JP4745115B2 - 流体圧力制限装置 - Google Patents
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Description
従来、図6に示すようなリリーフバルブ200が知られている。(特許文献1参照)
図6に示すリリーフバルブ200は、ケーシング110を有している。ケーシング110には、ケーシング孔を形成する壁面111が形成されている。壁面111の一端側には、シール面114が形成されている。シール面114と燃料流入口112との間には、孔113が形成されている。
また、ケーシング孔内には、カップ形状に形成されたストッパ130が設けられている。ストッパ130には、燃料を燃料流出口113に流すための連通穴131が形成されている。そして、ストッパ130とシール面114との間には、カップ形状に形成されたバルブ120が、壁面111に接触した状態で移動可能(摺動可能)に設けられている。バルブ120の一端側には、シール球121が設けられている。
ストッパ130とバルブ120の間には、スプリング125が設けられている。このスプリング125の弾性力によって、シール面114の方向に移動する力がバルブ120に加わる。
バルブ120には、燃料通路122が設けられている。燃料通路122のシール面114側には、絞りエレメント123が設けられている。
一方、燃料流入口112に流入する燃料の圧力がスプリング125の弾性力に応じた設定圧力より小さくなると、スプリング125の弾性力によって、バルブ120が閉方向(図6の下方)に移動する。これにより、シール球121がシール面114に当接し、燃料の排出が停止する。
図6に示すリリーフバルブでは、燃料通路122内に絞りエレメント123が設けられている。これにより、バルブ120の運動が緩衝され、バルブ120がストッパ130及びシール面114に当接する時の力が弱められる。
なお、バルブ120と壁面111との接触箇所より下流側に流出室が設けられ、流出室と燃料流出口との間に絞りエレメントが設けられている場合にも、流出室内の燃料の圧力が上昇する。流出室内の燃料の圧力は、バルブ120を閉方向(図6の下方)に移動させる力として作用するため、バルブ120の開方向(図6の上方)への移動が阻害される。
したがって、燃料流入口112に流入する燃料の圧力がスプリング125の弾性力に応じた設定圧力より大きくなった時に、シール球121とシール面114との当接が解除されない虞がある。この場合には、バルブ燃料流入口112に流入する燃料、すなわち、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力が上昇する。
このように、流体通路を形成する壁面とバルブが接触する接触箇所より上流側あるいは下流側に流体が溜まる中間室(流入室あるいは流出室)が存在すると、中間室内の流体の圧力によってバルブの動作特性が低下する恐れがある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、流体通路を形成する壁面とバルブが接触する接触箇所より上流側あるいは下流側に存在する中間室内の流体の圧力によってバルブの動作特性が低下するのを防止する技術を提供することを目的とする。
以下に説明する各発明は、種々の流体の圧力を制限する流体圧力制限装置として用いることができる。例えば、内燃機関の燃料噴射装置に供給される燃料の圧力が異常に上昇するのを防止する燃料圧力制限装置(通常、「リリーフバルブ」と呼ばれている)として用いることができる。
本発明は、流入口と流出口の間に設けられている流体通路と、流体通路に設けられているバルブシートと、流体通路に移動可能に設けられているバルブと、弾性力を発生する弾性力発生部材を備えている。弾性力発生部材としては、典型的には、スプリングが用いられる。
バルブは、流体通路を形成する通路壁面に接触する接触面と、バルブシートに当接可能な当接部を有している。弾性力発生部材は、バルブシートに近づく方向にバルブを移動させる弾性力を発生する。そして、バルブは、接触面が通路壁面に接触した状態で、流入口に流入する流体の圧力と弾性力発生部材から発生する弾性力に応じた設定圧力に基づいて、通路壁面に沿って移動(摺動)するように設けられている。バルブの移動によって、当接部がバルブシートに当接した閉状態、あるいは、当接部とバルブシートとの当接が解除された開状態に切り替わる。なお、バルブを移動させる力は弾性力に限定されない。例えば、電磁力あるいは弾性力と電磁力を用いることができる。
