JPH04191443A - 電磁弁及びアイドル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えばエンジンのアイドル制御装置などに用
いられる電磁弁に係り、特にその電気系統故障時のフェ
イルセーフ機構に関する。

［従来の技術］ 従来より、電磁ソしノイドの励磁による磁気吸引力と戻
しばねの力の釣合により弁体を開弁させる、いわゆるノ
ーマルクローズタイプ方式の電磁弁が種々の流体制御分
野で使用されている。

例えば、自動車などのエンジン分野では、エンジン吸気
系のアイドル吸気流量を制御するアイドル制御弁として
広く使用されている（例えば、米国特許第４８２３７５
０号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ノーマルクローズタイプの流体制御用の電磁
弁は、電磁ソレノイドが通電されない状態では全閉状態
にある。従って、電気系統の故障等により電磁ソレノイ
ドの通電が不通になると弁が完全に閉じて流体が流れな
くなる。

電磁弁の用途によっては、このように運転中に電気系統
のアクシデントが生じて弁が完全に閉じると不具合が生
じる場合もある。

例えば、電磁弁を電気信号によって開度制御してアイド
ル吸気流量の制御を行う装置の場合には、上記のような
故障が発生すると、アイドル運転時のエンジンがストッ
プし、またエンジン始動を困難にするなどの事態が生じ
る。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、流体制御により駆動される各種装置にお
いて、その運転中に電気系統などのアクシデントにより
電磁弁の通電が不通状態になっても、ある程度の弁開度
を確保するフェイルセーフ機構を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、基本的には、次
のような課題解決手段を提案する。

すなわち、本発明は、弁体を閉じる方向に付勢する戻し
ばねと、弁体駆動用のプランジャを戻しばねの力に抗し
て磁気吸引して弁体を開弁させる電磁ソレノイドとを備
えてなる電磁弁において、前記電磁ソレノイドによって
形成される磁気回路の一部に永久磁石を設け、かつ、こ
の永久磁石は前記プランジャに対する磁気吸引力が戻し
ばねの力に幾分勝るものを用いて、電磁ソレノイドの通
電不通時にも必要最小限開度を確保するように設定した
。

また、その応用として、前記電磁ソレノイドの磁気回路
に組み込まれる永久磁石の極性を、電磁ソレノイドによ
って発生する磁界と逆方向にしたものを提案する。

〔作用〕

上託構成よりなる本発明によれば、電磁ソレノイドを通
電させなくとも、プランジャは戻しばねの力に抗して小
ストローク範囲で開弁方向に磁気吸引され、このプラン
ジャの駆動に伴い弁体が最小限の開度を確保される。こ
こで、必要最小限度とは、その電磁弁の用途によるニー
ズによって種々考えられる。例えば、自動車用のアイド
ル制御装置の吸気流量制御に用いる場合には、アイドル
運転が不完全ながらもエンジン始動を可能にし、応急的
に目的位置まで運転可能にする程度の開度である。

そして、正常な状態な場合には、電磁ソレノイドを通電
させれば、さらに強力にプランジャを磁気吸引する力が
発生し、正常な流量制御が行われる。

また、前記永久磁石の極性を電磁ソレノイドによって発
生する磁界と逆方向にした場合には、電磁ソレノイドに
ある程度の小電流を流した場合には、永久磁石と電磁ソ
レノイドとの極性が反発し合って、プランジャを吸引す
る力が戻しばねの力場下となり、弁を閉じる領域が存在
する。従って、上記のような永久磁石を用いた場合であ
っても、正常に弁を閉じる制御を必要とする電磁弁にお
いては、ある値の小電流を流すことで全開制御が可能と
なる。

なお、従来技術には、例えば特開昭６０−１７９５８２
号、特開昭６２−１６７９８５号公報に開示されるよう
に電磁ソレノイドと永久磁石の磁力を用いて弁体を開弁
させ、開弁後は電磁ソレノイドの通電を遮断して永久磁
石によって開弁状態を保持するタイプの電磁弁が存在す
るが、この場合の永久磁石は自らが弁体を戻しばねに抗
して少しでも開弁させるといった機能を有しておらず、
本発明のようなフェイルセーフ機能を期待することはで
きず、その点で本発明の課題解決手段と機能を異にして
いる。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る電磁弁の縦断面図で
あり、種々の用途に使用される汎用的な流量制御バルブ
の一例を示す。

