JP2007009840A - レギュレートバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】応答性を損なうことなく、ピストン１９の制動能力を高めることにより、ピストン１９の過大リフトを防止できるレギュレートバルブ１の提供。
【解決手段】レギュレートバルブ１は、ピストン１９が開弁方向へ移動する際に、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開するまでの開口面積特性の傾きを従来と同等に設定し、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開した後は、開口面積特性の傾きが従来より大きくなる様に設定している。これにより、ピストン１９が開弁方向へ移動する際に、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開するまでは、ダンパ室２５の燃料のダンパ効果によるピストン１９の制動能力を低く抑えることにより、レギュレートバルブ１の応答性を確保できる。また、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開した後は、ダンパ効果によるピストン１９の制動能力が高くなることで、ピストン１９の過大リフトを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料圧力を調圧するためのレギュレートバルブに関する。

従来、ディーゼル機関等の蓄圧式燃料噴射システムに用いられる燃料噴射ポンプが公知である（特許文献１参照）。この燃料噴射ポンプには、燃料タンクから燃料を汲み上げるフィードポンプの吐出圧（フィードポンプより吐出される燃料圧力）を調圧するためのレギュレートバルブが用いられている。
このレギュレートバルブは、例えば、図５に示す様に、一端側に流入口１００が開口し、側面にリリーフ孔１１０と息抜き孔１２０とが形成された筒状のバルブボディ１３０と、このバルブボディ１３０の内部に往復動可能に挿入されるピストン１４０と、このピストン１４０の背後（反流入口側）に配設されるスプリング１５０等より構成され、リリーフ孔１１０に対するピストン１４０の開弁位置に応じて、フィードポンプの吐出圧を所定の値に調圧している。

なお、図５（ａ）はレギュレートバルブの断面図、図５（ｂ）はバルブボディ１３０の展開図であり、同図（ｂ）には、ピストン１４０がリリーフ孔１１０を開き始める開弁位置でのピストン後端面の位置（ａ）、ピストン１４０がリリーフ孔１１０を全開する全開位置でのピストン後端面の位置（ｂ）、スプリング１５０の許容ストローク分だけスプリング１５０が圧縮される位置（以後、ピストン１４０の最大リフト位置と呼ぶ）までピストン１４０が移動した時のピストン後端面の位置（ｃ）を示している。スプリング１５０の許容ストロークとは、スプリング１５０の使用範囲を表すものであり、通常の使用状態において、許容ストローク以上に圧縮されることはない。
特開２０００−２４０５３１号公報

ところが、上記のレギュレートバルブは、フィードポンプの入口で異常に過大な負圧が発生した場合、あるいはフィードポンプに吸入される燃料にエアーが混入した場合等に、フィードポンプの吐出圧が不安定になるため、ピストン１４０が大きな振幅で往復運動を繰り返す。この時、ピストン１４０のリフト量（スプリング１５０を圧縮する方向への移動量）が過大になると、スプリング１５０が許容ストローク以上に全圧縮（密着）して損傷する原因となる。また、ピストン１４０との間にスプリング１５０を支持しているプラグ１６０がバルブボディ１３０から抜け落ちる原因ともなる。

