JP3944497B2

JP3944497B2 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP3944497B2
Application number: JP2004208641A
Authority: JP
Inventors: 直也橋居
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: JP2006029195A

Description

この発明は、内部に異物捕集用のフィルタを備える内燃機関用の電磁式燃料噴射弁に関するものである。

内燃機関用の電磁式燃料噴射弁においては、噴射弁本体の燃料入口のほかに噴射弁本体の内部流路にも燃料中の異物を捕らえるためのフィルタを設ける技術が知られている。この内部に設けるフィルタは、燃料噴射弁の製造過程において噴射弁本体に発生したり紛れ込んだりした異物を捕捉して、異物の弁座部への噛み込み等の不具合をなくするためのものである。弁座部に異物が噛み込むと、燃料漏れの原因となる。

内部フィルタを備えた従来の技術としては、次のようなものが提案されている。弁部材（ニードル弁）外周とノズル本体内周との間に燃料通路を形成したものでは、例えば、筒形の弁座支持体の内部に設けた弁座体の上流側端面に弁ニードル案内用の案内ディスクを設け、この案内ディスクに打ち抜きやエッチングにより細孔の加工を施してフィルタ機能を持たせている。この案内ディスクは、複数個所で弁座体に点溶接により固定されている（例えば、特許文献１参照）。
また、弁座部上流に燃料に旋回力を与える燃料旋回子を配置した電磁駆動式の燃料噴射弁において、燃料旋回子の上端面にフィルタを配置し、このフィルタは中央に弁体を通す孔（但し、弁体とは接触しない）があけられ、フィルタの外周寄りの部分が燃料旋回子外周とノズルボディ内周間に確保された燃料通路の上端開口に位置するように構成されている(例えば、特許文献２参照)。

特開平１０−８９１９１号公報（第２頁、図２−図５）特開２００３−１２９９２２号公報（第２頁、図１−図３）

弁部材の外回り（弁部材の外周とノズル本体内周との間）に燃料通路を確保する燃料噴射弁では、上記のようにフィルタを弁座体の上流側の端面に配置する場合は、フィルタの中央には、弁部材（ニードル弁）を貫通させ案内させるための中央孔を設けている。この中央孔の孔径（フィルタ内周）と弁部材外周との間は、隙間があると異物が通過してしまうので、ほとんど隙間がないようにして異物がこの間から通過するのを防ぐ必要がある。そのため、中央孔の孔径に厳しい寸法管理が要求される。また中央孔は摺動部を兼ねているのでガイド長さおよび剛性を確保するため、フィルタの板厚を厚くしたり、耐磨耗性に優れた材料を使用する等の配慮が必要であり、コストアップの要因となっていた。

そこで、上記課題に対し、特許文献２に示す技術では、弁体を燃料旋回子の中央孔でガイドさせて、フィルタの内周とは接触させないように構成している。しかしながら、特許文献２の技術の場合は、フィルタの実効的な流路面積は燃料旋回子を貫通する燃料通路の流路面積以上は確保できない。フィルタ部の圧力損失による影響を小さくするためフィルタの流路面積を拡大するには、燃料旋回子を貫通する燃料通路を大きくする必要があるが、このためにはノズルボディの外径を大きくする必要がある。通常は、燃料噴射弁の大きさに制約があることから、燃料通路を自由に大きくすることは困難であった。
また、フィルタの実効的な流路面積が十分に大きくないと、弁の開閉に起因して弁座部で発生する燃圧脈動がフィルタで反射されるため、同一開弁時間における一回当たりの噴射量が燃料噴射弁の駆動周波数によって変動しやすいという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、弁本体内径部と弁部材（弁体）の外周との間に燃料通路を形成した燃料噴射弁において、弁本体を大きくすることなくフィルタの有効流路面積を大きくできる燃料噴射弁を得ることを目的とする。

この発明に係わる燃料噴射弁は、中空筒状の弁本体と、弁本体の下流側の端部に設けられ燃料の噴射孔を有する弁座と、弁本体の内部を移動し弁座に離接して噴射孔を開閉するニードル弁と、弁座の上流側の面に当接して設けられてニードル弁を案内する中心孔を有すると共に中心孔より外周側に軸方向に貫通する複数の燃料通路を有するガイドとを備えた燃料噴射弁において、弁本体の内周面とニードル弁の外周面との間に形成された燃料の流路内に、ニードル弁の外径より大きい内径を有する円筒状のフィルタを配置し、フィルタの上流側を弁本体の内周面に固定し、下流側をガイドの上流側の面の燃料通路より内側に設けた凹部に固定したものである。

