JP2007321801A

JP2007321801A - 電磁弁

Info

Publication number: JP2007321801A
Application number: JP2006149887A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Oota; 輝暁太田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】流量バラつきの要因を実質的にオリフィスの寸法のみとすることにより流量精度の向上が図られたパージバルブを提供する。
【解決手段】可動部材１８′は、流体通路１６の一部を画定するパッキン２８′と、円弧２４′上に形成された大きさの異なる複数のオリフィス２６′とを有する。パッキン２８′は、バルブ全閉時を除き、可動部材１８′の回転中も含めて常に、少なくとも１つのオリフィス２６′を囲繞するような大きさ及び形状を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は電磁弁に関し、特には、自動車の内燃機関においてキャニスタから吸気管へ蒸発燃料を供給するために使用されるパージバルブに関する。

自動車の内燃機関に使用されるパージバルブは、キャニスタからの蒸発燃料を流量制御しつつ吸気管に送るように構成される。近年、自動車のハイブリッド化に伴い、吸気管に設けられたスロットルバルブは大きく開いた状態となる場合が多く、吸気管の負圧の程度は小さくなる（キャニスタ側と吸気管側との圧力差が小さくなる）傾向にある。負圧の低下に伴い、パージバルブに要求される流量精度は厳しくなっている。

図４は、パージバルブとして使用可能な電磁弁１００の一例を示す図である。電磁弁１００は、オリフィス１０２、弁体１０４、弁体１０４をオリフィス１０２に当接する方向に付勢するスプリング１０６、弁体１０４をオリフィス１０２から離間させるためのコイル１０８を有し、いわゆるデューティ制御により流量を制御する。例えば特許文献１には、低デューティ域での流量値のばらつきを小さくするとともに大きな流量も確保することのできる電磁弁が開示されている。また特許文献２には、ディーゼルエンジン用燃料噴射ポンプにおいて高圧燃料室と低圧燃料室との間の燃料通路中に設けられる電磁弁が開示されている。この電磁弁では、固定鉄心に対向する可動鉄心の面内に凹部を設けることにより流量制御精度の向上が図られている。

特開平１０−２２０６２８号公報特開２００２−１６８３６２号公報

上記特許文献１以外にも電磁弁の流量精度を向上させる試みは種々なされているが、コイル又はソレノイド等を用いて弁体を移動させるタイプの電磁弁では、流量精度は多数の要因の影響を受ける。すなわち、上記要因は図４において、主としてオリフィス１０２に関する流体通路の寸法精度及び弁体１０４の動作精度に大別され、さらに動作精度には弁体１０４のストロークｓ、弁体１０４を付勢するスプリング１０６のばね定数、弁体１０４を支持するプランジャ１１０の周囲と他の要素間とのギャップ（例えば図４のサイドギャップｇ１及びエアギャップｇ２）等の機械的要因と、コイル１０８のコイル抵抗、抗磁力、インダクタンス等の電気的要因とが含まれる。このような多数の要因を全て厳密に管理して流量精度を向上させることは、特に上述の圧力差が小さい場合には非常に困難であった。

そこで本発明は、流量バラつきの要因を実質的にオリフィスの寸法のみとすることにより流量精度の向上が図られた電磁弁を提供することを目的とする。さらに本発明は、流量切り替え時であっても安定した流量制御性を備えた電磁弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、流体通路と、前記流体通路内に選択的に配置可能な複数のオリフィスが設けられた可動部材と、前記流体通路を流れる流体の流量を調節するために、前記流体通路内に配置されるオリフィスを切り替えるべく前記可動部材を駆動する駆動手段と、を有することを特徴とする電磁弁を提供する。

