JP5142859B2 - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は，弁座を前端部に有する筒状の弁座部材と，この弁座部材の後端部に同軸状に結合される磁性円筒体と，この磁性円筒体の後端に同軸状且つ液密に溶接される非磁性円筒体と，非磁性円筒体の後端に同軸状且つ液密に溶接される中空円筒状の固定コアとで弁ハウジングを構成し，この弁ハウジング内に，前記弁座に着座し得る弁体と，この弁体の後端に結合されて固定コアの前端に対向する可動コアとで構成される弁組立体を収容し，弁ハウジングには，弁体を受け止めてその開弁ストロークを規制するストッパ部材を設け，弁体及び弁座部材をマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した電磁式燃料噴射弁に関し，特にアルコール燃料の噴射に適するように改良した電磁式燃料噴射弁に関する。

かゝる電磁式燃料噴射弁は，例えば下記特許文献１に開示されているように，既に知られている。
特許３８１９７４１号公報

かゝる電磁式燃料噴射弁は，ガソリン燃料の噴射に適するように開発されたものであるが，これをアルコール燃料の噴射に使用すると，性能劣化が著しいことが分かった。そして，それが次の原因によるものであることを本発明者らは究明した。

即ち，一般にマルテンサイト系ステンレス鋼製の弁体及び弁座部材は，これらを熱処理することにより，所望の硬度を確保している。しかしながら，かゝる電磁式燃料噴射弁を，アルコール燃料の噴射に使用すると，アルコール燃料中に存在する蟻酸や酢酸の影響により，弁体及び弁座部材の着座部に凝着摩耗が発生し，その結果，弁座の開度増により燃料噴射量が増加したり，弁体及び弁座の着座面積の増加による弁体の密着力の増加により，弁体の開弁応答性が低下して，燃料噴射量が減少したりする。

そこで，アルコール燃料耐性に強い特別な材料，例えばハイグレードマルテンサイト鋼のＸ１５ＴＮを選択して弁体及び弁座部材を構成することが考えられるが，そのような材料は高価であるため，電磁式燃料噴射弁のコストが著しく嵩んで好ましくない。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，マルテンサイト系ステンレス鋼製の弁体及び弁座部材を用いながら，アルコール燃料の噴射に使用しても，着座部での凝着摩耗の発生を抑え得るようにした電磁式燃料噴射弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，弁座を前端部に有する筒状の弁座部材と，この弁座部材の後端部に同軸状に結合される磁性円筒体と，この磁性円筒体の後端に同軸状且つ液密に溶接される非磁性円筒体と，非磁性円筒体の後端に同軸状且つ液密に溶接される中空円筒状の固定コアとで弁ハウジングを構成し，この弁ハウジング内に，前記弁座に着座し得る弁体と，この弁体の後端に結合されて固定コアの前端に対向する可動コアとで構成される弁組立体を収容し，弁ハウジングには，弁体を受け止めてその開弁ストロークを規制するストッパ部材を設け，弁体及び弁座部材をマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した電磁式燃料噴射弁において，弁体の硬度が弁座部材の硬度より大きくなるように，弁体及び弁座部材を互いに異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成したことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，ストッパ部材の硬度が弁体の硬度より小さくなるように，ストッパ部材を，弁体とは異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成することを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第１の特徴に加えて，弁体及び弁座部材の各表面を不動態処理することを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，弁体の硬度が弁座部材の硬度より大きくなるように，弁体及び弁座部材を異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成したことで，電磁式燃料噴射弁をアルコール燃料の噴射に使用しても，弁体及び弁座の凝着摩耗が少なくすることができ，したがって燃料噴射量変化率が小さい良好な燃料噴射特性を長期間安定させることができる。しかも，アルコール燃料専用の高価な材料を使用しないで済むので，コストアップを抑えることができる。

本発明の第２の特徴によれば，ストッパ部材の硬度が弁体の硬度より小さくなるように，ストッパ部材を，弁体とは異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成したことで，弁体及びストッパ部材の当接部の凝着摩耗を少なくすることができ，したがって，弁体の開弁ストロークの変化を抑えて，良好な燃料噴射特性を一層安定させることができる。

