JP4637433B2 - 高圧ポンプ内の燃料導入圧を制御するバルブシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば噴射エンジンへ供給される燃料などの高圧ポンプ内の流体の導入圧を制御するバルブシステム、およびこれに関連する過圧弁に関する。
【０００２】
【従来技術】
周知のように、高圧流体の量を可変させる場合は、通常、最大量の流体を圧縮し、過剰な高圧流体を排出する第１過圧弁によってポンプの吐き出し圧力を制御する。流体の導入圧は、過剰な低圧流体を排出する第２過圧弁によって制御される。
【０００３】
噴射エンジンへ燃料を供給する場合、高圧燃料は、ピストンを備えた高圧ポンプによって供給され、この高圧ポンプには低圧ポンプによって燃料タンクから供給される。
【０００４】
公知の供給装置では、２つの別個の圧力制御弁を必要とする。一方は高圧ポンプの下流で燃料の高い圧力を制御し、他方はポンプに入る燃料の圧力を制御する。したがって、この種のバルブシステムは複雑で、高価である。
【０００５】
さらに、高圧ポンプの下流にある過圧弁は、高圧ポンプによって給送された過剰な燃料をタンクへと再循環しており、エネルギーが無駄になることが明白である。そして、圧縮により熱が発生するので、この熱がタンク内の燃料に入り、その結果、圧送される燃料の温度が上昇する。これにより、ポンプ・ピストンの燃料漏れを増加させて、ポンプの効率を低下してしまい、その結果、冷却器が必要となることがある。
【０００６】
（発明の開示）
本発明の目的は、ポンプの流体導入圧を制御して、効率を最大とし、低コストで、しかも公知のバルブシステムに通常関連する上述の欠点を解消するバルブシステムを提供することである。
【０００７】
本発明は、高圧ポンプに入る流体のオン・オフ弁を備え、前記高圧ポンプ内の流体の導入圧を制御するバルブシステムであって、前記ポンプの導入圧が、前記オン・オフ弁と連通するとともに前記ポンプに供給するための過剰な流体を排出する過圧弁によって制御されることを特徴とするバルブシステムを提供する。
【０００８】
特に、前記流体は、噴射エンジンに供給される燃料であり、オン・オフ弁は可変容量電磁弁であり、過圧弁は低圧ポンプの吐出側と連通する。
【０００９】
前記過圧弁は、円筒形の空洞を有する弁体を備え、その中で側壁および端壁を備える円筒形のシャッタが摺動しており、シャッタの外側において、端壁と前記空洞の内側に取り付けた部材との間に調整されたバネが配置されることが好ましい。
【００１０】
（発明を実施する最良の方法）
次に、本発明の限定されない好ましい実施形態を添付図面により例示して説明する。
【００１１】
図１の符号５は、例えば車両の多気筒ディーゼル・エンジンなどの噴射エンジンに燃料を供給する装置を示す。この装置５は、例えば３つの放射方向に配置されたシリンダ７を有する公知の高圧ポンプ６を備えており、このシリンダ７においては、共通のカム９および対面リング１１を備える駆動機構によって各ピストン８が作動する。
【００１２】
各シリンダ７は、低圧吸入管１３と連通する吸入弁１２と、高圧送出管１６と連通する送出弁１４とを有する。シリンダ７および駆動機構９、１１は、図１の符号１０で模式的に図示される中空本体に収容されており、この中空本体は、本願出願人の欧州特許第８５１，１２０号にほぼ記載されているような送出管１６を備えている。
【００１３】
本体１０は、図２で部分的に図示され、吸入管１３（図１）が設けられたフランジ２５によって塞がれている。吸入管１３は、通常の燃料タンク１７からフィルタ１８を通過し、低圧ポンプ２０の入力管１９を介して燃料を受け取る。低圧ポンプ２０は、電気モータで作動する電動ポンプ、或いは噴射エンジン自体の軸によって作動するギヤ・ポンプなどの機械的ポンプを使用することができる。ポンプ６のカム９およびリング１１は、吸入管１３から入る燃料の一部によって潤滑され、この燃料は再循環導管１５を介してタンク１７へと戻る。
【００１４】
高圧ポンプ６の送出管１６は、「コモンレール」として知られる容器２１と連通し、この容器２１が一連の電磁インジェクタ２２と連通している。それぞれのインジェクタは、各サイクルで噴射エンジンへの噴射を制御され、燃料の量は、エンジンに求められる瞬時出力にしたがって計量される。
【００１５】
本発明によると、燃料の導入圧力を制御するこのバルブシステムは、オン・オフ弁２３および過圧弁３１を備える。オン・オフ弁は可変容量の電磁弁２３であり、高圧ポンプ６に入る燃料の量を制御するとともに、出力管２９を介してポンプ６の吸入管１３と連通し、ソレノイド２６の電機子２４によって制御される。このソレノイドは、噴射エンジンに求められる瞬時出力の様々なパラメータを示す信号にしたがって、電子制御ユニット２７によって制御される。
【００１６】
