JP4082929B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジン等に燃料を噴射するのに好適に用いられる燃料噴射弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジン等に用いられる燃料噴射弁は、ケーシング内に変位可能に設けられた弁体を、電磁コイル等のアクチュエータで変位させることにより、前記ケーシング内の燃料通路に供給される燃料をエンジンの燃焼室等に向けて噴射するものである。このような構成を有する従来技術の燃料噴射弁は、例えば特開2000−8990号公報等によって知られている。
【0003】
この種の従来技術による燃料噴射弁は、磁性材料により筒状に形成され内部が燃料通路となった磁性筒体と、磁性材料によって筒状に形成され該磁性筒体内に挿嵌して設けられたコア筒と、該コア筒よりも下流側に位置して前記磁性筒体内に設けられ噴射口を囲んで弁座が形成された弁座部材と、前記コア筒と該弁座部材との間に位置して前記磁性筒体内に摺動変位可能に設けられ該弁座部材の弁座に離着座する弁体と、該弁体を閉弁方向に付勢するため前記コア筒内に挿嵌されたばね受と弁体との間に設けられた弁ばねと、前記磁性筒体の外周側に設けられた磁性材料からなるヨークと、前記磁性筒体の外周側で該ヨークとの間に設けられた電磁コイルとによって大略構成されている。
【0004】
そして、この電磁コイルは、前記磁性筒体、コア筒およびヨークと共に電磁アクチュエータを構成し、外部からの通電時に前記コア筒、弁体およびヨークを通じて閉磁路を形成することにより前記弁ばねに抗して前記弁体を弁座部材の弁座から離座させるものである。
【0005】
ここで、前記弁体は、前記磁性筒体内を軸方向に延び上流側の端部が前記コア筒と対向する筒状のアンカ部と、該アンカ部の下流側の端部に固着して設けられ前記弁座部材に離着座する球形の弁部とにより構成されている。そして、弁体のアンカ部は、磁性材料からなる筒体を冷間鍛造、切削加工等の手段を用いて所要形状に成形し、その後に端面研削、バリ取り処理等の仕上げ加工を行うようにしている。
【0006】
また、前記コア筒に対向するアンカ部の端面が平坦面になっていると、前記弁体の開弁によりアンカ部の端面がコア筒の端面に当接したときに、両者の間に介在する燃料の粘性等によりアンカ部がコア筒に対して貼付くように密着し、この密着現象の影響で弁体の閉弁動作が遅れ、弁体の開,閉弁時における応答性が低下する虞れがある。
【0007】
このため、前記コア筒に対向するアンカ部の端面には、プレス加工を施すことにより密着防止用の凹溝を形成し、弁体のアンカ部がコア筒の端面に対して密着するのを前記凹溝により防止するようにしている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、上述した従来技術による燃料噴射弁は、弁体のアンカ部を冷間鍛造、切削加工等の手段を用いて形成しているので、アンカ部の端面に密着防止用の凹溝をプレス加工したときに、プレスにより潰された部分の肉がアンカ部の内,外径側に逃げ、アンカ部の外径寸法が変化するという問題がある。
【0009】
そして、アンカ部の外径(外周面)は前記磁性筒体に対する摺動面として機能しているため、アンカ部の外径が変化すると、磁性筒体の内周にアンカ部を挿嵌するのが難しくなったり、両者の摺動抵抗が増大したりして弁体の応答性を悪化させる原因になるという問題が生じる。
【0010】
一方、従来技術では、このような問題を解消するために、アンカ部の端面に密着防止用の凹溝をプレス加工した後に、アンカ部の外周面に仕上げ用の研削加工を再度行う場合がある。しかし、この場合には仕上げ加工の工数が余分に増えることになり、製作、組立時の作業性が低下する等の問題がある。
