JP2012012950A - 定残圧弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧力保持性能を維持することの可能な定残圧弁を提供する。
【解決手段】高圧ポンプで昇圧された燃料が流れる高圧側燃料通路と、高圧ポンプで昇圧される前の燃料が流れる低圧側燃料通路とを連通する連通路に設けられる定残圧弁60は、弁体69、スプリング65及びスプリングストッパ64を備える。弁体69は、内側流路57の内壁に形成された弁座63に着座及び離座する。スプリング65は、弁体69を弁座63側へ付勢する。スプリングストッパ64には、弁座63より上流側の通路61の流路断面積よりも流路断面積が小さい下流側オリフィス62が形成されている。これにより、弁体69と弁座63との間からのキャビテーションの発生が抑制され、弁体69及び弁座63にエロージョンが生じることが抑制される。
【選択図】図1

Description

本発明は、エンジンへ燃料を供給する燃料供給系統に用いられる定残圧弁に関し、特に車両用の筒内噴射式内燃機関の燃料供給系統における定残圧弁に好適なものである。
従来、エンジン、特に車両用の筒内噴射式内燃機関へ燃料を供給する燃料供給系統には、燃料を加圧する高圧ポンプが設けられる。高圧ポンプから圧送される燃料は、デリバリパイプに蓄圧され、デリバリパイプに接続するインジェクタからエンジンの各気筒内に噴射される。
特許文献1では、高圧ポンプ内で燃料を加圧する加圧室とデリバリパイプとを接続する燃料通路に定残圧弁が設けられている。定残圧弁は、デリバリパイプ内の燃料と加圧室の燃料との差圧が所定圧より高くなると開弁し、デリバリパイプ側から加圧室側に燃料を通過させる。
特開2009−121395号公報
ところで、特許文献1に記載の定残圧弁は、デリバリパイプ側から加圧室側に流れる燃料の流速を調節するオリフィスが、定残圧弁の弁体が着座する弁座よりも上流側に設けられている。このため、定残圧弁の開弁時、弁座と弁体との間に僅かな隙間が生じ、局部的に流速が速くなることで、燃料が飽和蒸気圧以下になるので、キャビテーションが発生する。このキャビテーションが消滅する瞬間に非常に強い衝撃力が発生し、騒音及び振動を発生させる。また、キャビテーションが弁座及び弁体の近くで消滅すると、その気泡崩壊衝撃圧により、弁体及び弁座の表面に傷をつけるエロージョン(壊食)が生じることが懸念される。定残圧弁の弁体及び弁座にエロージョンが生じると、弁体と弁座との間の油密が悪化し、定残圧弁の圧力保持性能が低下するおそれがある。
定残圧弁の圧力保持性能が低下すると、アクセルオフ後またはエンジン停止後にデリバリパイプ内の燃料圧力が定残圧弁に設定された所定の圧力よりも低下する。燃料圧力の低下に伴い、燃料の気化温度も低下する。一方、エンジン冷却系の停止等に伴うエンジンルーム内の温度上昇によってデリバリパイプ内の燃料温度は上昇する。したがって、デリバリパイプ内の燃料温度が燃料の気化温度を超えると、デリバリパイプ内にベーパが発生することがある。このようにしてベーパが発生した場合、エンジンの再始動時に高圧ポンプの昇圧不良が生じると共に、エンジンの始動性が悪化するおそれがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、圧力保持性能を維持することの可能な定残圧弁を提供することにある。
上述した課題を解決するため、請求項1に係る発明によると、高圧ポンプで昇圧された燃料が流れる高圧側燃料通路と、高圧ポンプで昇圧される前の燃料が流れる低圧側燃料通路とを連通する連通路に定残圧弁は設けられる。この定残圧弁は、弁体、付勢手段及び下流側オリフィスを備える。弁体は、連通路の内壁に形成された弁座に着座することで低圧側燃料通路側から高圧側燃料通路側への燃料の流れを規制し、弁座から離座することで高圧側燃料通路側から低圧側燃料通路側への燃料の流れを許容する。付勢手段は、弁体を弁座側へ所定の付勢力で付勢する。弁体の下流側に設けられる下流側オリフィスは、弁座の上流側の通路の流路断面積よりも流路断面積が小さく形成される。
弁座より上流側の燃料圧力が弁体の上流側の受圧面に作用する力が、弁座より下流側の燃料圧力が弁体の下流側の受圧面に作用する力と付勢手段の付勢力との合力よりも大きくなると、弁体は弁座から離座し、連通路を開放する。弁体と弁座との間を流れる燃料は下流側オリフィスにより流れが規制されるので、弁体と下流側オリフィスとの間に燃料圧力が瞬時に蓄圧される。これにより、弁座よりも上流側の燃料圧力と弁座よりも下流側の燃料圧力との差圧が小さくなるので、弁座と弁体との間を流れる燃料の流速が遅くなる。このため、弁体と弁座との間からキャビテーションが発生することが抑制されるので、キャビテーションが消滅する瞬間に生じる騒音及び振動を低減することができる。また、キャビテーションの気泡崩壊衝撃圧によって弁体及び弁座にエロージョンが生じることを抑制することができる。したがって、弁体と弁座との間の油密の悪化が抑制され、定残圧弁の圧力保持性能を維持することができる。
この定残圧弁をエンジンの燃料供給系統に用いると、アクセルオフ後又はエンジン停止後などに、デリバリパイプ内の燃圧が定残圧弁に設定された所定の圧力よりも低下することが抑制され、燃料内にベーパが発生することが抑制される。これにより、エンジンの始動性を向上することができる。
なお、高圧ポンプで昇圧された燃料が流れる高圧側燃料通路には、高圧ポンプの吐出弁が着座及び離座する弁座よりも燃料出口側の吐出通路、高圧ポンプの燃料出口とデリバリパイプとを接続する高圧燃料配管、及びデリバリパイプ等が相当する。一方、高圧ポンプで昇圧される前の燃料が流れる低圧側燃料通路には、高圧ポンプの加圧室、加圧室よりも燃料入口側の供給通路、高圧ポンプの燃料入口と燃料タンクとを接続する低圧燃料配管、デリバリパイプ等の余剰燃料を燃料タンクに戻す戻し配管、及び燃料タンク等が相当する。
また、定残圧弁に設定される所定の圧力は、付勢手段の付勢力、及び弁体の受圧面等によって任意に設定することが可能である。この所定の圧力は、例えばエンジンの運転停止後にデリバリパイプ内に発生するベーパを許容値以下とし、かつインジェクタからの燃料漏れを許容値以下とすることのできる圧力に設定されることが例示される。
