JPS6193268A - 常開型弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、ソレノイド制御弁に係り、特にソレノイド制
御式バイパス弁に係り、更に詳細には圧力比谷型燃料噴
射装置との組合せでソレノイド制御式バイパス弁を使用
することに係る。

前傾技術 ソレノイド制御弁は、種々の水供給システムやより最近
では自動車用の燃料供給システムに於て。

液体の流れを制御２ＩＩするために従来より使用されて
いる。後者の用途に於ては、ソレノイド制御弁は火花点
火機関へ導入されるガソリンの爪を直接制御するために
従来より使用されている。より最近では圧縮点火機関、
即ちディーゼル機関へ導入される燃料の量を間接的に制
御するためにソレノイド制御弁を使用することが従来よ
り検討されている。上述の如き後者のソレノイド制御弁
の幾つかの例が米国特許第３，８５１，６３５号、同第
４゜２５８．６７４号、同第４．３９２．６１２号、同
第４．３４３．２８０号に開示されている。

上述の米国特許第３．８５１．６３５号の場合には、ソ
レノイド制御弁は燃料ポンプ及び燃料噴射装置とは独立
して配置されており、常開のバイパス機能を果たすよう
になっている。また上述の米国特許第４．２５８．６７
４丹に於ては、噴射装置組立体の一部としてソレノイド
制御式サーボ弁が組込まれており、噴射が必要とされる
時まで噴射弁に対し圧力平衡化機能を果たし、噴射が必
要となっｔ；時点に於て噴！１ｌ−１装置を開弁させる
差圧を発生するようになっている。上述の米国特許第４
、．３４３，２８０丹に於ては、バイパス弁及びそれに
関連づるソレノイド制御式パイロット弁がジャークポン
プの一部を成している。上述の米国特許第３，８５１．
６３５号に於ては、ソレノイド制御弁の全体的な構造及
びその配置に対しては殆んど又は全く注意が払われてい
ない。更にその液圧応答は非常に緩慢であり、そのため
より迅速な応答を達成すべく一対の相補的なソレノイド
制御弁が組込まれている。前述の米国特許第４，２５８
．６７４号に於ては、作動サイクルの一部に亙り噴射弁
へ平衡化圧力を与え、また噴射装置を開弁させる必要が
ある場合には前記平衡化圧力を与える燃料を解放し又は
バイパスするよう使用されるソレノイド制御式スプール
型サーボ弁が開示されている。また上述の米国特許第４
．３９２゜６１２号に於ては、ばねにより付勢されたバ
イパス弁が燃料噴射を行うべくソレノイドにより制御さ
れるよう構成されたユニット噴射装置が開示されいる。

更に上述の米国特許第４．３４３．２８０号に於ては、
バイパス弁及びその制御装置は比較的複雑である。

上述の各米国特許に於ては、ソレノイドが消磁された場
合には、弁がその通常の位置、即ちリセット位置（閉弁
位置であるか閉弁位置であるかを問わない）へ確実に復
帰することを容易にすべく、ソレノイド制御弁又はバイ
パス弁には付勢ばねの如き機械的付勢要素が設けられて
いる。弁がバスバスの機能を果たす場合には、燃料噴射
を急激に終了させる上で弁の迅速な開弁が重要であり、
燃料噴射を急激に終了させることは排気エミッションに
関する規制により必要とされる。しかし上）ボの如き付
勢ばねは、ソレノイドにより直接又は間接的に制御され
る弁の体積及び複卸さを増大さＵ、弁の駆８ＦＲにソレ
ノイドが打克たなければならない荷重又は力を増大させ
る。

本願出願人と同一の出願人の出願に係る本願と同日付の
特願昭６０−　　　　　　号に於ては、燃料噴射装置に
比較的近接して配置され制御信号に迅速に応答るすソレ
ノイド制御式バイパス弁が必要とされる燃料供給制御シ
ステムが開示されている。

発明の開示 本発明の一つの目的は、開弁方向及び閉弁方向の何れに
も迅速に応答し得るソレノイド制御弁を提供することで
ある。

本発明の他の一つの目的は、機械的付勢要素を必要とし
ないソレノイド制御弁を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、比較的単純であり且経
済的な構造のソレノイド制御式常開型バイパス弁を提供
することである。

本発明の更に他の一つの目的は、圧力応答型噴射弁との
組合せで使用されるに特に適しており、上述の目的を達
成し得る改良されたソレノイド制御式バイパス弁を提供
することである。

本発明によれば、高圧の供給源と比較的低圧のドレーン
との間に於ける液体の流れを迅速に制御する常開型のソ
レノイド制御弁が与えられる。本発明の弁はそのハウジ
ング内に静止弁座スピンドルと、該弁座スピンドルの一
部を囲繞し該一部に沿って摺動可能な円筒形の弁スリー
ブとを含んでいる。弁座スピンドルには環状の制御エツ
ジが設けられており、弁スリーブは該スリーブが閉弁位
置と閉弁位置との間に軸線方向に往復動ケることにより
、制御エツジと接触する閉弁位置の方向へ駆動され、ま
た制御エツジと接触した状態より解除される方向へ駆動
される圧力応答接触面を含んでいる。弁スリーブにはア
ーマブーニアが作動的に接続されており、また電流が与
えられた場合にアーマチュア及び弁スリーブを閉弁駆動
するソレノイドコイルが配置されている。弁座スピンド
ルは内部に流体通路を含んぐおり、該流体通路は弁ハウ
ジングに設けられた高圧流体入口と連続的に流体的に連
通している。また流体通路は、弁座スピンドルと弁スリ
ーブとの間にて制御エツジに近接して形成されたプレナ
ム領域まで、弁スリーブが相対摺動する弁座スピンドル
の一部へ向けて延在しており、プレナム領域と連通して
いる。弁が６ａ弁されると、液体はプレナム領域より制
御エツジを通過してドレーン出口に於て弁ハウジングよ
り流出する。ソレノイドコイルが励磁されると弁が閉弁
し、これにより液体の流れが閉止される。ソレノイドが
消磁されると、プレナム内の高圧液体の圧力が弁スリー
ブに、特にその圧力応答接触面に軸線方向へ作用し、こ
れにより弁が迅速に開弁され、液体が流れ得るようにな
る。弁の応答速度及び構造のＩＦ！＋潔さは付勢ばねが
存在しないことにより向上されている。

