JP2010174968A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体とストッパとのリンキングと、動圧による弁体の自閉とを防止しつつ、弁体の強度を向上する。
【解決手段】外部空間と連通する流体通路３１ａが形成された流体通路形成部材３１と、流体通路に配置され、流体通路を開閉する弁体３５と、弁体に対して開弁方向に弾性力を作用させるスプリングと、弁体をスプリングの弾性力に抗して閉弁方向に駆動する駆動部と、弁体よりも開弁方向側に配置され、弁体と面接触することで弁体の開弁位置を規定するストッパ３６とを備え、弁体は、開弁方向が流体通路から外部空間に向かう方向であるように構成されており、ストッパのうち弁体と面接触する接触面３６ｂには、接触面と平行に延びる凹部３６ｃが形成され、凹部は、弁体がストッパと面接触している時に弁体とストッパとの間に流体を導く流体導入通路を構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体通路を開閉する電磁弁に関し、流体を吸入・吐出するポンプに用いて好適である。

従来、この種の電磁弁が特許文献１、２に記載されている。特許文献１の従来技術における電磁弁は、プランジャ室と低圧部とを連通する低圧通路を弁体によって開閉するものであり、プランジャ室から低圧通路に向かって流れる流体の動圧が弁体に対して閉弁方向に作用するように構成されている。弁体は、その先端面がストッパと面接触することで開弁位置が規定されるようになっている。

そして、特許文献１には、ストッパの中心部に、プランジャ室と低圧通路とを連通する貫通孔が形成されていることが図示されている。この貫通孔は、開弁時に弁体とストッパとの間にプランジャ室の流体を導く流体導入通路としての役割を果たしている。

すなわち、開弁時に弁体とストッパとの間にプランジャ室の流体を導くことによって、弁体とストッパとの間に真空状態が形成されることを防止して弁体とストッパとの密着（リンキング）を防止する。

特許文献２の従来技術における電磁弁は、高圧の流入部と低圧の流出部間を弁体（バルブ）によって開閉するものであり、流入部の高圧の圧力が弁体に対して閉弁方向に作用するように構成されている。弁体は、その先端面がストッパと面接触することで開弁位置が規定されるようになっている。

そして、弁体の先端面に凹部を形成するとともに、凹部と低圧の流出部とを連通する連通路を弁体に形成することによって、弁体とストッパとの間に真空状態が形成されることを防止して弁体とストッパとの密着（リンキング）を防止するようになっている。

特開２００８−１０６６２０号公報 特開平９−３２４７２０号公報

上記特許文献１の従来技術では、開弁時には、プランジャ室の流体の動圧がストッパの貫通孔を介して弁体の先端面に作用する。すなわち、開弁時にプランジャ室の流体の動圧が弁体に対して閉弁方向に作用する。

このように開弁時にプランジャ室の流体の動圧が弁体に対して閉弁方向に作用する電磁弁を近年の内燃機関用燃料噴射装置のポンプに用いる場合には、以下のような懸念がある。

近年、圧縮着火式内燃機関においては、燃料噴射圧の高圧化要求が強まっている。それに伴い、インジェクタからの燃料リークが増加するため必要吐出量が高くなり、燃料噴射ポンプのカムリフトも大きくなってきている。

カムリフトが大となると、燃料送油率も大となり、高速回転になるとプランジャ室内の動圧も大となり、動圧により電磁弁の弁体が自閉しやすくなる。そして、電磁弁の弁体が自閉した場合、ポンプの吐出量を増やすことができなくなってしまうという懸念がある。

この点、上記特許文献２の従来技術では、開弁時に弁体の先端面に低圧の流出部の圧力を作用させることでリンキングを防止するので、開弁時に弁体の先端面に流入部の流体の動圧が作用することを抑制できる。このため、特許文献１の従来技術のごとく開弁時に弁体の先端面にプランジャ室の流体の動圧が作用するものと比較して、流体の動圧により弁体が自閉することを抑制できる。

しかしながら、上記特許文献２の従来技術では、弁体に凹部と連通路とを形成しているので弁体の強度低下を招いてしまう。

特に、上記特許文献２の従来技術の電磁弁を圧縮着火式内燃機関の燃料噴射装置のポンプに用いる場合には、燃料噴射圧がかなり高圧になることから弁体に数百ｋＮもの力が作用することとなるので、弁体の強度低下は実用上大きな問題となる。

