JP2007040245A - ガス燃料用噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス燃料用噴射弁において，弁座に撥油性を付与して，弁座へのオイルの付着を防ぎ，コイルの励起時，弁体の開弁応答性を高める。
【解決手段】弁ハウジング２，平坦な弁座１３及びこの弁座１３の中心部を貫通するノズル孔１４を有する金属製のノズル部材１１，一端面に弁座１３と協働するゴム製の着座部材２０を備える弁体１５，コイル２５，固定コア２９及び弁体１５を弁座１３側に付勢する戻しばね３３から構成し，コイル２５の励起時，固定コア２９が弁体１５を吸引して着座部材２０を弁座１３から離座させるようにした，ガス燃料用噴射弁において，弁座１３には，着座部材２０が密接するフッ素樹脂製の弁座被膜５１を形成し，この弁座被膜５１の撥油作用により弁座１３へのオイルの付着を防ぐようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は，ＣＮＧ，ＬＰＧ等の天然ガスを燃料として内燃機関に供給するガス燃料用噴射弁に関し，特に，弁ハウジングと，この弁ハウジングの一端部に固設され，平坦な弁座及びこの弁座の中心部を貫通するノズル孔を有する金属製のノズル部材と，前記弁ハウジングに摺動自在に嵌装され，一端面に弁座と協働してノズル孔を開閉するゴム製の着座部材を備える弁体と，前記弁ハウジングに支持されるコイルと，前記弁ハウジングに連結されると共に，前記コイルの内側に配置されて前記弁体の他端面に対向する固定コアと，この固定コア及び弁体間に縮設されて弁体を前記弁座側に付勢する戻しばねとから構成され，前記コイルの励起時，固定コアが弁体を吸引して着座部材を弁座から離座させるようにしたものゝ改良に関する。

かゝるガス燃料用噴射弁は，下記特許文献１に開示されるように既に知られている。
特開平８−２８３６０号公報

従来，天然ガスを燃料とした内燃機関の燃料供給システム中の燃料タンクに充填されるガス燃料には，ガス燃料供給源の各種機器に塗布される潤滑用のオイルが多少とも混入している。したがって，燃料タンクから噴射弁に供給される燃料にも，そのオイルが僅かながら混入しており，従来のガス燃料用噴射弁では，そのオイルが平坦な弁座に付着すると，特にオイルの粘度が上昇する寒冷時には，弁体が弁座に着座したとき，上記オイルが弁座に，着座部材に対する吸盤効果を誘発するため，コイルの励起時，着座部材の弁座からの離座に抵抗力を及ぼし，弁体の開弁応答性を低下させることがある。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，弁座に撥油性を付与して，弁座へのオイルの付着を防ぎ，コイルの励起時，弁体の開弁応答性を高め，しかも弁座の高精度の機械加工を不要にしてコストの低減にも寄与し得る，前記ガス燃料用噴射弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，弁ハウジングと，この弁ハウジングの一端部に固設され，平坦な弁座及びこの弁座の中心部を貫通するノズル孔を有する金属製のノズル部材と，前記弁ハウジングに摺動自在に嵌装され，一端面に弁座と協働してノズル孔を開閉するゴム製の着座部材を備える弁体と，前記弁ハウジングに支持されるコイルと，前記弁ハウジングに連結されると共に，前記コイルの内側に配置されて前記弁体の他端面に対向する固定コアと，この固定コア及び弁体間に縮設されて弁体を前記弁座側に付勢する戻しばねとから構成され，前記コイルの励起時，固定コアが弁体を吸引して着座部材を弁座から離座させるようにした，ガス燃料用噴射弁において，前記弁座には，前記着座部材が密接するフッ素樹脂製の弁座被膜を形成したことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記弁体の固定コアとの対向面に，周方向に並ぶ複数の切欠きを備えるゴム製で環状のクッション部材を焼き付ける一方，前記固定コアの弁体との対向面には，前記コイルの励起時，前記クッション部材が当接するフッ素樹脂製の被膜を形成したことを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第２の特徴に加えて，前記弁体の着座部材及びクッション部材の表面を梨地面に形成したことを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１又は第２の特徴に加えて，前記弁体の軸方向両端部に一対のジャーナル部を形成すると共に，これらジャーナル部の中間部を，これらより小径の長軸部に形成する一方，前記ジャーナル部を摺動自在に支承する案内孔を前記弁ハウジングに設けたことを第４の特徴とする。

