(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブシートに当接するバルブと、
このバルブに一端を取り付けられるたロッドと、
このロッドの他端に取り付けられたプランジャーと、
上記ロッドの中央部に形成されたフランジ部と、
上記プランジャーと対向して配置されるとともに、コイルから発生する電磁力により上記プランジャーを吸引するコアと、
上記コアによる上記プランジャーの吸引時に、上記フランジ部と係合して上記ロッドの移動を規制するストッパーとを有し、
上記コアにより上記プランジャーを吸引して上記バルブと上記バルブシートの間に間隙を形成し、この間隙より燃料ガスを噴射するガス用燃料噴射弁において、
上記プランジャーの揺動を防止する揺動防止部材を備え、
上記ストッパーは、その一部に切り欠き部を有するＣ形形状をしており、
上記揺動防止部材は、２枚の上記ストッパーを上記切り欠き部を対向するように重ね合わせて形成したことを特徴とするガス用燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１記載のガス用燃料噴射弁において、
上記揺動防止部材は、プランジャーの外周面に形成された第１の磁性膜と、
この第１の磁性膜と対向する位置であって、上記コアの内周面に形成され、上記第１の磁性膜と同一の極性を有する第２の磁性膜とから構成されたことを特徴とするガス用燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス用燃料噴射弁に係り、特に、自動車用内燃機関の燃料噴射装置に用いるに好適なガス用燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の排気ガス規制は、石油燃料，ガソリンに依存した車社会が引き起こした地球規模の環境破壊を是正する意味で必要不可欠である。しかし、ガソリンの代替燃料として有力なものは供給体制，インフラの問題を含んでいる外、既存のエンジンコンポーネントの耐久性，性能等に悪影響を及ぼすものが少なくない。
【０００３】
天然ガス，水素ガス等の気体燃料は周囲の環境にやさしい燃料として脚光を浴びており、将来の代替燃料としては、天然ガス等の気体を圧縮した高圧気体燃料ＣＮＧ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）が有望である。
【０００４】
気体燃料をエンジンに供給するには、従来のガソリン等の液体燃料に用いられているような電磁ソレノイド弁等の燃料噴射弁の開閉時間幅を制御することで計量する燃料噴射装置を用いることができる。
【０００５】
従来の液体燃料用の燃料噴射弁としては、例えば、特開昭６３−１００２６１号公報に記載のものが知られている。
【０００６】
【発明で解決しようとする課題】
液体燃料と気体燃料を比較した場合、液体燃料は潤滑性を有しているため、電磁弁が往復動を繰り返しても、金属間摺動摩耗は殆ど発生しない。しかしながら、気体燃料は、液体燃料のような潤滑性を有していないため、金属間摺動摩耗が発生し、従来の液体燃料用の燃料噴射弁をそのまま気体用燃料噴射弁として用いようとすると、長時間使用した場合には、摩耗の影響で計量精度が低下し、液体燃料に使用する場合に比べて、耐久性に問題があることが判明した。
【０００７】
本発明の目的は、耐久性に優れたガス用燃料噴射弁を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、バルブシートに当接するバルブと、このバルブに一端を取り付けられるたロッドと、このロッドの他端に取り付けられたプランジャーと、上記ロッドの中央部に形成されたフランジ部と、上記プランジャーと対向して配置されるとともに、コイルから発生する電磁力により上記プランジャーを吸引するコアと、上記コアによる上記プランジャーの吸引時に、上記フランジ部と係合して上記ロッドの移動を規制するストッパーとを有し、上記コアにより上記プランジャーを吸引して上記バルブと上記バルブシートの間に間隙を形成し、この間隙より燃料ガスを噴射するガス用燃料噴射弁において、上記プランジャーの揺動を防止する揺動防止部材を備え、上記ストッパーは、その一部に切り欠き部を有するＣ形形状をしており、上記揺動防止部材は、２枚の上記ストッパーを上記切り欠き部を対向するように重ね合わせて形成したものであり、かかる構成とすることにより、プランジャーの揺動を防止して、気体雰囲気中においても、摩耗を低減し、寿命を長くし得るものとなる。
