JP2006316965A

JP2006316965A - 電磁弁

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Publication number: JP2006316965A
Application number: JP2005142719A
Authority: JP
Inventors: Munehisa Achinami; 統久阿知波
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2006-11-24
Anticipated expiration: 2025-05-16
Also published as: DE102006000226A1; JP4529792B2

Abstract

【課題】バルブケース奥部への異物の進入を防ぎ、スプール弁の安定した摺動性、応答性を確保することができる電磁弁を提供する。
【解決手段】電磁弁は、軸線方向に形成された摺動孔２１と該摺動孔の途中で開口した流出側ポート２２を有するバルブケース２と、該バルブケース内に摺動自在に収容され、流体流量の調量を行うスプール弁１と、通電による起磁力によりスプール弁を軸線方向に移動させるソレノイドコイル４とを備えていて、該スプール弁の内部である第２内部流路１２に異物の進入を阻止するフィルタ装置６を設けている。フィルタ装置６は、ガイド体６１、フィルタ６２及びバネ６３とよりなり、フェールセーフ機能を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体流量を調量する電磁弁に関し、特にコモンレール式燃料噴射システムの燃料供給ポンプに組み付けられて、フィードポンプから加圧室内に吸入される燃料吸入量を調量する電磁式吸入調量弁に適用して好適なものである。

従来より、例えばディーゼルエンジン用燃料噴射システムとして知られるコモンレール式燃料噴射システムでは、コモンレール内に高圧燃料を蓄圧し、このコモンレール内に蓄圧された高圧燃料を内燃機関の気筒毎に対応して搭載された複数のインジェクタを介して所定のタイミングで内燃機関の各気筒の燃焼室内に噴射供給するように構成されている。コモンレールには、燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を常時蓄圧する必要があるため、電磁弁を経て加圧室内に吸入した燃料を加圧して高圧化する燃料供給ポンプから燃料配管を経て高圧燃料がコモンレール内に吐出されるように構成されている。

ここで、燃料供給ポンプより吐出される燃料吐出量は、フィードポンプから吸入弁を経由して加圧室に至る燃料吸入経路の流路開口面積を調整して、フィードポンプから加圧室内に吸入される燃料量を電磁弁のソレノイドコイルへのポンプ駆動電流に応じて調量するようにしている。このような電磁弁として、摺動孔内を摺動して流路開口面積の変更を行うための弁体機能と磁路形成のためのアーマチャ機能とを兼ね備えたスプール弁と、このスプール弁を摺動可能に収容するためのシリンダ機能と磁路形成のためのステータ機能とを兼ね備えたバルブケースとを備えた電磁式吸入調量弁が、特許文献１等により知られている。

特開２００２−１０６７４０号公報

このようなバルブケース内をスプール弁が摺動する摺動部をもつ電磁弁においては、摺動部に異物が噛み込まれないようにすることが重要である。従来においても燃料供給系に燃料の浄化装置を設けることが行われているが、この従来の浄化装置では除去できない微小な異物が電磁弁内に入り込み、摺動部の摺動抵抗が増加するという不具合が生じる恐れがある。このような摺動抵抗の増加は、スプール弁の応答性を悪化し、電磁弁の調量性能を低下させ、加速性等のエンジン特性に影響を及ぼしていた。特にバルブケースの奥部は異物が滞留し易いため、バルブケース奥部に異物が侵入するのを防ぐ必要がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電磁弁のバルブケースの奥部に異物が侵入することを防ぎ、スプール弁の安定した摺動性、応答性を確保することができる電磁弁を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の電磁弁を提供する。
請求項１に記載の電磁弁は、軸線方向に形成された摺動孔２１とこの摺動孔２１内に流体を流入する流入側ポート２１ａ、及び摺動孔２１内から流体を流出する流出側ポート２２を有するバルブケース２と、バルブケース２内に往復摺動自在に収容され、流体流量の調量を行うスプール弁１と、通電による起磁力によりスプール弁１を軸線方向に移動させるソレノイドコイル４とを備えていて、このスプール弁１の内部又は流入側ポート２１ａの上流側に異物の進入を阻止するフィルタ装置６を設けたものであり、これによって、電磁弁の奥に異物が侵入するのを防ぐことができ、その結果、スプール弁１の安定した摺動性及び応答性を確保することができる。

