JPH11270429A - 圧力脈動低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で圧力脈動を低減し、騒音を低減
することが可能な圧力脈動低減装置を提供する。 【解決手段】 弁部材２０の当接部２０ａよりも燃料流
入口１９ｂ側には、弁部材２０を弁ボディ１９に往復移
動可能に支持するための案内部２２が設けられている。
案内部２２には弁ボディ１９の内周壁との間に燃料通路
を形成するように四箇所面取り２３が形成されており、
面取り２３と周方向に交互に形成されている摺動部２４
が弁ボディ１９と摺動する。弁ボディ１９と摺動部２４
との間のクリアランスＬを約５μｍに設定し、弁部材２
０と圧縮コイルスプリング３０とで構成されるばね−質
量系の固有振動の減衰係数を１０Ｎｓ／ｍに設定する。
摺動部２４の摺動抵抗を所定値よりも大きくすることに
より、簡単な構成で弁部材２０の振動を早期に減衰し、
低圧燃料通路中の圧力脈動を早期に低減することがで
き、騒音を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力脈動低減装置
に関し、特に内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジン
という）の燃料供給システムに用いられる圧力脈動低減
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、燃料タンクから低圧ポンプで
吸い上げた燃料を高圧ポンプに供給する低圧燃料通路
中、または高圧ポンプに設けた低圧燃料通路中にプレッ
シャレギュレータを配設することにより、高圧ポンプに
供給される燃料圧力を所定圧以下にしている。上記のプ
レッシャレギュレータは、弁部材と弁座との開口部の面
積をスプリングの付勢力により燃料圧力に応じて可変
し、燃料圧力を調整する機構となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高圧ポ
ンプのプランジャが作動し、プレッシャレギュレータの
弁部材が燃料圧力によりリフトし燃料が排出されると、
弁部材と弁座との開口部が負圧になるので燃料中にキャ
ビテーションが発生し、発生したキャビテーションが消
滅する際に大きな圧力波が生じる。プレッシャレギュレ
ータの開閉に伴い圧力波が繰り返し発生すると圧力脈動
を引き起こす。圧力脈動が発生すると、この圧力脈動に
よりプレッシャレギュレータが自励振動し、圧力脈動を
増幅させるという現象を引き起こす。

【０００４】プレッシャレギュレータで発生し、さらに
増幅した圧力脈動は高圧ポンプに低圧燃料を供給する燃
料配管中を伝わり、振動音となる。特に、低圧ポンプと
高圧ポンプとを接続する燃料配管中に燃料フィルタを配
設しこの燃料フィルタを車両ボディに装着している場
合、圧力脈動による燃料フィルタの振動がボディに伝わ
り、車内に大きな騒音となって伝わる。

【０００５】このような圧力脈動を低減するため、燃料
配管にダイヤフラム式のパルセーションダンパを接続す
ることも考えられるが、プレッシャレギュレータで発生
する圧力脈動の周波数は高いので、ダイヤフラム式では
高周波脈動に追随できない。さらに、圧力脈動の振幅が
大きいと、ダイヤフラムが損傷するという問題がある。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、簡単な構成で圧力脈動を低減
し、騒音を低減することが可能な圧力脈動低減装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
圧力脈動低減装置によると、所定の摺動抵抗を有して弁
ボディと摺動する摺動部が弁部材に設けられているの
で、摺動部の摺動抵抗を調整することにより、弁部材の
振動を抑制することができる。弁部材の振動を抑制する
ことで、低圧燃料通路中の圧力脈動を低減し、騒音を低
減することができる。

【０００８】摺動部の摺動抵抗を所定値よりも大きくす
るには、弁ボディと摺動部とのクリアランスを所定値
よりも小さくする、弁ボディと摺動部とのクリアラン
スを所定値よりも大きくし、弁部材の軸を偏心させて弁
ボディと摺動部とが点で接触するようにする、弁部材
の軸をずらして付勢手段が弁部材を付勢するようにし、
弁部材の軸を偏心させて弁ボディと摺動部とが点で接触
するようにする等の手段を適用することができる。

