JP5661397B2

JP5661397B2 - ガス燃料用噴射弁及びその製造方法

Info

Publication number: JP5661397B2
Application number: JP2010212727A
Authority: JP
Inventors: 瀧口　直人; 直人瀧口
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2010-09-22
Filing date: 2010-09-22
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-09-22
Also published as: JP2012067665A

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、この弁ハウジングの後方に配置される固定コア、並びにこの固定コアの後端に連設される燃料入口筒よりなる弁ボディと、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、一端面に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、その後端面より始まってその前端面手前で終わる、前記燃料入口筒内と連通する有底の縦燃料孔と、この縦燃料孔を前記弁ハウジング内に開放する複数の横燃料孔とを設けたガス燃料用噴射弁及びその製造方法に関する。

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

従来のかゝるガス燃料用噴射弁では、弁プランジャに、ガス燃料通路として、弁ピストンの後端面より始まってその前端面手前で終わる有底の縦燃料孔と、この縦燃料孔を弁ハウジング内に開放する複数の横燃料孔とを単に設けていたので、ガス燃料が縦燃料孔から横燃料孔へと流れの方向を直角に変えるとき、ガス燃料に渦流による比較的大きな圧力損失が生じ、所望通りの燃料噴射流量が得られないことがある。

本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、ガス燃料が弁プランジャ内をスムーズに通過できるようにして、その圧力損失を少なくし、所望通りの燃料噴射流量が得られ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、この弁ハウジングの後方に配置される固定コア、並びにこの固定コアの後端に連設される燃料入口筒よりなる弁ボディと、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、一端面に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、その後端面より始まってその前端面手前で終わる、前記燃料入口筒内と連通する有底の縦燃料孔と、この縦燃料孔を前記弁ハウジング内に開放する複数の横燃料孔とを設けたガス燃料用噴射弁において、金属射出成形製とした前記弁プランジャが、前端側から短軸部、この短軸部より大径で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、この第１ジャーナル部より小径でそれより長い長軸部及び、この長軸部より大径で前記摺動案内面に摺動自在に嵌合される第２ジャーナル部を順次同軸状に一体に連ねて構成され、前記長軸部の外周面に、前記第１及び第２ジャーナル部間を一体に連結する複数条のリブが一体に突設され、前記弁プランジャの縦燃料孔の底面に、前記縦燃料孔から複数の前記横燃料孔に向かうガス燃料の分流を誘導する円錐状の整流突起が形成されることを第１の特徴とする。尚、前記縦燃料孔は、後述する本発明の実施形態中の大径縦燃料孔３０及び小径縦燃料孔３１に対応する。

さらにまた本発明は、第１の特徴のガス燃料用噴射弁を製造するに当たり、前記弁プランジャを、磁性金属を素材として金属射出成形により形成する第１工程と、この第１工程後、前記弁プランジャの前端面及び後端面に、ゴムを素材とする着座部材及びクッション部材を焼き付ける第２工程と、この第２工程後、弁プランジャの外周面にフッ素系樹脂の被膜をコーティングする第３程とを実行することを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、弁プランジャにおいて、ガス燃料が縦燃料孔の底面から複数の横燃料孔に向かうとき、そのガス燃料は、上記底面の円錐状の整流突起によって放射状に整流、分散され、スムーズに複数の横燃料孔を通過することができる。したがって、弁プランジャ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。しかも、上記整流突起によるガス燃料の整流によって、縦燃料孔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。その上、弁プランジャは、内部に縦燃料孔及び複数の横燃料孔、外側に第１及び第２ジャーナル部を備えるという、比較的複雑な形状を有するにも拘らず、これを金属射出成形製とすることで、容易に且つ安価に得ることができる。さらに長軸部は、その外周に第１及び第２ジャーナル部間を連結する複数のリブを持つことで、効果的に補強され、これにより長軸部の薄肉化、延いては弁プランジャの軽量化を図り、弁プランジャの開閉応答性の向上に寄与し得る。

本発明の第２の特徴によれば、弁プランジャを歩留まり良く且つ精密に製作することができると共に、バリの発生を抑えることができ、したがって後加工が不要となってコストの低減に寄与し得る。また着座部材及びクッション部材は、面粗度が比較的粗い弁プランジャ前端面及び後端面に焼き付けられることになり、着座部材及びクッション部材の剥離強度を高め、耐久性の向上を図ることができる。さらに上記弁プランジャの外周面にフッ素系樹脂の被膜を密着性良くコーティングすることができ、この被膜により、弁プランジャの摺動案内面への張りつきを防ぎ、弁プランジャのスムーズな作動を確保することができる。

