JP6665068B2 - Gas fuel supply device - Google Patents

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Description

本発明は、燃料容器から供給先へ供給されるガス燃料の流量を調節するためにリニアソレノイドを用いたガス燃料供給装置に関するものである。   The present invention relates to a gas fuel supply device that uses a linear solenoid to adjust the flow rate of gas fuel supplied from a fuel container to a supply destination.

ガス燃料供給装置として、燃料容器から供給先へ供給されるガス燃料の流量を調節するためにリニアソレノイドを用いた装置がある。このような装置に使用されるリニアソレノイドとして、例えば、特許文献1に記載されたものがある。このリニアソレノイドは、コイルと、コイル内に設けられる固定鉄心と、固定鉄心と同軸上で対向する可動鉄心とを備えており、固定鉄心の可動鉄心側端部に、可動鉄心に向かって広がるテーパ状の凹部が形成されている第1吸引部と、第1吸引部より可動鉄心側に設けられる環状の第2吸引部とを有し、第2吸引部には凹部の側面と連続している筒状の内周面が形成されている。このような構成により、特許文献1に記載のリニアソレノイドは、図7に示すように、一定電流のもとで可動鉄心の移動変位(ストローク)に影響されないフラットな吸引特性を持っている。   As a gas fuel supply device, there is a device using a linear solenoid for adjusting a flow rate of gas fuel supplied from a fuel container to a supply destination. As a linear solenoid used in such a device, for example, there is one described in Patent Document 1. This linear solenoid includes a coil, a fixed core provided in the coil, and a movable core coaxially opposed to the fixed core, and a taper extending toward the movable core at a movable core side end of the fixed core. A first suction portion having a concave shape, and an annular second suction portion provided on the movable iron core side of the first suction portion, the second suction portion being continuous with a side surface of the concave portion. A cylindrical inner peripheral surface is formed. With such a configuration, the linear solenoid described in Patent Literature 1 has a flat suction characteristic that is not affected by the movement displacement (stroke) of the movable core under a constant current, as shown in FIG.

特開2000−277327号公報JP 2000-277327 A

しかしながら、リニアソレノイドをガス燃料供給装置に用いた場合、燃料ガスのガス荷重の影響により、開弁に必要となる開弁力が増加してしまう。特に、高圧のガス燃料の場合、開弁力の増加が顕著である。そして、ガス燃料供給装置では、ガス燃料のガス荷重が開弁方向へ作用するため(なお、ばね荷重は閉弁方向へ作用する)、図8に示すように、リニアソレノイドで発生する吸引力Fsとガス荷重Fgの合力Fが、ばね荷重Fkを上回るとガス燃料供給装置が開弁してガス燃料が供給される。すなわち、図8に示す開弁位置でガス燃料供給装置が開弁する。なお、ばね荷重Fkは開弁後に全開となるまで徐々に大きくなり、ガス荷重Fgは開弁後に全開となるまで徐々に小さくなる。そして、ばね荷重Fkの最大値(可動コアの移動変位100%)と合力Fとが等しくなる位置で弁開度が全開となる。すなわち、図8に示す全開位置でガス燃料供給装置が全開となる。   However, when a linear solenoid is used in a gas fuel supply device, the valve opening force required to open the valve increases due to the effect of the gas load of the fuel gas. In particular, in the case of high-pressure gas fuel, the valve opening force increases remarkably. In the gas fuel supply device, since the gas load of the gas fuel acts in the valve opening direction (the spring load acts in the valve closing direction), the suction force Fs generated by the linear solenoid as shown in FIG. When the resultant force F of the gas load Fg and the gas load Fg exceeds the spring load Fk, the gas fuel supply device opens to supply the gas fuel. That is, the gas fuel supply device opens at the valve opening position shown in FIG. The spring load Fk gradually increases until the valve is fully opened after the valve is opened, and the gas load Fg gradually decreases until the valve is fully opened after the valve is opened. Then, the valve opening is fully opened at a position where the maximum value of the spring load Fk (movement displacement of the movable core 100%) and the resultant force F are equal. That is, the gas fuel supply device is fully opened at the fully open position shown in FIG.

そして、上記のリニアソレノイドでは、コイルに通電する電流値に比例して吸引力Fsが変化するため、ガス荷重Fgによって開弁時に必要な合力Fが大きくなると、開弁した後、少しの電流値の増加で全開状態になってしまう。このように、上記のリニアソレノイドをガス燃料供給装置に用いた場合、ガス燃料供給装置における弁開度の制御範囲(分解能)が小さくなってしまい、流量の制御精度が悪化するという問題がある。   In the above-described linear solenoid, since the attraction force Fs changes in proportion to the current value applied to the coil, if the resultant force F required at the time of opening the valve increases due to the gas load Fg, a small current value It becomes a fully open state by the increase of. As described above, when the above-described linear solenoid is used in a gas fuel supply device, the control range (resolution) of the valve opening in the gas fuel supply device is reduced, and the flow rate control accuracy is deteriorated.

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、リニアソレノイドによる弁開度の制御範囲を拡大する(分解能を高める)ことにより、流量の調整精度を向上させることができるガス燃料供給装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and the accuracy of adjusting the flow rate can be improved by expanding the control range of the valve opening degree by the linear solenoid (enhancing the resolution). It is an object to provide a gas fuel supply device.

上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、コイルと、固定コアと、前記コイルへの通電により前記固定コアに吸引される可動コアと、前記可動コアを前記固定コアから離れる方向へ付勢するばねと、前記コイルを覆うヨークとを有するリニアソレノイド部を備え、前記リニアソレノイド部により、前記可動コアとともに移動する弁体とハウジングに固定された弁座との距離を変化させてガス燃料の流量を調節するガス燃料供給装置において、前記固定コアは、前記可動コア側の端部に、前記可動コアが移動可能であって前記可動コア側に向かって狭くなるテーパ状の凹部を備え、前記弁体が前記弁座に当接している状態で、前記可動コアの角部と前記テーパ状の凹部の角部とが最も近接していることを特徴とする。   One embodiment of the present invention made in order to solve the above problems includes a coil, a fixed core, a movable core attracted to the fixed core by energizing the coil, and a direction in which the movable core is separated from the fixed core. And a linear solenoid having a yoke for covering the coil, and changing the distance between the valve body moving with the movable core and the valve seat fixed to the housing by the linear solenoid. In the gas fuel supply device for adjusting the flow rate of gas fuel, the fixed core has a tapered concave portion at an end on the movable core side, the movable core being movable and narrowing toward the movable core. Wherein the corner of the movable core and the corner of the tapered recess are closest to each other when the valve body is in contact with the valve seat.