請求項2に係る発明によると、定残圧弁は、弁座の上流側の連通路に上流側オリフィスを備える。下流側オリフィスの流路断面積は、上流側オリフィスの流路断面積よりも小さい。この構成においても、弁体が開弁すると、弁体と下流側オリフィスとの間に燃料圧力が蓄圧されるので、弁座よりも上流側の燃料圧力と、弁座よりも下流側の燃料圧力との差圧が小さくなる。このため、弁体と弁座との間、及び上流側オリフィスからキャビテーションが発生することが抑制され、弁体及び弁座にエロージョンが生じることを抑制することができる。したがって、定残圧弁の圧力保持性能を維持することができる。
請求項3に係る発明によると、下流側オリフィス及び上流側オリフィスは、高圧ポンプのポンプ効率を維持することの可能な流路断面積に形成される。2個のオリフィスにより高圧ポンプのポンプ効率を確実に維持することができる。
請求項4に係る発明によると、定残圧弁は、付勢手段の下流側で付勢手段の一端を係止する係止部材を備える。この係止部材に下流側オリフィスは形成される。連通路とは別部材である係止部材に下流側オリフィスを形成することで、下流側オリフィスの加工を容易に行うことができる。
請求項5に係る発明によると、係止部材は、下流側オリフィスの流路断面積よりも流路断面積の大きい凹部を下流側オリフィスの下流側に有する。これにより、凹部を流れる燃料の流れが遅くなるので、下流側オリフィスから発生するキャビテーションを凹部で減少させることができる。したがって、係止部材の下流側の連通路にエロージョンが生じることを抑制することができる。
請求項6に係る発明によると、下流側オリフィスは、上流側よりも下流側の流路断面積が大きいテーパ状に形成される。これにより、下流側オリフィスを流れる燃料の流れが遅くなるので、下流側オリフィスから発生するキャビテーションを減少させることができる。したがって、係止部材の下流側の連通路にエロージョンが生じることを抑制することができる。
請求項7に係る発明によると、係止部材の凹部は、上流側よりも下流側の流路断面積が大きいテーパ状に形成されると共に、凹部の内壁から流路の径方向内側に向けて突出する凸部を有する。これにより、凹部の流体抵抗が大きくなり、凹部を流れる燃料の流速が低下するので、下流側オリフィスから発生するキャビテーションが係止部材の下流側の連通路に流れることを抑制することができる。
請求項8に係る発明によると、定残圧弁は、燃料の流通可能な孔を有する通路部材を係止部材の下流側に備える。そして、係止部材と通路部材との間に、下流側オリフィスから発生するキャビテーションを消滅させる燃料空間が形成される。これにより、係止部材の下流側の連通路にエロージョンが生じることを抑制することができる。
ところで、一般に、定残圧弁の弁体には、球体が適用される。しかし、弁座の上流側の連通路の流路断面積が大きいと、高圧ポンプの吐出燃料に生じる圧力波を受けやすいので、弁体のリフト量が大きくなる。このため、燃料中に含まれる粒子状の異物又はガム質燃料等が弁座と弁体との間に堆積し難い。そこで、請求項9に係る発明では、弁体は、略円柱状のフラット弁が適用される。この結果、定残圧弁の軸方向の体格を小さくすることができる。
請求項10に係る発明によると、付勢手段の他端は、弁体に直接係止されている。これにより、定残圧弁の構成を簡素にすることができる。
請求項11に係る発明によると、高圧ポンプで昇圧された燃料が流れる高圧側燃料通路と、高圧ポンプで昇圧される前の燃料が流れる低圧側燃料通路とを連通する連通路に設けられる圧力調整弁は、リリーフ弁体、リリーフスプリング及び請求項4〜10に記載の定残圧弁を備える。リリーフ弁体は、連通路の内壁に形成されたリリーフ弁用弁座に着座することで低圧側燃料通路側から高圧側燃料通路側への燃料の流れを規制し、リリーフ弁用弁座から離座することで高圧側燃料通路側から低圧側燃料通路側への燃料の流れを許容する。リリーフスプリングは、リリーフ弁体をリリーフ弁用弁座側へ所定の付勢力で付勢する。定残圧弁は、リリーフ弁体の内側に形成された内側流路に設けられる。
定残圧弁の係止部材は、リリーフ弁体の内側流路の内壁に圧入される筒部、及び筒部の外壁から径方向外側に延びリリーフ弁体の軸方向の端部に当接するフランジ部を有する。フランジ部は、リリーフスプリングによってリリーフ弁体に押圧されている。
これにより、リリーフ弁体の内側流路の内壁に筒部を圧入する圧入加重を小さくし、リリーフ弁体の遅れ破壊を抑制することができる。また、圧入加重を小さくすることで、係止部材に形成される下流側オリフィスの流路断面積の加工精度を高めることができる。
本発明の第1実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第1実施形態による定残圧弁の適用される内燃機関の燃料供給系統の構成図である。 本発明の第1実施形態による定残圧弁を備える高圧ポンプの断面図である。 図3のIV方向から見た一部切り欠き図である。 図4の要部拡大図である。 本発明の第2実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第3実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第4実施形態による定残圧弁を備える高圧ポンプの要部拡大図である。 本発明の第4実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第5実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第6実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第7実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第8実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第8実施形態による定残圧弁の弁体の平面図である。 本発明の第9実施形態による定残圧弁の弁体の平面図である。 本発明の第10実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第10実施形態による定残圧弁の弁体の平面図である。 本発明の第11実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第11実施形態による定残圧弁の弁体の平面図である。 本発明の第12実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第13実施形態による定残圧弁の断面図である。 図21のXXII−XXII線の断面図である。 本発明の第14実施形態による定残圧弁の適用される燃料供給系統の構成図である。 本発明の第14実施形態による定残圧弁の断面図である。 本発明の第15実施形態による定残圧弁の適用される燃料供給系統の構成図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態の定残圧弁を図1〜図5に示す。
