JP2020139435A - 流体噴射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】2種類の流体を噴射する構成でありながら、構造を簡素化することの可能な流体噴射装置を提供する。【解決手段】流体噴射装置10は、弁ボディ20と、弁体30と、を備える。弁ボディ20は、第1弁座25a及び第2弁座25bを有する。弁体30は、第1弁座25a及び第2弁座25bの両方に対向するように配置され、第1弁座25aに対して離座及び着座する第1弁部36a、並びに第2弁座25bに対して離座及び着座する第2弁部36bを有する。弁体30の変位に伴って第1弁部36a及び第2弁部36bは一体的に変位する。第1弁部36aが第1弁座25aに対して離座及び着座することにより、第1流体の噴射及び噴射の停止が行われる。第2弁部36bが第2弁座25bに対して離座及び着座することにより、第2流体の噴射及び噴射の停止が行われる。【選択図】図2

Description

本開示は、流体噴射装置に関する。
近年、車両から排出される二酸化炭素の削減やエミッションの低減を目的として、ディーゼルエンジンの燃料として軽油に代えてCNG(圧縮天然ガス)を用いる車両が開発されている。CNGは、軽油と比較すると着火性が悪いため、ディーゼルエンジンの気筒内で圧縮した際に燃焼し難いという問題がある。そこで、着火用に少量の軽油をディーゼルエンジンの気筒内に噴射することが検討されている。このような構成の場合、2種類の燃料を噴射する燃料噴射装置をディーゼルエンジンに搭載する必要がある。従来、2種類の燃料を噴射する燃料噴射装置としては、例えば下記の特許文献1に記載の燃料噴射装置がある。
特許文献1に記載の燃料噴射装置は、第1燃料及び第2燃料の噴射を制御するように構成される第1弁ニード及び第2弁ニードルと、第1弁ニードル及び第2弁ニードルのそれぞれに関連する第1制御室及び第2制御室と、第1制御弁と、第2制御弁とを備えている。第1制御弁は、第1制御弁部材を備え、第1弁ニードルの開放及び閉鎖が行われるように第1制御室の制御流体の圧力を変化させるように構成されている。第2制御弁は、第2制御弁部材を備え、第2弁ニードルの開放及び閉鎖が行われるように第2制御室の制御流体の圧力を変化させるように構成されている。第1制御弁部材及び第2制御弁部材は、共通制御弁軸に沿って直線動作するように構成されている。
特表2016−519249号公報
ところで、特許文献1に記載の燃料噴射装置では、2種類の燃料を噴射するために、2つの制御弁が必要であるため、構造が複雑化する可能性がある。
なお、このような課題は、2種類の燃料を噴射する燃料噴射装置に限らず、任意の2種類の流体を噴射する流体噴射装置に共通する課題である。
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、2種類の流体を噴射する構成でありながら、構造を簡素化することの可能な流体噴射装置を提供することにある。
上記課題を解決する流体噴射装置は、弁ボディ(20)と、弁体(30)と、を備える。弁ボディは、第1弁座(25a,51a)及び第2弁座(25b,51b)を有する。弁体は、第1弁座及び第2弁座の両方に対向するように配置され、第1弁座に対して離座及び着座する第1弁部(36a,62a)、並びに第2弁座に対して離座及び着座する第2弁部(36b,62b)を有する。弁体の変位に伴って第1弁体及び第2弁体が一体的に変位する。第1弁部が第1弁座に対して離座及び着座することにより、第1流体及び第2流体の両方の噴射及び噴射の停止が行われる。第2弁部が第2弁座に対して離座及び着座することにより、第2流体の噴射及び噴射の停止が行われる。
この構成によれば、一つの弁体に第1弁部及び第2弁部が形成されているため、従来の燃料噴射装置のように、第1流体に対応する弁体、及び第2流体に対応する弁体を別々に有する構造と比較すると、構造を簡素化することが可能である。
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
本開示によれば、2種類の流体を噴射する構成でありながら、構造を簡素化することの可能な流体噴射装置を提供できる。
図1は、第1実施形態の燃料噴射システムの概略構成を示すブロック図である。 図2は、第1実施形態の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図3は、第1実施形態の流体噴射装置の動作例を示す断面図である。 図4は、第1実施形態の第1変形例の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図5は、第2実施形態の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図6は、比較例の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図7は、第3実施形態の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図8は、比較例の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図9は、第4実施形態の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図10は、第5実施形態の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図11は、第5実施形態の流体噴射装置の動作例を示す断面図である。 図12は、第6実施形態の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。
以下、流体噴射装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
<第1実施形態>
はじめに、図1に示される燃料噴射システム1の概要について説明する。図1に示される燃料噴射システム1は、車両のディーゼルエンジンの気筒100内にCNG及び軽油の2種類の燃料を噴射するシステムである、CNGは、ディーゼルエンジンの主燃料である。軽油は、着火用の燃料として用いられる。本実施形態では、軽油が第1流体に相当し、CNGが、可燃性ガスである第2流体に相当する。燃料噴射システム1は、流体噴射装置10と、気体燃料タンク110と、液体燃料タンク120と、気体燃料ポンプ130と、液体燃料ポンプ140と、駆動部150と、コントローラ160とを備えている。本実施形態では、コントローラ160が制御部に相当する。
