(57)【要約】【課題】燃料噴射弁の耐久性を向上する。【解決手段】  燃料噴射弁は、その内部を燃料が通過するとともに燃料噴射孔が形成されている本体と、本体内に収容されており、燃料噴射孔を閉塞する第１位置と開放する第２位置の間で移動可能な弁体と、本体内の弁体よりも反燃料噴射孔側に収容されており、弁体を前記第１位置に向けて付勢している圧縮ばねと、弁体を圧縮ばねの付勢力に抗して前記第２位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。本体は、弁体に対して反燃料噴射孔側に位置しているとともにその内孔を燃料が通過する中空のコアと、そのコアの内孔に圧入されているとともに圧縮ばねに反燃料噴射孔側から当接している中空のスプリングピンを備えている。そして、スプリングピンは、硫黄耐性を有する銅合金によって形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部を燃料が通過するとともに燃料噴射孔が形成されている本体と、
前記本体内に収容されており、前記燃料噴射孔を閉塞する第１位置と前記燃料噴射孔を開放する第２位置の間で移動可能な弁体と、
前記本体内の前記弁体よりも反燃料噴射孔側に収容されており、前記弁体を前記第１位置に向けて付勢している圧縮ばねと、
前記弁体を前記圧縮ばねの付勢力に抗して前記第２位置に向けて動かすアクチュエータを備え、
前記本体は、前記弁体に対して反燃料噴射孔側に位置しているとともにその内孔を燃料が通過する中空のコアと、そのコアの内孔に圧入されているとともに前記圧縮ばねに反燃料噴射孔側から当接している中空のスプリングピンを備えており、
前記スプリングピンは、硫黄耐性を有する銅合金によって形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記スプリングピンは、ニッケル、シリコン、アルミニウム、クロムの少なくとも一つを、５重量パーセント以上含有する銅合金であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記スプリングピンは、洋白によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
その内部を燃料が通過するとともに燃料噴射孔が形成されている本体と、
前記本体内に収容されており、前記燃料噴射孔を閉塞する第１位置と前記燃料噴射孔を開放する第２位置の間で移動可能な弁体と、
前記本体内の前記弁体よりも反燃料噴射孔側に収容されており、前記弁体を前記第１位置に向けて付勢している圧縮ばねと、
前記弁体を前記圧縮ばねの付勢力に抗して前記第２位置に向けて動かすアクチュエータを備え、
前記本体は、前記弁体に対して反燃料噴射孔側に位置しているとともにその内孔を燃料が通過する中空のコアと、そのコアの内孔に圧入されているとともに前記圧縮ばねに反燃料噴射孔側から当接している中空のスプリングピンを備えており、
前記スプリングピンの表面が、硫黄耐性を有する被膜によって被覆されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
前記硫黄耐性を有する被膜が、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層であることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記スプリングピンの前記コアと接触する外周面に、表面を粗くする処理が施されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記表面を粗くする処理が、ショットピーニングであることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁が記載されている。この燃料噴射弁は、本体と、本体内に収容された弁体を備えている。本体は、その内部を燃料が通過するとともに、燃料噴射孔が形成されている。弁体は、弁シートに当接して燃料噴射孔を閉塞する第１位置と、弁シートから離間して燃料噴射孔を開放する第２位置の間を移動可能になっている。本体内にはさらに、弁体を前記第１位置に向けて付勢している圧縮ばねと、弁体を圧縮ばねの付勢力に抗して前記第２位置に向けて移動させるアクチュエータが設けられている。アクチュエータは、ソレノイドを用いて構成されている。ソレノイドには、燃料を噴射すべきタイミングで電流が通電される。それにより、燃料を噴射すべきタイミングで燃料噴射孔が開放され、燃料噴射孔から燃料が噴射される。
