JP2705236B2 - 三方電磁弁 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、三方電磁弁に関するもので、例えば高圧流
体を制御するディーゼル用燃料噴射装置に用いて好適な
ものである。
体を制御するディーゼル用燃料噴射装置に用いて好適な
ものである。
特開昭59−165858号公報に示されるディーゼルエンジ
ン用燃料噴射装置においては、三方電磁弁を用いて噴射
時期や噴射量の制御を行っており、その三方電磁弁は第
21図に示す構成である。
ン用燃料噴射装置においては、三方電磁弁を用いて噴射
時期や噴射量の制御を行っており、その三方電磁弁は第
21図に示す構成である。
第21図において、２は三方電磁弁１の弁本体であり、
その中央には摺動孔３が穿設され、この摺動孔３の孔壁
に圧力流体である高圧燃料の供給ポート４、また摺動孔
３に連続する縦方向に制御ポート５、横方向に排出ポー
ト６が形成され、その両ポート5,6間に部屋７を設け
る。さらに弁本体２には供給ポート４に連通する環状の
リセス８と、高圧燃料を供給ポート４に導入する導入通
路９とが形成されている。排出ポート６には排出通路10
が連設され、その排出通路10を分岐した分岐通路11の一
端は弁本体２の上面に開口している。
その中央には摺動孔３が穿設され、この摺動孔３の孔壁
に圧力流体である高圧燃料の供給ポート４、また摺動孔
３に連続する縦方向に制御ポート５、横方向に排出ポー
ト６が形成され、その両ポート5,6間に部屋７を設け
る。さらに弁本体２には供給ポート４に連通する環状の
リセス８と、高圧燃料を供給ポート４に導入する導入通
路９とが形成されている。排出ポート６には排出通路10
が連設され、その排出通路10を分岐した分岐通路11の一
端は弁本体２の上面に開口している。
前記摺動孔３にはムービングピストン12が、摺動自由
に配置される。このムービングピストン12の一端には前
記制御ポート５の縁部に設けた弁座5aに接離するポペッ
ト部12aが、他端には後述する電磁コイル21に対応する
アーマチャ13が形成される。また、このムービングピス
トン12には、フリーピストン14を嵌装する嵌装孔15が穿
設され、その嵌装孔15は部屋16を連設するとともに通路
17により、前記制御ポート５と連通する。前記部屋16と
通路17の間にはフリーピストン14のポペット部14aが離
着する弁座18を形成する。さらに高圧燃料を部屋16へ導
く燃料通路19を前記摺動孔３に設けた環状リセス８に合
致させて、円周方向でほぼ等角度間隔に複数個形成す
る。
に配置される。このムービングピストン12の一端には前
記制御ポート５の縁部に設けた弁座5aに接離するポペッ
ト部12aが、他端には後述する電磁コイル21に対応する
アーマチャ13が形成される。また、このムービングピス
トン12には、フリーピストン14を嵌装する嵌装孔15が穿
設され、その嵌装孔15は部屋16を連設するとともに通路
17により、前記制御ポート５と連通する。前記部屋16と
通路17の間にはフリーピストン14のポペット部14aが離
着する弁座18を形成する。さらに高圧燃料を部屋16へ導
く燃料通路19を前記摺動孔３に設けた環状リセス８に合
致させて、円周方向でほぼ等角度間隔に複数個形成す
る。
前記の弁本体２は、リング状スペーサ20を介して電磁
コイル21を巻装したソレノイド22と、制御ポート５に連
通する通路23を有する制御室24とに締め付けボルト25等
により一体状に締め付け固定して三方電磁弁１を構成す
る。このソレノイド22とムービングピストン12間には、
該ムービングピストン12のポペット部12aを弁座5aに圧
接するスプリング26が掛けられる。
コイル21を巻装したソレノイド22と、制御ポート５に連
通する通路23を有する制御室24とに締め付けボルト25等
により一体状に締め付け固定して三方電磁弁１を構成す
る。このソレノイド22とムービングピストン12間には、
該ムービングピストン12のポペット部12aを弁座5aに圧
接するスプリング26が掛けられる。
従来の三方電磁弁１は、前記構成になりその作動は既
に公知のように、 電磁コイル21の作動により、ムービングピストン12が
上昇して、制御ポート５と排出ポート６を連通させると
ともに、フリーピストン14のポペット部14aが弁座18に
着座して、供給ポート４から制御ポート５への高圧燃料
の供給を遮断する状態と、 電磁コイル21の非作動により、ムービングピストン12
が下降して弁座5aに着座して、制御ポート５と排出ポー
ト６との連通を遮断するとともに、フリーピストン14が
弁座18から離脱して、供給ポート４と制御ポート５とを
連通して高圧燃料を制御室24へ供給する状態とを、 繰り返す。
に公知のように、 電磁コイル21の作動により、ムービングピストン12が
上昇して、制御ポート５と排出ポート６を連通させると
ともに、フリーピストン14のポペット部14aが弁座18に
着座して、供給ポート４から制御ポート５への高圧燃料
の供給を遮断する状態と、 電磁コイル21の非作動により、ムービングピストン12
が下降して弁座5aに着座して、制御ポート５と排出ポー
ト６との連通を遮断するとともに、フリーピストン14が
弁座18から離脱して、供給ポート４と制御ポート５とを
連通して高圧燃料を制御室24へ供給する状態とを、 繰り返す。
前記した構成並びに作動を呈する三方電磁弁１は、燃
料圧送ポンプから圧送される高圧燃料が燃料通路９から
供給ポート４に導かれ、環状のリセス８及び該リセス８
に連通するムービングピストン12の複数の燃料通路19を
介して、該ムービングピストン12に形成した部屋16及び
制御ポート５側に供給される。
料圧送ポンプから圧送される高圧燃料が燃料通路９から
供給ポート４に導かれ、環状のリセス８及び該リセス８
に連通するムービングピストン12の複数の燃料通路19を
介して、該ムービングピストン12に形成した部屋16及び
制御ポート５側に供給される。
前記環状のリセス８に導かれる高圧燃料によって、弁
本体２には該リセス８部で半径方向の外向きに高圧が作
