JP2021195878A

JP2021195878A - Valve device

Info

Publication number: JP2021195878A
Application number: JP2020100926A
Authority: JP
Inventors: 謙伊藤; Ken Ito
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2021-12-27
Anticipated expiration: 2040-06-10
Also published as: JP7322820B2

Abstract

To suppress both of seating wear of a needle valve and erosion wear of a seat surface.SOLUTION: A valve device (11) includes: a body (12) equipped with a fluid channel (14); a tip end nozzle portion (13) that has a seat surface (15) separately provided at a tip end portion of the body and having a tapered surface shape continuing to the fluid channel and decreasing a diameter toward a tip end side, and a fluid outlet portion (16) continuing to the tip end of the seat surface and having a small diameter; and a needle valve (18) that is located and provided in the fluid channel, has a tapered rod-shape, and moves forward/backward between a blocking position where the same blocks the fluid outlet portion and an opening position where the same separates from the seat surface. At a tip end of the needle valve, a ceramic ball (20) contacting with the seat surface at the blocking position is provided. On a surface of the seat surface, a coating layer (15) coated with a high hardness material is formed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ニードル弁を備える弁装置に関する。 The present invention relates to a valve device including a needle valve.

例えば、内燃機関においてコモンレールに燃料を供給するサプライポンプの吐出量などの性能検査を行うベンチ設備にあっては、サプライポンプからの燃料を、ニードル弁を用いたコントロールバルブを介してコモンレールに供給することが行われる。この場合、コントロールバルブにおいては、ニードル弁の押え力をパルスモータの移動量で制御することにより、燃料の供給圧力を、一定例えば２５０ＭＰａに制御している。この種のニードル弁を備える弁装置は、例えば特許文献１などで知られている。 For example, in a bench facility that performs performance inspections such as the discharge amount of a supply pump that supplies fuel to a common rail in an internal combustion engine, fuel from the supply pump is supplied to the common rail via a control valve using a needle valve. Is done. In this case, in the control valve, the fuel supply pressure is controlled to a constant value, for example, 250 MPa by controlling the pressing force of the needle valve by the amount of movement of the pulse motor. A valve device including this type of needle valve is known, for example, in Patent Document 1.

図４は、この種のニードル弁を用いた弁装置１の従来構成を示している。即ち、ボディ２には燃料流路３が設けられており、ボディ２の先端部には、燃料流路３に連続して、テーパ状のシート面４を介して径小な燃料出口部５が設けられている。図４では便宜上、ボディ２のハッチングを省略している。燃料出口部５は、先端側により径小となったオリフィス部５ａを有している。一方、燃料流路３内には、ニードル弁６が進退移動可能に設けられている。このニードル弁６は、棒状をなす軸部の先端に円錐状のテーパ面部６ａを有している。また、ニードル弁６には、燃料を戻すためのリターン穴７が形成されている。尚、ニードル弁６の軸部は、円の外周部の３箇所が部分的に円弧状にカットされた断面形状をなしている。 FIG. 4 shows a conventional configuration of a valve device 1 using this type of needle valve. That is, the body 2 is provided with the fuel flow path 3, and the tip portion of the body 2 has a fuel outlet portion 5 having a small diameter continuous with the fuel flow path 3 via the tapered seat surface 4. It is provided. In FIG. 4, the hatching of the body 2 is omitted for convenience. The fuel outlet portion 5 has an orifice portion 5a having a smaller diameter due to the tip side. On the other hand, a needle valve 6 is provided in the fuel flow path 3 so as to be able to move forward and backward. The needle valve 6 has a conical tapered surface portion 6a at the tip of a rod-shaped shaft portion. Further, the needle valve 6 is formed with a return hole 7 for returning fuel. The shaft portion of the needle valve 6 has a cross-sectional shape in which three points on the outer peripheral portion of the circle are partially cut into an arc shape.

図示はしないが、ニードル弁６は、図示しないコイルばねのばね力により先端側に付勢され、通常時にはテーパ面部６ａがシート面４に密着して燃料出口部５を塞ぐ閉塞位置にある。そして、モータやソレノイド等を駆動源とした駆動機構により、ニードル弁６が後方の開放位置に移動されることにより、テーパ面部６ａがシート面４から離間し、燃料出口部５を開放させるようになっている。 Although not shown, the needle valve 6 is urged toward the tip side by the spring force of a coil spring (not shown), and is normally in a closed position where the tapered surface portion 6a is in close contact with the seat surface 4 and closes the fuel outlet portion 5. Then, the needle valve 6 is moved to the rear open position by a drive mechanism using a motor, a solenoid, or the like as a drive source, so that the tapered surface portion 6a is separated from the seat surface 4 and the fuel outlet portion 5 is opened. It has become.

