JPH11270724A - 圧力制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で流体圧力の過度の上昇を防止
し、高圧下における流体圧力を精度よく制御することが
可能な圧力制御弁を提供する。 【解決手段】 ウェイト４０と圧縮コイルスプリング４
１とで構成されるばね−質量系の固有振動数は、弁部材
２０の当接部２０ａが弁座１９ａから離座するときのハ
ウジング１７に伝わる振動数と略同一に設定されてい
る。このため、燃料デリバリパイプに蓄えられた燃料が
所定の圧力を越えると、ウェイト４０と圧縮コイルスプ
リング４１とで構成されるばね−質量系が共振し、ウェ
イト４０は、矢印Ｘ方向に振動して可動コア３０に衝突
し、弁部材２０に軸方向に衝撃を加える。これにより、
弁部材２０の摺動部２４の摺動抵抗が低減され、弁部材
２０が速やかにリフトして燃料圧力を開放する。したが
って、燃料圧力のオーバーシュートや異常上昇を速やか
に低減して燃料圧力の過度の上昇を防止し、燃料圧力を
精度よく制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用の
内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）に燃
料を供給する燃料供給システム等に用いられる圧力制御
弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、低圧ポンプにより燃料タンク
から汲み上げた低圧燃料を高圧ポンプによりさらに加圧
して燃料デリバリパイプに蓄圧するとともに、この燃料
デリバリパイプの高圧燃料を燃料噴射装置によってエン
ジン内に噴射するようにした蓄圧式燃料噴射装置が知ら
れている。

【０００３】例えば筒内直接噴射式エンジン用の高圧燃
料噴射システムにおいては、燃料の高圧化に伴う微粒化
により希薄燃焼を可能にし、排気エミッションを向上さ
せ、燃料消費量を低減させる。エンジンの各気筒に燃料
を供給するための共通の燃料デリバリパイプを備えるシ
ステムにおいて、高圧ポンプから燃料デリバリパイプに
高圧燃料を供給し、この燃料デリバリパイプに高圧の燃
料を蓄え、この燃料デリバリパイプから各気筒毎の燃料
噴射装置に高圧の燃料を供給する。この燃料噴射装置の
開弁時期と開弁期間を制御することにより、燃料噴射装
置より噴射される燃料が微粒化され、排気エミッション
が向上し、燃料消費量が低減する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような高圧燃料噴
射システムは、(1) エンジンの始動時、高圧ポンプから
燃料デリバリパイプに供給される燃料の圧力を低圧から
加圧する場合、加圧率が高いことから燃料圧力のオーバ
ーシュートが発生することがある。また、エンジン作動
中、インジェクタの開閉を制御する制御回路の誤動作、
断線により燃料圧力が異常に上昇することがある。この
ような燃料デリバリパイプ内の圧力がオーバーシュート
したり、異常上昇したりするのを回避するため、単純な
直動型の圧力制御弁を燃料デリバリパイプに備え付ける
ことが考えられる。しかし、従来の直動型の圧力制御弁
では、上記のオーバーシュートや異常上昇を完全に抑え
ることができないという問題があった。

【０００５】(2) また、高圧下においては、従来の直動
型の圧力制御弁ではばねの付勢力を大きくする必要があ
り、これに伴い弁部材の摺動部の摺動抵抗が比較的大き
くなる。このため、弁部材の径方向に力が加わり、いわ
ゆるスティックスリップが発生し易くなる。したがっ
て、燃料圧力と弁部材のリフト量との関係が階段状にな
って圧力制御の精度が悪くなったり、ヒステリシスを生
じて繰返し精度が悪くなったりするという問題があっ
た。

【０００６】(3) さらにまた、高圧下でも精度よく圧力
制御できるものとして、バランスピストン型の圧力制御
弁がある。しかし、バランスピストン型の圧力制御弁
は、構造が複雑で製造コストが増大するという問題があ
った。本発明は、上記の(1) 、(2) および(3) の問題を
解決するためになされたものであり、簡単な構成で流体
圧力の過度の上昇を防止し、高圧下における流体圧力を
精度よく制御することが可能な圧力制御弁を提供するこ
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
圧力制御弁によると、弁部材に衝撃を加えることが可能
な衝撃付加手段がハウジング内に設けられているので、
弁部材に軸方向に衝撃を加えることにより、弁部材の摺
動部の摺動抵抗を低減することができる。このため、流
体圧力のオーバーシュートや異常上昇を速やかに低減
し、流体圧力の過度の上昇を防止することができる。

