JP4013323B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射弁に関し、特に噴射燃料の微粒化を促進する構造の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関において、燃費の低減、排気エミッションの低減等は重要な課題である。内燃機関の主要な部品である燃料噴射弁では、かかる課題に対し噴射燃料の微粒化が効果的である。
【０００３】
図４は噴射燃料の微粒化を図った燃料噴射弁の先端部分の断面を示すもので、燃料流路９１の下流に流路面を円錐状に形成して弁座９２となし、燃料流路９１には弁座９２に着座するニードル９３が設けられる。ニードル９３は先端部に弁座９２と密着する円環状のシート部９３ｂを有しており、また先端面９３ｃが平坦面となっている。弁座９２の直下流には、ニードル９３の先端面９３ｃと平行にオリフィスプレート９４が設けられ、オリフィスプレート９４には噴孔９４１が形成される。ニードル９３が弁座９２から離座すると、燃料がニードル９３の先端面９３ｃとオリフィスプレート９４の入口面９４ａとで画される空間９５を経て噴孔９４１から噴射されるようになっている。
【０００４】
この燃料噴射弁は、従来の傾斜角（円錐の頂角をいい、平坦面を１８０°とする）が９０°程度の先細り状の先端部を有するニードルにおいて、開弁時に、燃料が先端部に沿って略軸線方向に案内されるようになっていたのを、ニードル９３の先端面９３ｃを平坦面に形成することで、空間９５に流入した燃料流が上記空間９５においてオリフィスプレート９４の入口面９４ａに平行な方向に向かうようにし、燃料流の内部エネルギーが効率よく燃料流同士の衝突に費やされるようにし、噴孔９４１から噴射される燃料の微粒化を促進している（特開平９−１４０９０号公報等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところでニードルの先端部の加工は、通常、研削機により、加工前のニードルを高速回転させた状態で砥石により研削することで行われ、弁座に着座する環状のシート部を形成する前に、先端部の周面を研削して先端部の径（バルブ径）を所定の大きさにする加工と、先端部の先端面を平坦面にする加工との２つの加工を行う。
【０００６】
しかし先端部の周面に砥石をニードルの回転軸に平行な面をなすように当てつつ、先端面に砥石をニードルの回転軸に垂直な面をなすように当てて先端部の周面および先端面を一緒に研削しようとすると次の問題がある。すなわち先端面を平坦面に形成するには先端面の全体に砥石が押し当てられることになるので回転軸が軸ぶれを生じやすく、周面の加工精度に影響を与える。このため周面の加工と先端面の加工とは別々に行う必要があり、加工時間が長くなって完成に時間を要しコストが高くなる。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、噴射燃料の微粒化を促進することができ、しかも加工時間が短く低コストにできる燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は燃料噴射弁の製造方法であり、燃料噴射弁には、燃料流路の下流に弁座を設け、燃料流路にニードルを配設する。ニードルは先端部に上記弁座と密着する環状のシート部を設ける。弁座の直下流にニードルの頂面と対向するように、噴孔を形成したオリフィスプレートを設ける。ニードル加工に用いる研削手段は、上記ニードル先端部を回転させた状態で、その周面及び先端面にそれぞれ押当てられる２面がなす屈曲面を研削面とし、上記２面のなす角度を９０．５°から９２．５°の範囲に設定して、上記ニードルの先端面を傾斜角が１７５°から１７９°の範囲の緩やかな円錐面に形成する。
【０００９】
