JP5821649B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＮ−ＯＦＦ（通電と非通電）の切替えが成される電磁弁に関し、バルブと一体に移動する可動部材と、この可動部材を覆う固定部材との間に液体が満たされた状態で使用される電磁弁に用いられる技術に関する。

（従来技術）
ＯＮ−ＯＦＦの切替えにより使用されるとともに、可動部材と固定部材との間に液体が満たされた状態で使用される電磁弁の一例として、特許文献１に開示される燃料調量弁（以下、ＰＣＶと称す：プレストローク・コントロール・バルブの略）が知られている。
この特許文献１に開示されるＰＣＶを図５を参照して説明する。なお、符合は後述する「発明を実施するための形態」および「実施例」と同一機能物に同一符合を付すものである。

特許文献１に開示されるＰＣＶ４は、コモンレールシステムのサプライポンプに搭載されるものであり、
・ＯＮ（通電）された際に、アーマチャ７に作用する磁気吸引力が、リターンスプリング２３のセット荷重より大きくなると、アーマチャ７とともに弁体１７が上昇して閉弁し、・ＯＦＦ（非通電）されると、リターンスプリング２３の付勢力によりアーマチャ７と弁体１７が下降して開弁するものである。

（従来技術の問題点）
特許文献１のＰＣＶ４は、ＯＮ状態からＯＦＦされた際（閉弁状態から開弁する際）、リターンスプリング２３の付勢力により、アーマチャ７（可動部材の一例）がバルブシート９（固定部材の一例）に衝突する。
このため、開弁動作時に衝突音による騒音が発生してしまう。
なお、上記では、開弁時にアーマチャ７とバルブシート９が衝突する例を示したが、説明のための一例であり、開弁時あるいは閉弁時において他の箇所で衝突音が生じる場合もある。

特開２００６−１７０１６９号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＯＮ−ＯＦＦ作動時における騒音の発生を低減できる電磁弁を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
電磁弁は、可動部材と固定部材との軸方向の重なり合いによって、内部に液体が満たされたダンパ室を形成する。
液体の満たされたダンパ室の容積変動が抑えられることで、可動部材の移動がダンプ（制動）されて、固定部材に可動部材が衝突することで発生する衝突音を抑えることができる。即ち、電磁弁の作動に伴う作動音（衝突音による騒音）を抑えることができる。
また、ダンパ室は、可動部材または固定部材の一方に設けたダンパ凹部の内側に、可動部材または固定部材の他方に設けたダンパ蓋部が、径方向のクリアランスを介して侵入することで、ダンパ凹部の底面とダンパ蓋部で挟まれる空間によって形成される容積変動室である。
ダンパ凹部とダンパ蓋部の軸方向の最大重なり代（以下、最大オーバーラップ量と称す）により、ダンプ範囲（ダンプ効果が生じる軸方向の範囲）を調整することができる。このため、最大オーバーラップ量を調整することで、電磁弁の応答性の劣化を抑えて、衝突音の低減を行うことができる。
さらに、請求項１の手段は、「弁一体構造タイプの電磁弁」に本発明を適用するものであり、ダンパ凹部がバルブシートに設けられ、ダンパ蓋部がアーマチャに設けられるものである。
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段は、「弁別体構造タイプの電磁弁」に本発明を適用するものであり、ダンパ凹部がバルブシートに設けられ、ダンパ蓋部がバネ座ガイド（補助スプリングの付勢力をニードルに伝える部品）に設けられるものである。

〔請求項３の手段〕
電磁弁は、高圧ポンプ（コモンレールに向けて高圧燃料を圧送する高圧燃料圧送手段）へ供給される燃料供給量を調整するＰＣＶである。
これにより、ＰＣＶの作動音を抑えることができ、結果的にサプライポンプの作動音を低減することが可能になる。

ＰＣＶの断面を含むコモンレールシステムの概略図である（実施例１）。 ＰＣＶの要部断面図である（実施例１）。 ＰＣＶにおけるバルブの断面図である（実施例２）。 バルブの要部断面図である（実施例２）。 ＰＣＶの断面図である（従来例）。

図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
コモンレール１に向けて高圧燃料を圧送するサプライポンプ２は、
・燃料を高圧に圧縮して圧送する高圧ポンプ３と、
・この高圧ポンプ３に供給される燃料供給量を調整するＰＣＶ４と、
を備える。

