(57)【要約】  本体（２０）と、弁座（６０）と、閉鎖部材（４０）と、開口板（７０）を有する内燃エンジンの燃料噴射システムで使用する燃料噴射装置と方法に関する。弁座は、燃料噴射器の組立前には、二つの角度が付いた面の交点を有する。燃料噴射器の組立中、部材は弁座の封止面のエッジに押付けて斜めの第３封止面又は弁座に圧印させる封止バンドを生成する。封止バンドは、弁閉鎖部材（４０）と弁座（６０）の間に燃料噴射器において燃料の漏出を阻止するために作動する、改良されたシールを提供する。
2007507638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入口と、排出口と、内部を貫通する長手の軸とを有する本体と、
閉鎖位置では、閉鎖部材が、下流側面に結合する上流側面を有して封止エッジを形成する弁座上に位置して燃料の流れを阻止し、燃料室への燃料の流れを調整する弁組立体と、
組立体部材が弁座の封止面上に向かって軸方向に下降することにより封止エッジの中に圧印される封止バンドと、
閉鎖部材が開放位置に偏向した時、燃料を弁組立体から燃焼室迄流通させるための少なくとも一つの開口を有する開口円板と
を備えた内燃機関用燃料噴射器。
【請求項２】
燃料噴射器の組立前に、上流側面が１２０°の内包角を有する請求項１記載の噴射器。
【請求項３】
燃料噴射器の組立前に、下流側面が９０°の内包角を有する請求項１記載の噴射器。
【請求項４】
上流側面の内包角が下流側面の内包角より大きい請求項１記載の噴射器。
【請求項５】
封止バンドが、更に弁座の斜めの第３接触面を含む請求項１記載の噴射器。
【請求項６】
封止バンドが、更に弁閉鎖部材の下流側端部と正接関係を持つ請求項１記載の噴射器。
【請求項７】
封止バンドの幅が０．０５〜０．２０ｍｍである請求項１記載の噴射器。
【請求項８】
閉鎖部材が球形又は先端を切り落とした球形である請求項１記載の噴射器。
【請求項９】
吸入口と、排出口と、その内部に貫入する長手の軸とを有する本体と、
閉鎖位置においては、閉鎖部材が弁座上に位置して燃料の流れを阻止し、燃料室への燃料の流れを調整する弁組立体と、
閉鎖部材が開放位置に偏向した時、燃料を弁組立体から燃焼室迄流通させるための少なくとも一つの開口を有する開口円板とを備え、
第１の端部と第２の端部が長手の軸に沿って配設された本体を有する燃料噴射器内の漏出率を低減する方法であって、
下流側面に結合する上流側面を有し、封止エッジをなす弁座の封止面を形成する工程と、
燃料噴射器の組立前に弁座の封止面を圧印して封止バンドを封止エッジ上に形成する工程と、
閉鎖部材を軸方向に下降させて弁座の封止面上迄変位させて弁座をシールする工程と、
燃料を長手の軸に向かって流す工程と、
燃料を開口円板の少なくとも一つの開口を通して方向転換する工程と
を含む方法。
【請求項１０】
燃料噴射器の組立前に、上流側面が１２０°の内包角、下流側面が９０°の内包角を有する請求項９記載の方法。
【請求項１１】
上流側面の内包角が下流側面の内包角より大きい請求項９記載の方法。
【請求項１２】
封止バンドが、更に弁座の斜めの第３接触面を含む請求項９記載の方法。
【請求項１３】
封止バンドが、更に弁閉鎖部材の下流側端部と正接関係を有する請求項９記載の方法。
【請求項１４】
封止バンドの幅が０．０５〜０．２０ｍｍである請求項９記載の方法。
【請求項１５】
