JP2020153403A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】動作が滑らかで応答性が良いとともに、部品点数の増加を回避できて、加工が容易な電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】バルブ９の開口側と反対方向へ付勢力を与えるスプリング７と、コイル３の内側で底側に配設されて、コイルへの通電により励磁されて磁気吸引力を生じる、バルブ側の面に凹部４１を有する円柱形状のコア４と、コイルの内側で開口側に配設されて、バルブ側に鍔を有する円筒形状のプレート５と、凹部とプレートの内側に配置されて、一端がバルブを固定して、他端が磁気吸引力と付勢力によりコアの軸方向へ移動して凹部に挿脱される円柱形状のプランジャ８と、凹部とプレートの内周面と、プランジャの外周面との間に配設されて、鍔がスプリング７で付勢された、コアの軸方向に切り欠き部を有した円筒形状のパイプ６を設ける。【選択図】図３

Description

この発明は、ターボチャージャシステムの吸気バイパス通路の流量を制御するエアバイパスバルブに用いられる電磁アクチュエータに関する。

ターボチャージャを搭載するエンジンは、吸気通路のスロットルバルブに流通する空気をターボチャージャへ還流する吸気バイパス通路と電磁アクチュエータを設けて、過給圧を調整している。この電磁アクチュエータは、吸気バイパス通路に形成された弁座に弁部材に当接させて、吸気バイパス通路を開閉している。

そこで、従来の電磁弁は、コイルを励磁すると、プランジャが圧縮ばねに抗してコアに磁気的に吸着することにより、弁体が弁座から離れる。一方、励磁解除に伴って、圧縮ばねが伸張してプランジャが復帰し、弁体が弁座に押し付けられる。しかして、プランジャがパイプ内を作動する。プランジャを円滑に作動させるために、パイプ内に挿入されたプランジャ胴部の外周部には凹部が形成されている。そしてパイプ内周面に接触して転動する球体が凹部に嵌入保持されると共に、プランジャ脚部のガイド用スリーブがパイプ端部に設けられることにより、プランジャ胴部の外周面とパイプ内周面との間に隙間を備えて構成している。（例えば特許文献１参照）

実開昭６１−１７２２６８公報

上記した従来の電磁弁は、プランジャ胴部の外周面とパイプの内周面との間に隙間を備えて構成している。この隙間はコアとプランジャとの間の空間に連通している。したがって、プランジャがパイプ内を移動するときに、コアとプランジャとの空気抵抗を軽減するため、コアとプランジャとの間の空間の空気は、この隙間を流通して排出または流入される。この隙間はプランジャに形成された凹部と、凹部に嵌入保持された球体、及び、ガイド用スリープによって設けられている。そのため、部品点数が増加するとともに、加工が難しいという問題点があった。

また、例えばプランジャの外周面の軸方向に溝を設けて、空気を流通させる構成も考えられるが、加工が難しいという問題点があった。

この発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、動作が滑らかで応答性が良いとともに、部品点数の増加を回避できて、加工が容易な電磁アクチュエータを得ることを目的とするものである。

この発明に係る電磁アクチュエータは、底のある円筒形状のケースと、ケースの内側に配設された円筒形状のコイルと、ケースの開口側に配置されて流体通路を開閉する円筒形状のバルブと、バルブの開口側と反対方向へ付勢力を与える圧縮コイルばねのスプリングと、コイルの内側で底側に配設されて、コイルへの通電により励磁されて磁気吸引力を生じる、バルブ側の面に凹部を有する円柱形状のコアと、コイルの内側で開口側に配設されて、バルブ側に鍔を有する円筒形状のプレートと、凹部とプレートの内側に配置されて、一端がバルブを固定して、他端が磁気吸引力と付勢力によりコアの軸方向へ移動して凹部に挿脱される円柱形状のプランジャと、凹部とプレートの内周面と、プランジャの外周面との間に配設されて、鍔がスプリングで付勢された、コアの軸方向に切り欠き部を有した円筒形状のパイプを設けたものである。

