JP2006336492A - 流量制御弁およびそれを用いたコモンレール式燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】 流量制御弁におけるスプール弁およびバルブケースの磨耗を低減する。
【解決手段】 内部流路４２に流入した流体を外周側に流出させる連通孔４８が形成された円筒状のスプール弁２３が、バルブケース２１に摺動自在に挿入された流量制御弁において、スプール弁２３をスプール弁２３の軸線２３ａの方向に見たときに、連通孔４８の軸線４８ａがスプール弁２３の軸線２３ａからずれている。これによると、連通孔４８から流出する流体によってスプール弁２３に旋回力が発生してスプール弁２３が旋回し、スプール弁２３とバルブケース２１との接触面が刷新される。したがって、スプール弁２３およびバルブケース２１の偏摩耗が防止されると共に、それらの磨耗も低減される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、スプール弁をバルブケースに対して相対的に移動させることにより流体の流量を調整する流量制御弁、およびその流量制御弁を用いたコモンレール式燃料噴射システムに関するものである。

従来より、例えばディーゼルエンジン用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では、コモンレール内に高圧燃料を蓄え、このコモンレール内に蓄えられた高圧燃料をインジェクタを介して内燃機関の各気筒の燃焼室内に噴射供給するように構成されている。コモンレールには燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を常時蓄える必要があるために、低圧ポンプにて燃料を高圧ポンプに供給し、高圧ポンプにて燃料を加圧し高圧化して高圧燃料をコモンレールに供給するように構成されている。

ここで、低圧ポンプから高圧ポンプに至る燃料経路の流路開口面積を流量制御弁にて調整することにより、高圧ポンプに供給される燃料の量、ひいては高圧ポンプから吐出される燃料の量を調整するようになっている。その流量制御弁は、ソレノイドコイルの起磁力を制御してバルブケースに対するスプール弁の相対的な位置を制御することにより、低圧ポンプから高圧ポンプに至る燃料経路の流路開口面積を調整するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−５３０５６８号公報

しかしながら、特許文献１の流量制御弁は、スプール弁外表面における下方に位置する部分が重力により常時バルブケースと密着し、その状態でスプール弁がバルブケース内を摺動するため偏磨耗が発生する。また、スプール弁とバルブケースとが密着する部位の周辺では、スプール弁とバルブケースとの間のクリアランスが小さくなり、ソレノイドコイルの起磁力がより大きく働いて密着力を加勢するため、上記偏磨耗が加速される。

この磨耗により、表面の微視的な観察においてはスプール弁およびバルブケースにスプール弁の摺動方向に沿った筋状の摩耗痕が形成されてしまい、スプール弁とバルブケースとの接触面積が増大し、摩擦力の増加が発生する。この摩擦力が、バネ力とソレノイドコイルの起磁力とのバランスを乱すため、スプール弁の作動不良が発生し、コモンレール内燃料圧力の制御性の悪化、噴射量の変化などを引き起こし、ひいては有害排出物の増加、ドライバビリティの悪化、エンジンノイズの増加等を誘発するという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、流量制御弁におけるスプール弁およびバルブケースの磨耗を低減することを目的とする。また、有害排出物の増加、ドライバビリティの悪化、エンジンノイズの増加等を抑制可能なコモンレール式燃料噴射システムを提供することを他の目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、流体が流入する内部流路（４２）および内部流路（４２）に流入した流体を外周側に流出させる連通孔（４８）が形成された円筒状のスプール弁（２３）と、スプール弁（２３）が摺動自在に挿入されるとともに、連通孔（４８）から流出した流体が流入するバルブケース（２１）と、通電時に起磁力を発生してスプール弁（２３）をバルブケース（２１）に対して相対的に移動させるソレノイドコイル（２９）とを備え、スプール弁（２３）の移動により、連通孔（４８）を通過する流体の流量を調整する流量制御弁において、連通孔（４８）は、スプール弁（２３）の軸線（２３ａ）に対して直交する方向に延びるとともに、スプール弁（２３）をスプール弁（２３）の軸線（２３ａ）方向に見たときに、連通孔（４８）の軸線（４８ａ）がスプール弁（２３）の軸線（２３ａ）からずれていることを特徴とする。

これによると、連通孔から流出する流体によってスプール弁に旋回力が発生してスプール弁が旋回し、スプール弁とバルブケースとの接触面が刷新される。したがって、スプール弁およびバルブケースの偏摩耗を防止し、スプール弁およびバルブケースの磨耗を低減して、スプール弁の作動不良を防止することができる。

請求項２に記載の発明では、内燃機関の気筒内に噴射される高圧燃料を蓄えるコモンレール（１）と、コモンレール（１）へ高圧燃料を圧送供給する高圧ポンプ（５）と、燃料タンク内の燃料を高圧ポンプ（５）へ供給する低圧ポンプ（５）と、請求項１に記載の流量制御弁（６）とを備え、流量制御弁（６）は、低圧ポンプ（５）から高圧ポンプ（５）へ燃料を送る流路中に配置されて、低圧ポンプ（５）から高圧ポンプ（５）へ送られる燃料の流量を調整することを特徴とする。