用して外向きの変形を生じ、摺動孔３とムービングピス
トン12の摺動部のクリアランスを拡げる。このため高圧
燃料がその拡がったクリアランスへ漏れ出て、前記リセ
ス８部のみならず摺動孔３の孔壁全般に亘って圧力を作
用させ、前記環状リセス８を境とする上下の摺動部のク
リアランスをさらに拡げ、高圧燃料の漏れ流量が増加す
る。
本体２には該リセス８部で半径方向の外向きに高圧が作
用して外向きの変形を生じ、摺動孔３とムービングピス
トン12の摺動部のクリアランスを拡げる。このため高圧
燃料がその拡がったクリアランスへ漏れ出て、前記リセ
ス８部のみならず摺動孔３の孔壁全般に亘って圧力を作
用させ、前記環状リセス８を境とする上下の摺動部のク
リアランスをさらに拡げ、高圧燃料の漏れ流量が増加す
る。
また、三方電磁弁１は制御室24との当接面の面圧を確
保するため、ソレノイド22と弁本体２及び制御室24を、
一体状に締付固定するが、リング状のスペーサ20をソレ
ノイド22を弁本体２の間に介在させるため、その締付力
は弁本体２の上面では、外周壁に作用して摺動孔３の孔
縁部を外側に撓ませ変形させる。このため、摺動孔３と
ムービングピストン12との摺動部のクリアランスが摺動
孔３の孔縁部に向かって増大し、高圧燃料の漏れ流量が
増加する。
保するため、ソレノイド22と弁本体２及び制御室24を、
一体状に締付固定するが、リング状のスペーサ20をソレ
ノイド22を弁本体２の間に介在させるため、その締付力
は弁本体２の上面では、外周壁に作用して摺動孔３の孔
縁部を外側に撓ませ変形させる。このため、摺動孔３と
ムービングピストン12との摺動部のクリアランスが摺動
孔３の孔縁部に向かって増大し、高圧燃料の漏れ流量が
増加する。
前記のように、摺動部のクリアランスが増大すると、
そこからの高圧燃料の漏れ量が多くなり、高圧燃料を圧
送するための燃料圧送ポンプの駆動トルクの損失、燃料
の噴射圧力の低下を来たす等の問題点がある。
そこからの高圧燃料の漏れ量が多くなり、高圧燃料を圧
送するための燃料圧送ポンプの駆動トルクの損失、燃料
の噴射圧力の低下を来たす等の問題点がある。
本発明は、摺動部のクリアランスが拡がるのを防止し
て、漏れ流量の低減を図ることを目的とする。
て、漏れ流量の低減を図ることを目的とする。
前記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、
高圧流体が流れる供給ポート、制御ポートおよび排出ポ
ートが連続して形成された摺動孔、および供給ポートと
排出ポートとの間に形成された弁座を有する弁本体と、
摺動孔内に摺動自在でかつ弁座に離着可能に配設され、
内部に供給ポートと制御ポートとを有し、弁座に着座し
ていない状態では制御ポートと排出ポートとを連通する
可動部材と、この可動部材を駆動するアクチュエータ
と、可動部材の内部通路内に配設され、可動部材が弁座
に着座した状態では内部通路を開き、弁座に着座してい
ない状態では内部通路を閉じる開閉手段と、可動部材が
弁座に着座した状態において、摺動孔と可動部材の外周
面との間に形成される間隙を減少させる減少手段とを備
えることを特徴とする三方電磁弁とした。
高圧流体が流れる供給ポート、制御ポートおよび排出ポ
ートが連続して形成された摺動孔、および供給ポートと
排出ポートとの間に形成された弁座を有する弁本体と、
摺動孔内に摺動自在でかつ弁座に離着可能に配設され、
内部に供給ポートと制御ポートとを有し、弁座に着座し
ていない状態では制御ポートと排出ポートとを連通する
可動部材と、この可動部材を駆動するアクチュエータ
と、可動部材の内部通路内に配設され、可動部材が弁座
に着座した状態では内部通路を開き、弁座に着座してい
ない状態では内部通路を閉じる開閉手段と、可動部材が
弁座に着座した状態において、摺動孔と可動部材の外周
面との間に形成される間隙を減少させる減少手段とを備
えることを特徴とする三方電磁弁とした。
本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の第１実施例を示す断面図である。
第１図において、三方電磁弁１の弁本体２は、軸受鋼
（SUJ2）で形成されるとともに、その中央には摺動孔３
が穿設され、摺動孔３の孔壁には供給ポート４、また摺
動孔３に連続する縦方向に制御ポート５、横方向に排出
ポート６が形成されている。制御ポート５の入口部には
弁座5aが形成されるとともに、制御ポート５と排出ポー
ト６との間には部屋７が形成されている。弁本体２には
供給ポート４に連通する環状のリセス８と、高圧燃料を
供給ポート４に導入する導入通路９とが形成されてい
る。排出ポート６には排出通路10が連設され、その排出
通路10を分岐した分岐通路11の一端は弁本体２の上面に
開口している。
（SUJ2）で形成されるとともに、その中央には摺動孔３
が穿設され、摺動孔３の孔壁には供給ポート４、また摺
動孔３に連続する縦方向に制御ポート５、横方向に排出
ポート６が形成されている。制御ポート５の入口部には
弁座5aが形成されるとともに、制御ポート５と排出ポー
ト６との間には部屋７が形成されている。弁本体２には
供給ポート４に連通する環状のリセス８と、高圧燃料を
供給ポート４に導入する導入通路９とが形成されてい
る。排出ポート６には排出通路10が連設され、その排出
通路10を分岐した分岐通路11の一端は弁本体２の上面に
開口している。
摺動孔３には、可動部材としてのムービングピストン
12が摺動自在に配置されている。このムービングピスト
ン12と摺動孔３とのクリアランスは２〜３μに設定され
ている。ムービングピストン12は、浸炭鋼（SCM415）で
形成された摺動部12aと、珪素鋼（3LSS）で形成され摺
動部12aに固定されたつば部12bとから構成されている。
このムービングピストン12の一端には弁座5aに離着する
ポペット部12cが形成されるとともに、つば部12bは電磁
コイル21に対向している。また、このムービングピスト
ン12には、開閉状態である軸受鋼（SUJ2）で形成された
フリーピストン14を嵌装する嵌装孔15が穿設され、その
