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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】特表2020-534470(P2020-534470A)
(43)【公表日】2020年11月26日
(54)【発明の名称】３段階の比例制御弁
(51)【国際特許分類】
F02M 59/36 20060101AFI20201030BHJP
F02M 59/46 20060101ALI20201030BHJP
【ＦＩ】
F02M59/36 F
F02M59/36 E
F02M59/46 Y
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2020-515756(P2020-515756)
(86)(22)【出願日】2018年8月22日
(85)【翻訳文提出日】2020年3月16日
(86)【国際出願番号】US2018047461
(87)【国際公開番号】WO2019060078
(87)【国際公開日】20190328
(31)【優先権主張番号】15/709,758
(32)【優先日】2017年9月20日
(33)【優先権主張国】US
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】516312497
【氏名又は名称】スタナダイン エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110003018
【氏名又は名称】特許業務法人アドバンス
(72)【発明者】
【氏名】ペリーニ リチャード パウロ
【テーマコード（参考）】
3G066
【Ｆターム（参考）】
3G066AB02
3G066AC09
3G066AD01
3G066BA17
3G066BA35
3G066CA04U
3G066CE22
(57)【要約】
高圧燃料ポンプ用の電磁閉弁ソレノイド作動スプール式入口制御弁は、３段階のポンプ動作を実現するために、３つの入口供給ポートと入口逆止弁をと備えたスリーブに対して可変に配置可能である。３段階は、低圧供給ポンプからコモンレールへの低圧フロー、コモンレールへのフローなし、コモンレールへの計測された量のフローである。スプール弁は、スプール弁の前端の流体ボリュームに流体接続された軸方向に延びる内部通路と、ポートを流体接続するように選択的に整列可能なスプール弁の後端の制御ポートとを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
供給圧力で供給燃料を受け取るための入口プレナム（１１２）、供給プランジャがポンピング段階とチャージング段階の間を往復するポンプ室に供給燃料を供給するための入口通路（１２２）、およびポンプ室から排出弁までの出口通路を含む、高圧燃料供給ポンプへの流体接続用の比例入口制御弁において、
弁軸（１０４）を規定し、前記円筒形弁スリーブの先端のドレインポート（１１０）から軸方向に離間された計量ポート（１０８）から軸方向に離間され、前記円筒形弁スリーブ後端に配置されたバイパスポート（１０６）を含む、円筒形弁スリーブ（１０２）であって、前記ドレインポート、前記計量ポート及び前記バイパスポートが入口プレナムに燃料を供給し、前記ドレインポートがスプリング力（ＳＩ）で付勢された漏れ逆止弁（１１４）の開閉を行う、円筒形弁スリーブと、
前記円筒形弁スリーブの前端に位置し、ポンピングチャンバへの入口通路への開口部（１２０）を規定する入口弁シート（１１８）と、
付勢力（ＳＩ）で逆止弁を前記入口弁シートに押し付けるように構成された関連するスプリング（１２６）を備えた入口逆止弁（１２４）と、
前記円筒形弁スリーブ内で、前記入口逆止弁に軸方向に変位するように配置され、前記入口逆止弁に対面する前端（１３０）と、計量スプリング（１３４）およびバイパススプリング（１３６）の付勢力を受ける後端（１３２）とを有するスプール弁（１２８）であって、
前記スプール弁は、前記スプール弁の前端の流体ボリュームに流体的に接続された軸方向に延びる内部通路（１３８）と、前記スプール弁の後端の制御ポート（１４２）とを含み、前記入口弁シートの開口部を通って流れる流体が前記流体ボリュームを通って流れるように、前記バイパスポートを前記内部通路及び前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能であり、前記計量ポートを前記内部通路と前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能にするとともに、前記流体ボリュームが常に前記ドレインポートと前記入口弁シートと流体連通したままにする、前記スプール弁（１２８）と、
前記スプール弁の後端に磁気的に結合され、前記計量スプリング、前記入口逆止弁スプリングおよび前記バイパススプリングと前記ソレノイドとによって加えられる力の組み合わせにより、前記バイパスポート及び前記計量ポートを開閉するように、且つ前記入口弁シートに対して前記入口逆止弁を開閉するように、前記スプール弁を選択的に位置決めする比例ソレノイドアクチュエータ（１４４）と、を備える比例入口制御弁。