ＰＣＶ４は、
・ＯＮ−ＯＦＦが切り替えて用いられる電磁アクチュエータ５と、
・この電磁アクチュエータ５により切り替えられるバルブ６と、
を組み合わせた電磁弁である。
そして、電磁アクチュエータ５によって直接または間接的に駆動される可動部材と、固定部材との間に燃料（液体の一例）が満たされた状態で使用される。

また、ＰＣＶ４は、可動部材（後述する実施例１ではアーマチャ７、実施例２ではバネ座ガイド８）と固定部材（後述する実施例１、２ではバルブシート９）との軸方向の重なり合いによって、内部に燃料が満たされるダンパ室αを形成する。
このダンパ室αは、固定部材に設けたダンパ凹部１０の内側に、可動部材に設けたダンパ蓋部１１が、径方向のクリアランスを介して侵入することで、ダンパ凹部１０の底面とダンパ蓋部１１で挟まれる空間によって形成される容積変動室であり、ダンパ凹部１０とダンパ蓋部１１が軸方向で重なり合った際にダンパ室αの作用により可動部材の移動がダンプされて衝突音の発生が防がれる。

以下において本発明をサプライポンプ２のＰＣＶ４に適用した具体例（実施例）を、図面を参照して説明する。以下の実施例は具体的な一例を示すものであって、本発明が実施例に限定されないことはいうまでもない。
なお、以下の実施例において、上記「発明を実施するための形態」と同一符号は同一機能物を示すものである。

［実施例１］
図１、図２を参照して実施例１を説明する。
ディーゼルエンジン（圧縮点火エンジン）に搭載されるコモンレールシステムは、
・エンジンに対して高圧に圧縮された燃料（軽油、アルコール燃料等）を噴射する複数のインジェクタ（図示しない）と、
・各インジェクタに供給する高圧燃料を貯溜するコモンレール１と、
・このコモンレール１に向けて高圧燃料を圧送するサプライポンプ２と、
・燃料タンク１２に蓄えられた燃料を汲み上げてサプライポンプ２へ送るフィードポンプ（低圧ポンプ）１３と、
・このフィードポンプ１３からサプライポンプ２に供給される燃料の圧力を一定圧に保つレギュレートバルブ１４と、
を備えて構成される。

サプライポンプ２は、
・フィードポンプ１３によって汲み上げられた燃料を高圧に圧縮して吐出する高圧ポンプ３と、
・フィードポンプ１３から高圧ポンプ３に供給される燃料供給量を調整するＰＣＶ４と、を備えて構成される。

ＰＣＶ４は、
・レギュレートバルブ１４で調圧された燃料を高圧ポンプ３に導く燃料通路の開閉を行うバルブ６と、
・このバルブ６を駆動する電磁アクチュエータ５と、
を組み合わせた電磁弁である。
具体的に、ＰＣＶ４は、電磁アクチュエータ５のＯＦＦ時に、バルブ６が燃料通路を開くノーマリ・オープン・タイプの電磁弁である。

以下において、図１の上側を上、図１の下側を下と称して説明するが、この上下方向は実施例説明のための方向であって、実際の搭載方向にかかるものではない。即ち、実施例における上下方向は、限定されるものではない。

バルブ６は、
・筒状を呈するＰＣＶハウジング１５の下部に結合されるバルブシート９と、
・このバルブシート９の中心部で上下方向へ摺動自在に支持されるニードル１６の下端に設けられる弁体１７と、
を備えて構成される。
そして、電磁アクチュエータ５の駆動力によってニードル１６とともに弁体１７が上方へ向けて駆動された際、弁体１７の上面に形成された円錐部が、バルブシート９の下端に形成された弁座に着座するように設けられている。

バルブシート９には、燃料入口１８と燃料出口１９が設けられている。
燃料入口１８は、バルブシート９の軸芯から径方向へ延びる燃料通路穴であり、燃料通路における上流側（フィードポンプ１３側）に接続される。
燃料出口１９は、高圧ポンプ３の圧縮室（シリンダ室）に開口する燃料通路穴であり、弁体１７が上昇して弁座に着座することで閉塞されるとともに、弁体１７が下降して弁座から離座すると燃料入口１８に連通して燃料を高圧ポンプ３の圧縮室に供給する。