図2に示すように、本実施形態の定残圧弁60は、エンジン、特に車両用の筒内噴射式内燃機関の燃料供給系統1に用いられる高圧ポンプ10に設けられている。燃料供給系統1では、燃料タンク2から低圧ポンプ3によって汲み上げられた燃料が低圧燃料配管6を経由し、高圧ポンプ10の供給通路100に供給される。高圧ポンプ10は、供給通路100から加圧室121に導入した燃料をプランジャ13の軸方向の往復運動によって加圧し、吐出通路114から吐出する。吐出通路114から吐出された高圧燃料は、高圧燃料配管9を圧送され、デリバリパイプ4に蓄圧される。そしてこの高圧燃料は、デリバリパイプ4に接続するインジェクタ5からエンジンの各気筒内に噴射される。
高圧ポンプ10の吐出通路114と加圧室121とを接続する連通路51にリリーフ弁50が設けられている。リリーフ弁50を構成するリリーフ弁体52の内側には、内側流路が形成され、この内側流路に定残圧弁60が設けられている。定残圧弁60は、吐出通路114内の燃料と加圧室112の燃料との差圧が定残圧弁60に設定された所定圧よりも高くなると開弁し、吐出通路側114から加圧室121側に燃料を通過させる。
次に、高圧ポンプ10の構成を図3および図4を参照して説明する。
高圧ポンプ10は、ポンプボディ11、プランジャ13、パルセーションダンパ210、吸入弁部30、吐出弁部90、リリーフ弁50及び定残圧弁60などを備えている。
ポンプボディ11には、円筒状のシリンダ14が形成されている。シリンダ14には、プランジャ13が軸方向に往復移動可能に収容され、その深部に加圧室121が形成されている。プランジャ13の加圧室112と反対側の端部には、スプリング座18が取り付けられている。スプリング座18と後述するオイルシールホルダ25との間には、スプリング19が設けられている。スプリング19は、一端がオイルシールホルダ25に当接し、他端がスプリング座18に当接し、軸方向に伸びる力を有している。このため、プランジャ13は、タペット8(図2参照)を介してカムシャフト7のカムと当接し、軸方向に往復移動する。プランジャ13の往復移動により、加圧室121の容積が変化し、燃料が加圧される。
ポンプボディ11には、ダンパ室201が形成されている。ダンパ室201は、図示しない燃料入口と図示しない燃料通路によって連通している。燃料入口は低圧燃料配管6(図2参照)と接続している。このため、ダンパ室201には燃料入口から燃料通路を経由して燃料タンク2の燃料が供給される。ダンパ室201には、燃圧脈動を低減するパルセーションダンパ210が設けられている。パルセーションダンパ210は、波ばね213の弾性力によってダンパ室201の凹部202に押圧される2個の支持部材211、212によりダンパ室201内に支持されている。
吸入弁部30は、弁ボディ31、吸入弁35、ストッパ40及び電磁駆動部70等から構成されている。
ポンプボディ11には、シリンダ14の中心軸と略垂直に吸入通路151が形成されている。吸入通路151は、一端が加圧室121と連通し、他端が導入通路111を経由してダンパ室201に連通している。吸入通路151の加圧室121側には、弁ボディ31が固定されている。弁ボディ31の加圧室121側には、凹テーパ状の吸入弁用弁座34が形成されている。
弁ボディ31の内側に配置された吸入弁35は、弁ボディ31に形成された孔32の内壁に案内されて往復移動する。吸入弁35には、吸入弁用弁座34に着座可能な凸テーパ状のシール面が形成されている。
ストッパ40は、弁ボディ31の内壁に固定され、吸入弁35の開弁方向への移動を規制する。ストッパ40には、吸入弁35側に開口する容積室41が形成され、弁ボディ側スプリング21を収容している。弁ボディ側スプリング21は、吸入弁35を吸入弁用弁座34側、すなわち閉弁方向へ付勢している。
ストッパ40には、ストッパ40の軸に対して傾斜する傾斜通路102複数形成されている。ダンパ室201から導入通路111を経由して吸入通路151に流入した燃料は、吸入弁35の開弁時に傾斜通路102から加圧室121に流入する。
尚、供給通路100は、燃料入口とダンパ室201とを連通する燃料通路、ダンパ室201、導入通路111、吸入通路151及び傾斜通路102を含むものである。
電磁駆動部70は、コイル71、固定コア72、可動コア73などから構成されている。コイル71は樹脂製のスプール78に巻回されている。固定コア72は磁性材料から形成され、スプール78の径内側に設けられている。可動コア73は磁性材料から形成され、固定コア72の加圧室121側に軸方向に往復移動可能に設けられている。
固定コア72と可動コア73との間に電磁側スプリング22が設けられている。この電磁側スプリング22は、弁ボディ側スプリング21よりも強い力で、可動コア73を加圧室側、すなわち吸入弁35の開弁方向へ付勢している。
電磁駆動部70は、吸入通路151の加圧室121と反対側の開口を塞ぐ取付部材75によってポンプボディ11に取り付けられている。
ニードル38は略円柱状に形成され、取付部材75に設けられたガイド筒76の内壁に案内され、軸方向に往復移動可能に設けられている。ニードル38は、一端が可動コア73と一体に組み付けられ、他端が吸入弁35に当接可能である。
コイル71に通電されていないとき、可動コア73と一体のニードル38が電磁側スプリング22の付勢力により吸入弁35を押圧することで吸入弁35が開弁する。
コネクタ77の端子74からコイル71に通電されると、コイル71は磁界を発生する。すると固定コア72、可動コア73及び取付部材75により形成される磁気回路に磁束が流れ、可動コア73は電磁側スプリング22の付勢力に抗し、磁力によって固定コア72に吸引される。これにより、可動コア73と一体のニードル38が固定コア側へ移動し、吸入弁35が閉弁する。
吐出弁部90は、吐出弁92、規制部材93及び吐出弁スプリング94などから構成されている。
