JP6173959B2 - 電磁弁、電磁弁を備えた高圧燃料供給ポンプ及び燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
ポンプハウジング1の周壁から加圧室12に向けて筒状の孔200Hが形成されており、この筒状の孔200Hには電磁駆動型吸入弁機構200の吸入弁部INVおよび電磁駆動機構部EMDの一部が挿入されている。電磁駆動型吸入弁機構200の外周面と筒状の孔200Hとの接合面200Rがレーザ溶接によって接合されことで、ポンプハウジング1の内部が大気から密閉されている。電磁駆動型吸入弁機構200が取付けられることによって密封された筒状の孔200Hは低圧燃料室10Aとして機能する。
まず、図3(A),図3(B)により燃料吸入状態を説明する。ピストンプランジャ2が図2の破線で示す上死点位置から矢印Q2に示す方向に下降する吸入工程では、コイル204は非通電状態である。プランジャロッド付勢ばね202の付勢力FP1は矢印に示すようにバルブ203に向かってプランジャロッド201を付勢する。一方バルブ付勢ばねS4の付勢力FP2はバルブ203を矢印に示す方向へ付勢する。プランジャロッド付勢ばね202の付勢力がバルブ付勢ばねS4の付勢力FP2の付勢力より大きく設定されているので両ばねの付勢力はこのときバルブ203を開弁方向に付勢する。また低圧燃料室10A内に位置するバルブ203の平面部203Fに代表されるバルブ203の外表面に作用する燃料の静圧P1と加圧室内の燃料の圧力P12との圧力差によってバルブ203は開弁方向の力を受ける。さらに燃料導入通路10Pを通って矢印R4に沿って加圧室12に流入する燃料流とバルブ203の円筒部203Hの周面との間に発生する流体摩擦力P2はバルブ203を開弁方向に付勢する。さらに、バルブシート214Sとバルブ203の環状面部203Rとの間に形成される環状燃料通路10Sを通る燃料流の動圧P3はバルブ203の環状面部203Rに作用してバルブ203を開弁方向に付勢する。重量数ミリグラムのバルブ203はこれらの付勢力によって、ピストンプランジャ2が下降し始めると素早く開弁し、ストッパSTに衝突するまでストロークする。
燃料スピル状態を図2、および図3(B)により説明する。ピストンプランジャ2が下死点位置から転じて矢印Q1方向に上昇し始めるが、コイル204は非通電状態であるので、一端加圧室12内に吸入された燃料の一部が燃料通路S6,環状燃料通路10Sおよび燃料導入通路10Pを通して低圧燃料室10Aにスピル(溢流)される。燃料通路S6における燃料の流れが矢印R4方向からR5方向へ切り替わる際、一瞬燃料の流れが止り、環状空隙SGPの圧力が上がるがこのときはプランジャ付勢ばね202がバルブ203をバルブストッパS0に押し付ける。むしろ、バルブシート214Sの環状燃料通路10Sに流れ込む燃料の動圧によってバルブ203をバルブストッパS0側に押し付ける流体力と環状空隙SGPの外周を流れる燃料流の吸出し効果でバルブ203とバルブストッパS0とを引き付けるように作用する流体力によってバルブ203はしっかりとバルブストッパS0に押し付けられる。
燃料吐出状態を図4を用いて説明する。前述の燃料スピル状態においてエンジン制御装置ECUからの指令に基づきコイル204に通電されると、閉磁路CMPが図3(A)に示すごとく生起される。閉磁路CMPが形成されると磁気空隙GPにおいて、固定コア206とアンカー207の対抗面間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力はプランジャロッド付勢ばね202の付勢力に打勝ってアンカー207とこれに固定されているプランジャロッド201を固定コア205に引き付ける。このとき、磁気空隙GP、プランジャロッド付勢ばね202の収納室206K内の燃料は燃料通路201Kおよびアンカー207の周囲を通して燃料通路214Kから低圧通路に排出される。これにより、アンカー207とプランジャロッド201はスムースに固定コア206側に変位する。アンカー207が固定コア206に接触すると、アンカー207とプランジャロッド201は運動を停止する。