弁座スピンドルは弁ハウジング内の静止位「ｌに固定さ
れており、一つの直径の第一の軸線方向部分を含んでお
り、該部分の周りにて弁スリーブが密に摺動するように
なっている。環状の制御エツジは第一の軸線方向部分の
直径よりも大きく、弁座スピンドルの直径の大きい部分
に形成されている。弁スリーブの接触面（圧力応答面）
は弁スリーブの軸線に対し実質的に切頭円錐形を成して
おり、その頂点は弁の開弁方向へ延在している。好まし
い実施例に於ては、弁座スピンドル及び弁スリーブは実
質的に垂直に配向され、弁スリーブは下方へ移動するこ
とによって開弁するようになっており、これにより弁を
開弁状態に維持することが子方によって補助されるよう
になっている。弁座スピンドル内の流体通路は一つ又は
それ以上の半径方向ボアと交差する軸線方向ボアにより
与えられており、半径方向ボアはプレナムと連通してい
る。弁座スピンドルは弁ハウジングの面と永久的に液密
的に係合した状態に付勢されてＪ３す、その軸線方向ボ
アはハウジングに設（プられた入口と整合している。

本発明のソレノイド制御弁は圧ツノ応答型の高圧燃料噴
射ノズルと一体的に組合されてバイパス弁として使用さ
れるに特に適している。ソレノイド制御式バイパス弁は
ＩＩＪｌ（ト）装置のノズルボディに装着される。ノズ
ルボディは噴射弁まｒ延在する高圧燃料通路を含んでい
る。噴射弁は燃料圧力が或る特定の敷居値を越えると開
弁する。高圧燃料通路はソレノイド制御式バイパス弁の
ための入口までノズルボディ内を延在している。バイパ
ス弁が開弁されると、噴ｔＡ装置内の燃料圧力はＩＩｎ
射に必要な敷居値以下になるが、燃料圧力はバイパス弁
が閉弁されると噴射に必要な敷居値以上に増大する。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

発明を実施するだめの最良の形態 第１図は圧縮点火機関、即ちディーゼル機関１０のため
の本発明が関連する燃料供給システムを示す解図である
。本発明を説明する目的で、１幾関１０は１シリンダ当
り約１Ｑの容積を有する４シリンダ自然吸気式中型ディ
ーゼル機関であるものとする。バイパス弁及び噴射装置
組立体１４へ燃料流の間欠的な、即ち周期的なパルスを
与えるべく、比較的高圧の４シリンダ式インライン燃わ
１ポンプ１２が機関１０により駆動されるようになって
いる。ポンプ１２は直接噴射が可ＯＬであるよう１５０
００ｐｓｉ　　（約１０００ｂａｒ）もの圧力の燃料パ
ルスを供給し得るものである。本発明が関連する燃料供
給システムは種々の構成のディーゼル機関との関連で使
用されてよいものであり、ポンプ１２はそれぞれ機関に
組込まれた個々のユニットポンプにて構成されたもので
あってもよい。

燃料は供給ポンプ１８により燃才】１タンク１６の如き
供給源より吸引される。供給ポンプ１８は連続的に作動
する型式のものであり、公知の要領にてポンプ１２と関
連付けられていてよく、また？ａ気的に駆動され又はｇ
１関１０若しくはポンプ１２よりの償械的動力により駆
動される単体のポンプであってもよい。０（給ポンプ１
８は約４りｐｓｔ（３ｂａｒ）の比較的低圧にて燃料を
連続的に供給する。供給ポンプ１８より吐出された燃料
はフィルタ２０を通過し、しかる後低圧供給導管２２へ
流入する。低圧供給導管２２は場合によっては後に説明
する如くドレーンを与えるものであっ【もよい。低圧供
給η管２２は枝管２４により示されている如（インライ
ンポンプ１２内の四つのポンプシリンダまで延在してい
る。また低圧供給４１２２は対応する噴射装置組立体１
４まで延在づる別個の枝管２３を含んでいる。更に低圧
供給導管２２は低圧逆止弁２６又はオリフィスを経て燃
料タンク１６に接続されている。

ポンプ１２の各シリンダは対応する燃料導賃３Ｏの一端
を構成する出口２８を含んでいる。各燃料導管３０は対
応する噴射装置組立体１４へ燃料の高圧のパルスを供給
するに適したものである。

各燃料導管３０はパイロットパルスの始端と主燃料パル
スの始端との間に所要の液圧遅れを与えるよう選定され
た所定の長さのものであり、液圧遅れは後に詳細に説明
する如く機関の特性としての着火遅れに対応することが
意図されており、このことは本発明にとって重要な事柄
である。

第１図乃至第３図に於て、各バイパス弁及び噴射装置組
立体１４は噴射ノズル３２とバイパス弁３４とを含んで
いる、噴射ノズル３２及びバイパス弁３４は図示の目的
で第２図に於ては互に独立したハウジング内に収容され
ているが、これらは第３図に示されている如く共通のハ
ウジング内に配置されてもよく、またかくして共通のハ
ウジング内に収容されることが好ましい。各バイパス弁
３４は一対のボート３６及び３８を含んでおり、ポート
３６は高圧燃料導管３０に直接接続されており、ポート
３８は低圧供給導管２２の枝管２３に接続されている。

バイパス弁３４はソレノイドコイル４４が励磁されるこ
とにより電磁気的に駆動されるようアーマチュア４２と
連結された弁要素４０を含んでいる。ソレノイドコイル
４４Ｉよｔｆ−の導線４５により示された一対の導線を
経て供給される信号電流により励磁されるようになって
いる。ソレノイドにより駆動される弁要素４０は第２図
に於て解図的に示されている如く、ばね４６により常１
７ｉ１状態に首かれている。コイル４４が導線４５より
適当な信号が与えられることによって励磁されるとバイ
パス弁３４が迅速に閉弁され、逆に電流の通電停止の如
き適当な信号によりバイパス弁が迅速に再度開弁される
ようになっている。