このガス燃料供給装置では、弁体が弁座に当接している状態で、可動コアの角部と固定コアのテーパ状の凹部の角部とが最も近接しているため、開弁時(開弁位置)において、可動コアを軸方向へ吸引する軸方向吸引力を最大にすることができる。そして、固定コアは、可動コア側の端部に、可動コアが移動可能であって可動コア側に向かって狭くなるテーパ状の凹部を備えている。これにより、可動コアが固定コア側に移動するにしたがって可動コアと固定コアとのギャップが広がるため、固定コアが可動コアを吸引する吸引力が低下する。従って、コイルに通電する電流値が一定の場合、吸引力は、開弁位置で(開弁時に)最大になり、可動コアが固定コア側に移動するにしたがって減少していく。   In this gas fuel supply device, when the valve body is in contact with the valve seat, the corner of the movable core and the corner of the tapered concave portion of the fixed core are closest to each other. In the valve position), the axial suction force for axially sucking the movable core can be maximized. The fixed core has a tapered concave portion at an end on the movable core side where the movable core is movable and narrows toward the movable core side. As a result, the gap between the movable core and the fixed core increases as the movable core moves toward the fixed core, so that the suction force of the fixed core sucking the movable core decreases. Therefore, when the value of the current supplied to the coil is constant, the attractive force becomes maximum at the valve opening position (when the valve is opened), and decreases as the movable core moves toward the fixed core.

そのため、コイルに通電する電流値の増加に対する吸引力の増加(傾き)を緩やかにすることができるので、ガス荷重によって開弁時に必要な力が大きくなっても、開弁した後、少しの電流値の増加で全開状態にはならない。すなわち、従来に比べて電流値の増加割合に対する吸引力の増加割合を小さくすることができる。これにより、リニアソレノイド部によるガス燃料供給装置における弁開度の制御範囲が拡大されている(分解能が高められている)。従って、ガス燃料供給装置における流量の調整精度を向上させることができる。   Therefore, the increase (slope) of the attraction force with respect to the increase in the current value flowing through the coil can be moderated. It does not become fully open with the increase of the value. That is, the rate of increase in the attraction force with respect to the rate of increase in the current value can be made smaller than in the conventional case. Thereby, the control range of the valve opening degree in the gas fuel supply device by the linear solenoid unit is expanded (the resolution is increased). Therefore, the adjustment accuracy of the flow rate in the gas fuel supply device can be improved.

また、上記課題を解決するためになされた本発明の別形態は、コイルと、固定コアと、前記コイルへの通電により前記固定コアに吸引される可動コアと、前記可動コアを前記固定コアから離れる方向へ付勢するばねと、前記コイルを覆うヨークとを有するリニアソレノイド部を備え、前記リニアソレノイド部により、前記可動コアとともに移動する弁体とハウジングに固定された弁座との距離を変化させてガス燃料の流量を調節するガス燃料供給装置において、前記可動コアは、前記固定コア側の端部に、前記固定コア側に向かって広くなるテーパ部を備え、前記固定コアは、前記テーパ部が移動可能な凹部を備えており、前記弁体が前記弁座に当接している状態で、前記テーパ部の角部と前記凹部の角部とが最も近接していることを特徴とする。   Further, another embodiment of the present invention made to solve the above-described problem is a coil, a fixed core, a movable core attracted to the fixed core by energizing the coil, and moving the movable core from the fixed core. A linear solenoid having a spring for urging the coil in a direction away from the coil and a yoke covering the coil, wherein the linear solenoid changes a distance between a valve body moving together with the movable core and a valve seat fixed to the housing. In the gas fuel supply device that adjusts the flow rate of the gas fuel, the movable core includes a tapered portion that increases toward the fixed core at an end of the fixed core, and the fixed core includes the tapered portion. The portion is provided with a movable concave portion, and in a state where the valve body is in contact with the valve seat, a corner portion of the tapered portion and a corner portion of the concave portion are closest to each other. That.

このガス燃料供給装置でも、弁体が弁座に当接している状態で、可動コアのテーパ部の角部と固定コアの凹部の角部とが最も近接しているため、開弁時(開弁位置)において、可動コアを軸方向へ吸引する軸方向吸引力を最大にすることができる。そして、可動コアは、固定コア側の端部に、固定コア側に向かって広くなるテーパ部を備えている。これにより、可動コアが固定コア側に移動するにしたがって可動コアと固定コアとのギャップが広がるため、固定コアが可動コアを吸引する吸引力が低下する。従って、コイルに通電する電流値が一定の場合、吸引力は、開弁位置で(開弁時に)最大となり、可動コアが固定コア側に移動するにしたがって減少していく。   Also in this gas fuel supply device, when the valve element is in contact with the valve seat, the corner of the tapered portion of the movable core and the corner of the recess of the fixed core are closest to each other. In the valve position), the axial suction force for axially sucking the movable core can be maximized. And the movable core is provided with a tapered part which becomes wider toward the fixed core at the end of the fixed core. As a result, the gap between the movable core and the fixed core increases as the movable core moves toward the fixed core, so that the suction force of the fixed core sucking the movable core decreases. Therefore, when the value of the current supplied to the coil is constant, the attraction force becomes maximum at the valve opening position (when the valve is opened), and decreases as the movable core moves toward the fixed core.