さらにまた本発明は，第４の特徴に加えて，前記第１，第２ジャーナル部の外周面及び前記案内孔の内周面の少なくとも一方にフッ素樹脂製の被膜を形成したことを第５の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，弁座に形成したフッ素樹脂製の弁座被膜が撥油作用を発揮して弁座へのオイルの付着を防ぎ，これにより寒冷時でも付着オイルに起因する着座部材の弁座への張りつきを未然に防いで，弁体の開弁応答性の向上を図ることができる。

しかも弁座被膜の表面は極めて平滑であるから，弁座には高精度の仕上げ加工が不要となり，製作コストの低減をもたらすことができる。

本発明の第２の特徴によれば，弁体の開弁時には，弁体のゴム製で環状のクッション部材が固定コアに当接することで，弁体の開弁動作が緩衝的に停止されることになり，騒音の発生を防ぐと共に，弁体及び固定コアへの衝撃力を緩和して，それらの耐久性を高めることができる。

しかも上記クッション部材には，複数の切欠きが設けられていることにより，弁体の開弁時，付着オイルに起因するクッション部材の吸盤効果を減退させて，固定コアへのクッション部材の張りつきを効果的に防ぎ，弁体の閉弁応答性の向上を図ることができる。

さらに上記クッション部材が当接する固定コアの前端面にはフッ素樹脂製の被膜が形成されるので，この被膜がガス燃料中のオイルに対して撥油効果を発揮することにより，弁体の閉弁応答性の更なる向上を図ることができる。

本発明の第３の特徴によれば，着座部材及びクッション部材の表面を梨地面に形成したことにより，付着オイルに起因する着座部材及びクッション部材の吸盤効果を減退させて，着座部材の弁座への張りつき及び固定コアへのクッション部材の張りつきを，より効果的に防ぎ，弁体の作動応答性の向上を図ることができる。

本発明の第４の特徴によれば，弁体の全長に亙りジャーナル部を形成するものに比して，両ジャーナル部の案内孔内周面に対する接触面積が大幅に削減することになり，これによって両ジャーナル部と案内孔内周面との摺動間隙の減少を可能にし，弁体の姿勢の安定化を図ることができると共に，上記摺動間隙への，ガス燃料中のオイルの浸入を極力防ぎ，弁体の作動応答性を高めることができる。

本発明の第５の特徴によれば，両ジャーナル部の外周面及び案内孔の内周面の何れか一方又は両方に形成したフッ素樹脂製の被膜が撥油作用を発揮することで，上記摺動間隙に浸入したオイルを排除することができ，その結果，浸入オイルによる両ジャーナル部の摺動抵抗の増加を未然に防いで，弁体の作動応答性の更なる向上を図ることができる。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の第１実施例に係るガス燃料用噴射弁の縦断面図，図２は図１の２部拡大図，図３は図２の３−３矢視図，図４は図２の４−４矢視図，図５は図２の５−５矢視図，図６は図５の要部斜視図，図７は図４の７−７線断面拡大図，図８は製造工程を示す，図７との対応図，図９は本発明の第２実施例を示す，図１との対応図，図１０は本発明に係る噴射弁と従来の噴射弁との性能比較線図である。

先ず，図１〜図８に示す本発明の第１実施例の説明から始める。

図１及び図２において，本発明に係るガス燃料用噴射弁Ｉは，エンジンの吸気管Ｐ１の管壁に設けられる取り付け孔１に前端部が装着され，エンジンの吸気行程時，ガス燃料を吸気管Ｐ１内に噴射することができる。この噴射弁Ｉは，円筒状の第１ハウジング部３と，この第１ハウジング部３の後端のフランジ３ａに前端部がかしめ結合される，第１ハウジング部３より大径の円筒状の第２ハウジング部４と，この第２ハウジング部４の後端壁４ａに一体に連設される，第２ハウジング部４より小径の円筒状の第３ハウジング部５とからなる弁ハウジング２を備えており，第１〜第３ハウジング部３〜５は何れも磁性材で構成される。

