JP4203906B2 - 電磁弁およびそれを用いた蒸発燃料処理システム - Google Patents

電磁弁およびそれを用いた蒸発燃料処理システム Download PDF

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Description

本発明は、別々に作動可能な二段の弁部材を有する電磁弁、およびそれを用いた蒸発燃料処理システムに関する。
従来、開弁時に二段の弁部材がそれぞれ順番に作動することにより、開弁時に流体が流れる開口の開口面積が急激に増大することを防止する電磁弁が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。二段の弁部材は、図12の(A)に示すように、コイルへの通電をオンすることにより第1弁部材400が第2弁部材410からリフトし、第2弁部材410に形成した連通路412を介して下流側の流体通路420に流体を流す。次に、第2弁部材410の上流側と下流側との差圧が低下することにより第2弁部材410が流体通路420の開口側に設けた弁座422からリフトすると、連通路412よりも開口面積が増加して流量が増加する。図12の(B)に示す開口面積は、第2弁部材410が弁座422からリフトする前の開口面積の変化を示している。
特開平11−344145号公報 特開2001−241563号公報
しかしながら、第1弁部材400が第2弁部材410からリフトし、連通路412を介して流体通路420に流体が流れると、流体通路420の下流側において、例えば通路の容積変化により圧力の反射波が生じ、図13に示すように(図13において圧力0は大気圧を示す)圧力変動が生じることがある。例えば流体通路420の圧力変動が大きいと、所定のタイミング以外で第2弁部材410が弁座422からリフトすることがある。そして、圧力変動の圧力値がばらつくことにより、第2弁部材410のリフトタイミングがばらつくという問題が生じる。特許文献1、2では、第2弁部材がリフトする前の開口面積は、図12の(B)と同じような変化をするため、第2弁部材のリフトタイミングがばらつく恐れがある。
ところで特許文献1では、二段の弁部材のうち、前述した第2弁部材に相当する主弁の一部が通路側に突出することにより、主弁がリフトするときに開口面積が急激に増加して流量が急激に増加することを防止し、圧力変動が生じることを防止しようとしている。しかし、第1弁部材であるパイロット弁がリフトしたときに主弁に形成されたパイロット通路を介して下流側に流れる流体により、下流側の流体通路に圧力変動が生じると、第2弁部材である主弁のリフトタイミングがばらつく恐れがある。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、二段の弁部材を備えた電磁弁において、第2弁部材のリフトタイミングのばらつきを低減することを目的とする。
請求項1記載の発明によると、第2弁部材が第2弁座に着座した状態で、第1弁部材が第1弁座からリフトしても、第1弁部材の流量制御部が連通路に挿入されているので、第1弁部材と第2弁部材との間から連通路を通って第2通路に流体が流れる開口面積は連通路の通路面積よりも小さく、開口面積の増加が抑制される。したがって、流量制御部の挿入された連通路から下流側の第2通路に流れる流体流量が制限される。そして、第1弁座に対する第1弁部材のリフト量が大きくなると、開口面積が増加し、流量が増加する。このように、第2弁部材が第2弁座に着座した状態で第1弁部材から第1弁部材がリフトしたときに、流れ始める流体の流量増加を抑制するので、流体通路に生じる圧力変動が低減する。したがって、圧力変動により第2弁部材が第2弁座からリフトするタイミングがばらつくことを防止する。
また、請求項1記載の発明によると、流量制御部は挿入方向に向けて先細りに形成されており、第1弁部材が第1弁座からリフトし流量制御部が連通路に挿入されている状態で、第1弁座に対する第1弁部材のリフト量が大きくなると、開口面積が増加する。この構成によれば、第2弁部材が第2弁座に着座した状態で、第1弁部材が第1弁座からリフトし第1弁部材の流量制御部が連通路を移動している間に、開口面積が増加する。したがって、流量制御部の形状により開口面積の増加を制御できる。
