WO2015072031A1

WO2015072031A1 - 燃料噴射弁、及び燃料噴射弁の製造方法

Info

Publication number: WO2015072031A1
Application number: PCT/JP2013/081033
Authority: WO
Inventors: 章男新宮; 範久福冨; 学平井; 宗実　毅
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2015-05-21
Also published as: JPWO2015072031A1; DE112013007613T5; US9951731B2; JP6049903B2; US20160265499A1; CN105745432A; CN105745432B

Abstract

　軸方向の端部にコアを固定したホルダと、ハウジングの内周面と前記コアの外周面との間に収納されたソレノイドと、ソレノイドが前記収納された状態で前記ハウジングと前記コアとに溶接により固定されたキャップと、コアの軸方向端部に対向して配置され、ホルダの内周面に軸方向に摺動自在に保持されたアマチュアと、アマチュアに固定され、前記ホルダに設けられた弁座に対して着座若しくは離反し得る弁部と、アマチュアを常に前記コアの前記軸方向端部から離反する方向に付勢するスプリングと、ハウジングの外部に配置され、前記ソレノイドに接続された電極ターミナルとを備え、ホルダは、ハウジングに圧入されてハウジングに固定され、キャップは、環状の一部を切欠く切欠き部を備え、内周面が前記コアの外周面に対して隙間を介して対抗するように配置され、電極ターミナルは、キャップの切欠き部を介してソレノイドの端子に接続されている。

Description

燃料噴射弁、及び燃料噴射弁の製造方法

　この発明は、主として内燃機関の燃料供給系に使用される燃料噴射弁、及びその燃料噴射弁の製造方法に関するものである。

　従来の燃料噴射弁は、弁機構を形成する可動の弁体がアマチュアと弁部とから構成され、閉弁時は弁体がスプリングによって弁座に押圧されており、電極ターミナルに通電されるとソレノイド装置が発生する磁界がアマチュアをコア側へ吸引する磁気吸引力を発生させることで弁体がコア側に移動し、弁部と弁座に隙間が生じて開弁し、燃料が流れる構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

　又、従来の燃料噴射弁では、磁気通路がコア、アマチュア、ホルダ、不等径円筒のハウジング、及びキャップとから構成されている。ソレノイド装置は、ハウジング内に格納され、キャップがソレノイド装置を蓋状に覆う形でハウジングに溶接固定されている。ここで、ハウジング及びキャップは、コスト性に優れるプレス加工若しくは絞り加工にて製造されることから、電極ターミナルの出口となる切欠きは加工が容易なキャップに設置されるのが一般的となっている。更に、キャップはホルダに圧入されることからハウジングとホルダ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いる。

　前述の従来の燃料噴射弁に於いては、ハウジングは燃料噴射弁の曲げ剛性に寄与する部品とはなっておらず、ホルダ及びコアによって曲げ強度を確保している。このためホルダには、例えば特許文献２に示されるような磁気飽和させるための薄肉部等は設置されていない。

特許第４１３０７７１号公報米国特許第５，７６９，３９１号公報

　近年、小排気量の二輪に於いても内燃機関の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、燃料噴射弁に対して取付け長さ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、しかも、前述のような従来の燃料噴射弁と同等の噴射量制御性能を備えていなければならない。

　しかしながら、従来の燃料噴射弁は、前述のとおりホルダとハウジングは隙間を設けているので、その隙間により磁気通路に磁気抵抗が発生し磁束の損失が発生する。そこでホルダとハウジングとの対向面積を大きく確保することで磁束の損失を抑制するように構成されており、その結果、車両への取付け長さが大きくなってしまうという課題があった。

　この発明は、従来の燃料噴射弁より車両への取付け長さが小さく、且つ噴射量制御性能が悪化しない構造の燃料噴射弁を提供すること、及びその燃料噴射弁の製造方法を提供することを目的としたものである。

