(57)【要約】【課題】大流量の燃料を、ピストンを利用して増圧利用する蓄圧式燃料噴射装置（ＡＰＣＲＳ）に適した大流量タイプの燃料用バルブおよびそれを備えた燃料供給用ポンプを提供する。【解決手段】燃料吸入用バルブおよび燃料吐出用バルブを備えた燃料供給用ポンプにおいて、燃料吸入用バルブが、弁本体と、その内部に収容される弁体と、弁本体内部に設けられた吸入室と、吸入孔と、弁体および弁本体の一部が相互に接するシート部と、を備え、かつ、吸入孔を複数個設けるとともに、当該吸入孔を吸入室に対して、非放射状に配置してある。【選択図】  図１
2004211580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁本体と、その内部において稼動可能に取り付けられた弁体と、弁本体内部に設けられた吸入室と、吸入孔と、弁体および弁本体の一部が相互に接するシート部と、を備えた大流量燃料用バルブにおいて、
前記吸入孔を複数個設けるとともに、当該吸入孔を前記吸入室に対して、非放射状に配置することを特徴とする大流量燃料用バルブ。
【請求項２】
前記吸入室の水平断面形状を実質的に円形とするとともに、前記吸入孔を、前記吸入室の接線方向に沿って配置することを特徴とする請求項１に記載の大流量燃料用バルブ。
【請求項３】
前記吸入孔を、前記吸入室に対して、垂直方向に傾けて配置することを特徴とする請求項１または２に記載の大流量燃料用バルブ。
【請求項４】
前記吸入孔の直径を２〜１２ｍｍの範囲内の値とす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大流量燃料用バルブ。
【請求項５】
前記弁体のシート径を８ｍｍ以上の値とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の大流量燃料用バルブ。
【請求項６】
前記吸入孔における燃料の通過面積を、前記シート部における燃料の通過面積よりも大きくすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の大流量燃料用バルブ。
【請求項７】
燃料吸入用バルブおよび燃料吐出用バルブを備えた燃料供給用ポンプにおいて、
前記燃料吸入用バルブが、弁本体と、その内部において稼動可能に取り付けられた弁体と、弁本体内部に設けられた吸入室と、吸入孔と、弁体および弁本体の一部が相互に接するシート部と、を備え、かつ、前記吸入孔を複数個設けるとともに、当該吸入孔を吸入室に対して、非放射状に配置してある大流量燃料用バルブであることを特徴とする燃料供給用ポンプ。
【請求項８】
単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間である燃料を、５０ＭＰａ以上の値に加圧するための蓄圧式燃料噴射装置に使用されることを特徴とする請求項７に記載の燃料供給用ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大流量タイプの燃料用バルブおよびそれを備えた燃料供給用ポンプに関する。特に、加圧用ピストンを利用して、大流量の燃料を増圧する蓄圧式燃料噴射装置（ＡＰＣＲＳ：  Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｐｉｓｔｏｎ  Ｃｏｍｍｏｎ  Ｒａｉｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）に使用される燃料供給用ポンプに適した大流量タイプの燃料用バルブ、およびそれを備えた燃料供給用ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジン等において、高圧の燃料を効率良く噴射するために、蓄圧器（コモンレール）を用いた蓄圧式燃料噴射装置（ＣＲＳ：  Ｃｏｍｍｏｎ  Ｒａｉｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）が各種提案されている。
例えば、図２０に示すように、エンジンの運転条件に応じて、蓄圧器の圧力を容易に切り替えるべく、メイン噴射を担当する第１蓄圧器２３６およびパイロット噴射を担当する第２蓄圧器２７８をそれぞれ備え、切り替え装置２８６によって、これらの蓄圧器２３６、２７８を切り替えて燃料噴射を実施する蓄圧式燃料噴射装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、エンジン性能の最適な噴射圧力を得られることを目的として、蓄圧器と、燃料噴射弁との間に、燃料を増圧するための増圧ピストンおよびシリンダ室が設けられた蓄圧式燃料噴射装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
より具体的には、図２１に示すように、蓄圧器３９５と、燃料の供給油路３６０と、制御油路３６１と、燃料噴射制御用切り替え弁３６２と、増圧ピストン３７８を収容するためのシリンダ室３８３と、７０〜１２０ＭＰａ（約７００〜１２００ｋｇｆ／ｃｍ２）程度に燃料圧力を上げるための増圧ピストン３７８と、液圧回路３６３と、ピストン作動用切り替え弁（増圧装置用三方電磁弁）３６４と、コントローラ（図示せず。）と、を備えた蓄圧式燃料噴射装置３８０が開示されている。
【０００４】
一方、図２２に示すように、燃料旋回部材を備えるとともに、燃料旋回流路および環状流路のなす角度を制限した燃料噴射弁が提案されている（例えば、特許文献３参照）。より具体的には、弁座の上流側の燃料旋回部材によって旋回力を与えられた燃料が、弁体先端部と弁座の間を燃料噴射孔へ向けて流れ、燃料流の旋回により弁体先端部と燃料噴射孔の間の流路に空洞部が形成される燃料噴射弁が開示されている。
