JP2008002514A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】電子制御装置を用いることなく、所定の流体圧力以下で閉弁し、且つ、開弁時においては流体圧力の増大による流量の増大を抑制することができる、信頼性の高い流量制御弁を得る。
【解決手段】流入口３２に連通すると共に受圧体４２が設けられた受圧室３０と、流出口３９に連通する弁室４０と、受圧室３０と弁室４０とを連通する連通流路３８と、弁室４０に一部が配置された弁体２２とを備え、弁体２２は、ポペット部２４とスプール部３６とを有し、コイルスプリング２５の付勢によりポペット部２４が流出口３９を閉じる。そして、受圧室３０内の流体圧力の増加によって受圧体４２が弁体２２をポペット部２４の開弁方向にコイルスプリング２５の付勢力に抗して移動させるに従い、スプール部３６が連通流路３８の開放量を小さくするようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、流量制御弁に関する。

従来、燃料タンク内の燃料を内燃機関へ供給する燃料供給装置において、燃料タンクが鞍型である場合には、燃料タンクの底部に形成された２つの貯留室のうちの一方の貯留室に燃料ポンプが配置され、その一方の貯留室内の燃料を燃料ポンプが内燃機関へ向けて送出する。

そして、燃料ポンプが配置されていない他方の貯留室の燃料は、ジェットポンプによって、燃料ポンプが配置されている一方の貯留室に移送されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

ジェットポンプには、燃料ポンプと内燃機関とを連通する燃料供給路から分岐された分岐流路が接続されており、その分岐流路から供給される燃料が駆動流体となってジェットポンプが駆動される。
特開平１０−８９１８４号公報

しかしながら、このような構造では、内燃機関へ供給する燃料が多い場合、ジェットポンプへ供給される燃料も多くなり、ジェットポンプへ必要以上に燃料が供給されてしまい、燃料ポンプを駆動するエネルギーが無駄になってしまう。

また、燃料ポンプが停止された際に、燃料供給路や分岐流路中の燃料がジェットポンプへ流れて排出されてしまうと、燃料供給路が燃料で満たされなくなってしまう。この状態では、内燃機関を再始動させるときに、燃料ポンプから内燃機関への燃料の供給に時間が掛かってしまい、内燃機関の始動性が悪化してしまう。

特許文献１には、電磁弁によって分岐流路を開閉可能とし、内燃機関へ供給する燃料が増大した場合、電磁弁を制御して分岐流路を閉じる燃料供給装置が記載されている。この構成によれば、内燃機関へ供給する燃料の量が多い場合でも、ポンプを駆動するエネルギーが無駄になることを抑制することができる。しかしながら、特許文献１に記載された燃料供給装置は、電磁弁を制御するための電子制御装置が必要であり、電子制御装置は振動や熱、液体に対して弱いため、燃料供給装置の信頼性が低いという問題がある。

本発明の目的は、電子制御装置を用いることなく、所定の流体圧力以下で閉弁し、且つ、開弁時においては流体圧力の増大による流量の増大を抑制することができる、信頼性の高い流量制御弁を得ることである。

請求項１に記載の発明の流量制御弁は、流入口に連通する受圧室と、流出口に連通する弁室と、前記受圧室と前記弁室とを連通する連通流路と、前記流出口を開閉するポペット部、前記連通流路の開放量を調整するスプール部を有し、前記ポペット部の開閉弁方向に移動可能に前記弁室内に配置された弁体と、前記ポペット部の閉弁方向に前記弁体を付勢して前記弁体に前記流出口を閉じさせる付勢部材と、前記受圧室を構成し、前記受圧室内の流体に押圧されて前記弁体に前記ポペット部の開弁方向の力を付与する受圧体と、を備え、前記受圧室内の流体圧力の増加によって前記受圧体が前記弁体を前記ポペット部の開弁方向に前記付勢部材の付勢力に抗して移動させるに従い、前記スプール部が前記連通流路の開放量を小さくする流量制御弁。

