JP2008075661A - 内燃機関用流体回路および主弁 - Google Patents

Abstract

【課題】高い応答性を得ることができる内燃機関用流体回路および主弁を提供する。
【解決手段】増圧ピストンに圧油源からの圧油を供給する第１の主弁６０と、同増圧ピストンから圧油を排出する第２の主弁６１と、前記第１及び第２の主弁６０，６１にパイロット圧として前記圧油源の圧油を交互に与えることでこれら主弁を駆動する１台のパイロット電磁弁１とを備え、第１及び第２の主弁６０，６１は、ハウジング６５と、ハウジング６５に収容されて軸方向に駆動される弁体６６とを備え、弁体６６は、ハウジング６５に設けられたポペットシート７１に接触・離間することで流路を開閉するポペット弁７３を先端に備えるポペット弁構造である。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の増圧ピストンまたは排気弁を作動させる内燃機関用流体回路および該内燃機関用流体回路に使用することができる主弁に関する。

内燃機関を制御するための負荷としては、内燃機関の燃料噴射弁へ燃料を増圧して供給する増圧ピストン、または、内燃機関からの排気を制御する排気弁がある。この増圧ピストンまたは排気弁を作動させるために、これらと圧油源との間に負荷を備える内燃機関用流体回路が設けられている。
従来この種の内燃機関用流体回路として、電磁弁を主弁に用い、圧油源の圧油をこの電磁弁から直接増圧ピストンのような負荷側へ供給するものが知られている（特許文献１）。
特公平５−４４５３９号公報 特開昭６０−７３０４２号公報 特開平０８−４２４２３号公報

通常、内燃機関用流体回路では、大流量かつ高圧の流体が主弁で制御される。そのため、主弁に電磁弁を用いると燃料噴射特性を良好とするために、電磁弁の応答性が高いことが要求される。しかし、高圧大流量の直動型オンオフ電磁弁（特許文献１）による制御では応答性に限界があり、高速制御することができない。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、高い応答性を得ることができる内燃機関用流体回路および主弁を提供することを目的とする。

本発明においては上記の課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の内燃機関用流体回路の第一の態様は、内燃機関の燃料噴射弁へ燃料を増圧して供給する増圧ピストンを作動させる内燃機関用流体回路であって、前記増圧ピストンに圧油源からの圧油を供給する第１の主弁と、同増圧ピストンから圧油を排出する第２の主弁と、前記第１及び第２の主弁にパイロット圧として前記圧油源の圧油を交互に与えることでこれら主弁を駆動する１台のパイロット電磁弁とを備え、前記第１及び第２の主弁は、ハウジングと、該ハウジングに収容されて軸方向に駆動される弁体とを備え、該弁体は、前記ハウジングに設けられたポペットシートに接触・離間することで流路を開閉するポペット弁を先端に備えたポペット弁構造であることを特徴とする。

本発明の内燃機関用流体回路の第二の態様は、内燃機関からの排気を制御する排気弁を作動させる内燃機関用流体回路であって、前記排気弁に圧油源からの圧油を供給する第１の主弁と、同排気弁から圧油を排出する第２の主弁と、前記第１及び第２の主弁にパイロット圧として前記圧油源の圧油を交互に与えることでこれら主弁を駆動する１台のパイロット電磁弁とを備え、前記第１及び第２の主弁は、ハウジングと、該ハウジングに収容されて軸方向に駆動される弁体とを備え、該弁体は、前記ハウジングに設けられたポペットシートに接触・離間することで流路を開閉するポペット弁を先端に備えたポペット弁構造であることを特徴とする。

本発明においては、従来のように電磁弁を介して増圧ピストンまたは排気弁に圧油を直接供給するのではなく、主弁にパイロット圧を与えるパイロット電磁弁を設け、これを切り換えることにより、増圧ピストンまたは排気弁に圧油を供給する。したがって高い応答性を得ることができる。また、１台のパイロット電磁弁によって２台の主弁を制御する構成であるから、コスト低減を実現することができる。さらに、主弁をポペット弁構造とすることにより、マニホールド収納が可能となり、構造をシンプルにすることができる。