【0011】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、弁体のアンカ部を容易に成形、加工することができ、アンカ部の外径が変化するのを抑えて応答性、組立作業性等を向上できるようにした燃料噴射弁を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、燃料噴射弁の弁体を、磁性筒体内を軸方向に延び上流側の端部がコア筒と対向する筒状のアンカ部と、該アンカ部の下流側の端部に設けられ弁座部材の弁座に離着座する弁部とにより構成し、該アンカ部は磁性材料からなる金属粉末を射出成形して相対密度が95〜98%の範囲内となるように焼結することにより形成し、前記アンカ部の上流側端面には、該アンカ部の端面に複数の凹溝をプレス成形することにより形成され前記コア筒に対してアンカ部が密着するのを防ぐ密着防止溝を設ける構成としている。
【0013】
このように構成することにより、弁体のアンカ部を所謂MIM工法(metal injection molding)と呼ばれる金属射出成形手段を用いて形成でき、該アンカ部の金属組織は相対密度が95〜98%となって、残りの2〜5%はアンカ部内に形成された微細な独立空孔となる。このため、アンカ部の端面に密着防止溝をプレス加工等で形成しても、プレスにより潰された部分の肉がアンカ部の内,外径側に逃げるのを前記空孔により吸収でき、アンカ部の外径寸法が変化することはなくなる。
【0014】
従って、このように形成した弁体を磁性筒体内に摺動変位可能に組付けたときに、弁体と磁性筒体との間の摺動抵抗を小さく抑えることができ、弁体の開,閉弁時における応答性を向上できる。また、従来技術のようにアンカ部の端面に密着防止溝をプレス加工した後に、アンカ部の外周面に仕上げ用の研削加工を再度行う必要がなくなるので、仕上げ加工の工数を確実に減らすことができ、燃料噴射弁の弁体を製作、組立する上での作業性を高めることができる。
【0015】
しかも、前記密着防止溝は、アンカ部の端面に複数の凹溝をプレス成形することにより形成している。これにより、アンカ部の端面にはプレス成形された複数の凹溝を形成でき、アンカ部の端面がコア筒に対して貼付くように密着するのを、これらの凹溝によって防止することができる。
【0016】
請求項2の発明によると、密着防止溝は、アンカ部の端面に形成された放射状に延びる複数の凹溝により構成している。これにより、アンカ部の端面には放射状に延びる複数の凹溝を形成でき、アンカ部の端面がコア筒に対して密着するのを良好に防止できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による燃料噴射弁を、図1ないし図8に従って詳細に説明する。
【0018】
1は燃料噴射弁の外殻をなす弁ケーシングで、該弁ケーシング1は、後述の磁性筒体2、ヨーク5、樹脂カバー8等を含んで構成されている。
【0019】
2は弁ケーシング1の本体部分を構成する段付き筒状の磁性筒体で、該磁性筒体2は、例えば磁性を有するステンレス材料等を用いて段付き形状をなす薄肉な金属パイプとして形成されている。そして、磁性筒体2は、その軸方向の一側部位が大径部2Aとなり、軸方向の中間部位が該大径部2Aよりも小径な中径部2Bとなり、軸方向の他側部位が該中径部2Bよりも小径な小径部2Cとなる段付筒体として形成されている。
【0020】
また、磁性筒体2には、大径部2Aの一端側に径方向外向きに突出するフランジ部2Dが形成されている。そして、大径部2Aには、その内周側に後述の燃料フィルタ4が挿着され、外周側には弁ケーシング1を構成する後述の樹脂カバー8が設けられている。
【0021】
3は磁性筒体2内に設けられた燃料通路で、該燃料通路3は、例えば燃料ポンプから燃料供給配管(いずれも図示せず)を介して供給される燃料の流通路となるものである。そして、燃料通路3は、磁性筒体2の大径部2Aの一端が流入口となり、この流入口から弁座部材11の位置まで軸方向に延びている。
【0022】
4は磁性筒体2の大径部2Aの流入口側に圧入手段により挿嵌された燃料フィルタで、該燃料フィルタ4は、燃料通路3に供給される燃料を濾過して清浄化するものである。
