JP4145215B2 - 内燃機関用流体回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関を制御するための負荷と圧油源との間に設けられる内燃機関用流体回路に関し、特に、主弁とこの主弁を制御するパイロット制御電磁弁とを備える内燃機関用流体回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関を制御するための負荷としては、内燃機関の燃料噴射弁へ燃料を増圧して供給する増圧ピストン、又は、内燃機関からの排気を制御する排気弁がある。この増圧ピストン又は排気弁を作動させるために、これらと圧油源との間に主弁を備える内燃機関用流体回路が設けられる。
【０００３】
従来、この種の内燃機関用流体回路として、電磁弁を主弁に用い、圧油源の圧油をこの電磁弁から直接増圧ピストンのような負荷側へ供給するものが知られている(特公平５−４４５３９号公報参照)。
通常、内燃機関用流体回路では、大流量かつ高圧の流体が主弁で制御される。そのため、主弁に電磁弁を用いると、燃料噴射特性を良好とするために、電磁弁の応答性が高いことが要求される。しかし、オンオフ型の電磁弁のみによる制御では限界がある。
【０００４】
【特許文献１】
特公平５−４４５３９号公報
【特許文献２】
特許第２８３１１３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、電磁弁からの圧力をパイロット圧とし、このパイロット圧により別途設けた主弁を制御する方式のものが提案されている(特許第２８３１１３７号公報参照)。しかしながら、このパイロット圧を用いたものでは、主弁の背圧をタンクに解放するようにしているため、この背圧分の流体が無駄になってしまう。そして、この背圧分の流体が無駄に使用される結果、主弁による圧油源から負荷への圧油の供給が遅れる。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、負荷に対する応答性をより高めた内燃機関用流体回路を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の発明は、内燃機関を制御するための負荷Ａと圧油源Ｐとの間に設けられる主弁２と、この主弁２を制御するパイロット制御電磁弁３とを備える内燃機関用流体回路１であって、前記主弁２が、圧油源Ｐに接続される入力ポート２７と、負荷Ａ側に連絡される供給通路６に接続される出力ポート２６と、背圧室２４と、この背圧室２４の圧力降下に応じて前記入力ポート２７と前記出力ポート２６とを連通させる主弁体２２とを有し、前記パイロット制御電磁弁３が、前記主弁２の背圧室２４に接続される制御ポート３９と、出口ポート３８と、ソレノイド３２に対する信号に応じて切り換えられ前記制御ポート３９と前記出口ポート３８とを連通遮断する弁体又はスプール３４とを有し、前記パイロット制御電磁弁３の前記出口ポート３８が前記主弁２からの前記供給通路６に接続されてなる。
この構成によると、パイロット制御電磁弁３のソレノイド３２に対する信号を切り換え、制御ポート３９と出口ポート３８とを連通させる位置にすると、主弁２の背圧室２４の圧油が制御ポート３９から出口ポート３８を経て負荷Ａ側の供給通路６に接続され、背圧室２４の圧力が下がり、入力ポート２７と出力ポート２６とが連通し、圧油源Ｐの圧油が主弁２を経て負荷Ａ側に流される。
【０００８】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記パイロット制御電磁弁３が、前記圧油源Pに接続される入口ポート４０を有し、前記弁体又はスプール３４が、前記入口ポート４０と前記制御ポート３９とが連通する第1切換位置と、前記制御ポート３９と前記入口ポート４０との連通を遮断し前記制御ポート３９と前記出口ポート３８を連通する第２切換位置とに切り換えられる。