本発明は上記点に鑑みて、弁体とストッパとのリンキングと、動圧による弁体の自閉とを防止しつつ、弁体の強度を向上することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、外部空間（１５）と連通する流体通路（３１ａ）が形成された流体通路形成部材（３１）と、
流体通路（３１ａ）に配置され、流体通路（３１ａ）を開閉する弁体（３５）と、
弁体（３５）に対して開弁方向に弾性力を作用させるスプリング（３４）と、
弁体（３５）をスプリング（３４）の弾性力に抗して閉弁方向に駆動する駆動部（３２、３３）と、
弁体（３５）よりも開弁方向側に配置され、弁体（３５）と面接触することで弁体（３５）の開弁位置を規定するストッパ（３６）とを備え、
弁体（３５）は、開弁方向が流体通路（３１ａ）から外部空間（１５）に向かう方向であるように構成されており、
ストッパ（３６）のうち弁体（３５）と面接触する接触面（３６ｂ）には、接触面（３６ｂ）と平行に延びる凹部（３６ｃ）が形成され、
凹部（３６ｃ）は、弁体（３５）がストッパ（３６）と面接触している時に弁体（３５）とストッパ（３６）との間に流体を導く流体導入通路を構成することを特徴とする。

これによると、弁体（３５）がストッパ（３６）と面接触している開弁時に、流体導入通路によって弁体（３５）とストッパ（３６）との間に流体が導かれるので、弁体（３５）とストッパ（３６）との間に真空状態が形成されることを防止して弁体（３５）とストッパ（３６）との密着（リンキング）を防止することができる。

また、流体導入通路を構成する凹部（３６ｃ）は、ストッパ（３６）のうち弁体（３５）との接触面（３６ｂ）と平行に延びているので、弁体（３５）とストッパ（３６）との間に導かれる流体の動圧が弁体（３５）に対して閉弁方向に作用することを抑制できる。このため、動圧により弁体（３５）が自閉することを抑制できる。

そして、凹部（３６ｃ）はストッパ（３６）に形成されているので、上記従来技術のごとく弁体に凹部等が形成されている場合と比較して、弁体の強度を向上することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電磁弁において、凹部（３６ｃ）は、多数本の溝状に形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の電磁弁において、凹部（３６ｃ）は、レーザー加工によって形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の電磁弁において、凹部（３６ｃ）は、十字溝状に形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、請求項１に記載の電磁弁において、凹部（３６ｃ）は、平面円形状に形成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明では、請求項２ないし５のいずれか１つに記載の電磁弁において、流体通路形成部材（３１）にはシート部（３１ｂ）が形成されており、
弁体（３５）には、シート部（３１ｂ）と接離するシート面（３５ｂ）が形成されており、
流体通路（３１ａ）のうちシート部（３１ｂ）とストッパ（３６）との間の部位は、弁体（３５）の外径よりも大きな内径を有する拡大通路部（３１ｃ）を構成しており、
ストッパ（３６）は、拡大通路部（３１ｃ）を塞ぐように流体通路形成部材（３１）に配置されており、
ストッパ（３６）のうち接触面（３６ｂ）を除く残余の部位には、開弁時および閉弁時の両方において拡大通路部（３１ｃ）と外部空間（１５）とを連通する連通孔（３６ａ）が接触面（３６ｂ）と直交する方向に延びて形成されており、
凹部（３６ｃ）は、連通孔（３６ａ）と繋がって形成されていることを特徴とする。

これにより、弁体（３５）がストッパ（３６）と面接触している時に、弁体（３５）とストッパ（３６）との間に流体を良好に導くことができる。

なお、この欄および特許請求の範囲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。

本発明の第１実施形態におけるポンプの断面図である。 図１の電磁弁の断面図である。 （ａ）は図２の要部の模式的な拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のストッパの平面図である。 （ａ）は第２実施形態における電磁弁の要部の模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）のストッパの平面図である。 （ａ）は第３実施形態における電磁弁の要部の模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）のストッパの平面図である。

（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は本実施形態に係るポンプを示す断面図、図２は図１の電磁弁単体を示す断面図である。

本実施形態に係るポンプは、圧縮着火式内燃機関に燃料を噴射するための燃料噴射装置において、高圧の燃料を蓄えるコモンレールに高圧の燃料を供給する燃料供給ポンプとして用いられる。