この構成によれば、受圧室内の流体圧力が所定の圧力以下の場合には、ポペット部が閉弁し即ち流量制御弁が閉弁する一方、受圧室内の流体圧力が増加し所定圧力よりも大きくなるとポペット部が開弁し即ち流量制御弁が開弁し、ポペット部の開弁量が増大するに従いスプール部によって連通流路の開放量が小さくされるので、電子制御装置を用いることなく、所定の流体圧力以下で閉弁し、且つ、開弁時においては流体圧力の増大による流量の増大を抑制することができる、信頼性の高い流量制御弁を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流量制御弁において、前記受圧室に連通して設けられ、前記ポペット部よりも高く開弁圧力が設定され、前記受圧室内の流体を排出するリリーフ弁を備える。

この構成によれば、リリーフ弁によって流体圧力の上昇を抑制することができるので、流量制御弁やこの流量制御弁が接続される流体機器が破損することを抑制することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の流量制御弁において、前記付勢部材は、コイルスプリングであり、前記リリーフ弁は、前記弁体に設けられて前記コイルスプリングの内側に挿入されている。

この構成によれば、コイルスプリングの内側の領域を利用してリリーフ弁が設けられるので、リリーフ弁を設けることによる流量制御弁の大型化を抑制することができる。

[第１の実施形態]
本発明の第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本実施形態の閉弁状態の流量制御弁を示す縦断面図、図２は、開弁状態の流量制御弁を示す縦断面図、図３は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図１及び図２に示すように、流量制御弁２０は、ケーシング２１と、ケーシング２１に収納された弁体２２と、弁体２２を可動支持するスリーブ２３と、弁体２２を付勢する付勢部材であるコイルスプリング２５と、弁体２２とケーシング２１とに連結された隔壁部材であるダイヤフラム２６と、を備えている。

ケーシング２１は、円筒状に形成されると共に、その一端に第１の端壁２８が形成され、他端に第２の端壁２９が形成されている。ケーシング２１には、第１の端壁２８を有する受圧室３０と第２の端壁２９を有する開放室３１とが設けられている。これら受圧室３０と開放室３１とは、ダイヤフラム２６等によって構成される後述する受圧体４２によって隔成されている。

第１の端壁２８には、受圧室３０の内部に連通する流入口３２が複数設けられている。流入口３２は、図示しない流体機器に接続され、この流入口３２から受圧室３０の内部に流体が流入する。一方、第２の端壁２９には、開放室３１の内部に連通する開口３３が設けられている。

スリーブ２３は、第１の端壁２８を貫通して設けられている。このスリーブ２３には、弁室４０が設けられており、この弁室４０に弁体２２の一部が配置されている。そして、弁室４０と受圧室３０とを隔成するスリーブ２３の側部には、受圧室３０と弁室４０とを連通する連通流路３８が設けられている。

また、スリーブ２３におけるケーシング２１の外側に位置する一端部には、弁室４０に連通する流出口３９が設けられている。流出口３９の縁部には、弁体２２の後述するポペット部２４が離着座する弁座３９ａが形成されている。

また、スリーブ２３における受圧室３０の内側に位置する他端部には、弁室４０に連通する開口４１が設けられており、この開口４１には弁体２２が挿入されている。

そして、弁室４０は、弁体２２のポペット部２４が流出口３９を開閉する方向、即ち、弁座３９ａに離着座する方向に、弁体２２を摺動可能に支持にしている。

ダイヤフラム２６は、環状に形成されている。ダイヤフラム２６は、その外周部がケーシング２１の側周壁に固定されている一方、その内周部が弁体２２に固定されている。ダイヤフラム２６は、例えばゴム製である。

弁体２２は、円盤状の基体部３４を有しており、この基体部３４に、ダイヤフラム２６の内周部が固定されている。基体部３４は、ダイヤフラム２６と共に受圧体４２を構成している。この受圧体４２は、受圧室３０の壁及び開放室３１の壁を構成している。

また、弁体２２は、基体部３４の受圧室３０側の面に突設された弁部３５を有している。弁部３５の先端部には、流出口３９を開閉する半球状のポペット部２４が形成されると共に、弁部３５の先端部と付根部との間には、連通流路３８の開放量を調整するスプール部３６が形成されている。

スプール部３６は、第１のランド部３６ａと、この第１のランド部３６ａよりも基体部３４寄りに配置された第２のランド部３６ｂとを有している。これらの第１のランド部３６ａと第２のランド部３６ｂとの間には、図１〜図３に示すように、連通流路３８に連通する流路としての溝部３６ｃが形成されている。

