JP4093176B2 - 圧力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体通路における流体の圧力を一定に制御する圧力制御装置に関する。

例えばポンプなどの加圧手段から吐出された流体は、ポンプの特性、あるいはポンプの吐出側に設置される機器の特性によって常に圧力が変動する。そのため、ポンプの吐出側には加圧手段から吐出された流体の圧力を調整する圧力制御装置が設置されている。例えば、燃料供給装置の場合、燃料ポンプから吐出された燃料はインジェクタから噴射される。インジェクタから噴射される燃料の圧力を一定に維持するため、燃料ポンプとインジェクタとの間には圧力制御装置が設置されている。

このような圧力制御装置として、例えば特許文献１に開示されている燃料供給装置に適用されている圧力制御装置が公知である。特許文献１に開示されている燃料供給装置の場合、ポンプで加圧された燃料は圧力制御装置により一定の圧力に制御される。圧力の制御によって余剰となった燃料は、圧力制御装置から燃料タンクへ還流される。

ＷＯ９６／１４５０６号のパンフレット

しかしながら、特許文献１に開示されている燃料供給装置の圧力制御装置のように、弁部材の移動により流体の圧力を制御する場合、弁部材と弁部材が着座するシート部との間を通過した流体は急激に減圧される。例えば、図５に示すような圧力制御装置１００の場合、ポンプで加圧された流体は流入部１０１へ流入する。流入した流体は、弁部材１１０のシール部１１１とボディ１０２のシート部１０３との間を通過して、排出部１０４から圧力制御装置１００の外部へ排出される。排出部１０４側はポンプ側よりも低圧に設定され、かつテーパ状のボディ１０２の内壁と弁部材１１０の外壁との間に形成される流路１０５は下流側すなわち排出部１０４に向けて断面積が拡大している。そのため、シート部１０３とシール部１１１との間を通過した流体は、シート部１０３とシール部１１１との間を通過した直後、急激に減圧される。その結果、図５の破線で示す領域Ａ付近では、流体の圧力低下にともなって気泡すなわちベーパが発生しやすくなる。特に、燃料供給装置が扱うガソリンなどの燃料の場合、沸点が低いためベーパの発生を招きやすい。ベーパを含む流体は圧力変動が大きい。そのため、圧力制御装置１００の排出部１０４からベーパを含む流体が排出されると、排出部１０４の周囲において流体の圧力変動にともなう振動や騒音の発生を招くという問題がある。

そこで、本発明の目的は、流体の急激な減圧を低減し、ベーパの発生、ならびにベーパの発生にともなう振動や騒音が低減される圧力制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、弁部材は中空状に形成され、シール部の近傍に穴部を有している。弁部材は、シール部とは反対の開放部においてボディの外部の流体溜まりに開放されている。そのため、弁部材の内周側は流体溜まりに蓄えられている流体によって満たされている。流入部へ流入した流体がシート部とシール部との間を通過することにより圧力が低下すると、圧力が低下した流体には弁部材の内周側から穴部を経由して流体が補給される。これにより、シート部とシール部との間を通過した流体の急激な減圧が低減され、ベーパの発生が低減される。したがって、排出部から排出される流体にはベーパが含まれず、流体の排出による振動および騒音の発生を低減することができる。

また、請求項１記載の発明では、穴部は反開放部側の端部がシート部と排出部との間においてボディの内壁と弁部材の外壁との間に形成される空間に開口している。シート部はボディのテーパ状の内壁に形成されているため、シート部と排出部との間においてボディの内壁と弁部材の外壁との間に形成される空間すなわち流体の流路は排出部に向かうにしたがって断面積が拡大している。そのため、シート部と排出部との間では、シート部とシール部との間を通過した流体の減圧が生じやすい。そこで、穴部がシート部と排出部との間に開口することにより、流体の減圧が生じやすい部位へ流体が補給される。これにより、シート部とシール部との間を通過した流体の急激な減圧が低減され、ベーパの発生が低減される。したがって、排出部から排出される流体にはベーパが含まれず、流体の排出による振動および騒音の発生を低減することができる。

さらに、請求項１記載の発明では、穴部の断面積は弁部材とシート部との間に形成される開口の面積よりも大きく設定されている。そのため、シール部とシート部との間を通過する流体には十分な量の流体が補給される。これにより、シート部とシール部との間を通過した流体の急激な減圧ならびに縮流の形成が低減され、ベーパの発生が低減される。したがって、排出部から排出される流体にはベーパが含まれず、流体の排出による振動および騒音の発生を低減することができる。

