JPH10339227A - 流体圧力調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】制御流体の圧力変動で弁がハウジングや過度の
開閉動作を生じる。また、配管内のベーパによってガソ
リンの圧力を高めるのに時間がかかり、始動燃料の遅れ
が生じる。 【解決手段】調圧弁上流の流体圧で調圧弁を制御し、そ
の流体を調圧弁下流へ逃す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流体圧力源から制御
機器に流体配管を通して、流体を圧送する流体供給シス
テムに用いられる流体圧力調整装置であって、例えば、
内燃機関の燃料供給装置の配管の途中に設置される燃料
圧力調整装置に関係する。

【０００２】

【従来の技術】流体の圧力を調整するのに配管途中に弁
を用い、アクチュエータによって閉弁力を調整し、流体
の圧力を制御するのは周知である。そしてそのアクチュ
エータの作動力として流体圧力を用い、前記弁体に付与
する閉弁力を調整するものが知られている（特開平6−7
4251号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には、ア
クチュエータに与える信号圧力が、制御される流体の圧
力変化とは、全く関係のない流体圧であったため、制御
流体の圧力変動で、弁がハンチングや過度の開閉動作を
生じることがあった。

【０００４】また、流体圧力増大時、圧力を増大させる
流体の通る配管等に溜まる気体が、流体圧力の増大に悪
影響を及ぼす問題がある。例えば、内燃機関の燃料供給
システムにおいて、エンジン始動時の燃料圧力増大に時
間がかかることや、燃料噴射に悪影響を及ぼすという問
題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の流体圧力調整装
置は、調圧弁上流の流体圧力を利用して、電磁弁のデュ
ーティ制御によって信号圧力を発生させ、その信号圧力
によって、バネのセット力を調節し、流体圧力の可変化
を実現するものである。

【０００６】また信号圧力を与える制御流体に、調圧弁
上流の流体そのものを用いることで、調圧弁上流に溜ま
る気体を、調圧弁下流へ逃がすことのできる通路を形成
するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
用いて説明する。図１は本発明の燃料圧力調整装置が適
用される、内燃機関の燃料供給システムを示す図面であ
る。本発明の燃料圧力調整装置３０の燃料入力ポート２
は、高圧燃料ポンプ３１の吐出ポート３２から、燃料噴
射弁３３を連装する配管３５と連通してあるところに、
取り付けられる。燃料圧力調整装置３０の燃料出力ポー
ト３は、高圧燃料ポンプ３１の吐出ポート３２と燃料圧
力調整装置３０の燃料入力ポート２を結ぶ通路以外の通
路、例えば高圧燃料ポンプ３１の吸入ポート３６と連通
している通路３４に接続される。なおこの燃料供給シス
テムにおける燃料は、燃料タンク３７から、低圧燃料ポ
ンプ３８によって供給され、この低圧側の流体圧力は、
低圧用の調圧器３９によって調圧される。

【０００８】図１１は、内燃機関において、燃焼に好適
な燃料圧力の範囲を示したものである。燃料圧力とは、
図１の燃料噴射弁３３の接続される配管３５を流れる燃
料の圧力である。このように内燃機関の燃料供給システ
ムにおいて、燃料圧力の可変化が必要である。

【０００９】燃料タンク３７にある燃料は、低圧燃料ポ
ンプによって燃料システムに供給される。燃料システム
に供給された燃料は、高圧燃料ポンプ３１の吸入ポート
３６から吸入され、高圧燃料ポンプ３１の吐出ポート３
２から吐出される。燃料配管３５を通って燃料噴射装置
３３に供給される。前記配管３５を流れる燃料は、燃料
圧力調整装置３０の燃料入力ポート２から入り、調圧弁
部を構成するボールポペット４，シート５で調圧され、
調圧時にリリーフされた燃料は、燃料出力ポート３から
流出し、前記低圧側の配管３４に戻される。

【００１０】以下、本発明の流体圧力調整装置の一実施
例を図面を用いて説明する。図２は、本発明の特徴を最
もよく表している流体圧力調整装置の断面図である。

【００１１】本実施例の流体圧力調整装置は、まずハウ
ジング１があり、燃料入力ポート２と燃料出力ポート３
が形成されている。調圧の核となる部分として、燃料入
力ポート２からの燃料を遮断、またはリリーフする、ボ
ールポペット４とシート５を持つ。ボールポペット４と
同軸上に、制御しようとする燃料圧力とバランスするた
めの調圧バネ６が、一方向に付勢するように設けられて
いる。ボールポペット４はリブ７を持ち、ボールポペッ
ト４とシート５からリリーフされた燃料を流すための燃
料通路１１を持っている。また調圧バネ６の軸芯を合わ
せるための凸部を持つ。

