JP2011214709A - On-off valve and fuel injection pump using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体通路を開閉する開閉弁およびそれを用いた燃料噴射ポンプに関するものである。 The present invention relates to an on-off valve that opens and closes a fluid passage and a fuel injection pump using the on-off valve.
ディーゼルエンジン用コモンレール式燃料噴射装置は、コモンレールに高圧燃料を供給する燃料噴射ポンプを備えている。この燃料噴射ポンプは、低圧の燃料を吸入した後に加圧して吐出するもので、吸入弁により低圧燃料通路を開閉するようになっている。 A common rail fuel injection device for a diesel engine includes a fuel injection pump that supplies high pressure fuel to the common rail. This fuel injection pump pressurizes and discharges low-pressure fuel, and opens and closes a low-pressure fuel passage by an intake valve.
この吸入弁は、入口孔および出口孔からなる低圧燃料通路がバルブボデーに形成され、バルブボデーに往復摺動自在に保持された弁ニードルが、バルブボデーに形成されたボデー側シート部と接離して低圧の燃料の通路を開閉するようになっている。また、入口孔と出口孔は直交している(例えば、特許文献1参照)。 In this intake valve, a low pressure fuel passage composed of an inlet hole and an outlet hole is formed in the valve body, and a valve needle held so as to be slidable back and forth in the valve body is in contact with and separated from a body side seat portion formed in the valve body. The low-pressure fuel passage is opened and closed. Moreover, the entrance hole and the exit hole are orthogonal (for example, refer patent document 1).
しかしながら、従来の吸入弁は、燃料が入口孔から出口孔に流入する際に流れ方向が急変(流れ方向が90度変化)するため、出口孔内で流れの剥離が生じていた。このように剥離域が存在すると、出口孔内の見かけ上の通路面積が減少した状態となり、流量係数が低下するという問題があった。特に、近年の燃料噴射ポンプの高回転化に伴い、低圧燃料通路を通過する燃料の流速が上昇して流れの剥離が発生しやすくなっており、流量係数低下の問題が顕著になっている。 However, in the conventional intake valve, when the fuel flows from the inlet hole to the outlet hole, the flow direction changes suddenly (the flow direction changes by 90 degrees), and thus flow separation occurs in the outlet hole. When the separation zone exists in this way, there is a problem that the apparent passage area in the outlet hole is reduced and the flow coefficient is lowered. In particular, with the recent increase in the speed of fuel injection pumps, the flow rate of fuel passing through the low-pressure fuel passage is increased and flow separation tends to occur, and the problem of a decrease in the flow coefficient has become prominent.
本発明は上記点に鑑みて、流れの剥離を発生しにくくすることを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to make it difficult for flow separation to occur.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、入口孔(511)および出口孔(512)からなる流体通路が形成されるとともに、出口孔(512)側にボデー側シート部(514)が形成されたバルブボデー(51)と、バルブボデー(51)に往復摺動自在に保持され、ボデー側シート部(514)と接離して流体通路を開閉する弁ニードル(52)とを備え、入口孔(511)は出口孔(512)の径方向に延びるとともに、入口孔(511)の中心軸線が出口孔(512)の中心軸線からずれていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a fluid passage including an inlet hole (511) and an outlet hole (512) is formed, and the body side sheet portion (514) is formed on the outlet hole (512) side. ) Formed on the valve body (51), and a valve needle (52) that is slidably supported by the valve body (51) and opens and closes the fluid passage by contacting and separating from the body side seat portion (514). The inlet hole (511) extends in the radial direction of the outlet hole (512), and the central axis of the inlet hole (511) is deviated from the central axis of the outlet hole (512).
これによると、入口孔(511)の中心軸線が出口孔(512)の中心軸線からずれているため、流体が入口孔(511)から出口孔(512)に流入する際に旋回する流れとなり、流体は旋回しながら出口孔(512)内を進む。したがって、出口孔(512)内での流れの剥離が発生しにくくなり、出口孔(512)内の見かけ上の通路面積の減少が防止ないしは抑制され、流量係数の低下が防止ないしは抑制される。 According to this, since the central axis of the inlet hole (511) is deviated from the central axis of the outlet hole (512), the fluid turns when the fluid flows into the outlet hole (512) from the inlet hole (511), The fluid travels through the exit hole (512) while swirling. Accordingly, separation of the flow in the outlet hole (512) is less likely to occur, the apparent passage area in the outlet hole (512) is prevented or suppressed, and the decrease in the flow coefficient is prevented or suppressed.
