(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動体、および該可動体に係合されている弁部材を軸方向に往復移動可能、かつ前記可動体の軸方向最大移動量を規制可能に収容する円筒部材と、
前記弁部材が当接、離間する弁座を有する底壁部、および該底壁部の周縁から立設され前記円筒部材との間に熱溶接部を形成する側壁部を有する弁ボディと、
前記側壁部と前記円筒部材との間に軸方向に挟み込まれるスペーサとを備え、
前記側壁部の内周には、複数の凹凸形状が設けられており、
前記凹凸形状を前記側壁部の内周に設けるとは、前記スペーサ側に向って拡径するように、前記内周の表面に階段状の凹凸を設けることであることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記側壁部の前記内周は、前記弁部材の外周と前記内周との間を流れる燃料の燃料流路面積が、弁部材と弁座とが離間、当接するシール部の最大離間時流路面積と比べて、大きくなる内周断面積を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射弁に関し、弁部の油密に係わる構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射弁としては、流体の流通、遮断を正確に行なうため、弁座と弁部材とが当接、離間するシール部の油密性を確保することが必要である。例えば自動車用内燃機関に用いられる燃料噴射弁において、開弁期間を可変にすることで燃料噴射量の調整を行なう際に、弁全閉時に燃料が燃焼室内へ流入すると、燃料の不完全燃焼により排出ガス中の炭化水素（ＨＣ）等の有害物質が増加し環境に悪影響を及ぼすため、弁全閉時の燃料漏れ量を極小化させる必要がある。
【０００３】
このような流量調整を行なう燃料噴射弁の弁密性を向上させる構造としては、例えば特開平８−１０５３７０号公報では弁座の円錐台斜面を精密加工するものが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成では、いずれも、弁座または弁部材のシール部を単体で精密加工するものであり、部材単体を高精度に加工することは可能であっても、他の部材と組付けて弁部をなした後に弁密を確保するには限界があった。
【０００５】
例えば、他の部品を接合するための圧入による変形、または溶接による熱歪み等によりシール部に隙間が生じる可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、弁密性を向上しつつ、接合による組付容易な構造を備えた燃料噴射弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１によると、可動体、および可動体に係合されている弁部材を軸方向に往復移動可能、かつ可動体の軸方向最大移動量を規制可能に収容する円筒部材と、弁部材が当接、離間する弁座を有する底壁部、および底壁部の周縁から立設され円筒部材との間に熱溶接部を形成する側壁部を有する弁ボディと、側壁部と円筒部材との間に軸方向に挟み込まれるスペーサとを備え、側壁部の内周には、複数の凹凸形状が設けられており、
凹凸形状を側壁部の内周に設けるとは、スペーサ側に向って拡径するように、内周の表面に階段状の凹凸を設けることである。
【０００８】
一般に、溶接による被接合物を構成する弁ボディは、高エネルギー熱源である溶接よって、熱エネルギーが加わると熱歪みが生じ易い。すなわち、この溶接過程において、弁ボディのうち、溶接によって熱エネルギーが注入された熱溶接部については、溶融して熱膨張する。一方、その注入が停止すなわち溶接が停止されると、溶融されていた部分は、自然冷却等による冷却過程で逆に収縮する。この際、溶融されていた部分と溶融されていなかった部分との熱収縮差から収縮応力が発生する。この収縮応力は、熱膨張時には熱膨張に伴う応力が生じていないため、相殺ができず、結果として残留応力となり、弁ボディには熱歪みが生じる。このため、この熱歪みの影響によって、弁部材が当接、離間する弁座の真円度が悪化するので、弁部材と弁座が当接する弁全閉時の弁密性が低下する可能性がある。
【０００９】
