JPH07293399A - 燃料圧力調整器 - Google Patents

燃料圧力調整器

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JPH07293399A
JPH07293399A JP13021293A JP13021293A JPH07293399A JP H07293399 A JPH07293399 A JP H07293399A JP 13021293 A JP13021293 A JP 13021293A JP 13021293 A JP13021293 A JP 13021293A JP H07293399 A JPH07293399 A JP H07293399A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 出力圧をより良く制御し、通常の運転におけ
る流量変動範囲においてほぼ一定の出力差圧を与えるこ
とができる燃料圧力調整器を提供する。 【構成】 燃料圧力調整器１０′は、ダイアフラム１４
に駆動されるボール弁体４４を弁座４６に接離させて弁
１２を開閉する。弁が開くと、液体燃料は入口４０から
出口４２へと流れる。ダイアフラムに保持されたケージ
５６は、リテーナ７２との間にディスク５４を収容し、
このディスク５４に弁体４４を保持している。したがっ
て、弁体４４が弁座４６に密着接触した状態で、ダイア
フラムは軸方向、半径方向、回転方向にあらかじめ定め
られた範囲内で動くことができ、放出された燃料圧力を
ほぼ一定に制御する。更に、燃料ポンプ制御システムを
改善するため、その制御回路に調整器１０′の弁座４６
を下側接点とし、ボール弁体４４を上側接点とした電気
スイッチ１０８を設け、弁１２の開閉によりスイッチを
動作させ、燃料ポンプの出力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願】本願は米国出願Ｎｏ．07/892,252 （１９
９２年６月２日出願、現在米国特許Ｎｏ．5,220,941 ）
及びＮｏ．07/949,974 （１９９２年９月２４日出願）
の一部継続出願である。
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、圧力調整器に関し、さ
らに詳しくは内燃機関に使用される液体燃料用の圧力調
整器に関する。
【０００３】
【従来の技術】燃料噴射システムを有するエンジン（内
燃機関）において、液体燃料をインジェクタ（噴射器）
に供給する際、燃焼空気のインテークマニフォールドの
圧力に対して一定になるように変化する圧力で燃料を供
給することが望ましい。
【０００４】これまでに各種の燃料圧力調整器が開発さ
れてきたが、その１つが米国特許4,627,463 に示されて
いる。この調整器は一般に平たくて可撓性のあるダイア
フラムを２つの室の間に配置し、ダイアフラムの一方の
側をマニフォールドの圧力にさらし、他方の側を加圧さ
れた液体燃料にさらすものである。その燃料室の出口か
らの燃料流量は弁組立体によって制御されている。この
弁組立体にはダイアフラムに支えられたケージ（箱）の
中にボールが入れられており、マニフォールド圧力室内
に収容された圧縮ばねが出口の周囲を囲む弁座に接する
ようにこのボールを弾性的に付勢している。ボールはダ
イアフラムに平行な面上を僅かに横方向にのみ移動でき
るようにケージ内に保持されている。
【０００５】使用中は、これらの調整器は均一で一定の
燃料差圧を保持するのではない。燃料差圧は燃料流量と
共に変化し、燃料消費が増加するに連れて差圧も低下す
る。さらに、これら従来の装置には、エンジンの負荷や
要請、その他運転条件の急激な変化によって生じたイン
テークマニフォールド圧力及び流量の急速な変化に対す
る応答に顕著な遅れがある。最も良い場合でも、これら
従来の調整器の公称出力圧の過渡変化は約３〜４ psi
（ポンド／平方インチ）であった。
【０００６】
【発明の概要】本発明の調整器は、ボール弁体が弁座に
納まっている時、そのボール弁体に対して軸方向、横方
向、又は半径方向、さらに回転方向に、ある一定の制限
内でダイアフラムが移動できるようにダイアフラムと相
対運動可能に結合（ロストモーションカップリング）さ
れた制御弁によって、通常の運転範囲においてほぼ一定
の燃料圧を提供する。調整器の応答性を改善するため
に、ボールの周りを燃料が流れる出口にオリフィスを設
け、かつ流量が増える時にボールに働く力が、弁が開い
たときにダイアフラムを付勢するばねによってボールに
加えられる力を打ち消すように、オリフィスの形状を決
めることが望ましい。
【０００７】さらに、燃料ポンプを制御するシステムを
改善するために、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路にス
イッチを設け、圧力調整器内の弁の開閉によってそのス
イッチを動作させて、調整器へ燃料を供給するポンプの
出力を制御することが望ましい。
【０００８】本発明の目的は、以下の特徴及び利点を有
するダイアフラム式フィールド圧力調整器を提供するこ
とである。その調整器は、出力圧をよりよく制御し、通
常の運転における流量変動範囲において実質的に一定の
出力差圧を与え、出力流量の変化及びダイアフラムの非
燃料側に印加する流体圧の変動に対する応答性が大幅に