気体燃料タンク110には、CNG、又はCNGが低温液化したLNG(液化天然ガス)が充填されている。気体燃料ポンプ130は、気体燃料タンク110に充填されているCNGを流体噴射装置10に圧送する。または、気体燃料ポンプ130は、気体燃料タンク110に充填されているLNGを、噴射に必要な圧力に昇圧されたCNGとして流体噴射装置10に圧送する。液体燃料タンク120には、軽油が充填されている。液体燃料ポンプ140は、液体燃料タンク120に充填されている軽油を流体噴射装置10に圧送する。
流体噴射装置10は、軸線m1を中心に円筒状に形成される弁ボディ20と、弁ボディ20の内部に収容される弁体30とを備えている。弁体30は、駆動部150から付与される駆動力に基づいて軸線m1に沿った方向に変位する。駆動部150としては、例えばソレノイド等を用いて弁体30に電磁力を付与することにより弁体30を変位させるアクチュエータを用いることができる。駆動部150によって弁体30が変位することで、弁体30が開閉動作する。流体噴射装置10では、弁体30が開弁状態になることにより、CNG及び軽油がディーゼルエンジンの気筒100内に噴射される。
コントローラ160は、CPUやメモリ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。コントローラ160は、気体燃料ポンプ130を制御することにより、流体噴射装置10に供給されるCNGの圧力を調整する。また、コントローラ160は、液体燃料ポンプ140を制御することにより、流体噴射装置10に供給される軽油の圧力を調整する。コントローラ160は、流体噴射装置10に供給されるCNGの圧力及び軽油の圧力が同一の圧力となるように気体燃料ポンプ130及び液体燃料ポンプ140を制御している。さらに、コントローラ160は、駆動部150を制御することにより、弁体30の開閉動作を制御する。コントローラ160は、気体燃料ポンプ130、液体燃料ポンプ140、及び駆動部150の制御を通じて、気筒100内に噴射されるCNG及び軽油の噴射量や噴射時期を制御する燃料噴射制御を実行する。
次に、流体噴射装置10の構造について具体的に説明する。
図2に示されるように、弁ボディ20は、軸線m1を中心に円筒状に形成されている。なお、以下では、便宜上、図2に示される軸線m1に平行な方向Z1,Z2のうち、Z1方向を上方とも称し、Z2方向を下方とも称する。
弁ボディ20の内部には、軸線m1に沿って延びるように第1弁体収容孔21及び第2弁体収容孔22が形成されている。第1弁体収容孔21は、弁ボディ20の先端部から上方に延びるように形成されている。第2弁体収容孔22は、第1弁体収容孔21の上端部に連通されるように形成されている。軸線m1に直交する第1弁体収容孔21及び第2弁体収容孔22のそれぞれの断面形状は円形状に形成されている。第2弁体収容孔22の内径は、第1弁体収容孔21の内径よりも大きい。第1弁体収容孔21及び第2弁体収容孔22には、弁体30が収容されている。第2弁体収容孔22の内周面と弁体30の外周面との間に形成される隙間は第1供給流路W11を構成している。第1供給流路W11には軽油が供給されている。第1弁体収容孔21の内周面と弁体30の外周面との間に形成される隙間は第2供給流路W12を構成している。第2供給流路W12には、弁ボディ20に形成される第3供給流路W13を通じてCNGが供給されている。
第1弁体収容孔21の上端部の内周面と弁体30の外周面との間には、摺動シール部40が設けられている。摺動シール部40は、軸線m1を中心に円環状に形成されている。摺動シール部40は、第1弁体収容孔21の内周面と弁体30の外周面との間に形成される隙間をシールしている。これにより、第1供給流路W11と第2供給流路W12とが互いに独立した流路として構成されている。摺動シール部40は、軸線m1に沿った方向に摺動可能に弁体30を支持している。
弁ボディ20の先端部の中央には、第1弁体収容孔21から弁ボディ20の外部に貫通するように噴孔29が形成されている。噴孔29は、CNG及び軽油を気筒100内に噴射する部分である。第1弁体収容孔21の内周面のうち、弁ボディ20の先端部に位置する部分には、円錐面24が形成されている。円錐面24は、軸線m1を中心に形成されるとともに、軸線m1に直交する内部空間の断面積が噴孔29に近づくほど小さくなるように形成されている。
弁体30は、軸線m1を中心に有底円筒状に形成されている。弁体30の先端部は、軸線m1を中心に円錐状に形成されている。弁体30の先端部に形成される円錐面35は、弁ボディ20の円錐面24に対向するように配置されている。円錐面35には、軸線m1を中心に円環状に形成される環状溝34が設けられている。弁体30の円錐面35は、環状溝34を境界として2つの面36a,36bに区分されている。以下では、一方の面36aを「第1弁部36a」と称し、他方の面36bを「第2弁部36b」と称する。
弁体30の内部には、軸線m1に沿って延びるように導入流路31が形成されている。弁体30には、弁体30において第1供給流路W11に面する外周面から導入流路31の内周面に貫通するように導入流路32が形成されている。弁体30の先端部には、環状溝34から導入流路31の内周面に延びるように複数の導入流路33が形成されている。
次に、流体噴射装置10の動作例について説明する。
図3に示されるように、弁体30が閉弁状態であるとき、弁体30の第1弁部36a及び第2弁部36bが弁ボディ20の円錐面24に着座している。以下では、弁ボディ20の円錐面24のうち、弁体30の第1弁部36aが着座する面を第1弁座25aと称し、弁体30の第2弁部36bが着座する面を第2弁座25bと称する。弁体30が閉弁状態であるとき、弁体30の各弁部36a,36bと弁ボディ20の円錐面24との間に形成される隙間が閉塞されているため、第1供給流路W11に供給される軽油、及び第2供給流路W12に供給されるCNGは噴孔29から噴射されない。
