JPH05332220A

JPH05332220A - 油圧制御弁

Info

Publication number: JPH05332220A
Application number: JP4138636A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Watanabe; 和英渡辺; Toshihiko Ito; 猪頭　　敏彦; Yasuyuki Sakakibara; 康行榊原; Sachihiro Tsuzuki; 祥博都筑
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-12-14

Abstract

(57)【要約】【目的】小型の力の弱いアクチュエータによって高い
油圧を確実に断続する油圧制御弁を提供する。【構成】図は三方油圧制御弁の例で、ホルダ１２内に
横方向に摺動可能にアウタバルブ１が設けられ、スプリ
ング８に押されてアウタバルブシート５を閉じている。
アウタバルブ１が電歪式アクチュエータ１７に押されて
左方へ動くときに、高圧ポート１３からのフューエルポ
ート３７を閉じ得るインナバルブシート３を有するイン
ナバルブ２がアウタバルブ１内に挿入されており、背圧
室３８の圧力が高低に切り換えられることにより高圧の
油だまり３４との関係でニードル２７が上下して噴口３
５を開閉する。アウタバルブ１の中には所定の径のバラ
ンスロッド４が挿入されており、アウタバルブ１に作用
する高圧を左右方向にバランスさせて相殺する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油圧制御弁に係り、特に
内燃機関の燃料噴射装置に適用するための油圧制御弁に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の油圧制御弁の一つとして三方弁式
燃料噴射弁を図５に示す。ニードル弁の形をした第２の
バルブ（以下「インナバルブ」という）１００が、それ
に形成された所定の大きさの径を有するインナバルブシ
ート１０１によって高圧ポート１０２を開閉することが
できるように、中空の第１のバルブ（以下「アウタバル
ブ」という）１０３の中に挿入されており、アウタバル
ブ１０３は上部に設けられたスプリング１０４によって
所定の大きさの径を有するアウタバルブシート１０５に
押し付けられている。１０６は円柱形のコマンドピスト
ンで、背圧室１０７の燃料圧力によって下方へ押し付け
られるが、アウタバルブ１０３が上昇して背圧室１０７
とドレーンポート１０８が連通し、その圧力が低下する
と押し上げられるようになっている。なお、図５におい
て、１０９はアウタバルブ１０３の中にインナバルブ１
００を摺動自在に受け入れているインナバルブガイド、
１１０はアウタバルブ１０３を吸引して作動させること
ができるアクチュエータとしてのソレノイド、１１１は
ニードル、１１２は高圧ポート１０２からの高圧燃料を
受け入れている油だまり、１１３は噴口を示している。

【０００３】機関が始動される時、インナバルブ１００
が下降していてインナバルブシート１０１が着座状態で
あっても、インナバルブシート径はインナバルブガイド
径より若干小さい為、高圧ポート１０２から油圧が供給
されると上方へ押圧される。また、アウタバルブ１０３
はスプリング１０４により下方へ押されて、アウタバル
ブシート１０５に着座しており、コマンドピストン１０
６上部の背圧室１０７は高圧ポート１０２と連通してい
るため、図５に示す状態では燃料噴射は停止している。

【０００４】噴射を開始する時、ソレノイド１１０に通
電するとアウタバルブ１０３は上方へ吸引されて上昇
し、アウタバルブシート１０５から離座すると共に、イ
ンナバルブシート１０１に着座する。それによって背圧
室１０７はドレーンポート１０８と連通して油圧が低下
するため、ニードル１１１は高圧ポート１０２に通じて
いる油だまり１１２の圧力によって押し上げられて噴口
１１３を開き、燃料の噴射が開始される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関の燃料噴射装
置においては、更に高圧化が進んでおり、２０００kgf
／cm²の超高圧力下でも制御可能な燃料噴射弁が必要と
なっている。従来から用いられている図５の三方弁のよ
うな油圧制御弁において、アウタバルブシート径はイン
ナバルブシート径と同一であるため、図５に示すような
噴射停止時には、アウタバルブ１０３に油圧の作用力は
加わらず、スプリング１０４の力だけでアウタバルブ１
０３はアウタバルブシート１０５に着座しているが、噴
射時には、ソレノイド１０８に吸引されたアウタバルブ
１０３が上方に移動し、インナバルブシート１０１に着
座した状態では、アウタバルブ１０３には、スプリング
１０４の力の他に、インナバルブガイド１０９とインナ
バルブシート１０１の面積差分の油圧の作用力が下方に
向かって加わる。

