JP7325571B1

JP7325571B1 - 逆止弁

Info

Publication number: JP7325571B1
Application number: JP2022068651A
Authority: JP
Inventors: 泰弘大平
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-04-19
Filing date: 2022-04-19
Publication date: 2023-08-14
Anticipated expiration: 2042-04-19
Also published as: JP2023158712A

Abstract

【課題】残圧変動による影響を受けた場合であっても燃料圧力（燃料ポンプの内圧）の上昇を抑制し、安定した開弁動作が可能な逆止弁が得られる。【解決手段】逆止弁は、燃料ポンプの吐出部に形成された弁座と、弁座に対向して配置され、弁座に当接または離間可能な弁体と、弁体の弁座に当接する位置に設けられ、円環状の凸形状を有する当接部と、を備えたことを特徴とするものである。【選択図】図２

Description

本願は、逆止弁に関するものである。

内燃機関には、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁等が設置されている。従来から、燃料噴射弁等に供給される燃料の逆流を防止するために、燃料供給装置（以下、燃料ポンプと称す）と燃料噴射弁等を繋ぐ燃料通路内に逆止弁が設けられている。逆止弁は、弁座と、当該弁座に当接または離間可能な弁体により構成されており、従来から逆止弁については、安定動作に関する構造が各種提案されている。

例えば、弁体を閉弁位置側に付勢するコイルスプリングにおいて、その外径が弁体の外径よりも大きく、且つ、燃料の圧力を受ける受圧部を有する逆止弁が提案されている（例えば、特許文献１参照）。燃料の流体圧が弁体に作用すると、この流体圧によって弁体がコイルスプリングのスプリング力に抗して開位置側に移動する。弁体の流体圧を受ける面積が小さいと、弁体が完全に開位置に移動しない状態となり、弁体に首振り等の振動が発生し、燃料の圧損が大きくポンプ効率が低下する。

このため、コイルスプリングに燃料の圧力を受ける受圧部を設け、流体圧による大きな押圧力を受けるようにしている。弁体が開弁した瞬間は、リフト量が小さいために弁体と弁孔の孔面との隙間を流れる燃料の流速がはやい。この時、弁体の周辺で一旦流体圧の低下が発生するが、弁体が僅かでもリフトした状態では流体圧が弁体とコイルスプリングの受圧部にも作用する。つまり、弁体とコイルスプリングの受圧部によって流体圧による大きな押圧力を受けるため、弁体がコイルスプリングのスプリング力に抗して不安定なリフト状態となることなく確実に開位置に移動する。

特許第４４１８２６７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の逆止弁では、燃料ポンプの停止時の燃料通路の下流部分（燃料噴射弁等側の部分）の残圧の高低について考慮されていない。一般的に弁体はゴム材料で形成され、燃料ポンプの停止時の燃料通路の下流部分の残圧によって、弁体の弁座に当接する箇所（シール部）が弁座に押し付けられる。この際、燃料通路の下流部分の残圧の高低により、弁体のシール部を弁座に押し付ける力が変動し、シール部のシール幅が変化する。シール幅が変化すると、逆止弁が開弁する燃料ポンプの内圧が変動する。例えば、燃料通路の下流部分の残圧が高いと、弁体のシール部を弁座に押し付ける力が強く、シール部のシール幅が大きくなり、燃料通路の下流部分における弁体の受圧面積と上流部分（燃料ポンプ側）における弁体の受圧面積の差が大きくなり（上流部分における弁体の受圧面積が小さくなる）、逆止弁が開弁する燃料ポンプの内圧が高くなる。

一方、燃料ポンプの内圧の最大値は安全弁で決まっている。燃料ポンプの内圧が安全弁の開弁圧に達すると安全弁が開弁し、逆止弁が開弁せずに吐出側に燃料を供給できない。これを阻止するために安全弁の開弁圧を高く設定すると、何かしらの要因で燃料通路が閉塞した際、安全弁の開弁直前状態時に燃料通路の圧力が耐圧以上になるため、安全弁の開弁圧にも上限がある。昨今の内燃機関の直噴化および燃費向上に対応する燃料システムの高燃圧化に伴い、燃料ポンプの停止時の燃料通路の下流部分の残圧が高くなり、燃料ポンプの再始動時に逆止弁が開き難くなるという問題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、残圧変動による影響を受けた場合であっても燃料圧力（燃料ポンプの内圧）の上昇を抑制し、安定した開弁動作が可能な逆止弁を提供することを目的とする。

