JP4268604B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は電磁弁に関する。

従来、例えば圧縮天然ガス（以下ＣＮＧという）を自動車のエンジンの燃料として使用する場合に、ボンベ内の高圧のＣＮＧをＣＮＧレギュレータで減圧するが、このＣＮＧレギュレータには、そのＣＮＧ通路を開閉する電磁弁が設置される。そして、この電磁弁として、高圧のＣＮＧを先ずパイロット弁を開いてφ０．４ｍｍ以下のパイロット孔からＣＮＧを供給し、次で、順次大径のパイロット穴を開口する多段式電磁弁が使用される。

このような多段式電磁弁として、従来、例えば図５に示すように、プランジャ１０１の先端にゴム材からなるパイロットバルブ１０２を備え、また、プランジャ１０１に、その軸方向に移動可能なメインバルブ１０３を備えるとともに該メインバルブ１０３の中央にパイロット孔１０４を形成し、更に、メインバルブ１０３の先側にメイン孔１０５を形成したボデー１０６を設け、メインバルブ１０３がメイン孔１０５を閉塞するとともにパイロットバルブ１０２がパイロット孔１０４を閉塞した状態から、プランジャ１０１が開方向へ移動すると、先ず、パイロットバルブ１０２が開いて流体がパイロット孔１０４から流出し、次で、メインバルブ１０３が開いてメイン孔１０５から流体が流出するようにしたものが、特許文献１に開示されている。そして、この構造におけるパイロットバルブ１０２は、図６に示すように、パイロット孔１０４に対向する面１０２ａの全面が一平面に形成されている。
特開平８−２１０５４６号公報

前記図５に示す従来構造のパイロットバルブ１０２においては、図６（ａ）に示すＡ室の圧力Ｐ₁ とＢ室の圧力Ｐ₂ とがＰ₁ ＞Ｐ₂ であるがその圧力差が少ない場合には、閉弁時に図６（ａ）の状態、開弁時に図６（ｂ）の状態で正常に開閉作動するが、Ａ室の圧力Ｐ₁ がＢ室の圧力Ｐ₂ よりもかなり高圧の場合（Ｐ₁≫Ｐ₂ ）には図６（ｃ）に示すようにパイロットバルブ１０２におけるパイロット孔１０４に位置する部分がパイロット孔１０４内へ吸い込まれて突起１０２ｂに変形し、パイロットバルブ１０２を開弁作動させても前記の突起１０２ｂの先部が図６（ｄ）に示すようにパイロット孔１０４を閉塞したままとなり、開弁されない問題がある。

したがって、１ＭＰａ以上の高圧燃料（ＣＮＧ）を多段式に供給する電磁弁には適用できない。

また、前記のようなバルブの変形を防止するために、図７に示すような、ゴム製の弁体２０１の中心部に硬質のロッド２０２を設けたもの（特開昭５９−８９８７９号公報）を使用することもできるが、前記のような多段式電磁弁のφ０．４ｍｍ以下のパイロット孔に適用すると、前記ロッドもφ０．４ｍｍ以下となり、実用上の実施が困難である。

そこで本発明は、前記のパイロット孔のような小径の流通孔を開閉する電磁弁において、前記の問題を解決することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の第１の発明は、弾性材からなるバルブであって、そのシール面に、対応するシートの流通孔に位置してくぼみを形成し、前記シートは略平面状のシート部を備え、前記弾性材からなるバルブは前記シート部よりも径方向に大きく形成して、シート部が前記バルブとのみ接触する構造であって、前記くぼみの開口の長さを、前記シートにおける流通孔端からのシート部幅よりも小さく設定したことを特徴とするものである。

請求項２記載の第２の発明は、前記第１の発明において、前記くぼみを、曲面状または球面状に形成したことを特徴とするものである。

請求項３記載の第３の発明は、前記第２の発明において、前記くぼみの開口の長さは、くぼみの直径であることを特徴とするものである。

特に流通孔の孔径が小さく、かつバルブ側が高圧で流通孔側が低圧で、その差圧が大きい場合には、バルブのシール面における前記流通孔に位置する部分が、前記差圧によって流通孔側へ吸引変形される。このとき、バルブにおける前記流通孔に位置する部分には、くぼみに形成されているので、該部分が吸引されても、該部分は流通孔内へ突出しないか、突出しても僅かな突出量となる。

したがって、バルブが開弁移動した場合に、前記のくぼみの部分の先部が流通孔に残って流通孔を閉塞する状態とはならず、くぼみの部分は流通孔から確実に離間し開弁状態になる。

更に、本発明においては、シール時において、くぼみとこれに対応するシート部が、大きく半径方向にずれた場合でも、流通孔とバルブ側室とがくぼみによって連通することがない。

