JP6645663B2 - 制御バルブアセンブリ - Google Patents

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Description

本発明は燃料噴射器内で使用するための制御バルブ、特に内燃機関のための、高圧ディーゼル噴射システムにおける燃料噴射器内で使用するための制御バルブアセンブリに関する。
図1に示されたような既知の燃料噴射器1は、噴射器本体60、噴射器ノズル62、および可動式に搭載された噴射器ニードル64を具備している。バネ66は、噴射器ニードル64を着座位置に向かって付勢するために、バネチャンバ68内に設けられ、着座位置において、噴射器ノズル62に設けられた1つ以上の噴霧穴(図示略)を通じた燃焼室(図示略)への燃料の噴射が防止されている。
噴射器1は、噴射器ニードル64の動作を制御するための制御バルブアセンブリ2をさらに具備している。制御バルブアセンブリ2は、制御バルブ本体6、制御バルブ本体6に設けられたボア8の内部で往復移動可能とされた制御バルブ部材4、およびボア8の上端部に配置された制御チャンバ40を具備している。電機子70を具備したアクチュエータが設けられ、開位置と閉位置との間の制御バルブ部材4の移動を制御している。
制御バルブアセンブリ2内部の燃料の漏れは、既知の問題である。特に、漏れは制御バルブ部材4と、制御バルブ本体6のボア8のガイド部と、の間に生じ得る。
ボア8内部の燃料圧の増大はボア8のガイド部を膨張させ、それにより制御バルブ部材4と制御バルブ本体6との間の間隙を増大させ、結果的に漏れ経路を増大させている。増大した漏れは、例えば噴射された燃料の量に対する漏れた燃料の量の割合を増大させることにより、噴射器1の効率に不利な影響を与える。
ボアのガイド部に沿った漏れの問題の解決策の1つは、制御バルブ部材および制御チャンバのひずみを減少することである。図2に示された先行技術による制御バルブアセンブリ2の実施形態においては、このことは圧力補正チャンバ80を設けることによって達成されており、このチャンバはスリーブの外側環状凹部または制御バルブ本体6内部に配置された挿入物82により形成されている。挿入物82の内部に開口部84を設けて、高圧燃料供給ライン52を制御チャンバ40と連通させることを可能にすることが必要である。さらに、挿入物82の上部内側円錐台面86の精密な機械加工が必要とされ、それはこの面が制御バルブのためのバルブシートを形成しているからである。それに加えて、挿入物82の搭載は、挿入物82のガイド部におけるあらゆる漏れを回避するために高度に精密でなければならず、それにより挿入物82のひずみを最小化しなければならず、一方で挿入物82の十分な変形可能性は、圧力に対して必要な補正に寄与する。
本発明の目的は、代替的な、より簡素な、且つより安価な解決策を統合した改良された制御バルブアセンブリを提供し、制御バルブ部材と制御バルブの本体のボアとの間の漏れを最小化することである。
したがって、本発明は、第1態様において、請求項1に係る部分アセンブリを提供している。
部分アセンブリおよびバルブ本体が閉位置にある場合、制御チャンバから遠位の制御バルブステムの端面から、制御チャンバ近傍のスリーブの端面までの軸方向距離は、制御バルブステムの端面から、燃料経路から制御チャンバへの入口の基部までの軸方向距離よりも小さくてもよく、スリーブの端面から燃料経路の入口の基部までの軸方向距離は、制御バルブ部材の開位置と閉位置との間の移動距離よりも大きい。
ステムは少なくとも1つの径方向突起を具備し、この突起はスリーブの内面に接触している。
スリーブは、ステムの拡大部とステムの内面の接触点との間において、少なくとも溶接により制御バルブ部材に取り付けられ得る。
代替的に、スリーブは、ステムの拡大部に設けられた溝凹部内に配置されたシールリングにより、制御バルブ部材上の所定の位置に維持され得る。
さらなる態様において、本発明は、燃料噴射器のための制御バルブアセンブリであって、制御バルブ本体および前述の部分アセンブリを具備した制御バルブアセンブリを含んでいる。
