JP2018105137A - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁座部材の端面に結合されるインジェクタプレートが、プレス成形された金属板で構成される電磁式燃料噴射弁において、インジェクタプレートをプレス成形して得られるプレート一面の凹みで複雑形状の燃料通路（案内通路及び旋回室）を形成しても、案内通路及び旋回室相互の、曲率が大きい接続部分でのダレの生成量を抑制又は低減して成形精度を高め、延いては噴射燃料の微粒化促進を図る。
【解決手段】インジェクタプレート３６の、弁座部材３との対向面３６ｉには、案内通路３８と旋回室３９とが凹設されると共に、それら案内通路３８及び旋回室３９の開放面が弁座部材３で塞がれ、旋回室３９の彎曲周面３９ｆの下流側終端３９ｆｅでの接線６０と、案内通路３８の、通路幅方向で旋回室３９中心部に近い側の第１内側面３８ｉとが互いに交わる角度θが、９０°以上である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、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に関し、特に、弁座及びその中心部を貫通する弁孔を有する弁座部材と、弁座と協働して弁孔を開閉する弁体と、燃料噴孔を有して弁座部材の外端面に結合されるインジェクタプレートとを備え、弁座部材及びインジェクタプレート間に、弁孔及び燃料噴孔間を連通する燃料通路を設けるようにした電磁式燃料噴射弁に関する。

上記電磁式燃料噴射弁において、弁座部材端面への燃料通路の切削加工を廃止し且つインジェクタプレートの薄肉化及び成形性確保等を図るために、プレス成形された金属板でインジェクタプレートを構成し、そのプレス成形と同時に燃料通路画成用の凹みをインジェクタプレートの一面（即ち弁座部材との対向面）に成形することが知られている（例えば下記特許文献１を参照）。

特開２００５−２０１０８１号公報

ところでインジェクタプレートの一面にプレス成形により得られる凹みで、噴射燃料の微粒化促進に寄与し得る複雑形状の燃料通路（例えば弁孔との連通部から放射方向に延びる案内通路と、案内通路より流入した燃料を旋回させる旋回室と）を形成する場合には、特に案内通路及び旋回室相互の、曲率が大きい（従って形成負荷が大きい）接続部分にダレと呼ばれる金属変形部が生じ易くなる。そして、このダレの発生が、複雑形状の燃料通路の成形精度を低下させ、延いては燃料通路内での燃料の円滑な流れや噴射燃料の微粒化促進を阻害する等の不都合の要因となる。

本発明は、上記に鑑み提案されたもので、インジェクタプレートをプレス成形しても、上記ダレの生成量を抑制又は低減して上記不都合を回避可能とした電磁式燃料噴射弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、弁座、及び該弁座の中心部を貫通する弁孔を有する弁座部材と、前記弁座と協働して前記弁孔を開閉する弁体と、燃料噴孔を有して前記弁座部材の外端面に結合されるインジェクタプレートとを備え、前記インジェクタプレートが、プレス成形された金属板で構成される電磁式燃料噴射弁において、前記インジェクタプレートの、前記弁座部材との対向面には、前記弁孔との連通部から所定方向に延びる案内通路と、前記案内通路の下流端に接続されて前記弁孔から該案内通路を経て流入した燃料を旋回させ且つ底部に前記燃料噴孔の上流端を開口させた旋回室とが凹設されると共に、それら案内通路及び旋回室の、前記弁座部材側の各開放面が該弁座部材で塞がれており、前記旋回室の、径方向外側に凸に彎曲する彎曲周面の下流側終端での接線と、前記案内通路の、前記所定方向に延びて相対向する第１，第２内側面のうち該案内通路の幅方向で前記旋回室中心部に近い側の第１内側面又は該第１内側面の下流側延長線とが互いに交わる角度が、前記所定方向で該接線よりも前記弁孔に近い側、且つ前記幅方向で該第１内側面よりも前記案内通路の外方側において、９０°以上であることを第１の特徴とする。