電磁弁２３は、過圧弁３１に接続された入力管６８とも連通し、この過圧弁は低圧ポンプ２０の入力管１９側から出る再循環導管３２とも連通する。過圧弁３１の入力部は、導管３０を介して低圧ポンプ２０の送出側と連通し、電磁弁２３および過圧弁３１は、ポンプ６のフランジ２５にある個々の弁座に収容される。
【００１７】
より詳細には、過圧弁３１は、弁体３３（図２）、および空洞３４を有するほぼ円筒形の壁３５を備える。空洞３４は、円筒形シャッタ３７が摺動する第１円筒部分３６を備え、弁体３３の壁３５は、フランジ２５の孔３９のねじ部分と係合するねじ部分３８を備える。
【００１８】
壁３５は、孔３９の別の部分にシール４２を収容する環状溝４１も有する。環状溝４１に対してねじ部分３８の反対側にある弁体３３の部分４３は、外側面が角柱状であり、これによって適切な工具でフランジ２５に組み付けることができる。
【００１９】
弁体３３は、ポンプ６の内側を潤滑するため、少なくとも１つの第１のオリフィスを有する。より詳細には、弁体３３は、フランジ２５の環状チャンバ４６の位置で円筒形壁３５に形成された、角度を等間隔にして放射状に配置された４つの孔４４を有する。チャンバ４６はねじ部分３８と環状溝４１との間に配置され、入力管２８を介してポンプ６の中空本体１０と連通する。
【００２０】
弁体３３は、入力管６８および電磁弁２３（図１も参照）を介してポンプ６に燃料を供給するとともに、再循環導管３２を介して過剰な燃料を排出または再循環させる少なくとも１つの第２のオリフィスを有している。より詳細には、弁体３３は、壁３５に形成され、孔４４よりわずかに直径が大きい別の４つの放射状に配置された孔４７を有する。この孔４７も、ねじ部分３８と壁３５の端部４９との間に位置する環状チャンバ４８において、角度があって等間隔であり、上記孔４４とは異なる軸方向の位置にある。
【００２１】
円筒形シャッタ３７は、側壁５１と、端壁５２と、例えば保持リングなどのＣ字リング５４を収容する環状溝５３とを備え、このリングは、空洞３４の第１部分３６を、より大きい直径の第２部分５６から分離する肩部５５と係合する。さらに、円筒形シャッタ３７は、以下で述べるように調整され、予め圧縮された圧縮バネ５８の第１端部と係合する肩部５７を備える。
【００２２】
バネ５８は、通常、リング５４が弾性的に空洞３４の肩部５５上に配置された状態で、弁３１を閉じる位置でシャッタ３７を保持する。弁体３３は、嵌合部５９によって低圧ポンプ２０の送出側にある導管３０に接続され、シャッタ３７は、嵌合部５９から入る燃料によって加えられた推力によって、弁３１を開く位置へと移動する。
【００２３】
シャッタ３７は、ポンプ６の内部を潤滑する第１手段を備え、この第１手段はシャッタ３７の側壁５１に形成された環状チャンバ６１と、調整され、角度を等間隔にして放射状に配置され、直径が０．３〜０．４ｍｍとされた３個または４個の孔６２とを備える。環状チャンバ６１は通常、空洞３４の第１部分３６に位置しているため弁体３３の孔４４と連通しないが、バネ５８に抗してシャッタ３７が所定量変位することにより、孔４４と連通する。
【００２４】
シャッタ３７は、電磁弁２３及びポンプ６に供給するとともに、電磁弁２３の容量を超過した燃料を再循環導管３２へと排出する第２手段も備える。この第２手段は、シャッタ３７の側壁５１の端部６３を備え、これは通常、弁体３３の孔４７より下に位置し、燃料の導入圧が所定の５バールの圧力を超えると、孔４７より上の位置へと移動し、これによりシャッタ３７を上記した所定量より大きく変位させる。
【００２５】
最後に、シャッタ３７は、シャッタ３７の端壁５２にある調整された孔６４によって構成される第３手段を備える。この孔６４は、０．１〜０．３ｍｍの直径を有し、孔４７および６２が開く前には通気用の弁３１となる。孔６４は、弁３１が閉じていても、特定量の燃料を孔４４に通すことができ、弁３１からの空気を排出しつつ、ポンプ６の様々な機械的接続部を予め潤滑することができる。
【００２６】
バネ５８の（図２の上部にある）外側端は、固定された部材６６に支持されており、この部材６６は空洞３４の第２部分５６に沿ういずれかの位置に固定されており、バネ５８を調整することができる。より詳細には、この部材６６は、空洞３４の第２部分５６の内側に圧力嵌めしたボールによって、または空洞３４の第２部分５６の対応するねじにねじ込んだねじ付きピン（図示せず）によって構成することができる。
【００２７】
バネ５８を調整し、予め圧縮するためには、ゲージに接続された嵌合部５９を介して過圧弁３１に供給を行い、再循環導管３２と同等の導管からの燃料流量を測定する。そして、シャッタ３７が１００リットル／ｈの流量で５バールの圧力を与える位置になるまで、部材６６を軸方向に移動する。
【００２８】
上記のバルブシステムは、以下のように作動する。
【００２９】