【０００３】
燃料噴射弁の本体は、その内孔を燃料が通過する中空のコアと、そのコアの内孔に圧入されている中空のスプリングピン（特許文献１では調節ブッシュと称している）を備えている。コアは、弁体に対して反燃料噴射孔側に位置しており、コアの内孔内に圧入されたスプリングピンは、圧縮ばねに反燃料噴射孔側から当接している。特許文献１には、スプリングピンを形成する材料として、不錆ばね鋼、青銅、黄銅、トンバック、銅ベリリウムが有用であると説明されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−８７２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
コアの内孔に圧入されたスプリングピンは、コアの内孔を通過する燃料に晒されることから、燃料に対する耐腐食性が必要とされる。そのことから、スプリングピンを形成する材料には、燃料に対する耐腐食性に優れた材料が採用されている。しかしながら、従来の燃料噴射弁では、スプリングピンの腐食が異常な速度で進行し、燃料噴射弁の機能が早期に低下してしまうことがある。その原因を究明し、その対策を講じた燃料噴射弁が必要とされている。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、スプリングピンの腐食を抑制し、その機能を長期に亘って維持することができる燃料噴射弁を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって具現化される燃料噴射弁は、その内部を燃料が通過するとともに燃料噴射孔が形成されている本体と、前記本体内に収容されており、前記燃料噴射孔を閉塞する第１位置と前記燃料噴射孔を開放する第２位置の間で移動可能な弁体と、前記本体内の前記弁体よりも反燃料噴射孔側に収容されており、前記弁体を前記第１位置に向けて付勢している圧縮ばねと、前記弁体を前記圧縮ばねの付勢力に抗して前記第２位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。
この燃料噴射弁では、前記本体が、前記弁体に対して反燃料噴射孔側に位置しているとともにその内孔を燃料が通過する中空のコアと、そのコアの内孔に圧入されているとともに前記圧縮ばねに反燃料噴射孔側から当接している中空のスプリングピンを備えている。そして、前記スプリングピンが、硫黄耐性を有する銅合金によって形成されていることを特徴とする。
【０００７】
例えば燃料噴射弁が搭載される自動車には、不特定の給油所で多数回に亘って給油が行われる。そのことから、自動車に給油される燃料の品質は必ずしも一定ではなく、粗悪な品質の燃料が給油されることもある。粗悪な品質の燃料には多量の硫黄が含まれていることも多く、粗悪な品質の燃料が頻繁に給油された場合、スプリングピンの硫化腐食が異常な速度で進行することがある。
上記の事象に対し、本発明に係る燃料噴射弁では、スプリングピンが硫黄耐性を有する銅合金によって形成されている。そのことから、粗悪な燃料のみでなく硫黄を比較的に多く含む燃料が使用された場合でも、スプリングピンの腐食が抑制される。
本発明に係る燃料噴射弁は、スプリングピンの腐食が抑制され、その機能を長期に亘って維持することができる。
【０００８】
前記スプリングピンは、ニッケル、シリコン、アルミニウム、クロムの少なくとも一つを５重量パーセント以上含有する銅合金であることが好ましい。
