(57)【要約】【課題】耐磨耗性、耐腐食性および燃料噴射断続の応答性を確保しつつコアの小型化を実現した燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料噴射を断続する弁部材とともに往復移動する可動コア３０と、可動コア３０とともに磁気回路を形成する固定コア４４と、通電することにより可動コア３０と固定コア４４との間に磁気吸引力を発生するコイルとを備える。そして、可動コア３０および固定コア４４の材料に、コバルト系材料を含むＦｅ−Ｃｏ合金を採用し、両コア３０、４４の表面全体に耐腐食めっき層３０２、４４２を形成し、可動コア３０の可動側接触面３０１および固定コア４４の固定側接触面４４１に硬質めっき層３０３、４４３を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射を断続する弁部材と、
前記弁部材とともに往復移動する可動コアと、
前記可動コアとともに磁気回路を形成する固定コアと、
通電することにより前記可動コアと前記固定コアとの間に磁気吸引力を発生するコイルと、
を備え、
前記可動コアおよび前記固定コアのうち少なくとも一方のコアはコバルト系材料を含み、
前記少なくとも一方のコアの表面全体には耐腐食めっきが施され、かつ、前記少なくとも一方のコアのうち前記可動コアおよび前記固定コアが互いに接触する部分には硬質めっきが施されている燃料噴射弁。
【請求項２】
前記耐腐食めっきはニッケルおよびリンを含み、前記硬質めっきはクロムを含む請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記少なくとも一方のコアに含まれる前記コバルト系材料の含有率は、コア全体の質量に対して１〜５５ｗｔ％である請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記少なくとも一方のコアには、Ｓｉ、Ａｌ、Ｖ、ＣｒおよびＦｅのうち少なくとも１種類の添加物が添加されている請求項１から３のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を断続的に噴射可能な燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料噴射を断続する弁部材とともに往復移動する可動コアと、可動コアとともに磁気回路を形成する固定コアとを備え、コイルに通電することにより可動コアと固定コアとの間に磁気吸引力を発生させて弁部材を往復移動させる燃料噴射弁が知られている（例えば特許文献１〜４等）。
そして、可動コアが固定コア側に移動すると固定コアに衝突するため、両コアには耐磨耗性が要求される。また、両コアには燃料が接触するため耐腐食性が要求される。これらの要求に対し、従来では両コアの材料にステンレスを採用していた。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−６６４４６号公報
【特許文献２】特開平９−１５４２６１号公報
【特許文献３】特開２００１−１８６７０８号公報
【特許文献４】特開２００２−２１８７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年では、上記要求に加え燃料噴射弁の小型化がさらに要求されてきている。この小型化の要求に対し単純に両コアを小型化すると、コイル通電時に両コアにて発生する磁束密度が低下し、磁気吸引力が低下する。すると、可動コアの往復移動速度が遅くなり、弁部材による燃料噴射断続の応答性が悪化する。
そこで、本発明の目的は、耐磨耗性、耐腐食性および燃料噴射断続の応答性を確保しつつコアの小型化を実現した燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１から４のいずれか一項記載の発明では、可動コアおよび固定コアのうち少なくとも一方のコアはコバルト系材料を含み、前記少なくとも一方のコアの表面全体には耐腐食めっきが施され、かつ、前記少なくとも一方のコアのうち可動コアおよび固定コアが互いに接触する部分には硬質めっきが施されている。
