JP4020855B2 - Fuel injection valve and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、ガソリン筒内直接噴射用の燃料噴射弁およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel injection valve for direct injection in a gasoline cylinder and a method for manufacturing the same.
従来の燃料噴射弁では、燃料噴射弁を構成する弁座部材に複数のスリットを形成し、扇状スプレーを形成していた(例えば、特許文献1参照。)。 In a conventional fuel injection valve, a plurality of slits are formed in a valve seat member constituting the fuel injection valve to form a fan-shaped spray (for example, see Patent Document 1).
上記のような従来の燃料噴射弁では、扇状のスプレーを噴出させるために、弁座に形成するスリットを、その幅が噴射下流ほど増大するように形成していた。しかし、スリットを放電加工により形成する場合には、放電型をスリット形状とほぼ同一とするため、加工の際に溶融により放電型が変形してしまい、高精度なスリット加工を行うためには一つのスリット毎に一つの型を製作する必要があり型の製作費用がかかるという問題があった。 In the conventional fuel injection valve as described above, in order to eject the fan-shaped spray, the slit formed in the valve seat is formed so that its width increases toward the downstream side of the injection. However, when the slit is formed by electric discharge machining, since the electric discharge mold is almost the same as the slit shape, the electric discharge mold is deformed by melting at the time of machining. There is a problem in that it is necessary to manufacture one mold for each slit, and the manufacturing cost of the mold is high.
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、燃料噴射弁のスリット部を精度良く形成した上で、その製造コストを安く抑えることが可能な燃料噴射弁を提供すること、また、その製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a fuel injection valve capable of reducing the manufacturing cost at a low cost while accurately forming the slit portion of the fuel injection valve. It is another object of the present invention to provide a manufacturing method thereof.
この発明に係わる燃料噴射弁は、燃料流路に設けられた弁体を弁座に対し離接させることで上記燃料流路を開閉して、燃料噴射・噴射終了状態とする燃料噴射弁であり、上記弁体が上記弁座に接するシート部より燃料流路下流側に、噴射下流側に向って任意角度で広がるテーパー面を持つ略円錐台形状のスプレーピースを有し、上記弁座は、上記スプレーピースのテーパー面に接する内周面を持ち、上記スプレーピースのテーパー面には、噴射下流側に向って断面積が増加する傾斜溝が形成され、上記傾斜溝の溝中心線は、上記スプレーピースの軸線を通る平面に対して所定角度傾斜するように形成され、上記傾斜溝が燃料流路の一部となるものである。 A fuel injection valve according to the present invention is a fuel injection valve that opens and closes the fuel flow path by bringing a valve body provided in the fuel flow path into and out of contact with a valve seat so that the fuel injection / injection end state is achieved. The valve body has a substantially frustoconical spray piece having a tapered surface that spreads at an arbitrary angle toward the injection downstream side from the seat portion in contact with the valve seat on the downstream side of the fuel flow path. The spray piece has an inner peripheral surface in contact with the taper surface, and the taper surface of the spray piece is formed with an inclined groove whose cross-sectional area increases toward the downstream side of injection , and the groove centerline of the inclined groove is It is formed so as to be inclined at a predetermined angle with respect to a plane passing through the axis of the spray piece, and the inclined groove becomes a part of the fuel flow path.
また、この発明に係わる燃料噴射弁は、上記スプレーピースのテーパー面には、第一、第二の溝が形成され、上記第一の溝は、上記傾斜溝であり、上記第二の溝は略円錐台形状である上記スプレーピースの軸線を通る平面上に位置するように形成された溝であるものである。 In the fuel injection valve according to the present invention, the first and second grooves are formed on the tapered surface of the spray piece, the first groove is the inclined groove, and the second groove is It is a groove formed so as to be positioned on a plane passing through the axis of the spray piece having a substantially truncated cone shape.
さらに、この発明に係わる燃料噴射弁の製造方法は、上記のような燃料噴射弁の製造過程において、上記スプレーピースを上記弁座にレーザー溶接により接合する工程を含むものである。 Furthermore, the fuel injection valve manufacturing method according to the present invention includes a step of joining the spray piece to the valve seat by laser welding in the manufacturing process of the fuel injection valve as described above.