燃料噴射ノズル３２は、ノズルボディ５２内に収容され
、ばね５４によって弁座５６と係合した状態に付勢され
たニードル弁要素５０を含んでいる。弁至５８内の燃料
圧がばね５４の（−Ｊ勢力に打克つに十分な（直になる
と、弁要素５０１よ公知の要領にて弁座５６より上昇し
、これによりノズルオリフィス６０を経て機関内へ直接
燃料が噴射される。弁要素５０を開弁駆動し機関１０へ
燃料を供給するための燃料は、高圧燃料導管３０の延長
部３０’を経て弁室５８へ供給される。

第２図は対応する導管３０内を流れる燃料流の加圧され
たパルスの発生源として作用するインラインポンプ１２
内のポンプ室６２の−っを解図的に示している。燃料流
の加圧されたパルスを発生ずべく、ピストン、即ちプラ
ンジャ６４がポンプ室６２内を往復動するようになって
いる。各プランジャ６４の往復動は、シャフト６７に装
着され機関１０により直接又は間接的に駆動されるカム
６６によって行われるようになっている。ポンプ１２は
その大部分が幾つかのポンプ製造会社の何れかより市販
されている型式のものであってよい。

しかしかかるポンプは、ポンプ吐出及びポンプ供給弁を
制御するための制御ラックや制願機構が必要ではないの
で、修正されなければならない。更に作動中にカム６６
のタイミングを調節づ“る手段も必要ではない。第２図
に於ては、プランジャはでのスト［１−りの最下端にあ
る状態にて示され−（゛おり、低圧供給源に連通り−る
導管２４へのボートはそれが閉ざされた状態にて示され
ている。プランジャ６４がカム６６によって上方へ駆動
されると、後に説明する如く、燃料がバイパス弁３４を
経てバイパスされ、又は噴射ノズル３２を経て噴射され
るよう、プランジャはポンプ室６２内の燃料を加圧して
高圧の燃料導管３０を経て吐出する。

プランジャ６４がそのストロークの最上端に近付くと、
プランジャに設けられた流通ボア６８が百２図に於て仮
想線にて示されている如（供給導管２４ど整合し、これ
により燃料がｆｉｌれかの方向へ流れ得るようになる。

プランジャ６４がそのストロークの最上端にある場合に
は、流通ボア６８が供給導性２４と整合づることにより
、小さい容積のポンプ室６２が燃料にて完全に充填され
、吸入スト・ローフが開始される。プランジャ６４が下
方へのストロークを開始すると、流通ボア６８は導管２
４との整合より解除され、これによりポンプ室６２内に
０圧が発生される。本発明の一つの月面によれば、ボン
ゾ室６２にはその出口に供給弁が設けられおらず、バイ
パス弁３４はかかる作動段階に於て開弁じ、これにより
燃料が対応する低圧供給枝管２３を経て逆流し、また対
応づ−る高圧燃料導管３０を経て逆流しく創るようにな
り、これによりプランジャ６４がそのストロークの最下
端に到達した時点で対応するポンプ室６２が燃料の完全
なチャージにて充填されることが確保される。典型的に
は、ポンプ室６２内の燃料チャージの大部分く即ち７５
〜８０％）は導管３０内の上述の如き燃料の逆流にＪ：
り供給される。第１図の枝管２３に於ける実線及び破線
の矢印は、何れかの方向への起り得る燃料の流れく逆方
向への流れが三つ、順方向への流れが一つ）を示づ−た
めに使用されている。

機関１０への燃料噴射の開始及び終了の一般的なタイミ
ングは、対応する導線４５を経て対応するソレノイド制
御弁３４へ制御信号を供給する電子制御装置７０により
決定される。一般に、電子制御１１装置７０は速度、負
荷、温度の如き検出された機関運転パラメータに・応答
し、これにより或る予め定められた制御プログラムに従
って制御信号を出力する。バイパス弁３４は常開型のも
のであるので、導線４５を経て供給される電気信号によ
り与えられる制御は、一般に、コイル４４を励磁するこ
とによるバイパス弁３４の閉弁、及びコイル４４の消磁
によるバイパス弁の再開弁を含んでいる。バイパス弁３
４が開弁されている間は、枝管２３及び高圧燃料導管３
０を経て燃料がバイパス弁を何れかの方向へ通過する。

枝管２３及び高圧燃料ＶＩ管３０の容量は、バイパス弁
３４が開弁じている場合に該バイパス弁内を流れる燃！
！＋１の圧力がプランジャ６４がその上方へのストロー
クにある場合に於ても比較的低い賄となるような容量で
ある。従って対応する噴射ノズル３２へ通ずる導管延長
部３０’内に現れる燃料圧はばね５４のばね力に打克っ
て噴射ノズルを開弁させるに必要な敷居値よりも一般に
低い値である。

しかしバイパス弁３４が閉弁され、プランジトロ４がそ
の上方へのストロークにある場合には、導管３０及び延
長部３０’内の燃料の圧力は増大し、ばね５４の付勢力
に打克ち、これにより燃料が機関内へ噴射され得るよう
になる。バイパス弁３４の急激な閉弁によつ′Ｃ発生さ
れる流体力を無視すれば、導管３０内の燃料圧はカム６
６の外形により制御されるプランジャ６４のストローク
によって決定される。燃料圧はプランジャの上方へのス
トローク過程に於Ｃ増大し、すの増大率は噴射ノズル３
２が開弁づると僅かに変化する。

