JP5537493B2 - 燃料噴射弁のストローク調整方法及び燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射弁のストローク調整方法に関する。

特許文献１には、燃料噴射弁のストローク調整方法として、ノズル部材２の外周がノズルホルダ部３内に圧入されており、ノズル部材２の端面に設けた角部２ａが、ノズルホルダ部３に設けた角部３ａに食い込んで、角部３ａが塑性変形して潰れ部が成形されていることに加え、ノズル部材２とノズルホルダ部３とが、レーザ溶接法または電子ビーム溶接法により、リング状に繋がったビード５ａで接合されて密封された構成が開示されている。

特開２００８−２９７９６６号公報

特許文献１のストローク調整方法は、ノズル部材の一部とノズルホルダ部の一部とのうちいずれか一方を可動子のストローク方向に他方に食い込ませてストロークを調整し、更に食い込み時に塑性変形した部分が後工程となるノズル部材とノズルホルダ部との溶接時に発生するひずみによってストロークが変化（特に溶融部が凝固する時に発生する収縮方向の変化）するのを機械的に阻止しようとするものである。

特許文献１のストローク調整方法では、収縮方向の数μｍ〜十数μｍの大きな変形を抑えることはできるが、溶融部が凝固する時に発生する収縮応力のばらつきによる数μｍ以下のストローク変化や、溶接時の熱影響でノズル部材とノズルホルダ部が膨張してストロークが大きくなる方向の数μｍ以下のストローク変化を阻止することは困難であり、溶接前のストローク調整時に調整されたストローク量に比べて溶接後のストローク量が±１〜３μｍ程度変化してしまうという恐れがある。ストローク量と燃料噴射量との間には相関があり、ストローク量の変化は噴射量の変化となるため、溶接後のストローク量の変化は燃料噴射弁の噴射量ばらつきの原因となる恐れがある。

本発明の目的は、噴射量のばらつきが小さい燃料噴射弁を提供することにあり、そのために溶接によるストローク量の変化を修正できるストロークの調整方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明のストローク量調整方法は、シート面を有するノズル部材と、前記ノズル部材が溶接接合されたノズルホルダ部材と、前記シート面と当接する弁シート部を有する可動子とを備えた燃料噴射弁の前記可動子のストローク量調整方法において、前記ノズル部材と前記ノズルホルダ部材とを溶接接合した後に、前記ノズルホルダ部材に設けた脆弱部を塑性変形させて前記可動子のストローク量を調整する。

このとき、前記脆弱部は、この脆弱部を塑性変形させるための荷重が加えられる燃料噴射弁上の荷重作用部と前記荷重を受け止めるように支持される燃料噴射弁上の支持部との間に設けられ、前記荷重に対する弁軸心方向の剛性が前記荷重作用部と前記支持部との間の他の部分よりも低くなるようにするとよい。

さらに、前記ノズル部材と前記ノズルホルダ部材とを溶接接合する前に第一のストローク調整を実行し、前記脆弱部を塑性変形させる前記溶接接合後のストローク調整を第二のストローク調整として実行するとよい。

さらに、前記第一のストローク調整は、前記ノズル部材と前記ノズルホルダ部材との弁軸心方向における相対位置を調整するように行うものであるとよい。

さらに、前記第一のストローク調整は、前記ノズルホルダ部材側を支持し、前記ノズル部材に押圧荷重を加えて前記ノズルホルダ部材の内側に押し込むことにより実行され、前記第二のストローク調整は、前記ノズルホルダ部材側を支持し、前記ノズル部材に押圧荷重を加えて実行されるようにするとよい。

さらに、前記第一のストローク調整における燃料噴射弁上の支持部が、前記第二のストローク調整における支持部よりも、前記荷重作用部の近くに位置するとよい。または、前記脆弱部は、前記第一のストローク調整を行った後に形成するとよい。

また、上記目的を達成するために本発明の燃料噴射弁は、シート面を有するノズル部材と、前記ノズル部材が溶接接合されたノズルホルダ部材と、前記シート面と当接するシート部を有する可動子とを備えた燃料噴射弁において、前記ノズル部材と前記ノズルホルダ部材とを溶接接合した後の前記可動子のストローク量調整用に、前記ノズルホルダ部材の他の部分に対して塑性変形を容易にした脆弱部を前記ノズルホルダ部材に設けたものである。

