JP2001336644A - 弁装置 - Google Patents
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
-
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- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K25/00—Details relating to contact between valve members and seats
- F16K25/005—Particular materials for seats or closure elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Valve Housings (AREA)
- Magnetically Actuated Valves (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料噴射ポンプのスピル弁のように潤滑性の
低い流体の流入・流出を制御する弁装置において、弁部
材またはバルブボデーに焼付きや磨耗等が生じるのを防
止することを目的とする。 【解決手段】 スピル弁１のバルブボデー２１をマルテ
ンサイト組織を有する鋼で、ニードル２３を、マルテン
サイト組織を有するマトリックス中に硬質粒子が分散
し、かつ、マトリックスと硬質粒子との硬度差（Ｈｖ）
が１０００以下の鋼で構成する。ニードル２３のマトリ
ックスと硬質粒子の硬度差を小さくすることで、硬度を
確保しつつ、マトリックスの磨耗による硬質粒子の突
出、脱落と、露出した硬質粒子によるバルブボデー２１
の磨耗を防止する。
低い流体の流入・流出を制御する弁装置において、弁部
材またはバルブボデーに焼付きや磨耗等が生じるのを防
止することを目的とする。 【解決手段】 スピル弁１のバルブボデー２１をマルテ
ンサイト組織を有する鋼で、ニードル２３を、マルテン
サイト組織を有するマトリックス中に硬質粒子が分散
し、かつ、マトリックスと硬質粒子との硬度差（Ｈｖ）
が１０００以下の鋼で構成する。ニードル２３のマトリ
ックスと硬質粒子の硬度差を小さくすることで、硬度を
確保しつつ、マトリックスの磨耗による硬質粒子の突
出、脱落と、露出した硬質粒子によるバルブボデー２１
の磨耗を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は弁装置に関し、詳し
くは、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃
機関の燃料噴射システムに好適に使用される弁装置に関
する。
くは、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃
機関の燃料噴射システムに好適に使用される弁装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】燃料噴射ポンプのスピル弁、流量調整弁
等、燃料の流入・流出を制御するために用いられる弁装
置は、一般に、弁部材がバルブボデー内を摺動してテー
パ状のシート部に着座することにより燃料流路を遮断す
る構成を有している。ところが、潤滑油等と異なり、燃
料は潤滑性に乏しいため、開閉を繰り返すことによっ
て、弁部材またはシート部に焼付きや磨耗等が生じるお
それがある。そこで、従来より、摺動部材である弁部材
には、焼付きや磨耗等に対して耐力のある材料、例え
ば、ＳＫＨ５１焼入焼戻し材が使用されている。シート
部を有し形状が複雑になりやすいバルブボデーには、通
常、加工性の良好なＳＣｒ４１５浸炭材が使用される。
等、燃料の流入・流出を制御するために用いられる弁装
置は、一般に、弁部材がバルブボデー内を摺動してテー
パ状のシート部に着座することにより燃料流路を遮断す
る構成を有している。ところが、潤滑油等と異なり、燃
料は潤滑性に乏しいため、開閉を繰り返すことによっ
て、弁部材またはシート部に焼付きや磨耗等が生じるお
それがある。そこで、従来より、摺動部材である弁部材
には、焼付きや磨耗等に対して耐力のある材料、例え
ば、ＳＫＨ５１焼入焼戻し材が使用されている。シート
部を有し形状が複雑になりやすいバルブボデーには、通
常、加工性の良好なＳＣｒ４１５浸炭材が使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】弁部材を構成するＳＫ
Ｈ５１焼入焼戻し材は、マトリックスに硬質粒子を分散
させた高硬度鋼であり、弁部材自身の磨耗防止には大き