請求項２の電磁弁は、フィルタ装置６の設置する位置を、流体の流入側ポート２１ａであるバルブケース２の摺動孔２１の前部にしたものであり、また、請求項３の電磁弁は、フィルタ装置６の設置する位置を電磁弁の流入側ポート２１ａに接続されたポンプハウジング（７）の流入路（７１）内に設置したものであり、いずれの場合でも電磁弁内への異物の進入を阻止することができ、請求項１と同様にスプール弁の安定した摺動性及び応答性を確保できる。

請求項４の電磁弁では、フィルタ装置６が、流入口６１ａと流出口６１ｂとを有する円筒状のガイド体６１と、このガイド体６１内に軸方向に移動可能に配置されるフィルタ（６２）と、ガイド体６１内に配置され、フィルタ６２を流入口６１ａを閉じる方向に付勢しているバネ（６３）とが構成されていて、フィルタ６２が一定圧力以上を受けることにより、フィルタ６２が移動し流体がフィルタ６２を迂回してバルブケース２奥部へと流入するようにしたものであり、これにより、スプール弁１が開弁時にフィルタ６２が完全に目詰まりしたとき、バルブケース２奥部に燃料が移動できなくなり、スプール弁１が戻らなくなるためにポートが閉じなくなるという不具合を解消することができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態の電磁弁について説明する。本発明の電磁弁は、好適にはディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料噴射装置に使用されるものであり、その概要は、以下のように構成されている。燃料供給ポンプは燃料タンクから低圧燃料を吸入し、その低圧燃料を高圧化した後コモンレールに対して圧送する。コモンレールは、燃料噴射圧に相当する高い所定圧の燃料を蓄圧する。燃料供給ポンプは、例えば３つの圧力室を有する３系統圧送ポンプであり、その燃料吸入部に配設された流量制御用の電磁弁により３系統の燃料吐出量を制御する。なお、コモンレール内の燃料圧力は、周知の電子制御ユニット（ＥＣＵ）により制御され、コモンレール圧が最適値となるように燃料供給ポンプの吐出量が決定され、それに応じて電磁弁の駆動が制御されるようになっている。こうして、コモンレール内に蓄圧された高圧燃料を、エンジンの各気筒毎に対応して搭載された複数個のインジェクタ（電磁式燃料噴射弁）を介してエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給している。

図１は、本発明の実施の形態の電磁弁の縦断面図である。電磁弁は、ポンプハウジング７（図５を参照）に固定されたスリーブ状のバルブケース２と、このバルブケース２の半径方向に開口した出口側ポート２２の流路開口面積を調整するスプール弁１と、このスプール弁１を開弁方向に駆動するリニアソレノイドアクチュエータＡと、スプール弁１を閉弁方向に付勢するリターンスプリング３とによって構成されている。

この電磁弁は、図示しないポンプ駆動回路を介してＥＣＵから印加されるポンプ駆動電流によって電子制御されることにより、燃料供給ポンプ（図示せず）の加圧室内に吸入される燃料吸入量を調量する常閉型の電磁式流量制御弁である。即ち、電磁弁は、ポンプ駆動回路を介してリニアソレノイドアクチュエータＡに印加されるポンプ駆動電流の大きさに比例して、スプール弁１をストローク方向に移動させて、燃料吸入経路の途中に設けられたバルブケース２の出口側ポート２２の流路開口面積を調整する。これにより、フィードポンプから燃料吸入経路、吸入弁を経て加圧室内に吸入される燃料吸入量が調量される。したがって、燃料供給ポンプの加圧室からコモンレール（図示せず）内に吐出される燃料吐出量が、エンジンの運転条件（例えばエンジン回転速度、アクセル操作量、指令噴射量等）に対応した最適値に調整され、インジェクタからエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給する燃料の噴射圧力に相当するコモンレール内の燃料圧力、所謂コモンレール圧力が変更される。

