(57)【要約】【課題】  減速時に蓄圧器内の燃料を低圧部に排出させて蓄圧器の燃料圧力を速やかに低下させる圧力制御弁において、燃料排出時の時間当たり流量のバラツキを低減させ、燃料の排出遅れを防止する。【解決手段】  圧力制御弁は、蓄圧器の高圧燃料を低圧部に排出させる排出通路１６ｃ、１６ｄにオリフィス１６ｅを備え、オリフィス１６ｅの径をＤ、オリフィス１６ｅの長さをＬとしたとき、１．５＜Ｌ／Ｄ≦５とすることにより、流量が大で、且つ流量バラツキが少なくなり、減速時の蓄圧器内の燃料排出遅れを確実に防止することができる。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄圧器（１０１）内に蓄えられた高圧燃料を低圧部（１０６）に排出させる排出流路（１０９）を開閉する圧力制御弁（１）であって、
前記排出流路の一部をなす排出通路（１６ｃ、１６ｄ、１８ｃ、１８ｄ）が形成されるとともにこの排出通路中にオリフィス（１６ｅ、１８ｅ）が形成された通路部材（１６、１８）と、前記排出通路を開閉する弁体（１５、１８）とを備え、
前記オリフィスの径をＤ、前記オリフィスの長さをＬとしたとき、１．５＜Ｌ／Ｄ≦５であることを特徴とする燃料噴射装置の圧力制御弁。
【請求項２】
通電時に前記弁体（１５）を開弁方向に駆動する電磁式の駆動部（１１、１２、１３、１４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置の圧力制御弁。
【請求項３】
内燃機関（２０１）に噴射される高圧燃料が蓄圧された蓄圧器（１０１）と、前記蓄圧器内に蓄えられた高圧燃料を低圧部（１０６）に排出させる排出流路（１０９）と、請求項１または２に記載の圧力制御弁（１）と、前記内燃機関の減速時に前記圧力制御弁を開弁作動させる制御手段（１０３）とを備えることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用燃料噴射装置における蓄圧器の燃料圧力を減速時等に低下させる圧力制御弁、およびそれを用いた燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関用燃料噴射装置は、高圧燃料が蓄圧される蓄圧器と、蓄圧器の高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射する噴射弁と、燃料を吸入・加圧して蓄圧器に高圧燃料を圧送する燃料ポンプとを備えている。
【０００３】
そして、燃料ポンプからの燃料圧送量は、蓄圧器内の燃料圧力が、機関の運転状態に基づいて算出される所定の噴射圧力となるようにフィードバック制御される。すなわち、定常の運転状態では、噴射弁からの燃料噴射や燃料リークによる減少分を補う量の高圧燃料を、燃料ポンプから蓄圧器に圧送することによって、蓄圧器内を噴射圧力に相当する一定の高圧に保持している。一方、機関の減速時には、目標とする噴射圧力が低下するために、燃料ポンプからの燃料圧送量を減らして蓄圧器内の圧力を減少させる制御を行う。
【０００４】
しかし、減速運転時には噴射弁からの噴射量も減少するため、燃料噴射や燃料リークによる減少分だけで蓄圧器内の圧力を目標値まで低下させるには相当の時間を要する。その間、必要以上に高い圧力の状態が続くことになり、噴射圧力も高くなってしまうため燃焼騒音が増大する不具合があった。そこで、減速時の噴射圧力低下の遅れによる燃焼騒音の増大を防止する目的で、減速時に蓄圧器内の燃料を低圧部に排出させて蓄圧器の燃料圧力を速やかに低下させる圧力制御弁が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この圧力制御弁は、蓄圧器の高圧燃料を低圧部に排出させる排出通路を、電磁式の駆動部にて駆動される弁体にて開閉するようになっている。また、排出通路中には、燃料排出時の時間当たり流量を調整するためにオリフィスが設けられている。
