JP2003097388A - 高圧燃料供給装置用電磁弁 - Google Patents

高圧燃料供給装置用電磁弁

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シート部付近での燃料の圧力損失を抑制し、
キャビテーションによる電磁弁内部の壊食を防ぐことが
できる高圧燃料供給装置用電磁弁を得る。 【解決手段】 燃料供給装置の高圧側と低圧側との間に
接続される燃料流路172を有する電磁弁本体170
と、燃料流路172内に設けられた弁座173と、電磁
弁本体170内で弁座173に対して離接して燃料流路
172を開閉するバルブ174と、バルブ174を弁座
173に対して移動させる電磁ソレノイド171とを備
え、燃料供給装置からの燃料吐出量を所定値に維持する
可変燃料供給装置用電磁弁であって、弁座173はバル
ブ174の移動方向に対して所定の角度を持った斜面1
73aを有し、バルブ174は閉弁時に弁座の斜面17
3aに当接するシート部174bにおいてR形状を有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に燃料ポンプ
からの高圧燃料の流量を調整して供給できるようにする
高圧燃料供給装置用電磁弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は、従来の高圧燃料供給装置用電磁
弁を含む車両用内燃機関における燃料供給システムを示
す構成図である。図において、燃料タンク1内の燃料2
は、低圧ポンプ3によって燃料タンク1から送り出さ
れ、フィルタ4を通り低圧レギュレータ5によって調圧
された後、高圧ポンプである高圧燃料供給装置6に供給
される。燃料2は、高圧燃料供給装置6によって燃料噴
射に必要な流量のみ高圧にされて図示しない内燃機関の
デリバリーパイプ9内に供給される。余分な燃料2は、
電磁弁17によって低圧ダンパ12と吸入弁13との間
にリリーフされる。
【0003】また、必要な燃料流量は図示しない制御ユ
ニットが決定し、電磁弁17の制御も行っている。この
ようにして供給された高圧の燃料は、デリバリーパイプ
9に接続された燃料噴射弁10から高圧の霧状となって
内燃機関のシリンダ内に噴射される。フィルタ7及び高
圧リリーフバルブ8はデリバリーパイプ9内が異常圧力
(高圧リリーフバルブ開弁圧力)となった場合に開弁
し、デリバリーパイプ9の破損を防止する。
【0004】高圧ポンプである高圧燃料供給装置6は、
供給された燃料を濾過するフィルタ11と、低圧燃料の
脈動を吸収する低圧ダンパ12と、吸入弁13を通して
供給された燃料を加圧して、吐出弁14を通して高圧燃
料を吐出する高圧燃料ポンプ16とを備えている。
【0005】図7は、従来の高圧燃料供給装置を示す断
面図である。図において、高圧燃料供給装置6は、ケー
シング61と、ケーシング61内に設けられたプランジ
ャポンプである高圧燃料ポンプ16と、電磁弁17と、
低圧ダンパ12とを一体に備えている。
【0006】高圧燃料ポンプ16には、スリーブ160
及びスリーブ160内を摺動可能に挿入されたプランジ
ャ161によって囲まれた燃料加圧室163が形成され
ている。プランジャ161の他端はタペット164と当
接しており、タペット164は高圧燃料ポンプ16を駆
動させるためにカム100に当接されている。カム10
0はエンジンのカムシャフト101と一体もしくは同軸
上に設けられ、エンジンのクランクシャフトの回転に連
動して、カム100のプロフィールに従ってプランジャ
161を往復運動させる。このプランジャ161の往復
運動により燃料加圧室163の容積が変化し、加圧され
高圧化された燃料が吐出弁14から吐出する。
【0007】高圧燃料ポンプ16は、ケーシング61と
スプリングガイド165の端面との間で、第一のプレー
ト162と吸入弁13と第二のプレート166とスリー
ブ160のフランジ部とが挟持され、ボルト180で締
結されている。第一のプレート162は、低圧ダンパ1
2から燃料加圧室163に燃料を吸入させる燃料吸入口
162a、燃料加圧室163から燃料を吐出させる燃料
吐出口162bを構成している。
【0008】薄板状の吸入弁13は第一のプレート16
2及び第二のプレート166によって挟持されており、
燃料吸入口162aに弁が形成されている。吐出弁14
は、燃料吐出口162bの上部に設けられ、ケーシング
61内に設けられた高圧燃料吐出通路62によってデリ
バリーパイプ9と連通されている。また、燃料を吸入す
るため、燃料加圧室163を拡張する方向にプランジャ
161を押し下げるスプリング167が、スプリングガ
イド165とスプリングホルダ168との間で縮設され
た状態で配置されている。
【0009】図8(a)は、従来の高圧燃料供給装置用
電磁弁を示す断面図であり、図8(b)は、それぞれA