この構成によると、制御ポート３9と出口ポート３８を連通する第２切換位置になると同時に、制御ポート３９と入口ポート４０との連通が遮断されるため、入力ポート４０を経て制御ポート３９に流れる圧油が止められ、主弁２の背圧室２４の圧油の供給通路６への排出が迅速に行われる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記主弁２が、弁孔２３を有する本体２１と、前記弁孔２３内に形成され前記主弁体２２が着座可能な弁座２１ａとを有し、前記背圧室２４が前記主弁体２２の前記弁座２１ａとの着座側とは反対側に区画され、前記出力ポート２６が前記弁座２１ａの前記背圧室２４とは反対側に開口し、前記入力ポート２７が前記弁座２１ａの前記背圧室２４側で前記主弁体２２の側方に開口する。
この構成によると、入力ポート２７から主弁体２２と弁孔２３の間を介して漏れ出る油が背圧室２４に入るようになる。
【００１０】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記負荷Aが、前記供給回路6からの圧力供給を受けて燃料を増圧し、燃料噴射弁１０２へ供給する増圧ピストン１０１である。
この構成によると、増圧ピストン１０１に対する圧油供給の応答性を高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図1に従って説明する。図１は、第1実施形態に係る内燃機関用流体回路を構成する主弁及びパイロット制御電磁弁の断面とそれらの接続関係を示す図である。
【００１２】
図1において、内燃機関用流体回路1は、主弁2とパイロット制御電磁弁3とを備えてなり、圧油源Pと負荷Aの間に配設される。圧油源Pは、通路５、主弁２、負荷Aを介して、供給通路６に接続される。主弁２の背圧室２４は、通路７、パイロット制御電磁弁３、通路８、逆止弁９を介して供給通路６に接続される。また、圧油源Pは、通路５から分岐する通路１０を介してパイロット制御電磁弁３の入口ポート４０に接続される。
【００１３】
主弁２は、弁孔２３が形成された本体２１と、弁孔２３に摺動自在に嵌入される主弁体２２とを有する。本体２１の弁孔２３内には、主弁体２２の先端２２ａが着離座可能な弁座２１ａが設けられる。この弁座２１ａ及び主弁体２２の先端２２ａとによりポペット形式のオンオフ開閉弁が形成される。主弁体２２の先端２２ａと反対側に本体２１によって背圧室２４が区画される。この背圧室２４には、主弁体２２を弁座２３の方向に付勢する戻しバネ２５が配設されている。弁座２１ａが設けられた本体２１に、背圧室２４と反対側になるように出力ポート２６が開口している。本体２１の弁座２１ａの背圧室２４の側であって、本体２１の側面に、入力ポート２７に連通する孔２８が開口している。
【００１４】
この主弁２は以下のように作動する。入力ポート２７と背圧室２４に圧油源Ｐの圧油が作用している図示の状態では、背圧室２４の圧油による押圧力および戻しバネ２５の付勢力により、主弁体２２は弁座２１ａに着座している。背圧室２４が供給通路６と連通すると、（受圧面積Ａ１−受圧面積Ａ２）×圧油源Ｐの圧力の押圧力が戻しバネ２５の付勢力に打ち勝ち、主弁体２２は弁座２１ａから離座する。
【００１５】
パイロット制御電磁弁３は、弁部３１と、ソレノイド部３２とからなる。弁部３１は、スリーブ３３と、このスリーブ３３内に軸方向摺動自在に設けられた弁体としてのスプール３４とを有する。スリーブ３３の径方向に貫通する３つの孔３５，３６，３７が軸方向に所定間隔を隔てて開口している。孔３５は出力ポート３８に連通し、孔３６は制御ポート３９に連通し、孔３７は入口ポート４０に連通している。孔３５と孔３６の間のスリーブ３３に弁座４１が設けられ、孔３６と孔３７の間のスリーブ３３に仕切り４２が設けられている。この仕切り４２の前後の内周に、制御ポート３９に連通する油室４３と、入口ポート４０に連通する油室４４が設けられている。