嵌装孔15には拡径孔31が連接されるとともに、内部通路
17により制御ポート５と連通する。拡径室16と通路17の
間にはフリーピストン14のポペット部14aが離着する弁
座18が形成されている。さらに、高圧燃料を拡径室31へ
導く燃料通路19が摺動孔３に設けた環状リセス８に合致
させて、円周方向でほぼ等間隔で複数個形成されてい
る。また、嵌挿孔15の上端位置は、フリーピストン14の
外周面と摺動孔３との間に形成される間隙内に浸入した
高圧燃料によって生じる弁本体１の外径方向の変形量が
０になるまでの供給ポート４からの距離Ｌ、すなわち本
実施例では供給ポート４から弁本体２の上端面までの距
離Ｌの約0.2〜0.4倍の距離となるように供給ポート４か
らの距離ｌに対応しており、これによって供給ポート４
に連通する燃料通路19から高圧燃料を導入して溜める蓄
圧室32が形成される。蓄圧室32は摺動孔３とムービング
ピストン12との摺動部の、供給ポート４を境とする上側
の摺動孔33と下側の摺動部34とに対称状に対応している
が、第２図のように上側の摺動部33のみに対応するよう
にしても良い。
12が摺動自在に配置されている。このムービングピスト
ン12と摺動孔３とのクリアランスは２〜３μに設定され
ている。ムービングピストン12は、浸炭鋼（SCM415）で
形成された摺動部12aと、珪素鋼（3LSS）で形成され摺
動部12aに固定されたつば部12bとから構成されている。
このムービングピストン12の一端には弁座5aに離着する
ポペット部12cが形成されるとともに、つば部12bは電磁
コイル21に対向している。また、このムービングピスト
ン12には、開閉状態である軸受鋼（SUJ2）で形成された
フリーピストン14を嵌装する嵌装孔15が穿設され、その
嵌装孔15には拡径孔31が連接されるとともに、内部通路
17により制御ポート５と連通する。拡径室16と通路17の
間にはフリーピストン14のポペット部14aが離着する弁
座18が形成されている。さらに、高圧燃料を拡径室31へ
導く燃料通路19が摺動孔３に設けた環状リセス８に合致
させて、円周方向でほぼ等間隔で複数個形成されてい
る。また、嵌挿孔15の上端位置は、フリーピストン14の
外周面と摺動孔３との間に形成される間隙内に浸入した
高圧燃料によって生じる弁本体１の外径方向の変形量が
０になるまでの供給ポート４からの距離Ｌ、すなわち本
実施例では供給ポート４から弁本体２の上端面までの距
離Ｌの約0.2〜0.4倍の距離となるように供給ポート４か
らの距離ｌに対応しており、これによって供給ポート４
に連通する燃料通路19から高圧燃料を導入して溜める蓄
圧室32が形成される。蓄圧室32は摺動孔３とムービング
ピストン12との摺動部の、供給ポート４を境とする上側
の摺動孔33と下側の摺動部34とに対称状に対応している
が、第２図のように上側の摺動部33のみに対応するよう
にしても良い。
弁本体２は、リング状スペーサ20を介して電磁コイル
21を巻装したソレノイド22と、制御ポート５と連通する
通路23を有する制御室24とに締め付けボルト25により一
体状に締め付け固定される。このソレノイド22とムービ
ングピストン12間には、ムービングピストン12のポペッ
ト部12aを弁座5aに圧接するスプリング26が設けられて
いる。
21を巻装したソレノイド22と、制御ポート５と連通する
通路23を有する制御室24とに締め付けボルト25により一
体状に締め付け固定される。このソレノイド22とムービ
ングピストン12間には、ムービングピストン12のポペッ
ト部12aを弁座5aに圧接するスプリング26が設けられて
いる。
なお、三方電磁弁１の作動については、従来と同様で
あるので省略する。
あるので省略する。
以下、第１図の蓄圧室32に溜まる高圧燃料の圧力の作
用について説明する。
用について説明する。
一般に内圧P1及び外圧P2の作用を同時に受ける内半径
a,外半径ｂの厚肉円筒の半径ｒの点における半径方向の
変形量Urは、次式により算出される。
a,外半径ｂの厚肉円筒の半径ｒの点における半径方向の
変形量Urは、次式により算出される。
但し、Ｅ（ヤング率）＝21,000kg/mm2 1/m（ポアソン比）＝0.3 また、弁本体２とムービングピストン12間の摺動部の
圧力P2は、高圧燃料の圧力P1と等しい最大圧力10kg/mm2
が、供給ポート４に連通する環状のリセス８部に作用
し、前記上側の摺動部33の上端、及び下側の摺動部34の
下端で０となるように、供給ポート４の設置位置（以下
中央部という）からの距離に比例するものとする。
圧力P2は、高圧燃料の圧力P1と等しい最大圧力10kg/mm2
が、供給ポート４に連通する環状のリセス８部に作用
し、前記上側の摺動部33の上端、及び下側の摺動部34の
下端で０となるように、供給ポート４の設置位置（以下
中央部という）からの距離に比例するものとする。
ここで、外半径をｂ＝3.75mmとし、圧力差（P1P2）に
よるムービングピストン12の変形を大きくする為、内変
形ａは外半径ｂにできるだけ近付けて、ａ＝3mmとす
る。
よるムービングピストン12の変形を大きくする為、内変
形ａは外半径ｂにできるだけ近付けて、ａ＝3mmとす
る。
以上の諸元に基づき（ｉ）式によりムービングピスト
ン12の変形量U1をｒ＝ｂ＝3.75mmの点において求める。
ン12の変形量U1をｒ＝ｂ＝3.75mmの点において求める。
一方、弁本体２の変形量、即ち摺動孔３の変形量U
2は、P2を内圧とし、内圧のみが作用する場合の変形量
として算出する。
2は、P2を内圧とし、内圧のみが作用する場合の変形量
として算出する。
圧力P2は、中央部から上側及び下側の摺動部33,34の
各端部に向かってリニヤに減少するから、前記の各変形
量も中央部からの距離に応じてリニヤに変化し、その各
算出値を第３図に図示する。
各端部に向かってリニヤに減少するから、前記の各変形
量も中央部からの距離に応じてリニヤに変化し、その各
算出値を第３図に図示する。
第３図によれば、供給ポート４からの距離L1がL1＝0.
