WO2018092472A1 - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、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、駆動方法にて噴射孔から流体を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。このため、流体を噴射する噴射孔１１と、噴射孔１１に通じる流体通路の開閉を協働して行う弁体２及び弁座１ａと、通電により伸長して弁体２を駆動する駆動素子と、弁体２を駆動素子が伸長する向きとは逆向きに付勢する付勢部材と、を備えた流体噴射弁において、弁体２の外周から弁体の先端中心１００ａに向かって形成された弁体先端面２ｓと対向して噴射孔１１の入口が開口する内面１ｓを有する噴射孔形成部材１を備える。

Description

流量制御弁

　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。本発明の流量制御弁は、特に、燃料噴射弁に用いるのに好適である。

　本発明の従来技術として、特開２００２－３１０１０号公報（特許文献１）に記載された燃料噴射器がある。特許文献１の燃料噴射器は、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に、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ている。この燃料噴射器は、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、弁体が引き戻されて弁座と当接し、燃料流路が閉鎖して燃料噴射を終了する。

特開２００２－３１０１０号公報

　しかしながら、特許文献１の燃料噴射器では、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射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、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、駆動方法にて噴射孔から流体を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、
　流体を噴射する噴射孔と、前記噴射孔に通じる流体通路の開閉を協働して行う弁体及び弁座と、通電により伸長して前記弁体を駆動する駆動素子と、前記弁体を前記駆動素子が伸長する向きとは逆向きに付勢する付勢部材と、を備えた流量制御弁において、
　前記弁体の外周から前記弁体の先端中心に向かって形成された弁体先端面と対向して前記噴射孔の入口が開口する内面を有する噴射孔形成部材を備える。

　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燃料を噴出させることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る流量制御弁の第一実施例（実施例１）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。 本実施例の駆動素子に印加する電圧を示す図である。 図１のＡ部の変更例を示す詳細断面図である。 本発明に係る流量制御弁の第二実施例（実施例２）を示す断面図である。 第二実施例の第２シート部（上流側シート部）を示す詳細断面図である。 駆動素子の印加電圧を示す図である。 図１のＡ部及びＢ部の拡大図であり、下流側弁体シート部２ａと下流側弁座２ａとの位置関係及び静止弁１２と上流側弁座１３との位置関係を示す図である。 第三実施例の燃料噴射弁の全体の断面図を示す。 第三実施例の燃料噴射弁の閉弁状態を示す図である。 第三実施例の燃料噴射弁の開弁状態を示す図である。 第三実施例の圧電素子を説明するための図である。 第三実施例の燃料噴射弁のキャップ部品の固定方法の一例を示す図である。 第三実施例の燃料噴射弁のキャップ部品の固定方法の一例を示す図である。

　以下に、本発明に係る流量制御弁について、燃料噴射弁を例にとり、その実施例を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上流側及び下流側は、燃料の流れ方向における上流側及び下流側を表す。また、燃料噴射弁１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃの噴射孔１１が設けられる側の端部を先端部（先端側の端部）と呼び、先端部に対して反対側の端部を基端部（基端側の端部）と呼ぶ。先端部は下流側の端部であり、基端部は上流側の端部である。また、説明の中で使用する上下方向を、図１に基づいて定義する。すなわち、基端部は先端部に対して上方にあり、先端部は基端部に対して下方にある。この上下方向は説明を簡便にするために定義するものであり、燃料噴射弁１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃの実装状態における上下方向とは関係が無い。また、上下方向は燃料噴射弁１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃの中心軸線１００ａに沿う方向及び弁体２の変位方向（開閉弁方向）に一致する。

　後述する実施例では、燃料噴射弁に対して、弁体２に設けられる弁体シート部及び弁体シート部が当接する弁座がそれぞれ一つずつ設けられるもの１００Ａ，１００Ｃと、弁体２に二つの弁体シート部が設けられ、二つの弁体シート部に対して弁座が一つずつ設けられるもの１００Ｂがある。二つの弁体シート部及び弁座が設けられる実施例において、燃料噴射弁１００Ｂの先端側に設けられる弁体シート部及び弁座をそれぞれ第１弁体シート部（下流側弁体シート部）及び第１弁座（下流側弁座）と呼び、燃料噴射弁１００の基端側に設けられる弁体シート部及び弁座をそれぞれ第２弁体シート部（上流側弁体シート部）及び第２弁座（上流側弁座）と呼ぶ。弁体シート部及び弁座がそれぞれ一つずつ設けられる実施例においては、弁体シート部について、また弁座について、特に区別する必要はないが、便宜上、第１弁体シート部（下流側シート部）及び第１弁座（下流側弁座）と呼んで説明する場合がある。

