JP6167992B2 - 燃料噴射弁及びその製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の燃料噴射弁は、ハウジングに形成された噴孔を開閉するニードル弁に対し、そのニードル弁を駆動する可動コアが往復移動可能に設けられている。この燃料噴射弁は、コイルに通電されていないとき、ニードル弁に固定された摺動部材の噴孔側の端面と、可動コアとの間に、所定の隙間が形成される。
この構成により、燃料噴射弁は、コイルに通電されると、可動コアが固定コアに磁気吸引され、加速した状態で摺動部材に衝突する。その衝突力により、摺動部材とニードル弁は、反噴孔側(以下「開弁方向」という)へ移動し、噴孔を開放する。これにより、燃料噴射弁は、開弁動作の応答性を高めると共に、比較的高圧の燃料の噴射を可能としている。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、可動コアの摩耗を抑制可能な燃料噴射弁及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、燃料噴射弁は、可動コアと共に開弁方向へ移動する伝達部材と係止部との衝突力によりニードル弁を開弁方向へ移動するので、燃料噴射弁に供給される燃料が比較的高圧であってもニードル弁を移動することが可能である。したがって、この燃料噴射弁は、比較的高圧の燃料の噴射に好適である。
これにより、伝達部材の軸方向の強度が強くなる。そのため、可動コア、係止部及びニードル弁から伝達部材に軸方向の力が作用したとき、伝達部材の接合部の割れ等による破損を防ぐことができる。また、ニードル弁、軸部および係止部を1個の材料から形成することが可能である。
これにより、伝達部材から係止部に軸方向の力が作用したとき、係止部と軸部との接合部の割れ等による破損を防ぐことができる。また、軸部の径外側に伝達部材を嵌め入れた後に軸部の径外側に係止部を嵌合すれば、伝達部材を1個の材料から筒状に形成することが可能である。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1から図5に示す。第1実施形態の燃料噴射弁1は、図示していない燃料タンクから汲み上げられて高圧ポンプ等により加圧された燃料を、内燃機関の気筒へ直接噴射する直噴式の内燃機関に適用される。
図1及び図2に示すように、燃料噴射弁1は、ハウジング10、ニードル弁20、軸部30、係止部31、伝達部材40、コイル50、固定コア60、第1スプリング71および可動コア80等を備えている。なお、第1スプリング71は、特許請求の範囲に記載の「スプリング」の一例に相当する。
第1磁性部11、非磁性部12及び第2磁性部13は、略円筒状に形成され、燃料入口15側からこの順に接続している。ハウジング10の内側には燃料通路16が形成される。
第1磁性部11と第2磁性部13は磁性体である。非磁性部12は非磁性体であり、第1磁性部11と第2磁性部13との間の磁気的な短絡を防止する。
第1磁性部11の反非磁性部12側の端部に、燃料入口15を形成する筒状の入口部材17が接合している。入口部材17の径内側には、フィルタ171が設けられている。燃料入口15から燃料通路16に流入する燃料は、フィルタ171によって燃料の中の異物が捕獲される。
ニードル弁20の噴孔側の端部には、シート部21が形成されている。シート部21は、弁座19に当接可能である。ニードル弁20は、シート部21が弁座19に着座することで噴孔18を閉塞し、シート部21が弁座19から離座することで噴孔18を開放する。
なお、ニードル弁20が弁座19から離座する方向を開弁方向といい、ニードル弁20が弁座19に着座する方向を閉弁方向という。
軸部30の反噴孔側の端部には、径外方向に環状に延びる係止部31が設けられる。係止部31は、ニードル弁20の燃料入口15側の端面から所定の距離をあけて設けられる。
