JP2005139953A - 燃料圧力制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 騒音を低減する燃料圧力制御弁を提供する。
【解決手段】 弁体３６と、弁体３６が着座並びに離座する弁座７２と、弁座７２に対し燃料流れの下流側において連接し、弁体３６と弁座７２との間を通過した燃料を排出する排出通路７４とを備える燃料圧力制御弁において、排出通路７４は、弁座側端から燃料流れの下流側へ向かって通路径が連続的に縮小する縮径部７６，７７を有する。さらに燃料圧力制御弁において、弁座７２は筒部材７０の端面に形成され、排出通路７４は筒部材７０の内周側に形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料圧力制御弁に関する。

従来、燃料噴射弁へ供給する燃料圧力を制御するため等に燃料圧力制御弁が用いられている。近年、自動車において静粛性が重視されるに伴い、燃料圧力制御弁での騒音が新たな問題となってきている。燃料圧力制御弁では、弁座と弁体との間を通過した燃料が排出通路に流れ込むときに急激に圧力低下し、減圧沸騰現象により生じたキャビテーションの崩壊により騒音が発生するからである。

キャビテーションに起因する騒音問題を解決する方法として、特許文献１には、排出通路の通路径を弁座側端から燃料流れの下流側へ向かって段階的に縮小させる方法が開示されている。また、別の解決方法として、特許文献２には、排出通路に接続されて排出通路の燃料を燃料タンクへ戻すリターン管に燃料タンク内の燃料乃至は蒸気を導入する方法が開示されている。

特表平１１−５０１３８８号公報 特開２０００−１０４６４２号公報

しかし、特許文献１，２の方法では、排出通路の弁座側端を燃料が通過するとき急激な圧力低下が生じることに代わりがなく、またさらに特許文献１の方法の場合、通路径が変化する段差部を燃料が通過するとき急激な圧力低下が生じてしまう。そのため、特許文献１，２の方法では、キャビテーションの発生抑制効果が不十分であり、騒音問題を解決するには至っていない。
本発明の目的は、騒音を低減する燃料圧力制御弁を提供することにある。

請求項１〜４に記載の発明によると、弁座に対し燃料流れの下流側において連接する排出通路は、弁座側端から燃料流れの下流側へ向かって通路径が連続的に縮小する縮径部を有している。そのため、弁座と弁部材との間を通過した後に縮径部を流れる燃料の圧力は、通路径の縮小に従って緩やかに低下することになる。これにより、キャビテーションの発生が抑制されるため、キャビテーションの崩壊による騒音が低減する。

請求項２に記載の発明によると、縮径部の反弁座側端に繋がり、縮径部側端から燃料流れの下流側へ向かって通路径が連続的に拡大する拡径部を、排出通路は有している。そのため、縮径部による圧力低下に伴い流速の増大した燃料は、拡径部を流れることにより流速を下げられる。これにより、排出通路の反弁座側端から燃料が外部へ排出されるとき、排出通路を形成する部材表面から燃料流れが剥離し難くなるため、そのような剥離によるキャビテーションの発生ひいては騒音の発生が抑えられる。

請求項３に記載の発明によると、弁座は筒部材の端面に形成され、排出通路はその筒部材の内周側に形成される。これにより、弁座及び排出通路の形成が容易となり、排出通路の仕様変更の自由度が増す。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態による燃料圧力制御弁としてのプレッシャレギュレータを図２に示す。車両の燃料タンク内に設置されるプレッシャレギュレータ２は、燃料ポンプの吐出燃料を燃料噴射弁へ向かって流す吐出通路に接続され、当該吐出通路の燃料圧力を調圧する。プレッシャレギュレータ２は、第一及び第二ケース１０，２０、可動部３０、燃料供給管４０、燃料排出部５０を備えている。

