JP4135187B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）の燃料噴射弁に関する。

従来、弁部材を電磁的に駆動する燃料噴射弁が公知である。このような燃料噴射弁は、弁部材と一体に軸方向へ往復移動する可動コアと、可動コアと対向して固定されている固定コアとを備えている。コイルへの通電に対する一体の可動コアおよび弁部材の応答性を高めるため、可動コアおよび弁部材は軽量化を図る必要がある。これら可動コアおよび弁部材は、例えば冷鍛加工および切削加工などを経て製造される。そのため、重量の増加および加工の複雑化を招いている。そこで、可動コアまたは弁部材の軽量化が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特表平９−５０３２６７号公報 特開平１０−２７４１２９号公報

特許文献１に開示されている燃料噴射弁では、弁部材であるニードルは中空に形成されている。これにより、軸方向へ往復移動するニードルおよび可動コアの総重量を軽減している。しかしながら、ニードルの端部に設置されている可動コアは、従来の構造である。すなわち、特許文献１では、可動コアは、冷鍛加工や切削加工などの塑性加工によって形成されている。そのため、可動コアの重量の軽減は困難である。

また、特許文献２に開示されている燃料噴射弁は、可動コアおよびニードルを中空で一体に形成することにより、軽量化を図っている。一体の可動コアおよびニードルは、軸方向において噴孔とは反対側の端部においてフランジと衝突することにより、軸方向の移動が制限される。すなわち、開弁時において、一体の可動コアおよびニードルはフランジと衝突することにより、リフト量が規定される。そのため、一体の可動コアおよびニードルは、作動にともなってフランジとの衝突を繰り返す。しかしながら、一体の可動コアおよびニードルは薄肉状の端部がフランジと衝突する。そのため、一体の可動コアおよびニードルは、耐久性が低下する。一体の可動コアおよびニードルの耐久性を高めるためには、肉厚を増大する必要がある。その結果、一体の可動コアおよびニードルの重量の増加を招き、応答性が低下するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、可動コアの耐久性が高く、軽量で応答性の高い燃料噴射弁を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、加工が容易であり工数が低減される可動コアの製造方法を提供することにある。

請求項１記載の発明では、可動コアは継ぎ目なく一体の薄肉筒状に形成されている。可動コアは、衝突を繰り返す固定コア側の端部が少なくとも二重に折り返されている。これにより、可動コアの固定コア側の端部は、少なくとも二重となり、強度が大きくなる。したがって、簡単な構造で可動コアの耐久性を高めることができる。また、可動コアは、耐久性を高めるために肉厚を増大する必要がなく、重量の増加を招かない。そのため、可動コアの作動応答性は高められる。したがって、耐久性および応答性の向上を両立することができる。

請求項２記載の発明では、可動コアは肉厚が概ね均一である。例えば、冷鍛および切削加工などにより可動コアを形成する場合、可動コアの肉厚は各部において異なる。これに対し、本発明の可動コアは、各部において均一な肉厚を有している。そのため、例えば板状の材料を加工することにより、可動コアを形成可能である。その結果、可動コアの形成が容易になり、加工工数の低減を図ることができる。

請求項３記載の発明では、可動コアは固定コアと対向する端部が外周側に折り曲げられている。これにより、可動コアの固定コア側の端部は、少なくとも二重となり、強度が大きくなる。したがって、簡単な構造で可動コアの耐久性を高めることができる。
請求項４記載の発明では、可動コアの固定コアと反対側の端部には弁部材が設置されている。これにより、一体の可動コアおよび弁部材は、弁部材側の重量が大きくなる。そのため、一体に移動する可動コアおよび弁部材は、重心が弁部材側に位置する。したがって、弁部材の軸の調整を容易にすることができる。

請求項５記載の発明では、弁部材と可動コアとは継ぎ目なく一体に設置されている。そのため、一体の弁部材および可動コアは、薄肉の中空状に形成される。これにより、軸方向へ往復移動する一体の弁部材および可動コアは、軽量化が図られる。また、可動コアの固定コア側の端部は少なくとも二重に折り返されているので、耐久性が高い。したがって、耐久性および応答性の向上を両立することができる。