本発明の内燃機関用流体回路において、前記第１及び第２の主弁は、前記パイロット電磁弁から与えられるパイロット圧が作用して前記ポペット弁を駆動するパイロットピストンを備え、前記弁体には、前記先端のポペット弁と前記パイロットピストンとの間に細径部が設けられていてもよい。このとき、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．２〜０．４：１．８〜２．２（１：０．３：２程度）の径の関係にあることが望ましい。
本発明においては、パイロットピストン径を大きくしたことで、ポペット弁が開口する際にパイロットピストンに作用する圧油が支配的となり、油が流出する際にポペット弁端に生じる流体力による振動等の悪影響が抑えられる。

本発明の内燃機関用流体回路において、前記第１及び第２の主弁は、前記パイロット電磁弁から与えられるパイロット圧が作用して前記ポペット弁を駆動するパイロットピストンを備え、前記弁体には、前記先端のポペット弁と前記パイロットピストンとの間に細径部が設けられていてもよい。このとき、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．５〜０．７：１．８〜３．８のサイズ関係にあることが望ましい。
本発明においては、細径部を従来よりも大きくして、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．５〜０．７：１．８〜３．８程のサイズ関係とすることで、ポペット弁閉止時の上向き力が大きくなり、衝突力が低減する。

本発明の内燃機関用流体回路において、前記第１及び第２の主弁は、前記ポペット弁の先端がテーパ形状であってもよい。本発明においては、ポペット弁先端部における流れの剥離が抑えられ、剥離によって生じる不安定な渦も抑えられる。

本発明の主弁の第一の態様は、ハウジングと、該ハウジングに収容されて軸方向に駆動される弁体と、外部からパイロット圧を受けて前記弁体を駆動させるパイロットピストンとを備え、前記弁体は、前記ハウジングに設けられたポペットシートに接触・離間することで流路を開閉するポペット弁を先端に備えたポペット弁構造である主弁において、前記弁体には、前記先端のポペット弁と前記パイロットピストンとの間に細径部が設けられ、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．２〜０．４：１．８〜２．２の関係にあることを特徴とする。

本発明においては、パイロットピストン径を大きくしたことで、ポペット弁が開口する際にパイロットピストンに作用する圧油が支配的となり、油が流出する際にポペット弁端に生じる流体力による振動等の悪影響が抑えられる。

本発明の主弁の第二の態様は、ハウジングと、該ハウジングに収容されて軸方向に駆動される弁体と、外部からパイロット圧を受けて前記弁体を駆動させるパイロットピストンとを備え、前記弁体は、前記ハウジングに設けられたポペットシートに接触・離間することで流路を開閉するポペット弁を先端に備えたポペット弁構造である主弁において、前記弁体には、前記先端のポペット弁と前記パイロットピストンとの間に細径部が設けられ、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．５〜０．７：１．８〜３．８の関係にあることを特徴とする。

本発明においては、細径部を従来よりも大きくして、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．５〜０．７：１．８〜３．８程のサイズ関係とすることで、ポペット弁閉止時の上向き力が大きくなり、衝突力が低減する。

本発明の主弁において、前記ポペット弁の先端はテーパ形状であってもよい。本発明においては、ポペット弁先端部における流れの剥離が抑えられ、剥離によって生じる不安定な渦も抑えられる。

本発明の内燃機関用流体回路によれば、１台のパイロット電磁弁によって２台の主弁を制御して増圧ピストンまたは排気ピストンに圧油を供給する構成であるから、高い応答性を実現することができる。さらに、主弁をポペット弁構造とすることにより、マニホールド収納が可能となり、構造をシンプルにしてコストを低減することができる。
本発明の内燃機関用流体回路によれば、ポペット弁が開口して油が流出する際にポペット弁端に生じる流体力による影響が抑えられるので、安定した弁動作を得ることができる。
本発明の内燃機関用流体回路によれば、ポペット弁閉止時の衝突力が減少するので、弁の耐久性を向上することができる。
本発明の内燃機関用流体回路によれば、ポペット弁先端部における流れの剥離が抑えられ、剥離によって生じる不安定な渦も抑えられるので、ポペット弁の作動毎の応答性のばらつきを低減することができ、安定した弁動作を得ることができる。

