WO2010016343A1 - ガス燃料用噴射弁 - Google Patents

Abstract

　ガス燃料用噴射弁において，弁ハウジング（２）が，平坦な弁座（８）及びその中心部を貫通するノズル孔（１０）を有するノズル部材（３）と，それに結合される磁性円筒体（４）とを備えており，ノズル部材（３）を合成樹脂製とすると共に，その外周には，磁性円筒体（４）の前端部の嵌合連結孔（１８）に嵌合される第１嵌合部（１１）と，エンジンの吸気路部材（Ｐ１）の取り付け孔（１）に嵌合される第２嵌合部（１２）と，その両嵌合部（１１，１２）間に位置する連結凹部（１３）とを形成し，磁性円筒体（４）の前端に形成したカシメ筒部（２２）を連結凹部（１３）側にカシメることにより磁性円筒体（４）及びノズル部材（３）を相互に結合し，第２嵌合部（１２）の外周には，吸気路部材（Ｐ１）の取り付け孔（１）の内周面に密接するシール部材（１７）を装着する環状のシール溝（１５）を形成した。これにより、エンジンの吸気路部材の取り付け孔の内周面に密接するシール部材を装着するシール溝を，特別なリング部材を用いることなく形成することができる。

Description

ガス燃料用噴射弁

　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，弁ハウジングが，前端部に平坦な弁座及びその中心部を貫通するノズル孔を有するノズル部材と，このノズル部材に結合される磁性円筒体と，その後端側に連設される固定コアとを備えており，磁性円筒体内には，前記弁座に着座し得る弾性材製の着座部材を前端に付設していて固定コアの励起時，前記着座部材を弁座から離座させるように作動する磁性プランジャを摺動自在に収容し，この磁性プランジャと固定コア間に，磁性プランジャを弁座側に付勢する弁ばねを縮設してなるものゝ改良に関する。

　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。
日本特開２００７－４０２４５号公報

　従来のかゝるガス燃料用噴射弁では，円板状のノズル部材全体を磁性円筒体の前端部内周面に嵌着し，磁性円筒体の外周に，環状のシール溝を画成する前後一対のリング部材を取り付け，そのシール溝に，磁性円筒体をエンジンの吸気路部材の取り付け孔に嵌合したとき，その内周面に密接するシール部材を装着している。こうしたものでは，磁性円筒体の外周にシール溝を画成するために，それ専用の一対のリング部材を必要とするので，部品点数及び組立工数が多く，これがコスト低減の障害となっている。

　本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，エンジンの吸気路部材の取り付け孔の内周面に密接するシール部材を装着するシール溝を，特別なリング部材を用いることなく形成し得るようにして，部品点数及び組立工数の削減，延いてはコストの低減を可能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，弁ハウジングが，前端部に平坦な弁座及びその中心部を貫通するノズル孔を有するノズル部材と，このノズル部材に結合される磁性円筒体と，その後端側に連設される固定コアとを備えており，磁性円筒体内には，前記弁座に着座し得る弾性材製の着座部材を前端に付設していて固定コアの励起時，前記着座部材を弁座から離座させるように作動する磁性プランジャを摺動自在に収容し，この磁性プランジャと固定コア間に，磁性プランジャを弁座側に付勢する弁ばねを縮設してなるガス燃料用噴射弁において，ノズル部材を合成樹脂製とすると共に，このノズル部材の外周には，このノズル部材の後端部に位置して磁性円筒体の前端部の嵌合連結孔に嵌合される第１嵌合部と，このノズル部材の前端部に位置してエンジンの吸気路部材の取り付け孔に嵌合される第２嵌合部と，これら第１及び第２嵌合部間に位置する連結凹部とを形成し，磁性円筒体の前端に形成したカシメ筒部を前記連結凹部側にカシメることにより磁性円筒体及びノズル部材を相互に結合し，前記第２嵌合部の外周には，前記取り付け孔の内周面に密接するシール部材を装着する環状のシール溝を形成したことを第１の特徴とする。