【００１２】ボールポペット４，シート５，調圧バネ６
の同軸上に、調圧バネ６の付勢力を調整するためのピス
トン８と、ピストン８の位置決めをするための、ピスト
ンバネ９が設けられている。電磁弁１０無通電時、この
ピストンバネ９は、調圧バネ６の付勢力が大きくなる方
向、すなわち燃料圧力が高圧側に保持される方向に付勢
するように設定されるものである。ピストン８は、調圧
バネ，ピストンバネのそれぞれの軸芯を合わせるための
凸部をそれぞれ持っている。またピストン８には、ボー
ルポペット４とシート５からリリーフされた燃料を流す
ための燃料通路がある。

【００１３】前記ボールポペット４，調圧バネ６，ピス
トン８，ピストンバネ９は、軸方向にガイドされるた
め、シリンダ１３に収まっている。シリンダ１３は、前
記ガイド機能のみでなく、ピストン８の形状と関連し
て、圧力調整室１４を持つ形状であり、圧力調整室１４
に作動流体が流入するための入り口１５を持つ。また、
シリンダ先端は、ボールポペット４のリブ７に対応し、
凹形となっている。

【００１４】燃料入力ポート２から燃料通路は二つに分
岐されている。一つは、調圧器の目的である燃料圧力調
整のための、ボールポペット４とシート５に連通してい
る第１燃料通路１７である。ここに、流体内の異物を除
去するためのフィルタ１８を挿入している、残りの片方
は、電磁弁１０を通って、圧力調整室に連通している第
２燃料通路１９である。

【００１５】電磁弁１００の構造について説明する。

【００１６】電磁弁１００は、弁を駆動するアクチュエ
ータとしてソレノイドを用いており、その磁気回路はコ
ア１０２，ヨーク１０３，プランジャ１０４からなり、
コア１０２の内部バは、プランジャ１０４とボール弁１
０６からなる弁体をノズル１０７のシート面１０８に押
圧するスプリング１０９と、スプリング１０９の荷重を
調節するスプリングアジャスタ１１０が設けられてい
る。またコア１０２とヨーク１０３の間には、磁気回路
を励磁するコイル１１２がボビン１１３に巻かれ、その
外側はプラスチック材１１４でモールドされており、さ
らに外部からの信号をコイル１１２に伝えるターミナル
１１５を備えている。

【００１７】燃料入力ポート２から流入した流体のう
ち、第１燃料通路１７を通るものについては、シート５
からボールポペット４に向かって流入しており、この流
入しようとする流体の圧力と、調圧バネ６のバネ力がバ
ランスして、制御しようとする燃料圧力が定まる。調圧
バネ６のボールポペット４に加わるバネ力は、ピストン
８の位置によって調整される。ピストン８の位置は、ピ
ストンバネ９と圧力調整室１４部の圧力との釣り合いに
よって決まる。すなわち、圧力調整室１４部の圧力を高
くすると、ピストン８は、図中右側に押しやられ、調圧
バネ６のボールポペット４に付勢するバネ力が小さくな
り、ボールポペット４の閉弁力が弱まり、制御しようと
する燃料圧力を低くすることができる。反対に、高い燃
料圧力を得るためには、圧力調整室１４部の圧力を低く
し、ピストン８は、図中左側に移動し、調圧バネ６のボ
ールポペット４に付勢するバネ力が大きくなり、ボール
ポペット４の閉弁力が強まり、制御しようとする燃料圧
力を高くすることができる。第２燃料通路１９を通る燃
料については、電磁弁１００に作用されることによっ
て、圧力調整室１４の圧力を任意に調整するために用い
られる。電磁弁１００は、無通電時、スプリング１０９
により、ボール弁１０６はシート面１０８に押圧され、
燃料は、シート面１０８部で遮断されている。通電時、
電磁力により、プランジャ１０４が図中左側に吸引さ
れ、ボール弁１０６が開き、燃料が流出する。

【００１８】図１２は、エンジン回転数と、高圧燃料ポ
ンプ吐出流量及びエンジン必要流量との関係を示したグ
ラフである。この高圧燃料ポンプ吐出流量からエンジン
必要流量を差し引いた流量が、余剰燃料となる。この余
剰燃料が、図１における第２燃料通路を流れ、信号圧力
を得るために用いられる流体として用いられるものであ
る。

【００１９】すなわち本発明の流体圧力調整装置の燃料
圧力の可変化を実現させるための動作は、簡潔に述べる
と以下の通りである。

【００２０】電磁弁のＯＮ−ＯＦＦにより、燃料そのも
のを圧力調整室１４部への信号圧力として作用させ、ピ
ストン８の位置を変えることによって、調圧バネ６のボ
ールポペット４に与える付勢力を増減し、それによりボ
ールポペット４の閉弁力を調整し、燃料圧力の可変化を
実現する。

