JP3596115B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電磁弁は、例えばディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプの電磁スピル弁として採用されている。また、電磁弁のソレノイド部には、多数の磁性体を積層させてなるステータが配設され、該ステータに巻回されたコイルの磁束によって弁体が動作するようになっている（例えば、特開平４−３６５３０５号公報）。かかる積層構造のステータを用いた電磁弁では渦電流が低減でき、通電のＯＮ／ＯＦＦに対する応答性が向上する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来より開示されている電磁弁では、以下に示す問題を生ずる。つまり、上記積層構造のステータを有する電磁弁では、個々の磁性体のズレによるステータの撓みが生じ易く、これにより燃料噴射ポンプの燃料噴射量が要求量に対して変動してしまうという事態を招く。
【０００４】
具体的には、図１２において、電磁弁６１は燃料噴射ポンプの燃料スピル通路の途中に配設されるものであって、弁体６２の上下動により燃料スピル通路を開放又は閉鎖する。つまり、通常時（コイル６３の非通電時）には、弁体６２が開弁位置（図示の位置）に保持され、コイル６３が通電されると、ステータ６４にアーマチュア６５が吸引されて弁体６２が閉弁位置に移動する。かかる場合、電磁弁６１（弁体６２）には高速動作が要求されるため、弁体６２の上部及び下部の空間Ｐ１，Ｐ２を均等圧として弁体６２の応答性を向上させるようにしている。つまり、空間Ｐ１，Ｐ２には共に、フィードポンプによるフィード圧（＝約１８ｋｇ／ｃｍ^２ ）が作用している。
【０００５】
また一方で、前記フィード圧はステータ６４の下面にも作用することになる。従って、フィード圧によりステータ６４の中央部が浮き上がり、ステータ６４の上面とアーマチュア６５の下面との間に設定されているエアギャップＡ／Ｇが減少する。こうしてエアギャップＡ／Ｇが減少すると、弁体６２が閉弁状態から開弁状態へ移行する際にその応答性が鈍り、燃料の噴射切れが悪化する。その結果、燃料噴射ポンプの燃料噴射量に誤差が生じ、具体的には実際の噴射量が要求量よりも増大するという問題を招く。
この発明は、上記問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、ステータの変形防止を図り、常に所望の性能を確保することができる電磁弁を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
要するに、多数の磁性体を積層させてステータを形成した電磁弁では、個々の磁性体のズレが生じると電磁弁の性能が悪化するおそれがある。そこで、請求項１に記載の発明において、ステータは、多数の磁性体を積層させて構成され、その積層面を溶着させている。また、請求項２に記載の発明において、ステータは、板厚が均一で且つ湾曲形状をなす多数の磁性体の板を渦巻き状に積層配置させて構成され、その積層面を溶着させている。そして、これら請求項１および２に記載の発明における上記ステータには、磁性体を横切る方向に溶接部が設けられている。
【０００７】
かかる場合、個々の磁性体（又は磁性体の板）について積層面でのズレが解消できる。その結果、ステータの変形防止を図り、電磁弁は常に所望の性能を確保する。なお、本明細書の記載では、薄肉の磁性体を重ね合わせたときに層状に現れる面を”積層面”として記述する。
【０００８】
また、請求項３に記載した発明では、ステータの磁極面とは異なる部位で燃料フィード圧が作用する電磁弁において、フィード圧の作用面にて磁性体を溶着することにより電磁弁の適切に開閉動作させ、所望の燃料噴射量を得ることができる。
【０００９】
