WO2013047417A1 - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

【解決手段】　本体（７０）に、アーマチャ（８０）を吸引するコイル（９６）を収納し、弁座（７４）に着座または離座する弁部（８２）をアーマチャ（８０）と一体的に形成し、弁座（７４）を高圧通路（７８）と低圧通路（８３）との間に介在させている。弁部（８２）が弁座（７４）に着座することによって高圧通路（７８）と低圧通路（８３）とを遮断し、弁部（８２）が弁座（７４）から離座することによって高圧通路（７８）と低圧通路（８３）とが連通する。アーマチャ（８０）におけるコイル（９６）からの磁束が少ない部分を穿設して貫通孔（８６）が形成され、貫通孔（８６）に本体（７０）に固定されたガイドピン（１０２）が係合されている。

Description

電磁弁

　本発明は、電磁弁に関し、例えば燃料噴射弁に使用される電磁弁に関する。

　燃料噴射弁、特にコモンレールシステムに使用される燃料噴射弁に使用されている電磁弁の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の燃料噴射弁は、図４に示すように、ノズルボディ２、ニードル３、ホルダボディ４、オリフィスプレート６及び電磁ユニット８等から構成されている。ノズルボディ２は、オリフィスプレート６を介してホルダボディ４の下端にリテーニングナット１０によって結合されている。ノズルボディ２の上端面から先端部に向かってガイド孔１２が形成されている。このガイド孔１２がニードル３を摺動自在に収容している。ガイド孔１２の先端には噴射口１４が形成され、この噴射口１４は、ニードル３のリフト時に燃料を噴射する。ガイド孔１２内周面とニードル３の外周面との間の隙間により高圧通路１６が形成され、この高圧通路１６は噴射口１４へ高圧燃料を導く。ガイド孔１２の中途には、ガイド孔１２の内径を拡大することによって燃料溜め室１８が形成されている。高圧通路１６の上端は、ノズルボディ２の上端面に開口し、オリフィスプレート６の高圧通路２０に接続されている。高圧通路２０は、ホルダボディ４内の高圧通路２２を介してホルダボディ４の上端に設けた配管継手２４に接続され、配管継手２４にはコモンレールから高圧燃料が供給される。

　ガイド孔１２には円筒形状のスプリング台座２６が圧入固定され、スプリング台座２６とニードル３との間にニードル３を閉弁方向（図４の下方）に付勢するスプリング２８が配置されている。スプリング台座２６の内周面には背圧室３０が形成され、この背圧室３０は、ニードル３の上端面に高圧燃料圧力を背圧として付与する。この背圧によってもニードル３は、閉弁方向に付勢されている。また、燃料溜め室１８の高圧燃料の圧力は、ニードル３を開弁方向（図４の上方）に付勢している。

　図５に示すように、オリフィスプレート６には流入通路３２と流出通路３４とが形成されている。流入通路３２は、高圧通路２０から背圧室３０へ高圧燃料を流入させる。流出通路３４は、背圧室３０から高圧燃料を低圧側へ流出させる。

　ホルダボディ４には、電磁ユニット８が収容されている。電磁ユニット８はステータ３８を有し、このステータ３８は、樹脂製ボビンに巻回された電磁コイル３６を有している。電磁ユニット８は、ステータ３８に対向して移動するアーマチャ４０を有している。電磁ユニット８は、アーマチャ４０と一体に移動して流出通路３４を開閉するボール弁４２も備えている。ステータ３８の中心部には、上下方向に伸びるスプリング収容孔４４が形成されている。このスプリング収容孔４４にスプリング４６が収容されている。このスプリング４６は、ボール弁４２を流出通路３４側に押圧するようにアーマチャ４０を押圧している。ステータ３８の下方は、ボール弁４２を収容する弁室として機能し、この弁室は流出通路３４から流出した低圧燃料で満たされている。オリフィスプレート６の上面には環状の溝４８が形成され、この溝４８から外側方向に伸びる直線状の溝５０を介して弁室の低圧燃料は、低圧通路５２に流出する。

　アーマチャ４０は、円板部５４を有している。円板部５４は、ステータ３８と対向配置されて、ステータ３８と共に磁気回路を形成している。円板部５４の中央には台座部５６が形成され、これからボール弁４２に向かって当接部５８が形成されている。当接部５８の内部にボール弁４２が収容されている。円板部５４には、その中心の回りに同心的に複数の貫通孔６０が形成されている。これら貫通孔６０のうち何本かには、ガイドピン６２が挿入され、ガイドピン６２は、オリフィスプレート６に固定されている。貫通孔６０は、円板部５４とステータ３８とが形成する磁気回路を中断させる位置に形成されている。

