JP2007309217A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射弁において、弾性体のバリの剥離問題を解消する上で有効な技術を提供する。
【解決手段】 本発明の燃料噴射弁１００は、燃料を噴射する噴射孔１２２を有する噴射ノズル１２１と、噴射ノズル１２１に当接あるいは離間することで噴射孔１２２を開閉する弁体１１６とを有し、弁体１１６と噴射ノズル１２１の一方には、当接部１１６ｂと弾性体１２９が設けられ、他方には当接面１２１ａが設けられ、そして弁体１１６が噴射孔１２２を閉じる方向へ移動するとき、弾性体１２９が当接面１２１ａに当接した後に、当接部１１６ｂが当接面１２１ａに当接する構成とされる。また弁体１１６と噴射ノズル１２１の一方には、当接部１１６ａの当接面１２１ａとの当接箇所より、当接面１２１ａから離れる方向に取付面１１６ａが設けられており、取付面１１６ａに形成された凹部１１７に弾性体１２９が取り付けられている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、燃料噴射弁に関し、詳しくは弁体の開閉動作時の衝撃緩和用として備えられる弾性体の耐久性の向上技術に関する。

衝撃緩和用の弾性体を備えた燃料噴射弁は、例えば特開２０００−８７８２６号公報（特許文献１）に開示されている。公報に記載の燃料噴射弁は、燃料を噴射するための噴射孔を備えた噴射ノズルと、噴射孔を開閉するための弁体とを有する。弁体は、その先端面が噴射ノズルの壁面（シート面）に当接することで噴射孔を閉じ、噴射ノズルの壁面から離間することで噴射孔を開く。弁体の先端面には、シール部材としてのゴム等の弾性体が取り付けられ、弁体の先端が噴射ノズルの壁面に当接するときの衝撃を緩衝している。そして公報に記載の燃料噴射弁では、弾性体が噴射ノズルの壁面に当接した後、弁体の先端面が噴射ノズルの壁面に当接する構成としている。これにより弾性体の過度の圧縮を規制し、弾性体の耐久性を向上している。

図７には、弾性体が噴射ノズルの壁面に当接した後、弁体の先端面が噴射ノズルの壁面に当接する構成を示している。図示のように、弁体１１の先端面の内周領域に円形（あるいは環状）の凹部１１ａが形成され、この凹部１１ａに弾性体１３が配置されている。弾性体１３の先端面には、弁体１１の先端面を超えて図示省略の噴射ノズル側（図示下方）へと所定高さで突出する環状の突部１３ａが設けられている。
ところで、弾性体１１は、弁体１１の凹部１１ａに金型を用いて成形されるのが一般的である。図８の模式図に示すように、金型１５は、弁体１１の先端面に対向して配置される。成形すべき弾性体１３の表面形状に対応するように形成された金型１５の凸部１５ａは、弁体１１の凹部１１ａに嵌り込むように配置されるが、このとき、弁体１１の凹部１１ａの内周面と、金型１５の凸部１５ａの外周面との間には、両者の嵌め合いを許容する隙間Ｃが形成されることになる。このため、弾性体１１を成形したときに、当該弾性体１１の外周縁部に上記の隙間Ｃに対応するバリ１７（図７参照）が発生する。そして、このようにして生じたバリ１７は、燃料噴射弁の使用時において、液化燃料で膨潤し、弁体１１の開閉動作による噴射ノズルの壁面との当接により過大な応力が作用することに起因して弁体１１から剥離し、シール性や流量に影響を及ぼす可能性がある。
特開２０００−８７８２６号公報

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、燃料噴射弁において、弾性体のバリの剥離問題を解消する上で有効な技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するため、特許請求の範囲の各請求項に記載の発明が構成される。
請求項１に記載の発明に係る燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴射孔を有する噴射ノズルと、噴射ノズルに当接あるいは離間することで噴射孔を開閉する弁体とを有し、弁体と噴射ノズルの一方には、当接部と弾性体が設けられ、他方には当接面が設けられている。そして弁体が噴射孔を閉じる方向へ移動するとき、弾性体が当接面に当接した後に、当接部が当接面に当接する構成とされる。なお本発明における「弾性体」とは、典型的には、ゴムがこれに該当し、円板状に形成される態様、あるいは環状に形成される態様のいずれも好適に包含する。
本発明では、特徴的構成として、弁体と噴射ノズルの一方には、当接部の当接面との当接箇所より、当接面から離れる方向に取付面が設けられており、当該取付面に形成された凹部に弾性体が取り付けられている。

