JP4998448B2 - 燃料噴射装置用プレッシャリミッタ - Google Patents

Description

本発明は、コモンレール内の圧力が所定値以上に上昇した際に開弁してコモンレール内の燃料を低圧部に逃がす燃料噴射装置用プレッシャリミッタに関する。

特許文献１に示された従来のプレッシャリミッタは、コモンレール内に連通する逃がし穴、逃がし穴の下流側に形成されたシート面、およびシート面の下流側に形成された摺動穴を有するシート部材を備えている。また、低圧部に接続されるスプリング室を形成するハウジングがシート部材に結合され、このスプリング室にスプリングが配置されている。

そして、球状の弁体がシート面に接離して逃がし穴が開閉されるようになっている。弁体はガイド部材を介してスプリングにて閉弁向きに付勢されている。このガイド部材は、摺動穴に摺動自在に挿入されて弁体に当接する円柱状のバルブガイド部と、スプリングの一端側を受けるスプリングガイド部とが一体に形成されている。バルブガイド部の外周面には二面幅の切り欠き面が形成され、弁体が逃がし穴を開いた際に、摺動穴と切り欠き面との隙間を介して逃がし穴とスプリング室とが連通するようになっている。
特開２００２−３１０１５号公報

しかしながら、従来のプレッシャリミッタは、ガイド部材が振動することによりガイド部材と弁体との相対運動が生じ、ガイド部材と弁体との当接部において摩耗が発生する。そして、弁体はシート面に対して自由に回転するため、弁体の摩耗部がシート面に当接するとシール不良が発生するという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、プレッシャリミッタにおける弁体の摩耗を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、コモンレール（２）内に連通する逃がし穴（８００）、逃がし穴（８００）の下流側に形成されたシート面（８０１）、およびシート面（８０１）の下流側に形成された摺動穴（８０２）を有するシート部材（８０）と、シート面（８０１）に接離して逃がし穴（８００）を開閉する弁体（８３）と、摺動穴（８０２）に摺動自在に配置され、一端側が弁体（８３）に当接する円柱状のバルブガイド（８４）と、バルブガイド（８４）の他端側に当接する板状のスプリングガイド（８５）と、一端側がスプリングガイド（８５）に当接し、スプリングガイド（８５）およびバルブガイド（８４）を介して弁体（８３）をシート面（８０１）に向かって付勢するスプリング（８２）と、シート部材（８０）と結合されて、スプリング（８２）を収容するとともに低圧部（３）に接続されるスプリング室（８１１）を形成するハウジング（８１）とを備え、バルブガイド（８４）の外周面に、バルブガイド（８４）における弁体側の端部からバルブガイド（８４）における軸方向中間部まで延びる切り欠き面（８４０）が形成され、弁体（８３）が逃がし穴（８００）を開いた際に、摺動穴（８０２）と切り欠き面（８４０）との隙間を介して逃がし穴（８００）とスプリング室（８１１）とが連通するように構成されていることを特徴とする。

これによると、バルブガイド（８４）とスプリングガイド（８５）とを分離してそれらを相対運動させるようにしているため、バルブガイド（８４）と弁体（８３）の当接部に対してスプリングガイド（８５）の振動の影響が及びにくくなり、弁体（８３）の摩耗が抑制される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料噴射装置用プレッシャリミッタにおいて、切り欠き面（８４０）は、バルブガイド（８４）の軸線に対して傾斜した平面であることを特徴とする。

従来はバルブガイド部の切り欠き面（８４０）が二面幅であるため、摺動穴（８０２）と切り欠き面（８４０）との隙間を介して逃がし穴（８００）とスプリング室（８１１）とが連通するとき、或いは逃がし穴（８００）とスプリング室（８１１）との間が遮断されるときに、逃がし穴（８００）とスプリング室（８１１）との連通面積が急激に変化する。したがって、車両に搭載される内燃機関の燃料噴射装置の場合、逃がし穴（８００）とスプリング室（８１１）との間の開閉を繰り返すリンプホーム走行時には、コモンレール（２）内の圧力変化が大きくなって燃料噴射量の制御精度が低下し、ドライバビリティの低下を招くという問題があった。

これに対し、請求項２の発明によると、摺動穴（８０２）と切り欠き面（８４０）との隙間を介して逃がし穴（８００）とスプリング室（８１１）とが連通するとき、或いは逃がし穴（８００）とスプリング室（８１１）との間が遮断されるときの、逃がし穴（８００）とスプリング室（８１１）との連通面積の変化が小さくなるため、コモンレール（２）内の圧力変化が緩やかになり、燃料噴射量の制御精度の低下ひいてはドライバビリティの低下を回避することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の燃料噴射装置用プレッシャリミッタにおいて、バルブガイド（８４）の外周面には、切り欠き面（８４０）におけるスプリングガイド側の端部からスプリングガイド側に向かって、かつバルブガイド（８４）の軸線に対して傾斜して延びる燃料流出溝（８４１）が形成されていることを特徴とする。