改善されており、かつ設計が単純で、経済的に製造組立
可能で、有効寿命が長く、保守サービスの必要がないも
のである。
【０００９】
【実施例】本発明の上記及びその他の目的、特徴、利点
は以下の詳細な記述、クレーム及び添付図面から明らか
となるであろう。図１(a) と(b) は本発明による燃料調
整器１０を示し、この燃料調整器１０にはダイアフラム
１４によって作動する弁組立体１２が組み込まれてい
る。弁組立体１２とダイアフラム１４は両方とも調整器
の本体１８とキャップ２０とから成るハウジング１６に
収容されている。ダイアフラムとハウジングはダイアフ
ラムの一方の側に液体燃料第一室２２を、他方の側に流
体第二室２４を構成する。キャップには流体室と連通す
る通路またはチューブ２６が設けられている。部品組立
時にこのキャップは、フランジ２８を本体１８の周りに
折り返した往復曲げ部３０によって固定される。
【００１０】ダイアフラム１４は比較的薄くて柔軟性の
ある中央部３２と円周方向に連続した外周リブ３４を有
する。外周リブは本体の溝３６に収容され、キャップに
よって保持されており、これによって流体をシールして
いる。ダイアフラムにもっと柔軟性と応答性を持たせる
ために、円周方向に連続したひだ、又はベローズ３８を
ダイアフラムに設けて、ダイアフラムが容易に軸方向、
半径方向、回転方向に変位又は移動できるようにするこ
とが望ましい。またダイアフラムはフッ素シリコーン・
ゴム又はアクロニトリル・ブタジエン・ゴム等の柔軟性
に富むエラストマで作り、エラストマに織物を埋め込む
ことによって補強することが望ましい。
【００１１】液体燃料は環状凹部３９とその凹部から円
周方向に離れた入口ポート４０を通って第１室２２に供
給される。弁組立体１２が開くと、液体燃料は第一室２
２から本体内の出口通路４２を通って排出される。弁組
立体１２は球状チェックボール４４を有する。このチェ
ックボール４４は、出口通路４２内のカウンターボア５
０に収容又は押し込まれたスリーブ４８に設けた球面弁
座４６に圧接することによって弁組立体が閉じている時
に燃料の排出を止める。
【００１２】図１(a) と(b) との比較から分かるよう
に、第１室内の加圧された燃料がダイアフラム１４を動
かす時、その動きはその時々により、かつ大量生産され
た調整器でも各調整器によって一貫性が無く変化するこ
とが分かった。ダイアフラムの運動は軸方向、横方向、
半径方向又は調整器の縦軸５２にほぼ垂直な面で変化す
る。ダイアフラムは又、傾いたり、斜めになったり、揺
れたり又はぐらぐらしたりして、その姿勢を変えるので
ダイアフラムの面は調整器の縦軸５２に垂直ではない。
従来の調整器に於ては、ダイアフラムのバラバラな動き
によってボール又は他の弁閉路部材の浮き上がり及び着
座動作にバラツキが生じて、これが第１室を流れる燃料
量を変動させ出力圧を変化させてしまう。このようにダ
イアフラムのでたらめな動きが調整器の性能に悪影響を
及ぼしている。
【００１３】本発明によれば、これらの問題はダイアフ
ラムとボールとを相対運動可能に結合することによって
解消している。この相対運動可能結合（lost motion co
upling) により、ダイアフラムはボールに対して軸方
向、半径方向、回転方向に移動でき、かつダイアフラム
はボールを弁座から浮き上がらせて、弁組立体を開く前
に必要に応じて弁座上でボールを回転させることができ
る。このカップリングは中央フランジ即ちディスク５４
とそれを運動可能に収容しているケージ５６との共働に
よって達成している。ディスク５４はボール４４に固定
され、ケージ５６はダイアフラムに取付けられており、
各組み合わせは夫々一緒に運動するようになっている。
ディスクには少し小さめの中央穴を設けて、それにボー
ルをプレスばめにより嵌入させ、両者が一緒に動くよう
にするとよい。ケージ５６は帽子状のハウジング５８を
有し、その頭部は頂部６０と円筒状の側壁６２から成
り、ハウジングの下部にある円周方向に連続した縁即ち
フランジ６４は、その周囲の縁を下方に折曲げたエッジ
６６を有する。そのエッジの外周に、リテーナリング７
２の上向きエッジ７０をプレスばめで固定し、エッジ内
にディスクが可動状態で閉じ込められるようにする。
【００１４】リテーナリング７２には穴７４が設けられ
ているが、その穴の大きさは、ケージ５６が弁座に納ま
っているボールに対して第１室２２の側壁７６に当接す
る程大幅に中心からずれた場合でも、ボールがリングに
当接することがないように十分に大きく作られている。
又、ケージが着座しているボールに対して大きく中心か
らずれた場合でも、ディスクの外周に当たってボールを
弁座から離してしまうような事態を発生させないでケー
ジが第１室の側壁７６に当接するように、ケージのエッ
ジ６６の内径はディスク５４の外径よりも十分に大きく
することが好ましい。
【００１５】さらに、図１(b) に示すように、ダイアフ
ラムとケージが斜めになったり、揺れたり、回動した
り、円軌道を動いた場合でも、弁座４６に納まっている
ボール４４を弁座から離れさせることがなく、しかも最
大に動いた場合でもケージがディスク５４のほぼ直径線
上の対向する側に接触してボールを着座したままで回転
させることによりディスクがケージのフランジに平行と
なるように、縦方向つまり軸方向に対面するケージ５６