これによると、スプール弁の作動不良を防止可能な流量制御弁を用いるため、コモンレール圧力の制御性の悪化や噴射量の変化などによる、有害排出物の増加、ドライバビリティの悪化、エンジンノイズの増加等を抑制することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のコモンレール式燃料噴射システムにおいて、所定の条件が成立したときのコモンレール（１）内の燃料の圧力が、所定の条件が成立していないときのコモンレール（１）内の燃料の圧力よりも高く制御されることを特徴とする。

これによると、所定の条件が成立したときには、コモンレール内の燃料の圧力が高くなるため高圧ポンプや噴射弁からの燃料リーク量が増加し、その燃料リーク量が増加した分だけ、低圧ポンプから高圧ポンプへ送られる燃料の供給量が増加する。したがって、所定の条件が成立したときには、流量制御弁におけるスプール弁の連通孔を流れる燃料の量が増加してスプール弁の旋回力が大きくなるため、スプール弁を確実に旋回させることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のコモンレール式燃料噴射システムにおいて、内燃機関の回転数が所定の範囲で、且つ内燃機関への燃料噴射量が所定の範囲のときに、所定の条件が成立することを特徴とする。

ところで、所定の条件が成立したときには、コモンレール内の燃料の圧力が高くなって噴射率が高くなるため、エンジンノイズが増加する恐れがある。そこで、エンジンノイズの増加があまり問題にならない運転領域のときに所定の条件が成立するようにするのが望ましく、例えば請求項４のように内燃機関の回転数と内燃機関への燃料噴射量とに基づいてそのような運転領域を選択することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る吸入調量弁を用いたコモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示した図、図２は図１の吸入調量弁の断面図、図３は図２の吸入調量弁におけるスプール弁単体の側面図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

本実施形態の燃料噴射システムは、自動車等の車両に搭載されるものであり、主として、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関（多気筒ディーゼルエンジン：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、図１に示すように、コモンレール１内に蓄圧された高圧燃料を、エンジンの各気筒毎に対応して搭載された複数個（本例では４個）の電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）３を介してエンジンの各気筒の燃焼室内に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Ｐｃに相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール１と、エンジンの各気筒の燃焼室内に燃料を所定のタイミングで噴射供給するインジェクタ３と、電磁式の吸入調量弁６を経て加圧室内に吸入される燃料を加圧する吸入燃料調量方式の燃料供給ポンプ（以下サプライポンプと呼ぶ）５と、複数個のインジェクタ３の電磁弁４およびサプライポンプ５の吸入調量弁６を電子制御するエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ）１０とを備えている。この図１では、４気筒エンジンの１つの気筒に対応するインジェクタ３のみを示し、他の気筒については図示を省略している。ここで、エンジンの出力軸（例えばクランク軸：以下クランクシャフトと言う）は、サプライポンプ５のドライブシャフトまたはカムシャフトをベルト駆動している。なお、吸入調量弁６は本発明の流量制御弁に相当する。

コモンレール１は、燃料供給配管１２を介して高圧燃料を吐出するサプライポンプ５の吐出口と接続されている。また、コモンレール１から燃料タンク７へ燃料を戻すためのリリーフ配管１４には、燃料タンク７に連通する燃料排出路の開口度合を調整することが可能な常閉型の減圧弁２が設置されている。この減圧弁２は、減圧弁駆動回路を介してＥＣＵ１０から印加される減圧弁駆動電流によって電子制御されることにより、例えば減速時またはエンジン停止時に速やかにコモンレール１内の燃料圧力（コモンレール圧力）を高圧から低圧へ減圧させる降圧性能に優れる電磁弁である。

減圧弁２は、コモンレール１から燃料タンク７へ燃料を還流させるための燃料還流路の開度を調整するバルブ（弁体：図示せず）、このバルブを開弁方向に駆動するソレノイドコイル（電磁コイル：図示せず）、およびバルブを閉弁方向に付勢するスプリング等のバルブ付勢手段（図示せず）を有している。そして、減圧弁２は、減圧弁駆動回路を介してソレノイドコイルに印加される減圧弁駆動電流の大きさに比例して、コモンレール１内からリリーフ配管１４を経て燃料タンク７に還流される燃料の還流量（減圧弁流量）を調整して、コモンレール１内の燃料圧力（コモンレール圧力）を変更する。なお、減圧弁２の代わりに、リリーフ配管１４に、コモンレール１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１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を取り付けるようにしても良い。

