JP2013133753A

JP2013133753A - 圧力調整弁

Info

Publication number: JP2013133753A
Application number: JP2011284843A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Aoki; 青木　　伸夫
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-07-08

Abstract

【課題】
圧力調整弁のピストンが常に安定したダンパ効果を得られ、ピストンの過剰な反応が抑えられることで過大リフトが防止され耐久性の向上が図られると共に安定した圧力調整を可能とする圧力調整弁を提供する。
【解決手段】
内部空間に対して制御流体が流入可能なバルブボディと、バルブボディ内に流入した制御流体を排出する排出孔と、バルブボディ内部を摺動可能なピストンと、ピストンをバルブボディの一端側へ付勢するスプリングとを備え、バルブボディ内に流入する制御流体を排出孔から排出することで制御流体が流れる流路内の圧力を所定の圧力に調整する圧力調整弁において、ピストンには、スプリングが位置する方向とは反対の方向に開口する有底の円柱空間が設けられ、バルブボディの一端側には、円柱空間に挿入されピストンと共にダンパ室を形成するロッド部材が備えられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、流路内の流体圧力を調整する圧力調整弁、およびそれを用いた燃料供給ポンプに関する。

従来、内燃機関の燃料噴射システムにおいては、燃料の圧力や流量を調整することを目的として、燃料供給ポンプ等に圧力調整弁が取り付けられている。例えば、燃料タンクから燃料供給ポンプに燃料を供給するフィードポンプの供給圧力を調整するための圧力調整弁が公知である。（特許文献１参照）

この従来の圧力調整弁は、一端側に流入口が開口し、側面にリリーフ孔と息抜き孔とが形成された筒状のバルブボディと、このバルブボディの内部に往復動可能に挿入されるピストンと、このピストンの背後（反流入口側）に配設されるスプリング等より構成されて、リリーフ孔に対するピストンの開弁位置に応じて、フィードポンプの供給圧力を所定の値に調整している。

また、圧力調整弁には、ピストンを流入口側へ押圧するスプリングが配置されるスプリング室を兼ねたダンパ室がピストンの背後に形成されている。そして、ピストンの移動によりダンパ室内の燃料が、絞り穴となっている息抜き孔から排出される時のダンパ効果によってピストンの過大リフトが防止されている。過大リフトを防止することで、過大リフトに起因するスプリング密着による破損やスプリングを支持しているプラグの抜け落ちも防止している。

更に、ダンパ効果により圧力調整弁の応答性が損なわれることがないように、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。これにより、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、圧力調整弁の応答性を確保し、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している。

特開２００７−９８４０号公報

しかしながら、特許文献１においては、圧力調整弁の下流側がフィードポンプの入口に接続されている構成、詳述すれば、圧力調整弁のピストンの背後にダンパ室が形成され、ダンパ室が息抜き孔を通じてフィードポンプの入口に接続されている構成であるため、フィードポンプの入口で過大な吸入負圧が発生した場合には、ダンパ室においても負圧状態となるか、若しくは、ダンパ室が十分に燃料で満たされない状態に陥る可能性がある。

つまり、圧力調整弁の下流側において負圧が発生した場合、息抜き孔を介しダンパ室も負圧状態、若しくは、十分に燃料で満たされない状態となることから、ピストンの制動力を調整するために息抜き孔をどの様に構成したとしても適正なダンパ効果を得ることができず、圧力調整弁のピストンは、流入口から圧力を受けた時に過剰に反応し過大リフトを起こす虞があった。

そこで、本発明の発明者は鋭意検討した結果、圧力調整弁の下流側が負圧状態になる場合であっても、ダンパ室をピストン内部に設けることにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、圧力調整弁のピストンが常に安定したダンパ効果を得られ、ピストンの過剰な反応が抑えられることにより過大リフトが防止されて耐久性の向上が図られると共に安定した圧力調整を可能とする圧力調整弁を提供することを目的とする。