本願に開示される逆止弁は、燃料ポンプの吐出部に形成された弁座と、前記弁座に対向して配置され、前記弁座に当接または離間可能な弁体と、前記弁体の前記弁座に当接する位置に設けられ、円環状の凸形状を有する当接部と、を備え、前記吐出部は、前記弁体が前記弁座に当接する前記位置を挟んで前記燃料ポンプ側の上流部分と、前記位置を挟んで前記上流部分の反対側の下流部分とを有しており、前記弁体の前記当接部が前記弁座に押し付けられたシール幅は、前記当接部の凸形状の幅によって決定され、前記吐出部の前記下流部分の残圧の変動によって前記凸形状の幅よりも大きくならないことを特徴とするものである。

本願に開示される逆止弁によれば、残圧変動による影響を受けた場合であっても燃料圧力（燃料ポンプの内圧）の上昇を抑制し、安定した開弁動作が可能な逆止弁を得られる。

実施の形態１による逆止弁の閉弁時の状態を示す断面図である。実施の形態１による逆止弁の開弁時の状態を示す断面図である。実施の形態１による逆止弁の弁体を示す側面図および上面図である。図１Ａに示す逆止弁の拡大断面図である。実施の形態１による逆止弁の燃料通路の下流部分の残圧が高い場合における閉弁時の状態を示す拡大断面図である。比較例による逆止弁の閉弁時の状態を示す断面図である。比較例による逆止弁の開弁時の状態を示す断面図である。図４Ａに示す逆止弁の拡大断面図である。比較例による逆止弁の燃料通路の下流部分の残圧が高い場合における閉弁時の状態を示す拡大断面図である。

実施の形態１．
実施の形態１による逆止弁は、インペラを回転させて燃料タンクから燃料を吸い上げ、内燃機関に加圧供給する燃料ポンプの燃料通路に介在されている。
以下、図面に基づいて実施の形態１について説明する。なお、各図面において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

図１Ａは、実施の形態１による逆止弁の閉弁時の状態を示す断面図であり、図１Ｂは実施の形態１による逆止弁の開弁時の状態を示す断面図である。また、図１Ｃは実施の形態１による逆止弁の弁体を示す側面図および上面図である。
図１Ａから図１Ｃに示すように、実施の形態１による逆止弁１０１は、燃料ポンプ（図示なし）の例えば吐出パイプ１である吐出部に形成された弁座１ａと、この弁座１ａに対向して配置され、弁座１ａに当接または離間可能な弁体２と、弁体２の弁座１ａに当接する位置に設けられ、円環状の凸形状を有する当接部２ｅと、を備えている。

吐出部は、燃料ポンプの吐出パイプ１および吐出パイプ１に接続された、例えば燃料噴射弁（図示なし）等へ連通する燃料ホース等の燃料通路を含んでおり、実施の形態１の逆止弁１０１は、燃料ポンプの吐出パイプ１内に設置されている。
また、弁体２はホルダ３により保持されている。吐出パイプ１の内部には燃料通路１ｄが形成されており、逆止弁１０１を挟んで、燃料通路１ｄの燃料ポンプ側である上流部分１ｂと、燃料通路１ｄの内燃機関側である下流部分１ｃとに隔てられている。また、当接部２ｅは、弁座１ａに対して円環状に当接し、燃料の流れをシールしている。

図１Ａに示すように、燃料ポンプが停止状態の時には、逆止弁１０１は弁体２の当接部２ｅが弁座１ａに当接した閉弁状態にある。この閉弁状態から燃料ポンプが駆動されると、燃料ポンプから供給される燃料の吐出圧によって、弁体２に対して弁体２が弁座１ａに当接する方向に加わる力よりも弁体２が弁座１ａから離間する方向に加わる力が大きくなる。その結果、図１Ｂに示すように、弁体２が弁座１ａから離間する方向に移動することにより、逆止弁１０１は開弁状態になる。その後、燃料ポンプが停止状態になると、燃料通路１ｄの上流部分１ｂから燃料の圧力が低下していくことによって、弁体２に対して離間方向に加わる力よりも当接方向に加わる力が大きくなる。

