JP2667967B2 - 弁組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの吸気装置
へ排気ガスを定量供給するための弁組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】排気ガ
ス循環弁は、エンジンに関連して使用し、燃焼室に通じ
る吸気マニホルドへ排気ガスを定量供給することによ
り、エンジンからの流出物を規制すると共に燃費を改善
する。米国特許第５，０２０，５０５号明細書に開示さ
れた排気ガス循環装置においては、ベース組立体が弁座
に係合できる弁部材を備えている。ベース組立体は排気
ガスの流量を規制するために弁座に関して弁部材を移動
させるように作動できるリニア型式の電磁ソレノイドア
クチュエータを備えたアクチュエータ組立体を支持す
る。アクチュエータはアーマチュアの中央を貫通する開
口を有する。これらの開口は、アクチュエータ内でアー
マチュアが往復運動するときに、アーマチュアの上方の
空間に対する空気の出入りを容易にする。これらの開口
が必要なため、アーマチュアの寸法が大きくなり、従っ
て、アクチュエータの性能が低下してしまう。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明は排気ガスを吸気
側へ定量供給するようなエンジンと一緒に使用する改善
した排気ガス循環弁に関する。

【０００４】この排気ガス循環弁はアクチュエータハウ
ジング内に位置した特殊なアクチュエータ組立体を使用
することにより従来の排気ガス循環弁の欠点を克服す
る。好ましい実施例において、本発明の排気ガス循環弁
は主磁極片と可動アーマチュアとを備えたリニア型式の
ソレノイドを有する。アーマチュアと磁極片との間に位
置したアーマチュアスリーブはこれらアーマチュアと磁
極片との間に空気ギャップを形成させる。スリーブはそ
の長さにわたって延びる軸方向の溝穴を備え、これらの
溝穴はアーマチュアの上下間の空気を連通させ、アクチ
ュエータの性能に対する空気抵抗の効果を最小限に抑え
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１、２を参照すると、排気ガス
循環弁１０はエンジン１２に関連して作動するようにな
っている。排気ガス循環弁１０は４つの基本的な組立
体、即ち、排気ガス循環ベース組立体１４、弁組立体１
６、アクチュエータ組立体１８及びピントル位置センサ
組立体２０で構成される。

【０００６】排気ガス循環ベース組立体１４は頂壁２
４、底壁２６及び側壁２８を備えたハウジング２２を有
する。側壁は外方に延びた取り付け翼部３０を備え、こ
れらの翼部はエンジン１２のネジ穴３６に係合するボル
ト３４の如き取り付け手段を通過させるための開口３２
を有する。特定のエンジンに排気ガス循環弁１０をシー
ル状態で取り付けるためのガスケット３８又はその他の
手段を排気ガス循環ベース組立体１４とエンジン１２と
の間に配置することができる。ハウジング２２の底壁２
６に形成した第１及び第２の開口４０、４２は通路４４
により相互接続している。開口４２はその周辺部のまわ
りを延びるフランジリム４６を有する。フランジ付き開
口４２はフランジリム４６により位置決めされる弁座イ
ンサート４８を収容する。この弁座インサートは開口５
０を備え、そのまわりに弁座５２が形成される。排気ガ
ス循環ハウジング２２の頂壁２４に設けた弁ステム開口
５４は弁座インサート４８の開口５０に対して同軸的に
位置する。好ましい組立て方法においては、ベースハウ
ジング２２及び弁座インサート４８を粉末金属材料で別
個に形成する。すなわち、粉末金属材料を圧縮成形し、
次いで、熱を加えて一緒に溶融し、単一の排気ガス循環
ベースを形成する。