この種の銅合金は、硫黄に対して顕著な耐腐食性を有している。そのことから、この種の銅合金でスプリングピンを形成すれば、スプリングピンの腐食を顕著に抑制することが可能となる。
【０００９】
前記スプリングピンは、洋白（銅−ニッケル−亜鉛を主成分とする銅合金）によって形成されていることがより好ましい。
コアの内孔に圧入されたスプリングピンの位置は、圧縮ばねからの付勢力に抗して維持される必要がある。そのことから、スプリングピンは十分な強度を有し、コアの内孔に強く嵌合している必要がある。
洋白は、硫黄に対する耐腐食性とともに、十分な強度を有している。そのことから、スプリングピンを洋白で形成すれば、スプリングピンの腐食が抑制されるとともに、スプリングピンをコアの内孔に強く嵌合させることができる。
【００１０】
本発明は、新規で有用な他の燃料噴射弁にも具現化される。この燃料噴射弁は、その内部を燃料が通過するとともに燃料噴射孔が形成されている本体と、前記本体内に収容されており、前記燃料噴射孔を閉塞する第１位置と前記燃料噴射孔を開放する第２位置の間で移動可能な弁体と、前記本体内の前記弁体よりも反燃料噴射孔側に収容されており、前記弁体を前記第１位置に向けて付勢している圧縮ばねと、前記弁体を前記圧縮ばねの付勢力に抗して前記第２位置に向けて動かすアクチュエータを備えている。
この燃料噴射弁では、前記本体が、前記弁体に対して反燃料噴射孔側に位置しているとともにその内孔を燃料が通過する中空のコアと、そのコアの内孔に圧入されているとともに前記圧縮ばねに反燃料噴射孔側から当接している中空のスプリングピンを備えている。そして、前記スプリングピンの表面が、硫黄耐性を有する被膜によって被覆されていることを特徴とする。
この燃料噴射弁においても、硫黄によるスプリングピンの腐食が抑制され、その機能を長期に亘って維持することができる。
【００１１】
前記硫黄耐性を有する被膜は、Ｎｉ−Ｐ合金めっき層であることが好ましい。
Ｎｉ−Ｐ合金めっき層は、硫黄に対して十分な耐腐食性を有している。スプリングピンの表面にＮｉ−Ｐ合金めっき層を形成することによって、スプリングピンの腐食を顕著に抑制することができる。
【００１２】
本発明に係る燃料噴射弁では、前記スプリングピンの前記コアと接触する外周面に、表面を粗くする処理が施されていることが好ましい。
本発明に基づいてスプリングピンの材質を変更した場合、スプリングピンをコアの内孔に圧入するために必要とされる力が高まることがある。この場合、スプリングピンの外周面に表面を粗くする処理を施しておくと、必要とされる圧入力を低減することができる。
【００１３】
前記表面を粗くする処理は、ショットピーニングであることが好ましい。
ショットピーニングによれば、スプリングピンの外周面を、比較的に簡単に、かつ適度に粗くすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、例えば粗悪な燃料が使用された場合でも、燃料噴射弁の機能が早期に低下することを防止することができる。燃料噴射弁のライフタイムを有意に長めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好適な実施形態を列記する。
（形態１）  本体は、ボディと、ボディ内に固定されているコアと、ボディの一端側に固定されているとともに燃料噴射孔が形成されている弁シートを備えている。本体内に収容された弁体は、コアと弁シートの間に位置している。弁体は、その一端が弁シートに当接して燃料噴射孔を閉塞する第１位置と、その一端が弁シートから離間するとともにその他端がコアに当接する第２位置との間を移動する。
（形態２）  弁体の一端には、弁シートに当接して燃料噴射孔を閉塞する閉塞部が設けられている。
（形態３）  アクチュエータは、ソレノイドを用いて構成されている。コアと弁体は磁性材料を用いて形成されており、ソレノイドに通電するとコアと弁体が磁化するようになっている。
（形態４）  スプリングピンは、中空の筒状部材であるとともに、長手方向に伸びるスリットが形成されている。
【実施例】