閉鎖部材が球形又は先端を切り落とした球形である請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２００３年９月２９日に提出された係属中の米国仮特許出願６０／５０６８２３について優先権を主張するものであり、同文献を本願明細書に組み込むものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、燃料噴射器の組立中に燃料噴射器の弁座を形成すべく、燃料噴射器における閉鎖部材と弁座の間の漏出と座りを改善するために使用する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
弁閉鎖部材と弁座の間の弁に形成された金属間シールは、弁を貫流する流体の制御の正確性を決定する。弁閉鎖部材と弁座との表面が正確に適合しないと、漏出が生じる。この漏出は、正確な流量制御が望まれる系統においては、弊害をもたらす。同様に、燃料噴射器からのガソリンの漏出量は蒸発ガスに影響を及ぼす。法律の制定で自動車の蒸発ガス量が下げられたため、顧客は燃料噴射器の漏出量に対しより厳しい規制を受けている。
【０００４】
弁座は、典型的に研磨硬化型の円錐形シート（Ｒｃ＞５５）である。弁閉鎖部材も同様な材料と硬さを有する。この円錐形弁座と弁閉鎖部材は、漏出を防ぐ密着シールを形成すべく丸みが少なくなければならない。閉鎖部材と弁座との間の密着シール性を確立すべくシートの丸みを少なくする一方法として、研磨がある。研磨は、流体弁の正確性と信頼性に大きく影響するが、低漏出性に対する丸みの許容範囲はμｍ以下の範囲である。その結果、研磨は非常に高価な製造工程となる。かかる作業が製造コストを引き上げ、このため低価格で望ましい代わりの工程が必要となる。
【０００５】
閉鎖部材と弁座を製造する別の方法は、軸方法に圧縮力をかけて閉鎖部材をシートに押付け、シートへの閉鎖部材を圧印（coining）する方法である。米国特許第５０８１７６６号明細書に記載の方法は、正確で信頼性の高い流体測定が可能であると共に表面仕上げと部品寸法に対する高価な許容誤差制御を排除した弁組立体を製造する。この特許に開示の方法は、組立工程、圧印工程に別の工程を含むが、表面仕上げや部品寸法に対しより厳しい許容誤差を設ける必要性をなくしている。よって、現存の製造設備や工程の再構成が必要なのは単に噴射器からの漏出を低減すべく、圧印工程を追加するのみである。しかしこの圧印工程は、部品を圧印するための圧印型を使用する必要はない。むしろ、圧印工程は、圧印動作が閉鎖部材とシート間の面接触の環状帯で起きるよう、軸方向に圧縮する負荷をかけて閉鎖部材の丸みを帯びた先端をシートの円錐面に押付ける。その際にかける力は、閉鎖部材が圧印工程により不可逆的に曲がったり、彎曲したりしないよう特殊な方法でかけるのが好ましい。この工程は、組立工程の間に実施するので、完成した噴射器の作動機構であるソレノイドもスプリングも圧印の結果に影響しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料噴射器の組立時、閉鎖部材が最初に弁座に接触する際に部品材料と初期の幾何学形状を使って閉鎖部材とシートの間により良好なシールを形成するための方法と装置を開発できれば、シールの改良と製造コストの削減とに効果的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの局面によると、内燃機関用燃料噴射器は、吸入口と、排出口と、その内部に貫入する長手の軸とを有する本体と、閉鎖位置において閉鎖部材が下流側面に結合する上流側面を有して封止エッジを形成する弁座上に位置し、燃料の流れを阻止することで燃料室への燃料の流れを調整する弁組立体と、組立体部材が弁座の封止面上に向かって軸方向に下降することにより封止エッジの中に圧印される封止バンドと、閉鎖部材が開放位置に偏向した際燃料を弁組立体から燃焼室迄流通させる少なくとも一つの開口を有する開口円板とを備える。
