JP4088741B2 - 電磁弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力調整弁と開閉弁の機能を兼ねる電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の蒸発燃料処理システムに加え、給油中に燃料タンクから発生する蒸発燃料を大気に排出せずキャニスタに吸着させる図７に示すようなＯＲＶＲ(On Board Refueling Vapor Recovery)システムが要求されている。
【０００３】
図７に示すＯＲＶＲシステムにおいて、燃料タンク２００とキャニスタ２１０とを配管２０２と配管２０５とが接続している。燃料タンク２００にはタンク内圧を検出する圧力センサ２０１が取り付けられている。電磁弁２０３は、蒸発燃料の漏れチェックを行うときに開弁し燃料タンク２００側とキャニスタ２１０側とを強制的に連通させる。内圧弁２０４はダイヤフラムを有し、燃料タンク２００内の圧力を所定圧以下に保持する圧力制御弁である。給油弁２０６はダイヤフラムを有し、燃料タンク２００に給油するときに燃料タンク２００内の圧力が上昇すると開弁し、蒸発燃料をキャニスタ２１０側に排出しキャニスタ２１０に吸着させる。パージ弁２１３が開弁すると、吸気通路２０８とキャニスタ２１０内とが連通する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示すようなＯＲＶＲシステムでは、燃料タンク２００とキャニスタ２１０とを接続する２本の配管２０２、２０５、ならびに、電磁弁２０３、内圧弁２０４、給油弁２０６等の多くの弁および配管が必要である。したがって、これら部品の搭載スペースが必要であり、搭載工数も増加するという問題がある。
本発明の目的は、圧力制御弁および開閉弁の機能を兼ねる電磁弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の電磁弁によると、コイルへの通電をオフしているときに、第１の圧力室の圧力が第２の圧力室の圧力よりも高くなり、両圧力室の差圧から受圧部材が可動子の往復移動方向の他方に受ける力が第１の付勢手段の付勢力よりも大きくなると、可動子および受圧部材は往復移動方向の他方に移動する。このとき、弁部材が弁座に着座していても弁部材に設けた第１の連通路を介して第１圧力室、つまり第２の通路と第１の通路とは連通する。また、弁部材が弁座から離座していれば、弁部材と弁座との開口を介し第１の圧力室、つまり第２の通路と第１の通路とが連通する。第１の圧力室と第２の圧力室との差圧により受圧部材が移動し第１の通路と第２の通路との連通を断続するので、電磁弁は圧力制御弁として作用する。
【０００６】
次に、コイルへの通電をオンし可動子を往復移動方向の他方に移動させると、弁部材から離れて可動子とともに受圧部材が往復移動方向の他方に移動するか、、あるいは弁部材が弁座から離れ可動子とともに受圧部材および弁部材が往復移動方向の他方に移動する。第１の通路と第２の通路とは、第１の連通路、あるいは弁部材と弁座との開口を介して連通する。つまり、コイルへの通電をオンすると、第１の圧力室と第２の圧力室との差圧の大きさに関わらず、第１の通路と第２の通路とが連通する。つまり、電磁弁は電磁開閉弁として作用する。
【０００７】
このように、コイルへの通電をオフしているときは圧力制御弁として作動し、コイルへの通電をオンしたときは開閉弁として作動する。一つの電磁弁により圧力制御弁と開閉弁の機能を兼ねているので、圧力制御弁と開閉弁とを別の弁装置にするよりも部品点数が低減し、組付けが容易である。さらに、圧力制御弁と開閉弁とを別の弁装置にするよりも小型化できるので、狭いスペースにも電磁弁を搭載可能である。
【０００８】
