JP2002250468A - リフトセンサを備えている電磁式制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関に使用されるＥＧＲバルブのような
電磁式制御弁において、内蔵のリフトセンサを、小型で
あって可動部分を全く含まず、長期間使用しても高い精
度が維持されて検出値の信頼性が高く、安価に製造可能
なものとする。 【解決手段】 ソレノイド２０と、鉄心２１と、弁体１
１，１２に連結された弁軸１０を駆動するプランジャ２
２により形成される磁気回路の一部に、ホール素子と、
それに関連する電気回路を集積したホールＩＣ３０を装
着し、ホール素子によってその位置の磁界の強さ、従っ
て、磁気回路を通る磁束量を検出する。磁束量はソレノ
イド２０がプランジャ２２に及ぼす磁気吸引力に対応し
ているので、磁気吸引力とそれに対抗する圧縮スプリン
グ１８の付勢力等との釣り合いにおいて、磁束量は弁体
のリフト量に比例した値となる。ホールＩＣ３０は可動
部分等がなくて安定している上に、きわめて小型で、安
価に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス再循環装置に使用される排気ガス再循環量制御弁（Ｅ
ＧＲバルブ）のような電磁式の制御弁に係り、特に、そ
の弁開度を示すリフト量を検出するリフトセンサを内部
に備えている電磁式制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＥＧＲバルブにおいてもリフトセ
ンサを一体的に内蔵しており、その検出値に基づいてＥ
ＧＲ量のフィードバック制御を行っている。この場合の
リフトセンサとしては接触抵抗型、或いはポテンショメ
ータ型と呼ばれているものが一般的に使用されている。
接触抵抗型のリフトセンサは、両端の間に一定の電圧が
印加された電気抵抗体の上にブラシを摺動可能に接触さ
せて、このブラシをＥＧＲバルブの弁体と連動して移動
させることにより、一定の印加電圧の範囲内で、弁体の
リフト量に対応して変化する分圧を出力するものであ
る。

【０００３】接触抵抗型のリフトセンサは、位置或いは
変位のセンサとして、弁体のリフト量を直接に検出する
ものであるから、もし、長期間にわたって安定に作動す
るとすれば、これ以上確かなものはないが、電気抵抗体
に対するブラシのような摺動接触部分を有するために安
定性に懸念があり、検出値に高い信頼性が得られないと
いう問題を有する。また、接触抵抗型のリフトセンサは
かなり嵩張るので、それがＥＧＲバルブ全体を大型化す
る原因になる。更に、接触抵抗型のリフトセンサは、電
気的な部分の他に可動部分の機構等を含んでいるため
に、構造が複雑で高価であり、リフトセンサのコストが
ＥＧＲバルブのコストのうちの大きい部分を占めるとい
う問題もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の電磁
式制御弁に付設されているリフトセンサにおける前述の
ような問題に対処して、リフトセンサが可動部分を全く
含まない固体の本体からなり、長期間使用しても高い精
度が維持されて信頼性が高く、リフトセンサそのものが
小型であるために、それを内蔵することによって電磁式
制御弁が大型化することがなく、リフトセンサが安価で
あって電磁式制御弁のコストを大幅に高めることがない
ような、改良されたリフトセンサを備えている電磁式制
御弁を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術にお
ける前述のような課題を解決するための手段として、特
許請求の範囲の請求項１に記載された通りのリフトセン
サを備えている電磁式制御弁を提供する。

【０００６】電磁式制御弁においては、ソレノイドに通
電される時に、弁体を駆動するプランジャと、プランジ
ャの周囲に固定して設けられた鉄心などを含むように形
成される磁気回路に、弁体を閉弁又は開弁方向に付勢す
るスプリング等の付勢力に対抗して弁体を任意の開弁位
置に保持する電磁力を発生させるために、弁体の位置
（即ちリフト量）に対応した量の磁束が発生するから、
本発明の電磁式制御弁においては、この性質を利用する
ために磁気回路の一部となる位置にホールＩＣを取り付
けて、その位置の磁界の強さとして磁束量を検出し、そ
れに基づいてリフト量を推定する。

【０００７】本発明の電磁式制御弁におけるリフトセン
サの実体はホールＩＣであり、ホールＩＣには従来の接
触抵抗型のリフトセンサのような可動部分や摺動接触部
分等がないので、ホールＩＣは長期間使用しても安定性
に変化がなく、その検出値は信頼性に富んでいる。ま
た、接触抵抗型のリフトセンサに較べてホールＩＣは格
段に小型であり、それだけでリフトセンサとして作動す
るし、複雑な可動機構等を含んでいないので、比較的安
価に製造することが可能である。