【０００８】さらに高圧下においても、燃料圧力と弁部
材のリフト量との関係を直線状にし、流体圧力を精度よ
く制御することができる。さらにまた、高圧下における
燃料圧力と弁部材のリフト量との関係にヒステリシスが
生じるのを防止し、繰返し精度を向上することができ
る。本発明の請求項２記載の圧力制御弁によると、衝撃
付加手段は、ハウジングに弁部材と同軸に往復移動可能
に支持されるウェイトと、ハウジング内に設けられ反流
体通路孔側にウェイトを付勢する第２の付勢手段とを有
している。このため、ウェイトと第２の付勢手段とを有
する簡単な構成で、弁部材に軸方向に衝撃を加えて弁部
材の摺動部の摺動抵抗を低減することで、流体圧力の過
度の上昇を防止し、高圧下における流体圧力を精度よく
制御することができる。したがって、組付け工数や製造
コストを低減することができる。

【０００９】本発明の請求項３記載の圧力制御弁による
と、ウェイトと第２の付勢手段とで構成されるばね−質
量系の固有振動数は、弁部材の当接部が弁座から離座す
るときのハウジングに伝わる振動数と略同一である。流
体圧力が上昇し、この圧力が第１の付勢手段の付勢力に
打ち勝って弁部材の当接部が弁座から離座すると、ウェ
イトと第２の付勢手段とで構成されるばね−質量系が共
振し、ウェイトが弁部材に軸方向に衝撃を加える。この
ため、弁部材の摺動部の摺動抵抗を確実に低減すること
ができる。したがって、簡単な構成で流体圧力の過度の
上昇を確実に防止し、高圧下における流体圧力を精度よ
く制御することができる。

【００１０】本発明の請求項４記載の燃料供給装置によ
ると、請求項１、２または３記載の圧力制御弁を、高圧
ポンプで加圧した高圧燃料を燃料噴射装置に供給する高
圧燃料通路に接続することにより、高圧燃料通路内の燃
料圧力が過度に上昇したとき、弁部材がリフトして高圧
燃料の圧力を開放するため、燃料圧力のオーバーシュー
トや異常上昇を速やかに低減し、燃料圧力の過度の上昇
を防止することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。本発明の一実施例による圧力制御弁を
適用した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３、燃料フィルタ４、高圧ポンプ５、
デリバリバルブ９、圧力制御弁１０、燃料デリバリパイ
プ１１、燃料リターン管１４により燃料供給装置を構成
している。

【００１２】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３との間に配設
された燃料フィルタ４により異物を除去される。燃料フ
ィルタ４を通過した燃料は、高圧ポンプ５で加圧され、
デリバリバルブ９から燃料デリバリパイプ１１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。燃料デリバリパイプ１１の側壁には圧力制御弁１０
が装着されている。燃料デリバリパイプ１１は高圧燃料
通路を形成している。

【００１３】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内の低圧燃料通路に接続している。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。圧力制御弁１０は、燃
料デリバリパイプ１１に蓄えられる燃料圧力を所定圧以
下に制御するものである。燃料デリバリパイプ１１に蓄
えられた燃料の圧力が所定圧を越えると圧力制御弁１０
が開弁し、余剰燃料を燃料リターン管１４を通して燃料
タンク６にリターンさせる。

【００１４】次に、圧力制御弁１０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２０ａが弁座
１９ａに着座している状態を示している。圧力制御弁１
０は、ハウジング１７と、弁ボディ１９と、弁部材２０
と、可動コア３０と、第１の付勢手段としての圧縮コイ
ルスプリング３１と、アジャスティングパイプ３２と、
ウェイト４０と、第２の付勢手段としての圧縮コイルス
プリング４１とから構成される。

【００１５】ハウジング１７は、円筒形状に形成され、
一端に弁ボディ１９がねじ接合されており、他端が図２
に示す燃料リターン管１４に通じる開口部としての燃料
流出口１７ａを有している。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、図２に示す燃料デリ
バリパイプ１１に通じる流体通路孔としての燃料流入口
１９ｂを有しており、内周壁に弁座１９ａが形成されて
いる。弁ボディ１９の燃料デリバリパイプ１１側の先端
にフィルタ１５とフィルタケース１６とが取付けられて
いる。このため、圧力制御弁１０の弁開状態において、
圧力制御弁１０の内部に燃料中のゴミ等の異物が流入す
るのを防止することができる。

【００１６】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の先端に形成した円錐
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２０
ａが弁座１９ａから離座することにより燃料流入口１９
ｂが開口する。弁部材２０の他端に形成された接合部２
１は可動コア３０とレーザ溶接されており、弁部材２０
と可動コア３０とが一体に連結されている。接合部２１
の外周には可動コア３０の内周壁との間に燃料通路を形
成するように二箇所面取りが設けられている。

