(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  弁体を押し上げる押上部と、前記押上部の内周側端部よりも外周側で前記押上部に接触して支持する支持部と、前記支持部と前記押上部との接触部よりも外周側において前記押上部と接触して、前記押上部を下側に動かす動作部と、を備え、前記動作部により下側に動いた前記押上部は前記接触部よりも内周側において前記弁体と接触することで前記弁体を押し上げる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体を押し上げる押上部と、
前記押上部の内周側端部よりも外周側で前記押上部に接触して支持する支持部と、
前記支持部と前記押上部との接触部よりも外周側において前記押上部と接触して、前記押上部を下側に動かす動作部と、を備え、
前記動作部により下側に動いた前記押上部は前記接触部よりも内周側において前記弁体と接触することで前記弁体を押し上げることを特徴とする弁体駆動機構。
【請求項２】
請求項１に記載の弁体駆動機構において、
前記押上部は、前記動作部に接する位置に配置される枠部材を有し、
駆動素子による駆動力を前記枠部材に伝える前記動作部は前記駆動素子と前記枠部材との間において軸方向に設けられた複数のロッドにより構成され、
前記複数のロッドは、周方向において均等な間隔を有して配置されることを特徴とする弁体駆動機構。
【請求項３】
請求項１または２に記載の弁体駆動機構において、
前記押上部と前記支持部と前記動作部は、同一の板状部材上に存在し、
前記板状部材は複数枚備えられ、
前記板状部材は、均等な間隔を持って配置されることを特徴とする弁体駆動機構。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の弁体駆動機構において、
前記弁体の上部に備えられたフランジ部を有し、前記フランジ部は前記板状部材の前記内周側端部に接することを特徴とする弁体駆動機構。
【請求項５】
請求項４に記載の弁体駆動機構において、
前記押上部は、前記フランジ部下部に当接し、前記フランジ部下部に接する押上部を作用点、
前記枠部材が接する動作部を力点としたとき、
前記押上部の下部に備えられた接触部を支点とすることで、前記弁体を押し上げることを特徴とする弁体駆動機構。
【請求項６】
請求項５に記載の弁体駆動機構を備えた流量制御弁において、
前記フランジ部は、前記弁体の上部に備えられ、前記弁体と前記フランジ部は別体であることを特徴とした流量制御弁。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の弁体駆動機構を備えた流量制御弁において、
前記駆動素子は、圧電素子であることを特徴とする流量制御弁。
【請求項８】
請求項１に記載の弁体駆動機構を備えた流量制御弁において、
前記流量制御弁は複数の噴射孔を持つことを特徴とした流量制御弁。
【請求項９】
請求項１に記載の弁体駆動機構を備えた流量制御弁において、
前記駆動素子上部にダンパーを設けることを特徴とする流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体駆動機構及びこれを備えた流量制御弁に関し、特に駆動素子動作方向偏向部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、ノズル先端外周部に弁体と当接する弁座と、当該弁座と当接することで燃料通路を閉じ、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ように稼働する前記弁体を備える流量制御弁において、簡単な機構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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明は、「弁体を押し上げる押上部と、前記押上部の内周側端部よりも外周側で前記押上部に接触して支持する支持部と、前記支持部と前記押上部との接触部よりも外周側において前記押上部と接触して、前記押上部を下側に動かす動作部と、を備え、前記動作部により下側に動いた前記押上部は前記接触部よりも内周側において前記弁体と接触することで前記弁体を押し上げる」ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
上記解決手段によれば、ノズル先端外周部に弁体と当接する弁座と、当該弁座と当接することで燃料通路を閉じ、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ように稼働する前記弁体を備える流量制御弁において、簡単な機構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ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施例に係る燃料噴射弁の全体図を示す。