第１ハウジング部３は，その前端に開口する取り付け孔８と，その後端に開口する，取り付け孔８より大径で且つ長い案内孔９とが同軸状に形成されており，取り付け孔８には，環状シム１０と円板状のノズル部材１１とが順次嵌合されると共に，第１ハウジング部３の前端縁の内方へのかしめにより固着される。その際，ノズル部材１１の外周には，取り付け孔８の内周面に密接する環状のシール部材１２が装着される。環状シム１０は，その厚みの選定によりノズル部材１１の嵌合位置を調整するものである。

一方，前記案内孔９には弁体１５が摺動可能に収容，保持される。この弁体１５は前端側からフランジ部１６，短軸部１７₁ ，第１ジャーナル部１８₁ ，長軸部１７₂ 及び第２ジャーナル部１８₂ を同軸状に一体に連ねてなるプランジャ１９と，上記フランジ部１６の前端面に焼き付けて結合されるゴム製の着座部材２０とで構成され，この着座部材２０が前記弁座１３に着座したり離座することでノズル孔１４を開閉することができる。プランジャ１９は，可動コアを兼ねるべく磁性材製とされる。

上記プランジャ１９において，短軸部１７₁ 及び長軸部１７₂ は，第１及び第２ジャーナル部１８₁ ，１８₂ よりも充分小径に形成され，第１及び第２ジャーナル部１８₁ ，１８₂ は，共に案内孔９に摺動自在に支承される。

第２ハウジング部４にはコイル組立体２３が収容される。このコイル組立体２３は，ボビン２４と，このボビン２４の外周に巻装されるコイル２５と，このコイル２５をボビン２４に埋封する樹脂モールド部２６とからなっており，ボビン２４と前記第１ハウジング部３のフランジ３ａとの間には環状のシール部材２７が介装される。

第２ハウジング部４の後端壁４ａには，ボビン２４の内周面に嵌合する円筒状の固定コア２９が一体に形成されており，それらの嵌合部をシールするシール部材２８がボビン２４及び固定コア２９間に介装される。前記プランジャ１９は，その後端部をボビン２４内に突入させて，固定コア２９の前端面に対向させている。

プランジャ１９には，その後端面からフランジ部１６の手前で終わる縦孔３０と，この縦孔３０を，短軸部１７₁ の外周面に連通する複数の横孔３１…とが設けられる。その際，縦孔３０の途中には，固定コア２９側を向いた環状のばね座３２が形成される。

一方，固定コア２９から第３ハウジング部５の前半部に亙り，それらの中心部には，前記縦孔３０と連通する支持孔３５が形成され，また第３ハウジング部５の後半部には，上記支持孔３５に連なる，それより大径の入口孔３６が設けられる。支持孔３５には，弁体１５を弁座１３側に付勢する戻しばね３３を前記ばね座３２との間で支持するパイプ状のリテーナ３７が挿入され，その挿入深さを加減して戻しばね３３のセット荷重を調整した後，リテーナ３７は，第３ハウジング部５の外周からのかしめにより第３ハウジング部５に固着される。符号３８は，そのかしめ部を示す。入口孔３６には，燃料フィルタ３９が装着される。

第２ハウジング部４の後端部から第３ハウジング部５の前半部に亙り，それらの外周面を覆うと共に，一側にカプラ４０を一体に備える樹脂モールド部４１が形成され，そのカプラ４０は，前記コイル２５に連なる通電用端子４２を保持する。

第１ハウジング部３の前端部外周には，環状溝４５を画成する前後一対の合成樹脂製のリング部材４６，４６′が嵌着され，環状溝４５にはシール部材４７が装着される。このシール部材４７は，第１ハウジング部３をエンジンの吸気管Ｐ１の取り付け孔１に挿入したとき，その内周面に密接するようになっている。