本発明は、添付図を参照した実施例を利用してここに記載されている。
先行技術による燃料噴射器を示した図である。 先行技術による制御バルブアセンブリを示した図である。 燃料噴射器内に本発明の第1態様による制御バルブ部分アセンブリを具備した噴射器の断面を示した図である。 図3の制御バルブアセンブリの部分断面を示した図である。 本発明の第2実施形態による部分アセンブリを搭載した制御バルブアセンブリの部分断面を示した図である。 本発明の第3実施形態による部分アセンブリを搭載した制御バルブアセンブリの部分断面を示した図である。 本発明の第4実施形態による部分アセンブリを搭載した制御バルブアセンブリの断面を示した図である。 本発明による部分アセンブリを搭載した2つの噴射器の断面を示した図である。
本発明は、図の配向の下に以下に記載されており、上側、下側、上および下の言及は、限定を目的としていない。
図3および図4を参照すると、噴射器101は噴射器本体160、噴射器ノズル162、可動式に装着された噴射器ニードル164、および制御バルブアセンブリ102を具備している。
噴射器101は長手軸Aを備え、以下の「軸」および「径」の参照は、長手軸Aに関連している。
バネ166は、噴射器ニードル164を着座位置に向かって付勢するために、バネチャンバ168内に設けられており、この着座位置において、噴射器ノズル162に設けられた1つ以上の噴霧穴(図示略)を通じた燃焼室(図示略)への燃料の噴射が防止されている。制御バルブアセンブリ102の制御により、噴射器ニードル164はピストンを開くように移動可能であり、これにより噴霧穴を通じた燃料の噴射が可能である。
図4に詳細に示されたように、本発明の第1実施形態による制御バルブアセンブリ102は、制御バルブ本体106、この制御バルブ本体106内に設けられたボア108内で往復移動可能とされた制御バルブ部材104、およびこの制御バルブ部材104に取り付けられ且つ一体的に移動可能とされたスリーブ110を具備している。
制御バルブ部材104は細長いステム112、および第1の上端部114において接触面120を具備した円錐台形のバルブ部118を具備している。第1の上端部114から離れた第2の下端部118において、制御バルブ部材104は拡大部122を具備している。
制御チャンバ140は、ボア108の上端部内且つ制御バルブ部材104のステム112の上側セクション114の周囲に形成されている。電機子170を具備したアクチュエータは、制御バルブ部材104および制御バルブ本体106の相対移動を制御している。図3および図4に示された実施形態においては、この相対移動は制御バルブ本体106内での制御バルブ部材104の移動を含み、制御バルブ本体は噴射器101の残りの部分に対して静止したままである。制御バルブ部材104は開位置と閉位置との間を移動可能であり、それにより噴射器ニードル164の動作を制御している。
燃料供給ライン152は、高圧燃料ポンプ(図示略)から噴射器ノズル162およびバネチャンバ168へ燃料を供給する。制御バルブアセンブリ102の制御チャンバ140は、高圧燃料経路142を通じて燃料供給ライン152と流体連通している。
制御チャンバ140の上部の電機子170近傍において、制御バルブ本体106には円錐台面132が設けられている。制御バルブアセンブリ102は図3および図4において全閉位置で示されており、環状シート212は、制御バルブ部材104の円錐台バルブ部118の接触面120と、制御バルブ本体106の円錐台面132と、の間の接触により形成されている。閉位置において、高圧燃料経路142と低圧燃料戻りライン144との間の、制御チャンバ140を介した燃料の通過は、それにより防止される。
アクチュエータが励起された場合、制御バルブ部材104は開位置へと移動させられ、これにより流体経路が制御チャンバ140と低圧燃料戻りライン144との間で有効となる。
制御バルブアセンブリ102は、ここでより詳細に記載される。
スリーブ110は、制御バルブ部材104の細長いステム112の下側セクション190の周囲に配置されている。