ニードル弁20、台座部32、軸部30及び係止部31は、いずれも非磁性体であり、可動コア80よりも硬質の金属材料から一体に形成されている。なお、ニードル弁20、台座部32、軸部30及び係止部31は、それぞれ溶接などで固定してもよい。
伝達部材40は、内環状部41と外環状部42とを一体に有する。内環状部41は、係止部31の噴孔側の端面と、台座部32との間に設けられ、軸部30が挿通可能な中央孔43を有する。
外環状部42は、内環状部41の径外側に設けられ、係止部31が挿通可能な上中央孔44を有する。この外環状部42は、ニードル弁20の反噴孔側の端面及び可動コア80と、第1スプリング71との間に設けられる。外環状部42の軸方向の長さは、内環状部41の軸方向の長さよりも長い。また、外環状部42の反噴孔側の端面は、係止部31よりも反噴孔側に位置している。外環状部42と固定コア60とが摺接することにより、ニードル弁20の軸の傾きを抑制可能である。
距離Aは、距離Bよりも大きい。そのため、伝達部材40は、ニードル弁20の反噴孔側の端面と係止部31の噴孔側の端面との間を軸方向に往復移動可能である。
また、距離Aと距離Bとの差をギャップCとする。このギャップCは、固定コア60と可動コア80との磁気ギャップDよりも小さい。
また、伝達部材40の径外方向の外壁には、切欠部47が設けられている。この切欠部47と固定コア60のスリーブ63との間を燃料が流れる。
コイル50は、ハウジング10を構成する第1磁性部11及び非磁性部12の径外側に設けられたスプール51に巻かれている。コイル50の外側を、磁性体からなる筒状のヨーク52が覆っている。コイル50は、コネクタ53の端子54と電気的に接続している。コネクタ53の端子54を通じてコイル50に通電されると、コイル50は磁界を生じる。
固定コア60は、軸方向に通じる中央孔61を有する。この中央孔61の内側に上述した伝達部材40は設けられている。
固定コア60は、固定コア本体62と、その固定コア本体62の径内側に設けられた筒状のスリーブ63を有する。このスリーブ63は、固定コア60よりも硬質の金属材料から形成される。スリーブ63の内壁と、伝達部材40の径外方向の外壁とは摺接可能である。また、外環状部42の反噴孔側の端面は、係止部31よりも反噴孔側に位置している。これにより、ニードル弁20の軸の傾きを抑制することが可能である。さらに、スリーブ63と伝達部材40は共に硬質の金属材料から形成されているので、互いの異常摩耗を抑制することができる。
可動コア80は、中央に孔81を有している。この孔81にニードル弁20が挿通している。そのため、可動コア80は、ハウジング10及びニードル弁20に対し、軸方向に往復移動可能である。
また、可動コア80は、伝達部材40の切欠部47と固定コア60のスリーブ63との間の流路に連通する燃料孔83を有する。
図4(A)は、コイル50に通電されていない状態を示している。第1スプリング71の付勢力が伝達部材40を通じてニードル弁20と可動コア80に伝わり、ニードル弁20のシート部21は弁座19に着座している。可動コア80は、第2スプリング72の付勢力により、伝達部材40の下当接面45に当接している。
図4(A)から(B)の状態に移行するとき、可動コア80と伝達部材40とは加速されるので、伝達部材40と係止部31との衝突力は、ニードル弁20の閉弁力よりも大きいものとなる。なお、ニードル弁20の閉弁力とは、燃料通路16の燃料圧力がニードル弁20に対して閉弁方向へ作用する力と、第1スプリング71の付勢力との和である。
その後、図4(D)に示すように、燃料入口側から流れる燃料の動圧により、係止部31、軸部30及びニードル弁20は閉弁方向に押圧され、係止部31の噴孔側の端面が伝達部材40の内環状部41の反噴孔側の端面に当接する。このとき、ニードル弁20は、所定のリフト量を維持する。
図5(A)は、上述した図4(D)と同様に、コイル50に通電されている状態を示している。可動コア80は固定コア60に当接し、係止部31の噴孔側の端面は伝達部材40の内環状部41の反噴孔側の端面に当接している。
