JP2010216417A

JP2010216417A - リリーフバルブ

Info

Publication number: JP2010216417A
Application number: JP2009065836A
Authority: JP
Inventors: Satoru Hashimoto; 悟橋本; Minoru Hyodo; 稔兵藤; Nobuaki Kobayashi; 信章小林
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2010-09-30

Abstract

【課題】リリーフバルブにおいて、内部の気密性を改善する。
【解決手段】筒形状のケース２と、すり鉢状に凹み、凹んだ中央に弁孔２１ｂを具備する弁座３１と、弁座３１に離着座可能な弁体３２と、弁体３２を弁座３１に付勢保持する付勢手段３３と、を備えるリリーフバルブ１の弁座３１をケース２と一体に形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料配管内の圧力を所定値以下に保つリリーフバルブに関する。

エンジンシリンダ内に高圧燃料を噴射する燃料供給装置として、燃料ポンプで燃料タンクから燃料を汲出し、昇圧ポンプで所定の圧力まで燃料圧力を高め、インジェクタによって燃料を燃焼室内に噴射する構成が知られている。このような燃料供給装置には、燃料配管内の燃料圧力が所定値以下となるように、燃料配管にはリリーフバルブが設けられることが一般的に行なわれている。

従来より種々のリリーフバルブが提案されており、特許文献１は、その一例としてのリリーフバルブを開示している。

特許文献１に開示されたリリーフバルブは、筒状のケース内に弁座と、この弁座に離着座可能な弁体と、この弁体を弁座に向けて付勢支持するバルブスプリングとが配設されている。このリリーフバルブは、通常はバルブスプリングの付勢力によって、弁体が弁座に密着し、閉じた状態で保持されている。所定値以上の圧力が弁体に掛かった際には、高圧燃料によって弁体がバルブスプリングの付勢力に抗して変位し、弁座から離間し、リリーフバルブが開いた状態となる。リリーフバルブが開き、燃料配管内の圧力が下がると、バルブスプリングの付勢力によって、再び弁体が弁座に密着し、閉じた状態で保持される。

特開２００１−２７１６３号公報

弁体と弁座とは、高圧環境下での密閉が求められるため、寸法、および動作には非常に高い精度が要求される。

しかしながら、上記従来のリリーフバルブでは、弁座がケースと別体に形成され、圧入、溶接等によってケース内に弁座を配設する手法を取っているため、弁座とケースとの間の気密性を確保することが困難であるとともに、弁座、およびケースが残留応力によって変形してしまうおそれがあり、弁体のスムーズな作動、および弁体と弁座との間の気密性を確保することが困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、リリーフバルブにおいて、内部の気密性を向上することを目的とする。

本発明は、筒形状のケースと、すり鉢状に凹み、凹んだ中央に弁孔を具備する弁座と、該弁座に離着座可能な弁体と、該弁体を該弁座に付勢保持する付勢手段と、備えるリリーフバルブであって、前記弁座が前記ケースと一体に形成されたことを特徴とするリリーフバルブ。

本発明によれば、弁座がケースと一体に形成されたことにより、弁座とケースとの間に隙間が生じないため、燃料の漏出を抑制できる。

本発明の一実施形態にかかる燃料供給装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態にかかる電制リリーフバルブを示す断面図（軸方向に沿った断面図）である。図２のＡ部の要部拡大図である。図３のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。本発明の一実施形態にかかる電制リリーフバルブを高圧分配管に組付けた様子を示す断面図（軸方向に沿った断面図）である。

本発明の一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。本実施形態は、四輪車や二輪車などの車両に搭載される内燃機関に用いられる燃料供給装置の電制リリーフバルブへの適用例である。図１は、本実施形態にかかる燃料供給装置の構成を示すブロック図、図２は、本実施形態にかかる電制リリーフバルブを示す断面図（軸方向に沿った断面図）、図３は、図２のＡ部の要部拡大図、図４は図３のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図５は電制リリーフバルブを高圧分配管に組付けた様子を示す断面図である。

