(57)【要約】【課題】軽量化、低コスト化をもたらし、比較的単純な設計で、経済的に製造と組立てができ、無骨で、耐久力があり、信頼性があり、耐用年数の長い、チェックバルブ装置を提供すること。【解決手段】燃焼型エンジンの燃料システムのためのチェックバルブが、バルブ・ステムとバルブ・ステムを終端するバルブヘッドとを備えた重合体ポペットバルブを有する。バルブシートは前記ポペットバルブのバルブヘッドと協調するように適合し、また、バルブシート本体と、前記バルブシート本体に支持され前記ポペットバルブのバルブヘッドをシールするように適合したゴム状バルブシートシールとを備える。前記チェックバルブは、は、燃料システム内部の燃料ポンプと共に使用するように特に適合している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料で構成され、バルブステムと前記バルブステムの一端に隣接したバルブヘッドとを有するポペットバルブと、前記ポペットバルブのバルブヘッドと協調するように適合されたバルブシートとからなる燃料システムのチェックバルブ装置であって、前記バルブシートがバルブシート本体と前記バルブシート本体に支持されたバルブシートシールとからなり、前記バルブシートシールが、エラストマー材料で構成され前記ポペットバルブのバルブヘッドをシールするように適合されていることを特徴とするチェックバルブ装置。
【請求項２】
流体経路を内部に有するバルブ本体をさらに備え、前記バルブシートと前記ポペットバルブとが少なくとも部分的に前記流体経路の内部に位置し、前記バルブ本体がポペットバルブの前記バルブステムをガイドするためのバルブステムガイドを有することを特徴とする請求項１記載のチェックバルブ装置。
【請求項３】
前記バルブ本体が燃料ポンプモジュールの出口カバーであることを特徴とする請求項２記載のチェックバルブ装置。
【請求項４】
前記バルブステムガイドの一部と前記ポペットバルブのバルブヘッドとの間に設けられて前記ポペットバルブを前記バルブシートに押圧する圧縮バネをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のチェックバルブ装置。
【請求項５】
前記バルブシートシールがコモールド工程とオーバーモールド工程との少なくとも一つによって前記バルブシート本体に対しモールドされることを特徴とする請求項１記載のチェックバルブ装置。
【請求項６】
前記バルブシート本体がＰＰＳとＰＯＭの少なくとも一つから構成されることを特徴とする請求項１記載のチェックバルブ装置。
【請求項７】
前記バルブシートシールがフルオロカーボンエラストマーとニトリルエラストマーの少なくとも一つから構成されることを特徴とする請求項１記載のチェックバルブ装置。
【請求項８】
前記バルブシートシールが前記バルブシート本体に組み付けられることを特徴とする請求項１記載のチェックバルブ装置。
【請求項９】
バルブ本体をさらに備え、前記バルブシートが前記バルブ本体と分離して組み付けられることを特徴とする請求項１記載のチェックバルブ装置。
【請求項１０】
前記バルブシートが前記バルブ本体に圧入されることを特徴とする請求項９記載のチェックバルブ装置。
【請求項１１】
ポペットバルブシートとバルブシートシールとを有する燃料ポンプモジュールをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のチェックバルブ装置。
【請求項１２】
前記バルブシートが前記バルブ本体に分離して組み付けられることを特徴とする請求項１記載のチェックバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に燃料噴射システムに関し、特に、内燃機関の燃料噴射システムのための進化したチェックバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な燃料噴射システムは、燃料タンクから内燃機関へ向かって圧力下で燃料を噴射するための燃料ポンプを有する。チェックバルブは、通常は燃料ポンプとエンジンとの間に一直線に位置し、燃料ポンプ停止時にエンジンから燃料ポンプへの燃料が逆流することを防止する。燃料圧は、従ってエンジンのところで保たれ、その結果始動時間を短縮し、エンジンの始動を向上する。図８に記載されているように、従来のチェックバルブ装置１１２は、 ネジ切り真鍮バルブシート１４４と、前記バルブシート１４４をシールするために成形したラバー・チップ１４３を有する真鍮ポペットバルブ１４２とを備える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、残念ながら従来のチェックバルブ装置には幾つかの欠点があった。