JP4016370B2 - 電磁弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁弁に関し、特に自動車の燃料タンクから放出される蒸気燃料を処理するためのキャニスタに具備される電磁弁として好適である。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ガソリンを燃料とする自動車等では、燃料タンク内で揮発した蒸発燃料が大気中へ放出されるのを防止する蒸発燃料処理システムを有している。このシステムには、図4に示すように、燃料タンク4から放出される蒸気燃料を吸着して保持するキャニスタ2を具備し、このキャニスタ2の大気ポート8に電磁弁1が接続されている。
電磁弁1は、システムのリークチェックを行う時に所定の開閉動作(図5参照)を行うもので、図8に示すように、ハウジング100内に形成された空気通路110を開閉する弁体120と、この弁体120を開弁方向(図8の右方向)へ付勢するスプリング130と、このスプリング130の付勢力に抗して弁体120を駆動する電磁装置140等より構成され、通常は、電磁装置140がOFFされていて開弁状態(図8に示す状態)にある。
【0003】
ここで、リークチェック時の電磁弁1の作動を簡単に説明する。
リークチェックを実行するために、電磁装置140に内蔵されたコイル150を通電すると、ボビン160の内周に配された可動子170が図示左側へ吸引され、可動子170に組み付けられたリテーナ180と共に弁体120が図示左側へ押し出されて、空気通路110に設けられた弁口190を閉じる。
その後、リークチェックが終了してコイル150への通電が停止すると、可動子170に作用する吸引力が消滅するため、それまで弁口190を閉じていた弁体120がスプリング130の付勢力により押し戻されて弁口190を開き、リテーナ180の端部がボビン160の左端面161に当接する所定の開弁位置(図8に示す位置)で停止する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の電磁弁は、コイル150への通電が停止されると、弁体120がスプリング130に蓄えられた弾性力によって急激に押し戻されるため、リテーナ180の端部がボビン160の左端面161に衝突して衝撃音を発生させる。ここで、リークチェックを車両走行時のロードノイズが高い時に実施すれば、上記の衝撃音がロードノイズにかき消されるため、衝撃音が発生しても大きな問題とはならないが、ロードノイズが発生しない車両停止時(例えばアイドリング時)にリークチェックを実施すると、上記の衝撃音がロードノイズ等によってかき消されることがなく、異音として乗員に聞こえてしまうため、衝撃音の発生が大きな問題となってくる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、電磁弁の開弁動作に伴う衝撃音の発生を無くすことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
(請求項1の手段)
流体通路を開閉可能に設けられた弁体と、この弁体を開弁方向へ付勢する第1の付勢手段と、弁体を閉弁方向へ付勢する第2の付勢手段と、通電時に発生する磁力を受けて可動する可動部を有し、この可動部の移動に伴って弁体を第1の付勢手段の付勢力に抗して閉弁させる電磁装置とを備え、第1の付勢手段は、弁体を介して可動部を開弁方向へ付勢し、第2の付勢手段は、可動部を介して弁体を閉弁方向へ付勢し、電磁装置を通電停止した状態で、弁体を開弁方向へ付勢する第1の付勢手段の付勢力と弁体を閉弁方向へ付勢する第2の付勢手段の付勢力とが釣り合った所定の開弁位置に弁体を静止させる電磁弁であって、
弁体が第2の移動ストロークを移動できるだけのスペースを有し、且つ、第2の付勢手段の荷重特性を非線形とすることで、第2の移動ストロークを第1の移動ストロークより小さく設定している。