4Lのとき ムービングピストン12の変形量U1は、 U1＝1.8μｍ 弁本体12の変形量U2 U2＝1.5μｍ と、ほぼ等しくなり上側及び下側の摺動部33,34のクリ
アランスの増大を抑え、高圧燃料のリーク量を低減を図
ることができる。
4Lのとき ムービングピストン12の変形量U1は、 U1＝1.8μｍ 弁本体12の変形量U2 U2＝1.5μｍ と、ほぼ等しくなり上側及び下側の摺動部33,34のクリ
アランスの増大を抑え、高圧燃料のリーク量を低減を図
ることができる。
距離L1＝0.4Lは、摺動孔３とムービングピストン12の
摺動のためのクリアランスの確保、ムービングピストン
12の変形による嵌装孔15とフリーピストン14の摺動部か
らの高圧燃料のリークの問題等を考慮した場合、最適の
リーク特性を示す蓄圧室32の上端位置を示すものである
が、設定内外圧の変化、嵌装孔15とフリーピストン14間
の摺動部の摺動長、弁本体２の材質およびムービングピ
ストン12の材質等により若干その数値は変動する。
摺動のためのクリアランスの確保、ムービングピストン
12の変形による嵌装孔15とフリーピストン14の摺動部か
らの高圧燃料のリークの問題等を考慮した場合、最適の
リーク特性を示す蓄圧室32の上端位置を示すものである
が、設定内外圧の変化、嵌装孔15とフリーピストン14間
の摺動部の摺動長、弁本体２の材質およびムービングピ
ストン12の材質等により若干その数値は変動する。
また、第２図の場合は、蓄圧室32が同図に示すように
上側の摺動部33のみに対応して形成され、蓄圧室32に溜
まる高圧燃料の圧力の作用により、上側摺動部33のクリ
アランスの増大が抑えられ、そこからの高圧燃料の漏れ
流量の低減が図られる。
上側の摺動部33のみに対応して形成され、蓄圧室32に溜
まる高圧燃料の圧力の作用により、上側摺動部33のクリ
アランスの増大が抑えられ、そこからの高圧燃料の漏れ
流量の低減が図られる。
第４図は第２の実施例を示す断面図である。
第４図において、高圧燃料を供給ポート４に導く導入
通路９は弁本体２に形成した摺動孔３に平行に、かつ第
５図の横断面図に示すように円周方向で120゜の等角度
間隔で３個所形成する。また、供給ポート４は弁本体２
の外側から水平に穿設して、前記各導入通路９に直交さ
せるとともに摺動孔３に連通し、弁本体２の開口部をね
じ栓41で塞ぐ。本実施例においては、供給ポート４に連
通する環状リセスは、供給ポート４及び導入通路９を３
個所設けることにより廃止する。円周方向の３個所に形
成された前記供給ポート４に合致する燃料通路19が、ム
ービングピストン12に設けられ、高圧燃料が部屋16及び
通路17を介して制御ポート５側へ供給される。一方、前
記供給ポート４に直交する導入通路９は、さらに摺動孔
３に沿って平行に延長して、その延長部42の長さをL1と
する。延長部42に導かれて溜まる高圧燃料の圧力が、半
径方向応の中心に向かって作用するので、該圧力が摺動
孔３とムービングピストン12との間の摺動部43のクリア
ランスに漏れ出る高圧燃料の圧力に対抗して、弁本体２
の外向きの変形を抑える（第６図参照）。また環状リセ
スが廃止されているので、高圧燃料の圧力が全周に亘っ
て作用することもない。
通路９は弁本体２に形成した摺動孔３に平行に、かつ第
５図の横断面図に示すように円周方向で120゜の等角度
間隔で３個所形成する。また、供給ポート４は弁本体２
の外側から水平に穿設して、前記各導入通路９に直交さ
せるとともに摺動孔３に連通し、弁本体２の開口部をね
じ栓41で塞ぐ。本実施例においては、供給ポート４に連
通する環状リセスは、供給ポート４及び導入通路９を３
個所設けることにより廃止する。円周方向の３個所に形
成された前記供給ポート４に合致する燃料通路19が、ム
ービングピストン12に設けられ、高圧燃料が部屋16及び
通路17を介して制御ポート５側へ供給される。一方、前
記供給ポート４に直交する導入通路９は、さらに摺動孔
３に沿って平行に延長して、その延長部42の長さをL1と
する。延長部42に導かれて溜まる高圧燃料の圧力が、半
径方向応の中心に向かって作用するので、該圧力が摺動
孔３とムービングピストン12との間の摺動部43のクリア
ランスに漏れ出る高圧燃料の圧力に対抗して、弁本体２
の外向きの変形を抑える（第６図参照）。また環状リセ
スが廃止されているので、高圧燃料の圧力が全周に亘っ
て作用することもない。
摺動孔３の内径を10mmψ，供給ポート４及び導入通路
９の内径をそれぞれ2mmψ、供給ポート４から導入通路
９までの距離Ｘを2mmとし、供給ポート４の設置位置ま
での深さＬと導入通路９の延長部42の長さL2との比L2/L
と、摺動部43からの高圧燃料の漏れ流量との関係を第７
図のグラフに示す。但し、この時の高圧燃料の圧力を10
0MPaとし、前記延長部42を設けない場合の漏れ流量を10
0とする。このグラフによれば、L2/L＝0.4のあたりから
漏れ流量の低減傾向が顕著となり、L2/L＝0.7では10％,
L2/L＝0.9では20％の低減が認められる。従って延長部4
2の長さＬでは、供給ポート設置位置までの深さＬの0.5
