(57)【要約】【課題】  燃料を扇状スプレーとして噴射する燃料噴射弁を低コストで実現すると共にその製造方法を提供する。【解決手段】  弁座部分１１ｃの下流に略円錐台形状のスプレーピース１２を配置し、スプレーピース１２の円錐側面（テーパー面。）に溝１２ａを切削加工にて形成し、弁本体１１の内周部であるテーパー面部１１ｂにスプレーピース１２を圧入して組み込み、テーパー面部１１ｂと溝１２ａとで構成されるスリットを燃料流路とする。溝１２ａはスプレーピース１２のテーパー面に螺旋状に形成され、その溝１２ａの断面積は燃料流路の上流から下流へと増大するように形成する。溝１２ａの螺旋傾き角を調節することで、スプレーの広がり角を調節する。  また、スプレーピース１２は弁本体１１の弁座部分１１ｃに下流側から圧入後、弁本体１１にレーザー溶接によって締結される。【選択図】図２
2005139969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料流路に設けられた弁体を弁座に対し離接させることで上記燃料流路を開閉して、燃料噴射・噴射終了状態とする燃料噴射弁であり、上記弁体が上記弁座に接するシート部より燃料流路下流側に、噴射下流側に向って任意角度で広がるテーパー面を持つ略円錐台形状のスプレーピースを有し、上記弁座は、上記スプレーピースのテーパー面に接する内周面を持ち、上記スプレーピースのテーパー面には、噴射下流側に向って断面積が増加する螺旋状の溝が形成され、その溝が燃料流路の一部となることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
上記スプレーピースのテーパー面には、第一、第二の溝が形成され、上記第一の溝は、上記螺旋状の溝であり、上記第二の溝は略円錐台形状である上記スプレーピースの軸線を通る平面上に位置するように形成された溝であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１に記載した燃料噴射弁の製造過程において、上記スプレーピースを上記弁座にレーザー溶接により接合する工程を含むことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガソリン筒内直接噴射用の燃料噴射弁およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料噴射弁では、燃料噴射弁を構成する弁座部材に複数のスリットを形成し、扇状スプレーを形成していた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０５０８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来の燃料噴射弁では、扇状のスプレーを噴出させるために、弁座に形成するスリットを、その幅が噴射下流ほど増大するように形成していた。しかし、スリットを放電加工により形成する場合には、放電型をスリット形状とほぼ同一とするため、加工の際に溶融により放電型が変形してしまい、高精度なスリット加工を行うためには一つのスリット毎に一つの型を製作する必要があり型の製作費用がかかるという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、燃料噴射弁のスリット部を精度良く形成した上で、その製造コストを安く抑えることが可能な燃料噴射弁を提供すること、また、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる燃料噴射弁は、燃料流路に設けられた弁体を弁座に対し離接させることで上記燃料流路を開閉して、燃料噴射・噴射終了状態とする燃料噴射弁であり、上記弁体が上記弁座に接するシート部より燃料流路下流側に、噴射下流側に向って任意角度で広がるテーパー面を持つ略円錐台形状のスプレーピースを有し、上記弁座は、上記スプレーピースのテーパー面に接する内周面を持ち、上記スプレーピースのテーパー面には、噴射下流側に向って断面積が増加する螺旋状の溝が形成され、その溝が燃料流路の一部となるものである。
【０００７】