図１、図２において、ポンプハウジング１０には、その下端側に位置するカム室１０ａと、このカム室１０ａからポンプハウジング１０の上方に向かって延びる円柱状の摺動子挿入孔１０ｂと、この摺動子挿入孔１０ｂからポンプハウジング１０の上端面まで延びる円柱状のシリンダ挿入孔１０ｃとが形成されている。

カム室１０ａには、図示しない圧縮着火式内燃機関（以下、内燃機関という）にて駆動されるカム軸１１が配置され、このカム軸１１はポンプハウジング１０に回転自在に支持されている。また、カム軸１１にはカム１２が形成されている。

シリンダ挿入孔１０ｃには、シリンダ挿入孔１０ｃを塞ぐようにしてシリンダ１３が取り付けられている。このシリンダ１３には、円柱状のプランジャ挿入穴１３ａが形成されており、このプランジャ挿入穴１３ａに、円柱状のプランジャ１４が往復動自在に挿入されている。そして、このプランジャ１４の上端面とシリンダ１３の内周面とによりプランジャ室１５が形成されている。なお、プランジャ室１５は、本発明における外部空間に該当するものである。

プランジャ１４の下端にシート１４ａが連結されており、このシート１４ａはスプリング１６によって摺動子１７に押し付けられている。この摺動子１７は、円筒状に形成されており、摺動子挿入孔１０ｂに往復動自在に挿入されている。

摺動子１７にはカムローラ１８が回転自在に取り付けられており、このカムローラ１８はカム１２に当接している。そして、カム軸１１の回転によりカム１２が回転すると、シート１４ａ、摺動子１７およびカムローラ１８とともに、プランジャ１４が往復駆動されるようになっている。

シリンダ１３とポンプハウジング１０との間には、低圧部としての燃料溜り１９が形成されている。この燃料溜り１９には、図示しない低圧供給ポンプから吐出される低圧の燃料が、図示しない低圧燃料配管を介して供給されるようになっている。また、燃料溜り１９は、シリンダ１３に形成された低圧連通路１３ｂ、および後述する電磁弁３０内の低圧通路３１ａを介して、プランジャ室１５に連通されている。

シリンダ１３には、プランジャ室１５に常時連通する高圧連通路１３ｃが形成されている。そして、プランジャ室１５は、この高圧連通路１３ｃ、吐出弁２０、および図示しない高圧燃料配管を介して図示しないコモンレールに接続されている。高圧連通路１３ｃおよび高圧燃料配管は、高圧燃料供給経路を構成している。

吐出弁２０は、高圧連通路１３ｃの下流側においてシリンダ１３に取り付けられている。この吐出弁２０は、高圧燃料供給経路を開閉する弁体２０ａと、この弁体２０ａを閉弁方向に付勢するスプリング２０ｂとを備えている。そして、プランジャ室１５で加圧された燃料は、スプリング２０ｂの付勢力に抗して弁体２０ａを開弁向きに移動させ、コモンレールに圧送されるようになっている。

電磁弁３０は、プランジャ１４の上端面に対向した位置において、外部空間であるプランジャ室１５を閉塞するようにしてシリンダ１３に螺合固定されている。

電磁弁３０はボディ３１を備えており、このボディ３１には、一端がプランジャ室１５に連通し他端が低圧連通路１３ｂに連通する低圧通路３１ａと、この低圧通路３１ａ中に配置されたシート部３１ｂとが形成されている。低圧通路３１ａは、プランジャ室１５と連通する流体通路を構成し、ボディ３１は、流体通路を形成する流体通路形成部材を構成している。

電磁弁３０は、通電時に吸引力を発生するソレノイド３２、ソレノイド３２により吸引されるアーマチャ３３、このアーマチャ３３を反吸引側に向かって付勢するスプリング３４、アーマチャ３３と一体に移動してシート部３１ｂに接離することにより低圧通路３１ａを開閉する弁体３５、この弁体３５と面接触することで弁体３５の開弁時の位置を規制するストッパ３６とを有している。

すなわち、スプリング３４は、弁体３５に対して開弁方向に弾性力を作用させる。ソレノイド３２およびアーマチャ３３は、弁体３５をスプリング３４の弾性力に抗して閉弁方向に駆動する駆動する駆動部を構成している。

