JP5178802B2

JP5178802B2 - 燃料噴射弁及びその製造方法

Info

Publication number: JP5178802B2
Application number: JP2010238535A
Authority: JP
Inventors: 章男新宮; 敬士中野; 毅宗実
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: JP2012092672A

Description

この発明は、主に内燃機関の燃料供給系に使用される電磁式燃料噴射弁及びその製造方法に関するものである．

従来の一般的な燃料噴射弁1は、図５に示すように閉弁機構にスプリング１６を使用しており、スプリング１６の一端は、ニードルパイプ１５もしくはニードルパイプ１５と一体化したアマチュア１３に固定され、もう一方の一端は、コア１２の内部に圧入されスプリング１６の荷重を調整するロッド１１に係止されることで圧縮固定されている。このとき、スプリング１６は径方向の動作規制のため、一端がコア１２の内径で、もう一方の一端はアマチュア１３の内径もしくはニードルパイプ１５でガイドされており、これらガイド部のクリアランスの和だけスプリング１６の両端間で軸ずれが許容されており、各部品の内径公差や組立の精度によってスプリング１６の倒れや座屈の発生を抑制している。
また、図６に示す従来の燃料噴射弁では、スプリング１６の荷重を調整するロッド１１に、軸ずれを防止するガイド機構１７を設置し、スプリング１６の倒れや座屈をより効果的に抑制する燃料噴射弁が開発されている（特許文献１参照）。
また、図７に示す従来の燃料噴射弁では、ニードルパイプ１５に、ガイド機構１７を設置し、スプリング１６を内径側からガイドすることでスプリング１６の軸ずれを防止し、スプリング１６の倒れや座屈をより効果的に抑制する燃料噴射弁が開発されている（特許文献２参照）。

特開２０００−３２０４３０号公報特開２００６−２４２１１８号公報

従来の燃料噴射弁では、上述のように一端がコア１２の内径で、もう一方の一端がアマチュア１３の内径もしくはニードルパイプ１５でガイドされ、これらガイド部のクリアランスの和だけスプリング１６の両端間で軸ずれが許容されているが、必ずしも万全ではなく各部品の内径公差や組立の精度によってはスプリングの倒れや座屈の大きなものが発生することがある。
スプリング１６の倒れや座屈の発生が大きなものになった場合、駆動時にスプリング１６とアマチュア１３及びコア１２の内径との擦れが著しくなって、スプリング１６より硬度の低い磁性材などが用いられているアマチュア１３やコア１２は、その内径側が削られて擦れ屑が発生することがあり、その擦れ屑がボール５とバルブシート７の弁座部７ａの間に噛み込むと弁座部７ａが磨耗したり、最悪の場合には閉弁不良といった耐久性能の悪化が懸念される。

また、従来の燃料噴射弁では、スプリング１６が係止されているニードルパイプ１５もしくはアマチュア１３に対してスプリング１６の回転が許容されている。この結果、駆動時のスプリング１６に発生する微小な伸縮運動に起因してスプリング１６が回転し、倒れや座屈量が変化してスプリング１６のセット荷重やスプリング１６の擦れに依存した摺動抵抗にばらつきが生じて噴射量精度が悪化する問題がある。

また、大きな倒れや座屈があった場合に、組立後にスプリング１６の状態を可視するにはＣＴスキャンやＸ線撮影などが必要であり、しかも複数断面を確認しないと判別できないといった問題がある。つまり、組立後に大きな倒れや座屈が発生しているものがあっても従来の構造及び製造方法では排除することが困難である。
また、駆動（摺動）に伴い、スプリング１６が回転するなどしてスプリング１６の倒れや座屈程度が変化することで噴射量精度にばらつきが生じたり、噴射量が経年変化したりすることがあった。

この発明では、スプリング１６の倒れや座屈が著しく大きいものの発生を抑制し、さらに、倒れや座屈が大きくなる因子を部品段階で排除することで製造コスト低減や品質向上を達成するものである。さらに、スプリング１６がニードルパイプ１５及び可動コア（アマチュア）１３に対して回転し、駆動に伴ったスプリング１６の倒れ、座屈変化を抑制し、噴射量精度の悪化を防ぐことを目的とするものである。