【０００７】アクチュエータ組立体１８はハウジング部
材５６内に担持され、図２、３、４に示す好ましい構成
においては、このハウジング部材は単一の押出し部品で
できている。ハウジング部材５６は図示のような上方の
円筒状の壁５８を有し、この壁は上方の開いた端部６０
と、底部即ちベース６２とを具備する。ハウジング部材
５６の底部６２から下方に延びた１以上の支持部材６４
は、図示のように、押出し形成したハウジングの一部と
して形成され、側壁６６と底部６８とをそれぞれ具備す
る。各支持部材６４の底部６８は開口７０を備えること
ができ、これによって、ボルト７２の如き取り付け手段
を収容でき、このボルトは、排気ガス循環ベース組立体
１４の対応するネジ穴７４に係合したときに、アクチュ
エータのハウジング部材５６とベース組立体１４とを剛
直に相互係合した状態に保持する。

【０００８】また、アクチュエータのハウジング部材５
６から延びた段付き延長部７６は軸受ハウジング７８と
弁ステム通路８０とを有する。軸受ハウジング７８及び
弁ステム通路８０はアクチュエータのハウジング部材５
６と一体になっており、同軸関係で互いに隣接してい
る。図４に明示するように、軸受ハウジング７８はハウ
ジング部材５６の底部６２から延びる壁部分８２と、肩
部即ちフランジ８４とを有する。フランジ８４から延び
た壁部分８６が弁ステム通路８０を有する。壁部分８６
は弁ステム９２を通過させる開口９０を備えた下方の壁
８８で終端している。

【０００９】アクチュエータのハウジング部材５６を排
気ガス循環ベース組立体１４に対して組立てるには、支
持部材６４をハウジング２２のネジ穴７４に整合させ、
弁ステム通路８０を有する壁部分８６を頂壁２４の弁ス
テム開口５４内へ挿入する。弁ステム通路８０を有する
壁部分８６は弁ステム開口５４に対して締まり嵌めし、
アクチュエータのハウジング部材５６と排気ガス循環ハ
ウジング２２との間にシール接触を提供する。

【００１０】弁組立体１６は、第１端部に弁ヘッド９４
を備えた軸方向に延びる円筒状の弁ステム９２を有する
ポペット弁を具備する。弁ステム９２の第２端部即ち末
端部９６は弁座インサート４８の開口５０を通り、弁ス
テム通路８０及び軸受ハウジング７８を通って延び、ア
クチュエータのハウジング部材５６の壁部分５８の開い
た上端６０の近傍の位置で終端する。好ましくは、弁ヘ
ッド９４及び弁座５２は、変化する排気ガス循環流の要
求を満たすための排気ガス循環弁の融通性を最大化する
ように、高分解能流れ曲線(high resolution flow curv
e)を提供するようになっている。更に、弁のプロフィー
ルは排気ガス流の乱れ（乱流）を最小限に抑え、弁９４
と弁座５２との間の着座表面に炭素が付着する危険性を
減少させる。

【００１１】弁ステム軸受９８は軸受ハウジング７８内
に収容され、弁ステム９２はこの軸受の軸受開口１００
を通って延びる。軸受開口１００は、軸受とステム９２
との間の接触部での排気ガスの漏洩を最小限に抑えた状
態で、軸受内でのステム９２の軸方向運動を可能にする
ような寸法を有する。軸受９８は青銅の如き剛直な材料
又は高分子量過フッ化炭化水素の如き高潤滑性を有する
適当な高温ポリマーで作られる。好ましい過フッ化炭化
水素はポリテトラフルオルエチレン（いわゆるデュポン
社の「テフロン」（登録商標名））である。

【００１２】図２、３に示すように、半径方向のクリア
ランス（間隙）１０２、１０４が弁ステム９２と弁ステ
ム通路８０との間及び軸受９８と軸受ハウジングの壁８
２との間にそれぞれ形成される。軸受９８は固定されて
おらず、クリアランス１０２、１０４を利用して限定範
囲内で自由に浮遊できる状態にあり、アクチュエータの
振動や作動で生じた摩耗の如きファクターに起因する弁
ステム９２の半径方向運動を許容する。浮遊状態にある
軸受により、側方への運動が容易になるため、軸受開口
１００と弁ステム９２との間の接触面は極めて良好な気
密状態となり、アクチュエータ組立体へのガスの漏洩を
阻止する。

