JP2007138981A - 電磁弁およびそれを用いた高圧燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】軸長が短い電磁弁およびそれを用いた高圧燃料ポンプを提供する。
【解決手段】ストッパ９０は、固定コア８０の内周側に固定コア８０と軸方向に重なって取り付けられている。ストッパ９０は、固定コア８０の内周壁に形成された段差８２に軸方向に押し当てられることにより、固定コア８０に対して軸方方向に位置決めされており、固定コア８０側から可動部材７０の対向部７６側に僅かに突出している。コイル８８への通電をオンすると、固定コア８０の吸引部８１に可動部材７０の対向部７６が吸引される。ストッパ９０は、固定コア８０の吸引部８１に吸引される対向部７６を係止するとともに、可動部材７０のロッド７４を往復移動方向に案内する。弁部材７２が弁座６３に着座すると、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との連通は遮断される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁と、電磁弁を調量弁として使用する高圧燃料ポンプに関するものである。

コイルに通電することにより固定コアに可動コアを吸引し、可動コアとともに往復移動する弁部材により流体通路を開閉する電磁弁が知られている。例えば、特許文献１、２では、このような電磁弁を、高圧燃料ポンプの燃料吐出量を調量する調量弁として用いている。
しかしながら、特許文献１、２で使用される電磁弁では、固定コアの吸引部に可動コアを吸引するときに可動コアを係止し可動コアの移動量を規制するストッパが、固定コアの吸引部の可動コア側に向けた軸方向投影上に位置している。このような位置にストッパを設置する構成では、可動コアを係止する部分のストッパの厚みにより電磁弁の軸長が長くなるという問題がある。

再表００／０４７８８８号公報 特表２００２−５２１６１６号公報

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、軸長が短い電磁弁およびそれを用いた高圧燃料ポンプを提供することを目的とする。

請求項１から８に記載の発明によると、固定コアと軸方向に重なってストッパが設置されているので、可動部材の対向部を吸引する固定コアの吸引部の対向部側に向けた軸方向投影上にストッパが存在せずに可動部材の対向部をストッパが係止できる。この構成によれば、可動部材の対向部が固定コアに係止されない範囲で、固定コア側から可動部材の対向部側に突出するストッパの突出量を小さくすることができる。したがって、ストッパを設置することによる電磁弁の軸長の延びを極力低減できる。

請求項２に記載の発明によると、固定コアの内周側に設置されたストッパがストッパの内周側に挿入された可動部材を往復移動方向に案内する案内部材を兼ねているので、部品点数を減少できる。
また、他部材ではなく固定コアの内周側にストッパが設置されるので、固定コアとストッパと可動部材との軸心合わせが容易である。これにより、弁部材を往復移動方向に案内するストッパと可動部材との摺動クリアランスを極力小さくすることができる。さらに、ストッパに案内される箇所の可動部材と可動部材の対向部とを近づけることができる。その結果、ストッパが可動部材を案内するときに可動部材の対向部の軸ずれが低減するので、可動部材の対向部の外周側面に設置され磁気回路の一部を形成する磁性部材と可動部材の対向部とのサイドギャップを極力小さくし、この磁性部材と対向部との間に流れる磁束を増加できる。これにより、可動部材の対向部と固定コアとの間に働く磁気吸引力が増加する。

請求項４に記載の発明によると、固定コアに設けた段差に軸方向に押し当てられてストッパが固定コアに取り付けられているので、固定コアに対してストッパを軸方向に容易に位置決めできるとともに、固定コア側から可動部材の対向部側に突出するストッパの突出量を高精度に調整できる。
請求項５に記載の発明によると、流体出口側の圧力が低下すると、第２ばね部材の荷重に抗して可動部材は開弁方向に移動する。請求項４に記載の発明では、固定コアに可動部材が吸引される方向が開弁方向であるから、流体出口側の圧力が流体入口側の圧力に対して相対的に低下し、固定コアに可動部材の対向部が近づいた状態でコイルに通電すれば、コイルに供給する電流値が小さくても、固定コアに可動部材を吸引しストッパに可動部材の対向部が係止された開弁状態を保持できる。