  また本発明は，第１の特徴に加えて，前記第１嵌合部外周には，前記嵌合連結孔の内周面に密接するシール部材を装着する環状のシール溝を形成したことを第２の特徴とする。

  さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前記第２嵌合部の前端面を，該第２嵌合部外周の前記シール溝に向かって大径となるテーパ面に形成したことを第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，ノズル部材のノズル孔を，前記弁座に開口するオリフィスと，ノズル部材の前端面に開口する，前記オリフィスより大径で且つそれより長い出口孔と，前記オリフィス及び出口孔間を連続的に接続するテーパ孔とで構成したことを第４の特徴とする。

  本発明の第１の特徴によれば，ノズル部材の第１嵌合部を磁性円筒体の前端部の嵌合連結孔に嵌合して，磁性円筒体のカシメ筒部をノズル部材の連結凹部側にカシメることにより磁性円筒体及びノズル部材を相互に結合する際，カシメ工具の先端部を，第２嵌合部に干渉されることなく連結凹部に受け入れて，カシメ筒部の連結凹部側へのカシメ加工を容易に行うことができ，したがって磁性円筒体及びノズル部材の結合を確実に行うことができる。

  また第２嵌合部外周の環状のシール部材には，第２嵌合部をエンジンの吸気路部材の取り付け孔に嵌合したとき，取り付け孔の内周面に密接するシール部材が装着されるので，前記取り付け孔をシールして，吸気路部材及び噴射弁間からガス燃料のリークを確実に防ぐことができる。しかも，磁性円筒体に支持されてその前方に突出するノズル部材自体の第２嵌合部に，前記シール部材を装着するシール溝を形成したことで，シール溝を画成するための特別なリングは不要となり，これにより部品点数及び組立工数の削減，延いてはコストの低減をもたらすことができる。

  その上，合成樹脂製のノズル部材は，その成形時に，ノズル孔，第１嵌合部，第２嵌合部及び連結凹部を一挙に形成し得るので，成形後の後加工が殆ど不要であり，更なるコスト低減をもたらすことができる。

  本発明の第２の特徴によれば，ノズル部材の第１嵌合部外周の環状のシール溝には，磁性円筒体の嵌合連結孔の内周面に密接するシール部材が装着されるので，嵌合連結孔をシールして，磁性円筒体及びノズル部材間からのガス燃料のリークを確実に防ぐことができる。

  本発明の第３の特徴によれば，第２嵌合部前端のテーパ面は，シール部材を第２嵌合部外周のシール溝に装着する際，シール部材の拡径を誘導して，その装着性を良好にすることができる。

  本発明の第４の特徴によれば，ガス燃料用噴射弁からエンジンの吸気路部材へのガス燃料の噴射時，ノズル孔におけるガス燃料の流量を，ノズル孔の上流部を構成するオリフィスにより一定に規制することができる。しかも，そのオリフィスを通過したガス燃料は，テーパ孔を経て，オリフィスより大径で長い出口孔へと流れるので，その流れがスムーズで乱流が発生せず，これにより燃料噴射量を安定させることができる。

図１は本発明の実施例に係るガス燃料用噴射弁の縦断面図である。（第１実施例） 図２は図１の２部拡大図である。（第１実施例）

Ｉ・・・・・ガス燃料用噴射弁
Ｐ１・・・・吸気路部材
１・・・・・取り付け孔
２・・・・・弁ハウジング
３・・・・・ノズル部材
４・・・・・磁性円筒体
６・・・・・固定コア
８・・・・・弁座
１０・・・・ノズル孔
１０ａ・・・オリフィス
１０ｂ・・・テーパ孔
１０ｃ・・・出口孔
１１・・・・第１嵌合部
１２・・・・第２嵌合部
１３・・・・連結凹部
１４・・・・第１嵌合部外周のシール溝（第１シール溝）
１５・・・・第２嵌合部外周のシール溝（第２シール溝）
１６・・・・第１嵌合部外周のシール溝に装着されるシール部材（第１シール部材）
１７・・・・第２嵌合部外周のシール溝に装着されるシール部材（第２シール部材）
２２・・・・カシメ筒部
２５・・・・磁性プランジャ
２９・・・・着座部材
４２・・・・弁ばね