上記のように構成された電磁アクチュエータは、コアの凹部とプレートの内周と、プランジャの外周との間に、コアの軸方向に切り欠き部を有したパイプを設けた。これにより、プランジャが移動するときに、コアとプランジャとの間の空間の空気は、切り欠き部を流通して排出または流入されるので空気抵抗が軽減されることによって、動作が滑らかで応答性が良いとともに、部品点数の増加を回避できて、加工が容易な電磁アクチュエータを得ることができるという効果を有する。

この発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータを、ターボチャージャシステムのエアバイパスバルブに使用した例を示す構成図であり、図１（ａ）は閉弁状態を示し、図１（ｂ）は開弁状態を示す。 この発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータを、ターボチャージャシステムのエアバイパスバルブに使用した例において、バルブが開閉される構造を示す断面図であり、図２（ａ）は閉弁状態を示し、図２（ｂ）は開弁状態を示す。 この発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータを示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータのパイプを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータを示す三面図であり、図５（ａ）は平面図を示し、図５（ｂ）は正面図を示し、図５（ｃ）は下面図を示す。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１における電磁アクチュエータについて図１〜５を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータを、ターボチャージャシステムのエアバイパスバルブに使用した例を示す構成図であり、図１（ａ）は閉弁状態を示し、図１（ｂ）は開弁状態を示す。図２は、この発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータを、ターボチャージャシステムのエアバイパスバルブに使用した例において、バルブが開閉される構造を示す断面図であり、図２（ａ）は閉弁状態を示し、図２（ｂ）は開弁状態を示す。図３は、この発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータを示す断面図である。図４は、この発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータのパイプを示す斜視図である。図５は、この発明の実施の形態１に係わる電磁アクチュエータを示す三面図であり、図５（ａ）は平面図を示し、図５（ｂ）は正面図を示し、図５（ｃ）は下面図を示す。

図１（ａ）、及び、図１（ｂ）に示すように、ターボチャージャシステム１００において、電磁アクチュエータ１は、ターボチャージャ１０１を搭載するエンジンにおける吸気通路１０２の過給圧を調整するために設けられた吸気バイパス通路１０３の流量を調整するエアバイパスバルブとして使用される。
ターボチャージャシステム１００は、ターボ―チャージャ１０１を駆動するための排気ガスを流通させる排気通路１０４と、ターボチャージャ１０１で圧縮される吸入した空気を、インタクーラを介してエンジンへ流通させる吸気通路１０２と、吸気通路１０２の内部に配置されてエンジンへの圧縮された空気の供給を制御するスロットルバルブ１０５と、過剰に圧縮された空気によるターボチャージャ１０１、吸気通路１０２、スロットルバルブ１０５、及び、エンジンの破損を防止するためにターボチャージャ１０１の上流側へ圧縮された空気を逃す吸気バイパス通路１０３と、吸気バイパス通路１０３の開閉を行うエアバイパスバルブとして使用される電磁アクチュエータ１とで構成されている。
なお、排気側には、ターボチャージャ１０１を駆動する排気通路１０４を流通する排気ガスを、ターボチャージャ１０１の下流側へ逃す流量の制御を行うウェイストゲートバルブ１０６が設けられている。

図１（ａ）に示すように、スロットルバルブ１０５が開いた状態において、ターボチャージャ１０１で圧縮された空気はエンジンへ流通される。この状態では、電磁アクチュエータ１は閉弁されている。

図１（ｂ）に示すように、スロットルバルブ１０５が閉じた状態において、電磁アクチュエータ１が開弁される。これにより、吸気通路１０２に滞留する過剰に圧縮された空気が、吸気バイパス通路１０３によってターボチャージャ１０１の上流側へ逃される。