図5(A)は燃料吐出状態,図5(B)は燃料吸入状態の固定コア206,アンカー207近傍の拡大図である。燃料吐出状態時は、アンカー207と固定コア206は接触しており、磁気空隙GPは0になっている。この状態からピストンプランジャ2が図2の破線で示す上死点位置から矢印Q2に示す方向に下降する吸入工程では、コイル204は非通電状態である。プランジャロッド付勢ばね202の付勢力FP1は矢印に示すようにバルブ203に向かってプランジャロッド201およびアンカー207を付勢する。
プランジャロッド114Aの弁体114Bが設けられている端部とは反対の端部にはプランジャロッド114Aの直径より大きい外径を有する段付き部129を有する頭部114Cが設けられている。段付き部129の上端面にはプランジャロッド114Aを閉弁方向に付勢するスプリング110の着座面が設けられており、中心にはチップシール131が形成されている。
可動子114はプランジャロッド114Aが貫通する貫通孔128を中央に備えたアンカー102を有する。アンカー102とロッドガイド113との間にアンカー102を開弁方向に付勢するゼロスプリング112が保持されている。
頭部114Cの段付き部129の直径より貫通孔128の直径の方が小さいので、プランジャロッド114Aをオリフィスカップ116の弁座に向かって押付けるスプリング110の付勢力もしくは重力の作用下においては、ゼロスプリング112によって保持されたアンカー102の上側面とプランジャロッド114Aの段付き部129の下端面が当接し、両者は係合している。これによりゼロスプリング112の付勢力もしくは重力に逆らう上方へのアンカー102の動きあるいは、ゼロスプリング112の付勢力もしくは重力に沿った下方へのプランジャロッド114Aの動きに対して両者は協働して動くことになる。しかし、ゼロスプリング112の付勢力もしくは重力に関係なくプランジャロッド114Aを上方へ動かす力、あるいはアンカー102を下方へ動かす力が独立して両者に作用したとき、両者は別々の方向に動くことができる。
ノズルホルダ101の大径筒状部23の内周部には固定コア107が圧入され、圧入接触位置で溶接接合されている。この溶接接合によりノズルホルダ101の大径筒状部23の内部と外気との間に形成される隙間が密閉される。固定コア107は中心にプランジャロッド114Aの段付き部129の直径よりわずかに大きい直径Dの貫通孔107Dが燃料導入通路として設けられている。
固定コア107の下端面(衝突端面)や、アンカー102の上端面及び衝突端面にはめっきを施して耐久性を向上させることがある。アンカーに比較的軟らかい軟磁性ステンレス鋼を用いた場合においても、硬質クロムめっきや無電解ニッケルめっきを用いることで、耐久信頼性を確保することができる。
貫通孔の下端部内周にはプランジャロッド114Aの段付き部129が非接触状態で挿通されており、固定コア107の貫通孔107Dとプランジャロッド114Aの段付き部129の外周との間には図8に示す隙間S1が与えられている。これは固定コア107からプランジャロッド114Aへの磁束漏洩防止と貫通孔107Dを通過してきた燃料をスムースに通過させるためである。
プランジャロッド114Aの頭部114Cに設けられた段付き部129の上端面に形成されたスプリング受け面には初期荷重設定用のスプリング110の下端が当接しており、スプリング110の他端が固定コア107の貫通孔107Dの内部に圧入される調整子54で受け止められることで、スプリング110が頭部114Cと調整子54の間に保持されている。調整子54の固定位置を調整することでスプリング110がプランジャロッド114Aを弁座39に押付ける初期荷重を調整することができる。
