JP4016370B2

JP4016370B2 - 電磁弁

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Publication number: JP4016370B2
Application number: JP08561299A
Authority: JP
Inventors: 康夫加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: US6273396B1; JP2000283315A

Description

【０００１】
【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

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。