　［実施例１］  図１は、本発明に係る流量制御弁の第一実施例（実施例１）を示す断面図である。図２は、開弁時の弁体及び弁座部の詳細断面図である。図３は、閉弁時の弁体及び弁座部の詳細断面図である。なお図２及び図３は、図１のＡ部（噴射孔シート部）の拡大図である。

　図１から図３に示す燃料噴射弁１００Ａは通常時（電圧未印加時）に開となる制御弁である。弁体２の先端部には弁体シート部（第１弁体シート部、下流側弁体シート部）２ａが設けられ、噴射孔が形成された噴射孔形成部材１に下流側弁体シート部２ａが当接する弁座（第１弁座、下流側弁座）１ａが設けられている。このため、噴射孔形成部材１は弁座部材でもある。弁体２及び弁座１ａは、協働して、噴射孔１１に通じる流体通路の開閉を行う。下流側弁座１ａと弁体２の下流側弁体シート部２ａとは、噴射孔１１の近傍で燃料の根枯れを遮断する噴射孔シート部（下流側シート部）１９を構成する。

　すなわち本実施例では、弁体２は、その先端側の端部に、径方向外周側から先端中心（中心軸線１００ａ）側に向かって形成された径方向面（先端面）２ｓを有し、径方向面２ｓが下流側弁体シート部２ａを構成している。一方、噴射孔形成部材１は、ノズル３の先端部を閉じるキャップ状に形成され、径方向面２ｓと対向するように形成された内面１ｓを有する。内面１ｓは、円錐形状（テーパ状）を成す弁座（下流側弁座）１ａを構成する。弁体２の下流側弁体シート部２ａと弁座１ａとは相互に接触する円環状の接触部（当接部）２０を有する。噴射孔形成部材１側の円環状の接触部２０を弁座と呼ぶ場合もある。本実施例では、円環状の接触部２０の直径（以下、シート径という）はＳＤ１である。円環状の接触部の直径ＳＤ１は弁体２の先端側の端部の直径よりも小さい。また円環状の接触部２０は、噴射孔１１の入口開口よりも径方向外側に存在する。

　燃料噴射弁１００Ａ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の外周面との間の隙間から、弁体シート部２ａと弁座１ａとの接触部２０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る。駆動素子６は、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の基端側の端部が当接しており、駆動素子６の伸長により弁体２を直接動作させる。すなわち、弁体２は駆動素子６が伸長した寸法分だけ開閉弁方向に変位する。

　本実施例では、駆動素子６は通電時に伸長することによって弁体２を閉弁方向に駆動する。弁体２はスプリング４により開弁方向に付勢されており、駆動素子６の非通電時或いは駆動電圧又は駆動電流を低下させた状態ではスプリング４の付勢力により開弁方向に変位する。駆動素子６は、スプリング４の付勢力よりも大きな駆動力を発生して、弁体２を閉弁方向に駆動することができる。すなわち、スプリング４は弁体２を駆動素子６が伸長する向きとは逆向きに付勢する付勢部材である。

　弁座１ａを形成する噴射孔形成部材１はノズル３の先端部にたとえば、外周を溶接等の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。この場合、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可能性がある。そのため、温度が上昇した場合に、弁座１ａと弁体２の弁体シート部２ａとの間に隙間ができないように、ダンパー７を設ける。

　ダンパー７は、シリンダ７ａとプランジャ７ｂとからなり、シリンダ７ａとプランジャ７ｂとの隙間にはオイルが封入されている。温度が高くなるとオイルが膨張し、シリンダ７ａが伸びる。この伸びにより、弁座１ａと弁体２との隙間が発生しない状態となる。