図１に示すように、燃料供給装置Ｓは、燃料が貯留される燃料タンクＴＦ、内部を低圧の燃料が流通する低圧ラインＬＬ、内部を高圧の燃料が流通する高圧ラインＬＨ、燃料タンクＴＦから燃料を吸上げて、低圧ラインＬＬに供給する燃料ポンプＰＦ、低圧ラインＬＬ内の燃料を加圧して高圧ラインＬＨに供給する加圧ポンプＰＰ、高圧ラインＬＨ内の圧力を所定値以下に保つリリーフバルブとしての電制リリーフバルブ１とから主に構成されている。

加圧ポンプＰＰには、低圧ラインＬＬの低圧供給ラインＬＬＳを通じて、燃料ポンプＰＦによって吸上げられた燃料が供給される。加圧ポンプＰＰでは、供給された燃料を所定の圧力まで加圧する。なお、加圧ポンプＰＰの故障により、圧力が異常に高まった際には、加圧ポンプＰＰ内の安全機構が働いて、低圧ラインＬＬを構成する低圧開放ラインＬＬＯを通じて圧力が開放される。

加圧ポンプＰＰによって加圧された燃料は、高圧ラインＬＨを構成する高圧分配管ＬＨＤに供給される。高圧分配管ＬＨＤには、高圧分配管ＬＨＤ内の圧力を計測する圧力センサＳＰと、内燃機関の燃焼室（図示せず）内に燃料を噴射する複数のインジェクタＩＪと、電制リリーフバルブ１とが配設されている。

圧力センサＳＰから出力される圧力信号が制御手段ＥＣＭに入力され、制御手段ＥＣＭから、インジェクタＩＪには燃料の噴射タイミングが、出力される。制御手段ＥＣＭは、圧力センサＳＰの圧力信号に基づいて、減速、エンジン停止、異常高圧等の状態を判断すると、電制リリーフバルブ１には圧力開放のタイミングが出力される。電制リリーフバルブ１によって圧力開放された燃料は、低圧ラインＬＬを構成する低圧リターンラインＬＬＲを通じて低圧供給ラインＬＬＳに戻される。

電制リリーフバルブ１は、図２に示すように、内部に流路ＦＬが形成された略円筒状の金属製のケース２と、このケース２の内部に設けられて流路ＦＬを開閉する弁部３と、この弁部３を駆動する駆動部４と、を備えている。

ケース２は、図２の下側端部に位置する高圧側接続部２１と、図の中央部に位置する収容部２２と、一端が高圧側接続部２１に外挿されつつ、他端が収容部２２に内挿される筒体２３とから構成されている。そして、高圧側接続部２１が高圧分配管ＬＨＤに接続され、低圧側接続部２４が低圧リターンラインＬＬＲに接続され、収容部２２には駆動部４が収容されている。

高圧側接続部２１は、略筒形状を有し、筒形状の途中部分に中底２１ａを有している。この中底２１ａは、両面が中心に向かって凹むすり鉢状に形成されるとともに、中心部には貫通する弁孔２１ｂが穿孔されている。

図５を用いて説明すると、高圧側接続部２１は、前端部分の筒形状外部にＯ−リング７０が配設されている。電制リリーフバルブ１を高圧分配管ＬＨＤ（８０）にマウント５１を介してボルトなどで組付ける際に、高圧側接続部２１の前端部が高圧分配管ＬＨＤ（８０）に挿入され、Ｏ−リング（７０）を密着させることで、高圧分配管ＬＨＤ（８０）と高圧側接続部２１との間の気密性を確保している。

