JP5758145B2

JP5758145B2 - ガス燃料用噴射弁

Info

Publication number: JP5758145B2
Application number: JP2011031226A
Authority: JP
Inventors: 瀧口　直人; 直人瀧口
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: JP2012167650A

Description

本発明は、ＣＮＧ、ＬＰＧ等の天然ガスを燃料としてエンジンに供給するガス燃料用噴射弁に関し、特に、内部をガス燃料通路とすると共に弁体を収容する弁ハウジングの前端部にノズル部材を固設し、このノズル部材に、前記ガス燃料通路に臨む弁座と、この弁座の中心部を貫通していて、弁体及び弁座の協働により開閉される弁孔と、この弁孔の出口に連なる、それより小径の絞り孔と、この絞り孔の出口に連なる、それより大径のノズル孔とを形成し、ノズル部材からエンジンの吸気管内にガス燃料を直接噴射す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。

特開平１１−３０３６８５号公報

従来、この種のガス燃料用噴射弁では、弁体の開弁時、ガス燃料通路内の高圧のガス燃料が弁座を通過し、絞り孔で流量を計量された後、ノズル孔に移るが、従来のものでは、絞り孔及びノズル孔間での流路断面積の変化が急激であるため、ガス燃料が絞り孔からノズル孔へ急速に移るとき、絞り孔及びノズル孔間の境界部で流れの剥離現象が生じ、この剥離現象が音源となってノズル孔でノイズが発生し、これが外部に漏れ出すとユーザにとって耳触りな異音となる。

そこで、特許文献１に開示されるガス燃料用噴射弁では、ノズル孔の前方開口端を栓体で閉塞し、ノズル部材の周壁にノズル孔に連なる半径方向の複数のガス燃料噴孔を穿設し、ノズル孔で発生したノイズを栓体で遮断して、ノイズの外部への漏れ出しを防ぐと共に、ガス燃料の噴射を可能にしている。しかしながら、そのものでは、各燃料噴孔からのガス燃料の噴射方向は半径方向となり、噴射燃料が吸気管の内壁に衝突してしまうため、吸気管内の吸気流と良好に混合し得るガス燃料の噴霧フォームの形成が困難となる。

本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、吸気管内の吸気流と良好に混合し得るガス燃料の噴霧フォームの形成を可能にしながら、ノズル部材外へのノイズの漏れ出しを抑えるようにした、静粛な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、内部をガス燃料通路とすると共に弁体を収容する弁ハウジングの前端部に単一のノズル部材を固設し、このノズル部材に、前記ガス燃料通路に臨む弁座と、この弁座の中心部を貫通していて、弁体及び弁座の協働により開閉される弁孔と、この弁孔の出口に連なる、それより小径で、且つガス燃料を計量する絞り孔と、この絞り孔の出口に連なる、それより大径で、且つそれより長さの長いノズル孔とを形成し、ノズル部材からエンジンの吸気管内にガス燃料を直接噴射するガス燃料用噴射弁であって、前記ノズル部材の前端部に、このノズル部材の前端部外周面の第１係止溝にスナップ結合される円筒部と、この円筒部の前端に連設されて前記ノズル孔の前方開放面に対向する端壁と、前記円筒部の後端から半径方向に広がるフランジとからなるノズルキャップを装着し、前記端壁には、この端壁を貫通して前記ノズル部材の中心軸線周りで前記ノズル孔に開口する複数のガス燃料噴孔を設けるとともに、前記フランジ先端までの前記円筒部外周面からの長さを前記円筒部の厚さよりも大きく設定し、前記ノズル部材の中間部外周面の第２係止溝に、前記フランジの後方に配置されるリング体をスナップ結合して、このリング体と前記フランジとで、前記第１，第２係止溝の溝底よりも半径方向外方に位置する前記ノズル部材の外周面が臨むシール溝を画成し、このシール溝に、前記ノズル部材を前記吸気管の取り付け孔に挿入したときに、その内周面に密接するシール部材を装着したことを第１の特徴とする。

また本発明は、第１の特徴に加えて、各前記ガス燃料噴孔を、それの中心軸線が前記ノズルキャップの前方に行くにつれて前記ノズル部材の中心軸線から離れる方向に傾斜するよう形成したことを第２の特徴とする。