そのため、コイルに通電する電流値の増加に対する吸引力の増加(傾き)を緩やかにすることができるので、ガス荷重によって開弁時に必要な力が大きくなっても、開弁した後、少しの電流値の増加で全開状態にはならない。すなわち、従来に比べて電流値の増加割合に対する吸引力の増加割合を小さくすることができる。これにより、リニアソレノイド部によるガス燃料供給装置における弁開度の制御範囲が拡大されている(分解能が高められている)。従って、ガス燃料供給装置における流量の調整精度を向上させることができる。   Therefore, the increase (slope) of the attraction force with respect to the increase in the current value flowing through the coil can be moderated. It does not become fully open with the increase of the value. That is, the rate of increase in the attraction force with respect to the rate of increase in the current value can be made smaller than in the conventional case. Thereby, the control range of the valve opening degree in the gas fuel supply device by the linear solenoid unit is expanded (the resolution is increased). Therefore, the adjustment accuracy of the flow rate in the gas fuel supply device can be improved.

そして、上記したガス供給装置において、前記ばねのばね定数を、前記可動コアを開弁方向へ移動させるために必要な力を越えない範囲で大きくすることにより、前記可動コアの移動変位に対する前記可動コアへ作用する前記ばねによるばね荷重の増加割合を、前記可動コアを移動させるために必要な力の増加割合に近づけるとよい。   In the gas supply device described above, the spring constant of the spring is increased within a range not exceeding a force required to move the movable core in the valve opening direction, whereby the movable displacement with respect to the displacement of the movable core is increased. It is preferable that the rate of increase in the spring load by the spring acting on the core approaches the rate of increase in the force required to move the movable core.

このようにすることにより、可動コアの移動変位が最大(100%)になるときの可動コアに作用するばね荷重、つまりばね荷重の最大値が大きくなる。そして、全開位置は、ばね荷重の最大値(可動コアの移動変位が100%のときのばね荷重)と、可動コアを移動させるために必要な力(吸引力とガス荷重の合力)とが等しくなる位置となるため、全開位置での合力が大きくなる。従って、可動コアの移動変位が大きくなる。これにより、全開位置を開弁位置からより離れた位置にすることができるため、リニアソレノイド部によるガス燃料供給装置における弁開度の制御範囲をさらに拡大する(分解能を高める)ことができる。よって、ガス燃料供給装置における流量の調整精度をさらに向上させることができる。   By doing so, the spring load acting on the movable core when the movable displacement of the movable core is maximized (100%), that is, the maximum value of the spring load is increased. At the fully open position, the maximum value of the spring load (the spring load when the moving displacement of the movable core is 100%) is equal to the force (combined force of the suction force and the gas load) required to move the movable core. Therefore, the resultant force at the fully open position increases. Therefore, the moving displacement of the movable core increases. Accordingly, the fully open position can be set at a position farther from the valve opening position, so that the control range of the valve opening in the gas fuel supply device by the linear solenoid unit can be further expanded (resolution can be increased). Therefore, the adjustment accuracy of the flow rate in the gas fuel supply device can be further improved.

本発明に係るガス燃料供給装置によれば、リニアソレノイド部による弁開度の制御範囲が拡大される(分解能が高められる)ので、流量の調整精度を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the gas fuel supply apparatus which concerns on this invention, since the control range of the valve opening degree by a linear solenoid part is expanded (resolution is improved), the adjustment precision of flow rate can be improved.

第1実施形態における燃料噴射装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel injection device according to the first embodiment. 第1実施形態におけるリニアソレノイド部の吸引力特性を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a suction force characteristic of a linear solenoid unit according to the first embodiment. 燃料噴射装置における弁開度の制御範囲を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a control range of a valve opening degree in the fuel injection device. 第2実施形態における燃料噴射装置の断面図である。It is a sectional view of a fuel injection device in a 2nd embodiment. 第2実施形態におけるリニアソレノイド部の吸引力特性を示す図である。It is a figure showing the attraction force characteristic of the linear solenoid part in a 2nd embodiment. 第2実施形態の変形例における燃料噴射装置の断面図である。It is sectional drawing of the fuel injection device in the modification of 2nd Embodiment. 従来例のリニアソレノイドの吸引力特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a suction force characteristic of a conventional linear solenoid. 従来例のリニアソレノイドを適用した燃料噴射装置における弁開度の制御範囲を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a control range of a valve opening degree in a fuel injection device to which a conventional linear solenoid is applied.

<第1実施形態>
本実施形態では、本発明のガス燃料供給装置を、燃料噴射装置(インジェクタ)に適用した場合について説明する。この燃料噴射装置は、例えば、燃料電池車においてガス燃料(例えば、水素)を燃料電池(不図示)に供給するための装置である。そこで、まず、第1実施形態について説明する。
<First embodiment>
In the present embodiment, a case where the gas fuel supply device of the present invention is applied to a fuel injection device (injector) will be described. This fuel injection device is, for example, a device for supplying gaseous fuel (for example, hydrogen) to a fuel cell (not shown) in a fuel cell vehicle. Therefore, the first embodiment will be described first.

第1実施形態の燃料噴射装置1は、図1に示すように、リニアソレノイド部10と、弁体12と、弁座14と、ハウジング16などを有する。   As shown in FIG. 1, the fuel injection device 1 according to the first embodiment includes a linear solenoid unit 10, a valve body 12, a valve seat 14, a housing 16, and the like.

リニアソレノイド部10は、コイル50と、固定コア52と、可動コア54と、圧縮ばね56と、軸受58,59と、ヨーク60などを備える。コイル50は、中空円筒状のコイルボビン51に導線が巻かれて形成されている。コイルボビン51の中空部に、固定コア52と可動コア54が配置されている。   The linear solenoid unit 10 includes a coil 50, a fixed core 52, a movable core 54, a compression spring 56, bearings 58 and 59, a yoke 60, and the like. The coil 50 is formed by winding a conductive wire around a hollow cylindrical coil bobbin 51. A fixed core 52 and a movable core 54 are arranged in a hollow portion of the coil bobbin 51.