なお、弁体30及び弁ボディ20の加工上のばらつきにより、弁体30の円錐面35の円錐角度及び弁ボディ20の円錐面24の円錐角度には、実際には、ある程度のばらつきが生じる可能性がある。このような加工上のばらつきにより、弁ボディ20の第1弁座25aと弁体30の第1弁部36aとの間、及び弁ボディ20の第2弁座25bと弁体30の第2弁部36bとの間に隙間が形成されるおそれがある。それらの間に隙間が形成されると、弁体30が閉弁状態であるにも関わらず、CNG及び軽油が外部に漏れる懸念がある。
この点、弁ボディ20の第1弁座25aと弁体30の第1弁部36aとの隙間が確実に閉塞されていれば、仮に弁ボディ20の第2弁座25bと弁体30の第2弁部36bとの間に若干の隙間が形成されたとしても、CNG及び軽油の漏れを防止することは可能である。したがって、本実施形態の流体噴射装置10では、弁体30が閉弁状態であるとき、弁ボディ20の第2弁座25bと弁体30の第2弁部36bとの間に若干の隙間が形成されることは許容範囲であるが、弁ボディ20の第1弁座25a及び弁体30の第1弁部36aは確実に接触することが好ましい。
図3に示される状態から駆動部150が弁体30をリフト動作させると、図2に示されるように、弁体30の第1弁部36a及び第2弁部36bが弁ボディ20の第1弁座25a及び第2弁座25bから離座する。すなわち、弁体30の変位に伴って第1弁部36a及び第2弁部36bが一体的に変位することにより、弁体30が開弁する。これにより、弁体30の第1弁部36aと弁ボディ20の第1弁座25aとの間に第1噴射流路W21が形成されるとともに、弁体30の第2弁部36bと弁ボディ20の第2弁座25bとの間に第2噴射流路W22が形成される。したがって、第1供給流路W11に供給されている軽油は、弁体30の導入流路31〜33及び第1噴射流路W21を通じて噴孔29から噴射される。また、第2供給流路W12に供給されているCNGは、第2噴射流路W22及び第1噴射流路W21を通じて噴孔29から噴射される。よって、軽油及びCNGが気筒100内に噴射される。
このように、本実施形態の流体噴射装置10では、弁体30の第1弁部36aが弁ボディ20の第1弁座25aに対して離座及び着座することにより、軽油及びCNGの両方の噴射及び噴射の停止が行われる。また、弁体30の第2弁部36bが弁ボディ20の第2弁座25bに対して離座及び着座することにより、CNGの噴射及び噴射の停止が行われる。
以上説明した本実施形態の流体噴射装置10によれば、以下の(1)〜(9)に示される作用及び効果を得ることができる。
(1)一つの弁体30に第1弁部36a及び第2弁部36bが形成されているため、従来の燃料噴射装置のように2種類の流体のそれぞれに対応する2つの弁体を有する構造と比較すると、構造を簡素化することができる。
(2)弁体30の第1弁部36a及び第2弁部36bが弁ボディ20の第1弁座25a及び第2弁座25bから離座したとき、軽油は、第1噴射流路W21及び第2噴射流路W22のうち、第1噴射流路W21のみを流れて噴射され、CNGは、第1噴射流路W21及び第2噴射流路W22の両方を流れて噴射される。このような構成によれば、簡素な構造で2種類の流体を噴射することが可能である。
(3)弁体30には、軽油を第1噴射流路W21に導入する導入流路31〜33が形成されている。このような構成によれば、軽油を噴射するための構造を簡素化することが可能である。
(4)弁体30の先端部には、第1弁部36a及び第2弁部36bを同軸上に有する同一円錐面35が形成されている。弁ボディ20には、第1弁座25a及び第2弁座25bを同軸上に有する同一円錐面24が形成されている。このような構成によれば、駆動部150から弁体30に付与される軸方向の駆動力により弁ボディ20の円錐面24に弁体30の円錐面35を接触させた際に、楔効果により、弁体30に付与される軸方向の力よりも大きい力を第1弁座25aと第1弁部36aとの接触部分、及び第2弁座25bと第2弁部36bとの接触部分に付与することが可能である。よって、より確実に弁体30を閉弁状態にすることが可能である。
(5)第1弁部36a及び第2弁部36bは、弁体30の円錐面35に面として形成されている。第1弁座25a及び第2弁座25bは、弁ボディ20の円錐面24に面として形成されている。弁体30の円錐面35には、環状溝34が形成されている。弁体30の円錐面35には、環状溝34に対応する部分を境界として第1弁部36a及び第2弁部36bが形成されている。弁ボディ20の円錐面24には、環状溝34に対応する部分を境界として第1弁座25a及び第2弁座25bが形成されている。このような構成によれば、弁ボディ20の円錐面24に第1弁座25a及び第2弁座25bを稜線で形成し、且つ弁体30の円錐面35に第1弁部36a及び第2弁部36bを稜線で形成する場合と比較すると、弁ボディ20及び弁体30の加工が容易となる。
(6)仮に弁体30に環状溝34が形成されていない場合には、弁体30の複数の導入流路33から第1噴射流路W21に軽油が直接供給されることになる。この場合、弁体30の円錐面35において複数の導入流路33が開口している部分には軽油が流れ易くなる一方、複数の導入流路33が開口していない部分には軽油が流れ難い。そのため、弁体30の円錐面35の周方向において軽油の流量分布にばらつきが生じる。これは、流体噴射装置10から噴射される軽油の噴射状態にむらを生じさせる要因となる。この点、本実施形態の流体噴射装置10では、複数の導入流路33を流れた軽油が環状溝34に流入することにより、弁体30の円錐面35の周方向において軽油の流量分布にばらつきを軽減することができるため、流体噴射装置10から噴射される軽油の噴射状態にむらが生じ難くなる。
(7)導入流路33は、導入流路31から第1噴射流路W21に供給される軽油の流量を調整する絞り部として機能する。このような構成によれば、軽油の噴射量を容易に調整することが可能である。
(8)軽油に印加される噴射のための圧力、及びCNGに印加される噴射のための圧力は、同一の圧力に設定されている。このような構成によれば、弁体30の導入流路33から第1噴射流路W21に供給される軽油が第2供給流路W12に流れたり、第2供給流路W12から第2噴射流路W22に供給されるCNGが弁体30の導入流路33に流れたりすることを回避できる。よって、流体噴射装置10の内部において軽油及びCNGが混合し難くなる。
