JP2014105754A - 高圧流体用電磁弁装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 相手側部材に容易に組み付け可能な高圧流体用電磁弁装置を提供する。
【解決手段】 可動コア30を往復移動可能に収容するガイド筒20は、大径部201、中径部204、第1小径部206、磁気遮断部21、および第2小径部207などから構成される。中径部204の径方向外側には、その外径がガイド筒20の径外方向に設けられるコイルアッセンブリ40の外径より大きい鍔部205が設けられている。コイルアッセンブリ40が組み付けられているガイド筒20を相手側部材である支持部材151に組み付けるとき、工具などにより中心軸φ方向の回転トルクを鍔部205に作用させると、コイルアッセンブリ40に干渉することなくガイド筒20は支持部材151に組み付けられる。これにより、気体燃料用電磁弁装置1は、支持部材151に容易に組み付けることができる。
【選択図】 図2
【解決手段】 可動コア30を往復移動可能に収容するガイド筒20は、大径部201、中径部204、第1小径部206、磁気遮断部21、および第2小径部207などから構成される。中径部204の径方向外側には、その外径がガイド筒20の径外方向に設けられるコイルアッセンブリ40の外径より大きい鍔部205が設けられている。コイルアッセンブリ40が組み付けられているガイド筒20を相手側部材である支持部材151に組み付けるとき、工具などにより中心軸φ方向の回転トルクを鍔部205に作用させると、コイルアッセンブリ40に干渉することなくガイド筒20は支持部材151に組み付けられる。これにより、気体燃料用電磁弁装置1は、支持部材151に容易に組み付けることができる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、高圧流体の流れを遮断または許容する高圧流体用電磁弁装置に関する。
内燃機関(以下、「エンジン」という)に供給する気体燃料の圧力を燃料タンク内の高圧から気体燃料用インジェクタが噴射可能な低圧に減圧する気体燃料供給システムが知られている。気体燃料供給システムが備える気体燃料用電磁弁装置は、通電により磁力を発生するコイル、固定コア、可動コア、および可動コアを往復移動可能に収容するガイド筒などから構成される弁駆動部と、可動コアと一体に移動する弁体、および弁体が当接または離間する弁座などから構成される弁部材部とからなり、高圧の気体燃料の流れを弁部材部において断続し、高圧の気体燃料が気体燃料用インジェクタに流れることを防止する。
気体燃料用電磁弁装置は、燃料タンクから供給される気体燃料の圧力を利用し弁体と弁座との間の気密性を高めるセルフシール機能を有している。このため、気体燃料用電磁弁装置のガイド筒内には弁体を閉弁方向に付勢するように高圧の気体燃料が充満する。また、気体燃料の外部への漏出を防止するため、ガイド筒は高い耐圧性を有する。
一方、弁体を弁座から離間させるときガイド筒内の気体燃料の圧力に抗する磁気吸引力を可動コアと固定コアとの間に発生させるため、可動コアの直径は大きくなる。
一方、弁体を弁座から離間させるときガイド筒内の気体燃料の圧力に抗する磁気吸引力を可動コアと固定コアとの間に発生させるため、可動コアの直径は大きくなる。
このように、気体燃料用電磁弁装置では、ガイド筒は直径が大きい可動コアを往復移動可能に収容しつつ高い耐圧性を有しなければならないため、内部に高圧流体を充満させないガイド筒に比べて肉厚が厚くなる。一般的に非磁性材料で形成されるガイド筒の肉厚が厚くなると、コイルに通電される電流値の大きさに対して発生する磁気吸引力の大きさが低下する。可動コアと固定コアとの間の磁気吸引力を高めるため、コイルに通電する電流値を大きくするか、またはコイルの巻数を多くする。しかしながら、コイルに通電する電流値を大きくするとエネルギー消費量が増加し、また、コイルの巻数を多くすると電磁弁装置の体格が大きくなる。特許文献1には、非磁性材料で形成されるガイド筒の径方向外側の一部に磁性材料で形成される磁界形成補助部材を備える高圧電磁弁が記載されている。特許文献2には、磁性材料で形成されプランジャを往復移動可能に収容するステータコアにプランジャとの間での磁気の受け渡しをおこなうため磁気遮断部を有するリニアソレノイドが記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載の高圧電磁弁では、ガイド筒は非磁性材料から形成されておりコイルに通電される電流値の大きさに対して発生する磁気吸引力を大幅に大きくすることはできない。このため、高圧電磁弁においてコイルを有するコイルアッセンブリが相対的に大きくなり、高圧電磁弁を支持する支持部材への組付が困難である。
