JP2007225081A - 電磁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁駆動装置の吸引時の応答性の向上を図る。
【解決手段】コイル３１の円柱状の空間にステータコア１８が挿入され、コイル３１の一端面およびステータコア１８の一端面に対向してプレート３３が配置された電磁駆動装置であって、ステータコア１８およびプレート３３の少なくとも一方は、ステータコア１８とプレート３３が対向する部位に、磁束の通過を抑制する逃がし穴３３１を備える。このようにすれば、洩れ磁束が減少し、磁束が無駄なく効率的に磁気回路中を流れるため、吸引時の応答性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気吸引力によりアーマチャを駆動する電磁駆動装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンの蓄圧式燃料噴射装置は、減速時に減圧弁を開弁させて蓄圧器内の高圧燃料を燃料タンクに排出し、蓄圧器内の圧力を目標値まで急速に低下させるようになっている。この減圧弁において、アーマチャを吸引するための電磁駆動装置は、磁気回路を形成するステータコアに収納穴を設け、アーマチャを反吸引向きに付勢するスプリングをその収納穴内に配置した構成になっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１８２６３８号公報

そして、蓄圧式燃料噴射装置の減圧弁は、減速時に蓄圧器内の圧力を速やかに低下させる必要から、開弁時の応答性の向上が望まれている。また、一般的な電磁弁の電磁駆動装置においても、同様に応答性の更なる向上が望まれている。

本発明は上記点に鑑みて、電磁駆動装置の吸引時の応答性の向上を図ることを目的とする。

本発明は、コイル（３１）の円柱状の空間にステータコア（１８）が挿入され、コイル（３１）の一端面およびステータコア（１８）の一端面に対向してプレート（３３）が配置された電磁駆動装置であって、ステータコア（１８）は、プレート（３３）に対向する部位に、磁束の通過を抑制する逃がし穴（１８２）を備えていることを特徴とする。

このようにすれば、洩れ磁束が減少し、磁束が無駄なく効率的に磁気回路中を流れるため、吸引時の応答性を向上させることができる。

この場合、逃がし穴（１８２）を非貫通穴とし、逃がし穴（１８２）の深さ（Ｄｅ）を、ステータコア（１８）側にアーマチャ（１３）が吸引されている状態でのステータコア（１８）とアーマチャ（１３）とのエアギャップ（Ｇ）よりも大きく設定することができる。

このようにすれば、逃がし穴（１８２）にて磁束の通過を確実に抑制することができ、吸引時の応答性を一層向上させることができる。

また、逃がし穴（１８２）の内径をｄｉ１、ステータコア（１８）に形成されたスプリング（１９）の収納穴（１８１）の内径をｄｉ２、ステータコア（１８）の外径をＤｉ２としたとき、０．６ｄｉ２≦ｄｉ１≦０．９Ｄｉ２とすることができる。

ここで、逃がし穴内径ｄｉ１が大き過ぎる場合は（ｄｉ１＞＞ｄｉ２、またはｄｉ１≒Ｄｉ２）、逃がし穴（１８２）の部分を除いてプレート（３３）とステータコア（１８）が対向する部分（ステータコア外径Ｄｉ２以下で、逃がし穴内径ｄｉ１以上の部分）の面積が減少し、プレート（３３）とステータコア（１８）間の磁路が絞られるため、流せる磁束が減少し、吸引力の低下と吸引時の応答性の悪化を招く。

これに対し、逃がし穴内径ｄｉ１を、０．６ｄｉ２≦ｄｉ１≦０．９Ｄｉ２に設定することより、洩れ磁束を減少させつつ磁路面積を確保して、吸引時の応答性を確実に向上させることができる。

本発明の第２の特徴では、コイル（３１）の円柱状の空間にステータコア（１８）が挿入され、コイル（３１）の一端面およびステータコア（１８）の一端面に対向してプレート（３３）が配置された電磁駆動装置であって、プレート（３３）は、ステータコア（１８）に対向する部位に、磁束の通過を抑制する逃がし穴（３３１）を備えていることを特徴とする。

このようにすれば、洩れ磁束が減少し、磁束が無駄なく効率的に磁気回路中を流れるため、吸引時の応答性を向上させることができる。

この場合においても、逃がし穴（１８２、３３１）を非貫通穴とし、逃がし穴（１８２、３３１）の深さ（Ｄｅ）を、ステータコア（１８）側にアーマチャ（１３）が吸引されている状態でのステータコア（１８）とアーマチャ（１３）とのエアギャップ（Ｇ）よりも大きく設定することができる。