制御チャンバ140から離れた、制御バルブステム112の下端面192から、制御チャンバ140近傍の、スリーブ110の端面182までの軸方向距離L1は、制御バルブステム112の端面192から、高圧燃料経路142から制御チャンバ140への入口220の基部224までの軸方向距離L2よりも短い。したがって、制御バルブ部材104が図4に示した閉位置にある場合に、スリーブ110は、高圧燃料経路142から制御チャンバ140内への燃料の流れを阻害しない。
さらに、スリーブ110の上端面182と、高圧燃料経路142の入口220の基部224と、の間の軸方向距離L3は、制御バルブ部材104の移動量(すなわち、制御バルブ部材104が開位置と閉位置との間を移動する距離)に等しいか、またはその量よりも小さく、これにより制御バルブ104が開位置にある場合にも、スリーブ110は入口220を塞がない。
しかしながら、本発明の代替的な実施形態においては、L3は制御バルブ部材104の移動量よりもわずかに大きくすることが可能であり、制御バルブ部材が開位置にある場合のスリーブ110による高圧燃料経路142の阻害の影響は十分に小さく、入口を通じた燃料流れのあらゆる顕著な圧力損失を防止し得る。
理想的に、制御バルブ部材104が開位置にある場合、入口220の残りの有効断面積(すなわち、スリーブ110によるあらゆる阻害を考慮している)は、シート212と制御バルブ部材104の円錐台バルブ部118との間(すなわち、低圧燃料戻りライン144に向かっている)の燃料流れの断面積よりも少なくとも10倍大きくなるべきである。
スリーブ110の外径D2は、環状シート212の直径D1と同じである。代替的な実施形態においては、環状シート212の直径D1は、スリーブ110の直径D2よりもわずかに大きく、それにより、制御バルブバネ66により管理可能な小さい圧力不均衡を生じさせ得る。
間隙206は、スリーブ110と制御バルブ部材104との間のスリーブ110の長さの大部分に沿ったギャップにより設けられている。
制御バルブアセンブリ2の組み立ての際に、スリーブ110は、制御バルブ部材104のステム112の第2の下端部116に被せて圧入され、部分アセンブリを形成する。スリーブ110の内面180の一部と、制御バルブ部材104の拡大部122と、の間の接触点において、緊密なシールが得られる。このシールは、例えばレーザー溶接部124により強化され得る。
図7に示されたような、本発明による制御バルブアセンブリ702の代替的な実施形態においては、ステム122の拡大部は存在しておらず、すなわちステム112は一定の直径であり、縮径部240が円錐台バルブ部118から最も離れたスリーブ710の端部に設けられている。これまでの記述に定義したような緊密なシールは、ステム122と、縮径部240内のスリーブ710の内面180と、の間に形成されている。
制御バルブ部材104およびスリーブ110を具備した部分アセンブリは、その後制御バルブ本体106のボア108内に、ボア108の上部から挿入される。
制御バルブ部材104のステム112は、スリーブ110の上端面182よりも軸方向に下方であるが、ステム112の中間位置において径方向突起196を随意的に含んでいてもよい。突起196は、図4に示されたように、スリーブ110の内面180と接触し、中心位置決め構造として作用して、スリーブ110と制御バルブ部材104のステム112との間の同心性を維持することを確実にしている。
突起196は環状ではなく、これにより制御チャンバ140と、スリーブ110と制御バルブ部材104との間の間隙206と、の間の流路は、スリーブ110の長さの大部分に沿って維持されている。
第2実施形態のスリーブ110は、制御バルブ部材104の第2の下端部116に被せてすきまばめされるか、または圧入され得る。
噴射器101の使用の際に、高圧燃料が高圧燃料経路142を介して制御チャンバ140内に流入した場合、燃料のリーク流れは、スリーブ110の外面204と制御バルブ本体106のボア108との間を流れる。
