JPH0338524Y2

JPH0338524Y2 -

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Publication number: JPH0338524Y2
Application number: JP1985021423U
Authority: JP
Priority date: 1985-02-18
Filing date: 1985-02-18
Publication date: 1991-08-14
Also published as: JPS61139364U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案は流体切換弁に関し、特に、初期位置に
おいて制御ポートに低圧ポートが連通するととも
に、作動位置において前記制御ポートに高圧ポー
トが連通するパイロツト圧力操作式３ポート２位
置流体切換弁であつて、制御ポートに低圧ポート
からの低圧の制御流体が供給される状態を常と
し、弁切換え指令時にのみ、制御流体とは別の作
動油を用いたパイロツト操作によつて、制御ポー
トに高圧ポートからの高圧の制御流体が単発的に
供給される機能を持つた流体切換弁に関する。

従来の技術従来、入口側に低圧および高圧の２系統の制御
流体が導かれていて、主弁部の切換え操作によつ
て、いずれかの系統の制御流体が出口側である制
御ポートに導かれる機能を持つ３ポート２位置切
換弁には、スプール形式の弁が主として用いられ
ている。第５図はこのような従来の流体切換弁を
例示するもので、弁本体５１には、高圧ポート５
２と、低圧ポート５３と、制御ポート５４とが形
成されている。制御ポート５４は弁本体５１の内
部で二又に分岐され、第１の分岐路５５および第
２の分岐路５６を有している。５７はスプールで
あり、弁本体５１内を軸心方向に摺動することに
よつて、高圧ポート５２と第１の分岐路５５、あ
るいは低圧ポート５３と第２の分岐路５６とを択
一的に連通させるようになつている。

考案が解決しようとする問題点ところが、上記従来構成によれば、高圧系統の
制御流体の圧力が非常に高い場合には、全閉時に
おける漏れが多くなる欠点がある。この対策とし
て、漏れの少ないシート形式の弁を利用すること
ができるが、このシート形式の弁で３ポート２位
置の機能を持たせるためには、現在開口状態の流
路を閉じるシート弁部と、現在閉口状態の流路を
開けるシート弁部が必要である。しかし、このよ
うなシート弁構造では、主弁部切換え過渡期にお
いて、高圧系統の制御流体が低圧系統へ漏れなく
するためには、高圧ポートと制御ポートとの流路
を先に全閉した後に、低圧ポートと制御ポートと
の流路を開口させることが必要であり、この操作
を一軸の運動で同時に行うことは不可能であると
いう問題がある。

そこで本考案は、上記問題点を解消するもの
で、高圧系統の制御流体が低圧系統へ漏れるのを
防止するとともに、主弁切換え過渡期の任意の中
間状態においても上記漏れを防止し、しかも一軸
の運動のみで切換操作を行なえるようにすること
を目的とする。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するため本考案は、初期位置
において制御ポートに低圧ポートが連通するとと
もに、作動位置において前記制御ポートに高圧ポ
ートが連通するパイロツト圧力操作式３ポート２
位置流体切換弁を、高圧ポートに供給される制御
流体の圧力が高ければ高い程、前記初期位置にお
ける高圧ポートとから初期ポートへの密閉性が向
上するよう構成した自己圧力閉弁式のシート弁部
と、このシート弁部と同軸上に一体に形成され、
高圧ポートおよび低圧ポートと制御ポートとの間
で正重合３ポート２位置切換機構を構成したスプ
ール弁部と、前記制御流体と混合することのない
別の流体により、前記シート弁部とスプール弁部
とを駆動させるピストン駆動機構とを備え、前記
スプール弁部は、高圧ポートと制御ポートとの間
を開閉するための高圧ランド部と、低圧ポートと
制御ポートとの間を開閉するための低圧ランド部
とを有して、これら高圧および低圧ランド部は、
切換動作中に高圧側流路と低圧側流路がともに閉
鎖される状態を作り出せるようにそれぞれ寸法ど
りされ、さらに、前記一体に形成されたシート弁
部およびスプール弁部における制御流体のドレン
を排出するドレンポートと、ピストン駆動機構に
おけるパイロツト用作動流体のドレンを排出する
ドレンポートとを、互いに独立して備えた構成と
したものである。

作用このような構成によると、シート弁部により高
圧ポートから制御ポートへの制御流体の漏れを防
止できるのみならず、スプール弁部により、弁切
換え過渡期の任意の中間位置においても、高圧ポ
ートに供給された制御流体は低圧ポートに漏れる
ことなく制御ポートに導通でき、しかもピストン
駆動機構により、制御流体とは別の作動油を用い
た一軸の運動のみで、前記シート弁部とスプール
弁部との切換操作を行なうことが可能となる。