ポンプボディ11には、吸入通路151の加圧室121を挟んで反対側に吐出通路114が形成されている。吐出通路114は、加圧室121と燃料出口91とを連通している。
吐出弁92は有底筒状に形成され、吐出通路114に往復移動可能に設けられている。吐出弁92は、吐出通路114の内壁に形成される吐出弁用弁座95に着座することにより吐出通路114を閉鎖し、吐出弁用弁座95から離座することにより吐出通路114を開放する。
規制部材93は、吐出通路114の内壁に固定されている。吐出弁スプリング94は、一端が規制部材93に係止され、他端が吐出弁92に係止されている。吐出弁スプリング94は、吐出弁92を吐出弁用弁座95側へ付勢している。
吐出弁用弁座95の下流側の燃料から吐出弁92が受ける力と吐出弁スプリング94の付勢力との和よりも加圧室121側の燃料から吐出弁92が受ける力が大きくなると、吐出弁92は吐出弁用弁座95から離座する。これにより、加圧室121内の燃料は、吐出通路114を経由して燃料出口91から高圧ポンプ10の外部へ吐出される。
一方、吐出弁用弁座95の下流側の燃料から吐出弁92が受ける力と吐出弁スプリング94の付勢力との和よりも加圧室121側の燃料から吐出弁92が受ける力が小さくなると、吐出弁92は吐出弁用弁座95に着座する。これにより、吐出弁92より下流側の燃料が加圧室121へ逆流することが防止される。
次に可変容積室122について説明する。
プランジャ13は、加圧室121側に大径部133を有し、加圧室121と反対側に小径部131を有している。大径部133と小径部131との接続部分には段差面132が形成されている。
プランジャストッパ23は、加圧室121側の端面がポンプボディ11の端面に当接している。プランジャストッパ23の中央部にはプランジャストッパ23を板厚方向に通じる孔233が形成されている。この孔233にプランジャ13の小径部131が挿通されている。プランジャストッパ23は、加圧室121側の端面に、加圧室121と反対側へ略円板状に凹む凹部231と、凹部231から径外方向へプランジャストッパ23の外縁まで延びる溝路232とを有している。
ポンプボディ11には、シリンダ14が開口する側の外壁に、加圧室121側へ略円環状に凹む凹部105が設けられている。このポンプボディ11の凹部105にオイルシールホルダ25が嵌めこまれている。オイルシールホルダ25の孔251には、プランジャ13の小径部131が挿通されている。オイルシールホルダ25は、ポンプボディ11の端面との間にプランジャストッパ23およびシール部材24を挟み、ポンプボディ11の凹部105の内壁に固定されている。
シール部材24は、小径部131周囲の燃料油膜の厚さを規制し、プランジャ13の摺動によるエンジンへの燃料のリークを抑制する。オイルシールホルダ25の加圧室121と反対側の端部には、オイルシール26が装着されている。オイルシール26は、小径部131周囲のオイル油膜の厚さを規制し、プランジャ13の摺動によるオイルのリークを抑制する。
プランジャ13の段差面132、小径部131の外壁、シリンダ14の内壁、プランジャストッパ23の凹部231およびシール部材24に囲まれる空間により可変容積室122が形成される。
オイルシールホルダ25とポンプボディ11との間には、筒状通路106とこの筒状通路106に連通する環状通路107が形成されている。筒状通路106はプランジャストッパ23の溝路232に連通している。環状通路107はポンプボディ11に形成された戻し通路108を経由してダンパ室201に連通している。このように、溝路232、筒状通路106、環状通路107及び戻し通路108が順に連通することで、可変容積室122とダンパ室201とが連通する。
可変容積室122の容積は、プランジャ13の往復移動に応じて容積が変化する。
調量行程でプランジャ13が上昇すると、加圧室121の容積が減少し、可変容積室122の容積が増大する。加圧室121がダンパ室201側へ排出した低圧燃料の容積の約60%が、ダンパ室201から可変容積室122に吸入される。これにより、燃圧脈動の伝達が約60%低減される。
一方、吸入行程でプランジャ13が下降すると、加圧室121の容積が増大し、可変容積室122の容積が減少する。加圧室121が吸入する燃料の約60%が可変容積室122から供給され、残りの約40%が燃料入口から吸入される。これにより、加圧室121への燃料の吸入効率が向上する。
次に、圧力調整弁について、図1、図4及び図5を参照して説明する。圧力調整弁は、リリーフ弁50及び定残圧弁60から構成される。
ポンプボディ11には、シリンダ14の中心軸と略垂直に連通路51が形成されている。連通路51は、吐出弁用弁座95よりも燃料出口91側の吐出通路114からポンプボディ11の外壁側へ向かう吐出弁側連通路511と、加圧室121からポンプボディ11の外壁側へ向かう加圧室側連通路512により構成されている。連通路51のポンプボディ11の外壁側の開口は、プラグ55によって閉塞されている。これにより、連通路51は、吐出弁用弁座95よりも燃料出口91側の吐出通路114と加圧室121とを連通している。
リリーフ弁50は、リリーフ弁体52、アジャストパイプ53及びリリーフスプリング54などから構成されている。
リリーフ弁体52は、筒状に形成され、連通路51に往復移動可能に設けられている。リリーフ弁体52は、リリーフ弁用弁座56に着座することによりリリーフ弁体52の径外側の連通路51を閉塞し、リリーフ弁用弁座56から離座することによりリリーフ弁体52の径外側の連通路51を開放する。
アジャストパイプ53は、リリーフ弁体52のプラグ55側で、連通路51の内壁に固定されている。リリーフスプリング54は、一端がリリーフ弁体52に接し、他端がアジャストパイプ53に接している。リリーフ弁体52は、リリーフスプリング54の付勢力により、連通路51の内壁に形成されるリリーフ弁用弁座56側へ付勢されている。
アジャストパイプ53の連通路51への圧入により、リリーフスプリング54の荷重が調整される。リリーフスプリング54の荷重は任意に設定可能である。本実施形態では、例えばエンジンの通常運転におけるデリバリパイプ4の燃圧以上、電磁式のインジェクタ5が燃料噴射不能となる圧力未満でリリーフ弁体52が開弁するようにリリーフスプリング54の荷重を設定することが例示される。