本発明によれば、ストローク調整後の溶接によるストローク量の変化を修正でき、目標のストローク量に合うよう高精度に調整することができ、燃料噴射弁の噴射量のばらつきを低減できる。また、第二のストローク調整用の脆弱部を設けることにより、第一のストローク調整荷重より第二のストローク調整荷重を低くできるので接合部へのダメージが無く信頼性の高い燃料噴射弁を提供できる。

本発明の第１の実施例による燃料噴射弁の縦断面図。 図１に示した燃料噴射弁の一部断面を示す図。 図２に示した燃料噴射弁のＡ部を拡大して示す断面図。 脆弱部を加工した燃料噴射弁の先端縦断面図。 脆弱部を加工した燃料噴射弁の先端縦断面図。 ストローク量を調整する装置の構成を示す図。 フローチャートを示す図。 ストローク量を調整する装置の構成を示す図。 フローチャートを示す図。

本発明の実施例を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施例による燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。

燃料噴射弁１は主に磁気回路部とバルブ部から構成されており、磁気回路部は、固定コア２と、ヨーク３と、ノズルホルダ４と、可動子５と、磁気回路を励磁するコイル６と、コイル６に通電するコネクタ端子７とから構成されている。また、バルブ部は、ノズルホルダ４内に収納された弁体８と可動コア９とから構成される可動子５と、オリフィス１０とシート面１１とを備えたノズル１２とから構成されている。ノズルホルダ４とノズル１２とはそれぞれ一つの部材から構成されている。弁体８はノズル１２内に固定されたガイド１３とノズルホルダ４内に固定されたガイドプレート１４とにより摺動可能に支持されている。可動コア９はスプリング１５の付勢力で固定コア２側に押し付けられている。

固定コア２の内部には、弁体８をシート面１１に押圧するスプリング１６と、スプリング１６の押圧荷重を調整するアジャスタ１７と、外部からのコンタミの進入を防ぐフィルター１８とが配置されている。

次に、燃料噴射弁１の動作について説明する。

コイル６に通電すると、可動子５がスプリング１６の付勢力に抗して固定コア２の方向に吸引され、可動コア端面９ａが固定コア端面２ａに当接し、可動子５の先端の弁シート部８ａとシート面１１との間に隙間ができる（開弁状態）。加圧されている燃料はまず固定コア２，アジャスタ１７，スプリング１６から可動コア９内の燃料通路９ｂを経てノズルホルダ４内に入る。次にガイドプレート１４の燃料通路１４ａ，ノズルホルダ４の通路４ａからガイド１３の通路１３ａを通り、弁シート部８ａとシート面１１の間隙からオリフィス１０を経て噴射される。

一方、コイル６の電流を遮断した場合には、可動子５の弁シート部８ａがスプリング１６の力でシート面１１に当接し、閉弁状態となる。

以上のようにコイル６への電流をＯＮ−ＯＦＦすることで可動子５を開閉弁させ、開弁時間をコントロールすることで必要な燃料を噴射する。

図１，図２及び図３を用いて燃料噴射弁１のストローク量とその調整を説明する。

ストローク量Ｓは可動子５が閉弁した時の弁シート８ａとシート面１１の当接面から開弁した時の可動子５が移動する長さとして定義する。尚、本実施例では、可動コア９が弁体８に対して相対変位可能に構成されている。このため、開弁時に可動コア端面９ａが固定コア端面２ａに衝突して開弁方向への動きを止められたときに、弁体８は可動コア９から分離して単独で開弁方向への動きを継続する場合がある。この場合、弁シート部８ａとシート面１１との間の間隔はストローク量Ｓよりも大きくなる。しかし、開弁方向への動きを継続した弁体８はスプリング１６の付勢力により閉弁方向に押し戻され、固定コア端面２ａに吸引された可動コア９と再び合体して静止する。本実施例のように可動コア９が弁体８に対して相対変位可能に構成された燃料噴射弁においては、開弁時に弁体８が可動コア９と合体して静止した状態における弁シート部８ａとシート面１１との間の間隔（正確にはこのときの弁軸心方向２１における間隔）をストローク量Ｓと定義する。