【０００８】ホールＩＣを取り付ける位置としては、磁
気回路の中でも磁束が集中する位置を選択することが望
ましい。磁束が集中する位置としては、例えばソレノイ
ドによって磁化される鉄心の一部、それも他に支障を生
じないヨークの部分等に設けるのがよい。

【０００９】ホールＩＣを所定の位置に装着する時に、
その位置を微調整したり、非磁性のテープを巻き付けて
透磁率を微調整するというような方法により、弁体のリ
フト量と、それに対応して磁界の強さと共に変化するホ
ールＩＣの出力電圧との関係を補正して、ホールＩＣの
出力特性を較正することができる。それによって、個々
の電磁式制御弁毎のホールＩＣの出力特性を統一するこ
とができる。

【００１０】本発明を実施する場合には、従来技術を取
り入れて、電磁式制御弁をダブルポペット型として構成
することができる。ダブルポペット型の電磁弁において
は、２個の弁体にそれぞれ作用する上流側と下流側との
差圧による弁軸方向の力を相殺させる。従って、小型の
ソレノイドの小さな制御力によって弁軸を作動させるこ
とが可能になるので、ソレノイドを小型化することがで
きるし、比較的に小型でも大流量の電磁式制御弁を製作
することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のリフトセンサを備えてい
る電磁式制御弁の好適な実施例として、図１に、内燃機
関の排気ガス再循環装置において排気ガスの再循環量
（ＥＧＲ量）を制御するために使用されるダブルポペッ
ト型のＥＧＲバルブ１の縦断面構造を示す。図２は平面
図である。なお、ホールＩＣからなるリフトセンサの部
分を除いて、ＥＧＲバルブ１の弁としての本体部分は後
述のような従来の同種のＥＧＲバルブと殆ど同様な構造
を備えており、本発明に特有の部分はない。

【００１２】弁の本体２には開口としての入口３と出口
４が形成されているが、入口３と出口４は反対になって
いてもよい。入口３は配管によって図示しない内燃機関
の排気通路に接続されて、排気通路から排気ガスの一部
を分流させて本体２内へ導入する。出口４は同じく吸気
通路に接続されて、制御された量の排気ガスを吸気通路
へ送り込むようになっている。通過する排気ガスの量、
即ちＥＧＲ量を図示しない電子式制御装置によって制御
するために、本体２内の排気ガス通路は、屈曲した隔壁
５によって２つの部分に分岐した入口３側の入口通路６
と、出口４側の出口通路７とに区画されている。入口通
路６と出口通路７との間を連通させるために、隔壁５に
は２つの弁座開口８及び９が、同一の軸線上に並ぶよう
に設けられている。

【００１３】共通の１本の弁軸１０に取り付けられた円
板型の弁体としての２個のポペット弁１１及び１２が、
２つの弁座開口８及び９を同じ側（図示実施例では下
側）から開閉することができるように配置される。この
ように、ＥＧＲバルブ１においてダブルポペット弁の形
式をとっているのは、仮に単一のポペット弁を用いたと
すれば、入口通路６と出口通路７との間の差圧が単一の
弁体に作用して、それを開閉させるのに大きな制御力
（電磁力）が必要になるためである。ダブルポペット弁
の構成をとれば、差圧によって２個のポペット弁１１及
び１２にそれぞれ作用する軸方向の力が互いに反対方向
となり、弁軸１０上でそれらの力が相殺されるために、
アクチュエータの出力が小さくても２個のポペット弁１
１及び１２を容易に開閉作動させることができ、制御の
応答性が高くなる。

【００１４】弁軸１０はブッシング（軸受）１３によっ
て軸方向に摺動可能に支持される。１４は排気ガスに含
まれている微粒子や油脂分等がブッシング１３内に侵入
してデポジットを形成し、弁軸１０を固着するのを防止
するためのカバーである。１５は軸シールであって、環
状のシールホルダ１６によって支持されている。シール
ホルダ１６は上面が窪んでいてスプリングホルダとして
の作用もする。弁軸１０の上端にはスプリング受けとな
るリング１７が取り付けられており、それと前述のシー
ルホルダ１６との間には、２個のポペット弁１１及び１
２を閉弁位置に向かって付勢する圧縮スプリング１８が
装填されている。