　本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

  図１において，ガス燃料用噴射弁Ｉは，エンジンの吸気路部材Ｐ１に設けられる取り付け孔１に前端部が装着され，エンジンの吸気行程時，ガス燃料を吸気路部材Ｐ１内に噴射することができる。

  この噴射弁Ｉの弁ハウジング２は，その前端側からノズル部材３，磁性円筒体４，非磁性カラー５，固定コア６及び燃料入口筒７を同軸上に順次配置して，相互に液密に結合して構成される。

  ノズル部材３は合成樹脂製であって，その中心部にはノズル孔１０が形成され，このノズル孔１０が開口する後端面は平坦な弁座８に形成される。このノズル部材３の外周には，ノズル部材３の後端部に位置する第１嵌合部１１，ノズル部材３の前端部に位置する第２嵌合部１２及び，これら第１及び第２嵌合部１１，１２間に位置する環状の連結凹部１３とが形成され，さらに第１及び第２嵌合部１１，１２の外周には環状の第１及び第２シール溝１４，１５がそれぞれ設けられる。これら第１及び第２シール溝１４，１５には，Ｏリング等の第１及び第２シール部材１６，１７がそれぞれ装着される。第２嵌合部１２の前端面は，第２シール溝１５に向かって大径となるテーパ面１２ａに形成され，このテーパ面１２ａは，第２シール部材１７を第２シール溝１５に装着する際，第２シール部材１７の拡径を誘導して，その装着をし易くする。

  一方，磁性円筒体４の内周には，その前端側から嵌合連結孔１８，この嵌合連結孔１８の後端に環状段部１９を介して連なる，嵌合連結孔１８より小径の環状凹部２０と，この環状凹部２０の後端に連なる，それより小径の摺動案内孔２１とが設けられ，また磁性円筒体４の前端には，薄肉のカシメ筒部２２が形成される。その嵌合連結孔１８にはノズル部材３の前記第１嵌合部１１が嵌合され，その際，前記第１シール部材１６が嵌合連結孔１８の内周面に密接して嵌合連結孔１８をシールする。そして上記カシメ筒部２２がノズル部材３の前記連結凹部１３側にカシメられることにより，磁性円筒体４及びノズル部材３間が結合される。

  その際，連結凹部１３は，カシメ工具の先端部を受け入れて，カシメ筒部２２の半径方向内方へのカシメ加工をし易くする。また磁性円筒体４の環状段部１９とノズル部材３の後端面との間には，第１嵌合部１１の嵌合連結孔１８への嵌合深さを規制して弁座８の軸方向位置を調整する環状のシム２３が挿入され，保持される。

  ノズル部材３の前記第２嵌合部１２は，前記エンジンの吸気路部材Ｐ１の取り付け孔１に嵌合されるようになっており，その際，前記第２シール部材１７は，取り付け孔１の内周面に密接して取り付け孔１をシールする。

  ノズル部材３の中心部を貫通するノズル孔１０は，前記弁座８に開口するオリフィス１０ａと，ノズル部材３の前端面に開口する，オリフィス１０ａより大径で且つそれより長い出口孔１０ｃと，これらオリフィス１０ａ及び出口孔１０ｃ間を連続的に接続するテーパ孔１０ｂとで構成される。オリフィス１０ａの，弁座８への開口縁にはファンネル状の丸み９（図２参照）が形成される。この丸み９の半径は，略０．５ｍに設定することが望ましい。またテーパ孔１０ｂの中心角θは，略６０°に設定することが望ましい。これらの設定によれば，同一径のオリフィス１０ａにおいて，最大の燃料流量を確保することができる。

  上記ノズル孔１０，第１シール溝１４付きの第１嵌合部１１，第２シール溝１５付きの第２嵌合部１２及び連結凹部１３は，合成樹脂製のノズル部材３の射出成形時，同時に形成される。

　上記磁性円筒体４内には磁性プランジャ２５が摺動可能に収容される。この磁性プランジャ２５は前端側から弁部２６及び摺動筒部２７を同軸状に一体に連ねて構成されるもので，その摺動筒部２７は，前記摺動案内孔２１に摺動自在に嵌合されると共に，後端面が非磁性カラー５の内側で前記固定コア６前端の吸引面に対向するように配置される。この摺動筒部２７は，摺動案内孔２１による軸方向支持長さＬが外径Ｄより短くなるように形成される。