また、固定コア端面２ａは可動子５の開弁方向への移動を規制するストッパ部を構成している。本実施例では、上記のように、弁体８の開弁方向への移動は固定コア端面２ａによって規制されてはいない。しかし、可動子５の一部である可動コア９は開弁方向への移動が固定コア端面２ａによって規制されている。そして、シート面１１の弁シート部８ａが当接する部分と固定コア端面２ａによって構成されるストッパ部との弁軸心方向２１における間隔（距離）を変化させることによって、ストローク量Ｓを調整することができる。

次に燃料噴射弁１のストローク量の調整について説明する。

第一のストローク調整は固定コア２，ノズルホルダ４，弁体８，可動コア９，ノズル１２を組み立てた時の集積誤差（１５〜３５０μｍ）を調整するために行うもので、ノズルホルダ４に対してノズル１２を押し込む位置でストローク量Ｓが調整される。

この工程は、ノズル外周面１２ｂをノズルホルダ内周面４ｂに圧入し、更に深く圧入することでノズル角部１２ｃをノズルホルダ角部４ｃに食い込ませ所定のストロークに調整し、次にレーザ溶接で符号２０で示す位置をノズル１２とノズルホルダ４との境界に沿って一周するように溶接し、ノズル１２とノズルホルダ４とを接合する。この時のストローク調整精度は、ノズル１２をノズルホルダ４に食い込ませた時点では目標値に対して約±１μｍ以下に調整することも可能であるが、ノズル１２とノズルホルダ４とをレーザ溶接すると約±３μｍの精度にばらついてしまう。

ノズル角部１２ｃをノズルホルダ角部４ｃに食い込ませることで溶接時の凝固・収縮によるノズル１２のノズルホルダ４内への引き込みを防止している。しかし、実際には圧入荷重（圧入代）や食い込み量，レーザ溶接条件のばらつきがあり、溶接時の溶融・凝固工程による熱膨張や収縮等の影響でストロークにばらつきが生じ、調整精度が悪化するのが現状である。尚、この時のストローク調整荷重は燃料噴射弁１の本体や結合部にかかる応力が弾性限度内の応力に納まる範囲内の大きさとし、燃料噴射弁１の本体が変形したり結合部にダメージを受けない範囲の荷重で行う。

このため第一のストローク調整工程では目標のストローク量に対して大きめに、例えば５〜１０μｍ大きめに調整してノズル１２とノズルホルダ４とをレーザ溶接する。

次に、図４に示すように、ノズルホルダ４に部分的な脆弱部４ｄを作るために高周波熱処理装置を用いて部分的に焼鈍する。これは、後で行う第二のストローク調整を、第一のストローク調整時の荷重より小さい荷重で行えるようにするためである。この焼鈍の前にノズルホルダ４を加工硬化または焼入れで硬化しておくと更に効果的である。例えばノズルホルダ４は鍛造加工等でビッカース硬さＨｖ３００に加工硬化されたものが、焼鈍後ではＨｖ２００に軟化する。尚、脆弱部４ｄを作る手段は図５に示すように焼鈍の他に機械加工で厚さｄが小さくなるように切削加工してもよい。すなわち、図４の脆弱部４ｄと同じ形状であったものを、焼鈍する代わりにこの部分の厚さが薄くなるように、切削加工する。このとき重要なことは、後で行う第二のストローク調整において第一のストローク調整荷重より低い荷重で脆弱部４ｄが塑性変形できるようにすることである。

次に第二のストローク調整として、ノズル１２を押圧してノズルホルダ４の脆弱部４ｄを塑性変形させてストローク量が目標値になるように調整する。このとき脆弱部４ｄは加工硬化するので焼鈍前の強度近くに復元する。

また、第二のストローク調整荷重を第一のストローク調整荷重より低くする目的は、溶接部や各部品の変形防止のためであり、燃料噴射弁１本体の信頼性を損なわないためである。

以上のように、第二のストローク調整を行うことによりレーザ溶接によるストロークばらつきを修正できるため、ストローク調整において実現可能な高い精度でストローク量を維持できる。実験では±３μｍあったストローク量のばらつきを±１μｍ以下にすることができた。また、ストローク量のばらつきを１／３に低減したことにより、燃料噴射弁のストロークばらつきに起因する噴射量ばらつきを１／３に低減することができる。