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の開閉弁において、入口孔(511)は複数個設けられていることを特徴とする。これによると、入口孔(511)全体としての通路面積を容易に確保することができる。 The invention according to claim 2 is characterized in that in the on-off valve according to claim 1, a plurality of inlet holes (511) are provided. According to this, the passage area as the whole inlet hole (511) can be ensured easily.
請求項3に記載の発明では、請求項2に記載の開閉弁において、全ての入口孔(511)の中心軸線が出口孔(512)の中心軸線からずれていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the on-off valve according to the second aspect, the central axis of all the inlet holes (511) is deviated from the central axis of the outlet hole (512).
これによると、いずれの入口孔(511)を通過する流体も出口孔(512)に流入する際に確実に旋回する流れとなるため、流量係数の低下が一層確実に防止ないしは抑制される。 According to this, since the fluid that passes through any of the inlet holes (511) is a flow that surely turns when it flows into the outlet holes (512), a decrease in the flow coefficient is more reliably prevented or suppressed.
請求項4に記載の発明では、請求項2または3に記載の開閉弁において、入口孔(511)は、出口孔(512)の周方向に沿って均等な間隔で配置されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the on-off valve according to the second or third aspect, the inlet holes (511) are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the outlet hole (512). And
これによると、流体の圧力が弁ニードル(52)に均等に作用しやすくなり、弁ニードル(52)が摺動する部位の面圧を略均一にすることができる。 According to this, the pressure of the fluid can easily act on the valve needle (52), and the surface pressure of the portion where the valve needle (52) slides can be made substantially uniform.
請求項5に記載の発明のように、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の開閉弁(50)は、燃料噴射ポンプにおいて低圧の燃料の通路を開閉する弁として用いることができる。 As in the fifth aspect, the on-off valve (50) according to any one of the first to fourth aspects can be used as a valve for opening and closing a low-pressure fuel passage in the fuel injection pump.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る弁を採用した燃料噴射ポンプの断面図、図2は図1のA−A線に沿う断面図である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel injection pump employing a valve according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
本実施形態の燃料噴射ポンプは、内燃機関(より詳細には圧縮着火式内燃機関)用のコモンレール式燃料噴射装置に用いられ、高圧燃料を蓄えるコモンレールに燃料を加圧して供給するものである。 The fuel injection pump of the present embodiment is used in a common rail fuel injection device for an internal combustion engine (more specifically, a compression ignition internal combustion engine), and pressurizes and supplies fuel to a common rail that stores high-pressure fuel.
図1および図2に示すように、ポンプのハウジング11は、アルミニウム合金製のハウジング本体11aとアルミニウム合金製のベアリングカバー11bとをボルトにて結合して構成されている。ハウジング11内には、後述するフィードポンプから燃料が供給されるカム室13が形成されており、このカム室13の両端は鉄系金属製の一対のシリンダヘッド12によって閉塞されている。また、カム室13は図示しない燃料タンクに接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
