JP4730728B2 - ３ウェイ弁およびそれを用いた電気油圧式アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、小さな体積流を有する高速液体弁、より詳しくは、燃料噴射器の部分のような電気油圧式アクチュエータに使用するための３ウェイ制御弁に関する。

直接制御ニードル弁を有する燃料噴射器と関連して使用されるような電気油圧式アクチュエータは、燃料油噴射特性を制御するために比較的小さくかつ高速の弁に依存する。燃料噴射システムの１つのクラスでは、直接制御ニードル弁が燃料噴射器のノズル出口を開閉する。直接制御ニードル弁は、直接制御ニードル弁と関連する閉油圧表面に低圧または高圧を加える能力を有する比較的高速のニードル制御弁を介して油圧制御される。このような１つの直接制御ニードル弁および随伴するニードル制御弁が、ギブソン（Ｇｉｂｓｏｎ）らへの共同所有の米国特許公報（特許文献１）に開示されている。当該文献は、直接制御ニードル弁の閉油圧表面に高圧オイルまたは低圧オイルを印加する能力を有するニードル制御弁を含む燃料噴射器を教示している。高圧が閉油圧表面に印加されると、ニードル弁は、その閉位置に留まるかまたはその位置に向かって移動して、燃料噴射を終了する。低圧が閉油圧表面に印加されかつ燃料が噴射圧力レベルにあると、ニードル弁は、その開位置に留まるかまたはその位置に向かって移動して、燃料が燃料噴射器のノズル出口から噴出することを可能にする。エンジンからの望ましくないエミッションの低減のような様々な目的を達成するために、エンジニアは、ニードル制御弁と関連する問題に特に取り組むことによって、直接制御ニードル弁の性能を改善する方法を常に探し求めている。

米国特許第５，６６９，３５５号明細書

ニードル制御弁の改良の際に取り組み得る問題の１つは、応答時間を低減することである。この問題は、弁部材の移動距離を低減する方法の追求、弁部材の移動速度および／または加速度の増大、弁部材の運動に対する流体流力の影響の減少、および当分野で知られている他の問題に分けられる。さらに、油圧力をニードル弁部材の閉油圧表面に印加するニードル制御チャンバ内で圧力変化が生じることがある速度を早める方策を使用することが望ましい。これらの問題には、弁の利用可能な空間外装部に関する問題、およびおそらくより重要なことに、１つの弁から他の弁の一貫した挙動を有する弁の大量生産を可能にする構造に関わるこれらの問題のすべてに対処する能力がさらにからむ。取り組み得るなお他の問題は効率に関する。例えば、弁の漏洩の低減は、所定の弁の全体的な実効性における差をもたらすことがある。

本発明は、上述した問題の１つ以上に関する。

一形態では、３ウェイ制御弁は、第１の通路と、第２の通路と、第３の通路と、第１のシートと、第２のシートとを有する弁本体を含む。弁部材は、弁本体に少なくとも部分的に位置付けられ、かつ第１のシートと第２のシートとの間で可動である。第１の通路は、弁部材が第２のシートと接触するとき、第１のシートにわたる第３の通路に開く。第１の通路および第３の通路の１つは、第１のシートにわたる流れ領域に対して流れ制限部を有する。第２の通路は、弁部材が第１のシートと接触するとき、第２のシートにわたる第３の通路に開く。第２の通路および第３の通路の１つは、第２のシートにわたる流れ領域に対して第２の流れ制限部を有する。

他の形態では、電気油圧式アクチュエータは、制御通路と、高圧液体源に流体連結された高圧通路と、低圧液体リザーバに流体連結された低圧通路とを有する閉鎖制御圧力容積部を有する３ウェイ制御弁を含む。３ウェイ制御弁は、高圧シートと低圧シートとの間で移動するように捕捉された弁部材を含む。制御油圧表面を有する可動ピストンは、制御圧力容積部内の流体圧力にさらされる。電気アクチュエータは弁部材に動作可能に結合される。低圧通路は、弁部材が高圧シートと接触するとき、低圧シートにわたる制御通路に開く。低圧通路および制御通路の１つは、低圧シートにわたる流れ領域に対して第１の流れ制限部を有する。高圧通路は、弁部材が低圧シートと接触するとき、高圧シートにわたる制御通路に開く。高圧通路および制御通路の１つは、高圧シートにわたる流れ領域に対して第２の流れ制限部を有する。

