JP2011214709A - 開閉弁およびそれを用いた燃料噴射ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流れ方向が急変する弁において、流れの剥離を発生しにくくする。
【解決手段】入口孔５１１が出口孔５１２の径方向に延びる弁において、入口孔５１１の中心軸線Ｊ１を出口孔５１２の中心軸線Ｊ２からずらすことにより、流体が入口孔５１１から出口孔５１２に流入する際に旋回する流れとなり、流体は旋回しながら出口孔５１２内を進む。したがって、出口孔５１２内での流れの剥離が発生しにくくなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、流体通路を開閉する開閉弁およびそれを用いた燃料噴射ポンプに関するものである。

ディーゼルエンジン用コモンレール式燃料噴射装置は、コモンレールに高圧燃料を供給する燃料噴射ポンプを備えている。この燃料噴射ポンプは、低圧の燃料を吸入した後に加圧して吐出するもので、吸入弁により低圧燃料通路を開閉するようになっている。

この吸入弁は、入口孔および出口孔からなる低圧燃料通路がバルブボデーに形成され、バルブボデーに往復摺動自在に保持された弁ニードルが、バルブボデーに形成されたボデー側シート部と接離して低圧の燃料の通路を開閉するようになっている。また、入口孔と出口孔は直交している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２９７９９４号公報

しかしながら、従来の吸入弁は、燃料が入口孔から出口孔に流入する際に流れ方向が急変（流れ方向が９０度変化）するため、出口孔内で流れの剥離が生じていた。このように剥離域が存在すると、出口孔内の見かけ上の通路面積が減少した状態となり、流量係数が低下するという問題があった。特に、近年の燃料噴射ポンプの高回転化に伴い、低圧燃料通路を通過する燃料の流速が上昇して流れの剥離が発生しやすくなっており、流量係数低下の問題が顕著になっている。

本発明は上記点に鑑みて、流れの剥離を発生しにくくすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、入口孔（５１１）および出口孔（５１２）からなる流体通路が形成されるとともに、出口孔（５１２）側にボデー側シート部（５１４）が形成されたバルブボデー（５１）と、バルブボデー（５１）に往復摺動自在に保持され、ボデー側シート部（５１４）と接離して流体通路を開閉する弁ニードル（５２）とを備え、入口孔（５１１）は出口孔（５１２）の径方向に延びるとともに、入口孔（５１１）の中心軸線が出口孔（５１２）の中心軸線からずれていることを特徴とする。

これによると、入口孔（５１１）の中心軸線が出口孔（５１２）の中心軸線からずれているため、流体が入口孔（５１１）から出口孔（５１２）に流入する際に旋回する流れとなり、流体は旋回しながら出口孔（５１２）内を進む。したがって、出口孔（５１２）内での流れの剥離が発生しにくくなり、出口孔（５１２）内の見かけ上の通路面積の減少が防止ないしは抑制され、流量係数の低下が防止ないしは抑制される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の開閉弁において、入口孔（５１１）は複数個設けられていることを特徴とする。これによると、入口孔（５１１）全体としての通路面積を容易に確保することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の開閉弁において、全ての入口孔（５１１）の中心軸線が出口孔（５１２）の中心軸線からずれていることを特徴とする。

これによると、いずれの入口孔（５１１）を通過する流体も出口孔（５１２）に流入する際に確実に旋回する流れとなるため、流量係数の低下が一層確実に防止ないしは抑制される。

請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の開閉弁において、入口孔（５１１）は、出口孔（５１２）の周方向に沿って均等な間隔で配置されていることを特徴とする。

これによると、流体の圧力が弁ニードル（５２）に均等に作用しやすくなり、弁ニードル（５２）が摺動する部位の面圧を略均一にすることができる。

請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の開閉弁（５０）は、燃料噴射ポンプにおいて低圧の燃料の通路を開閉する弁として用いることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る弁を採用した燃料噴射ポンプの断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１の燃料噴射ポンプにおける入口側逆止弁５０の断面図である。 図３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明の第２実施形態に係る弁の断面図である 本発明の第３実施形態に係る弁の断面図である

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る弁を採用した燃料噴射ポンプの断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

本実施形態の燃料噴射ポンプは、内燃機関（より詳細には圧縮着火式内燃機関）用のコモンレール式燃料噴射装置に用いられ、高圧燃料を蓄えるコモンレールに燃料を加圧して供給するものである。