第一に、前記バルブシートとポペットバルブとを作成するためのネジ切り工程には、かなりの時間を消費し、コスト高となる。第二に、 真鍮は比較的重く、コストの高い材料である。第三に、前記ポペットバルブにラバーチップを成形するための工程は、比較的割高である。第四に、燃料ポンプスピードをエンジン燃料の要求に合致させる燃料システムにおいては、真鍮製のポペットバルブは比較的重いために、例えば自動車の加速、減速、又はギアチェンジ時に急速に変化する燃料圧力と要求される条件に対し比較的応答性が低い。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一つの実施例においては、チェックバルブは、高分子材料からなるポペットバルブを備え、バルブステムと前記バルブステムの一端に隣接するバルブヘッドとを有する。バルブシートは、前記ポペットバルブのバルブヘッドと協調するように適合される。前記バルブシートは、バルブシート本体と前記バルブシート本体に支持されたバルブシートシールとを有する。前記バルブシートは、前記ポペットバルブのバルブヘッドに適合するエラストマー材料で構成される。他の実施例においては、前記チェックバルブ装置は、燃料システム内部の燃料ポンプモジュールと共に用いるように適合される。
【発明の効果】
【０００５】
目的、特徴、長所の少なくとも幾つかは、急速な燃料圧力条件の変化に対応する燃料ポンプと燃料システムとを含む様々な流量アプリケーションに容易に適合可能な、従来設計のものと同様か、それ以上の軽量化、低コスト化をもたらし、比較的単純な設計で、経済的に製造と組立てができ、無骨で、耐久力があり、信頼性があり、耐用年数の長い、チェックバルブ装置を提供することを備える本発明の少なくともある程度の実施例により達成されるであろう。
【０００６】
もちろん、他の目的、特徴や長所は、当業者に本開示をすることによって明白なものであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
詳細は図面を参照するものとして、図１は、本発明に係る実施例の集積バルブセット１２と共に燃料ポンプモジュール１０を有する燃料システムを示す。前記バルブセット１２は、燃料ライン１４によって燃料レール１６へと連結され、吸気マニホールド２２と排気マニホールド２４とを有する内燃機関（エンジン）２０の燃料噴射器１８に対応付けられる。前記バルブセット１２は、前記ポンプモジュール１０の動作時に前記エンジンに要求されてポンプモジュール１０から燃料レール１６への燃料の自由な流れを許容し、前記エンジンとポンプモジュール１０の停止時に、燃料レール１６からポンプモジュール１０への燃料の逆流を防止するためのチェックバルブとして機能する。
【０００８】
前記ポンプモジュール１０は、燃料タンク２６に設けられ、燃料レベルセンサ２８と燃料ポンプ３０とを前記バルブセット１２に接続された出口と燃料フィルタ３２を通って前記タンクの底部と連絡した入り口と共に有する。前記ポンプ３０は、電気モーター３４によって駆動され、それは略一定速度であっても、又はポンプ３０からエンジン２０へ送られる燃料の流れを制御するために変化してもよい。前記燃料システムは、エンジン２０から燃料タンク２６への燃料戻りラインを有さず、従って所謂「ノーリターン」又は「リターンレス」燃料システムである。或いはしかし、望むのであればリターンスタイルの燃料システムとすることもできる。
【０００９】
図２は、バルブセット１２の拡大図であって、一般的にポペットバルブ４２を収容するためのバルブ本体４０と、前記ポペットバルブ４２と協調するバルブシート４４と、ポペットバルブ４２を曲がりながらバルブシート４４に対し押圧する適切なバネ、例えば圧縮バネ４６とを有する。前記バネ４６による予荷重は、前記ポペットバルブが比較的低い圧力、好ましくは約２〜５ｐｓｉで開くように選ばれる。
【００１０】
前記バルブ本体４０は、好ましくは図１のポンプモジュール１０の出口カバーと一体となっている。換言すれば、前記バルブ本体４０は、出口カバーの当に一部であってもよい。しかしその代わりとして、前記バルブ本体４０は出口カバーに組み付けられる別個の部品又は他の燃料システムの部分であってもよい。前記バルブ本体４０は、好ましくは図１の燃料ライン１４と連結するための引っかかりのあるニップル４８を有する。引っかかりのかるニップル４８は、圧力のかかった燃料を導く流体通路５０を確定し、前記ポペットバルブ４２をスライド自在に保持するための一体成形されたキーパー５１を有する。前記バルブ本体４０は、燃料ポンプ出口カバー又は分離したバルブ本体の製造に用いるために適切な合成樹脂を有する適切な材料又は他の適切な材料から構成することができる。
【００１１】
