JP4199979B2 - 動作が緩衝されるリニア電気ｅｇｒバルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、電気作動式自動車排ガス制御バルブ、特に、自動車に動力を供給する内燃機関のための排ガス再循環（ＥＧＲ）バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ソレノイドは、ＥＧＲバルブのための公知の電気アクチュエータである。ソレノイドは、電磁コイルと、空隙を有するステータとを有しており、空隙において磁束が可動子に作用する。可動子の動作は、バルブの通路に流れを生ぜしめるために弁部材に伝達される。可動子の動作は、可動子に作用する戻しばねによって直接に又は弁部材を介して抵抗され、これにより、可動子を、弁部材が通路を閉鎖する位置に向かってバイアスしている。
【０００３】
リニアソレノイドバルブにおいては、弁部材が可動子に正確に一致して移動された時の可動子及び弁部材の移動は、理論的には、ソレノイドコイルに流れる電流に直接に比例した関係を有することが望ましい。すなわち、このようなバルブのための可動子移動量対電流のグラフプロットは、グラフの起源において開始し、起源から一定の傾斜で延びていることが望ましい。
【０００４】
公知のリニアソレノイドＥＧＲバルブは、ステータを有しており、このステータは、コイルの上端に配置された上部ステータ部分と、コイルの下端に配置された下部ステータ部分とを有している。これらの２つの部分はそれぞれ円筒形の壁部を有しており、一方の壁部はテーパしており他方の壁部はテーパしておらず、コイルの両端部から互いに接近してコイルの開放した中央部に嵌合する。２つの壁部の並置された端部は、コイルの開放した内部において間隔をおいて配置されており、壁部の構成及び配置は、可動子を取り囲んだ環状の空隙を画設する。コイルに流れる電流は磁束を生ぜしめ、この磁束は、一方の壁部から空隙を横切って可動子へ達し、再び空隙を横切って他方の壁部に達する。磁束は、可動子に加えられる磁力を生ぜしめ、この磁力の軸方向成分が、可動子を、ソレノイドの中心線に沿って、コイル電流に対して可動子移動量がほぼ線形の関係を有しながら移動させるように作用する。
【０００５】
バルブを通る流れが可動子移動量に比例する場合、コイル電流に対する流れの機能的関係もほぼ線形である。ＥＧＲバルブでは、エンジン吸気系に排ガスを正確に計量する制御ストラテジにとって、コイル電流に対する可動子移動量の関係が分かっていることは重要であり、このような線形性は、特定のエンジンにおける制御ストラテジの実行を容易にする。
【０００６】
より小さなエンジン、エンジンにおける多数のＥＧＲバルブの使用等の様々な理由から、自動車製造者は、所望の制御精度を犠牲にすることなくＥＧＲバルブのサイズを減じようとしている。
【０００７】
本発明は、このようなより小さなバルブについての発明者の観察の結果として生じる。特に、発明者は、このようなバルブがより小さな質量を有しているので、バルブのより小さな質量の内部機構が、使用時にバルブが受ける外部要因によって影響されやすいということを観察した。このような要因の例は、流れが制御されている流体の脈動、車両の運転及び自動車に動力を供給するエンジンの作動により生じる機械的振動、バルブのための制御ストラテジの不安定性を含む。
【０００８】
このような要因は、目標とされる制御ストラテジと対照的な形式でバルブ機構に妨害を与えるのに十分に重大である。すなわち、このような影響を軽減する、理想的には排除するようなソレノイドの改良が望ましく、本発明はこれを目的とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、このような改良、特にＥＧＲバルブのリニアソレノイドアクチュエータを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの概略的な態様は、内燃機関の燃焼室空間に関するガスの流れを制御するための排ガス制御バルブに関する。バルブには、弁体が設けられており、この弁体は、ガスを受け取るための入口ポートと、ガスを燃焼室空間へ排出するための出口ポートとを有しており、通路を選択的に制限するために選択的に位置決めされる弁エレメントが設けられており、弁エレメントを選択的に位置決めするための機構が設けられている。機構は、ソレノイドから成っており、このソレノイドには、電磁コイルが設けられており、ステータが設けられており、このステータが、コイルに関連しておりかつコイルに電流が流れた場合にステータに生ぜしめられる磁束を案内するための空隙を有する磁気回路を有しており、可動子が設けられており、この可動子が、磁束によって仮想中心線に沿って移動させられるように空隙内に配置されている。可動子はスリーブ内で案内される。スリーブ内での可動子の動作を緩衝するために、可動子とスリーブとの間に作用するように緩衝リングが配置されている。
