JP3677910B2

JP3677910B2 - 電磁弁

Info

Publication number: JP3677910B2
Application number: JP34500796A
Authority: JP
Inventors: 誠酒井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH10184977A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電磁弁に関し、例えば内燃機関のＩＳＣ（Idle Speed Control) 弁に用いられる電磁弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＩＳＣ弁に電磁三方弁を用いたアイドル回転数制御装置として、特公平３−１２２１５号公報に開示されるものが知られている。
特公平３−１２２１５号公報に開示されるものは、入気ポート、第１の送気ポートおよび第２の送気ポートを有し、ロータリー弁の回転角度を制御することにより、入気ポートから流入し第１の送気ポートおよび第２の送気ポートから流出する吸気流量を調整している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平３−１２２１５号公報に開示されるような電磁三方弁では、流体中に混入した異物がロータリー弁の弁部とこの弁部を摺動可能に支持するハウジングの壁面との摺動部に入り込むことがある。特に、摺動部に異物が入り込んだ状態で電磁駆動部への通電をオフし長時間放置しておくと、弁部材とハウジング壁面とが異物により固着し、電磁駆動部への通電をオンしてもロータリー弁を回動することができなくなる恐れがある。
【０００４】
電磁駆動部の駆動力を上昇させれば異物の固着に抗してロータリー弁を回動させることは可能であるが、電磁駆動部が大型化し製造コストが上昇するという問題がある。
本発明の目的は、電磁駆動力を増大させることなく長時間の非通電状態から電磁駆動部への通電をオンしても弁部材の円滑な変位を可能にする電磁弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の電磁弁によると、電磁駆動部への非通電時、つまり弁部材が変位しない状態で各弁部とハウジング壁面との間に異物が入り込んでも、第１の弁部は第２の弁部よりもハウジング壁面とのクリアランスが大きいので、第１の弁部は第２の弁部よりもハウジング壁面と固着しにくい。したがって、両方の弁部がハウジング壁面と固着している場合に比べ電磁駆動部への通電をオンした際に小さな電磁駆動力で弁部材を変位させることができる。
【０００６】
本発明の請求項２記載の電磁弁によると、弁部材の所定量以上の変位を規制するストッパを備えることにより、各弁部の最大変位位置または最小変位位置を規定できる。したがって、流体流量を高精度に制御可能である。
本発明の請求項３記載の電磁弁によると、第１の弁部により開閉される第１の流体出入口の出口側開口を形成する壁面を出口側に向けて径の拡大するテーパ状に形成することにより、第１の流体出入口から出口側に向けて異物が排出され易くなる。したがって、第１の弁部とハウジング壁面との間に侵入する異物量が減少し、第１の弁部とハウジング壁面とが固着しにくくなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による電磁弁をＩＳＣ装置に用いたエンジン吸気系システムを図３に示す。
【０００８】
エアクリーナ１０１から吸入された空気は、吸気管１０２に設けられたレゾネータ１０３により吸気騒音を緩和され、スロットル弁制御装置１０４によりエンジンへの吸入量を調整される。
電磁弁としてのＩＳＣ弁１０は、図１に示すハウジング１１の端面１１ａをスロットル弁制御装置１０４のスロットルボディ、もしくはインテークマニホールドにボルト等で固定されている。ＩＳＣ弁１０の第３の流体出入口としての吸気入口４０はスロットル弁制御装置１０４の吸気入口側と連通し、第１の流体出入口としての第１の吸気出口４１はアシスト通路１０５ｂを介してインジェクタ１０７の噴孔近傍と連通し、第２の流体出入口としての第２の吸気出口４２はバイパス通路１０５ａを介してスロットル弁制御装置１０４の吸気出口側と連通している。つまり、アシスト通路１０５ｂはスロットル弁制御装置１０４の吸気入口側とインジェクタ１０７の噴孔近傍とを連通し、バイパス通路１０５ａはスロットル弁制御装置１０４の吸気入口側と吸気出口側とを連通している。バイパス通路１０５ａおよびアシスト通路１０５ｂの吸気流量はＩＳＣ弁１０により調整される。