また、この発明に係わる燃料噴射弁は、上記スプレーピースのテーパー面には、第一、第二の溝が形成され、上記第一の溝は、上記螺旋状の溝であり、上記第二の溝は略円錐台形状である上記スプレーピースの軸線を通る平面上に位置するように形成された溝であるものである。
【０００８】
さらに、この発明に係わる燃料噴射弁の製造方法は、上記のような燃料噴射弁の製造過程において、上記スプレーピースを上記弁座にレーザー溶接により接合する工程を含むものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の燃料噴射弁によれば、燃料流路に設けられた弁体を弁座に対し離接させることで上記燃料流路を開閉して、燃料噴射・噴射終了状態とする燃料噴射弁であり、上記弁体が上記弁座に接するシート部より燃料流路下流側に、噴射下流側に向って任意角度で広がるテーパー面を持つ略円錐台形状のスプレーピースを有し、上記弁座は、上記スプレーピースのテーパー面に接する内周面を持ち、上記スプレーピースのテーパー面には、噴射下流側に向って断面積が増加する螺旋状の溝が形成され、その溝が燃料流路の一部となるため、スプレーピースのテーパー面に形成する溝を切削加工によって形成することができ、良好な噴射状態を得られ、その製造コストを安価に抑えることが可能となる。
【００１０】
また、この発明の燃料噴射弁によれば、上記スプレーピースのテーパー面には、第一、第二の溝が形成され、上記第一の溝は、上記螺旋状の溝であり、上記第二の溝は略円錐台形状である上記スプレーピースの軸線を通る平面上に位置するように形成された溝であるため、第一の溝と第二の溝でスプレー角度を変えることができる。同一のスプレーピースに第一の溝と第二の溝を形成することで、燃料を噴霧する位置によってスプレーの噴射角度を任意に調整することが可能となる。
【００１１】
さらに、この発明の燃料噴射弁の製造方法によれば、上記スプレーピースを上記弁座にレーザー溶接により接合する工程を含むため、スプレーピースと弁座との締結信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である燃料噴射弁の構成を示す断面図であり、図２は燃料噴射弁のスリット部に相当する弁座およびスプレーピース形成位置を中心とする燃料噴射弁下流端部拡大断面図である。図１および図２に示すように、燃料噴射弁１は主にソレノイド装置２と弁装置８、燃料供給管１５などから構成される。燃料供給管１５には、図示しない燃料タンクから低圧燃料ポンプおよび高圧燃料ポンプを介して燃料であるガソリンが供給される。図１では燃料供給管１５が燃料流路の上流に位置し、弁装置８のスプレーピース１２側が最も下流に位置する。
【００１３】
燃料供給管１５から下流側に、燃料中の異物を燃料供給弁１５内部へ侵入させないようにナイロンメッシュ２２を付けた樹脂部品よりなるフィルター２１を配置し、フィルター２１の外周側に燃料シール用のＯリング２４、Ｏリング２４を支える樹脂であるバックアップリング２３が配置される。
【００１４】
フィルター２１の下流側にはソレノイド装置２が配置され、このソレノイド装置２は、ロッド７、ばね６、コイル５、コア４、コイル５を巻き付けるための樹脂部品であり、この部品の上流側に銅板の電極であるターミナル２０が配置されるボビン１８、コア４を支持するハウジング３、燃料シール用のリング２５から主に構成されている。また、ハウジング３の上部は燃料噴射弁押え１７によって固定されている。
【００１５】
ソレノイド装置２の下流側には弁装置８が配置され、この弁装置８は、弁体９、弁体９の上部外周側に配置されるアマチュア１０、弁体９の下部を取り囲み、弁体９の下流端部が接する弁本体１１、弁本体１１内部に配置され弁体９を支持するガイド１３、弁本体１１を固定するためのシール部材１４、アマチュア１０および弁本体１１の外周を取り囲む弁装置部品２６、その弁装置部品２６をエンジンのシリンダヘッド１９側に押し当てて固定するためのワッシャ１６、弁本体１１下部に燃料流路下流側から圧入によって組み込まれるスプレーピース１２から主に構成されている。
【００１６】
