JP2004308603A - 流体噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流体噴射の遮断時に噴孔への流体洩れを防止する流体噴射弁を提供する。
【解決手段】噴孔３１に向かって流体を流す流路２７を形成し、流路２７の外周を囲む弁座２８を噴孔３１より上流側に有する弁ボディ２６と、流路２７内を下流側に移動して弁座２８に当接することにより噴孔３１からの流体の噴射を遮断する弁部材４０を設ける。弁部材４０と弁座２８とが当接して形成する複数のシート部４６，４７は、弁部材４０と弁座２８とを隔てる隙間部４８を間に挟んで、流路２７の流れ方向Ｘに互いにずれて位置する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料等の流体を噴射する流体噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流路を形成する弁ボディの噴孔より上流側に弁座を設け、その弁座に弁部材を当接させることにより噴孔からの流体噴射を遮断するようにした流体噴射弁が公知である。特許文献１には、弁部材の外周面を弁座の内周面に当接させることで周方向に延びる円環状のシート部を一つ形成する技術が開示されている。この技術において流体噴射量を高精度に制御するには、シート部の上流側から下流側にある噴孔への流体洩れを低減する必要がある。流体洩れを低減する方法としては、弁部材及び／又は弁座においてシート部を形成する部分の真円度乃至は表面粗さ等の加工精度を高める方法が考えられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１７４３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、弁部材及び／又は弁座においてシート部形成部分の加工精度を向上させても、それら弁部材や弁座等の組付けに伴ってシート部形成部分の変形が生じてしまう。そのため、シート部にクリアランスが生じ、噴孔への流体洩れを十分低減し切れない場合がある。
本発明の目的は、流体噴射の遮断時に噴孔への流体洩れを防止する流体噴射弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜９に記載の発明によると、弁ボディは流路の外周を囲む弁座を噴孔より上流側に有し、弁部材は流路内を下流側又は上流側に移動して弁座に当接することにより噴孔からの流体噴射を遮断する。そして、弁部材と弁座とが当接して形成する複数のシート部は、弁部材と弁座とを隔てる隙間部を間に挟んで、流路の流れ方向に互いにずれて位置する。これにより、流れ方向に並ぶ二つのシート部の間では流体が隙間部に閉じ込められるため、当該二つのシート部のうち下流側シート部の流れ方向両側において流体の圧力差が減少し、下流側シート部のクリアランスから流体が洩れ難くなる。以上の原理により流体噴射の遮断時には、最下流のシート部の上流側から下流側にある噴孔に流体が洩れることを防止できる。
【０００６】
請求項２に記載の発明によると、弁部材が弁座と当接する側に移動するとき、上流側のシート部と下流側のシート部とがほぼ同時に形成される。また一方、請求項３に記載の発明によると、弁部材が弁座と当接する側に移動するとき、上流側のシート部は下流側のシート部より先に形成される。このような請求項２、３に記載の各発明によると、下流側シート部の形成時点においては下流側シート部の上流側の隙間部に流体が閉じ込められた状態となる。そのため、下流側シート部における流体洩れの防止効果を下流側シート部の形成と同時に確実に得ることができる。
【０００７】
請求項４及び５に記載の発明によると、弁部材及び弁座の少なくとも一方において、上流側のシート部を形成する部分と下流側のシート部を形成する部分との一方は他方より高い弾性を有する。この構成によれば、弾性の高い部分で形成されるシート部において液密性を向上できると共に、弾性の低い部分すなわち剛性の高い部分で形成されるシート部において耐衝撃性を確保できる。特に請求項５に記載の発明では、上流側のシート部を形成する部分が下流側のシート部を形成する部分より高い弾性を有するので、上流側シート部の上流側から下流側にある隙間部に燃料が洩れ難くなる。これにより、隙間部に閉じ込められた燃料にさらに燃料が追加されて隙間部内の圧力が増大することを抑制できるので、下流側シート部における流体洩れの防止効果が低下しない。