請求項４に記載した発明では、ステータの外周部にリングを組み付けたことにより、ステータの組み付け荷重がリングにて受け止められ、ステータの変形の原因となる、磁性体積層面への締付荷重を低減させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電磁弁を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。なお、本実施形態の電磁弁は、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプに適用される電磁スピル弁として用いられ、同弁は常開弁（ノーマルオープン弁）として機能する。即ち、ソレノイドコイルが消磁状態の通常時には、付勢部材（ばね）の付勢力により燃料通路を開放する位置に弁体が保持されている。そして、ソレノイドコイルが励磁されると、弁体が付勢部材の付勢力に抗して移動し、燃料通路が閉鎖されるようになっている。
【００１１】
図１は電磁弁１の概略構成を示す断面図である。つまり、電磁弁１は、外部からの電気信号を弁体を移動させるための機械エネルギに変換するソレノイド部２と、弁体の移動により燃料通路の開度を調節する流量調節部３とから構成され、両部材はリテーナ４により固定されている。ソレノイド部２において、ソレノイドハウジング５はほぼ円筒状をなし、その内部にはステータ６が配設されている。ステータ６には、図の上方に開口する環状のコイル挿入溝７が形成されており、同挿入溝７にはコイル８が配設されている。また、ステータ６の中央には、図の上下方向に貫通する貫通孔９が形成されている。
【００１２】
ここで、ステータ６の構成について図２，図３を用いて説明する。ステータ６は、多数の磁性体の板１０からなる積層構造を有しており、その板１０の形状を図３に示す。図３において、磁性体の板１０には、板厚が均一のケイ素鋼板が使用され、そのケイ素鋼板をプレス抜打形成することにより、凹部１０ａが形成されると共に全体が湾曲形状に形成される。そして、この板１０を治具等でステータ６の中心軸線に対し渦巻き状に配置し、その外周を円状に固定することにより図２に示すステータ６が製作される。このとき、前記板１０の凹部１０ａによりコイル挿入溝７が形成される。
【００１３】
また、図１において、ステータ６の外周面にはリング１１が組み付けられている。ここで、ステータ６とリング１１との組み付けに際しては、図４に示す如く中心軸線に対し渦巻き状に配置されたステータ６がリング１１に対して圧入される。一方、図１のステータ６の貫通孔９には、高硬度のブッシュ１２が圧入固定されており、そのブッシュ１２内にはアーマチュア１３に連結されたロッド１４が図の上下方向に摺動可能に配設されている。
【００１４】
また、ステータ６、リング１１及びブッシュ１２は、ステータ６の磁極面とは異なる面（即ち、図１の下面）にてレーザ溶接が施され、互いに固定されている。つまり、図５のステータ下面図に示すように、ステータ６の一端面においては多数の磁性体の板１０を横切るように十字状にレーザ溶接が行われ（溶接部を”Ｗ”で示す）、このレーザ溶接により多数の板１０と共にリング１１及びブッシュ１２が強固に溶着されている。
【００１５】
図１において、アーマチュア１３の上方には、前記ソレノイドハウジング５の内周面に密着するカバー１５が配設されており、ソレノイドハウジング５とカバー１５との接触面は、Ｏリング１７により液密状態でシールされている。カバー１５には、その外周部において下方に延びる環状の突出部１６が設けられ、同突出部１６の下端は、前記ステータ６の上面縁部及びリング１１の上面に当接している。かかる場合、ソレノイドハウジング５の上端に設けられたかしめ部５ａによりカバー１５が固定され、カバー１５の突出部１６はステータ６の上面縁部及びリング１１を上方から押圧している。
【００１６】
なお、カバー１５の下面中央には、アーマチュア１３の可動域を規制するためのストッパ１８が設けられている。
カバー１５の上方には、コネクタ部材１９が樹脂成形されており、同コネクタ部材１９は、外部からの電気信号を入力するための信号入力端子２０を有している。この信号入力端子２０は図示しないリード線を介して前記コイル８に電気的に接続されている。