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。上記弁プランジャの製造工程説明図。

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製の被膜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縦燃料孔３０と、この大径縦燃料孔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縦燃料孔３１と、この小径縦燃料孔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横燃料孔３２，３２…とが設けられ、小径縦燃料孔３１の底面中心部には、小径縦燃料孔３１から複数の横燃料孔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、その軸方向に延びて第１及び第２ジャーナル部１３，１４間を一体に連結する複数条のリブ１２ａ，１２ａ…が形成される。長軸部１２は、これらリブ１２ａ，１２ａ…により効果的に補強されるので、長軸部１２の薄肉化、延いては弁プランジャ１０の軽量化を図り、弁プランジャ１０の開閉応答性の向上に寄与し得る。

大径縦燃料孔３０は固定コア５の中空部５ａと連通し、大径縦燃料孔３０及び小径縦燃料孔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１８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の大径縦燃料孔３０、小径縦燃料孔３１及び横燃料孔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、小径縦燃料孔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内を大径縦燃料孔３０、小径縦燃料孔３１へと流れ、小径縦燃料孔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、スムーズに複数の横燃料孔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によるガス燃料の整流によって、小径縦燃料孔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から第１ジャーナル部１３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の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大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。

次に、上記のようにフッ素系樹脂の被膜１９、並びに着座部材１７及びクッション部材１８を備える弁プランジャ１０の製造方法について、図４を参照しながら説明する。

先ず、図４（Ａ）に示すように、前述の構造を持った弁プランジャ１０を、磁性金属を素材として金属射出成形により製作する。これによれば、弁プランジャ１０を歩留まり良く且つ精密に製作することができると共に、バリの発生を抑えることができ、したがって後加工が不要となってコストの低減に寄与し得る。

次に、図４（Ｂ）に示すように、上記弁プランジャ１０の前端面及び後端面に、ゴムを素材とする着座部材１７及びクッション部材１８を焼き付ける。これによれば、着座部材１７及びクッション部材１８は、面粗度が比較的粗い弁プランジャ１０の前端面及び後端面に焼き付けられることになり、着座部材１７及びクッション部材１８の剥離強度を高め、耐久性の向上を図ることができる。

最後に、図４（Ｃ）に示すように、上記弁プランジャ１０の外周面にフッ素系樹脂の被膜１９をコーティングする。これによれば、金属射出成形製の弁プランジャ１０の外周面に対するフッ素系樹脂の被膜１９の密着性を高めることができる。

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
１１・・・・短軸部
１２・・・・長軸部
１３・・・・第１ジャーナル部
１４・・・・第２ジャーナル部
２２・・・・コイル
３０，３１・・・縦燃料孔（大径縦燃料孔、小径縦燃料孔）
３２・・・・横燃料孔
３３・・・・整流突起

Claims

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）、この弁ハウジング（３）の後方に配置される固定コア（５）、並びにこの固定コア（５）の後端に連設される燃料入口筒（６）よりなる弁ボディ（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、一端面に前記弁座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、その後端面より始まってその前端面手前で終わる、前記燃料入口筒（６）内と連通する有底の縦燃料孔（３０，３１）と、この縦燃料孔（３０，３１）を前記弁ハウジング内に開放する複数の横燃料孔（３２）とを設けたガス燃料用噴射弁において、
金属射出成形製とした前記弁プランジャ（１０）が、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）、この第１ジャーナル部（１３）より小径でそれより長い長軸部（１２）及び、この長軸部（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、
前記長軸部（１２）の外周面に、前記第１及び第２ジャーナル部（１３，１４）間を一体に連結する複数条のリブ（１２ａ）が一体に突設され、
前記弁プランジャ（１０）の縦燃料孔（３０，３１）の底面に、前記縦燃料孔（３０，３１）から複数の前記横燃料孔（３２）に向かうガス燃料の分流を誘導する円錐状の整流突起（３３）が形成されることを特徴とするガス燃料用噴射弁。
請求項１に記載のガス燃料用噴射弁を製造するに当たり、
前記弁プランジャ（１０）を、磁性金属を素材として金属射出成形により形成する第１工程と、この第１工程後、前記弁プランジャ（１０）の前端面及び後端面に、ゴムを素材とする着座部材（１７）及びクッション（１８）を焼き付ける第２工程と、この第２工程後、前記弁プランジャ（１０）の外周面にフッ素系樹脂の被膜（１９）をコーティングする第３工程とを実行することを特徴とするガス燃料用噴射弁の製造方法。