JP2006299855A - Fluid control valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体圧力制御弁や流体流量制御弁等の流体制御弁に関するもので、特に内燃機関用燃料噴射装置に組み込まれるインジェクタ用電磁弁、減圧調整弁、燃料圧力調整弁等の流体制御弁に係わる。 The present invention relates to a fluid control valve such as a fluid pressure control valve or a fluid flow rate control valve, and more particularly to a fluid control valve such as an injector solenoid valve, a pressure reducing adjustment valve, or a fuel pressure adjusting valve incorporated in a fuel injection device for an internal combustion engine. Related to.
[従来の技術]
近年、例えばディーゼルエンジンの排気ガス浄化の規制が厳しくなっている。これに伴い、エンジンより排出される排気ガスをよりクリーンにするために、特に黒煙(スモーク)を代表とするディーゼルパティキュレートを低減するために、インジェクタの噴孔部から噴射される噴霧燃料を極限まで微粒化することが重要である。この噴霧燃料の微粒化を促進するためには、燃料の噴射圧力を高噴射圧化することが有効である。そして、このようなディーゼルエンジン用燃料噴射システムとして、サプライポンプより吐出された高圧燃料をコモンレールに蓄圧し、コモンレールに蓄圧された高圧燃料をインジェクタを介してエンジンの気筒内に噴射供給するコモンレール式燃料噴射システムが知られている。
[Conventional technology]
In recent years, for example, regulations on exhaust gas purification of diesel engines have become stricter. Along with this, in order to make the exhaust gas exhausted from the engine cleaner, especially in order to reduce diesel particulates typified by black smoke (smoke), the sprayed fuel injected from the injection hole of the injector is used. It is important to atomize to the limit. In order to promote atomization of the atomized fuel, it is effective to increase the fuel injection pressure. As such a fuel injection system for a diesel engine, a common rail fuel that accumulates high pressure fuel discharged from a supply pump in a common rail and injects the high pressure fuel accumulated in the common rail into an engine cylinder via an injector. Injection systems are known.
このコモンレール式燃料噴射システムには、自身が開弁駆動されることで制御室内の高圧燃料を燃料系の低圧側に溢流させることによりノズルニードルを開弁方向に駆動するインジェクタ用電磁弁、コモンレール内の燃料圧力を目標値まで降圧させるための減圧弁、コモンレール内の燃料圧力が設定値を超えると開弁するプレッシャリミッタ、サプライポンプ内の燃料圧力が設定値を超えると開弁するオーバーフローバルブ等の流体制御弁が使用されている。これらの流体制御弁は、必要のある時に高圧燃料を燃料系の低圧側に逃がす排出機能と、必要のない時に高圧燃料が燃料系の低圧側に溢流しないように高圧室から低圧室に高圧燃料を流入させるための流入孔(例えばオリフィス等)を封止(シール)するシール機能とを兼ね備えている。 This common rail fuel injection system includes an injector solenoid valve that drives the nozzle needle in the valve opening direction by causing the high pressure fuel in the control chamber to overflow to the low pressure side of the fuel system by being driven to open the valve. Pressure reducing valve to reduce the fuel pressure in the engine to the target value, pressure limiter that opens when the fuel pressure in the common rail exceeds the set value, overflow valve that opens when the fuel pressure in the supply pump exceeds the set value, etc. The fluid control valve is used. These fluid control valves have a discharge function that allows high pressure fuel to escape to the low pressure side of the fuel system when necessary, and high pressure from the high pressure chamber to the low pressure chamber so that the high pressure fuel does not overflow to the low pressure side of the fuel system when not necessary. It also has a sealing function for sealing (sealing) an inflow hole (for example, an orifice or the like) through which fuel flows.
上記の両機能を実現する流体制御弁として、コモンレール式燃料噴射システムに使用される電磁式圧力調整弁が提案されている(例えば、特許文献1参照)。これは、ソレノイドコイルへの通電時にアーマチャと一体化された弁部材を軸線方向の一方側に吸引して、弁部材の先端に形成した球体をテーパ状のバルブシート(弁座)を有するバルブボデーに押し当てることで、オリフィスを閉塞して高圧室と低圧室とをシールしている。また、ソレノイドコイルへの通電を停止して、球体をバルブシートに押し付ける方向に作用する押し付ける力を低下させることで、オリフィス内の燃料圧力からバルブシートより引き離す方向に弁部材が受ける受圧力によって弁部材をバルブシートより離座させてオリフィスを開放して高圧室内の高圧燃料を低圧室に逃がすようにしている。これにより、高圧室内の燃料圧力を低下させることができる。 As a fluid control valve that realizes both of the above functions, an electromagnetic pressure regulating valve used in a common rail fuel injection system has been proposed (see, for example, Patent Document 1). This is because when a solenoid coil is energized, a valve member integrated with the armature is sucked to one side in the axial direction, and a sphere formed at the tip of the valve member is formed into a valve body having a tapered valve seat (valve seat). Is pressed against the orifice to seal the high pressure chamber and the low pressure chamber. In addition, by stopping energization of the solenoid coil and reducing the pressing force acting in the direction of pressing the sphere against the valve seat, the valve member receives the pressure received by the valve member in the direction away from the fuel pressure in the orifice from the valve seat. The member is separated from the valve seat to open the orifice so that the high-pressure fuel in the high-pressure chamber is released to the low-pressure chamber. Thereby, the fuel pressure in the high pressure chamber can be reduced.
[従来の技術の不具合]
ところが、従来の電磁式圧力調整弁においては、テーパ角度と球径とでシート径が決まるため、オリフィス径を小さくしても、球体をバルブシートより引き離す方向に作用する受圧力を小さくすることができないという問題がある。そこで、受圧力を小さくするためには、球径を小さくするか、あるいはテーパ角度を大きくする必要がある。球径を小さくした場合には、球体を取り扱い難くなり、製造が困難になるという問題がある。一方、テーパ角度を大きくした場合には、球体をオリフィスの中心に維持することが困難になり、シール性が低下するという問題がある。
[Conventional technical problems]
However, in the conventional electromagnetic pressure regulating valve, the seat diameter is determined by the taper angle and the sphere diameter. Therefore, even if the orifice diameter is reduced, the pressure receiving force acting in the direction of separating the sphere from the valve seat can be reduced. There is a problem that you can not. Therefore, in order to reduce the receiving pressure, it is necessary to reduce the sphere diameter or increase the taper angle. When the sphere diameter is reduced, there is a problem that the sphere is difficult to handle and the manufacture becomes difficult. On the other hand, when the taper angle is increased, it becomes difficult to maintain the sphere at the center of the orifice, and there is a problem that the sealing performance is lowered.
この問題を解決するためには、球状弁体(ボール弁)を保持するために別部材を設けたり、アーマチャ側にボール弁を中心に保持する機構を設けたりする必要がある(例えば、特許文献2、3参照)。これらのようにオリフィス部材に対して別部材にボール弁を保持する機構を設けた場合には、部品同士の同軸度の精度によっては位置ずれが生じるという問題があり、位置ずれが大きい場合には、流入孔(例えばオリフィス等)のシールができなくなる可能性がある。また、バルブシートに押し付ける方向に弁部材が受ける荷重を低下させる方法として、ボール弁とバルブシートとの接触面積を小さくして、シート面圧を上げる方法がある。テーパシートであれば、バルブシートは線状となるが、上述のように、受圧力を下げ難いという問題がある。 In order to solve this problem, it is necessary to provide a separate member for holding the spherical valve body (ball valve) or to provide a mechanism for holding the ball valve around the armature (for example, Patent Documents). 2 and 3). When a mechanism that holds the ball valve in a separate member with respect to the orifice member as described above is provided, there is a problem that the position shift occurs depending on the accuracy of the coaxiality between the parts. There is a possibility that the inflow hole (for example, an orifice) cannot be sealed. As a method of reducing the load applied to the valve member in the direction of pressing against the valve seat, there is a method of increasing the seat pressure by reducing the contact area between the ball valve and the valve seat. If it is a taper sheet | seat, a valve seat will become linear, However As mentioned above, there exists a problem that it is difficult to reduce a receiving pressure.
一方、燃料孔の孔径よりも内径が拡径された拡径穴の底面で燃料孔を開口させて、燃料孔の口元のエッジ部分(燃料孔の開口周縁部)に設けられたバルブシートにスプリングの付勢力を利用してボール弁を着座させて燃料孔を閉塞するようにした圧力弁が提案されている(例えば、特許文献4参照)。これは、受圧力を最低限に抑えつつシート面圧を上げることができるが、シート径がボール径に対して極めて小さい場合、スプリングでボール弁を位置決めする構造では、圧力弁の閉弁時に燃料孔の口元のエッジ部分の中心にボール弁を保持することが困難になり、燃料孔のシールができなくなるという問題がある。
本発明の目的は、受圧力を最低限に抑えつつ、最低限の荷重で流入孔のシールに必要なシート面圧を得ることのできる流体制御弁を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fluid control valve capable of obtaining a seat surface pressure necessary for sealing an inflow hole with a minimum load while suppressing a receiving pressure to a minimum.
