JP2015090169A - 電磁弁 - Google Patents

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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