【０００８】
本発明は更に、第１の端部と第２の端部が長手の軸に沿って配設された本体を有する燃料噴射器内の漏出率を低減する方法を提供する。この噴射器は、吸入口と、排出口と、内部に貫通する長手の軸とを有する本体と、閉鎖位置においては、閉鎖部材が弁座上に位置して燃料の流れを阻止することにより燃料室への燃料の流れを調整する弁組立体と、閉鎖部材が開放位置に偏向した時、燃料を弁組立体から燃焼室迄流通させる少なくとも一つの開口を有する開口円板を備えており、上記の方法は、下流側面に結合する上流側面を有して封止エッジを形成する弁座の封止面を設ける工程と、燃料噴射器の組立の前に弁座の封止面を圧印して封止バンドを封止エッジ上に形成する工程と、閉鎖部材を軸方向に下降させて弁座の封止面上迄変位させて弁座をシールする工程と、燃料を長手の軸に向かって流す工程と、燃料を開口円板の少なくとも一つの開口を経て方向転換する工程とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下図示の実施例を参照し、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
図１のソレノイド燃料噴射器１０は、そこを貫通して延びる長手の軸Ｂ−Ｂを持つ略管状の金属本体２０と、金属本体２０内に同軸に配置され、アーマチャー管３０の下流側端部が閉鎖部材４０に接合された長手の金属アーマチャー管３０と、誘導部材５０と、閉鎖部材４０と結合する環状弁座６０と、内燃機関（図示せず）内で燃焼する一定量の燃料を分配する金属開口円板部材７０とを備える。
【００１１】
ソレノイド駆動燃料噴射器１０は電磁的に作動する。電磁コイル１００を励磁すると、磁気回路に磁束が生ずる。磁束はアーマチャー１１０、アーマチャー管３０、閉鎖部材４０を、Ｂ−Ｂ軸に沿って移動させる。端子８０と電気ハーネスコネクタ部９０は、接合コネクタ、例えば車両の配線ハーネス（図示せず）の一部に係合してソレノイド起動の燃料噴射器１０を電源（図示せず）に接続して電磁コイル１００を励磁する。アーマチャー１１０を用い、アーマチャー管３０と閉鎖部材４０を軸方向に移動させ、バネ弾性部材１３０と反対方向に開くか、燃料噴射器１０を閉じる。アーマチャー１１０は、弁アーマチャー管３０の上流側端部に溶接にて接合されており、長手中心軸Ｂ−Ｂを共有する。電磁コイル１００は、アーマチャー１１０を取り巻いている。
【００１２】
図２ａ、３および４を参照するに、ガイド部材５０は中央円形ガイド穴を有し、そこをアーマチャー管３０の閉鎖部材４０が貫通し、アーマチャー管３０が軸方向に移動する間に誘導するように構成している。下流側端部では、弁座は、一般的に、下流側且つ長手の軸Ｂ−Ｂに向かって延在する円錐台表面を有する。弁座６０は、ステンレス鋼等の金属で形成するとよい。閉鎖部材４０の下流側端部は、アーマチャー管３０が閉鎖位置にあるときに弁座６０の円錐面と係合する凸面を有する。閉鎖部材４０とアーマチャー管３０はステンレス鋼等の金属で形成すると望ましい。
【００１３】
弁座６０のシール面６５は、１２０°の内包角を持つ第１のシート面６０ａを有し、開口円板１５０に向かって半径方向内側且つ下側に傾斜しており、これも又、長手の軸Ｂ−Ｂに対し傾斜している。また、弁座６０は、下流側の面が閉鎖部材と開口円板１５０間の隙間を形成し、内包角が９０度の第２のシート面６０ｂを有する。「内側」および「外側」は、各々長手の軸Ｂ−Ｂに対し離接する方向を意味する。閉鎖部材と開口円板１５０との間の隙間は、弁座６０の第１と第２のシート面６０ａ、６０ｂの下流側に配設する。封止エッジ１８０は、弁座６０の第１の面６０ａと第２の面６０ｂの間に位置する。
