JP6673797B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００２−３０３２２２号公報（特許文献１）に記載された燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁は、ハウジングパイプと、ハウジングパイプ内を軸方向に往復可能な弁体と、弁体が着座する弁座を持つ底壁と底壁の周縁から立設されハウジングパイプとの間に熱接合部を形成する側壁とを備えるボディバルブと、を有し、ハウジングパイプとバルブボディとを接合する前に、予め熱接合部と弁座との間に接合熱による熱変形を吸収する熱変形吸収空間を設けている（要約参照）。特許文献１の燃料噴射弁は、接合熱による歪みが小さく寸法精度の良好な弁座を持つ燃料噴射弁を提供することができるという効果を奏する（段落００４１参照）。さらにこの燃料噴射弁は、ハウジングパイプの内周側にボディバルブを圧入する際に、熱変形吸収空間（環状溝）が変形することで圧入時にボディバルブに生じる歪みが吸収され、圧入による弁座の寸法精度の低下を抑制することができるという効果を奏する（段落００１７参照）。

特開２００２−３０３２２２号公報

特許文献１の燃料噴射弁では、圧入時や溶接時にボディバルブに生じる歪みを熱変形吸収空間で吸収することができ、弁座に生じる寸法精度及び真円度の低下を抑制することができる。

しかし特許文献１の燃料噴射弁では、ボディバルブの底壁の周縁から上方に向かって立設された側壁の中で、環状溝によって構成される熱変形吸収空間よりも上方の側壁部分（以下、上側側壁部分という）がハウジングパイプの内周側に圧入され、熱変形吸収空間よりも下方の側壁部分（以下、下側側壁部分という）はハウジングパイプの外側に位置している。この場合、熱変形吸収空間の部分でボディバルブに歪みが生じると、ハウジングパイプの内周側に圧入されるボディバルブの上側側壁部分の中心軸線と、弁座を持つ底壁が構成された下側側壁部分の中心軸線とが位置ずれを起こし、ボディバルブの上側部分と下側部分との同軸度が低下する可能性がある。特許文献１の燃料噴射弁では、この同軸度の低下について配慮されていなかった。

上述した弁座に生じる寸法精度、真円度及び同軸度の低下は、弁体と弁座とが当接するシール部の油密性能を低下させる。

特許文献１におけるハウジングパイプ及びバルブボディは、本発明の筒状体及び弁座部材に相当する部材であり、以下、筒状体及び弁座部材と呼んで説明する。

本発明の目的は、弁体と弁座とが当接するシール部の油密性能の低下を抑制することができる燃料噴射弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、
協働して燃料通路を開閉する弁座及び弁体と、前記弁座が形成された弁座部材と、先端側の端部に前記弁座部材が圧入及び溶接された状態で組み付けられた筒状体と、を備えた燃料噴射弁において、
前記弁座部材は前記弁座の外周側に基端側に向けて立設された側壁部を備え、
前記側壁部は先端側の端部と基端側の端部との間に段差面を備え、
前記弁座部材と前記筒状体との溶接部は前記段差面に対して基端側に設けられ、
前記弁座部材は、前記段差面よりも先端側における前記弁座部材の先端側外周面部と前記筒状体の内周面との間の先端側接触圧が、前記段差面よりも基端側における前記弁座部材の基端側外周面部と前記筒状体の内周面との間の基端側接触圧よりも小さくなるように、前記筒状体に圧入された状態で組み付けられる。

本発明によれば、弁座の同軸度の低下を抑制することができ、弁体と弁座とが当接するシール部の油密性能の低下を抑制することができる。
本発明に係るその他の効果は、実施例の説明の中で説明する。

本発明に係る燃料噴射弁の一実施例について、弁軸心（中心軸線）に沿う断面を示す断面図である。 図１に示す可動子２７の近傍を拡大して示す断面図である。 図２に示すノズル部８の近傍を拡大して示す断面図である。 筒状体５に対する弁座部材１５の組み付け部の構成を模式的に示す断面図である。 薄肉部８０の第一変更例を示すノズル部８の拡大断面図である。 薄肉部８０の第二変更例を示すノズル部８の拡大断面図である。 燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。

本発明に係る実施例について、図１乃至図３を用いて説明する。

図１を参照して、燃料噴射弁１の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る燃料噴射弁の一実施例について、弁軸心（中心軸線）に沿う断面を示す断面図である。なお、中心軸線１ｘは、弁体２７ｃ、ロッド部（接続部）２７ｂ及び可動鉄心２７ａＡが一体に設けられた可動子２７の軸心（弁軸心）２７ｘに一致し、筒状体５及び弁座部材１５の中心軸線に一致している。

図１において、燃料噴射弁１の上端部（上端側）を基端部（基端側）と呼び、下端部（下端側）を先端部（先端側）と呼ぶ場合がある。基端部（基端側）及び先端部（先端側）という呼び方は、燃料の流れ方向或いは燃料配管に対する燃料噴射弁１の取り付け構造に基づいている。また、本明細書において説明される上下関係は図１を基準とするもので、燃料噴射弁１を内燃機関に搭載した形態における上下方向とは関係がない。

