JP2016003687A - 弁装置及びそれを用いる高圧ポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 高圧ポンプの燃料タンクと接続する部位に設けられる逆止弁部50は、中間部材52、第一弁部材53、第二弁部材55などを有する。第一弁部材53は、第一スプリング54の付勢力によって中間部材52の供給通路255側に形成される第一弁座522に当接するよう設けられている。第一弁部材53が第一弁座522から離間すると、連通路513から供給通路255に燃料が順流する。第二弁部材55は、第二スプリング56の付勢力によって中間部材52の連通路513側に形成される第二弁座523に当接するよう設けられている。第二弁部材55が第二弁座523から離間すると、供給通路255から連通路513に燃料が逆流する。これにより、連通路513における圧力変動による振動を低減することができる。
【選択図】 図3
Description
本発明の弁装置は、中間部材が有する第一弁座に当接可能な第一弁部材と、第一弁部材を第一弁座に当接するよう一方から他方に付勢する第一付勢部材とから順流許容手段が形成され、弁ハウジングの中心軸上において、逆流許容手段が第一弁部材と同じ位置、または、第一弁部材の他方に位置することを特徴とする。
また、本発明の弁装置では、逆流許容手段を備えている。逆流許容手段では、弁ハウジングの一方の流体の圧力が弁ハウジングの他方の流体の圧力に第二の所定の値を加えた値より大きくなると、弁ハウジングの一方から他方への流体の流れを許容する。これにより、弁ハウジングの他方の流体の圧力変動を小さくし、圧力変動による振動を低減することができる。
最初に、本発明の第一実施形態による弁装置を備える高圧ポンプを適用する燃料供給システムについて、図1を参照して説明する。
燃料供給システム1は、燃料タンク5から低圧ポンプ10によって汲み上げられる燃料を分岐し、比較的高圧の燃料を噴射する高圧燃料噴射弁7または比較的低圧の燃料を噴射する低圧燃料噴射弁9を介して図示しないエンジンの燃焼室に燃料を噴射供給する。低圧ポンプ10と高圧燃料噴射弁7との間には、燃料を加圧する高圧ポンプ20及び高圧ポンプ20が吐出する燃料を蓄積する高圧燃料レール6が設けられている。また、低圧ポンプ10と低圧燃料噴射弁9との間には、低圧ポンプ10が吐出する燃料を蓄積する低圧燃料レール8が設けられている。
接続配管11には、分岐部12が設けられている。分岐部12は、低圧用接続配管13を介して低圧燃料レール8と接続している。接続通路111を流れる燃料は、分岐部12において、高圧ポンプ20の方向または低圧燃料レール8の方向に分かれる。低圧燃料レール8の方向に流れる燃料は、低圧燃料レール8の内部に蓄積される。低圧燃料レール8に蓄積された燃料は、図示しない制御部からの指令に応じて低圧燃料噴射弁9から噴射される。
高圧燃料レール6では、高圧ポンプ20が昇圧した燃料を蓄積する。高圧燃料レール6に蓄積された燃料は、図示しない制御部からの指令に応じて高圧燃料噴射弁7から噴射される。
また、ポンプボディ25のプランジャ31が挿入される側の端部には、加圧室27側に凹んだ副燃料室271が形成されている。副燃料室271は、加圧室27からシリンダ26とプランジャ31との間の摺動隙間を経由してリークした燃料が溜まる。
パルセーションダンパ291は、2枚のダイアフラム294、295の内部に所定圧の気体が密封されている。そして、2枚の金属ダイアフラム294、295が主燃料室28の圧力変化に応じて弾性変形すると主燃料室28の燃圧脈動を低減する。
蓋側支持部293の上方に配置された波ばね296は、カバー282をポンプボディ25に取り付けた状態で、蓋側支持部293を底側支持部292側へ押圧する。
プランジャ31は、加圧室27側に、シリンダ26の内壁に沿って摺動する大径部312を有し、加圧室27と反対側に小径部313を有している。大径部312及び小径部313は同軸に形成されている。小径部313の大径部312と接続する側とは反対側の端部である駆動端部314にはロアシート332が結合されている。