この発明の燃料噴射弁によれば、ガイドの上流側の燃料流路に、ニードル弁の外径より大きい内径の円筒状のフィルタを配置し、フィルタの上流側を弁本体の内周面に、下流側をガイドの燃料通路より内側の凹部に固定したので、フィルタの流路面積は、弁本体の外径等の制約とは無関係に、フィルタの全長を長くすることで拡大できるため、必要な流路面積を容易に得ることができる。従って、フィルタによる圧力損失の影響を小さくすることができ、また噴射量に対する燃圧脈動の影響を受けにくい燃料噴射弁を提供できる。

実施の形態１．
図１は実施の形態１による燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。まず燃料噴射弁の全体の構成から説明する。
図において、燃料は燃料噴射弁１内を図の上方から下方に流れるので、図の上方を上流側、下方を下流側と呼ぶことにする。図に示すように、燃料噴射弁１は、その先端部に弁装置２を備えており、この弁装置２は、小径円筒部３ａおよび大径円筒部３ｂを有する段付中空円筒形の弁本体３と、弁本体３の下流側の端部に固着されて噴射孔４を有する弁座５と、弁本体３の内部の中心軸上を軸方向に移動し一端が弁座５に離接して噴射孔４を開閉するニードル弁６と、弁座５の上流側の面に当接して設けられニードル弁６を案内するガイド７と、弁本体３の上流側にあってニードル弁６の移動を規制するストッパープレート８とを備えている。更に、弁本体３の内周面とニードル弁６の外周面と間に形成された燃料の流路内に、後述するフィルタ９を設けている。

ニードル弁６の上流側の端部には磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア１０が溶接等により固着されており、ニードル弁６と一体で移動する。ニードル弁６およびアマチュア１０の軸線上にアマチュア１０と対向し所定の間隔を保って中空円筒状のコア１１が配置されている。コア１１は磁気回路の固定鉄心部分である。このコア１１の中空部１１ａにはスリーブ１２が位置調整されて固定されている。そして、スリーブ１２に一端を係止した圧縮ばね１３によって、ニードル弁６を噴射孔４へ押圧する方向に付勢している。ニードル弁６は、下流側はガイド７との摺動部Ｓ２で、上流側はＳ１部で摺動動作し、開弁状態ではニードル弁６のフランジ上面がストッパープレート８の下面と当接するようになっている。
また、コア１１の周囲にはボビン１４に巻回されたコイル１５とコネクタ１６とを備えたソレノイド装置１７が配置されている。

そして、アマチュア１０の外周と所定の間隙を保ってヨーク１８が設けられており、この上流側は、ボビン１４とコイル１５とを収納しコア１１に接続され、コア１１と一体で磁気回路を構成する。ヨーク１８の下流側には、ストッパープレート８を介して弁本体３の大径円筒部３ｂが挿入されており、ヨーク１８の先端に設けた結合部１８ａを大径円筒部３ｂと小径円筒部３ａとの肩部に折り曲げてかしめることにより弁本体３を固定している。このように、ヨーク１８は弁本体３，アマチュア１０，コア１１，ボビン１４およびコイル１５等を収納するハウジングも兼ねている。ヨーク１８と同軸上に、コア１１とコネクタ１６部とを収納するハウジング１９が設けられており、このハウジング１９の上流側は図示しない燃料供給管に接続され、燃料フィルタ２０を介してコア１１の中空部１１ａに燃料が導入されるようになっている。

弁装置２の下流側先端部の構造について、更に詳細に説明する。図２は弁装置２の下流側先端部の拡大断面図であり、図３は図２の矢印III−IIIから見た断面図である。図に示すように、弁本体３の内径部は先端側から大径内径部３ｃと小径内径部３ｄの段付に形成されている。ガイド７は、中央部にニードル弁６を摺動させながら案内する中心孔７ａを有し、この中心孔７ａより外周側には軸方向に貫通する複数の燃料通路７ｂを有している。そして、ガイド７の上流側の面で燃料通路７ｂより内側に、フィルタ９を嵌合させるための凹部７ｃを設けている。更に、下流側の弁座５と当接する端面には図３に示すように燃料通路７ｂと連通し中心に向けて旋回するように形成された複数のガイド溝７ｄを備えている。
なお、燃料通路７ｂは図のような貫通孔とする以外にも、例えば、ガイド７の外周の一部を弓形に切り欠いて、この切欠部分と弁本体３の内径部との隙間を燃料通路としたものでも良い。

