JP2003120431A - 動作が緩衝されるリニア電気ｅｇｒバルブ - Google Patents

動作が緩衝されるリニア電気ｅｇｒバルブ

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JP2003120431A JP2002294106A JP2002294106A JP2003120431A JP 2003120431 A JP2003120431 A JP 2003120431A JP 2002294106 A JP2002294106 A JP 2002294106A JP 2002294106 A JP2002294106 A JP 2002294106A JP 2003120431 A JP2003120431 A JP 2003120431A
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F02M26/53—Systems for actuating EGR valves using electric actuators, e.g. solenoids

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンのバルブ機構に対する妨害の影響を
軽減する。 【解決手段】 スリーブ１２６内での可動子１３５の動
作を緩衝するための可動子とスリーブとの間に作用する
ように配置された緩衝リング１７０が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して、電気作動
式自動車排ガス制御バルブ、特に、自動車に動力を供給
する内燃機関のための排ガス再循環（ＥＧＲ）バルブに
関する。
【０００２】
【従来の技術】ソレノイドは、ＥＧＲバルブのための公
知の電気アクチュエータである。ソレノイドは、電磁コ
イルと、空隙を有するステータとを有しており、空隙に
おいて磁束が可動子に作用する。可動子の動作は、バル
ブの通路に流れを生ぜしめるために弁部材に伝達され
る。可動子の動作は、可動子に作用する戻しばねによっ
て直接に又は弁部材を介して抵抗され、これにより、可
動子を、弁部材が通路を閉鎖する位置に向かってバイア
スしている。
【０００３】リニアソレノイドバルブにおいては、弁部
材が可動子に正確に一致して移動された時の可動子及び
弁部材の移動は、理論的には、ソレノイドコイルに流れ
る電流に直接に比例した関係を有することが望ましい。
すなわち、このようなバルブのための可動子移動量対電
流のグラフプロットは、グラフの起源において開始し、
起源から一定の傾斜で延びていることが望ましい。
【０００４】公知のリニアソレノイドＥＧＲバルブは、
ステータを有しており、このステータは、コイルの上端
に配置された上部ステータ部分と、コイルの下端に配置
された下部ステータ部分とを有している。これらの２つ
の部分はそれぞれ円筒形の壁部を有しており、一方の壁
部はテーパしており他方の壁部はテーパしておらず、コ
イルの両端部から互いに接近してコイルの開放した中央
部に嵌合する。２つの壁部の並置された端部は、コイル
の開放した内部において間隔をおいて配置されており、
壁部の構成及び配置は、可動子を取り囲んだ環状の空隙
を画設する。コイルに流れる電流は磁束を生ぜしめ、こ
の磁束は、一方の壁部から空隙を横切って可動子へ達
し、再び空隙を横切って他方の壁部に達する。磁束は、
可動子に加えられる磁力を生ぜしめ、この磁力の軸方向
成分が、可動子を、ソレノイドの中心線に沿って、コイ
ル電流に対して可動子移動量がほぼ線形の関係を有しな
がら移動させるように作用する。
【０００５】バルブを通る流れが可動子移動量に比例す
る場合、コイル電流に対する流れの機能的関係もほぼ線
形である。ＥＧＲバルブでは、エンジン吸気系に排ガス
を正確に計量する制御ストラテジにとって、コイル電流
に対する可動子移動量の関係が分かっていることは重要
であり、このような線形性は、特定のエンジンにおける
制御ストラテジの実行を容易にする。
【０００６】より小さなエンジン、エンジンにおける多