同様に、図２３に示すように、燃料流に旋回エネルギーを与えて噴射する燃料噴射弁が提案されている（例えば、特許文献４参照）。より具体的には、旋回体の外周面部と、流路部分と、旋回溝の個数を、４個から８個にし、各旋回溝を弁軸に対して一定距離を持って偏心させ、この旋回溝の弁軸から離れた側の側面が環状溝の外周に接線方向につながっているようにし、旋回溝の対向する溝側面を相互に平行に形成した燃料噴射弁が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−９３９３６号公報  （第４−５頁、図１）
【特許文献２】
特許第２８８５０７６号公報  （第５−９頁、図１）
【特許文献３】
特開平６−１０１５９７号公報  （第２−３頁、図１）
【特許文献２】
特開平１０−４７２０８号公報  （第５−６頁、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された蓄圧式燃料噴射装置では、２種類の蓄圧器およびその切り替え装置等を備える必要があり、そのために、蓄圧式燃料噴射装置が複雑化、大型化するという問題が見られた。また、かかる蓄圧式燃料噴射装置において、燃料供給用ポンプのカムおよびプランジャを高速駆動させた場合、燃料噴射弁に対して燃料が迅速に流れにくく、その流量が制限されてしまうために、大流量の燃料を十分に加圧処理ができないという問題が見られた。
【０００７】
また、特許文献２に開示された蓄圧式燃料噴射装置においては、蓄圧器と、燃料噴射弁との間に、増圧ピストンを設けて、多段階圧力噴射を意図しているとともに、蓄圧器へ高圧燃料を供給する加圧ポンプが提案されているが、当該加圧ポンプは、蓄圧式燃料噴射装置の従来どおりの加圧ポンプであって、増圧ピストンに大量の高圧燃料を供給することを目的とした加圧ポンプに適応した燃料噴射弁については触れられていない。
【０００８】
さらに、特許文献３や特許文献４に開示された燃料噴射弁では、噴射孔の長さと、噴射孔の直径の比率を所定範囲内に制限したり、旋回体を含んだりするなど基本的に構造が異なるため、大流量燃料用バルブとして使用することは困難であった。
【０００９】
そこで、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、吸入孔を複数個設けるとともに、当該吸入孔を吸入室に対して、非放射状に配置することにより、燃料を迅速かつ定量的に通過させることができるようになって、カムおよびプランジャを高速駆動させた場合であっても、大量の燃料油を十分に加圧処理できることを見出した。
すなわち、本発明は、ＡＰＣＲＳに対応すべく、燃料供給用ポンプにおけるカムおよびプランジャを高速駆動させて、燃料吐出量を大量にした場合であっても、燃料が迅速に高圧ポンプの加圧室を通過し、燃料を十分に加圧処理することができる燃料供給用ポンプ、およびそれに適した大流量燃料用バルブを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、弁本体と、その内部において稼動可能に取り付けられた弁体と、弁本体内部に設けられた吸入室と、吸入孔と、弁体および弁本体の一部が相互に接するシート部と、を備えた大流量燃料用バルブであって、吸入孔を複数個設けるとともに、当該吸入孔を吸入室に対して、非放射状に配置することを特徴とする大流量燃料用バルブが提供され、上述した問題点を解決することができる。
すなわち、このように構成することにより、吸入室内に、流れ方向を大きく変えることなく燃料を導入することができる。また、非放射状の複数方向から燃料が流入するものの、吸入室内での相互衝突を少なくすることができる。したがって、かかる大流量燃料用バルブを介して、極めて大量の燃料であっても、迅速かつ定量的に透過させることができる。
【００１１】
また、本発明の大流量燃料用バルブを構成するにあたり、吸入室の水平断面形状を実質的に円形とするとともに、吸入孔を、吸入室の接線方向に沿って配置することが好ましい。
このように構成することにより、吸入室内に、一方向の回転流として燃料を導入することができる。また、接線方向の複数方向から燃料が流入するものの、吸入室内での相互衝突が少なくなるとともに、一方向の回転流として容易にまとまり、流れを円滑にすることができる。
【００１２】
また、本発明の大流量燃料用バルブを構成するにあたり、吸入孔を、吸入室に対して、垂直方向に傾けて配置することが好ましい。
このように構成することにより、重力を利用して、吸入室内に、さらに制御された一方向の回転流として燃料を導入することができる。また、接線方向の複数方向からの燃料流同士の相互衝突が少なくなるとともに、さらに一方向の回転流として容易にまとまることができる。
【００１３】
また、本発明の大流量燃料用バルブを構成するにあたり、吸入孔の直径を２〜１２ｍｍの範囲内の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、例えば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の燃料を容易に確保することができ、燃料供給用ポンプにおいて大量の高圧処理が可能となる。また、かかる燃料供給用ポンプに連結された増圧ピストンを併用した蓄圧式燃料噴射装置においても、１８０ＭＰａ以上の超高圧条件を達成することが容易になる。
【００１４】
また、本発明の大流量燃料用バルブを構成するにあたり、弁体のシート径を８ｍｍ以上の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、例えば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の燃料を容易に確保することができ、燃料供給用ポンプにおいて大量の高圧処理が可能となる。また、かかる燃料供給用ポンプに連結された増圧ピストンを併用した蓄圧式燃料噴射装置においても、１８０ＭＰａ以上の超高圧条件を達成することが容易になる。
【００１５】
また、本発明の大流量燃料用バルブを構成するにあたり、吸入孔における燃料の通過面積を、シート部における燃料の通過面積よりも大きくすることが好ましい。
