JP5546667B1 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な生産性と所望の絶縁性能とを確保し、さらに、小型化を図りつつも良好な噴射量制御性能を維持することができる、燃料噴射弁の提供。
【解決手段】燃料噴射弁１は、ホルダ３と、弁体５と、弾性部材７と、ソレノイド装置９と、ソレノイド装置の内側に配置されて弁体のアマチュア１９と対向するコア１１と、ソレノイド装置の外側に配置される２枚のヨーク１３とを備え、ソレノイド装置のコイルとヨークとの間には、樹脂が充填され、ヨークの離隔部は樹脂の充填入口であり、ヨークの大径部１３ｃの内側には、凹み部１３ｆが形成されており、凹み部のある大径部の断面積は、ヨークの曲げ部１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｅの断面積よりも大きい。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料噴射弁に関するものである。

従来の電磁式燃料噴射弁では、例えば特許文献１に開示されているように、磁気通路として機能するコアの外側に、ソレノイド装置が設けられ、さらに、そのソレノイド装置の外側に、強磁性のヨークが設けられている。そして、コネクタの成形時に、ヨークとソレノイド装置との間の隙間に、樹脂が充填され、コイルの巻線後に別途絶縁成形する必要がなく、良好な生産性と所望の絶縁性能とが得られる。

また、特許文献２には、コアとヨークとの結合部分に、円筒状の曲げ部材を設けて、磁気通路を拡大する手法が考案されている。しかしながら、このような曲げ部材を設けると、ソレノイド装置周辺への樹脂の充填は困難になる。また、曲げ部材という追加部品と、その曲げ部材の結合工程という追加工程とが増え、コスト的に不利となる。

特許第２７７４１５３号公報 実開平４−５１１０８号公報

近年は、小排気量の二輪車にまで、電子制御によるＦＩ(Fuel Injection：燃料噴射システム)化が進み、燃料噴射弁に対し、取付け長さの縮小化や最大外径の縮小化といったレイアウト性の向上が要求されている。その一方で、レイアウト性の向上は図りつつも、これまでの燃料噴射弁と同等の噴射量制御性能を備える必要もある。

噴射量制御性能は、開閉弁の応答性能を決定する磁気吸引力に依存することから燃料噴射弁の縮小化により磁気吸引力が低下するのを防がなければならない。しかし、燃料噴射弁の取付け長さを縮小するにはヨークの全長ならびにソレノイド装置の全長縮小を要する。こうしたなか、コイルの巻数を維持しようとすると、巻き層数を拡大しなければならず、結果としてコイル最外径が大きくなり、ヨークとソレノイド装置との隙間が縮小する。このため、上述した特許文献１のようにヨークとソレノイド装置との間の隙間に、樹脂を充填しようとしても、うまく樹脂が充填できない恐れがある。また、ヨークとソレノイド装置との間の隙間を十分に確保しようとした場合、ヨークを外径側に広げることも想定できるが、この場合、燃料噴射弁の最大外径が大きくなるという問題が生じる。さらに、このような燃料噴射弁の大型化を防ぐ対策として、コイル最外径の増加分を、ヨークの板厚縮小により吸収するという方法も考えられる。しかし、ヨークの板厚を小さくすると、今度は、磁気通路面積が不足して磁気吸引力が低下するという新たな問題を生じる。こうしたなか、燃料噴射弁を縮小化し、かつ、磁気通路面積を確保することが課題となっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、良好な生産性と所望の絶縁性能とを確保し、さらに、小型化を図りつつも良好な噴射量制御性能を維持することができる、燃料噴射弁を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明は、ホルダと、前記ホルダによってスライド可能に保持された弁体と、前記弁体に、弾性力による一方向のスライド力を付与する弾性部材と、前記弁体に、磁力による他方向のスライド力を付与するソレノイド装置と、前記ソレノイド装置の内側に配置されて、前記弁体の磁力作用部であるアマチュアと対向する、コアと、それぞれが、前記ソレノイド装置の外側に配置されて、前記ホルダ及び前記コアに接続されている、少なくとも２枚のヨークとを備え、前記ホルダ、前記アマチュア、前記コア及び前記ヨークが、前記ソレノイド装置が発生する磁気の通路を形成している、燃料噴射弁であって、前記ソレノイド装置のコイルと前記ヨークのそれぞれとの間には、樹脂が充填されており、前記２枚のヨークの離隔部の少なくとも１つは、前記樹脂の充填入口であり、前記ヨークは、前記ソレノイド装置の径方向外側に位置する部分として、前記ホルダや前記コアに沿う部分よりも径の大きい大径部と、複数の曲げ部とを含んでおり、前記ホルダや前記コアに沿う部分は、前記複数の曲げ部を介して、前記大径部につながっており、前記大径部の内側には、凹み部が形成されており、前記凹み部のある大径部の断面積は、前記曲げ部の断面積よりも大きい。

