JP5507013B2

JP5507013B2 - ソレノイドバルブ

Info

Publication number: JP5507013B2
Application number: JP2013521301A
Authority: JP
Inventors: 雅俊上田; 貴幸伊藤; 睦武藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: WO2012176238A1; JPWO2012176238A1

Description

この発明は、キャニスタからエンジンへ供給する気化燃料のパージ制御を行うソレノイドバルブに関する。

図１０に示すような自動車の気化燃料排出抑止システムにおいて、燃料タンク１内で揮発した気化燃料をキャニスタ２内で一時的に回収し、スロットルバルブ６下流のエンジン３内に発生する負圧を利用してキャニスタ２からエンジン３へ気化燃料を引き込んで再燃焼させる。キャニスタ２とエンジン３をつなぐ配管４にはソレノイドバルブ（いわゆるパージバルブ）１０が配設され、気化燃料の流量制御を行う。一般に、燃料タンク１およびキャニスタ２は車両後方、エンジン３、吸気管５およびソレノイドバルブ１０は車両前方に配置されており、車両後方から前方へ配管４を這わせることが多い。

ソレノイドバルブ１０を例えば図１１（ａ）に示すようにキャリア周波数１０Ｈｚ（周期１００ｍｓ）でＤｕｔｙ制御した場合、図１１（ｂ）のように、配管４は開弁（ＯＮ）するとエンジン３側に吸引されて負圧になる。閉弁（ＯＦＦ）すると、流体の慣性により圧力変化が生じていったん正圧になり、その後に大気圧に戻る。この急激な圧力変動ΔＰに起因して配管４内に圧力脈動が発生していた。

近年、自動車のＨＥＶ（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）化に起因したエンジン作動頻度の低下などにより、負圧発生時にキャニスタ２からエンジン３へ供給する気化燃料の流量が増大する傾向にある。この大流量化に伴って、配管４の圧力脈動が増加し、配管４の留め点を通じて車体へ伝達する振動も増加するなどの弊害が生じていた。単純に、配管４に接続したチャンバまたはソレノイドバルブ１０に一体のチャンバの容量を増加させて、伝播する圧力脈動を低減することはできるが、この場合には車両配管側でレイアウト変更が必要となるためコストが上昇したり、チャンバ容量に応じて製品サイズが大きくなったりするなどの課題がある。

そのため、パージ制御流量の大流量化にあたり、製品サイズを大型化することなく圧力脈動を低減することが求められている。一例として、特許文献１に係るソレノイドバルブでは、ソレノイドバルブに一体に形成されたチャンバ内に、圧力脈動を低減するための柱部材を設けている。これにより、閉弁時にチャンバ内から入力ポートに向かう圧力波が柱部材に阻害されるので、入力ポートへ侵入する脈動を低減できる。

特開２００８−２９１９１６号公報

上記特許文献１は以上のように構成されているので、チャンバを一体化したソレノイドバルブの大流量化にあたり、製品サイズを大型化することなく圧力脈動を低減でき、上記のような課題を解決する上で有効な方法といえる。

この発明も上記のような課題を解決するためになされたもので、特許文献１とは異なるアプローチで圧力脈動を低減させることにより、大流量化しても、製品サイズを大型化することなく圧力脈動を低減できるソレノイドバルブを提供することを目的とする。

この発明のソレノイドバルブは、流入ポート内の出口部に流体を分岐させる板状部材を設けたものである。

この発明によれば、弁体の開閉に伴って発生する圧力波を板状部材で分解することにより、制御流量を大流量化しても、製品サイズを大型化することなく圧力脈動を低減することができる。