数のＥＧＲバルブの使用等の様々な理由から、自動車製
造者は、所望の制御精度を犠牲にすることなくＥＧＲバ
ルブのサイズを減じようとしている。
【０００７】本発明は、このようなより小さなバルブに
ついての発明者の観察の結果として生じる。特に、発明
者は、このようなバルブがより小さな質量を有している
ので、バルブのより小さな質量の内部機構が、使用時に
バルブが受ける外部要因によって影響されやすいという
ことを観察した。このような要因の例は、流れが制御さ
れている流体の脈動、車両の運転及び自動車に動力を供
給するエンジンの作動により生じる機械的振動、バルブ
のための制御ストラテジの不安定性を含む。
【０００８】このような要因は、目標とされる制御スト
ラテジと対照的な形式でバルブ機構に妨害を与えるのに
十分に重大である。すなわち、このような影響を軽減す
る、理想的には排除するようなソレノイドの改良が望ま
しく、本発明はこれを目的とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、このような改良、特にＥＧＲバルブのリニアソ
レノイドアクチュエータを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの概略的な
態様は、内燃機関の燃焼室空間に関するガスの流れを制
御するための排ガス制御バルブに関する。バルブには、
弁体が設けられており、この弁体は、ガスを受け取るた
めの入口ポートと、ガスを燃焼室空間へ排出するための
出口ポートとを有しており、通路を選択的に制限するた
めに選択的に位置決めされる弁エレメントが設けられて
おり、弁エレメントを選択的に位置決めするための機構
が設けられている。機構は、ソレノイドから成ってお
り、このソレノイドには、電磁コイルが設けられてお
り、ステータが設けられており、このステータが、コイ
ルに関連しておりかつコイルに電流が流れた場合にステ
ータに生ぜしめられる磁束を案内するための空隙を有す
る磁気回路を有しており、可動子が設けられており、こ
の可動子が、磁束によって仮想中心線に沿って移動させ
られるように空隙内に配置されている。可動子はスリー
ブ内で案内される。スリーブ内での可動子の動作を緩衝
するために、可動子とスリーブとの間に作用するように
緩衝リングが配置されている。
【００１１】ここに組み込まれかつ本明細書の一部を構
成する添付の図面は、発明の１つ又は２つ以上の現時点
での有利な実施例を含んでおり、上に示された概略的な
説明及び以下に示す詳細な説明と共に、発明を実施する
ために考えられる最良の形態に基づき発明の原理を開示
するために働く。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、キャップ１６によって閉
鎖された開放した上端部を有するシェル１４によって提
供されたハウジングアセンブリ１２から成るＥＥＧＲバ
ルブ１０を示している。シェル１４は、基部２２の平ら
な上面上に配置された平らな底壁１８を有しており、上
面と底壁との間にスペーサ２５が配置されている。ファ
スナ（図示せず）はシェルを基部に固定している。基部
２２は、特に図示されていない内燃機関の構成部材に取
り付けられるように適応されている。
【００１３】バルブ１０は、基部２２を貫通して入口ポ
ート３８と出口ポート４０との間に延びた流過通路３６
を有している。バルブ１０がエンジンに取り付けられて
いる場合、入口ポート３８は、エンジンシリンダから排
出されたエンジン排ガスと連通するように配置され、出
口ポート４０は、シリンダへの吸入流と連通するように
配置される。
【００１４】貫通孔を有する環状の弁座エレメント４２
は通路３６内に配置されており、弁座エレメントの外周
が通路の壁部にシールされている。一片から成る弁部材
４４は、弁ヘッド４６と、バルブの仮想中心線ＣＬに沿
ってヘッド４６から同軸的に延びた弁ステム４８とを有
している。ヘッド４６は、バルブ１０が図１に示された
閉鎖位置にある場合、弁座エレメントに設けられた貫通