請求項1に記載の発明によれば、流入孔内の高圧流体から流入孔の開口周縁部より引き離す方向にボール弁が受ける受圧力よりも、荷重付与手段から流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁が受ける荷重が大きいと、ボール弁が流入孔の開口周縁部に着座することで、流入孔が閉塞される。これにより、荷重付与手段から流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁が受ける荷重が小さくても、ボール弁と流入孔の開口周縁部との接触面積が小さいため、流入孔の閉塞に必要なシート面圧を上げることができるので、流入孔と凹部との間を確実に封止することができる。また、流入孔内の高圧流体から流入孔の開口周縁部より引き離す方向にボール弁が受ける受圧力よりも、荷重付与手段から流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁が受ける荷重が小さいと、ボール弁が流入孔の開口周縁部から離座することで、流入孔が開放される。 According to the first aspect of the present invention, the load is applied to the opening peripheral portion of the inflow hole from the load applying force rather than the pressure received by the ball valve in the direction away from the opening peripheral portion of the inflow hole from the high pressure fluid in the inflow hole. When the load received by the ball valve in the direction is large, the ball valve is seated on the opening peripheral edge portion of the inflow hole, thereby closing the inflow hole. As a result, even if the load received by the ball valve from the load applying means against the opening peripheral edge of the inflow hole is small, the contact area between the ball valve and the opening peripheral edge of the inflow hole is small. Since the required sheet surface pressure can be increased, the gap between the inflow hole and the recess can be reliably sealed. In addition, the load received by the ball valve in the direction of pressing from the load applying means to the opening peripheral portion of the inflow hole is smaller than the receiving pressure received by the ball valve in the direction away from the opening peripheral portion of the inflow hole from the high-pressure fluid in the inflow hole. Then, the ball valve is separated from the opening peripheral edge of the inflow hole, so that the inflow hole is opened.
そして、凹部の底面で開口し、凹部内に高圧流体を流入させるための流入孔を、凹部と同軸的に形成し、流入孔の開口周縁部を、凹部または流入孔の軸線方向に対して略垂直な平坦面とすることにより、流入孔の開口周縁部(バルブボデーのバルブシート(弁座))が平面シートとなるため、流入孔内の高圧流体から流入孔の開口周縁部より引き離す方向にボール弁が受ける受圧力を下げることができる。また、ボール弁が着座する流入孔の開口周縁部の接触面積が小さくなり線状となるため、最低限の荷重(荷重付与手段から流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁が受ける荷重)で流入孔の閉塞(シール)に必要なシート面圧を得ることができる。 And the inflow hole for making a high pressure fluid flow in into a recessed part is formed coaxially with a recessed part, and the opening peripheral part of an inflow hole is substantially made with respect to the axial direction of a recessed part or an inflow hole. By adopting a vertical flat surface, the opening peripheral edge of the inflow hole (the valve seat of the valve body (valve seat)) becomes a flat sheet, so that the high-pressure fluid in the inflow hole is separated from the opening peripheral edge of the inflow hole. The pressure received by the ball valve can be reduced. In addition, since the contact area of the opening periphery of the inflow hole on which the ball valve is seated becomes smaller and linear, the minimum load (the load that the ball valve receives in the direction of pressing from the load applying means to the opening periphery of the inflow hole) ), The sheet surface pressure required for closing (sealing) the inflow hole can be obtained.
請求項2に記載の発明によれば、凹部の底面を、ボール弁の軸線方向の移動範囲を規制する規制面として利用することにより、ボール弁が流入孔の開口周縁部に着座した際にボール弁のそれ以上の軸線方向(閉弁方向)への移動が規制される。また、請求項3に記載の発明によれば、バルブボデーに、ボール弁を凹部または流入孔の中心軸線方向に誘導するボールガイド(バルブガイド)を一体的に形成することにより、流入孔とボールガイドとの同軸度が向上するため、ボール弁を流入孔の中心軸線上または凹部の中心軸線上に維持し易くなる。これにより、流入孔の開口周縁部からボール弁が位置ずれすることなく、ボール弁が流入孔の開口周縁部の中心軸線上に着座するため、流入孔と凹部との間を確実に封止することができる。 According to the second aspect of the present invention, the bottom surface of the recess is used as a restriction surface for restricting the movement range of the ball valve in the axial direction, so that when the ball valve is seated on the opening peripheral edge of the inflow hole, Further movement of the valve in the axial direction (valve closing direction) is restricted. According to the third aspect of the present invention, the ball body (valve guide) for guiding the ball valve in the direction of the central axis of the recess or the inflow hole is integrally formed on the valve body, whereby the inflow hole and the ball are formed. Since the coaxiality with the guide is improved, the ball valve can be easily maintained on the central axis of the inflow hole or the central axis of the recess. Accordingly, the ball valve is seated on the central axis of the opening peripheral edge of the inflow hole without being displaced from the opening peripheral edge of the inflow hole, so that the gap between the inflow hole and the recess is surely sealed. be able to.
請求項4に記載の発明によれば、ボールガイドの壁面を、ボール弁の半径方向の移動範囲を規制する規制面として利用することにより、ボール弁が流入孔の開口周縁部より離座した際にボール弁のそれ以上の半径方向の外径側への移動が規制される。また、請求項5に記載の発明によれば、バルブボデーのボールガイドとボール弁との間にクリアランスを形成しているので、ボール弁が流入孔の開口周縁部より離座した際に流入孔内の高圧流体がクリアランスを通って、つまりボール弁の周囲を通って流体流方向の下流側に導かれる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the wall surface of the ball guide is used as a restricting surface for restricting the radial movement range of the ball valve, the ball valve is separated from the opening peripheral edge of the inflow hole. Further, the movement of the ball valve toward the outer diameter side in the radial direction is restricted. According to the fifth aspect of the present invention, since the clearance is formed between the ball guide of the valve body and the ball valve, the inflow hole is separated when the ball valve is separated from the opening peripheral edge of the inflow hole. The high-pressure fluid inside is guided through the clearance, that is, through the periphery of the ball valve to the downstream side in the fluid flow direction.
請求項6に記載の発明によれば、ボール弁の直径に対する流入孔の孔径の比が大きくなるにつれて、ボールガイドとボール弁との間のクリアランスを通過する高圧流体の流量が増えると流体の流通抵抗が増えるため、高圧流体の流量が増え難くなると共に、ボール弁が流入孔の開口周縁部より離座した際に流入孔内の高圧流体から受ける受圧力が大きくなる。そこで、バルブボデーのボールガイドよりも半径方向の外径側に流体通路を設けることにより、流入孔より凹部内に流入した高圧流体が流体通路を通ってスムーズに流体流方向の下流側に流れ出るようになる。これにより、流入孔から凹部内に流入する高圧流体の流量が増えた場合でも、受圧力を最低限に抑えつつ、最低限の荷重で流入孔の閉塞に必要なシート面圧を得ることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, when the flow rate of the high-pressure fluid passing through the clearance between the ball guide and the ball valve increases as the ratio of the hole diameter of the inflow hole to the ball valve increases, Since the resistance increases, the flow rate of the high-pressure fluid is difficult to increase, and the pressure received from the high-pressure fluid in the inflow hole when the ball valve is separated from the opening peripheral edge of the inflow hole is increased. Therefore, by providing a fluid passage on the outer diameter side in the radial direction with respect to the ball guide of the valve body, the high-pressure fluid that has flowed into the recess through the inflow hole flows smoothly downstream in the fluid flow direction through the fluid passage. become. As a result, even when the flow rate of the high-pressure fluid flowing from the inflow hole into the recess increases, it is possible to obtain the seat surface pressure necessary for closing the inflow hole with the minimum load while suppressing the pressure receiving pressure to the minimum. .
請求項7に記載の発明によれば、コイルを通電すると、荷重付与部材をボール弁より引き離す方向に吸引する磁気吸引力がコイルに発生する。そして、例えばスプリング、板ばね、ゴム系弾性体、ウェイブワッシャ、エアクッション等のボール付勢手段(弁体付勢手段)の付勢力に抗して荷重付与部材がボール弁より引き離される。すると、流入孔内の高圧流体から流入孔の開口周縁部より引き離す方向にボール弁が受ける受圧力に比べて、荷重付与部材から流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁が受ける荷重が弱められる。これによって、ボール弁が流入孔内の高圧流体の流体圧力によって流入孔の開口周縁部より離座するため、流入孔内の高圧流体が流入孔から凹部内に流入し、ボール弁の周囲を通って流体流方向の下流側に流れ出るようになる。 According to the seventh aspect of the present invention, when the coil is energized, a magnetic attractive force that attracts the load applying member in the direction separating the ball valve from the ball valve is generated in the coil. Then, for example, the load applying member is separated from the ball valve against the urging force of ball urging means (valve urging means) such as a spring, a leaf spring, a rubber-based elastic body, a wave washer, and an air cushion. Then, compared to the pressure received by the ball valve in the direction away from the peripheral edge of the inflow hole from the high-pressure fluid in the inflow hole, the load received by the ball valve in the direction of pressing from the load applying member to the peripheral edge of the inflow hole is smaller. Weakened. As a result, the ball valve is separated from the opening peripheral edge of the inflow hole by the fluid pressure of the high pressure fluid in the inflow hole, so that the high pressure fluid in the inflow hole flows into the recess from the inflow hole and passes around the ball valve. As a result, the fluid flows out downstream in the fluid flow direction.