【０００９】本発明の請求項２記載の圧力脈動低減装置
によると、弁ボディと摺動部との間には摺動部の摺動抵
抗を制御可能な程度のクリアランスが設けられているの
で、簡単な構成で摺動部の摺動抵抗を所定値よりも大き
くすることができる。したがって、簡単な構成で弁部材
の振動を抑制することができ、低圧燃料通路中の圧力脈
動を低減し、騒音を低減することができる。

【００１０】本発明の請求項３記載の圧力脈動低減装置
によると、弁部材と付勢手段とで構成されるばね−質量
系の固有振動の減衰係数は１０Ｎｓ／ｍ以上であるの
で、摺動部の摺動抵抗を確実に大きくすることができ
る。したがって、弁部材の振動を確実に抑制することが
でき、低圧燃料通路中の圧力脈動を低減し、騒音を低減
することができる。

【００１１】ここで、弁部材と付勢手段とで構成される
ばね−質量系の固有振動の減衰係数は以下の(1) 式を満
たすように定義される。 Ｆ＝ｍａ＋ｃｖ＋ｋｘ ・・・(1) ここに、Ｆは付勢手段の付勢力であり、ｍは弁部材の質
量であり、ａは弁部材の振動の加速度であり、ｃは減衰
係数であり、ｖは弁部材の振動の速度であり、ｋは付勢
手段のばね定数であり、ｘは弁部材の変位である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の複数の実施例を図
面に基づいて説明する。 （第１実施例）本発明の第１実施例による圧力脈動低減
装置を用いたエンジンの燃料供給システムを図２に示
す。以下に述べる燃料配管２および４、燃料フィルタ
３、高圧ポンプ５、圧力脈動低減装置本体としてのプレ
ッシャレギュレータ７、燃料リターン管１３により燃料
供給装置を構成している。

【００１３】低圧ポンプ１により燃料タンク６から吸い
上げられた燃料は燃料配管２と燃料配管４との間に配設
された燃料フィルタ３により異物を除去される。燃料フ
ィルタ３を通過した燃料は、高圧ポンプ５の内部のギャ
ラリ室８に供給され、ギャラリ室８から吸入弁１１を経
由してプランジャ室１４に送られる。プランジャ室１４
に送られた燃料は、プランジャ１５で加圧され、デリバ
リバルブ９から燃料デリバリパイプ１０に取付けた燃料
噴射装置としてのインジェクタ１２に供給される。燃料
配管２および４、燃料フィルタ３、ギャラリ室８は低圧
燃料通路を形成している。

【００１４】プレッシャレギュレータ７は、高圧ポンプ
５に吸入する燃料圧力を所定圧以下に調圧するものであ
り、高圧ポンプ５内のギャラリ室８に接続されている。
吸入燃料の圧力が所定圧を越えるとプレッシャレギュレ
ータ７が開弁し、余剰燃料を燃料リターン管１３を通し
て燃料タンク６にリターンさせる。燃料リターン管１３
は低圧燃料通路を形成している。

【００１５】次に、プレッシャレギュレータ７の詳細を
図１を用いて説明する。図１は、弁部材２０の当接部２
０ａが弁座１９ａから離座している状態を示している。
プレッシャレギュレータ７は、ハウジング１７と、弁ボ
ディ１９と、弁部材２０と、付勢手段としての圧縮コイ
ルスプリング３０とから構成される。ハウジング１７
は、円筒形状に形成され、一端がかしめあるいは溶接に
より弁ボディ１９に接合されており、他端が図２に示す
燃料リターン管１３に通じる燃料流出口１７ａを有して
いる。

【００１６】弁ボディ１９は、ハウジング１７の反燃料
流出口側の一端に設けられ、円筒形状に形成されてい
る。弁ボディ１９は、一端が図２に示す高圧ポンプ５内
の低圧燃料通路に通じる燃料孔としての燃料流入口１９
ｂを有しており、他端が内周壁に形成した弁座１９ａを
有している。弁部材２０は、弁ボディ１９に往復移動可
能に支持されている。弁部材２０に形成した円錐面を有
する当接部２０ａは、弁ボディ１９の弁座１９ａに着座
可能である。当接部２０ａが弁座１９ａに着座すること
により燃料流入口１９ｂが閉塞され、当接部２０ａが弁
座１９ａから離座することにより燃料流入口１９ｂが開
口する。当接部２０ａはテーパ形状となっているので、
当接部２０ａの弁座１９ａへの着座性、および当接部２
０ａが弁座１９ａに着座したときの残圧保持特性を確保
している。