これに対して、本発明の燃料噴射弁では、側壁部の内周には、複数の凹凸形状が設けられているので、円筒部材との間に熱溶接部を形成する側壁部の内部の剛性が、その内周に設けた複数の凹凸形状のリブに起因して向上でき、よって剛性向上による熱歪みの影響の緩和ができる。しかも、その内周に設けた複数の凹凸形状による側壁部の内部の表面積が拡大できるので、溶接によって熱エネルギーが注入される弁ボディの温度上昇を抑えることができ、結果として熱歪みの影響低減による弁密性向上ができる。
加えて、側壁部の内部の剛性向上可能な凹凸状のリブを、スペーサ側に向って拡径するように、内周の表面に階段状に設けるので、側壁部の内部の表面積拡大と剛性向上ができる。
【００１０】
本発明の請求項２によると、側壁部の内周は、この内周と弁部材の外周の間を流れる燃料の燃料流路面積が、弁部材と弁座とが離間、当接するシール部の最大離間時流路面積と比べて、大きくなる内周断面積を備えている。
【００１１】
これにより、熱歪みの影響低減による弁密性向上ができるとともに、側壁部の内周は、弁部材と弁座の当接、離間によって閉弁、開弁され開弁期間を可変に調整することで燃料噴射量を調整する弁部材と弁座のシール部の流路面積以上の燃料流路面積を確保するので、燃料噴射量の調整精度の維持ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料噴射弁を、具体化した実施形態を図面に従って説明する。図１は、本発明の実施形態の燃料噴射弁弁の概略構成を表す断面図である。図２は、図１中の本実施形態に係わる要部である弁部周りを表す断面図であって、図２（ａ）は、縦断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）中の断面Ａ−Ａからみた横断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の燃料噴射弁１は、内燃機関、特にガソリンエンジンに用いられ、内燃機関へ燃料噴射するものである。この燃料噴射弁１は、略円筒形状であり、弁部Ｂとしての弁ボディ２９、および弁部材（以下、ノズルニードルと呼ぶ）２６と、電磁駆動部Ｓとしてのスプール３０に巻回されたコイル３１、コイル３１に通電して生じる電磁力による磁束が流れる磁気回路を形成する円筒部材１４、金属外枠部材２３およびこの磁束による吸引力によってノズルニードル２６側の軸方向に移動可能な可動体（以下、アーマチュアと呼ぶ）２５、およびコイル３１が通電されていないときにはノズルニードル２６が弁ボディ２９へ当接して閉弁するようにアーマチャ２５を弁ボディ側に付勢する圧縮スプリング２４とを含んで構成されている。
【００１８】
まず、弁部Ｂとしての弁ボディ２９、およびノズルニードル２６等について以下説明する。
【００１９】
弁ボディ２９は、円筒部材１４の内壁にレーザ溶接により固定されている。詳しくは、図１に示すように、弁ボディ２９は、円筒部材１４の磁性筒部１４ｃに圧入、または挿入可能になっている。この磁性筒部材１４ｃの内壁に挿入された弁ボディ２９を、磁性筒部１４ｃの外周側からこの外周に沿って全周溶接することで、図１および図２に示す如く弁ボディ２９と円筒部材１４を溶接する熱溶接部１００が環状に形成される。また、この弁ボディ２９の内周側には、ノズルニードル２６が当接、離間する弁座２９ａが形成されている。
【００２０】
すなわち、弁ボディ２９は、ノズルニードル２６が当接、離間する弁座２９ａを有する底壁部２９ｂと、底壁部２９ｂの周縁から立設され円筒部材１４との間に熱溶接部１００を形成する側壁部２９ｈとを含んで構成されている。
【００２１】
図１に示すように、弁ボディ２９の内周側には、内燃機関へ燃料噴射する燃料の燃料通路が形成されており、内燃機関側の下流から燃料上流に向かって、弁座としての円錐斜面２９ａ、ノズルニードル２６を摺動自在に支承する円筒壁面２９ｄ、円錐傾斜面２９ｅが順に形成されている。この円錐傾斜面すなわち弁座２９ａは、燃料噴射方向に縮径し、後述するノズルニードル２６の当接部２６ｃが当接、離間することで当接部２６ｃと弁座とが着座可能に配置されている。これにより、燃料噴射する燃料の連通、遮断を行なう弁部Ｂとしてのいわゆる開弁、閉弁が可能である。また、円筒壁面２９ｄは、ノズルニードル２６を摺動自在に支承するニードル支持孔を形成しているとともに、後述するノズルニードル２６の円筒突出部２６ａの外周側切欠部２６ｆとの間に燃料通路を形成している。なお、円錐斜面２９ｅは燃料上流に向かって拡径している。
【００２２】