ここで、コバルト系材料をコアに含ませると、コイル通電時にコアに発生する磁束密度が増大する。従って、両コアのうち少なくとも一方のコアにコバルト系材料を含ませる本発明によれば、コイル通電時にコアに発生する磁束密度を低下させることなくコアの小型化を実現できる。
【０００６】
さらに、本発明によれば前記少なくとも一方のコアの表面全体には耐腐食めっきが施されているので、耐腐食性の低いコバルト系材料を含みつつもコアの表面については耐腐食性を確保できる。また、前記少なくとも一方のコアのうち両コアが互いに接触する部分には硬質めっきが施されているので、耐摩耗性の低いコバルト系材料を含みつつも両コアが接触する部分については耐摩耗性を確保できる。
以上により本発明によれば、磁束密度低下を回避して燃料噴射断続の応答性を確保できるとともに、耐磨耗性および耐腐食性を確保でき、その上で、コアの小型化を実現できる。
【０００７】
請求項２記載の発明では、耐腐食めっきはニッケルおよびリンを含み、硬質めっきはクロムを含む。これによれば、ニッケル−リンめっきをコアに施す際に生じる酸化皮膜が、クロムめっきを施す際にめっき液として用いるクロム酸により除去される。よって、耐腐食めっき上に硬質めっきを積層して施すにあたり、剥がれ難い硬質めっきを施すことを容易に実現できる。
【０００８】
ここで、図４にて例示される如く、コバルト系材料をコアに含ませることによる磁束密度増大の効果は、コバルト系材料の含有率が１ｗｔ％でも十分に発揮され、また、含有率が５５ｗｔ％を超えると急激に低下する。この点を鑑み請求項３記載の発明では、少なくとも一方のコアに含まれるコバルト系材料の含有率を、コア全体の質量に対して１〜５５ｗｔ％としている。なお、上記単位「ｗｔ％」は日本工業規格にて規定されている「質量パーセント」を意味し、コア全体の質量に対するコバルト系材料の質量の比率を意味する。
【０００９】
請求項４記載の発明では、前記少なくとも一方のコアには、Ｓｉ、Ａｌ、Ｖ、ＣｒおよびＦｅのうち少なくとも１種類の添加物が添加されている。これによれば、コアの電気抵抗を小さくすることができるので、コイルへの通電をオンからオフに切り替えた際において、着磁状態のコアが消磁状態に変化するまでの脱磁時間を短くできる。そのため、コイルへの通電をオフに切り替えた際における可動コアの往復移動速度を速くすることができ、燃料噴射断続の応答性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は本実施形態による燃料噴射弁全体を示す断面図、図３は図２に示す可動コアおよび固定コア等の拡大図であり、はじめに、これら図２および図３を用いて燃料噴射弁１０の構造を説明する。
【００１１】
燃料噴射弁１０は、例えば直噴式のガソリンエンジンに適用される。直噴式のガソリンエンジンに適用する場合、燃料噴射弁１０はシリンダヘッドに搭載される。尚、燃料噴射弁１０は、直噴式のガソリンエンジンに限らず、吸気通路を流れる吸気に燃料を噴射するポート噴射式のガソリンエンジン、またはディーゼルエンジンなどに適用してもよい。
【００１２】
図２に示すように、弁ホルダ１２、非磁性部材１４、接続部材４０は燃料噴射側からこの順に設置され、隣接する部材同士が溶接等により結合されている。弁ホルダ１２、非磁性部材１４、および接続部材４０が形成する内部空間に、弁ボディ２０、弁部材２４、可動コア３０、固定コア４４、アジャスティングパイプ４６、スプリング４８、および燃料フィルタ６４等が収容されている。
【００１３】
磁気絞りとしての非磁性部材１４は、可動コア３０および固定コア４４の外周側方を覆っている。非磁性部材１４は、弁ホルダ１２と接続部材４０との間で磁束が短絡することを防ぐとともに、可動コア３０および固定コア４４から外周側方に磁束が漏れることを防止している。