【００１６】
本発明を実施した燃料噴射弁について図面を参照しながら説明する。図１は、実施例の燃料噴射弁１０の縦断面図を示す。図１に示すように、燃料噴射弁１０は、本体１２と、弁体３０と、圧縮ばね２４と、ソレノイド２６を備えている。
【００１７】
本体１２の内部には、燃料が通過する燃料流路２０が形成されている。図１中の矢印Ａは、燃料の通過方向を示している。本体１２の下流端１２ｄには、燃料噴射孔４２が形成されている。本体１２の上流端１２ｃには、燃料タンク（図示省略）から伸びる燃料配管（図示省略）が接続される。燃料流路２０は、本体１２の上流端１２ｃから燃料噴射孔４２まで連通している。
本明細書において「上流」、「下流」という表現は、「燃料の通過方向Ａに関して上流」、「燃料の通過方向Ａに関して下流」をそれぞれ意味している。即ち、「上流側」、「下流側」という表現は、図１中の「上方」、「下方」にそれぞれ対応する。
【００１８】
本体１２の構成についてさらに詳しく説明する。図１に示すように、本体１２は、ボディ１４と、コア１６と、スプリングピン２２と、弁シートホルダ３２と、弁シート３４を備えている。
ボディ１４は、本体１２の外郭を構成する筒状の部材である。ボディ１４は、樹脂で形成されている。ボディ１４の外周面には、外部の制御ユニット（図示省略）に接続されるコネクタ４８が形成されている。コネクタ４８には、ソレノイド２６と電気的に接続している複数の端子ピン５０が設けられている。
コア１６は、磁性材料によって形成された中空の筒状部材であり、ボディ１４の貫通孔１４ａに固定されている。コア１６の一部は、ボディ１４の貫通孔１４ａから上流側に突出している。コア１６の下流端１６ｄは、ボディ１４の貫通孔１４ａ内に位置している。コア１６の貫通孔１６ａは、燃料流路２０の一部を構成している。コア１６の貫通孔１６ａには、燃料から異物を除去するためのフィルタ１８が設けられている。コア１６は、弁体３０に対して反燃料噴射孔４２側（上流側）に位置している。
【００１９】
スプリングピン２２は、コア１６の貫通孔１６ａ内に圧入されている。スプリングピン２２は、圧縮ばね２４の上流側に位置しており、圧縮ばね２４の上流端２４ｃに当接している。スプリングピン２２は、圧入する位置を調整することによって圧縮ばね２４の圧縮量を調整するための部材である。スプリングピン２２は、中空の筒状部材であり、その貫通孔２２ａは燃料流路２０の一部を構成している。スプリングピン２２については、後段においてさらに詳細に説明する。
【００２０】
弁シートホルダ３２は、筒状の部材であり、ボディ１４の貫通孔１４ａに固定されている。弁シートホルダ３２は、コア１６よりも下流側に位置しており、弁シートホルダ３２の一部はボディ１４の貫通孔１４ａから下流側に突出している。弁シートホルダ３２の貫通孔３２ａ内には、弁体３０が収容されている。弁シートホルダ３２の貫通孔３２ａと弁体３０との間には、燃料流路２０の一部を構成する隙間が形成されている。弁シートホルダ３２の上流端には、非磁性材によって形成された筒状のスリーブ２８が設けられている。スリーブ２８の貫通孔２８ａ内には、コア１６の下流端１６ｄ及び弁体３０の上流端３０ｃが位置している。弁体３０は、スリーブ２８の貫通孔２８ａに対して摺動可能になっている。
弁シート３４は、有底円筒形状の部材であり、弁シートホルダ３２の貫通孔３２ａに固定されている。弁シート３４の内穴３４ａには、弁体３０の下流側部分が位置している。弁シート３４の内穴３４ａと弁体３０との間には、燃料流路２０の一部を構成する隙間が形成されている。弁シート３４の下流側端面には、オリフィスプレート３８が設けられている。弁シート３４及びオリフィスプレート３８は、本体１２の下流端１２ｄに位置している。弁シート３４とオリフィスプレート３８のそれぞれには、燃料噴射孔４２を構成する貫通孔３４ａ、３８ａが形成されている。
【００２１】
次に、弁体３０の構成について説明する。弁体３０は、有底円筒形状の部材であり、磁性材料によって形成されている。弁体３０は、弁シートホルダ３２の貫通孔３２ａ内に収容されており、燃料の通過方向Ａと平行な方向にスライド可能に支持されている。弁体３０には、圧縮ばね２４の下流端２４ｄが当接している。