また第３ハウジング部５の後端部外周には環状溝４９が形成され，これにシール部材５０が装着される。このシール部材５０は，第３ハウジング部５をガス燃料分配管Ｐ２に挿入したとき，その内周面に密接するようになっている。

図２及び図３に示すように，平坦な前記弁座１３には，フッ素樹脂製の弁座被膜５１がコーティングされる。この弁座被膜５１に弁体１５の着座部材２０が密接することでノズル孔１４が閉鎖されるようになっている。

また図２，図４及び図６に示すように，弁体１５の後端面には，固定コア２９の前端面に対向するゴム製で環状のクッション部材５２が焼き付けにより接合される。このクッション部材５２には，その周方向に等間隔で並ぶ複数の切欠き５３…が形成されている。

このような切欠き５３…付きのクッション部材５２の形成に当たっては，図７及び図８に示すように，クッション部材５２に対応するキャビティ５６を画成する金型５５を弁体１５の後端面に重ねる。その際，金型５５に形成された複数のゲート部５５ａ（図８にはそのうちの１つを示す。）が前記切欠き５３…に対応する位置に配置される。而して，これらゲート部５５ａからキャビティ５６にゴムを充填し，焼き付けることによりクッション部材５２を成形する。その成形後，金型５５を弁体１５から離型させると，切欠き５３…の底面にランナの一部５７が残存しても，それは切欠き５３…内に収まっているので，クッション部材５２の固定コア２９への当接を妨げない。

この前記着座部材２０及びクッション部材５２のプランジャ１９への成形及び焼き付けは，プランジャ１９の長軸部１７₂ を治具で金型で保持することにより，容易に同時に行うことができ，製造工程の簡素化を図ることができる。その後，それら着座部材２０及びクッション部材５２の表面は，これらに同時に化成処理を行うことにより，無数の微細凹凸を有する梨地面２０ａ，５２ａに形成される。

さらに図２及び図５に示すように，固定コア２９の前端面にはフッ素樹脂製の被膜５８がコーティングされ，この被膜５８に前記クッション部材５２が当接することにより，着座部材２０の弁座１３からの開き限界が規制されるようになっている。

また図２に示すように，前記第１，第２ジャーナル部１８₁ ，１８₂ の外周面及び案内孔９の内周面の何れか一方又は両方にフッ素樹脂製の被膜６０がコーティングされる。図示例では，第１，第２ジャーナル部１８₁ ，１８₂ の外周面にのみフッ素樹脂製の被膜６０がコーティングされる。

次に，この第１実施例の作用について説明する。

コイル２５の消磁状態では，弁体１５は，戻しばね３３の付勢力により前方に押圧され，着座部材２０を弁座１３の弁座被膜５１に着座させている。この状態では，図示しないガス燃料タンクから分配管Ｐ２に送られたガス燃料は，弁ハウジング２の入口孔３６に流入して燃料フィルタ３９で濾過され，そしてパイプ状のリテーナ３７内部，弁体１５の縦孔３０及び横孔３１…を通って案内孔９内に待機する。

コイル２５を通電により励起すると，それにより生ずる磁束が固定コア２９，第２ハウジング部４及びフランジ３ａ，弁体１５を順次走り，その磁力により弁体１５が戻しばね３３のセット荷重に抗して固定コア２９に吸引され，弁体１５のゴム製のクッション部材５２が固定コア２９の前端面に当接することで，着座部材２０の弁座１３に対する開き限界が規制される。すると案内孔９に待機していたガス燃料が弁座１３を通過してノズル孔１４からエンジンの吸気管Ｐ１内に噴射され，その燃料噴射量は，弁体１５の開弁時間により制御される。

ところで，前述のように，燃料タンクから噴射弁Ｉに供給される燃料には，多少ともオイルが混入しているので，ガス燃料が弁座１３を通過するとき，それに含まれるオイルが弁座１３に付着しようとする。しかしながら，本発明では，弁座１３に，フッ素樹脂製の弁座被膜５１がコーティングしてあるため，この弁座被膜５１が撥油作用を発揮して弁座１３へのオイルの付着を防ぐことになる。したがって，寒冷時でも付着オイルに起因する着座部材２０の弁座１３への張りつきを未然に防ぐことができるから，弁体１５の開弁応答性の向上を図ることができる。

