JP2015108409A - ソレノイドバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】高圧燃料ポンプおよび燃料噴射弁の固定鉄心ならびに可動鉄心間に発生する摩耗を抑制するとともに、衝突時の騒音を低減するソレノイドバルブを提供する。
【解決手段】可動部品の移動量を規定する手段としての衝突部を、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１の他に設けることで、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１の衝突を避ける構造とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の高圧燃料ポンプおよび燃料噴射弁などに用いられるソレノイドに関するものである。

背景技術として特開２００２−４８０３３号公報には、電磁吸入弁を備えた高圧燃料供給ポンプにおいて、電磁吸入弁はコイルに無通電状態では吸入弁がばねの付勢力により開弁状態にあり、コイルに通電すると電磁吸入弁に発生した磁気吸引力によって吸入弁は閉弁するという技術が開示されている。

特開２００２−４８０３３号公報

電磁ソレノイドでは、コイルに通電を開始すると磁性材により形成される可動鉄心と固定鉄心の間に磁気吸引力が発生し、可動鉄心が固定鉄心側へ運動を開始する。可動鉄心が固定鉄心と可動鉄心との間に形成される隙間の距離だけ変位すると可動鉄心と、固定鉄心が衝突し、可動鉄心の運動が停止する。この時、可動鉄心と固定鉄心間に作用する衝撃力によって可動鉄心や固定鉄心の衝突面に摩耗が発生する場合や、衝突時の力が衝突音として放射される場合があった。可動鉄心や固定鉄心は磁気回路を形成するため、磁性を持つ必要がある。しかし、磁性を優先させると、摩耗しやすい部材を採用せざるを得ない場合があった。そこで、摩耗を抑制する手段の一つに、可動鉄心および可動鉄心の衝突面を耐摩耗性の優れる表面処理、例えば硬質クロムめっきやダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)などで覆う方法がある。しかしながら、衝突によって生じる応力が大きいために、薄い被膜のみでは摩耗を抑制することが難しい場合があった。

本発明の目的は、高圧燃料ポンプおよび燃料噴射弁の固定鉄心ならびに可動鉄心間に発生する摩耗を抑制するとともに、衝突時の騒音を低減することである。

本発明では、例えば、可動部品の移動量を規定する手段としての衝突部を、可動鉄心と固定鉄心の他に設けることで、可動鉄心と固定鉄心の衝突を避ける構造とする。

本発明によれば、衝撃力を低減し、摩耗の抑制とともに衝突時の騒音低減効果を得られる。

本発明が実施された第一実施例による高圧燃料ポンプおよび、燃料噴射弁を含む燃料供給システム図の一例である。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの別の縦断面図である。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が開弁状態にある状態を示す。 本発明が実施された第一実施例による高圧燃料供給ポンプの電磁吸入弁の拡大縦断面図であり、電磁吸入弁が閉弁状態にある状態を示す。 本発明が実施された第二実施例による燃料噴射弁の縦断面図であり、電磁吸入弁が閉弁状態にある状態を示す。 本発明が実施された第三実施例による燃料噴射弁の縦断面図であり、電磁吸入弁が閉弁状態にある状態を示す。 本発明が実施された第四実施例による燃料噴射弁の縦断面図であり、電磁吸入弁が閉弁状態にある状態を示す。

図１から図４を用いて、本発明の実施例である自動車のガソリン直噴エンジン用高圧燃料供給ポンプの構成について説明する。
<本実施例の構成>
燃料タンク５０の燃料は、フィードポンプ５７によって汲み上げられ、適切なフィード圧力に加圧されて吸入配管５８を通して高圧燃料供給ポンプの低圧燃料吸入口９に送られる。

図２中で、ポンプハウジング１の上流側(図面上部)にはダンパーカバー１４が固定されている。ダンパーカバー１４にはジョイント１０１が設けられており、低圧燃料吸入口９を形成している。低圧燃料吸入口９を通過した燃料は、吸入ジョイント１０１の内側に固定されたフィルタ１００を通過し、さらに低圧燃料流路１０ｂ、圧力脈動低減機構１１、を介して電磁吸入弁ユニット５００の吸入ポート５０２に至る。吸入ジョイント１０１内の吸入フィルタ１００は、燃料タンク５０から低圧燃料吸入口１０ａまでの間に存在する異物を燃料の流れによって高圧燃料供給ポンプ内に吸収することを防ぐ役目がある。

ポンプハウジング１には中央付近に加圧室１２が設けられており、この加圧室１２の入口の吸入通路５０３には電磁吸入弁ユニット５００が、吐出通路７には吐出弁ユニット８が設けられている。

コモンレール５３には、インジェクタ５４、圧力センサ５６が装着されている。インジェクタ５４は、内燃機関の気筒数に合わせて装着されており、ＥＣＵ４０の制御信号にしたがって開閉弁して、燃料をシリンダ内に噴射する。

プランジャ２の下端には、カム５の回転運動を上下運動に変換し、プランジャ２に伝達するリテーナ３が嵌合によってプランジャ２に固定されており、プランジャ２はリテーナ３を介してばね４にてタペット３ａの底部内面に押し付けられている。これによりカム５の回転運動に伴い、プランジャ２を上下に運動させることができる。