エンジンの各気筒毎に対応して搭載された複数個のインジェクタ３は、コモンレール１より分岐する複数の分岐管１３の下流端に接続されて、エンジンの各気筒の燃焼室内への燃料噴射を行う燃料噴射ノズル、この燃料噴射ノズル内に収容されたノズルニードル（図示せず）を開弁方向に駆動する電磁弁４、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等のニードル付勢手段（図示せず）等から構成された電磁式燃料噴射弁である。

そして、各気筒のインジェクタ３からエンジンの各気筒の燃焼室内への燃料噴射は、ノズルニードルと連動するコマンドピストンの動作制御を行う背圧制御室内の燃料圧力を増減制御する電磁弁４のソレノイドコイル（図示せず）への通電および通電停止（ＯＮ／ＯＦＦ）により電子制御される。つまり、インジェクタ３の電磁弁４のソレノイドコイルが通電されてノズルニードルがノズルボデーの先端部に形成された複数個の噴射孔を開弁している間、コモンレール１内に蓄圧された高圧燃料がエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給される。これにより、エンジンが運転される。また、インジェクタ３には、余剰燃料や背圧制御室から排出された燃料を燃料系の低圧側に溢流させるためのリークポートが設けられており、インジェクタ３からのリーク燃料は、リターン配管１５を介して燃料タンク７に戻される。

サプライポンプ５は、吸入した低圧燃料を加圧する圧送系統を備え、つまりポンプエレメントを備え、吸入調量弁６で、圧送系統の燃料吐出量を、各加圧室内に吸入される吸入燃料量を調整することで制御するタイプの高圧供給ポンプである。

このサプライポンプ５は、エンジンのクランクシャフトの回転に伴ってポンプ駆動軸（ドライブシャフトまたはカムシャフト）が回転することで、燃料タンク７から低圧燃料を汲み上げる周知のフィードポンプ（低圧供給ポンプ：図示せず）と、ポンプ駆動軸により回転駆動されるカム（図示せず）と、このカムに駆動されて上死点と下死点との間を往復運動するプランジャ（図示せず）と、これらのプランジャがポンプハウジングに固定されたシリンダヘッド（図示せず）内を往復摺動することにより吸入された燃料を加圧して高圧化する加圧室（プランジャ室：図示せず）と、各加圧室内の燃料圧力が所定値以上に上昇すると閉弁する吸入弁（図示せず）と、各加圧室内の燃料圧力が所定値以上に上昇すると開弁する吐出弁（図示せず）とを有している。なお、サプライポンプ５は、本発明の高圧ポンプおよび低圧ポンプに相当する。

そして、サプライポンプ５は、各プランジャがシリンダヘッド（ポンプシリンダ）内を往復摺動することで、燃料タンク７から燃料供給配管１１を経て加圧室内に吸入された低圧燃料を加圧して高圧化する。なお、燃料供給配管１１の途中には、燃料フィルタ８が設置されている。また、吸入弁は、各加圧室よりも燃料の流れ方向の上流側、つまりフィードポンプから１個の吸入調量弁６を経て加圧室に至る燃料吸入経路の途中に設置された逆止弁よりなる。また、吐出弁は、各加圧室よりも燃料の流れ方向の下流側、つまり加圧室から吐出口に至る燃料吐出経路の途中に設置された逆止弁よりなる。また、サプライポンプ５には、内部の燃料温度が高温にならないように、リークポートが設けられており、サプライポンプ５からのリーク燃料は、燃料還流配管１６を経て燃料タンク７に戻される。

ここで、サプライポンプ５内に形成される、フィードポンプから吸入弁を経て加圧室に至る燃料吸入経路（図示せず）の途中には、加圧室内に吸入される吸入燃料量を調整する吸入調量弁６が取り付けられている。この吸入調量弁６は、図２、図３に示したように、ポンプハウジングに固定されたスリーブ状のバルブケース２１と、このバルブケース２１の半径方向に開口した出口側ポート２２の流路開口面積を調整する弁体（以下スプール弁と言う）２３と、このスプール弁２３を開弁方向に駆動するリニアソレノイドアクチュエータ２４と、スプール弁２３を閉弁方向に付勢するリターンスプリング（弁体付勢手段）２５とによって構成されている。

そして、吸入調量弁６は、図示しないポンプ駆動回路を介してＥＣＵ１０から印加されるポンプ駆動電流ｉによって電子制御されることにより、サプライポンプ５の加圧室内に吸入される燃料吸入量を調整するノーマリクローズタイプ（常閉型）の電磁式流量制御弁である。すなわち、吸入調量弁６は、ポンプ駆動回路を介してリニアソレノイドアクチュエータ２４に印加されるポンプ駆動電流ｉの大きさに比例して、スプール弁２３をストローク方向に移動させて、燃料吸入経路の途中に設けられたバルブケース２１の出口側ポート２２の流路開口面積を調整する。これにより、フィードポンプから燃料吸入経路、吸入弁を経て加圧室内に吸入される燃料吸入量が調整される。したがって、サプライポンプ５の加圧室からコモンレール１内に吐出される燃料吐出量が、エンジンの運転条件（例えばエンジン回転速度、アクセル操作量、指令噴射量等）に対応した最適値に調整され、インジェクタ３からエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給する燃料の噴射圧力Ｐｃに相当するコモンレール１内の燃料圧力、所謂コモンレール圧力が変更される。