【００１４】
図３を参照するに、圧印前の幾何学形状は角度の異なる二つの交差する円錐、即ち角度がαの円錐１９０と角度がβの円錐２００によって形成される弁座６０の封止エッジ１８０を含む。封止エッジ１８０の内包角（α＋β）を二等分する線Ｃは、閉鎖部材４０の中心を通る。この幾何学的形状で、圧印の深さとシール帯幅との比率が最も高くなる。
【００１５】
燃料噴射器の組立中（図示せず）、弁座６０を弁ボディ組立体の一部として圧印する。弁ボディ組立体は、コンベヤベルト上の組立設備を通過するパレット上に着座させ保持する。弁座６０の圧印時、カーバイドボールを使用する。組立段階では、カーバイド圧印ボールを真空でピンの端部上に保持する。端部のカーバイドボールを有するピンを、パレットを通して引き上げ、弁ボディ組立体の中に入れる。圧印ボールは弁座６０に接触し、弁ボディ組立体をパレットの外迄持ち上げる。カーバイドボールを有するピンと弁ボディ組立体は、平坦なストッパに到達し（接触はしない）、停止する迄移動し続ける。そしてピンは、ゆっくりと移動して弁座６０をカーバイドボールと平坦なストッパとの間に挟持する。ピンは、所期の圧印力に達する迄移動する。そしてピンは下方向へ戻り、弁ボディ組立体をパレット上に載置する。パレットは次のステーションに索引を付け、この工程を反復する。複数回反復する場合は、ピンは、弁座６０が停止することがなくなる迄下方向へ移動し、再び上昇して次の圧印力を掛ける。最後に、圧印工程が完了すると、弁座６０は弁ボディ組立体がパレットに戻る迄下降する。この工程の間、カーバイドボールは、反復して当接する間に弾力的に変形するが、永久変形はしない。
【００１６】
カーバイド圧印ボールは、弁座６０の封止エッジ１８０を押付け、第３の傾斜面、又は封止バンド１７０を弁座６０の封止面６５の中に圧印する。図２ｂにおいて、この新しい封止バンド１７０は、封止直径を決定する長手の軸Ｂを中心とする仮想円上に位置する。閉鎖位置では、閉鎖部材４０は、弁座６０を燃料が貫流するのを防ぐ。開放位置では、閉鎖部材４０の球状の先端が弁座６０の封止バンド１７０に接触しないため、閉鎖部材４０は、弁座６０を貫流するようになる。
【００１７】
上記の如く、アーマチャー１１０、アーマチャー管３０および閉鎖部材４０は、弁座６０に離接するように軸方向に往復運動して変位する。閉鎖部材４０の凸面と弁座６０の円錐台表面との接触によりシールを形成し、流体が開口１４０内を貫流しないよう遮蔽する。シールの効果は、閉鎖部材４０の凸面と、弁座６０の円錐台表面間の接触の密着度で決まる。表面の凹凸や、凸面と円錐台表面の間の不一致は、特に接触が金属同士である場合に接触の密着度を損ねる。この問題を克服すべく、本発明は圧印を利用して弁座６０の凹凸の一部を除去し、シール性を改善する。圧印の組立工程は弁座６０の封止エッジ１８０のシールバンド１７０を作成し、それを用いて弁座６０の凹凸の一部を除去してシールを改善している。圧印で弁座６０の封止エッジ１８０上にシールバンド１７０を形成し、閉鎖部材４０と弁座６０の間の接触領域を増やすことでシートとニードルの間の境界上の摩耗を安定化させ、応力を低減させ得る。圧印工程により、弁閉鎖部材４０の外表面の幾何学形状に圧印で適合させた斜めの第３の接触面を作ることでシールを形成している。その結果、封止バンド１７０の漏出率が減少する。
【００１８】