コイル50への通電が停止されると、可動コア80と固定コア60との間の磁気吸引力が消滅する。そのため、図5(B)に示すように、第1スプリング71の付勢力により、伝達部材40と可動コア80が閉弁方向に移動し、伝達部材40の下当接面45とニードル弁20の反噴孔側の端面とが当接する。そのため、第1スプリング71は伝達部材40を通じて可動コア80とニードル弁20を押圧する。
また、可動コア80の閉弁方向にストッパなどが設けられていないので、可動コア80のバウンスが抑制される。したがって、可動コア80のバウンスによってニードル弁20が再開弁することが防がれる。
(1)第1実施形態では、燃料噴射弁1は、ニードル弁20の反噴孔側の端面から軸方向に延びる軸部30と、その軸部30から径外側に延びる係止部31を備える。また、燃料噴射弁1は、係止部31の噴孔側の端面とニードル弁20の反噴孔側の端面との間を、軸方向に往復移動可能に設けられた伝達部材40を備える。この伝達部材40は、可動コア80の反噴孔側の端面に当接可能な下当接面45、及び、第1スプリング71の付勢力を受けるスプリング座46を有する。
これにより、コイル50に通電されていないとき、第1スプリング71の付勢力により伝達部材40の下当接面45と可動コア80とが当接する。コイル50に通電され、固定コア60と可動コア80との間に磁気吸引力が発生すると、可動コア80と伝達部材40とが当接した状態で共に開弁方向へ移動し、係止部31の噴孔側の端面に伝達部材40が衝突する。係止部31及び軸部30と一体に形成されたニードル弁20は、その時の衝突力により、開弁方向へ移動し、噴孔18を開放する。そのため、開弁時に可動コア80と伝達部材40とが当接した状態を保ち、且つ、可動コア80と係止部31とが衝突することがないので、可動コア80の摩耗が抑制される。したがって、燃料噴射弁1は、経年変化によるニードル弁20のリフト量の変化を防ぎ、燃料噴射量を正確に制御することができる。
これにより、コイル50に通電されたとき、伝達部材40は、加速した可動コア80の衝突力を係止部31に伝えることが可能である。一方、コイル50への通電が停止されたとき、伝達部材40は、第1スプリング71の付勢力をニードル弁20に伝えることが可能である。
これにより、コイル50への通電時、伝達部材40が係止部31の噴孔側の端面に衝突する際、その衝突力により伝達部材40が摩耗することを抑制可能である。また、コイル50への通電を停止した時、伝達部材40の下当接面45がニードル弁20に衝突する際、その衝突力により伝達部材40が摩耗することを抑制可能である。したがって、燃料噴射弁1は、経年変化による伝達部材40と係止部31とのギャップの変化を抑制することができる。
これにより、伝達部材40は、コイル50への通電時、可動コア80が固定コア60側に磁気吸引される力を係止部31に伝達可能である。また、伝達部材40は、コイル50への通電を停止した時、第1スプリング71の付勢力をニードル弁20に伝達可能である。
また、伝達部材40は、外環状部42と固定コア60とが摺接することにより、ニードル弁20の軸の傾きを抑制可能である。
これにより、伝達部材40を可動コア80よりも硬質の材料から形成した場合に、伝達部材40と固定コア60との摩耗が防がれる。したがって、燃料噴射弁1は、固定コア60の形状を維持することができる。
また、外環状部42とスリーブ63とが摺接することにより、燃料噴射弁1は、ニードル弁20の軸の傾きを抑制することができる。
本発明の第2実施形態を図6から図8に示す。第2実施形態の燃料噴射弁1は、可動コア80の墳孔側にストッパ90を備えている。ストッパ90は、ニードル弁20の径外側に固定されている。
