JP2012163154A - 電磁弁および燃料供給ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】燃料供給ポンプの電磁弁において、弁体の応答性を下げることなく、可動子が固定子に当接するときの当接音を下げる。
【解決手段】電磁弁は、可動子を固定子による吸引方向とは反対の方向に付勢する第１バネ１７を備え、第１バネ１７は非線形特性を有し、第１バネ１７の非線形特性はバネ定数に関して大小２つの数値Ａ、Ｂを有し、バネ定数は、圧縮量が所定の閾値Ｃを超えたときに小さい数値Ａから大きい数値Ｂに切り替わる。そして、閾値Ｃは、弁体が座面に着座して移動を停止したときの圧縮量として設定されている。これにより、可動子は、弁体が座面に着座するまで、第１バネ１７によって加速がさほど緩和されず、弁体が座面に着座した後に、第１バネ１７によって加速が大きく緩和される。このため、弁体の応答性を下げることなく、可動子が固定子に当接するときの当接音を下げることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁弁、および電磁弁を用いた燃料供給ポンプに関する。

従来から、内燃機関（図示せず）に燃料を供給する燃料供給ポンプ１００では、図３に示すように、軸方向に往復動するプランジャ１０１と、プランジャ１０１を軸方向に摺動自在に支持して収容するシリンダ孔１０２を有するシリンダボディ１０３と、プランジャ１０１を駆動するカム１０４とを備え、シリンダ孔１０２の軸方向一端をプランジャ１０１により液密的に区画することで燃料の加圧室１０５を形成するものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

また、燃料供給ポンプ１００は、加圧室１０５への燃料の吸入路１０７に対して加圧室１０５を開閉する電磁弁１０８を備える。
さらに、加圧室１０５からの燃料の流出口には、加圧室１０５からの燃料の吐出路１０９に対して加圧室１０５を開閉する逆止弁１１０が配置され、逆止弁１１０は、加圧室１０５の燃料圧が所定の開弁圧を超えると開弁する。

このような構成により、燃料供給ポンプ１００は、プランジャ１０１をシリンダ孔１０２で軸方向に摺動自在に支持するとともに往復動させて加圧室１０５の容積を可変する。そして、燃料供給ポンプ１００は、加圧室１０５の容積を縮小して加圧室１０５の燃料を圧縮しているときに、電磁弁１０８により加圧室１０５を吸入路１０７に対して閉鎖することで、加圧室１０５の燃料を圧縮して加圧室１０５の燃料圧を増圧するとともに逆止弁１１０を開弁させ、圧縮した燃料を加圧室１０５から吐出する。

ところで、燃料供給ポンプ１００によれば、電磁弁１０８は、例えば、ソレノイドコイル１１２への通電により励磁されて吸引力を及ぼしあう可動子１１３および固定子１１４、可動子１１３を固定子１１４による吸引方向とは反対の方向に付勢するバネ１１５、可動子１１３の移動に応じて加圧室１０５を吸入路１０７に対して開閉する弁体１１６を備える。

これにより、電磁弁１０８は、ソレノイドコイル１１２への通電開始によって、固定子１１４の方に可動子１１３を吸引して移動させ、加圧室１０５を吸入路１０７に対して閉鎖する方向に弁体１１６を駆動するとともにバネ１１５を圧縮し、さらに可動子１１３を固定子１１４に当接するまで移動させる。
このため、可動子１１３は、移動開始後、吸引力により一貫して加速され続けて固定子１１４に当接するので、可動子１１３が固定子１１４に当接するときの当接音は必然的に大きくなってしまう。

そこで、当接音を下げるため、バネ１１５のバネ定数を大きくして吸引力による加速を緩和する方法が考えられるが、可動子１１３の加速を緩和することによって弁体１１６の移動速度が低下してしまい、弁体１１６の閉弁応答性が低下してしまう。