なお他の形態では、３ウェイ制御弁を作動する方法は、第２のシートと接触して弁部材を位置付けることによって、第１の弁シートにわたって第１の通路を第３の通路に少なくとも部分的に流体連結するステップを含む。第３の通路から第１の通路への液体流は、第１の通路および制御通路の１つに第１の流れ制限部を配置することによって、少なくとも部分的に制限され、第１の流れ制限部は、第１のシートにわたる流れ領域に対して制限的である。第２の通路は、弁部材を移動して第１のシートと接触させることによって、第２のシートにわたって第３の通路に少なくとも部分的に流体連結される。第２の通路から第３の通路への液体流は、第２の通路および制御通路の１つに第２の流れ制限部を配置することによって少なくとも部分的に制限され、第２の流れ制限部は、第２のシートにわたる流れ領域に対して制限的である。

図１を参照するに、燃料噴射器１０は、電気油圧式アクチュエータ１２に動作可能に結合される直接制御ニードル弁１１を含む。電気油圧式アクチュエータ１２は、電気アクチュエータ１６に動作可能に結合される３ウェイ弁１４を含む。燃料噴射器１０は、燃料供給ライン１９を介して高圧燃料源１８に連結され、また燃料移送通路２１を介して低圧燃料リザーバ２０に連結される。当業者は、高圧燃料源１８が共通レール、ユニット噴射器内の燃料加圧チャンバ、あるいは燃料を噴射レベルに加圧するための公知の他の任意の手段からなり得ることを認識するであろう。さらに、噴射器本体２２は少なくとも１つのノズル出口２３を含む。

燃料噴射器１０内では、高圧燃料源１８からの燃料油は、非遮断のノズル供給通路２４を通して移動してノズルチャンバ２５に到着し、このノズルチャンバは、直接制御ニードル弁１１のニードル部分３０によってノズル出口２３との流体連通から遮断されているのが示されている。ニードル部分３０は、ノズルチャンバ２５内の流体圧力にさらされた開油圧表面３４を含む。図示したように、直接制御ニードル弁１１は、ニードル部分３０の上面と接触しているリフトスペーサ３１に作用する付勢ばね３５の動作によって、その閉位置に下方に通常付勢される。直接制御ニードル弁１１はまた、ニードル制御チャンバ３７の流体圧力にさらされた閉油圧表面３３を有するピストン部分３２を含む。開油圧表面３４は閉油圧表面３３と反対側にある。３ウェイ弁１４が第１の位置にあるとき、ニードル制御チャンバ３７は、一方の端部でノズル供給通路２４内に連結する高圧通路４０を介して高圧燃料源１８に流体連結される。弁１４がその第２の位置にあるとき、ニードル制御チャンバ３７は、低圧通路４１を介して低圧リザーバ２０に流体連結される。３ウェイ弁１４は、電気アクチュエータ１６に通電および非通電にすることによってその第１の位置とその第２の位置との間で移動される。高圧がニードル制御チャンバ３７に存在するとき、直接制御ニードル弁１１は、図示したように、その下向きの閉位置に留まるかまたはその位置に向かって移動する。ニードル制御チャンバ３７が低圧に連結されるとき、直接制御ニードル弁１１は、開油圧表面３４に作用する燃料圧力が、付勢ばね３５の予荷重のようなバイアサによって好ましくは決定される弁開口圧を超えた場合、その上向きの開位置に上昇する。実際に、直接制御ニードル弁１１の弁開口圧は、適切な厚さのＶＯＰスペーサ３６を選択することによって調整される。さらに、直接制御ニードル弁１１のリフト距離は、リフトスペーサ３１用に適切な厚さを選択することによって制御される。当業者は、開示した実施形態において、ニードル制御チャンバが閉鎖容積部であることを理解するであろう。

図２を参照するに、図１の燃料噴射器から分離して、電気油圧式アクチュエータ１２が示されている。さらに、図３〜図６は、電気油圧式アクチュエータ１２の部分を形成するステータアセンブリ、３ウェイ弁アセンブリおよび弁部材をそれぞれ示している。ニードル制御チャンバ３７の容積が相対的に小さくなるように、３ウェイ制御弁１４はピストン部分３２に近接して位置付けられることが好ましい。当業者は、ニードル制御チャンバ３７内の圧力変化は、その容積を低減することによって早めることができることを理解するであろう。この問題は、少なくとも２つの方法でアクチュエータ１２によって取り組まれる。第１に、３ウェイ弁１４は、ピストン部分３２の閉油圧表面３３に近接して位置付けられる。さらに、ニードル制御チャンバ３７は、容積低減表面特徴部によって少なくとも部分的に画定されるように設計されることが好ましい。当業者は、ニードル制御チャンバを画定する表面特徴部に注意を払うことによって、予測可能なある程度の性能改良を達成でき、また他の点で性能を害することなくニードル制御チャンバ３７の容積を低減するために、変更できることを認識するであろう。大部分の例において、高圧通路４０、低圧通路４１と関連する流れ領域、あるいはシート５０と５１にわたる流れ領域よりも制限的でないニードル制御チャンバ３７と関連する任意の流れ領域を形成することが望ましいであろう。図示したように、弁部材４２が下部シート５１と接触するとき、ニードル制御チャンバ３７は、高圧シート５０にわたって高圧通路４０を介してノズル供給通路２４に流体連結される。弁部材４２が上方に上昇されて高圧シート５０と接触するとき、ニードル制御チャンバ３７は、低圧シート５１にわたって低圧通路４１を介して、アクチュエータ１２を囲む低圧領域に流体連結される。このように、弁部材４２は上部シート５０と下部シート５１との間に捕捉されると考えることができる。シート５０と５１はまた、第１および第２のシート、あるいは逆に称することができる。弁部材４２の反対側端部に対する油圧力の影響を低減するために、ベント通路８３は、アーマチュアキャビティ８２を通気させて低圧にし、またベント通路８１は、ベントチャンバ８０を連結して低圧にする。