弁部材としてのノズルニードル２６は、弁ボディ２９（詳しくは円筒壁面２９ｄ）に摺動自在に支承される円筒突出部２６ａと、円筒突出部２６ａの燃料下流側に向かって形成される有底筒状体２６ｂと、円筒突出部２６ａの燃料上流側に形成されアーマチャ２５に係合する軸部２６ｄとを含んで構成されている。円筒突出部２６ａは、略円環状であって、その外周が円筒壁面２９ｄに摺している。この円筒突出部２６ａの外周側には、円筒突出部２６ａの上流側燃料を下流側に配置される弁座２９ａへ流れるように、略円環状の円筒突出部２６ａを円弧状に除去する外周側切欠部２６ｆが形成されている。また、有底筒状体２６ｂの先端には、弁座２９ａに当接、離間可能な当接部２６ｃが形成されている。
【００２３】
噴孔プレート２８は、燃料噴射弁１の先端側に、薄板状に形成されており、中央部には複数の噴孔２８ａが形成されている。この噴孔２８ａは、噴孔軸線および噴孔配列等により噴射方向の決定と、噴孔の開口面積および後述の電磁駆動部Ｓによる弁部Ｂの開弁期間によって噴孔から噴射する燃料噴射量の計量とができる。
【００２４】
次に、電磁駆動部Ｓとしてのコイル３１、円筒部材１４、金属外枠部材２３、アーマチュア２５、および圧縮スプリング２４等について以下説明する。なお、この電磁駆動部Ｓは、通電することで燃料噴射弁１の弁部Ｂを開弁、閉弁させるものであればよい。
【００２５】
コイル３１は、図１に示すように、樹脂製のスプール３０の外周に巻回されており、このコイル３１の端部には電気的に接続するターミナル１２が設けられている。なお、このスプール３０は、後述の円筒部材１４の外周に装着されており、また、円筒部材１４の外周に形成された樹脂外套部材としての樹脂モールド１３の外壁から突出るように、コネクタ部１６が設けられており、このターミナル１２がコネクタ部１６に埋設されている。なお、コイル３１とスプール３０は、通電により電磁力を発生する駆動コイルＣを構成している。
【００２６】
円筒部材１４は、磁性部と非磁性部からなるパイプ材であり、例えば複合磁性材で形成されている。円筒部材１４の一部を加熱して非磁性化することにより、図１に示す円筒部材１４を、下方の燃料噴射側から上流に向かって、磁性筒部１４ｃ、非磁性筒部１４ｂ、および磁性筒部１４ａの順に形成している。なお、磁性筒部１４ｃ、非磁性筒部１４ｂ、および磁性筒部１４ａに溶接等の接合により円筒部材１４を形成してもよい。
【００２７】
なお、円筒部材１４の内周には、アーマチュア収容孔１４ｅが設けれており、非磁性筒部１４ｂと磁性筒部１４ｃとの境界近傍に、後述のアーマチャ２５が収容されている。
【００２８】
また、コイル３１に通電して生じる電磁力による磁束が流れる磁気回路を形成する円筒部材１４の外周には、駆動コイルＣを挟んで金属外枠部材２３、樹脂モールド１３が設けられている。
【００２９】
詳しくは、磁性材からなる金属外枠部材２３が駆動コイルＣとしてのコイル１３の外周を覆っており、この金属外枠部材２３は、円筒部材１４の外周の当接しており、円筒部材１４とともに、コイル３１に通電して生じる電磁力による磁束が流れる磁気回路の他の一部を形成している。
【００３０】
なお、詳しくは、金属外枠部材２３は、図１に示すように、例えば２枚の金属プレート２３ａおよび２３ｂからなり、この金属プレート２３ａ、２３ｂの一端が円筒部材１４の磁性筒部１４ａの外周に接し、下方の他端が磁性筒部１４ｃの外周に接するように設けられている。
【００３１】
樹脂外套部材としての樹脂モールド１３は、図１に示すように、金属外枠部材２３の全周にわたって被覆し、かつ円筒部材１４に被着するように、金属外枠部材２３および円筒部材１４に結合している。
【００３２】
これにより、コイル３１に通電して生じる電磁力による磁束が、磁性筒部１４ａ、後述の磁性筒部１４ａの吸引部２２、後述のアーマチュア２５、磁性筒部１４ｃ、および金属外枠部材２３の順に流れる磁気回路を構成している。
【００３３】
なお、円筒部材１４は、図１に示すように、アーマチャ２５の軸方向最大移動量を規制可能な吸引部２２が形成されており、この吸引部２２は、通電によって生じる磁気回路の磁束によってアーマチャ２５を軸方向移動可能にする吸引力を発生させている。
【００３４】
アーマチュア２５は、磁性ステンレス等の強磁性材料からなる筒状体であって、ノズルニードル２６に固定されている。これにより、コイル３１に通電すると、コイル３１に発生した電磁力による磁束が、吸引部２２を介してアーマチュア２５に作用することで、アーマチュア２５と共にノズルニードル２６を、吸引部２２側の軸方向、つまり弁座２９ａから遠ざかる方向へ移動可能である。なお、アーマチュア２５の内部空間２５ｅは、円筒部材１４のアーマチュア収容孔１４ｅに形成される内部燃料通路とお互いに連通する構成となっている。