本発明の請求項２記載の電磁弁によると、受圧部材が第２の圧力室から圧力を受ける受圧面積は、弁部材が第１の通路から圧力を受ける受圧面積とほぼ等しい。したがって、第２の圧力室の圧力と第１の通路の圧力とがほぼ等しい場合、受圧部材が第１の連通路の第１の圧力室側開口と第１の圧力室との連通を遮断し、かつ弁部材が弁座に着座している状態において、受圧部材が第２の圧力室から受ける力と、弁部材が第２の圧力室と反対方向に働く第１の通路から受ける力とを相殺することができる。したがって、電磁弁を閉弁するために必要な第１の付勢手段の付勢力、あるいはコイルに通電することにより可動子とともに受圧部材を往復移動方向の他方に移動させるために必要な磁力を低減可能であり、電磁弁が小型化する。
【０００９】
本発明の請求項３記載の電磁弁によると、請求項２記載の構成に加え、受圧部材が第１の連通路の第１の圧力室側開口と第１の圧力室との連通を遮断している状態で、受圧部材は第１の連通路と第２の圧力室とを連通する第２の連通路を有している。第２の圧力室の圧力が第１の通路の圧力と等しくなるので、受圧部材が第２の圧力室から受ける力と、弁部材が第２の圧力室と反対方向に働く第１の通路から受ける力とを相殺することができる。
【００１０】
本発明の請求項４記載の電磁弁によると、永久磁石の磁力により可動子が固定子に吸引されることにより受圧部材および弁部材は可動子の往復移動方向の一方である弁座方向に付勢される。したがって、可動子と固定子とが接近した状態で第１の通路と第２の通路との連通を遮断し電磁弁を閉弁できる。可動子と固定子との間に働く磁力による吸引力は可動子と固定子との間に形成されるエアギャップが小さいほど大きくなる。したがって、磁力の小さい永久磁石で大きな閉弁力を得ることができる。また、永久磁石と反発する磁極が固定子に形成されるようにコイルに通電することにより、可動子は固定子から離れる。このときに可動子と固定子との間に働く反発力も、可動子と固定子との間に形成されるエアギャップが小さいほど大きくなる。したがって、コイルが発生する磁力が小さくても可動子が固定子から離れる。コイルの巻数を少なくできるので、電磁弁を小型化できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図に基づいて説明する。
本発明の一実施例による電磁弁を用いたＯＲＶＲシステムを図２に示す。燃料タンク１００とキャニスタ１１０とを一系統の配管１０２と配管１０３とが接続している。電磁弁１０のハウジング１１に第１接続管１２および第２接続管１３が形成されている。第１接続管１２はキャニスタ１１０側の配管１０２と接続しており、第２接続管１３は燃料タンク１００側の配管１０３と接続している。圧力センサ１０１は燃料タンク１００内の圧力をチェックし、蒸発燃料の漏れをチェックする。
【００１２】
キャニスタ１１０は蒸発燃料を吸着するものである。電磁弁１１２が開弁すると、キャニスタ１１０は配管１１１を介し大気開放される。キャニスタ１１０は配管１０４を介して吸気管１０５と接続している。配管１０４に取り付けられているパージ弁１１３が開弁すると、キャニスタ１１０内および配管１０２内と吸気通路１０５ａとが連通する。
【００１３】
次に電磁弁１０の構成を詳細に説明する。
図１に示すように、電磁弁１０のハウジング１１は樹脂製である。第１接続管１２内に第１の通路１２ａが形成され、第２接続管１３内に第２の通路１３ａが形成されている。第１接続管１２のハウジング内側端部に弁座１４が形成されている。
【００１４】
弁部材２０は、弁本体２１と、弁座１４に着座可能なゴム製の当接部材２２とを有している。弁本体２１の中央部に弁本体２１を貫通し、第１の通路１２ａと第１の圧力室４５とを連通可能な第１の連通路２０ａが形成されている。第２の付勢手段としてのスプリング２３は受圧部材３０側に弁部材２０を付勢している。
【００１５】
