JP6266123B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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の燃料噴射弁に関するものである。

図７は従来の燃料噴射弁の一例を示す断面図である。
従来の燃料噴射弁１は、図７に示すように、弁機構を形成する可動子である弁体８は、アマチュア９と弁部１１から構成され、閉弁時は弁体８がスプリング１３によって弁座１０に押圧されており、電極ターミナル７に通電されると、コイル２が発生する磁界がアマチュア９をコア３側へ吸引する磁気吸引力を発生させることで弁体８がコア３側に移動し、弁部１１と弁座１０に隙間が生じ、即ち、開弁し、燃料が流れる構成となっている。

また図７に示す従来の燃料噴射弁１では、磁気通路がコア３、アマチュア９、ホルダ４およびハウジング５とキャップ６から構成されている。このときコイル２はハウジング５内に格納され、キャップ６がコイル２を蓋状に覆う形でハウジング５に溶接固定されている。キャップ６はホルダ４に圧入、溶接固定されており、かつハウジング５とテーパ面で接触してハウジング５との接触面積を安定的に確保している。このときハウジング５とホルダ４は軸ずれを吸収する観点から隙間を有する設定となっており、隙間による磁気損失を補うためにホルダ4とハウジング５の対向長さＬ１を長くした構成となっている。（特許文献１参照。）

また、図８は他の従来例を示すもので、図８に示す従来の燃料噴射弁１では、コア３とホルダ４を一体化し、図８のＡ部を拡大して示す図９に示すように、ホルダ４の一部に薄肉部１５を設けて、吸引対向面を通らずにホルダ４のこの部分を通る磁気リークを制限し、図７の燃料噴射弁に対して磁気効率を向上させている。（特許文献２参照。）

特許第４１３０７７１号 米国特許第５７６９３９１号

近年、小排気量の二輪用内燃機関においてもFI（Fuel Injection）化が進み、燃料噴射弁の採用が拡大していることから、図７および図８に示すような従来の燃料噴射弁に対して、取付け長さＬ２や外径の縮小化といったエンジンレイアウト性能の向上が要求されている。その上で、従来の燃料噴射弁と同等の噴射性能を備えていなければならない。
図７の燃料噴射弁１では、前記の理由によりホルダ４とハウジング５の軸方向の対向長さＬ１を長くしなければならないため、取付け長さＬ２が比較的長くなるという問題がある。また図７の燃料噴射弁１では図８の燃料噴射弁に比べて、前記のようなホルダ４に薄肉部を設けていないため磁気効率が悪いという問題がある。

ところで磁気効率の課題を解決するためには図７の構造をベースとして、ホルダ４に薄肉部１５を設ける図１０の構造が考えられる。図１０では取付長さＬ２の課題を解決するため、ハウジング５とホルダ４を圧入固定して磁気損失を低減し、ホルダ４とハウジング５との対向長さＬ１を短縮して取付け長さＬ２を縮小している。
しかし、図１０の構造ではキャップ６、コア３とホルダ４を一体化したコア組み体（以下コアASSYともいう。）、およびハウジング５の３部品がそれぞれ３か所で圧入されているため、強い圧入荷重により強制的に組付けを行うと、軸ずれを吸収する箇所がないため、結果的に強度の弱い、例えばホルダ薄肉部１５で変形が生じてしまう。そして薄肉部１５の変形に伴いアマチュア９を収納する部分のホルダ内径が変形して、可動子である弁体の摺動不良となる。

この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、可動子である弁体の摺動不良を防止しつつ、高い磁気効率を有し、取付け長さが短く、噴射性能の良い燃料噴射弁を提供することを目的とする。

この発明に係る燃料噴射弁は、弁部とこの弁部と接続され前記弁部の電磁吸引部となるアマチュアとから構成される可動子であって、コイルが発生する磁界に起因した磁気吸引力とスプリングの押圧力により駆動されて、前記弁部が弁座と離着することにより弁機構を構成する弁体と、前記アマチュアの燃料上流側端面と磁気的対向面を有するコアと、前記弁体を格納し、前記アマチュア外周との磁気的対向面を有し前記コアと接合されたホルダと、前記ホルダの外周に圧入され前記コイルを格納するハウジングと、前記コイルの燃料上流側を蓋状に覆い、前記コアの外周に圧入されるキャップとを備え、径方向へのすべり可能状態で前記キャップの下面と前記ハウジングの上端面を接触させた後、前記キャップと前記ハウジングの接触面の外周部を溶接で接合し、前記キャップの外径を、前記ハウジングの外径に対して、キャップとハウジングの径方向の偏心量よりも大きくしたものである。