(9)流体噴射装置10は、液体である軽油と、気体であるCNGとを噴射する。このような構成によれば、気体であるCNGの膨張エネルギを活用して、液体である軽油の噴射速度を向上させることができるとともに、液体である軽油をより微粒化することが可能である。
(第1変形例)
次に、第1実施形態の流体噴射装置10の第1変形例について説明する。
図4に示されるように、本変形例の弁ボディ20には、第2供給流路W12にCNGを供給するための流路として、環状溝W14及び供給流路W15が形成されている。環状溝W14は、弁ボディ20の外周面に円環状に形成されている。供給流路W15は、環状溝W14と第2供給流路W12とを連通するように形成されている。本変形例の流体噴射装置10では、気体燃料ポンプ130から環状溝W14にCNGが供給される。環状溝W14に供給されるCNGは、供給流路W15を通じて第2供給流路W12に供給される。このような構成であっても、弁ボディ20の内部に形成される第2供給流路W12にCNGを供給することが可能である。
(第2変形例)
次に、第1実施形態の流体噴射装置10の第2変形例について説明する。
本変形例のコントローラ160は、流体噴射装置10に供給される軽油の圧力よりも、CNGの圧力の方が高くなるように気体燃料ポンプ130及び液体燃料ポンプ140を制御する。すなわち、本変形例では、軽油に印加される噴射のための圧力よりも、CNGに印加される噴射のための圧力の方が高い。このような構成によれば、CNGの流速を利用して軽油を噴射することができる。また、軽油に印加される噴射のための圧力を小さくできることから、液体燃料ポンプ140として小型のポンプを用いることが可能である。
なお、軽油に印加される噴射のための圧力を零に設定することも可能である。このような構成によれば、液体燃料ポンプ140そのものを不要とすることができる。
(第3変形例)
次に、第1実施形態の流体噴射装置10の第3変形例について説明する。
本変形例のコントローラ160は、流体噴射装置10に供給されるCNGの圧力よりも、軽油の圧力が高くなるように気体燃料ポンプ130及び液体燃料ポンプ140を制御する。すなわち、本変形例では、CNGに印加される噴射のための圧力よりも、軽油に印加される噴射のための圧力の方が高い。このような構成によれば、第1供給流路W11を流れる軽油を摺動シール部40と弁体30との間の摺動部分に流入させることが可能である。また、第1供給流路W11を流れる軽油を、導入流路31〜33を通じて第2弁座25bと第2弁部36bとの間の摺動部分にも流入させることが可能である。それらの摺動部分の少なくとも一方に軽油が流入することにより、それらの摺動部分の少なくとも一方を潤滑することができるため、摺動部分の摩耗を抑制することができる。
(第4変形例)
次に、第1実施形態の流体噴射装置10の第4変形例について説明する。
本変形例のコントローラ160は、駆動部150を制御することにより、弁体30のリフト量や開弁時間等を調整する駆動制御を実行する。コントローラ160は、この弁体30の駆動制御を通じて、状況に応じたCNGの噴射量の調整を行う。また、コントローラ160は、液体燃料ポンプ140を制御することにより、軽油に印加される噴射のための圧力を調整する圧力制御を行う。コントローラ160は、液体燃料ポンプ140の圧力制御を通じて、軽油の噴射量の調整を行う。このような構成によれば、CNGの調圧が不要でありながら、CNG及び軽油の両方の噴射量を制御することが可能である。
<第2実施形態>
次に、流体噴射装置10の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態の流体噴射装置10との相違点を中心に説明する。
図5に示されるように、本実施形態の流体噴射装置10は、弁体30が閉弁した際に、弁体30の第1弁部36a及び第2弁部36bのそれぞれの全面が、弁ボディ20の円錐面24に接触するように構成されている。これにより、弁ボディ20の第1弁座25aと弁体30の第1弁部36aとの接触部分を第1シート部とすると、第1シート部の内径φ10は弁体30の第1弁部36aの内径に等しく、第1シート部の外径φ11は弁体30の第1弁部36aの外径に等しくなっている。また、弁ボディ20の第2弁座25bと弁体30の第2弁部36bとの接触部分を第2シート部とすると、第2シート部の内径φ20は弁体30の第2弁部36bの内径に等しく、第2シート部の外径φ21は弁体30の第2弁部36bの外径に等しくなっている。
図6は、比較例として、弁体30の第1弁部36aの一部が弁ボディ20の円錐面24に接触するように構成された流体噴射装置10の断面構造を図示したものである。この場合、第1シート部の内径φ10は、弁ボディ20の円錐面24の内径に等しく、また第1シート部の外径φ11は弁体30の第1弁部36aの外径に等しくなっている。図6に示される構造の場合、4つの径φ10,φ11,φ20,φ21の同軸度の精度、並びに第1シート部及び第2シート部のそれぞれの幅の精度を高めるためには、弁ボディ20の円錐面24及び弁体30の各弁部36a,36bのそれぞれに関して高い加工精度が要求される。そのため、第1シート部及び第2シート部の同軸度や幅の精度を高めることが困難になるおそれがある。
これに対し、図5に示される本実施形態の流体噴射装置10では、4つの径φ10,φ11,φ20,φ21の同軸度の精度、並びに第1シート部及び第2シート部のそれぞれの幅の精度を高めるためには、基本的には、弁体30の各弁部36a,36bに関して加工精度を高めるだけでよい。そのため、第1シート部及び第2シート部の同軸度や幅の精度を容易に高めることが可能である。
以上説明した本実施形態の流体噴射装置10によれば、以下の(10)に示される作用及び効果を更に得ることができる。
(10)図5に示される構造を有する流体噴射装置10では、弁体30の第1弁部36a及び第2弁部36bが弁ボディ20の第1弁座25a及び第2弁座25bに着座したとき、第1弁部36aの全面及び第2弁部36bの全面が弁ボディ20の円錐面24に接触する。このような構成によれば、第1シート部の内径φ10及び外径φ11、並びに第2シート部の内径φ20及び外径φ21の同軸度の精度、並びに第1シート部及び第2シート部のそれぞれの幅の精度を向上させ易くなる。