のフランジ内面間の距離をディスク５４の厚さよりも十
分に大きく設定することが好ましい。
【００１６】ケージの頭部６２はダイアフラムの中央穴
から突出しており、そのダイアフラムは上向きエッジを
有するリテーナリング７８によってケージに密着固定さ
れている。リテーナリング７８は、組立時にその中央穴
を介してケージの頭部にプレスばめにより嵌合され、ダ
イアフラムに圧接してダイアフラムをフランジ６４に密
着させている。ダイアフラムとケージは、第２室２４内
に配設され、リテーナリングとキャップに圧接している
圧縮ばね８０によって弁座４６の方向に弾性的に付勢さ
れている。前記ばね８０はそれが着座しているキャップ
の環状肩８２によって縦軸５２に対してほぼ同軸上に保
持されており、ケージもリテーナリング７８の上向きエ
ッジによってばねに対してほぼ同軸状に保持されてい
る。
【００１７】本発明の別の特徴によれば、ボールとケー
ジの頂部６０との間に収容された比較的小さく軽量の圧
縮ばね８４によって、ボール４４とディスクがケージの
開放端側に弾性的に付勢されている。このばね８４はダ
イアフラムを付勢している大きいばね８０と比較して大
幅に小さいばね係数と力しか持たないので、弁が開いた
時、すなわちボールが弁座から離れた時にボールにかか
る増大した力を低減させるような効果を持つ。
【００１８】このばね８４は、弁が閉じた時ダイアフラ
ムとケージが半径方向、軸方向、回転方向に動いてもボ
ールを弁座から離れさせないように働く。さらにこのば
ね８４はボールが弁座から浮いた時にボール４４を単に
回動させてディスク７８がリテーナリング７２に平行に
圧接するように働く。またばね８４は、弁が開いた時デ
ィスクの下面がリテーナリング７２に圧接した状態でボ
ール４４とディスク５４を安定位置に保つように働く。
又、弁が閉じる時もボールとディスクは安定している。
なぜならダイアフラムとケージがたとえボールが弁座４
６に接触してから後も軸方向、半径方向、円周方向に動
き続けても、ボールが弁座４６に最初に接触した時に弁
は閉じるからである。弁の閉路は安定しており繰り返し
て行なうことができる。
【００１９】本発明の圧力調節性能及び応答性を改善す
るために、好ましくは（必須ではないが）以下のように
オリフィス８６を出口に設けるとよい。すなわち、弁が
開いたとき、ダイアフラムばね８０が燃料によって軸方
向に変位してボールを弁座から浮かせることによってボ
ール４４に作用する力が増大するが、このボールに作用
する増大した力が、出口内に設けたオリフィス８６によ
って発生しかつボールに作用する反対方向の力によって
少なくとも部分的に解消され、又はバランスされるよう
にする。この対抗力を発生させるために、オリフィス又
はベンチュリ８６の最小断面積を燃料が通過する弁座４
６の断面積よりも大幅に小さくする。いかなる構造の調
整器においても、オリフィスの最小断面積は計算で求め
ることができるが、これは部分的にはダイアフラムばね
８０のばね係数と、最大燃料流量を流すのに十分に弁が
開いている時のボールとその弁座間の軸方向の距離との
関数として表わされる。この断面積はまた経験的にも求
めることができる。オリフィス８６の絞られた部分の最
小断面積の代表的な値は、弁座４６の１／１０〜１／２
で普通は１／５〜４／１０である。
【００２０】調整器が用いられるエンジン燃料噴射制御
システムによって変わるけれども、流体室２４はチュー
ブ２６を介して大気と連通して、エンジンがその下で動
作する変動する大気条件を補償するか、あるいは燃焼用
空気を採り入れるインテークマニフォールドに連通し
て、実質的に一定な燃料差圧を与えて液体燃料を燃料イ
ンジェクタ等に供給するか、あるいは圧縮された空気源
又は他の気体源に連通して、変動するエンジン要求、負
荷、その他の運転条件に応じて、液体燃料を燃料インジ
ェクタに供給する圧力を変動制御するかのいずれかの動
作を行なう。
【００２１】燃料システムによっては、流体室２４内の
ガス圧が燃料室２２内の燃料又は流体圧を大幅に越えて
しまい、その結果弁１２が閉じた後、ダイアフラム１４
のベローズ３８又はひだ部分が燃料室の方へ強制的に押
されて反転し、燃料室の中へ入り込んでしまうような場
合もある。例えば燃料システムによっては、ある条件下
において流体室２４に加えられる圧力は８０ psig （ポ
ンド／平方インチｇ）にまで達する事があり、また燃料
室２２の圧力は大気圧にまで低減することがある。本発
明においては、ダイアフラムのベローズ３８又はひだ部
分の反転は本体の環状壁部８８の位置及び形状を適宜に
設定する事によって防止することが好ましい。この環状
壁部８８はダイアフラムのひだ部分が燃料室側に変位す
る程度を制限しそれによってひだ部分が反転するのを防
いでいる。この壁部８８はベローズ３８の下に配置され
ており、通常の運転ではベローズから離れている。しか
し、ダイアフラムに作用する差圧がベローズを軸方向に
弁座側に向かって押すと、ベローズは壁部８８に圧接
し、壁部８８はベローズの軸方向の動きを制限し反転を
防止する。ひだ部分３８が繰り返し反転され燃料室内へ
押し込まれるような事があると、ダイアフラムは損傷し
その寿命は大幅に短縮される。
【００２２】図２は変更を加えた調整器９０を示し、図
中の構成部分で図１(a) ，(b) の燃料調整器と同一構成