弁体３０の上流端３０ｃは、本体１２の一部であるコア１６の下流端１６ｄに対向している。弁体３０の下流端３０ｄには、燃料噴射孔４２を閉塞するための閉塞部３６が設けられている。弁体３０の内穴３０ａは、コア１６の貫通孔１６ａと連通しており、燃料流路３０の一部を構成している。弁体３０の側壁には複数の貫通孔３０ｂが形成されており、弁体３０の内穴３０ａは弁シート３４の内面３４ａと弁体３０との間隙に連通している。
【００２２】
弁体３０は、図２に示すように燃料噴射孔４２を閉塞する第１位置と、図３に示すように燃料噴射孔４２を開放する第２位置との間で移動可能となっている。なお、第１位置は弁体３０の下流側（燃料噴射孔４２側）の移動限であり、第２位置は弁体３０の上流側（反燃料噴射孔４２側）の移動限である。図２に示すように、弁体３０が第１位置にある場合、弁体３０の下流端である閉塞部３６が弁シート３４に当接し、燃料噴射孔４２が閉塞される。このとき、弁体３０の上流端３０ｃは、コア１６の下流端１６ｄから離間している。一方、図３に示すように、弁体３０が第２位置にある場合、弁体３０の下流端である閉塞部３６は弁シート３４から離間し、燃料噴射孔４２が開放される。このとき、弁体３０の上流端３０ｃは、コア１６の下流端１６ｄに当接している。
【００２３】
次に、圧縮ばね２４及びソレノイド２６について説明する。圧縮ばね２４は、コア１６の貫通孔１６ａ内に収容されている。圧縮ばね２４は、圧縮された状態でスプリングピン２２と弁体３０の間に位置している。圧縮ばね２４の上流端２４ｃはスプリングピン２２に当接しており、圧縮ばね２４の下流端２４ｄは弁体３０に当接している。圧縮ばね２４は、その弾性力によって、弁体３０を下流側の移動限である第１位置（図２参照）に付勢している。
ソレノイド２６は、ボディ１４の貫通孔１４内に固定されている。ソレノイド２６は、コア１６の下流端１６ｃを含む一部を囲繞している。ソレノイド２６には、コネクタ４８の端子ピン５０を介して、外部の制御ユニット（図示省略）から電流が通電される。ソレノイド２６には、燃料を噴射すべきタイミングで電流が通電される。ソレノイド２６は、電流が通電されることによって磁場を発生する。
【００２４】
次に、燃料噴射弁１０の動作について説明する。燃料噴射弁１０の本体１２内には、その上流端１２ｃに接続された燃料配管（図示省略）から燃料が流入する。流入した燃料は、燃料流路２０を通り、本体１２内に下流端１２ｄに形成された燃料噴射孔４０に到る。ソレノイド２６に電流が通電されていない場合、圧縮ばね２４の付勢力によって弁体３０は第１位置に維持されている（図２参照）。この場合、燃料噴射孔４２は弁体３０の閉塞部３６によって閉塞されているので、燃料噴射孔４２から燃料は噴射されない。
それに対して、ソレノイド２６に電流が通電され、ソレノイド２６が磁場を発生すると、コア１６及び弁体３０が磁気を帯びる。コア１６と弁体３０は互いに引き合い、弁体３０が圧縮ばね２４の付勢力に抗して上流側の第２位置へ移動する（図３参照）。弁体３０の閉塞部３６が弁シート３４から離間し、燃料噴射孔４２が開放される。このとき、燃料噴射孔４２から燃料が噴射される。通常、圧縮ばね２４には電流が断続的に通電され、燃料噴射孔４６から燃料が断続的に噴射される。
【００２５】
以上、本実施例の燃料噴射弁１０の全体の構造及び動作について説明した。続いて、スプリングピン２２の構成について詳細な説明を加える。
図４は、スプリングピン２２を単体で示している。図４に示すように、スプリングピン２２には、長手方向に伸びるスリット２２ｅが形成されている。スプリングピン２２のコア１６と当接する外周面２２ｆは、ショットピーニングが施されており、表面粗さの大きい凹凸面になっている。スプリングピン２２の外周面２２ｆが凹凸面であると、スプリングピン２２をコア１６の貫通孔１６ａに圧入する際に、必要とされる圧入力を低減することができる。なお、スプリングピン２２の外周面２２ｆには、例えば凹凸を転写する型を用いた転造等によって、凹凸面を形成することもできる。