また、特許文献2に記載のリニアソレノイドは、作動圧力範囲が比較的低圧の作動流体の流れを切り換える場合に用いられ、作動流体であるオイルの外部への漏れが許容されており、セルフシール機能を有していない。このため、特許文献2に記載のリニアソレノイドの構成を高圧流体用電磁弁装置に適用させることはできない。また、コイルや外部からの電力を受電するコネクタが当該リニアソレノイドにおいて最も大きな外径を有しており、当該リニアソレノイドを支持部材などに組み付けるとき、コイルやコネクタを支持しつつ組み付けるため、コイルやコネクタが破損するおそれがある。
また、特許文献2に記載のリニアソレノイドは、作動圧力範囲が比較的低圧の作動流体の流れを切り換える場合に用いられ、作動流体であるオイルの外部への漏れが許容されており、セルフシール機能を有していない。このため、特許文献2に記載のリニアソレノイドの構成を高圧流体用電磁弁装置に適用させることはできない。また、コイルや外部からの電力を受電するコネクタが当該リニアソレノイドにおいて最も大きな外径を有しており、当該リニアソレノイドを支持部材などに組み付けるとき、コイルやコネクタを支持しつつ組み付けるため、コイルやコネクタが破損するおそれがある。
本発明の目的は、相手側部材に容易に組み付け可能な高圧流体用電磁弁装置を提供することにある。
本発明は、高圧流体が流れる流路を有する支持部材に支持され高圧流体の流れを電磁弁により遮断または許容する高圧流体用電磁弁装置であって、通電により磁力を発生するコイルアッセンブリと、磁性材料で形成されコイルアッセンブリが磁力を発生するとき励磁される固定コアと、磁性材料で形成されコイルアッセンブリが磁力を発生するとき固定コアに吸引される可動コアと、支持部材に組み付けられ可動コアを往復移動可能に収容し内部を高圧流体で充満可能なガイド筒と、ガイド筒の径方向外側に接続する鍔部と、可動コアに連結する弁体と、弁体が当接または離間するとき高圧流体の流れを遮断または許容する弁座を形成するシート部材と、を備え、鍔部は、コイルアッセンブリの外径より大きい外径を有することを特徴とする。
本発明の高圧流体用電磁弁装置では、鍔部は、コイルアッセンブリより大きな外径を有している。これにより、高圧流体用電磁弁装置を「相手側部材」である支持部材に組み付けるとき、または高圧流体用電磁弁装置を支持部材から取り外すとき、鍔部を操作することでガイド筒やコイルアッセンブリなどに干渉することなく、支持部材への組み付けまたは支持部材からの取り外しを容易に行うことができる。
以下、本発明の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による気体燃料用電磁弁装置1を図1〜5に基づいて説明する。
最初に、気体燃料用電磁弁装置1を適用する気体燃料供給システムの概略構成を図1に基づいて説明する。気体燃料供給システム5は、例えば、圧縮天然ガスを燃料とする車両に搭載される。気体燃料供給システム5は、ガス充填口10、燃料タンク12、気体燃料用電磁弁装置1、気体燃料用圧力制御弁15、「噴射手段」としての気体燃料用インジェクタ17、およびECU9等を備える。
本発明の第1実施形態による気体燃料用電磁弁装置1を図1〜5に基づいて説明する。
最初に、気体燃料用電磁弁装置1を適用する気体燃料供給システムの概略構成を図1に基づいて説明する。気体燃料供給システム5は、例えば、圧縮天然ガスを燃料とする車両に搭載される。気体燃料供給システム5は、ガス充填口10、燃料タンク12、気体燃料用電磁弁装置1、気体燃料用圧力制御弁15、「噴射手段」としての気体燃料用インジェクタ17、およびECU9等を備える。
外部からガス充填口10を通して供給される高圧の気体燃料は、供給管6を通って燃料タンク12に貯留される。ガス充填口10は、逆流防止機能を有しており、ガス充填口10から供給される気体燃料が外部に逆流しないようになっている。供給管6には、ガス充填弁11が設けられる。
燃料タンク12には、燃料タンク弁13が設けられている。燃料タンク弁13は、燃料タンク12からガス充填口10への逆流防止機能、規定量以上の気体燃料が供給管7を流れるとき燃料タンク12からの気体燃料の流れを遮断する過流防止機能、および燃料タンク12内の圧力上昇時に燃料タンク12内の圧力を外部に開放することで燃料タンク12の破裂を防ぐ加圧防止安全機能を有する。