但し、レギュレートバルブには、ピストン１４０の背後にダンパ室１７０が形成され、このダンパ室１７０が息抜き孔１２０を通じてフィードポンプの入口に接続されている（図２参照）。これにより、ダンパ室１７０に充填された燃料のダンパ効果によってピストン１４０の過大リフトを防止する機能を持たせているが、現状では、必ずしも息抜き孔１２０の仕様（孔の大きさ、位置等）が適切であるとは言えず、現状では十分なダンパ効果が得られていない。なお、ダンパ効果を高めるために息抜き孔１２０の開口面積を小さくすることも考えられるが、その場合、リリーフ孔１１０を開閉するピストン１４０の動きが抑制されるため、レギュレートバルブの応答性が悪化する問題が生じる。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、応答性を損なうことなく、ピストンの制動能力を高めることにより、ピストンの過大リフトを防止できるレギュレートバルブを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明のレギュレートバルブは、ピストンがスプリングを圧縮する方向へ移動する際に、ピストンがリリーフ孔を全開するまでは、ピストンの移動量に対して息抜き孔の開口面積が減少する割合を示す開口面積特性の傾きが小さく設定され、ピストンがリリーフ孔を全開した後は、開口面積特性の傾きが大きく設定されていることを特徴とする。
息抜き孔の開口面積特性は、その傾きが大きくなる程、ピストンの移動量（スプリングを圧縮する方向への移動量）に対して息抜き孔の開口面積が減少する割合が大きくなることを示している。

つまり、開口面積特性の傾きが大きくなる程、ピストンが少し移動するだけで、息抜き孔の開口面積が大きく減少することを表している。従って、開口面積特性の傾きが小さい場合と大きい場合とを比較すると、小さい場合より大きい場合の方が、ダンパ室に充填された燃料によるダンパ効果が大きくなるため、ピストンの制動能力が高くなる。これにより、息抜き孔の開口面積特性の傾きが小さく設定される領域、つまりピストンがリリーフ孔を全開するまでは、ピストンの制動能力を低く抑えることにより、レギュレートバルブの応答性を確保できる。また、息抜き孔の開口面積特性の傾きが大きく設定される領域、つまりピストンがリリーフ孔を全開した後は、ピストンの制動能力を高くすることで、ピストンの過大リフトを防止できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載したレギュレートバルブにおいて、息抜き孔は、開口面積特性の傾きが小さくなる様に形成された第１の息抜き孔と、開口面積特性の傾きが大きくなる様に形成された第２の息抜き孔とを有し、第１の息抜き孔と第２の息抜き孔とが独立して設けられていることを特徴とする。
第１の息抜き孔と第２の息抜き孔とを独立に設けているので、それぞれの息抜き孔の加工が容易である。また、第１の息抜き孔および第２の息抜き孔の大きさ（孔径）と数を適宜に選択することで、要求される開口面積特性の傾きに対応できる。

（請求項３の発明）
請求項２に記載したレギュレートバルブにおいて、第２の息抜き孔は、ピストンがスプリングの許容ストローク分だけスプリングを圧縮する方向へ移動するまでの間に、ピストンによって全閉されることを特徴とする。
本発明によれば、ピストンが第２の息抜き孔を全閉すると、ダンパ室に燃料が閉じ込められる、つまり息抜き孔を通じて燃料が出入りできなくなるため、大きなダンパ効果を得ることができ、ピストンの振動を速やかに収束させることが可能である。

（請求項４の発明）
請求項１に記載したレギュレートバルブにおいて、息抜き孔は、開口面積特性の傾きが小さくなる様に形成された第１の開口部と、開口面積特性の傾きが大きくなる様に形成された第２の開口部とを有し、第１の開口部と第２の開口部とが連続して１つの息抜き孔を形成していることを特徴とする。
この場合、第１の開口部および第２の開口部の開口面積と形状を適宜に設計することで、要求される開口面積特性の傾きに対応できる。

（請求項５の発明）
請求項４に記載したレギュレートバルブにおいて、第２の開口部は、ピストンがスプリングの許容ストローク分だけスプリングを圧縮する方向へ移動した時に、ピストンによって全閉されることを特徴とする。
本発明によれば、ピストンが第２の開口を全閉すると、ダンパ室に燃料が閉じ込められる、つまり息抜き孔を通じて燃料が出入りできなくなるため、大きなダンパ効果を得ることができ、ピストンの振動を速やかに収束させることが可能である。