本発明によれば、対応するプランジャ６４のポンプく上
昇）ストローク過程に於てバイパス弁−３４が迅速に閉
弁すると、バイパス弁への入口ポート３６に於ける燃料
の流れがすぐに停止され、その結果その領域に於ける燃
料の圧力が急激に且十分に上昇する。水心？Ｔ内に於け
るかかる現象は「水ハンマ」として知られており、本発
明の説明の目的で、かかる現象を「燃料ハンマ」と呼ぶ
こととする。導管３０内の燃料圧が急激に増大すること
は、導管延長部３０′が導管３０の全長に比して短く、
バイパス弁の入口ボート３６に近接しているので、バイ
パス弁の入口ポート３６の領域に於てすぐに発生し、ま
たしかる後まもなく噴射ノズル３２の領域に於て発生ず
る。かかる燃料圧の急激な上昇は、燃料圧が噴射ノズル
３２に於けるばねの付勢力に打克ち、これにより機関１
０内への燃料噴射が開始される程度にまで上昇する。

更に本発明によれば、バイパス弁３４に於けるｉ９管３
０内の燃料の圧力の急激な上昇は、導管延長部３０′が
導管３０と連通ずる接続部３０ａまで導管延長部３０″
の短い距離に亙り伝わり、次いで導管３０に沿つ【ポン
プ１２の出Ｉ」２８及びポンプ室６２まで伝わり、ポン
プ室６２内に於て反射されて導管３０に沿って噴射ノズ
ル３２へ向けて戻される。バイパス弁３４の閉弁はプラ
ンジｖ６２の圧縮ストローク中に発生するので、第５図
に示されている如き圧力軌跡が生じる。

第５図に於て、ポンプ１２のポンプ室６２の出口２８に
於ける圧力が時間の関数として破線にて示されている。

横軸は或る機関運転条件に於けるクランク角又はポンプ
カム角に置換えられてもよいが、横軸が時間である場合
の方が本発明の原理がより適正に説明される。

第５図の実線の軌跡は噴射ノズル３２に於ける導管延長
部３０’内の燃料の圧ツノを示している。

ポンプ１２に於ける圧力は、プランジャ６４がその圧縮
ストロークを開始し、バイパス弁３４が開弁状態に維持
されると、時間ｔｏと１．との間にて非常に緩やかに上
昇する。時点１．に於ては。

制御信号が導＃Ｑ　４５に与えられ、バイパス弁３４が
迅速に閉弁される。噴射ノズル３２に於ける導管延長部
３０′内、より詳細には噴射ノズルの弁室５８内の燃料
圧は１０００ｐｓｉ　　（６９ｂａｒ　）より時点ｔ２
に於りるレベル（開弁の敷居値圧力Ｔｈｏを越えている
）まで急激に増大する。時点ｔぎと１２との間の遅れは
、バイパス弁３４の応答時間と導管延長部３０′の長さ
に比例する液圧遅れとにより主として決定される。一般
に導管延長部３０′は比較的短い。図示の実施例に於て
は、噴射ノズル３２が開弁する時点の燃料圧は約４００
０ｐｓｉ　　（２７６１＋ａｒ　）　テあり、かｈ’ル
初期圧力の燃料パルスは約５０００ｐｓｉ　　（３４５
ｂａｒ　）の圧力を有している。その場合、噴射ノズル
３２の弁要素５０は開弁じており、燃料パルスはプラン
ジャ６４がその上方へのス１−〇−りを継続している副
導管３０に冶って上流１１１１１方向へ移動している状
態にあるので、機関１０の着火涯れ（ＩＤ〉に実質的に
対応するよう制御される液圧遅れ（ＨＤ）の間に於ては
、噴射ノズル３２に於ける導管延長部３０′内の燃料圧
はほとんど変化しない。

かかる液圧ＲれＨＤの時間が時点ｔ２より時点１、まで
として第５図に示されており、この時間は導管３０のポ
ンプ１２と分岐点３０ａとの間の長さしにより決定され
る。この液圧遅れＨＤの時間は、バイパス弁３４が急激
に閉じられることによって発生された圧力パルスが分岐
点３０ａよりポンプ１２まで導管３０の長さＬを移動し
、ポンプ１２より分岐点３０ａまで３Ｒ管３０の長さし
を戻る方向へ移動するに要する時間により主として決定
される。導管延長部３０’の良さは液圧ＲれＨＤの長さ
には影響しない。何故ならば、初１す１圧カパルスが導
管延長部３０′に冶つＣ移動している間にも初期圧力パ
ルスはポンプ１２へ向けて移動しているからである。か
くして或る特定の型式又はクラスの機関１０が試験され
、約１ミリ秒の着火遅れＩＤを有することが解れば、第
５図の時点ｔ２より時点〔３までの液圧遅れＨＤの間隔
も約１ミリ秒であることが望ましい。典型的には、通常
の圧力状態での液体燃料媒体内に於ける圧力パルスの移
動速度は４０００　ｆｔｌＳｅａ士数１００ｆｔ／ｓｅ
ｃ　　（１２２０ｍ前後）の範囲である。従って導管３
０内に於ける圧力パルスの速度が約４０００　ｆｔｌＳ
ｅａ　　（１２２０ｍ　／ｓｅａ　）であるものと仮定
すれば、導管３０の長さしは所要の着火遅れに対応する
液圧遅れを与え得るよう予め選定されてよい。時間、距
離、速度についての基本式ここに王は移動時間であり、 ■は速度であり、 Ｄは移動距離である を使用することにより、移動時間Ｔが所望の液圧近れを
表わすｌ−Ｉ　Ｄに置き換えられてよく、移動路＃Ｄが
導管３０の２倍の長さ、換りすれば噴射ノズル近傍に於
て発生しポンプまで移動ししかる後噴射ノズルへ戻るパ
ルスの往復移動距離を表わす２Ｌに置き換えられてよい
。かかる表現を使用すれば、距離りは約４ｆｔ（１，２
ｍ　＞でなければならず、従って導管の長さしは約２ｆ
ｔ（０，６ｍ　）でなければならない。