また本発明は、第１の特徴に加えて、前記彎曲周面の前記下流側終端と、前記案内通路の前記第１内側面の下流端とが曲面で滑らかに接続されることを第２の特徴とする。

本発明によれば、プレス成形された金属板より成るインジェクタプレートの、弁座部材との対向面には、弁孔との連通部から所定方向に延びる案内通路と、案内通路の下流端に接続されて燃料を旋回させ且つ底部に燃料噴孔の上流端を開口させた旋回室とが凹設されるので、弁孔から燃料噴孔に向かう燃料にスワールを付与して噴射燃料の微粒化を促進し得る複雑形状の燃料通路（即ち案内通路及び旋回室）を、インジェクタプレートにプレス成形で容易に形成可能となる。

また、プレス成形でインジェクタプレート一面に上記複雑形状の燃料通路、即ち案内通路及び旋回室を凹設する場合には、特に案内通路及び旋回室相互の、曲率（従って形成負荷）が大きい接続部分にダレが生じ易くなるものであるが、
本発明の第１の特徴によれば、旋回室の彎曲周面の下流側終端での接線と、案内通路の相対向する第１，第２内側面のうち案内通路の幅方向で旋回室中心部に近い側の第１内側面又はそれの下流側延長線とが互いに交わる角度が、９０°以上であるので、案内通路及び旋回室相互の接続部分の曲率を小さくして該接続部分での形成負荷を軽減でき、ダレの生成量を抑制又は低減できる。これにより、上記接続部分、延いては案内通路及び旋回室の成形精度を高めることができ、弁孔から燃料噴孔に向かう燃料の円滑な流れ確保や噴射燃料の微粒化促進を図る上で有効である。

また本発明の第２の特徴によれば、旋回室の彎曲周面の下流側終端と、案内通路の第１内側面の下流端とが曲面で滑らかに接続されるので、案内通路及び旋回室相互の接続部分の曲率をより小さくして該接続部分での形成負荷を一層軽減でき、ダレの生成量を抑制又は低減できる。これにより、上記接続部分の成形精度を更に高めることができ、弁孔から燃料噴孔に向かう燃料の円滑な流れ確保や噴射燃料の微粒化促進を図る上で、より有効である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図 図１の２矢視部拡大図（図３の２−２線断面図） 図２の３−３矢視図 図３の４−４線断面部分に着目してインジェクタプレートのプレス成形工程の一例を説明した工程説明図であって、（Ａ）はワークを金型にセットした成形直前状態を示し、（Ｂ）は成形完了直後で離型前の状態を示す

本発明の実施形態を、添付図面を参照して、以下に説明する。

先ず、図１及び図２において、内燃機関用電磁式燃料噴射弁Ｉのケーシング１は、円筒状の弁ハウジング２（磁性体）と、この弁ハウジング２の前端部に液密に結合される有底円筒状の弁座部材３と、弁ハウジング２の後端に環状スペーサ４を挟んで液密に結合される円筒状の固定コア５とから構成される。

環状スペーサ４は、ステンレス鋼等の非磁性金属製であり、その両端面に弁ハウジング２及び固定コア５が突き当てられて液密に全周溶接され、その溶接にはレーザビームが使用される。

弁座部材３及び弁ハウジング２の対向端部には、第１嵌合筒部３ａ及び第２嵌合筒部２ａがそれぞれ形成される。そして第１嵌合筒部３ａが第２嵌合筒部２ａ内にストッパプレート６と共に圧入され、ストッパプレート６は、弁ハウジング２と弁座部材３間で挟持される。その後、第１嵌合筒部３ａの外周面と第２嵌合筒部２ａの端面とに挟まれる隅部の全周にわたりレーザ溶接又はビーム溶接を施すことにより、弁ハウジング２及び弁座部材３が相互に液密に結合される。

弁座部材３には、それの平坦な前端面即ち外端面に下流端を開口する円錐状の弁座８と、この弁座８の中心部を貫通して弁座部材３の外端面に開口する弁孔１０と、弁座８の上流端、即ち大径部に連なる円筒状のガイド孔９とが設けられており、そのガイド孔９は、前記第２嵌合筒部２ａと同軸状に形成される。

