JPH0742644A - 電磁弁 - Google Patents

電磁弁

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JPH0742644A
JPH0742644A JP5179704A JP17970493A JPH0742644A JP H0742644 A JPH0742644 A JP H0742644A JP 5179704 A JP5179704 A JP 5179704A JP 17970493 A JP17970493 A JP 17970493A JP H0742644 A JPH0742644 A JP H0742644A
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JP
Japan
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valve
needle valve
electromagnet
pressure
fuel
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JP5179704A
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English (en)
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Shigeiku Enomoto
榎本  滋郁
Toshihiko Ito
猪頭  敏彦
Yasuyuki Sakakibara
康行 榊原
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Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/20Varying fuel delivery in quantity or timing
    • F02M59/36Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366Valves being actuated electrically
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M41/00Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor
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    • F02M41/10Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined pump pistons acting as the distributor
    • F02M41/12Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined pump pistons acting as the distributor the pistons rotating to act as the distributor
    • F02M41/123Fuel-injection apparatus with two or more injectors fed from a common pressure-source sequentially by means of a distributor the distributor and pumping elements being combined pump pistons acting as the distributor the pistons rotating to act as the distributor characterised by means for varying fuel delivery or injection timing
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクトな構造で高圧燃料のシャープカッ
トを行う。 【構成】 スピル流路32,33,36を開閉する弁体
27と、電磁石25に吸引されて弁体27を閉鎖作動せ
