JPH10318061A - 圧力制御弁及び蓄圧式燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力段差を低減し、且つ静音化を図ることが
できる圧力制御弁及び燃料供給装置を提供すること。 【解決手段】 本発明による圧力制御弁１１は、弁体４
１のつば部４５に弁孔３９から流出した流体が衝突する
衝突壁４７を有する構成であるから、弁孔３９を通って
流出する流体は、つば部に形成された衝突壁４７に衝突
する。これにより、弁孔３９を通過した流れの早い（動
圧）流体が、静圧化される。従って、つば部を通過した
後の流体に対して動圧を低減して静圧化し、安定させた
流体圧を得るので、従来生じていた騒音や圧力段差を防
止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の圧力を所定
圧に維持する圧力制御弁及び蓄圧式燃料供給装置に関
し、特に、燃焼機関に噴射する燃料を所定圧に維持する
圧力制御弁およびその圧力制御弁を備える蓄圧式燃料供
給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガソリン機関の燃焼室に燃料を
直接噴射する直接噴射式内燃機関が公知である。この種
の内燃機関に用いられる燃料噴射装置（燃料供給装置）
では、燃料噴射圧力を上げて燃料噴霧を微細化するた
め、高い噴射圧力が要求されている。

【０００３】かかる燃料噴射装置において、蓄圧器内の
燃料を所定圧に維持するために、蓄圧器の下流側に圧力
制御弁を設けており、かかる燃料噴射装置では、蓄圧器
内の圧力が所定圧以上になると圧力制御弁を開いて圧力
を逃し、噴射する燃料圧を所定圧に維持するようになっ
ている。

【０００４】かかる圧力制御弁は、例えば、実開昭５９
ー８８２６７号公報に開示されているように、供給燃料
の圧力を受けて弁孔を開く弁体と、弁体が着座される弁
座と、弁体を弁座に向けて付勢するスプリングとを備え
ており、弁体には弁孔から噴出された圧力燃料を受ける
つば部が形成されている。このつば部には、弁孔から噴
出された燃料の流れに沿って案内するように傾斜面が形
成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、弁体に
形成されたつば部１０３は、図７の比較例にも示すよう
に、噴出された圧力燃料を案内する傾斜面１０５が、弁
孔１０７から流出する燃料の流れに沿うように形成され
ており、弁孔１０７の軸線に対して、弁孔側との間に鈍
角Ｓを形成している。

【０００６】かかる従来のつば部１０３は、弁孔１０７
が開いて燃料を流出する際に、調圧特性に段差（下落）
が発生するとともに、ピー音が発生し、騒音になるとい
う不都合があった。この現象は特に、制御弁に背圧を設
定した場合に顕著であった。

【０００７】即ち、図５のグラフに「従来」として示す
ように、エンジンの回転数と、制御弁により設定した圧
力との関係を測定したところ、回転数との関係におい
て、細かい波が発生し、この波がピー音（騒音）となっ
たものと考えられる。特に、制御弁に背圧Ｐｂを付与し
た場合には、かかる圧力段差が顕著であり、圧力制御弁
の信頼性が低下するという問題点がある。

【０００８】本発明の目的は、上述した事情に鑑みたも
のであり、圧力制御弁における圧力段差を低減し、且つ
静音化を図ることができる圧力制御弁及び燃料供給装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、弁孔に配置された弁体と、弁体
が着座されて弁孔を塞ぐ弁座と、弁体を弁座に向けて付
勢するスプリングと、弁が開いた際に、弁孔を通って流
出する流体を受けるつば部とを備える圧力制御弁におい
て、前記つば部は、弁孔から流出する流体が衝突するよ
うに、弁孔に対向する衝突壁を備えることを特徴とす
る。

