特許ウォッチ

公開番号2025079607
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-22
出願番号2023192394
出願日2023-11-10
発明の名称ガス燃料噴射弁及び燃料噴射システム
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類F02M 21/02 20060101AFI20250515BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】ガス燃料の大流量化を図りつつも、弁体の保護を図る。
【解決手段】燃料噴射弁10において、燃料噴射時には、第1可動コア31は、駆動用磁束の発生に伴い固定コア20に吸引され、弁体42を閉弁位置から第1リフト位置までリフトさせる。また、第2可動コア41は、第1可動コア41による第1リフト位置への弁体リフトに引き続いて、駆動用磁束による固定コア20への吸引により、弁体42を第1リフト位置から、第1リフト位置よりもリフト量の大きい第2リフト位置までリフトさせる。燃料噴射の終了時には、弁体42が、第2リフト位置から第1リフト位置まで復帰するとともに、第1リフト位置で一時停止した後、バネ45の付勢力により閉弁位置に復帰する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ガス燃料を噴射するガス燃料噴射弁（１０）であって、
ガス燃料を通過させる燃料通路（１２）を有するとともに、前記燃料通路内のガス燃料を噴射する噴射孔（１４ａ）を有する本体部（１１）と、
前記噴射孔を開閉する弁体（４２）と、
前記弁体を閉弁方向に付勢するバネ部材（４５）と、
前記本体部に固定された固定コア（２０）と、
燃料噴射時に、駆動用磁束の発生に伴い前記固定コアに吸引され、前記弁体を閉弁位置から第１リフト位置までリフトさせる第１可動コア（３１）と、
前記第１可動コアによる前記第１リフト位置への弁体リフトに引き続いて、前記駆動用磁束による前記固定コアへの吸引により、前記弁体を前記第１リフト位置から、当該第１リフト位置よりもリフト量の大きい第２リフト位置までリフトさせる第２可動コア（４１）と、を備え、
燃料噴射の終了時に、前記弁体を、前記第２リフト位置から前記第１リフト位置まで復帰させるとともに、当該第１リフト位置で一時停止させた後、前記バネ部材の付勢力により前記閉弁位置に復帰させる、ガス燃料噴射弁。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記第１可動コアは中空部を有する筒状をなし、前記中空部に前記第２可動コアが移動可能な状態で収容されており、
前記第１可動コア及び前記固定コアを囲むように、前記駆動用磁束を生じさせるソレノイドコイル（５１）が設けられている、請求項１に記載のガス燃料噴射弁。
【請求項３】
前記駆動用磁束の発生後において、前記第１可動コアと前記固定コアとを通る第１磁束経路で磁気飽和を生じさせ、その磁気飽和により、前記第２可動コアと前記固定コアとを通る第２磁束経路の磁束量を増加させる、請求項１に記載のガス燃料噴射弁。
【請求項４】
前記駆動用磁束の発生に伴い前記第１可動コアが前記固定コアに吸引される際の当該第１可動コアの移動量は、前記第１可動コアの移動後、前記第２可動コアが前記固定コアに吸引される際の当該第２可動コアの移動量よりも小さい、請求項１に記載のガス燃料噴射弁。
【請求項５】
前記弁体は、前記本体部の外側に移動することで開弁状態となる外開弁であり、
前記第１可動コアは、前記弁体の開弁時において前記第２可動コアと共に移動する際に当該第２可動コアに当接する当接部（３７）を有し、
前記第２可動コアにおいて前記弁体の反対側には、燃料噴射の終了時において前記弁体が前記第２リフト位置から前記第１リフト位置に戻る際に前記第２可動コアが前記第１可動コアの前記当接部に当たる時の衝撃を緩和する緩衝部が設けられている、請求項１に記載のガス燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項１～５のいずれか１項に記載のガス燃料噴射弁と、
前記ガス燃料噴射弁の燃料噴射を制御する制御装置（５４）と、を備える燃料噴射システムであって、
前記ガス燃料噴射弁は、前記駆動用磁束を生じさせるソレノイドコイル（５１）を有し、