弁軸（１０４）を規定し、前記円筒形弁スリーブの先端のドレインポート（１１０）から軸方向に離間された計量ポート（１０８）から軸方向に離間され、前記円筒形弁スリーブ後端に配置されたバイパスポート（１０６）を含む、円筒形弁スリーブ（１０２）であって、前記ドレインポート、前記計量ポート及び前記バイパスポートが入口プレナムに燃料を供給し、前記ドレインポートがスプリング力（ＳＩ）で付勢された漏れ逆止弁（１１４）の開閉を行う、円筒形弁スリーブと、
前記円筒形弁スリーブの前端に位置し、ポンピングチャンバへの入口通路への開口部（１２０）を規定する入口弁シート（１１８）と、
付勢力（ＳＩ）で逆止弁を前記入口弁シートに押し付けるように構成された関連するスプリング（１２６）を備えた入口逆止弁（１２４）と、
前記円筒形弁スリーブ内で、前記入口逆止弁に軸方向に変位するように配置され、前記入口逆止弁に対面する前端（１３０）と、計量スプリング（１３４）およびバイパススプリング（１３６）の付勢力を受ける後端（１３２）とを有するスプール弁（１２８）であって、
前記スプール弁は、前記スプール弁の前端の流体ボリュームに流体的に接続された軸方向に延びる内部通路（１３８）と、前記スプール弁の後端の制御ポート（１４２）とを含み、前記入口弁シートの開口部を通って流れる流体が前記流体ボリュームを通って流れるように、前記バイパスポートを前記内部通路及び前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能であり、前記計量ポートを前記内部通路と前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能にするとともに、前記流体ボリュームが常に前記ドレインポートと前記入口弁シートと流体連通したままにする、前記スプール弁（１２８）と、
前記スプール弁の後端に磁気的に結合され、前記計量スプリング、前記入口逆止弁スプリングおよび前記バイパススプリングと前記ソレノイドとによって加えられる力の組み合わせにより、前記バイパスポート及び前記計量ポートを開閉するように、且つ前記入口弁シートに対して前記入口逆止弁を開閉するように、前記スプール弁を選択的に位置決めする比例ソレノイドアクチュエータ（１４４）と、を備える比例入口制御弁。
【請求項2】
前記スプール弁の選択的に位置決めが、
（ｉ）低圧供給ポンプからコモンレールへの低圧フローを提供するポンプバイパス段階、
（ｉｉ）コモンレールにゼロフローを提供するゼロ正味ポンプフロー段階、および
（ｉｉｉ）コモンレールに高圧で計量された量のフローを供給する計量段階、
の３段階のうちのいずれか１つに配置する、請求項１に記載の比例入口制御弁。
（ｉ）低圧供給ポンプからコモンレールへの低圧フローを提供するポンプバイパス段階、
（ｉｉ）コモンレールにゼロフローを提供するゼロ正味ポンプフロー段階、および
（ｉｉｉ）コモンレールに高圧で計量された量のフローを供給する計量段階、
の３段階のうちのいずれか１つに配置する、請求項１に記載の比例入口制御弁。
【請求項3】
供給圧力で供給燃料を受け取るための入口プレナム（１１２）、供給プランジャがポンピング段階とチャージング段階の間を往復するポンプ室に供給燃料を供給するための入口通路（１２２）、およびポンプ室から排出弁までの出口通路を含む、高圧燃料供給ポンプへの流体接続用の比例入口制御弁において、
弁軸（１０４）を規定し、前記円筒形弁スリーブの先端のドレインポート（１１０）から軸方向に離間された計量ポート（１０８）から軸方向に離間され、前記円筒形弁スリーブ後端に配置されたバイパスポート（１０６）を含む、円筒形弁スリーブ（１０２）であって、前記ドレインポート、前記計量ポート及び前記バイパスポートが入口プレナムに燃料を供給し、前記ドレインポートがスプリング力（ＳＩ）で付勢された漏れ逆止弁（１１４）の開閉を行う、円筒形弁スリーブと、
前記円筒形弁スリーブの前端に位置し、ポンピングチャンバへの入口通路への開口部（１２０）を規定する入口弁シート（１１８）と、
付勢力（ＳＩ）で逆止弁を前記入口弁シートに押し付けるように構成された関連するスプリング（１２６）を備えた入口逆止弁（１２４）と、
前記円筒形弁スリーブ内で、前記入口逆止弁に軸方向に変位するように配置され、前記入口逆止弁に対面する前端（１３０）と、計量スプリング（１３４）およびバイパススプリング（１３６）の付加付勢力を受ける後端（１３２）を有するスプール弁（１２８）と、
前記スプール弁は、外面と、前記スプール弁の前端の流体ボリュームに流体的に接続された軸方向に延びる内部通路（１３８）であって、
前記スプール弁の後端で前記外面を介する制御ポート（１４２）を含み、前記入口弁シートの開口部を通って流れる流体が前記流体ボリュームを通って流れるように、前記バイパスポートを前記内部通路及び前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能であり、前記計量ポートを前記内部通路と前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能にするとともに、前記流体ボリュームが常に前記ドレインポートと前記入口弁シートと流体連通したままにする、前記スプール弁と、
