JP2023018371A - ソレノイド装置及び燃料噴射装置の電磁弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐キャビテーション摩耗に優れ、動作の信頼性を維持することが可能なソレノイド装置及び燃料噴射装置の電磁弁を提供する。【解決手段】ソレノイド装置は、燃料噴射装置に設けられる電磁弁のバルブユニットを電磁力により駆動するソレノイド装置であって、筒状に形成され、バルブユニットと対向する対向面を有するコアと、コアに巻かれたコイルと、コアの対向面のうちコアの中心軸の軸線方向から見てバルブユニットに重なる位置に設けられる凹部とを備える。【選択図】図3

Description

本開示は、ソレノイド装置及び燃料噴射装置の電磁弁に関する。
ディーゼルエンジン等に適用されるコモンレール式の燃料噴射装置は、燃料ポンプと、コモンレールと、燃料噴射弁とを備える。燃料ポンプは、燃料タンクの燃料を吸入して加圧し、高圧燃料としてコモンレールに供給する。コモンレールは、燃料ポンプから供給された高圧燃料を所定の圧力に保持する。燃料噴射弁は、噴射弁を開閉することで、コモンレールの高圧燃料をディーゼルエンジンの燃焼室に噴射する。
燃料噴射弁は、例えばコアに巻かれたコイルに電流を流すことで電磁力を発生させるソレノイド装置と、磁性体を用いて形成されるバルブユニットとを有する電磁弁を有する。このような電磁弁では、例えばバルブユニットに弾性力を作用させて燃料の流路を押さえる構成とし、ソレノイド装置で電磁力を発生させない場合には当該弾性力により燃料の流路を押さえて閉じた状態とする。また、ソレノイド装置により電磁力を発生させる場合には、当該電磁力によりソレノイド装置のコア側にバルブユニットを引き寄せ、バルブユニットを流路から離すことで流路を開いた状態とする(例えば、特許文献1等参照)。
特開2010-101349号公報
上記のような電磁弁では、例えばバルブユニットがコアから離れる際、バルブユニットとコアとの隙間が一時的に負圧になり、キャビテーションが発生する場合がある。このキャビテーションは、バルブユニットとコアとの隙間の圧力が回復する際に崩壊し、コアの一部を損傷させる。このため、例えばソレノイド装置を長期稼働させる際に動作の信頼性が低下する可能性がある。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、耐キャビテーション摩耗に優れ、動作の信頼性を維持することが可能なソレノイド装置及び燃料噴射装置の電磁弁を提供することを目的とする。
本開示に係るソレノイド装置は、燃料噴射装置に設けられる電磁弁のバルブユニットを電磁力により駆動するソレノイド装置であって、筒状に形成され、前記バルブユニットと対向する対向面を有するコアと、前記コアに巻かれたコイルと、前記コアの前記対向面のうち前記コアの中心軸の軸線方向から見て前記バルブユニットに重なる位置に設けられる凹部とを備える。
本開示に係る燃料噴射装置の電磁弁は、上記のソレノイド装置と、磁性体を用いて形成され、前記コアの前記対向面に対向して配置され、前記コアから前記軸線方向に離れる方向に弾性力が付与され、前記ソレノイド装置で電磁力が生じない場合には前記弾性力により燃料の流通路を押さえて閉じた状態とし、前記ソレノイド装置で電磁力が生じる場合には当該電磁力により前記対向面に接触する位置まで前記コアに引き寄せられて前記流通路から離れることで前記流通路を開くバルブユニットとを備える。
本開示によれば、耐キャビテーション摩耗に優れ、動作の信頼性を維持することが可能なソレノイド装置及び燃料噴射装置の電磁弁を提供することができる。
図1は、本実施形態の燃料噴射装置の一例を示す概略構成図である。 図2は、燃料噴射弁の一例を示す縦断面図である。 図3は、電磁弁の一例を示す縦断面図である。 図4は、図3に示すソレノイド装置を先端側から見た例を示す図である。 図5は、凹部の断面構成の例を示す図である。 図6は、凹部の断面構成の例を示す図である。 図7は、凹部の断面構成の例を示す図である。 図8は、電磁弁の動作の一例を示す縦断面図である。