図２に示すように、弁体９の先端（下端）は弁本体１１の下部のシート部１１ａに接している。弁本体１１のシート部１１ａ内周面は、円錐面に形成されている。弁本体１１のシート部１１ａから下流側は弁座部分（弁座に相当する。）１１ｃであり、この弁座部分１１ｃの燃料流路の最下流となるスプレーピース１２配置位置には、スプレーピース１２のテーパー面に接する内周面（テーパー面部１１ｂに相当する。）を持つ。スプレーピース１２は略円錐台形状（台形断面形状で、外周が円錐側面となっている形状。）に形成されており、任意の角度で噴射下流側に向って広がるテーパー面には、燃料流路の上流から下流に向って溝（スプレーピースの溝に相当する。）１２ａが形成されている。溝１２ａの下端はスプレーピースの溝出口１２ｂである。溝１２ａと弁本体１１のテーパー面部１１ｂとで囲まれる空間がスリットになり、そのスリット形成部分がスリット部に相当する。また、弁体９を支持するガイド１３は、その外周側奥行き部分には、燃料を流すための開口部１３ａが形成されている。
このように構成された燃料噴射弁１は、燃料流路に設けられた弁体９を弁座１１ｃに離接させることで燃料流路を開閉して、燃料噴射・噴射終了状態とするものであり、シリンダ内に燃料を円錐形状のスプレーとして噴射する。
【００１７】
図２の弁本体１１およびスプレーピース１２部分の下面図を図３に示す。この例では、スプレーピース１２のテーパー面に、等間隔に４本の溝１２ａが形成されている。また、スプレーピースの溝１２ａは、スプレーピース１２のテーパー面に、噴射下流側に向ってその断面積が増加する螺旋状の溝として形成され、燃料流路最下流となるスプレーピースの溝出口１２ｂでは、外周に沿って長さＬ、溝の深さＷとなるように形成される。
【００１８】
さらに、スプレーピース１２の側面図を図４に示す。略円錐台形状であるスプレーピース１２は、その高さが約２ｍｍ、底面となる円の直径が約２ｍｍ程度の寸法に形成される。スプレーピース１２の中心を通る軸線Ｌｏに対し、溝１２ａの中心線（溝中心線）Ｌａは、１０°だけ傾斜しており、溝１２ａは螺旋状に形成されている。さらに、スプレーピース１２のテーパー面の傾斜角度は、４０°に形成されている。
【００１９】
また、図５にスプレーピース１２の上面図を示すように、スプレーピースの溝１２ａの上流位置における長さＬ１と下流位置における長さＬ２では、下流側の方が大きな寸法となるように形成され、具体的には、Ｌ１＝０．４５ｍｍ、Ｌ２＝０．８ｍｍの大きさになる。溝１２ａの深さ（幅）Ｗ＝０．１５ｍｍとなるように形成されている。
このようなスプレーピース１２はステンレス鋼によって形成され、円錐台形状のテーパー面（外周面。）に形成する溝１２ａは、切削加工によって加工する。切削加工は、放電加工に対して加工コストが比較的安く、安価にスプレーピースを製作することが可能である。
【００２０】
このように構成された燃料噴射弁の動作について次に説明する。
エンジンのマイコンより燃料噴射弁１の駆動回路（図示せず。）に動作信号が送られると、燃料噴射弁１のコイル５に電流が通電され、ハウジング３、コア４、アマチュア１０で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア１０はコア４へ吸引動作する。アマチュア１０と一体構造である弁体９は、弁座部分１１ｃのシート部１１ａから離れ、この部分に間隙が形成されると、燃料圧力２ＭＰａ以上の高圧の燃料はスプレーピースの溝出口１２ｂよりエンジンシリンダ内へ噴射され、燃料噴射が開始する。
【００２１】
弁体９は、弁体９の一体化されたアマチュア１０の上端面がコア４の下端面と接触することにより開弁位置が決まり、１０分の数ミリ秒から数ミリ秒間の燃料噴射が継続された後、マイコンからのオフ信号によりコイルへの通電が停止されて電磁力が減少し、弁体９はばね６の力により閉弁方向への動作を開始し、１０分の数ミリ秒後にはシート部に達して噴射が終了する。なお、図１では、燃料噴射終了状態を示しており、アマチュア１０の上端とコア４の下端との隙間は、実際では０．０５ｍｍ程度空いている（しかし、図１が規尺に近い図面であるために、アマチュア１０の上端とコア４の下端が接しているかのよう見えている。）。
【００２２】
弁体９のオン状態において、燃料供給管１５よりコア４の内周部に流入した燃料は、アマチュア１０と弁体９との隙間を通って弁体９と弁本体１１間に到り、ガイド１３の開口部１３ａを通って弁体９とシート部１１ａとの隙間に到る。燃料はさらに弁体９と弁座部分１１ｃの隙間よりスプレーピース１２に到り、スプレーピースの溝１２ａを通って溝出口１２ｂからエンジンシリンダ内に噴射される。