　次に、弁体２の駆動方法いついて説明する。
  図２は非通電時（電圧未印加時）における弁体２の駆動状態を示している。電圧未印加時は、弁体２に設けられたスプリング４の付勢力により、弁体２の弁体シート部２ａが弁座１ａから離れており、弁体２は開弁状態にある。すなわちスプリング４は、弁体２を図１～３上において上側（燃料噴射弁１００Ａの基端側）に向けて付勢している。これにより弁体シート部２ａと弁座１ａとの間に隙間が生じ、シート部燃料流路１０が開かれた状態（開弁状態）となる。開弁状態において、燃料流路１０を流れた燃料は噴射孔１１を通過して燃料噴射弁１００Ａの外部に噴射され、噴霧が生成される。

　図３は通電時（電圧印加時）における弁体２の駆動状態を示している。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、駆動素子６に当接している弁体２が下方に押し下げられる。これにより、弁座１と弁体２とが当接し、シート部燃料流路１０を閉塞する状態（閉弁状態）となり、燃料噴射が終了する。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にて駆動し、弁体２の先端面に設けられた弁体シート部２ａと対向するように入口開口が設けられた多数の噴射孔１１から任意の方向に噴霧を形成することが可能である。また、燃料噴射弁１００Ａの構造を非常に簡略化することが可能である。

　すなわち本実施例の燃料噴射弁１００Ａ（流量制御弁）は、表面から連通して開口された１つ以上の噴射孔１１を有する弁座１ａと、弁座１ａ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１ａ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と、を備えている。そして弁体２が弁座１ａ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１ａ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停止させて燃料流路１０を形成するように構成した。

　また本実施例の燃料噴射弁１００Ａ（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、図３に示すように弁座１ａと弁体２とが当接し、燃料流路が閉塞されて、燃料は流出しない。このときの電圧は図４に示すように０Ｖ以上としなければならない。負の電圧を印加すると、駆動素子６が破損する可能性がある。このため、駆動電圧を０Ｖ以上とし、駆動素子６を破損から保護する。

　次に、図５を参照して、図１のＡ部の変更例について説明する。図５は、図１のＡ部の変更例を示す詳細断面図である。

　弁体２は、上端部（基端側の端部）の一部に、径が細くなった小径部１６が設けられている。小径部１６の基端側の端部は駆動素子６の下端部に当接している。小径部１６が形成された部分は、べローズ５の内側に挿通される弁体２の部分２ｂの上端部に形成されており、この弁体部分２ｂは弁体シート部２ａが形成された弁体２の先端側部分と一体に形成されてもよいし、弁体２の先端側部分とは別体のものが弁体２の先端側部分に一体に組み付けられたものであってもよい。

　固定部品１４には弁体２の小径部１６と摺動する穴部（貫通孔）１４ａを有しており、この穴部１４ａの下端部が開口する固定部品１４の下端面１５と、弁体小径部１６と弁体２の先端側の大径部との間の段差面２ｃとが当接することにより、弁体２の上方（基端側）への移動が規制される。これにより、弁体２の開弁量（ストローク）が規定される。駆動素子６は温度により伸び量が異なるために、弁体２と固定部品１４にて一定のストローク量となるよう設定する。これにより、弁体のストローク量が一定となり、流量のばらつきが低減する。

　なお固定部品１４は、駆動素子６を収容するケーシング２１に一体に形成されており、駆動素子６の下方に、駆動素子６の下端部との間に間隔を有するように設けられている。固定部品１４は、ケーシング２１とは別体の部品で構成され、ケーシング２１に一体に組み付けられたものであってもよい。固定部品１４は弁体２の移動量を規制するストッパを構成する。

　［実施例２］  図６は、本発明に係る流量制御弁の第二実施例（実施例２）を示す断面図である。図７は、第二実施例の第２シート部（上流側シート部）を示す詳細断面図である。

　本実施例の燃料噴射弁（流体制御弁）１００Ｂは、第一実施例で説明した燃料噴射弁１００Ａの構成を備えており、以下で説明する構成が第一実施例の燃料噴射弁１００Ａの構成と相違している。燃料の流れも第一実施例とほぼ同様である。以下、第一実施例の燃料噴射弁１００Ａの構成と相違する部分について説明する。また、第一実施例の燃料噴射弁１００Ａと同様の構成（実質的に同じ構成を含む）には、第一実施例と同じ符号を付して説明する。