ここで、リニアソレノイドアクチュエータ２４は、バルブケース２１の図示右端部に一体的に設けられた袋筒状のステータ部（ステータコア）２６、スプール弁２３の図示右端部に一体的に設けられたアーマチャ部（アーマチャ、ムービングコア）２７、ステータ部２６の円筒状部の外周に保持された樹脂製のコイルボビン２８、このコイルボビン２８の外周に巻回されたソレノイドコイル２９、このソレノイドコイル２９の端末リード線（図示せず）に電気的に接続されたターミナル３０、ソレノイドコイル２９の外周側を覆う円筒状のハウジング３１等から構成されている。

なお、バルブケース２１のステータ部２６は、ソレノイドコイル２９の通電時に、磁化されて電磁石となり、スプール弁２３のアーマチャ部２７を吸引するための吸引部３２を有している。この吸引部３２は、スプール弁２３を摺動可能に収容する略円筒状の収容部３３に対して薄肉部３４および円筒部３５を介して接続されている。

そして、ソレノイドコイル２９は、通電を受けることにより起磁力を発生してバルブケース２１のステータ部２６およびスプール弁２３のアーマチャ部２７を磁化することで、アーマチャ部２７をストローク方向（軸線方向の図示右側）に吸引すると共に、コイルボビン２８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２９は、コイルボビン２８の一対の鍔状部間に巻装されたコイル部、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（端末線）を有している。

また、ハウジング３１は、電気絶縁性に優れる樹脂材料によって一体的に形成され、ソレノイドコイル２９の外周側を覆う円筒状部、およびターミナル３０を保持する筒状のコネクタ部３６を備えている。そして、ハウジング３１の外周には、バルブケース２１の外周側に形成された略円環状のフランジ部にかしめ等の手段を用いて固定された円筒状のブラケット３７が設けられている。このブラケット３７の外周側に形成された略円環状のフランジ部（鍔状部）は、サプライポンプ５のポンプハウジングの外壁面にスクリュー等の締結具（図示せず）を用いて締め付け固定されている。そのフランジ部には、締結具を挿通する挿通孔３８が形成されている。

ここで、吸入調量弁６のバルブケース２１は、スプール弁２３を摺動可能に収容するシリンダ機能（収容部３３）と、磁路形成のためのステータ機能（ステータ部２６）とを兼ね備えている。そして、バルブケース２１をステータとして機能させるために、その材質をフェライト系のステンレス鋼（ＳＵＳ１３）等の軟質磁性材料としている。この軟質磁性材料は、磁気特性を悪化させることから焼き入れ等の熱処理を施すことができない。しかし、バルブケース２１に本来の機能であるシリンダ機能を持たせるには、耐摩耗性の向上および表面硬さの向上が要求されることから、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面にニッケル燐メッキ等の硬化層を施している。なお、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面は、スプール弁２３を軸線方向（ストローク方向）に案内（誘導）する円筒状のガイド部を構成している。

また、バルブケース２１の図示左端部は、サプライポンプ５のポンプハウジングの外壁面に設けられた嵌合凹部（図示せず）内に圧入嵌合されており、ポンプハウジングの嵌合凹部の内壁面とバルブケース２１の図示左端部の外周面との間には、燃料の漏れを防止するためのＯリング等のシール材４０が装着されている。そして、バルブケース２１の図示左端部には、フィードポンプから燃料が送り込まれる燃料溜まり部（図示せず）に連通する入口側ポート４１が形成されている。

なお、上述した出口側ポート２２は、吸入弁を介して加圧室に連通する燃料吸入経路の後半部を構成する連通路に向けて開口している。そして、出口側ポート２２の入口側は、出口側に比べて流路径が小さくなっている。

また、バルブケース２１は、スプール弁２３が摺動するスプール孔（摺動孔）３９を有している。このスプール孔３９の図示右側部には、スプール弁２３の内部に形成される内部流路（第２内部流路）４２を介して、入口側ポート４１に連通する内部流路（第１内部流路）４３が形成されている。なお、内部流路４３は、リターンスプリング２５を収容するスプリング室としても機能する。

ここで、吸入調量弁６のスプール弁２３は、内部の軸線方向に内部流路４２を有する円筒状のスプール型バルブであって、その外周面にバルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面に摺接する摺動部４４を備えている。このスプール弁２３は、摺動部４４がバルブケース２１の出口側ポート２２の流路開口面積を変更することで、吸入弁を介して加圧室に吸入される燃料流量（燃料吸入量）が調整される。

