JP2012082726A5 - - Google Patents

Description

ガス燃料用噴射弁

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，弁座及びこの弁座の中心部を貫通するノズル孔を有するノズル部材，このノズル部材の後端に連設される，磁性体よりなる筒状の弁ハウジング，並びにこの弁ハウジングの後方に配置される固定コアを有する弁ボディと，前記弁ハウジング内周の摺動案内面に摺動自在に嵌装され，前記弁座に着座してノズル孔を閉じるゴム製の着座部材を前端に接合した弁プランジャと，前記固定コア及び前記弁プランジャ間に縮設されて該弁プランジャを前記弁座側に付勢する戻しばねと，前記固定コアを囲繞するように配置され，通電時，発生磁力により前記弁プランジャを前記固定コアに吸引させて前記弁座から離座させるコイルとを備えてなる，ガス燃料用噴射弁の改良に関する。

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２００７−４０２４５号公報

かゝるガス燃料用噴射弁は，液体燃料用噴射弁に比して，燃料噴射流量が多いことから，弁プランジャの作動ストロークも大きく，したがって閉弁衝撃も大きい。そこで，従来のかゝるガス燃料用噴射弁では，弁プランジャの平坦な前端面に接合されるゴム製の着座部材に，弁座に着座する断面半円状の環状リップを形成し，この環状リップにより，弁プランジャの閉弁性を確保すると共に，その閉弁衝撃を緩和するようにしている。

ところで，環状リップの高さが高過ぎると，環状リップは，弁座への着座時，圧縮変形量が過大となって弁プランジャのバウンスを誘発し，却って閉弁性を阻害し，燃料噴射流量特性を不安定にすることがあり，また環状リップの初期塑性変形（へたり）も大きくなり，これが環状リップの弁座との接触面積を増して弁座への張りつきを生じ，開弁応答性を阻害したり，また弁プランジャの開弁時の開度増により，燃料噴射量の無用な増加を招く原因ともなる。このような不都合を回避するには，環状リップの高さを低くする必要があるが，それを低くし過ぎると，環状リップの，弁プランジャの閉弁衝撃に対する緩和機能の低下を招くことになる。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，着座部材の環状リップの高さを極力低くして，弁プランジャのバウンスや環状リップの初期塑性変形（へたり），環状リップの弁座への張りつき等を防ぎ，燃料噴射量特性の安定化を図りながら，環状リップが，弁プランジャの閉弁衝撃に対する緩和機能を良好に発揮し得るようにした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，弁座及びこの弁座の中心部を貫通するノズル孔を有するノズル部材，このノズル部材の後端に連設される，磁性体よりなる筒状の弁ハウジング，並びにこの弁ハウジングの後方に配置される固定コアを有する弁ボディと，前記弁ハウジング内周の摺動案内面に摺動自在に嵌装され，前記弁座に着座してノズル孔を閉じるゴム製の着座部材を前端に接合した弁プランジャと，前記固定コア及び前記弁プランジャ間に縮設されて該弁プランジャを前記弁座側に付勢する戻しばねと，前記固定コアを囲繞するように配置され，通電時，発生磁力により前記弁プランジャを前記固定コアに吸引させて前記弁座から離座させるコイルとを備えてなる，ガス燃料用噴射弁において，前記弁プランジャの前端面に，その外周部となる環状ランド部に囲繞される円形凹部を形成すると共に，その円形凹部の内周面を，該円形凹部の底面から前記環状ランド部に向かって拡径するテーパ状に形成する一方，前記着座部材に，前記内周面から前記環状ランド部に亙り接合され，前記弁座に着座する環状リップを形成すると共に，その環状リップを，その頂部の環状稜線が前記弁プランジャの軸方向投影面上で前記内周面上に位置するように配置したことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記着座部材には，前記環状リップの内周端に一体に連なって前記底面に接合される平坦部を形成したことを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，弁プランジャの閉弁状態では，着座部材の環状リップは，弁座からの反力により圧縮されるが，環状リップは，その頂部の環状稜線を，弁プランジャの軸方向投影面上で，弁プランジャの円形凹部のテーパ状内周面上に位置させているので，環状リップには，軸方向の圧縮荷重のみならず，テーパ状内周面に沿う縮径方向の圧縮荷重も作用し，環状リップは，上記二方向に圧縮変形されることになる。したがって，環状リップの，弁プランジャの環状ランド部からの高さを充分に低くゝ設定しても，環状リップの上記二方向の圧縮変形により，弁プランジャの閉弁衝撃を効果的に緩和することができる。またこのように，環状リップの高さを充分に低くゝ設定することを可能にしたことにより，弁プランジャのバウンスや環状リップの初期塑性変形（へたり），環状リップの弁座への張りつき等を防ぎ，燃料噴射量特性の安定化を図ることができる。