燃料タンク弁13は、供給管7を介して気体燃料用電磁弁装置1に接続される。供給管7には、手動による供給管7の遮断が可能な元弁14が設けられている。
燃料タンク弁13は、供給管7を介して気体燃料用電磁弁装置1に接続される。供給管7には、手動による供給管7の遮断が可能な元弁14が設けられている。
気体燃料用電磁弁装置1は、気体燃料用圧力制御弁15の上流側、すなわち燃料タンク12側に設けられる。気体燃料用電磁弁装置1は、気体燃料用圧力制御弁15の下流側を流れる気体燃料の圧力が所定の圧力以上になると、ECU9からの指令により気体燃料用圧力制御弁15に流入する気体燃料の流れを遮断する。
気体燃料用圧力制御弁15は、供給管7を通って供給される気体燃料の圧力を気体燃料用インジェクタ17が供給可能な圧力まで減圧する。例えば、気体燃料用圧力制御弁15は、燃料タンク12内の「高圧」である20MPaの気体燃料を気体燃料用インジェクタ17に供給可能な圧力である「低圧」である0.2〜0.65MPaまで減圧する。
気体燃料用圧力制御弁15で減圧された気体燃料は、オイルフィルタ16によってオイルが除去され、供給管8を通って気体燃料用インジェクタ17に供給される。気体燃料用インジェクタ17は、電気的に接続するECU9の指示に応じて吸気管18内に気体燃料を噴射する。気体燃料用インジェクタ17には、図示しない温度センサおよび圧力センサが設けられる。温度センサおよび圧力センサが検出する気体燃料の温度および圧力に関する情報は、ECU9に出力される。
吸気管18内に噴射される気体燃料は、大気から導入される空気と混合され、吸気管18が接続する「内燃機関」としてのエンジン19の吸気ポートからシリンダ191内に導入される。エンジン19では、ピストン192の上昇による気体燃料および空気の混合気体の圧縮および爆発により回転トルクが発生する。
気体燃料供給システム5は、このようにして燃料タンク12内の気体燃料を気体燃料用圧力制御弁15により気体燃料用インジェクタ17に供給可能な圧力に減圧して気体燃料用インジェクタ17よりエンジン19に供給する。
気体燃料供給システム5は、このようにして燃料タンク12内の気体燃料を気体燃料用圧力制御弁15により気体燃料用インジェクタ17に供給可能な圧力に減圧して気体燃料用インジェクタ17よりエンジン19に供給する。
次に、気体燃料用電磁弁装置1の詳細構造について図2〜5に基づいて説明する。なお、図2〜5中の実線矢印Lは、気体燃料が流れる方向を示す。
気体燃料用電磁弁装置1は、弁体25、弁座155を形成する支持部材151の一部、ガイド筒20、可動コア30、固定コア35、およびコイルアッセンブリ40などから構成されている。気体燃料用電磁弁装置1では、気体燃料用電磁弁装置1の下流側に設けられる気体燃料用圧力制御弁15の弁ボディである支持部材151にガイド筒20が組み付けられ、気体燃料用電磁弁装置1が支持されている。しかしながら、ガイド筒が組み付けられる「相手側部材」としての支持部材はこれに限定されず、気体燃料用圧力制御弁15の弁ボディと別異に設けられてもよい。
支持部材151は、導入通路152、導出通路153、および導入通路152と導出通路153とを連通する凹部154を形成する。導入通路152は、供給管7を介して燃料タンク12内の気体燃料が供給される。導出通路153は、気体燃料用圧力制御弁15に向けて気体燃料を排出する。導入通路152および導出通路153は、特許請求の範囲に記載の「流路」に相当する。
凹部154は、支持部材151の外壁に開口を有するように形成される。凹部154の内壁であって導出通路153の開口の縁部にはテーパ状に弁座155が形成されている。すなわち、第1実施形態による気体燃料用電磁弁装置1では、弁座155を形成する特許請求の範囲に記載の「シート部材」と支持部材151とは一体に形成されている。また、支持部材151の外壁と略垂直な凹部154の内壁にはねじ溝156が形成されている。凹部154には、ねじ溝156を利用してガイド筒20がねじ結合される。
ガイド筒20は、略筒状の磁性材料、例えばクロムの含有率が13〜17wt%の磁性ステンレス鋼で形成され、支持部材151側から大径部201、中径部204、第1小径部206、磁気遮断部21、および第2小径部207などから構成される。第1実施形態による気体燃料用電磁弁装置1のガイド筒20では、大径部201、中径部204、第1小径部206、磁気遮断部21、および第2小径部207は一体に形成される。ガイド筒20は、可動コア30を軸方向に摺動可能に収容しつつ、導入通路152から凹部154を介して導出通路153に流れる高圧の気体燃料を内部に充満可能でありかつ外部に漏出しないように形成されている。
