JP3994526B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニードルバルブを駆動する可動鉄心の外周面と、ニードルバルブを収容したバルブ収容部の内周面との間にほぼ均一なエアギャップを形成するようにした燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料噴射弁の一般的な構造は、図６に示すように、噴射口１１を開閉するニードルバルブ１２の上端に可動鉄心１３を取り付け、これらを磁性材製のバルブ収容部１４内に収容すると共に、可動鉄心１３の上部をバルブ収容部１４から上方に突出させて、その上方の固定鉄心１５と対向させている。固定鉄心１５の下部外周部には、非磁性パイプ部１６を溶接等により固定し、この非磁性パイプ部１６の下端とバルブ収容部１４の上端とを溶接等により固定している。そして、これらの外周部に設けたコイル１７に通電すると、磁気回路が固定鉄心１５…可動鉄心１３…バルブ収容部１４…磁性ハウジング１８の経路で形成され、その磁気回路を流れる磁束によって固定鉄心１５と可動鉄心１３との間に磁気吸引力が発生して、可動鉄心１３が上方に吸引され、ニードルバルブ１２が上方に移動して噴射口１１を開放する。この際、非磁性パイプ部１６は、固定鉄心１５とバルブ収容部１４との間の磁束の短絡を防ぐ役割を果たす。
【０００３】
一方、コイル１７への通電がオフされると、スプリング１９によって可動鉄心１３とニードルバルブ１２が一体的に下方に移動され、ニードルバルブ１２が噴射口１１を閉鎖する。この閉弁時に、可動鉄心１３とバルブ収容部１４とが接触した状態になっていると、閉弁時の可動鉄心１３とバルブ収容部１４との間の磁束の切れが悪くなり、閉弁時のニードルバルブ１２の応答性が悪くなる。
【０００４】
そこで、従来構造のものは、非磁性パイプ部１６の内周面に微小な摺接リング１６ａを切削加工して、この摺接リング１６ａを可動鉄心１３の外周面に当接させることで、可動鉄心１３とバルブ収容部１４との間にほぼ均一な微小エアギャップを形成し、このエアギャップによって閉弁時の可動鉄心１３とバルブ収容部１４との間の磁束の切れを良くするようにしている。また、このエアギャップが不均一であると、バルブ収容部１４から可動鉄心１３に横方向の電磁力（偏心荷重）が働き、摺動部の摺動抵抗が大きくなってニードルバルブ１２の動作性が低下するばかりか、摺動部の偏摩耗が発生して、耐久性が低下する。従って、エアギャップは、偏心荷重を低減するために均一に形成する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、閉弁応答性向上及び偏心荷重低減の効果を得るためには、可動鉄心１３とバルブ収容部１４との間にほぼ均一な微小エアギャップを形成する必要があり、そのためには、非磁性パイプ部１６の内周面に切削加工する微小な摺接リング１６ａの寸法精度、同心精度を高める必要がある。しかし、非磁性パイプ部１６の内周面側から微小な摺接リング１６ａを高精度に切削加工することは、加工性が非常に悪く、生産コストが高くなってしまうという欠点がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、加工性向上、コスト低減の要求を満たすことができる燃料噴射弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の燃料噴射弁は、可動鉄心の外周面に、非磁性パイプ部の内周面に摺接する摺接凸部を形成し、この摺接凸部によって可動鉄心の外周面とバルブ収容部の内周面との間にほぼ均一なエアギャップを形成することを第１の特徴とする。この場合、可動鉄心の外周面に摺接凸部を形成するため、これを非磁性パイプ部の内周面に形成する従来と比較して、摺接凸部を高精度に切削加工することが容易となり、加工性を向上できて、生産コストを低減することができる。
【０００８】