【０００６】たとえば、インナバルブガイド径が３mm、
インナバルブシート径が２．８mm（加工限界）、油圧が
２０００kgf ／cm²であるとき、前記の油圧による作用
力は１８．２kgf にもなり、この作用力とスプリング１
０４の力との合力に勝る吸引力を有する強力なソレノイ
ド１１０が必要となり、いきおいアクチュエータが大型
化してしまうという問題がある。この問題は図５に示す
ような三方油圧制御弁だけに限らず、もっと構造が簡単
な二方油圧制御弁においても、使用される油圧が高くな
ると共に起こり得る問題である。そこで本発明は、内燃
機関の燃料噴射圧力の上昇に伴って起こるこの問題を解
決し、比較的力の弱いアクチュエータによっても確実に
油圧を断続することができるような、全体に小型化され
た油圧制御弁を提供することを、発明の解決課題とする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明では、第１のバルブがアクチュエータによ
って駆動されて油圧を連通、遮断するようになっている
油圧制御弁において、前記第１のバルブに設けられた孔
の中にバランスロッドを挿入して、それをハウジングに
よって支持し、それによって前記第１のバルブへの油圧
の作用力が相殺されるように構成したことを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】本発明の油圧制御弁においては、第１のバルブ
に設けられた孔の中にバランスロッドが挿入されてお
り、それがハウジングによって支持されているので、第
１のバルブに作用する筈の油圧の一部はバランスロッド
に作用してハウジングによって支持され、第１のバルブ
に作用することがないので、第１のバルブとバルブシー
トの大きさによって決まる油圧の作用面積に対応してバ
ランスロッドの面積を設定しさえすれば、第１のバルブ
に作用する油圧による力を実質的に相殺することができ
る。その結果、アクチュエータによって発生させるべき
第１のバルブのための駆動力を小さくすることが可能と
なるので、アクチュエータと、それを含む油圧制御弁全
体の大きさを小型化することが可能になる。

【０００９】

【実施例】以下本発明のいくつかの実施例を添付の図面
に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施例として
の三方式油圧制御弁１１を、内燃機関の蓄圧式噴射装置
に適用した場合の構成を示す断面図である。燃料圧送ポ
ンプ９により圧送された燃料は２０００kgf ／cm²の圧
力でリザーバ１０に蓄圧され、さらにシリンダヘッドに
装着された三方式燃料噴射弁１１に供給されるようにな
っている。三方式燃料噴射弁１１のホルダ（ハウジン
グ）１２の上方には、リザーバ１０に連通する高圧ポー
ト１３、及び５kgf ／cm²で開弁するチェック弁１４を
介して、燃料タンク１５に連通するドレーンポート１６
が設けられている。

【００１０】ホルダ１２の右方には、厚さ０．５mm程度
の円盤状圧電素子を数十枚積層した電歪式アクチュエー
タ１７、Ｏリング１８を装着したピストン１９、電歪式
アクチュエータ１７に数十kgf のプリセット荷重を与え
る皿バネ２０の順で収容されるケーシング２１が、ホル
ダ（ハウジング）１２の一部として螺合されており、ケ
ーシング２１に設けられた連通穴２２によって接続され
ているピストン１９の左端面とアウタバルブ１の右端面
との間の空間が、変圧室２３として形成される。前記電
歪式アクチュエータ１７の右方上部には、図示しない駆
動回路に接続されるリード線２４が設けられている。