流体通路は、接触面と通路壁面が接触する箇所とバルブシートとの間(接触面より、流体が流れる方向の上流側)に設けられている第1及び第2の流入流体通路と、接触面より下流側に設けられている流出流体通路を有している。第2の流入流体通路は、第1の流入流体通路より下流側に設けられている。
本発明では、第2の流入流体通路は、第1の流入流体通路より下流側に設けられているとともに、流量を減少させる形状の連通部(絞り部)を介して連通されている。典型的には、第2の流入流体通路は、絞り部とバルブの接触面との間に形成される。絞り部は、例えば、流入流体通路に配置され、隙間を有する状態でバルブが挿通される穴を有する壁部材が対応する。また、接触面より上流側に配置されているが、接触面より下流側に配置されている流出流体通路との間に絞り部が設けられていない流体通路は、流出流体通路に含まれる。
そして、第2の流入流体通路と流出流体通路を連通する第1の連通部が設けられている。第1の連通部の総開口面積は、第2の流体通路内の流体の圧力によってバルブの移動が阻害されるのを抑制することができるように設定される。第1の連通部は、典型的には、連通穴が用いられる。連通穴が用いられる場合には、総開口面積は、連通穴の開口面積や数によって決定される。
本発明では、第2の流入流体通路と流出流体通路を連通する第1の連通部を設けているため、第2の流入流体通路内の流体の圧力によってバルブの閉方向への移動が阻害されるのを抑制することができ、バルブの動作特性を向上させることができる。したがって、流体圧力の制限精度を高めることができる。
本発明では、第2の流入流体通路の容積が、第1の流入流体通路の容積より大きく設定されている。
電磁力によってバルブを移動させる場合には、磁束を流すアーマチュアがバルブに設けられる。そして、バルブは、流体通路を形成する通路壁面にアーマチュアの接触面が接触した状態で移動する。この場合、アーマチュアの接触面と当接部との間の長さが長くなるため、接触面と当接部の間に、バルブの移動を規制する移動規制部材が設けられる。例えば、隙間を有する状態でバルブが挿通される穴を有する壁部材が流入流体通路に設けられる。この壁部材は、コイルから発生する磁束をアーマチュアに流すためのコアを兼用することができる。弾性力のみによってバルブを移動させる場合でも、軸方向の長さが長いバルブが用いられる時には、同様の移動規制部材が設けられる。このような移動規制部材が流入流体通路に設けられると、流入流体通路は、移動規制部材より上流側に配置される第1の流入流体通路と、移動規制部材より下流側に配置される第2の流入流体通路に分離される。この場合、第2の流入流体通路の容積が第1の流入流体通路の容積より大きくなることが多い。
第2の流入流体通路の容積が第1の流入流体通路の容積より大きいと、第2の流入流体通路内の流体の圧力が上昇した場合の影響が大きい。このため、このような構成の圧力制限装置に本発明の技術を用いることにより、バルブの作動特性を効果的に向上させることができる。
本発明では、流出流体通路側が開口している有底形状の孔を有するバルブを用いている。有底形状の孔を有するバルブを用いることにより、バルブの軸方向の長さを長くすることができる。
なお、バルブの有底形状の孔は、流出流体通路側が開口しているため、流出流体通路に含まれる。
本発明では、第1の連通部は、第2の流入流体通路と、バルブに設けられている有底形状の孔を含む流出流体通路を連通する構成であればよい。
本発明では、第2の流入流体通路とバルブの孔とを連通する連通穴を第1の連通部として用いている。第1の連通部としての連通穴の開口面積や数は、バルブシートの開口面積等に応じて選択される。バルブシートの開口面積は、例えば、バルブシートに設けられているシール面の最小開口面積が対応する。
本発明では、バルブに連通穴を形成すればよいため、第1の連通部を容易に形成することができる。
本発明では、バルブに設けられている有底形状の孔は、少なくとも、第1の孔と第2の孔により構成されている。第2の孔は、第1の孔より下流側に設けられている。また、第2の孔の断面積(軸方向に直角な断面の面積)は、第1の孔の断面積より大きく設定されている。そして、第1の連通部によって、第2の流入流体通路と第2の孔が連通されている。
第2の流入流体通路内の流体圧力の上昇による影響を抑制するためには、第2の流入流体通路から流出流体通路に多くの流体が流れるように構成する必要がある。第1の連結部によって、第2の流入流体通路とバルブの孔を連通する場合、第2の流入流体通路からバルブの孔に多くの流体を流すためには、バルブの孔の断面積が大きい方が好ましい。ここで、バルブシートが設けられる流体通路(例えば、第1の流入流体通路)の断面積は小さいため、バルブの上流側の断面積も小さい。そこで、本発明では、バルブの孔を、上流側に配置され、バルブシートが設けられる流体通路の断面積に対応する断面積を有する第1の孔と、第1の孔より下流側に配置され、第1の孔の断面積より大きい断面積を有する第2の孔により構成している。