高圧側接続部２１は、前端部分の筒形状内部に燃料を濾過する高圧側フィルタ５２が配設されている。高圧側フィルタ５２は、樹脂材料、例えばナイロン、フッ素樹脂等にて形成されたフレーム５２ａと、このフレーム５２ａに取付けられて燃料を濾過するメッシュ状のフィルタ本体５２ｂと、を備えている。そして、高圧側フィルタ５２によって燃料中の異物が取除かれ、弁部３での異物の噛み込みが防止される。また、高圧側接続部２１は、後端部分に大径段部２１ｃと小径段部２１ｄとからなる段部が設けられている。

収容部２２は、筒形状を有し、前端部分内部に前端側大径部２２ａと、中央部分内部に中央小径部２２ｂと、後端部分内部に後端側大径部２２ｃとからなる段部が形成されている。収容部２２は、筒内部に中央小径部２２ｂと同一径を有する筒体２３が内挿されている。筒体２３は、例えば、磁性を有するステンレス等の金属素材に深絞り加工等のプレス加工を施すことにより、比較的薄肉の金属管として形成されている。

高圧側接続部２１の大径段部２１ｃに収容部２２の前端側大径部２２ａが、高圧側接続部２１の小径段部２１ｄに筒体２３の前端部が、それぞれ外挿されている。また、収容部２２の後端側大径部２２ｃと、筒体２３との間に駆動部４が圧入、および溶接で配設されている。

弁部３は、中底２１ａの後端側すり鉢状の凹部からなる弁座３１と、可動鉄心４２の前端に形成される略球状の弁体３２とから構成されている。弁座３１を有する中底２１ａは、高圧側接続部２１と一体に形成されている。

弁体３２の球状部分は、図３、図４に示すように、Ｃ−Ｃ線に沿った断面で、断面形状が略六角形となるように面取りされている。即ち、弁体３２の面取りされた部位と筒内面との間の隙間ＣＬが流路ＦＬの一部を形成している。

弁体３２の直径Ｒｂと、弁座３１のシート角θｓとは、弁体３２と弁座３１とが当接した際の当接部分が形成する円環の直径（シート径）Ｒｓに対して、１／２Ｒｂ≧Ｒｓとなるように設定されている。また、１／２Ｒｂ≧Ｒｓを実現するために、シート角θｓは、θｓ＞９０ｄｅｇに設定されている。

駆動部４は、電磁アクチュエータであり、磁力によって弁体３２を駆動するようになっている。駆動部４は、図２に示すように、ケース２の収容部２２に内挿される固定鉄心（コア筒）４１と、収容部２２の内部において固定鉄心４１の先端側に配置され軸方向に移動可能な可動鉄心（アンカ）４２と、固定鉄心４１および可動鉄心４２の外側の位置で収容部２２に内挿された電磁コイル４３と、この電磁コイル４３の内周側に配置されたボビン４４と、を備えている。これら固定鉄心４１、可動鉄心４２、電磁コイル４３、および筒体２３、収容部２２によって閉磁路を形成する。

固定鉄心４１は、磁性金属材料によって軸方向に延びる筒状に形成されている。固定鉄心４１は、筒体２３に圧入された後、筒体２３の後端側に溶接されており（図２のＷ１，Ｗ２）、Ｗ２は仮止としての溶接で、Ｗ１は本溶接である。
その先端面は、弁体３２が閉弁状態の場合には、可動鉄心４２の基端面に比較的小さな隙間Ｓをあけて対面する。固定鉄心４１には、軸方向に延在するアジャスタ筒体５３が嵌挿されており、固定鉄心４１に流入した燃料は、アジャスタ筒体５３の内部を経由して、固定鉄心４１から流出するようになっている。即ち、固定鉄心４１およびアジャスタ筒体５３は、流路ＦＬの一部を形成している。固定鉄心４１は、後端部分に低圧側フィルタ５４が内挿されつつ、低圧側接続部２４となる筒状部材が外挿、溶接によって接続されている。なお、低圧側フィルタ５４の構成は高圧側フィルタ５２と同様のため説明を省略する。