また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁弁において、前記電磁弁の全閉時を除き常に、前記複数のオリフィスの少なくとも１つが前記流体通路内に位置するように、前記流体通路の大きさ及び前記可動部材上での前記複数のオリフィスの間隔が定められる、電磁弁を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電磁弁において、前記可動部材は略円盤状部材を有し、前記複数のオリフィスは前記略円盤状部材上であって同一の円弧上に、該円弧の中心に対して略等角度に形成され、前記可動部材は前記円弧の中心について回転可能に構成される、電磁弁を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電磁弁において、前記複数のオリフィスは、前記電磁弁の全閉時に前記流体通路内に配置される部分を除き前記円弧の中心に対して略等角度に形成される、電磁弁を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電磁弁において、前記可動部材に当接して前記流体通路の一部を画定するとともに、前記電磁弁の全閉時及び微開時を除き少なくとも２つのオリフィスが前記流体通路内に配置されるように該少なくとも２つのオリフィスを囲繞する大きさを備えたパッキンを有する、電磁弁を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電磁弁において、前記パッキンは、前記駆動手段が前記可動部材を駆動しているときに、あるオリフィスを囲繞しなくなると同時に他のオリフィスを囲繞するような形状及び大きさを有する、電磁弁を提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁弁において、内燃機関の燃料供給装置のキャニスタと吸気管との間に配置されるパージバルブとして使用される、電磁弁を提供する。

本発明に係る電磁弁によれば、流体通路内を流れる流量精度は実質的に、可動部材に形成されたオリフィスの寸法精度にのみ依存する。オリフィスの寸法精度は単に加工精度で決まるので技術的問題は少なく、故に流量の安定性及び制御性に優れた電磁弁が提供される。

また全閉時を除き１つ以上のオリフィスが駆動手段の作動中も含め常に流体通路内に位置するようにすることにより、流量変更時すなわちオリフィス切り替え時に流量がゼロになる時間帯が確実に排除される。従って流量の制御性に加え安定性にも優れた電磁弁を提供することができ、これは内燃機関の燃料供給装置のキャニスタと吸気管との間で使用されるパージバルブとしての適用について特に有用である。

また可動部材を回転可能な円盤状に形成し、可動部材の回転中心を中心とする同一円弧上に複数のオリフィスを形成することにより、可動部材をステップモータ等の簡易な構成で回転させることにより流体通路内のオリフィス径を切り替えることができる。

複数のオリフィスを、電磁弁の全閉時に流体通路内に配置される部分を除き円弧の中心に対して略等角度に形成することにより、ステップモータの制御が容易になる。

流体通路の一部を画定するパッキンを使用することにより、流体連通に使用されるオリフィスを容易かつ確実に規定することができる。

また流量切り替え動作中すなわちステップモータ等の駆動手段が可動部材を駆動しているときに、あるオリフィスがパッキンに囲繞されなくなると同時に他のオリフィスがパッキン内に囲繞されるようにすることにより、流量切り替え時の流量をより安定させることができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係る第１の実施形態のパージバルブ１の断面図である。

パージバルブ１は、主として内燃機関の燃料供給装置においてキャニスタから吸気管（いずれも図示せず）に送られる蒸気燃料の流量を調節すなわち制御するために使用されるものであり、ハウジング１０、キャニスタ及び吸気管にそれぞれ連通する入口１２及び出口１４を備えた流体通路１６、略円盤形状を有し好ましくは金属製の可動部材１８、並びに可動部材１８を回転させるステップモータ２０を有する。可動部材１８は、図２に示すように、その回転中心２２を中心とする円弧２４上に一部（バルブ全閉時に使用される部分）を除き等間隔（中心Ｏについて等角度）で配置された開口部すなわち複数のオリフィス２６を有する。オリフィスを等角度に配置することにより、ステップモータの操作性や制御性が容易になる。また複数のオリフィスは、周方向に沿って大きさ（ここでは直径）が徐々に大きくなる（ここでは時計回りに進むに従って大きくなる）ように形成されることが好ましい。複数のオリフィス２６は、図１からわかるように、ステップモータ２０による可動部材１８の回転によって流体通路１６内のオリフィスとして作用する。

