(57)【要約】【課題】噴孔プレートの溶接部に発生する応力集中を低減する燃料噴射弁装置とすることにより、噴孔プレートの薄肉化と噴霧特性の改善を図ることにある。【構成】この発明は、内部に燃料通路を有するとともに端部にバルブシートが形成されたノズルと、前記バルブシートへの接離により前記燃料通路の開閉を行うニードルバルブと、前記ノズルの先端部に設けられ前記ニードルバルブの開弁時に前記燃料通路の燃料を噴射する噴孔プレートとを備え、前記噴孔プレートとノズルは相互間に均一な隙間を形成した状態で溶接固定されるようにした燃料噴射弁装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に燃料通路を有するとともに端部にバルブシートが形成されたノズルと、前記バルブシートへの接離により前記燃料通路の開閉を行うニードルバルブと、前記ノズル本体の先端部に設けられ前記ニードルバルブの開弁時に前記燃料通路の燃料を噴射する噴孔プレートとを備え、前記噴孔プレートとノズルは相互間に均一な隙間を形成した状態で溶接固定されたことを特徴とする燃料噴射弁装置。
【請求項２】
前記バルブシートと噴孔プレートは同心配置されて相互端面外周を溶接され、前記バルブシートのみノズル内に嵌合されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項３】
前記ノズルと噴孔プレート間の隙間は直径差で０．２ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項４】
前記ノズルと噴孔プレート間の隙間はノズルに段付部を設けることにより形成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項５】
前記ノズルと噴孔プレート間の隙間は噴孔プレートに段付部を設けることにより形成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項６】
前記噴孔プレートとノズルとの溶接部はＵ字状であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項７】
前記噴孔プレートは、その外周部の肉厚Ｔを中心部の肉厚ｔより大きく形成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項８】
前記外周部の肉厚Ｔは１〜１．５ｍｍ、中心部の肉厚ｔは０．４〜０．７ｍｍに設定されることを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項９】
前記ノズルと噴孔プレートとは同種材料により構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁装置。
【請求項１０】
前記ノズルと噴孔プレートはステンレス鋼により構成したことを特徴とする請求項９に記載の燃料噴射弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば自動車用エンジンに使用される燃料噴射弁装置に関し、特に燃料の微粒化のための噴孔プレートを備える燃料噴射弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車などの排出ガス規制が強化されており、自動車用エンジンに使用される燃料噴射弁においても、微粒化をはじめとする噴霧特性のより一層の向上が要求されている。このような要求に答えるため、これまでバルブとバルブシートとにより形成されるバルブ本体の燃料下流側に複数の噴孔を有する噴孔プレートを配設し、各噴孔から微粒化された燃料をエンジンのシリンダヘッド内に噴射する燃料噴射弁装置がいくつか提案されている。
【０００３】
例えば、バルブ本体の先端部（燃料下流側）に垂直円柱状孔を有する第１噴孔プレートを溶接接合し、この第１噴孔プレートの下流側に上記第１噴孔プレートの円柱状孔に連通した上記円柱状孔よりも大きな穴径の傾斜円柱状孔を有する第２噴孔プレートを重ねて溶接接合することにより、燃料の微粒化を行うようにしたものがある。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
また、上下動する弁体と離脱・係合することにより燃料を噴射器本体から放出・遮断する弁座と、この弁座の燃料下流側に直接溶接固定され複数のオリフィス穴を有するノズルプレート（噴孔プレート）とを設け、上記オリフィス穴の形状を燃料下流側に拡大した円錐状とすることにより、燃料の微粒化・排ガス品質の向上を図ったものがある。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