請求項２記載の発明では、弁部材は付勢手段の少なくとも一部を内側に収容している。弁部材は中空状に形成されているため、弁部材は内周側に空間を有している。この空間に付勢手段の少なくとも一部を収容することにより、弁部材の軸方向において弁部材および付勢手段の長さは低減される。したがって、弁部材および付勢手段の設置に要する空間を低減でき、小型化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による圧力制御装置を車両の燃料供給装置に適用した例を図２に示す。燃料供給装置１０は、車両に搭載されている燃料タンク１１の内部に収容されている。燃料タンク１１は図示しない開口部を有しており、燃料供給装置１０は開口部から燃料タンク１１の内部に収容される。
燃料供給装置１０は、サブタンク１２、サクションフィルタ１３、燃料ポンプ１４、燃料フィルタ１５および圧力制御装置３０を備えている。サブタンク１２は、有底の筒状であり、上方が開口している。サブタンク１２は、樹脂により形成されている。サブタンク１２には、サクションフィルタ１３、燃料ポンプ１４、燃料フィルタ１５および圧力制御装置３０が収容されている。サクションフィルタ１３は、燃料ポンプ１４がサブタンク１２の内部から吸入する燃料に含まれる比較的大きな異物を捕集する。

燃料ポンプ１４は、内部に図示しないモータを有している。モータには図示しない回転部材であるインペラが取り付けられており、回転部材はモータの回転によって回転する。燃料ポンプ１４は、回転部材の回転によって燃料吸引力を発生する。燃料ポンプ１４は、サクションフィルタ１３側に設置されている吸入口１４１からサクションフィルタを通過した燃料を吸入する。吸入された燃料は、回転部材の回転によって加圧され、吐出口１４２から吐出される。燃料ポンプ１４から吐出された燃料は燃料フィルタ１５へ流入する。

燃料フィルタ１５は、燃料ポンプ１４から吐出された燃料に含まれる比較的小さな異物を捕集する。燃料フィルタ１５には燃料供給手段２０が接続している。燃料供給手段２０は、インジェクタ２１、燃料レール２２および燃料通路２３を有している。インジェクタ２１は、図示しないエンジンの各気筒に対応して搭載され、エンジンの燃焼室に吸入される吸気に燃料を噴射する。なお、インジェクタ２１は、エンジンの燃焼室に接続する吸気通路を流れる吸気に燃料を噴射する構成としてもよく、エンジンの燃焼室に吸入された吸気に燃料を噴射する構成としてもよい。燃料レール２２は、燃料ポンプ１４から供給された燃料を各インジェクタ２１に分配する。燃料通路２３は、図示しない配管部材により形成され、燃料フィルタ１５と燃料レール２２とを接続している。燃料ポンプ１４から吐出された燃料は、燃料フィルタ１５を通過した後、燃料通路２３および燃料レール２２を経由してインジェクタ２１へ供給され、インジェクタ２１から噴射される。

燃料ポンプ１４の吐出側に接続する燃料通路２３からは流体通路としての圧力制御通路２４が分岐している。圧力制御通路２４の反燃料通路側の端部には圧力制御装置３０が接続している。圧力制御装置３０は、圧力制御通路２４の反燃料通路側の端部に設置され、圧力制御通路２４、ならびに圧力制御通路２４に接続する燃料通路２３を流れる燃料の圧力を所定の圧力に制御する。圧力制御装置３０による圧力の制御によって余剰となった燃料は、流体溜まりとしてのサブタンク１２へ排出される。

次に、圧力制御装置３０について詳細に説明する。
圧力制御装置３０は、図１に示すようにボディ３１、弁部材４０、ならびに付勢手段としてのコイル状のスプリング３２を備えている。圧力制御装置３０はサブタンク１２の内部に収容されている。ボディ３１は、筒状に形成され、内部に弁部材４０およびスプリング３２を収容している。ボディ３１は、軸方向の一方の端部に圧力制御通路２４に接続する流入部３３を有している。また、ボディ３１は、軸方向の他方の端部にスプリング３２を保持する蓋部材３４を有している。蓋部材３４は、径方向外側の端部がボディ３１の内壁に形成されている溝３５に挿入されている。これにより、蓋部材３４はボディ３１の内周側に固定されている。ボディ３１は、それぞれ内径の異なる小径部５１および大径部５２、ならびに小径部５１と大径部５２とを接続するテーパ部５３を有している。テーパ部５３は、小径部５１から大径部５２にかけて徐々に内径が拡大する円錐台面を形成している。このテーパ部５３には弁部材４０が着座するシート部３６が形成されている。