従来のプレッシャリミッタは、ガイド部材の往復動に伴いバルブガイド部が摺動穴（８０２）内で摺動する。この際、バルブガイド部の特定の部位が、摺動穴（８０２）のエッジ部などの高面圧部と常に摺動すると、その特定の部位の面荒れが進行しやすい。

これに対し、請求項３の発明によると、燃料流出溝（８４１）からスプリング室（８１１）に流出する燃料によってバルブガイド（８４）に回転運動が与えられるため、バルブガイド（８４）は、摺動穴（８０２）のエッジ部などの高面圧部と摺動する部位が変化し、バルブガイド（８４）の特定部位の面荒れ進行を抑制することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射装置用プレッシャリミッタにおいて、スプリングガイド（８５）がハウジング（８１）に当接することにより、スプリングガイド（８５）の開弁向きの移動量が規制されるように構成されていることを特徴とする。

従来のプレッシャリミッタは、開弁時のリフト量を規制する構成ではないため、スプリング（８２）が過圧縮されてへたりが生じ、開弁圧が変化するという問題があった。これに対し、請求項４の発明によると、スプリングガイド（８５）の移動量が規制されることによりスプリング（８２）の過圧縮が防止され、開弁圧の変化が防止される。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射装置用プレッシャリミッタにおいて、シート部材（８０）は、逃がし穴（８００）およびシート面（８０１）が形成された第１シート部材（８０ａ）と、摺動穴（８０２）が形成された第２シート部材（８０ｂ）とに分割されていることを特徴とする。

ところで、高圧化・小型化・閉弁圧アップという市場ニーズあり、それには、スプリング（８２）のセット荷重低減によるスプリング体格増大の抑制を目的とするシート径の小径化と、閉弁圧アップのためのバルブガイド（８４）の小径化が必要となる。このため、シート面（８０１）は「細穴の奥底」になり、高精度が要求されるシート面（８０１）の加工がさらに困難になる。

これに対し、請求項５の発明によると、第１シート部材（８０ａ）の表面にシート面（８０１）を配置して、シート面（８０１）の加工を容易にすることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るプレッシャリミッタを用いた燃料噴射装置の全体構成図である。

図１に示す燃料噴射装置は、車両に搭載される例えば４気筒のディーゼル機関（以下、エンジンという）１に適用され、高圧燃料を蓄えるコモンレール２と、燃料タンク３から汲み上げた燃料を加圧してコモンレール２に供給する燃料供給ポンプ４と、コモンレール２より供給される高圧燃料をエンジン１の燃焼室１ａに噴射するインジェクタ５と、燃料噴射装置を電子制御する電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）６とを備えている。

コモンレール２内の圧力（以下、レール圧という）の目標値がＥＣＵ６により設定され、コモンレール２は燃料供給ポンプ４から供給された高圧燃料を目標レール圧にて蓄える。このコモンレール２には、レール圧を検出してＥＣＵ６に出力する圧力センサ７と、レール圧が予め設定された所定値を超えないように制限するプレッシャリミッタ８が取り付けられている。

燃料供給ポンプ４は、エンジン１に駆動されて回転するカム軸９、このカム軸９に駆動されて燃料タンク３から燃料を汲み上げるフィードポンプ１０、カム軸９の回転に同期してシリンダ１１内を往復運動するプランジャ１２、フィードポンプ１０からシリンダ１１内の加圧室１３に吸入される燃料量を調量する電磁調量弁１４などを有している。

この燃料供給ポンプ４は、プランジャ１２がシリンダ１１内を上死点から下死点に向かって移動する際に、フィードポンプ１０より送り出された燃料が電磁調量弁１４で調量され、吸入弁１５を押し開いて加圧室１３に吸入される。その後、プランジャ１２がシリンダ１１内を下死点から上死点へ向かって移動する際に、プランジャ１２によって加圧室１３の燃料が加圧され、その加圧された燃料が、吐出弁１６を押し開いてコモンレール２に圧送される。