【００１４】
弁ボディ２０は弁ホルダ１２の噴孔側先端の内部に溶接により固定されている。弁ボディ２０は弁部材２４が着座可能な弁座２１を内周壁に有している。噴孔プレート２２は弁ボディ２０の底部外壁に溶接により固定されている。噴孔プレート２２は薄板状に形成されており、中央部に単数または複数の噴孔が形成されている。
【００１５】
弁部材２４は有底円筒状の中空であり、弁部材２４の底側に当接部２５が形成されている。当接部２５は弁ボディ２０に形成されている弁座２１に着座可能である。当接部２５が弁座２１に着座すると、噴孔プレート２２の噴孔が閉塞され燃料噴射が遮断される。当接部２５の上流側に弁部材２４の側壁を貫通する燃料孔２４１が複数形成されている。弁部材２４内に流入した燃料は、燃料孔２４１を内から外に通過し、当接部２５と弁座２１とが形成する弁部に向かう。
【００１６】
弁部材２４は接続部材２８と溶接により結合している。図３に示すように、弁部材２４の可動コア３０側端部には径方向外側に広がるフランジ２６が形成されている。弁部材２４は、このフランジ２６と接続部材２８のフランジ２９との間に可動コア３０を挟持し、可動コア３０とともに往復移動する。
図３に示すように、可動コア３０は弁部材２４に対して弁ボディ２０と反対側で弁部材２４に結合している。付勢部材としてのスプリング４８は、弁部材２４が弁座２１に着座する方向に可動コア３０および弁部材２４を付勢している。
【００１７】
接続部材４０は、電磁ステンレス等の磁性材で焼結等により形成されており、可動コア３０側に円筒状に突出した突部４２を外周側に設けている。この突部４２が非磁性部材１４と軸方向で向き合い結合している。接続部材４０は、突部４２の内周側に固定コア４４を収容し固定コア４４と結合している。そして接続部材４０は、固定コア４４と後述するヨーク５２との間を磁気的に接続している。
【００１８】
固定コア４４は円筒状に形成されており、接続部材４０の突部４２内に収容されて径方向および軸方向を位置決めされている。固定コア４４は可動コア３０に対し弁ボディ２０と反対側に設置される。また、固定コア４４は、その一部を非磁性部材１４の内周側に設置され、非磁性部材１４の可動コア３０と反対側の端部よりも可動コア３０の反対側に延びている。
【００１９】
そして、図３に示す如く、固定コア４４の軸方向端部には固定側接触面４４１が形成され、可動コア３０の軸方向端部には可動側接触面３０１が形成されている。可動コア３０および固定コア４４は軸方向に同軸上に配置され、固定側接触面４４１と可動側接触面３０１とが対向するように配置されている。
【００２０】
可動コア３０および固定コア４４は磁性材で焼結等により形成されており、その磁性材にはコバルト系材料を含む合金が採用されている。当該合金の具体例としては、鉄系金属材料にコバルト系材料を添加したＦｅ−Ｃｏ合金が挙げられる。コバルト系材料の含有率は、固定コア４４または可動コア３０全体の質量に対して１〜５５ｗｔ％であり、より望ましくは５〜１５ｗｔ％である。また、Ｆｅ−Ｃｏ合金中には、Ｓｉ、Ａｌ、Ｖ、ＣｒおよびＦｅのうち少なくとも１種類の添加物が添加されている。
【００２１】
図１は、可動コア３０および固定コア４４を模式的に示す断面図であり、コイル５４への通電をオフさせて固定側接触面４４１と可動側接触面３０１とが離れている状態を示す。この図１に示す如く、可動コア３０および固定コア４４には耐腐食めっきが施され、耐腐食めっき層３０２、４４２が形成されている。これらの耐腐食めっき層３０２、４４２は、可動コア３０および固定コア４４の外周面、内周面および軸方向の両端部の表面全体に形成されている。耐腐食めっき層３０２、４４２の材質には、Ｎｉ−Ｐめっきが採用されている。
【００２２】