ポンプボディ25が有する筒部371が形成する吸入室36には弁ボディ37が収容されている。弁ボディ37の内側には、凹テーパ状の円周面を有するシート部38が形成されている。吸入弁39は、シート部38と対向するよう配置されている。吸入弁39は、弁ボディ37の底部に設けられた孔の内壁に案内されて往復移動する。吸入弁39は、シート部38から離間すると吸入室36を開放し、シート部38に当接すると吸入室36を閉塞する。
コネクタ41は、コイル411及び端子412を有している。コネクタ41は、端子412を通じてコイル411に電力が供給されると磁界を発生する。固定コア42は、磁性材料から形成され、コイル411の内部に収容されている。可動コア43は、磁性材料から形成され、固定コア42と対向するよう設けられている。可動コア43は、フランジ44の内部において軸方向に往復移動可能に収容されている。
ニードル431は略円筒状に形成され、ガイド筒432の内壁に案内されて往復移動する。ニードル431は、一方の端部が可動コア43に固定され、他方の端部が吸入弁39の電磁駆動部40側の端面に当接可能である。
コイル411に電力が供給されていないとき、スプリング421の弾性力によって、可動コア43と一体となったニードル431が吸入弁39側へ移動し、ニードル431の端面が吸入弁39を押圧することで吸入弁39が開弁する。
逆止弁部50は、弁ハウジング51、中間部材52、「順流許容手段」としての第一弁部材53及び第一スプリング54、「逆流許容手段」としての第二弁部材55及び第二スプリング56、第一フィルタ57、並びに、第二フィルタ58などを有する。
具体的には、連通路513の燃料の圧力を圧力PL、供給通路255の燃料の圧力を圧力PH、第一スプリング54の付勢力を付勢力F1、及び、図3に示すように、第一弁部材53と第一弁座522とのシート径をシート径S1とすると、式(1)の条件が成り立つときに第一弁部材53は第一弁座522から離間する。これにより、図3に示す二点鎖線L31のように連通路513から供給通路255に向かって燃料が流れる。
PH×S1+F1<PL×S1 ・・・(1)
すなわち、特許請求の範囲に記載の「第一の所定の値」は、F1/S1となる。
具体的には、第二スプリング56の付勢力を付勢力F2、及び、図3に示すように、第二弁部材55の外径を外径SL2、第二弁部材55と第二弁座523とのシート径をシート径SH2とすると、式(2)の条件が成り立つときに第二弁部材55は第二弁座523から離間する。これにより、図3に示す二点鎖線L32のように供給通路255から連通路513に向かって燃料が流れる。
PH×(SL2−SH2)>PL×(SL2−SH2)+F2 ・・・(2)
すなわち、特許請求の範囲に記載の「第二の所定の値」は、F2/(SL2−SH2)となる。
具体的には、カム15を有する図示しないカムシャフトの回転によってプランジャ31が上死点から下死点に向かって下降すると、加圧室27の容積が増加し、加圧室27が減圧される。これにより、吐出弁部45は閉弁状態となり、吸入弁部35では、加圧室27と吸入室36との差圧及びスプリング421の付勢力によって吸入弁39がスプリング373の付勢力に抗して移動し開弁状態となる。
また、コイル411には電力が供給されていないため、可動コア43、及び、可動コア43と一体となって移動するニードル431は、スプリング421の付勢力により加圧室27の方向に移動する。したがって、ニードル431と吸入弁39とが当接し、吸入弁39は開弁状態を維持する。これにより、吸入室36から加圧室27に燃料が吸入される。