【００１３】弁ステム９２と軸受開口１００との間にシ
ール接触が確立されるほかに、軸受部材９８の下面１０
６と軸受ハウジングの肩部８４との間に面シールが形成
される。シール面を弁ステムの運動方向に対して垂直に
配置することにより、軸受９８と軸受ハウジング７８の
壁８２とを圧入する必要がなくなり、弁ステム及び軸受
の半径方向運動のためにクリアランス１０４を利用でき
る。面シールのまわりでの漏洩の無いシールを維持する
ために、圧縮バネ１１２の如き偏倚部材により軸受９８
の上面１１０に偏倚力を作用させる。軸受に加えられる
バネの力は、所望の半径方向の整合関係での軸受の運動
を可能にした状態で、軸受の下面１０６と肩部８４との
間に気密な面シールを維持するのに十分なものとする。
中間のワッシャ又はディスク１１４を使用したスリップ
面をバネ部材１１２と軸受９８の上面１１０との間に配
置するのが望ましい。ワッシャ１１４はバネ部材に接触
する上面と、軸受９８の上面１００に連通してこれらの
間にスリップ面を提供する下面とを有する。ワッシャ１
１４を使用すると、軸受部材の自由な半径方向運動を阻
害するようなバネ１１２と軸受９８との間の結合を防止
できる。

【００１４】アクチュエータ組立体１８は更に、リニア
型式のソレノイド１１６を備え、このソレノイドはアク
チュエータハウジング５６内に配置され、弁ステム９２
の第２端部即ち末端部９６に接続している。ソレノイド
１１６は、弁ステム９２を運動させて、その弁ヘッド９
４を弁座５２に対して係合又は係合解除させ、排気ガス
循環ハウジング２２の通路４４を通る排気ガスの流れを
開始させたり規制したりする。図２、５に示すように、
主磁極片１１８はテーパ状の中央磁極１２０と、ベース
１２２と、円筒状の外壁１２４とを備えたカップ形状を
呈する。本発明の好ましい実施の形態においては、テー
パ状の中央磁極の外表面はアクチュエータの軸線から離
れるように傾斜しているが、中央磁極は（テーパしてい
ない）中央の円筒状内表面１２１を有する。外壁１２４
はアクチュエータハウジング５６の開いた端部６０への
磁極片の挿入を可能にするような寸法を有する。磁極片
１１８のベース１２２から延びたキー１２６はアクチュ
エータハウジングのベース６２に設けた中空支持部材６
４に摺動係合し、磁極片を位置決めする。カップ状の主
磁極片１１８の開いた端部１２８はコイル／ボビン組立
体１３０を収容する。実質上環状の形状を呈するコイル
／ボビン組立体１３０は上方に突出したテーパ状の中央
磁極１２０と外壁１２４との間で主磁極片１１８の底部
に形成された対応する環状溝（グルーブ）１３２に係合
する。

【００１５】カップ状の主磁極片１１８は第２の磁極片
１３４により閉じられ、この磁極片１３４はコイル／ボ
ビン組立体１３０の中央開口１３８内に挿入される（テ
ーパしていない）中央の円筒状磁極部分１３６を有す
る。図示のように、第２の磁極片１３４の上端はフラン
ジ１４０を備え、このフランジは主磁極片１１８の外壁
１２４の開いた端部１２８の周辺部に設けた対応する位
置決め溝穴１４４に係合できる１以上のタブ（突起）１
４２を有する。ソレノイドアクチュエータ１１６の磁気
回路は、コイル／ボビン組立体１３０の実質的な部分の
まわりに位置する磁気回路を形成する主磁極片１１８
と、第２磁極片１３４と、弁ステム９２の第２端部９６
に固定されこれと一緒に運動できるアーマチュア１４６
とを有する。アーマチュア１４６は弁ステム９２の第２
端部９６を収容するフランジ付き開口を備えた保持ディ
スク９７によりこの第２端部９６に関して位置決め固定
され、第２端部は保持ディスクの開口に対して螺合又は
伸展加工され、弁ステムと保持ディスクとが確実に係合
せしめられる。主磁極片１１８のテーパ状磁極１２０及
び第２磁極片１３４の（テーパしていない）真っすぐな
磁極部分１３６は弁ステム９２と実質上同じ軸線を有す
る円筒状通路１５２を画成し、この通路はアーマチュア
１４６の直径より僅かに大きな直径を有し、アーマチュ
ア及びこれに取り付けた弁ステムの軸方向運動を許容す
る。