また、コイルへの通電を停止すると、ボール付勢手段の付勢力によって荷重付与部材を介してボール弁が流入孔の開口周縁部に押し当てられているため、ボール弁が流入孔の開口周縁部に密着して流入孔と凹部との間が封止される。これによって、ボール弁を流入孔の開口周縁部に密着(シール)させるための力を最低限に抑えることが可能となるため、ボール付勢手段の付勢力を低い値に設定することができる。これにより、ボール弁を流体圧力を利用して開弁させるための、コイルの磁気吸引力を小さくできるため、コイルの巻き数や磁路面積を小さくできる。したがって、荷重付与部材、コイル等によって構成される電磁駆動部の小型化および低コスト化を図ることができる。 Further, when the energization to the coil is stopped, the ball valve is pressed against the opening peripheral portion of the inflow hole through the load applying member by the urging force of the ball urging means. And the space between the inflow hole and the recess is sealed. This makes it possible to minimize the force for bringing the ball valve into close contact (sealing) with the peripheral edge of the opening of the inflow hole, so that the urging force of the ball urging means can be set to a low value. Thereby, since the magnetic attraction force of the coil for opening the ball valve using the fluid pressure can be reduced, the number of turns of the coil and the magnetic path area can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the electromagnetic drive unit constituted by the load applying member, the coil and the like.
請求項8に記載の発明によれば、コイルを通電すると、荷重付与部材をボール弁に押し付ける方向に吸引する磁気吸引力がコイルに発生する。そして、コイルの磁気吸引力によって荷重付与部材を介してボール弁が流入孔の開口周縁部に押し当てられているため、ボール弁が流入孔の開口周縁部に密着して流入孔と凹部との間が封止される。これによって、ボール弁を流入孔の開口周縁部に密着させるための力を最低限に抑えることが可能となるため、コイルの巻き数や磁路面積を小さくできる。したがって、荷重付与部材、コイル等によって構成される電磁駆動部の小型化および低コスト化を図ることができる。 According to the eighth aspect of the present invention, when the coil is energized, a magnetic attraction force that attracts the load applying member in the direction of pressing the ball valve is generated in the coil. Since the ball valve is pressed against the opening peripheral edge of the inflow hole through the load applying member by the magnetic attractive force of the coil, the ball valve is in close contact with the opening peripheral edge of the inflow hole and the inflow hole and the recess are The gap is sealed. This makes it possible to minimize the force for bringing the ball valve into close contact with the opening peripheral edge of the inflow hole, thereby reducing the number of turns of the coil and the magnetic path area. Therefore, it is possible to reduce the size and cost of the electromagnetic drive unit constituted by the load applying member, the coil and the like.
請求項9に記載の発明によれば、ボール弁に直接的に接触して流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁に荷重を与えるスプリング、板ばね、ゴム系弾性体、ウェイブワッシャ、エアクッション等のボール付勢手段(弁体付勢手段)を設けることにより、ボール付勢手段から流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁が受ける荷重を最低限に抑えることが可能となるため、ボール付勢手段を小さくでき、流体制御弁の小型化および低コスト化を図ることができる。 According to the ninth aspect of the present invention, a spring, a leaf spring, a rubber-based elastic body, a wave washer, which directly contacts the ball valve and applies a load to the opening peripheral portion of the inflow hole. By providing ball urging means (valve urging means) such as an air cushion, it is possible to minimize the load received by the ball valve in the direction of pressing from the ball urging means to the peripheral edge of the opening of the inflow hole. Therefore, the ball urging means can be reduced, and the fluid control valve can be reduced in size and cost.
請求項10に記載の発明によれば、ボール弁に直接的に接触して流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁に荷重を与えるスプリング、板ばね、ゴム系弾性体、ウェイブワッシャ、エアクッション等のボール付勢手段(弁体付勢手段)を設けることにより、ボール付勢手段から流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁が受ける荷重を最低限に抑えることが可能となるため、ボール付勢手段を小さくでき、流体制御弁の小型化および低コスト化を図ることができる。さらに、付勢力調整部材(例えばプレート)の軸線方向の板厚を任意に変更することにより、ボール付勢手段から流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁が受ける荷重を任意に調整することができる。
According to the invention of
請求項11に記載の発明によれば、付勢力伝達部材を介して、ボール弁に間接的に接触して流入孔の開口周縁部に押し当てる方向にボール弁に荷重を与えるスプリング、板ばね、ゴム系弾性体、ウェイブワッシャ、エアクッション等のボール付勢手段(弁体付勢手段)を設けることにより、仮にボール弁の直径(球径)が小さい場合であっても、ボール弁を取り扱い易くなり、ボール付勢手段を用いてボール弁を流入孔の開口周縁部に押し当てることが容易となる。 According to the eleventh aspect of the present invention, a spring, a leaf spring, which applies a load to the ball valve in a direction to contact the ball valve indirectly and press against the peripheral edge of the opening of the inflow hole via the biasing force transmitting member. By providing ball urging means (valve urging means) such as rubber-based elastic bodies, wave washers, air cushions, etc., even if the ball valve has a small diameter (spherical diameter), it is easy to handle the ball valve. Thus, it becomes easy to press the ball valve against the opening peripheral edge of the inflow hole using the ball urging means.
本発明を実施するための最良の形態は、受圧力を最低限に抑えつつ、最低限の荷重で流入孔のシールに必要なシート面圧を得るという目的を、凹部の底面で開口し、凹部内に高圧流体を流入させるための流入孔を、凹部と同軸的に形成し、流入孔の開口周縁部を、凹部または流入孔の軸線方向に対して垂直な平坦面とすることで実現した。 The best mode for carrying out the present invention is to provide a sheet surface pressure necessary for sealing the inflow hole with a minimum load while keeping the pressure receiving pressure to a minimum. An inflow hole for allowing a high-pressure fluid to flow in is formed coaxially with the recess, and the opening peripheral edge of the inflow hole is formed as a flat surface perpendicular to the axial direction of the recess or the inflow hole.
[実施例1の構成]
図1および図2は本発明の実施例1を示したもので、図1はボール弁の周辺構造を示した図で、図2は常閉型の減圧調整弁の全体構造を示した図である。
[Configuration of Example 1]
FIG. 1 and FIG. 2 show Example 1 of the present invention, FIG. 1 is a view showing a peripheral structure of a ball valve, and FIG. 2 is a view showing an overall structure of a normally closed pressure reducing regulating valve. is there.