【図２】本実施例の弁体駆動機構の断面拡大図を示す。
【図３】本実施例の弁体駆動機構の三次元形状図を示す。
【図４】本実施例の弁体駆動機構の動作を説明するための図である。
【図５】駆動素子として圧電素子を用いた図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本実施例に係る燃料噴射弁の全体図を示し、図１（ａ）には、燃料噴射弁１が閉弁状態であるとき、図１（ｂ）には、燃料噴射弁が開弁状態であるときの拡大図を示す。
【００１０】
燃料噴射弁の上方の燃料供給口８から、燃料が供給される。燃料は、二重円管のすきまの流路を流れて、ノズル３と弁体２の隙間から、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を用いる。また、駆動素子６の下方端部には、弁体駆動機構１２が設けられており、駆動素子６が下流方向に伸長した動作を上流方向へと変換する機能を持つ。後述するが本実施例によれば、弁体駆動機構１２と弁体２の端部は当接しており、弁体２を上流側に引き上げることができる。弁座１はノズル３先端外周部に形成されており、ノズル３の先端部には弁座１が設けられている。なお、弁座１はノズル３の先端部に溶接等により接合されている。駆動素子６が動作することにより、当接している弁体２が下方に押し上げられ、弁座１から弁体２が離れ、シート部燃料流路１０ａを形成して、弁座１に開口している噴孔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、これにより生じる隙間がシート部燃料流路１０を閉塞し噴射が終了する。
【００１１】
背景でも説明した通り、一般的に、駆動素子６及び圧電素子１７（ピエゾ素子）を有する燃料噴射弁は、弁体２を押すことにより燃料を噴射する構造をとっている。そのため強度などの観点から、弁体先端は円錐形状を取るのが一般的であり、生成される噴霧は傘状噴霧となる。現在多く開発されている通電により弁体２を引き上げて燃料を複数の噴射孔から噴出させることを可能とした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ことが課題となっている。
【００１２】
そこで、本実施例では駆動素子６と弁体２の間に弁体駆動機構１２を備えることにより、駆動素子６を利用していながら、弁体２を引き上げることができるように構成した。図１（ａ）及び図１（ｂ）に図示するように、通電時には開弁を行い、無通電時には弁は閉弁する。その結果、複数の燃料噴射孔を用いることも可能とすることができるようになるという効果を得ることができる。弁体駆動機構の構造や動作原理については後で詳述する。
【００１３】
図２には、弁体駆動機構１２の断面拡大図を示す。加えて、図３には弁体駆動機構１２の三次元形状図を示す。弁体駆動機構１２は、ロッド１３、駆動素子６と板状部材１４ａ、リング状部材１４、台座部１５、弁体キャップ部１６、金属シール部Ｂ  ５ｂにより構成される。次にこれらの動作機構について説明する。また、駆動素子６を用いる流量制御弁の場合、駆動素子６が燃料に触れると劣化や腐食などが発生してしまうため、金属シール部材を設置する。  
本実施例において、リング状部材１４、又は板状部材１４ａは弁体２を押し上げる役割を果たすため押上部と呼ぶ。また弁体駆動機構１２は押上部（リング状部材１４、板状部材１４ａ）の内周側端部よりも外周側で接触して支持する支持部（台座部１５）を備える。そしてロッド１３は押上部（リング状部材１４、板状部材１４ａ）と、支持部（台座部１５）と押上部（リング状部材１４、板状部材１４ａ）との接触部２１よりも外周側において接触して、押上部（リング状部材１４、板状部材１４ａ）を下側に動かす。よって、本実施例ではロッド１３のことを動作部と呼ぶ。動作部（ロッド１３）により下側に動いた押上部（リング状部材１４、板状部材１４ａ）は接触部２１よりも内周側において弁体２と接触することで弁体２を押し上げる。
【００１４】
なお、本実施例の構造とは逆に、動作部（ロッド１３）は、押上部（リング状部材１４、板状部材１４ａ）を、支持部（台座部１５）と押上部（リング状部材１４、板状部材１４ａ）との接触部２１よりも内周側で接触して、下側に動かすようにしても良い。
【００１５】