本発明の主弁によれば、ポペット弁が開口して油が流出する際にポペット弁端に生じる流体力による影響が抑えられるので、安定した弁動作を得ることができる。
本発明の主弁によれば、ポペット弁閉止時の衝突力が減少するので、弁の耐久性を向上することができる。
本発明の主弁によれば、ポペット弁先端部における流れの剥離が抑えられ、剥離によって生じる不安定な渦も抑えられるので、ポペット弁の作動毎の応答性のばらつきを低減することができ、安定した弁動作を得ることができる。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１において、符号１はパイロット電磁弁、２、３は主弁Ａ（第１の主弁）、主弁Ｂ（第２の主弁）、５は不図示の圧油源から圧油を送り出すポンプである。また符号Ｔは圧油が戻されるタンクである。
パイロット電磁弁１の構造を詳細に説明すると、符号１０はハウジングで、弁主軸１２が内嵌されている。１３はハウジング１０の両端に固定されたソレノイドで、１４は同様にハウジングの両端に固定され、プランジャ１５が貫通状態となっている固定鉄心，１６はハウジング１０の両端内部にソレノイド１３に囲まれて設けられ、軸方向に移動自在とされた可動鉄心であり、ソレノイド１３の通電時に、磁力により固定鉄心１４側に引き込まれるように直線方向に駆動される。可動鉄心１６は固定鉄心１４に面する側が円錐形状となっている。固定鉄心１４は可動鉄心１６に臨む側面が可動鉄心１６の円錐形状に対応した凹形状となっている。また符号１９は弁主軸１２に付勢力を与えるバネである。パイロット電磁弁１の一方側のソレノイド１３を通電すると、該一方側の可動鉄心１６が固定鉄心１４側に引き出され、プランジャ１５が弁主軸１２を押す。パイロット電磁弁１の他方側のソレノイド１３を通電すると、同様の作用により弁主軸１２が反対側に駆動される。

符号２０はスプールで、スプール２０間には周方向に連続する溝部２２が形成され、該溝部２２によって弁主軸１２の位置に応じて適宜選択された流路切換ポート２５が互いに接続される。
流路切換ポート２５はハウジング１０に形成されており、順に圧油タンクＴ、主弁Ａ、ポンプ５、主弁Ｂ、圧油タンクＴと連続している。以後、これら流路切換ポート２５をそれぞれポートＴ、ポートＡ、ポートＰ、ポートＢ、ポートＴとよぶ。本実施形態においては、これら流路切換ポート２５は円形ポートとして油通過時の流体力が小さくなるようにしている。

図２に示したものは主弁Ａ、Ｂの構造である。主弁Ａ、Ｂは、図に示すように、ハウジング３０と、このハウジング３０に支持された弁体３２とを備えている。ハウジング３０は、その中央部にガイド孔３３を有する筒状をなしている。ガイド孔３３の内周面には、ガイド孔３３の軸線方向に沿って２カ所に、周方向に連続する溝部３４，３５が形成されている。それぞれの溝部３４，３５にはポート３６、３７が開口している。また、溝部３４，３５の中間にはポペットシート３８が設けられている。
一方の弁体３２には、溝部３４，３５に対応してガイド溝３９，４０が設けられ、ガイド溝３９，４０の間にはポペットシート３８に対応してポペット弁４３が設けられている。

