JP2016108993A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上流側の燃圧が高いときでも燃料の漏れを防ぐことができるとともに、燃料が流れる際に発生する音を低減することができる燃料供給装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様は、燃料を流すための流路１２ａを備える弁体１２と、弁体１２が当接および離間する弁座１４と、弁体１２と弁座１４が収容されるケーシング２６と、を有する燃料噴射装置１において、弁体１２を弁座１４から離間させる開弁時には、流路１２ａ内を流れる燃料を、弁体１２と弁座１４との間の隙間から吐出させ、弁体１２に対して弁座１４が配置される方向と流路１２ａ内における燃料の流れ方向は同じであり、開弁時に吐出される燃料を流すための吐出側流路４２を有し、吐出側流路４２は、弁座１４の外周面１４ｄの外側に形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料を供給するための燃料供給装置に関するものである。

特許文献１に開示される燃料送達噴射器は、弁ハウジングに設けられた弁座と、弁座と当接および離間する弁部材と、弁部材を操作する駆動装置と、を有する。そして、開弁時において、燃料は、弁ハウジング内の環状経路を流れて、弁座と弁本体と間の送達ポートから噴霧される。

特表２００３−５１２５６１号

しかしながら、特許文献１に開示される燃料送達噴射器は、弁ハウジング内の環状経路における燃料の流れ方向と、弁部材が弁座から離間する方向とが同じである。そのため、閉弁時において、弁座よりも燃料の流れ方向の上流側に形成される環状経路における燃料の圧力（以下、「燃圧」という。）が高くなったときには、弁部材が弁座から離間して燃料が送達ポートから燃料の漏れが発生するおそれがある。したがって、このような燃料の漏れを抑制するためには、弁部材を操作する駆動装置の駆動力を大きくするため、駆動装置を大型化する必要がある。

また、燃料供給装置において、開弁時に燃料を吐出するときには、燃料が流れる際に発生する音（例えば、気流音）を出来るだけ低減させることが望まれる。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、上流側の燃圧が高いときでも燃料の漏れを防ぐことができるとともに、燃料が流れる際に発生する音を低減することができる燃料供給装置を提供すること、を課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、燃料を流すための流路を備える弁体と、前記弁体が当接および離間する弁座と、前記弁体と前記弁座が収容されるケーシングと、を有する燃料供給装置において、前記弁体を前記弁座から離間させる開弁時には、前記流路内を流れる前記燃料を、前記弁体と前記弁座との間の隙間から吐出させ、前記弁体に対して前記弁座が配置される方向と前記流路内における前記燃料の流れ方向は同じであり、前記開弁時に吐出される前記燃料を流すための吐出側流路を有し、前記吐出側流路は、前記弁座の外周部の外側に形成されること、を特徴とする。

この態様によれば、弁体の上流側や流路内における燃圧は、弁体が弁座に向かう方向に作用する。そのため、閉弁時において、弁体の上流側の燃圧が高いときでも、弁体と弁座のシール性（密閉性）が確保されるので、燃料の漏れを防ぐことができる。

また、吐出側流路の流路面積を多くとることができるので、開弁時に吐出される燃料の流速を低減できる。そのため、燃料が流れる際に発生する音（例えば、気流音）を低減することができる。

上記の態様においては、前記吐出側流路は、前記弁座の外周部の全周に亘って形成され、前記開弁時に吐出される前記燃料を、前記吐出側流路にて略放射状に広げて流すこと、が好ましい。

この態様によれば、より確実に吐出側流路の流路面積を多くとることができるので、より効果的に開弁時に吐出される燃料の流速を低減できる。そのため、より効果的に、燃料が流れる際に発生する音を低減することができる。

上記の態様においては、前記弁体と前記ケーシングとの間に配置されるシール部材を有すること、が好ましい。

この態様によれば、弁体とケーシングとの間のシール性を良好に確保することができる。

上記の態様においては、前記弁体は、略円筒状に形成され、かつ、前記弁座が配置される側の面にてシートシール部材を備え、前記シートシール部材は、前記弁体を前記弁座に当接させる閉弁時に前記弁座に当接する当接部を備え、前記シール部材と前記当接部は、ともに前記弁体の中心軸を中心とする円環状に形成され、前記当接部の直径は、前記シール部材の直径と同じであること、が好ましい。

この態様によれば、弁体に作用する燃圧が相殺されるので、開弁時に弁体を弁座から離間させるために必要な駆動力を小さくできる。

上記の態様においては、前記弁体は、略円筒状に形成され、かつ、前記弁座が配置される側の面にてシートシール部材を備え、前記シートシール部材は、前記弁体を前記弁座に当接させる閉弁時に前記弁座に当接する当接部を備え、前記シール部材と前記当接部は、ともに前記弁体の中心軸を中心とする円環状に形成され、前記当接部の直径は、前記シール部材の直径よりも大きいこと、が好ましい。