図２（ａ）、及び、図２（ｂ）に示すように、電磁アクチュエータ１は、有底の略円筒形状のケース２と、ケース２に収容された略円筒形状のコイル３と、ケース２の底側でコイル３の内側に設けられてコイル３により励磁されて磁気吸引力を発生する略円筒形状のコア４と、ケース２の開口側でコイル３の内側に設けられた鍔を有する円筒形状のプレート５と、コア４とプレート５の内側に設けられた略円筒形状のパイプ６と、スプリング７の付勢力を受けて突出され、また、コア４の磁気吸引力によって引き込まれてパイプ６の内側を摺動する略円柱形状のプランジャ８と、プランジャ８の突出側の先端に設けられた略円筒形状のバルブ９とで構成される。電磁アクチュエータ１は、吸気バイパス通路１０３のハウジング１０にボルト１１によって取り付けられている。なお、電磁アクチュエータ１に設けられたコネクタ１２には、電磁アクチュエータ１を駆動する電源が接続されている。また、バルブ９に設けられた連通穴（図示せず）によって、吸気バイパス通路１０３と連通する圧力平衡室１３がバルブ９の下流側に設けられている。これにより、バルブ９の上流側の吸気バイパス通路１０３と圧力平衡室１３との間の差圧がキャンセルされて、プランジャ８へのスプリング７の付勢力、及び、コイル３とコア４による電磁吸引力が軽減されている。

図２（ａ）に示すように、電源ＯＦＦの状態において、電磁アクチュエータ１は、スプリング７の付勢力によってプランジャ８が突き出される。これにより、プランジャ８の突出側の先端に設けられたバルブ９が、ハウジング１０に設けられた弁座１４に当接して、吸気バイパス通路１０３が閉塞される。

図２（ｂ）に示すように、電源ＯＮの状態において、電磁アクチュエータ１は、コイル３とコア４による電磁吸引力によってプランジャ８が引き込まれる。これにより、バルブ９が、弁座１４から離間して、吸気バイパス通路１０３が開弁される。

図３に示すように、ケース２は有底の略円筒形状で板金にて形成されている。ケース２の開口側にはバルブ９が配置されている。また、ケース２の底側の外周には、電磁アクチュエータを駆動する電源が接続されるコネクタ１２が配設されている。

コイル３は、略円筒形状の樹脂で形成されたボビン（図示せず）に絶縁電線が巻き付けられており、ケース２に収容されている。また、コイル３はコネクタ１２の端子（図示せず）に電気的に接続されている。

コア４は、鉄材から成る略円筒形状で、ケース２の底側のコイル３の内側に配設されている。また、コア４のバルブ９側の面には、プランジャ８を挿脱する凹部４１が設けられている。

プレート５は、鉄材から成り、鍔を有した略円筒形状で、ケース２の開口側であるプランジャ８の突出側に鍔を有しており、コイル３の内側に配設されている。プレート５は、ケース２とコア４とでコイル３で発生した磁界の磁路を形成している。

パイプ６は、樹脂、又は、アルミなどの非磁性体で形成されており、鍔部６１を有する略円筒形状である。パイプ６の鍔部６１は、ケース２の開口側であるプランジャ８の突出側に配設されており、円筒部６２はプレート５及びコア４の凹部４１の内側に配設されている。また、パイプ６の鍔部６１の外周には、バルブ９の側に返りが形成されており、返りの内側にはスプリング７が配設されて、バルブ９とで付勢されている。

スプリング７は、圧縮コイルばねであり、プランジャ８に緩嵌されている。また、スプリング７は、一端がプレート５の鍔に配設されて、他端がバルブ９に配設されており、バルブ９とバルブ９が固定されているプランジャ８を突出側へ付勢している。これにより、バルブ９が弁座１４に着座されて、電磁アクチュエータ１が閉弁される。

プランジャ８は、磁性材料から成る軸形状で、パイプ６の内側に摺動可能に配置されている。プランジャ８の突出側の一端にはバルブ９が取り付けられている。また、プランジャ８の他端は、コイル３とコア４による電磁吸引力またはスプリング７の付勢力によって、コア４のバルブ９側に設けられた凹部４１に挿脱される。よって、プランジャ８が突出されるとコア４とプランジャ８との間には空間１５が生じる。