第一ケース１０と第二ケース２０とは共にカップ状に形成されており、第一ケース１０の開口縁１１が第二ケース２０の開口縁２１にかしめられている。
可動部３０は、ダイヤフラム３１、スプリング座３２、弁ガイド３３、ジョイント３４、保持板３５、弁体３６、付勢部材３７等から構成されている。ダイヤフラム３１は、ゴム等からなる薄膜を積層してなる複合膜で形成されて可撓性を有しており、外周縁を第一ケース１０の開口縁１１にかしめられている。これによりダイヤフラム３１は、第一ケース１０が内周側に形成する高圧室１２と、第二ケース２０が内周側に形成する常圧室２２とを液密に仕切っている。常圧室２２は、第二ケース２０の側壁２３に装着された連通管２４を通じて燃料タンク内に連通しており、内圧をほぼ大気圧とされている。ダイヤフラム３１の内周縁は、スプリング座３２と弁ガイド３３との間に挟持されている。概ねボール状に形成されたジョイント３４は弁ガイド３３の高圧室側に回転自在に嵌合し、保持板３５により弁ガイド３３に押し付けられている。弁体３６は耐錆鋼等で円板状に形成され、ジョイント３４の反弁ガイド側に固定されることで高圧室１２に収容されている。弁体３６及び弁ガイド３３に対し高圧室１２の燃料圧力は、後述する弁座７２から弁体３６が離れる方向へ作用する。圧縮コイルスプリングからなる付勢部材３７は常圧室２２に収容され、一端を第二ケース２０の底壁２５に、他端をスプリング座３２の反弁ガイド側に係止されている。これにより付勢部材３７は、弁体３６を弁座側へ向かって付勢している。

燃料供給管４０は円筒状に形成され、内周側に供給通路４１を形成している。燃料供給管４０の一端は吐出通路に接続されており、大気圧よりも高圧となる燃料ポンプの吐出燃料が吐出通路を通じて供給通路４１に供給される。燃料供給管４０の反吐出通路側端は第一ケース１０の側壁１３に圧入されており、供給通路４１に供給された高圧燃料を高圧室１２へと導入する。

燃料排出部５０は、リテーナ６０、ブッシュ７０、リターン管８０等から構成されている。リテーナ６０は円筒状に形成され、第一ケース１０の底壁１４に圧入されている。筒部材としてのブッシュ７０は耐錆鋼等で円筒状に形成され、リテーナ６０の内周側に同軸上に圧入されている。即ちブッシュ７０はリテーナ６０を介して第一ケース１０に保持されている。ブッシュ７０の一端７１はリテーナ６０の一端６１よりも高圧室１２内へ向かって突出しており、その端面に弁座７２が形成されている。弁座７２は弁体３６の反ジョイント側に配設され、弁体３６の着座並びに離座を可能にしている。ブッシュ７０の高圧室側端７１の内、外周縁部７１ａ，７１ｂ（図１参照）は面取りされている。ブッシュ７０の内周側には、排出通路７４が形成されている。排出通路７４の通路径（即ちここではブッシュ７０の内径）は、燃料流れ方向であるブッシュ７０の軸方向において連続的に変化している。弁体３６が弁座７２から離座した状態では、排出通路７４が高圧室１２と連通し、弁座７２と弁体３６との間を通過した高圧室１２の高圧燃料が排出通路７４へと流れ込む。一方、弁体３６が弁座７２に着座した状態では、排出通路７４と高圧室１２との連通が遮断される。

リターン管８０は円筒状に形成され、リテーナ６０の内周側に同軸上に圧入されている。リターン管８０はブッシュ７０に対して燃料流れの下流側に配設され、軸方向においてブッシュ７０と間隔をあけている。この間隔により低圧室６２がリテーナ６０の内周側に形成されている。リターン管８０の内周側には、リターン通路８１が形成されている。リターン管８０の反ブッシュ側はリテーナ６０の反高圧室側端６３よりも第一ケース１０外へ向かって突出しており、リターン通路８１は、排出通路７４から低圧室６１へと排出された燃料を燃料タンク内へ戻す。