第１図において、１は絶縁材料により形成されたハウジ
ングで、ハウジング１内にボビン２に巻装された電磁ソ
レノイド３が組み込んである。

ポビン２の内部には、固定コア４が一部挿入されつつ固
定配置されている。また、ポビン２内部と流体通路７と
にかけてプランジャ５がポビン２内周に案内されて軸方
向に往復移動可能に内装されている。

プランジャ５は弱磁性材料で形成され、その−端に弁体
６が設けである。固定コア４・プランジャ５間には戻し
ばね８が介在し、戻しばね８の力によってプランジャ５
が閉弁方向（弁シート１０側）に付勢されている。

弁シート１０は、流体通路７の一部に形成しである。ま
た、電磁コイル３の両端には、ヨーク９Ａ、９Ｂが配設
しである。

１１は環状の永久磁石で、プランジャ５のうち弁体６と
反対側の端部に固定コア４と対向して取付けられており
、固定コア４側がＮ極、その反対側をＳ極とした。一方
、電磁ソレノイド３は、通電時に固定コア４側がＮ極、
プランジャ５側がＳ極となるような磁界を形成するよう
に設定しである。すなわち、永久磁石１１と電磁ソレノ
イド３とは逆極性としである。

また、永久磁石１１のプランジャ５に対する磁気吸引力
は、戻しばね８の力に幾分勝るようにしである。

上記構成よりなる本実施例によれば、電磁ソレノイド３
の励磁や永久磁石１１によって、プランジャ５．ヨーク
９Ａ、９Ｂの経路で磁気回路を形成する。

そして、電磁ソレノイド３への印加電圧をＯＶとすると
、永久磁石１１の磁気吸引力が戻しばねの力より幾分勝
るために、プランジャ５が開弁方向にある程度移動して
、弁体６がシート１０から離れて中間開度を保持するよ
うに設定しである。

また、永久磁石１１と電磁ソレノイド３との磁界の方向
が反対であるため、電磁ソレノイド３の印加電圧をある
値にすると両者の磁界が打ち消し合い、プランジャ５か
ら専ら戻しばね８の力が作用して弁体６が弁シート１０
に当接して全閉となるが、この全閉となる電磁ソレノイ
ド３の印加電圧を５ｖとしである。

また、５ｖ以上の電圧を印加すると今度は専ら電磁ソレ
ノイド３の磁界によって磁気吸引力が発生し、弁体６が
シート１０から離れて開弁状態となるが、１２Ｖの時に
弁体６が全開となるようにしである。

本実施例によれば、電磁ソレノイドの電気系統の故障時
にもある程度の流量制御を確保したい場合に、そのフェ
イル機能を発揮し、しかも弁体を電磁コイル非通電時に
幾分あけておくので、ブローバイガス中の粘着成分がバ
ルブに付着しても弁体を固着させないですむ利点がある
。

第２図は本発明の第２実施例を示す。

本実施例における電磁弁はエンジンのアイドル制御装置
として使用される。

第２図において、２０は図示されないエンジン吸気通路
の絞り弁をバイパスさせた通路（アイドル吸気通路）で
、その中間部に弁シート部２１が形成される。弁体２１
には、弁体２２が往復移動によって接離動作（開閉動作
）を行うように設定される。バイパス通路２０は、弁体
２２を基準として弁体上流側となる通路２０Ａと、弁体
下流側となる通路２０Ｂとよりなり、弁体上流側通路２
０Ａがエンジン吸気系の絞り弁上流側に通じ、弁体下流
側２０Ｂが絞り弁下流側に通じる。

２４はバイパス通路２０と大気室３９とを仕切る仕切板
である。大気室３９には外部から空気を導入する通路２
７が設けである。

さらに大気室３９に隣接して後述するダイアフラム２５
及び弁駆動用の電磁アクチュエータ３０が配設しである
。

２３は弁体２２を貫通して弁軸となる中空シャフトで、
弁体２２と一体に形成されている。中空シャフト２３は
、バイパス通路２０Ａ、２０Ｂ及び仕切板２４．大気室
３９．ダイアフラム２５等を貫通し、〜端２３Ａがバイ
パス通路２０の弁体下流側２０Ａに通じ、他端２３Ｂが
ダイアフラム２５・アクチュエータ３０間に形成された
空間２８側に通じ、空間２８で後述するプランジャ３４
の一端に設けたシート３６と対向しである。中空シャフ
ト２３の端部２３Ｂはオリフィスとなり、パイロット弁
として機能する。