燃料噴射弁１には、金属材製の筒状体（筒状部材）５によって、その内側に燃料流路（燃料通路）３がほぼ中心軸線１ｘに沿うように構成されている。筒状体５は、磁性を有するステンレス等の金属素材を用い、深絞り加工等のプレス加工により中心軸線１ｘに沿う方向に段付きの形状に形成されている。これにより、筒状体５は、一端側５ａの径が他端側５ｂの径に対して大きくなっている。

筒状体５の基端部には燃料供給口２が設けられ、この燃料供給口２に、燃料に混入した異物を取り除くための燃料フィルタ１３が取り付けられている。

筒状体５の基端部は径方向外側に向けて拡径するように曲げられた鍔部（拡径部）５ｄが形成され、鍔部５ｄとカバー４７の基端側端部４７ａとで形成される環状凹部（環状溝部）４にＯリング１１が配設されている。

筒状体５の先端部には、弁体２７ｃと弁座部材１５とからなる弁部７が構成されている。弁座部材１５は、筒状体５の先端側内側に挿入され、レーザ溶接１９により筒状体５に固定されている。レーザ溶接１９は、筒状体５の外周側から全周に亘って実施されている。この場合、弁座部材１５を筒状体５の先端側内側に圧入した上で、弁座部材１５をレーザ溶接により筒状体５に固定してもよい。

弁座部材１５にはノズルプレート２１ｎが固定され、弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎのノズル部８を構成する。弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎは、弁座部材１５が筒状体５の内周面に挿入されて固定されることにより、筒状体５の先端側に組み付けられている。

本実施例の筒状体５は、燃料供給口２が設けられる部分から弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎが固定される部分までが一部材で構成されているが、燃料供給口２が設けられる部分（基端側部分）と、弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎが固定される部分（先端側部分）とを、別部材で構成してもよい。筒状体５の先端側部分はノズル部８を保持するノズルホルダを構成する。本実施例では、ノズルホルダが筒状体５の基端側部分と共に一部材で構成されている。

筒状体５の中間部には弁体２７ｃを駆動するための駆動部９が配置されている。駆動部９は電磁アクチュエータ（電磁駆動部）で構成されている。具体的には、駆動部９は、筒状体５の内部（内周側）に固定された固定鉄心２５と、筒状体５の内部において固定鉄心２５に対して先端側に配置され、中心軸線１ｘに沿う方向に移動可能な可動子（可動部材）２７と、固定鉄心２５と可動子２７に構成された可動鉄心２７ａとが微小ギャップδ１を介して対向する位置で筒状体５の外周側に外挿された電磁コイル２９と、電磁コイル２９の外周側で電磁コイル２９を覆うヨーク３３とを備える。

筒状体５の内側には可動子２７が収容されており、筒状体５は可動鉄心２７ａの外周面と対向して可動鉄心２７ａを囲繞するハウジングを構成している。

可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とヨーク３３とは、電磁コイル２９に通電することにより生じる磁束が流れる閉磁路を構成する。磁束は微小ギャップδ１を通過するが、微小ギャップδ１の部分で筒状体５を流れる漏れ磁束を低減するため、筒状体５の微小ギャップδ１に対応する位置に、非磁性部或いは筒状体５の他の部分よりも弱磁性の弱磁性部５ｃが設けられている。以下、この非磁性部或いは弱磁性部５ｃは、単に非磁性部５ｃと呼んで説明する。非磁性部５ｃは、筒状体５に対する磁性を有する筒状体５に非磁性化処理を行うことにより形成することができる。このような非磁性化処理は、例えば熱処理によって行うことができる。或いは、筒状体５の外周面に環状凹部を形成することにより非磁性部５ｃに相当する部分を薄肉化して構成することができる。

電磁コイル２９は、樹脂材料で筒状に形成されたボビン３１に巻回され、筒状体５の外周側に外挿されている。電磁コイル２９はコネクタ４１に設けられたターミナル４３に電気的に接続されている。コネクタ４１には図示しない外部の駆動回路が接続され、ターミナル４３を介して、電磁コイル２９に駆動電流が通電される。

固定鉄心２５は、磁性金属材料からなる。固定鉄心２５は筒状に形成され、中心部を中心軸線１ｘに沿う方向に貫通する貫通孔２５ａを有する。貫通孔２５ａは、可動鉄心２７ａの上流側の燃料通路（上流側燃料通路）３を構成する。固定鉄心２５は、筒状体５の小径部５ｂの基端側に圧入固定され、筒状体５の中間部に位置している。小径部５ｂの基端側に大径部５ａが設けられていることにより、固定鉄心２５の組付けが容易になる。固定鉄心２５は溶接により筒状体５に固定してもよいし、溶接と圧入を併用して筒状体５に固定してもよい。

