JP4478944B2 - 流体調量弁およびそれを用いた燃料噴射ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体流量を調量する流体調量弁およびそれを用いた燃料噴射ポンプに関するものである。

流体入口から流入し流体出口から流出する流体流量を調量する流体調量弁として、燃料噴射ポンプに用いられているように、電磁弁を用いたものが知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。これら燃料噴射ポンプでは、燃料加圧室の燃料入口側に流体調量弁を設置し、流体調量弁が開閉することにより燃料加圧室と燃料入口との連通を断続している。そして、電磁駆動部を通電制御することにより燃料加圧時における流体調量弁の閉弁タイミングを制御し、燃料吐出量を調整している。

特公昭５０−６０４３号公報 特開平１０−１４１１７７号公報 特開２００２−４８０３３号公報

しかしながら、特許文献１、２、３の流体調量弁では、電磁駆動部に通電して磁気吸引力で可動部材を移動させることにより、流体調量弁を閉弁したり、流体調量弁の開弁状態を保持する。このようにギャップを介して吸引側から離れている可動部材を磁力により吸引し移動させる構成では、可動部材を吸引するために大きな磁気吸引力が必要である。その結果、電磁駆動部が大型化したり、磁気吸引力を発生させるための電力消費量が増加するという問題がある。また、ギャップを介して可動部材を吸引する構成では、電磁駆動部に通電してから可動部材を吸引して移動させる応答性を高めるために、あるいは流体調量弁の開弁時の通路面積を増加するためにギャップを大きくするためには、磁気吸引力を増加する必要がある。その結果、電磁駆動部が大型化したり、磁気吸引力を発生させるための電力消費量が増加するという問題がある。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、電磁駆動部を小型化し電力消費量を低減する流体調量弁を提供することにある。

請求項１から３記載の発明によると、弁部材とストッパとの間に磁気吸引力を発生させることにより、上流側と下流側との差圧により下流側に移動してストッパに係止された開弁位置に弁部材を保持するので、小さい磁気吸引力で開弁位置に弁部材を保持できる。これにより、電磁駆動部を小型化し、電力消費量を低減できる。電磁駆動部への通電をオフすれば、上流側と下流側との差圧により弁部材が往復移動し、流体入口側と流体出口側との連通を弁部材が断続する。

また、弁部材がストッパに係止された状態で弁部材とストッパとの間に磁気吸引力を働かせるので、弁部材のリフト量を大きくし流体入口からの流体流入量を増加しても、磁気吸引力を増加する必要はない。
また、調量弁の弁部材は、磁気吸引力ではなく、差圧の変化により開弁方向および閉弁方向に移動するので、電磁駆動部への通電をオンしてから磁気吸引力により開弁方向または閉弁方向に弁部材が移動するよりも応答性が向上する。

請求項２記載の発明では、ストッパに形成した流体通路を通って弁部材側とプランジャ側との間で燃料が流通する。したがって、プランジャの下降により流体室に燃料を吸入し、プランジャのリフトにより加圧された流体室の燃料を流体出口から吐出できる。
請求項３記載の発明では、弁部材がストッパに係止された状態でも、弁部材とストッパとの当接箇所の周囲に形成された流体通路を通り、プランジャの下降にともない流体室に燃料を吸入できる。

本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射ポンプを図１に示す。燃料噴射ポンプ１０は、高圧燃料の吐出量を流体調量弁である調量弁２０により調量するものであり、例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンのインジェクタに燃料を供給する高圧サプライポンプである。

プランジャ１２は、ハウジング２２に往復移動自在に支持されており、タペット１４とともに往復移動する。タペット１４はスプリング１６の付勢力によりカム２に向けて押し付けられており、カム２の回転に伴いタペット１４の外側底面はカム２と摺動する。
ハウジング２２は、調量弁２０のハウジングと、燃料加圧室２００を形成するシリンダとを兼ねている。ハウジング２２には、燃料加圧室２００、燃料入口２１０および燃料出口２１２が形成されている。特許請求の範囲に記載した「流体室」、「流体入口」、「流体出口」は、それぞれ燃料加圧室２００、燃料入口２１０、燃料出口２１２に相当する。