【０００９】
ＩＳＣ弁１０の制御装置としてのエンジン・コントール・コンピュータ（以下、「ＥＣＣ」という）１１０は、吸気温センサ１１１、スロットル開度センサ１１２、ノックセンサ１１３、水温センサ１１４、Ｏ₂ センサ１１５、排気温センサ１１６、バキュームセンサ１１７等エンジンに配設された各種センサから検出信号を入力し、ＩＳＣ弁１０、インジェクタ１０７、ディストリビュータ１０８およびＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）１０９に出力インタフェース回路から制御信号を送出している。ＥＣＣ１１０の入出力信号とＥＣＣ１１０の内部構成のブロックダイアグラムとを図４に示す。ＥＣＣ１１０は各センサから入力された検出信号をメモリに保持されたプログラムに従って処理し、エンジンの運転状態に応じて各装置に制御信号を送出している。
【００１０】
チャコールキャニスタ１０６は、燃料タンク等から蒸発する燃料蒸気をエンジン停止中に吸着し、エンジン運転開始時に吸気系に放出するものである。
次に、ＩＳＣ弁１０の詳細な構造を図１および図２に基づいて説明する。図１は、コイル３２への非通電時の状態を示している。
ＩＳＣ弁１０はデューティ比制御されるロータリソレノイド式の電磁三方弁であり、ハウジング１１は例えばアルミダイカストにより成形されている。図２に示すように、シャフト１４はハウジング１１に固定された例えばベアリング１５により回動可能に支持されている。このシャフト１４にシャフト１４とともに回動する例えばステンレス製の第１の弁部２１および第２の弁部２２が取付けられている。シャフト１４、第１の弁部２１および第２の弁部２２は、特許請求の範囲に記載した「弁部材」を表している。シャフト１４の端部には磁石１７が取付けられている。
【００１１】
電磁駆動部としてのロータリソレノイド３０は、コア３１とコア３１の周囲に巻回されたコイル３２とからなり、シャフト１４と直交し、かつ磁石１７と対向する位置に配設されている。コイル３２に供給される電流値はＥＣＣ１１０により制御され、コイル３２に発生する磁力と磁石１７が有する磁力との反発および吸引によりシャフト１４、第１の弁部２１および第２の弁部２２が回動する。
【００１２】
図１に示すように、第１の弁部２１および第２の弁部２２を回動自在に収容するハウジング１１の内壁に、摺動部１２と、第１の弁部２１および第２の弁部２２よりもシャフト１４の軸方向に長く摺動部１２よりも凹んだ凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃとが設けられている。さらに、凹部１３ａの周方向長さは第１の弁部２１の周方向長さよりも長いので、凹部１３ａの第１の弁部２１との対向面積は第１の弁部２１の摺動面積よりも大きい。すなわち、図１に示すコイル３２への非通電時において、第１の弁部２１は凹部１３ａに覆われている。凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃと第１の弁部２１または第２の弁部２２との間に形成されるクリアランスの大きさは約５００μｍである。凹部１３ａ、１３ｂは第１の弁部２１が回動する際の摺動抵抗を低減し、凹部１３ｃは第２の弁部２２が回動する際の摺動抵抗を低減する。また、摺動部１２と第１の弁部２１および第２の弁部２２との間に形成される摺動クリアランスの大きさは６０〜７０μｍである。したがって、図１に示すコイル３２への非通電時において、第１の弁部２１と凹部１３ａとが形成するクリアランス４３は第２の弁部２２と摺動部１２とが形成するクリアランス４４よりも大きい。
【００１３】
次に、ＩＳＣ弁１０の作動について図５および図６に基づいて説明する。
(1) 通電時
ＥＣＣ１１０から送出される制御信号によりコイル３２に発生する磁力が調整され、コイル３２の磁力と磁石１７の磁力とのつり合いにより第１の弁部２１および第２の弁部２２の開度が制御される。そして、エンジン運転状態に応じて第１の弁部２１および第２の弁部２２の開度が制御され、アシスト通路１０５ｂおよびバイパス通路１０５ａの吸気流量が最適に調整されるので、アイドル運転状態を高精度に制御できる。第１の弁部２１および第２の弁部２２の開度はデューティ比が５％〜９５％の範囲で制御される。
【００１４】