さらに、弁体３２のガイド溝３９より下部は、ガイド孔３３の内周壁に対して液密を保って軸方向に摺動する摺動部４５となっており、ガイド溝４０より上部には、ガイド溝３３の内周壁に対して液密を保って軸方向に摺動する摺動部４６と、その上部の受圧部４７を備えている。受圧部４７は、ハウジング３０のポート５０と連通している。
摺動部４５の径をＤ１，ポペットシート３８のシート径をＤ２，受圧部４７の径をＤ３とおくと、本実施形態ではＤ１≒Ｄ２となっている圧力バランス構造となっており、増圧ピストンからの負荷圧力が相殺されている。ただし、組み付け上、Ｄ１≦Ｄ２≦Ｄ３という関係でなければならない。
弁体３２の上部にはハウジング３０との間にバネ５２が設けられ、弁体３２に付勢力を与える。

パイロット電磁弁１からのパイロット圧としてポンプ圧が主弁Ａのポート５０に与えられると、弁体３２は下方に押され、ポペット弁４３がポペットシート３８に着座し、ポート３７，ポート３６の連通が閉止した状態となる。パイロット電磁弁１からのパイロット圧がタンク側に切り替わると、弁体３２はパイロット圧に打ち勝って上方に移動し、ポート３７とポート３６とが連通する。

したがって全体では以下のように動作する。パイロット電磁弁１の一方のソレノイド１３を通電させることでポートＰとポートＢとを連通させ、ポートＴとポートＡとを連通させると、主弁Ａのパイロット圧はタンク圧となって主弁Ａは開き、主弁Ｂのパイロット圧はポンプ圧となって主弁Ｂは閉じる。このときの圧油流れ方向を図１に単線の矢印で示した。この状態においてはポンプ圧が主弁Ａのポート３７，３６を経て増圧ピストンへ与えられる。
他方のソレノイド１３を通電させて、ポートＰとポートＡ、ポートＴとポートＢとを連通させると、主弁Ａのパイロット圧はポンプ圧となって主弁Ａは閉じ、主弁Ｂのパイロット圧はタンク圧となって開く。このときの圧油流れ方向の方向を図に二重線矢印で示した。この状態においては、増圧ピストンの圧力が主弁Ｂのポート３６，３７を経てタンクに戻される。

このように本実施形態においては、一つの電磁弁によって２台の主弁の開閉を制御するようにしたことで、従来の電磁弁により直接圧油を増圧ピストンに供給した場合と比べて、高い応答性を得ることができる。またパイロットピストンは１台でよいから、２台設けるよりも低コストである。
また、主弁の構造自体については、本主弁はＤ１≒Ｄ２となっている圧力バランス構造であるため、主弁の駆動力は小さくてよく、パイロット圧の受圧部４７の面積も小さくすることが可能となる。したがって、パイロット流量の低減が図れ、パイロット電磁弁１を小型化することができる。

次に本発明の第２実施形態について説明する。図３に示したように、本実施形態は、パイロット電磁弁１と、主弁６０（主弁Ａ），６１（主弁Ｂ）とを備えている。パイロット電磁弁１の構成は上記の第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
図４に主弁Ａ、Ｂの構造について示した。
主弁Ａ、Ｂは、図に示すように、ハウジング６５と、このハウジング６５内部に支持された弁体６６とを備えている。ハウジング６５は、その中央部にガイド孔６８を有する筒状をなしている。ガイド孔６８の内周下部には、周方向に連続する溝部６９が形成され、この溝部６９にはポート７０が開口している。また、溝部６９下部にはポペットシート７１が設けられている。
一方の弁体６６には、溝部６９に対応してガイド溝７２が設けられ、先端にはポペットシート７１に対応してポペット弁７３が設けられている。

さらに、弁体６６のガイド溝７２より上部は、ガイド孔６８の内周壁に対して液密を保って軸方向に摺動する摺動部７５となっている。符号７６は弁体６６の上部に設けられた細径部で、符号７７はパイロット圧を受けて弁体６６を駆動するパイロットピストンである。パイロット圧はハウジング６５の上部に設けられたポート７８より与えられる。またハウジング６５の下部に設けられたポート７９は増圧ピストンに連通する。符号８０は弁体６６に付勢力を与えるバネである。
また本実施形態では、図の符号ａ１で示したポペット弁７３の受圧面積と符号ａ２で示した受圧面積とがほぼ同じになるように、ポペットシート径、摺動部７５および細径部７６の径が設定されている。

