JP2000055229A - 流体制御用電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速応答性に優れた流体制御用電磁弁を得
る。 【解決手段】 固定鉄心２は、励磁コイル３が巻回され
た中央鉄心部２ａと、励磁コイルの外側の外側鉄心部２
ｂと、鉄心部２ａ，２ｂの一端部を磁気的に連結する連
結継鉄部２ｃとを有し、各鉄心部２ａ，２ｂの他端部が
鉄心端部２ｄとされ、ニードル弁５が連結されたアマチ
ュア１４が対向配置されている。そして、アマチュア１
４に貫通孔４ａを４個形成したことを特徴とする。鉄心
端部２ｄ及びアマチュア１４が流体に浸されており、励
磁コイル３の励磁によりアマチュア１４が流体中におい
て上下方向に駆動されるが、貫通孔４ａの数を４個とす
ることで流体抵抗の減少と磁気抵抗の増加とのバランス
をとって高速開閉を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば蓄圧式燃
料噴射システムを用いた内燃機関への燃料供給システム
等で用いられる流体制御用電磁弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】蓄圧式燃料噴射システムを用いた内燃機
関への燃料供給システムに用いられる流体制御用電磁弁
（以下、単に電磁弁という場合もある）は、例えば特開
平９−１１２７３１号公報に示されたものがある。これ
は、コモンレールと呼ばれる高圧の蓄圧配管からディー
ゼル機関に燃料を噴射する燃料噴射装置において、上記
コモンレールに高圧の燃料を圧送する可変吐出量高圧ポ
ンプ（以下、高圧ポンプという）に対して供給する燃料
の流量を制御するために用いられている。

【０００３】上記電磁弁の構造を図３、図４にて説明す
る。図３は電磁弁の構成を示す断面図、図４はアマチュ
アの平面図である。これらの図において、固定鉄心２
は、中央鉄心部２ａと外側鉄心部２ｂと上記両鉄心部２
ａ，２ｂの一方の端部を機械的及び磁気的に連結する連
結継鉄部２ｃにて構成され、他方の端部は磁気的に開放
された鉄心端部２ｄとされている。

【０００４】中央鉄心部２ａは鋼板で製作され磁束が通
過する断面が太鼓を側方から見たような形状をしてい
る。対をなす外側鉄心部２ｂは、おのおの円弧帯状の断
面を有するものが中央鉄心部２ａを間にして所定間隔を
おいて対向配設されており、鉄心２の軸方向から見て円
筒形のものの両側を軸方向に平行に所定幅になるように
切り落としたような形状をしている。中央鉄心部２ａに
はコイル３が筒状に巻回され、またその中空部にはスプ
リング１が収容されている。

【０００５】ニードル弁５の下端部にはシート部５ａ
が、弁ガイド６の下端部には弁座部６ａがそれぞれ形成
されており、ニードル弁５は弁ガイド６の円筒状のガイ
ド部６ｂに摺動自在に嵌合されている。ニードル弁５の
上端部はカラー１１を間に挟んでアマチュア４に螺合さ
れアマチュア４と一体にされている。

【０００６】ニードル弁５は常時はスプリング１により
開弁方向、すなわち図３の下方へ付勢されており、ニー
ドル弁５の端面とバルブストッパ７とが当接することで
開弁位置が決まる。コイル３に通電すると固定鉄心２に
発生する磁束によりアマチュア４を固定鉄心２に引き付
ける力が発生し、スプリング１の力に抗してアマチュア
４が図中上方に吸引され、ニードル弁５のシート部５ａ
と弁ガイド６の弁座部６ａとが当接して閉弁する。

【０００７】上記電磁弁は、開閉時にニードル弁５を駆
動するためにアマチュア４が流体中を往復動するが、電
磁弁は高速応答性が要求されているため、図４に示すよ
うに外径Ｕの円板状のアマチュア４にはアマチュア４の
往復動の方向、すなわち図４において紙面に垂直な方向
に直径Ｗの貫通孔４ａを形成する貫通孔形成部４ｂが８
カ所に設けられている。