さらに本発明は、第１又は第２の特徴に加えて、前記ガス燃料噴孔の個数を、２ないし６個としたことを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は、第１の特徴に加えて、前記端壁を、その前側に頂点を有する円錐形に形成したことを第４の特徴とする。

尚、前記シール部材は、後述する本発明の実施形態中のＯリング５９に対応する。

本発明の第１の特徴によれば、ノズル部材の前端部に、このノズル部材の前端部外周面の第１係止溝にスナップ結合される円筒部と、この円筒部の前端に連設されてノズル孔の前方開放面に対向する端壁と、前記円筒部の後端から半径方向に広がるフランジとからなるノズルキャップを装着し、前記端壁には、この端壁を貫通して、ノズル部材の中心軸線周りでノズル孔に開口する複数のガス燃料噴孔を設けたので、複数のガス燃料噴孔からの噴射燃料により、吸気管の内壁に衝突することなく拡散する噴霧フォームを形成し、吸気管内を流下する吸気と良好に混合しながらエンジンに供給され、燃焼効率を高めることができる。

しかもこの間、ノズル孔でノイズが発生すると、そのノイズの多くは、ノズルキャップの端壁のガス燃料噴孔の無い部分で遮断されて、ノズル部材外に漏れ出すことが抑えられ、ガス燃料用噴射弁の静粛性を図ることができる。

また、ノズルキャップは、フランジ先端までの前記円筒部外周面からの長さが前記円筒部の厚さよりも大きく設定され、このフランジが、ノズル部材に固設されるリング体及び第１，第２係止溝の溝底よりも半径方向外方に位置するノズル部材の外周面と協働して、吸気管の取り付け孔の内面に密接するシール部材を保持する役割を果たすので、取り付け孔のシール構造の簡素化にも寄与し得る。

本発明の第２の特徴によれば、複数のガス燃料噴孔からの噴射燃料は、末広がりの噴霧フォームを形成し、吸気管の内壁に衝突することなく理想的に拡散した噴霧フォームを形成することができ、吸気との混合が一層良好となる。

本発明の第３の特徴によれば、ガス燃料噴孔での圧損によるガス燃料流量の減少を回避しながら、ガス燃料噴孔による噴射燃料の拡散及び端壁による遮音効果を満足させることができる。

本発明の第４の特徴によれば、ノズルキャップの端壁の内面に反射したノイズは、ノズル孔の中心部に集中し、互いに減衰し合うことになり、ガス燃料用噴射弁の静粛性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係るガス燃料用噴射弁の縦断面図。図１の２矢視拡大図。本発明の第２実施形態を示す、図２との対応図。

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に示す本発明の第１実施形態の説明より始める。

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内に直接噴射する。このガス燃料用噴射弁Ｉは、円筒状の第１ハウジング部３と、この第１ハウジング部３の後端のフランジ３ａに前端部がかしめ結合される、第１ハウジング部３より大径の円筒状の第２ハウジング部４と、この第２ハウジング部４の後端壁４ａに一体に連設される、第２ハウジング部４より小径の円筒状の第３ハウジング部５とからなる弁ハウジング２を備えており、この弁ハウジング２内はガス燃料通路６とされる。第１〜第３ハウジング部３〜５は何れも磁性材で構成される。

第１ハウジング部３は、その前端に開口する取り付け孔８と、その後端に開口する、取り付け孔８より小径で且つ長い案内孔９とが同軸状に形成されており、取り付け孔８には、環状シム１０と円板状のノズル部材１１とが順次嵌合されると共に、第１ハウジング部３の前端縁の内方へのかしめにより固着される。その際、ノズル部材１１の外周には、取り付け孔８の内周面に密接する環状のシール部材１２が装着される。環状シム１０は、その厚みの選定によりノズル部材１１の嵌合位置を調整するものである。

ノズル部材１１には、ガス燃料通路６に臨む弁座１３と、この弁座１３の中心部を貫通する弁孔４５と、この弁孔４５の出口に連なる、それより小径で、且つガス燃料を計量する絞り孔４６と、この絞り孔４６の出口にテーパ状の環状段部４７を介して連なる、絞り孔４６より大径で、且つそれより長さの長いノズル孔４８とが設けられる。