この態様によれば、弁体に対し開弁方向に燃圧が作用するので、開弁時に弁体を弁座から離間させるために必要な駆動力をさらに小さくできる。

上記の態様においては、前記ケーシングは、前記弁座の外周部の外側に配置される側面部を備え、前記吐出側流路の出口は、前記側面部に形成されること、が好ましい。

この態様によれば、燃料をより早くケーシングの外側の空間に放出でき、燃料が流れる際に発生する音の低減効果を向上させることができる。

上記の態様においては、前記吐出側流路の出口は、前記開弁時にて前記弁体と前記弁座の間の隙間から吐出される前記燃料の吐出方向の先の位置に形成されること、が好ましい。

この態様によれば、弁体と弁座の間の隙間から吐出される燃料を、滑らかにケーシングの外側の空間に放出できる。そのため、より効果的に、燃料が流れる際に発生する音の低減効果を向上させることができる。

本発明に係る燃料供給装置によれば、上流側の燃圧が高いときでも燃料の漏れを防ぐことができるとともに、燃料が流れる際に発生する音を低減することができる。

第１実施例における燃料噴射装置の断面図である。 第１実施例における閉弁時の弁座付近の拡大図である。 第１実施例における開弁時の弁座付近の拡大図である。 第２実施例における閉弁時の弁座付近の概略図である。 第３実施例における閉弁時の弁座付近の概略図である。 第４実施例における開弁時の弁座付近の拡大図である。

＜第１実施例＞
まず、本発明の燃料供給装置の一例である燃料噴射装置（インジェクタ）１の全体構成について説明する。燃料噴射装置１は、例えば、気体燃料（例えば、水素）を燃料電池（不図示）に供給するための装置である。

燃料噴射装置１は、図１に示すように、本体１０と、弁体１２と、弁座１４と、圧縮ばね１６と、スプリングピン１８と、フィルタ体２０などを有する。なお、図１は、燃料噴射装置１が相手部品１００の流路１０２内にＯリング１０４を介して嵌め込まれている例を示している。

本体１０は、ハウジング２２と、ステータコア２４と、ケーシング２６と、電磁コイル２８と、非磁性ブッシュ３０などを備える。この本体１０は、弁体１２と、弁座１４と、圧縮ばね１６と、スプリングピン１８と、フィルタ体２０などを収容している。そして、本体１０の内部には、燃料が流れる燃料流路３２が形成されている。

ハウジング２２は、ステータコア２４の一部と非磁性ブッシュ３０とケーシング２６の一部を取り囲むように形成されている。ハウジング２２は、樹脂により形成され、その内部に電磁コイル２８が埋め込まれている。電磁コイル２８は、ステータコア２４を取り囲む位置に配置されている。また、ハウジング２２は、複数の端子ピン３４が設けられたコネクタ部３６を備えている。端子ピン３４は、電磁コイル２８に電気的に接続されている。なお、コネクタ部３６は、ワイヤハーネス（不図示）を介して外部の制御部（不図示）に接続される。

ステータコア２４は、略円筒状（真円筒状や楕円筒状などを含む）に形成され、その中心部に貫通孔２４ａを備えている。貫通孔２４ａは、燃料流路３２の上流部を構成している。ステータコア２４の上流端（図１の上側の端部）は、外部の燃料供給部（不図示）に接続される。そのため、燃料供給部から供給される燃料は、貫通孔２４ａの上流端の燃料流入孔２４ｂから、貫通孔２４ａ（燃料流路３２）内に流入する。また、ステータコア２４の貫通孔２４ａには、燃料中の異物を除去するためのフィルタ体２０が配置されている。ステータコア２４は、軟磁性材料（例えば、電磁ステンレス鋼）により形成されている。

ステータコア２４の下流端（図１の下側の端部）は、略円筒状に形成されている非磁性ブッシュ３０の貫通孔の上流端に挿入されている。ステータコア２４と非磁性ブッシュ３０は、全周に亘って溶接されており、ステータコア２４の貫通孔２４ａと非磁性ブッシュ３０の貫通孔とは気密に接続されている。非磁性ブッシュ３０は、非磁性材料により形成されている。