前記スプール弁の後端に磁気的に結合され、前記スプール弁を下記３段階の１つに選択的に位置決めする比例ソレノイドアクチュエータ（１４４）と、を備える比例入口制御弁、
スプリング力とソレノイド作動の組み合わせにより前記スプール弁が前記制御ポートが前記バイパスポートと一致する第１位置に移動し、前記スプール弁の外面が前記計量ポートを覆い、前記入口逆止弁が開き漏れ逆止弁が閉じるバイパス段階、
スプリング力とソレノイド作動の組み合わせにより、前記スプール弁の外面が前記バイパスポートと前記計量ポートを覆い、第２の位置にスプール弁が移動し、前記入口逆止弁が割れて開き、チャージング段階では前記漏れ逆止弁が閉じられ、ポンピング段階では前記漏れ逆止弁が開くゼロ燃料供給段階；
スプリング力とソレノイドの比例通電との組み合わせにより、前記スプール弁が前記入口逆止弁に接触せず、前記外面が前記バイパスポートを覆い、前記計量ポートを可変的に開放し、且つチャージング段階とポンピング段階の間、前記漏れ逆止弁が閉じられる可変の第３の位置に変位する、計量段階。
弁軸（１０４）を規定し、前記円筒形弁スリーブの先端のドレインポート（１１０）から軸方向に離間された計量ポート（１０８）から軸方向に離間され、前記円筒形弁スリーブ後端に配置されたバイパスポート（１０６）を含む、円筒形弁スリーブ（１０２）であって、前記ドレインポート、前記計量ポート及び前記バイパスポートが入口プレナムに燃料を供給し、前記ドレインポートがスプリング力（ＳＩ）で付勢された漏れ逆止弁（１１４）の開閉を行う、円筒形弁スリーブと、
前記円筒形弁スリーブの前端に位置し、ポンピングチャンバへの入口通路への開口部（１２０）を規定する入口弁シート（１１８）と、
付勢力（ＳＩ）で逆止弁を前記入口弁シートに押し付けるように構成された関連するスプリング（１２６）を備えた入口逆止弁（１２４）と、
前記円筒形弁スリーブ内で、前記入口逆止弁に軸方向に変位するように配置され、前記入口逆止弁に対面する前端（１３０）と、計量スプリング（１３４）およびバイパススプリング（１３６）の付加付勢力を受ける後端（１３２）を有するスプール弁（１２８）と、
前記スプール弁は、外面と、前記スプール弁の前端の流体ボリュームに流体的に接続された軸方向に延びる内部通路（１３８）であって、
前記スプール弁の後端で前記外面を介する制御ポート（１４２）を含み、前記入口弁シートの開口部を通って流れる流体が前記流体ボリュームを通って流れるように、前記バイパスポートを前記内部通路及び前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能であり、前記計量ポートを前記内部通路と前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能にするとともに、前記流体ボリュームが常に前記ドレインポートと前記入口弁シートと流体連通したままにする、前記スプール弁と、
前記スプール弁の後端に磁気的に結合され、前記スプール弁を下記３段階の１つに選択的に位置決めする比例ソレノイドアクチュエータ（１４４）と、を備える比例入口制御弁、
スプリング力とソレノイド作動の組み合わせにより前記スプール弁が前記制御ポートが前記バイパスポートと一致する第１位置に移動し、前記スプール弁の外面が前記計量ポートを覆い、前記入口逆止弁が開き漏れ逆止弁が閉じるバイパス段階、
スプリング力とソレノイド作動の組み合わせにより、前記スプール弁の外面が前記バイパスポートと前記計量ポートを覆い、第２の位置にスプール弁が移動し、前記入口逆止弁が割れて開き、チャージング段階では前記漏れ逆止弁が閉じられ、ポンピング段階では前記漏れ逆止弁が開くゼロ燃料供給段階；
スプリング力とソレノイドの比例通電との組み合わせにより、前記スプール弁が前記入口逆止弁に接触せず、前記外面が前記バイパスポートを覆い、前記計量ポートを可変的に開放し、且つチャージング段階とポンピング段階の間、前記漏れ逆止弁が閉じられる可変の第３の位置に変位する、計量段階。
【請求項4】
前記バイパススプリングは、前記計量スプリングの自由長およびスプリング定数よりも長い自由長および低いスプリング定数を有する、請求項３に記載の比例入口制御弁。
【請求項5】
前記バイパススプリング（１３６）が前記スプール弁（１２８）に連続的に作用し、前記計量スプリング（１３４）がゼロ燃料および計量段階の間のみ前記スプール弁（１２８）に作用する、請求項３に記載の比例入口制御弁。
【請求項6】
前記ゼロ燃料供給段階および計量段階において、磁力が、前記計量スプリング（１３４）、前記入口逆止弁スプリング（１２６）および前記バイパススプリング（１３６）の組み合わされた付勢力と釣り合っている、請求項５に記載の比例入口制御弁。
【請求項7】
前記バイパススプリング（１３６）のスプリング率が、前記入口逆止弁スプリング（１２８）のスプリング率よりも大きく、その結果、前記第１段階において、バイパススプリング（１３６）の力がスプール弁（１２８）に作用して、前記入口逆止弁スプリング（１２６）が前記入口逆止弁に加えた力に反してイ前記入口逆止弁（１２４）を開く、請求項５に記載の比例入口制御弁。