倍以上で、かつ可能な限り長くして、弁本体２の上面に
接近させるのがよいが、高圧燃料の圧力及び延長部42の
加工精度により0.9倍程度に制限する。
９の内径をそれぞれ2mmψ、供給ポート４から導入通路
９までの距離Ｘを2mmとし、供給ポート４の設置位置ま
での深さＬと導入通路９の延長部42の長さL2との比L2/L
と、摺動部43からの高圧燃料の漏れ流量との関係を第７
図のグラフに示す。但し、この時の高圧燃料の圧力を10
0MPaとし、前記延長部42を設けない場合の漏れ流量を10
0とする。このグラフによれば、L2/L＝0.4のあたりから
漏れ流量の低減傾向が顕著となり、L2/L＝0.7では10％,
L2/L＝0.9では20％の低減が認められる。従って延長部4
2の長さＬでは、供給ポート設置位置までの深さＬの0.5
倍以上で、かつ可能な限り長くして、弁本体２の上面に
接近させるのがよいが、高圧燃料の圧力及び延長部42の
加工精度により0.9倍程度に制限する。
また、供給ポート4,導入通路９及びその延長部42の配
設位置は、前記実施例のように円周方向で120゜の等角
度間隔位置に限定されるものではない。
設位置は、前記実施例のように円周方向で120゜の等角
度間隔位置に限定されるものではない。
第８図は第３の実施例を示す断面図である。
第８図において、摺動孔３に開口する供給ポート４
は、摺動孔３とムービングピストン12との摺動部71のほ
ぼ中間位置で、第９図の横断面図に示すように円周方向
に120゜の等角度間隔に３個所弁本体２の外側から水平
に穿設するとともに、その内部で径を拡径した蓄圧室72
を形成する。蓄圧室72の弁本体２の外側の開口部はねじ
栓73により塞ぐ。また各蓄圧室72には弁本体２に形成し
た高圧燃料の導入通路９をそれぞれ連通させ、前記供給
ポート４に高圧燃料を導くとともに蓄圧室72内に高圧燃
料を溜める。ムービングピストン12には、前記供給ポー
ト４に合致する燃料通路19が形成され、高圧燃料が部屋
16及び通路17を介して制御ポート５側へ供給される。
は、摺動孔３とムービングピストン12との摺動部71のほ
ぼ中間位置で、第９図の横断面図に示すように円周方向
に120゜の等角度間隔に３個所弁本体２の外側から水平
に穿設するとともに、その内部で径を拡径した蓄圧室72
を形成する。蓄圧室72の弁本体２の外側の開口部はねじ
栓73により塞ぐ。また各蓄圧室72には弁本体２に形成し
た高圧燃料の導入通路９をそれぞれ連通させ、前記供給
ポート４に高圧燃料を導くとともに蓄圧室72内に高圧燃
料を溜める。ムービングピストン12には、前記供給ポー
ト４に合致する燃料通路19が形成され、高圧燃料が部屋
16及び通路17を介して制御ポート５側へ供給される。
前記蓄圧室72に導入されて溜まる高圧燃料の圧力は、
供給ポート４を拡径して増加した面積差分、即ち拡径段
部72aに及び外拡径段部72aに対して半径方向内向きに作
用する。
供給ポート４を拡径して増加した面積差分、即ち拡径段
部72aに及び外拡径段部72aに対して半径方向内向きに作
用する。
第10図は、弁本体２に穿設した摺動孔３とムービング
ピストン12との間の摺動部71のクリアランスに、供給ポ
ート４から漏れ出る高圧燃料の圧力の作用による弁本体
２の外向きの変形量を点線で示したもので、同図（ａ）
は蓄圧室72を設けない従来の場合、同図（ｂ）は蓄圧室
72を設けた場合である。ここで高圧燃料の圧力を300MPa
とする。また同図（ｂ）に於いて、蓄圧室72の拡径段部
72aの形成位置ＢをＢ＝1mmとし蓄圧室72の内径Ｄと供給
ポート４の内径ｄとの比D/dを５とする。
ピストン12との間の摺動部71のクリアランスに、供給ポ
ート４から漏れ出る高圧燃料の圧力の作用による弁本体
２の外向きの変形量を点線で示したもので、同図（ａ）
は蓄圧室72を設けない従来の場合、同図（ｂ）は蓄圧室
72を設けた場合である。ここで高圧燃料の圧力を300MPa
とする。また同図（ｂ）に於いて、蓄圧室72の拡径段部
72aの形成位置ＢをＢ＝1mmとし蓄圧室72の内径Ｄと供給
ポート４の内径ｄとの比D/dを５とする。
第10図（ｂ）によれば、蓄圧室72を形成した場合に
は、該蓄圧室72の拡径段部72aに対応する部分の摺動孔
３の外向きの変形量は、ほぼ０に抑えられている。従っ
て、従来の場合のように供給ポート４の部分から摺動部
71のクリアランスに漏れ出る高圧燃料の圧力の作用によ
り、該クリアランスが増大して漏れ流量が増加するのを
ほぼ完全に抑えることができ、漏れ流量の大幅な低減を
図ることができる。
は、該蓄圧室72の拡径段部72aに対応する部分の摺動孔
３の外向きの変形量は、ほぼ０に抑えられている。従っ
て、従来の場合のように供給ポート４の部分から摺動部
71のクリアランスに漏れ出る高圧燃料の圧力の作用によ
り、該クリアランスが増大して漏れ流量が増加するのを
ほぼ完全に抑えることができ、漏れ流量の大幅な低減を
図ることができる。
尚、前記蓄圧室72の内径Ｄと供給ポート４の内径ｄと
の比は、前記実施例の数値に限定されるものでなく、ま
た供給ポート4,導入通路９及び蓄圧室72の配設位置も前
記実施例位置に限定されるものではない。