このように構成することにより、吸入室内に、流れ方向を大きく変えることなく燃料を導入できるとともに、容易に通過させることができるため、吸入室内での滞留時間を短くすることができる。したがって、かかる大流量燃料用バルブを介して、大流量の燃料であっても、迅速かつ定量的に通過させることができる。
【００１６】
また、本発明の別の態様は、燃料吸入用バルブおよび燃料吐出用バルブを備えた燃料供給用ポンプであって、燃料吸入用バルブが、弁本体と、その内部において稼動可能に取り付けられた弁体と、弁本体内部に設けられた吸入室と、吸入孔と、弁体および弁本体の一部が相互に接するシート部と、を備え、かつ、吸入孔を複数個設けるとともに、当該吸入孔を吸入室に対して、非放射状に配置してある大流量燃料用バルブであることを特徴とする燃料供給用ポンプである。
すなわち、このように構成することにより、大流量燃料用バルブを介して、極めて大流量の燃料であっても、迅速かつ定量的に通過させることができ、燃料供給用ポンプにおいて、かかる燃料に対する高圧処理が可能となる。また、このように構成することにより、かかる燃料供給用ポンプに連結された増圧ピストンを併用した蓄圧式燃料噴射装置において、１８０ＭＰａ以上の超高圧条件を達成することが容易になる。
【００１７】
また、本発明の燃料供給用ポンプを構成するにあたり、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の燃料を、５０ＭＰａ以上の値に加圧するための蓄圧式燃料噴射装置に使用されることが好ましい。
このような蓄圧式燃料噴射装置に用いることにより、容易に大流量の燃料の加圧処理ができるため、燃料噴射装置における燃焼効率を高めたり、エロ−ジョンの発生を容易に防止したり、あるいは耐久性を向上させたりすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、図１（ａ）および（ｂ）に例示されるように、弁本体１９と、その内部において稼動可能に取り付けられた弁体２０と、弁本体１９の内部に設けられた吸入室１９ａと、吸入孔１９ｃと、弁体２０および弁本体１９の一部が相互に接するシート部２３と、を備えた大流量燃料用バルブ７３であって、吸入孔１９ｃを複数個設けるとともに、当該吸入孔１９ｃを吸入室１９ａに対して、非放射状に配置することを特徴とする大流量燃料用バルブ７３である。
以下、かかる大流量燃料用バルブ７３を、構成要件等に分けて、具体的に説明する。
【００１９】
１．弁本体
弁本体は、弁体を保持するとともに、弁体が所定の動作を行えるものであれば、その形状は特に制限されるものでは無いが、例えば、図１（ｂ）に示すように、下側に開放したキャップ状であることが好ましい。
また、図１（ｂ）に示すように、弁本体１９の外形を実質的に円筒形とするとともに、突起部やつば部等を設けずに、実質的に平滑とすることが好ましい。すなわち、従来は、心出しをするために、図８（ｂ）に示すように、弁本体１９の上部に、つば部３３を設けるとともに、それを利用してバレル等に対して弁本体を位置固定していたが、弁本体の製造が困難になったり、コストが高くなったりするという問題が見られた。そこで、図２に示すように弁保持部７１の内径と、バルブ７３の外径とを調整することにより、心出しするとともに、弁本体にはつば部等を設けないことにより、弁本体の製造上の問題を解決することができる。
また、弁本体には、後述する弁体が取り付けてあり、その内部において稼動可能であることが好ましい。すなわち、ポペット型の弁構造を構成することが好ましい。
ここで、弁本体に取り付けられた弁体の駆動方法は特に制限されるものではないが、例えば、図１（ｂ）および図２に示すように、弁本体１９の上方に設けた弁ばね２１を利用して、機械的駆動とすることも好ましいし、あるいは、電磁式の駆動方法を採用することも好ましい。
【００２０】
２．弁体
また、弁体のシート径を８ｍｍ以上の値とすることが好ましい。この理由は、このように構成することにより、例えば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の燃料を確保することができ、燃料供給用ポンプに供給することにより、大量燃料の高圧処理が可能となるためである。また、さらに燃料供給用ポンプに対して、増圧ピストンを併用した蓄圧式燃料噴射装置が連結されている場合であっても、１８０ＭＰａ以上の超高圧噴射を達成することが容易になるためである。
ただし、弁体のシート径が過度に大きくなると、大流量燃料用バルブ自体が大型になって、その取り付けや、弁体の精度良い動作が困難になったり、弁体の耐久性や機械的強度が低下したりする場合がある。
したがって、弁体のシート径を８〜１５ｍｍの範囲内の値とすることがより好ましく、８〜１２ｍｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００２１】
３．吸入孔
（１）数
また、図１（ａ）に示すように、第１の実施形態では、吸入孔１９ｃを複数個設けることを特徴とする。すなわち、かかる複数個の吸入孔を介して、極めて大量の燃料を、吸入室に吸入可能とするためである。
したがって、かかる吸入孔の数は２個以上であれば良いが、３〜５個の範囲内の値とすることがより好ましく、３個または４個とすることがさらに好ましい。
【００２２】
（２）配置１
また、複数の吸入孔に配置に関して、図１（ａ）に示すように、当該複数の吸入孔１９ｃを吸入室１９ａに対して、非放射状、すなわち、吸入室１９ａの中心に向かう仮想線に対して、吸入孔１９ｃから流入する燃料の流れ方向がずれるように配置することを特徴とする。
この理由は、非放射状に配置された複数個の吸入孔を介して、吸入室内に、流れ方向を大きく変えることなく燃料を導入することができるためである。また、複数方向から燃料が流入するものの、非放射状の方向から流入するため、吸入室内での相互衝突を少なくすることができるためである。