次に、ブッシュ７０の排出通路７４について詳細に説明する。
図１に示すように排出通路７４は、その弁座側端から燃料流れの下流側（以下、単に下流側という）へ向かって順に第一テーパ部７６、第二テーパ部７７及び第三テーパ部７８を有している。ブッシュ７０の高圧室側端７１において面取りされた内周縁部７１ａが形成する第一テーパ部７６は、直線状の母線を有し下流側へ向かって通路径が連続的に縮小するテーパ形を呈している。第一テーパ部７６の弁座側端の通路面積は、弁座７２と弁体３６との間の開口面積の最大値よりも大きく設定されている。第二テーパ部７７は、第一テーパ部７６の反弁座側端に繋がっている。第二テーパ部７７は、直線状の母線を有し下流側へ向かって通路径が連続的に縮小するテーパ形であって、第一テーパ部７６のテーパ角度θ₁よりも小さなテーパ角度θ₂を有するテーパ形を呈している。第三テーパ部７８は、第二テーパ部７７の反第一テーパ部側端に繋がっている。第三テーパ部７８は、直線状の母線を有し下流側へ向かって通路径が連続的に拡大するテーパ形を呈している。図３に拡大して示すように、ブッシュ７０の内周面において、第一テーパ部７６と第二テーパ部７７との境界並びに第二テーパ部７７と第三テーパ部７８との境界をそれぞれ形成する部分には、内側へ凸となるＲが付けられている。

排出通路７４では、燃料流れ方向において排出通路７４を複数の微小区間で区切ったとき、各微小区間でのキャビテーション係数が１以上となるように各部７６，７７，７８の形状が調整されている。ここでキャビテーション係数とは、（微小区間の出口圧−燃料蒸気圧）／（微小区間の入口圧−微小区間の出口圧）で表される数値である。そして、かかる形状調整方法の望ましい一例として、ブッシュ７０の高圧室側端７１における内周縁部７１ａの面取り角度φ_aに一致するテーパ角度θ₁の補角の半値、並びにテーパ角度θ₂の半値をそれぞれ、５〜１５°の範囲内に設定する。尚、ブッシュ７０の高圧室側端７１における外周縁部７１ｂの面取り角度φ_bについても、５〜１５°の範囲内に設定することが望ましい。
以上、第一実施形態では、弁座７２に対し下流側において連接した弁座側端を有する縮径部を第一及び第二テーパ部７６，７７により構成し、当該縮径部の反弁座側端に繋がる拡径部を第三テーパ部７８により構成している。

次に、プレッシャレギュレータ２の作動について説明する。
吐出通路から供給通路４１、高圧室１２へと順次供給される燃料（以下、供給燃料という）の圧力が所定の閾値よりも低い間は、弁体３６が弁座７２に着座するため、高圧室１２の燃料は排出通路７４を通じて排出されない。そのため、供給燃料の圧力は燃料ポンプの吐出圧に応じたものとなる。

供給燃料の圧力が閾値よりも高くなると、弁体３６及び弁ガイド３３が弁座７２から離れる方向へ受ける力が増大するため、弁体３６が弁座７２から離座する。すると、高圧室１２の燃料は弁座７２と弁体３６との間を抜けて、排出通路７４、低圧室６１、リターン通路８１を順次流通し、余剰燃料として燃料タンク内へと戻される。このとき、供給燃料の圧力に応じて弁体３６が変位することで弁座７２と弁体３６との間の開口面積が変化するため、燃料タンク内へ戻される燃料量が調整される。その結果、供給燃料の圧力即ち燃料噴射弁へ向かう燃料の圧力が調圧される。