しめるアーマチャ26と、燃料圧が所定値以下の時にア
ーマチャ26を電磁石25に対して所定の近接範囲内に
付勢位置せしめるコイルバネ30およびストッパ体29
と、電磁石25の非励磁時に弁体27を開放付勢するコ
イルバネ28とを具備する。アーマチャ26が電磁石2
5に対して近接範囲内に位置せしめられるから、小型電
磁石25の吸引力により弁体27は確実に閉鎖作動す
る。弁体27開放時には、燃料圧によりアーマチャ26
がコイルバネ30のバネ力に抗して電磁石25の近接範
囲外へ移動せしめられて弁体27が充分開き、高圧流体
が速やかにリリーフされて燃料のシャープカットが実現
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射装置の電磁スピ
ル弁等として好適に使用される電磁弁に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、機械的なスピルリングに代えて、
高圧燃料を制御コンピュータに指示された所定のタイミ
ングで溢流せしめる電磁スピル弁が知られている。電磁
弁通電時にスピル通路を遮断する電磁スピル弁の一例を
図13に示す。図13において、バルブボデー31の下
部には、流路33,36が形成されている。この流路3
3,36はそれぞれバルブボデー31の側面と下端面に
開口しており、バネ室32を介して連結されている。流
路33,36およびバネ室32はスピル流路(リリーフ
流路)の一部を構成する。ニードル弁27はバルブボデ
ー31の上部において摺動自在に支持されており、この
ニードル弁27は、その先端がバネ室32の上端部に形
成されたシート面40に対向するよう位置している。
【0003】バネ室32内には、ニードル弁27を上方
の開放方向へ付勢するコイルバネ28が配設されてい
る。バルブボデー31の上部の外周には電磁石25が装
着されている。この電磁石25は磁心25aと電磁コイ
ル25bとを有する。ニードル弁27の上端には板状ア
ーマチャ26が固定され、電磁石25の磁心25aの上
端面とエアギャップGを有して位置している。このエア
ギャップGはニードル弁27のリフト量によって変化す
る。このエアギャップGはニードル弁27の閉鎖時のエ
アギャップGが例えば0.1mmとなるよう設定されてい
る。
【0004】電磁石25のコイル25bに通電するとア
ーマチャ26が下方へ吸引され、ニードル弁27がコイ
ルバネ28のバネ力に抗して下降し、その先端とシート
面40とが密接すると、流路33と36とが遮断され
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】例えば、車両に関して
は、排気ガス浄化の観点等より、燃料噴射装置の高圧化
と高速油率化が要請されており、この場合にスピル弁に
よる燃料噴射のシャープカットを実現しようとすると、
ニードル弁を充分な開口面積で開くためにそのリフト量
は0.3mm以上を確保する必要がある。
【0006】しかし、上記従来の構造では、ニードル弁
のリフト量を増すと、これに伴ってエアギャップGが増
大する。電磁石の吸引力はエアギャップの2乗にほぼ反
比例することから、電磁石の大型化を避けるためには、
上記リフト量は0.2mm程度に抑える必要があり、シャ
ープカットの実現との相反する要請に対して解決策が求
められていた。
【0007】そこで、本発明は小型の電磁石で高圧燃料
のシャープカットを実現させることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、流体加圧手段により加圧された流体の一部ないし全
部を低圧側へリリーフせしめるリリーフ流路と、該リリ
ーフ流路を開閉する弁体と、電磁石と、この電磁石に生
じる電磁力により上記電磁石側へ吸引されて上記弁体電
磁石を閉弁せしめるアーマチャと、上記弁体を開弁方向
へ付勢し、上記電磁石の非励磁時に上記弁体を開弁する
第1の付勢手段と、上記弁体を開弁方向へ付勢する上記
リリーフ流路内の流体圧が所定値以下の時に、上記アー
マチャを電磁石に対して所定の近接範囲内に付勢位置せ
しめる第2の付勢手段とを具備している。
【0009】
【作用】上記構成において、開弁時にリリーフ流路内の
流体圧が所定値以下に低下した状態では、第2の付勢手
段によりアーマチャが電磁石に対して所定の近接範囲内
に位置せしめられているから、アーマチャは小型の電磁