図6は、ニードル弁20のシート部21が弁座19に着座し、且つ、伝達部材40の下当接面45と可動コア80とが当接し、且つ、伝達部材40の下当接面45とニードル弁20とが当接した状態を示している。この状態で、可動コア80とストッパ90との間には所定距離Eが設けられている。この所定距離Eは、上述した第1実施形態の図5(C)で示したように、燃料噴射弁1の閉弁動作において、ニードル弁20が弁座19に当接した後、可動コア80が慣性により伝達部材40の下当接面45から離れて閉弁方向へ所定距離Eだけ移動することを許容するものである。この所定距離Eは、仮に可動コア80がストッパ90に衝突した後、バウンスしたときにも、ニードル弁20の再開弁を防ぐことが可能な距離である。即ち、この所定距離Eは、可動コア80が閉弁動作時のエネルギ消費に必要な距離であり、実験などにより設定される。
これにより、燃料噴射弁1が閉弁動作を行う際、可動コア80とストッパ90との衝突により可動コア80がバウンスすることが抑制される。そのため、可動コア80のバウンスによりニードル弁20が再開弁することが防がれる。したがって、燃料噴射弁1は、燃料噴射量を正確に制御することができる。
この燃料噴射弁1の製造方法について、図8を参照して説明する。
燃料噴射弁1の製造方法は、部品用意工程100、組み合わせ工程101、及び伝達部材接合工程102を含む。
まず、部品用意工程100では、伝達部材40が周方向に分割された形状を呈する複数の伝達部材構成部品401を用意する。なお、図7では、伝達部材40が2個の伝達部材構成部品401から構成された例を示しているが、他の例として、伝達部材構成部品401は、伝達部材40を周方向に任意の数に分割した形状としてもよい。
続いて、伝達部材接合工程102では、複数の伝達部材構成部品401同士の接触面を軸方向に接合することにより、伝達部材40を形成する。この接合方法として、溶接又はろう付けなどが例示される。これにより、軸部30の径外側に伝達部材40が形成される。
本発明の第3実施形態を図9から図11に示す。第3実施形態の燃料噴射弁1が備える伝達部材40は、軸部30の径外側に環状の係止部31を接合することにより形成されている。
この燃料噴射弁1の製造方法について、図11を参照して説明する。
燃料噴射弁1の製造方法は、軸部用意工程200、嵌め入れ工程201、嵌合工程202、及び軸部係止部接合工程203を含む。なお、この製造方法の説明では、燃料噴射弁1は、筒状の伝達部材40を備えることとする。
次に、嵌め入れ工程201では、軸部30の径外側に筒状の伝達部材40を嵌め入れる。
続いて、嵌合工程202では、軸部30の径外側に環状の係止部31を嵌合し、軸部30と係止部31とを組み合わせる。
次に、軸部係止部接合工程203では、軸部30と係止部31とを接合する。この接合方法として、溶接又はろう付けなどが例示される。
本発明の第4実施形態を図12に示す。第4実施形態の燃料噴射弁1が備える伝達部材40は、単純な筒状である。即ち、内環状部41と外環状部42とは、軸方向の両側の端面が同一平面上に位置している。また、伝達部材40の反噴孔側の端面は、係止部31よりも噴孔側に位置している。これにより、第4実施形態では、伝達部材40の構成を簡素にすることができる。
なお、可動コア80の突起82は、固定コア60が有する固定コア本体62に当接する位置に設けてもよい。
また、第4実施形態では、係止部31、軸部30及びニードル弁20の中央に燃料が流れる流路84が設けられている。これにより、伝達部材40の切欠部47を廃止することが可能である。
本発明の第5実施形態を図13及び図14に示す。第5実施形態の燃料噴射弁1が備える伝達部材40は、軸部30が挿通する中央孔43から径方向の一方に開口する開口部431を有する。この開口部431の幅W1は軸部30の直径より大きい。そのため、この伝達部材40は、ニードル弁20と軸部30と係止部31とが一体に形成された部材に対し、その径方向から嵌め入れることが可能である。伝達部材40は、固定コア60の中央孔61の内壁により、径方向の位置ずれが防がれる。
この燃料噴射弁1は、その製造工程において、ニードル弁20と軸部30と係止部31とが一体に形成された部材に伝達部材40を嵌め入れた後、それを固定コア60の内側に挿入することが可能である。
また、伝達部材40の開口部431は、燃料が流れる流路となる。
