WO2020217389A1

WO2020217389A1 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: WO2020217389A1
Application number: PCT/JP2019/017666
Authority: WO
Inventors: 太樹長村; 範久福冨; 宗実　毅; 学平井
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-10-29
Also published as: JPWO2020217389A1; CN113710889A; JP7134341B2

Abstract

アマチュア（６１）と筒状ボディ（６２）と弁部（６３）とを有する弁体（６）が、ソレノイド装置（２）による磁気吸引力により、ホルダ（５）内を軸方向に摺動するものであって、筒状ボディ（６２）の軸方向中間部に周方向より軸方向に短い開口（１０ａ、１０ｂ）が形成された弾性部を備え、アマチュア摺動部（６１ａ）のクリアランス（Ｃ_１）は、弁部摺動部（６３ａ）のクリアランス（Ｃ_２）に対して大きく設定され、弾性部からアマチュア摺動部（６１ａ）までの距離（Ｌ_１）は、弾性部から弁部摺動部（６３ａ）までの距離（Ｌ_２）よりも長く設定され、開閉弁時に、アマチュア（６１）または弁部（６３）に対する干渉による摩擦抵抗で、筒状ボディ（６２）の弾性変形を阻害しないようにし、作動音抑制を実現した。

Description

燃料噴射弁

　本願は、燃料噴射弁に関するものである。

　本技術分野の背景技術として、例えば特許文献１に記載された燃料噴射弁が知られている。特許文献１では弁体のアマチュア１２と弁部１４を結合する筒状ボディ３６の中間部に弾性部を有している。第５図に示される筒状ボディ３６は、平板をロールして製作されている。

　その展開図において弾性部である長方形の開口部は軸方向（第５図の縦方向）が周方向（第５図の横方向）より長く形成されている。第５図の筒状ボディ３６の展開図では、周方向に開口部がつらなる部分を一つの層とすると、貫通孔と切欠きが開口する切欠き層２０と、貫通孔のみが開口する貫通層１９とがある。それぞれは軸方向に交互に配置され、それぞれの層の開口部は周方向に、開口部の１／２ピッチずれて形成されている。

　このため層と層の開口部間の板材部分は、周方向に延びた周方向板材部(周ウエブ)となっており、層と層とは周ウエブを介して結合している。

　このような構成により、燃料噴射弁が閉弁衝突した直後に弁座８から弁部１４が受ける荷重は筒状ボディ３６に伝えられて、周ウエブの両端が軸方向の荷重を受けて曲げ変形することにより筒状ボディ３６が圧縮バネ相当の挙動をして衝突荷重を吸収する。これにより作動音を低減している。

特開平２－１９５０８４号公報

　燃料噴射弁の閉弁直後に弁座８から弁部１４が受ける荷重は、筒状ボディ３６に伝えられる。これにより周ウエブが曲げ変形する場合、筒状ボディ３６の断面形状はＣ状であり、点対称になっていないので剛性にアンバランスが発生し、弁体は剛性の低い方向に倒れる。弁体の軸方向での現象は、筒状ボディ３６の剛性の低い切欠き層２０を基点として所定の方向に屈曲し、屈曲が大きくなるとアマチュア１２とホルダ３９の内周面が干渉する。

　特許文献１の筒状ボディ３６は切欠き層２０を複数有しており、屈曲角は層数に応じて増加する。また弾性部が軸方向に長く、アマチュア１２との距離が比較的長い位置まで切欠き層２０があるため、切欠き層２０の屈曲によるアマチュア１２の振れ量は比較的大きくなる。アマチュア１２が大きく振れてホルダ３９の内周面との干渉が大きくなると、摩擦抵抗が大きくなり筒状ボディ３６の弾性変形は著しく阻害される。この結果、閉弁時の衝突荷重の吸収が不十分となり作動音があまり低減されない。