【0023】
5は磁性筒体2の外周側に設けられたヨークで、該ヨーク5は、例えば磁性金属材料を用いて段付筒状に形成され、磁性筒体2等と共に弁ケーシング1を構成するものである。そして、ヨーク5は、図2に示す如く後述の電磁コイル7を外周側から覆うように設けられた拡径筒部5Aと、該拡径筒部5Aの他端側を縮径して形成され磁性筒体2の小径部2Cの外周側に圧入された縮径筒部5Bとから構成されている。
【0024】
6はヨーク5の拡径筒部5Aと磁性筒体2の中径部2Bとの間に設けられた連結コアで、該連結コア6は、ヨーク5と同様の磁性金属材料等を用いて略C字状に形成され、磁性筒体2の中径部2Bを外側から取囲むように設けられている。
【0025】
7は磁性筒体2の中径部2Bの外周側でヨーク5の拡径筒部5Aとの間に設けられた電磁コイルで、該電磁コイル7は、磁性筒体2、ヨーク5および後述のコア筒10と共に電磁アクチュエータを構成するものである。そして、電磁コイル7は、後述のコネクタ9を用いて外部から通電されたときに励磁され、図2中に点線で示す如き閉磁路Hを、ヨーク5、磁性筒体2の小径部2C、コア筒10、後述する弁体13のアンカ部15、連結コア6等を通じて形成する。
【0026】
8は磁性筒体2の大径部2Aの外周側に設けられた樹脂カバーで、該樹脂カバー8は、磁性筒体2の外周側にヨーク5、連結コア6、電磁コイル7等を組付けた状態で、金型(図示せず)内に絶縁性樹脂材料を射出成形することにより形成される。また、樹脂カバー8には、電磁コイル7に給電するコネクタ9が一体に成形されている。
【0027】
10は磁性筒体2の内側に圧入して設けられたコア筒で、該コア筒10は、例えば磁性金属材料等により段付筒状に形成され、後述する弁体13のアンカ部15、ヨーク5と共に電磁コイル7による閉磁路Hを図2中に点線で示す如く形成する。これによりコア筒10は、後述するアンカ部15の吸着部15Aを弁ばね18のばね力に抗して磁気的に吸着し、弁体13の弁部14を弁座部材11の弁座11Bから離座させるものである。
【0028】
ここで、コア筒10は、磁性筒体2の中径部2Bに圧入される大径圧入部10Aと、該大径圧入部10Aから小径部2C内に向けて軸方向に延び、該小径部2C内に隙間をもって遊嵌状態で挿入された小径スリーブ部10Bとにより構成されている。
【0029】
また、コア筒10は、大径圧入部10Aが中径部2B内に圧入されることにより、小径スリーブ部10Bの先端面が後述するアンカ部15の吸着部15Aの端面に図2に示す軸方向の隙間Sを挟んで対向している。そして、コア筒10は、軸方向の隙間Sにより弁体13のリフト量(弁開度)を規制するものである。
【0030】
11はコア筒10の下流側に位置して磁性筒体2の小径部2C内に設けられた筒状の弁座部材で、該弁座部材11には、図2に示す如く、燃料通路3内の燃料を外部に噴射する噴射口11Aと、該噴射口11Aを取囲んでロート状(テーパ状)に形成され燃料が流通する弁座11Bとが設けられている。
【0031】
12は弁座部材11の噴射口11Aを覆うように設けられたノズルプレートで、該ノズルプレート12は、図2に示す如く弁座部材11の先端面に溶接手段を用いて固着されている。そして、ノズルプレート12には、弁座部材11の噴射口11Aと連通する位置に複数のノズル孔12Aが穿設されている。
【0032】
13はコア筒10と弁座部材11との間に位置して磁性筒体2の小径部2C内に変位可能に設けられた弁体で、該弁体13は、後述のアンカ部15と、アンカ部15の下流側端部に設けられ弁座部材11の弁座11Bに離着座する球状の弁部14とにより構成されている。
【0033】
15は弁部14と共に弁体13を構成するアンカ部で、該アンカ部15は、図2、図3に示す如く上流側(軸方向一側)に位置してコア筒10の小径スリーブ部10Bと軸方向で対向しコア筒10側に吸着される大径な吸着部15Aと、該吸着部15Aから軸方向他側(下流側)に向けて延び先端側に前記弁部14が溶接手段等を用いて固着された小径な軸部15Bとにより大略構成されている。