また、可動コア３０および固定コア４４には硬質めっきが施され、耐腐食めっき層３０２、４４２の上に積層して硬質めっき層３０３、４４３が形成されている。これらの硬質めっき層３０３、４４３は、可動コア３０の可動側接触面３０１および固定コア４４の固定側接触面４４１にのみ形成されている。硬質めっき層３０３、４４３の材質には、Ｃｒめっきが採用されている。
【００２３】
図２に示すように、アジャスティングパイプ４６は接続部材４０内に圧入され、スプリング４８の一端を係止している。アジャスティングパイプ４６の圧入量を調整することによりスプリング４８の付勢力を調整する。スプリング４８の他端は弁部材２４のフランジ２６に係止されている（図３参照）。スプリング４８は可動コア３０および固定コア４４の少なくとも一方の内周面に伸縮方向に案内されている。
【００２４】
ヨーク５０、５２は互いに磁気的に接続してコイル５４の外周を覆っている。ヨーク５０は弁ホルダ１２と磁気的に接続し、ヨーク５２は接続部材４０と磁気的に接続している。そして、ヨーク５０、５２は、弁ホルダ１２、可動コア３０、接続部材４０および固定コア４４と磁気回路を形成している。
【００２５】
コイル５４は、非磁性部材１４および接続部材４０の外周に設置されている。樹脂ハウジング６０はコイル５４およびターミナル６２をインサート成形している。ターミナル６２はコイル５４と電気的に接続しており、コイル５４に駆動電流を供給する。
【００２６】
以上のように構成した燃料噴射弁１０において、コイル５４への通電がオフされると、スプリング４８の付勢力によって弁部材２４が図２の下方、つまり閉弁方向に移動して弁部材２４の当接部２５が弁座２１に着座し、噴孔が閉塞され燃料噴射が遮断される。なお、このような通電オフ時には、可動コア３０の可動側接触面３０１および固定コア４４の固定側接触面４４１は図１に示す如く離間している。
【００２７】
一方、コイル５４への通電をオンすると、弁ホルダ１２、可動コア３０、接続部材４０、固定コア４４、ヨーク５０、５２からなる磁気回路を磁束が流れ、固定コア４４と可動コア３０との間に磁気吸引力が発生する。すると、可動コア３０とともに弁部材２４はスプリング４８の付勢力に抗して固定コア４４側に移動し、当接部２５が弁座２１から離座する。これにより、燃料が噴孔から噴射される。なお、このような通電オン時には、可動コア３０の可動側接触面３０１および固定コア４４の固定側接触面４４１は図３に示す如く接触している。
【００２８】
以上により、本実施形態の燃料噴射弁１０によれば、可動コア３０および固定コア４４の材料には、コバルト系材料を含むＦｅ−Ｃｏ合金が採用されている。そして、コバルト系材料を含ませると、コイル５４への通電オン時に両コア３０、４４に発生する磁束密度が増大する。従って、通電オン時に両コア３０、４４に発生する磁束密度を低下させることなく両コア３０、４４の小型化を実現できる。すなわち、通電オン時における両コア３０、４４の開弁方向への移動速度を低下させることなく燃料噴射断続の応答性を確保しつつ、両コア３０、４４の小型化を実現できる。
【００２９】
図４は、Ｆｅ−Ｃｏ合金中に含まれるコバルトの含有率Ｗｔ％（質量パーセント）と、通電オン時に可動コア３０に発生する磁束密度Ｇ（ガウス）との関係を示すグラフである。図中の記号Ｈは磁場の大きさＯｅ（エルステッド）を表しており、図中の６本の曲線は、上から順にＨ＝１７０００Ｏｅ、１５００Ｏｅ、１００Ｏｅ、３０Ｏｅ、１０Ｏｅ、３Ｏｅの場合における磁束密度の変化を示している。
【００３０】
この図４に示すグラフによれば、Ｈ＝１００以下の場合にはコバルト含有率が約５０ｗｔ％のときに磁束密度の値がピークとなり、コバルト含有率が約５０ｗｔ％より多くなると磁束密度は急激に減少することが分かる。また、コバルト含有率を多くするほどコアの材料コストが高くなる。これらの点を鑑みてコバルト含有率は５５ｗｔ％以下とすることが望ましい。さらに、図４に示すグラフによれば、コバルト含有率は僅か数パーセントでも磁束密度の値は十分に高くなることが分かる。よって、コバルト含有率は１ｗｔ％以上とすることが望ましい。なお、本実施形態では、磁場Ｈは約１５００Ｏｅ、コバルト含有率は約５ｗｔ％であるため、磁束密度は約２２０００Ｇである。