さらに、請求項1記載の発明によると、流量制御部は挿入方向に向けて階段状に先細りに形成されているので、第1弁部材が第1弁座からリフトし第1弁部材の流量制御部が連通路を移動している間に、連通路を介して第1通路から第2通路に流れる流量が滑らかに増加する。したがって、流体通路に発生する圧力変動が低減する。
請求項2記載の発明によると、第1弁座に対して第1弁部材がリフトすると、流量制御
部は連通路から抜け出る。この構成によれば、流量制御部が連通路から抜け出ると開口面
積が増加するので、簡単な構成で開口面積を増加できる。
請求項記載の発明によると、第2弁部材の連通路は、流量制御部の挿入方向に向けて先細りに形成されており、第1弁部材が第1弁座からリフトし流量制御部が連通路に挿入されている状態で、第1弁座に対する第1弁部材のリフト量が大きくなると、開口面積が増加する。この構成によれば、第2弁部材が第2弁座に着座した状態で、第1弁部材が第1弁座からリフトし第1弁部材の流量制御部が連通路を移動している間に、開口面積が増加する。したがって、連通路の形状により開口面積の増加を制御できる。
請求項および記載の発明によると、連通路は、流量制御部の挿入方向に向けて階段状またはテーパ状に先細りに形成されているので、第1弁部材が第1弁座からリフトし第1弁部材の流量制御部が連通路を移動している間に、連通路を介して第1通路と第2通路との間を流れる流量が滑らかに増加する。したがって、流体通路に発生する圧力変動が低減する。
ところで、蒸発燃料処理システムでは、燃料タンクに給油するとき、燃料タンクから蒸発燃料が外気に放出されないように、燃料タンクとキャニスタとの間に設置した電磁弁を開弁して燃料タンク内の蒸発燃料をキャニスタ側に流し、燃料給油口のキャップが開かれる前に燃料タンク内の圧力を大気圧まで低下させることが行われる。しかし、電磁弁を開弁したときに、キャニスタ側に流れる蒸発燃料量が急激に増加すると、キャニスタが蒸発燃料の一部を吸着できず、蒸発燃料がキャニスタから外気に放出される恐れがある。また、燃料タンクから電磁弁を通りキャニスタ側に流れる蒸発燃料量の流量が少ないと、燃料タンクの圧力が大気圧まで低下する前に燃料給油口のキャップが開かれ、燃料タンクから蒸発燃料が外気に放出される恐れがある。
そこで前述した特許文献1、2のように、開弁時に二段の弁部材を異なるタイミングでリフトさせることにより、キャニスタ側に流れる蒸発燃料量を調整することが考えられる。しかしながら、第1弁部材がリフトしたときに流れる流量により、流体通路に圧力変動が生じると、第2弁部材のリフトタイミングがばらつく恐れがある。第2弁部材のリフトタイミングが早くなると、キャニスタに流れる蒸発燃料量が多すぎて蒸発燃料の一部をキャニスタが吸着できず、蒸発燃料がキャニスタから外気に排出される恐れがある。また、第2弁部材のリフトタイミングが遅くなると、燃料タンク内の圧力が大気圧まで低下する前に燃料給油口のキャップが開かれ、燃料タンクから蒸発燃料が外気に放出される恐れがある。
そこで請求項記載の発明によると、蒸発燃料処理システムにおいて、請求項1からのいずれか一項記載の電磁弁を燃料タンクとキャニスタとの間に設置しているので、電磁弁を開弁したときに、第2弁部材のリフトタイミングがばらつくことを防止する。その結果、所定時間で燃料タンク内の圧力が大気圧まで低下するので、キャニスタから外気に蒸発燃料が排出されることを防止するとともに、燃料タンクから外気に蒸発燃料が排出されることを防止する。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による電磁弁を用いた燃料タンク密封システムを図2に示す。蒸発燃料処理システムの一種である燃料タンク密封システムは、例えば、車両の運転状態に応じて、電気モータまたは内燃機関のいずれかを選択して走行する所謂ハイブリッドエンジンを搭載する車両に用いられる。
燃料タンク300とキャニスタ310とを配管350が接続している。電磁弁10は配管350中に設置されている。キャニスタ310には蒸発燃料を吸着する吸着材312が収容されている。電磁弁314が開弁すると、キャニスタ310は配管352を介し大気開放される。電磁弁314の大気解放側にはフィルタ316が設置されている。キャニスタ310は配管354を介して吸気管330と接続している。スロットル弁332の下流に発生する負圧によりキャニスタ310に吸着された蒸発燃料を吸気管330内に排出するときは、配管354に取り付けられているパージ弁320、電磁弁314を開弁する。