  弁部２６の外周には環状凹部２８が形成されており，この環状凹部２８は，磁性円筒体４の前記環状凹部２０との間に環状の燃料室３６を画成する。

  また弁部２６の前端面にはゴム製の着座部材２９が焼き付けて結合される。この着座部材２９は，前記弁座８に着座したり離座することでノズル孔１０を開閉することができる。摺動筒部２７の後端面にはストッパゴム３０が焼き付けており，固定コア６が磁性プランジャ２５を吸引したとき，このストッパゴム３０が固定コア６の前端面に当接することで，着座部材２９が弁座８から所定ストローク離座するようになっている。

　磁性円筒体４から固定コア６にかけて，それらの外周にコイル組立体３１が配設される。このコイル組立体３１は，磁性円筒体４から固定コア６にかけて，それらの外周面に嵌合されるボビン３２と，このボビン３２の外周に巻装されるコイル３３とからなっており，このコイル組立体３１の外周にはコイルハウジング３４が配設される。このコイルハウジング３４は磁性体であって，その前端には，磁性円筒体４の外周に圧入されてボビン３２の前端面を支承する内向きフランジ３４ａを有しており，このコイルハウジング３４の後端部内周面には，固定コア６の後端部外周面に圧入されてボビン３２の後端面に当接する環状のヨーク３５が嵌合される。

  図２に示すように，磁性プランジャ２５には，その後端面から摺動筒部２７を軸方向に過ぎて弁部２６の前端面手前で終わる有底の縦孔３７と，この縦孔３７を前記燃料室３６に連通する複数の横孔３８，３８…とが設けられ，上記縦孔３７の底面はばね座３９に形成される。したがって，磁性プランジャ２５において，ばね座３９は，摺動筒部２７よりも前方にオフセット配置されることになる。

　また前記固定コア６は，その中心を貫通する中空部６ａを有しており，その中空部６ａ内周面には，燃料入口筒７及び前記縦孔３７間を連通するパイプ状のリテーナ４１が嵌合して固着される。その際，このリテーナ４１及び前記弁座８間には，コイルばねより弁ばね４２が縮設され，これによって磁性プランジャ２５は，弁座８との着座方向に方向に付勢される。

  前記縦孔３７は，ばね座３９から立ち上がり弁ばね４２の前端部外周に適合する小径孔３７ａと，この小径孔３７ａより大径で，小径孔３７ａの後端から磁性プランジャ２５の後端面まで延びる大径孔３７ｂとで構成され，大径孔３７ｂに前記横孔３８，３８…の内端が開口する。こうすることで，大径孔３７ｂの内周面と弁ばね４２の外周面とで，その間に前記横孔３８，３８…に連なる筒状間隙４３が画成される。また固定コア６の中空部６ａは，リテーナ４１に支承される弁ばね４２の後端部外周が適合するように形成される。

　弁ハウジング２には，磁性円筒体４，コイルハウジング３４及び燃料入口筒７の外周面を覆うと共に，コイル組立体３１周りにまで浸透する樹脂モールド層４５が射出成形により形成され，その際，この樹脂モールド層４５に，前記コイル３３に連なる通電用端子４７を保持するカプラ４６が一体に形成される。

　前記燃料入口筒７は後端にフランジ７ｆを有しており，このフランジ７ｆに重なるフランジ４８ｆを有する燃料フィルタ４８が燃料入口筒７後端部の燃料入口７ａに圧入により装着される。燃料入口筒７のフランジ７ｆと，前記樹脂モールド層４５の後端面との間に環状溝４９が画成され，それにシール部材５０が装着される。このシール部材５０は，燃料入口筒７をガス燃料分配管Ｐ２に挿入したとき，その内周面に密接するようになっている。