固定コア52は、コイルボビン51の一端に配置されている。固定コア52は、略円筒状(真円筒状や楕円筒状などを含む)に形成され、テーパ状凹部70と、軸受保持凹部74を備えている。テーパ状凹部70は、可動コア54が移動可能であって可動コア54側に向かって狭くなるテーパ状に形成され、軸受保持凹部74より径が大きい凹部である。軸受保持凹部74の内側に、軸受58が配置されている。固定コア52は、軟磁性材料(例えば、電磁ステンレス鋼)により形成されている。   The fixed core 52 is arranged at one end of the coil bobbin 51. The fixed core 52 is formed in a substantially cylindrical shape (including a true cylindrical shape and an elliptical cylindrical shape), and includes a tapered concave portion 70 and a bearing holding concave portion 74. The tapered recess 70 is formed in a tapered shape in which the movable core 54 is movable and narrows toward the movable core 54, and has a larger diameter than the bearing holding recess 74. The bearing 58 is arranged inside the bearing holding recess 74. The fixed core 52 is formed of a soft magnetic material (for example, electromagnetic stainless steel).

可動コア54は、略円筒状(真円筒状や楕円筒状などを含む)に形成され、円筒部80と、軸部84と、弁体部86とを備えている。可動コア54は、軟磁性材料(例えば、電磁ステンレス鋼)により形成されている。可動コア54は、円筒部80の一部と弁体部86とがハウジング16内に配置され、軸部84が軸受58に配置されている。また、円筒部80及び軸部84は、コイルボビン51の中空部内に位置している。可動コア54は、弁体12が弁座14に当接している状態(図1に示す状態)において、円筒部80の角部である円筒部角部81が、テーパ状凹部70の角部である凹部角部71に対して最も近接している。   The movable core 54 is formed in a substantially cylindrical shape (including a true cylindrical shape and an elliptical cylindrical shape), and includes a cylindrical portion 80, a shaft portion 84, and a valve body portion 86. The movable core 54 is formed of a soft magnetic material (for example, electromagnetic stainless steel). In the movable core 54, a part of the cylindrical portion 80 and the valve body 86 are arranged in the housing 16, and the shaft 84 is arranged in the bearing 58. The cylindrical portion 80 and the shaft portion 84 are located inside the hollow portion of the coil bobbin 51. In the movable core 54, when the valve body 12 is in contact with the valve seat 14 (the state shown in FIG. 1), the cylindrical portion corner 81, which is the corner of the cylindrical portion 80, is formed by the tapered recess 70. It is closest to a certain corner 71 of the concave portion.

そして、可動コア54は、一端において軸部84が軸受58に摺動可能に支持され、他端において弁体部86が軸受59に摺動可能に支持されている。これにより、可動コア54は、固定コア52側において、円筒部80の端部がテーパ状凹部70内を移動するようになっている。また、弁体部86の端部に弁体12が一体形成されており、弁体12は可動コア54の移動に伴って移動するようになっている。   The movable core 54 has a shaft 84 at one end slidably supported by the bearing 58, and a valve body 86 slidably supported by the bearing 59 at the other end. As a result, the end of the cylindrical portion 80 of the movable core 54 moves inside the tapered recess 70 on the fixed core 52 side. Further, the valve element 12 is formed integrally with an end of the valve element section 86, and the valve element 12 moves with the movement of the movable core 54.

圧縮ばね56は、軸受58の内側であって固定コア52と可動コア54との間に配置されている。圧縮ばね56は、圧縮された状態となっており、弁体12(可動コア54)を弁座14に向けて付勢している。つまり、圧縮ばね56によって可動コア54に対しばね荷重Fkが閉弁方向へ作用する(図3参照)。   The compression spring 56 is disposed inside the bearing 58 and between the fixed core 52 and the movable core 54. The compression spring 56 is in a compressed state and urges the valve body 12 (the movable core 54) toward the valve seat 14. That is, the spring load Fk acts on the movable core 54 in the valve closing direction by the compression spring 56 (see FIG. 3).

ヨーク60は、コイル50を取り囲むように配置されている。ヨーク60の開口部分には、蓋部材62が配置されている。これらヨーク60と蓋部材62は、軟磁性材料(例えば、電磁ステンレス鋼)により形成されており、リニアソレノイド部10のカバーを構成している。   The yoke 60 is arranged so as to surround the coil 50. A lid member 62 is disposed at an opening of the yoke 60. The yoke 60 and the lid member 62 are formed of a soft magnetic material (for example, electromagnetic stainless steel), and constitute a cover of the linear solenoid unit 10.

弁体12は、可動コア54の弁体部86の端部に一体形成されている。弁体12は、弁座14に対してガス燃料の流れ方向の上流側に配置されている。弁体12は、その端面に略円板形状のシール部材13を備えている。このシール部材13が、弁座14(シート部15)に対し当接/離間する部分である。シール部材13は、ゴムや樹脂等の弾性体により形成されている。   The valve element 12 is formed integrally with an end of the valve element section 86 of the movable core 54. The valve element 12 is disposed upstream of the valve seat 14 in the gas fuel flow direction. The valve element 12 includes a substantially disk-shaped seal member 13 on an end surface thereof. This seal member 13 is a portion that comes into contact with / separates from the valve seat 14 (seat portion 15). The seal member 13 is formed of an elastic body such as rubber or resin.