本発明によれば、内部空間に対して制御流体が流入可能なバルブボディと、バルブボディの側壁に開口してバルブボディ内に流入した制御流体を排出する排出孔と、排出孔を開閉する位置でバルブボディ内部を摺動可能なピストンと、ピストンをバルブボディの一端側へ付勢するスプリングと、を備え、制御流体が流れる流路にバルブボディの一端側が接続され、バルブボディ内に流入する制御流体を排出孔から排出することで制御流体が流れる流路内の圧力を所定の圧力に調整する圧力調整弁において、ピストンには、スプリングが位置する方向とは反対の方向に開口する有底の円柱空間が設けられ、バルブボディの一端側には、円柱空間に挿入されピストンと共にダンパ室を形成するロッド部材が備えられている圧力調整弁が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の圧力調整弁において、ロッド部材は、ピストンの円柱空間に挿入されるロッド部とバルブボディの一端側に固定されるロッド固定部を備え、ロッド固定部には制御流体が流通可能な流入孔が設けられていることが好ましい。

本発明の別の態様は、上述したいずれかの圧力調整弁を備えることを特徴とする燃料供給ポンプである。

本発明の圧力調整弁によれば、排出孔を開閉するピストンの内部に、スプリングが位置する方向とは反対の方向に開口する有底の円柱空間が設けられ、バルブボディの一端側にはロッド部材が備えられ、ピストンの内部の円柱空間にロッド部材が挿入されることでダンパ室が形成されている。つまり、ピストンの背後側にダンパ室を設ける構成では無く、制御流体が流入するピストンの前面側にダンパ室を設ける構成であることから、圧力調整弁の上流側流路から流入する制御流体をダンパ室に吸入排出することでダンパ効果を得ることが可能となり、例え圧力調整弁の下流側において負圧が発生し、息抜き孔を介しスプリングが配置されたピストンの背後の空間が負圧状態となったとしても、ピストンは下流側流路の状況に左右されることなく常に安定したダンパ効果を得られる。そのため、ピストンの過剰な反応が抑えられ過大リフトが防止されて耐久性の向上が図られると共に安定した圧力調整ができる。

また、本発明の圧力調整弁によれば、ロッド部材は、ピストンの円柱空間に挿入されるロッド部とバルブボディの一端側孔に固定されるロッド固定部を備え、ロッド固定部には制御流体が流通可能な流入孔が設けられていることにより、容易に制御流体をバルブボディ内へ流入させることができ、圧力調整弁の構成を簡素な構成とすることができる。

また、本発明の燃料供給ポンプによれば、燃料供給ポンプに備えられている圧力調整弁は、ピストンの背後側にダンパ室を設ける構成では無く、制御流体が流入するピストンの前面側にダンパ室を設ける構成であることから、圧力調整弁の上流側流路から流入する制御流体をダンパ室に吸入排出することでダンパ効果を得ることが可能とる。そのため、例え圧力調整弁の下流側において負圧が発生し、息抜き孔を介しスプリングが配置されたピストンの背後の空間が負圧状態となったとしても、ピストンは下流側流路の状況に左右されることなく常に安定したダンパ効果を得られる。したがって、燃料供給ポンプに供給される燃料の安定した圧力調整が可能となる。

本発明の第１の実施形態にかかる圧力調整弁の断面図本発明の第１の実施形態の変形例を示す断面図本発明の第２の実施形態にかかる燃料供給ポンプの断面図および燃料噴射システムの概略構成図

以下、図面を参照して、本発明の圧力調整弁および圧力調整弁を備えた燃料供給ポンプを含む燃料噴射システムについて具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
尚、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態にかかる圧力調整弁３０について図１を参照して説明する。図１には、ピストン３２の内部でダンパ室３６が構成される圧力調整弁３０の断面図が示されている。この圧力調整弁３０は、バルブボディ３１とピストン３２とロッド部材３３とプラグ３４とスプリング３５とを備えている。

バルブボディ３１は、略円筒形状の外観を有し、バルブボディ３１の内部には軸方向の一端から他端まで貫通する貫通孔３１ｃを備えている。また、バルブボディ３１の側壁には、貫通孔３１ｃと連通し、バルブボディ３１内に流入した制御流体を排出するための排出孔３１ａと息抜き孔３１ｂを設けている。実施時には排出孔３１ａと息抜き孔３１ｂが圧力調整弁３０の下流側の流路（図示せず）と連通する構成となる。