（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかのレギュレートバルブは、フィードポンプによって燃料タンクから汲み上げられた燃料を加圧してコモンレールへ圧送する燃料噴射ポンプに用いられ、フィードポンプより供給される燃料の圧力を調圧することを特徴とする。
本発明によれば、フィードポンプの入口で異常に過大な負圧が発生した場合、あるいはフィードポンプに吸入される燃料にエアーが混入した場合等に、レギュレートバルブの応答性が損なわれることなく、ピストンの過大リフトを防止して、フィードポンプの吐出圧を安定させることができる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１（ａ）はレギュレートバルブ１の断面図、図１（ｂ）はバルブボディ１８の展開図、図２は燃料噴射ポンプ２の構成を示す模式図である。
実施例１に示すレギュレートバルブ１は、例えば、ディーゼル機関用の蓄圧式燃料噴射システムに用いられる燃料噴射ポンプ２（図２参照）に内蔵されている。
燃料噴射ポンプ２は、燃料タンク３より燃料を汲み上げて吐出するフィードポンプ４と、このフィードポンプ４より供給される燃料を加圧してコモンレール（図示せず）へ圧送する高圧ポンプ５と、フィードポンプ４の吐出圧を調圧するレギュレートバルブ１とを備えている。

フィードポンプ４は、燃料タンク３より汲み上げた燃料をフィルタ６を通して吸引し、所定の圧力まで加圧して高圧ポンプ５に送り出すもので、例えば、周知のトロコイドポンプによって構成され、高圧ポンプ５と共通のカム軸７を介してディーゼル機関により駆動される。
高圧ポンプ５は、カム軸７の回転運動を往復運動に変換するカム手段と、このカム手段の往復運動が伝達されてシリンダ８の内部を往復動するプランジャ９とを有する。
カム手段は、カム軸７に設けられた偏心カム１０と、この偏心カム１０に軸受（図示せず）を介して相対回転可能に嵌合するカムリング１１とで構成される。
プランジャ９は、カム手段より往復運動が伝達されることで、シリンダ８の内部を上死点から下死点へ向かって移動する吸入行程と、シリンダ８の内部を下死点から上死点へ向かって移動する圧送行程とを繰り返す。

この高圧ポンプ５は、プランジャ９の吸入行程によって、フィードポンプ４より吐出された燃料が吸入弁１２を押し開いてシリンダ８の内部に吸入され、プランジャ９の圧送行程によって、シリンダ８の内部に吸入された燃料が加圧され、吐出弁１３を押し開いてコモンレールへ圧送される。
なお、フィードポンプ４より吐出された燃料は、フィードポンプ４と吸入弁１２との間に設けられる電磁弁１４により調量されてシリンダ８の内部に吸入され、それ以外の余剰燃料は、フィードギャラリ１５を通ってカム室１６に供給され、そのカム室１６から溢れ出た燃料が、リターン通路１７を通って燃料タンク３へ還流する。
カム室１６には、上記のカム手段が配設され、フィードギャラリ１５を通って供給される燃料により潤滑される。

レギュレートバルブ１は、図１（ａ）に示す様に、筒状のバルブボディ１８と、このバルブボディ１８の内部に往復動可能に挿入されるピストン１９と、このピストン１９を一方向（図示左方向）に付勢するスプリング２０等より構成される。
バルブボディ１８は、一端側（図示左側）の開口部が燃料の流入口２１として形成され、他端側の開口部がプラグ２２によって閉塞されている。流入口２１は、上記のフィードギャラリ１５に接続され（図２参照）、このフィードギャラリ１５を介してフィードポンプ４より送り出された燃料の一部が流入する。