電磁アクチュエータ３０は、筒状ヨーク４０と、筒状ヨ
ーク４０内に組み込まれたポビン３２付き電磁コイル３
３．プランジャ３４．固定コア３１゜戻しばね３５など
で構成される。

固定コア３１及びプランジャ３４はポビン３２内に軸方
向に対向して配設され、固定コア３１・プランジャ３４
間に戻しばね３５が介在して、戻しばね３５によりプラ
ンジャ３４が中空シャフト２３側（換言すれば弁体２２
を閉じる方向）に付勢されている。

プランジャ３４のうち中空シャフト２３の一端２３Ｂに
向いた側の端部に緩衝ばねを介してシート３６が装着さ
れ、固定コア３１に向いた側の端部には永久磁石３８が
配設しである。

永久磁石３８は戻しばね３５の力に幾分層る磁気吸引力
が発生するものが用いられ、その極性を電磁ソレノイド
３３と逆にしである。

ここで、本実施例のアイドル制御装置の基本動作につい
て説明する。

弁体２２は、電磁ソレノイド３３の通電制御（デユーテ
ィ制御）によって開度制御される。

すなわち、電磁ソレノイド３３を通電制御すると、その
デユーティに応じた電磁吸引力が発生し、ばね３５との
力に抗してプランジャ３４がばね３５との力と釣り合う
まで図の左方向に移動する。

このプランジャ３４の移動によりシート３６と中空シャ
ツｌ〜２３の端部（パイロット弁部）２３Ｂとの間に隙
間が形成される。一方、アイドル運転時には、バイパス
通路２０の弁体下流側通路２０Ｂが負圧状態にあるので
、外部空気が空気取入通路２７１通気孔２６９通気孔２
９．空間２８さらにはシート３６・パイロット弁部２３
Ｂ間の隙間及び中空シャフト２３を通って弁体下流側通
路通路２０Ｂに引き込まれる。この空気の流れにより、
シート３６・パイロット弁部２３Ｂ間の隙間には急激に
流速が早まる空気流が生じ負圧状態になる。この局部的
な負圧が制御圧力となってダイアフラム２６に支持され
る中空シャフト２３がプランジャ３４の移動に追従する
ようにして駆動制御される。

このプランジャ３４の駆動により弁体２２と弁シート部
２１との間が開き、アイドル吸気流量が制御される。

そして、本実施例の場合においても、プランジャ３４に
設けた永久磁石３８の磁気吸引力が戻しばね３５の力に
勝るようにしであるので、電磁ソレノイド３３の非通電
時の場合でも永久磁石３８の磁気吸引力によりプランジ
ャ３４が開弁方向に幾分移動し、中空シャフト２３がこ
れに追従して移動するので、弁体２２・弁シート２１間
に必要最小限度の開度、すなわちアイドル運転が完全で
なくともエンジン始動に必要な開度に確保される。

第３図は、本実施例におけるアイドル制御装置の流量特
性を示すもので、デユーティ０％で弁体２２の必要最小
限度の開度が確保され、デユーティ２０％で永久磁石３
８と電磁コイル３３との磁力が打ち消しあって弁体２２
が全閉状態となり、デユーティ３０％で電磁コイル３３
の磁気力が永久磁石３８を超えて再度弁体２２が開き始
める。

通常の使用の場合はデユーティ３０％以上で使用する。

しかして、本実施例の場合には、アイドル制御装置の電
気系統に断線などの故障が生じた場合であっても、運転
維持に必要な最小限のアイドル空気流量を確保するので
、応急的に目的位置まで自動車を自刃走行させることを
保証し、フェイルセーフ効果を発揮することができる。

なお、上Ｅ各実施例では、永久磁石を弁体駆動用のプラ
ンジャに設けたが、これに限らず、固定コア側その他電
磁コイルによって形成される磁気回路の適宜位置に設け
てもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、流体制御により駆動され
る各種装置において、その運転中に電気系統などのアク
シデントにより電磁弁の通電が不通状態になっても、あ
る程度の弁開度を確保する。