前記制御装置は、燃料噴射の終了時に、第１制御として、前記固定コアに対して前記第１可動コアと前記第２可動コアとが吸引されている状態から、前記第２可動コアのみを前記固定コアから離間させて前記弁体を前記第１リフト位置で一時停止させるように前記ソレノイドコイルの通電制御を行うとともに、前記第１制御に続く第２制御として、前記弁体が前記第１リフト位置で停止した状態で前記ソレノイドコイルの通電を停止する、燃料噴射システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記ソレノイドコイルの通電開始後において、前記固定コアに対して前記第１可動コア及び前記第２可動コアを吸引させて前記弁体を前記第２リフト位置までリフトさせる開弁電流を前記ソレノイドコイルに流すとともに、前記弁体を前記第２リフト位置までリフトさせた後に、前記開弁電流よりも低電流であってかつ前記弁体を前記第２リフト位置で保持する保持電流を前記ソレノイドコイルに流すように通電制御行う、請求項６に記載の燃料噴射システム。
【請求項８】
前記第１可動コアは、前記弁体の開弁時において前記第２可動コアと共に移動する際に当該第２可動コアに当接する当接部（３７）を有し、
前記制御装置は、前記第１制御として、前記固定コアから離間された前記第２可動コアが前記第１可動コアの前記当接部に当たる際に、前記第１可動コアが前記固定コアから離れないように前記ソレノイドコイルの通電制御を行う、請求項６に記載の燃料噴射システム。
【請求項９】
前記制御装置は、ガス燃料の圧力に基づいて、前記第１制御が実施される期間を可変に設定する、請求項６に記載の燃料噴射システム。
【請求項１０】
前記ガス燃料噴射弁において、
前記本体部には、前記燃料通路を上流側と下流側とに区画する区画部（６１）に上流側開口（６１ａ）が設けられるとともに、前記噴射孔が下流側開口（１４ａ）として設けられ、
前記第１可動コアは、前記上流側開口を開閉する上流側弁体（６３）が一体化され、第１バネ（６４）により閉弁側に付勢され、
前記第２可動コアは、前記弁体である下流側弁体（４２）が一体化され、前記バネ部材である第２バネ（４５）により閉弁側に付勢され、
前記駆動用磁束の発生に伴い前記第１可動コアが前記固定コアに吸引されることで、前記上流側弁体及び前記下流側弁体が共に前記第１リフト位置まで移動し、その後、前記駆動用磁束により前記第２可動コアが前記固定コアに吸引されることで、前記下流側弁体が、前記第２リフト位置まで移動するようになっており、
前記制御装置は、
燃料噴射の終了時において、前記固定コアに対して前記第１可動コアと前記第２可動コアとが吸引されている状態から、前記第２可動コアを前記第１リフト位置で一時停止させた後、前記第１可動コア及び前記第２可動コアを閉弁位置に復帰させることにより、前記下流側弁体の閉弁速度を低減させる閉弁速度低減制御と、
燃料噴射の終了時において、前記固定コアに対して前記第１可動コアと前記第２可動コアとが吸引されている状態から、前記駆動用磁束を消失させ前記第１バネの付勢力により前記上流側弁体を閉弁位置に戻すとともに、その後に前記下流側弁体を前記第２バネの付勢力により閉弁位置に戻すことにより、噴射切れを向上させる噴射切れ向上制御と、を実施可能であり、
前記閉弁速度低減制御と前記噴射切れ向上制御とを選択的に実施する、請求項６に記載の燃料噴射システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この明細書における開示は、ガス燃料噴射弁及び燃料噴射システムに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
直噴式ガスエンジンに用いられるガス燃料噴射弁として、例えば特許文献１に記載のガス調量弁が知られている。この特許文献１には、ガス調量弁の構成として、ガス室の流入開口を開放させる弁部材と、その弁部材の下流側、具体的には弁部材とガス室の流出開口との間に設けられた遮断弁とを有し、上流側の弁部材が、電磁石の磁気吸引力により開弁側に移動するとともに、下流側の遮断弁が、弁部材の開放後における圧力バランスにより開弁側に移動する構成が開示されている。また、特許文献１には、上流側の弁部材が電磁石の磁気吸引力により開弁側に移動する際において、弁部材に機械的に連動して下流側の遮断弁が開弁側に移動する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０２３－５１３０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガス燃料噴射弁では、燃料体積の大きいガス燃料の噴射率を高めることが望まれるため、弁体リフト量を大きくすることが検討されている。しかしながら、弁体リフト量を大きくした構成では、弁体を開弁位置から閉弁させる際において、弁体がシート面に当たる際の衝撃が大きくなり、弁体の摩耗が生じることが懸念される。そして、弁体の摩耗によりガス燃料の漏れが生じることが懸念される。
