JP6843316B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

この発明は、ターボチャージャシステムの吸気バイパス通路の流量を制御するエアバイパスバルブに用いられる電磁弁に関する。

ターボチャージャを搭載するエンジンは、吸気通路のスロットルバルブに流通する空気をターボチャージャへ還流する吸気バイパス通路と電磁弁を設けて、過給圧を調整している。この電磁弁は、吸気バイパス通路に形成された弁座に弁部材に当接させて、吸気バイパス通路を開閉している。また、閉弁時に流通する空気に抗して弁部材を弁座に着座させるため、弁部材より下流側に圧力平衡室を設けて必要な駆動力を軽減している。

そこで、従来のエアバイパスバルブは、パイロット弁部の非励磁時に、ばね部材の弾性力により押圧されたピストンのシール要素がバルブ本体の過給機吐出側の開口部に接触して該過給機吐出側の過給機吸込側との連通を遮断している。他方、パイロット弁部の通電時には、可動鉄心が電磁力によってばね部材の弾性力に打ち勝って、ピストンがストロークして開弁している。（例えば特許文献１）

特開２０１６−１４４１４号公報

上記した従来のエアバイパスバルブに用いられる電磁弁は、ばね部材の両端がピストンの内径穴の底面とケーシングの大径部の端面に支持され、かつ大径部の外周部に装着されており、ばね部材の弾性力により、ピストンのシール要素をバルブ本体に接触させている。したがって、ばね部材がピストンとケーシングに当接した状態で圧縮と伸張を繰り返しているため、ピストンとケーシング、及び、ばね部材が摩耗する。その結果、ばね部材の付勢力が低下して電磁弁の性能が低下するとともに、ばね部材が破損して電磁弁の寿命が低下するという問題があった。

また、ピストン及びケーシングと、ばね部材との間に隙間を設けた電磁弁では、ピストンが流体の圧力や振動によって傾いた場合、ばね部材もピストンとともに傾いた状態でケーシングに当接される。また、ピストンが流体の圧力や振動によって周方向に回転した場合、ばね部材のねじれにより、ばね部材が傾いた状態でケーシングに当接する。したがって、ばね部材の圧縮と伸張の繰り返しによって、ケーシングとばね部材が偏摩耗する。その結果、ばね部材の付勢力が不足して電磁弁の性能が低下するとともに、ばね部材が破損して電磁弁の寿命が低下するという問題があった。

この発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、性能が安定するとともに、耐久性を向上することができる電磁弁を得ることを目的とするものである。

この発明に係わる電磁弁は、コイルへの通電により励磁されて磁気吸引力を生じる円筒形状のコアと、磁気吸引力の反対方向に付勢力を生じる第１スプリングと、磁気吸引力及び付勢力によりコアの軸方向へ移動する円柱形状のプランジャと、プランジャの突出側の一端に設けられて、プランジャの移動により流体通路を開閉する円筒形状のバルブと、バルブとプランジャとの間に挟着される円板形状のプレートと、プレートとプランジャを付勢するコイルばねで形成された第２スプリングとを備え、プレートは第２スプリングを収容する環状の溝を有し、溝の内周側の径は、第２スプリングが緩嵌された部分のプランジャの外径より大きく、プランジャの外径と第２スプリングの線径とを合わせたものより小さく形成した溝を設けたものである。

上記のように構成された電磁弁は、バルブとプランジャとの間に挟着される円板形状のプレートを有し、プレートとプランジャを付勢するコイルばねで形成された第２スプリングとを備え、プレートは第２スプリングを収容する環状の溝を有し、溝の内周側の径は、第２スプリングが緩嵌された部分のプランジャの外径より大きく、プランジャの外径と第２スプリングの線径とを合わせたものより小さく形成した環状の溝を設けた。これにより、第２スプリングの移動を抑制するとともに規制をして、第２スプリングがプランジャと接触して摩耗することを回避することによって、性能が安定するとともに、耐久性を向上することができる電磁弁を得ることができるという効果を有する。

