JP2000018415A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】閉弁時における弁部材の衝撃を緩和し、弁部材
の衝撃に起因する諸問題を解消する。 【解決手段】電磁スピル弁１において、バルブハウジン
グ２の摺動孔２ｂには断面コップ状のスプールバルブ
（弁部材）４が配設され、同バルブ４の開口部にはバル
ブガイド５が密接状態で挿入されている。スプールバル
ブ４の下方先端にはシート部４ａが形成され、バルブガ
イド５には弁座５ｂが形成されている。スプールバルブ
４とバルブガイド５とにより区画形成されたバネ室７内
には、常にスプールバルブ４を押し上げる方向に付勢す
る圧縮コイルバネ８が収容され、スプールバルブ４に
は、バネ室７と燃料室２１とを連通するための小径の絞
り孔２２が複数箇所に形成されている。電磁部の通電に
伴いスプールバルブ４が閉弁位置に移動する際、絞り孔
２２を介してバネ室７内の燃料が少しずつ流出すること
で、閉弁速度が調節されて閉弁時の衝撃力が緩和され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電磁弁に係り、例え
ばディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの電磁スピル弁
などに適用される電磁弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来技術として、例えば特開平
８−１７７６７６号公報の「電磁弁」が知られている。
同公報の電磁弁では、弁部材（弁体）が圧縮コイルバネ
により常に開弁方向に付勢され、電磁部の通電に伴い弁
部材が圧縮コイルバネの付勢力に抗して閉弁位置に移動
する。この弁部材の移動時には当該弁部材とバルブガイ
ドとが当接し、それにより燃料通路が閉鎖される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電磁弁の閉
弁時において圧縮コイルバネの付勢力に抗して弁部材を
閉弁位置に移動させるには、比較的大きな電磁吸引力が
必要となる。従って、弁部材の閉弁速度が自ずと速くな
り、弁部材がバルブガイドに当接する時の衝撃力が大き
くなる。かかる場合、弁部材とバルブガイドとの当接面
（シート面）が磨耗したり、機械的な騒音が増大した
り、弁部材が大きくバウンスしたりするといった問題が
生じる。

【０００４】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、閉弁時における
弁部材の衝撃を緩和し、弁部材の衝撃に起因する諸問題
を解消することができる電磁弁を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の電磁弁では、電磁部の通電に伴
い、バネ部材の付勢力に抗して弁部材が弁座に当接する
閉弁位置或いは弁座から離間する開弁位置に弁部材が移
動される。弁部材の移動時には、バネ部材を収容するバ
ネ室の容積が変化する。

【０００６】こうした電磁弁において、バネ室の隔壁に
その内外を連通する絞り孔を設けることで、弁部材の移
動時にバネ室がダンパとして働き、弁部材の移動速度が
遅くなる。これにより、弁部材が弁座に当接する際（閉
弁時）の衝撃力が緩和される。従って、閉弁時の衝撃が
原因で、 ・弁部材と弁座との当接面が磨耗する。 ・機械的な騒音が増大する。 ・弁部材が大きくバウンスする。 といった従来の諸問題が解消される。その結果、閉弁時
における弁部材の衝撃を緩和し、弁部材の衝撃に起因す
る諸問題を解消するという本発明の目的が達せられる。

【０００７】バネ室をダンパとして機能させるには、バ
ネ室を閉空間とし、絞り孔のみによってバネ室の内部圧
力を調節するとよい。実際には請求項２に記載したよう
に、弁部材の移動をガイドするためのガイド部材と弁部
材とによりバネ室が区画形成される構成としたり、請求
項３に記載したように、断面コップ状の弁部材に、その
開口部よりガイド部材が嵌挿されてバネ室が形成される
構成としたりするとよい。

【０００８】一方、請求項４に記載の発明では、前記弁
部材が開弁位置にある時と閉弁位置にある時とで前記絞
り孔の開口面積が異なるように構成する。実際には、請
求項５に記載したように、前記弁部材が開弁位置にある
時には絞り孔の開口面積が比較的小さく、閉弁位置にあ
る時には絞り孔の開口面積が比較的大きくするとよい。