以下、本開示に係るソレノイド装置及び燃料噴射装置の電磁弁の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
図1は、本実施形態の燃料噴射装置10の一例を示す概略構成図である。図1に示すように、燃料噴射装置10は、ディーゼルエンジン(内燃機関)に搭載される。燃料噴射装置10は、燃料ポンプ11と、コモンレール12と、複数の燃料噴射弁13とを備える。
燃料ポンプ11は、燃料ラインL11を介して燃料タンク14が接続される。燃料ポンプ11は、燃料タンク14に貯留されている燃料を燃料ラインL11から吸入し、加圧して高圧燃料を生成する。燃料ポンプ11は、燃料高圧ラインL12を介してコモンレール12が接続される。コモンレール12は、燃料ポンプ11から供給された高圧燃料を所定の圧力に保持する。コモンレール12は、複数(本実施形態では、4個)の燃料供給ラインL13を介して燃料噴射弁13がそれぞれ接続される。燃料噴射弁13は、電磁弁を開閉することで、コモンレール12の高圧燃料をディーゼルエンジンの各シリンダ(燃焼室)に噴射する。
図2は、燃料噴射弁13の一例を示す縦断面図である。図2に示すように、燃料噴射弁13は、中心軸AXの軸線方向に延びた形状であり、噴射部20と、電磁弁40とを有する。以下、燃料噴射弁13の構成を説明するにあたり、中心軸AXの軸線方向のうち燃料噴射口30側を先端側と表記し、電磁弁40側を基端側と表記する。
噴射部20は、ケーシング21と、ピストン弁22とを有する。ケーシング21は、燃料流入口24と、噴射側流路25と、制御側流路26と、噴射側圧力室27と、制御側圧力室28と、シリンダ室29と、燃料噴射口30と、燃料排出口31と、電磁弁側圧力室32とを有する。
燃料流入口24は、燃料供給ラインL13からの燃料が流入する。噴射側流路25は、燃料流入口24と噴射側圧力室27とを接続する。制御側流路26は、燃料流入口24と制御側圧力室28とを接続する。
噴射側圧力室27は、燃料噴射口30に接続される。燃料噴射口30は、ケーシング21の先端側の端部に配置され、ディーゼルエンジンの各シリンダに向けて燃料を噴出する。
制御側圧力室28は、燃料排出口31に接続される。燃料排出口31は、ケーシング21の基端側の端部に配置され、電磁弁側圧力室32に接続される。電磁弁側圧力室32は、電磁弁40(後述する空間部46d)に接続される。
シリンダ室29は、噴射側圧力室27及び制御側圧力室28に接続される。シリンダ室29は、ピストン弁22を収容する。シリンダ室29は、流路29aを介して電磁弁側圧力室32に接続される。
ピストン弁22は、シリンダ室29に収容され、噴射側圧力室27側又は制御側圧力室28側に移動可能に設けられる。ピストン弁22は、ばね座部材22aと、制御側ピストン部材22bと、連結部材22cと、弁体22dとを有する。なお、ばね座部材22a、制御側ピストン部材22b及び連結部材22cは、一体である。ばね座部材22aは、後述する弾性部材23の弾性力を受ける。制御側ピストン部材22bは、制御側圧力室28の圧力を受ける。連結部材22cは、ばね座部材22aと制御側ピストン部材22bとを連結する。弁体22dは、ばね座部材22aから中心軸AXの軸線方向の先端側に向けて突出する。弁体22dは、各圧力室からの受圧力と弾性力との合力により、ばね座部材22aと当接する。弁体22dは、先端部が燃料噴射口30を閉塞可能な形状に形成される。弁体22dは、噴射側圧力室27の圧力を受ける。
噴射側圧力室27の圧力が制御側圧力室28の圧力と弾性部材23の弾性力との合力よりも小さい場合、ピストン弁22は、噴射側圧力室27側に押圧された状態となる。この場合、弁体22dにより燃料噴射口30が閉塞された状態となる。この状態から、噴射側圧力室27の圧力が制御側圧力室28の圧力と弾性部材23の弾性力との合力よりも大きくなった場合、ピストン弁22は、制御側圧力室28側に押圧された状態となる。この場合、弁体22dが燃料噴射口30から離れ、燃料噴射口30が開いた状態となる。
