JP3962951B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料などの流体を噴射する流体噴射装置として、ノズルボディの弁座にニードルの当接部が着座または離座することにより、流体の噴射が断続されるものが公知である（特許文献１参照）。このような流体噴射装置では、ニードルの反当接部側の端部に磁性材料から形成されている可動コアが設置され、この可動コアの反当接部側の端部で対向する位置に固定コアが設置されている。そして、固定コアの外周側に設置されているコイルに通電することにより、固定コアと可動コアとの間には磁気吸引力が発生し、可動コアは固定コアに吸引される。コイルへの通電を断続することにより、可動コアと一体のニードルは軸方向へ往復駆動される。
【０００３】
ニードルと可動コアとは、例えば特許文献１に開示されているようにレーザ溶接により接続されたり、焼結あるいは圧入などにより接続されている。また、燃料噴射装置を組み付ける場合、例えば次のような組み付け方法が考えられる（特許文献２参照。）。すなわち、図６に示すように可動コア１００の穴部１０１にニードル１１０を圧入した後、可動コア４０とニードル１１０とはレーザ溶接される。可動コア１００は、外周側に設置されるホルダの内壁と摺動する大径部１０２と、大径部１０２と一体に形成されている小径部１０３とを有している。穴部１０１は、可動コア１００の加工量を低減するため、小径部１０３の反大径部側の端部から小径部１０３の軸方向の途中まで形成されている。これにより、ニードル１１０の外周側に位置する可動コア１００の小径部１０３は薄肉となる。
【０００４】
一方、可動コア１００とニードル１１０との間の同軸度を確保するため、レーザ溶接がされた後、可動コア１００の外周部には例えば研削あるいは研磨などの整形加工が実施される。例えば、可動コア１００と一体になったニードル１１０の当接部１１１側を固定部材１２０に固定し、可動コア１００の大径部１０２を例えば砥石などの加工部材１２１で加工することにより、可動コア１００の大径部１０２は所定の寸法に調整される。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１８３１５６号
【特許文献２】
特開２００１−３１７４２９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ニードル１１０の当接部１１１側を固定部材１２０に固定し、可動コア１００の大径部１０２を加工する場合、可動コア１００と加工部材１２１とが当接することによって、一体となった可動コア１００およびニードル１１０には曲げ荷重が作用する。特に小径部１０３に曲げ荷重にともなう力が作用すると、薄肉である小径部１０３では変形や損傷が生じやすい。可動コア１００の小径部１０３に変形や損傷が生じた場合、使用時に変形や損傷が進行し、可動コア１００の寿命の短縮を招くという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、強度が高く、寿命が長い燃料噴射装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料噴射装置によると、弁部材が収容される穴部は接続部の反噴孔側まで形成されている。そのため、弁部材が穴部に収容されたとき、弁部材の反当接部側の端部は小径部よりも肉厚が大きな大径部に位置する。これにより、一体となった可動コアおよび弁部材に曲げ荷重が作用しても、肉厚の小さな小径部に力が集中することはない。また、曲げ荷重に対する強度は、接続部と弁部材のラップ量が大きくなるほど向上するものの、０．１５ｍｍ以上ではほぼ一定となる。そのため、接続部と弁部材とのラップ量は０．１５ｍｍ以上に設定している。したがって、可動コアおよび弁部材の強度が向上し、加工時に変形や損傷を生じないので、寿命を延長することができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の燃料噴射装置によると、弁部材の反当接部側の端部は厚肉部に到達する位置まで穴部に収容されている。すなわち、弁部材の反当接部側の端部は薄肉部よりも肉厚が大きな厚肉部に位置する。これにより、一体となった可動コアおよび弁部材に曲げ荷重が作用しても、肉厚の小さな薄肉部に力が集中することはない。また、曲げ荷重に対する強度は、厚肉部と弁部材とのラップ量が大きくなるほど向上するものの、０．１５ｍｍ以上ではほぼ一定となる。そのため、厚肉部と弁部材とのラップ量を０．１５ｍｍ以上に設定している。したがって、可動コアおよび弁部材の強度が向上し、加工時に変形や損傷を生じないので、寿命を延長することができる。