弁座14は、ハウジング16に固定されており、外側がテーパ状に形成されたシート部15を備えている。このシート部15に対して、弁体12のシール部材13が弾性変形しつつ当接することにより、ガス燃料の供給停止時(閉弁時)におけるシール性が確保されている。そして、弁座14は、弁体12に対してガス燃料の流れ方向の下流側に配置されている。弁座14の中央部分には、吐出孔22が形成されている。この吐出孔22は、弁座14を軸方向に貫通する孔であり、ガス燃料の流路である。吐出孔22は、燃料配管を介して供給先(例えば、燃料電池)に接続されている。   The valve seat 14 is fixed to a housing 16 and includes a seat portion 15 having an outer side tapered. The sealing member 13 of the valve body 12 abuts on the seat portion 15 while being elastically deformed, so that the sealing performance when the supply of gas fuel is stopped (when the valve is closed) is ensured. The valve seat 14 is disposed downstream of the valve element 12 in the gas fuel flow direction. A discharge hole 22 is formed in the center of the valve seat 14. The discharge hole 22 is a hole that passes through the valve seat 14 in the axial direction, and is a flow path for gas fuel. The discharge hole 22 is connected to a supply destination (for example, a fuel cell) via a fuel pipe.

ハウジング16は、略円筒状に形成され、弁体12(可動コア54の一部)と、弁座14と、軸受59などを収容している。このハウジング16は、軟磁性材料(例えば、電磁ステンレス鋼)により形成されている。そして、ハウジング16の内部には、ガス燃料が流れる燃料流路18が形成されている。また、ハウジング16は、燃料流路18に側方から連通する流入孔20を備えている。この流入孔20は、ハウジング16を径方向に貫通する孔であり、ガス燃料の流路である。流入孔20は、燃料配管を介して燃料容器(例えば、水素ボンベ)に接続されている。   The housing 16 is formed in a substantially cylindrical shape, and houses the valve body 12 (part of the movable core 54), the valve seat 14, the bearing 59, and the like. The housing 16 is formed of a soft magnetic material (for example, electromagnetic stainless steel). Further, a fuel passage 18 through which gas fuel flows is formed inside the housing 16. Further, the housing 16 has an inflow hole 20 that communicates with the fuel flow path 18 from the side. The inflow hole 20 is a hole that passes through the housing 16 in the radial direction, and is a gas fuel flow path. The inflow hole 20 is connected to a fuel container (for example, a hydrogen cylinder) via a fuel pipe.

ハウジング16の一部(可動コア54の円筒部80を収容する部分)は、コイルボビン51の中空部の他端(固定コア52と反対側)に配置されている。そして、ハウジング16の端部と固定コア52の端部と間に、非磁性体である環状部材64が配置されている。   A part of the housing 16 (a part for accommodating the cylindrical part 80 of the movable core 54) is arranged at the other end of the hollow part of the coil bobbin 51 (on the side opposite to the fixed core 52). An annular member 64 made of a non-magnetic material is arranged between the end of the housing 16 and the end of the fixed core 52.

次に、燃料噴射装置1の作用(動作)について説明する。まず、コイル50に通電が行われていないとき、すなわち、閉弁時には、図1に示すように、圧縮ばね56の付勢力により、弁体12のシール部材13は、弁座14のシート部15に当接している。このとき、可動コア54には開弁方向へ燃料ガスのガス荷重Fgが作用しているが、ガス荷重Fgより大きい圧縮ばね56によるばね荷重Fkが閉弁方向へ作用している(図3参照)。そのため、弁座14の吐出孔22は、燃料流路18と遮断されている。従って、吐出孔22からガス燃料が燃料噴射装置1の外部へ放出されない。   Next, the operation (operation) of the fuel injection device 1 will be described. First, when the coil 50 is not energized, that is, when the valve is closed, the sealing member 13 of the valve body 12 is moved by the urging force of the compression spring 56 as shown in FIG. Is in contact with At this time, the gas load Fg of the fuel gas is acting on the movable core 54 in the valve opening direction, but the spring load Fk by the compression spring 56 which is larger than the gas load Fg is acting on the valve closing direction (see FIG. 3). ). Therefore, the discharge hole 22 of the valve seat 14 is shut off from the fuel flow path 18. Therefore, gas fuel is not discharged from the discharge hole 22 to the outside of the fuel injection device 1.

一方、コイル50に通電が行われているとき、すなわち、開弁時には、コイル50の周辺に、磁束がヨーク60、ハウジング16、可動コア54、固定コア52、及び蓋部材62を流れてヨーク60に戻る磁気回路が形成される。そのため、固定コア52が可動コア54を吸引する吸引力が発生する。この吸引力により、可動コア54は、固定コア52側へ移動していく。そのため、弁体12のシール部材13は、弁座14のシート部15から離間する。これにより、弁座14の吐出孔22は、燃料流路18と連通する。   On the other hand, when the coil 50 is energized, that is, when the valve is opened, magnetic flux flows around the coil 50 through the yoke 60, the housing 16, the movable core 54, the fixed core 52, and the lid member 62, and To form a magnetic circuit. Therefore, a suction force for the fixed core 52 to suction the movable core 54 is generated. The movable core 54 moves toward the fixed core 52 by the suction force. Therefore, the seal member 13 of the valve body 12 is separated from the seat portion 15 of the valve seat 14. Thereby, the discharge hole 22 of the valve seat 14 communicates with the fuel flow path 18.

具体的には、吐出孔22は、弁体12のシール部材13と弁座14のシート部15との間の隙間を介して、燃料流路18と連通する。そのため、燃料流路18内を流れるガス燃料は、シール部材13とシート部15との間の隙間を通って、吐出孔22に流れ込む。これにより、吐出孔22からガス燃料が燃料噴射装置1の外部へ放出される。このとき、コイル50に流す電流値に応じて、可動コア54(弁体12)の移動量が変化する。そのため、コイル50に流す電流値を制御することにより、燃料噴射装置1の弁開度を調整してガス燃料の供給量を制御することができる。   Specifically, the discharge hole 22 communicates with the fuel flow path 18 via a gap between the seal member 13 of the valve body 12 and the seat portion 15 of the valve seat 14. Therefore, the gaseous fuel flowing in the fuel flow channel 18 flows into the discharge hole 22 through the gap between the seal member 13 and the seat portion 15. As a result, the gas fuel is discharged from the discharge hole 22 to the outside of the fuel injection device 1. At this time, the amount of movement of the movable core 54 (valve element 12) changes according to the value of the current flowing through the coil 50. Therefore, by controlling the value of the current flowing through the coil 50, the valve opening of the fuel injection device 1 can be adjusted to control the supply amount of gas fuel.