【特許文献１】特開２００１−１８２６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、燃料排出時の時間当たり流量は基本的にはオリフィスの径により決定されるが、オリフィスの長さのバラツキにより時間当たり流量がばらついてしまい、時間当たり流量が少なくなる側にばらついた圧力制御弁では、減速時に蓄圧器内の燃料の排出遅れが発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、燃料噴射装置の圧力制御弁において、時間当たり流量のバラツキを低減させることを主目的とし、燃料の排出遅れを防止することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、蓄圧器（１０１）内に蓄えられた高圧燃料を低圧部（１０６）に排出させる排出流路（１０９）を開閉する圧力制御弁（１）であって、オリフィスの径をＤ、オリフィスの長さをＬとしたとき、１．５＜Ｌ／Ｄ≦５であることを第１の特徴とする。
【０００９】
図４に示すように、１．５＜Ｌ／Ｄ≦５とした場合、流量が大で、且つ流量バラツキが少ない圧力制御弁とすることができる。
【００１０】
本発明は、内燃機関（２０１）の減速時に圧力制御弁（１）を開弁作動させる燃料噴射装置において、第１の特徴を有する圧力制御弁（１）を採用したことを第２の特徴とする。このように、第１の特徴を有する圧力制御弁を採用することにより、減速時の蓄圧器内の燃料排出遅れを確実に防止して、減速時の噴射圧力低下の遅れによる燃焼騒音の増大を確実に防止することができる。
【００１１】
なお、特許請求の範囲およびこの欄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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（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実施形態に係る圧力制御弁１を備えるコモンレール式燃料噴射装置の全体構成を示す図である。この燃料噴射装置は、高圧燃料が蓄圧される蓄圧器１０１を備えており、蓄圧器１０１には、ディーゼルエンジン（以下、内燃機関という）２０１の各気筒毎に設けられる複数の噴射弁１０２が接続され、蓄圧器１０１内に蓄圧される高圧燃料が、各噴射弁１０２から対応する気筒に噴射されるようになっている。噴射弁１０２の開弁時期および開弁時間は、制御手段である電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１０３によって制御される。
【００１３】
ＥＣＵ１０３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶された各種処理を順に実行する。そして、ＥＣＵ１０３には、エンジン回転数や図示しないアクセルペダルの踏み込み量等の情報が入力され、ＥＣＵ１０３は、それらの情報に基づいて、噴射弁１０２や、後述する圧送量制御弁１０４、圧力制御弁１の作動を制御する。
【００１４】
蓄圧器１０１内には、燃料ポンプ１０５から圧送される高圧燃料が、燃料の噴射圧力に相当する所定圧で蓄圧される。燃料ポンプ１０５としては、公知の構造の可変吐出量高圧ポンプが用いられ、低圧部としての燃料タンク１０６からフィードポンプ１０７を経て吸入される低圧燃料を高圧に加圧する。ＥＣＵ１０３は、蓄圧器１０１に設けた圧力センサ１０８からの信号を基に、噴射圧力が負荷や回転数に応じて定めた所定値となるように、燃料ポンプ１０５に設けた圧送量制御弁１０４を駆動して、圧送量を制御する。
【００１５】
蓄圧器１０１は排出流路を構成する低圧流路１０９を介して燃料タンク１０６に接続されており、この低圧流路１０９と蓄圧器１０１の間に、圧力制御弁１が設けてある。圧力制御弁１は、ＥＣＵ１０３によって内燃機関１の運転状態に応じて制御され、開弁時に蓄圧器１０１内の高圧燃料を低圧流路１０９を介して燃料タンク１０６に戻すことにより、蓄圧器１０１の圧力を目標値まで低減するものである。