バルブボディ３１の貫通孔３１ｃの両端は、一端側をロッド部材３３の圧入固定により閉塞し、他端側をプラグ３４の圧入固定により閉塞している。これにより、当該実施例における内部空間３０ａを構成している。そして、ロッド部材３３は、円柱状のロッド部３３ａと貫通孔３１ｃに圧入されるロッド固定部３３ｂとバルブボディ３１の一端の径と同径のフランジ部３３ｃを備えている。プラグ３４は、スプリング３５をガイドするガイド部３４ａと貫通孔３１ｃに圧入されるプラグ圧入部３４ｂを備えている。

尚、バルブボディ３１の貫通孔３１ｃの一端を閉塞するロッド部材３３は、大径部３３ｂのロット部３３ａがある面から垂直にその裏側の面まで貫通する流入孔３３ｄを設けており、制御流体はこの流入孔３３ｄから内部空間３０ａへ流入する。

圧力制御弁３０の貫通孔３１ｃ内には、排出孔３１ａを開閉する位置で摺動可能な円柱状のピストン３２が挿入され、当該ピストン３２はスプリング３５によりバルブボディ３１の一端側に付勢されてロッド部材に当接されている。
また、ピストン３２には、スプリングが位置する方向とは反対の方向、すなわち、ロッド部材３３側に開口する有底の円柱空間３２ａが設けられており、ロッド部材３３のロッド部３３ａが円柱空間３２ａに挿入されることで円柱空間３２ａの一部がダンパ室３６として形成されている。ここで得られるダンパ効果の度合いは、ロッド部３３ａの外周面とピストン３２の円柱空間３２ａを形成する内周面との間隙の大きさのみで容易に調整可能とされている。

スプリング３５は、プラグ３４のガイド部３４ａに案内されるようにガイド部３４ａの周囲に外装され、プラグ圧入部３４ｂのピストン３２と対向する面でシートされている。バルブボディ３１の貫通孔３１ｃ内においてピストン３２とプラグ３４により閉塞された空間であるスプリング室３５ａは、息抜き孔３１ｂにより圧力調整弁の下流側の流路（図示せず）と連通しているため、ピストン３２の摺動時に息抜き孔３１ｂを介しスプリング室３５ａと下流側の流路との間で流体の出入りが可能とされている。

次に、圧力調整弁３０の作用及び効果について説明する。
圧力調整弁３０のバルブボディ３１の一端側が制御流体の流れる上流側流路（図示せず）に接続されている状態で上流側流路内の圧力が上昇するとロッド部材３３の流入孔３３ｄより流入する制御流体は、スプリング３５の付勢力にピストン３２の背圧を足した合力と釣り合う位置までピストン３２を移動させる。このときピストン３２が排出孔３１ａを開口し制御流体を排出孔３１ａから排出することで制御流体が流れる上流側流路内の圧力を所定の圧力に調整する。

上流側流路内の圧力が上昇し、制御流体がピストン３２を移動させるとき、ピストン３２内部の円柱空間３２ａとロッド部材３３のロッド部３３ａにより構成されるダンパ室３６は、ピストン３２の移動を可能とするため、ロッド部３３ａの外周面とピストン３２の円柱空間３２ａを形成する内周面との間隙から制御流体を吸入しなければならず、この時に発生する吸入抵抗がダンパ効果としてピストン３２の過剰な反応を抑え過大リフトを防止することができる。

上流側流路内の圧力が低下し、スプリング３５の付勢力により押圧されてピストン３２が復帰する場合においてもダンパ室３６に吸入した制御流体をロッド部３３ａの外周面とピストン３２の円柱空間３２ａを形成する内周面との間隙から排出しなければならず、この時に発生する排出抵抗によりダンパ効果が得られ、ピストン３２のロッド部材３３への着座速度を緩め両者の当接面の摩耗を抑制することができる。