可動子２７は、可動鉄心２７ａとロッド部（接続部）２７ｂと弁体２７ｃとで構成される。可動鉄心２７ａは円環状の部材である。弁体２７ｃは弁座１５ｂ（図３参照）と当接する部材である。弁座１５ｂ及び弁体２７ｃは協働して燃料通路を開閉する。ロッド部２７ｂは細長い円筒形状であり、可動鉄心２７ａと弁体２７ｃとを接続する接続部である。可動鉄心２７ａは、弁体２７ｃと連結され、固定鉄心２５との間に作用する磁気吸引力によって、弁体２７ｃを開閉弁方向に駆動するための部材である。

本実施例では、可動鉄心２７ａとロッド部２７ｂとが固定されているが、可動鉄心２７ａとロッド部２７ｂとが相対変位可能に連結された構成であってもよい。

本実施例では、ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとを別部材で構成し、ロッド部２７ｂに弁体２７ｃを固定している。ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとの固定は、圧入又は溶接により行われる。ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとは一つの部材で一体化されて構成されてもよい。

ロッド部２７ｂは円筒形状であり、ロッド部２７ｂの上端が可動鉄心２７ａの下端部に開口し軸方向に延設された孔２７ｂａを有する。ロッド部２７ｂには内側（内周側）と外側（外周側）とを連通する連通孔（開口部）２７ｂｏが形成されている。ロッド部２７ｂの外周面と筒状体５の内周面との間には燃料室３７が形成されている。

固定鉄心２５の貫通孔２５ａにはコイルばね３９が設けられている。コイルばね３９の一端は、可動鉄心２７ａの内側に設けられたばね座２７ａｇに当接している。コイルばね３９の他端部は、固定鉄心２５の貫通孔２５ａの内側に配設されたアジャスタ（調整子）３５に当接している。コイルばね３９は、可動鉄心２７ａに設けられたばね座２７ａｇとアジャスタ（調整子）３５の下端（先端側端面）との間に、圧縮状態で配設されている。

コイルばね３９は、弁体２７ｃが弁座１５ｂに当接する方向（閉弁方向）に可動子２７を付勢する付勢部材として機能している。中心軸線１ｘに沿う方向におけるアジャスタ３５の位置を貫通孔２５ａ内で調整することにより、コイルばね３９による可動子２７（すなわち弁体２７ｃ）の付勢力が調整される。

アジャスタ３５は、中心部を中心軸線１ｘに沿う方向に貫通する燃料流路３を有する。燃料供給口２から供給された燃料は、アジャスタ３５の燃料流路３を流れた後、固定鉄心２５の貫通孔２５ａの先端側部分の燃料流路３に流れ、可動子２７内に構成された燃料流路３に流れる。

ヨーク３３は、磁性を有する金属材料でできており、燃料噴射弁１のハウジングを兼ねている。ヨーク３３は大径部３３ａと小径部３３ｂとを有する段付きの筒状に形成されている。大径部３３ａは電磁コイル２９の外周を覆って円筒形状を成しており、大径部３３ａの先端側に大径部３３ａよりも小径の小径部３３ｂが形成されている。小径部３３ｂは筒状体５の小径部５ｂの外周に圧入又は挿入されている。これにより、小径部３３ｂの内周面は筒状体５の外周面に緊密に接触している。このとき、小径部３３ｂの内周面の少なくとも一部は、可動鉄心２７ａの外周面と筒状体５を介して対向しており、この対向部分に形成される磁路の磁気抵抗を小さくしている。

ヨーク３３の先端側端部の外周面には周方向に沿って環状凹部３３ｃが形成されている。環状凹部３３ｃの底面に形成された薄肉部において、ヨーク３３と筒状体５とがレーザ溶接２４により全周に亘って接合されている。

筒状体５の先端部にはフランジ部４９ａを有する円筒状のプロテクタ４９が外挿され、筒状体５の先端部がプロテクタ４９によって保護されている。プロテクタ４９はヨーク３３のレーザ溶接部２４の上を覆っている。

プロテクタ４９のフランジ部４９ａと、ヨーク３３の小径部３３ｂと、ヨーク３３の大径部３３ａと小径部３３ｂとの段差面とによって環状溝３４が形成され、環状溝３４にＯリング４６が外挿されている。Ｏリング４６は、燃料噴射弁１が内燃機関に取り付けられる際に、内燃機関側に形成された挿入口の内周面とヨーク３３における小径部３３ｂの外周面との間で液密及び気密を確保するシールとして機能する。

燃料噴射弁１の中間部から基端側端部の近傍までの範囲に、樹脂カバー４７がモールドされている。樹脂カバー４７の先端側端部はヨーク３３の大径部３３ａの基端側の一部を被覆している。また、樹脂カバー４７を形成する樹脂によりコネクタ４１が一体的に形成されている。