石の吸引力により速やかに吸引されて、弁体を閉鎖作動
せしめる。
【0010】電磁石の励磁を解消すると、第1の付勢手
段により弁体は開放作動せしめられる。リリーフ流路内
の流体圧が高圧になっていると、弁体にさらに開放方向
への作用力が働き、アーマチャは第2の付勢手段のバネ
力に抗して電磁石の近接範囲外へ移動せしめられて弁体
が充分開く。かくして、高圧流体が速やかにリリーフさ
れ、スピル弁に使用した場合には燃料のシャープカット
が実現される。
【0011】
【実施例】
(実施例1)本発明の電磁弁を燃料噴射ポンプのスピル
弁に適用した例を図1に示す。ポンプのケーシング17
内に回転可能に配設されたドライブシャフト2には公知
のカップリングを介してカムプレート4が結合してあ
る。カムプレート4の板面外周部に形成されたカム面は
ローラリング9に支持されたローラ7に当接し、ドライ
ブシャフト2の回転に伴って周期的に前後進させる(図
の左右方向)。
【0012】シリンダ16内に摺動自在に挿入されたプ
ランジャ6はカムプレート4と共に前進ないし後退し、
前進時にその先端に形成された圧力室15内の燃料を圧
縮加圧して、分配ポート11,分配流路21を経て噴射
弁20に供給する。後退時には、吸入流路19,吸入グ
ルーブ12を経て低圧室18内の燃料を圧力室15内へ
導入する。
【0013】上記圧力室15からは上方へ圧力室流路3
6が延び、ケーシング17頂面に装着された電磁弁のバ
ルブボデー31内に至っている。圧力室流路36はバル
ブボデー31内のバネ室32を経て低圧流路33となっ
て低圧室18へ開口している。バネ室32の上端にはシ
ート面40が形成されており、このシート面40と密接
するニードル弁27が上方より突出している。電磁弁内
部の詳細構造は後述するが、バルブボデー31を内装し
た筒状のバルブハウジング39がケーシング17の頂部
にネジ固定され、バルブハウジング39は上端開口にキ
ャップハウジング38をネジ固定して閉鎖されている。
【0014】ポンプ外の電子式制御装置22は、ドライ
ブシャフト2に設けたシグナルロータ3の歯形通過を検
出するピックアップ10より、気筒判別信号とエンジン
回転数信号を入力するとともに、アクセル開度やエンジ
ン冷却水温等の信号を入力している。上記制御装置22
は上記各信号に基づいて最適の燃料噴射時期および噴射
量を決定し、駆動回路23を介して電磁弁内の電磁石2
5のコイル25bの通電を制御する。
【0015】電磁弁内部の詳細構造を図2に示す。バル
ブボデー31の中心に図面の上下方向に摺動自在にニー
ドル弁27が配設され、次第に縮径するその先端が、傾
斜する周状のシート面40に間隔をおいて対向してい
る。バネ室32内に配設したコイルバネ28がニードル
弁27の先端に当接してこれを図面の上方へ付勢してい
る。
【0016】ニードル弁27の上端には板状のアーマチ
ャ26が固定されており、一方、ニードル弁27が貫通
するバルブボデー31の筒壁外周に嵌着された非磁性体
製のステータハウジング37に磁心25aとコイル25
bが保持されており、電磁石25の磁心25aの上端面
がアーマチャ26の下面と近接して対向している。アー
マチャ26を設けた空間は、図示しない圧力導入通路に
より低圧室18と同圧になっている。 アーマチャ26
を貫通したニードル弁27の上端は、キャップハウジン
グ38の頂壁下面より下方へ突出した棒状ストッパ体2
9の下端に当接しており、ストッパ体29の上端は断面
T字形に拡径して、キャップハウジング38頂壁内に形
成された空間内に位置している。空間内には、この空間
を閉鎖するキャップ47とストッパ体29上端面との間
にコイルバネ30が配設されており、ストッパ体29を
図面の下方へ突出付勢している。
【0017】なお、電磁石25が非励磁で、かつ流路3
2,33,36内の流体圧も低圧室18と同圧(5気
圧)である図示の状態で、磁心25a上端面とアーマチ
ャ26下面との間隔L1 は0.3mmである。アーマチャ
26上面とキャップハウジング38内壁の凸面48との
間隔L2 は0.2mmである。また、コイルバネ28のセ
ット荷重は5kg、コイルバネ30のそれは11kgとして
ある。
【0018】ニードル弁27の先端部分の詳細を図3に
示す。流路側のシート面40は上端径d1が8.2mm、
傾斜角θ1が119゜としてあり、ニードル弁27は弁