孔を閉鎖するように弁座エレメント４２と協働するよう
に成形されている。
【００１５】バルブ１０はさらに支持部材５０を有して
おり、この支持部材５０は基本的に円筒状の部材であ
り、中心線ＣＬ上に位置する孔の一端に設けられたカウ
ンタボアに着座するために、円形のフランジ５２を有し
ている。支持部材は、ステム４８と密に嵌合することに
よって、中心線ＣＬに沿ったバルブ動作を案内するため
に働く。
【００１６】ステム４８は、支持部材５の上端部を越え
て延びた部分において減径されており、この部分におい
て、コイルばね５６の一方の軸方向端部のための座を提
供するためにばね配置部材５４がステムに取り付けられ
ている。支持部材５０は、中心線ＣＬに沿った弁部材４
４の低摩擦案内を提供するある程度の潤滑性を有する材
料から成ってよい。ばね５６の反対側の端部は下部磁極
片７６の内側肩部に着座している。
【００１７】さらに、弁１０は、電磁アクチュエータ６
０、すなわち中心線ＣＬと同軸的にシェル１４内に配置
されたソレノイドを有している。アクチュエータ６０は
電磁コイル６２及びポリマ製のボビン６４を有してい
る。ボビン６４は、中央の管状のコア６６と、コア６の
両端部に設けられたフランジ６８，７０を有している。
コイル６２は、フランジ６８，７０の間でコア６６に巻
き付けられた磁性ワイヤの長さを有している。磁性ワイ
ヤのそれぞれの末端は、フランジ６８に並置して取り付
けられたそれぞれの電気端子に結合されており、一方の
端子７２のみが図１に示されている。
【００１８】アクチュエータ６０は、磁気回路経路の一
部を形成するために、コイル６２に関連したステータ構
造を有している。ステータ構造は、中心線ＣＬに対して
同軸的にアクチュエータの一端に配置された上部磁極片
と、中心線ＣＬに対して同心的にアクチュエータの他端
に配置された下部磁極片とを有している。磁極片７４，
７６の間のシェル１４の部分は、コイル及びボビンの外
部におけるステータ構造を完成させている。キャップ１
６は外縁部を有しており、この外縁部は、シェル側壁の
さもなければ開放した端部において縁部９２に対してク
リンチリング９４によって固定保持されている。キャッ
プとシェルとの間の円形のシール９６は、キャップとシ
ェルとの間のシールされた結合を形成する。キャップ１
６は、ボビンフランジ６８に設けられた端子とそれぞれ
係合する第１の電気端子の対を有しており、１つの端子
１００のみが図１に示されている。キャップ端子は、キ
ャップ材料から外方へ突出しており、この部分において
端子はキャップ材料から成る包囲体１０２によって取り
囲まれており、これにより、アクチュエータを電気制御
回路に接続するためのワイヤリングハーネスコネクタ
（図示せず）と係合接続するためのコネクタを形成して
いる。
【００１９】キャップ１６は塔１０４をも有しており、
この塔１０４は、複数の電気端子を有する位置センサの
ための内部空間を提供し、１つの端子１０６のみが図示
されており、電気端子は、センサを係合するワイヤリン
グハーネスコネクタを介して回路に接続するために包囲
体内へ突出している。
【００２０】バルブ１０は、通路３６と空気循環空間８
０との間の漏洩が回避されるように構成されている。弁
ステム４８は、支持部材内に十分に密な滑りばめを有し
ており、これにより、中心線ＣＬに沿ったステムの低摩
擦案内を提供しながら通路３６と空気循環空間８０との
間の漏洩を防止する。
【００２１】上部磁極片７４は、中央の円筒状壁部を有
する軸方向に延びたハブ１１０と、ハブ１１０の一端に
設けられた円形の半径方向フランジ１１２とを有する強
磁性の部材である。ハブ１１０は、中心線ＣＬと同心的
にボビンコア６６に設けられた円形の貫通孔の上端部内
に同軸的に配置されており、フランジ１１２は、ボビン
フランジ６８に当て付けられており、これにより、ボビ
ン６４と上部磁極片７４とを軸方向及び半径方向で関係
させている。フランジ１１２は、ボビン端子７２のため
のクリアランススロットを有している。
【００２２】下部磁極片７６は、強磁性であり、環状の
リング１１８を有しており、このリング１１８は、この