【００２１】図１３に、本発明の燃料圧力調整装置の特
性として、電磁弁通電周波数一定時の、電磁弁通電パル
ス幅と燃料圧力との関係を示す。電磁弁通電パルス幅を
大きくすると、第２燃料通路１９から圧力調整室１４へ
流入する流量が増え、圧力調整室１４の圧力が大きくな
り、ピストン８を閉弁力の弱まる方向へ押しやり、低圧
制御を行うことを示す。電磁弁パルス幅一定時において
も同じで、電磁弁通電周波数を大きくすると、第２燃料
通路１９から圧力調整室１４へ流入する流量が増え、低
圧制御を行う。

【００２２】内燃機関の燃料供給システムにおいて、特
にその始動時において、高圧燃料ポンプ３１の吐出ポー
ト３２と、ボールポペット４を結ぶ配管３５，１７中に
気体が溜まり、気体の溜まっていないときに比べ、燃料
圧力の昇圧に時間がかかる、また、燃料噴射に関して悪
影響を及ぼすことがあるが、電磁弁１０を開弁すること
によって、この気体を、電磁弁１０，圧力調整室１４，
ピストン８とシリンダ１３間の隙間、燃料圧力調整装置
３０の燃料出力ポート３を通して、低圧側の配管３４に
戻すことが可能である。

【００２３】図１４は、本発明の異物放出機能を説明す
るグラフである。燃料圧力調整時、ボールポペット４と
シート５間に異物が詰まり、燃料調整が不能になる場合
があるが、減速時等のエンジン発生トルクが、あまり必
要でない時に、一時的に燃料圧力を低圧に調整し、ボー
ルポペット４とシート５間を流れる流量を増すことによ
って異物を放出する機能を持っている。

【００２４】以下本発明の他の実施例を説明する。

【００２５】図１においては、圧力調整室１４に流入し
た燃料、もしくは前記気体を、圧力調整室１４から排出
する通路は、ピストン８とシリンダ１３の隙間であり、
この隙間を、流体の流れる絞りとして考え、この絞りの
形態を以下に示す。

【００２６】ピストン８の形状は、円筒形に限らず、図
３に示すように、燃料流の上流側であるピストン８の小
径円筒部曲面に、平面もしくは、他の曲面を設けたもの
であってもよいし、図４に示すように、それがピストン
８の大径円筒部曲面にあってもよい。またはそれが両側
にあってもよい。また、図５に示すようにピストン８の
圧力調整室１４に面する部分から、燃料出力ポートに連
通している部分へ連通する穴が設けられているものでも
よい。

【００２７】図６は前記絞りがシリンダ内面よりも外側
（ハウジング側）に出ているものである。圧力調整室１
４に、出力ポート５０を設け、出力ポート５０からの配
管５１中に絞り５２を設けるものである。

【００２８】図７は、図６の形態を拡大したもので、上
記配管５１中に第２電磁弁５５を設置し、低圧側配管３
４に戻す形態のものである。二つの電磁弁を各々制御す
ることによって、利点として、圧力の応答性を良くする
ことができ、また、前記悪影響を及ぼす気体を素早く排
出することが可能である。

【００２９】図８は、ボールポペット４とシート５から
調圧時にリリーフされた燃料をピストン８を通さず、ピ
ストンより上流に出力ポート６３を設けたものである。
リリーフされた後の流路抵抗を少なくできる等の利点が
ある。

【００３０】図９は、機能としては今までに述べたもの
と同じであるが、形態を変えたものである。まず第２燃
料通路１９は、直接、圧力調整室１４と連通している。
図中ピストン８右側に、背圧調整室６０を設けるもので
ある。図８までの実施例では、圧力調整室１４の圧力を
電磁弁により調整し、信号圧力とするものであったが、
この図９の実施例では、背圧室の圧力を電磁弁６２によ
り調整し、ピストン８の位置を変えることによって、流
体圧力を調整するものである。ピストンに設けた絞り６
１に関しては、シリンダとピストンの隙間だけであって
もよい。

【００３１】図１０は第２燃料通路を、第１燃料通路と
切り放し、配管３５中の任意の部分に、連結するもので
ある。例えば配管３５中（例えば７１）で、圧力脈動の
小さい部分や、前記燃料噴射に悪影響を及ぼす気体の溜
まる部分に接続する。また圧力調整室１４からの配管５
１の下流接続部についても、燃料出力ポート３からの配
管３４に接続することに限らず（例えば７２）、圧力脈
動の小さい部分や、特には、燃料タンク３７に直接戻す
ものであってもよい。