第1の連通部としての連通穴の開口面積や数は、第2の孔の断面積等に応じて適宜選択可能である。
本発明では、バルブの第1の孔の断面積が小さい場合でも、第2の流入流体通路内の流体の圧力上昇を効果的に抑制することができる。
本発明では、第1の流入流体通路と第1の孔とを連通する第2の連通部を有している。
第2の連通部としては、典型的には、連通穴が用いられる。第2の連通部の断面積や数は、適宜選択される。第2の流入流体通路より上流側に配置されている第1の流入流体通路と、第2の孔より上流側に配置されている第1の孔を連通する第2の連通部を設けることにより、流体を迅速に排出することができる。
本発明では、第2の流入流体通路内の流体の圧力の上昇を防止しながら、応答性を向上させることができる。
本発明では、第1の連通部の総開口面積が、第2の連通部の総開口面積より大きくなるように構成されている。
第1の連通部及び第2の連通部としては、典型的には、連通穴が用いられる。
連通部の開口面積は、例えば、連通穴の最小断面積を意味する。
第1の連通部の総開口面積を、第2の連通部の総開口面積より大きくする方法としては、例えば、第1の連通部を構成する連通穴の開口面積や数を調整する方法が用いられる。
本発明では、第2の流入流体通路から第2の孔に多くの流体を流すことができるため、第2の流入流体通路内の流体の圧力の上昇を効果的に抑制することができる。
本発明では、第1の連通部の総開口面積が、バルブシートの開口面積の16倍以上に設定されている。
バルブシートの開口面積は、バルブシートに設けられているシール面の最小開口面積を意味する。
第1の連通部の総開口面積をこのように設定することにより、バルブの接触面とバルブシートの間に設けられている空間内の流体の圧力の上昇を確実に抑制することができる。
本発明では、第1の連通部の総開口面積と第2の連通部の総開口面積の和が、バルブシートの開口面積の16倍以上に設定されている。
バルブシートの開口面積は、バルブシートに設けられているシール面の最小開口面積を意味する。
第1及び第2の総開口面積の和をこのように設定することにより、バルブの接触面とバルブシートの間に設けられている空間内の流体の圧力の上昇を確実に抑制することができる。
本発明は、ボデーと、コアと、ホルダを備えている。ボデーは、軸方向に連通している孔を形成するボデー壁面を有している。コアは、底部に穴を有する有底形状の孔を形成するコア壁面を有し、ボデーの孔内に配置される。ホルダは、軸方向に連通している孔を形成するホルダ壁面を有し、コアの孔内に配置される。
コアの外側には、コイルが設けられている。コイルに電流が流れることによって、バルブを移動させる電磁力が発生する。例えば、バルブシートから離れる方向にバルブを移動させる電磁力が発生する。
バルブシートは、ボデーの孔内に配置される。バルブは、隙間を有する状態でコアの底部の穴に挿通され、接触面がコア壁面に接触するように設けられる。
第1の流入流体通路は、例えば、ボデーと、バルブシートと、バルブとコアにより形成される。第2の流入流体通路は、例えば、バルブとコアにより形成される。流出流体通路は、バルブと、ホルダとコアにより形成されている。
バルブに作用する電磁力は、コイルに供給する電流によって調整することができる。したがって、流体の圧力と弾性力及び電磁力に基づいてバルブを移動させるように構成することにより、バルブの動作特性を正確に調整することができる。
バルブを電磁力によって移動させる場合には、バルブに磁束を流すためのコアが設けられる。このコアによって、流体が溜まる第2の流入流体通路が形成される。したがって、本発明の技術は、電磁力によってバルブを移動させる流体圧力制限装置に好適に用いることができる。
本発明では、流体通路を形成する通路壁面に接触する、バルブの接触面の形状を、半径7mm以上の円弧形状に形成している。
バルブが、流体通路を形成する通路壁面と接触面との接触でのみ支持されている場合には、当接部とバルブシートとの当接位置が変化することがある。当接部とバルブシートとの当接位置が変化すると、流体通路を形成する通路壁面に対してバルブが傾斜した状態となる。本発明では、バルブの接触面を半径7mm以上の円弧形状に形成しているため、バルブが通路壁面に対して傾斜した場合でも、バルブの接触面と通路壁面との間の接触抵抗(摺動抵抗)が大きくなることがない。