【請求項8】
前記バイパススプリング（１３６）は、前記バイパス段階で前記計量スプリングが前記スプール弁（１２８）から軸方向に離間するように、前記計量スプリング（１３４）の自由長とスプリング定数よりも長い自由長と低いスプリング定数を持ち、
前記ゼロ燃料段階では、前記磁力が前記バイパススプリング（１３６）を前記スプール弁（１２８）の前記計量スプリング（１３４）との接触によって定義される限界まで圧縮し、前記スプール弁（１２８）の第２位置を確立し、さらに、
前記接触時に、前記計量スプリング（１３４）のより高いスプリング定数は、前記スプール弁（１２８）が前記第２の位置から外れるのを制限する、請求項５に記載の比例入口制御弁。
前記ゼロ燃料段階では、前記磁力が前記バイパススプリング（１３６）を前記スプール弁（１２８）の前記計量スプリング（１３４）との接触によって定義される限界まで圧縮し、前記スプール弁（１２８）の第２位置を確立し、さらに、
前記接触時に、前記計量スプリング（１３４）のより高いスプリング定数は、前記スプール弁（１２８）が前記第２の位置から外れるのを制限する、請求項５に記載の比例入口制御弁。
【請求項9】
計量段階の間、前記ソレノイド電流の連続制御が前記スプール弁（１２８）に加えられる磁力を変化させ、前記計量スプリングの付勢力に対して前記スプール弁（１２８）の比例変位を生じさせ、前記スプール弁の内部通路（１３８）への前記計量ポート（１０８）を可変的に開く、請求項５に記載の比例入口制御弁。
【請求項10】
前記バイパススプリング（１３６）は、前記バイパス段階で前記計量スプリングが前記スプール弁（１２８）から軸方向に離間するように、前記計量スプリング（１３４）の自由長とスプリング定数よりも長い自由長と低いスプリング定数を持ち、
前記ゼロ燃料段階では、前記磁力が前記バイパススプリング（１３６）を前記スプール弁（１２８）の前記計量スプリング（１３４）との接触によって定義される限界まで圧縮し、前記スプール弁（１２８）の第２位置を確立し、さらに、
前記接触時に、前記計量スプリング（１３４）のより高いスプリング定数は、前記スプール弁（１２８）が前記第２位置から外れるのを制限する、請求項７に記載の比例入口制御弁。
前記ゼロ燃料段階では、前記磁力が前記バイパススプリング（１３６）を前記スプール弁（１２８）の前記計量スプリング（１３４）との接触によって定義される限界まで圧縮し、前記スプール弁（１２８）の第２位置を確立し、さらに、
前記接触時に、前記計量スプリング（１３４）のより高いスプリング定数は、前記スプール弁（１２８）が前記第２位置から外れるのを制限する、請求項７に記載の比例入口制御弁。
【請求項11】
計量段階中、計量段階の間、前記ソレノイド電流の連続制御が前記スプール弁（１２８）に加えられる磁力を変化させ、前記計量スプリングの付勢力に対して前記スプール弁（１２８）の比例変位を生じさせ、前記スプール弁の内部通路（１３８）への前記計量ポート（１０８）を可変的に開く、請求項１０に記載の比例入口制御弁。
【請求項12】
漏れ逆止弁（１１４）および関連する漏れ弁スプリング（１１６）が、前記入口逆止弁（１２４）に対して前記入口逆止弁スプリング（１２６）によって加えられるスプリング力に等しいスプリング力で前記ドレインポート（１１０）を閉じるように付勢する、請求項３に記載の比例入口制御弁。
【請求項13】
漏れ逆止弁（１１４）および関連する漏れ弁スプリング（１１６）が、前記入口逆止弁（１２４）に対して前記入口逆止弁スプリング（１２６）によって加えられるスプリング力に等しいスプリング力で前記ドレインポート（１１０）を閉じるように付勢する、請求項７に記載の比例入口制御弁。
【請求項14】
弁軸（１０４）を規定し、前記円筒形弁スリーブの先端のドレインポート（１１０）から軸方向に離間された計量ポート（１０８）から軸方向に離間され、前記円筒形弁スリーブ後端に配置されたバイパスポート（１０６）を含む、円筒形弁スリーブ（１０２）と、
前記円筒形弁スリーブの前端に位置し、送達通路への開口部（１２０）を画定する入口弁シート（１１８）と、
前記入口弁シートに対して逆止弁を付勢する、関連するスプリング（１２６）を備えた入口逆止弁（１２４）と、
前記円筒形弁スリーブ内で、前記入口逆止弁に軸方向に変位するように配置され、前記入口逆止弁に対面する前端（１３０）と、後端（１３２）とを有するスプール弁（１２８）であって、
前記スプール弁は、前記スプール弁の前端の流体ボリュームに流体的に接続された軸方向に延びる内部通路（１３８）と、前記スプール弁の後端の制御ポート（１４２）とを含み、前記バイパスポートを前記内部通路及び前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能であり、前記計量ポートを前記内部通路と前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能にするとともに、前記流体ボリュームが常に前記ドレインポートと前記入口弁シートと流体連通したままにする、前記スプール弁（１２８）と、