本発明によれば、弁体と噴射ノズルの一方には、当接部の当接面との当接箇所より、当接面から離れる方向に取付面が設けられている。そしてその当接面に形成された凹部に弾性体が取り付けられている。このため、燃料によって弾性体が膨潤し、当接面と対向する端面の外周領域が取付面よりも突き出たとしても、弁体の開閉動作時において、当該突き出た部位が当接面に当接することがなく、当接による剥離の問題が生じない。これにより、弾性体の端面の外周領域に生じたバリの剥離が原因となって生じる不具合を解消し、噴射ノズルから噴射される燃料に関するシール性や流量への影響を回避できる。

（請求項２に記載の発明）
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の燃料噴射弁における当接部は環状の突部であり、また取付面は環状の突部の内側に形成されている。なお本発明における「環状の突部」は、取付面の周りを連続して取り囲むように配置される態様、あるいは取付面周囲に断続的に配置される態様のいずれも好適に包含する。本発明によれば、弁体が噴射孔を閉じる方向へ移動するとき、弾性体が当接面に当接した後で当該弾性体の周りに配置された環状の突部が当接面に当接することによって弁体の閉じ位置を規定する。これにより、弾性体に過大な負荷が作用することを回避し、弾性体の耐久性を向上できる。

（請求項３に記載の発明）
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の燃料噴射弁における弾性体は、弁体に設けられた構成とされる。本発明によれば、弁体側において、当接による剥離の問題を防止する上で有効な技術が提供される。

（請求項４に記載の発明）
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁における凹部は円形状を有する。また弾性体は円板状に形成されるとともに、当接面の方向に向って突出する環状のシール部を有する構成とされる。環状のシール部は、弁体が噴射孔を閉じる方向へ移動されるとき、当接部が当接面に当接する前の段階で、当接面と当接して弾性変形することで噴射ノズルの噴射孔を閉じる。これにより噴射孔を確実にシールすることができる。本発明によれば、弾性体を板状に形成したので、例えば弾性体を環状に形成する場合に比べて表面形状、すなわち金型の合せ面形状が単純となり、製作コストの低減化に有効である。

（請求項５に記載の発明）
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の燃料噴射弁における弾性体は、シール部の外周りに取付面と面一に形成された外周領域を有する構成とされる。なお本発明における「面一」は、概ね面一を包含する。本発明においては、取付面と弾性体の外周領域とを概ね面一に形成したことにより、例えば、弁体または噴射ノズルの一方に、金型を合せて所定形状の弾性体を成形する場合、弾性体の成形領域に関し、弁体または噴射ノズルと金型の合わせ面に突合せ方向において段差を無くすることができる。すなわち、弾性体の成形領域に関しては、弁体または噴射ノズルと金型とが嵌り合う部分を無くすることができる。このため、当接面と対向する弾性体の外周領域にはバリが発生しないことになり、バリの剥離が原因となって生じる不具合を解消し、噴射ノズルから噴射される燃料に関するシール性や流量への影響を回避できる。また弾性体が、シール部の外周りに取付面と概ね面一に形成された外周領域を有する構成としたことにより、シール部の弾性変形時の負荷が取付面と外周領域との接合箇所に集中することを合理的に回避し、弾性体の剥離作用を軽減できる。

本発明によれば、燃料噴射弁において、弾性体のバリの剥離問題を解消する上で有効な技術が提供されることとなった。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しつつ、詳細に説明する。図１は本実施形態に係るＬＰガス（液化石油ガス）用の電磁式燃料噴射弁の全体構成を示し、図２は図１におけるＡ部を拡大して示している。図１に示すように、電磁式燃料噴射弁１００は、軸線方向に延在する本体１１０を有する。本体１１０は、概ね円筒形状に形成され、その筒孔１１１がＬＰガス（以下、燃料という）の燃料通路を構成する。本体１１０の筒孔１１１内には、磁気回路の固定鉄心を構成する筒状の固定コア１３３およびニードル弁１１３が配置されている。固定コア１３３は、本体１１０に固定状に設けられる。ニードル弁１１３は、本体１１０に対して軸方向に摺動自在とされた磁性材からなる筒部材１１４と、この筒部材１１４とともに移動する筒状の弁軸１１５と、弁軸１１５の軸方向先端に設けられた弁体１１６とによって構成され、筒部材１１４の軸方向一端が固定コア１３３に対して軸方向に所定の間隙を置いて対向状に配置されている。