特開２００５−２０７２９９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-207299

上記構成の弁装置１にあっては、ニードル弁６が開放位置から閉塞位置に移動する際に、テーパ面部６ａの途中部が、シート面４の外周縁部つまり、燃料流路３との境界部に衝突し、その衝突が繰り返されることによって、テーパ面部６ａに着座摩耗が発生する虞がある。特に、上記のようにサプライポンプの性能検査に用いる場合には、燃料の吐出圧力が従来の２００ＭＰａから２５０ＭＰａに高圧化される事情があり、この高圧化に伴いコイルばねのばね力が増大し、衝突時の衝撃力も大きくなってニードル弁６の寿命が短くなる不具合があった。 In the valve device 1 having the above configuration, when the needle valve 6 moves from the open position to the closed position, the intermediate portion of the tapered surface portion 6a is the outer peripheral edge portion of the seat surface 4, that is, the boundary with the fuel flow path 3. There is a possibility that seating wear may occur on the tapered surface portion 6a due to collision with the portion and repeated collisions. In particular, when used for the performance inspection of the supply pump as described above, there is a situation that the discharge pressure of the fuel is increased from the conventional 200 MPa to 250 MPa, and the spring force of the coil spring increases with this increase in pressure. There was a problem that the impact force at the time of collision became large and the life of the needle valve 6 was shortened.

また、上記した高圧化に伴い、ニードル弁６の着座摩耗の問題だけでなく、開弁時の燃料の流速の増大に伴いシート面４におけるエロージョン磨耗の問題も生じていた。上記特許文献１では、ニードル弁の先端部の表面に、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）のコーティングを施すことにより、摩擦抵抗を低減することが考えられている。しかしながら、シート面４に対するニードル弁６の衝突時の衝撃力自体を抑制するものではないため、着座摩耗の防止にさほど効果的であるとは言えなかった。また、シート面４のエロージョン摩耗に関しては抑制することはできなかった。 Further, with the above-mentioned increase in pressure, not only the problem of seating wear of the needle valve 6 but also the problem of erosion wear on the seat surface 4 has arisen due to the increase in the flow velocity of the fuel at the time of valve opening. In Patent Document 1, it is considered to reduce frictional resistance by applying a DLC (diamond-like carbon) coating to the surface of the tip of the needle valve. However, since it does not suppress the impact force itself at the time of collision of the needle valve 6 with respect to the seat surface 4, it cannot be said that it is very effective in preventing seating wear. Further, the erosion wear of the seat surface 4 could not be suppressed.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ニードル弁を備えたものにあって、ニードル弁の着座摩耗及びシート面のエロージョン摩耗の双方を抑制することができる弁装置を提供するにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a valve device provided with a needle valve and capable of suppressing both seating wear of the needle valve and erosion wear of the seat surface. To do.

上記目的を達成するために、本発明の弁装置（１１）は、流体流路（１４）を備えるボディ（１２）と、前記ボディの先端部に別体に設けられ、前記流体流路に連続し先端側に行くほど径小となるテーパ面状をなすシート面（１５）と、そのシート面の先端に連続する径小な流体出口部（１６）とを有する先端ノズル部（１３）と、前記流体流路内に位置して設けられ、先細り状の棒状をなし、前記シート面に接触して前記流体出口部を閉塞する閉塞位置と、該シート面から離間する開放位置との間で進退するニードル弁（１８）とを備えると共に、前記ニードル弁の先端には、閉塞位置で前記シート面に接触するセラミック製のボール（２０）が設けられており、前記シート面の表面には、高硬度材料がコーティングされたコーティング層（１５）が形成されている。 In order to achieve the above object, the valve device (11) of the present invention is provided separately from the body (12) provided with the fluid flow path (14) and the tip portion of the body, and is continuous with the fluid flow path. A tip nozzle portion (13) having a sheet surface (15) having a tapered surface shape whose diameter becomes smaller toward the tip side, and a fluid outlet portion (16) having a small diameter continuous with the tip of the sheet surface. It is located in the fluid flow path and has a tapered rod shape, and moves forward and backward between a closed position that contacts the sheet surface and closes the fluid outlet portion and an open position that is separated from the sheet surface. In addition to being provided with a needle valve (18), a ceramic ball (20) that comes into contact with the seat surface at a closed position is provided at the tip of the needle valve, and the surface of the seat surface is high. A coating layer (15) coated with a hardness material is formed.

