JP6482981B2 - 流量制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に用いられる流量制御弁であって、印加電圧により全長が伸縮する圧電素子を有し、前記素子の全長の伸縮により弁体の開閉を行う弁に関する。特に、燃料噴射弁に多く用いる装置である。

本発明の従来技術の流量制御弁として特許文献１に記載のものがある。この特許文献１には、通電の開始により圧電素子の伸びを直接弁体に伝えて、弁体を押すとき弁体先端部が弁座から離れることにより、燃料流路を形成し、ここから燃料を噴射し、通電が終了すると弁体に備えられたスプリングの力により、弁体は引き戻され、弁座と当接し、燃料流路が閉鎖して燃料噴射を終了する構造を有した流量制御弁について記載されている。

特開２００２−３１０１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものは圧電素子は電圧を印加すると伸長する構造であるために、弁体を押すことにより燃料を噴射する構造となる。弁体先端は円錐形状が一般的であり、生成される噴霧は傘状噴霧となる。通電により弁体を引き上げて燃料を多噴孔より噴霧する流量制御弁と比較すると、噴霧レイアウトの自由度が少ない。

本発明の目的は、駆動手段として設けられた電圧に比例して全長が伸長する駆動素子を備えた流量制御弁において、簡単な構造、駆動方法にて多噴孔から噴出させることを可能とした流量制御弁を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の燃料噴射弁は、表面から連通して開口された１つ以上の燃料を噴射する噴口を有する弁座と、前記弁座と当接することによって燃料通路を閉じ、前記弁座から離れることによって前記燃料通路を形成する弁体と、前記弁座よりも上流側に設けられる静止弁シート部と、前記弁体が前記弁座から離れる方向に移動することで前記静止弁シート部と当接し、前記弁体が前記弁座に当接する方向に移動することで前記静止弁シート部から離れる静止弁と、前記弁体を駆動する駆動素子と、を備え、前記駆動素子への印加電圧又は電流が増加することで、前記弁体が前記静止弁シート部から移動して前記弁座に当接するまでの間に前記燃料通路が形成されて前記噴口から燃料が噴射され、前記駆動素子への印加電圧又は電流が低下することで、前記弁体が前記弁座から離れ前記静止弁シート部に当接すまでの間に前記燃料通路が形成されて前記噴口から燃料が噴射されることを特徴とする。

本発明によれば、流量制御弁の構造を簡略化でき、簡単な構造、駆動方法にて多噴孔から噴出させることを可能とできる。

本発明の実施例を示す断面図である。 開弁時の弁体及び弁座部の詳細断面図である。 閉弁時の弁体及び弁座部の詳細断面図である。 図４は本実施例の弁体形状を示す図である。 図５は本実施例の駆動素子に印加する電圧を示す図である。 図６（１）は図１のＢ部の拡大図であり静止弁の位置関係を示す図である。また図６（２）は図１のＡ部の拡大図であり弁体と弁座の位置関係を示す図である。 図７は弁体の状態と印加電圧との関係を示す。

以下に、本発明の構造が多く用いられる燃料噴射弁の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態にかかる流量制御弁を説明する図である。図２及び図３は流量制御弁の先端部詳細を示す図（図１のＡ部詳細を示す図）であり、実施例１についても示している。

図１に示す流量制御弁は通常時（電圧未印加時）に開とする制御弁である。流量制御弁の上方の燃料供給口８から燃料が供給され、二重円管のすきまの流路を流れノズル３と弁体２のすきまを流れ、噴口１１へと到達する。駆動素子６は電圧又は電流に比例して伸長する素子であり、通常は防水性を有しないために燃料がかからないように、二重円管の内側の燃料流路と隔離された箇所に設置されている。駆動素子６の下方端部には、弁体２の先端部が当接しており、駆動素子６の伸長によりこれを直接動作させる。

弁座１はノズル３先端にたとえば、外周を溶接等接合方法にて固定されている。駆動素子６には構成している金属部品（例えばステンレス鋼など）より線膨張率が小さいものがある。このとき、温度が上昇すると、構成している金属は大きく伸びるが駆動素子６は伸びずに弁体２を押し下げる距離が相対的に短くなり、燃料のシールが出来ずに流出し続ける。そのため、温度が上昇した場合は弁座１と弁対隙間ができないようにダンパー７を設ける。ダンパー７にはシリンダとプランジャからなり、シリンダとプランジャの隙間にはオイルが封入されており、温度が高くなるとオイルが膨張し、シリンダが伸びる。この伸びにより、弁座１と弁体２の隙間が発生しない状態となる。

弁体２の駆動方法について説明する。非通電時の弁体２の駆動状態を示す。図２に示すように、弁体２に設けられた図１に図示のスプリング４の力により弁体２と弁座１が離れており、これにより生じるすきまがシート部燃料流路１０となり、ここを流れた燃料が噴口１１を通過し、噴霧が生成される。次に、通電時の弁体２の駆動状態を示す。図３に示すように、図１に図示の駆動素子６に通電することによって発生する歪みにより、図１に図示の駆動素子６が伸長し、当接している弁体２が下方に押し下げられ、弁座１と弁体２が当接し、シート部燃料流路１０を閉塞して燃料噴射を終了させる。なお、駆動素子８は防水密閉構造になっている又は耐燃料性がある場合は液中に設置することも可能である。本構造では、弁体２を直接駆動素子６にて駆動させ、多噴口からの任意の方向への噴霧形成が可能であり、構造を非常に簡略にすることが可能である。