更に、ノズルプレート（噴孔プレート）をカップ状に形成し、このノズルプレートの底部凸面を、バルブボディの開口部側端面に押圧するようにバルブボディ側面に固定されたスリーブに溶接組み付けするようにすることにより、バルブボディにノズルプレートを直接溶接固定することを避け、燃料噴射圧によって上記ノズルプレートの底部に生ずる撓みを抑制するようにしたものがある。（例えば、特許文献３参照）
【０００６】
これまで、燃料噴射弁において例えば微粒化等の噴霧特性向上を行う場合、燃圧を上昇させたり、噴孔プレートを薄くする等の対策を行うのが一般的であるが、筒内噴射用の燃料噴射弁は通常、使用燃圧が高く（例えば２０ＭＰａ）、噴孔プレートを薄くすると燃圧印加による噴孔プレートの撓みが大きくなり、噴孔プレートとノズルの溶接部の切り欠き部において応力集中が発生しやすいという問題がある。このため、その対策としてバルブシート、噴孔プレートの強度アップを行う必要があったが、燃料噴射弁自体の大型化につながっていた。
【０００７】
すなわち、上記の特許文献１は、バルブ本体５端部と第２噴孔プレート９の嵌合部端面のみで溶接固定されており、また特許文献２は、弁座１６の端部に嵌合したノズルプレート（噴孔プレート）２４の嵌合部端面のみで溶接固定（下側から）されている。更に、特許文献３は、ノズルプレート（噴孔プレート）６１と、バルブボディ２６に溶接（９１）されたスリーブ７１を外周のみで溶接（９２）した形態となっている。すべて、噴孔プレートの溶接は端面又は側面だけであり、いずれも噴孔プレートの溶接部先端では、切り欠き形状（ノッチとも言う）となっているため、この切り欠き部において応力の集中が発生し、高燃圧による噴孔プレートの撓みによるモーメントにより微小な撓みであっても疲労破壊に至る場合がある等、高燃圧化又は薄肉化を行うのに限界があった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１６９５７２号公報
【特許文献２】特開２００３−２０６８２８号公報
【特許文献３】特開平９−３１７６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は上記問題を解決することにあり、噴孔プレートの溶接部に発生する応力集中を低減する構成とすることにより、噴孔プレートの薄肉化と噴霧特性の調整範囲を拡大することができる燃料噴射弁装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の燃料噴射弁装置は、内部に燃料通路を有するとともに端部にバルブシートが形成されたノズルと、前記バルブシートへの接離により前記燃料通路の開閉を行うニードルバルブと、前記ノズルの先端部に設けられ前記ニードルバルブの開弁時に前記燃料通路の燃料を噴射する噴孔プレートとを備え、前記噴孔プレートとノズルは相互間に均一な隙間を形成した状態で溶接固定されるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明にかかる燃料噴射弁装置によれば、溶接部先端の切り欠きに加わる応力集中係数を小さくすることができるので、噴孔プレートの撓みは抑制され、溶接に発生するモーメントも小さくなり、高燃圧化しても噴孔プレートの板厚を薄く設定することが可能となる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図面を参照して説明する。図１はこの発明の実施の形態１の燃料噴射弁１の全体構成を示す縦断面図である。図２は図１のバルブ装置３の先端部の要部拡大図である。図１及び図２において、燃料噴射弁１はハウジング２と、このハウジング２の内側端部に設けられたノズル本体３と、ハウジング２の内側中間部に設けられたソレノイド部４とから大きく構成されている。
【００１３】
上記ハウジング２は、燃料噴射弁１をシリンダヘッド２０に取り付けるためのフランジ５aを有するヨーク部５と、このヨーク部５の一端に連結されたホルダ６とからなっている。また上記ノズル本体３は、段付き円筒形を有し、先端にバルブシート７及び噴孔プレート８が後述の方法で固定されたノズル９と、上記ノズル９内に摺動可能に挿入され、上記バルブ本体３の中心軸C上を進後退してバルブシート口１０（図２を参照）を開閉するニードルバルブ１１と、このニードルバルブ１１の上端部でこれに溶接接合された可動鉄心１２とからなっている。
【００１４】