図２を参照して、可動子２７近傍の構成について、詳細に説明する。図２は、図１に示す可動子２７の近傍を拡大して示す断面図である。

本実施例では、可動鉄心２７ａとロッド部２７ｂとが一部材で一体に形成されている。可動鉄心２７ａの上端面（上端部）２７ａｂの中央部には、下端側に向けて窪んだ凹部２７ａａが形成されている。凹部２７ａａの底部２７ａｇにはばね座が形成され、コイルばね３９の一端が底部２７ａｇに支持されている。さらに、凹部２７ａａの底部２７ａｇには、ロッド部２７ｂの孔２７ｂａの内側に連通する開口部２７ａｆが形成されている。開口部２７ａｆは、固定鉄心２５の貫通孔２５ａから凹部２７ａａ内の空間２７ａｉに流入した燃料を、ロッド部２７ｂの孔２７ｂａの内側の空間２７ｂｉに流す燃料通路を構成する。

本実施例では、ロッド部２７ｂと可動鉄心２７ａとを一部材で構成しているが、別々の部材で構成したものを一体に組み付けてもよい。

可動鉄心２７ａの上端面２７ａｂは、固定鉄心２５側に位置する端面であり、固定鉄心２５の下端面２５ｂと対向する。上端面２７ａｂに対して反対側の可動鉄心２７ａの端面は、燃料噴射弁１の先端側（ノズル側）に位置する端面であり、以下、下端面（下端部）２７ａｋと呼ぶ。

上端面２７ａｂと固定鉄心２５の下端面２５ｂとは、相互に磁気吸引力が作用する磁気吸引面を構成する。

本実施例では、可動鉄心２７ａの外周面２７ａｃに、筒状体５の内周面５ｅに摺動する摺動部が構成される。この摺動部として、外周面２７ａｃには径方向外方に向かって突出する凸部（図示せず）が設けられる。内周面５ｅは、可動鉄心２７ａの外周面２７ａｃが摺接する上流側ガイド面を構成する。上流側ガイド面５ｅと可動鉄心２７ａの外周面２７ａｃ（正確には外周面２７ａｃに形成した凸部）とは、可動子２７の変位を案内する上流側ガイド部５０Ｂを構成する。

一方、弁体２７ｃと弁座部材１５との間に、後で詳細に説明する下流側ガイド部５０Ａが構成され、可動子２７は上流側ガイド部５０Ｂと下流側ガイド部５０Ａとの二点で案内されて、中心軸線１ｘに沿う方向（開閉弁方向）に往復動作する。

ロッド部２７ｂには、内側（孔２７ｂａ）と外側（燃料室３７）とを連通する開口部（連通孔）２７ｂｏが形成されている。連通孔２７ｂｏは、ロッド部２７ｂの軸方向（中心軸線１ｘ方向）において中央部に配置され、ロッド部２７ｂの内側と外側とを連通する燃料通路を構成する。これにより、固定鉄心２５の貫通孔２５ａ内の燃料は、孔２７ｂａ及び連通孔２７ｂｏを通じて燃料室３７に流れる。

次に、図３を参照して、ノズル部８の構成ついて、詳細に説明する。図３は、図２に示すノズル部８の近傍を拡大して示す断面図である。

弁座部材１５には、中心軸線１ｘに沿う方向に貫通する貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅが形成されている。この貫通孔の途中には下流側に向かって縮径する円錐面１５ｖが形成されている。円錐面１５ｖ上には弁座１５ｂが構成され、弁体２７ｃが弁座１５ｂに離接することにより、燃料通路の開閉が行われる。なお、弁座１５ｂが形成された円錐面１５ｖを弁座面と呼ぶ場合もある。

なお、弁座１５ｂをシート部と呼んだり、弁座１５ｂと弁体２７ｃの弁座１５ｂと当接する部位とをシート部と呼んだりする場合がある。弁座１５ｂは弁座部材１５側のシート部を構成し、弁体２７ｃの弁座１５ｂと当接する部位は弁体２７ｃ側のシート部を構成する。また、弁座１５ｂと弁体２７ｃとの相互に当接する当接部は、閉弁時に燃料をシールするシール部を構成する。

貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅにおける、円錐面１５ｖから上側の孔部分１５ｄ，１５ｃ，１５ｖは、弁体２７ｃを収容する弁体収容孔を構成する。弁体収容孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖの内周面に、弁体２７ｃを中心軸線１ｘに沿う方向に案内するガイド面１５ｃが形成されている。ガイド面１５ｃは可動子２７を案内する二つのガイド面のうち、下流側に位置する下流側ガイド面を構成する。

下流側ガイド面１５ｃとこの下流側ガイド面１５ｃに摺接する弁体２７ｃの摺接面（摺動面）２７ｃｂとは、可動子２７の変位を案内する下流側ガイド部５０Ａを構成する。

ガイド面１５ｃの上流側には、ガイド面を構成する孔１５ｃの内径（直径）よりも大きな寸法の内径（直径）を有する拡径部１５ｄが形成されている。拡径部１５ｄは、弁座部材１５の側壁部１５ｗに、肉厚の薄い（肉厚寸法の小さい）薄肉部８０を構成する。薄肉部８０については、後で詳細に説明する。

弁体収容孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖの下端部は燃料導入孔１５ｅに接続され、燃料導入孔１５ｅの下端面が弁座部材１５の先端面１５ｔに開口している。