径d2が8.0mm、弁先端のシート面41の傾斜角θ2
が120°としてある。したがって、ニードル弁27が
下降すると弁シート面41の上縁42が流路シート面4
0に密接して流路33,36間が遮断される。なお、流
路36内の流体圧はニードル弁27が閉鎖している時は
ニードル弁27に対して径方向に作用するから、弁作動
に影響することはない。
【0019】かかる構造の電磁弁の作動を図4を参照し
つつ以下に説明する。プランジャ6のリフト(図1の右
方向への移動)が開始されて所定時間後に電磁石25の
コイル25bへの通電が開始される(図4のa点)。電
磁石25の磁心25aとアーマチャ26の間隔L1 は充
分な電磁力が作用する0.3mmとなっているから、アー
マチャ26は確実に電磁石25に吸引されて下降し、ニ
ードル弁27の先端シート面41が流路側のシート面4
0に密接するリフト量0mmにおいて流路33,36は遮
断される。この時L1 は0.1mmとなる(図5)。これ
以後、プランジャ6のリフトに伴って圧力室15内の燃
料は圧縮加圧され、分配流路21を経て噴射弁20より
噴射が開始される。
【0020】所定の噴射量に達すると、電磁石25のコ
イル25bへの通電が停止し(図4のb点)、コイルバ
ネ28の付勢力によりニードル弁27が上昇し流路3
3,36が連通される。これにより、高圧の燃料がバネ
室32に流入してニードル弁27を上方へ付勢するた
め、アーマチャ26はストッパ体29に当接した後もコ
イルバネ30のバネ力に抗してストッパ体29を後退せ
しめ、ニードル弁27がキャップハウジング38内壁の
凸面48に当接するまで上昇する(図6)。この時のニ
ードル弁27のリフト量は0.4mmであり、流路33,
36は充分に開かれて燃料がスピルされる結果、圧力室
15の燃料圧は急速に低下して噴射弁20からの噴射が
速やかに停止する。
【0021】流路33,36内の燃料圧が低下すると、
コイルバネ30のバネ力によってストッパ体29は下方
へ突出し、アーマチャ26が押し下げられて再び噴射開
始前の図2の状態に戻る。このように、燃料噴射開始前
の流路の燃料圧が低い状態では、ストッパ体29によっ
てアーマチャ26は電磁石25に充分近い位置に押し下
げられているから、比較的小型の電磁石25によっても
その通電時に確実に吸引され、ニードル弁27は閉鎖作
動する。
【0022】また、電磁石25への通電を解消した場合
には、燃料圧によりストッパ体29が後退してニードル
弁27は充分上昇せしめられ、充分な弁開度が確保され
て燃料噴射のシャープカットが実現される。なお、付勢
手段として、各コイルバネ28,30に代えて弾性ゴム
体等を使用することもできる。
【0023】(実施例2)図7において、ニードル弁5
1は縮尺のものとしてあり、電磁石25の中心貫通孔内
には小径のプッシュロッド53を挿通せしめてこれの上
端にアーマチャ26を嵌着し、下端を上記ニードル弁5
1の上端面に当接せしめてある。アーマチャ26が吸引
されるとプッシュロッド53が下降し、ニードル弁51
を押して図示の閉鎖状態とする。
【0024】かかる構造によれば、上記実施例1に比し
て弁体の実質的質量が小さくなるため、開閉応答性が向
上する。 (実施例3)本実施例は図8に示す如く、バネ室32の
コイルバネを省略したものである。そのために、ニード
ル弁27の先端部の構造を図9に示すようなものとし、
コイルバネに替わって第1の付勢手段としている。すな
わち、ニードル弁27の先端シール面は二段階に角度を
変えて、径d3で傾斜角θ3の受圧面27aが形成して
あり、θ3<θ1としてある。弁閉鎖時に受圧面27a
に高圧の流体圧Pが作用すると、ニードル弁27にはπ
/4・(d22 −d32 )・Pの上向きの荷重が生じ
て、これが電磁石25への通電を停止した際のニードル
弁27の開放力となる。
【0025】かかる構造によれば、高圧燃料の作用力に
よりニードル弁27を開放するから、図8に示す如く、
コイルバネ50で直接ニードル弁27を下方へ付勢し
て、燃料噴射前にはアーマチャ26を電磁コイル25の
磁心25aの近接範囲内に位置せしめておくことができ
る。これにより、部品点数が削減され、構造が簡易化さ
れる。
【0026】なお、本実施例の受圧面27aを実施例1
に適用すれば、コイルバネ28のセット荷重を小さくす