【００１５】本体２の上部には鉄のような磁性体からな
る円筒形のアクチュエータハウジング１９が一体的に取
り付けられており、その内部に円筒形のソレノイド２０
が、鋳鉄のような磁性材料からなる円筒形の鉄心２１の
周囲に装着されている。鉄心２１の内部空間には、それ
をガイド筒として弁軸１０の軸方向に移動可能な断面Ｈ
形のプランジャ（ムービングコア）２２が挿入され、そ
の中仕切り壁２３が弁軸１０の上端面と接触している。
プランジャ２２は高い透磁性を有する鉄等の磁性体から
製作されるが、強磁性体からなる永久磁石としてもよ
い。プランジャ２２の中仕切り壁２３には通気孔２４が
形成されていると共に、その上面には圧縮スプリング１
８よりも弱い圧縮スプリング２５の下端が係合してい
て、プランジャ２２を常に弁軸１０の上端面に押し付け
ている。圧縮スプリング２５の上端はハウジング１９の
上端面を閉じるプラスチック製の端板２６によって支持
されている。なお、２７はソレノイド２０のプラスチッ
ク製のボビンであり、２８は磁気回路のネック（くびれ
た部分）を形成するための空隙（非磁性体のプラスチッ
ク等で埋めてもよい）である。

【００１６】図１に示す断面形から明らかなように、ソ
レノイド２０に電流が流れてそれが磁化された時に、鉄
心２１と、プランジャ２２と、ハウジング１９とからな
る閉じた磁気回路が形成される。この磁気回路には、鉄
心２１のフランジ部２１ａと、ハウジング１９の一部と
して形成されて空隙２８を置いて鉄心２１の下部に対向
している突出部１９ａも、それぞれヨーク（継鉄）の作
用をするものとして含まれている。鉄心２１のフランジ
部２１ａは略一定の厚さを有する環状部分として形成さ
れるが、本発明の特徴に対応するものとして、図示実施
例においては、磁気回路が通過するフランジ部２１ａの
一部にホールＩＣ３０を設けて、それを図示しない電子
式制御装置に電気的に接続している。このように、ホー
ルＩＣ３０を取り付ける位置は磁気回路の中でも特に磁
束の集中する位置が好適である。

【００１７】ホールＩＣ３０は、それを取り付けた位置
における磁界の強さ（その位置を通過する磁束量）に比
例した大きさの電圧信号を出力するホール素子と、それ
に関連する電気回路を小さく集積したもので、鉄心２１
のフランジ部２１ａの一部等に小孔を穿って嵌め込むこ
とができる程度の、ごく小さなものである。ホールＩＣ
３０に接続された導線は、ソレノイド２０へＥＧＲバル
ブ１の駆動のための電力を供給する導線等と共に、コネ
クタ３１を経て外部（図示しない電子式制御装置等）へ
導出される。言うまでもなく、ホールＩＣ３０には可動
部分は全く含まれていないので、弁軸１０等と機械的に
連結する必要もなく、接着剤等によって完全に固定する
ことができる。

【００１８】ＥＧＲバルブ１の作動状態において、図示
しない電子式制御装置の指令によってソレノイド２０に
電流が供給されると、供給された電流の量に応じた強さ
の磁界が前述の磁気回路の各所に形成されるため、その
磁界の強さ（磁束量）に応じた大きさの磁気吸引力がプ
ランジャ２２に作用して、それを圧縮スプリング１８の
力と釣り合う位置まで押し下げる。それによって弁軸１
０と２個のポペット弁１１及び１２が下降して、２つの
弁座開口８及び９が開く。

【００１９】ＥＧＲバルブ１の開弁の程度、即ち弁体の
リフト量は、ソレノイド２０に流れた電流量、従って、
プランジャ２２を引き下げようとする磁気吸引力を発生
させた磁界の強さ（磁気回路の磁束量）と比例関係にあ
る。電子式制御装置によってソレノイド２０へ流す電流
量を変化させることにより、ＥＧＲバルブ１のリフト量
を無段階に制御してＥＧＲ量を制御することができる
が、その時に同時に磁気回路の一部であるホールＩＣ３
０が取り付けられた位置の磁界の強さも比例的に変化し
ているから、磁界の強さをホールＩＣ３０によって検出
することにより、ＥＧＲバルブ１のリフト量及びＥＧＲ
量を正確に検知することができる。