な効果がある。しかしながら、装置構成によっては、潤
滑性が悪化する低速高負荷運転時において、相手材であ
るシート部を磨耗させることが判明した。この不具合
は、例えば、弁部材の回転方向の移動が規制されていな
い構成において生じ、閉弁時に弁部材がシート部に対し
略垂直方向からの衝突と回転方向の滑りを繰り返すこと
が原因と考えられている。この対策としては、例えば、
バルブボデーの材質をより高硬度なものに変更すること
が、容易に考えられるが、バルブボデーの加工性が低下
するため、コストが増大する問題がある。
Ｈ５１焼入焼戻し材は、マトリックスに硬質粒子を分散
させた高硬度鋼であり、弁部材自身の磨耗防止には大き
な効果がある。しかしながら、装置構成によっては、潤
滑性が悪化する低速高負荷運転時において、相手材であ
るシート部を磨耗させることが判明した。この不具合
は、例えば、弁部材の回転方向の移動が規制されていな
い構成において生じ、閉弁時に弁部材がシート部に対し
略垂直方向からの衝突と回転方向の滑りを繰り返すこと
が原因と考えられている。この対策としては、例えば、
バルブボデーの材質をより高硬度なものに変更すること
が、容易に考えられるが、バルブボデーの加工性が低下
するため、コストが増大する問題がある。
【０００４】そこで、本発明者等は、燃料噴射システム
のように潤滑性の低い流体の流入・流出を制御するため
に用いられる弁装置の材質について再検討を行った。す
なわち、本発明の目的は、弁部材またはバルブボデーに
焼付きや磨耗等が生じることがなく、しかも製作が容易
で経済性に優れる弁装置を提供することにある。
のように潤滑性の低い流体の流入・流出を制御するため
に用いられる弁装置の材質について再検討を行った。す
なわち、本発明の目的は、弁部材またはバルブボデーに
焼付きや磨耗等が生じることがなく、しかも製作が容易
で経済性に優れる弁装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の弁装置は、バルブボデーを、マルテンサ
イト組織を有する鋼で構成するとともに、このバルブボ
デー内を摺動して流体流路を開閉する弁部材を、マルテ
ンサイト組織を有するマトリックス中に硬質粒子が分散
し、かつ、上記マトリックスと上記硬質粒子との硬度
（Ｈｖ：ビッカース硬度）の差が１０００以下である鋼
で構成する。
に、請求項１の弁装置は、バルブボデーを、マルテンサ
イト組織を有する鋼で構成するとともに、このバルブボ
デー内を摺動して流体流路を開閉する弁部材を、マルテ
ンサイト組織を有するマトリックス中に硬質粒子が分散
し、かつ、上記マトリックスと上記硬質粒子との硬度
（Ｈｖ：ビッカース硬度）の差が１０００以下である鋼
で構成する。
【０００６】従来構成におけるバルブボデーの磨耗は、
弁部材が垂直運動してシート部に衝突する際に、弁部材
を構成するＳＫＨ５１焼入焼戻し材のマトリックスが変
形もしくは磨耗し、その結果、粗大な硬質粒子が浮き出
てシート部を削ることにより生じると考えられる。これ
に対し、本発明の弁部材は、マトリックスと硬質粒子の
硬度差がＨｖ：１０００以下と小さいので、衝突によっ
てマトリックスのみが選択的に変形もしくは磨耗するの
を防止する。よって、硬質粒子を分散させることにより
弁部材の硬度を高くし、しかも硬質粒子が表面から突出
してバルブボデーを削るのを防止できる。また、バルブ
ボデーは硬質のマルテンサイト組織とすれば、十分な硬
度が得られ、硬質粒子を含まないので加工性も良好であ
る。よって、本発明によれば、弁装置の作動に伴う焼付
きや磨耗を防止し、耐久性、経済性に優れる弁装置を実
現できる。
弁部材が垂直運動してシート部に衝突する際に、弁部材
を構成するＳＫＨ５１焼入焼戻し材のマトリックスが変
形もしくは磨耗し、その結果、粗大な硬質粒子が浮き出
てシート部を削ることにより生じると考えられる。これ
に対し、本発明の弁部材は、マトリックスと硬質粒子の
硬度差がＨｖ：１０００以下と小さいので、衝突によっ
てマトリックスのみが選択的に変形もしくは磨耗するの
を防止する。よって、硬質粒子を分散させることにより
弁部材の硬度を高くし、しかも硬質粒子が表面から突出
してバルブボデーを削るのを防止できる。また、バルブ
ボデーは硬質のマルテンサイト組織とすれば、十分な硬
度が得られ、硬質粒子を含まないので加工性も良好であ
る。よって、本発明によれば、弁装置の作動に伴う焼付
きや磨耗を防止し、耐久性、経済性に優れる弁装置を実
現できる。
【０００７】請求項２のように、上記硬質粒子には、平
均粒径が３μｍ以下である炭化物粒子が好適に使用され
る。平均粒径が小さいと硬質粒子が突出、脱落しにくく