可動鉄心４２は、磁性金属材料によって軸方向に延びる段付き筒状に形成されており、固定鉄心４１に対向する大径部４２ａと、この大径部４２ａよりも小径に形成され大径部４２ａの端部から前端側へ突出する小径部４２ｂと、を備えている。可動鉄心４２の前端部には球状の弁体３２が一体に形成されており、かかる構造によって、弁体３２が可動鉄心４２と一体に移動するようになっている。可動鉄心４２の大径部４２ａには、固定鉄心４１に向けて開口し小径部４２ｂまで通じる凹部４２ｃが形成されており、小径部４２ｂには、凹部４２ｃに連通した開口部４２ｄが側面に形成されている。また、可動鉄心４２の小径部４２ｂが外周面と筒体２３の内周面との間には、背圧室２１ｅが形成されている。かかる構造の可動鉄心４２では、固定鉄心４１から凹部４２ｃに流入した燃料が開口部４２ｄから背圧室２１ｅへ流出するようになっている。即ち、可動鉄心４２は、流路ＦＬの一部を形成している。

可動鉄心４２と固定鉄心４１との間には、付勢部材としてのコイルバネ３３が圧縮状態で介在している。コイルバネ３３は、可動鉄心４２の凹部４２ｃに挿入された状態で、その一端部（基端部）がアジャスタ筒体５３の先端面に当接している一方、その他端部（先端部）が凹部４２ｃの底面に当接している。このコイルバネ３３は、圧縮反力によって、可動鉄心４２および弁体３２を弁体３２の閉弁方向に付勢しており、弁体３２を弁座３１に着座させる。

ボビン４４は、樹脂材料によって筒状に形成されて筒体２３に外挿されている。このボビン４４に電磁コイル４３が巻装された状態で電磁コイル４３が筒体に外挿されている。電磁コイル４３には、コネクタ６１に設けられたピン６２および導電経路６３を介して外部電源（図示せず）からの電力が供給されるようになっている。

かかる構成の駆動部４では、電磁コイル４３が通電されていない場合には、コイルバネ３３の付勢力によって弁体３２が弁座３１に着座した状態が維持される（閉弁状態）。この場合、固定鉄心４１と可動鉄心４２との間には、軸方向に隙間が形成されている。一方、電磁コイル４３が通電されると、電磁コイル４３、固定鉄心４１、可動鉄心４２および収容部２２によって閉磁路が形成され、これにより、可動鉄心４２に固定鉄心４１へ向う方向の磁力が作用する。この磁力によって、可動鉄心４２がコイルバネ３３の付勢力に抗して固定鉄心４１に引き寄せられ、可動鉄心４２と一体となって移動する弁体３２が弁座３１から離座する（開弁状態）。

また、電制リリーフバルブ１は、収容部２２後端と固定鉄心４１後端とを被覆するカバー２５を備えている。カバー２５は、例えば樹脂製であり、収容部２２に筒体２３、および駆動部４等を組み付けた状態で射出成形することによって形成される。カバー２５は、コネクタ６１と一体成形されているとともに、このカバー２５内に導電経路６３が形成されている。

かかる構成の電制リリーフバルブ１において、電磁コイル４３が通電されて、弁体３２が離座して開弁状態となると、高圧分配管ＬＨＤ内の燃料は、圧力が開放されて、電制リリーフバルブ１を通過する。即ち、燃料は、高圧側フィルタ５２で濾過された後、開弁状態の弁体３２と弁座３１との間に形成される隙間を通過し、背圧室２１ｅを経由して、可動鉄心４２および固定鉄心４１を通過し、低圧側フィルタ５４で再度濾過された後、低圧側接続部２４を通じて、低圧リターンラインＬＬＲに排出される。