【００１７】
一方、流量調整部３において、バルブハウジング２２には、弁体２３を摺動可能に保持するための摺動孔２４が形成されており、同摺動孔２４は環状に形成された高圧燃料室２５に連通している。また、バルブハウジング２２には、前記高圧燃料室２５に連通する燃料通路２６ａ，２６ｂが形成されている。弁体２３は、前記ロッド１４の下端に連結されると共に、圧縮コイルばね２８により常に開弁方向（図の上方向）に付勢されている。
【００１８】
かかる場合、コイル８の消磁状態（図示の状態）では、ステータ６の上面とアーマチュア１３の下面との間には所定量のエアギャップＡ／Ｇが保持され、ロッド１４下部に連結された弁体２３は開弁位置に保持されている。このとき、アーマチュア１３の頂部とストッパ１８とは当接状態で保持されている。一方、コイル８が励磁されると、アーマチュア１３がステータ６に吸引され、前記エアギャップＡ／Ｇが減少する。そして、弁体２３は閉弁位置に移動する。
【００１９】
なお、本電磁弁１では弁体２３の高速動作が要求されるため、弁体２３の上部及び下部の空間Ｑ１，Ｑ２を均等圧として同弁体２３の高速応答性を確保している。つまり、空間Ｑ１，Ｑ２には共に、後述するフィードポンプによるフィード圧（＝約１８ｋｇ／ｃｍ^２ ）が作用している（但し、空間Ｑ１にフィード圧が導入される経路は図示を省略している）。
【００２０】
図６は、上記電磁弁１を適用したディーゼルエンジン用のインナカム式分配型燃料噴射ポンプ３１の構成を示しており、同ポンプ３１によりエンジンの各気筒（図示略）へ高圧燃料が分配供給されるようになっている。
【００２１】
燃料噴射ポンプ３１のポンプハウジング３２には、エンジンの図示しないクランク軸に同期して１／２の速度で回転するドライブシャフト３３が挿通されている。ポンプハウジング３２にはベーン式フィードポンプ３４（図６には９０度展開して示す）が設けられており、同フィードポンプ３４はドライブシャフト３３の回転に伴い燃料を吸い上げて燃料室３５に送り出す。
【００２２】
ドライブシャフト３３の先端（図の右端）には、同シャフト３３と一体回転する分配ロータ３６が接続され、この分配ロータ３６はポンプハウジング３２に設けられたシリンダ３７に回転可能に収容されている。ポンプハウジング３２にはインナカムリング３８が取り付けられており、分配ロータ３６のヘッド部３６ａはインナカムリング３８内周のカム面３８ａに沿って摺動回転する。なお、同カム面３８ａはエンジン気筒数のカム山を有している。その詳細を図７に示す。図７において、分配ロータ３６のヘッド部３６ａには半径方向に延びる円筒孔３９が形成され、同円筒孔３９内には一対のプランジャ４０が摺動可能に配設されている。一対のプランジャ４０間にはポンプ室４１が形成されている。プランジャ４０の外側端部にはシュー４２が配設され、同シュー４２にはローラ４３が回転自在に保持されている。
【００２３】
従って、分配ロータ３６の回転に伴いローラ４３がインナカムリング３８のカム面３８ａに沿って摺動すると、ローラ４３，シュー４２，プランジャ４０が一体的に分配ロータ３６の半径方向に往復動する。そして、プランジャ４０が分配ロータ３６の半径方向外側に移動する際にポンプ室４１に燃料が吸入され、半径方向内側に移動する際にポンプ室４１から燃料が圧送される。
【００２４】
また、分配ロータ３６には、吸入ポート４４、分配ポート４５及びスピルポート４６が形成されており、これらポート４４〜４６は前記ポンプ室４１に連通している。一方、吸入ポート４４はシリンダ３７の連通路４７ａを介して燃料室３５に連通され、分配ポート４５はシリンダ３７の連通路４７ｂを介して噴射通路４８に連通されている。スピルポート４６はシリンダ３７の連通路４７ｃを介してスピル通路４９に連通されている。噴射通路４８にはデリバリバルブ５０が配設され、同デリバリバルブ５０から燃料噴射ノズル５１に燃料が供給される。
【００２５】