【００１１】ホルダ１２の下方には、公知のノズル２５
がリテーナ２６により螺合され、ニードル２７は、スプ
リングホルダ２８を介してプレッシャスプリング２９の
力、及び、摺動自在でニードル２７の径よりも大きくク
リアランスが２〜３μｍのコマンドピストン３０の上端
に作用する燃料圧力により、着座方向へ付勢されてい
る。ホルダ１２の内部に左右方向に形成された径が８mm
のガイド孔６の中を摺動することができるように、２〜
３μｍのクリアランスを残してアウタバルブ１が挿入さ
れており、５kgf のセット荷重を有するスプリング８に
より右方へ押されて、径が８．４２mmのアウタバルブシ
ート５に着座している。アウタバルブ１内の左方の中心
孔７に、径が３mmのインナバルブシート３を有するガイ
ド径が４mmでクリアランスが２〜３μｍのインナバルブ
２が挿入され、燃料圧力により左方に押されるようにな
っている。また右方の中心孔には摺動自在にインナバル
ブシート３と同径でクリアランスが２〜３μｍのバラン
スロッド４が収容され、燃料圧力により右方へ押される
ようになっている。

【００１２】高圧ポート１３は、環状の高圧溝３１、ホ
ルダ１２内のフェーエルポート３２、ノズル２５内のフ
ューエルポート３３、油だまり３４の順で噴孔３５近傍
まで連通している。また高圧溝３１はアウタバルブ１内
の径方向のフューエルポート３６、軸方向のフェーエル
ポート３７にも連通しているので、図１のようにアウタ
バルブ１が右方へ動いてインナバルブシート３が離座し
ているときには、コマンドピストン３０の上端の背圧室
３８にも連通している。

【００１３】プレッシャスプリング２９が収容されてい
るスプリング室３９は、ポート４０によりスプリング８
が収容されるスプリング室４１に連通しており、さらに
スプリング室４１はポート４２により、ドレーンポート
１６に連通している。また、アウタバルブ１内の環状の
低圧溝４３も、径方向のポート４４、ホルダ１２内の環
状の低圧溝４５の順でドレーンポート１６に連通してい
る。

【００１４】次に図１に示した実施例の作動を説明す
る。図１に示した状態は図２に示したタイムチャートに
おけるＴ₁に相当し、噴射停止状態にあたる。リザーバ
１０に蓄圧された２０００kgf ／cm²の燃料は、高圧ポ
ート１３、高圧溝３１、フューエルポート３２，３３、
油だまり３４を通って噴孔３５近傍まで供給されると同
時に、高圧溝３１から分岐してフューエルポート３６，
３７、インナバルブシート３近傍を通って背圧室３８に
も供給される。

【００１５】油だまり３４に供給された高圧燃料はノズ
ル２５とニードル２７のクリアランスから、また背圧室
３８に供給された高圧燃料はホルダ１２とコマンドピス
トン３０のクリアランスからスプリング室３９へリーク
する。インナバルブシート３近傍に供給された高圧燃料
は、アウタバルブ１とインナバルブ２のクリアランスか
らスプリング室４１へリークする。高圧溝３１、フュー
エルポート３６に供給された高圧燃料は、アウタバルブ
１とホルダ１２のクリアランスから低圧溝４５へ、また
アウタバルブ１とバランスロッド４のクリアランスから
低圧溝４３へそれぞれリークする。前述のリーク燃料は
ドレーンポート１６に集められ、チェック弁１４により
５kgf ／cm²の圧力に保たれている。そしてこの低圧燃
料は、アウタバルブ１とホルダ１２及びバランスロッド
４のクリアランスから変圧室２３に流入し、変圧室２３
も５kgf ／cm²になっている。

【００１６】このとき、電歪式アクチュエータ１７には
電圧が印加されておらず、アウタバルブ１に加わる右方
への力Ｆ₀は、低圧燃料の作用力を無視すると、Ｆ₀＝（スプリング８の力）＋（高圧燃料圧力）×
｛（インナバルブ２のガイド径）²−（バランスロッド
４の径）²−（アウタバルブシート５の径）²＋（アウ
タバルブ１のガイド径）²｝×π÷４＝５＋2000×
｛（0.４）²−（0.３）²−（0.８４２）²＋（0.８）
²｝×π÷４≒６．６kgf である。