【００３５】
圧縮スプリング２４は、吸引部２２の内周に配置されたアジャスティングパイプ２１の端面と、アーマチュア２５の内部空間２５ｅを形成する段差部であるスプリング座２５ｃとの間に挟まれることで、コイル３１が通電されていないときには、アーマチュア２５に固定されたノズルニードル２６を弁ボディ２９へ当接（詳しくは、当接部２６ｃを弁座２９ａへ当接）させ閉弁させるように、アーマチャ２５を弁ボディ２９側へ所定の付勢力にて付勢する。なお、アジャスティングパイプ２１は、吸引部材２２の内周に圧入固定され、このアジャスティングパイプ２１の圧入量により圧縮スプリング２４の付勢力を所定の付勢力に調整できる。
【００３６】
スペーサ２７は、図１に示すように、ボディ２９の側壁部２９ｈと円筒部材１４のとの間に軸方向に挟み込まれており、このスペーサ２７の軸方向厚さは、円筒部材１４の吸引部２２に対するアーマチャ２５の軸方向エアギャプを所定量になるように調節されている。
【００３７】
なお、円筒部材１４の燃料噴射側には、弁ボディ２９が収容されている。一方、円筒部材１４の上方には、図１に示すようなフィルタ１１が取付けられており、このフィルタ１１によって、燃料噴射弁１の燃料上流から流入する燃料中に含まれる異物の除去が可能である。
【００３８】
ここで、上述の構成を有する燃料噴射弁１の作動、特に弁密性に係わる作動について以下説明する。
【００３９】
電磁駆動部のコイル３１に通電すると、コイル３１には電磁力を生じる。このとき、磁気回路を構成する金属外枠部材２３、円筒部材１４（詳しくは、吸引部２２）とアーマチャ２５とにおいて、吸引部２２には、アーマチュア２５を吸引する吸引力が発生する。これにより、アーマチャ２５に固定されたノズルニードル２６が、弁ボディ２９の弁座２９ａから離間する。よって、弁ボディ２９とノズルニードル２６が開弁され、燃料噴射弁１の上流側から流入している燃料が、噴孔２８ａを通して、内燃機関へ噴射される。
【００４０】
一方、通電を停止すると、コイル３１に生じていた電磁力が消失するので、アーマチャ２５を吸引部２２側へ吸引していた吸引力もなくなる。このため、アーマチュア２５に付勢している圧縮スプリング２４によって、ノズルニードル２６が、弁ボディ２９の弁座２９ａに当接する方向に押圧される。よって、弁ボディ２９とノズルニードル２６が閉弁され、内燃機関へ噴射によって流出される燃料が遮断される。このとき、弁部の閉弁状態（詳しくは、ノズルニードル２６の当接部２６ｃと弁座２９ｃとが当接したときのシール状態）が弁密であれば、精度よく燃料流出の遮断ができる。
【００４１】
これにより、燃料噴射弁１は、通電期間、すなわち開弁期間を可変にすることにより、内燃機関へ噴射される燃料噴射量を調整できる。
【００４２】
しかしながら、上述の燃料噴射弁１を構成する各部品単位で精度よく加工されたとしても、燃料噴射弁１に組付ける際、その製造過程にて部品間を接合するために圧入、または溶接を行なう場合、圧入による変形、または溶接による熱歪み等によって、閉弁状態すなわちシール状態に影響を与えてしまってシール部に隙間が生じる可能性がある。
【００４３】
（本実施形態の要部およびその詳細説明）
そこで、本発明の実施形態では、以下の特徴を具備することで、弁密性を向上しつつ、溶接を用いた接合による組付が可能な燃料噴射弁１を提供する。
【００４４】
まず、一般的に、溶接によって被接合物（本実施形態でいう弁ボディ２９と弁ボディ２９に接合する所定部材としての円筒部材１４）に生じる熱歪みについて以下説明する。溶接による被接合物を構成する弁ボディ２９は、高熱熱源である溶接よって熱エネルギーが加わると熱歪みが生じ易い。
【００４５】
すなわち、高密度エネルギー熱源であるレーザ溶接を用いた溶接過程において、弁ボディ２９のうち、熱溶接部１００については、溶融して熱膨張する。一方、溶接が停止される（例えば、全周溶接においては、弁ボディ２９と溶接手段としてのレーザ熱源が相対移動させて弁ボディ２９の全周を溶接する場合には、溶接停止は、弁ボディ２９の全周上の各溶接点において、相対移動に従って連続的に生じる）と、溶融されていた熱溶接部１００は、自然冷却等による冷却過程で逆に収縮する。この際、溶融されていた熱溶接部１００と溶融されていなかった部分（詳しくは、熱溶接部１００を除く弁ボディ２９）との熱収縮差から収縮応力が発生する。この収縮応力は、熱膨張時には熱膨張に伴う応力が生じていないため、相殺ができず、結果として残留応力となり、弁ボディ２９には熱歪みが生じる。このため、この熱歪みの影響によって、ノズルニードル２６の当接部２６ｃが当接、離間する弁座２９ａの真円度が悪化するので、当接部２６ｃと弁座２９ａが当接する弁全閉時の弁密性が低下する可能性がある。
