JP2006138450A - 流体制御用電磁弁 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブの前後での配管の曲がりが不要となり、配管による圧力損失が低減されるとともに、リフト時のバルブ挙動が安定化し、より正確な流量制御が可能な流体制御用電磁弁を得る。
【解決手段】この発明に係る流体制御用電磁弁は、空気が流れる吸気管の内部に配置される、電磁吸引力を発生させるソレノイド部１と、このソレノイド部１と一体に設けられ、電磁吸引力により吸気管の内壁面に形成されたシート部１８に接離するバルブ１０を有する弁部２とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、ソレノイド部に発生した電磁吸引力で弁部を作動させ、流体の流量を制御する流体制御用電磁弁に関するものである。

従来、エンジンへの供給空気流量を制御する流体制御用電磁弁としては、一般的には円盤状のバタフライ弁により流量制御を行う電子制御式スロットルバルブが公知となっている。
このスロットルバルブは、内部減速ギヤを介して電動モータにより駆動されるが、その構造は複雑で部品点数も多く、製品も大型になってしまう。
また、内部減速ギヤを介してのバタフライ弁の作動であるため、エンジンの回転数や負荷変動に対して所定の空気量に制御する応答時間にも限界があった。以前は、このスロットルバルブは、中型以上の自動車にだけ採用されていたが、最近は排気量の小さい軽自動車及び２輪等へ装着も検討されており、製品の小型化及び高応答性の要望がより強くなっている。

一方、アクセル操作に連動して機械的に鋼製ワイヤにより牽引されるバタフライ弁を有したスロットルバルブと併用し、スロットルバルブが制御する空気流路とは別に構成されたバイパス流路において、エンジンのアイドル回転数を制御するアイドルスピードコントロールバルブ（以下、ＩＳＣ−Ｖ）が知られている。
このＩＳＣ−Ｖは、電磁吸引力によりバルブを直動させる電磁弁タイプの流量制御弁であり、アイドル回転を維持するために必要な供給空気量を得るためのバルブリフト量は、電磁弁へ励磁する電流値により制御されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５３１３３４号公報

しかしながら、前記ＩＳＣ−Ｖは、電磁吸引力を発生させるソレノイド部を配管外部に配置し、かつバイパス通路に配置されるため、バルブの前後は管路にＬ字あるいはＵ字状の曲り部が存在しており、ここでの圧力損失が大きいことから、通過流量を増大させることは困難であるという問題点があった。
通常、流量増加を行うには、バルブのリフト量を増加、あるいはバルブのシート部の径を増加させてバルブでの開口面積を増加させる必要があるが、やむを得ず、前記配管の圧力損失の問題から、これらを増加させなければならず、その結果バルブも大型化させる必要があり、装置が大型化してしまうという問題点があった。

また、バルブ前後の管路曲りにより、バルブの内径側と外径側とでは、経路長さの違いによる速度差に基づく圧力差が発生するため、バルブには意図しない流体力が作用することになり、リフト時のバルブ挙動が不安定になるとともに、バルブの所要リフト量と実リフト量との間に差異が発生した場合には、正確な流量制御が困難になるという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、バルブの前後での配管の曲がりが不要となり、配管による圧力損失が低減されるとともに、リフト時のバルブ挙動が安定化し、より正確な流量制御が可能な流体制御用電磁弁を得ることを目的とする。

この発明に係る流体制御用電磁弁は、流体が流れる配管内部に配置される、電磁吸引力を発生させるソレノイド部と、このソレノイド部と一体に設けられ、前記電磁吸引力により前記配管の内壁面に形成されたシート部に接離するバルブを有する弁部とを備えている。

この発明に係る流体制御用電磁弁によれば、バルブの前後での配管の曲がりが不要となり、配管による圧力損失が低減されるとともに、リフト時のバルブ挙動が安定化し、より正確な流量制御が可能となる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、同一または相当の部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の流体制御用電磁弁（以下、電磁弁と略称する）を示す断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。
この電磁弁は、磁吸引力を発生させるソレノイド部１と、この電磁吸引力により駆動される弁部２とを備えている。このソレノイド部１及び弁部２は吸気管の機能を有するボディ３に内包されている。

ボディ３は、配管である吸気管の一部を構成しており、上流側ボディ部３ａと、下流側ボディ部３ｂとが４個のボルト２１によりガスケット１７及びプレート１５を介して一体化されている。このボディ３は、エンジンへの吸気管の途中において、吸気管と同軸に取り付けられている。

ソレノイド部１では、吸気管の中心軸線と同軸上に円筒状のコア４が設けられている。このコア４の外周には、ボビン２２を介してソレノイドコイル５が巻装されている。ソレノイドコイル５はヨーク６により内包されている。コア４の下流側の内部では円筒形状のプランジャ７が軸線方向に摺動可能に設けられている。コア４の上流側では調整ネジ１９が螺着された貫通孔が形成されている。この調整ネジ１９は、回転によりコア４の軸線に沿って進退できるようになっている。
ボビン２２は、ターミナル２３を有するコネクタ２４とともに樹脂により一体化されている。