ガイド７の上流側で、弁本体３の内周面とニードル弁６の外周面と間に形成された燃料の流路内に、略円筒形状のフィルタ９を配置し固定しているが、この取付方法について説明する。まず、フィルタ９の下流側端部をガイド７の凹部７ｃに圧入し、次に、ガイド７ごと弁本体３の大径内径部３ｃに圧入する。フィルタ９の上流側は弁本体３の小径内径部３ｄに嵌合する大きさに形成されているので、フィルタ９は図のように上流側が弁本体３の小径内径部３ｄに、下流側がガイド７の凹部７ｃに圧入された状態で固定される。ガイド７を圧入後、弁座５を弁本体３の大径内径部３ｃへガイド７に密着するまで圧入し、溶接部５ａを溶接して結合する。ニードル弁６と弁座５とは接離部５ｂで接離し弁としての作用をする。なお、フィルタ９の下流側の内径Ｄは、ニードル弁６の外形ｄより大きくしている。
燃料はフィルタ９の内径とニードル弁６の外径との隙間からフィルタメッシュ部を通過し燃料通路７ｂへと矢印のように流れる。フィルタ９の実効的な流路面積は、フィルタ９の長さＬを適当な寸法に設定することにより調節できる。

ガイド７の中心孔７ａは、弁座５の接離部５ｂに対するニードル弁６の径方向の非同軸度（振れ）を規制する役割を担っており、このためクリアランスはなるべく小さく設定するのが好ましく、ニードル弁６の耐久磨耗を許容限度以内とするため、例えば、１０μｍ以下（片側隙間５μｍ以下）程度としている。

次に、フィルタ９の詳細について説明する。図４はフィルタ９の詳細図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂから見た側面断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃから見た平面断面図である。図のように、フィルタの本体部分は例えば樹脂製のフィルタメッシュ２１を用い、このフィルタメッシュ２１と、例えば真鍮等の金属からなる上部リング２２と、同じく真鍮製の下部リング２３とをインサートモールドにより成形し、このときフレーム２４も同時に成形して図のような形状に製作する。
なお、フィルタメッシュ２１の材料はステンレス等の金属性でも良い。また、各部材はインサートモールドによらずに、例えば接着や溶接等で組み立てても良い。

次に、燃料噴射弁の動作について説明する。例えばエンジンの制御装置から燃料噴射弁１の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁１のコイル１５に電流が通電され、アマュア１０、コア１１、ヨーク１８で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア１０はコア１１側へ吸引動作し、アマチュア１０と一体構造であるニードル弁６が弁座５との接離部５ｂから離れて間隙が形成される。これにより、高圧の燃料は燃料噴射弁本体内部のコア１１の中空部１１ａから弁本体３の内周面とニードル弁６の外周面との隙間を通り、更にフィルタ９を通過し、ガイド７の燃料通路７ｂからガイド溝７ｄへ流入して旋回エネルギーが付与され、接離部５ｂの隙間を通り最後に噴射孔４からエンジンの燃焼室内に噴射される。次に、エンジンの制御装置から燃料噴射弁１の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル１５の電流の通電が停止し、磁気回路中の磁束が減少し、圧縮ばね１３によりニードル弁６が下方に押圧され接離部５ｂの隙間は閉じられて燃料噴射が終了する。

これら一連の動作において、燃料噴射弁１内に異物が混入していた場合、燃料がフィルタ９を通過する過程で、フィルタ９により捕捉される。燃料噴射弁１の上流端部に設けた燃料フィルタ２０は、燃料噴射弁に流入する燃料中に含まれる異物を捕捉するが、フィルタ９は、特に、燃料噴射弁の製造過程において噴射弁本体に発生したり紛れ込んだりした異物を捕捉するものである。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、弁本体の内周面とニードル弁の外周面との間に形成された燃料の流路に、ニードル弁の外径より大きい内径を有する円筒状のフィルタを配置し、フィルタの上流側を弁本体の内周面に固定し、下流側をガイドの上流側の面の燃料通路より内側に設けた凹部に固定したので、フィルタの流路面積は、弁本体の外径等の制約とは無関係に、フィルタの全長を長くすることで拡大できるため、必要な流路面積を容易に得ることができる。従って、フィルタによる圧力損失の影響を小さくすることができ、また、噴射量に対する燃圧脈動の影響を受けにくい燃料噴射弁を提供することができる。