この発明の実施の形態１に係わる電磁弁を、ターボチャージャシステムのエアバイパスバルブに使用した例を示す構成図であり、図１（ａ）は電磁弁の閉弁状態を示し、図１（ｂ）は電磁弁の開弁状態を示す。 この発明の実施の形態１に係わる電磁弁を、ターボチャージャシステムのエアバイパスバルブに使用した例において、電子弁が開閉される構造を示す断面図であり、図２（ａ）は電磁弁の閉弁状態を示し、図２（ｂ）は電磁弁の開弁状態を示す。 この発明の実施の形態１に係わる電磁弁のバルブ部を示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる電磁弁のプレートを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係わる電磁弁の要部断面図であり、図５（ａ）はスプリングがプレートの溝に収容された状態を示し、図５（ｂ）はスプリングがプランジャ側へ寄った状態を示す。 この発明の実施の形態１に係わる電磁弁の変形例を示す要部断面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１
この発明の実施の形態１における電磁弁について図１〜６を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係わる電磁弁を、ターボチャージャシステムのエアバイパスバルブに使用した例を示す構成図であり、図１（ａ）は電磁弁の閉弁状態を示し、図１（ｂ）は電磁弁の開弁状態を示す。図２は、この発明の実施の形態１に係わる電磁弁を、ターボチャージャシステムのエアバイパスバルブに使用した例において、電子弁が開閉される構造を示す断面図であり、図２（ａ）は電磁弁の閉弁状態を示し、図２（ｂ）は電磁弁の開弁状態を示す。図３は、この発明の実施の形態１に係わる電磁弁のバルブ部を示す拡大断面図である。図４は、この発明の実施の形態１に係わる電磁弁のプレートを示す斜視図である。図５は、この発明の実施の形態１に係わる電磁弁の要部断面図であり、図５（ａ）はスプリングがプレートの環状溝に収容された状態を示し、図５（ｂ）はスプリングがプランジャ側へ寄った状態を示す。図６は、この発明の実施の形態１に係わる電磁弁の変形例を示す要部断面図である。

図１（ａ）、及び、図１（ｂ）に示すように、ターボチャージャシステム１００において、電磁弁１は、ターボチャージャ１０１を搭載するエンジンにおける吸気通路１０２の過給圧を調整するために設けられた吸気バイパス通路１０３の流量を調整するエアバイパスバルブとして使用される。
ターボチャージャシステム１００は、ターボ―チャージャ１０１を駆動するための排気ガスを流通させる排気通路１０４と、ターボチャージャ１０１で圧縮される吸入した空気を、インタクーラを介してエンジンへ流通させる吸気通路１０２と、吸気通路１０２の内部に配置されてエンジンへの圧縮された空気の供給を制御するスロットルバルブ１０５と、過剰に圧縮された空気によるターボチャージャ１０１、吸気通路１０２、スロットルバルブ１０５、及び、エンジンの破損を防止するためにターボチャージャ１０１の上流側へ圧縮された空気を逃す吸気バイパス通路１０３と、吸気バイパス通路１０３の開閉を行うエアバイパスバルブとして使用される電磁弁１とで構成されている。
なお、排気側には、ターボチャージャ１０１を駆動する排気通路１０４を流通する排気ガスを、ターボチャージャ１０１の下流側へ逃す流量の制御を行うウェイストゲートバルブ１０６が設けられている。

図１（ａ）に示すように、スロットルバルブ１０５が開いた状態において、ターボチャージャ１０１で圧縮された空気はエンジンへ流通される。この状態では、電磁弁１は閉弁されている。

図１（ｂ）に示すように、スロットルバルブ１０５が閉じた状態において、電磁弁１が開弁される。これにより、吸気通路１０２に滞留する過剰に圧縮された空気が、吸気バイパス通路１０３によってターボチャージャ１０１の上流側へ逃される。