なり、また、露出した硬質粒子による相手材の研削が抑
制され、磨耗を低減する効果が高い。
均粒径が３μｍ以下である炭化物粒子が好適に使用され
る。平均粒径が小さいと硬質粒子が突出、脱落しにくく
なり、また、露出した硬質粒子による相手材の研削が抑
制され、磨耗を低減する効果が高い。
【０００８】請求項３のように、好適には、上記バルブ
ボデーを、低炭素合金鋼・浸炭材または低炭素鋼・浸炭
窒化材で構成し、上記弁部材を、高炭素クロム鋼・焼入
焼戻し材で構成する。具体的には、請求項４のように、
上記バルブボデーとなる低炭素合金鋼・浸炭材としてＳ
Ｃｒ４１５浸炭材、ＳＣＭ４２０浸炭材が、低炭素鋼・
浸炭窒化材としてＳ１０Ｃ浸炭窒化材がある。また、上
記弁部材となる高炭素クロム鋼・焼入焼戻し材には、Ｓ
ＵＪ１焼入焼戻し材またはＳＵＪ２焼入焼戻し材があ
る。
ボデーを、低炭素合金鋼・浸炭材または低炭素鋼・浸炭
窒化材で構成し、上記弁部材を、高炭素クロム鋼・焼入
焼戻し材で構成する。具体的には、請求項４のように、
上記バルブボデーとなる低炭素合金鋼・浸炭材としてＳ
Ｃｒ４１５浸炭材、ＳＣＭ４２０浸炭材が、低炭素鋼・
浸炭窒化材としてＳ１０Ｃ浸炭窒化材がある。また、上
記弁部材となる高炭素クロム鋼・焼入焼戻し材には、Ｓ
ＵＪ１焼入焼戻し材またはＳＵＪ２焼入焼戻し材があ
る。
【０００９】請求項５のように、上記バルブボデーは、
詳しくは、上記弁部材が摺動するガイド穴と、上記弁部
材が着座して上記流体流路を遮断するシート部を有す
る。この時、上記弁部材の材質を上記各請求項のように
すると、上記弁部材の摺動に伴う上記シート部表面の磨
耗を効果的に防止することができる。
詳しくは、上記弁部材が摺動するガイド穴と、上記弁部
材が着座して上記流体流路を遮断するシート部を有す
る。この時、上記弁部材の材質を上記各請求項のように
すると、上記弁部材の摺動に伴う上記シート部表面の磨
耗を効果的に防止することができる。
【００１０】請求項６では、上記弁部材を駆動部にて電
気的に駆動する構成とする。このように上記弁部材を電
気的に駆動される構成であると、閉弁時に上記バルブボ
デーの受ける衝撃が大きくなりやすく、また、滑りが生
じて磨耗が起こりやすい。よって、本発明を適用するこ
とにより磨耗を防止する効果が大きい。
気的に駆動する構成とする。このように上記弁部材を電
気的に駆動される構成であると、閉弁時に上記バルブボ
デーの受ける衝撃が大きくなりやすく、また、滑りが生
じて磨耗が起こりやすい。よって、本発明を適用するこ
とにより磨耗を防止する効果が大きい。
【００１１】請求項７の構成では、本発明の弁装置を、
燃料噴射システムにおいて燃料の流入・流出を制御する
ために用いる。一般に、燃料は潤滑性に乏しく、焼付き
や磨耗が生じやすいので、本発明を適用する効果が大き
い。具体的には、請求項８のように、分配型燃料ポンプ
のスピル弁に用いられ、焼付きや磨耗を防止して、耐久
性を大きく向上させることができる。
燃料噴射システムにおいて燃料の流入・流出を制御する
ために用いる。一般に、燃料は潤滑性に乏しく、焼付き
や磨耗が生じやすいので、本発明を適用する効果が大き
い。具体的には、請求項８のように、分配型燃料ポンプ
のスピル弁に用いられ、焼付きや磨耗を防止して、耐久
性を大きく向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明を適用し
た車両ディーゼルエンジンの分配型燃料噴射ポンプの全
体構成を示すもので、本発明の弁装置はスピル弁１とし
て用いられる。スピル弁１は、下半部をバルブ部２、上
半部をバルブ部２を開閉駆動する電磁駆動部３とし、図
略の制御回路からの指令に基づいてバルブ部２の開閉時
期を制御することにより、ポンプからエンジンの各気筒
へ噴射される軽油燃料の噴射量を調整する。
面に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明を適用し
た車両ディーゼルエンジンの分配型燃料噴射ポンプの全
体構成を示すもので、本発明の弁装置はスピル弁１とし
て用いられる。スピル弁１は、下半部をバルブ部２、上
半部をバルブ部２を開閉駆動する電磁駆動部３とし、図
略の制御回路からの指令に基づいてバルブ部２の開閉時
期を制御することにより、ポンプからエンジンの各気筒
へ噴射される軽油燃料の噴射量を調整する。
【００１３】バルブ部２は、筒状のバルブボデー２１内
をガイド穴２２として、弁部材となるニードル２３を摺
動および回動可能に配設してなる。ニードル２３の小径
とした中間部周りには環状流路２５が形成され、バルブ
ボデー２１側壁を貫通する流路２８を介して外部の燃料