【００１０】この請求項１に記載の発明によれば、弁孔
を通って流出する流体は、つば部に形成された衝突壁に
衝突する。これにより、弁孔を通過した流れの早い（動
圧）流体が、静圧化される。従って、つば部を通過した
後の流体に対して動圧を低減して静圧化し、安定させた
流体圧を制御弁から流出させる。即ち、従来生じていた
騒音や圧力段差を防止する。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記つば部の衝突壁は、弁孔の軸線に
対して、弁孔側に９０°以下の角度を形成していること
を特徴とする。

【００１２】この請求項２に記載の発明によれば、衝突
壁を流体の流れに対して９０°以下の角度を持って形成
しているので、流体をつば部の衝突壁に確実に衝突させ
ることができ、静音化を図るとともに圧力段差を防止す
る。

【００１３】９０°以下としているのは、９０°よりも
大きくすると、弁孔から噴出した流体が衝突壁に衝突せ
ずにこれに沿って流れやすくなり、流体の動圧に対して
充分な静圧化が図り難いからである。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、前記つば部の衝突壁の径は、
弁座面をつば部方向へ延長させた線がつば部と交差する
位置における径をｄとしたとき、１．３ｄ以上であるこ
とを特徴とする。

【００１５】この請求項３に記載の発明によれば、弁孔
から流体が噴出する際には、噴出する流体の最も外側
（外郭）は弁座面の延長線に沿って噴出してつば部の衝
突壁に衝突するが、実験の結果、つば部の径が１．３ｄ
以上の場合には、噴流により従来生じていた騒音や圧力
段差を確実に低減できた。このように、ｄの１．３倍を
必要とするのは、噴流の広がりが生じるためと考えられ
る。

【００１６】請求項４に記載の発明は、燃料を供給する
ポンプと、ポンプから供給された燃料を蓄圧する蓄圧器
と、蓄圧器の下流側に設けられた圧力制御弁と、この圧
力制御弁の流出側を所定圧に維持する圧力維持手段とを
備えた蓄圧式燃料供給装置であって、前記圧力制御弁
は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の圧力制御弁
であることを特徴とする。

【００１７】この請求項４に記載の発明によれば、蓄圧
式燃料供給装置を構成する回路内に圧力制御弁を設け、
この圧力制御弁に背圧を付与する構成としている。この
ように、圧力制御弁に背圧を付与する構成では、特に騒
音や圧力段差を生じやすいが、かかる蓄圧式燃料供給装
置において、弁孔から流出する流体を静圧化できるの
で、騒音や圧力段差を防止する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態に係る圧力制御弁を搭載した蓄圧式燃料
供給装置を説明する。

【００１９】まず、図１、図２及び図６を参照して、第
１実施の形態について説明する。この第１実施の形態に
係る蓄圧式燃料供給装置３は、ガソリンエンジンの燃焼
室（気筒）にガソリンを直接噴射するもので、いわゆる
直接噴射式ガソリンエンジンに用いられるものである。

【００２０】この燃料噴射装置３は、図６に示すよう
に、概して、燃料タンク５と、燃料タンク５内に配置さ
れた低圧ポンプ７、低圧レギュレータ（低圧圧力制御
弁）１３、高圧ポンプ８、高圧ポンプ８から圧送された
燃料を蓄圧する蓄圧器としてのコモンレール９及び高圧
レギュレータ（高圧圧力制御弁）１１を接続して回路が
構成されている。

【００２１】低圧ポンプ７は、燃料タンク５内の燃料
（ガソリン）を高圧ポンプ８に圧送するようになってい
る。高圧ポンプ８は、低圧ポンプ７から供給された燃料
を高圧に加圧するものであり、エンジンによって駆動さ
れ、燃料を高圧に加圧してコモンレール９に圧送する。
尚、高圧ポンプ８とコモンレール９との間には、逆止弁
１６が設けられている。また、コモンレール９には、複
数のインジェクタ１７が接続されており、コモンレール
９で高圧に蓄圧された所定圧の燃料を各インジェクタ１
７からそれぞれエンジンの気筒内に噴射する。