電磁弁40は、ソレノイド装置41と、バルブユニット42とを有する。図3は、電磁弁40の一例を示す縦断面図である。図3は、図2の一部を拡大して示している。図3に示すように、ソレノイド装置41は、電磁力によりバルブユニット42を中心軸AXの軸線方向に沿って駆動する。ソレノイド装置41は、コア43と、コイル44と、ケーシング45と、筒状部材46と、端子固定部材47とを有する。
コア43は、磁性体部50及び封止部49を有する。磁性体部50は、筒状部43aと、フランジ部43bと、側面部43cとを有する。筒状部43aは、例えば円筒状に形成される。フランジ部43bは、例えば円板状であり、コア43の基端側に配置される。筒状部43a及びフランジ部43bは、それぞれ中心軸が燃料噴射弁13の中心軸AXと一致するように配置される。
側面部43cは、筒状部43aを内包する円筒状である。側面部43cは、筒状部43aとの間に径方向に間隔を空けて配置され、先端側に向けて延びている。筒状部43a、フランジ部43b及び側面部43cは、磁性体を用いて形成される(磁性体部50)。コア43は、筒状部43a、フランジ部43b及び側面部43cで囲まれた空間部43eにコイル44を収容する。つまり、筒状部43a、フランジ部43b及び側面部43cは、バルブユニット42側に開口されコイル44を収容し中心軸AXの軸線方向から見て環状の空間部43eを有する磁性体部50を構成する。コア43は、単体として見た場合には空間部43eが設けられるが、実際にはコイル44が配置された状態となっている。このコイル44が配置された空間部43eは、封止部49により封止される。封止部49は、例えば樹脂材料を用いて形成される。コア43は、後述するバルブユニット42に対向する対向面43hを有する。対向面43hは、コア43の先端側の端部に配置される。本実施形態において、筒状部43aの先端側の端部、側面部43cの先端側の端部及び封止部49の先端側の端部は、対向面43hを構成する。
封止部49は、先端側の端面に凹部43fを有する。凹部43fは、封止部49の一部が基端側に凹んだ状態で形成される。図4は、図3に示すソレノイド装置41を先端側から見た例を示す図である。図4に示すように、凹部43fは、中心軸AXの軸線方向から見て当該中心軸AXを中心とした環状である。凹部43fは、中心軸AXの軸回り方向の一周に亘って設けられる。凹部43fは、中心軸AXの軸線方向から見て、後述するバルブユニット42の貫通穴42dに重なる位置に配置される。
図5から図7は、凹部43fの断面構成の例を示す図である。図5に示すように、凹部43fは、封止部49の径方向の両側を残した状態で形成されてもよい。この構成によれば、封止部49の径方向の両側において空間部43eをより確実に封止することができる。また、図6に示すように、凹部43fは、径方向の全体に亘って均一の深さに形成されてもよい。この構成によれば、コア43の先端側の端面において、中心軸AXの軸線方向から見た場合に凹部43fの面積を十分に確保できる。また、図7に示すように、図6の構成に加えて、コア43は、空間部43eのうち中心軸AXの軸線方向の先端側の端部に面取り部43gを有する構成であってもよい。面取り部43gは、筒状部43aの外周側及び側面部43cの内周側にそれぞれ設けられる。面取り部43gは、それぞれ空間部43e側に向けて基端部側に傾斜するテーパ状である。
図3に示すように、コイル44は、筒状部43aに巻かれた状態で配置される。コイル44は、後述するケーシング45を貫通して不図示の電源部に接続される。ソレノイド装置41は、コイル44に電流を流すことにより電磁力を発生させる。
