JP2002323162A

JP2002323162A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2002323162A
Application number: JP2001129454A
Authority: JP
Inventors: Koichi Okamura; 孝一岡村; Keita Nakano; 啓太中野
Original assignee: Sumitomo SEI Brake Systems Inc
Current assignee: Sumitomo SEI Brake Systems Inc
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2002-11-08
Also published as: US20030015676A1; US6715700B2; DE10218496A1

Abstract

(57)【要約】【課題】電子制御を可能ならしめた車両用液圧ブレー
キシステムなどに採用されるポペットタイプの電磁弁の
作動に伴う音振を抑制し、同時に、その電磁弁の誤作動
も無くす。【解決手段】ポペット１２に開弁力を加えるスプリン
グ１５の力をＦ_SP、ポペット先端径をｒ、ポペットスト
ロークをＳｔ、ベルヌーイ効果で液圧による開弁力が打
ち消されて働かなくなるポペット中心域の直径をＢとし
て、Ｆ_SP／（ｒ²−Ｂ²）＜６７Ｆ_SP・Ｓｔ²／（ｒ²−Ｂ²）＞２９の条件を共に満足させるようにした。

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、電子制御を可能
ならしめた車両用液圧ブレーキシステムなどに採用され
る電磁弁に関する。詳しくは、作動時に生じる音振（音
と振動）を減少させ、誤作動も無くした電磁弁に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図２に、電子制御がなされる車両用液圧
ブレーキシステムの一例を示す。図示のブレーキシステ
ムは、アンチロック制御を行うものであって、ドライバ
ーがブレーキペダル１を踏み込むと、ブースタ２により
増幅された力でマスタシリンダ３が作動し、加圧された
ブレーキ液がホイールシリンダ４に供給されて制動力が
発生する。

【０００３】マスタシリンダ３からホイールシリンダ４
に至る流路には、ノーマルオープンの電磁弁５が設けら
れ、また、ホイールシリンダ４と低圧液溜め６との間に
はホイールシリンダ４内のブレーキ液を低圧液溜め６に
向けて排出するノーマルクローズの電磁弁７が設けら
れ、さらに、低圧液溜め６内のブレーキ液を汲み上げて
電磁弁５よりも上流（マスタシリンダ側）の流路に環流
させるモータ駆動のポンプ８とポンプ吐出液の脈動を抑
える絞り９が設けられている。

【０００４】かかるブレーキシステムは、車輪速センサ
（図示せず）などからの情報に基づいて電子制御装置
（これも図示せず）が車輪ロックの兆候を判断すると、
そこから指令が出てロックの兆候を示した車輪が属する
系の電磁弁５が閉じ、電磁弁７が開いてホイールシリン
ダ４が減圧される。また、その減圧により車輪ロックが
回復傾向になったと電子制御装置が判断すると、電磁弁
５が開、７が閉となり、ポンプ８で汲み上げたブレーキ
液がホイールシリンダ４に供給されて再加圧がなされ、
この動作が繰り返されて車輪ロックが回避される。

【０００５】図３に、図２の液圧ブレーキシステムに採
用されている電磁弁５の具体例を示す。

【０００６】この電磁弁は、フレーム５１と、そのフレ
ームのボア内に組込まれたポペット５２、弁シート５３
を有するオリフィス５４及びスプリング５５と、ポペッ
トに閉弁力を加えるソレノイド５６と、フレーム５１に
連結するハウジング５７とから成る。ソレノイド５６の
コイル５６ａに電流を流すと、ポペット５２の後端に一
体化した可動コア５６ｂが発生した磁力でフレーム５１
側に引き寄せられ、ポペット５２がオリフィス５４の口
部に設けた弁シート５３に接して閉弁する。また、ソレ
ノイド５６を消磁すると、スプリング５５の力でポペッ
ト５２が弁シート５３から離反して開弁する。なお、ブ
レーキ液は、入力ポート５９からオリフィス５４を通
り、その後、弁シート５３とポペット５２間の開かれた
流路を通って出力ポート５８に流れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ポペットで流路を開閉
する電磁弁は、閉弁時にポペット５２が弁シートに衝突
し、開弁時には可動コア５６ｂがハウジング５７に衝突
するため、作動音が大きい。