これによれば、ニードル弁の開放位置では、ニードル弁の先端がシート面から離間して流体出口部を開放させ、流体流路内に加圧状で供給されている高圧の液体が流体出口部から吐出される。ニードル弁の閉塞位置では、ニードル弁の先端のボールが、テーパ面状のシート面に接触することにより、流体出口部が閉塞状態とされる。このとき、ニードル弁が開放位置から閉塞位置に移動する際には、ボールの外周の球面とテーパ状のシート面との衝突となるので、ニードル弁の円錐状面がシート面の外周縁のコーナー部に衝突する場合と比べて、衝突力を小さく済ませることができる。 According to this, at the open position of the needle valve, the tip of the needle valve is separated from the seat surface to open the fluid outlet portion, and the high-pressure liquid supplied under pressure in the fluid flow path is the fluid outlet portion. Is discharged from. At the closed position of the needle valve, the ball at the tip of the needle valve comes into contact with the tapered seat surface, so that the fluid outlet portion is closed. At this time, when the needle valve moves from the open position to the closed position, the spherical surface on the outer circumference of the ball collides with the tapered seat surface, so that the conical surface of the needle valve is the corner of the outer peripheral edge of the seat surface. The collision force can be reduced as compared with the case of colliding with a portion.

しかもその際、ボールがセラミック製であると共に、シート面の表面には高硬度材料からなるコーティング層が設けられているので、双方の硬度が高くどちらも傷付きに対して強いものとすることができる。この結果、ニードル弁の先端部の着座摩耗を抑制することができる。これと共に、シート面の表面に高硬度のコーティング層が設けられていることにより、シート面のエロージョン摩耗を抑制することができる。この結果、ニードル弁を備えたものにあって、供給される流体が高圧である場合でも、ニードル弁の着座摩耗及びシート面のエロージョン摩耗の双方を効果的に抑制することが可能となる。 Moreover, at that time, since the ball is made of ceramic and a coating layer made of a high hardness material is provided on the surface of the sheet surface, both have high hardness and both are resistant to scratches. can. As a result, it is possible to suppress seating wear at the tip of the needle valve. At the same time, by providing a coating layer having a high hardness on the surface of the sheet surface, erosion wear of the sheet surface can be suppressed. As a result, it is possible to effectively suppress both the seating wear of the needle valve and the erosion wear of the seat surface even when the fluid supplied is high pressure in the one provided with the needle valve.

尚、セラミック製のボールの材質としては、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等各種の材料を採用することができる。このとき、セラミック製のボールは、ニードル弁の先端に固定的に取付けられていても良いし、回転可能且つ抜止め状態に保持されていても良い。また、コーティング層の材質としては、例えば、窒化クロム（ＣｒＮ）や窒化チタン（ＴｉＮ）、ＤＬＣ等を採用することができる。コーティングの方法としては、一般的なアーク方式のＰＶＤ法を採用することができる。このとき、ボディに対し、先端ノズル部が一体でなく別体に設けられているので、コーティング層の形成を容易に行うことができる。 As the material of the ceramic ball, for example, various materials such as silicon carbide (SiC), alumina, silicon nitride, and zirconia can be adopted. At this time, the ceramic ball may be fixedly attached to the tip of the needle valve, or may be rotatable and held in a retaining state. Further, as the material of the coating layer, for example, chromium nitride (CrN), titanium nitride (TiN), DLC or the like can be adopted. As a coating method, a general arc-type PVD method can be adopted. At this time, since the tip nozzle portion is provided separately from the body instead of being integrated, the coating layer can be easily formed.

一実施形態を示すもので、弁装置の先端部の断面図It shows one embodiment, and is the sectional view of the tip part of a valve device. 各部の寸法関係を示す図The figure which shows the dimensional relation of each part 図１のＩ−Ｉ線に沿う断面図Sectional drawing along the line I-I of FIG. 従来例を示す弁装置の先端部の断面図Cross-sectional view of the tip of the valve device showing a conventional example

以下、本発明を、サプライポンプの性能検査を行うベンチ設備のコントロールバルブに適用した一実施形態について、図１から図３を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る弁装置１１の先端部の構成を示している。この弁装置１１のボディ１２は、前後方向即ち図１で左右方向にやや長く構成され、ボディ１２の図で左側に位置する先端部には、別体の先端ノズル部１３が取付けられている。図１では、便宜上、ボディ１２及び先端ノズル部１３部のハッチングを省略している。尚、以下の説明では、弁装置１１の図１で左側を前方である先端側、右側を後方である基端側と称する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a control valve of a bench facility for performing a performance inspection of a supply pump will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 shows the configuration of the tip portion of the valve device 11 according to the present embodiment. The body 12 of the valve device 11 is configured to be slightly longer in the front-rear direction, that is, in the left-right direction in FIG. 1, and a separate tip nozzle portion 13 is attached to the tip portion located on the left side in the figure of the body 12. In FIG. 1, for convenience, hatching of the body 12 and the tip nozzle portion 13 is omitted. In the following description, in FIG. 1 of the valve device 11, the left side is referred to as a front end side, and the right side is referred to as a rear base end side.