【００１０】
本発明の請求項３記載の燃料噴射装置によると、弁部材は内部に燃料通路を有する筒状に形成されている。そのため、弁部材は中空状となり軽量化が図られる。その結果、駆動時における弁部材の応答性は向上する。したがって、駆動時における弁部材の応答性の向上と寿命の延長とを両立することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例による燃料噴射装置としてのインジェクタを図２に示す。インジェクタ１のホルダ１０は、磁性部材と非磁性部材とからなる円筒状に形成されている。ホルダ１０には燃料通路１１が形成されており、この燃料通路１１に弁ボディ２０、弁部材としてのニードル３０、可動コア４０、スプリング２１、固定コア２２およびアジャスティングパイプ２３が収容されている。
【００１２】
ホルダ１０は、図２において下方の弁ボディ２０側から第一磁性部材１２、非磁性部材１３、第二磁性部材１４をこの順で有している。第一磁性部材１２と非磁性部材１３、ならびに非磁性部材１３と第二磁性部材１４とは溶接により結合している。溶接は例えばレーザ溶接などにより行われる。非磁性部材１３は第一磁性部材１２と第二磁性部材１４との間で磁束が短絡することを防止する。第一磁性部材１２の反非磁性部材側には、弁ボディ２０が溶接により固定されている。
【００１３】
図１に示すように、カップ状の噴孔プレート２４は弁ボディ２０の外周壁に溶接により固定されている。噴孔プレート２４は薄板状に形成されており、中央部に複数の噴孔２５が形成されている。噴孔プレート２４の外側には、噴孔プレート２４を覆うプレートホルダ２６が装着されている。
ニードル３０は、内部に燃料通路３１を有する中空の有底円筒状であり、底側に当接部３２が形成されている。当接部３２は弁ボディ２０の内周壁に形成されている弁座部２７に着座可能である。当接部３２が弁座部２７に着座すると、噴孔２５が閉塞され燃料の噴射が遮断される。
【００１４】
ニードル３０の反当接部側に可動コア４０が設置されている。当接部３２の燃料入口側すなわち燃料上流側にニードル３０の側壁を貫く燃料孔３３、３４が形成されている。ニードル３０の燃料通路３１に流入した燃料は、燃料孔３３、３４を通過し、当接部３２と弁座部２７とが形成する弁部に流れる。ニードル３０の当接部３２の近傍における外径は、弁ボディ２０のガイド部２８の内径と概ね同一である。そのため、ニードル３０は、弁ボディ２０のガイド部２８と摺動し、ガイド部２８により軸方向への移動が案内される。
【００１５】
図２に示すように、固定コア２２は円筒状に形成されている。固定コア２２は、ホルダ１０の非磁性部材１３および第二磁性部材１４の内部に圧入されることによりホルダ１０に取り付けられ固定されている。固定コア２２は可動コア４０に対し反当接部側に設置され可動コア４０と対向している。
【００１６】
アジャスティングパイプ２３は固定コア２２の内部に圧入されている。スプリング２１は一方の端部がアジャスティングパイプ２３に当接し、他方の端部が可動コア４０に当接している。アジャスティングパイプ２３の圧入量を調整することにより、スプリング２１の荷重は変更される。スプリング２１はニードル３０を弁座部２７方向へ付勢している。
【００１７】
磁性部材１５、１６、１７、１８は、互いに磁気的に接続されてコイル５１の外周側に設置されている。磁性部材１５は、第一磁性部材１２の外周側に設置され、第一磁性部材１２と磁気的に接続されている。磁性部材１６は磁性部材１５および磁性部材１７と磁気的に接続されている。磁性部材１８は磁性部材１７および第二磁性部材１４と磁気的に接続されている。固定コア２２、可動コア４０、第一磁性部材１２、磁性部材１５、１６、１７、１８および第二磁性部材１４は磁気回路を構成している。
【００１８】
コイル５１が巻回されているスプール５２はホルダ１０の外周に取り付けられている。ターミナル５３は、コイル５１と電気的に接続されており、コイル５１に駆動電流を供給する。樹脂ハウジング６０はホルダ１０およびコイル５１の外周を覆っている。