そして、スプール弁２３は、バルブケース２１のスプール孔３９内を摺動して出口側ポート２２の流路開口面積を変更する弁体本来のバルブ機能と、磁路形成のためのアーマチャ機能（アーマチャ部２７）とを兼ね備えている。そして、スプール弁２３をアーマチャとして機能させるために、その材質を純鉄または低炭素鋼等の軟質磁性材料としている。この軟質磁性材料は、磁気特性を悪化させることから焼き入れ等の熱処理を施すことができない。しかし、スプール弁２３として機能させるには、耐摩耗性の向上および表面硬さの向上が要求される。そこで、スプール弁２３の摺動部４４の外周面にニッケル燐メッキ等の硬化層を施している。

そして、スプール弁２３は、バルブケース２１の図示左端部の内周に圧入固定された円環状のストッパ５０によって初期位置が規定されている。そして、スプール弁２３は、内部流路４３内に収容されたリターンスプリング２５により常に付勢されている。このため、スプール弁２３は、先端がストッパ５０に当接する位置で、スプール弁２３の閉弁側の移動範囲が規定されている。

また、スプール弁２３の図示右端部には、バルブケース２１のステータ部２６に所定のエアギャップを介して対向するように設けられた円筒状のアーマチャ部２７が一体的に形成されている。そして、スプール弁２３の内部には、バルブケース２１の入口側ポート４１と内部流路４３とを連通するように内部流路４２が設けられている。この内部流路４２は、図示左側部よりも図示右側部の方が内径が小さくなっており、スプール弁２３が軸線方向に移動する際に内部流路４３内の燃料を出し入れすることでスプール弁２３の移動がし易くなっている。

そして、スプール弁２３の摺動部４４の外周面には、円環状の調量溝（環状流路）４５、円環状の調芯溝４６および複数個（２個または３個）の円環状油溝４７が形成されている。調量溝４５は、摺動部４４のうちの隣設する２つの第１摺動部６１間に位置し、スプール弁２３の外径を摺動部４４よりも小さくすることで設けられている。この調量溝４５は、摺動部４４の周方向に設けられて、調量溝４５よりも流路径の小さい連通孔４８を介して内部流路４２に連通している。

図４に示すように、連通孔４８は、スプール弁２３の軸線２３ａに対して直交する方向に延びるとともに、スプール弁２３をスプール弁２３の軸線２３ａの方向に見たときに、連通孔４８の軸線４８ａがスプール弁２３の軸線２３ａからずれるようにして形成されている。換言すると、スプール弁２３の軸線２３ａを通り且つ連通孔４８の軸線４８ａと平行な線４８ｂを基準線としたとき、連通孔４８は、基準線４８ｂからオフセット量（以下、連通孔オフセット量という）Ｌｔだけオフセットして形成されている。なお、本実施形態では連通孔４８は１個設けられているが、連通孔４８は複数個設けてもよい。

図２、図３に示すように、調芯溝４６は、摺動部４４のうちの隣設する第１、第２摺動部６１、６２間に位置し、スプール弁２３の外径を摺動部４４よりも小さくすることで設けられている。この調芯溝４６は、調量溝４５よりも浅く、且つ調量溝４５よりも軸線方向に長く摺動部４４の周方向に設けられている。そして、調芯溝４６は、調芯溝４６よりも流路径の小さい連通孔４９を介して内部流路４２に連通している。また、連通孔４９は、調芯溝４６に向けて２個開口している。

そして、複数個の円環状油溝４７は、スプール弁２３の図示左端部（先端部）または図示右端部（後端部）とバルブケース２１のスプール孔３９との間から燃料が浸入して、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面とスプール弁２３の摺動部４４の外周面との間に油膜を形成する周溝部である。ここで、本実施例のスプール弁２３の摺動部４４のうちの隣設する２つの第１摺動部６１の外周面とバルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面との間には、調量溝４５と調芯溝４６とを液密的に略遮断するシール部が設けられている。また、スプール弁２３の摺動部４４のうちの複数の第２摺動部６２の外周面とバルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面との間には、バルブケース２１のスプール孔３９内を摺動するのに必要な所定のクリアランスが設けられている。

図１に示すＥＣＵ１０には、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路、インジェクタ駆動回路（ＥＤＵ）、ポンプ駆動回路、減圧弁駆動回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。そして、各種センサからのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後にマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。そして、ＥＣＵ１０は、図１に示したように、燃料圧力センサ（燃料圧力検出手段）５５からの電圧信号や、その他の各種センサからのセンサ信号が、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ１０に内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。

また、ＥＣＵ１０は、エンジンをクランキングさせた後にエンジンキーをＩＧ位置に戻して、図示しないイグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）すると、メモリ内に格納された制御プログラムまたは制御ロジックに基づいて、例えばインジェクタ３の電磁弁４およびサプライポンプ５の吸入調量弁６を電子制御するように構成されている。

