JP2015090169A - 電磁弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】衝突音の低減を図ることが可能な電磁弁を提供する。【解決手段】吸入側バルブ14は、吸入弁21と、吸入弁21を閉弁方向に付勢する第1スプリング24と、第1スプリング24の付勢力に抗して吸入弁21を開弁させるためのニードル31と、ニードル31を作動させるための固定コア32および可動コア33とを備える。ニードル31と可動コア33とは、別個に設けられている。可動コア33は、ニードル31と離間した状態で固定コア32に接触されるように構成されている。【選択図】図2

Description

本発明は、電磁弁に関する。
従来、内燃機関に供給される燃料を加圧する高圧ポンプが知られている(たとえば、特許文献1参照)。
特許文献1の高圧ポンプは、プランジャにより燃料が加圧される加圧室と、加圧室に燃料を供給する供給通路に配置される吸入弁部と、吸入弁部を開閉するための電磁駆動部とを備えている。吸入弁部には、供給通路を開閉する吸入弁が設けられ、その吸入弁は、第1スプリングにより閉弁方向に付勢されている。電磁駆動部は、コイル、固定コアおよび可動コアなどにより構成されている。可動コアには、ニードルが一体的に組み付けられている。ニードルは、吸入弁に当接可能に配置され、第1スプリングの付勢力に抗して吸入弁を開弁させるために設けられている。固定コアおよび可動コアの間には、第2スプリングが設けられており、その第2スプリングにより可動コアおよびニードルが吸入弁側に付勢されている。
そして、この高圧ポンプでは、コイルに通電されていない場合に、第2スプリングの付勢力により、可動コアが固定コアから離間される。このとき、可動コアと一体的に設けられたニードルが吸入弁を押圧することにより、吸入弁が第1スプリングの付勢力に抗して開弁される。また、高圧ポンプでは、コイルに通電された場合に、可動コアが固定コア側に吸引され、可動コアが固定コアに接触(衝突)される。このとき、ニードルが可動コアとともに固定コア側に移動されることにより、ニードルによる吸入弁の押圧が解除されることによって、吸入弁が第1スプリングの付勢力により閉弁される。
特開2012−202381号公報
しかしながら、上記した従来の高圧ポンプでは、コイルに通電され、可動コアが固定コアに接触された場合に、異音(衝突音)が発生するという問題点がある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、衝突音の低減を図ることが可能な電磁弁を提供することである。
本発明による電磁弁は、弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングと、スプリングの付勢力に抗して弁体を開弁させるためのニードルと、ニードルを作動させるための固定コアおよび可動コアとを備える。ニードルと可動コアとは、別個に設けられている。可動コアは、ニードルと離間した状態で固定コアに接触されるように構成されている。
このように、ニードルと可動コアとを別個に設けることにより、可動コアをニードルと離間した状態で固定コアに接触(衝突)させることができるので、ニードルと可動コアとが一体的に設けられている場合に比べて、固定コアに衝突される物体の質量を軽量化することができる。すなわち、ニードルの質量が除かれた状態で、可動コアが固定コアに衝突されることにより、ニードルと可動コアとが一体的に設けられている場合に比べて、衝突エネルギを低減させることができるので、衝突音の低減を図ることができる。
本発明の電磁弁によれば、衝突音の低減を図ることができる。
本実施形態の燃料供給系統の概略構成を模式的に示した図である。 図1の燃料供給系統に用いられる高圧燃料ポンプの吸入側バルブの構造を示した断面図である。 高圧燃料ポンプの動作時の吸入側バルブにおいてコイルへの通電が停止された状態を示した模式図である。 高圧燃料ポンプの動作時の吸入側バルブにおいて吸入弁が開弁された状態を示した模式図である。 高圧燃料ポンプの動作時の吸入側バルブにおいて可動コアが固定コアに接触された状態を示した模式図である。 高圧燃料ポンプの動作時の吸入側バルブにおいて吸入弁が閉弁された状態を示した模式図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、車両に搭載される筒内直噴型多気筒(たとえば4気筒)ガソリンエンジンの燃料供給系統に用いられる高圧燃料ポンプの吸入側バルブに本発明を適用した場合について説明する。