リニアソレノイドアクチュエータＡは、バルブケース２の図示右端部に一体的に設けられた有底筒状のステータ部（ステータコア）２３、スプール弁１の図示右端部に一体的に設けられたアーマチャ部（アーマチャ）１１、ステータ部２３の円筒状部の外周に保持された樹脂製のコイルボビン４１、このコイルボビン４１の外周に巻回されたソレノイドコイル４、このソレノイドコイル４の端末リード線に電気的に接続されたターミナル４２、ソレノイドコイル４の外周側を覆う円筒状のハウジング４３等より構成されている。なお、バルブケース２のステータ部２３は、ソレノイドコイル４の通電時に磁化されて電磁石となり、スプール弁１のアーマチャ部１１を吸引するための吸引部２３ａを有している。この吸引部２３ａは、スプール弁１を摺動可能に収容する略円筒状の収容部２４に対して円筒状薄肉部２３ｃ及び円筒部２３ｂを介して接続されている。

ソレノイドコイル４は、通電を受けることにより起磁力を発生してバルブケース２のステータ部２３及びスプール弁１のアーマチャ部１１を磁化することで、アーマチャ部１１をストローク方向（軸線方向の図示右側）に吸引すると共に、コイルボビン４１に絶縁被膜を施した導線を複数回巻装したコイルである。このソレノイドコイル４は、コイルボビン４１の一対のフランジ部間に巻装されたコイル部及びこのコイル部より取り出された一対の端末リード線を有している。また、ハウジング４３は、電気絶縁性に優れる樹脂材料によって一体的に形成され、ソレノイドコイル４の外周側を覆う円筒状部及びターミナル４２を保持する筒状のコネクタ部４３ａを備えている。ハウジング４３の外周には、バルブケース２の外周側に形成された略円環状のフランジ部にかしめ等の手段を用いて固定された円筒状のブラケット４４が設けられている。ブラケット４４の外周側に形成された略円環状のフランジ部４４ａは、燃料供給ポンプのポンプハウジング７の外壁面にボルト等の締結具を用いて締め付け固定されている。

電磁弁のバルブケース２は、スプール弁１を摺動可能に収容するシリンダ機能を有する収容部２４と、磁路形成のためのステータ機能を有するステータ部２３とを備えている。バルブケース２をステータとして機能させるために、その材質をフェライト系のステンレス鋼（ＳＵＳ１３）等の軟質磁性材料としている。この軟質磁性材料は、磁気特性を悪化させることから焼き入れ等の熱処理を施すことができない。しかしながら、バルブケース２に本来の機能であるシリンダ機能を持たせるには、耐摩耗性の向上及び表面硬さの向上が要求されることから、バルブケース２の摺動孔（スプール孔）２１の内壁面にニッケル燐メッキ等の硬化層を施している。なお、バルブケース２の摺動孔２１の内壁面は、スプール弁１を軸線方向（ストローク方向）に案内する円筒状のガイド部を構成している。

バルブケース２の図示左端部は、燃料供給ポンプのポンプハウジング７の外壁面に設けられた嵌合凹部７３（図５を参照）内に圧入嵌合されており、ポンプハウジング７の嵌合凹部７３の内壁面とバルブケース２の図示左端部の外周面との間には、燃料の漏れを防止するためのＯリング等のシール材８が装着されている。バルブケース２の図示左端部には、フィードポンプから燃料が送り込まれる燃料溜まり部に連通する入口側ポート（流入ポート）２１ａが形成されている。なお、バルブケース２の出口側ポート（流出ポート）２２は、２個の吸入弁を介して２個の加圧室に連通する燃料吸入経路の後半部を構成する連通路７２に向けて４個開口している。そして、出口側ポート２２の入口側は、出口側に比べ流路径が小さくなっている。また、バルブケース２の摺動孔２１の図示右側部には、スプール弁１の内部に形成される内部流路（第２内部流路）１２を介して、入口側ポート２１ａに連通する内部流路（第１内部流路）２５が形成されている。この、第１内部流路２５は、リターンスプリング３を収容するスプリング室としても機能する。