【０００８】貫通孔４ａは直径Ｖの同一円周上の等間隔
となる位置に８個形成されており、アマチュア４の往復
動時の流体抵抗を減らし、流体抵抗により閉弁時間が長
くなるのを抑制している。なお、アマチュア４の中心部
にはニードル弁５と螺合する螺合部４ｃが設けられてい
る。

【０００９】固定鉄心２とリング８はケース９に嵌合さ
れており、固定鉄心２の端部２ｄとリング８と弁ガイド
６とによりアマチュア室１２が形成され、このアマチュ
ア室１２にアマチュア４が収容されるとともに液体例え
ば軽油が充満されている。また、リング８とアマチュア
１４との間には隙間１３が設けられている。

【００１０】コイル３に通電すると固定鉄心２に発生す
る磁束によりアマチュア４を固定鉄心２に引き付ける力
が発生し、スプリング１の力に抗してアマチュア４が図
中上方に吸引され、ニードル弁５のシート部５ａと弁ガ
イド６の弁座部６ｂとが当接して閉弁する。

【００１１】電磁弁の閉弁時にはアマチュア１４が図３
において上方に移動し、アマチュア室１２に充満してい
る流体は、リング８とアマチュア４との隙間１３及びア
マチュア１４に設けられた貫通孔４ａを通ってアマチュ
ア１４のコイル３側から弁ガイド６側へと移動する。

【００１２】電磁弁の開弁時にはアマチュア４が図３に
おいて下方に移動し、アマチュア室１２に充満している
流体は、リング８とアマチュア４との隙間１３及びアマ
チュア４に設けられた貫通孔４ａを通ってアマチュア４
の弁ガイド６側からコイル３側へと移動する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】近年、内燃機関への燃
料供給システムにおいて、燃料供給量の制御精度の向上
が求められ、それに伴い流体制御用電磁弁の応答性の高
速化の要求が高まっている。それゆえ、アマチュア４に
アマチュアの往復動方向の貫通孔４ａを設けると、電磁
弁開閉時のアマチュア４に作用する流体抵抗を減らすこ
とができるため、流体抵抗低減の面から見た応答性の高
速化のためには前記貫通孔の数は多い程良いことにな
る。

【００１４】一方、アマチュア４はコイル３の通電時に
磁気吸引力が作用する磁極になるので、磁極に占める前
記貫通孔４ａの面積がある一定値以上になると磁極とし
て有効なアマチュア４の磁束の通路が小さくなり、アマ
チュアに作用する磁気吸引力が弱くなって閉弁時間が長
くなってしまう。それゆえ、アマチュア４に作用する磁
気吸引力が弱くなって閉弁時間が長くなることを抑制
し、電磁弁の応答性の高速化確保のためには、アマチュ
アに設ける貫通孔は少ない程良いことになる。

【００１５】従って、流体抵抗を考慮した電磁弁の応答
性と、電磁吸引力を考慮した電磁弁の応答性との間に
は、アマチュア４に設けた貫通孔４ａに関してトレード
オフの関係が成り立っている。すなわち、アマチュアに
設ける貫通孔を多くするほど流体抵抗は減るが同時に電
磁吸引力も減り、逆にアマチュアに設ける貫通孔を少な
くするほど流体抵抗は増えるが同時に電磁吸引力も増え
る関係にある。