各Ｓ管３０は同一の長さＬを有していな【ノればならな
い。組成及び圧力の結果として燃料の密度が変動するこ
とにより生じる比較的僅かな変動を無視すれば、圧力パ
ルスの速度は４０００　ｆｔ／　ｓｅＣ（１２２０ｍ　
／ｓｅａ　）　ノ一定値テアルモノト考えられる。他方
種々の型式の機関の着火ばれは約０．５ミリ秒から１ミ
リ秒を僅かに越える範囲である。かくして着火遅れが望
ましい０．５ミリ秒である場合には、導管の長さＬは約
１ｆｔ（０，３ｍ）でなければならない。長さＬｔｆｉ
短くならなければならないほど、導管３０の各噴射ノズ
ルまでの長さしが約１ｆｔ（０，３ｍ　）を越えないよ
う、ポンプ１２は噴射ノズル３２により近づかなげれば
ならない。逆に導管の長さＬが比較的長いことがノ必要
とされるＪ間合には、このことは導管を１弯曲させ又は
波形にすることによって受入れられてよい。

次に第５図に示されている如き噴射ノズル３２に於ける
燃料圧力の分析について説明する。液圧遅れが終了する
時点ｔ３に於ては、反射された圧力パルスが戻ること及
びプランジャ６４により与えられる圧縮量が急激に増大
Ｊ−ることにより、燃料の圧力が二次的に大きく増大す
る。かかる燃料圧力の二次的な増大は比較的急激であり
且大きく、従つ’ｒ　ｐ、ｎｍノズル３２に於ける燃料
圧は約４０００〜５０００ｐｓｉ　　（２７６〜３４５
ｂａｒ　）より約１２０００〜１：３０００ｐｓｉ　　
（８２７〜８９６１）ａｒ〉まぐ増大する。燃料供給の
初期段階は時点ｔ２に於て始まるパイロット燃料パルス
を与えることを特徴としているが、上Ｊの二次段階は機
関内に於て発生する燃焼の大部分を可能ならしめる主燃
料パルスを与えるものである。パイロット燃料パルスは
ｄ閣内に於て空気と混合され着火温度若しくは着火温度
に近い温度にまで７ｉ！湿され、パイロン１〜燃料パル
スに続く主燃料パルスは燃ｔｌの燃焼プロセスを最適化
する。燃料の大部分は主燃料パルスの過程に於て噴射さ
れ、燃料の約２５〜３５％の部分がパイロット燃料パル
スの過程に於て噴射される。

主燃料パルスは時点ｔ４に於てバイパス弁３４が再度量
弁されることによって終了され、導管延長部３０”及び
３０’を通過１Ｊるに必要な短い時間の後、噴射ノズル
３２に於ける燃料圧は時点ｔ、に於て約３０００ｐｓｉ
　　（２０７ｂａｒ　）の閉弁敷居値ＴｈＣ以下に急激
に低下し、燃料噴射が終了される。ポンプ至６２に於け
る燃料圧も急激に低下するが、かかる燃料圧の低下は導
管３０の長さの結果として僅かにｄれる。主燃料パルス
を或る特定のクランク角又はカム角と或る予め定められ
た相互関係を有する時点ｔ３に於て開始させたい場合に
は、バイパス弁３４の閉弁は、時点ｔ２が時点ｔ３の所
望の瞬間よりも所定の液圧遅れｌ−Ｉ　Ｄ分だけ速い時
点となるようタイミングが取られなければならない。か
かる液圧遅れＨＤは導管３０の長さＬにより決定され、
時点１＋の所望の時点は決定可能であり、時点ｔ３に対
し実質的に一定である。勿論これらの時点のクランク角
又はカム角は速度に応じて変化する。

本発明によれば、バイパス弁３４は第５図に於ける時点
１．と時点【２との間に於て燃料圧を急激に上昇させ得
るよう、できるだけ迅速に弁要素４０を閉弁駆動し得る
ものであることが望ましい。

またバイパス弁３４は燃料噴射を急激に終了させるため
にはその弁要素４０を迅速に開弁駆動し得るものである
ことが望ましい。更にシステムの流体力学的＄Ｍ　ｉ９
を単純化するためには、バイパス弁３４及び噴射ノズル
３２はできるだけ互いに近接して配置されることが好ま
しい。噴射ノズル３２との一体的な組合せに於て第３図
及び第４図に示されたソレノイド駆動圧力補助型のバイ
パス弁３４を使用づ゛ることは、かかる目的に特に適し
ている。

第３図に於て、心圧燃料導管３０は噴射ノズル３２のノ
ズルボディ５２に作動的に接続されてａ３す、ノズルボ
ディ内に分岐点３０ａが設けられており、該分岐点より
導管延長部３０゛が弁室５８まで延在しており、また導
管延長部３０″がバイパス弁３４へ向けて延在している
。導管延長部３０＃はノズルボディ５２の上面７４の中
央に設けられた孔までノズルボディ内を上方へ延在して
いる。ソレノイド駆動式のバイパス弁３４はノズルボデ
ィ５２のすぐ上方に配置されており、弁カバー７６の７
ランジを貫通して延在しノズルボディ５２の対応する７
ランジとねじ係合する一対の保持ボルトの如き手段によ
りノズルボディと一体的に連結されている。バイパス弁
の可動要素は、弁カバー７６の互いに隔置され軸線方向
に互いに対向する面の間であって円筒形のカラー７７内
に形成されたハウジングキャビティ内に配置されており
、カラー７７の両端は弁カバー７６の周り及びノズルボ
ディ５２の上端の周りに延在している。

棒状又は乞ピンドル状の弁座部材、即ち弁座スピンドル
３７がノズルボディ５２の上面７４と弁カバー７６との
間に軸線方向に延在している。弁座スピンドル３７は入
口ボート３６の少なくとも一部を郭定する上方へ延在す
る盲孔を含んでいる。

弁座スピンドル３７はボート３６が）９管延艮部３ＯＮ
の上端と整合されるよう配置されている。弁座スピンド
ル３７の下端は、該スピンドルの肩部に下方へ作用し且
カバー７６の下面に上方へ作用する一つ又はそれ以上の
皿ばね７８．により、ノズルボディ５２の上面７４と実
質的に液密的に係合するよう付分されている。弁座スピ
ンドル３７を同心状に位置決めすること及び皿ばｔＱ７
８を弁座スピンドル上に保持ブ゛ることは、弁座スピン
ドルの上端より延在しカバー７６の下面に設けられたカ
ウンタボア内へ嵌入するパイロットピン７９により確保
されるようになっている。皿ばね７８は、弁座スピンド
ル３７をノズルボディ５２の上面７４と実質的に固定的
に液密的に係合した状態に維持すべく、弁座スピンドル
に対し２００〜３００ボンド（９１〜１３６ｋｇ＞の下
向きの力を作用する。