請求項６記載の発明では、可動コアは平板状の材料から筒部を形成している。形成した筒部の一方の端部側を折り返すことにより、可動コアの一方の端部側は少なくとも二重の筒状に形成される。これにより、筒部の形成および端部の折り返しにより、薄肉筒状で軽量かつ耐久性の高い可動コアが形成される。したがって、加工が容易であり工数を低減することができる。

請求項７記載の発明では、平板状の材料の突出変形させて筒部を形成し、形成した筒部の一方の端部につば部を切り出し、切り出したつば部を他方の端部側へ折り曲げることにより、一方の端部側が少なくとも二重に折り曲げられた可動コアが形成される。そのため、複雑な加工を必要としない。したがって、加工が容易であり工数を低減することができる。
請求項８記載の発明では、筒部のつば部とは反対側の端部は除去される。これにより、筒部は軸方向に貫通する。これにより、例えば筒部の内周側に弁部材を設置したり、筒部の内側を燃料が流れる燃料通路とすることができる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁（以下、燃料噴射弁を「インジェクタ」という。）を図１に示す。第１実施形態によるインジェクタ１０は、例えばガソリンエンジンの燃焼室に吸入される吸気に燃料を噴射する。なお、インジェクタ１０は、ガソリンエンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式のガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンに適用してもよい。

インジェクタ１０の収容パイプ１１は、薄肉の略円筒形状に形成されている。収容パイプ１１は、第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４を有している。非磁性部１３は、第一磁性部１２と第二磁性部１４との磁気的な短絡を防止している。第一磁性部１２と非磁性部１３、および非磁性部１３と第二磁性部１４とは、例えばレーザ溶接などにより一体に接続されている。なお、収容パイプ１１は、例えば磁性材料により一体に成形し、非磁性部１３に対応する部分を熱加工などによって非磁性化してもよい。収容パイプ１１は、軸方向の一方の端部に燃料入口１５を有している。燃料入口１５は、図示しない燃料ポンプから燃料が供給される。燃料入口１５に供給された燃料は、燃料フィルタ１６を経由して収容パイプ１１の内周側に流入する。燃料フィルタ１６は、収容パイプ１１の端部に設置され、燃料に含まれる異物を除去する。

収容パイプ１１の燃料入口１５とは反対側の端部、すなわち第一磁性部１２の内周側には弁ボディ２０が設置されている。弁ボディ２０は、略円筒状に形成され、第一磁性部１２の内周側に固定されている。弁ボディ２０は、先端に近づくにつれて内径が小さくなる円錐状の内壁に弁座２１を有している。弁ボディ２０は、収容パイプ１１とは反対側の端部に噴孔プレート２２を有している。噴孔プレート２２は、弁ボディ２０側の端面と弁ボディ２０とは反対側の端面とを連通する噴孔２３を形成している。

弁部材としてのニードル２４は、第一磁性部１２および弁ボディ２０の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル２４は、収容パイプ１１および弁ボディ２０と概ね同軸上に配置されている。ニードル２４は、噴孔プレート２２側の端部近傍にシール部２５を有している。シール部２５は、弁ボディ２０に形成されている弁座２１と接触可能である。ニードル２４は、弁ボディ２０との間に燃料が流れる燃料通路２６を形成する。燃料通路２６は、ニードル２４のシール部２５が弁座２１から離座することにより噴孔２３に連通する。

インジェクタ１０は、ニードル２４を駆動する駆動部３０を有している。駆動部３０は、電磁駆動部であり、コイル３１、ハウジング３２、固定コア３３および固定コア３３を有している。コイル３１は、樹脂で筒状に形成されているスプール３４に巻かれている。ハウジング３２は、磁性材料から形成され、コイル３１の外周を覆っている。コイル３１およびハウジング３２、ならびに収容パイプ１１の外周側は、樹脂モールド３５により覆われている。コイル３１は、配線部材３６を経由してコネクタ３７に設置されているターミナル３８に電気的に接続している。コネクタ３７は、樹脂モールド３５と一体に形成されている。

