JP2014111955A - 圧力制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】アーマチュア室の圧力を逃がすためにアーマチュア室に浸入した燃料を排出する連通路を適切な位置に配置し、バルブニードルの開閉動作に影響を与えるアーマチュア室内の圧力を効率よく低減することを可能とし、安定した燃料排出特性を有する圧力制御弁を提供する。
【解決手段】アーマチュア室２１ａと排出室３２を有するとともに両室の間を連通する摺動孔２６に挿入されたバルブニードル２５を駆動手段２９にて操作し排出孔２３ａを開閉することで、排出室と出口孔３３と排出溝３４とで構成される燃料排出流路３５を介して排出される燃料の流量を制御可能な圧力制御弁１００において、アーマチュア室には、該室内の圧力を逃がすための連通路３９が接続されており、連通路のアーマチュア室側の接続とは反対側の接続は、排出室の摺動孔が開口する壁面以外の燃料排出流路に接続されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の蓄圧式燃料供給装置に係わり、特に、コモンレールに取り付けられ、コモンレール内の燃料を排出することでコモンレール内の燃料圧力の減圧制御を可能とする圧力制御弁に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を供給する装置として蓄圧式燃料供給装置が公知である。蓄圧式燃料供給装置は、高圧の燃料を貯留可能なコモンレールと、コモンレールに配管を介して接続される複数のインジェクタと、コモンレール内へ燃料配管を介して高圧の燃料を加圧供給する燃料供給ポンプを備え、それらを制御装置により電子制御することで高圧の燃料を各インジェクタから内燃機関の各気筒内へ緻密に噴射することを可能としている。

蓄圧式燃料供給装置では、内燃機関の運転状況に合わせ燃料を最適な噴射圧力とするためコモンレール内に貯留する燃料の圧力制御を行っている。コモンレール内の燃料圧力を制御する手段としては、流量制御弁により燃料供給ポンプへの燃料供給量を調整することで燃料圧力を制御するとともに内燃機関の急減速時等に燃料圧力を急速に低下させる必要がある場合には、コモンレール内の燃料を排出し燃料タンクに回収することで燃料圧力を目標値まで急速に低下させることが可能な圧力制御弁をコモンレールに取り付けて燃料圧力の制御を行っている。（特許文献１を参照）。

特表２０１０−５２１６２１号公報

しかしながら、従来の圧力制御弁においては、減圧制御を繰り返すうちにコモンレール内から排出した燃料が圧力制御弁内のアーマチュア室に浸入しアーマチュア室内の圧力が上昇し圧力制御弁の制御が不安定となる恐れがあった。これについて図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す従来の圧力制御弁の断面図を用いて説明する。

従来の圧力制御弁４００は、バルブハウジング２４の内部にアーマチュア室２１ａ及び排出室３２を有するとともに両室の間を連通する摺動孔２６が設けられ、該摺動孔２６には排出孔２３ａを開閉するためのバルブニードル２５が摺動自在に挿入され、該バルブニードル２５の端部にはアーマチュアプレート３０が固定された構成となっている。

コモンレール３の一端に取り付けられた圧力制御弁４００は、コネクタ部４０に接続された図示しない制御装置によって駆動手段２９である電磁石の通電が制御されることでバルブニードル２５による排出孔２３ａの開閉が操作されている。排出孔２３ａが開放されるとコモンレール３内の高圧燃料は、噴流となって排出孔２３ａから排出室３２へと排出される。

排出された燃料は、排出室３２を満たし出口孔３３及び排出溝３４を通ってコモンレール３に設けられた配管接続孔３ｃから図示しない燃料タンクへと回収されるが、排出孔２３ａから噴出した燃料の一部は、排出室３２の摺動孔２６が開口する近辺（図５（ｂ）のハッチング部分Ｐで示す箇所）において局所的に高い圧力を保持した状態で滞留するとともに、摺動孔２６とバルブニードル２５の摺動クリアランスを介してアーマチュア室２１ａへも徐々に浸入する。このためアーマチュア室２１ａ内の圧力は徐々に上昇することになる。