　この発明による燃料噴射弁は、
　ハウジングと、
　軸方向の端部にコアを固定したホルダと、
　前記ハウジングの内周面と前記コアの外周面との間に収納されたソレノイドと、
　前記ソレノイドが前記収納された状態で前記ハウジングと前記コアとに溶接により固定されたキャップと、
　前記コアの軸方向端部に対向して配置され、前記ホルダの内周面に軸方向に摺動自在に保持されたアマチュアと、
　前記アマチュアに固定され、前記ホルダに設けられた弁座に対して着座若しくは離反し得る弁部と、
　前記アマチュアを常に前記コアの前記軸方向端部から離反する方向に付勢するスプリングと、
　前記ハウジングの外部に配置され、前記ソレノイドに接続された電極ターミナルと、
を備え、
　前記ソレノイドへの通電が遮断されているときは、前記アマチュアが前記スプリングにより前記コアから離反して前記弁部が前記弁座に着座して燃料の噴射を停止し、
　前記ソレノイドへの通電が行われたときは、前記ソレノイドに発生した磁束が前記コアから前記アマチュアと前記ハウジングと前記キャップとを含む磁束通路を流れることにより前記アマチュアが前記コアに吸引されて前記コアの方向に移動し前記弁部が前記弁座から離反して前記燃料の噴射を行う、
ように構成された燃料噴射弁であって、
　前記ホルダは、前記ハウジングに圧入されて前記ハウジングに固定され、
　前記キャップは、環状の一部を切欠く切欠き部を備え、内周面が前記コアの外周面に対して隙間を介して対抗するように配置され、
　前記電極ターミナルは、前記キャップの前記切欠き部を介して前記ソレノイドの端子に接続されている、
ことを特徴とする。

　又、この発明による燃料噴射弁の製造方法は、
　前記キャップと前記ハウジングを、前記キャップの前記切欠き部とは反対側で溶接する第１の工程と、
　前記第１の工程にて溶接された前記キャップを、前記切欠き部の方向に変位させた状態で前記キャップと前記コアを溶接する第２の工程と、
を備えたことを特徴とする。

　この発明による燃料噴射弁によれば、取付け長さＬを従来の燃料噴射弁に比べて小さくすることが可能となり、又、ホルダの曲げ剛性もハウジングにより補完されるため強度確保が容易となる。

　又、この発明による燃料噴射弁の製造方法によれば、コアとキャップとの間の隙間は均一となり、コアとキャップとの間の磁気通路損失が大きくなるのを抑制することができる。

この発明の基礎となる燃料噴射弁の縦断面図である。この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の縦断面図である。この発明の実施の形態１による燃料噴射弁のサブアッセンブリの上面図である。この発明の実施の形態１による燃料噴射弁のサブアッセンブリの縦断面図である。この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の製造方法に於ける一つの工程を説明するための、図４のＡ－Ａ線に沿う横断面図である。この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の製造方法に於ける別の一つの工程を説明するための、図４のＡ－Ａ線に沿う横断面図である。この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の製造方法に於ける一つの工程を説明するための、図４のＡ－Ａ線に沿う横断面図である。

　先ず、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁を理解するために、この発明の基礎となる燃料噴射弁について説明する。図１は、この発明の基礎となる燃料噴射弁の縦断面図である。図１に於いて、燃料噴射弁１は、大径部と小径部を備えた不等径円筒形状の金属製のハウジング５と、このハウジング５の内部に格納された中空円筒形状のソレノイド２と、このソレノイド２を貫通する管状のホルダ４と、このホルダ４の内部に圧入された円筒形状のコア３と、このコア３の軸方向の一端部に対向して配置され軸方向に移動可能にホルダ４に保持されたアマチュア９と、このアマチュア９に固定された弁部１１と、ホルダ４の内部に固定され弁部１１が着座若しくは離反する弁座１０と、ホルダ４の外部に圧入されハウジング５の開口部を蓋状に覆うキャップ６と、コア３の内部に配置され、ロッド１２により圧縮されてアマチュア４を常にコア３から離反する方向に付勢するスプリング１４とを備えている。ハウジング５及びキャップ６は、コスト性に優れるプレス加工若しくは絞り加工により製造されている