したがって、接触抵抗(摺動抵抗)の増大によるバルブの動作特性の低下や磨耗量の増大を抑制することができる。
本発明の一実施の形態の縦断面図を図1に示す。本実施の形態の流体圧力制限装置は、内燃機関の燃料噴射装置に供給される燃料の圧力が異常に上昇するのを防止するリリーフバルブとして構成したものである。
本実施の形態のリリーフバルブ10は、プレート25に取り付けられている。
リリーフバルブ10は、ボデー20、コア30、バルブシート40、バルブ50、ホルダ60、駆動部70、ハウジング80等により構成されている。
ボデー20には、軸方向(図1の上下方向)に連通する孔を形成するためのボデー壁面が形成されている。本実施の形態では、ボデー壁面21、22が段差状に形成されている。ボデー壁面21は、燃料が流れる方向に対して上流側(以下、「上流側」という)に形成されている。ボデー壁面22は、ボデー壁面21より、燃料が流れる方向に対して下流側(以下、「下流側」という)に形成されている。また、ボデー壁面22の内径は、ボデー壁面21の内径より大きく設定されている。
コア30は、第1コア31、第2コア34、第3コア36により構成されている。第1コア31と第2コア34は、磁性材料により形成されている。第1コア31と第2コア34の間に設けられている第3コア36は、非磁性材料により形成されている。
コア30は、底を有する形状(有底形状)の孔を形成するためのコア壁面が形成されている。図1では、第1コア31の第1コア壁面32、第2コア34の第2コア壁面35、第3コア36の第3コア壁面37により構成されるコア壁面によって、有底形状の孔が形成されている。本実施の形態では、コア30は、側壁部材と、軸方向の連通穴が形成されている底壁部材によってカップ形状に形成されている
有底形状の孔は、下流側(図1の上側)に開口部が配置され、上流側(図1の下側)に底部が配置されている。有底形状の孔の底部(底壁部材)には、連通穴33aを形成するための壁面33が形成されている。連通穴33aには、隙間を有する状態でバルブ50のバルブボデー51が挿通される。コア30の底部は、バルブの移動を規制する移動規制部材として作用するとともに、バルブ30に磁束を流すための磁束通路として作用する。
バルブシート40には、軸方向に連通している孔41aを形成するためのバルブシート壁面41が形成されている。バルブシート壁面41には、バルブ50のバルブヘッド59が当接可能なシール面41bが形成されている。バルブヘッド59がシール面41bに当接すると、バルブシート壁面41により形成される孔を介して燃料が流れることができない状態(以下、「閉状態」という)となる。一方、バルブヘッド59とシール面41bとの当接状態が解除されると、バルブシート壁面41により形成される孔を介して燃料が流れることができる状態(以下、「開状態」という)となる。
シール面41bの最小開口面積が、バルブシート40の開口面積に対応する。
バルブボデー51は、磁性材料により形成されている。バルブボデー51には、有底形状の孔を形成するバルブボデー壁面が形成されている。本実施の形態では、バルブボデー壁面52、53が段差状に形成されている。そして、バルブボデー51の有底形状の孔は、バルブボデー壁面52により形成される有底形状の孔52aと、バルブボデー壁面53により形成され、孔52aと軸方向に連通している孔53aにより構成されている。バルブボデー51の有底形状の孔は、下流側(図1の上側)に開口している。バルブボデー壁面53の内径(バルブボデー壁面53によって形成される孔53aの軸方向に直角な断面の面積)は、バルブボデー壁面52の内径(バルブボデー壁面52によって形成される孔52aの軸方向に直角な断面の面積)より大きく設定されている。
また、バルブボデー51には、内側の孔52aと外側を連通する連通穴54が形成されているとともに、内側の孔53aと外側を連通する連通穴55が形成されている。本実施の形態では、連通穴55の内径(開口面積)は、連通穴54の内径(開口面積)より大きく設定されている。
バルブボデー51の上流側(バルブシート40のシール面41bと対向する側)には、バルブヘッド59が設けられ、下流側には、アーマチュア56が設けられている。
なお、バルブボデー51の有底形状の孔の形成方法は種々の方法を用いることができる。例えば、軸方向に連通する連通孔を形成し、連通孔の上流側の端部をバルブヘッド59によって塞ぐ方法を用いることができる。
バルブボデー51は、コア30の連通穴33aに、隙間を有する状態で挿通されている。連通穴33aは、流量を減少させる絞り部として作用する。
また、アーマチュア56の外周側には、コア30のコア壁面と接触する接触面(摺動面)58が形成されている。接触面58の形状については後述する。