第１のランド部３６ａの周面は、連通流路３８に対向すると共に弁室４０の壁面に沿った形状に形成され弁室４０の壁面に摺動可能な曲面部３６ｄ（図２，３）と、連通流路３８と反対側の部分に形成され弁室４０の壁面から所定の間隔をあけて離間した平面部３６ｅ（図２，３）とから構成されている。平面部３６ｅと弁室４０の壁面との間には、開弁状態のポペット部２４と弁座３９ａとの間に至る流路４５が形成されている。

第２のランド部３６ｂは、断面円状に形成されて、弁室４０の壁面に摺動可能に弁室４０の開口４１を閉塞している。

このスプール部３６による連通流路３８の開放量は、ポペット部２４が閉弁状態のときに最大となる。そして、スプール部３６では、ポペット部２４の開弁量が大きくなるに従い第１のランド部３６ａによる連通流路３８を塞ぐ量が大きくなり、これにより、ポペット部２４の開弁量が大きくなるに従い連通流路３８の開放量を小さくするようになっている。

そして、弁体２２は、弁体２２の基体部３４とケーシング２１の第２の端壁２９との間に設けられ圧縮バネとして機能するコイルスプリング２５によって、ポペット部２４の閉弁方向に付勢されている。また、弁体２２は、受圧室３０の内部の流体に押圧される受圧体４２によってポペット部２４の開弁方向の力を付与される。受圧体４２は、詳しくは、受圧室３０の内部の流体に押圧されてダイヤフラム２６が変形することで弁体２２にポペット部２４の開弁方向の力を付与する。

また、弁体２２は、基体部３４の開放室３１側の面にリリーフ弁２７を有している。このリリーフ弁２７は、コイルスプリング２５の内側に挿入されている。

リリーフ弁２７は、弁体５１と、この弁体５１を収納した弁室５２とを有している。弁室５２には、流入口５３と流出口５４とが連通されている。流入口５３は、弁体２２の基体部３４を貫通して受圧室３０に連通する一方、流出口５４は、ケーシング２１の開口３３に連通している。

また、流入口５３の縁部には、弁体５１が離着座する弁座５３ａが形成されており、この弁座５３ａに弁体５１が離着座することにより流入口５３が開閉される。

また、弁室５２には、弁体５１を弁座５３ａに向けて付勢する圧縮バネとして機能するコイルスプリング５５が収納されている。

このリリーフ弁２７は、受圧室３０の内部の流体圧力が所定圧力以上になった場合に、その流体圧力を受けた弁体５１がコイルスプリング５５の付勢力に抗して開弁し、受圧室３０内の燃料を流出口５４から排出する。ここで、リリーフ弁２７の開弁圧力は、ポペット部２４の開弁圧力よりも高く設定されている。

このような構成において、受圧室３０の内部の流体圧力が所定圧力以下の場合には、コイルスプリング２５に付勢力されたポペット部２４が閉弁する。即ち、流量制御弁２０が閉弁する。このとき、スプール部３６による連通流路３８の開放量は最大となっている。そして、受圧室３０内の流体圧力が所定圧力よりも大きくなると、受圧体４２がポペット部２４の開弁方向に弁体２２をコイルスプリング２５の付勢力に抗して移動させ、ポペット部２４を開弁させる。即ち、流量制御弁２０が開弁する。これにより、流入口３２から受圧室３０に流入した流体は、連通流路３８から溝部３６ｃ、流路４５を経由して流出口３９へ至り、流出口３９から流出する。そして、受圧室３０の内部の流体圧力の増加によって受圧体４２が弁体２２をポペット部２４の開弁方向に付勢部材の付勢力に抗して移動させるに従い、スプール部３６が連通流路３８の開放量を小さくし、流体圧力の増大による流量の増大を抑制する。このように、本実施形態によれば、電子制御装置を用いることなく、所定の流体圧力以下で閉弁し、且つ、開弁時においては流体圧力の増大による流量の増大を抑制することができる、信頼性の高い流量制御弁２０を得ることができる。

また、本実施形態によれば、ポペット部２４よりも高く開弁圧力が設定され、受圧室３０の内部の流体を排出するリリーフ弁２７を備えることにより、リリーフ弁２７によって流体圧力の上昇を抑制することができるので、流量制御弁２０や当該流量制御弁２０が接続される流体機器が破損することを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、リリーフ弁２７が弁体２２に設けられてコイルスプリング２５の内側に挿入されていることにより、コイルスプリング２５の内側の領域を利用してリリーフ弁２７が設けられるので、リリーフ弁２７を設けることによる流量制御弁２０の大型化を抑制することができる。

