JPH10281034A - ボールシート式電磁二方弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボールシート式電磁二方弁におけるアーマチ
ャ室への噴出流の不均一を、ボール支持部のテーパとシ
ート角の同軸度が不十分である場合でも、ボールバルブ
が横方向へずれないようにすることにより、防止する。 【解決手段】 ニードル２９のボール支持部をなすテー
パ３４をバルブシート３６の角度よりも大きな角度を持
つ凹状テーパとしてあるので、シート不良を起こすこと
は無く、閉弁不良は起こらない。また、ニードル２９の
ボール支持部中央に上下に貫通する細孔をなすニードル
内低圧流路３５を設け、低圧流路に連通させているの
で、ニードル２９がリフトしボールが横にずれた時、細
孔をなすニードル内低圧流路３５から燃料が抜け、負圧
によりボールがボール支持部中央に引き戻される。この
ため、本発明によればボールシート式電磁二方弁におけ
るアーマチャ室への噴出流の不均一を、ボール支持部の
テーパとシート角の同軸度が不十分である場合でも、ボ
ールバルブが横方向へずれないようにすることにより、
防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蓄圧式燃料噴射装置
に用いられる電子制御インジェクタ、蓄圧式圧力リリー
フバルブ等の電磁二方弁として用いられるボールシート
式電磁二方弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンにおける電子制御イ
ンジェクタの制御弁は、基本的に制御室に蓄えられた高
圧燃料を制御弁を開弁することによって、低圧流路に排
出するという機能を持つ。多くの場合、低圧部にはアー
マチャを囲むアーマチャ室を含んでおり、そこから上部
に燃料を排出するトップリターン方式と呼ばれる低圧流
路構成がインジェクタ外部の配管取扱いの便利性から求
められている。

【０００３】しかし、アーマチャ室を下から上へ燃料が
流れる場合、アーマチャを押し上げる力が作用するた
め、バネによる閉弁力が弱められ、制御弁の閉弁動作が
この噴出流の影響を受けることになる。図３はこの噴出
流の影響を受ける従来のボールシート式電磁二方弁につ
いてのソレノイド駆動信号、アーマチャ室内圧力、及び
制御弁リフトの時間的変化を示す作動図である。

【０００４】アーマチャ室に流入する燃料の流れに不均
一が生じると、図３に示すようにアーマチャ室内の圧力
脈動が大きくなり、図３に示すように制御弁リフトにお
いて制御弁のバウンスを生じることになる。この制御弁
のバウンスはインジェクタ噴射量の増加に直結し、トル
ク過多につながるという重大な問題となる。前記のよう
にアーマチャ室内の燃料の流れは制御弁の動作に影響を
及ぼすので、アーマチャ室内の燃料の流れは一様になる
ことが望ましい。

【０００５】二方弁の方式の一つとしてボールシート式
がある。本方式はボールの点対称性から、ボール支持部
またはシートの傾きに対してもシール性が良く、受圧面
積も安定していること、バルブシートとボール支持部の
同軸度に精密を要さないことなどから、特開平７−２９
３３８７などでよく用いられているが、ボールがボール
支持部とは別体であることから、バルブシートからの噴
出流の多少の不均一によりボールが横にずれ、噴出流の
不均一を拡大してアーマチャ室に伝えるという問題が生
じる。