また、アーマチュア56の上流側(図1の下側)には、嵌合孔を形成するための嵌合壁56aが形成されている。アーマチュア56の嵌合孔に、バルブボデー51の下流側端部(孔53aが形成されている端部)を挿入、固定することによって、アーマチュア56はバルブボデー51と一体化される。バルブボデー51の下流側端部をアーマチュア56の嵌合孔に挿入、固定する方法としては、例えば、圧入方法や溶接方法を用いることができる。なお、バルブボデー51とアーマチュア56は、バルブボデー51の下流側端面とアーマチュア56の嵌合孔の底面との間に隙間を有するように一体化される。
ホルダ60は、軸方向に連通する孔を形成するためのホルダ壁面61が形成されている。
なお、バルブヘッド59がバルブシート40のシール面41bに当接した状態では、ホルダ60の上流側端面とアーマチュア56の下流側端面との間に隙間が形成されるように、ホルダ60はコア30に取り付けられる。また、ホルダ60の上流側端面とアーマチュア56の下流側端面が、非磁性材料で形成されている第3コア36の第3コア壁面37の位置に配置されるように、ホルダ60とバルブ50(アーマチュア56)が配置される。
また、ホルダ60のホルダ壁面61により形成される孔内には、スプリングアジャスタ65が設けられている。スプリングアジャスタ65には、軸方向に連通する孔66aを形成するためのスプリングアジャスタ壁面66が形成されている。
そして、スプリングアジャスタ65とバルブ50のアーマチュア56との間に、スプリング68が設けられている。スプリング68は、バルブ50をバルブシート40の方向に移動させる弾性力を発生する。スプリングアジャスタ65の配置位置を調整することによって、バルブ50に作用する弾性力を調整することができる。
また、コア30及びボビン71の外側には、樹脂によって形成されているハウジング80が設けられている。ハウジング80には、コネクタ81が形成されている。コネクタ81には、コイル72に接続されているターミナル82が設けられている。これにより、コイル72は、ターミナル82を介して外部電源に接続可能である。
コイル72に電流が供給されると、コイル72から発生する磁束が、第1コア31、アーマチュア56、ホルダ60、第2コア35を介して流れる。これにより、アーマチュア56(バルブ50)に電磁力が発生する。本実施の形態では、バルブヘッド59がバルブシート40から離れる方向にアーマチュア56(バルブ50)を移動させる電磁力が発生するように、コイル72に電流が供給される。
また、ボデー20のボデー壁面21によって形成される孔の燃料流入口10A側には、燃料フィルタ90が設けられている。
また、バルブ50(バルブボデー51)、バルブシート40、ボデー20、コア30によって形成される空間21a、22aによって本発明の「第1の流入流体通路」が構成され、バルブ50(バルブボデー51、アーマチュア56)、コア30によって形成される空間30aによって本発明の「第2の流入流体通路」が構成されている。
また、バルブボデー51の有底形状の孔(孔52aと53a)とアーマチュア56の孔57aによって本発明の「バルブの有底形状の孔」が構成され、バルブの有底形状の孔、スプリングアジャスタ65の孔66a、ホルダ60とスプリングアジャスタ65により形成される空間61aによって本発明の「流出流体通路」が構成されている。
また、バルブボデー51の連通穴55が本発明の「第1の連通部」に対応し、バルブボデー51の連通穴54が本発明の「第2の連通部」に対応する。
本実施の形態のリリーフバルブ10は、以下のように動作する。
燃料流入口10aに流入した燃料の圧力が設定圧力より低い時には、スプリング68の弾性力によって、バルブ50は閉方向(図1の下方向)に移動する。これにより、バルブヘッド59がバルブシート40のシール面41bに当接する。したがって、燃料流入口10Aに流入した燃料は排出されない。
この時、シール面41bの開口、空間21a、22a(第1の流入流体通路)、連通穴33aの隙間(絞り部)を介して、バルブ50とコア30との間に形成される空間30a(第2の流入流体通路)に燃料が流入する。ここで、連通穴55が設けられていないと、空間30a内の燃料の圧力が上昇する。空間30a内の圧力は、バルブヘッド59がバルブシート40から離れる方向にバルブ50を移動させるように作用する。このため、空間30a内の燃料の圧力が上昇すると、燃料流入口10Aに流入する燃料の圧力が設定圧力に低下してもバルブ50が閉方向に移動しない虞がある。この場合には、燃料流入口10Aに流入する燃料、すなわち、燃料噴射装置に供給される燃料の圧力が低下することになる。