また、この場合においても、逃がし穴（１８２、３３１）の内径をｄｉ１、ステータコア（１８）に形成されたスプリング（１９）の収納穴（１８１）の内径をｄｉ２、ステータコア（１８）の外径をＤｉ２としたとき、０．６ｄｉ２≦ｄｉ１≦０．９Ｄｉ２とすることができる。

本発明の第３の特徴では、ステータコアの筒部がコイル（３１）の円柱状の空間に挿入され、ステータコアの鍔部がコイル（３１）の一端面に対向配置された電磁駆動装置であって、ステータコアは、鍔部側における径方向中心部に、磁束の通過を抑制する逃がし穴を備えている。

このような構成では、洩れ磁束が減少し、磁束が無駄なく効率的に磁気回路中を流れるため、吸引時の応答性を向上させることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る電磁駆動装置を備える蓄圧式燃料噴射装置の全体構成を示す図である。この燃料噴射装置は、高圧燃料が蓄圧される略円筒状の蓄圧器１を備えており、蓄圧器１には、図示しない内燃機関（より詳細には、ディーゼルエンジン）の各気筒毎に設けられる複数の燃料噴射弁２が接続され、蓄圧器１内に蓄圧される高圧燃料が各燃料噴射弁２から対応する気筒に噴射されるようになっている。燃料噴射弁２の開弁時期および開弁時間は、図示しない電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）によって制御される。

ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶された各種処理を順に実行する。そして、ＥＣＵには、エンジン回転数や図示しないアクセルペダルの踏み込み量等の情報が入力され、ＥＣＵは、それらの情報に基づいて、燃料噴射弁２や、後述する圧送量制御弁７、減圧弁９の作動を制御する。

蓄圧器１内には、燃料ポンプ３から圧送される高圧燃料が、燃料の噴射圧力に相当する所定圧で蓄圧される。燃料ポンプ３としては、公知の構造の可変吐出量高圧ポンプが用いられ、低圧部としての燃料タンク４からフィードポンプ５を経て吸入される低圧燃料を高圧に加圧する。ＥＣＵは、蓄圧器１に設けた圧力センサ６からの信号を基に燃料ポンプ３に設けた圧送量制御弁７を駆動して、噴射圧力が負荷や回転数に応じて定めた所定値となるように圧送量を制御する。

蓄圧器１は、排出流路を構成するリークパイプ８を介して燃料タンク４に接続されている。また、蓄圧器１における長手方向の一端側には、排出流路を開閉する減圧弁９が装着されている。減圧弁９は、ＥＣＵによって内燃機関の運転状態に応じて制御され、開弁時に蓄圧器１内の高圧燃料を排出流路を介して燃料タンク４に戻すことにより、蓄圧器１の圧力を目標値まで低減するものである。

次に、減圧弁９について図２〜図４に基づいて説明する。図２は減圧弁９の構成を示す断面図、図３は減圧弁９を分解して示す断面図、図４は減圧弁９を蓄圧器１に装着した状態を示す断面図である。

減圧弁９は、排出通路を開閉する弁体１１を含む弁部ユニット１０と、コイル３１に通電されたときに弁体１１を開弁方向に吸引するコイルユニット３０とに分割可能に構成されている（図３参照）。

まず、弁部ユニット１０について説明する。弁部ユニット１０は、蓄圧器１に締結される磁性体金属製の筒状のバルブボデー１２を備えている。このバルブボデー１２の内部には、弁体１１およびアーマチャ１３が収納される円柱状の第１空間１２１と、コイルユニット３０のコイル３１が収納される円柱状の第２空間１２２とが、軸方向に連続して形成されている。

第１空間１２１には、弁体１１を摺動自在に支持する円筒状のガイド１４が挿入されている。なお、アーマチャ１３は磁性体金属よりなり、弁体１１とアーマチャ１３は、圧入もしくは溶接により接合されている。また、ガイド１４とバルブボデー１２とによって弁体１１とアーマチャ１３が保持される構成になっている。

バルブボデー１２における第１空間１２１の端部には、バルブシート１５がかしめまたは圧入により固定されている。そして、第１空間１２１は、バルブシート１５に形成された貫通穴１５１によって蓄圧器１の内部に接続されている。また、第１空間１２１は、ガイド１４に形成された貫通穴１４１およびバルブボデー１２に形成された貫通穴１２３を介して蓄圧器１の貫通穴１ａに接続されている。さらに、排出流路を構成する蓄圧器１の貫通穴１ａは、リークパイプ８に接続されている。