スプール弁の後端（１３２）に位置し、前記スプール弁を前記入口逆止弁に向かって軸方向に付勢するバイパススプリング（１３６）および計量スプリング（１３４）であって、前記バイパススプリング（１３６）が前記計量スプリング（１３４）の自由長より長い自由長とスプリング定数よりも低いスプリング定数とを有する、前記バイパススプリングおよび前記計量スプリングと、
前記スプール弁の後端に磁気的に結合され、前記計量スプリング、前記入口逆止弁スプリングおよび前記バイパススプリングと前記ソレノイドとによって加えられる力の組み合わせにより、前記バイパスポート及び前記計量ポートを開閉するように、且つ前記入口弁シートに対して前記入口逆止弁を開閉するように、前記スプール弁を選択的に位置決めする比例ソレノイドアクチュエータ（１４４）と、を備える比例入口制御弁。
前記円筒形弁スリーブの前端に位置し、送達通路への開口部（１２０）を画定する入口弁シート（１１８）と、
前記入口弁シートに対して逆止弁を付勢する、関連するスプリング（１２６）を備えた入口逆止弁（１２４）と、
前記円筒形弁スリーブ内で、前記入口逆止弁に軸方向に変位するように配置され、前記入口逆止弁に対面する前端（１３０）と、後端（１３２）とを有するスプール弁（１２８）であって、
前記スプール弁は、前記スプール弁の前端の流体ボリュームに流体的に接続された軸方向に延びる内部通路（１３８）と、前記スプール弁の後端の制御ポート（１４２）とを含み、前記バイパスポートを前記内部通路及び前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能であり、前記計量ポートを前記内部通路と前記流体ボリュームに流体接続するように選択的に調整可能にするとともに、前記流体ボリュームが常に前記ドレインポートと前記入口弁シートと流体連通したままにする、前記スプール弁（１２８）と、
スプール弁の後端（１３２）に位置し、前記スプール弁を前記入口逆止弁に向かって軸方向に付勢するバイパススプリング（１３６）および計量スプリング（１３４）であって、前記バイパススプリング（１３６）が前記計量スプリング（１３４）の自由長より長い自由長とスプリング定数よりも低いスプリング定数とを有する、前記バイパススプリングおよび前記計量スプリングと、
前記スプール弁の後端に磁気的に結合され、前記計量スプリング、前記入口逆止弁スプリングおよび前記バイパススプリングと前記ソレノイドとによって加えられる力の組み合わせにより、前記バイパスポート及び前記計量ポートを開閉するように、且つ前記入口弁シートに対して前記入口逆止弁を開閉するように、前記スプール弁を選択的に位置決めする比例ソレノイドアクチュエータ（１４４）と、を備える比例入口制御弁。
【請求項15】
前記バイパススプリング（１３６）のスプリング率が前記入口逆止弁スプリング（１２６）のスプリング率よりも大きく、前記ソレノイドに通電されていない状態では、前記バイパススプリング（１３６）の力が前記スプール弁（１２８）に作用して、前記入口逆止弁スプリング（１２６）が入口に加える力に逆らって前記入口逆止弁（１２４）を開く、請求項１４に記載の比例入口制御弁。
【請求項16】
漏れ逆止弁（１１４）および関連する漏れ弁スプリング（１１６）が、前記入口逆止弁（１２４）に対して前記入口逆止弁スプリング（１２６）によって加えられるスプリング力に等しいスプリング力で前記ドレインポート（１１０）を閉じるように付勢する、請求項１５に記載の比例入口制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コモンレール燃料システム用のプランジャ型高圧ポンプに燃料を送達するための多段制御弁に関する。
【0002】
自動車用途のコモンレール燃料供給システムは、３つの動作条件に対応しなければならない。すなわち、低圧供給ポンプからコモンレールへの低圧フローを提供するリンプホームまたはバイパス燃料供給条件、コモンレールにゼロフローを提供するゼロ正味フロー条件、コモンレールに高圧で計測された量のフローを供給するための計量条件、である。
【0003】
一般に、コモンレール燃料ポンプへの燃料供給は、デジタル制御弁によって実施される。この場合、弁のデフォルトは開いているので、リンプホームの状況では、燃料は低圧供給回路からポンピングチャンバを介してポンプ吐出弁に、そしてコモンレールに直接流すことができる。ゼロ燃料状態は設計上の考慮事項ではない。これは、弁があらゆる動作状態に対してゼロリークを持っていると想定されるためである。弁をデジタル的に閉じると、漏れがゼロになる。弁の開閉時間をデジタルで計時することにより、計量は制御される。
【0004】