ケーシング45は、コア43及びコイル44を収容する。ケーシング45は、例えば樹脂材料を用いて形成される。ケーシング45は、後述する弾性部材48を支持する支持部45aを有する。また、端子固定部材47は、中心軸AXの軸線方向についてコア43と後述するケーシング45との間に配置され、コイル44に接続される端子44aを固定する。なお、端子44aは、ケーシング45を貫通して外部に引き出される。端子固定部材47は、例えば樹脂材料等を用いて形成される。
筒状部材46は、コア43の内周側に配置される。筒状部材46は、例えば金属材料を用いて形成される。筒状部材46は、非磁性体の金属であってもよい。筒状部材46は、例えば円筒状であり、中心軸が燃料噴射弁13の中心軸AXと一致するように配置される。筒状部材46は、先端側の端面46bがバルブユニット42に接触可能となる位置に配置される。本実施形態において、端面46bは、例えばコア43の側面部43cの先端側端面及び封止部49の先端側端面と面一状態となっている。
弾性部材48は、基端側の端部がケーシング45の支持部45aに支持された状態で筒状部材46の内周側に収容される。弾性部材48は、バルブユニット42に対して中心軸AXの軸線方向の先端側に向けた弾性力を付与する。
バルブユニット42は、ソレノイド装置41により生じる電磁力により中心軸AXの軸線方向に移動する。バルブユニット42は、アーマチャ42aと、弁体42bと、段部42cと、貫通穴42dとを有する。アーマチャ42aは、磁性体を用いて形成される。アーマチャ42aは、例えば円板状である。アーマチャ42aは、ソレノイド装置41のコア43の先端側の端部と対向して配置される。弁体42bは、アーマチャ42aから先端側に向けて延びている。弁体42bは、先端部が燃料排出口31を閉塞可能な形状に形成される。弁体42bは、磁性体で形成されてもよいし、非磁性体で形成されてもよい。
貫通穴42dは、アーマチャ42aを中心軸AXの軸線方向に貫通して設けられる。貫通穴42dは、中心軸AXの軸線方向から見て、当該中心軸AXの軸回り方向に間隔を空けて配置される。本実施形態では、図4の一点鎖線で示すように、例えば中心軸AXを中心として90°に貫通穴42dが配置される場合を例に挙げているが、この構成に限定されない。
上記のように構成された燃料噴射弁13の動作を説明する。ソレノイド装置41のコイル44に電流を流さない場合、ソレノイド装置41において電磁力が発生しない。この場合、バルブユニット42は、弾性部材48の弾性力により弁体42bが燃料排出口31を先端側に押さえる。これにより、燃料排出口31が閉塞した状態となる。
燃料排出口31が閉塞された状態においては、制御側圧力室28の受圧力と弾性部材23の弾性力との合力が噴射側圧力室27の受圧力よりも大きくなる。このため、ピストン弁22は、燃料噴射口30を押さえて閉塞した状態となる。
また、ソレノイド装置41のコイル44に電流を流した場合、ソレノイド装置41において電磁力が発生する。図8は、電磁弁40の動作の一例を示す縦断面図である。図8では、コイル44に電流を流した場合の例を示している。図8に示すように、ソレノイド装置41において電磁力が生じた場合、バルブユニット42は、当該電磁力によりアーマチャ42aがコア43側に引き寄せられ、弁体42bが燃料排出口31から離れる。これにより、燃料排出口31が開いた状態となる。
燃料排出口31が開くことにより、制御側圧力室28の圧力が低下する。制御側圧力室28の受圧力と弾性部材23の弾性力との合力が噴射側圧力室27の受圧力よりも小さくなった場合、ピストン弁22が制御側圧力室28側に移動する。この場合、ピストン弁22の弁体22dが燃料噴射口30から離れて燃料噴射口30が開いた状態となる。燃料噴射口30が開いた状態となった場合、燃料流入口24から噴射側流路25を流通して噴射側圧力室27に流入した燃料が燃料噴射口30から噴射される。
上記動作において、バルブユニット42がソレノイド装置41の電磁力によりコア43側に引き寄せられる場合、図8に示すように、バルブユニット42の段部42cが筒状部材46の端面46bに接触する。この場合において、筒状部材46は、バルブユニット42の基端側に向けた移動を規制するストッパとして機能する。