弁部材４２は、電気アクチュエータの可動部分に公知の方法で動作可能に結合されることが好ましい。図示した実施形態では、弁部材４２は、その一方の端部にねじ込まれたナット６３を介してアーマチュア６２に取り付けられる。特に、アーマチュアワッシャ６３は、アーマチュア６２が支持される環状肩部５８（図６）に着座する。次に、ナットワッシャ６４はアーマチュア６２の他の側と接触し、ナット６６によって支承されるスペーサ６５がその他の側に続く。アーマチュア６２、したがって弁部材４２は、付勢ばね６７のような適切なバイアサによって下方に付勢されて、低圧シート５１を閉鎖する。当業者は、油圧的バイアサは、示した機械的付勢の代替方法であり得ることを理解するであろう。さらに、電気アクチュエータ１６はソレノイドとして示してきたが、当業者は、圧電（ディスクおよび／またはベンダ）またはボイスコイルのような他の任意の適切な電気アクチュエータをソレノイドの位置で置き換え得ることを理解するであろう。ステータアセンブリ１７は、ステータ６１、コイル６０を含み、また雌／雄の電気ソケットコネクタ６９を含むことが好ましい。ステータアセンブリ１７は、それらの個々の底面が共通面に位置するように、キャリヤアセンブリ７０内に位置付けられることが好ましい。そうすることによって、適切な厚さを有するソレノイドスペーサ７１を選択して、アーマチュア６２とステータ６１との間に所望の空隙を設けることができる。このように、ソレノイドスペーサ７１は、僅かに異なる多様な厚さをもたらす分類された部分であることが好ましく、当該の厚さにより、適切な厚さを選択して、１つのアクチュエータから他のアクチュエータのアーマチュア空隙の均一性を提供することによって、異なる弁の同様な性能が可能になる。

共通中央線３８に沿って上部シート５０を下部シート５１と同心に位置合わせすることを補助するために、弁部材４２は、上部シート構成要素４３に配置された上部案内穴５５と密接な直径方向クリアランス（すなわち案内クリアランス）を有する上部案内部分５４を含む。さらに、弁部材４２はまた、下部シート構成要素４５に配置された下部案内穴５７と比較的密接な直径方向クリアランスを有する下部案内部分５６を含むことが好ましい。したがって、これらの案内領域は、３ウェイ弁１５（図５）の組立中に上部および下部シート５０と５１を同心に位置合わせすること、ならびに弁部材４２の位置に関係なく、ニードル制御チャンバ３７をベントチャンバ８０および／またはアーマチュアキャビティ８２から実質的に流体的に絶縁することを補助する傾向を有する。組立の前に、弁部材４２がその特定のシートに接触して閉鎖する前に貫入するシート５０と５１の深さを知ることは困難であるので、３ウェイ弁１５は、同様に分類部分である弁リフトスペーサ４４を使用することが好ましく、また複数の異なる厚さ群で分類されることが好ましい。かくして、弁部材４２が上部および下部シート５０と５１の間に移動する距離は、弁リフトスペーサ４４の適切な厚さを選択することによって調整可能である。