インジェクタ５は、エンジン１の気筒毎に搭載され、それぞれ高圧配管１７を介してコモンレール２に接続されている。このインジェクタ５は、ＥＣＵ６の指令に基づいて作動する電磁弁５ａと、この電磁弁５ａへの通電時に燃料を噴射するノズル５ｂとを備える。電磁弁５ａは、コモンレール２の高圧燃料が印加される圧力室（図示せず）から低圧側に通じる低圧通路（図示せず）を開閉するもので、通電時に低圧通路を開放し、通電停止時に低圧通路を遮断する。

ノズル５ｂは、噴孔を開閉するニードル（図示せず）を内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁向き（噴孔を閉じる向き）に付勢している。従って、電磁弁５ａへの通電により低圧通路が開放されて圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル５ｂ内を開弁向きに移動して開弁する（噴孔を開く）ことにより、コモンレール２より供給された高圧燃料を噴孔より噴射する。一方、電磁弁５ａへの通電停止により低圧通路が遮断されて、圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル５ｂ内を閉弁向きに移動して閉弁することにより、噴射が終了する。

ＥＣＵ６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。

ＥＣＵ６は、エンジン回転数を検出する回転数センサ１８、アクセル開度（すなわちエンジン負荷）を検出するアクセル開度センサ（図示せず）、及びレール圧を検出する圧力センサ７等が接続され、これらのセンサで検出されたセンサ情報に基づいて、コモンレール２の目標レール圧と、エンジン１の運転状態に適した噴射時期及び噴射量等を演算し、その演算結果に従って、燃料供給ポンプ４の電磁調量弁１４及びインジェクタ５の電磁弁５ａを電子制御する。

次に、プレッシャリミッタ８について説明する。図２は図１のプレッシャリミッタ８の閉弁状態を示す正面断面図、図３は図１のプレッシャリミッタ８の開弁状態を示す正面断面図である。図４（ａ）は図２のバルブガイドの正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の下面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図２、図３に示すように、プレッシャリミッタ８は、シート部材８０とハウジング８１がかしめによって一体化されている。ハウジング８１の外周面には雄ねじ８１０が形成されており、この雄ねじ８１０をコモンレール２（図１参照）の雌ねじ（図示せず）に螺合させることにより、シート部材８０がコモンレール２内に臨む状態で、プレッシャリミッタ８がコモンレール２に固定される。

ハウジング８１の内部にはスプリング室８１１が形成されており、スプリング室８１１は低圧配管１９（図１参照）を介して低圧部としての燃料タンク３（図１参照）に接続されている。また、スプリング室８１１には、後述する弁体を閉弁向きに付勢するスプリング８２が配置されている。なお、このスプリング８２は圧縮コイルスプリングである。

シート部材８０には、コモンレール２内に連通する逃がし穴８００、この逃がし穴８００の下流側に位置する円錐状のシート面８０１、このシート面８０１の下流側に位置する摺動穴８０２、およびこの摺動穴８０２の下流側に位置するスプリングガイド室８０３が形成されている。

摺動穴８０２内には、シート面８０１に接離して逃がし穴８００を開閉する球状の弁体８３が挿入されると共に、一端側が弁体８３に当接する円柱状のバルブガイド８４が摺動自在に配置されている。弁体８３にはレール圧が常時作用しており、弁体８３はそのレール圧により逃がし穴８００を開く向き（すなわち開弁向き）に付勢される。

スプリングガイド室８０３には、円板状のスプリングガイド８５が配置されている。このスプリングガイド８５には、スプリングガイド室８０３とスプリング室８１１とを常時連通させる連通穴８５０が形成されている。

スプリングガイド８５は、一端側がバルブガイド８４に当接し、他端側にスプリング８２が当接している。そして、スプリング８２の荷重は、スプリングガイド８５およびバルブガイド８４を介して弁体８３に作用するようになっている。なお、スプリングガイド８５の厚さにより、スプリング８２のセット荷重を調整することができる。

スプリングガイド室８０３の内径およびスプリングガイド８５の外径は、スプリング室８１１の内径よりも大きく設定されている。そして、図３に示すように、スプリング８２が圧縮される向き（すなわち開弁向き）にスプリングガイド８５が所定量移動した際には、ハウジング８１におけるシート部材８０側の端面にスプリングガイド８５が当接し、スプリングガイド８５の移動量が規制されるようになっている。

図４に示すように、バルブガイド８４の外周面には切り欠き面８４０が形成されている。この切り欠き面８４０は、バルブガイド８４の周方向に沿って等間隔に３つ配置されている。切り欠き面８４０は、バルブガイド８４の軸線に対して傾斜した平面であると共に、バルブガイド８４における弁体８３（図２参照）側の端部からバルブガイド８４における軸方向中間部まで延びている。より詳細には、切り欠き面８４０の形成位置から周方向に９０度ずれた位置から見たときに、切り欠き面８４０はバルブガイド８４の軸線に対して傾斜している。