バルブユニット42の段部42cが筒状部材46の端面46bに接触した後、ソレノイド装置41の電磁力をオフにすることにより、当該バルブユニット42が弾性部材48の弾性力で中心軸AXの軸線方向の先端側に押圧され、コア43から離れて弁体42bが燃料排出口31を封止する。本実施形態において、コア43の先端側の端面に凹部43fが設けられるため、コア43とバルブユニット42との間に燃料を配置可能な領域が確保される。この領域が設けられることにより、バルブユニット42がコア43から離れる方向に移動する際において、キャビテーションの発生が抑制されるため、キャビテーションによるコア43の損傷が抑制される。
以上のように、本実施形態に係るソレノイド装置41は、燃料噴射装置10に設けられる電磁弁40のバルブユニット42を電磁力により駆動するソレノイド装置41であって、筒状に形成され、バルブユニット42と対向する対向面43hを有するコア43と、コア43に巻かれたコイル44と、コア43の対向面43hのうちコア43の中心軸AXの軸線方向から見てバルブユニット42に重なる位置に設けられる凹部43fとを備える。
この構成によれば、コア43の先端側の端面に凹部43fが設けられるため、コア43とバルブユニット42との間に燃料を配置可能な領域が確保される。この領域が設けられることにより、例えばバルブユニット42がコア43から離れる方向に移動する際において、キャビテーションの発生が抑制されるため、キャビテーションによるコア43の損傷が抑制される。これにより、耐キャビテーション摩耗に優れ、動作の信頼性を維持することが可能なソレノイド装置41を提供することができる。
本実施形態に係るソレノイド装置41において、凹部43fは、中心軸AXの軸線方向から見て当該中心軸AXを中心とした環状である。この構成によれば、中心軸AXの軸線方向の全体に亘って燃料を配置可能な領域を確保できるため、キャビテーションの発生をより確実に抑制できる。
本実施形態に係るソレノイド装置41において、コア43は、磁性体を用いて形成されバルブユニット42側に開口されコイル44を収容し軸線方向から見て環状の空間部43eを有する磁性体部50と、樹脂材料を用いて形成され空間部43eを封止する封止部49とを有し、凹部43fは、封止部49に設けられる。この構成によれば、コア43の電磁力の発生に影響しない部分に凹部43fが設けられるため、バルブユニット42の駆動性を低下させることなくキャビテーションの発生を抑制できる。
本実施形態に係るソレノイド装置41において、磁性体部50は、空間部43eのうち軸線方向のバルブユニット42側の端部に面取り部43gを有する。この構成によれば、キャビテーションの発生をより確実に抑制できる。
本実施形態に係る燃料噴射装置10の電磁弁40は、上記のソレノイド装置41と、磁性体を用いて形成され、コア43の対向面43hに対向して配置され、コア43から軸線方向に離れる方向に弾性力が付与され、ソレノイド装置41で電磁力が生じない場合には弾性力により燃料の流通路を押さえて閉じた状態とし、ソレノイド装置41で電磁力が生じる場合には当該電磁力により対向面43hに接触する位置までコア43に引き寄せられて流通路から離れることで流通路を開くバルブユニット42とを備える。
この構成によれば、バルブユニット42の駆動時におけるキャビテーションの発生を抑制することで、キャビテーションによるコア43の損傷を抑制し、動作の信頼性を維持することが可能なソレノイド装置41を備えるため、例えば長寿命の電磁弁40を得ることができる。
本実施形態に係る燃料噴射装置10の電磁弁40において、バルブユニット42は、対向面43hに対向するアーマチャ42aと、アーマチャ42aから軸線方向に延びる弁体42bとを有し、アーマチャ42aは、軸線方向に貫通する貫通穴42dを有し、凹部43fは、軸線方向から見て貫通穴42dに重なる位置に配置される。この構成によれば、凹部43fが貫通穴42dを介してバルブユニット42の先端側に連通されるため、バルブユニット42の移動時におけるキャビテーションの発生をより確実に抑制できる。