部分は同一の参照番号を付している。この調整器９０は
第一の実施例とは異なる弁組立体１２′を有しており、
半球９２がケージ５６に収容されたディスク９４の一方
の側に固定されている。ディスクの両方の面はほぼ平坦
で互いに平行である。ケージは第一実施例とは異なり、
小径の管状壁９８を持つハウジング５８を有する。この
管状壁の中には一端が閉じた管状プランジャ１００が摺
動自在に収容されている。プランジャの閉じた一端は、
プランジャ内に収容された圧縮ばね１０４によってディ
スクの上側平坦面９６に接するように弾性的に付勢され
ている。
【００２３】本発明の別の特徴によれば、ケージ内のボ
ールとディスクのほぼ軸方向の動きはばね１０４とプラ
ンジャ１００の組立体によって抑制されている。使用中
において、プランジャ内には室２２から液体燃料が入っ
ており、かつプランジャがケージの頭部９８にぴったり
と摺動可能に嵌入しているため、プランジャ１００はケ
ージ内のボールとディスクの軸方向の運動に対する油圧
ダンパとして作用する。このプランジャと油圧ダンパ構
成は図１の調整器の球状チェックボール４４とディスク
５４に対しても適用してもよい。
【００２４】使用中において、このプランジャ１０２と
ばね１０４の組み合わせ構成は、図１の調整器の場合と
同様に、ボール９２とディスク９４に対してダイアフラ
ムとケージ５６が半径方向と回転方向に動けるようにし
ている。弁が閉じている状態では、このばねとプランジ
ャ構成は、ダイアフラムとケージの回動、周回、傾斜運
動に応じてボールとディスクが弁座上でさらに大きく回
動、又は揺れ運動を行なえるようにしている。
【００２５】普通、調整器１０と９０は本体１６の自由
端をカプラに挿入することによってエンジン用の燃料シ
ステムに設置される。カプラは燃料ポンプの出口を調整
器の燃料入口３９に接続し、制御された圧力の燃料の調
整器出口４２を複数の燃料インジェクタ用燃料分配レー
ルのような燃料分配システムに接続する。制御システム
の性格にもよるが、流体室２４に連通するチューブ２６
は大気、燃焼空気インテークマニフォールド、又は圧縮
空気源のいずれかに接続される。
【００２６】エンジンを始動する際、燃料ポンプを動か
す前において調整器１０又は９０の弁組立体１２又は１
２′は、通常ダイアフラムばね８０の力によって閉じて
いる。室２２に供給される燃料の圧力が十分に高くなる
と、ダイアフラム１４は弁座４６から離れ始める。その
間ボール４４又は９２は、ボールばね８４又は１０４が
ボールに作用する力によって弁座に留まる。さらに燃料
圧力が上昇し続けダイアフラムも弁座から離れ続けて行
くと、リテーナ７２はディスク７８又は９４の下側面に
接触する。その際、ディスクがリテーナリングの面に既
に平行になっていない場合は、ダイアフラムとケージが
引き続いて移動すれば弁座４６に納まった状態のボール
を回転させ、その結果ディスクはリング７２と平行にな
りかつリングの周辺全体に渡って接触する。この状態か
らさらにダイアフラムとケージが移動し続けると、ボー
ルは弁座から離れる。ボールが浮き上がると燃料は弁座
とボールの間を流れて、制御されたほぼ一定の圧力で出
口４２から出ていく。オリフィス８６は、燃料が出口４
２を通って流れることによって生じる圧力低下を最小限
に抑え、かつボール４４又は９２に作用する力を発生さ
せる。この力は、ボールが弁座からさらに離れ出口を通
る燃料流量が増えるにつれてダイアフラムばね８０から
ボールに作用する力が増大するのを妨げるように働く。
【００２７】図１(a) と(b) とに比較して示すように、
ダイアフラムが室２２内の加圧燃料で移動させられると
き、弁の開放の度にそのダイアフラムの運動は異なって
おり、一様で何度も再現する動きは見られない。さら
に、同一の設計、構造、構成及び公称サイズを持つ大量
生産した調整器においても、弁を開く時のダイアフラム
の動きは個々の調整器によって異なっている。本発明の
調整器において、ダイアフラムが横方向／半径方向にず
れたり、傾動したり、揺れたり、回動したり、円周運動
したり、その他の軸方向でない運動をしても、弁組立体
１２又は１２′の開閉動作あるいは圧力調整器の応答性
は何ら悪影響を受けない。これが可能なのは、ケージと
ボール／ディスクとが互いに相対運動可能に構成されて
いるからである。この構成によって、ボールが弁座に納
まった状態で、そのボールに対してダイアフラムが一定
範囲内で半径方向、軸方向、回動方向、円周方向に移動
ができるようになっている。
【００２８】図３は本発明の別の圧力調整器１０′を示
し、電気スイッチ１０８は弁１２の開閉によって作動し
燃料ポンプの制御信号を出力する。スイッチ１０８はス
リーブ４８′の弁座４６が提供する下側接点とボール４
４が提供する上側接点とを有する。
【００２９】好ましくは、スリーブ４８′はその上端か
ら半径方向に延びる環状フランジ１１０を有し、真鍮や
スチールのような導電材料で作る。またフランジ１１０
の外径は、たとえリング７２の上向きエッジ７０が側壁
７６に当接しても、ケージがばね８０によって完全に押
し込まれたときにリングがフランジの全周に渡って圧接
するように、十分に大きくすることが好ましい。引き出
し線１１６はフランジ１１０に、つまり弁座４６が提供
する下側接点に接続されている。ボール４４が提供する
上側接点は、キャップ２０、ばね８０、リテーナリング