噴射エンジンがオフの場合、ポンプ６および２０（図１も参照）はオフであり、したがってバネ５８はシャッタ３７を閉位置に保持して、図２に示すように過圧弁３１を閉じる。噴射エンジンをオンにすると、ポンプ２０および６もオンになり、低圧ポンプ２０が、フィルタ１８を通し、入力管１９を介してタンク１７から燃料を吸引し、この燃料を過圧弁３１の導管３０へと供給する。
【００３０】
低圧ポンプ２０の吐出圧力が３バール未満である限り、嵌合部５９から入る燃料はバネ５８を動かすことができず、したがって弁３１は閉状態のままである。しかし、燃料は、最初に、端壁５２に設けられた孔６４、弁体３３の孔４４、及び入力管２８を介して過圧弁３１から空気を排出する。次に、燃料圧力が３バールを超えると、シャッタ３７がバネ５８に抗して動作し始める。
【００３１】
図３は、実験的に測定した導入圧力Ｐの関数として、入力管２８、６８、及び再循環導管３２を通る燃料流量Ｑの曲線６７を示す。空気の排出中は、燃料流量Ｑはもっぱら孔６４によって決定され、これは曲線６７の第１部分Ａによって示されている。
【００３２】
過圧弁３１の燃料の導入圧力が上昇するにつれ、シャッタ３７はバネ５８に抗して動作し続ける。環状チャンバ６１の端部の一方（図２の上端）が肩部５５を通過すると、孔６２を通って流れる燃料が環状チャンバ６１に充填され、次に孔４４および環状チャンバ４６を通って入力管２８に流入し、高圧ポンプ６の機械的接続部を潤滑する。約３．３〜４．７バールの範囲の燃料圧では、流れＱは、曲線６７の部分Ｂで示すように、必要な値の約２５％になる。
【００３３】
最後に、燃料の導入圧が４．７バールを超えると、シャッタ３７の端部６３が孔４７を露出させ、燃料が環状チャンバ４８および入力管６８を介して電磁弁２３に供給され、過剰な燃料は再循環導管３２へと排出されて、過圧弁３１の送出量が、曲線６７の部分Ｃで示すように上昇する。
【００３４】
この時点で、電子ユニット２７に制御されたソレノイド２６が電磁弁２３を開き、高圧ポンプ６の吸入管１３に、噴射エンジンが必要とする瞬時出力に相当する量の燃料を供給する。これにより高圧ポンプ６は可変容量で作動し、インジェクタ２２が瞬間的に要求する量の燃料のみを高圧にする。
【００３５】
公知のシステムと比較した本発明によるバルブシステムの利点は、以上の説明から明白である。特に、過剰な燃料の加圧に消費されるエネルギーを削減し、タンク１７内の燃料温度の上昇を解消する。導入圧の制御以外にも、過圧弁３１は、始動時の空気の排出、および機械的接続部の潤滑も行う。最後に、過圧弁３１は、その弁座の外側で調整され、交換することができる。
【００３６】
しかし、添付請求の範囲から逸脱することなく、本明細書で述べた調整システムを変更することができるのは明白である。例えば、このシステムは、水、オイルなど、他の流体の圧力制御に使用してもよく、弁体３３は、上記説明とは異なる外形にしてもよく、或いは公知の他の任意の方法で配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るバルブシステムを備える噴射エンジン燃料供給装置を示す図である。
【図２】 図１の装置の導入圧を制御する過圧弁の中央部分を示す図である。
【図３】 図２の過圧弁の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
６ ポンプ
２３ オン・オフ弁
３１ 過圧弁
３２ 再循環導管（排出管）
３３ 弁体
３４ 空洞
３６ 円筒形部分
３７ シャッタ
４４ 孔（第１オリフィス）
４７ 孔（第２オリフィス）
６４ 孔
６８ 入力管（導管）

Claims (16)

1. 噴射エンジンに燃料を供給するための装置であって、前記装置は、
   高圧ポンプ（６）と、
   低圧ポンプ（２０）と、
   前記高圧ポンプ（６）に入る燃料の量を制御するための可変容量の電磁弁（２３）と、
   前記高圧ポンプ（６）の上流に配置されるとともに、第１の導管（３０）を介して前記低圧ポンプ（２０）の送出側と直接連通する過圧弁（３１）と、
   前記過圧弁（３１）と前記可変容量の電磁弁（２３）とを直接接続するための第２の導管（６８）と、
   前記過圧弁（３１）から過剰な燃料を排出するための排出管（３２）と、
   を備え、
   前記可変容量の電磁弁（２３）は、前記過圧弁（３１）を介した燃料が供給され、
   前記第２の導管（６８）及び前記排出管（３２）は、前記第１の導管（３０）内の圧力が所定の値を超えたときに、燃料が供給され互いに直接連通することを特徴とする装置。
2. 前記高圧ポンプ（６）が少なくとも１つのシリンダ（７）と、前記シリンダ（７）内で摺動するピストン（８）と、前記ピストン（８）を作動する機構（９、１１）とを備え、