その結果、弁体２が当接方向に移動して弁座１ａに当接部２ｅが当接することにより、逆止弁１０１は閉弁状態になる。これにより、逆止弁１０１は、燃料ポンプの駆動時には燃料ポンプから燃料噴射弁等に燃料を供給する方向の流れを許容しつつ、燃料ポンプの停止時には当該燃料の逆流を抑止することができる。なお、燃料通路１ｄの上流部分１ｂには、図示しない安全弁が設置されており、何かしらの要因で燃料通路１ｄが閉塞した際、安全弁が開弁し、燃料通路１ｄの圧力が耐圧以上になることを防いでいる。

図２は図１Ａに示す逆止弁の拡大断面図であり、実施の形態１による逆止弁の閉弁時の状態を示している。
燃料ポンプが一度駆動した後に停止状態となる場合、逆止弁１０１の働きにより、燃料通路１ｄの下流部分１ｃには残圧が存在する。一方、燃料通路１ｄの上流部分１ｂの圧力は一気に低下する。この状態から再度燃料ポンプが駆動する場合、燃料通路１ｄの上流部分１ｂから弁体２に対して弁座１ａと離間方向に加わる力が燃料ポンプの駆動に伴い大きくなっていき、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧による弁体２が弁座１ａに当接する力と一致した際に逆止弁１０１は開弁する。

ここで、逆止弁１０１が閉弁状態で、燃料通路１ｄの下流部分１ｃに残圧がある場合、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧により、弁体２の当接部２ｅが弁座１ａに押し付けられる。弁座１ａに当接するゴム材料で形成された弁体２の当接部２ｅは、弁座１ａの形状に倣いながら、凸形状の幅２ｆによって決まるシール幅を持つ。凸形状の幅２ｆは、具体的には０．２～０．３ｍｍである。このため、燃料通路１ｄの上流部分１ｂにおける弁体２の第１の受圧面積２ｃに対し、燃料通路１ｄの下流部分１ｃにおける弁体２の第２の受圧面積２ｄは、凸形状の幅２ｆに相当する面積分大きくなる。

図３は、実施の形態１による逆止弁の燃料通路の下流部分の残圧が高い場合における閉弁時の状態を示す拡大断面図である。
上記のとおり、逆止弁１０１が閉弁状態で、燃料通路１ｄの下流部分１ｃに残圧がある場合、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧により、弁体２の円環状の凸形状を有する当接部２ｅが弁座１ａに押し付けられるため、弁座１ａに当接するゴム材料で形成された弁体２の当接部２ｅは、弁座１ａの形状に倣いながら、凸形状の幅２ｆによって決まるシール幅を持つ。ここで、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧が高い場合、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧により、弁座１ａに当接する弁体２の当接部２ｅが弁座１ａに押し付けられる力が大きくなるが、弁座１ａに当接する弁体２の当接部２ｅが弁座１ａの形状に倣いながら形成するシール幅は凸形状の幅２ｆよりも大きくならない。

このため、燃料通路１ｄの上流部分１ｂにおける弁体２の第１の受圧面積２ｃに対し、燃料通路１ｄの下流部分１ｃにおける弁体２の第２の受圧面積２ｄは、凸形状の幅２ｆに相当する面積分大きくなるものの、それ以上は大きくならず、逆止弁１０１が開弁する燃料通路１ｄの上流部分１ｂの燃料圧力（燃料ポンプの内圧）の上昇を抑制できる。以上より、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧が変動しても一定以下の燃料通路１ｄの上流部分１ｂの燃料圧力（燃料ポンプの内圧）で開弁可能な逆止弁１０１を得ることができ、安全弁の開弁圧を上げることなく、燃料システムの高燃圧化に伴い燃料ポンプの再始動時に逆止弁１０１が開き難くなることへの対応が可能となる。

次に、実施の形態１による逆止弁１０１の効果について、図４Ａ、図４Ｂ、図５、図６を用いて比較することにより説明する。
図４Ａは比較例による逆止弁の閉弁時の状態を示す断面図であり、図４Ｂは比較例による逆止弁の開弁時の状態を示す断面図である。比較例において、実施の形態１の構成要素と類似または同一の構成要素には同符号を付す。また、比較例による逆止弁の基本的な構成について、実施の形態１と同様の部分の説明は省略する。