吐出弁ユニット８は、吐出弁シート８ａ、吐出弁シート８ａと接離する吐出弁８ｂ、吐出弁８ｂを吐出弁シート８ａに向かって付勢する吐出弁ばね８ｃ、吐出弁８ｂと吐出弁シート８ａとを収容する吐出弁ホルダ８ｄから構成され、吐出弁シート８ａと吐出弁ホルダ８ｄとは当接部で溶接８ｅにより接合されて一体のユニットを形成している。

加圧室１２と燃料吐出口１７に燃料差圧が無い状態では、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力で吐出弁シート８ａに接触し閉弁状態となっている。加圧室１２の燃料圧力が、燃料吐出口１７の燃料圧力よりも大きくなると、吐出弁８ｂは吐出弁ばね８ｃによる付勢力に逆らって開弁し、加圧室１２内の燃料は燃料吐出口１７を経てコモンレール５３へと高圧吐出される。また吐出弁８ｂが開弁および閉弁運動を繰り返す時に、吐出弁８ｂがストローク方向にのみ運動するように、吐出弁ホルダ８ｄの内周面にてガイドしている。以上のようにすることで、吐出弁ユニット８は燃料の流通方向を制限する逆止弁となる。

図３は電磁吸入弁ユニット５００の拡大図で、コイル５０７への通電が無い状態を示す。 図４は電磁吸入弁ユニット５００の拡大図で、コイル５０７に通電されている通電の状態を示している。可動子５０１は、可動鉄心５０１ａ、ロッド５０１ｂ、吸入弁５０１ｃ、ギャップスリーブ５０１ｄの４部品からなる。可動子５０１は、アンカーばね５０４の付勢力と吸入弁ばね５０５の付勢力の差により、加圧室側(図面右側)に移動し、ロッド５０１ｂと接続されているギャップスリーブ５０１ｄがスペーサ５１７と接触している。これにより、弁シート部５０８ａと吸入弁５０１ｃは離間し、吸入通路１０ｂと加圧室１２が連通している。

可動鉄心５０１ａ、ロッド５０１ｂ、ギャップスリーブ５０１ｄと吸入弁５０１ｃは別体構造となっている。ロッド５０１ｂと弁シート５０８の間には、摺動部５０８ｄによって摺動クリアランスが設けられているため、ロッド５０１ｂは摺動可能に保持され、可動鉄心５０１ａの運動は、ロッド５０１ｂによって開弁運動・閉弁運動の方向のみに制限されている。

吸入弁ばね５０５は吸入弁５０１ｃ、および吸入弁ホルダ５１０に嵌め込まれ、吸入弁５０１ｃ、および吸入弁ホルダ５１０を引き離す方向に吸入弁ばね５０９による付勢力が発生するようになっている。

アンカーばね５０４は、可動鉄心５０１ａの内周、および固定鉄心５１１の内周、ならびにリング状部品５１２の外周に嵌め込まれ、可動鉄心５０１ａ、および固定鉄心５１１を引き離す方向にアンカーばね５０４による付勢力が発生するように構成されている。なお、吸入弁ばね５０５による付勢力よりもアンカーばね５０４による付勢力が大きくなるように構成されている。このため、コイル５０７への通電が無い状態では、アンカーばね５０４による付勢力と吸入弁ばね５０５による付勢力の差によって可動子５０１は図面左の開弁方向に付勢され、弁シート５０８と吸入弁５０１ｃが離間し、開弁状態となっている。

弁シート５０８は、吸入弁シート部５０８ａ、吸入通路部５０８ｂ、圧入部５０８ｃ、摺動部５０８ｄ、圧入部５０８ｅからなる。圧入部５０８ｅは吸入弁ホルダ５０６と圧入固定され、圧入部５０８ｃは外側固定鉄心５１１ａに圧入固定されている。

<本実施例における高圧燃料ポンプの吸入行程動作>
はじめに、図２、３、４により燃料吸入状態を説明する。プランジャ２が図２の点線で示す上死点位置から下降(図面下方向)する吸入行程では、コイル５０７は非通電状態である。上述したように、コイル５０７への通電が無い状態では電磁吸入弁５０１は、アンカーばね５０４の付勢力と吸入弁ばね５０５の付勢力の差により、図３中の右方向に移動し、ロッド５０１ｂと接合されているギャップスリーブ５０１ｄがスペーサ５１７と接触し、弁シート部５０８ａと吸入弁５０１ｃは離間し、低圧燃料通路１０ｃと加圧室１２が連通しているため、プランジャ２の下降に伴って、バルブシート部５０８ａと吸入弁５０１ｃ間を流れ、加圧室１２に燃料が流入する。この時、バルブシート部５０８ａと吸入弁５０１ｃ間を流れる燃料の圧力降下により、吸入弁５０１ｃは開弁方向に作用する。

