JP2003148649A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加工工数の増大を招くことなく流量特性の再
現性が高い流量制御装置を提供する。 【解決手段】 弁ボディ２０には連通孔２２が形成され
ている。弁部材３０は、球形状に形成されており、弁ボ
ディ２０の内周側を軸方向へ往復移動可能である。弁部
材３０が図の位置に停止しているとき、流体通路２１と
連通孔２２とは連通し、低圧ポンプから燃料噴射ポンプ
への燃料の流量は最大となる。弁部材３０が図の下方へ
移動すると、当接部３１は連通孔２２の下端部２２ｂよ
りも下方へ移動し、流体通路２１と連通孔２２との連通
を遮断する。連通孔２２は円形状に形成され、弁部材３
０は球形状に形成されているため、形状精度の確保が容
易であり、流量特性の再現性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流量制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン（以下、単に「エン
ジン」という。）に燃料を噴射する燃料噴射システムと
して、コモンレール式の燃料噴射システムが知られてい
る。コモンレール式の燃料噴射システムは、エンジンの
各気筒に連通する共通の蓄圧室（コモンレール）を備え
ている。燃料の吐出量が可変である燃料噴射ポンプから
必要な流量の高圧燃料をコモンレールに加圧供給するこ
とにより、コモンレールに蓄えられた燃料の圧力を一定
に維持している。

【０００３】コモンレールに蓄えられている燃料の圧力
を一定に維持するためには、エンジンの負荷状態に応じ
て燃料噴射ポンプへ供給する燃料の流量を調整し、燃料
噴射ポンプから吐出される燃料の流量を制御する必要が
ある。従来のコモンレール式の燃料噴射システムでは、
燃料噴射ポンプと燃料噴射ポンプへ燃料を供給する低圧
ポンプとの間に流量制御装置を設置し、燃料噴射ポンプ
へ供給される燃料の流量ならびに燃料噴射ポンプから吐
出される燃料の流量を制御している。流量制御装置とし
て、例えば特開平６−２４９１３３号公報に開示されて
いるポンプ装置に備えられているものが公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−２４９１３
３号公報に開示されているポンプ装置の流量制御装置で
は、弁部材を電磁力によって駆動している。弁部材を駆
動することにより、弁部材の調量ポートと弁ボディに形
成されている連通孔とが重なり合う面積が可変され、連
通孔の開口面積が変化することでポンプへ供給される燃
料の流量が調整される。流量制御装置では、駆動部の作
動特性を考慮し、駆動部へ供給される電力と流量制御装
置から吐出される燃料の流量との関係すなわち流量特性
が非線形に変化するように連通孔の形状を設定する必要
がある。

【０００５】しかしながら、流量特性を非線形に変化さ
せるためには、連通孔の形状を例えば多角形の開口また
は円形の開口など異なる形状の開口を組み合わせた複雑
な形状にする必要がある。また、連通孔の形状によって
流量制御装置から吐出される燃料の流量特性は変化す
る。そのため、流量制御装置の個体ごとに流量特性の再
現性を高めるためには、連通孔を高い精度で形成する必
要があり、加工工数の増大を招くという問題がある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、加工工数の増大
を招くことなく流量特性の再現性が高い流量制御装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
流量制御装置によると、弁ボディの連通孔は円形状に形
成されている。また、弁部材は球面部を有している。弁
部材が移動することにより、連通孔は開閉される。弁部
材の球面部により円形状の連通孔を開閉することによ
り、流体が通過する流路は複雑な形状となり、弁部材の
移動量に対する流量制御装置から吐出される流体の流量
特性が非線形となる。すなわち、弁部材の移動量が小さ
なときと大きなときとでは、弁部材の移動量に対する流
量の変化量が異なる。また、弁部材には球面部を形成
し、連通孔は円形状とすることにより、形状が簡単とな
り球面部および連通孔を容易に形成することができる。
さらに、連通孔の形状を円形状とすることができるの
で、連通孔の形状精度を容易に向上することができる。
したがって、加工工数の増大を招くことなく流量特性の
再現性を高めることができる。

【０００８】また、駆動部は供給される電力の大きさに
応じて弁部材を駆動する。駆動部は、電力の供給が停止
されているとき、流体通路と連通孔とが連通する位置に
弁部材を駆動する。そのため、駆動部に電力が供給され
ていないとき流体通路と連通孔とは連通し、駆動部に供
給される電力の増大にともなって流体通路と連通孔との
連通は遮断される。すなわち、ノーマリーオープンタイ
プの流量制御装置に本発明を適用することができる。