大径部201は、略筒状に形成されており、開口202およびねじ溝203を有する。開口202では可動コア30または弁体25がガイド筒20の内部と外部とを出入りする。ねじ溝203は、大径部201の径方向外側に形成され、支持部材151のねじ溝156とねじ結合する。
中径部204は、外径が大径部201より小さい略筒状に形成されている。中径部204の一端は大径部201の開口202が形成される端部とは反対側に接続する。固定コア35側の中径部204は、中心軸φに垂直な断面が図3に示すようにD字状となっている。中径部204の径方向外側には、鍔部205が設けられている。中径部204は、特許請求の範囲に記載の「規制部」に相当する。
鍔部205は、ガイド筒20の径方向外側に図3に示すように六角形状に形成されており、ガイド筒20を支持部材151に組み付けるとき、またはガイド筒20を支持部材151から取り外すとき、回転トルクを発生させる工具、例えば、スパナやレンチなどが嵌合し、工具等により中心軸φ方向の回転トルクが作用する。鍔部205の外径は、ガイド筒20の径外方向に設けられているコイルアッセンブリ40の外径より大きい。鍔部205と支持部材151との間には凹部154からの気体燃料の漏出を防止するシール部材157が設けられている。
第1小径部206は、外径が中径部204より小さい略筒状に形成されている。第1小径部206の一端は中径部204の大径部201と接続する側とは反対側に接続する。第1小径部206は、特許請求の範囲に記載の「磁気透過部」に相当する。
磁気遮断部21は、その一端を第1小径部206の中径部204と接続する側の反対側に接続する略筒状に形成されている。磁気遮断部21は、磁性材料を改質した非磁性材料から形成され、弁体25が弁座155に当接しているとき、可動コア30の固定コア35側の端部である他方の端部32の近傍に設けられる。
第2小径部207は、外径が第1小径部206と同じ大きさの略筒状に形成されている。第2小径部207は、一端を磁気遮断部21に接続し、他端に開口208およびねじ溝209を有する。開口208内には固定コア35が設けられる。ねじ溝209は、第2小径部207の径方向外側に形成され、蓋部45に形成されるねじ溝451とねじ結合する。第2小径部207は、特許請求の範囲に記載の「磁気透過部」に相当する。
弁体25は、当接部26、小径部27および大径部28などから構成される。当接部26、小径部27および大径部28は非磁性材料で一体に形成される。弁体25は、可動コア30の往復移動に合わせて弁座155に当接または離間する。
当接部26は、円錐台状に形成され、当接部26の斜面261は弁座155に当接または離間可能なように設けられている。斜面261には、断面が凹状の収容室262が環状に形成されている。収容室262はシール部材263を収容する。シール部材263は、斜面261が弁座155に当接するとき、凹部154と導出通路153との気密を維持する。
小径部27は、当接部26の斜面261とは反対側に接続する。小径部27の外径は当接部26の最大外径および後述する大径部28の外径より小さい。
大径部28は、小径部27の小径部27が当接部26と接続する側とは反対側に接続する。大径部28には小径部27と接続する側に段差面281が形成されている。大径部28の段差面281と反対側にはシール部材312に当接可能な端面282を形成されている。
弁体25には軸方向に貫通孔29が形成されている。貫通孔29の開口は、当接部26の小径部27と接続する側とは反対側の端面264、および大径部28の端面282に形成されている。
可動コア30は、磁性材料、例えば磁性ステンレス鋼で形成されている棒状部材である。可動コア30は、ガイド筒20内を往復移動可能に収容されている。可動コア30のガイド筒20と摺動する径方向外側の側壁には非磁性めっき膜が形成されている。
可動コア30の一方の端部31は凹状に形成され、その内部に弁体25の小径部27の一部および大径部28を収容している。このとき、大径部28の外壁と一方の端部31の内壁との間には隙間が形成されている。一方の端部31の先端側の内壁には環状の規制部材311が設けられている。弁体25が可動コア30から離れる方向に移動するとき、規制部材311が段差面281に当接する。これにより、弁体25は可動コア30に対する相対移動の距離が規制される。また、一方の端部31の内壁にはシール部材312を収容する収容室313が形成されている。