【００２３】
図６に、燃料噴射状態を示す模式断面図を示す。図に示すように、燃料噴霧形状３０で示される燃料は、溝出口１２ｂからシリンダ内に向って噴射角度６０°で、薄膜で円錐状に噴霧される。また、図７に燃料噴霧形状３０の模式図を示すように、スプレーピースの溝出口１２ｂから下流側へ任意距離だけ離れた面上に見られる燃料噴霧形状３０は、一つの円周上に、溝数に相当する数の円弧が等間隔に配置されている。上述したように、スプレーピースの溝１２ａは、その断面形状がスリット形状に近似した形状となっており、溝１２ａの深さ（幅）Ｗ＝０．１５ｍｍとしており、外部に噴射される燃料形態、いわゆるスプレーは、液膜厚さが薄く、微粒化されやすくなっている。また、溝１２ａの長さをＬ１＝０．４５ｍｍ、Ｌ２＝０．８ｍｍとなるように、下流方向に増加する形状としていることから、スプレーは下流に向って広がる形状となるため、燃料のせん断による微粒化が促進される。
【００２４】
スプレーピースの溝１２ａを螺旋状に形成することにより、スプレー角度はスプレーピース１２の外周面のテーパー角より大きくすることが可能となり、スプレーピース１２の円錐角（テーパー面の傾き角。）に完全に依存しないスプレーの広がり角が作れるようになった。スプレーの広がり角は、スプレーピース１２の円錐角と溝１２ａの螺旋の傾き角に依存して決まり、それらの角度を調節することで必要なスプレーの広がり角を得ることが可能となる。
【００２５】
また、スプレーピースの溝１２ａの深さ（幅）を一定とした場合で、溝１２ａの長さを上流位置における長さＬ１＝１００％とした場合に、下流位置における長さＬ２＝１２０〜３００％とすることが適している。Ｌ２が１２０％より小さいと、スプレーの微粒子化が悪化し、３００％より大きいとスプレーの微粒子化は良好となるが、スプレー形状が途切れ気味となり、安定したスプレー形状が得られなくなる。
【００２６】
上述したように、この発明の実施の形態１の燃料噴射弁によれば、スプレーピース１２に溝１２ａを形成する際に、切削加工で加工を行うことができ、放電加工に比べて加工コストを安く抑えることができる。
また、同一形状のスプレーピース１２で異なるスプレー角の噴射が可能になり、スプレー角度の異なる機種を生産する場合にスプレーピースのベース形状と弁本体１１が共通部品となるので、大量生産効果が発揮され、コストを安く抑えることが可能となる。
【００２７】
実施の形態２.
次に、この発明の実施の形態２について図８、図９を参照して説明する。
上述した実施の形態１では、スプレーピース１２のテーパー面に、等間隔に４つの溝１２ａを、同様の螺旋状の溝として形成した例を示した。この実施の形態２では、スプレーピース１２のテーパー面に複数の溝を形成する場合に、一つの溝は実施の形態１と同様の螺旋状の溝１２ａ（第一の溝に相当する。）として形成し、他の３つの溝は、スプレーピース１２の軸線を通る平面上に位置するように形成された溝（第二の溝に相当する。）、つまり、螺旋状ではなく、傾き角０°の上流から下流にまっすぐに伸びる溝（直線溝１２ｃ）として形成する。
【００２８】
図８に燃料噴射状態を示す模式断面図を示すように、螺旋の傾き角１０°で形成された溝１２ａの溝出口１２ｂから噴霧される燃料噴霧形状３０と、直線溝１２ｃの直線溝出口１２ｄから噴霧される燃料噴霧状態３１では、そのスプレー角に違いが生じ、螺旋の傾き角度が大きい方がより広いスプレー角となる。
また、図９に、スプレーピースの溝出口１２ｂおよび直線溝出口１２ｄから下流側へ任意距離だけ離れた面上に見られる燃料噴霧形状を示す模式図を示すように、螺旋の傾き角が大きい燃料噴霧形状３０の方がより外側に噴霧されていることが分かる。
【００２９】
このように、溝毎に螺旋の傾き角を変えることで、部分的にスプレー角度を調節する技術は、例えば点火プラグ方向に噴射するスプレーのみ、そのスプレー角を調節したい場合などに応用することができる。
この実施の形態２の燃料噴射弁によれば、同一製品でスプレー角度が異なる噴霧の設定が可能となり、エンジンの要求する噴霧形状への対応性が高くなった。
【００３０】
実施の形態３.