【００１７】弁部材２０の当接部２０ａよりも燃料流入
口１９ｂ側には、弁部材２０を弁ボディ１９に往復移動
可能に支持するための案内部２２が設けられている。案
内部２２には弁ボディ１９の内周壁との間に燃料通路を
形成するように四箇所面取り２３が形成されており、面
取り２３と周方向に交互に形成されている摺動部２４が
弁ボディ１９と摺動する。弁部材２０の当接部２０ａが
弁座１９ａから離座すると、弁ボディ１９の内周壁と弁
部材２０の案内部２２に形成された四箇所の面取り２３
との隙間を燃料が通過することが可能となる。弁ボディ
１９と摺動部２４との間のクリアランスＬは、約５μｍ
に設定されている。クリアランスＬを約５μｍに設定す
ることにより、式(1) で定義される弁部材２０と圧縮コ
イルスプリング３０とで構成されるばね−質量系の固有
振動の減衰係数を１０Ｎｓ／ｍに設定することができ
る。すなわち、弁ボディ１９と摺動部２４との間のクリ
アランスＬを調整することにより、摺動部２４の摺動抵
抗を所望の値に制御することができる。

【００１８】圧縮コイルスプリング３０は、ハウジング
１７内に挿入され、一端が弁部材２０の燃料流出口１７
ａ側の端面２０ｂに当接し、他端がハウジング１７の内
底面１７ｂに当接している。圧縮コイルスプリング３０
は、弁部材２０の当接部２０ａが弁座１９ａに着座する
方向に弁部材２０を付勢している。次に、プレッシャレ
ギュレータ７の作動について説明する。

【００１９】(1) 図２に示す高圧ポンプ５内の低圧燃料
通路の内部の燃料が所定の圧力以下のとき、圧縮コイル
スプリング３０の付勢力により、弁部材２０の当接部２
０ａが弁座１９ａに着座する。これにより、燃料流入口
１９ｂが閉塞され、図２に示す燃料リターン管１３には
燃料が流れない。 (2) 図２に示す高圧ポンプ５内の低圧燃料通路の内部の
燃料が所定の圧力を越えると、圧縮コイルスプリング３
０の付勢力に抗して弁部材２０が燃料流出口１７ａ側に
移動し、弁部材２０の当接部２０ａが弁座１９ａから離
座する。これにより、燃料流入口１９ｂが開口し、弁ボ
ディ１９の内周壁と四箇所の面取り２３との隙間を通過
し、当接部２０ａと弁座１９ａとの開口部からハウジン
グ１７内に燃料が流入し、燃料流出口１７ａから図２に
示す燃料リターン管１３に燃料が流出される。このと
き、高圧ポンプ５の吸入弁１１が作動し、当接部２０ａ
と弁座１９ａとの開口部を燃料が通過すると、この開口
部が負圧になるのでキャビテーションが発生する。さら
に発生したキャビテーションが消滅する際に大きな圧力
波が生じる。プレシャレギュレータ７の作動に伴い圧力
波が発生すると圧力脈動を引き起こす。

【００２０】上記の(2) において、時間と吸入弁１１の
リフト量との関係を図３（Ａ）に示し、時間と弁部材２
０のリフト量との関係を図３（Ｂ）に示し、時間とギャ
ラリ室８および燃料流入口１９ｂの圧力との関係を図３
（Ｃ）に示す。図３（Ａ）に示すように、吸入弁１１が
作動すると、図３（Ｂ）に示すように、弁部材２０が振
動し、図３（Ｃ）に示すように、ギャラリ室８および燃
料流入口１９ｂに圧力脈動が発生する。なお、図３
（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示す特性値は数
値解析結果である。

【００２１】次に、第１実施例の弁ボディ１９と摺動部
２４との間のクリアランスＬを約１０μｍに設定した比
較例について、図６を用いて説明する。図１および図２
に示す第１実施例とクリアランスＬ以外は同一構成であ
るので、同一部分に同一符号を付す。図６に示す比較例
において、図６（Ａ）は時間と吸入弁１１のリフト量と
の関係を示し、図６（Ｂ）は時間と弁部材２０のリフト
量との関係を示し、図６（Ｃ）は時間とギャラリ室８お
よび燃料流入口１９ｂの圧力との関係を示す。