【００３２】調圧室に調圧流体を送り込む電磁弁は、Ｏ
Ｎ−ＯＦＦ弁に限らず、比例弁などでも実現できる。

【００３３】その他の実施例として、絞りに関するこ
と、通路の形成に関することを述べたが、是一意ではな
い。今まで述べた実施例のあらゆる組み合わせが考えら
れ、有用である。

【００３４】

【発明の効果】信号圧力を与える制御流体に、調圧弁上
流の流体そのものを用いることで、安定した流体圧力の
調整を行うことができる。また調圧弁上流に溜まる不要
な気体を、調圧弁下流へ逃がすことができる。

【００３５】また、電磁弁無通電時、調圧弁に与える付
勢力が最も大きくなるように設定されているため、流体
の残圧保持特性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流体圧力調整装置の用いられる燃料供
給システム図。

【図２】本発明の流体圧力調整装置の全体構造を示す断
面図。

【図３】ピストンにおいて上流方向に絞りのあることを
示す断面図。

【図４】ピストンにおいて下流方向に絞りのあることを
示す断面図。

【図５】ピストンにおいて絞りとして連通穴を設けるこ
とを示す断面図。

【図６】絞りをシリンダ内面より外側に設けることを示
す機能説明図。

【図７】絞りとして電磁弁を用いることを示す機能説明
図。

【図８】リリーフされた流体を流す通路をシリンダ内面
より外側に設けたことを示す機能説明図。

【図９】シリンダ下流部に背圧制御室を設けることを示
す機能説明図。

【図１０】圧力調整室に接続される配管の片方が任意で
あることを示す機能説明図。

【図１１】燃焼に好適な燃料圧力分布を示すグラフ。

【図１２】制御用流量に余剰燃料を使用することを示す
グラフ。

【図１３】本発明の燃料圧力調整装置の特性を示すグラ
フ。

【図１４】本発明の燃料圧力調整装置の特性を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１…ハウジング、２…燃料入力ポート、３…燃料出力ポ
ート、４…ボールポペット、５…シート、６…調圧バ
ネ、８…ピストン、９…ピストンバネ、１３…シリン
ダ、１４…圧力調整室、３０…燃料圧力調整装置、３１
…高圧燃料ポンプ、３３…燃料噴射弁、３７…燃料タン
ク、３８…低圧燃料ポンプ、３９…低圧用の調圧器、１
００…電磁弁。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体圧力源から制御機器に流体配管を通し
   て、流体を圧送する流体供給システムに用いられる流体
   圧力調整装置であって、前記流体配管の途中に配置さ
   れ、この配管を流れる流体の圧力を調整する調圧弁と、 この調圧弁に閉弁力を付与するアクチュエータと、 このアクチュエータに作用して前記閉弁力を調節するた
   めのアクチュエータ制御機器を有するものにおいて、 前記アクチュエータは、前記弁体に閉弁力を付与するた
   めに可動に構成された作動子を有し、この作動子に、前
   記アクチュエータ制御装置によって、信号圧力として供
   給される流体は、前記弁上流の流体圧力を圧力源とした
   ものであり、この作動子は、所望の流体圧力を得るた
   め、この流体圧力と前記閉弁力とが釣り合う位置に制御
   されることを特徴とする流体圧力調整装置。
2. 【請求項２】前記アクチュエータは、前記弁体に閉弁力
   を付与する第１スプリングと上記スプリングの付勢力を
   決定する作動子を有し、作動子に前記アクチュエータ制
   御装置によって、前記弁上流の流体圧力を圧力源として
   信号圧力を作用させる流体と、その信号圧力とバランス
   するための抗力を得る第２スプリングを有することを特
   徴とする請求項１記載の流体圧力調整装置。
3. 【請求項３】内燃機関の燃料供給システムに用いられる
   燃料圧力調整装置であって、燃料ポンプから燃料噴射装
   置への流体配管の途中、及びそれに連通している配管の
   途中に配置され、燃料圧力を調整するために用いられる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２の流体圧力調
   整装置。
4. 【請求項４】前記アクチュエータ制御装置無通電時、前
   記弁体に与える付勢力が最も大きくなるように構成され
   ることを特徴とする請求項１または請求項２の流体圧力
   調整装置。
5. 【請求項５】流体圧力を信号として作用させ、流体圧力
   を調整する流体圧力調整装置であって、流体の圧力を調
   整する調圧弁を有するものにおいて、 前記弁体上流の流体を圧力源として、信号圧力として供
   給される流体が、弁下流の燃料通路へ連通することを特
   徴とする流体圧力調整装置。