アーマチュア室２１ａ内の圧力上昇は、アーマチュアプレート３０の背圧となりバルブニードル２５の開閉動作に影響を与え圧力制御弁４００の燃料排出特性に変化を生じさせることになる。その結果、圧力制御弁４００は、コモンレール圧力を安定して制御することができなくなる可能性があった。

そこで本発明の発明者は鋭意検討した結果、アーマチュア室の圧力を逃がすためにアーマチュア室に浸入した燃料を排出する連通路を適切な位置に配置することにより、上記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、バルブニードルの開閉動作に影響を与えるアーマチュア室内の圧力を効率よく低減することを可能とし、安定した燃料排出特性を有する圧力制御弁を提供することを目的とする。

本発明によれば、アーマチュア室と排出室を有するとともに両室の間を連通する摺動孔が設けられているバルブハウジングと、摺動孔に摺動自在に挿入されてアーマチュア室と排出室に突出するバルブニードルと、バルブニードルを摺動孔の軸方向に変位させることが可能な駆動手段と、バルブニードルが変位することにより開閉される排出孔と、排出室からバルブハウジングの外周面に開口する少なくとも一つの出口孔と、出口孔の開口と接続するようにバルブハウジングの外周面に設けられた排出溝を備え、バルブニードルを駆動手段にて操作し排出孔を開閉することで、排出室と出口孔と排出溝とで構成される燃料排出流路を介して排出される燃料の流量を制御可能な圧力制御弁において、アーマチュア室には、該室内の圧力を逃がすための連通路が接続されており、連通路のアーマチュア室側の接続とは反対側の接続は、排出室の摺動孔が開口する壁面以外の位置で燃料排出流路に接続されていることを特徴とする圧力制御弁が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、連通路は、アーマチュア室から排出溝に接続されていることが望ましい。

また、連通路の排出溝に開口する位置が、排出溝に開口する出口孔の開口位置から離されて接続されていることが望ましい。

また、連通路は、アーマチュア室から摺動孔の中間部分に一旦接続し、該中間部分から排出溝に接続されていることが望ましい。

また、連通路は、アーマチュア室内のバルブニードルの端面部から排出室内のバルブニードルの排出孔に近い側の周面部に連通する流路としてバルブニードルに設けられていることが望ましい。

また、連通路の燃料排出流路側開口に絞り部を備えることが望ましい。

本発明の圧力制御弁によれば、アーマチュア室内の圧力を低減する構造として、アーマチュア室から圧力を逃がすための連通路が接続されており、連通路のアーマチュア室側の接続とは反対側の接続が、排出室の摺動孔が開口する壁面以外の位置で燃料排出流路に接続される構造としているので、連通路は、排出室の摺動孔が開口する近辺における局所的に高い圧力を保持する燃料が滞留している部位を避けて接続されることになる。したがって、バルブニードルの開閉動作に影響を与えるアーマチュア室内の圧力を容易に効率よく低減可能となるので圧力制御弁の燃料排出特性を安定させることができる。

また、連通路が、排出溝に接続されるように構成することによって、排出孔が開口した時の排出孔から排出室に噴出する燃料の圧力を連通路の開口部分に直接受けることがないため、アーマチュア室内の圧力をより容易に低減させることができる。

また、連通路の排出溝に開口する位置が、出口孔の開口する位置から離されて接続されるように構成することによって、出口孔から流出する燃料の圧力を連通路の開口部分に直接受けることがないため、アーマチュア室内の圧力をより容易に低減させることができる。

また、連通路は、アーマチュア室から摺動孔の中間部分に一旦接続し、該中間部分から排出溝に接続されるように構成することによって、連通路によりアーマチュア室内の圧力が低減可能である共に摺動孔とバルブニードルの摺動クリアランスを介してアーマチュア室へ浸入しようとする燃料を摺動孔の中間部分から連通路に直接排出させることが可能となるため、アーマチュア室へ浸入しようとする燃料を低減させることができる。