本実施例の内燃機関用燃料噴射装置は、例えば自動車等の車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関(以下エンジンと言う)用の燃料噴射システムとして知られるコモンレール式燃料噴射システム(蓄圧式燃料噴射装置)であり、コモンレール11内に蓄圧された高圧燃料をエンジンの各気筒の燃焼室内に高圧燃料を噴射供給するように構成されている。このコモンレール式燃料噴射システムは、燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール11と、このコモンレール11内に高圧燃料を圧送供給するサプライポンプ(燃料供給ポンプ:図示せず)と、エンジンの各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する複数のインジェクタ(燃料噴射弁:図示せず)と、サプライポンプの電磁式吸入調量弁およびインジェクタの電磁弁を電子制御するエンジン制御ユニット(以下ECUと呼ぶ:図示せず)とを備えている。
A fuel injection device for an internal combustion engine according to the present embodiment is a common rail fuel injection system (accumulated pressure) known as a fuel injection system for an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) such as a multi-cylinder diesel engine mounted on a vehicle such as an automobile. The high-pressure fuel accumulated in the
コモンレール11に蓄圧される高圧燃料は、サプライポンプから供給されている。このコモンレール11内の燃料圧力(コモンレール圧力)は、燃料圧力検出手段としてのコモンレール圧力センサ(図示せず)によって測定される。なお、コモンレール11には、コモンレール11から燃料系の低圧側(燃料タンク)へ燃料を戻すためのリーク配管13が接続されている。そして、コモンレール11とリーク配管13との間には、図示しない減圧弁駆動回路を介してECUから印加される減圧弁駆動信号によって電子制御されることにより、リーク配管13の燃料還流路14を開閉制御することが可能なノーマリクローズタイプ(常閉型)の減圧調整弁1が装着されている。
The high-pressure fuel accumulated in the
インジェクタは、エンジンの各気筒毎に対応して搭載されて、ノズルボデーとノズルニードルとからなる燃料噴射ノズル、ノズルニードルを開弁方向に駆動する電磁弁、およびノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリングにより構成されている。インジェクタからエンジンの各気筒の燃焼室内への燃料噴射は、ノズルニードルと同軸的に設けられたコマンドピストンの背圧を制御する制御室内の燃料圧力を増減制御する電磁弁への通電および通電停止により電子制御される。この電磁弁は、図示しないインジェクタ駆動回路を介してECUから印加されるインジェクタ駆動信号によって電子制御されることにより、インジェクタの燃料噴射量、燃料噴射時期を制御する。つまり、インジェクタの電磁弁が開弁駆動されている間、コモンレール11から制御室内に供給された高圧燃料がオリフィス(流入孔)を経て燃料系の低圧側(燃料タンク)へ溢流されるため、ノズルニードルおよびコマンドピストンがリフトして、エンジンの各気筒の燃焼室内に高圧燃料が噴射供給される。
The injector is mounted corresponding to each cylinder of the engine, and is a fuel injection nozzle composed of a nozzle body and a nozzle needle, an electromagnetic valve that drives the nozzle needle in the valve opening direction, and biases the nozzle needle in the valve closing direction. It is composed of a spring. The fuel injection from the injector into the combustion chamber of each cylinder of the engine is performed by energizing and stopping energization of the solenoid valve that controls increase / decrease of the fuel pressure in the control chamber that controls the back pressure of the command piston provided coaxially with the nozzle needle. Electronically controlled. This solenoid valve is electronically controlled by an injector drive signal applied from the ECU via an injector drive circuit (not shown), thereby controlling the fuel injection amount and fuel injection timing of the injector. That is, since the high-pressure fuel supplied from the
サプライポンプは、エンジンのクランクシャフトにより回転駆動されて、吸入した燃料を加圧して吐出口からコモンレール11へ高圧燃料を吐出する高圧供給ポンプである。そして、燃料タンクからサプライポンプの加圧室に至る燃料供給経路には、加圧室内に吸入される燃料吸入量を調整することで、コモンレール11への燃料吐出量を制御する電磁式吸入調量弁が取り付けられている。この電磁式吸入調量弁は、図示しないポンプ駆動回路を介してECUから印加されるポンプ駆動信号によって電子制御されることにより、コモンレール圧力を変更する。
The supply pump is a high-pressure supply pump that is driven to rotate by the crankshaft of the engine, pressurizes the sucked fuel, and discharges the high-pressure fuel from the discharge port to the
本実施例の減圧調整弁1は、本発明の流体制御弁(流体圧力制御弁)に相当するもので、コモンレール11に液密的に締め付け固定される円筒状のアダプタ3、このアダプタ3内に保持固定されたバルブボデー5、このバルブボデー5のバルブシート(弁座)に対して着座、離座することでリーク配管13の燃料還流路14を開閉制御する球面体であるボール弁(球状弁体)6と、このボール弁6に対し、ボール弁6をバルブボデー5のバルブシートに押し当てる方向に荷重を与える荷重付与手段とを備えている。なお、バルブボデー5とボール弁6とによってボールバルブ(ボール弁装置)を構成している。
The pressure reducing adjustment valve 1 of the present embodiment corresponds to a fluid control valve (fluid pressure control valve) of the present invention. A
アダプタ3は、図2に示したように、内部に高圧室(流入孔よりも流体流方向の上流側)15を形成する縮径部、および内部に低圧室(凹部よりも流体流方向の下流側)16を形成する拡径部を有する円筒状金属部品であって、拡径部内に圧入嵌合されたバルブボデー5によって高圧室15と低圧室16とが液密的に区画形成されている。そして、縮径部の外周には、コモンレール11の円筒部17の内周ねじ部(雌ねじ部)に螺合する外周ねじ部(雄ねじ部)が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
そして、アダプタ3は、ねじ締結によって発生する減圧調整弁1の軸線方向の締結軸力によって、縮径部の先端平面部の密着面とコモンレール11の段差部18の密着面とが密着して高圧シール(メタルシール)されている。なお、高圧室15内には、燃料中の異物を捕捉する燃料フィルタ19が設置されている。また、高圧室15は、コモンレール11の蓄圧室12に連通している。また、アダプタ3の拡径部の内周部には、シリンダ20がねじ締結されている。このシリンダ20の外周には、アダプタ3の拡径部の内周ねじ部(雌ねじ部)に螺合する外周ねじ部(雄ねじ部)が形成されている。また、シリンダ20の内部には、低圧室16を形成する燃料流路21が形成されている。
The
バルブボデー5は、アダプタ3の段差部22の密着面に密着する先端平面部、および後記するシリンダの先端平面部の密着面に密着する後端平面部を有する円環板状金属部品であって、内部に高圧室15に連通する連通孔(縮径孔)23、および底面を持つ凹状のボール収容穴(ボールポケット、拡径孔)24が形成されている。連通孔23は、ボール収容穴24内に蓄圧室12内の高圧燃料および高圧室15内の高圧燃料を流入させるための断面円形状流入孔であって、ボール収容穴24の内径よりも縮径されている。また、連通孔23は、バルブボデー5の先端平面部にて開口し、また、ボール収容穴24の底面にて開口し、ボール収容穴24と略同軸上に形成されている。なお、バルブボデー5の先端平面部にて開口した連通孔23の開口端は、高圧室15に向けて徐々に拡径された円錐台状のテーパ面となっている。また、連通孔23は、高圧室15またはボール収容穴24の流路断面積よりも極めて小さい流路断面積を有するオリフィス(固定絞り)であっても良い。
The
ボール収容穴24の内部には、ボール弁6を軸線方向に移動自在に収容する円柱状空間が形成されている。また、ボール収容穴24の底面には、減圧調整弁1の閉弁時にボール弁6が密着する連通孔23の開口周縁部(流入孔の開口周縁部、バルブボデーの弁座:以下バルブシートと呼ぶ)25が設けられている。また、バルブシート25を含むボール収容穴24の底面は、ボール弁6の軸線方向の移動範囲を規制する規制面として利用されている。これにより、ボール弁6がバルブシート25に密着した際にボール弁6のそれ以上の軸線方向(閉弁方向)への移動が規制される。
A cylindrical space for accommodating the
なお、バルブシート25を含むボール収容穴24の底面は、連通孔23およびボール収容穴24の軸線方向に対して垂直な平坦面となっている。また、ボール収容穴24の内壁面は、ボール弁6を連通孔23およびボール収容穴24の中心軸線方向に誘導するボールガイド26として機能している。また、ボールガイド26の内壁面は、ボール弁6の半径方向の移動範囲を規制する規制面として利用されている。これにより、ボール弁6がバルブシート25より離座した際にボール弁6のそれ以上の半径方向の外径側への移動が規制される。
The bottom surface of the
ボール弁6は、球面を有するスチール等の金属体であって、バルブボデー5のボール収容穴24内において軸線方向の直線運動を行うと共に、バルブシート25に密着する円環状のシール部27、連通孔23内の燃料圧力を受ける圧力受け部(受圧部)28および荷重付与手段から荷重を受ける荷重受け部29を有している。このボール弁6は、ボール収容穴24の円柱状空間内において軸線方向に往復移動自在に収容されており、バルブシート25に一体的に設けられた弁座に対して着座、離座して連通孔23を閉塞、開放する。
The
これにより、ボール弁6のシール部27がバルブシート25に密着した場合には、高圧室側の高圧燃料が燃料系の低圧側(燃料タンク)に溢流しないように、連通孔23とボール収容穴24との連通状態が遮断される(シール機能)。また、ボール弁6が弁座より離座(リフト)した場合には、高圧室側の高圧燃料が燃料系の低圧側(燃料タンク)に溢流できるように、連通孔23とボール収容穴24とが連通状態となる(排出機能)。さらに、バルブボデー5のボールガイド26の内周面とボール弁6の軸線方向に対して直交する半径方向の側面との間には、高圧室15から低圧室16へ向かう高圧燃料の流通を可能とするクリアランス30が形成されている。なお、ボール弁6の直径(球径)は、連通孔23の内径(孔径)よりも極めて大きく、ボール収容穴24の内径よりもクリアランス30分だけ小さい。
As a result, when the
次に、本実施例の荷重付与手段の構成を図2に基づいて簡単に説明する。
本実施例の荷重付与手段は、励磁電流を供給することにより磁気吸引力(起磁力)を発生する電磁駆動部(ソレノイド部)7によって構成されている。なお、電磁駆動部7は、通電されると周囲に磁束を発生するソレノイドコイル31、このソレノイドコイル31により励磁されるステータコア32、ボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6に荷重を与えるアーマチャ(荷重付与部材)33、このアーマチャ33を軸線方向の一方側(ボール弁6の閉弁方向(連通孔23を閉じる側))に付勢するコイルスプリング(ボール付勢手段)34、およびアダプタ3の拡径部の外周部にねじ締結されたハウジング35等を有している。
Next, the configuration of the load applying means of this embodiment will be briefly described with reference to FIG.