【０００６】特開平６−１９３７６４では、ボールが横
に外れるのを防ぐためにボール支持部をボール格納用に
凹台形にしているが、ボールの横方向の動きそのものの
防止にはなっていない。図４は特開平６−１９３７６４
において用いられているボール支持部に凹テーパを用い
た従来のボール支持構造の要部拡大図である。すなわ
ち、同特許公開公報でボール支持部に用いた凹テーパで
は図４のようにその角度がシート角よりも小さいとボー
ル支持部テーパとシート角の同軸度が充分でない時バル
ブ閉弁中のボールの位置がボール支持部のテーパにより
規制を受け、図４のように閉弁不良となる。従ってボー
ル支持部テーパとシート角との同軸度に精密性を要する
ことになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明ではボールシー
ト式電磁二方弁におけるアーマチャ室への噴出流の不均
一を、ボール支持部のテーパとシート角の同軸度が不十
分である場合でも、ボールバルブが横方向へずれないよ
うにすることにより、防止することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、請求項１に記載の構成を採用する。図２は本
発明の第１の実施形態のボールシート式電磁二方弁のボ
ール支持部に貫通する細孔をなすニードル内低圧流路３
５を有する角度の大きな凹状テーパを用いたボール支持
構造の要部拡大断面図である。

【０００９】請求項１の構成によればニードル２９のボ
ール支持部をなすテーパ３４をバルブシート３６の角度
よりも大きな角度を持つ凹状テーパとしてあるので、図
２に示すようにシート不良を起こすことは無く、閉弁不
良は起こらない。また、ニードル２９のボール支持部中
央に上下に貫通する細孔をなすニードル内低圧流路３５
を設け、低圧流路に連通させているので、ニードル２９
がリフトしボールが横にずれた時、細孔をなすニードル
内低圧流路３５から燃料が抜け、負圧によりボールがボ
ール支持部中央に引き戻される。このため、本発明によ
ればボールシート式電磁二方弁におけるアーマチャ室へ
の噴出流の不均一を、ボール支持部のテーパとシート角
の同軸度が不十分である場合でも、ボールバルブが横方
向へずれないようにすることにより、防止することがで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態で
あり、蓄圧式燃料噴射装置に用いられる本発明を適用し
た電子制御インジェクタとして使用されるボールシート
式電磁二方弁の中心軸に沿った横断面図である。図１に
おいて、ノズルボディ５は内周でノズルニードル６を摺
動自在に保持し、高圧燃料を噴射する噴射孔７、この噴
射孔７に連なり、ノズルニードル６が着座するノズルシ
ート８、及びノズルシート８に高圧燃料を導引するため
のノズルボディ高圧流路９と油溜まり室１０を有する。

【００１１】ノズルニードル６は、図示上端部にてノズ
ルスプリング機構２０による力を受けノズルシート８に
付勢されており、ある程度の力がノズルニードル６の先
端に作用してもノズルニードル６が開弁しないようにな
っている。ボディ１２は高圧流路１３、ボディ中央孔１
４、図示しないボディ低圧流路を有する。高圧流路１３
はパッキンチップ１５内のパッキンチップ高圧流路１６
を通り、ノズルボディ高圧流路９につながる一方、他端
は高圧インレット１７となる。

【００１２】ボディ中央孔１４はピストン１１を内周で
摺動自在に保持し、ピストン１１とオリフィスＩＮボデ
ィ１８に挟まれた部分に制御室１９を構成する。ピスト
ン１１の下側は前記のノズルスプリング機構２０を格納
する低圧室２１となっており、制御室１９、油溜まり室
１０からのリークを図示しないボディ低圧流路に逃がす
機能を有する。

【００１３】ボディ１２の上部は制御弁をなすボールシ
ート式電磁二方弁２２とオリフィス部分２３を中心とす
る制御室１９内の圧力を制御する制御機構を持つ。オリ
フィス部分２３はオリフィスＩＮ２４を有する前記のオ
リフィスＩＮボディ１８とオリフィスＯＵＴ２５を有す
るオリフィスＯＵＴボディ２６から構成され、この２つ
のオリフィスの寸法により制御室１９内の圧力を制御す
る。

【００１４】制御弁をなすボールシート式電磁二方弁２
２はバルブボディ２７、ボールバルブ２８、ニードル２
９、ソレノイド３０等により構成される。バルブボディ
２７は中央内周にてニードル２９を摺動自在に保持する
と共にボールバルブ２８の開弁により噴出するリターン
燃料をインジェクタ上部に逃がすためのバルブ低圧室３
１、バルブ低圧流路３２を有する。