この発明の燃料噴射弁によれば、キャップ下面とハウジング上端面を接触面として両者を径方向にすべり可能状態としたので、コアとホルダが一体化されたコアASSYにハウジングを圧入し、かつコアASSYにキャップを圧入した状態でキャップ外径とハウジング外径との間で軸ずれが発生しても、両者が径方向に拘束されていないため、組付けによってホルダの薄肉部などにストレスがかかることはなくホルダの変形が防止される。またキャップとハウジングは面どうしで接触するので磁気的な接続は確保される。その結果、可動子の摺動不良を防止しつつ、磁気的な効率を低下することなく、取付け長さが短く、噴射性能のよい燃料噴射弁を得ることができる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 図１のＢ部の拡大図であって、溶接前のキャップとハウジングの接合面の段差を示す図である。 図１のＢ部の拡大図であって、溶接後のキャップとハウジングの接合部を示す図である。 この発明の実施の形態１の燃料噴射弁におけるキャップとハウジングの溶接方法を説明するためのサブアッセンブリの上面図である。 図４に示すサブアッセンブリの断面図である。 この発明の実施の形態１における、キャップとハウジングとの段差Ｈと溶接幅Ｂの比率と、溶接不良率との関係を示す相関図である。 従来の燃料噴射弁の一例を示す断面図である。 従来の燃料噴射弁の他の一例を示す断面図である。 図８のＡ部の拡大図である。 図７の変形例を示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図、図２は、図１のＢ部の拡大図であって、溶接前のキャップとハウジングの接合面の段差を示す図、図３は同じく図１のＢ部の拡大図であって、溶接後のキャップとハウジングの接合部を示す図である。
図１において、燃料噴射弁１のソレノイド部は、外部端子に接触して通電される電極ターミナル７と、電極ターミナル７と接続して通電により磁気を発生させるコイル２と、固定鉄心であるコア３と、コア３の下面と磁気的対向面を有し弁体８の吸引部であるアマチュア９と、アマチュア９の側面と磁気的対向面を有するホルダ４と、ホルダ４の外周に圧入されコイル２を格納しているハウジング５と、ハウジング５内の上部に配置されコア３の外周に圧入されるキャップ６とから構成されている。なお、弁体８は、従来から周知のものと同様であって、アマチュア９と弁部１１とパイプ２１によって構成され、閉弁時は弁体８がスプリング１３によって弁座１０に押圧されており、電極ターミナル７に通電されるとコイル２が発生する磁界がアマチュア９をコア３側へ吸引する磁気吸引力を発生させることで弁体８がコア３側に移動し、弁部１１と弁座１０に隙間が生じ、即ち開弁し、燃料が流れる構成となっている。

コア３の下流側外周部は、ホルダ４の上流側内周部に圧入した後に、ホルダ４に溶接されて内部燃料をシールし、コアASSY１６として一体化されている。コアASSY１６においてコア３とホルダ４はホルダ4の薄肉部１５を介して磁気的に接続されており、磁気リークを最小化している。

ハウジング５は絞り加工により２段の中空円筒形状に製作される。
ソレノイドの組付けは、まずハウジング５の下流側の内周部がコアASSY１６のホルダ４の外周部に圧入されて磁気的に接続される。ホルダ４の外周部とハウジング５の内周部の圧入により磁気的なロスは解消され、ホルダ４とハウジング５の圧入長さＬ１は、ハウジング５の板厚の０．５〜２倍程度の短い長さで磁気通路が確保されている。

次にコイル２がハウジング５内に収納された後に、キャップ６がコア３の外周に圧入されながらその下面がハウジング５の上端面に接触して位置決めされる。キャップ６には電極ターミナル７の出口となる切欠きが設定されており、電極ターミナル７と干渉なくコア３の外周に圧入される。（後述の図４参照。）

その後、ソレノイドは外装モールドされた後に、ホルダ４の内部にアマチュア９と弁部１１とパイプ２１によって構成された弁体８が収納され、コア３の内部に固定されたロッド１２により圧縮状態にされたスプリング１３が弁体８のパイプ２１の上端に接して弁体８に下流方向に所定の荷重をかけることにより、弁部１１をホルダ４に格納された弁座１０に押圧した状態とする。
なお、このような燃料噴射弁１自体の動作は周知のものと同様であるので詳細説明は省略する。

ここで、実施の形態１の燃料噴射弁においては、キャップ６の下面とハウジング５の上端面が平面どうしの接触状態となっており、両者が径方向にすべり可能な状態となっている。このためキャップ6が組付けられたときにキャップ6の外周とハウジング5の外周が軸ずれ状態であっても、ホルダ薄肉部１５等の強度の低い部分にストレスをかけることなく組付けがなされ、かつ平面どうしの接触により磁気的な接続が確保される。このため弁体の摺動不良を防止しつつ、磁気的な効率を低下することなく燃料噴射弁の良好な噴射性能を確保することができる。

また、電極ターミナル７の出口となる切欠きが設けられるキャップ６は、プレス加工によって製作され、図２の拡大図に示すように、プレスの打ち抜き下側の面の外周角部のダレ１４のない面側をハウジング５との接触面としている。このため、切削加工に比べて低コストな加工費でキャップ6を製作することができると共に、キャップ下面とハウジング上端面の接触面積、すなわち磁路面積が安定的に確保され、燃料噴射弁の性能ばらつきを小さくすることができる。