スリーブ110とボア108との間の燃料のリーク流れは、図4に概略的に示されたように圧力勾配P1を受け、燃料圧力は、高圧燃料経路142の入口220から離れるように、すなわち図4に示された向きにおいてスリーブ110の上部から底部へ移動する流れの方向に沿って減少する。圧力勾配のために、スリーブ110とボア108との間の燃料の圧力によりスリーブ110に加えられた内向きの軸力は、スリーブ110の上部から底部へと、すなわち高圧燃料経路142の入口から離れるように移動するにつれて減少する。
燃料は、スリーブ110の内面180と制御バルブ部材104のステム112との間の間隙にも進入する。間隙内部での燃料の流れは存在しないが、間隙内の燃料は、スリーブ110の内面180全体に圧力を加えることが可能である。スリーブ110とステム112との間(すなわち図4の点P2)の燃料の圧力は、スリーブ110の軸方向長さに沿って一定(燃料圧)であり、したがって、スリーブ110の長さに沿ってスリーブ110の内面180に、一定の外向きの軸力を加える。
燃料圧によりスリーブ110に加えられた外向きの軸力が、内向きの軸力よりも大きい場合、正味の外向きの軸力は、流入燃料圧が増大するにつれて、スリーブ110をわずかに膨張させる。スリーブ110と制御バルブ部材104のステム112との間の間隙206は、それにより圧力補正に寄与する。
制御チャンバ140内およびボア108とスリーブ110の外面204との間の間隙内の圧力を増大の結果として、制御バルブ本体106のボア108も膨張/拡張し、すなわち直径D1は増大する。しかしながら、圧力の増大により本体106が拡張した場合、スリーブ110は膨張して、膨張した本体106に嵌合し、すなわち、スリーブ110の外径はさらに増大して、これによりスリーブ110と本体106との間の間隙は減少する。結果的に、制御チャンバ140内部の圧力が増大した場合に、間隙内部の圧力は増大しない。
流入圧が増大した場合のスリーブ110の膨張は、スリーブ110の外面204を加圧して、ボア108とより密接に接触させ、それによりスリーブ110とボア108との間のあらゆるリーク流路をさらに減少させ、または排除している。
スリーブ110の厚さは、燃料圧に対して必要な補償を提供するように選択され得る。
図5に示されたような、本発明の第2実施形態による制御バルブアセンブリ202においては、スリーブ110はシールリング198により制御バルブ部材上の所定の位置に維持され、シールリングはステム112に圧入されており、制御バルブ部材104の拡大部122に設けられた、合致した環状溝凹部230に固定されている。したがって、第2実施形態の制御バルブ部材104の拡大部122は2つのセクションを具備しており、第1セクション122aは溝凹部230の上にあり、第2セクション122bは溝凹部230の下にある。
円錐台面はスリーブ110の内面180の下端部に設けられ、その面と協働する円錐台面はシールリング198の外径部に設けられている。シールは、シールリング198と、スリーブ110の内面180の円錐台面とシールリング198の円錐台面との間の接触点232と、の間の軸方向荷重により、スリーブ110と制御バルブ部材104との間に得られる。
本発明の第3実施形態による制御バルブアセンブリ302が、図6に示されている。第3実施形態においては、環状シート212の直径D1は、スリーブ110の外径D2よりもわずかに大きいか、またはわずかに小さくし得る。
本発明の第3実施形態を可能にするために、スリーブ110の外径D2は、選択された機械加工作業によりボアの直径D3に合致されている。
本発明の第3実施形態による制御バルブアセンブリ302の組み立ては、
制御バルブ部材104のステム112を制御バルブ本体106の上部から組み立てるステップと、
スリーブ110を制御バルブ本体106のボア108内部のステム112上に嵌合させるステップと、
係止シールリング198を合致した環状溝凹部230内に挿入して、それによりスリーブ110を軸方向に固定するステップと、
を含んでいる。
本発明の第3実施形態による制御バルブアセンブリにおいては、シート212はボア108から径方向距離よりも大きく離れて位置し、それによりシート212の強度および信頼性を増大させている。