燃料タンク密封システムでは、車両が電気モータで走行中は吸気管330内に負圧が発生しないので、キャニスタ310が吸着した蒸発燃料を吸気管330内に排出できない。したがって、キャニスタ310の吸着材312が蒸発燃料を吸着しすぎてオーバーフローすることを防止するために、燃料タンク300とキャニスタ310との間に設置した電磁弁10を閉弁し燃料タンク300を密封する。
また、燃料タンク密封システムでは、燃料タンク300に燃料を給油するとき、開口スイッチ(図示せず)等が設けられた給油口開口レバー(図示せず)を運転者が操作することで、図示しないエンジン制御装置(ECU)に開口信号が入力され、開口信号を受けたECUは電磁弁10を開弁する。これにより、燃料タンク300とキャニスタ310とを接続する配管350が連通するので、燃料タンク300の圧力を大気まで低下でき、燃料給油口のキャップ302を開口しても、燃料タンク300から燃料給油口を通して蒸発燃料が外気に放出することを防止する。
次に電磁弁10の構成を詳細に説明する。
図1に示す電磁弁10は、ステー12によりエンジンルーム内に取り付けられている。電磁弁10の第1接続管14は燃料タンク300側と接続し、第2接続管16はキャニスタ310側と接続している。電磁弁10が開弁すると、第1接続管14の第1通路100と第2接続管16の第2通路102とが連通する。第2接続管16のキャニスタ310と反対側の端部開口に第2弁座17が形成されている。
電磁駆動部20は、固定コア21、スプリング28、可動コア30、コイル40を有している。固定コア21は、可動コア30を往復移動自在に収容する収容部22と、可動コア30との間に磁気吸引力を発生する吸引部23とを有している。固定コア21は、収容部22と吸引部23との間の磁気的な短絡を防止するため、収容部22と吸引部23との間に設けた薄肉部により一体的に形成されている。固定コア21内には係止部材24が設置されており、係止部材24にはゴム製のストッパ26が取り付けられている。
スプリング28の一端は係止部材24に係止され、スプリング28の他端は可動コア30に係止されている。スプリング28は、可動コア30および第1弁部材50を電磁弁10の閉弁方向に付勢している。スプリング28の付勢力は、コイル40への通電オフ中において、燃料タンク300の圧力が負圧になっても第1弁部材50がリフトしない値に設定されている。
ボビン42に巻回されたコイル40は固定コア21の外周を覆っている。ターミナル44はコイル40と電気的に接続しており、コイル40に駆動電流を供給する。ヨーク46は、固定コア21の収容部22と吸引部23とをコイル40の外周を通って磁気的に接続している。
第1弁部材50は、シャフト52とベローズ60とを有している。図3に示すように、シャフト52とベローズ60とはワッシャ68により結合されている。シャフト52は、受圧部材71側の先端に流量制御部54を有している。流量制御部54は、ベローズ60の当接部62がゴム部材76の突部76aに着座した状態で、連通路72に挿入されている。流量制御部54は、挿入方向に向けて先細りに形成されており、挿入方向側から小径部55、小径部55よりも大径の大径部56をこの順に有している。
第2弁部材70は、受圧部材71およびゴム部材76を有しており、第1弁部材50に対し可動コア30と反対側に設置されている。受圧部材71には、中央部を貫通する連通路72が形成されている。連通路72は、流量制御部54の挿入方向に向けて先細りに形成されており、第2通路102側から小径部73、小径部73よりも通路径の大きな大径部74をこの順に有している。ゴム部材76は、受圧部材71の第1弁部材50側に突出する突部76a、ならびに受圧部材71の第2弁座17側に突出する突部76bを有している。突部76a、76bは環状に形成されている。