<本実施例における高圧燃料ポンプの吐出行程動作>
次に、図２、３、４により燃料の吐出行程を説明する。プランジャ２が下死点を超え上昇を開始している状態において、ＥＣＵ４０からコイル５０７に通電が開始されると、コイル５０７の周囲に発生した磁束が、ヨーク５１８、固定鉄心５１１、外側固定鉄心５１１ａ、そして可動鉄心５０１ａを通り磁気回路を形成する。この磁束により、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１の間に磁気吸引力が発生する。発生した磁気吸引力が開弁方向に付勢されるアンカーばね５０４と閉弁方向に付勢される吸入弁ばね５０５の付勢力の差を超えると可動鉄心５０１ａ変位し、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１間の隙間Ｂ５１５だけ変位する構成となっている。この時、隙間Ａ５１４分だけ可動鉄心５０１ａは固定鉄心５１１側に変位し、可動鉄心が押し退けた燃料は、ギャップスリーブ５０１ｄに設けられた流体通路５０１ｄａを通り、弁シート５０８に設けられた流体通路５０８ｂを通過し、吸入ポート５０２へ排除される構成となっている。この時、流体通路５０１ｄａは、可動鉄心５０１ａとロッド５０１ｂの断面積の和と可動鉄心５０１ａの速度との積よりも大きくすることで、可動鉄心５０１ａは燃料に妨げられることなくスムース運動することができる。ロッド５０１ｂがリング状部品５１２に接触する位置(隙間Ａ５１４)だけ変位すると、ロッド５０１ｂとリング状部品５１２とが衝突して、可動鉄心５０１ａとロッド５０１ｂは運動を停止する。

ここでロッド５０１ｂとリング状部品５１２とが衝突する際に生ずる衝撃力は、ロッド５０１ｂとリング状部品５１２との衝突時間に反比例する。リング状部品５１２は、圧入などにより固定される位置と衝突側に低剛性部５１２ａを有する。そのため、ロッド５０１ｂとリング状部品５１２とが衝突すると、リング状部品５１２は弾性域内で変形する。この時、リング状部品５１２の変形は塑性変形域に達することなく、衝突時間を長くすることができ、結果衝撃力が緩和する構成となっている。低剛性部５１２ａの構成としては、以下のようなものが良い。（１）圧入部よりも衝突部側に圧入部よりも肉厚が薄い部位を有する、または径方向へ孔を有するもの。（２）圧入部よりも衝突部側に軸方向に少なくとも一つ弓型形状を有するもの。（３）圧入部よりも衝突部側にコイルばねや板ばねといったばね状部材を有するもの。

リング状部品５１２が設けられていない従来のソレノイドバルブでは、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１が直接衝突し、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１の耐摩耗性向上が必要である。しかし可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１は磁気回路となるため、磁気特性を考慮する必要がある。一般的に、軟磁性材料の強度は低いため、と低強度部材を採用せざるを得なかった。このため、耐摩耗性を向上させるために、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１の衝突面を硬質クロムめっきなどで覆っていたが、衝突によって生じる応力が大きいために、薄い被膜のみでは摩耗を抑制することが難しい場合があった。

本実施例のようにリング状部品５１２を追加することにより、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１の衝突を避けることができるので、軟磁性材料どうしの衝突を避けられる。ロッド５０１ｂならびにリング状部品５１２は、磁気回路を形成する主たる部位に配置する必要がないため、磁性材で形成する必要がなく、耐摩耗性に優れた高強度材料、例えばオーステナイト系ステンレス鋼やマルテンサイト系のステンレス鋼を用いることが可能である。オーステナイト系ステンレス鋼であれば、浸炭などの処理を行え、マルテンサイト系ステンレス鋼であれば、焼き入れなどの熱処理によって強度を高められる。また低剛性部５１２ａにより、衝撃力を緩和できるため、リング状部品５１２と固定鉄心５１１間の圧入荷重のみで隙間Ａ５１４を長期的に保つことができる。この結果、変形を伴い易い溶接などを行う必要がなくなり、高精度に組立てられる。また、高圧燃料ポンプの衝突に起因する衝撃音も小さくすることができる。
磁気吸引力によりロッド５０１ｂが固定鉄心５１１側に引き寄せられると、吸入弁５０１ｃを加圧室１２側へ押し付けていた付勢力がなくなるため、吸入弁５０１ｃは吸入弁ばね５０５の付勢力によって弁シート５０８方向へ閉弁運動を開始し、弁シート部５０８ａとの空隙分 (隙間Ｃ５１６)変位し、閉弁状態となる。この時、吸入弁５０１ｃの加圧室１２側(図面右側)の空隙５１９と低圧燃料室１０ａに連通する吸入ポート５０２との圧力差は、加圧室１２内の圧力上昇に伴って、低圧燃料室１０ａ側の圧力よりも高くなり、吸入弁５０１ｃの閉弁運動を助けている。吸入弁５０１ｃがその後、プランジャ２は引き続き上昇するため、加圧室１２の容積が減少し、加圧室１２内の圧力が上昇すると、吐出弁８ｂが吐出ばね８ｃの力に打ち勝って、バルブシート６ａから離れ、コモンレール５３を通して燃料がインジェクタ５４に供給される。