【００１１】
ここに組み込まれかつ本明細書の一部を構成する添付の図面は、発明の１つ又は２つ以上の現時点での有利な実施例を含んでおり、上に示された概略的な説明及び以下に示す詳細な説明と共に、発明を実施するために考えられる最良の形態に基づき発明の原理を開示するために働く。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、キャップ１６によって閉鎖された開放した上端部を有するシェル１４によって提供されたハウジングアセンブリ１２から成るＥＥＧＲバルブ１０を示している。シェル１４は、基部２２の平らな上面上に配置された平らな底壁１８を有しており、上面と底壁との間にスペーサ２５が配置されている。ファスナ（図示せず）はシェルを基部に固定している。基部２２は、特に図示されていない内燃機関の構成部材に取り付けられるように適応されている。
【００１３】
バルブ１０は、基部２２を貫通して入口ポート３８と出口ポート４０との間に延びた流過通路３６を有している。バルブ１０がエンジンに取り付けられている場合、入口ポート３８は、エンジンシリンダから排出されたエンジン排ガスと連通するように配置され、出口ポート４０は、シリンダへの吸入流と連通するように配置される。
【００１４】
貫通孔を有する環状の弁座エレメント４２は通路３６内に配置されており、弁座エレメントの外周が通路の壁部にシールされている。一片から成る弁部材４４は、弁ヘッド４６と、バルブの仮想中心線ＣＬに沿ってヘッド４６から同軸的に延びた弁ステム４８とを有している。ヘッド４６は、バルブ１０が図１に示された閉鎖位置にある場合、弁座エレメントに設けられた貫通孔を閉鎖するように弁座エレメント４２と協働するように成形されている。
【００１５】
バルブ１０はさらに支持部材５０を有しており、この支持部材５０は基本的に円筒状の部材であり、中心線ＣＬ上に位置する孔の一端に設けられたカウンタボアに着座するために、円形のフランジ５２を有している。支持部材は、ステム４８と密に嵌合することによって、中心線ＣＬに沿ったバルブ動作を案内するために働く。
【００１６】
ステム４８は、支持部材５の上端部を越えて延びた部分において減径されており、この部分において、コイルばね５６の一方の軸方向端部のための座を提供するためにばね配置部材５４がステムに取り付けられている。支持部材５０は、中心線ＣＬに沿った弁部材４４の低摩擦案内を提供するある程度の潤滑性を有する材料から成ってよい。ばね５６の反対側の端部は下部磁極片７６の内側肩部に着座している。
【００１７】
さらに、弁１０は、電磁アクチュエータ６０、すなわち中心線ＣＬと同軸的にシェル１４内に配置されたソレノイドを有している。アクチュエータ６０は電磁コイル６２及びポリマ製のボビン６４を有している。ボビン６４は、中央の管状のコア６６と、コア６の両端部に設けられたフランジ６８，７０を有している。コイル６２は、フランジ６８，７０の間でコア６６に巻き付けられた磁性ワイヤの長さを有している。磁性ワイヤのそれぞれの末端は、フランジ６８に並置して取り付けられたそれぞれの電気端子に結合されており、一方の端子７２のみが図１に示されている。
【００１８】