【００１６】
圧力制御弁１の具体的な構成を図２に示す。圧力制御弁１は、一端が開口されるとともに他端に底部１１ａが形成された有底円筒状のソレノイドハウジング１１を備えている。ソレノイドハウジング１１内には、筒状のコイル１２が収容されており、ソレノイドハウジング１１の開口部は蓋体１３にて閉塞されている。蓋体１３は、ソレノイドハウジング１１の開口部を覆う円盤状の蓋部１３ａと、蓋部１３ａの径方向中心部からコイル１２の筒内空間に延びる柱状部１３ｂとを備えている。
【００１７】
ソレノイドハウジング１１の底部１１ａの径方向中心部には、コイル１２の筒内空間に連通する貫通穴１１ｂが形成されており、この貫通穴１１ｂ内にアーマチャ１４が配設されている。ソレノイドハウジング１１、蓋体１３およびアーマチャ１４は、いずれも磁性体金属よりなり、磁気回路を形成する。そして、ソレノイドハウジング１１、コイル１２、蓋体１３およびアーマチャ１４は、電磁式の駆動部を構成している。
【００１８】
ソレノイドハウジング１１の底部１１ａの外側には、円柱状の第１弁体１５を保持するバルブハウジング１６が配置されている。このバルブハウジング１６は、一端が開口されるとともに他端に底部１６ａが形成された有底円筒状をなしている。また、バルブハウジング１６の径方向中心部には、軸方向に延びる摺動穴１６ｂが形成されており、この摺動穴１６ｂ内に第１弁体１５が摺動可能に配設されている。
【００１９】
ソレノイドハウジング１１の底部１１ａの外側には、円筒状の筒部１１ｃが形成されており、この筒部１１ｃの端部をかしめることにより、バルブハウジング１６がソレノイドハウジング１１に固定されている。また、筒部１１ｃの外周部には雄ねじ１１ｄが形成されており、この雄ねじ１１ｄを利用して圧力制御弁１が蓄圧器１０１（図１参照）に固定されるようになっている。
【００２０】
通路部材をなすバルブハウジング１６の底部１６ａの径方向中心部には、軸方向に延びて底部１６ａを貫通する第１排出通路１６ｃが形成されており、排出流路を構成するこの第１排出通路１６ｃは蓄圧器１０１に連通されている。
【００２１】
バルブハウジング１６の円筒部には、径方向に延びて円筒部を貫通する第２排出通路１６ｄが形成されており、排出流路を構成するこの第２排出通路１６ｄは低圧流路１０９（図１参照）に連通されている。
【００２２】
図３はバルブハウジング１６の底部１６ａ付近の詳細な構成を示すもので、第１排出通路１６ｃ中には、断面円形のオリフィス１６ｅと、オリフィス１６ｅよりも大径の拡大穴１６ｆとが形成されている。また、バルブハウジング１６の底部１６ａにおいて、第１弁体１５（図１参照）と対向する部位には、テーパ状のシート面１６ｇが第１排出通路１６ｃと同軸に形成されている。
【００２３】
一方、図２に示すように、第１弁体１５においてシート面１６ｇ（図３参照）と対向する部位にはテーパ状の弁部１５ａが形成されており、弁部１５ａがシート面１６ｇと接離することにより、第１排出通路１６ｃと第２排出通路１６ｄ間が連通・遮断されるようになっている。
【００２４】
第１弁体１５において弁部１５ａと反対側には、ソレノイドハウジング１１の貫通穴１１ｂ内へ延びる円柱状のロッド１５ｂが一体に形成されており、このロッド１５ｂの外周にはアーマチャ１４が嵌合固定されている。蓋体１３の柱状部１３ｂ内には、第１スプリング１７が配置されており、この第１スプリング１７はアーマチャ１４および第１弁体１５を閉弁方向に付勢している。
【００２５】
上記構成において、内燃機関２０１の減速時以外は、圧力制御弁１のコイル１２への通電が断たれており、第１スプリング１７によってアーマチャ１４および第１弁体１５が閉弁方向に付勢され、第１弁体１５の弁部１５ａがバルブハウジング１６のシート面１６ｇに当接して、第１排出通路１６ｃと第２排出通路１６ｄ間が遮断されている。
【００２６】