  次に，この実施例の作用について説明する。

　コイル３３の消磁状態では，磁性プランジャ２５は，弁ばね４２の付勢力により前方に押圧され，着座部材２９を弁座８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分配管Ｐ２に送られたガス燃料は，燃料入口筒７に流入して燃料フィルタ４８で濾過され，そしてパイプ状のリテーナ４１内部，磁性プランジャ２５の縦孔３７及び横孔３８，３８…を通って磁性円筒体４内，特に燃料室３６内で待機する。

　コイル３３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６，ヨーク３５，コイルハウジング３４，磁性円筒体４及び磁性プランジャ２５を順次走り，その磁力により磁性プランジャ２５が弁ばね４２のセット荷重に抗して固定コア６に吸引され，磁性プランジャ２５のストッパゴム３０が固定コア６の前端面に当接することで，着座部材２９の弁座８に対する開き限界が規制される。すると磁性円筒体４内に待機していたガス燃料が弁座８を通過してノズル孔１０からエンジンの吸気路部材Ｐ１内に噴射される。

  その際，ノズル孔１０におけるガス燃料の流量は，ノズル孔１０の上流部を構成するオリフィス１０ａにより一定に規制される。しかも，そのオリフィス１０ａを通過したガス燃料は，テーパ孔１０ｂを経て，オリフィス１０ａより大径で長い出口孔１０ｃへと流れるので，その流れがスムーズで乱流が発生せず，したがって吸気路部材Ｐ１への燃料噴射量を安定させることができる。１回の燃料噴射量は，磁性プランジャ２５の開弁時間により制御される。

  ところで，磁性プランジャ２５において，弁ばね４２の可動端を支承するばね座３９は，摺動筒部２７よりも前方，即ち弁座８側にオフセット配置されるので，ばね座３９に作用する弁ばね４２の荷重により摺動筒部２７に調心作用が働き，磁性プランジャ２５を，常に傾きのない安定した姿勢に保持することができ，したがって摺動筒部２７の摺動案内孔２１での摺動を円滑にして，磁性プランジャ２５の応答性を高め，着座部材２９の弁座８に対する離着座のタイミングを的確にして，ガス燃料噴射特性を安定させることができる。これによって，磁性プランジャ２５の摺動筒部２７の軸方向長さＬを，その外径Ｄよりも短く設定することが可能となり，ガス燃料用噴射弁の軸方向の短縮化を図ることができる。

  但し，テストによれば，摺動筒部２７の，摺動案内孔２１による軸方向支持長さＬは，図示例のように，その外径Ｄの略１／２とすることが，摺動筒部２７の軸方向短縮化の限界であり，それ以下とすると，磁性プランジャ２５の摺動安定性が低下し，好ましくない。

  また，弁ばね４２の前後両端部は，これらに適合する磁性プランジャ２５の小径孔３７ａと，固定コア６の中空部６ａとで半径方向の動きが拘束させるので，弁ばね４２の伸縮姿勢が安定すると共に，弁ばねの大径孔３７ｂ内周面との接触を防ぐことができる。

  しかも，磁性プランジャ２５の大径孔３７ｂに横孔３８，３８…の内端が開口し，大径孔３７ｂの内周面と弁ばね４２の外周面とで，その間に横孔３８，３８…に連なる筒状間隙４３が画成されるので，縦孔３７に流入したガス燃料は，弁ばね４２の内側のみならず，その外側の筒状間隙４３をも通過して横孔３８，３８…へと流れることになり，縦孔３７の流路抵抗の低減に寄与し得る。

  また，合成樹脂製のノズル部材３は，その外周に，ノズル部材３の後端部に位置して磁性円筒体４の前端部の嵌合連結孔１８に嵌合される第１嵌合部１１と，このノズル部材３の前端部に位置してエンジンの吸気路部材Ｐ１の取り付け孔１に嵌合される第２嵌合部１２と，これら第１及び第２嵌合部１１，１２間に位置する連結凹部１３とを形成し，磁性円筒体４の前端に形成したカシメ筒部２２を連結凹部１３側にカシメることにより磁性円筒体４及びノズル部材３が相互に結合されるので，カシメ工具の先端部を，第２嵌合部１２に干渉されることなく連結凹部１３に受け入れて，カシメ筒部２２の連結凹部１３側へのカシメ加工を容易に行うことができて，磁性円筒体４及びノズル部材３の結合を確実に行うことができる。その際，第１嵌合部１１外周の環状の第１シール溝１４には，磁性円筒体４の嵌合連結孔１８の内周面に密接する第１シール部材１６が装着されるので，嵌合連結孔１８をシールして，磁性円筒体４及びノズル部材３間からのガス燃料のリークを確実に防ぐことができる。