本発明によれば、良好な生産性と所望の絶縁性能とを確保し、さらに、小型化を図りつつも良好な噴射量制御性能を維持することができる。

本発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の正面図である。 図１の燃料噴射弁の平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 樹脂の充填の様子を側方から示す図である。 樹脂の充填の様子を上方から示す図である。 本実施の形態１に係る燃料噴射弁のヨーク周辺に関する部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態２に関する、図６と同態様の図である。 本発明の実施の形態３に関する、図６と同態様の図である。 本発明の実施の形態３に関し、ヨークを示す斜視図である。

以下、本発明に係る燃料噴射弁の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の正面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線からみた燃料噴射弁の平面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。また、図４及び図５はそれぞれ、樹脂の充填の様子を側方及び上方から示す図である。

燃料噴射弁１は、ホルダ３と、弁体５と、弾性部材７と、ソレノイド装置９と、コア１１と、少なくとも２枚のヨーク１３とを備えている。なお、説明中における径方向は、図２においてみて燃料噴射弁１の軸線ＡＬを中心とした径の方向を示すものとする。

ホルダ３は、軸線ＡＬに沿って延びる筒状の部分であり、ホルダ３の一端側の内部には、弁座１５ａを有するバルブシート１５が設けられている。ホルダ３の中央部内部から他端側内部にかけて、弁体５が収容されている。弁体５は、ホルダ３によって、軸線ＡＬに沿ってスライド可能に保持されている。

弁体５は、弁部１７と、アマチュア１９と、それら弁部１７及びアマチュア１９を接続するパイプ状の本体部２１とを有している。弁部１７は、本体部２１の一端側すなわち弁座１５ａ側に設けられており、弁座１５ａと選択的に着座する。

アマチュア１９は、本体部２１の他端側の径方向外側に設けられている。アマチュア１９は、筒状の部分であり、アマチュア１９の外周面（径方向外側面）は、ホルダ３の内周面と対向している。

アマチュア１９は、後述するように弁体５の磁力作用部として機能する。コア１１は、このようなアマチュア１９と軸線ＡＬ方向に対向するように設けられている。より詳細には、コア１１は、筒状の部材であり、コア１１の筒の端面と、アマチュア１９の筒の端面とがエアギャップを挟んで対向するように位置している。また、コア１１の一端側は、ソレノイド装置９の径方向内側に位置している。

コア１１の内部には、支持ロッド２３が設けられており、特に限定するものではないが、弾性部材７は、コア１１の内部とアマチュア１９の内部とに跨るように設けられている。

弾性部材７は、弁体５に対し、弾性力による一方向のスライド力を付与するものであり、一例であるが、コイルばねである。また、本実施の形態１では、弾性部材７は、弁体５を弁座１５ａに押し付ける方向の力すなわち閉弁力を発生させる。弾性部材７の一端は、アマチュア１９の内部の段部に接続されており、弾性部材７の他端は、支持ロッド２３に接続されている。弾性部材７は、これら支持ロッド２３と弁体５との間に自然長よりも圧縮状態で設けられている。