すなわち本実施例の流量制御弁は表面から連通して開口された１つ以上の穴を有する弁座１と弁座１と当接することによってシート部燃料流路１０（燃料通路）を閉じ、弁座１から離れることによってシート部燃料流路１０を形成する弁体２を備えている。そして弁体２が弁座１に当接する場合に、駆動素子６に電圧を印加又は電流を流し、弁体２が弁座１から離れる場合に駆動素子６への印加電圧を下げる又は電流を低下させて燃料流路を形成するように構成した。

また本実施例の流量制御弁は弁体２の駆動手段として電圧又は電流に比例して全長が変位する駆動素子６を内蔵することが望ましい。

図４は本実施例の弁体形状を示す図である。電圧未印加時は弁体２に設けられたスプリング４の力により弁体２と弁座１が離れているが、静止弁シート部１３に弁体２に設けられた静止弁１２が当接し、これにより燃料を遮断する。すなわち本実施例の流量制御弁は弁体２を稼働させるコイル等の駆動素子に電圧又は電流の印加が停止した場合、弁体２と一体又は別体として形成され且つ、弁体２と同一の動作を生じる静止弁により燃料の弁座部への流入を遮断する構造を有する。弁体２は必ず閉塞する構造であり、機関停止時の燃料洩れがなく、安全に機関を停止することが可能となる。

静止弁シート部１３は図２に図示する弁座１と弁体２から構成されるシート部流路１０の上流に位置している。図２に図示するシート部流路１０より上流側に位置する静止弁シート部１３の弁体側の形状が、外周方向凸であり、且つ弁体直径よりも大きい。機関停止により、電流又は電圧が未印加となると弁体２と一体となっている静止弁１２がスプリング４の力により、静止弁シート部１３に押し当てられ、燃料流路が閉塞される。静止弁シート部１３は図２に図示するシート部流路１０よりも上流部に構成されているために、静止弁シート部１３にて燃料が遮断されると、図２に図示するシート部流路１０から燃料流出は防止される。

静止弁表面１３ａはなだらかな球面であり、この球面とケーシング１７に設けられた静止弁シート部１３を当接させ、燃料を遮断する。ケーシング１７のシート面を球面とし、静止弁シート部１３ａをテーパー状にすることも可能である。

図５は本実施例の駆動素子に印加する電圧を示す図である。駆動素子６に電圧が印加されている場合、弁座１と弁体２が当接し、燃料流路が閉塞されて、燃料は流出しない。このときの電圧は０Ｖ以上としなければならない。負の電圧を印加すると、制御素子６が破損する可能性があるため、制御素子６を破損から保護することが可能である。

図６（１）は図１のＢ部の拡大図であり静止弁の位置関係を示す図である。また図６（２）は図１のＡ部の拡大図であり弁体と弁座の位置関係を示す図である。図７は弁体の状態と印加電圧との関係を示す。燃料の流れや内部の部品構成は図１と同じである。電圧未印加時は弁体２に設けられたスプリング４の力により弁座１と弁体２が離れており、これにより生じるすきまがシート部燃料流路１０となり、ここを流れた燃料が噴口１１を通過し、噴霧が生成される。この場合の電圧は、燃料噴射遮断時の電圧より低く、かつ０V以上である必要がある。駆動素子６に通電することによって発生する歪みにより、駆動素子６が伸長し、当接している弁体２が下方に押し下げられ、弁座１と弁体２が当接し、シート部燃料流路１０を閉塞して燃料噴射を終了させる。流量制御弁が取り付けられている機関が停止した場合、電圧を０Ｖとすることで、スプリング４の力により弁体２の上流部に設けた静止弁１２と静止弁シート部１３にて燃料を閉塞することにより、燃料の流出を防止する。弁体２は必ず閉塞する構造であり、機関停止時の燃料洩れがなく、安全に機関を停止することが可能となる。

１ 弁座
２ 弁体
３ ノズル
４ スプリング
５ 金属性シール部材
６ 駆動素子
７ ダンパー
８ 燃料供給口
９ 電圧入力端子
１０ シート部燃料流路
１１ 噴口
１２ 静止弁
１３ 静止弁シート部
１３ａ 静止弁表面
１７ ケーシング

Claims (5)

1. 表面から連通して開口された１つ以上の燃料を噴射する噴口を有する弁座と、前記弁座と当接することによって燃料通路を閉じ、前記弁座から離れることによって前記燃料通路を形成する弁体と、前記弁座よりも上流側に設けられる静止弁シート部と、前記弁体が前記弁座から離れる方向に移動することで前記静止弁シート部と当接し、前記弁体が前記弁座に当接する方向に移動することで前記静止弁シート部から離れる静止弁と、前記弁体を駆動する駆動素子と、を備え、
   前記駆動素子への印加電圧又は電流が増加することで、前記弁体が前記静止弁シート部から移動して前記弁座に当接するまでの間に前記燃料通路が形成されて前記噴口から燃料が噴射され、
   前記駆動素子への印加電圧又は電流が低下することで、前記弁体が前記弁座から離れ前記静止弁シート部に当接すまでの間に前記燃料通路が形成されて前記噴口から燃料が噴射されることを特徴とする流量制御弁。
2. 請求項１に記載の流量制御弁において、
   前記静止弁は、前記弁体と一体に形成されることを特徴とする流量制御弁。
3. 請求項１又は２に記載の流量制御弁において、
   前記駆動素子に印加する電圧は０Ｖ以上とすることを特徴とする流量制御弁。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載の流量制御弁において、
   前記弁体を覆うノズルを備え、
   前記噴口を有する前記弁座は、前記ノズルとは別体で構成され、前記ノズルの先端部に固定されることを特徴とする流量制御弁。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載の流量制御弁において、
   前記静止弁シート部の前記静止弁側の形状が、外周方向凸であり、且つ前記静止弁の直径よりも大きいことを特徴とする流量制御弁。

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