定残圧弁60は、弁体69、支持体68、付勢手段としてのスプリング65及び係止部材としてのスプリングストッパ64等から構成されている。これらは、リリーフ弁体52の内側に形成された内側流路57に収容されている。この内側流路57もまた連通路51を構成する流路である。
定残圧弁60の弁体69は、球状に形成されている。弁体69は、内側流路57の内壁に凹テーパ状に形成された弁座63に着座することで内側流路57の燃料流れを遮断し、弁座63から離座することで内側流路57の燃料流れを許容する。
弁体69の弁座63と反対側に略円柱状の支持体68が設けられている。支持体68は、弁体69側の端部が略半球状に凹み、弁体69を支持している。支持体68の径方向の外壁は面取りがされ、燃料が流通可能となっている。
スプリングストッパ64は、内側流路57の弁座63と反対側の内壁に圧入されている。スプリングストッパ64には、下流側オリフィス62が形成されている。下流側オリフィス62は、弁座63の上流側の通路61の流路断面積よりも流路断面積が小さく形成されている。
下流側オリフィス62の流路断面積は、高圧ポンプ10のポンプ効率を維持することの可能な流路断面積に形成されている。つまり、下流側オリフィス62の流路断面積は、プランジャ13によって加圧室121の燃料が減圧されるとき、吐出通路114側から加圧室121側に流入する燃料がデリバリパイプ4内の燃料圧力に与える影響を小さくすることの可能な程度の大きさに形成されている。
スプリング65は、圧縮コイルスプリングであり、一端がスプリングストッパ64に係止され、他端が支持体68に係止されている。スプリング65は、支持体68と弁体69を弁座63側へ付勢している。
スプリングストッパ64の内側流路57への圧入量により、スプリング65の荷重が調整される。スプリング65の荷重は任意に設定可能である。本実施形態では、デリバリパイプ4内の燃圧が所定圧以上で定残圧弁60が開弁するようにスプリング65の荷重が設定される。この所定圧は、例えばエンジンの停止後にデリバリパイプ4内に発生するベーパを許容値以下とし、かつインジェクタ5からの燃料漏れを許容値以下とすることのできる圧力である。
次に高圧ポンプ10の作動について説明する。高圧ポンプ10は、吸入行程、調量行程、加圧行程を繰り返す動作をする。
(1)吸入行程
プランジャ13が上死点から下死点に向かって下降することで、加圧室121の燃料が減圧される。このとき、コイル71への通電が停止され、吸入弁35は開弁状態となり、供給通路100と加圧室121とが連通する。また、吐出弁92は吐出弁用弁座95に着座し、吐出通路114を閉塞している。そのため、供給通路100から加圧室121に燃料が吸入される。
このとき、吐出通路114の燃料圧力よりも加圧室121の燃料圧力が低くなる。このため、定残圧弁60の弁座63より上流側の通路61の燃料圧力と、弁座63より下流側の内側流路57の燃料圧力とに差圧が生じる。このため、弁体69は、弁座63から離座する。弁体69と弁座63との間を流れる燃料は下流側オリフィス62により流れが規制されるので、弁体69と下流側オリフィス62との間の内側流路57に燃料圧力が瞬時に蓄圧される。このため、弁座63の上流側の通路61の燃料圧力と、弁体69と下流側オリフィス62との間の内側流路57の燃料圧力との差圧が小さくなる。すると、弁体69はスプリング65の付勢力によって弁座63に着座する。
(2)調量行程
プランジャ13が下死点から上死点に向かって上昇するとき、所定の時期まではコイル71への通電が停止され、吸入弁35は開弁状態となっている。そのため、加圧室121の低圧燃料が吸入通路151及び導入通路111を経由してダンパ室201に戻される。
調量行程の途中の所定の時刻にコイル71への通電を開始すると、コイル71は磁界を生じる。これにより、可動コア73及び可動コア73と一体のニードル38は磁力によって固定コア72側へ移動する。このため、吸入弁35は、弁ボディ側スプリング21の付勢力、及び加圧室121からダンパ室201側へ排出される低圧燃料の流れによって生ずる力によって、吸入弁用弁座34に着座する。
吸入弁35が閉弁することにより、供給通路100の燃料の流れが遮断され、加圧室121からダンパ室201へ低圧燃料を戻す調量行程は終了する。すなわち、コイル71の通電時刻を調整することで、加圧室121からダンパ室201へ戻される低圧燃料の量が調整される。これにより、加圧室121で加圧される燃料の量が決定される。
(3)加圧行程
加圧室121とダンパ室201との間の燃料の流れが遮断された状態で、プランジャ13がさらに上死点に向けて上昇すると、加圧室121の燃料の圧力は上昇する。加圧室121の燃料の圧力が所定の圧力以上になると、吐出弁92が、吐出弁スプリング94の付勢力、及び下流側からの燃料圧力に抗して開弁する。これにより、加圧室121で加圧された燃料は吐出通路114を経由して高圧ポンプ10から吐出される。
加圧室121の燃料の圧力が上昇し、吐出弁92が開弁するとき、吐出通路114の燃料圧力と加圧室121の燃料圧力とは略同じである。このため、定残圧弁60の弁座63の上流側の通路61の燃料圧力と、下流側オリフィス62よりも加圧室121側の燃料圧力とは略同じである。したがって、弁体69は、スプリング65付勢力によって弁座63に着座している。
プランジャ13が上死点まで上昇するとコイル71への通電が停止され、吸入弁35は再び開弁状態となる。そして、プランジャ13は再び下降し、加圧室121の燃料の圧力は低下して、再び吸入行程が行われる。
このように(1)から(3)の行程を繰り返すことにより、高圧ポンプ10は吸入した燃料を加圧して吐出する。これと共に、定残圧弁60の弁体69は、吸入行程と加圧行程で開弁と閉弁を繰り返す。
本実施形態では、定残圧弁60は、弁体69の下流側に下流側オリフィス62を備えているので、弁体69が開弁すると、弁体69と下流側オリフィス62との間の内側流路57に燃料圧力が瞬時に蓄圧される。このため、弁座63の上流側の通路61の燃料圧力と、弁体69と下流側オリフィス62との間の内側流路57の燃料圧力との差圧が小さくなり、弁体69と弁座63との間を流れる燃料の流速が遅くなる。このため、弁体69と弁座63との間からキャビテーションが発生することが抑制され、キャビテーションが消滅する瞬間に生じる騒音及び振動を低減することができる。