受圧部材３０は第１の圧力室４５と第２の圧力室４６とを仕切っている。第１の圧力室４５は第２の通路１３ａと連通している。弁部材２０が第１の通路１２ａから圧力を受ける受圧面積は、受圧部材３０が第２の圧力室４６から圧力を受ける受圧面積とほぼ等しくなるように設定されている。受圧部材３０は、当接側部材３１、シャフト側部材３２、ゴム製の当接部材３３、およびダイヤフラム４０を有している。ダイヤフラム４０の内周縁は当接側部材３１とシャフト側部材３２とに挟持され、ダイヤフラム４０の外周縁は第１プレート４１と第２プレート４２とにより挟持されている。当接側部材３１とシャフト側部材３２との中央部に貫通孔が形成されており、第２の連通路３０ａを形成している。第２の連通路３０ａは第２の圧力室４６と連通している側孔３０ｂを有している。受圧部材３０の当接部材３３が弁部材２０の第１の連通路２０ａの外周側に当接すると、第１の連通路２０ａの第１の圧力室側開口と第１の圧力室４５との連通は遮断される。
【００１６】
電磁駆動部５０は、スプール５１に巻回されているコイル５２、固定コア５５、端部コア５６、ヨーク５７、および可動子６０を有している。コイル５２はターミナル５３と電気的に接続されている。固定コア５５、端部コア５６およびヨーク５７は磁性材で形成されており固定子を構成している。可動子６０は、永久磁石６１、樹脂部６２およびシャフト６３を有している。樹脂部６２は、永久磁石６１をモールドしており、シャフト６３とねじ結合している。ハウジング１１の調節孔１１ａはねじ６５で封止され、ねじ６５はポッティング樹脂６６で固定されている。
コイル５２への通電をオフしているとき、永久磁石６１の磁力により、可動子６０は図１に示す矢印Ａ側、つまり可動子６０の往復移動方向の一方に吸引されている。図１はコイル５２への通電がオフされている状態を示している。
【００１７】
シャフト６３の樹脂部６２側の端部６３ａは径方向外側に向け十字状に張り出している。固定コア５５の内壁に端部６３ａと嵌合するように十字状の溝が形成されている。ハウジング１１の調節孔１１ａから治具を挿入し樹脂部６２のねじ込み量を調節して永久磁石６１と固定コア５５との吸引力、つまり電磁弁１０の閉弁力を調節する場合、シャフト６３の端部６３ａが固定コア５５の十字溝に係止され回転しないので、固定コア５５にシャフト６３を嵌合した状態で電磁弁１０の閉弁力を調節できる。樹脂部６２のねじ込み量を調節した後、調節孔１１ａをねじ６５で封止し、ポッティング樹脂６６でねじ６５を固定する。
【００１８】
次に電磁弁１０の作動について説明する。
(1) コイル５２への通電オフ中
図３の（Ａ）に示すように、コイル５２への通電オフ中、永久磁石６１と固定コア５５との間に働く吸引力により、可動子６０は矢印Ａ方向に付勢されている。受圧部材３０は弁部材２０に当接した状態でシャフト６３に付勢されている。そして、スプリング２３の付勢力に抗し弁部材２０は弁座１４に着座している。図３の（Ａ）に示す状態では、第１の連通路２０ａおよび第２の連通路３０ａを介し第１の通路１２ａと第２の圧力室４６とが連通しているので、第１の通路１２ａと第２の圧力室４６とは同じ圧力である。
【００１９】
車両の走行中または停止中に燃料タンク１００内の圧力上昇にともない第２の通路１３ａおよび第１の圧力室４５の圧力が上昇すると、第１の圧力室４５と第２の圧力室４６との差圧から受圧部材３０が矢印Ｂ方向に受ける力が大きくなり、図３の（Ｂ）に示すように、永久磁石６１と固定コア５５との吸引力に抗し受圧部材３０が矢印Ｂ方向に移動する。弁部材２０は、第１の圧力室４５と第１の通路１２ａとの差圧により弁座１４に着座している。受圧部材３０は弁部材２０から離れることにより、第１の連通路２０ａを介して第１の圧力室４５、つまり第２の通路１３ａと第１の通路１２ａとが連通する。第１の通路１２ａと第２の通路１３ａとが連通すると、圧力の上昇した燃料タンク１００内の蒸発燃料がキャニスタ１１０側に排出され、キャニスタ１１０に吸着される。
【００２０】
(2) コイル５２への通電オン時