【００１９】
ホルダ１０の図２において上方から燃料通路１１に流入する燃料は、フィルタ部材１９により異物が除去される。異物が除去された燃料は、燃料通路１１、アジャスティングパイプ２３の内周側、固定コア２２の内周側、可動コア４０の内周側、ニードル３０の燃料通路３１および燃料孔３３または燃料孔３４を経由して弁部へ供給される。弁部へ供給された燃料は、当接部３２が弁座部２７から離座したときに当接部３２と弁座部２７との間に形成される開口を通り噴孔２５へ流れ、噴孔２５から噴射される。
【００２０】
次に、可動コア４０について詳細に説明する。
図３に示すように、可動コア４０は磁性材料から形成され大径部４１および小径部４２を有している。大径部４１と小径部４２とは例えば鍛造などにより一体に形成されており、大径部４１と小径部４２との境界が接続部４３である。大径部４１の固定コア２２側の外径は、ホルダ１０の非磁性部材１３の内径と概ね同一に形成されている。これにより、大径部４１の外壁と非磁性部材１３の内壁とは摺動し、非磁性部材１３は可動コア４０を軸方向へ往復移動可能に案内する。大径部４１には、内周側に燃料が流れるとともにスプリング２１の端部が収容される燃料通路４４を有している。
【００２１】
小径部４２は、大径部４１よりも外径が小さく形成されている。そのため、小径部４２の外壁と第一磁性部材１２の内壁との間には隙間が形成される。小径部４２は、大径部４１の反固定コア側の端部から当接部３２方向へ伸びて形成されている。
【００２２】
可動コア４０は穴部４５を有している。穴部４５は、小径部４２の噴孔２５側の端部４２ａから大径部４１側へ形成されている。穴部４５の固定コア２２側の端部４５ａは、接続部４３よりも固定コア２２側すなわち大径部４１に位置している。燃料通路４４と穴部４５とは、連通路４６により連通している。穴部４５の内径はニードル３０の外径と概ね同一に形成され、ニードル３０の反当接部側は穴部４５に収容される。小径部４２は穴部４５により肉厚が薄い薄肉部となり、大径部４１は小径部４２よりも肉厚が厚い厚肉部となる。
【００２３】
ニードル３０の外径は穴部４５の内径と概ね同一に形成されているため、ニードル３０は端部４２ａ側から可動コア４０の穴部４５に圧入される。穴部４５は上述のように接続部４３の固定コア２２側まで形成されており、図１に示すようにニードル３０の反当接部側の端部３０ａは穴部４５の端部４５ａまで圧入される。これにより、ニードル３０の反当接部側の端部３０ａは可動コア４０の大径部４１に位置する。なお、図３に示すように、ニードル３０の反当接部側の端部３０ａの外周面には内径側に向かってテーパ状に傾斜する面取り部３０ｂが形成されている。また、穴部４５の端部４２ａの内周面には面取り部３０ｂに対応してニードル３０の軸方向に対してテーパ状に傾斜する面取り部４２ｂが形成されている。これらの面取り部３０ｂおよび面取り部４２ｂにより、可動コア４０の穴部４５へのニードル３０の圧入は円滑に実施される。ニードル３０は、可動コア４０の穴部４５に圧入された後、図４の矢印Ｗに示す位置でレーザ溶接される。すなわち、ニードル３０と可動コア４０とは、小径部４２において溶接される。小径部４２でニードル３０と可動コア４０とを溶接することにより、溶接部分においてニードル３０の外周側に位置する可動コア４０の肉厚は小さくなるため、溶接を容易に実施することができる。
【００２４】
上述のように、ニードル３０の当接部３２側の外壁と弁ボディ２０のガイド部２８、ならびに大径部４１の外壁と非磁性部材１３の内壁とはいずれも摺動する。そのため、ニードル３０と可動コア４０とは同軸度を確保するとともに、大径部４１の外径の寸法は精密に管理する必要がある。そのため、溶接により一体となったニードル３０および可動コア４０は、図４に示すようにニードル３０の燃料孔３４の近傍において固定部材７０に固定され、可動コア４０の大径部４１の外壁に切削および研磨などの整形加工が実施される。一体のニードル３０および可動コア４０は、一方の端部が固定部材７０に固定されている状態で他方の端部に例えば砥石などの加工部材７１が当接する。そのため、ニードル３０および可動コア４０には、固定部材７０に固定された当接部３２側の端部を支点として曲げ荷重が作用する。曲げ荷重が作用すると、ニードル３０と可動コア４０とが接続されている部分には大きな力が作用する。可動コア４０はニードル３０に比較して軟らかい材料から形成されているため、曲げ荷重が大きくなると、可動コア４０は変形あるいは損傷するおそれがある。特に可動コア４０の小径部４２は、大径部４１と比較してニードル３０の外周側における肉厚が小さいため、変形あるいは損傷が生じやすい。