【００１７】弁部材２０の当接部２０ａと接合部２１と
の間には、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２
２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２
３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１
９ａから離座すると、弁ボディ１９の内周壁と弁部材２
０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。

【００１８】可動コア３０は、ハウジング１７に弁部材
２０とともに往復移動可能に支持されている。圧縮コイ
ルスプリング３１は、一端が可動コア３０に当接し、他
端がアジャスティングパイプ３２に当接している。圧縮
コイルスプリング３１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および可動コア
３０を付勢している。

【００１９】アジャスティングパイプ３２はハウジング
１７の内周に圧入されている。組付け時にアジャスティ
ングパイプ３２の圧入位置を調整することにより、圧縮
コイルスプリング３１の付勢力を調整可能である。ウェ
イト４０は、可動コア３０と軸方向に対向し、ハウジン
グ１７に弁部材２０および可動コア３０と同軸に往復移
動可能に支持されている。ウェイト４０に形成されてい
る摺動部４０ａがハウジング１７と摺動する。圧縮コイ
ルスプリング４１は、一端が弁部材２０の肩部２０ｂに
当接し、他端がウェイト４０に当接している。圧縮コイ
ルスプリング４１は、ウェイト４０を反流体通路孔側に
付勢している。図１に示す弁閉状態において、ウェイト
４０は可動コア３０に当接している。

【００２０】ウェイト４０と圧縮コイルスプリング４１
とで構成されるばね−質量系の固有振動数は、弁部材２
０の当接部２０ａが弁座１９ａから離座するときのハウ
ジング１７に伝わる振動数と略同一に設定されている。
このため、上記の固有振動数と略等しい振動数でハウジ
ング１７が振動した場合、ウェイト４０と圧縮コイルス
プリング４１とで構成されるばね−質量系が共振し、弁
部材２０および可動コア３０と同軸、すなわち図１に示
す矢印Ｘ方向にウェイト４０が振動可能である。ウェイ
ト４０が矢印Ｘ方向に振動すると、ウェイト４０は、可
動コア３０に衝突し、弁部材２０および可動コア３０に
同軸に衝撃を加えることが可能である。ウェイト４０と
圧縮コイルスプリング４１とは、弁部材２０に衝撃を加
えることが可能な衝撃付加手段を構成している。

【００２１】次に、圧力制御弁１０の作動について説明
する。 (1) 図２に示す燃料デリバリパイプ１１に蓄えられた燃
料が所定の圧力以下のとき、圧縮コイルスプリング３１
の付勢力により、弁部材２０の当接部２０ａが弁座１９
ａ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１４には燃料が流れな
い。

【００２２】(2) 図２に示す燃料デリバリパイプ１１に
蓄えられた燃料が所定の圧力を越えると、圧縮コイルス
プリング３１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１
９ａから離座する。このとき、燃料デリバリパイプ１１
は特定の周波数で振動しており、この振動がハウジング
１７に伝わる。このハウジング１７の振動数は、ウェイ
ト４０と圧縮コイルスプリング４１とで構成されるばね
−質量系の固有振動数と略同一である。このため、上記
のばね−質量系が共振し、図１に示す矢印Ｘ方向にウェ
イト４０が振動し、可動コア３０にウェイト４０が衝突
する。すると、弁部材２０に軸方向に衝撃が加えられ、
弁部材２０の摺動部２４の摺動抵抗が低減され、弁部材
２０が速やかにリフトされる。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１４に燃料が
流出される。

【００２３】圧力制御弁１０における燃料デリバリパイ
プ１１に蓄えられる燃料圧力と弁部材２０のリフト量と
の関係を図３の実線で示す。次に、ウェイト４０および
圧縮コイルスプリング４１を設けない場合の比較例を図
４に示す。図１に示す本実施例と実質的に同一部分に同
一符号を付す。図４に示す比較例においては、弁部材２
０と圧縮コイルスプリング３１とから成る単純なばね−
質量系で圧力制御弁１００が構成されている。圧力制御
弁１００においては、燃料デリバリパイプに蓄えられる
燃料圧力に応じて、圧縮コイルスプリング３１の付勢力
を大きくする必要があり、これに伴い弁部材２０の摺動
部２４の摺動抵抗が比較的大きくなる。このため、弁部
材２０の径方向に力が加わり、いわゆるスティックスリ
ップが発生し易くなる。圧力制御弁１００における燃料
デリバリパイプに蓄えられる燃料圧力と弁部材２０のリ
フト量との関係を図３の点線で示す。