具体的には、カムシャフトの回転によりプランジャ31が下死点から上死点に向かって上昇すると、加圧室27の容積が減少する。このとき、所定の時期まではコイル411に電力が供給されないため、スプリング421の付勢力によりニードル431と吸入弁39は加圧室27側に位置する。これにより、吸入室36は開放した状態が維持され、加圧室27に一度吸入された燃料が吸入室36へ戻される。したがって、加圧室27の圧力は上昇しない。このとき、吸入室36に戻された燃料の一部は、主燃料室28、供給通路255、及び、副燃料室271へ戻される。
具体的には、プランジャ31が下死点から上死点に向かって上昇する途中の所定の時刻にコイル411に電力が供給される。コイル411に電力が供給されると、コイル411が発生する磁界によって固定コア42と可動コア43との間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力がスプリング421の付勢力とスプリング373の付勢力との差より大きくなると、可動コア43とニードル431は固定コア42の方向へ移動する。これにより、吸入弁39に対するニードル431の押圧力が解除される。吸入弁39は、スプリング373の付勢力、及び、加圧室27から主燃料室28側へ排出される燃料の流れによって生ずる力により、シート部38の方向へ移動する。したがって、吸入弁39はシート部38に着座し、吸入室36が閉塞される。
なお、吐出行程の途中でコイル411への通電が停止される。加圧室27の燃料圧力が吸入弁39に作用する力は、スプリング421の付勢力より大きいため、吸入弁39は閉弁状態を維持する。
逆止弁部50では、接続通路111の燃料の圧力と供給通路255の燃料の圧力との関係によって接続通路111と供給通路255とを遮断する。これにより、接続通路111の燃料の圧力の変動が小さくなり、燃料の圧力変動による振動を低減することができる。したがって、振動による高圧ポンプなどの破損を防止することができる。
一方、本発明の第一実施形態による逆止弁部50では、第一弁部材53の他方の端面532と第二弁部材55の一方の端面551とは、図3に示すように、中心軸CA50上において対向する位置に設けられている。また、第一スプリング54と第二スプリング56とは逆止弁部50の中心軸CA50の方向において離れて設けられている。これにより、逆止弁部50の径方向の体格を小さくすることができる。
一方、逆止弁部50では、中間部材52の一方の側及び他方の側に第一弁座522及び第二弁座523が形成され、中間部材52を挟むように第一弁部材53及び第二弁部材55が設けられている。これにより、順流及び逆流する燃料が弁ハウジング51や第一弁ホルダ541などの内壁に衝突する回数が比較的少なくなり、燃料の圧力損失を低減することができる。
次に、本発明の第二実施形態による弁装置を図8に基づいて説明する。第二実施形態は、第一弁部材と第二弁部材との大きさの関係が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第二弁ホルダ661は、第二弁部材65の往復移動及び第二スプリング66の伸縮を案内する。
具体的には、連通路613の燃料の圧力を圧力PL、供給通路255の燃料の圧力を圧力PH、第一スプリング64の付勢力を付勢力F3、及び、図8に示すように、第一弁部材63の外径を外径SL3、第一弁部材63と第一弁座622とのシート径をシート径SH3とすると、式(3)の条件が成り立つときに第一弁部材63は第一弁座622から離間する。これにより、図8に示す二点鎖線L81のように連通路613から供給通路255に向かって燃料が流れる。
PH×(SL3−SH3)+F3<PL×(SL3−SH3) ・・・(3)
すなわち、特許請求の範囲に記載の「第一の所定の値」は、F3/(SL3−SH3)となる。
具体的には、第二スプリング66の付勢力を付勢力F4、及び、図8に示すように、第二弁部材65と第二弁座623とのシート径をシート径S4とすると、式(4)の条件が成り立つときに第一弁部材63は第一弁座622から離間する。これにより、図8に示す二点鎖線L82のように連通路613から供給通路255に向かって燃料が流れる。
PH×S4<PL×S4+F4 ・・・(4)