(a) ＯＲＶＲシステム内の蒸発燃料の漏れチェックを行う場合、まず、図５に示すように電磁弁１１２を開弁し、キャニスタ１１０を大気開放する。燃料タンク１００内の圧力は正圧または負圧のいずれでもよい。次に、図４の（Ａ）に示す閉弁状態から電磁弁１０のコイル５２への通電をオンにする。コイル５２への通電方向は、永久磁石６１と対向する固定コア５５の端部に永久磁石６１との間で反発力が発生する方向に通電する。すると、図４の（Ｂ）に示すように、永久磁石６１は固定コア５５と反発し、可動子６０は矢印Ｂ方向に移動する。可動子６０が矢印Ｂ方向に移動すると、スプリング２３の付勢力により受圧部材３０および弁部材２０は矢印Ｂ方向に移動する。すると、弁部材２０が弁座１４から離座し、弁部材２０と弁座１４との開口を介し、第１の通路１２ａは第１の圧力室４５および第２の通路１３ａと連通する。
【００２１】
第１の通路１２ａと第２の通路１３ａとが連通した状態で、図５に示すように電磁弁１１２を閉弁しパージ弁１１３を開弁すると、吸気通路１０５ａと、配管１０２、１０３、１０４内および燃料タンク１００内とが連通する。そして、配管１０２、１０３、１０４および燃料タンク１００に漏れがなければ、燃料タンク１００内の圧力は図５に示すように一定の負圧に達する。どこかに漏れがあれば、図５の点線１２０に示すように燃料タンク１００内の圧力は上昇する。このように燃料タンク１００内の圧力を検出することにより、ＯＲＶＲシステムの漏れをチェックすることができる。
【００２２】
(b) 燃料タンク１００に給油するとき、蓋を開けると電磁弁１０のコイル５２への通電がオンされるように電気的に接続されている。図６の（Ａ）に示す閉弁状態から燃料タンク１００の蓋を開けることによりコイル５２への通電をオンすると、図６の（Ｂ）に示すように、まず可動子６０および受圧部材３０が矢印Ｂ方向に移動する。燃料給油中、燃料タンク１００内の圧力は上昇するので、第２の通路１３ａの圧力により弁部材２０は弁座１４に着座したままである。この状態で、第１の連通路２０ａを介し第１の通路１２ａと第２の通路１３ａとは連通する。
【００２３】
燃料タンク１００内の蒸発燃料が排出され燃料タンク１００内の圧力が低下すると、図６の（Ｃ）に示すように、弁部材２０は弁座１４から離座する。すると、弁部材２０と弁座１４との開口を介し第１の通路１２ａと第２の通路１３ａとは連通する。弁部材２０が弁座１４から離座している、いないに関わらず、第１の通路１２ａと第２の通路１３ａとが連通するので、燃料給油中に燃料タンク１００内で発生する蒸発燃料はキャニスタ１１０側に排出され、キャニスタ１１０に吸着される。
【００２４】
本実施例では，可動子６０に取り付けた永久磁石６１が固定コア５５に吸引され、可動子６０に付勢される受圧部材３０が弁部材２０に当接し、弁部材２０が弁座１４に着座することにより、第１の通路１２ａと第２の通路１３ａとの連通を遮断している。
【００２５】
これに対し、永久磁石を用いずスプリング等の弾性部材の付勢力で固定コアから離れる方向に可動コアを付勢することにより受圧部材３０が弁部材２０に当接し、弁部材２０が弁座１４に着座する構成では、可動コアと固定コアとが離れた状態でコイルに通電し、固定コアに可動コアを吸引しなければならない。したがって、固定コアに可動コアを吸引するためには、大きな磁力が必要となる。大きな磁力を発生するためにはコイルの巻数を増やす必要があるので、電磁駆動部の体格が大きくなる。
【００２６】
一方本実施例では、永久磁石６１と固定コア５５とが接近した状態で第１の通路１２ａと第２の通路１３ａとの連通を遮断し電磁弁１０を閉弁できる。永久磁石６１と固定コア５５との間に働く磁力による吸引力は永久磁石６１と固定コア５５との間に形成されるエアギャップが小さいほど大きくなる。したがって、小さな永久磁石６１で大きな閉弁力を得ることができる。また、永久磁石６１と反発する磁極が永久磁石６１と向き合う固定コア５５に形成されるようにコイル５２に通電することにより、永久磁石６１は固定コア５５から離れる。このときに永久磁石６１と固定コア５５との間に働く反発力も、永久磁石６１と固定コア５５との間に形成されるエアギャップが小さいほど大きくなる。したがって、コイル５２が発生する磁力が小さくても永久磁石６１は固定コア５５から離れる。コイル５２の巻数を少なくできるので、電磁弁を小型化できる