弁部材４２の運動に対する流体流力の影響を低減するために、高圧通路４０と低圧通路４１は、個々のシート５０と５１にわたる流れ領域に対して制限的である流れ制限部を含むことが好ましい。これらの流れ制限部は、上部シート構成要素４３および／または下部シート構成要素４５に配置し得るが、図２に示したような弁リフトスペーサ４４に配置することが好ましい。特に、高圧通路４０の流れ特性は、所定の長さおよび流れ領域を有する円筒状セグメント４７を含むことによって比較的強固に制御することができる。さらに、円筒状セグメント４７は、上部シート５０にわたる円筒状セグメントと較べて流れに対し相対的に制限的である。当業者は、静止シート構成要素と可動弁部材４２との間の流れ領域を一貫して制御しようと試みることと対照的に、円筒状セグメントを介して流れ特性を制御しかつ一貫して仕上げることがより容易であることを理解するであろう。同様に、低圧通路４１は、弁リフトスペーサ４４に配置される円筒状セグメント４８を含むことが好ましい。ニードル制御チャンバ３７内に圧力変化が生じることがある速度を識別するために、円筒状セグメント４８は、円筒状セグメント４７に対し異なる流れ領域を有することが好ましい。この特徴は、直接制御ニードル弁の開口速度をその閉鎖速度に対して遅くする方策として例示した実施例に示されている。言い換えれば、直接制御ニードル弁１１がその開位置に向かって上昇するとき、流体は、円筒状セグメント４８によって画定された流れ制限部を通してニードル制御チャンバ３７から押し退けられる。直線制御ニードル弁１１が閉鎖されるとき、高圧流体は、円筒状セグメント４７によって画定された流れ制限部を通して高圧通路４０からニードル制御チャンバ３７内に流れる。図示した実施形態では、円筒状セグメント４８は円筒状セグメント４７よりも小さな流れ領域を有するので、直接制御ニードル弁１１の開口速度は、その閉鎖速度よりも遅くすることができ、これは望ましいことが多い。

弁部材４２の中央線と上部および下部シート５０と５１の個々の中央線との間の小さな角度上の位置ずれの可能性に対応するために、弁部材４２は、図６に示したような共通の中心を有する球形弁表面５２と５３を含むことが好ましい。当業者は、球形弁シート５２と５３が、弁部材４２とその個々のシートとの間に何らかの小さな角度上の位置ずれがある場合でも、弁シート５０と５１に接触して閉鎖できることを理解するであろう。ノズル供給通路２４のような個々の通路が図２に示したような適切な流体連結を提供することを保証するために、３ウェイ弁１５の静止構成要素は、弁の誤った組み立てを防止するために存在するほぞ穴８６と８７（図４）を含むことが好ましい。３ウェイ弁１５を共に保持するために、３ウェイ弁１５は、上部シート構成要素４３に配置された締結穴４９にねじ込み式に受容される複数の締結具４６を含むことが好ましい。にもかかわらず、当業者は、３ウェイ弁１５を共に挟持するために使用し得る他の多数の手段を理解するであろう。

ピストン３２は、下部シート構成要素４５として共通の本体に配置し得るが、比較的薄いセパレータ７５によって共通の本体から分離し、図１と図２に示したようにそれ自体のピストンガイド本体７６に収容することが好ましい。

次に図７を参照するに、本発明の他の形態による３ウェイ弁１１４は、シリンダ通路セグメントが１４７と１４８が再配置されていること以外、前述した３ウェイ弁と同様である。特に、以前の実施形態と同様に、３ウェイ弁１１４は、弁リフトスペーサによって下部シート構成要素１４５から分離された上部シート構成要素１４３を含み、弁リフトスペーサは、高圧シート１５０と低圧シート１５１との間の弁部材４２の移動距離を決定する。弁部材４２が低圧シート１５１と接触すると、制御通路３９は、高圧シート１５０にわたる高圧通路１４０に流体連結される。弁部材４２が高圧シート１５０を閉鎖する上向き位置にあるとき、ニードル制御通路１３９は、低圧シート１５１にわたる低圧通路１４１に流体連結される。流体が高圧通路１４０から制御圧力通路１３９に流入すると、円筒状通路セグメント１４７はニードル制御チャンバ３７（図１）への流体流を制限する。以前の形態のように、円筒状通路セグメント１４７は高圧シート１５０にわたる流れに対して制限的である。

ニードル弁部材４２が高圧シート１５０を閉鎖する上向き位置にあるとき、流体は、低圧シート１５１にわたってニードル制御チャンバ３７（図１）から低圧通路１４１に流入することができる。この場合、低圧通路１４１は、以前の３ウェイ弁１４に記述した円筒状セグメント４８とほぼ同様に機能する円筒状通路セグメント１４８を含む。言い換えれば、円筒状通路セグメント１４８は、低圧シート１５１にわたる流れ領域と較べて流れに対し制限的である。円筒状通路セグメント１４７および円筒状通路セグメント１４８の両方は、以前に記述した３ウェイ弁１４の弁リフトスペーサから、分類部分である必要がないニードルストッパプレート１７５に再配置されていることに留意されたい。したがって、分類部分である弁リフトスペーサ１４４に関わる問題は、円筒状通路セグメント１４７と１４８を通る流れ領域を綿密に制御する必要から分けることができる。３ウェイ弁１１４は、以前の図に示した弁１４の代わりに置き換えることができるであろう。３ウェイ弁１１４はまた、前述した３ウェイ弁１４に対し利点を有することがある。特に、３ウェイ弁１１４が受ける漏洩はより小さい可能性がある。特に、弁リフトスペーサ１４４の上面および底面に沿った低圧通路１４１への高圧燃料の漏洩は、低圧通路１４１を下部シート構成要素１４５およびプレートストッパ構成要素１７５内に再配置することによって、低減されると考えられる。