本発明の第２の特徴によれば，環状リップが縮径方向に圧縮変形されると，その変形は，弁プランジャの円形凹部の底面に接合される平坦部へと伝達するが，その平坦部は，環状リップの縮径方向の圧縮変形に抵抗するので，環状リップの縮径方向の過度の圧縮変形を防ぐことができる。

本発明に係るガス燃料用噴射弁の縦断面図。 図１の弁プランジャ周辺部の拡大図。 図２の着座部材周辺部の拡大図。 図３の４矢視図。

本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。

先ず図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Ｅの管壁に設けられる取り付け孔Ｅａ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Ｅ内に噴射する。この噴射弁Ｉの弁ボディ１は，円筒状のノズル部材２と，このノズル部材２の後端のフランジ部２ａの外周面に前端部が嵌合及び溶接により結合される，磁性体よりなる中空円筒状の弁ハウジング３と，この弁ハウジング３の後端に非磁性円筒体４を介して一体的に連設される中空円筒状の固定コア５と，この固定コア５の後端に一体に連設される中空円筒状の燃料入口筒６とよりなっている。固定コア５は，その内径が弁ハウジング３の内径より小となるように形成されていて，前端の吸引面５ｂが弁ハウジング３の後述する弁プランジャ１０に対向するようになっている。

ノズル部材２は，弁ハウジング３内に臨む平坦な弁座７と，この中心部を貫通してノズル部材２の前端面に開口するノズル孔８を有しており，その弁座７の位置を調整する環状のシム９がノズル部材２及び弁ハウジング３間に介装される。

弁ハウジング３の内周面は摺動案内面３ａとされ，この摺動案内面３ａには磁性体よりなる弁プランジャ１０が摺動自在に嵌装される。

この弁プランジャ１０は，前端側から短軸部１１，この短軸部１１より大径で前記摺動案内面３ａに摺動自在に嵌合される第１ジャーナル部１３，短軸部１１より小径でそれより長い長軸部１２及び，短軸部１１より大径で前記摺動案内面３ａに摺動自在に嵌合される第２ジャーナル部１４を順次同軸状に一体に連ねて構成され，その短軸部１１の前端面には，前記弁座７に着座し得るゴム製の着座部材１７が次のように焼き付けにより接合される。

図２及び図３に示すように，短軸部１１の前端面，即ち弁プランジャ１０の前端面には，その外周部となる環状ランド部５０に囲繞される円形凹部５１が形成される。この円形凹部５１は，弁プランジャ１０の軸腺Ｙと直交する平坦な底面５１ａと，その底面５１ａから環状ランド部５０に向かって拡径するテーパ状の内周面５１ｂとで画成される。その環状ランド部５０から底面５１ａに亙り着座部材１７が接合される。

上記着座部材１７は，前記底面５１ａに接合される，肉厚が一定で円形の平坦部５２と，この平坦部５２の外周に一体に連なり，前記内周面５１ｂから環状ランド部５０に亙り接合される環状リップ５３とよりなっており，その環状リップ５３は，環状の頂部から平坦部５２に向かって前記内周面５１ｂと略平行に下る内周側斜面５３ａと，上記頂部から前記環状ランド部５０に向かって下る外周側斜面５３ｂとを有して断面略三角形状に形成される。しかも，上記環状リップ５３は，特にその頂部の環状稜線Ｒが，弁プランジャ１０の軸方向投影面上でテーパ状の前記内周面５１ｂ上に位置するように形成される。而して，環状稜線Ｒの直径Ｄ１は，テーパ状の前記内周面５１ｂの大径側直径Ｄ２より小さいものとなる。また環状リップ５３の，環状ランド部５０からの高さＨは，従来の着座部材の環状リップの高さの略２分の１に設定される。具体的には，従来の着座部材の環状リップの高さを０．８ｍｍとすると，本発明の環状リップ５３の，環状ランド部５０からの高さＨは，０．４ｍｍに設定される。またこの環状リップ５３の高さＨは，着座部材１７の平坦部５２の肉厚Ｔと略等しく設定される。さらに，内周側斜面５３ａの，弁プランジャ１０の軸腺Ｙに対する角度θは，概ね６５°と設定することが望ましい。