バルブボディ１８の側面には、リリーフ孔２３と息抜き孔２４とが形成され、共にフィードポンプ４の吸入側に接続されている（図２参照）。
リリーフ孔２３は、ピストン１９によって開閉され、ピストン１９がリリーフ孔２３を開いた時に流入口２１と連通する。
息抜き孔２４は、バルブボディ１８の内部でピストン１９とプラグ２２との間に形成されるダンパ室２５と連通可能に設けられ、ピストン１９がリリーフ孔２３を閉じる方向（閉弁方向と呼ぶ）へ移動して息抜き孔２４を開くことでダンパ室２５と連通し、ピストン１９がリリーフ孔２３を開く方向（開弁方向と呼ぶ）へ移動して息抜き孔２４を閉じると、ダンパ室２５との連通が遮断される。
ダンパ室２５は、ピストン１９が息抜き孔２４を開いた時に、その息抜き孔２４を通じてフィードポンプ４の吸入側と連通する。

ピストン１９は、流入口２１より流入する燃料の圧力変動により、バルブボディ１８の内部を移動してリリーフ孔２３の開口面積を可変する。
スプリング２０は、ピストン１９の背後（ダンパ室２５）に配設され、ピストン１９の前面に作用する燃料圧力（フィードポンプ４の吐出圧）に抗してピストン１９を一方向に付勢している。これにより、ピストン１９は、自身の前面に作用するフィードポンプ４の吐出圧と、背面に作用するダンパ室２５の燃料圧力＋スプリング２０の反力とが釣り合った位置にバランスされる。

次に、上記レギュレートバルブ１の特徴を従来品と比較しながら説明する。
従来のレギュレートバルブは、図６に示す様に、（ａ）ピストン１４０がリリーフ孔１１０を開き始める開弁位置では、息抜き孔１２０の略全体が開口しており、（ｂ）ピストン１４０がリリーフ孔１１０を全開する全開位置でも、息抜き孔１２０の略半分程度が開口している。これにより、少なくともピストン１４０がリリーフ孔１１０を全開するまでの間は、ダンパ室１７０の燃料によるダンパ効果が小さいため、ピストン１４０がスムーズに動くことができ、その結果、レギュレートバルブの応答性が確保されている。

しかし、ピストン１４０がリリーフ孔１１０を全開した後、さらに最大リフト位置まで移動しても、息抜き孔１２０がピストン１４０によって全閉されることはなく、図６（ｃ）に示す様に、息抜き孔１２０の一部が開いている。また、息抜き孔１２０の開口面積特性を見ると、図６（ｄ）に示す様に、ピストン１４０がリリーフ孔１１０を全開するまでと全開した後とで、息抜き孔１２０の開口面積が減少する割合、つまり開口面積特性の傾きが大きく変化することはない。この場合、ピストン１４０の移動により息抜き孔１２０の開口面積が減少するに連れて、ダンパ室１７０の燃料が息抜き孔１２０より流出する際の抵抗が大きくなるため、ダンパ室１７０の燃料によるダンパ効果も次第に大きくなるが、ピストン１４０がリリーフ孔１１０を全開した後、息抜き孔１２０の開口面積が急激に減少する訳ではないので、ダンパ効果が急激に大きくなることはない。

これに対し、実施例１に示すレギュレートバルブ１は、図３に示す様に、ピストン１９がスプリング２０を開弁方向へ移動する際に、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開するまでは、息抜き孔２４の開口面積特性の傾きが小さく設定され、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開した後は、開口面積特性の傾きが大きく設定されている。具体的には、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開するまでの開口面積特性の傾きを従来と同等に設定し、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開した後は、開口面積特性の傾きが従来より大きくなる様に設定している。この開口面積特性は、図１に示す様に、息抜き孔２４を第１の息抜き孔２４ａと第２の息抜き孔２４ｂとに分割することで実現される。

第１の息抜き孔２４ａと第２の息抜き孔２４ｂは、共に断面円形に開口する丸孔であり、第１の息抜き孔２４ａの方が第２の息抜き孔２４ｂより内径が大きく設けられ、且つ第２の息抜き孔２４ｂより第１の息抜き孔２４ａの方が閉弁側に位置している。
第１の息抜き孔２４ａは、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開するまでの開口面積特性の傾きを実現するもので、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開した時点で、ピストン１９によって全閉される。
第２の息抜き孔２４ｂは、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開した後の開口面積特性の傾きを実現するもので、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開してから最大リフト位置まで移動する間に、ピストン１９によって全閉される。

