JP5639426B2 - ガス燃料用噴射弁 - Google Patents

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，前記弁座と協働してノズル孔を開閉する弁プランジャと，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り，前記弁プランジャには，前記ノズル部材寄りの前記摺動案内面に摺動自在に嵌合される第１ジャーナル部と，前記固定コア寄りの前記摺動案内面に摺動自在に嵌合される第２ジャーナル部と，これら第１及び第２ジャーナル部間を一体に連結する，これら第１及び第２ジャーナル部より小径の軸部とを設けた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における弁プランジャの第１及び第２ジャーナル部は，弁ハウジングの内周面に摺動自在に嵌合することで，弁プランジャの開閉姿勢を安定させる機能を有し，またコイルに囲繞される第２ジャーナル部は，コイルの通電時，弁ハウジング及び弁プランジャ間の磁路を確保して，弁プランジャの開弁応答性を高めることにも関与する。したがって，弁プランジャの開弁応答性を高める上では，第２ジャーナル部の軸方向幅はできるだけ広く設定して前記磁路の面積をできるだけ広く得ることが望ましい。

ところで，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，その混入オイルは，屡々，弁プランジャの第１及び第２ジャーナルの外周面と弁ハウジングの内周面との間に侵入して比較的広い面積の油膜を形成し，これにより第１及び第２ジャーナル部の弁ハウジングへの張りつき現象が生じる傾向があり，その現象は弁プランジャの開弁応答性の妨げとなる。その現象を防ぐためには，第１及び第２ジャーナル部の軸方向幅をできるだけ狭くして，それらの弁ハウジングとの接触面積をできるだけ小さくすることが望ましい。

このように，第２ジャーナル部には相反する要求があり，それらを同時に満足させるこに苦慮しているのが実情である。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，第２ジャーナル部により弁ハウジング及び弁プランジャ間の磁路面積を充分に確保しながら，混入オイルによる第２ジャーナル部の弁ハウジングへの張りつきを防ぎ，コイル通電時の弁プランジャの開弁応答性を向上させ得る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，前記弁座と協働してノズル孔を開閉する弁プランジャと，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り，前記弁プランジャには，前記ノズル部材寄りの前記摺動案内面に摺動自在に嵌合される第１ジャーナル部と，前記固定コア寄りの前記摺動案内面に摺動自在に嵌合される第２ジャーナル部と，これら第１及び第２ジャーナル部間を一体に連結する，これら第１及び第２ジャーナル部より小径の軸部とを設けたガス燃料用噴射弁において，前記コイルを，このコイルが前記弁ハウジングを挟んで前記第２ジャーナル部をも囲繞するように配置する一方，その第２ジャーナル部の外周面を，前記固定コア側で前記摺動案内面に摺動自在に嵌合する第１摺動面と，前記軸部側で前記摺動案内面に摺動自在に嵌合する第２摺動面と，これら第１及び第２摺動面間を離間させると共に，溝底から前記摺動案内面への磁束の移行を可能にする環状溝とで構成しし，前記コイルは，前記環状溝の一部をも囲繞することを第１の特徴とする。尚，前記軸部は，後述する本発明の実施形態中の長軸部１２に対応する。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記第１ジャーナル部の外周面の直径をＤ１，前記第１摺動面の直径をＤ２，前記第２摺動面の直径をＤ３としたとき，Ｄ１≦Ｄ２≧Ｄ３と設定すると共に，前記戻しばねの可動端を支持するばね座を前記第２ジャーナル部内の，前記第１摺動面より前方位置に設けたことを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，軸方向幅が第１ジャーナル部より大なる第２ジャーナル部の外周面は，固定コア側で弁ハウジングの摺動案内面に摺動自在に嵌合する第１摺動面と，長軸部側で上記摺動案内面に摺動自在に嵌合する第２摺動面と，これら第１及び第２摺動面間を離間させる環状溝とで構成されるので，コイルの通電時，磁束が弁ハウジングから弁プランジャへと流れるとき，弁ハウジングの摺動案内面から，それに接している第２ジャーナル部の第１及び第２摺動面へと多くの磁束が受け渡され，また両摺動面間を離間する環状溝の溝底は，長軸部の外周面より極めて浅く，摺動案内面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，弁ハウジングから第２ジャーナル部へと一部の磁束が受け渡される。こうして，弁ハウジング及び第２ジャーナル部間には必要な磁路面積を確保することができる。しかも，第２ジャーナル部の軸方向幅を第１ジャーナル部のそれより大とするにも拘らず，第２ジャーナル部の，環状溝により離間される第１及び第２摺動面は，第１ジャーナル部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ジャーナル部及び第１，第２摺動面と摺動案内面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，弁プランジャの摺動案内面への張りつきが解消される。