図３に示すように、前記ポペットバルブ４２は、第一端部５２と、以下で詳細に説明する保持機能を有する前記第一端部５２近傍の拡張部分５６を有する長く全体的に円筒状のステム５４とを備える。前記バルブ４２は、前記第一端部５２からバルブステム５４に沿って長手方向に延在し、第二端部５８で終端し、前記ステム５４と第二端部５８との間に介在するバルブヘッド６０を備える。前記バルブヘッド６０は、前記第二端部５８から延在しバルブヘッド６０の肩部６４で終端する円錐部６２を備える。平縁部６６が前記バルブヘッド６０の肩部６４とバルブステム５４との間の移行部に設けられている。
【００１２】
前記ポペットバルブ４２は、適切な材料から構成することができる。例えば、前記ポペットバルブ４２は、重合体材料単体又はその組み合わせから構成することができる。ここで、重合体材料とは全体的に比較的高分子量の、合成または自然有機材料であって、熱硬化性材料や熱可塑性材料を含めることができる。燃料システムで使用するために、前記重合体材料は、液体炭化水素燃料と長期間接触しても、膨潤や劣化に対し高い耐性が必要である。特に、前記ポペットバルブ４２は好ましくはポリフェニレン・サルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）アセタルコポリマー、等から構成することができる。他の例として、前記バルブステム５４は例えば鋼鉄、鉄、真鍮、アルミニウム、マグネシウム等の金属又は金属系材料で構成することができ、バルブステム５４とバルブヘッド６０は一緒に押し出し形成やモールド形成等で形成できる。
【００１３】
図４は、バルブシートシールを保持するバルブシート本体７０を有するバルブシート４４の断面斜視図を示す。外見的には、前記バルブシート本体７０は全体的に環状であって、基板面７４と、前記基板面７４から位置決め面で終端する面取り面７８まで延在する外部円柱面７６とを有する。内部的には、前記バルブシート本体７０は、図２のバルブ本体４０の流体経路５０と連絡する通過経路を有する。前記通過経路は、第一円柱面８４で終端する円錐状表面８２で確定され、前記第一円柱面８４は、曲面８８を通って第二円柱面８６まで渡る。前記バルブシート本体７０は、より大きな全体的なハウジング、例えば燃料ポンプモジュールの出口カバーと一体化することができ、また、前記ポペットバルブ４２を保持するための一体形成されたキ−パー５１は、代わりに個別組立て部品としてもよい。換言すれば、出口カバー自身の一部がバルブシート本体であってもよく、よってバルブシート本体７０の特徴と長所を合体でき、前記バルブシートシール７２は出口カバー自身によって支持される。逆に言えば、前記ポペットバルブ４２が出口カバーに組み付けられた後に、前記キーパー５１は別個に出口カバーに組み付けることができる。従って、上述の部品を一体化したり分離するあらゆる組み合わせ、又はここで議論されたものすべて、本発明の範囲内である。
【００１４】
前記バルブシートシール７２は、バルブシート本体７０によって適切な方法で支持される。好ましくは、しかし、バルブシートシール７２は、例えば、図示した第二円筒面８６のように、通過経路内部でバルブシート本体７０に支持される。従って、前記バルブシートシール７２を収容するために溝９０をバルブシート本体７０に設けることができる。従って、前記バルブシートシール７２は、好ましくは図示の如く直線的環状で、長方形断面を有する。前記バルブシートシール７２は、好ましくはバルブシート本体７０の第二円筒面８６より小さな内径９２を有する。或いは、前記バルブシートシール７２は単にバルブシート本体７０のどこか表面上で支持されていれば良く、図示の如く内側で係合する必要は無い。
【００１５】
前記バルブシート４４は、適切な方法で製造することができる。例えば、前記バルブシートシール７２はバルブシート本体７０と一体成形（又は一体射出成形）しても、バルブシート本体７０の上に成形（又はインサートモールド）しても良く、又は他の適切なモールド法で成形しても良い。或いは、前記バルブシート本体７０を最初に射出成形して、次の製造工程でバルブシートシール７２を組み付け及び／又はバルブシート本体７０に接着してもよい。もし分離して組み付け又は接着するなら、前記バルブシートシール７２は成形Ｏリング、ダイカットリング等で良く、好ましくは適切な直線断面、例えば長方形や正方形断面を備える。
【００１６】
しかし全体的に、コモールドやオーバーモールド法は当業者には既知の手法である。もし、コモールドやオーバーモールディング等が用いられる場合、前記バルブシートシール７２に用いられるポリマーがバルブシート本体７０に用いられるポリマーと一致し、接着可能であることが全体的に好ましい。
【００１７】
