JP4694383B2 - スプール弁 - Google Patents

Description

本発明は、例えば流量を制御するスプール弁に関する。

従来、流量を制御する際には、スプール弁が用いられており、該スプール弁では、ポートの開度を調整することで通流量を制御できるように構成されている。

図６は、スプール弁８００において、円筒状のスプール８０１がノズル８０２の弁室８０３に収容された状態を示す断面図であり、前記ノズル８０２の周面には、四つのノズルポート８０４，・・・が等間隔に設けられ、入力ポートが構成されている。前記各ノズルポート８０４，・・・が開口した前記弁室８０３の壁面には、リング溝８０５が全周に渡って形成されており、前記各ノズルポート８０４，・・・に供給された油が前記リング溝８０５に流入されるように構成されている。これにより、前記油を前記スプール８０１の外周部に供給できるように構成されている。

前記スプール８０１の周面には、スリットや穴からなるスプールポート８１１，８１１が二箇所に設けられており、両スプールポート８１１，８１１は、対向する位置に設けられている。

これにより、前記スプール８０１を移動して前記各スプールポート８１１，８１１を前記リング溝８０５に連通させることによって、前記各ノズルポート８０４，・・・より前記リング溝８０５に供給された油を前記各スプールポート８１１，８１１を介して弁室８０３内へ入力できるように構成されている。

しかしながら、このようなスプレー弁８００にあっては、前記スプール８０１が前記弁室８０３内で回転できるように構成されており、図６の（ａ）に示したように、前記スプール８０１の両スプールポート８１１，８１１の総てが前記ノズル８０２の前記ノズルポート８０４，・・・に対向した状態と、図６の（ｂ）に示したように、前記スプール８０１の総てのスプールポート８１１，８１１が前記弁室８０３の壁面に対向した状態とが形成されることがある。

このとき、前記スプール８０１の両スプールポート８１１，８１１が前記ノズル８０２の前記ノズルポート８０４，・・・に対向した図６の（ａ）の状態では、前記ノズルポート８０４，・・・からの油が直接前記スプールポート８１１，８１１から入力されることとなり、通流経路が最短となるのに伴って前記油の通流量が最大となる。

一方、前記スプール８０１の両スプールポート８１１，８１１が前記弁室８０３の壁面に対向した図６の（ｂ）の状態では、前記ノズルポート８０４，・・・からの油が前記リング溝８０５を経由して前記スプールポート８１１，８１１から入力されることとなり、通流経路が最長となるのに伴って前記油の通流量が最小となる。

このように、前記スプール８０１の状態によって通流量が大きく変化し、その流量差が大きくなりがちであった。これにより、出力流量のバラツキが大きくなる恐れがあった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、出力流量の安定化を図ることができるスプール弁を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために本発明のスプール弁にあっては、ノズルに複数のノズルポートが周方向に並設されるとともに、当該ノズルに回転自在に収容されるスプールに複数のスプールポートが周方向に並設され、前記ノズルポートと前記スプールポートとの間に通流経路が形成されるスプール弁において、隣接する前記ノズルポートが成す角度と、隣接する前記スプールポートが成す角度との関係が整数倍とならないように前記ノズルポート及び前記スプールポートを配置するとともに、前記ノズルポート及び前記スプールポートは、前記スプールの回転角度に係わらず、相互の開口部少なくとも１か所が相互に対向するようにした。

すなわち、ノズルに設けられたノズルポートと、前記ノズルに収容されたスプールに設けられたスプールポートとは、隣接する前記ノズルポートが成す角度と、隣接する前記スプールポートが成す角度との関係が整数倍とならないように配置されている。

このため、前記ノズル内で前記スプールが回転した場合であっても、前記スプールに設けられた総てのスプールポートが前記ノズルに設けられたノズルポートに対向した状態、又は前記ノズルに設けられた総てのノズルポートが前記スプールに設けられたスプールポートに対向した状態が回避される。

以上説明したように本発明のスプール弁にあっては、前記ノズル内で前記スプールが回転した場合であっても、前記スプールに設けられた総てのスプールポートが前記ノズルに設けられたノズルポートに対向し、又は前記ノズルに設けられた総てのノズルポートが前記スプールに設けられたスプールポートに対向し、通流経路が最短となる状態を回避することができる。

このため、総てのスプールポートがノズルポートに対向した状態と、総てのスプールポートがノズルポートに対向しない状態とが形成され得る従来と比較して、前記スプールの回転位置に伴う通流量の変動幅を小さくすることができる。