固定コア３３は、収容パイプ１１を挟んでコイル３１の内周側に固定されている。固定コア３３は、例えば鉄などの磁性材料により略円筒状に形成されている。固定コア３３は、可動コア４０との間に所定の隙間を形成して設置されている。この固定コア３３と可動コア４０との間の隙間は、ニードル２４のリフト量に対応する。

可動コア４０は、収容パイプ１１の内周側に軸方向へ往復移動可能に設置されている。可動コア４０は、噴孔２３とは反対側の端部が固定コア３３と対向している。可動コア４０の外壁は収容パイプ１１の内壁と摺動可能である。これにより、可動コア４０は、収容パイプ１１の内壁に案内されて軸方向へ往復移動する。可動コア４０は、筒状に形成されており、噴孔２３側の端部の内周側にニードル２４が固定されている。ニードル２４は、可動コア４０の内周側に例えば圧入あるいは溶接などにより固定されている。これにより、ニードル２４および可動コア４０は、一体に軸方向へ往復移動可能である。

可動コア４０と一体に接続しているニードル２４は、噴孔２３とは反対側の端部が弾性部材としてのスプリング１７と接している。スプリング１７は、軸方向の一方の端部がニードル２４に接し、他方の端部がアジャスティングパイプ１８に接している。アジャスティングパイプ１８は、例えば圧入などにより固定コア３３の内周側に固定されている。スプリング１７は、軸方向へ伸長する力を有している。そのため、一端が固定されているスプリング１７は、他端側において一体の可動コア４０およびニードル２４を弁座２１に着座する方向へ押し付ける。固定コア３３に圧入されているアジャスティングパイプ１８の圧入量を調整することにより、スプリング１７の荷重は調整される。コイル３１に通電していないとき、一体の可動コア４０およびニードル２４は弁座２１側へ押し付けられ、シール部２５は弁座２１に着座する。

可動コア４０は、図２に示すように薄肉の筒状に形成されている。可動コア４０は、第一筒部４１、第二筒部４２および折り返し部４３を有している。可動コア４０は、第一筒部４１、第二筒部４２および折り返し部４３が周方向および軸方向へ継ぎ目なく一体に形成されている。また、可動コア４０は、第一筒部４１、第二筒部４２および折り返し部４３が概ね均一な肉厚を有している。第一筒部４１は、内周側にニードル２４が固定される。

第二筒部４２は、可動コア４０の固定コア３３側の端部を外周側へ折り返すことにより、第一筒部４１の外周側に設置される。第二筒部４２は、第一筒部４１と概ね同心円状に第一筒部４１の外側に位置している。これにより、可動コア４０は、固定コア３３側の端部において二重の筒状となっている。折り返し部４３は、可動コア４０の固定コア３３側の端部において第一筒部４１および第二筒部４２を接続している。これにより、可動コア４０は、固定コア３３側の端部において折り返し部４３が固定コア３３の可動コア４０側の端部と対向している。可動コア４０は、第一筒部４１に内周側と外周側とを連通する燃料孔４４を有している。

可動コア４０の固定コア３３側の端部を折り返すことにより、可動コア４０は折り返し部４３が固定コア３３と対向する。これにより、可動コア４０は、固定コア３３と対向する断面積が一重の筒状の可動コア４０と比較して拡大する。そのため、可動コア４０を薄肉の筒状に形成する場合でも、可動コア４０の固定コア３３側の強度は増大する。その結果、可動コア４０は、固定コア３３との衝突に対する耐久性が向上する。また、可動コア４０の固定コア３３側の断面積が拡大することによって、可動コア４０は固定コア３３側の端部において磁束の飽和が生じにくくなる。そのため、固定コア３３と可動コア４０との間では、一体の可動コア４０およびニードル２４の駆動に十分な磁気吸引力が発生する。