The load applying means of the present embodiment is constituted by an electromagnetic drive unit (solenoid unit) 7 that generates a magnetic attractive force (magnetomotive force) by supplying an exciting current. The
ソレノイドコイル31は、ステータコア32のコイル収納部40に収容されたコイルボビン(図示せず)の外周に絶縁被膜を施した導線を複数回巻装したコイルである。このソレノイドコイル31は、コイルボビンの外周に巻装されるコイル部、およびこのコイル部より取り出された一対の端末リード線を有している。この一対の端末リード線は、ターミナル(外部接続端子)41に電気的に接続されている。また、ターミナル41は、減圧弁駆動回路を介してECUおよび電源(バッテリ)に電気的に接続されている。
The
本実施例のソレノイドコイル31は、励磁電流が供給されると、コイルスプリング34のスプリング力(ばね定数)に抗してアーマチャ33をストローク方向(軸線方向の他方側)、つまりアーマチャ33をボール弁6より引き離す方向に吸引する磁気吸引力を発生する。これにより、アーマチャ33からボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6に与える荷重が弱められるため、高圧燃料の燃料圧力によってボール弁6が押し上げられてバルブシート25よりリフトし易くなる。つまり開弁応答性が良くなる。
When an exciting current is supplied to the
ステータコア32は、例えば軟質磁性材料によって形成された磁性体であって、ソレノイドコイル31およびコイルボビンを収納する円筒状のコイル収納部40、およびアーマチャ33のステータ側端面との間に所定の間隙を隔てて対向配置される先端磁極面42を有している。なお、ステータコア32の内部には、図示しない円筒状のストッパが装着されている。このストッパは、アーマチャ33がフルリフトした際に、アーマチャ33を係止してアーマチャ33のそれ以上の移動を規制する規制部として機能する。
The
アーマチャ33は、例えば軟質磁性材料によって形成された磁性体であって、ソレノイドコイル31およびステータコア32を伴って磁気回路を形成すると共に、ソレノイドコイル31の起磁力により励磁されると、ステータコア32の先端磁極面42に吸引されて、軸線方向の他方側(ボール弁6の開弁方向(連通孔23を開く側))に移動する移動体である。このアーマチャ33は、所定の移動範囲で軸線方向に変位可能で、ステータコア32の先端磁極面42に対向して配置される円環状のフランジ部(環状部)43、およびこのフランジ部43より軸線方向のステータ側とは逆側(一方側)に突出してシリンダ20の軸方向孔内に移動自在に収容されたシャフト部(軸状部)44を有している。
The
フランジ部43は、低圧室16のうちで最も燃料流方向の下流側を形成するアーマチャ室46内に収容されている。このアーマチャ室46は、アダプタ3の拡径部の開口端の内壁面とシリンダ20の図示上端面(軸線方向のボデー側端面とは逆側のステータ側端面)とステータコア32の先端磁極面42との間に形成されている。シャフト部44は、図示下端面(円形状の平坦面)がボール弁6の荷重受け部29に直接的に接触してボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6の荷重受け部29に荷重を与える。すなわち、アーマチャ33は、コイルスプリング34のスプリング力(付勢力、ばね定数)によってボール弁6を連通孔23を閉じる方向に押し付ける機能を有している。
The
コイルスプリング34は、弾力性に優れる炭素鋼等の金属材料によって形成され、ストッパの軸方向孔45内に収容されており、等ピッチコイル(または不等ピッチコイル)が使用されている。このコイルスプリング34は、軸線方向の一端がアーマチャ33のフランジ部43のステータ側端面に係止され、軸線方向の他端がハウジング35の天壁面に係止されている。
The
ハウジング35の内周には、アダプタ3の拡径部の外周ねじ部(雄ねじ部)に螺合する内周ねじ部(雌ねじ部)が形成されている。また、ハウジング35には、リーク配管13の燃料還流路14に連通するリークポート47、およびターミナル41を保持する筒状のコネクタ部48が形成されている。なお、ストッパの軸方向孔45の内部空間は、燃料流路21およびアーマチャ室46よりなる低圧室16とリークポート47とを連通する燃料通路として機能する。また、ストッパは、ソレノイドコイル31に流れる励磁電流を遮断した後の残留磁気による応答不良を防止するために非磁性材料によって形成することが望ましい。
On the inner periphery of the
[実施例1の作用]
次に、本実施例の減圧調整弁1の作用を図1および図2に基づいて簡単に説明する。
[Operation of Example 1]
Next, the operation of the pressure reducing control valve 1 of this embodiment will be briefly described with reference to FIGS.
コモンレール11の蓄圧室12内の燃料圧力を下げる目的で、蓄圧室12内の高圧燃料を燃料系の低圧側に溢流させる必要がある場合には、ECUから減圧弁駆動回路を介してソレノイドコイル31に励磁電流が供給される。ソレノイドコイル31に励磁電流が流れると、ソレノイドコイル31の周囲に磁束が発生する。そして、ソレノイドコイル31の周囲に発生した磁束は、ステータコア32、アーマチャ33を通過する。これにより、ステータコア32およびアーマチャ33が励磁(磁化)されるため、アーマチャ33には、軸線方向の他方側、つまりステータコア32の先端磁極面42に近づく方向への吸引力が働く。したがって、アーマチャ33は、コイルスプリング34のスプリング力によってボール弁6をバルブシート25に押し付けている状態からステータコア32の先端磁極面42に近づく方向への移動を開始する。
When it is necessary to overflow the high pressure fuel in the
そして、アーマチャ33がステータコア32の先端磁極面42に近づく方向に移動すると、バルブボデー5の連通孔23内の高圧燃料からバルブシート25より引き離す方向にボール弁6の受圧部28が受ける受圧力に比べて、アーマチャ33からバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6の荷重受け部29に与えられる荷重が弱められ、アーマチャ33からバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6が受ける荷重(コイルスプリング34のスプリング力)がなくなる。このとき、ボール弁6の受圧部28よりも燃料流方向の上流側のアダプタ3の高圧室15内、バルブボデー5の連通孔23内には、コモンレール11の蓄圧室12内の燃料圧力に等しい高圧燃料が導入されており、ボール弁6の受圧部28よりも燃料流方向の下流側のバルブボデー5のボール収容穴24内は、アダプタ3の低圧室16(燃料流路21およびアーマチャ室46を含む)、ストッパの軸方向孔45およびリークポート47を介して燃料系の低圧側(燃料タンク)に連通している。
When the
したがって、ボール弁6の受圧部28よりも燃料流方向の上流側の方が、ボール弁6の受圧部28よりも燃料流方向の下流側よりも燃料圧力が極めて高いので、アーマチャ33の軸線方向の他方側への移動に伴ってボール弁6が燃料圧力によりリフト方向に押し上げられることで、ボール弁6のシール部27がバルブシート25から離座する。これにより、バルブボデー5に設けられた連通孔23が開放されるため、コモンレール11の蓄圧室12内の高圧燃料がアダプタ3の高圧室15→バルブボデー5の連通孔23を経て連通孔23の開口端よりバルブボデー5のボール収容穴24内に流出する。
Therefore, the fuel pressure in the upstream side of the
そして、ボール収容穴24内に流出した高圧燃料は、バルブボデー5のボールガイド26の内周面とボール弁6の軸線方向に対して直交する半径方向の側面との間に形成されるクリアランス30を通って、つまりボール弁6の周囲を通ってアダプタ3の低圧室16に流れ出す。このとき、ボールガイド26の内周面とボール弁6の側面とのクリアランス30に形成される流路面積は、概ね連通孔23の孔径とボール弁6の直径の比に比例して大きくなるため、スムーズに高圧燃料を低圧室側に流し出せる。そして、低圧室16内に流出した高圧燃料は、燃料流路21→アーマチャ室46→ストッパの軸方向孔45→リークポート47→リーク配管13の燃料還流路14を経由して燃料系の低圧側(燃料タンク)に溢流する。これによって、コモンレール11の蓄圧室12内の燃料圧力がエンジンの運転状態に対応して設定される目標値(目標コモンレール圧力)に速やかに低下し、インジェクタからエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給される燃料の噴射圧力が最適化されて燃料噴射量が最適なものとなる。
The high-pressure fuel that has flowed into the
また、ソレノイドコイル31への励磁電流の供給を停止すると、ステータコア32およびアーマチャ33が消磁されるため、アーマチャ33がコイルスプリング34のスプリング力によって軸線方向の一方側、つまりステータコア32の先端磁極面42より遠ざかる方向へ移動する。これにより、アーマチャ33のシャフト部44の軸線方向の一端面(先端面)がボール弁6の荷重受け部29に当接し、ボール弁6のシール部27をバルブシート25に押し付ける。このとき、ボール弁6のシール部27は、バルブシート25より位置ずれすることなく密着するため、連通孔側からボール収容穴側への高圧燃料の漏洩を防ぐことができる。
Further, when the supply of the excitation current to the