【０００９】つまり、バネ室の内外を連通する絞り孔の
開口面積が異なれば、弁部材の移動時の衝撃力と応答速
度（移動速度）とが共に変化するが、このとき、衝撃力
を弱めようと意図すれば応答速度が遅くなり、応答速度
を速めようと意図すれば衝撃力が強くなるという傾向に
ある。そこで上記の通りに、絞り孔の開口面積を変化さ
せれば、衝撃力の緩和と応答速度の確保とが選択的に実
現できる。特に請求項５に記載したように、開弁時に絞
り孔の開口面積を小さくすれば、弁部材の閉弁位置への
移動時において衝撃力の緩和が優先され、当接面の摩
耗、機械的騒音、弁部材のバウンスといった問題が解消
される。また、閉弁時に絞り孔の開口面積を大きくすれ
ば、弁部材の開弁位置への移動時において応答性の確保
が優先される。

【００１０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、この
発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明
する。本実施の形態における電磁弁は、例えばディーゼ
ルエンジン用燃料噴射ポンプの電磁式燃料スピル弁（以
下、電磁スピル弁という）として具体化される。

【００１１】燃料噴射ポンプの構成は周知であり、ここ
ではその詳細な説明を省略するが、概要を記述すれば、
燃料噴射ポンプはエンジンクランク軸の回転に連動し、
ポンプ高圧室内での燃料の吸入→圧縮→吐出を繰り返し
実施する。圧縮燃料を吐出する際、その燃料が燃焼順序
に合わせて各気筒に分配供給される。こうした燃料噴射
ポンプにおいて、電磁スピル弁は、圧縮燃料をスピル
（溢流）させるためのスピル通路の途中に設けられ、燃
料噴射ポンプによる燃料噴射の量を調量するための役割
を持つ。つまり、電磁スピル弁は、通電時には閉弁さ
れ、ポンプ高圧室内にて燃料を加圧させて各気筒に圧送
させる。また、非通電時には開弁され、ポンプ高圧室内
の燃料をスピル通路を介して燃料室にスピルさせる。

【００１２】図１は、本実施の形態における電磁スピル
弁１の構成を示す断面図である。図１において、電磁ス
ピル弁１のバルブハウジング２は略筒状をなし、その外
周には雄ねじ部２ａが形成されている。電磁スピル弁１
は雄ねじ部２ａをねじ込むことで燃料噴射ポンプのポン
プヘッドＨに組み付けられている。バルブハウジング２
の外周には、燃料シールのためのＯリング３が配設され
ている。ポンプヘッドＨには、ポンプ高圧室に連通する
高圧側スピル通路Ｓ１と、燃料室に連通する低圧側スピ
ル通路Ｓ２とが設けられている。

【００１３】バルブハウジング２には図の上下方向に延
びる摺動孔２ｂが形成されており、その摺動孔２ｂには
断面コップ状のスプールバルブ４が配設されている。ス
プールバルブ４は図の下方に開口し、その開口部にはバ
ルブガイド５が密接状態で挿入されている。バルブガイ
ド５は、バルブハウジング２により押圧されることでそ
の位置が固定されている。バルブガイド５には、一端が
前記高圧側スピル通路Ｓ１に連通する断面Ｔ字状の燃料
通路５ａが形成されている。また、バルブガイド５とポ
ンプヘッドＨとの間にはリング状のガスケット６が配設
され、このガスケット６により高圧燃料がシールされて
いる。

【００１４】スプールバルブ４の下方先端にはテーパ状
のシート部４ａが形成され、他方、バルブガイド５にお
いて前記シート部４ａに対向する部位には弁座５ｂが形
成されている。バネ室７は、スプールバルブ４とバルブ
ガイド５とにより区画形成され、そのバネ室７内には圧
縮コイルバネ８が収容されている。圧縮コイルバネ８は
常にスプールバルブ４を押し上げる方向に付勢し、これ
により、スプールバルブ４のシート部４ａとバルブガイ
ド５の弁座５ｂとが離間した状態で保持される（図示の
状態）。

【００１５】また、スプールバルブ４には、バネ室７と
燃料室２１とを連通するための小径の絞り孔２２が図の
左右２箇所に形成されている。この絞り孔２２が形成さ
れることで、バネ室７内の油圧が急激に変化する際にも
その変化を抑える油圧ダンパ機能が装備されるようにな
る。

【００１６】バルブハウジング２の下端部には、中心部
から放射状に延びる複数の燃料通路２ｃが形成され、こ
の燃料通路２ｃが環状室９に連通している。また、環状
室９は前記低圧側スピル通路Ｓ２に連通している。