排出路に連通している。環状流路２５の上方には、ガイ
ド穴２２内周を切り欠いて環状流路２４が形成され、ポ
ンプ本体４内の燃料排出流路４１に連通している。環状
流路２４と環状流路２５の間には、図１（ｂ）に詳細を
示すように、逆テーパ状のシート部２６が形成され、こ
こにニードル２３外周縁の逆テーパ状の弁部２３ａが着
座してこれを閉鎖するようになしてある。
をガイド穴２２として、弁部材となるニードル２３を摺
動および回動可能に配設してなる。ニードル２３の小径
とした中間部周りには環状流路２５が形成され、バルブ
ボデー２１側壁を貫通する流路２８を介して外部の燃料
排出路に連通している。環状流路２５の上方には、ガイ
ド穴２２内周を切り欠いて環状流路２４が形成され、ポ
ンプ本体４内の燃料排出流路４１に連通している。環状
流路２４と環状流路２５の間には、図１（ｂ）に詳細を
示すように、逆テーパ状のシート部２６が形成され、こ
こにニードル２３外周縁の逆テーパ状の弁部２３ａが着
座してこれを閉鎖するようになしてある。
【００１４】ニードル２３の上面には軸部材３１が固定
されて、上方の電磁駆動部３内に延びており、軸部材３
１の上端には円板状のアーマチャ３２が固定されて、コ
イル３３に対向している。ニードル２３の下方にはスプ
リング部材２７が配設されてニードル２３を開弁方向に
付勢しており、コイル３３に通電しない通常状態では、
スピル弁１は開弁している。コイル３３に通電すると、
アーマチャ３２が下方に吸引され、これと一体のニード
ル２３が下降して閉弁する（図示の状態）。分配型ポン
プでは、カムのリフトに合わせてスピル弁１を閉弁し、
ポンプ本体４内の燃料排出流路４１を閉鎖して燃料を加
圧、圧送する。次いで、スピル弁１を開弁すると、燃料
排出流路４１が外部の燃料排出路に連通し、噴射が終了
する。従って、スピル弁１の開弁時期を制御することに
より、噴射量の調整が可能となる。
されて、上方の電磁駆動部３内に延びており、軸部材３
１の上端には円板状のアーマチャ３２が固定されて、コ
イル３３に対向している。ニードル２３の下方にはスプ
リング部材２７が配設されてニードル２３を開弁方向に
付勢しており、コイル３３に通電しない通常状態では、
スピル弁１は開弁している。コイル３３に通電すると、
アーマチャ３２が下方に吸引され、これと一体のニード
ル２３が下降して閉弁する（図示の状態）。分配型ポン
プでは、カムのリフトに合わせてスピル弁１を閉弁し、
ポンプ本体４内の燃料排出流路４１を閉鎖して燃料を加
圧、圧送する。次いで、スピル弁１を開弁すると、燃料
排出流路４１が外部の燃料排出路に連通し、噴射が終了
する。従って、スピル弁１の開弁時期を制御することに
より、噴射量の調整が可能となる。
【００１５】この燃料噴射時に、ニードル２３は、０．
４〜１ｍｓの時間で開閉する。その閉弁動作に注目する
と、ニードル２３が閉弁する時には、まず、シート部２
６に１．２ｍ／ｓの高速度で略垂直方向から衝突し、さ
らに側面のギャップ（およそ５〜１０μｍ）分だけ滑り
が発生することが判った。従来構成においてシート部に
磨耗が生じる問題は、この略垂直方向の衝撃的な力と滑
りによって生じると考えられる。
４〜１ｍｓの時間で開閉する。その閉弁動作に注目する
と、ニードル２３が閉弁する時には、まず、シート部２
６に１．２ｍ／ｓの高速度で略垂直方向から衝突し、さ
らに側面のギャップ（およそ５〜１０μｍ）分だけ滑り
が発生することが判った。従来構成においてシート部に
磨耗が生じる問題は、この略垂直方向の衝撃的な力と滑
りによって生じると考えられる。
【００１６】そこで、本発明では、バルブボデーの磨耗
を抑えるために、ニードル２３を、マルテンサイト組織
を有するマトリックス中に硬質粒子が分散する鋼で、か
つ、マトリックスと硬質粒子の硬度差がビッカース硬度
（Ｈｖ）で１０００以下である材料で構成する。マトリ
ックスのマルテンサイト組織は、通常、硬度（Ｈｖ）が
約４００〜１１００程度の硬質材であり、これに硬質粒
子を分散させることにより、さらに硬度を高めることが
できる。ただし、マトリックスと硬質粒子の硬度差が大
きいと、シート部２６に衝突した時にマトリックスが選
択的に変形、磨耗して硬質粒子が露出、脱落しやすくな
るので、両者の硬度（Ｈｖ）差が１０００を越えないよ
うにする必要がある。
を抑えるために、ニードル２３を、マルテンサイト組織
を有するマトリックス中に硬質粒子が分散する鋼で、か
つ、マトリックスと硬質粒子の硬度差がビッカース硬度
（Ｈｖ）で１０００以下である材料で構成する。マトリ
ックスのマルテンサイト組織は、通常、硬度（Ｈｖ）が
約４００〜１１００程度の硬質材であり、これに硬質粒