こうして，第２ジャーナル部は，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，弁プランジャの開弁応答性の向上を図ることができる。

本発明の第２の特徴によれば，第１摺動面及び摺動案内面間の摺動間隙は，第１ジャーナル部及び第２摺動面と摺動案内面との各間の摺動間隙と同等，もしくはそれらより小と設定されることになり，しかも戻しばねの可動端を支持する弁座が第２ジャーナル部内の，第１摺動面より前方位置に配置されるので，戻しばねから弁プランジャに調心作用が働くことになり，弁プランジャの姿勢を一層安定させることができる。

本発明に係るガス燃料用噴射弁の縦断面図。 図１の２部拡大図。 同ガス燃料用噴射弁における弁プランジャの斜視図。

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。

図２及び第３に示すように，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，長軸部１２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が焼き付けにより付設される。また第２ジャーナル部１４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が焼き付けにより付設され，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相当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，その溝底から弁ハウジング３の摺動案内面３ａへの磁束の移行を可能にする程浅く形成される。弁プランジャ１０の外周面にはフッ素樹脂の被膜１９がコーティングされる。

また第１ジャーナル部１３の外周面の直径をＤ１，前記第１摺動面１４ａの直径をＤ２，前記第２摺動面１４ｂの直径をＤ３としたとき，下記式を満足させるように，第１ジャーナル部１３及び第１，第２摺動面１４ａ，１４ｂは形成される。

Ｄ１≦Ｄ２≧Ｄ３
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，それらを環状溝１４ｃの一部をも含めて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の外周に嵌合する環状の端壁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の外周面には，それら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１ジャーナル部１３の前端面の手前で終わる大径燃料縦孔３０と，この大径燃料縦孔３０の底面から始まり短軸部１１の前端面手前で終わる有底の小径燃料縦孔３１と，この小径燃料縦孔３１を短軸部１１の外周面，即ち弁ハウジング３内に開放する複数の燃料横孔３２，３２…とが設けられ，小径燃料縦孔３１の底面中心部には，小径燃料縦孔３１から複数の燃料横孔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。

大径燃料縦孔３０は固定コア５の中空部５ａと連通し，大径燃料縦孔３０及び小径燃料縦孔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，スプリングピンよりなる中空のリテーナ３７が装着され，このリテーナ３７と前記ばね座３４との間に，弁プランジャ１０を弁座７側に付勢する戻しばね３５が縮設される。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の外周には，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のセット荷重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。

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，固定コア５及び弁プランジャ１０間に発生する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，着座部材１７を弁座７から離座させ，ノズル孔８を開く。このとき，弁プランジャ１０のゴム製のクッション部材５２が固定コア５の前端面に当接することで，弁プランジャ１０の開弁限界が規制される。

ノズル孔８が開くと，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が，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，中空のリテーナ３７，弁プランジャ１０の大径燃料縦孔３０，小径燃料縦孔３１及び横孔３２，３２…を通過して弁ハウジング３内に移り，ノズル孔８からエンジンの吸気管Ｅ内に噴射される。