【００１６】本発明は、前述の電磁弁の応答性に関する
トレードオフの関係にあることに着眼してなされたもの
であり、流体抵抗と磁気吸引力とのバランスをとって高
速応答性に優れ、かつキャビテーション壊食を抑制でき
る流体制御用電磁弁を得ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の流体制御用電磁弁においては、励磁コイル
が巻回された中央鉄心部と上記励磁コイルの外周部側に
設けられた外側鉄心部と上記中央鉄心部及び上記外側鉄
心部の各一方の端部を磁気的に連結する連結継鉄部とを
有し上記中央鉄心部及び上記外側鉄心部の各他方の端部
が鉄心端部とされた固定鉄心と、上記鉄心端部と対向し
て配置された円板状の可動鉄心と、上記可動鉄心に連結
された弁部材とを有するものであって、上記鉄心端部及
び上記可動鉄心が流体に浸されており、上記励磁コイル
の励磁により上記円板状の可動鉄心が上記流体中におい
てその軸方向に駆動され上記弁部材が弁座と接離する流
体制御用電磁弁において、上記可動鉄心にその軸方向に
貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成部を１ないし４箇
所設けたことを特徴とする。可動鉄心の動作時に流体が
貫通孔を通過するので、貫通孔の数を増やすと動作時の
流体抵抗が減少し、可動鉄心の動作速度、すなわち可動
鉄心に連結された弁部材の動作速度、つまり弁開閉速度
が速くなる。一方、貫通孔の数が増えると可動鉄心の磁
気抵抗が増加するので吸引電磁力が減少し、開閉速度が
遅くなる。これらの関係から、貫通孔形成部を１ないし
４箇所に設けるようにすると、動作時間が短く高速応答
性に優れたものとなる。

【００１８】さらに、流体は内燃機関用の燃料油である
ことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明の実施の一
形態を図１に基づいて説明する。図１は電磁弁の構成を
示すもので、図１（ａ）は電磁弁の断面図、図１（ｂ）
はアマチュアの平面図である。図において、固定鉄心２
は、中央鉄心部２ａと外側鉄心部２ｂと上記両鉄心部２
ａ，２ｂの一方の端部を機械的及び磁気的に連結する連
結継鉄部２ｃにて構成され、他方の端部は磁気的に開放
された鉄心端部２ｄとされている。

【００２０】中央鉄心部２ａは鋼板で製作され磁束が通
過する断面が太鼓を側方から見たような形状をしてい
る。対をなす外側鉄心部２ｂは、おのおの円弧帯状の断
面を有するものが中央鉄心部２ａを間にして所定間隔を
おいて対向配設されており、鉄心２の軸方向から見て円
筒形のものの両側を軸方向に平行に所定幅になるように
切り落としたような形状をしている。中央鉄心部２ａに
はコイル３が筒状に巻回され、またその中空部にはスプ
リング１が収容されている。

【００２１】アマチュア１４は、鋼板から製作され外径
Ｕの円板状であり、開閉時にニードル弁５を駆動するた
めに流体中を往復動する。電磁弁は高速応答性が要求さ
れているため、アマチュア１４にはニードル弁５の往復
動方向と同一方向、すなわちアマチュア１４の中心軸と
同じ方向の直径Ｗの貫通孔４ａを形成する貫通孔形成部
４ｂが４箇所設けられている。

【００２２】貫通孔４ａの中心はすべて直径Ｖの円Ｂの
円周上にあり、かつ貫通孔４ａの中心間の距離はすべて
等しく、さらに円Ｂの中心は円板状に形成されたアマチ
ュア１４の中心と一致するように構成されている。貫通
孔４ａは、アマチュア４の往復動時の流体抵抗を減ら
し、流体抵抗により閉弁時間が長くなるのを抑制する。
なお、アマチュア１４の中心部には螺合部４ｃが設けら
れている。

【００２３】アマチュア１４の螺合部４ｃには、図１
（ａ）に示すようにカラー１１を間に挟んでニードル弁
５の上端部が螺合され一体にされている。円柱状のニー
ドル弁５の下端部は拡大されて円錐台状のシート部５ａ
が形成され、弁ガイド６の下端部にはテーパ状の弁座部
６ａが形成されており、ニードル弁５は弁ガイド６の円
筒状のガイド部６ｂに摺動自在に嵌合されている。ニー
ドル弁５は、常時はスプリング１により開弁方向（図１
における下方）に付勢されており、ニードル弁５の端面
とバルブストッパ７とが当接することで開弁位置が規制
されている。

【００２４】固定鉄心２とリング８はケース９に嵌合さ
れており、固定鉄心２の端部２ｄとリング８と弁ガイド
６とによりアマチュア室１２が形成され、このアマチュ
ア室１２にアマチュア１４が収容されるとともに液体、
具体的には例えば軽油が充満されている。また、リング
８とアマチュア１４との間には隙間１３が設けられてい
る。