この発明の実施の形態１に係るソレノイドバルブの構成を示す断面図である。図１の丸枠内を拡大した図である。流入ポートを入り口側から見た図である。ソレノイドバルブに板状部材を設けた場合と設けない場合の実測結果を示すグラフである。実施の形態１に係るソレノイドバルブの、板状部材の変形例を示す断面図である。実施の形態１に係るソレノイドバルブの、板状部材の変形例を示す断面図である。実施の形態１に係るソレノイドバルブの、板状部材の変形例を示す断面図である。実施の形態１に係るソレノイドバルブの、板状部材の変形例を示す断面図である。実施の形態１に係るソレノイドバルブの、板状部材の変形例を示す断面図である。一般的な、自動車の気化燃料排出抑止システムの構成を示す図である。ソレノイドバルブの開閉に伴って生じる配管内の圧力変動を示すグラフである。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１に示すソレノイドバルブ１０は、先立って説明した図１０の気化燃料排出抑止システムのソレノイドバルブ１０に用いるものである。このソレノイドバルブ１０は、キャニスタ２側の配管４に連結して気化燃料（以下、単に流体と称す）を流入する大気導入側の流入ポート１１と、エンジン３側の吸気管５に連結して流体を流出する負圧印加側の流出ポート１２と、これらのポートに連通するチャンバ１３を形成するハウジング１４と、プランジャ（弁体）２４を可動させて流路２５を開閉するソレノイド部とを備える。

ソレノイド部は、樹脂部材１６を一体成形してなり、ボビンに導線を巻回してなるコイル１７と、コイル１７へ通電する給電端子１８と、コイル１７への通電により励磁されるコア１９と、コア１９と共に磁気回路を構成する板金部材のヨーク２０およびプレート２１と、コア１９の一端軸心に一部を突出させて取り付けたピン１５と、コア１９に吸引されるプランジャ２４と、プランジャ２４をコア１９の吸引方向とは反対の方向へ付勢するスプリング２２とを備える。
このソレノイドバルブ１０は、ボルト２３により車両側に固定される。

エンジン３の動作制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）または専用の制御装置から給電端子１８へ、所定周波数（例えば１０〜２０Ｈｚ）の駆動信号が入力されると、コイル１７に通電してプランジャ２４を可動させて流路２５を開閉し、駆動信号のＤｕｔｙ比に応じた流量を流す。

ソレノイドバルブ１０をＤｕｔｙ制御する場合、先立って説明した図１１に示すように、キャニスタ２からプランジャ２４までを連通する配管４と流路２５に、プランジャ２４の開閉に応じた圧力変動ΔＰが生じる。この圧力変動ΔＰが繰り返し生じて圧力脈動となり、配管４を振動させることになる。そこで、本実施の形態１では、流入ポート１１の内部に、流体を二手に分岐させる板状部材２６を設け、流入ポート１１からチャンバ１３へ流入する流体の圧力波を分解させることにより配管４の圧力脈動を低減させる。

図２は、図１に示す丸枠内を拡大した図であり、板状部材２６の設置部分を示す。また、図３は、流入ポート１１を流体が流入してくる入り口側から見た図である。図示例では、流入ポート１１の出口側であってチャンバ１３の直前に、流入ポート１１の中心軸Ｘが通る位置に板状部材２６を設けている。開弁すると、流出ポート１２側の負圧により流入ポート１１内へ吸引された流体は、板状部材２６に当たって二方向に分割され、チャンバ１３で合流し、流路２５を通って流出ポート１２へ流れる。このとき、プランジャ２４の開閉に伴う圧力変動ΔＰの圧力波を板状部材２６が分解するので、配管４の圧力脈動が低減する。

図４に、流体流量９０Ｌ／ｍｉｎのソレノイドバルブ１０に板状部材２６を設けた場合と設けない場合の実測結果を示す。
図４（ａ）は、配管４に生じた圧力脈動を測定した結果を示すグラフである。板状部材２６を設けない場合の圧力脈動［ｋＰａ］を１００％とすると、板状部材２６を設けた場合は７９％に減少した。
図４（ｂ）は、キャニスタ２に伝達した振動を測定した結果を示すグラフである。板状部材２６を設けない場合のキャニスタ２の伝達振動［ｍ／ｓ^２］を１００％とすると、板状部材２６を設けた場合は６１％に減少した。

このように、流入ポート１１に板状部材２６を設けることで、車両配管に生じる圧力脈動を低減することができる。そのため、ソレノイドバルブ１０の大流量化に際し、圧力脈動を低減するためにチャンバ１３を大容量化する必要がなく、よってソレノイドバルブ１０が大型化することもない。また、圧力脈動を低減できるので、圧力脈動の許容範囲内でチャンバ１３の容量を小さくして、ソレノイドバルブ１０の小型化を図ることも可能となる。また、図示例ではチャンバ１３をソレノイドバルブ１０と一体に形成したが、これに限定されるものではなく、ソレノイドバルブ１０とは別体のチャンバ１３を配管４に設置してもよい。