調量弁２０は、ハウジング２２と、ストッパ３０、弁部材４０、付勢部材としてのスプリング４２、および電磁駆動部としてのコイル５０を有している。ストッパ３０、弁部材４０およびスプリング４２は燃料加圧室２００に設置されている。ストッパ３０は、弁部材４０の燃料下流側に設けられており、例えば、磁性材の表面を非磁性材でコーティングすることにより、板状に形成されている。図１の（Ｂ）に示すように、ストッパ３０の外周に４個の切り欠き形が形成されている。この切り欠きにより、ストッパ３０とハウジング２２の内周面との間に流体通路である燃料通路２０２が形成されている。

弁部材４０およびスプリング４２は、燃料入口２１０および燃料出口２１２とともにストッパ３０に対してプランジャ１２と反対側に設置されている。弁部材４０は、例えば、磁性材、または磁性材の表面を非磁性材でコーティングすることによりカップ状に形成されている。弁部材４０は、スプリング４２の付勢力により、ハウジング２２の燃料入口２１０側に設けた弁座２３に向けて付勢されている。弁部材４０が弁座２３に着座すると、燃料入口２１０が閉塞される。コイル５０への通電をオンすると、弁部材４０とストッパ３０との間に磁気吸引力が働く。コイル５０への通電は、電子制御装置（ＥＣＵ）７０により制御される。
燃料吐出弁６０は、燃料出口２１２に設置されている。燃料加圧室２００の圧力が所定圧以上になると、スプリング６４の付勢力に抗してボール６２が弁座６６から離座し、燃料加圧室２００の燃料が燃料出口２１２から吐出される。

次に、図１および図２に基づいて燃料噴射ポンプ１０の作動について説明する。
（１）吸入工程
図２の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、カム２の回転にともないプランジャ１２が上死点から下死点に向けて下降し、燃料加圧室２００の圧力が低下すると、弁部材４０の上流側である燃料入口２１０側と下流側である燃料加圧室２００とから弁部材４０が受ける差圧が変化する。そして、燃料加圧室２００の燃料圧力により弁部材４０が弁座２３に着座する方向に受ける力とスプリング４２の付勢力との和が、燃料入口２１０側の燃料圧力により弁部材４０が弁座２３から離座する方向に受ける力よりも小さくなると、弁部材４０は弁座２３から離座し、ストッパ３０に係止される。これにより、燃料入口２１０から燃料加圧室２００に燃料が吸入される。弁部材４０がストッパ３０に係止されている図２の（Ｂ）に示す状態においても、弁部材４０とストッパ３０との当節箇所の周囲に燃料通路２０２が形成されているので、燃料通路２０２を通り燃料加圧室２００のプランジャ１２側にも燃料が吸入される。

ＥＣＵ７０は、カム２の回転角度信号から、プランジャ１２が下死点に達する前のストッパ３０に弁部材４０が係止されストッパ３０と弁部材４０とが当接している状態で、コイル５０への通電をオンする（図２のＴｓ）。ストッパ３０と弁部材４０とが当接しているので、ストッパ３０に弁部材４０が係止された開弁状態を保持するために必要な磁気吸引力は小さくてよい。

（２）戻し工程
図２の（Ｃ）に示すように、プランジャ１２が下死点から上死点に向かってリフトすると、燃料通路２０２を介して弁部材４０側の燃料加圧室２００の燃料圧力が上昇するので、弁部材４０が弁座２３に向けて受ける力は大きくなる。しかし、コイル５０への通電はオンされた状態であり、ストッパ３０と弁部材４０との間に磁気吸引力が働いているので、弁部材４０はストッパ３０に係止された開弁位置に保持される。これにより、燃料入口２１０の開いた状態が保持されるので、プランジャ１２のリフトにより加圧された燃料加圧室２００の燃料は、燃料入口２１０から低圧側に流出する。