米国特許第６８８６５３６号明細書

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、電磁弁において、弁体の応答性を下げることなく、可動子が固定子に当接するときの当接音を下げることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、電磁弁は、ソレノイドコイルへの通電により励磁されて吸引力を及ぼしあう可動子および固定子、可動子を固定子による吸引方向とは反対の方向に付勢するバネ、ならびに、可動子の移動に応じて開弁動作または閉弁動作をする弁体とを備え、ソレノイドコイルへの通電により固定子の方に可動子を吸引することで、弁体を駆動するとともにバネを弾性変形させ、さらに可動子を固定子に当接するまで移動させる。そして、バネは、ソレノイドコイルへの通電時の変形量が大きいほどバネ定数が大きくなる非線形特性を有する。

これにより、吸引力による可動子の加速度は、可動子の移動開始後、バネの変形量が大きくなるほど小さくなる。したがって、可動子が移動を開始してから固定子に当接するまでの間に弁体が所定の応答位置に達する場合を考え、可動子が移動を開始してから弁体が所定の応答位置に達するまでの第１期間と、弁体が所定の応答位置に達してから可動子が固定子に当接するまでの第２期間とで可動子の加速を比較すると、第２期間の方が第１期間よりも可動子の加速が緩和される。このため、電磁弁において、弁体の応答性を下げることなく、可動子が固定子に当接するときの当接音を下げることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、可動子は、弁体が所定の応答位置に到達して移動を停止した後も移動し続けて固定子に当接する。また、バネの非線形特性はバネ定数に関して大小２つの数値を有し、バネ定数は、変形量が所定の閾値を超えたときに小さい数値から大きい数値に切り替わる。そして、所定の閾値は、弁体が所定の応答位置に到達して移動を停止したときの変形量と、可動子が固定子に当接したときの変形量との間に設定されている。

これにより、可動子は、弁体が所定の応答位置に到達するまで、吸引力による加速がバネの付勢力によってさほど緩和されず、弁体が所定の応答位置に到達した後に、吸引力による加速がバネの付勢力によって大きく緩和される。このため、より確実に、弁体の応答性を下げることなく、可動子が固定子に当接するときの当接音を下げることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、バネは大小２つのピッチを有するコイルスプリングであり、コイルスプリングは、両端のピッチが小さく、かつ両端の間の中央のピッチが大きい。
これにより、弁体の応答性を下げることなく当接音を緩和することができるバネを、容易に製造することができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、燃料供給ポンプは、請求項１〜請求項３の内のいずれか１つに記載の電磁弁を備え、内燃機関に燃料を供給する。
また、燃料供給ポンプは、軸方向に往復動するプランジャと、プランジャを軸方向に摺動自在に支持して収容するシリンダ孔を有するシリンダボディと、プランジャを駆動するカムとを備え、シリンダ孔の軸方向一端をプランジャにより液密的に区画することで燃料の加圧室を形成する。

また、電磁弁は、加圧室への燃料の吸入路に対して加圧室を開閉するように組み込まれ、加圧室からの燃料の吐出路には、吐出路に対して加圧室を開閉する逆止弁が配置され、逆止弁は、加圧室の燃料圧が所定の開弁圧を超えると開弁するように設けられている。

そして、燃料供給ポンプは、プランジャをシリンダ孔で軸方向に摺動自在に支持するとともに往復動させて加圧室の容積を可変し、加圧室の容積を縮小して加圧室の燃料を圧縮しているときに、電磁弁により加圧室を吸入路に対して閉鎖することで、加圧室の燃料圧を増圧するとともに逆止弁を開弁させ、圧縮した燃料を加圧室から吐出する。
この手段は、弁体の応答性を下げることなく当接音を緩和することができる電磁弁を、燃料供給ポンプに適用する一態様を示すものである。

燃料供給ポンプの全体構成図である（実施例）。 （ａ）は第１バネの説明図であり、（ｂ）は第１バネの非線形特性を示す特性図である（実施例）。 燃料供給ポンプの全体構成図である（従来例）。