【００１６】
弁体としてのスプール３４は、出口ポート３８に連通する油室４５と、弁座４１に着座する弁部４６と、仕切り４２に対応するランド部４７と、中心孔４８に摺動自在に嵌入されたピストン４９とを有する。弁部４６とランド部４７の間には、制御ポート３９の圧油をピストン４９の圧力室に導く孔５０が設けられている。このスプール３４の一端(図面左側)はソレノイド部３２と対峙し、他端(図面右側)は戻しバネ５１の付勢力とピストン４９の圧力室に導かれた圧油の押圧力を受けている。
【００１７】
ソレノイド部３２は、開弁用の第１ソレノイド５５と、復帰用の第2ソレノイド５６と、両ソレノイド５５，５６によって駆動される可動鉄心５７と、可動鉄心５７と連動する押し棒５８とを有する。押し棒５８の先端はスプール３４の一端に当接している。
【００１８】
このパイロット制御電磁弁３は以下のように作動する。両ソレノイド部５５、５６が励磁されない図示の状態では、戻しバネ５１の付勢力及びスプール３４外径の断面積と弁座４１の面積との面積差と、ピストン４９の受圧面積との受圧面積差に作用する圧油の押圧力とにより、スプール３４は図面左方向に押され、弁座４１に弁部４６が着座している。この着座位置では、スプール３４は、入口ポート４０が、孔３７、油室４４、仕切り４２とランド部４７の隙間、油室４３、孔３６を介して、制御ポート３９に連通する第1切換位置を保つ。
【００１９】
開弁用の第1ソレノイド５５が励磁されると、可動鉄心５７が吸着され、押し棒５８が突出する。この押し棒５８の突出によって、スプール３４が戻しバネ５１の付勢力及びピストン４９の圧力室に作用する圧油の押圧力に抗して、図面右方向に移動する。弁座４１から弁部４６が離座し、孔３６、油室４３、弁座４１と弁部４６の間、油室４５、孔３５を介して、制御ポート３９と出口ポート３８が連通する。同時に、仕切り４２とランド部４７との間の絞りを経て、入口ポート４０と制御ポート３９とが遮断される第2切換位置となる。
【００２０】
復帰用の第2ソレノイド５６が励磁されると、可動鉄心５７がスプール３４から離れる方向に移動し、スプール３４は戻しバネ５１によって、図面左方向に移動する。仕切り４２とランド部４７との間の絞りを経て、入口ポート４０と制御ポート３９が連通し、圧油源Pの圧油が孔５０を経てピストン４９の圧力室に作用し、弁部４６が弁座４１に着座する第1切換位置への復帰が早められる。
【００２１】
つぎに、上述した構造の内燃機関用流体回路１の作動を以下に説明する。
（１）パイロット制御電磁弁３のスプール３４が弁座４１に着座している場合圧油源Ｐからの圧油は、通路１０、入口ポート４０、孔３７、仕切り４２にランド部４７の間の絞り、孔３６、制御ポート３８、通路７を経て、主弁２の背圧室２４へ供給される。主弁２の主弁体２２は、背圧室２４の圧油の圧力および戻しバネ２５の付勢力により弁座２１ａに着座している。主弁２の入力ポート２７と出力ポート２６とが遮断されているため、圧油源Ｐから負荷Ａへの圧油の供給が断たれた状態を保つ。
【００２２】
（２）パイロット制御電磁弁３の開弁用ソレノイド５５が励磁された場合
開弁用ソレノイド５５が励磁されると、可動鉄心５７が吸着され、パイロット電磁弁３のスプール３４が戻しバネ５１の付勢力などに抗して移動し、弁部４６が弁座４１から離座する。パイロット制御電磁弁３の制御ポート３９と出口ポート３８が連通する。
【００２３】
このとき、孔３７が絞りとして作用し、圧油源Ｐから主弁２の背圧室２４への圧油の流入を制限し、主弁２の背圧室２４内の圧油が、通路７、パイロット制御電磁弁３の制御ポート３９を経て、出口ポート３８に流れるので、主弁２の背圧室２４の圧力が降下する。すると、主弁２の主弁体２２が弁座２１ａより離座し、入力ポート２７と出力ポート２６が連通し、圧油源Ｐの圧力が供給通路６に供給される。