更に、本発明の請求項１の燃料噴射弁は、１本の複合磁性パイプから磁性パイプ部と非磁性パイプ部とバルブ収容部を一体に形成したところに第２の特徴があり、具体的には、１本の複合磁性パイプの中間部を非磁性化して非磁性パイプ部を形成すると共に、前記複合磁性パイプのうちの前記非磁性パイプ部より下側の部分を磁性化してバルブ収容部を形成し、更に、前記複合磁性パイプのうちの前記中間パイプ部より上側の部分を磁性化して磁性パイプ部を形成し、この磁性パイプ部内に固定鉄心をその下端が前記非磁性パイプ部の途中に位置するように嵌入した構成としたものである。
【０００９】
この構成では、固定鉄心を嵌入する磁性パイプ部、非磁性パイプ部及びバルブ収容部を一体に形成しているため、これら三者を溶接等で結合する面倒な工程が不要となり、組立工数を削減できて、組立性向上によるコストダウンも期待できる。更に、磁性パイプ部、非磁性パイプ部及びバルブ収容部を一体に形成することで、これら三者間の組立時の位置ずれが全く無くなり、組立精度を容易に向上できて、噴射特性のばらつきを少なくすることができる。
【００１０】
ちなみに、磁性パイプ部（又は固定鉄心）、非磁性パイプ部及びバルブ収容部を溶接等で結合する構造のものでは、組立後（溶接後）に、非磁性パイプ部とバルブ収容部との位置ずれを修正するために、それらの内周面を穴ぐり加工で薄く削り取る必要があり、この仕上げの穴ぐり加工が面倒であったが、上記請求項１の構成では、組立時に非磁性パイプ部とバルブ収容部とが全く位置ずれしないため、仕上げの穴ぐり加工が不要となる。
【００１１】
また、請求項２のように、摺接凸部の表面に、例えば硬質メッキや、酸化処理等の化学処理により硬質被膜を形成しても良い。このようにすれば、硬質被膜によって摺接凸部の耐摩耗性を向上でき、耐久性を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明の実施形態（１）を図１乃至図３に基づいて説明する。複合磁性材料で形成した１本の複合磁性パイプ２０を磁性化し、その中間部のみを非磁性化することで、磁性パイプ部２１、非磁性パイプ部２２及び磁性のバルブ収容部２３を一体に形成している。ここで使用する複合磁性材料としては、例えば、本出願人が先に出願した特開平８−３６４３号公報に示すものを使用すれば良い。この複合磁性材料の組成は、重量基準でＣ：０．６％以下、Ｃｒ：１２〜１９％、Ｎｉ：６〜１２％、Ｍｎ：２％以下、Ｎｂ：１％以下で、その残部がＦｅ及び不可避不純物によって構成され、下記式で定義される平山の等量Ｈｅｑが２０〜２３％、ニッケル等量Ｎｉｅｑが９〜１２％、クロム等量Ｃｒｅｑが１６〜１９％である。
【００１３】
平山の等量Ｈｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋１．０５〔Ｍｎ％〕＋０．６５〔Ｃｒ％〕＋０．３５〔Ｓｉ％〕＋１２．６〔Ｃ％〕
ニッケル等量Ｎｉｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋３０〔Ｃ％〕＋０．５〔Ｍｎ％〕
クロム等量Ｃｒｅｑ＝〔Ｃｒ％〕＋〔Ｍｏ％〕＋１．５〔Ｓｉ％〕＋０．５〔Ｎｂ％〕
【００１４】
上記の組成の複合磁性材料で形成した１本の複合磁性パイプ２０に対し、絞り加工、しごき加工等の歪み付加加工を多段階に行うと共に、各加工工程の材料温度を１００℃以下に制御することで、磁束密度Ｂ₄₀₀₀（Ｈ＝４０００Ａ／ｍにおける磁束密度）が０．３以上となるように複合磁性パイプ２０全体を磁性化（マルテンサイト化）した後、この複合磁性パイプ２０の中間部（非磁性パイプ部２２に相当する部分）を誘導加熱等の手段によって１０秒以内で加熱溶体化することで、非磁性化（オーステナイト化）し、結晶粒径を３０μｍ以下とする。このような加工方法により、非磁性化部分（非磁性パイプ部２２）の非磁性特性を極低温環境下でも安定して保持することができ、極低温環境下で非磁性化部分がマルテンサイト化（磁性化）することを防ぐことができる。
【００１５】
尚、極低温環境下で使用しない場合には、複合磁性材料の組成や加工法を必ずしも上記のようにする必要はなく、上記以外の組成のオーステナイト系のステンレス鋼を用いて、適宜の加工法で磁性化と非磁性化を行うようにしても良い。