したがって、このように複数の吸入孔が非放射状に配置された大流量燃料用バルブであれば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の極めて大量の燃料であっても、リフト量を比較的小さくしたまま、迅速かつ定量的に通過させることができる。
【００２３】
また、図１（ａ）に示すように、吸入室１９ａの水平断面形状を実質的に円形とするとともに、吸入孔１９ｃを、吸入室１９ａの接線方向に沿って配置することが好ましい。
この理由は、吸入孔の配置をこのように構成することにより、吸入室内に、一方向の回転流として燃料を導入することができるためである。また、複数方向から燃料が流入するものの、接線方向から流入するため、吸入室内での相互衝突が少なくなるとともに、一方向の回転流として容易にまとまることができるためである。
ただし、吸入孔の配置は、必ずしも接線方向に沿う必要はなく、例えば、接線方向に対して、±２０°の範囲内であれば許容範囲である。
【００２４】
（３）配置２
また、本発明の大流量燃料用バルブによれば、図３に示すように、吸入孔１９ｃを、吸入室１９ａに対して、斜め方向に傾けて配置することが好ましい。すなわち、吸入孔から流入する燃料の流れ方向に関し、燃料が流入する吸入室が存在する水平面に対して、角度（θ）をつけて斜め方向に配置することが好ましい。
この理由は、このように吸入孔を傾けて配置することにより、吸入室内に、さらに加速された燃料を流入させることができ、その結果、さらに大量の燃料を容易に導入することができるためである。また、このように吸入孔を傾けて配置することにより、接線方向の複数方向からの燃料流同士の相互衝突が少なくなるとともに、さらに一方向の回転流として容易にまとまることができるためである。
【００２５】
また、このように吸入孔１９ｃを吸入室１９ａに対して垂直方向に傾けた場合、図３に示されるように、水平方向に対する傾き角度（θ）を１〜４５°の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる吸入孔の傾き角度が１°未満の値になると、傾け効果が発現しない場合があるためである。一方、かかる吸入孔の傾き角度が、４５°を超えると、逆に、吸入室内への燃料の流入性が低下する場合があるためである。
したがって、吸入孔の傾き角度を５〜３０°の範囲内の値とすることがより好ましく、１０〜２５°の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００２６】
（４）直径
また、吸入孔の直径を２〜１２ｍｍの範囲内の値とすることが好ましい。この理由は、かかる吸入孔の直径が２ｍｍ未満の値になると、例えば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の燃料を確保することができず、燃料供給用ポンプにおいて大量の高圧処理を実施することが困難となる場合があるためである。したがって、かかる燃料供給用ポンプに連結された増圧ピストンを併用した蓄圧式燃料噴射装置において、例えば、１８０ＭＰａ以上の超高圧条件を達成することが困難になるためである。
一方、かかる吸入孔の直径が１２ｍｍを超えると、吸入孔の機械的強度が低下したり、耐久性が低下したりする場合があるためである。
したがって、かかる吸入孔の直径を２．５〜１１．５ｍｍの範囲内の値とすることがより好ましく、３〜１１ｍｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００２７】
（５）吸入孔の面積
また、吸入孔の面積（開口部面積の総和）、すなわち、複数の吸入孔における燃料の通過面積を、シート部における燃料の通過面積よりも大きくすることが好ましい。
この理由は、このように複数の吸入孔における燃料の通過面積を考慮することにより、吸入室内に、流れ方向を大きく変えることなく燃料を導入できるとともに、吸入室内での滞留時間を短くすることができるためである。したがって、かかる大流量燃料用バルブを介して、大量の燃料であっても、迅速かつ定量的に通過させることができる。
【００２８】
また、一つの吸入孔の面積（開口部面積）を、具体的に、１５〜２５０ｍｍ２の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる吸入孔の面積が、１５ｍｍ２未満の値になると、例えば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の燃料を確保することができず、燃料供給用ポンプにおいて大量の高圧処理を実施することが困難となる場合があるためである。したがって、かかる燃料供給用ポンプに連結された増圧ピストンを併用した蓄圧式燃料噴射装置において、例えば、１８０ＭＰａ以上の超高圧条件を達成することが困難になる場合がある。
一方、かかる吸入孔の面積が、２５０ｍｍ２を超えると、吸入孔の機械的強度が低下したり、耐久性が低下したりする場合があるためである。
したがって、吸入孔の面積を２０〜２００ｍｍ２の範囲内の値とすることがより好ましく、２５〜１５０ｍｍ２の範囲内の値とすることがさらに好ましい。
なお、一つの吸入孔の面積とは、図１（ａ）に示す複数の吸入孔１９ｃにおいて、吸入室１９ａに向かって開いた一つの開口部１９ｂの面積を意味する。
【００２９】
４．シート部
第１の実施形態では、図１（ｂ）に示すように、弁体２０および弁本体１９の一部が相互に接し、燃料の通過量を正確に制御するための通過箇所としてのシート部２３を設けることを特徴とする。すなわち、弁体が弁ばね等によって上下動して、弁体および弁本体の一部が接することにより、このようなシート部が形成され、大量の燃料であっても、迅速かつ定量的に通過させることができるためである。
なお、上述したように、かかるシート部における燃料の通過面積を、吸入孔の面積よりも小さくすることがより好ましい構成である。
【００３０】
５．弁ばね
（１）第１の弁ばね
また、図１（ｂ）に示すように、弁本体１９の上方に、弁体２０を駆動させるための弁ばね（第１のスプリング）２１を備えていることが好ましい。