次に、上述した可動コア４０の製造方法について説明する。
可動コア４０は、図３（Ａ）に示すように薄板状の板部材５０から形成される。板部材５０の板厚は、可動コア４０の第一筒部４１および第二筒部４２の肉厚に対応する。板部材５０は、例えばプレス加工などを行うことにより、一部が一方の面側に筒状に突出する。これにより、板部材５０には、図３（Ｂ）に示すように変形していない平板部５１と、平板部５１から一方の面側に突出する筒部５２とが形成する。このとき、筒部５２は、平板部５１とは反対側の端部が塞がれており、有底の筒状に形成される。

筒部５２が形成されると、平板部５１から筒部５２が切り出される。このとき、筒部５２は、平板部５１側の端部において径方向外側に所定の幅を確保しつつ切り出される。これにより、筒部５２は、図３（Ｂ）に示すように軸方向の一方の端部に径方向外側に円環状に伸びるつば部５３が形成される。つば部５３を有する筒部５２は、例えばプレスによる打ち抜きなどにより、切り出される。

つば部５３を有する筒部５２が切り出されると、筒部５２のつば部５３とは反対側の端部が除去される。上述のように筒部５２は有底の筒状である。そのため、筒部５２は、つば部５３とは反対側の端部が塞がれている。筒部５２のつば部５３との反対側の端部を除去することにより、図３（Ｃ）に示すように筒部５２は軸方向の両端部が開放した筒状に形成される。

筒部５２の端部が除去されると、図３（Ｄ）に示すようにつば部５３は筒部５２の除去された端部側へ折り返される。つば部５３を折り返すことにより、筒部５２と折り返されたつば部５３との接続部分は曲面状に形成される。筒部５２と折り返されたつば部５３は、肉厚がほぼ均一である。つば部５３を折り返すことにより、筒部５２の外周側には折り返されたつば部５３が位置する。これにより、固定コア３３側の端部が二重となり、可動コア４０が形成される。

次に、上記構成のインジェクタ１０の作動について説明する。
コイル３１への通電が停止されているとき、固定コア３３と可動コア４０との間には磁気吸引力が発生しない。そのため、可動コア４０はスプリング１７の押し付け力によって固定コア３３とは反対側へ移動するとともに、可動コア４０と一体のニードル２４も固定コア３３とは反対側へ移動している。その結果、コイル３１への通電が停止されているとき、ニードル２４のシール部２５は弁座２１に着座している。したがって、燃料通路２６と噴孔２３との間は遮断され、燃料は噴孔２３から噴射されない。

コイル３１に通電されると、コイル３１に発生した磁界によりハウジング３２、第一磁性部１２、可動コア４０、固定コア３３および第二磁性部１４には磁気回路が形成され、磁束が流れる。これにより、スプリング１７の押し付け力によって互いに離れている固定コア３３と可動コア４０との間には、磁気吸引力が発生する。固定コア３３と可動コア４０との間に発生する磁気吸引力がスプリング１７の押し付け力よりも大きくなると、一体の可動コア４０およびニードル２４は固定コア３３方向へ移動する。これにより、ニードル２４のシール部２５は弁座２１から離座する。一体の可動コア４０およびニードル２４は、可動コア４０が固定コア３３に接するまで図１の上方へ移動する。

燃料入口１５からインジェクタ１０の内部へ流入する燃料は、燃料フィルタ１６、収容パイプ１１の内周側、固定コア３３の内周側、可動コア４０の燃料孔４４および収容パイプ１１とニードル２４との間を経由して燃料通路２６へ流入する。燃料通路２６に流入した燃料は、弁座２１から離座したニードル２４と弁ボディ２０との間を経由して噴孔プレート２２が形成する噴孔２３へ流入する。これにより、噴孔２３から燃料が噴射される。

コイル３１への通電を停止すると、固定コア３３と可動コア４０との間の磁気吸引力は消滅する。これにより、ニードル２４と一体の可動コア４０はスプリング１７の押し付け力により固定コア３３とは反対側へ移動する。そのため、シール部２５は再び弁座２１に着座し、燃料通路２６と噴孔２３との間は遮断される。したがって、燃料の噴射は終了する。