弁座部材１５の先端面１５ｔには、ノズルプレート２１ｎが取り付けられている。ノズルプレート２１ｎは弁座部材１５にレーザ溶接２３により固定されている。レーザ溶接部２３は、燃料噴射孔１１０が形成された噴射孔形成領域を取り囲むようにして、この噴射孔形成領域の周囲を一周している。

また、ノズルプレート２１ｎは板厚が均一な板状部材（平板）で構成されており、中央部に外方に向けて突き出すように突状部２１ｎａが形成されている。突状部２１ｎａは曲面（例えば球状面）で形成されている。突状部２１ｎａの内側には燃料室２１ａが形成されている。この燃料室２１ａは弁座部材１５に形成された燃料導入孔１５ｅに連通しており、燃料導入孔１５ｅを通じて燃料室２１ａに燃料が供給される。

突状部２１ｎａには複数の燃料噴射孔１１０が形成されている。燃料噴射孔１１０の形態は特に問わない。燃料噴射孔１１０の上流側に燃料に旋回力を付与する旋回室を有するものであってもよい。燃料噴射孔の中心軸線１１０ａは燃料噴射弁の中心軸線１ｘに対して平行であってもよいし、傾斜していてもよい。また、突状部２１ｎａが無い構成であってもよい。

燃料噴霧の形態を決定する燃料噴射部２１はノズルプレート２１ｎによって構成される。弁座部材１５と燃料噴射部２１とは、燃料噴射を行うためのノズル部８を構成している。弁体２７ｃはノズル部８を構成する構成要素の一部とみなしてもよい。

また本実施例では、弁体２７ｃは、球状を成すボール弁を用いている。このため、弁体２７ｃにおけるガイド面１５ｃと対向する部位には、周方向に間隔を置いて複数の切欠き面２７ｃａが設けられ、この切欠き面２７ｃａによってシート部に燃料を供給する燃料通路が構成されている。弁体２７ｃはボール弁以外の弁体で構成することも可能である。例えば、ニードル弁を用いてもよい。

弁座部材１５を筒状体５の先端部に組み付ける際には、溶接や圧入などにより発生する応力により、弁座１５ｂに歪みが生じることがある。弁座１５ｂに歪みが生じると、弁座１５ｂ側におけるシート部において必要な真円度を維持することができなくなり、シール部の閉弁時におけるシール性能が低下する可能性がある。

そこで本実施例では、弁座部材１５の組み付け時に発生する応力を吸収し、弁座１５ｂに発生する歪みを抑制する応力吸収部（歪み吸収部）を設ける。さらに本実施例では、弁座部材１５（弁座１５ｂ）の中心軸線のずれ（軸心ずれ）を抑制する手段を設ける。以下、応力吸収部及び軸心ずれ抑制部について説明する。

図３に示すように、弁座部材１５は、弁座１５ｂの外周側に、中心軸線１ｘ，２７ｘに沿う方向において基端側に向けて立設された側壁部１５ｗを有する。特に本実施例では、側壁部１５は、弁座１５ｂが構成される傾斜面（孔）１５ｖの周縁部から、基端側（上流側）に向かって立設される。側壁部１５ｗは、孔１５ｃを内周面とする下流側側壁部（先端側側壁部）１５ｗ１と、孔１５ｄを内周面とする上流側側壁部（基端側側壁部）１５ｗ２とを有する。

下流側側壁部１５ｗ１の内周面は上端部から下端部まで直径が一様な円筒面で構成される。また上流側側壁部１５ｗ２は、上端部から下端部まで直径が一様な円筒面で構成される。上流側側壁部１５ｗ２（孔１５ｄ）の内径（直径）は下流側側壁部１５ｗ１（孔１５ｃ）の内径（内周面の直径）よりも大きく、上流側側壁部１５ｗ２の内周面と下流側側壁部１５ｗ１の内周面との間に段差面１５ｓが形成されている。

段差面１５ｓが形成されることにより、段差面１５ｓから基端側の上流側側壁部１５ｗ２の肉厚寸法（径方向における厚み）は、段差面１５ｓから先端側の下流側側壁部１５ｗ１の肉厚寸法（径方向における厚み）よりも小さい。側壁部１５ｗには、段差面１５ｓが設けられることによって、薄肉部８０が形成される。

すなわち側壁部１５ｗは、段差面１５ｓから弁座部材１５の基端側端部まで同一の内径を有するように形成された基端側孔部（基端側内周面）１５ｄと、段差面１５ｓから弁座部材１５の先端側に向かって基端側孔部１５ｄの内径よりも小さい内径を有するように形成された先端側孔部（先端側内周面）１５ｃと、を備える。そして段差面１５ｓは、基端側孔部１５ｄと先端側孔部１５ｃとの内径の差により、弁座部材１５の内周側に形成される。