実施形態の電磁弁は、ソレノイドコイルへの通電により励磁されて吸引力を及ぼしあう可動子および固定子、可動子を固定子による吸引方向とは反対の方向に付勢するバネ、ならびに、可動子の移動に応じて開弁動作または閉弁動作をする弁体とを備え、ソレノイドコイルへの通電により固定子の方に可動子を吸引することで、弁体を駆動するとともにバネを弾性変形させ、さらに可動子を固定子に当接するまで移動させる。そして、バネは、ソレノイドコイルへの通電時の変形量が大きいほどバネ定数が大きくなる非線形特性を有する。

また、可動子は、弁体が所定の応答位置に到達して移動を停止した後も移動し続けて固定子に当接する。また、バネの非線形特性はバネ定数に関して大小２つの数値を有し、バネ定数は、変形量が所定の閾値を超えたときに小さい数値から大きい数値に切り替わる。そして、所定の閾値は、弁体が所定の応答位置に到達して移動を停止したときの変形量と、可動子が固定子に当接したときの変形量との間に設定されている。
さらに、バネは大小２つのピッチを有するコイルスプリングであり、コイルスプリングは、両端のピッチが小さく、かつ両端の間の中央のピッチが大きい。

また、実施形態の燃料供給ポンプは電磁弁を備え、内燃機関に燃料を供給する。
また、燃料供給ポンプは、軸方向に往復動するプランジャと、プランジャを軸方向に摺動自在に支持して収容するシリンダ孔を有するシリンダボディと、プランジャを駆動するカムとを備え、シリンダ孔の軸方向一端をプランジャにより液密的に区画することで燃料の加圧室を形成する。

また、電磁弁は、加圧室への燃料の吸入路に対して加圧室を開閉するように組み込まれ、加圧室からの燃料の吐出路には、吐出路に対して加圧室を開閉する逆止弁が配置され、逆止弁は、加圧室の燃料圧が所定の開弁圧を超えると開弁するように設けられている。
そして、燃料供給ポンプは、プランジャをシリンダ孔で軸方向に摺動自在に支持するとともに往復動させて加圧室の容積を可変し、加圧室の容積を縮小して加圧室の燃料を圧縮しているときに、電磁弁により加圧室を吸入路に対して閉鎖することで、加圧室の燃料圧を増圧するとともに逆止弁を開弁させ、圧縮した燃料を加圧室から吐出する。

〔実施例の構成〕
実施例の燃料供給ポンプ１の構成を、図１を用いて説明する。
燃料供給ポンプ１は、例えば、車両の内燃機関（図示せず）に噴射供給すべき燃料を加圧して吐出するものである。そして、燃料供給ポンプ１は、例えば、蓄圧容器としてのコモンレールで高圧状態に蓄圧された燃料を内燃機関に噴射供給する蓄圧式の燃料噴射装置の一部を構成し、燃料タンクから汲み上げた燃料を加圧して吐出することでコモンレールに供給する。なお、燃料噴射装置は、各機器の動作を制御する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ２と呼ぶ）を備えており、燃料供給ポンプ１の動作もＥＣＵ２により制御される。

燃料供給ポンプ１は、軸方向に往復動するプランジャ３と、プランジャ３を軸方向に摺動自在に支持して収容するシリンダ孔４を有するシリンダボディ５と、プランジャ３を駆動するカム６とを備え、シリンダ孔４の軸方向一端をプランジャ３により液密的に区画することで燃料の加圧室７を形成している。

また、燃料供給ポンプ１は、加圧室７への燃料の吸入路９に対して加圧室７を開閉する電磁弁１０を備え、加圧室７からの燃料の流出口には、加圧室７からの燃料の吐出路１１に対して加圧室７を開閉する逆止弁１２が配置され、逆止弁１２は、加圧室７の燃料圧が所定の開弁圧を超えると開弁するように設けられている。