本実施の形態では、空間30aを、バルブ50のバルブボデー51に形成されている孔53aに連通する連通穴55(第1の連通部)が設けられている。このため、空間30a内の燃料が、連通穴55、孔53を介して排出される。したがって、空間30a内の燃料の圧力の上昇を抑制することができる。
本実施の形態では、孔53aの断面積を孔52aの断面積より大きく設定するとともに、連通穴55の開口面積を連通穴54の開口面積より大きく設定している。これにより、空間30a内の燃料の圧力の上昇を効果的に抑制することができる。
空間21a、22a、30a内の燃料の圧力の上昇を抑制するためには、連通穴54と連通穴55の総開口面積の和が大きい方が好ましい。以下に、連通穴の総開口面積の適正値について検討する。
図2において、P1は、燃料流入口10Aから流入する燃料の圧力を示している。P2は、中間室(空間21a、22a、30aにより構成される流入流体通路)内の燃料の圧力を示している。P3は、燃料流出口10Bから排出される燃料の圧力(孔52a、53a、57a、66a、61a内の燃料の圧力)を示している。
また、A1は、燃料流入口10Aと中間室(空間21a、22a、30aにより構成される流入流体通路)との間の絞り構造であるシール部の開口面積(バルブシート40のシール面41bの最小開口面積)を示している。A2は、中間室(空間21a、22a、30aにより構成される流入流体通路)と流出流体通路との間の絞り構造である流出部の開口面積(連通穴54の総開口面積と連通穴55の総開口面積の和)を示している。
一般的に、メカ式リリーバルブのオン圧力とオフ圧力との差は、[1.1(MPa)]以下に抑えられている。
そこで、まず、図1に示す構成を有し、内燃機関の噴射装置に供給される燃料の圧力を制限するために用いられサイズ(シール面41bの最小開口面積A1)のリリーフバルブについて、一般的な燃料圧力(P1)3MPa〜30MPaの範囲で、オン圧力とオフ圧力との差を[1.1(MPa)]以下に抑えるためのP2/P1の範囲を、流出部の開口面積A2をパラメータとして求めた。その結果、一般的なサイズ及び燃料圧力の範囲内で、オン圧力とオフ圧力との差を[1.1(MPa)]以下に抑えるためには、P2/P1を0.004以下[P2/P1≦0.004]にする必要があることが判明した。
一方、図2に示す2段絞り構造のリリーフバルブでは、圧力P2は、[1式]で表される。
[1式]から、[A2/A1]は、[2式]で表される。
[2式]に、P3=0、[P2/P1≦0.004]を代入すると、[2式]は[3式]に書き換えられる。
したがって、流出部の開口面積(連通穴54の総開口面積と連通穴55の総開口面積の和)A2を、シール部の開口面積(バルブシート40のシール面41bの最小開口面積)A1の16倍以上[A2≧16×A1]に設定することにより、中間室(空間21a、22a、30a)、すなわち、第1の流入流体通路と第2の流入流体通路内の燃料の圧力の上昇によって変化するオン圧力とオフ圧力との差を[1.1(MPa)]以下に抑えることができる。
なお、連通穴54あるいは連通穴55の一方のみが設けられている場合には、(連通穴54の総開口面積と連通穴55の総開口面積の和)として、(連通穴54の総開口面積)あるいは(連通穴55の総開口面積)が用いられる。この場合、連通穴55を設けるのが好ましい。
本実施の形態では、バルブ50の閉方向への移動によって、バルブヘッド59がバルブシート40のシール面41bに当接するように構成されている。
ここで、バルブヘッド59が、ボデー20の軸方向に直角な方向に移動不能に固定されている場合、シール性を保つためには、バルブヘッド59がバルブシート40のシール面41bの中心に位置するように、バルブヘッド59とシール面41bを正確に位置合わせして取り付ける作業が必要となる。
そこで、本実施の形態では、バルブヘッド59とシール面41bの取り付け作業を容易にするために、バルブ50のアーマチュア56の接触面58のみをコア30のコア壁面に接触させ、バルブヘッド59を、ボデー20の軸方向に直角な方向に移動可能に構成している。これにより、バルブヘッド59とシール面41bとが正確に位置合わせされていない場合には、図3に実線あるいは破線で示すように、バルブ50が、シール面41bに沿って移動し、ボデー20の軸線方向に対して傾斜する。このように、バルブ50を、ボデー30の軸線方向に対して傾斜可能に構成することにより、シール性を確保することができる。したがって、シール性を確保しながら、バルブヘッド59とシール面41bの取り付け作業を容易にすることができる。