請求項６に記載の発明によると、ストッパの硬度は固定コアの硬度よりも高いので、可動部材を係止するストッパの摩耗を低減できる。
ところで、コイルへの通電がオンされ固定コアに可動部材の対向部が吸引されてストッパに係止された状態から、コイルへの通電がオフされるときにストッパから可動部材の対向部が速やかに離れるように、ストッパには残留磁束が発生しないか、発生しても小さいこととが望ましい。

そこで請求項７に記載の発明によると、ストッパは焼入れ材または非磁性材により形成されている。磁性材であっても焼入れすることにより磁気特性は低下するので、焼入れ材でストッパを形成することにより、ストッパに発生する残留磁束を低減できる。また、非磁性材でストッパを形成することにより、ストッパに残留磁束が発生することを防止できる。このように、焼入れ材または非磁性材によりストッパを形成することにより、ストッパに発生する残留磁束を極力低減できる。その結果、コイルへの通電をオフしたときにストッパから可動部材が離れる応答性が向上する。また、焼き入れ材でストッパを形成すれば、ストッパの硬度を高めることができる。
請求項８に記載の発明によると、請求項１から７のいずれか一項に記載の電磁弁を採用しているので、高圧燃料ポンプを小型化できる。

本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による高圧燃料ポンプを図３に示す。高圧燃料ポンプ１０は、例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンのインジェクタに燃料を供給する燃料ポンプである。図３において、吸入室２００、連通路２０２、燃料ギャラリ２０４、加圧室２０６および吐出通路２０８は、流体通路としての燃料通路を構成している。

ポンプハウジング１２は、ステンレス等の鉄材により一体に形成されている。ディーゼルエンジンに高圧燃料ポンプ１０を使用する場合には、ステンレスではない鉄材でポンプハウジング１２を形成してもよい。ポンプハウジング１２はシリンダ１４を一体に形成している。
プランジャ２０は、ポンプハウジング１２のシリンダ１４に往復移動自在に支持されている。加圧室２０６は、プランジャ２０の往復移動方向の一端側に形成されている。プランジャ２０の外周面は、プランジャ２０のヘッド２２側とシリンダ１４側との間で、支持部材３０に支持されたオイルシール３１、３２によりシールされている。オイルシール３１、３２は、エンジン内から加圧室２０６へのオイルの侵入を防止し、かつ加圧室２０６からエンジン内への燃料漏れを防止する。プランジャ２０の他端側に形成されたヘッド２２は、スプリング座２４と結合している。スプリング座２４はスプリング２８の荷重によりタペット２６の底部内壁に押し付けられている。タペット２６の底部外壁が図示しないポンプカムの回転によりポンプカムと摺動することにより、プランジャ２０は往復移動する。

図示しない燃料入口から燃料が導入される吸入室２００は、ポンプハウジング１２に成形された凹部により形成されている。吸入室２００は、加圧室２０６に対してプランジャ２０の軸方向の反対側にプランジャ２０とほぼ同軸上に形成されており、加圧室２０６の径方向外側に広がっている。
吸入室２００はカバー４０に覆われており、カバー４０とポンプハウジング１２との間にはパルセーションダンパ４２が挟持されている。パルセーションダンパ４２は、吸入室２００の燃料圧力に応じて弾性変形し、燃料入口から吸入室２００に導入された燃料の圧力脈動を低減する。連通路２０２は、吸入室２００と電磁弁６０の燃料ギャラリ２０４とを連通している。

燃料出口である吐出部５０は、高圧配管とのジョイントとデリバリバルブとを兼ねている。吐出部５０には吐出通路２０８が形成されており、吐出通路２０８にボール５２およびスプリング５４が収容されている。加圧室２０６の圧力が所定圧以上になると、スプリング５４の荷重に抗してボール５２がリフトし、加圧室２０６の高圧燃料が吐出通路２０８を通り吐出部５０から吐出される。