なお、板状部材２６で流入流体を分岐させる構成に代えて、流入ポート１１を並列に二個形成して二方向から流入させることも考えられるが、この構成にした場合はソレノイドバルブ１０の大型化を招き、また、配管４を二手に分岐させるなど車両配管側でのレイアウトの変更が必要なためコスト上昇を招くことになる。

この板状部材２６は、別体で形成して流入ポート１１に取り付けてもよいし、あるいは流入ポート１１、流出ポート１２およびハウジング１４を樹脂にて一体成形するときに同時に成形してもよい。
一体成形する場合は、ハウジング１４の外形を模った金型内に、流入ポート１１を形成するための円柱状金型、流出ポート１２を形成するための円柱状金型、チャンバ１３を形成するための円柱状金型をそれぞれ設置して樹脂を充填する。ただし、流入ポート１１を形成するための円柱状金型の端面には、板状部材２６を形成するための凹部が形成されているものとする。樹脂充填後、各円柱状金型を抜き、ハウジング１４の開口部に蓋体１４ａを溶着する。なお、板状部材２６を流入ポート１１と同じ長さにしてもよいが、流入ポート１１を形成するための円柱状金型の凹部付近が磨耗および変形しやすくなるため好ましくない。そのため、図示例では短い板状部材２６を形成している。このように、板状部材２６を流入ポート１１と一体に成形すれば部品点数が増えず、製造も容易なため、コスト上昇の懸念がない。

一方、別体で形成する場合には、金型の制約はないので、板状部材２６を流入ポート１１と同じ長さにしてもよい。また、図示例では板状部材２６を流入ポート１１の出口側、チャンバ１３の直前に設けているが、別体の場合は流入ポート１１内であればどの位置に取り付けてもよい。

なお、圧力波を分解しやすくするために、板状部材２６の流入ポート１１入り口側の端面は曲面形状より平面形状が好ましく、また、端面縁部は角を丸めないほうが好ましい。

この板状部材２６は、図１〜図３に示す構成に限定されるものではない。以下、変形例を説明する。
図５に示す板状部材２６ａは、流入ポート１１の入り口側の端面Ｓ１に比べ、流入ポート１１の出口側（チャンバ１３側）の端面Ｓ２を相対的に大きくした形状である。
また、図６に示す板状部材２６ｂのように、端面Ｓ２より端面Ｓ１を相対的に大きくした形状にしてもよい。端面Ｓ１を大きくすることにより圧力波がこの端面Ｓ１で分解されることに加え、圧力がチャンバ１３へ入りやすく、流入ポート１１側へ逃げにくくなるため、配管４での圧力脈動の低減効果が大きくなる。

また、図１〜図６の構成例では板状部材２６，２６ａ，２６ｂを流入ポート１１の中心軸Ｘが通る位置に配置したが、ずらして配置してもよい。
図７に示すように、板状部材２６ｃを、流入ポート１１の中心軸Ｘからずれた位置に設けることにより、二手に分岐した流路の長さが異なるので、圧力脈動の位相がずれやすくなり、チャンバ１３で合流した際に脈動が相殺されやすくなる。
さらに、図８に示す板状部材２６ｄのように側面を中心軸Ｘに対して斜めにしたり、図９に示すように中心軸Ｘに対して板状部材２６ｅを斜めに配置したりして、分岐する流路長の差を大きくしてもよい。さらに流路長の差が圧力脈動の半波長分になるよう構成した場合には、チャンバ１３で合流した際に脈動を相殺できる。