また、フィルタメッシュと金属製の上部ガイド及び下部ガイドとをインサートモールドにより成形してフィルタを製作したので、高精度なフィルタを低コストで提供できる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による燃料噴射弁に使用するフィルタ部の詳細を示す図であり、（ｄ）は正面図、（ｅ）は（ｄ）のＥ−Ｅから見た側面断面図、（ｆ）は（ｄ）のＦ−Ｆから見た平面断面図である。燃料噴射弁全体の構成は、実施の形態１で説明した図１と同等であり、また、弁装置２の下流側先端部も図２と同等なので説明は省略し、実施の形態１と相違する部分を中心に説明する。また、以下の説明で同等部分を引用するときは同一符号を引用して説明する。

図において、フィルタ２５の外形形状は実施の形態１の図４と略同等である。図４での説明と同様に弁装置２の弁本体３に組み込む場合は、フィルタ２５の下流側をガイド７の凹部７ｃに圧入し、次に、ガイド７ごと弁本体３の大径内径部３ｃに圧入する。フィルタ２５の上流側は弁本体３の小径内径部３ｄに嵌合するようになっているので、フィルタ２５は下流側が凹部７ｃに、上流側が弁本体３の小径内径部３ｄに圧入され固定される。実施の形態１と相違する点は、本実施の形態のフィルタ２５は、多孔質部材により一体成形して製作されている点である。

多孔質部材の材料としては、例えば、ステンレスや各種合金の線材をワインド加工し焼結した多孔質焼結金属を使用する。または、ステンレスメッシュを多層に重ねて焼結したものでも良い。この場合は、金網のメッシュと積層数によって濾過孔を調節することができる。

また、多孔質部材の材料として、多孔質プラスチックを使用しても良い。多孔質プラスチックとしては、例えば、粉末の熱可塑性プラスチック材料の粒子を焼結成形した製品が知られているので、それらの技術を適用すれば良い。

あるいは、多孔質部材の材料として、多孔質セラミックを使用しても良い。多孔質セラミックは、例えば、セラミック原料粉末に、中空ポリマー粒子のような造孔剤を添加混合して得られるセラミック組成物を成形・乾燥した後、焼成して作ることができる。

以上のように、実施の形態２の発明によれば、フィルタを多孔質部材の単一部材により一体成形して製作したので、コスト低減が図られ、また、継ぎ目等がないため、フィルタの信頼性が向上する。

また、フィルタを多孔質焼結金属で形成したので、高精度でかつ強度的に優れたフィルタを提供できる。

また、フィルタを多孔質プラスチックで形成したので、高精度でかつ耐食性に優れたフィルタを提供できる。

更にまた、フィルタを多孔質セラミックで形成したので、高精度でかつ耐食性および耐熱性に優れたフィルタを提供できる。

自動車エンジン等の内燃機関のように、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射型の内燃機関に使用される燃料噴射弁に適用して効果を上げることができる。

この発明の実施の形態１における燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。図１の弁装置２の下流側先端部の拡大断面図である。図２のIII−IIIから見た断面図である。図１のフィルタ９の詳細図である。この発明の実施の形態２における燃料噴射弁に使用するフィルタの詳細図である。

符号の説明

１燃料噴射弁２弁装置
３弁本体４噴射孔
５弁座６ニードル弁
７ガイド７ａ中心孔
７ｂ燃料通路７ｃ凹部
９，２５フィルタ２１フィルタメッシュ
２２上部リング２３下部リング。

Claims

中空筒状の弁本体と、上記弁本体の下流側の端部に設けられ燃料の噴射孔を有する弁座と、上記弁本体の内部を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉するニードル弁と、上記弁座の上流側の面に当接して設けられて上記ニードル弁を案内する中心孔を有すると共に上記中心孔より外周側に軸方向に貫通する複数の燃料通路を有するガイドとを備えた燃料噴射弁において、
上記弁本体の内周面と上記ニードル弁の外周面との間に形成された燃料の流路内に、上記ニードル弁の外径より大きい内径を有する円筒状のフィルタを配置し、上記フィルタの上流側を上記弁本体の内周面に固定し、下流側を上記ガイドの上流側の面の上記燃料通路より内側に設けた凹部に固定したことを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１記載の燃料噴射弁において、上記フィルタは、フィルタメッシュと金属製の上部ガイド及び下部ガイドとをインサートモールドにより成形して製作したことを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１記載の燃料噴射弁において、上記フィルタは、多孔質部材により一体成形して製作したことを特徴とする燃料噴射弁。
請求項３記載の燃料噴射弁において、上記多孔質部材は、多孔質焼結金属から成っていることを特徴とする燃料噴射弁。
請求項３記載の燃料噴射弁において、上記多孔質部材は、多孔質プラスチックから成っていることを特徴とする燃料噴射弁。
請求項３記載の燃料噴射弁において、上記多孔質部材は、多孔質セラミックから成っていることを特徴とする燃料噴射弁。