弁ハウジング２及び環状スペーサ４内には、固定コア５の前端面に対向する可動コア１２が摺動自在に収容され、この可動コア１２に、前記ガイド孔９に軸方向摺動自在に収容される弁体１６が一体的に結合される。この弁体１６は、弁座８に着座し得る球状の弁部１６ａと、ガイド孔９に摺動自在に支承される前後一対のジャーナル部１６ｂ，１６ｂと、前記ストッパプレート６に当接して弁体１６の開弁限界を規定するフランジ１６ｃとを一体に備えており、各ジャーナル部１６ｂには、燃料の流通を可能にする複数の平坦面１７，１７…が設けられる。

固定コア５は、弁ハウジング２内と連通する中空部２１を有しており、その中空部２１に、可動コア１２を弁体１６の閉じ方向、即ち弁座８への着座方向に付勢するコイル状の弁ばね２２と、この弁ばね２２の後端を支承するパイプ状のリテーナ２３とが収容される。このリテーナ２３は、中空部２１においてカシメにより固定される。

固定コア５の後端には、パイプ状のリテーナ２３を介して固定コア５の中空部２１に連通する燃料入口２５ａを持つ入口筒２５が一体に連設され、その燃料入口２５ａに燃料フィルタ２７が装着される。

環状スペーサ４及び固定コア５の外周にはコイル組立体２８が嵌装される。このコイル組立体２８は、環状スペーサ４及び固定コア５に外周面に嵌合するボビン２９と、これに巻装されるコイル３０とからなっており、このコイル組立体２８を囲繞するコイルハウジング３１の一端部が弁ハウジング２の外周面に溶接により結合される。

コイルハウジング３１、コイル組立体２８及び固定コア５は合成樹脂製の被覆体３２内に埋封され、この被覆体３２の中間部には、前記コイル３０に連なる接続端子３３を収容する備えたカプラ３４が一体に連設される。

図２に明示するように、弁座部材３の前端面には円板状のインジェクタプレート３６が液密に全周溶接ｗされ、その溶接にはレーザビームが使用される。このインジェクタプレート３６は、金属板（例えば、ステンレス鋼板、その他の鋼板）を所定形状にプレス成形して得られるプレス成形品より構成される。インジェクタプレート３６には、弁孔１０の軸線回りの同一円周上で等間隔おきに並ぶ複数の燃料噴孔４３が穿設される。インジェクタプレート３６は、その板厚が、例えば０．１ｍｍ前後の薄肉の板状である。尚、図面上は、発明を理解し易くするためにインジェクタプレート３６の板厚を多少誇張して描いている。

インジェクタプレート３６の上面、即ち弁座部材３外端面との対向面３６ｉには、弁孔１０から燃料噴孔４３に向かう燃料を案内する燃料通路ＦＰとなる浅い凹みが、上記プレス成形により形成される。この燃料通路ＦＰは、通過燃料にスワールを付与して燃料噴孔４３からの噴射燃料の微粒化促進に寄与すべく、以下に説明するような複雑な平面形態（本実施形態では花弁状）に形成される。

即ち、燃料通路ＦＰは、弁孔１０に直接連通する連通部としての中央油室３７と、その中央油室３７からインジェクタプレート３６の板面に沿う所定方向（本実施形態では弁孔１０の中心に対し放射方向）に直線状に延びる複数の案内通路３８と、各案内通路３８の下流端が接線方向に開口する旋回室３９とを備える。その旋回室３９は、案内通路３８の中心線Ｌに対し案内通路３８の幅方向で一方側（換言すればインジェクタプレート３６の周方向で一方側）にオフセット配置される。

そして、旋回室３９の底面には燃料噴孔４３の上流端が開口している。尚、燃料噴孔４３は、例えばプレス成形後のインジェクタプレート３６に対しドリル加工等で形成される。

燃料通路ＦＰの大部分（より具体的には中央油室３７の外周部、各案内通路３８及び各旋回室３９）の、弁座部材３側の開放面は、弁座部材３で塞がれる。またインジェクタプレート３６の上面３６ｉの、燃料通路ＦＰを取り囲む領域は、弁座部材３の外端面に密着状態におかれる。そして、燃料通路ＦＰを流れる燃料は、外部に漏れ出すことなく、弁孔１０から中央油室３７、案内通路３８及び旋回室３９を順次経て燃料噴孔４３まで到達する。