弁座スピンドル３７はその下方部のほぼ全てに亙り一定
の直径を有してＪ３す、下方部の上方に直径の大きい領
域を有している。この直径の大きい領域に於ては、弁座
スピンドル３７の下方部の１１丁径よりｂ大きい直径を
イラする環状の制御エツジ８０が形成されている。かか
る制御エツジを郭定し、また弁座スピンドルに近接しで
小さい高圧プレナム８１’　を郭定すべく、弁座スピン
ドル３７には制御エツジ８０よりブぐ下方の位置に環状
リセス８１が形成されている。一つ又はそれ以上の半径
方向ボア３６′がリセス８１より軸線方向ポート３６ま
で半径方向内方へ延在してＪ３す、これによりポート３
６とプレナム８１′とが流体的に連通接続されている。

ソレノイド駆動式のバイパス弁３４に於【は、可動の弁
要素は、弁座スピンドル３７の下方部の周りに配置され
且該下方部に対し密に接触して軸線方向に相対摺動し得
る大きさに形成された円筒形のスリーブよりなる弁スリ
ーブ１４０である。

弁スリーブ１４０の内径は、その長さの大部分に亙り、
弁座スピンドル３７の下方部の外径よりも極く僅かに大
きく且制御エツジ８０の直径よりも幾分か小さい。他方
弁スリーブ１４０の外径は制御エツジ８０の直径よりも
大きく、上端近傍の内径より外径への遷移領域には弁が
閉弁された場合にｆｉｌ　ａｌｌエツジ８０と接触づ゛
る上方へ傾斜した、即ち逆転された切頭円錐面８２が設
けられている。

弁スリーブ１４０の内面の一部及び切頭円錐面８２の一
部は弁座スピンドル３７に設けられたリセス８１と共動
してプレナム８１’を郭定している。

弁スリーブ１４０にはその下端近傍に於て、ねじ係合に
より、好ましくは弁スリーブ１４０ｋｍ設けられたリセ
スに嵌込まれアーマチュアを弁スリーブの盾部と固定的
に係合した状態に保持するスナップリング８３により、
原状のアーマチュア４２が連結されている。アーマチュ
アが運動する場合に於ける流体の抵抗を低減すべく、複
ａ個のブリード孔８４がアーマチュア４２を口過して軸
線方向に延在している。

一体的な一部としてソレノイドコイル４４を含む環状の
ステータ８５が、弁スリーブ１４０を囲繞し且弁スリー
ブより半径方向外方へｌａｎされＣいる。ステータ８５
はカバー７６の下面に当接して配置されており、環状の
スペーサ８７によりノズルボディ５２の上面７４より所
定の距１？Ｉｌにて隔置された状態に維持されている。

コイル４４との電気的接続は一対の端子４５により行わ
れるようなっている。

弁スリーブ１４０のストローク長さは、図示の閉弁位置
に於ては切頭円鉗面８２が制御エツジ８０と接触するこ
とにより決定され、第４図に於て破線にて示された全開
位置に於ては弁スリーブの下端がノズルボディ５２の上
面７４と接触す゛ることによって決定される。アーマチ
ュア４２の弁スリーブ１４０上に於ける軸線方向の位置
は、コイル４４が励磁され、第２図に示されている如く
弁が閉弁された場合に、アーマチュア４２とステータ８
５との間に約０．００４ｉｎｃｈ（０，１０ｍｍ＞の小
さい空隙が残されるよう予め選定されている。

弁スリーブ１４０のストローク良さは弁が全開状態にあ
る場合に於ける空隙の間隔を決定し、図示の実施例に於
ては空隙の間隔は約０．０１ｉｎｃｈ（０，２５ｍｍ）
である。開弁状態及び閉弁状態に於ける空隙の間隔の調
節は、弁スリーブのストローク長さの調節及び／又は弁
スリーブ１４０上に於けるアーマチュア４２の位置及び
／又はスペーサ８７の高さを制御することによって行わ
れる。

ステータ８５の半径方向内側の上面は円錐形に傾斜され
ており、切頭円錐形のスピルディフレクタ９０を含んで
いる。スピルディフレクタ９０よりも上方であって弁カ
バー７６の下面よりら下方の領域は低圧プレナムを郭定
しており、該プレナムはカバー７６に設けられた一つ又
はそれ以上の傾斜したボア３８′を介して大きい中央ボ
ア３８と連通しており、該ボアは弁に関連する低圧のド
レーンポートを郭定している。

次にバイパス弁３４の作動について説明する。

バイパス弁は常開型のものであるが、第３図及び第４図
に於てはその閉弁位置にて示されている。

弁スリーブ１４０がその閉弁位置にあり、従ってその下
端がノズルボディ５２の上面７４・に接触しているもの
と仮定すれば、制御エツジ８０と弁スリーブ１４０の面
８２との間には間隙、即ら制御オリフィスが存在し、燃
料は該オリフィスを経て差圧に応じ何れかの方向へ自由
に流通する。例えばポンプ１２が圧縮ストロークの過程
にある場合の如り、導管延長部３０″内の燃料圧が比較
的高い場合には、開弁状態のバイパス弁は燃料を順方向
へバイパスする作用をなし、燃料をドレーンボート３８
を経て枝管２３へ排出し、更には低圧導管２２へ排出す
る。これに対しプランジｔ６４がその下方へのストロー
ク過程にあり、従ってポンプ室６２内を燃料にて充填し
ている過程にある場合には、燃料はボ”−ト３８へ流入
しポー１−３６　Ｊ：り流出ツることにより逆方向へ流
れる。

コイル４４が励磁されると、その結果中じる電磁力によ
りアーマチュア４２が迅速に上方へ吸引され、遂には弁
スリーブ１４０の面８２が弁座スピンドル３７の制御エ
ツジ８０に接触し、これにより燃料がバイパス弁を通過
して何れの方向へ流れることも阻止される。コイル４４
が励磁状態に維持されている限り、バイパス弁は第４図
に示された閉弁位置に維持される。