可動コア30の他方の端部32は、凹状に形成され、スプリング33の一端を係止する。
可動コア30の他方の端部32は、凹状に形成され、スプリング33の一端を係止する。
固定コア35は、磁性材で形成されている棒状部材である。固定コア35は、ガイド筒20の第2小径部207内に固定されている。可動コア30側の端部351は凹状に形成され、スプリング33の他端を係止する。
スプリング33は、ガイド筒20の可動コア30と固定コア35との間に設けられる。スプリング33は、可動コア30と固定コア35とを離す方向に可動コア30を付勢する。
コイルアッセンブリ40は、ガイド筒20の径外方向にガイド筒20を囲むように設けられる。コイルアッセンブリ40は、コイル41、ボビン42、カバー43、およびヨーク44などから構成される。
コイル41は、コイルアッセンブリ40の径方向外側に設けられるコネクタ411を介して供給される電流によりコイル41周辺に磁界を形成する。
ボビン42およびカバー43は、コイル41を覆うように設けられる非磁性部材である。ボビン42およびカバー43の径方向外側に磁性材から形成されるヨーク44が設けられる。
コイル41は、コイルアッセンブリ40の径方向外側に設けられるコネクタ411を介して供給される電流によりコイル41周辺に磁界を形成する。
ボビン42およびカバー43は、コイル41を覆うように設けられる非磁性部材である。ボビン42およびカバー43の径方向外側に磁性材から形成されるヨーク44が設けられる。
ヨーク44は、コイル41、ボビン42およびカバー43を覆うように設けられる。図2、図3に示すように、ヨーク44の鍔部205側において、コネクタ411側のヨーク44の端部441は、中心軸φを挟んで端部441とは反対側の端部442に比べて中心軸φの近傍まで長く形成されている。ヨーク44を使ってコイルアッセンブリ40をガイド筒20に対して固定するとヨーク44の端部441は、中径部204の側壁に係止され、ガイド筒20に対するコイルアッセンブリ40の回転が規制される。また、ヨーク44の支持部材151側は鍔部205に当接するように設けられている。
蓋部45は、有底筒状に形成される金属部材である。蓋部45の内壁にはねじ溝451が形成されている。蓋部45は、ねじ溝451を利用してガイド筒20の第2小径部207に組み付けられる。
次に、気体燃料用電磁弁装置1の作用について図2、4、5に基づいて説明する。
気体燃料用電磁弁装置1のコイル41に電流が流れていないとき、可動コア30にはスプリング33の付勢力のみが作用し、可動コア30は図2の紙面の左方向に付勢される。また、凹部154は導入通路152と連通し、凹部154は高圧の気体燃料が充満している。これにより、弁体25の端面282はシール部材312に当接しつつ、可動コア30に支持されている弁体25の斜面261は、弁座155に当接している。したがって、導入通路152と導出通路153とは遮断されている。
コイル41に電流が流れると、コイル41の周辺には磁気回路が形成される。そのうちの1つである磁気回路M1は、図4、5に示すように、ヨーク44、ガイド筒20の第1小径部206、可動コア30の他方の端部32、固定コア35、ガイド筒20の第2小径部207および蓋部45を通ってヨーク44に戻る磁気回路である。
また、コイル41に流れる電流が小さい場合、ヨーク44、第1小径部206、磁気遮断部21、第2小径部207、および蓋部45を通ってヨーク44に戻る磁気回路が形成される。しかしながら、磁気遮断部21は、非磁性材料で形成され、第1小径部206および第2小径部207に比べて磁気飽和しやすいため、コイル41に流れる電流が大きくなると、磁気遮断部21を迂回するように、ヨーク44、第1小径部206、可動コア30の他方の端部32、第2小径部207、および蓋部45を通ってヨーク44に戻る磁気回路が形成される。さらに、コイル41を流れる電流が大きくなると、可動コア30と第2小径部207との間が磁気飽和し、ヨーク44、第1小径部206、他方の端部32の固定コア35側の端面321、第2小径部207、および蓋部45を通ってヨーク44に戻る磁気回路が形成される。図4、5に示す磁気回路M2は、ヨーク44、ガイド筒20の第1小径部206、可動コア30の他方の端部32の端面321、ガイド筒20の第2小径部207、および蓋部45を通ってヨーク44に戻る磁気回路である。