次に図８を参照するに、本発明のなお他の形態による３ウェイ弁２１４は、ニードル制御チャンバ２３７へのまたそれからの流れが、ニードル制御通路２３９に配置されたオリフィスプレート２６０を介した高圧シート２５０および低圧シート２５１にわたる流れ領域に対して制限されること以外、前述の方向弁と同様である。以前の別形態のように、弁部材４２は、上部シート構成要素２４３に配置された高圧シート２５０と下部シート構成要素２４５に配置された低圧シート２５１との間で移動するように捕捉される。弁部材４２が低圧シート２５１に接触して閉鎖しているとき、高圧通路２４０は、高圧シート２５０を通過しかつ円筒状通路セグメント２４７と２４８を通してニードル制御チャンバ２３７に流体連結される。本実施形態では、円筒状セグメント２４７と２４８を通した流れ領域全体は、高圧シート２５０にわたる流れ領域に対して制限的であり、この結果、３ウェイ弁のこの別形態は、前述の実施形態とほぼ同一の方法で挙動する。弁部材４２が高圧シート２５０を閉鎖する上向き位置にあるとき、流体は、低圧シート２５１を通過してニードル制御チャンバ２３７から低圧通路２４１に流入することができる。しかし、この流体流はオリフィスプレート２６０を上昇させて、平坦シート２６１と接触させ、円筒状通路セグメント２４７を閉鎖する。かくして、オリフィスプレート２６０が上昇して平坦シート２６１と接触した後、ニードル制御チャンバ２３７からの流体流は、低圧シート２５１にわたる流れ領域に対して制限的である円筒状通路セグメント２４８に対してのみ制限される。そのより下方の位置にあるとき、オリフィスプレート２６０はニードルストッパ２７５の上部に位置する。本実施形態は、弁リフトスペーサを含まないという点で以前の実施形態と異なる。その代わりに、高圧シート２５０および低圧シート２５１を含む表面は、弁移動距離が容認可能な公差に制御できるように成形することが好ましい。代わりに、上部シート構成要素２４３および下部シート構成要素２４５の一方は、分類部分であり得る。なお他の代替例において、それぞれの上部シート構成要素２４３は、容認可能な弁移動距離を可能にする別個の下部シート構成要素２４５と整合し得る。本発明による３つの弁すべては、同様の方法で実行し得る。

本発明は、同時に１つの弁から他の弁の大量生産および一貫した性能を許容する構造を提供しつつ、性能特性を比較的しっかりと制御しなければならない任意の弁に適用される可能性がある。さらに、本発明は、燃料噴射システムに使用される圧力制御弁のように比較的低い体積流に対応するために必要な高速弁の場合に特に適用されることが好ましい。

燃料噴射器１０が動作しているとき、電気油圧式アクチュエータ１２は、直接制御ニードル弁１１と連携して作動し、それぞれの噴射イベントのタイミングおよび量の両方を制御する。それぞれの噴射イベントは、高圧源１８の燃料圧力を噴射レベルに上げることによって開始される。いくつかのシステムでは、これは、共通レールをある所望の圧力に維持することによって達成される。代わりに、源１８は、プランジャが下方に駆動されるときに加圧されるユニット噴射器内の燃料加圧チャンバであり得、この加圧は、カムまたは油圧力により通常達成される。弁部材４２は下方に付勢されて、低圧シート５１を閉鎖するので、直接制御ニードル弁１１は、ピストン部分３２の閉油圧表面３３に作用する高圧力のためその下向きの閉位置に留まるであろう。噴射イベントの開始が望ましいタイミングの少し前に、過剰電流をコイル６０に供給することによって、電気アクチュエータ１６に通電することが好ましい。電気アクチュエータ１６が作動する速度は、コイル６０に供給された電流レベルと関係するので、最大利用可能な電流を供給することが好ましく、この電流は、ばねの付勢の作用に対抗してアーマチュアの移動を引き起こすために必要である電流量よりもはるかに高い場合がある。十分な磁力線が形成されると、アーマチュア６２および弁部材４２は、球形弁表面５２が上方または高圧シート５０、１５０、２５０に接触するまで上方に引っ張られる。これが行われると、ニードル制御チャンバ３７は、低圧通路４１、１４１、２４１を介して低圧燃料リザーバ２０に流体連結される。直接制御ニードル弁１１がその上向き開位置に上昇するために、低圧リザーバ２０に向かってニードル制御チャンバ３７から、流体を押し退けなければならない。直接制御ニードル弁１１が開口する速度は、円筒状セグメント４８、１４８、２４８を通るこの流れを制限することによって遅くされる。このことは、燃料噴射器１０が何らかのレートシェーピングを形成することを可能にするのを補助する。噴射イベントの望ましい終了の少し前に、電気アクチュエータ１６への電流は、球形シート５３が低圧シート５１、１５１、２５１と接触するまで、ばね６７がアーマチュア６２および弁部材４２を下向きに押圧することを可能にするレベルに低減されるかまたは終了される。これが行われると、ノズル供給通路２４を源とする高圧流体は、高圧通路４０、１４０、２４０を通し、高圧シート５０、１５０、２５０を通過して、ニードル制御チャンバ３７に流入する。ニードル制御チャンバ３７内で圧力が高まる速度、したがって、直接制御ニードル弁１１がその閉位置に向かって移動するまで、電流が終了される時点からの応答時間は、円筒状セグメント４７、１４７または円筒状セグメント２４７と２４８の組み合わせ流れ領域を適切に寸法決めすることによって作用することができる。