【００２４】
さらに、パイロット制御電磁弁３のスプール３４が移動すると、仕切り４２とランド部４７が重なり、入口ポート４０と制御ポート３９との連通が断たれ、入口ポート４０から主弁２の背圧室２４への圧油の供給がなくなり、背圧室２４の圧油のみをパイロット制御電磁弁３の出口ポート３８から負荷Aへ排出することになる結果、主弁２の主弁体２２の離座速度が上がり、主弁２から負荷Aに供給される圧油の供給が増加する。
【００２５】
（３）パイロット制御電磁弁３の復帰用ソレノイド５６が励磁された場合
復帰用ソレノイド５６が励磁されると、可動鉄心５７がスプール３４から離れる方向に移動し、スプール３４も戻しバネ５１の付勢力などにより同じ方向に移動する。これにより、入口ポート４０と制御ポート３９が連通し、通路７を経て主弁２の背圧室２４に圧油が供給され、主弁２の復帰速度が速くなる、すなわち、主弁２の応答速度が速くなる。
【００２６】
さらに、スプール３４が移動し、弁部４６が弁座４１に着座すると、圧油源Pの圧油が、通路１０、パイロット制御電磁弁３の入口ポート４０、制御ポート３９、通路７を経て、主弁２の背圧室２４に供給される。そのため、主弁２の主弁体２２が弁座２１ａに着座し、圧油源Pから負荷A側への供給が停止される。
【００２７】
つぎに、前述した第１実施形態の効果を以下に説明する。
（１）開弁用ソレノイド５５が励磁されると、スプール３４の弁部４６が弁座４１から離座し、主弁２の背圧室２４の圧油が、通路７、制御ポート３９、出口ポート３８、通路８、逆止弁９、供給通路６を経て負荷Ａに流される。そのため、背圧室２４の圧油を抜くために流される油が無駄にタンクに戻されることがなく、負荷Ａに対する圧油の供給が早くなる。
【００２８】
（２）開弁用ソレノイド５５が励磁されると、スプール３４の弁部４６が弁座４１から離座するとすぐに、仕切り４２とランド部４７の絞りを介して、入口ポート４０と制御ポート３９との連通が断たれるため、背圧室２４の圧油だけを出口ポート３８から負荷Ａへと排出することになる。その結果、主弁２の主弁体２２の離座速度が上がり、主弁２の入力ポート２７から出力ポート２６に供給される圧油の供給が急激に増加し、負荷Ａに対する圧油の供給が早くなる。
【００２９】
（３）主弁２の背圧室２４が、本体２１の弁座２１ａと反対側に設けられ、入力ポート２７に連通する孔２８が本体２１の弁座２１ａと背圧室２４の間の本体２１の側面に設けられている。そのため、圧油源Ｐの圧油が入力ポート２７から本体２１と主弁体２２の間の隙間を通っても、背圧室２４に漏れ出るだけで、外部に圧油が漏れでない。
【００３０】
つぎに、図２に示す第2実施形態を説明する。図2は、第2実施形態に係る内燃機関用流体回路を構成する主弁及びパイロット制御電磁弁の断面とそれらの接続関係を示す図である。
【００３１】
図１の内燃機関用流体回路１と大きく異なる点は、主弁６１が大流量対応用に大型になり、パイロット制御電磁弁３と主弁６１の間に、前記主弁６１より小型でパイロット制御電磁弁3で作動する中間弁６２を設けた点である。大小の点を除けば、主弁６１及び中間弁６２は、図1の主弁２と同様の構造を有しているため、説明のために必要なところに同じ符号を付し、その詳細説明を省略する。
【００３２】
圧油源Ｐから分岐する通路１０は、パイロット制御電磁弁３の入口ポート４０に接続されている点は図１と同じである。しかし、通路１０から分岐した通路６３が、中間弁６２の入力ポート２７に接続され、通路６３から分岐した通路６４が主弁６１の背圧室２４に接続される。通路６３の通路６４の分岐の手前に絞り６５が設けられている。中間弁６２の出力ポート２６に接続される通路６６は、パイロット制御電磁弁３の出口ポート３８からの通路８と合流し、逆止弁９を介して供給通路６と合流する。パイロット制御電磁弁３の制御ポート３９は通路７を介して中間弁６２の背圧室２４に接続されている。