　同様の問題は開弁時においても発生し、弁体がコア１に衝突した直後にアマチュア１２が受ける荷重は筒状ボディ３６に伝えられて切欠き層２０を起点に屈曲する。この屈曲による弁部１４の大きな振れと、それによる弁座８内周との干渉により摩擦抵抗が大きくなり筒状ボディの弾性変形は著しく阻害される。この結果、開弁時の衝突荷重の吸収が不十分となり作動音があまり低減されない。

　特に問題となるのは、アマチュア摺動部のクリアランス、または弁部摺動クリアランスが小さい場合に、前述した干渉に対する余裕が少なく、振れによる相手パーツとの強い干渉が発生して、作動音の低減がされなくなることである。

　本願は係る事情に鑑みてなされたものであり、筒状ボディの弾性部の寸法と位置を適正化することで、閉弁時及び開弁時にアマチュア及び弁部の相手パーツとの干渉を回避するか、または適度に調整し、開弁時および閉弁時の作動音を抑制することを目的とする。

　本願に開示される燃料噴射弁は、
磁性材よりなるアマチュアとアマチュアに結合される筒状ボディと筒状ボディに結合される弁部とを有する弁体が、ソレノイド装置による磁気吸引力により、ホルダ内を軸方向に摺動するものであって、筒状ボディは断面がＣ状の形状であり、筒状ボディの軸方向中間部に周方向より軸方向に短い開口が形成された弾性部を備え、アマチュアと摺動時のガイドとなるアマチュア摺動部とのクリアランスは、弁部と摺動時のガイドとなる弁部摺動部とのクリアランスに対して大きく設定されるとともに、弾性部からアマチュア摺動部までの距離は、弾性部から弁部摺動部までの距離よりも長いことを特徴とする。

　本願に開示される燃料噴射弁によれば、アマチュア摺動部のクリアランスを、弁部摺動部のクリアランスに対して大きく設定することにより閉弁時のアマチュアの倒れによる干渉への余裕度を、開弁時の弁体の倒れの余裕度より大きくしている。さらに、弾性部からアマチュア摺動部までの距離を、弾性部から弁部摺動部までの距離よりも長くすることにより、開閉弁時のアマチュアの振れ量を弁体の振れ量より大きくしている。このような構成により、開閉弁時に、アマチュアまたは弁部に対する干渉による摩擦抵抗で、筒状ボディの弾性変形を極力阻害しないようにすることで、開閉弁時の衝突荷重の吸収による作動音抑制を実現した。

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の燃料噴射弁のＡ部の拡大図である。図１の筒状ボディのロール加工前の一例を示す図である。図３をロール加工した場合のＸ－Ｘ断面図である。貫通層を有する筒状ボディのロール加工前の一例を示す図である。アマチュアと筒状ボディと弁部を溶接する場合の筒状ボディのロール加工前の一例を示す図である。

　以下、本願に係る電力制御装置の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施の形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。

実施の形態１．
　図１は実施の形態１に係る燃料噴射弁１の構成を示す断面図、図２は図１のＡ部の拡大図であって、ホルダ５と弁体及びバルブシート７の位置関係を示す図であり、図３は図１に記載されている筒状ボディ６２のロール前の展開図で、切欠き層１０の様子を示している。

　図１において、燃料噴射弁１の主な構成要素は、外部より電流を供給されて磁気吸引力を発生するソレノイド装置２、ソレノイド装置２の内部に設けられた磁性体よるなるコア３、コア３内部に配置されたスプリング４、ソレノイド装置２の内周に配置されているホルダ５、ホルダ５内部に配置された弁体６、弁体６の構成部品で磁性材よりなるアマチュア６１、アマチュア６１に結合される筒状ボディ６２、筒状ボディ６２に結合される弁部６３、弁部６３と当接するバルブシート７、バルブシート７に結合されたプレート８よりなる。