前記電磁弁１は、電磁スピル弁としてスピル通路４９の途中に配置され、コイル８への通電の有無に応じてスピル通路４９を開放又閉鎖する。この電磁弁１はリテーナ４の外周面に形成されたねじ部４ａによりポンプハウジング３２に取り付けられている。
【００２６】
つまり、コイル８の非通電時には、圧縮コイルばね２８の付勢力により弁体２３が開弁位置（図示の位置）に保持され、電磁弁１が開弁状態を維持する。このとき、ポンプ室４１から圧送される燃料はスピル通路４９，高圧燃料室２５を経て燃料室３５にスピルされる。また、コイル８の通電時には、圧縮コイルばね２８の付勢力に抗して弁体２３が閉弁位置（図示の下方）に移動し、電磁弁１が閉弁状態となる。このとき、ポンプ室４１から燃料室３５への燃料のスピルが停止される。
【００２７】
こうした電磁弁１の開閉動作により、噴射通路４８及びデリバリバルブ５０を介して燃料噴射ノズル５１から高圧燃料が噴射されると共に、スピル通路４９を介して高圧燃料がスピルされて燃料噴射が終了される。この電磁弁１の開閉動作は、各気筒の燃料噴射毎（４気筒であれば、１８０°ＣＡ毎）に繰り返し実行される。
【００２８】
なお、本燃料噴射ポンプ３１では、図示しないタイマ機構により燃料噴射時期が調整されるようになっているが、本記載では省略する。また、前記電磁弁１の開閉動作は、図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）から送信される電気信号に従うものであるが、これも本記載では省略する。
【００２９】
以上、本実施形態における電磁弁１及び燃料噴射ポンプ３１の構成を詳述したが、以下には本実施形態にて得られる特有の作用及び効果を説明する。
つまり、本実施形態における第１の特徴部分は、上記燃料噴射ポンプ３１の稼働時において電磁弁１のステータ６の撓み変形が防止されることであり、これにより燃料噴射量の誤差が解消できる。即ち、上述した通り電磁弁１は、エンジンの回転に合わせて高速に開閉動作し、その弁体２３には常にフィードポンプ３４によるフィード圧（約１８ｋｇ／ｃｍ^２ ）が作用している（図１の空間Ｑ１，Ｑ２）。そして、このフィード圧が空間Ｑ１及び連通路２９を介してステータ６の下面に作用することで、従前の電磁弁では、ステータ６の下部中央が浮き上がって同ステータ６が撓み変形するという不都合を招いていた（図１２参照）。これに対して本実施形態では、図５に示したように渦巻き状に積層された多数の磁性体の板１０を横切るようにしてレーザ溶接を行ったため、多数の板１０が強固に溶着され、ステータ６の撓み変形が最小限に抑制できる。
【００３０】
かかる効果を図８及び図９を用いてより具体的に説明する。つまり、図８はステータ６の下面に実験的に荷重を印加した状態を示し、この荷重によりステータ６は図示の如く変形する。また、図９は、荷重の印加に伴うステータ６の変形量（μｍ）を示し、図中の実線は本実施形態のステータを用いた実験結果を、破線は従前のステータを用いた実験結果を表す。この実験結果によれば、従前のステータでは前記フィード圧に相当する荷重（約１８ｋｇ）を印加することでその後に１０μｍ強の塑性変形が生じるのに対し、本実施形態のステータでは塑性変形が殆ど０μｍ近くにまで低減できるのが判る。
【００３１】
要するに、図５に示す如くレーザ溶接を行うことにより、ステータ６にフィード圧等の環境圧力が作用する場合においても個々の磁性体の板１０のズレが解消できる。その結果、ステータ６の変形を最小限に抑えることができ、電磁弁として常に所望の性能を確保することができる。また、上記のように電磁弁１を燃料噴射ポンプ３１の電磁スピル弁に適用した場合において、エアギャップＡ／Ｇの変動を無くすことで燃料噴射量の誤差が解消され、常に所望の燃料噴射量を得ることができる。
【００３２】