ここで、連通孔23とボール収容穴24またはボールガイド26とは、同一部品であるバルブボデー5に一体的に形成されているため、高精度に切削加工、研削加工を行うことができる。このため、ボール弁6とボール収容穴24またはボールガイド26とのクリアランス30を連通孔23の半径程度(φd/2)に加工し、その上で連通孔23とボール収容穴24またはボールガイド26との同軸度を連通孔23の半径以下で加工すれば、ボール弁6の中心が連通孔23の孔径より外側にずれることが無いため、アーマチャ33のシャフト部44から受ける荷重によってボール弁6がバルブシート25の径に倣うように移動し、連通孔23を確実に閉塞できるため、連通孔23とボール収容穴24との間を確実にシールすることが可能になる。これによって、コモンレール11の蓄圧室12内の高圧燃料が燃料系の低圧側に溢流しないようにシールできるため、コモンレール11の蓄圧室12内の燃料圧力が目標値(目標コモンレール圧力)よりも低下することを防止できる。
Here, since the
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例の減圧調整弁1においては、連通孔23とボール収容穴24とを同軸上に形成し、ボール収容穴24の底面の中心部で開口する丸孔状の連通孔23の開口周縁部(バルブシート)25を、連通孔23およびボール収容穴24の軸線方向に対して垂直な平坦面とすることにより、平面シートとなるため、受圧力(連通孔23内の高圧燃料からバルブシート25より引き離す方向にボール弁6の受圧部28が受ける受圧力)を下げることができる。また、ボール弁6のシール部27に密着するバルブシート25の接触面積が極めて小さくなり線状となるため、最低限の荷重(電磁駆動部7のアーマチャ33からバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6の荷重受け部29が受ける荷重)でシールに必要なシート面圧を得ることができる。
[Effect of Example 1]
As described above, in the pressure reducing adjustment valve 1 of the present embodiment, the
また、バルブボデー5のボール収容穴24の内壁面に、ボール弁6を連通孔23およびボール収容穴24の中心軸線方向に誘導するボールガイド26を一体的に形成することにより、バルブボデー5と別部品でボール弁6を保持する機構を設けた従来の技術と比べて、連通孔23とボールガイド26との同軸度が向上するため、ボール弁6を連通孔23の中心軸線上またはボール収容穴24の中心軸線上に維持し易くなる。これにより、球面体であるボール弁6は、バルブシート25の中心軸線上から半径方向に位置ずれすることなく、バルブシート25の中心軸線上でバルブシート25に密着する。すなわち、ボール弁6は、ボール収容穴24の底面の中心部で開口する丸孔状の連通孔23の開口周縁部(バルブシート)25に、半径方向に位置ずれすることなく密着する。したがって、受圧力を最低限に抑えつつ、最低限の荷重でシールに必要なシート面圧を得ることができる。
Further, the
また、本実施例の減圧調整弁1においては、軸線方向の一方側に移動する程、ボール弁6のシール部27をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6の荷重受け部29に与える荷重が増えるアーマチャ33と、このアーマチャ33を軸線方向の一方側に付勢するコイルスプリング34と、アーマチャ33を軸線方向の他方側に吸引するソレノイドコイル31とを有する電磁駆動部7を備えている。このため、ソレノイドコイル31に励磁電流を供給してソレノイドコイル31に磁気吸引力を発生させて、コイルスプリング34のスプリング力に抗してアーマチャ33を軸線方向の他方側に吸引することにより、連通孔23内の高圧燃料からバルブシート25より引き離す方向にボール弁6の受圧部28が受ける受圧力に比べて、アーマチャ33からバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6の荷重受け部29が受ける荷重を弱めることができる。これによって、ボール弁6が連通孔23内の高圧燃料の燃料圧力によってバルブシート25より離座するため、連通孔23からボール収容穴24内に高圧燃料が流入し、ボール弁6の周囲を通って低圧室側に流れ出るようになる。
Further, in the pressure reducing adjustment valve 1 of this embodiment, the load applied to the
また、本実施例の減圧調整弁1の場合には、ボール弁6をバルブシート25に密着させるための力を最低限に抑えることが可能となるため、コイルスプリング34のスプリング力(バネ定数)を低い値に設定することができる。すなわち、コイルスプリング34の硬さを柔らかくしたり(コイルスプリング34の弾力を弱くしたり)、コイルスプリング34のコイル外径およびコイル線径を小さくしたりすることができるので、ボール弁6を燃料圧力を利用して開弁させるための、ソレノイドコイル31の磁気吸引力を小さくできるため、ソレノイドコイル31の巻き数や磁気回路の磁路面積を小さくできる。したがって、電磁駆動部7の体格の小型化および低コスト化を図ることができ、減圧調整弁1全体の体格の小型化および低コスト化を図ることができる。
Further, in the case of the pressure reducing adjustment valve 1 of the present embodiment, the force for bringing the
図3は本発明の実施例2を示したもので、常開型の減圧調整弁の全体構造を示した図である。
本実施例の減圧調整弁1は、ノーマリオープンタイプ(常開型)の減圧調整弁であって、ソレノイドコイル31に励磁電流が供給されていない時には、コイルスプリング34のスプリング力のみによってボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6に荷重が付与されている。このため、高圧室15内の燃料圧力、連通孔23内の燃料圧力がコイルスプリング34のスプリング力よりも上回ると、ボール弁6が開弁する。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention and is a diagram showing the entire structure of a normally open pressure reducing valve.
The pressure reducing adjustment valve 1 of the present embodiment is a normally open type (normally open type) pressure reducing adjusting valve. When no exciting current is supplied to the
本実施例の電磁駆動部7は、通電されると周囲に磁束を発生するソレノイドコイル31、このソレノイドコイル31により励磁されるステータコア32、ボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6に荷重(スプリング力)を与えるアーマチャ(荷重付与部材)33、およびこのアーマチャ33を軸線方向の一方側(ボール弁6の閉弁方向(連通孔23を閉じる側))に付勢するコイルスプリング34等を有している。本実施例のソレノイドコイル31は、励磁電流が供給されると、アーマチャ33をストローク方向(軸線方向の一方側)、つまりアーマチャ33をボール弁6に押し付ける方向に吸引する磁気吸引力が発生する。これにより、アーマチャ33からボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6に与える荷重(スプリング力+磁気吸引力)が強められる。すなわち、コイルスプリング34のスプリング力がソレノイドコイル31の磁気吸引力によって助勢(アシスト)されるため、ボール弁6がバルブシート25により密着する。
The
本実施例の減圧調整弁1によれば、ソレノイドコイル31への励磁電流の供給を停止すると、コモンレール11の蓄圧室12に連通する高圧室側の燃料圧力、連通孔23内の燃料圧力が開弁圧(コイルスプリング34のセット荷重により決まる開弁圧)よりも上回ると、ボール弁6が連通孔23内の高圧燃料の燃料圧力によってバルブシート25より離座するため、連通孔23からボール収容穴24内に高圧燃料が流入し、ボール弁6の周囲を通って低圧室側に流れ出るようになる。
According to the pressure reducing adjustment valve 1 of the present embodiment, when the supply of the excitation current to the
また、ソレノイドコイル31に励磁電流を供給すると、コイルスプリング34のスプリング力を助勢(アシスト)するようにソレノイドコイル31の磁気吸引力によってアーマチャ33がストローク方向に吸引される。すると、連通孔23内の高圧燃料からバルブシート25より引き離す方向にボール弁6が受ける受圧力に比べて、アーマチャ33のシャフト部44からバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6が受ける荷重(スプリング力+磁気吸引力)が大きくなる。
Further, when an exciting current is supplied to the
これによって、仮にコモンレール11の蓄圧室12内、アダプタ3の高圧室15内、バルブボデー5の連通孔23内の燃料圧力が高くても、最低限の荷重でボール弁6をバルブシート25に密着させるのに必要なシート面圧を得ることができる。この場合には、ボール弁6をバルブシート25に密着させるための力を最低限に抑えることが可能となるため、ソレノイドコイル31の巻き数や磁気回路の磁路面積を小さくできる。したがって、電磁駆動部7の体格の小型化および低コスト化を図ることができ、減圧調整弁1全体の体格の小型化および低コスト化を図ることができる。
Thereby, even if the fuel pressure in the
図4は本発明の実施例3を示したもので、図4(a)、(b)は圧力調整弁の全体構造を示した図である。 FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the entire structure of the pressure regulating valve.