【００２７】
以上説明した本発明の上記実施例では、コイル５２への通電をオフした状態で、第１の圧力室４５と第２の圧力室４６との差圧により受圧部材３０が移動するので、圧力調整弁として電磁弁１０が作動する。コイル５２への通電をオンし強制的に弁部材２０から離れる方向に受圧部材３０を移動させると、弁部材２０が弁座１４から離座する、しないに関わらず第１の通路１２ａと第２の通路１３ａとが連通するので、電磁弁１０は開閉弁として作動する。
【００２８】
このように、圧力調整弁および開閉弁の両方の機能を兼ねている電磁弁１０を例えば本実施例のＯＲＶＲシステムに用いることにより、燃料タンク１００の圧力を一定圧以下に調整する内圧弁、燃料給油中に発生する蒸発燃料をキャニスタ側に排出する給油弁、ならびに蒸発燃料の漏れチェック用の電磁弁の機能を一つの電磁弁１０で兼ねることができる。さらに、配管の接続系統が一つになる。したがって、部品点数が減少し、システムの組付けが容易になる。さらに、システムが小型化するので、狭いスペースにも容易に搭載できる。
【００２９】
また本実施例では、弁部材２０が第１の通路１２ａから圧力を受ける受圧面積は、受圧部材３０が第２の圧力室４６から圧力を受ける受圧面積とほぼ等しい。さらに、受圧部材３０が第１の連通路２０ａの第１の圧力室側開口と第１の圧力室４５との連通を遮断している状態で、受圧部材３０に形成した第２の連通路３０ａが第１の連通路２０ａと第２の圧力室４６とを連通する。弁部材２０に受圧部材３０が当接し弁部材２０が弁座１４に着座している状態において、第２の圧力室４６の圧力が第１の通路１２ａの圧力と等しくなるので、弁部材２０が第２の圧力室４６と反対方向に働く第１の通路１２ａから受ける力と、受圧部材３０が第２の圧力室４６から受ける力とを相殺することができる。
【００３０】
(a) 弁部材２０が第１の通路１２ａから圧力を受ける受圧面積が受圧部材３０が第２の圧力室４６から圧力を受ける受圧面積よりも大きい場合に比べ、永久磁石６１の磁力を小さくすることができる。(b) また、受圧部材３０が第２の圧力室４６から圧力を受ける受圧面積が弁部材２０が第１の通路１２ａから圧力を受ける受圧面積よりも大きい場合に比べ、スプリング２３の付勢力を小さくすることができる。したがって、電磁弁１０の体格が小さくなる。
【００３１】
また本実施例では、磁力により固定コア５５に永久磁石６１を吸引し、固定コア５５と永久磁石６１とが接近した状態で第１の通路１２ａと第２の通路１３ａとの連通を遮断している。したがって、磁力の小さい永久磁石でも閉弁力を得ることができる。また、永久磁石６１との間で反発力が働くようにコイル５２に通電することにより、固定コア５５から永久磁石６１を離している。コイル５２の巻数が少なくても電磁弁１０を開弁することができるので、電磁弁を小型化できる。
【００３２】
本実施例の構成に対し、本実施例の永久磁石６１および樹脂部６２を磁性材に置き換えて可動コアを構成し、固定コア５５に永久磁石を取り付ける構成にすることも可能である。コイル５２への通電オフ中は固定コア５５に取り付けた永久磁石の磁力により可動コアは固定コア５５に吸引される。そして、固定コア５５に取り付けた永久磁石の磁束方向と反対方向の磁束が発生するようにコイル５２に通電すれば、可動コアと固定コア５５との間に働く吸引力が低下し、受圧部材３０側に弁部材２０を付勢するスプリング２３の付勢力により、固定コア５５から可動コアを離すことができる。
【００３３】
また本実施例の構成に対し、スプリングの付勢力により固定コア５５から可動コアを引き離して電磁弁を閉弁し、コイルに通電することにより固定コアに可動コアを吸引する構成にすることも可能である。