ポリマーの望ましい組み合わせは、ポリマー成形技術において既知であり、前記バルブシート４４は上記適切なポリマー材料から構成することができる。例えば、前記バルブシート本体７０は、好ましくは適切な熱硬化性又は熱可塑性の例えばＰＰＳ、ＰＯＭ等からなり、一方バルブシートシール７２は、好ましくは適切なエラストマー材料からなる。ここで、エラストマー材料とは全体的に室温で低い張力で元の長さの２倍以上に延伸し、張力を開放すれば、ほぼ元の長さに戻ろうとするものである。エラストマー材料は、ゴムに似た様々な弾性物質の総称であって、例えばＶｉｔｏｎのようなフルオロカーボンや、アクリロニトリルブタジエンのようなニトリル等を含む。全体的に、部品に使われる材料は、寒暖の柔軟性に富んだ燃料の環境における寸法安定性を基に選ばれる。
【００１８】
一つのインサートモールディング工程によれば、前記バルブシートシール７２は予備成形され、バルブシート本体７０はその上に形成される。事実、前記バルブシートシール７２のポリマーが完全に冷える前に、予備成形したバルブシートシール７２にバルブシート本体７０のポリマーをオーバーモールドすることには、一般的に利点がある。この工程は、手動でマウントやペーストしたり又は接着剤を使用してバルブシートシール７２をバルブシート本体７０に接着する必要がない。どの場合も、予備形成したバルブシートシール７２が手動又はロボットによって、射出成形機のコアピン上の所定位置に組み付けられる。射出成形機の半分のモールドが、それぞれコアピンを中心に閉じる。溶けたプラスチックが閉じた半分のモールドとコアピンとバルブシートシール７２の型穴に射出され、溶けたプラスチックはバルブシート本体７０を形成する。成形後、半分のモールドは分離又は開かれ、コアピンは撤回され、バルブシート本体７０内部に完全なバルブシートシール７２が残されてバルブシート４４を形成する。それから前記バルブシート４４に対し、所望の終了作業、例えば面取りやバリ取り等が行われ、その後燃料ポンプモジュールへの組み付け準備に入る。
【００１９】
この代わりのインサートモールディング工程によれば、前記バルブシート本体７０は予備形成されバルブシートシール７２がそこに形成される。かかるインサートモールディング工程では、まずバルブシート４４本体を形成するポリマーが第一型穴に射出される。その結果、環状溝９０の形の環状窪みと共にバルブシート本体７０を有するバルブシート４４が部分的に形成される。前記部分的に形成されたバルブシート４４又はバルブシート本体７０は、次に自動的に同一の、又は異なるモールド内部の第二型穴へ移動し、そこで第二材料が射出されてバルブシート４４を完成する。前記第二材料は、部分的に形成されたバルブシート４４に射出され、ゴム状シール７２を形成する。この第二材料は、一般的にバルブシート本体７０から引きちぎることができず、バルブシート４４の寿命が尽きるまで耐久性を維持する。
【００２０】
再び図２を参照して、前記バルブセット１２は適切な手段で組み付けることができる。例えば、圧縮バネ４６がポペットバルブ４２の長いバルブステム５４上に最初に組み付けられる。第二に、前記圧縮バネ４６が組み付けられたポペットバルブ４２がバルブ本体４０の燃料経路５０に挿入されて、バルブステム５４の第一端部５２が穴又はキーパー５１を通る開口を通って挿入され、長い部分５６がキーパー５１にぴったりと嵌合する。第三に前記バルブシート４４が、バルブシート４４の位置決め端８０がバルブ本体４０の位置決め肩部９６に突き当たるまでバルブ本体４０の燃料経路５０に挿入される。好ましくは、前記バルブシート４４は、締まり嵌めで挿入され、バルブシート４４の円柱面７６はわずかにバルブ本体４０の円柱面９４の内径より大きくなっている。
【００２１】
図５は、前記バルブセット１２の拡大図であって、バルブヘッド６０の円錐面６２はバルブシートシール７２に対して位置決めされている。もちろん、前記バルブシートシール７２はフレキシブルで弾力があるか、さもなくば柔軟であって、バルブセットを閉じた時に、バネ仕掛けのポペットバルブ４２の押圧の下で、そしてバルブに作用する加圧された燃料の全体の力の下で十分にゆがんで良好なシールとして働くようになっている。好ましくは、前記バルブシート４４に対してポペットバルブ４２が自ら中心に位置するように、バルブシートシール７２は十分に開口され、円錐形のバルブヘッド６０の大きな部分を受け入れるようになっている。
【００２２】