この時、図4に示すように、バルブヘッド59には、燃料の圧力Ffが加わり、アーマチュア56には、スプリング68の弾性力Fsが加わる。したがって、アーマチュア56の接触面58とコア30のコア壁面との間に、弾性力Fsの分力(3)(面圧)に対応する接触抵抗(摺動抵抗)が発生する。
軸線に沿った断面で見た時の、アーマチュア58の接触面が直線形状に形成されていると、この接触抵抗(摺動抵抗)は非常に大きい。例えば、図6に示すような構成のリリーフバルブの接触抵抗(摺動抵抗)に比べて、約25倍以上となる。このため、バルブの動作特性が低下し、また、磨耗量が増大する。また、磨耗によって接触抵抗(摺動抵抗)が変化し、バルブ50の動作圧力が変化する。
そこで、本実施の形態では、図5に示すように、軸線に沿った断面で見た時の、バルブ50のアーマチュア56の接触面(摺動面)58の形状を、半径7mm以上の円弧形状(R7形状)に形成している。この場合、アーマチュア56の接触面58のうち、少なくとも、バルブ50の傾斜によって、コア30のコア壁面と接触する可能性がある領域の接触面がR7形状に形成されていればよい。例えば、アーマチュア56の接触面58の、下流側の領域をR7形状に形成してもよい。
これにより、アーマチュア56の接触面(摺動面)58とコア30のコア壁面との間の面圧が低下し、接触抵抗(摺動抵抗)が低下する。したがって、磨耗量を低減することができるとともに、バルブの動作特性の低下を抑制することができる。
なお、本実施の形態のリリーフバルブを製造後、バルブの動作圧力を設定する前にエージングを実施して初期磨耗させる方法を用いるのが好ましい。このように、バルブの動作圧力を設定する前に初期磨耗させた場合、接触抵抗(摺動抵抗)が安定し、バルブの動作圧力を設定した後の、磨耗によるバルブの動作特性の変化を抑制することができる。
例えば、内燃機関の燃料噴射装置に供給される燃料の圧力を制限する場合について説明したが、本発明は、これ以外の種々の流体の圧力を制限する場合に適用することができる。
実施の形態で説明した各構成は単独で用いることもできるし、各構成の中から選択した複数の構成を組み合わせて用いることもできる。
実施の形態では、バルブボデー51とアーマチュア56を別体に構成したが、一体で構成することもできる。
実施の形態では、バルブボデー51の孔53a(第2の孔)の内径(断面積)を孔52a(第1の孔)の内径(断面積)より大きく設定したが、孔52aの内径(断面積)と等しく設定してもよい。
実施の形態では、バルブボデー51の連通穴55(第1の連通部)の総開口面積を、連通穴54(第2の連通部)の総開口面積より大きく設定したが、連通穴54の総開口面積と等しく設定してもよい。
実施の形態では、空間21a、22a(第1の流入流体通路)とバルブボデー51の孔52aを連通する連通穴54(第2の連通部)、空間30a(第2の流入流体通路)とバルブボデー51の孔53aを連通する連通穴55(第1の連通部)を設けたが、連通穴55(第1の連通部)のみを設けてもよい。連通穴55のみであっても、空間30a(第2の流入流体通路)内の流体の圧力の上昇によるバルブ50の動作特性の低下を抑制することができる。
実施の形態では、空間30a(第2の流入流体通路)をバルブボデー51の孔53a(第2の孔)に連通する連通穴55(第1の連通部)を設けたが、空間30aを空間61a(流出流体通路)に連通する連通穴を設けることもできる。
実施の形態では、連通部として連通穴を用いたが、連通部は、連通穴に限定されない。
実施の形態では、バルブ50のアーマチュア56の接触面58の上流側に流体が溜まる空間(第1の流入流体通路、第2の流入流体通路)が存在する場合について説明したが、本明細書に開示した技術は、接触面58の下流側に流体が溜まる空間が存在する場合にも適用することができる。例えば、接触面の下流側にスプリングアジャスタ65が設けられ、バルブ50とスプリングアジャスタ65との間に流体が溜まる第1の流出流体通路と、第1の流出流体通路に絞り部(スプリングアジャスタ65に設けられている流体通路)を介して連通している第2の流出流体通路を有する場合には、第1の流出流体通路と第2の流出流体通路を連通する連通部(例えば、連通穴)を設ける。これにより、第1の流出流体通路内の燃料の圧力の上昇によって、バルブが開動作する流体の圧力の上昇、すなわち、バルブの動作特性の低下を抑制することができる。
流体圧力制限装置の構成は、図1に示した構成に限定されない。
10A、112 燃料流入口
10B、131 燃料流出口
20 ボデー
21、22、32、35、37、41、52、53、61、66、111 壁面
21a、22a、30a、33、41a、52a、53a、61a、66a、113 孔(流体通路)