　本実施例では、下流側弁座（第１弁座）１ａと弁体２の下流側弁体シート部（第１弁体シート部）２ａとにより、噴射孔シート部（下流側シート部）１９が構成される。そして、噴射孔シート部１９の上流側に、静止弁シート部（上流側シート部）２３が設けられている。噴射孔シート部１９の構成及び動作は第一実施例と同様である。

　静止弁シート部２３は、上流側弁座（第２弁座）１３と、下流側弁体シート部２ａに対して弁体２の基端側に設けられた静止弁１２と、により構成される。上流側弁座１３は、弁体２及びスプリング４の外周側を囲むケーシング１７に形成され、テーパー状を成している。静止弁１２の上流側弁座１３と対向する側の表面は、なだらかな球面を成し、上流側弁体シート部１２ａを構成する。

　静止弁シート部２３では、上流側弁体シート部１２ａが上流側弁座１３に当接することにより、両者の間に形成される燃料通路が閉じられ、燃料の流れが遮断される。また、上流側弁体シート部１２ａが上流側弁座１３から離間することにより、両者の間に形成される燃料通路が開かれ、燃料の流れが許容される。上流側弁座１３のシート面を球面とし、静止弁１２の上流側弁体シート部１２ａをテーパー状にすることも可能である。

　また本実施例では、スプリング４のスプリング押さえ部１８は静止弁１２に設けられている。すなわちスプリング押さえ部１８は、静止弁１２の上流側弁体シート部１２ａが形成された側とは反対側の端面に構成され、この端面にスプリング４が当接している。このために、静止弁１２は弁体２の外周面から径方向外方に向かって鍔状に突出し、静止弁１２の外径はスプリング４の内径よりも大きく、静止弁１２の下端部から弁体２の先端部までの間における弁体２の軸部の直径よりも大きい。

　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は、スプリング４の付勢力により上流方向へ押し上げられ、上流側弁体シート部１２ａが上流側弁座１３に押し当てられ、燃料流路が閉塞される。すなわち、静止弁シート部２３における燃料流れが遮断される。静止弁シート部２３は上流側シート部を構成し、下流側シート部を構成する噴射孔シート部１９よりも上流部に構成されているために、静止弁シート部２３にて燃料が遮断されると、噴射孔シート部１９からの燃料流出は防止される。

　図８は、駆動素子の印加電圧を示す図である。図９は、図１のＡ部及びＢ部の拡大図であり、下流側弁体シート部２ａと下流側弁座２ａとの位置関係及び静止弁１２と上流側弁座１３との位置関係を示す図である。

　本実施例では、電圧未印加時（機関停止時）は、弁体２に設けられたスプリング４の付勢力により弁体２の下流側弁体シート部（第１弁体シート部）２ａと下流側弁座（第１弁座）１ａとが離れた状態（開弁状態）である（図９の（３）の状態）。この場合、上流側弁座１３に弁体２に設けられた静止弁１２が当接した状態（閉弁状態）であり、これにより燃料を遮断する。すなわち本実施例では、燃料噴射弁１００Ｂは弁体２を稼働させる圧電素子等の駆動素子６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１２が上流側弁座１３に当接し、燃料の下流側弁座１ａ部への流入を遮断する。これにより、機関の停止時において、弁体２は必ず燃料流路を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。すなわち、電圧未印加時（機関停止時）は、静止弁シート部２３が閉弁することにより、燃料の流れが遮断される。

　駆動素子６に対する中間電圧（第２電圧）の印加時は、駆動素子６に発生する歪みにより、駆動素子６が伸長する。このときの駆動素子６による弁体２に対する駆動力はスプリング４の付勢力よりも大きく、弁体２を先端側（下流側弁座１ａ側）に向けて変位させる。これにより下流側弁座１ａと弁体２の下流側弁体シート部２ａとが離れた状態（開弁状態）になり、且つ、上流側弁座１３と弁体２の上流側弁体シート部１２ａとが離れた状態（開弁状態）になる（図９の（２）の状態）。これにより、上流側弁座１３と弁体２の上流側弁体シート部１２ａとの間の燃料流路（上流側燃料通路）を流下した燃料はシート部燃料流路（下流側燃料通路）１０に流れ、シート部燃料流路１０を流下した燃料が噴射孔１１から噴射され、燃料噴霧が生成される。