【００１１】
上記ガス用燃料噴射弁において、好ましくは、上記揺動防止部材は、プランジャーの外周面に形成された第１の磁性膜と、 この第１の磁性膜と対向する位置であって、上記コアの内周面に形成され、上記第１の磁性膜と同一の極性を有する第２の磁性膜とから構成するようにしたものであり、かかる構成とすることにより、プランジャーとコアをの接触を防止して、摩耗を低減し、寿命を長くし得るものとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１乃至図４を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態によるガス用燃料噴射弁の断面図であり、図２は、本発明の一実施の形態によるガス用燃料噴射弁の要部断面図であり、図３は、本発明の一実施の形態によるガス用燃料噴射弁のストッパーの平面図であり、図４は、本発明の一実施の形態によるガス用燃料噴射弁を用いた場合のリングの摩耗量を説明する図である。
【００１６】
図１において、燃料噴射弁１０のヨークは、ヨーク１１４Ａ，１１４Ｂ，１１４Ｃから構成されている。ヨーク１１４Ｃの内部に、ヨーク１１４Ｂが嵌入されており、ヨーク１１４Ｃとヨーク１１４Ｂの間隙に、電磁気発生用のコイル１０１が挿入されている。コイルの上面はヨーク１１４Ａにより固定されており、ヨーク１１４Ａに取り付けられた電極端子１０８を介して、コイル１０１に通電される。ヨーク１１４Ｃの先端にバルブガイド１１４Ｄが取り付けられ、バルブガイド１１４Ｄの先端にノズル１１４Ｅが取り付けられている。ヨーク１１４Ｂの内部には、プランジャー１０２が配置されている。プランジャー１０２の先端には、ロッド１０５が取り付けられている。ロッド１０５の中央部には、フランジ部１０５Ａが一体的に形成されている。ロッド１０５の先端には、球形のバルブ１０３が取り付けられている。即ち、プランジャー１０２とバルブ１０３は、ロッド１０５により連結されている。ノズル１１４Ｅの上内周面には、リング状のバルブシート１１０が固定されており、バルブ１０３がバルブシート１１０に当接している。
【００１７】
プランジャー１０２の上面には、円筒形のリング１１２が固定されている。また、ヨーク１１４Ｂの内周には、コア１１３が固定されている。リング１１２は、コア１１３の内周に、摺動可能に挿入されている。リング１１２は、コア１１３の内周面を摺動することにより、弁体を構成するプランジャ１０２，ロッド１０５及びバルブ１０３の軸方向のガイドの作用をしている。
【００１８】
ヨーク１１４Ａの内周には、円筒形状のスプリング受け部材１０４が固定されている。スプリング受け部材１０４とプランジャー１０２の間には、スプリング１０７が配置されており、プランジャー１０２を下方に押圧している。従って、通常は、スプリング１０７による下方への押圧力によって、バルブ１０３がバルブシート１１０に押しつけられている。
【００１９】
電極端子１０８を介して、コイル１０１に通電され、所定の電流が供給されると、コイル１０１において磁力が発生し、プランジャー１０２が、スプリング１０７のバネ力に抗して上方に引きつけられ、バルブ１０３とバルブシート１１０の間に、空隙が生じる。バルブガイド１１４Ｄの内部には、Ｃ形ワッシャーからなるストッパー１０６が取り付けられており、ロッド１０５の中央部に形成されたフランジ部１０５Ａと係合することにより、バルブ１１０の上方への移動，即ち、バルブ１０３のリフト量を規制している。
【００２０】
燃料噴射弁１０の上方の燃料供給口１０９から、燃料である天然ガス等の気体燃料が供給され、スプリング受け部材１０４の中央に形成された孔，リング状のコア１１３の内部，プランジャー１０２に形成された孔，バルブガイド１１４Ｄに取り付けられたストッパー１０６の中央の孔，バルブ１０３とバルブシート１１０の間に形成された間隙を経由して、ノズル口１１１が噴射される。
【００２１】
次に、図２を用いて、本発明の一実施の形態によるガス用燃料噴射弁の要部であるストッパー１０６の周辺の構造について説明する。