また、キャビテーションの気泡崩壊衝撃圧により弁体69及び弁座63にエロージョンが生じることを抑制することができる。したがって、弁体69と弁座63との間の油密の悪化が抑制され、定残圧弁60の圧力保持性能を維持することができる。
本実施形態の定残圧弁60の用いられるエンジンの燃料供給系統1では、アクセルオフ後又はエンジン停止後などに、デリバリパイプ4内の燃圧が定残圧弁60に設定された圧力よりも低下することが抑制され、燃料内にベーパが発生することが抑制される。これにより、エンジンの始動性を向上することができる。
本実施形態では、下流側オリフィス62は、スプリングストッパ64に形成されている。スプリングストッパ64は、内側流路57の内壁に圧入される圧入部材であり、熱処理の行われない部材である。このため、下流側オリフィス62の加工を容易に行うことができると共に、下流側オリフィス62の加工時において流路断面積の調整を容易に行うことができる。したがって、高圧ポンプのポンプ効率を確実に維持することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態の定残圧弁を図6に示す。第2実施形態の定残圧弁は、弁座63の上流側の通路61に上流側オリフィス66を備えている。上流側オリフィス66の流路断面積は、下流側オリフィス62の流路断面積よりも大きく形成されている。
下流側オリフィス62及び上流側オリフィス66は、高圧ポンプ10のポンプ効率を維持することの可能な流路断面積に形成されている。本実施形態では、2個のオリフィス62、66を備えることにより、プランジャ13によって加圧室121の燃料が減圧されるとき、吐出通路114側から加圧室121側に流入する燃料がデリバリパイプ4内の燃料圧力に与える影響を小さくすることが可能である。
また、本実施形態においても、上述した第1実施形態と同様、弁体69が弁座63から離座すると、弁体69と下流側オリフィス62との間の内側流路57に燃料圧力が瞬時に蓄圧される。このため、弁座63の上流側の通路61の燃料圧力と、弁体69と下流側オリフィス62との間の内側流路57の燃料圧力との差圧が小さくなり、弁体69と弁座63との間を流れる燃料の流速が遅くなる。このため、弁体69と弁座63との間からキャビテーションが発生することが抑制され、キャビテーションが消滅するときに生じる騒音及び振動を低減することができる。
また、キャビテーションの気泡崩壊衝撃圧によって弁体69及び弁座63にエロージョンが生じることを抑制することができる。
さらに、上流側オリフィス66は、吐出通路114に生じる燃料の圧力波が定残圧弁の弁体69及びスプリング65に伝播することを低減する。このため、燃料の圧力波による弁体69及びスプリング65の振動を抑制することが可能になる。この結果、定残圧弁の圧力保持性能を維持することができる。
(第3実施形態)
第3実施形態の定残圧弁を図7に示す。第3実施形態では、スプリングストッパ64は、下流側オリフィス62の下流側に凹部80を有している。下流側オリフィス62を流れる燃料は流速が早くなるので、下流側オリフィス62の出口の周囲で負圧が生じ、キャビテーションが発生する。しかし、凹部80の流路断面積は、下流側オリフィス62の流路断面積よりも大きいので、凹部80を流れる燃料の流速が遅くなる。このため、本実施形態では、下流側オリフィス62から発生したキャビテーションを凹部80で減少させることができる。したがって、スプリングストッパ64より下流側の連通路51に設置されるリリーフ弁50のリリーフスプリング54及びアジャストパイプ53等にエロージョンが生じることを抑制することができる。
また、スプリングストッパ64に凹部80を形成することで、下流側オリフィス62の長さが短くなるので、下流側オリフィス62の加工コストを低減することができる。
(第4実施形態)
第4実施形態の定残圧弁を図8及び図9に示す。第4実施形態では、スプリングストッパ64は、内側流路の内壁に圧入される筒部641、及び筒部641の外壁から径方向外側に延びるフランジ部642を有する。フランジ部642は、リリーフ弁体52の軸方向の端部に当接している。
リリーフスプリング54は、一端がアジャストパイプ53に当接し、他端がフランジ部642に当接している。このため、リリーフスプリング54は、フランジ部642をリリーフ弁体52の軸方向の端部に押圧している。
本実施形態では、スプリングストッパ64の筒部641を内側流路57の内壁に圧入する圧入加重を小さくすることができる。したがって、圧入によって生じるリリーフ弁体52の遅れ破壊を防止することができる。また、圧入加重を小さくすることで、スプリングストッパ64に形成される下流側オリフィス62の流路断面積の加工精度を高めることができる。
(第5実施形態)
第5実施形態の定残圧弁を図10に示す。第5実施形態では、下流側オリフィス621は、上流側よりも下流側の流路断面積が大きいテーパ状に形成されている。このため、下流側オリフィス621を流れる燃料の流速が遅くなるので、下流側オリフィス621から発生するキャビテーションを減少させることができる。したがって、キャビテーションが消滅するときに生じる騒音及び振動を低減することができる。また、係止部材の下流側の連通路にエロージョンが生じることを抑制することができる。したがって、スプリングストッパ64より下流側の連通路51に設置されるリリーフ弁50のリリーフスプリング54及びアジャストパイプ53等にエロージョンが生じることを抑制することができる。
(第6実施形態)
第6実施形態の定残圧弁を図11に示す。第6実施形態では、スプリングストッパ64は、下流側オリフィス622と凹部81とを有している。下流側オリフィス622は、上流側よりも下流側の流路断面積が大きいテーパ状に形成されている。このため、下流側オリフィス622から発生するキャビテーションを減少させることができる。
凹部81もまた、上流側の流路断面積よりも下流側の流路断面積が大きいテーパ状に形成されている。さらに、凹部81は、内壁から流路の径内側に向けて突出する複数のリング状の凸部82を有する。複数の凸部82により、凹部81の流体抵抗が大きくなるので、凹部81を流れる燃料の流速が低下する。このため、下流側オリフィス622から発生するキャビテーションがスプリングストッパ64よりも下流側の連通路に流れることを抑制することができる。
(第7実施形態)