一貫して挙動する燃料噴射器１０を形成するために、本発明は、過去の弁を悩ませた問題のいくつかを軽減する３ウェイ弁１５のための構造を含むことが好ましい。弁シート５０、１５０、２５０および５１、１５１、２５１から離れた流れ制限部（円筒状セグメント４７、１４７、２４７および４８、１４８、２４８）を含むことによって、しばしば弁に関連する圧力差が弁シートから遠ざけられるので、弁部材４２の運動に干渉する可能性がある流体流力がそれぞれ低減される。さらに、弁リフトスペーサ４４（図１〜図５）、ストッパプレート１７５（図７）またはオリフィスプレート２６０（図８）にこれらの流れ制限部を配置することによって、流れ制限部をより容易に製造でき、弁開閉圧力制御の幾分独立した設定が可能になる。この同一の方法により、弁の間の性能一貫性の向上が可能になるが、この理由は、弁を現実的に製造可能にする幾何学的な公差をそれぞれの構成要素が有するという事実、少なくとも部分的にその事実のためおそらく弁毎に異なるであろう弁の個々のシートにわたる流れ領域から、弁の性能が脱鋭敏化されるからである。弁リフトスペーサに形成された円筒状セグメントは、大きな一貫性をもって製造することができるので、個々の弁の挙動の一貫性を高めることができる。

より一貫した性能を可能にできる本発明の３ウェイ弁１５の他の特徴は、分類部分としての弁リフトスペーサの用途を含む。言い換えれば、一貫性を維持するために、１つの弁から他の弁の弁移動距離を可能な限り一貫させるべきである。本発明の弁の場合、このことは、それぞれの個々の弁について、１つの弁から他の弁の比較的均一な移動距離をもたらす厚さを有する弁リフトスペーサを選択することによって達成される。言い換えれば、それぞれの弁は、比較的均一な移動距離を有するべきであるが、このことは、異なる弁のそれぞれの弁に、様々な厚さの弁リフトスペーサを使用することによって達成される。本発明の場合、弁移動距離は、約３０ミクロン、あるいは２５〜３５ミクロンにあることが好ましい。とにかく、約５０ミクロン未満の一貫したリフトを有する弁を確実に製造するために、本発明の方策を使用することができる。このことは、弁リフトスペーサを複数の異なる厚さ群にグループ化することによって達成される。これらの群のそれぞれは、特定の所定の厚さ±約３ミクロンの弁リフトスペーサを含むことが好ましい。

応答時間を改善するために本発明によって使用される他の方策は、少なくとも部分的に容積低減特徴部を有する、請求項において「第３の通路」として称されるニードル制御チャンバの画定を含む。通常、このことは、ニードル制御チャンバ３７の容積を低減するために、当該チャンバを形成する様々な構成要素の加工に注意を払うことによって達成される。当該チャンバの容積を低減することによって、当該チャンバは、圧力変化により迅速に応答することができる。例えば、本発明では、この方策は、例えば、弁リフトスペーサ４４内への経路の一部分のみニードル制御チャンバ３７の垂直部分を延在させることによって使用される。したがって、このセグメントの上面は容積低減表面特徴部と考えることができる。