【０００９】本発明の請求項２記載の流量制御装置によ
ると、弁部材は球状に形成されている。そのため、弁部
材を安価かつ容易に形成することができる。また、弁部
材の外径は弁ボディの内径と概ね同一であるので、弁部
材の外径に相当する円周部は弁ボディの内壁と当接す
る。これにより、流体通路と連通孔との連通を遮断する
ことができる。本発明の請求項３記載の流量制御装置に
よると、弁部材は球面部が形成されている球体部と柱部
とを有している。柱部の外壁は弁ボディの内壁と当接し
た状態で摺動する。これにより、流体通路と連通孔との
連通を遮断することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）本発明の第１実施例による流量制御装置
を適用したディーゼルエンジン用のコモンレール式の燃
料噴射システムを図２に示す。コモンレール式の燃料噴
射システム１は、主に燃料タンク１０、低圧ポンプ１
１、流量制御装置２、燃料噴射ポンプ６０およびコモン
レール１２から構成されている。図２の破線により囲ま
れる低圧ポンプ１１、流量制御装置２および燃料噴射ポ
ンプ６０は、一体の燃料噴射ポンプユニット３を構成し
ている。

【００１１】燃料タンク１０は常圧の燃料を蓄えてお
り、燃料タンク１０の内部の燃料は低圧ポンプ１１によ
り燃料流路１３を経由して流量制御装置２へ供給され
る。低圧ポンプ１１の出口側には逆止弁１４が設置され
ており、低圧ポンプ１１により供給される燃料の圧力が
所定の圧力より大きくなった場合、余剰の燃料が燃料タ
ンク１０へ還流される。

【００１２】燃料噴射ポンプ６０は、可動部材としての
プランジャ６１が軸方向へ往復移動することにより、加
圧室６２の内部の燃料を加圧する。加圧室６２へ流入す
る燃料の流量に応じて吐出される燃料の流量は変化す
る。プランジャ６１は、図示しないディーゼルエンジン
のクランクシャフト６３に設置されているカム６４によ
りクランクシャフト６３の回転にしたがって図２の上下
方向へ往復駆動される。燃料噴射ポンプ６０には逆止弁
６５および逆止弁６６が設置されており、プランジャ６
１の下降により流量制御装置２および燃料供給路１５を
経由して燃料が吸入され、プランジャ６１の上昇により
加圧室６２の燃料は加圧される。加圧された燃料はコモ
ンレール１２へ吐出される。燃料噴射ポンプ６０の吐出
側には燃料配管１６が接続され、燃料配管１６の燃料噴
射ポンプ６０と反対側の端部はコモンレール１２に接続
されている。

【００１３】コモンレール１２は燃料配管１６と接続さ
れ、燃料噴射ポンプ６０で加圧された燃料を蓄圧状態で
保持する。コモンレール１２には、ディーゼルエンジン
の燃焼室の内部へ燃料を噴射するインジェクタ４がディ
ーゼルエンジンの気筒数に応じて接続されている。コモ
ンレール１２に蓄圧状態で保持された燃料は、インジェ
クタ４から各燃焼室へ噴射される。コモンレール１２に
は還流配管１７が接続されており、コモンレール１２お
よびインジェクタ４で余剰となった燃料は還流配管１７
を経由して燃料タンク１０へ還流される。

【００１４】コモンレール式の燃料噴射システム１に
は、ＥＣＵ７０が接続されている。ＥＣＵ７０は、圧力
センサ７１から入力されるコモンレール１２の内部の圧
力、回転数センサ７２から入力されるディーゼルエンジ
ンの回転数、アクセルセンサ７３から入力されるアクセ
ルの開度、水温センサ７４から入力されるディーゼルエ
ンジンの冷却水温度ならびにその他のセンサ７５から入
力される種々の信号に基づいて燃料噴射ポンプ６０から
吐出される燃料の流量を最適に制御するために流量制御
装置２に供給する電力の出力値を制御する。また、ＥＣ
Ｕ７０はコモンレール１２に接続されているインジェク
タ４の図示しない電磁弁の開閉時期を制御する。これに
より、ディーゼルエンジンの各燃焼室の内部へ所定の時
期に所定の量の燃料が噴射される。