ところで、高圧室１２の高圧燃料が弁座７２と弁体３６との間を抜けて排出通路７４へ流れ込んだときには、排出通路７４の燃料圧力が燃料流れ方向において図４に示すように変化する。尚、図４の横軸上に付されたＤは、第二テーパ部７６と第三テーパ部７７との境界位置、即ち縮径部と拡径部との境界位置を示している。

具体的に、弁座７２と弁体３６との間を通じて高圧室１２から排出通路７４へと流れ込んだ燃料は、まず、縮径部を構成する第一及び第二テーパ部７６，７７を流通する。ここで第一及び第二テーパ部７６，７７を流れる燃料は、図４に示す如く、第一及び第二テーパ部７６，７７の通路径が縮小するのに従って緩やかな圧力低下を発現する。その結果、第一及び第二テーパ部７６，７７を流通する燃料の流速が緩やかに増大するようになり、ブッシュ７０の内周面から燃料流れが剥離すること等によるキャビテーションの発生が抑制される。したがって、キャビテーションの崩壊に起因する騒音並びにブッシュ７０の壊食を低減することができる。また、第一及び第二テーパ部７６，７７を流通する燃料の流速が緩やかに増大することによって、高圧室１２から排出通路７４へと流れ込む燃料中の異物がブッシュ７０の内周壁に衝突し難くなり、そのような異物によるブッシュ７０の壊食を低減することができる。

第一及び第二テーパ部７６，７７により圧力低下並びに流速増大した燃料は、次に、拡径部を構成する第三テーパ部７８を流通する。ここで第三テーパ部７８を流れる燃料は、第三テーパ部７８の通路径が拡大するのに従って流速低下する。その結果、排出通路７４の反弁座側端をなす第三テーパ部７８から、当該第三テーパ部７８よりも大径の低圧室６２へ燃料が排出されるときに、ブッシュ７０の低圧室側端７９（図１及び図２参照）の端面に対する燃料流れの剥離が防止される。したがって、そのような燃料流れの剥離に起因するキャビテーションの発生ひいては騒音の発生が抑えられる。

（第二〜第四実施形態）
本発明の第二〜第四実施形態によるブッシュを図５〜図７に示す。
図５に示すように第二実施形態の第一テーパ部１００は、下流側へ向かうほど通路径の縮小率が小さくなる曲線状の母線を有するテーパ形である。図６に示すように第三実施形態の第二テーパ部１１０は、下流側へ向かうほど通路径の縮小率が小さくなる曲線状の母線を有するテーパ形である。図７に示すように第四実施形態の第三テーパ部１２０は、下流側へ向かうほど通路径の拡大率が大きくなる曲線状の母線を有するテーパ形である。このような第二〜第四実施形態によっても、第一実施形態と同様な効果が得られる。

尚、第二実施形態の第一テーパ部１００、第三実施形態の第二テーパ部１１０並びに第四実施形態の第三テーパ部１２０のいずれか二つを組み合わせるように構成してもよい。また、第二実施形態の第一テーパ部１００及び第三実施形態の第二テーパ部１１０について、下流側へ向かうほど通路径の縮小率が大きくなる曲線状の母線を有するテーパ形としてもよく、その場合、隣接するテーパ部との境界を形成するブッシュ７０の内周面に、内側へ凸となるＲを付けることが望ましい。さらに、第四実施形態の第三テーパ部１２０について、下流側へ向かうほど通路径の拡大率が小さくなる曲線状の母線を有するテーパ形としてもよく、その場合、隣接するテーパ部との境界を形成するブッシュ７０の内周面に、内側へ凸となるＲを付けることが望ましい。

（第五実施形態）
本発明の第五実施形態によるブッシュを図８に示す。
第五実施形態の排出通路１３０には第一テーパ部がなく、第三実施形態の第二テーパ部１１０及び第四実施形態の第三テーパ部１２０から排出通路１３０が構成されている。このような第五実施形態によれば、縮径部として第二テーパ部１１０が単独で機能することにより、第一実施形態と同様な効果が得られる。