<第3実施形態>
次に、流体噴射装置10の第3実施形態について説明する。以下、第1実施形態の流体噴射装置10との相違点を中心に説明する。
図7に示されるように、本実施形態の流体噴射装置10では、弁体30の先端部に平面37が形成されている。平面37には、軸線m1を中心に円環状に形成される環状溝34が設けられている。弁体30には、環状溝34から導入流路31の内周面に延びるように複数の導入流路33が形成されている。平面37における環状溝34の内側の部分には、軸線m1を中心に円形状に形成される凹部38が設けられている。
弁ボディ20の第1弁体収容孔21の内周面のうち、弁ボディ20の先端部に位置する部分には、平面26が形成されている。弁ボディ20の平面26は弁体30の平面37に対向している。弁ボディ20の先端部の中央には、第1弁体収容孔21から弁ボディ20の先端面に貫通するように噴孔29が形成されている。噴孔29の内径は弁体30の凹部38の内径よりも小さい。
弁体30の平面37は、環状溝34を境界として2つの面36a,36bに区分されている。以下では、一方の面36aを「第1弁部36a」と称し、他方の面36bを「第2弁部36b」と称する。第1弁部36aは、弁体30の平面37のうち、環状溝34よりも内側に位置するとともに、凹部38の外側に位置する部分であって、且つ弁ボディ20の平面26に対向する部分である。第2弁部36bは、弁体30の平面37のうち、環状溝34よりも外側に位置し、且つ弁ボディ20の平面26に対向する部分である。
弁ボディ20の平面26のうち、弁体30が閉弁した際に弁体30の第1弁部36aが接触する部分は第1弁座25aを構成し、弁体30の第2弁部36bが接触する部分は第2弁座25bを構成している。
図7に示される本実施形態の流体噴射装置10は、弁体30が閉弁した際に、弁体30の第1弁部36aの全面が弁ボディ20の平面26に接触するように構成されている。これにより、弁ボディ20の第1弁座25aと弁体30の第1弁部36aとの接触部分を第1シート部とすると、第1シート部の内径φ10は弁体30の第1弁部36aの内径に等しく、第1シート部の外径φ11は弁体30の第1弁部36aの外径に等しくなっている。また、弁ボディ20の第2弁座25bと弁体30の第2弁部36bとの接触部分を第2シート部とすると、第2シート部の内径φ20は弁体30の第2弁部36bの内径に等しく、第2シート部の外径φ21は弁体30の第2弁部36bの外径に等しくなっている。
図8は、比較例として、弁体30の平面37に凹部38が設けられていない流体噴射装置10の断面構造を図示したものである。この場合、第1シート部の内径φ10は、弁ボディ20の平面26の内径に等しく、また第1シート部の外径φ11は弁体30の第1弁部36aの外径に等しくなっている。図8に示される構造の場合、4つの径φ10,φ11,φ20,φ21の同軸度の精度、並びに第1シート部及び第2シート部のそれぞれの幅の精度を高めるためには、弁ボディ20の平面26及び弁体30の各弁部36a,36bのそれぞれに関して高い加工精度が要求される。そのため、第1シート部及び第2シート部の同軸度や幅の精度を高めることが困難になるおそれがある。
これに対し、図7に示される本実施形態の流体噴射装置10では、4つの径φ10,φ11,φ20,φ21の同軸度の精度、並びに第1シート部及び第2シート部のそれぞれの幅の精度を高めるためには、基本的には、弁体30の各弁部36a,36bに関して加工精度を高めるだけでよい。そのため、第1シート部及び第2シート部の同軸度や幅の精度を容易に高めることが可能である。
以上説明した本実施形態の流体噴射装置10によれば、上記の(1)〜(3),(6)〜(9)に示される作用及び効果に加え、以下の(11)〜(13)に示される作用及び効果を得ることができる。
(11)弁体30の先端部には、第1弁部36a及び第2弁部36bを有する平面37が形成されている。弁ボディ20には、第1弁座25a及び第2弁座25bを有する平面26が形成されている。このような構成によれば、弁ボディ20及び弁体30の接触部分を円錐状に形成する場合と比較すると、円錐角度のばらつきに起因する開口不良の発生を抑制することができる。
(12)第1弁部36a及び第2弁部36bは、弁体30の平面37に面として形成されている。第1弁座25a及び第2弁座25bは、弁ボディ20の平面26に面として形成されている。弁体30の平面には、環状溝34に対応する部分を境界として第1弁部36a及び第2弁部36bが形成されている。弁ボディ20の平面26には、環状溝34に対応する部分を境界として第1弁座25a及び第2弁座25bが形成されている。このような構成によれば、弁ボディ20の平面26に第1弁座25a及び第2弁座25bを稜線で形成し、且つ弁体30の平面37に第1弁部36a及び第2弁部36bを稜線で形成する場合と比較すると、弁ボディ20及び弁体30の加工が容易となる。
(13)第1弁部36a及び第2弁部36bが第1弁座25a及び第2弁座25bに着座したとき、第1弁部36aの全面及び第2弁部36bの全面が弁ボディ20の平面26に接触する。このような構成によれば、第1シート部の内径φ10及び外径φ11、並びに第2シート部の内径φ20及び外径φ21の同軸度の精度、並びに第1シート部及び第2シート部のそれぞれの幅の精度を向上させ易くなる。
<第4実施形態>
次に、流体噴射装置10の第4実施形態について説明する。以下、第1実施形態の流体噴射装置10との相違点を中心に説明する。
図9に示されるように、本実施形態の流体噴射装置10では、弁ボディ20の円錐面24の先端部に当たる部分に、半球状の空間からなるサック部27が形成されている。弁ボディ20には、サック部27の内周面から弁ボディ20の先端面に貫通するように複数の噴孔29が形成されている。この流体噴射装置10では、弁体30が開弁した際に、第1噴射流路W21を通過したCNG及び軽油がサック部27に一時的に溜められた後、複数の噴孔29から噴射される。
本実施形態の流体噴射装置10では、軸線m1に直交する第1噴射流路W21の流路断面積を「S1」とし、軸線m1に直交する第2噴射流路W22の流路断面積を「S2」とし、軸線m1に直交する複数の噴孔29のそれぞれの断面積の合計値である噴孔29の総断面積を「S3」とするとき、断面積S3は断面積S1,S2のいずれよりも小さい。