この発明の燃料噴射弁によれば、燃料流路に設けられた弁体を弁座に対し離接させることで上記燃料流路を開閉して、燃料噴射・噴射終了状態とする燃料噴射弁であり、上記弁体が上記弁座に接するシート部より燃料流路下流側に、噴射下流側に向って任意角度で広がるテーパー面を持つ略円錐台形状のスプレーピースを有し、上記弁座は、上記スプレーピースのテーパー面に接する内周面を持ち、上記スプレーピースのテーパー面には、噴射下流側に向って断面積が増加する傾斜溝が形成され、その上記傾斜溝の溝中心線は、上記スプレーピースの軸線を通る平面に対して所定角度傾斜するように形成され、上記傾斜溝が燃料流路の一部となるため、スプレーピースのテーパー面に形成する溝を切削加工によって形成することができ、良好な噴射状態を得られ、その製造コストを安価に抑えることが可能となる。 According to the fuel injection valve of the present invention, the fuel injection valve is configured to open and close the fuel flow path by bringing a valve body provided in the fuel flow path into contact with the valve seat so that the fuel injection / injection end state is achieved. The valve body has a substantially frustoconical spray piece having a tapered surface extending at an arbitrary angle toward the injection downstream side of the fuel flow channel downstream from the seat portion in contact with the valve seat, The spray piece has an inner peripheral surface in contact with the taper surface, and the taper surface of the spray piece is formed with an inclined groove whose cross-sectional area increases toward the injection downstream side, and the groove center line of the inclined groove is Since the inclined groove is formed as a part of the fuel flow path with respect to a plane passing through the axis of the spray piece, the groove formed on the tapered surface of the spray piece is formed by cutting. Can be good Get the injection state, it is possible to suppress the manufacturing cost cheaper.
また、この発明の燃料噴射弁によれば、上記スプレーピースのテーパー面には、第一、第二の溝が形成され、上記第一の溝は、上記傾斜溝であり、上記第二の溝は略円錐台形状である上記スプレーピースの軸線を通る平面上に位置するように形成された溝であるため、第一の溝と第二の溝でスプレー角度を変えることができる。同一のスプレーピースに第一の溝と第二の溝を形成することで、燃料を噴霧する位置によってスプレーの噴射角度を任意に調整することが可能となる。 According to the fuel injection valve of the present invention, the first and second grooves are formed on the tapered surface of the spray piece, the first groove is the inclined groove, and the second groove Is a groove formed so as to be positioned on a plane passing through the axis of the spray piece having a substantially frustoconical shape, so that the spray angle can be changed between the first groove and the second groove. By forming the first groove and the second groove in the same spray piece, it becomes possible to arbitrarily adjust the spray angle of the spray depending on the position where the fuel is sprayed.
さらに、この発明の燃料噴射弁の製造方法によれば、上記スプレーピースを上記弁座にレーザー溶接により接合する工程を含むため、スプレーピースと弁座との締結信頼性を向上させることができる。 Furthermore, according to the method for manufacturing a fuel injection valve of the present invention, since the step of joining the spray piece to the valve seat by laser welding is included, the fastening reliability between the spray piece and the valve seat can be improved.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1である燃料噴射弁の構成を示す断面図であり、図2は燃料噴射弁のスリット部に相当する弁座およびスプレーピース形成位置を中心とする燃料噴射弁下流端部拡大断面図である。図1および図2に示すように、燃料噴射弁1は主にソレノイド装置2と弁装置8、燃料供給管15などから構成される。燃料供給管15には、図示しない燃料タンクから低圧燃料ポンプおよび高圧燃料ポンプを介して燃料であるガソリンが供給される。図1では燃料供給管15が燃料流路の上流に位置し、弁装置8のスプレーピース12側が最も下流に位置する。
Embodiment 1 FIG.