閉鎖部材４０は、長手の軸Ｂ―Ｂに沿って配設され、複数の位置に沿って移動可能である。部材４０は、略球形の先端を有し、ニードルタイプの組立体でもボールタイプの組立体でもよい。複数の位置には、開放位置（図示せず）と、図２ｂに示す如き閉鎖位置も含まれる。閉鎖部材４０は、閉鎖状態となるような第１の位置と開放状態（図示せず）になるような第２の位置の間を移動可能である。閉鎖状態では、閉鎖部材４０は、弁座６０の封止バンド１７０と隣接して係合し、開口円板１５０の開口１４０を流体が貫流するのを防ぐ。開放状態では、閉鎖部材４０は、弁座６０の封止バンド１７０から間隔をあけて位置することにより、流体が、閉鎖部材４０と弁座６０の封止バンド１７０との間の隙間を介して開口１４０内を貫流できる。閉鎖状態において、閉鎖部材４０と弁座６０の封止バンド１７０の境界で確実にシールすべく、閉鎖部材４０を溶接１６０によってアーマチャー管３０に取り付けてばね弾性部材１３０でバイアスを掛け、弁座６０の封止バンド１７０を封止して係合させ得る。溶接１６０は、アーマチャー管３０と閉鎖部材４０との間の接合部の内側に形成すればよい。異なる噴射パターンを実現し或いは噴射器のリフトの高さが低くても大量の燃料を噴射させるべく、球形閉鎖部材４０は球形であるとよい。これに代えて、先端を切り取った球形のような形状の弁閉鎖部材４０を選択してもよい。
【００１９】
燃料噴射器１０における弁組立体は、伝統的に移動するアーマチャー組立体と弁座６０の間に金属同士のシールを有する。閉鎖部材４０を有するアーマチャー組立体が、ばね弾性部材１３０によって弁座６０の封止バンド１７０面に保持されることによってシールが形成される。弁座６０と閉鎖部材４０との間の接触領域は、理論的には、ある半径を有する円形のバンドである。弁座６０又は閉鎖部材４０の何れかに凹凸があったり、円形の状態ではなかったりすると、シールが漏れを引き起こす。閉鎖部材４０に衝撃を与えるか、カーバイド圧印ボールを弁座６０に対して保持するかの何れかによって、又は、閉鎖部材４０又は弁座６０に対して保持されたカーバイド圧印ボールへの静的力によってシートの封止バンド１７０を圧印又は変形することにより、弁座６０の凹凸の一部を除去し、シールを改善できる。約１から５回プレスして、又は衝撃を加えて圧印することによって弁座６０上のシールバンド１７０を形成して接触領域を増やし、それによって、表面の応力を減らしてシートとニードル間の境界上の摩耗を安定させ得る。弁座６０のシールバンド１７０の幅は０．０５〜０．２０ｍｍの範囲にするとよい。
【００２０】
好ましい実施形態では、圧印の深さは表面仕上げの凹凸と丸さの不揃いとを合せたものより大きくする。凹凸の量は、製造工程による。一般的に、工程のコストが高い程、圧印の深さを浅くして凹凸の影響を除く必要がある。よって、安価な工程を使って圧印の深さを大きくすることが重要となる。圧印の幅は、圧印する表面の幾何学的形状と圧印するバンドの深さの関数となる。封止バンド１７０の幅又は表面積は、燃料噴射器の最良の耐性性能要件を提供するとして知られる範囲によって規制する。封止エッジ１８０の幾何学的形状によって制御される深さは、少なくとも、完璧なシールを阻止する凹凸を取り除くのに十分な深さでなければならない。例えば封止の直径が減り、封止のバンドの幅が減ると、燃料噴射器は、封止バンド１７０の表面積の低減によって漏出率を改善でき、シールバンド１７０にかかる応力や圧力を上げ得る。しかし応力が増えると、封止バンド１７０の摩耗が促進し、部品の耐性が低下する。従って、耐えるに必要な封止バンド１７０の最低表面積がある。典型的に回転工程は、０．００４ｍｍの丸みを生じ、表面仕上げは、０．００１ｍｍ程度である。従って、シールを完璧にする上で必要な圧印の深さは約０．００５ｍｍである。表面を研磨すると、丸みは、典型的には０．０００８ｍｍ未満となり、表面仕上げは、０．０００２ｍｍ未満となり、よって、理論上必要な圧印深さが０．００１ｍｍとなる。３ｍｍの閉鎖部材４０が９０度の円錐形シート６０に圧印され、バンド幅が０．１３０ｍｍとなると、理論的上深さは０．００１４ｍｍで、深さとの比率は０．０１１となる。よってこの表面の、シールを形成するための研磨が必要となる。本発明で実施した幾何学形状により、圧印の効率が上がった。プロトタイプの幾何学形状での圧印の深さは、幅０．１３０に対して０．０１０ｍｍであり、旋盤で回転又は加工することで製造したシートがシールされる。深さと幅の比率を０．０８と高くすれば、現在の方法が更に有利になる。