７８、ハウジング５８、ばね８４、及びボール４４を介
して引き出し線１１８に電気的に接続されている。これ
らの接続部材は全てスチールのような導電材料で作られ
ている。
【００３０】図４は内燃機関１２４用圧力調整器１０′
を組み込んだ燃料供給システム１２２を示す。燃料供給
システムには、燃料インジェクタレール１２８に接続さ
れた燃料インジェクタ１２６と、燃料タンク１３０と、
電気燃料ポンプ１３２（タンク内に配置するのが好まし
い）と、燃料ポンプの電気モータ１３６の速度を制御し
て燃料の吐出量を制御する回路１３４とが含まれる。
【００３１】ポンプ制御電子回路１３４の詳細が図５に
示されている。バッテリー１４０として示される自動車
の電源システムはポンプモータ１３６に接続されるシス
テム電圧バス１４２に電気を供給する。電圧レギュレー
ター１４４はバス１４２から一定の電圧を調整器１０′
のスイッチ１０８、バッファー１４６、及びパルス幅変
調（ＰＷＭ）増幅器１４８へ送る。レギュレーター／ス
イッチ１０８の接点は信号入力をバッファー１４６に与
える。このバッファー１４６は高いインピーダンス入力
を持っており、スイッチ接点のアークや電流吸引の影響
を低減させる。バッファー１４６の出力は加算器１５０
の１つの入力に接続されている。加算器１５０は制御入
力をパルス幅変調増幅器１４８に供給する。パルス幅変
調増幅器１４８の出力は、モータ１３６の電流を制御す
る電源スイッチ・ステージ１５２に接続される。モータ
１３６とステージ１５２の結合部は第二の加算器１５４
に一つの入力として接続されている。この第二加算器１
５４はさらに、システムバス１４２からの入力と抵抗１
５６からの基準電圧である第三の入力を受けている。第
二加算器１５４の出力は第一加算器１５０の第二の入力
を供給する。
【００３２】運転時、図５に示す制御回路１３４は、参
考として本願に示した米国特許出願Ｎｏ．07/949,974
に開示したものと同様に動作する。つまり、レギュレー
ター／スイッチ１０８はポンプ出口圧力に応答し、レギ
ュレーター・ばねとダイアフラムで決定される、あらか
じめ設定されたポンプ出口圧力において通電状態と非通
電状態との間を切り替わる。パルス幅変調増幅器１４８
は、レギュレーター／スイッチ１０８で制御され、圧力
スイッチが通電状態の時、第一の平均電圧レベルのパル
スＤＣエネルギをポンプモータ１３６に印加し、圧力ス
イッチが非通電状態の時第二の低い平均電圧レベルのパ
ルスＤＣエネルギをポンプモータ１３６に印加する。こ
のように、ポンプ出口圧力がレギュレーター／スイッチ
のしきい値を超えたとき、低いがゼロではない電圧レベ
ルの電力をポンプモータに印加する。第二の低い平均電
圧レベルは抵抗１５６が決定する基準電圧に比例してい
る。パルス幅変調増幅器はシステム電圧によっても一部
制御されており、これによって少々電圧変動があっても
ポンプモータの始動電圧はほぼ一定に保たれる。
【００３３】本実施例において、ポンプモータ１３６に
印加されるパルスＤＣエネルギの周波数は一定に保たれ
るが、デューティサイクルは第一デューティサイクルと
第二デューティサイクルの間を切り替わる。つまり、ポ
ンプ出口圧力がレギュレーター／スイッチのしきい値よ
り低い時第一デューティサイクルになり、ポンプ出口圧
力がレギュレーター／スイッチのしきい値より高い時第
一デューティサイクルより低いがゼロではない第二デュ
ーティサイクルになる。変調周波数と２つのデューティ
サイクルはパルス幅変調増幅器１４８の設計時にあらか
じめ設定されているが、必要に応じて調整可能にしても
よい。このように、ポンプに印加される電気エネルギは
出口燃料圧力が高くなり過ぎると自動的に低減され、ポ
ンプの磨耗及びポンプの熱放散を抑える。しかし、ポン
プは低いレベルで動作し続け、大きなポンプ出力が必要
な時に起きる可能性のある慣性の問題を解消している。
前述したように、バッファー１４６の高入力インピーダ
ンスはレギュレーター／スイッチ１０８の接点を流れる
電流を制限し、スイッチ接点がアークやピッティングで
損傷するのを抑えている。
【００３４】スイッチ１０８は調整器１２と協調して開
閉するので、調整器の出力である調節された燃料圧力か
ら燃料ポンプが高くなり過ぎたり低くなり過ぎる傾向を
抑制する。調整器１０′は調整器１０と本質的に同一の
方法で調整器から排出される燃料の圧力を制御する。
【００３５】本発明の実施例の圧力調整器は調整器から
排出される燃料流量の急激な変動に対する応答性が大幅
に改善され、かつ調整器から排出される燃料の圧力の制
御も大幅に改善されている。例えば、本発明の調整器に
おいて、その一定の出口燃料圧力がゲージ圧で公称４０
ポンド／平方インチである場合、実際の圧力変動又は低
下は、燃料流量がゼロから毎時３０ガロンの間を変動し
てもわずか0.5 〜0.6 ポンド／平方インチである。本調
整器は図１に示したように構成されており、ボールの直
径は公称で 0.281 インチ、ディスクの直径が 0.542
インチで厚さが 0.060 インチ、ディスクが収容される
ケージの環状ポケットの内径が0.602 インチで軸方向高
さが 0.100 インチ、弁が閉じている時ダイアフラム圧
縮ばねの公称力が 19 ポンドでばね係数が 22.3 ポンド
／インチ、弁が閉じていてケージが図１に示すようにデ