（３）圧送工程
戻し工程中にコイル５０への通電をオフすると（図２のＴｅ）、弁部材４０とストッパ３０との間に磁気吸引力が働かなくなる。その結果、弁部材４０が燃料加圧室２００の燃料圧力により弁座２３に着座する方向に受ける力とスプリング４２の付勢力との和が、燃料入口２１０側の燃料圧力により弁部材４０が弁座２３から離座する方向に受ける力よりも大きくなるので、弁部材４０は差圧により弁座２３に着座し、燃料入口２１０は閉塞される。この状態でプランジャ１２がさらに上死点に向けてリフトすると、燃料加圧室２００の燃料が加圧され燃料圧力が上昇する。そして、燃料加圧室２００の燃料圧力が所定圧以上になると、スプリング６４の付勢力に抗してボール６２が弁座６６から離座し、燃料吐出弁６０が開弁する。これにより、燃料加圧室２００で加圧された燃料が燃料出口２１２から吐出される。
そして、上記（１）、（２）、（３）の工程を繰り返すことにより、燃料噴射ポンプ１０から燃料が吐出される。

図２において、コイル５０への通電をオンするタイミングＴｓは、プランジャ１２が上死点に達したＴ１と吸入工程中のＴ２との間であれば、どのタイミングであってもよい。
ところで、ストッパ３０と弁部材４０との間に働く磁気吸引力は小さいので、例えば弁部材４０が燃料入口２１０側の弁座２３に着座しているタイミイングＴ１でコイル５０への通電をオンしても、弁部材４０は磁気吸引力により下流側のストッパ３０に向けて移動するのではなく、差圧により下流側に移動しストッパ３０に係止される。

タイミングＴ２は、コイル５０への通電をオンしてから弁部材４０とストッパ３０との間に磁気吸引力が働くまでの応答遅れを考慮し、プランジャ１２が下死点から上死点に向けてリフトしても、ストッパ３０に弁部材４０が係止されている開弁状態を保持できる最も遅いタイミングである。

図３、図４は、コイル５０への通電をオンからオフするタイミングを変更し、燃料吐出量を調整した例である。コイル５０への通電をオフからオンするタイミングＴｓは、図２と同じである。
図３では、図２においてコイル５０への通電をオフするタイミングＴｅよりも早く、プランジャ１２が下死点に達する前のタイミングＴｅ１でコイル５０への通電をオフするので、戻し工程がほとんどなく、プランジャ１２が下死点から上死点に向けてリフトを開始すると、燃料入口２１０がすぐに閉塞され、圧送工程が開始される。この場合、燃料吐出量は最大になる。コイル５０への通電をオフし続けても、図３と同じ燃料入口２１０の開閉状態となり、燃料吐出量は最大となる。

一方、図４では、図２においてコイル５０への通電をオフするタイミングＴｅよりも遅いタイミングＴｅ２でコイル５０への通電をオフするので、戻し工程が長くなり、圧送工程が短くなっている。したがって、図２よりも燃料吐出量は減少する。
このように、コイル５０への通電タイミングを制御して調量弁２０が燃料入口２１０を開閉することにより、燃料吐出量を調整している。

（第２、第３、第４実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に、第３実施形態を図６に、第４実施形態を図７に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付し、説明を省略する。
第２、第３、第４実施形態の燃料噴射ポンプは、第１実施形態の燃料噴射ポンプ１０と調量弁の構成が異なっている。

図５に示す第２実施形態の燃料噴射ポンプ８０では、調量弁８２のストッパ８４と弁部材８６とは、互いに相手側に向けて突出している突部を有しており、この突部同士が当接する。
図６に示す第３実施形態の燃料噴射ポンプ９０では、調量弁９２の弁部材９４はカップ状に形成されており、ストッパ３０に面する開口側に外側に広がるフランジ９６を有している。これにより、ストッパ３０に係止される弁部材９４の面積が増加するので、ストッパ３０に係止された状態で弁部材９４が傾くことを抑制する。
図７に示す第４実施形態の燃料噴射ポンプ１００では、調量弁１０２のストッパ１０４にスプリング４２を係止する凹部が形成されている。そして、ボール１０６および筒部材１０８が弁部材を構成している。