図１及び図２に示すように、ハウジング１０は可動部材１８に対して接離可能なパッキン２８を有する。詳細には、パッキン２８は、可動部材１８に向けて開口する流体通路１６の開口端３０の周囲に設けられた溝３２に係合して配置される。パッキン２８は、流体通路１６内を流れる蒸発燃料等の流体の物性や熱に対して耐性を有するエラストマー等の材料から作製され、流体通路１６の一部を確定するとともに流体連通に使用するオリフィスを規定すなわち囲繞する機能を有する。また可動部材１８は、ハウジング１０内に設けられたクラッチ機構３４によって可動部材１８の回転軸に略垂直な方向に所定距離ｄ移動可能である。パージバルブ１の流量を変更しようとするときはクラッチ機構３４が可動部材１８を一旦パッキン２８から離れるように（図１では右方向に）移動させ、ステップモータ２０が可動部材１８を所定角度回転させた後、クラッチ機構３４が可動部材を再度パッキンに当接するように（図１では左方向に）移動させる。なお可動部材１８の軸方向への傾きを防止するために、可動部材ハウジング１２に支持部材３６を設けることが好ましい。

可動部材１８を回転させることによりパッキン２８に囲繞される（すなわち流体が通過する）オリフィスを適宜切り替えることができるので、パージバルブとしての流量制御が可能になる。また明らかなように、バルブ全閉時はパッキンが可動部材１８に対して位置Ａ（オリフィスが形成されていない部分）に配置されるように可動部材１８が回転する。

図１及び図２からわかるように、パッキン２８は流体通路１６の一部を画定し、また流体が流れる可動部材１８の開口部すなわちオリフィスはパッキン２８に囲繞されているものに限定される。上記構成は、上述したような従来技術に係るデューティ制御用の電磁弁のストローク、ギャップ、ばね定数等の要素を含まないので、流体通路１６内を流れる流量の精度のバラつきは実質的に可動部材１８のオリフィス２６の寸法精度にのみ依存する。オリフィスの寸法精度は単に加工精度で決まるので技術的問題は少なく、故にハイブリッド化によって吸気管側の負圧が低下する場合であっても、十分な流量精度を確保することができる。

しかしながら、上述の第１の実施形態では、例えば位置Ｐに示すような、可動部材１８の回転中、すなわち流体を流すオリフィスを他のオリフィスに切り替えるときに、僅かではあるが流量がゼロとなる（流体通路内にいずれのオリフィスも存在しなくなる）時間帯が存在する。従って流量変更を頻繁に行う制御では流量が不安定になる虞がある。そこで、以降に説明する第２の実施形態を用いて、オリフィスの切り替え中でも流量がゼロとなる時間帯を排除する構成について説明する。

図３は、第２の実施形態に係るパージバルブの可動部材１８′及びパッキン２８′を示す図である。なお可動部材及びパッキン以外の構成要素については第１の実施形態と同様でよい。パッキン２８′は流体通路１６の一部を画定し、また流体が流れる可動部材１８′のオリフィスはその時点でパッキン２８′に囲繞されているものに限定される点では第１の実施形態と同じである。但し、可動部材１８′は、バルブ全閉時（パッキン２８′が後述する位置Ａに位置する時）にパッキン２８′に囲繞される部分を除き、円弧２４′の中心２２′に対して略等角度に形成される複数のオリフィス２６′を有し、さらにパッキン２８′は、全閉時を除き、可動部材１８′の回転中も含めて常に、少なくとも１つ（図示例では２つ）のオリフィス２６′が流体通路１６内に配置されるようにその少なくとも１つのオリフィスを囲繞する大きさを備える。

具体的には、パッキン２８′はその長軸が可動部材１８′の回転中心２２′を中心とする円弧２４′に沿って彎曲した楕円又は長穴形状を有し、オリフィス切り替え時以外は２つ以上（図示例では３つ）のオリフィス２６′を囲繞する。なお可動部材１８′においても可動部材１８と同様に、開口部すなわち複数のオリフィス２６′は、周方向に沿って大きさ（ここでは直径）が徐々に大きくなる（ここでは時計回りに進むに従って大きくなる）ように形成されることが好ましい。なお図示例でのパッキン２８′は、バルブの全閉時及び微開時を除き、オリフィス切り替え時以外は３つ、切り替え時は２つのオリフィスを囲繞するように構成されているが、切り替え時以外は２つ、切り替え時は１つのオリフィスを囲繞するようにしてもよい。囲繞するオリフィスの個数は流体通路１６の大きさとのバランスや流量の安定性から適宜定めることができる。