電磁弁６０は、コイル８８への通電をオン、オフすることにより、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との連通を断続する。電磁弁６０は、コイル８８への通電タイミングを制御することにより燃料吐出量を調量する調量弁である。燃料ギャラリ２０４は、連通路２０２により吸入室２００と連通している。
図１に示すように、電磁弁６０のバルブボディ６２は、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との間でポンプハウジング１２に取り付けられている。バルブボディ６２に設けた弁座６３に後述する可動部材７０の弁部材７２が着座すると、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との連通が遮断される。スプリング座６６はバルブボディ６２内に取り付けられており、第２ばね部材としてのスプリング６８の一端を係止している。スプリング６８の他端は可動部材７０の弁部材７２に係止されている。スプリング６８は、弁部材７２が弁座６３に着座する閉弁方向に可動部材７０に荷重を加えている。スプリング座６６には、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６とを連通する燃料通孔６６ａが形成されている。

可動部材７０は、弁部材７２、ロッド７４および対向部７６からなる。ロッド７４および対向部７６は磁性材で一体成形されている。弁部材７２はロッド７４および対向部７６とは別体に形成されている。可動部材の構成によっては、可動部材を一体に形成してもよい。ロッド７４は非磁性材で形成されてもよく、その場合、磁性材で形成された対向部７６と非磁性材で形成されたロッド７４とは溶接等で結合されていることが望ましい。コイル８８に通電することにより固定コア８０の吸引部８１に可動部材７０の対向部７６が吸引されると、開弁方向である図１の左方向に対向部７６およびロッド７４が移動する。

円板状に形成されている弁部材７２の外周縁の一部は、弁部材７２が弁座６３から離座したときにバルブボディ６２と弁部材７２の外周縁との間を燃料が通過するように切欠７２ａが形成されている。後述するストッパ９０に往復移動方向に案内されている箇所のロッド７４の外周面は、ロッド７４とストッパ９０との間を燃料が通過するように、面取りが施されている。

対向部７６は、有底筒状に形成されており、底部でロッド７４と結合している。対向部７６のロッド７４周囲の外側底面は、固定コア８０の吸引部８１およびストッパ９０と向き合っている。対向部７６がストッパ９０に係止される面に、Ｃｒ等の耐摩耗性を有するめっき、またはコーティングを施してもよい。
第１ばね部材としてのスプリング７８は、弁部材７２が弁座６３から離れる開弁方向に可動部材７０に荷重を加えている。スプリング７８の加重をＦ１、スプリング６８の加重をＦ２とすると、Ｆ１＜Ｆ２に設定されている。スプリング６８とスプリング７８との荷重差により可動部材７０は弁部材７２が弁座６３に着座する方向に押されるので、可動部材７０にスプリング６８、７８以外の外力が働かない場合、弁部材７２は弁座６３に着座する。

固定コア８０は、磁気特性に優れるフェライト系鉄鋼材、またはマルテンサイト系鉄鋼材により形成されており、燃料ギャラリ２０４を覆うようにポンプハウジング１２に取り付けられている。固定コア８０とカップ状に形成されているヨーク８４との間には、固定コア８０とヨーク８４との間で磁束が短絡することを防止する筒状の非磁性部材８６が設置されている。対向部７６の外周側面と、ヨーク８４および非磁性部材８６の内周側面との間には、所定のサイドギャップ２１０（図３参照）が形成されている。コイル８８は、固定コア８０、ヨーク８４おおよび非磁性部材８６の外周に巻回されている。

ストッパ９０は、マルテンサイト系鉄鋼材等の焼入れ材、またはオーステナイト系鉄鋼材等の非磁性材にＣｒ等の耐摩耗性を有するめっきまたはコーティングを施したもので形成されている。そして、対向部７６を係止することによる摩耗を低減するために、ストッパ９０の硬度は固定コア８０の硬度よりも高くなっている。ストッパ９０は、固定コア８０の内周側に圧入等により取り付けられており、固定コア８０と軸方向に重なっている。ストッパ９０は、対向部７６側の大径部９２と、大径部９２よりも外径が小さく大径部９２の対向部７６と反対側に形成されている小径部９３とを有している。大径部９２と小径部９３との径差による段差が固定コア８０の内周壁に形成された段差８２に軸方向に押し当てられることにより、ストッパ９０は固定コア８０に対して軸方方向に位置決めされている。ストッパ９０は、固定コア８０に吸引される対向部７６を係止するとともに、ロッド７４を往復移動方向に案内する。

