JP2016138526A - 吸入調量弁 - Google Patents

Abstract

【課題】閉弁応答性を悪化させずに、全開状態での燃料の流路面積を十分に確保可能な吸入調量弁を提供する。
【解決手段】吸入調量弁１において、弁体位置を全開位置から全閉位置に移行する際に、弁体位置を全開位置から中間位置に変位させた後に、中間位置から全閉位置にするにするという２段階で閉じるようにしている。これによれば、全開位置でのリフト量を大きくして加圧室３への燃料吸入流路の流路面積を大きくして吸入効率を向上させつつ、圧送期間の開始応答性（つまり、開弁状態からの閉弁応答性）を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、コモンレール式燃料噴射システムの燃料供給ポンプに組み付けられて、燃料供給ポンプの加圧室内に吸入される燃料吸入量を調量する吸入調量弁に関する。

従来より、燃料供給ポンプは、エンジンにより回転駆動されるカム機構と、カム機構により駆動されるプランジャにより加圧室内の燃料を加圧して圧送する燃料供給ポンプと、燃料供給ポンプの加圧室に吸入される燃料吸入量を調量する吸入調量弁等を備えるものが周知である。このような燃料供給ポンプでは、燃料吐出量が、燃料吸入量、及び、圧送行程中（プランジャにより加圧室内の燃料を圧縮する行程中）に吸入調量弁が閉弁してから開始する圧送期間の長さによって決まる。

そして、吸入調量弁として、弁体が離着座するシートと、弁体を駆動して弁体のシート位置からの距離（リフト量）を変更するアクチュエータとを有するものがある。
なお、特許文献１には、吸入調量弁の一例として、アクチュエータ非駆動時は、リフト量が最大となる全開状態であり、アクチュエータによって弁体が閉弁方向に駆動されるノーマリオープンタイプの吸入調量弁が開示されている。

従来の吸入調量弁では、閉弁応答性すなわち圧送期間開始応答性をよくするため、全開状態でのリフト量をなるべく小さく設定している。このため、全開状態での燃料の流路面積が十分ではなく、全開状態維持時間当たりの燃料吸入量が小さく、吸入効率が悪化する場合がある（図６の従来例参照）。

これに対して、吸入効率を向上させようとして、全開状態でのリフト量を大きくすると、圧送期間の開始応答性が悪化する。つまり、開弁状態から閉弁するまでにかかる時間（閉弁時間）が長くなる（図６の比較例参照）ため、圧送開始が遅れ、圧送期間が短くなり吐出量が減少してしまう。

特開２０１３−２４１９５２公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、閉弁応答性を悪化させずに、全開状態での燃料の流路面積を十分に確保可能な吸入調量弁を提供することを目的とする。

本発明の吸入調量弁は、以下に説明する弁体と、付勢手段と、アクチュエータと、制御装置とを備える。

弁体は、燃料供給ポンプの加圧室に吸入される燃料が流通する燃料吸入流路の途中に設けられたシートに離着座することで、燃料吸入流路を開閉する。
付勢手段は、弁体を開弁方向もしくは閉弁方向に付勢する。
アクチュエータは、付勢手段の付勢力に抗して弁体を変位させる。
制御装置は、アクチュエータの駆動を制御することで弁体の位置を制御する。

ここで、シートからの弁体のリフト量が最大であって、燃料吸入流路を流通して加圧室に流入する燃料の流量が最大となる弁体の位置を全開位置とし、シートに弁体が着座する弁体の位置を全閉位置とする。

本発明の吸入調量弁の制御装置は、弁体を全開位置から全閉位置に移動させる際、弁体を全閉位置にする前に、全開位置と全閉位置との間の中間位置に維持させ、その後、全閉位置に移動させる。

本発明では、圧送期間の開始応答性（閉弁応答性）は、中間位置のリフト量に依存する。
このため、全開位置でのリフト量を大きくして全開位置での燃料吸入流路の流路面積を大きくしても、閉弁時の応答性を早くする制御が可能となる。
例えば、全開位置でのリフト量を従来よりも大きくし、全開位置にある状態から、吸入期間の終盤で、弁体を中間位置にし、閉弁指令で中間位置から全閉位置へ移動させるという制御をすることにより、閉弁応答性を悪化させずに、燃料吸入量を大きく確保することが可能となる。