バルブボデー１２の外周面には、蓄圧器１の雌ねじ１ｂに螺合される第１雄ねじ１２４、貫通穴１２３と第１雄ねじ１２４との間に位置して、Ｏリング等のシール部材１６が挿入される環状の溝１２５、蓄圧器１の外に位置する六角部１２６、バルブボデー１２の端部に位置して、後述するリテーニングナット３４が螺合される第２雄ねじ１２７が形成されている。

第１空間１２１と第２空間１２２の境界部には、非磁性金属製の環状の接合部材１７が配置され、第２空間１２２内には、磁性体金属製のステータコア１８がアーマチャ１３と対向して配置されている。そして、バルブボデー１２と接合部材１７は、溶接またはろう付け等で気密的に接合され、ステータコア１８と接合部材１７も、溶接またはろう付け等で気密的に接合されている。換言すると、第１空間１２１と第２空間１２２は、ステータコア１８と接合部材１７とによって気密的に分離されている。

ステータコア１８は、収納穴１８１を有する有底円筒状であり、収納穴１８１内に配置されたスプリング１９により、弁体１１およびアーマチャ１３がバルブシート１５側に付勢されている。

次に、コイルユニット３０について説明する。コイルユニット３０は、コイル３１、コネクタ３２、プレート３３、およびリテーニングナット３４からなる。コイル３１とコネクタ３２は、プレート３３を挟んだ状態で、またプレート３３の外縁部分を露出させた状態で、さらには、コネクタ３２のターミナル３２１とコイル３１のワイヤとを接続した状態で、樹脂モールドにより一体化されている。

通電時に磁界を形成するコイル３１は円筒状に形成されており、中心部に形成された円柱状の空間にステータコア１８が挿入されている。

プレート３３は、磁性金属製で円板形状に形成されるとともに、コイル３１の一端面、バルブボデー１２の一端面およびステータコア１８の一端面に対向して配置され、バルブボデー１２やステータコア１８、アーマチャ１３とともに磁気回路を形成する。

また、プレート３３には、ステータコア１８と対向する部位に、円柱状の非貫通の逃がし穴３３１が形成されている。この逃がし穴３３１が設けられた部位では、ステータコア１８からプレート３３への磁束の通過が抑制される。

締結手段としてのリテーニングナット３４は、雌ねじ３４１が形成された円筒部３４２と、円筒部３４２の一端から径方向内側に向かって延びる鍔部３４３とを備えている。リテーニングナット３４は、コイル３１とコネクタ３２とプレート３３が一体化された後に、その一体化されたコイル３１等の部材にプレート３３の外縁部分を抱え込む状態で装着される。

次に、減圧弁９を蓄圧器１に組付ける手順を説明する。まず、弁部ユニット１０とコイルユニット３０を仮組みする。具体的には、バルブボデー１２の端面とリテーニングナット３４の鍔部３４３との間にプレート３３の外縁部分を挟持した状態で、バルブボデー１２の第２雄ねじ１２７とリテーニングナット３４の雌ねじ３４１を螺合させて、弁部ユニット１０とコイルユニット３０を一体化する（図２参照）。

次に、蓄圧器１の雌ねじ１ｂにバルブボデー１２の第１雄ねじ１２４を締付けて、蓄圧器１に減圧弁９を締結する。これにより、バルブシート１５の先端面１５２が蓄圧器１の端面シール部１ｃに軸力により押し付けられて、先端面１５２と端面シール部１ｃとの間がシールされる。また、シール部材１６が蓄圧器１の内周面シール部１ｄに接して、バルブボデー１２と蓄圧器１との間からの燃料の外部洩れが防止される。

その後、リテーニングナット３４を緩めて、蓄圧器１に対するコネクタ３２の向きを調整し、再度リテーニングナット３４を締め付けることにより、蓄圧器１への減圧弁９の組付けが完了する。

尚、上記の例では、弁部ユニット１０とコイルユニット３０を仮組みした後に蓄圧器１に組付けたが、弁部ユニット１０とコイルユニット３０を仮組みせずに、弁部ユニット１０のみを蓄圧器１に組付け、その後、コイルユニット３０を弁部ユニット１０に組付けても良い。

上記構成になる蓄圧式燃料噴射装置は、内燃機関の減速時以外は、減圧弁９のコイル３１への通電が断たれており、スプリング１９によって弁体１１およびアーマチャ１３がバルブシート１５側に付勢され、弁体１１がバルブシート１５に当接してバルブシート１５の貫通穴１５１が閉じられ、排出流路が遮断されている。