【００１７】スプールバルブ４を作動させるための電磁
部において、コア１０にはコイル１１が巻回され、コア
１０の中心部には図の上下方向に延びるロッド１２が配
設されている。ロッド１２はブッシュ１３にて支持され
ている。ロッド１２の下端は前記スプールバルブ４の上
面に当接し、同ロッド１２の上端にはアーマチュア１４
が取り付けられている。

【００１８】バルブハウジング２の上端には非磁性体か
らなるカバー１５がカシメ着され、このカバー１５によ
り電磁部（コア１０）が固定されている。カバー１５の
外周にはＯリング１６が配設されている。また、カバー
１５には、アーマチュア１４の可動位置を規制するため
のストッパ１７が取り付けられると共に、コイル１１に
外部からの通電信号を入力するためのターミナル１８が
取り付けられている。ターミナル１８の周囲にはＯリン
グ１９並びに絶縁体２０が配設されている。

【００１９】上記構成の電磁スピル弁１において、コイ
ル１１の非通電時には圧縮コイルバネ８の付勢力により
スプールバルブ４が開弁位置に保持される（図示の状
態）。このとき、高圧側スピル通路Ｓ１から導入された
燃料はバルブガイド５の燃料通路５ａ内を流れ、その
後、シート部４ａと弁座５ｂとの間隙、燃料通路２ｃを
経由して環状室９に流入する。そして、その燃料が環状
室９から低圧側スピル通路２４ｂに流出する。

【００２０】一方、コイル１１が通電されると、コア１
０にアーマチュア１４が吸引され、圧縮コイルバネ８の
付勢力に抗してスプールバルブ４が閉弁方向（図の下方
向）に移動する。これにより、シート部４ａと弁座５ｂ
とが当接し、高圧側スピル通路Ｓ１と低圧側スピル通路
Ｓ２との連通が遮断されて通路Ｓ１，Ｓ２間の燃料の流
通が停止される。電磁スピル弁１は、コイル１１の通電
が継続される間、上記の閉弁状態を保持する。

【００２１】コイル１１の通電が停止されると、圧縮コ
イルバネ８の付勢力によりスプールバルブ４が上動し、
アーマチュア１４がストッパ１７に当たるまで移動す
る。これにより、電磁スピル弁１が開弁状態に復帰す
る。

【００２２】図２は、スプールバルブ４のバルブリフト
動作を示すタイムチャートである。なお図２中、実線で
示すバルブリフトは、スプールバルブ４に設けた絞り孔
２２の径が比較的小さい場合を示し、点線で示すバルブ
リフトは、絞り孔２２の径が比較的大きい場合を示す。

【００２３】図２において、コイル１１が通電（ＯＮ）
されるとスプールバルブ４が閉弁方向に動き始め、スプ
ールバルブ４はそのシート部４ａがバルブガイド５の弁
座５ｂに当接するまで移動する。このとき、バネ室７の
容積が減少し、それに伴いバネ室７内の燃料が絞り孔２
２を介して少しずつ燃料室２１に流出する。この絞り孔
２２を介して流出する燃料量に応じて電磁スピル弁１の
閉弁速度が調節される。

【００２４】本実施の形態では、絞り孔２２の径を比較
的小さくし、閉弁速度を遅くしている。これにより、ス
プールバルブ４がバルブガイド５の弁座５ｂに当接する
際の衝撃力が緩和され、機械的な騒音も抑制される。ま
た、スプールバルブ４が弁座５ｂに当接する時（閉弁位
置に達した時）に、僅かながら当該バルブ４のバウンス
が生じるが、そのバウンス量は微量で抑えられる。

【００２５】なお、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポン
プにおいては、燃料圧縮前のタイミングで電磁スピル弁
１が閉弁されるため、閉弁応答性の要求は比較的低く、
閉弁速度を遅くすることによる不都合はない。

【００２６】コイル１１の通電遮断（ＯＦＦ）に伴う開
弁時には、やはり絞り孔２２の働きにより比較的遅い速
度でスプールバルブ４が開弁位置に移動する。燃料噴射
ポンプにおいては、電磁スピル弁１の開弁のタイミング
で燃料噴射量が決定されるが、この開弁時には開弁当初
の僅かな間隙により高圧燃料がスピルされ始めるため、
開弁速度が比較的遅いものであってもそれに起因する不
具合はない。