【００２５】コイル３に通電すると固定鉄心２に発生す
る磁束によりアマチュア１４を固定鉄心２に引き付ける
力が発生し、スプリング１の力に抗してアマチュア１４
が図中上方鉄心端部２ｄに吸引され、ニードル弁５のシ
ート部５ａと弁ガイド６の弁座部６ｂとが当接して閉弁
する。

【００２６】電磁弁の閉弁時にはアマチュア１４が図１
（ａ）において上方に移動し、アマチュア室１２に充満
している流体は、リング８とアマチュア１４との隙間１
３及びアマチュア１４に設けられた貫通孔４ａを通って
アマチュア１４のコイル３側から弁ガイド６側へと移動
する。

【００２７】電磁弁の開弁時にはアマチュア４が図１
（ａ）において下方に移動し、リング８とアマチュア４
との隙間１３及びアマチュア４に設けられた貫通孔４ａ
を通ってアマチュア４の弁ガイド６側からコイル３側へ
と移動する。

【００２８】実施の形態２．発明者らは、トレードオフ
の関係にあるアマチュアに設けられた貫通孔数と磁気吸
引力との関係について、さらなる検討を行った。まず、
閉弁時間についてであるが、実験の結果、貫通孔４ａの
数と閉弁時間との間に図２のような関係があることが分
かった。図２において、貫通孔の数を増やして行くと、
Ｈ点までは貫通孔の数が増えることによる流体抵抗の減
少効果が、電磁力の減少のデメリットを上まわるため、
貫通孔の増加とともに閉弁時間が短くなる。

【００２９】一方、Ｈ点を超えると貫通孔の増えること
による流体抵抗の減少の効果よりも電磁力の減少のデメ
リットの方がしだいに大きくなるため、貫通孔の数の増
加とともに閉弁時間が長くなってくる。そして、要求仕
様である閉弁時間Ｇ以下を満たす範囲は、Ｊ点とＫ点の
間であり、貫通孔の個数として１〜４個の範囲である。
閉弁時間Ｇは、この種の流体制御用電磁弁においては、
毎分８０００往復程度の応答速度が要求されることか
ら、Ｇ＝（６０／８０００）／２（ｓｅｃ）＝３．７５
（ｍｓ）を基準として、これに所定の幅を持たせて決定
している。図２においては、Ｇ＝３．７５（ｍｓ）とし
た。

【００３０】なお、上記実験におけるアマチュアの寸法
関係は次の通りである。アマチュア１４の外径をＵ、貫
通孔４ａの配設された円Ｂの径Ｖ、貫通孔４ａの径を
Ｗ、厚さをＴとすると、 Ｕ：Ｖ：Ｗ：Ｔ＝（２７．５）：（１７）：（３．
５）：（４） （ｍｍ） であり、外径寸法で正規化すると Ｕ：Ｖ：Ｗ：Ｔ＝１００：６２：１３：１５ となる。このように、アマチュアの外径を基準に正規化
することができ、アマチュアの外径の絶対寸法にはあま
り影響されない。なお、外側鉄心部２ｂの対向間隔は円
Ｂの径Ｖとほぼ同じ寸法である。

【００３１】なお、アマチュアの外径を１００として、
およそ Ｕ：Ｖ：Ｗ：Ｔ＝１００：（５０〜７０）：（１０〜１
５）：（１０〜２０） の範囲において、図２に示すような関係が成り立つもの
と考えられる。

【００３２】従って、図２に示した閉弁時間の最大許容
値から貫通孔数を１〜４個とすれば毎分８０００往復の
速度に対応でき、流体抵抗と磁気吸引力とのバランスを
とって高速応答性に優れた流体制御用電磁弁を得ること
ができる。

【００３３】なお、貫通孔数を２〜４個に選べば、円板
状の可動鉄心に等間隔に配設できるので好都合である
が、貫通孔を等間隔にすることは必須の要件ではなく、
上述のように１個でもあってもよい。