▲１▼図５の（Ａ）に示すように、デューティ比５％のとき、第１の弁部２１および第２の弁部２２はそれぞれ第１の吸気出口４１、第２の吸気出口４２を全閉する位置にある。したがって、吸気入口４０と、第１の吸気出口４１および第２の吸気出口４２との連通は遮断されている。
デューティ比が５％から上昇すると第１の弁部２１および第２の弁部２２は図１の反時計方向に回転する。図６に示すように、デューティ比が２０％付近になると、まず第１の吸気出口４１が吸気入口４０と連通し、インジェクタ側にアシストエアを供給する。デューティ比が３０％付近になると、第２の吸気出口４２が吸気入口４０と連通し、スロットル弁制御装置１０４の下流側に空気が供給される。第１の吸気出口４１はデューティ比が３０％を越えたところで全開になり、デューティ比がそれ以上上昇してもアシスト通路１０５ｂの吸気流量は一定である。
【００１５】
▲２▼図５の（Ｂ）に示すように、デューティ比が５０％になると、第１の弁部２１は第１の吸気出口４１と全く重ならず、凹部１３ａに覆われている。また、第２の吸気出口４２は半開している。デューティ比５０％の状態は、図１に示すコイル３２への非通電時と同じ状態になる。
▲３▼図５の（Ｃ）に示すように、デューティ比が９５％になると、第２の吸気出口４２は全開し、バイパス通路１０５ａの吸気流量は最大になる。
【００１６】
アイドル回転数が高いとデューティ比を下げ、アイドル回転数が低いとデューティ比を上げることによりバイパス通路１０５ａおよびアシスト通路１０５ｂの吸気流量を調整し、アイドル回転数を最適に制御する。
以上コイル３２への通電がオンされており、デューティ比に応じて第１の弁部２１および第２の弁部２２が回動している場合、燃料中に混入した異物が第１の弁部２１および第２の弁部２２と摺動部１２との間に入り込んでも、第１の弁部２１および第２の弁部２２の回動にともない異物が掃き出されるので第１の弁部２１および第２の弁部２２が摺動部１２と固着しにくくなる。
【００１７】
(2) 非通電時
コイル３２への非通電時、第１の弁部２１および第２の弁部２２は磁石１７の磁力がつり合った位置、つまり前述したデューティ比が５０％と同じ位置に保持される。この状態において、第１の吸気出口４１は全開し、第２の吸気出口４２は半開している。第２の吸気出口４２を半開させるのは、断線等によりコイル３２への通電ができなくなってもアイドル運転中にエンジンに空気を供給可能にするためである。
【００１８】
コイル３２への非通電時、つまり第１の弁部２１および第２の弁部２２が回動せず停止した状態において、第１の弁部２１は摺動部１２と重なっておらず凹部１３ａに覆われている。第２の弁部２２は、約半分が第２の吸気出口４２と重なり、他の部分が摺動部１２および凹部１３ｃに位置している。
図１に示す状態でコイル３２への非通電状態が続くと、第２の弁部２２と摺動部１２との間に入り込んだ異物により第２の弁部２２と摺動部１２とが固着することがある。一方、第１の弁部２１は摺動部１２と重なっておらず、第１の弁部２１と凹部１３ａとのクリアランス４３は第２の弁部２２と摺動部１２とのクリアランス４４よりも大きいので、第１の弁部２１と凹部１３ａとが固着することはない。したがって、コイル３２への非通電状態が長時間続いた後でコイル３２への通電をオンし、第１の弁部２１および第２の弁部２２を円滑に回動させるためには第２の弁部２２と摺動部１２との固着を解消可能な駆動力が働けばよく、両弁部材が摺動部１２と固着する場合に比べ、小さな駆動力で第１の弁部２１および第２の弁部２２を回動することができる。
【００１９】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図７に示す。
第１の流体出入口としての第１の吸気出口５０を形成するハウジング１１の壁面５０ａは、第１の吸気出口５０の出口側に向かって径の拡大するテーパ状に形成されている。したがって、第１の弁部の回動にともない燃料中に混入した異物が第１の吸気出口５０に溜まっても、壁面５０ａがテーパ状に形成されているので第１の弁部の回動に伴い第１の吸気出口５０から異物が掃き出され易くなっている。これにより、コイルへの非通電時において、第１の弁部と凹部との間に侵入する異物が少なくなるので、コイルへの非通電状態が長時間続いた後でコイルへの通電をオンした際に両弁部の回動がさらに容易になる。
【００２０】
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図８および図９に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