回転軸14は、鉄系金属製で、図示しない内燃機関に駆動されて回転する。具体的には、回転軸14の一端側(図1の紙面において左側)に図示しないギアが結合され、そのギアに内燃機関側のギヤが噛み合わされることにより、回転軸14が内燃機関により駆動されるようになっている。
The rotating
回転軸14は、円筒状の2つのブッシュ15により回転自在に保持されている。一方のブッシュ15はハウジング本体11aに圧入して固定され、他方のブッシュ15はベアリングカバー11bに圧入して固定されている。回転軸14とベアリングカバー11bとの間はオイルシール16によりシールされている。回転軸14における軸方向中間部には、断面円形状のカム17が回転軸14に対して偏心して一体に形成されている。
The rotating
カム17の外周には、回転軸14の周りを公転するカムリング18が嵌合されている。このカムリング18は、カムリング本体18aと、このカムリング本体18aに一体化されたブッシュ18bとからなる。より詳細には、カムリング本体18aは、鉄系金属よりなり、外形が四角柱形状で、円形状の貫通穴が形成されている。また、ブッシュ18bは、円筒状に形成され、カムリング本体18aの貫通穴に圧入されており、カム17と摺動自在になっている。なお、カム17およびカムリング18は、カム室13に収容されている。
A
カムリング18の両側には、カムリング18の公転に追従して往復移動する鉄系金属製のプランジャ20が配置されている。このプランジャ20は、シリンダヘッド12内に往復移動自在に挿入された円柱部20aと、カム室13に配置されてカムリング18と対向配置された鍔状のプランジャヘッド20bとを備えている。
On both sides of the
カム室13に配置されたスプリング21により、プランジャ20がカムリング18側に付勢されて、プランジャヘッド20bがカムリング18に押し付けられている。カムリング18とプランジャヘッド20bの当接面は平面状に形成されており、これによりカムリング18の自転が阻止されるため、カム17の回転に伴いカムリング18はプランジャヘッド20bと摺動しながら自転することなく公転する。
The
シリンダヘッド12内には、プランジャ20の円柱部20aの一端側(反プランジャヘッド20b側)に、フィードポンプ25から燃料が供給される加圧室22が形成されている。また、シリンダヘッド12内には、フィードポンプ25から加圧室22への燃料の流れのみを許容する入口側逆止弁50、および、加圧室22から図示しないコモンレールへの燃料の流れのみを許容する出口側逆止弁24が設けられている。
In the
回転軸14の他端側(図1の紙面において右側)には、インナギア式のフィードポンプ25が結合されている。このフィードポンプ25は、ポンプカバー26内に回転自在に収納されている。フィードポンプ25は、回転軸14に回転駆動されることにより、燃料タンクから吸入した燃料を加圧して吐出する。
An inner gear
フィードポンプ25から吐出された燃料は、図示しない燃料通路および入口側逆止弁50を介して加圧室22に供給されるようになっている。なお、その燃料通路の途中には、加圧室22に供給される燃料量を内燃機関の運転状態に応じて調量する調量弁(図示せず)が設けられている。
The fuel discharged from the
次に、開閉弁としての入口側逆止弁50について、図3、図4に基づいて説明する。図3は図1の燃料噴射ポンプにおける入口側逆止弁50の断面図、図4は図3のX−X線に沿う断面図である。
Next, the inlet
図3、図4に示すように、入口側逆止弁50は、バルブボデー51、弁ニードル52、ストッパ53、およびスプリング54を備えている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the inlet
バルブボデー51には、入口孔511、出口孔512、ガイド孔513、およびボデー側シート部514が形成されている。入口孔511および出口孔512は、本発明の流体通路を構成するものであり、フィードポンプ25(図1参照)から吐出された燃料は、入口孔511に流入した後、出口孔512を通って加圧室22(図1参照)に供給されるようになっている。
In the
また、入口孔511は複数個(本例では4個)設けられ、出口孔512は1個設けられている。そして、入口孔511は出口孔512の周方向に沿って均等な間隔で配置されている。入口孔511および出口孔512は、いずれも断面円形の孔であり、入口孔511は概ね出口孔512の径方向に延びていて、入口孔511と出口孔512は直交している。
In addition, a plurality of inlet holes 511 (four in this example) are provided, and one
全ての入口孔511の中心軸線J1は、出口孔512の中心軸線J2からずれている(すなわちオフセットしている)。ここで、入口孔511の中心軸線J1と出口孔512の中心軸線J2とのずれ量をオフセット量L、入口孔511の内径をd1、出口孔512の内径をd2とすると、本実施形態では、L=φd2/4とし、φd1=φd2/2としている。
The central axis J1 of all the inlet holes 511 is deviated (ie, offset) from the central axis J2 of the outlet holes 512. Here, assuming that the amount of deviation between the central axis J1 of the