このように構成することにより、弁ばねによって弁体を上下動させ、弁本体と、弁体とを接触させやすくすることができるとともに、弁体のリフト時における、着座衝撃を吸収させることができるためである。
【００３１】
（２）第２の弁ばね
また、図４に示すように、第１の弁ばね（第１のスプリング）２１とともに、第２の弁ばね２４を設けることが好ましい。すなわち、弁体２０をリフトする初期段階から弁体２０に接するように設けられている、バネ常数が比較的低い第１のスプリング２１とともに、リフトする途中段階から弁体２０に接するように、バネ常数が比較的高い第２の弁ばね２４を設けることが好ましい。
このように構成することにより、開弁初期には、弁体をリフトしやすくなり、プランジャへの燃料吸入効率を向上することができるとともに、開弁が進むにつれて上昇するリフトスピードを第２の弁ばねによって低減し、フルリフト時の衝撃力を低減させることができる。したがって、大流量燃料用バルブであっても、耐久性や強度低下を防止することができるとともに、弁体の着座時における衝撃音を軽減することができる。
なお、第２の弁ばねとしては、図４に示すようなスプリング２４でもよく、図５（ａ）〜（ｃ）に示すような板バネ２５でもよい。
【００３２】
（３）非線形スプリング
また、第１および第２の弁ばねを併用する代わりに、図６に示すような非線形スプリング２６とすることも好ましい。すなわち、例えば、円錐状のスプリングにするとともに、下方に移動するにつれ、スプリングの鋼自体の直径が大きくなるように構成することによって、ばね常数を可変とすることができ、弁ばねの数を増やすことなく、第１および第２の弁ばねを設けたのと同様の効果を得ることができる。
【００３３】
６．性能
（１）燃料通過量（流速）
また、第１実施形態の大流量燃料用バルブによれば、燃料通過量（流速）に関し、弁体のリフト量が略１ｍｍにおいて、燃料における単位時間当たりの流量を５００〜１、５００リットル／時間の範囲内の値とすることが好ましく、８００〜１、３００リットル／時間の範囲内の値とすることがより好ましい。
この理由は、このように構成することにより、比較的小さなリフト量において、大流量を確保することができるとともに、小型かつ、高さが低い大流量燃料用バルブを提供することができるためである。
【００３４】
ここで、第１実施形態の大流量燃料用バルブは、図７に示す特性曲線を有することがより好ましい。すなわち、図７は、横軸に弁体のリフト量（相対値）を採って示してあり、縦軸に燃料の単位時間当たりの流量、すなわち、流速（相対値）を採って示してある。
また、図７中、ラインＡが、従来の燃料用バルブに対応し、図８に示すように、シート径が７．６ｍｍであり、３つの吸入孔１９ｃが、円形の吸入室１８の外周に沿って放射状に配置された構成の燃料用バルブ３２である（タイプ１）。
同様に、ラインＢは、従来の燃料用バルブにおけるシート径を拡大した変形例に対応し、図９に示すように、シート径が１０ｍｍであり、３つの吸入孔１９ｃが、円形の吸入室１８の外周に沿って放射状に配置された構成の燃料用バルブ３４である（タイプ２）。
また、ラインＣは、本発明の大流量燃料用バルブの一例に対応したものであって、図１に示すように、シート径が１０ｍｍであり、３つの吸入孔１９ｃが、円形の吸入室１８の接線に沿って配置された構成の大流量燃料用バルブ７３である（タイプ３）。
【００３５】
（２）絞りと特性
また、図１０（ａ）および（ｂ）〜図１２（ａ）および（ｂ）に、各燃料用バルブ（リフト小および大）における燃料の速度分布から判断した絞り位置を示す。
すなわち、図１０（ａ）および（ｂ）は、図８に示す従来の燃料用バルブにおける絞り位置を示す図であって、上述したタイプ１のバルブに対応する図である。また、図１１（ａ）および（ｂ）は、図９に示す従来の燃料用バルブの変形例における絞り位置を示す図であって、上述したタイプ２のバルブに対応する図である。また、図１２（ａ）および（ｂ）は、図１に示す本発明の大流量燃料用バルブにおける絞り位置を示す図であって、上述したタイプ３のバルブに対応する図である。
【００３６】
これらの図から理解されるように、タイプ１のバルブでは、リフト量に関わらずシート部近傍に絞り位置が確認されている。そして、その流量特性に関しては、図７中のラインＡに示すとおり、シート径の不足からバルブリフトを増大しても所定の流量を得ることができないことが確認されている。
また、シート径を大きくしたタイプ２のバルブにおいては、リフト量の増大に伴って、絞り位置がシート部から吸入室１８に向かって移動していることが確認されている。但し、その流量特性に関しては、図７中のラインＢに示すとおり、タイプ１に比べて、流量は増加したものの、所定の流量が得られまでには至っていない。すなわち、タイプ２のバルブは、シート径を大きくしたにも関わらず、吸入室の絞りによって、流量が規制されていたためである。
【００３７】
一方、タイプ３のバルブにおいては、吸入孔が接線状に配置され、しかもシート径が拡大されたことにより、リフト量に関わらず、絞り位置が、シート部のみに存在し、タイプ２に比べても、吸入室１８の絞りが改善されていることが確認されている。
また、その流量特性に関しても、図７中のラインＣに示すとおり、吸入室での絞りが改善されたことによって、所定のリフト量において、所定の流量が得られることが確認されている。
【００３８】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、図１３に例示されるように、燃料吸入用バルブ７３および燃料吐出用バルブを備えた燃料供給用ポンプ５０であって、かかる燃料吸入用バルブ７３が、弁本体１９と、その内部において稼動可能に取り付けられた弁体２０と、弁本体１９の内部に設けられた吸入室１９ａと、吸入孔１９ｃと、弁体２０および弁本体１９の一部が相互に接するシート部２３と、を備え、かつ、吸入孔１９ｃを複数個設けるとともに、当該吸入孔１９ｃを吸入室１９ａに対して、非放射状に配置してある大流量燃料用バルブであることを特徴とする燃料供給用ポンプ５０である。以下、かかる燃料供給用ポンプ５０を、構成要件等に分けて、具体的に説明する。