ィスクに圧接している時、ボールばねの公称力は1.99
ポンドでばね係数が 5.3 ポンド／インチ、弁座の断面
積が 0.03167平方インチ、ベンチュリの絞り部の最小断
面積が 0.00418 平方インチである。
【図面の簡単な説明】
【図１】(a) は本発明による燃料圧力調整器の断面図
で、制御弁のボールが弁座に納まって完全に閉路した位
置にある図で、(b) は圧力調整器の断面図であって、そ
のダイアフラムが調整器の縦軸及び図１の位置に対して
斜めあるいは回転した位置にある図である。
【図２】図１の調整器の変形例の断面図である。
【図３】本発明による燃料圧力調整器の他の例を示す断
面図であって、その制御弁のボールが弁座に納まって完
全に閉路した位置にあり、電気スイッチが閉路つまり導
通位置にある図である。
【図４】燃料噴射内燃機関の燃料供給／制御システムの
模式図で、図３の調整器が組み込まれている。
【図５】図４のポンプ制御電子回路の機能ブロック図で
ある。
【符号の説明】
１０ 燃料調整器 １２ 弁 １４ ダイアフラム １６ ハウジング ２２ 第一室 ２４ 第二室 ４０ 入口 ４２ 出口 ４４ ボール弁体 ４６ 弁座 ５４ ディスク ５６ ケージ １０８ スイッチ ８０ 第一ばね ８４ 第２ばね １３４ 制御回路 １３６ ポンプモータ １４４ 電圧レギュレータ １４６ バッファ

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料圧力調整器であって、 ハウジングと、 前記ハウジングと共働して第一の室と第二の室を画定す
    るダイアフラムと、 前記第二室から前記ハウジングの外部に通じる通路と、 前記第一室に通じる燃料入口と、 前記第一室からの燃料出口と、 前記燃料出口と関連しており、また弁体が密着接触でき
    るようにほぼ円形の座面を有している弁座と、 前記第二室内に配設されて前記ダイアフラムをほぼ軸方
    向に前記弁座に向かって付勢する第一ばねと、 前記ダイアフラムに保持されるケージと前記弁座に密着
    接触できるように外部表面が形成され、かつ前記ケージ
    内に収容されて前記ダイアフラムによって軸方向に移動
    させられて前記弁座に密着接触して閉位置を占めたり、
    前記弁座から離れて開位置を占めたりする弁体と、 導電材料で作られ前記第一室内に固定的に設けられた第
    一接点と、導電材料で作られ前記ダイアフラム及び前記
    ケージと共に動く第二接点を有し、 前記弁が閉じた時前記第一及び第二接点は導通状態にな
    り、前記弁が開いた時前記２つの接点は非導通になる電
    気スイッチと、 前記スイッチに接続されて前記スイッチが導通状態の
    時、第一の周波数及びデューティサイクルで燃料ポンプ
    の電動モータにパルスＤＣエネルギを印加し、前記スイ
    ッチが非導通状態の時、前記第一周波数及び／又はデュ
    ーティサイクルより低い第二のゼロでない周波数及び／
    又はゼロでないデューティサイクルで前記電動モータに
    パルスＤＣエネルギを印加する事によって、前記スイッ
    チが前記調整器に加えられたポンプ出口圧力によって開
    かれた時ポンプモータに印加した電力を低減するように
    したパルス幅変調手段と、から構成されることを特徴と
    する燃料圧力調整器。
  2. 【請求項２】 前記第一及び第二周波数及びデューティ
    サイクルは前記パルス幅変調手段にあらかじめ設定され
    ていることを特徴とする請求項１記載の圧力調整器。
  3. 【請求項３】 前記第一及び第二周波数は同一であるこ
    とを特徴とする請求項２記載の圧力調整器。
  4. 【請求項４】 前記パルス幅変調手段はさらに、前記ス
    イッチに接続されてスイッチの導通状態において前記ス
    イッチを流れる電流を制限する手段を含むことを特徴と
    する請求項２記載の圧力調整器。
  5. 【請求項５】 燃料圧力調整器であって、 ハウジングと、 前記ハウジングと共働して第一の室と第二の室を画定す
    るダイアフラムと、 前記第二室から前記ハウジングの外部に通じる通路と、 前記第一室に通じる燃料入口と、 前記第一室からの燃料出口と、 前記燃料出口と関連しており、また弁体が密着接触でき
    るようにほぼ円形の座面を有している弁座と、 前記第二室内に配設されて前記ダイアフラムをほぼ軸方
    向に前記弁座に向かって付勢する第一ばねと、 前記ダイアフラムに保持されるケージと、 外側部分が前記円周弁座に密着接触できるようにほぼ球
    状にされ、かつ前記ケージ内に収容されて前記ダイアフ
    ラムによってほぼ軸方向に移動させられて前記弁座に密
    着接触して閉位置を占めたり、前記弁座から離れて開位
    置を占めたりする弁体と、 前記ケージに収容されてほぼ軸方向に前記弁座に向かっ
    て弁体を弾性的に付勢する第二のばねと、 前記弁体に保持され、それと共に動きかつ前記弁体の縦
    軸に対してほぼ直角方向に突出したキャリア部材であっ
    て、前記弁体は球体で構成され、前記キャリア部材は前
    記球体の中央部を環状に囲みほぼ半径外方に向かって突
    出し、前記球体といっしょに動けるようにそれに固定さ
    れたディスクで構成され、前記ケージは前記キャリア部