吸入弁５０１ｃが完全に閉弁し加圧室１２内の圧力が上昇して高圧吐出が開始された後、コイル５０７への通電を断つ。固定鉄心５１１と可動鉄心５０１ａの対向面間に発生していた磁気吸引力が消滅し、アンカーばね５０４の付勢力よりも磁気吸引力が小さくなると、可動鉄心５０１ａ、ロッド５０１ｂおよびギャップスリーブ５０１ｅはアンカーばね５０４の付勢力によって吸入弁５０１ｃ側へ移動を開始し、ロッド５０１ｂが吸入弁５０１ｃの底部平面部と接触し、吸入弁５０１ｃが可動鉄心５０１ａとロッド５０１ｂの運動を止める。加圧室１２内の圧力による閉弁力がアンカーばね５０４の付勢力よりも大きくなるように形成してあるため、ロッド５０１ｂが吸入弁５０１ｃを押しても吸入弁５０１ｃは開弁しない。この状態はプランジャ２が上死点から下降方向(図面下)へ転じた瞬間にロッド５０１ｂが吸入弁５０１ｃを開弁方向へ付勢する準備動作となる。
エンジン制御装置ＥＣＵ４０からの指令に基づきコイル５０７に通電するタイミングを制御することにより、高圧で吐出される燃料の流量を調節することができる。プランジャ２が下死点から上死点へと上昇運動に転じた直後に吸入弁５０１ｃが閉弁するよう通電タイミングを制御すれば、燃料の停留が少なく高圧吐出される燃料が多くすることができる。

かくして高圧燃料ポンプは、コイル５０７への通電時間を制御することで、吸入弁５０１ｃの閉弁時間を制御して、所望の流量に吐出できるようになっている。以上が電磁式高圧燃料ポンプの基本的な動作を説明したものである。なお本実施例における磁気回路を構成する部材は、可動鉄心５０１ａ、固定鉄心５１１、外側固定鉄心５１１ａ、ヨーク５１８であり、これらの材質は全て磁性材料とした。
<各隙間が性能に及ぼす影響>
最後に隙間Ａ５１４、隙間Ｂ５１５、隙間Ｃ５１６の調整方法とこれらの隙間が高圧燃料ポンプの性能に及ぼす影響について説明する。

固定鉄心５１１を吸入弁シート５０８に圧入する前に、スペーサ５１７の圧入量を調整することで、ギャップスリーブ５０１ｄとの衝突位置が変わり、隙間Ｂ５１５を所望の値に設定した電磁吸入弁ユニット５００を構成とすることができる。

吸入弁シート５０８の圧入量は、弁シート部５０８ａと吸入弁５０１ｃとの接触位置の調整因子となっており、吸入弁５０１ｃの可動範囲を所望の値とするように調整されている。無通電状態における弁シート部５０８と吸入弁５０１ｃとの隙間Ｃ５１６が吸入弁５０１ｃのストローク量となり、隙間Ｃ５１６は隙間Ｂ５１４よりも小さくなるように構成されている。

リング状部品５１２は、固定鉄心５１１の内径側に嵌め込まれ、固定鉄心５１１に圧入することで固定されている。リング状部品５１２は、ロッド５０１ｂと接するように対向して形成され、リング状部品５１２の圧入量を調整することで、ロッド５０１ｂとの衝突位置を調整し、隙間Ａ５１４を所望の隙間に構成することができる。この時、隙間Ａ５１４は、隙間Ｂ５１５よりも小さく、隙間Ｃ５１６よりも大きく設定することで、吸入弁５０１ｃと吸入弁シート部５０８ａとのシート性を保ちつつ、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１の衝突を避けることが可能となる。
隙間Ｂ５１５が過大な場合、コイル５０７に通電後、吸入弁５０１ｃが閉弁運動を開始し弁シート３２と接触し完全に閉弁するまでにより長い時間を要する。また、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１の距離も大きくなるために発生する磁気吸引力が小さくなってしまう。そのため、内燃機関の高速運転時（カム高速回転時）に応答性が不足し、目標とするタイミングで吸入弁５０１ｃを閉弁することができず、高圧吐出される燃料の量を制御できないと言った問題が生じる場合がある。

隙間Ｃ５１６が過小な場合、弁シート５０８ａと吸入弁５０１ｃ間における圧力損失が大きくなる。例えば燃料温度が６０℃のような高温で、内燃機関の高速運転時（カム高速回転時）の場合、吸入行程では低圧燃料流路１０ｃから加圧室１２に燃料が流れ込む際に、燃料はこの部分で蒸気化してしまい、高圧に加圧できる燃料が減少してしまう。その結果、高圧燃料供給ポンプの容積効率の低下に繋がると言った問題が生じる。また、戻し行程中は、内燃機関の高速運転時（カム高速回転時）では、吸入弁５０１ｃに発生する流体力（加圧室１２から低圧燃料流路１０ｂへ逆流する燃料によって発生する閉弁方向の力）が大きくなる。すると戻し行程中の予期しないタイミングで吸入弁５０１ｃが閉弁してしまい、高圧吐出される燃料の量を制御できないと言った問題が生じる。これらのことから、隙間Ｃ５１６(吸入弁５０１ｃのストローク)の管理は非常に重要となる。

また隙間Ａ５１４が隙間Ｃ５１６よりも小さい場合、吸入弁５０１ｃと弁シート部５０８ａに隙間が生じ著しくシート性を悪化させるため、所望の流量を吐出することが困難となる。一方で、隙間Ａ５１４が隙間Ｂ５１５よりも大きい場合、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１が衝突し、摩耗が生ずる可能性がある。

本実施例によれば、リング状部品５１２、弁シート５０８、スペーサ５１２の圧入量により隙間Ａ５１４、隙間Ｂ５１５、隙間Ｃ５１６を精度よく調整することが可能であり、隙間Ｂ５１４が過大になり吸入弁５０１ｃの応答性を悪化させたり、隙間Ｃ５１５が過小になり、ポンプの容積効率の低下を引き起こしたりする問題を解決することができる。