パイロット電磁弁１からのパイロット圧としてポンプ圧が主弁Ａのポート７８に与えられると、弁体６６は下方におされ、ポペット弁７３がポペットシート７１に着座し、ポート７０とポート７９との連通が閉止した状態となる。パイロット電磁弁１からのパイロット圧がタンク側に切り替わると、弁体６６はパイロット圧に打ち勝って上方に移動し、ポート７０とポート７９とが連通する。

したがって全体では、パイロット電磁弁１の一方のソレノイド１３を通電させることでポートＰとポートＢとを連通させ、ポートＴとポートＡとを連通させると、主弁Ａのパイロット圧はタンク圧となって主弁Ａは開き、主弁Ｂのパイロット圧はポンプ圧となって主弁Ｂは閉じる。この状態においてはポンプ圧が主弁Ａのポート７０，７９を経て増圧ピストンへ与えられる。
他方のソレノイド１３を通電させて、ポートＰとポートＡ、ポートＴとポートＢとを連通させると、主弁Ａのパイロット圧はポンプ圧となって主弁Ａは閉じ、主弁Ｂのパイロット圧はタンク圧となって開く。この状態においては、増圧ピストンの圧力が主弁Ｂのポート７０，７９を経てタンクに戻される。

本実施形態においては、主弁としてポペット弁構造を採用しているため、パイロット電磁弁と主弁６０，６１との間を図３の符号８２のようにマニホールド収納することが容易となり、構造のシンプル化、コスト低減を実現することができる。
また受圧面積がａ１≒ａ２となっているため、上記実施形態１と同様に圧力バランス構造となり、高い応答性を得ることができるとともに、パイロット電磁弁を小型化することができる。

次いで第３実施形態について説明する。
図５に示した本実施形態は、パイロット電磁弁８５と、主弁６０（主弁Ａ），６１（主弁Ｂ）とを備えている。主弁６０，６１の構成は上記の第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態のパイロット電磁弁８５は、第１実施形態のパイロット電磁弁１とほぼ同じであるが、符号８６、８７で示した可動鉄心および固定鉄心の構造がパイロット電磁弁１のものと異なる。他はパイロット電磁弁１と同様であり、同一の符号を用いて説明を省略する。
本実施形態のパイロット電磁弁８５の可動鉄心８６は、円錐型ではなく円筒型となっている。可動鉄心８６に面する固定鉄心８７の側面も平坦面となっている。また吸着時において、可動鉄心８６と固定鉄心８７とのギャップ（図の符号ｇ）が０．２ｍｍ程度設けられている。

ソレノイド１３の切換時、戻し時共には高速応答性が要求される。吸着時に可動鉄心が固定鉄心と接触すると残磁力が大きくなってスムーズな戻し動作ができない。本実施形態のように可動鉄心８６と固定鉄心８７との間にギャップｇが設けられていると、特に戻し時動作における切換側コイルの残磁力を極力小さくすることができ、高い応答性を実現することができる。
また、可動鉄心８６が円筒形であって、固定鉄心８７と可動鉄心８６とが平坦面どうしで臨んでいるため、ギャップｇの管理を行いやすい。

次に第４実施形態について説明する。
本実施形態においては、第３実施形態と同じパイロット電磁弁８５を用い、その説明を省略する。図６において、符号９０は本実施形態において用いられる主弁Ａ、Ｂである。
符号９１はパイロットピストンである。本主弁９０においては、主弁の径の関係、すなわち、パイロットピストン９１の径、細径部７６の径、主弁径（図６の符号Ｄ）の関係が異なる。第２、３実施形態の主弁では、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．６：４程の径の関係であるのに対し、本実施形態では、パイロットピストン径を大きくし、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．２〜０．４：１．８〜２．２程のサイズ関係にある。他の構成は上記第２，３実施形態の主弁と同一であるから同一の符号を用いてその説明を省略する。