一方、アクセルペダルの踏み込み量が急激に減少した場合、すなわち内燃機関２０１の減速時には、ＥＣＵ１０３が圧力制御弁１を開弁させ、これにより、蓄圧器１０１内の高圧燃料を燃料タンク１０６に排出し、蓄圧器１０１内の圧力を目標値まで急速に低下させる。
【００２７】
具体的には、圧力制御弁１のコイル１２に通電され、これにより図２のようにアーマチャ１４が蓋体１３の柱状部１３ｂ側に吸引される。そして、アーマチャ１４と一体の第１弁体１５も柱状部１３ｂ側に移動し、第１弁体１５の弁部１５ａがバルブハウジング１６のシート面１６ｇから離れるため、第１排出通路１６ｃと第２排出通路１６ｄ間が連通し、蓄圧器１０１内の高圧燃料が、第１排出通路１６ｃ、第２排出通路１６ｄおよび低圧流路１０９を介して燃料タンク１０６に排出される。
【００２８】
上記構成になる圧力制御弁１において、バルブハウジング１６のオリフィス１６ｅの仕様と流量特性との相関を検討した。ここで、オリフィス１６ｅの径をＤ、オリフィス１６ｅの長さをＬとする。そして、Ｄ＝φ０．４ｍｍに固定し、Ｌ／Ｄを種々設定して、圧力制御弁１の開弁時の流量を測定した。なお、流体は軽油を使用した。また、第１排出通路１６ｃ側の圧力は２００ＭＰａ、第２排出通路１６ｄ側は大気圧である。
【００２９】
図４はその結果を示すもので、１．５＜Ｌ／Ｄ≦５においては、流量が大で、且つ流量バラツキが少ないことが確認された。したがって、Ｌ／Ｄの製造誤差の範囲を、１．５＜Ｌ／Ｄ≦５とすることにより、流量が少ない特性の圧力制御弁を排除することができ、減速時の蓄圧器１０１内の燃料排出遅れを確実に防止して、減速時の噴射圧力低下の遅れによる燃焼騒音の増大を確実に防止することができる。
【００３０】
また、オリフィス長さＬが小（すなわち、Ｌ／Ｄ小）では、流速大によりオリフィス１６ｅの摩耗、オリフィス長さＬが大（すなわち、Ｌ／Ｄ大）では、オリフィス１６ｅの流路抵抗大によるエロージョン等の問題が発生するが、本発明者が行った耐久性評価試験により、少なくとも、１．５＜Ｌ／Ｄ≦５においては、機能上問題になるようなオリフィス１６ｅの摩耗やエロージョンは発生しないことが確認された。
【００３１】
（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実施形態に係る圧力制御弁１の全体構成を示す断面図、図６は図５の圧力制御弁１の要部を示す断面図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
本実施形態は、蓄圧器内の圧力が規定の圧力以上になった場合に蓄圧器内の高圧燃料を燃料タンクに排出して蓄圧器内の圧力の異常な上昇を防止する機能を付加したものである。
【００３３】
本実施形態の圧力制御弁１は、図５に示すように、第１実施形態の圧力制御弁１に対して、第２弁体１８と第２スプリング１９が付加されている。第２弁体１８は、バルブハウジング１６の摺動穴１６ｂ内に摺動可能に配設されており、バルブハウジング１６のシート面１６ｇと接離することにより、バルブハウジング１６の第１排出通路１６ｃと第２排出通路１６ｄ間を連通・遮断するようになっている。第２スプリング１９は、バルブハウジング１６の摺動穴１６ｂ内に配設されており、第２弁体１８を閉弁方向に付勢している。
【００３４】
第２弁体１８は、一端が開口されるとともに他端に底部１８ａが形成された有底円筒状をなしている。そして、第２弁体１８の径方向中心部には、軸方向に延びる摺動穴１８ｂが形成されており、この摺動穴１８ｂ内に第１弁体１５が摺動可能に配設されている。
【００３５】
通路部材をなす第２弁体１８の底部１８ａの径方向中心部には、軸方向に延びて底部１８ａを貫通する第３排出通路１８ｃが形成されており、排出流路を構成するこの第３排出通路１８ｃは第１排出通路１６ｃを介して蓄圧器１０１（図１参照）に連通されている。第２弁体１８の円筒部には、径方向に延びて円筒部を貫通する第４排出通路１８ｄが形成されており、排出流路を構成するこの第４排出通路１８ｄは第２排出通路１６ｄを介して低圧流路１０９（図１参照）に連通されている。
