JP2005054618A - 流体制御弁及び燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】逆止弁の開弁時に逆止弁を通過する流体の量にバラツキが生ずるのを抑制する。
【解決手段】ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びる駆動ピストン収容孔及び中間ピストン収容孔内に駆動ピストン及び中間ピストンをそれぞれ摺動可能に収容する。駆動ピストンの底面と、中間ピストンの頂面と、駆動ピストン収容孔及び及び中間ピストン収容孔の内壁面とにより油圧室を画定して油圧室を燃料により満たす。油圧室内に燃料を補充するための補充路３０を駆動ピストン１６内に形成して油圧室に接続する。油圧室に向けてのみ流通可能な逆止弁３１を補充路３０内に配置する。バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが、逆止弁３１の閉弁時に逆止弁弁体３３と逆止弁弁座３４間に形成される環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置するようにバネ３７を配置する。
【選択図】 図４
【解決手段】ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びる駆動ピストン収容孔及び中間ピストン収容孔内に駆動ピストン及び中間ピストンをそれぞれ摺動可能に収容する。駆動ピストンの底面と、中間ピストンの頂面と、駆動ピストン収容孔及び及び中間ピストン収容孔の内壁面とにより油圧室を画定して油圧室を燃料により満たす。油圧室内に燃料を補充するための補充路３０を駆動ピストン１６内に形成して油圧室に接続する。油圧室に向けてのみ流通可能な逆止弁３１を補充路３０内に配置する。バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが、逆止弁３１の閉弁時に逆止弁弁体３３と逆止弁弁座３４間に形成される環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置するようにバネ３７を配置する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体制御弁及び燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びるピストン収容孔内に一次ピストン及び二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に並べてそれぞれ摺動可能に収容し、一次ピストンの底面と二次ピストンの頂面とピストン収容孔の内壁面とにより油圧室を画定して油圧室を作動油、例えば燃料により満たし、燃料噴射を開始するためにアクチュエータが励勢されて一次ピストンが油圧室に向け変位されると油圧室の容積が減少すると共に油圧室内の圧力が上昇し、それにより二次ピストンが油圧室から離れる方向に変位し、燃料噴射を停止するためにアクチュエータが消勢されて一次ピストンが油圧室から離れる方向に変位されると油圧室の容積が増大すると共に油圧室内の圧力が低下し、それにより二次ピストンが油圧室に向け変位するようにした燃料噴射弁が知られている。
【０００３】
このような燃料噴射弁では、一次ピストン及び二次ピストンがピストン収容孔内にそれぞれ油密に挿入され、作動油が油圧室内からできるだけ漏れないようにされている。ところが実際には、これらピストンとピストン収容孔間のクリアランスから作動油が漏れ、このため作動油室内の作動油の量が次第に減少し、一次ピストン及び二次ピストンが初期位置にあるときの油圧室内の圧力が低下する。
その結果、一次ピストンが変位し始めてから二次ピストンが変位し始めるまでに要する時間が長くなり、即ちいわゆる作動遅れが生ずる恐れがある。作動遅れが生ずると、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱することになる。
【０００４】
そこで、油圧室内に作動油を補充するための作動油補充路を油圧室に接続すると共に、油圧室に向けてのみ流通可能な逆止弁を作動油補充路内に配置した燃料噴射弁が公知である（特許文献１参照）。この燃料噴射弁では、油圧室内の圧力が逆止弁の開弁圧よりも低くなると逆止弁が開弁して油圧室内に作動油が供給され、従って油圧室内の圧力が低下するのが阻止される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１６６６５３号公報
【特許文献２】
米国特許第５７７９１４９号明細書
【特許文献３】
特開２００２−２０２０２２号公報
【特許文献４】
特開２００２−２０２０２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
逆止弁弁体が変位して逆止弁弁座から離間すると、このとき逆止弁弁体と逆止弁弁座間に形成される開口を介して作動油が油圧室内に流入する。ところが、逆止弁弁体の変位挙動は必ずしも一定ではなく、逆止弁弁体の或る部分周りに開口が形成される場合もあれば、別の部分周りに開口が形成される場合もある。このことは、逆止弁弁体と逆止弁弁座間に形成される開口の位置又は面積が、逆止弁が開弁する毎に変動しうるということを意味しており、即ち或る一定の油圧室内圧力に対し、逆止弁を通過して油圧室内に補充される作動油の量が逆止弁が開弁する毎に変動しうるということになる。その結果、燃料噴射時期又は燃料噴射量にバラツキが生ずる恐れがあるという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、通過する流体の量にバラツキが生ずるのを抑制することができる流体制御弁又は燃料噴射弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、弁体がバネにより弁座に向けて付勢される流体制御弁において、流体制御弁の閉弁時に弁体と弁座間に環状シールが形成されるようになっており、環状シールの中心軸線の一側において弁体に作用する閉弁方向の力が環状シールの中心軸線の他側において弁体に作用する閉弁方向の力よりも大きくなるようにしている。
【０００９】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、弁室の内壁面と弁体間にバネが圧縮状態で挿入されており、バネの荷重中心軸線が環状シールの中心軸線の一側に位置するように、バネを配置している。
【００１０】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、弁室の内壁面と弁体間にバネが圧縮状態で挿入されており、自然状態又は自由状態においてバネの弁室側端面と弁体側端面とのうち一方が他方に対し傾斜するように、バネを形成している。
【００１１】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、弁室の内壁面に形成される弁室側バネ座と弁体に形成される弁体側バネ座間にバネが圧縮状態で挿入されており、弁室側バネ座と弁体側バネ座とのうち一方が他方に対し傾斜するように、弁室側バネ座又は弁体側バネ座を形成している。
【００１２】
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、環状シールが面シールから構成されており、環状シールの中心軸線の一側において弁体に作用するスクイズ力が環状シールの中心軸線の他側において弁体に作用するスクイズ力よりも大きくなるようにしている。
【００１３】
また、６番目の発明によれば５番目の発明において、環状シールの中心軸線の一側におけるシール面積が環状シールの中心軸線の他側におけるシール面積よりも大きくなるように、弁体又は弁座を形成している。
【００１４】
また、前記課題を解決するために７番目の発明によれば、ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びるピストン収容孔内に一次ピストン及び二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に並べてそれぞれ摺動可能に収容し、一次ピストンの底面と二次ピストンの頂面とピストン収容孔の内壁面とにより油圧室を画定して該油圧室を作動油により満たし、アクチュエータにより一次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に変位させることにより二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に変位させるようにし、油圧室内に作動油を補充するための作動油補充路を油圧室に接続すると共に、油圧室に向けてのみ流通可能な逆止弁を該作動油補充路内に配置し、該逆止弁を１番目から６番目までの発明のいずれか一つに記載の流体制御弁から構成している。
【００１５】