図４Ａに示すように、燃料ポンプが停止状態の時には、逆止弁１０１は弁体２が弁座１ａに当接した閉弁状態にある。この閉弁状態から燃料ポンプが駆動されると、燃料ポンプから供給される燃料の吐出圧によって、弁体２に対して弁体２が弁座１ａに当接する方向に加わる力よりも弁体２が弁座１ａから離間する方向に加わる力が大きくなる。その結果、弁体２が弁座１ａから離間する方向に移動することにより、逆止弁１０１は開弁状態になる。その後、燃料ポンプが停止状態になると、燃料通路の上流部分１ｂから燃料の圧力が低下していくことによって、弁体２に対して離間方向に加わる力よりも当接方向に加わる力が大きくなる。

その結果、図４Ｂに示すように、弁体２が当接方向に移動して弁座１ａに当接することにより、逆止弁１０１は閉弁状態になる。これにより、逆止弁１０１は、燃料ポンプの駆動時には燃料ポンプから燃料噴射弁等に燃料を供給する方向の流れを許容しつつ、燃料ポンプの停止時には当該燃料の逆流を抑止することができる。
なお、燃料通路の上流部分１ｂには、図示しない安全弁が設置されており、何かしらの要因で燃料通路が閉塞した際、安全弁が開弁し、燃料通路の圧力が耐圧以上になることを防いでいる。

図５は図４Ａに示す逆止弁の拡大断面図であり、比較例による逆止弁の閉弁時の状態を示している。
燃料ポンプが一度駆動した後に停止状態となる場合、逆止弁１０１の働きにより、燃料通路の下流部分１ｃには残圧が存在する。一方、燃料通路１ｄの上流部分１ｂの圧力は一気に低下する。この状態から再度燃料ポンプが駆動する場合、燃料通路１ｄの上流部分１ｂから弁体２に対して弁座１ａと離間方向に加わる力が燃料ポンプの駆動に伴い大きくなっていき、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧による弁体２が弁座１ａに当接する力と一致した際に逆止弁１０１は開弁する。ここで、逆止弁１０１が閉弁状態で、燃料通路１ｄの下流部分１ｃに残圧がある場合、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧により弁体２の弁座１ａに当接するシール部２ａが弁座１ａに押し付けられるため、ゴム材料で形成された弁体２の弁座１ａに当接するシール部２ａは、弁座１ａの形状に倣って、ある一定のシール幅２ｂを持つ。

このため、燃料通路１ｄの上流部分１ｂにおける弁体２の第１の受圧面積２ｃに対し、燃料通路１ｄの下流部分１ｃにおける弁体２の第２の受圧面積２ｄは、シール幅２ｂに相当する面積分大きくなる。つまり、燃料ポンプが一度駆動した後に停止状態となり、その後に再度駆動する場合、言い換えると逆止弁１０１が閉弁状態で、燃料通路１ｄの下流部分１ｃに残圧がある場合、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧に対し、燃料通路１ｄの上流部分１ｂの燃料圧力（燃料ポンプの内圧）が、燃料通路１ｄの上流部分１ｂにおける弁体２の第１の受圧面積２ｃと燃料通路１ｄの下流部分１ｃにおける弁体２の第２の受圧面積２ｄの比率分、大きくならなければ逆止弁１０１は開弁しない。

図６は、比較例による逆止弁の燃料通路の下流部分の残圧が高い場合における閉弁時の状態を示す拡大断面図である。
上記のとおり、逆止弁１０１が閉弁状態で、燃料通路１ｄの下流部分１ｃに残圧がある場合、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧により弁体２の弁座１ａに当接するシール部２ａが弁座１ａに押し付けられるため、ゴム材料で形成された弁体２の弁座１ａに当接するシール部２ａは、弁座１ａの形状に倣って、ある一定のシール幅２ｂを持つ。ここで、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧が高い場合は、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧により弁体２の弁座１ａに当接するシール部２ａが弁座１ａに押し付けられる力が大きいため、弁体２の弁座１ａに当接するシール部２ａが弁座１ａの形状に倣って形成するシール幅２ｂは大きくなる。