可動子114のストローク調整は、アンカー102をノズルホルダ101の大径筒状部23内にセットし、ノズルホルダ101の大径筒状部23外周に電磁コイル(104,105),ハウジング103を装着した後、プランジャロッド114Aをアンカー102に挿通した状態で、治具によりプランジャロッド114Aを閉弁位置に押下し、コイル105へ通電したときのプランジャロッド114のストロークを検出しながら、オリフィスカップ116の圧入位置を決定することで可動子114のストロークを任意の位置に調整できる。
初期荷重設定スプリング110の初期荷重が調整された状態で、固定コア107の下端面が可動子114のアンカー102の上端面に対して約40乃至100ミクロン程度の磁気吸引ギャップ136を隔てて対面するように構成されている。なお図中では寸法の比率を無視して拡大して表示している。
ノズルホルダ101の大径筒状部23の外周にはカップ状のハウジング103が固定されている。ハウジング103の底部には中央に貫通孔が設けられており、貫通孔にはノズルホルダ101の大径筒状部23が挿通されている。ハウジング103の外周壁の部分はノズルホルダ101の大径筒状部23の外周面に対面する外周ヨーク部を形成している。ハウジング103によって形成される筒状空間内には環状を成すように巻回された電磁コイル105が配置されている。コイル105は半径方向外側に向かって開口する断面がU字状の溝を持つ環状のコイルボビン104と、この溝の中に巻きつけられた銅線で形成される。コイル105の巻き始め,巻き終わり端部には剛性のある導体109が固定されており、固定コア107に設けた貫通孔より引き出されている。この導体109と固定コア107,ノズルホルダ101の大径筒部23の外周はハウジング103の上端開口部内周から絶縁樹脂を注入して、モールド成形され、樹脂成形体121で覆われる。かくして、電磁コイル(104,105)の周りにトロイダル状の磁気通路が形成される。
導体109の先端部に形成されたコネクタ43Aには高電圧電源、バッテリ電源より電力を供給するプラグが接続され、図示しないコントローラによって通電,非通電が制御される。
電磁コイル105への通電が断たれると、磁気回路140の磁束が消滅し、磁気吸引ギャップ136における磁気吸引力も消滅する。この状態では、プランジャロッド114Aの頭部114Cを反対方向に押す初期荷重設定用のスプリング110のばね力がゼロスプリング112の力に打ち勝って可動子114全体(アンカー102,プランジャロッド114A)に作用する。その結果、アンカー102はスプリング110のばね力によって、弁体114Bが弁座39に接触する閉位置に押し戻される。このとき、頭部114Cの段付き部129がアンカー102の上面に当接してアンカー102を、ゼロスプリング112の力に打ち勝ってロッドガイド113側へ移動させる。弁体114Bが弁座に衝突すると、アンカー102はプランジャロッド114Aと別体であるため、慣性力にロッドガイド113方向への移動を継続する。このときプランジャロッド114Aの外周とアンカー102の内周との間に流体による摩擦が発生し、弁座39から再度開弁方向に跳ね返るプランジャロッド114Aのエネルギが吸収される。慣性質量の大きなアンカー102がプランジャロッド114Aから切り離されているので、跳ね返りエネルギ自体も小さくなる。また、プランジャロッド114Aの跳ね返りエネルギを吸収したアンカー102は自らの慣性力がその分だけ減少し、ゼロスプリング112を圧縮した後に受ける反発力も小さくなるため、アンカー102自体の跳ね返り現象によってプランジャロッド114Aが開弁方向に再び動かされる現象は発生し難くなる。かくして、プランジャロッド114Aの跳ね返りは最小限に抑えられ、電磁コイル(104,105)への通電が断たれた後に弁が開いて、燃料が不作為に噴射される、いわゆる二次噴射現象が抑制される。
電磁コイル105への通電が断たれ、磁気回路140の磁束が消滅する時、固定コア107とアンカー102が離れることによって固定コア107とアンカー102間の空間が大きくなり、燃料噴射状態よりも圧力低下状態となる。この圧力低下によって固定コア107とアンカー102の衝突面近傍でキャビテーションが発生する。