30 コア
31 第1コア
33a、54、55、131 連通穴
34 第2コア
36 第3コア
40 バルブシート
41b、114 シール面
50、120 バルブ
51 バルブボデー
56 アーマチュア
58 接触面(摺動面)
59 バルブヘッド
60 ホルダ
65 スプリングアジャスタ
68、125 スプリング
70 電磁駆動部
71 ボビン
72 コイル
80 ハウジング
81 コネクタ
82 ターミナル
90 燃料フィルタ
110 ケーシング
115 流入室
121 シール球
122 燃料通路
123 絞りエレメント
130 ストッパ
Claims (11)
- 流体の圧力が上昇するのを防止する流体圧力制限装置であって、
流入口と、流出口と、流入口と流出口の間に設けられている流体通路と、流体通路に設けられているバルブシートと、流体通路に移動可能に設けられ、バルブシートに当接可能なバルブと、バルブシートに近づく方向にバルブを移動させる弾性力を発生する弾性力発生部材を備え、
バルブは、流体通路を形成する通路壁面に接触する接触面と、バルブシートに当接可能な当接部を有し、
流体通路は、バルブシートと接触面との間に設けられている第1及び第2の流入流体通路と、接触面より下流側に設けられている流出流体通路を有しており、
第2の流入流体通路は、第1の流入流体通路より下流側に設けられているとともに、流量を減少させる形状の絞り部を介して第1の流入流体通路に連通されており、
また、第2の流入流体通路と流出流体通路を連通する第1の連通部を有している、
ことを特徴とする流体圧力制限装置。 - 請求項1に記載の流体圧力制限装置であって、第2の流入流体通路の容積は、第1の流入流体通路の容積より大きいことを特徴とする流体圧力制限装置。
- 請求項1または2に記載の流体圧力制限装置であって、バルブは、流出流体通路側が開口している、有底形状の孔を有していることを特徴とする流体圧力制限装置。
- 請求項3に記載の流体圧力制限装置であって、第1の連通部は、第2の流入流体通路とバルブの孔とを連通する連通穴であることを特徴とする流体圧力制限装置。
- 請求項4に記載の流体圧力制限装置であって、バルブの孔は、第1の孔と第2の孔により構成されており、第2の孔は、第1の孔より下流側に設けられ、軸方向に直角な断面の面積が、第1の孔より大きく形成されており、第1の連通部は、第2の流入流体通路と第2の孔とを連通することを特徴とする流体圧力制限装置。
- 請求項5に記載の流体圧力制限装置であって、第1の流入流体通路と第1の孔とを連通する第2の連通部を有していることを特徴とする流体圧力制限装置。
- 請求項6に記載の流体圧制限装置であって、第1の連通部の総開口面積は、第2の連通部の総開口面積より大きいことを特徴とする流体圧力制限装置。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の流体圧力制限装置であって、第1の連通部の総開口面積は、バルブシートの開口面積の16倍以上に設定されていることを特徴とする流体圧力制限装置。
- 請求項6または7に記載の流体圧力制限装置であって、第1及び第2の連通部の総開口面積の和は、バルブシートの開口面積の16倍以上に設定されていることを特徴とする流体圧力制限装置。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の流体圧力制限装置であって、
軸方向に連通している孔を形成するボデー壁面を有するボデーと、
底部に穴を有する有底形状の孔を形成するコア壁面を有し、ボデーの孔内に設けられているコアと、
軸方向に連通している孔を形成するホルダ壁面を有し、コアの孔内に設けられているホルダと、
コアの外側に設けられているコイルを備え、
バルブシートは、ボデーの孔内に設けられ、
バルブは、隙間を有する状態でコアの底部の穴を貫通し、接触面がコア壁面に接触するように設けられており、
第1の流入流体通路は、ボデーと、バルブシートと、バルブとコアにより形成され、
第2の流入流体通路は、バルブとコアにより形成され、
流出流体通路は、バルブと、ホルダとコアにより形成され、
コイルに電流が流れることによって、バルブシートから離れる方向にバルブを移動させる電磁力が発生するように構成されていることを特徴とする流体圧力制限装置。 - 請求項1〜10のいずれかに記載の流体圧力制限装置であって、バルブの接触面は、半径7mm以上の円弧形状に形成されていることを特徴とする流体圧力制限装置。
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