【００１６】
一方、磁性パイプ部２１の上部は、図示しないデリバリパイプ（燃料配管）と連結される燃料コネクタ部２１ａとなり、その外周には樹脂製のＯリング２４が嵌合されている。磁性パイプ部２１の上部内周側には、デリバリパイプから送られてくる燃料を濾過する燃料フィルタ２５が装着されている。更に、磁性パイプ部２１内には、燃料フィルタ２５の下方に位置して円筒状の固定鉄心２６が圧入により固定され、該固定鉄心２６の下部が非磁性パイプ部２２のほぼ中間部分にまで圧入されている。尚、固定鉄心２６には、圧入を容易にするためのすり割り２７が形成されている。
【００１７】
固定鉄心２６の内周側には、パイプ状のアジャスタ２８が圧入されると共に、その下方側にスプリング２９が装着されている。組立時に、アジャスタ２８の圧入量を調節してスプリング２９によるニードルバルブ３０の付勢力を調整した後に、磁性パイプ部２１の外周部をかしめることで、その内周側に固定鉄心２６とアジャスタ２８とをかしめ固定する。尚、アジャスタ２８の内径部とスプリング２９の内径部は、燃料フィルタ２５を通過した燃料が通る流路となる。
【００１８】
ニードルバルブ３０を収容するバルブ収容部２３の下部には、有底筒状のシートホルダ３１が溶接等により固定されている。このシートホルダ３１の内底部には、バルブシート３２が溶接等により固定され、このバルブシート３２に形成された噴射口３３がニードルバルブ３０の下端部で開閉される。バルブシート３２の下面とシートホルダ３１の底面との間には、噴孔プレート３４が挟み込まれ、この噴孔プレート３４には、バルブシート３２の噴射口３３に対向する位置に１個又は複数個の噴孔が形成され、この噴孔がシートホルダ３１の底面の開口部３５から下方に露出している。
【００１９】
バルブシート３２は、ニードルバルブ３０の下部大径部を摺動自在に支持するバルブホルダとしても機能し、燃料噴射時には、バルブ収容部２３内に流入した燃料がニードルバルブ３０の下部大径部の面取部３０ｂとバルブシート３２との隙間を通過して噴射口３３側に流入するようになっている。バルブ収容部２３の外周には、吸気マニホールド（図示せず）との連結部をシールするＯリング３６が嵌着され、シートホルダ３１の上端鍔部３７によってＯリング３６の脱落が防止されている。
【００２０】
ニードルバルブ３０の上端部には中空状の可動鉄心３８が圧入等により固定され、この可動鉄心３８がバルブ収容部２３の上部に挿入されている。この可動鉄心３８の上部は、非磁性パイプ部２２のほぼ中間位置まで突出し、該可動鉄心３８の上端面が固定鉄心２６の下端面と対向している。この可動鉄心３８は、固定鉄心２６内に収納されたスプリング２９によって閉弁方向（下方）に付勢されている。
【００２１】
尚、固定鉄心２６の下端面と可動鉄心３８の上端面との双方に非磁性の硬質クロムメッキが施され、そのメッキ被膜がソリッドギャップとして利用される。このソリッドギャップは、固定鉄心２６に吸着されている可動鉄心３８を引き剥がす時（閉弁時）に可動鉄心３８と固定鉄心２６との間の磁束の切れを良くして、閉弁時のニードルバルブ３０の応答性を良くする役割を果たす。また、ニードルバルブ３０の上端大径部（可動鉄心３８内に圧入された部分）には、複数の面取部３０ａが形成され、固定鉄心２６の内部を流れる燃料が可動鉄心３８と各面取部３０ａとの隙間を通過してバルブ収容部２３の内部に流入するようになっている。
【００２２】
一方、複合磁性パイプ２０の外周部には、モールドコイル３９が非磁性パイプ部２２とその周辺部分を覆うように嵌合装着されている。このモールドコイル３９は、樹脂製のスプール４０にコイル４１を巻装し、これを絶縁性樹脂４２で筒状にモールド成形したものである。このモールドコイル３９にはコネクタハウジング４３が一体に成形され、このコネクタハウジング４３の内部に、コイル４１に接続されたターミナル４４がインサート成形されている。このモールドコイル３９の外周部には、磁性パイプ部２１とバルブ収容部２３との間の磁気回路を構成する磁性ハウジング４５が宛がわれ、この磁性ハウジング４５の下端部がバルブ収容部２３に溶接、かしめ等により固定されている。この磁性ハウジング４５の上部と磁性パイプ部２１との間にはヨーク４６が挟み込まれている。