ケーシング２６は、ステータコア２４に対して燃料の流れ方向についての下流側（図１の下側）に配置されている。ケーシング２６は、略円筒状に形成され、その中心部に貫通孔２６ａを備えている。ケーシング２６と非磁性ブッシュ３０は、全周に亘って溶接されており、ケーシング２６の貫通孔２６ａと非磁性ブッシュ３０の貫通孔とは気密に接続されている。ケーシング２６は、軟磁性材料（例えば、電磁ステンレス鋼）により形成されている。

弁体１２は、ケーシング２６の貫通孔２６ａ内において、弁座１４に対して燃料の流れ方向についての上流側（図１の上側）の位置に配置されている。なお、弁体１２は、その上流端が非磁性ブッシュ３０の貫通孔内に配置されている。弁体１２は、略円筒状に形成され、軟磁性材料（例えば、電磁ステンレス鋼）により形成されている。弁体１２は、その軸方向（図１の上下方向）に貫通する流路１２ａ（貫通孔）が形成されている。この流路１２ａは、燃料を流すための流路であり、燃料流路３２の一部である。すなわち、燃料流路３２は、燃料流入孔２４ｂから、ステータコア２４の貫通孔２４ａとスプリングピン１８の内側などを介して、弁体１２の流路１２ａまで形成されている。

弁体１２は、弁体１２の上端面１２ｂ（ステータコア２４が配置される側の面）にて、緩衝部材３８（例えば、緩衝ゴム）を備えている。

弁体１２は、弁体１２の下端面１２ｃ（弁座１４が配置される側の面）にて、弾性体のシートシール部材４０を備えている。シートシール部材４０は、例えば、ゴムや樹脂等により形成されている。シートシール部材４０が弁座１４のシート面１４ｃに当接することにより、燃料流路３２と吐出側流路４２は遮断される。

弁座１４は、ケーシング２６の貫通孔２６ａ内において、弁体１２に対して下流側の位置に配置されている。弁座１４は、略円筒状に形成され、小径部１４ａと大径部１４ｂを備えている。小径部１４ａの直径は、大径部１４ｂの直径よりも小さい。小径部１４ａは上流側に配置され、大径部１４ｂは下流側に配置されている。小径部１４ａの上流側の部分は塞がれており、当該部分にシート面１４ｃが形成されている。弁座１４とケーシング２６は、弁座１４の大径部１４ｂがケーシング２６に圧入され、又は、弁座１４の外周面１４ｄ（外周部）とケーシング２６が全周に亘って溶接され、あるいは、圧入と溶接の両者によって、気密に保持されている。後述するように、弁座１４は、弁体１２が当接および離間する部材である。

本実施例では、ケーシング２６の貫通孔２６ａにおいて、弁座１４の外周面１４ｄの外側に吐出側流路４２が形成されている。この吐出側流路４２の出口４２ａは、燃料噴射装置１の外部に連通している。吐出側流路４２の詳細については、後述する。

圧縮ばね１６とスプリングピン１８は、燃料流路３２内に配置されている。圧縮ばね１６は、弁体１２の内部と上流側にかけて配置されている。スプリングピン１８は、圧縮ばね１６の上流側に配置されており、ステータコア２４の貫通孔２４ａに圧入により固定されている。圧縮ばね１６の上流端はスプリングピン１８に接しており、圧縮ばね１６の下流端は弁体１２に接している。圧縮ばね１６は、圧縮された状態となっており、弁体１２を弁座１４に向けて付勢している。

次に、燃料噴射装置１の作用（動作）について説明する。

まず、コネクタ部３６の端子ピン３４を介して電磁コイル２８に通電が行われていないとき、すなわち、閉弁時には、図１や図２に示すように、圧縮ばね１６の付勢力により、弁体１２のシートシール部材４０は、弁座１４のシート面１４ｃに当接している。このとき、吐出側流路４２は、弁体１２の流路１２ａ（燃料流路３２）と遮断されている。そのため、吐出側流路４２の出口４２ａから燃料が燃料噴射装置１の外部へ放出されない。

一方、コネクタ部３６の端子ピン３４を介して電磁コイル２８に通電が行われているとき、すなわち、開弁時には、電磁コイル２８が磁場を発生し、弁体１２とステータコア２４が励磁される。すると、弁体１２とステータコア２４とは互いに引き合い、図３に示すように、弁体１２は、ステータコア２４側へ移動する。すなわち、弁体１２のシートシール部材４０は、弁座１４のシート面１４ｃから離間する。このとき、吐出側流路４２は、弁体１２と弁座１４との間の隙間を介して、弁体１２の流路１２ａ（燃料流路３２）と連通している。そのため、弁体１２の流路１２ａ内を流れる燃料は、弁体１２と弁座１４との間の隙間から吐出され、吐出側流路４２に流れ込む。したがって、吐出側流路４２の出口４２ａから燃料が燃料噴射装置１の外部へ放出される。