【0006】
上記の構成によれば、第1の付勢手段の付勢力と第2の付勢手段の付勢力とが釣り合う所定の開弁位置に弁体を静止させることができる。つまり、従来のように、リテーナの端部がボビンの左端面に当接して弁体の移動を停止する必要がないので、開弁動作に伴う衝撃音の発生を無くすことができる。
また、本発明では、第1の付勢手段に蓄えられた弾性力によって弁体が閉弁位置から開弁方向へ押し戻される時に、一度で正確に所定の開弁位置に停止することはなく、一旦開弁位置を超えて移動する。このため、リテーナの端部がボビンの左端面に当接して弁体の移動が停止する従来装置と比較すると、少なくとも弁体が開弁位置を超えて移動する距離(第2の移動ストローク)だけは従来装置より電磁弁のストローク方向の長さが増大する。
【0007】
これに対し、本発明では、第2の付勢手段を第1の付勢手段と同一品(荷重特性が同一のもの)とすることなく、第2の付勢手段の荷重特性を非線形とすることにより、第2の移動ストロークを第1の移動ストロークより小さく設定することができる。その結果、第2の付勢手段を第1の付勢手段と同一品を使用した場合と比較して、電磁弁のストローク方向の増大長さを小さく抑えることが可能である。
更には、第1の移動ストロークより第2の移動ストロークを小さく設定できるので、第2の付勢手段を第1の付勢手段と同一品で構成した場合と比較すると、可動部を吸引する電磁装置の吸引力を向上できる効果がある。
【0008】
(請求項2の手段)
第2の付勢手段は、非線形の荷重特性を有するコイルバネである。これにより、第2の移動ストロークを第1の移動ストロークより小さく設定することができ、且つ弁体が第1の移動ストロークを移動する間に第1の付勢手段に蓄えられる弾性エネルギの大きさと、弁体が第2の移動ストロークを移動する間に第2の付勢手段に蓄えられる弾性エネルギの大きさとを略等しくすることが可能である。
【0009】
(請求項3の手段)
コイルバネは、両端側を密巻、中央部を疎巻とする不等ピッチを有している。この場合、非線形の荷重特性を有するコイルバネであっても、コイルバネの伸縮方向において両側を対称形状に設けることができるので、コイルバネの組み付け方向性を持たない。
【0010】
(請求項4の手段)
コイルバネは、両端側を疎巻、中央部を密巻とする不等ピッチを有している。この場合も、請求項3のコイルバネと同様に、非線形の荷重特性を有するコイルバネであっても、コイルバネの伸縮方向において両側を対称形状に設けることができるので、コイルバネの組み付け方向性を持たない。
【0011】
(請求項5の手段)
コイルバネは、必ずしも両側が対象形状である必要はなく、一端側を密巻、他端側を疎巻とした不等ピッチを有しているものを使用することもできる。
【0012】
(請求項6の手段)
第2の付勢手段は、板ばねである。この板ばねは、非線形の荷重特性を有するので、第2の移動ストロークを第1の移動ストロークより小さく設定することができ、且つ弁体が第1の移動ストロークを移動する間に第1の付勢手段に蓄えられる弾性エネルギの大きさと、弁体が第2の移動ストロークを移動する間に第2の付勢手段に蓄えられる弾性エネルギの大きさとを略等しくすることが可能である。
【0013】
(請求項7の手段)
本発明の電磁弁は、車両に用いられ、その車両の走行停止時に電磁装置を通電停止して開弁することを特徴とする。本発明の電磁弁は、開弁動作に伴う衝撃音の発生を無くすことができるので、ロードノイズが発生しない車両の走行停止時に開弁動作を行っても異音が発生することはない。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
(第1実施例)
図1は電磁弁1の断面図である。
本実施例の電磁弁1は、自動車の燃料タンク内で揮発した蒸発燃料が大気中へ放出されるのを防止する蒸発燃料処理システムに用いられる。
【0015】