以上のような構成により、燃料供給ポンプ１は、プランジャ３をシリンダ孔４で軸方向に摺動自在に支持するとともに往復動させて加圧室７の容積を可変する。
そして、燃料供給ポンプ１は、加圧室７の容積を縮小して加圧室７の燃料を圧縮しているときに、電磁弁１０により加圧室７を吸入路９に対して閉鎖することで、加圧室７の燃料を圧縮して加圧室７の燃料圧を増圧するとともに逆止弁１２を開弁させ、圧縮した燃料を加圧室７から吐出する。また、燃料供給ポンプ１は、加圧室７の容積を拡大しているときに、加圧室７を吸入路９に対して開放しておき、加圧室７に燃料を吸入する。

また、電磁弁１０は、ソレノイドコイル１４への通電により励磁されて吸引力を及ぼしあう可動子１５および固定子１６、可動子１５を固定子１６による吸引方向とは反対の方向に付勢する第１バネ１７、可動子１５の移動に応じて加圧室７を吸入路９に対して開閉する弁体１８、ならびに、加圧室７を吸入路９に対して閉鎖する方向に弁体１８を付勢する第２バネ１９を備える。

ここで、吸入路９の内、シリンダボディ５に設けられる部分には、弁体１８が離着する座面２０が形成されており、弁体１８は、座面２０に着座することで加圧室７を吸入路９に対して閉鎖し、座面２０から離座することで加圧室７を吸入路９に対して開放する。
また、弁体１８は、ロッド２１と一体に設けられており、ロッド２１は、可動子１５に当接し、可動子１５、弁体１８およびロッド２１は一体となって移動することができる。

また、可動子１５、固定子１６、弁体１８、および第１、第２バネ１７、１９は、電磁弁１０において同軸をなすように組み込まれており、可動子１５および固定子１６に作用する吸引力の方向、第１、第２バネ１７、１９の伸縮方向は、プランジャ３やシリンダ孔４の軸方向に一致している。

さらに、第１、第２バネ１７、１９は、ソレノイドコイル１４への通電が停止されている状態で、弁体１８が座面２０から離座するようにセットされている。
なお、ＥＣＵ２は、ソレノイドコイル１４への通電の開始および停止を指令することで電磁弁１０の弁体１８を駆動させ、燃料供給ポンプ１の動作を制御する。

以上のような構成により、電磁弁１０は、ソレノイドコイル１４への通電開始により固定子１６の方に可動子１５を吸引することで、弁体１８を座面２０に向けて駆動するとともに可動子１５により第１バネ１７を圧縮し、さらに可動子１５を固定子１６に当接するまで移動させる。これにより、弁体１８は、座面２０に着座して加圧室７を吸入路９に対して閉鎖する。また、可動子１５は、弁体１８が座面２０に着座した後、ロッド２１との当接を解除して固定子１６の方に移動し続けて固定子１６に当接する。

そして、電磁弁１０は、ソレノイドコイル１４への通電停止により、第１バネ１７の付勢力によって可動子１５を固定子１６から引き離すとともに可動子１５をロッド２１に当接させ、さらに、可動子１５と弁体１８とを一体として移動させる。これにより、弁体１８は、第２バネ１９を圧縮するとともに座面２０から離座して加圧室７を吸入路９に対して開放する。

〔実施例の特徴〕
実施例の燃料供給ポンプ１の特徴を、図１および図２を用いて説明する。
まず、第１バネ１７は、大小２つのピッチを有するコイルスプリングであり、両端のピッチが小さく、かつ両端の間の中央のピッチが大きい不等ピッチバネである（以下、第１バネ１７において、両端のピッチが小さい部分を小ピッチ部２３と呼び、中央のピッチが大きい部分を大ピッチ部２４と呼ぶ。）。これにより、第１バネ１７では、圧縮量が小さいときに主に小ピッチ部２３が圧縮され、圧縮量が大きいときに主に大ピッチ部２４が圧縮される。