また、本実施形態によれば、上記効果の他に次の効果が得られる。つまり、本実施形態では、ステータ６の外周にリング１１を配設し、同リング１１によりカバー１５の押圧力を受け止めるようにした。そのため、ステータ上面の積層面に作用するカバー１５の押圧力が低減でき、この押圧力に起因するステータ６の上下方向の形崩れが防止できる。また、リング１１を組み付けることによって周方向への磁性体の板１０の形崩れも防止できる。
【００３３】
さらに、本実施形態では、板厚が均一で且つ湾曲形状をなす磁性体の板１０をプレス加工で成形し、その板１０を渦巻き状に積層した。そのため、切削法や焼結法を用いることなくステータ６を製造でき、その加工作業を簡易化できる。かかる場合、ステータ６に流れる渦電流が低減でき、電磁弁１の高速応答性が得られる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態の他に次の様態にて具体化することができる。
（１）図１０，図１１に示すようにステータの形態を変更してもよい。図１０では、楔形状の多数の磁性体５５ａを中心軸に対して放射状に積層し、円柱状のステータ５５を構成している。そして、多数の磁性体５５ａを横切るようにレーザ溶接を行っている（溶接部を”Ｗ”で示す）。また、図１１では、Ｅ字状の磁性体５６ａを多数積層し、ステータ５６を構成している。そして、多数の磁性体５６ａを横切るようにレーザ溶接を行っている（溶接部を”Ｗ”で示す）。上記いずれの場合にも、既述した実施形態と同様にステータの積層面における磁性体のズレが解消でき、電磁弁の性能を確保することができる。
【００３５】
（２）上記実施形態では、特有の構成としてステータ６の外周にリング１１を配設したが、これを省略してもよい。かかる場合にも、ステータ６の変形を最小限に抑え、常に所望の動作を得るという効果が実現できる。
【００３６】
（３）上記実施形態では、磁性体の積層側の端面を溶着するためにレーザ溶接を用いたが、例えばアーク溶接やガス溶接に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁弁の構成を示す断面図。
【図２】ステータを示す斜視図。
【図３】磁性体の板の形状を示す斜視図。
【図４】ステータ及びリングを示す斜視図。
【図５】ステータ、リング及びブッシュにレーザ溶接を施した状態を示す下面図。
【図６】インナカム式の分配型燃料噴射ポンプの構成を示す断面図。
【図７】インナカム圧送部の構成を示す斜視図。
【図８】ステータに荷重を印加した状態を示す断面図。
【図９】ステータに印加した荷重と変形量との関係を示すグラフ。
【図１０】他の実施形態におけるステータの形状を示す斜視図。
【図１１】他の実施形態におけるステータの形状を示す斜視図。
【図１２】従来技術を説明するために用いる電磁弁の断面図。
【符号の説明】
１…電磁弁、６…ステータ、８…コイル、１０…磁性体としての板、２３…弁体、３１…燃料噴射ポンプ、５５…ステータ、５５ａ…磁性体、５６…ステータ、５６ａ…磁性体、Ｗ…溶接部。

Claims (4)

1. 多数の磁性体を積層させてなるステータを有し、該ステータに巻回されたコイルの磁束によって弁体を動作させる電磁弁において、
   前記ステータは、前記磁性体の積層面が溶着されたものであり、前記積層された磁性体を横切る方向に溶接部が設けられていることを特徴とする電磁弁。
2. 板厚が均一で且つ湾曲形状をなす多数の磁性体の板を渦巻き状に積層配置したステータを有し、該ステータに巻回されたコイルの磁束によって弁体を動作させる電磁弁において、
   前記ステータは、前記磁性体の板の積層面が溶着されたものであり、前記積層された磁性体を横切る方向に溶接部が設けられていることを特徴とする電磁弁。
3. 燃料噴射ポンプに適用され、前記ステータの磁極面とは異なる部位で燃料フィード圧が作用する電磁弁であって、前記フィード圧の作用面にて前記磁性体を溶着した請求項１又は２に記載の電磁弁。
4. 前記ステータが円柱状をなし、その外周部にリングを組み付けた請求項１〜３のいずれかに記載の電磁弁。

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