図１および図２に示すように、ポンプのハウジング１１は、アルミニウム合金製のハウジング本体１１ａとアルミニウム合金製のベアリングカバー１１ｂとをボルトにて結合して構成されている。ハウジング１１内には、後述するフィードポンプから燃料が供給されるカム室１３が形成されており、このカム室１３の両端は鉄系金属製の一対のシリンダヘッド１２によって閉塞されている。また、カム室１３は図示しない燃料タンクに接続されている。

回転軸１４は、鉄系金属製で、図示しない内燃機関に駆動されて回転する。具体的には、回転軸１４の一端側（図１の紙面において左側）に図示しないギアが結合され、そのギアに内燃機関側のギヤが噛み合わされることにより、回転軸１４が内燃機関により駆動されるようになっている。

回転軸１４は、円筒状の２つのブッシュ１５により回転自在に保持されている。一方のブッシュ１５はハウジング本体１１ａに圧入して固定され、他方のブッシュ１５はベアリングカバー１１ｂに圧入して固定されている。回転軸１４とベアリングカバー１１ｂとの間はオイルシール１６によりシールされている。回転軸１４における軸方向中間部には、断面円形状のカム１７が回転軸１４に対して偏心して一体に形成されている。

カム１７の外周には、回転軸１４の周りを公転するカムリング１８が嵌合されている。このカムリング１８は、カムリング本体１８ａと、このカムリング本体１８ａに一体化されたブッシュ１８ｂとからなる。より詳細には、カムリング本体１８ａは、鉄系金属よりなり、外形が四角柱形状で、円形状の貫通穴が形成されている。また、ブッシュ１８ｂは、円筒状に形成され、カムリング本体１８ａの貫通穴に圧入されており、カム１７と摺動自在になっている。なお、カム１７およびカムリング１８は、カム室１３に収容されている。

カムリング１８の両側には、カムリング１８の公転に追従して往復移動する鉄系金属製のプランジャ２０が配置されている。このプランジャ２０は、シリンダヘッド１２内に往復移動自在に挿入された円柱部２０ａと、カム室１３に配置されてカムリング１８と対向配置された鍔状のプランジャヘッド２０ｂとを備えている。

カム室１３に配置されたスプリング２１により、プランジャ２０がカムリング１８側に付勢されて、プランジャヘッド２０ｂがカムリング１８に押し付けられている。カムリング１８とプランジャヘッド２０ｂの当接面は平面状に形成されており、これによりカムリング１８の自転が阻止されるため、カム１７の回転に伴いカムリング１８はプランジャヘッド２０ｂと摺動しながら自転することなく公転する。

シリンダヘッド１２内には、プランジャ２０の円柱部２０ａの一端側（反プランジャヘッド２０ｂ側）に、フィードポンプ２５から燃料が供給される加圧室２２が形成されている。また、シリンダヘッド１２内には、フィードポンプ２５から加圧室２２への燃料の流れのみを許容する入口側逆止弁５０、および、加圧室２２から図示しないコモンレールへの燃料の流れのみを許容する出口側逆止弁２４が設けられている。

回転軸１４の他端側（図１の紙面において右側）には、インナギア式のフィードポンプ２５が結合されている。このフィードポンプ２５は、ポンプカバー２６内に回転自在に収納されている。フィードポンプ２５は、回転軸１４に回転駆動されることにより、燃料タンクから吸入した燃料を加圧して吐出する。

フィードポンプ２５から吐出された燃料は、図示しない燃料通路および入口側逆止弁５０を介して加圧室２２に供給されるようになっている。なお、その燃料通路の途中には、加圧室２２に供給される燃料量を内燃機関の運転状態に応じて調量する調量弁（図示せず）が設けられている。

次に、開閉弁としての入口側逆止弁５０について、図３、図４に基づいて説明する。図３は図１の燃料噴射ポンプにおける入口側逆止弁５０の断面図、図４は図３のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

図３、図４に示すように、入口側逆止弁５０は、バルブボデー５１、弁ニードル５２、ストッパ５３、およびスプリング５４を備えている。

バルブボデー５１には、入口孔５１１、出口孔５１２、ガイド孔５１３、およびボデー側シート部５１４が形成されている。入口孔５１１および出口孔５１２は、本発明の流体通路を構成するものであり、フィードポンプ２５（図１参照）から吐出された燃料は、入口孔５１１に流入した後、出口孔５１２を通って加圧室２２（図１参照）に供給されるようになっている。

また、入口孔５１１は複数個（本例では４個）設けられ、出口孔５１２は１個設けられている。そして、入口孔５１１は出口孔５１２の周方向に沿って均等な間隔で配置されている。入口孔５１１および出口孔５１２は、いずれも断面円形の孔であり、入口孔５１１は概ね出口孔５１２の径方向に延びていて、入口孔５１１と出口孔５１２は直交している。