【０００８】また、ポペット移動による流路の開度変化
（流路面積の変化）が著しいため、開閉時にブレーキ液
が脈動し、車両が受ける振動が大きくなる。

【０００９】この発明は、その作動音と振動を抑制し、
また、それに伴って新たに生じる電磁弁の誤作動の問題
も併せて解決することを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、ポペットと、オリフィスと、
ポペットに閉弁力を加えてポペット先端をオリフィスの
口部に設けられた弁シートに接触させるソレノイドと、
ポペットに開弁方向の力を加えるスプリングとを有し、
前記ポペットで弁シートとの間の流路を開閉して開弁時
に被制御液をポペット側に向けて流す電磁弁において、
前記スプリングの力をＦ_SP、ポペットの先端径をｒ、ポ
ペットのストロークをＳｔ、ベルヌーイ効果で液圧によ
る開弁力が働かなくなるポペット中心域の直径をＢとし
て、Ｆ_SP／（ｒ²−Ｂ²）＜６７・・・（１）Ｆ_SP・Ｓｔ²／（ｒ²−Ｂ²）＞２９・・・（２）の条件を満足させ、液圧制御中に電磁弁が開かれたとき
にベルヌーイ効果によってポペットに閉弁方向の吸引力
を作用させ、その吸引力とスプリング力を均衡させてポ
ペットを半開位置に保つようにしたのである。

【００１１】かかる電磁弁は、ポペット先端径が１．２
〜１．８ｍｍ、オリフィス径が０．７ｍｍ、弁シートの
シート面の角度が１２０°に設計されたものについて
は、Ｂの値を１．１ｍｍにして上式を満足するようにス
プリングＦ_SPとポペットストロークＳｔを設定すると好
結果が得られる。

【００１２】なお、より好ましくは、Ｆ_SP／（ｒ²−Ｂ²）＜４８Ｆ_SP・Ｓｔ²／（ｒ²−Ｂ²）＞４０の条件を併せて満足させるのがよい。

【００１３】

【作用】この発明の電磁弁は、液圧制御中に開弁させる
と、ベルヌーイ効果によるポペット吸引力が生じてポペ
ットが半開位置に保たれ、それにより、ブレーキ液の急
激な移動が制限されて開閉時の脈動が小さくなる。ま
た、ポペットが半開位置に止まるため、ハウジングに対
する可動コアの衝撃的な当たり、弁シートに対するポペ
ットの衝撃的な当たりが無くなって作動音も小さくな
る。

【００１４】この音振防止効果を得るために前述の式
（１）を満足させる。また、式（１）の条件を満たすも
のの中に誤作動するものが見つかったので、それを除く
ために式（２）も併せて満足させる。この式（１）、
（２）を導き出した経緯を以下に記す。