また、第5実施形態では、ニードル弁20と軸部30と係止部31とを1個の材料から形成することが可能である。さらに、伝達部材40を1個の材料から形成することが可能である。したがって、燃料噴射弁1は、製造公差を低減すると共に、製造コストを低減することができる。
本発明の第6実施形態を図15及び図16に示す。第6実施形態の燃料噴射弁1が備える伝達部材40は、軸部30が挿通する中央孔43から径方向の一方に開口する開口部431と、上中央孔44から径方向の一方に開口する上開口部441とを有する。開口部431の幅W1は軸部30の直径より大きく、上開口部441の幅W2は係止部31の直径より大きい。また、開口部431と上開口部441とは、同一方向に開口している。そのため、伝達部材40は、ニードル弁20と軸部30と係止部31とが一体に形成された部材に対し、その径方向から嵌め入れることが可能である。したがって、第6実施形態の燃料噴射弁1も、第5実施形態と同様の作用効果を奏する。
さらに、第6実施形態では、固定コア60が有するスリーブ63の径内方向の内壁に切欠き流路64が設けられている。この切欠き流路64と伝達部材40との間を燃料が流れる。
また、第5実施形態では、ニードル弁20と軸部30と係止部31とを1個の材料から形成することが可能である。さらに、伝達部材40を1個の材料から形成することが可能である。したがって、燃料噴射弁1は、製造公差を低減すると共に、製造コストを低減することができる。
本発明の第7実施形態を図17及び図18に示す。第7実施形態の燃料噴射弁1が備える可動コア80は、可動コア本体85と、その可動コア本体85から径外側に環状に突出する外側突部86を有する。この外側突部86は、固定コア側に、噴孔側の外周よりも反噴孔側の外周が小さいテーパ状に形成されたテーパ面861を有する。一方、固定コア60は、可動コア80のテーパ面861に向き合う位置に、噴孔側の内周よりも反噴孔側の内周が小さいテーパ状に形成された逆テーパ面65を有する。
第7実施形態の燃料噴射弁1は、可動コア80にテーパ面861を設けたことにより、燃料噴射弁1の開弁時に、可動コア80が固定コア側に磁気吸引されるときの流体抵抗を低減することが可能である。
また、第7実施形態の燃料噴射弁1は、固定コア60に逆テーパ部65を設けたことにより、可動コア80のテーパ面861と固定コア60との磁気ギャップが大きくなることを防ぐことが可能である。そのため、この燃料噴射弁1は、可動コア80と係止部31との衝突力を大きくすることで、高圧燃料を噴射することができる。
第7実施形態の燃料噴射弁1は、燃料噴射弁1の閉弁時にニードル弁20が弁座19に当接する際、ダンパ室110内の流体ダンパ効果により、可動コア80とニードル弁20を減速することが可能である。そのため、燃料噴射弁1は、可動コア80及びニードル弁20のバウンスによる噴孔18の再開弁を防ぐことができる。
上述した実施形態では、直噴式の内燃機関に適用される燃料噴射弁1について説明した。これに対し、他の実施形態では、燃料噴射弁は、内燃機関の吸気ポート等に燃料を噴射するものとしてもよい。
上述した実施形態では、比較的高圧の燃料を噴射する燃料噴射弁1について説明した。これに対し、他の実施形態では、燃料噴射弁は、通常の圧力の燃料を噴射するものとして使用してもよい。
本発明は、上述した複数の実施形態に限定されるものではなく、その複数の実施形態の構成を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
20・・・ニードル弁
30・・・軸部
31・・・係止部
40・・・伝達部材
45・・・下当接面
46・・・スプリング座
60・・・固定コア
71・・・スプリング(第1スプリング)
80・・・可動コア
Claims (11)
- 軸方向の一方に形成される噴孔(18)、その噴孔に通じる燃料通路(16)、及び、その燃料通路の内壁に形成される弁座(19)を有する筒状のハウジング(10)と、
前記ハウジングの内側に軸方向に往復移動可能に収容され、前記弁座に着座及び離座することで前記噴孔を開閉するニードル弁(20)と、
前記ニードル弁を噴孔側へ付勢するスプリング(71)と、