ピストン３２の内部に設けられたダンパ室３６は、制御流体が流入孔３３ｄから流入し排出孔３１ａから排出される流れの中に設けられていない構成、換言すると、制御流体がダンパ室３６を通過していく構成ではないことから、制御流体の流れの影響を受けにくい構成となっているため安定してダンパ効果を得ることができる。

上記説明のダンパ室３６の構成であれば、圧力調整弁３０の下流側流路が負圧状態となり、下流側流路と連通する息抜き孔３１ｂを介し圧力調整弁３０のスプリング室３５ａが負圧状態、若しくは、十分に燃料で満たされない状態に陥ったとしても、上流側流路の制御流体を吸入排出することでダンパ効果を得ることができるため、ピストン３２は下流側流路の状況に左右されることなく常に安定したダンパ効果を得ることができる。

したがって、第１の実施形態の圧力調整弁３０においては、圧力調整弁３０の下流側流路で負圧が発生し、スプリング室３５ａが負圧状態となったとしても、ピストン３２内部にあるダンパ室３６によりピストン３２は常に安定したダンパ効果が得られることから、ピストン３２の過剰な反応が抑えられる。これにより、圧力調整弁３０は、ピストン３２の過大リフトが防止され耐久性の向上が図られると共に安定した圧力調整ができるものである。

以上、圧力調整弁３０について説明したが圧力調整弁３０の構成は前述した構成に限られるものではなく、例えば、バルブボディ３１の貫通孔３１ｃは、ピストン３２が摺動する部分とスプリング室３５ａとなる部分が異なる径で同軸に連通する構成であっても良いし、プラグ３４は、ガイド部３４ａのない球状の閉塞部材とすることもできる。

また、ピストン３２の円柱空間３２ａは、所定の深さ位置から開口側へ向かって拡径するテーパを持つ構成、若しくは、所定の深さ位置から開口側で拡径した円柱の段部を持つ構成としても良い。このような構成であれば、ピストン３２のリフト初期と着座間際の必要な位置においてのみダンパ効果を得る事ができるので、ピストン３２の応答性に大きな影響を及ぼすことなく、ピストン３２が排出孔３１ａを開弁する瞬間の圧力調整弁３０の上流側流路における圧力変動を緩やかにし、またピストン３２の着座時の瞬間のスピードを抑えピストン３２とロッド部材３３の当接部の摩耗や音鳴りを防ぐことができる。

また、ロッド部材３３では、大径部３３ｂに流入孔３３ｃとして円筒の貫通孔を設けているが、これに変えて、大径部３３の外周にスリット状の切欠きを入れる構成としても良い。スリット状以外にも、大径部３３の形状が３つの頂点を円弧とする三角形状となるように大径部３３の外周を均等に３箇所切欠いた形状としたり、大径部３３の形状が４つの端部を円弧とする十字形状となるように大径部３３の外周を均等に４箇所切欠いた形状としてバルブボディ３１に固定することで切欠いた部分が大きな流入孔３３ｄとなる構成とすることができる。このような構成であれば流入孔３３ｄとして十分に大きな開口を有することが出来るため、制御流体の流通を容易とすることができる。

〔第１の実施形態の変形例〕
第１の実施形態の圧力調整弁３０の制御流体の流入口としてロッド部材３３に流入孔３３ｄを設ける構成としているが、バルブボディ３１の側壁に設けることも可能である。図２に変形例としての圧力制御弁４０の断面図を示す。圧力調整弁４０の制御流体の流入口にかかわる構成以外は圧力調整弁３０と同一であるため説明は省略する。