アクチュエータ６０は、磁気回路経路の一部を形成するために、コイル６２に関連したステータ構造を有している。ステータ構造は、中心線ＣＬに対して同軸的にアクチュエータの一端に配置された上部磁極片と、中心線ＣＬに対して同心的にアクチュエータの他端に配置された下部磁極片とを有している。磁極片７４，７６の間のシェル１４の部分は、コイル及びボビンの外部におけるステータ構造を完成させている。キャップ１６は外縁部を有しており、この外縁部は、シェル側壁のさもなければ開放した端部において縁部９２に対してクリンチリング９４によって固定保持されている。キャップとシェルとの間の円形のシール９６は、キャップとシェルとの間のシールされた結合を形成する。キャップ１６は、ボビンフランジ６８に設けられた端子とそれぞれ係合する第１の電気端子の対を有しており、１つの端子１００のみが図１に示されている。キャップ端子は、キャップ材料から外方へ突出しており、この部分において端子はキャップ材料から成る包囲体１０２によって取り囲まれており、これにより、アクチュエータを電気制御回路に接続するためのワイヤリングハーネスコネクタ（図示せず）と係合接続するためのコネクタを形成している。
【００１９】
キャップ１６は塔１０４をも有しており、この塔１０４は、複数の電気端子を有する位置センサのための内部空間を提供し、１つの端子１０６のみが図示されており、電気端子は、センサを係合するワイヤリングハーネスコネクタを介して回路に接続するために包囲体内へ突出している。
【００２０】
バルブ１０は、通路３６と空気循環空間８０との間の漏洩が回避されるように構成されている。弁ステム４８は、支持部材内に十分に密な滑りばめを有しており、これにより、中心線ＣＬに沿ったステムの低摩擦案内を提供しながら通路３６と空気循環空間８０との間の漏洩を防止する。
【００２１】
上部磁極片７４は、中央の円筒状壁部を有する軸方向に延びたハブ１１０と、ハブ１１０の一端に設けられた円形の半径方向フランジ１１２とを有する強磁性の部材である。ハブ１１０は、中心線ＣＬと同心的にボビンコア６６に設けられた円形の貫通孔の上端部内に同軸的に配置されており、フランジ１１２は、ボビンフランジ６８に当て付けられており、これにより、ボビン６４と上部磁極片７４とを軸方向及び半径方向で関係させている。フランジ１１２は、ボビン端子７２のためのクリアランススロットを有している。
【００２２】
下部磁極片７６は、強磁性であり、環状のリング１１８を有しており、このリング１１８は、このリング１１８からボビンコア貫通孔内へ延びた中央のテーパしたハブ１１４を取り囲んでおりかつこのハブに取り付けられている。環状の波形のばね１２０は、リング１１８とボビンフランジ７０との間に配置されており、ボビンフランジ６８をフランジ１２に当て付け、熱膨張差を補償する。
【００２３】
アクチュエータ６０は、さらに、中心線ＣＬに沿って移動するように配置された強磁性の可動子１３５を有している。可動子の移動は、あらゆる適切な形式で、例えば、ハブ１１０内に同軸的に取り付けられた円筒状の非磁性部材若しくはスリーブ１２６によって案内される。可動子１３５はステータ構造と協同して、アクチュエータ６０の磁気回路を形成する。
【００２４】
可動子１３５は、可動子が案内する磁束のために、適切な半径方向厚さの円筒状の外壁１３８を有している。両端部の中間部において、可動子１３５は横方向若しくは水平方向壁部１４０を有している。ばね５６は、ばね配置部材５４の先端部を壁部１４０の一方の側に対して押し付けるのに対し、塔１０４内に収容された位置センサのプランジャは壁部１４０の反対側に対して押し付けられる。
【００２５】
図１は、バルブ１０の閉鎖位置を示しており、この場合、弁ヘッド４６を弁座エレメント４２に着座させるためにプレロード力がばね５６によって加えられ、ポート３８と４０との通路３６を閉鎖する。コイル６２に流れる電流が増大し始めるに従い、磁気回路が、図１で見て下方に可動子１３５を押し付ける力を増大させる。力が、ばね１５４のプレロード力のバイアスを克服するのに十分に大きくなると、可動子１３５は下方へ移動し始め、同様に弁エレメント４４を移動させかつバルブ１０を開放させ、２つのポートの間の通路３６に流れを生ぜしめる。バルブが開放させられる程度は、コイル６２に流れる電流によって及びバルブ動作の程度を追跡することによって制御され、位置センサは、バルブ位置、ひいてはバルブ開放の程度を表すフィードバック信号を提供する。バルブのための実際の制御ストラテジは、関連する電子エンジン制御装置によって実施される全体的なエンジン制御ストラテジの一部として決定される。
【００２６】