【００１５】ベルヌーイの定理１／２ρν²＋Ｐ＋ρｇｚ＝一定 ρ：流体の密度ｇ：重力加速度Ｐ：流体の圧力ｚ：ある基準面からの高さ ν：流速ベクトルの絶対値から、ρ、ｇ、ｚに変化がないと考えて、 ΔＰ＝ρν² ／２一方、ポペットに作用する吸引力は、Ｆ＝ΔＰ・Ａ₁（ポペット受圧面積）＝ρν² ／２・Ａ₁＝ρ（Ｑ（流量）／Ａ₂（流路面積））²・Ａ₁／２＝ρＱ²／２・Ａ₁／Ａ₂ ² ここで、ポペットの中心付近は、液圧による開弁力がベ
ルヌーイ効果によって打ち消されると考え、その範囲を
Ｂとすると、Ａ₁＝Ｋ₁（ｒ²−Ｂ²）Ａ₂はストロークＳｔに比例するとして、Ａ₂＝Ｋ₂・Ｓｔ ρ、Ｑの変化を無視してＦ＝Ｋ・（ｒ²−Ｂ²）／Ｓｔ² ここで、Ｆ_SP＜Ｆであればポペットを半開位置に保って
音振を防止することができる。従って、Ｆ_SP＜Ｋ・（ｒ²−Ｂ²）／Ｓｔ² 音振防止に関してはストロークは関係ないので、Ｆ_SP／（ｒ²−Ｂ²）＜Ｋまた、スプリング力Ｆ_{S P}＞Ｆであれば電磁弁の誤作動
は起こらないので、Ｆ_SP＞Ｋ・（ｒ²−Ｂ²）／Ｓｔ² Ｆ_SP・Ｓｔ²／（ｒ²−Ｂ²）＞Ｋと考えた。この考えに基づき、オリフィス径ｄ＝０．７
ｍｍ、弁シートのシート角θ＝１２０°、ポペット先端
径ｒ＝１．２〜１．８ｍｍの一般的仕様の図３の構造の
電磁弁で、スプリングＦ_SPとストロークＳｔを変えて評
価を行った。その結果、式（１）を満たすものは音振が
小さく、また、式（２）を併せて満たすものは誤作動も
無く、式（１）、（２）を満たすことの有効性を確認で
きた。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に、この発明の電磁弁の実施
形態を示す。この電磁弁１０は、フレーム１１と、その
フレームのボア内に組込まれたポペット１２と、弁シー
ト１３を有するオリフィス１４と、ポペット１２を開弁
方向に付勢するスプリング１５と、コイル１６ａに電流
を流し、発生した磁力で可動コア１６ｂを吸引してポペ
ット１２に閉弁力を加えるソレノイド１６と、フレーム
１１に連結するハウジング１７とから成る。

【００１７】図から判るように、構成要素は図３の従来
品と変わらないが、図１の（ｂ）に示すポペット１２の
先端径ｒを図３のそれよりも太くし、さらに、スプリン
グ１５の力とポペット１２のストロークＳｔを、下式
（１）、（２）を満たすように設定しており、この点が
従来品と異なる。

【００１８】Ｆ_SP／（ｒ²−Ｂ²）＜６７・・・（１）Ｆ_SP・Ｓｔ²／（ｒ²−Ｂ²）＞２９・・・（２）例示の電磁弁１０は、オリフィス径ｄ＝０．７ｍｍ、ポ
ペット先端径ｒ＝１．２〜１．８ｍｍ、ポペットストロ
ークＳｔ＝１ｍｍの仕様でＢ＝１．１ｍｍ（ｄの約１．
５７倍）にしてスプリング力Ｆ_{S P}を、式（１）、式
（２）を共に満足するように設定している。

【００１９】この電磁弁１０の非作動状態を図１の
（ｂ）に、作動状態を図１の（ｃ）に各々示す。アンチ
ロックの再加圧では高圧の入力ポート１９から圧力が下
がっている出力ポート１８に向けてブレーキ液が流れ、
そのときに生じるベルヌーイ効果による吸引力でポペッ
ト１２が図１の（ｃ）にように半開位置に保たれて音振
が抑制される。また、スプリング１５の力が弱過ぎると
アンチロック非作動状態でもベルヌーイ効果による吸引
力でポペット１２が弁シート１３に引き寄せられて誤作
動（開弁不良）するが、図示の電磁弁は式（１）、式
（２）の条件を共に満たすため、音振の抑制と同時に誤
作動も防止される。

【００２０】なお、式（１）、（２）のＢは、オリフィ
ス径ｄや弁シート１３のシート角θなどによって変わ
る。

【００２１】表１に、試料１〜１９について行った音振
と誤作動に関する評価試験結果を記す。

【００２２】試料は、全て、オリフィス径ｄ＝０．７ｍ
ｍ、弁シートのシート角θ（図１（ｃ）参照）＝１２０
°に設計されている。

【００２３】なお、表１のＸ欄は、Ｂ＝１．１ｍｍとし
て、Ｆ_SP／（ｒ²−Ｂ²）の式で求めた数値を、また、
Ｙ欄は、Ｂを同じく１．１ｍｍとしてＦ_SP・Ｓｔ²／
（ｒ²−Ｂ²）の式で求めた数値を各々示している。