また、連通路は、アーマチュア室内のバルブニードルの端面部から排出室内のバルブニードルの排出孔に近い側の周面部に連通する流路としてバルブニードルに設けられるように構成することによって、連通路は、排出室の摺動孔が開口する近辺における局所的に高い圧力を保持した燃料が滞留している部位を避けて燃料排出流路に接続されることになるため、アーマチュア室内の圧力を容易に低減することができる。

また、連通路の燃料排出流路側開口に絞り部を備えるように構成することによって、排出孔が開口し燃料排出流路内に燃料が噴出した時に、連通路の燃料排出流路側開口からの燃料の逆流を抑えることができる。

本発明の圧力制御弁を備える蓄圧式燃料供給装置の概略図 本発明の実施例１の圧力制御弁の断面図 本発明の実施例１の変形例の圧力制御弁の断面図 本発明の実施例２の圧力制御弁の断面図 従来の圧力制御弁の断面図（ａ）及び部分拡大図（ｂ）

以下、図面を参照して、本発明の圧力調整弁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。

１．蓄圧式燃料供給装置の全体構成
図１は、本発明の圧力制御弁を備える蓄圧式燃料供給装置１０の概略図を示している。蓄圧式燃料供給装置１０のそれぞれの構成要素は燃料配管で接続されており、電子制御部品に関しては図示しない制御装置によって制御されるものである。

蓄圧式燃料供給装置１０では、燃料タンク４内に設置された低圧フィードポンプ５によって汲み上げられた燃料がフィルタ７を介し燃料供給ポンプ１へ送給され、燃料供給ポンプ１内部で流量制御弁６により必要な燃料流量に調量されて供給される。ここで余剰となった燃料は図示されていない燃料配管を通り燃料タンク４へ戻される。燃料供給ポンプ１に供給された燃料は加圧されて高圧燃料としてコモンレール３に圧送される。

コモンレール３内の燃料圧力は、流量制御弁６による燃料流量の調量により制御される一方、燃料圧力を急速に低下させる必要がある場合には、コモンレール３の端部に取り付けられた本発明の圧力制御弁１００を開弁させコモンレール３内の燃料を排出し燃料配管を介し燃料タンク４に回収することで燃料圧力を目標値まで急速に低下させることが可能となっている。

そして、最適な圧力に制御されたコモンレール３内の高圧燃料は、図示されていない制御装置の緻密な噴射制御によりコモンレール３に接続されたインジェクタ２から内燃機関へ最適な量を最適なタイミングで噴射される。

蓄圧式燃料供給装置１０では、低圧フィードポンプ５として燃料タンク内に設置するため単独で駆動可能な電動式フィードポンプを採用しているが、低圧フィードポンプ５は、必ずしも燃料タンク内に設置する必要はなく、燃料供給ポンプと一体的に設けられ燃料供給ポンプの駆動軸により駆動させられる機械式フィードポンプを採用することもできる。

低圧フィードポンプ５の下流側のフィルタ７は、燃料タンク４内の燃料に異物が混入している場合、それら異物が燃料と共に燃料供給ポンプ１内に流れ込まないように異物を捕集し、燃料供給ポンプの異物に起因する破損等の不具合を防止している。

流量制御弁６は、例えば、電磁比例制御弁を用いて構成され、内燃機関の運転状況に伴い要求されるコモンレール圧力に応じて図示しない制御装置によって流量制御弁６への通電量を制御することによって、燃料供給ポンプ１で加圧される燃料の供給量を調整することができる。

燃料供給ポンプ１は、複数の加圧室をカム軸の径方向に配列する構成のものを採用することができるが、他にも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ものを採用しても良いし、カム軸の軸方向に複数の加圧室を配列する構成のものを採用しても良い。

コモンレール３の圧力制御弁１００が取り付けられた側とは反対側の端部には、コモンレール３内の燃料圧力を測定するレール圧センサ８が取り付けられ、レール圧センサ８からの出力を図示しない制御装置に取り込み、流量制御弁６や圧力制御弁１００の制御を行うことでコモンレール３内の燃料圧力を最適な圧力に制御している。

インジェクタ２は、内部にニードル弁とニードル弁の背圧を制御する制御部を備え、制御部によりニードル弁の背圧を制御することでニードル弁が開閉される。インジェクタ２の制御部としてはソレノイドバルブ式のものを採用しても良いし、ピエゾアクチュエータ式のものを採用しても良い。