無通電状態における各隙間関係は、隙間Ｂ＞隙間Ａ＞隙間Ｃとすることで、可動鉄心５０１ａと固定鉄心５１１の衝突をさけることができる。さらに低剛性部５１２ａを有したリング状部品５１２により、ロッド５０１ｂとの衝撃力を低減することが可能なため、耐摩耗性に優れた電磁吸入弁ユニットを提供することができる。

図５は、本発明にかかる燃料噴射弁の例として、電磁式燃料噴射弁の例を示す断面図である。図５に示した電磁式燃料噴射弁は、筒内直接噴射式のガソリンエンジン向けの電磁式燃料噴射弁の例であるが、本発明の効果は、ポート噴射式のガソリンエンジン向けの電磁式燃料噴射弁やディーゼル用の電磁式燃料噴射弁においても有効である。

燃料は燃料供給口１１２から供給され、インジェクタ５４の内部に供給される。図５に示す電磁式燃料噴射弁は、通常時閉型の電磁駆動式であって、コイル１０８に通電がないときには、弁体１０６ｂが付勢ばね１１０によって付勢され、円錐面を有したシート部材１０２に押し付けられ、弁体１０６ｂの弁体面とシート部材１０２の弁座面との間にシール座を形成し、燃料をシールする構造となっている。図５に示したコイル１０８に通電されると、電磁弁の磁気回路を構成する固定鉄心１０７、ヨーク１０９、可動鉄心１０６ａに磁束を生じて、空隙のある固定鉄心１０７と可動鉄心１０６ａとの間に磁気吸引力を生じる。磁気吸引力が、付勢ばね１１０の付勢力と前述の燃料圧力による力よりも大きくなると、弁体１０６ｂは可動鉄心１０６ａによって固定鉄心１０７側、すなわち上流側に吸引され、弁体１０６ｂが可動子１０６と接触して力を伝達し、弁体１０６ｂも固定鉄心１０７側(図面上側)に変位し、開弁状態となる。

一方で、コイル１０８への通電が中止されると、固定鉄心１０７内に生じていた磁束が減少し、可動子１０６に作用していた磁気吸引力も減少する。弁体１０６ｂに作用する付勢付勢ばね１１０の力が、可動子１０６ａに作用している磁気吸引力より大きくなると、弁体１０６ｂは下流側に変位し、弁体１０６ｂとシート部材１０２とが接触し、閉弁状態となる。

以上が電磁式燃料噴射弁の基本的な動作を説明したものである。燃料噴射弁は、コイル１０８への通電時間を制御することで、弁体１０６ｂが開状態にある時間を制御して、燃料噴射量の制御を行うようになっている。

可動子１０６は、可動鉄心１０６ａ、弁体１０６ｂから成っている。可動鉄心１０６ａ、弁体１０６ｂは別体構造となっているが、本実施例においては、弁体１０６ａと可動鉄心１０６ｂが一体構造となっていても本発明の効果を得られる。ノズルホルダ１０２と可動鉄心１０６ａとの間には、微少クリアランスを設けてあるため、可動鉄心１０６ａは、摺動可能に保持されているので、可動鉄心１０６ａの運動は、ノズルホルダ１０２によって開弁運動・閉弁運動の方向のみに制限され、摺動可能に保持されている。弁体１０６ｂと可動鉄心１０６ａ間には、微少クリアランスを設けてあるため、弁体１０６ｂの運動は、可動鉄心１０６ａによって開閉弁運動の方向にのみ制限されている。

付勢ばね５０９は、弁体１０６ｂとアジャスタピン１１３の間に嵌めこまれ、アジャスタピン１１３と弁体１０６ｂを引き離す方向に付勢ばね１１０のばね力が作用している。

アンカーばね１１４は可動鉄心の１０６ａの内周側に嵌めこまれ、可動鉄心１０６ａとロッドガイド１０５間に設置されることで、可動鉄心１０６ａを固定鉄心１０７の方向に付勢するように、ばね力が作用する構成となっている。

なお、付勢ばね１１０による付勢力よりもアンカーばね１１４による付勢力が小さくなるように構成されている。このため、コイル１０８への通電が無い状態では、アンカーばね５０９による付勢力と吸入弁ばね５０５による付勢力の差によって可動子５０１は下流側(図面の下方側)に付勢され、弁体１０６ｂが、弁座１０２に押付けられて、閉弁状態となっている。

弁体のばね受け面１０６ｃと弁体シート部１０６ｄの間には、ギャップスリーブ６０２が固定されており、ギャップスリーブ６０２は弁体１０６ａに圧入されている。ギャップスリーブ６０２とばね受け面１０６ｃの外径は、固定鉄心１０７の最内径よりも小さく形成されているため、組立工程で、アジャスタピン１１３、付勢ばね１１０、ならびにリング状部品６０１が嵌め込まれる前であれば、弁体１０６ｂとギャップスリーブ６０２は、インジェクタ５４への脱着が可能な構成となっている。またギャップスリーブ６０２は、可動鉄心１０６ａと接触する位置に形成されており、コイル１０８への通電を開始すると、ギャップスリーブ６０２は可動鉄心が受けた電磁力をギャップスリーブ６０２に伝達し、ギャップスリーブ６０２と一体となった弁体１０６ｂを上流側へ変位させる。コイル１０８への通電がない状態では、弁体１０６ｂは、付勢ばね１１０により下流側(閉弁方向)に押し付けられており、さらに弁体１０６ｂと一体となっているギャップスリーブ６０２が可動鉄心１０６ａを下流側(閉弁方向)押し下げることで、可動鉄心１０６ａと固定鉄心１０７の間には隙間Ｂ５１５が生じる構成となっている。