バルブ９は、樹脂で形成された略円筒形状で、内部を仕切る壁部（図示せず）が径方向に形成されている。バルブ９の壁部（図示せず）の中心は、プランジャ８の突出側の先端に取り付けられている。また、バルブ９の壁部（図示せず）のパイプ６の側には、スプリング７が配設されて、パイプ６とで付勢されている。

図４、及び、図５が示すように、パイプ６は、鍔部６１と、円筒部６２と、切り欠き部６３とで形成されている。円筒部６２には、鍔部６１からパイプ６の軸方向に複数の切り欠き部６１が設けられた先割れ形状となっている。なお、切り欠き部６１は鍔部６１の軸方向の面に一部が入り込んでいる。また、円筒部６２は変形可能な薄肉で形成されており、鍔６１の反対側の円筒部６２の外径寸法Ｄ２は、円筒部６２の鍔６１側の外径寸法Ｄ１より大きくなるように広げられた円錐台形状に形成されている。また、円筒部６２は、外径寸法Ｄ１と外径寸法Ｄ２が同一寸法、もしくは、外径寸法Ｄ２が外径寸法Ｄ１より小さくなるように弾性変形可能である。外径寸法Ｄ１と外径寸法Ｄ２が同一寸法において、パイプ６は切り欠き部６３を有した形状を維持している。
なお、切り欠き部６３は、少なくとも1か所以上に設けられており、円筒部６２の周方向で均等、又は、不均等に配置されている。

次に、このように構成された電磁アクチュエータにおける作用について図１〜５を用いて説明する。
図１（ｂ）が示すように、吸気通路１０２を流通する過剰に圧縮された吸気は、吸気通路１０２から分岐する吸気バイパス通路１０３に流入し、電磁アクチュエータ１の開閉によりターボチャージャ１０１の上流側へ逃される。図２（ａ）が示すように、電磁アクチュエータ１は、電源ＯＦＦの状態において、バルブ９を、吸気バイパス通路１０３のハウジング１０に設けられた弁座１４に、スプリング７の付勢力によって当接して、吸気バイパス通路１０３を閉塞する。このとき、流入する吸気は、連通穴（図示せず）により圧力平衡室１３へ流入して平衡化される。すなわち、流入する吸気側と圧力平衡室１３の側との間の差圧がキャンセルされる。これにより、スプリング７の荷重が軽減される。図２（ｂ）が示すように、電磁アクチュエータ１は、電源ＯＮの状態において、コイル３とコア４の電磁吸引力によってスプリング７の付勢力に抗してプランジャ８を引き込み、バルブ９を弁座１４から離間させて、吸気バイパス通路１０３を開弁する。その結果、流入する吸気は、バイパスエアとして、吸気バイパス通路１０３を流通して、ターボチャージャ１０１の上流側へ逃される。

図３、図４、及び、図５が示すように、電磁アクチュエータ１のパイプ６は、円筒部６３の外径寸法Ｄ２が外径寸法Ｄ１より小さくなるように弾性変形させた状態で、プレート５の内周面とコア４に設けられた凹部４１の内周面とに挿着される。そして、パイプ６は、円筒部６３が弾性復帰してプレート５の内壁とコア４に設けられた凹部４１の内壁とを付勢して、プレート５とコア４に固定されている。これにより、パイプ６が自己保持される。

また、電磁アクチュエータ１が開弁されるとき、すなわち、プランジャ８がコア４に引き込まれるとき、空間１５に滞留する空気は、パイプ６に設けられた切り欠き部６３を流通して圧力平衡室１３側へ排出される。また、電磁アクチュエータ１が開弁されるとき、すなわち、プランジャ８がコア４から離間して突出されるとき、空気は、圧力平衡室１３側からパイプ６に設けられた切り欠き部６３を流通して、空間１５に導入される。これにより、プランジャ８の移動による空気抵抗が軽減される。