これにより、流量差を抑えることができ、出力流量の安定化を図ることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本実施の形態にかかるスプール弁１を示す図である。このスプール弁１は、例えばディーゼルエンジン車のコモンレールシステムに設けられ、該コモンレールシステムの一次ポンプから二次ポンプへ供給される燃料の流量を制御するものである。

このスプール弁１のケーシング１１には、ボビン１２にコイル１３が巻回されてなるソレノイド１４が収容されており、前記ボビン１２の一端側には、コア１５が内嵌されている。該コア１５の端部には、ガイド１６を介してヨーク１７が収容されており、該ヨーク１７と前記コア１５との間には、プランジャー１８が移動自在に収容されている。

該プランジャー１８には、作動軸２１が挿通しており、前記プランジャー１８より一方側に延出した前記作動軸２１の部位がカラー２２を介して前記コア１５に支持されている。前記ヨーク１７には、固定ブラケット２３が外嵌した状態で固定されており、当該ヨーク１７には、ノズル２４に設けられた内嵌部２５が内嵌した状態で固定されている。

このノズル２４には、弁室３１が形成されており、該弁室３１内には、図２にも示すように、スプール３２が軸方向へ移動自在であるとともに当該弁室３１内で回転自在に収容されている。このスプール３２は、前記弁室３１の先端部に設けられた抜け止め３３によって離脱が防止されており、該抜け止め３３と前記スプール３２との間には、コイルスプリング３４が配設されている。これにより、前記スプール３２は、前記プランジャー１８側へ向けて付勢されている。

前記ノズル２４には、前記一次ポンプからの燃料が供給される入力ポート４１が設けられている。該入力ポート４１は、前記ノズル２４の外周面に沿って全周に渡り凹設された外側溝４２と、該外側溝４２より当該ノズル２４の中心方向へ向けて延在する五つのノズルポート４３，・・・と、前記弁室３１の内側面に全周に渡って凹設された内側溝４４とを備えており、該内側溝４４は、前記スプール３２の周面４５が摺接する摺接面４６に形成されている。

これにより、前記ノズル２４には、前記各ノズルポート４３，・・・が周方向に並設されており、当該ノズル２４の前記外側溝４２に供給された燃料は、前記各ノズルポート４３，・・・を介して前記内側溝４４に入力され、該内側溝４４によって前記スプール３２の外周部に供給できるように構成されている。

前記抜け止め３３には、前記弁室３１と外部とを連通する出力ポートが中央部に開設されており（図示省略）、前記弁室３１内に入力された燃料を前記出力ポートを介して前記二次ポンプ側へ出力できるように構成されている。

前記スプール３２は、図３にも示すように、有底円筒状に形成されており、前記抜け止め３３側が開口するように配置されている。

このスプール３２には、一対のスプールポート５１，５１が周方向に並設されている。各スプールポート５１，５１は、前記スプール３２の先端部に形成された三角形状の切欠部５２，５２と、各切欠部５２，５２の奥側に形成されたスリット５３，５３とによって構成されており、これらからなる前記各スプールポート５１，５１は、当該スプール３２の内側と外側とを連通するように構成されている。

ここで、本実施の形態では、前記スプールポート５１，５１を前記切欠部５２，５２と前記スリット５３，５３とで構成した場合を例に挙げて説明するが、この形態に限定されるものではなく、前記スプールポート５１，５１を、前記スプール３２に開設された開口部で構成しても良い。

これにより、前記プランジャー１８で前記スプール３２を長さ方向へ移動して前記入力ポート４１の前記内側溝４４に対する前記スプールポート５１，５１の位置を制御することにより、図４にも示すように、前記入力ポート４１の前記ノズルポート４３，・・・と前記スプールポート５１，５１との間に通流経路６１を形成し、前記各ノズルポート４３，・・・からの燃料を前記スプールポート５１，５１を介して前記弁室３１内へ入力するとともに、前記内側溝４４に対する前記スプールポート５１，５１の位置を変位することで、入力される燃料の通流量を制御できるように構成されている。

また、前記スプール３２の前記プランジャー１８側へ後退を開始した初期段階では、小径の前記スリット５３，５３が前記内側溝４４に対向するため、前記スプール３２の移動量に対する通流量の変化率を緩やか変化できるように構成されており、前記切欠部５２，５２が前記内側溝４４に対向し始めた段階から、前記スプール３２の移動量に対する通流量の変化率を大きくできるように設定されている。

図４は、図２のＡ−Ａ断面に相当する説明図であり、前記ノズル２４と該ノズル２４に収容された前記スプール３２の断面が示されている。

すなわち、前記ノズル２４に形成された前記各ノズルポート４３，・・・は、周方向に等間隔をおいた五カ所に形成されており、隣接する前記ノズルポート４３，４３同士が成すノズル側設定角度θ１は、７２度に設定されている。