−燃料供給系統−
図1は、本実施形態の燃料供給系統の概略構成を模式的に示した図である。まず、図1を参照して、本実施形態の燃料供給系統100の概略構成について説明する。
燃料供給系統100は、図1に示すように、燃料タンク1から燃料を送り出すフィードポンプ2と、このフィードポンプ2によって送り出された燃料を加圧してインジェクタ3に向けて吐出する高圧燃料ポンプ4とを備えている。
高圧燃料ポンプ4は、シリンダ11と、加圧室12と、プランジャ13と、吸入側バルブ14と、吐出側バルブ15と、リフタ16とを備えている。
高圧燃料ポンプ4のプランジャ13は、ガソリンエンジンの吸気カムシャフト5に取り付けられたカム5aの回転によって駆動され、シリンダ11内を往復移動する。このプランジャ13の往復移動によって加圧室12の容積が拡大または縮小する。なお、プランジャ13の基端側にはリテーナ13aが設けられており、そのリテーナ13aおよびリフタ16がスプリング17によりカム5a側に付勢されている。
本実施形態のカム5aには、回転方向に180度の角度間隔を隔てて2つのカムノーズ(カム山)5bが形成されている。そして、これら2つのカムノーズ5bによって、高圧燃料ポンプ4のプランジャ13が押し上げられることにより、プランジャ13がシリンダ11内を移動するようになっている。なお、ガソリンエンジンの1サイクルごとに、吸気カムシャフト5が1回転され、高圧燃料ポンプ4からの吐出動作が2回行われる。
高圧燃料ポンプ1の加圧室12は、シリンダ11の先端側に設けられており、プランジャ13およびシリンダ11によって区画されている。加圧室12は、低圧燃料配管61を介してフィードポンプ2に連通されるとともに、高圧燃料配管62を介してデリバリパイプ(蓄圧容器)7に連通されている。デリバリパイプ7には、4つのインジェクタ3が接続されている。なお、デリバリパイプ7には、パイプ内部の燃料圧力(実燃圧)を検出する燃圧センサ7aが設けられている。
また、デリバリパイプ7には、リリーフバルブ63aを介してリターン配管63が接続されている。リリーフバルブ63aは、デリバリパイプ7内の燃料圧力が所定値を超えたときに開弁する。このリリーフバルブ63aの開弁により、デリバリパイプ7に蓄えられた燃料の一部がリターン配管63を介して燃料タンク1に戻されるようになっている。これにより、デリバリパイプ7内の燃料圧力の過上昇が防止される。
リターン配管63は、高圧燃料ポンプ4の燃料収容室18に燃料排出配管64(図1に破線で示す配管)を介して接続されている。燃料収容室18はシールユニット18aの上部に設けられており、この燃料収容室18に、高圧燃料ポンプ4のプランジャ13とシリンダ11との間隙から漏出した燃料が蓄積される。燃料収容室18に蓄積された燃料は燃料排出配管64を通じて燃料タンク1に戻されるようになっている。
低圧燃料配管61には、フィルタ61aとプレッシャレギュレータ61bとが設けられている。プレッシャレギュレータ61bは、低圧燃料配管61内の燃料圧力が所定値を超えたときに低圧燃料配管61内の燃料を燃料タンク1に戻すことによって、この低圧燃料配管61内の燃料圧力を所定値以下に維持するようになっている。
また、低圧燃料配管61にはパルセーションダンパ61cが設けられており、このパルセーションダンパ61cによって高圧燃料ポンプ4の作動時における低圧燃料配管61内の燃圧脈動が抑制されるようになっている。
吸入側バルブ14は、低圧燃料配管61と加圧室12との間を連通または遮断するために設けられている。なお、吸入側バルブ14については、後で詳細に説明する。