本体１１０の軸方向一端部、すなわち先端には、ニードル弁１１３の弁体１１６の先端と対向する噴射ノズル１２１が配置されている（図２参照）。噴射ノズル１２１は、噴射孔１２２を有するとともに、本体１１０に固定状に設けられている。固定コア１３３の筒孔１３３ａ内には、閉弁用としてのコイルスプリング１２５が配置され、このコイルスプリング１２５によってニードル弁１１３は、弁体１１６の先端が噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａ（図５参照）に当接する方向に付勢されている。すなわち、ニードル弁１１３の弁体１１６は、噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａに当接することによって噴射孔１２２を閉じている。なおコイルスプリング１２５の付勢力は、筒部材１１２内に配置された筒状のスプリングピン１２７によって調整可能とされている。上記のスプリングピン１２７の筒孔１２７ａ、固定コア１３３の筒孔１３３ａ、ニードル弁１１３の筒部材１１４の筒孔１１４ａおよび弁軸１１５の筒孔１１５ａによって燃料通路が構成されている。弁体１１６は、本発明における「弁体」に対応する。噴射ノズル１２１は、本発明における「噴射ノズル」に対応し、ノズルシート面１２１ａは、本発明における「当接面」に対応する。

本体１１０は、軸方向の両端部を除いた領域が樹脂製のハウジング１３１によって包囲されている。ハウジング１３１内には、固定コア１３３を取り巻くようにソレノイドコイル１３５が配置され、このソレノイドコイル１３５と固定コア１３３によってニードル弁１１３を開閉駆動するバルブ駆動機構が構成されている。なおソレノイドコイル１３５は、コネクタ１３７を介して電力供給装置と接続され、当該ソレノイドコイル１３５への通電により発生する電磁力によってニードル弁１１３の筒部材１１４を固定コア１３３に吸着させる。これにより、ニードル弁１１３の弁体１１６が噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａから引き離され、噴射孔１２２が開放されて燃料が噴射される。

図３は燃料噴射弁１００がデリバリ管１４５およびリターンパイプ１４９に接続された状態を示し、図４は図３のＢ部を拡大して示している。図３に示すように、燃料噴射弁１００のハウジング１３１および当該ハウジング１３１から露出されている本体１１０の先端部分は、略筒状に形成されたインレットカバー１４１によって収容されている。インレットカバー１４１には、燃料を導入する燃料導入通路１４３が形成され、この燃料導入通路１４３にデリバリ管（燃料分配管）１４５が接続されている。

デリバリ管１４５から燃料導入通路１４３を経て供給された燃料は、図４に示すように、インレットカバー１４１と本体１１０との間に配置されたフィルター１４７を経由後、本体１１０に形成された径方向の複数の貫通孔１１０ａを通って本体１１０とニードル弁１１３の弁軸１１５との間の燃料導入空間Ｃ１に流入後、弁軸１１５に形成された径方向の複数の貫通孔１１５ｂを通って筒孔１１５ａ内に流入する。弁軸１１５の筒孔１１５ａ内に流入した燃料は、ニードル弁１１３が閉じ位置に置かれた状態では、弁軸１１５の先端に形成された径方向の複数の供給孔１１５ｃを通って弁体１１６の外周に形成された燃料溜まり空間Ｃ２に流入して貯留される。なお燃料溜まり空間Ｃ２は、弁体１１６の外周面と、当該弁体１１６を取り囲むように噴射ノズル１２１に形成された円筒部１２３（図５参照）の内周面との間隙によって形成されている。

また弁軸１１５の筒孔１１５ａ内に流入した燃料は、図３に示すように、筒部材１１４の筒孔１１４ａ、固定コア１３３の筒孔１３３ａ、スピリングピン１１７の筒孔１１７ａおよび本体１１０の筒孔１１１を通って当該本体１１０の開放端部に接続されたリターンパイプ１４９の流路１４９ａにフィルター１４８を通って流出されるように構成されている。すなわち、デリバリ管１４５から燃料噴射弁１００へと供給された燃料は、上述した燃料噴射弁１００の内部燃料通路を通ってリターンパイプ１４９に戻されるように構成されている。

なお燃料噴射弁１００とリターンパイプ１４９との接続は、本体１１０の軸方向他端部、すなわち燃料の出口側に相当する後端部、およびハウジング１３１の端部をリターンパイプ１４９の取付孔１４９ｂ（図３参照）内に嵌め込んだ状態で、インレットカバー１４１を図示省略のネジによってリターンパイプ１４９に止着することで行われる。また本体１１０の後端部側外周面と取付孔１４９ｂの内周面との間、ハウジング１３１の外周面とインレットカバー１４１の内周面との間、および本体１１０の先端側外周面とインレットカバー１４１の内周面との間には、それぞれＯリング１５１，１５３，１５５が介在され、これによって燃料噴射弁１００内に流入した燃料が外部に漏出しないようにシールしている。なお燃料噴射弁１００の先端側には、当該燃料噴射弁１００をエンジン（シリンダヘッドあるいは吸気管）に取り付けるためのカバー１５７が配置されている。

