(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイドを励磁して可動体を移動させ、流体源から圧送された流体を噴射する噴射弁であって、
ａ．ハウジング、
ｂ．前記ハウジング内に形成され、前記加圧流体の供給路に接続される流体路、
ｃ．前記流体路に移動自在に収容されると共に、前記可動体に連結され、前記ソレノイドの励磁に応じて前記流体路を開放するバルブ、
および
ｄ．前記流体路に形成されると共に、少なくとも前記可動体を支持する軸受け面、
を備えた噴射弁において、前記流体路に形成される軸受け面に、前記可動体の移動方向と平行な方向に溝を形成すると共に、前記可動体に潤滑剤をコーティングする一方、前記軸受け面には前記可動体にコーティングされる潤滑剤よりも硬度において高い潤滑剤をコーティングすることを特徴とする噴射弁。
【請求項２】
前記可動体にコーティングされた潤滑剤の上に、高硬度被膜を形成することを特徴とする請求項１項記載の噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は噴射弁に関し、より詳しくは内燃機関の燃料供給系に設けられ、燃料タンクから圧送された燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
噴射弁、例えば、内燃機関の燃料噴射弁は一般に、可動コア（可動体）とバルブ（ニードルバルブ）が連結されてなり、ハウジング内の流体路に収容される。燃料パイプ（あるいはデリバリパイプ）から圧送された燃料はバルブ付近まで流れ、バルブがスプリングで閉鎖位置に付勢される間は待機し、ソレノイドが励磁されてバルブが後退すると、先端に形成された噴孔から噴射される。
【０００３】
かかる従来の燃料噴射弁にあっては、下流（先端側）に位置するバルブのみが流体路の軸受け面に支持され、上流側に位置する可動コアは流体路面には接触させられず、その部位は軸受け（ガイド）構造にはなっていない。そのため、燃料は流体路面と可動コアとの間を通ってバルブまで流れる。従って、受ける流体抵抗が少ないので応答性は良いが、その代わり、バルブと軸受け面の軸受け構造には高い加工精度が要求され、それを満足しないと、バルブに作用する荷重を十分に支持することができず、いわゆるバルブ倒れが生じて耐久性の点で問題があった。
【０００４】
他方、特開平２−６６３８０号公報において、可動コアを軸受け構造とした燃料噴射弁も提案されている。具体的にはそのＦＩＧ．４に示される如く、固定コア（スリーブ）に隣接して非磁性体からなるガイドつば３８が設けられ、可動コアを軸受けしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願の図１０にこの従来技術の構成を示す。図示の如く、この従来技術においては、可動コアはガイドつば３８に全周にわたって、数μｍないし十数μｍ程度の僅かな間隙をもって保持される。
【０００６】
ところで、流体路を通る燃料（ガソリン、メタノールなど）は非圧縮流体なので、バルブが作動するとき、図１０に示す如く、流体路の流体の各部にバルブ移動（ストローク）相当の体積変化が生じる。
【０００７】
バルブは流体圧力に抗して上流側に作動させられるが、上記した従来技術においては、可動コアとガイドつば３８間のクリアランスが僅かなため、そのストローク相当の体積変化が完了するまでの時間が長く、バルブ作動時間が長くなって応答性（レスポンス）が悪かった。従って、単位時間当たりの燃料噴射量を増大することが困難であった。上記した不都合は、燃料圧力が高くなればなるほど顕著となる。
【０００８】
他方、最初に述べた従来技術の如く、可動コアを軸受け構造としない場合には応答性は良好であるが、加工精度および耐久性の点で問題があった。
【０００９】
従って、この発明の目的は、従来技術の上記した不都合を解消し、耐久性を確保しつつ、より応答性の優れた噴射弁を提供することにある。
【００１０】
この発明の第２の目的は、従来技術の上記した不都合を解消し、耐久性および応答性に優れると共に、製造も容易な噴射弁を提供することにある。
【００１１】
また、噴射弁はハウジングなどに磁性材が使用されるが、磁性材は一般に硬度が低い。
【００１２】