【００３３】
この第２実施形態の作動及び効果は以下の通りである。開弁用ソレノイド５５が励磁されると、スプール３４が図面右方向に移動し、中間弁６２の背圧室２４の圧油が、通路７、制御ポート３９、出口ポート３８、通路８、逆止弁９、供給通路１０を経て負荷Ａに流される。中間弁６２の背圧室２４の圧油の圧力が下がることにより、中間弁６２の入力ポート２７と出力ポート２６が連通する。すると、通路６４、通路６３を経て、主弁６１の背圧室２４の圧油が中間弁６２に流れる。中間弁６２は、主弁６１の背圧室２４の圧油を、出力ポート２６、通路６６、通路８、逆止弁９を介して供給通路６に流す。これにより、主弁６１の背圧室２４の圧力が下がり、主弁体２２が弁座２１ａから離座し、入力ポート２７と出力ポート２６が連通し、圧油源Ｐからの圧油が負荷Ａに向かって大量に流れる。中間弁６２を介することにより多少の作動遅れはあるものの、大口径の主弁６１を迅速に開くことができ、圧油のタンクヘの漏れもないため、結果的に負荷Ａへの圧油の供給を迅速に行うことができる。
【００３４】
この第２実施形態においては、主弁６１は、圧油源Ｐに接続される入力ポート２７と、負荷Ａ側に連絡される供給通路６に接続される出力ポート２６と、背圧室２４と、この背圧室２４の圧力降下に応じて入力ポート２７と出力ポート２６とを連通させる主弁体２２を有している。また、パイロット制御電磁弁３は、中間弁６２を介して、主弁６１の背圧室２４に接続される制御ポート３９と、出口ポート３８と、ソレノイドに対する信号に応じて切り換えられ制御ポート３９と出口ポート３８とを連通遮断する弁体３４とを有している。また、パイロット制御電磁弁３の出口ポート３８が主弁６１からの供給通路６に接続されている。この様に、第２実施形態は、中間弁６２が付加されているものの、第１実施形態の要部をそのまま備える。
【００３５】
つぎに、図３により、第１実施形態の流体回路が、燃料噴射弁へ燃料を供給する増圧ピストンを負荷とするものに使用される場合の回路図を説明する。負荷Aとして、増圧ピストン１０１があり、その先に燃料噴射弁１０２が接続されている。圧力源Pとして、油圧ポンプ１０３とアキュムレータ１０４がある。この圧油源Pと負荷Aの間に、第1実施形態の流体回路1が適用される。負荷AからタンクTへの圧油の戻りを迅速にするために、負荷AとタンクTとの間に、タンクTを負荷側とする流体回路１と同様の流体回路１１０が設けられている。流体回路１と流体回路１１０は、それぞれ管座に設けられ、両者は一体の管座ブロックを形成している。
【００３６】
流体回路１により、増圧ピストン１０１への圧油源Pの圧油の供給が早く行われ、燃料噴射弁１０２を迅速に作動させることができる。また、流体回路１１０により、増圧ピストン１０１からの圧油のタンクTへの戻りを早くでき、燃料噴射弁１０２に対する次の作動に備えることができる。
【００３７】
なお、実施形態は上記に限定されず、以下のように変更してもよい。
（１）第１実施形態の図１において、主弁２の主弁体２２に入力ポート２７から背圧室２４に通じる絞り付きの通路を設けることにより、通路１０と、パイロット制御電磁弁３の入口ポート４０とその付属部分を省くことができる。パイロット制御電磁弁３の構成を簡単にできる。また、背圧室２４の圧油は供給通路６に戻されるため、前記絞り付き通路を経て背圧室２４に漏れ出る圧油によって、主弁２による供給が遅くなることがない。
【００３８】
（２）第１実施形態の図1において、パイロット制御電磁弁３の第２ソレノイド５６を省略することができる。スプール３４の早い復帰は、戻しバネ５１の付勢力を大きくすることなどで対応できる。
【００３９】
（３）図３の適用例において、この種の流体回路を、増圧ピストンに代わり、内燃機関の排気弁に適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１〜３に記載の発明によれば、主弁２の背圧室２４の圧油をパイロット電磁弁３の出口ポート３８を介して供給通路６から負荷Aへと供給することにより、負荷Aへの圧油供給を迅速に行うことが出来る。