全ての入口孔５１１の中心軸線Ｊ１は、出口孔５１２の中心軸線Ｊ２からずれている（すなわちオフセットしている）。ここで、入口孔５１１の中心軸線Ｊ１と出口孔５１２の中心軸線Ｊ２とのずれ量をオフセット量Ｌ、入口孔５１１の内径をｄ１、出口孔５１２の内径をｄ２とすると、本実施形態では、Ｌ=φｄ２／４とし、φｄ１＝φｄ２／２としている。

このようにすれば、入口孔５１１の内壁面のうち、入口孔中心軸線Ｊ１よりも反出口孔中心軸線Ｊ２側に位置し、且つ入口孔中心軸線Ｊ１から最も遠い部位の第１内壁面５１１ａは、出口孔５１２の内壁面に接線状に交わる。また、入口孔５１１の内壁面のうち、入口孔中心軸線Ｊ１よりも出口孔中心軸線Ｊ２側に位置し、且つ入口孔中心軸線Ｊ１から最も遠い部位の第２内壁面５１１ｂの延長線は、出口孔５１２の中心軸線Ｊ２と一致する。

ガイド孔５１３は、断面円形の孔であり、出口孔５１２と同軸に形成されている。そして、段付き円柱状の弁ニードル５２がガイド孔５１３に摺動自在に保持されている。ボデー側シート部５１４は、テーパ状に形成され、出口孔５１２よりも燃料流れ下流側に位置している。

弁ニードル５２の一端には、ボデー側シート部５１４と接離して通路を開閉する弁ニードル側シート部５２１が形成されている。また、弁ニードル５２の軸方向中間部には、ガイド孔５１３に挿入されるガイド軸部５２２が形成されている。

さらに、弁ニードル５２には、弁ニードル側シート部５２１とガイド軸部５２２との間に、出口孔５１２の内径よりも小径の縮径部５２３が形成され、この縮径部５２３と出口孔５１２との間に円筒状の空間が形成されている。

弁ニードル５２の他端には、弁ニードル５２のリフト量を規制するストッパ５３が圧入固定されている。ストッパ５３とバルブボデー５１の間には、弁ニードル５２を閉弁方向に付勢するスプリング５４が配置されている。

次に、上記構成になる燃料噴射ポンプの作動について説明する。回転軸１４が内燃機関に駆動されて回転すると、回転軸１４の回転動作によってフィードポンプ２５が駆動され、フィードポンプ２５は燃料タンクから燃料を吸入し加圧して吐出する。

また、回転軸１４の回転に伴いカム１７が回転し、カム１７の回転に伴いカムリング１８が自転することなく公転し、カムリング１８の公転に伴いプランジャ２０が往復移動する。

カムリング１８の公転に伴い上死点にあるプランジャ２０が下死点に向けて移動すると、加圧室２２内の燃料圧力が低下し、フィードポンプ２５から吐出された燃料の圧力と加圧室２２内の燃料圧力との圧力差が大きくなって入口側逆止弁５０が開弁する。これにより、フィードポンプ２５から吐出された燃料が入口側逆止弁５０を通って加圧室２２に流入する。

下死点に達したプランジャ２０が再び上死点に向けて移動すると、入口側逆止弁５０が閉じ、加圧室２２の燃料圧力が上昇する。加圧室２２の燃料圧力が上昇すると、出口側逆止弁２４が開弁して、高圧の燃料がコモンレールに供給される。

次に、入口側逆止弁５０が開弁して燃料が加圧室２２に供給される際の、燃料流れについて説明する。本実施形態では、入口孔中心軸線Ｊ１が出口孔中心軸線Ｊ２からずれているため、入口孔５１１を通過した燃料は、出口孔５１２に流入する際に縮径部５２３のまわりを旋回する流れとなる。より詳細には、入口孔５１１を通過した燃料の一部は縮径部５２３に衝突するが、Ｌ=φｄ２／４とし、φｄ１＝φｄ１／２としているため、全ての燃料が縮径部５２３の外壁面または出口孔５１２の内壁面に沿って同一方向に流れることになる。

そして、出口孔５１２に流入した燃料は、旋回しながら出口孔５１２内を出口孔中心軸線Ｊ２方向に進み、加圧室２２に流入する。このように、燃料が旋回流となって出口孔５１２内を進むことにより出口孔５１２内での流れの剥離が発生しにくくなり、出口孔５１２内の見かけ上の通路面積の減少が防止ないしは抑制され、流量係数の低下が防止ないしは抑制される。