従って、この発明の第３の目的は、磁性材を使用しつつ、硬度を上げて耐久性を一層向上させるようにした噴射弁を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１項においては、ソレノイドを励磁して可動体を移動させ、流体源から圧送された流体を噴射する噴射弁であって、ハウジング、前記ハウジング内に形成され、前記加圧流体の供給路に接続される流体路、前記流体路に移動自在に収容されると共に、前記可動体に連結され、前記ソレノイドの励磁に応じて前記流体路を開放するバルブ、および前記流体路に形成されると共に、少なくとも前記可動体を支持する軸受け面を備えた噴射弁において、前記流体路に形成される軸受け面に、前記可動体の移動方向と平行な方向に溝を形成すると共に、前記可動体に潤滑剤をコーティングする一方、前記軸受け面には前記可動体にコーティングされる潤滑剤よりも硬度において高い潤滑剤をコーティングする如く構成した。
【００１５】
請求項２項においては、前記可動体にコーティングされた潤滑剤の上に、高硬度被膜を形成する如く構成した。
【００１６】
【作用】
請求項１項にあっては、流体路に形成される軸受け面に、前記可動体の移動方向と平行な方向に溝を形成すると共に、可動体に潤滑剤をコーティングする一方、軸受け面には可動体にコーティングされる潤滑剤よりも硬度において高い潤滑剤をコーティングする如く構成したので、耐久性を確保しつつ、より応答性の優れた噴射弁を提供することができる。特に、この作用、効果は、噴射される燃料圧力が高くなればなるほど、顕著となる。また、バルブの移動時間を短縮できるため、少流量から大流量までを確実かつ緻密に制御することが可能となる。また、可動体の方がコーティング作業が容易であることから、コーティング面にハードクロームメッキなどをさらに塗布することで、結果的に同等の硬度を得ることができる。
【００１８】
請求項２項においては、前記可動体にコーティングされた潤滑剤の上に、高硬度被膜を形成する如く構成したので、前記した作用、効果に加えて、耐久性が一層向上した噴射弁を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
尚、実施の形態では、噴射弁として燃料（ガソリン、メタノールなど）を噴射する内燃機関の燃料噴射弁を例にとる。図１はその燃料噴射弁を含む、内燃機関の燃料供給系の一部を示す概略説明図である。
【００２１】
図において、符号１０は燃料噴射弁（噴射弁）を示し、気筒数分だけ設けられてデリバリパイプ１２に連結される。図示しない燃料タンクに貯留された燃料（流体）は、燃料ポンプ（図示せず）によって汲み上げられ、燃料パイプ（図示せず）を介してデリバリパイプ１２まで供給され、燃料噴射弁１０を通って各気筒燃焼室（図示せず）に噴射される。
【００２２】
デリバリパイプ１２は図示の如く、入口側（図の左端）から下流（図の右端）に向けて燃料管路１２ａの有効断面積が徐々に減少するような逆テーパ構造に形成される。
【００２３】
より具体的には、デリバリパイプ１２の燃料管路１２ａの有効断面積は、その入口１２ｂから３個の燃料噴射弁１０までの燃料の流速が均等となるように形成する。これによって、同一時間開弁するとき、各燃料噴射弁から噴射される燃料量を均等にすることができる。
【００２４】
図２は燃料噴射弁１０の１つの構造を詳細に示す、説明断面図である。
【００２５】
図示の如く、燃料噴射弁１０は、ハウジング２０を備える。ハウジング２０は磁性材から構成される。ハウジング２０内には、コイル２２がボビン２４に巻かれて収容され、ボビン２４の内側には、固定コア（スリーブ）２６が収容される。
【００２６】
固定コア２６の中央付近は空洞が形成され、そこに燃料が通る管路（流体路）２６ａが形成される。固定コア２６は端部（図において右端）において前記したデリバリパイプ１２に連結されると共に、その連結位置付近の管路２６ａにはフィルタ３０が配置され、通過燃料を濾過して異物が侵入するのを防止する。
【００２７】
ハウジング２０の内部は、可動コア３２に隣接する位置で縮径されて管路（流体路）２０ａが形成されると共に、可動コア（可動体）３２が管路２０ａの内壁面（軸受け面）２０ｂと間隙（数μｍから数十μｍ) をもって接触しつつ移動自在に収容される。コイル２２と固定コア２６とでソレノイドが形成され、可動コア３２はプランジャとして機能し、コイル２２が端子３４を介して電力の供給を受けるとき、可動コア３２は図に矢印Ａで示す方向に移動（ストローク）させられる。