一方、アクセルペダルの踏み込み量が急激に減少した場合、すなわち内燃機関の減速時には、ＥＣＵが減圧弁９を開弁させ、これにより、蓄圧器１内の高圧燃料を燃料タンク４に排出し、蓄圧器１内の圧力を目標値まで急速に低下させる。

具体的には、コネクタ３２のターミナル３２１からコイル３１に電流を流すことによりコイル３１の周りに磁束が発生し、ステータコア１８とアーマチャ１３との間に吸引力が発生することにより、スプリング１９のばね力に抗して弁体１１およびアーマチャ１３がステータコア１８側に向かって変位する。これにより、弁体１１がバルブシート１５から離れてバルブシート１５の貫通穴１５１が開かれ、蓄圧器１内の高圧燃料が、バルブシート１５の貫通穴１５１、ガイド１４の貫通穴１４１、バルブボデー１２の貫通穴１２３、蓄圧器１の貫通穴１ａ、およびリークパイプ８を介して燃料タンク４に排出される。

ここで、逃がし穴３３１が設けられた部位では、ステータコア１８からプレート３３への磁束の通過が抑制されるため、洩れ磁束が減少し、磁束が無駄なく効率的に磁気回路中を流れて、弁体１１およびアーマチャ１３がステータコア１８側に吸引される時の応答性（すなわち開弁応答性）が向上する。

また、逃がし穴３３１の深さＤｅを、弁体１１およびアーマチャ１３がステータコア１８側に吸引されている状態でのアーマチャ１３とステータコア１８とのエアギャップＧよりも大きく設定することにより、逃がし穴３３１にて磁束の通過を確実に抑制して、開弁応答性を一層向上させることができる。

図５は、逃がし穴３３１の内径ｄｉ１をパラメータとして、本実施形態の減圧弁９の開弁応答性を評価した結果を示すものである。因みに逃がし穴３３１の深さＤｅは、０．５ｍｍとした。また、収納穴１８１の内径をｄｉ２、ステータコア１８の外径をＤｉ２とすると、ｄｉ２≒０．５Ｄｉ２とした。

図５に示すように、逃がし穴３３１を設けていない試験品（すなわち、ｄｉ１＝０で、図５中に黒丸マークで結果を表示）を基準にすると、開弁応答性向上は最大で０．２５ｍｓ向上した。

また、逃がし穴内径ｄｉ１が大き過ぎる場合は（ｄｉ１＞＞ｄｉ２、またはｄｉ１≒Ｄｉ２）、逃がし穴３３１の部分を除いてプレート３３とステータコア１８が対向する部分（ステータコア外径Ｄｉ２以下で、逃がし穴内径ｄｉ１以上の部分）の面積が減少し、プレート３３とステータコア１８間の磁路が絞られるため、流せる磁束が減少し、吸引力の低下と開弁応答性の悪化を招く。そして、図５に示すように、逃がし穴内径ｄｉ１を、０．６ｄｉ２≦ｄｉ１≦０．９Ｄｉ２に設定した場合には、洩れ磁束を減少させつつ磁路面積を確保して、開弁応答性を確実に向上させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図６は本発明の第２実施形態に係る電磁駆動装置を備える減圧弁の断面図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第１実施形態では、プレート３３に逃がし穴３３１を設けたが、本実施形態では、ステータコア１８に逃がし穴を設けている。具体的には、図６に示すように、ステータコア１８におけるプレート３３と対向する部位に、円柱状の非貫通の逃がし穴１８２を設けている。

そして、逃がし穴１８２が設けられた部位では、ステータコア１８からプレート３３への磁束の通過が抑制されるため、洩れ磁束が減少し、磁束が無駄なく効率的に磁気回路中を流れて、弁体１１およびアーマチャ１３がステータコア１８側に吸引される時の応答性が向上する。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、逃がし穴をステータコア１８およびプレート３３の一方に設けたが、逃がし穴をステータコア１８およびプレート３３の両方に設けてもよい。

上記第１実施形態では、逃がし穴１３３をプレート３３の一方の面にのみ設けたが、逃がし穴１３３をプレート３３の両方の面に設けるとともに、プレート１３３がその厚さ方向の一端側と他端側で対称形状となるようにしてもよい。