すなわち、特許請求の範囲に記載の「第二の所定の値」は、F4/S4となる。
次に、本発明の第三実施形態による燃料噴射弁を図9に基づいて説明する。第三実施形態は、逆流許容手段の構成が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
具体的には、連通路713の燃料の圧力を圧力PL、供給通路255の燃料の圧力を圧力PH、第一スプリング74の付勢力を付勢力F5、及び、図9に示すように第一弁部材73と第一弁座722とのシート径をシート径S5とすると、式(5)の条件が成り立つときに第一弁部材73は第一弁座722から離間する。これにより、図9に示す二点鎖線L91のように連通路713から供給通路255に向かって燃料が流れる。
PH×S5+F5<PL×S5 ・・・(5)
すなわち、特許請求の範囲に記載の「第一の所定の値」は、F5/S5となる。
次に、本発明の第四実施形態による燃料噴射弁を図10に基づいて説明する。第四実施形態は、オリフィス部が設けられる位置が第三実施形態と異なる。なお、第三実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
PH×(SL6−SH6)+F6<PL×(SL6−SH6) ・・・(6)
すなわち、特許請求の範囲に記載の「第一の所定の値」は、F6/(SL6−SH6)となる。
(ア)上述の実施形態では、逆止弁部を燃料供給システムに適用される高圧ポンプが備えるとした。しかしながら、本発明の弁装置が適用される技術分野はこれに限定されない。他方から一方への流体の順流を許容しつつ、一方の流体の圧力が他方の流体の圧力に所定の値を加えた値より大きくなると、一方から他方への流体の逆流を許容すればよい。
51、61、71 ・・・弁ハウジング、
52、62、72、82・・・中間部材、
522、622、722、822・・・第一弁座、
53、63、73、83・・・第一弁部材(順流許容手段)、
54、64、74 ・・・第一スプリング(第一付勢部材、順流許容手段)、
55、65 ・・・第二弁部材(逆流許容手段)、
56、66 ・・・第一スプリング(第二付勢部材、逆流許容手段)、
75、85、95 ・・・オリフィス部(逆流許容手段)、
CA50、CA60、CA70、CA80・・・中心軸。
Claims (11)
- 弁ハウジング(51、61、71)と、
前記弁ハウジングに収容される中間部材(52、62、72、82)と、
前記弁ハウジングの内部に前記中間部材の一方に設けられ、前記弁ハウジングの他方の流体の圧力が前記弁ハウジングの一方の流体の圧力に第一の所定の値を加えた値より大きくなると、前記弁ハウジングの他方から前記弁ハウジングの一方への流体の順流を許容する順流許容手段(53、54、63、64、73、74、83)と、
前記弁ハウジングの内部に設けられ、前記弁ハウジングの一方の流体の圧力が前記弁ハウジングの他方の流体の圧力に第二の所定の値を加えた値より大きくなると、前記弁ハウジングの一方から前記弁ハウジングの他方への流体の逆流を許容する逆流許容手段(55、56、65、66、75、85、95)と、
を備え、
前記順流許容手段は、前記中間部材が有する第一弁座(522、622、722、822)に当接可能な第一弁部材(53、63、73、83)と、前記第一弁部材を前記第一弁座に当接するよう前記弁ハウジングの一方から前記弁ハウジングの他方に付勢する第一付勢部材(54、64、74)とから形成され、
前記逆流許容手段は、前記弁ハウジングの中心軸(CA50、CA60、CA70、CA80)上において前記第一弁部材と同じ位置、または、前記第一弁部材の他方に位置することを特徴とする弁装置(50、60、70、80)。 - 前記逆流許容手段は、
前記中間部材が有する第二弁座(523、623)に当接可能な第二弁部材(55、65)と、
前記第二弁部材を前記第二弁座に当接するよう前記弁ハウジングの他方から前記弁ハウジングの一方に付勢する第二付勢部材(56、66)とから形成され、