【００４１】
また、パイロット制御電磁弁3の構造を請求項2のようにしたことで、主弁２の開き動作を早めることができる。
【００４２】
また、主弁２の構造を請求項３のようにしたことで、弁体２２と弁孔２３間で圧油が漏れても性能に影響を与えることがない。
【００４３】
また、請求項１〜３の流体回路を、内燃機関の増圧ピストン１０１に適用することにより、増圧ピストン１０１の作動を迅速に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る内燃機関用流体回路を構成する主弁及びパイロット制御電磁弁の断面とそれらの接続関係を示す図である。
【図２】 第２実施形態に係る内燃機関用流体回路を構成する主弁及びパイロット制御電磁弁の断面とそれらの接続関係を示す図である。
【図３】 第１実施形態の内燃機関用流体回路が適用される燃料噴射装置の回路図である。
【符号の説明】
１・・内燃機関用流体回路
２・・主弁
３・・パイロット制御電磁弁
６・・供給通路
２１・・本体
２１ａ・・弁座
２３・・弁孔
２４・・背圧室
２６・・出力ポート
２７・・入力ポート
３２・・ソレノイド部
３４・・スプール（弁体）
３８・・出口ポート
３９・・制御ポート
４０・・入口ポート
５５・・第１ソレノイド
１０１・・増圧ピストン
１０２・・燃料噴射弁

Claims (4)

1. 内燃機関を制御するための負荷と圧油源との間に設けられる主弁と、この主弁を制御するパイロット制御電磁弁とを備える内燃機関用流体回路であって、
   前記主弁が、圧油源に接続される入力ポートと、負荷側に連絡される供給通路に接続される出力ポートと、背圧室と、この背圧室の圧力降下に応じて前記入力ポートと前記出力ポートとを連通させる主弁体とを有し、
   前記パイロット制御電磁弁が、前記主弁の背圧室に接続される制御ポートと、出口ポートと、ソレノイドに対する信号に応じて切り換えられ前記制御ポートと前記出口ポートとを連通遮断する弁体とを有し、
   前記パイロット制御電磁弁の前記出口ポートが、逆止弁を介して前記主弁からの前記供給通路に接続されており、
   前記パイロット制御電磁弁の前記弁体が、前記制御ポートと前記出口ポートとを連通するように切り換えられると、前記主弁の背圧室の圧油が、前記制御ポート、前記出口ポート、前記逆止弁、前記供給通路を経て前記負荷に流される内燃機関用流体回路。
2. 前記パイロット制御電磁弁が、前記圧油源に接続される入口ポートを有し、前記弁体が、前記入口ポートと前記制御ポートとが連通する第1切換位置と、前記制御ポートと前記入口ポートとの連通を遮断し前記制御ポートと前記出口ポートを連通する第2切換位置とに切り換えられ、
   前記パイロット制御電磁弁が前記第 1 切換位置に切り換えられている場合は、前記圧油源からの圧油は前記主弁の背圧室へ供給され、前記パイロット制御電磁弁が前記第 2 切換位置に切り換えられると、前記主弁の背圧室の圧油は、前記負荷へ排出される請求項１に記載の内燃機関用流体回路。
3. 前記主弁が、弁孔を有する本体と、前記弁孔内に形成され前記主弁体が着座可能な弁座とを有し、前記背圧室が前記主弁体の前記弁座との着座側とは反対側に区画され、前記出力ポートが前記弁座の前記背圧室とは反対側に開口し、前記入力ポートが前記弁座の前記背圧室側で前記主弁体の側方に開口する請求項1または2に記載の内燃機関用流体回路。
4. 前記負荷が、前記供給回路からの圧力供給を受けて燃料を増圧し、燃料噴射弁へ供給する増圧ピストンである請求項１〜３に記載の内燃機関用流体回路。

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