本発明の原理によれば、中心線ＣＬに沿った可動子の移動を緩衝するために、緩衝が意図的にアクチュエータ６０に導入される。第１の実施例が図２及び図３に示されており、図１の縮尺はこの実施例がこの図に好都合に示されることを許容しないが、実際には存在する。第１実施例は、可動子１３５に設けられた周方向溝１７２に嵌合された分割リング１７０を有する。図４は、分割リングの第２実施例を示している。各分割リングの外縁部はほぼ円形である。これらの分割リングの差異は、主として内縁部の形状である。厚さは均一である。各リングは、可動子１３５の端部に嵌合するように周方向に拡張されることができ、溝１７２に向かって可動子に沿って移動されることができる。溝の位置と一致させられると、リングは解放され、リングの固有の弾性が可動子を周方向で収縮させ、リングの内縁部を溝にはめ込ませる。この場合、分割リングの外縁部は、可動子の外径よりも外方に突出している。
【００２７】
図３のリングは、ランドを有していないほぼ円形の内縁部を有している。可動子における図４のリングの自己センタリングは、内縁部に、ほぼ等しい角度方向の間隔を有する３つのランド１７４を設けることによって達成される。各リングの外縁部は、スリーブ１２６の内径よりも僅かに小さな直径を規定している。特定の設計に応じて、解放された条件におけるリング１７０の外径は、スリーブの内径よりも僅かに大きくてよく、この場合、外縁部はスリーブの壁部に対して、外方に向かって加わる力を加え、摩擦を生ぜしめる。このような摩擦による可動子動作の緩衝は、可動子とスリーブとの間のクリアランス空間にリング１７０が存在することによって生ぜしめられるあらゆる空気圧式緩衝に対する付加的なものである。分割リング１７０のための適切な材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の合成材料である。
【００２８】
図５は、さらに別の実施例を示しており、この場合、リング１７０は、溝１７２にはまり込む内縁部を有するカップである。外縁部は、湾曲したリップ１７６を形成しており、このリップは、スリーブ壁部に対して拭取りのような動作を提供する。
【００２９】
緩衝の全体量は、リング１７０の様々な実施例のいずれかを採用することに加えて、様々な要因が関係する。本発明は、設計的詳細に応じて、摩擦のみによる緩衝から空気圧のみによる緩衝に至る範囲で可動子緩衝を可能にする。摩擦緩衝においては、分割リングがスリーブにどの程度半径方向の力を加えるかが主要な要因である。空気圧による緩衝では、可動子が移動するときに容積が変化する様々な空間にどの程度空気が捕捉されるかが主要な要因である。可動子壁部１４０を無孔にすることによって、空気が可動子を通過することができず、可動子の周囲のみ、つまり可動子とスリーブとの間の空間内を、空気が個々の空間を通過することができる程度に通過する。
【００３０】
可動子質量、半径方向磁力及びばね５６の定数も緩衝に影響する。バルブ機構の特性、例えば弁ヘッドサイズ及び力平衡の量も要因である。
【００３１】
図示された特定の実施例は１つの分割リングを有している。これらの実施例では、可動子壁部１３８の円筒状外面は、スリーブ１２６の内壁との摩擦を最小化するように潤滑性を有すると有利である。特に図示されていない他の実施例は、中心線ＣＬに沿って軸方向に間隔をおいて配置された２つの分割リングを有している。２つの分割リングがスリーブ１２６の壁部と協働することによって、可動子の案内が提供される。
【００３２】
これまでに本発明の有利な実施例が説明されたが、本発明の原理は、冒頭の請求項の範囲に含まれるあらゆる形式で実施されてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクチュエータとしてのソレノイドを有する電気ＥＧＲバルブの、本発明の典型的な実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す図である。
【図３】バルブの１つの部材のみを示す平面図である。
【図４】１つの部材の別の実施例を示す、図４と同様の図である。
【図５】さらに別の実施例を示す断片的な断面図である。
【符号の説明】