　次に、弁体６について、説明する。アマチュア６１は筒状ボディ６２に圧入後、溶接により結合される。弁部６３も筒状ボディ６２に溶接されている。コア３はホルダ５に圧入後、溶接されている。バルブシート７は下流側に位置するプレート８と結合されており、プレート８とホルダ５が溶接されていることでバルブシート７が固定されている。

　次に弁体６の動作について説明する。ソレノイド装置２へ通電されて磁界が発生するとアマチュア６１に電磁力が作用してコア３の側に弁体６は吸引される。図２に示すように、弁体６は、アマチュア摺動部６１ａと弁部摺動部６３ａでガイドされて軸方向に移動する。本実施の形態ではホルダ５の内周（ホルダ内周面）５ａと面するアマチュア６１の外周部がアマチュア摺動部６１ａとなっている。またバルブシート７の内周（バルブシート内周面７ａ）と面する弁部６３の外周部が弁部摺動部６３ａとなっている。弁体６のコア側への軸方向の可動限界は、アマチュア６１がコア３に当接する位置となっている。

　ソレノイド装置２への通電停止後に、弁体６はコア３の内部に備えられているスプリング４の弾性力により、弁部摺動部６３ａにガイドされて軸方向に移動する。弁体６のコア３から離れる側への軸方向の可動限界は、弁部６３がバルブシート７に着座する位置となっている。

　筒状ボディ６２はステンレス材の平板をロールした断面がＣ状の形状であり、筒状ボディ６２の展開形状は、図３に示すように、軸方向の中間部に、周方向よりも軸方向に短い開口が形成された弾性部を有する。この弾性部は、1つの貫通孔１０ａと２つの切欠き１０ｂが開口する切欠き層１０となっており、貫通孔１０ａと切欠き１０ｂとの間には軸方向板材部（軸ウエブ）１２ａが弾性部の上部と下部とを弾性的に結合している。

　軸ウエブ１２ａの幅は板厚の２倍とする。これにより、プレス時の開口周辺平面部の変形が少なく良好な加工が可能な最小の幅として軸ウエブ１２ａの圧縮弾性の向上に寄与している。開口された貫通孔１０ａおよび切欠き１０ｂの軸方向長さは板厚と等しくする。これは、プレス時のパンチの寿命が比較的長く保証され、良好な量産加工性が可能な最小の長さとして弾性部の軸方向長さを最小とするのに寄与している。

　燃料噴射弁１が閉弁衝突した直後にバルブシート７から弁部６３が受ける荷重は筒状ボディ６２に伝えられる。すると、軸ウエブ１２ａの両端が軸方向の荷重を受けて圧縮変形し、筒状ボディ６２が圧縮バネ相当の挙動をして衝突荷重を吸収する。

　図４のように、筒状ボディ６２の切欠き層１０の断面はＣ形状となっており、軸ウエブ１２ａの配置は点対称とはなっていないため、圧縮荷重に対する剛性に偏りがある。これにより、閉弁時に筒状ボディ６２に軸方向の荷重がかかると線対称に応力がかからず剛性の弱い方向に圧縮量が増加する。弁体６としてみると、筒状ボディ６２の切欠き層１０で屈曲が発生し、アマチュア６１に倒れが発生する。

　同様の現象は燃料噴射弁１が開弁衝突した直後にも発生し、弁体６としてみると、筒状ボディ６２の切欠き層１０で屈曲が発生し、弁部６３に倒れが発生する。筒状ボディ６２の屈曲量が大きくなるとアマチュア６１がホルダ内周面５ａに当接し、弁部６３がバルブシート内周面７ａに当接して摩擦抵抗を受け、筒状ボディ６２の軸方向の弾性変形を阻害する。

　ところで、図２に示すように、アマチュア６１の倒れによる干渉の余裕度であるアマチュア摺動部６１ａのクリアランスＣ_１は、弁部６３の倒れによる干渉の余裕度である弁部摺動部６３ａのクリアランスＣ_２に対してＣ_１＞Ｃ_２に設定されている。