実施例以下、本考案の一実施例について説明する。

第１図において、１は弁本体で、この弁本体１
内には、高圧ポート２、低圧ポート３および制御
ポート４が連通された主弁室６と、ドレンポート
５が連通されたドレン室７と、第１パイロツトポ
ート８および第２パイロツトポート９が連通され
たパイロツト室１０と、パイロツトドレンポート
１１が連通されたパイロツトドレン室１２とが設
けられている。１３は弁本体１内に矢印Ａ方向で
摺動可能に配設された主弁体であり、高圧ポート
側主弁室６ａと制御ポート側主弁室６ｂとを開閉
するための円錐形状の頭弁部１３ａを有するとと
もに、これら高圧ポート側主弁室６ａと制御ポー
ト側主弁室６ｂとをスプール弁形式で開閉するた
めの高圧ランド部１３ｂと、低圧ポート側主弁室
６ｃと制御ポート側主弁室６ｂとをスプール弁形
式で開閉するための低圧ランド部１３ｃとを備え
たスプール弁部１３ｄを有している。勿論、弁本
体１側の弁座１ａも円錐形状になつており、シー
ト弁部１９を構成している。

１４は弁本体１内に矢印Ａ方向に摺動可能に配
設されたピストンであり、ドレン室７とパイロツ
トドレン室１２とを封鎖するための小径ランド部
１４ａを有するとともに、第１パイロツト室１０
ａと第２パイロツト室１０ｂとを封鎖するための
大径ランド部１４ｂを有している。これによりピ
ストン駆動機構２０を構成している。小径ランド
部１４ａの図面上左端は主弁体１３の低圧ランド
部１３ｃの図面上右端と主弁体・ピストン突合せ
面１５で密着している。なお、主弁体１３とピス
トン１４とを一体構造とすることもできる。

１６ａおよび１６ｂは、それぞれピストン１４
の矢印Ａ方向の最大ストローク量Stを制限するた
めに、弁本体１の内部のピストン１４の大形ラン
ド部１４ｂの両側に嵌入された第１ストツパおよ
び第２ストツパである。１７は主弁体１３の図面
上左側遊端部を押圧して高圧ポート側主弁室６ａ
と制御ポート側主弁室６ｂとを閉弁させる方向に
主弁体１３を移動させるコイルばねである。

次に、上記構成の流体切換弁の作動を、低圧ポ
ート３と制御ポート４とが導通した初期位置か
ら、高圧ポート２と制御ポート４とが導通する作
動位置に切換える場合を例にとつて説明する。な
お、高圧ポート２は高圧の制御流体が蓄勢された
蓄圧器に、低圧ポート３は低圧の制御流体供給源
に、制御ポート４は負荷に接続されており、ま
た、第１および第２パイロツトポート８，９はパ
イロツト用電気−油圧切換弁（図示せず）を介し
てパイロツト油圧回路に接続されているものとす
る。

まず、初期位置において、前記電気−油圧切換
弁により、第２パイロツトポート９にはパイロツ
ト圧油が供給されていると共に、第１ポート８に
は油タンクが接続されている。このためピストン
１４は、第２パイロツトポート９から第２パイロ
ツト室１０ｂに導かれたパイロツト圧油による押
圧力によつて、大径ランド部１４ｂの図面上右側
が第１ストツパ１６ａと密着するところに位置決
めされている。このとき、主弁体１３は、高圧ポ
ート２から高圧ポート側主弁室６ａに導かれた制
御流体による押圧力によつて、シート弁部１９の
円錐形状の頭弁部１３ａが弁座１ａに密着され、
主弁室６ａ，６ｂ間の流路が閉鎖される。ここ
で、高圧ポート２に供給される制御流体により主
弁体１３が圧力を受けるため、この制御流体の圧
力が高ければ高い程窒密着力が強まり、主弁室６
a.６ｂ間の密封性が向上し、本考案による流体切
換弁の第１の特徴とする自己閉弁機能が発揮され
る。また、仮に高圧ポート２に供給される制御流
体の圧力が極度に下がるか、または零となつたと
きでも、コイルばね１７の押圧力によつて前記密
着力は確保される。一方、低圧ポート側主弁室６
ｃと制御ポート側主弁室６ｂとの間の流路は主弁
体１３の低圧ランド部１３ｃによつて開口されて
いるので、負荷に接続された制御ポート４には、
低圧ポート３に供給された低圧の制御流体が導か
れる。

この初期状態から、次に、前記電気−油圧切換
弁により第１パイロツトポート８にパイロツト圧
油を供給すると共に第２パイロツトポート９を油
タンクに接続する。すると、第１パイロツトポー
ト８から流入した圧油が、第１パイロツト室１０
ａに入り、ピストン１４の大径ランド部１４ｂの
図面上右端を押圧し、ピストン１４を図面上左方
に移動させると共に、主弁体１３も主弁体・ピス
トン突合せ面１５で密着し一体となつて移動させ
る。

