアは、コア取付けボディにこれを固定し、
    前記マグネットコア側に延びる摺動被ガイド部を前記アーマチュアに形成するとともに、
    この摺動被ガイド部は、前記マグネットコアの内周側において前記コア取付けボディに形成したアーマチュアガイド部によりこれを案内可能としたことを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 前記摺動被ガイド部は、前記マグネットコアの吸引面に平行に対向するプレート部に直交するようにこれを形成したことを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。
  3. 前記マグネットコアは、その外周側に位置する部材との間にわずかな環状空隙を設けてあることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。
  4. 前記マグネットコアは、その内周側に位置する前記コア取付けボディとの間にわずかな環状空隙を設けてあることを特徴とする請求項記載の燃料噴射弁。
  5. 前記マグネットコアには、その半径方向に径方向溝部を形成してあることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。
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