吐出側バルブ15は、高圧燃料配管62と加圧室12との間を連通または遮断するために設けられている。この吐出側バルブ15は、逆止弁であり、加圧室12側の燃料圧力と高圧燃料配管62側の燃料圧力との差圧が所定値を超えたときに開弁するように構成されている。そして、この吐出側バルブ15が開弁されると、高圧の燃料が高圧燃料配管62を通じてデリバリパイプ7に吐出される。
−高圧燃料ポンプの吸入側バルブ−
図2は、高圧燃料ポンプの吸入側バルブの構造を示した断面図である。次に、図2を参照して、高圧燃料ポンプ4の吸入側バルブ14の構造について説明する。なお、図2では、吸入弁21が開弁された状態を示している。また、吸入側バルブ14は、本発明の「電磁弁」の一例である。
吸入側バルブ14は、図2に示すように、吸入弁部20と、吸入弁部20を駆動する電磁駆動部30とを備えている。
吸入弁部20は、加圧室12(図1参照)に燃料を供給する供給通路に配置されている。具体的には、吸入弁部20は、低圧燃料配管61を介してフィードポンプ2(図1参照)に連通される燃料溜り41と、加圧室12に連通される加圧室側通路42との間に配置されている。なお、燃料溜り41と加圧室側通路42とは、燃料を供給する供給通路の一部を構成している。
吸入弁部20は、吸入弁21と、バルブボディ22と、ストッパ23と、第1スプリング24とを含んでいる。
吸入弁21は、たとえばポペットバルブであり、棒状のステム部21aと、傘状の弁体部21bとを有する。ステム部21aは、バルブボディ22に形成された貫通孔22aに挿入されており、吸入弁21は、バルブボディ22に対して軸方向(X1およびX2方向)に移動可能に構成されている。なお、吸入弁21は、本発明の「弁体」の一例である。
バルブボディ22には、吸入弁21の弁体部21bが着座および離座される弁座22bが形成されている。また、バルブボディ22には、ストッパ23が嵌め合わされる凹状部22cと、凹状部22cと燃料溜り41とを連通する燃料通路22dとが形成されている。
ストッパ23は、吸入弁21の開弁方向(X2方向)への移動を規制するために設けられている。ストッパ23には、第1スプリング24が配置される凹部23aと、バルブボディ22の凹状部22cの内部側と加圧室側通路42とを連通する燃料通路23bとが形成されている。このストッパ23は、吸入弁21に対して加圧室12側に配置されている。
第1スプリング24は、たとえば圧縮コイルばねであり、吸入弁21とストッパ23との間に配置されている。この第1スプリング24は、吸入弁21を閉弁方向(X1方向)に付勢している。
電磁駆動部30は、吸入弁部20に対して加圧室12とは反対側に配置されている。この電磁駆動部30は、ニードル31と、固定コア32と、可動コア33と、コイル34と、第2スプリング35と、ガイド部材36と、第3スプリング37とを含んでいる。
ニードル31は、吸入弁21を開弁させるために設けられている。このニードル31は、棒状に形成されるとともに、一方端部にフランジ部31aが形成されている。また、ニードル31は、軸方向に移動可能であり、開弁方向(X2方向)に移動された場合に他方端部が吸入弁21のステム部21aに接触され、閉弁方向(X1方向)に移動された場合に他方端部がステム部21aから離間されるようになっている。
固定コア32、可動コア33およびコイル34は、ニードル31を作動させるために設けられている。可動コア33は、ニードル31の軸方向においてニードル31と固定コア32との間に配置されるとともに、軸方向に移動可能に構成されている。この可動コア33はニードル31と別体である。すなわち、ニードル31と可動コア33とは別個に設けられている。このため、ニードル31および可動コア33は、離間可能な状態で接触されている。
第2スプリング35は、たとえば圧縮コイルばねであり、固定コア32と可動コア33との間に配置されている。この第2スプリング35は、可動コア33を開弁方向(X2方向)に付勢している。第2スプリング35は、第1スプリング24および第3スプリング37よりも付勢力が大きくなるように設定されている。なお、第2スプリング35は、固定コア32の凹部32aに挿入されるとともに、可動コア33の凹部33aに挿入されている。