1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel injection valve according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a fuel injection valve centering on a valve seat corresponding to a slit portion of the fuel injection valve and a spray piece forming position. It is a downstream end part expanded sectional view. As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel injection valve 1 mainly includes a solenoid device 2, a valve device 8, a
燃料供給管15から下流側に、燃料中の異物を燃料供給弁15内部へ侵入させないようにナイロンメッシュ22を付けた樹脂部品よりなるフィルター21を配置し、フィルター21の外周側に燃料シール用のOリング24、Oリング24を支える樹脂であるバックアップリング23が配置される。
A
フィルター21の下流側にはソレノイド装置2が配置され、このソレノイド装置2は、ロッド7、ばね6、コイル5、コア4、コイル5を巻き付けるための樹脂部品であり、この部品の上流側に銅板の電極であるターミナル20が配置されるボビン18、コア4を支持するハウジング3、燃料シール用のリング25から主に構成されている。また、ハウジング3の上部は燃料噴射弁押え17によって固定されている。
A solenoid device 2 is disposed on the downstream side of the
ソレノイド装置2の下流側には弁装置8が配置され、この弁装置8は、弁体9、弁体9の上部外周側に配置されるアマチュア10、弁体9の下部を取り囲み、弁体9の下流端部が接する弁本体11、弁本体11内部に配置され弁体9を支持するガイド13、弁本体11を固定するためのシール部材14、アマチュア10および弁本体11の外周を取り囲む弁装置部品26、その弁装置部品26をエンジンのシリンダヘッド19側に押し当てて固定するためのワッシャ16、弁本体11下部に燃料流路下流側から圧入によって組み込まれるスプレーピース12から主に構成されている。
A valve device 8 is disposed on the downstream side of the solenoid device 2. The valve device 8 surrounds the
図2に示すように、弁体9の先端(下端)は弁本体11の下部のシート部11aに接している。弁本体11のシート部11a内周面は、円錐面に形成されている。弁本体11のシート部11aから下流側は弁座部分(弁座に相当する。)11cであり、この弁座部分11cの燃料流路の最下流となるスプレーピース12配置位置には、スプレーピース12のテーパー面に接する内周面(テーパー面部11bに相当する。)を持つ。スプレーピース12は略円錐台形状(台形断面形状で、外周が円錐側面となっている形状。)に形成されており、任意の角度で噴射下流側に向って広がるテーパー面には、燃料流路の上流から下流に向って溝(スプレーピースの溝に相当する。)12aが形成されている。溝12aの下端はスプレーピースの溝出口12bである。溝12aと弁本体11のテーパー面部11bとで囲まれる空間がスリットになり、そのスリット形成部分がスリット部に相当する。また、弁体9を支持するガイド13は、その外周側奥行き部分には、燃料を流すための開口部13aが形成されている。
このように構成された燃料噴射弁1は、燃料流路に設けられた弁体9を弁座11cに離接させることで燃料流路を開閉して、燃料噴射・噴射終了状態とするものであり、シリンダ内に燃料を円錐形状のスプレーとして噴射する。
As shown in FIG. 2, the tip (lower end) of the
The fuel injection valve 1 configured in this way opens and closes the fuel flow path by bringing the
図2の弁本体11およびスプレーピース12部分の下面図を図3に示す。この例では、スプレーピース12のテーパー面に、等間隔に4本の溝(傾斜溝)12aが形成されている。また、スプレーピースの溝12aは、スプレーピース12のテーパー面に、噴射下流側に向ってその断面積が増加する螺旋状の溝として形成され、燃料流路最下流となるスプレーピースの溝出口12bでは、外周に沿って長さL、溝の深さWとなるように形成される。
A bottom view of the
さらに、スプレーピース12の側面図を図4に示す。略円錐台形状であるスプレーピース12は、その高さが約2mm、底面となる円の直径が約2mm程度の寸法に形成される。図4の側面図において、スプレーピース12の中心を通る軸線Loに対し、溝(傾斜溝)12aの中心線(溝中心線)Laは、10°だけ傾斜しており、溝12aは、その溝中心線Laが、スプレーピース12の軸線Loを通る平面に対して所定角度傾斜するように(螺旋状に)形成されている。さらに、スプレーピース12のテーパー面の傾斜角度は、40°に形成されている。
Furthermore, the side view of the
また、図5にスプレーピース12の上面図を示すように、スプレーピースの溝12aの上流位置における長さL1と下流位置における長さL2では、下流側の方が大きな寸法となるように形成され、具体的には、L1=0.45mm、L2=0.8mmの大きさになる。溝12aの深さ(幅)W=0.15mmとなるように形成されている。
このようなスプレーピース12はステンレス鋼によって形成され、円錐台形状のテーパー面(外周面。)に形成する溝12aは、切削加工によって加工する。切削加工は、放電加工に対して加工コストが比較的安く、安価にスプレーピースを製作することが可能である。
Further, as shown in the top view of the
Such a
このように構成された燃料噴射弁の動作について次に説明する。
エンジンのマイコンより燃料噴射弁1の駆動回路(図示せず。)に動作信号が送られると、燃料噴射弁1のコイル5に電流が通電され、ハウジング3、コア4、アマチュア10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4へ吸引動作する。アマチュア10と一体構造である弁体9は、弁座部分11cのシート部11aから離れ、この部分に間隙が形成されると、燃料圧力2MPa以上の高圧の燃料はスプレーピースの溝出口12bよりエンジンシリンダ内へ噴射され、燃料噴射が開始する。
Next, the operation of the fuel injection valve configured as described above will be described.