図２（ａ）、及び、図２（ｂ）に示すように、電磁弁１は、略円筒形状のコイル２と、コイル２の内側に設けられてコイル２により励磁されて磁気吸引力を発生する略円筒形状のコア３と、第１スプリング４による付勢力を受けて突出され、また、コア３の磁気吸引力によって引き込まれる略円柱形状のプランジャ５と、プランジャ５の突出側の先端に設けられた略円筒形状のバルブ６とで構成される。電磁弁１は、吸気バイパス通路１０３のハウジング７にボルト８によって取り付けられている。なお、電磁弁１に設けられたコネクタ９には、電磁弁１を駆動する電源が接続されている。また、バルブ６に設けられた連通穴１０によって、吸気バイパス通路１０３と連通する圧力平衡室１１がバルブ６の下流側に設けられている。これにより、バルブ６の上流側の吸気バイパス通路１０３と圧力平衡室１１との間の差圧がキャンセルされて、プランジャ５への第１スプリング４の付勢力、及び、コイル２とコア３による電磁吸引力が軽減されている。

図２（ａ）に示すように、電源ＯＦＦの状態において、電磁弁１は、第１スプリング４の付勢力によってプランジャ５が突き出される。これにより、プランジャ５の突出側の先端に設けられたバルブ６が、ハウジング７に設けられた弁座１２に当接して、吸気バイパス通路１０３が閉塞される。

図２（ｂ）に示すように、電源ＯＮの状態において、電磁弁１は、コイル２とコア３による電磁吸引力によってプランジャ５が引き込まれる。これにより、バルブ６が、弁座１２から離間して、吸気バイパス通路１０３が開弁される。

コイル２は、略円筒形状の樹脂で形成されたボビン（図示せず）に絶縁電線が巻き付けられている。また、コイル２はコネクタ９の端子（図示せず）に電気的に接続されている。

コア３は、鉄材から成る略円筒形状で、プランジャ５の突出側に鍔を有しており、鍔の反対側はコイル２の内側に配設されている。

第１スプリング４は、圧縮コイルばねで、プランジャ５に緩嵌されている。また、第１スプリング４は、一端がコア３に固定されて、他端がバルブ６に固定されており、バルブ６と、バルブ６が固定されているプランジャ５を突出側へ付勢している。これにより、バルブ６が弁座１２に着座されて、電磁弁１が閉弁される。

図３、及び、図４に示すように、プランジャ５は、磁性材料から成る軸形状で、コア３の内側に摺動可能に配置されている。また、プランジャ５は、突出側の先端に向かって小径の外径寸法Ｄ２である段差部５１、及び、段差部５１より小径の段差部５２が形成されている。

バルブ６は、樹脂で形成された略円筒形状で、内部を仕切る壁部６１が径方向に形成されている。また、バルブ６は、壁部６１の中心に設けられた孔により段差部５２に挿通されて、第２スプリングで付勢された段差部５１の側のプレート１４と、プランジャ５の突出側の先端に固定されたワッシャ１５とで挟着されている。なお、バルブ６は、遊びを有してプランジャ５に取り付けられている。

第２スプリング１３は、素線の断面が円形の圧縮コイルばねで、段差部５１に緩嵌されている。また、第２スプリング１３は、一端がプランジャ５を、他端がプレート１４の環状の溝１６に収容されて付勢している。これにより、バルブ６が、ワッシャ１５に押し付けられて固定されている。また、第２スプリング１３のコイル径寸法は、プレート１４の環状の溝１６の中心径寸法と同等に構成されている。