ニードルの先端面には傾斜角１７５°以上の緩やかな円錐面に形成してあるから、開弁時にニードルの先端面とオリフィスプレートの入口面の間の空間に流入した燃料流は、ニードルの先端面を平坦面に形成したものと同程度に、オリフィスプレートの入口面に平行な方向に向けられる。しかして噴射燃料の微粒化が促進される。
【００１０】
しかも円錐面の傾斜角を１７９°以下としているから、加工時には、砥石と先端面とは、確実にニードルの回転軸の一方の側において当接する。したがって当接部におけるニードルに対する抗力は方向が一定方向に安定している。したがって回転軸の軸ぶれを生じず、先端面の加工を、周面の加工精度に影響を与えることなく周面の加工と一緒にできる。この結果、加工時間が短縮され低コストにできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図２に本発明の内燃機関の燃料噴射弁の全体断面を示す。燃料噴射弁１は樹脂性のハウジングモールド２を有し、その先端には磁性パイプ６１を介してバルブボディ３が嵌着してある。バルブボディ３は、円盤状のスペーサ６２を介して磁性パイプ６１に嵌入し、磁性パイプ６１とレーザ溶接されている。スペーサ６２には中心位置とその周りに貫通孔６２１，６２２が形成してあり、バルブボディ３内と磁性パイプ６１とを連通せしめている。
【００１２】
ハウジングモールド２内には、磁性パイプ６１の上方にこれと同軸に非磁性パイプ６３および固定鉄心６４が設けてあり、固定鉄心６４はハウジングモールド２の上端より突出している。固定鉄心６４は両端開口の円筒部材で、上端開口部６４１は燃料導入口６４１としてあり、燃料導入口６４１から導入された燃料が固定鉄心６４、非磁性パイプ６３、磁性パイプ６１、スペーサ６２を経てバルブボディ３内に到る燃料噴射弁１の軸線Ｃに沿って燃料流路１ａが形成される。また固定鉄心６４内には、燃料導入口６４１の直下にフィルタ６５が設けてあり、燃料中のゴミ等の異物が除去されるようになっている。
【００１３】
燃料流路１ａには、非磁性パイプ６３よりも先端側にニードル４およびその上方に可動鉄心６６が配設してある。ニードル４は弁体部４１と軸部４２と可動鉄心６６との接合部４３からなり、弁体部４１の摺動部４１２がバルブボディ３の内側周面３ａと摺接している。可動鉄心６６は磁性材料からなる両端開口の筒状部材で、非磁性パイプ６３に摺動保持されている。可動鉄心６６には下方よりニードル４の接合部４３が嵌入し、可動鉄心６６とニードル４とがレーザ溶接される。かくしてニードル４は軸線Ｃに沿って変位が可能となる。
【００１４】
ニードル４の摺動部４１２は周面に四面取り部が形成され、燃料が流通自在としてある。またニードル４の接合部４３は周面に二面取り部が形成され、接合部４３と可動鉄心６６の間を燃料が流通自在としてある。
【００１５】
ニードル４の弁体部４１はバルブボディ３に収容される。バルブボディ３には弁体部４１の外周にニードル４と同軸に円筒面３ａが形成してある。円筒面３ａは軸方向中程に弁体部４１の摺動部４１２と摺接する等径部３ａ２を有し、等径部３ａ２よりも下側の下流部３ａ１は下側の開口端に向けて縮径する円錐面としてあり、等径部３ａ２よりも上側の上流部３ａ３は等径部３ａ２に向けて縮径する円錐面としてある。
【００１６】
図１に燃料噴射弁１の先端部分の拡大断面を示す。弁体部４１の先端部４１１は、バルブボディ３の下側の開口端の開口径よりも大径のもので、先端部４１１の周面４ａの下端部にはバルブボディ３の円筒面３ａの下流部３ａ１と対向する円環状の接面部が形成され、円筒面３ａの下流部３ａ１を弁座３ａ１としてこれに着座するシート部４ｂとしてある。すなわちニードル４が下降すると、シート部４ｂが弁座３ａ１と密着して閉弁状態となり、ニードル４が上昇するとシート部４ｂが弁座３ａ１から離間して開弁状態となる。
【００１７】
また、ニードル４の、オリフィスプレート５１と対向する先端面４ｃは、頂点を軸線Ｃ位置とする緩やかな円錐面に形成してある。円錐面の傾斜角αは１７５°から１７９°の範囲に設定する。
【００１８】