１０ ＥＧＲバルブ、 １２ ハウジングアセンブリ、 １４ シェル、 １６ キャップ、 １８ 底壁、 ２０ 上面、 ２２ 基部、 ２３ ファスナ、 ２５ スペーサ、 ３６ 流過通路、 ３８ 入口ポート、 ４０ 出口ポート、 ４２ 弁座エレメント、 ４４ 弁部材、 ４６ 弁ヘッド、 ４８ ステム、 ５０ 支持部材、 ５２ フランジ、 ５４ ばね配置部材、 ５６コイルばね、 ６０ 電磁アクチュエータ、 ６２ 電磁コイル、 ６４ ボビン、 ６６ コア、 ６８，７０ フランジ、 ７２ 端子、 ７４ 上部磁極片、 ７６ 下部磁極片、 ８０ 空気循環空間、 ９２ 縁部、 ９４ クリンチリング、 ９６ シール、 １０２ 包囲体、 １０４ 塔、 １０６ 端子、 １１０ ハブ、 １１２ 半径方向フランジ、 １１４Ｕ 上部ハブ部分、 １１４Ｌ 下部ハブ部分、 １１８ フランジ、 １２０ 波形ばね、 １２６ スリーブ、 １３５ 可動子、 １３８ 外壁、 １４０ 横方向壁部、 １５４ ばね、 １７０ 分割リング、 １７２ 周方向溝、 １７４ ランド

Claims (10)

1. 内燃機関の燃焼室空間に関してガスの流れを制御するための排ガス制御バルブにおいて、
   通路を有する弁体が設けられており、前記通路が、ガスを受け取るための入口ポートと、ガスを燃焼室空間へ排出するための出口ポートとを有しており、
   前記通路を選択的に制限するように選択的に位置決めされる弁エレメントが設けられており、
   該弁エレメントを選択的に位置決めするための機構が設けられており、該機構がソレノイドから成っており、該ソレノイドが、電磁コイルと、ステータと、可動子とを有しており、前記ステータが、前記電磁コイルに関連しておりかつ、該電磁コイルに電流が流れた時にステータに生ぜしめられる磁束を伝導するための空隙を含む磁気回路を有しており、前記可動子が、磁束によって仮想中心線に沿って移動させられるように空隙内に配置されておりかつ、スリーブ内に案内されており、
   スリーブ内での可動子の動作を緩衝するために可動子とスリーブとの間に作用するように配置された緩衝リングが設けられており、該緩衝リングが、可動子の外周面に設けられた周方向溝に嵌合されていることを特徴とする、内燃機関の燃焼室空間に関してガスの流れを制御するための排ガス制御バルブ。
2. 前記緩衝リングが、可動子がスリーブ内で移動させられる時に可動子と共に移動するように可動子に配置されている、請求項１記載の排ガス制御バルブ。
3. 前記緩衝リングが分割リングを含む、請求項２記載の排ガス制御バルブ。
4. 前記可動子が溝を有しており、該溝に前記分割リングが収容されている、請求項３記載の排ガス制御バルブ。
5. 前記分割リングが、該分割リングを溝内で自己センタリングさせるために、ランドを含んだ内縁部を有している、請求項４記載の排ガス制御バルブ。
6. 前記分割リングが、合成材料から形成されており、平らな形状を有する、請求項４記載の排ガス制御バルブ。
7. 前記緩衝リングが、湾曲した外側リップを有するカップを含む、請求項２記載の排ガス制御バルブ。
8. 前記可動子が、無孔でありかつスリーブ内で案内され、前記分割リングがスリーブと接触している、請求項２記載の排ガス制御バルブ。
9. 前記可動子が、円筒形でかつ無孔であり、前記緩衝リングが可動子を取り囲んで配置されておりかつ、可動子動作を案内するスリーブと接触している、請求項１記載の排ガス制御バルブ。
10. 内燃機関の燃焼室空間に関してガスの流れを制御するための排ガス制御バルブを操作する方法において、該排ガス制御バルブに、通路を有する弁体が設けられており、前記通路が、ガスを受け取るための入口ポートと、ガスを燃焼室空間へ排出するための出口ポートとを有しており、前記通路を選択的に制限するように選択的に位置決めされる弁エレメントが設けられており、該弁エレメントを選択的に位置決めするための機構が設けられており、該機構がソレノイドから成っており、該ソレノイドが、電磁コイルと、ステータと、可動子とを有しており、前記ステータが、前記電磁コイルに関連しておりかつ、電磁コイルに電流が流れた時にステータに生ぜしめられる磁束を伝導するための空隙を含む磁気回路を有しており、前記可動子が、磁束によって仮想中心線に沿って移動させられるように空隙内に配置されておりかつ、スリーブ内に案内されており、
    スリーブ内の可動子の動作を緩衝するために可動子とスリーブとの間に作用するように配置された緩衝リングによって可動子動作を緩衝し、該緩衝リングが、可動子の外周面に設けられた周方向溝に嵌合されていることを特徴とする、内燃機関の燃焼室空間に関してガスの流れを制御するための排ガス制御バルブを操作する方法。

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