　筒状ボディ６２の弾性部は比較的軸方向に短く形成されている。図２に示すように、弾性部からアマチュア摺動部６１ａまでの距離Ｌ_１と弾性部から弁部摺動部６３ａまでの距離Ｌ_２は一意的に規定され、量産管理が容易にできる。閉弁時のアマチュア６１の倒れ量は距離Ｌ_１に比例し、開弁時の弁部６３の倒れ量は距離Ｌ_２に比例し、Ｌ_１＞Ｌ_２としている。干渉余裕度の大小に対応して倒れ量の大小を調整しているので、アマチュア６１または弁部６３が過度に干渉することを防止している。ひいては作動音が抑制される。

　このように、クリアランスをＣ_１＞Ｃ_２とすることにより閉弁時のアマチュア６１の倒れによる干渉への余裕度を、開弁時の弁体６の倒れの余裕度より大きくしている。また、筒状ボディ６２に形成される弾性部の軸方向長さを比較的短くして開閉弁時の屈曲部を軸方向のほぼ一カ所に規定している。さらに、弾性部の位置を、距離Ｌ_１＞距離Ｌ_２とすることにより、開閉弁時のアマチュア６１の振れ量を弁体６の振れ量より大きくしている。これらにより開閉弁時に、アマチュア６１または弁体６に対し、相手パーツとなる、例えばホルダ内周面５ａ、バルブシート内周面７ａとの干渉を防止する。またはアマチュア６１と弁部６３のどちらか一方が過度に相手パーツと干渉しないよう干渉量を適度に調整して、干渉による摩擦抵抗で筒状ボディ６２の弾性変形を極力阻害しないようにすることで、開閉弁時の衝突荷重の吸収による作動音抑制を実現した。

　また、筒状ボディ６２の中間部に切欠き層１０を形成して、切欠き層１０の上部と下部は軸ウエブ１２ａを介して結合された構成としている。このような構成により、燃料噴射弁が閉弁衝突した直後に弁座から弁部６３が受ける荷重は筒状ボディ６２に伝えられて、軸ウエブ１２ａの上下端が軸方向に荷重を受けて圧縮変形することにより筒状ボディ６２が圧縮バネ相当の挙動をして衝突荷重を吸収する。弾性部を、中間部にのみ形成した切欠き層１０とすることにより、比較的簡単な形状で弾性部を形成することができ、距離Ｌ_１及び距離Ｌ_２の生産管理も容易にすることができる。

　なお、上述した実施の形態では、弾性部は、周方向より軸方向が短い１つの貫通孔１０ａと、２つの切欠き１０ｂと、それら開口の間に、軸ウエブ１２ａを有する切欠き層１０が筒状ボディ６２の軸方向中間部の軸方向周囲に形成されているが、切欠き層１０を構成する開口の数はこれに限られるものではない。

実施の形態２．
　図５は、実施の形態１とは別の筒状ボディ６２のロール加工前の状態を示す図である。図５において、筒状ボディ６２の弾性部は、切欠き層１０と、切欠き層１０の下流側に周方向板材部（周ウエブ）１２ｂを介して２つの貫通孔１０ａを有する貫通層１１よりなる。

　周ウエブ１２ｂの幅は板厚の２倍とする。これにより、プレス時の開口周辺平面部の変形が少なく良好な加工が可能な最小の幅として周ウエブ１２ｂの曲げ弾性の向上に寄与している。切欠き層１０と貫通層１１に形成された開口は筒状ボディ６２の周方向に、開口の１／２ピッチずれて配置されて、周ウエブ１２ｂの周方向長さは均一化されている。切欠き層１０と貫通層１１とは周ウエブ１２ｂを介して結合されており、弾性部の上部と下部は、２つの軸ウエブ１２ａと１つの周ウエブ１２ｂで弾性的に結合されている。このような構成より、実施の形態１に対して弾性変形しやすい形態として作動音の抑制効果を、さらに高めている。