また、図３の拡大図に示すように、キャップ６をコア３に圧入してハウジング５の上面と接触状態となった後に、キャップ６とハウジング５の外周境界面にレーザーを照射して両者を溶融させて接合する。この時、図２に示すように、キャップ６とハウジング５の外周に径方向の段差Ｈがあった場合でも、接合部の溶融により両者の外径段差がならされて連続形状となり、キャップ下面とハウジング上端面の接触面積のばらつきが緩和され、磁路面積が安定的に確保されて、燃料噴射弁の性能ばらつきを小さくすることができる。

また、この実施の形態１の燃料噴射弁においては、キャップ６の外径をハウジング５の外径に対して、両者の偏心量より大きくしている。このため、図２に示すように、常にキャップ６の外径がハウジング５の外径より外径側に張り出す状態となり、必ずハウジング５の上端面が全面でキャップ６の下面に接触する。従って、キャップ６とハウジング５の接触面積は両者の軸ずれ量に依存せず、ハウジング上端面の面積のみで決定され、接触面積、すなわち磁路面積が安定的に確保されて、燃料噴射弁の性能ばらつきを小さくすることができる。

ところで、図２に示されるように、キャップ６とハウジング５が突き合わされた際に軸ずれに起因した段差Ｈが外周部に生じる。このとき段差Ｈの大きさは各部品の公差によって決定されるもので、公差を小さくするにはコストがかかるため溶接不良が出ない範囲でできる限り公差、すなわち段差Ｈを大きく設定し、コストを低減させることが望ましい。
このような観点から、段差Ｈと溶接幅Ｂ（図３参照）の比率（即ち、Ｈ／Ｂ）と溶接不良率との関係について実験的に確認した結果、図６に示すような関係が確認された。

従って、キャップ６とハウジング５が突き合わされた際の、段差Ｈと溶接幅Ｂの関係が、Ｈ≦Ｂ／３ を満足するように、即ち、段差Ｈが溶接幅Ｂの１／３以下となるように各部品の公差を設定することにより、溶接不良が発生することなく部品コストの低下を実現することが可能となる。また段差Ｈの工程能力が確定すれば、測定が容易な溶接幅Ｂのみで溶接強度の管理ができるため、製造面におけるコスト性にも優れたものとなる。

図４、図５は、実施の形態１におけるキャップ６とハウジング５との溶接工程を説明するためのサブアッセンブリ１８の上面図、および断面図である。
キャップ６とハウジング５の外周部を溶接する際に１方向から実施すると、溶接による熱収縮の影響で反対側の溶接個所において段差Ｈが変化することがある。つまり、キャップ６をコア３に圧入し、ハウジング５と突合せた時点では段差Ｈが良好な溶接可能範囲であっても、片側を溶接した際に溶接部と反対側の段差Ｈが大きくなって溶接不良が発生する可能性がある。そこで実施の形態１においては、図４に示すように、１８０°対向した２方向から同時にレーザ溶接を行う。このように、レーザ溶接を行うことによって、熱収縮による段差Ｈの変化を抑制することができ、溶接不良を大幅に低減することができるものである。

この発明は、小排気量の二輪車の燃料噴射弁として好適なものである。

１ 燃料噴射弁、２ コイル、３ コア、４ ホルダ、５ ハウジング、
６ キャップ、７ 電極ターミナル、８ 弁体（可動子）、
９ アマチュア、１０ 弁座、１１ 弁部、１２ ロッド、
１３ スプリング、１５ 薄肉部、１６ コアASSY（コア組み体）、
１８ サブアッセンブリ、２１ パイプ。

Claims (4)

1. 弁部とこの弁部と接続され前記弁部の電磁吸引部となるアマチュアとから構成される可動子であって、コイルが発生する磁界に起因した磁気吸引力とスプリングの押圧力により駆動されて、前記弁部が弁座と離着することにより弁機構を構成する弁体と、
   前記アマチュアの燃料上流側端面と磁気的対向面を有するコアと、
   前記弁体を格納し、前記アマチュア外周との磁気的対向面を有し前記コアと接合されたホルダと、前記ホルダの外周に圧入され前記コイルを格納するハウジングと、
   前記コイルの燃料上流側を蓋状に覆い、前記コアの外周に圧入されるキャップとを備え、
   径方向へのすべり可能状態で前記キャップの下面と前記ハウジングの上端面を接触させた後、前記キャップと前記ハウジングの接触面の外周部を溶接で接合し、前記キャップの外径を、前記ハウジングの外径に対して、キャップとハウジングの径方向の偏心量よりも大きくしたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記キャップがプレス加工で製作され、前記キャップには電極ターミナルの出口となる切欠きが設けられると共に、前記キャップのプレスの打ち抜き下側の面が前記ハウジングと接触するよう構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記ハウジングと前記キャップの溶接幅Ｂと、軸ずれで生じる前記ハウジングと前記キャップの外周部の段差Ｈが、下記式（１）の関係となるように、燃料噴射弁各部品の寸法について公差設定したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
   Ｈ≦Ｂ／３・・・・（１）
4. 前記キャップと前記ハウジングの接触面の外周部がレーザー溶接で接合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。

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