このように、ストッパ９０が軸方向端面で対向部７６を係止し、軸方向端面に連続する内周面でロッド７４を往復移動方向に案内するので、１回のチャックでストッパ９０の軸方向端面および内周面の両方を加工できる。
図２に示すように、ストッパ９０は、固定コア８０の吸引部８１よりも僅かに対向部７６側に突出している。この突出量により、ストッパ９０に対向部７６が係止されたときの対向部７６と固定コア８０とのギャップＧの大きさがが規定される。ストッパ９０が固定コア８０の段差８２に軸方向に押し当てられることにより、固定コア８０に対してストッパ９０を軸方向に容易に位置決めできるとともに、固定コア８０側から対向部７６側に突出するストッパ９０の突出量を高精度に調整できる。

次に、高圧燃料ポンプ１０の作動について説明する。
（１）吸入行程
プランジャ２０が下降し、加圧室２０６の圧力が低下すると、弁部材７２の燃料入口側である燃料ギャラリ２０４と燃料出口側である加圧室２０６とから弁部材７２が受ける差圧が変化する。そして、加圧室２０６の燃料圧力により弁部材７２が弁座６３に着座する方向に受ける力とスプリング６８の荷重との和が、吸入室２００側である燃料ギャラリ２０４の燃料圧力により弁部材７２が弁座６３から離座する方向に受ける力とスプリング７８の荷重との和よりも小さくなると、弁部材７２は弁座６３から離座する。これにより、吸入室２００から連通路２０２、燃料ギャラリ２０４を通り加圧室２０６に燃料が吸入される。可動部材７０のロッド７４および対向部７６は、スプリング７８の荷重によりスプリング座６６側に移動する。対向部７６がストッパ９０に係止されると、ロッド７４および対向部７６の移動は停止する。

そして、プランジャ２０が下死点に達する前の対向部７６がストッパ９０に係止されている状態でコイル８８への通電をオンする。対向部７６は僅かなギャップＧを介して固定コア８０の吸引部８１と向き合っているので、コイル８８に供給する電流値が小さくても、固定コア８０の吸引部８１と可動部材７０の対向部７６との間に大きな磁気吸引力が働く。したがって、コイル８８に供給する電流値が小さくても、対向部７６がストッパ９０に係止されている状態を保持できる。

（２）戻し行程
プランジャ２０が下死点から上死点に向かって上昇しても、コイル８８への通電はオンされた状態であり、可動部材７０の対向部７６と固定コア８０の吸引部８１との間に磁気吸引力が働いているので、対向部７６はストッパ９０に係止された位置に保持される。つまり、弁部材７２はロッド７４に遮られて弁座６３から離座した開弁位置に保持されるので、プランジャ２０の上昇にともない、加圧室２０６の燃料は燃料ギャラリ２０４から連通路２０２を通り、吸入室２００に戻される。