本実施例ではＯＲＶＲシステムに本発明の電磁弁を用いたが、二つの圧力源の間で圧力を調整し、かつ場合によっては強制的に圧力源の間を連通させる構成ならば、本発明の電磁弁を使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による電磁弁を示す断面図である。
【図２】本実施例の電磁弁を用いたＯＲＶＲシステムを示す構成図である。
【図３】コイルへの通電オフ中の電磁弁の作動を示す断面図である。
【図４】蒸発燃料漏れチェック中の電磁弁の作動を示す断面図である。
【図５】蒸発燃料漏れチェック中の各弁の開閉状態および圧力センサの検出信号を示す説明図である。
【図６】燃料給油中の電磁弁の作動を示す断面図である。
【図７】従来のＯＲＶＲシステムを示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 電磁弁
１１ ハウジング
１２ 第１接続管
１２ａ 第１の通路
１３ 第２接続管
１３ａ 第２の通路
２０ 弁部材
２０ａ 第１の連通路
２３ スプリング（第２の付勢手段）
３０ 受圧部材
３０ａ 第２の連通路
４５ 第１の圧力室
４６ 第２の圧力室
５２ コイル
５５ 固定コア（固定子）
５６ 端部コア（固定子）
５７ ヨーク（固定子）
６０ 可動子
６１ 永久磁石（可動子、第１の付勢手段）
６３ シャフト（可動子）

Claims (4)

1. 可動子と、
   前記可動子との間に磁力が作用可能な固定子と、
   前記可動子の往復移動方向の一方に前記可動子を付勢する第１の付勢手段と、
   通電することにより、前記往復移動方向の他方に前記可動子を移動させる磁力を前記可動子と前記固定子との間に発生させるコイルと、
   第１の通路および前記第１の通路と連通可能な第２の通路を有するハウジングと、
   前記可動子に対し前記第１の付勢手段の付勢方向側に配置され、前記ハウジング内に形成されている圧力室を前記可動子側の第２の圧力室と前記第２の通路に連通している第１の圧力室とに仕切っている受圧部材と、
   前記受圧部材と別部材であり、前記受圧部材に対し前記可動子と反対側に配置され、前記第１の通路と前記第１の圧力室とを連通可能な第１の連通路を有している弁部材と、
   前記弁部材が着座可能な弁座であって、前記弁部材が離座すると前記弁部材と前記弁座との開口を介し前記第１の通路と前記第１の圧力室とが連通し、前記弁部材が着座している状態で前記第１の連通路を介し前記第１の通路と前記第１の圧力室とが連通可能な弁座と、
   前記受圧部材に向け前記弁部材を付勢する第２の付勢手段とを備え、
   前記受圧部材と前記弁部材とが当接することにより前記第１の連通路の前記第１の圧力室側開口は前記第１の圧力室との連通を遮断され、前記受圧部材が前記第１の連通路の前記第１の圧力室側開口と前記第１の圧力室との連通を遮断している状態で前記弁部材が前記弁座に着座すると、前記第１の圧力室と前記第１の通路との連通を遮断することを特徴とする電磁弁。
2. 前記受圧部材が前記第２の圧力室から圧力を受ける受圧面積は、前記弁部材が前記第１の通路から圧力を受ける受圧面積とほぼ等しいことを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
3. 前記受圧部材が前記第１の連通路の前記第１の圧力室側開口と前記第１の圧力室との連通を遮断している状態で、前記受圧部材は前記第１の連通路と前記第２の圧力室とを連通する第２の連通路を有することを特徴とする請求項２記載の電磁弁。
4. 前記可動子は前記第１の付勢手段である永久磁石を有し、前記永久磁石の磁力により前記可動子は前記固定子に吸引され、前記コイルに通電して発生する磁力により前記可動子は前記固定子から離れることを特徴とする請求項１、２または３記載の電磁弁。

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