ボディ３１は、大径部５２に内壁と外壁とを接続する穴部を有している。この穴部は排出部５４である。排出部５４は、ボディ３１の径方向へ伸びて形成されている。小径部５１は、燃料通路２３から圧力制御通路２４を経由して燃料が流入する流入部３３を形成する。ボディ３１の大径部５２および蓋部材３４は、弁部材４０およびスプリング３２を収容する収容室５５を形成している。蓋部材３４は中心部に穴部３７を有している。穴部３７は、収容室５５とボディ３１の外側すなわちサブタンク１２の内部とを接続している。

弁部材４０は、底部４１および筒部４２を有する中空の略円筒状に形成されている。弁部材４０は、反底部側に開放部４３を有している。底部４１の反開放部側の端部近傍の外壁には、シート部３６に接触可能なシール部４４が形成されている。シール部４４がシート部３６に着座することにより、流入部３３と排出部５４との間は閉鎖される。筒部４２には、径方向外側に突出するガイド部４５、４６が設置されている。ガイド部４５、４６は、筒部４２の軸方向において二か所設置されている。ガイド部４５、４６の外径は、ボディ３１の大径部５２の内径よりもわずかに小さい。そのため、弁部材４０のガイド部４５、４６とボディ３１の大径部５２の内壁とは摺動部を形成する。なお、ガイド部４５、４６は、弁部材４０の軸方向において二か所に限らず一か所以上であれば任意に設置してよい。また、ガイド部４５、４６は、弁部材４０の周方向において連続または不連続のいずれに形成してもよい。ガイド部４５、４６とボディ３１の内壁とが摺動することにより、弁部材４０は軸方向への移動が案内される。

弁部材４０は、シール部４４の近傍に穴部４７を有している。穴部４７は、筒状の弁部材４０の内壁と外壁とを接続している。穴部４７の断面積すなわち穴部４７の軸に垂直な断面の面積は、シール部４４がシート部３６から離座したとき、シール部４４とシート部３６との間に形成される隙間の面積よりも十分に大きい。なお、弁部材４０が複数の穴部４７を有する場合、穴部４７の断面積の総和がシール部４４とシート部３６との間に形成される隙間の面積よりも大きくなればよい。また、弁部材４０の反底部側の端部は、開放部４３および蓋部材３４に形成されている穴部３７を経由してボディ３１の外側すなわちサブタンク１２の内側に開放されている。これにより、穴部４７はサブタンク１２の内側に接続している。穴部４７は、弁部材４０の軸にほぼ垂直、あるいは弁部材４０の軸に対し任意の角度をなして形成されている。

穴部４７は、図３に示すように反サブタンク側の端部が拡大室３８に開口している。拡大室３８は、シート部３６から排出部５４までの間においてボディ３１の内壁と弁部材４０の外壁との間に形成される空間である。シート部３６はボディ３１のテーパ部５３に形成されているため、拡大室３８は排出部５４に向かうにしたがって燃料の流れる流路の断面積が拡大している。
スプリング３２は、軸方向の一方の端部が弁部材４０の底部４１に接しており、他方の端部が蓋部材３４に接している。スプリング３２は、伸長方向の力を有しているため、弁部材４０をシート部３６方向へ押し付ける。なお、付勢手段としては、例えば板状のスプリングなど弁部材４０をシート部３６方向へ押し付け可能な部材であればコイル状のスプリングに限られない。

燃料ポンプ１４が作動すると、サブタンク１２の内部に蓄えられている燃料はサクションフィルタ１３を経由して燃料ポンプ１４に吸入される。吸入された燃料は、燃料ポンプ１４により加圧され、燃料ポンプ１４から吐出される。燃料ポンプ１４から吐出された燃料は、燃料フィルタ１５および燃料通路２３を経由してインジェクタ２１へ供給されるとともに、一部が燃料通路２３から分岐する圧力制御通路２４を経由して圧力制御装置３０の流入部３３に流入する。弁部材４０は、流入部３３に流入した燃料によりスプリング３２の押し付け方向とは逆方向へ押し付けられる。すなわち、弁部材４０は、燃料によりシート部３６から離座する方向へ押し付けられる。燃料通路２３および圧力制御通路２４における燃料の圧力が所定値よりも小さいとき、流入部３３の燃料が弁部材４０を反シート方向へ押し付ける力はスプリング３２が弁部材４０をシート部３６方向へ押し付ける力よりも小さい。そのため、弁部材４０はシート部３６に着座した状態を維持する。