電磁弁のスプール弁１は、内部の軸線方向に第２内部流路１２を有するスリーブ状のスプール型バルブであって、その外周面にバルブケース２の摺動孔２１の内壁面に摺接する摺動部１３を備えている。スプール弁１は、摺動部１３がバルブケース２の出口側ポート２２の流路開口面積を変更することで、２個の吸入弁を介して２個の加圧室に吸入される燃料流量（燃料吸入量）が調量される。スプール弁１は、バルブケース２の摺動孔２１内を摺動して出口側ポート２２の流路開口面積を変更する弁体本来のバルブ機能と、磁路形成のためのアーマチャ機能（アーマチャ部１１）とを兼ね備えている。スプール弁１をアーマチャとして機能させるために、その材質を純鉄または低炭素鋼等の軟質磁性材料としている。この軟質磁性材料は、磁気特性を悪化させることから焼き入れ等の熱処理を施すことができない。しかし、スプール弁１として機能させるには、耐摩耗性の向上及び表面硬さの向上が要求される。そこで、スプール弁１の摺動部１３の外周面にニッケル燐メッキ等の硬化層を施している。

スプール弁１は、バルブケース２の図示左端部の内周に圧入固定された円環状の止め輪（ストッパ）５によって初期位置が規定されている。このスプール弁１は、第１内部流路２５内に収容されたリターンスプリング３により常に付勢されている。このため、スプール弁１は先端が止め輪５に当接する位置で、スプール弁１の閉弁側の移動範囲が規定されている。また、スプール弁１の図示右端部には、バルブケース２のステータ部２３に所定のエアギャップを介して対向するように設けられた円筒状のアーマチャ部１１が一体的に形成されている。更にスプール弁１の内部には、バルブケース２の入口側ポート２１ａと第１内部流路２５とを連通するように第２内部流路１２が設けられている。この第２内部流路１２は、図示左側部よりも図示右側部の方が内径が小さくなっており、スプール弁１が軸線方向に移動する際に第１内部流路２５内の燃料を出し入れすることでスプール弁１の移動がし易くなっている。

スプール弁１の摺動部１３の外周面には、円環状の調量溝（環状流路）１４、円環状の調芯溝１５及び複数個の円環状油溝１６が形成されている。調量溝１４は、摺動部１３の周方向に設けられて、調量溝１４よりも流路径の小さい連通孔１７を介して第２内部流路１２に連通している。この連通孔１７は調量溝１４に向けて４個開口している。調芯溝１５は、調量溝１４よりも浅く、かつ調量溝１４よりも軸線方向に長く摺動部１３の周方向に設けられている。複数個の円環状油溝１６は、スプール弁１の図示左端部（先端部）又は図示右端部（後端部）とバルブケース２の摺動孔２１との間から燃料が浸入して、バルブケース２の摺動孔２１の内壁面とスプール弁１の摺動部１３の外周面との間に油膜を形成する周溝部である。

次に本実施形態の特徴について説明する。本実施形態では、スプール弁１の内部にフィルタ装置６が設置されている。即ち、フィルタ装置６は、スプール弁１の第２内部流路１２内の連通孔１７の位置よりも図示右側に設けられている。これによって、燃料に混入した異物が、バルブケース２の奥部である第１内部流路２５内に進入するのを防止でき、スプール弁１の安定した摺動を確保することができる。