子を分散させることにより、さらに硬度を高めることが
できる。ただし、マトリックスと硬質粒子の硬度差が大
きいと、シート部２６に衝突した時にマトリックスが選
択的に変形、磨耗して硬質粒子が露出、脱落しやすくな
るので、両者の硬度（Ｈｖ）差が１０００を越えないよ
うにする必要がある。
【００１７】マトリックスに分散させる硬質粒子として
は、硬質の金属炭化物の粒子が挙げられ、具体的には、
Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ等を１種ないし２種以上含む炭化物の
粒子が好適に用いられる。これら硬質粒子の硬度（Ｈ
ｖ）は、図２に示すように、組成によって異なるが、大
体１０００〜２０００程度の範囲にあり、マトリックス
の硬度（Ｈｖ）に応じて適宜選択することで、硬度差を
Ｈｖ：１０００以下とすることができる。また、硬質粒
子の粒径が大きいと露出や脱落が生じやすくなり、露出
した粒子によりシート部２６の磨耗が生じやすくなるの
で、好ましくは、平均粒径が３μｍ以下、より好ましく
は平均粒径が１μｍ以下となるようにするとよい。
は、硬質の金属炭化物の粒子が挙げられ、具体的には、
Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｏ等を１種ないし２種以上含む炭化物の
粒子が好適に用いられる。これら硬質粒子の硬度（Ｈ
ｖ）は、図２に示すように、組成によって異なるが、大
体１０００〜２０００程度の範囲にあり、マトリックス
の硬度（Ｈｖ）に応じて適宜選択することで、硬度差を
Ｈｖ：１０００以下とすることができる。また、硬質粒
子の粒径が大きいと露出や脱落が生じやすくなり、露出
した粒子によりシート部２６の磨耗が生じやすくなるの
で、好ましくは、平均粒径が３μｍ以下、より好ましく
は平均粒径が１μｍ以下となるようにするとよい。
【００１８】上記条件を満足する材料としては、例え
ば、ＳＵＪ１焼入焼戻し材またはＳＵＪ２焼入焼戻し材
等の高炭素クロム鋼軸受鋼・焼入焼戻し材が挙げられ
る。例えば、ＳＵＪ２焼入焼戻し材は、Ｃ、Ｃｒを含む
マルテンサイト組織のマトリックスと、炭化物粒子
〔（Ｃｒ 、Ｆｅ）23Ｃ6 、平均粒径：約０．８μｍ〕
の組み合わせからなり、図２に示すように、マトリック
スの硬度（Ｈｖ）が約７００前後、炭化物粒子〔（Ｃｒ
、Ｆｅ）23Ｃ6 〕の硬度（Ｈｖ）は約１１００〜１５
００程度であるので、上記した硬度差Ｈｖ：１０００以
下の条件を満足している。
ば、ＳＵＪ１焼入焼戻し材またはＳＵＪ２焼入焼戻し材
等の高炭素クロム鋼軸受鋼・焼入焼戻し材が挙げられ
る。例えば、ＳＵＪ２焼入焼戻し材は、Ｃ、Ｃｒを含む
マルテンサイト組織のマトリックスと、炭化物粒子
〔（Ｃｒ 、Ｆｅ）23Ｃ6 、平均粒径：約０．８μｍ〕
の組み合わせからなり、図２に示すように、マトリック
スの硬度（Ｈｖ）が約７００前後、炭化物粒子〔（Ｃｒ
、Ｆｅ）23Ｃ6 〕の硬度（Ｈｖ）は約１１００〜１５
００程度であるので、上記した硬度差Ｈｖ：１０００以
下の条件を満足している。
【００１９】なお、図２において、従来材であるＳＫＨ
５１焼入焼戻し材が含有する硬質炭化物（Ｗ、Ｍｏの炭
化物）は、硬度（Ｈｖ：約１８００〜３２００）が高
く、マトリックス硬度（Ｈｖ：約７００）との硬度差
が、本発明で規定するＨｖ：１０００を超えている。
５１焼入焼戻し材が含有する硬質炭化物（Ｗ、Ｍｏの炭
化物）は、硬度（Ｈｖ：約１８００〜３２００）が高
く、マトリックス硬度（Ｈｖ：約７００）との硬度差
が、本発明で規定するＨｖ：１０００を超えている。
【００２０】一方、シート部２６が形成されるバルブボ
デー２１の材質としては、硬質のマルテンサイト組織を
有する鋼が用いられ、具体的には、ＳＣｒ４１５浸炭
材、ＳＣＭ４２０浸炭材等の低炭素合金鋼・浸炭材や、
Ｓ１０Ｃ浸炭窒化材等の低炭素鋼・浸炭窒化材等が挙げ
られる。これら材料は、加工性が良好であるので、形状
が複雑なバルブボデー２１材として好適で、製作コスト
低減に有効である。
デー２１の材質としては、硬質のマルテンサイト組織を
有する鋼が用いられ、具体的には、ＳＣｒ４１５浸炭
材、ＳＣＭ４２０浸炭材等の低炭素合金鋼・浸炭材や、
Ｓ１０Ｃ浸炭窒化材等の低炭素鋼・浸炭窒化材等が挙げ
られる。これら材料は、加工性が良好であるので、形状
が複雑なバルブボデー２１材として好適で、製作コスト
低減に有効である。
【００２１】本発明によれば、ニードル２３材として上
記のような材料を用いることにより、シート部２６の材
質にかかわらず、その磨耗を抑制することが可能とな
る。また、炭化物粒子を含むことにより十分高い硬度を