第２の実施形態では、例えば全閉時はパッキン２８′は可動部材１８′に対してＡの位置に相対的に位置し、明らかなようにこの位置ではパッキン２８′に囲繞されるオリフィスはない。また微流量を流すべき微開時はパッキン２８′が可動部材１８′に対してＢの位置に移動し、１つのオリフィス２６ｂ′のみが流体連通に使用される。さらに比較的小流量を流すときはパッキン２８′が可動部材１８′に対してＣの位置に移動し、小径の３つのオリフィス２６ｂ′が流体連通に使用される。一方、最大流量を流すときはパッキン２８′がＤの位置に移動し、大径の３つのオリフィス２６ｄ′が流体連通に使用される。

第２の実施形態では、例えば位置Ｅに示すように、流量切り替えのために可動部材１８′が回転中であっても、流体は２つのオリフィス２６ｅ′は必ず通過することができるので、第１の実施形態のように流量が実質ゼロとなる時間帯は確実に排除される。従って、流量切り替えが頻繁に行われる用途でも、安定した高い流量精度が得られる。またパッキン２８′は、位置Ｅに示すように、可動部材１８′の回転中にオリフィス２６ｅ″がパッキン２８′に囲繞されなくなると同時にオリフィス２６ｅ″′がパッキン２８′に囲繞されるような形状及び大きさを有することが好ましい。これにより、流量切り替え時の流量変動を極力小さくすることができる。

本発明に係るパージバルブの概略断面図である。図１のパージバルブの可動部材の一構成例を示す図である。図１のパージバルブの可動部材の他の構成例を示す図である。従来の電磁弁のオリフィス近傍を示す断面図である。

符号の説明

１パージバルブ
１０ハウジング
１６吸気管
１８、１８′ 可動部材
２０ステップモータ
２６、２６′ オリフィス
２８、２８′ パッキン
３４クラッチ

Claims

流体通路（１６）と、前記流体通路（１６）内に選択的に配置可能な複数のオリフィス（２６、２６′）が設けられた可動部材（１８、１８′）と、前記流体通路（１６）を流れる流体の流量を調節するために、前記流体通路（１６）内に配置されるオリフィスを切り替えるべく前記可動部材（１８）を駆動する駆動手段（２０）と、を有することを特徴とする電磁弁。
前記電磁弁（１）の全閉時を除き常に、前記複数のオリフィス（２６′）の少なくとも１つが前記流体通路（１６）内に位置するように、前記流体通路（１６）の大きさ及び前記可動部材（１８′）上での前記複数のオリフィス（２６′）の間隔が定められる、請求項１に記載の電磁弁。
前記可動部材（１８′）は略円盤状部材を有し、前記複数のオリフィス（２６′）は前記略円盤状部材上であって同一の円弧（２４′）上に、該円弧（２４′）の中心（２２′）に対して略等角度に形成され、前記可動部材（１８′）は前記円弧（２４′）の中心（２２′）について回転可能に構成される、請求項２に記載の電磁弁。
前記複数のオリフィス（２６′）は、前記電磁弁（１）の全閉時に前記流体通路（１６）内に配置される部分を除き前記円弧（２４′）の中心（２２′）に対して略等角度に形成される、請求項３に記載の電磁弁。
前記可動部材（１８′）に当接して前記流体通路（１６）の一部を画定するとともに、前記電磁弁（１）の全閉時及び微開時を除き少なくとも２つのオリフィス（２６′）が前記流体通路（１６）内に配置されるように該少なくとも２つのオリフィス（２６′）を囲繞する大きさを備えたパッキン（２８′）を有する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電磁弁。
前記パッキン（２８′）は、前記駆動手段（２０）が前記可動部材（１８′）を駆動しているときに、あるオリフィス（２６ｅ″）を囲繞しなくなると同時に他のオリフィス（２６ｅ″′）を囲繞するような形状及び大きさを有する、請求項５に記載の電磁弁。
内燃機関の燃料供給装置のキャニスタと吸気管との間に配置されるパージバルブ（１）として使用される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電磁弁。