　この場合の中間電圧の値は、図９の（１）における燃料噴射遮断時の電圧（大電圧又は高電圧）より低く、かつ０Ｖ以上とする。

　図９の（１）では、中間電圧の値よりも大きな大電圧（高電圧、第１電圧）を駆動素子６に通電する。この場合に駆動素子６に発生する歪みにより、駆動素子６が図９の（２）の状態からさらに伸長して弁体２がさらに下方（下流側弁座１ａ側）に押し下げられる。その結果、弁体２の下流側弁体シート部２ａが下流側弁座１ａに当接した状態（閉弁状態）となり、シート部燃料流路１０を閉塞して燃料噴射を停止させる。このとき、静止弁１２の上流側弁体シート部１２ａは上流側弁座１３から離れた状態（開弁状態）である。

　機関が稼働している状態では、図９の（１）の状態と（２）の状態とが繰り返され、燃料の噴射状態と噴射停止状態とが繰り返される。そして、機関が停止した場合は、駆動素子６への印加電圧を０Ｖとすることで図９の（３）の状態に戻り、スプリング４の付勢力により静止弁１２と上流側弁座１３とを当接させて燃料流路を閉塞することにより、燃料の流出を防止する。

　静止弁１２の上流側弁体シート部１２ａと上流側弁座１３とは相互に接触する円環状の接触部（当接部）２２を有する。静止弁シート部１３側の円環状の接触部２２を弁座と呼ぶ場合もある。

　本実施例では、円環状の接触部２２の直径（以下、シート径という）はＳＤ２である。そして、円環状の接触部２２のシート径ＳＤ２は、下流側弁体シート部２ａと弁座１ａとの円環状の接触部２０の直径（シート径）ＳＤ１よりも大きい。これにより、静止弁１２の上流側弁体シート部１２ａと上流側弁座１３との間の間隔寸法が弁体２の下流側弁体シート部２ａと下流側弁座１ａとの間の間隔寸法と同じである場合に、上流側弁体シート部１２ａと上流側弁座１３との間の燃料通路断面積を、下流側弁体シート部２ａと下流側弁座１ａとの間の燃料通路断面積よりも大きくすることができる。このため、弁体２の変位量を必要以上に大きくすることなく、上流側から下流側に向けて燃料を安定して供給することができる。

　上述したように、本実施例においても、第一実施例と同様に、駆動素子６の駆動電圧は０Ｖ以上としている。

　駆動素子６は、圧電素子のほか、コイルを用いた電磁石等を用いてもよい。しかし駆動素子６は、通電時に伸長する素子の場合に、本実施例の構成を有効に用いることができる。

　［実施例３］
　図１０は、第三実施例の燃料噴射弁の全体の断面図を示す。
  弁体２の先端部に通常時（電圧未印加時）閉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のすきまから、弁座部へと到達する。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る。なお、この駆動素子は、素線を円周上に巻いたコイル等のソレノイドでもよい。この場合は、コイルに通電したときに、磁気吸引力により弁体２を押し下げる構造とする。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の動作によりこれを直接動作させる。弁座１ａはノズル３先端外周部に形成されている。ノズル３の先端部にキャップ部品１が設けられている。駆動素子６が動作することにより、当接している弁体２が下方に押し下げられ、弁座１から弁体２が離れ、シート部燃料流路１０を形成して、キャップ部品１に開口している噴射孔１１より燃料を噴射する。通電が終了すると弁体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が当接し、これにより生じるすきまがシート部燃料流路１０を閉塞し噴射が終了する。すなわち、弁座１及び弁体２は噴射孔１１に通じる流体通路の開閉を協働して行う。またスプリング４は、駆動素子６が伸長する向きとは逆向きに、弁体２を付勢する付勢部材である。

