JP2006144797A - 網状同心リングを有する圧力調整弁の偏倚部材 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料流を差し向け、燃料系統内におけるノイズの発生を減少させる貫流圧力調整装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明は、燃料入口を通過する燃料が燃料チェンバを介して弁偏倚部材と連通する下部ハウジングを有する。弁偏倚部材は、弁要素の開閉により燃料チェンバを介する燃料流を許容またはブロックする。弁偏倚部材は、少なくとも２つの網状同心リングが少なくとも１つのブリッジにより結合された平坦なディスクより成る。燃料流が開いた弁要素を通過すると弁偏倚部材が燃料流を拡散させる。燃料カバーは、燃料流を弁偏倚部材から燃料出口へ差し向ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に、燃料制御装置に係り、さらに詳細には、自動車燃料系統に用いる網状同心環体より成る弁偏倚部材を備えた弁制御装置に係る。

現在の自動車用燃料系統の大部分は、燃焼させるために燃料をエンジンシリンダ内へ送り込む燃料噴射器を用いている。燃料噴射器は、ポンプにより燃料が供給される燃料レール上に取り付けられている。燃料が燃料レールへ供給される圧力は、燃料噴射器の適正な動作を確保するために計測しなければならない。計測は、全てのエンジン回転数レベルで系統内の燃料圧力を調整する圧力調整器を用いて行われる。

当該技術分野で知られた燃料調整器は、縦方向の流路を有する弁座に対して偏倚される弁偏倚部材を用いている。弁座は、燃料圧力が低いと、閉位置に偏倚されて圧力調整器を介する燃料流をブロックする。系統内の燃料圧力が上昇すると、弁座にかかる圧力が弁偏倚部材の偏倚力を凌駕する結果、燃料が弁座を通過するため、系統の燃料圧力が制御される。

かかる圧力調整器は、満足すべき動作をすることが判明しているが、必要な部品がかなりある。燃料圧力調整器の材料及び製造コストを減少させる現在進行中の試みの中で、サイズが小さく、部品点数が少ない燃料圧力調整器を開発する必要性が存在する。

かくして、公知の燃料調整器の欠点を克服する燃料調整器を提供する必要性があると思われる。

発明の概要

本発明の１つの局面によると、貫流圧力調整器は、燃料入口を通過した燃料流が燃料チェンバを介して弁組立体と連通する下部ハウジングを有し、弁組立体は下部ハウジングを通過して燃料出口へ至る燃料流を調整し、弁要素が弁座の上に乗る閉位置で燃料チェンバから燃料出口への燃料流をブロックし、燃料チェンバ内の燃料が弁要素に及ぼす圧力に抗して弁要素を燃料チェンバの方へ偏倚させる弁偏倚部材と、弁偏倚部材から燃料出口へ燃料流を差し向ける弁カバーとをさらに有する。

本発明の別の局面によると、貫流圧力調整器のための弁偏倚部材は、下部ハウジングに相対的に固定されたディスクと、燃料入口から燃料出口へ送られる燃料流を制御するためにディスクと連通する燃料流とを有する。

本発明の別の局面によると、貫流圧力調整器におけるノイズの発生を減少させる方法であって、燃料入口から燃料出口への燃料流の通路を設け、弁要素により通路を介する燃料流をブロックさせ、燃料が通路を流れる時に燃料流を弁偏倚部材と連通させるステップより成る。

従って、本発明の目的は燃料圧力調整器のノイズ及び流れ特性を新たな部品を使用することなしに改善することにある。

本発明の別の目的は、燃料圧力調整器の材料及び製造コストを減少することにある。

図１は本発明による貫流圧力調整器１０を示す。貫流圧力調整器１０は、燃料管３０を有する下部ハウジング２０を備えている。燃料管３０内には燃料チェンバ４０があり、このチェンバはほぼ円筒形であって、燃料を燃料ポンプ（図示せず）から圧力調整器１０内へ送り込む。燃料はまず、燃料フィルタ５０を通過して燃料チェンバ４０に流入する。ほぼ円形の燃料フィルタ５０は、燃料管３０の下部の周りのＯリング６０に隣接したところにある。Ｏリング６０は、下部ハウジング２０の下方にあって、系統の他のコンポーネントを封止し該コンポーネント内への燃料の漏洩を阻止する。Ｏリングはエラストマー材で作られており、ほぼ円形である。当業者はＯリング６０の使用を選択しない場合もあろう。