図２、３を用いて本実施例の弁体駆動機構１２の動作を具体的に説明する。板状部材１４は、てこの原理により上部に弁体２を引き上げることができる。弁体駆動機構１２上部には駆動素子６が備えられており、駆動素子６が通電されることにより、駆動力を下流方向に伝える。このとき、板状部材１４ａの支持部（台座部１５）、動作部（ロッド１３）、押上部（リング状部材１４、板状部材１４ａ）が、支点、力点、作用点の作用により動作することにより、下流方向に伝えられる駆動力を上流方向への力に変換することができる。
【００１６】
具体的には押上部は、動作部（ロッド１３）、に接する位置に配置される枠部材（リング状部材１４）を有し、駆動素子６による駆動力を枠部材（リング状部材１４）に伝える動作部は駆動素子６と枠部材（リング状部材１４）との間において軸方向に設けられた複数のロッド１３により構成される。また、この複数のロッド１３は、周方向において均等な間隔を有して配置される。板状部材１４ａはリング状部材１４の内周側に取り付けられており、複数のロッド１３はリング状部材１４を付勢することで板状部材が下流方向に動く。
【００１７】
複数ロッド１３の代わりに全周に渡って、枠部材２３と板状部材１４ａ（リング状部材１４）とをつなぐ金属部材を設けることも可能であるが、本実施例により材料の削減が可能となる。また、この複数のロッド１３は、少なくとも３本以上かつ均等な間隔を持って配置されることが望ましい。これは、弁体駆動機構１２上部に配置された駆動素子６から与えられる力を均等に弁体駆動機構１２に与えるためである。また、均等に配置されない場合、弁体駆動機構１２内で傾きができてしまう。傾きができると、故障や部品の破損の原因になるため、避けることが好ましい。
【００１８】
本実施例の弁体駆動機構１２によれば、上記したように複数のロッド１３がリング状部材１４及び複数の板状部材１４ａを付勢することで弁体２を上流側（あるいは）複数枚備えられ、前記板状部材１４は、均等な間隔を持って配置される。また、板状部材１４ａも上記したロッド１３と同様、複数枚、詳しくは３枚以上配置されることが望ましい。これも、また上部から伝わる駆動素子６の力が偏って下流部に伝わることを妨げる懸念があるためであり、傾きを持って駆動素子６からの力を下流に伝える動作を繰り返すと、板状部材１４の故障及び破損の原因になることが考えられる。また、板状部材１４は、強度の観点から金属であることが望ましい。
【００１９】
弁体駆動機構１２において、弁体２の上部にフランジ部を有し、フランジ部は押上部（板状部材１４ａ）の内周側端部に接する。なお、フランジ部は図２のキャップ部１６の外周部に突出している部分のことを指す。また、フランジ部は弁体２の上端部に設けられたキャップ部１６に形成されているが、これに限らず、弁体２の上部に形成するようにしても良い。この部分が前記した板状部材１４をひっかけることにより、弁体は上流方向に押し上げられるという役割を果たす。
【００２０】
すなわち前記した弁体駆動機構１２を備えた流量制御弁において、前記フランジ部は、前記弁体の上部に備えられ、前記弁体と前記フランジ部は別体である場合でも適応可能である。駆動素子６を用いた燃料噴射弁の弁体は非常に長い。それゆえ、フランジ部を弁体の上部に設置する際に加工が困難であるという問題があった。そこで、弁体の上部に、弁体とは別体の燃料シール部材Ｂ  ５ｂ及び、金属シール部材上部に配置されるキャップ部材１６を設ける。この構成をとることにより、加工が簡易化される。また実際に、流量制御弁を組み立てる際の組み立ての簡易化も期待できる。また、燃料シール部材金具Ｂ  ５ｂは、燃料をシールするという役割を果たすことができれば、金属である必要はなく、その他の材料であっても使用は可能である。
【００２１】
今回、流量制御弁であれば弁体駆動機構１２を適用することが可能であるが、本実施例においては、燃料噴射弁を例にとって以下説明する。
【００２２】
前記した弁体駆動機構１２において、押上部（板状部材１４ａ）は、フランジ部の下部に当接し、フランジ部下部に接する部分を作用点、ロッド１３が接する部分を力点としたとき、押上部（板状部材１４ａ）の下部に備えられた部分を支点として弁体２を押し上げる。このように押上部（リング状部材１４、板状部材１４ａ）は、てこの原理を利用して弁体２を押し上げることができる。この動作に関して、図４を用いて説明する。図４（ａ）は駆動素子６に通電される前の状態である。そのため前記した板状部材１４も押し下がることなく平面上に存在している。続いて、駆動素子６への通電がスタートした時点での弁体駆動機構１２を図４（２）に示す。この図からもわかる通り、駆動素子６から発せられる駆動力は、動作部を通じて、板状部材１４に伝えられる。このことにより、板状部材１４の外周側端部は下流方向に押し下げられる。この結果、接触部２１が支点、押し下げ部が作用点として働き、弁体２を上流方向に押し上げる。図４（３）には、板状部材１４が台座に接する程度まで押し下げられた状態を示す。この図からも明白なように、動作部（ロッド１３）が押し下げられることで弁体２は押し上げられる。まとめると駆動素子６が通電された後、下流方向に駆動力を示した場合においても、弁体駆動機構１２を介することにより、弁体２自体には駆動力と逆方向の力を伝えることができる。
