JP2551006B2 - 流体制御用電磁弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高圧流体の制御を電気的に行なう流体制御
用電磁弁に関するもので、例えばディーゼル機関へ燃料
を噴射する燃料噴射ポンプやユニットインジェクタによ
り加圧された高圧燃料を機関の作動サイクル毎に任意所
定のタイミングで低圧側に溢流させて燃料噴射量を制御
する電磁弁に用いて好適なものである。

〔従来の技術〕

電磁弁によって高圧燃料を直接溢流させる噴射量制御
方式の概念は特公昭51−34936号等によりよく知られて
いる。上記方式はポンプ加圧室と低圧側を連通する通路
に電磁弁を設け、ポンプ作動サイクル中の所定時期に信
号を発生する基準角センサの信号から、任意の所定時間
またはカム角度経過後に前記電磁弁を開放することによ
り高圧燃料を溢流させ燃料噴射量を制御するものであ
り、従来のラックやスリーブを位置決めして燃料噴射量
を制御する機械的なガバナに比べて、機構が大幅に簡素
であり、かつ、電子制御に適している。

上記高圧溢流方式の問題点は、少なくとも200〜400kg
/cm²に達するディーゼル噴射ポンプやユニットインジェ
クタの噴射圧に耐えて閉弁を維持し、かつ、エンジンの
回転数に応じて最高200Hzの応答性で作動する信頼性の
高い小型で生産性の高い電磁弁とすることが困難である
という点である。

高速応答性を有する電磁弁としては、特開昭61−2265
29号公報，特開昭58−184378号公報に開示される電磁弁
が考案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、特開昭61−226529号公報に開示される
電磁弁にあっては、機構が複雑で、大型で高価であると
いう問題がある。

また、特開昭58−184378号公報に開示される電磁弁
は、第９図に示すように、固定子12が電気指令信号を受
けると、Ａで示される磁気回路が形成され、磁性部材90
は図中上方へ引かれて開弁する。しかし、この時、磁性
部材90は接触部48と接触しているため、磁性部材90には
固定子12による図中上方へ吸引する力のほかに、接触部
48において図中下方へ吸引する力が作用する。そのた
め、磁性部材90の応答性が悪化し、高速応答ができない
という問題が生じる。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもの
で、簡易な構成であって小型で高速応答性を有し、かつ
高圧流体の制御を行なうことができる信頼性に優れた流
体制御用電磁弁を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するために、本発明では次のような
技術的手段を講じた。

ケーシングと、 このケーシング内に配設され、通電時に磁極を形成す
る電磁ソレノイド部と、 この電磁ソレノイド部によって形成される磁極の一方
の側で前記ケーシングに設けられた空間内に配設され、
この空間内を、通電時には前記電磁ソレノイド部方向
に、非通電時には前記ソレノイド部から離反する方向に
移動するアーマチュアと、 このアーマチュアに連動し、通電時に流体通路を閉塞
し非通電時に流体通路を開口する弁シート部材と、 一端がこの弁シート部材に結合されるとともに他端が
前記アーマチュアに結合され、このアーマチュアととも
に前記弁シート部材を軸方向に移動させるシャフト部材
と、 このシャフト部材に形成され、前記非通電時に前記ケ
ーシングに当接することで前記弁シート部材の非通電時
の開口位置を規制するストッパと、 非通電時にこのストッパを前記ケーシングに当接させ
るべく前記シャフト部材を付勢する付勢部材とを有し、 この付勢部材は、前記アーマチュアの移動空間と前記
ストッパとの間の位置において前記シャフト部材に並行
して前記ケーシング内に配設されていることを特徴とす
る流体制御用電磁弁。

〔作用〕

この構成によれば、非通電時に弁シート部材の開口位
置を規制するストッパを弁シート部材とアーマチュアと
を結合するシャフト部材に形成してあるので、非通電時
でもアーマチュアは直接ケーシングに当接することがな
く、代わりにシャフト部材上にアーマチュアとは離して
形成されたストッパが当接することになるので、再通電
時には瞬間的にこのストッパ部材とケーシングとの結合
部分には僅かながらに形成される磁気回路が形成され弁
シート部材の閉弁が妨げられるものの、電磁ソレノイド
部及びアーマチュアからは距離的に離れているのでその
影響力は微小なものとなり、閉弁時の動作応答性に対す
る悪影響を防止することが可能となる。

また更にこのシャフト部材に並行して非通電時にシャ
フト部材を開弁方向に付勢する付勢部材を配置している
ので、シャフト部材により占有されるケーシング内の容
積を付勢部材が共用してシャフト部材と並列的に有効に
活用でき、シャフト部材の長さを弁応答性の改善と付勢
部材の配置空間とに利用し流体制御用電磁弁自体の体格
の小型化を図ることが可能となる。