磁気回路M1が形成されると、可動コア30と固定コア35との間は磁気吸引力F1が発生する。磁気吸引力F1は、図4、5に示すようにガイド筒20の中心軸φに対して平行な磁気吸引力である。また、磁気回路M2が形成されると、可動コア30と第2小径部207との間には磁気吸引力F2が発生する。磁気吸引力F2はガイド筒20の中心軸φに対して傾斜している磁気吸引力である。
このように、コイル41に電流が流れると、磁気吸引力F1、F2により可動コア30はスプリング33の付勢力に抗して固定コア35の方向に移動する。可動コア30が固定コア35の方向に移動すると、図4に示すように弁体25の端面282とシール部材312とが離間する。凹部154に充満している高圧の気体燃料は、規制部材311と小径部27の外壁との隙間、および可動コア30の一方の端部31の内壁と弁体25の大径部28の外壁との隙間を通って弁体25の端面282とシール部材312とにより形成される隙間314に流入する。隙間314の気体燃料は、貫通孔29を通って導出通路153に流れる。これにより、凹部154の圧力と導出通路153の圧力との差が小さくなる。
さらに、可動コア30が固定コア35の方向に移動すると、規制部材311が弁体25の段差面281に当接する。可動コア30がさらに固定コア35の方向に移動すると、弁体25は可動コア30とともに固定コア35の方向に移動し、図5に示すように斜面261が弁座155から離間する。これにより、凹部154の気体燃料は、斜面261と弁座155との間の隙間を通って導出通路153に流れる。
(1)従来、高圧流体の流れを遮断または許容する高圧流体用電磁弁装置では、可動コアと固定コアとの間の電磁吸引力を高圧流体の圧力より大きくするため、磁力を発生するコイルアッセンブリが鍔部に対して相対的に大きくなる傾向があった。このため、高圧流体用電磁弁装置を支持部材に組み付けるとき、組み付け工具がコイルアッセンブリに干渉し組付が困難であった。
第1実施形態による気体燃料用電磁弁装置1では、鍔部205がコイルアッセンブリ40のヨーク44の外径より大きい外径を有するように形成されている。これにより、気体燃料用電磁弁装置1を支持部材151に組み付けるとき、コイルアッセンブリ40に干渉することなく工具等により鍔部205に中心軸φ方向の回転トルクを作用させることができる。したがって、気体燃料用電磁弁装置1を支持部材151に容易に組み付けることができる。
第1実施形態による気体燃料用電磁弁装置1では、鍔部205がコイルアッセンブリ40のヨーク44の外径より大きい外径を有するように形成されている。これにより、気体燃料用電磁弁装置1を支持部材151に組み付けるとき、コイルアッセンブリ40に干渉することなく工具等により鍔部205に中心軸φ方向の回転トルクを作用させることができる。したがって、気体燃料用電磁弁装置1を支持部材151に容易に組み付けることができる。
(2)また、中径部204の断面が図3に示すようにD字状になっているため、コイルアッセンブリ40をガイド筒20に組み付けたとき、ガイド筒20に対してコイルアッセンブリ40が位置決めされる。これにより、コネクタ411が常に同じ位置に設けられるため、外部からの電力を供給する外部コネクタとの接続が行いやすくなる。したがって、気体燃料用電磁弁装置1の組み付け性を向上することができる。
(3)また、ヨーク44は、大きな断面積を有する鍔部205と当接している。これにより、ヨーク44を流れる磁束が鍔部205および中径部204を通って第1小径部206に流れる。したがって、気体燃料用電磁弁装置2は、大きな磁路面積を確保することができる。
(4)気体燃料用電磁弁装置1では、コイル41への通電時、2つの磁気回路M1、M2が形成される。このうち、磁気回路M2は、ガイド筒20の磁気遮断部21を迂回し第2小径部207、可動コア30の他方の端部32、および第1小径部206を通るように形成される。このとき、ガイド筒20と可動コア30の他方の端部32との間にはガイド筒20の中心軸φに対して傾斜している磁気吸引力F2が発生する。磁気吸引力F2の中心軸φに対する平行な成分により可動コア30は固定コア35の方向に移動する。すなわち、気体燃料用電磁弁装置1では、磁気回路M1により発生する磁気吸引力F1だけでなく、磁気回路M2により発生する磁気吸引力F2によっても可動コア30は固定コア35の方向に移動する。これにより、同じ吸引力を発生する場合、固定コアと可動コアとの間の磁気回路で発生する磁気吸引力のみにより移動する可動コアを有する高圧流体用電磁弁装置に比べて、固定コア35に対する可動コア30の対向面積を小さくすることができる。したがって、可動コア30の直径が小さくなり、気体燃料用電磁弁装置1の体格を小さくすることができる。