通電により磁界を発生するコイル(50)と、
前記コイルが発生する磁界内で前記ハウジングに固定される固定コア(60)と、
前記ハウジング及び前記ニードル弁に対して軸方向に往復移動可能に設けられ、前記コイルに通電されると固定コア側へ磁気吸引される可動コア(80)と、
前記ニードル弁の反噴孔側の端面に固定され軸方向に延びる軸部(30)と、
前記軸部から径外方向に延びる係止部(31)と、
前記係止部の前記噴孔側の端面と前記ニードル弁の反噴孔側の端面との間を軸方向に往復移動可能に設けられ、前記可動コアの反噴孔側の端面に当接可能な下当接面(45)、及び前記スプリングの付勢力を受けるスプリング座(46)を有する伝達部材(40)と、を備えることを特徴とする燃料噴射弁(1)。 - 前記伝達部材は、
前記コイルに通電されたとき、前記係止部の噴孔側の端面に当接可能であり、
前記コイルへの通電が停止されたとき、前記ニードル弁の反噴孔側の端面に当接可能であることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。 - 前記伝達部材は、前記可動コアよりも硬質であることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射弁。
- 前記伝達部材は、
前記係止部の噴孔側の端面と前記ニードル弁の反噴孔側の端面との間に設けられた内環状部(41)と、
前記内環状部の径外側で、前記可動コアと前記スプリングとの間に設けられた外環状部(42)とを有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。 - 前記固定コアは径内側に、前記外環状部の外壁と摺接可能な筒状のスリーブ(63)を有することを特徴とする請求項4に記載の燃料噴射弁。
- 前記伝達部材は、前記軸部が挿通する中央孔(43)と、その中央孔から径方向の一方に開口する開口部(431)を有し、前記開口部の幅(W1)は前記軸部の直径より大きいことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記伝達部材は、前記係止部が挿通可能な上中央孔(44)と、その上中央孔から径方向の一方に開口する上開口部(441)を有し、前記上開口部の幅(W2)は前記係止部の直径より大きいことを特徴とする請求項6に記載の燃料噴射弁。
- 前記伝達部材の有する前記スプリング座は、前記係止部よりも反噴孔側に位置し、前記スプリングが周方向に連続して当接可能であることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記コイルへの通電がオンからオフに切り替わり、前記ニードル弁が前記弁座に当接した後、前記可動コアが前記伝達部材の前記下当接面から離れて前記噴孔側に所定距離(E)だけ移動することを許容する位置に設けられたストッパ(90)を備えることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 請求項1に記載の燃料噴射弁を製造する製造方法であって、
前記伝達部材が周方向に分割された形状の複数の伝達部材構成部品を用意する部品用意工程(100)と、
前記軸部の径外側に複数の前記伝達部材構成部品を組み合わせる組み合わせ工程(101)と、
複数の前記伝達部材構成部品同士の接触面を軸方向に接合することにより、前記軸部の径外側に前記伝達部材を形成する伝達部材接合工程(102)と、を含むことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。 - 請求項1に記載の燃料噴射弁を製造する製造方法であって、
前記軸部を用意する軸部用意工程(200)と、
前記軸部の径外側に環状の前記係止部を嵌合する嵌合工程(202)と、
前記軸部と前記係止部との接触面を接合する軸部係止部接合工程(203)と、を含む燃料噴射弁の製造方法。
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