また、前記課題を解決するために８番目の発明によれば、ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びるニードル収容孔内にニードルを摺動可能に収容し、ニードル収容孔の内壁面とニードルの頂面とにより燃料室を画定して該燃料室を燃料により満たし、該燃料室からハウジング内を延びる燃料逃がし通路内に制御弁を配置し、該制御弁を１番目から６番目までの発明のいずれか一つの流体制御弁から構成している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、燃料噴射弁１は噴孔２ａを備えたハウジング２を具備する。ハウジング２内には燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びるニードル収容孔３が形成され、このニードル収容孔３内にはニードル４が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に摺動可能にかつ油密に収容される。ニードル４の頂面とニードル収容孔３の内壁面とにより燃料室５が画定され、この燃料室５は一方では絞りを有する連通路６を介して高圧燃料通路７に接続され、他方では絞りを有する連通路８及び制御弁９を介してリリーフ通路１１に接続される。即ち、連通路８及びリリーフ通路１１を燃料室５からハウジング２内を延びる燃料逃がし通路と称すると、制御弁９をこの燃料逃がし通路内に配置しているということになる。
【００１７】
図２に示されるように、制御弁９はハウジング２内に形成された制御弁弁室９ａと、制御弁弁室９ａ内に移動可能に配置された制御弁弁体９ｂとを具備する。制御弁弁室９ａの内壁面には例えば円錐状面をなす制御弁弁座９ｃが形成されており、制御弁弁室９ａの内壁面に形成される弁室側バネ座９ｄと、制御弁弁体９ｂの底面に形成される弁体側バネ座９ｅ間には、制御弁弁体９ｂを制御弁弁座９ｃに向けて付勢するバネ９ｆが圧縮状態で挿入されている。制御弁９が閉弁しているとき、即ち制御弁弁体９ｂが制御弁弁座９ｃに着座しているときには、制御弁弁体９ｂと制御弁弁座９ｃ間に環状シール９ｇが形成される。更に、制御弁弁室９ａは連通路１０を介して高圧燃料通路７に接続されている。
【００１８】
再び図１を参照すると、ニードル４の受圧面４ａ周りのニードル収容孔３には燃料溜まり１２が形成され、この燃料溜まり１２も高圧燃料通路７に接続される。ここで、燃料室５内、高圧燃料通路７内、及び制御弁弁室９ａ内は高圧の燃料で、リリーフ通路１１内は低圧例えば大気圧の燃料でそれぞれ満たされている。なお、高圧燃料通路７はコモンレール（図示しない）を介して燃料ポンプ（図示しない）の吐出側に接続され、リリーフ通路１１は燃料タンク（図示しない）に接続される。
【００１９】
更に図１及び図２に示されるように、ハウジング２内には燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びる中間ピストン収容孔１３が形成され、この中間ピストン収容孔１３内には制御弁弁体９ｂと一体的に形成された中間ピストン１４が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に摺動可能にかつ油密に収容される。中間ピストン収容孔１３の頂端はハウジング２内を燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びる駆動ピストン収容孔１５の底端に接続され、この駆動ピストン収容孔１５内には駆動ピストン１６が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に摺動可能にかつ油密に収容される。
駆動ピストン収容孔１５の内径又は駆動ピストン１６の直径は中間ピストン収容孔１３の内径又は中間ピストン１４の直径よりも大きくなっている。
【００２０】
中間ピストン１４と駆動ピストン１６との間には、中間ピストン１４の頂面１４ａと、駆動ピストン１６の底面１６ａと、中間ピストン収容孔１３及び駆動ピストン収容孔１５の内壁面とにより油圧室１７が画定される。この油圧室１７内は作動油、即ち本発明による実施例では燃料により満たされている。
【００２１】
ハウジング２内には更に、燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びるアクチュエータ収容孔１８が形成され、このアクチュエータ収容孔１８は油圧室１７と反対側において駆動ピストン収容孔１５に接続される。アクチュエータ収容孔１８内には例えば圧電素子や磁歪素子などからなるアクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に伸縮可能に収容される。このアクチュエータ１９の頂端はハウジング２に固定され、底端は駆動ピストン１６に結合される。従って、アクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に伸縮されると駆動ピストン１６が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に変位せしめられる。また、アクチュエータ収容孔１８はリリーフ通路１１にも接続されており、アクチュエータ１９周りのアクチュエータ収容孔１８内は燃料で満たされている。
【００２２】
また、ニードル収容孔３の内壁面とニードル４の頂面間にはニードル４を閉弁方向に付勢するための圧縮バネ２０が挿入されており、駆動ピストン収容孔１５の底面と駆動ピストン１６の底面１６ａ間、及び駆動ピストン１６のフランジ部分１６ｂとアクチュエータ収容孔１８の底面間には駆動ピストン１６を中間ピストン１４から離れる方向に付勢するための圧縮バネ２１，２２がそれぞれ挿入されている。
【００２３】
本発明による実施例では、ニードル収容孔３、ニードル４、中間ピストン収容孔１３、中間ピストン１４、駆動ピストン収容孔１５、駆動ピストン１６、油圧室１７、アクチュエータ収容孔１８、及びアクチュエータ１９の長手軸線は燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に対しほぼ平行になっており、特に中間ピストン収容孔１３、中間ピストン１４、駆動ピストン収容孔１５、駆動ピストン１６、油圧室１７、アクチュエータ収容孔１８、及びアクチュエータ１９の中心軸線は互いにほぼ一致している。
【００２４】
次に、図１から図３までを参照しながら燃料噴射弁１の作動を簡単に説明する。
【００２５】
燃料噴射を開始するためにアクチュエータ１９が励勢されると、アクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に伸長せしめられる。その結果、油圧室１７内の容積が減少して油圧室１７内の燃料圧が上昇する。油圧室１７内の燃料圧により中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する下向き即ち開弁方向の力が、制御弁弁室９ａ内の燃料圧及び圧縮バネ９ｆのバネ力により中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する上向き即ち閉弁方向の力よりも大きくなると、中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂが下降し始める。
【００２６】
上述したように、中間ピストン１４の直径ないし受圧面積は駆動ピストン１６の直径ないし受圧面積よりも小さくされており、このため駆動ピストン１６がわずかに変位しただけでも中間ピストン１４が大きく変位する。従って、油圧室１７は駆動ピストン１６の変位を中間ピストン１４に伝達するだけでなく、中間ピストン１４の変位の量ないし速度を増大させる機能を有する。
【００２７】
その結果、図３に示されるように制御弁弁室９ａと連通路１０間の連通が遮断され、制御弁弁室９ａがリリーフ通路１１に接続される。このため、制御弁弁室９ａ内の高圧燃料がリリーフ通路１１内に流出し、燃料室５内の高圧燃料が連通路８及び制御弁弁室９ａを介してリリーフ通路１１内に流出し、従って燃料室５内の圧力が低下する。燃料室５内の燃料圧及び圧縮バネ２０のバネ力によりニードル４に作用する下向き即ち閉弁方向の力が、燃料溜まり１２内の燃料圧により受圧面４ａに作用する上向き即ち開弁方向の力よりも小さくなるとニードル４が上昇し始め、噴孔２ａが開放されると燃料噴射が開始される。
【００２８】
これに対し、燃料噴射を停止するためにアクチュエータ１９が消勢されるとアクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に収縮せしめられる。その結果、油圧室１７内の容積が増大して油圧室１７内の燃料圧が低下する。油圧室１７内の燃料圧により中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する下向きの力が、制御弁弁室９ａ内の燃料圧及び圧縮バネ９ｆのバネ力により中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する上向きの力よりも小さくなると、中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂが上昇し始める。その結果、図１に示されるように制御弁弁室９ａとリリーフ通路１１間の連通が遮断され、制御弁弁室９ａが連通路１０に接続される。このため、制御弁弁室９ａ内及び燃料室５内の燃料圧が上昇し、燃料室５内の燃料圧及び圧縮バネ２０のバネ力によりニードル４に作用する下向きの力が、燃料溜まり１２内の燃料圧により受圧面４ａに作用する上向きの力よりも大きくなるとニードル４が下降し始め、噴孔２ａがニードル４により閉鎖されると燃料噴射が停止される。