【００２３】
弁体駆動機構１２を備えた燃料噴射弁は複数の噴射孔を持つ。一般的に駆動素子６を用いて燃料噴射を行う燃料噴射弁においては、駆動素子６が、電圧を印化すると伸長する構造であるために、弁体２を押すことにより、燃料を噴射する構造となる。そのため、強度の問題を解決するため弁体２の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。しかし通電により弁体２を引き上げて燃料を複数の噴射孔より噴霧する燃料噴射弁と比較すると、噴霧レイアウトの自由度が非常に低い。燃料噴射弁への効率的な噴霧のためには、駆動素子６を用いた場合においても、噴霧のレイアウト性を向上させることが好ましい。
【００２４】
そこで本実施例では、弁体駆動機構１２を用いて駆動素子６の駆動方向を逆転させることで、通電により弁体２を駆動させる燃料噴射弁と同じ方式で燃料を噴射することが可能となる。よって駆動素子６により燃料を噴射させる本実施例の燃料噴射弁であっても、複数の噴射孔を備えることが可能となる。その結果、駆動素子６を用いた場合においても、噴霧のレイアウト性を向上が期待できるという特有の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００２５】
実施例１では駆動素子６を駆動部として用いる例を紹介したが、本実施例においては、図５に示すように駆動素子６として圧電素子１７を用いる。圧電素子１７は他の駆動素子６よりも動作周期が非常に早いため、低噴射パルスでの駆動が可能であり、少量で安定的に燃料を噴射することが可能となるという顕著な効果を示す。
【００２６】
ただし燃料を噴射する際には、燃料噴射弁自体も高温状態となる。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）よりも、圧電素子１７の構成している部材の線膨張率が小さいもの場合もある。このとき、温度が上昇すると、流量制御弁を構成している金属は大きく伸びるが、駆動素子６は、前記金属以上に伸びず、結果的に弁体２を押し下げる距離が短くなってしまい、燃料のシールができず流出し続けてしまうという問題が生じる。
そこで、本実施例の弁体駆動機構１２を備えた燃料噴射弁において、前記駆動素子６上部にダンパー７を設けることを特徴とする。ダンパー７はシリンダとプランジャ、加えてシリンダとプランジャの隙間に封入されているオイルで構成される。シリンダとプランジャの隙間にオイルが封入されていることにより、温度が高くなるとオイルが膨張し、シリンダが伸びるようになる。こうしてシリンダが伸びることにより、弁座と弁体２の隙間が発生しない状態となる。このため、燃料噴射弁を構成する金属の伸び量よりも、駆動素子６による伸び量を大きくすることができる。本実施例の場合、弁体駆動機構１２を備えたことにより、弁体２へ駆動力が働くまでの間隔が長くなることにより、駆動素子６による伸び量がある程度短くなってしまう。そのため、ダンパー７は重要な役割を果たす。
【００２７】
なお、圧電素子１７は防水密閉構造になっているあるいは、耐燃料性がある場合には、液中に設置することも可能である。
【００２８】
以上で、実施例に関する説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形して、実施することができる。本実施例においては、駆動素子を用いた燃料制御弁に関して中心的に説明したが、駆動素子の中でも磁歪素子や圧電素子に適用してもよいし、燃料制御弁以外の流量制御弁に適用してもよい。また燃料噴射弁の配置方法においても、上記実施形態での例示に限るものではない。
【符号の説明】
【００２９】
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
５ａ  金属性シール部材金具Ａ
５ｂ  金属性シール部材金具Ｂ
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
１０ａ  シート部燃料流路
１１  噴孔
１２  弁体駆動機構
１３  ロッド
１４  枠部材
１４ａ  板状部材
１５  台座
１６  金属シール部材上部金具キャップ
１７  圧電素子
２０  押上部
２１  支持部
２２  動作部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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