前述の先行技術による実施形態と比較して、本発明は支持面の管理の観点から利点を提供している。ボア108と制御バルブ本体106の円錐台面132との交点からさらに離れたシート212の配置は、これまでに論じたように、大きな信頼性の改良を提供している。シート212の直径はさらに拡大可能であり、一方でD1がD2に等しい場合に、均衡した効果を維持しており、スリーブ110の圧力補正効果により漏れが非常に少なくなっている。
本発明のさらなる鍵となる利点は、既存の制御バルブ本体との互換性であり、本発明の制御バルブ部材およびスリーブを具備した部分アセンブリは、既存の制御バルブ本体のボア内に容易に組み付けられ得る。
さらに、本発明によるスリーブ110、またはスリーブ110および制御バルブ部材104の部分アセンブリ、もしくは制御バルブアセンブリ102、202、302は、噴射器の代替的な実施形態に組み込まれることが可能である。
例えば、図8は既知の噴射器の2つの変形801および901を示している。
図8の左手側は既知の第1噴射器801を示しており、制御バルブアセンブリ802内に本発明によるスリーブ810を内蔵している。制御バルブアセンブリ802は、バルブステム492内に設けられたボア488に受容された、中央ピン490の形状の制御バルブ部材を具備している。したがって、バルブステム492は効果的に制御バルブ本体を形成している。
バルブステム492は、制御バルブブロック496内に設けられたさらなるボア494の内部に配置されている。バルブステム492はさらなるボア494内をスライド可能とされ、これによりバルブステム492は、中央ピン490に対しておよび制御バルブブロック496に対して移動可能である。
スリーブ810は中央ピン490とバルブステム492との間に配置され、バルブステム492の一端においてバルブステム492に固定されている。スリーブ810は、間隙406がスリーブ810とバルブステム492との間に設けられた形状である。高圧燃料が間隙406に進入した場合、圧力補正原理が、第1乃至第3実施形態に対して前述のように作用する。漏れは、スリーブ810と中央ピン490との間で最小化される。
図8の右手側は既知の第2噴射器901を示しており、制御バルブアセンブリ902内に本発明によるスリーブ910を内蔵している。左手側の実施形態に類似して、スリーブ910は中央ピン490とバルブステム492の間に配置されている。しかしながら、スリーブ910はバルブステム492よりもむしろ中央ピン490に固定されており、それによりバルブステム492がその周囲を移動した場合に静止したままである。間隙506はスリーブ910と中央ピン490との間に設けられ、高圧燃料が間隙506に進入した場合、圧力補正原理が、前述の第1乃至第3実施形態に対して前述と同じ規則において作用する。
101、801、901 ・・・噴射器
102、202、302、702、802、902 ・・・制御バルブアセンブリ
104 ・・・制御バルブ部材
106 ・・・制御バルブ本体
108 ・・・ボア
110、410、510、710、810、910 ・・・スリーブ
112 ・・・制御バルブ部材ステム
114 ・・・ステムの第1の上端部
116 ・・・ステムの第2の下端部
118 ・・・制御バルブの円錐台バルブ部
120 ・・・バルブ部接触面
122 ・・・制御バルブ部材拡大部
122a ・・・拡大部第1セクション
122b ・・・拡大部第2セクション
124 ・・・溶接部
132 ・・・上端部円錐台面
140 ・・・制御チャンバ
142 ・・・高圧燃料経路
144 ・・・低圧燃料戻りライン
148 ・・・アクチュエータ
152 ・・・燃料供給ライン
160 ・・・噴射器本体
162 ・・・噴射器ノズル
164 ・・・噴射器ニードル
166 ・・・バネ
168 ・・・バネチャンバ
170 ・・・電機子
180 ・・・スリーブ内面
182 ・・・スリーブ上端面
190 ・・・ステム下側セクション
192 ・・・ステム下端面
196 ・・・制御バルブ部材突起196
198 ・・・シールリング
204 ・・・スリーブ外面
206、406、506 ・・・間隙
212 ・・・環状シート
220 ・・・高圧燃料経路入口
224 ・・・高圧燃料経路入口基部