第１実施形態では、可動コア４０は継ぎ目なく一体かつ肉厚がほぼ均一な筒状に形成されている。可動コア４０は、固定コア３３側の端部が折り返されることにより、固定コア３３側の端部が二重の円筒状に形成される。そのため、可動コア４０は、固定コア３３側の端部において断面積が増大し、強度が向上する。これにより、作動によって固定コア３３との衝突を繰り返す場合でも、可動コア４０は強度が確保され耐久性が向上する。また、薄肉であるため、可動コア４０は軽量にすることができる。そのため、コイル３１への通電に対する可動コア４０の作動応答性は向上する。したがって、耐久性と応答性の向上を両立して達成することができる。

第１実施形態では、可動コア４０は、固定コア３３側の端部を折り返すことにより、断面積が増大する。これにより、強度が向上するだけでなく、可動コア４０は磁束が飽和しにくくなる。そのため、コイル３１の通電時において、固定コア３３と可動コア４０との間は十分な磁束の流れが確保される。したがって、可動コア４０が薄肉であっても、固定コア３３と可動コア４０との間では磁気吸引力を十分に確保することができる。

第１実施形態では、可動コア４０が軽量化される。そのため、可動コア４０とニードル２４とを一体に接合したとき、一体の部材はニードル２４側の重量が大きくなる。これにより、一体の可動コア４０およびニードル２４は、重心がニードル２４側に位置する。したがって、一体の可動コア４０およびニードル２４の重心が弁座２１側へ位置し、ニードル２４の軸の確保および軸の調整を容易にすることができる。

第１実施形態では、可動コア４０は薄板状の板部材５０から例えばプレス加工などによって形成される。そのため、可動コア４０は、例えば冷鍛加工および切削加工で形成する場合と比較して、各部がほぼ均一な厚さとなり、かつ簡単な形状となる。これにより、可動コア４０は、軽量化されるとともに、加工が容易になる。したがって、可動コア４０を製造する際の加工工数を低減することができる。また、可動コア４０は薄肉であるため、ニードル２４との接合を例えば溶接などにより容易に実施することができる。

（変形例）
本発明の第１実施形態による可動コアの変形例をそれぞれ図４に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第１実施形態の変形例は、可動コア４０の固定コア３３側の端部の折り返し形状が異なっている。
図４（Ａ）に示すように、可動コア４０は折り返し部４３の固定コア３３側の端面を平坦に形成してもよい。可動コア４０は、固定コア３３側の端部が折り返されることにより、第一筒部４１の外周側に第二筒部４２が設置される。可動コア４０は、固定コア３３側の端部が折り返された後、形成された折り返し部４３の固定コア３３側の端面が例えば研磨あるいは切削などにより除去される。これにより、折り返し部４３の固定コア３３側の端部は、平坦に形成される。

図４（Ｂ）に示すように、可動コア４０は固定コア３３側の端部に巻き込み部４５を有していてもよい。巻き込み部４５では、可動コア４０の固定コア３３側の端部が外周側から内周側へ渦巻き状に巻き込まれている。
図４（Ｃ）に示すように、可動コア４０は固定コア３３側の端部に三重に折り返された多層部４６を有していてもよい。可動コア４０の多層部４６では、固定コア３３側の端部が噴孔２３側へ一端折り返された後、さらに固定コア３３側へ折り返されている。
上記の変形例で説明したように、可動コア４０の固定コア３３側の端部は、第１実施形態の形状に限らず、任意の折り返し形状を適用することができる。また、可動コア４０は、三重に限らず四重以上の折り返し形状を有していてもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による可動コアを図５に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態の場合、図５に示すようにインジェクタ１０は単一の部材からなる可動部材６０を備えている。可動部材６０は、軸方向および周方向へ継ぎ目なく一体に形成されている。可動部材６０は、可動コア部６１とニードル部６２とを有している。すなわち、可動部材６０は、可動コアとニードルとを一体に有している。可動コア部６１は、可動部材６０の固定コア３３側の端部に設置されている。可動コア部６１は、固定コア３３側の端部が噴孔２３側へ折り返されている。ニードル部６２は、可動コア部６１部とは反対側の端部に弁座２１に着座可能なシール部６３を有している。ニードル部６２は、可動コア部６１とは反対側の端部が底部６４により塞がれている。シール部６３は、底部６４の外周面に設置されている。底部６４の可動コア部６１側には、可動部材６０の内周側と燃料通路２６とを連通する燃料孔６５を有している。