ここで、ピストン１４および主弁体１３の初期
位置からの変位をＸとすると、主弁体１３がごく
わずか移動した状態では、頭弁部１３ａと弁座１
ａによるシート弁部１９のみが開口するが、高圧
ランド部１３ｂによつて、高圧ポート側主弁室６
ａと制御ポート側主弁室６ｂ間の流路（以下高圧
側流路という）は閉鎖されている。この状態から
主弁体１３がＸ＝l₁に至るまで移動する間では、
低圧ポート側主弁室６ｃと制御ポート側主弁室６
ｄ間の流路（以下低圧側流路という）の開口面積
が、低圧ランド部１３ｃによつて主弁体１３の移
動量に比例して減少され、Ｘ＝l₁の位置で低圧側
流路が閉鎖される。そして、主弁体１３がＸ＝l₁
からl₂まで移動する間では、高圧側流路および低
圧側流路が、それぞれ高圧ランド部１３ｂおよび
低圧ランド部１３ｃによつて閉鎖される。さら
に、主弁体１３がＸ＝l₂から最大ストロークStま
で移動する間では、高圧ランド部１３ｂによつ
て、高圧側流路の開口面積が主弁体１３の移動量
に比例して増加され、高圧ポート２に導かれた高
圧の制御流体が制御ポート４を通つて負荷側に供
給され、Ｘ＝Stまで主弁体１３が移動したところ
で作動位置への切換えが完了する。

なお、作動位置から初期位置に切換える場合
は、上記過程とは逆の過程をたどることになる。

第２図は、主弁体１３の移動量と、高圧側流路
の開口面積および低圧側流路の開口面積との関係
を示す。第２図から、本考案による流体切換弁の
第２の特徴とする主弁体切換え過渡期の任意の中
間位置においても、高圧側流路と低圧側流路とが
同時に開口する状態を経過することなく、主弁体
の流路が切換えられることが分る。

また主弁体１３およびピストン１４の任意の位
置において、これを操作するパイロツト用油圧作
動油のドレンを、第２パイロツト室１０ｂから、
ピストン１４の小径ランド部１４ａと弁本体１と
で形成される環状スキマ１８ａおよびパイロツト
ドレン室１２を通つて、パイロツトドレンポート
１１に導くよう構成している。一方、制御流体の
ドレンを、主弁室６ｃから、主弁体１３の低圧ラ
ンド部１３ｃと弁本体１とで構成される環状スキ
マ１８ｂおよびドレン室７を通つて、ドレンポー
ト５に導くよう構成している。これによつて、制
御流体とパイロツト用油圧作動油との混合が回避
され、本考案による流体切換弁の第３の特徴とす
る、制御流体とは別の作動油を用いた一軸電気−
油圧パイロツト操作で、主弁体１３の切換え操作
が可能となる。

次に上記本考案による流体切換弁の使用例につ
いて説明する。第３図は、内燃機関の燃料弁２１
における燃料噴射システムに、本考案による流体
切換弁２２を使用したものを例示している。燃料
弁２１において、２３はニードル弁であり、ばね
２４により閉弁付勢されている。またニードル弁
２３には燃料逃がし孔２５が形成されている。２
６は排油口で、油タンク２７に導かれている。ま
た、２８は給油口で、流体切換弁２２の制御ポー
ト４が接続されている。２９は高圧燃料系統で、
内燃機関の動力装置３０にて駆動される高圧ポン
プ３１からの高圧燃料が、流体切換弁２２の高圧
ポート２に供給されるようになつている。３２は
蓄圧用のアキユムレータである。また３３はアキ
ユムレータ３２に接続されたリリーフ弁、３４は
圧力計である。一方、３５は低圧燃料系統で、低
圧ポンプ３６からの低圧燃料が、流体切換弁２２
の低圧ポート３に供給されるようになつている。
３７はアキユムレータ、３８はリリーフ弁、そし
て３９は圧力計である。４０はヒータで、油タン
ク２７内の燃料を加熱するために設けられてい
る。

このような構成において、通常は流体切換弁２
２は初期位置にあり、その低圧ポート３と制御ポ
ート４とが連通している。これにより、燃料弁２
１には、低圧燃料系統３５からの燃料が供給され
る。この燃料は、給油口２８から燃料弁２１内に
入り、ニードル弁２３の燃料逃がし孔２５を経て
排油口２６に達し、油タンク２７へ循環するよう
になつている。また、油タンク２７内の燃料はヒ
ータ４０にて加熱されているため、この加熱され
た燃料を燃料弁２１に循環させることにより、こ
の燃料弁２１が昇温されて所定の性能を発揮する
ことが可能となる。