【００２９】
従って、中間ピストン収容孔１３及び駆動ピストン収容孔１５をピストン収容孔と考え、中間ピストン１４及び駆動ピストン１６をそれぞれ一次ピストン及び二次ピストンと考えると、ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びるピストン収容孔内に一次ピストン及び二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に並べてそれぞれ摺動可能に収容し、一次ピストンの底面と二次ピストンの頂面とピストン収容孔の内壁面とにより油圧室を画定して油圧室を作動油により満たし、アクチュエータにより一次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に変位させることにより二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に変位させるようにしているということになる。
【００３０】
再び図１を参照すると、油圧室１７には、油圧室１７内に燃料を補充するための補充路３０が接続される。本発明による実施例では、この補充路３０は駆動ピストン１６の底面１６ａから駆動ピストン１６内を燃料噴射弁軸線Ｋ−Ｋ方向に延びた後に、アクチュエータ収容孔１８を介しリリーフ通路１１に到っている。このリリーフ通路１１は補充燃料源として作用する。補充路３０内には、油圧室１７に向けてのみ流通可能な逆止弁３１が配置され、従って本発明による実施例では逆止弁３１が駆動ピストン１６内に配置される。次に、逆止弁３１について説明する。
【００３１】
図４を参照すると、逆止弁３１は逆止弁弁室３２と、逆止弁弁室３２内に移動可能に配置された逆止弁弁体３３とを具備する。逆止弁弁室３２の内壁面には例えば円錐状面をなす逆止弁弁座３４が形成されており、逆止弁弁室３２の内壁面に形成される弁室側バネ座３５と、逆止弁弁体３３の底面に形成される弁体側バネ座３６間には、逆止弁弁体３３を逆止弁弁座３４に向けて付勢するバネ３７が圧縮状態で挿入されている。図４に示される例では、バネ３７は皿バネから構成される。
【００３２】
逆止弁３１が閉弁しているとき、即ち逆止弁弁体３３が逆止弁弁座３４に着座しているときには、逆止弁弁体３３と逆止弁弁座３４間に環状シール３８が形成される。この環状シール３８の中心軸線が図４においてＪ−Ｊで示されている。なお、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊは円錐状面をなす逆止弁弁座３４の中心軸線にほぼ一致している。
【００３３】
その上で、上述したバネ３７はその長手軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａ、図面上では右側に偏心するように配置されている。このようにすると、バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置することになるので、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおいて逆止弁弁体３３に作用する閉弁方向の力が環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて逆止弁弁体３３に作用する閉弁方向の力よりも大きくなる。なお、図４に示される例では、バネ３７の長手軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊに対し偏心配置できるように、例えば逆止弁弁体３３の弁体側バネ座３６が形成されている。
【００３４】
さて、上述したように、中間ピストン１４及び駆動ピストン１６は中間ピストン収容孔１３及び駆動ピストン収容孔１５内にそれぞれ油密に収容されている。しかしながら、冒頭で述べたように、時間の経過と共に油圧室１７内の燃料が油圧室１７外に漏れて油圧室１７内の燃料圧が低下する場合がある。
【００３５】
本発明による実施例では、油圧室１７内の燃料圧が低下し、油圧室１７内の燃料圧とバネ３７のバネ力とにより逆止弁弁体３３に作用する閉弁方向の力が、逆止弁３１上流の補充路３０内の燃料圧により逆止弁弁体３３に作用する開弁方向の力よりも小さくなると、逆止弁３１が一時的に開弁し、リリーフ通路１１内の燃料が補充路３０及び逆止弁３１を介して油圧室１７内に補充される。このようにして、油圧室１７内の燃料圧が低下するのが抑制されている。
【００３６】
ここで、逆止弁３１が開弁するときの逆止弁弁体３３の挙動について説明する。上述したように、バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに偏心されている。このため、図５に示されるように、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａでは逆止弁弁体３３部分が逆止弁弁座３４に着座し続け、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて逆止弁弁体３３部分が逆止弁弁座３４から離れ、斯くして逆止弁弁体３３と逆止弁弁座３４間に開口４０が形成される。燃料はこの開口４０を介して逆止弁弁室３２内に流入する。
【００３７】
即ち、バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌを環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに偏心させると、逆止弁３１の開弁時に形成される開口４０を、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂのほぼ一定の位置に形成することができるのである。言い換えると、逆止弁弁体３３の挙動を安定させることができる。
【００３８】
このため、油圧室１７内の一定の燃料圧に対し、逆止弁３１が開弁する毎に逆止弁３１を通過して補充される燃料の量にバラツキが生ずるのを抑制することができ、油圧室１７内の燃料圧を正規の燃料圧に戻すのに必要な量の燃料を油圧室１７に正確に補充することができる。従って、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱するのを抑制することができる。
【００３９】
なお、油圧室１７内の燃料圧がかなり低い場合には、まず環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂに逆止弁弁体３３部分が逆止弁弁座３４から離れ、次いで環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおいても逆止弁弁体３３部分が逆止弁弁座３４から離れ、斯くして環状の間隙が形成される。このように、この場合にも逆止弁弁体３３は一定の挙動をとるので、油圧室１７内の燃料圧を正規の燃料圧に戻すのに必要な量の燃料を油圧室１７に正確に補充することができる。
【００４０】
図６に示されるように、バネ３７をコイルバネから形成することもできる。
【００４１】
ところで、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおいて逆止弁弁体３３に作用する閉弁方向の力が環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて逆止弁弁体３３に作用する閉弁方向の力よりも大きくなるようにするために、様々な構成を採用することができる。
【００４２】
図７から図９までに示される例では、自然状態又は自由状態においてバネ３７の弁室側端面と弁体側端面とのうち一方が他方に対し傾斜するように、バネ３７が形成されている。
【００４３】
図７はバネ３７を皿バネから形成した場合を示している。この例では、図７（Ｂ）に示されるように、皿バネ３７の弁室側端面３７ａに対し、皿バネ３７の弁体側端面３７ｂが自然状態において例えばθだけ傾斜している。言い換えると、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおける皿バネ３７の自然長又は自由長ｈが他側Ｂにおける自然長ｈよりも長くされている。
【００４４】
図７に示される例では、図７（Ａ）に示されるように皿バネ３７の弁室側端面３７ａが着座する弁室側バネ座３５と、皿バネ３７の弁体側端面３７ｂが着座する弁体側バネ座３６とは互いにほぼ平行をなしており、その結果図７（Ａ）に示されるように、皿バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置することになる。
【００４５】
なお、上述した図４及び図６に示される例では、バネ３７の弁室側端面３７ａと弁体側端面３７ｂとは互いにほぼ平行をなしており、弁室側バネ座３５と弁体側バネ座３６とも互いにほぼ平行をなしている。
【００４６】