燃料通路２３および圧力制御通路２４における燃料の圧力が所定値よりも大きくなると、流入部３３の燃料が弁部材４０を反シート部方向へ押し付ける力はスプリング３２が弁部材４０をシート部３６方向へ押し付ける力よりも大きくなる。そのため、弁部材４０はシート部３６から離座する。弁部材４０がシート部３６から離座すると、流入部３３へ流入した燃料は弁部材４０のシール部４４とボディ３１のシート部３６との間を通過する。そして、シール部４４とシート部３６との間を通過した燃料は、排出部５４からサブタンク１２の内部へ排出される。

このとき、圧力制御通路２４から流入部３３へ流入する燃料は、燃料ポンプ１４により加圧されている。一方、排出部５４はサブタンク１２の内部に開放されているため、排出部５４側は流入部３３と比較して燃料の圧力は低くなる。また、シール部４４とシート部３６との間は流入部３３に比較して燃料が通過可能な面積が小さいため、燃料はシール部４４とシート部３６との間において絞られる。さらに、シール部４４とシート部３６の下流側に位置する拡大室３８は、排出部５４に向かうにしたがって断面積が拡大している。その結果、流入部３３から排出部５４へ流れる燃料は、シール部４４とシート部３６との間を通過した直後、急激に圧力が低下する。

本実施形態では、弁部材４０はシール部４４の近傍に穴部４７を有している。弁部材４０は反底部側に開放部４３を有しているため、サブタンク１２の内部に圧力制御装置３０を設置したとき、弁部材４０の内周側はサブタンク１２に蓄えられている燃料によって満たされている。すなわち、穴部４７は弁部材４０の内周側を経由して拡大室３８とサブタンク１２との間を接続している。そのため、弁部材４０の内周側の燃料は、サブタンク１２の内部における燃料の圧力とほぼ同一となる。シール部４４とシート部３６との間を通過した燃料の圧力が低下すると、弁部材４０の外周側と内周側との間の燃料には圧力差が形成される。そして、弁部材４０の外周側における燃料の圧力が弁部材４０の内周側における燃料の圧力よりも低下すると、弁部材４０の内周側に蓄えられている燃料は穴部４７を経由して外周側へ吸い出される。これにより、シール部４４とシート部３６との間を通過し圧力が低下した燃料には、穴部４７を経由して弁部材４０の内周側から燃料が補給される。その結果、シール部４４とシート部３６との間を通過した燃料は、拡大室３８における圧力低下が緩和される。圧力が低下した燃料は、排出部５４からサブタンク１２の内部へ排出される。

燃料通路２３および圧力制御通路２４における燃料の圧力が所定値よりも大きくなると、圧力制御装置３０の弁部材４０はシート部３６から離座し、余剰の燃料は燃料通路２３および圧力制御通路２４からサブタンク１２の内部へ排出される。これにより、燃料通路２３および圧力制御通路２４における燃料の圧力は低下し、燃料通路２３および圧力制御通路２４における燃料は所定の圧力に制御される。その結果、インジェクタ２１は常に一定の圧力の燃料を噴射する。

本発明の一実施形態では、弁部材４０はシール部４４の近傍に内壁と外壁とを接続する穴部４７を有している。そのため、シール部４４とシート部３６との間を通過した燃料の圧力が弁部材４０の外周側において低下すると、弁部材４０の内外の圧力差により、弁部材４０の内周側から外周側へ穴部４７を経由して燃料が吸い出される。これにより、弁部材４０の外周側で圧力が低下した燃料には、弁部材４０の内周側から燃料が補給される。その結果、シール部４４とシート部３６との間を通過した燃料の圧力低下は緩和される。したがって、燃料の圧力低下にともなうベーパの発生を低減することができる。また、ベーパの発生を低減することにより、排出部５４からのベーパを含む燃料の排出は低減され、振動および騒音の発生を低減することができる。