本発明の第３の特徴によれば，弁体及び弁座部材の表面に，不動態処理による不動態膜を形成することで，弁体及び弁座部材の防錆性能が向上し，電磁式燃料噴射弁の商品性を高めることができる。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の実施例に係る内燃機関用の電磁式燃料噴射弁の縦断面図，図２は本発明の実施例と比較例との，アルコール燃料噴射テストに基づく燃料噴射量変化率の比較グラフである。

先ず，図１において，電磁式燃料噴射弁Ｉの弁ハウジング１は，円筒状の弁座部材２と，この弁座部材２の後端部にＣ字状のストッパ部材７を挟んで同軸状に結合される磁性円筒体３と，この磁性円筒体３の後端に同軸状に結合される非磁性円筒体４と，この非磁性円筒体４の後端に同軸状に結合される中空円筒状の固定コア５と，この固定コア５の後端に同軸状に連設される燃料入口筒６とで構成される。

弁座部材２は，その後端部に縮径した連結筒部２ａを有し，また磁性円筒体３は，その前端部内周に環状凹部３ａを有しており，その環状凹部３ａに連結筒部２ａが圧入される。その際，環状凹部３ａの内端面と連結筒部２ａの端面との間で前記ストッパ部材７が挟持される。そして，磁性円筒体３は，その前端面で連結筒部２ａと全周に亙りレーザ溶接（その溶接部を符号Ｗ１で示す。）により結合される。こうして，弁座部材２及び磁性円筒体３は互いに同軸状に且つ液密に結合される。

また，磁性円筒体３及び非磁性円筒体４は，互いに突き合わせた対向端面で同じく全周に亙りレーザ溶接（その溶接部を符号Ｗ２で示す。）により互いに同軸状且つ液密に結合される。これら磁性円筒体３及び非磁性円筒体４は，互いに内径及び外径を等しくして，互いに内周面及び外周面を面一に連続させるように配置される。非磁性円筒体４の軸方向両端の内周縁部にはテーパ面４ａ，４ａが形成される。

さらに，非磁性円筒体４及び固定コア５は，互いに突き合わせた対向端面で同じく全周に亙りレーザ溶接（その溶接部を符号Ｗ３で示す。）により互いに同軸状且つ液密に結合される。固定コア５には，非磁性円筒体４内に向かって突出する吸引筒部５ａが形成されており，この吸引筒部５ａの外周面と非磁性円筒体４の内周面との間に環状間隙Ｇが設けられる。この環状間隙Ｇは，前記溶接部Ｗ３の液密検査に使用する圧力流体のスムーズな流入を許容しつゝ吸引筒部５ａの吸引能を満足させるように設定される。吸引筒部５ａの基端部にはフィレット５ｂが形成されており，このフィレット５ｂは，前記非磁性円筒体４の後端部内周縁の前記テーパ面４ａの内側に収められる。

弁座部材２には，その前端面に下流端を開口する円錐状の弁座８と，この弁座８の上流端，即ち大径部に連なる円筒状のガイド孔９と，弁座８の中心部を貫通する弁孔１０とが設けられている。弁座部材２の前端には，前記弁孔１０に連通する１又は複数の燃料噴孔１１を有するインジェクタプレート１２が液密に溶接される。

弁ハウジング１には弁組立体１５が収容される。この弁組立体１５は，前記ガイド孔９に軸方向摺動自在に収容される弁体１６と，この弁体１６の後端部にカシメにより一体に結合される可動コア１７とで構成されるもので，この弁組立体１５は，可動コア１７の後端と，前記固定コア５の吸引筒部５ａの前端とが非磁性円筒体４内で対向するように配置される。可動コア１７の後端には，固定コア５の中空部２０を磁性円筒体３及び非磁性円筒体４の両内側に連通させる複数の切欠き１７ａが設けられている。

弁体１６は，弁座８に着座し得る球状の弁部１６ａと，ガイド孔９に摺動自在に支承される前後一対のジャーナル部１６ｂ，１６ｂと，前記ストッパ部材７に当接して弁体１６の開弁限界を規定するフランジ１６ｃとを一体に備えており，各ジャーナル部１６ｂには，燃料の流通を可能にする複数の面取り部１８が設けられる。

固定コア５の中空部２０には，可動コア１７を弁体１６の閉じ方向，即ち弁座８への着座方向に付勢するコイル状の弁ばね２２と，この弁ばね２２の後端を支承するパイプ状のリテーナ２３とが収容される。燃料入口筒６の入口には燃料フィルタ２４が装着される。