以下においては、本実施形態においてパイロットピストン径を大きくし、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．２〜０．４：１．８〜２．２程のサイズ関係とした理由を説明する。
一般に主弁の開き動作における挙動においては以下の［１］、［２］が課題となる。また （パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．６：４程のサイズ関係とした場合では、下記［１］の事象が生じた。それぞれの挙動の特徴について図７に示した。
［１］２段折れ動作…開弁速度が低速から高速に変化してしまう現象［２］振動的動作…高周波振動を起こしながら開弁する事象
これらの現象のメカニズムを以下に説明する。

［１］２段折れ動作・２段折れ動作発生のメカニズム
主弁の運動方程式及びパイロットピストンに作用する油圧の式を線形化し、伝達関数としてまとめると以下の式を得る。

（１）式より伝達関数Ｇが変化するとＱ_{ｐｉｌｏｔ}が変化せずとも出力Ｖｅｌが変化することがわかる。
よって、フローフォースのばね定数が変化すると主弁速度が変化してしまい、２段折れの現象が生じることが上式より説明できる。
また油圧のばね定数がフローフォースばね定数の変化量に対して十分に大きければ２段折れが生じ難くなることもわかる。

・２段折れ動作の有無 計算方法
（１）式において設計段階での未知数はフローフォースによるばね定数である。要求仕様によりフローフォースのばね定数を近似的に用いる計算式を以下に示す。

（１）から（４）式により、２段折れ発生の有無を評価する下式を提案する。

ばね定数比が１に近いほど２段折れは生じにくく、ばね定数比が大きい値であればあるほど２段折れは生じやすくなる。
つまり、油圧ばね定数が正負のフローフォースばね定数に比べて十分に大きければよいといえる。
ｋ_ｈｙｄ≫ｋ_ｆｌｏｗ ……（８）
図８にばね定数比の考え方を示した。

［２］振動動作・振動発生のメカニズム（１）式をまとめると下式のように表現できる。

これは一般的な二次遅れ（二次振動）系の伝達関数で、減衰振動ζにより振動的動作となるかが決まる。
０＜ζ＜１で振動的となり、ζ≧１では非振動的である。
主弁においてはパイロット油圧ばね定数ｋ_ｈｙｄが非常に大きく、油の粘性等による比例減衰係数Ｃｆが小さいことからζ＜１となることが予想される。
また負のフローフォースのばね定数ｋ_ｆｌｏｗの絶対値が油圧ばね定数ｋ_ｈｙｄより大きくなるとζ＜０となり、発散系（不安定）となることにも注意が必要である。

・振動的動作の有無 計算方法
減衰係数ζを計算することにより、これまで製作・試験した主弁に比べてより振動的となるかの評価を行える。

（１１），（１２）式より油圧ばね定数ｋ_ｈｙｄが大きいと減衰係数ζが小さくなり振動的となってしまうことがわかる。
２段折れ動作の抑制にはばね定数が大きい方がよいが、振動を押さえるには小さい方がよい、という相反する関係がある。（図９）
この最適点をこれまでの試験結果より推察し、パイロットピストン径を大きくし、適切なパイロット容積としたことにより安定した弁動作を得ることができる。（図１０にパイロットピストン径を大きくし、径の関係を変えた場合の減衰係数ζ、ばね定数比α、パイロット容積Ｖの関係を示した。）

以上のように、本実施形態ではパイロットピストン径を大きくしたことで、ポペット弁が開口する際にパイロットピストンに作用する圧油が支配的となり、油が流出する際にポペット弁端に生じる流体力による振動等の悪影響が抑えられる。したがって安定した弁動作を実現できる。