可動部材６０は、可動コア部６１からニードル部６２まで薄肉の単一の部材で形成されている。そのため、一体の可動部材６０は軽量化がより促進される。また、可動コア部６１とニードル部６２とは一体であるため、可動部材６０は部品点数が低減される。したがって、軽量かつ簡単な構造で可動部材６０を構成することができる。また、可動部材６０は、固定コア３３側の端部が噴孔２３側へ折り返されている。そのため、第１実施形態と同様に可動部材６０の耐久性を向上することができる。さらに、可動部材６０は、薄板状の板部材５０から例えばプレス加工などにより形成される。したがって、加工工数を低減することができる。

以上、各実施形態を個別に説明したが、複数の実施形態を組み合わせてもよい。例えば、第５実施形態の可動部材６０に、第２、第３または第４実施形態の折り返し形状を適用することができる。また、上述した複数の実施形態では、弁ボディ２０に噴孔２３を形成する噴孔プレート２２を設置する例について説明した。しかし、弁ボディ２０に直接噴孔２３を設置してもよい。

本発明の第１実施形態によるインジェクタを示す断面図である。 本発明の第１実施形態によるインジェクタの可動コアおよびニードルを示す部分断面図である。 本発明の第１実施形態によるインジェクタの可動コアを製造する流れを示す概略斜視図、および各工程で形成された部材を中心軸に沿って切断した断面図である。 本発明の第１実施形態によるインジェクタの可動コアおよびニードルの変形例を示す部分断面図である。 本発明の第２実施形態によるインジェクタを示す断面図である。

符号の説明

１０ インジェクタ（燃料噴射弁）、２３ 噴孔、２４ ニードル（弁部材）、３１ コイル、３３ 固定コア、４０ 可動コア、５１ 平板部、５２ 筒部、５３ つば部、６１ 可動コア部、６２ ニードル部（弁部材）

Claims (8)

1. 軸方向へ往復移動する可動コアと、
   前記可動コアの一方の端部側に前記可動コアと対向して設置され、コイルへの通電時に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を備え、
   前記可動コアは、継ぎ目なく一体の筒状に形成され、前記固定コアと対向する端部が少なくとも二重に折り返されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記可動コアは、肉厚が概ね均一であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記可動コアは、前記固定コアと対向する端部が外周側に折り曲げられていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。
4. 噴孔への燃料の流れを断続する弁部材を備え、
   前記弁部材は、前記可動コアの前記固定コアと反対側の端部に設置されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料噴射弁。
5. 噴孔への燃料の流れを断続する弁部材を備え、
   前記弁部材は、前記可動コアの前記固定コアと反対側の端部に前記可動コアと継ぎ目なく一体に接続していることを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料噴射弁。
6. 平板状の材料から筒状の筒部を形成し、前記筒部の一方の端部側を他方の端部側へ折り返して前記一方の端部側を少なくとも二重の筒状に形成することを特徴とする可動コアの製造方法。
7. 前記平板状の材料を一方の面側に突出変形させ、平板部から突出する筒状の筒部を形成する段階と、
   前記筒部の前記平板部側の端部を径方向外側につば状に切り出し、前記筒部の一方の端部側につば部を形成する段階と、
   前記つば部を前記筒部の他方の端部側に折り曲げる段階と、
   を含むことを特徴とする請求項６記載の可動コアの製造方法。
8. 前記筒部の前記つば部とは反対側の端部を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７記載の可動コアの製造方法。

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