ところで，弁プランジャ１０において，小径燃料縦孔３１の底面中心部には，円錐状の整流突起３３が形成されているので，ガス燃料が弁プランジャ１０内を大径燃料縦孔３０，小径燃料縦孔３１へと流れ，小径燃料縦孔３１の底面まで来ると，そのガス燃料は，上記整流突起３３によって放射状に整流，分散され，スムーズに複数の燃料横孔３２を通過することができる。したがって，弁プランジャ１０内ではガス燃料の圧力損失を小さく抑えることができ，所望通りのガス燃料噴射量を得ることができる。その上，上記整流突起３３による底面でのガス燃料の整流によって，小径燃料縦孔３１の底面にガス燃料の混入オイルが付着，堆積するのを防ぐことができる。

また弁プランジャ１０において，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から弁プランジャ１０へと流れるとき，多くの磁束は，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の外周面よりも極めて浅く，摺動案内面３ａとの間に微小間隙を形成するので，磁束の一部は，この微小間隙を通して弁ハウジング３から第２ジャーナル部１４へと受け渡される。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，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。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，その開閉作動時，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とを弁ハウジング３の摺動案内面３ａを摺動させることで，常に安定した姿勢を保つことができる。

その際，特に，第１ジャーナル部１３の外周面の直径をＤ１，前記第１摺動面１４ａの直径をＤ２，前記第２摺動面１４ｂの直径をＤ３としたとき，Ｄ１≦Ｄ２≧Ｄ３と設定したことで，第１摺動面１４ａ及び摺動案内面３ａ間の摺動間隙は，第１ジャーナル部１３及び第２摺動面１４ｂと摺動案内面３ａとの各間の摺動間隙と同等，もしくはそれらより小と設定されることになり，しかも戻しばね３５の可動端を支持するばね座３４が第２ジャーナル部１４内の，第１摺動面１４ａより前方位置に配置されるので，戻しばね３５から弁プランジャ１０に調心作用が働くことになり，弁プランジャ１０の姿勢を一層安定させることができる。

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
１・・・・・弁ボディ
２・・・・・ノズル部材
３・・・・・弁ハウジング
３ａ・・・・摺動案内面
５・・・・・固定コア
７・・・・・弁座
８・・・・・ノズル孔
１０・・・・弁プランジャ
１２・・・・軸部（長軸部）
１３・・・・第１ジャーナル部
１４・・・・第２ジャーナル部
１４ａ・・・第１摺動面
１４ｂ・・・第２摺動面
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）と協働してノズル孔（８）を開閉する弁プランジャ（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）とを備えてなり，前記弁プランジャ（１０）には，前記ノズル部材（２）寄りの前記摺動案内面（３ａ）に摺動自在に嵌合される第１ジャーナル部（１３）と，前記固定コア（５）寄りの前記摺動案内面（３ａ）に摺動自在に嵌合される第２ジャーナル部（１４）と，これら第１及び第２ジャーナル部（１３，１４）間を一体に連結する，これら第１及び第２ジャーナル部（１３，１４）より小径の軸部（１２）とを設けたガス燃料用噴射弁において，
   前記コイル（２２）を，このコイル（２２）が前記弁ハウジング（３）を挟んで前記第２ジャーナル部（１４）をも囲繞するように配置する一方，その第２ジャーナル部（１４）の外周面を，前記固定コア（５）側で前記摺動案内面（３ａ）に摺動自在に嵌合する第１摺動面（１４ａ）と，前記軸部（１２）側で前記摺動案内面（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）間を離間させると共に，溝底から前記摺動案内面（３ａ）への磁束の移行を可能にする環状溝（１４ｃ）とで構成し，前記コイル（２２）は，前記環状溝（１４ｃ）の一部をも囲繞する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，
   前記第１ジャーナル部（１３）の外周面の直径をＤ１，前記第１摺動面（１４ａ）の直径をＤ２，前記第２摺動面（１４ｂ）の直径をＤ３としたとき，Ｄ１≦Ｄ２≧Ｄ３と設定すると共に，前記戻しばね（３５）の可動端を支持するばね座（３４）を前記第２ジャーナル部（１４）内の，前記第１摺動面（１４ａ）より前方位置に設けたことを特徴とするガス燃料用噴射弁。

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