【０００８】
請求項６〜９に記載の発明によると、弁部材の外周面と弁座の内周面とが当接することにより、周方向に延びる環状のシート部が複数形成される。特に請求項７に記載の発明では、弁部材の外周面が段階的に縮径する段付円柱面状に形成され、弁座の内周面がほぼ一定のテーパ角度で縮径する円錐面状に形成される。一方、請求項８に記載の発明では、弁部材の外周面が球面状に形成され、弁座の内周面が小径側に向かってテーパ角度が段階的に拡大する円錐面状に形成される。また一方、請求項９に記載の発明では、弁部材の外周面が球面状に形成され、弁座の内周面が段階的に縮径する段付円柱面状に形成される。このような請求項７、８、９に記載の各発明によると、上述した効果を奏する複数のシート部を簡素な構成により形成できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態による流体噴射弁としての燃料噴射弁を図２に示す。第一実施形態の燃料噴射弁１０において筒部材１１、固定コア１５、可動コア１６、弁部材としてのニードル４０及び弁ボディ２６は、図１の上方から下方に向かって燃料を流す流路をそれぞれ内周壁で形成している。
【００１０】
筒部材１１は円筒形に形成され、噴孔３１側から順に第一磁性部１２、非磁性部１３、第二磁性部１４を有している。非磁性部１３は第一磁性部１２と第二磁性部１４との間で磁束が短絡することを防ぐ。固定コア１５は磁性材で円筒形に形成され、筒部材１１の内周壁に同軸上に固定されている。可動コア１６は磁性材で円筒形に形成され、筒部材１１の内周側に同軸上に収容されている。可動コア１６は、固定コア１５の下流側において軸方向に往復移動可能である。スプリング１７の一端部は固定コア１５に、スプリング１７の他端部は可動コア１６にそれぞれ係止されている。スプリング１７は可動コア１６を反固定コア側すなわち下流側に向かって付勢している。フィルタ１８は固定コア１５の上流側において筒部材１１の内周壁に固定され、図示しない燃料搬送管から燃料噴射弁１０に供給される燃料中の異物を除去する。
【００１１】
筒部材１１の外周壁にはスプール２０が固定され、そのスプール２０にコイル２１が巻回されている。スプール２０及びコイル２１の外周側を樹脂モールドしたコネクタ２２が覆っている。ターミナル２３はコネクタ２２に埋設され、コイル２１と電気的に接続されている。ターミナル２３を通じてコイル２１が通電されると、固定コア１５と可動コア１６との間に磁気吸引力が働く。
【００１２】
図１及び図２に示すように、弁ボディ２６は金属材で円筒形に形成され、筒部材１１の下流側端部の内周壁に同軸上に固定されている。噴孔プレート３０は有底円筒形に形成され、弁ボディ２６の外周壁に同軸上に固定されている。噴孔プレート３０の底壁部の中心近傍を複数の噴孔３１が貫通している。弁ボディ２６が内周壁により形成する流路２７は下流側端部において各噴孔３１に連通しており、各噴孔３１に向かって燃料を流す。弁ボディ２６は流路２７の下流側端部の外周を囲む内周壁部分で弁座２８を形成しており、弁座２８は各噴孔３１より上流側に位置している。弁座２８の内周面２９は、流路２７の下流側に向かってほぼ一定のテーパ角度θで縮径する円錐面状に形成されている。
【００１３】
ニードル４０は、その全体を金属材で形成されて有底円筒形を呈しており、弁ボディ２６及び筒部材１１の内周側に同軸上に収容されている。ニードル４０の反底壁部側は可動コア１６に接合されており、ニードル４０は可動コア１６と一体となって軸方向に往復移動可能である。ニードル４０の側壁部を複数の通孔４１が貫通しており、燃料はニードル４０内の流路から各通孔４１を通過して流路２７に流入する。
【００１４】