【００１７】噴射を開始しようとする時（図２の
Ｔ₂）、電歪式アクチュエータ１７に正電圧（例えば５
００Ｖ）を印加すれば軸方向に約４０μｍの変位が発生
し、ピストン１９を皿バネ２０の反力にうち勝って押し
下げ、変圧室２３内の圧力を上昇させる。アウタバルブ
１の右端（受圧面積（８²−３²）×π÷４＝４３．２
mm²）に作用する変圧室２３内の圧力が１５．３kgf ／c
m²になると（図２におけるＴ₃）、噴射停止時のアウ
タバルブ１に右向きに作用している力Ｆ₀＝６．６kgf
を上まわるので、アウタバルブ１は約５０μｍ左方へ移
動し、アウタバルブシート５から離座すると共に、イン
ナバルブシート３に着座する。それによって、背圧室３
８の高圧燃料はスプリング室４１へ解放されて背圧室３
８の圧力が低下するので、油だまり３４の燃料の圧力に
よりニードル２７を押し上げる方向の力はスプリング２
９の押し下げ力にうち勝ってニードル２７は上昇し、噴
口３５から燃料の噴射が開始される。この時、インナバ
ルブシート３の径とバランスロッド４の径は同じである
ため、アウタバルブ１に高圧燃料の作用力は加わらず、
右方への力はスプリング８の力５kgf だけとなるので、
この力に勝るように電歪式アクチュエータ１７によって
変圧室２３内の圧力を保持し、噴射状態を保っている
（図２におけるＴ₄の状態）。

【００１８】噴射を停止しようとする時（Ｔ₅）、電歪
式アクチュエータ１７の電圧を解除すれば、軸方向に約
４０μｍ縮み、皿バネ２０の力によりピストン１９が押
し戻されて変圧室２３内の圧力が低下すると、スプリン
グ８の力によりアウタバルブ１は右方へ移動し、インナ
バルブシート３から離座すると共に、アウタバルブシー
ト５に着座する。それによって、背圧室の圧力が高圧燃
料によって上昇し、コマンドピストン３０を介してニー
ドル２７を下降させるので、噴口３５は閉じて噴射を終
了する。

【００１９】図３は第２実施例としての三方式油圧制御
弁１１ａの断面図である。第１実施例とは、アクチュエ
ータとしてホルダ（ハウジング）１２ａの一部に収容さ
れたソレノイド４６を用いた点、及び、ドレーンポート
４７がチェック弁を介することなく、直接燃料タンクに
連通している点が異なり、各部材のガイド径、シート径
等は同じにしている。従って第１実施例と同様に、噴射
開始時には、スプリング４８の力と高圧燃料の作用力と
の合力の６．６kgf 、また噴射時ではスプリング４８の
力５kgf に勝る吸引力を有するソレノイドで制御可能で
あるため、図５に示す従来の燃料噴射弁におけるスプリ
ング１０４の力５kgf と、高圧燃料の作用力１８．２kg
f との合力２３．２kgf に比べ、ソレノイド４６の吸引
力が３分の１以下ですむので、ソレノイドを含む全体の
小型化が可能である。

【００２０】図４は本発明の第３実施例としての二方油
圧制御弁を内燃機関の燃料噴射装置に適用した場合の構
成を示す断面図である。５０は公知の間欠圧送ポンプで
あり、燃料タンク１５より燃料を吸い込み、二方油圧制
御弁５１を介して公知の自動弁５２に燃料を圧送し、図
示しないエンジンのシリンダ内に燃料が噴射される。

【００２１】二方油圧制御弁５１のハウジング５３内に
は、径が６mmのガイド５４が形成されており、２〜３μ
ｍのクリアランスをもつバルブ５５が、スプリング５６
により上方へ押された状態で収容され、ソレノイド５７
の駆動により吸引されて下方へ移動するようになってい
る。バルブ５５の下方には５．２mmのシート５８が形成
してあり、またバルブ５５の中心孔には径が３mmでクリ
アランスが２〜３μｍのバランスロッド５９が油圧の作
用力によってハウジング５３に向かって押圧されるよう
に収容されている。ハウジング５３には、間欠圧送ポン
プ５０から自動弁５２へ連通する高圧ポート６０，６
１、及び高圧溝６２が設けられ、さらに下方に燃料タン
ク１５に連通するドレーンポート６３が設けられてい
る。またバルブ５５には、バランスロッド５９の一端側
と高圧溝６２が連通する高圧ポート６４が設けられてい
る。