の比は、前記実施例の数値に限定されるものでなく、ま
た供給ポート4,導入通路９及び蓄圧室72の配設位置も前
記実施例位置に限定されるものではない。
第11図は第４の実施例を示す断面図である。
環状リセス８には、リセス内部でリセス幅を上方に拡
大した環状の拡大部51を形成する。該拡大部51の寸法
は、リセス幅W1,リセス幅大幅W2＝W1/2,リセス深さH1及
びリセス拡大幅の加工深さH2＝H2/2,拡大部51の傾斜角
θ＝15゜であり、第12図に示す専用のバイトＢにより加
工される。拡大部51に導かれて溜まる高圧燃料の圧力
が、受圧壁52により半径方向の中心に向かって作用する
ので、該圧力が摺動孔３とムービングピストン12との間
の上側摺動部53のクリアランスに漏れ出る高圧燃料の圧
力に対抗して、弁本体２の外向きの変形を抑える（第13
図参照）。
大した環状の拡大部51を形成する。該拡大部51の寸法
は、リセス幅W1,リセス幅大幅W2＝W1/2,リセス深さH1及
びリセス拡大幅の加工深さH2＝H2/2,拡大部51の傾斜角
θ＝15゜であり、第12図に示す専用のバイトＢにより加
工される。拡大部51に導かれて溜まる高圧燃料の圧力
が、受圧壁52により半径方向の中心に向かって作用する
ので、該圧力が摺動孔３とムービングピストン12との間
の上側摺動部53のクリアランスに漏れ出る高圧燃料の圧
力に対抗して、弁本体２の外向きの変形を抑える（第13
図参照）。
前記寸法諸元において、リセス幅W1＝2mm,リセス拡大
幅W2＝1mm,リセス深さH1＝2mm,リセス拡大幅の加工深さ
H2＝1mmとした環状リセス８を内径9mmψの摺動孔３に形
成して、内圧100MPaを作用させた場合の変形量と、拡大
部51を設けない場合の変形量との比較を第14図に示す。
幅W2＝1mm,リセス深さH1＝2mm,リセス拡大幅の加工深さ
H2＝1mmとした環状リセス８を内径9mmψの摺動孔３に形
成して、内圧100MPaを作用させた場合の変形量と、拡大
部51を設けない場合の変形量との比較を第14図に示す。
第14図によれば拡大部51では、約1.5μｍ程度弁本体
２の外向きの変形が抑えられる。第15図に拡大部51の有
無による上側及び下側摺動部53,54の変形量及び漏れ流
量の計測値を示す。拡大部51を設けた場合には、上側摺
動部53の環状リセス58に連続する入口55の変形量が拡大
部51を設けない場合の変形量より約1.4μｍも少なく抑
えられ、全漏れ流量の約70％を占める上側摺動部53から
の漏れ流量が、71cc/毎分から37cc/毎分と大幅に減少す
る。この場合下側摺動部54の入口56の変形量が僅かに増
え、該摺動部54からの漏れ流量が若干増加するが、全体
としては108cc/毎分から、91cc/毎分と減少して約16％
の低減となる。また上側摺動部53の出口57,下側摺動部5
4の出口58の変形量は、拡大部51を設けても殆ど変化し
ない。
２の外向きの変形が抑えられる。第15図に拡大部51の有
無による上側及び下側摺動部53,54の変形量及び漏れ流
量の計測値を示す。拡大部51を設けた場合には、上側摺
動部53の環状リセス58に連続する入口55の変形量が拡大
部51を設けない場合の変形量より約1.4μｍも少なく抑
えられ、全漏れ流量の約70％を占める上側摺動部53から
の漏れ流量が、71cc/毎分から37cc/毎分と大幅に減少す
る。この場合下側摺動部54の入口56の変形量が僅かに増
え、該摺動部54からの漏れ流量が若干増加するが、全体
としては108cc/毎分から、91cc/毎分と減少して約16％
の低減となる。また上側摺動部53の出口57,下側摺動部5
4の出口58の変形量は、拡大部51を設けても殆ど変化し
ない。
以上考察すると、環状リセス８に拡大部51を形成し、
該拡大部51に溜まる高圧燃料の圧力が、半径方向の中心
に向かって作用する受圧壁52を設けることにより、環状
リセス８に連続する摺動部の入口摺動部の外向きの変形
が抑えられる。従って、第16図に示すように、リセス内
方に向かって上向きの傾斜部59を有する環状リセス８を
形成して、該傾斜部59を前記受圧壁52とすることによ
り、上側摺動部53からの高圧燃料の漏れ流量を低減する
ことができる。
該拡大部51に溜まる高圧燃料の圧力が、半径方向の中心
に向かって作用する受圧壁52を設けることにより、環状
リセス８に連続する摺動部の入口摺動部の外向きの変形
が抑えられる。従って、第16図に示すように、リセス内
方に向かって上向きの傾斜部59を有する環状リセス８を
形成して、該傾斜部59を前記受圧壁52とすることによ
り、上側摺動部53からの高圧燃料の漏れ流量を低減する
ことができる。
勿論、上側のみならず下側摺動部54からの漏れ流量を
抑えるため、前記拡大部51若しくは傾斜部59を環状リセ
ス８の上方両方に形成することもできる。
抑えるため、前記拡大部51若しくは傾斜部59を環状リセ
ス８の上方両方に形成することもできる。
第17図は、第５の実施例を示す断面図である。
弁本体２はリング状スペーサ20を介してソレノイド22
と、制御ポート５に連通する通路23を有する制御室24と