    材を収容する空洞を有し、前記弁体が前記弁座に密着接
    触している状態で、前記ダイアフラムが前記弁体を前記
    弁座から離すことなく前記弁体に対してほぼ軸方向、半
    径方向、回転方向に一定の範囲内で動くことができ、そ
    の一定範囲を越えてさらに前記ダイアフラムが前記弁座
    から遠ざかる方向にほぼ軸方向に動くと、前記弁体が閉
    位置から完全開位置に移動するように、前記ダイアフラ
    ムと前記弁体とが相対運動可能となるよう前記空洞と前
    記キャリア部材の寸法、構成、配置を決めたキャリア部
    材と、 導電材料で作られ前記第一室内に固定的に設けられた第
    一接点と、導電材料で作られ前記ダイアフラム及び前記
    ケージと共に動く第二接点を有し、 前記弁が閉じた時前記第一及び第二接点は導通状態にな
    り、前記弁が開いた時前記２つの接点は非導通になる電
    気スイッチと、 前記スイッチに接続されて前記スイッチが導通状態の
    時、第一の周波数及びデューティサイクルで燃料ポンプ
    の電動モータにパルスＤＣエネルギを印加し、前記スイ
    ッチが非導通状態の時、前記第一周波数及び／又はデュ
    ーティサイクルより低い第二のゼロでない周波数及び／
    又はゼロでないデューティサイクルで前記電動モータに
    パルスＤＣエネルギを印加する事によって、前記スイッ
    チが前記調整器に加えられたポンプ出口圧力によって開
    かれた時ポンプモータに印加した電力を低減するように
    したパルス幅変調手段と、から構成されることを特徴と
    する燃料圧力調整器。
  6. 【請求項６】 前記第一及び第二周波数とデューティサ
    イクルは前記パルス幅変調手段に前もって設定されてい
    ることを特徴とする請求項５記載の圧力調整器。
  7. 【請求項７】 前記第一及び第二周波数は同一であるこ
    とを特徴とする請求項６記載の圧力調整器。
  8. 【請求項８】 前記パルス幅変調手段はさらに、前記ス
    イッチに接続されて前記スイッチの導通状態の時にスイ
    ッチに流れるを電流を制限する手段を有することを特徴
    とする請求項６記載の圧力調整器。
  9. 【請求項９】 前記第一接点は、前記弁座から半径方向
    外方に延びる環状フランジの上部表面であることを特徴
    とする請求項５記載の圧力調整器。
  10. 【請求項１０】 前記第二接点は、前記ケージの底部表
    面であることを特徴とする請求項５記載の圧力調整器。
  11. 【請求項１１】 前記キャリア部材は、前記弁体に固定
    されてそれと一緒に動くディスクを有し、そのディスク
    の最大外径が前記空洞の内径よりも小さく、その軸方向
    の厚さが前記ディスクの周囲にある前記空洞の軸方向寸
    法より小さいことを特徴とする請求項５記載の圧力調整
    器。
  12. 【請求項１２】 前記ディスクは互いに離れかつ平行な
    一対のほぼ平坦な表面を有し、また前記ケージの前記空
    洞はほぼ軸方向に互いに離れかつ平行な一対のほぼ平坦
    な表面を有し、かつ前記ケージの前記空洞の平坦な面の
    間に収容された前記ディスクの外面を覆うことを特徴と
    する請求項５記載の圧力調整器。
  13. 【請求項１３】 前記弁座の下流にある前記燃料出口に
    配置されかつ前記弁座の断面積の１／１０〜１／２の範
    囲の最小断面積を有するオリフィスをさらに含むことを
    特徴とする請求項５記載の圧力調整器。
  14. 【請求項１４】 前記可撓性のあるダイアフラムは少な
    くとも一つの円周方向に連続したひだを有することを特
    徴とする請求項５記載の圧力調整器。
  15. 【請求項１５】 前記可撓性ダイアフラムは円周方向に
    連続し前記ケージのほぼ半径方向外方に配置された少な
    くとも一つのひだを有し、前記ハウジングは前記第二室
    内に前記ダイアフラムのひだに対してほぼ軸方向に整列
    され通常はそのひだから離れている円周方向に連続した
    壁部を有し、その壁部は前記ダイアフラムに作用する前
    記第二室内の流体圧力が前記ダイアフラムに作用する前
    記第一室内の流体圧力を越えたとき前記ダイアフラムが
    前記壁部に圧接できるようにして前記ひだが反転するの
    を防止するように構成配置されていることを特徴とする
    請求項５記載の圧力調整器。
  16. 【請求項１６】燃料圧力調整器であって、 ハウジングと、 前記ハウジングと共働して第一の室と第二の室を画定す
    るダイアフラムと、 前記第二室から前記ハウジングの外部に通じる通路と、 前記第一室に通じる燃料入口と、 前記第一室からの燃料出口と、 前記燃料出口と関連しており、また弁体が密着接触でき
    るようにほぼ円形の座面を有している弁座と、 前記第二室内に配設されて前記ダイアフラムをほぼ軸方
    向に前記弁座に向かって付勢する第一ばねと、 前記ダイアフラムに保持されるケージと、 外側部分が前記円周弁座に密着接触できるようにほぼ球
    状にされ、かつ前記ケージ内に収容されて前記ダイアフ
    ラムによってほぼ軸方向に移動させられて前記弁座に密
    着接触して閉位置を占めたり、前記弁座から離れて開位