【００２７】図３は絞り孔２２の径とスプールバルブ４
の開閉弁速度との関係を示し、図４は絞り孔２２の径と
シート面の摩耗及び騒音レベルとの関係を示す。図３か
ら分かるように、絞り孔２２の径を小さくすることによ
って、開閉弁速度が遅くなり、油圧ダンパ効果が増大す
る。また、図４から分かるように、同じく絞り孔２２の
径を小さくすることによって、衝撃力緩和の効果により
シート面の摩耗や騒音レベルが小さくなる。

【００２８】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。本実施の形態では、スプールバ
ルブ４とバルブガイド５とによりバネ室７を区画形成す
ると共に、スプールバルブ４（バネ室の隔壁）の複数箇
所にバネ室７と燃料室２１とを連通するための小径の絞
り孔２２を形成した。これにより、開弁時又は閉弁時に
おいてバネ室７が油圧ダンパとして働き、スプールバル
ブ４が弁座５ｂに当接する際（閉弁時）の衝撃力が緩和
される。従って、閉弁時の衝撃が原因で、 ・スプールバルブ４と弁座５ｂとの当接面が磨耗する。 ・機械的な騒音が増大する。 ・スプールバルブ４が大きくバウンスする。 といった従来の諸問題が解消される。その結果、閉弁時
における弁部材の衝撃を緩和し、スプールバルブ４の衝
撃に起因する諸問題を解消するという本発明の目的が達
せられる。

【００２９】また、上記効果により、燃料噴射ポンプの
燃料噴射量が不用意に変動するといった不具合が回避で
き、ディーゼルエンジンを安定状態で運転させることが
できる。

【００３０】（第２の実施の形態）次に、本発明におけ
る第２の実施の形態を図５を用いて説明する。但し、第
２の実施の形態の構成において、上述した第１の実施の
形態と同等であるものについては図面に同一の記号を付
すと共にその説明を簡略化する。そして、以下には第１
の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００３１】本実施の形態では、スプールバルブ４が開
弁位置にある時と閉弁位置にある時とで絞り孔２２の開
口面積が異なるように構成する。その詳細を図５を用い
て説明する。図５（ａ）は開弁時における電磁スピル弁
１の要部の状態を示し、図５（ｂ）は閉弁時における電
磁スピル弁１の要部の状態を示す。なお便宜上、図５で
はバネ室７内の圧縮コイルバネ８など、要部以外の図示
を省略する。

【００３２】前記図１の構成との相違点として、図５で
はバルブガイド５の上端近傍に複数の連通路３１が形成
され、スプールバルブ４において連通路３１に対向する
位置に絞り孔２２が形成されている。絞り孔２２の径
は、前記図１の構成に比べて若干大きな径となってい
る。

【００３３】そして、図５（ａ）に示されるように、開
弁時には、絞り孔２２の一部のみがバルブガイド５の連
通路３１に連通し、他の部分はバルブガイド５の外壁に
て閉塞される。つまり、絞り孔２２の開口面積が本来の
孔径よりも狭められる。一方、図５（ｂ）に示されるよ
うに、閉弁時には、弁座５ｂに当接する位置までスプー
ルバルブ４が移動（下動）することで、絞り孔２２がバ
ルブガイド５の連通路３１に対して全開となる。

【００３４】電磁スピル弁１の動作として説明すれば、
電磁スピル弁１が開弁状態から閉弁状態に移行する際
（図５（ａ）→（ｂ）の移行時）には、絞り孔２２の開
口面積が比較的小さいことから、閉弁速度が遅く閉弁時
における衝撃力の緩和が優先される。これに対し、電磁
スピル弁１が閉弁状態から開弁状態に移行する際（図５
（ｂ）→（ａ）の移行時）には、絞り孔２２の開口面積
が比較的大きいことから、閉弁速度が速く開弁応答性の
確保が優先される。

【００３５】本第２の実施の形態によれば、上記第１の
実施の形態と同様の優れた効果が得られるのは勿論のこ
と、その他に以下の効果が得られる。すなわち、絞り孔
２２の開口面積を変化させることにより、電磁スピル弁
１における衝撃力緩和の効果と応答性向上の効果とが選
択的に得られる。