以上説明した上記複数の実施形態では、差圧により下流側のストッパに係止されストッパと当接している弁部材とストッパとの間に磁気吸引力を働かせ、ストッパに係止された開弁位置に弁部材を保持するので、小さな磁気吸引力で開弁位置に弁部材を保持できる。その結果、電磁駆動部であるコイル５０を小型化し、コイル５０の電力消費量を低減できる。

また、弁部材がストッパに係止された状態で弁部材とストッパとの間に磁気吸引力を働かせるので、弁部材のリフト量を大きくし燃料入口２１０からの燃料吸入量を増加しても、磁気吸引力を増加する必要がない。
また、調量弁の弁部材は、磁気吸引力ではなく、差圧の変化により開弁方向および閉弁方向に移動するので、コル５０への通電をオンしてから磁気吸引力により開弁方向または閉弁方向に弁部材が移動するよりも応答性が向上する。

（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、ストッパを切り欠いて燃料通路２０２を形成したが、ハウジング２２の内周面側に燃料通路を形成してもよい。
また上記複数の実施形態では、燃料噴射ポンプの燃料吐出量を調量する調量弁として本発明の流体調量弁を適用したが、燃料噴射ポンプ以外にも、燃料入口から流入し燃料出口から流出する流体の流量を調整するのであれば、どのような用途に本発明の流体調量弁を使用してもよい。

（Ａ）は本発明の第１実施形態による燃料供給装置を示す断面図であり、（Ｂ）はストッパをプランジャ側から見た図である。 プランジャリフトと、燃料入口の開閉と、コイルへの通電との関係を示す説明図である。 プランジャリフトと、燃料入口の開閉と、コイルへの通電との関係を示す他の説明図である。 プランジャリフトと、燃料入口の開閉と、コイルへの通電との関係を示す他の説明図である。 本発明の第２実施形態による燃料供給装置を示す断面図である。 本発明の第３実施形態による燃料供給装置を示す断面図である。 本発明の第４実施形態による燃料供給装置を示す断面図である。

符号の説明

１０、８０、９０、１００ 燃料供給装置、２０、８２、９２、１０２ 調量弁（流体調量弁）、２２ ハウジング、３０、８４、１０４ ストッパ、４０、８６、９４ 弁部材、４２ スプリング、５０ コイル（電磁駆動部）、６０ 燃料吐出弁、７０ ＥＣＵ（電子制御装置）、１０６ ボール（弁部材）、１０８ 筒部材（弁部材）、２００ 燃料加圧室（流体室）、２０２ 燃料通路（流体通路）、２１０ 燃料入口（流体入口）、２１２ 燃料出口（流体出口）

Claims (3)

1. 流体入口から流入し流体出口から流出する流体流量を調量する流体調量弁において、
   前記流体入口と前記流体出口との間に形成された流体室に設置されている弁部材であって、前記弁部材の上流側と下流側との差圧に応じて往復移動し、下流側に移動することにより前記流体入口と前記流体出口とを連通させる弁部材、
   前記弁部材の下流側に設けられ前記弁部材を係止するストッパ、
   及び、通電することにより前記弁部材と前記ストッパとの間に磁気吸引力を発生させ、差圧により前記ストッパに係止された開弁位置に前記弁部材を保持する電磁駆動部、
   を有し、流体入口から流入し流体出口から流出する流体流量を調量する流体調量弁と、
   往復移動することにより、前記流体入口から前記流体室に流入した燃料を加圧し、前記流体出口から吐出するプランジャと、
   を備え、
   前記流体入口、前記流体出口および前記弁部材は、前記ストッパに対して前記プランジャと反対側に形成されていることを特徴とする燃料噴射ポンプ。
2. 前記ストッパに流体通路が形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ポンプ。
3. 前記弁部材と前記ストッパとの当接箇所の周囲に流体通路が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射ポンプ。

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