【００２２】低圧ポンプ７の吐出側には低圧レギュレー
タ１３が介在されており、低圧ポンプ７から圧送される
燃料圧が一定になるように制御するとともに、高圧ポン
プ８に供給する燃料圧が一定圧を越えるとタンク５に燃
料を戻す構成になっている。

【００２３】低圧レギュレータ１３と高圧ポンプ８との
間には、高圧レギュレータ１１の下流側が接続されてお
り、高圧レギュレータ１１には低圧レギュレータ１３の
設定圧力が背圧としてかかっている。即ち、高圧レギュ
レータ１３に背圧を設けて、高圧ポンプ８の吸入圧と同
じ背圧を付与する構成であるから、高圧レギュレータ１
３から燃料タンク５に直接戻す配管を別途必要とせず、
配管構成を簡易にしている。

【００２４】高圧レギュレータ１１は、図１に示すよう
に、ケーシング２１とこのケーシング２１に固装された
固定部材２３を備え、ケーシング２１内には、コモンレ
ールに接続された流入孔２２が形成された固装部材２
５、弁孔３９が形成された弁座部材２７が嵌着されてい
る。ケーシング２１には、コモンレール９からの燃料を
導入するフィルタ２９が挿入されており、固装部材２５
に形成された流入室３１に燃料が流入されるようになっ
ている。この流入室３１は、固装部材２５の外側周囲に
開口した導入孔３３に連通されており、流入室３１の燃
料は、ケーシング２１との間の間隙３５を通って、弁座
部材２７に形成された孔３７に導入されるようになって
いる。図２に示すように、弁座部材２７において、孔３
７は、弁孔３９に連通されており、弁孔３９には弁体４
１から延出したガイド部４３が弁孔３９内を摺動可能に
収納されている。

【００２５】弁体４１は、弁孔３９を塞いで弁座２７ａ
に着座するシート部４０と、弁孔３９を開いた際に弁孔
から流出した燃料を受けるつば部４５とを備えており、
このつば部４５の弁孔側には弁孔３９から流出する燃料
を衝突させる衝突壁４７が形成されている。

【００２６】この衝突壁４７は、弁孔３９の軸線に対し
て弁孔に対して形成する角度Ｒが９０°以下の角度を形
成しており、本実施の形態では角度Ｒは実質的に９０°
であるが、弁孔３９から噴出した燃料が衝突して動圧を
低減し、静圧化するものであればよく、例えば、角度Ｒ
は８０°等の鋭角の角度を形成するものであってもよ
い。また、衝突壁４７は、平坦面に形成することに限ら
ず、湾曲面としたり、凹凸を形成するものであってもよ
い。

【００２７】衝突壁４７の径Ａは、図２及び図４に示す
ように、弁座２７ａの面をつば部４５方向へ延長させた
線がつば部と交差する位置における径をｄとしたとき、
１．３ｄ以上であることが好ましい。具体的には、図２
に示す実施の形態では、ｄは６．５mm、Ａは１１mmであ
り、Ａは約１．６９ｄの関係であった。図４に示す実施
の形態では、ｄは６．４mm、Ａは８．５mmであり、Ａは
約１．３３ｄの関係であった。尚、図４と同様な構成に
おいてｄを６．６mmとし、Ａを７．８mmとした場合、即
ち、Ａが１．１８ｄの関係にある場合には、圧力段差の
低減と静音化の点で充分でなかった。尚、図４の実施の
形態については後述する。

【００２８】つば部４５の背面には、弁体４１を弁孔３
９に向けて付勢するコイルスプリング５１のスプリング
シート４９が形成されており、ここにコイルスプリング
５１の一端が、係合されており、弁体４１を弁孔３９に
シート部４０が着座する方向に付勢している。尚、コイ
ルスプリング５１の他端は、図１に示す固定部材２３に
着座されている。