前記ボディ１２には、前後方向即ち図１で左右方向に延びる流体流路１４が設けられている。図２、図３にも示すように、この流体流路１４は、断面円形に形成され、先端開口部側に径大部１４ａが設けられている。図示はしないが、前記流体流路１４の基端部には、サプライポンプが配管を介して接続され、燃料が加圧状態で供給されるようになっている。前記ボディ１２及び先端ノズル部１３は、共に例えばＳＵＪ２からなる高炭素クロム軸受鋼鋼材から構成され、先端ノズル部１３は、ボディ１２の先端面に対し、例えばボルト締め、ねじ込みなどの適宜の方法で固着される。 The body 12 is provided with a fluid flow path 14 extending in the front-rear direction, that is, in the left-right direction in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the fluid flow path 14 is formed in a circular cross section, and a large diameter portion 14a is provided on the tip opening side. Although not shown, a supply pump is connected to the base end of the fluid flow path 14 via a pipe so that fuel is supplied in a pressurized state. The body 12 and the tip nozzle portion 13 are both made of a high carbon chrome bearing steel material made of, for example, SUJ2, and the tip nozzle portion 13 is attached to the tip surface of the body 12 by an appropriate method such as bolting or screwing. It is fixed.

前記先端ノズル部１３は、先端側にやや縮径する円筒状に構成され、その基端側の面の中央部には、前記流体流路１４の先端に連続し、先端側に行くほど径小となるテーパ面状をなすシート面１５が設けられている。先端ノズル部１３の中央部には、前記シート面１５の先端から連続して延び、先端面で開口する径小な流体出口部１６が設けられている。図２にも示すように、この流体出口部１６は、先端側により径小なオリフィス部１６ａが設けられている。このとき、詳しくは後述するように、前記シート面１５の表面全体つまり図２に太線で示す部分には、コーティング層１７が設けられている。 The tip nozzle portion 13 is formed in a cylindrical shape whose diameter is slightly reduced toward the tip side, and is continuous with the tip of the fluid flow path 14 at the center of the surface on the base end side thereof, and the diameter becomes smaller toward the tip side. A sheet surface 15 having a tapered surface shape is provided. At the center of the tip nozzle portion 13, a fluid outlet portion 16 having a small diameter that extends continuously from the tip of the sheet surface 15 and opens at the tip surface is provided. As shown in FIG. 2, the fluid outlet portion 16 is provided with an orifice portion 16a having a smaller diameter on the tip side. At this time, as will be described in detail later, the coating layer 17 is provided on the entire surface of the sheet surface 15, that is, the portion shown by the thick line in FIG.

そして、前記ボディ１２の流体流路１４内には、前記流体出口部１６を開閉するためのニードル弁１８が前後方向に移動可能に配置される。図２にも示すように、ニードル弁１８は、前後方向に延びる棒状をなす軸部１９の先端部に、先細りの円錐面状をなすテーパ面部１８ａを一体に有すると共に、その先端に、前記シート面１５に接離する後述するセラミック製のボール２０を取付けて構成される。尚、ニードル弁１８は、例えばＳＫＨ５１からなる高速度工具鋼から構成されている。 Then, in the fluid flow path 14 of the body 12, a needle valve 18 for opening and closing the fluid outlet portion 16 is arranged so as to be movable in the front-rear direction. As shown in FIG. 2, the needle valve 18 integrally has a tapered surface portion 18a forming a tapered conical surface at the tip of a rod-shaped shaft portion 19 extending in the front-rear direction, and the sheet is at the tip thereof. A ceramic ball 20, which will be described later, is attached to and separated from the surface 15. The needle valve 18 is made of high-speed tool steel made of, for example, SKH51.

図３にも示すように、前記軸部１９は、前記流体流路１４の内周面を摺動するような断面ほぼ円形に構成されていると共に、その外周には、円周方向に沿う複数箇所この場合均等な３箇所に位置して、高さの小さい円弧状カット部１９ａが設けられている。従って、流体流路１４における実際の燃料の流路は、流体流路１４の内周面と、軸部１９の円弧状カット部１９ａとの間の隙間部分となる。また本実施形態のニードル弁１８では、従来設けられていた流体を戻すためのリターン穴の形成が省略されている。 As shown in FIG. 3, the shaft portion 19 is configured to have a substantially circular cross section so as to slide on the inner peripheral surface of the fluid flow path 14, and a plurality of shaft portions 19 are formed on the outer periphery thereof along the circumferential direction. Locations In this case, arcuate cut portions 19a having a small height are provided at three even locations. Therefore, the actual fuel flow path in the fluid flow path 14 is a gap portion between the inner peripheral surface of the fluid flow path 14 and the arcuate cut portion 19a of the shaft portion 19. Further, in the needle valve 18 of the present embodiment, the formation of the return hole for returning the fluid, which has been conventionally provided, is omitted.