次に、弁体１２、弁座１４、および、その周辺構造について説明する。

本実施例において、弁体１２に対して弁座１４が配置される方向と、弁体１２の上流側や流路１２ａ内における燃料の流れ方向は、同じである。すなわち、燃料流路３２内において、燃料は、弁体１２が弁座１４に向かう方向（弁体１２の閉じ方向、図２の矢印方向）に流れる。そのため、弁体１２を弁座１４に当接させる閉弁時において、弁体１２の上流側や流路１２ａ内における燃圧が高いときでも、弁体１２のシートシール部材４０と弁座１４のシート面１４ｃとのシール性（密閉性）が確保されるので、燃料の漏れを防ぐことができる。

また、燃料噴射装置１は、弁体１２を弁座１４から離間させる開弁時に弁体１２と弁座１４との間の隙間から吐出される燃料を流すための吐出側流路４２を有する。そして、吐出側流路４２は、弁座１４の小径部１４ａにおける外周面１４ｄの外側に形成されている。詳しくは、吐出側流路４２は、ケーシング２６の貫通孔２６ａ内において、弁体１２の外周面１２ｄと弁座１４の外周面１４ｄとケーシング２６の内周面２６ｃにより区画されるように形成されている。これにより、例えば吐出側流路４２を弁座１４のシート面１４ｃに形成する場合に比べて、吐出側流路４２の流路面積を多くとることができる。そのため、開弁時において、弁体１２と弁座１４との間の隙間から吐出される燃料の流速は低減される。したがって、燃料の気流音（燃料が流れる際に発生する音）が低減される。

また、吐出側流路４２は、弁座１４の外周面１４ｄの全周に亘って形成されている。そして、燃料噴射装置１は、開弁時に弁体１２と弁座１４との間の隙間から吐出される燃料を、吐出側流路４２にて略放射状に広げて流し、その後、吐出側流路４２の出口４２ａからケーシング２６の外側の空間へ放出する。これにより、より確実に、吐出側流路４２の流路面積を多くとることができる。そのため、より効果的に、開弁時において、弁体１２と弁座１４との間の隙間から吐出される燃料の流速は低減される。したがって、より効果的に、燃料の気流音が低減される。

また、燃料噴射装置１は、弁体１２とケーシング２６との間に配置されるＯリング４４を有する。詳しくは、弁体１２とケーシング２６との間、および、弁体１２と非磁性ブッシュ３０との間に、Ｏリング４４が配置されている。これより、弁体１２とケーシング２６との間、および、弁体１２と非磁性ブッシュ３０との間におけるシール性を良好に確保することができる。

また、ケーシング２６は、弁座１４の外周面１４ｄの外側に配置される側面部２６ｂを備えている。そして、吐出側流路４２の出口４２ａは、このケーシング２６の側面部２６ｂに形成されている。これにより、燃料をより早くケーシング２６の外側の空間に放出でき、燃料の気流音の低減効果を向上させることができる。また、吐出側流路４２の出口４２ａを弁座１４に形成する場合に比べて、出口４２ａの流路面積を十分に確保することができる。

次に、第２実施例〜第４実施例について説明するが、第１実施例や他の実施例と同等の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に述べる。

＜第２実施例＞
本実施例において、シートシール部材４０の当接部４０ａとＯリング４４とは、ともに、弁体１２の中心軸Ｌｖを中心とする円環状に形成されている。そして、図４に示すように、シートシール部材４０の当接部４０ａの直径であるシートシール径Ｄは、Ｏリング４４の直径ｄと同じである。なお、図４は、説明用に概略図としている。また、図４の破線の矢印は、燃料の流れ方向を示している。

これにより、例えば、弁体１２の上端面１２ｂに作用する燃圧Ｐ１と、弁体１２の下端面１２ｃに作用する燃圧Ｐ２とが相殺される。そのため、開弁時において、弁体１２を弁座１４から離間させるために必要な駆動力を小さくできる。したがって、弁体１２の駆動装置（電磁コイル２８など）を小型化できるので、燃料噴射装置１を小型化できる。また、燃料流路３２の流路面積を大きくして、燃料の流量を増加させることができる。

＜第３実施例＞
本実施例において、図５に示すように、シートシール径Ｄは、Ｏリング４４の直径ｄよりも大きい。これにより、例えば、弁体１２の上端面１２ｂに作用する燃圧Ｐ１と、弁体１２の下端面１２ｃに作用する燃圧Ｐ２の一部とが相殺される。そのため、開弁時において、弁体１２を弁座１４から離間させるために必要な駆動力を小さくできる。