−A線、B−B線、C−C線における断面図である。ま
た図9は、上記図8におけるバルブと弁座との当接部を
拡大した断面図である。図において、電磁弁17は、高
圧燃料供給装置6のケーシング61内に組み込まれて内
部に燃料流路172を有する電磁弁本体170と、この
電磁弁本体170の燃料流路172内に設けられた弁座
173と、電磁弁本体170内で弁座173に対して離
接して燃料流路172を開閉する中空円筒状のバルブ1
74と、バルブ174を弁座173に対して押圧する圧
縮スプリング175を備えている。ソレノイドコイル1
71の端子176はコネクタ178に導出され、図示さ
れない外部回路に接続される。
【0010】高圧燃料ポンプ16の吐出行程中に図しな
い制御ユニットから要求された流量を吐出した時点で、
電磁弁17の電磁弁本体170に固着されたコア177
の周囲に巻かれたソレノイドコイル171が励磁され、
電磁力によりバルブ174が圧縮スプリング175の作
用力に抗して弁座173から離れて開弁する。
【0011】燃料は図9の矢印で表すように、燃料流路
172から弁座173とバルブ174との間隙を通り、
バルブ174の中空部である油路174aへと流入す
る。油路174aへ流入した燃料は、バルブ174外周
部の切り欠き油路174bを通り、ストッパ181に設
けられた径方向油路181aを通って低圧側にリリーフ
される。
【0012】このように、燃料加圧室163内の燃料2
を低圧ダンパ12と吸入弁13との間の低圧側に放出す
ることにより、燃料加圧室163内の圧力をデリバリー
パイプ9の圧力以下まで低下させ、吐出弁14は閉弁す
る。その後、電磁弁17のバルブ174は、高圧燃料ポ
ンプ16が吸入行程に移行するまで開弁する。この電磁
弁17の開弁タイミングを制御することによりデリバリ
ーパイプ9に吐出される燃料の量を調整できるようにし
てある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高圧燃料供給装置は、図9に示すように、弁座173と
バルブ174とは互いにフラットな形状で当接している
ため、開弁時のバルブ174周辺の燃料流れは急縮小→
急拡大となり、下流側でバルブ174の壁面から流れが
剥離し、逆流(渦)が発生して油路が狭くなるため、燃
料の圧力損失が大きいという問題点があった。
【0014】また、図10に示すような、弁座173と
バルブ174とがそれぞれに設けられたテーパ部で当接
している場合においては、シート部がテーパ形状である
ため、バルブ174が調芯されることにより、加工ばら
つきによる弁漏れの影響は抑制されるものの、開弁時の
バルブ174周辺の燃料流れは急縮小→急拡大となり、
下流側でバルブ174の壁面から流れが剥離し、逆流
(渦)が発生して油路が狭くなる。従って、上記図9に
示すものほどではないものの、燃料の圧力損失が大きい
という問題点があった。
【0015】また、上述したシート近傍における燃料の
圧力損失により、シート部付近の燃料流れが不安定とな
り、電磁弁17内部にキャビテーションによる壊食が発
生する問題があった。
【0016】この発明は、以上のような問題点を解決す
るためになされたもので、シート部付近での燃料の圧力
損失を抑制し、キャビテーションによる電磁弁内部の壊
食を防ぐことができる高圧燃料供給装置用電磁弁を得る
ことを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】この発明に係る高圧燃料
供給装置は、燃料供給装置の高圧側と低圧側との間に接
続される燃料流路を有する電磁弁本体と、燃料流路内に
設けられた弁座と、電磁弁本体内で弁座に対して離接し
て燃料流路を開閉するバルブと、バルブを弁座に対して
移動させるソレノイドコイルとを備え、燃料供給装置か
らの燃料吐出量を所定値に維持する可変燃料供給装置用
電磁弁であって、弁座はバルブの移動方向に対して所定
の角度を持った斜面を有し、バルブは閉弁時に弁座の斜
面に当接する部分においてR形状を有しているものであ
る。
【0018】また、バルブは、ソレノイドコイルへの無
通電時において閉弁している常閉弁である。
【0019】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の実施の形態に
よる高圧燃料供給装置用電磁弁を含む高圧燃料供給装置
を示す断面図であり、図2は、高圧燃料供給装置用電磁
弁を示す断面図である。また図3は、上記図2における
弁座付近を拡大した断面図である。なおここで、この高
圧燃料供給装置を含む燃料供給システムは、基本的に上
記従来例と同様なものであり、詳細な説明を省略する。
また、高圧燃料ポンプ16の構成も基本的に上記従来例
と同様であるので、詳細な説明を省略する。図におい
て、高圧燃料供給装置6は、ケーシング61と、ケーシ
ング61内に設けられたプランジャポンプである高圧燃