（３）加圧行程
戻し行程中にコイル８８への通電をオフすると、対向部７６と吸引部８１との間に磁気吸引力が働かなくなる。ストッパ９０をマルテンサイト系鉄鋼材等の焼入れ材で形成している場合は、コイル８８への通電をオフしてもストッパ９０に残留磁束は発生するが、焼き入れしない磁性材に比べてその磁束量は少ない。また、ストッパ９０をオーステナイト系鉄鋼材等の非磁性材で形成する場合は、ストッパ９０に残留磁束は発生しない。いずれの材質でストッパ９０を形成しても、ストッパ９０に発生する残留磁束を極力低減できるので、コイル８８への通電をオフすると、対向部７６は速やかに固定コア８０の吸引部８１から離れる。その結果、スプリング６８とスプリング７８との荷重差、ならびにプランジャ２０の上昇にともない加圧室２０６の燃料が燃料ギャラリ２０４から連通路２０２を通り吸入室２００に戻されるときの流体力により、弁部材７２は閉弁方向である図１の右方向に移動して弁座６３に着座するので、燃料ギャラリ２０４と加圧室２０６との連通は遮断される。この状態でプランジャ２０がさらに上死点に向けて上昇すると、加圧室２０６の燃料が加圧され燃料圧力が上昇する。そして、加圧室２０６の燃料圧力が所定圧以上になると、スプリング５４の付勢力に抗してボール５２がリフトする。これにより、加圧室２０６で加圧された燃料は吐出通路２０８を通り吐出部５０から吐出される。吐出部５０から吐出された燃料は、図示しない燃料レールに供給されて蓄圧され、燃料噴射弁に供給される。
上記（１）〜（３）の行程を繰り返すことにより、高圧燃料ポンプ１０は吸入した燃料を加圧して吐出する。燃料の吐出量は、電磁弁６０のコイル８８への通電タイミングを制御することにより調量される。

第１実施形態では、固定コア８０の内周側に固定コア８０と軸方向に重なってストッパ９０を取り付けたので、固定コア８０の吸引部８１の対向部７６側への軸方向投影上にストッパ９０は存在しない。その結果、電磁弁６０の軸長が短くなるので、高圧燃料ポンプ１０を小型化できる。

また、固定コア８０の内周側にストッパ９０を取り付けたので、固定コア８０とストッパ９０との軸心合わせが容易である。したがって、ストッパ９０と、ストッパ９０に軸方向に案内されるロッド７４との軸心合わせも容易である。その結果、ロッド７４の往復移動を妨げない範囲でロッド７４とストッパ９０との摺動クリアランスを極力小さくすることができるので、ストッパ９０に対するロッド７４の軸ずれを低減できる。さらに、対向部７６に近い位置のロッド７４がストッパ９０に往復移動方向に案内されている。この構成により、往復移動時の対向部７６の軸ずれを低減できるので、サイドギャップ２１０を小さくすることができる。その結果、ヨーク８４と対向部７６との間に流れる磁束量が増加するので、固定コア８０と対向部７６との間に働く磁気吸引力が増加する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図４および図５に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第２実施形態の電磁弁１００では、ストッパ１１０は固定コア１０２とヨーク８４との間で固定コア１０２の外周側に取り付けられている。ストッパ１１０は、固定コア１０２の外周壁に形成された段差１０３に軸方向に押し当てられて軸方向に位置決めされている。可動部材７０の対向部７６を係止するストッパ１１０の係止部１１２は、固定コア１０２の吸引部１０４から対向部７６側に僅かに突出している。

第２実施形態では、ヨーク８４と固定コア１０２との間にストッパ１１０が設置されているので、ヨーク８４と固定コア１０２との間で磁束が短絡することを防止するため、ストッパ１１０は、オーステナイト系鉄鋼材等の非磁性材にＣｒ等の耐摩耗性を有するめっきまたはコーティングを施したものを使用する。また、ストッパ１１０が固定コア１０２の外周側に取り付けられ、固定コア１０２がロッド７４を往復移動方向に案内するので、ロッド７４の外周面または固定コア１０２の内周面に耐摩耗性を有するめっき、またはコーティングを施すことが望ましい。

第２実施形態では、固定コア１０２の外周側に固定コア１０２と軸方向に重なってストッパ１１０を取り付けているので、固定コア１０２の吸引部１０４の対向部７６側への軸方向投影上にストッパ１１０が存在しない構成とすることができる。その結果、電磁弁６０の軸長が短くなるので、高圧燃料ポンプ１０を小型化できる。