【００１５】次に、流量制御装置２について詳細に説明
する。図３に示すように流量制御装置２は、弁ボディ２
０、弁部材３０、電磁駆動部４０およびスプリング４１
から構成されている。電磁駆動部４０とスプリング４１
とにより特許請求の範囲に記載の駆動部が構成されてい
る。図１に示すように、弁ボディ２０は概略円筒形状に
形成され、内部に弁部材３０を軸方向へ往復移動可能に
収容している。弁ボディ２０の内周側には流体通路２１
が形成されている。弁ボディ２０には連通孔２２が形成
され、弁ボディ２０の内壁２０ａと外壁２０ｂとを連通
している。これにより、連通孔２２の一方の端部は流体
通路２１に連通し、他方の端部は弁ボディ２０に接続さ
れる燃料供給路１５に連通している。連通孔２２は、弁
ボディ２０の周方向に複数形成されている。連通孔２２
は、図４に示すように連通孔２２の軸に垂直な断面が円
形状に形成されている。弁ボディ２０の電磁駆動部４０
とは反対側の端部にはブッシュ２３が圧入されている。
ブッシュ２３の中央部に形成されている穴部２４は燃料
流路１３と流体通路２１とを接続している。

【００１６】弁部材３０は、中実の球形状に形成されて
いる。弁部材３０の外壁面は球面部を構成する。弁部材
３０の外径は弁ボディ２０の内径と概略同一であり、弁
部材３０は弁ボディ２０の内壁２０ａと接触しながら弁
ボディ２０の軸方向へ移動可能である。弁部材３０には
反電磁駆動部側にスプリング４１が当接しており、スプ
リング４１により電磁駆動部４０方向へ付勢されてい
る。弁部材３０は球形状であるため、弁部材３０の外径
に相当する円周部分が弁ボディ２０の内壁２０ａと当接
する当接部３１となる。

【００１７】図３に示すように電磁駆動部４０は、ソレ
ノイド部と可動部材とからなる。ソレノイド部は、ハウ
ジング４２、コイル４３、ステータ４４、ステータ４
５、ガイド４６およびヨーク４７から構成されている。
ヨーク４７は円筒形状の磁性体で形成されている。コイ
ル４３はヨーク４７の内周側に設置され、コネクタ４８
の電極部材４９を介しＥＣＵ７０に接続されている。ス
テータ４４およびステータ４５は磁性体から形成されて
いる。ステータ４４の内周側には弁ボディ２０が係止さ
れている。ガイド４６は、非磁性体から形成され、ステ
ータ４４およびステータ４５と溶接などにより接合され
ている。

【００１８】可動部材はシャフト５０とアーマチャ５１
とを有しており、シャフト５０はアーマチャ５１の内周
側に圧入されている。シャフト５０およびアーマチャ５
１は、ステータ４４およびステータ４５の内周側に摺動
可能に設置され、軸受５２および軸受５３により支持さ
れている。

【００１９】アーマチャ５１は磁性材料から形成されて
おり、コイル４３に発生した磁界によってステータ４
４、アーマチャ５１、ステータ４５およびヨーク４７を
通る磁気回路が構成される。そのため、コイル４３に電
流を印加すると、アーマチャ５１はステータ４５に吸引
される。アーマチャ５１の弁部材３０側の端部はテーパ
状に形成されているため、アーマチャ５１とステータ４
５との間に作用する磁力の強度に応じてアーマチャ５１
とステータ４５との間の空隙の大きさが変化する。その
ため、コイル４３に印加される電流の大きさに応じて、
シャフト５０およびアーマチャ５１の移動距離が変化す
る。

【００２０】シャフト５０の弁部材３０側の端部は弁部
材３０のシャフト５０側の端部と当接している。そのた
め、弁部材３０は、コイル４３に印加される電流の大き
さに応じて発生する磁気吸引力によってシャフト５０か
ら受ける力と、スプリング４１の付勢力とが均衡する位
置で停止する。コイル４３に印加する電流の大きさを変
更することにより磁気吸引力は変化し、弁部材３０は図
１および図３の上下方向へ移動する。

【００２１】図３に示すようにステータ４４の内周側に
は段差部４４ａが形成されている。アーマチャ５１の反
弁部材側の端部は段差部４４ａと当接可能であある。ア
ーマチャ５１と段差部４４ａとが当接すると、アーマチ
ャ５１ならびにアーマチャ５１と一体のシャフト５０の
移動は規制される。これにより、コイル４３への電力の
供給が停止されているとき、弁部材３０、ならびに弁部
材３０と当接しているシャフト５０はスプリング４１の
付勢力によりアーマチャ５１と段差部４４ａとが当接す
る位置で停止している。このとき、弁部材３０は図１に
示すように弁ボディ２０の連通孔２２を開放する位置に
移動している。すなわち、第１実施例による流量制御装
置２は、いわゆるノーマリーオープンタイプであり、コ
イル４３への電力の供給が停止されているとき連通孔２
２は開放されている。