また弁体部４１には摺動部４１２よりも上部にフランジ４１３が形成してある。フランジ４１３は、軸部４２が挿通するスペーサ６２の貫通孔６２１よりもやや大径のもので、ニードル４のリフト位置を規定し、リフト量はスペーサ６２の厚さによって調整される。また、このとき可動鉄心６６の上端面と固定鉄心６４の下端面間に所定のギャップが形成されるように各部材の寸法等を設定しておく。
【００１９】
バルブボディ３の下端面には、オリフィスプレート５１が軸線Ｃと垂直な面をなすように接合してあり、ニードル４の開弁時にオリフィスプレート５１に形成された複数の噴孔５１１から燃料が噴射されるようになっている。噴孔５１１は中央部にやや外側向きに傾斜して形成され、図略のインテークバルブ方向に好適に噴射されるようになっている。
【００２０】
またバルブボディ３には、下部にこれと略同径のカバー５２が嵌着され、カバー５２の下側半部がフード状にオリフィスプレート５１の周縁部からせり出している。
【００２１】
次にニードル４の駆動手段について説明する。固定鉄心６４内には、可動鉄心６６の上方に、軸線Ｃに沿って圧縮コイルスプリング６７およびその上端位置を規定するアジャスティングパイプ６８とが設けてあり、圧縮コイルスプリング６７が可動鉄心６６を介してニードル４を下方に付勢している。
【００２２】
ハウジングモールド２内には可動鉄心を吸引するソレノイド部７が設けてある。ソレノイド部７は、樹脂製のスプール７１を磁性パイプ６１、非磁性パイプ６３、固定鉄心６４の外周に配設し、これに電磁コイル７２が巻装されたもので、スプール７１および電磁コイル７２の外周に、これらを包囲するコイルモールド７３が樹脂成形されてなる。コイルモールド７３は、電磁コイル７２を保護する円筒状の筒状部７３１より上方に突出する突出部７３２を有し、突出部７３２は電磁コイル７２から電気的に導出されるリード線７４を保護するとともに後述するターミナル７５を保持する。そしてソレノイド部７は、スプール７１と電磁コイル７２とがコイルモールド７３により一体化された状態で固定鉄心６４の外周に装着される。
【００２３】
ハウジングモールド２内にはまた、２枚の金属プレート７６，７６が設けてあり、コイルモールド７３の筒状部７３１を両側から挟持するように筒状部７３１の外周に被覆されている。金属プレート７６，７６は電磁コイル７２への通電時の磁束を通す磁路を形成する部材であり、上方の一端が固定鉄心６４の外周面に接し、下方の一端が磁性パイプ６１の外周に接するように設けられる。
【００２４】
ハウジングモールド２の上部には、斜め上方にコネクタ部２１が突出している。コネクタ部２１には先端部を残してターミナル７５が埋設され、電磁コイル７２より引き出されるリード線７４と接続されている。ターミナル７５は図示しない電子制御装置にワイヤーハーネスを介して接続されており、電子制御装置からターミナル７５を介して電磁コイル７２に通電されて電磁コイル７２が励磁し、可動鉄心６６を圧縮スプリングコイル６７の付勢力に抗して固定鉄心６４の方へ吸引してニードル４をリフトせしめるようになっている。
【００２５】
ニードル４のリフト時には、燃料導入口６４１から流入した燃料がフィルタ６５で清浄化され、アジャスティングパイプ６８から圧縮スプリングコイル６７の収容部を経て、可動鉄心６６の、ニードル４に形成された上記二面取り部との間隙、さらにはバルブボディ３の、ニードル４の上記四面取り部との間隙を通過し、ニードル４の先端のシート部４ｂとバルブボディ３の弁座３ａ１とよりなる弁部に到り、この弁部からオリフィスプレート５１の噴孔５１１に達する。
【００２６】
本発明の燃料噴射弁の作動を説明する。ターミナル７５に通電すると電磁コイル７２が励磁して可動鉄心６６を吸引し、これによりニードル４がリフトする。燃料流路１ａを通って燃料がニードル４のシート部４ｂと弁座３ａ１の間を抜けてニードル４の先端面４ｃとオリフィスプレート５１の入口面５１ａ間の略円形の空間Ｓに流入し、噴孔５１１から噴射される。