    置を占めたりする弁体と、 前記ケージに収容されてほぼ軸方向に前記弁座に向かっ
    て弁体を弾性的に付勢する第二のばねと、 前記弁体に保持され、それと共に動きかつ前記弁体の縦
    軸に対してほぼ直角方向に突出したキャリア部材であっ
    て、前記弁体は半球体で構成され、前記キャリア部材は
    前記半球体からほぼ半径方向外方に突出し、それと共に
    動くようにそれに固定されたディスクで構成され、前記
    ケージは前記キャリア部材を収容する空洞を有し、前記
    弁体が前記弁座に密着接触している状態で、前記ダイア
    フラムが前記弁体を前記弁座から離すことなく前記弁体
    に対してほぼ軸方向、半径方向、回転方向に一定の範囲
    内で動くことができ、その一定範囲を越えてさらに前記
    ダイアフラムが前記弁座から遠ざかる方向にほぼ軸方向
    に動くと、前記弁体が閉位置から完全開位置に移動する
    ように、前記ダイアフラムと前記弁体とが相対運動可能
    となるよう前記空洞と前記キャリア部材の寸法、構成、
    配置を決めたキャリア部材と、 導電材料で作られ前記第一室内に固定的に設けられた第
    一接点と、導電材料で作られ前記ダイアフラム及び前記
    ケージと共に動く第二接点を有し、 前記弁が閉じた時前記第一及び第二接点は導通状態にな
    り、前記弁が開いた時前記２つの接点は非導通になる電
    気スイッチと、 前記スイッチに接続されて前記スイッチが導通状態の
    時、第一の周波数及びデューティサイクルで燃料ポンプ
    の電動モータにパルスＤＣエネルギを印加し、前記スイ
    ッチが非導通状態の時、前記第一周波数及び／又はデュ
    ーティサイクルより低い第二のゼロでない周波数及び／
    又はゼロでないデューティサイクルで前記電動モータに
    パルスＤＣエネルギを印加する事によって、前記スイッ
    チが前記調整器に加えられたポンプ出口圧力によって開
    かれた時ポンプモータに印加した電力を低減するように
    したパルス幅変調手段と、 から構成され、さらに、前記ケージは前記第一室からの
    液体燃料を受け入れるための第一室と連通するポケット
    と、前記ポケット内にしゅう動可能に収容され前記弁体
    に圧接するプランジャとを有しており、前記プランジャ
    は前記ケージに対する前記弁体の軸方向運動の油圧ダン
    パの働きをし、前記プランジャ自体前記キャリア部材に
    対して半径方向、回動方向に動くことができるように構
    成配置されている、ことを特徴とする燃料圧力調整器。
  17. 【請求項１７】 前記第一及び第二周波数とデューティ
    サイクルは前記パルス幅変調手段で前もって設定されて
    いることを特徴とする請求項１６記載の圧力調整器。
  18. 【請求項１８】 前記第一及び第二周波数は同一である
    ことを特徴とする請求項１７記載の圧力調整器。
  19. 【請求項１９】 前記パルス幅変調手段はさらに、前記
    スイッチに接続されて前記スイッチの導通状態の時にス
    イッチに流れるを電流を制限する手段を有することを特
    徴とする請求項１７記載の圧力調整器。
  20. 【請求項２０】 前記第二ばねは前記ポケットに配置さ
    れていて、前記プランジャをほぼ軸方向に前記弁体に向
    かってまた該弁体を前記ケージに対して相対的に前記弁
    座に向かって弾性的に付勢することを特徴とする請求項
    １６記載の圧力調整器。
  21. 【請求項２１】 前記第一ばねは、前記第二ばねが前記
    弁体に作用させる力よりも大きい力を前記ダイアフラム
    に作用させ、前記第一ばねのばね係数は第二ばねのそれ
    よりも大きいことを特徴とする請求項２０記載の圧力調
    整器。
  22. 【請求項２２】 前記第一ばねは、前記第二ばねが前記
    弁体に作用させる力よりも大きい力を前記ダイアフラム
    に作用させ、前記第一ばねのばね係数は第二ばねのそれ
    よりも大きいことを特徴とする請求項５記載の圧力調整
    器。
  23. 【請求項２３】 前記第一接点は、前記弁座から半径方
    向外方に延びる環状フランジの上部表面であることを特
    徴とする請求項１６記載の圧力調整器。
  24. 【請求項２４】 前記第二接点は、前記ケージの底部表
    面であることを特徴とする請求項１６記載の圧力調整
    器。
JP13021293A 1992-06-02 1993-06-01 燃料圧力調整器 Expired - Lifetime JP2549245B2 (ja)

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US94997492A 1992-09-24 1992-09-24
US07/949974 1992-09-24
US08/037,031 US5265644A (en) 1992-06-02 1993-03-25 Fuel pressure regulator
US08/037031 1993-03-25
US07/892252 1993-03-25

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