〔実施例〕

以下図面に基づき本発明の実施例を説明する。

電磁弁１は噴射ポンプやユニットインジェクタのハウ
ジング２に設置され、この電磁弁１は図示しない高圧室
へ通電する高圧通路３の下流側に位置している。また、
溢流通路４は図示しない低圧室へ連通している。

電磁弁１は、略円筒状の回転対称形状をなし、弁部12
0,電磁ソレノイド部140,スペーサリング160をケーシン
グ100に嵌挿し、リテーニングリング110を組み付けるこ
とにより一体の電磁弁を形成している。

弁部120は、高圧通路３を介して圧送される高圧流体
の断続を行なうもので、アーマチュア121,バルブハウジ
ング122,シム123,スプリング124,ストッパ125,シートス
ペーサ126,シャフト127およびスリーブ128とから構成さ
れている。

シャフト127は、アーマチュア121が螺合固定されるシ
ャフト径より小径でねじ形成された端部127aと、バルブ
ハウジング122に摺動自在に嵌挿される摺動部127bと、
ストッパ125が螺合固定されるシャフト径より大径のね
じ部127cと、シートスペーサ126と油密に当接するシー
ト部127dとから構成されている。

このシャフト127は、バルブハウジング122,ストッパ1
25およびシートスペーサ126を貫通しており、シャフト1
27のねじ部127cに螺合固定されたストッパ125がシート
スペーサ126に当接することによりシャフト127の図中下
方へ最大移動位置が規制される。また、シャフト127の
図中上方への最大位置はシート部127dがシートスペーサ
126に当接することにより規制される。

シャフト127のねじ部127cおよびシート部127dの軸方
向には通路133が形成されており、またシャフト127のね
じ部127cの径方向にはこの通路133に連通する通路134が
形成されている。さらに、シャフト127のシート部127d
には外周側より圧力キャンセル用のスリーブ128が摺動
自在に嵌挿されており、シート部127dの外周面とスリー
ブ128の内周面とにより充分にシールがなされるように
なっている。このスリーブ128により弁部120に高圧流体
の圧力が直接作用しなくなるため、弁部120の高速応答
が小さい電流，小さいばね荷重で実現できる。

弁部120は、シートスペーサ126にシャフト127を通
し、シャフト127にバルブハウジング122を通し、バルブ
ハウジング122内にシム123,スプリング124,ストッパ12
5,シートスペーサ126,シャフト127を配設し、シャフト1
27の端部127aにアーマチュア121を螺合し、シャフト127
のシート部127dにスリーブ128を嵌挿入することにより
組み付けられる。なお、アーマチュア121を螺合固定す
るシャフト127の端部127aはシャフト径より小径で形成
されているため、強固に固定される。また、ストッパ12
5を螺合固定するシャフト127のねじ部127cはシャフト径
より大径で形成されているため、破損や折損に対して有
利である。

アーマチュア121は、スペーサリング160によってケー
シング100内に形成される円柱状の空間101内に位置する
ようになっており、アーマチュア121の上下面および側
面はシャフト127の移動範囲内において、電磁ソレノイ
ド部140,バブルハウジング122およびスペーサリング160
に当接しないように浮動自在に配設されている。

バルブハウジング122には、通路131および通路132が
形成されており、通路131は通路132を介して空間101に
連通している。

また、シートスペーサ126には通路131に連通する通路
130が形成されており、スリーブ128には高圧通路３から
圧送された高圧流体を弁部120へ導入する通路129が形成
されている。従って、シャフト127のシート部127dがシ
ートスペーサ126から離座した状態にあっては、高圧通
路３から圧送された高圧流体は通路129,通路130,通路13
1を順次介して溢流通路４へ導出される。

電磁ソレノイド部140は、第１図において、左半断面
に対し右半断面は90度回転させた断面が示されている。

電磁ソレノイド部140は、ハウジング153とこのハウジ
ング153内に収容される樹脂ケース143,樹脂スペーサ14
8,積層Ｅコア149,巻線151を巻き付けた樹脂ボビン150と
から構成される。

樹脂ケース143は、プラス極とマイナス極の２個のタ
ーミナル141を一体成型したもので、Ｏリング145および
147を介在させてハウジング153内に収容される。ターミ
ナル141は、第２図に示すように、一部が板状金属141a
によって形成されており、この板状金属141aと巻線151
とはスポット溶接等により強固に接合される。

積層Ｅ型コア149は第３図に示すように、Ｅ型の鉄板
を多数枚積層したものであり、樹脂ボビン150と嵌合結
合される。また、樹脂ボビン150のターミナル141側の両
端には樹脂の肩部150aが延設されており、この肩部150a
により板状金属141aと巻線151の接合部と積層Ｅコア149
とは絶縁され、ショート等の不具合は生じない。