　このように実施の形態２では、切欠き層１０と貫通層１１とは周ウエブ１２ｂを介して結合している。燃料噴射弁が閉弁衝突した直後に弁座から弁部６３が受ける荷重は筒状ボディ６２に伝えられて、周ウエブ１２ｂの両端が軸方向に荷重を受けて曲げ変形することにより筒状ボディ６２が圧縮バネ相当の挙動をして衝突荷重を吸収する。周ウエブ１２ｂと軸ウエブ１２ａの構成によって、弾性変形しやすい形態とした。

実施の形態３．
　図６は、筒状ボディ６２にアマチュア６１および弁部６３を溶接する場合、筒状ボディ６２のロール加工前の状態を示す一例を示す図である。
　溶接は筒状ボディ６２の軸方向上下で行われるため、筒状ボディ６２の溶接側に切欠き層１０を配置する場合、溶接時に発生する熱の放熱経路が切欠きに阻まれることで高熱化し、変形またはスパッタが発生する恐れがある。本実施の形態では図６に示すように、溶接側に貫通層１１を配置するのでアマチュア６１と筒状ボディ６２の溶接時の熱が、溶接側に位置する貫通層１１の軸ウエブ１２ａから放熱される。貫通層１１は切欠き層１０より軸ウエブ１２ａの数が多いため、放熱性が向上する。特にＣ形状の端部は放熱性の懸念があるが、貫通層１１にはこの部分に軸ウエブ１２ａが配置されるため、放熱性が確保される。これらにより溶接時の高熱による変形およびスパッタの発生を防ぐことができる。

　このような構成により、アマチュア６１と筒状ボディ６２の溶接時の熱が、溶接側に位置する貫通層１１の軸ウエブ１２ａから放熱される。なおこれらの内容は弁部６３と筒状ボディ６２の溶接時でも同様の効果を奏する。

　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１：燃料噴射弁、２：ソレノイド装置、３：コア、４：スプリング、５：ホルダ、５ａ：ホルダ内周面、６：弁体、６１：アマチュア、６１ａ：アマチュア摺動部、６２：筒状ボディ、６３：弁部、６３ａ：弁部摺動部、７：バルブシート、７ａ：バルブシート内周面、８：プレート、１０：切欠き層、１０ａ：貫通孔、１０ｂ：切欠き、１１：貫通層、１２ａ：軸ウエブ、１２ｂ：周ウエブ

Claims

　磁性材よりなるアマチュアと前記アマチュアに結合される筒状ボディと前記筒状ボディに結合される弁部とを有する弁体が、ソレノイド装置による磁気吸引力により、ホルダ内を軸方向に摺動する燃料噴射弁において、前記筒状ボディは断面がＣ状の形状であり、前記筒状ボディの軸方向中間部に周方向より軸方向に短い開口が形成された弾性部を備え、前記アマチュアと摺動時のガイドとなるアマチュア摺動部とのクリアランスは、前記弁部と摺動時のガイドとなる弁部摺動部とのクリアランスに対して大きく設定されるとともに、前記弾性部から前記アマチュア摺動部までの距離は、前記弾性部から前記弁部摺動部までの距離よりも長いことを特徴とする燃料噴射弁。
　前記弾性部の開口は、少なくとも１つの貫通孔と、前記筒状ボディの端部に形成された少なくとも１つの切欠きからなり、前記貫通孔と前記切欠きとの間に軸方向板材部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
　前記弾性部の開口は、前記貫通孔と軸方向および周方向にずれて配置された他の貫通孔を更に有し、前記貫通孔と前記他の貫通孔との間に周方向板材部を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
　前記筒状ボディと前記アマチュアと前記弁部は溶接されており、前記他の貫通孔は、前記筒状ボディの前記アマチュア側と前記弁部側にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。