電磁アクチュエータ５は、ＰＣＶハウジング１５の内部に組付けられるものであり、
・通電により磁力を発生するコイル２１と、
・ニードル１６の上端に固定されて、上下方向（軸方向）へ移動可能に支持されるアーマチャ（プランジャ）７と、
・コイル２１の発生する磁力によりアーマチャ７を上方へ磁気吸引するステータコア２２と、
・ニードル１６を下方へ向けて付勢し、弁体１７およびアーマチャ７を初期位置（開弁位置）へ戻すリターンスプリング２３と、
を備えて構成される。

ここで、アーマチャ７が収容される空間（バルブシート９とステータコア２２との間に形成される空間）は、バルブシート９に形成された連通孔２４を介して、燃料入口１８の上流側の燃料通路に連通されて、燃料が満たされるように設けられている。

ＰＣＶハウジング１５の上部に設けられるコネクタ２５は、ＰＣＶ４を通電制御するＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）と電気的な接続を行う接続手段であり、コイル２１の端部と電気的に接続されるターミナル端子２６をモールドする成形樹脂によって形成されている。
ＥＣＵは、ＰＣＶ４をＯＮ−ＯＦＦ制御することで、ＰＣＶ４を開閉制御する。具体的に、ＥＣＵは、車両の運転状態に応じたコモンレール圧力を算出し、算出したコモンレール圧力が得られるようにＰＣＶ４をＯＮ−ＯＦＦ制御して高圧ポンプ３に吸引される燃料の供給量を調整する。

ＰＣＶ４は、ＯＮ（通電）されて、アーマチャ７に作用する磁気吸引力がリターンスプリング２３のセット荷重より大きくなると、アーマチャ７とともに弁体１７が上昇する。そして、弁体１７が弁座に着座することで閉弁する。
このＯＮ状態からＰＣＶ４がＯＦＦ（非通電）されると、リターンスプリング２３の付勢力によりアーマチャ７と弁体１７が下降を開始し、開弁が開始される。そして、アーマチャ７の下端がバルブシート９に当たることで、アーマチャ７および弁体１７の下降が停止する。

このように、ＰＣＶ４がＯＮ状態からＯＦＦされた際に、アーマチャ７がバルブシート９に当たる。
この当接音を抑える手段として、この実施例１のＰＣＶ４は、アーマチャ７（可動部材の一例）とバルブシート９（固定部材の一例）との軸方向の重なり合いによって、燃料が満たされる空間内にダンパ室αを形成している。

この実施例１のダンパ室αは、
・バルブシート９に設けたダンパ凹部１０と、
・アーマチャ７に設けたダンパ蓋部１１と、
が軸方向にオーバーラップすることで形成される。

ダンパ凹部１０は、内周面が円筒形状を呈した有底の縦穴であり、この実施例ではバルブシート９の上面の中央部に設けられている。
ダンパ蓋部１１は、アーマチャ７の下面において下方に突出し、上述したダンパ凹部１０の内側に侵入可能な円柱大径部であり、このダンパ蓋部１１の外径寸法がダンパ凹部１０の内径寸法より僅かに小径に設けられている。

ここで、ダンパ凹部１０とダンパ蓋部１１が軸方向に重なり合う際、ダンパ凹部１０とダンパ蓋部１１の間には、径方向のクリアランスが形成される。このクリアランスは、ダンパ室αの容積変動を抑える呼吸通路であり、ダンパ凹部１０とダンパ蓋部１１が接触しない範囲で狭く設けられている。

（実施例１の効果１）
この実施例１のＰＣＶ４は、上記の構成を採用することにより、ＯＮ状態からＯＦＦされた際、弁体１７およびアーマチャ７が下降する途中からダンパ凹部１０とダンパ蓋部１１とが軸方向で重なってダンパ室αが形成され、弁体１７およびアーマチャ７の移動がダンプされる。
このため、アーマチャ７がバルブシート９に衝突することで発生する衝突音を抑えることができ、ＰＣＶ４の作動音を抑えることができる。即ち、サプライポンプ２の作動音を低減することができる。