【００３９】
１．燃料吸入用バルブ
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した大流量燃料用バルブを燃料吸入用バルブとして使用することを特徴としている。したがって、図１４に示すような燃料吸入用バルブ７３および燃料吐出用バルブ６０からなるＩＯバルブ７０を構成することが好ましい。
なお、第１の実施形態で説明した大流量燃料用バルブを燃料吸入用バルブとして使用する場合には、燃料供給用ポンプに対して、例えば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の燃料であっても、極めて正確かつ定量的に供給することができる。
【００４０】
２．燃料供給用ポンプ
燃料供給用ポンプの形態は特に制限されるものでは無いが、例えば、図１３に示すような燃料供給用ポンプ５０を備えることが好ましい。すなわち、かかる燃料供給用ポンプは、例えば、ポンプハウジング５２と、バレル（シリンダ）５３と、プランジャ５４と、燃料圧縮室７４と、タペット５８と、カム６０と、から構成してあることが好ましい。
そして、ポンプハウジング５２に収容されたバレル５３の内側をプランジャ５４が摺動して燃料を加圧するための燃料圧縮室７４が形成されており、かかるプランジャ５４は、カム６０の回転運動に対応して、往復動するように構成してあることが好ましい。
したがって、フィードポンプ６４から圧送された燃料を、燃料圧縮室７４において、プランジャ５４によって、高圧の燃料に効率的に加圧することができる。なお、この燃料供給用ポンプ５０の例では、ポンプハウジング５２内に、例えば二組のバレル（シリンダ）５３およびプランジャ５４を備えているが、より大容量の燃料を高圧処理するために、二組以上の数に増加することも好ましい。
【００４１】
３．蓄圧式燃料噴射装置（ＡＰＣＲＳ）
また、第２の実施形態の燃料供給用ポンプは、以下のような構成を有するピストン増圧方式の蓄圧式燃料噴射装置の一部であることが好ましい。
すなわち、図１５に例示されるように、燃料供給用ポンプ１０３は、燃料タンク１０２と、かかる燃料タンク１０２の燃料を供給するためのフィードポンプ（低圧ポンプ）１０４と、燃料供給用ポンプ（高圧ポンプ）１０３と、かかる燃料供給用ポンプ１０３から圧送された燃料を蓄圧するための蓄圧器としてのコモンレール１０６と、ピストン増圧装置１０８、および燃料噴射装置１１０と、から構成されていることが好ましい。
【００４２】
（１）燃料タンク
図１５に例示される燃料タンク１０２の容積や形態は、例えば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の燃料を循環できることを考慮して定めることが好ましい。
【００４３】
（２）フィードポンプおよび燃料供給用ポンプ
フィードポンプ１０４は、図１５に示すように、燃料タンク１０２内の燃料（軽油）を燃料供給用ポンプ１０３に圧送するものであり、フィードポンプ１０４と、燃料供給用ポンプ１０３との間にはフィルター１０５が介在されていることが好ましい。そして、このフィードポンプ１０４は、一例ではあるが、ギヤポンプ構造を有し、カムの端部に取付け、ギヤの駆動を介して、カム軸と直結または適当なギヤ比を介して駆動されていることが好ましい。
また、燃料供給用ポンプ１０３は、フィードポンプ１０４から供給された燃料を高圧に加圧処理する装置であり、燃料を加圧した後、高圧通路１０７を介してコモンレール１０６に圧送するように構成されている。
【００４４】
また、フィードポンプ１０４から、フィルター１０５を介して圧送された燃料は、図１６に示すような噴射量調整を行う比例制御弁（ＦＭＵ）１２０をさらに経由して、燃料供給用ポンプ１０３に供給されることが好ましい。かかる比例制御弁１２０は、例えば、ＥＣＵの制御を受けて、コイル１２４に流す電流量を調整することにより、アンカー１２５の位置を比例的に制御することが好ましい。すなわち、アンカー１２５の位置に対応させて、アンカー１２５の先端部におけるピストン１２７の位置を制御することにより、かかるピストン１２７に設置されたスリット１２２と、燃料供給部１２９との間の、燃料通過面積を変化させ、燃料供給用ポンプ１０３における吸入バルブ（図示せず）に供給する燃料を制御することができる。
【００４５】
また、図１６に示すように、フィードポンプ１０４から供給された燃料は、比例制御弁１２０および燃料供給用ポンプ１０３に対して圧送される他に、かかる比例制御弁１２０と並列的に設けられたオーバーフローバルブ（ＯＦＶ）１３４を介して、燃料タンク１０２に戻されるように構成することが好ましい。そして、さらに、一部の燃料は、オーバーフローバルブ１３４に取付けられたオリフィス１３６を介して、燃料供給用ポンプ１０３の軸受（図示せず）に圧送され、軸受の燃料潤滑油として使用されることが好ましい。
なお、燃料供給用ポンプ１０３は、上述したように、フィードポンプ１０４から供給された燃料を高圧に加圧処理する装置であり、燃料を加圧した後、高圧通路１０７を介してコモンレール１０６に圧送するように構成されていることが好ましい。
【００４６】
（３）一方向弁
また、図１５に示すように、燃料供給用ポンプ１０３の出口、あるいは、後述するコモンレール１０６と、燃料供給用ポンプ１０３とに、一方向弁（図示せず）を設けることが好ましい。
この理由は、このように構成することにより、燃料供給用ポンプ１０３からコモンレール１０６への燃料の送液のみを可能とできるためである。したがって、電磁制御弁を開いた際の逆流を有効に防止して、コモンレール１０６内の圧力が低下するのを有効に防止することができる。
【００４７】
（４）コモンレール
また、図１５に示すように、コモンレール１０６には、複数のインジェクタ（噴射弁）１１０が接続されており、コモンレール１０６で高圧に蓄圧された燃料を各インジェクタ１１０から内燃機関（図示せず）内に噴射することが好ましい。