【００１６】ソレノイド組立体内でのアーマチュアの作
動にとって必要なのは、アーマチュア１４６と磁極片１
１８、１３４との間に円周方向の空気ギャップ１４８を
維持させることである。排気ガス循環弁内での空気ギャ
ップ１４８は、磁極片とアーマチュアとの間でソレノイ
ドの円筒状通路１５２内に位置決めされた非磁性スリー
ブ１５０を使用することにより形成される。図６、７に
示すように、スリーブ１５０はステンレス鋼又は温度抵
抗ポリマーの如き薄い非磁性材料でできており、軸方向
に延びる一連の溝穴１５４を有する。これらの溝穴１５
４はアーマチュア１４６の上方の空気空間１５６とアー
マチュアの下方の空間１５８とを連通し、アーマチュア
の運動に対する空気抵抗の効果を最小限に抑える。この
ような空気抵抗効果は、アクチュエータの応答時間を遅
らせ、弁自体の開閉性能に悪影響を及ぼすので望ましく
ない。アーマチュアを通る空気通路によりアーマチュア
の上下の空気空間を連通する従来のソレノイドアクチュ
エータとは異なり、本発明のアクチュエータは空気ギャ
ップを利用して通気を行う。その結果、アーマチュアの
横断面積は空気通路を設けることにより除去される材料
が無いので、悪影響を受けない。

【００１７】上述の好ましい実施の形態におけるリニア
型式のソレノイドアクチュエータにおいては、アーマチ
ュアの全範囲、従って、弁の運動の全範囲にわたって力
と電流との間にリニア関係（比例関係）が存在するのが
望ましい。このようなソレノイドの設計に当たっては、
ソレノイドの製造に使用する磁性材料の非直線性（リニ
ア関係がないこと）及び磁束密度と磁力との間の関係を
考慮しなければならない。排気ガス循環弁に使用する既
知のリニア型式のアクチュエータにおいては、テーパ状
の磁極片の機能はアクチュエータの運動範囲にわたって
軸方向の力と電流との間にリニア関係を与えることであ
る。このような装置の磁気効率は、半径方向に向いた実
質的な磁束が存在するため、最適効率よりも実質的に小
さくなり、その結果、所望の直線性を維持するのが困難
であった。従来のリニア型式の排気ガス循環ソレノイド
に固有の欠点を排除するため、アーマチュア１４６はテ
ーパ状の中央磁極部分１２０に隣接する端部にテーパ状
の部分１６０を具備する。アーマチュア１４６のこのテ
ーパ状部分１６０は静止のテーパ状磁極部分１２０の方
向とは反対の方向にアクチュエータの軸線に向かって傾
斜している。テーパ状のアーマチュアは、テーパ状部分
１６０から主磁極片１１８のテーパ状磁極部分１２０へ
延びる漏洩磁極（図８にＡにて示す）のための焦点経路
（集中経路）を提供することにより、一定の電流により
発生する軸方向の力を改善する。アーマチュアのテーパ
状部分１６０及び中央磁極部分１２０を横切るように漏
洩磁束を導くことにより、主磁極片１１８の静止のテー
パ状磁極部分１２０により提供されるリニア特性を維持
した状態で、弁ステムの軸線の方向に発生した力が増大
する。