次に、本実施例の燃料噴射弁のストローク調整方法について、図６を用いて説明する。

図６は、可動子５の移動量を測定してストローク量を調整する装置の構成を示している。

このストローク調整方法においては、ヨーク端面３ａを押え治具５１で受け、ノズル１２の先端面を治具５２で押し込むように実施する。またこの時に、可動子５の下端部８ｂに、コアの穴２ａを通して測定子５３を当て、電磁コイル６を使って可動子５を上下動させ、ストローク量Ｓを測定し、このデータをフィードバックして、ノズル１２の押し込み量を制御する。

具体的には、以下のように行う。測定子５３を介して可動子５のストローク量を測定機５４で測定する。その測定情報を制御装置５５に送る。制御装置５５はストロークの測定情報に基づいて押し込み量を演算する。制御装置５５は演算した押し込み量に基づいて制御信号を生成し、押し込み機構５６を制御する。押し込み機構５６では、制御装置５５からの制御信号を受けて、押し込み治具５２がノズル１２を押し込む。この一連のサイクルを１回以上繰り返し、ストローク量を所定の寸法に調整する。

以上のストローク調整方法では第一ストローク調整，第二ストローク調整とも同じ装置を使用する。ストローク調整の工程を、図７のフローチャートに示す。まず、第一のストローク調整を行う（Ｓ７０１）。このとき、上述したように、ヨーク端面３ａを押え治具５１で受け、ノズル１２の先端面を治具５２で押し込む。第一のストローク調整ではノズル１２をノズルホルダ４に食い込ませるように調整する。第一のストローク調整を行った後、ノズル１２とノズルホルダ４とをレーザ溶接する（Ｓ７０２）。レーザ溶接を行った後、脆弱部４ｄを加工する（Ｓ７０３）。脆弱部４ｄを加工した後、第二のストローク調整を行う（Ｓ７０４）。第二のストローク調整ではノズルホルダ４の脆弱部４ｄを塑性変形させて調整する。第二のストローク調整においても第一のストローク調整と同じように、荷重の受け場所を設定できる。すなわち、ヨーク端面３ａを押え治具５１で受け、ノズル１２の先端面を治具５２で押し込む。第一のストローク調整を行った後に脆弱部４ｄを加工するので、第一のストローク調整では、脆弱部４ｄが存在せず、脆弱部４ｄを設ける部分が変形することはない。また、第二のストローク調整では、第一のストローク調整と同じように、押え治具５１でヨーク端面３ａを受け、治具５２でノズル１２の先端面を押し込むことにより、脆弱部４ｄを塑性変形させることができる。

これにより、ストローク精度の高い、噴射量ばらつきの小さい性能の良い燃料噴射弁と提供することができる。

図８は第一のストローク調整と第二のストローク調整の荷重の受け場所を変更したものであり、ノズルホルダ４に予め脆弱部４ｄを加工した場合のストローク調整法である。この工程のフローチャートを図９に示す。

まず、第一のストローク調整を行う（Ｓ９０１）。第一のストローク調整では、予め設けてある脆弱部４ｄが変形しないように、ノズルホルダ４の環状溝４ｅを押え治具６０で受け、ノズル１２を治具５２で押し込むように実施する。押し込み機構５６の制御は上述した実施例と同様に行えばよい。本実施例では、チップシールを設ける環状溝４ｅを利用しているが、このための環状溝を別に設けてもよい。ただし、脆弱部４ｄが予め設けてあるので、押え治具６０で受ける位置（環状溝４ｅ）は脆弱部４ｄよりも治具５２で押し込む位置に近い部分に設ける必要がある。第一のストローク調整ではノズル１２をノズルホルダ４に食い込ませるように調整する。第一のストローク調整を行った後、ノズル１２とノズルホルダ４とをレーザ溶接する（Ｓ９０２）。レーザ溶接を行った後、第二のストローク調整を行う（Ｓ９０３）。第二のストローク調整ではノズルホルダ４の脆弱部４ｄを塑性変形させて調整する。第二のストローク調整は図６と同じ装置を用いて上述した実施例と同様に行うことができる。すなわち、ヨーク端面３ａを押え治具５１で受け、ノズル１２の先端面を治具５２で押し込めばよい。このとき、脆弱部４ｄが押え治具５１で受ける位置と治具５２で押し込む位置との間に存在するようにすることが必要である。

本方式の場合、ノズルホルダ４が燃料噴射弁１の本体に組み付けられる前の部品のうちに脆弱部４ｄを加工することができるので、より安価に燃料噴射弁を製作することができる。