【００３６】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて具体化できる。上記図１，図５の構成で
は、スプールバルブ４において図の左右２箇所に絞り孔
２２を形成したが、絞り孔２２の個数や形成の位置はこ
れに限定されず、任意に変更できる。

【００３７】上記第２の実施の形態（図５）において、
絞り孔２２の一部をバルブガイド５にて閉塞することで
絞り孔２２の開口面積を変化させるようにしたが、この
構成を変更する。例えば、複数設けられた絞り孔のう
ち、少なくとも１つの絞り孔をスプールバルブ４の移動
により閉塞及び開放する。この構成によっても、バネ室
７の内外を連通する絞り孔２２の開口面積が異なるもの
となり、上記と同じ効果が得られる。

【００３８】上記実施の形態の燃料噴射ポンプでは、ポ
ンプ高圧室での圧縮燃料をスピルさせるためのスピル通
路を設け、このスピル通路の途中に電磁スピル弁を設け
たが、この構成を変更する。ポンプ高圧室への燃料の吸
入と、同高圧室内からの燃料スピルとを同一の燃料通路
を用いて実施する燃料噴射ポンプにおいて、燃料吸入と
燃料スピルとを一つの電磁弁の開閉動作により実現す
る。この場合、燃料吸入時と燃料スピル時との各々に合
わせて電磁弁が開閉動作するが、その際にも衝撃力が緩
和され、シート面摩耗などの諸問題が解消される。

【００３９】本発明の電磁弁は、上記した電磁スピル弁
以外にも具体化できる。例えばコモンレール式燃料噴射
装置において高圧ポンプの燃料吐出量を調節するための
電磁弁としても具体化できる。また、圧縮コイルバネに
より弁部材が常に開弁方向に付勢される常開弁のみなら
ず、圧縮コイルバネにより弁部材が常に閉弁方向に付勢
される常閉弁にも具体化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態における電磁スピル弁の構成
を示す断面図。

【図２】バルブリフトの挙動を示すタイムチャート。

【図３】絞り孔の径と開閉弁速度との関係を示す図。

【図４】絞り孔の径とシート摩耗及び騒音レベルとの関
係を示す図。

【図５】第２の実施の形態において、電磁スピル弁の要
部を示す図。

【符号の説明】

１…電磁スピル弁、４…弁部材としてのスプールバル
ブ、５…ガイド部材としてのバルブガイド、５ｂ…弁
座、７…バネ室、８…バネ部材としての圧縮コイルバ
ネ、１０…電磁部を構成するコア、１１…電磁部を構成
するコイル、１４…電磁部を構成するアーマチュア、２
２…絞り孔、３１…連通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 雅詞 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 都築 尚幸 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AD12 BA09 BA22 BA33 BA40 BA47 CA20U CE22 CE34 DA13 3H066 AA01 BA16 BA32 BA33 EA02 EA14 3H106 DA07 DA12 DA23 DB02 DB12 DB26 DB32 DB38 DC02 DC17 DD03 EE19 EE20 EE33 GB06 GC29 KK18

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バネ部材により常に所定方向に付勢される
   弁部材と、通電に伴い前記バネ部材の付勢力に抗して前
   記弁部材が弁座に当接する閉弁位置或いは弁座から離間
   する開弁位置に当該弁部材を移動させる電磁部とを有
   し、前記弁部材の移動時においてバネ部材を収容するバ
   ネ室の容積が変化する電磁弁であって、 前記バネ室の隔壁にその内外を連通する絞り孔を設けた
   ことを特徴とする電磁弁。
2. 【請求項２】前記弁部材の移動をガイドするためのガイ
   ド部材を有し、前記バネ室は、弁部材とガイド部材とに
   より区画形成されるものである請求項１に記載の電磁
   弁。
3. 【請求項３】前記弁部材は断面コップ状をなし、弁部材
   の開口部より前記ガイド部材が嵌挿されて前記バネ室が
   形成される請求項２に記載の電磁弁。
4. 【請求項４】前記弁部材が開弁位置にある時と閉弁位置
   にある時とで前記絞り孔の開口面積が異なる請求項１〜
   請求項３のいずれかに記載の電磁弁。
5. 【請求項５】請求項４に記載の電磁弁において、 前記弁部材が開弁位置にある時には絞り孔の開口面積が
   比較的小さく、閉弁位置にある時には絞り孔の開口面積
   が比較的大きくなる電磁弁。