【００１５】ニードル２９は上端にソレノイド３０によ
る電磁力を受けるアーマチャ３３を設けると共に、図２
に詳細図を示すようにボールバルブ２８の横ずれ防止用
にニードル２９下端のテーパ３４と内部のニードル内低
圧流路３５を有する。また、図２に示すようにボールバ
ルブ２８は前記のオリフィスＯＵＴボディ２６の上面に
設けられたバルブシート３６に上部のスプリング機構３
７によって押し圧付勢される。

【００１６】この部分の各部の寸法は本第１の実施形態
ではボールバルブ２８の直径は０．８ｍｍ、バルブシー
ト３６のテーパ角度９０°に対して、テーパ３４のテー
パ角度は１２０°、ニードル内低圧流路３５の内径は
０．２ｍｍとしてある。ニードル内低圧流路３５の内径
はテーパ３４の直上ではボールバルブ２８をかみ込まな
いように０．２ｍｍとしたが、加工の容易さから０．２
ｍｍの部分の長さを０．５〜１ｍｍ程度とし、それより
も上部は内径１〜１．５ｍｍ程度とした。

【００１７】アーマチャ３３はバルブボディ２７とソレ
ノイド３０の間に格納され、そのスペースはスペーサ３
８によりアーマチャ室３９として確保される。また、ス
ペーサ３８の設定により、アーマチャ３３とソレノイド
３０のギャップ及びアーマチャ３３のリフト、すなわち
ボールバルブ２８のリフトが決定される。ソレノイド３
０はリターン燃料を、上部のボディアッパ４０内の低圧
流路４１とそれに連なり外部への出口となるリターン４
２に排出するための中央流路４３と外側流路４４を有す
る。

【００１８】次に第１の実施形態の作動に付いて説明す
る。図１において、ソレノイド３０に通電すると、ソレ
ノイド３０の吸引力とバルブシート３６にかかる油圧作
用力の合力が、スプリング３７の付勢力よりも大きくな
り、アーマチャ３３を引き上げる。アーマチャ３３に固
定されたニードル２９も引き上げられ、ボールバルブ２
８が油圧力によりバルブシート３６から浮き上がり、ボ
ールシート式電磁二方弁２２は開弁となる。

【００１９】バルブシート３６から噴出した燃料はバル
ブボディ２７内のバルブ低圧流路３２を通り、アーマチ
ャ室３９を抜け、ソレノイド３０の外側流路４４及び中
央流路４３を通り、リターン４２に抜ける。ボールシー
ト式電磁二方弁２２が開弁することにより制御室１９の
圧力がオリフィスＩＮ２４とオリフィスＯＵＴ２５の大
小関係から下がり、ボディ１２内部に油密摺動するピス
トン１１とそれに連なる部品群とノズルニードル６がボ
ディ内高圧流路１３を通ってノズルニードル６の油溜ま
り１０に上向きに作用する力により押し上げられ、ノズ
ルニードル６がノズルボディ５のノズルシート８より離
れて開弁し、噴射開始となる。

【００２０】噴射の終了は、ソレノイド３０への通電を
切ることにより、スプリング３７の力でアーマチャ３３
とニードル２９、及びボールバルブ２８が押し下げられ
てボールシート式電磁二方弁２２が閉弁するが、ボール
バルブ２８の閉弁により制御室１９の圧力が上昇復帰
し、油溜まり１０の油圧力に勝り、ピストン１１及びノ
ズルニードル６を押し下げ、ノズルニードル６がノズル
シート８に着座し、噴射が終了する。