燃料噴射時には、流体切換弁２２を作動位置に
切換える。すると高圧ポート２と制御ポート４と
が連通し、燃料弁２１に高圧燃料が供給される。
この高圧燃料は、ばね２４に抗してニードル弁２
３を開弁させ、これにより燃料が噴射される。こ
のとき、排油口２６はニードル弁２３にて閉じら
れることになり、この排油口２６への高圧燃料の
漏れが防止される。

第４図は、第３図における場合の効果確認例を
示している。この第４図において、記号e_iで示さ
れた弁切換用指令信号に対して、電気−油圧パイ
ロツト操作系固有の応答遅れt₁の後、燃料弁２１
に、記号Pfで示されるような高圧の単発的な噴
射圧力を供給していることが分る。なお、この応
用例では高圧に蓄勢した燃料油をきわめて少ない
漏れで高応答に燃料弁２１に供給できることの
他、噴射タイミング、噴射期間などが、電気−油
圧切換弁への指令信号e_iの与え方次第で、機関運
転中任意に変更できる点で、大きな効果を発揮し
ている。すなわち、図中Paは高圧燃料系統２９
のアキユムレータ３２内の圧力を示し、制御流体
としての燃料が漏れるとこの圧力Paは急激に低
下するものであるが、図示のように本考案ではな
だらかに低下しており、この点から漏れが殆んど
発生していないことが確認できる。また第４図に
は、第１図における第１パイロツト室１０ａ内の
パイロツト作動油圧と、第２パイロツト室１０ｂ
内のパイロツト作動油圧も、ともに示している。
さらに、指令信号e_iにおいて、Ｔはパイロツト作
動用の噴射期間の指令値を示し、t₂は燃料弁２１
の閉弁時の応答遅れを示している。本例では、t₁
＝9.9ms、Ｔ＝30.5ms、t₂＝12.4msとなつており、
このような高応答性を得ることができる。

考案の効果以上述べたように本考案によると、高圧ポート
から制御ポートへの制御流体の漏れを確実に防止
できるうえに、弁切換え過渡期の任意の中間位置
においても、高圧ポートに供給された制御流体を
低圧ポートへの漏れが生ずることなく制御ポート
に導通させることができ、しかも制御流体とは別
の作動油を用いた一軸の運動のみで弁を切換操作
することができ、また一体に形成されたシート弁
部およびスプール弁部における制御流体のドレン
を排出するドレンポートと、ピストン駆動機構に
おけるパイロツト用作動流体のドレンを排出する
ドレンポートとを、互いに独立して備えたため、
制御流体とパイロツト用作動流体と混合を回避す
ることができ、制御流体とは別の作動流体を用い
たパイロツト操作で切換操作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の断面図、第２図は
主弁体の移動量と流路開口面積との関係図、第３
図は本考案による流体切換弁の使用例の配管図、
第４図は第３図に示すものの効果確認図、第５図
は従来例の断面図である。２……高圧ポート、３……低圧ポート、４……
制御ポート、６……主弁室、１０……パイロツト
室、１３……主弁体、１３ｄ……スプール弁部、
１４……ピストン、St……最大ストローク量、１
９……シート弁部、２０……ピストン駆動機構。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

初期位置において制御ポートに低圧ポートが連
通するとともに、作動位置において前記制御ポー
トに高圧ポートが連通するパイロツト圧力操作式
３ポート２位置流体切換弁であつて、高圧ポート
に供給される制御流体の圧力が高ければ高い程、
前記初期位置における高圧ポートから制御ポート
への密閉性が向上するよう構成した自己圧力閉弁
式のシート弁部と、このシート弁部と同軸上に一
体に形成され、高圧ポートおよび低圧ポートと制
御ポートとの間で正重合の３ポート２位置切換機
構を構成したスプール弁部と、前記制御流体と混
合することのない別の流体により、前記シート弁
部とスプール弁部とを駆動させるピストン駆動機
構とを備え、前記スプール弁部は、高圧ポートと
制御ポートとの間を開閉するための高圧ランド部
と、低圧ポートと制御ポートとの間を開閉するた
めの低圧ランド部とを有して、これら高圧および
低圧ランド部は、切換動作中に高圧側流路と低圧
側流路がともに閉鎖される状態を作り出せるよう
にそれぞれ寸法どりされ、さらに、前記一体に形
成されたシート弁部およびスプール弁部における
制御流体のドレンを排出するドレンポートと、ピ
ストン駆動機構におけるパイロツト用作動流体の
ドレンを排出するドレンポートとを、互いに独立
して備えたことを特徴とする流体切換弁。