次に本実施形態のニードル弁１１３における弁体１１６の構成につき、主に図５を参照しつつ詳細に説明する。図５に示すように、弁体１１６の先端面（噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａと対向する面）において、外周側には、弁体１１６の軸線を中心としてノズルシート面１２１ａ側に突出する環状の外周突出部１１６ｂが形成されている。また外周突出部１１６ｂの内側（内周側）には、当該外周突出部１１６ｂのノズルシート面１２１ａとの当接箇所より、当該ノズルシート面１２１ａから離れる方向に平面領域１１６ａが形成され、更に平面領域１１６ａの内側には、シール部材１２９が配置される円形の凹部１１７が形成されている。すなわち、弁体１１６の先端面は、シール部材１２９が配置される凹部１１７の外周領域において、軸方向の高さが異なる平面領域１１６ａと外周突出部１１６ｂとの２段構造とされている。外周突出部１１６ｂは、本発明における「当接部」に対応し、平面領域１１６ａは、本発明における「取付面」に対応する。

凹部１１７には、弾性変形可能なゴム等のシール部材１２９が挿入され、このシール部材１２９には、ノズルシート面１２１ａとの対向面における外周領域１２９ａから所定量内側に入り込んだ位置にノズルシート面１２１ａ側に突出する環状の突部１２９ｂが形成されている。またシール部材１２９の外周領域１２９ａと弁体１１６の平面領域１１６ａとは概ね面一に形成されている。シール部材１２９は、本発明における「弾性体」に対応し、外周領域１２９ａは、本発明における「外周領域」に対応し、環状の突部１２９ｂは、本発明における「シール部」に対応する。

弁体１１６の外周突出部１１６ｂの平面領域１１６ａからの突出高さは、シール部材１２９の突部１２９ｂの外周領域１２９ａからの突出高さより低く設定されている。したがって、ニードル弁１１３が噴射ノズル１２１の噴射孔１２２を閉じる方向に動作されたとき、弁体１１６の外周突出部１１６ｂは、シール部材１２９の突部１２９ｂがノズルシート面１２１ａに当接して弾性変形後、ノズルシート面１２１ａに当接する。これにより、シール部材１２９に過大な負荷が作用することを回避する。

本実施の形態における燃料噴射弁１００は、上記のように構成されている。シール部材１２９を、図６の模式図に示すような金型２００を用いて弁体１１６の凹部１１７に成形する場合、金型２００の弁体１１６との合せ面２０１は、弁体１１６の外周突出部１１６ｂの軸方向端面、平面領域１１６ａ、および成形すべきシール部材１２９の軸方向端面形状に対応した形状に形成される。したがって、金型２００を弁体１１６の先端面に突き合せた状態では、シール部材１２９の成形領域に関し、弁体１１６と金型２００の合わせ面は、突合せ方向において段差のない平坦な面で連続する。

このように、本実施の形態によれば、弁体１１６の先端形状を、軸方向の高さが異なる平面領域１１６ａと外周突出部１１６ｂとの２段構造にするとともに、平面領域１１６ａとシール部材１２９の外周領域１２９ａとを概ね面一に形成することによって、シール部材１２９の成形領域に関しては、弁体１１６と金型２００とが互いに嵌り合う部分を無くすることができる。このため、凹部１１７に成形されるシール部材１２９の端面の外周領域にバリが発生することを防止し、これにより、従来において問題とされたバリの剥離問題を解消することができる。またシール部材１２９は、環状の突部１２９ｂの外周りに平面領域１１６ａと概ね面一をなす外周領域１２９ａを有する構成のため、環状の突部１２９ｂがノズルシート面１２１ａに押圧されたときの負荷が、弁体１１６とシール部材１２９との接合箇所に集中することを合理的に回避できる。このため、シール部材１２９の弁体１１６からの剥離作用を軽減できる。

また本実施の形態によれば、シール部材１２９が設けられた弁体１１６の先端面を、弁体１１６の軸方向において、平面領域１１６ａと外周突出部１１６ｂとの２段構造としてあるため、燃料によってシール部材１２９が膨潤し、外周領域１２９ａが弁体１１６の平面領域１１６ａより突き出たとしても、弁体１１６の開閉動作時において、当該突き出た部位が対向する噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａに当接することがなく、当接による剥離の問題が生じない。またシール部材１２９の突部１２９ｂの弾性変形は、弁体１１６の外周突出部１１６ｂが噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａと当接することで規定されるため、シール部材１２９に過大な負荷が作用することを回避し、シール部材１２９の耐久性を向上する上で有効とされる。