次に、この発明による燃料噴射弁の製造方法について、図１０および図１１を参照して説明する。図１０に燃料噴射弁１の下流部分、弁座部分１１ｃおよびスプレーピース１２を中心とした部分の拡大断面図を示し、図１１にその下面図を示す。図１０、図１１に示すように、スプレーピース１２が弁本体１１の弁座部分１１ｃに下流側から圧入または挿入された状態で、スプレーピース１２の下流側端面と弁本体１１の下流側端面は、ほぼ同一面となるように構成され、その面上の接点でレーザー溶接により両者が接合されている。レーザー溶接による接合部をレーザー溶接部４０として示す。レーザー溶接部４０は、隣り合う溝１２ａの間に設けられ、その接合箇所は、この例では２ヶ所設けられているが、製品によって増減して調節する。
【００３１】
スプレーピース１２と弁本体１１とを接合しようとした場合、溶接部が微小であるため、非接触のレーザー溶接が適しており、接触を要する溶接は、溶接棒の大きさの制約から位置精度出しが困難であり、適していない。
このように、レーザー溶接によってスプレーピース１２と弁本体１１とをレーザー溶接によって締結することで、締結信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１における燃料噴射弁の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１における燃料噴射弁下流端部拡大断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における燃料噴射弁下面図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるスプレーピースの側面図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるスプレーピースの上面図である。
【図６】この発明の実施の形態１における燃料噴射弁の燃料噴霧形状を示す模式断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１における燃料噴霧形状を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態２における燃料噴射弁の燃料噴霧形状を示す模式断面図である。
【図９】この発明の実施の形態２における燃料噴霧形状を示す模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態３における燃料噴射弁下流端部拡大断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態３における燃料噴射弁下面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  燃料噴射弁                          ２  ソレノイド装置
３  ハウジング                          ４  コア
５  コイル                              ６  ばね
７  ロッド                              ８  弁装置
９  弁体                              １０  アマチュア
１１  弁本体                            １１ａ  シート部
１１ｂ  テーパー面部                    １１ｃ  弁座部分
１２  スプレーピース                    １２ａ  スプレーピースの溝
１２ｂ  スプレーピースの溝出口          １２ｃ  直線溝
１２ｄ  直線溝出口                      １３  ガイド
１３ａ  開口部                          １４  シール部材
１５  燃料供給管                        １６  ワッシャ
１７  燃料噴射弁押え                    １８  ボビン
１９  シリンダヘッド                    ２０  ターミナル
２１  フィルター                        ２２  ナイロンメッシュ
２３  バックアップリング                ２４  Oリング
２５  リング                            ２６  弁装置部品
３０、３１  燃料噴霧形状                ４０  レーザー溶接部。
【図１】
2005139969.tif 000003
【図２】
2005139969.tif 000004
【図３】
2005139969.tif 000005
【図４】
2005139969.tif 000006
【図５】
2005139969.tif 000007
【図６】
2005139969.tif 000008
【図７】
2005139969.tif 000009
【図８】
2005139969.tif 000010
【図９】
2005139969.tif 000011
【図１０】
2005139969.tif 000012
【図１１】
2005139969.tif 000013