貫流圧力調整器１０はまた、閉位置と開位置の間で可動の弁要素８０と協働する弁座７０を備えている。弁要素８０は、閉位置において、弁座７０の弁座表面と接触してこれを封止し、弁座７０を介する燃料流をブロックする。弁要素８０は弁偏倚部材９０により閉位置に偏倚されている。弁偏倚部材９０は、この部材の外側端縁部上に圧着された下部ハウジング２０により定位置に保持されている。当業者は、下部ハウジング２０への弁偏倚部材９０の固定を溶接またはクリップにより行う場合があろう。加圧された燃料は、燃料チェンバ４０を流れて該チェンバ４０内に溜まり、そして遂に弁要素８０の底面と接触する。その後、加圧燃料は弁要素８０を弁座７０から離れる開位置に押圧する。その結果、燃料は弁座７０を介して流れるようになる。弁座７０を製造するにあたり、封止表面を圧印加工して弁要素８０と弁座７０の間に滑らかな封止関係が確保されるようにする。

加圧燃料が一旦解放されると、弁座８０は弁偏倚部材９０により閉位置に戻される。弁偏倚部材９０は、貫流圧力調整器１０の仕様が所望する圧力に関連する所定の圧力で貫流圧力調整器１０の弁要素７０を閉位置に保持するように作用する。

好ましい実施例において、弁要素８０は球状であり、自由浮動設計を維持する。弁要素８０は貫流圧力調整器１０の他のコンポーネントによって保持されるのではなく、そのため、単独で弁偏倚部材９０と永続的に接触する。弁要素８０は、弁座７０から外れると軸方向及び半径方向に自由に移動できる。弁偏倚部材９０は、弁要素８０の上側表面上にあって、弁座７０から離れる軸方向における弁要素８０の運動を支援する。入口燃料の圧力が弁偏倚部材９０が及ぼす力より大きくなると、燃料により弁要素８０が軸方向に押し上げられ、弁要素８０が弁座７０を離脱する。燃料は、弁偏倚部材９０の圧力が弁要素８０を弁座７０へ押し戻して弁座７０の開口を閉じるに十分な強さになるまで、貫流圧力調整器１０を流れる。好のましいが必要条件でない弁要素８０としてSiemens VDO Automotive Corporationにより販売されるモデルMICRA FTRがある。当業者は、切頭球状体または円錐体を含む異なる形状の弁要素８０を選択したい場合もあるであろう。当業者はまた、弁要素８０を弁偏倚部材９０に溶接する選択を行うこともあろう。

図２を参照して、弁偏倚部材９０の幾何学的形状は、弁要素８０を閉じて弁座７０の開口を封止する力を提供する。弁偏倚部材９０はまた、系統内の燃料圧力の調整に必要なばね特性を与える。弁偏倚部材９０の幾何学的構成は、少なくとも２つの同軸同心リング１００及び１１０が少なくとも１つのブリッジ１２０により接合されたものである。弁偏倚部材の形状は環状が好ましいが、当業者は卵形を含む他の形状を選択することもあろう。この幾何学的形状により、対称的なスロット開口１３０が形成される。好ましい実施例において、この対称的なスロット開口１３０はアーチ状である。当業者は対称的なスロット開口１３０の形状を円形、管状、三角形、山形またはスロット状とすることもあろう。同心リング１１０はそれぞれ、フックの法則の下でのばね特性の計算に用いるビーム長さを有する。実効ビーム長さは弁偏倚部材９０の全長として定義される。他の全てのファクタを一定に維持してビーム長さを変化させると、性能基準が変化する。同時に、対称的なスロット開口１３０の開いた領域を減少させると（開いた領域に対するビームの表面積の比率が増加する）、弁偏倚部材を流れる燃料が出会う抵抗が大きくなる。従って、弁偏倚部材９０の実効ビーム長さを最大リングの半径よりも大きい長さに増加させ、内側の対称的なスロット開口１３０の開いた領域を減少させると、ばね特性が変化して弁偏倚部材９０のスティフネスが減少する。ブリッジ１２０は、第１のリング１００を隣接するリング１１０と網状に接続する。ブリッジ１２０は弁偏倚部材９０の実効ビーム長さを増加させるが、これにより貫流圧力調整器のばね特性を所望の値にすることができる。