　電磁コイル３６へ通電停止の状態では、ボール弁４２が流出通路３４を閉弁しているので、ニードル３を閉弁方向へ付勢する背圧室３０の油圧とスプリング２８の付勢力が、ニードル３を開弁方向に付勢する燃料溜め室１８の油圧よりも大きい。その結果、ニードル３が噴射口１４を閉じ、燃料は噴射されない。電磁コイル３６へ通電すると、電磁コイル３６の回りに磁束が発生し、ステータ３８、アーマチャ４０が磁化され、アーマチャ４０がステータ３８側に吸引され、スプリング４６の付勢力に抗して、ガイドピン６２にガイドされながらアーマチャ４０がステータ３８側に移動する。これによって背圧室３０の油圧を受けてボール弁４２が流出通路３４を開弁し、背圧室３０の高圧燃料がボール弁４２の弁室に開放される。背圧室３０の油圧が低下し、ニードル３を開弁する力が大きくなり、ニードル３が上昇し、燃料が噴射口１４から噴射される。

特開２０１０－１７４８２０号公報

　特許文献１の電磁弁によれば、ガイドピン６２が挿入されている貫通孔６０は、電磁コイル３６が発生した磁力が集中する円板部５４の部分に形成されているので、アーマチャ４０を吸引する磁力による吸引力が低下しており、アーマチャ４０を高速にステータ３８側に移動させることができない。コモンレールシステムに使用される電磁弁は、高速化が要求されており、特許文献１の技術では、この要求を満たすことができない。

　本発明は、作動速度を速めることができる電磁弁を提供することを目的とする。

　本発明の一態様の電磁弁は、本体を有し、この本体にはコイルが収納されている。このコイルによってアーマチャが吸引される。アーマチャと一体的に弁部が形成されており、この弁部が弁座に着座または離座する。弁座は高圧通路と低圧通路との間に介在している。弁部が弁座に着座することによって前記高圧通路と前記低圧通路とが遮断され、前記弁部が前記弁座から離座することによって前記高圧通路と前記低圧通路とが連通する。前記アーマチャにおいて前記コイルからの磁束が少ない部分を欠設して被ガイド部が形成されている。被ガイド部に、前記本体に固定されたガイドが係合され、前記ガイドによって前記アーマチャが着座位置と離座位置とに移動可能に支持されている。

　被ガイド部がコイルからの磁束の少ない部分に設けられているので、コイルからの磁束の大部分はアーマチャを通過する。その結果、アーマチャをステータ側に吸引力を低下させることなく移動させることができる。また、アーマチャに一体に弁部を形成し、特許文献１の技術では必要であった当接部を省くことにより、アーマチャを軽量化でき、更にアーマチャを高速に移動させることができる。

　前記アーマチャは、磁性部と高強度部とを有するものとすることができる。磁性部は、前記コイルの磁束が密の位置に配置され、磁性材料で形成されている。高強度部は、前記コイルの磁束が粗の位置に配置され、比較的強度が高い高強度材料で形成されている。この場合、前記磁性部と前記高強度部とは、固着形成されている。前記被ガイド部は、前記高強度部に孔状に穿設されている。このように構成すると、被ガイド部は高強度部に形成されているので、アーマチャの割れを防止することができる。

　前記被ガイド部を、前記アーマチャを貫通して複数形成することができる。この場合、これら複数の被ガイド部のうちの一部の被ガイド部が前記ガイドと係合し、残りの被ガイド部は油抜きとして使用される。このように構成すると、被ガイド部をガイド機構の一部としても、油抜きとしても使用するので、加工が１作業となり、加工作業を簡易化することができる。

　以上のように、本発明による電磁弁では、アーマチャの移動を高速化することができ、例えばコモンレールシステムにおいて使用するのに適した電磁弁を得ることができる。

本発明の１実施形態の電磁弁の部分省略拡大断面図である。 図１の電磁弁の部分省略断面図である。 図１の電磁弁で使用するアーマチャの横断面図である。 従来の電磁弁を使用した燃料噴射弁の側面図である。 図４の燃料噴射弁の部分省略拡大断面図である。

　本発明の１実施形態の電磁弁は、上述した従来技術と同様に、コモンレールシステムで使用される燃料噴射弁に設けられている。この電磁弁は、コイルに通電することによって、アーマチャを移動させて、その結果、高圧流体を低圧流路に流す。この高圧流体を低圧流路に流すことによって、噴射口を閉じているノズルを上昇させて、噴射口から高圧燃料をディーゼルエンジンのシリンダに供給する。