まず、蒸発燃料処理システムについて簡単に説明する。
蒸発燃料処理システムは、図4に示すように、内部に活性炭等の吸着材を充填したキャニスタ2を具備し、このキャニスタ2が連通管3を介して燃料タンク4と接続され、且つパージ管5を介してエンジンの吸気管6(スロットル弁7の近傍)に接続されている。また、キャニスタ2には、大気を導入するための大気ポート8が設けられ、この大気ポート8に本発明の電磁弁1が接続されている。但し、電磁弁1は、後述のリークチェックを実行する時以外は、常時開弁状態(ノーマリオープン)にあり、大気ポート8を開口している。
【0016】
燃料タンク4内で発生した蒸発燃料は、キャニスタ2内へ導入されて吸着材に一旦吸着保持され、エンジン作動時に吸気管6内の負圧によって大気ポート8からキャニスタ2内に導入される大気により吸着剤から脱離し、パージ管5を通って吸気管6へ送出される。なお、パージ管5には、キャニスタ2から吸気管6へ送出される蒸発燃料の流量を調節するパージバルブ9が設けられている。このパージバルブ9は、エンジンの運転状態に応じてECU(電子制御装置)によりデューティ比制御される。
【0017】
ここで、図5を参照しながらリークチェックの方法について説明する。
リークチェックは、蒸発燃料処理システムの通気漏れを検出する手段であり、以下の手順で行われる。
まず、電磁弁1を閉弁(a)して大気ポート8を閉じる。
続いて、パージバルブ9を開弁する(b)。これにより、吸気管6内の負圧がシステム内に導入され、パージバルブ9が開弁している間にシステム内が所定の負圧まで低下する(c)。
【0018】
その後、パージバルブ9を閉弁する(d)。ここで、システムの通気系に漏れが無ければ、例えば連通管3に取り付けた圧力センサ10が所定の値(負圧)を示して安定する(e)。しかし、システムの通気系に漏れがあると、圧力センサ10の値が変動する(f)ため、この変動分(図5のΔP)を測定することで通気漏れを判定することができる。
電磁弁1を開弁(g)して大気ポート8を開き、リークチェックを終了する。
【0019】
次に、本発明の電磁弁1の構成について説明する。
電磁弁1は、図1に示すように、ハウジング11、弁体12、第1のスプリング13、電磁装置(後述する)、及び第2のスプリング14等より構成される。
ハウジング11は、内部に空気通路15を有し、この空気通路15の一端側開口部15aが大気に開口し、他端側開口部15bがキャニスタ2の大気ポート8に接続されている。また、空気通路15の途中には、弁体12によって開閉される弁口16(開口部)が形成されている。
弁体12は、例えば樹脂製の弁部材12aと、この弁部材12aに組み付けられるゴム製の弁プレート12bから成り、この弁プレート12bが弁口16に対向して配置される。
【0020】
第1のスプリング13は、一端が弁口16の周囲に形成されたハウジング11の内壁凹部に係止され、他端が弁部材12aの外周部に係止されて、弁体12を開弁方向(図1の右方向)へ付勢している。この第1のスプリング13は、図2の破線aで示すように、線形の荷重特性を有している。
電磁装置は、コイル17、固定磁路形成部材18、19、ムービングコア20(本発明の可動部)等より構成される。
コイル17は、ハウジング11と一体成形されたボビン21に巻装されるとともに、コネクタ22にモールドされたターミナル23に接続されて、ECUにより通電制御される。
【0021】
固定磁路形成部材18、19は、鉄等の磁性材料から成る第1のプレート18と第2のプレート19を有し、磁気回路の一部を形成している。
ムービングコア20は、鉄等の磁性材料で形成され、空気通路15の一部を形成するボビン21の円筒内周面に摺動自在に挿入される円筒部20aと、この円筒部20aの他端部から外径方向へ鍔状に延設されたフランジ部20bとを有し、そのフランジ部20bには、弁体12を支持するリテーナ24が結合されている。
【0022】