　前述のアマチュア９と弁部１１は、弁体８を構成している。キャップ６には切欠きが設けられており、ソレノイド２の端子はキャップ６の切欠きを介して電極ターミナル７に接続されている。電極端子７及びソレノイド２の端子は、絶縁物製のコネクタモールド１３により一体にモールドされている。コネクタモールド１３は、ハウジング５に固定されている。

　このように構成された燃料噴射弁１に於いて、ソレノイド２が通電されておらず消勢状態にあるときは、スプリング１４の付勢力によりアマチュア４がコア３から離反しており、アマチュア９に設けられている弁部１１は弁座１０に着座して燃料噴射孔が閉じられ、燃料の噴射は停止されている。この状態から、ソレノイド２に通電してこれ付勢すると、ソレノイド２に発生した磁束は、コア３、アマチュア９、ホルダ４、ハウジング５、及びキャップ６から成る磁路を流れ、アマチュア９はスプリング１４の付勢力に抗してコア３に吸引され、軸方向にコア３側に移動する。その結果、アマチュア９に設けられている弁部１１は、弁座１０から離反し、弁座１０と弁部１１との間に隙間が形成され、燃料がその隙間を介して燃料噴射孔から内燃機関の燃料供給系に噴射される。ソレノイド２への通電を制御することで、所望の燃料量が燃料噴射弁から燃料供給系に噴射される。

　前述したように、ハウジング５及びキャップ６は、コスト性に優れたプレス加工若しくは絞り加工にて製造されていることから、切欠き等の加工が容易である。そこで加工が容易なキャップ６にソレノイド２の端子を導出するための切欠き部が形成されている。ソレノイド２の端子は、この切欠き部を介してソレノイド２から導出され電極ターミナル７に接続される。又、キャップ６はホルダ４の外側に圧入されることから、ハウジング５とホルダ４との間に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いる。

　尚、ハウジング５は、燃料噴射弁１の曲げ剛性に寄与する部品とはなっておらず、ホルダ４及びコア３によって曲げ強度を確保している。このためホルダ４には、例えば前述の特許文献２に示されるような磁気飽和させるための薄肉部等は形成されていない。

　以上のように構成された燃料噴射弁１は、前述のとおりホルダ４とハウジング５との間には隙間を設けているので、その隙間により磁気通路に磁気抵抗が発生し磁束の損失が発生する。そこでホルダ４とハウジング５との対向面積を大きく確保することで磁束の損失を抑制するように構成されており、その結果、車両への取付け長さＬが大きくなってしまうという課題がある。

実施の形態１．
　次に、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の縦断面図である。図２に於いて、燃料噴射弁１は、大径部と小径部を備えた不等径円筒形状の金属製のハウジング５と、ハウジング５の小径部の内周面に一端部が圧入されたホルダ４と、ハウジング５の大径部の内部に格納された中空円筒形状のソレノイド２と、このソレノイド２を貫通する中空円筒形状のコア３と、このコア３の軸方向の一端部に対向して配置され軸方向に移動可能にホルダ４に保持されたアマチュア９と、このアマチュア９に固定された弁部１１と、ホルダ４の内部に固定され弁部１１が着座若しくは離反する弁座１０と、コア３の外周面に対向して配置され、ハウジング５の開口部のテ―パ面に圧着された状態でハウジング５に溶接により固着されてハウジング５の開口部を蓋状に覆うキャップ６と、コア３の内部に配置され、ロッド１２により圧縮されてアマチュア４を常にコア３から離反する方向に付勢するスプリング１４とを備えている。ハウジング５及びキャップ６は、コスト性に優れるプレス加工若しくは絞り加工により製造されている

　前述のアマチュア９と弁部１１は、弁体８を構成している。キャップ６には後述の切欠きが設けられており、ソレノイド２の端子はキャップ６の切欠きを介して電極ターミナル７に接続されている。電極端子７、ソレノイド２の端子、及びソレノイド２は、後述のようにハウジングに組み付けられた後、ハウジングと一体に絶縁物製のコネクタモールド１３によりモールドされる。