ここで、マイクロコンピュータには、エンジンのクランクシャフトの回転角度を検出するためのクランク角度センサ５１、アクセル開度（ＡＣＣＰ）を検出するためのアクセル開度センサ５２、エンジン冷却水温（ＴＨＷ）を検出するための冷却水温センサ５３、およびサプライポンプ５内に吸入されるポンプ吸入側の燃料温度（ＴＨＦ）を検出するための燃料温度センサ５４等が接続されている。なお、ＥＣＵ１０は、クランク角度センサ５１より出力されたＮＥ信号パルスの間隔時間を計測することによってエンジン回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段として働く。

次に、本実施例のサプライポンプ５の作用を説明する。

サプライポンプ５のポンプ駆動軸（ドライブシャフトまたはカムシャフト）がエンジンのクランクシャフトにベルト駆動されて回転すると、プランジャがシリンダヘッド内の摺動面を往復摺動する。そして、例えば上死点に位置するプランジャが下降すると、加圧室内の圧力が低下し吸入弁が開弁して、フィードポンプ→燃料溜まり部→吸入調量弁６の入口側ポート４１→内部流路４２→連通孔４８→調量溝４５→出口側ポート２２→連通路→吸入弁を経て加圧室内に燃料が吸入される。そして、プランジャが下死点に達した後に、再び上昇を開始すると、加圧室内の圧力が昇圧され、吸入弁が閉弁して、加圧室内の圧力が更に上昇する。そして、加圧室内の圧力が吐出弁の開弁圧以上に上昇すると、吐出弁が開弁して、加圧室から吐出弁、燃料供給配管１２を経てコモンレール１内に圧送供給される。

そして、コモンレール１内に蓄圧された高圧燃料は、インジェクタ３の電磁弁４を任意の噴射時期に駆動することで、所定のタイミングで、エンジンの各気筒の燃焼室内へ噴射供給することができる。

なお、サプライポンプ５の加圧室内から吐出弁、燃料供給配管１２を経てコモンレール１内に吐出される燃料の吐出量は、ＥＣＵ１０によって吸入調量弁６のソレノイドコイル２９に印加するポンプ駆動電流ｉを制御することにより、吸入調量弁６のスプール弁２３のストローク量、つまり燃料吸入経路、特に出口側ポート２２の流路開口面積を調整することによって、フィードポンプから吸入調量弁６、吸入弁を経て加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整することで制御される。

すなわち、ＥＣＵ１０からのポンプ駆動信号によって吸入調量弁６を、エンジン回転数（Ｎｅ）、アクセル開度（ＡＣＣＰ）および指令噴射量（Ｑ）等に応じて電子制御することによって、ポンプ駆動回路を介して吸入調量弁６のソレノイドコイル２９に印加されるポンプ駆動電流ｉの大きさに比例して、加圧室内に吸入される燃料の吸入量が調整される。これにより、加圧室内より吐出される燃料の吐出量を変更することによって、エンジンの各気筒毎に対応して搭載されたインジェクタ３の噴射孔からエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力Ｐｃに相当するコモンレール圧力を、運転者の要求通り（例えばアクセル操作量：アクセル開度）に制御することが可能となる。

また、吸入調量弁６における連通孔４８から流出する燃料によってスプール弁２３に旋回力（以下、スプール弁旋回力という）Ｆｒｏｔが発生し、バルブケース２１のスプール孔３９内をスプール弁２３がその軸線２３ａを中心にして旋回するようになる。これによって、スプール弁２３とバルブケース２１との接触面が刷新され、バルブケース２１のスプール孔３９の孔壁面とスプール弁２３の摺動部４４の外周面とが常に同じ位置で摩耗することを抑制できるので、スプール弁２３およびバルブケース２１の偏摩耗を防止し、スプール弁２３およびバルブケース２１の磨耗を低減して、スプール弁２３の作動不良を防止することができる。その結果、コモンレール圧力の制御性の悪化や噴射量の変化などによる、有害排出物の増加、ドライバビリティの悪化、エンジンノイズの増加等を抑制することができる。

次に、スプール弁２３の旋回を任意の状態で発生させるための、ハード面の設計手法について説明する。

ここで、スプール弁２３が旋回する際にバルブケース２１とスプール弁２３との間に発生する摩擦力を旋回摩擦力Ｆｆｒ、連通孔４８の上流側の圧力を連通孔前圧Ｐｆｅｅｄ、連通孔４８の下流側の圧力を連通孔後圧Ｐｓｕｃ、（Ｐｆｅｅｄ−Ｐｓｕｃ）を連通孔圧力損失という。