【００２４】比較例においては、図３の点線で示すよう
に、燃料圧力と弁部材２０のリフト量との関係が階段状
になっており、燃料圧力を精度よく制御することができ
ない。さらに、燃料圧力と弁部材２０のリフト量との間
にヒステリシスが生じているため、圧力制御弁１００の
繰返し精度が悪くなっている。一方、本実施例において
は、図３の実線で示すように、燃料圧力と弁部材２０の
リフト量との関係が直線状になっており、比較例に比べ
て燃料圧力を精度よく制御することができる。さらに、
燃料圧力と弁部材２０のリフト量との間にヒステリシス
が生じていないため、比較例に比べて圧力制御弁１０の
繰返し精度がよくなっている。

【００２５】本実施例においては、ウェイト４０と圧縮
コイルスプリング４１とで構成されるばね−質量系の固
有振動数は、弁部材２０の当接部２０ａが弁座１９ａか
ら離座するときのハウジング１７に伝わる振動数と略同
一に設定されている。このため、燃料デリバリパイプ１
１に蓄えられた燃料が所定の圧力を越えると、ウェイト
４０と圧縮コイルスプリング４１とで構成されるばね−
質量系が共振し、ウェイト４０は、矢印Ｘ方向に振動し
て可動コア３０に衝突し、弁部材２０に軸方向に衝撃を
加える。これにより、弁部材２０の摺動部２４の摺動抵
抗が低減され、弁部材２０が速やかにリフトして燃料圧
力を開放する。したがって、燃料圧力のオーバーシュー
トや異常上昇を速やかに低減して燃料圧力の過度の上昇
を防止し、燃料圧力を精度よく制御することができる。

【００２６】さらに、本実施例の圧力制御弁１０による
と、従来のインジェクタ１２の基本的構成を取り込んで
僅かな変更を加えることで組付けられる。したがって、
圧力制御弁の製造コストを低減することができ、体格を
小型軽量化することができる。本実施例では、弁部材２
０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１９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。

【００２７】また、本実施例では、燃料デリバリパイプ
１１の側壁に圧力制御弁１０を装着したが、本発明で
は、燃料デリバリパイプの端部に圧力制御弁を装着する
構成としてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による圧力制御弁を示す縦断
面図である。

【図２】本発明の一実施例による圧力制御弁を用いた燃
料供給システムを示す模式的構成図である。

【図３】本実施例および比較例の圧力制御弁の燃料圧力
と弁部材のリフト量との関係を示す特性図である。

【図４】比較例の圧力制御弁を示す縦断面図である。

【符号の説明】

５ 高圧ポンプ １０ 圧力制御弁 １１ 燃料デイバリパイプ（高圧燃料通路） １２ インジェクタ（燃料噴射装置） １４ 燃料リターン管 １７ ハウジング １７ａ 燃料流出口（開口部） １９ 弁ボディ １９ａ 弁座 １９ｂ 燃料流入口（流体通路孔） ２０ 弁部材 ２０ａ 当接部 ２２ 案内部 ２３ 面取り ２４ 摺動部 ３０ 可動コア ３１ 圧縮コイルスプリング（第１の付勢部材） ３２ アジャスティングパイプ ４０ ウェイト ４１ 圧縮コイルスプリング（第２の付勢部材）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状に形成され、流体の通路を形成する
   開口部を有するハウジングと、 前記ハウジングの一端に設けられ、弁座および流体通路
   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第１の付勢手段
   と、 前記ハウジング内に設けられ、前記弁部材に衝撃を加え
   ることが可能な衝撃付加手段と、 を備えることを特徴とする調圧弁。
2. 【請求項２】 前記衝撃付加手段は、前記ハウジングに
   前記弁部材と同軸に往復移動可能に支持されるウェイト
   と、前記ハウジング内に設けられ反流体通路孔側に前記
   ウェイトを付勢する第２の付勢手段とを有することを特
   徴とする請求項１記載の圧力制御弁。
3. 【請求項３】 前記ウェイトと前記第２の付勢手段とで
   構成されるばね−質量系の固有振動数は、前記当接部が
   前記弁座から離座するときの前記ハウジングに伝わる振
   動数と略同一であることを特徴とする請求項２記載の圧
   力制御弁。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３記載の圧力制御弁
   を、高圧ポンプで加圧した高圧燃料を燃料噴射装置に供
   給する高圧燃料通路に接続することを特徴とする燃料供
   給装置。