【００２３】
図２に示すように、可動鉄心３８の外周面には、非磁性パイプ部２２の内周面に摺接する摺接リング４７（摺接凸部）が例えば切削加工により形成され、この摺接リング４７によって可動鉄心３８の外周面とバルブ収容部２３の内周面との間にほぼ均一なエアギャップが形成されている。このエアギャップの厚みは、例えば、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲、より好ましくは０．１ｍｍ前後に設定されている。更に、可動鉄心３８の外周面のうちの少なくとも摺接リング４７の表面には、例えば硬質メッキや、酸化処理等の化学処理により硬質被膜が形成されている。尚、この摺接リング４７表面の硬質被膜は、可動鉄心３８の上端面のソリッドギャップと同じ硬質クロムメッキ被膜で形成しても良く、この場合には、１つのメッキ工程で、摺接リング４７表面の硬質被膜とソリッドギャップとを同時に形成できる利点がある。
【００２４】
以上のように構成した燃料噴射弁において、コイル３８への通電がオフされている時には、スプリング２９によって可動鉄心３８が閉弁方向（下方）に移動され、ニードルバルブ３０の下端部がバルブシート３２に当接して噴射口３３を閉鎖した状態に保持される。
【００２５】
この後、コイル３８への通電が開始されると、コイル３８の周囲に磁束が発生し、その磁束がコイル３８の周囲を取り囲む磁気回路を流れる。この磁気回路は磁性ハウジング４５…ヨーク４６…磁性パイプ部２１…固定鉄心２６…可動鉄心３８…バルブ収容部２３…磁性ハウジング４５の経路で構成され、非磁性パイプ部２２が磁性パイプ部２１（固定鉄心２６）とバルブ収容部２３との間の磁束の短絡を防ぐ役割を果たす。この磁気回路に磁束が流れると、固定鉄心２６と可動鉄心３８との間に磁気吸引力が発生し、可動鉄心３８が上方に吸引されて、ニードルバルブ３０がバルブシート３２から離れて噴射口３３を開放する。これによって、バルブ収容部２３内の燃料が噴孔プレート３４の噴孔から噴射される。
【００２６】
このように、コイル３８への通電のオン・オフにより、可動鉄心３８とニードルバルブ３０とが一体的に上下動する際に、可動鉄心３８外周の摺接リング４７が非磁性パイプ部２２の内周面を摺動する。これにより、可動鉄心３８の外周面とバルブ収容部２３の内周面との間には、常時、摺接リング４７によってほぼ均一な微小エアギャップが確保される。このエアギャップは、固定鉄心２６に吸着されている可動鉄心３８を引き剥がす時（閉弁時）に可動鉄心３８とバルブ収容部２３との間の磁束の切れを良くして、閉弁時のニードルバルブ３０の応答性を良くすると共に、可動鉄心２６に働く横方向の電磁力（偏心荷重）を低減する役割も果たす。
【００２７】
以上説明した実施形態（１）では、可動鉄心３８の外周面に摺接リング４７を形成したので、これを非磁性パイプ部２２の内周面に形成する従来と比較して、摺接リング４７を高精度に切削加工することが容易となり、加工性を向上できて生産コストを低減することができる。しかも、１本の複合磁性パイプ２０から磁性パイプ部２１、非磁性パイプ部２２及び磁性のバルブ収容部２３を一体に形成しているため、これら三者を溶接等で結合する面倒な工程が不要となり、組立工数を削減できて、組立性向上によるコストダウンも期待できる。
【００２８】
更に、磁性パイプ部２１、非磁性パイプ部２２及びバルブ収容部２３を一体に形成することで、これら三者間の組立時の位置ずれが全く無くなるため、組立精度を向上できると共に、非磁性パイプ部２２とバルブ収容部２３の内周面の位置ずれを修正する仕上げの穴ぐり加工が不要となる利点もある。
しかも、摺接リング４７の表面に硬質被膜を形成したので、摺接リング４７の耐摩耗性を向上でき、耐久性を向上できる。
【００２９】
［参考例］