リング１１８からボビンコア貫通孔内へ延びた中央のテ
ーパしたハブ１１４を取り囲んでおりかつこのハブに取
り付けられている。環状の波形のばね１２０は、リング
１１８とボビンフランジ７０との間に配置されており、
ボビンフランジ６８をフランジ１２に当て付け、熱膨張
差を補償する。
【００２３】アクチュエータ６０は、さらに、中心線Ｃ
Ｌに沿って移動するように配置された強磁性の可動子１
３５を有している。可動子の移動は、あらゆる適切な形
式で、例えば、ハブ１１０内に同軸的に取り付けられた
円筒状の非磁性部材若しくはスリーブ１２６によって案
内される。可動子１３５はステータ構造と協同して、ア
クチュエータ６０の磁気回路を形成する。
【００２４】可動子１３５は、可動子が案内する磁束の
ために、適切な半径方向厚さの円筒状の外壁１３８を有
している。両端部の中間部において、可動子１３５は横
方向若しくは水平方向壁部１４０を有している。ばね５
６は、ばね配置部材５４の先端部を壁部１４０の一方の
側に対して押し付けるのに対し、塔１０４内に収容され
た位置センサのプランジャは壁部１４０の反対側に対し
て押し付けられる。
【００２５】図１は、バルブ１０の閉鎖位置を示してお
り、この場合、弁ヘッド４６を弁座エレメント４２に着
座させるためにプレロード力がばね５６によって加えら
れ、ポート３８と４０との通路３６を閉鎖する。コイル
６２に流れる電流が増大し始めるに従い、磁気回路が、
図１で見て下方に可動子１３５を押し付ける力を増大さ
せる。力が、ばね１５４のプレロード力のバイアスを克
服するのに十分に大きくなると、可動子１３５は下方へ
移動し始め、同様に弁エレメント４４を移動させかつバ
ルブ１０を開放させ、２つのポートの間の通路３６に流
れを生ぜしめる。バルブが開放させられる程度は、コイ
ル６２に流れる電流によって及びバルブ動作の程度を追
跡することによって制御され、位置センサは、バルブ位
置、ひいてはバルブ開放の程度を表すフィードバック信
号を提供する。バルブのための実際の制御ストラテジ
は、関連する電子エンジン制御装置によって実施される
全体的なエンジン制御ストラテジの一部として決定され
る。
【００２６】本発明の原理によれば、中心線ＣＬに沿っ
た可動子の移動を緩衝するために、緩衝が意図的にアク
チュエータ６０に導入される。第１の実施例が図２及び
図３に示されており、図１の縮尺はこの実施例がこの図
に好都合に示されることを許容しないが、実際には存在
する。第１実施例は、可動子１３５に設けられた周方向
溝１７２に嵌合された分割リング１７０を有する。図４
は、分割リングの第２実施例を示している。各分割リン
グの外縁部はほぼ円形である。これらの分割リングの差
異は、主として内縁部の形状である。厚さは均一であ
る。各リングは、可動子１３５の端部に嵌合するように
周方向に拡張されることができ、溝１７２に向かって可
動子に沿って移動されることができる。溝の位置と一致
させられると、リングは解放され、リングの固有の弾性
が可動子を周方向で収縮させ、リングの内縁部を溝には
め込ませる。この場合、分割リングの外縁部は、可動子
の外径よりも外方に突出している。
【００２７】図３のリングは、ランドを有していないほ
ぼ円形の内縁部を有している。可動子における図４のリ
ングの自己センタリングは、内縁部に、ほぼ等しい角度
方向の間隔を有する３つのランド１７４を設けることに
よって達成される。各リングの外縁部は、スリーブ１２
６の内径よりも僅かに小さな直径を規定している。特定
の設計に応じて、解放された条件におけるリング１７０
の外径は、スリーブの内径よりも僅かに大きくてよく、
この場合、外縁部はスリーブの壁部に対して、外方に向
かって加わる力を加え、摩擦を生ぜしめる。このような
摩擦による可動子動作の緩衝は、可動子とスリーブとの
間のクリアランス空間にリング１７０が存在することに
よって生ぜしめられるあらゆる空気圧式緩衝に対する付
加的なものである。分割リング１７０のための適切な材
料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の合