励磁信号がコイル４４より解除されると、二つの力が弁
スリーブ１４０に作用して該スリーブを迅速に開弁させ
る。第一には、導管延長部３０１′内の圧力がポート３
８の領域内の圧力よりもがなり高いものと仮定すれば、
その結果中ずる液圧によりバイパス弁が開弁される。第
二に、弁座スピンドル３７及び弁スリーブ１４０は垂直
に配向されており、従って重力がバイパス弁の開弁を補
助する。典型的には、バイパス弁３４を開弁することが
必要である瞬間に於ては、導管延長部３０″内ノＩ１１
圧ハｌ千ｐｓｉ　　（１ｐｓｉ　＝０．０６９ｂａｒ　
）程度であるが、ポート３８に於ける燃料圧は１０（］
）ｓｉ　　（６，９ｂａｒ　）以下である。カカル差圧
ハ弁スリーブ１４０の幅の狭い環状の部分〈弁スリーブ
の内周面より弁座スピンドル３７の制御エツジ８０との
接触点まで半径方向外方へ延在している部分）に軸線方
向下方へ作用する。弁スリーブ１４０及びアーマチュア
４２の残りの部分、即ち制御エツジ８０と而８２との間
の制御オリフィスより半径方向外方の部分は、開弁方向
及び閉弁方向の力が釣合った低圧領域にある。図示の実
施例に於ては、弁スリーブ１４０の内径は０．２３６イ
ンチ（６ｍ…）であり、制御エツジ８０の直径は０．２
５２インチ（６，４ｍｍ）である。

閉弁信号が与えられた瞬間より弁が閉じられるまでの時
間が予測可能な均一な時間となることを確保するために
は、弁スリーブ１４０は次の閉弁位置信号がソレノイド
コイル４４に与えられるまで全開位置に維持されること
が望ましい。開弁方向への何らかの付勢力が維持されて
いない場合には、機関振動の弁スリーブ１４０の軸線に
沿う成分により、特にポンプサイクルの低圧状態の間に
弁スリーブ１４０が振動、即らチャタリングされること
がある。重力の影響はそれほど大きくはなく、従って１
ポンド（０，４５ｋｇ）又はそれ以上の力の液圧付勢力
が採用される。弁スリーブ１４０及びアーマチュア４２
の軸線方向へ面する領域の大部分は、それらに作用する
圧力が軸線方向に釣合いかとられた状態にあるが、弁が
開弁している場合に正味の開弁液圧付勢力を受ける部分
が弁スリーブ１４０及び／又はアーマ・チュア４２に存
在するよう注意が払われる。このことは、図示の実施例
に於ては、弁スリーブ１４０の下端於ける軸線方向に面
した領域が平滑であり且全体１．：亙りノズルボディ５
２の平滑な上面と液体が介在することな（接触した状態
になることによって達成される。弁スリーブ１４０をそ
の閉弁位置へ付勢する作用をなＪ液圧力は、低供給圧、
即ち２５〜５０ｐｓｉ　　（１，７〜３．４ｂａｒ　）
と、圧力が平衡化されていない領域の面積、叩ノう約０
．０６６平方インチ（０，４３ｎ”）との積である。か
がる液圧力は１ポンド（０，４５ｋ（１）以上であり、
好ましくない弁の振動を実質的に排除する。

上述の如き種々の特徴を有するソレノイド駆動式のバイ
パス弁は１ミリ秒又はそれ以下の時間の内に閉弁位置よ
り閉弁位置へ駆動され得るものであり、逆に１ミリ秒又
はそれ以下の時間の内に全閉位置より全開位置へ駆動さ
れ１７るものである。