２．圧力制御弁の構成
（１）実施例１の圧力制御弁
本発明の実施例１の圧力制御弁１００について図２を参照して説明する。図２には、上部ハウジング２１と中間ハウジング２２と下部ハウジング２３のそれぞれが同軸に接合されて成るバルブハウジング２４にコネクタ部４０が取り付けられた圧力制御弁１００の断面図が示されている。

中間ハウジング２２の外周に支持リング４２とリング状の取付けスクリュ４１を備えた圧力制御弁１００は、コモンレール３の端部に形成された取付け穴部３ａに挿入され、取付けスクリュ４１をコモンレール３に設けられている雌ねじ部３ｂに螺合することにより支持リング４２により支持されてコモンレール３に取り付けられている。

中間ハウジング２２は、内部に駆動手段２９を組み込み可能な大径部２２ａとコモンレール３の取り付け穴部３ａに挿入可能な小径部２２ｂから成る円筒形状のハウジングであり、大径部２２ａの端部にはカシメ又は圧入により上部ハウジング２１が接合され、小径部２２ｂの端部にはカシメ又は圧入により下部ハウジング２３が接合されている。

上部ハウジング２１は、中間ハウジング２２に接合された時にアーマチュアプレート３０とアーマチュアプレート３０を押圧するスプリング３８が収納可能なアーマチュア室２１ａが形成されている。また、下部ハウジング２３は、排出孔２３ａを有し、排出孔２３ａの一端側にはバルブニードル２５が排出孔２３ａを閉塞するときのシート面となるテーパー形状の弁座２３ｂが形成されている。

中間ハウジング２２と下部ハウジング２３の間には、調整部材３６が挟み込まれている。調整部材３６は、その厚みを変えることで駆動手段２９とアーマチュアプレート３０のギャップを調整することができる。

中間ハウジング２２の円筒の中心には、上部ハウジング２１が接合されて形成されるアーマチュア室２１ａと下部ハウジング２３が接合されて形成される排出室３２の間を貫通する摺動孔２６が設けられている。

摺動孔２６には排出孔２３ａを開閉するためのバルブニードル２５がアーマチュア室２１ａと排出室３２に突出する状態で摺動自在に挿入されている。バルブニードル２５のアーマチュア室２１ａに突出した端部にはアーマチュアプレート３０が固定され、排出室３２に突出した端部には弁座２３ａに着座可能なボールバルブ２５ａが固定されている。

中間ハウジング２２の小径部２２ｂの外周面には、排出室３２へ連通する一つの出口孔３３がコモンレール３の配管接続孔３ｃと対向する位置に開口し、該開口と接続するように円周状の排出溝３４が設けられている。

圧力制御弁１００は、駆動手段２９としてアーマチュアプレートを磁気吸引可能な電磁石を中間ハウジング２２の内部に備えている。中間ハウジング２２の摺動孔２６が中心に開口する大径部２２ａ側の端面には、摺動孔２６の周囲に摺動孔２６と同軸に円周状の深溝円周穴２８が形成されており、その深溝円周穴２８の中に駆動手段２９は組み込まれている。

駆動手段２９は、通電の為に図示しない電極を備えており、電極はアーマチュアプレート３０に設けられている図示しない貫通穴を通り抜けて上部ハウジング２１にモールドされた電気配線を介しコネクタ部４０に接続されている。そして、駆動手段２９は、コネクタ部４０にワイヤーハーネスを介し接続された図示しない制御装置によって通電制御される。

図２の断面図に見られるように圧力制御弁１００は、アーマチュア室２１ａから燃料排出流路３５である排出溝３４に連通する連通路３９が中間ハウジング２２の駆動手段２９が組み込まれている深溝円周穴２８と摺動孔２６の間に設けられている。

連通路３９の排出溝３４の開口には、絞り部３９ａが設けられている。絞り部３９ａを有することで、排出室３２及び出口孔３３、排出溝３４を介し連通路３９からアーマチュア室２１ａ内へ排出孔２３ａから噴出した燃料が逆流することを抑えることができる。