有するので、ニードル２３材自身の磨耗も抑制され、耐
久性を大幅に向上させることができる。
記のような材料を用いることにより、シート部２６の材
質にかかわらず、その磨耗を抑制することが可能とな
る。また、炭化物粒子を含むことにより十分高い硬度を
有するので、ニードル２３材自身の磨耗も抑制され、耐
久性を大幅に向上させることができる。
【００２２】
【実施例】次に、本発明の効果を確認するために、上記
図１に示した構成のスピル弁１を実際に製作し、燃料噴
射ポンプに組み込んで、実機試験を行った。スピル弁１
の材質は、ニードル２３材をＳＵＪ２焼入焼戻し材、バ
ルブボデー２１材をＳＣｒ４１５浸炭材とした（実施例
１）。また、比較のため、ニードル２３材を従来材であ
るＳＫＨ５１焼入焼戻し材とし、バルブボデー２１材を
ＳＣｒ４１５浸炭材としたスピル弁１を製作した（比較
例１）。ＳＵＪ２焼入焼戻し材、ＳＣｒ４１５浸炭材、
ＳＣｒ４１５浸炭材の組成を表１に示す。
図１に示した構成のスピル弁１を実際に製作し、燃料噴
射ポンプに組み込んで、実機試験を行った。スピル弁１
の材質は、ニードル２３材をＳＵＪ２焼入焼戻し材、バ
ルブボデー２１材をＳＣｒ４１５浸炭材とした（実施例
１）。また、比較のため、ニードル２３材を従来材であ
るＳＫＨ５１焼入焼戻し材とし、バルブボデー２１材を
ＳＣｒ４１５浸炭材としたスピル弁１を製作した（比較
例１）。ＳＵＪ２焼入焼戻し材、ＳＣｒ４１５浸炭材、
ＳＣｒ４１５浸炭材の組成を表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】これら実施例１、比較例１のスピル弁１に
つき、潤滑性の低い低速高負荷条件で、バルブボデー２
１の磨耗耐久試験を行った。試験条件は、以下の通りと
した。 燃料：灯油 ポンプ回転数：３００〜５００ｒｐｍの間で変動 噴射量：１００ｍｍ3 ／ストローク 噴射時間：１００時間
つき、潤滑性の低い低速高負荷条件で、バルブボデー２
１の磨耗耐久試験を行った。試験条件は、以下の通りと
した。 燃料：灯油 ポンプ回転数：３００〜５００ｒｐｍの間で変動 噴射量：１００ｍｍ3 ／ストローク 噴射時間：１００時間
【００２５】その結果、比較例１のスピル弁１は、バル
ブボデー２１のシート部２６表面において、磨耗量が３
０μｍであったのに比べ、実施例１のスピル弁１では、
シート部２６表面の磨耗量が０μｍと著しく改善され
た。このように、本発明によれば、バルブボデー２１の
材質を変更することなく、シート部２６表面の磨耗を防
止する明らかな効果が得られる。そのメカニズムを、以
下に示す。図３、４は、比較例１、実施例１における、
磨耗耐久試験時のニードル２３とシート部２６の表面観
察結果を示す模式図である。図３の比較例１の場合、ま
ず、ニードル２３がシート部２６に衝突する際、ニード
ル２３材を構成するＳＫＨ５１焼入焼戻し材のマトリッ
クスが選択的に磨耗もしくは変形して、ＳＫＨ５１焼入
焼戻し材内の粗大な硬質炭化物（Ｗ、Ｍｏの炭化物：Ｈ
ｖ＝１８００〜３２００、平均粒径：４〜１０μｍ）が
突出もしくは脱落した状態になる（図３（ａ））。そし
て、この突出する粗大な硬質炭化物が、続く回転方向の
滑りによって、硬質炭化物がシート部２６表面を研削
し、磨耗を生じさせることが分かった（図３（ｂ））。
ブボデー２１のシート部２６表面において、磨耗量が３
０μｍであったのに比べ、実施例１のスピル弁１では、
シート部２６表面の磨耗量が０μｍと著しく改善され
た。このように、本発明によれば、バルブボデー２１の
材質を変更することなく、シート部２６表面の磨耗を防
止する明らかな効果が得られる。そのメカニズムを、以
下に示す。図３、４は、比較例１、実施例１における、
磨耗耐久試験時のニードル２３とシート部２６の表面観
察結果を示す模式図である。図３の比較例１の場合、ま
ず、ニードル２３がシート部２６に衝突する際、ニード
ル２３材を構成するＳＫＨ５１焼入焼戻し材のマトリッ
クスが選択的に磨耗もしくは変形して、ＳＫＨ５１焼入
焼戻し材内の粗大な硬質炭化物（Ｗ、Ｍｏの炭化物：Ｈ
ｖ＝１８００〜３２００、平均粒径：４〜１０μｍ）が
突出もしくは脱落した状態になる（図３（ａ））。そし
て、この突出する粗大な硬質炭化物が、続く回転方向の
滑りによって、硬質炭化物がシート部２６表面を研削
し、磨耗を生じさせることが分かった（図３（ｂ））。
【００２６】つまり、比較例１では、硬質炭化物が、ニ
ードル２３のマトリックスおよびシート部２６材に対し
て非常に硬質かつ粗大であるため、相対的な垂直運動に
よる衝撃と回転方向の滑りの繰り返しによって表面に露
出し、相手材を研削磨耗させると推測される。これに対