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、電磁弁40が燃料噴射装置10のうち燃料噴射弁13に設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。電磁弁40は、燃料噴射装置10の他の部位に設けられてもよい。
また、燃料噴射装置10の形態や燃料ポンプ11の形態は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、コモンレール12や燃料噴射弁13の数、燃料ポンプ11の接続位置等については、適宜設定することができる。
10 燃料噴射装置
11 燃料ポンプ
12 コモンレール
13 燃料噴射弁
14 燃料タンク
20 噴射部
21,45 ケーシング
22 ピストン弁
22a ばね座部材
22b 制御側ピストン部材
22c 連結部材
22d,42b 弁体
23,48 弾性部材
24 燃料流入口
25 噴射側流路
26 制御側流路
27 噴射側圧力室
28 制御側圧力室
29 シリンダ室
30 燃料噴射口
31 燃料排出口
32 電磁弁側圧力室
40 電磁弁
41 ソレノイド装置
42 バルブユニット
42a アーマチャ
42c 段部
42d 貫通穴
43 コア
43a 筒状部
43b フランジ部
43c 側面部
43d 封止部
43e 空間部
43g 面取り部
43h 対向面
44 コイル
45a 支持部
46 筒状部材
46b 端面
47 端子固定部材
49 封止部
43f 凹部
50 磁性体部
AX 中心軸
L11 燃料ライン
L12 燃料高圧ライン
L13 燃料供給ライン

Claims (6)

  1. 燃料噴射装置に設けられる電磁弁のバルブユニットを電磁力により駆動するソレノイド装置であって、
    筒状に形成され、前記バルブユニットと対向する対向面を有するコアと、
    前記コアに巻かれたコイルと、
    前記コアの前記対向面のうち前記コアの中心軸の軸線方向から見て前記バルブユニットに重なる位置に設けられる凹部と
    を備えるソレノイド装置。
  2. 前記凹部は、前記軸線方向から見て前記中心軸を中心とした環状である
    請求項1に記載のソレノイド装置。
  3. 前記コアは、磁性体を用いて形成され前記バルブユニット側に開口され前記コイルを収容し前記軸線方向から見て環状の空間部を有する磁性体部と、樹脂材料を用いて形成され前記空間部を封止する封止部とを有し、
    前記凹部は、前記樹脂部に設けられる
    請求項1又は請求項2に記載のソレノイド装置。
  4. 前記磁性体部は、前記空間部のうち前記軸線方向の前記バルブユニット側の端部に面取り部を有する
    請求項3に記載のソレノイド装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のソレノイド装置と、
    磁性体を用いて形成され、前記コアの前記対向面に対向して配置され、前記コアから前記軸線方向に離れる方向に弾性力が付与され、前記ソレノイド装置で電磁力が生じない場合には前記弾性力により燃料の流通路を押さえて閉じた状態とし、前記ソレノイド装置で電磁力が生じる場合には当該電磁力により前記対向面に接触する位置まで前記コアに引き寄せられて前記流通路から離れることで前記流通路を開くバルブユニットと
    を備える燃料噴射装置の電磁弁。
  6. 前記バルブユニットは、前記対向面に対向するアーマチャと、前記アーマチャから前記軸線方向に延びる弁体とを有し、
    前記アーマチャは、前記軸線方向に貫通する貫通穴を有し、
    前記凹部は、前記軸線方向から見て前記貫通穴に重なる位置に配置される
    請求項5に記載の燃料噴射装置の電磁弁。
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