リング状部品６０１は、固定鉄心１０７の内径側に嵌め込まれ、固定鉄心１０７に圧入固定されている。リング状部品６０１は、弁体の受け面１０６ｃと接するように対向して配置され、リング状部品６０１の圧入量を調整することで、受け面１０６ｃとの衝突位置を調整する。これにより、無通電状態におけるリング状部品６０１と弁体のばね受け面１０６ｃとの隙間Ａ５１４を所望の長さに構成することができる。この時、隙間Ａ５１４は、隙間Ｂ５１５よりも小さくされ、隙間Ａ５１４が弁体１０６ａのストローク量となり、可動鉄心１０６ａと固定鉄心１０７の衝突を避けられる。また、リング状部品５１２と弁体１０６ｂは、磁気回路を形成する主たる部位に配置しないため、高強度部材例えば、オーステナイト系ステンレスやマルテンサイト系ステンレスで形成された部材を衝突部に用いることで、摩耗を発生しにくくする。さらに弁体１０６ｂとリング状部品５１２とが衝突する際に生ずる衝撃力は、弁体１０６ｂとリング状部品５１２との衝突時間に反比例するため、圧入位置よりも衝突部側に軸方向に対して低剛性部５１２ａ形成する構成とする。その結果、リング状部品５１２は、弾性域内で変形し、リング状部品５１２の変形は塑性変形域に達することなく、衝突時間を長くすることができる。その結果として衝撃力が緩和でき、摩耗の抑制とともに衝突時の騒音低減効果を得られる。低剛性部５１２ａの構成としては、以下のものが良い。（１）圧入部よりも衝突部側に圧入部よりも肉厚が薄い部位を有する、または径方向へ孔を有するもの。（２）圧入部よりも衝突部側に軸方向に少なくとも一つ弓型形状を有するもの。（３）圧入部よりも衝突部側にコイルばねや板ばねといったばね状部材を有するもの。 隙間Ｂ５１５が過大な場合、コイル１０８に通電後、弁体１０６ｂが開弁するまでに長い時間を要する。また、可動鉄心１０６ａと固定鉄心１０７の距離も大きくなるために発生する磁気吸引力が低下してしまう。その結果、開弁動作の遅れや、高い燃料圧力下なので動作できなくなることが生じる。一方で隙間Ｂが小さくなると固定鉄心と可動鉄心間を流れる流体による張り付き効果(スクイーズ効果)が大きくなり、閉弁に要する時間が長くなる。その結果、制御可能な最小噴射量が増大し、噴射量の制御性を悪化させてしまう場合がある。

本実施例によれば、隙間Ａ５１４および隙間Ｂ５１５は、リング状部品５１２とギャップスリーブ６０２の圧入量で調整することが可能なため、高精度な空隙管理が可能となる。加えて、それぞれの隙間Ａ５１４、隙間Ｂ５１５は、互いに独立して調整することが可能なため、隙間Ｂ５１４が過大になり可動鉄心１０７の応答性を悪化させるといった問題を解決することができる。

図６に第三の実施例を示す。第二実施例と同一符号のものは第二の実施例のものと同一物を示し、説明がない符号に関しては、実施例２と同様の作用効果である。

リング状部品６０１は、固定鉄心１０７の内径側に嵌め込まれ、固定鉄心１０７に圧入固定されている。リング状部品６０１は、弁体の受け面１０６ｃと接するように対向して配置され、リング状部品６０１の圧入量を調整することで、受け面１０６ｃとの衝突位置を調整する。これにより、無通電状態におけるリング状部品６０１と弁体のばね受け面１０６ｃとの隙間Ａ５１４を所望の長さに構成することができる。隙間Ａ５１４は、隙間Ｂ５１５よりも小さくしており、隙間Ａ５１４が弁体１０６ａのストローク量となる。さらに可動鉄心１０６ａと固定鉄心１０７の衝突を避けられる。弁体１０６ｂとリング状部品５１２とが衝突する際に生ずる衝撃力は、弁体１０６ｂとリング状部品５１２との衝突時間に反比例する。軸方向に対して肉厚が異なる低剛性部５１２ａ形成することで、リング状部品５１２は、弾性域内で変形し、リング状部品５１２の変形は塑性変形域に達することなく、衝突時間を長くすることができる。その結果衝撃力が緩和でき、摩耗の抑制とともに衝突時の騒音低減効果を得られる。

以下、本実施例において実施例３の構成上の特徴となるギャップリング６０３およびその作用・効果について説明する。

ギャップリング６０３は、弁体のばねの受け面１０６ｃと可動鉄心１０６ａの間に介在し、固定鉄心１０７と可動鉄心間１０６ａに生ずる隙間Ｂは、ギャップリング６０３とリング状部品５１２間の隙間Ａ５１４の方より大きくなる構成とする。弁体１０６ｂのストローク量となる隙間Ａ５１４は、ギャップリング下流側の面６０３ｃ(可動鉄心から磁気吸引力を伝達される面)とギャップリングの中面６０３ｂ(ギャップリングが弁体に力を伝達する面)との距離６０３Ｌで決まる。距離６０３Ｌは、ギャップリング６０３の寸法公差でのみ決まる。その結果、変形しやすい溶接などの組立工程の影響を受けないため、高精度に規定することができる。