ここで、燃料噴射装置1では、コイル50への通電開始時、すなわち開弁開始時に、円筒部角部81と凹部角部71とが最も近接している。これにより、コイル50に通電する電流値が一定の場合、図2に示すように、開弁位置において、磁気回路によって発生する磁気吸引力が最大となる。   Here, in the fuel injection device 1, at the start of energization of the coil 50, that is, at the start of valve opening, the cylindrical corner 81 and the concave corner 71 are closest to each other. Thus, when the value of the current supplied to the coil 50 is constant, as shown in FIG. 2, the magnetic attraction generated by the magnetic circuit at the valve opening position is maximized.

そして、固定コア52には、可動コア54側に向かって狭くなるテーパ状凹部70が形成されている。そのため、可動コア54が固定コア52側に移動するにしたがって可動コア54と固定コア52とのギャップが広がるので、固定コア52が可動コア54を吸引する吸引力が低下していく。従って、コイル50に通電する電流値が一定の場合、吸引力は、開弁位置で(開弁時に)最大になり、可動コア54が固定コア52側に移動するにしたがって減少していく特性となっている。   The fixed core 52 has a tapered recess 70 that narrows toward the movable core 54. Therefore, as the movable core 54 moves toward the fixed core 52, the gap between the movable core 54 and the fixed core 52 widens, and the suction force of the fixed core 52 sucking the movable core 54 decreases. Therefore, when the value of the current supplied to the coil 50 is constant, the attractive force becomes maximum at the valve opening position (when the valve is opened), and decreases as the movable core 54 moves to the fixed core 52 side. Has become.

そのため、燃料噴射装置1では、図3に示すように、従来例(図8参照)に比べて、電流値の増加に対する吸引力Fsの増加(傾き)が緩やかになる。なお、可動コア54に作用するばね荷重Fkとガス荷重Fgは、従来例と同じである。従って、開弁動作中において、電流値の増加に対する合力Fの増加(傾き)も、従来例に比べて緩やかになる。すなわち、従来例に比べて電流値の増加割合に対する合力Fの増加割合を小さくすることができる。なお、合力Fは、可動コア54を移動させるために必要な力であって、固定コア52が可動コア54を吸引する吸引力Fsとガス荷重Fgとの合力である。   Therefore, in the fuel injection device 1, as shown in FIG. 3, the increase (gradient) of the attraction force Fs with respect to the increase in the current value becomes gentler than in the conventional example (see FIG. 8). The spring load Fk and the gas load Fg acting on the movable core 54 are the same as in the conventional example. Therefore, during the valve opening operation, the increase (slope) of the resultant force F with respect to the increase in the current value becomes gentler than in the conventional example. That is, the rate of increase of the resultant force F with respect to the rate of increase of the current value can be made smaller than in the conventional example. The resultant force F is a force required to move the movable core 54, and is a resultant force of a suction force Fs for attracting the movable core 54 by the fixed core 52 and a gas load Fg.

これにより、燃料噴射装置1によれば、開弁した後、従来例のように少しの電流値の増加で全開状態になることを回避することができる。その結果として、リニアソレノイド部10による燃料噴射装置1における弁開度の制御範囲が2倍以上に拡大される(分解能が高められる)ため、燃料噴射装置1における流量の調整精度が向上する。   As a result, according to the fuel injection device 1, it is possible to avoid a situation in which the valve is fully opened with a slight increase in the current value after the valve is opened as in the conventional example. As a result, the control range of the valve opening in the fuel injection device 1 by the linear solenoid unit 10 is expanded to twice or more (resolution is increased), and thus the flow rate adjustment accuracy in the fuel injection device 1 is improved.

ここで、圧縮ばね56のばね定数を、可動コア54を開弁方向へ移動させるために必要な合力Fを越えない範囲で大きくすることにより、可動コア54の移動変位に対する可動コア54へ作用する圧縮ばね56によるばね荷重Fkの増加割合を、可動コア54を移動させるために必要な合力Fの増加割合に近づけてもよい。つまり、圧縮ばね56のばね定数を大きくして、図3に破線で示すように、ばね荷重Fkの傾きを合力Fに近づくように大きくしてもよい。   Here, by increasing the spring constant of the compression spring 56 within a range that does not exceed the resultant force F required to move the movable core 54 in the valve opening direction, it acts on the movable core 54 with respect to the displacement of the movable core 54. The increase rate of the spring load Fk by the compression spring 56 may be close to the increase rate of the resultant force F required to move the movable core 54. That is, the spring constant of the compression spring 56 may be increased, and the slope of the spring load Fk may be increased so as to approach the resultant force F as indicated by the broken line in FIG.

このようにすることにより、可動コア54のストロークが最大(100%)になるときの可動コア54に作用するばね荷重Fk、つまりばね荷重Fkの最大値が大きくなる。そして、全開位置は、ばね荷重Fkの最大値と合力Fとが等しくなる位置となるため、全開位置における合力Fが大きくなる。その結果、可動コア54のストローク量が大きくなるため、全開位置を開弁位置からより離れた位置にすることができる。これにより、リニアソレノイド部10による燃料噴射装置1における弁開度の制御範囲をさらに拡大する(分解能を高める)ことができる。従って、燃料噴射装置1における流量の調整精度をさらに向上させることができる。   By doing so, the spring load Fk acting on the movable core 54 when the stroke of the movable core 54 is maximum (100%), that is, the maximum value of the spring load Fk is increased. Then, the fully open position is a position where the maximum value of the spring load Fk and the resultant force F are equal, so that the resultant force F at the fully open position increases. As a result, the stroke amount of the movable core 54 increases, so that the fully open position can be set to a position further away from the valve opening position. Thereby, the control range of the valve opening of the fuel injection device 1 by the linear solenoid unit 10 can be further expanded (resolution can be increased). Therefore, the adjustment accuracy of the flow rate in the fuel injection device 1 can be further improved.