【００２５】
そこで、本実施例では、ニードル３０の圧入量を増大し、接続部４３からニードル３０の反当接部側の端部３０ａまでのラップ量Ｈを０．１５ｍｍ以上に設定している。すなわち、ニードル３０の反当接部側の端部３０ａは、接続部４３よりも０．１５ｍｍ以上固定コア２２側に位置している。
【００２６】
図５に示すように、Ｈが大きくなるにしたがってニードル３０および可動コア４０の曲げ強度は増大する。これは、ニードル３０の反当接部側の端部３０ａが接続部４３よりも固定コア２２側に位置することにより、ニードル３０の反当接部側においてニードル３０の外周側に位置する可動コア４０の肉厚が大きくなるためである。肉厚が大きくなることによりニードル３０と可動コア４０との接続部分における可動コア４０の強度は増大し、ニードル３０および可動コア４０に曲げ荷重が作用する場合でも、可動コア４０には変形や損傷が生じない。
【００２７】
Ｈ＜０ｍｍのとき、ニードル３０の反当接部側の端部３０ａは接続部４３よりも当接部３２側に位置している。そのため、曲げ荷重に対するニードル３０および可動コア４０の曲げ強度は低い。一方、Ｈ≧０．１５ｍｍとなると、曲げ荷重に対するニードル３０および可動コア４０の曲げ強度は十分に確保される。そのため、Ｈの下限を０．１５ｍｍに設定している。
【００２８】
次に、本発明の一実施例によるインジェクタ１の作動について説明する。
コイル５１への通電がオフされているとき、可動コア４０と固定コア２２との間には磁気吸引力が発生しない。このとき、ニードル３０はスプリング２１の付勢力により弁座部２７方向へ付勢されているため、ニードル３０は弁ボディ２０方向へ移動し、当接部３２は弁座部２７に着座している。そのため、噴孔２５からの燃料の噴射は停止されている。
【００２９】
コイル５１への通電をオンすると、固定コア２２、可動コア４０、第一磁性部材１２、磁性部材１５、１６、１７、１８および第二磁性部材１４からなる磁気回路を磁束が流れ、固定コア２２と可動コア４０との間に磁気吸引力が発生する。これにより、可動コア４０は固定コア２２に吸引されるとともに、可動コア４０と一体のニードル３０も固定コア２２側へ移動する。ニードル３０の移動にともなって当接部３２が弁座部２７から離座すると、噴孔２５から燃料が噴射される。可動コア４０と固定コア２２とが当接することにより、ニードル３０の移動は制限される。
【００３０】
再びコイル５１への通電をオフすると、磁気回路を流れる磁束が消失し、固定コア２２と可動コア４０との間の磁気吸引力も消失する。そのため、ニードル３０はスプリング２１の付勢力により弁ボディ２０方向へ移動し、当接部３２は弁座部２７に着座する。これにより、噴孔２５からの燃料の噴射は停止される。
【００３１】
以上、説明した本発明の一実施例によると、可動コア４０の穴部４５に圧入されるニードル３０の反当接部側の端部３０ａは、可動コア４０の大径部４１と小径部４２との接続部４３よりも固定コア２２側に位置している。そのため、ニードル３０の反当接部側においてニードル３０の外周側に位置する可動コア４０の肉厚は大きくなり、曲げ荷重に対するニードル３０および可動コア４０の強度は増大する。したがって、可動コア４０の整形加工時におけるニードル３０および可動コア４０の変形および損傷を防止することができる。また、ニードル３０および可動コア４０の変形および損傷を防止することにより、変形や損傷がインジェクタ１の作動にともなって進行することが防止される。したがって、ニードル３０および可動コア４０の寿命を延長することができる。
【００３２】
また、本実施例では、上述のようにニードル３０の端部３０ａを接続部４３よりも固定コア２２側に位置させることにより、ニードル３０の曲げ強度が向上する。そのため、筒状のニードル３０を薄肉化することができる。ニードル３０を薄肉化することにより、ニードル３０は軽量化され、コイル５１への通電のオンオフに対するニードル３０の応答性は向上する。したがって、ニードル３０の曲げ強度の向上とニードル３０の応答性の向上とを両立することができる。