【0034】
この場合、アンカ部15は、後述するMIM工法等の手段を用いた磁性金属材料により軸方向に延びる段付筒状体として形成される。即ち、アンカ部15は、後述の図4に示すMIM工法により磁性材料からなる金属粉末を金型(図示せず)を用いて射出成形した後、図5に示す後述のアンカ成形体21を、金属組織の相対密度が95〜98%の範囲内となるように焼結させることにより形成されるものである。
【0035】
そして、アンカ部15の吸着部15Aには、その外周面に摺動面部15Cが全周にわたって延びる小さな環状段部として形成され、この摺動面部15Cによりアンカ部15は小径部2Cの内周面に摺接するものである。また、吸着部15Aの上流側(一側)端面は、図6ないし図8に示す如く径方向内側部位が環状凸部15Dとなり、径方向外側部位が環状逃し面部15Eとなっている。
【0036】
ここで、環状逃し面部15Eは、環状凸部15Dを径方向外側から取囲み、その高さ位置は、後述する凹溝16の底面にほぼ対応している。そして、環状逃し面部15Eは、弁体13の開弁時にアンカ部15の環状凸部15D側がコア筒10の小径スリーブ部10B端面に当接して密着するのを、この環状凸部15Dにプレス成形される凹溝16と共に防止するものである。
【0037】
また、吸着部15Aの内側には、ばね収容部15Fが形成され、該ばね収容部15F内には後述の弁ばね18が配設されている。一方、アンカ部15の軸部15Bには、一対の通油孔15G(一方のみ図示)が径方向に穿設され、該通油孔15Gは、燃料通路3内の燃料を弁部14側に向けて流通させるものである。
【0038】
16,16,…はアンカ部15の上流側端面に形成された密着防止溝としての凹溝で、該各凹溝16は、図6に示すアンカ部15の吸着部15Aの端面(環状凸部15D)に後述の如くプレス加工を施すことにより、図8に示すようにアンカ部15の中心Oから径方向外側へと放射状に延びる円弧状(扇形状)の浅底溝として形成されている。また、吸着部15Aの環状凸部15Dは、各凹溝16間が放射状に延びる凸部16A,16A,…となって残るものである。
【0039】
そして、これらの各凹溝16は、弁体13の開弁時にアンカ部15の端面(図3に示す環状凸部15D)がコア筒10の小径スリーブ部10B端面に当接しても、両者の端面間に微小な隙間を形成することにより、アンカ部15が小径スリーブ部10Bの端面に貼付くように密着するのを防ぐものである。
【0040】
17はコア筒10の内周側に圧入等の手段により固定された筒状のばね受、18は該ばね受17と共に磁性筒体2内に設けられた弁ばねで、該弁ばね18は、図2に示すように弁体13とばね受17との間に圧縮状態で配設され、弁体13を閉弁方向に常時付勢している。そして、弁ばね18は、弁体13の弁部14を弁座部材11の弁座11Bに着座した状態に保持し、このときにアンカ部15の吸着部15Aとコア筒10との間には、図2に示す如く隙間Sが形成される。
【0041】
また、電磁コイル7に給電してヨーク5、コア筒10、アンカ部15等で閉磁路H(図2中に点線で図示)を形成したときには、アンカ部15の吸着部15Aがコア筒10に磁気的に吸着されるから、弁体13は弁ばね18のばね力に抗して弁部14を弁座部材11の弁座11Bから離座するものである。
【0042】
本実施の形態による燃料噴射弁は、上述の如き構成を有するもので、次に、弁体13のアンカ部15を成形して加工する工程について図4ないし図8を参照して説明する。
【0043】
まず、図4中のステップ1では、アンカ部15をMIM工法(金属射出成形)によるアンカ成形体21として図5に示すように成形する。この場合のアンカ成形体21は、磁性材料からなる金属粉末に、プラスチック材料とワックスからなるバインダーを均一に混練しておき、これを加熱溶融状態で射出成形機の金型(図示せず)内に注入、充填して成形される。