に、締付ボルト25により一体状に締付固定される。その
弁本体２の上面には、摺動孔３の外側に環状溝61を形成
する。該環状溝61は前記締付固定の際、弁本体２の外周
部に作用する締付力の伝達を断つことにより、弁本体２
の上部の摺動孔３の上側の摺動部62が外向きに変形する
のを阻止するために形成されるものである。
と、制御ポート５に連通する通路23を有する制御室24と
に、締付ボルト25により一体状に締付固定される。その
弁本体２の上面には、摺動孔３の外側に環状溝61を形成
する。該環状溝61は前記締付固定の際、弁本体２の外周
部に作用する締付力の伝達を断つことにより、弁本体２
の上部の摺動孔３の上側の摺動部62が外向きに変形する
のを阻止するために形成されるものである。
一方、摺動部からの漏れ流量QLは、 QL＝ｋ・ε1 2・ε2 2/（ε１＋ε２） で算出される。
但し、ε1:摺動部入口側クリアランス ε2:摺動部出口側クリアランス K:内圧，波路長，内径寸法及び粘性係数によ
り決定される係数 従って、QLはε１＝ε２の時最大となり、ε１に対し
てε２を小さくすることにより、QLを小さくすることが
可能になる（第18図参照）。
り決定される係数 従って、QLはε１＝ε２の時最大となり、ε１に対し
てε２を小さくすることにより、QLを小さくすることが
可能になる（第18図参照）。
そこで内径7.5mmψの摺動孔３を形成し、リセス幅2mm
の環状リセス８を挟んで上側摺動部62及び下側摺動部63
の長さを8mmとし、深さ8mmの環状溝61を形成した弁本体
２の底部を固定し、上端面の外周部に締付荷重8.6kg/mm
2を加え、10kg/mm2の内圧を加えた時の上側摺動部62及
び下側摺動部63の変形量を求めれば、第19図に示す通り
であり、さらに同図において環状溝を形成しない場合の
変形量も併せて示される。
の環状リセス８を挟んで上側摺動部62及び下側摺動部63
の長さを8mmとし、深さ8mmの環状溝61を形成した弁本体
２の底部を固定し、上端面の外周部に締付荷重8.6kg/mm
2を加え、10kg/mm2の内圧を加えた時の上側摺動部62及
び下側摺動部63の変形量を求めれば、第19図に示す通り
であり、さらに同図において環状溝を形成しない場合の
変形量も併せて示される。
第19図によれば、上側摺動部62の上半部分の外向きの
変形が顕著に抑えられ、環状溝を設けない場合に比して
摺動孔孔縁部では約１μｍ程度も少なくなり、前記漏れ
流量の算出式における摺動部出口側クリアランスε２が
小さくなることから、該摺動部からの漏れ流量が低減さ
れることが考えられる。
変形が顕著に抑えられ、環状溝を設けない場合に比して
摺動孔孔縁部では約１μｍ程度も少なくなり、前記漏れ
流量の算出式における摺動部出口側クリアランスε２が
小さくなることから、該摺動部からの漏れ流量が低減さ
れることが考えられる。
第20図は前記の如き諸元の弁本体２について、環状溝
61の深さL2（mm）と、摺動部からの高圧燃料の漏れ流量
（cc/分）の関係を示したもので、同図によれば溝深さL
2＝8mmのとき、即ち上側及び下側摺動部62,63の長さに
等しくしたとき漏れ流量が最小となり、環状溝を設けな
い場合に比して約15％の低減となる。以下、環状溝の深
さを深くしても漏れ流量は横ばい状となって減少しな
い。これは環状溝の深さが上側摺動部62の長さ（深さ）
を超えると、下側摺動部63からの漏れ流量が増加して、
その増加分が上側摺動部62からの減少分と相拮抗するこ
とによる。
61の深さL2（mm）と、摺動部からの高圧燃料の漏れ流量
（cc/分）の関係を示したもので、同図によれば溝深さL
2＝8mmのとき、即ち上側及び下側摺動部62,63の長さに
等しくしたとき漏れ流量が最小となり、環状溝を設けな
い場合に比して約15％の低減となる。以下、環状溝の深
さを深くしても漏れ流量は横ばい状となって減少しな
い。これは環状溝の深さが上側摺動部62の長さ（深さ）
を超えると、下側摺動部63からの漏れ流量が増加して、
その増加分が上側摺動部62からの減少分と相拮抗するこ
とによる。
本実施例における漏れ流量の最小値が認められる環状
溝の溝深さＬは、上側摺動摺動部62の長さと等しい場合
に最適のリーク特性を示したが、各諸元例えば内圧とか
粘性等の変化により若干の前記数値は変動する。
溝の溝深さＬは、上側摺動摺動部62の長さと等しい場合
に最適のリーク特性を示したが、各諸元例えば内圧とか
粘性等の変化により若干の前記数値は変動する。
尚、弁本体２の摺動孔３とムービングピストン12との
間の摺動部のクリアランスに漏れ出て作用する高圧燃料
の圧力により、該クリアランスが増大することによる漏
れ流量の増加する場合と、締付力の作用によって摺動部
のクリアランスが拡がって漏れ流量が増加する場合と
は、別々のものであるので第１〜第４の各実施例に対し
て、第５の実施例を組み合わせることにより漏れ流量の
増加となるそれぞれの場合に同時に対処でき、より一層
漏れ流量の低減を図ることが可能となる。
間の摺動部のクリアランスに漏れ出て作用する高圧燃料
の圧力により、該クリアランスが増大することによる漏
れ流量の増加する場合と、締付力の作用によって摺動部