隙間Ａ５１4は、第一実施例および第二実施例と同様にリング状部品５１２の圧入量で規定することができ、高精度に規定することができる。また隙間Ａ５１４と隙間Ｂ５１５互いに独立して規定することが可能である。

図７に第四の実施例を示す。第一実施例〜第三実施例と同一符号のもの同一物を示す。

第四実施例の構成上の特徴は、有底円筒状部品であるプランジャホルダ６０４を弁体１０６ｂとギャップリング６０３と対向する位置に配置し、コイル１０８への無通電状態において、プランジャホルダ６０４が弁体１０６ｂとギャップリング６０３に接触する様に設ける。これにより、プランジャホルダ６０４は、付勢ばね１１０から力を受け、付勢ばね１１０から受けた力を弁体１０６ｂとギャップリング６０３に力を伝達することで、弁体１０６ｂとギャップリング６０３を閉弁方向へ押し付けている。

この時、ギャップリング６０３は可動鉄心１０６ａも閉弁方向へ押し付けている。ギャップリングの中面６０３ｂと付勢ばね１１０の力を伝達するプランジャホルダの上面６０４ａまでの距離５１７を調整することで、弁体１０６ｂとギャップリング６０３から力を受ける面の間に隙間Ｄ５１８を形成する構成となっている。

リング状部品６０１は、固定鉄心１０７の内径側に嵌め込まれ、固定鉄心１０７に圧入固定されている。リング状部品６０１は、プランジャホルダ６０４と接するように対向して配置され、リング状部品６０１の圧入量を調整することで、プランジャホルダ６０４との衝突位置を調整する。これにより、無通電状態におけるリング状部品６０１とプランジャホルダ６０４との隙間Ａ５１４を所望の長さに構成することができる。この時、隙間Ａ５１４は、隙間Ｂ５１５よりも小さく形成されており、隙間Ａ５１４が弁体１０６ａのストローク量となる。可動部品の移動量を規定するリング状部品６０１とプランジャホルダ６０４は、磁気回路を形成するのに必要な主要部位に配置しないことから、耐摩耗性に優れた部材(オーステナイト系ステンレスやマルテンサイト系ステンレス)を採用した。またリング状部品６０１の剛性を固定鉄心５１１の剛性よりも小さくなるように、低剛性部５１２ａを設ける構成とした。プランジャホルダ６０４とリング状部品５１２とが衝突する際に生ずる衝撃力は、プランジャホルダ６０４とリング状部品５１２との衝突時間に反比例する。従って低剛性部５１２ａを有したリング状部品５１２は、弾性域内で大変形し、リング状部品５１２の変形は塑性変形域に達することなく、衝突時間を長くすることができる。そのため、結果衝撃力が緩和でき、摩耗の抑制とともに衝突時の騒音低減効果を得られる。
以下、上記の隙間Ｄ５１８の作用・効果について説明する。コイル１０８に通電が開始されると、固定鉄心１０７と可動鉄心１０６ａ、および固定鉄心１０７と可動子１０６の間を磁束が通過し、固定鉄心１０７と可動鉄心１０６ａの間に磁気吸引力が作用する。

可動鉄心１０６ａに作用する磁気吸引力が、付勢ばね１１０の力を超えると、可動鉄心１０６ａ、ギャップリング６０３ならびにプランジャホルダ６０４は一体となって固定鉄心１０７の方向に変位を開始する。このとき、可動鉄心１０６ａを付勢しているアンカーばね１１４による力の作用する方向が、固定鉄心１０７の方向であり、アンカーばね１１４による力と付勢ばね１１０による力が、プランジャホルダ６０４と可動鉄心１０６ａを互いに接近させる方向に作用しているため、可動鉄心１０６ａ、ギャップリング６０３ならびにプランジャホルダ６０４が離間しないような構成となっている。このため可動鉄心１０６ａとギャップリング６０３ならびにプランジャホルダ６０４は固定鉄心１０７の方向に一体となって変位を開始する。

この時の可動鉄心１０６ａとギャップリング６０３ならびにプランジャホルダ６０４の運動は、弁体１０６ｂとギャップリング６０３に生じた隙間Ｄ５１８の効果により、燃料の流れの影響を受けることなく行われ、燃料圧力による力を受けている弁体１０６ｂとは分離して行われる空走運動であるため、燃料の圧力などの影響を受けることがない。

可動鉄心１０６ａの変位量が隙間Ｄ５１８の大きさに達すると、可動鉄心１０６ａが弁体１０６ｂに力を伝達し、弁体１０６ｂを引き上げる。このとき、可動鉄心１０６ａは可動部材１０５と共に空走運動を行って運動エネルギを有した状態で弁体１０６ｂと衝突するため、弁体１０６ｂは衝撃的に開方向に変位を開始する。