また、旋回室３９の周面は、径方向外方側に凸に彎曲した彎曲周面３９ｆとされ、その彎曲周面３９ｆの旋回案内作用により、案内通路３８を経て旋回室３９に流入した燃料をスムーズに旋回させる。これにより、燃料噴孔４３に流入する直前の燃料にスワールを付与することができる。

一方、案内通路３８の相対向する両内側面、即ち第１，第２内側面３８ｉ，３８ｏは、案内通路３８の長手方向（即ち弁孔１０の中心に対し放射方向）に直線状に延びる略平面で各々構成される。

上記した第１，第２内側面３８ｉ，３８ｏのうち、特に案内通路３８の幅方向で旋回室３９中心部寄り（即ち通路中心線Ｌに対し旋回室３９がオフセット配置される側）に位置する第１内側面３８ｉは、それの下流端３８ｉｅと、旋回室３９の彎曲周面３９ｆの下流側終端３９ｆｅとが曲面ｒで滑らかに接続される。尚、第１内側面３８ｉの下流端３８ｉｅと彎曲周面３９ｆの下流側終端３９ｆｅとは、その相互間を例えば曲面ｒを介さずに直接接続させるようにしてもよい。

また、案内通路３８の第２内側面３８ｏの下流端と、旋回室３９の彎曲周面３９ｆの上流側始端とは、段差なく滑らかに接続される。これにより、案内通路３８から旋回室３９へ高圧燃料がスムーズに流入し得るようになっている。

ところで本実施形態では、図３に示すように旋回室３９の彎曲周面３９ｆの下流側終端３９ｆｅでの接線６０と、案内通路３８の上記した第１内側面３８ｉ又はそれの下流側延長線６１とが互いに交わる角度θが、案内通路３８の長手方向（前記放射方向）で該接線６０よりも弁孔１０に近い側に、且つ案内通路３８の幅方向で第１内側面３８ｉよりも通路外方側において、９０°以上に設定される。

但し、角度θを必要以上に大きくなる（例えば１２０°を超える）と、旋回室３９を周回した燃料流が案内通路３８を流れてきた燃料流との衝突で乱流を生じ易くなり（即ち旋回室３９による燃料旋回力が低下して）、燃料のスワール効果による噴射燃料の微粒化促進に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、角度θの上限は１２０°に設定されることが望ましい。即ち角度θは、９０°≦θ≦１２０°の範囲に設定することが望ましい。

本実施形態において、インジェクタプレート３６はプレス成形されるものであり、図４にそのプレス成形工程の一例を示す。インジェクタプレート３６の最終製品と同形の円板状に予め加工された金属板よりなるワーク０３６は、図４（Ａ）に示すように、先ずダイ５０上に載置されると共に、パンチガイド５２により外周部を抑えられる。次いで、ワーク０３６は、図４（Ｂ）に示すように、ダイ５０と、パンチガイド５２に沿って下降するパンチ５１との間で加圧される。その加圧により、燃料通路ＦＰ（即ち中央油室３７、案内通路３８及び旋回室３９）となる凹みがワーク０３６の一面、即ちインジェクタプレート３６の上面３６ｉにプレス成形される。

この場合、燃料通路ＦＰの成形用凸部として機能するパンチ５１の先部５１ａと、パンチ５１を摺動可能に嵌合させるパンチガイド５２のガイド孔５２ａとは、燃料通路ＦＰの横断面形状と同じに形成される。またダイ５０には、パンチ５１の先部５１ａに対応した成形用凹部５０ａが形成され、成形用凹部５０ａの内周面はテーパ面５０ａｔに形成される。

上記加圧の過程で、特に燃料通路ＦＰの周面は、インジェクタプレート３６の対応部位がパンチ５１の先部５１ａにより剪断成形されることで、燃料通路ＦＰの底面部から略垂直に起立する絶壁面となり、その際に燃料通路ＦＰの、弁座部材３側の開口縁部には多少のダレｄが形成される。