その結果、電磁弁の電気系統の故障があっても必要最小
限の流量確保が要求されるような装置に対して、簡単な
構成により有効なフェイルセーフ効果を発揮することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す縦断面図、第２図は
本発明の第２実施例を示す縦断面図、第３図は第２実施
例の流量特性図である。 ３・・・電磁コイル、４・・・固定コア、５・・弁体駆
動用プランジャ、６・・弁体、７・・・流体通路、８・
・・戻しばね、ｌＯ・・・弁シート、１１・・・永久磁
石、２０・・・バイパス通路、２０Ａ・・弁体上流側通
路、２０Ｂ・・弁体下流側通路、２１・・・弁シート、
２２・・弁体、２３・・・中空シャフト、２３Ｂ・・・
パイロット弁部、３０・・・電磁アクチュエータ、３１
・・固定コア、３３・・・電磁ソレノイド、３４・・・
弁駆動用プランジャ、３５・・・戻しばね、３６・・弁
シート、３８・・・永久磁石。 ？！１″′ぺ （他２名）゛・− 第３図 電磁弁の電気系統 故障時使用

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．流体通路に組み込まれる往復移動式の弁体と、前記
   弁体を閉じる方向に付勢する戻しばねと、弁体駆動用の
   プランジャを前記戻しばねの力に抗して磁気吸引して前
   記弁体を開弁させる電磁ソレノイドとを備えてなる電磁
   弁において、前記電磁ソレノイドによつて形成される磁
   気回路の一部に永久磁石を設け、かつ、この永久磁石は
   前記プランジャに対する磁気吸引力が前記戻しばねの力
   に幾分勝るものを用いて、前記電磁ソレノイドの通電不
   通時の必要最小限開度を確保するように設定してなるこ
   とを特徴とする電磁弁。
2. ２．第１請求項において、前記永久磁石は、前記プラン
   ジャ及びこれに対向する磁気吸引側の固定コアの少なく
   とも一方に設けてあることを特徴とする電磁弁。
3. ３．第１請求項又は第２請求項において、前記永久磁石
   は、その極性を前記電磁ソレノイドによって発生する磁
   界と逆方向にしたことを特徴とする電磁弁。
4. ４．エンジン吸気通路の絞り弁をバイパスする通路と、
   前記バイパス通路に組み込まれる往復移動式の弁体と、
   前記弁体を閉じる方向に付勢する戻しばねと、弁体駆動
   用のプランジャを前記戻しばねの力に抗して磁気吸引し
   て前記弁体を開弁させる電磁ソレノイドとを備えてなる
   アイドル制御装置において、 前記電磁ソレノイドによって形成される磁気回路の一部
   に永久磁石を設け、かつ、この永久磁石は、その磁気吸
   引力が前記戻しばねの力に幾分勝るものを用いて、前記
   電磁ソレノイドの通電不通時にもエンジン運転に必要な
   最小限開度を確保するように設定してなることを特徴と
   するアイドル制御装置。
5. ５．第４請求項において、前記アイドル制御弁は、前記
   電磁ソレノイド、プランジャ及び戻しばねのほかに、前
   記バイパス通路に組み込まれた弁体を貫通して該弁体の
   弁軸となる中空シャフトと、この弁体付き中空シャフト
   を往復移動可能に支持するダイアフラムなどを備え、 前記中空シャフトは前記プランジャと分離され、その一
   端が前記プランジャ一端に設けたシート部と対向してパ
   イロット弁部を構成し、他端が前記バイパス通路の弁体
   下流側（エンジンの絞り弁下流側に通じる方）に通じ、 前記電磁ソレノイドの励磁による磁気吸引力で前記プラ
   ンジャが前記戻しばねの力と釣り合うまで開弁方向に移
   動すると、前記シート部・パイロット弁部間及び前記中
   空シャフトに前記バイパス通路の弁体下流側からの負圧
   吸引による空気流が生じる構造とし、この空気流が急激
   に速まる前記シート部・パイロット弁部間の負圧力によ
   り前記中空シャフトが前記プランジャに追従移動して前
   記バイパス通路内の弁体の開度制御がなされるように設
   定してあることを特徴とするアイドル制御装置。