また、バルブガイド８４におけるスプリングガイド８５（図２参照）側の端面（すなわち、スプリングガイド８５との当接面）は、球面になっている。バルブガイド８４における弁体８３側の端面（すなわち、弁体８３との当接面）は、平面または円錐面になっている。

そして、弁体８３が逃がし穴８００を閉じている閉弁時には、切り欠き面８４０全体が摺動穴８０２内に位置している（図２参照）。一方、弁体８３が逃がし穴８００を開いている開弁時には、切り欠き面８４０の一部が摺動穴８０２から露出し、摺動穴８０２と切り欠き面８４０との隙間を介して、逃がし穴８００がスプリングガイド室８０３さらにはスプリング室８１１と連通するようになっている。

次に、プレッシャリミッタ８の作動を説明する。まず、レール圧が所定値未満の場合、すなわち、レール圧がプレッシャリミッタ８の設定開弁圧未満の場合は、図２に示すように、弁体８３はスプリング８２に付勢されてシート面８０１に当接し、弁体８３により逃がし穴８００が閉じられる。

一方、例えば燃料供給ポンプ４からコモンレール２に燃料が過剰に圧送されて、レール圧が所定値に達した場合、すなわち、レール圧がプレッシャリミッタ８の設定開弁圧に達した場合は、図３に示すように、弁体８３、バルブガイド８４、およびスプリングガイド８５がスプリング８２に抗して移動する。これにより、弁体８３がシート面８０１から離れ、逃がし穴８００が開かれる。また、バルブガイド８４の切り欠き面８４０の一部が摺動穴８０２から露出し、摺動穴８０２と切り欠き面８４０との隙間を介して、逃がし穴８００とスプリングガイド室８０３間が連通する。

したがって、コモンレール２内の燃料が、逃がし穴８００、摺動穴８０２と切り欠き面８４０との隙間、スプリングガイド室８０３、スプリング室８１１、および低圧配管１９を介して燃料タンク３に逃がされる。このように、コモンレール２内の燃料が燃料タンク３に逃がされることにより、レール圧は所定値未満に調整される。

本実施形態では、バルブガイド８４とスプリングガイド８５とを分離してそれらを相対運動させるようにしているため、バルブガイド８４と弁体８３の当接部に対してスプリングガイド８５の振動の影響が及びにくくなり、弁体８３の摩耗が抑制される。

また、バルブガイド８４におけるスプリングガイド８５側の端面を球面にしているため、振動でスプリングガイド８５が揺動してもバルブガイド８４は揺動しない。したがって、バルブガイド８４の揺動によるバルブガイド８４と弁体８３との摺動摩耗が防止される。

さらに、切り欠き面８４０は、バルブガイド８４の軸線に対して傾斜した平面であるため、摺動穴８０２と切り欠き面８４０との隙間の面積は、バルブガイド８４の軸方向に沿って連続的に徐々に変化する。したがって、バルブガイド８４の移動によって逃がし穴８００とスプリングガイド室８０３との間が連通・遮断されるときに、逃がし穴８００とスプリングガイド室８０３との連通面積は徐々に変化する。よって、そのときのレール圧の変化が緩やかになり、燃料噴射量の制御精度の低下ひいてはドライバビリティの低下を回避することができる。

さらにまた、開弁向きへのスプリングガイド８５の移動量がハウジング８１により規制されるため、スプリング８２の過圧縮が防止され、開弁圧の変化が防止される。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図５（ａ）は本発明の第２実施形態に係るプレッシャリミッタ８におけるバルブガイド８４の正面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の下面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。なお、本実施形態は、バルブガイド８４の構成を一部変更したものである。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、バルブガイド８４の切り欠き面８４０は、バルブガイド８４の軸線と平行な平面であると共に、バルブガイド８４における弁体８３（図２参照）側の端部からバルブガイド８４における軸方向中間部まで延びている。

また、バルブガイド８４の外周面には、切り欠き面８４０におけるスプリングガイド８５（図２参照）側の端部からスプリングガイド８５側に向かって、かつバルブガイド８４の軸線に対して傾斜して延びる燃料流出溝８４１が形成されている。より詳細には、切り欠き面８４０および燃料流出溝８４１の形成位置側から見たときに、燃料流出溝８４１の延び方向（すなわち、長手方向）はバルブガイド８４の軸線に対して傾斜している。