上記の構成を有する電磁装置は、コイル17が通電されると、フランジ部20bとエアギャップGを介して対向する第2のプレート19との間に発生する吸引力によってムービングコア20が図1の左側へ吸引され、第1のスプリング13の付勢力に抗して弁体12を弁口16の周縁部(弁座16a)に押し当てることができる。コイル17への通電が停止すると、吸引力が消滅することにより、第1のスプリング13の付勢力によってムービングコア20が押し戻される。
【0023】
なお、弁体12は、弁部材12aの中央部に凹部12cが設けられ、この凹部12cがリテーナ24の中央部に設けられた突起部24aに嵌め合わされている。但し、弁部材12aの凹部12cは、その内面が円錐面で構成され、リテーナ24の突起部24aは、先端外周面が半球面で構成されている。従って、弁体12は、リテーナ24の突起部24aに弁部材12aの凹部12cが嵌め合わされた状態でも、全周方向で所定の傾きを得ることができる。
【0024】
第2のスプリング14は、一端がムービングコア20の円筒部20a端面に係止され、他端が空気通路15の他端側開口部15bの内側段付部に係止されて、ムービングコア20とリテーナ24を介して弁体12を閉弁方向(図1の左方向)へ付勢している。従って、弁体12は、電磁装置がOFFの状態で、第1のスプリング13の付勢力と第2のスプリング14の付勢力とが釣り合った所定の開弁位置(図1に示す位置)で静止している。
【0025】
但し、第2のスプリング14は、例えば図3(a)に示すように、第2のスプリング14の伸縮方向(図3の左右方向)において、両端側を密巻で中央部を疎巻とした不等ピッチ、または図3(b)に示すように、両端側を疎巻で中央部を密巻とした不等ピッチ、あるいは図3(c)に示すように、一端側を密巻、他端側を疎巻とした不等ピッチを有することで、図2の実線bで示すように、非線形の荷重特性を有している。これにより、第1のスプリング13と第2のスプリング14との合成荷重特性は、図2の実線cで示すような傾きが得られる。この場合、第1のスプリング13荷重と第2のスプリング14荷重とが釣り合うX点で弁体12を静止させることができる。
【0026】
次に、電磁弁1の作動を説明する。
リークチェックを開始するために、電磁装置のコイル17を通電すると、ボビン21の内周に配されたムービングコア20が吸引されて図1の左側へ移動する。これにより、ムービングコア20に結合されたリテーナ24と共に弁体12が図示左側へ押し出され、弁体12の弁プレート12bが弁座16aに当接して弁口16を閉じる。
リークチェックが行われた後、コイル17への通電を停止すると、ムービングコア20に作用する吸引力が消滅するため、第1のスプリング13の付勢力によって弁体12が押し戻され、弁プレート12bが弁座16aから離れて弁口16を開口する。この時、弁体12は、一度で正確に所定の開弁位置(図2のX点)に停止することはなく、一旦開弁位置を超えて移動する(オーバーシュート)。オーバーシュートした弁体12は、その後、折り返して再び開弁位置へ向かって移動し、最終的に所定の開弁位置で静止する。
【0027】
(第1実施例の効果)
本実施例では、第2のスプリング14の荷重特性を非線形とすることで、図2の実線cで示す第1のスプリング13と第2のスプリング14との合成荷重特性を得ることができる。この合成荷重特性は、最終的に弁体12が静止するX点より閉弁側(図2のX点より左側)とオーバーシュート側(図2のX点より右側)とで荷重特性が変化し、X点より閉弁側の荷重特性よりオーバーシュート側の荷重特性の方が傾きを大きくできる。このため、弁体12が図2のX点から弁口16を閉じる閉弁位置(図2のY点)まで移動する第1の移動ストロークS1 に対し、弁体12が図2のX点を超えてオーバーシュートした時の第2の移動ストロークS2 を小さく設定することが可能である。
【0028】