上記各実施例では、第一及び第二のストローク調整において、いずれも燃料噴射弁１に対して押圧（圧縮）する荷重を加えている。しかし、少なくとも第二のストローク調整においては、脆弱部４ｄに対して引張力が作用するように、荷重を加えることもできる。この場合は、第一のストローク調整において、ストローク量Ｓを小さめに調整しておくとよい。

本明細書においては、ストローク調整時の荷重の受け場所のうち、荷重治具（特に押圧する荷重の場合は押圧治具）５２で荷重を加える燃料噴射弁１上の位置を荷重作用部（特に押圧する荷重の場合は押圧部）、荷重治具５２による押圧荷重を受け止めるように支持治具（特に押圧する荷重の場合は押え治具）５１，６０で支持する燃料噴射弁１上の位置を支持部（受け部）と区別することもある。

また、脆弱部４ｄは、第二のストローク調整時における荷重作用部と支持部との間に設けられ、弁軸心方向２１における荷重に対する剛性が荷重作用部と支持部との間の他の部分よりも低い部分である。

以上はストローク量を測定しながら調整する方法を説明したが、例えば燃料噴射弁の流量を測定し、目標流量に対する偏差分を修正するようにしてストローク量を調整してもよい。

１ 燃料噴射弁
２ 固定コア
３ ヨーク
４ ノズルホルダ
４ｃ ノズルホルダ角部
５ 可動子
８ 弁体
８ａ 弁シート部
９ 可動コア
１１ シート面
１２ ノズル
１３ ガイド
５１，６０ 押え治具
５２ 治具
５３ 測定子
５４ 測定機
５５ 制御装置
５６ 押し込み機構

Claims (7)

1. シート面を有するノズル部材と、前記ノズル部材が溶接接合されたノズルホルダ部材と、前記シート面と当接する弁シート部を有する可動子とを備えた燃料噴射弁の前記可動子のストローク量調整方法において、
   前記ノズル部材に弁軸芯方向の荷重を加えて前記ノズルホルダ部材との第一のストローク調整を実行し、次に、前記ノズル部材と前記ノズルホルダ部材とを溶接接合し、更に、前記第一のストローク調整より低い荷重で弁軸芯方向に変形する脆弱部を塑性変形させることにより第二のストローク調整を実行することを特徴とするストローク量調整方法。
2. 請求項１に記載のストローク量調整方法において、
   前記脆弱部は、この脆弱部を塑性変形させるための荷重が加えられる燃料噴射弁上の荷重作用部と前記荷重を受け止めるように支持される燃料噴射弁上の支持部との間に設けられ、前記荷重に対する弁軸心方向の剛性が前記荷重作用部と前記支持部との間の他の部分よりも低い部分であることを特徴とするストローク量調整方法。
3. 請求項２に記載のストローク量調整方法において、
   前記第一のストローク調整は、前記ノズル部材と前記ノズルホルダ部材との弁軸心方向における相対位置を調整することを特徴とするストローク量調整方法。
4. 請求項３に記載のストローク量調整方法において、
   前記第一のストローク調整は、前記ノズルホルダ部材側を支持し、前記ノズル部材に押圧荷重を加えて前記ノズルホルダ部材の内側に押し込むことにより実行され、
   前記第二のストローク調整は、前記ノズルホルダ部材側を支持し、前記ノズル部材に押圧荷重を加えて実行されることを特徴とするストローク量調整方法。
5. 請求項４に記載のストローク量調整方法において、
   前記第一のストローク調整における燃料噴射弁上の支持部が、前記第二のストローク調整における支持部よりも、前記荷重作用部の近くに位置することを特徴とするストローク量調整方法。
6. 請求項４に記載のストローク量調整方法において、
   前記脆弱部は、前記第一のストローク調整を行った後に形成されることを特徴とするストローク量調整方法。
7. シート面を有するノズル部材と、前記ノズル部材が溶接接合されたノズルホルダ部材と、前記シート面と当接するシート部を有する可動子とを備えた燃料噴射弁において、
   前記ノズル部材に弁軸芯方向の荷重を加えて前記ノズルホルダ部材との第一のストローク調整を実行し、次に、前記ノズル部材と前記ノズルホルダ部材とを溶接接合し、更に、前記第一のストローク調整より低い荷重で弁軸芯方向に変形する脆弱部を塑性変形させることにより第二のストローク調整を実行することを特徴とする燃料噴射弁。

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