請求項４記載の第４の発明は、前記第１乃至第３のいずれかの発明において、前記くぼみの深さを、前記流通孔の直径の０．３５倍以上としたことを特徴とするものである。

くぼみの深さをこのような値に設定すると、前記のようにくぼみの部分をシール面から突出させないか或いは突出量を少なくするうえで好適である。

請求項５記載の第５の発明は、前記第１乃至第４のいずれかの発明において、前記バルブとシートを、多段式電磁弁におけるパイロットバルブとこれに対応するシートとしたことを特徴とするものである。

多段式電磁弁のパイロット孔は極めて小径であるため、本発明をこのような多段式電磁弁に適用すると有効である。

本発明によれば、流通孔の孔径が小さく、かつバルブ側が高圧で流通孔側が低圧で、その差圧が大きい場合において、前記従来のバルブのような開弁時に流通孔を閉塞する突部がバルブに形成されることなく、確実な開弁を行うことができる。

また、くぼみの開口の長さを、前記シートにおける流通孔端からのシート部幅よりも小さく設定したことにより、くぼみとこれに対応するシート部が大きくずれてもシール性を確保できる。

また、請求項４記載の発明のように、くぼみの値を設定すると一層有効である。
また、多段式電磁弁のパイロット孔は極めて小径であるため、請求項１乃至４記載の発明を多段式電磁弁に適用すると有効である。

図１乃至図４に示す実施例に基いて本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明を適用する多段式電磁弁の例を示すもので、３段式の電磁弁の例を示す。

図１において、ボデー１は、例えばＣＮＧレギュレータのボデーで、図示しないＣＮＧボンベからのＣＮＧを導入する導入口２と、ＣＮＧをエンジンへ供給するための図示しない減圧室へＣＮＧを供給する供給口３を有する。ボデー１にはＯリング４を介してシート５が圧入され、Ｏリング７を介して電磁弁６が嵌合固着されている。電磁弁６における本体８の外部にはコイル９が巻設され、内部にステータ１０が配置されている。本体８内にはプランジャ１１が摺動可能に配置され、その後端が前記ステータ１０と所定の間隙を有し、かつステータ１０との間にスプリング１２を介在して該スプリング１２の荷重によってプランジャ１１が前記シート５方向へ付勢されている。

プランジャ１１の先部にはピン１３が圧入固着され、プランジャ１１の先端面中央にはパイロットバルブ１４が成形固着されている。該パイロットバルブ１４は弾性材で形成され、その材質としてはニトリルゴム（ＮＢＲ）または熱可撓性樹脂が好ましい。

プランジャ１１の先部外周にはセンターバルブ１５がプランジャに対して軸方向に摺動可能に嵌合配置され、これに形成した軸方向の長穴１６に前記ピン１３が遊嵌されている。更に該センターバルブ１５における中央には流通孔であるパイロット孔１７が軸方向に貫通形成されている。該パイロット孔１７は小径に、例えばφ０．４ｍｍ程度に形成され、更に、図３に示すように、該パイロット孔１７における前記パイロットバルブ１４との対向面側に、パイロット孔１７の周囲において第１シート部１８が突出形成されている。

前記センターバルブ１５の先端中央部には第２バルブ１９が成形固着されている。該第２バルブ１９も前記パイロットバルブ１４と同質材で成形されている。前記センターバルブ１５の外部にはメインバルブ２０が軸方向に摺動可能に嵌合配置され、これに形成した軸方向の長穴２１に前記ピン１３が遊嵌されている。

前記メインバルブ２０の中央にはセンター孔２３が軸方向に貫通形成されている。該センター孔２３における前記第２バルブ１９との対向面側には、センター孔２３の周囲において第２シート部２４が突出形成されている。

更にメインバルブ２０の先端面には、そのセンター孔２３の外周に位置して第３バルブ２５が成形固着されている。該第３バルブ２５も前記パイロットバルブ１４と同質材で成形されている。

前記ボデー１側のシート５の中央には、通路５ａが軸方向に貫通形成され、該通路５ａにおける前記第３バルブ２５側の外周部には第３シート部２６が突出形成されている。

前記パイロット孔１７、センター孔２３、通路５ａは、この順序で順次大径に形成されている。前記パイロットバルブ１４について図３により詳述する。

図３においてパイロットバルブ１４のシール面１４ａ側には、前記パイロット孔１７と対向する位置にくぼみ１４ｂが形成されている。該くぼみ１４ｂの深さは前記パイロット孔１７の直径の０．３５以上とする。更に、該くぼみ１４ｂの側断面形状は曲面状または球面状とし、前記パイロット孔１７がφ０．４ｍｍのときには、くぼみ１４ｂの半径ｒを０．１５〜０．２５ｍｍとし、深さＤを０．１４〜０．２ｍｍとすることが好ましい。最も好ましい値は、ｒ＝０．２ｍｍ、Ｄ＝０．２ｍｍである。

また、くぼみ１４ｂの直径２ｒは、第１シート部１８のシート幅、すなわち、パイロット孔（流通孔）１７端からの幅Ｗよりも小さく設定されている。これは、シール時において、くぼみ１４ｂと第１シール部１８が半径方向へ大きくずれた場合でもパイロット孔１７とＡ室とがくぼみ１４ｂによって連通しないようにして、シール性を確保するためである。