以上説明した本実施形態の流体噴射装置10によれば、以下の(14)に示される作用及び効果を更に得ることができる。
(14)噴孔29の総断面積S3が噴射流路W21,W22の断面積S1,S2のいずれよりも小さければ、CNG及び軽油が第1噴射流路W21を通じてサック部27に流入した際に、CNG及び軽油をサック部27において一時的に溜めることができる。これにより、サック部27の内部の圧力を高めることができるため、より的確にCNG及び軽油を噴射することが可能となる。
<第5実施形態>
次に、流体噴射装置10の第5実施形態について説明する。以下、第1実施形態の流体噴射装置10との相違点を中心に説明する。
図10に示されるように、本実施形態の弁ボディ20には、弁体収容孔21が弁ボディ20の先端面28に貫通するように形成されている。弁体収容孔21には弁体30が収容されている。弁体収容孔21の内周面と弁体30の外周面との間に形成される隙間は、CNGが流通する第2供給流路W12を構成している。弁ボディ20には、第2供給流路W12にCNGを供給するための流路として、環状溝W14及び供給流路W15が形成されている。環状溝W14は、弁ボディ20の外周面に円環状に形成されている。供給流路W15は、環状溝W14と第2供給流路W12とを連通するように形成されている。本実施形態の流体噴射装置10では、気体燃料ポンプ130から環状溝W14にCNGが供給される。環状溝W14に供給されるCNGは、供給流路W15を通じて第2供給流路W12に供給される。
弁体収容孔21の開口部には、円錐面52が形成されている。円錐面52は、弁ボディ20の先端面28に向かうほど、内径が大きくなるように末広がり状に形成されている。
円錐面52には、軸線m1を中心に円環状に形成される環状溝50が形成されている。円錐面52は、環状溝50を境界として2つの面51a,51bに区分されている。以下では、一方の面を「第1弁座51a」と称し、他方の面51bを「第2弁座51b」と称する。
弁ボディ20において弁体収容孔21の周囲にあたる部分には、軽油が流通する複数の第1供給流路W11が形成されている。複数の第1供給流路W11は、軸線m1に対して平行に延びるように形成されている。各第1供給流路W11は、導入流路51を通じて環状溝50に連通されている。
弁体30の先端部60は、下方に向かうほど外径が大きくなるように円錐台状に形成されている。先端部60の外周に形成される円錐面61は、弁ボディ20の円錐面52に対向している。
次に、本実施形態の流体噴射装置10の動作例について説明する。
図11に示されるように、弁体30が閉弁状態であるとき、弁体30の円錐面61が弁ボディ20の第1弁座51a及び第2弁座51bに着座している。以下では、弁体30の円錐面61のうち、弁ボディ20の第1弁座51aに接触する面を第1弁部62aと称し、弁ボディ20の第2弁座51bに接触する面を第2弁部62bと称する。弁体30が閉弁状態であるとき、弁体30の円錐面61と弁ボディ20の各弁座51a,51bとの間に形成される隙間が閉塞されているため、第1供給流路W11に供給されている軽油及び第2供給流路W12に供給されているCNGは噴射されない。
図11に示される状態から駆動部150が弁体30を下方に動作させると、図10に示されるように、弁体30の第1弁部62a及び第2弁部62bが弁ボディ20の第1弁座51a及び第2弁座51bから離座する。これにより、弁体30の第1弁部62aと弁ボディ20の第1弁座51aとの間に第1噴射流路W21が形成されるとともに、弁体30の第2弁部36bと弁ボディ20の第2弁座51bとの間に第2噴射流路W22が形成される。よって、第1供給流路W11に供給されている軽油は、導入流路51及び第1噴射流路W21を通じて噴射される。また、第2供給流路W12に供給されているCNGは、第2噴射流路W22及び第1噴射流路W21を通じて噴射される。したがって、軽油及びCNGが気筒100内に噴射される。
このように、本実施形態の流体噴射装置10では、弁体30の第1弁部62aが弁ボディ20の第1弁座51aに対して離座及び着座することにより、軽油及びCNGの両方の噴射及び噴射の停止が行われる。また、弁体30の第2弁部62bが弁ボディ20の第2弁座51bに対して離座及び着座することにより、CNGの噴射及び噴射の停止が行われる。
以上説明した本実施形態の流体噴射装置10によれば、第1実施形態の流体噴射装置10と同一又は類似の作用及び効果を得ることができる。
<第6実施形態>
次に、流体噴射装置10の第6実施形態について説明する。以下、第1実施形態の流体噴射装置10との相違点を中心に説明する。
本実施形態の流体噴射装置10は、車両の排気の浄化を目的として、排気中に尿素水を噴射する尿素水噴射装置として用いられる。流体噴射装置10は、弁体30を駆動させる構成として、駆動部150により弁体30に外力を付与する構成に代えて、流体圧力を利用して弁体30を駆動させる構成を有している。
具体的には、図12に示されるように、本実施形態の弁体30において摺動シール部40に対して摺動する部分である摺動部63の外径は、それよりも先端部側の中間部64の外径よりも大きくなっている。これにより、摺動部63と中間部64との間には段差部65が形成されている。また、弁体30は、弁ボディ20の内部に設けられるスプリング70により弁ボディ20の円錐面24に向かって付勢されている。
本実施形態の第1供給流路W11には尿素水が供給されている。また、第2供給流路W12には、第3供給流路W13を通じて空気が供給されている。本実施形態では、尿素水が第1流体に相当し、空気が第2流体に相当する。
次に、本実施形態の流体噴射装置10の動作例について説明する。
弁体30が閉弁状態であるとき、弁体30の段差部65には、第1供給流路W11に供給される尿素水の圧力と、第2供給流路W12に供給される空気の圧力との差に応じた流体圧力が付与される。コントローラ160は、流体噴射装置10に尿素水を圧送するポンプ、及び流体噴射装置10に空気を圧送するポンプを制御することにより、弁体30に付与される流体圧力がスプリング70の付勢力よりも大きくなるように尿素水の圧力及び空気の圧力を調整する。弁体30に付与される流体圧力がスプリング70の付勢力よりも大きくなることにより、スプリング70の付勢力に抗して弁体30がリフト動作し、弁体30が開弁する。