このようにすれば、入口孔511の内壁面のうち、入口孔中心軸線J1よりも反出口孔中心軸線J2側に位置し、且つ入口孔中心軸線J1から最も遠い部位の第1内壁面511aは、出口孔512の内壁面に接線状に交わる。また、入口孔511の内壁面のうち、入口孔中心軸線J1よりも出口孔中心軸線J2側に位置し、且つ入口孔中心軸線J1から最も遠い部位の第2内壁面511bの延長線は、出口孔512の中心軸線J2と一致する。
In this way, among the inner wall surfaces of the
ガイド孔513は、断面円形の孔であり、出口孔512と同軸に形成されている。そして、段付き円柱状の弁ニードル52がガイド孔513に摺動自在に保持されている。ボデー側シート部514は、テーパ状に形成され、出口孔512よりも燃料流れ下流側に位置している。
The
弁ニードル52の一端には、ボデー側シート部514と接離して通路を開閉する弁ニードル側シート部521が形成されている。また、弁ニードル52の軸方向中間部には、ガイド孔513に挿入されるガイド軸部522が形成されている。
One end of the
さらに、弁ニードル52には、弁ニードル側シート部521とガイド軸部522との間に、出口孔512の内径よりも小径の縮径部523が形成され、この縮径部523と出口孔512との間に円筒状の空間が形成されている。
Further, the
弁ニードル52の他端には、弁ニードル52のリフト量を規制するストッパ53が圧入固定されている。ストッパ53とバルブボデー51の間には、弁ニードル52を閉弁方向に付勢するスプリング54が配置されている。
A
次に、上記構成になる燃料噴射ポンプの作動について説明する。回転軸14が内燃機関に駆動されて回転すると、回転軸14の回転動作によってフィードポンプ25が駆動され、フィードポンプ25は燃料タンクから燃料を吸入し加圧して吐出する。
Next, the operation of the fuel injection pump configured as described above will be described. When the
また、回転軸14の回転に伴いカム17が回転し、カム17の回転に伴いカムリング18が自転することなく公転し、カムリング18の公転に伴いプランジャ20が往復移動する。
Further, the
カムリング18の公転に伴い上死点にあるプランジャ20が下死点に向けて移動すると、加圧室22内の燃料圧力が低下し、フィードポンプ25から吐出された燃料の圧力と加圧室22内の燃料圧力との圧力差が大きくなって入口側逆止弁50が開弁する。これにより、フィードポンプ25から吐出された燃料が入口側逆止弁50を通って加圧室22に流入する。
When the
下死点に達したプランジャ20が再び上死点に向けて移動すると、入口側逆止弁50が閉じ、加圧室22の燃料圧力が上昇する。加圧室22の燃料圧力が上昇すると、出口側逆止弁24が開弁して、高圧の燃料がコモンレールに供給される。
When the
次に、入口側逆止弁50が開弁して燃料が加圧室22に供給される際の、燃料流れについて説明する。本実施形態では、入口孔中心軸線J1が出口孔中心軸線J2からずれているため、入口孔511を通過した燃料は、出口孔512に流入する際に縮径部523のまわりを旋回する流れとなる。より詳細には、入口孔511を通過した燃料の一部は縮径部523に衝突するが、L=φd2/4とし、φd1=φd1/2としているため、全ての燃料が縮径部523の外壁面または出口孔512の内壁面に沿って同一方向に流れることになる。
Next, the fuel flow when the
そして、出口孔512に流入した燃料は、旋回しながら出口孔512内を出口孔中心軸線J2方向に進み、加圧室22に流入する。このように、燃料が旋回流となって出口孔512内を進むことにより出口孔512内での流れの剥離が発生しにくくなり、出口孔512内の見かけ上の通路面積の減少が防止ないしは抑制され、流量係数の低下が防止ないしは抑制される。
The fuel that has flowed into the
また、全ての入口孔中心軸線J1が出口孔中心軸線J2からずれているているため、いずれの入口孔511を通過する燃料も出口孔512に流入する際に確実に旋回する流れとなるため、流量係数の低下が確実に防止ないしは抑制される。
In addition, since all the inlet hole center axis J1 is deviated from the outlet hole center axis J2, the fuel passing through any of the inlet holes 511 is surely swirled when flowing into the
さらに、入口孔511は複数個設けられているため、入口孔511全体としての通路面積を容易に確保することができる。さらにまた、入口孔511は出口孔512の周方向に沿って均等な間隔で配置されているため、燃料の圧力が弁ニードル52に均等に作用しやすくなり、弁ニードル52が摺動する部位の面圧を略均一にすることができる。
Furthermore, since a plurality of inlet holes 511 are provided, the passage area of the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。図5は第2実施形態に係る弁の断面図である。以下、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a sectional view of a valve according to the second embodiment. Only the parts different from the first embodiment will be described below.