(5)また、可動コア30の直径が小さくなるため、ガイド筒20内に充満する高圧の気体燃料に対する耐圧性を有するためのガイド筒20の肉厚を相対的に薄くすることができる。
具体的には、ガイド筒20内の気体燃料の圧力をP(Pa)、ガイド筒20の内径をD(m)、肉厚をt(m)とすると、中心軸φ方向の応力σ1(N)および径方向の応力σ2(N)は、以下の式で表される。
σ1=(P×D)/(4×t) ・・・式1
σ2=(P×D)/(2×t) ・・・式2
式1、2より、内径Dが大きくなると、中心軸φ方向の応力σ1および径方向の応力σ2は大きくなり、肉厚tを大きくする必要がある。第1実施形態による気体燃料用電磁弁装置1では、比較的内径Dが小さくなるため、中心軸φ方向の応力σ1および径方向の応力σ2が小さくなる。これにより、肉厚tを薄くすることができる。したがって、気体燃料用電磁弁装置1の体格をさらに小さくすることができる。
具体的には、ガイド筒20内の気体燃料の圧力をP(Pa)、ガイド筒20の内径をD(m)、肉厚をt(m)とすると、中心軸φ方向の応力σ1(N)および径方向の応力σ2(N)は、以下の式で表される。
σ1=(P×D)/(4×t) ・・・式1
σ2=(P×D)/(2×t) ・・・式2
式1、2より、内径Dが大きくなると、中心軸φ方向の応力σ1および径方向の応力σ2は大きくなり、肉厚tを大きくする必要がある。第1実施形態による気体燃料用電磁弁装置1では、比較的内径Dが小さくなるため、中心軸φ方向の応力σ1および径方向の応力σ2が小さくなる。これにより、肉厚tを薄くすることができる。したがって、気体燃料用電磁弁装置1の体格をさらに小さくすることができる。
(6)可動コア30と固定コア35との間に設けられるスプリング33は、可動コア30と固定コア35とを離す方向に可動コア30を付勢する。これにより、コイル41への通電が0となり磁気吸引力F1、F2が0となるとき、可動コア30は迅速に支持部材151の方向に移動し、弁体25が弁座155に当接する。したがって、気体燃料用電磁弁装置1での閉弁を迅速に行うことができる。
(7)可動コア30は、飽和磁束密度が高い磁性ステンレス鋼を母材としつつ、ガイド筒20と摺動する径方向外側の側壁には耐摩耗性が高い非磁性めっき膜を施されている。これにより、可動コア30は、磁気回路を形成しやすい高い磁気透過性および変形しにくい耐摩耗性の2つの機能を両立する。したがって、気体燃料用電磁弁装置1の体格を小さくしつつ、摩耗による変形を防止することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態による気体燃料用電磁弁装置を図5に基づいて説明する。第2実施形態は、第1実施形態と異なり、コイルアッセンブリと鍔部との間に弾性部材が設けられている点が異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明の第2実施形態による気体燃料用電磁弁装置を図5に基づいて説明する。第2実施形態は、第1実施形態と異なり、コイルアッセンブリと鍔部との間に弾性部材が設けられている点が異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第2実施形態による気体燃料用電磁弁装置2では、図5に示すようにヨーク44と鍔部205との間には弾性部材443が設けられる。弾性部材443は、固定コア35の方向、すなわち、鍔部205から離れる方向にコイルアッセンブリ40を付勢する。
気体燃料用電磁弁装置2では、鍔部205は、コイルアッセンブリ40の外径より大きくなるように形成されている。これにより、第2実施形態による気体燃料用電磁弁装置2は、第1実施形態の効果(1)、(2)、(4)〜(7)と同じ効果を奏する。
(他の実施形態)
(ア)上述の実施形態では、気体燃料用電磁弁装置は、気体燃料をエンジンに供給する気体燃料供給システムに適用され、気体燃料の流れを遮断または許容するとした。しかしながら、本発明の高圧流体用電磁弁装置が適用されるシステムはこれに限定されない。高圧流体を供給する供給システムであればよい。
(ア)上述の実施形態では、気体燃料用電磁弁装置は、気体燃料をエンジンに供給する気体燃料供給システムに適用され、気体燃料の流れを遮断または許容するとした。しかしながら、本発明の高圧流体用電磁弁装置が適用されるシステムはこれに限定されない。高圧流体を供給する供給システムであればよい。