一方、前記案内孔９には弁体１５が摺動可能に収容、保持される。この弁体１５は前端側からフランジ部１６、短軸部１７₁ 、第１ジャーナル部１８₁ 、長軸部１７₂ 及び第２ジャーナル部１８₂ を同軸状に一体に連ねてなるプランジャ１９と、上記フランジ部１６の前端面に焼き付けて結合されるゴム製の着座部材２０とで構成され、この着座部材２０が前記弁座１３に着座したり離座することで前記弁孔４５を開閉することができる。プランジャ１９は、可動コアを兼ねるべく磁性材製とされる。

上記プランジャ１９において、短軸部１７₁ 及び長軸部１７₂ は、第１及び第２ジャーナル部１８₁ ，１８₂ よりも充分小径に形成され、第１及び第２ジャーナル部１８₁ ，１８₂ は、共に案内孔９に摺動自在に支承される。

第２ハウジング部４にはコイル組立体２３が収容される。このコイル組立体２３は、ボビン２４と、このボビン２４の外周に巻装されるコイル２５と、このコイル２５をボビン２４に埋封する樹脂モールド部２６とからなっており、ボビン２４と前記第１ハウジング部３のフランジ３ａとの間には環状のシール部材２７が介装される。

第２ハウジング部４の後端壁４ａには、ボビン２４の内周面に嵌合する円筒状の固定コア２９が一体に形成されており、それらの嵌合部をシールするシール部材２８がボビン２４及び固定コア２９間に介装される。前記プランジャ１９は、その後端部をボビン２４内に突入させて、固定コア２９の前端面に対向させている。

プランジャ１９には、その後端面からフランジ部１６の手前で終わる縦孔３０と、この縦孔３０を、短軸部１７₁ の外周面に連通する複数の横孔３１，３１…とが設けられる。その際、縦孔３０の途中には、固定コア２９側を向いた環状のばね座３２が形成される。

一方、固定コア２９から第３ハウジング部５の前半部に亙り、それらの中心部には、前記縦孔３０と連通する支持孔３５が形成され、また第３ハウジング部５の後半部には、上記支持孔３５に連なる、それより大径の入口孔３６が設けられる。支持孔３５には、弁体１５を弁座１３側に付勢する戻しばね３３を前記ばね座３２との間で支持するパイプ状のリテーナ３７が挿入され、その挿入深さを加減して戻しばね３３のセット荷重を調整した後、リテーナ３７は、第３ハウジング部５の外周からのかしめにより第３ハウジング部５に固着される。符号３８は、そのかしめ部を示す。入口孔３６には、燃料フィルタ３９が装着される。

第２ハウジング部４の後端部から第３ハウジング部５の前半部に亙り、それらの外周面を覆うと共に、一側にカプラ４０を一体に備える樹脂モールド部４１が形成され、そのカプラ４０は、前記コイル２５に連なる通電用端子４２を保持する。

また弁体１５の後端面には、固定コア２９の前端面に対向するゴム製で環状のクッション部材４３が焼き付けにより接合される。

ノズル部材１１の前端部にはノズルキャップ５０が嵌装される。このノズルキャップ５０は、ノズル部材１１の前端部外周面の第１係止溝５１にスナップ結合される円筒部５２と、この円筒部５２の前端に連設された前記ノズル孔４８の前方開放面に対向する端壁５３と、円筒部５２の後端から半径方向に広がるフランジ５４とからなっており、その全体が合成樹脂により一体成形される。またフランジ５４先端までの円筒部５２外周面からの長さは、円筒部５２の厚さよりも大きく設定されている。

前記端壁５３は、その前側でノズル部材１１の中心軸線Ｙ上に頂点Ｐを有する円錐形をなしており、この端壁５３には、ノズル部材１１の中心軸線Ｙを挟むように並びながらノズル孔４８に開口する一対のガス燃料噴孔５５，５５が設けられる。これらガス燃料噴孔５５，５５は、それぞれの中心軸線Ａ、Ａが前記端壁５３の円錐形の母線と直交するように配置される。したがって、各ガス燃料噴孔５５，５５の中心軸線Ａ，Ａは、前方に行くにつれてノズル部材１１の中心軸線Ｙから離れるように傾斜することになる。