ニードル４０の底壁部４２は弁座２８の内周側の流路２７に突入している。底壁部４２の外周面４３は、流路２７の下流側に向かって段階的に縮径する段付円柱面状に形成されており、一定径部分と径変化部分との境界線に二つのエッジ部４４，４５を形成している。エッジ部４４とエッジ部４５とは前者より後者が小径となる同軸円状に配置され、流路２７の流れ方向Ｘにおいて互いにずれている。ニードル４０が下流側に移動することで、エッジ部４４とエッジ部４５とは流れ方向Ｘにずれた位置において弁座２８の内周面２９にほぼ同時に当接する。エッジ部４４と内周面２９との当接部分により上流側シート部４６が、エッジ部４５と内周面２９との当接部分により下流側シート部４７がそれぞれ、ニードル４０及び弁座２８の周方向に延びる円環状に形成される。シート部４６，４７が共に形成された状態で、それらシート部４６，４７間には外周面４３と内周面２９とを隔てる隙間部４８が円環状に形成される。シート部４６，４７が形成されることで、上流側シート部４６より上流側の流路２７と下流側シート部４７より下流側の各噴孔３１との連通が遮断される。
【００１５】
以上説明した燃料噴射弁１０において、コイル２１への通電がオンされて固定コア１５と可動コア１６との間に磁気吸引力が発生すると、ニードル４０と共に可動コア１６がスプリング１７の付勢力に抗して上流側に移動する。これにより、ニードル４０の各エッジ部４４，４５が弁座２８の内周面２９から離れるため、各噴孔３１から燃料が噴射される。
【００１６】
一方、コイル２１への通電がオフされてコア１５，１６間の磁気吸引力が消滅すると、スプリング１７の付勢力により可動コア１６及びニードル４０が下流側に移動する。これにより、ニードル４０の各エッジ部４４，４５が弁座２８の内周面２９に当接して各シート部４６，４７が形成されるため、各噴孔３１からの燃料噴射が遮断される。シート部４６，４７がほぼ同時形成される燃料噴射弁１０では、そのシート部形成時点においてシート部間に挟まれる隙間部４８に燃料が閉じ込められた状態となる。そのため、下流側シート部４７の流れ方向両側（すなわち上流側と下流側）において流体の圧力差が実質的になくなる。下流側シート部４７のクリアランスからの燃料洩れ量は下流側シート部４７の流れ方向両側の圧力差に比例するので、その圧力差が実質的になくなる燃料噴射弁１０では、下流側シート部４７の上流側から下流側にある各噴孔３１への燃料洩れが防止される。したがって、噴孔３１からの燃料噴射量を高精度に制御することが可能になる。
【００１７】
尚、ニードル４０が下流側に移動するとき、上流側のエッジ部４４が下流側のエッジ部４５より先に弁座２８の内周面２９に当接するようにしてもよい。この場合、上流側シート部４６が下流側シート部４７より先に形成されるため、下流側シート部４７の形成時点においては隙間部４８に燃料が閉じ込められた状態となり、上述と同様の効果が得られる。
【００１８】
（第二実施形態）
本発明の第二実施形態による流体噴射弁としての燃料噴射弁を図３に示す。第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第二実施形態の燃料噴射弁５０において上流側のエッジ部４４は、ゴム等の弾性材で形成され、金属材で形成された下流側のエッジ部４５よりも高い弾性を有している。換言すれば、下流側のエッジ部４５の剛性は上流側のエッジ部４４の剛性よりも高くされている。上流側のエッジ部４４と下流側のエッジ部４５とが弁座２８の内周面２９に当接するタイミングについては、両者がほぼ同時となるように設定されるが、後者よりも前者が先になるように設定してもよい。
【００１９】
このような燃料噴射弁５０では、弾性の高いエッジ部４４が形成する上流側シート部４６において液密性が高められ、それにより上流側シート部４６の上流側から下流側にある隙間部４８への燃料洩れが低減される。そのため、隙間部４８に閉じ込められた燃料にさらに燃料が追加されて隙間部４８内の圧力が増大することを抑制できるので、下流側シート部４７における燃料洩れの防止効果が低下しない。それに加え、剛性の高いエッジ部４５が形成する下流側シート部４７においては、ニードル４０が弁座２８に当接するときの衝撃に対する耐久性（耐衝撃性）を確保することができる。
尚、下流側のエッジ部４５を弾性材で形成し、上流側のエッジ部４４をエッジ部４５よりも低弾性の金属材で形成するようにしてもよい。
【００２０】
（第三実施形態）