ガイド部材36は、軸方向に移動可能なニードル31をガイドするために設けられている。ガイド部材36は、有底筒状に形成されるとともに、底部にニードル31が挿入される貫通孔が形成されている。
第3スプリング37は、たとえば圧縮コイルばねであり、ガイド部材36の底部とニードル31のフランジ部31aとの間に配置されている。この第3スプリング37は、ニードル31を可動コア33側に付勢している。すなわち、第3スプリング37がニードル31を付勢する付勢方向(X1方向)は、第2スプリング35が可動コア33を付勢する付勢方向(X2方向)と反対方向である。第3スプリング37は、可動コア33と別個に設けられたニードル31を、可動コア33の移動に応じて追従させるために設けられている。
−高圧燃料ポンプの動作−
図3〜図6は、高圧燃料ポンプの動作時の吸入側バルブを示した模式図である。次に、図1〜図6を参照して、高圧燃料ポンプ4の動作について説明する。
[吸入行程]
まず、吸気カムシャフト5(図1参照)の回転により、プランジャ13(図1参照)が上死点から下死点に向かって下降すると、加圧室12(図1参照)の容積が増加され、加圧室12内の燃料が減圧される。これにより、吐出側バルブ15(図1参照)が閉弁される。
また、吸入側バルブ14(図2参照)では、コイル34(図2参照)に通電されておらず、図3に示すように、第2スプリング35により、可動コア33およびニードル31が第3スプリング37の付勢力に抗して開弁方向(X2方向)に付勢されており、ニードル31が吸入弁21に接触されている。そして、この状態(ニードル31が吸入弁21を押圧した状態)から、プランジャ13の下降により加圧室12内の燃料が減圧され、加圧室側通路42(図2参照)と燃料溜り41(図2参照)との差圧が所定値よりも小さくなると、図4に示すように、吸入弁21が第1スプリング24の付勢力に抗して開弁方向に移動され、吸入弁21がストッパ23に接触(衝突)される。これにより、吸入弁21が開弁され、加圧室12に燃料が供給される。
[調量行程]
その後、吸気カムシャフト5の回転により、プランジャ13が下死点まで到達して上死点に向かって上昇すると、加圧室12の容積が減少される。このとき、吸入側バルブ14では、コイル34に通電されておらず、図4に示すように、第2スプリング35により、可動コア33、ニードル31および吸入弁21が第1スプリング24および第3スプリング37の付勢力に抗して開弁方向に付勢されており、吸入弁21が開弁した状態が維持されている。このため、加圧室12に供給された燃料が燃料溜り41側に戻される。なお、このとき、加圧室12内の燃料圧力は上昇しない。
[加圧行程]
その後、吸気カムシャフト5の回転により、プランジャ13が上死点に向かって上昇する際の所定のタイミングで、コイル34が通電される。これにより、固定コア32および可動コア33が磁化され、第2スプリング35の付勢力に抗して可動コア33が固定コア32側(X1方向側)に吸引される。ここで、本実施形態では、ニードル31と可動コア33とが別個に設けられていることから、図5に示すように、可動コア33は、ニードル31と離間した状態で、固定コア32に接触(衝突)される。そして、第3スプリング37の付勢力により、ニードル31が可動コア33側(X1方向側)に移動され、ニードル31が可動コア33に接触される。これにより、ニードル31による吸入弁21の押圧が解除され、第1スプリング24の付勢力および燃料の流れによって生じる力により吸入弁21が閉弁方向(X1方向)に移動される。このため、図6に示すように、吸入弁21が弁座22bに着座して閉弁される。なお、このとき、ニードル31と吸入弁21とは離間されている。
そして、吸入弁21が閉弁されると、プランジャ13の上昇に伴って、加圧室12内の燃料圧力が上昇される。その後、加圧室12側の燃料圧力と高圧燃料配管62(図1参照)側の燃料圧力との差圧が所定値を超えると、吐出側バルブ15が開弁される。これにより、高圧の燃料が高圧燃料配管62を通じてデリバリパイプ7(図1参照)に吐出される。