230 ・・・拡大部溝凹部
232 ・・・スリーブ下側内面
240 ・・・スリーブ縮径部(図7)
488 ・・・バルブステムボア
490 ・・・中央ピン
492 ・・・バルブステム
494 ・・・制御バルブブロックボア
496 ・・・制御バルブブロック
D1 ・・・環状シート直径
D2 ・・・スリーブ外径
D3 ・・・ボア直径
P1 ・・・圧力勾配

Claims (6)

  1. 燃料噴射器(101、801、901)のための制御バルブ(102、202、302、702、802、902)のための部分アセンブリであって、
    該部分アセンブリは制御バルブ部材(104)と、該制御バルブ部材(104)のステム(112)に取り付けられたスリーブ(110、410、510、710、810、910)と、を具備し、
    前記部分アセンブリは制御バルブ本体(106)のボア(108)の内部に配置され、前記部分アセンブリおよび前記制御バルブ本体(106)は、閉位置と開位置との間の互いの相対移動のために配置され、前記閉位置において、燃料経路(142)と燃料戻りライン(144)との間の制御チャンバ(140)を介した燃料の流れが阻止され、前記開位置において、燃料の前記流れが可能となり、
    前記スリーブ(110、410、510、710、810、910)は、前記制御バルブ部材(104)のステム(112)の少なくとも一部の軸方向長さに沿って延びており、
    前記スリーブ(110、410、510、710、810、910)と前記制御バルブ部材(112)との間に設けられた間隙は、前記制御チャンバ(140)と流体連通していることを特徴とする部分アセンブリ。
  2. 前記部分アセンブリおよび前記制御バルブ本体(106)が前記閉位置にある場合、前記制御チャンバ(140)から遠位の前記制御バルブステム(112)の端面(192)から、前記制御チャンバ(140)近傍の前記スリーブ(110、410、510、710、810、910)の端面(182)までの軸方向距離は、前記制御バルブステム(112)の端面(192)から、前記燃料経路(142)から前記制御チャンバ(140)への入口(220)の基部(224)までの軸方向距離よりも小さく、前記スリーブ(110、410、510、710、810、910)の端面(182)から前記燃料経路(142)の入口(220)の基部(224)までの軸方向距離は、前記制御バルブ部材(104)の前記開位置と前記閉位置との間の移動距離よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の部分アセンブリ。
  3. 前記ステム(112)は少なくとも1つの径方向突起(196)を具備し、該突起(196)は前記スリーブ(110、410、510、710、810、910)の内面(180)に接触していることを特徴とする請求項1または2に記載の部分アセンブリ。
  4. 前記スリーブ(110、410、510、710、810、910)は、前記ステム(112)の拡大部(122)と前記ステム(112)の内面(180)の接触点(232)との間において、少なくとも溶接により前記制御バルブ部材(104)に取り付けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の部分アセンブリ。
  5. 前記スリーブ(110、410、510、710、810、910)は、前記ステム(112)の拡大部(122a,122b)に設けられた溝凹部(230)内に配置されたシールリング(198)により、前記制御バルブ部材(104)上の所定の位置に維持されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の部分アセンブリ。
  6. 燃料噴射器(101、801、901)のための制御バルブアセンブリであって、
    制御バルブ本体(104)および請求項1〜5のいずれか一項に記載の部分アセンブリを具備していることを特徴とする制御バルブアセンブリ。
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