また、全ての入口孔中心軸線Ｊ１が出口孔中心軸線Ｊ２からずれているているため、いずれの入口孔５１１を通過する燃料も出口孔５１２に流入する際に確実に旋回する流れとなるため、流量係数の低下が確実に防止ないしは抑制される。

さらに、入口孔５１１は複数個設けられているため、入口孔５１１全体としての通路面積を容易に確保することができる。さらにまた、入口孔５１１は出口孔５１２の周方向に沿って均等な間隔で配置されているため、燃料の圧力が弁ニードル５２に均等に作用しやすくなり、弁ニードル５２が摺動する部位の面圧を略均一にすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図５は第２実施形態に係る弁の断面図である。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、本実施形態では、オフセット量Ｌを小さくしている。すなわち、０＜Ｌ＜φｄ２／４としている。但し、φｄ１＝φｄ２／２である。このようにすれば、第１内壁面５１１ａの延長線と第２内壁面５１１ｂの延長線との間に、出口孔中心軸線Ｊ２が位置する。換言すると、入口孔中心軸線Ｊ１に沿って入口孔５１１を見たときに、入口孔５１１の投影面内に出口孔中心軸線Ｊ２が位置する。

ここで、入口孔中心軸線Ｊ１と平行で、且つ出口孔中心軸線Ｊ２を通る線を、基準線Ｓとする。この場合、入口孔５１１のうち基準線Ｓと第２内壁面５１１ｂとの間を流れる燃料は、縮径部５２３に衝突したのち、図５の紙面において反時計回りに旋回しようとし、入口孔５１１のうち基準線Ｓと第１内壁面５１１ａとの間を流れる燃料は、縮径部５２３に衝突したのち、図５の紙面において時計回りに旋回しようとする。

そして、入口孔５１１のうち基準線Ｓと第１内壁面５１１ａとの間を流れる燃料の方が流量が多く、時計回りの流れの方が強いため、全体として時計回りに旋回する。したがって、第１実施形態と同様に、出口孔５１２内での流れの剥離が発生しにくくなり、出口孔５１２内の見かけ上の通路面積の減少が防止ないしは抑制され、流量係数の低下が防止ないしは抑制される。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図６は第３実施形態に係る弁の断面図である。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、本実施形態では、入口孔５１１を通過した燃料が出口孔５１２に流入する際に縮径部５２３に当たらないようにするために、オフセット量Ｌを大きくし、且つ、入口孔５１１の内径ｄ１を小さくしている。また、入口孔５１１の内径ｄ１を小さくしたことに伴い、入口孔５１１の数を増やして（本例では６個）必要な通路面積を確保している。

これによると、燃料が出口孔５１２に流入する際に縮径部５２３に当たらないため、出口孔５１２内での燃料の流れがスムーズになり、流量係数の低下が一層確実に防止ないしは抑制される。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、全ての入口孔５１１の中心軸線Ｊ１を、出口孔５１２の中心軸線Ｊ２に対してオフセットさせたが、一部の入口孔５１１のみをオフセットさせてもよい。

また、上記各実施形態では、本発明の開閉弁を圧縮着火式内燃機関用コモンレール式燃料噴射装置に用いられる燃料噴射ポンプに適用する例を示したが、本発明の開閉弁はポンプ以外の用途にも適用することができる。

さらに、上記各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。

５１ バルブボデー
５２ 弁ニードル
５１１ 入口孔
５１２ 出口孔
５１４ ボデー側シート部

Claims (5)

1. 入口孔（５１１）および出口孔（５１２）からなる流体通路が形成されるとともに、前記出口孔（５１２）側にボデー側シート部（５１４）が形成されたバルブボデー（５１）と、
   前記バルブボデー（５１）に往復摺動自在に保持され、前記ボデー側シート部（５１４）と接離して前記流体通路を開閉する弁ニードル（５２）とを備え、
   前記入口孔（５１１）は前記出口孔（５１２）の径方向に延びるとともに、前記入口孔（５１１）の中心軸線が前記出口孔（５１２）の中心軸線からずれていることを特徴とする開閉弁。
2. 前記入口孔（５１１）は複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の開閉弁。
3. 全ての前記入口孔（５１１）の中心軸線が前記出口孔（５１２）の中心軸線からずれていることを特徴とする請求項２に記載の開閉弁。
4. 前記入口孔（５１１）は、前記出口孔（５１２）の周方向に沿って均等な間隔で配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の開閉弁。
5. 低圧の燃料を吸入した後に加圧して吐出する燃料噴射ポンプにおいて、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の開閉弁（５０）を備え、この開閉弁（５０）により前記低圧の燃料の通路が開閉されることを特徴とする燃料噴射ポンプ。

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