このニードル弁１８は、通常時には、図示しないコイルばねのばね力により先端側に付勢され、図１に示すように、前記ボール２０が前記シート面１５に接触することにより、流体出口部１６を塞いでいる。このニードル弁１８の位置が閉塞位置となる。そして、モータやソレノイド等を駆動源とした駆動機構により、ニードル弁１８が後方の開放位置に移動されることにより、図２に示すように、ボール２０がシート面１５から離間し、流体出口部１６を開放させるようになっている。本実施形態では、ニードル弁１８の押え力をパルスモータの移動量で制御することにより、吐出圧を一定、例えば２５０ＭＰａに制御するようにしている。 Normally, the needle valve 18 is urged toward the tip end side by a spring force of a coil spring (not shown), and as shown in FIG. 1, the ball 20 comes into contact with the seat surface 15 to provide a fluid outlet portion 16. It's blocking. The position of the needle valve 18 is the closed position. Then, the needle valve 18 is moved to the rear open position by a drive mechanism using a motor, a solenoid, or the like as a drive source, so that the ball 20 is separated from the seat surface 15 and the fluid outlet portion is as shown in FIG. 16 is designed to be released. In the present embodiment, the pressing force of the needle valve 18 is controlled by the amount of movement of the pulse motor, so that the discharge pressure is controlled to be constant, for example, 250 MPa.

さて、前記ボール２０は、例えば直径寸法が１．１７ｍｍの球形をなし、その材質としては、ビッカース硬さＨＶ１３００以上のセラミック材料例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）が採用されている。他にも、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等各種の材料を採用することができる。ボール２０は、前記シート面１５の途中部に接触するような直径寸法、つまり前記シート面１５の基端側開口部の直径よりは小さく、流体出口部１６の直径よりは大きい直径寸法を有している。このボール２０は、ニードル弁１８の先端に例えば固定的に取付けられている。 The ball 20 has a spherical shape having a diameter of 1.17 mm, for example, and a ceramic material having a Vickers hardness of HV1300 or higher, such as silicon carbide (SiC), is used as the material thereof. In addition, various materials such as alumina, silicon nitride, and zirconia can be adopted. The ball 20 has a diameter dimension that makes contact with an intermediate portion of the seat surface 15, that is, a diameter dimension that is smaller than the diameter of the proximal end side opening of the seat surface 15 and larger than the diameter of the fluid outlet portion 16. ing. The ball 20 is fixedly attached to the tip of the needle valve 18, for example.

また、前記先端ノズル部１３のシート面１５に設けられるコーティング層１７の材質としては、例えば窒化クロム（ＣｒＮ）が採用される。他にも、窒化チタン（ＴｉＮ）、ＤＬＣ等を採用することができる。コーティング層１７の厚み寸法としては、例えば２μｍとすることができる。コーティングの方法としては、一般的なアーク方式のＰＶＤ法を採用することができる。このとき、ボディ１２に対し、先端ノズル部１３が一体でなく別体に設けられているので、先端ノズル部１３のシート面１５にコーティング層１７を設けた後、ボディ１２に組付けることができる。 Further, as the material of the coating layer 17 provided on the sheet surface 15 of the tip nozzle portion 13, for example, chromium nitride (CrN) is adopted. In addition, titanium nitride (TiN), DLC and the like can be adopted. The thickness dimension of the coating layer 17 can be, for example, 2 μm. As a coating method, a general arc-type PVD method can be adopted. At this time, since the tip nozzle portion 13 is provided separately from the body 12 instead of being integrally provided, the coating layer 17 can be provided on the sheet surface 15 of the tip nozzle portion 13 and then assembled to the body 12. ..

ちなみに、上記した本実施形態の弁装置１１の各部の寸法は、図４に示した従来例の弁装置１に対して、例えば次のように変動されている。即ち、図２に示すように、図４に示す従来の燃料出口部５の基端側の直径寸法Ａ′が１．１５ｍｍであったのに対し、実施形態の流体出口部１６の基端側の直径寸法Ａは０．８ｍｍとされ、従来のオリフィス部５ａの直径寸法Ｂ′が１．０ｍｍであったのに対し、実施形態のオリフィス部１６ａの直径寸法Ｂが０．７ｍｍとされている。これらは約３０％の寸法低減が図られている。 Incidentally, the dimensions of each part of the valve device 11 of the present embodiment described above are varied as follows, for example, with respect to the conventional valve device 1 shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2, the diameter dimension A'on the proximal end side of the conventional fuel outlet portion 5 shown in FIG. 4 was 1.15 mm, whereas the diameter dimension A'on the proximal end side of the fluid outlet portion 16 of the embodiment was the proximal end side. The diameter dimension A of the above is 0.8 mm, and the diameter dimension B of the orifice portion 16a of the embodiment is 0.7 mm, whereas the diameter dimension B'of the conventional orifice portion 5a is 1.0 mm. .. These are dimensionally reduced by about 30%.