When an operation signal is sent from the microcomputer of the engine to a drive circuit (not shown) of the fuel injection valve 1, a current is passed through the coil 5 of the fuel injection valve 1, and the
弁体9は、弁体9の一体化されたアマチュア10の上端面がコア4の下端面と接触することにより開弁位置が決まり、10分の数ミリ秒から数ミリ秒間の燃料噴射が継続された後、マイコンからのオフ信号によりコイルへの通電が停止されて電磁力が減少し、弁体9はばね6の力により閉弁方向への動作を開始し、10分の数ミリ秒後にはシート部に達して噴射が終了する。なお、図1では、燃料噴射終了状態を示しており、アマチュア10の上端とコア4の下端との隙間は、実際では0.05mm程度空いている(しかし、図1が規尺に近い図面であるために、アマチュア10の上端とコア4の下端が接しているかのよう見えている。)。
The
弁体9のオン状態において、燃料供給管15よりコア4の内周部に流入した燃料は、アマチュア10と弁体9との隙間を通って弁体9と弁本体11間に到り、ガイド13の開口部13aを通って弁体9とシート部11aとの隙間に到る。燃料はさらに弁体9と弁座部分11cの隙間よりスプレーピース12に到り、スプレーピースの溝12aを通って溝出口12bからエンジンシリンダ内に噴射される。
In the ON state of the
図6に、燃料噴射状態を示す模式断面図を示す。図に示すように、燃料噴霧形状30で示される燃料は、溝出口12bからシリンダ内に向って噴射角度60°で、薄膜で円錐状に噴霧される。また、図7に燃料噴霧形状30の模式図を示すように、スプレーピースの溝出口12bから下流側へ任意距離だけ離れた面上に見られる燃料噴霧形状30は、一つの円周上に、溝数に相当する数の円弧が等間隔に配置されている。上述したように、スプレーピースの溝12aは、その断面形状がスリット形状に近似した形状となっており、溝12aの深さ(幅)W=0.15mmとしており、外部に噴射される燃料形態、いわゆるスプレーは、液膜厚さが薄く、微粒化されやすくなっている。また、溝12aの長さをL1=0.45mm、L2=0.8mmとなるように、下流方向に増加する形状としていることから、スプレーは下流に向って広がる形状となるため、燃料のせん断による微粒化が促進される。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the fuel injection state. As shown in the figure, the fuel indicated by the
スプレーピースの溝(傾斜溝)12aを、その溝中心線Laがスプレーピース12の軸線Loを通る平面に対して所定角度傾斜するように(螺旋状に)形成することにより、スプレー角度はスプレーピース12の外周面のテーパー角より大きくすることが可能となり、スプレーピース12の円錐角(テーパー面の傾き角。)に完全に依存しないスプレーの広がり角が作れるようになった。スプレーの広がり角は、スプレーピース12の円錐角と溝12aの螺旋の傾き角に依存して決まり、それらの角度を調節することで必要なスプレーの広がり角を得ることが可能となる。
By forming the groove (inclined groove) 12a of the
また、スプレーピースの溝12aの深さ(幅)を一定とした場合で、溝12aの長さを上流位置における長さL1=100%とした場合に、下流位置における長さL2=120〜300%とすることが適している。L2が120%より小さいと、スプレーの微粒子化が悪化し、300%より大きいとスプレーの微粒子化は良好となるが、スプレー形状が途切れ気味となり、安定したスプレー形状が得られなくなる。
Further, when the depth (width) of the
上述したように、この発明の実施の形態1の燃料噴射弁によれば、スプレーピース12に溝12aを形成する際に、切削加工で加工を行うことができ、放電加工に比べて加工コストを安く抑えることができる。
また、同一形状のスプレーピース12で異なるスプレー角の噴射が可能になり、スプレー角度の異なる機種を生産する場合にスプレーピースのベース形状と弁本体11が共通部品となるので、大量生産効果が発揮され、コストを安く抑えることが可能となる。
As described above, according to the fuel injection valve of the first embodiment of the present invention, when the
In addition, the
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2について図8、図9を参照して説明する。
上述した実施の形態1では、スプレーピース12のテーパー面に、等間隔に4つの溝(傾斜溝)12aを、同様の溝として、その溝中心線Laが、スプレーピース12の軸線Loを通る平面に対して所定角度傾斜するように形成した例を示した。この実施の形態2では、スプレーピース12のテーパー面に複数の溝を形成する場合に、一つの溝は実施の形態1と同様の溝(傾斜溝)12a(第一の溝に相当する。)として形成し、他の3つの溝は、スプレーピース12の軸線を通る平面上に位置するように形成された溝(第二の溝に相当する。)、つまり、螺旋状ではなく、傾き角0°の上流から下流にまっすぐに伸びる溝(直線溝12c)として形成する。