更に、上記ソレノイド部４は、銅線が巻回されたコイル１３と、このコイル１３の内周部に取り付けられた円筒形状の固定鉄心１４と、この固定鉄心１４の内部に固定されたロッド１５と、このロッド１５の端部とニードルバルブ１１の端部との間に縮設されニードルバルブ１１をバルブシート７に付勢する圧縮バネ１６と、コイル１３の導線がハウジング部１８を通して外部に接続される端子１７とから構成されている。
【００１５】
次に、上記燃料噴射弁１の動作を説明する。端子１７からコイル１３に制御コントローラ（図示していない）からの開弁信号が入力されると、コイル１３において発生された磁束が固定鉄心１４、可動鉄心１２、ホルダ６及びヨーク部５からなる磁気回路を形成し、可動鉄心１２を固定鉄心１４側に吸引する電磁力を発生する。可動鉄心の上昇動作によりニードルバルブ１１も固定鉄心１４側に移動し、ノズル本体３の開弁動作が行われる。その際、バルブシート口１０の開口面積はニードルバルブ１１がストッパ１９に当接することで規制されるリフト量により決定される。
【００１６】
一方、制御コントローラから閉弁信号が入力されると、コイル１３への通電が遮断され上記電磁吸引力が消滅する。これにより圧縮バネ１６の付勢力により可動鉄心１２及びニードルバルブ１１を反固定鉄心１４側に移動し、ノズル本体３の閉弁動作が行われる。
燃料噴射は、燃料噴射弁1のニードルバルブ１１の先端がバルブシート口１０を開放することにより行われる。ニードルバルブ１１のシール力は、前記固定鉄心１４内部に設置されている圧縮バネ１６がロッド１５により所定の圧縮力に設定され、この圧縮バネ１６による圧縮力とバルブシート口１０のシート面積に印加される燃圧によって生じる流体力によって決定される。
【００１７】
なお、燃料噴射弁１はフランジ部５aにてシリンダヘッド２０に装着され、ノズル本体３の先端はエンジン筒内に直接面している。また燃料噴射弁１は、シリンダヘッド２０にテフロン（登録商標）製のリング２５を介して装着され、エンジン筒内で燃焼した火炎は、このリング２５にてシールされるが、リング２５より下方のノズルは火炎に曝されることとなる。
【００１８】
図３は上記ノズル本体３の先端部へのバルブシート７及び噴孔プレート８の取り付け状態を説明するための部分拡大図を示している。図において、先ず噴孔プレート８と同心にレイアウトし、噴孔プレート８との間で外周部を溶接（溶接部２１）されたバルブシート７を、ノズル９に圧入固定する。その際、圧入はバルブシート７のみであり、噴孔プレート８とノズル９間にはノズル９に段付部２２を形成して全周に均一な隙間ｇが設けられる。この噴孔プレート８の外周に隙間ｇを設ける理由は噴孔プレート８とバルブシート７との偏心を吸収すると共に溶接部への応力集中を抑制するためである。
【００１９】
すなわち、噴孔プレート８とバルブシート７とはその周辺を溶接部２１により接合するが、両者を完全に同心にレイアウトすることは極めて困難で、何らかの偏心が発生する。その結果周辺のいずれかで僅かのズレが生じ、従ってこの偏心した接合体をノズル９に全て圧入すると上記接合部への歪み応力を発生してしまう。これを回避するために、圧入はバルブシート７のみとし、噴孔プレート８とノズル９間には全周に均一な隙間ｇを設けたものである。なお、この隙間ｇは溶接可能な程度の寸法例えば直径差で０．２ｍｍ以下に設定するものであり、噴孔プレート８とノズル９を端部間でシール溶接することで上記隙間ｇは溶接ビートにより完全に塞がれる。この部分を溶接部２３として示している。
【００２０】
上記溶接部２３の先端は従来のような切り欠き形状ではなく、ある曲率半径を有するＵ字形状となっているため、応力集中係数が小さくなり、溶接部先端で発生する応力を小さくすることができる。また、曲率半径を大きくすることで応力集中係数は更に小さくなるものである。しかも上記溶接部２３は隙間ｇを介して溶接にてノズル９と噴孔プレート８を融合させ、溶接部でＵ字形状を形成させることで、従来設備をそのまま流用することができる。なお、上記溶接部２３において、ノズル９と噴孔プレート８の溶接深さが異なってしまうような条件下、例えば、両者の材料物性が大きく異なる場合とか、溶接狙い位置が極端にノズル９側あるいは噴孔プレート８側にずれる場合等では切り欠きが生じてしまうことがあるため、ノズル９と噴孔プレート８は同種材、例えば、オーステナイト系ステンレス同士、フェライト系ステンレス同士、マルテンサイト系ステンレス同士とし、溶接狙い位置はノズル９と噴孔プレート８間の隙間とすることが望ましい。