第7実施形態の定残圧弁を図12に示す。第7実施形態では、スプリングストッパ64より下流側に通路部材83が設けられている。通路部材83は、軸方向に通じる孔84を有し、内側流路57の内壁に圧入されている。通路部材83は、スプリングストッパ64と所定の間隔を隔てて設けられている。このため、スプリングストッパ64と通路部材83との間には、燃料空間85が形成されている。下流側オリフィス62から燃料空間85を流れる燃料は、燃料空間85で流速が遅くなる。このため、下流側オリフィス62から発生したキャビテーションは燃料空間85で減少する。したがって、スプリングストッパ64より下流側の連通路にキャビテーションが流れることを抑制することができる。
(第8実施形態)
第8実施形態の定残圧弁を図13及び図14に示す。図14は、定残圧弁の弁体をスプリングストッパ64側から見た図である。第8実施形態では、定残圧弁の弁体に略円柱状のフラット弁691が用いられている。フラット弁691の径方向の外壁には、平面状の面取り部692が形成され、燃料が流通可能となっている。
本実施形態においても、弁座631より上流側の通路61の流路断面積は、下流側オリフィス62の流路断面積よりも大きく形成されている。このため、フラット弁691は、高圧ポンプ10の吐出燃料に生じる圧力波を受けやすく、リフト量が大きくなる。このため、本実施形態では、燃料中に含まれる粒子状又はガム質燃料等の異物が弁座631とフラット弁691との間に堆積し難いので、圧力保持性能を維持することが可能である。
本実施形態では、弁体に球体を用いることに比べ、弁体の軸方向の体格を小さくすることが可能である。よって、定残圧弁の軸方向の体格を小さくすることができる。
(第9実施形態)
第9実施形態の定残圧弁を図15に示す。図15は、定残圧弁の弁体をスプリングストッパ64側から見た図である。第9実施形態においても、定残圧弁の弁体に略円柱状のフラット弁693が用いられている。フラット弁693の径方向の外壁には、曲面状の面取り部694が形成されている。面取り部694とリリーフ弁体52の内側流路57の内壁との間の流路断面積は、上述した第8実施形態のフラット弁691の面取り部692とリリーフ弁体52の内側流路57の内壁との間の流路断面積と略同じに形成されている。
本実施形態においても、第8実施形態と同様、弁体にフラット弁693を用いることで定残圧弁の軸方向の体格を小さくすることができる。
(第10実施形態)
第10実施形態の定残圧弁を図16及び図17に示す。図17は、定残圧弁のフラット弁691をスプリングストッパ64側から見た図である。第10実施形態では、フラット弁691の軸方向スプリングストッパ64側に円柱状のスプリングガイド部695が設けられている。スプリングガイド部695は、スプリング65とフラット弁691との当接位置の径方向の位置ずれを防止する。これにより、スプリング65の荷重がフラット弁691に均等に印加されるので、フラット弁691と弁座631との油密が確実に維持される。したがって、本実施形態では、定残圧弁の圧力保持性能を高めることができる。
(第11実施形態)
第11実施形態の定残圧弁を図18及び図19に示す。図19は、定残圧弁のフラット弁696をスプリングストッパ64側から見た図である。第11実施形態では、フラット弁696は、板材をプレス加工することで形成されている。
本実施形態では、フラット弁696の板厚を薄くすることで、スプリング65とフラット弁696との当接箇所が弁座631に近くなる。このため、定残圧弁の軸方向の体格を小さくすることができる。また、フラット弁696を軽量化することができる。
(第12実施形態)
第12実施形態の定残圧弁を図20に示す。第12実施形態では、スプリング65は、一端がスプリングストッパ64に係止され、他端が弁体69に直接係止されている。
本実施形態では、弁体69とスプリング65との間に設けられていた支持体を廃止することで、定残圧弁の構成を簡素にすることができる。また、定残圧弁の軸方向の体格を小さくすることができる。
(第13実施形態)
第13実施形態の定残圧弁を図21及び図22に示す。第13実施形態では、定残圧弁の弁体にニードルバルブ697が用いられている。ニードルバルブ697の径方向の外壁には、平面状の面取り部698が形成され、燃料が流通可能となっている。
本実施形態では、定残圧弁の弁体にニードルバルブ697を用いることで、ニードルバルブ697が弁座632に当接する円錐状のシール部699と弁座632との着座安定性が高まる。このため、定残圧弁の圧力保持性能を高めることができる。
(第14実施形態)
第14実施形態の定残圧弁を図23及び図24に示す。第14実施形態では、定残圧弁600がデリバリパイプ4の端部に設けられている。定残圧弁600と燃料タンク2とを戻し配管45が接続している。
定残圧弁600は、ハウジング89に形成された連通路51内に、弁体69、支持体68、スプリング65及びスプリングストッパ64等を備えている。スプリングストッパ64には、下流側オリフィス62及び凹部80が形成されている。ハウジング89は、一端が第1取付用ナット43によってデリバリパイプ4に取り付けられ、他端が第2取付用ナット44によって戻し配管45に取り付けられている。
本実施形態においても、定残圧弁600は、弁体69の下流側に下流側オリフィス62を備えているので、弁体69と下流側オリフィス62との間の内側流路57に燃料圧力が瞬時に蓄圧される。このため、弁座63の上流側の通路61の燃料圧力と、弁体69と下流側オリフィス62との間の内側流路57の燃料圧力との差圧が小さくなり、弁体69と弁座63との間を流れる燃料の流速が遅くなる。このため、弁体69と弁座63との間からキャビテーションが発生することが抑制され、キャビテーションが消滅する瞬間に生じる騒音及び振動を低減することができる。また、キャビテーションの気泡崩壊衝撃圧により弁体69及び弁座63にエロージョンが生じることを抑制することができる。したがって、弁体69と弁座63との間の油密の悪化が抑制され、定残圧弁600の圧力保持性能を維持することができる。
(第15実施形態)
第15実施形態の定残圧弁を図25に示す。第15実施形態においても、定残圧弁600はデリバリパイプ4の端部に設けられている。しかし、戻し配管45は、一端が定残圧弁600に接続され、他端が高圧ポンプの供給通路100に接続されている。