（実施例１の効果２）
「ダンパ凹部１０の深さ（軸方向距離）Ｌ２」から「ダンパ凹部１０の底面から全開時におけるダンパ蓋部１１の下端までの軸方向距離Ｌ１」を差し引いた長さ（Ｌ２−Ｌ１）は、ダンパ凹部１０とダンパ蓋部１１の最大オーバーラップ量である。
このダンパ凹部１０とダンパ蓋部１１の最大オーバーラップ量によって、ダンプ範囲（ダンプ効果が生じる軸方向の範囲）を調整することができる。

そこで、この実施例１のＰＣＶ４は、「ダンパ室αによる衝突音の低減効果が十分得られる範囲」で、最大オーバーラップ量が最小となるように設けられている。
これにより、ダンパ室αによるＰＣＶ４の応答性の劣化を最小に抑えて、衝突音の低減効果を得ることができる。

［実施例２］
図３、図４を参照して実施例２を説明する。なお、この実施例２において上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１では、弁体１７が設けられるニードル１６にアーマチャ７を固定するタイプ（弁一体構造タイプ）に本発明を適用する例を示した。
これに対し、この実施例２は、弁体１７が設けられるニードル１６と、アーマチャ７が固定されるシャフト２７とが別体に向けられたタイプ（弁別体構造タイプ）に本発明を適用するものである。

具体的に、この実施例は、図３に示すように、シャフト２７を上下方向へ摺動自在に支持するボディ２８（電磁アクチュエータ５の構成部品）の下端に、ニードル１６を支持するバルブシート９を組付けたものであり、シャフト２７とニードル１６が別体で設けられている。

ここで、シャフト２７は、電磁アクチュエータ５内に配置されたリターンスプリング２３により下方へ付勢されている（実施例１参照）。
これに対し、ニードル１６は、リターンスプリング２３より弱いスプリング荷重の補助スプリング２９の付勢力によって上方へ付勢される。
この構造により、シャフト２７とニードル１６は常に当接する。

そして、補助スプリング２９は、ニードル１６の上部に固定されたバネ座ガイド８と、バルブシート９との間に圧縮された状態で組付けられる。

一方、上記の実施例１では、ダンパ凹部１０をバルブシート９に設け、ダンパ蓋部１１をアーマチャ７に設ける例を示した。
これに対し、この実施例２は、ダンパ凹部１０をバルブシート９に設け、ダンパ蓋部１１をバネ座ガイド８に設けるものである。

ダンパ凹部１０は、実施例１と同様、内周面が円筒状を呈した縦穴であり、補助スプリング２９の収容部を兼ねるものである。
ダンパ蓋部１１は、補助スプリング２９の上端が当接するフランジ部を兼ねるものであり、実施例１と同様、このダンパ蓋部１１の外径寸法がダンパ凹部１０の内径寸法より僅かに小径に設けられている。

このように設けても、上述した実施例１と同様の効果を得ることができる。
また、この実施例２における最大オーバーラップ量は、実施例１と同様、「ダンパ室αによる衝突音の低減効果が十分得られる範囲」で最小となるように設けられ、ＰＣＶ４の応答性の劣化を最小に抑えて、衝突音の低減効果を得るように設けられている。

さらに、この実施例２のバルブシート９は、ボディ２８の下端のカシメ片２８ａにカシメられて固定されるものであるが、この実施例２は、図３に示すように、カシメ片２８ａの内側にダンパ凹部１０（ザクリ部）を設けている。
このため、カシメ片２８ａの締め付けにより生じる歪みは、ダンパ凹部１０の周囲部分のバルブシート９で吸収され、締め付けによるニードル摺動穴（バルブシート９においてニードル１６を摺動自在に支持する上下方向へ延びる摺動穴）に伝達される歪みが低減される。これにより、ニードル１６の摺動性を確保することができ、ＰＣＶ４の信頼性を高めることができる。

上記の実施例では、ＯＮからＯＦＦに切り替わった際に生じる作動音をダンパ室αによって低減する例を示したが、ＯＦＦからＯＮに切り替わった際に生じる作動音をダンパ室αによって低減するように設けても良い。

上記の実施例では、固定部材にダンパ凹部１０を設け、可動部材にダンパ蓋部１１を設ける例を示したが、逆に固定部材にダンパ蓋部１１を設け、可動部材にダンパ凹部１０を設けても良い。
また、ダンパ凹部１０およびダンパ蓋部１１の形状や、ダンパ凹部１０およびダンパ蓋部１１が設けられる場所（位置）は限定されるものではない。