図５に示すように、連通孔圧力損失（Ｐｆｅｅｄ−Ｐｓｕｃ）が大きくなるほどスプール弁旋回力Ｆｒｏｔが大きくなり、また、連通孔オフセット量Ｌｔが大きくなるほどスプール弁旋回力Ｆｒｏｔが大きくなる。そして、連通孔圧力損失（Ｐｆｅｅｄ−Ｐｓｕｃ）および通孔オフセット量Ｌｔを、図５に斜線で示す旋回可能設計域に設計することにより、スプール弁旋回力Ｆｒｏｔが旋回摩擦力Ｆｆｒよりも大きくなってスプール弁２３が旋回する。

また、図６に示すように、吸入調量弁６を経て加圧室内に吸入される燃料の量（以下、送油量という）Ｑｓｃｖは、ポンプ駆動電流ｉの増加に伴って増加する。そして、スプール弁２３を旋回させるために必要な送油量を旋回開始送油量Ｑｔとし、ポンプ駆動電流ｉが設定ポンプ駆動電流ｉｔのときの送油量Ｑｓｃｖを設定送油量Ｑｓｃｖ・ｉｔとしたとき、Ｑｔ＝Ｑｓｃｖ・ｉｔであれば、Ｑｔ≧Ｑｓｃｖ・ｉｔとなる領域、すなわち図６に斜線で示す領域で、スプール弁２３が旋回可能となる。

また、Ｑｔ≧Ｑｓｃｖ・ｉｔとなるエンジン運転領域は、図７に斜線で示す領域、すなわちエンジン始動時および高負荷運転時の領域となる。なお、図７の縦軸は、エンジンの各気筒の燃焼室内に噴射される燃料の量、すなわち噴射量Ｑｉｎｊであり、図７の横軸はエンジン回転数Ｎｅである。

ハード面の設計を行うにあたり、まず、旋回開始送油量Ｑｔを決定する。この旋回開始送油量Ｑｔを決定することにより、スプール弁２３が旋回するエンジン運転領域、すなわち図７に斜線で示す領域を決定することができる。

次に、連通孔４８の総通路面積（以下、連通孔総通路面積という）Ｓｔ、および連通孔オフセット量Ｌｔを仮決めする。なお、連通孔４８が複数個の場合は、全ての連通孔４８の通路面積の合計が連通孔総通路面積Ｓｔとなる。

次に、仮決めした連通孔総通路面積Ｓｔと連通孔オフセット量Ｌｔ等に基づいて、スプール弁旋回力Ｆｒｏｔを求める。求めたスプール弁旋回力Ｆｒｏｔが旋回摩擦力Ｆｆｒより大きければ、仮決めした連通孔総通路面積Ｓｔや連通孔圧力損失（Ｐｆｅｅｄ−Ｐｓｕｃ）等に基づいて、送油量Ｑｓｃｖを求める。

そして、求めた送油量Ｑｓｃｖが最初に決定した旋回開始送油量Ｑｔよりも大きければ、スプール弁２３が旋回可能であるため、仮決めした連通孔総通路面積Ｓｔや連通孔オフセット量Ｌｔを採用する。

一方、求めた送油量Ｑｓｃｖが最初に決定した旋回開始送油量Ｑｔ以下であれば、スプール弁２３が旋回不可能であるため、送油量Ｑｓｃｖが最初に決定した旋回開始送油量Ｑｔよりも大きくなるまで上記の検討を繰り返し行う。具体的には、連通孔総通路面積Ｓｔを大きくして送油量Ｑｓｃｖを増加させる。

以上のようにしてハード面の設計を行うことにより、エンジン始動時および高負荷運転時にスプール弁２３を確実に旋回させることができる。

次に、スプール弁２３を任意の領域で旋回させるための制御について説明する。前述したように、ハード面の設計により、エンジン始動時および高負荷運転時にスプール弁２３を旋回させることができるが、以下述べる制御は、エンジン始動時および高負荷運転時以外の領域で、所定の条件が成立したときにスプール弁２３を旋回させるものである。

図８はＥＣＵ１０のＣＰＵが実行するプログラムの流れ図であり、前回所定の条件が成立してスプール弁２３を旋回させる制御を行った後に車両が所定距離走行し（ステップ１０がＹＥＳ）、且つ旋回開始条件が成立したときに（ステップ２０がＹＥＳ）、ステップ３０〜ステップ５０にてスプール弁２３を旋回させる制御を実行する。因みに、エンジン回転数Ｎｅおよび噴射量Ｑｉｎｊが共に所定の範囲にあるときに、旋回開始条件が成立する。

そして、送油量Ｑｓｃｖを算出し（ステップ３０）、算出した送油量Ｑｓｃｖが旋回開始送油量Ｑｔ以下であれば（ステップ４０がＮＯ）、スプール弁２３が旋回不可能であるため、噴射圧力Ｐｃを所定量上昇させることにより（ステップ５０）、送油量Ｑｓｃｖを増加させる。因みに、噴射圧力Ｐｃを上昇させることにより、インジェクタ３からのリーク燃料の量およびサプライポンプ５からのリーク燃料の量が増加するため、噴射量Ｑｉｎｊが同一であっても、燃料リーク量が増加した分だけ送油量Ｑｓｃｖが増加する。