【００２２】比較例においては、弁ボディ１９と摺動部
２４との間のクリアランスＬを約１０μｍに設定するこ
とにより、弁部材２０と圧縮コイルスプリング３０とで
構成されるばね−質量系の固有振動の減衰係数は５Ｎｓ
／ｍに設定される。図６（Ａ）に示すように吸入弁１１
が作動すると、図６（Ｂ）に示すように、弁部材２０が
振動し、図６（Ｃ）に示すように、ギャラリ室８および
燃料流入口１９ｂに圧力脈動が発生する。このとき、弁
部材２０は自励振動し、弁部材２０の振動は発散する。
このため、ギャラリ室８および燃料流入口１９ｂに発生
する圧力脈動も発散し、この圧力脈動は増幅される。し
たがって、燃料供給システムから騒音が発生するという
欠点がある。

【００２３】一方、第１実施例においては、弁部材２０
と圧縮コイルスプリング３０とで構成されるばね−質量
系の固有振動の減衰係数を１０Ｎｓ／ｍに設定してお
り、比較例の減衰係数よりも大きい。すなわち、第１実
施例の摺動部２４の摺動抵抗は、比較例の摺動抵抗より
も大きく設定されている。このため、図３（Ａ）に示す
ように、吸入弁１１が作動しても、図３（Ｂ）に示すよ
うに、弁部材２０の振動を減衰することができ、図３
（Ｃ）に示すように、ギャラリ室８および燃料流入口１
９ｂに発生する圧力脈動は低減される。したがって、燃
料供給システムから発生する騒音を低減することができ
る。

【００２４】（第２実施例）第１実施例の弁ボディ１９
と摺動部２４との間のクリアランスＬを約２μｍに設定
した第２実施例について、図４を用いて説明する。図１
および図２に示す第１実施例とクリアランスＬ以外は同
一構成であるので、同一部分に同一符号を付す。

【００２５】図４に示す第２実施例において、図４
（Ａ）は時間と吸入弁１１のリフト量との関係を示し、
図４（Ｂ）は時間と弁部材２０のリフト量との関係を示
し、図４（Ｃ）は時間とギャラリ室８および燃料流入口
１９ｂの圧力との関係を示す。第２実施例においては、
弁ボディ１９と摺動部２４との間のクリアランスＬを約
２μｍに設定することにより、弁部材２０と圧縮コイル
スプリング３０とで構成されるばね−質量系の固有振動
の減衰係数は２０Ｎｓ／ｍに設定される。すなわち、第
２実施例の摺動部２４の摺動抵抗は、第１実施例の摺動
抵抗よりも大きく設定されている。このため、図４
（Ａ）に示すように吸入弁１１が作動しても、図４
（Ｂ）に示すように、弁部材２０の振動を第１実施例よ
りも早期に減衰し、図３（Ｃ）に示すように、ギャラリ
室８および燃料流入口１９ｂに発生する圧力脈動を第１
実施例よりも早期に低減することができる。したがっ
て、燃料供給システムから発生する騒音をさらに低減す
ることができる。

【００２６】（第３実施例）第１実施例の弁部材２０の
軸をずらして圧縮コイルスプリング３０が弁部材２０を
付勢するようにした第３実施例について、図５を用いて
説明する。図１に示す第１実施例と実質的に同一部分に
同一符号を付す。図５に示すように、圧縮コイルスプリ
ング３０は、弁部材２０の当接部２０ａが弁座１９ａに
着座する方向に、弁部材２０の軸をずらして弁部材２０
を付勢している。このため、弁部材２０の摺動部２４
は、接触点２４ａで点接触して弁ボディ１３と摺動す
る。このため、弁部材２０の軸と同軸に圧縮コイルスプ
リング３０が弁部材２０を付勢するようにしたものと比
べて摺動部２４の摺動抵抗を大きくすることができる。

【００２７】第３実施例においても、高圧ポンプの吸入
弁が作動しても、弁部材２０の振動を早期に減衰し、高
圧ポンプのギャラリ室８および燃料流入口１９ｂに発生
する圧力脈動を早期に低減することができる。したがっ
て、燃料供給システムから発生する騒音を低減すること
ができる。以上説明した本発明の複数の実施例において
は、弁部材２０の摺動部２４の摺動抵抗を所定の値より
も大きくしているので、簡単な構成で弁部材２０の振動
を早期に減衰し、低圧燃料通路中の圧力脈動を早期に低
減することができ、騒音を低減することができる。