ソレノイド装置９は、弁体５に対し、磁力による他方向のスライド力を付与する。ソレノイド装置９は、ボビン２５と、ボビン２５に巻きつけたコイル２７と、外部端子に接触して通電するターミナル２７ａとを有している。

それぞれのヨーク１３は、ソレノイド装置９の径方向外側に配置されている。また、それぞれのヨーク１３は、ソレノイド装置９のよりも軸線ＡＬに長く延びており、ホルダ３及びコア１１を架橋するように、当該ホルダ３及びコア１１に接続されている。

コイル２７への通電により発生する磁気を還流させるために、固定鉄心であるコア１１と、アマチュア１９と、ホルダ３と、各ヨーク１３とが、磁気の通路を形成している。

ホルダ３、弁体５、ソレノイド装置９、コア１１、ヨーク１３及びバルブシート１５で組み立てられたサブアッセンブリ２９に対して、樹脂３１の射出成形によるインサート成形が実施され、コネクタ３３が形成される。また、これにより、ソレノイド装置９と、ヨーク１３のそれぞれとの間には、絶縁手段として機能する樹脂３１が充填される。

本実施の形態１では、２枚のヨーク１３は、それぞれ、図５においてみると（平面的にみて）、所定角度にわたって周方向に延びる円弧状に反り返っている形状をなす。各ヨーク１３の周方向に延びる角度範囲は、１８０度以下であるので、２枚のヨーク１３の周方向の端縁同士は、周方向に離れている。すなわち、２枚のヨーク１３の周方向に隔てられた端縁の間の離隔部は、平面的にみて、軸線ＡＬを挟んで軸線ＡＬの両側に生じる。そして、軸線ＡＬの片側に生じる離隔部３５は、ターミナル２７ａの出口として機能しており、軸線ＡＬの反対側に生じる離隔部３７は、上述した樹脂３１を、コイル２７とヨーク１３との間に流し込む充填入口として機能する。上述した射出成形時、樹脂３１は、図３に示されるようにサブアッセンブリ２９の外側部分を形成するとともに、図４及び図５に矢印で示すように離隔部３７からコイル２７とヨーク１３との間に流入して、コイル２７の後述する最外径部とヨーク１３の径方向内側との間の隙間に充填される。

次に、燃料噴射弁の動作について説明する。閉弁時は、弁体５が弾性部材７によってバルブシート１５の弁座１５ａに押圧されている。内燃機関のコントロールユニットからの指令によりコイル２７に通電されると、ソレノイド装置９において発生した磁力によって、弁体５（アマチュア１９）が磁気吸引され、磁力が弾性部材７の閉弁力に打ち勝って、弁体５が移動し開弁する。このとき、アマチュア１９の外周とホルダ３の内周部との摺動、及び、弁部１７の外周とバルブシート１５の内周との摺動によって、弁体５は、軸線ＡＬに沿ってガイドされ、コア１１側へと移動する。これによって、弁部１７と弁座１５ａとの間に隙間が生じ、燃料噴射弁１の内部に充填されていた燃料が当該間隙を通って外部に噴射される。また、コイル２７への通電が停止すると、弁体５は弾性部材７の閉弁力を受けて、弁体５が弁座１５ａ側に押し戻され、弁部１７と弁座１５ａとの隙間が閉鎖され、燃料噴射が終了する。

続いて、本実施の形態１に関する、ヨーク１３の詳細について説明する。図６は、本実施の形態１に係る燃料噴射弁のヨーク周辺に関する部分拡大断面図である。

ヨーク１３は、電磁ステンレスの板材をプレス加工することにより形成されており、軸線ＡＬの方向にわたって径の異なる態様で円弧状に反った不等径円弧形状を有する。また、ヨーク１３は、上記のプレス加工により、ホルダ３、ソレノイド装置９及びコア１１に沿う形状となるように湾曲しており、４つの曲げ部１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｅを有している。