このため、第１バネ１７は、圧縮量が大きいほどバネ定数が大きくなる非線形特性を有する（図２（ｂ）参照）。より具体的に、第１バネ１７の非線形特性は、バネ定数に関して大小２つの数値Ａ、Ｂを有し、バネ定数は、圧縮量が所定の閾値Ｃを超えたときに小さい数値Ａから大きい数値Ｂに切り替わる。

そして、閾値Ｃは、ソレノイドコイル１４への通電開始により弁体１８が座面２０に到達して移動を停止したときの圧縮量として設定されている。すなわち、第１バネ１７は、可動子１５が移動を開始してから弁体１８が座面２０に着座するまでの第１期間において、バネ定数を数値Ａとして圧縮されていき、弁体１８が座面２０に着座してから可動子１５が固定子１６に当接するまでの第２期間において、バネ定数を数値Ｂとして圧縮されていく。
したがって、第１、第２期間で可動子１５の加速を比較すると、第２期間の方が第１期間よりも加速が緩和される。

〔実施例の効果〕
実施例の燃料供給ポンプ１によれば、電磁弁１０は、可動子１５を固定子１６による吸引方向とは反対の方向に付勢する第１バネ１７を備え、ソレノイドコイル１４への通電により固定子１６の方に可動子１５を吸引することで、弁体１８を駆動するとともに第１バネ１７を圧縮し、可動子１５は、弁体１８が座面２０に着座した後も移動し続けて固定子１６に当接する。そして、第１バネ１７は、圧縮量が大きいほどバネ定数が大きくなる非線形特性を有する。

これにより、吸引力による可動子１５の加速度は、可動子１５の移動開始後、第１バネ１７の圧縮量が大きくなるほど小さくなる。したがって、第１、第２期間で可動子１５の加速を比較すると、第２期間の方が第１期間よりも可動子１５の加速が緩和される。このため、電磁弁１０において、弁体１８の閉弁応答性を下げることなく、可動子１５が固定子１６に当接するときの当接音を下げることができる。

また、第１バネ１７の非線形特性はバネ定数に関して大小２つの数値Ａ、Ｂを有し、バネ定数は、圧縮量が所定の閾値Ｃを超えたときに小さい数値Ａから大きい数値Ｂに切り替わる。そして、閾値Ｃは、弁体１８が座面２０に着座して移動を停止したときの圧縮量として設定されている。

これにより、可動子１５は、弁体１８が座面２０に着座するまで、第１バネ１７の付勢力によって加速がさほど緩和されず、弁体１８が座面２０に着座した後に、第１バネ１７の付勢力によって加速が大きく緩和される。
このため、より確実に、弁体１８の閉弁応答性を下げることなく、可動子１５が固定子１６に当接するときの当接音を下げることができる。

さらに、第１バネ１７は小、大ピッチ部２３、２４を有するコイルスプリングである。
これにより、弁体１８の閉弁応答性を下げることなく当接音を緩和することができる第１バネ１７を、容易に製造することができる。

〔変形例〕
燃料供給ポンプ１の電磁弁１０の態様は、実施例に限定されず、種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の電磁弁１０によれば、第１バネ１７は、圧縮量が大きいほど強い付勢力を可動子１５に及ぼす圧縮バネであったが、例えば、伸長量が大きいほど強い付勢力を可動子１５に及ぼす伸長バネを第１バネ１７として採用してもよい。
また、実施例の電磁弁１０は、ソレノイドコイル１４への通電開始により加圧室７を吸入路９に対して閉鎖するものであったが、ソレノイドコイル１４への通電開始により加圧室７を吸入路９に対して開放するようにしてもよい。