吸入調量弁の構成を示す断面図である（実施例１）。 吸入調量弁の構成を示す断面図である（実施例１）。 プランジャのリフト量、ソレノイドコイルの通電電流量、吸入調量弁の弁体のリフト量のタイムチャートである（実施例１）。 吸入調量弁の構成を示す断面図である（実施例２）。 吸入調量弁の構成を示す断面図である（実施例３）。 プランジャリフト、ソレノイドコイルの通電電流量、吸入調量弁の弁体のリフト量のタイムチャートである（従来例、比較例）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
実施例１の吸入調量弁１を、図１〜図３を用いて説明する。
まず、吸入調量弁１が適用されるコモンレール式燃料噴射装置の燃料供給ポンプ２について説明する。
コモンレール式燃料噴射装置は、ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を供給するために用いられるものである。

コモンレール式燃料噴射装置は、燃料供給ポンプ２から吐出された燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール（図示せず）、コモンレールに蓄圧された燃料をエンジンの気筒内に噴射するインジェクタ（図示せず）等を備える。

燃料供給ポンプ２は、コモンレールの燃料がエンジンの状態に応じた目標圧力で蓄圧されるように、燃料タンクの燃料を吸入して加圧し吐出するものである。
燃料供給ポンプ２は、以下に説明する加圧室３、プランジャ４、カム機構（図示せず）、吸入調量弁１等を有する。

加圧室３は、フィードポンプ（図示せず）及び吸入調量弁１を経由して燃料タンクから燃料が供給される空間であり、この内部の燃料は後述するプランジャ４により加圧される。
加圧室３には、燃料を加圧室３へ吸入するための燃料吸入流路５と、加圧室３で加圧された燃料をコモンレールへ吐出するための燃料吐出流路６が接続されている。
燃料吸入流路５には後述する吸入調量弁１が設けられ、燃料吐出流路６には所定圧力で開弁する吐出弁７が設けられている。

プランジャ４は、燃料供給ポンプ２のシリンダボディ１０に形成されたシリンダ孔１０ａ内をシリンダ孔１０ａの軸方向に往復移動可能に配されている。
そして、シリンダ孔１０ａ内に設けられた加圧室３の容積をプランジャ４の移動により変化させる。

カム機構は、プランジャ４を駆動するための機構である。
カム機構は、エンジンのクランクシャフトの駆動力を受けて回転するカムを有し、カムの回転によってプランジャ４をシリンダ孔１０ａの軸方向に往復動させる周知の機構である。

吸入調量弁１は、燃料吸入流路５を開閉することで、加圧室３に吸入される燃料量（燃料吸入量）を調量する電磁弁である。

吸入調量弁１は、ハウジング１５、ハウジング１５内を摺動するロッド１６、ロッド１６の先端に配置される弁体１７、ロッド１６とともに弁体１７を駆動するための駆動手段等により構成されている。
以下、ロッド１６の摺動方向を軸方向といい、図示上方を軸方向一端側、図示下方を軸方向他端側という。

駆動手段は、ロッド１６を介して弁体１７を駆動するものであり、電磁アクチュエータ２０（アクチュエータ）、付勢手段２１、および、電磁アクチュエータ２０を制御する制御装置２２等で構成される。

電磁アクチュエータ２０は、通電時に磁界を形成する筒状のコイル２４と、コイル２４の内側に配されるとともにコイル通電時に磁化されるステータコア２５と、コイル２４の外周に配されてステータコア２５とともに磁気回路を形成するヨーク２６と、ステータコア２５に吸引されるアーマチャ２７とを備える。

コイル２４は筒状を呈し、その筒軸方向がロッド１６の軸方向となるように配されている。

ステータコア２５は、磁性部材（例えば、鉄などの強磁性材料）で形成されており、軸方向一端側に開口するスプリング収容孔２９を有する有底円筒状を呈しており、コイル２４内に配されている。

アーマチャ２７は、磁性部材（例えば、鉄などの強磁性材料）で形成されており、ステータコア２５の軸方向他端側に軸方向に対向するように配されるとともに、ロッド１６に固定されている。
なお、本実施例では、アーマチャ２７と弁体１７とが別体であるが、アーマチャ２７と弁体１７とが一体であってもよい。

付勢手段２１は、ロッド１６に固定されたアーマチャ２７を開弁方向（軸方向他端側）に付勢するものであり、本実施例では等ピッチ圧縮コイルバネである。付勢手段２１は、スプリング収容孔２９内に収容されている。