ヨーク１３は、ソレノイド装置９の径方向外側に位置する部分として、ホルダ３やコア１１に沿う部分よりも径の大きい大径部１３ｃを有している。ヨーク１３におけるコア１１に沿う部分は、二つの曲げ部１３ａ，１３ｂを介して、大径部１３ｃにつながっている。ヨーク１３におけるホルダ３に沿う部分もまた、二つの曲げ部１３ｄ，１３ｅを介して、大径部１３ｃにつながっている。二つの曲げ部を介することで、ヨーク１３におけるコア１１に沿う部分、大径部１３ｃ及びホルダ３に沿う部分そのものは、何れも、軸線ＡＬに沿って延びている。

ヨーク１３における曲げ部１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｅは、プレス加工時に曲げの外側が引っ張られて延びるため、板材の加工前の厚みよりも約２０％薄肉化する。ヨークは、ヨークの最外周部である大径部１３ｃの径方向内側に、凹み部１３ｆを有する。凹み部１３ｆは、上記の曲げ加工の前工程もしくは曲げ加工と同工程において、板材の片側にコイニングにより形成された底面がフラットな凹みである。この凹み部１３ｆは、素材の板材の厚みの８５〜９５％の薄肉部となる。

プレス加工の後、ヨーク１３は、磁気性能の調整のため磁気焼鈍が行われる。ヨーク１３がコア１１及びホルダ３に溶接にて接合されると、凹み部１３ｆは、大径部１３ｃの径方向内側に位置し、コイル２７の外周面２７ｂに対して、軸線ＡＬ方向の全長にわたって対面し、コイル２７とヨーク１３との間に０．５〜０．７ミリメートルの隙間３９が確保される。

ヨーク１３の板厚は、曲げる前では磁気通路面積がどの断面においてもほぼ一定であるが、ホルダ３およびコア１１と結合させるために不等径円弧に大きく曲げ加工していることから、曲げ部１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｅでは外側が引っ張られることで薄肉化する。このため、曲げの影響が小さい曲げ部１３ｂと曲げ部１３ｄとの間の断面積は、曲げ部１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｅの断面積より大きくなる。この前提において、凹み部１３ｆのある大径部１３ｃの断面積Ｃ＞曲げ部１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｅの断面積Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅとなるように、凹み部１３ｆの凹み量を調整・設定することで、薄肉部である大径部１３ｃでの磁気飽和を回避する。

このようなヨーク１３を用いて、取付け長さＬ（図３参照）を縮小した燃料噴射弁１を組み立てれば、コイル外周面２７ｂにおける最外径が既存の燃料噴射弁よりも拡大した分を、ヨーク１３の大径部１３ｃの凹み部１３ｆが吸収することで、０．５ミリメートル以上の隙間３９を確保しながら、燃料噴射弁１の最大外径Ｐ（図２参照）が拡大するのを防止することができる。これにより、成形時には、樹脂３１が隙間３９へ滞りなく充填されてコイル２７の絶縁性能が確保される一方、燃料噴射弁１自体は、最大外径Ｐの増加を抑えて取付け長さＬだけは縮小することができ、つまり、小型化を実現することができる。また、ヨーク１３は、大径部１３ｃの断面積Ｃが、曲げ部１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｅの断面積Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅよりも大きくなるので、凹み部１３ｆでは磁気飽和しない形態となっており、このため、アマチュア１９には、これまでと同等の磁気吸引力が発生し、噴射量制御性能が維持される。すなわち、良好な生産性と所望の絶縁性能とを確保し、さらに、小型化を図りつつも良好な噴射量制御性能を維持することができる。特に、本実施の形態１では、図３に示されるように、応答性の高い燃料噴射弁とするため、弁体の軸線ＡＬ方向長さを既存のものより短縮して軽量化をはかっているので、コア１１とアマチュア１９との間にあるエアギャップが、コイル２７のすぐ内側ではなく、コイル２７よりも図３の紙面でいう下側に位置しており、磁気効率の観点からは磁気通路の断面積の影響が磁気吸引力に敏感に出やすい構造となっている。このため、上述した断面積による磁気飽和の抑制は非常に効果的である。なお、本実施の形態１では、ヨーク１３のコイニングによる凹み量の設定によって薄肉部を板材の厚みの８５〜９５％になるように管理するため、ヨーク曲げ部の肉厚よりも確実に大きく設定することができる。