以上述べたように、この実施の形態１にて示した電磁アクチュエータにあっては、プランジャ８が内部を摺動するパイプ６の円筒部６２に切り欠き部６３を設けて、鍔６１の反対側の円筒部６２の外径寸法Ｄ２が、円筒部６２の鍔６１側の外径寸法Ｄ１より大きくなるように広げられた円錐台形状に形成している。これにより、空間１５に空気が切り欠き部６３を流通して出入りする。その結果、プランジャ８の移動による空気抵抗を軽減することが出来、動作が滑らかで応答性を良くすることができるという効果を奏する。

また、パイプ６の円筒部６２に切り欠き部６３を形成しているので、部品点数の増加を回避するとともに、加工が容易にできるという効果を奏する。

更に、円筒部６３の外径寸法Ｄ２が外径寸法Ｄ１より大きくなるように広げられた円錐台形状に形成されているので、円筒部６３の弾性力によりパイプ６はプレート５とコア４の凹部４１に保持される。その結果、パイプ６が脱落するのを回避することが出来、組立を容易にすることができるという効果を奏する。

また、円筒部６３の外径寸法Ｄ２が外径寸法Ｄ１より大きくなるように広げられた円錐台形状に形成されているので、円筒部６３の弾性力によりパイプ６はプレート５とコア４の凹部４１に付勢されている。その結果、パイプ６の保持力を向上することが出来、耐震性が向上することができるという効果を奏する。

ところで、上記した実施の形態に示した電磁アクチュエータはターボチャージャシステムの吸気バイパス通路の流量を制御するエアバイパスバルブとして説明したが、エアバイパスバルブに限られるものでなく、エアバイパスバルブとは異なるバルブ、また、例えばカムシフトアクチュエータなどの直動アクチュエータとして用いられるものであっても良いことは言うまでもない。

１ 電磁アクチュエータ、 ２ ケース、 ３ コイル、 ４ コア、 ５ プレート、 ６ パイプ、 ７ スプリング、 ８ プランジャ、 ９ バルブ、 １０ ハウジング、 １１ ボルト、 １２ コネクタ、 １３ 圧力平衡室、 １４ 弁座、 １５ 空間、 ４１ 凹部、 ６１ 鍔部、 ６２ 円筒部、 ６３ 切り欠き部、 １００ ターボチャージャシステム、 １０１ ターボチャージャ、 １０２ 吸気通路、 １０３ 吸気バイパス通路、 １０４ 排気通路、 １０５ スロットルバルブ、 １０６ ウェイストゲートバルブ、 Ｄ１、Ｄ２ 外径寸法

Claims (5)

1. 底のある円筒形状のケースと、
   前記ケースの内側に配設された円筒形状のコイルと、
   前記ケースの開口側に配置されて流体通路を開閉する円筒形状のバルブと、
   前記バルブの前記開口側と反対方向へ付勢力を与える圧縮コイルばねのスプリングと、
   前記コイルの内側で前記底側に配設されて、前記コイルへの通電により励磁されて磁気吸引力を生じる、前記バルブ側の面に凹部を有する円柱形状のコアと、
   前記コイルの内側で前記開口側に配設されて、前記バルブ側に鍔を有する円筒形状のプレートと、
   前記凹部と前記プレートの内側に配置されて、一端が前記バルブを固定して、他端が前記磁気吸引力と前記付勢力により前記コアの軸方向へ移動して前記凹部に挿脱される円柱形状のプランジャと、
   前記凹部と前記プレートの内周面と、前記プランジャの外周面との間に配設されて、鍔が前記スプリングで付勢された、前記コアの軸方向に切り欠き部を有した円筒形状のパイプと、
   を備えた電磁アクチュエータ。
2. 前記切り欠き部は少なくとも１つ以上であること
   を特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記パイプは前記コア側の径が前記バルブ側の径より大きいこと
   を特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
4. 前記パイプは非磁性体で形成されたこと
   を特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電磁アクチュエータはターボチャージャを搭載するエンジンの吸気バイパス通路の流量を制御するエアバイパスバルブに用いられること
   を特徴とする電磁アクチュエータ。

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