【００２１】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、バルブシート７と噴孔プレート８の外周を溶接し、ノズル９をバルブシート７のみが嵌合するようにレイアウトされた段付き穴に形成して噴孔プレート８とノズル９間を相互間に均一な隙間ｇを有するように溶接するものである。これにより、切り欠き形状を緩和する溶接形状とすることにより当該切り欠き部への応力集中係数を小さくすることができ、結果として、燃圧を印加した際に発生する噴孔プレートの撓みは抑制され、溶接部に発生するモーメントも小さくなり、より噴孔プレートの板厚を薄く設定することが可能となる。
【００２２】
図４は燃料噴射弁作動時の溶接部に発生する応力分布を本発明品と従来品と比較して示したもので、縦軸に溶接深さをｍｍで、横軸に発生圧力をＭＰaで表している。これから明らかなように、この発明によれば溶接深さが深くなるほど発生応力の低減が図られていることが確認できる。なお、
【００２３】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２について図５を参照して説明する。実施の形態２においては、噴孔プレートの形状が異なる以外は実施の形態１と同一である。すなわち、この実施の形態２による噴孔プレート８１は、噴孔プレートの燃圧によるモーメントを抑制するため、その外周部の肉厚Ｔを中心部の肉厚ｔより大きく形成したものである。この噴孔プレート８１には傾斜した噴流孔２４が複数個形成されているが、この噴流孔２４の長さをＬ、噴流孔２４の孔径をＤとすると、両者の比すなわちＬ/Ｄを適切に設定することにより上記噴流孔２４を通じて噴射される燃料液体の微粒化を好適に制御されることが分っている。なお、肉厚Ｔは１〜１．５ｍｍ、肉厚ｔは０．４〜０．７ｍｍに設定されるのが好ましい。
【００２４】
一般的に、Ｌは小さい方が噴流孔２４内を流れる燃料流の偏りが微粒化を行う上で好ましいとされており、またＬが小さいほど噴流孔２４内において空気と触れる時間が少なくなり燃料流に混合される空気量が減少して高純度の燃料噴射を行うことができるものである。従って噴流孔２４の存在する中心部の肉厚を薄くして燃料の微粒化特性を向上させると共に、外周部の肉厚を厚くして溶接等に対する機械的強度を持たせるようにしたもので、より好ましい実施形態とすることができる。
【００２５】
実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３について図６を参照して説明する。図６は燃料噴射弁１のバルブ装置３の先端部の要部拡大図で実施の形態１の図３に相等している。実施の形態３は実施の形態１に対して、隙間部２２aの形状が異なる以外は全く同一である。すなわち、実施の形態１では噴孔プレート８とノズル９間には全周に均一な隙間ｇを設けるために、ノズル９の端部に段付部２２を形成したのに対し、実施の形態３では上記隙間ｇを設けるのに、バルブシート７及び噴孔プレート８側に段付部２２aを形成することにより実現したものである。このように構成することにより、ノズル９には隙間形成用の加工を施す必要がないため、精度の高いノズル形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１の燃料噴射弁装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のバルブ装置の先端部の要部拡大図である。
【図３】図２のノズル本体の先端部へのバルブシート及び噴孔プレートの取付け状態を説明するための部分拡大図である。
【図４】この発明による燃料噴射弁作動時の溶接部先端に発生する応力図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示すバルブ装置の先端部の要部拡大図である。
【図６】この発明の実施の形態３を示すノズル本体の先端部へのバルブシート及び噴孔プレートの取付け状態を説明するための部分拡大図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    燃料噴射弁、              ２    ハウジング、
３    ノズル本体、              ４    ソレノイド部、
７、７１    バルブシート、        ８、８１、８２    噴孔プレート、
９    ノズル、                    １１    ニードルバルブ
２１    溶接部、                  ２２、２２a    隙間、
２３    溶接部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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