【００２２】
プランジャー１０２の先端には、ロッド１０５が取り付けられている。ロッド１０５の中央部には、フランジ部１０５Ａが一定的に形成されている。ロッド１０５の先端には、球形のバルブ１０３が取り付けられている。ノズル１１４Ｅの上内周面には、リング状のバルブシート１１０が固定されており、バルブ１０３がバルブシート１１０に当接している。
【００２３】
バルブガイド１１４Ｄの内部に取り付けられたＣ形ワッシャーからなるストッパー１０６は、ロッド１０５の中央部に形成されたフランジ部１０５Ａと係合することにより、ロッド１０５の矢印方向への動きの内、バルブ１１０の上方への移動を規制している。
【００２４】
ここで、本実施の形態においては、ストッパー１０６の内径面に、曲面部１０６Ａを形成している。この形状については、図３に示すとおりである。即ち、ストッパー１０６は、図３に示すように、Ｃ形形状をしている。これは、ロッド１０５にストッパー１０６を取り付けるためである。このＣ形の切り欠き部の内径面に曲面部１０６Ａを形成している。
【００２５】
ストッパー１０６は、本来は、ロッド１０５のフランジ部１０５Ａの移動を停止する機能を有していればよい。しかしながら、ストッパー１０６とロッド１０５の間隙は、従来の液体用燃料噴射弁にあっては、約４０μｍあり、しかも、ストッパー１０６の一部には、切り欠きがあるため、ガス用燃料噴射弁として用いる場合には、この間隙及び切り欠きによって、ロッド１０５が揺動し、その結果として、プランジャー１０２の上端に取り付けられたリング１１２の外周面と、コア１１３の内周面が摺動し、リング１１２の摩耗を早める結果となっていた。
【００２６】
それに対して、本実施の形態では、ストッパー１０６の内径面に曲面部１０６Ａを設けることにより、曲面部１０６Ａとロッド１０５の間隙を２０μｍと半減することができる。その結果として、寿命を従来の２倍とすることが可能となった。また、この間隙を１０μｍとすることにより、寿命をさらに、従来の３倍にすることが可能であった。
【００２７】
ここで、曲面部１０６の形状としては、ロッド１０５との接触面を従来のような面接触から点接触にするような形状とすればよいものである。
【００２８】
図４は、燃料噴射弁の耐久性評価時間とリングの摩耗量の関係を示す図である。
【００２９】
図４において、曲線Ａは、従来のストッパーに曲面部を設けていないタイプの燃料噴射弁を気体雰囲気で使用した場合の耐久性評価時間に対するリングの摩耗量を示しており、初期摩耗量が特に大きく、やがて、コアとリング間のギャップが増加して、発生した金属粉が砥石粒の役割を果たすため、さらに、摩耗が進行することが判明した。それに対して、曲線Ｂは、ストッパーの内径面に曲面部を形成して、ロッドと曲面の間隙を２０μｍとした場合の耐久性評価時間とリングの摩耗量の関係を示したもので、初期摩耗も低減され、また、その後の摩耗量も従来に比べて低減できている。その結果として、寿命を伸ばすことができ、耐久性に優れたガス用燃料噴射弁を得ることができるものである。
【００３０】
本実施の形態によれば、ストッパーの内径面に曲面部を形成することにより、ロッドの揺動を押さえることができ、寿命を伸ばし、耐久性を向上することができる。
【００３１】
次に、図５及び図６を用いて、本発明の他の実施の形態について説明する。
図５は、本発明の他の実施の形態によるガス用燃料噴射弁の要部断面図であり、図６は、本発明の他の実施の形態によるガス用燃料噴射弁のストッパーの平面図である。
【００３２】
プランジャー１０２の先端には、ロッド１０５が取り付けられている。ロッド１０５の中央部には、フランジ部１０５Ａが一定的に形成されている。ロッド１０５の先端には、半球形のバルブ１０３’が取り付けられている。ノズルの上内周面には、リング状のバルブシート１１０が固定されており、バルブ１０３がバルブシート１１０に当接している。プランジャー１０２は、スプリング１０７により附勢力を与えられており、バルブ１０３がバルブシート１１０に押圧されている。
【００３３】
バルブガイドの内部に取り付けられたＣ形ワッシャーからなるストッパー１０６は、２枚のストッパー１０６Ｂ，１０６Ｃから構成されている。ストッパー１０６Ｂ，１０６Ｃの内、下側のストッパー１０６Ｃは、ロッド１０５の中央部に形成されたフランジ部１０５Ａと係合することにより、ロッド１０５の矢印方向への動きの内、バルブ１１０の上方への移動を規制している。