以上説明した本実施形態の流体噴射装置10のように、流体噴射装置10で用いられる2種類の流体の圧力を利用して弁体30をリフト動作させるようにすれば、駆動部150が不要となるため、構造を簡素化することが可能である。
<他の実施形態>
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第1実施形態及び第2実施形態では、環状溝34が、弁体30の円錐面35及び弁ボディ20の円錐面24の少なくとも一方に形成されていればよい。また、第3実施形態では、環状溝34が、弁体30の平面37及び弁ボディ20の平面26の少なくとも一方に形成されていればよい。その他の実施形態についても同様である。
・ディーゼルエンジンでは、二酸化炭素の削減やエミッションの低減を目的として、燃料である軽油の噴射圧力が益々高くなっており、現在では250[MPa]以上にもなっている。そのため、燃料噴射装置の各部の耐圧の向上が必要となっており、また軽油の昇圧のためのポンプの仕事量も大きくなるという課題がある。このようなディーゼルエンジンにおいて軽油を噴射する燃料噴射装置として、各実施形態の流体噴射装置10を用いることが有効である。具体的には、各実施形態の流体噴射装置10において軽油及び空気を噴射するように構成する。これにより、空気の圧力を活用して軽油を微粒化して噴射することができるため、上記のディーゼルエンジンの課題を解決することが可能である。なお、流体噴射装置10に用いられる気体として空気を用いれば、気体が可燃性ではないため、そのポンプ等における可燃物の漏れを考慮する必要がなくなる。そのため、ポンプの構造を簡素化することができる。また、気体を貯蔵するためのタンクが不要となる。
・ガソリンエンジンでは、二酸化炭素の削減やエミッションの低減を目的として、燃料であるガソリンの噴射圧が益々高くなっており、現在では30[MPa]以上にもなっている。そのため、燃料噴射装置の各部の耐圧の向上が必要となっており、またガソリンの昇圧のためのポンプの仕事量も大きくなるという課題がある。このようなガソリンエンジンにおいてガソリンを噴射する燃料噴射装置として、各実施形態の流体噴射装置10を用いることが有効である。具体的には、各実施形態の流体噴射装置10においてガソリン及び空気を噴射するように構成する。これにより、空気の圧力を活用してガソリンを微粒化して噴射することができるため、上記のガソリンエンジンの課題を解決することが可能である。なお、流体噴射装置10に用いられる気体として空気を用いれば、気体が可燃性ではないため、そのポンプ等における可燃物の漏れを考慮する必要がなくなる。そのため、ポンプの構造を簡素化することができる。また、気体を貯蔵するためのタンクが不要となる。
・流体噴射装置10から液体燃料と空気とを噴射する場合には、空気に印加される噴射の圧力が一定の圧力に設定されていてもよい。具体的には、コントローラ160は、空気に印加される噴射のための圧力が一定の圧力となるように空気用のポンプを制御する。また、コントローラ160は、液体燃料用のポンプを制御することにより、液体燃料に印加される噴射のための圧力を調整する圧力制御を行う。さらに、コントローラ160は、駆動部150を制御することにより、弁体30のリフト量や開弁時間等を調整する駆動制御を実行する。コントローラ160は、液体燃料の圧力制御及び弁体30の駆動制御を通じて空気及び液体燃料のそれぞれの噴射量を制御する。このような構成によれば、空気の圧力を制御する構成が不要となるため、気体燃料ポンプ130を簡略化することができる。
・各実施形態の流体噴射装置10に用いられる2種類の流体は適宜変更可能である。例えば、可燃性の気体として、プロパンガス(LPG)等を用いてもよい。なお、プロパンガスを用いる場合、プロパンガスを1[MPa]程度に圧縮した状態で流体噴射装置10に供給することにより、流体噴射装置10の内部では、プロパンガスが液体の状態で存在していてもよい。すなわち、流体噴射装置10に用いられる気体には、常温常圧状態で気体である流体が含まれる。
・本開示に記載のコントローラ160及びその制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された1つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された1つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載のコントローラ160及びその制御方法は、1つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載のコントローラ160及びその制御方法は、1つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと1つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された1つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
W21:第1噴射流路
W22:第2噴射流路
10:流体噴射装置
20:弁ボディ
29:噴孔
24,35,52、61:円錐面
25a,51a:第1弁座
25b,51b:第2弁座
26,37:平面
30:弁体
31,32:導入流路
33:導入流路(絞り部)
34,50:環状溝
36a,62a:第1弁部
36b,62b:第2弁部
160:コントローラ(制御部)

Claims (19)

  1. 第1弁座(25a,51a)及び第2弁座(25b,51b)を有する弁ボディ(20)と、
    前記第1弁座及び前記第2弁座の両方に対向するように配置され、前記第1弁座に対して離座及び着座する第1弁部(36a,62a)、並びに前記第2弁座に対して離座及び着座する第2弁部(36b,62b)を有する弁体(30)と、を備え、
    前記弁体の変位に伴って前記第1弁部及び前記第2弁部は一体的に変位し、
    前記第1弁部が前記第1弁座に対して離座及び着座することにより、第1流体及び第2流体の両方の噴射及び噴射の停止が行われ、