【0044】
このため、図5に示すアンカ成形体21には、吸着部15Aに対応する大径部21A側に例えば2個のゲート部22,22が残っている。また、アンカ成形体21は、アンカ部15の軸部15Bに対応する小径部21Bと、ばね収容部15Fに対応する段付穴部21Cと、通油孔15Gに対応する一対の孔部21D(一方のみ図示)と有している。
【0045】
そして、このアンカ成形体21は、前記金型から取出した後に脱脂炉(図示せず)内でバインダーを除去し、その後に焼結炉(図示せず)内で加熱して焼結され、金属組織の相対密度が95〜98%の範囲内となるように形成される。このため、アンカ成形体21の金属組織内には、例えば2〜5%の微細な独立空孔が形成されるものである。
【0046】
次に、図4に示すステップ2では、図5に示すアンカ成形体21の各ゲート部22を切削加工等の手段を用いて除去する。そして、次なるステップ3では、大径部21Aの外周面等を研削加工し、図6に示すようにアンカ部15を削出しにより形成する。
【0047】
このとき、アンカ部15の吸着部15Aには、その外周面に摺動面部15Cが全周にわたる小さな環状段部として形成される。そして、アンカ部15の吸着部15Aは、この摺動面部15Cを介して磁性筒体2の小径部2C内に摺動可能に挿嵌されるものである。
【0048】
また、次なるステップ4では、図6、図7に示す如く吸着部15Aの一側端面に研削加工を行うことにより、径方向内側に環状凸部15Dを形成すると共に、該環状凸部15Dを径方向外側から取囲む環状逃し面部15Eを、環状の平坦面部として形成する。そして、ステップ5ではアンカ部15の必要箇所にバリ取り加工等を適宜に行う。
【0049】
次に、ステップ6では、図6、図7に示す吸着部15Aの環状凸部15Dにプレス加工を施し、密着防止溝となる複数の凹溝16,16,…を、図8に示す如くアンカ部15の中心Oから径方向外側へと放射状に延びる扇形状(円弧状)の浅底溝として形成する。また、これらの凹溝16間には放射状に延びる凸部16A,16A,…を、プレス加工されていない非加工部として残すようにする。
【0050】
そして、その後はステップ7において、硬質クロムメッキ等によるメッキ処理を施し、アンカ部15を完成させる。また、このように形成されたアンカ部15には、軸部15Bの先端側に球形の弁部14をレーザ溶接等の手段を用いて固着し、図3に示す弁体13を製作する。
【0051】
次に、本実施の形態による燃料噴射弁の作動について説明する。まず、コネクタ9側から電磁コイル7に通電すると、図2中に点線で示すように閉磁路Hが形成され、この閉磁路Hは弁体13のアンカ部15とコア筒10との間の隙間Sを通過する。
【0052】
この結果、弁体13は、コア筒10によって磁気的に吸着され、弁ばね18に抗して軸方向に変位し、その弁部14が弁座部材11の弁座11Bから離座して開弁する。これにより、燃料通路3内に供給される燃料は、噴射口11Aからエンジンの吸気管、燃焼室(図示せず)等に向けて噴射される。
【0053】
一方、電磁コイル7への通電を停止すると、弁体13のアンカ部15とコア筒10との間の磁力が失われるので、弁体13の弁部14は、弁ばね18の付勢力で押動されることにより弁座部材11の弁座11Bに着座し、噴射口11Aを閉塞(閉弁)する。
【0054】
かくして、本実施の形態によれば、弁体13のアンカ部15を所謂MIM工法と呼ばれる金属射出成形手段を用いて段付筒状に形成し、該アンカ部15は金属組織の相対密度が95〜98%の範囲内となるように焼結させることにより、アンカ部15の金属組織内には残りの2〜5%の範囲で微細な独立空孔を形成する構成としている。
【0055】
このため、MIM工法によるアンカ部15の成形後に、図3、図8に示す如くアンカ部15の吸着部15A端面に密着防止用の凹溝16,16,…をプレス加工等で形成しても、プレスにより潰された部分の肉が吸着部15Aの内,外径側に逃げるのを前記空孔により吸収でき、吸着部15A(摺動面部15C)の外径寸法が変化するのを良好に抑えることができる。