また、これらの各インジェクタ１１０は、図示しないが、ＩＤＵ（ＩＤＵ：  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を介してその吐出量が制御されていることが好ましい。かかるＩＤＵは、後述する制御装置としての電子制御ユニット（ＥＣＵ：  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）に接続されており、このＥＣＵの駆動信号により駆動されている。
また、コモンレール１０６の側端には、圧力検知器１１７が接続されており、かかる圧力検知器１１７で得られた圧力検知信号をＥＣＵに送ることが好ましい。すなわち、ＥＣＵは、圧力検知器１１７からの圧力検知信号を受けると、電磁制御弁（図示せず。）を制御するとともに、検知した圧力に応じてＩＤＵの駆動を制御することが好ましい。
【００４８】
（５）ピストン増圧装置
また、ピストン増圧装置（増圧ピストン）としては、図１７に例示されるように、シリンダ１５５と、機械式ピストン１５４と、加圧室１５８と、電磁弁１７０と、循環路１５７とを含むとともに、機械式ピストン１５４が比較的大面積を有する受圧部１５２と、比較的小面積を有する加圧部１５６と、を備えていることが好ましい。
すなわち、シリンダ１５５内に収容された機械式ピストン１５４が、当該受圧部１５２において、コモンレール圧を有する燃料により押圧されて移動し、加圧室１５８のコモンレール圧、例えば、５０ＭＰａ程度の圧力を有する燃料を、さらに比較的小面積を有する加圧部１５６によって加圧し、１５０ＭＰａ〜３００ＭＰａの範囲内の値とすることが好ましい。
【００４９】
また、機械式ピストン１５４を加圧するために、コモンレール圧を有する燃料を大量に使用するが、加圧後には、電磁駆動式のオーバーフロー弁１７０を介して、燃料タンク等に還流させることが好ましい。すなわち、コモンレール圧を有する燃料の大部分は、機械式ピストン１５４を加圧した後、燃料噴射装置の電磁弁１８０から流出した燃料とともに燃料タンク等に還流され、再び、機械式ピストン１５４を加圧するために使用されることが好ましい。
一方、加圧部１５６によって増圧された燃料は、燃料噴射装置（燃料噴射ノズル）１６３に送液され、効率的に噴射されて、燃焼されることになる。
【００５０】
したがって、このようにピストン増圧装置を設けることにより、コモンレールを過度に大型化することなく、コモンレール圧を有する燃料によって、効果的に機械式ピストンを押圧することができる。
すなわち、図１８に模式図を示すように、ＡＰＣＲＳシステムによれば、機械式ピストンに、比較的大面積の受圧部と、比較的小面積の加圧部と、を備えるとともに、機械式ピストンのストローク量を考慮することにより、加圧損失を少なく、コモンレール圧を有する燃料を、所望値に効率的に増圧することが可能である。
より具体的には、コモンレールからの燃料（圧力：ｐ１、体積：Ｖ１、仕事量：Ｗ１）を、比較的大面積を有する受圧部により受け、比較的小面積を有する加圧部を備えた機械式ピストンにより、より高圧の燃料（圧力：ｐ２、体積：Ｖ２、仕事量：Ｗ２）とするとすることができる。
【００５１】
（６）燃料噴射装置
▲１▼基本的構造
また、燃料噴射装置（燃料噴射ノズル）１１０の形態は特に制限されるものでは無いが、例えば、図１７に例示されるように、ニードル弁体１６２が着座する着座面１６４と、この着座面１６４の弁体当接部位よりも下流側に形成される噴孔１６５と、を有するノズルボディ１６３を備え、ニードル弁体１６２のリフト時に着座面１６４の上流側から供給される燃料を噴孔１６５へ導く構成であることが好ましい。
また、このような燃料噴射ノズルシステム１６６は、スプリング１６１等によってニードル弁体１６２を着座面１６４に向かって常時付勢しておき、ニードル弁体１６２をソレノイド１８０の通電／非通電の切り替えによって開閉する電磁弁型であることが好ましい。
【００５２】
▲２▼噴射タイミングチャート
また、高圧燃料の噴射タイミングチャートに関し、図１９に例示するように、実線Ａで示されるような、二段階の噴射状態を有する燃料噴射チャートを示すことが好ましい。
この理由は、コモンレール圧と、ピストン増圧装置（増圧ピストン）における増圧の組み合わせにより、かかる二段階の噴射タイミングチャートを達成することができ、それによって燃料の燃焼効率を高めるとともに、排気ガス浄化させることができるためである。
また、本発明によれば、コモンレール圧と、ピストン増圧装置（増圧ピストン）における増圧の組み合わせにより、図１９中、点線Ｂで示されるような燃料噴射チャートを示すことも好ましい。
なお、ピストン増圧装置（増圧ピストン）を使用しない場合、すなわち従来の噴射タイミングチャートは、図１９中、点線Ｃで示されるように、低噴射量の一段階の噴射タイミングチャートとなる。
【００５３】
（７）動作
次に、第２の実施形態における燃料供給用ポンプ１０３、ピストン増圧装置（増圧ピストン）１０８および燃料噴射弁１１０の作用を説明する。すなわち、図１５に示すように、燃料噴射装置（燃料噴射ノズルシステム）１１０の運転時には、燃料タンク１０２の燃料を、フィードポンプ１０４から燃料供給用ポンプ１０３に供給し、次いで、燃料供給用ポンプ１０３から高圧燃料を高圧通路１０７に対して圧送する。
次いで、図１７に示すように、コモンレール１０６で５０ＭＰａ程度に蓄圧され、さらに、燃料噴射弁１１０との間に、ピストン増圧装置（増圧ピストン）１０８が設けてあり、１８０ＭＰａ以上の超高圧条件に加圧することが好ましい。
また、増圧ピストン１０８を動作させる上で、極めて大流量の燃料を用いており、そのために、図１７に示す例では、燃料供給用ポンプ１０３に設けられた大流量燃料用バルブ（図示せず）が有効に機能している。