ボビン２２の貫通孔に挿入されて固定されたコア４の下流側の端部には、径方向に突出したフランジ部８が形成されている。このフランジ部８の外周縁部に、ヨーク６の開口側の端部をかしめることで、ヨーク６とコア４とは簡単に一体化されている。

弁部２では、プランジャ７の貫通孔に、連通孔１１を有するパイプ９が嵌入、固定されている。パイプ９の下流側の端部には、導通孔１３を有するバルブ１０が固定されている。

バルブ１０の上流側外周縁部には、低剛性の樹脂材により形成され、内部に容積室を有するベローズ１２が固定されている。このベローズ１２は、軸線方向に伸縮自在の蛇腹部２５を有している。ベローズ１２の上流側端部にはフランジ２７が形成されており、このフランジ２７は、コア４のフランジ部８と、フランジ部８の下流側の段付き部に圧入されたリング２６との間で挟持されている。
ベローズ１２の容積室、並びにコア４及びプランジャ７の内部は、バルブ１０の導通孔１３及びパイプ９の連通孔１１により、エンジンの負圧側とそれぞれ導通しており、プランジャ７の上流側端面と下流側端面とはほぼ同じ圧力となり、またバルブ１０の上流側表面と下流側表面とはほぼ同じ圧力となり、圧力差によるプランジャ７及びバルブ１０の作動が防止される。

コア４のフランジ８とボビン２２との間には、バルブ１０の開口面積よりも総開口面積が十分に大きな複数の通過孔１６を有するリング状のプレート１５の内周縁部が挟持されている。このプレート１５の外周縁部は、上流側ボディ部３ａと下流側ボディ部３ｂとの間で挟持されている。

上記構成の電磁弁では、ソレノイド部１、弁部２、ベローズ１２及びプレート１５が一体化された状態で、プレート１５の周縁部は、ガスケット１７を介して上流側ボディ部３ａと下流側ボディ部３ｂとにより挟持される。
このとき、下流側ボディ部３ｂの内壁面に形成されたシート部１８にバルブ１０が当接している。引き続き、調整ネジ１９を回転させて、調整ネジ１９をコア４に対して進退させ、調整ネジ１９とパイプ９との間に設けられたスプリング２０の弾性力を調整することで、バルブ１０がシート部１８に対して所定のリフト量が得られるように設定される。

次に、上記構成の電磁弁の動作について説明する。
ソレノイドコイル５に通電される前までは、バルブ１０は、スプリング２０及びベローズ１２の合力により、シート部１８に当接している。
図示しない電子制御ユニットを通じてソレノイドコイル５に通電されると、コア４、ヨーク６及びプランジャ７により構成された磁気回路に磁力線が流れ、コア４にはプランジャ７を反シート部１８に吸引する電流値に比例した力が発生する。このため、プランジャ７は、コア４に磁気吸引され、バルブ１０は、磁気吸引力と、スプリング２０及びベローズ１２の合力による反力との釣り合い位置までリフトし、プランジャ７と一体のパイプ９及びバルブ１０は軸線方向に移動し、この結果バルブ１０はシート部１８から離間する。
一方、シリンダ（図示せず）作動によるエンジン（図示せず）側からの負圧吸引によって、吸気管内部には圧力差が発生し、吸気管内の空気は、上流側ボディ部３ａ、ヨーク６の外側、プレート１５の通過孔１６及びベローズ１２の外側、流出口２８を通ってエンジン側に流れる。

ここで、ソレノイドコイル５は、比例ソレノイドコイルを用いているので、流出口２８を通ってエンジン側に流れる空気量は、ソレノイドコイル５への印加電流を制御することで可変される。この必要空気量は、アクセル開度、エンジンの回転数、トルク等に基づいて決定される。

この実施の形態の電磁弁によれば、エンジンへの供給空気量制御弁として、モータと減速機構による従来のスロットルバルブに対して、電磁吸引力によるバルブ直動構造による流量制御弁であるため、その構造は大幅に簡略化されており、かつバルブ１０の作動応答性も向上する。
また、ソレノイド部１は、ソレノイド部１を管路の内部に配置し、かつ流れと同軸方向に配置したことにより、バルブ１０前後での管路曲りが廃止され管路での圧力損失が低減される。このため管路曲りがある場合に比べて、流量増加が実現できるとともにバルブ１０への不安定流体力の作用は低減される。
しかも、ソレノイド部１は、吸気管の中心軸線と同軸上に設けられているので、バルブ１０には周方向において均等な流体力が作用し、バルブ１０の作動が安定化する。

また、ソレノイド部１及びこのソレノイド部１と一体の弁部２は、プレート１５を介してボディ３に支持されており、簡単な構成で吸気管の内部に位置決め、固定される。

さらに、ヨーク６の外周面に沿って空気が流れるので、ソレノイドコイル５からの発熱に対して空気の強制対流による冷却効果があり、ソレノイドコイル５の温度上昇を抑制することができる。
また、ソレノイド部１を管路内に設置したことにより、電磁弁全体が吸気管の一部に内挿される構造であるため、大幅な小型化を実現することが可能となり、他機種エンジンへの搭載などレイアウトが異なる場合にも比較的容易に装着が可能となる。