本実施例の圧力調整弁2は、本発明の流体制御弁(流体圧力制御弁)に相当するもので、コモンレール11の蓄圧室12内の燃料圧力が限界設定圧力を超えた際に開弁してコモンレール11の蓄圧室12内の燃料圧力を限界設定圧力以下に抑えるプレッシャリミッタである。この圧力調整弁2は、コモンレール11に液密的に締め付け固定される円筒状のハウジング4と、このハウジング4内に保持固定されたバルブボデー5と、このバルブボデー5のボール収容穴24の底面の中心部で開口する丸孔状の連通孔23の開口周縁部(バルブシート)25に対して着座、離座することでリーク配管13の燃料還流路14を開閉する球面体であるボール(球状弁体)6と、このボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6に荷重を与える荷重付与手段とを備えている。なお、バルブボデー5とボール弁6とによってボールバルブ(ボール弁装置)を構成している。
The
ハウジング4は、内部に圧入嵌合されたバルブボデー5によってコモンレール11の蓄圧室12に連通する高圧室15と低圧室16とが液密的に区画形成されている。このハウジング4の外周には、コモンレール11の円筒部17の内周ねじ部(雌ねじ部)に螺合する外周ねじ部(雄ねじ部)50が形成されている。また、ハウジング4には、リーク配管13の燃料還流路14に連通するリークポート47が形成されている。なお、リークポート47は、低圧室16の内径よりも縮径されている。ここで、図4(a)に示したバルブボデー5のボール収容穴24は、図4(b)に示したバルブボデー5のボール収容穴24よりも内径が極めて大きく、図4(a)に示したボール弁6は、図4(b)に示したボール弁6よりも直径(球径)が極めて大きくなっている。
In the
本実施例の荷重付与手段は、ボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向に付勢するスプリング力(バネ定数)を発生すると共に、連通孔23およびボール収容穴24の軸線方向に弾性変形可能なコイルスプリング9と、このコイルスプリング9からボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6が受けるスプリング力(スプリングの弾力の強さ)を調整するためのスプリングシート51、52とによって構成されている。
The load applying means of this embodiment generates a spring force (spring constant) that urges the
図4(a)に示したコイルスプリング9は、弾力性に優れる炭素鋼等の金属材料によって形成され、等ピッチコイル(または不等ピッチコイル)が使用されており、ボール弁6に直接的に接触して、ボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6にスプリング力を与えるボール付勢手段であって、ハウジング4の低圧室16内に収容されており、軸線方向の一端がボール弁6の荷重受け部29に係止され、軸線方向の他端がハウジング4の天壁面側に位置するスプリングシート51に係止されている。このスプリングシート51は、コイルスプリング9のスプリング力(セット荷重)を調整するための付勢力調整部材(円環板状のプレート)である。なお、スプリングシート51の中心部には、低圧室16とリークポート47とを連通する貫通孔53が形成されている。なお、図4(a)に示したスプリングシート51は、設けられていなくても良い。
The
一方、図4(b)に示したコイルスプリング9は、弾力性に優れる炭素鋼等の金属材料によって形成され、等ピッチコイル(または不等ピッチコイル)が使用されており、ボール弁6に間接的に接触して、ボール弁6をバルブシート25に押し当てる方向にボール弁6にスプリング力を与えるボール付勢手段であって、ハウジング4の低圧室16内に収容されており、軸線方向の一端がボール弁6の荷重受け部29に当接したスプリングシート52に係止され、軸線方向の他端がハウジング4の天壁面に係止されている。このスプリングシート52は、コイルスプリング9のスプリング力(セット荷重)を調整すると共に、コイルスプリング9のスプリング力をボール弁6に伝達するための付勢力伝達部材(円板状のプレート)である。なお、スプリングシート52の中心部より半径方向の外径側に外れた部位には、貫通孔54が形成されている。この貫通孔54は、バルブボデー5の図示上端面とスプリングシート52の図示下端面との間に挟み込まれる不要な燃料を排出するために形成されている。
On the other hand, the
コモンレール11の蓄圧室12に連通する高圧室側の燃料圧力、連通孔23内の燃料圧力が開弁圧(コイルスプリング9のセット荷重により決まる限界設定圧力)よりも低下している時には、圧力調整弁2のボール弁6がコイルスプリング9のスプリング力によってバルブシート25に押し付けられている。このとき、バルブボデー5のボール収容穴24の内壁面にボールガイド26が一体的に形成されているので、連通孔23とボールガイド26との同軸度が向上するため、ボール弁6を連通孔23の中心軸線上またはボール収容穴24の中心軸線上に維持し易くなる。これにより、バルブシート25の中心軸線上からボール弁6が半径方向に位置ずれすることなく、ボール弁6がバルブシート25の中心軸線上でバルブシート25に密着することができる。したがって、受圧力を最低限に抑えつつ、最低限の荷重(コイルスプリング9のスプリング力)でシールに必要なシート面圧を得ることができる。
Pressure adjustment when the fuel pressure on the high-pressure chamber side communicating with the
また、コモンレール11の蓄圧室12に連通する高圧室側の燃料圧力、連通孔23内の燃料圧力が開弁圧(コイルスプリング9のセット荷重により決まる限界設定圧力)よりも上回ると、ボール弁6が連通孔23内の高圧燃料の燃料圧力によってバルブシート25より離座するため、連通孔23からボール収容穴24内に高圧燃料が流入し、ボール弁6の周囲を通って低圧室側に流れ出るようになる。これにより、コモンレール11の蓄圧室12内の燃料圧力を限界設定圧力以下に抑えることができる。
When the fuel pressure on the high pressure chamber side communicating with the
本実施例の圧力調整弁2によれば、コイルスプリング9のスプリング力を、ボール弁6をバルブシート25に密着させるための最低限の力に抑えることができる。これにより、コイルスプリング9の硬さを柔らかくしたり、コイルスプリング9のコイル外径およびコイル線径を小さくしたりすることができるので、圧力調整弁2の体格の小型化および低コスト化を図ることができる。また、ボール弁6の直径(球径)が小さい場合には、コイルスプリング9でボール弁6を押えることが困難になるが、図4(b)に示したように、ボール弁6をスプリングシート52を介してバルブシート25に押し付けるようにすれば、球径が小さいボール弁6でも取り扱いに困ることはなく、コイルスプリング9のスプリング力を利用してボール弁6をバルブシート25に容易に密着させることができる。
According to the
図5は本発明の実施例4を示したもので、図5(a)はボール弁の周辺構造を示した図で、(b)はバルブボデーを示した図である。 FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention, FIG. 5 (a) shows a peripheral structure of the ball valve, and FIG. 5 (b) shows a valve body.
上記の実施例1〜3では、ボール弁6をバルブシート25に押し付ける力を弱めたり、なくしたりした際に、バルブボデー5のボール収容穴24の底面の中心部で開口する丸孔状の連通孔23の開口端からボール収容穴24内に流出した高圧燃料が、この燃料圧力によりリフト方向に押し上げられてバルブシート25よりリフトしているボール弁6の軸線方向に対して直交する半径方向の側面とバルブボデー5のボールガイド26の内周面との間に形成されるクリアランス30を通って低圧室側に流れ出るような燃料排出経路(流体経路)を採用している。
In the first to third embodiments, when the force pressing the
しかし、ボール弁6の直径(球径)に対する連通孔23の孔径(内径)の比が大きくなるにつれて、ボール弁6とボール収容穴24およびボールガイド26の内周面とのクリアランス30を通る高圧燃料の流量が増え、流通抵抗となるため、高圧燃料の流量が増えないと共に、ボール弁6を開弁させる時に高圧燃料から受ける燃料圧力(受圧力)が大きくなってしまう。そこで、本実施例では、図5(a)、(b)に示したように、ボール収容穴24およびボールガイド26の半径方向の外径側に、内部に燃料通路(流体通路)55を形成する凹状溝56を設け、連通孔23の開口端からボール収容穴24内に流出した高圧燃料がスムーズに低圧室側に流れ出るようにしている。これにより、高圧燃料の流量が増えた場合でも、実施例1〜3と同様に、受圧力を最低限に抑えつつ、最低限の荷重でシールに必要なシート面圧を得ることができる。
However, as the ratio of the hole diameter (inner diameter) of the
[変形例]
本実施例では、本発明の流体制御弁を、ボール弁6の開弁時にコモンレール11の蓄圧室12内の高圧燃料を燃料系の低圧側(燃料タンク)に還流または溢流させる減圧調整弁1または圧力調整弁(プレッシャリミッタ)2に適用しているが、本発明の流体制御弁を、制御室内の高圧燃料を燃料系の低圧側に溢流させることでノズルニードルを開弁駆動するインジェクタ用電磁弁、加圧室内の燃料圧力が所定値以上に上昇したら開弁して加圧室内の高圧燃料をコモンレールに圧送するサプライポンプ用吐出弁、加圧室内の燃料圧力が所定値以上に上昇したら開弁して燃料系の低圧側に溢流させることで燃料圧力の異常上昇を抑える燃料噴射ポンプ用オーバーフローバルブ等に適用しても良い。また、本発明の流体制御弁を、流体圧力制御弁だけでなく、流体流量制御弁に適用しても良い。また、本発明の流体制御弁を、水、燃料、作動油、空気等の流体を制御する流体制御弁に適用しても良い。
[Modification]
In the present embodiment, the fluid control valve of the present invention is a pressure reducing valve 1 that recirculates or overflows the high pressure fuel in the
本実施例では、ボール弁6の閉弁時(全閉時)に球状弁体であるボール弁6が荷重付与手段によってボール収容穴24の底面に一体的に形成された円環状のバルブシート(連通孔23の開口周縁部)25に密着するように構成されているが、ボール弁6の閉弁時(全閉時)にボール弁6が荷重付与手段によってボール収容穴24の底面に別途設けられた円環板状のバルブシート(流入孔の開口周縁部)に密着するように構成しても良い。この場合には、バルブシートをバルブボデー5の材質と異なる金属材料によって形成しても良い。
In the present embodiment, when the
本実施例では、コイルスプリング34のスプリング力によってフランジ部43およびシャフト部44を有するアーマチャ(荷重付与部材)33をボール弁6に押し付ける方向に付勢することで、ボール弁6を円環状のバルブシート(連通孔23の開口周縁部)25に押し当てる方向にボール弁6に荷重を与えるようにしているが、コイルスプリング34を廃止して、電磁駆動部7のソレノイドコイル31の磁気吸引力のみによってアーマチャ(荷重付与部材)33をボール弁6に押し付ける方向に吸引することで、ボール弁6を円環状のバルブシート(連通孔23の開口周縁部)25に押し当てる方向にボール弁6に荷重を与えるようにしても良い。また、スプリングのスプリング力のみによってピストンまたはニードル(荷重付与部材)をボール弁6に押し付ける方向に付勢することで、ボール弁6を円環状のバルブシート(連通孔23の開口周縁部)25に押し当てる方向にボール弁6に荷重を与えるようにしても良い。
In the present embodiment, the
なお、アーマチャ33のシャフト部44が、シリンダ20の中心軸線上に設けた摺動孔内に摺動自在に支持されるようにしても良い。また、シャフト部44の軸線方向の一端面(ボール弁6との当接面)を平坦面としているが、シャフト部44の軸線方向の一端面にボール弁6を部分的に嵌合するテーパ溝状、半円溝状、多角形溝状等の嵌合凹部を設けても良い。また、フランジ部43とシャフト部44とを別部品で構成して、両者を圧入または溶接等により結合しても良い。この場合には、アーマチャ33のフランジ部43または円筒状のムービングコア(可動コア、移動体)とバルブシャフト(荷重付与部材)との別部品で構成する。また、円筒状のムービングコアを採用した場合には、ステータコアも円筒状に形成され、ステータコアの摺動孔内をムービングコアが摺動自在に往復移動する。
The
1 減圧調整弁(流体制御弁、流体圧力制御弁)
2 圧力調整弁(流体制御弁、流体圧力制御弁)
4 圧力調整弁のハウジング
5 バルブボデー(バルブシート)
6 ボール弁(球状弁体)
7 電磁駆動部(荷重付与手段)
9 圧力調整弁のコイルスプリング(荷重付与手段、ボール付勢手段)
11 コモンレール
12 蓄圧室
13 リーク配管
14 燃料還流路
15 高圧室
16 低圧室
23 連通孔(流入孔)
24 ボール収容穴(凹部)
25 バルブシート(流入孔の開口周縁部、バルブボデーの弁座)
26 ボールガイド(バルブガイド、規制面)
27 ボールのシール部
28 ボールの受圧部(圧力受け部)
29 ボールの荷重受け部
30 クリアランス
31 ソレノイドコイル
33 アーマチャ(荷重付与部材)
34 減圧調整弁のコイルスプリング(ボール付勢手段、弁体付勢手段)
35 減圧調整弁のハウジング
47 ハウジングのリークポート
51 スプリングシート(付勢力調整部材)
52 スプリングシート(付勢力伝達部材)
55 燃料通路(流体通路)
1 Depressurization regulating valve (fluid control valve, fluid pressure control valve)