実際に，弁座１３にフッ素樹脂製の弁座被膜５１を形成した発明に係る噴射弁Ｉと，弁座被膜を持たない従来の噴射弁との性能比較テストをしたところ，図１０に示す結果を得た。即ち，本発明及び従来の両方の噴射弁の弁座にオイルを塗布した上で，それぞれの弁体の開弁荷重（コイル２５に印加する開弁電圧）と周囲温度との関係について調べてみると，従来のものでは，弁体の開弁荷重が温度低下に応じて増大するのに対して，本発明のものでは，温度変化によるも，開弁荷重を常に低い状態に維持することができた。これは，本発明の噴射弁Ｉが開弁応答性に優れていることを裏付けるものである。

しかも弁座被膜５１の表面は極めて平滑であるから，弁座１３には高精度の仕上げ加工が不要となり，製作コストの低減をもたらすことができる。

またゴム製の着座部材２０の表面は梨地面２０ａに形成されるので，付着オイルに起因する弁座１３の吸盤効果を減退させて，着座部材２０の弁座１３への張りつきを，より効果的に防ぎ，弁体１５の開弁応答性の向上を更に図ることができる。

弁体１５の開弁時には，前述のように，弁体１５のゴム製で環状のクッション部材５２が固定コア２９の前端面に当接することで，弁体１５の開弁動作が緩衝的に停止されるので，騒音の発生を防ぐと共に，弁体１５及び固定コア２９への衝撃力を緩和して，それらの耐久性を高めることができる。

しかも上記クッション部材５２には，周方向に等間隔に配列される複数の切欠き５３…が設けられていること，並びにこのクッション部材５２の表面が梨地面５２ａに形成されていることにより，弁体１５の開弁時，付着オイルに起因するクッション部材５２の吸盤効果を減退させて，固定コア２９へのクッション部材５２の張りつきを効果的に防ぎ，弁体１５の閉弁応答性の向上を図ることができる。

さらに上記クッション部材５２が当接する固定コア２９の前端面にはフッ素樹脂製の被膜５８がコーティングされているから，この被膜５８がガス燃料中のオイルに対して撥油効果を発揮することにより，弁体１５の閉弁応答性の更なる向上を図ることができる。

弁体１５のプランジャ１９には，案内孔９の内周面に摺動自在に支承される第１及び第２ジャーナル部１８₁ ，１８₂ を，長軸部１７₂ を挟んで形成されるので，プランジャ１９の全長に亙りジャーナル部を形成するものに比して，両ジャーナル部１８₁ ，１８₂ の案内孔９内周面に対する接触面積が大幅に削減することになり，これによって両ジャーナル部１８₁ ，１８₂ と案内孔９内周面との摺動間隙の減少を可能にし，弁体１５の姿勢の安定化を図ることができると共に，上記摺動間隙への，ガス燃料中のオイルの浸入を極力防ぐことができる。しかも両ジャーナル部１８₁ ，１８₂ の外周面及び案内孔９の内周面の何れか一方又は両方にフッ素樹脂製の被膜６０がコーティングされるので，その被膜６０の撥油作用により，上記摺動間隙に浸入したオイルを排除することができる。その結果，浸入オイルによる第１，第２ジャーナル部１８₁ ，１８₂ の摺動抵抗の増加を未然に防いで，弁体１５の作動応答性の向上を図ることができる。

次に，図９に示す本発明の第２実施例について説明する。

この第２実施例は，ノズル部材１１の前端面に，内部をノズル孔１４に連通させるジョイント管６１が一体に形成されるもので，このジョイント管６１には，エンジンの適所にノズル孔１４からの噴射燃料を誘導するガス燃料導管６２が接続される。したがって，弁ハウジング２の第１ハウジング部３には，前実施例のようなリング部材４６，４６′及びシール部材４７を取り付ける必要はない。その他の構成は前実施例と同様であるので，図９中，前記実施例と対応する部分には同一の参照符号を付した，重複する説明を省略する。