【００３１】
さらに、本実施形態によれば可動コア３０および固定コア４４の表面全体には耐腐食めっき層３０２、４４２が形成されているので、耐腐食性の低いコバルト系材料を含みつつも両コア３０、４４の表面については耐腐食性を確保できる。また、可動コア３０の可動側接触面３０１および固定コア４４の固定側接触面４４１には硬質めっき層３０３、４４３が形成されているので、耐摩耗性の低いコバルト系材料を含みつつも両コア３０、４４が接触する部分については耐摩耗性を確保できる。
【００３２】
また、本実施形態では、耐腐食めっき層３０２、４４２はニッケルリンを含み、硬質めっき層３０３、４４３はクロムを含む。これによれば、ニッケルリンめっきを両コア３０、４４に施す際に生じる酸化皮膜が、クロムめっきを施す際にめっき液として用いるクロム酸により除去される。よって、耐腐食めっき層３０２、４４２上に硬質めっき層３０３、４４３を積層して形成するにあたり、剥がれ難い硬質めっき層３０３、４４３を形成することを容易に実現できる。
【００３３】
また、本実施形態では、Ｆｅ−Ｃｏ合金中に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｖ、ＣｒおよびＦｅのうち少なくとも１種類の添加物を添加している。これによれば、両コア３０、４４の電気抵抗を小さくすることができるので、コイル５４への通電をオンからオフに切り替えた際において、着磁状態の両コア３０、４４が消磁状態に変化するまでの脱磁時間を短くできる。そのため、コイル５４への通電をオフに切り替えた際に、可動コア３０がスプリング４８により閉弁方向に移動する速度を速くすることができ、燃料噴射断続の応答性を向上できる。
【００３４】
以上により本実施形態によれば、磁束密度低下を回避して燃料噴射断続の応答性を確保できるとともに、耐磨耗性および耐腐食性を確保でき、その上で、両コア３０、４４の小型化を実現できる。
【００３５】
（他の実施形態）
上述の実施形態では可動コア３０および固定コア４４の両方にコバルト系材料を含ませているが、いずれか一方のコアのみにコバルト系材料を含ませるようにしてもよい。その場合には、耐腐食めっき層３０２、４４２および硬質めっき層３０３、４４３は、コバルト系材料を含ませたコアにのみ形成するようにすればよい。
【００３６】
上述の実施形態では、可動側接触面３０１および固定側接触面４４１は両コア３０、４４の軸方向端面に位置しているが、本発明の実施にあたり、両コア３０、４４のうち軸方向端面とは別の部分にストッパ面を形成し、このストッパ面にて両コア３０、４４を互いに接触させ、両コア３０、４４の軸方向端面は互いに接触しないように構成してもよい。その場合には、硬質めっき層３０３、４４３は、両コアの軸方向端面ではなくストッパ面に形成されることとなる。
【００３７】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態による可動コアおよび固定コアを模式的に示す断面図。
【図２】図１の両コアを備えた燃料噴射弁全体を示す断面図。
【図３】図２の部分拡大図。
【図４】図１の両コアにおける、コバルト含有率と磁束密度との関係を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１０：燃料噴射弁、２４：弁部材、３０：可動コア、４４：固定コア、５４：コイル、３０１：可動側接触面、３０２、４４２：耐腐食めっき層、３０３、４４３：硬質めっき層、４４１：固定側接触面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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