また、実施例の電磁弁１０によれば、第１バネ１７の非線形特性は、バネ定数に関して大小２つの数値Ａ、Ｂを有し、圧縮量が所定の閾値Ｃを超えたときに小さい数値Ａから大きい数値Ｂに切り替わるものであったが、このような態様に限定されない。例えば、バネ定数に関して大、中、小の３つの数値を有し、バネの弾性変形量が第１の閾値を超えたときに小さい数値から中の数値に切り替わり、第２の閾値を超えたときに中の数値から大きい数値に切り替わるようにしてもよい。

また、バネ定数が弾性変形量の増加に応じて連続的に大きくなるようにしてもよい。
さらに、実施例の電磁弁１０によれば、第１バネ１７はコイルスプリングであったが、板バネ、皿バネ等を第１バネ１７として採用してもよい。

１ 燃料供給ポンプ
３ プランジャ
４ シリンダ孔
５ シリンダボディ
６ カム
７ 加圧室
９ 吸入路
１０ 電磁弁
１１ 吐出路
１２ 逆止弁
１４ ソレノイドコイル
１５ 可動子
１６ 固定子
１７ 第１バネ（バネ）
１８ 弁体
２０ 座面（所定の応答位置）
Ａ 数値（小さい数値）
Ｂ 数値（大きい数値）
Ｃ 閾値（所定の閾値）

Claims (4)

1. ソレノイドコイルへの通電により励磁されて吸引力を及ぼしあう可動子および固定子、前記可動子を前記固定子による吸引方向とは反対の方向に付勢するバネ、ならびに、前記可動子の移動に応じて開弁動作または閉弁動作をする弁体とを備え、
   前記ソレノイドコイルへの通電により前記固定子の方に前記可動子を吸引することで、前記弁体を駆動するとともに前記バネを弾性変形させ、さらに前記可動子を前記固定子に当接するまで移動させ、
   前記バネは、前記ソレノイドコイルへの通電時の変形量が大きいほどバネ定数が大きくなる非線形特性を有することを特徴とする電磁弁。
2. 請求項１に記載の電磁弁において、
   前記可動子は、前記弁体が所定の応答位置に到達して移動を停止した後も移動し続けて前記固定子に当接し、
   前記バネの非線形特性は前記バネ定数に関して大小２つの数値を有し、前記バネ定数は、前記変形量が所定の閾値を超えたときに小さい数値から大きい数値に切り替わり、
   前記所定の閾値は、前記弁体が前記所定の応答位置に到達して移動を停止したときの前記変形量と、前記可動子が前記固定子に当接したときの前記変形量との間に設定されていることを特徴とする電磁弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の電磁弁において、
   前記バネは大小２つのピッチを有するコイルスプリングであり、
   このコイルスプリングは、両端のピッチが小さく、かつ両端の間の中央のピッチが大きいことを特徴とする電磁弁。
4. 請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の電磁弁を備え、内燃機関に燃料を供給する燃料供給ポンプであって、
   軸方向に往復動するプランジャと、このプランジャを軸方向に摺動自在に支持して収容するシリンダ孔を有するシリンダボディと、前記プランジャを駆動するカムとを備え、
   前記シリンダ孔の軸方向一端を前記プランジャにより液密的に区画することで燃料の加圧室を形成し、
   前記電磁弁は、前記加圧室への燃料の吸入路に対して前記加圧室を開閉するように組み込まれ、
   前記加圧室からの燃料の吐出路には、この吐出路に対して前記加圧室を開閉する逆止弁が配置され、この逆止弁は、前記加圧室の燃料圧が所定の開弁圧を超えると開弁するように設けられ、
   前記プランジャを前記シリンダ孔で軸方向に摺動自在に支持するとともに往復動させて前記加圧室の容積を可変し、
   前記加圧室の容積を縮小して前記加圧室の燃料を圧縮しているときに、前記電磁弁により前記加圧室を前記吸入路に対して閉鎖することで、前記加圧室の燃料圧を増圧するとともに前記逆止弁を開弁させ、圧縮した燃料を前記加圧室から吐出することを特徴とする燃料供給ポンプ。

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