上記の実施例では、コモンレールシステムのサプライポンプ２に搭載されるＰＣＶ４に本発明を適用する例を示したが、ＰＣＶ４とは異なる用途の電磁弁に本発明を適用しても良い。

１ コモンレール
３ 高圧ポンプ
４ ＰＣＶ（電磁弁、燃料調量弁）
５ 電磁アクチュエータ
６ バルブ
７ アーマチャ（実施例１においてダンパ蓋部が設けられる可動部材）
８ バネ座ガイド（実施例２においてダンパ蓋部が設けられる可動部材）
９ バルブシート（ダンパ凹部が設けられる固定部材）
１０ ダンパ凹部
１１ ダンパ蓋部
１６ ニードル
１７ 弁体
２７ シャフト
α ダンパ室

Claims (3)

1. 通電と非通電が切り替えられる電磁アクチュエータ（５）と、
   この電磁アクチュエータ（５）により切り替えられるバルブ（６）と、を備え、
   前記電磁アクチュエータ（５）によって直接または間接的に駆動される可動部材と固定部材との間に液体が満たされた状態で使用される電磁弁（４）において、
   この電磁弁（４）は、前記可動部材と前記固定部材との軸方向の重なり合いによって、内部に液体が満たされるダンパ室（α）を形成し、
   前記可動部材と前記固定部材とが軸方向に重なった状態において前記可動部材の移動を前記ダンパ室（α）の容積変動によりダンプするものであり、
   前記ダンパ室（α）は、
   前記可動部材または前記固定部材の一方に設けたダンパ凹部（１０）の内側に、前記可動部材または前記固定部材の他方に設けたダンパ蓋部（１１）が、径方向のクリアランスを介して侵入することで、前記ダンパ凹部（１０）の底面と前記ダンパ蓋部（１１）で挟まれる空間によって形成される容積変動室であり、
   さらに、前記電磁弁（４）は、前記バルブ（６）の弁体（１７）が設けられるニードル（１６）に、前記電磁アクチュエータ（５）のアーマチャ（７）が固定される弁一体構造タイプであり、
   前記ダンパ凹部（１０）は、前記ニードル（１６）を軸方向へ摺動自在に支持するバルブシート（９）に設けられ、
   前記ダンパ蓋部（１１）は、前記アーマチャ（７）に設けられることを特徴とする電磁弁。
2. 通電と非通電が切り替えられる電磁アクチュエータ（５）と、
   この電磁アクチュエータ（５）により切り替えられるバルブ（６）と、を備え、
   前記電磁アクチュエータ（５）によって直接または間接的に駆動される可動部材と固定部材との間に液体が満たされた状態で使用される電磁弁（４）において、
   この電磁弁（４）は、前記可動部材と前記固定部材との軸方向の重なり合いによって、内部に液体が満たされるダンパ室（α）を形成し、
   前記可動部材と前記固定部材とが軸方向に重なった状態において前記可動部材の移動を前記ダンパ室（α）の容積変動によりダンプするものであり、
   前記ダンパ室（α）は、
   前記可動部材または前記固定部材の一方に設けたダンパ凹部（１０）の内側に、前記可動部材または前記固定部材の他方に設けたダンパ蓋部（１１）が、径方向のクリアランスを介して侵入することで、前記ダンパ凹部（１０）の底面と前記ダンパ蓋部（１１）で挟まれる空間によって形成される容積変動室であり、
   さらに、前記電磁弁（４）は、前記バルブ（６）の弁体（１７）が設けられるニードル（１６）と、前記電磁アクチュエータ（５）のアーマチャ（７）が固定されるシャフト（２７）とが、独立して設けられる弁別体構造タイプであり、
   前記ダンパ凹部（１０）は、前記ニードル（１６）を軸方向へ摺動自在に支持するバルブシート（９）に設けられ、
   前記ダンパ蓋部（１１）は、前記ニードル（１６）に固定されるバネ座ガイド（８）に設けられることを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の電磁弁（４）において、
   この電磁弁（４）は、高圧燃料を貯溜するコモンレール（１）に向けて高圧燃料を圧送する高圧ポンプ（３）へ供給される燃料供給量を調整する燃料調量弁であることを特徴とする電磁弁。

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