【００３３】
以上、説明した本発明の一実施例では、中空の筒状のニードルを備えるインジェクタに本発明を適用する例について説明した。しかし、筒状のニードルに限らず中実円柱状のニードルに本発明を適用しても上記の実施例と同様に曲げ強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２の要部を拡大した断面図である。
【図２】本発明の一実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるインジェクタのニードルおよび可動コアを示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の一実施例によるインジェクタのニードルおよび可動コアを整形加工する状態を示す模式図である。
【図５】可動コアの大径部と小径部との接続部からニードルの反当接部側の端部までのラップ量Ｈと曲げ強度との関係を示す模式図である。
【図６】従来のインジェクタのニードルおよび可動コアを整形加工する状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１ インジェクタ（燃料噴射装置）
１０ ホルダ
２０ 弁ボディ
２２ 固定コア
２５ 噴孔
２７ 弁座部
３０ ニードル
３１ 燃料通路
３２ 当接部
４０ 可動コア
４１ 大径部
４２ 小径部
４３ 接続部
４５ 穴部
５１ コイル

Claims (3)

1. 噴孔、ならびに前記噴孔の燃料入口側に弁座部を有する弁ボディと、
   前記弁座部に着座することにより前記噴孔を閉塞し、前記弁座部から離座することにより前記噴孔を開放する当接部を有する弁部材と、
   前記弁部材の反当接部側に設置され、前記弁部材とともに往復移動する可動コアと、
   前記可動コアの反当接部側に設置されコイルに通電されることにより前記可動コアとの間に磁気吸引力を発生する固定コアと、
   筒状に形成され前記可動コアを軸方向へ往復移動可能に支持するホルダとを備え、
   前記可動コアは、外壁が前記ホルダの内壁と摺動可能な大径部と、前記大径部から前記噴孔側に伸びて形成され前記大径部よりも外径が小さく肉厚の薄い小径部と、前記小径部の前記噴孔側の端部から前記大径部と前記小径部との接続部の反噴孔側まで形成され前記弁部材の反当接部側の端部が収容される穴部と、前記穴部の前記固定コア側に設けられ内壁から径方向内側に突出して内周側に前記穴部に連通する連通路を形成する突出部を有し、前記弁部材の反当接部側の端部は前記接続部と前記弁部材の軸方向でラップする位置に収容され、前記弁部材の前記固定コア側の端部は前記突出部の前記当接部側の端面に当接し、前記接続部と前記弁部材とのラップ量は０．１５ｍｍ以上であることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 噴孔、ならびに前記噴孔の燃料入口側に弁座部を有する弁ボディと、
   前記弁座部に着座することにより前記噴孔を閉塞し、前記弁座部から離座することにより前記噴孔を開放する当接部を有する弁部材と、
   前記弁部材の反当接部側に設置され、前記弁部材とともに往復移動する可動コアと、
   前記可動コアの反当接部側に設置されコイルに通電されることにより前記可動コアとの間に磁気吸引力を発生する固定コアと、
   筒状に形成され前記可動コアを軸方向へ往復移動可能に支持するホルダとを備え、
   前記可動コアは、前記弁部材の反当接部側の端部が収容される穴部と、前記穴部によって形成される薄肉部と、前記薄肉部よりも肉厚の厚い厚肉部と、前記厚肉部の内周壁から径方向内側に突出して設けられ内周側に前記穴部に連通する連通路を形成する突出部を有し、前記弁部材の反当接部側の端部は前記厚肉部に到達する位置まで前記穴部に収容され、前記弁部材の前記固定コア側の端部は前記突出部の前記当接部側の端面に当接し、前記厚肉部と前記弁部材とのラップ量は０．１５ｍｍ以上であることを特徴とする燃料噴射装置。
3. 前記弁部材は、内部に燃料通路を有する筒状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射装置。

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