これによると、プレッシャリミッタ８が開弁してコモンレール２（図１参照）内の燃料が燃料タンク３（図１参照）に逃がされる際、燃料流出溝８４１からスプリングガイド室８０３（図２参照）に流出する燃料によってバルブガイド８４に回転運動が与えられるため、バルブガイド８４は、摺動穴８０２のエッジ部などの高面圧部と摺動する部位が変化し、バルブガイド８４の特定部位の面荒れ進行を抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図６は本発明の第３実施形態に係るプレッシャリミッタ８の正面断面図である。なお、本実施形態は、シート部材８０の構成を一部変更したものである。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、シート部材８０は、逃がし穴８００およびシート面８０１が形成された第１シート部材８０ａと、摺動穴８０２が形成された第２シート部材８０ｂとに分割されている。これにより、シート面８０１は第１シート部材８０ａの表面に配置されるため、シート面８０１の加工が容易である。

本発明の第１実施形態に係るプレッシャリミッタを用いた燃料噴射装置の全体構成図である。 図１のプレッシャリミッタ８の閉弁状態を示す正面断面図である。 図１のプレッシャリミッタ８の開弁状態を示す正面断面図である。 （ａ）は図２のバルブガイドの正面図、（ｂ）は（ａ）の下面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係るプレッシャリミッタ８におけるバルブガイド８４の正面図、（ｂ）は（ａ）の下面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第３実施形態に係るプレッシャリミッタ８の正面断面図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１ａ 燃焼室
２ コモンレール
３ 燃料タンク（低圧部）
５ インジェクタ
８０ シート部材
８１ ハウジング
８２ スプリング
８３ 弁体
８４ バルブガイド
８５ スプリングガイド
８００ 逃がし穴
８０１ シート面
８０２ 摺動穴
８１１ スプリング室
８４０ 切り欠き面

Claims (5)

1. 高圧燃料を蓄えるコモンレール（２）と、前記コモンレール（２）より供給される高圧燃料を内燃機関（１）の燃焼室（１ａ）に噴射するインジェクタ（５）とを備える燃料噴射装置に用いられ、前記コモンレール（２）内の圧力が所定値以上に上昇した際に開弁して前記コモンレール（２）内の燃料を低圧部（３）に逃がすプレッシャリミッタであって、
   前記コモンレール（２）内に連通する逃がし穴（８００）、前記逃がし穴（８００）の下流側に形成されたシート面（８０１）、および前記シート面（８０１）の下流側に形成された摺動穴（８０２）を有するシート部材（８０）と、
   前記シート面（８０１）に接離して前記逃がし穴（８００）を開閉する弁体（８３）と、
   前記摺動穴（８０２）に摺動自在に配置され、一端側が前記弁体（８３）に当接する円柱状のバルブガイド（８４）と、
   前記バルブガイド（８４）の他端側に当接する板状のスプリングガイド（８５）と、
   一端側が前記スプリングガイド（８５）に当接し、前記スプリングガイド（８５）および前記バルブガイド（８４）を介して前記弁体（８３）を前記シート面（８０１）に向かって付勢するスプリング（８２）と、
   前記シート部材（８０）と結合されて、前記スプリング（８２）を収容するとともに前記低圧部（３）に接続されるスプリング室（８１１）を形成するハウジング（８１）とを備え、
   前記バルブガイド（８４）の外周面に、前記バルブガイド（８４）における前記弁体側の端部から前記バルブガイド（８４）における軸方向中間部まで延びる切り欠き面（８４０）が形成され、前記弁体（８３）が前記逃がし穴（８００）を開いた際に、前記摺動穴（８０２）と前記切り欠き面（８４０）との隙間を介して前記逃がし穴（８００）と前記スプリング室（８１１）とが連通するように構成されていることを特徴とする燃料噴射装置用プレッシャリミッタ。
2. 前記切り欠き面（８４０）は、前記バルブガイド（８４）の軸線に対して傾斜した平面であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置用プレッシャリミッタ。
3. 前記バルブガイド（８４）の外周面には、前記切り欠き面（８４０）における前記スプリングガイド側の端部から前記スプリングガイド側に向かって、かつ前記バルブガイド（８４）の軸線に対して傾斜して延びる燃料流出溝（８４１）が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置用プレッシャリミッタ。
4. 前記スプリングガイド（８５）が前記ハウジング（８１）に当接することにより、前記スプリングガイド（８５）の開弁向きの移動量が規制されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射装置用プレッシャリミッタ。
5. 前記シート部材（８０）は、前記逃がし穴（８００）および前記シート面（８０１）が形成された第１シート部材（８０ａ）と、前記摺動穴（８０２）が形成された第２シート部材（８０ｂ）とに分割されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射装置用プレッシャリミッタ。

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