圧力調整弁４０は、ロッド部材４３に制御流体の流入口としての貫通孔はなく、バルブボディ４１の一端側の側壁に貫通孔４１ｃと連通する流入孔４８が、バルブボディ４１の一端側の側壁に設けられた排出孔４１ａよりも端部側の位置で設けられている。この流入孔４８と排出孔４１ａの間のバルブボディ４１の側壁には、Ｏリングなどのシールリングにより流入孔４８と排出孔４１ａを圧力制御弁４０の上流側流路と下流側流路に位置づけることを可能とするシール手段４９が設けられている。このような構成であれば流入孔４８をバルブボディ４１の側壁の広い範囲で設けられるので圧力調整弁３０の流入孔３３ｄよりもさらに総流入開口面積を大きくとることができる。圧力制御弁４０の排出孔４１ａも同様に総排出開口面積を大きくとる構成とすることで圧力制御弁４０は、大流量の流路の圧力を調整することが可能となる。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態は、第１の実施形態の圧力調整弁３０を備えた燃料供給ポンプ１００を含む内燃機関の燃料噴射システムである。図３は、本実施形態の燃料供給ポンプ１００の部分断面図と燃料噴射システムの概略構成図を示し、燃料噴射システムは、低圧フィードポンプ１０５と流量制御弁１０６とを装着し内部に高圧ポンプ部１１０を備える燃料供給ポンプ１００のほか、燃料噴射弁１０２とコモンレール１０３と燃料タンク１０４と燃料フィルタ１０７とで構成されている。本発明の第２の実施形態について図１も参照しつつ説明する。

図３に示された第２の実施形態の燃料供給ポンプ１００は、加圧室１１４内の燃料を加圧するプランジャ１１３が摺動可能に挿入されるシリンダヘッド１１２が並列配置されたポンプであって、インジェクタ１０２が接続されたコモンレール１０３に燃料を加圧して圧送する高圧ポンプ部１１０と、燃料タンク１０４の燃料を汲み上げ高圧ポンプ部１１０に送る低圧フィードポンプ１０５と、高圧ポンプ部１１０に送られる燃料の流量を調整するための流量制御弁１０６とを主な構成要素として備え、それぞれの構成要素は外部の燃料配管やポンプ内部の燃料流路で接続されている。

燃料供給ポンプ１００によってコモンレール１０３に圧送された高圧燃料は、コモンレール１０３を介しコモンレール１０３に接続された複数のインジェクタ１０２に供給される。そして図示されない制御装置によりインジェクタ１０２が通電制御されて内燃機関への燃料の緻密な噴射制御が可能とされている。

低圧フィードポンプ１０５は、カムシャフト１１５の端部に連結された駆動ギヤ（図示せず）と、当該駆動ギヤと連結された従動ギヤ（図示せず）とを含むギヤポンプ構造を有しており、ギヤポンプ（図示せず）は、カムシャフト１１５と共に駆動して燃料タンク１０４内の燃料を吸い上げて流量制御弁１０６を介して高圧ポンプ部１１０に低圧の燃料を送給している。

また、低圧フィードポンプ１０５から送給された低圧の燃料は、燃料送給路１０８上にある燃料フィルタ１０７を介し供給されるため、燃料タンク１０４内に異物が混入した場合であっても、それら異物が燃料と共に燃料供給ポンプ１００内に流れ込まないように燃料フィルタ１０７によって捕集されている。

流量制御弁１０６は、例えば、電磁比例制御弁を用いて構成され、低圧フィードポンプ１０５と高圧ポンプ部１１０との間の低圧の燃料通路に備えられている。そして、流量制御弁１０６は、内燃機関の運転状態や要求されるコモンレール圧力に応じて制御装置（図示せず）により通電量を制御されて、高圧ポンプ部１１０の加圧室１１４に送り込む燃料の流量を調整している。

燃料供給ポンプ１００には、ポンプハウジング１１１の内部の燃料流路（図示せず）に流量制御弁１０６と並列配置となるように圧力調整弁３０が備えられている。そして、圧力調整弁３０は、流量制御弁１０６に送られる燃料の圧力が規定値を超えた場合、あるいは、流量制御弁１０６に送られる燃料圧力と圧力調整弁３０よりも下流側の燃料還流路１０９（ポンプハウジング１１１内部流路含む）内の燃料圧力の差が所定範囲を超えた場合に燃料を燃料還流路１０９によって低圧フィードポンプ１０５の入り口側の流路に還流させ、低圧フィードポンプ１０５から流量制御弁１０６までの低圧の燃料流路の圧力を調整している。