当業者は、特に燃料噴射イベント中の弁の漏洩が一般に望ましくないことを理解するであろう。流体漏洩は、ある他の公知のニードル制御方式におけるようなその圧力変化を形成するために漏洩に頼る２方向弁の代わりに、本発明におけるような３ウェイ弁に依存することによって一般に低減される。さらに、図７と図８の実施形態は、低圧通路を弁から離すことによって３ウェイ弁の漏洩の可能性をさらに低減することを追求する。当業者は、燃料噴射イベント中の３ウェイ弁の圧力差が極めて高いことがあり得ることを理解するであろう。この圧力は、上部シート構成要素を下部シート構成要素から押し離すように作用し、また流体は、特に弁リフトスペーサの上面および下面の領域に移動する傾向を有する。低圧通路をこの領域から離して配置することによって、これらの実施形態は、漏洩の低減に関しより優れた性能を示すことが可能である。漏洩の低減は、一般に、燃料噴射量の信頼性および予測性を改善することができる。燃料噴射量は持続時間における制御弁によって規定されることが多いので、弁を通して漏れるすべての燃料は、実際に噴射される燃料量を予測量未満に必ず低減する可能性がある。

当業者は、本発明の意図する範囲から逸脱することなく、例示した実施形態に様々な修正をなし得ることを理解するであろう。例えば、第３の通路（ニードル制御チャンバ３７）は、必ずしも本発明の他の用途の閉鎖容積部である必要はない。したがって、当業者であれば、本発明の他の形態、目的および利点は、図面、明細書および添付した請求の範囲の検討によって得られることを理解するであろう。

本発明の一形態による燃料噴射器の側断面概略図である。 図１に示した燃料噴射器の電気油圧式アクチュエータ部分の側断面概略図である。 本発明の形態によるソレノイドステータアセンブリの等角図である。 図２に示した電気油圧式アクチュエータの３ウェイ弁部分の平面概略図である。 断面線５−５に沿って見た図４の３ウェイ弁の側断面概略図である。 図４と図５の３ウェイ弁用の弁部材の側面概略図である。 本発明の他の形態による３ウェイ弁の側断面概略図である。 本発明のなお他の形態による３ウェイ弁の側断面概略図である。

符号の説明

１０ 燃料噴射器
１１ 直接制御ニードル弁
１２ 電気油圧式アクチュエータ
１４ ３ウェイ弁
１６ 電気アクチュエータ
１７ ステータアセンブリ
１８ 高圧燃料源
１９ 燃料供給ライン
２０ 低圧燃料リザーバ
２１ 燃料移送通路
２２ 噴射器本体
２３ ノズル出口
２４ ノズル供給通路
２５ ノズルチャンバ
３０ ニードル部分
３１ リフトスペーサ
３２ ピストン部分
３３ 閉油圧表面
３４ 開油圧表面
３５ 付勢ばね
３６ ＶＯＰスペーサ
３７ ニードル制御チャンバ
３８ 中央線
３９ ニードル制御通路
４０ 高圧通路
４１ 低圧通路
４２ 弁部材
４３ 上部シート構成要素
４４ 弁リフトスペーサ
４５ 下部シート構成要素
４６ 締結具
４７ 円筒状セグメント
４８ 円筒状セグメント
４９ 締結穴
５０ 高圧シート
５１ 低圧シート
５２ 球形弁表面
５３ 球形弁表面
５４ 上部案内部分
５５ 上部案内穴
５６ 下部案内部分
５７ 下部案内穴
５８ 環状肩部
５９ ねじ山
６０ コイル
６１ ステータ
６２ アーマチュア
６３ アーマチュアワッシャ
６４ ナットワッシャ
６５ スペーサ
６６ ナット
６７ 付勢ばね
６９ 雌／雄電気ソケットコネクタ
７０ キャリヤアセンブリ
７１ ソレノイドスペーサ
７５ ストッパプレート
７６ ピストンガイド
８０ ベントチャンバ
８１ ベント通路
８２ アーマチュアキャビティ
８３ ベント通路
１１４ ３ウェイ弁
１３９ 制御通路
１４０ 高圧通路
１４１ 低圧通路
１４３ 上部シート構成要素
１４４ 弁リフトスペーサ
１４５ 下部シート構成要素
１４７ 円筒状セグメント
１４８ 円筒状セグメント
１５０ 高圧シート
１５１ 低圧シート
１７５ プレートストッパ
２１４ ３ウェイ弁
２３７ ニードル制御チャンバ
２３９ ニードル制御通路
２４０ 高圧通路
２４１ 低圧通路
２４３ 上部シート構成要素
２４５ 下部シート構成要素
２４７ 円筒状セグメント
２４８ 円筒状セグメント
２５０ 高圧シート
２５１ 低圧シート
２６０ オリフィスプレート
２６１ 平坦シート

Claims (7)