上記第１実施形態では、プレート３３に設けられた逃がし穴１３３を非貫通穴としたが、逃がし穴１３３を貫通穴としてもよい。

上記各実施形態におけるステータコア１８とプレート３３を一体化したものを、ステータコアとして用いてもよい。具体的には、そのステータコアは、ステータコア１８部分に相当する円筒状の筒部と、プレート３３部分に相当する鍔状の鍔部とを備え、コイル３１の中心部に形成された円柱状の空間に筒部が挿入され、コイル３１の一端面に対向して鍔部が配置されて、バルブボデー１２とともに磁気回路を形成する。そして、鍔部側における径方向中心部に逃がし穴を設ける。

本発明の第１実施形態に係る電磁駆動装置を備える蓄圧式燃料噴射装置の全体構成を示す図である。 図１の減圧弁９の構成を示す断面図である。 図２の減圧弁９を分解して示す断面図である。 図２の減圧弁９を蓄圧器１に装着した状態を示す断面図である。 図１の減圧弁９の開弁応答性を評価した結果を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る減圧弁の構成を示す断面図である。

符号の説明

１８…ステータコア、３１…コイル、３３…プレート、１８２、３３１…逃がし穴。

Claims (8)

1. 中心部に円柱状の空間を有するともに、通電時に磁界を形成する筒状のコイル（３１）と、
   前記円柱状の空間に挿入されて磁気回路を形成するステータコア（１８）と、
   前記コイル（３１）の一端面および前記ステータコア（１８）の一端面に対向配置されて磁気回路を形成するプレート（３３）とを備え、
   前記ステータコア（１８）の他端面側に配置されたアーマチャ（１３）を磁気吸引力により駆動する電磁駆動装置であって、
   前記ステータコア（１８）は、前記プレート（３３）に対向する部位に、磁束の通過を抑制する逃がし穴（１８２）を備えていることを特徴とする電磁駆動装置。
2. 中心部に円柱状の空間を有するともに、通電時に磁界を形成する筒状のコイル（３１）と、
   前記円柱状の空間に挿入されて磁気回路を形成するステータコア（１８）と、
   前記コイル（３１）の一端面および前記ステータコア（１８）の一端面に対向配置されて磁気回路を形成するプレート（３３）とを備え、
   前記ステータコア（１８）の他端面側に配置されたアーマチャ（１３）を磁気吸引力により駆動する電磁駆動装置であって、
   前記プレート（３３）は、前記ステータコア（１８）に対向する部位に、磁束の通過を抑制する逃がし穴（３３１）を備えていることを特徴とする電磁駆動装置。
3. 前記ステータコア（１８）は、前記プレート（３３）に対向する部位に、磁束の通過を抑制する逃がし穴（１８２）を備えていることを特徴とする請求項２に記載の電磁駆動装置。
4. 前記逃がし穴（３３１）は、前記プレート（３３）の両面に設けられ、
   前記プレート（３３）は、その厚さ方向の一端側と他端側が対称形状とされていることを特徴とする請求項２または３に記載の電磁駆動装置。
5. 前記プレート（３３）に設けられ前記逃がし穴（３３１）は貫通穴であることを特徴とする請求項２または３に記載の電磁駆動装置。
6. 前記逃がし穴（１８２、３３１）は非貫通穴であり、
   前記逃がし穴（１８２、３３１）の深さ（Ｄｅ）は、前記ステータコア（１８）側に前記アーマチャ（１３）が吸引されている状態での前記ステータコア（１８）と前記アーマチャ（１３）とのエアギャップ（Ｇ）よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の電磁駆動装置。
7. 前記アーマチャ（１３）を反吸引向きに付勢するスプリング（１９）が、前記ステータコア（１８）に形成された収納穴（１８１）内に配置され、
   前記逃がし穴（１８２、３３１）の内径をｄｉ１、前記収納穴（１８１）の内径をｄｉ２、前記ステータコア（１８）の外径をＤｉ２としたとき、０．６ｄｉ２≦ｄｉ１≦０．９Ｄｉ２であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の電磁駆動装置。
8. 中心部に円柱状の空間を有するともに、通電時に磁界を形成する筒状のコイル（３１）と、
   筒部が前記円柱状の空間に挿入されるとともに鍔部が前記コイル（３１）の一端面に対向配置されて磁気回路を形成するステータコアとを備え、
   前記ステータコアにおける反鍔部側に配置されたアーマチャ（１３）を磁気吸引力により駆動する電磁駆動装置であって、
   前記ステータコアは、前記鍔部側における径方向中心部に、磁束の通過を抑制する逃がし穴を備えていることを特徴とする電磁駆動装置。

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