成材料である。
【００２８】図５は、さらに別の実施例を示しており、
この場合、リング１７０は、溝１７２にはまり込む内縁
部を有するカップである。外縁部は、湾曲したリップ１
７６を形成しており、このリップは、スリーブ壁部に対
して拭取りのような動作を提供する。
【００２９】緩衝の全体量は、リング１７０の様々な実
施例のいずれかを採用することに加えて、様々な要因が
関係する。本発明は、設計的詳細に応じて、摩擦のみに
よる緩衝から空気圧のみによる緩衝に至る範囲で可動子
緩衝を可能にする。摩擦緩衝においては、分割リングが
スリーブにどの程度半径方向の力を加えるかが主要な要
因である。空気圧による緩衝では、可動子が移動すると
きに容積が変化する様々な空間にどの程度空気が捕捉さ
れるかが主要な要因である。可動子壁部１４０を無孔に
することによって、空気が可動子を通過することができ
ず、可動子の周囲のみ、つまり可動子とスリーブとの間
の空間内を、空気が個々の空間を通過することができる
程度に通過する。
【００３０】可動子質量、半径方向磁力及びばね５６の
定数も緩衝に影響する。バルブ機構の特性、例えば弁ヘ
ッドサイズ及び力平衡の量も要因である。
【００３１】図示された特定の実施例は１つの分割リン
グを有している。これらの実施例では、可動子壁部１３
８の円筒状外面は、スリーブ１２６の内壁との摩擦を最
小化するように潤滑性を有すると有利である。特に図示
されていない他の実施例は、中心線ＣＬに沿って軸方向
に間隔をおいて配置された２つの分割リングを有してい
る。２つの分割リングがスリーブ１２６の壁部と協働す
ることによって、可動子の案内が提供される。
【００３２】これまでに本発明の有利な実施例が説明さ
れたが、本発明の原理は、冒頭の請求項の範囲に含まれ
るあらゆる形式で実施されてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクチュエータとしてのソレノイドを有する電
気ＥＧＲバルブの、本発明の典型的な実施例を示す縦断
面図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す図である。
【図３】バルブの１つの部材のみを示す平面図である。
【図４】１つの部材の別の実施例を示す、図４と同様の
図である。
【図５】さらに別の実施例を示す断片的な断面図であ
る。
【符号の説明】
１０ ＥＧＲバルブ、 １２ ハウジングアセンブリ、
１４ シェル、 １６ キャップ、 １８ 底壁、
２０ 上面、 ２２ 基部、 ２３ ファスナ、 ２５
スペーサ、 ３６ 流過通路、 ３８ 入口ポート、
４０ 出口ポート、 ４２ 弁座エレメント、 ４４
弁部材、 ４６ 弁ヘッド、 ４８ステム、 ５０
支持部材、 ５２ フランジ、 ５４ ばね配置部材、
５６コイルばね、 ６０ 電磁アクチュエータ、 ６
２ 電磁コイル、 ６４ ボビン、 ６６ コア、 ６
８，７０ フランジ、 ７２ 端子、 ７４ 上部磁極
片、 ７６ 下部磁極片、 ８０ 空気循環空間、 ９
２ 縁部、 ９４ クリンチリング、 ９６ シール、
１０２ 包囲体、 １０４ 塔、 １０６端子、 １
１０ ハブ、 １１２ 半径方向フランジ、 １１４Ｕ
上部ハブ部分、 １１４Ｌ 下部ハブ部分、 １１８
フランジ、 １２０ 波形ばね、１２６ スリーブ、
１３５ 可動子、 １３８ 外壁、 １４０ 横方向
壁部、 １５４ ばね、 １７０ 分割リング、 １７
２ 周方向溝、 １７４ ランド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラッセル モディーン カナダ国 オンタリオ チャタム アイリ ス コート 48 Ｆターム(参考） 3G062 EA12 EC17

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼室空間に関してガスの流
    れを制御するための排ガス制御バルブにおいて、 通路を有する弁体が設けられており、前記通路が、ガス