一方、図８はバネ３７をコイルバネから形成した場合を示している。この例でも、図８（Ｂ）に示されるように、コイルバネ３７の弁室側端面３７ａに対し、コイルバネ３７の弁体側端面３７ｂが自然状態において例えばθだけ傾斜しており、図８（Ａ）に示されるように弁室側バネ座３５と弁体側バネ座３６とが互いにほぼ平行をなしており、従ってこの例でもコイルバネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置することになる。
【００４７】
図９はバネ３７を板バネから形成した場合を示している。この例では、図９（Ａ）に示されるように、円盤形状をなす逆止弁弁体３３の頂面３３ａと、逆止弁弁座３４とが互いにほぼ平行をなしており、従って逆止弁３１が閉弁すると図９（Ｂ）に示されるように、逆止弁弁体３３と逆止弁弁座３４間に同心円状の面シールからなる環状シール３８が形成される。
【００４８】
この例でも、図９（Ｃ）に示されるように、板バネ３７の弁室側端面３７ａに対し、板バネ３７の弁体側端面３７ｂが自然状態において例えばθだけ傾斜しており、図９（Ａ）に示されるように弁室側バネ座３５と弁体側バネ座３６とが互いにほぼ平行をなしており、従ってこの例でも、板バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置することになる。
【００４９】
上述した図４又は図６に示される例では、バネ３７の長手軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊに対し偏心配置できるように、例えば逆止弁弁体３３の弁体側バネ座３６を加工する必要がある。ところが、逆止弁弁体３３は比較的寸法が小さいので、弁体側バネ座３６を正確に加工するのは困難な場合がある。これに対して、図７から図９までに示される例では、このような逆止弁弁体３３に対する加工を必要としない。
【００５０】
一方、図１０に示されるように例えば環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊに対しほぼ垂直に拡がる弁体側バネ座３６に対し、弁室側バネ座３５が例えばθだけ傾斜するように弁室側バネ座３５を形成し、図１１に示されるように例えば環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊに対しほぼ垂直に拡がる弁室側バネ座３５に対し、弁体側バネ座３６が例えばθだけ傾斜するように弁体側バネ座３６を形成することによっても、板バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌを環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置させることができる。
【００５１】
これらの場合には、比較的寸法の小さいバネ３７の端面に対する加工を行う必要がない。
【００５２】
更に、図１２に示される例では、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおけるシール面積、又は逆止弁弁体３３と逆止弁弁座３４間の接触面積が環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおけるシール面積又は接触面積よりも大きくなるように、逆止弁弁体３３及び逆止弁弁座３４が形成されている。
【００５３】
このようにすると、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおいて逆止弁弁体３３に作用するスクイズ力が環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて逆止弁弁体３３に作用するスクイズ力よりも大きくなる。即ち、逆止弁３１が開弁するときに、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおけるよりも、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて、逆止弁弁体３３が逆止弁弁座３４から離れやすくなる。
【００５４】
その結果、逆止弁３１の開弁時に形成される開口（図５参照）を、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂのほぼ一定の位置に形成することができる。従って、この場合にも、逆止弁弁体３３の挙動を安定させることができる。
【００５５】
図１３は本発明を制御弁９に適用した場合を示している。
【００５６】
図１３に示される例では、図４に示される例と同様に、バネ９ｆの長手軸線Ｌ−Ｌが環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに偏心するように、即ちバネ９ｆの荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置するように、バネ９ｆが配置される。その結果、環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおいて制御弁弁体９ｂに作用する閉弁方向の力が環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて制御弁弁体９ｂに作用する閉弁方向の力よりも大きくなる。
【００５７】
その結果、図１４に示されるように、環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａでは制御弁弁体９ｂ部分が制御弁弁座９ｃに着座し続け、環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて制御弁弁体９ｂ部分が制御弁弁座９ｃから離れ、斯くして制御弁弁体９ｂと制御弁弁座９ｃ間に開口４０が形成される。
【００５８】
このように、制御弁９の開弁時に形成される開口４０を、環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂのほぼ一定の位置に形成することができ、制御弁弁体９ｂの挙動を安定させることができる。従って、制御弁弁体９ｂの開弁時に制御弁９を通過してリリーフ通路１１内に逃げる燃料の量にバラツキが生ずるのを抑制することができる。このことは、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱するのを抑制できることを意味している。
【００５９】
なお、これまで説明していた本発明による各実施例を相互に組み合わせることもできる。
【００６０】
【発明の効果】
流体制御弁の開弁時に流体制御弁を通過する流体の量にバラツキが生ずるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射弁の縦断面図である。
【図２】制御弁の拡大断面図である。
【図３】図１と同様な燃料噴射弁の縦断面図である。
【図４】本発明による実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図５】図４に示される本発明による実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図６】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図７】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図８】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図９】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図１０】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図１１】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図１２】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図１３】本発明による別の実施例を説明するための、制御弁の拡大断面図である。
【図１４】図１３に示される本発明による別の実施例を説明するための、制御弁の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁
２…ハウジング
３…ニードル収容孔
４…ニードル
５…燃料室
９…制御弁
１１…リリーフ通路
１４…中間ピストン
１６…駆動ピストン
１７…油圧室
１９…アクチュエータ
３０…補充路
３１…逆止弁
３２…逆止弁弁室
３３…逆止弁弁体
３４…逆止弁弁座
３５…弁体側バネ座
３６…弁室側バネ座
３７…バネ
３７ａ…バネの弁室側端面
３７ｂ…バネの弁体側端面
３８…環状シール
Ｋ…燃料噴射弁長手軸線
Ｊ…環状シールの中心軸線
Ｌ…バネの荷重中心軸線
Ａ…環状シールの中心軸線の一側
Ｂ…環状シールの中心軸線の他側
【発明の属する技術分野】