再び図１及び図２において，第２ジャーナル部１４の後端面，即ち弁プランジャ１０の後端面には，固定コア５の吸引面５ｂに対向するゴム製で環状のクッション部材１８が焼き付けにより接合される。このクッション部材１８及び固定コア５の対向面間には，着座部材１７の弁座７への着座時，弁プランジャ１０の開弁ストロークに対応する所定の間隙が設定される。

第２ジャーナル部１４は，その軸方向幅が第１ジャーナル部１３の軸方向幅より大となるように形成され，この第２ジャーナル部１４の外周面は，固定コア５側で弁ハウジング３の摺動案内面３ａに摺動自在に嵌合する第１摺動面１４ａと，長軸部１２側で上記摺動案内面３ａに摺動自在に嵌合する第２摺動面１４ｂと，これら第１及び第２摺動面１４ａ，１４ｂ間を離間させる環状溝１４ｃとで構成される。その際，環状溝１４ｃは，その溝底径が，長軸部１２の外径より充分に大となるように形成される。弁プランジャ１０の外周面にはフッ素樹脂製の被膜１９がコーティングされる。

弁ハウジング３の，第２ジャーナル部１４が嵌合する領域から固定コア５に亙り，それらを囲繞するコイル組立体２０が配設される。このコイル組立体２０は，弁ハウジング３，非磁性円筒体４及び固定コア５の外周に嵌合するボビン２１と，このボビン２１の外周に巻装されるコイル２２とで構成され，このコイル組立体２０の外周には，これを覆う磁性体のコイルハウジング２３が配設される。このコイルハウジング２３の前端には，コイル組立体２０の前端面を受けつゝ弁ハウジング３の外周に嵌合する端壁２３ａを有しており，この端壁２３ａの前面に当接する前部ヨークフランジ２４が弁ハウジング３の外周面に一体に突設され，またコイル組立体２０の後端面に当接しつゝコイルハウジング２３の後端部内周面に嵌合する後部ヨークフランジ２５が固定コア５の外周面に一体に突設される。こうしてコイル組立体２０及びコイルハウジング２３は弁ボディ１に取り付けられる。そして，前部ヨークフランジ２４，コイルハウジング２３及び燃料入口筒６の外周面を連続的に被覆する樹脂モールド層２６が形成され，この樹脂モールド層２６には，その一側方に突出して，コイル２２に連なる通電用端子２７を保持するカプラ２８が一体成形される。

弁プランジャ１０には，その後端面から始まり第２ジャーナル部１４の前端面の手前で終わる大径縦孔３０と，この大径縦孔３０の底面から始まり短軸部１１の前端面手前で終わる小径縦孔３１と，この小径縦孔３１を短軸部１１の外周面に開放する複数の横孔３２，３２…とが設けられ，小径縦孔３１の底面中心部には，小径縦孔３１から複数の横孔３２，３２…へのガス燃料の分流を誘導する円錐状の整流突起３３が形成される。長軸部１２の外周面には，その軸方向に延びる複数条の補強リブ１２ａ，１２ａ…が形成される。

大径縦孔３０は固定コア５の中空部５ａと連通し，大径縦孔３０及び小径縦孔３１間に形成される後向きの環状段部は，ばね座３４とされる。こうしてばね座３４は，第１摺動面１４ａより前方に配置される。

一方，固定コア５の中空部５ａ内周面には，弁プランジャ１０を弁座７側に付勢する戻しばね３５を前記ばね座３４との間で支持するスプリングピンよりなる中空のリテーナ３７が装着され，また固定コア５の中空部５ａに連なる燃料入口筒６の中空部６ａの入口には燃料フィルタ３８が装着される。