かくして、プレス成形後のインジェクタプレート３６の上面３６ｉには、上記燃料通路ＦＰとなる凹みがパンチ５１の先部５１ａ形状に倣うように形成され、一方、同プレート３６の下面３６ｏには、燃料通路ＦＰ（上記凹み）に対応した隆起部４１がダイ５０の成形用凹部５０ａに倣うように形成され、その隆起部４１の外周面はテーパ面４１ｔに形成される。

次に、前記実施形態の作用について説明する。コイル３０を消磁した状態では、弁ばね２２の付勢力で可動コア１２及び弁体１６が前方に押圧され、弁座８に着座させている。したがって、燃料フィルタ２７及び入口筒２５を通して弁ハウジング２内に供給された高圧燃料は、弁ハウジング２内に待機させられる。

コイル３０を通電により励磁すると、それにより生ずる磁束が固定コア５、コイルハウジング３１、弁ハウジング２及び可動コア１２を順次走り、その磁力により可動コア１２が弁体１６と共に固定コア５に吸引され、弁体１６が弁座８から離座するので、弁ハウジング２内の高圧燃料は、弁体１６の平坦面１７，１７…、弁座８及び弁孔１０を順次通過して燃料通路ＦＰに移り、その燃料通路ＦＰの中央油室３７から複数の案内通路３８に分岐し放射状に拡散しながら複数の旋回室３９に達する。

このとき、高圧燃料が各案内通路３８から対応する旋回室３９へ高速で接線方向に流入するため、流入燃料は旋回室３９を高速で旋回することでスワールを付与され、しかも案内通路３８を経て旋回室３９に到達するまでの燃料流に急激な屈曲がなく、その流れがスムーズとなるから、燃料の速度損失も少ない。その結果、各旋回室３９の燃料噴孔４３からエンジンの被噴射部位（例えば吸気ポート）に向けて噴射される噴射燃料の微粒化促進が達成されて、良好な噴霧フォームが得られ、しかも燃料噴射の応答性が良好である。これにより、燃焼室内での燃料の燃焼性が高められ、また燃焼制御が精度よく行われる。

ところで前述のような成形工程（図４参照）によるプレス成形でインジェクタプレート３６の一面に得られる凹みで、噴射燃料の微粒化促進に寄与し得る複雑形状の燃料通路ＦＰ（従って案内通路３８及び旋回室３９）を形成する場合には、特に案内通路３８及び旋回室３９相互の、曲率が大きい（従って形成負荷が大きい）接続部分にダレが生じ易くなり、これが複雑形状の燃料通路ＦＰの成形精度を低下させる虞れがある。

これに対して、本実施形態では、図３に示すように旋回室３９の彎曲周面３９ｆの下流側終端３９ｆｅでの接線６０と、案内通路３８の互いに対向する第１，第２内側面３８ｉ，３８ｏのうち旋回室３９中心寄りの第１内側面３８ｉ又はそれの下流側延長線６１とが互いに交わる角度θが、案内通路３８の長手方向で接線６０よりも弁孔１０に近い側に、且つ通路幅方向で第１内側面３８ｉよりも通路外方側において、９０°以上に設定されている。これにより、案内通路３８及び旋回室３９相互の接続部分の曲率を可及的に小さくして該接続部分での形成負荷を軽減できるため、該接続部分でのダレの生成量を抑制又は低減可能となる。その結果、上記接続部分を含む燃料通路ＦＰ全体の成形精度が高められることから、燃料通路ＦＰでの燃料の円滑な流れの確保や、噴射燃料の微粒化促進に寄与することができる。

その上、本実施形態では旋回室３９の彎曲周面３８ｆの下流側終端３９ｆｅと、案内通路３８の第１内側面３８ｉの下流端３８ｉｅとが曲面ｒで滑らかに接続されている。これにより、案内通路３８及び旋回室３９相互の接続部分の曲率をより小さくして該接続部分での形成負荷を一層軽減でき、該接続部分でのダレの生成量をより効果的に抑制又は低減できる。その結果、上記接続部分の成形精度を更に高めることができ、燃料の円滑な流れ確保や微粒化促進を図る上でより効果的である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、案内通路３８及び旋回室３９の数や配列は、要求される燃料噴霧フォームの本数や形状に応じて適宜選定することができる。例えば、前記実施形態では、燃料通路ＦＰの中央油室３７（弁孔１０との連通部）から案内通路３８を放射状且つ直線状に延ばしたものを例示したが、本発明では、案内通路３８を放射方向から周方向に多少傾斜して径方向外方側に延ばしたもの、或いは、案内通路３８を多少カーブさせて曲線状に延ばしたものに適用してもよい。また案内通路３８及び旋回室３９の組の数は、実施形態では６組であるが、それ以外の数、例えば４組でもよい。