このため、燃料通路１ｄの上流部分１ｂにおける弁体２の第１の受圧面積２ｃに対し、燃料通路１ｄの下流部分１ｃにおける弁体２の第２の受圧面積２ｄはより一層大きくなり、逆止弁１０１が開弁する燃料通路１ｄの上流部分１ｂの燃料圧力（燃料ポンプの内圧）はより一層高くなる。

一方、実施の形態１の逆止弁１０１によれば、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧により弁体２の当接部２ｅが弁座１ａに押し付けられる際、シールされる幅が凸形状の幅２ｆよりも大きくならないため、燃料通路１ｄの下流部分１ｃにおける弁体２の第２の受圧面積２ｄと燃料通路１ｄの上流部分１ｂにおける弁体２の第１の受圧面積２ｃの差が一定以上にならず、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧が変動しても逆止弁１０１が開弁する燃料通路１ｄの上流部分１ｂの燃料圧力（燃料ポンプの内圧）は一定以上にはならない。
以上より、燃料通路１ｄの下流部分１ｃの残圧が変動しても一定以下の燃料通路１ｄの上流部分１ｂの燃料圧力（燃料ポンプの内圧）で開弁可能な逆止弁１０１を得ることができ、安全弁の開弁圧を上げることなく、燃料システムの高燃圧化に伴い燃料ポンプの再始動時に逆止弁１０１が開き難くなることへの対応が可能となる。

なお、実施の形態１による逆止弁１０１の当接部２ｅはゴム材料で形成されており、当接部２ｅは、弁体２と一体成形されているが、弁座１ａに当接してシールする機能から考えて、凸形状を有する当接部２ｅのみがゴム材料で形成され、弁体２の本体は当接部２ｅとは異なる材料で形成されていてもよい。当接部２ｅと弁体２は、例えば射出成形などによる二色成形により形成された二色成形品または様々な構造のパーツの組み合わせによって形成されたアセンブリ構造体でもよい。

また、実施の形態１の逆止弁１０１は、燃料ポンプの吐出パイプ１内に弁座１ａと弁座１ａに当接または離間可能な弁体２が形成、設置されているが、燃料ポンプの吐出パイプ１に接続された燃料噴射弁等へ連通する燃料ホース等の燃料通路内に形成、設置されてもよい。前述したとおり、吐出部は、燃料ポンプの吐出パイプ１および吐出パイプ１に接続された、例えば燃料噴射弁（図示なし）等へ連通する燃料ホース等の燃料通路を含んでいる。

本開示は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１吐出パイプ、１ａ弁座、１ｂ上流部分、１ｃ下流部分、１ｄ燃料通路、２弁体、２ａシール部、２ｂシール幅、２ｃ第１の受圧面積、２ｄ第２の受圧面積、２ｅ当接部、２ｆ凸形状の幅、３ホルダ、１０１逆止弁

Claims

燃料ポンプの吐出部に形成された弁座と、
前記弁座に対向して配置され、前記弁座に当接または離間可能な弁体と、
前記弁体の前記弁座に当接する位置に設けられ、円環状の凸形状を有する当接部と、を備え、
前記吐出部は、前記弁体が前記弁座に当接する前記位置を挟んで前記燃料ポンプ側の上流部分と、前記位置を挟んで前記上流部分の反対側の下流部分とを有しており、
前記弁体の前記当接部が前記弁座に押し付けられたシール幅は、前記当接部の凸形状の幅によって決定され、前記吐出部の前記下流部分の残圧の変動によって前記凸形状の幅よりも大きくならないことを特徴とする逆止弁。
前記当接部はゴム材料で形成されており、
前記当接部は、前記弁体と一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
前記当接部はゴム材料で形成されており、
前記当接部と前記弁体は、異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の逆止弁。
前記当接部と前記弁体は、二色成形品またはアセンブリ構造体であることを特徴する請求項３に記載の逆止弁。
前記吐出部は、前記燃料ポンプの吐出パイプおよび前記吐出パイプに接続された燃料通路を含んでおり、
前記弁座と前記弁体は、前記燃料ポンプの前記吐出パイプ内に設置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の逆止弁。
前記吐出部は、前記燃料ポンプの吐出パイプおよび前記吐出パイプに接続された燃料通路を含んでおり、
前記弁座と前記弁体は、前記燃料ポンプの前記吐出パイプに接続された前記燃料通路内に設置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の逆止弁。
前記シール幅は、０．２ｍｍから０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の逆止弁。