【００２９】固定部材２３には、図１に示すように、出
口孔５３が形成されており、つば部４５で静圧化した燃
料を下流側に導出するようになっている。尚、本実施の
形態では、この出口孔５３には、上述した低圧レギュレ
ータ１３で設定される背圧がかかっている。

【００３０】次に、本実施の形態による作用を説明す
る。コモンレール９内の圧力が高くなって、高圧レギュ
レータ１１の設定圧を越えると、高圧レギュレータ１１
が開いて、圧力を逃して、コモンレール９内の圧力を所
定の高圧に維持する。

【００３１】高圧レギュレータ（圧力制御弁）１１で
は、コモンレール９の圧力燃料は、フィルタ２９から流
入室３１に導入された後、導入孔３３、間隙３５、案内
孔３７を通って、弁孔３９に導かれる。そして、圧力燃
料は弁座部材２７に着座して、弁孔３９を塞いでいる弁
体４１をコイルスプリング５１の付勢力に抗して押圧し
て、弁孔３９を開く。

【００３２】尚、弁体４１には、コイルスプリング５１
の他、低圧レギュレータ１３により設定された背圧がか
かっている。

【００３３】これにより、弁孔３９から高圧燃料が弁室
４８に噴出する。弁孔３９から噴出した流体は、弁孔３
９の軸線に対して略直角に延出されたつば部４５の衝突
壁４７に衝突して、流体の流れにより生じる動圧を抑制
し、静圧化を図る。衝突壁４７に衝突した流体は、図２
中矢印で示すように、つば部４７と弁室壁４８ａとの間
隙を通って、コイルスプルング５１側に流れ、固定部材
２３の出口孔５３から流出される。

【００３４】かかる圧力制御弁１１について、１０ＭＰ
ａ（メガパスカル）に制御圧力をセットし、エンジン回
転数を次第に上昇させて、圧力制御弁１１における調圧
特性を測定したところ、図５に従来と比較して本発明を
示すように、圧力段差を生じなかったとともに、ピー音
の発生もほとんどなかった。尚、図５は、縦軸に圧力、
横軸にエンジン回転数をとったものであるが、各調圧特
性における圧力変動を比較したものであり、縦軸の圧力
は絶対値を示すものではない。

【００３５】特に、ピー音発生時には、弁孔から噴射し
た圧力燃料にキャビティが発生し、発生したキャビティ
の崩壊により生じるエロージョン（つば部の浸食）が生
じることから、ピー音の発生を防止することによって、
キャビティの崩壊により生じるエロージョンを防止でき
る。

【００３６】また、圧力段差を防止できるので、高圧レ
ギュレータ１１の調圧特性を高め、安定した圧力で燃料
を噴射できるので、エンジン性能の安定化を図ることが
できる。

【００３７】次に、図３及び図４を参照して、本発明の
他の実施の形態について、詳細に説明するが、以下に説
明する他の実施の形態において、上述した第１実施の形
態と同一部分には同一の符号を付することによって、そ
の部分の詳細な説明を省略する。

【００３８】図３及び図４に示す第２実施の形態では、
ケーシングとして例えば、コモンレール５６を利用した
ものであり、燃料回路に直接取り付ける構成を例示した
ものである。尚、この実施の形態では、スプリング５１
は固定部材５３側に設けた調節部材５８によりそのセッ
ト力を調整する構成となっている。

【００３９】この第２実施の形態においても、上述した
第１実施の形態と同様な効果を得ることができるもので
あり、弁を開いた際に弁孔３９から噴出した圧力燃料を
静圧化して、ピー音発生、キャビテイの発生によるエロ
ージョンを防止するとともに、圧力段差を防止できるの
で、高圧レギュレータ１１の調圧特性を高め、安定した
圧力で燃料を噴射できる。