またノズル部材１１の中間部外周面の第２係止溝５６には、前記フランジ５４の後方に配置される合成樹脂製のリング体５７がスナップ結合され、このリング体５７及び前記フランジ５４により、第１，第２係止溝５１，５６の溝底よりも半径方向外方に位置するノズル部材１１の外周面が臨むシール溝５８が画成され、このシール溝５８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Ｏリング５９が装着される。

また第３ハウジング部５の後端部外周面に形成される環状のシール溝６１には、第３ハウジング部５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Ｏリング６２が装着される。

次に、この第１実施形態の作用について説明する。

コイル２５の消磁状態では、弁体１５は、戻しばね３３の付勢力により前方に押圧され、着座部材２０を弁座１３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、弁ハウジング２の入口孔３６に流入して燃料フィルタ３９で濾過され、そしてパイプ状のリテーナ３７内部、弁体１５の縦孔３０及び横孔３１…を通って案内孔９内に待機する。

コイル２５を通電により励起すると、それにより生ずる磁束が固定コア２９、第２ハウジング部４及びフランジ３ａ、弁体１５を順次走り、その磁力により弁体１５が戻しばね３３のセット荷重に抗して固定コア２９に吸引され、弁体１５のゴム製のクッション部材４３が固定コア２９の前端面に当接することで、着座部材２０の弁座１３に対する開き限界が規制される。

こうして、弁体１５が開弁すると、案内孔９に待機していたガス燃料が弁座１３を通過し、絞り孔４６で流量を計量された後、該絞り孔４６より大径で、且つそれより長さの長いノズル孔４８を経て、ノズルキャップ５０の一対のガス燃料噴孔５５，５５から吸気管Ｅ内に噴射される。このとき、一対のガス燃料噴孔５５，５５の各中心軸線Ａ，Ａが前方に行くにつれてノズル部材１１の中心軸線Ｙから離れるように傾斜することから、一対のガス燃料噴孔５５，５５からの噴射燃料は、末広がりの噴霧フォームを形成し、吸気管Ｅの内壁に付着することなく理想的に拡散するので、吸気管Ｅ内を流下する吸気と良好に混合しながらエンジンに供給され、燃料効率を高めることができる。

この間、ノズル孔４８において、絞り孔４６及びノズル孔４８間の環状段部４７で生じるガス燃料の流れの剥離等に起因してノイズが発生すると、そのノイズの多くは、ノズルキャップ５０の端壁５３のガス燃料噴孔５５、５５の無い部分で遮断されて、ノズル部材１１外に漏れ出すことが抑えられ、ガス燃料用噴射弁Ｉの静粛性を図ることができる。

特に、上記端壁５３は、その前側に頂点Ｐを有する円錐形をなしているので、その端壁５３の内面に反射したノイズは、ノズル孔４８の中心部に集中し、互いに減衰し合うことになり、ガス燃料用噴射弁Ｉの静粛性を高めることができる。

またノズルキャップ５０は、ノズル部材１１の前端部外周面の第１係止溝５１にスナップ結合される円筒部５２と、この円筒部５２の前端に連設された上記端壁５３と、該円筒部５２の後端から半径方向に広がり且つ先端までの円筒部５２外周面からの長さが円筒部５２の厚さよりも大きいフランジ５４とからなり、このフランジ５４が、ノズル部材１１に固設されるリング体５７及び第１，第２係止溝５１，５６の溝底よりも半径方向外方に位置するノズル部材１１の外周面と協働して、吸気管Ｅの取り付け孔Ｅａの内面に密接するＯリング５９を保持する役割を果たし、取り付け孔Ｅａのシール構造の簡素化にも寄与し得る。

次に、図３に示す本発明の第２実施例について説明する。

この第２実施例は、ノズルキャップ５０の端壁５３に、ノズル部材１１の軸線Ｙ周りに等間隔に配列した４個のガス燃料噴孔５５，５５…を設けたもので、その他の構成は前実施形態と同様であるので、図３中、前実施形態と同様な部分には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

この第２実施形態によれば、ノズル孔４８を通過したガス燃料が４個のガス燃料噴孔５５，５５…から噴射されることで、噴射燃料は末広がりの噴霧フォームを形成しながら拡散が促進され、吸気管Ｅ内での空気との混合をより良好にすることができる。