非磁性円筒体３及び固定コア５の外周にはコイル組立体２５が嵌装される。このコイル組立体２５は，非磁性円筒体３及び固定コア５に外周面に嵌合するボビン２６と，これに巻装されるコイル２７とからなっており，このコイル組立体２５を囲繞するコイルハウジング２８の一端部が磁性円筒体３の外周面に溶接により結合される。

コイルハウジング２８，コイル組立体２５及び固定コア５は合成樹脂製の被覆体３０内に埋封され，この被覆体３０の中間部には，前記コイル２７に連なる接続端子３３を収容するカプラ３１が一体に連設される。

磁性円筒体３から弁座部材２にかけて，それらの外周に環状のシールホルダ３５が嵌合され，このシールホルダ３５と，弁座部材２の前端部に嵌着される合成樹脂製のキャップ３６との間に環状溝３７が画成され，この環状溝３７に，弁座部材２の外周面に密接するＯリング３８が装着される。このＯリング３８は，この電磁式燃料噴射弁Ｉを図示しないエンジンの燃料噴射弁取り付け孔に装着したとき，その取り付け孔の内周面に密接するようになっている。

また燃料入口筒６の入口部外周にはＯリング３９が装着され，このＯリング３９は，燃料入口筒６の外周に嵌装される燃料分配管（図示せず）の内周面に密接するようになっている。

而して，コイル２７を消磁した状態では，弁ばね２２の付勢力で可動コア１７及び弁体１６が前方に押圧され，その弁部１６ａが弁座８に着座している。したがって，燃料入口筒６に供給された高圧燃料は，燃料入口筒６は勿論，固定コア５，非磁性円筒体４，磁性円筒体３及び弁座部材２の各内部を満たして待機する。

コイル２７に通電すると，それにより生ずる磁束が固定コア５，コイルハウジング２８，磁性円筒体３及び可動コア１７を順次走り，その磁力により可動コア１７が固定コア５の吸引筒部５ａに吸引され，この可動コア１７と一体に移動する弁体１６が弁座８から離座して弁孔１０を開放するので，弁座部材３内の高圧燃料が，弁体１６の面取り部１８を経て弁座８及び弁孔１０を通過した後，燃料噴孔１１から図示しない内燃機関の吸気ポートに向けて噴射される。その際，弁体１６は，そのフランジ１６ｃがストッパ部材７に受け止められることで開弁ストロークが一定に規制される。

このような電磁式燃料噴射弁Ｉにおいて，弁体１６の硬度が弁座部材２の硬度より大きくなるように，弁体１６及び弁座部材２は，互いに異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成される。そして，これら弁体１６及び弁座部材２の表面には，不動態処理による不動態膜が形成される。
〔実施例１〕
弁体１６はＡＴＳ３４（硬度ＨＶ＝７８０）で，弁座部材２はＳＵＳ４４０Ｃ（硬度ＨＶ＝７４０）で構成される。
〔実施例２〕
弁体１６はＡＴＳ３４（硬度ＨＶ＝７８０）で，弁座部材２はＳＵＳ４２０Ｊ２（硬度ＨＶ＝６５０〜７００）で構成される。
〔比較例１〕
弁体１６はＳＵＳ４４０Ｃ（硬度ＨＶ＝７４０）で，弁座部材２はＡＴＳ３４（硬度ＨＶ＝７８０）で構成される。
〔比較例２〕
弁体１６及び弁座部材２は，何れもＳＵＳ４４０Ｃ（硬度ＨＶ＝約７４０）で構成される。

尚，上記実施例１，２，及び比較例１，２の各材料に上記硬度を付与するために，９５０°〜１０００°で焼き入れし，その後１８０°〜２５０°で焼き戻しを行った。

上記実施例１，２，及び比較例１，２の弁体１６及び弁座部材２をそれぞれ組み込んだ同一仕様の電磁式燃料噴射弁Ｉをそれぞれ複数個用意し，アルコール燃料を使用して，これら電磁式燃料噴射弁Ｉについて約３億回の燃料噴射テストを行い，２ｍｓｅｃ開弁時の燃料噴射量の変化率（％）〔（テスト終期の燃料噴射量−テスト初期の燃料噴射量）／テスト初期の燃料噴射量〕を調べたところ，図２のグラフに示す結果を得た。