本実施例では、弁座部材１５を筒状体５の先端部の内周面に５ｆ，５ｇに圧入した後、弁座部材１５と筒状体５とを溶接部１９により固定する。

弁座部材１５の圧入において、弁座部材１５と筒状体５とが接触する相互の接触面に作用する圧力（以下、接触圧という）を、中心軸線１ｘ，２７ｘに沿う方向における範囲８１と範囲８２とで、異なるように設定する。本実施例の場合、範囲８１における接触圧の方が、範囲８２における接触圧よりも、小さくなるように設定する。範囲８１，８２については、後で詳細に説明する。

図４は、筒状体５に対する弁座部材１５の組み付け部の構成を模式的に示す断面図である。図４では、筒状体５の先端部を実線で示し、圧入される前の弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎを一点鎖線で示す。なお図４では、圧入後に弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎが筒状体５に対して組み付けられる位置に、圧入される前の弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎを重ねて表示している。

図４に示すように、筒状体５の内周側に、大径の内周面部５ｇと小径の内周面部５ｆとを設ける。内周面部５ｆは内周面部５ｇに対して中心軸線１ｘ，２７ｘに沿う方向において上流側（基端側）に設けられ、内周面部５ｇは内周面部５ｆに対して下流側（先端側）に設けられる。内周面部５ｆの内径（直径）は内周面部５ｇの内径（直径）よりも小さい。すなわち、内周面部５ｆと内周面部５ｇとの間に高さＣ１の段差が設けられる。これにより、内周面部５ｆの半径は内周面部５ｇの半径よりもＣ１だけ小さい。本実施例では、内周面部５ｇに接触する弁座部材１５の外周面部１５ｈ１と内周面部５ｆに接触する外周面部１５ｈ２とは、同一の外径にしている。

なお、筒状体５の内周側に弁座部材１５を圧入する際に、ノズルプレート２１ｎの外縁部と筒状体５の内周とが干渉しないように、ノズルプレート２１ｎの外縁部と内周面部５ｇとの間に隙間ｄ１が設けられている。

弁座部材１５を筒状体５の内周側に圧入すると、筒状体５の内周面部５ｇと接する弁座部材１５の外周面部１５ｈ１は内周面部５ｇから接触圧を受け、筒状体５の内周面部５ｆと接する弁座部材１５の外周面部１５ｈ２は内周面部５ｆから接触圧を受ける。この場合、外周面部１５ｈ１が内周面部５ｇから受ける接触圧（範囲８１における接触圧）は、外周面部１５ｈ２が内周面部５ｆから受ける接触圧（範囲８２における接触圧）よりも小さい。

内周面部５ｇの上端部（内周面部５ｆの下端部）は、中心軸線１ｘ，２７ｘに沿う方向において、段差面１５ｓと同じ位置か、段差面１５ｓよりも上方に位置する。より好ましくは、内周面部５ｇの上端部は段差面１５ｓよりも上方に位置するようにするとよい。本実施例では、内周面部５ｇの上端部と段差面１５ｓとの間に、中心軸線１ｘ，２７ｘに沿う方向においてδ２の間隔を設けている。このため、弁座部材１５の下端から筒状体５の内周面部５ｆと内周面部５ｇとの境界までの長さ寸法Ｌ８１は、弁座部材１５の下端から段差面１５ｓまでの長さ寸法Ｌ１よりも長い。長さ寸法Ｌ８１は上述した範囲８１の長さ寸法であり、図４に示す長さ寸法Ｌ８２は上述した範囲８２の長さ寸法である。

これにより、内周面部５ｆから大きな接触圧を受ける外周面部１５ｈ２の下端部は薄肉部８０よりも上方に位置し、大きな接触圧が発生する外周面部１５ｈ２と、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの当接部（シール部）との間に、薄肉部８０を構成することができる。

大きな接触圧が発生する外周面部１５ｈ２では、歪みが発生し易い。しかし、薄肉部８０を構成することにより、外周面部１５ｈ２に歪みが生じても、この歪みを薄肉部８０の径方向内方に形成される空間（すなわち、薄肉部８０）で吸収することができる。薄肉部８０は、弁座部材１５に生じる歪みを吸収する歪み吸収空間を構成する。

すなわち、歪みが発生することにより弁座部材１５の外周面部１５ｈ２の近傍には大きな応力が発生するが、この応力による影響を薄肉部８０の径方向内方に形成される空間側で吸収し、この応力による影響が弁体２７ｃと弁座１５ｂとの当接部（シール部）に及ばないようにすることができる。すなわち、薄肉部８０を設けることにより、圧入による歪みや応力が弁座１５ｂの真円度を低下させないようにすることができ、シール部における油密性能の低下を抑制することができる。

一方、弁座部材１５の外周面部１５ｈ１は、筒状体５の内周面部５ｇとの接触圧が小さく、下流側側壁部１５ｗ１や弁座１５ｂに発生する歪みや応力を抑制することができる。これにより、弁座１５ｂの寸法精度及び真円度の低下を抑制し、弁体と弁座とが当接するシール部の油密性能の低下を抑制することができる。