【００３４】
ここで、本実施の形態においては、ストッパー１０６として、２枚のストッパー１０６Ｂ，１０６Ｃから構成した点に特徴がある。この形状については、図７に示すとおりである。即ち、ストッパー１０６Ｂ，１０６Ｃは、図７に示すように、それぞれ、Ｃ形形状をしている。これは、ロッド１０５にストッパー１０６Ｂ，１０６Ｃを取り付けるためである。この２枚のストッパー１０６Ｂ，１０６Ｃを、それぞれの切り欠き方向が対向するように、重ね合わせることにより、その中央部には、破線で示す円形の開口１０６Ｄが形成される。
【００３５】
従来においては、Ｃ形形状のストッパーには、切り欠きがあるため、ガス用燃料噴射弁として用いる場合には、この切り欠きによって、ロッド１０５が揺動し、その結果として、プランジャー１０２の上端に取り付けられたリング１１２の外周面と、コア１１３の内周面が摺動し、リング１１２の摩耗を早める結果となっていた。
【００３６】
それに対して、本実施の形態では、ストッパー１０６を２枚のストッパー１０６Ｂ，１０６Ｃから構成して、それぞれの切り欠き部を対向させることにより、ロッド１０５とストッパー１０６の間隙をリング状にすることができる。ロッド１０５の傾き角度は、ストッパーの円弧部では、０．４゜であるが、ストッパーの切り欠き部側では、約１゜程度まで大きくなっていたが、ロッドとストッパーの間隙を４０μｍのギャップのリング状にすることにより、ロッドの傾き角を０．４゜に押さえることができ、寿命を従来の１．５倍乃至２倍にすることができた。
【００３７】
本実施の形態によれば、Ｃ形形状のストッパーを、切り欠き部を対向するように２枚重ねて使用することにより、ロッドの傾きを押さえることができ、寿命を伸ばし、耐久性を向上することができる。
【００３８】
また、バルブの形状を半球形とすることにより、重量を軽くし、慣性重量を小さくできる。
【００３９】
次に、図７を用いて、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図７は、本発明の第３の実施の形態によるガス用燃料噴射弁の要部断面図である。
【００４０】
プランジャー１０２の先端には、ロッド１０５が取り付けられている。ロッド１０５の中央部には、フランジ部１０５Ａが一定的に形成されている。ロッド１０５の先端には、半球形のバルブ１０３’が取り付けられている。ノズルの上内周面には、リング状のバルブシート１１０が固定されており、バルブ１０３がバルブシート１１０に当接している。プランジャー１０２は、スプリング１０７により附勢力を与えられており、バルブ１０３がバルブシート１１０に押圧されている。
【００４１】
バルブガイドの内部に取り付けられたＣ形ワッシャーからなるストッパー１０６は、ロッド１０５の中央部に形成されたフランジ部１０５Ａと係合することにより、ロッド１０５の矢印方向への動きの内、バルブ１１０の上方への移動を規制している。
【００４２】
プランジャー１０２は、ヨーク１１４Ｂの内部に挿入されており、ヨーク１１４Ｂの外周には、磁力を発生するコイル１０１が取り付けられている。
【００４３】
さらに、本実施の形態においては、プランジャー１０２の外周部に磁性膜１０２Ａが塗布形成されており、また、この磁性膜１０２Ａと対向するヨーク１１４Ｂの内周面にも磁性膜１１４Ｆが塗布形成されている。ここで、磁性膜１０２Ａと磁性膜１１４Ｆの極性を同一極性としている。
【００４４】
ストッパー１０６は、従来と同様にして、Ｃ形ワッシャーの形状としてあるため、この部分では、揺動を押さえることができないが、磁性膜１０２Ａと磁性膜１１４Ｆの極性を同一極性とすることにより、プランジャー１０２とヨーク１１４Ｂが互いに反発するため、プランジャーの揺動を防止することができる。
【００４５】
本実施の形態によれば、プランジャーとヨークの対向する表面に同一極性の磁性膜を形成することにより、ロッドの傾きを押さえることができ、寿命を伸ばし、耐久性を向上することができる。
【００４６】
また、バルブの形状を半球形とすることにより、重量を軽くし、慣性重量を小さくできる。
【００４７】
次に、図８を用いて、本発明の第４の実施の形態について説明する。