次に第５実施形態について説明する。本実施形態では、パイロット電磁弁は第２，３実施形態のパイロット電磁弁８５と同じであるが、主弁は図１１に示した構造となっている。
本実施形態の主弁９５は、第４実施形態の主弁９０とほぼ同じであるが、符号９６で示したポペット弁の先端形状が異なる。他は主弁９５と同様であり、同一の符号を用いて説明を省略する。
本主弁のポペット弁９５は、ポペット弁９６の先端部がテーパ形状であり、軸に対して垂直な平坦面を持たない。
これにより、ポペット弁９６の先端部における流れの剥離が抑えられ、剥離によって生じる不安定な渦も抑えられポペット弁９６の作動毎の応答性の時間のバラツキを小さくすることができる。図１２に示したものはＣＦＤ解析の結果である。従来形状の（ａ）と比較し、本実施形態の（ｂ）では過渡的な圧力変化、剥離を抑えることができることがわかる。
また、１ｍｓｅｃ以下のバラツキを抑えることができることが試験によって確認されている。したがって本実施形態では、さらに安定した弁動作を実現することができる。

次に第６実施形態について説明する。本実施形態では、パイロット電磁弁は第３実施形態のパイロット電磁弁８５と同じであるが、主弁は図１３に示した構造となっている。
本実施形態の主弁９８は、第４，５実施形態の主弁９０，９５とほぼ同じであるが、符号９９で示した細径部が異なる。他は主弁９０，９５と同様であり、同一の符号を用いて説明を省略する（図では主弁９５に変更を加えた例を示した）。
本実施形態では、細径部９９の直径は第４，５実施形態の主弁９０，９５と比較して大きくなっている。また応答性を変えないために受圧面積ａ１≒ａ２となるようにポペットシート径、摺動部径が設定されている。その径の関係は、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．５〜０．７：１．８〜３．８の比率で示される程度である。
上記第４，５実施形態の場合、ポペット弁閉止時の閉止力が大きいためポペットシート部の衝突応力が大きくなる。これを改善するために、本実施形態においてはポペット弁細径部９９の径を大きくすることで弁閉止時の上向き力を大きくし、衝突力を低減させ耐久力の改善を実現することができる。

なお、上記の各実施形態では増圧ピストンに圧油を供給する場合について示したが、排気弁を作動させる場合に適用することもできる。また、上記の各実施形態において、パイロット電磁弁と主弁との組み合わせは可能な範囲で適宜変更してもよいのはもちろんである。
また上記に示した各数値は、同じ作用効果が得られる範囲内であれば、厳密に同一の値でなくてもよいのはもちろんである。

本発明の第１実施形態として示した内燃機関流体回路の全体を示した図である。 同内燃機関流体回路の主弁について示した図である。 本発明の第２実施形態として示した内燃機関流体回路の全体を示した図である。 同内燃機関流体回路の主弁について示した図である。 本発明の第３実施形態として示した内燃機関流体回路の全体を示した図である。 本発明の第４実施形態として示した内燃機関流体回路の主弁を示した図である。 主弁の開き動作における挙動について示した図である。 ばね定数比の考え方について示した図である。 ２段折れ発生と振動発生との関係について示した図である。 減衰係数ζ、ばね定数比α、パイロット容積Ｖの関係を示した図である。 本発明の第５実施形態として示した内燃機関流体回路の主弁を示した図である。 同主弁におけるポペット弁先端の流れについて解析した結果を示した図である。 本発明の第６実施形態として示した内燃機関流体回路の全体を示した図である。

符号の説明

１…パイロット電磁弁、
２…主弁Ａ（第１の主弁）、
３…主弁Ｂ（第２の主弁）、
１３…ソレノイド、
１４…固定鉄心、
１６…可動鉄心、
２５…流路切換ポート、
３２…弁体、
３８…ポペットシート、
４３…ポペット弁、
４５…摺動部、
６０…主弁Ａ（第１の主弁）、
６１…主弁Ｂ（第２の主弁）、
６６…弁体、
７１…ポペットシート、
７３…ポペット弁、
７５…摺動部、
７７…パイロットピストン、
８５…パイロット電磁弁、
８６…可動鉄心、
９０…主弁Ａ，Ｂ、
９１…パイロットピストン、
９５…主弁Ａ，Ｂ、
９６…ポペット弁、
９８…主弁Ａ，Ｂ、
９９…細径部