何れの場合に於ても、弁スリーブ１４０の運動を補助し
又は制り０する機械的付勢手段は必要Ｃはない。

以上に於ては、本発明を特定の実施例について詳細に説
明したが、本発明はかかる実施例１．：限定されるもの
ではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能
であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が関連する４シリンダ式内燃）幾関の完
全な燃料供給システムを示を概略構成図である。 第２図は本発明か関連する燃料供給システムの要部を単
純化された態様にて示す解図である。 第３図は本発明によるソレノイド駆動式のバイパス弁を
含む燃料噴射弁を一部破断して示す正面図である。 第４図は第３図に示されたソレノイド駆動式のバイパス
弁の要部をその一部を破断して丞ず解図である。 第５図はクランク角の関数として噴射装置に於ける燃料
圧及びポンプに於ける燃料圧を示すグラフである。 １０・・・ディーゼル機関、１２・・・燃料ポン゛ブ、
１４・・・バイパス弁及び噴射装置組立体、１６・・・
燃料タンク、１８・・・供給ポンプ、２０・・・フィル
タ、２　′２・・・低圧供給導管、２３．２４・・・枝
管、２８・・・出０．３０・・・燃料導管、３０’　、
３０’″・・・導管延長部、３２・・・＋１１躬ノズル
、３４・・・バイパス弁、３６・・・ポート、３７・・
・弁座スピンドル、３８・・・ポート（中央ボア）、４
０・・・弁要素、４４・・・ソレノイドコイル、４５・
・・導線、４６・・・ばね、５０・・・弁要素。 ５２・・・ノズルボディ、５４・・・ばね、５６・・・
弁座。 ５８・・・弁室、６０・・・ノズルオリフィス、６２・
・・ポンプ室、６４・・・プランジャ、６６・・・カム
、６７・・・シャフト、６８・・・流通ボア、７０・・
・電子制御ユニット、７４・・・上面、７６・・・弁カ
バー、７７・・・カラー、７８・・・皿ばね、７９・・
・パイロットピン、８０・・・制御エツジ、８１・・・
リセス、８１′・・・高圧プレナム、８２・・・切頭円
錐面、８３・・・スナップリング。 ８４・・・ブリード孔、８５・・・ステータ、８７・・
・スペーサ、９０・・・スピルディフレクタ、１４０・
・・弁スリーブ 特許出願人　　ユ゛ナイテッド・チクノロシーズ・ディ
ーゼル・システムズ・ インコーホレイデッド 代　　理　　人　　　弁理士　　　明　　石　　昌　　
毅（自　発） 手続補正書 昭和６０年８月２６日 １、事件の表示　昭和６０年特許願第１６７３８１号２
、発明の名称　常開型弁 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　アメリカ合衆国マサチューセッツ州、スプリ
ングフィールド、メイン・ストリート　３６６４名　称
　　ユナイテッド・チクノロシーズ・ディーゼル・シス
テムズ・インコーホレイテッド ４、代理人 居　所　　〒１０４東京都中央区新川１丁目５１１９号
号」を「特願昭６０−１６７３８０号」と補正する。 （方式） ％式％ １、事件の表示　昭和６０年特許願第１６７３８１号２
、発明の名称　常開型弁 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　アメリカ合衆国マサチューセッツ州、スプリ
ングフィールド、メイン・ストリート　３６６４名　称
　　ユナイテッド・チクノロシーズ・ディーゼル・シス
テムズ・インコーホレイテッド ４、代理人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高圧の供給源と比較的低圧のドレーンとの間に於
   ける液体の流れを迅速に制御する常開型弁にして、 入口及びドレーンを有し、前記ドレーンは前記高圧の供
   給源に接続された弁ハウジングと、前記ハウジング内に
   配置され、一つの直径を有する第一の軸線方向部分と前
   記一つの直径よりも大きい直径の第二の軸線方向部分と
   を有し、前記第二の軸線方向部分には前記第一の軸線方
   向部分よりも直径の大きい環状の制御エッジが形成され
   た静止弁座スピンドルと、 前記弁座スピンドルの前記第一の軸線方向部分に対し相
   対的に軸線方向に摺動し得るよう前記第一の軸線方向部
   分を密に囲繞する円筒形の弁スリーブであつて、その面
   が前記制御エッジと液密的に接触する閉弁位置と、前記
   面が前記制御エッジより前記弁座スピンドルの前記第一
   の軸線方向部分の方向へ軸線方向に隔置される開弁位置
   との間に摺動式に変位可能である円筒形の弁スリーブと
   、前記弁座スピンドルは前記弁ハウジングの前記入口と
   連続的に連通し前記制御エッジより半径方向内方にて前
   記弁座スピンドルと前記弁スリーブとの間に形成された
   高圧プレナム領域への排出口を有する流体通路を内部に
   含んでいることと、前記弁スリーブに作動的に接続され
   たアーマチュアと、 電流に応答して前記アーマチュアを変位させることによ
   り前記弁スリーブを前記開弁位置より前記閉弁位置へ駆
   動させ、前記電流の通電が停止されると前記弁スリーブ
   に軸線方向に作用する前記プレナム領域内の液体の圧力
   により前記弁が迅速に開弁されて前記弁が前記液体を前
   記ドレーンへ流すことを許すよう構成された電磁手段と
   、を含む常開型弁。
2. （２）ソレノイド弁により制御される燃料噴射装置組立
   体にして、 ノズルボディと、該ノズルボディ内に設けられ閉弁位置
   と開弁位置との間にて作動する噴射弁と、前記噴射弁を
   前記閉弁位置へ付勢する付勢手段と、前記ノズルボディ
   内にて第一のポートより前記噴射弁まで延在する主燃料
   通路とを含み、前記主燃料通路内の燃料の圧力が或る予
   め定められた敷居値を越えると該圧力が前記付勢手段に
   打克ち前記噴射弁が開弁されるよう構成された噴射ノズ
   ルと、前記ノズルボディは前記主燃料通路より第二のポ
   ートまで延在するバイパス燃料通路を含んでいることと
   、 迅速に応答する常開型のソレノイド制御式バイパス弁で
   あつて、前記ノズルボディに一体的に接続されドレーン
   ポートを有するバイパス弁ハウジングと、前記バイパス
   弁ハウジング内に配置され一つの直径の第一の軸線方向
   部分と前記第一の軸線方向部分よりも直径の大きい第二
   の軸線方向部分とを有する静止弁座スピンドルと、前記
   弁座スピンドルの前記第二の軸線方向部分に形成され前
   記第一の軸線方向部分よりも直径の大きい環状の制御エ
   ッジと、前記弁座スピンドルの前記第一の軸線方向部分
   に対し相対的に軸線方向に摺動し得るよう前記第一の軸
   線方向部分を密に囲繞する弁スリーブであつて、前記弁
   スリーブはその面が前記制御エッジと液密的に接触する
   閉弁位置と、前記面が前記制御エッジより前記弁座スピ
   ンドルの前記第一の軸線方向部分の方向へ前記制御エッ
   ジより軸線方向に隔置される開弁位置との間に摺動式に
   変位可能であり、前記弁座スピンドルは内部にバイパス
   燃料通路を含んでおり、該バイパス燃料通路は前記第二
   のポートを経て前記ノズルボディの前記バイパス燃料通
   路と連続的に流体的に連通し、前記制御エッジより半径
   方向内方にて前記スピンドルと前記スリーブとの間に形
   成されたプレナム領域への排出口を有している弁スリー
   ブと、前記弁スリーブに作動的に接続されたアーマチュ
   アと、電流に応答して前記アーマチュアを変位させるこ
   とにより前記弁スリーブを前記開弁位置より前記閉弁位
   置へ駆動し、これにより前記主燃料通路内の燃料圧が前
   記敷居値を越えることを許し、前記電流の通電が停止さ
   れると前記弁スリーブに軸線方向に作用しする前記プレ
   ナム領域内の前記燃料の圧力により前記バイパス弁が迅
   速に開弁されて前記バイパス弁が前記燃料を前記ドレー
   ンポートへ流すことを許し、これにより前記主燃料通路
   内の燃料圧を前記敷居値以下の値に低減するよう構成さ
   れた電磁手段とを含む迅速に応答する常開型のソレノイ
   ド制御式バイパス弁と、 を含む燃料噴射装置組立体。