[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態を図４に基づいて説明する。本実施形態は、第１の実施形態の流量制御弁を備え自動車に搭載される燃料供給装置への適用例である。なお、前述した実施形態と同一部分は、同一符号で示し説明も省略する。

図４は、本実施形態の燃料供給装置１を概略的に示す構成図である。図４に示すように、燃料供給装置１は、流体である燃料を貯留する燃料タンク２と、燃料タンク２に収納された燃料ポンプ３と、燃料ポンプ３が吐出する燃料を外部装置である内燃機関（図示せず）へ案内する燃料供給路４と、燃料タンク２の内部の燃料を移送する移送部６と、を備え、移送部６に流量制御弁２０が設けられている。

燃料タンク２には、第１の貯留室１１と、第２の貯留室１２と、これら第１及び第２の貯留室１１，１２を仕切る仕切部１３とが設けられている。仕切部１３は、図示しないプロペラシャフト等を迂回可能に、燃料タンク２の底壁が上方に凸状に形成されたものである。

燃料ポンプ３は、第１の貯留室１１に配置されている。燃料ポンプ３は、ケーブル１４を介して図示しない制御装置及び電源に接続されており、制御装置に駆動制御されて第１の貯留室１１の内部の燃料を吸入し、吸引した燃料を燃料供給路４に吐出し内燃機関へ供給する。燃料ポンプ３は、内燃機関へ供給する燃料の圧力（以下、燃圧ともいう）が目標燃圧になるように回転数が制御される。具体的には、図示しない圧力センサによって検出された燃料供給路４中の燃圧に基づいて、内燃機関へ供給する燃料の圧力が目標燃圧になるように、燃料ポンプ３の回転数がフィードバック制御される。ここで、目標燃圧は、内燃機関の稼動状態に応じて変更されるが、その上限は設定されている。以後、この上限を目標上限燃圧と呼ぶ。

移送部６は、第２の貯留室１２の燃料を第１の貯留室１１へ移送するジェットポンプ１５と、燃料供給路４から分岐してジェットポンプ１５へ燃料を案内する分岐流路１６と、この分岐流路１６を構成しジェットポンプ１５へ供給される燃料の量を制御する流量制御弁２０と、を備えている。

ジェットポンプ１５は、燃料ポンプ３から燃料供給路４及び分岐流路１６を介して駆動流体として供給される燃料によって発生させた負圧を用いて、第２の貯留室１２の燃料を連通流路１７を介して第１の貯留室１１へ移送する。ここで、連通流路１７は、ジェットポンプ１５と第２の貯留室１２の底部とを連通している流路である。

分岐流路１６は、第１の流路部１８と、流量制御弁２０と、第２の流路部１９とによって構成されている。第１の流路部１８は、燃料供給路４から流量制御弁２０の流入口３２へ至る流路であり、第２の流路部１９は、流量制御弁２０の流出口３９からジェットポンプ１５へ至る流路である。よって、流量制御弁２０においては、流入口３２が燃料供給路４側、流出口３９がジェットポンプ１５側となっている。

第１の流路部１８、第２の流路部１９及び燃料供給路４は、具体的には、パイプによって構成されている。

流量制御弁２０の開弁圧力は、燃料ポンプ３が内燃機関へ供給する燃料の目標上限圧力よりも低く設定されている一方、リリーフ弁２７の開弁圧力は、目標上限燃圧よりも高く設定されている。

また、流量制御弁２０の開放室３１の開口３３は、燃料タンク２内に連通しており、リリーフ弁２７の流出口５４から開口３３を介して流出する燃料は、燃料タンク２の内部に戻される。