図３は、フィルタ装置６の全体構成を示す図であり、（ａ）はフィルタの目詰まりにより燃料が移動できなくなる状態を説明する図であり、（ｂ）はフィルタが目詰まりしても燃料が移動できるようになる状態を説明する図である。本実施形態では、フィルタ装置６にバルブ機能を付与している。即ち、フィルタ装置６は、流入口６１ａと流出口６１ｂを有する円筒状のガイド体６１と、このガイド体６１内に軸線方向に移動可能に配置されているフィルタ６２と、ガイド体６１内に配置され、フィルタ６２を流入口６１ａを閉じる方向に付勢しているバネ６３とから構成されている。このバネ６３は、フィルタ６２が完全に目詰まりしたときに、図３（ａ）に示すようにバルブケース２の第１内部流路２５に燃料が移動できなくなり、スプール弁１が戻らなくなって、出口側ポート２２が閉じなくなるのを防ぐために、図３（ｂ）に示すようにフィルタ６２に一定の圧力以上の圧力がかかるとフィルタ６２が流入口６１ａを開ける方向に移動できるような付勢力を有している。これによって、フィルタ６２が目詰まりをしても、燃料は流入口６１ａを通り、フィルタ６２を迂回して流出口６１ｂを通って第１内部流路２５に移動することができ、スプール弁１が戻り、出口側ポート２２を閉じることができる。即ち、フィルタ装置６は、異常のときはスプール弁１が戻ることで出口側ポート２２を閉じ、燃料を遮断することで安全に停止することができるというフェールセーフ機能をも有している。

図２は、本実施形態の電磁弁の（ａ）閉弁時と（ｂ）開弁時の作動状態を示す断面図である。ソレノイドコイル４に通電されない時は、図２（ａ）に示すようにスプール弁１はリターンスプリング３の付勢力により止め輪（ストッパ）５に当接する位置にあり、スプール弁１の調量溝１４とバルブケース２の出口側ポート２２とはずれた位置にあり、出口側ポート２２は閉じられた状態（閉弁）にある。なお、スプール弁１は、静的にはスプール弁１の摺動方向に燃料圧力が作用しないように構成されており、スプール弁１の安定した作動が可能になる。

ソレノイドコイル４に通電した時は、図２（ｂ）に示すようにスプール弁１がリターンスプリング３の付勢力に抗して開弁側に変位し、スプール弁１の調量溝１４とバルブケース２の出口側ポート２２とが連通する。このとき、スプール弁１がバルブケース２のステータ部２３に吸引される力とリターンスプリング３の付勢力とが釣り合う点により、開弁側のスプール弁１の移動範囲が規制される。なお、ソレノイドコイル４への通電量によりスプール弁１の変位位置が決定され、通電量を増加すると調量溝１４と出口側ポート２２の連通部の開口面積、即ち流路面積が増加する。

図４は、本発明の別の実施形態の電磁弁の断面図である。先の実施形態では、フィルタ装置６を電磁弁のスプール弁１の内部に設置したが、本実施形態では、その設置位置をスプール弁内部から移して、バルブケース２の摺動孔２１の前部である流入側ポート２１ａにフィルタ装置６を設置している。これにより、燃料中に混入した異物が電磁弁に進入するのを完全に防ぐことができる。その他の構成については、先の実施形態と同様であるので説明を省略する。

図５は、本発明の更に別の実施形態の電磁弁の断面図である。本実施形態では、フィルタ装置６の設置場所を、燃料供給ポンプのポンプハウジング７にしている。即ち、ポンプハウジング７には、電磁弁を装着するための嵌合凹部７３が設けられていて、この中に電磁弁を圧入嵌合している。この嵌合凹部７３は、ポンプハウジング７に形成された流入路７１及び流出路７２に連通している。電磁弁が嵌合凹部７３に圧入嵌合されると、これら流入路７１及び流出路７２はそれぞれ電磁弁の流入側ポート２１ａ及び流出側ポート２２に連通する。そこで、本実施形態では、ポンプハウジング７の流入路７１内にフィルタ装置６を設置している。この場合においても、異物の電磁弁の進入を阻止することができる。