本発明の第三実施形態による流体噴射弁としての燃料噴射弁を図４に示す。第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第三実施形態の燃料噴射弁６０では、外周面６３が球面状のボール部材６２でニードル４０の底壁部が構成されている。また、弁ボディ２６において弁座２８の内周面２９は、流路２７の下流側に向かってテーパ角度がθ１，θ２と離散的に拡大する円錐面状に形成されている。すなわち内周面２９は、小径側に向かってテーパ角度が段階的に拡大する円錐面状に形成されており、テーパ角度が変化する境界線の両側部分に二つの着座面６４，６５を形成している。テーパ角度がθ１である着座面６４と、テーパ角度がθ１より大きなθ２である着座面６５とは、流路２７の流れ方向Ｘにおいて互いにずれている。ニードル４０が下流側に移動することで、ボール部材６２の外周面６３は各着座面６４，６５に対して流れ方向Ｘにずれた位置において当接する。本実施形態において外周面６３は各着座面６４，６５にほぼ同時に当接するが、外周面６３が着座面６５より先に着座面６４に当接するようにしてもよい。着座面６４と外周面６３との当接部分により上流側シート部６６が、着座面６５と外周面６３との当接部分により下流側シート部６７がそれぞれ、ニードル４０及び弁座２８の周方向に延びる円環状に形成される。シート部６６，６７が共に形成された状態で、それらシート部６６，６７間には各着座面６４，６６と外周面６３とを隔てる隙間部６８が円環状に形成される。
【００２１】
このような燃料噴射弁６０では、シート部６６，６７が形成されると、上流側シート部６６より上流側の流路２７と下流側シート部６７より下流側の各噴孔３１との連通が遮断されるため、各噴孔３１からの燃料噴射が遮断される。シート部６６，６７がほぼ同時形成される燃料噴射弁６０では、そのシート部形成時点においてシート部間に挟まれる隙間部６８に燃料が閉じ込められた状態となる。これにより、下流側シート部６７の流れ方向両側で流体の圧力差が実質的になくなるため、下流側シート部６７の上流側から下流側にある各噴孔３１への燃料洩れが防止される。
【００２２】
（第四実施形態）
本発明の第四実施形態による流体噴射弁としての燃料噴射弁を図５に示す。第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第四実施形態の燃料噴射弁７０では、外周面７３が球面状のボール部材７２でニードル４０の底壁部が構成されている。また、弁ボディ２６において弁座２８の内周面２９は、流路２７の下流側に向かって段階的に縮径する段付円柱面状に形成されており、一定径部分と径変化部分との境界線に二つのエッジ部７４，７５を形成している。エッジ部７４とエッジ部７５とは前者より後者が小径となる同軸円状に配置され、流路２７の流れ方向Ｘにおいて互いにずれている。ニードル４０が下流側に移動することで、ボール部材７２の外周面７３は各エッジ部７４，７５に対して、流れ方向Ｘにずれた位置において当接する。本実施形態において外周面７３は各エッジ部７４，７５にほぼ同時に当接するが、外周面７３がエッジ部７５より先にエッジ部７４に当接するようにしてもよい。エッジ部７４と外周面７３との当接部分により上流側シート部７６が、エッジ部７５と外周面７３との当接部分により下流側シート部７７がそれぞれ、ニードル４０及び弁座２８の周方向に延びる円環状に形成される。シート部７６，７７が共に形成された状態で、それらシート部７６，７７間には内周面２９と外周面７３とを隔てる隙間部７８が円環状に形成される。
【００２３】
このような燃料噴射弁７０では、シート部７６，７７が形成されると、上流側シート部７６より上流側の流路２７と下流側シート部７７より下流側の各噴孔３１との連通が遮断されるため、各噴孔３１からの燃料噴射が遮断される。シート部７６，７７がほぼ同時形成される燃料噴射弁７０では、そのシート部形成時点においてシート部間に挟まれる隙間部７８に燃料が閉じ込められた状態となる。これにより、下流側シート部７７の流れ方向両側で流体の圧力差が実質的になくなるため、下流側シート部７７の上流側から下流側にある各噴孔３１への燃料洩れが防止される。
【００２４】
尚、本実施形態ではエッジ部７４，７５の双方が金属材で形成されているが、上流側のエッジ部７４を弾性材で形成し、下流側のエッジ部７５をエッジ部７４よりも低弾性の金属材で形成することで、第二実施形態と同様な効果を得るようにしてもよい。あるいは、下流側のエッジ部７５を弾性材で形成し、上流側のエッジ部７４をエッジ部７５よりも低弾性の金属材で形成するようにしてもよい。