ハウジング１５には、ロッド１６を摺動自在に保持する摺動孔３１と、フィードポンプからの燃料が流入する燃料吸入流路５の一部をなす空間３２と、空間３２と加圧室３を連通させる開口３３とが形成されている。

空間３２は、摺動孔３１の軸方向他端側に設けられ、摺動孔３１の軸方向他端の開口から突出したロッド１６の周囲に空間３２が円筒状に形成されている。
開口３３は、開口面が軸方向に垂直な面となるように設けられている。
そして、この開口３３の加圧室側に面する開口縁が弁体１７が離着座するシート３５となっている。

ロッド１６は、先端（軸方向他端）が開口３３から軸方向他端側に突出しており、その先端に弁体１７が設けられている。このため、弁体１７は、加圧室３と開口３３との間で変位する。

弁体１７がシート３５に着座し状態であって、燃料吸入流路５が閉鎖される弁体位置を全閉位置という（図２参照）。
そして、弁体１７のシート３５からの軸方向距離（リフト量）が最大であって、燃料吸入流路５を流通して加圧室３に流入する燃料の流量（燃料吸入量）が最大となる弁体位置を全開位置という（図１参照）。
リフト量が大きいほど、加圧室３へ向かう燃料流路の流路面積が大きくなり、開口３３を通過して加圧室３へ流入する燃料の流量が大きくなっている。

制御装置２２は、コイル２４への通電を制御するための制御信号を出力するものであり、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置、入力装置、出力装置を有するマイクロコンピュータである。コイル２４への通電を制御することにより弁体１７の位置を制御する。

本実施例の吸入調量弁１は、コイル２４の非通電時の弁体位置が全開位置となっているノーマリオープンタイプである。そして、コイル２４への通電によって、アーマチャ２７が付勢手段２１の付勢力に抗しながらステータコア２５に吸引されて軸方向一端側へ移動することにより、弁体１７が、全開位置から全閉位置に移動する。

〔本実施例の特徴〕
本実施例の吸入調量弁１の制御装置２２は、弁体１７を全開位置から全閉位置に移動させる際、弁体１７を全閉位置にする前に、全開位置と全閉位置との間の中間位置に維持させ、その後、全閉位置に移動させる。

本実施例の特徴の詳細を説明するにあたり、まず、吸入調量弁１とプランジャ４の基本的な動作関係を簡単に説明する。
プランジャ４は、プランジャ４を駆動するカムのリフト量に応じてリフトする。
プランジャ４が上死点から下降しはじめるタイミングに合わせて吸入調量弁１は全開状態となる。吸入調量弁１が開いている期間は、プランジャ４の変位によるポンプ作用によって加圧室３に燃料が吸入される。

そして、プランジャ４が下死点を経て上昇しはじめ加圧室３の容量を減少している途中で、吸入調量弁１を全閉状態にする。吸入調量弁１が全閉状態となりプランジャ４がさらに上昇すると加圧室３内の燃料が加圧され、所定圧力で吐出弁７が開弁し、コモンレールに燃料が吐出される。そして、プランジャ４が下降し始めるタイミングに合わせて吸入調量弁１を開弁する。以上の繰り返しが吸入調量弁１とプランジャ４の基本的な動作である。
プランジャ４が１往復する期間において、吸入調量弁１が開いている期間を吸入期間と呼び、吸入調量弁１が閉じている期間を圧送期間と呼ぶことにする。

本実施例の制御装置２２による弁体位置を、図３を用いて以下で説明する。
まず、プランジャ４が上死点から下降しはじめるタイミングに合わせて吸入調量弁１を非通電状態にして、弁体１７を全開位置にする。
その後、十分な燃料吸入量を得られたと推測できるタイミング（例えば、プランジャ４が上昇していく途中）で弁体１７を中間位置にする。そして、圧送期間を開始したいタイミングを見計らって弁体１７を中間位置から全閉位置にする。

つまり、全開位置から全閉位置に移行する際に、中途半端に閉じる状態を経て全閉にするという２段階で閉じるようにしている。

具体的な制御としては、例えば、コイル２４への通電電流を２段階で指令している。
定常状態では、コイル２４への通電ＯＦＦ状態であり、弁体１７は全開位置にある。
そして、十分な燃料吸入量を得られたと推測できるタイミング（例えば、プランジャ４が上昇していく途中）で、コイル２４への通電をＯＮにし、電流値Ｉａに維持する。これにより、アーマチャ２７が電流値Ｉａに応じた吸引力で吸引され、吸引力と付勢手段２１から受ける力とが釣り合う位置で停止する。この位置が中間位置（全閉位置と全開位置との間の所定の位置）となるように電流値Ｉａが設定されている。