なお、加圧行程の途中でコイル34への通電が停止(遮断)される。そして、コイル34への通電が停止されると、第2スプリング35により、可動コア33およびニードル31が第3スプリング37の付勢力に抗して吸入弁21側(X2方向側)に移動される。これにより、図3に示すように、ニードル31が吸入弁21に接触(衝突)されるが、加圧室12側の燃料圧力が高いので、吸入弁21が閉弁した状態で維持される。
高圧燃料ポンプ4では、上記した吸入行程、調量行程および加圧行程が繰り返し行われる。そして、高圧燃料ポンプ4では、コイル34への通電タイミングを制御することにより、吐出される燃料の量を調整することが可能である。
具体的には、コイル34への通電タイミングを早くすることにより、加圧室12から燃料溜り41側に戻される燃料を少なくすることによって、吐出される燃料を多くすることができる。一方、コイル34への通電タイミングを遅くすることにより、加圧室12から燃料溜り41側に戻される燃料を多くすることによって、吐出される燃料を少なくすることができる。
−効果−
本実施形態では、上記のように、ニードル31と可動コア33とを別個に設けることによって、可動コア33をニードル31と離間した状態で固定コア32に接触(衝突)させることができるので、ニードルと可動コアとが一体的に設けられている場合に比べて、固定コア32に衝突される物体の質量を軽量化することができる。すなわち、ニードル31の質量が除かれた状態で、可動コア33が固定コア32に衝突されることにより、ニードルと可動コアとが一体的に設けられている場合に比べて、衝突エネルギを低減させることができるので、衝突音の低減を図ることができる。その結果、コイル34に通電され、吸入弁21が閉弁されるときに、可動コア33が固定コア32に衝突されることにより発生する衝突音の低減を図ることができる。
また、本実施形態では、ガイド部材36とニードル31との間に、第2スプリング35と付勢方向が反対である第3スプリング37を設けることによって、ニードル31が吸入弁21に接触(衝突)される際の衝突力を抑制するとともに、吸入弁21がストッパ23に接触(衝突)される際の衝突力を抑制することができる。これにより、コイル34への通電が停止された場合に、ニードル31が吸入弁21に衝突される際の衝突エネルギを低減することができるので、その際の衝突音の低減を図ることができる。また、吸入弁21が開弁される場合に、吸入弁21がストッパ23に衝突される際の衝突エネルギを低減することができるので、その際の衝突音の低減を図ることができる。
−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、本実施形態では、4気筒のガソリンエンジンを示したが、これに限らず、気筒数はいくつであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。
また、本実施形態では、プランジャ13が吸気カムシャフト5の回転により駆動される例を示したが、これに限らず、プランジャが排気カムシャフトの回転により駆動されていてもよい。
また、本実施形態では、可動コア33がニードル31と離間した状態で固定コア32に接触された後に、第3スプリング37によりニードル31が可動コア33に接触される例を示したが、これに限らず、可動コアがニードルと離間した状態で固定コアに接触された後に、第3スプリングによりニードルが可動コア側に移動され、吸入弁が閉弁されたときに、可動コアとニードルとが離間されていてもよい。
本発明は、電磁弁に利用可能である。
14 吸入側バルブ(電磁弁)
21 吸入弁(弁体)
24 第1スプリング(スプリング)
31 ニードル
32 固定コア
33 可動コア

Claims (1)

  1. 弁体と、
    前記弁体を閉弁方向に付勢するスプリングと、
    前記スプリングの付勢力に抗して前記弁体を開弁させるためのニードルと、
    前記ニードルを作動させるための固定コアおよび可動コアとを備える電磁弁であって、
    前記ニードルと前記可動コアとは、別個に設けられており、
    前記可動コアは、前記ニードルと離間した状態で前記固定コアに接触されるように構成されていることを特徴とする電磁弁。
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