ることができる。 (実施例4)図10において、圧力室流路36と低圧流
路61を開閉するニードル弁54は、これら流路36,
61の境界に形成したシート面60を貫通して下方へ延
び、ニードル弁54の上昇により、大径としたその先端
外周のシート面59がシート面60に密接して流路3
6,61間を遮断する。
【0027】ニードル弁54の上端に設けたアーマチャ
55の上方に電磁石58が設けてあり、電磁石58を保
持するカバー体66の中心空間内に設けたコイルバネ5
7のバネ力に抗して上記アーマチャ55を電磁石58側
に吸引することにより流路36,61の遮断を行う。ニ
ードル弁54下方のバルブボデー56内にはコイルバネ
63により背後を付勢されたストッパ体62が設けてあ
り、その先端が流路61内にあるニードル弁54の先端
面に当接している。
【0028】流路36,61内の燃料圧が低い状態では
ストッパ体62が上方へ突出してニードル弁54を所定
量押し上げ、アーマチャ55を電磁石58に近接して位
置せしめる。これにより、アーマチャ55には充分な電
磁力が作用してニードル弁54を確実に閉鎖作動せしめ
る。流路36の燃料圧が上昇し、電磁石58への通電を
停止すると、ニードル弁54はコイルバネ57により下
動せしめられて流路36,61が開くとともに、ニード
ル弁54は燃料圧を受けてさらに押し下げられ、ストッ
パ体62を後退せしめて図示の如く、ニードル弁54が
流路61内壁の凸面65に当たるまで充分に開放する。
これにより、燃料噴射のシャープカットが実現される。
【0029】(実施例5)図11において、流路36と
流路71を開閉するニードル弁27の図面の上方には、
ニードル弁27を閉弁方向に付勢するコイルバネ50
(セット荷重は6kg)が配置されている。ニードル弁2
7の図面の下方のディスタンスピース70内には、コイ
ルバネ72(セット荷重は11kg)により背後を付勢さ
れたストッパ体73が設けてあり、その先端がニードル
弁27の先端面に当接している。コイルバネ72はスト
ッパ体73を介して、ニードル弁27を開弁方向に付勢
しており、ニードル弁27のリフト量0.2mm以上で
は、ストッパ体73とニードル弁27は離れて、コイル
バネ72の付勢はニードル弁27に作用しない。
【0030】電磁石25が非励磁で、かつ流路36,7
1内の流体圧も低圧室18と同圧(5気圧)である図示
の状態で、電磁石25の磁心25aとアーマチャ26下
面との間隔L3 は0.3mmである。アーマチャ26上面
とキャップハウジング38内壁の凸面48との間隔L4
は0.2mmである。電磁石25のコイル25bに通電を
行うと、アーマチャ26は電磁石25に吸引されて下降
し、ニードル弁27の先端シート面41が流路側のシー
ト面40に密接するリフト量0mmにおいて、流路36,
71は遮断される。この時のL3 は0.1mmである。
【0031】電磁石25のコイル25bへの通電を停止
すると、コイルバネ72の付勢力によりニードル弁27
が上昇せしめられて流路36,71が連通する。これに
より高圧の燃料が流路74に流入してニードル弁27は
コイルバネ50の付勢力に抗して、キャップハウジング
38内壁の凸面48に当接するまで上昇する。この時の
ニードル弁27のリフト量は0.4mmとなる。
【0032】かかる構造によれば、実施例1に比して次
に述べる利点がある。実施例1においては、コイルバネ
28のセット荷重は、電磁石25に通電する電流値があ
る値I1 (A)になった時にニードル弁27が閉弁する
ように図示しないシム等で設定すればよいが、コイルバ
ネ30のセット荷重は、そのような方法では設定できな
い。
【0033】しかるに、実施例5においては、まずコイ
ルバネ50がない状態で、電磁石25に通電する電流値
がある値I2 (A)になった時にニードル弁27が閉弁
するように、コイルバネ72のセット荷重をセットし、
次に、コイルバネ50を付加しある電流値I3 (A)に
なった時に、ニードル弁27が閉弁するように、コイル
バネ50のセット荷重をセットできる。
【0034】(実施例6)図12を用いて実施例6を説
明する。この実施例6は、実施例1におけるキャップハ
ウジング38内壁の凸面48の代わりに、キャップ47
に凸面75を設けたものである。電磁石25が非励磁
で、かつ流路32,33,36内の流体圧も低圧室18
と同圧(5気圧)である図示の状態では、磁心25a上