1. ３ウェイ弁であって、
   第１の通路と、該第１の通路より低圧用の第２の通路と、第３の通路とが配置され、また第１のシートと第２のシートとを含む弁本体と、
   前記弁本体に少なくとも部分的に位置付けられ、かつ前記第１のシートと前記第２のシートとの間で可動である弁部材と、を具備し、
   前記弁部材が前記第２のシートと接触するとき、前記第１の通路が、前記第１のシートを介して前記第３の通路に開き、
   前記弁部材が前記第１のシートと接触するとき、前記第２の通路が、前記第２のシートを介して前記第３の通路に開き、
   前記第１の通路から前記第３の通路に至る流れ領域であって、前記第１のシートを介した流れ領域に第１の流れ制限部が設けられ、
   前記第２の通路から前記第３の通路に至る流れ領域であって、前記第２のシートを介した流れ領域に第２の流れ制限部が設けられ、
   前記第１および第２の流れ制限部のそれぞれはその流れ領域の断面積が中央部で狭くなった円筒状セグメントを含み、
   前記第１の流れ制限部が、前記第２の流れ制限部よりも大きな流れ領域を有する、３ウェイ弁。
2. 前記第３の通路が閉鎖容積部の部分である、請求項１に記載の弁。
3. 前記弁本体が、第１のシート構成要素と第２のシート構成要素とを分離するリフトスペーサを含み、
   前記第１のシートと前記第２のシートとの間の前記弁部材の移動距離が、前記リフトスペーサの厚さによって画定され、
   前記リフトスペーサが、複数の厚さの所定の１つの厚さを有する、請求項１に記載の弁。
4. 前記弁部材が、共通の中心を有する１対の球形弁表面を有する、請求項１に記載の弁。
5. 電気油圧式アクチュエータであって、
   高圧液体源と、
   低圧液体リザーバと、
   前記高圧液体源に流体連結された高圧通路と、前記低圧液体リザーバに流体連結された低圧通路とを有し、また制御通路を含む閉鎖制御圧力容積部と、高圧シートと低圧シートとの間で移動するように捕捉された弁部材とを含む３ウェイ制御弁と、
   前記制御圧力容積部内の流体圧力にさらされた制御油圧表面を有する可動ピストンと、
   前記弁部材に動作可能に結合された電気アクチュエータと、を具備し、
   前記弁部材が前記高圧シートと接触するとき、前記低圧通路が、前記低圧シートを介して前記制御圧力容積部に開き、
   前記弁部材が前記低圧シートと接触するとき、前記高圧通路が、前記高圧シートを介して前記制御圧力容積部に開き、
   前記高圧通路から前記制御圧力容積部に至る流れ領域であって、前記高圧シートを介した流れ領域に第１の流れ制限部が設けられ、前記低圧通路から前記制御圧力容積部に至る流れ領域であって、前記低圧シートを介した流れ領域に第２の流れ制限部が設けられ、前記第１および第２の流れ制限部のそれぞれはそれぞれがその流れ領域の断面積が中央部で狭くなった円筒状セグメントを含み、
   前記可動ピストンが、前記高圧通路内の流体圧力にさらされる対向油圧表面を前記制御油圧表面の反対側に含む部材の部分であり、
   前記高圧通路が前記制御圧力容積部に開くとき、前記可動ピストンは前記対向油圧表面の方向に移動し、前記低圧通路が前記制御圧力容積部に開くとき、前記可動ピストンは前記制御油圧表面の方向に移動し、
   前記第１の流れ制限部が、前記第２の流れ制限部よりも大きな流れ領域を有する、アクチュエータ。
6. ３ウェイ制御弁を作動する方法であって、
   第２のシートと接触して弁部材を位置付けることによって、第１のシートを介して第１の通路を第３の通路に少なくとも部分的に流体連結するステップと、
   前記第１の通路から前記第３の通路に至る流れ領域に、第１の流れ制限部であって、該流れ制限部はその流れ領域の断面積が中央部で狭くなった円筒状セグメントを含む第１の流れ制限部を配置することによって、前記第１の通路から前記第３の通路への液体流を少なくとも部分的に制限するステップであって、前記第１の流れ制限部が、前記第１のシートを介した流れ領域に対して制限的であるステップと、
   前記弁部材を移動して前記第１のシートと接触させることによって、前記第２のシートを介して、前記第１の通路より低圧用の第２の通路を前記第３の通路に少なくとも部分的に流体連結するステップと、
   前記第２の通路から前記第３の通路に至る流れ領域に、第２の流れ制限部であって、該流れ制限部はその流れ領域の断面積が中央部で狭くなった円筒状セグメントを含む第２の流れ制限部を配置することによって、前記第２の通路から前記第３の通路への液体流を少なくとも部分的に制限するステップであって、前記第２の流れ制限部が、前記第２のシートを介した流れ領域に対して制限的であるステップと、を含み、
   前記第１の流れ制限部が、前記第２の流れ制限部よりも大きな流れ領域を有する、方法。
7. 前記弁部材に取り付けられた電気アクチュエータに過剰電力を供給することによって、弁応答時間を少なくとも部分的に低減するステップを含む、請求項６に記載の方法。

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