  また第２嵌合部１２外周の環状の第２シール溝１５には，第２嵌合部１２をエンジンの吸気路部材Ｐ１の取り付け孔１に嵌合したとき，取り付け孔１の内周面に密接する第２シール部材１７が装着されるので，前記取り付け孔１をシールして，吸気路部材Ｐ１及び噴射弁Ｉ間からガス燃料のリークを確実に防ぐことができる。しかも，磁性円筒体４に支持されてその前方に突出するノズル部材３自体の第２嵌合部１２に，第２シール部材１７を装着する第２シール溝１５を形成したことで，第２シール溝１５を画成するための特別なリングは不要となり，これにより部品点数及び組立工数の削減，延いてはコストの低減をもたらすことができる。

  その上，合成樹脂製のノズル部材３は，その成形時に，ノズル孔１０，第１シール溝１４付きの第１嵌合部１１，第２シール溝１５付きの第２嵌合部１２及び連結凹部１３を一挙に形成し得るので，成形後の後加工が殆ど不要であり，更なるコスト低減をもたらすことができる。

  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。

Claims (4)

1. 　弁ハウジング（２）が，前端部に平坦な弁座（８）及びその中心部を貫通するノズル孔（１０）を有するノズル部材（３）と，このノズル部材（３）に結合される磁性円筒体（４）と，その後端側に連設される固定コア（６）とを備えており，磁性円筒体（４）内には，前記弁座（８）に着座し得る弾性材製の着座部材（２９）を前端に付設していて固定コア（６）の励起時，前記着座部材（２９）を弁座（８）から離座させるように作動する磁性プランジャ（２５）を摺動自在に収容し，この磁性プランジャ（２５）と固定コア（６）間に，磁性プランジャ（２５）を弁座（８）側に付勢する弁ばね（４２）を縮設してなるガス燃料用噴射弁において，
     ノズル部材（３）を合成樹脂製とすると共に，このノズル部材（３）の外周には，このノズル部材（３）の後端部に位置して磁性円筒体（４）の前端部の嵌合連結孔（１８）に嵌合される第１嵌合部（１１）と，このノズル部材（３）の前端部に位置してエンジンの吸気路部材（Ｐ１）の取り付け孔（１）に嵌合される第２嵌合部（１２）と，これら第１及び第２嵌合部（１１，１２）間に位置する連結凹部（１３）とを形成し，磁性円筒体（４）の前端に形成したカシメ筒部（２２）を前記連結凹部（１３）側にカシメることにより磁性円筒体（４）及びノズル部材（３）を相互に結合し，前記第２嵌合部（１２）の外周には，前記取り付け孔（１）の内周面に密接するシール部材（１７）を装着する環状のシール溝（１５）を形成した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嵌合部（１１）外周には，前記嵌合連結孔（１８）の内周面に密接するシール部材（１６）を装着する環状のシール溝（１４）を形成したことを特徴とするガス燃料用噴射弁。
3. 　請求項１記載のガス燃料用噴射弁において，
     前記第２嵌合部（１２）の前端面を，該第２嵌合部（１２）外周の前記シール溝（１５）に向かって大径となるテーパ面（１２ａ）に形成したことを特徴とするガス燃料用噴射弁。
4. 　請求項１記載のガス燃料用噴射弁において，
     ノズル部材（３）のノズル孔（１０）を，前記弁座（８）に開口するオリフィス（１０ａ）と，ノズル部材（３）の前端面に開口する，前記オリフィス（１０ａ）より大径で且つそれより長い出口孔（１０ｃ）と，前記オリフィス（１０ａ）及び出口孔（１０ｃ）間を連続的に接続するテーパ孔（１０ｂ）とで構成したことを特徴とするガス燃料用噴射弁。

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