　このように構成されたこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁１に於いて、ソレノイド２が通電されておらず消勢状態にあるときは、スプリング１４の付勢力によりアマチュア４がコア３から離反しており、アマチュア９に設けられている弁部１１は弁座１０に着座して燃料噴射孔が閉じられ、燃料の噴射は停止されている。この状態から、ソレノイド２に通電してこれ付勢すると、ソレノイド２に発生した磁束は、コア３、アマチュア９、ホルダ４、ハウジング５、及びキャップ６から成る磁路を流れ、アマチュア９はスプリング１４の付勢力に抗してコア３に吸引され、軸方向にコア３側に移動する。その結果、アマチュア９に設けられている弁部１１は、弁座１０から離反し、弁座１０と弁部１１との間に隙間が形成され、燃料がその隙間を介して燃料噴射孔から内燃機関の燃料供給系に噴射される。ソレノイド２への通電を制御することで、所望の燃料量が燃料噴射弁から燃料供給系に噴射される。

　次に、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の製造方法について説明する。図３は、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁のサブアッセンブリの上面図、図４は、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁のサブアッセンブリの縦断面図である。図３及び図４に示す燃料噴射弁のサブアッセンブリ１５を製造する方法として、先ず、コア３とホルダ４を軸方向に結合し、次にハウジング５をホルダ４の外周部に圧入結合した後に、ソレノイド２をハウジング５の大径部の内部とコア３の外周面との間の空間部に格納する。

　次に、切欠き６１を有するキャップ６をコア３側から挿入してハウジング５の開口端部の内周面に形成されたテーパ面に圧着した状態で、キャップ６の外周部の一部をハウジング５の開口端部に溶接して両者を固定する。図４に示すＷ１は、キャップ６とハウジング５との溶接部を示す。尚、前述したように、コア３を軸方向に一体に固定しているホルダ４は、ハウジング５に圧入されてハウジングに固定されるが、その際にハウジング５の中心軸と、ホルダ４及びコア３の中心軸がずれる可能性がある。従って、その軸ずれを吸収するために、キャップ６とコア３との間には一定量の隙間が設けられている。

　次に、キャップ６の内周部とコア３の外周部を溶接して両者を固定する。この工程をこの発明では第１の工程と称する。図４に示すＷ２は、キャップ６とコア３との溶接部を示す。最後に、このようにして構成されたサブアッセンブリ１５を、図２に示すコネクタモールド１３でインサート成形し、燃料噴射弁１が完成する。

　前述のように、キャップ６にはソレノイド２の端子を引き出すための切欠き６１が設けられているので、キャップ６の外周面は円形ではなく、図３に示すように円形の一部が欠けた状態になっている。従って、前述のサブアッセンブリ１５の製造工程に於いて、キャップ６の外周部とハウジング５とを溶接すると、溶接によるキャップ６の収縮により、キャップ６が切欠き６１と反対側に偏心する。図５は、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の製造方法に於ける一つの工程を説明するための、図４のＡ－Ａ線に沿う横断面図であって、キャップ６とハウジング５と溶接を終えた段階を示している。即ち、図５に示すように、キャップ６の外周部とハウジング５とを溶接したとき、本来は一致しているべきコア３の中心軸Ｘ１とキャップ６の中心軸Ｘ２とが、溶接によるキャップ６の収縮により、キャップ６が切欠き６１と反対側に偏心し、キャップ６の中心軸Ｘ２がコアの中心軸Ｘ１からキャップ６の反切欠き６１側にずれることになる。その結果、コア３の外周面とキャップ６の内周面との間の隙間Ｇは、キャップ６の反切欠き６１側が大きくなる。