また、相殺されない燃圧Ｐ２は、弁体１２が弁座１４から離間する方向（開弁方向）に作用する。そのため、開弁時において、弁体１２の駆動が補助されるので、弁体１２を弁座１４から離間させるために必要な駆動力をさらに小さくできる。したがって、弁体１２の駆動装置（電磁コイル２８など）をさらに小型化できるので、燃料噴射装置１をさらに小型化できる。なお、図５は、説明用に概略図としている。また、図５の破線の矢印は、燃料の流れ方向を示している。

＜第４実施例＞
本実施例において、吐出側流路４２の出口４２ａは、図６に示すように、開弁時にて弁体１２と弁座１４の間の隙間から吐出される燃料の吐出方向（図６の左右方向）の先の位置に形成されている。すなわち、吐出側流路４２の出口４２ａは、弁体１２の流路１２ａの出口に対して水平方向に延びるように形成されている。これにより、弁体１２と弁座１４の間の隙間から吐出される燃料を、滑らかにケーシング２６の外側の空間に放出できる。そのため、より効果的に、燃料の気流音の低減効果を向上させることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、燃料噴射装置１は、天然ガスや液体燃料を供給するための装置に適用することもできる。

１ 燃料噴射装置
１０ 本体
１２ 弁体
１２ａ 流路
１２ｃ 下端面
１４ 弁座
１４ａ 小径部
１４ｂ 大径部
１４ｃ シート面
１６ 圧縮ばね
２２ ハウジング
２４ ステータコア
２４ａ 貫通孔
２６ ケーシング
２６ａ 貫通孔
２６ｂ 側面部
２８ 電磁コイル
３０ 非磁性ブッシュ
３２ 燃料流路
４０ シートシール部材
４０ａ 当接部
４２ 吐出側流路
４２ａ 出口
４４ Ｏリング
Ｌｖ 中心軸
Ｐ１ 燃圧
Ｐ２ 燃圧
Ｄ シートシール径
ｄ （Ｏリングの）直径

Claims (7)

1. 燃料を流すための流路を備える弁体と、前記弁体が当接および離間する弁座と、前記弁体と前記弁座が収容されるケーシングと、を有する燃料供給装置において、
   前記弁体を前記弁座から離間させる開弁時には、前記流路内を流れる前記燃料を、前記弁体と前記弁座との間の隙間から吐出させ、
   前記弁体に対して前記弁座が配置される方向と前記流路内における前記燃料の流れ方向は同じであり、
   前記開弁時に吐出される前記燃料を流すための吐出側流路を有し、
   前記吐出側流路は、前記弁座の外周部の外側に形成されること、
   を特徴とする燃料供給装置。
2. 請求項１の燃料供給装置において、
   前記吐出側流路は、前記弁座の外周部の全周に亘って形成され、
   前記開弁時に吐出される前記燃料を、前記吐出側流路にて略放射状に広げて流すこと、
   を特徴とする燃料供給装置。
3. 請求項１または２の燃料供給装置において、
   前記弁体と前記ケーシングとの間に配置されるシール部材を有すること、
   を特徴とする燃料供給装置。
4. 請求項３の燃料供給装置において、
   前記弁体は、略円筒状に形成され、かつ、前記弁座が配置される側の面にてシートシール部材を備え、
   前記シートシール部材は、前記弁体を前記弁座に当接させる閉弁時に前記弁座に当接する当接部を備え、
   前記シール部材と前記当接部は、ともに前記弁体の中心軸を中心とする円環状に形成され、
   前記当接部の直径は、前記シール部材の直径と同じであること、
   を特徴とする燃料供給装置。
5. 請求項３の燃料供給装置において、
   前記弁体は、略円筒状に形成され、かつ、前記弁座が配置される側の面にてシートシール部材を備え、
   前記シートシール部材は、前記弁体を前記弁座に当接させる閉弁時に前記弁座に当接する当接部を備え、
   前記シール部材と前記当接部は、ともに前記弁体の中心軸を中心とする円環状に形成され、
   前記当接部の直径は、前記シール部材の直径よりも大きいこと、
   を特徴とする燃料供給装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つの燃料供給装置において、
   前記ケーシングは、前記弁座の外周部の外側に配置される側面部を備え、
   前記吐出側流路の出口は、前記側面部に形成されること、
   を特徴とする燃料供給装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つの燃料供給装置において、
   前記吐出側流路の出口は、前記開弁時にて前記弁体と前記弁座の間の隙間から吐出される前記燃料の吐出方向の先の位置に形成されること、
   を特徴とする燃料供給装置。

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