ところで、ガス燃料噴孔５５の個数を増加させていくと、必然的に各ガス燃料噴孔５５の内径は小さくなり、その内径は或る値以下となると圧損による流量の減少を招くことになる。そこで、各ガス燃料噴孔５５での圧損によるガス燃料流量の減少を回避しながら、ガス燃料噴孔５５による噴射燃料の拡散及び端壁による遮音効果を満足させるには、ガス燃料噴孔５５の個数は、２ないし６個が好ましいことが実験により判明した。

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。例えば、リング体５７は、ノズル部材１１と一体に形成することもできる。また複数のガス燃料噴孔５５は、ノズル部材１１の軸線Ｙ周りに不等間隔に配列することもできる。

Ｅ・・・・・吸気管
Ｅａ・・・・取り付け孔
Ｉ・・・・・ガス燃料用噴射弁
２・・・・・弁ハウジング
６・・・・・ガス燃料通路
１１・・・・ノズル部材
１３・・・・弁座
１３・・・・弁座
１５・・・・弁体
４５・・・・弁孔
４６・・・・絞り孔
４８・・・・ノズル孔
５０・・・・ノズルキャップ
５１・・・・第１係止溝
５２・・・・円筒部
５３・・・・端壁
５４・・・・フランジ
５５・・・・ガス燃料噴孔
５６・・・・第２係止溝
５７・・・・リング体
５８・・・・シール溝
５９・・・・シール部材（Ｏリング）

Claims

内部をガス燃料通路（６）とすると共に弁体（１５）を収容する弁ハウジング（２）の前端部に単一のノズル部材（１１）を固設し、このノズル部材（１１）に、前記ガス燃料通路（６）に臨む弁座（１３）と、この弁座（１３）の中心部を貫通していて、弁体（１５）及び弁座（１３）の協働により開閉される弁孔（４５）と、この弁孔（４５）の出口に連なる、それより小径で、且つガス燃料を計量する絞り孔（４６）と、この絞り孔（４６）の出口に連なる、それより大径で、且つそれより長さの長いノズル孔（４８）とを形成し、ノズル部材（１１）からエンジンの吸気管（Ｅ）内にガス燃料を直接噴射するガス燃料用噴射弁であって、
前記ノズル部材（１１）の前端部に、このノズル部材（１１）の前端部外周面の第１係止溝（５１）にスナップ結合される円筒部（５２）と、この円筒部（５２）の前端に連設されて前記ノズル孔（４８）の前方開放面に対向する端壁（５３）と、前記円筒部（５２）の後端から半径方向に広がるフランジ（５４）とからなるノズルキャップ（５０）を装着し、前記端壁（５３）には、この端壁（５３）を貫通して前記ノズル部材（１１）の中心軸線（Ｙ）周りで前記ノズル孔（４８）に開口する複数のガス燃料噴孔（５５）を設けるとともに、前記フランジ（５４）先端までの前記円筒部（５２）外周面からの長さを前記円筒部（５２）の厚さよりも大きく設定し、
前記ノズル部材（１１）の中間部外周面の第２係止溝（５６）に、前記フランジ（５４）の後方に配置されるリング体（５７）をスナップ結合して、このリング体（５７）と前記フランジ（５４）とで、前記第１，第２係止溝（５１，５６）の溝底よりも半径方向外方に位置する前記ノズル部材（１１）の外周面が臨むシール溝（５８）を画成し、このシール溝（５８）に、前記ノズル部材（２）を前記吸気管（Ｅ）の取り付け孔（Ｅａ）に挿入したときに、その内周面に密接するシール部材（５９）を装着したことを特徴とするガス燃料用噴射弁。
請求項１記載のガス燃料用噴射弁において、
各前記ガス燃料噴孔（５５）を、それの中心軸線（Ａ）が前記ノズルキャップ（５０）の前方に行くにつれて前記ノズル部材（１１）の中心軸線（Ｙ）から離れる方向に傾斜するよう形成したことを特徴とするガス燃料用噴射弁。
請求項１又は２記載のガス燃料用噴射弁において、
前記ガス燃料噴孔（５５）の個数を、２ないし６個としたことを特徴とするガス燃料用噴射弁。
請求項１記載のガス燃料用噴射弁において、
前記端壁（５３）を、その前側に頂点（Ｐ）を有する円錐形に形成したことを特徴とするガス燃料用噴射弁。