弁体１０６ｂには燃料圧力が作用しており、この燃料圧力による力が大きくなるのは弁体１０６ｂの変位が小さく、弁体１０６ｂの先端での燃料流れが引き起こすベルヌーイ効果による圧力降下が大きいときである。このように燃料圧力による力が大きくなって開弁動作がし難くなるタイミングで、弁体１０６ｂの開弁が空走運動によって瞬間的に行われるため、より高い燃料圧力が作用している状態でも開弁動作を行うことができるようになる。あるいは、動作できることが必要な燃料圧力範囲に対して、より強い力に付勢ばね１０６を設定することができる。付勢ばね１０６をより強い力に設定することで、閉弁動作に要する時間を短縮することができ、微小噴射量の制御に有効である。

弁体１０６ｂが開弁動作を開始した後、プランジャホルダ６０４が隙間Ａ５１４だけ変位すると、プランジャホルダ６０４とリング状部品６０２が衝突する。この瞬間には、弁体１０６ｂはギャップリング６０３から離間し、衝突時のエネルギは、弁体１０６ｂの変位運動エネルギ分だけ減らすことができる。

このようにして開弁動作を終えた可動鉄心１０６ａ、ギャップリング６０３、プランジャホルダ６０４、および弁体１０６ｂは、開弁状態で静止する。開弁状態では、弁体１０６ｂと弁座１０１の間には隙間が生じており、燃料が噴射されている。燃料は固定鉄心１０７に設けられた中心孔と、可動鉄心１０６ａに設けられた燃料通路孔と、ロッドガイド１０５に設けられた燃料通路孔を通過して下流方向へ流れてゆくようになっている。燃料噴射弁が開弁している状態においては、可動鉄心１０６ａに作用している磁気吸引力が、弁体１０６ｂに作用している燃料圧力による力を受け持ち、可動部材１０５に作用している磁気吸引力が付勢ばね１０６による力を受け持つという力のバランスで開弁状態を維持するようになっている。

1 ポンプハウジング
2 プランジャ
3 タペット
4 ばね
5 カム
8 吐出弁ユニット
8a 吐出シート
8b 吐出弁
8c 吐出ばね
8ｄ 吐出弁ホルダ
9 低圧燃料吸入口
10a 低圧吸入入口
10b 低圧燃料路
11 圧力脈動低減機構
12 加圧室
14 ダンパーカバー
17 吐出口
16 シールホルダ
40 ECU
50 燃料タンク
53 コモンレール
54 インジェクタ
56 圧力センサ
57 フィードポンプ
100 フィルタ
101 ジョイント
102 弁座
106 可動子
106a 可動鉄心
106b 弁体
106c ばねの受け面
106ｄ 弁体シート部
107 固定鉄心
110 付勢ばね
108 コイル
113 アジャスターピン
114 アンカーばね
115 ロッドガイド
500 電磁吸入弁ユニット
501 可動子
502 吸入ポート
503 吸入通路
501a 可動鉄心
501b ロッド
501c 吸入弁
504 アンカーばね
505 吸入弁ばね
506 吸入弁ホルダ
507 コイル
508 弁シート
508ａ 吸入弁シート部
508ｂ 吸入通路部
508ｃ 圧入部
508ｄ 摺動部
509 吸入弁ばね
510 吸入弁ホルダ
511 固定鉄心
511a 外周固定鉄心
512 リング状部品
512a 低剛性部
513 ギャップスリーブ
514 隙間Ａ
515 隙間Ｂ
516 隙間Ｃ
517 スペーサ
518 隙間Ｄ
601 ギャップスリーブ
602 リング状部品
603 ギャップリング
604 プランジャホルダ

Claims (6)

1. 磁性材料で形成されるヨークと、前記ヨークの内部に収容されるコイルと、前記コイルの中心部に位置する固定鉄心と、前記固定鉄心と対向するように設置された可動鉄心と、前記可動鉄心から力を伝達され変位するプランジャを有するソレノイドバルブにおいて、
   前記プランジャに対向する位置にリング状部品を備え、前記コイルへの通電が無い状態において、前記可動鉄心と前記固定鉄心間に生ずる隙間よりも、前記リング状部品と前記プランジャ間に生ずる隙間の方が小さくなるように前記リング状部品の位置が調整されたことを特徴としたソレノイドバルブ。
2. 請求項１に記載するソレノイドバルブにおいて、
   前記リング状部品が可動鉄心または固定鉄心より高強度の材料で形成されたソレノイドバルブ。
3. 請求項２に記載するソレノイドバルブにおいて、
   前記固定鉄心の内径側にリング状部品が位置することを特徴としたソレノイドバルブ。
4. 請求項３に記載のソレノイドバルブにおいて、
   前記可動鉄心が受けた磁気吸引力を前記プランジャに伝達するために、前記可動鉄心と前記プランジャを介在させるように設けられたリング状の部品を有することを特徴としたソレノイドバルブ。
5. 請求項４に記載のソレノイドバルブにおいて、
   軸方向に低剛性な部位を少なくとも一箇所備えた前記リング状部品を有することを特徴としたソレノイドバルブ。
6. 請求項５に記載するソレノイドバルブにおいて、
   前記リング状部品に対向する位置に所定の部材を有し、前記リング状部品と前記部材の間の隙間が、前記可動鉄心と前記固定鉄心間に生ずる隙間よりも小さくなることを特徴としたソレノイドバルブ。