本発明は流体制御弁及び燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びるピストン収容孔内に一次ピストン及び二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に並べてそれぞれ摺動可能に収容し、一次ピストンの底面と二次ピストンの頂面とピストン収容孔の内壁面とにより油圧室を画定して油圧室を作動油、例えば燃料により満たし、燃料噴射を開始するためにアクチュエータが励勢されて一次ピストンが油圧室に向け変位されると油圧室の容積が減少すると共に油圧室内の圧力が上昇し、それにより二次ピストンが油圧室から離れる方向に変位し、燃料噴射を停止するためにアクチュエータが消勢されて一次ピストンが油圧室から離れる方向に変位されると油圧室の容積が増大すると共に油圧室内の圧力が低下し、それにより二次ピストンが油圧室に向け変位するようにした燃料噴射弁が知られている。
【０００３】
このような燃料噴射弁では、一次ピストン及び二次ピストンがピストン収容孔内にそれぞれ油密に挿入され、作動油が油圧室内からできるだけ漏れないようにされている。ところが実際には、これらピストンとピストン収容孔間のクリアランスから作動油が漏れ、このため作動油室内の作動油の量が次第に減少し、一次ピストン及び二次ピストンが初期位置にあるときの油圧室内の圧力が低下する。
その結果、一次ピストンが変位し始めてから二次ピストンが変位し始めるまでに要する時間が長くなり、即ちいわゆる作動遅れが生ずる恐れがある。作動遅れが生ずると、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱することになる。
【０００４】
そこで、油圧室内に作動油を補充するための作動油補充路を油圧室に接続すると共に、油圧室に向けてのみ流通可能な逆止弁を作動油補充路内に配置した燃料噴射弁が公知である（特許文献１参照）。この燃料噴射弁では、油圧室内の圧力が逆止弁の開弁圧よりも低くなると逆止弁が開弁して油圧室内に作動油が供給され、従って油圧室内の圧力が低下するのが阻止される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１６６６５３号公報
【特許文献２】
米国特許第５７７９１４９号明細書
【特許文献３】
特開２００２−２０２０２２号公報
【特許文献４】
特開２００２−２０２０２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
逆止弁弁体が変位して逆止弁弁座から離間すると、このとき逆止弁弁体と逆止弁弁座間に形成される開口を介して作動油が油圧室内に流入する。ところが、逆止弁弁体の変位挙動は必ずしも一定ではなく、逆止弁弁体の或る部分周りに開口が形成される場合もあれば、別の部分周りに開口が形成される場合もある。このことは、逆止弁弁体と逆止弁弁座間に形成される開口の位置又は面積が、逆止弁が開弁する毎に変動しうるということを意味しており、即ち或る一定の油圧室内圧力に対し、逆止弁を通過して油圧室内に補充される作動油の量が逆止弁が開弁する毎に変動しうるということになる。その結果、燃料噴射時期又は燃料噴射量にバラツキが生ずる恐れがあるという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、通過する流体の量にバラツキが生ずるのを抑制することができる流体制御弁又は燃料噴射弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、弁体がバネにより弁座に向けて付勢される流体制御弁において、流体制御弁の閉弁時に弁体と弁座間に環状シールが形成されるようになっており、環状シールの中心軸線の一側において弁体に作用する閉弁方向の力が環状シールの中心軸線の他側において弁体に作用する閉弁方向の力よりも大きくなるようにしている。
【０００９】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、弁室の内壁面と弁体間にバネが圧縮状態で挿入されており、バネの荷重中心軸線が環状シールの中心軸線の一側に位置するように、バネを配置している。
【００１０】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、弁室の内壁面と弁体間にバネが圧縮状態で挿入されており、自然状態又は自由状態においてバネの弁室側端面と弁体側端面とのうち一方が他方に対し傾斜するように、バネを形成している。
【００１１】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、弁室の内壁面に形成される弁室側バネ座と弁体に形成される弁体側バネ座間にバネが圧縮状態で挿入されており、弁室側バネ座と弁体側バネ座とのうち一方が他方に対し傾斜するように、弁室側バネ座又は弁体側バネ座を形成している。
【００１２】
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、環状シールが面シールから構成されており、環状シールの中心軸線の一側において弁体に作用するスクイズ力が環状シールの中心軸線の他側において弁体に作用するスクイズ力よりも大きくなるようにしている。
【００１３】
また、６番目の発明によれば５番目の発明において、環状シールの中心軸線の一側におけるシール面積が環状シールの中心軸線の他側におけるシール面積よりも大きくなるように、弁体又は弁座を形成している。
【００１４】
また、前記課題を解決するために７番目の発明によれば、ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びるピストン収容孔内に一次ピストン及び二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に並べてそれぞれ摺動可能に収容し、一次ピストンの底面と二次ピストンの頂面とピストン収容孔の内壁面とにより油圧室を画定して該油圧室を作動油により満たし、アクチュエータにより一次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に変位させることにより二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に変位させるようにし、油圧室内に作動油を補充するための作動油補充路を油圧室に接続すると共に、油圧室に向けてのみ流通可能な逆止弁を該作動油補充路内に配置し、該逆止弁を１番目から６番目までの発明のいずれか一つに記載の流体制御弁から構成している。
【００１５】
また、前記課題を解決するために８番目の発明によれば、ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びるニードル収容孔内にニードルを摺動可能に収容し、ニードル収容孔の内壁面とニードルの頂面とにより燃料室を画定して該燃料室を燃料により満たし、該燃料室からハウジング内を延びる燃料逃がし通路内に制御弁を配置し、該制御弁を１番目から６番目までの発明のいずれか一つの流体制御弁から構成している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、燃料噴射弁１は噴孔２ａを備えたハウジング２を具備する。ハウジング２内には燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びるニードル収容孔３が形成され、このニードル収容孔３内にはニードル４が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に摺動可能にかつ油密に収容される。ニードル４の頂面とニードル収容孔３の内壁面とにより燃料室５が画定され、この燃料室５は一方では絞りを有する連通路６を介して高圧燃料通路７に接続され、他方では絞りを有する連通路８及び制御弁９を介してリリーフ通路１１に接続される。即ち、連通路８及びリリーフ通路１１を燃料室５からハウジング２内を延びる燃料逃がし通路と称すると、制御弁９をこの燃料逃がし通路内に配置しているということになる。
【００１７】
図２に示されるように、制御弁９はハウジング２内に形成された制御弁弁室９ａと、制御弁弁室９ａ内に移動可能に配置された制御弁弁体９ｂとを具備する。制御弁弁室９ａの内壁面には例えば円錐状面をなす制御弁弁座９ｃが形成されており、制御弁弁室９ａの内壁面に形成される弁室側バネ座９ｄと、制御弁弁体９ｂの底面に形成される弁体側バネ座９ｅ間には、制御弁弁体９ｂを制御弁弁座９ｃに向けて付勢するバネ９ｆが圧縮状態で挿入されている。制御弁９が閉弁しているとき、即ち制御弁弁体９ｂが制御弁弁座９ｃに着座しているときには、制御弁弁体９ｂと制御弁弁座９ｃ間に環状シール９ｇが形成される。更に、制御弁弁室９ａは連通路１０を介して高圧燃料通路７に接続されている。
【００１８】
再び図１を参照すると、ニードル４の受圧面４ａ周りのニードル収容孔３には燃料溜まり１２が形成され、この燃料溜まり１２も高圧燃料通路７に接続される。ここで、燃料室５内、高圧燃料通路７内、及び制御弁弁室９ａ内は高圧の燃料で、リリーフ通路１１内は低圧例えば大気圧の燃料でそれぞれ満たされている。なお、高圧燃料通路７はコモンレール（図示しない）を介して燃料ポンプ（図示しない）の吐出側に接続され、リリーフ通路１１は燃料タンク（図示しない）に接続される。