プレート１４は、円板形状で、第２スプリング１３の端部を収容する断面がＶ字形状の環状の溝１６が形成されている。また、プレート１４は、中心に設けられた孔により段差部５２に挿通されて、バルブ６を第２スプリング１３の付勢力によってワッシャ１５とで挟着している。また、溝１６の内周側の径寸法Ｄ１は、プランジャ５の段差部５１の外径寸法Ｄ２よりも大きく、且つ、プランジャ５の段差部５１の外径寸法Ｄ２と第２スプリングの素線の線径寸法Ｄ３とを合わせたものより小さく構成されている。すなわち、以下の関係式を満たして構成されている。
Ｄ２＜Ｄ１＜Ｄ２＋Ｄ３

ワッシャ１５は、円板形状で、プランジャ５の突出側の先端にコーキングなどによって固定されている。また、ワッシャ１５は、バルブ６を第２スプリング１３の付勢力によってプレート１４とで挟着している。

次に、このように構成された電磁弁における作用について図１〜５を用いて説明する。
図１（ｂ）が示すように、吸気通路１０２を流通する過剰に圧縮された吸気は、吸気通路１０２から分岐する吸気バイパス通路１０３に流入し、電磁弁１の開閉によりターボチャージャ１０１の上流側へ逃される。図２（ａ）が示すように、電磁弁１は、電源ＯＦＦの状態において、バルブ６を、吸気バイパス通路１０３のハウジング７に設けられた弁座１２に、第１スプリング４の付勢力によって当接して、吸気バイパス通路１０３を閉塞する。このとき、流入する吸気は、連通穴１０により圧力平衡室１１へ流入して平衡化される。すなわち、流入する吸気側と圧力平衡室１１の側との間の差圧がキャンセルされる。これにより、第１スプリング４の荷重が軽減される。図２（ｂ）が示すように、電磁弁１は、電源ＯＮの状態において、コイル２とコア３の電磁吸引力によって第１スプリング４の付勢力に抗してプランジャ５を引き込み、バルブ６を弁座１２から離間させて、吸気バイパス通路１０３を開弁する。その結果、流入する吸気は、バイパスエアとして、吸気バイパス通路１０３を流通して、ターボチャージャ１０１の上流側へ逃される。

図３、図４、及び、図５が示すように、バルブ６は、遊びを有してプランジャ５に取り付けられており、プレート１４を介して第２スプリング１３でワッシャ１５に付勢されている。よって、バルブ６が、プランジャ５の軸心と傾きを有して弁座１２に着座しても遊びとばねの弾性力で補正される。
また、プレート１４には、第２スプリング１３の一端が当接して収容される、断面がＶ字形状の環状の溝１６が形成されている。これにより、吸気バイパス通路１０３を流通する吸気の圧力によって、バルブ６が傾きながら開閉した場合や周方向に回転した場合においても、溝１６により第２スプリング１３の移動が抑制される。
更に、溝１６の内周側の径寸法Ｄ１は、プランジャ５の段差部５１の外径寸法Ｄ２よりも大きく、且つ、プランジャ５の段差部５１の外径寸法Ｄ２と第２スプリングの素線の線径寸法Ｄ３とを合わせたものより小さく構成されている。これにより、第２スプリング１３が移動した場合においても、第２スプリング１３は溝１６の傾斜部に留まり、第２スプリング１３の移動が規制される。したがって、第２スプリング１３とプランジャ５との接触が回避される。

以上述べたように、この実施の形態１にて示した電磁弁にあっては、プレート１４には、第２スプリング１３の一端が当接して収容される、断面がＶ字形状の環状の溝１６を設けるとともに、溝１６の内周側の径寸法Ｄ１は、プランジャ５の段差部５１の外径寸法Ｄ２よりも大きく、且つ、プランジャ５の段差部５１の外径寸法Ｄ２と第２スプリングの素線の線径寸法Ｄ３とを合わせたものより小さく構成した。これにより、第２スプリング１３の移動が抑制されるととともに、溝１６の傾斜部に留まり移動が規制される。その結果、第２スプリング１３がプランジャ５と接触して摩耗するのを防止することが出来、性能の安定化と耐久性を向上することができるという効果を奏する。