【００２２】次に、第１実施例による流量制御装置２の
作動について説明する。第１実施例による流量制御装置
２は、上述のようにノーマリーオープンタイプの弁装置
である。コイル４３への電力の供給が停止されていると
き、弁部材３０の当接部３１は連通孔２２の上端部２２
ａよりも電磁駆動部４０側に位置している。そのため、
流体通路２１と連通孔２２とは連通し、流量制御装置２
を通過する燃料の流量は最大となる。

【００２３】この流量制御装置２のコイル４３にＥＣＵ
７０から電力が供給されると、上述のようにステータ４
４、アーマチャ５１、ステータ４５およびヨーク４７に
磁気回路が形成される。これにより、ステータ４５とア
ーマチャ５１との間に磁気吸引力が発生する。ステータ
４５とアーマチャ５１との間に発生する磁気吸引力がス
プリング４１の付勢力よりも大きくなると、弁部材３０
はスプリング４１の付勢力に抗して図１の下方へ移動す
る。弁部材３０が移動することにより、弁部材３０の当
接部３１は連通孔２２と重なり、流体通路２１と連通孔
２２との連通が閉塞される。コイル４３に供給される電
流の大きさに応じて弁部材３０の移動距離は大きくなる
ため、連通孔２２の開口面積は変化する。弁部材３０は
球形状に形成され、かつ連通孔２２は円形に形成されて
いるため、流体通路２１から連通孔２２へ流入する燃料
の流量は弁部材３０の移動量に対し非線形に変化する。
すなわち、ブッシュ２３の穴部２４から流体通路２１に
流入した燃料は、弁ボディ２０の連通孔２２の近傍の内
壁２０ａと弁部材３０の球面状の外壁とにより形成され
る凹状の流路を経由して連通孔２２へ流出する。弁部材
３０が移動すると、連通孔２２の開口面積が変化すると
ともに、この凹状の流路の形状が変化し、弁部材３０の
外壁と弁ボディ２０の内壁２０ａとの間に形成される流
路の面積が変化する。その結果、図５に示すように流量
制御装置２から吐出される燃料の流量は、弁部材３０の
移動量に対し非線形に変化する。

【００２４】弁部材３０がさらに移動すると、図６に示
すように弁部材３０の当接部３１は連通孔２２の下端部
２２ｂよりもブッシュ２３側で弁ボディ２０の内壁２０
ａと当接する。そのため、弁部材３０よりも連通孔２２
側への燃料の流れが遮断され、流量制御装置２から吐出
される燃料の流量は０となる。

【００２５】次に、本実施例によるコモンレール式の燃
料噴射システム１の燃料の流れについて簡単に説明す
る。図２に示すように低圧ポンプ１１は、燃料を燃料タ
ンク１０から流量制御装置２へ供給する。供給された燃
料は、流量制御装置２へ流入し、弁ボディ２０に形成さ
れている流体通路２１および連通孔２２を経由して燃料
供給路１５へ流出する。ＥＣＵ７０では、入力されたコ
モンレール１２の内部の圧力、ディーゼルエンジンの回
転数、アクセル開度および冷却水温からコモンレール１
２の内部の燃料の圧力が一定になるように燃料噴射ポン
プ６０へ供給される燃料の流量が算出される。そして、
算出された流量の燃料が燃料噴射ポンプ６０へ供給され
るように流量制御装置２のコイル４３に適切な電力を供
給する。燃料供給路１５へ流出した燃料は、燃料供給路
１５から逆止弁６５を経由して加圧室６２へ供給され
る。

【００２６】加圧室６２では、プランジャ６１の上昇に
ともない吸入された燃料が加圧される。そして、加圧室
６２の燃料の圧力が所定の圧力よりも大きくなると、逆
止弁６５が開弁し、加圧された燃料が燃料配管１６へ吐
出される。燃料配管１６へ吐出された燃料は、コモンレ
ール１２に蓄圧状態で保持される。コモンレール１２に
保持されている燃料は、ＥＣＵ７０からの指令により所
定の時期にインジェクタ４からディーゼルエンジンの各
燃焼室へ噴射される。