【００１９】
更に図１及び図２に示されるように、ハウジング２内には燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びる中間ピストン収容孔１３が形成され、この中間ピストン収容孔１３内には制御弁弁体９ｂと一体的に形成された中間ピストン１４が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に摺動可能にかつ油密に収容される。中間ピストン収容孔１３の頂端はハウジング２内を燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びる駆動ピストン収容孔１５の底端に接続され、この駆動ピストン収容孔１５内には駆動ピストン１６が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に摺動可能にかつ油密に収容される。
駆動ピストン収容孔１５の内径又は駆動ピストン１６の直径は中間ピストン収容孔１３の内径又は中間ピストン１４の直径よりも大きくなっている。
【００２０】
中間ピストン１４と駆動ピストン１６との間には、中間ピストン１４の頂面１４ａと、駆動ピストン１６の底面１６ａと、中間ピストン収容孔１３及び駆動ピストン収容孔１５の内壁面とにより油圧室１７が画定される。この油圧室１７内は作動油、即ち本発明による実施例では燃料により満たされている。
【００２１】
ハウジング２内には更に、燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びるアクチュエータ収容孔１８が形成され、このアクチュエータ収容孔１８は油圧室１７と反対側において駆動ピストン収容孔１５に接続される。アクチュエータ収容孔１８内には例えば圧電素子や磁歪素子などからなるアクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に伸縮可能に収容される。このアクチュエータ１９の頂端はハウジング２に固定され、底端は駆動ピストン１６に結合される。従って、アクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に伸縮されると駆動ピストン１６が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に変位せしめられる。また、アクチュエータ収容孔１８はリリーフ通路１１にも接続されており、アクチュエータ１９周りのアクチュエータ収容孔１８内は燃料で満たされている。
【００２２】
また、ニードル収容孔３の内壁面とニードル４の頂面間にはニードル４を閉弁方向に付勢するための圧縮バネ２０が挿入されており、駆動ピストン収容孔１５の底面と駆動ピストン１６の底面１６ａ間、及び駆動ピストン１６のフランジ部分１６ｂとアクチュエータ収容孔１８の底面間には駆動ピストン１６を中間ピストン１４から離れる方向に付勢するための圧縮バネ２１，２２がそれぞれ挿入されている。
【００２３】
本発明による実施例では、ニードル収容孔３、ニードル４、中間ピストン収容孔１３、中間ピストン１４、駆動ピストン収容孔１５、駆動ピストン１６、油圧室１７、アクチュエータ収容孔１８、及びアクチュエータ１９の長手軸線は燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に対しほぼ平行になっており、特に中間ピストン収容孔１３、中間ピストン１４、駆動ピストン収容孔１５、駆動ピストン１６、油圧室１７、アクチュエータ収容孔１８、及びアクチュエータ１９の中心軸線は互いにほぼ一致している。
【００２４】
次に、図１から図３までを参照しながら燃料噴射弁１の作動を簡単に説明する。
【００２５】
燃料噴射を開始するためにアクチュエータ１９が励勢されると、アクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に伸長せしめられる。その結果、油圧室１７内の容積が減少して油圧室１７内の燃料圧が上昇する。油圧室１７内の燃料圧により中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する下向き即ち開弁方向の力が、制御弁弁室９ａ内の燃料圧及び圧縮バネ９ｆのバネ力により中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する上向き即ち閉弁方向の力よりも大きくなると、中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂが下降し始める。
【００２６】
上述したように、中間ピストン１４の直径ないし受圧面積は駆動ピストン１６の直径ないし受圧面積よりも小さくされており、このため駆動ピストン１６がわずかに変位しただけでも中間ピストン１４が大きく変位する。従って、油圧室１７は駆動ピストン１６の変位を中間ピストン１４に伝達するだけでなく、中間ピストン１４の変位の量ないし速度を増大させる機能を有する。
【００２７】
その結果、図３に示されるように制御弁弁室９ａと連通路１０間の連通が遮断され、制御弁弁室９ａがリリーフ通路１１に接続される。このため、制御弁弁室９ａ内の高圧燃料がリリーフ通路１１内に流出し、燃料室５内の高圧燃料が連通路８及び制御弁弁室９ａを介してリリーフ通路１１内に流出し、従って燃料室５内の圧力が低下する。燃料室５内の燃料圧及び圧縮バネ２０のバネ力によりニードル４に作用する下向き即ち閉弁方向の力が、燃料溜まり１２内の燃料圧により受圧面４ａに作用する上向き即ち開弁方向の力よりも小さくなるとニードル４が上昇し始め、噴孔２ａが開放されると燃料噴射が開始される。
【００２８】
これに対し、燃料噴射を停止するためにアクチュエータ１９が消勢されるとアクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に収縮せしめられる。その結果、油圧室１７内の容積が増大して油圧室１７内の燃料圧が低下する。油圧室１７内の燃料圧により中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する下向きの力が、制御弁弁室９ａ内の燃料圧及び圧縮バネ９ｆのバネ力により中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する上向きの力よりも小さくなると、中間ピストン１４及び制御弁弁体９ｂが上昇し始める。その結果、図１に示されるように制御弁弁室９ａとリリーフ通路１１間の連通が遮断され、制御弁弁室９ａが連通路１０に接続される。このため、制御弁弁室９ａ内及び燃料室５内の燃料圧が上昇し、燃料室５内の燃料圧及び圧縮バネ２０のバネ力によりニードル４に作用する下向きの力が、燃料溜まり１２内の燃料圧により受圧面４ａに作用する上向きの力よりも大きくなるとニードル４が下降し始め、噴孔２ａがニードル４により閉鎖されると燃料噴射が停止される。
【００２９】
従って、中間ピストン収容孔１３及び駆動ピストン収容孔１５をピストン収容孔と考え、中間ピストン１４及び駆動ピストン１６をそれぞれ一次ピストン及び二次ピストンと考えると、ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びるピストン収容孔内に一次ピストン及び二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に並べてそれぞれ摺動可能に収容し、一次ピストンの底面と二次ピストンの頂面とピストン収容孔の内壁面とにより油圧室を画定して油圧室を作動油により満たし、アクチュエータにより一次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に変位させることにより二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に変位させるようにしているということになる。
【００３０】
再び図１を参照すると、油圧室１７には、油圧室１７内に燃料を補充するための補充路３０が接続される。本発明による実施例では、この補充路３０は駆動ピストン１６の底面１６ａから駆動ピストン１６内を燃料噴射弁軸線Ｋ−Ｋ方向に延びた後に、アクチュエータ収容孔１８を介しリリーフ通路１１に到っている。このリリーフ通路１１は補充燃料源として作用する。補充路３０内には、油圧室１７に向けてのみ流通可能な逆止弁３１が配置され、従って本発明による実施例では逆止弁３１が駆動ピストン１６内に配置される。次に、逆止弁３１について説明する。
【００３１】
図４を参照すると、逆止弁３１は逆止弁弁室３２と、逆止弁弁室３２内に移動可能に配置された逆止弁弁体３３とを具備する。逆止弁弁室３２の内壁面には例えば円錐状面をなす逆止弁弁座３４が形成されており、逆止弁弁室３２の内壁面に形成される弁室側バネ座３５と、逆止弁弁体３３の底面に形成される弁体側バネ座３６間には、逆止弁弁体３３を逆止弁弁座３４に向けて付勢するバネ３７が圧縮状態で挿入されている。図４に示される例では、バネ３７は皿バネから構成される。
【００３２】