　図６は、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の製造方法に於ける別の一つの工程を説明するための、図４のＡ－Ａ線に沿う横断面図であって、キャップ６とハウジングとの溶接を終えた後、キャップ６とコア３とを溶接する段階を示している。図６に示すように、キャップ６とコア３を溶接により固定する際に、キャップ６の切欠き６１が設けられていない側に対応するハウジング５（図６には図示せず）の中央部から、切欠き６１の方向に治具（図示せず）により矢印に示すように荷重Ｐを加え、キャップ６の中心軸Ｘ２がコア３の中心軸Ｘ１に一致するように図５に示したキャップのずれ量を補正し、しかる後にキャップ６とコア３とを溶接して固定する。この工程をこの発明では第２の工程と称する。これにより、コア３とキャップ６との間の隙間Ｇは均一となり、コア３とキャップ６との間の磁気通路損失が大きくなるのを抑制し、且つ安定させることができる。

　前述の図６で説明したサブアッセンブリ１５の製造上の管理方法としては、サブアッセンブリ１５の上流側（図４の上部側）から、ハウジング５外周基準の軸とコア３の外周基準の軸とを画像処理し、両者の軸ずれが一定の閾値以内となるように荷重Ｐを制御することで容易に実現できる。

　以上述べたこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁は、ホルダ４をハウジング５に圧入して固定するようにしているので、ハウジングとホルダ４との間の磁気通路損失を防止することができ、ハウジング５に於けるホルダ４との嵌め合い長さを短くする、つまり取付け長さＬを従来の燃料噴射弁に比べて小さくすることが可能となる。又、ホルダ４をハウジング５に圧入して固定するようにしているので、ホルダ４の曲げ剛性もハウジング５により補完されるため強度確保が容易となる。

　しかし、前述したように、ハウジング５とホルダ４を圧入固定するようにした場合、ハウジング５とホルダ４の軸ずれを吸収するためにキャップ６とコア３間は一定量の隙間を有する必要があることから磁気通路の損失が発生する。この損失を補完するためにキャップ６とコア３の対向面積を大きくする必要があるが、キャップ６には切欠き６１が設けられているため、キャップ６の全長を長くしても対向面積を確保することが困難となり、更に、キャップ６がハウジング５との溶接時に収縮してコア３の中心軸に対して切欠き６１とは反対側にキャップ６の中心軸がずれると、切欠き６１には磁気通路が存在しないことから磁気通路の損失が拡大するという課題がある。

　前述のような課題は、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の製造方法により解消することが出来る。即ち、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の製造方法によれば、キャップ６の中心軸Ｘ２がコア３の中心軸Ｘ１に一致するように図５に示したキャップのずれ量を補正し、しかる後にキャップ６とコア３とを溶接して固定するようにしているので、コア３とキャップ６との間の隙間Ｇは均一となり、コア３とキャップ６との間の磁気通路損失が大きくなるのを抑制し、且つ安定させることができる。その結果、取付け長さＬを従来の燃料噴射弁に比べて小さくした燃料噴射弁を得ることができ、取付け長さの縮小と噴射量制御性能とが両立した燃料噴射弁を得ることができる。

実施の形態２．
　次に、この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の製造方法について説明する。図７は、この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の製造方法に於ける一つの工程を説明するための、図４のＡ－Ａ線に沿う横断面図である。図７に於いて、キャップ６中心軸Ｘ２がコア３の中心軸Ｘ１に対して、キャップ６の切欠き６１（図３参照）側に偏心させ、コア３と接触若しくは接触に近い状態まで治具により荷重Ｐを加えて、キャップ６とコア３を溶接により固定したものである。この工程は、前述の第２の工程に相当する。このときコア３とホルダ４の同軸度が変化しない荷重Ｐを上限設定とし、コネクタモールド１３の成形時に金型挿入不良などが発生しないようにする。尚、ハウジング５の外周面は、コネクタモールド１３の成形型に影響しないため微小な変形が許容されている。