【００２７】以上、説明したように、本発明の第１実施
例による流量制御装置２によると、弁部材３０を球状に
形成し、弁ボディ２０の連通孔２２を円形状に形成して
いる。そのため、弁部材３０の外壁と弁ボディ２０の内
壁２０ａとの間に形成される流路の形状が複雑となる。
その結果、弁部材３０の移動量に対する流量制御装置２
から吐出される燃料の流量は、非線形の流量特性とする
ことができる。また、弁部材３０は球状であり、連通孔
２２は円形状であるため、弁部材３０および連通孔２２
の加工が容易であり、弁部材３０および連通孔２２の形
状精度を容易に向上することができる。したがって、弁
部材３０および連通孔２２の加工工数の増大を招くこと
なく、流量制御装置２の個体ごとの流量特性の再現性を
高めることができる。

【００２８】また、第１実施例では、弁部材３０を球形
状としているので安価で精度の高い弁部材３０を得るこ
とができる。したがって、流量特性の再現性の高い流量
制御装置２を安価に製作することができる。

【００２９】（第２実施例）本発明の第２実施例による
流量制御装置を図７に示す。第１実施例と実質的に同一
の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。第
２実施例による流量制御装置は、弁部材の形状が第１実
施例と異なる。図７に示すように第２実施例では、弁部
材８０を球体部８１および柱部８２とから構成してい
る。球体部８１は球面部を有する半球状に形成されてお
り、外径は弁ボディ２０の内径と概略同一である。柱部
８２は円柱状に形成されており、外径は弁ボディ２０の
内径と概略同一である。これにより、柱部８２は弁ボデ
ィ２０の内周側を軸方向へ往復摺動可能である。

【００３０】第２実施例でも第１実施例と同様に、ブッ
シュ２３側に半球状の球体部８１が形成されているた
め、球体部８１の外壁と連通孔２２の近傍の弁ボディ２
０の内壁２０ａとの間に凹状の流路が形成される。その
ため、弁部材８０の移動量と燃料の流量との間には、非
線形の流量特性が得られる。

【００３１】第２実施例では、弁部材８０に柱部８２を
形成することにより、弁部材８０が連通孔２２の下端部
２２ｂよりもブッシュ２３側に位置するとき、流体通路
２１から連通孔２２への燃料の流れをより確実に遮断す
ることができる。また、第２実施例による弁部材８０
は、半球状の球体部８１と円柱状の柱部８２とから構成
されているため、形状が簡単である。そのため、弁部材
８０の形成が容易であり、形状精度も容易に向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による流量制御装置の要部
を示す模式的な断面図であって、コイルへの電力の供給
が停止され、流体通路と連通孔とが連通しているときの
弁部材の位置を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例による流量制御装置を適用
した燃料噴射システムを示す模式図である。

【図３】本発明の第１実施例による流量制御装置を示す
模式的な断面図である。

【図４】図１の矢印ＩＶ方向から見た流量制御装置の要
部を示す矢視図である。

【図５】本発明の第１実施例による流量制御装置の流量
特性を示す図であって、弁部材の移動量と燃料の流量と
の関係を示す図である。

【図６】本発明の第１実施例による流量制御装置の要部
を示す模式的な断面図であって、コイルへの電力の供給
が増大し、流体通路と連通孔との連通が遮断されている
ときの弁部材の位置を示す図である。

【図７】本発明の第２実施例による流量制御装置の要部
を示す模式的な断面図である。

【符号の説明】

２ 流量制御装置 ２０ 弁ボディ ２０ａ 内壁 ２１ 流体通路 ２２ 連通孔 ３０ 弁部材 ４０ 電磁駆動部（駆動部） ４１ スプリング（駆動部） ８０ 弁部材 ８１ 球体部 ８２ 柱部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 59/46 Ｆ０２Ｍ 59/46 Ｙ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周側に流体通路を有する筒状に形成さ
   れ、前記流体通路と外部とを連通する円形状の連通孔を
   有する弁ボディと、 前記弁ボディの内周側に軸方向へ往復移動可能に収容さ
   れ、前記連通孔を開閉する球面部を有する弁部材と、 電力の供給が停止されているとき前記流体通路と前記連
   通孔とが連通する位置に前記弁部材を駆動し、供給され
   る電力の増大にともなって前記流体通路と前記連通孔と
   の連通を徐々に遮断する位置へ前記弁部材を駆動する駆
   動部と、 を備えることを特徴とする流量制御装置。
2. 【請求項２】 前記弁部材は、外径が前記弁ボディの内
   径と概ね同一の球状に形成されていることを特徴とする
   請求項１記載の流量制御装置。
3. 【請求項３】 前記弁部材は、前記球面部が形成されて
   いる球体部と、前記球体部と一体に形成され前記弁ボデ
   ィの内壁と摺動可能な柱部とを有することを特徴とする
   請求項１記載の流量制御装置。