【００２０】ホール素子は小型で安価であり、リフトセ
ンサがホール素子を含むホールＩＣ３０だけであるか
ら、従来の接触抵抗型のリフトセンサに比べて小型で簡
素であると共に、安価に製造することができる。また、
可動部分や摺動接触部分等がないから長期間の使用によ
っても性能が変化しないので、接触抵抗型のリフトセン
サに比べて安定であって検出値の信頼性も高くなる。

【００２１】なお、ホールＩＣ３０の出力特性は、それ
を挿入して取り付ける穴の中で僅かに移動させて固定す
る位置を変更したり、周囲に非磁性体であるプラスチッ
クテープを巻き付けて透磁率を変化させるというような
方法によって微調整をすることができる。それによっ
て、同じ磁界の強さに対する出力電圧の値が僅かに変化
するので、個々のＥＧＲバルブ１のホールＩＣ３０の出
力特性を、基準になるもののそれと一致するように較正
して、ＥＧＲバルブ１毎にホールＩＣ３０の出力特性が
異なるというような問題が生じるのを避けることができ
る。

【００２２】比較のために、図３に従来のＥＧＲバルブ
４１の断面構造を例示する。図３に示す４２が前述のよ
うな接触抵抗型のリフトセンサ４２であって、その下端
から突出している触針４３が、プランジャ２２の中仕切
り壁２３に接触している。接触抵抗型のリフトセンサ４
２の内部構造は図示していないが、触針４３と連動する
ブラシが、前述のように、両端の間に一定の電圧が印加
された電気抵抗体に対して、その上を摺動し得る状態で
接触している。このブラシがＥＧＲバルブ４１の弁軸１
０と連動して移動することにより、２個のポペット弁１
１及び１２のリフト量に対応する印加電圧の分圧が、電
子式制御装置へ出力されるようになっている。その他の
構造部分は図１に示す実施例と同じである。

【００２３】図３に示す従来例と、図１及び図２に示す
本発明の図示実施例とを比較すれば明らかなように、図
示実施例におけるホールＩＣ３０に比べて従来例の接触
抵抗型のリフトセンサ４２は格段に大きい。また、触針
４３等の可動部分の機構や、電気抵抗体とブラシとの摺
動機構が含まれているために、機構が複雑でコストが高
くなる。更に、電気抵抗体とブラシとの摺動接触部分が
あるために、長期間の使用によって性能が変化する可能
性が高いので安定性が低く、検出値も信頼性に欠ける。
図示実施例は従来技術におけるこれらの問題を全て解消
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例を示す縦断正面図であ
る。

【図２】図１に示す実施例の平面図である。

【図３】従来例を示す縦断正面図である。

【符号の説明】

１…ＥＧＲバルブ（電磁式制御弁） １０…弁軸 １１，１２…ポペット弁の弁体 １８…圧縮スプリング ２０…ソレノイド ２１…鉄心 ２２…プランジャ（ムービングコア） ３０…ホールＩＣ ４１…従来のＥＧＲバルブ（電磁式制御弁） ４２…接触抵抗型のリフトセンサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁座開口を開閉する弁体を駆動するプラ
   ンジャと、前記プランジャの周囲に固定して設けられた
   ソレノイドと、前記ソレノイドによって磁化される鉄心
   と、それらによって形成される磁気回路の一部となる位
   置に固定的に設けられて、前記弁体のリフトセンサとし
   て前記磁気回路の前記位置における磁界の強さを検出す
   るホール素子を含むホールＩＣとから構成されているこ
   とを特徴とする電磁式制御弁。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記ホールＩＣが、
   前記磁気回路の中でも磁束が集中する位置に設けられて
   いることを特徴とする電磁式制御弁。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記ホールＩ
   Ｃが、前記ソレノイドの鉄心の一部に形成された小孔に
   装着されていることを特徴とする電磁弁。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   前記磁気回路の一部となる位置に前記ホールＩＣを装着
   する時に、前記弁体のリフト量とそれに対応している前
   記ホールＩＣの出力電圧との関係を補正することによ
   り、出力特性が較正されていることを特徴とする電磁式
   制御弁。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   前記弁座開口と、それを開閉する前記弁体がそれぞれ２
   個づつ設けられていると共に、前記２個の弁体が共通の
   弁軸によって前記プランジャに連結されていることによ
   って、それらが同じ方向に移動する時に前記２個の弁座
   開口を同時に開放又は閉鎖するように構成されているこ
   とを特徴とする電磁式制御弁。