2 Pressure regulating valve (fluid control valve, fluid pressure control valve)
4 Housing for
6 Ball valve (spherical valve body)
7 Electromagnetic drive (loading means)
9 Pressure regulating valve coil spring (loading means, ball biasing means)
DESCRIPTION OF
24 Ball hole (recess)
25 Valve seat (opening edge of inflow hole, valve body valve seat)
26 Ball guide (valve guide, regulating surface)
27 Ball sealing part 28 Ball pressure receiving part (pressure receiving part)
29 Ball
34 Coil spring of pressure reducing valve (ball urging means, valve urging means)
35 Housing for pressure reducing
52 Spring seat (biasing force transmission member)
55 Fuel passage (fluid passage)
Claims (11)
前記凹部内に移動自在に収容されて、前記流入孔の開口周縁部に対して着座、離座して前記流入孔を閉塞、開放するボール弁と、
このボール弁に対し、前記ボール弁を前記流入孔の開口周縁部に押し当てる方向に荷重を与える荷重付与手段とを備え、
前記ボール弁は、前記高圧流体からの受圧力よりも前記荷重が大きいと、前記流入孔の開口周縁部に着座して前記流入孔を閉塞し、前記受圧力よりも前記荷重が小さいと、前記流入孔の開口周縁部から離座して前記流入孔を開放する流体制御弁において、
前記流入孔は、前記凹部と同軸的に形成されており、
前記流入孔の開口周縁部は、前記凹部または前記流入孔の軸線方向に対して略垂直な平坦面となっていることを特徴とする流体制御弁。 A concave body having a bottom surface, and a valve body having an inflow hole for opening a high-pressure fluid into the concave portion, which opens at the bottom surface of the concave portion;
A ball valve that is movably accommodated in the recess, and is seated and separated from the opening peripheral edge of the inflow hole to close and open the inflow hole;
Load applying means for applying a load to the ball valve in a direction in which the ball valve is pressed against the peripheral edge of the opening of the inflow hole,
When the load is larger than the pressure received from the high-pressure fluid, the ball valve is seated on the peripheral edge of the inflow hole to close the inflow hole, and when the load is smaller than the pressure, In the fluid control valve that opens from the peripheral edge of the inflow hole and opens the inflow hole,
The inflow hole is formed coaxially with the recess,
The fluid control valve according to claim 1, wherein an opening peripheral edge portion of the inflow hole is a flat surface substantially perpendicular to an axial direction of the recess or the inflow hole.
前記凹部の底面は、前記ボール弁の軸線方向の移動範囲を規制する規制面であることを特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to claim 1,
The fluid control valve according to claim 1, wherein the bottom surface of the recess is a restriction surface that restricts a movement range of the ball valve in the axial direction.
前記バルブボデーは、前記ボール弁を前記凹部または前記流入孔の中心軸線方向に誘導するボールガイドを一体的に形成していることを特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to claim 1 or 2,
The valve body is integrally formed with a ball guide for guiding the ball valve in a direction of a central axis of the recess or the inflow hole.
前記ボールガイドの壁面は、前記ボール弁の半径方向の移動範囲を規制する規制面であることを特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to claim 3,
The fluid control valve according to claim 1, wherein the wall surface of the ball guide is a restricting surface that restricts a radial movement range of the ball valve.
前記ボールガイドは、前記ボール弁との間に、高圧流体が流通可能なクリアランスを有していることを特徴とする流体制御弁。 In the fluid control valve according to claim 3 or 4,
The fluid guide valve, wherein the ball guide has a clearance through which a high-pressure fluid can flow between the ball guide and the ball valve.
前記バルブボデーは、前記ボールガイドよりも半径方向の外径側に、高圧流体が流通可能な流体通路を有していることを特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to claim 5,
The fluid control valve according to claim 1, wherein the valve body has a fluid passage through which a high-pressure fluid can circulate on a radially outer side of the ball guide.
前記荷重付与手段は、前記ボール弁を前記流入孔の開口周縁部に押し当てる方向に前記ボール弁に荷重を与える荷重付与部材、この荷重付与部材を前記ボール弁に押し付ける方向に付勢するボール付勢手段、および通電されると前記荷重付与部材を前記ボール弁より引き離す方向に吸引する磁気吸引力を発生するコイルを有していることを特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to any one of claims 1 to 6,
The load applying means includes a load applying member that applies a load to the ball valve in a direction in which the ball valve is pressed against the peripheral edge of the opening of the inflow hole, and a ball that urges the load applying member in a direction in which the load applying member is pressed against the ball valve. A fluid control valve comprising: a biasing means; and a coil that generates a magnetic attraction force that attracts the load applying member in a direction away from the ball valve when energized.
前記荷重付与手段は、前記ボール弁を前記流入孔の開口周縁部に押し当てる方向に前記ボール弁に荷重を与える荷重付与部材、およびこの荷重付与部材を前記ボール弁に押し付ける方向に吸引する磁気吸引力を発生するコイルを有していることを特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to any one of claims 1 to 6,
The load applying means includes a load applying member that applies a load to the ball valve in a direction in which the ball valve is pressed against the peripheral edge of the opening of the inflow hole, and a magnetic attraction that attracts the load applying member in a direction to press the ball valve. A fluid control valve comprising a coil for generating a force.
前記荷重付与手段は、前記ボール弁を前記流入孔の開口周縁部に押し当てる方向に付勢するボール付勢手段を有していることを特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to any one of claims 1 to 6,
The fluid control valve according to claim 1, wherein the load applying means includes ball urging means that urges the ball valve in a direction in which the ball valve is pressed against an opening peripheral edge of the inflow hole.
前記荷重付与手段は、前記ボール弁を前記流入孔の開口周縁部に押し当てる方向に付勢するボール付勢手段、およびこのボール付勢手段の付勢力を調整するための付勢力調整部材を有していることを特徴とする流体制御弁。 The fluid control valve according to any one of claims 1 to 6,
The load applying means includes ball urging means for urging the ball valve in a direction in which the ball valve is pressed against the peripheral edge of the opening of the inflow hole, and an urging force adjusting member for adjusting the urging force of the ball urging means. A fluid control valve characterized by
前記荷重付与手段は、前記ボール弁を前記流入孔の開口周縁部に押し当てる方向に付勢するボール付勢手段、およびこのボール付勢手段の付勢力を前記ボール弁に伝達する付勢力伝達部材を有していることを特徴とする流体制御弁。
The fluid control valve according to any one of claims 1 to 6,
The load applying means includes a ball urging means for urging the ball valve in a direction to press the ball valve against the peripheral edge of the opening of the inflow hole, and an urging force transmitting member for transmitting the urging force of the ball urging means to the ball valve. A fluid control valve characterized by comprising:
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- 2005-04-18 JP JP2005119835A patent/JP2006299855A/en active Pending
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