そして、その後、圧送期間を開始したいタイミングを見計らって、コイル２４への通電電流を電流値Ｉｂにまで増加させる。これにより、弁体１７が中間位置から全閉位置に移動する。
なお、電流値を指令してから実際に弁体１７が動き出すまでには応答時間があるため、その応答時間を加味して電流値を指令することは言うまでもない。

〔本実施例の作用効果〕
本実施例によれば、全開位置でのリフト量を大きくして加圧室３への燃料吸入流路の流路面積を大きくして吸入効率を向上させつつ、圧送期間の開始応答性（つまり、開弁状態からの閉弁応答性）を向上させることができる。

つまり、本実施例の構成によれば、ある程度、加圧室３に燃料を吸入できたところで、弁体１７を全開位置から中間位置にし、開弁状態から全閉状態への切り替えは、中間位置から全閉位置へ移動によって実施する。このため、圧送期間の開始応答性は、中間位置のリフト量に依存する。

本実施例の全開位置でのリフト量は、図６に示す従来例における全開位置でのリフト量よりも大きく、図６に示す比較例における全開位置でのリフト量と同じである。
このため、本実施例では、従来例よりも加圧室３への燃料吸入流路の流路面積が大きく、吸入効率がよい。
比較例では中間位置にしてから全閉位置にするという制御ができないため、全開位置から全閉位置に移動させなければ圧送期間が始まらない。比較例では、従来例よりも全開位置から全閉位置に移動させるまでにかかる時間（閉弁時間）が長くなるため、圧送期間の開始が遅れてしまう。このため、圧送期間が短くなり、吐出量が低減してしまう。

これに対して、本実施例では、中間位置から全閉位置に移動させれば圧送期間が始まる。このため中間位置を図６に示す従来例の全開位置でのリフト量程度にしておけば、従来例と同様の閉弁応答性を得ることができる。
従って、本実施例では、従来例よりも高い吸入効率を得つつ、従来例と同程度の閉弁応答性を確保することが可能となる。

〔実施例２〕
実施例２の吸入調量弁１を、実施例１とは異なる点を中心に、図４を用いて説明する。
なお、実施例１と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。

吸入調量弁１では、付勢手段２１が、バネ定数の異なる２つのバネ部２１ａ、２１ｂを有する不等ピッチバネである。バネ定数の小さい方をバネ部２１ａ、バネ定数が大きい方をバネ部２１ｂとする。
そして、弁体１７が全開位置から中間位置に移動する際には、アーマチャ２７がバネ定数の小さいバネ部２１ａの付勢力に抗しながら移動する。そして、弁体１７が中間位置から全閉位置に移動する際には、アーマチャ２７がバネ定数の大きいバネ部２１ｂの付勢力に抗しながら移動する。

これによれば、弁体１７の弁体位置を中間位置に維持しやすくなる。
電流制御だけでも実施可能ではあるが、全開位置から中間位置にするまでに付勢手段２１から受ける付勢力と、中間位置から全閉位置にするまでに付勢手段２１から受ける付勢力とが段階的に異なっている方が、電流の段階的制御と組み合わせて、弁体１７の弁体位置を中間位置に維持しやすくなる。
すなわち、電流値Ｉａをバネ部２１ａを圧縮するのに要する吸引力を発生させる電流値とし、電流値Ｉｂをバネ部２１ｂの圧縮を開始するのに要する吸引力を発生させる電流値とすればよい。

〔実施例３〕
実施例３の吸入調量弁１を、実施例１とは異なる点を中心に、図５を用いて説明する。
なお、実施例１と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。

本実施例の吸入調量弁１では、付勢手段２１が、バネ定数の異なる２つのバネ２１ｃ、２１ｄからなっている。バネ定数が小さい方をバネ２１ｃ、バネ定数が大きい方をバネ２１ｄとする。
本実施例では、ステータコア２５に実施例１のスプリング収容孔２９の替わりに、２つのスプリング収容孔２９ｃ、２９ｄが設けられている。
ステータコア２５は、有底円筒状を呈しており、筒内周面に内鍔部２５ａを有している。
内鍔部２５ａよりも軸方向一端側がバネ２１ｄが収容されるスプリング収容孔２９ｄとなっており、内鍔部２５ａよりも軸方向他端側がバネ２１ｃが収容されるスプリング孔２９ｃとなっている。