(イ)上述の実施形態では、気体燃料用電磁弁装置は、弁体に貫通孔が形成され、弁体の斜面が座面より離間する前に貫通孔を介して導入通路と導出通路とが連通するパイロット弁であるとした。しかしながら、気体燃料用電磁弁装置はこれに限定されない。
(ウ)上述の実施形態では、弁座を形成する「シート部材」と支持部材とは一体に形成されているとした。しかしながら、「シート部材」と支持部材とは別部材で形成されてもよい。
(エ)上述の実施形態では、磁気遮断部は磁性材料を非磁性材料に改質した部位であるとした。しかしながら、磁気遮断部はこれに限定されない。磁気遮断部は、磁束を流しにくい部位であって、例えば磁性材料で形成され、かつその肉厚が第1小径部および第2小径部に比べて薄くてもよい。また、磁気遮断部は、その肉厚が第1小径部および第2小径部と同じであって、一部が非磁性材料に改質されていてもよい。
(オ)上述の実施形態では、可動コアおよびガイド筒は磁性ステンレス鋼から形成されるとした。しかしながら、可動コアおよびガイド筒を形成する材料はこれに限定されない。磁性材料であればよい。
(カ)上述の実施形態では、ガイド筒は、13〜17wt%のクロムを含有しているとした。しかしながら、ガイド筒のクロム含有量はこれに限定されない。
(キ)上述の実施形態では、可動コアのガイド筒と摺動する径方向外側の側壁には非磁性めっき膜が形成されているとした。しかしながら、非磁性めっき膜は施されていなくてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
1、2 ・・・気体燃料用電磁弁装置(高圧流体用電磁弁装置)、
151 ・・・支持部材(シート部材)、
155 ・・・弁座、
20 ・・・ガイド筒、
205 ・・・鍔部、
206 ・・・第1小径部(磁気透過部)、
207 ・・・第2小径部(磁気透過部)、
21 ・・・磁気遮断部、
25 ・・・弁体、
30 ・・・可動コア、
35 ・・・固定コア、
40 ・・・コイルアッセンブリ、
M1、M2 ・・・磁気回路。
151 ・・・支持部材(シート部材)、
155 ・・・弁座、
20 ・・・ガイド筒、
205 ・・・鍔部、
206 ・・・第1小径部(磁気透過部)、
207 ・・・第2小径部(磁気透過部)、
21 ・・・磁気遮断部、
25 ・・・弁体、
30 ・・・可動コア、
35 ・・・固定コア、
40 ・・・コイルアッセンブリ、
M1、M2 ・・・磁気回路。
Claims (4)
- 高圧流体が流れる流路(152、153)を有する支持部材(151)に支持され、高圧流体の流れを電磁弁により遮断または許容する高圧流体用電磁弁装置(1、2)であって、
通電により磁力を発生するコイルアッセンブリ(40)と、
磁性材料で形成され、前記コイルアッセンブリが磁力を発生するとき励磁される固定コア(35)と、
磁性材料で形成され、前記コイルアッセンブリが磁力を発生するとき前記固定コアに吸引される可動コア(30)と、
前記支持部材に組み付けられ、前記可動コアを往復移動可能に収容し、内部を高圧流体で充満可能なガイド筒(20)と、
前記ガイド筒の径方向外側に接続し、前記コイルアッセンブリの外径より大きな外径を有する鍔部(205)と、
前記可動コアに連結する弁体(25)と、
前記弁体が当接または離間するとき高圧流体の流れを遮断または許容する弁座(155)を形成するシート部材(151)と、
を備えることを特徴とする高圧流体用電磁弁装置。 - 前記ガイド筒は、前記コイルアッセンブリが前記ガイド筒に組み付けられるとき前記ガイド筒に対する前記コイルアッセンブリの相対回転を規制する規制部(204)を有することを特徴とする請求項1に記載の高圧流体用電磁弁装置。
- 前記規制部は、前記ガイド筒の中心軸に対して垂直な断面がD字状に形成されることを特徴とする請求項2に記載の高圧流体用電磁弁装置。
- 前記ガイド筒は、前記ガイド筒の軸方向の所定位置の全周にわたって磁気を遮断する磁気遮断部(21)、および磁気が透過する磁気透過部(206、207)を形成し、
前記コイルアッセンブリが磁力を発生するとき、前記ガイド筒の前記磁気透過部と前記可動コアとの間に前記磁気遮断部を迂回して磁気回路(M2)が形成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の高圧流体用電磁弁装置。
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