【００１８】アーマチュアのテーパ状部分１６０を設け
たほかに、対応するテーパ状延長部１６２が静止のテー
パ状磁極部分１２０の内表面から内方に突出している。
テーパ状延長部１６２はアーマチュアのテーパ状部分１
６０に実質上平行となっており、図９にＢにて示す付加
的な磁束場経路を形成することにより付加的な軸方向の
力成分を提供する。付加的な力成分は磁束場Ｂを通して
発生せしめられ、弁部材９４がその全開位置の近傍に位
置するときの弁１０の高流量作動中に効力を発揮する。
アーマチュア１４６のテーパ状延長部１６２とテーパ状
部分１６０との間のギャップ１６４の長さがこのギャッ
プを横切る付加的な磁束密度により発生せしめられる軸
方向の力を強めるので、アーマチュア及びテーパ状磁極
片の角度の変化により、ギャップ１６４を横切って発生
する力が変化する。従って、テーパ状アーマチュア及び
付加的なテーパ状磁極片延長部１２０、１６２が、従来
のソレノイドアクチュエータでは利用できなかった設計
上の自由度を増大させる。設計上の自由度が増大すれ
ば、アーマチュアに作用する大きな軸方向の力がすべて
の位置において得られる。

【００１９】アクチュエータ組立体１８はピントル位置
センサ組立体２０により閉じられる。ピントル位置セン
サ組立体は偏倚されたホロワ１６６を有し、このホロワ
は保持ディスク９７の上面に接触し、弁シャフト９２の
移動に応じて移動し、このシャフトの位置、従って、弁
座５２に関する弁９４の位置を追従する。弁シャフト９
２の位置は電気信号に変換され、この信号は電気接続部
１６８を介して適当なコントローラ（図示せず）に伝達
される。ピントル位置センサ組立体２０はその周辺部の
まわりを延びるフランジ１７０を有する。好ましくは、
ピントル位置センサ組立体のケースは耐久性のポリマー
材料で作られるが、フランジは剛直な金属シース即ち縁
部１７２を具備し、センサ本体はこの縁部に一体的に鋳
造される。センサ組立体２０の縁部１７２は、フランジ
１７０上に据込み加工されたアクチュエータハウジング
５６の開いた端部６０の上縁１７６により、エラストマ
ーシール１７４と共に、保持される。ピントル位置セン
サ組立体２０に一体的に設けられた金属縁部１７２を使
用することにより、センサ２０の正確な作動を阻害する
ようなフランジの寸法変化を常時抑えることができる。

【００２０】次に、図２、３を参照して、排気ガス循環
弁１０の好ましい作動を説明する。図２は、エンジンの
吸気装置へ排気ガスを循環させる必要がない場合に、ス
ロットルを全開状態に設定したときに遭遇するような閉
位置における排気ガス循環弁を示す。この閉位置におい
ては、コイル１３０は励磁されていない状態にあり、そ
れ故、力を生じさせる磁場はアクチュエータ１８内に発
生しない。バネ１１２はアーマチュア１４６及びこれに
取り付けた弁組立体を閉位置の方へ偏倚して、弁部材９
４を弁座５２に着座させ、エンジン１２の排気ガス通路
１７８から吸気通路１８０への排気ガスの流れを阻止す
る。図２に示す閉位置において、排気ガス循環ベースハ
ウジング２２の通路４４はエンジン１２の通路１８０か
らのマニホルド真空に晒される。しかし、排気ガス循環
ベースハウジング２２の弁ステム開口５４とアクチュエ
ータハウジング２２の弁ステム通路８０との間の接触面
にシールが確立されているため、外部の空気がエンジン
の吸気装置へ流入せず、エンジンの性能が低下しない。