前記第一弁部材の前記第一弁座に当接可能な第一弁部材面(532、632)と前記第二弁部材の前記第二弁座に当接可能な第二弁部材面(551、651)とは、前記弁ハウジングの中心軸上に対向するよう設けられることを特徴とする請求項1に記載の弁装置。 - 前記第一弁座は、前記中間部材の一方の端部に形成されることを特徴とする請求項2に記載の弁装置。
- 前記中間部材は、流体が流れる第一貫通孔(521、621)を有し、
前記第一弁部材または前記第二弁部材のいずれか一方は、平板状または球状に形成され、前記第一貫通孔の二つの開口のうち一の開口の縁部に形成される前記第一弁座または前記第二弁座に当接可能に設けられ、
前記第一弁部材または前記第二弁部材のいずれか他方は、環状に形成され、前記第一貫通孔の二つの開口のうち他の開口の縁部に形成される前記第一弁座または前記第二弁座に当接可能に設けられることを特徴とする請求項2または3に記載の弁装置。 - 前記弁ハウジングの一方から前記弁ハウジングの他方に流れる流体は、前記中間部材の径外方向を通ることを特徴とする請求項2から4のいずれか一項に記載の弁装置。
- 前記第一弁部材の往復移動を案内する第一弁ホルダ(541)または前記第二弁部材の往復移動を案内する第二弁ホルダ(661)を備え、
前記中間部材は、径方向外側の端部に前記弁ハウジングの中心軸方向に形成される第一溝(524、624)を有し、
前記第一弁ホルダまたは前記第二弁ホルダは、前記中間部材側の径方向外側の端部に前記弁ハウジングの中心軸方向に形成され前記第一溝に連通する第二溝(543、663)を有することを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載の弁装置。 - 前記逆流許容手段は、前記弁ハウジングの一方と前記弁ハウジングの他方とを連通するオリフィス(751、851、951)を形成するオリフィス形成部材(75、85、95)であることを特徴とする請求項1に記載の弁装置。
- 前記オリフィス形成部材は、前記第一弁部材に設けられ、
前記中間部材は、前記オリフィスに連通する第二貫通孔(721)を有し、
前記第一弁部材は、前記第二貫通孔の前記弁ハウジングの一方の開口の縁部に形成される前記第一弁座(722)に当接可能に設けられ、
前記弁ハウジングの一方と前記弁ハウジングの他方との間を流れる流体は、前記オリフィス及び前記第二貫通孔を流れることを特徴とする請求項7に記載の弁装置。 - 前記オリフィス形成部材は、前記中間部材に設けられ、
前記第一弁部材は、前記オリフィスと連通する第三貫通孔(830)を有するよう環状に形成され、前記中間部材の一方の端部に形成される前記第一弁座に当接可能に設けられ、
前記弁ハウジングの他方から前記弁ハウジングの一方に流れる流体は、前記中間部材の径外方向及び前記第三貫通孔を通ることを特徴とする請求項7に記載の弁装置。 - 前記弁ハウジングの一方から前記弁ハウジングの他方に流れる流体は、前記第三貫通孔及び前記オリフィスを通ることを特徴とする請求項9に記載の弁装置。
- プランジャ(31)を有するプランジャ部(30)と、
有底筒状に形成され、前記プランジャを往復移動可能に支持し、前記プランジャが移動
すると容積が変化する加圧室(27)を有する本体部(25)と、
前記加圧室に吸入される燃料を供給する燃料タンク(5)と前記加圧室との間に設けられ、前記加圧室において加圧される燃料の圧力を制御する圧力制御部(35、40)と、
前記加圧室の燃料を外部に吐出する吐出弁部(45)と、
前記燃料タンク(5)と前記圧力制御部との間に設けられ、前記弁ハウジングの一方を前記圧力制御部に接続し、前記弁ハウジングの他方を前記燃料タンクに接続する請求項1から10のいずれか一項に記載の弁装置(50、60、70、80、90)と、
を備えることを特徴とする高圧ポンプ(20)。
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