逆止弁３１が閉弁しているとき、即ち逆止弁弁体３３が逆止弁弁座３４に着座しているときには、逆止弁弁体３３と逆止弁弁座３４間に環状シール３８が形成される。この環状シール３８の中心軸線が図４においてＪ−Ｊで示されている。なお、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊは円錐状面をなす逆止弁弁座３４の中心軸線にほぼ一致している。
【００３３】
その上で、上述したバネ３７はその長手軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａ、図面上では右側に偏心するように配置されている。このようにすると、バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置することになるので、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおいて逆止弁弁体３３に作用する閉弁方向の力が環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて逆止弁弁体３３に作用する閉弁方向の力よりも大きくなる。なお、図４に示される例では、バネ３７の長手軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊに対し偏心配置できるように、例えば逆止弁弁体３３の弁体側バネ座３６が形成されている。
【００３４】
さて、上述したように、中間ピストン１４及び駆動ピストン１６は中間ピストン収容孔１３及び駆動ピストン収容孔１５内にそれぞれ油密に収容されている。しかしながら、冒頭で述べたように、時間の経過と共に油圧室１７内の燃料が油圧室１７外に漏れて油圧室１７内の燃料圧が低下する場合がある。
【００３５】
本発明による実施例では、油圧室１７内の燃料圧が低下し、油圧室１７内の燃料圧とバネ３７のバネ力とにより逆止弁弁体３３に作用する閉弁方向の力が、逆止弁３１上流の補充路３０内の燃料圧により逆止弁弁体３３に作用する開弁方向の力よりも小さくなると、逆止弁３１が一時的に開弁し、リリーフ通路１１内の燃料が補充路３０及び逆止弁３１を介して油圧室１７内に補充される。このようにして、油圧室１７内の燃料圧が低下するのが抑制されている。
【００３６】
ここで、逆止弁３１が開弁するときの逆止弁弁体３３の挙動について説明する。上述したように、バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに偏心されている。このため、図５に示されるように、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａでは逆止弁弁体３３部分が逆止弁弁座３４に着座し続け、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて逆止弁弁体３３部分が逆止弁弁座３４から離れ、斯くして逆止弁弁体３３と逆止弁弁座３４間に開口４０が形成される。燃料はこの開口４０を介して逆止弁弁室３２内に流入する。
【００３７】
即ち、バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌを環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに偏心させると、逆止弁３１の開弁時に形成される開口４０を、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂのほぼ一定の位置に形成することができるのである。言い換えると、逆止弁弁体３３の挙動を安定させることができる。
【００３８】
このため、油圧室１７内の一定の燃料圧に対し、逆止弁３１が開弁する毎に逆止弁３１を通過して補充される燃料の量にバラツキが生ずるのを抑制することができ、油圧室１７内の燃料圧を正規の燃料圧に戻すのに必要な量の燃料を油圧室１７に正確に補充することができる。従って、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱するのを抑制することができる。
【００３９】
なお、油圧室１７内の燃料圧がかなり低い場合には、まず環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂに逆止弁弁体３３部分が逆止弁弁座３４から離れ、次いで環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおいても逆止弁弁体３３部分が逆止弁弁座３４から離れ、斯くして環状の間隙が形成される。このように、この場合にも逆止弁弁体３３は一定の挙動をとるので、油圧室１７内の燃料圧を正規の燃料圧に戻すのに必要な量の燃料を油圧室１７に正確に補充することができる。
【００４０】
図６に示されるように、バネ３７をコイルバネから形成することもできる。
【００４１】
ところで、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおいて逆止弁弁体３３に作用する閉弁方向の力が環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて逆止弁弁体３３に作用する閉弁方向の力よりも大きくなるようにするために、様々な構成を採用することができる。
【００４２】
図７から図９までに示される例では、自然状態又は自由状態においてバネ３７の弁室側端面と弁体側端面とのうち一方が他方に対し傾斜するように、バネ３７が形成されている。
【００４３】
図７はバネ３７を皿バネから形成した場合を示している。この例では、図７（Ｂ）に示されるように、皿バネ３７の弁室側端面３７ａに対し、皿バネ３７の弁体側端面３７ｂが自然状態において例えばθだけ傾斜している。言い換えると、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおける皿バネ３７の自然長又は自由長ｈが他側Ｂにおける自然長ｈよりも長くされている。
【００４４】
図７に示される例では、図７（Ａ）に示されるように皿バネ３７の弁室側端面３７ａが着座する弁室側バネ座３５と、皿バネ３７の弁体側端面３７ｂが着座する弁体側バネ座３６とは互いにほぼ平行をなしており、その結果図７（Ａ）に示されるように、皿バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置することになる。
【００４５】
なお、上述した図４及び図６に示される例では、バネ３７の弁室側端面３７ａと弁体側端面３７ｂとは互いにほぼ平行をなしており、弁室側バネ座３５と弁体側バネ座３６とも互いにほぼ平行をなしている。
【００４６】
一方、図８はバネ３７をコイルバネから形成した場合を示している。この例でも、図８（Ｂ）に示されるように、コイルバネ３７の弁室側端面３７ａに対し、コイルバネ３７の弁体側端面３７ｂが自然状態において例えばθだけ傾斜しており、図８（Ａ）に示されるように弁室側バネ座３５と弁体側バネ座３６とが互いにほぼ平行をなしており、従ってこの例でもコイルバネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置することになる。
【００４７】
図９はバネ３７を板バネから形成した場合を示している。この例では、図９（Ａ）に示されるように、円盤形状をなす逆止弁弁体３３の頂面３３ａと、逆止弁弁座３４とが互いにほぼ平行をなしており、従って逆止弁３１が閉弁すると図９（Ｂ）に示されるように、逆止弁弁体３３と逆止弁弁座３４間に同心円状の面シールからなる環状シール３８が形成される。
【００４８】
この例でも、図９（Ｃ）に示されるように、板バネ３７の弁室側端面３７ａに対し、板バネ３７の弁体側端面３７ｂが自然状態において例えばθだけ傾斜しており、図９（Ａ）に示されるように弁室側バネ座３５と弁体側バネ座３６とが互いにほぼ平行をなしており、従ってこの例でも、板バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置することになる。
【００４９】
上述した図４又は図６に示される例では、バネ３７の長手軸線Ｌ−Ｌが環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊに対し偏心配置できるように、例えば逆止弁弁体３３の弁体側バネ座３６を加工する必要がある。ところが、逆止弁弁体３３は比較的寸法が小さいので、弁体側バネ座３６を正確に加工するのは困難な場合がある。これに対して、図７から図９までに示される例では、このような逆止弁弁体３３に対する加工を必要としない。
【００５０】
一方、図１０に示されるように例えば環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊに対しほぼ垂直に拡がる弁体側バネ座３６に対し、弁室側バネ座３５が例えばθだけ傾斜するように弁室側バネ座３５を形成し、図１１に示されるように例えば環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊに対しほぼ垂直に拡がる弁室側バネ座３５に対し、弁体側バネ座３６が例えばθだけ傾斜するように弁体側バネ座３６を形成することによっても、板バネ３７の荷重中心軸線Ｌ−Ｌを環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置させることができる。