このような構成において、燃料ポンプ３が駆動されると、燃料供給路４から第１の流路部１８を介して流量制御弁２０の受圧室３０に燃料が供給され、受圧室３０の内部の燃圧が所定の燃圧を超えると流量制御弁２０が開弁する。そして、流量制御弁２０から流出した燃料は、第２の流路部１９に案内されてジェットポンプ１５へ供給される。これにより、ジェットポンプ１５によって第２の貯留室１２の燃料が第１の貯留室１１へ移送される。このとき、内燃機関の稼動状態により、燃圧の上昇が必要となり、燃料ポンプ３の回転数を上昇させた場合、受圧室３０の内部の燃圧が増加し連通流路３８の開放量が小さくなるので、ジェットポンプ１５へ供給する燃料の増大を抑制することができる。よって、本実施形態によれば、ジェットポンプ１５へ必要以上に燃料を供給することを抑制することができ、燃料ポンプ３を駆動するエネルギーを無駄に消費してしまうことを抑制することができる。

そして、燃料ポンプ３が停止される際、流量制御弁２０の受圧室３０の内部の燃圧が所定の燃圧以下になると、流量制御弁２０が閉弁する。これにより、燃料供給路４や第１の流路部１８、受圧室３０中の燃料がジェットポンプ１５へ供給されて排出されることを抑制する。よって、内燃機関及び燃料ポンプ３が停止されても、燃料供給路４中に燃料が満たされた状態とすることができ、内燃機関の始動性を良好にすることができる。

また、何らかの原因で燃料供給路４、分岐流路１６の内部の燃圧が目標上限燃圧よりも高くなると、リリーフ弁２７が開弁して、受圧室３０の燃料を燃料タンク２内に戻す。これにより、燃料供給路４、分岐流路１６の燃圧の異常な上昇を抑制することができ、燃料供給装置１の安全性を確保することができる。

また、本実施形態では、流量制御弁２０にリリーフ弁２７が設けられていることにより、リリーフ弁２７が流量制御弁２０とは別体である場合に比べて、燃料供給装置１の製造における部品管理の手間を低減することができる。

なお、本発明は、次のような別の実施形態に具現化することができる。以下の別の実施形態でも上記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

（１）上記各実施形態では、受圧体４２における隔壁部材としてダイヤフラム２６を例に説明したが、隔壁部材としは、例えばベローズであっても良い。

また、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下に記載する。

（イ）燃料タンク内の燃料を燃料供給路を介して外部装置へ供給する燃料ポンプと、前記燃料タンク内の燃料を移送するジェットポンプと、前記ジェットポンプの駆動流体となる燃料を前記燃料供給路から前記ジェットポンプへ案内する分岐流路と、を備える燃料供給装置において、
請求項１ないし３の何れか一つに記載の流量制御弁を備え、この流量制御弁は、前記流入口が前記燃料供給路側、前記流出口が前記ジェットポンプ側となるように前記分岐流路を構成していることを特徴とする燃料供給装置。

本発明の第１の実施形態の閉弁状態の流量制御弁を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態の開弁状態の流量制御弁を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態の燃料供給装置を概略的に示す構成図である。

符号の説明

２０ 流量制御弁
２２ 弁体
２４ ポペット部
２５ コイルスプリング（付勢部材）
２７ リリーフ弁
３０ 受圧室
３２ 流入口
３６ スプール部
３８ 連通流路
３９ 流出口
４０ 弁室
４２ 受圧体

Claims (3)

1. 流入口に連通する受圧室と、
   流出口に連通する弁室と、
   前記受圧室と前記弁室とを連通する連通流路と、
   前記流出口を開閉するポペット部、前記連通流路の開放量を調整するスプール部を有し、前記ポペット部の開閉弁方向に移動可能に前記弁室内に配置された弁体と、
   前記ポペット部の閉弁方向に前記弁体を付勢して前記弁体に前記流出口を閉じさせる付勢部材と、
   前記受圧室を構成し、前記受圧室内の流体に押圧されて前記弁体に前記ポペット部の開弁方向の力を付与する受圧体と、
   を備え、
   前記受圧室内の流体圧力の増加によって前記受圧体が前記弁体を前記ポペット部の開弁方向に前記付勢部材の付勢力に抗して移動させるに従い、前記スプール部が前記連通流路の開放量を小さくする流量制御弁。
2. 前記受圧室に連通して設けられ、前記ポペット部よりも高く開弁圧力が設定され、前記受圧室内の流体を排出するリリーフ弁を備える請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記付勢部材は、コイルスプリングであり、
   前記リリーフ弁は、前記弁体に設けられて前記コイルスプリングの内側に挿入されている請求項２に記載の流量制御弁。

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