また、第1の移動ストロークS1 に対し第2の移動ストロークS2 を小さく設定した場合に、弁体12が第1の移動ストロークS1 を移動する間に第1のスプリング13に蓄えられる弾性エネルギE1 と、弁体12が第2の移動ストロークS2 を移動する間に第2のスプリング14に蓄えられる弾性エネルギE2 とが略等しくなるように両スプリング13、14の合成荷重特性を設定すれば、弁体12がオーバシュートした時に、ムービングコア20のフランジ部20bに結合されたリテーナ24の端部がボビン21の左端面21aに衝突することを防止できる。なお、弁体12が静止している状態(図1に示す状態)で、リテーナ24の端部とボビン21の左端面21aとの間には、開弁時に弁体12が図2のX点を超えてオーバーシュートした時に第2の移動ストロークS2 を移動できるだけのスペースが確保されていることは言うまでもない。
【0029】
このように、本実施例の電磁弁1は、弁体12に対し第1のスプリング13と対向して第2のスプリング14を設けたことにより、第1のスプリング13の付勢力と第2のスプリング14の付勢力とが釣り合う所定の開弁位置に弁体12を静止させることができる。従って、従来のように、リテーナ24の端部がボビン21の左端面21aに当接して弁体12の移動を停止させる必要がないので、開弁時にリテーナ24の端部がボビン21の左端面21aに衝突することを防止でき、弁体12の開弁動作に伴う衝撃音の発生を無くすことができる。
【0030】
また、単に衝撃音の発生を無くすだけであれば、第2のスプリング14の荷重特性を第1のスプリング13の荷重特性と同一にすれば良いが、この場合、弁体12がオーバシュートした時の第2の移動ストロークS2 が、第1の移動ストロークS1 と略同じになるため、弁体12のストローク方向に電磁弁1の体格が増大してしまう。これに対し、本実施例では、第2のスプリング14の荷重特性を非線形とすることで、第2の移動ストロークS2 を第1の移動ストロークS1 より小さく設定でき、電磁弁1の体格が弁体12のストローク方向に増大する割合を小さく抑えることができる。
【0031】
更に、第2のスプリング14と第1のスプリング13の荷重特性を同一にした場合は、上記のように第2の移動ストロークS2 が大きくなるため、ムービングコア20の円筒部20aと第1のプレート18とのラップ代(ストローク方向の重なり長さ)が小さくなって吸引力が低下する。これに対し、本実施例では、第2の移動ストロークS2 を小さくできるため、ムービングコア20の円筒部20aと第1のプレート18とのラップ代を大きくでき、吸引力の低下を抑制できる。
【0032】
(第2実施例)
図6は電磁弁1の断面図である。
本実施例の電磁弁1は、第2の付勢手段として、図6に示すように、板ばね25を用いている。この板ばね25は、リング状に設けられて、外周部がハウジング11と第2のプレート19との間に挟持され、内周部がムービングコア20のフランジ部20bに固定されて、弁体12を閉弁方向(図6の左方向)へ付勢している。
【0033】
この板ばね25は、図7の実線dで示すような非線形の荷重特性を有し、図7の実線eで示す第1のスプリング13と板ばね25との合成荷重特性を得ることができる。この合成荷重特性は、最終的に弁体12が静止するX点より閉弁側(図7のX点より左側)とオーバーシュート側(図7のX点より右側)とで荷重特性が変化し、X点より閉弁側の荷重特性よりオーバーシュート側の荷重特性の方が傾きを大きくできる。このため、弁体12が図7のX点から弁口16を閉じる閉弁位置(図7のY点)まで移動する第1の移動ストロークS1 に対し、弁体12が図7のX点を超えてオーバーシュートした時の第2の移動ストロークS2 を小さく設定することが可能である。
【0034】