米国特許公開第２０１６／００１０６０７号は、常開状態にある比例ソレノイド作動式入口制御弁を開示している。バイパスおよびゼロフロー条件を達成するには、ソレノイドを完全に通電する必要があり、これには高い電力消費が必要である。また、バイパス状態でソレノイド６に停電が発生した場合、そのシステムは非常に限られた流量を提供する（低圧の流れが逆止弁５および１１の開放圧力に打ち勝たなければならないため）。ゼロフロー条件の場合、米国公開番号２０１６／００１０６０７のシステムは、ボア２７と２１の一致クリアランス、および／またはピストン１３によって弁５を選択的に開く手順に依存している。テストしてみると、この条件での制御性が不十分である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、多段スプール弁を使用することによる、制御への異なるアプローチに依存する。これには、段階のハードウェア関係がより明確であるという利点があるが、費用対効果の高い許容範囲では、スプール弁が漏れるという事実を考慮する必要がある。
【0006】
本開示によれば、３つの条件（リンプホーム、低圧供給ポンプからコモンレールへの低圧フロー、コモンレールへのフローなし、高圧でのコモンレールへの計測された量のフロー）に関連する３段階の高圧ポンプ（ＨＰＰ）動作を実施するために、スプール型入口制御弁は、３つの入口供給ポートおよび入口逆止弁に対して可変に位置決め可能である。
【0007】
スプール弁は、スプール弁の前端の流体ボリュームに流体接続された軸方向に延びる内部通路と、スプール弁の後端の制御ポートとを含む。そしてスプール弁は、内部通路と流体ボリュームとともにバイパスポートを流体接続するように選択的に整列可能であり、且つ、内部通路と流体ボリュームとともに計量ポートを流体接続するように選択的に整列可能である。流体ボリュームは常にドレインポートと入口弁シートとに流体連通し、入口弁シートの開口部を流れる流体は流体ボリュームを通って流れる。スプール弁の後端に磁気的に結合された比例ソレノイドなどの比例アクチュエータは、スプール弁の選択的可変変位を提供する。これにより、スプリングとソレノイドとによって加えられる力の組み合わせにより、スプール弁を選択的に位置決めしてバイパスポートと計量ポートとを開閉し、入口弁に対して入口逆止弁を開閉する。
【0008】
本発明では、供給燃料送達の全体の電力消費は、必要な燃料流量に比例するが、米国公開第２０１６／００１０６０７号に開示されたシステムの電力消費は反比例する。したがって、本発明は、エンジンにより低い寄生ロードを課し、特定の燃料消費を低減する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【0010】
図１に示されるように、燃料供給システム１０は、燃料タンク１４からの燃料を加圧し、それを比較的低い供給圧力で高圧ポンプ１６に供給する低圧供給ポンプ１２を含む。次いで、次に、燃料は、アキュムレータ１８の影響下で入口制御弁２０に移動する。制御弁２０は、燃料を供給圧力で入口通路２２を介してポンピングチャンバ２４に送り、エンジンカムシャフト２６は、ポンピングピストンつまりプランジャ２８を上方へ、ポンピングストローク分、および下方へチャージストローク分、往復駆動する。出口通路３０は、エンジン燃料噴射器に供給する高圧燃料をコモンレール３６に送るために、ポンピングチャンバ２４から吐出弁３２および関連する過圧逃し弁３４まで延びている。
【0011】
制御弁２０は、コモンレールに供給される燃料の量を決定する。制御弁に磁気的に結合された比例ソレノイドアクチュエータ３８が制御弁部材４０を可変的に変位させ、それにより磁力と、対向するスプリングまたはスプリング４２、４４との組み合わせが、スリーブ４８に形成された入口弁シートに対して、制御弁部材４０を選択的に配置して入口逆止弁４６を開閉する。
【0012】
所望のレール圧力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０内の閉フィードバックループによって制御される。これは、制御弁２０の動作とポンピングピストン２８の動作とを調整することで達成される。ポンピングピストン２８がエンジンカムシャフト２６によって上向きの動きで駆動されると制御弁２０が閉じる。
【0013】
図２〜図８は、高圧ポンプ（ＨＰＰ）動作の３段階（低圧供給ポンプからコモンレールへの低圧フロー、コモンレールへのゼロフロー、高圧でコモンレールに流れる計量されたフロー）を実施するのに適した改良されたスプール型入口制御弁１００を開示している。
【0014】
図２は、制御弁の全体構成を示し、図３は、制御弁の全体構成を示す。図３は、ソレノイド電流とスプール制御弁の変位またはストロークとの関係をグラフで示している。図４は、段階１（ＨＰＰバイパス段階）のスプール弁の位置を示す。図５および図６は、段階２（ゼロ燃料供給段階）のスプール弁の位置を示す。図７及び図８は、段階３（入口計量段階）のスプール弁の位置を示している。動作は、図１に関して上述したポンピングおよびチャージング段階を参照して説明される。
【0015】
図２に示されるように、円筒状の弁スリーブ１０２は、弁軸１０４を画定し、スリーブの後端にバイパスポート１０６を有し、バイパスポート１０６は、中間計量ポート１０８から軸方向に間隔をあけられている。ドレインポート１１０は、閉鎖力を加えるスプリング１１６で付勢された漏れ逆止弁１１４の開閉を受ける。入口弁シート１１８は、スリーブの前端に位置し、ポンピングチャンバへの入口通路１２２への流れ開口部１２０を画定する。関連するスプリング１２６を備えた入口逆止弁１２４は、好ましくは漏れ逆止弁１１４の閉止力に等しい閉止力で逆止弁を付勢するように適合されている。