    を受け取るための入口ポートと、ガスを燃焼室空間へ排
    出するための出口ポートとを有しており、前記通路を選
    択的に制限するように選択的に位置決めされる弁エレメ
    ントが設けられており、 該弁エレメントを選択的に位置決めするための機構が設
    けられており、該機構がソレノイドから成っており、該
    ソレノイドが、電磁コイルと、ステータと、可動子とを
    有しており、前記ステータが、前記電磁コイルに関連し
    ておりかつ、該電磁コイルに電流が流れた時にステータ
    に生ぜしめられる磁束を伝導するための空隙を含む磁気
    回路を有しており、前記可動子が、磁束によって仮想中
    心線に沿って移動させられるように空隙内に配置されて
    おりかつ、スリーブ内に案内されており、 スリーブ内での可動子の動作を緩衝するために可動子と
    スリーブとの間に作用するように配置された緩衝リング
    が設けられていることを特徴とする、内燃機関の燃焼室
    空間に関してガスの流れを制御するための排ガス制御バ
    ルブ。
  2. 【請求項２】 前記緩衝リングが、可動子がスリーブ内
    で移動させられる時に可動子と共に移動するように可動
    子に配置されている、請求項１記載の排ガス制御バル
    ブ。
  3. 【請求項３】 前記緩衝リングが分割リングを含む、請
    求項２記載の排ガス制御バルブ。
  4. 【請求項４】 前記可動子が溝を有しており、該溝に前
    記分割リングが収容されている、請求項３記載の排ガス
    制御バルブ。
  5. 【請求項５】 前記分割リングが、該分割リングを溝内
    で自己センタリングさせるために、ランドを含んだ内縁
    部を有している、請求項４記載の排ガス制御バルブ。
  6. 【請求項６】 前記分割リングが、合成材料から形成さ
    れており、平らな形状を有する、請求項４記載の排ガス
    制御バルブ。
  7. 【請求項７】 前記緩衝リングが、湾曲した外側リップ
    を有するカップを含む、請求項２記載の排ガス制御バル
    ブ。
  8. 【請求項８】 前記可動子が、無孔でありかつスリーブ
    内で案内され、前記分割リングがスリーブと接触してい
    る、請求項２記載の排ガス制御バルブ。
  9. 【請求項９】 前記可動子が、円筒形でかつ無孔であ
    り、前記緩衝リングが可動子を取り囲んで配置されてお
    りかつ、可動子動作を案内するスリーブと接触してい
    る、請求項１記載の排ガス制御バルブ。
  10. 【請求項１０】 内燃機関の燃焼室空間に関してガスの
    流れを制御するための排ガス制御バルブを操作する方法
    において、該排ガス制御バルブに、通路を有する弁体が
    設けられており、前記通路が、ガスを受け取るための入
    口ポートと、ガスを燃焼室空間へ排出するための出口ポ
    ートとを有しており、前記通路を選択的に制限するよう
    に選択的に位置決めされる弁エレメントが設けられてお
    り、該弁エレメントを選択的に位置決めするための機構
    が設けられており、該機構がソレノイドから成ってお
    り、該ソレノイドが、電磁コイルと、ステータと、可動
    子とを有しており、前記ステータが、前記電磁コイルに
    関連しておりかつ、電磁コイルに電流が流れた時にステ
    ータに生ぜしめられる磁束を伝導するための空隙を含む
    磁気回路を有しており、前記可動子が、磁束によって仮
    想中心線に沿って移動させられるように空隙内に配置さ
    れておりかつ、スリーブ内に案内されており、 スリーブ内の可動子の動作を緩衝するために可動子とス
    リーブとの間に作用するように配置された緩衝リングに
    よって可動子動作を緩衝することを特徴とする、内燃機
    関の燃焼室空間に関してガスの流れを制御するための排
    ガス制御バルブを操作する方法。
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