のクリアランスが拡がって漏れ流量が増加する場合と
は、別々のものであるので第１〜第４の各実施例に対し
て、第５の実施例を組み合わせることにより漏れ流量の
増加となるそれぞれの場合に同時に対処でき、より一層
漏れ流量の低減を図ることが可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、減少手段によ
る摺動孔と可動部材の外周面との間に形成される間隙が
減少すいるため、漏れ流量の低減を図ることができ、精
度良く流体制御を行うことができる。
る摺動孔と可動部材の外周面との間に形成される間隙が
減少すいるため、漏れ流量の低減を図ることができ、精
度良く流体制御を行うことができる。
添付図面の第１〜３図は本発明の第１の実施例を示し、
第１図は断面図、第２図は変形実施例の断面図、第３図
は変形量を示した説明図であり、第４〜７図は第２の実
施例を示し、第４図は断面図、第５図は第４図Ａ−Ａ線
切断断面図、第６図は圧力の作用状態を示す説明図、第
７図は漏れ流量の低減を示したグラフであり、第８図〜
10図は第３の実施例を示し、第８図は断面図、第９図は
第８図Ｂ−Ｂ線切断断面図、第10図は従来の場合と本発
明の場合の弁本体２の変形量を示した説明図、第11〜16
図は第４の実施例を示し、第11図は断面図、第12図はリ
セス形状とバイト形状を示した説明図、第13図は外向き
と内向きの圧力の作用の状態を示した説明図、第14図は
拡大部51の有無による摺動部の変形量の比較図、第15図
は同漏れ流量を比較したデータを表示した図面が、第16
図はリセス断面形状の変形例を示した断面図、第17〜20
図は第５の実施例を示し、第17図は断面図、第18図は要
部拡大断面図、第19図は環状溝61の有無による摺動部の
変形量の比較図、第20図は環状溝の深さL3の漏れ流量と
の関係を示したグラフ、第21図は従来の三方電磁弁の断
面図である。 ２……弁本体,3……摺動孔,4……圧力流体供給ポート,5
……制御ポート,6……排出ポート,8……環状リセス,9…
…導入通路,12……ムービングピストン（可動部材）,14
……フリーピストン（開閉手段）,15……嵌装孔,21……
電磁コイル,32……蓄圧室,33,53,62……上側摺動部,34,
54,63……下側摺動部,42……延長部,43……摺動部,51…
…拡大部,52……受圧壁,59……傾斜壁,61……環状溝,72
……蓄圧室。
第１図は断面図、第２図は変形実施例の断面図、第３図
は変形量を示した説明図であり、第４〜７図は第２の実
施例を示し、第４図は断面図、第５図は第４図Ａ−Ａ線
切断断面図、第６図は圧力の作用状態を示す説明図、第
７図は漏れ流量の低減を示したグラフであり、第８図〜
10図は第３の実施例を示し、第８図は断面図、第９図は
第８図Ｂ−Ｂ線切断断面図、第10図は従来の場合と本発
明の場合の弁本体２の変形量を示した説明図、第11〜16
図は第４の実施例を示し、第11図は断面図、第12図はリ
セス形状とバイト形状を示した説明図、第13図は外向き
と内向きの圧力の作用の状態を示した説明図、第14図は
拡大部51の有無による摺動部の変形量の比較図、第15図
は同漏れ流量を比較したデータを表示した図面が、第16
図はリセス断面形状の変形例を示した断面図、第17〜20
図は第５の実施例を示し、第17図は断面図、第18図は要
部拡大断面図、第19図は環状溝61の有無による摺動部の
変形量の比較図、第20図は環状溝の深さL3の漏れ流量と
の関係を示したグラフ、第21図は従来の三方電磁弁の断
面図である。 ２……弁本体,3……摺動孔,4……圧力流体供給ポート,5
……制御ポート,6……排出ポート,8……環状リセス,9…
…導入通路,12……ムービングピストン（可動部材）,14
……フリーピストン（開閉手段）,15……嵌装孔,21……
電磁コイル,32……蓄圧室,33,53,62……上側摺動部,34,
54,63……下側摺動部,42……延長部,43……摺動部,51…
…拡大部,52……受圧壁,59……傾斜壁,61……環状溝,72
……蓄圧室。
Claims (1)
- 【請求項１】高圧流体が流れる供給ポート、制御ポート
および排出ポートが連続して形成された摺動孔、および
前記供給ポートと排出ポートとの間に形成された弁座を
有する弁本体と、 前記摺動孔内に摺動自在でかつ前記弁座に離着可能に配
設され、内部に供給ポートと制御ポートとを連通する内
部通路を有し、前記弁座に着座していない状態では制御
ポートと排出ポートとを連通する可動部材と、 前記可動部材を駆動するアクチュエータと、 前記可動部材の内部通路内に配設され、前記可動部材が
前記弁座に着座した状態では内部通路を開き、前記弁座
に着座していない状態では内部通路を閉じる開閉手段
と、 前記可動部材が前記弁座に着座した状態において、前記
摺動孔と前記可動部材の外周面との間に形成される間隙
を減少させる減少手段とを備えることを特徴とする三方
電磁弁。
Priority Applications (4)
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