    前記第2弁部が前記第2弁座に対して離座及び着座することにより、前記第2流体の噴射及び噴射の停止が行われる
    流体噴射装置。
  2. 前記第1弁部が前記第1弁座から離座することにより形成される流路を第1噴射流路(W21)とし、
    前記第2弁部が前記第2弁座から離座することにより形成される流路を第2噴射流路(W22)とするとき、
    前記第1弁部及び前記第2弁部が前記第1弁座及び前記第2弁座から離座したとき、前記第1流体は、前記第1噴射流路及び前記第2噴射流路のうち、前記第1噴射流路のみを流れて噴射され、前記第2流体は、前記第1噴射流路及び前記第2噴射流路の両方を流れて噴射される
    請求項1に記載の流体噴射装置。
  3. 前記弁体には、前記第1流体を前記第1噴射流路に導入する導入流路(31〜33)が形成されている
    請求項2に記載の流体噴射装置。
  4. 前記弁体の先端部には、前記第1弁部及び前記第2弁部を同軸上に有する同一円錐面(35,61)が形成され、
    前記弁ボディには、前記第1弁座及び前記第2弁座を同軸上に有する同一円錐面(24,52)が形成されている
    請求項2又は3に記載の流体噴射装置。
  5. 前記第1弁部及び前記第2弁部は、前記弁体の円錐面に面として形成され、
    前記第1弁座及び前記第2弁座は、前記弁ボディの円錐面に面として形成され、
    前記弁体の円錐面及び前記弁ボディの円錐面の少なくとも一方には、環状溝(34,50)が形成され、
    前記弁体の円錐面には、前記環状溝に対応する部分を境界として前記第1弁部及び前記第2弁部が形成され、
    前記弁ボディの円錐面には、前記環状溝に対応する部分を境界として前記第1弁座及び前記第2弁座が形成されている
    請求項4に記載の流体噴射装置。
  6. 前記第1弁部及び前記第2弁部が前記第1弁座及び前記第2弁座に着座したとき、前記第1弁部の全面及び前記第2弁部の全面が前記弁ボディの前記円錐面に接触する
    請求項4又は5に記載の流体噴射装置。
  7. 前記弁体の先端部には、前記第1弁部及び前記第2弁部を有する平面(37)が形成され、
    前記弁ボディには、前記第1弁座及び前記第2弁座を有する平面(26)が形成されている
    請求項2又は3に記載の流体噴射装置。
  8. 前記第1弁部及び前記第2弁部は、前記弁体の平面に面として形成され、
    前記第1弁座及び前記第2弁座は、前記弁ボディの平面に面として形成され、
    前記弁体の平面及び前記弁ボディの平面の少なくとも一方には、環状溝(34)が形成され、
    前記弁体の平面には、前記環状溝に対応する部分を境界として前記第1弁部及び前記第2弁部が形成され、
    前記弁ボディの平面には、前記環状溝に対応する部分を境界として前記第1弁座及び前記第2弁座が形成されている
    請求項7に記載の流体噴射装置。
  9. 前記第1弁部及び前記第2弁部が前記第1弁座及び前記第2弁座に着座したとき、前記第1弁部の全面及び前記第2弁部の全面が前記弁ボディの平面に接触する
    請求項7又は8に記載の流体噴射装置。
  10. 前記第1噴射流路に前記第1流体を導入する流路を導入流路(31〜33)とするとき、
    前記導入流路には、前記第1噴射流路に導入される前記第1流体の流量を調整する絞り部(33)が形成されている
    請求項2〜9のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  11. 前記第1弁部が前記第1弁座から離座することにより形成される流路を第1噴射流路とし、
    前記第2弁部が前記第2弁座から離座することにより形成される流路を第2噴射流路とするとき、
    前記第1流体及び前記第2流体を外部に噴射する噴孔(29)の総断面積は、前記第1噴射流路の流路断面積及び前記第2噴射流路の流路断面積のいずれよりも小さい
    請求項2〜10のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  12. 前記第1流体に印加される噴射のための圧力、及び前記第2流体に印加される噴射のための圧力は、同一の圧力に設定されている
    請求項2〜11のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  13. 前記第1流体に印加される噴射のための圧力よりも、前記第2流体に印加される噴射のための圧力の方が高い
    請求項2〜11のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  14. 前記第1流体に印加される噴射のための圧力は、零に設定されている
    請求項13に記載の流体噴射装置。
  15. 前記第1流体は液体であり、
    前記第2流体は気体である
    請求項2〜14のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  16. 前記第1流体は液体であり、
    前記第2流体は気体であり、
    前記気体に印加される噴射のための圧力よりも、前記液体に印加される噴射のための圧力の方が高い
    請求項2〜11のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  17. 前記気体は空気である
    請求項15又は16に記載の流体噴射装置。
  18. 前記気体に印加される噴射のための圧力は一定の圧力に設定されており、
    前記液体に印加される噴射のための圧力を調整する圧力制御、及び前記弁体の駆動制御により前記気体及び前記液体のそれぞれの噴射量を制御する制御部(160)を更に備える
    請求項15〜17のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  19. 前記気体として、可燃性ガスが用いられ、
    前記弁体の駆動制御により前記可燃性ガスの噴射量を制御するとともに、前記液体に印加される噴射のための圧力を調整する圧力制御により前記液体の噴射量を制御する制御部(160)を更に備える
    請求項15又は16に記載の流体噴射装置。
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