【００２６】
スプリングピン２２は、コア１６の内孔１６ａを通過する燃料に晒される。そのことから、スプリングピン２２は、燃料に対する耐腐食性が必要とされる。使用される燃料は、その品質が必ずしも一定ではなく、例えば粗悪なガソリンやＬＰＧのように多量の不純物を含む燃料が使用される場合もある。従って、燃料に含まれる不純物に対しても、スプリングピン２２は耐腐食性が要求される。
本発明者は、燃料に含まれる不純物のなかで、特に硫黄によるスプリングピン２２の腐食が問題となることを確認した。スプリングピン２２の硫化腐食により生成された硫化物は、弁体３０と弁シート３４の間に堆積しやすく、燃料噴射孔４２の閉塞不良が生じやすい。そのことから、様々な材料について硫黄に対する耐腐食性（硫黄耐性）を実験した結果、ニッケル、シリコン、アルミニウム、クロムの少なくとも一つを５重量パーセント以上含有する銅合金が、硫黄に対して良好な耐腐食性（硫黄耐性）を有することを確認した。これらの元素は空気中や燃料中の酸素イオンと反応しやすく、その酸化膜がスプリングピン２２の表面に形成されやすい。特に、これらの元素が５重量パーセント以上含有されていると、それらの酸化膜がスプリングピン２２の表面に十分に形成され、スプリングピン２２の硫黄による腐食が有意に抑制される。従って、ニッケル、シリコン、アルミニウム、クロムの少なくとも一つを５重量パーセント以上含有する銅合金によってスプリングピン２２を形成すると、例えば粗悪な燃料が頻繁に利用された場合でも、スプリングピン２２の腐食が抑制され、燃料噴射弁１０の機能が長期に亘って維持される。即ち、硫化物が弁体３０と弁シート３４の間に堆積することによる燃料噴射孔４２の閉塞不良や、硫化物が燃料噴射孔４２に堆積することによる燃料噴射量の減少といった問題の発生が防止される。
【００２７】
上記した銅合金には、例えば白銅Ｃ７０６０（ニッケルを９−１１重量パーセント含有）や、洋白Ｃ７７０１（ニッケルを１６．５−１９．５重量パーセント含有）等が含まれる。なお、洋白Ｃ７７０１には、亜鉛も比較的に多く（約２０重量パーセント）含まれている。
本実施例では、スプリングピン２２を洋白Ｃ７７０１によって形成している。洋白Ｃ７７０１は、良好な硫黄耐性を有するとともに、比較的に強い強度（高いヤング率）を有している。そのことから、洋白Ｃ７７０１によって形成されたスプリングピン２２は、圧入されたコア１６の内孔１６ａに強く嵌合し、圧縮ばね２４の上流端２４ｃを拘束し続けることができる。
【００２８】
スプリングピン２２は、上記した硫黄耐性を有する銅合金で形成する代わりに、その表面を硫黄耐性の優れる材料で被覆してもよい。スプリングピン２２を被覆する材料については、上記した硫黄耐性を有する銅合金のみに限られず、Ｎｉ−Ｐ合金であってもよい。Ｎｉ−Ｐ合金は、安定した被膜をめっきによって容易に形成することができる。
【００２９】
本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。
本明細書または図面に例示した技術は、複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】燃料噴射弁の縦断面図。
【図２】弁体が第１位置にある状態を示す図。
【図３】弁体が第２位置にある状態を示す図。
【図４】スプリングピンを単体で示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１０：燃料噴射弁
１２：本体
１４：ボディ
１６：コア
２０：燃料流路
２２：スプリングピン
２４：圧縮ばね
２６：ソレノイド
３０：弁体
３４：弁シート
３８：閉塞部（弁体の一端）
４２：燃料噴射孔
【図１】
2009019592.tif 000003
【図２】
2009019592.tif 000004
【図３】
2009019592.tif 000005
【図４】
2009019592.tif 000006