【０００５】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ガス燃料の大流量化を図りつつも、弁体の保護を図ることができるガス燃料噴射弁及び燃料噴射システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
ガス燃料を噴射するガス燃料噴射弁であって、
ガス燃料を通過させる燃料通路を有するとともに、前記燃料通路内のガス燃料を噴射する噴射孔を有する本体部と、
前記噴射孔を開閉する弁体と、
前記弁体を閉弁方向に付勢するバネ部材と、
前記本体部に固定された固定コアと、
燃料噴射時に、駆動用磁束の発生に伴い前記固定コアに吸引され、前記弁体を閉弁位置から第１リフト位置までリフトさせる第１可動コアと、
前記第１可動コアによる前記第１リフト位置への弁体リフトに引き続いて、前記駆動用磁束による前記固定コアへの吸引により、前記弁体を前記第１リフト位置から、当該第１リフト位置よりもリフト量の大きい第２リフト位置までリフトさせる第２可動コアと、を備え、
燃料噴射の終了時に、前記弁体を、前記第２リフト位置から前記第１リフト位置まで復帰させるとともに、当該第１リフト位置で一時停止させた後、前記バネ部材の付勢力により前記閉弁位置に復帰させるものとしている。
【０００７】
上記構成のガス燃料噴射弁では、燃料噴射時において、第１可動コアが、駆動用磁束の発生に伴い固定コアに吸引され、弁体を閉弁位置から第１リフト位置までリフトさせる。また、第２可動コアが、第１可動コアによる第１リフト位置への弁体リフトに引き続いて、駆動用磁束による固定コアへの第２可動コアの吸引により、弁体を第１リフト位置から、第１リフト位置よりもリフト量の大きい第２リフト位置までリフトさせる。これにより、２段階の弁体リフトが行われ、ガス燃料の大流量化が可能となる。
【０００８】
また、燃料噴射の終了時には、弁体が、第２リフト位置から第１リフト位置まで復帰するとともに、第１リフト位置で一時停止した後、バネ部材の付勢力により閉弁位置に復帰する。この場合、弁体は、最大開度（第２リフト位置）から一気に閉弁位置まで移動するのではなく、中間位置（第１リフト位置）で一旦停止した後に閉弁位置に復帰する。そのため、弁体がシート面に当たる際の衝撃が軽減され、弁体の摩耗を抑制することができる。その結果、ガス燃料の大流量化を図りつつも、弁体の保護を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
燃料噴射弁の縦断面図。
燃料噴射弁の横断面図。
固定コアと各可動コアとの関係を示す説明図。
燃料噴射弁の開弁時における動作を説明するための図。
燃料噴射弁の閉弁時における動作を説明するための図。
ソレノイドコイルの通電制御処理を示すフローチャート。
ガス燃料の圧力と時間ＴＡとの関係を示す図。
燃料噴射弁の開閉時において各可動コアのリフト量の変化と、印加電流の変化と、噴射率の変化とを示すタイムチャート。
弁体の閉弁時における弁体速度を示すタイムチャート。
第２実施形態における燃料噴射弁の縦断面図。
第２実施形態における燃料噴射弁の開弁状態を示す縦断面図。
第２実施形態においてソレノイドコイルの通電制御処理を示すフローチャート。
別例における燃料噴射弁の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下に、本開示に係るガス燃料噴射弁を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態のガス燃料噴射弁は、水素、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas）、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）等のガス燃料を使用する直噴式ガスエンジン（内燃機関）に適用されるものとなっており、ガス燃料噴射弁によりガスエンジンの燃焼室内にガス燃料が直接噴射される。ガスエンジンは、例えば車載エンジンである。本実施形態においてガス燃料噴射弁を備える燃料噴射システムは、数ＭＰａ程度に圧縮されたガス燃料が燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される、いわゆる低圧直噴システムとなっている。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許