【００２８】
可動コア３２内には、前記した固定コア２６の燃料管路に連通する管路（流体路）３２ａがその中央位置付近に形成される。可動コア３２の管路３２ａは下流側で拡径され、そこに中空ロッド３６の端部が溶接手段３８などで連結される。中空ロッド３６の内部も同様に空洞が形成され、可動コア３２の管路３２ａに連通し、それと同一径の管路（流体路）３６ａが形成される。中空ロッド３６には下流側において、管路３６ａに連通する孔３６ｂが穿設される。
【００２９】
中空ロッド３６はその先端側においてボールバルブ４０に溶接手段４２を介して連結される。即ち、可動コア３２とボールバルブ４０とは中空ロッド３６を介して連結され、ニードルバルブを構成する。
【００３０】
他方、ハウジング２０は先端付近で開口させられ、そこに断面Ｃ字状の部材２０ｃが嵌められる。Ｃ字状部材２０ｃには開口部（噴孔）２０ｄが形成されると共に、その周囲に弁座２０ｅが形成される。
【００３１】
ボールバルブ４０はその側面がＣ字状部材２０ｃの内壁面に接触するように構成され、そこに軸受け面２０ｆが形成され、ボールバルブ４０に作用する荷重を支持する。
【００３２】
また、固定コア２６の管路２６ａと可動コア３２の管路３２ａは、相互に対向する側で拡径され、そこに圧縮スプリング５０が配置される。圧縮スプリング５０は、一端を固定コアの管路２６ａに形成された肩部に、他端を可動コアの管路３２ａに形成された肩部に当接する形で、固定コア２６と可動コア３２の間に圧縮されて配置され、可動コア３２を固定コア２６から遠ざかる方向（図で左方向）に付勢する。それによって、ボールバルブ４０の半球状部が弁座２０ｅに接触する位置に押圧され、開口部２０ｄを閉塞する。
【００３３】
他方、前記したコイル２２が励磁されると、固定コア２６およびハウジング２０を通る磁気回路が形成され、よって可動コア３２は固定コア２６に吸引されて図に矢印Ａで示す方向に移動し、よって可動コア３２に一体的に連結される中空ロッド３６およびボールバルブ４０も同方向に移動する。
【００３４】
従って、デリバリパイプ１２から供給された加圧燃料は、図に矢印で示す如く管路２６ａ、３２ａ，３６ａを流れ、中空ロッド３６の孔３６ｂから室２０ｇに流れる。このとき、固定コアの管路２６ａを通った燃料の一部は、可動コア３２とハウジング軸受け面２０ｂとの間隙を通って室２０ｇに流れる。燃料は次いでボールバルブ４０の半球状部と弁座２０ｅの間に形成される間隙を通り、開口部２０ｄから外部（気筒燃焼室）に放出（噴射）される。
【００３５】
ここで特徴的なことは先ず、ハウジング２０の管路２０ａの軸受け面２０ｂに、可動コア３２の移動方向と平行な方向、換言すれば可動コア３２の軸方向に、溝５２が形成されたことである。
【００３６】
図３は図２のIII-III線断面図であるが、溝５２はより具体的には、ハウジング２０の管路２０ａの軸受け面２０ｂに９０度の間隔で４個、形成される。溝５２は、断面半円形状とする。溝の深さ（半径）は例えば、１．０ｍｍとする。
【００３７】
従って、ソレノイドが励磁されて可動コア３２が矢印Ａの方向に移動（ストローク）するとき、可動コア３２より上流側に位置する加圧燃料はそのストロークに相当する体積変化を生じなければならないが、燃料の一部は溝５２を通って可動コア３２の下流に流れる。即ち、可動コア３２に作用する流体抵抗が減少し、その分だけ燃料噴射弁としての応答性が向上する。
【００３８】
図４は、図２に示す燃料噴射弁１０において、溝５２を設けない場合と、溝５２を設けた場合における、応答性の実験結果を示すデータグラフ（タイミング・チャート）である。尚、この実験は燃料圧力１５kg/cm2で行った。
【００３９】
図示の如く、可動コア３２がストローク（リフト）を完了するまでの時間をΔＴ（＝ＴO2−ＴO1）だけ短縮することができた。従って、この分だけ燃料噴射弁として応答性が向上し、その分だけ少流量から大流量までの噴射量を確実かつ緻密に制御することが可能となる。この効果は、特に高圧燃料が供給されるとき、顕著である。
【００４０】