また、図４に示す従来のニードル弁６の軸部の、直径寸法から円弧状カット部の高さ寸法を引いたいわゆる逃げ寸法Ｃ′が５．１ｍｍであったのに対し、実施形態のニードル弁１８の軸部１９の、直径寸法から円弧状カット部１９ａの高さ寸法を引いたいわゆる逃げ寸法Ｃは５．８ｍｍとされている。円弧状カット部１９ａの円弧の高さ寸法が約１４％低減されている。 Further, the so-called clearance dimension C'in which the height dimension of the arcuate cut portion is subtracted from the diameter dimension of the shaft portion of the conventional needle valve 6 shown in FIG. 4 is 5.1 mm, whereas the needle of the embodiment is used. The so-called clearance dimension C of the shaft portion 19 of the valve 18 obtained by subtracting the height dimension of the arcuate cut portion 19a from the diameter dimension is 5.8 mm. The height dimension of the arc of the arc-shaped cut portion 19a is reduced by about 14%.

次に、上記構成の弁装置１１の作用・効果について述べる。上記弁装置１１においては、サポライポンプから流体流路１４内に燃料が加圧状で供給される。駆動機構が動作されていない通常時には、コイルばねのばね力によりニードル弁１８は閉塞位置に位置されている。図１に示すように、このニードル弁１８の閉塞位置では、ニードル弁１８の先端のボール２０が、テーパ面状のシート面１５に接触することにより、流体出口部１６が閉塞状態とされる。 Next, the operation / effect of the valve device 11 having the above configuration will be described. In the valve device 11, fuel is supplied in a pressurized state from the support pump into the fluid flow path 14. Normally, when the drive mechanism is not operated, the needle valve 18 is positioned at the closed position due to the spring force of the coil spring. As shown in FIG. 1, at the closed position of the needle valve 18, the ball 20 at the tip of the needle valve 18 comes into contact with the tapered seat surface 15, so that the fluid outlet portion 16 is closed.

これに対し、駆動機構のパルスモータの駆動により、ニードル弁１８がばね力に抗して後退して開放位置に移動されると、図２に示すように、ニードル弁１８の先端のボール２０がシート面１５から離間する。これにて、流体出口部１６が開放され、流体流路１４内に加圧状で供給されている燃料が流体出口部１６の先端からコモンレールに向けて吐出される。駆動機構のパルスモータが通電停止されると、ニードル弁１８が閉塞位置に移動し、流体出口部１６が閉塞されて燃料の吐出が停止される。 On the other hand, when the needle valve 18 retracts against the spring force and is moved to the open position by driving the pulse motor of the drive mechanism, the ball 20 at the tip of the needle valve 18 is moved as shown in FIG. Separated from the seat surface 15. As a result, the fluid outlet portion 16 is opened, and the fuel supplied under pressure into the fluid flow path 14 is discharged from the tip of the fluid outlet portion 16 toward the common rail. When the pulse motor of the drive mechanism is turned off, the needle valve 18 moves to the closed position, the fluid outlet portion 16 is closed, and the fuel discharge is stopped.

このとき、ニードル弁１８が開放位置から閉塞位置に移動する際に、ニードル弁１８の先端のボール２０が、シート面１５に衝突するようになる。この場合、吐出圧力の高圧化に伴いコイルばねのばね力が増大し、衝突時の衝撃力も大きくなる。これと共に、開弁時の燃料の流速の増大に伴い、シート面１５におけるエロージョン磨耗の問題もある。ところが本実施形態では、ニードル弁１８の先端にセラミック製のボール２０が設けられ、その球面状のボール２０とテーパ面状のシート面１５との衝突となるので、従来のようなニードル弁６の円錐状面６ａがシート面４の外周縁のコーナー部に衝突する場合と比べて、衝突力を小さく済ませることができる。 At this time, when the needle valve 18 moves from the open position to the closed position, the ball 20 at the tip of the needle valve 18 collides with the seat surface 15. In this case, the spring force of the coil spring increases as the discharge pressure increases, and the impact force at the time of collision also increases. At the same time, there is also a problem of erosion wear on the seat surface 15 due to an increase in the flow velocity of the fuel at the time of valve opening. However, in the present embodiment, a ceramic ball 20 is provided at the tip of the needle valve 18, and the spherical ball 20 and the tapered seat surface 15 collide with each other. The collision force can be reduced as compared with the case where the conical surface 6a collides with the corner portion of the outer peripheral edge of the seat surface 4.