次に、図４及び図５に基づいて参考例を説明する。上記実施形態（１）では、１本の複合磁性パイプ２０から磁性パイプ部２１、非磁性パイプ部２２及び磁性のバルブ収容部２３を一体に形成したが、本参考例では、磁性パイプ部５１、非磁性パイプ部５２及び磁性のバルブ収容部５３を別々に形成し、これら三者をレーザ溶接、ろう付け等で結合すると共に、磁性パイプ部５１の下部に、固定鉄心５４を一体に形成している。本参考例においても、可動鉄心３８の外周面に、非磁性パイプ部５２の内周面に摺接する摺接リング４７（摺接凸部）を例えば切削加工により形成し、この摺接リング４７によって可動鉄心３８の外周面とバルブ収容部５３の内周面との間にほぼ均一なエアギャップを形成している。
【００３０】
前記実施形態（１）では、可動鉄心３８の上端面に、硬質クロムメッキによりソリッドギャップを形成したが、本参考例では、バルブ収容部５３内にストッパ５５を固定し、このストッパ５５にニードルバルブ３０の段差部３０ｃが当接することで、ニードルバルブ３０（可動鉄心３８）の上限位置を規制し、可動鉄心３８と固定鉄心５４との間にエアギャップを形成するようにしている。モールドコイル３９を覆う磁性ハウジング４５の上端部と下端部がそれぞれ磁性パイプ部５１とバルブ収容部５３に溶接、かしめ等により固定されている。その他の構成は、前記実施形態（１）と実質的に同じであるので、前記実施形態（１）と同じ符号を付して説明を省略する。
【００３１】
以上説明した本参考例においても、可動鉄心３８の外周面に摺接リング４７を形成しているので、従来と比較して、摺接リング４７の加工性を向上できて、生産コストを低減することができる。
【００３２】
尚、前記実施形態（１）では、可動鉄心３８の外周面全周に摺接リング４７を形成したが、可動鉄心３８の外周面に間欠的に複数の摺接凸部を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態（１）を示す燃料噴射弁の縦断面図
【図２】 実施形態（１）の燃料噴射弁の主要部の拡大縦断面図
【図３】 実施形態（１）の燃料噴射弁の分解図
【図４】 参考例を示す燃料噴射弁の縦断面図
【図５】 参考例の燃料噴射弁の主要部の拡大縦断面図
【図６】 従来の燃料噴射弁の主要部の拡大縦断面図
【符号の説明】
２０…複合磁性パイプ、２１…磁性パイプ部、２１ａ…燃料コネクタ部、２２…非磁性パイプ部、２３…バルブ収容部、２５…燃料フィルタ、２６…固定鉄心、２７…段差部、２８…アジャスタ、２９…スプリング、３０…ニードルバルブ、３２…バルブシート、３３…噴射口、３８…可動鉄心、３９…モールドコイル、４１…コイル、４５…磁性ハウジング、４７…摺接リング（摺接凸部）、５１…磁性パイプ部、５２…非磁性パイプ部、５３…バルブ収容部、５４…固定鉄心、５５…ストッパ。

Claims (2)

1. 噴射口を開閉するニードルバルブと、
   前記ニードルバルブの上端に取り付けられた可動鉄心と、
   前記可動鉄心の上端面に対向する固定鉄心と、
   前記ニードルバルブ及び前記可動鉄心を収容した磁性のバルブ収容部と、
   前記バルブ収容部の上部に設けられ、該バルブ収容部と前記固定鉄心との間の磁束の短絡を防ぐ非磁性パイプ部と、
   前記可動鉄心の外周面に形成され、前記非磁性パイプ部の内周面に摺接して前記可動鉄心の外周面と前記バルブ収容部の内周面との間にほぼ均一なエアギャップを形成する摺接凸部とを備えた燃料噴射弁において、
   １本の複合磁性パイプの中間部を非磁性化して前記非磁性パイプ部を形成すると共に、前記複合磁性パイプのうちの前記非磁性パイプ部より下側の部分を磁性化して前記バルブ収容部を形成し、更に、前記複合磁性パイプのうちの前記中間パイプ部より上側の部分を磁性化して磁性パイプ部を形成し、この磁性パイプ部内に前記固定鉄心をその下端が前記非磁性パイプ部の途中に位置するように嵌入したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記摺接凸部の表面に硬質被膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。

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