さらに、ハウジング側に溝５２を形成したことで、溝を形成しない構造に比較し、その分だけ磁気回路中のインダクタンスを減少させ、応答性をさらに向上させることができる。また、従来技術の最初で述べた可動コアが軸受け構造となっていないものに比較すれば、軸受け面２０ｂを設けて可動コア３２に作用する荷重を支持するようにしたことで、バルブ倒れが生じるなどの耐久性の面で問題がない。
【００４１】
また、溝５２を断面半円形状に形成するように構成したので、可動コア３２側に突起などを設けるなどの構成に比較するとき、可動コア３２の外径を増加させることがないと共に、ハウジング２０側に形成するようにしたことで作業が容易となる。さらに、半円形状とすることで、断面積（流路）を大きくとることができ、加工性が良い。
【００４２】
図２に示す燃料噴射弁１０でさらに特徴的なことは、ハウジング２０の管路２０ａの軸受け面２０ｂと、それに接触する可動コア３２の表面に高硬度の被膜処理を施したことである。
【００４３】
より具体的には、図５に示す如く、ハウジング２０の管路２０ａの軸受け面２０ｂに、フッ素樹脂などの潤滑剤を焼付けコーティングし、高硬度被膜１００（図示の便宜上網目で示す）を形成した。ハウジング２０、可動コア３２は磁性材からなり、硬度が非磁性材に比して低いが、かかる処理によって硬度を上げることができ、硬度の低い磁性材を使用することができると共に、耐久性を一層向上させることができる。
【００４４】
他方、図６に示す如く、可動コア３２の表面にも、同様にフッ素樹脂などの潤滑剤を焼付けコーティングした上に、ハードクロームメッキ、チタンコーティングなどを行って高硬度被膜１０２を形成（処理）した。
【００４５】
尚、軸受け面２０ｂと可動コア３２の表面には同種のフッ素樹脂などの潤滑剤をコーティングするが、軸受け面２０ｂの潤滑剤の硬度は、可動コア３２のそれよりも高いものを使用する。これは、可動コアの方がコーティング作業が容易で、上記したようにコーティング面にハードクロームメッキなどをさらに塗布することで、結果的に同等の硬度を得ることができるからである。
【００４６】
尚、高硬度被膜処理は、軸受け面２０ｂと可動コア３２の表面の双方に行ったが、耐久性は低下するが、いずれか一方、例えば軸受け面２０ｂにのみ行ってもよく、その意味で特許請求の範囲では「可動体および流体路の少なくともいずれかを高硬度被膜処理する」と記載した。
【００４７】
この実施の形態においては、上記の如く構成したので、耐久性を確保しつつ、燃料噴射弁としての応答性を向上させることができ、単位時間当たりの燃料噴射量を増大させることができる。さらに、高硬度被膜処理を施したことで、耐久性を一層向上させることができる。
【００４８】
図７は、この発明の第２の実施の形態を示す、図３と同様の断面図である。
【００４９】
第２の実施の形態においては、前記した溝５２をハウジング２０側に１２０度間隔で３個形成した。残余の構成は第１の実施の形態と同様であり、効果も同様である。
【００５０】
図８は、この発明の第３の実施の形態を示す、図３と同様の断面図である。
【００５１】
第３の実施の形態においては、前記した溝５２をハウジング２０側に１８０度間隔で２個形成した。残余の構成は第１の実施の形態と同様であり、効果も同様である。
【００５２】
図９は、この発明の第４の実施の形態を示す、図３と同様の断面図である。
【００５３】
第４の実施の形態においては、前記した溝５２を可動コア３２側に、１２０度間隔で３個形成した。溝５２が可動コア側に形成された点を除くと、残余の構成は第１の実施の形態と同様であり、効果もほぼ同様である。
【００５４】
尚、第４の実施の形態において、想像線で示す如く、溝５２を可動コア３２と共に、ハウジング２０にも形成しても良い。また、溝５２を可動コア３２に形成する場合、断面積が減ることからハウジング２０に形成する場合に比較すると、好ましくない。
【００５５】
実施の形態においては、上記の如く、ソレノイドを励磁して可動体（可動コア３２）を移動させ、流体源から圧送された流体（燃料）を噴射する噴射弁（燃料噴射弁１０）であって、ハウジング（２０）、前記ハウジング内に形成され、前記加圧流体の供給路に接続される流体路（管路２０ａ、管路２６ａ、管路３２ａ、管路３６ａなど）、前記流体路に移動自在に収容されると共に、前記可動体に連結され、前記ソレノイドの励磁に応じて前記流体路を開放するバルブ（ボールバルブ４０）、および前記流体路に形成されると共に、少なくとも前記可動体を支持する軸受け面（２０ｂ）を備えた噴射弁において、前記流体路に形成される軸受け面に、前記可動体の移動方向と平行な方向に溝（５２）を形成すると共に、前記可動体に潤滑剤をコーティングする一方、前記軸受け面には前記可動体にコーティングされる潤滑剤よりも硬度において高い潤滑剤をコーティングする如く構成した。