【００３６】
図６は第２弁体１８の底部１８ａ付近の詳細な構成を示すもので、第３排出通路１８ｃ中には、断面円形のオリフィス１８ｅと、オリフィス１８ｅよりも大径の拡大穴１８ｆとが形成されている。また、第２弁体１８の底部１８ａにおいて、第１弁体１５の弁部１５ａ（図５参照）と対向する部位には、テーパ状のシート面１８ｇが第３排出通路１８ｃと同軸に形成されている。そして、第１弁体１５の弁部１５ａが第２弁体１８のシート面１８ｇと接離することにより、第３排出通路１８ｃと第４排出通路１８ｄ間が連通・遮断されるようになっている。
【００３７】
なお、バルブハウジング１６の第１排出通路１６ｃ（図５参照）の径は、第２弁体１８のオリフィス１８ｅの径よりも大径になっている。
【００３８】
上記構成において、アクセルペダルの踏み込み量が急激に減少した場合、すなわち内燃機関２０１（図１参照）の減速時には、コイル１２に通電されてアーマチャ１４が蓋体１３の柱状部１３ｂ側に吸引され、アーマチャ１４と一体の第１弁体１５も柱状部１３ｂ側に移動し、第１弁体１５の弁部１５ａが第２弁体１８のシート面１８ｇから離れるため、第３排出通路１８ｃと第４排出通路１８ｄ間が連通し、蓄圧器１０１内の高圧燃料が、第１排出通路１６ｃ、第３排出通路１８ｃ、第４排出通路１８ｄ、第２排出通路１６ｄおよび低圧流路１０９を介して燃料タンク１０６（図１参照）に排出される。これにより、蓄圧器１０１内の圧力を目標値まで急速に低下させる。
【００３９】
ここで、第２弁体１８のオリフィス１８ｅの径Ｄと長さＬの関係を、１．５＜Ｌ／Ｄ≦５とすることにより、減速時の蓄圧器１０１内の燃料排出遅れを確実に防止して、減速時の噴射圧力低下の遅れによる燃焼騒音の増大を確実に防止することができる。
【００４０】
一方、蓄圧器１０１内の圧力が規定の圧力以上になった場合には、その燃料の圧力によって、第２弁体１８が第１スプリング１７および第２スプリング１９の付勢力に抗して移動され、第２弁体１８がバルブハウジング１６のシート面１６ｇから離れるため、バルブハウジング１６の第１排出通路１６ｃと第２排出通路１６ｄ間が連通し、蓄圧器１０１内の高圧燃料が、第１排出通路１６ｃ、第２排出通路１６ｄおよび低圧流路１０９を介して燃料タンク１０６に排出される。このとき、排出される燃料は第２弁体１８のオリフィス１８ｅを通過しないので、蓄圧器１０１内の圧力を急速に低下させることができる。
【００４１】
なお、第１実施形態および第２実施形態の圧力制御弁１は、システム圧が１６０ＭＰａ以上、さらに好ましくは１８０ＭＰａ以上のコモンレール式燃料噴射装置に適用すると好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧力制御弁１を備えるコモンレール式燃料噴射装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の圧力制御弁１の具体的な構成を示す断面図である。
【図３】図２の圧力制御弁１の要部を示す断面図である。
【図４】圧力制御弁１におけるオリフィス１６ｅの仕様と流量との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第２実施形態にに係る圧力制御弁１の全体構成を示す断面図である。
【図６】図５の圧力制御弁１の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…圧力制御弁、１５、１８…弁体、１６ｃ、１６ｄ、１８ｃ、１８ｄ…排出通路（排出流路）、１６ｅ、１８ｅ…オリフィス、１０１…蓄圧器、１０６…燃料タンク（低圧部）、１０９…低圧流路（排出流路）、Ｄ…オリフィスの径、Ｌ…オリフィスの長さ。
【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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