ノズル部材２外周には，環状の前部シール溝４０を画成する前後一対の合成樹脂製のリング部材４１，４２が嵌着され，前部シール溝４０には，ノズル部材２をエンジンの吸気管Ｅの取り付け孔Ｅａに挿入したとき，その内周面に密接する前部Ｏリング４３が装着される。

また燃料入口筒６の後端部外周において，燃料入口筒６の後端に形成されるフランジ４６と，前記樹脂モールド層２６の後端面とにより環状の後部シール溝４５が画成され，この後部シール溝４５には，燃料入口筒６の外周に燃料分配管Ｄを嵌装したとき，その内周面に密接する後部Ｏリング４７が装着される。

次に，この実施形態の作用について説明する。

コイル２２の消磁状態では，弁プランジャ１０は，戻しばね３５の付勢力により前方に押圧され，着座部材１７を弁座７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燃料分配管Ｄに送られたガス燃料は，燃料入口筒６に流入して燃料フィルタ３８により濾過され，そして中空のリテーナ３７，弁プランジャ１０の大径縦孔３０，小径縦孔３１及び横孔３２，３２…を通って弁ハウジング３内で待機する。

このとき，弁プランジャ１０には，戻しばね３５のセット荷重と，ガス燃料の圧力とが閉弁力として作用し，着座部材１７を弁座７との着座方向に押圧する。そこで着座部材１７の環状リップ５３は，弁座７からの反力により圧縮されるが，環状リップ５３は，断面略三角形をなすと共に，その頂部の環状稜線Ｒを，弁プランジャ１０の軸方向投影面上で，弁プランジャ１０の円形凹部５１のテーパ状内周面５１ｂ上に位置させているので，環状リップ５３には，軸方向の圧縮荷重ａのみならず，テーパ状内周面５１ｂに沿う縮径方向の圧縮荷重ｂも作用し，環状リップ５３は，上記二方向に圧縮変形されることになる。したがって，環状リップ５３の，弁プランジャ１０の環状ランド部５０からの高さＨを従来の環状リップの高さの略２分の１と低く設定したにも拘らず，環状リップ５３の上記二方向の圧縮変形により，弁プランジャ１０の閉弁衝撃を効果的に緩和することができる。またこのように，環状リップ５３の高さＨを充分に低くゝ設定することを可能にしたことにより，弁プランジャ１０のバウンスや環状リップ５３の初期塑性変形（へたり），環状リップ５３の弁座７への張りつき等を防ぎ，燃料噴射量特性の安定化を図ることができる。

また環状リップ５３が縮径方向ｂに圧縮変形されると，その変形は，弁プランジャ１０の円形凹部５１の底面５１ａに接合される平坦部５２へと伝達するが，その平坦部５２は，環状リップ５３の縮径方向ｂの圧縮変形に抵抗するので，環状リップ５３の縮径方向ｂの過度の圧縮変形を防ぐことができる。

コイル２２を通電により励起すると，それにより生ずる磁束がコイルハウジング２３，弁ハウジング３，第２ジャーナル部１４，固定コア５，後部ヨークフランジ２５，コイルハウジング２３を順次走り，その磁力により弁プランジャ１０が戻しばね３５のセット荷重に抗して固定コア５に吸引され，弁プランジャ１０のゴム製のクッション部材１８が固定コア５の前端面に当接することで，着座部材１７の弁座７に対する開き限界が規制される。

ところで，前述のように，第２ジャーナル部１４は，その軸方向幅が第１ジャーナル部１３の軸方向幅より大となるように形成され，この第２ジャーナル部１４の外周面は，固定コア５側で弁ハウジング３の摺動案内面３ａに摺動自在に嵌合する第１摺動面１４ａと，長軸部１２側で上記摺動案内面３ａに摺動自在に嵌合する第２摺動面１４ｂと，これら第１及び第２摺動面１４ａ，１４ｂ間を離間させる環状溝１４ｃとで構成されるので，磁束が弁ハウジング３から第２ジャーナル部１４へと流れるとき，弁ハウジング３の摺動案内面３ａから，それに接している第２ジャーナル部１４の第１及び第２摺動面１４ａ，１４ｂへと受け渡され，また両摺動面１４ａ，１４ｂ間を離間する環状溝１４ｃの溝底は，長軸部１２の外周面より極めて浅く，摺動案内面３ａとの間に微小間隙を形成するので，この微小間隙を通しても，弁ハウジング３から第２ジャーナル部１４へと磁束が受け渡される。こうして，弁ハウジング３及び第２ジャーナル部１４間には比較的大なる磁路面積を確保することができ，弁プランジャ１０の開弁応答性が向上する。