弁体３５には、プランジャ室１５から低圧通路３１ａに向かって流れる燃料（流体）の動圧（以下、溢流時の動圧という）が閉弁方向に作用するようになっている。また、弁体３５には、ストッパ３６と面接触する先端面３５ａと、ボディ３１のシート部３１ｂと接離するシート面３５ｂとが形成されている。

低圧通路３１ａのうちシート部３１ｂとストッパ３６との間の部位は、弁体３５の外径よりも大きな内径を有する拡大通路部３１ｃを構成している。

ストッパ３６は、弁体３５よりも開弁方向側（図２では下方側）に配置されており、電磁弁３０とシリンダ１３とに挟持されている。換言すれば、ストッパ３６は、低圧通路３１ａを塞ぐようにボディ３１に配置されている。

ストッパ３６には、拡大通路部３１ｃとプランジャ室１５とを連通させる連通孔３６ａが多数個（本例では４個）形成されている。本例では図３（ｂ）に示すように、連通孔３６ａが４個形成されている。

ストッパ３６には、弁体３５と面接触する接触面３６ｂが形成されている。図３の例では、接触面３６ｂは、ストッパ３６のうちボディ３１側の端面の中央部に形成されている。連通孔３６ａは、ストッパ３６のうち接触面３６ｂを除く残余の部位、すなわち接触面３６ｂの外周側に配置されている。したがって、連通孔３６ａは開弁時および閉弁時の両方において低圧通路３１ａとプランジャ室１５とを連通させることができる。

そして、ストッパ３６の接触面３６ｂには、プランジャ室１５と連通する凹部３６ｃが接触面３６ｂと平行に延びて形成されている。本例では、凹部３６ｃは多数本の溝状に形成されている。このような多数本の溝状の凹部３６ｃは、レーザー加工によって形成することができる。

凹部３６ｃは接触面３６ｂよりも外周側まで延びて形成されている。本例では、凹部３６ｃは、連通孔３６ａと繋がって形成されている。また、本例では、凹部３６ｃは、ストッパ３６のうちボディ３１側の端面の縁部よりも若干内側まで形成されている。

上記構成における作動を説明する。まず、電磁弁３０のソレノイド３２に通電されていないときには、弁体３５はスプリング３４の付勢力（弾性力）により開弁位置に移動されている。すなわち、弁体３５のシート面３５ｂがボディ３１のシート部３１ｂから離れており、低圧通路３１ａが開かれている。

そして、低圧通路３１ａが開かれている状態でプランジャ１４が下降するときには、低圧供給ポンプから吐出される低圧の燃料が、燃料溜り１９、低圧連通路１３ｂ、および低圧通路３１ａを介して、プランジャ室１５に供給される。

次いで、プランジャ１４が上昇し始めると、プランジャ１４はプランジャ室１５内の燃料を加圧しようとする。しかし、プランジャ１４の上昇開始初期においては、電磁弁３０に通電されておらず、低圧通路３１ａが開かれているため、プランジャ室１５内の燃料は、低圧通路３１ａおよび低圧連通路１３ｂを介して燃料溜り１９側に溢流し、加圧されない。

このプランジャ室１５内の燃料の溢流中に電磁弁３０に通電されると、アーマチャ３３および弁体３５がスプリング３４の付勢力に抗して吸引され、弁体３５のシート面３５ｂがボディ３１のシート部３１ｂに着座して低圧通路３１ａが閉塞される。これにより、燃料溜り１９側への燃料の溢流が停止されて、プランジャ１４によるプランジャ室１５内の燃料の加圧が開始される。そして、プランジャ室１５内の燃料圧力により吐出弁２０が開弁され、燃料がコモンレールに圧送される。

本実施形態では、ストッパ３６の接触面３６ｂに凹部３６ｃが形成されているので、弁体３５がストッパ３６と面接触している開弁時に弁体３５とストッパ３６との間に燃料が導かれることとなる。換言すれば、凹部３６ｃは、弁体３５がストッパ３６と面接触している時に弁体３５とストッパ３６との間に燃料（流体）を導く燃料導入通路（流体導入通路）を構成する。このため、弁体３５とストッパ３６との間に真空状態が形成されることを防止できるので、弁体３５とストッパ３６との密着（リンキング）を防止することができる。