弁偏倚部材９０は、平衡する力を弁要素８０に印加して、この弁要素が偏倚力なしでも軸方向にまっすぐ持ち上げられるようにする。対称的なスロット開口１３０は、弁座７０の開口から種々の方向に燃料流を差し向ける均等拡散手段として働く。対称的なスロット開口１３０は、燃料流を改善された流れ特性及び少ないノイズで分散させる。

図３を参照して、弁偏倚部材９０の中央開口１４０は下部ハウジング２０及び弁座７０の中心軸の中心にあるのが好ましい。好ましい実施例において、この中央開口１４０は弁要素８０と３点接触する。当業者は、弁偏倚部材９０を弁要素８０と３個未満またはそれより多い基準点で接触させることもあろう。この特徴により弁要素８０が中心に位置するようになり、貫流圧力調整器１０に低い流量での線形性が得られるため、正しい圧力の下で低い流量の調整を行える。本発明には弁要素を弁座と整列させる問題がないため、さらに別の部品を通常は必要とし他の型の調整器では常用される浮動弁要素８０が不要である。当業者は、弁偏倚部材９０の中央開口１４０の直径を減少するかそれを完全になくすことにより弁要素８０を半径方向に浮動させることができる。

図１及び４を参照して、貫流圧力調整器１０は弁カバー１５０も備えている。この弁カバー１５０はプラスチック成形材料で作られており、貫流圧力調整器１０をほぼ収容する。燃料カバー１５０は、燃料流を弁偏倚部材９０から燃料出口１７０へ差し向け、方向転換させる燃料流路１６０を有する。弁出口１７０は一般的に円形であり、弁カバー１５０の外側端縁部に位置する。弁カバー１５０はまた、貫流圧力調整器１０の固定を容易にする少なくとも２つのスナップ機構１８０を有する。スナップ機構１８０は一体的クリップ手段として弁カバー１５０に直接成形してもよい。これにより別個のクリップ取り付け手段が不要になる。好ましい実施例において、スナップ機構１８０は貫流圧力調整器１０を定位置に保持するクリップとして働くタブを構成する。当業者は、燃料カバー１５０を貫流圧力調整器１０に固定せずに、貫流圧力調整器１０を燃料カバー１５０なしに使用することもできる。燃料カバー１５０はまた、燃料が流れる時は常に弁偏倚部材９０を燃料中に沈んだ状態に保持するように作用するが、これにより弁偏倚部材９０の耐久性を増加すると共に弁偏倚部材９０の振動ノイズが減衰する。弁偏倚部材９０を出ると、燃料は弁偏倚部材９０の上方のカバーチェンバ１９０内に入り、内壁２００を上昇した後、圧力出口１８０へ流れる。このプロセスにより、燃料流は整然として流れとなり、種々の方向に流れ出ることはない。同様に、弁偏倚部材９０を燃料中に沈んだ状態にすると、燃料が弁偏倚部材９０の上部と底部の両方の上に確実に存在するようになる。弁偏倚部材９０を燃料中に沈んだ状態にすると、燃料に空気が混入しないため、貫流圧力調整器１０のノイズが減少する。最後に、燃料カバー１５０は輸送及び取り扱い時に弁偏倚部材９０を保護する。

図５のグラフは、本発明では流量が増加しても圧力が一定の状態を維持することを示す。図５は、ｘ軸上の測定流量に対するｙ軸上の測定圧力を示すが、それらの傾きが重要である。グラフ上の線の傾きは０であって、全流量について圧力ラインが水平で一定であるのが理想である。実際は、グラフに示すように、圧力対流量の特性はほぼ０に近い傾きに似ている。

図６及び７は弁偏倚部材９０の変形例を示す。これらの実施例において、貫流圧力調整器１０の種々の要素は全て、弁偏倚部材９０を除き同一である。図６において、弁偏倚部材９０の幾何学的形状は、少なくとも３つの接触点を有する開口１４０を備え、同心リング形状でない平坦なディスクである。図７において、弁偏倚部材９０の幾何学的形状は中央開口１４０を有する螺旋状の平坦なディスクである。

本発明をある特定の実施例に関連して説明したが、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく図示説明した実施例に対して多数の変形例及び設計変更が可能である。従って、本発明は図示説明した実施例及びその均等物に限定されないように意図されている。

本発明による貫流調整器の断面図である。 弁偏倚部材を備えた貫流調整器の斜視図である。 弁偏倚部材の上面図である。 貫流圧力調整器の燃料カバーを示す斜視図である。 キロパスカル単位で測定した圧力とキログラム／時で測定した流量の関係を示すグラフである。 ３つの接触点を有する弁偏倚部材実施例を示す上面図である。 螺旋状弁偏倚部材の別の実施例を示す上面図である。