図２において，燃料噴射量変化率の「＋」は，弁体１６の開弁１回当たりの燃料噴射量の増加を示し，「−」はその減少を示す。上記燃料噴射量の増加は，弁体１６及び弁座８の凝着摩耗による弁座開度の増加に起因し，上記燃料噴射量の減少は，弁体１６及び弁座８の凝着摩耗により，弁体１６の弁座８に対する着座面積が増加し，両者の密着作用で弁体１６の開弁応答性が低下したことによる。

而して，弁体１６の硬度が弁座部材２の硬度より大きくなるように，弁体１６及び弁座部材２を異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した第１及び第２実施例では，燃料噴射量変化率が少なく，したがって弁体１６及び弁座８の凝着摩耗が少ない。

それに対して，弁体１６及び弁座部材２の材料を，第１実施例の場合と反対の関係にした比較例１では，燃料噴射量変化率が「−」側に増加し，弁体１６及び弁座８の凝着摩耗が大きい。

また弁体１６及び弁座部材２を，同一硬度のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した比較例２では，主として燃料噴射量変化率が「＋」側に大きく増加し，弁体１６及び弁座８の凝着摩耗が大きい。

以上より明らかなように，弁体１６の硬度が弁座部材２の硬度より大きくなるように，弁体１６及び弁座部材２を異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した電磁式燃料噴射弁Ｉでは，これをアルコール燃料の噴射に使用しても，弁体１６及び弁座８の凝着摩耗が少なく，したがって燃料噴射量変化率が小さい良好な燃料噴射特性を長期間安定させることができる。しかも，アルコール燃料専用の高価な材料を使用しないで済むので，コストアップを抑えることができる。

さらに，弁体１６及び弁座部材２の表面には，不動態処理による不動態膜が形成されるので，それらの防錆性能が向上し，電磁式燃料噴射弁Ｉの商品性を高めることができる。

また，ストッパ部材７の硬度が弁体１６の硬度より小さくなるように，ストッパ部材７を，弁体１６とは異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成すれば，弁体１６及びストッパ部材７の当接部の凝着摩耗を少なくすることができ，したがって，弁体１６の開弁ストロークの変化を抑えて，良好な燃料噴射特性を一層安定させることができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

本発明の実施例に係る内燃機関用の電磁式燃料噴射弁の縦断面図。 本発明の実施例と比較例との，アルコール燃料噴射テストに基づく燃料噴射量変化率の比較グラフ。

Ｉ・・・・・燃料噴射弁
１・・・・・弁ハウジング
２・・・・・弁座部材
３・・・・・磁性円筒体
４・・・・・非磁性円筒体
５・・・・・固定コア
７・・・・・ストッパ部材
８・・・・・弁座
１５・・・・弁組立体
１６・・・・弁体
１７・・・・可動コア

Claims (3)

1. 弁座（８）を前端部に有する筒状の弁座部材（２）と，この弁座部材（２）の後端部に同軸状に結合される磁性円筒体（３）と，この磁性円筒体（３）の後端に同軸状且つ液密に溶接される非磁性円筒体（４）と，非磁性円筒体（４）の後端に同軸状且つ液密に溶接される中空円筒状の固定コア（５）とで弁ハウジング（１）を構成し，この弁ハウジング（１）内に，前記弁座（８）に着座し得る弁体（１６）と，この弁体（１６）の後端に結合されて固定コア（５）の前端に対向する可動コア（１７）とで構成される弁組立体（１５）を収容し，弁ハウジング（１）には，弁体（１６）を受け止めてその開弁ストロークを規制するストッパ部材（７）を設け，弁体（１６）及び弁座部材（２）をマルテンサイト系ステンレス鋼で構成した電磁式燃料噴射弁において，
   弁体（１６）の硬度が弁座部材（２）の硬度より大きくなるように，弁体（１６）及び弁座部材（２）を互いに異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成したことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
2. 請求項１記載の電磁式燃料噴射弁において，
   ストッパ部材（７）の硬度が弁体（１６）の硬度より小さくなるように，ストッパ部材（７）を，弁体（１６）とは異種のマルテンサイト系ステンレス鋼で構成することを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
3. 請求項１記載の電磁式燃料噴射弁において，
   弁体（１６），弁座部材（２）の各表面に，不動態処理による不動態膜を形成したことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。

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