次に、レギュレートバルブ１の作用および効果を説明する。
レギュレートバルブ１は、流入口２１より流入する燃料の圧力（フィードポンプ４の吐出圧）と、ダンパ室２５の燃料圧力＋スプリング２０の反力とが釣り合った位置にピストン１９がバランスされ、そのピストン１９の開弁位置に応じて、フィードポンプ４の吐出圧を所定の圧力に調圧する。
ここで、フィードポンプ４の入口で異常に過大な負圧が発生する、あるいはフィードポンプ４に吸入される燃料にエアーが混入すると、フィードポンプ４の吐出圧が不安定になるため、ピストン１９が大きな振幅で往復運動を繰り返す。

これに対し、実施例１に示すレギュレートバルブ１は、ピストン１９が開弁方向へ移動する際に、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開するまでは、息抜き孔２４の開口面積特性の傾きが従来と同等に設定され、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開した後は、開口面積特性の傾きが従来より大きく設定されている。これにより、息抜き孔２４の開口面積特性の傾きが小さく設定される領域、つまりピストン１９がリリーフ孔２３を全開するまでは、ダンパ効果によるピストン１９の制動能力を低く抑えることによって、レギュレートバルブ１の応答性を確保できる。また、息抜き孔２４の開口面積特性の傾きが大きく設定される領域、つまりピストン１９がリリーフ孔２３を全開した後は、ダンパ効果によるピストン１９の制動能力が高くなることで、ピストン１９の過大リフトを防止できる。

この実施例１では、息抜き孔２４を第１の息抜き孔２４ａと第２の息抜き孔２４ｂとに分割しているので、第１の息抜き孔２４ａと第２の息抜き孔２４ｂとを独立に加工でき、孔加工が容易である。また、第１の息抜き孔２４ａおよび第２の息抜き孔２４ｂの大きさ（孔径）と数を適宜に選択することで、要求される開口面積特性の傾きに対応できる。

図４（ａ）はレギュレートバルブ１の断面図、図４（ｂ）はバルブボディ１８の展開図である。実施例１では、息抜き孔２４を第１の息抜き孔２４ａと第２の息抜き孔２４ｂとに分割した一例を記載したが、実施例２に示す息抜き孔２４は、図４に示す様に、第１の開口部２４ｃと第２の開口部２４ｄとで形成され、両開口部が連続して１つの息抜き孔２４を形成している。
第１の開口部２４ｃは、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開するまでの開口面積特性の傾きを実現するもので、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開した時点で、ピストン１９によって全閉される。
第２の開口部２４ｄは、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開した後の開口面積特性の傾きを実現するもので、ピストン１９がリリーフ孔２３を全開してから最大リフト位置まで移動する間に、ピストン１９によって全閉される。

この実施例２の構成においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。すなわち、息抜き孔２４の開口面積特性の傾きが小さく設定される領域、つまりピストン１９がリリーフ孔２３を全開するまでは、ダンパ効果によるピストン１９の制動能力を低く抑えることによって、レギュレートバルブ１の応答性を確保できる。一方、息抜き孔２４の開口面積特性の傾きが大きく設定される領域、つまりピストン１９がリリーフ孔２３を全開した後は、ダンパ効果によるピストン１９の制動能力が高くなることで、ピストン１９の過大リフトを防止できる。
また、第１の開口部２４ｃおよび第２の開口部２４ｄの開口面積と形状を適宜に設計することで、要求される開口面積特性の傾きに対応できる。