しかも，第２ジャーナル部１４の軸方向幅を第１ジャーナル部１３のそれより大とするにも拘らず，第２ジャーナル部１４の，環状溝１４ｃにより離間される第１及び第２摺動面１４ａ，１４ｂは，第１ジャーナル部１３と略同様な比較的狭い軸方向幅を持つことになるから，弁ハウジング３内に導入されたガス燃料に混入したオイルが，第１ジャーナル部１３及び第１，第２摺動面１４ａ，１４ｂと摺動案内面３ａとの各間に侵入して油膜を形成しても，その油膜は，弁プランジャ１０の磁力による開弁力により容易に剪断されるので，弁プランジャ１０の摺動案内面３ａへの張りつきが解消される。さらに，弁プランジャ１０の外周面にコーティングされたフッ素樹脂製の被膜１９は，上記油膜の剪断を促進する。

こうして，第２ジャーナル部１４は，必要な磁路面積の確保と，油膜による張りつき防止という，相反する要求を満足させ，弁プランジャ１０の開弁応答性の向上を図ることができる。

また弁プランジャ１０は，その開弁及び閉弁時，第１ジャーナル部１３と，第２ジャーナル部１４の第１，第２摺動面１４ａ，１４ｂを弁ハウジング３の摺動案内面３ａに対して摺動させることで，常に安定した姿勢を保つことができる。

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。

Ｉ・・・・・ガス燃料用噴射弁
Ｒ・・・・・稜線
１・・・・・弁ボディ
２・・・・・ノズル部材
３・・・・・弁ハウジング
５・・・・・固定コア
７・・・・・弁座
８・・・・・ノズル孔
１０・・・・弁プランジャ
１７・・・・着座部材
５０・・・・環状ランド部
５１・・・・円形凹部
５１ａ・・・底面
５１ｂ・・・内周面
５２・・・・平坦部
５３・・・・環状リップ
１４ｃ・・・環状溝
２２・・・・コイル
３４・・・・ばね座
３５・・・・戻しばね

Claims (2)

1. 弁座（７）及びこの弁座（７）の中心部を貫通するノズル孔（８）を有するノズル部材（２），このノズル部材（２）の後端に連設される，磁性体よりなる筒状の弁ハウジング（３），並びにこの弁ハウジング（３）の後方に配置される固定コア（５）を有する弁ボディ（１）と，前記弁ハウジング（３）内周の摺動案内面（３ａ）に摺動自在に嵌装され，前記弁座（７）に着座してノズル孔（８）を閉じるゴム製の着座部材（１７）を前端に接合した弁プランジャ（１０）と，前記固定コア（５）及び前記弁プランジャ（１０）間に縮設されて該弁プランジャ（１０）を前記弁座（７）側に付勢する戻しばね（３５）と，前記固定コア（５）を囲繞するように配置され，通電時，発生磁力により前記弁プランジャ（１０）を前記固定コア（５）に吸引させて前記弁座（７）から離座させるコイル（２２）とを備えてなる，ガス燃料用噴射弁において，
   前記弁プランジャ（１０）の前端面に，その外周部となる環状ランド部（５０）に囲繞される円形凹部（５１）を形成すると共に，その円形凹部（５１）の内周面（５１ｂ）を，該円形凹部（５１）の底面（５１ａ）から前記環状ランド部（５０）に向かって拡径するテーパ状に形成する一方，前記着座部材（１７）に，前記内周面（５１ｂ）から前記環状ランド部（５０）に亙り接合され，前記弁座（７）に着座する環状リップ（５３）を形成すると共に，その環状リップ（５３）を，その頂部の環状稜線（Ｒ）が前記弁プランジャ（１０）の軸方向投影面上で前記内周面（５１ｂ）上に位置するように配置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，
   前記着座部材（１７）には，前記環状リップ（５３）の内周端に一体に連なって前記底面（５１ａ）に接合される平坦部（５２）を形成したことを特徴とする，ガス燃料用噴射弁。