（第六実施形態）
本発明の第六実施形態によるブッシュを図９に示す。
第六実施形態の排出通路１４０には第三テーパ部がなく、第一実施形態の第一及び第二テーパ部７６，７７から排出通路１４０が構成されている。このような第六実施形態によれば、縮径部を構成する第一及び第二テーパ部７６，７７が第一実施形態と同様に機能する。また、第六実施形態によれば、排出通路１４０の形状が簡略化されるので、当該排出通路１４０をブッシュ７０に形成するための加工が容易になる。

尚、第六実施形態の排出通路１４０では、第一テーパ部７６に代えて第二実施形態の第一テーパ部１００を採用してもよいし、第二テーパ部７７に代えて第三実施形態の第二テーパ部１１０を採用してもよい。そして、排出通路１４０において第三実施形態の第二テーパ部１１０を採用する場合には、第一テーパ部を設けないようにすることもできる。

以上、第一〜第六実施形態では、第一ケース１０やリテーナ６０等の他部材とは別体のブッシュ７０に弁座７２及び排出通路７４，１３０，１４０を形成することで、その形成を容易にし、排出通路７４，１３０，１４０の仕様変更の自由度を高めている。これに対し、第一ケース１０やリテーナ６０に弁座７２及び排出通路７４，１３０，１４０を形成して、部品点数を少なくするようにしてもよい。
また、第一〜第六実施形態では、円板状の弁体３６を用いたが、ボール状の弁体を用いてもよい。

さらに、第一〜第六実施形態では、供給燃料の圧力に応じて弁体３６を変位させることで当該供給燃料の圧力を調圧するプレッシャレギュレータ２に本発明を適用した例について説明した。これに対し、弁体３６をアクチュエータにより駆動する例えば電磁弁等の燃料圧力制御弁に本発明を適用するようにしてもよい。

本発明の第一実施形態によるブッシュを示す断面図である。 本発明の第一実施形態によるプレッシャレギュレータを示す断面図である。 図１の要部を拡大して示す断面図である。 本発明の第一実施形態による排出通路の機能について説明するための模式図である。 本発明の第二実施形態によるブッシュを示す断面図（Ａ）並びに（Ａ）におけるＢ部の拡大図（Ｂ）である。 本発明の第三実施形態によるブッシュを示す断面図である。 本発明の第四実施形態によるブッシュを示す断面図である。 本発明の第五実施形態によるブッシュを示す断面図である。 本発明の第六実施形態によるブッシュを示す断面図である。

符号の説明

２ プレッシャレギュレータ（燃料圧力制御弁）、３６ 弁体、４１ 供給通路、７０ ブッシュ（筒部材）、７２ 弁座、７４，１３０，１４０ 排出通路、７６，１００ 第一テーパ部（縮径部）、７７，１１０ 第二テーパ部（縮径部）、７８，１２０ 第三テーパ部（拡径部）

Claims (4)

1. 弁体と、
   前記弁体が着座並びに離座する弁座と、
   前記弁座に対し燃料流れの下流側において連接し、前記弁体と前記弁座との間を通過した燃料を排出する排出通路と、
   を備え、
   前記排出通路は、弁座側端から燃料流れの下流側へ向かって通路径が連続的に縮小する縮径部を有することを特徴とする燃料圧力制御弁。
2. 前記縮径部の反弁座側端に繋がり、縮径部側端から燃料流れの下流側へ向かって通路径が連続的に拡大する拡径部を、前記排出通路は有することを特徴とする請求項１に記載の燃料圧力制御弁。
3. 前記弁座は筒部材の端面に形成され、前記排出通路は前記筒部材の内周側に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料圧力制御弁。
4. 燃料が供給される供給通路を備え、
   前記供給通路の燃料圧力に応じて前記弁体を変位させることにより前記供給通路の燃料圧力を調圧することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料圧力制御弁。

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