基本的に、チェックバルブは流体の流れ自身によって流体の経路を制御するようになっている。換言すれば、前記チェックバルブはチェックバルブが取り付けられたシステム又はライン内部で発生する流体圧力条件の変化に応答して制御される。燃料ポンプからの燃料の圧力と流量が増加するにつれて、前記ポペットバルブ４２のバルブヘッド６０は最初は圧縮バネ４６の力に対抗してバルブシートシール７２から持ち上げられ、燃料の流れのためにポペットバルブ４２とバルブシート４４との間に最小の空間を提供する。燃料の圧力と流量が増加し続けると、前記ポペットバルブ４２はさらにバルブシート４４から持ち上げられ、より多くの燃料がバルブシート４４とポペットバルブ４２との間を流れるようになる。この内容は、米国特許５、４２１、３０６に記載されており、この特許出願人は本願出願人であって、この特許の内容はそのまま本願で参照されるものとする。一般的に、前記圧縮バネ４６の力にポペットバルブ４２の下流側に働く燃料によって生じる力が加わったものが、ポペットバルブ４２の上流側に働く燃料によって生じる力を上回った場合、ポペットバルブ４２は閉じる。
【００２３】
次に図６と７とを参照して、バルブセットの好ましい実施例におけるシール性能が、従来の真鍮製ポペットバルブとバルブシートによる性能と比較できる。前記バルブセット実施例は、同等のテスト装置を用いて同等のテスト条件で従来の真鍮製バルブセットを基準として１対１でテストされた。図６において、逆燃料リーク（ｍＬ／ｈｒ）が燃料圧力（ｋＰａ）に対してプロットされ、標準的な許容値が示されている。逆方向リークとは、エンジンから燃料タンクへ向かう方向の燃料の量であって、エンジンと燃料ポンプの停止後に燃料が燃料タンクへ後戻りしないためのバルブセットの能力を測定する指標であり、これによって燃料は燃料ライン内に保持され、次のエンジン始動時に利用される。好ましい実施例のバルブセットでは、３００と６００ｋＰａで従来の真鍮製バルブセットと同等の性能を発揮し、４００と５００ｋＰａでほぼ同等の性能を発揮している。図７に、順方向リーク（ｍＬ／ｈｒ）を燃料圧力（ｍｂａｒ）に対してプロットしたものと、標準許容値５００ｍＬ／ｈｒとを示す。順方向リークとは、燃料タンクからエンジンへ向かう方向の燃料の量であって、もしエンジンと燃料ポンプの間の燃料ラインが切断されても、燃料タンク内に燃料を保持するためのバルブセットの能力を測定する指標である。本実施例のバルブセットは、１５０ｍｂａｒで従来のバルブセットとほとんど同じ性能を示している。順方向と逆方向のリークテストにおいて、実施例と従来バルブセットとの性能差は、統計的には微差であって、無視できるものであると思われる。従って、本実施例のチェックバルブは、従来のチェックバルブと比較して軽量で、安価であり、ガソリン、アルコール、ディーゼル燃料やその汚染物による劣化に対し頑強であって、しかも従来のチェックバルブと同等の性能を示している。
【００２４】
好ましい実施例を記載したが、他の実施例も可能である。本発明から派生するすべての形態をここに記載する意図はない。ここに示したものは、単なる記述的表現に過ぎず、特許範囲を限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るチェックバルブセットを有する燃料ポンプを備えた燃料システムの実施例の概略図である。
【図２】図１の燃料ポンプモジュールの一部におけるポペットバルブとバルブシートとを備えたチェックバルブセットの拡大断面図である。
【図３】図２のポペットバルブの拡大斜視図である。
【図４】図２のバルブシートの拡大断面斜視図である。
【図５】図２のチェックバルブセットの一部の拡大断面図である。
【図６】従来のバルブセットと実施例とを比較した逆方向リークテスト結果の棒グラフである。
【図７】従来のバルブセットと実施例のバルブセットとを比較した順方向リークテスト結果の棒グラフである。
【図８】従来のチェックバルブセットの一部の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０      ポンプモジュール
１２      バルブセット
１４      燃料ライン
１６      燃料レール
１８      燃料噴射器
２０      エンジン
２２      吸気マニホールド
２４      排気マニホールド
２６      燃料タンク
３０      ポンプ
４０      バルブ本体
４２      ポペットバルブ
４４      バルブシート
４６      圧縮バネ
５１      キーパー
５２      第一端部
５４      バルブステム
５８      第二端部
６０      バルブヘッド
６４      肩部
６６      平縁部
７０      バルブシート本体
７２      バルブシートシール
７４      基板面
８０      位置決め端
９４      円柱面
９６      位置決め肩部
【図１】
2006307850.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006307850.tif 000008
【図７】
2006307850.tif 000009
【図８】
2006307850.tif 000010