第1弁部材50は、スプリング28の付勢力により受圧部材71に向けて付勢されており、ゴム部材76の第1弁座である突部76aにベローズ60の当接部62が着座可能である。ベローズ60の当接部62が突部76aに着座すると連通路72は閉塞される。第2付勢部材であるスプリング78は、第1弁部材50に向けて受圧部材71を付勢している。
次に電磁弁10の作動について説明する。
(1)コイル40への通電オフ
第1弁部材50はスプリング28の付勢力により図1の矢印B方向に付勢されているので、図3に示すように、コイル40への通電オフ中、ベローズ60の当接部62はゴム部材76の突部76aに着座しているとともに、ゴム部材76の突部76bは第2弁座17に着座している。これにより、連通路72は閉塞され、第1通路100と第2通路102との連通は遮断されている。
(2)コイル40への通電オン
燃料タンク密封システムでは、電磁弁10への通電オンは、特に燃料タンク300に燃料を給油するときである。
コイル40への通電をオンすると、スプリング28の付勢力に抗して可動コア30が固定コア21の吸引部23に吸引される。これにより、図4の(A)に示すように、可動コア30とともに第1弁部材50が図1の矢印A方向に移動し、ベローズ60の当接部62が突部76aからリフトする。すると、燃料タンク300内の蒸発燃料は、第1通路100、シャフト52と受圧部材71との間に形成される開口、連通路72、第2通路102を通りキャニスタ310側に流れる。図4の(A)に示す第1弁部材50のリフト初期の段階では、流量制御部54の小径部55と連通路72の小径部73とにより、第1通路100から連通路72を通り第2通路102に蒸発燃料が流れる流体通路の開口面積が決定される。
第1弁部材50がさらに図1の矢印A方向に移動し可動コア30がストッパ26に係止されると、図4の(B)に示すように、流量制御部54の小径部55が連通路72の小径部73から抜け、連通路72の大径部74に移動する。つまり本実施形態では、第1弁部材50が最大リフトしても、流量制御部54は連通路72に挿入されている。この状態では、流量制御部54の大径部56と連通路72の大径部74とにより、第1通路100から連通路72を通り第2通路102に蒸発燃料が流れる流体通路の開口面積が決定される。その結果、図4の(A)に比べて開口面積は増加する。
図4の(B)に示す状態で第1通路100から連通路72を通り第2通路102に蒸発燃料が流れると、第1通路100側と第2通路102側の圧力との差圧、つまり燃料タンク300側とキャニスタ310側との差圧が低下し、第2弁部材70が第2弁座17に向けて受ける力が低下する。すると、スプリング78の付勢力により第2弁部材70は第2弁座17からリフトし、第1弁部材50に向けて移動する。そして、図4の(C)に示すように、ベローズ60の当接部62と突部76aとが当接する。すると、連通路72を通らず第1通路100から第2通路102に蒸発燃料が直接流れる。
本実施形態では、コイル40への通電をオンしてから、図5の(A)、(B)に示すようにシャフト52が移動することにより、突部76aが第2弁座17に着座した状態で、シャフト52の流量制御部54と連通路72との間で形成される開口面積が図5の(C)に示すように、A段階からB段階に移行して増加する。つまり、コイル40への通電をオンし、第1弁部材50が突部76aからリフトした初期のA段階において、開口面積の増加を抑制してから、B段階に移行して開口面積を増加する。その結果、第2弁部材70が第2弁座17に着座した状態で、第1通路100から連通路72を通り第2通路102に流れる蒸発燃料量が急激に増加することを防止するので、キャニスタ310側から電磁弁10に向けて反射する圧力波により第2通路102側で発生する圧力変動が、図6に示すように低下する。したがって、第2通路102の圧力変動により、第2弁部材70が第2弁座17からリフトするタイミングがばらつくことを防止し、一定のタイミングで第2弁部材70が第2弁座17からリフトする。
参考例1)
本実施形態の参考例1を図7に示す。シャフト200および受圧部材210の構成以外は、実質的に図1に示す実施形態と同一である。