また、凹部３６ｃは接触面３６ｂと平行に延びているので、溢流時の動圧が弁体３５に対して閉弁方向に作用することを抑制できる。このため、溢流時に弁体３５に対して自閉する向きの力が作用することを抑制できるので、溢流時の動圧により弁体３５が自閉することを抑制できる。

そして、凹部３６ｃをストッパ３６に形成しているので、弁体３５にリンキング防止用の凹部等を形成する必要がない。このため、弁体３５にリンキング防止用の凹部等を形成することによって弁体３５の強度が低下することを回避できる。換言すれば、弁体３５の強度を向上することができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、凹部３６ｃが溝状に形成されているが、本第２実施形態では、図４に示すように凹部３６ｃが平面円形状に形成されている。

本例では、凹部３６ｃは、ストッパ３６の接触面３６ｂよりも一回り小さい円形部３６ｄと、円形部３６ｄから接触面３６ｂの外周側まで延びて連通孔３６ａと繋がる直線部３６ｅとで構成されている。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、凹部３６ｃが多数本の溝状に形成されているが、本第３実施形態では、図５に示すように凹部３６ｃが十字溝状に形成されている。本例では、十字溝状の凹部３６ｃは、その端部が連通孔３６ａと繋がって形成されている。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、本発明の電磁弁を内燃機関用燃料噴射装置の燃料供給ポンプに適用したが、本発明は、流体通路を開閉する電磁弁に広く適用することができる。

３１ ボディ（流体通路形成部材）
３１ａ 低圧通路（流体通路）
３１ｂ シート部
３１ｃ 拡大通路部
３５ 弁体
３５ｂ シート面
３６ ストッパ
３６ａ 連通孔
３６ｂ 接触面
３６ｃ 凹部

Claims (6)

1. 外部空間（１５）と連通する流体通路（３１ａ）が形成された流体通路形成部材（３１）と、
   前記流体通路（３１ａ）に配置され、前記流体通路（３１ａ）を開閉する弁体（３５）と、
   前記弁体（３５）に対して開弁方向に弾性力を作用させるスプリング（３４）と、
   前記弁体（３５）を前記弾性力に抗して閉弁方向に駆動する駆動部（３２、３３）と、
   前記弁体（３５）よりも前記開弁方向側に配置され、前記弁体（３５）と面接触することで前記弁体（３５）の開弁位置を規定するストッパ（３６）とを備え、
   前記弁体（３５）は、前記開弁方向が前記流体通路（３１ａ）から前記外部空間（１５）に向かう方向であるように構成されており、
   前記ストッパ（３６）のうち前記弁体（３５）と面接触する接触面（３６ｂ）には、前記接触面（３６ｂ）と平行に延びる凹部（３６ｃ）が形成され、
   前記凹部（３６ｃ）は、前記弁体（３５）が前記ストッパ（３６）と面接触している時に前記弁体（３５）と前記ストッパ（３６）との間に前記流体を導く流体導入通路を構成することを特徴とする電磁弁。
2. 前記凹部（３６ｃ）は、多数本の溝状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記凹部（３６ｃ）は、レーザー加工によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁弁。
4. 前記凹部（３６ｃ）は、十字溝状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
5. 前記凹部（３６ｃ）は、平面円形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
6. 前記流体通路形成部材（３１）にはシート部（３１ｂ）が形成されており、
   前記弁体（３５）には、前記シート部（３１ｂ）と接離するシート面（３５ｂ）が形成されており、
   前記流体通路（３１ａ）のうち前記シート部（３１ｂ）と前記ストッパ（３６）との間の部位は、前記弁体（３５）の外径よりも大きな内径を有する拡大通路部（３１ｃ）を構成しており、
   前記ストッパ（３６）は、前記拡大通路部（３１ｃ）を塞ぐように前記流体通路形成部材（３１）に配置されており、
   前記ストッパ（３６）のうち前記接触面（３６ｂ）を除く残余の部位には、開弁時および閉弁時の両方において前記拡大通路部（３１ｃ）と前記外部空間（１５）とを連通する連通孔（３６ａ）が前記接触面（３６ｂ）と直交する方向に延びて形成されており、
   前記凹部（３６ｃ）は、前記連通孔（３６ａ）と繋がって形成されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１つに記載の電磁弁。

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