内鍔部２５ａの内側には軸方向に移動可能な可動ロッド４０が設けられている。可動ロッド４０の軸方向一端はスプリング収容孔２９ｄに突出しており、内鍔部２５ａに軸方向一端側から係止可能なフランジ４０ａが形成されている。
バネ２１ｄは一端がステータコア２５の底に係止され、他端がフランジ４０ａに係止されている。

可動ロッド４０の軸方向他端はスプリング収容孔２９ｃに突出している。そして、アーマチャ２７には可動ロッド４０に軸方向に対向する突出部２７ａが設けられている。
バネ２１ｃは一端が内鍔部２５ａに係止され、他端がアーマチャ２７に係止されている。

アーマチャ２７は軸方向一端側に移動していく際、まずはバネ２１ｃを圧縮させながら移動し、突出部２７ａが可動ロッド４０に当接してからは、可動ロッド４０を介してバネ２１ｄを圧縮させながら移動する。

本実施例によっても、実施例２と同様の作用効果を奏する。

〔変形例〕
上記の実施例では、吸入調量弁１がノーマリオープンタイプであったが、ノーマリクローズタイプであってもよい。すなわち、弁体１７が付勢手段２１により閉弁方向に付勢されており、コイル２４への通電によって、アーマチャ２７が付勢手段２１の付勢力に抗して弁体１７を開弁方向に移動させるタイプであってもよい。
ノーマリクローズタイプの場合は、コイル２４への通電をＯＦＦにする前に、弁体１７を全開位置から中間位置に移動させるという制御を行うことになる。

また、上記の実施例では、弁体１７を駆動するアクチュエータが電磁アクチュエータ２０であったが、これに限らずピエゾアクチュエータ等であってもよい。

１ 吸入調量弁、２ 燃料供給ポンプ、３ 加圧室、５ 燃料吸入流路、１７ 弁体、２０ アクチュエータ、２１ 付勢手段、２２ 制御装置、３５ シート

Claims (4)

1. 燃料供給ポンプ（２）の加圧室（３）に吸入される燃料が流通する燃料吸入流路（５）の途中に設けられたシート（３５）に離着座することで、前記燃料吸入流路（５）を開閉する弁体（１７）と、
   前記弁体（１７）を開弁方向もしくは閉弁方向に付勢する付勢手段（２１）と、
   前記付勢手段の付勢力に抗して前記弁体（１７）を変位させるアクチュエータ（２０）と、
   前記アクチュエータ（２０）の駆動を制御することで前記弁体（１７）の位置を制御する制御装置（２２）とを備える吸入調量弁であって、
   前記シート（３５）からの前記弁体（１７）のリフト量が最大であって、前記燃料吸入流路（５）を流通して前記加圧室（３）に流入する燃料の流量が最大となる前記弁体の位置を全開位置とし、前記シート（３５）に前記弁体（１７）が着座する前記弁体の位置を全閉位置とすると、
   前記制御装置（２２）は、前記弁体（１７）を前記全開位置から前記全閉位置に移動させる際、前記弁体（１７）を前記全閉位置にする前に、前記全開位置と前記全閉位置との間の中間位置に維持させ、その後、前記全閉位置に移動させることを特徴とする吸入調量弁。
2. 請求項１に記載の吸入調量弁において、
   前記アクチュエータ（２０）は、電磁アクチュエータであって、
   ソレノイドコイル（２４）への通電により励磁されて、前記付勢手段（２１）の付勢力に抗して移動するアーマチャ（２７）を有し、
   前記弁体（１７）は前記アーマチャ（２７）の移動に伴って移動し、
   前記制御装置（２２）は、前記ソレノイドコイル（２４）に通電する電流を制御することにより、前記弁体（１７）を前記中間位置に維持させることを特徴とする吸入調量弁。
3. 請求項１または２に記載の吸入調量弁において、
   前記付勢手段（２１）は、バネ定数の異なる２つのバネ部（２１ａ、２１ｂ）を有する不等ピッチバネであることを特徴とする吸入調量弁。
4. 請求項１または２に記載の吸入調量弁において、
   前記付勢手段（２１）は、バネ定数の異なる２つのバネ（２１ｃ、２１ｄ）からなっていることを特徴とする吸入調量弁。
   
   

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