【００２４】表１の各試料のうち、２、７、１０、１
１、１２、１３、１９の７つが前述の式（１）、式
（２）の条件を共に満たし、それ等については、音振防
止と誤作動防止の効果が併せて得られている。中でも、
試料２、７、１２の３つは、Ｆ_SP／（ｒ²−Ｂ²）＜４
８、かつ、Ｆ_SP・Ｓｔ²／（ｒ²−Ｂ²）＞４０のより
好ましいとした条件を満たしているため、音振防止と誤
作動防止の効果が共に良好なものになっている。

【００２５】その他の試料（試料４は図２のブレーキシ
ステムに用いられている従来品）は、音振防止、誤作動
防止のどちらか一方が犠牲になっている。

【００２６】

【表１】

【００２７】なお、この発明の電磁弁は、加減圧を繰り
返して液圧を制御するときの電磁弁として、車両用液圧
ブレーキシステム以外のシステムにも広く利用できる。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の電磁弁
は、ポペットを開弁方向に付勢するスプリングの力を小
さくして液圧制御中の開弁時にベルヌーイ効果による力
でポペットが半開位置に保たれるようにしたので、従来
問題となっていた音振が低減されて小さくなる。

【００２９】また、式（１）と式（２）の条件を共に満
足させてスプリング力を小さくしたことによる誤作動を
無くしたので、信頼性も確保され、静粛性、快適性、安
全性が求められる車両の液圧ブレーキシステムに採用す
ると、特に大きな効果を期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）この発明の電磁弁の実施形態を示す断面
図（ｂ）同上の電磁弁の非作動状態を示す要部の断面図（ｃ）アンチロック制御時の作動状態を示す要部の断面
図

【図２】この発明の電磁弁を採用する車両用液圧ブレー
キシステムの一例を示す回路図

【図３】図のブレーキシステムに採用されている電磁弁
の従来品を示す断面図

【符号の説明】

１ブレーキペダル２ブースタ３マスタシリンダ４ホイールシリンダ５、７電磁弁６低圧液溜め８ポンプ９絞り１０電磁弁１１フレーム１２ポペット１３弁シート１４オリフィス１５スプリング１６ソレノイド１６ａコイル１６ｂ可動コア１７ハウジングｒポペット先端径Ｓｔポペットストロークｄオリフィス径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3D046 BB28 CC02 EE01 HH36 LL23 3H106 DA07 DA12 DA23 DB02 DB12 DB32 DC02 EE20 EE36 GB06 GB15 KK22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポペットと、オリフィスと、ポペットに
閉弁力を加えてポペット先端をオリフィスの口部に設け
られた弁シートに接触させるソレノイドと、ポペットに
開弁方向の力を加えるスプリングとを有し、前記ポペッ
トで弁シートとの間の流路を開閉して開弁時に被制御液
をポペット側に向けて流す電磁弁において、前記スプリングの力をＦ_SP、ポペットの先端径をｒ、ポ
ペットのストロークをＳｔ、ベルヌーイ効果で液圧によ
る開弁力が働かなくなるポペット中心域の直径をＢとし
て、Ｆ_SP／（ｒ²−Ｂ²）＜６７・・・（１）Ｆ_SP・Ｓｔ²／（ｒ²−Ｂ²）＞２９・・・（２）の条件を満足させたことを特徴とする電磁弁。
【請求項２】ポペット先端径が１．２〜１．８ｍｍ、
オリフィス径が０．７ｍｍ、弁シートのシート面の角度
が１２０°であり、Ｂ＝１．１ｍｍとして請求項１記載
の条件を満足させた電磁弁。
【請求項３】Ｆ_SP／（ｒ²−Ｂ²）＜４８Ｆ_SP・Ｓｔ²／（ｒ²−Ｂ²）＞４０の条件を併せて満たすものにした請求項１又は２記載の
電磁弁。