以上、詳細に説明したように本実施形態に係る燃料噴射装置1によれば、固定コア52が、可動コア54側の端部に、可動コア54側に向かって狭くなるテーパ状凹部70を備えているため、従来に比べて電流値の増加割合に対する吸引力の増加割合を小さくすることができる。これにより、リニアソレノイド部10による燃料噴射装置1における弁開度の制御範囲が拡大される(分解能が高められる)ので、流量の調整精度を向上させることができる。   As described above in detail, according to the fuel injection device 1 according to the present embodiment, the fixed core 52 includes the tapered recess 70 that narrows toward the movable core 54 at the end on the movable core 54 side. Therefore, the rate of increase in the attraction force with respect to the rate of increase in the current value can be made smaller than in the conventional case. As a result, the control range of the valve opening in the fuel injection device 1 by the linear solenoid unit 10 is expanded (resolution is increased), so that the flow rate adjustment accuracy can be improved.

<第2実施形態>
次に、第2実施形態について、図4を参照しながら説明するが、第1実施形態と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. 4, but the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different points will be mainly described. .

本実施形態の燃料噴射装置101では、図4に示すように、可動コア154の形状が、第1実施形態と異なっている。具体的には、可動コア154は、円筒部80の固定コア52側の端部に、固定コア52側に向かって広くなるテーパ部180を備えている。この可動コア154は、弁体12が弁座14に当接している状態(図4に示す状態)において、テーパ部180の角部であるテーパ部角部181が、固定コア52の凹部角部71に対して最も近接している。   In the fuel injection device 101 of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the shape of the movable core 154 is different from that of the first embodiment. Specifically, the movable core 154 includes a tapered portion 180 that becomes wider toward the fixed core 52 at the end of the cylindrical portion 80 on the fixed core 52 side. In the state where the valve body 12 is in contact with the valve seat 14 (the state shown in FIG. 4), the movable core 154 is configured such that the tapered portion corner 181 which is the corner of the tapered portion 180 is formed by the concave corner of the fixed core 52. It is closest to 71.

このような燃料噴射装置101では、コイル50への通電開始時、すなわち開弁開始時に、テーパ部角部181と凹部角部71とが最も近接している。これにより、コイル50に通電する電流値が一定の場合、図5に示すように、開弁位置において、磁気回路によって発生する磁気吸引力が最大となる。   In such a fuel injection device 101, at the start of energization of the coil 50, that is, at the start of valve opening, the tapered corner 181 and the concave corner 71 are closest to each other. Thus, when the value of the current supplied to the coil 50 is constant, as shown in FIG. 5, the magnetic attraction generated by the magnetic circuit at the valve opening position is maximized.

そして、可動コア154には、円筒部80の固定コア52側の端部に、固定コア52側に向かって広くなるテーパ部180が形成されており、固定コア52には、可動コア154側に向かって狭くなるテーパ状凹部70が形成されている。そのため、可動コア154が固定コア52側に移動するにしたがって可動コア154と固定コア52とのギャップが第1実施形態よりも更に広がるので、固定コア52が可動コア154を吸引する吸引力が第1実施形態よりも更に低下していく。従って、コイル50に通電する電流値が一定の場合、吸引力は、開弁位置で(開弁時に)最大になり、可動コア154が固定コア52側に移動するにしたがって第1実施形態よりも大きく減少していく(傾きが大きくなる)特性となっている。   The movable core 154 has a tapered portion 180 that is wider toward the fixed core 52 at the end of the cylindrical portion 80 on the fixed core 52 side, and the fixed core 52 has a tapered portion 180 on the movable core 154 side. A tapered recess 70 narrowing toward the bottom is formed. Therefore, as the movable core 154 moves toward the fixed core 52, the gap between the movable core 154 and the fixed core 52 is further widened as compared with the first embodiment. It decreases further than in the first embodiment. Therefore, when the value of the current supplied to the coil 50 is constant, the attraction force becomes maximum at the valve opening position (at the time of valve opening), and as the movable core 154 moves to the fixed core 52 side, the suction force is higher than in the first embodiment. It has a characteristic of greatly decreasing (increase in inclination).

そのため、燃料噴射装置101では、電流値の増加に対する吸引力Fsの増加(傾き)が、第1実施形態よりも更に緩やかになる。従って、開弁動作中において、電流値の増加に対する合力Fの増加(傾き)も、第1実施形態よりも更に緩やかになる。すなわち、第1実施形態よりも電流値の増加割合に対する合力Fの増加割合を小さくすることができる。   Therefore, in the fuel injection device 101, the increase (gradient) of the attraction force Fs with respect to the increase in the current value becomes more gentle than in the first embodiment. Therefore, during the valve-opening operation, the increase (slope) of the resultant force F with respect to the increase in the current value becomes more gentle than in the first embodiment. That is, the rate of increase of the resultant force F with respect to the rate of increase of the current value can be made smaller than in the first embodiment.

従って、燃料噴射装置101によれば、リニアソレノイド部10による燃料噴射装置101における弁開度の制御範囲が更に拡大される(分解能が高められる)ため、燃料噴射装置101における流量の調整精度が更に向上する。
また、第1実施形態と同様に、圧縮ばね56のばね定数を大きくして、ばね荷重Fkの傾きを大きくすることにより、燃料噴射装置101における弁開度の制御範囲をより一層拡大する(分解能を高める)こともできる。その結果として、燃料噴射装置101における流量の調整精度を一層向上させることができる。
Therefore, according to the fuel injection device 101, the control range of the valve opening in the fuel injection device 101 by the linear solenoid unit 10 is further expanded (resolution is increased), and thus the flow rate adjustment accuracy in the fuel injection device 101 is further improved. improves.
Further, similarly to the first embodiment, by increasing the spring constant of the compression spring 56 and increasing the inclination of the spring load Fk, the control range of the valve opening in the fuel injection device 101 is further expanded (resolution). Can be increased). As a result, the adjustment accuracy of the flow rate in the fuel injection device 101 can be further improved.