圧力制御弁１００は、排出孔２３ａから噴出する燃料をコモンレール３の配管接続孔３ｃと対向する中間ハウジング２２の外周の位置に１つだけ配置された出口孔３３から排出する構成であることから、出口孔３３から排出された燃料は、配管接続孔３ｃへ直接排出されることになる。

従って、配管接続孔３ｃの位置する側とは反対側に位置する連通路３９は、出口孔３３の開口とは離されて排出溝３４に開口しているので出口孔３３から噴出する燃料の圧力を連通路３９の開口に直接受けることがなく、排出溝３４介した連通路３９への燃料の逆流も抑えられる。

尚、圧力制御弁１００は、駆動手段２９によりアーマチュアプレート３０を磁気吸引することで排出孔２３ａを閉塞しコモンレール３の圧力を保持しているが、コイル断線等の不具合により駆動手段２９が機能しない場合においてもコモンレール圧力はスプリング３８により退避走行可能な最低圧力を補償する構成となっている。

実施例１においては、バルブニードル２５の先端にボール弁２５ａを固定した構成とされているが、これに限定されるものではなく、バルブニードル２５に固定することなく別体に設けられた弁部材をバルブニードル２５で押圧する構成としても良いし、又は、バルブニードル２５単体で弁座２３ｂに着座し排出孔２３ａを閉塞可能な構成としても良い。

（２）実施例１の変形例の圧力制御弁
本発明の実施例１の変形例である圧力制御弁２００について図３を参照して説明する。圧力制御弁２００は、摺動孔２６の排出室３２に比較的近い側の中間部分の位置に拡径された中間連結溝５０が設けられ、連通路５１は、中間連結溝５０を介しアーマチュア室２１ａから燃料排出流路３５である排出溝３４に接続される構成となっている。

変形例の連通路５１は、アーマチュア室２１ａから中間連結溝５０へ連通する第１連通路５１ａと中間連結溝５０から排出溝３４へ連通する第２連通路５１ｂから構成される。

図３の断面図に見られるように第１連通路５１ａは、実施例１の連通路３９と同様に中間ハウジング２２の駆動手段２９が組み込まれている深溝円周穴２８と摺動孔２６の間に設けられてアーマチュア室２１ａと中間連結溝５０を連通している。

また、中間連結溝５０と排出溝３４を連通する第２連通路５１ｂは、配管接続孔３ｃ側とは反対側の位置に出口孔３３の開口とは離されて排出溝３４に開口するとともに第１連通路５１ａよりも小径に構成しているので実施例１の絞り部３９ａと同様の機能を有している。

上記変形例のように中間連結溝５０を備えることにより、アーマチュア室２１ａ内の圧力の低減はもとより、摺動孔２６とバルブニードル２５の摺動クリアランスからアーマチュア室２１ａ内へ浸入しようとする燃料を中間連結溝５０から第２連通路５１ｂへ直接排出させることが可能となるため、アーマチュア室２１ａへの燃料の浸入自体を低減させることができる。

尚、上記変形例では、第２連通路５１ｂは、絞りの機能を備える小径の長い孔として構成しているが、これに限定されるものではなく、第２連通路５１ｂの排出溝３４の開口部分にのみ絞り部を備える構成としても良い。

また、上記変形例では、中間連結溝５０が設けられた構成としているが、これに限定されるものではなく、中間連結溝５０を設けることなく、摺動孔２６の中間部分の周壁の位置で第１連通路５１ａと第２連通路５１ｂが重なるように交差する構成で接続するようにしても良い。

（３）実施例２の圧力制御弁
本発明の実施例２の圧力制御弁３００について図４を参照して説明する。圧力制御弁３００は、実施例１の中間ハウジング２２に連通路３９を設ける構成にかえて、バルブニードル６０に連通路６１を備え、アーマチュア室２１ａと燃料排出流路３５である排出室３２を連通する構成としている。