また、図６（特許文献１参照）に示す従来の燃料噴射弁は、ニードルパイプ１５ではなくスプリング１６の荷重を調整するロッド１１にガイド機構１７となる突起を設置してスプリング１６をこの突起部に挿入し、スプリング１６を内径側からガイドすることでスプリング１６の軸ずれを抑制してスプリング１６の軸ずれを防止し、スプリング１６の倒れや座屈をより効果的に抑制する効果を狙ったものであるが、この燃料噴射弁では、ロッド１１はコア１２に圧入される構造が一般的である。その結果、この構造ではスプリング１６がニードルパイプ１５もしくはアマチュア１３に完全結合されていないためロッド１１を圧入していく際に圧入に伴った変形がロッド１１に生じ、この変形に付随してガイド機構１７を含めスプリング１６に倒れが発生してしまう欠点がある。また、スプリング１６の両端における軸ずれ許容度が大きく、また回転も許容しているといった欠点がある。なお、ガイド機構１７となる突起部でスプリング１６を圧入結合すると解釈した場合においても圧入代を精密に管理しないとスプリング１６の特性が変化するため、ガイド機構１７とスプリング１６の内径を厳しく管理する必要があり、この発明のかしめ結合の管理に比べて管理コストが大きくなる欠点がある。しかし、この発明においては、スプリング１６を一体化するニードルパイプ１５は圧入などによる変形がないため、このような問題は起こらない。

また、図７（特許文献２参照）に示す従来の燃料噴射弁は、ニードルパイプ１５にスプリング１６のガイド機構１７となる突起を設置してスプリング１６をこの突起部に挿入し、スプリング１６の軸ずれを抑制して上記の効果を狙ったものであるが、この構造ではスプリング１６がニードルパイプ１５もしくはアマチュア１３に完全結合されていないため、スプリング１６の両端の軸ずれ許容度が大きく、また回転も許容しているといった欠点がある。なお、ガイド機構１７となる突起部でスプリング１６を圧入結合すると解釈した場合においても圧入代を精密に管理しないとスプリング１６の特性が変化するため、ガイド機構１７とスプリング１６の内径を厳しく管理する必要があり、この発明のかしめ結合の管理に比べて管理コストが大きくなる欠点がある。

この発明に係わる燃料噴射弁は、噴出孔を有し軸方向に貫通する燃料通路が形成された筒状ハウジング、この筒状ハウジングに設けられた固定コア、この固定コアを取り囲むコイル、このコイルの付勢消勢により往復移動するよう上記固定コアに対向して配置された可動コア（アマチュア）、この可動コアに一端部が結合され他端部に上記噴出孔を開閉する弁体を有するニードルパイプ、及びこのニードルパイプと上記可動コアとの結合端部に、一端部が結合されると共に、上記弁体を閉動作させるスプリングを備えた燃料噴射弁であって、上記スプリングのニードルパイプ側端部には、軸方向に密着したスプリング座巻き部を形成し、上記ニードルパイプのスプリング側端部には、上記スプリング座巻き部を嵌挿するラッパ状拡径部を形成すると共にこのラッパ状拡径部の内壁には、上記スプリング座巻き部を受け止める着座部を形成し、上記スプリングの座巻き部を、上記ラッパ状拡径部内に嵌挿し且つ着座部で受け止めた状態で、上記可動コアを、上記ラッパ状拡径部の外周に圧入し、この可動コアの圧入により上記ラッパ状拡径部をかしめることによって、上記可動コアと上記ニードルパイプと上記スプリングとを３者一体に結合したものである。

また、この発明に係わる燃料噴射弁の製造方法は、可動コア（アマチュア）と、ニードルパイプとの結合工程を含む燃料噴射弁の製造方法であって、上記結合工程に、上記ニードルパイプに上記可動コアを圧入する動作に連動してスプリングの一端が上記ニードルパイプにかしめられる、かしめ工程を付加したものである。

この発明に係わる燃料噴射弁によれば、可動コア（アマチュア）が摺動部品であること、スプリングをニードルパイプでかしめ結合する構造としたこと、及びクリアランス及びその公差が極度に小さく設定されていることなどから、スプリングの両端の軸ずれは従来の燃料噴射弁に比べて大幅に抑制される。この結果、スプリングの倒れや座屈が発生しにくく、駆動時のスプリング、可動コア（アマチュア）とガイド部（固定コア）の擦れ発生を抑制することで擦れ屑の発生を防ぎ擦れ屑が弁座に噛み込むなどの耐久性悪化を防ぐことが可能となり、弁磨耗や閉弁不良を防止できる。