以上説明したように、本発明では、従来のフィルタでは除去できない微小な異物のバルブケース内への進入を阻止することができ、スプール弁の摺動性及び応答性を安定して確保することができ、加速性等のエンジン特性への影響を排除することができる。また、フィルタ装置にフェールセーフ機能をもたせているので、フィルタが目詰まり等の異常のときでも、スプール弁が戻ることでポートを閉じ燃料を遮断することで安全に停止することができる。

なお、上記説明においては、ソレノイドコイルの非通電時に閉弁となる常閉型（ノーマリクローズタイプ）の電磁式流量制御弁で説明しているが、ソレノイドコイルの非通電時に開弁となる常開型（ノーマリオープンタイプ）の電磁式流量制御弁を用いてもよい。
また、コモンレール式燃料噴射システムの吸入燃料調量方式の燃料供給ポンプに使用される電磁弁として説明されているが、燃料以外に潤滑油や作動油等のオイル、水等の液体、或いは空気、排気ガス、排気再循環ガス等の気体の流量を調量する電磁式流量制御弁としても、適宜使用することができる。

本発明の実施の形態の電磁弁の全体構成を示す縦断面図である。本発明の実施の形態の電磁弁の（ａ）閉弁時と（ｂ）開弁時の作動状態を示す断面図である。フィルタ装置の構成を示す概要図であり、（ａ）は異常時でのフィルタ状態を説明する図であり、（ｂ）はフェールセーフ機能を付加したフィルタ装置を説明する図である。本発明の別の実施形態の電磁弁の全体構成を示す断面図である。本発明の更に別の実施形態の電磁弁の全体構成を示す断面図である。

符号の説明

１スプール弁
１１アーマチャ部
１２第２内部流路
１３摺動部
１４調量溝
２バルブケース
２１摺動孔
２１ａ流入側ポート
２２流出側ポート
２３ステータ部
２４収容部
２５第１内部流路
３リターンスプリング
４ソレノイドコイル
４１コイルボビン
４２ターミナル
５止め輪（ストッパ）
６フィルタ装置
６１ガイド体
６２フィルタ
６３バネ
７ポンプハウジング
７１流入路
７３嵌合凹部

Claims

軸線方向に形成された摺動孔（２１）、及び前記摺動孔（２１）内に流体を流入する流入側ポート（２１ａ）、及び前記摺動孔（２１）内から流体を流出する流出側ポート（２２）を有するバルブケース（２）と、
前記バルブケース（２）の摺動孔（２１）内に往復摺動自在に収容され、流体流量の調量を行うスプール弁（１）と、
通電されると起磁力を発生すると共に、前記バルブケース（２）の流出側ポート（２２）に対して前記スプール弁（１）を相対的に軸線方向に移動させるソレノイドコイル（４）と、
を備えた電磁弁において、
前記スプール弁（１）の内部又は前記流入側ポート（２１ａ）の上流側に前記バルブケース（２）の奥部への異物の進入を阻止するフィルタ装置（６）を設けたことを特徴とする電磁弁。
前記フィルタ装置（６）を、流体の流入側ポート（２１ａ）である、前記バルブケース（２）の摺動孔（２１）の前部に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記フィルタ装置（６）を、前記電磁弁の流入側ポート（２１ａ）に接続された、ポンプハウジング（７）の流入路（７１）内に設置したことを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
前記フィルタ装置（６）が、流入口（６１ａ）と流出口（６１ｂ）とを有する円筒状のガイド体（６１）と、前記ガイド体（６１）内に軸方向に移動可能に配置されるフィルタ（６２）と、前記ガイド体（６１）内に配置され、前記フィルタ（６２）を前記流入口（６１ａ）を閉じる方向に付勢しているバネ（６３）とから構成されていて、前記フィルタ（６２）が一定圧力以上を受けることにより、前記フィルタ（６２）が移動し、流体が前記フィルタ（６２）を迂回して前記バルブケース（２）奥部へと流入するようになっていることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の電磁弁。