【0016】
スプール弁１２８は、弁スリーブ１０２内で軸方向に変位するように配置され、入口逆止弁１２４に対向する前端１３０と、計量スプリング１３４およびバイパススプリング１３６の付勢力を受ける軸後端１３２とを有する。スプール弁は、外面と、スプール弁の前端の流体ボリューム１４０に流体接続された軸方向に延びる内部通路１３８と、スプール弁の後端の外面を通る制御ポート１４２とを含む。スプール弁部１３２に作用するソレノイド１４４に印加される電流に応答して、制御ポート１４２はスリーブ１０２内で選択的に整列可能であり、バイパスポート１０６を内部通路１３８および流体ボリューム１４０と流体接続し、流体的に選択的に整列可能である。流体ボリューム１４０は、ドレインポート１１０および入口弁シート１１８と常に流体連通し、流体が入口弁シートの開口部１２０を通っていずれかの方向に流れるようになっている。また、流体が流体ボリューム１４０を通って流れる。
【0017】
図３は、３段階の場合のスプール弁のストロークに伴うステップ変化と通電電流の範囲を示している。
【0018】
段階１（図４）ＨＰＰバイパス状態の場合、ポンピングプランジャーは往復運動するが、ポンプは機能的に動作不能であると想定される。スプリング力とソレノイド作動との組み合わせにより、制御ポート１４２がバイパスポート１０６と整列する第１位置にスプールポート１２８を変位し、スプール弁外面が計量ポート１０８を覆い、入口逆止弁１２４が開き、漏れ逆止弁１１４が閉じられる。
【0019】
弁電流はゼロに設定される、すなわち、ソレノイド１４４は非アクティブである。スプリング１３６の力はスプリング１２６の力よりも大きく、スプール弁１２８を動かしてポート１０６を露出させ、同時に入口逆止弁１２４を開く。ポート１０６を通る入口フローは、通路１３８を通り、開口部１２０および入口通路１２２を通ってポンピングチャンバに移動する。プレナム１１２の入口圧力は出口逆止弁３２（図１）の開放圧力よりも大きいため、レールはポンプの動作に関係なく加圧される。ポンピングプランジャーがまだ動作していても、入口逆止弁１２４は開いたままなので、ポンピングは無効になる。
【0020】
段階２（図５および図６）ゼロ燃料供給段階では、スプリング力とソレノイド作動との組み合わせにより、スプール弁１２８は、スプール弁外面がバイパスポート１０６および計量ポート１０８を覆う第２の位置に変位する。入口逆止弁１２４は入口弁シート１１８から割れて開いており、漏れチェック弁１１４は、チャージング段階中に閉じられ、ポンピング段階中に開く。燃料がゼロの状態では、ポンプは動作可能であると見なされ、レールに燃料は移動しない。
【0021】
チャージング段階中、電流は、利用可能な最大電流よりも低い一定状態に設定される。すなわち、ソレノイド１４４は部分的に通電されている。磁力ＭＦはスプリング１３６の力よりも大きい。スプール１２８は、スプリング１３４に接触するまで移動する。力のバランスは、磁力ＭＦがスプリング１３６＋スプリング１３４＋スプリング１２６の力のバランスを取り、スプール弁の前端１３０が弁１２４を開いたままにする。スプール弁１２８の外面とスリーブ１０２の穴との間の半径方向の隙間のために、スプール弁には本質的な漏れがある。チャージング段階中、弁を通る漏れは、入口通路１２２を通ってポンピングチャンバに到達する。
【0022】
ポンピング段階の間、ポンピングチャンバに蓄積されたボリュームは、入口逆止弁１２４が開いた状態でシート１１８を通って流れる。スプール弁１２８は圧力バランスが取れているため、弁は移動せず、ポート１０６と１０８との両方が閉じたままになる。ポンプ圧が漏れ逆止弁１１４の開放圧力よりも大きい場合、漏れ逆止弁１１４が開き、燃料が供給圧力でプレナム１１２に流入する。漏れ逆止弁１１４の設定圧力は、レールの最小所望圧力よりも低い。好ましくは、漏れ逆止弁１１４および関連する漏れ弁スプリング１１６は、入口逆止弁スプリング１２６によって入口逆止弁１２４に対して加えられる付勢力に等しいスプリング力でドレインポート１１０を閉じるように付勢する。
【0023】
チャージング段階およびポンピング段階は、ポンプの入口に戻る漏れフローとともに無限に繰り返される。
【0024】
段階３（図７および図８）計量段階の間、ポンプは動作可能であると想定され、レールに移送される燃料は、ポンピングチャンバに計量される燃料である（ポンピング中に損失がないと仮定する）。
【0025】
スプリング力とソレノイド作動との組み合わせにより、スプール弁１２８は、スプール弁の前端１３０が入口逆止弁１２４に接触せず、外面がバイパスポート１０６を覆い、可変的に露出する第３の位置に変位する。計量ポート１０８、および漏れ逆止弁１１４は、チャージング段階およびポンピング段階の間は閉じられている。
【0026】