また、穴部４７は一方の端部が拡大室３８に開口している。拡大室３８はボディ３１のテーパ部５３と弁部材４０との間に形成されるため、排出部５４に向かうにしたがって燃料の流れる流路の断面積が拡大している。そのため、拡大室３８ではシール部４４とシート部３６との間を通過した燃料の圧力低下が生じやすい。穴部４７の一方の端部が拡大室３８に開口することにより、弁部材４０の内周側に蓄えられている燃料は燃料の圧力低下が生じやすい部位、すなわちシール部４４およびシート部３６の近傍に補給される。したがって、燃料の急激な圧力低下にともなうベーパの発生を低減することができる。

また、穴部４７の断面積すなわち穴部４７の軸に垂直な断面の面積の総和は、シール部４４がシート部３６から離座したとき、シール部４４とシート部３６との間に形成される隙間の面積よりも十分に大きい。そのため、シール部４４とシート部３６との間を通過する燃料には弁部材４０の内周側から十分な量の燃料が補給される。したがって、シート部３６とシール部４４との間を通過した燃料の急激な減圧が低減され、ベーパの発生を低減することができる。

一実施形態では、スプリング３２の底部４１側の端部を含む大部分は弁部材４０の内周側に収容されている。これにより、弁部材４０とスプリング３２とを含めた軸方向の全長は、スプリング３２を弁部材４０に収容しない場合と比較して低減される。したがって、弁部材４０およびスプリング３２の設置に要する空間を低減することができるとともに、圧力制御装置３０の体格を小型化することができる。

（その他の実施形態）
本発明の圧力制御装置の変形例を図４に示す。図１に示す本発明の一実施形態では、弁部材４０の反蓋部材側の端部が平面状に形成されている。また、弁部材４０のシール部４４は、略円筒状の外壁に形成されている。
図４に示す変形例では、弁部材４０は球面部４８を有している。球面部４８は筒部４２の反開放部側の端部に筒部４２と一体に接続されている。これにより、シール部４９は球面部４８に形成される。シール部４９を球面部４８に形成することにより、ボディ３１のテーパ部５３に形成されるシート部３６には球面状のシール部４９が接触する。そのため、弁部材４０がわずかに傾いても、シール部４９は常にシート部３６に着座する。したがって、ボディ３１と弁部材４０との間の密閉度を向上することができる。

以上説明した一実施形態では、圧力制御装置を燃料供給装置に適用する例について説明した。しかし、流体は燃料に限らず、液体または気体の種々の流体を適用することができる。また、燃料供給装置に限らず、流路を流れる流体の圧力を制御する必要がある装置であれば、本発明の圧力制御装置を適用することができる。

本発明の一実施形態による圧力制御装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態による圧力制御装置を適用した燃料供給装置を示す模式図である。 図１のIII部分を拡大した拡大図である。 本発明の一実施形態による圧力制御装置の変形例を示す断面図である。 従来の圧力制御装置の要部を示す断面図である。

符号の説明

１２ サブタンク（流体溜まり）、２４ 圧力制御通路（流体通路）、３０ 圧力制御装置、３１ ボディ、３２ スプリング（付勢手段）、３３ 流入部、３６ シート部、３８ 拡大室、４０ 弁部材、４３ 開放部、４４ シール部、４７ 穴部、４９ シール部、５４ 排出部

Claims (2)

1. 流体通路に接続する流入部、外部に接続している排出部、ならびに前記流入部と前記排出部との間に配置されシート部が形成されているテーパ状の内壁を有する筒状のボディと、
   前記ボディの内側を軸方向へ往復移動可能であって、前記シート部に着座することにより前記流入部と前記排出部との間を遮断し、前記流入部における流体の圧力が所定の圧力になると前記シート部から離座し前記流入部と前記排出部とを接続する弁部材と、
   前記弁部材を前記シート部方向へ押し付ける付勢手段とを備え、
   前記弁部材は、中空状に形成され、一方の端部の外壁に前記シート部に接触するシール部、他方の端部に前記ボディの外部の流体溜まりに開放されている開放部、ならびに前記シール部の近傍において前記外壁と内壁とを接続する穴部を有し、
   前記穴部は、反開放部側の端部が前記シート部と前記排出部との間において前記ボディの内壁と前記弁部材の外壁との間に形成される空間に開口しており、
   前記穴部の断面積は、前記弁部材が前記シート部から離座したとき前記シール部と前記シート部との間に形成される開口の面積よりも大きいことを特徴とする圧力制御装置。
2. 前記弁部材は、前記付勢手段の少なくとも一部を内側に収容していることを特徴とする請求項１記載の圧力制御装置。

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