　図１１は本実施例の燃料噴射弁の閉弁状態を示す図である。
  キャップ部品１には１つ以上の第一の噴射孔１１ａあり、これと同心円状に第二の噴射孔１１ｂが開口している。なお、第二の噴射孔１１ｂが開口していな場合もある。尚、第二の噴射孔径は第一の噴射孔径より大きく設定する。駆動素子６に通電されると、弁体２が押し下げられて、隙間が生じて、シート部１０Ａに燃料流路が形成される。燃料はシート部１０Ａより流出してキャップ部品隙間を通り、第一の噴射孔１１ａを通り、同心円状に第二の噴射孔１１ｂより噴射される。通電が終了すると弁体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が当接し、これにより生じるすきまがシート部燃料流路１０を閉塞し噴射が終了する。キャップ部品１には隙間２１３を有するために、燃料噴射終了から開始まで期間が長くなると、隙間に滞留している燃料が流出してしまうため、噴射期間の間隔（噴射開始から次の噴射開始までの期間）が0.5ms以下という高周波数での駆動条件が望ましい。

　以上のように本実施例の燃料噴射弁は軸方向に移動する弁体２と、弁体２が上流側に移動した場合に着座する弁座１と、弁体２が弁座１から下流側に移動した場合に弁座１の下流側で、かつ、弁体２の外周側に形成される燃料通路（シート部燃料流路１０）と、を備える。そしてさらに燃料通路（シート部燃料流路１０）の下流側に形成される複数の噴射孔と、を備えた。そして１回の噴射において弁体２の開弁時間と弁体２の閉弁時間の和、すなわち噴射期間の間隔が0.5m以下に設定されたことが望ましい。

　また弁体２はノズル３の先端部より下流側に突出するように構成され、閉弁時にノズル３の先端部に形成された前記座部と当接する。また開弁時に弁体２が下流側に変位し、座部１ａより離れた場合に燃料通路（シート部燃料流路１０）が形成され、ノズル３の先端部に複数の噴射孔１１が形成される中空のキャップ状部品１が取り付けられる。キャップ状部品１はノズル３の先端部を閉じる部品であり、噴射孔１１が形成された噴射孔形成部材である。

　図１２は本実施例の燃料噴射弁の開弁状態を示す図である。
  駆動素子６に通電され、噴射流量に必要なシート部断面積が得られるような、弁体のストローク量２１４となるように弁体２が押し下げられた場合、キャップ部品内側底面２１５にと弁体先端部２ｄに必ずクリアランスを設ける。つまりキャップ状部品１の内径側先端部と開弁時の弁体先端部との間に隙間が形成される。これにより、弁体２の変形を防ぎ、安定して燃料を噴射孔１１に流入させることが可能である。

　図１３は圧電素子を説明するための図である。
  駆動素子６に圧電素子２１６を用いる。流量制御弁を構成している金属部品（例えばステンレス鋼など）より圧電素子２１６の構成している部材は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。なお、圧電素子２１６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。圧電素子２１６は動作周期が非常に速いために、低噴射パルスでの駆動が可能であり、小流量で安定して噴射可能となる。

　図１４Ａ及び図１４Ｂは本実施例の燃料噴射弁のキャップ部品の固定方法の一例を示す図である。
  ノズル３に圧入されたキャップ部品１は、固定と燃料漏れを防止するために、ノズル段差部３ａに溶接２１７（図１４Ａ）又は接着２１８（図１４Ｂ）を行う。燃料圧力が高い場合は、ノズル３の先端部外周とキャップ部品１の内径にねじ加工を行う。キャップ部品の端面を楔上にして、ノズル側の部品へと食い込ませて密着させて、加締めることにより、燃料の漏れを防ぐ。この場合、キャップ１とノズル３は硬度差を持つように、材料を選定する。又は、熱処理にて硬度差を有するようにしてもよい。また、溶接部２１７又は接着部２１８等の固定部は加締めによる固定部に変えてもよい。

　本発明に係る各実施例によれば、電圧に比例して全長が伸長する駆動素子を用いた流量制御弁において、流量制御弁の構造を簡略化でき、噴霧を任意の方向を指向するように噴射することができる噴孔及び弁体を構成することができる。

　なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１　噴射孔形成部材（キャップ部品）
１ａ　弁座（第１弁座、下流側弁座）
２　弁体
２ａ　弁体シート部（第１弁体シート部、下流側弁体シート部）
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
１０Ａ　シート部
１１　噴射孔
１１ａ　第一の噴射孔
１１ｂ　第二の噴射孔
１２　静止弁
１３　上流側弁座（第２弁座）
１３ａ　静止弁表面
１４　固定部品
１５　穴部端面
１６　弁体小径部
１７　ケーシング
１８　スプリング押さえ部品
１９　噴射孔シート部（下流側シート部）
２３　静止弁シート部（上流側シート部）
１００Ａ，１００Ｂ　燃料噴射弁
２１３　キャップ部品隙間
２１４　弁体のストローク量
２１５　キャップ部品内側底面
２１６　圧電素子
２１７　溶接箇所
２１８　接着部

Claims (9)

1. 　流体を噴射する噴射孔と、前記噴射孔に通じる流体通路の開閉を協働して行う弁体及び弁座と、通電により伸長して前記弁体を駆動する駆動素子と、前記弁体を前記駆動素子が伸長する向きとは逆向きに付勢する付勢部材と、を備えた流量制御弁において、
   　前記弁体の外周から前記弁体の先端中心に向かって形成された弁体先端面と対向して前記噴射孔の入口が開口する内面を有する噴射孔形成部材を備えた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、
   　前記弁体は、前記駆動素子への通電が行われていない状態において、前記弁座に当接して前記流体通路を閉じることを特徴とする流量制御弁。
3. 　請求項２に記載の流量制御弁において、
   　前記弁座を上流側弁座として前記上流側弁座の下流側に下流側弁座を備え、
   　前記弁体は、前記上流側弁座に当接する上流側弁体シート部と、前記上流側弁体シート部の下流側に下流側弁体シート部と、を備え、
   　前記駆動素子に第１電圧を通電した場合に、前記下流側弁体シート部は前記下流側弁座に当接して前記下流側弁体シート部と前記下流側弁座との間に構成される下流側燃料通路を閉じることを特徴とする流量制御弁。
4. 　請求項３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以上とし、
   　前記駆動素子への通電期間中に、０Ｖよりも大きく前記第１電圧よりも小さい第２電圧を前記駆動素子に印加することにより、前記下流側燃料通路と、前記上流側弁体シート部と前記上流側弁座との間に構成される上流側燃料通路と、の両方が開いた状態となるように、前記弁体を変位させることを特徴とする流量制御弁。
5. 　請求項４に記載の流量制御弁において、
   　前記上流側弁体シート部と前記上流側弁座とは環状の上流側当接部を構成し、
   　前記下流側弁体シート部と前記下流側弁座とは環状の下流側当接部を構成し、
   　前記上流側当接部の直径は前記下流側当接部の直径よりも大きいことを特徴とする流量制御弁。
6. 　請求項５に記載の流量制御弁において、
   　前記弁体は、前記上流側弁体シート部と前記下流側弁体シート部との間に軸部を備えると共に、前記軸部の上流側端部の外周面から径方向外方に突出した突出部を備え、
   　前記上流側弁体シート部は前記突出部の上流側の面に構成されたことを特徴とする流量制御弁。
7. 　請求項１に記載の流量制御弁において、
   　前記弁体は、前記駆動素子への通電が行われていない状態において、前記付勢部材により前記弁座から離れる向きに駆動され、
   　前記弁体の前記弁座から離れる向きの変位を規制する規制部を備えたことを特徴とする流量制御弁。
8. 　請求項２に記載の流量制御弁において、
   　前記弁体は、前記駆動素子への通電が行われていない状態において、前記噴射孔が形成された流量制御弁の先端側とは反対側に向かって変位することにより前記弁座に当接して流体の噴射を停止し、前記駆動素子への通電期間中に流体噴射弁の先端側に向かって変位することにより前記弁座から離れて流体の噴射を行うように構成されたことを特徴とする流量制御弁。
9. 　請求項１に記載の流量制御弁において、
   　前記弁体は、前記駆動素子の伸長した長さ寸法だけ変位するように構成されていることを特徴とする流量制御弁。

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