【００５１】
これらの場合には、比較的寸法の小さいバネ３７の端面に対する加工を行う必要がない。
【００５２】
更に、図１２に示される例では、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおけるシール面積、又は逆止弁弁体３３と逆止弁弁座３４間の接触面積が環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおけるシール面積又は接触面積よりも大きくなるように、逆止弁弁体３３及び逆止弁弁座３４が形成されている。
【００５３】
このようにすると、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおいて逆止弁弁体３３に作用するスクイズ力が環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて逆止弁弁体３３に作用するスクイズ力よりも大きくなる。即ち、逆止弁３１が開弁するときに、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおけるよりも、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて、逆止弁弁体３３が逆止弁弁座３４から離れやすくなる。
【００５４】
その結果、逆止弁３１の開弁時に形成される開口（図５参照）を、環状シール３８の中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂのほぼ一定の位置に形成することができる。従って、この場合にも、逆止弁弁体３３の挙動を安定させることができる。
【００５５】
図１３は本発明を制御弁９に適用した場合を示している。
【００５６】
図１３に示される例では、図４に示される例と同様に、バネ９ｆの長手軸線Ｌ−Ｌが環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに偏心するように、即ちバネ９ｆの荷重中心軸線Ｌ−Ｌが環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａに位置するように、バネ９ｆが配置される。その結果、環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａにおいて制御弁弁体９ｂに作用する閉弁方向の力が環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて制御弁弁体９ｂに作用する閉弁方向の力よりも大きくなる。
【００５７】
その結果、図１４に示されるように、環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの一側Ａでは制御弁弁体９ｂ部分が制御弁弁座９ｃに着座し続け、環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂにおいて制御弁弁体９ｂ部分が制御弁弁座９ｃから離れ、斯くして制御弁弁体９ｂと制御弁弁座９ｃ間に開口４０が形成される。
【００５８】
このように、制御弁９の開弁時に形成される開口４０を、環状シール９ｇの中心軸線Ｊ−Ｊの他側Ｂのほぼ一定の位置に形成することができ、制御弁弁体９ｂの挙動を安定させることができる。従って、制御弁弁体９ｂの開弁時に制御弁９を通過してリリーフ通路１１内に逃げる燃料の量にバラツキが生ずるのを抑制することができる。このことは、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱するのを抑制できることを意味している。
【００５９】
なお、これまで説明していた本発明による各実施例を相互に組み合わせることもできる。
【００６０】
【発明の効果】
流体制御弁の開弁時に流体制御弁を通過する流体の量にバラツキが生ずるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射弁の縦断面図である。
【図２】制御弁の拡大断面図である。
【図３】図１と同様な燃料噴射弁の縦断面図である。
【図４】本発明による実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図５】図４に示される本発明による実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図６】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図７】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図８】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図９】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図１０】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図１１】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図１２】本発明による別の実施例を説明するための、逆止弁の拡大断面図である。
【図１３】本発明による別の実施例を説明するための、制御弁の拡大断面図である。
【図１４】図１３に示される本発明による別の実施例を説明するための、制御弁の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁
２…ハウジング
３…ニードル収容孔
４…ニードル
５…燃料室
９…制御弁
１１…リリーフ通路
１４…中間ピストン
１６…駆動ピストン
１７…油圧室
１９…アクチュエータ
３０…補充路
３１…逆止弁
３２…逆止弁弁室
３３…逆止弁弁体
３４…逆止弁弁座
３５…弁体側バネ座
３６…弁室側バネ座
３７…バネ
３７ａ…バネの弁室側端面
３７ｂ…バネの弁体側端面
３８…環状シール
Ｋ…燃料噴射弁長手軸線
Ｊ…環状シールの中心軸線
Ｌ…バネの荷重中心軸線
Ａ…環状シールの中心軸線の一側
Ｂ…環状シールの中心軸線の他側
Claims (8)
- 弁体がバネにより弁座に向けて付勢される流体制御弁において、流体制御弁の閉弁時に弁体と弁座間に環状シールが形成されるようになっており、環状シールの中心軸線の一側において弁体に作用する閉弁方向の力が環状シールの中心軸線の他側において弁体に作用する閉弁方向の力よりも大きくなるようにした流体制御弁。
- 弁室の内壁面と弁体間にバネが圧縮状態で挿入されており、バネの荷重中心軸線が環状シールの中心軸線の一側に位置するように、バネを配置した請求項１に記載の流体制御弁。
- 弁室の内壁面と弁体間にバネが圧縮状態で挿入されており、自然状態においてバネの弁室側端面と弁体側端面とのうち一方が他方に対し傾斜するように、バネを形成した請求項１に記載の流体制御弁。
- 弁室の内壁面に形成される弁室側バネ座と弁体に形成される弁体側バネ座間にバネが圧縮状態で挿入されており、弁室側バネ座と弁体側バネ座とのうち一方が他方に対し傾斜するように、弁室側バネ座又は弁体側バネ座を形成した請求項１に記載の流体制御弁。
- 環状シールが面シールから構成されており、環状シールの中心軸線の一側において弁体に作用するスクイズ力が環状シールの中心軸線の他側において弁体に作用するスクイズ力よりも大きくなるようにした請求項１に記載の流体制御弁。
- 環状シールの中心軸線の一側におけるシール面積が環状シールの中心軸線の他側におけるシール面積よりも大きくなるように、弁体又は弁座を形成した請求項５に記載の流体制御弁。
- ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びるピストン収容孔内に一次ピストン及び二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に並べてそれぞれ摺動可能に収容し、一次ピストンの底面と二次ピストンの頂面とピストン収容孔の内壁面とにより油圧室を画定して該油圧室を作動油により満たし、アクチュエータにより一次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に変位させることにより二次ピストンを燃料噴射弁長手軸線方向に変位させるようにし、油圧室内に作動油を補充するための作動油補充路を油圧室に接続すると共に、油圧室に向けてのみ流通可能な逆止弁を該作動油補充路内に配置し、該逆止弁を請求項１から６までのいずれか一項に記載の流体制御弁から構成した燃料噴射弁。
- ハウジング内を燃料噴射弁長手軸線方向に延びるニードル収容孔内にニードルを摺動可能に収容し、ニードル収容孔の内壁面とニードルの頂面とにより燃料室を画定して該燃料室を燃料により満たし、該燃料室からハウジング内を延びる燃料逃がし通路内に制御弁を配置し、該制御弁を請求項１から６までのいずれか一項に記載の流体制御弁から構成した燃料噴射弁。
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