さらに、コイルの巻き線工程では、コイルの軸方向両端付近でコイルの巻き乱れによりコイル外径よりも外径側にはみ出す場合がある。本実施の形態１ではコイルに直径０．１６ミリメートルのエナメル線を使用し、コイルとヨークとの隙間３９の最大値（最大隙間）をコイル線径の３倍以上としているので、コイル外径より２層分のコイルが大径側にはみ出した場合でも、コイルとヨークとの間に隙間が残り、絶縁性を保持することができる利点がある。

また、燃料噴射弁の取付け長さを縮小する仕方としては、コイルの最外径の拡張分をヨークの板厚縮小により吸収し、それに伴う、磁気通路面積の不足による磁気吸引力の低下は、ヨークの円周方向に延びる長さを拡大することで補う態様も想定できるが、その場合には、２枚のヨークの離隔部（前述した離隔部３７に相当する部分）が縮小し、今度は、樹脂の流入が困難になるという新たな問題が生じうる。これに対し、本実施の形態１であれば、上述したようにヨークの円周方向に延びる長さの拡大に依存することがないので、樹脂の流入を困難にすることなく良好な生産性を維持し、その上で、所望の絶縁性能を確保し、小型化を図ることができる。

また、大径部の内側の凹み部は、コイニングにより形成された凹みであるので、ヨークの大径部の薄肉加工を、コイニングにより実現することとなり、生産性が良好で、コストも低減できる。また、磁気焼鈍する前に薄肉加工を実施できることから素材の磁気特性にも影響を与えにくいという利点がある。

また、ヨークにおける曲げ部の板厚減少率は、最大で約２０％程度であることから、コイニングによる凹み量を素材板厚の５〜１５％に限定することで、薄肉部である、凹み部のある大径部の部分での磁気飽和を確実に防止することができる。また、コイニングによる加工硬化を最小限にとどめて、ヨークの曲げ加工性悪化を防止できると共に、磁気焼鈍によるひずみ除去効果で形状が変化するのを抑制することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態２に関する、図６と同態様の図である。なお、本実施の形態２は、以下に説明する部分を除いては、上述した実施の形態１と同様であるものとする。

ヨーク１１３の径方向内側には、凹み部１１３ｆが形成されている。凹み部１１３ｆは、凹み部１１３ｆにおける軸線ＡＬ方向の中央部に最深部を有し、凹み部１１３ｆの底面は、凹み部１１３ｆにおける軸線ＡＬ方向の両端部（曲げ部１３ｂ，１３ｄ近傍）から凹み部１１３ｆにおける軸線ＡＬ方向の中央部に向けて、コイル２７から離れるように傾斜した斜面として形成されている。

ヨーク１１３における凹み部１１３ｆの最深部の底面と、コイル２７の外周面２７ｂとの間の最大隙間１３９は、０．５から０．７ミリメートルとしており、成形時に凹み部の軸線ＡＬ方向の中央部から充填された樹脂は、軸線ＡＬ方向の両端部に広がって隙間全体に充填される。

かかる実施の形態２によれば、上記実施の形態１の利点に加え、次のような利点も得られている。すなわち、ヨークの凹み部の底面は、傾斜面であるので、フラットな面と比べて、平均的な凹み深さが浅く、コイニング時の加工率が低くなる。このため、磁気焼鈍後の歪修正による変形が小さく、凹み部は、寸法精度の高い凹み形状となる。また、成形時に凹み部の中央部から充填された樹脂が両端部に広がって流れるので、樹脂が整然と流れ、両端部まで樹脂が充填されやすい。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について、図８及び図９を用いて説明する。図８は、本実施の形態３に関する、図６と同態様の図であり、図９は、本実施の形態３に関し、ヨークを示す斜視図である。なお、本実施の形態３は、以下に説明する部分を除いては、上述した実施の形態１と同様であるものとする。