上記構成において、低圧フィードポンプ１０５が高速で駆動される場合などでは、燃料タンク１０４より燃料を吸い上げる吸入負圧が特に強くなり、燃料還流路１０９は負圧状態となる可能性があるが、圧力調整弁３０の下流側流路である燃料還流路１０９で負圧が発生して、圧力調整弁３０のスプリング室３５ａが負圧状態になったとしても、ピストン３２の内部にダンパ室３６を有する圧力調整弁３０では、圧力調整弁３０の上流側流路から流入する低圧燃料をダンパ室３６に吸入排出することでダンパ効果を得ているため、ピストン３２は下流側流路の状況に左右されることなく常に安定したダンパ効果を得ることができることからピストン３２の過剰な反応が抑えられるので上流側流路内は安定した圧力に調整されることになる。

従って、第２の実施形態の燃料噴射ポンプ１００においては、圧力調整弁３０を備えることによって低圧フィードポンプにより送給される燃料の圧力が安定したものとなり、その結果、流量制御弁１０６による燃料流量の調整精度も向上するため、安定して必要な流量の高圧燃料をコモンレール１０３へ供給することができるものである。

尚、燃料噴射ポンプ１００の全体的な構成について図３を例示し説明したが、燃料供給ポンプ１００はこれに限定されるものではなく、例えば、複数の加圧室をカム軸の径方向に配列する構成の燃料供給ポンプ１００としてもよく、更に、プランジャの往復動がカムリングの公転で得られる構成の燃料供給ポンプ１００であってもよい。

また、本発明の第２の実施形態においては圧力調整弁３０を燃料噴射ポンプ１００のポンプハウジング１１１の燃料入口側近傍において流量制御弁１０６と並列配置する構成としているが、圧力調整弁３０は、低圧フィードポンプ１０５の燃料吐出側近傍に配置し、燃料の吐出圧力を調整する構成であってもよいし、ポンプハウジング１１１の燃料入口側近傍および低圧フィードポンプ１０５の燃料吐出側近傍の両方に配置する構成であってもよい。

３０：圧力制御弁、３１：バルブボディ、３２：ピストン、３３：ロッド部材、３４：プラグ、３５：スプリング、３６：ダンパ室、３７：Ｏリング、４０：圧力制御弁（変形例）４１：バルブボディ、４３：ロッド部材、４８：流入孔、４９：シール手段、１００：燃料供給ポンプ、１０２：インジェクタ、１０３：コモンレール、１０４：燃料タンク、１０５：低圧フィードポンプ、１０６：流量制御弁、１０７：燃料フィルタ、１０８：燃料送給路、１０９：燃料還流路、１１０：高圧ポンプ部、１１１：ポンプハウジング、１１２：シリンダヘッド、１１３：プランジャ、１１４：加圧室、１１５：カムシャフト

Claims

内部空間に対して制御流体が流入可能なバルブボディと、
前記バルブボディの側壁に開口して前記バルブボディ内に流入した制御流体を排出する排出孔と、
前記排出孔を開閉する位置で前記バルブボディ内部を摺動可能なピストンと、
前記ピストンを前記バルブボディの一端側へ付勢するスプリングと、を備え、
制御流体が流れる流路に前記バルブボディの一端側が接続され、前記バルブボディ内に流入する制御流体を前記排出孔から排出することで制御流体が流れる流路内の圧力を所定の圧力に調整する圧力調整弁において、
前記ピストンには、前記スプリングが位置する方向とは反対の方向に開口する有底の円柱空間が設けられ、前記バルブボディの一端側には、前記円柱空間に挿入され前記ピストンと共にダンパ室を形成するロッド部材が備えられていることを特徴とする圧力調整弁。
前記ロッド部材は、前記ピストンの前記円柱空間に挿入されるロッド部と前記バルブボディの一端側に固定されるロッド固定部を備え、ロッド固定部には制御流体が流通可能な流入孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載された圧力調整弁。
請求項１又は２に記載の圧力調整弁を備えることを特徴とする燃料供給ポンプ。