Embodiment 2.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the first embodiment described above, four grooves (inclined grooves) 12a are equally spaced on the tapered surface of the
図8に燃料噴射状態を示す模式断面図を示すように、傾斜(螺旋の傾き)角10°で形成された溝12aの溝出口12bから噴霧される燃料噴霧形状30と、直線溝12cの直線溝出口12dから噴霧される燃料噴霧状態31では、そのスプレー角に違いが生じ、傾斜(螺旋の傾き)角度が大きい方がより広いスプレー角となる。
また、図9に、スプレーピースの溝出口12bおよび直線溝出口12dから下流側へ任意距離だけ離れた面上に見られる燃料噴霧形状を示す模式図を示すように、傾斜(螺旋の傾き)角が大きい燃料噴霧形状30の方がより外側に噴霧されていることが分かる。
As shown in the schematic cross-sectional view showing the fuel injection state in FIG. 8, the
In addition, in FIG. 9, an inclination (spiral inclination) angle is shown as a schematic diagram showing a fuel spray shape seen on the surface separated from the
このように、溝毎に螺旋の傾き角を変えることで、部分的にスプレー角度を調節する技術は、例えば点火プラグ方向に噴射するスプレーのみ、そのスプレー角を調節したい場合などに応用することができる。
この実施の形態2の燃料噴射弁によれば、同一製品でスプレー角度が異なる噴霧の設定が可能となり、エンジンの要求する噴霧形状への対応性が高くなった。
In this way, the technique of partially adjusting the spray angle by changing the inclination angle of the spiral for each groove can be applied, for example, when only the spray sprayed in the spark plug direction is desired to adjust the spray angle. it can.
According to the fuel injection valve of the second embodiment, it is possible to set sprays with different spray angles for the same product, and the correspondence to the spray shape required by the engine is enhanced.
実施の形態3.
次に、この発明による燃料噴射弁の製造方法について、図10および図11を参照して説明する。図10に燃料噴射弁1の下流部分、弁座部分11cおよびスプレーピース12を中心とした部分の拡大断面図を示し、図11にその下面図を示す。図10、図11に示すように、スプレーピース12が弁本体11の弁座部分11cに下流側から圧入または挿入された状態で、スプレーピース12の下流側端面と弁本体11の下流側端面は、ほぼ同一面となるように構成され、その面上の接点でレーザー溶接により両者が接合されている。レーザー溶接による接合部をレーザー溶接部40として示す。レーザー溶接部40は、隣り合う溝12aの間に設けられ、その接合箇所は、この例では2ヶ所設けられているが、製品によって増減して調節する。
Next, a method for manufacturing a fuel injection valve according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 shows an enlarged cross-sectional view of a portion centering on the downstream portion of the fuel injection valve 1, the valve seat portion 11c and the
スプレーピース12と弁本体11とを接合しようとした場合、溶接部が微小であるため、非接触のレーザー溶接が適しており、接触を要する溶接は、溶接棒の大きさの制約から位置精度出しが困難であり、適していない。
このように、レーザー溶接によってスプレーピース12と弁本体11とをレーザー溶接によって締結することで、締結信頼性を向上させることができる。
When the
Thus, fastening reliability can be improved by fastening the
1 燃料噴射弁 2 ソレノイド装置
3 ハウジング 4 コア
5 コイル 6 ばね
7 ロッド 8 弁装置
9 弁体 10 アマチュア
11 弁本体 11a シート部
11b テーパー面部 11c 弁座部分
12 スプレーピース 12a スプレーピースの溝
12b スプレーピースの溝出口 12c 直線溝
12d 直線溝出口 13 ガイド
13a 開口部 14 シール部材
15 燃料供給管 16 ワッシャ
17 燃料噴射弁押え 18 ボビン
19 シリンダヘッド 20 ターミナル
21 フィルター 22 ナイロンメッシュ
23 バックアップリング 24 Oリング
25 リング 26 弁装置部品
30、31 燃料噴霧形状 40 レーザー溶接部。
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