【００５７】
また、前記可動体にコーティングされた潤滑剤の上に、高硬度被膜（１０２）を形成する如く構成した。
【００５８】
さらに、第１ないし第４の実施の形態において、溝５２の個数を４個から２個の間の値にしたが、それに限られるものではなく、１個あるいは５個以上であっても良い。より具体的には、可動コア３２の荷重を支持できる範囲において、流体抵抗を減少すべく適宜な個数、形成すれば良い。
【００５９】
さらに、溝５２の形状を断面半円形状としたが、それに限られるものではく、断面矩形状など、どのような形状であっても良い。
【００６０】
さらには、内燃機関の燃料噴射弁を例にとって説明したが、内燃機関の燃料に限らず、水などの流体、あるいは圧縮空気などの気体を噴射する噴射弁にも応用可能である。
【００６１】
さらには、図１のデリバリパイプ１２の構造において、管路内の有効断面積を燃料の流速が各燃料噴射弁にとって均等となるように構成したが、デリバリパイプ１２の入口から各燃料噴射弁までの管路距離を均等にするように構成しても良い。要は、各燃料噴射弁の単位時間当たりの燃料噴射量が均等になるように、デリバリパイプ１２を構成すれば良い。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、耐久性を確保しつつ、より応答性が優れ、単位時間当たりの燃料噴射量を増大することを可能にした噴射弁を提供するができる。特に、この作用、効果は、噴射される燃料圧力が高くなればなるほど、顕著となる。
【００６３】
請求項２項においては、前記した作用、効果に加えて、製造も容易な噴射弁を提供することができる。
【００６４】
請求項３項においては、前記した作用、効果に加えて、耐久性が一層向上した噴射弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る噴射弁を内燃機関の燃料噴射弁を例にとると共に、その燃料供給系の一部を示す概略説明図である。
【図２】図１に示す噴射弁（燃料噴射弁）の説明断面図である。
【図３】図２の III-III線断面図である。
【図４】図２に示す噴射弁（燃料噴射弁）の応答性を示す実験データ図である。
【図５】図２に示す噴射弁（燃料噴射弁）のハウジングに高硬度被膜処理を施した状態を示す説明図である。
【図６】図２に示す噴射弁（燃料噴射弁）の可動コアに高硬度被膜処理を施した状態を示す説明図である。
【図７】この発明に係る噴射弁（燃料噴射弁）の第２の実施の形態を示す、図３と同様の断面図である。
【図８】この発明に係る噴射弁（燃料噴射弁）の第３の実施の形態を示す、図３と同様の断面図である。
【図９】この発明に係る噴射弁（燃料噴射弁）の第４の実施の形態を示す、図３と同様の断面図である。
【図１０】従来技術に係る噴射弁（燃料噴射弁）の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０    噴射弁（燃料噴射弁）
１２    デリバリパイプ
２０    ハウジング
２０ａ  管路（流体路）
２０ｂ，２０ｆ  軸受け面
２６    固定コア（スリーブ）
２６ａ  管路（流体路）
３２    可動コア（可動体）
３２ａ  管路（流体路）
３６    中空ロッド
３６ａ  管路（流体路）
４０    ボールバルブ（バルブ）
５２    溝
１００，１０２  高硬度被膜
【図１】
0003913841.tif 000002
【図２】
0003913841.tif 000003
【図３】
0003913841.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003913841.tif 000007
【図７】
0003913841.tif 000008
【図８】
0003913841.tif 000009
【図９】
0003913841.tif 000010
【図１０】
0003913841.tif 000011