しかも、ボール２０がセラミック製であると共に、シート面１５の表面には高硬度材料からなるコーティング層１７が設けられているので、双方の硬度が高く何れもが傷付きに対して強いものとすることができる。従って、ニードル弁１８の先端部の着座摩耗を抑制することができる。これと共に、シート面１５の表面に高硬度のコーティング層１７が設けられていることにより、シート面１５のエロージョン摩耗を抑制することができる。この結果、本実施形態の弁装置１１によれば、ニードル弁１８を備えたものにあって、供給される流体が高圧である場合でも、ニードル弁１８の着座摩耗及びシート面１５のエロージョン摩耗の双方を効果的に抑制することが可能となるという優れた効果を得ることができる。 Moreover, since the ball 20 is made of ceramic and the coating layer 17 made of a high hardness material is provided on the surface of the sheet surface 15, both have high hardness and both are resistant to scratches. be able to. Therefore, it is possible to suppress seating wear at the tip of the needle valve 18. At the same time, since the coating layer 17 having a high hardness is provided on the surface of the sheet surface 15, erosion wear of the sheet surface 15 can be suppressed. As a result, according to the valve device 11 of the present embodiment, even when the fluid supplied is high pressure in the one provided with the needle valve 18, the seating wear of the needle valve 18 and the erosion wear of the seat surface 15 occur. It is possible to obtain an excellent effect that both can be effectively suppressed.

このとき本実施形態では、ボディ１２に対し、先端ノズル部１３が一体でなく別体に設けられているので、コーティング層１７の形成を容易に行うことができる。しかも、ニードル弁１８の先端にボール２０を固定的に取付けるようにしたので、微小な部分に対するボール２０の取付けや保守点検を簡単に行うことができる。また、本発明者の研究によれば、セラミック製のボール２０の材質として、特に、ビッカース硬さＨＶ１３００以上の材料を採用すれば、着座摩耗の抑制効果の面でより好ましいものとなることが明らかとなった。 At this time, in the present embodiment, since the tip nozzle portion 13 is provided separately from the body 12 instead of being integrally provided, the coating layer 17 can be easily formed. Moreover, since the ball 20 is fixedly attached to the tip of the needle valve 18, it is possible to easily attach the ball 20 to a minute portion and perform maintenance and inspection. Further, according to the research of the present inventor, it is clear that if a material having a Vickers hardness of HV1300 or more is used as the material of the ceramic ball 20, it is more preferable in terms of the effect of suppressing seating wear. It became.

ところで、ニードル弁１８を開放位置から閉塞位置に移動した際には、流体流路１４内の燃料が、流体流路１４の内周面と軸部１９の円弧状カット部１９ａとの間の通路を、液体が戻るようになる。この通路の断面積が比較的大きいと、流体流路１４の径大部１４ａ内の圧力が速やかに低下し、ニードル弁１８に対する開放位置側に押す力はさほど得られない。これに対し、本実施形態では、円弧状カット部１９ａの高さ寸法を小さくして、液体が戻る通路の断面積を小さくした。 By the way, when the needle valve 18 is moved from the open position to the closed position, the fuel in the fluid flow path 14 is a passage between the inner peripheral surface of the fluid flow path 14 and the arcuate cut portion 19a of the shaft portion 19. , The liquid will come back. When the cross-sectional area of this passage is relatively large, the pressure in the large-diameter portion 14a of the fluid flow path 14 is rapidly reduced, and a force for pushing toward the open position side with respect to the needle valve 18 is not so large. On the other hand, in the present embodiment, the height dimension of the arc-shaped cut portion 19a is reduced, and the cross-sectional area of the passage through which the liquid returns is reduced.

これにより、ニードル弁１８を閉塞位置に移動させた際の、燃料が基端側に戻る際の抵抗が大きくなり、径大部１４ａ内の燃料の圧力が高くなり、ニードル弁１８を開放位置側に押す力となる。そのため、その分だけ、衝突力を小さくすることができる。同様に、本実施形態では、従来のリターン穴７を省略したことにより、ニードル弁１８を閉塞位置に移動させた際の、径大部１４ａ内の燃料の圧力が高くなり、ニードル弁１８を開放位置側に押す力となって、衝突力を小さくすることができる。従って、これらの構成により、着座摩耗の抑制効果をより一層高めることができる。 As a result, when the needle valve 18 is moved to the closed position, the resistance when the fuel returns to the proximal end side increases, the pressure of the fuel in the large diameter portion 14a increases, and the needle valve 18 is moved to the open position side. It becomes the force to push. Therefore, the collision force can be reduced accordingly. Similarly, in the present embodiment, by omitting the conventional return hole 7, the pressure of the fuel in the large diameter portion 14a becomes high when the needle valve 18 is moved to the closed position, and the needle valve 18 is opened. It becomes a force to push toward the position side, and the collision force can be reduced. Therefore, with these configurations, the effect of suppressing seating wear can be further enhanced.