さらに、弁座部材１５の外周面部１５ｈ１は、筒状体５の内周面部５ｇに接触しているため、筒状体５の内周面部５ｇによって径方向外方から、径方向における変位を抑制するように保持されている。これにより、弁座１５ｂの中心軸線が径方向に変位するのを抑制することができる。そして、弁座１５ｂの同軸度の低下を抑制し、可動子２７の中心軸線１ｘ、２７ｘに対する傾きを抑制することができる。その結果、シール部の油密性能の低下を抑制することができる。

溶接部１９の溶接は、筒状体５の外方から筒状体５の外周面にレーザを照射することにより、実施される。溶接部１９は筒状体５及び弁座部材１５の周方向全周に亘って設けられる。本実施例において、溶接部１９は段差面１５ｓに対して上方（基端側）の上流側側壁部１５ｗ２に設けられる。これにより、溶接熱により歪みや応力が発生する溶接部１９と、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの当接部（シール部）との間に、薄肉部８０を構成することができる。これにより、溶接熱により弁座部材１５の溶接部１９の近傍に歪みが生じても、この歪みを薄肉部８０の径方向内方に形成される空間で吸収することができる。

すなわち、歪みが発生することにより弁座部材１５の溶接部１９の近傍には大きな応力が発生するが、この応力による影響を薄肉部８０の径方向内方に形成される空間側に逃がし、この応力による影響が弁体２７ｃと弁座１５ｂとの当接部（シール部）に及ばないようにすることができる。すなわち、薄肉部８０を設けることにより、溶接熱による歪みや応力が弁座１５ｂの真円度を低下させないようにすることができ、シール部における油密性能の低下を抑制することができる。

なお薄肉部８０は、中心軸線１ｘ，２７ｘに沿う方向において、上流側側壁部１５ｗ２の全体に設けられる必要はなく、溶接部１９に対して下方（先端側）に設けられていればよい。

また、筒状体５の内周側に大径の内周面部５ｇと小径の内周面部５ｆとを設ける代わり、弁座部材１５の外周面部（先端側外周面部）１５ｈ１の外径を外周面部（基端側外周面部）１５ｈ２の外径に対して小さくしてもよい。この場合、筒状体５の内周面部５ｆと内周面部５ｇとは、同一の内径にすることができる。この場合、上述した隙間δ２を弁座部材１５上で管理できるため、隙間δ２の管理が容易になる。

筒状体５の内周面と弁座部材１５の外周面とは、接触圧が上述した関係になるように設けられれば良く、内周面の内径と外周面の外径とは上述した以外の構成をとり得る。すなわち、弁座部材１５の先端側外周面部１５ｈ１の外径、弁座部材１５の基端側外周面部１５ｈ２の外径、筒状体５の先端側内周面部５ｇの内径、及び筒状体５の基端側内周面部５ｆの内径は、段差面１５ｓを境にして先端側の接触圧が基端側の接触圧よりも小さくなるように構成されればよい。

次に、薄肉部８０の構成に係る変更例について説明する。

図５は、薄肉部８０の第一変更例を示すノズル部８の拡大断面図である。

本変更例では、薄肉部８０は弁座部材１５の内周面に形成した環状溝１５ｒにより構成される。環状溝１５ｒは、弁座部材１５の内周面の全周に形成されている。そして薄肉部８０は、環状溝１５ｒに対して弁座部材１５の外周側に構成される。その他の構成は、上述した実施例と同様である。

環状溝１５ｒの下側側面１５ｒ１が上述した段差面１５ｓに相当し、上述した範囲８１，８２、筒状体５の内周面部５ｆ，５ｇ、弁座部材１５の外周面部１５ｈ１，１５ｈ２、及び各部の寸法Ｌ１，Ｌ８１，Ｌ８２，δ２が段差面１５ｓの代わりに環状溝１５ｒの下側側面１５ｒ１を用いて、上述したのと同様に構成される。

図６は、薄肉部８０の第二変更例を示すノズル部８の拡大断面図である。

本変更例では、薄肉部８０は弁座部材１５の外周面に形成した環状溝１５ｒにより構成される。環状溝１５ｒは、弁座部材１５の外周面の全周に形成されている。そして薄肉部８０は、環状溝１５ｒに対して弁座部材１５の内周側に構成される。その他の構成は、上述した実施例及び第一変更例と同様である。

本変更例においても、環状溝１５ｒの下側側面１５ｒ１が上述した段差面１５ｓに相当し、上述した範囲８１，８２、筒状体５の内周面部５ｆ，５ｇ、弁座部材１５の外周面部１５ｈ１，１５ｈ２、及び各部の寸法Ｌ１，Ｌ８１，Ｌ８２，δ２が段差面１５ｓの代わりに環状溝１５ｒの下側側面１５ｒ１を用いて、上述したのと同様に構成される。