   前記過圧弁（３１）を通過する燃料が前記機構（９、１１）の潤滑を行うことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記高圧ポンプ（６）が放射方向に配置されたシリンダ（７）を有するポンプであり、前記シリンダ（７）および前記機構（９、１１）を収容する本体（１０）と、前記本体（１０）を閉じるとともに前記シリンダ（７）の吸入管（１３）を有するフランジ（２５）とを備え、
   前記可変容量の電磁弁（２３）及び前記過圧弁（３１）は、前記フランジ（２５）に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記過圧弁（３１）が、空洞（３４）を有する弁体（３３）と、前記空洞（３４）の円筒形部分（３６）の内側で摺動する円筒形シャッタ（３７）とを備え、
   前記シャッタ（３７）が弾性的に閉位置に保持され、燃料によって開位置へと移動することを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
5. 前記シャッタ（３７）が、所定の圧力で前記電磁弁（２３）へ燃料を供給することができるように調整されたバネ（５８）によって押されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記弁体（３３）が、前記高圧ポンプの内側を潤滑するように燃料を通過させることができる少なくとも１つの第１オリフィス（４４）を備え、
   前記第１オリフィス（４４）が、前記シャッタ（３７）に設けられた第１手段（６１、６２）によって開状態になることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記弁体（３３）は、前記シャッタ（３７）に設けられた第２手段（６３）によって開き、対応する導管（６８）を介して前記電磁弁（２３）に供給するとともに、排出管（３２）を介して過剰な燃料を排出する少なくとも１つの第２オリフィス（４７）を備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記シャッタ（３７）は、前記オリフィス（４４、４７）が開く前に、前記過圧弁（３１）を通気する第３手段（６４）をさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記シャッタ（３７）が側壁（５１）および端壁（５２）を備え、
   前記バネ（５８）が前記シャッタ（３７）の外側において、前記端壁（５２）と、前記空洞（３４）の内側に取り付けた部材（６６）との間に配置されていることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の装置。
10. 前記第１オリフィス（４４）および前記第２オリフィス（４７）が、異なる軸位置で前記弁体（３３）の円筒形壁（３５）に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記第１手段（６１、６２）は、前記シャッタ（３７）の前記側壁（５１）に形成された環状チャンバ（６１）と、前記環状チャンバ（６１）の位置に設けられた少なくとも１つの調整された孔（６２）とを備え、
    前記環状チャンバ（６１）は、前記シャッタ（３７）が所定量変位することにより前記第１オリフィス（４４）に接続されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記第２手段は、前記側壁（５１）の端部（６３）を備え、
    前記第２オリフィス（４７）は、前記シャッタ（３７）が前記所定量より大きく変位することによって、前記端部（６３）により開くように配置されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記第３手段が、前記端壁（５２）に形成された調整された孔（６４）を備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
14. 燃料の導入圧を決定するために、前記バネ（５８）は、ゲージの補助により、前記空洞（３４）の第２部分（５６）に沿って前記部材（６６）の位置を調節することにより調整されることを特徴とする請求項５から１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記部材（６６）が、前記第２部分（５６）の内側に圧力嵌めしたボールによって、または前記第２部分（５６）の対応するバネにねじ込んだねじ付きピンによって構成されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 前記シャッタ（３７）が、前記側壁（５１）に対して突出するリング（５４）を有し、
    前記バネ（５８）は通常、前記リング（５４）が前記空洞（３４）の肩部（５５）上にのった状態に保持することを特徴とする請求項５から１３のいずれかに記載の装置。

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