電磁ソレノイド部140は、ハウジング153内に樹脂ケー
ス143,樹脂スペーサ148,積層Ｅコア149,樹脂ボビン150
を挿入し、エポキシ等の充填樹脂152を注入して固化さ
せることにより組付けられる。

このように組み付けられた電磁ソレノイド部140は、
ケーシング100内に嵌合され、リテーナリング110によっ
て固定される。

また、第４図に示すように、電磁弁１の取り付け面Ａ
と取り付けねじ部Ｂの形状精度（直角度）および取り付
けられるハウジング２の形状精度が悪い場合でも、取り
付けねじ部Ｂでの油密が保たれるように、ハウジング15
3のリテーナリング110と係合する係合部153aは球面形状
とし、ハウジング153の外周とケーシング100の内周との
間に隙間Ｄを設け、形状精度の悪さを吸収できるように
している。

ハウジング153の外周とケーシング100の内周との間に
は、第５図に示すように、Ｏリング147およびバックア
ップリング146が設けられている。バックアップリング1
46は、ハウジング153の外周とケーシング100の内周との
間に隙間Ｄを設けると、Ｏリング147がこの隙間Ｄ内に
はみ出してしまうので、それを防止するために設けられ
ている。このバックアップリング146は、第６図に示す
ように、矩形断面を有する一部が切断された環状リング
で、テフロン樹脂により形成されている。

次に、上記構成から成る本実施例の作動について説明
する。

電磁ソレノイド部140のターミナル141に通電が行なわ
れていない時には、ストッパ125がスプリング124によっ
て第１図中下方へ付勢され、ストッパ125はシートスペ
ーサ126に着座する。そのため、シャフト127のシート部
127dはシートスペーサ126から離座し、開弁状態を保
つ。従って、高圧通路３を介して圧送された高圧燃料
は、通路129,通路130,通路131を順次介して溢流通路４
へ導出される。

この状態で、電磁ソレノイド部140のターミナル141に
通電が行なわれると、第１図にＣで示されるように磁気
回路が形成され、アーマチュア121は図中上方へ吸引さ
れる。従って、シャフト127もスプリング124の付勢力に
抗してアーマチュア121と一体に図中上方へ移動し、シ
ャフト127のシート部127dはシートスペーサ126に着座す
る。その結果、通路129と通路130との連通が遮断され、
圧送される高圧流体は溢流通路４から導出されなくな
る。なお、シャフト127のシート部127dの上部室136と下
部室137とは通路133および通路134により連通している
ため同圧力になっている。

ここで、アーマチュア121の吸引時において、アーマ
チュア121は常に空間101内で浮動自在になっている。そ
のため、磁気回路形成時において、アーマチュア121が
バルブハウジング122に当接することによって生じるア
ーマチュア121を図中下方へ吸引する力は生じない。従
って、弁部120の応答性が悪化することはなく、常に高
速応答を維持できる。

なお、上記作動において、ストッパ125がシートスペ
ーサ126に着座した状態でアーマチュア121が吸引される
ため、ストッパ125付近にも電磁ソレノイド部140による
磁気回路が形成され、シャフト127を介してアーマチュ
ア121を図中下方へ吸引する力が生じることになる。し
かし、ストッパ125と電磁部140との距離は、アーマチュ
ア121と電磁ソレノイド部140との距離よりも遠いため、
アーマチュア121を図中下方へ吸引する力は、アーマチ
ュア121を図中上方へ吸引する力に比べて非常に小さ
く、弁部120の応答性に影響を及ぼすことはない。

次に、第７図および第８図を用いて、上述した電磁弁
１を燃料噴射ポンプまたはユニットインジェクタに適用
した実施例を説明する。第７図は本実施例の燃料噴射装
置の全体構成を簡単化して単気筒に表わした模式図であ
る。

第７図において、燃料噴射ポンプ200のプランジャ201
はカム202の作用によりポンプ室203に吸入された燃料を
圧縮する。プランジャ201がポンプ室203内の燃料を加圧
すると、この加圧燃料は吐出弁204,鋼管205を経て図示
しないエンジン燃焼室内に向けて噴射ノズル206より噴
射される。

また、ポンプ室203は高圧通路３を経由して電磁弁１
を介して溢流通路４および低圧側の燃料室207に連通し
ている。

従って、燃料噴射途中に電磁弁１を開弁するとポンプ
室203内の高圧燃料は速やかに溢流通路４に溢流し燃料
噴射が終了する。

電磁弁１の開閉制御はマイクロコンピュータを備えた
電子制御装置208により行なわれ、この電子制御装置208
にはカム202と同軸に取付けられたパルサ209および基準
信号検出器210によりポンプ下死点毎に基準信号が入力
されるようになっている。