【００２１】
深さと幅の比率が高いと、図３に示すような封止エッジ１８０を圧印できる。ボールの材料を封止エッジ１８０に圧印するために最も効率のよい幾何学形状は、封止エッジ１８０を形成する内包角をボールとボールの中心の接点を通る線で二等分した場合である。
【００２２】
内包封止エッジ１８０が小さければ小さい程、深さと幅の比率が高くなる。流れ、シールの直径および動的性能の点で現存の設計に対し最も透明度を高くするには、プロトタイプのシートに対し選択した円錐角、９０度と１２０度が好ましい。封止エッジ１８０を形成する内包角がカーバイド圧印ボールとカーバイド圧印ボールの中心の接点を通る線によって二等分されていれば、他の角度を使用しても上記の利点を実現できる。
【００２３】
開口円板１５０は弁座６０に近接して下流側に配設する。開口円板１５０は少なくとも１つの出口開口１４０を、開口円板１５０の近位および遠位の面間に備える。少なくとも一つの出口開口１４０は、長手の軸Ｂ−Ｂを中心とした出口直径を形成する仮想円上に位置している。
【００２４】
閉鎖部材４０が開放位置にある際、閉鎖部材４０は弁座６０の封止バンド１７０より高く上昇し、そこから離反して、その間に環状の開口を形成し、その結果加圧された燃料がその開口と少なくとも一つの開口１４０を通過してインテークマニホールド迄流れ、更にそこから燃焼室（図示せず）に流れて燃焼する。閉鎖部材４０を閉鎖位置迄移動させる際、閉鎖部材４０が弁座６０の封止バンド１７０に係合して、図示しない燃焼室への燃料の流れを阻止する。
【００２５】
以上本発明を幾つかの実施形態により説明したが、本発明の範囲と目的から逸脱することなく、上記の実施の形態に様々な形で変更および変形、変化を加え得る。よって、本発明を、上記の実施形態およびその同等のものに限定することを意図しない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】燃料噴射器の好ましい実施の形態の断面図である。
【図２Ａ】圧印前のシート組立体の断面図である。
【図２Ｂ】閉鎖部材とシート組立体の断面図である。
【図３】圧印前の、弁座上に位置する閉鎖部材である。
【図４】圧印前の封止面の拡大図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  噴射器、２０  金属本体、３０  アーマチャー管、４０  閉鎖部材、５０  誘導部材、６０  弁座、６０ａ、６０ｂ  シート面、６５  シール面、７０  金属開口円板部材、８０  端子、９０  電気ハーネスコネクタ部、１００  電磁コイル、１１０  アーマチャー、１３０  バネ弾性部材、１５０  開口円板、１７０  封止バンド、１８０  封止エッジ、１９０  角度がαの円錐、２００  角度がβの円錐
【図１】
2007507638.tif 000003
【図２Ａ】
2007507638.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2007507638.tif 000008
2007507638.tif 000009
2007507638.tif 000010