すなわち、吸入孔を複数個設けるとともに、当該吸入孔を吸入室に対して、非放射状に配置した大流量燃料用バルブを、燃料供給用ポンプ１０３の燃料吸入用バルブとして、使用することにより、例えば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の燃料であっても、迅速かつ定量的に通過させることができ、さらには、燃料供給用ポンプ１０３およびコモンレール１０６によって、それぞれ大量処理を実施することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の大流量燃料用バルブによれば、吸入孔を複数個設けるとともに、当該吸入孔を吸入室に対して、非放射状に配置することにより、例えば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間程度の燃料であっても、迅速かつ定量的に通過させることができるになった。
また、本発明の大流量燃料用バルブによれば、弁体のリフト量が比較的低い場合であっても、単位時間当たりの流量が１、０００リットル／時間以上の大流量の燃料を通過させることができるため、弁体の位置変化が少なくなり、着座時の衝撃を緩和することができるようになった。
さらに、本発明の大流量燃料用バルブによれば、吸入孔の直径や断面積を過度に大きくすることなく、大量の燃料を迅速かつ定量的に通過させることができるため、大流量燃料用バルブ自体の耐久性や強度低下を抑制することができるようになった。
したがって、本発明の大流量燃料用バルブは、ピストンを利用して大流量の燃料を増圧する蓄圧式燃料噴射装置（ＡＰＣＲＳ）に使用される燃料供給用ポンプの大流量燃料用バルブとして好適に使用することができる。
【００５５】
また、本発明の大流量燃料用バルブを備えた燃料供給用ポンプによれば、吸入孔を複数個設けるとともに、吸入室に対して、非放射状に配置された吸入孔を有する大流量燃料用バルブを備えることにより、例えば、単位時間当たりの流量が５００〜１、５００リットル／時間の極めて大流量の燃料であっても、迅速かつ定量的に透過させることができるようになった。
【００５６】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の大流量燃料用バルブの断面図である。
【図２】図２は、本発明の大流量燃料用バルブの取り付け状態を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明における別の大流量燃料用バルブの断面図である。
【図４】図４は、第２の弁ばね（スプリング）を設けた大流量バルブを説明するために供する図である。
【図５】図５は、第２の弁ばね（板バネ）を設けた大流量バルブを説明するために供する図である。
【図６】図６は、非線形スプリングを使用した大流量バルブを説明するために供する図である。
【図７】図７は、大流量燃料用バルブにおけるリフト量と、単位時間当たりの流量との関係を示す特性図である。
【図８】図８（ａ）および（ｂ）は、従来の燃料用バルブの断面図である。
【図９】図９（ａ）および（ｂ）は、従来の別の燃料用バルブの断面図である。
【図１０】図１０（ａ）および（ｂ）は、従来の燃料用バルブにおける絞り位置を説明するための断面図である。
【図１１】図１１（ａ）および（ｂ）は、従来の別の燃料用バルブにおける絞り位置を説明するための断面図である。
【図１２】図１２（ａ）および（ｂ）は、本発明の大流量燃料用バルブにおける絞り位置を説明するための断面図である。
【図１３】図１３は、大流量燃料用バルブを、燃料吸入用バルブまたは燃料吐出用バルブとして備えた燃料供給用ポンプの断面図である。
【図１４】図１４は、燃料吸入用バルブおよび燃料吐出用バルブからなるＩＯバルブの断面図である。
【図１５】図１５は、ピストン増圧方式の蓄圧式燃料噴射装置（ＡＰＣＲＳ）のシステムを説明するために供する図である。
【図１６】図１６は、燃料供給用ポンプに取り付けた比例制御弁（ＦＭＵ）の作用を説明する図である。
【図１７】図１７は、ピストン増圧方式の蓄圧式燃料噴射装置（ＡＰＣＲＳ）の構造を説明するために供する図である。
【図１８】図１８は、ピストン増圧方式の蓄圧式燃料噴射装置（ＡＰＣＲＳ）による燃料の増圧方法を概念的に示す図である。
【図１９】図１９は、高圧燃料の噴射タイミングチャート説明するために供する図である。
【図２０】図２０は、従来の蓄圧式燃料噴射装置の構造を説明するために供する図である。
【図２１】図２１は、従来の別の蓄圧式燃料噴射装置の構造を説明するために供する図である。
【図２２】図２２は、従来の燃料噴射装置の構造を説明するために供する図である。
【図２３】図２３は、従来の別の燃料噴射装置の構造を説明するために供する図である。
【符号の説明】
１０：大流量燃料用バルブ
１２：弁本体
１３：シート部
１４：吸入孔
１７：弁体
１８：吸入室
５２：ポンプハウジング
５３：バレル（シリンダ）
５４：プランジャ
５６：燃料圧縮室
５８：タペット
６０：カム
１００：ＡＰＣＲＳシステム
１０２：燃料タンク
１０４：フィードポンプ（低圧ポンプ）
１０３：燃料供給用ポンプ（高圧ポンプ）
１０６：コモンレール
１０７：高圧通路
１１０：燃料噴射装置
１２０：モータ
１５０：ピストン増圧装置
１５２：受圧部
１５４：機械式ピストン
１５５：シリンダ
１５６：加圧部
１５８：加圧室
１６６：燃料噴射装置
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2004211580.tif 000018
【図１７】
2004211580.tif 000019
【図１８】
2004211580.tif 000020
【図１９】
2004211580.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2004211580.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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