次に作用について説明する。
図２において（ａ）は全てのバルブの閉弁状態を示す。この状態では、Ａ室内は高圧のＣＮＧにより高い正圧Ｐ₁ となっており、Ｂ室は大気圧の圧力Ｐ₂ となっており、これらの間に最大差圧が発生して、各バルブ１４，１９，２５に閉弁荷重として作用している。

ハーネスに通電してコイル９に電磁力を発生させると、その電磁力によってプランジャ１１が図２（ａ）の右方に吸引され、先ずパイロットバルブ１４が第１シート１８から図２（ｂ）のように離間し、第１段目の開弁がされる。このとき、差圧（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）と第１シート１８の径の積で発生する閉弁荷重に対してプランジャ１１の吸引力による開弁荷重が充分強くなるように、コイル９の仕様と第１シート１８の径を設定している。

パイロットバルブ１４が開弁すると、ＣＮＧがＡ室からパイロット孔１７、センター孔２３、通路５ａを通じてＢ室に流れ、Ｂ室の圧力Ｐ₂ がＰ₃ に上昇し、センターバルブ１５と第２シート部２４に作用する差圧が前記よりも小さくなり、電磁力による吸引力によってセンターバルブ１５の第２バルブ１９が図２（ｃ）のように第２シート部２４から離間して第２段目の開弁がされる。

この開弁によりＢ室の圧力が更に上昇してＰ₄ になると、プランジャ１１がステータ１０に接触するまで後退してメインバルブ２０の第３バルブ２５が第３シート部２６から離間して第３段目の開弁がなされ、全開状態になる。

前記の作用におけるパイロットバルブ１４の作用について図４により説明する。
Ａ室の圧力Ｐ₁ とＢ室の圧力Ｐ₂ とが同じかまたは略同等の場合には、図４（ａ）に示すように、パイロットバルブ１４のくぼみ１４ｂは変形しない。前記のようにＡ室の圧力Ｐ₁ とＢ室の圧力Ｐ₂ の差圧が大きい第１段目の開弁時において、その差圧がパイロットバルブ１４に作用すると、くぼみ１４ｂ部の部材はパイロット孔１７側へ吸引される。このとき、くぼみ１４ｂ部の部材の吸引突出量が、前記従来構造による図６（ｃ）のような突出量であったとしても、くぼみ１４ｂの深さＤの量だけ差し引いた分だけシール面１４ａから突出することになり、シール面１４ａからの突出量は図４（ｂ）に示すように少なくなって僅かな膨らみ１４ｃになるか或いはシール面１４ａから突出しない。

そのため、パイロットバルブ１４を開移動した場合に、くぼみ１４ｂの部材がパイロット孔１７を閉塞することがなく、パイロット孔１７からＣＮＧが流出し、正常な第１段目の開弁が可能になる。

なお、前記実施例は３段式の電磁弁に適用した例であるが、本発明のくぼみ１４ｂを形成したバルブは、３段式以外の電磁弁に適用してもよく、また、パイロットバルブに限ることなく、流通孔径が小さいシートに対するバルブに適用することができる。

本発明を適用した多段式電磁弁の縦断面図。 図１の多段式電磁弁の作動を示すもので、（ａ）は全閉状態、（ｂ）は第１段目のパイロットバルブの開状態、（ｃ）は２段目のバルブの開状態を示す。 本発明の電磁弁におけるバルブとシート部を示す拡大縦断面図。 図３における作動を示す縦断面図で、（ａ）は差圧がない状態、（ｂ）は差圧のある状態を示す。 第１の従来の構造を示す要部縦断面図。 図５の構造におけるバルブの作動を示すもので、（ａ）は差圧がない状態、（ｂ）は差圧が小さい場合の開弁状態、（ｃ）は差圧が大きい場合の閉弁状態、（ｄ）は差圧が大きい場合の開弁状態である。 第２の従来の構造を示す要部の縦断面図。

符号の説明

１４ バルブ
１４ａ シール面
１４ｂ くぼみ
１７ 流通孔
Ｄ くぼみの深さ
Ｗ シート部幅

Claims (5)

1. 弾性材からなるバルブであって、そのシール面に、対応するシートの流通孔に位置してくぼみを形成し、前記シートは略平面状のシート部を備え、前記弾性材からなるバルブは前記シート部よりも径方向に大きく形成して、シート部が前記バルブとのみ接触する構造であって、前記くぼみの開口の長さを、前記シートにおける流通孔端からのシート部幅よりも小さく設定したことを特徴とする電磁弁。
2. 前記くぼみを、曲面状または球面状に形成したことを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
3. 前記くぼみの開口の長さは、くぼみの直径であることを特徴とする請求項２記載の電磁弁。
4. 前記くぼみの深さを、前記流通孔の直径の０．３５倍以上としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁弁。
5. 前記バルブとシートを、多段式電磁弁におけるパイロットバルブとこれに対応するシートとしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電磁弁。

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