し、実施例１では、図４（ａ）、（ｂ）の表面観察結果
に見られるように、マトリックスの選択的な磨耗や変
形、これに伴う硬質炭化物の突出もしくは脱落が見られ
ず、シート部２６表面に磨耗が発生していない。これ
は、ニードル２３の硬質炭化物とマトリックスの硬度差
が比較的小さく、マトリックスのみが選択的に磨耗、変
形しないこと、さらに、硬質炭化物が微細で、表面に露
出しても相手材であるシート部２６表面に加わる面圧が
小さく、研削作用が生じないことによるものと考えられ
る。
ードル２３のマトリックスおよびシート部２６材に対し
て非常に硬質かつ粗大であるため、相対的な垂直運動に
よる衝撃と回転方向の滑りの繰り返しによって表面に露
出し、相手材を研削磨耗させると推測される。これに対
し、実施例１では、図４（ａ）、（ｂ）の表面観察結果
に見られるように、マトリックスの選択的な磨耗や変
形、これに伴う硬質炭化物の突出もしくは脱落が見られ
ず、シート部２６表面に磨耗が発生していない。これ
は、ニードル２３の硬質炭化物とマトリックスの硬度差
が比較的小さく、マトリックスのみが選択的に磨耗、変
形しないこと、さらに、硬質炭化物が微細で、表面に露
出しても相手材であるシート部２６表面に加わる面圧が
小さく、研削作用が生じないことによるものと考えられ
る。
【００２７】上記図１に示した第１の実施の形態では、
ニードルが回動可能に設けられることによって、滑りが
発生し、磨耗が生じる構成について説明したが、ニード
ルがシート面に対して回動不可能となるように、例えば
ピン等によって規制された構成であっても、わずかなガ
タが生じているために着座時にニードルの回動が生じる
ことがある。このような構成においても、本発明を適用
することにより、磨耗を防止する同様の効果が得られ
る。
ニードルが回動可能に設けられることによって、滑りが
発生し、磨耗が生じる構成について説明したが、ニード
ルがシート面に対して回動不可能となるように、例えば
ピン等によって規制された構成であっても、わずかなガ
タが生じているために着座時にニードルの回動が生じる
ことがある。このような構成においても、本発明を適用
することにより、磨耗を防止する同様の効果が得られ
る。
【００２８】なお、第１の実施の形態では、燃料噴射ポ
ンプのスピル弁に本発明を適用した例について説明した
が、本発明は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン
等の内燃機関の燃料噴射システムに使用される弁装置、
例えば、減圧弁、流量調整弁、燃料噴射弁等のいずれに
適用してもよく、同様の効果が得られる。また、弁装置
の駆動部は、第１の実施の形態の電磁駆動部の他、ピエ
ゾ式の駆動部等、電気的に弁部材を駆動する構成であれ
ばいずれを用いてもよい。
ンプのスピル弁に本発明を適用した例について説明した
が、本発明は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン
等の内燃機関の燃料噴射システムに使用される弁装置、
例えば、減圧弁、流量調整弁、燃料噴射弁等のいずれに
適用してもよく、同様の効果が得られる。また、弁装置
の駆動部は、第１の実施の形態の電磁駆動部の他、ピエ
ゾ式の駆動部等、電気的に弁部材を駆動する構成であれ
ばいずれを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をスピル弁に適用したディーゼルエンジ
ンの分配型燃料噴射ポンプの全体構成図である。
ンの分配型燃料噴射ポンプの全体構成図である。
【図２】炭化物粒子の組成と硬度の関係を示す図であ
る。
る。
【図３】（ａ）、（ｂ）は従来の構成における磨耗の発
生のメカニズムを説明するためのニードルとシート部表
面の模式図である。
生のメカニズムを説明するためのニードルとシート部表
面の模式図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明の構成における効果を
説明するためのニードルとシート部表面の模式図であ
る。
説明するためのニードルとシート部表面の模式図であ
る。