また、溝１６は、断面がＶ字形状に形成されているので、第２スプリングの素線の断面が円形状であることからセンタリングされる。その結果、第２スプリングの位置を安定することが出来、性能を安定化することができるという効果を奏する。

さらに、溝１６は、断面がＶ字形状で形成されるので、容易に加工することができるという効果を奏する。

なお、上記した実施の形態１では、溝１６は断面がＶ字形状としたが、図６が示すように、プレート１４ｂに形成された溝１６ｂの断面が円弧形状であっても良い。

このように構成された溝１６ｂにあっても、第２スプリング１３の移動が抑制されるととともに、溝１６の円弧部に留まり移動が規制される。その結果、第２スプリング１３がプランジャ５と接触して摩耗するのを防止することが出来、性能の安定化と耐久性を向上することができる効果を奏する。
また、溝１６ｂは、断面が円弧形状に形成されているので、第２スプリングの素線の断面が円形状であることからセンタリングされる。その結果、第２スプリングの位置を安定することが出来、性能を安定化することができる効果を奏する。
さらに、溝１６ｂにあっては、断面が円弧形状で連続的に形成されているので、径方向の寸法誤差が吸収される。その結果、電磁弁１を構成する部品の加工精度を下げることが出来、容易に加工することができるという効果を奏する。

ところで、上記した実施の形態に示した電磁弁は、ターボチャージャを搭載するエンジンにおける、吸気通路の過給圧を調整するために設けられた、吸気バイパス通路の流量を調整するエアバイパスバルブとして説明したが、エアバイパスバルブに限られるものではなく、吸気とは異なる流体の流量を調整するものであっても良いことは言うまでもない。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本発明の電磁弁は、ターボチャージャシステムの吸気バイパス通路の流量を制御するエアバイパスバルブに用いることができる。

１ 電磁弁、 ２ コイル、 ３ コア、 ４ 第１スプリング、 ５ プランジャ、 ６ バルブ、 ７ ハウジング、 ８ ボルト、 ９ コネクタ、 １０ 連通穴、 １１ 圧力平衡室、 １２ 弁座、 １３ 第２スプリング、 １４、１４ｂ プレート、 １５ ワッシャ、 １６、１６ｂ 溝、 ５１、５２ 段差部、 ６１ 壁部、 １００ ターボチャージャシステム、 １０１ ターボチャージャ、 １０２ 吸気通路、 １０３ 吸気バイパス通路、 １０４ 排気通路、 １０５ スロットルバルブ、 １０６ ウェイストゲートバルブ、 Ｄ１ 溝の内周側の径寸法、 Ｄ２ プランジャの段差部の外径寸法、 Ｄ３ 第２スプリングの線径寸法

Claims (4)

1. コイルへの通電により励磁されて磁気吸引力を生じる円筒形状のコアと、
   前記磁気吸引力の反対方向に付勢力を生じる第１スプリングと、
   前記磁気吸引力及び前記付勢力により前記コアの軸方向へ移動する円柱形状のプランジャと、
   前記プランジャの突出側の一端に設けられて、前記プランジャの移動により流体通路を開閉する円筒形状のバルブと、
   前記バルブと前記プランジャとの間に挟着される円板形状のプレートと、
   前記プレートと前記プランジャを付勢するコイルばねで形成された第２スプリングとを備え、
   前記プレートは前記第２スプリングを収容する溝を有し、前記溝の内周側の径は、前記第２スプリングが緩嵌された部分の前記プランジャの外径より大きく、前記プランジャの前記外径と前記第２スプリングの線径とを合わせたものより小さく形成したこと
   を特徴とする電磁弁。
2. 前記溝は断面がＶ字形状で形成されたこと
   を特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 前記溝は断面が円弧形状で形成されたこと
   を特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電磁弁はターボチャージャを搭載するエンジンの吸気バイパス通路の流量を制御するエアバイパスバルブであること
   を特徴とする電磁弁。

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