ステップ５０にて噴射圧力Ｐｃを上昇させた後、ステップ３０にて再度送油量Ｑｓｃｖを算出し、算出した送油量Ｑｓｃｖをステップ４０にて旋回開始送油量Ｑｔと比較する。そして、算出した送油量Ｑｓｃｖが旋回開始送油量Ｑｔよりも大きくなるまでステップ３０〜ステップ５０を繰り返し実行する。

以上の制御により、エンジン始動時および高負荷運転時以外の領域で、所定の条件が成立したときにスプール弁２３を確実に旋回させることができる。

なお、所定の条件が成立したときには、噴射圧力Ｐｃが高くなって噴射率が高くなるため、エンジンノイズが増加する恐れがある。そこで、ステップ２０の旋回開始条件としては、エンジンノイズの増加があまり問題にならないエンジン回転数Ｎｅおよび噴射量Ｑｉｎｊの範囲を設定するのが望ましい。

（他の実施形態）
上記実施形態では、ソレノイドコイル２９への通電停止時に全閉、つまり出口側ポート２２の流路開口面積が最小となるノーマリクローズタイプ（常閉型）の吸入調量弁６を用いたが、ソレノイドコイル２９への通電停止時に全開、つまり出口側ポート２２の流路開口面積が最大となるノーマリオープンタイプ（常開型）の吸入調量弁６を用いてもよい。

また、上記実施形態では、燃料の送油量を調整するために吸入調量弁６を用いる例を示したが、本発明の吸入調量弁６は、潤滑油や作動油等のオイル、水等の液体、あるいは空気、排気ガス等の気体の流量を調整する用途にも用いることができる。

本発明の一実施形態に係る吸入調量弁を用いたコモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示した図である。 図１の吸入調量弁の断面図である。 図２の吸入調量弁におけるスプール弁単体の側面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２の吸入調量弁におけるスプール弁の設計手法の説明に供する図である。 図２の吸入調量弁における送油量Ｑｓｃｖとポンプ駆動電流ｉとの関係を示す特性図である。 噴射量Ｑｉｎｊとエンジン回転数Ｎｅとの関係を示す特性図である。 図１のＥＣＵ１０のＣＰＵが実行するプログラムの流れ図である。

符号の説明

２１…バルブケース、２３…弁体（スプール弁）、２９…ソレノイドコイル、４２…内部流路、４８…連通孔。

Claims (4)

1. 流体が流入する内部流路（４２）および前記内部流路（４２）に流入した流体を外周側に流出させる連通孔（４８）が形成された円筒状のスプール弁（２３）と、
   前記スプール弁（２３）が摺動自在に挿入されるとともに、前記連通孔（４８）から流出した流体が流入するバルブケース（２１）と、
   通電時に起磁力を発生して前記スプール弁（２３）を前記バルブケース（２１）に対して相対的に移動させるソレノイドコイル（２９）とを備え、
   前記スプール弁（２３）の移動により、前記連通孔（４８）を通過する流体の流量を調整する流量制御弁において、
   前記連通孔（４８）は、前記スプール弁（２３）の軸線（２３ａ）に対して直交する方向に延びるとともに、前記スプール弁（２３）を前記スプール弁（２３）の軸線（２３ａ）方向に見たときに、前記連通孔（４８）の軸線（４８ａ）が前記スプール弁（２３）の軸線（２３ａ）からずれていることを特徴とする流量制御弁。
2. 内燃機関の気筒内に噴射される高圧燃料を蓄えるコモンレール（１）と、
   前記コモンレール（１）へ高圧燃料を圧送供給する高圧ポンプ（５）と、
   燃料タンク内の燃料を前記高圧ポンプ（５）へ供給する低圧ポンプ（５）と、
   請求項１に記載の流量制御弁（６）とを備え、
   前記流量制御弁（６）は、前記低圧ポンプ（５）から前記高圧ポンプ（５）へ燃料を送る流路中に配置されて、前記低圧ポンプ（５）から前記高圧ポンプ（５）へ送られる燃料の流量を調整することを特徴とするコモンレール式燃料噴射システム。
3. 所定の条件が成立したときの前記コモンレール（１）内の燃料の圧力が、所定の条件が成立していないときの前記コモンレール（１）内の燃料の圧力よりも高く制御されることを特徴とする請求項２に記載のコモンレール式燃料噴射システム。
4. 前記内燃機関の回転数が所定の範囲で、且つ前記内燃機関への燃料噴射量が所定の範囲のときに、前記所定の条件が成立することを特徴とする請求項３に記載のコモンレール式燃料噴射システム。
   

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