【００２２】以上のような構成において、図４の状態で
は、ソレノイド５７に通電されることによってバルブ５
５が吸引されて降下し、シート５８に着座してドレーン
ポート６３を閉じており、その結果間欠圧送ポンプ５０
からの高圧燃料は自動弁５２から噴射される。この時に
バルブ５５へ加わる高圧による作用力Ｆは、燃料圧力が
１０００kg／cm²まで上昇しても、下方に、Ｆ＝１０００×｛0.３²−（0.６²−0.５２²）｝×π
÷４≒0.３kgf 加わるだけであり、ソレノイド５７の吸引力はスプリン
グ５６の力から０．３kgf を引いただけの力があれば良
い。

【００２３】噴射を停止しようとする時、ソレノイド５
７の通電を停止すると、バルブ５５が（スプリング５６の力）−Ｆの力で上方に移動することにより、シート５８から離れ
て高圧燃料がドレーンポート６３へスピルされ、直ちに
自動弁５２からの燃料噴射が停止する。このように高圧
の燃料による作用力をほとんど無視することができる程
度に構成することができるので、ほぼスプリング５６の
力だけを考慮したソレノイド５７によって対応可能とな
る。

【００２４】なお、第３実施例の高圧ポート６０，６１
を逆にドレーンポートとし、ドレーンポート６３を高圧
ポートとする場合は、シート５８の径とバランスロッド
５９の径を同一にし、高圧ポート６４によってバランス
ロッド５９の一端側とスプリング室６５が連通するよう
に構成すれば同様な効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】本発明を実施すれば、バルブに設けられ
た孔に挿入されているバランスロッドの作用によって、
バルブ自体に作用する油圧がバランスして相殺されるた
め、バルブを駆動するためのアクチュエータの力が小さ
くてすむので、アクチュエータのみならず、それを含む
油圧制御弁全体を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す断面図である。

【図２】第１実施例の作動を説明するためのタイムチャ
ートである。

【図３】本発明の第２実施例を示す断面図である。

【図４】本発明の第３実施例を示す断面図である。

【図５】従来例を示す縦断正面図である。

【符号の説明】

１，１０３…アウタバルブ（第１のバルブ）２．１００…インナバルブ（第２のバルブ）３，１０１…インナバルブシート４，５９…バランスロッド５，１０５…アウタバルブシート１６，４７，６３，１０８…ドレーンポート１７…電歪式アクチュエータ５０…間欠圧送ポンプ５１…二方油圧制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者都筑祥博愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のバルブがアクチュエータによって
駆動されて油圧を連通、遮断するようになっている油圧
制御弁において、前記第１のバルブに設けられた孔の中にバランスロッド
を挿入してそれをハウジングによって支持し、それによ
って前記第１のバルブへの油圧の作用力が相殺されるよ
うに構成したことを特徴とする油圧制御弁。
【請求項２】前記油圧制御弁が三方弁であって、前記
バランスロッドとは反対側の前記第１のバルブ内にバラ
ンスロッドと略同径のシート径を有する第２のバルブを
設けるとともに、前記第１のバルブのシート径、ガイド
径及びインナバルブのガイド径が、｛（第１のバルブのシート径）²−（第１のバルブのガ
イド径）²｝×π÷４＝｛（第２のバルブのガイド径）
²−（バランスロッド径）²｝×π÷４なる式をほぼ満足するようにしたことを特徴とする請求
項１記載の油圧制御弁。
【請求項３】前記アクチュエータが電歪式アクチュエ
ータであることを特徴とする請求項１記載の油圧制御
弁。
【請求項４】前記油圧制御弁のドレーンポートの下流
側に所定の圧力で開くチェック弁を設けたことを特徴と
する請求項１記載の油圧制御弁。