連通路６１は、バルブニードル６０のアーマチュア室２１ａ内に突出した端面部の中心から軸方向に延びる縦孔６１ａと、バルブニードル６０の排出室３４内に突出した排出孔２３ａに近い側の周面部からバルブニードル６０の中心に延びる横孔６１ｂが連通するように設けられている。

横孔６１ｂは、小径の孔として絞ることで減圧制御時に排出孔２３ａを開放した時に噴出する燃料が連通路６１内へ流入することを抑えることができる。

以上説明したように本発明の実施形態の圧力制御弁１００，２００，３００によれば、アーマチュア室２１ａ内に浸入した燃料を逃がすための連通路３９，５１，６１が、排出室３２内において局所的に高い圧力を保持した燃料の滞留する部位を避けて燃料排出流路３５に接続されているため、バルブニードル２５，６０の開閉動作に影響を与えるアーマチュア室２１ａ内の圧力を容易に効率よく低減することが可能となり、圧力制御弁１００，２００，３００の燃料排出特性を安定させることができるのでコモンレール３内の燃料圧力を目標値に対し精度よく安定した制御を行うことができる。

１：燃料供給ポンプ、２：インジェクタ、３：コモンレール、３ａ：取付け穴部、３ｂ：雌ねじ部、３ｃ：配管接続孔、４：燃料タンク、５：低圧フィードポンプ、６：流量制御弁、７：フィルタ、８：レール圧センサ、１０：蓄圧式燃料供給装置、２１：上部ハウジング、２１ａ：アーマチュア室、２２：中間ハウジング、２２ａ：大径部、２２ｂ：小径部、２３：下部ハウジング、２３ａ：排出孔、２３ｂ：弁座、２４：バルブハウジング、２５：バルブニードル、２５ａ：ボール弁、２６:摺動孔、２８:深溝円周穴、２９:駆動手段、３０:アーマチュアプレート、３２：排出室、３３：出口孔、３４：排出溝、３５：燃料排出流路、３６：調整部材、３８：スプリング、３９：連通路、３９ａ：絞り部、４０：コネクタ部、４１：取付けスクリュ、４２：支持リング、１００：圧力制御弁

Claims (6)

1. アーマチュア室と排出室を有するとともに両室の間を連通する摺動孔が設けられているバルブハウジングと、前記摺動孔に摺動自在に挿入されて前記アーマチュア室と前記排出室に突出するバルブニードルと、前記バルブニードルを前記摺動孔の軸方向に変位させることが可能な駆動手段と、前記バルブニードルが変位することにより開閉される排出孔と、前記排出室から前記バルブハウジングの外周面に開口する少なくとも一つの出口孔と、前記出口孔の開口と接続するように前記バルブハウジングの外周面に設けられた排出溝と、を備え、
   前記バルブニードルを前記駆動手段にて操作し前記排出孔を開閉することで、前記排出室と前記出口孔と前記排出溝とで構成される燃料排出流路を介して排出される燃料の流量を制御可能な圧力制御弁において、
   前記アーマチュア室には、該室内の圧力を逃がすための連通路が接続されており、前記連通路の前記アーマチュア室側の接続とは反対側の接続は、前記排出室の前記摺動孔が開口する壁面以外の位置で前記燃料排出流路に接続されていることを特徴とする圧力制御弁。
   
2. 前記連通路は、前記アーマチュア室から前記排出溝に接続されていることを特徴とする請求項１の圧力制御弁。
   
3. 前記連通路の前記排出溝に開口する位置が、前記排出溝に開口する前記出口孔の開口位置から離されて接続されていることを特徴とする請求項１乃至２の圧力制御弁。
   
4. 前記連通路は、前記アーマチュア室から前記摺動孔の中間部分に一旦接続し、該中間部分から前記排出溝に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３の圧力制御弁。
   
5. 前記連通路は、前記アーマチュア室内の前記バルブニードルの端面部から前記排出室内の前記バルブニードルの前記排出孔に近い側の周面部に連通する流路として前記バルブニードルに設けられていることを特徴とする請求項１の圧力制御弁。
   
6. 前記連通路の前記燃料排出流路側開口に絞り部を備えることを特徴とする請求項１乃至５の圧力制御弁。
   

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