1 ポンプハウジング
2 ピストンプランジャ
3 リフタ
4 ばね
5 プランジャシール
6 吐出弁
7 カム
10 吸入ジョイント
10A 低圧燃料室
10B ダンパ室
10P 燃料導入通路
10S 環状燃料通路
11 吐出ジョイント
12 加圧室
20 シリンダ
21 シリンダホルダ
30 ダンパホルダ
40 ダンパカバー
50 燃料タンク
51 低圧ポンプ
53 コモンレール
55 インジェクタ
56 圧力センサ
80 金属ダイアフラムダンパ(組体)
200 電磁駆動型吸入弁機構
201 プランジャロッド
203 バルブ
203H 円筒部
214 バルブハウジング
214S バルブシート
214P 開口部
250 燃料副室
600 エンジンコントロールユニット(ECU)
EMD 電磁駆動機構部
INV 吸入弁部
S0 バルブストッパ
SG 円筒面部(バルブガイド)
〔実施例2使用図〕
22 ノズルホルダ小径筒状部
23 ノズルホルダ大径筒状部
23a 磁気絞り
39 弁座
43A コネクタ
54 調整子
101 ノズルホルダ
102 アンカー
103 ハウジング
104 コイルボビン
105 コイル
107 固定コア
107D 固定コア貫通孔(燃料通路)
109 導体
110 スプリング
112 ゼロスプリング
113 ロッドガイド
114 可動子
114A プランジャロッド
114B 弁体
114C プランジャロッド頭部
115 ガイド部材
116 オリフィスカップ
118、126、S1 燃料通路
121 樹脂成形体
127 ガイド孔
129 段付き部
130 サイドギャップ(燃料通路)
131 チップシール
140 磁気回路
150 ロッドガイド凸部
151 アンカースカート部
D 固定コア燃料通路直径
Claims (5)
- 液体の開閉時期を制御する電磁駆動機構を有する電磁弁の、電磁駆動機構部のボディを兼ねたヨークもしくはハウジングの磁気空隙の周囲に対面する部分に、ヨークもしくはハウジングを通って漏洩する磁束を少なくし、磁気空隙を通る磁束を増加させるための薄肉加工部を有する電磁弁において、
前記薄肉加工部をヨークもしくはハウジングの内径側に設け、
ヨークもしくはハウジング内径部に耐キャビテーションエロージョン損傷性に優れた高硬度皮膜を有することを特徴とする電磁弁。 - 液体の開閉時期を制御する電磁駆動機構を有する電磁弁の、電磁駆動機構部のボディを兼ねたヨークもしくはハウジングの磁気空隙の周囲に対面する部分に、ヨークもしくはハウジングを通って漏洩する磁束を少なくし、磁気空隙を通る磁束を増加させるための薄肉加工部を有する電磁弁において、
前記薄肉加工部をヨークもしくはハウジングの内径側に設け、
ヨークもしくはハウジング内径部に耐キャビテーションエロージョン損傷性に優れた表面硬化拡散処理を施すことを特徴とする電磁弁。 - 液体の開閉時期を制御する電磁駆動機構を有する電磁弁の、電磁駆動機構部のボディを兼ねたヨークもしくはハウジングの磁気空隙の周囲に対面する部分に、ヨークもしくはハウジングを通って漏洩する磁束を少なくし、磁気空隙を通る磁束を増加させるための薄肉加工部を有する電磁弁において、
前記薄肉加工部をヨークもしくはハウジングの内径側に設け、
ヨークもしくはハウジング内径部に耐キャビテーションエロージョン損傷性を上げるために圧縮残留応力を付加した表面硬化層を有することを特徴とする電磁弁。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載された電磁弁を備えた高圧燃料供給ポンプ。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載された電磁弁を備えた燃料噴射弁。
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