【００３４】また、固定鉄心２は上記の実施の形態にお
いては、これに限られるものではない。例えば、中央鉄
心部２ａと二つの外側鉄心部２ｂとこれらを連結する連
結鉄心部２ｃとを磁束の通過する断面を矩形にしてもよ
い。さらに、中央鉄心部２ａを中空円筒状とし、外側鉄
心部２ｂを円筒状のものとし、中央鉄心部２ａに巻回す
るコイル３を円筒形にしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、次のような効果を奏する。すなわち、本発明
の流体制御用電磁弁においては、励磁コイルが巻回され
た中央鉄心部と上記励磁コイルの外周部側に設けられた
外側鉄心部と上記中央鉄心部及び上記外側鉄心部の各一
方の端部を磁気的に連結する連結継鉄部とを有し上記中
央鉄心部及び上記外側鉄心部の各他方の端部が鉄心端部
とされた固定鉄心と、上記鉄心端部と対向して配置され
た円板状の可動鉄心と、上記可動鉄心に連結された弁部
材とを有するものであって、上記鉄心端部及び上記可動
鉄心が流体に浸されており、上記励磁コイルの励磁によ
り上記円板状の可動鉄心が上記流体中においてその軸方
向に駆動され上記弁部材が弁座と接離する流体制御用電
磁弁において、上記可動鉄心にその軸方向に貫通する貫
通孔を形成する貫通孔形成部を１ないし４箇所設けたこ
とを特徴とするので、貫通孔の数を増やすと可動鉄心の
動作時に流体が通過する流路面積が増加し流体抵抗が減
少し可動鉄心に連結された弁部材の動作速度、すなわち
弁開閉速度が速くなる。一方、貫通孔の数が増えると可
動鉄心の磁気抵抗が増加するので吸引電磁力が減少し、
開閉速度が遅くなる。これらの関係から、貫通孔形成部
を１ないし４箇所に設けるようにすると、動作時間が短
く高速応答性に優れた流量制御用電磁弁を得ることがで
きる。

【００３６】さらに、流体は内燃機関用の燃料油である
ことを特徴とし、内燃機関の燃料供給の制御用に用いて
好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の一形態を示す電磁弁の断面
図である。

【図２】 アマチュアに設けた貫通孔数と閉弁時間の関
係を示す説明図である。

【図３】 従来の電磁弁の構成を示す断面図である。

【図４】 図３の電磁弁のアマチュアの平面図である。

【符号の説明】

２ 固定鉄心、２ａ 中央鉄心部、２ｂ 外側鉄心部、
２ｄ 鉄心端面、３ コイル、４ａ 貫通孔、５ ニー
ドル弁、６ 弁ガイド、９ ケース、１２ アマチュア
室、１３ 隙間、１４ アマチュア。

フロントページの続き (72)発明者 原 正一郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 秋田 裕之 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 川村 浩司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA19 BA38 BA50 CA04U CD28 CD30 CE23 CE24 CE26 3H106 DA07 DA12 DA23 DB02 DB12 DB26 DB32 DC02 DD03 EE04 GA19 KK18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁コイルが巻回された中央鉄心部と上
   記励磁コイルの外周部側に設けられた外側鉄心部と上記
   中央鉄心部及び上記外側鉄心部の各一方の端部を磁気的
   に連結する連結継鉄部とを有し上記中央鉄心部及び上記
   外側鉄心部の各他方の端部が鉄心端部とされた固定鉄心
   と、上記鉄心端部と対向して配置された円板状の可動鉄
   心と、上記可動鉄心に連結された弁部材とを有するもの
   であって、上記鉄心端部及び上記可動鉄心が流体に浸さ
   れており、上記励磁コイルの励磁により上記円板状の可
   動鉄心が上記流体中においてその軸方向に駆動され上記
   弁部材が弁座と接離する流体制御用電磁弁において、上
   記可動鉄心にその軸方向に貫通する貫通孔を形成する貫
   通孔形成部を１ないし４箇所設けたことを特徴とする流
   体制御用電磁弁。
2. 【請求項２】 流体は内燃機関用の燃料油であることを
   特徴とする請求項１に記載の流体制御用電磁弁。