次に、本実施例の作動を第８図を用いて説明する。第
８図は本実施例の作動を示すタイミングチャートで、図
中（ａ）はプランジャ201のリフト量、（ｂ）は基準信
号、（ｃ）は電磁弁１への通電パルス、（ｄ）は噴射ノ
ズル206からの噴射率特性を各々示している。

電子制御装置208が、基準信号から一定のエンジン回
転角経過後、実際には電子制御装置208内で回転角を時
間に変換して時間Ｔ経過後に電磁弁１を開弁すると、高
圧燃料が溢流し燃料噴射が停止する。また、電磁弁１の
開弁時期を変えることにより燃料噴射量Ｑが制御され
る。そして、所定時間ｔ後に再び電磁弁１に通電して閉
弁し、次の噴射に備える。

上記作動において、電磁弁１は高応答性で制御される
が、本実施例の電磁弁１によれば、優れた応答性を有す
るため、高精度に噴射率特性を制御することができる。
また、本実施例の電磁弁１では、通電を停止すると電磁
弁１が開弁する外開弁である。そのため、電子制御装置
208と電磁弁１とを接続する配線に故障が生じたとして
も、電磁弁１は開弁状態を保ち、プランジャ室203内の
高圧流体は全て溢流通路３に溢流して噴射されることな
く、エンジンは停止する。つまり、断線故障が生じた場
合には電磁弁１は安全側（フェイルセーフ）に作用、車
両の安全性が確保される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、通電時開始時
アーマチュアが閉弁方向に駆動される際にストッパとハ
ウジングとの当接部を介して形成される逆方向への磁束
の影響を小さく抑えることで電磁弁の応答性を高めると
ともに、その際にストッパを電磁ソレノイド部及びアー
マチュアからは距離的に離して配置するために設けたシ
ャフト部材に並行して非通電時にシャフト部材を開弁方
向に付勢する付勢部材を配置しているので、シャフト部
材により占有されるケーシング内の容積を付勢部材が共
用してシャフト部材と並列的に有効に活用でき、弁応答
性の改善と弁の小型化との両立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の電磁弁の実施例に関するもの
で、第１図は本実施例の構成を示す断面図、第２図は第
１図のターミナル141を示す斜視図、第３図は第１図の
積層Ｅコア149および樹脂ボビン150の組み付け状態を示
す斜視図、第４図はハウジング153の肩部153aを説明す
るための断面図、第５図は第４図のＶ部拡大断面図、第
６図は第１図のバックアップリング146を示す斜視図で
ある。 第７図および第８図は本実施例の電磁弁１を燃料噴射装
置に適用した実施例に関するもので、第７図は燃料噴射
装置の全体構成を示す模式図、第８図は燃料噴射装置の
作動を示すタイミングチャートである。 第９図は本発明の従来技術を示す断面図である。 １……電磁弁,100……ケーシング,110……リテーナリン
グ,120……弁部,121……アーマチュア,122……バルブハ
ウジング,124……スプリング,125……ストッパ,126……
シートスペーサ,127……シャフト,127a……端部,127b…
…摺動部,127c……螺合部,127d……シート部,128……ス
リーブ,140……電磁ソレノイド部,141……ターミナル,1
46……バックアップリング,147……Ｏリング,149……積
層Ｅコア,150……樹脂ボビン,151……巻線,153……ハウ
ジング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東條 重樹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 児島 輝忠 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 伊藤 栄次 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−20980（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−142979（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシングと、 このケーシング内に配設され、通電時に磁極を形成する
   電磁ソレノイド部と、 この電磁ソレノイド部によって形成される磁極の一方の
   側で前記ケーシングに設けられた空間内に配設され、こ
   の空間内を、通電時には前記電磁ソレノイド部方向に、
   非通電時には前記ソレノイド部から離反する方向に移動
   するアーマチュアと、 このアーマチュアに連動し、通電時に流体通路を閉塞し
   非通電時に流体通路を開口する弁シート部材と、 一端がこの弁シート部材に結合されるとともに他端が前
   記アーマチュアに結合され、このアーマチュアとともに
   前記弁部材を軸方向に移動させるシャフト部材と、 このシャフト部材に形成され、前記非通電時に前記ケー
   シングに当接することで前記弁シート部材の非通電時の
   開口位置を規制するストッパと、 非通電時にこのストッパを前記ケーシングに当接させる
   べく前記シャフト部材を付勢する付勢部材とを有し、 この付勢部材は、前記アーマチュアの移動空間と前記ス
   トッパとの間の位置において前記シャフト部材に並行し
   て前記ケーシング内に配設されていることを特徴とする
   流体制御用電磁弁。