　又、前述のように、キャップ６中心軸Ｘ２がコア３の中心軸Ｘ１に対して、キャップ６の切欠き６１側に偏心させ、コア３と接触若しくは接触に近い状態まで治具により荷重Ｐを加えてキャップ６とコア３を溶接すれば、コア３とキャップ６との間の隙間は、キャップ６の切欠き側が大きくなり反切欠き側が小さくなるが、コア３とキャップ６との溶接部Ｗ２をキャップ６の切欠き６１とは反対側の部位、特に切欠き６１と反対側の中心位置から両側に９０度以内の部位とすることで隙間の大きなところで溶接することがなくなるため、溶接のばらつきを抑制することができる。

　尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

　この発明は、内燃機関の燃料供給系に燃料を供給する燃料噴射弁の分野、ひいてはその燃料噴射弁を用いる内燃機関及び車両の分野に利用することができる。

１　燃料噴射弁、２　ソレノイド、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、９　アマチュア、１０　弁座、１１　弁部、
１２　ロッド、１３　コネクタモールド、１４　スプリング、
１５　サブアッセンブリ

Claims

　ハウジングと、
　軸方向の端部にコアを固定したホルダと、
　前記ハウジングの内周面と前記コアの外周面との間に収納されたソレノイドと、
　前記ソレノイドが前記収納された状態で前記ハウジングと前記コアとに溶接により固定されたキャップと、
　前記コアの軸方向端部に対向して配置され、前記ホルダの内周面に軸方向に摺動自在に保持されたアマチュアと、
　前記アマチュアに固定され、前記ホルダに設けられた弁座に対して着座若しくは離反し得る弁部と、
　前記アマチュアを常に前記コアの前記軸方向端部から離反する方向に付勢するスプリングと、
　前記ハウジングの外部に配置され、前記ソレノイドに接続された電極ターミナルと、
を備え、
　前記ソレノイドへの通電が遮断されているときは、前記アマチュアが前記スプリングにより前記コアから離反して前記弁部が前記弁座に着座して燃料の噴射を停止し、
　前記ソレノイドへの通電が行われたときは、前記ソレノイドに発生した磁束が前記コアから前記アマチュアと前記ハウジングと前記キャップとを含む磁束通路を流れることにより前記アマチュアが前記コアに吸引されて前記コアの方向に移動し前記弁部が前記弁座から離反して前記燃料の噴射を行う、
ように構成された燃料噴射弁であって、
　前記ホルダは、前記ハウジングに圧入されて前記ハウジングに固定され、
　前記キャップは、環状の一部を切欠く切欠き部を備え、内周面が前記コアの外周面に対して隙間を介して対抗するように配置され、
　前記電極ターミナルは、前記キャップの前記切欠き部を介して前記ソレノイドの端子に接続されている、
ことを特徴とする燃料噴射弁。
　前記ハウジングは、大径部と小径部とを備え、
　前記ソレノイドは、前記ハウジングの前記大径部の内部に収納され、
　前記ホルダは、前記ハウジングの前記小径部に圧入されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
　少なくとも前記電極ターミナルと前記ハウジングと前記キャップとは、絶縁物により一体のモールドされている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
　請求項１から３の何れか一項に記載の燃料噴射弁の製造方法であって、
　前記キャップと前記ハウジングを、前記キャップの前記切欠き部とは反対側で溶接する第１の工程と、
　前記第１の工程にて溶接された前記キャップを、前記切欠き部の方向に変位させた状態で前記キャップと前記コアを溶接する第２の工程と、
を備えたことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
　前記第２の工程は、前記キャップの中心軸が前記コアの中心軸に一致するように前記キャップを前記切欠き部の方向に変位させた状態で、前記キャップと前記コアを溶接する、
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁の製造方法。
　前記第２の工程は、前記キャップの中心軸が前記コアの中心軸を前記切欠き部側へずれた状態になるように前記キャップを前記切欠き部の方向に変位させた状態で、前記キャップと前記コアを溶接する、
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁の製造方法。
　前記コアとキャップの溶接は、前記キャップの切欠き部に対して反対側の中心の両側で夫々９０度の範囲内の部位で行われる、
ことを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射弁の製造方法。