【００２８】上記複数の実施例では、弁部材２０の案内
部２２に四箇所の面取り２３を形成し、弁部材２０の当
接部２０ａが弁座１９ａから離座したとき、弁ボディ１
９の内周壁と面取り２３との隙間を燃料が通過する構成
としたが、本発明では、案内部に面取りを形成せず、弁
ボディの周壁内に燃料通路を形成し、弁部材の側方から
燃料が流入する構成としてもよい。

【００２９】また、上記複数の実施例では、燃料配管２
と燃料配管４との間に燃料フィルタ３を配設したが、本
発明では、低圧ポンプに燃料フィルタを接続してもよ
い。また、上記複数の実施例では、高圧ポンプ５にプレ
ッシャレギュレータ７を接続したが、本発明では、低圧
ポンプと高圧ポンプとを接続する燃料配管の燃料フィル
タよりも高圧ポンプ側にプレッシャレギュレータを接続
する構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるプレッシャレギュレ
ータを示す縦断面図である。

【図２】本発明の第１実施例による圧力脈動低減装置を
用いた燃料供給システムを示す模式的構成図である。

【図３】本発明の第１実施例による圧力脈動低減装置の
特性を示すものであって、（Ａ）は時間と吸入弁のリフ
ト量との関係、（Ｂ）は時間と弁部材のリフト量との関
係、（Ｃ）は時間とギャラリ室および燃料流入口の圧力
との関係を示す特性図である。

【図４】本発明の第２実施例による圧力脈動低減装置の
特性を示すものであって、（Ａ）は時間と吸入弁のリフ
ト量との関係、（Ｂ）は時間と弁部材のリフト量との関
係、（Ｃ）は時間とギャラリ室および燃料流入口の圧力
との関係を示す特性図である。

【図５】本発明の第２実施例によるプレッシャレギュレ
ータを示す縦断面図である。

【図６】比較例の特性を示すものであって、（Ａ）は時
間と吸入弁のリフト量との関係、（Ｂ）は時間と弁部材
のリフト量との関係、（Ｃ）は時間とギャラリ室および
燃料流入口の圧力との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

２、４ 燃料配管（低圧燃料通路） ３ 燃料フィルタ（低圧燃料通路） ５ 高圧ポンプ ７ プレッシャレギュレータ（圧力脈動低減装置本
体） ８ ギャラリ室 １１ 吸入弁 １２ インジェクタ（燃料噴射装置） １７ ハウジング １７ａ 燃料流出口 １９ 弁ボディ １９ａ 弁座 １９ｂ 燃料流入口（燃料孔） ２０ 弁部材 ２０ａ 当接部 ２２ 案内部 ２３ 面取り ２４ 摺動部 ３０ 圧縮コイルスプリング

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 59/44 Ｆ０２Ｍ 59/44 Ｅ 59/46 59/46 Ｗ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射装置に高圧燃料を供給する高圧
   ポンプと、 前記高圧ポンプに低圧燃料を供給する低圧燃料通路に配
   設される筒状のハウジングと、 前記ハウジングの一端に設けられ、弁座および燃料孔を
   有する弁ボディと、 前記弁ボディに往復移動可能に支持され、前記弁座に着
   座可能な当接部を有する弁部材と、 前記ハウジング内に設けられ、前記当接部が前記弁座に
   着座する方向に前記弁部材を付勢する付勢手段と、 前記弁部材に設けられ、所定の摺動抵抗を有して前記弁
   ボディと摺動する摺動部と、 を備えることを特徴とする圧力脈動低減装置。
2. 【請求項２】 前記弁ボディと前記摺動部との間には、
   前記摺動部の摺動抵抗を制御可能な程度のクリアランス
   が設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧力
   脈動低減装置。
3. 【請求項３】 前記弁部材と前記付勢手段とで構成され
   るばね−質量系の固有振動の減衰係数は１０Ｎｓ／ｍ以
   上であることを特徴とする請求項１または２記載の圧力
   脈動低減装置。