また、第1の移動ストロークS1 に対し第2の移動ストロークS2 を小さく設定した場合に、弁体12が第1の移動ストロークS1 を移動する間に第1のスプリング13に蓄えられる弾性エネルギE1 と、弁体12が第2の移動ストロークS2 を移動する間に板ばね25に蓄えられる弾性エネルギE2 とが略等しくなるように両スプリング13、14の合成荷重特性を設定すれば、弁体12がオーバシュートした時に、フランジ部20bに結合されたリテーナ24の端部がボビン21の左端面21aに衝突することを防止できる。
【0035】
本実施例の電磁弁1は、自動車の蒸発燃料処理システムに使用しているが、これに限定する必要はなく、自動車に搭載される補機類、空調装置等に用いても良い。この場合、車両の走行停止時に電磁装置をOFFして開弁動作を行う使い方をすれば、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】電磁弁の断面図である(第1実施例)。
【図2】スプリングの荷重特性を示す図面である(第1実施例)。
【図3】第2のスプリングの外観図である。
【図4】蒸発燃料処理システムの概略構成図である。
【図5】リークチェックの作動説明図である。
【図6】電磁弁の断面図である(第2実施例)。
【図7】スプリングの荷重特性を示す図面である(第2実施例)。
【図8】電磁弁の断面図である(従来技術)。
【符号の説明】
1 電磁弁
12 弁体
13 第1のスプリング(第1の付勢手段)
14 第2のスプリング(第2の付勢手段)
15 空気通路(流体通路)
17 コイル(電磁装置)
20 ムービングコア(可動部)
25 板ばね(第2の付勢手段)
E1 第1の付勢手段に蓄えられる弾性エネルギ
E2 第2の付勢手段に蓄えられる弾性エネルギ
S1 第1の移動ストローク
S2 第2の移動ストローク
Claims (7)
- 流体通路を開閉可能に設けられた弁体と、
この弁体を開弁方向へ付勢する第1の付勢手段と、
前記弁体を閉弁方向へ付勢する第2の付勢手段と、
通電時に発生する磁力を受けて可動する可動部を有し、この可動部の移動に伴って前記弁体を前記第1の付勢手段の付勢力に抗して閉弁させる電磁装置と
を備え、
前記第1の付勢手段は、前記弁体を介して前記可動部を開弁方向へ付勢し、
前記第2の付勢手段は、前記可動部を介して前記弁体を閉弁方向へ付勢し、
前記電磁装置を通電停止した状態で、前記第1の付勢手段の付勢力と前記第2の付勢手段の付勢力とが釣り合った所定の開弁位置に前記弁体を静止させる電磁弁であって、
前記電磁装置を通電した時に前記弁体が前記開弁位置から閉弁位置まで移動する距離を第1の移動ストロークとし、
前記電磁装置を通電停止した時に、前記弁体が前記第1の移動ストロークを移動する間に前記第1の付勢手段に蓄えられる弾性エネルギと略同等の弾性エネルギが前記第2の付勢手段に蓄えられるまで前記弁体が前記開弁位置を超えて移動する時の前記開弁位置からの移動距離を第2の移動ストロークとした場合に、
前記弁体が前記第2の移動ストロークを移動できるだけのスペースを有し、且つ、前記第2の付勢手段の荷重特性を非線形とすることで、前記第2の移動ストロークを前記第1の移動ストロークより小さく設定したことを特徴とする電磁弁。 - 前記第2の付勢手段は、非線形の荷重特性を有するコイルバネであることを特徴とする請求項1に記載した電磁弁。
- 前記コイルバネは、両端側を密巻、中央部を疎巻とする不等ピッチを有していることを特徴とする請求項2に記載した電磁弁。
- 前記コイルバネは、両端側を疎巻、中央部を密巻とする不等ピッチを有していることを特徴とする請求項2に記載した電磁弁。
- 前記コイルバネは、一端側を密巻、他端側を疎巻とした不等ピッチを有していることを特徴とする請求項2に記載した電磁弁。
- 前記第2の付勢手段は、板ばねであることを特徴とする請求項1に記載した電磁弁。
- 請求項1〜6に記載した電磁弁は、車両に用いられ、その車両の走行停止時に前記電磁装置を通電停止して開弁動作を行うことを特徴とする電磁弁。
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