ストッパ２３は、第１の弁部２１および第２の弁部２２と一体に形成されており、デューティ比９５％になると図９に示すようにハウジング１１の係止部１１ｂに係止される。
【００２１】
デューティ比が９５％になると図９に示すように第２の吸気出口４２が全開し、第２の吸気出口４２から流出する吸気流量が最大になる。すると、第２の吸気出口４２の負圧が大きくなり、この負圧により第１の弁部２１が第２の吸気出口４２側に吸引される。ストッパ２３がないと、第１の弁部２１および第２の弁部２２が図９に示す位置からさらに反時計方向に回転し、第１の弁部２１が第２の吸気出口４２の一部を塞ぎ、第２の弁部２２が吸気入口４０の一部を塞ぐ恐れがある。つまり、所定の吸気流量を各吸気出口から供給できなくなる。ストッパ２３が係止部１１ｂに係止されることにより、第１の弁部材２１および第２の弁部２２のこのような所定量以上の回転を防止できるので、高精度な流量制御が可能になる。
【００２２】
第３実施例では、ストッパ２３が係止部１１ｂに係止されることにより図９に示すデューティ比が９５％の位置からさらに反時計方向に各弁部が回転することを規制したが、デューティ比が５％の位置からさらに時計方向に各弁部が回転することを規制するストッパを設けてもよいし、両方向への所定量以上の回転を規制するようにストッパを設けてもよい。
【００２３】
以上説明した本発明の実施の形態を示す複数の実施例では、ロータリソレノイド式電磁弁について説明したが、リニアソレノイド式またはステップモータ式電磁弁をＩＳＣ弁として用いることも可能である。
また本実施例では、ＩＳＣ弁に本発明の電磁弁を適用した例について述べたが、本発明の電磁弁の適用分野はＩＳＣ弁に限るものではない。また、一つの流体入口および二つの流体出口を有する三方弁に限らず、二つの流体入口および一つの流体出口を有する三方弁であってもよい。さらに、電磁三方弁に限るものでもなく、第１の弁部および第２の弁部が開閉するのは、流体入口であっても流体出口であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるＩＳＣ弁を示す図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】本発明の第１実施例によるＩＳＣ弁を示す断面図である。
【図３】第１実施例のＩＳＣ弁を用いたエンジン吸気システムを示す構成図である。
【図４】第１実施例によるＥＣＣ制御を示すブロックダイアグラムである。
【図５】デューティ比を変えた場合の各弁部の位置を示す断面図であり、（Ａ）はデューティ比５％、（Ｂ）はデューティ比５０％、（Ｃ）はデューティ比９５％の状態を示す。
【図６】第１実施例のＩＳＣ弁におけるデューティ比と流量との関係を示す特性図である。
【図７】本発明の第２実施例による第１の吸気出口を示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施例によるによるＩＳＣ弁を示す断面図である。
【図９】第３実施例におけるストッパ停止位置を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ＩＳＣ弁（電磁弁）
１１ハウジング
２１第１の弁部
２２第２の弁部
２３ストッパ
４０吸気入口
４１第１の吸気出口（第１の流体出入口）
４２第２の吸気出口（第２の流体出入口）

Claims

第１の流体出入口を開閉する第１の弁部、および第２の流体出入口を開閉する第２の弁部を有する弁部材と、前記第１の弁部および前記第２の弁部を摺動可能に支持するハウジングとを備える電磁弁であって、
前記第１の弁部および前記第２の弁部を開閉駆動する電磁駆動部への非通電時、前記第１の流体出入口は全開しており、前記電磁駆動部への非通電時に前記第１の弁部が停止する位置のハウジング壁面に前記第１の弁部の摺動面全体を覆う凹部を設け、前記電磁駆動部への非通電時において、前記第１の弁部の前記摺動面全体と前記凹部とが対向する箇所のクリアランスは前記第２の弁部と前記ハウジングとのクリアランスよりも大きく、
前記第１の流体出入口は、前記凹部よりも突出し前記第１の弁部の前記摺動面と摺動する前記ハウジングの壁面に開口していることを特徴とする電磁弁。
前記弁部材の所定量以上の変位を規制するストッパを備えることを特徴とする請求項１記載の電磁弁。
前記第１の流体出入口は流体出口であり、前記第１の流体出入口の出口側開口を形成する壁面は出口側に向けて径の拡大するテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電磁弁。