【００２１】本第１の実施形態によれば、ニードル２９
のボール支持部をなすテーパ３４をバルブシート３６の
角度よりも大きな角度を持つ凹状テーパとしてあるの
で、図２に示すようにシート不良を起こすことは無く、
閉弁不良は起こらない。また、ニードル２９のボール支
持部中央に上下に貫通する細孔をなすニードル内低圧流
路３５を設け、低圧流路に連通させているので、ニード
ル２９がリフトしボールが横にずれた時、細孔をなすニ
ードル内低圧流路３５から燃料が抜け、負圧によりボー
ルがボール支持部中央に引き戻される。このため、本発
明によればボールシート式電磁二方弁におけるアーマチ
ャ室への噴出流の不均一を、ボール支持部のテーパとシ
ート角の同軸度が不十分である場合でも、ボールバルブ
が横方向へずれないようにすることにより、防止するこ
とができる。

【００２２】このように、アーマチャ室３９内の圧力脈
動が本発明による細孔をなすニードル内低圧流路３５と
バルブシート３６の角度よりも大きな角度を持つテーパ
３４により低減されるため、制御弁をなすボールシート
式電磁二方弁２２のバウンスが低減されて制御室１９の
圧力復帰が安定し、ノズルニードル６の閉弁動作が安定
するため燃料噴射量のばらつきや、変動、それによるエ
ンジンのトルク過多や不安定を抑えることができる。

【００２３】図５は本発明の第２の実施形態であり、蓄
圧式燃料噴射装置に用いられるコモンレールリリーフ弁
として使用されるボールシート式電磁二方弁の構成を示
す弁の中心軸に沿った横断面図である。図５においてボ
ディ４８は上部をボールシート式電磁二方弁４９のバル
ブボディ５０とし、下部に図示しないコモンレールとの
結合手段５１として構成される。

【００２４】上部は中央内周にてニードル５２を摺動自
在に保持すると共にテーパのバルブシート５３を設け
る。また、ボールバルブ５９の開弁により噴出するリタ
ーン燃料をコモンレールリリーフ弁の上部に逃がすため
の低圧室５４、バルブ内低圧流路５５を有する。また、
下部にはコモンレール内の高圧燃料を導入する通路４７
を有し、バルブシート５３直下にオリフィス５６を設け
る。

【００２５】図６は本発明の第２の実施形態のボールシ
ート式電磁二方弁のボール支持部に貫通する細孔をなす
ニードル内低圧流路６１を有する角度の大きな凹状テー
パを用いたボール支持構造の要部拡大断面図である。ニ
ードル５２は上端にソレノイド５７による電磁力を受け
るアーマチャ５８を設けると共に、図６に示すようにボ
ールバルブ５９の横ずれ防止用に下端のテーパ６０と内
部の細孔をなすニードル内低圧流路６１を有する。ボー
ルバルブ５９はバルブシート５３にスプリング機構６２
によって付勢される。

【００２６】この部分の各部の寸法は本第２の実施形態
ではボールバルブ５９の直径が０．８ｍｍ、バルブシー
ト５３の角度が９０°であるのに対して、テーパ６０の
角度は１２０°、貫通する細孔をなすニードル内低圧流
路６１の内径は０．２ｍｍとしてある。ニードル内低圧
流路６１の内径はテーパ６０の直上ではボールバルブ５
９をかみ込まないように０．２ｍｍとしたが、加工の容
易さから０．２ｍｍ部分の長さを０．５〜１ｍｍ程度と
し、その上は内径を１〜１．５ｍｍ程度とした。

【００２７】アーマチャ５８はバルブボディ５０とソレ
ノイド５７の間に格納され、そのスペースはスペーサ６
３によりアーマチャ室６４として確保される。また、ス
ペーサ６３の設定によりアーマチャ５８とソレノイド５
７のギャップ、アーマチャ５８のリフトすなわちボール
バルブ５９のリフトが決定される。ソレノイド５７はリ
ターン燃料を上部のボディアッパ６５内低圧流路６６と
それに連なり外部への出口となるリターン６７に排出す
るための中央流路６８と外側流路６９を有する。