本発明に係る実施例（変更例を含む）によれば、弁座１５ｂよりも上方の弁座部材１５の部分に薄肉部８０を設けることにより、弁座１５ｂの歪みを抑制することができる。さらに、薄肉部８０よりも下方の弁座部材１５の部分（下側弁座部材部分）１５ｈ１における筒状体５との接触圧が、薄肉部８０よりも上方の弁座部材１５の部分（上側弁座部材部分）１５ｈ２における筒状体５との接触圧よりも小さくなるようにして、下側弁座部材部分１５ｈ１を筒状体の内周面に当接させることにより、弁座１５ｂの中心軸線のずれを抑制することができる。

図７を参照して、本発明に係る燃料噴射弁を搭載した内燃機関について説明する。図７は、燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。

内燃機関１００のエンジンブロック１０１にはシリンダ１０２が形成されおり、シリンダ１０２の頂部に吸気口１０３と排気口１０４とが設けられている。吸気口１０３には、吸気口１０３を開閉する吸気弁１０５が、また排気口１０４には排気口１０４を開閉する排気弁１０６が設けられている。エンジンブロック１０１に形成され、吸気口１０３に連通する吸気流路１０７の入口側端部１０７ａには吸気管１０８が接続されている。

燃料噴射弁１の燃料供給口２（図１参照）には燃料配管１１０が接続される。

吸気管１０８には燃料噴射弁１の取付け部１０９が形成されており、取付け部１０９に燃料噴射弁１を挿入する挿入口１０９ａが形成されている。挿入口１０９ａは吸気管１０８の内壁面（吸気流路）まで貫通しており、挿入口１０９ａに挿入された燃料噴射弁１から噴射された燃料は吸気流路内に噴射される。二方向噴霧の場合、エンジンブロック１０１に吸気口１０３が二つ設けられた形態の内燃機関を対象として、それぞれの燃料噴霧が各吸気口１０３（吸気弁１０５）を指向して噴射される。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、一部の構成の削除や、記載されていない他の構成の追加が可能である。

１…燃料噴射弁、１ｘ…中心軸線、３…燃料通路、５…筒状体（ハウジング）、５ｅ…筒状体５の内周面、５ｆ…筒状体５の小径の内周面部、５ｇ…筒状体５の大径の内周面部、９…駆動部、１５…弁座部材、１５ｈ１…筒状体５の内周面部５ｇと接する弁座部材１５の外周面部、１５ｈ２…筒状体５の内周面部５ｆと接する弁座部材１５の外周面部、１５ｒ…環状溝、１５ｒ１…環状溝１５ｒの下側側面、１５ｓ…段差面、１５ｗ…側壁部、１５ｗ１…下流側側壁部、１５ｗ２…上流側側壁部、２５…固定鉄心、２５ａ…固定鉄心２５の貫通孔、２７…可動子、２７ａ…可動鉄心、２７ｂ…ロッド部、２７ｃ…弁体、２７ｘ…可動子２７の軸線方向、８０…薄肉部。

Claims (7)

1. 協働して燃料通路を開閉する弁座及び弁体と、前記弁座が形成された弁座部材と、先端側の端部に前記弁座部材が圧入及び溶接された状態で組み付けられた筒状体と、を備えた燃料噴射弁において、
   前記弁座部材は前記弁座の外周側に基端側に向けて立設された側壁部を備え、
   前記側壁部は先端側の端部と基端側の端部との間に段差面を備え、
   前記弁座部材と前記筒状体との溶接部は前記段差面に対して基端側に設けられ、
   前記弁座部材は、前記段差面よりも先端側における前記弁座部材の先端側外周面部と前記筒状体の内周面との間の先端側接触圧が、前記段差面よりも基端側における前記弁座部材の基端側外周面部と前記筒状体の内周面との間の基端側接触圧よりも小さくなるように、前記筒状体に圧入された状態で組み付けられたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記弁座部材の前記先端側外周面部の外径、前記弁座部材の前記基端側外周面部の外径、前記先端側外周面部と接触する部位に形成された前記筒状体の先端側内周面部の内径、及び前記基端側外周面部と接触する部位に形成された前記筒状体の基端側内周面部の内径が、前記先端側接触圧が前記基端側接触圧よりも小さくなるように構成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記筒状体の前記先端側内周面部は前記基端側内周面部に対して内径が大きく形成されることにより、前記先端側接触圧が前記基端側接触圧よりも小さくなるように構成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記弁座部材の前記先端側外周面部は前記基端側外周面部に対して外径が小さく形成されることにより、前記先端側接触圧が前記基端側接触圧よりも小さくなるように構成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記側壁部は、前記段差面から前記弁座部材の基端側端部まで同一の内径を有するように形成された基端側孔部と、前記段差面から前記弁座部材の先端側に向かって前記基端側孔部の内径よりも小さい内径を有するように形成された先端側孔部と、を備え、
   前記段差面は、前記基端側孔部と前記先端側孔部との内径の差により、前記弁座部材の内周側に形成されることを特徴とする燃料噴射弁。
6. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記段差面は、前記弁座部材の内周側に径方向外方に向かって形成された環状溝の側面部によって形成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
7. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記段差面は、前記弁座部材の外周側に径方向外方に向かって形成された環状溝の側面部によって形成されたことを特徴とする燃料噴射弁。

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