このように、図５〜図９に示すような板状部材２６ａ〜２６ｅでも、ソレノイドバルブ１０を大型化することなく、車両配管に生じる圧力脈動を低減することができる。

なお、流入ポート１１に板状部材２６，２６ａ〜２６ｅを設けると流路が狭まるため、その分、流入流量が低下することになる。そこで、板状部材２６の板厚を適切に決定して、ソレノイドバルブ１０の最大流量を確保できるようにする。
例えば、本実施の形態１では、流入ポート１１および流出ポート１２を含め、ソレノイドバルブ１０内に形成された各流路のうち流路２５の直径φ（図１に示す）が最も小さいので、流入ポート１１の開口面積がこの直径φの部分の開口面積と同じかそれ以上になるような板厚にすれば、流量の低下もなく、脈動低減効果が得られる。

以上より、実施の形態１によれば、ソレノイドバルブ１０は、流体が流入する流入ポート１１と、この流体が流出する流出ポート１２と、流入ポート１１と流出ポート１２に連通した流路２５を開閉するプランジャ２４と、流入ポート１１からプランジャ２４までの流路に形成したチャンバ１３と、流入ポート１１内の中心軸Ｘを通る位置に配置されて流体を二手に分岐させる板状部材２６とを備えるように構成した。このため、プランジャ２４の開閉に起因して生じる圧力波を板状部材２６で分解することにより、ソレノイドバルブ１０を大流量化しても、製品サイズを大型化することなく圧力脈動を低減することができる。また、車両配管側でのレイアウトの変更なども不要なため、コスト上昇等の懸念もない。

また、実施の形態１によれば、板状部材２６を流入ポート１１と一体に成形するようにしたので、製造コストが上昇しない。

また、実施の形態１によれば、板状部材２６ｃ〜２６ｅを流入ポート１１の中心軸Ｘからずれた位置に配置したり、あるいは、板状部材２６ｂ，２６ｃを流入ポート１１の中心軸Ｘに対して斜めに配置したりしてもよく、この構成の場合にも圧力脈動を低減できる。

また、実施の形態１によれば、板状部材２６を、流入ポート１１から流路へ流れる流入流量が、この流路の最も細くなる部分である流路２５を流れる流量以上になる板厚にするようにした。このため、板状部材２６を設けても、ソレノイドバルブ１０の最大流量を確保できる。

また、実施の形態１によれば、板状部材２６ｂの流入ポート１１の入り口側を向いた端面Ｓ１を、出口側を向いた端面Ｓ２より大きくすることにより、圧力脈動の低減効果を高めることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。また、上記説明ではソレノイドバルブの一例として、パージ流量制御を行うパージバルブを示したが、他の用途のソレノイドバルブに本発明を適用してもよい。

１燃料タンク、２キャニスタ、３エンジン、４配管、５吸気管、６スロットルバルブ、１０ソレノイドバルブ、１１流入ポート、１２流出ポート、１３チャンバ、１４ハウジング、１４ａ蓋体、１５ピン、１６樹脂部材、１７コイル、１８給電端子、１９コア、２０ヨーク、２１プレート、２２スプリング、２３ボルト、２４プランジャ、２５流路、２６，２６ａ〜２６ｅ板状部材。

Claims

流体が流入する流入ポートと、当該流体が流出する流出ポートと、前記流入ポートと前記流出ポートに連通した流路を開閉する弁体とを備え、
前記流入ポート内の出口部に、流体を分岐させる板状部材を設けることを特徴とするソレノイドバルブ。
板状部材は、流入ポートと一体に成形されたことを特徴とする請求項１記載のソレノイドバルブ。
板状部材は、流入ポートの中心軸を通る位置に配置されたことを特徴とする請求項１記載のソレノイドバルブ。
板状部材は、流入ポートの中心軸からずれた位置に配置されたことを特徴とする請求項１記載のソレノイドバルブ。
板状部材は、流入ポートの中心軸に対して斜めに配置されたことを特徴とする請求項１記載のソレノイドバルブ。
板状部材は、流入ポートから流路へ流れる流入流量が、当該流路の最も細くなる部分を流れる流量以上になる板厚であることを特徴とする請求項１記載のソレノイドバルブ。
板状部材は、流入ポートの流体が流入してくる入り口側を向いた端面が、当該流入ポートの流体が流出していく出口側を向いた端面より大きいことを特徴とする請求項１記載のソレノイドバルブ。
流入ポートから弁体までの間の流路にチャンバを形成したことを特徴とする請求項１記載のソレノイドバルブ。