（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、本発明の電磁弁を高圧燃料ポンプの調量弁に適用したが、これに限らず、流体通路を開閉する電磁弁として他の用途に適用してもよい。
また上記複数の実施形態では、加圧室２０６の吸入側の燃料通路を電磁弁が開閉して燃料吐出量を調量したが、電磁駆動式の調量弁の設置位置はこれに限るものではなく、高圧燃料ポンプの燃料入口と燃料出口との間の燃料通路であればどの位置に調量弁を設置してもよい。例えば、加圧室の吐出側の燃料通路に調量弁を設置して燃料を調量してもよい。

また上記複数の実施形態では、弁部材７２の燃料出口側である加圧室２０６の圧力が低下すると可動部材７０が開弁方向に移動する電磁弁の構成を採用したが、燃料入口側と燃料出口側との差圧が変化しても可動部材が移動しない電磁弁の構成を採用してもよい。
このように、本発明は、上記複数の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

第１実施形態による高圧燃料ポンプの電磁弁を示す断面図。 ストッパ周囲を示す拡大図。 第１実施形態の高圧燃料ポンプを示す断面図。 第２実施形態による高圧燃料ポンプの電磁弁を示す断面図。 ストッパ周囲を示す拡大図。

符号の説明

１０：高圧燃料ポンプ、１２：ポンプハウジング、１４：シリンダ、２０：プランジャ、５０：吐出部（燃料出口）、６０、１００：電磁弁（調量弁）、６８：スプリング（第２ばね部材）、７０：可動部材、７２：弁部材（可動部材）、７４：ロッド（可動部材）、７６：対向部（可動部材）、７８：スプリング（第１ばね部材）、８０、１０２：固定コア、８１、１０４：吸引部、８２、１０３：段差、９０、１１０：ストッパ、２００：吸入室（燃料通路、流体通路）、２０２：連通路（燃料通路、流体通路）、２０４：燃料ギャラリ（燃料通路、流体通路）、２０６：加圧室（燃料通路、流体通路）、２０８：吐出通路（燃料通路、流体通路）

Claims (8)

1. 固定コアと、
   軸方向に往復移動することにより流体通路を開閉し、前記固定コアと向き合っている対向部が前記固定コアに吸引されることにより往復移動方向の一方に移動する可動部材と、
   通電することにより前記固定コアと前記対向部との間に磁気吸引力を発生するコイルと、
   前記対向部と向き合って前記固定コアと軸方向に重なって設置され、前記固定コアに吸引される前記対向部を係止して前記可動部材の移動量を規制するストッパと、
   を備える電磁弁。
2. 前記ストッパは、前記固定コアの内周側に設置されており、前記ストッパの内周側に挿入された前記可動部材を往復移動方向に案内する請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記ストッパは前記固定コアの外周側に設置されている請求項１に記載の電磁弁。
4. 前記ストッパは、前記固定コアに設けた段差に軸方向に押し当てられて前記固定コアに取り付けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の電磁弁。
5. 前記可動部材に開弁方向の荷重Ｆ１を加える第１ばね部材と、前記可動部材に閉弁方向の荷重Ｆ２を加える第２ばね部材とをさらに備え、Ｆ１＜Ｆ２に設定されており、前記コイルに通電することにより前記固定コアに前記対向部が吸引される方向が開弁方向であり、前記流体通路の流体出口側の圧力が流体入口側の圧力に対して相対的に低下すると、前記荷重Ｆ２に抗して前記可動部材は開弁方向に移動する請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁弁。
6. 前記ストッパの硬度は前記固定コアの硬度よりも高い請求項１から５のいずれか一項に記載の電磁弁。
7. 前記ストッパは焼入れ材または非磁性材により形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の電磁弁。
8. 燃料入口から加圧室に吸入した燃料を加圧し、燃料出口から吐出する高圧燃料ポンプにおいて、
   往復移動することにより前記燃料入口から前記加圧室に吸入された燃料を加圧するプランジャと、
   前記燃料入口と前記燃料出口との間の燃料通路を開閉することにより燃料を調量する請求項１から７のいずれか一項に記載の電磁弁と、
   を備える高圧燃料ポンプ。
   
   
   
   

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