ヨーク２１３の凹み部１３ｆのある大径部１３ｃには、ヨーク２１３の径方向外面から径方向内面まで貫通する充填孔２４１が形成されている。かかる本実施の形態３によれば、上記実施の形態１の利点に加え、次のような利点も得られている。すなわち、成形時に樹脂は、ヨーク間の離隔部３７から隙間３９に充填されるだけでなく、充填孔２４１を通って隙間３９にも充填されるので、樹脂の充填性が更に高まり、より低い圧力による成形が可能となり、成形圧によるコイルの変形を、より生じにくくすることができる。また、成形圧の設定を低くしない場合には、成形時間の短縮が可能となり、生産効率が向上する利点がある。

なお、本実施の形態３は、実施の形態１（凹み部１３ｆ）と組み合わせた態様として図示しているが、実施の形態２（凹み部１１３ｆ）と組み合わせて実施することもできる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

１ 燃料噴射弁、３ ホルダ、５ 弁体、７ 弾性部材、９ ソレノイド装置、１１ コア、１３，１１３，２１３ ヨーク、１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｅ 曲げ部、１３ｃ，１１３ｃ 大径部、１３ｆ，１１３ｆ 凹み部、１９ アマチュア、２７ コイル、３１ 樹脂、３７ 離隔部、２４１ 充填孔。

Claims (6)

1. ホルダと、
   前記ホルダによってスライド可能に保持された弁体と、
   前記弁体に、弾性力による一方向のスライド力を付与する弾性部材と、
   前記弁体に、磁力による他方向のスライド力を付与するソレノイド装置と、
   前記ソレノイド装置の内側に配置されて、前記弁体の磁力作用部であるアマチュアと対向する、コアと、
   それぞれが、前記ソレノイド装置の外側に配置されて、前記ホルダ及び前記コアに接続されている、少なくとも２枚のヨークとを備え、
   前記ホルダ、前記アマチュア、前記コア及び前記ヨークが、前記ソレノイド装置が発生する磁気の通路を形成している、燃料噴射弁であって、
   前記ソレノイド装置のコイルと前記ヨークのそれぞれとの間には、樹脂が充填されており、
   前記２枚のヨークの離隔部の少なくとも１つは、前記樹脂の充填入口であり、
   前記ヨークは、前記ソレノイド装置の径方向外側に位置する部分として、前記ホルダや前記コアに沿う部分よりも径の大きい大径部と、複数の曲げ部とを含んでおり、
   前記ホルダや前記コアに沿う部分は、前記複数の曲げ部を介して、前記大径部につながっており、
   前記大径部の内側には、凹み部が形成されており、
   前記凹み部のある大径部の断面積は、前記曲げ部の断面積よりも大きい、
   燃料噴射弁。
2. 前記コイルと前記ヨークとの最大隙間は、コイル線径の３倍以上である、
   請求項１の燃料噴射弁。
3. 前記凹み部は、コイニングにより形成された凹みである、
   請求項１又は２の燃料噴射弁。
4. 前記凹み部は、軸線方向の中央部に最深部を有し、該凹み部の底面は、軸線方向の両端部から中央部に向けて、前記コイルから離れるように傾斜した斜面である、
   請求項１〜３の何れか一項の燃料噴射弁。
5. 前記凹み部のある前記大径部には、充填孔が設けられている、
   請求項１〜４の何れか一項の燃料噴射弁。
6. 前記凹み部は、前記ヨークの素材の板材の厚みの８５〜９５％である、
   請求項１〜５の何れか一項の燃料噴射弁。

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