【００４０】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されるものではなく、種々変形可能である。

【００４１】例えば、衝突壁は弁孔に対して鋭角に形成
して、噴出する圧力流体を受けるようにする構成であっ
てもよい。

【００４２】また、圧力制御弁は燃料供給装置に限ら
ず、水や冷凍サイクルにおける冷媒、油圧回路の流体圧
力を制御するものであっても同様な効果を得ることがで
きる。

【００４３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、弁体の
つば部に弁孔から流出した流体が衝突する衝突壁を有す
る構成であるから、つば部を通過した後の流体に対して
動圧を低減して静圧化し、圧力制御弁の調圧特性を安定
できる。これによって、従来生じていた騒音や圧力段差
を防止する。また、動圧により静圧が急激に低下するた
めに生じていたキャビティの発生を防止し、キャビティ
の崩壊によるエロージョンを防止できる。

【００４４】請求項２に記載の発明によれば、衝突壁を
流体の流れに対して９０°以下の角度を持って形成して
いるので、流体をつば部の衝突壁に確実に衝突させるこ
とができる。

【００４５】請求項３に記載の発明によれば、衝突壁の
径を１．３ｄ以上としているので、従来生じていた騒音
や圧力段差を確実に低減できる。

【００４６】請求項４に記載の発明によれば、蓄圧式燃
料供給装置を構成する回路内に上述した発明の圧力制御
弁を設け、この圧力制御弁に背圧を付与する構成として
いる。このように、圧力制御弁に背圧を付与する構成で
は、特に騒音や圧力段差を生じやすいが、かかる蓄圧式
燃料供給装置において、弁孔から流出する流体を静圧化
できるので、騒音や圧力段差を防止する。更に、蓄圧式
燃料供給装置において、設定した圧力を安定させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる高圧レギュレータ
の縦断面図である。

【図２】図１に示す弁体部分を拡大して示す断面図であ
る。

【図３】第２実施の形態にかかる高圧レギュレータの縦
断面図である。

【図４】図３に示す弁体部分を拡大して示す断面図であ
る。

【図５】本発明と従来の高圧レギュレータとにおける調
圧特性を示すグラフ図である。

【図６】第３実施の形態にかかる高圧レギュレータの弁
体部分を拡大して示す断面図である。

【図７】比較例にかかる高圧レギュレータの弁体部分を
拡大して示す断面図である。

【符号の説明】

３ 蓄圧式燃料供給装置 ８ 高圧ポンプ ９ コモンレール（蓄圧器） １１ 高圧レギュレータ（圧力制御弁） ３９ 弁孔 ４１ 弁体 ４５ つば部 ４７ 衝突壁 ４８ 弁室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁孔に配置された弁体と、弁体が着座さ
   れて弁孔を塞ぐ弁座と、弁体を弁座に向けて付勢するス
   プリングと、弁が開いた際に、弁孔を通って流出する流
   体を受けるつば部とを備える圧力制御弁において、 前記つば部は、弁孔から流出する流体が衝突するよう
   に、弁孔に対向する衝突壁を備えることを特徴とする圧
   力制御弁。
2. 【請求項２】 前記つば部の衝突壁は、弁孔の軸線に対
   して、弁孔側に９０°以下の角度を形成していることを
   特徴とする請求項１に記載の圧力制御弁。
3. 【請求項３】 前記つば部の衝突壁の径は、弁座面をつ
   ば部方向へ延長させた線がつば部と交差する位置におけ
   る径をｄとしたとき、１．３ｄ以上であることを特徴と
   する請求項１または２に記載の圧力制御弁。
4. 【請求項４】 燃料を供給するポンプと、ポンプから供
   給された燃料を蓄圧する蓄圧器と、蓄圧器の下流側に設
   けられた圧力制御弁と、この圧力制御弁の流出側を所定
   圧に維持する圧力維持手段とを備えた蓄圧式燃料供給装
   置であって、 前記圧力制御弁は、請求項１乃至３のいずれか一項に記
   載の圧力制御弁であることを特徴とする蓄圧式燃料供給
   装置。