図7に示す参考例1では、第1弁部材であるシャフト200の流量制御部202は同一径であり、第2弁部材である受圧部材210の連通路212の通路径も同一である。参考例1では、図7の(A)に示すシャフト200の流量制御部202が連通路212に挿入されている状態から、図7の(B)に示すシャフト200の流量制御部202が連通路212から抜け出ることにより、図7の(C)に示すように、開口面積が階段状に増加する。そして、燃料タンク300側とキャニスタ310側との差圧が減少すると、受圧部材210がリフトし、蒸発燃料の流量が増加する。
(変形形態参考例2
本実施形態の変形形態1を図8に示し、本実施形態の参考例2を図9に示す。尚、参考例1と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図8の(A)、(B)に示す変形形態では、第1弁部材であるシャフト220の流量制御部222は、連通路212への挿入方向に向けて3段の階段状に先細りに形成されている。また、図9の(A)、(B)に示す参考例2では、流量制御部202の挿入方向に向けて、第2弁部材である受圧部材230の連通路232が3段の階段状に先細りに形成されている。
変形形態参考例2ではこのような構成を採用することにより、受圧部材210または受圧部材230が第2弁座17に着座した状態で、シャフト220またはシャフト200がリフトすることにより、図9の(C)に示すように、流量制御部222、202が連通路212、232から抜け出るまでに開口面積が階段状に増加する。
参考例3、4
本実施形態の参考例3、4を図10、図11に示す。尚、参考例1と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図10の(A)、(B)に示す参考例3では、第1弁部材であるシャフト240の流量制御部242は、連通路212への挿入方向に向けてテーパ状の先細りに形成されている。また、図11の(A)、(B)に示す参考例4では、流量制御部202の挿入方向に向けて、第2弁部材である受圧部材250の連通路252がテーパ状の先細りに形成されている。
参考例3、4ではこのような構成を採用することにより、受圧部材210または受圧部材250が第2弁座17に着座した状態で、シャフト240またはシャフト200がリフトすることにより、図11の(C)に示すように、流量制御部242、202が連通路212、252から抜け出るまでに開口面積が滑らかに増加する。
(他の実施形態)
変形形態を含む上記実施形態におけるシャフトの流量制御部および受圧部材の連通路の形状は上記形状に限るものではなく、第1弁部材のリフト初期の段階において開口面積の増加を抑止し、リフト量が大きくなると開口面積が増加するのであれば、上記実施形態におけるシャフトの流量制御部と受圧部材の連通路の形状とを適宜組み合わせてもよい。
上記変形形態1および参考例2から参考例4では、シャフトがリフトすると、シャフトの流量制御部は受圧部材の連通路から抜け出たが、変形形態1および参考例2から参考例4において、受圧部材が第2弁座に着座した状態でシャフトが最大リフトしても、流量制御部が連通路に挿入された状態であってもよい。この場合にも、受圧部材が第2弁座に着座した状態でシャフトがリフトすると、リフト初期の段階では開口面積の増加を抑制し、リフト量が大きくなると開口面積が増加する。
本実施形態では燃料タンク密封システムに本発明の電磁弁を用いたが、二段の弁部材を作動させる電磁弁において、第1弁部材がリフトしてから第2弁部材がリフトするタイミングのばらつきを防止したいのであれば、どのような用途に本発明の電磁弁を用いてもよい。
本発明の一実施形態による電磁弁を示す断面図である。 本実施形態の電磁弁を燃料タンク密封システムに用いた一例を示すシステム構成図である。 本実施形態による電磁弁の第1弁部材および第2弁部材の周囲を示す拡大断面図である。 燃料タンク側とキャニスタ側との連通状態を示す説明図であり、(A)はコイルへの通電をオンしたシャフトのリフト初期の状態、(B)はシャフトがさらにリフトした状態、(C)は受圧部材もリフトした状態を示している。 (A)、(B)はシャフトのリフト状態を示す模式図であり、(C)はコイルへの通電開始後の開口面積の変化を示す特性図である。 コイルへの通電開始後のキャニスタ側の圧力変化を示す特性図である。 (A)、(B)は参考例1によるシャフトのリフト状態を示す模式図であり、(C)はコイルへの通電開始後の開口面積の変化を示す特性図である。 (A)、(B)は変形形態1によるシャフトのリフト状態を示す模式図であり、(E)はコイルへの通電開始後の開口面積の変化を示す特性図である。 (A)、(B)は参考例2によるシャフトのリフト状態を示す模式図であり、(C)はコイルへの通電開始後の開口面積の変化を示す特性図である。 (A)、(B)は参考例3によるシャフトのリフト状態を示す模式図であり、(E)はコイルへの通電開始後の開口面積の変化を示す特性図である。 (A)、(B)は参考例4によるシャフトのリフト状態を示す模式図であり、(C)はコイルへの通電開始後の開口面積の変化を示す特性図である。 (A)は従来の二段式の電磁弁を示す模式図であり、(B)はコイルへの通電開始後のコイルへの通電開始後の開口面積の変化を示す特性図である。 従来の二段の弁部材を有する電磁弁において、コイルへの通電開始後の通路の圧力変化を示す特性図である。
符号の説明
10 電磁弁、20 電磁駆動部、21 固定コア、30 可動コア、40 コイル、50 第1弁部材、51、200、220、240 シャフト(第1弁部材)、54、202、222、242 流量制御部、60 ベローズ(第1弁部材)、70、210、230、250 受圧部材(第2弁部材)、72、212、232、252 連通路、74 ゴム部材(第1弁座)、100 第1通路、102 第2通路、300 燃料タンク、

Claims (6)

  1. 電磁駆動部と、
    前記電磁駆動部により往復駆動される第1弁部材と、
    第1通路と前記第1通路の下流側に位置する第2通路とを連通可能な連通路を有し、前記連通路の上流側の周囲に形成され、前記第1弁部材が着座することにより前記連通路が閉塞される第1弁座を有する第2弁部材と、
    前記第2弁部材が着座可能な第2弁座と、
    を備え、
    前記第1弁部材が前記第1弁座に着座した状態で前記第2弁部材が前記第2弁座に着座すると、前記第1通路と前記第2通路との連通は遮断され、前記第1弁部材が前記第1弁座からリフトした状態で前記第2弁部材が前記第2弁座に着座すると、前記連通路を介して前記第1通路と前記第2通路とは連通し、前記第2弁部材が前記第2弁座に着座した状態で前記第1弁座から前記第1弁部材がリフトすると、前記第1通路と前記第2通路との差圧が減少することにより前記第2弁部材は前記第2弁座からリフトし、
    前記第1弁部材は、前記第1弁座に着座した状態で前記連通路に挿入される流量制御部を有しており、
    前記第1弁座から前記第1弁部材がリフトしてから、前記第1弁座に対する前記第1弁部材のリフト量が大きくなると、前記第1弁部材と前記第2弁部材との間から前記連通路を通って流体が流れる開口面積が増加するものにおいて、
    前記流量制御部は挿入方向に向けて階段状に先細りに形成されており、前記第1弁部材が前記第1弁座からリフトし前記流量制御部が前記連通路に挿入されている状態で、前記第1弁座に対する前記第1弁部材のリフト量が大きくなると、前記開口面積が増加することを特徴とする電磁弁。
  2. 前記第1弁座から前記第1弁部材がリフトすると、前記流量制御部は前記連通路から抜け出ることを特徴とする請求項1記載の電磁弁。
  3. 前記連通路は、前記流量制御部が前記連通路に挿入されている範囲において前記流量制御部の挿入方向に向けて先細りに形成されており、前記第1弁部材が前記第1弁座からリフトし前記流量制御部が前記連通路に挿入されている状態で、前記第1弁座に対する前記第1弁部材のリフト量が大きくなると、前記開口面積が増加することを特徴とする請求項1または2記載の電磁弁。
  4. 前記連通路は、挿入方向に向けて階段状に先細りに形成されていることを特徴とする請求項3記載の電磁弁。
  5. 前記連通路は、挿入方向に向けてテーパ状に先細りに形成されていることを特徴とする請求項3記載の電磁弁。
  6. 請求項1から5のいずれか一項記載の電磁弁と、
    前記第1通路と接続する燃料タンクと、
    前記第2通路と接続し、燃料蒸気を吸着する吸着材を収容したキャニスタと、を備えることを特徴とする蒸発燃料処理システム。
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