料ポンプ16と、電磁弁17と、低圧ダンパ12とを一
体に備えている。
【0020】電磁弁17は、高圧燃料供給装置6のケー
シング61内に組み込まれて内部に燃料流路172を有
する電磁弁本体170と、この電磁弁本体170の燃料
流路172内に設けられた弁座173と、電磁弁本体1
70内で弁座173に対して離接して燃料流路172を
開閉する中空円筒状のバルブ174と、バルブ174を
弁座173に対して押圧する圧縮スプリング175を備
えている。ソレノイドコイル171の端子176はコネ
クタ178に導出されて、図示されない外部回路に接続
される。
【0021】高圧燃料ポンプ16の吐出行程中に図しな
い制御ユニットから要求された流量を吐出した時点で、
電磁弁17の電磁弁本体170に固着されたコア177
の周囲に巻かれたソレノイドコイル171が励磁され、
電磁力によりバルブ174が圧縮スプリング175の作
用力に抗して弁座173から離れて開弁する。
【0022】燃料は図3の矢印で表すように、燃料流路
172から弁座173とバルブ174との間隙を通り、
バルブ174の中空部である油路174aへと流入す
る。油路174aへ流入した燃料は、バルブ174外周
部の切り欠き油路174bを通り、ストッパ181に設
けられた径方向油路181aを通って低圧側にリリーフ
される(上記従来例における図8を参照)。
【0023】本実施の形態による電磁弁17は、図3に
示すように、弁座173にバルブ174の移動方向(紙
面上下方向)に対して所定の角度を持った斜面173a
を有している。さらに、バルブ174は、閉弁時に弁座
173の斜面173aに当接する部分、すなわちシート
部174bにおいてR形状を有している。このような構
成を採ることにより、開弁時のシート部174b周辺の
燃料流れは、緩やかな縮小→緩やかな拡大となり、下流
側でバルブ174の壁面に沿って流れが形成され、逆流
(渦)が発生せずに圧力損失の低減が可能となる。
【0024】また、この圧力損失の低減により、シート
部174b付近の燃料流れは安定するので、電磁弁17
内部のキャビテーションによる壊食を防ぐことができ
る。また、シート部174b付近の圧力損失の低減によ
り、バルブ174のリフト量も従来に比べて少なくな
り、動作音を低減、または電磁弁作動時の消費電流を低
減させることができる。また、バルブ174は、ソレノ
イドコイル171への無通電時において閉弁している常
閉弁であるので、ソレノイドの内部構造を簡素化でき、
電磁弁17の小型化、低コスト化できる。
【0025】図4は、この発明の実施の形態による高圧
燃料供給装置用電磁弁のシート部付近の最適な形状を説
明するための拡大断面図である。図において、シート部
付近におけるバルブ174の形状は、バルブ174側面
に対して若干の斜面を形成している側面導入部174
c、R形状を有するシート部174b、バルブ174の
底面174dから構成されている。また、a°はシート
角(バルブ174の軸線と弁座の斜面173aとの角
度)、b°は入口角(バルブ174の側面導入部174
cと弁座の斜面173aとの角度)、c°は出口角(バ
ルブ174の底面174dと弁座の斜面173aとの角
度)をそれぞれ示している。
【0026】バルブ174のシート部174bがR形状
であるため、Rの寸法のばらつきにより、シート径(シ
ート部174bの直径)が変化して開弁圧が安定しない
という恐れが生じる。すなわち、高圧の燃料が充填され
るシート部174bの上流側と、比較的低圧であるシー
ト部174bの下流側とでは圧力差が生じており、バラ
ンスが崩れるとバルブ174の開弁性能に影響を及ぼ
す。
【0027】ここで、本実施の形態では、シート角a°
を100°、入口角b°を25°、出口角c°を40°
でそれぞれ構成している。これにより、シート部174
bのR径を0.02mmから0.5mmまで可変させて
も、シート部174bのシート位置を一定に保つことが
できる。
【0028】図5は、この発明の実施の形態による高圧
燃料供給装置用電磁弁と従来の高圧燃料供給装置用電磁
弁との圧力損失の比較を示すグラフである。図におい
て、グラフの縦軸はシート部174bの上流高圧側と下
流低圧側の圧力差、すなわち燃料の圧力損失(MP
a)、横軸はシート部174b付近での燃料の通過流量
(リットル/時間)を示している。また、実線は本実施
の形態による電磁弁、一点鎖線は上記従来例の図9に示
す電磁弁、点線は上記従来例の図10に示す電磁弁をそ
れぞれ示している。また、本実施の形態による電磁弁、
従来の電磁弁共に、バルブ174の直径は5mm、シー
ト部174bの直径は4.9mm、バルブ174開弁時
のリフト量は0.1mmである。図に示すように、本実
施の形態による電磁弁の圧力損失が従来の電磁弁の圧力
損失より少なく、特にシート部174b付近での燃料の
通過流量が増えるとこの傾向が顕著になることが分か
る。