【００４６】
これに対して本実施形態の燃料噴射弁１では、弁ボディ２９の側壁部２９ｈの内周（詳しくは、内周２９ｅ）には、複数の凹凸形状２９ｐが設けられている。
【００４７】
すなわち、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、弁ボディ２９の側壁部２９ｈの内周（詳しくは、内周２９ｅ）に、リブとしての複数の凹凸形状２９ｐを設ける。
【００４８】
これにより、その内周２９ｅに設けた複数の凹凸形状のリブ２９ｐに起因して側壁部２９ｈの剛性向上ができ、よって剛性向上による熱歪みの影響の緩和ができる。
【００４９】
しかも、その内周２９ｅに設けた複数の凹凸形状２９ｐによる側壁部２９ｈの内部の表面積が拡大できるので、表面積拡大に係わる放熱性向上に起因して、溶接によって熱エネルギーが注入される弁ボディ２９の温度上昇を抑えることができ、結果として熱歪みの影響低減による弁密性向上ができる。
【００５０】
なお、側壁部２９ｈの内周は、この内周２９ｈとノズルニードル２６の外周の間を流れる燃料の燃料流路面積が、ノズルニードル２６の当接部２６ｃと弁座２９ａとが離間、当接するシール部における最大離間時流路面積（詳しくは、ノズルニードル２６の最大リフト時流路面積）と比べて、大きくなる内周断面積を備えていることが望ましい。
【００５１】
これにより、上述の熱歪みの影響低減による弁全閉時の弁密性向上ができるとともに、側壁部２９ｈの内周は、ノズルニードル２６と弁座２９ａの当接、離間によって閉弁、開弁され開弁期間を可変に調整することで燃料噴射量を調整するいわゆるノズルニードル２６と弁座２９ａのシール部の流路面積以上の燃料流路面積を確保するので、燃料噴射量の調整精度の維持ができる。
【００５２】
なお、内周２９ｅに設けた複数の凹凸形状２９ｐとして、図２（ｂ）に示すように、内周２９ｅの表面に軸方向に沿って凹凸状の横断面形状を形成するように構成することが望ましい。
【００５３】
これにより、側壁部２９ｈの内部の剛性向上可能な凹凸状のリブ２９ｐを、軸方向に沿って内周２９ｅの表面に形成するので、この凹凸状のリブ２９ｐを切削加工、または鍛造加工等により安価に製造できる。
【００５４】
（変形例）
変形例としては、周２９ｅに設けた複数の凹凸形状２９ｐとして、図３に示すように、スペーサ２７側に向って拡径するように、内周２９ｅの表面に階段状の凹凸２９ｓを設ける構成としてもよい。
【００５５】
これにより、側壁部２９ｈの内部の剛性向上可能な凹凸状のリブを、スペーサ２７側に向って拡径するように、内周の表面に階段状２９ｓに設けるので、側壁部２９ｈの内部の表面積拡大と剛性向上ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃料噴射弁の概略構成を表す縦断面図である。
【図２】図１中の本実施形態に係わる要部である弁部周りを表す断面図であって、図２（ａ）は、縦断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）中の断面Ａ−Ａからみた横断面図である。
【図３】変形例の要部である弁部周りを表す縦断面図である。
【符号の説明】
１  燃料噴射弁
１１  フィルタ
１４  円筒部材
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  磁性筒部、非磁性筒部、磁性筒部
２２  円筒部材１４の吸引部
２３  金属外枠部材
２４  圧縮スプリング
２５  アーマチュア（可動体）
２６  ノズルニードル（弁部材）
２６ｃ  当接部
２７  スペーサ
２８  噴孔プレート
２８ａ  噴孔
２９  弁ボディ
２９ａ  弁座
２９ｄ  円筒壁面（ニードル支持孔）
２９ｂ  底壁部
２９ｈ  側壁部
２９ｐ  リブとしての凹凸形状
２９ｓ  階段状の凹凸
３１  コイル
３０  スプール
１００  熱溶接部
Ｂ  弁部
Ｓ  電磁駆動部
Ｃ  コイル３１とスプール３０からなる駆動コイル
【図１】
0004411812.tif 000002
【図２】
0004411812.tif 000003
【図３】
0004411812.tif 000004