また、ソレノイド部１に生じる電磁吸引力でバルブ１０が直接移動するため、制御信号に対する応答性も良く、開弁時間も短時間で済み、例えば複数気筒を有するエンジンに対し、この実施の形態の電磁弁を各気筒毎に配置することで気筒毎により正確に吸入吸気量を制御することも可能となる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２の電磁弁を示す断面図である。
この実施の形態では、ヨーク６の上流側の面には、空気をボディ３の内壁面側に案内するガイド部３０が固定されている。
他の構成は実施の形態１と同様である。

この実施の形態では、電磁弁に向かって流れる空気は、ガイド部３０によりボディ３の内壁面側に案内され、ボディ３内を円滑に流れる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３の電磁弁を示す断面図、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿った矢視断面図である。
この実施の形態では、ヨーク６の上流側の面に、空気をボディ３の内壁面側に案内するガイド部３１を有するとともにシート部１８の開口面積よりも総開口面積が十分に大きな複数の通過孔１６を有するプレート３２が固定されている。このプレート３２の外周縁部は、ガスケット１７を介して上流側ボディ部３ａと下流側ボディ部３ｂとにより挟持される。
他の構成は実施の形態１と同様である。

この実施の形態では、電磁弁に向かって流れる空気は、プレート３２のガイド部３１によりボディ３の内壁面側に案内され、ボディ３内を円滑に流れる。

なお、上記各実施の形態では、吸気管と同軸上に電磁弁を設けたが、この電磁弁は、ＩＳＣ−Ｖとして用いることができるのは勿論である。
また、上記各実施の形態では、空気の流れ方向がソレノイド部１側からバルブ１０側へ流れるように取り付けた場合について説明したが、これとは逆に、空気流れ方向がバルブ１０側からソレノイド部１側へと流れるように取り付けてもよい。
但し、前者の場合にはソレノイドコイル５が断線したときスプリング２０及びベローズ１２の弾性力とともに流体力によりバルブ１０は確実に閉弁する利点を有しており、後者の場合にはエンジンの不完全燃焼物質等が導通孔１３を通じてベローズ１２の内部へ流入するのを防止することができる利点を有しており、何れを選択するかは使用条件に応じて決定される。

また、上記各実施の形態では、配管として吸気管の一部を構成するボディ３の内部に電磁弁を設けたが、この電磁弁を配管として例えば排気管の内部に取り付け、排気再循環バルブ（ＥＧＲバルブ）として用いることもできる。

この発明の実施の形態１の流体制御用電磁弁を示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。 この発明の実施の形態２の流体制御用電磁弁を示す断面図である。 この発明の実施の形態３の流体制御用電磁弁を示す断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った矢視断面図である。

符号の説明

１ ソレノイド部、２弁部、３ ボディ、３ａ 上流側ボディ部、３ｂ 下流側ボディ部、５ ソレノイド、６ ヨーク、７ プランジャ、１０ バルブ、１５，３２ プレート、１８ シート部、３０，３１ ガイド部。

Claims (9)

1. 流体が流れる配管内部に配置される、電磁吸引力を発生させるソレノイド部と、
   このソレノイド部と一体に設けられ、前記電磁吸引力により前記配管の内壁面に形成されたシート部に接離するバルブを有する弁部と
   を備えた流体制御用電磁弁。
2. 前記ソレノイド部及び前記弁部は、前記配管の中心軸線上に配置されている請求項１に記載の流体制御用電磁弁。
3. 前記ソレノイド部及び前記弁部は、板厚方向に貫通し前記流体が通過する通過孔を有するプレートを介して前記配管に支持される請求項１または２に記載の流体制御用電磁弁。
4. 前記ソレノイド部は、コアと、このコアの外側に設けられたソレノイドコイルと、このソレノイドコイルの覆った有底筒状のヨークとを有し、
   前記弁部は、前記コアに対して摺動可能で前記バルブと一体のプランジャを有しており、
   前記ヨークの開口端部を前記コアの外周縁部にかしめることで、ヨークとコアとが一体化されている請求項１ないし３の何れか１項に記載の流体制御用電磁弁。
5. 前記ヨークの上流側の面には、前記流体を前記配管の内壁面側に案内するガイド部が固定されている請求項１ないし４の何れか１項に記載の流体制御用電磁弁。
6. 前記ヨークの上流側の面には、前記流体を前記配管の内壁面側に案内するガイド部を有する前記プレートが固定されている請求項３または４に記載の流体制御用電磁弁。
7. 前記配管は、前記流体である空気をエンジンに導く吸気管である請求項１ないし６の何れか１項に記載の流体制御用電磁弁。
8. 前記エンジン一基に対して複数台備えられている請求項７に記載の流体制御用電磁弁。
9. 前記エンジンの各気筒に対して１台ずつ配置されている請求項７に記載の流体制御用電磁弁。

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