端面とアーマチャ26下面との間隔L5は0.3mmであ
る。同状態で、ストッパ体29とキャップ47の凸面7
5との間隔L6は0.2mmである。コイルバネ28のセッ
ト荷重は5kg,コイルバネ30のそれは11kgとしてあ
る。
【0035】電磁石25のコイル25bに通電を行う
と、アーマチャ26は電磁石25に吸引されて下降し、
ニードル弁27の先端シート面41が流路側のシート面
40に密接するリフト量0mmにおいて、流路33,36
は遮断される。この時のL5は0.1mmである。電磁石2
5のコイル25bへの通電を停止すると、コイルバネ2
8の付勢力によりニードル弁27が上昇せしめられて流
路33,36が連通する。これにより高圧の燃料がバネ
室32に流入してニードル弁27はストッパ体29に当
接した後も、コイルバネ30のバネ力に抗してストッパ
体29を後退せしめ、ストッパ体29がキャップ47の
凸面75に当接するまで上昇する。
【0036】かかる構造によれば、実施例1に比して次
に述べる利点がある。実施例1においては、開弁時にニ
ードル弁27がキャップハウジング38内壁凸面48に
当接した後、ストッパ体29が慣性力によりニードル弁
27から離れて図中上方向に動き、今度は反対にスプリ
ング30の力によってストッパ体29は下方向に動きニ
ードル弁27を下方に押さえつけるため、バネ室32の
油圧力が十分でない時は、ニードル弁27のリフト量が
一瞬少なくなる恐れがあるが、本実施例6では、キャッ
プ47に設けた凸面75によってニードル弁27の最大
リフト量を決めるので開弁時にニードル弁27とストッ
パ体29とが離れることがなく、良好なリフト量を確保
することができる。
【0037】なお、本発明の電磁弁は、上記実施例に示
すフェイスカム圧送方式の燃料噴射ポンプに限られず、
インナーカム方式や、あるいは列型噴射ポンプ等にも使
用可能であり、さらには、噴射ポンプ以外にも広く使用
することができる。
【0038】
【発明の効果】以上の如く、本発明の電磁弁は、コンパ
クトな体格により高圧燃料のシャープカットを実現した
ものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電磁弁をスピル弁として使用した燃料
噴射ポンプのポンプ部断面図である。
【図2】本発明の実施例1における電磁弁の全体断面図
である。
【図3】ニードル弁の先端部拡大断面図である。
【図4】弁作動を示すタイムチャートである。
【図5】弁作動時の全体断面図である。
【図6】弁作動時の全体断面図である。
【図7】本発明の実施例2における電磁弁の全体断面図
である。
【図8】本発明の実施例3における電磁弁の全体断面図
である。
【図9】ニードル弁の先端拡大断面図である。
【図10】本発明の実施例4における電磁弁の全体断面
図である。
【図11】本発明の実施例5における電磁弁の全体断面
図である。
【図12】本発明の実施例6における電磁弁の全体断面
図である。
【図13】従来例を示す電磁弁の全体断面図である。
【符号の説明】
6 プランジャ(流体加圧手段) 25 電磁石 26 アーマチャ 27 ニードル弁(弁体) 27a 受圧面 28 コイルバネ(第1の付勢手段) 30 コイルバネ(第2の付勢手段) 32 バネ室(リリーフ流路) 33 低圧流路(リリーフ流路) 36 圧力室流路(リリーフ流路)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高圧側と低圧側とを連通するリリーフ流
    路と、 このリリーフ流路中に設けられ、開弁および閉弁により
    前記高圧側と低圧側とを連通および遮断する弁体と、前
    記弁体を開弁方向へ付勢する第1の付勢手段と、電磁石
    の電磁コイルを通電することによって生じる電磁力によ
    り前記電磁石側に吸引され、前記第1の付勢手段による
    開弁方向の付勢力に抗して前記弁体を閉弁させるアーマ
    チャと、前記電磁コイル遮断時に前記アーマチャを前記
    電磁石側に付勢し、前記第1の付勢手段による開弁方向
    の付勢力に抗して前記アーマチャを前記電磁石に対して
    所定の近接範囲内に配置せしめる第2の付勢手段とを備
    える電磁弁。
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