【００２５】
ところで、上述の複数の実施形態では、弁部材としてのニードル４０が流路２７の下流側に移動するときに当該ニードル４０が弁座２８に当接する燃料噴射弁１０，５０，６０，７０に本発明を適用している。これに対し、弁部材が上流側への移動時に弁座に当接する流体噴射弁に本発明を適用してもよい。
また、上述の複数の実施形態では、本発明に従うシート部を二つずつ形成しているが、本発明に従うシート部を三つ以上形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態による燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態による燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態による燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明の第四実施形態による燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１０，５０，６０，７０ 燃料噴射弁（流体噴射弁）
２６ 弁ボディ
２７ 流路
２８ 弁座
２９ 内周面
３０ 噴孔プレート
３１ 噴孔
４０ ニードル（弁部材）
４２ 底壁部
４３ 外周面
４４，４５，７４，７５ エッジ部
４６，４７，６６，６７，７６，７７ シート部
４８，６８，７８ 隙間部
６２，７２ ボール部材
６３，７３ 外周面
６４，６５ 着座面
Ｘ 流れ方向
θ，θ１，θ２ テーパ角度

Claims (9)

1. 噴孔に向かって流体を流す流路を形成し、前記流路の外周を囲む弁座を前記噴孔より上流側に有する弁ボディと、
   前記流路内を下流側又は上流側に移動して前記弁座に当接することにより前記噴孔からの前記流体の噴射を遮断する弁部材と、
   を備え、
   前記弁部材と前記弁座とが当接して形成する複数のシート部は、前記弁部材と前記弁座とを隔てる隙間部を間に挟んで、前記流路の流れ方向に互いにずれて位置することを特徴とする流体噴射弁。
2. 前記弁部材が前記弁座と当接する側に移動するとき、上流側の前記シート部と下流側の前記シート部とがほぼ同時に形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射弁。
3. 前記弁部材が前記弁座と当接する側に移動するとき、上流側の前記シート部は下流側の前記シート部より先に形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射弁。
4. 前記弁部材及び前記弁座の少なくとも一方において、上流側の前記シート部を形成する部分と下流側の前記シート部を形成する部分とのうち一方は他方より高い弾性を有することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の流体噴射弁。
5. 前記弁部材及び前記弁座の少なくとも一方において、上流側の前記シート部を形成する部分は下流側の前記シート部を形成する部分より高い弾性を有することを特徴とする請求項４に記載の流体噴射弁。
6. 前記弁部材の外周面と前記弁座の内周面とが当接することにより、周方向に延びる環状の前記シート部が複数形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体噴射弁。
7. 前記弁部材の外周面は段階的に縮径する段付円柱面状に形成され、前記弁座の内周面はほぼ一定のテーパ角度で縮径する円錐面状に形成されることを特徴とする請求項６に記載の流体噴射弁。
8. 前記弁部材の外周面は球面状に形成され、前記弁座の内周面は小径側に向かってテーパ角度が段階的に拡大する円錐面状に形成されることを特徴とする請求項６に記載の流体噴射弁。
9. 前記弁部材の外周面は球面状に形成され、前記弁座の内周面は段階的に縮径する段付円柱面状に形成されることを特徴とする請求項６に記載の流体噴射弁。

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