さらに、スプリングとニードルパイプが一体化され、可動コア（アマチュア）及びニードルパイプに対してスプリングが回転することを防止していることから、回転による倒れや座屈の変化が発生しない。この結果、倒れや座屈量の変化によるスプリング荷重やスプリングとガイド部の擦れによる摺動抵抗にばらつきが生じ難くなり、噴射量精度の悪化を抑制でき、またスプリングが回転しないことから噴射量精度のばらつきや経年変化などが抑制できる。

また、スプリングとニードルパイプをかしめ結合で一体化する構造としたことで溶接結合に比べて低コストに製造することが可能であり、圧入結合のように圧入代の管理も不要のため比較的簡単に実現できる。
また、スプリングを一体化するニードルパイプは、圧入などによる変形はないため、上記課題で述べた特許文献１（図６）のような問題は起こらない。

また、特許文献２（図７）に示すような構造では、スプリング１６がニードルパイプ１５もしくはアマチュア１３と完全結合されていないため、スプリング１６両端の軸ずれ許容度が大きく、また回転も許容しているといった欠点があるが、この発明ではこのような欠点を解消でき、ガイド機構１７とスプリング１６の内径を厳しく管理する必要がなくなり、さらに、かしめ結合の管理により特許文献２に示すものに比べて管理コストを小さくできる。

従来の燃料噴射弁の製造方法では、組立後にスプリング１６の倒れや座屈を可視するのは困難であるが、この発明に係わる燃料噴射弁の製造方法によれば、スプリングＡＳＳＹ（アセンブリ）（後述）状態で同軸度や平行度を管理することで倒れや座屈の大きくなる因子を排除し、組立後のスプリング状態を可視する必要がなく、品質向上及びコストの低減を達成できる。

この発明の実施の形態１における燃料噴射弁を示す断面図で、（ａ）は全体図、（ｂ）は図（ａ）におけるＡ部分の拡大断面図である。この発明の実施の形態１における燃料噴射弁のスプリングの着座部を示す断面図で、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は図（ａ）におけるＢ部分の拡大断面図である。この発明の実施の形態１における燃料噴射弁のスプリングとニードルパイプ及びニードルパイプと可動コア（アマチュア）の結合工程を示す各断面図である。この発明の実施の形態１における燃料噴射弁のスプリングＡＳＳＹ（アセンブリ）（後述）の状態を示す図で、（ａ）は横断面図、（ｂ）は側断面図である。（ｃ）（ｄ）は，この発明の実施の形態１における燃料噴射弁のスプリングＡＳＳＹ（アセンブリ）（後述）の同軸度、平行度の管理値を示す説明図である。従来例を示す側断面図で、（ａ）は全体図、（ｂ）は図（ａ）におけるＣ部分の拡大断面図である。他の従来例（特許文献１）の要部を示す拡大断面図である。他の従来例（特許文献２）の要部を示す拡大断面図である。

以下、図１〜図４Ｂに基づいて、この発明の実施の形態１を説明する。
なお、各図（図１〜図７）間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１に示すように燃料噴射弁１は、樹脂製ハウジング２の内部にソレノイド装置Ｓ、中空状の固定コア１２及び磁気通路を構成するヨーク４が配置され一体成形されている。ソレノイド装置Ｓは，樹脂製のボビン３とその外周に巻線されているコイル８及び外部との接続のために設けられたターミナル９により構成され、樹脂製ハウジング２内に一体成形されている。

固定コア１２内部の燃料通路２０には、スプリング１６の荷重を調整するロッド１１が固定されている。２枚の磁気通路を構成するヨーク４は、一端をコア１２に溶接１２ａにより固定され、他端は磁気通路を構成するホルダ１４に溶接１４ａされている。
固定コア１２と対向し且つコイル８の通電時に当接する可動コア（アマチュア）１３は、ニードルパイプ１５と溶接固定１５ａされている。ニードルパイプ１５の一端には、弁体としてボール５が溶接固定され、もう一方の一端には、スプリング１６の下端部（座巻き部）が後述するように、かしめ固定されている。スプリング１６の上端部は、上述したように荷重調整用のロッド１１に係止固定されている。ボール（弁体）５は、ホルダ１４の内部に配置されたバルブシート７によってガイドされ、バルブシート７の弁座７ａに着座及び離座できるように配置されている。