Claims (8)

1. 内燃機関の燃料噴射弁へ燃料を増圧して供給する増圧ピストンを作動させる内燃機関用流体回路であって、
   前記増圧ピストンに圧油源からの圧油を供給する第１の主弁と、同増圧ピストンから圧油を排出する第２の主弁と、前記第１及び第２の主弁にパイロット圧として前記圧油源の圧油を交互に与えることでこれら主弁を駆動する１台のパイロット電磁弁とを備え、
   前記第１及び第２の主弁は、ハウジングと、該ハウジングに収容されて軸方向に駆動される弁体とを備え、該弁体は、前記ハウジングに設けられたポペットシートに接触・離間することで流路を開閉するポペット弁を先端に備えたポペット弁構造であることを特徴とする内燃機関用流体回路。
2. 内燃機関からの排気を制御する排気弁を作動させる内燃機関用流体回路であって、
   前記排気弁に圧油源からの圧油を供給する第１の主弁と、同排気弁から圧油を排出する第２の主弁と、前記第１及び第２の主弁にパイロット圧として前記圧油源の圧油を交互に与えることでこれら主弁を駆動する１台のパイロット電磁弁とを備え、
   前記第１及び第２の主弁は、ハウジングと、該ハウジングに収容されて軸方向に駆動される弁体とを備え、該弁体は、前記ハウジングに設けられたポペットシートに接触・離間することで流路を開閉するポペット弁を先端に備えたポペット弁構造であることを特徴とする内燃機関用流体回路。
3. 前記第１及び第２の主弁は、前記パイロット電磁弁から与えられるパイロット圧が作用して前記ポペット弁を駆動するパイロットピストンを備え、前記弁体には、前記先端のポペット弁と前記パイロットピストンとの間に細径部が設けられ、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．２〜０．４：１．８〜２．２の関係にあることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用流体回路。
4. 前記第１及び第２の主弁は、前記パイロット電磁弁から与えられるパイロット圧が作用して前記ポペット弁を駆動するパイロットピストンを備え、前記弁体には、前記先端のポペット弁と前記パイロットピストンとの間に細径部が設けられ、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．５〜０．７：１．８〜３．８の関係にあることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用流体回路。
5. 前記第１及び第２の主弁は、前記ポペット弁の先端がテーパ形状であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関用流体回路。
6. ハウジングと、該ハウジングに収容されて軸方向に駆動される弁体と、外部からパイロット圧を受けて前記弁体を駆動させるパイロットピストンとを備え、前記弁体は、前記ハウジングに設けられたポペットシートに接触・離間することで流路を開閉するポペット弁を先端に備えたポペット弁構造である主弁において、前記弁体には、前記先端のポペット弁と前記パイロットピストンとの間に細径部が設けられ、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．２〜０．４：１．８〜２．２の関係にあることを特徴とする主弁。
7. ハウジングと、該ハウジングに収容されて軸方向に駆動される弁体と、外部からパイロット圧を受けて前記弁体を駆動させるパイロットピストンとを備え、前記弁体は、前記ハウジングに設けられたポペットシートに接触・離間することで流路を開閉するポペット弁を先端に備えたポペット弁構造である主弁において、前記弁体には、前記先端のポペット弁と前記パイロットピストンとの間に細径部が設けられ、（パイロットピストン径）^２：（細径部径）^２：（主弁径）^２＝１：０．５〜０．７：１．８〜３．８の関係にあることを特徴とする主弁。
8. 前記ポペット弁の先端がテーパ形状であることを特徴とする請求項６または７に記載の主弁。

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