　この電磁弁では、図１に示すように、本体部７０を有している。この本体部７０が、ベース部７０ａ、胴部７０ｂ、結合部７０ｃ、頭部７０ｄ等からなる。ベース部７０の上面中央に、縦断面形状が段状の凹所が設けられている。この凹所に弁座形成部７２が配置されている。この弁座形成部７２の一端、図１においては上端の中央に弁座７４が形成されている。弁座形成部７２内に弁座７４側から順にオリフィス７６、流出通路７８が形成され、これらが高圧通路を形成している。この高圧通路を介して弁座７４には高圧流体が供給されている。

　弁座７４には、アーマチャ８０に形成した弁部８２が着座して、弁座７４を閉弁している。アーマチャ８０は、後述するように図１における上下方向に昇降可能で、上昇時に弁座７４から弁部８２が離座する。これによって、弁座７４から流出した高圧流体が低圧通路８３に流出する。低圧通路８３は、前記凹所内に侵入している胴部７０ｂの一部によって弁座形成部７２の周囲に形成されている。なお、低圧通路８３の低圧油は、図示していない通路を介して外部に排出される。上述した従来技術では、アーマチャとは別個に設けたボール弁が弁座の開閉を行っていたが、この実施形態では、アーマチャ８０に一体に形成した弁部８２が弁座７４の開閉を行っている。アーマチャ８０は、上述した従来技術におけるボール弁を保持するための当接部が不要で、従来技術のアーマチャよりも軽量化されている。

　アーマチャ８０は、図３に示すように中央に高強度部８４を有している。高強度部８４は、比較的強度が高い高強度材、例えばスチール鋼やチタン等で円板状に構成されている。この高強度部８４には、被ガイド部、例えば複数の貫通孔８６が、欠設され、例えば穿設されている。貫通孔８６は、図１における上下方向に高強度部８４を貫通しており、例えば４つ、高強度部８４の円周方向に間隔をおいて同芯状に形成されている。この高強度部８４の周囲に接触して磁性部８８が形成されている。磁性部８８は、磁性材料、例えば圧粉材料製の環状体で、高強度部８４の外周面に一体にはめ込まれている。

　本体部７０内におけるアーマチャ８０の上部には、コイル９６が配置されている。コイル９６は、コア９８に巻回され、このコア９８がステータとして機能する。コア９８は、図２に示すように、その中央に内円筒状部９８ａを有している。この内円筒状部９８ａの一端、例えば下端が、磁性部８８の上方にわずかな隙間を空けて位置している。この内円筒状部９８ａから離れて、即ちアーマチャ８０の外周縁よりも外側に外円筒状部９８ｂが設けられている。この外円筒状部９８ｂの一端、例えば下端は、磁性部８８の上面が位置する面よりも上方に位置している。これら内円筒状部９８ａおよび外円筒状部９８ｂの他端、例えば上端は、それぞれ同じ高さ位置にあり、連結部９８ｃによって互いに結合されている。これら両円筒状部９８ａ、９８ｂ間にコイル９６が巻回されている。外円筒状部９８ｂの下端からアーマチャ８０の磁性部８８まで円板状の磁束集中用部材１００が配置されている。従って、コイル９６に通電された場合、図２に破線で示すように、内側円筒部９８ａ、連結部９８ｃ、外側円筒部９８ｂ、磁束集中部材１００、磁性部８８の間に磁束が集中して、これらの部分の磁束が密となり、中央の高強度部８４の磁束は粗となる。コイル９６に通電された場合、アーマチャ８０が上述した磁束によって磁化され、コア９８に吸引される。コア９８と磁束集中用部材１００とは、上述の形状に限定されることなく、磁束集中用部材１００と外円筒状部９８ｂとを一体に形成し、内円筒状部９８ａと外円筒状部９８ｂとを別体に形成するなど、その他別の構成とすることが可能である。

　高強度部８４の上述した４つの貫通孔８６のうち所定のもの、例えば高強度部８４の中心を挟んで対向する２つのものには、ガイド、例えばガイドピン１０２が挿通されている。これらガイドピン１０２の基端は、弁座形成部７２の弁座７４の周囲に形成した凹所に固定されている。上述したようにコイル９６に通電されてアーマチャ８０が上昇したり、コイル９６への通電停止によってアーマチャ８０が降下したりするとき、ガイドピン１０２がアーマチャ８０をガイドする。ガイドピン１０２をガイドする貫通孔８６は、高強度部８４に形成されているので、貫通孔８６を形成しても、高強度部８４には割れが発生しない。また、これら貫通孔８６は、図２から明らかなように、コイル９６への通電時にアーマチャ８０において磁束が集中する部分から離れた高強度部８４に形成されているので、貫通孔８６を形成したことにより、磁束の集中が阻害されることが無く、アーマチャ８０が高速に移動する。