ボール（弁体）５の外周部は、五角形に加工され、バルブシート７のガイド部と共に燃料通路２０の一部を形成している。バルブシート７には円筒形の燃料通路が形成されている。噴出孔６ａと燃料通路を持つプレート６がバルブシート７に取り付けられている。
このような燃料噴射弁１自体の動作は、周知のもの（例えば、特許文献１参照）と同様であるので説明を省略する。

スプリング１６は、最終的には図１に示す状態に組み付けられるが、この組み付け過程を図２及び図３にもとづいて説明する。
まず、図２によってスプリング１６とニードルパイプ１５との結合準備工程を説明する。
スプリング１６の下端部すなわち軸方向に密着したスプリング座巻き部１６ａの端面が、図２に示すようにニードルパイプ１５のラッパ状拡径部１５ｂに形成した着座部１８で受け止められる。

次に、ニードルパイプ１５のラッパ状拡径部１５ｂのかしめ工程について説明する。
このかしめ工程は、図３に示すように、可動コア（アマチュア）１３とニードルパイプ１５を結合する工程において、可動コア（アマチュア）を１３ニードルパイプ１５に圧入する動作に連動して行われる。

図３（i）は、スプリング１６の一端部（座巻き部１６ａ）が、ニードルパイプ１５の端部であるラッパ状拡径部１５ｂ内に嵌挿された状態（図２（ａ）参照）である。
次に、図３（ii）に示すように、可動コア（アマチュア）１３とニードルパイプ１５を結合する圧入工程において、可動コア（アマチュア）１３を、ニードルパイプ１５の外周に圧入（矢印Ｕ方向に）する。
そして、可動コア（アマチュア）１３を図３（iii）に示す状態まで圧入し、この時の可動コア（アマチュア）１３の圧入力でニードルパイプ１５の嵌挿部分（ラッパ状拡径部１５ｂ）を，かしめることにより、可動コア１３とニードルパイプ１５とスプリング１６とを３者一体に結合する。
最後に、図３（iv）に示すように、可動コア（アマチュア）１３とニードルパイプ１５とを溶接１５ａで固定する。

以上のように可動コア（アマチュア）１３をニードルパイプ１５に圧入する動作に連動して、スプリング座巻き部１６ａが位置するラッパ状拡径部１５ｂをかしめて、スプリング１６の下端部とニードルパイプ１５とを結合する。なお、このかしめ部Ｋは、固定コア１２下方のホルダ１４の内径でガイドされる構造になっている。

なお、スプリング１６とニードルパイプ１５とを、かしめ結合しニードルパイプ１５と可動コア（アマチュア）１３を結合した状態を、「スプリングＡＳＳＹ（アセンブリ）」という。

以上のように、スプリングＡＳＳＹにする工程において、可動コア（アマチュア）１３を、ニードルパイプ１５に圧入する際に発生するニードルパイプ１５の変形を利用してスプリング座巻き部１６ａをかしめ結合する構造としたことで、工程数を削減し製造コストを低減することができる。
また、かしめ箇所を座巻き部１６ａに限定（かしめ箇所を座巻き部１６ａに特定）する条件を付加することで、かしめ力によるスプリング１６の変形を微小に抑えることができ、スプリング１６の特性変化を防ぐことができる。
また、ニードルパイプ１５にスプリング１６の着座部１８を設置する条件を付加することで、スプリングＡＳＳＹ状態でスプリングの倒れが発生し難い構造とし、かしめ工程時にスプリング１６に倒れが発生するのを防いでいる。
また、可動コア（アマチュア）１３をニードルパイプ１５に圧入する際のニードルパイプ１５の変形を利用してかしめ結合を実施するなどコストを低減できる製造方法を実現している。

次に、スプリング１６と、ニードルパイプ１５とのかしめ結合工程に付加した管理工程、すなわち、かしめ結合工程に、ニードルパイプ１５と可動コア（アマチュア）１３を結合したスプリングＡＳＳＹ状態で、スプリング１６と可動コア（アマチュア）１３の同軸度、及び可動コア（アマチュア）１３の端面とスプリング１６の端面との平行度を管理した上で組立を実施するために付加した管理工程について説明する。