なお、上記した実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、第2実施形態では、固定コア52の可動コア154側の凹部を内径が徐々に変化するテーパ状に形成したテーパ状凹部70としているが、図6に示すように、内径が変化しない(内径が一定の)凹部170にすることもできる。なお、この場合には、第1実施形態と同様の吸引力特性になるため、弁開度の制御範囲は第1実施形態と同程度の大きさとなる。   It should be noted that the above-described embodiment is merely an example, and does not limit the present invention in any way. Needless to say, various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the invention. For example, in the second embodiment, the concave portion on the movable core 154 side of the fixed core 52 is a tapered concave portion 70 formed in a tapered shape whose inner diameter gradually changes. However, as shown in FIG. 6, the inner diameter does not change ( The recess 170 may have a constant inner diameter. In this case, since the suction force characteristics are the same as those of the first embodiment, the control range of the valve opening is approximately the same as that of the first embodiment.

また、上記した燃料噴射装置は、水素以外のガス燃料(例えば、CNGなど)にも適用することができる。さらに、上記した実施形態では、ガス燃料の流れが流入孔20から燃料流路18を介して吐出孔22へ流れる場合を説明したが、ガス燃料の流れが逆、すなわち、吐出孔22から燃料流路18を介して流入孔20へ流れる場合にも本発明を適用することができる。   Further, the above-described fuel injection device can be applied to gas fuels other than hydrogen (for example, CNG). Further, in the above-described embodiment, the case where the flow of the gas fuel flows from the inflow hole 20 to the discharge hole 22 through the fuel flow path 18 has been described. The present invention can also be applied to a case where the gas flows to the inflow hole 20 via the passage 18.

1 燃料噴射装置
10 リニアソレノイド部
12 弁体
13 シール部材
14 弁座
15 シート部
16 ハウジング
50 コイル
52 固定コア
54 可動コア
56 圧縮ばね
58 軸受
59 軸受
60 ヨーク
70 テーパ状凹部
71 凹部角部
80 円筒部
81 円筒部角部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel injection device 10 Linear solenoid part 12 Valve element 13 Seal member 14 Valve seat 15 Seat part 16 Housing 50 Coil 52 Fixed core 54 Movable core 56 Compression spring 58 Bearing 59 Bearing 60 Yoke 70 Tapered recess 71 Recessed corner 80 Cylindrical section 81 Cylindrical corner

Claims (3)

コイルと、固定コアと、前記コイルへの通電により前記固定コアに吸引される可動コアと、前記可動コアを前記固定コアから離れる方向へ付勢するばねと、前記コイルを覆うヨークとを有するリニアソレノイド部を備え、前記リニアソレノイド部により、前記可動コアとともに移動する弁体とハウジングに固定された弁座との距離を変化させてガス燃料の流量を調節するガス燃料供給装置において、
前記固定コアは、前記可動コア側の端部に、前記可動コアが移動可能であって前記可動コア側に向かって狭くなるテーパ状の凹部を備え、
前記弁体が前記弁座に当接している状態で、前記可動コアの角部と前記テーパ状の凹部の角部とが最も近接している
ことを特徴とするガス燃料供給装置。
A linear having a coil, a fixed core, a movable core attracted to the fixed core by energizing the coil, a spring for urging the movable core in a direction away from the fixed core, and a yoke covering the coil A gas fuel supply device comprising a solenoid portion, wherein the linear solenoid portion changes a distance between a valve body that moves together with the movable core and a valve seat fixed to a housing to adjust a flow rate of gas fuel.
The fixed core includes, at an end on the movable core side, a tapered recess in which the movable core is movable and narrows toward the movable core side.
A gas fuel supply device, wherein a corner of the movable core and a corner of the tapered recess are closest to each other when the valve body is in contact with the valve seat.
コイルと、固定コアと、前記コイルへの通電により前記固定コアに吸引される可動コアと、前記可動コアを前記固定コアから離れる方向へ付勢するばねと、前記コイルを覆うヨークとを有するリニアソレノイド部を備え、前記リニアソレノイド部により、前記可動コアとともに移動する弁体とハウジングに固定された弁座との距離を変化させてガス燃料の流量を調節するガス燃料供給装置において、
前記可動コアは、前記固定コア側の端部に、前記固定コア側に向かって広くなるテーパ部を備え、
前記固定コアは、前記テーパ部が移動可能な凹部を備えており、
前記弁体が前記弁座に当接している状態で、前記テーパ部の角部と前記凹部の角部とが最も近接している
ことを特徴とするガス燃料供給装置。
A linear having a coil, a fixed core, a movable core attracted to the fixed core by energizing the coil, a spring for urging the movable core in a direction away from the fixed core, and a yoke covering the coil A gas fuel supply device comprising a solenoid portion, wherein the linear solenoid portion changes a distance between a valve body that moves together with the movable core and a valve seat fixed to a housing to adjust a flow rate of gas fuel.
The movable core includes an end portion on the fixed core side, which includes a tapered portion that increases toward the fixed core side.
The fixed core includes a recess in which the tapered portion is movable,
A gas fuel supply device, wherein a corner of the tapered portion and a corner of the recess are closest to each other when the valve body is in contact with the valve seat.
請求項1又は請求項2に記載するガス燃料供給装置において、
前記ばねのばね定数を、前記可動コアを開弁方向へ移動させるために必要な力を越えない範囲で大きくすることにより、前記可動コアの移動変位に対する前記可動コアへ作用する前記ばねによるばね荷重の増加割合を、前記可動コアを移動させるために必要な力の増加割合に近づけた
ことを特徴とするガス燃料供給装置。
The gas fuel supply device according to claim 1 or 2,
The spring load of the spring acting on the movable core with respect to the displacement of the movable core is increased by increasing the spring constant of the spring within a range not exceeding a force required to move the movable core in the valve opening direction. A gas fuel supply device, wherein the rate of increase of the force is close to the rate of increase of the force required to move the movable core.
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