チャージング段階中、電流は可変であり、最低電流（図３の値３ＭＩＮ）は、利用可能な最大電流まで、段階２中よりも高い。ソレノイド１４４は部分的にまたは完全に通電されている。スプール弁１２８は、ポート１０６および比例開口部１０８を覆うように移動する。スプール弁１２８の前端１３０はもはや入口逆止弁１２４に接触しないため、入口逆止弁は自由に作動する。また、ポート１０８は部分的にしか開いておらず、チャージング時間がポンプの速度によって制限されるため、入口通路１２２を通ってポンピングチャンバに入る燃料の量は、入口逆止弁１２４の絞り効果によって制限される。スプール弁１２８の位置は、磁力ＭＦとスプリング１３４＋スプリング１３６との力バランスの積である。計量ポート１０８の露出した開口部（弁の絞り）は、スプール弁１２８の位置に比例する。
【0027】
ポンピング段階の間、プランジャはポンピングチャンバ内の流体カラム（部分的または完全なカラム）を圧縮する。ポンピング室の圧力が、絞りフロー（入口計量フロー）およびスプリング１２６の力と平衡に達すると、弁１２４が閉じる。排気圧力は、出口逆止弁３２（図１）が開き、排気量がレールに移動するまで増加する。
【0028】
力バランシングしたがって、バイパスポート１０６および計量ポート１０８を覆い隠し、入口逆止弁１２４を開閉するように、スプリングおよびソレノイドによって加えられる力の組み合わせが入口弁シートに対し、スプール弁を選択的に配置することが理解できる。
【0029】
スプリング１３６は、磁力ＭＦがゼロであるバイパス段階１の間、スプリング１２６のバイアスを維持しなければならないため、常にアクティブである。計量スプリング１３４の自由長はバイパススプリング１３６の自由長よりも短いため、計量スプリング１３４はバイパス段階では作動しないが、スプール弁がゼロ燃料供給および計量段階にあるときに作動する。段階２および段階３では、磁力はスプリング１３４＋スプリング１２６＋スプリング１３６とバランスが取れている。スプリング１３４はスプリング１３６よりも高いスプリング定数を持ち、ゼロ燃料段階ではスプリング１３６よりもはるかに小さく圧縮される。スプリング１３４は、計量段階でＭＦの主なバランスになる。
【0030】
より詳細には、バイパス状態（段階１）の間、スプリング１３６はスプリング１２６を付勢し、逆止弁１２４を開いた状態に保つ。この状態では、スプリング１３６はスプリング１２６よりも大きな力を持っている。スプリング１３４はスプール弁１２８の後端１３２の壁と接触していないため、軸方向の力を与えていない。
【0031】
段階２のゼロフロー状態では、ソレノイド１４４によって提供される軸方向に向いた磁力ＭＦは、（１３６＋１２６）の正味の力に逆らって作用し、スプール弁１２８を（図４の左側に）、図５に）引っ張る。それによりポート１０６およびポート１０８および空間Ｓを閉じる。重要な事項は、スプール弁の後端１３２の磁気アーマチュアとソレノイド１４４の極との間の空隙の量である。大きな空隙は、磁力ＭＦをほとんど生成しない（図４のステージ１の１４４と１３２の最小オーバーラップで表される）。これが、図５及び図６によると、スプリング１３６がスプリング１３４よりも低いスプリング定数を有して、入口逆止弁１２４をシート１１８から押し出すことができる理由である。しかしながら、スプリング１３６の低いスプリング定数は、位置を摩擦力の変化に対して影響を受けやすくし、所定のソレノイド電流に対してスプール弁１２８が予想されるゼロ流量位置にあるという不確実性を高める（図３を参照）。解決策は、スプール弁１２８の後壁が空間Ｓを閉じてスプリング１３４に接触するまで磁力ＭＦがスプリング１３６を圧縮するように、より強いスプリング１３４を追加する。
【0032】
段階２のゼロフロー状態に対応する磁力ＭＦを生成するための電流の制御により、スプール弁１２８が計量スプリング１３４に接触するが、そのより高いスプリング定数はスプール弁のさらなる変位に抵抗し、フローがゼロになるようにスプール弁を適切な位置決めを保証する。実際、段階２の間、計量スプリング１３４は、スプール弁１２８に対するセミポジティブ（一時）停止になる（段階３が開始されるまで）。したがって、摩擦力の変動は、スプリング１３４をほとんど動かさず、スプール弁１２８の予想される位置を改善する。
【0033】
段階３の計量段階の間、エアギャップはさらに低減され、磁力ＭＦははるかに効果的である。磁力は、スプリング１３４＋スプリング１２６＋スプリング１３６と釣り合う。スプリング１３６および１３４は両方とも圧縮するが、比例反作用力の大部分は計量スプリング１３４から来る。したがって、計量段階中、ソレノイドの連続制御電流は、スプール弁１２８に加えられる磁力ＭＦを変化させ、計量スプリング１３４のバイアスに抗してスプール弁の比例変位を生じさせ、スプールポートの内部通路１３８への計量ポート１０８を可変的に開く。
【0034】
本開示の励磁-閉の制御弁では、ソレノイドが故障する段階１のバイパス状態が入口逆止弁１２４を開くことをさらに理解されたい。他のバイパス状態では、ＥＣＵは、チェック弁１２４を維持する。この構成はまた、スリーブ１０２のボア内のスプール弁１２８の一致クリアランスおよび通常のスプール弁１２８／スリーブ１０２の摩耗からの漏れの増加とは無関係に、ゼロ燃料段階２を達成する。【国際調査報告】