この管理工程は、スプリングＡＳＳＹの状態で、図４Ａに示すように、可動コア（アマチュア）１３とスプリング１６の同軸度をある一定の管理値１以下とし、また可動コア（アマチュア）１３の端面とスプリング１６の端面の平行度をある一定の管理値２以下とすることで、組立後にスプリング１６の倒れや座屈が大きくなる可能性のあるものを、スプリングＡＳＳＹの状態で排除する。すなわち、この製造工程において、可動コア（アマチュア）１３の圧入に伴うニードルパイプ１５の変形によりスプリング１６の座巻き部１６ａがかしめ結合されてスプリングＡＳＳＹとなるが、このとき、スプリングＡＳＳＹの状態で可動コア（アマチュア）１３とスプリング１６の同軸度及び可動コア（アマチュア）１３のコア１２側当接面とスプリング１６のロッド側当接面の平行度を管理することによって図１に示すような燃料噴射弁の構造とするものである。
なお、スプリングＡＳＳＹの同軸度と平行度は、図４Ｂ（ｃ）（ｄ）に示すように、ＡＳＳＹ後の座屈大品が発生する確率と相関があり、この管理工程では、ＡＳＳＹ後の座屈大品発生率が０．１３以下となる同軸度及び平行度を管理値としている。
以上のように管理することにより品質向上や後工程での不良率を低減することが可能となる。

また、可動コア（アマチュア）１３は、摺動部品のためホルダ１４とのクリアランス及びその公差は極めて小さく設定されることから、スプリングＡＳＳＹでの出来映えが組立後に反映され易い利点があり、また、従来のように組立後にＣＴスキャンやＸ線撮影などを実施する必要がなくなる利点がある。

１燃料噴射弁２樹脂製筒状ハウジング
３ボビン４ヨーク
５ボール（弁体）６プレート
６ａ噴出孔７バルブシート
７ａ弁座８コイル
９ボディ１０フィルタ
１１ロッド１２固定コア
１２ａ溶接部１３可動コア（アマチュア）
１４ホルダ１４ａ溶接部
１５ニードルパイプ１５ａ溶接部
１５ｂラッパ状開口縁部１６スプリング
１６ａ座巻き部１７ガイド機構
１８着座部２０燃料通路
Ｋかしめ部Ｓソレノイド装置。

Claims

噴出孔を有し軸方向に貫通する燃料通路が形成された筒状ハウジング、この筒状ハウジングに設けられた固定コア、この固定コアを取り囲むコイル、このコイルの付勢消勢により往復移動するよう上記固定コアに対向して配置された可動コア、この可動コアに一端部が結合され他端部に上記噴出孔を開閉する弁体を有するニードルパイプ、及びこのニードルパイプと上記可動コアとの結合端部に、一端部が結合されると共に、上記弁体を閉動作させるスプリングを備えた燃料噴射弁であって、
上記スプリングのニードルパイプ側端部には、軸方向に密着したスプリング座巻き部を形成し、上記ニードルパイプのスプリング側端部には、上記スプリング座巻き部を嵌挿するラッパ状拡径部を形成すると共にこのラッパ状拡径部の内壁には、上記スプリング座巻き部を受け止める着座部を形成し、上記スプリングの座巻き部を、上記ラッパ状拡径部内に嵌挿し且つ上記着座部で受け止めた状態で、上記可動コアを、上記ラッパ状拡径部の外周に圧入し、この可動コアの圧入により上記ラッパ状拡径部をかしめることによって、上記可動コアと上記ニードルパイプと上記スプリングとを３者一体に結合したものであることを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１記載の可動コアと、請求項１記載のニードルパイプとの結合工程を含む燃料噴射弁の製造方法であって、
上記結合工程に、上記ニードルパイプに上記可動コアを圧入する動作に連動して請求項１記載のスプリングの一端が上記ニードルパイプにかしめられる、かしめ工程を付加したことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
請求項１記載のスプリングと、請求項１記載のニードルパイプとのかしめ結合工程を含む燃料噴射弁の製造方法であって、上記かしめ結合工程に、上記ニードルパイプと上記可動コアを結合した状態で上記スプリングと上記可動コアの同軸度および上記可動コア端面と上記スプリング端面の平行度を管理した上で組立を実施する管理工程を付加したことを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁の製造方法。