（ａ）レギュレートバルブの断面図、（ｂ）バルブボディの展開図である（実施例１）。 燃料噴射ポンプの構成を示す模式図である。 息抜き孔の開口面積特性図である（実施例１）。 （ａ）レギュレートバルブの断面図、（ｂ）バルブボディの展開図である（実施例２）。 （ａ）レギュレートバルブの断面図、（ｂ）バルブボディの展開図である（従来技術）。 （ａ）リリーフ孔開弁時を示すレギュレートバルブの断面図、（ｂ）リリーフ孔全開時を示すレギュレートバルブの断面図、（ｃ）ピストンの最大リフト位置を示すレギュレートバルブの断面図、（ｄ）息抜き孔の開口面積特性図である（従来技術）。

符号の説明

１ レギュレートバルブ
２ 燃料噴射ポンプ
３ 燃料タンク
４ フィードポンプ
１８ バルブボディ（ボディ）
１９ ピストン
２０ スプリング
２１ 流入口
２３ リリーフ孔
２４ 息抜き孔
２４ａ 第１の息抜き孔
２４ｂ 第２の息抜き孔
２４ｃ 第１の開口部
２４ｄ 第２の開口部
２５ ダンパ室

Claims (6)

1. 筒形状の一端側に流入口が形成され、側面にリリーフ孔が開口するボディと、
   このボディの内部に往復動可能に挿入され、前記リリーフ孔の開口面積を可変するピストンと、
   前記ボディの内部で前記ピストンの反流入口側に形成されるダンパ室と、
   このダンパ室に配設され、前記流入口より流入する燃料の圧力に抗して前記ピストンを付勢するスプリングと、
   前記ダンパ室を形成する前記ボディの側面に開口し、前記ピストンの挙動に応じて前記ダンパ室の燃料が出入りする息抜き孔とを有し、
   前記リリーフ孔を開口する前記ピストンの開弁位置に応じて、前記流入口より流入する燃料の圧力を所定の圧力に調圧するレギュレートバルブにおいて、
   前記ピストンが前記スプリングを圧縮する方向へ移動する際に、前記ピストンが前記リリーフ孔を全開するまでは、前記ピストンの移動量に対して前記息抜き孔の開口面積が減少する割合を示す開口面積特性の傾きが小さく設定され、前記ピストンが前記リリーフ孔を全開した後は、前記開口面積特性の傾きが大きく設定されていることを特徴とするレギュレートバルブ。
2. 請求項１に記載したレギュレートバルブにおいて、
   前記息抜き孔は、前記開口面積特性の傾きが小さくなる様に形成された第１の息抜き孔と、前記開口面積特性の傾きが大きくなる様に形成された第２の息抜き孔とを有し、前記第１の息抜き孔と前記第２の息抜き孔とが独立して設けられていることを特徴とするレギュレートバルブ。
3. 請求項２に記載したレギュレートバルブにおいて、
   前記第２の息抜き孔は、前記ピストンが前記スプリングの許容ストローク分だけ前記スプリングを圧縮する方向へ移動するまでの間に、前記ピストンによって全閉されることを特徴とするレギュレートバルブ。
4. 請求項１に記載したレギュレートバルブにおいて、
   前記息抜き孔は、前記開口面積特性の傾きが小さくなる様に形成された第１の開口部と、前記開口面積特性の傾きが大きくなる様に形成された第２の開口部とを有し、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが連続して１つの前記息抜き孔を形成していることを特徴とするレギュレートバルブ。
5. 請求項４に記載したレギュレートバルブにおいて、
   前記第２の開口部は、前記ピストンが前記スプリングの許容ストローク分だけ前記スプリングを圧縮する方向へ移動するまでの間に、前記ピストンによって全閉されることを特徴とするレギュレートバルブ。
6. 請求項１〜５に記載した何れかのレギュレートバルブは、
   フィードポンプによって燃料タンクから汲み上げられた燃料を加圧してコモンレールへ圧送する燃料噴射ポンプに用いられ、
   前記フィードポンプより供給される燃料の圧力を調圧することを特徴とするレギュレートバルブ。