本実施形態においても、弁体69と弁座63との間からキャビテーションが発生することが抑制され、キャビテーションが消滅する瞬間に生じる騒音及び振動を低減することができる。また、キャビテーションの気泡崩壊衝撃圧により弁体69及び弁座63にエロージョンが生じることを抑制することができる。したがって、定残圧弁600の圧力保持性能を維持することができる。
なお、戻し配管45は、他端が、高圧ポンプ10と燃料タンク2とを接続する低圧燃料配管6に接続してもよい。
(他の実施形態)
上述した第1実施形態では、リリーフ弁体52の内側に形成された内側流路57に定残圧弁を設けた。これに対し、本発明は、吐出弁92の内側に流路を形成し、その流路に定残圧弁を設けてもよい。この場合、吐出弁の内側に形成された流路が特許請求の範囲の連通路に相当する。
また、リリーフ弁又は吐出弁とは別に、ポンプボディに連通路を形成し、その連通路に定残圧弁を設けても良い。この場合、連通路は、一端が吐出弁の着座する吐出弁用弁座よりも燃料出口側の吐出通路に連通し、他端が吐出弁用弁座よりも加圧室側の吐出通路、加圧室又は供給通路に連通するようポンプボディに形成する。
上述した実施形態では、定残圧弁の弁体を弁座側に付勢する付勢手段として圧縮コイルスプリングを使用した。これに対し、本発明は、皿ばね又は板ばね等、種々の付勢手段を使用してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、上記複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態により実施することができる。
1 ・・・燃料供給系統
2 ・・・燃料タンク(低圧側燃料通路)
4 ・・・デリバリパイプ(高圧側燃料通路)
6 ・・・低圧燃料配管(低圧側燃料通路)
9 ・・・高圧燃料配管(高圧側燃料通路)
10 ・・・燃料ポンプ
45 ・・・戻し配管(低圧側燃料通路)
51 ・・・連通路
57 ・・・内側流路(連通路)
60、600 ・・・定残圧弁
62、621、622 ・・・下流側オリフィス
63、631、632 ・・・弁座
64 ・・・スプリングストッパ
65 ・・・スプリング(付勢手段)
69 ・・・弁体
100 ・・・供給通路(低圧側燃料通路)
114 ・・・吐出通路(高圧側燃料通路)
121 ・・・加圧室(低圧側燃料通路)
691、693、696・・・フラット弁(弁体)
697 ・・・ニードルバルブ(弁体)

Claims (11)

  1. 高圧ポンプで昇圧された燃料が流れる高圧側燃料通路と、前記高圧ポンプで昇圧される前の燃料が流れる低圧側燃料通路とを連通する連通路に設けられる定残圧弁であって、
    前記連通路の内壁に形成された弁座に着座することで前記低圧側燃料通路側から前記高圧側燃料通路側への燃料の流れを規制し、前記弁座から離座することで前記高圧側燃料通路側から前記低圧側燃料通路側への燃料の流れを許容する弁体と、
    前記弁体を前記弁座側へ所定の付勢力で付勢する付勢手段と、
    前記弁座の上流側の通路の流路断面積よりも流路断面積が小さく形成され、前記弁座の下流側に設けられる下流側オリフィスと、を備えることを特徴とする定残圧弁。
  2. 前記弁座の上流側の通路に上流側オリフィスを備え、
    前記下流側オリフィスの流路断面積は、前記上流側オリフィスの流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の定残圧弁。
  3. 前記下流側オリフィス及び前記上流側オリフィスは、前記高圧ポンプのポンプ効率を維持することの可能な流路断面積に形成されることを特徴とする請求項2に記載の定残圧弁。
  4. 前記付勢手段の下流側で前記付勢手段の一端を係止する係止部材を備え、
    前記下流側オリフィスは、前記係止部材に形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の定残圧弁。
  5. 前記係止部材は、前記下流側オリフィスの流路断面積よりも流路断面積の大きい凹部を前記下流側オリフィスの下流側に有することを特徴とする請求項4に記載の定残圧弁。
  6. 前記下流側オリフィスは、上流側よりも下流側の流路断面積が大きいテーパ状に形成されることを特徴とする請求項4または5に記載の定残圧弁。
  7. 前記係止部材の前記凹部は、上流側よりも下流側の流路断面積が大きいテーパ状に形成されると共に、前記凹部の内壁から流路の径方向内側に向けて突出する凸部を有することを特徴とする請求項5に記載の定残圧弁。
  8. 燃料の流通可能な孔を有する通路部材を前記係止部材の下流側に備え、
    前記下流側オリフィスから発生するキャビテーションを消滅させる燃料空間が前記係止部材と前記通路部材との間に形成されることを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の定残圧弁。
  9. 前記弁体は、略円柱状のフラット弁であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の定残圧弁。
  10. 前記付勢手段の他端は、前記弁体に直接係止されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の定残圧弁。
  11. 高圧ポンプで昇圧された燃料が流れる高圧側燃料通路と、前記高圧ポンプで昇圧される前の燃料が流れる低圧側燃料通路とを連通する連通路に設けられる圧力調整弁であって、
    前記連通路の内壁に形成されたリリーフ弁用弁座に着座することで前記低圧側燃料通路側から前記高圧側燃料通路側への燃料の流れを規制し、前記リリーフ弁用弁座から離座することで前記高圧側燃料通路側から前記低圧側燃料通路側への燃料の流れを許容するリリーフ弁体と、
    前記リリーフ弁体を前記リリーフ弁用弁座側へ所定の付勢力で付勢するリリーフスプリングと、
    前記リリーフ弁体の内側に形成された内側流路に設けられる請求項4〜10に記載の定残圧弁と、を備え、
    前記定残圧弁の前記係止部材は、前記リリーフ弁体の前記内側流路の内壁に圧入される筒部、及び前記筒部の外壁から径方向外側に延び前記リリーフ弁体の軸方向の端部に当接するフランジ部を有し、
    前記フランジ部は、前記リリーフスプリングによって前記リリーフ弁体に押圧されていることを特徴とする圧力調整弁。
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