一方、前記スプール３２に形成された前記各スプールポート５１，５１は、周方向に等間隔をおいた二箇所、つまり対向する位置に設けられており、隣接する前記スプールポート５１，５１同士が成すスプール側設定角度θ２は、１８０度に設定されている。

これにより、隣接した前記ノズルポート４３，４３同士が成すノズル側設定角度θ１と、隣接した前記スプールポート５１，５１が成す前記スプール側設定角度θ２とは、整数倍とならないように前記ノズルポート４３，・・・及び前記スプールポート５１，５１が配置されている。

以上の構成にかかる本実施の形態にあっては、前記ノズル２４に設けられた各ノズルポート４３，・・・と、前記ノズル２４に収容された前記スプール３２の各スプールポート５１，５１とは、隣接した前記ノズルポート４３，４３同士が成すノズル側設定角度θ１と、隣接した前記スプールポート５１，５１が成す前記スプール側設定角度θ２との関係が整数倍とならないように配置されている。

このため、前記ノズル２４内で前記スプール３２が回転した場合であっても、図４の（ａ）や（ｂ）に示したように、前記スプール３２に設けられた総てのスプールポート５１，５１が前記ノズル２４に設けられたノズルポート４３，・・・に対向し、通流経路が最短となる状態を回避することができる。

このため、総てのスプールポート５１，５１がノズルポート４３，・・・に対向する状態と、総てのスプールポート５１，５１がノズルポート４３，・・・に対向しない状態とが形成され得る従来と比較して、前記スプール３２の回転位置に伴う通流量の変動幅を小さくすることができる。

これにより、流量差を抑えることができ、出力流量の安定化を図ることができる。

図５の（ａ）は、本実施の形態のスプール弁１と、図６に示した従来のスプール弁８００とでのスプールの回転角に対する出力ポートからの流量を示す図であり、本実施の形態のスプール弁１での流量特性８１が実線で示され、従来のスプール弁８００での流量特性８２が破線で示されている。

この図から、従来のスプール弁８００では、スプール８０１の回転角に対する流量の変化が大きいことが分かる。一方、本実施の形態のスプール弁１では、スプール３２の回転角に対する流量の変化が小さいこと分かる。

また、図５の（ｂ）は、スプールが回転した際の最大流量と最小流量との流量差を比較した図であり、本実施の形態のスプール弁１での流量差９１と、従来のスプール弁８００での流量差９２とが示されている。

この図から、本実施の形態のスプール弁１では、従来のスプール弁８００と比較して、その流量差が極めて小さいことが分かる。

なお、本実施の形態では、前記スプールポート５１，５１の数が前記ノズルポート４３，・・・の数より少ない場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、スプールポート５１の数がノズルポート４３の数より多い場合であっても、隣接したノズルポート４３，４３同士が成すノズル側設定角度θ１と、隣接した前記スプールポート５１，５１同士が成す前記スプール側設定角度θ２とが整数倍とならないように前記ノズルポート４３及び前記スプールポート５１を配置することによって、前述した効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態を示す断面図ある。 同実施の形態の要部を示す拡大図である。 同実施の形態のスプールを示す拡大図である。 （ａ）は、図２のＡ−Ａ断面を示す図であり、（ｂ）は、同断面において、スプールが回転した状態を示す図である。 （ａ）は、同実施の形態の流量と従来の流量とを比較した図であり、（ｂ）は、同実施の形態の流量差と従来の流量差とを比較した図であり （ａ）は、従来のスプール弁を示す要部の断面図で、（ｂ）は、同断面において、スプールが回転した状態を示す図である。

符号の説明

１ スプール弁
２４ ノズル
３２ スプール
４３ ノズルポート
５１ スプールポート
６１ 通流経路

Claims (1)

1. ノズルに複数のノズルポートが周方向に並設されるとともに、当該ノズルに回転自在に収容されるスプールに複数のスプールポートが周方向に並設され、前記ノズルポートと前記スプールポートとの間に通流経路が形成されるスプール弁において、
   隣接する前記ノズルポートが成す角度と、隣接する前記スプールポートが成す角度との関係が整数倍とならないように前記ノズルポート及び前記スプールポートを配置し、
   かつ、前記ノズルポート及び前記スプールポートは、前記スプールの回転角度に係わらず、相互の開口部の少なくとも１か所が相互に一部対向することを特徴とするスプール弁。

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