【００２８】次に第２の実施形態の作動について説明す
る。通常、スプリング機構６２による力を受け、バルブ
シート５３にボールバルブ５９は座しており、ボールシ
ート式電磁二方弁４９は閉弁しているが、ソレノイド５
７に通電するとアーマチャ５８が受ける電磁力がスプリ
ング力にまさり、ニードル５２がリフトする。

【００２９】ニードル５２がリフトすると、バルブシー
ト５３にて図示しないコモンレールの高圧を受けている
ボールバルブ５９が浮き上がり、ボールシート式電磁二
方弁４９が開弁する。この時オリフィス５６より吹き出
したリターン燃料は低圧室５４、バルブ内低圧流路５５
を通り、アーマチャ室６４を抜け、ソレノイド５７の中
央流路６８と外側流路６９を通ってリターン６７に抜け
る。

【００３０】ソレノイド５７への通電をカットするとス
プリング機構６２による付勢力によりボールバルブ５９
はバルブシート５３に着座し、ボールシート式電磁二方
弁４９は閉弁する。この作動中、ボールバルブ５９が横
にずれそうになるとボールバルブ５９とテーパ６０との
隙間にニードル内低圧流路６１に抜けるリターン燃料が
流れ負圧を生じさせ、ボールバルブ５９が常にニードル
５２の先端の中心にくるような力を起こす。そのため、
常にボールバルブ５９がニードル５２の先端に安定して
位置し、リターン燃料が均等にバルブ内低圧流路５５を
通ってアーマチャ室６４に流れ込みアーマチャ５８に不
均一な力を及ぼさず、ボールシート式電磁二方弁４９は
安定した挙動となり、ボールバルブ５９の開弁期間を正
確に制御できる。

【００３１】また、ニードル５２のボール支持部をなす
テーパ６０をバルブシート５３の角度よりも大きな角度
を持つ凹状テーパとしてあるので、シート不良を起こす
ことは無く、閉弁不良は起こらない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態であり、蓄圧式燃料噴
射装置に用いられる本発明を適用した電子制御インジェ
クタとして使用されるボールシート式電磁二方弁の中心
軸に沿った横断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態のボールシート式電磁
二方弁のボール支持部に貫通する細孔をなすニードル内
低圧流路３５を有する角度の大きな凹状テーパを用いた
ボール支持構造の要部拡大断面図である。

【図３】噴出流の影響を受ける従来のボールシート式電
磁二方弁についてのソレノイド駆動信号、アーマチャ室
内圧力、及び制御弁リフトの時間的変化を示す作動図で
ある。

【図４】特開平６−１９３７６４において用いられてい
るボール支持部に凹テーパを用いた従来のボール支持構
造の要部拡大図である。

【図５】本発明の第２の実施形態であり、蓄圧式燃料噴
射装置に用いられるコモンレールリリーフ弁として使用
されるボールシート式電磁二方弁の構成を示す弁の中心
軸に沿った横断面図である。

【図６】本発明の第２の実施形態のボールシート式電磁
二方弁のボール支持部に貫通する細孔をなすニードル内
低圧流路６１を有する角度の大きな凹状テーパを用いた
ボール支持構造の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

２８、５９ ボールバルブ ２９、５２ ニードル ３０、５７ ソレノイド ３３、５８ アーマチャ ３４、６０ テーパ ３５、６１ 細孔をなすニードル内低圧流路 ３６、５３ バルブシート ３９、６４ アーマチャ室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルブシートからの噴出流をソレノイド
   の電磁力を受けるアーマチャを格納するアーマチャ室を
   通して低圧流路に排出する低圧流路構成を持つボールシ
   ート式電磁二方弁において、前記アーマチャのリフトを
   ボールバルブに伝えるニードルのボール支持部をなすテ
   ーパを、前記バルブシートの角度よりも大きな角度を持
   つ凹状テーパとし、さらに前記ニードルの前記ボール支
   持部の中央に、上下に貫通する細孔をなすニードル内低
   圧流路を設け、該細孔を前記低圧流路に連通させたこと
   を特徴とするボールシート式電磁二方弁。