【００２１】関連するコントローラが吸気マニホルドへ
排気ガスを導入するようなエンジン作動状態になったと
判定したとき、電流信号が電気接続部１６８を介してコ
イル１３０に送られ、図８、９に示す磁場Ａ、Ｂを発生
させる。これらの磁場はアーマチュア１４６に作用する
開弁力を生じさせ、この力は弁ステムの軸線と同一方向
に働き、バネ１１２の偏倚力及び弁部材９４の両側の差
圧（閉弁方向）に対抗する。磁場により発生した力がバ
ネ偏倚力及び差圧より大きくなったとき、アーマチュア
１４６及びこれに取り付けた弁組立体１６が軸方向に運
動し、弁部材が弁座５２から離れる（図３）。弁が開く
と、排気ガスが排気ガス通路１７８から排気ガス循環ベ
ースハウジング２２の通路４４を通って吸気通路１８０
へ流入する。アクチュエータのハウジング部材５６の弁
ステム通路８０と排気ガス循環ベースハウジング２２の
弁ステム開口５４との間の接触面に形成されたシールに
より、排気ガス循環弁１０からの排気ガスの漏洩が阻止
される。同時に、ベース組立体１４からアクチュエータ
組立体１８への排気ガスの流通は、軸受９８と肩部８４
との間に形成された面シール及び軸受開口１００内と弁
ステムとの間の気密状態により阻止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の特徴を具体化した排気ガス循環弁の分
解部品斜視図である。

【図２】第１作動モードにおける図１の排気ガス循環弁
の部分断面図である。

【図３】第２作動モードにおける図１の排気ガス循環弁
の部分断面図である。

【図４】図を明瞭にするため一部を図示省略した状態で
の図１の排気ガス循環弁の断面図である。

【図５】図１の排気ガス循環弁のためのアクチュエータ
組立体の主磁極片の部分断面斜視図である。

【図６】図１の排気ガス循環弁のためのソレノイド組立
体の空気ギャップスリーブの斜視図である。

【図７】図６の７−７線における空気ギャップスリーブ
の断面図である。

【図８】ある作動モードにおける本発明の排気ガス循環
弁のアクチュエータ組立体の部分断面図である。

【図９】別の作動モードにおける本発明の排気ガス循環
弁のアクチュエータ組立体の部分断面図である。

【符号の説明】

１０ 弁組立体 １２ エンジン １８ アクチュエータ組立体 ２２ ベースハウジング ９４ 弁部材 １１８、１３４ 磁極片 １４６ アーマチュア １４８ 空気ギャップ １５０ スリーブ １５４ 溝穴 １５６ 上方空間 １５８ 下方空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドゥワイト・オーマン・パーマー アメリカ合衆国ニューヨーク州14610, ロチェスター，フェアヘイヴェン・ロー ド 164 (56)参考文献 実開 平４−97182（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの吸気装置へ排気ガスを定量供
   給するための弁組立体において、 静止の磁極片、この磁極片内で動くことのできるアーマ
   チュア、及び、上記磁極片と上記アーマチュアとを隔て
   る空気ギャップを有する磁気回路を具備した電磁ソレノ
   イドアクチュエータを備え、上記空気ギャップは、非磁
   性材料で形成され、軸方向に延びる溝穴を有するスリー
   ブ部材を備え、当該アーマチュアが当該磁極片に関して
   軸方向に運動したときに、上記スリーブ部材の溝穴が、
   該アーマチュアの一端に隣接する空間から同アーマチュ
   アの他端に隣接する空間へ空気を移動できるようにした
   ことを特徴とする弁組立体。
2. 【請求項２】 エンジンの吸気装置へ排気ガスを定量供
   給するための弁組立体において、 排気ガス流を定量供給できる弁部材を有するベースハウ
   ジングと、 上記ベースハウジングに関連し、静止の円筒状磁極片、
   この円筒状磁極片の内部で運動できるアーマチュア、及
   び、このアーマチュアと上記磁極片との間に形成された
   空気ギャップを備えた電磁ソレノイドアクチュエータを
   有するアクチュエータ手段と、を具備し、上記空気ギャ
   ップが、非磁性材料で形成され、軸方向に延びる溝穴を
   有する実質上円筒状のスリーブ部材を備え、このスリー
   ブ部材は、上記円筒状磁極片内で上記アーマチュアが軸
   方向に運動したときに、同アーマチュアの一端に隣接す
   る空間から同アーマチュアの他端に隣接する空間へ空気
   を移動できるようにするための導管として作用する溝穴
   を有することを特徴とする弁組立体。