【００２７】
空間Ｓの上端面をなすニードル４の先端面４ｃは傾斜角αが１７５°以上の緩やかな円錐面であるから、先端面４ｃと入口面５１ａとは平行に近い角度をなしている。したがって燃料流は、空間Ｓに流入して入口面５１ａに平行な方向に案内される。そして空間Ｓの径方向中心に向かい、燃料流の内部エネルギーは効率よく燃料流同士の衝突に費やされ、先端面を平坦面としたニードルを備えた燃料噴射弁に比して遜色なく噴射燃料の微粒化が促進される。
【００２８】
また本発明の燃料噴射弁では、以下に説明するようにニードルの先端部の加工が短時間でできる。図３は、ニードル４の先端部４１１の加工工程を示すもので、加工は、通常の棒状部材の加工と同様にステンレススティール製の加工前のニードル４を高速回転させた状態でダイヤロール（研削手段）８にあてがい図示しない研削油を供給しながら行う。
【００２９】
ダイヤロール８はニードル４に押し当てられる屈曲した面（研削面）８ａを有している。屈曲面８ａをなす一方の面８ａ１はニードル４の軸線（回転軸）Ｃ１に平行で、先端部４１１の周面４ａに押し当てられて周面４ａを所望のバルブ径となるように研削する。ダイヤロール８の他方の面８ａ２は一方の面８ａ１となす角度が僅かな鈍角に形成され、先端部４１１の先端面４ｃに押し当てられて先端面４ｃを緩やかな円錐面となるように研削する。
【００３０】
ここでダイヤロール８の他方の面８ａ２は、円錐面４ｃの傾斜角αを１７５°から１７９°の範囲となるように、一方の面８ａ１となす角度を９０．５°から９２．５°の範囲に設定する。この角度を９０．５°以上とすることで、ダイヤロール８の他方の面８ａ２とニードル４の先端面４ｃとが、図中、回転軸Ｃ１よりも左側において、確実に回転軸Ｃ１を通る直線状に当接するから、ダイヤロール８の他方の面８ａ２におけるニードル４に対する抗力の方向が一定方向で安定しており、回転軸Ｃ１のぶれが生じることはない。したがってニードル４の周面４ａを先端面４ｃと一緒に加工しても周面４ａの加工精度が低下することはなく、周面４ａと先端面４ｃとを一緒に加工して加工時間の短縮を図ることができる。この結果、コストの低減を図ることができる。
【００３１】
次いで周面４ａと先端面４ｃとで形成される角に、所定の円環状のシート部４ｂを形成し、完成する。
【００３２】
このように本発明の燃料噴射弁によれば、噴射燃料の微粒化と、加工の作業性向上によるコストの低減とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射弁の先端部の拡大断面図である。
【図２】本発明の燃料噴射弁の全体断面図である。
【図３】本発明の燃料噴射弁のニードルの加工方法を示す図である。
【図４】従来の噴射燃料の微粒化の促進を図った燃料噴射弁の先端部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁
１ａ 燃料流路
３ バルブボディ
３ａ１ 弁座
４ ニードル
４１１ 先端部
４ａ 周面
４ｂ シート部
４ｃ 先端面
５１ オリフィスプレート
５１１ 噴孔
α 先端面の傾斜角

Claims (1)

1. 燃料流路の下流に弁座を設け、先端部に上記弁座と密着する環状のシート部を有するニードルを燃料流路に配設し、弁座の直下流にニードルの先端面と対向するように、噴孔を形成したオリフィスプレートを設けた燃料噴射弁の製造方法であって、上記ニードル先端部を回転させた状態で、その周面及び先端面にそれぞれ押当てられる２面がなす屈曲面を研削面とする研削手段を用い、上記２面のなす角度を９０．５°から９２．５°の範囲に設定して、上記ニードルの先端面を傾斜角が１７５°から１７９°の範囲の緩やかな円錐面に形成したことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。

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