さらに本実施形態では、流体出口部１６及びオリフィス部１６ａの直径寸法を、従来よりも小さく成した。これにより、シート部１５の前後の圧力差が従来のものより小さくなり、シート部１５側の燃料の流速を小さくすることができる。従って、シート部１５を通過する燃料の流速を小さくすることができ、その分、エロージョン摩耗を低減させることができる。 Further, in the present embodiment, the diameter dimensions of the fluid outlet portion 16 and the orifice portion 16a are made smaller than before. As a result, the pressure difference between the front and rear of the seat portion 15 becomes smaller than that of the conventional one, and the flow velocity of the fuel on the seat portion 15 side can be reduced. Therefore, the flow velocity of the fuel passing through the seat portion 15 can be reduced, and the erosion wear can be reduced accordingly.

尚、上記実施形態では、ニードル弁の先端にセラミック製のボールを固定的に設けたが、ボールをニードル弁の先端に回転可能且つ抜止め状態に保持する構成としても良い。この場合、ニードル弁の先端に半球状の凹部を設け、そこにボールを嵌合させるといった構成が考えられ、取付性については低下を招くものの、着座摩耗の抑制効果を高めることができる。また、上記実施形態では、弁装置を、サプライポンプの性能検査用に適用したが、ニードル弁を備える弁装置全般に適用することが可能であり、様々な用途に利用することができる。 In the above embodiment, the ceramic ball is fixedly provided at the tip of the needle valve, but the ball may be rotatably held at the tip of the needle valve and held in a retaining state. In this case, a hemispherical recess is provided at the tip of the needle valve, and a ball is fitted therein. Although the mountability is deteriorated, the effect of suppressing seating wear can be enhanced. Further, in the above embodiment, the valve device is applied for performance inspection of the supply pump, but it can be applied to all valve devices including a needle valve and can be used for various purposes.

その他、上記実施形態では、リターン穴を省略する構成としたが、リターン穴を設ける構成としても良い。円弧状カット部の高さ寸法等についても、種々変形して実施することができる。ボールやコーティング層の材質、ボディやニードル弁の材質としても、様々な変更が可能である。上記実施形態で述べた各部の寸法や、圧力等の具体的な数値についても一例を示したに過ぎず、適宜変更して実施できることは勿論である。 In addition, in the above embodiment, the return hole is omitted, but a return hole may be provided. The height dimension of the arc-shaped cut portion can also be variously modified. Various changes can be made to the material of the ball and coating layer, and the material of the body and needle valve. The dimensions of each part and the specific numerical values such as pressure described in the above embodiment are only shown as an example, and it is needless to say that they can be changed as appropriate.

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。 The present disclosure has been described in accordance with the examples, but it is understood that the present disclosure is not limited to the examples and structures. The present disclosure also includes various variations and variations within a uniform range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms that include only one element, more, or less, are within the scope and scope of the present disclosure.

図面中、１１は弁装置、１２はボディ、１３は先端ノズル部、１４は流体流路、１５はシート面、１６は流体出口部、１６ａはオリフィス部、１７はコーティング層、１８はニードル弁、１９は軸部、１９ａは円弧状カット部、２０はボールを示す。 In the drawings, 11 is a valve device, 12 is a body, 13 is a tip nozzle, 14 is a fluid flow path, 15 is a seat surface, 16 is a fluid outlet, 16a is an orifice, 17 is a coating layer, and 18 is a needle valve. 19 is a shaft portion, 19a is an arc-shaped cut portion, and 20 is a ball.

Claims

A body (12) having a fluid flow path (14) and
A sheet surface (15) having a tapered surface shape that is provided separately at the tip of the body and is continuous with the fluid flow path and has a smaller diameter toward the tip side, and a small diameter continuous with the tip of the sheet surface. Tip nozzle portion (13) having a fluid outlet portion (16),
It is located in the fluid flow path and has a tapered rod shape, and moves forward and backward between a closed position that contacts the sheet surface and closes the fluid outlet portion and an open position that is separated from the sheet surface. With a needle valve (18)
A ceramic ball (20) that comes into contact with the seat surface at the closed position is provided at the tip of the needle valve.
A valve device in which a coating layer (17) coated with a high-hardness material is formed on the surface of the seat surface.

The valve device according to claim 1, wherein a material having a Vickers hardness of HV1300 or higher is used for the ceramic ball.

The needle valve is configured to slide on the inner peripheral surface of the fluid flow path, and on the outer periphery thereof, arcuate cut portions (19a) having small heights are provided at a plurality of locations along the circumferential direction. The valve device according to claim 1 or 2, which is provided.

The valve device according to any one of claims 1 to 3, wherein the needle valve is omitted from forming a return hole for returning the fluid.

The valve device according to any one of claims 1 to 4, wherein the fluid outlet portion is provided with an orifice portion (16a) having a smaller diameter on the tip side.