また前記実施形態では、インジェクタプレート３６と弁座部材３との結合手段として、レーザビームによる全周溶接ｗが例示されたが、その結合手段は、溶接手段に限定されない。即ち、インジェクタプレート３６と弁座部材３との間を全周に亘り液密に結合し得る結合手段であれば、種々の結合手段を採用可能である。

また前記実施形態では、インジェクタプレート３６は、その板厚が例えば０．１ｍｍ前後の薄肉の板状であるものを例示したが、本発明は、実施形態よりも厚肉又は更に薄肉の（但しプレス成形で燃料通路ＦＰ（案内通路３８及び旋回室３９）を精度よく成形可能な程度の肉厚の）インジェクタプレートにも実施可能である。

Ｉ・・・・・・燃料噴射弁
３・・・・・・弁座部材
８・・・・・・弁座
１０・・・・・弁孔
１６・・・・・弁体
３６・・・・・インジェクタプレート
３６ｉ・・・・上面（弁座部材との対向面）
３７・・・・・中央油室（連通部）
３８・・・・・案内通路
３８ｉ，３８ｏ・・案内通路の第１，第２内側面
３９・・・・・旋回室
３９ｆ・・・・彎曲周面
３９ｆｅ・・・彎曲周面の下流側終端
４３・・・・・燃料噴孔
６０・・・・・接線
６１・・・・・第１内側面の下流側延長線
θ・・・・・・角度
ｒ・・・・・・曲面

Claims (2)

1. 弁座（８）、及び該弁座（８）の中心部を貫通する弁孔（１０）を有する弁座部材（３）と、前記弁座（８）と協働して前記弁孔（１０）を開閉する弁体（１６）と、燃料噴孔（４３）を有して前記弁座部材（３）の外端面に結合されるインジェクタプレート（３６）とを備え、前記インジェクタプレート（３６）が、プレス成形された金属板で構成される電磁式燃料噴射弁において、
   前記インジェクタプレート（３６）の、前記弁座部材（３）との対向面（３６ｉ）には、前記弁孔（１０）との連通部（３７）から所定方向に延びる案内通路（３８）と、前記案内通路（３８）の下流端に接続されて前記弁孔（１０）から該案内通路（３８）を経て流入した燃料を旋回させ且つ底部に前記燃料噴孔（４３）の上流端を開口させた旋回室（３９）とが凹設されると共に、それら案内通路（３８）及び旋回室（３９）の、前記弁座部材（３）側の各開放面が該弁座部材（３）で塞がれており、
   前記旋回室（３９）の、径方向外側に凸に彎曲する彎曲周面（３９ｆ）の下流側終端（３９ｆｅ）での接線（６０）と、前記案内通路（３８）の、前記所定方向に延びて相対向する第１，第２内側面（３８ｉ，３８ｏ）のうち該案内通路（３８）の幅方向で前記旋回室（３９）中心部に近い側の第１内側面（３８ｉ）又は該第１内側面（３８ｉ）の下流側延長線（６１）とが互いに交わる角度（θ）が、前記所定方向で該接線（６０）よりも前記弁孔（１０）に近い側、且つ前記幅方向で該第１内側面（３８ｉ）よりも前記案内通路（３８）の外方側において、９０°以上であることを特徴とする、電磁式燃料噴射弁。
2. 前記彎曲周面（３８ｆ）の前記下流側終端（３９ｆｅ）と、前記案内通路（３８）の前記第１内側面（３８ｉ）の下流端（３８ｉｅ）とが曲面（ｒ）で滑らかに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の電磁式燃料噴射弁。

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