【0056】
この場合、MIM工法により成形したアンカ部15は、磁気特性、強度および溶接性等を考慮すると、金属組織の相対密度を97〜98%の範囲内に設定するのが好ましい。しかし、金属組織の相対密度が95〜97%の範囲内にあるアンカ部15でも前述した作用効果が得られるものである。
【0057】
従って、本実施の形態によれば、MIM工法等の金属射出成形手段を用いることにより弁体13のアンカ部15を容易に形成でき、凹溝16の加工時にアンカ部15の外径が変化するのを確実に防止できる。
【0058】
そして、このように形成したアンカ部15からなる弁体13を、磁性筒体2の小径部2C内に摺動変位可能に組付けたときには、弁体13のアンカ部15と小径部2Cとの間の摺動抵抗を小さく抑えることができ、弁体13の開,閉弁時における応答性を確実に向上できる。
【0059】
また、アンカ部15の吸着部15A端面に密着防止用の凹溝16をプレス加工した後に、従来技術のように仕上げ用の研削加工等を再度行う必要がなくなる。これにより、仕上げ加工の工数を確実に減らすことができ、燃料噴射弁の弁体13を製作し、組立てる上での作業性を高めることができる。
【0060】
なお、前記実施の形態では、アンカ部15の吸着部15A端面(環状凸部15D)に放射状に延びる複数の凹溝16をプレス成形するものとして説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えばアンカ部15の環状凸部15Dに直線状に延びる互いに平行な複数の凹溝、曲線状に延びる複数の凹溝または複数の凹凸部等をプレス加工手段で形成し、これによって密着防止溝を構成してもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図2】図1中のコア筒、弁体および弁座部材等を拡大して示す縦断面図である。
【図3】図1中の弁体を単体で示す拡大断面図である。
【図4】アンカ部の成形、加工工程を示す流れ図である。
【図5】MIM工法で成形したアンカ部を単体で示す拡大断面図である。
【図6】アンカ部の外周面等に研削加工を施した状態を示す拡大断面図である。
【図7】図6に示すアンカ部の平面図である。
【図8】アンカ部の端面に複数の凹溝を形成した状態を示す図7と同様位置での平面図である。
【符号の説明】
2 磁性筒体
3 燃料通路
5 ヨーク
7 電磁コイル
10 コア筒
11 弁座部材
11A 噴射口
11B 弁座
13 弁体
14 弁部
15 アンカ部
16 凹溝(密着防止溝)
17 ばね受
18 弁ばね
H 閉磁路
Claims (2)
- 磁性材料により筒状に形成され内部が燃料通路となった磁性筒体と、磁性材料によって筒状に形成され該磁性筒体内に挿嵌して設けられたコア筒と、該コア筒よりも下流側に位置して前記磁性筒体内に設けられ燃料が流通する弁座を有する弁座部材と、前記コア筒と該弁座部材との間に位置して前記磁性筒体内に摺動変位可能に設けられ該弁座部材の弁座に離着座する弁体とを備えてなる燃料噴射弁において、
前記弁体は、前記磁性筒体内を軸方向に延び上流側の端部が前記コア筒と対向する筒状のアンカ部と、該アンカ部の下流側の端部に設けられ前記弁座部材の弁座に離着座する弁部とにより構成し、
前記弁体のアンカ部は、磁性材料からなる金属粉末を射出成形して相対密度が95〜98%の範囲内となるように焼結することにより形成し、
前記アンカ部の上流側端面には、該アンカ部の端面に複数の凹溝をプレス成形することにより形成され前記コア筒に対してアンカ部が密着するのを防ぐ密着防止溝を設ける構成としたことを特徴とする燃料噴射弁。 - 前記密着防止溝は、前記アンカ部の端面に形成された放射状に延びる複数の凹溝により構成してなる請求項1に記載の燃料噴射弁。
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