ここで、本実施形態では、弁座がケースと一体（２０）に形成されたことにより、弁座とケースとの間に隙間が生じないため、燃料の漏出を防止できる。また、弁座がケースと一体２０に形成されたことにより、弁座、およぼケースの応力変形が抑制され、弁体のスムーズな作動を確保できる。さらに、弁座がケースと一体２０に形成されたことにより、高圧環境下でも弁座が脱落することが無くなるため、燃料配管内の圧力が付勢手段の付勢力よりも高まった際には、弁体が開放位置に変位し、確実に圧力開放することで、安全性を向上させることができる。

また、フランジ５１の内側に収容部２２を介してコイル４３、弁体の一部、コア筒の一部を配置したため、高圧ライン、低圧ライン側からの振動を減少することができる。詳しくは、可動鉄心４２と固定鉄心４１との間の隙間Ｓ、または可動鉄心４２の筒体２３に対する摺動面が、電制リリーフバルブ１の取付平面方向のフランジ５１の近傍（フランジ５１の板厚Ｔ内、もしくはフランジ上下面５１ａ、５１ｂ近傍）に位置するようコア筒４１、コイル４３を配設した。したがって、車両振動や燃料の比較的大きな圧力差によって生じる振動が電制リリーフバルブ１に伝搬したとしてもフランジ５１による固定部が電制リリーフバルブ１の流量特性を司る隙間Ｓ、および可動鉄心４２の摺動部に対する振動、応力を抑制することができるから、可動鉄心４２の筒体２３に対するこじれ、または適正な隙間Ｓの維持が可能となり、高い流量精度を有する電制リリーフバルブが得られる。

また、本実施形態では、弁孔２１ｂの孔径Ｒｈとシート径Ｒｓに対して、Ｒｈ≧１／２Ｒｓとなるように設定し、弁座３１のシート角θｓに対して、θｓ＞９０ｄｅｇに設定することで、弁体３２が弁座３１から離間する方向へ掛かる圧力が加わる面積を小さくできるため、コイルバネ３３のバネ力を低く抑えることができる。そして、バネ力を低く抑えられることによって、弁体３２が着座する際の弁座３１への衝突荷重が低減され、弁部３の耐久性が向上する。

さらに、コイルバネ３３のバネ力低く抑えられることによって、開弁時に弁体を変位させるために必要な磁力を発生させる電磁コイル４３を小さくすることができるので、装置全体の小型化と低コスト化が可能となる。

また、シート径Ｒｓを小型化することで、弁座３１の面積が小さくなり、弁座３１の面圧が向上する。

加えて、シート角θｓが広角となることにより、弁座３１に加わる座面３１ａに対する垂直方向のバネ力が大きくなり、気密性、および油密性が向上する。

なお、本実施形態では、駆動部４によって弁体３２を任意のタイミングで強制的に変位させることができるため、エンジンが停止し、燃料ポンプＰＦを停止させた後に、電制リリーフバルブ１を作動させて、高圧ラインＬＨ内の圧力を開放させることも可能である。そして、高圧ラインＬＨ内の圧力を開放することにより、インジェクタからエンジンの燃焼室内部へ燃料が漏出することを防止できる。

また、本実施形態の弁部３の構成は、電制リリーフバルブに限らず、機械式のリリーフバルブ（プレッシャーレギュレータ）にも適用することができる。

１…電制リリーフバルブ（リリーフバルブ）
２…ケース
２１ｂ…弁孔
３１…弁座
３２…弁体
３３…コイルバネ（付勢手段）

Claims

筒形状のケースと、
すり鉢状に凹み、凹んだ中央に弁孔を具備する弁座と、
該弁座に離着座可能な弁体と、
該弁体を該弁座に付勢保持する付勢手段と、
を備えるリリーフバルブであって、
前記弁座が前記ケースと一体に形成されたことを特徴とするリリーフバルブ。
前記弁体の直径Ｒｂと、前記弁体と前記弁座が当接時に形成される円環状の当接部の直径Ｒｓとが、
１／２Ｒｂ≧Ｒｓ
の関係を満足するように設定されたことを特徴とする請求項１記載のリリーフバルブ。