図5に示すように、本実施形態では、オフセット量Lを小さくしている。すなわち、0<L<φd2/4としている。但し、φd1=φd2/2である。このようにすれば、第1内壁面511aの延長線と第2内壁面511bの延長線との間に、出口孔中心軸線J2が位置する。換言すると、入口孔中心軸線J1に沿って入口孔511を見たときに、入口孔511の投影面内に出口孔中心軸線J2が位置する。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the offset amount L is reduced. That is, 0 <L <φd2 / 4. However, φd1 = φd2 / 2. In this way, the outlet hole central axis J2 is located between the extension line of the first
ここで、入口孔中心軸線J1と平行で、且つ出口孔中心軸線J2を通る線を、基準線Sとする。この場合、入口孔511のうち基準線Sと第2内壁面511bとの間を流れる燃料は、縮径部523に衝突したのち、図5の紙面において反時計回りに旋回しようとし、入口孔511のうち基準線Sと第1内壁面511aとの間を流れる燃料は、縮径部523に衝突したのち、図5の紙面において時計回りに旋回しようとする。
Here, a line parallel to the inlet hole central axis J1 and passing through the outlet hole central axis J2 is defined as a reference line S. In this case, the fuel flowing between the reference line S and the second
そして、入口孔511のうち基準線Sと第1内壁面511aとの間を流れる燃料の方が流量が多く、時計回りの流れの方が強いため、全体として時計回りに旋回する。したがって、第1実施形態と同様に、出口孔512内での流れの剥離が発生しにくくなり、出口孔512内の見かけ上の通路面積の減少が防止ないしは抑制され、流量係数の低下が防止ないしは抑制される。
Since the fuel flowing between the reference line S and the first
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。図6は第3実施形態に係る弁の断面図である。以下、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a sectional view of a valve according to the third embodiment. Only the parts different from the first embodiment will be described below.
図6に示すように、本実施形態では、入口孔511を通過した燃料が出口孔512に流入する際に縮径部523に当たらないようにするために、オフセット量Lを大きくし、且つ、入口孔511の内径d1を小さくしている。また、入口孔511の内径d1を小さくしたことに伴い、入口孔511の数を増やして(本例では6個)必要な通路面積を確保している。
As shown in FIG. 6, in this embodiment, in order to prevent the fuel that has passed through the
これによると、燃料が出口孔512に流入する際に縮径部523に当たらないため、出口孔512内での燃料の流れがスムーズになり、流量係数の低下が一層確実に防止ないしは抑制される。
According to this, since the fuel does not hit the reduced
(他の実施形態)
上記各実施形態では、全ての入口孔511の中心軸線J1を、出口孔512の中心軸線J2に対してオフセットさせたが、一部の入口孔511のみをオフセットさせてもよい。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the central axis J1 of all the inlet holes 511 is offset with respect to the central axis J2 of the outlet holes 512, but only some of the inlet holes 511 may be offset.
また、上記各実施形態では、本発明の開閉弁を圧縮着火式内燃機関用コモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料噴射ポンプに適用する例を示したが、本発明の開閉弁はポンプ以外の用途にも適用することができる。 Further, in each of the above embodiments, an example in which the on-off valve of the present invention is applied to a fuel injection pump used in a common rail fuel injection device for a compression ignition type internal combustion engine has been shown, but the on-off valve of the present invention is used for applications other than pumps. It can also be applied to.
さらに、上記各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。 Furthermore, the above embodiments can be arbitrarily combined within a feasible range.
51 バルブボデー
52 弁ニードル
511 入口孔
512 出口孔
514 ボデー側シート部
51
Claims (5)
前記バルブボデー(51)に往復摺動自在に保持され、前記ボデー側シート部(514)と接離して前記流体通路を開閉する弁ニードル(52)とを備え、
前記入口孔(511)は前記出口孔(512)の径方向に延びるとともに、前記入口孔(511)の中心軸線が前記出口孔(512)の中心軸線からずれていることを特徴とする開閉弁。 A valve body (51) in which a fluid passage including an inlet hole (511) and an outlet hole (512) is formed, and a body side seat portion (514) is formed on the outlet hole (512) side;
A valve needle (52) that is held by the valve body (51) so as to be slidable back and forth, and that opens and closes the fluid passage by contacting and separating from the body side seat portion (514);
The inlet hole (511) extends in the radial direction of the outlet hole (512), and the central axis of the inlet hole (511) is deviated from the central axis of the outlet hole (512). .
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