１ スピル弁（弁装置） ２ バルブ部 ２１ バルブボデー ２２ ガイド穴 ２３ ニードル（弁部材） ２６ シート部 ３ 電磁駆動部（駆動部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 59/44 Ｆ０２Ｍ 59/44 Ｂ 59/46 59/46 Ｙ Ｆ１６Ｋ 27/00 Ｆ１６Ｋ 27/00 Ａ 31/06 ３０５ 31/06 ３０５Ｋ ３８５ ３８５Ａ (72)発明者 永谷 康一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 金森 弘恭 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC01 AD02 BA49 CA20U CD14 CD16 CD28 DA01 DA12 DC11 3H051 AA01 BB10 CC11 DD02 FF15 3H052 AA01 BA22 CA19 CC09 EA16 3H106 DA07 DB02 DB12 DB26 DB32 DC02 DD03 EE30 GB05 GB11 KK18
Claims (8)
- 【請求項１】 バルブボデー内を摺動して流体流路を開
閉する弁部材を有する弁装置において、上記バルブボデ
ーを、マルテンサイト組織を有する鋼で構成し、上記弁
部材を、マルテンサイト組織を有するマトリックス中に
硬質粒子が分散し、かつ、上記マトリックスと上記硬質
粒子の硬度（Ｈｖ：ビッカース硬度）差が１０００以下
である鋼で構成することを特徴とする弁装置。 - 【請求項２】 上記硬質粒子が炭化物粒子からなり、そ
の平均粒径が３μｍ以下である請求項１記載の弁装置。 - 【請求項３】 上記バルブボデーが、低炭素合金鋼・浸
炭材または低炭素鋼・浸炭窒化材からなり、上記弁部材
が、高炭素クロム鋼軸受鋼・焼入焼戻し材からなる請求
項２記載の弁装置。 - 【請求項４】 上記バルブボデーが、ＳＣｒ４１５浸炭
材、ＳＣＭ４２０浸炭材またはＳ１０Ｃ浸炭窒化材から
なり、上記弁部材が、ＳＵＪ１焼入焼戻し材またはＳＵ
Ｊ２焼入焼戻し材からなる請求項３記載の弁装置。 - 【請求項５】 上記バルブボデーが、上記弁部材が摺動
するガイド穴と、上記弁部材が着座して上記流体流路を
遮断するシート部を有している請求項１ないし４のいず
れか記載の弁装置。 - 【請求項６】 上記弁部材を電気的に駆動する駆動部を
有する請求項１ないし５のいずれか記載の弁装置。 - 【請求項７】 燃料噴射システムにおいて燃料の流入・
流出を制御するために用いられる請求項１ないし６のい
ずれか記載の弁装置。 - 【請求項８】 分配型燃料ポンプのスピル弁に用いられ
る請求項７記載の弁装置。
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| US09/865,586 US6526949B2 (en) | 2000-05-30 | 2001-05-29 | Valve apparatus |
| GB0113054A GB2363186B (en) | 2000-05-30 | 2001-05-30 | Valve apparatus |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| GB (1) | GB2363186B (ja) |
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| KR101518975B1 (ko) * | 2013-12-27 | 2015-05-11 | 동명대학교산학협력단 | 주차 브레이크 스위치용 밸브 조립체 |
| KR101524097B1 (ko) * | 2013-12-27 | 2015-06-01 | 동명대학교산학협력단 | 주차 브레이크 스위치용 밸브 조립체의 제조 방법 |
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| DE102004063167A1 (de) * | 2004-12-29 | 2006-07-13 | Robert Bosch Gmbh | Verschleißfestes Ventil für Flüssigkeiten und Verfahren zu dessen Herstellung |
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| US5993978A (en) * | 1997-06-21 | 1999-11-30 | Volvo Construction Equipment Korea Co., Ltd. | Engine tappet of high abrasion resistance and method for manufacturing the same |
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2000
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