図８は、本発明の第４の実施の形態によるガス用燃料噴射弁の要部断面図である。
【００４８】
プランジャー１０２の先端には、ロッド１０５が取り付けられている。ロッド１０５の中央部には、フランジ部１０５Ａが一定的に形成されている。ロッド１０５の先端には、球形のバルブ１０３が取り付けられている。バルブ１０３は、バルブシートに当接している。
【００４９】
バルブガイドの内部に取り付けられたＣ形ワッシャーからなるストッパー１０６は、ロッド１０５の中央部に形成されたフランジ部１０５Ａと係合することにより、バルブ１１０の上方への移動を規制している。
【００５０】
プランジャー１０２の上方に位置し、ヨークに取り付けられたコア１１３には、含油のセラミックスで構成されたリング１１２Ａが取り付けられている。リング１１２Ａの先端は、プランジャー１０２の上端の窪みに挿入されている。
【００５１】
プランジャー１０２が上下動すると、プランジャー１０２は、リング１１２Ａにガイドされる。リング１１２Ａを含油のセラミックスで構成することにより、プランジャーが揺動しても、リングの摩耗を低減することが可能となる。
【００５２】
また、リング１１２Ａは、図１等にて説明した実施の形態とは異なり、その上端側をコア１１３に取り付ける構成としている。従って、プランジャー１０２が上下動すると、プランジャー１０２の上端側は、リング１１２Ａの側面と摺動することになる。図１の例では、リングの先端がプランジャーの側面を摺動するため、リングの先端の摩耗が大きいものであるが、プランジャーの先端がリングの側面と摺動する構成とすることにより、さらに、リングの摩耗を低減することが可能となる。
【００５３】
本実施の形態によれば、リングを含油のセラミックスにより構成することにより、リングの摩耗を低減でき、寿命を伸ばし、耐久性を向上することができる。
【００５４】
また、リングをコア側に取り付けることにより、さらに、リングの摩耗を低減でき、寿命を伸ばし、耐久性を向上することができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、ガス用燃料噴射弁の耐久性を向上することができる。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるガス用燃料噴射弁の断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるガス用燃料噴射弁の要部断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるガス用燃料噴射弁のストッパーの平面図である。
【図４】本発明の一実施の形態によるガス用燃料噴射弁を用いた場合のリングの摩耗量を説明する図である。
【図５】本発明の他の実施の形態によるガス用燃料噴射弁の要部断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態によるガス用燃料噴射弁のストッパーの平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態によるガス用燃料噴射弁の要部断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態によるガス用燃料噴射弁の要部断面図である。
【符号の説明】
１０…燃料噴射弁
１０１…コイル
１０２…プランジャー
１０３，１０３’…バルブ
１０４…スプリング受け部
１０５…ロッド
１０５Ａ…フランジ部
１０６，１０６Ｂ，１０６Ｃ…ストッパー
１０６Ａ…曲面部
１０７…スプリング
１０８…電極端子
１０９…燃料供給口
１１０…バルブシート
１１１…ノズル口
１１２…リング
１１３…コア
１１４Ａ，１１４Ｂ，１１４Ｃ…ヨーク
１１４Ｄ…バルブガイド
１１４Ｅ…ノズル
【図１】
0003758719.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003758719.tif 000006
【図６】
0003758719.tif 000007
【図７】
0003758719.tif 000008
【図８】
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