Claims (26)

1. 燃料入口を通過した燃料流が燃料チェンバを介して弁組立体と連通する下部ハウジングを有し、
   弁組立体は下部ハウジングを通過して燃料出口へ至る燃料流を調整し、弁要素が弁座の上に乗る閉位置で燃料チェンバから燃料出口への燃料流をブロックし、
   燃料チェンバ内の燃料が弁要素に及ぼす圧力に抗して弁要素を燃料チェンバの方へ偏倚させる弁偏倚部材と、
   弁偏倚部材から燃料出口へ燃料流を差し向ける弁カバーとをさらに有する貫流圧力調整器。
2. 弁要素は開位置で弁座から軸方向に離脱する請求項１の弁調整器。
3. 弁要素は球体と切頭球体である請求項１の弁調整器。
4. 弁要素は自由浮動設計である請求項１の弁調整器。
5. 弁座は滑らかな封止を行うために製造プロセスで圧印加工されている請求項１の弁調整器。
6. 弁偏倚部材は、中央開口を有する平坦な螺旋状ディスク、ほぼｙ字型の中央開口を有する平坦なディスク、そして、２つの網状同心リングが少なくとも１つのブリッジにより結合された平坦なディスクである請求項１の弁調整器。
7. 少なくとも１つのブリッジにより結合された異なる直径の少なくとも２つの網状同心リングは、燃料流を種々の方向に均等に拡散させる請求項６の弁調整器。
8. ブリッジは弁偏倚部材の実効ビーム長さを最大の網状同心リングの半径よりも大きい長さに増加させる請求項６の弁調整器。
9. 弁偏倚部材は圧縮、溶接またはクリップにより下部ハウジングに固定されている請求項１の弁調整器。
10. 燃料出口は燃料カバー上に位置する請求項１の弁調整器。
11. 燃料流を弁偏倚部材から燃料出口へ差し向ける一体的な通路をさらに備えた請求項１０の燃料カバー。
12. 内壁をさらに備えた請求項１０の燃料カバー。
13. 貫流圧力調整器に固定するための少なくとも１つのスナップ機構をさらに備えた請求項１０の燃料カバー。
14. 下部ハウジングに相対的に固定されたディスクと、
    燃料入口から燃料出口へ送られる燃料流を制御するためにディスクと連通する燃料流とを有する貫流圧力調整器のための弁偏倚部材。
15. 少なくとも１つのブリッジにより結合された少なくとも１つの網状同心リングを備え、複数の開口が形成された請求項１４のディスク。
16. ディスクの外側端縁部が圧縮、溶接またはクリップにより下部ハウジングに固定されている請求項１４の弁偏倚部材。
17. ディスクは平坦である請求項１４の弁偏倚部材。
18. 少なくとも１つのブリッジにより結合された少なくとも２つの網状同心リングは、燃料流を燃料入口から燃料出口へ均等に拡散させる請求項１４の弁調整器。
19. ブリッジは弁偏倚部材の実効ビーム長さを最大の網状同心リングの半径よりも大きい長さに増加させる請求項１４の弁調整器。
20. 貫流圧力調整器におけるノイズの発生を減少させる方法であって、
    燃料入口から燃料出口への燃料流の通路を設け、
    弁要素により通路を介する燃料流をブロックさせ、
    燃料が通路を流れる時に燃料流を弁偏倚部材と連通させるステップより成る貫流圧力調整器におけるノイズの発生減少方法。
21. 弁偏倚部材は、少なくとも１つのブリッジにより結合された少なくとも２つの網状同心リングと、燃料流を弁偏倚部材から燃料出口へ均等に拡散させる複数の開口とより成る請求項２０の方法。
22. ブリッジは弁偏倚部材の実効ビーム長さを最大の網状同心リングの半径よりも大きい長さに増加させる請求項２０の弁調整器。
23. 弁偏倚部材は常に燃料中に沈んでいる請求項２０の方法。
24. 燃料出口は燃料カバーの上に位置する請求項２０の方法。
25. 燃料カバーは燃料流を弁偏倚部材から燃料出口へ整然として流れで差し向ける請求項２４の方法。
26. 弁カバーはさらに内壁を備えている請求項２４の方法。

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