本発明は上記実施例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設計変更が可能である。

本発明の第１実施例に係るガス燃料用噴射弁の縦断面図。 図１の２部拡大図。 図２の３−３矢視図。 図２の４−４矢視図。 図２の５−５矢視図。 図５の要部斜視図。 図４の７−７線断面拡大図。 製造工程を示す，図７との対応図。 本発明の第２実施例を示す，図１との対応図。 本発明に係る噴射弁と従来の噴射弁との性能比較線図。

符号の説明

Ｉ・・・・・ガス燃料用噴射弁
２・・・・・弁ハウジング
９・・・・・案内孔
１１・・・・ノズル部材
１３・・・・弁座
１４・・・・ノズル孔
１５・・・・弁体
１７₂ ・・・長軸部
１８₁ ，１８₂ ・・・ジャーナル部
２０・・・・着座部材
２０ａ・・・梨地面
２５・・・・コイル
２９・・・・固定コア
３３・・・・戻しばね
５１・・・・弁座被膜
５２・・・・クッション部材
５２ａ・・・梨地面
５３・・・・切欠き
５８・・・・被膜
６０・・・・被膜

Claims (5)

1. 弁ハウジング（２）と，この弁ハウジング（２）の一端部に固設され，平坦な弁座（１３）及びこの弁座（１３）の中心部を貫通するノズル孔（１４）を有する金属製のノズル部材（１１）と，前記弁ハウジング（２）に摺動自在に嵌装され，一端面に弁座（１３）と協働してノズル孔（１４）を開閉するゴム製の着座部材（２０）を備える弁体（１５）と，前記弁ハウジング（２）に支持されるコイル（２５）と，前記弁ハウジング（２）に連結されると共に，前記コイル（２５）の内側に配置されて前記弁体（１５）の他端面に対向する固定コア（２９）と，この固定コア（２９）及び弁体（１５）間に縮設されて弁体（１５）を前記弁座（１３）側に付勢する戻しばね（３３）とから構成され，前記コイル（２５）の励起時，固定コア（２９）が弁体（１５）を吸引して着座部材（２０）を弁座（１３）から離座させるようにした，ガス燃料用噴射弁において，
   前記弁座（１３）には，前記着座部材（２０）が密接するフッ素樹脂製の弁座被膜（５１）を形成したことを特徴とする，ガス燃料用噴射弁。
2. 請求項１記載のガス燃料用噴射弁において，
   前記弁体（１５）の固定コア（２９）との対向面に，周方向に並ぶ複数の切欠き（５３）を備えるゴム製で環状のクッション部材（５２）を焼き付ける一方，前記固定コア（２９）の弁体（１５）との対向面には，前記コイル（２５）の励起時，前記クッション部材（５２）が当接するフッ素樹脂製の被膜（５８）を形成したことを特徴とする，ガス燃料用噴射弁。
3. 請求項２記載のガス燃料用噴射弁において，
   前記弁体（１５）の着座部材（２０）及びクッション部材（５２）の表面を梨地面（２０ａ，５２ａ）に形成したことを特徴とする，ガス燃料用噴射弁。
4. 請求項１又は２記載のガス燃料用噴射弁において，
   前記弁体（１５）の軸方向両端部に一対のジャーナル部（１８₁ ，１８₂ ）を形成すると共に，これらジャーナル部（１８₁ ，１８₂ ）の中間部を，これらより小径の長軸部（１７₂ ）に形成する一方，前記ジャーナル部（１８₁ ，１８₂ ）を摺動自在に支承する案内孔（９）を前記弁ハウジング（２）に設けたことを特徴とする，ガス燃料用噴射弁。
5. 請求項４記載のガス燃料用噴射弁において，
   前記第１，第２ジャーナル部（１８₁ ，１８₂ ）の外周面及び前記案内孔（９）の内周面の少なくとも一方にフッ素樹脂製の被膜（６０）を形成したことを特徴とする，ガス燃料用噴射弁。
   

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