　また、コア９６の内側円筒状部９８ａの内部には、弾性手段、例えばコイルバネ１０４が配置され、その一端はアーマチャ８０の高強度部８４に接触し、他端は、図１に示すようにバネ受け１０６を介して本体部７０内の頭部７０ｄに接触している。このコイルバネ１０４は、コイル９６への通電によりアーマチャ８０が上昇したとき、そのバネ力に抗して圧縮され、コイル９６への通電停止時に、そのバネ力によってアーマチャ８０を弁座７４に急速に降下させるためのものである。

　この電磁弁では、上述したようにガイドピン１０２をガイドする貫通孔８６は、アーマチャ８０における高強度部８４に形成され、この高強度部８４は、コイル９６からの磁束が粗である位置に形成されているので、アーマチャ８０を吸引するための磁力が貫通孔８６によって弱められることがなく、高速にアーマチャ８０を吸引することができる。しかも、アーマチャ８０に一体に弁部８２を形成しているので、アーマチャ８０には従来技術のアーマチャのように当接部を設ける必要が無く、アーマチャを軽量化することができ、益々高速にアーマチャ８０を移動させることができる。また、アーマチャ８０の磁性部８８には圧粉材料を使用しているので、渦電流を低減することができ、その結果、磁気吸引力を高めることができ、更に高速にアーマチャ８０を移動させることができる。また、複数の貫通孔８６を設けて、そのうちの幾つかのものにガイドピン１０２を挿入する構成が採用されているので、複数の貫通孔８６のうちガイドピン１０２に対するガイド性能のよいものをガイドとして使用することができる。従って、ガイド性能を向上させることができる上に、ガイド性能を向上させるために貫通孔８６に対して加工の手直しをする頻度を減少させることができる。また、ガイドピン１０２が挿入されていない貫通孔８６は、油抜きとして作用し、アーマチャ８０が移動する際に、上述のガイドピン１０２が挿入されていない貫通孔８６からアーマチャ８０とコイル９６との間の油を排出または供給するように作用する。さらに、コイル９６の上方には、ガイドピン１０２が挿入されていない貫通孔８６と同様に作用する油抜きのための孔９０が形成されている。

　上記の実施形態では、コモンレールシステムの燃料噴射弁に、この発明を実施したが、これに限ったものではなく、弁を開くことによって高圧流体を低圧側に流す構成の弁であれば、他の弁にも使用することができる。

　７０　本体部
　７４　弁座
　８０　アーマチャ
　８２　弁部
　８４　高強度部
　８６　貫通孔（被ガイド部）
　８８　磁性部
　９６　コイル
　１０２　ガイドピン（ガイド）

Claims (3)

1. 　本体と、
   　前記本体に収納されたコイルと、
   　前記コイルによって吸引されるアーマチャと、
   　前記アーマチャと一体的に形成された弁部と、
   　前記弁部が着座または離座する弁座と、
   　前記弁座が高圧通路と低圧通路との間に介在し、
   　前記弁部が前記弁座に着座することによって前記高圧通路と前記低圧通路とを遮断し、前記弁部が前記弁座から離座することによって前記高圧通路と前記低圧通路とが連通する電磁弁において、
   　前記アーマチャにおける前記コイルからの磁束が少ない部分を欠設して被ガイド部が形成され、
   　前記被ガイド部に前記本体に固定されたガイドが係合され、
   　前記ガイドによって前記アーマチャを着座位置と離座位置とに移動可能に支持する
   電磁弁。
2. 　請求項１記載の電磁弁において、前記アーマチャは、
   　前記コイルの磁束が密の位置に配置され、磁性材料で形成された磁性部と、
   　前記コイルの磁束が粗の位置に配置され、比較的強度が高い高強度材料で形成された高強度部とを、
   備え、前記磁性部と前記高強度部とは、固着形成され、
   　前記被ガイド部は、前記高強度部に孔状に穿設されている
   電磁弁。
3. 　請求項１または２記載の電磁弁において、
   　前記被ガイド部は、前記アーマチャを貫通して複数形成され、これら複数の被ガイド部のうちの一部の被ガイド部が前記ガイドと係合し、残りの被ガイド部は油抜きとして使用される電磁弁。

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