なお上述した実施の形態は、ＬＰガス（液化石油ガス）用の燃料噴射弁１００として説明したが、ＬＰガス以外の燃料を供給する燃料噴射弁に適用しても差し支えない。

また本実施の形態では、弁体１１６側にシール部材１２９を設ける構成としたが、噴射ノズル１２１側にシール部材１２９を設ける構成に変更しても構わない。その場合、噴射ノズル１２１のノズルシート面１２１ａにつき、シール部材１２９の外周領域１２９ａと面一の平面領域と、当該平面領域よりも弁体１１６側に突出する軸方向高さが高い環状突部とを有する２段構造に構成され、弁体１１６の先端面については、平坦面によって構成される。

また本実施の形態では、弁体１１６の平面領域１１６ａとシール部材１２９の外周領域１２９ａとを段差の無い面一構造としたが、段差を有する構成に変更しても構わない。また本実施の形態においては、デリバリ管１４５から燃料噴射弁１００に供給された燃料の一部を当該燃料噴射弁１００内の燃料通路を経てリターンパイプ１４９に戻す構成の場合で説明したが、この構成に変え、本体１１０のリターンパイプ１４９との接続口を燃料の入口とする構成、すなわち本体１１０の後端部から燃料を供給して先端の弁体１１６側へと導入する構成の燃料噴射弁１００に適用しても構わない。

本実施の形態に係る燃料噴射弁の全体構成を示す断面図である。 図１におけるＡ部の拡大断面図である。 デリバリ管およびリターンパイプに対する燃料噴射弁の接続構造を示す断面図である。 図３におけるＢ部の拡大断面図である。 弁体に対するシール部材の取付構造を示す拡大図である。 弁体に対するシール部材の成形を説明する模式図である。 従来の弁体に対するシール部材の取付構造を示す拡大図である。 弁体に対するシール部材の成形を説明する模式図である。

符号の説明

１００ 燃料噴射弁
１１０ 本体
１１１ 筒孔
１１０ａ 貫通孔
１１３ ニードル弁
１１４ 筒部材
１１４ａ 筒孔
１１５ 弁軸
１１５ａ 筒孔
１１５ｂ 貫通孔
１１５ｃ 供給孔
１１６ 弁体
１１６ａ 平面領域（取付面）
１１６ｂ 外周突出部（当接部）
１１７ 凹部
１２１ 噴射ノズル
１２１ａ ノズルシート面（当接面）
１２２ 噴射孔
１２３ 円筒部
１２５ コイルスプリング
１２７ スプリングピン
１２７ａ 筒孔
１２９ シール部材（弾性体）
１２９ａ 外周領域
１２９ｂ 突部（シール部）
１３１ ハウジング
１３３ 固定コア
１３３ａ 筒孔
１３５ ソレノイドコイル
１３７ コネクタ
１４１ インレットカバー
１４３ 燃料導入通路
１４５ デリバリ管
１４７ フィルター
１４８ フィルター
１４９ リターンパイプ
１４９ａ 流路
１４９ｂ 取付孔
１５１〜１５５ Ｏリング
１５７ カバー
２００ 金型
２０１ 合せ面
Ｃ１ 燃料導入空間
Ｃ２ 燃料溜まり空間

Claims (5)

1. 燃料を噴射する噴射孔を有する噴射ノズルと、
   前記噴射ノズルに当接あるいは離間することで前記噴射孔を開閉する弁体とを有し、
   前記弁体と前記噴射ノズルの一方には、当接部と弾性体が設けられ、他方には当接面が設けられており、
   前記弁体が前記噴射孔を閉じる方向へ移動するとき、前記弾性体が前記当接面に当接した後に、前記当接部が前記当接面に当接する構成とされた燃料噴射弁であって、
   前記弁体と前記噴射ノズルの一方には、前記当接部の前記当接面との当接箇所より、前記当接面から離れる方向に取付面が設けられており、前記取付面に形成された凹部に前記弾性体が取り付けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁であって、
   前記当接部は環状の突部であり、前記取付面は環状の突部の内側に形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１または２に記載の燃料噴射弁であって、
   前記弾性体は、前記弁体に設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁であって、
   前記凹部は円形状を有し、
   前記弾性体は、円板状に形成されるとともに、前記当接面の方向に向って突出する環状のシール部を有することを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項４に記載の燃料噴射弁であって、
   前記弾性体は、前記シール部の外周りに前記取付面と面一に形成された外周領域を有することを特徴とする燃料噴射弁。

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