【0029】なお、上記実施の形態では、燃料加圧室1
63内の余分な燃料を、電磁弁17によって低圧ダンパ
12と吸入弁13との間にリリーフさせるもの、すなわ
ち燃料流れが、燃料流路172からシート部を通ってバ
ルブ174の中空部である油路174aへ流れるタイプ
のものについて説明した。しかし、電磁弁17によって
燃料加圧室163に所定量の燃料を付加するもの、すな
わち燃料流れが、バルブ174の中空部である油路17
4aからシート部を通って燃料流路172へ流れるもの
であっても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。
【0030】
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、燃料供給装置の高圧側と低圧側との間に接続され
る燃料流路を有する電磁弁本体と、燃料流路内に設けら
れた弁座と、電磁弁本体内で弁座に対して離接して燃料
流路を開閉するバルブと、バルブを弁座に対して移動さ
せるソレノイドコイルとを備え、燃料供給装置からの燃
料吐出量を所定値に維持する可変燃料供給装置用電磁弁
であって、弁座はバルブの移動方向に対して所定の角度
を持った斜面を有し、バルブは閉弁時に弁座の斜面に当
接する部分においてR形状を有しているので、シート部
付近での燃料の圧力損失を抑制し、キャビテーションに
よる電磁弁内部の壊食を防ぐことができる効果が得られ
る。また、吐出弁のリフト量を低減でき、動作音を低
減、または電磁弁作動時の消費電流を低減させることが
できる効果が得られる。
【0031】また、請求項2記載の発明によれば、バル
ブは、ソレノイドコイルへの無通電時において閉弁して
いる常閉弁であるので、ソレノイドの内部構造を簡素化
でき、電磁弁の小型化、低コスト化できる効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態による高圧燃料供給装
置用電磁弁を含む高圧燃料供給装置を示す断面図であ
る。
【図2】 この発明の実施の形態による高圧燃料供給装
置用電磁弁を示す断面図である。
【図3】 この発明の実施の形態による高圧燃料供給装
置用電磁弁の弁座付近を拡大した断面図である。
【図4】 この発明の実施の形態による高圧燃料供給装
置用電磁弁のシート部付近の最適な形状を説明するため
の拡大断面図である。
【図5】 この発明の実施の形態による高圧燃料供給装
置用電磁弁と従来の高圧燃料供給装置用電磁弁との圧力
損失の比較を示すグラフである。
【図6】 従来の高圧燃料供給装置用電磁弁を含む車両
用内燃機関における燃料供給システムを示す構成図であ
る。
【図7】 従来の高圧燃料供給装置を示す断面図であ
る。
【図8】 従来の高圧燃料供給装置用電磁弁を示す断面
図である。
【図9】 従来の高圧燃料供給装置用電磁弁の弁座付近
を拡大した断面図である。
【図10】 従来の高圧燃料供給装置用電磁弁の弁座付
近を拡大した断面図である。
【符号の説明】 1 燃料タンク、2 燃料、3 低圧ポンプ、4 フィ
ルタ、5 低圧レギュレータ、6 高圧燃料供給装置、
9 デリバリーパイプ、10 燃料噴射弁、12低圧ダ
ンパ、13 吸入弁、14 吐出弁、16 高圧燃料ポ
ンプ、17 電磁弁、100 カム、101 クランク
シャフト、160 スリーブ、161プランジャ、16
2 第一のプレート、162a 燃料吸入口、162b
燃料吐出口、163 燃料加圧室、164 タペッ
ト、165 スプリングガイド、166 第二のプレー
ト、167 スプリング、168 スプリングホルダ、
170 電磁弁本体、171 ソレノイドコイル、17
2 燃料流路、173 弁座、174 バルブ、175
圧縮スプリング、180 ボルト、181 ストッ
パ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料供給装置の高圧側と低圧側との間に
    接続される燃料流路を有する電磁弁本体と、上記燃料流
    路内に設けられた弁座と、上記電磁弁本体内で上記弁座
    に対して離接して上記燃料流路を開閉するバルブと、上
    記バルブを上記弁座に対して移動させるソレノイドコイ
    ルとを備え、上記燃料供給装置からの燃料吐出量を所定
    値に維持する可変燃料供給装置用電磁弁であって、上記
    弁座は上記バルブの移動方向に対して所定の角度を持っ
    た斜面を有し、上記バルブは閉弁時に上記弁座の斜面に
    当接する部分においてR形状を有していることを特徴と
    する高圧燃料供給装置用電磁弁。
  2. 【請求項2】 バルブは、ソレノイドコイルへの無通電
    時において閉弁している常閉弁であることを特徴とする
    請求項1記載の高圧燃料供給装置用電磁弁。
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