JPH0478874B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流体の流量を連続的に制御する流体流
量制御弁に関し、例えばエンジンの吸入空気量を
制御する為に用いて有効である。

〔従来技術〕

この種の制御弁は、流体流路面積を連続的に可
変乃至遮断するものであるため、制御弁の上流と
下流とに圧力差があるときは、その圧力に逆つて
弁体を駆動しなければならない。そのため、従来
の制御弁では、この圧力差に打ち勝つだけの大き
な駆動力が必要とされていた。また、小さな駆動
力で弁体を駆動しようとすれば制御弁前後の圧力
を均圧させるための特別の圧力キヤンセル機構が
必要となり、いずれにせよ制御弁の大型化、価格
上昇を招いていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記点に鑑みて案出されたもので、制
御弁前後の圧力差に係わらず、小さな駆動力で良
好に弁体の駆動ができるようにすること、及びそ
のために特別な圧力キヤンセル機構を制御弁とは
別に設ける必要をなくすことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明では、ハウジ
ングの円弧状内壁部に沿つた外壁部、この外壁部
の端部を結ぶ内側壁部、及び前記外壁部から前記
内側壁内にかけて貫通する窓部とからなり、前記
外壁部が前記円弧状曲壁に沿つて摺動するように
弁室内に回転自在に配設され、前記窓部と第１流
体ポートとが重なり合うことにより前記第１流体
ポートのみを開放する横断面弓形の弁体とを備え
る。

そして、前記弁体の前記窓部の開口縁における
外壁部と内側壁部とが交わる角度が鋭角に設定さ
れ、前記窓部は、前記弁体の回転軸に対して平行
となる一辺と垂直となる他辺とからなる四角形状
をなすことを特徴とする構成を採用する。

〔発明の作用・効果〕

それゆえ、本発明では窓部の開口縁が流体ポー
トを閉塞する途中であつても、この端部に流体の
渦が発生するのを良好に制御することができる。
すなわち、流体ポートを閉じる時に於いても流体
の流れをスムーズにすることができ、弁体前後に
過大な圧力差が生じるのを防止できる。そのた
め、本発明では流体の流れの影響を受けて弁体の
回転が阻害されるのが防止でき、比較的小さな駆
動力で弁体を良好に回転させることができる。

また、第１流体ポートに於ける圧力は弁体の外
壁部に作用し、第２流体ポートに於ける圧力は弁
体の内側壁部に作用する。両ポートに於ける圧力
差は外壁と内側壁部とが交わる部分、すなわち窓
部の開口縁部分に作用することになるが、この部
分は鋭角形状となつており受圧面積は極めて小さ
なものとなつている。従つて、流体の圧力差が弁
体回転方向に及ぼす力は極めて小さく、弁体を所
望の正確な位置に保持することができ、また回転
駆動力を低減できる。

また、第１流体ポートを開放する窓部は、上述
の如く四角形状となつているので、弁体の回転に
伴い略等面積の増加割合で第１流体ポートを開放
していくこととなり、弁体の回転角度と流体の制
御量との間の線形性をより向上させることができ
るという格別の作用効果を奏する。

〔実施例〕

第１図は流体制御弁２０を示す断面図で、図中
７は磁性体からなる円筒状のヨークである。この
ヨーク７の周囲にはコイル２を巻線形成し、また
コイル７内周には、径方向に極を持つ円柱形の永
久磁石６が配設されている。そして、これらを包
むように鉄材等の磁性材料からなるケース１が配
設され、従つてケース１により閉磁路を形成し、
この閉磁路により永久磁石６を回転駆動する駆動
部が形成される。尚、永久磁石６はシヤフト１０
に圧入され、かつシヤフト１０はロータリー弁体
５に溶接等で一体に取付けられている。そして、
シヤフト１０はハウジング９に打込み等で挿入さ
れた軸受８を介して回転自在に支持されている。
従つて、弁体５は永久磁石６の回転と共にハウジ
ング９の弁室１２内を回転することになる。

弁室１２は第２図図示の如く側壁が円弧状極壁
１２ａとなつた円筒状をしており、この円筒状極
壁１２ａに第１の流体ポート１３が開口してお
り、この流体ポート１３より弁室１２内に流体が
導入されるようになつている。また、弁室１２の
他の面には第２の流体ポート１４が開口してい
て、弁室１２に導入された流体はこの第２流体ポ
ート１４より導出される。

また、弁体５は円弧状曲壁１２ａと同じ曲率の
弓形に成形されており、かつ弁体５は円弧状曲壁
１２ａに気密を保ちながら摺接するようになつて
いる。この弓形弁体５の中央部には窓部５ｃが形
成されている。弁体５の回転と共に窓部５ｃの開
口端である弁体端部５ａが第１流体ポート１３を
漸次閉塞又は開放することになり、弁体５の回転
に応じて第１流体ポート１３の開口面積が連続的
に増減する。即ち、弁室１２を流れる流量は弁体
５の回転に応じて連続的に制御される。

そして、この弁体５は第３図に示すように円弧
状曲壁に沿つて摺接する外壁部５１と、この外壁
部５１の端部を結ぶ内側壁部５２とを有し、この
外壁部５１の内側壁部５２とが交わる端部５ａ、
すなわち窓部５ｃの開口縁部が鋭角形状となつて
いる。そのため、弁体５が第１流体ポート１３を
閉じる途中に於いてもこの弁端部５ａに渦等が発
生するのを良好に抑制できる。

即ち、第３図中破線で示すように端部５ａが鈍
角θ₀では、流体流れ方向に長え縁５ｂができてし
まい、この縁５ｂ部分での流体摩擦によつて流体
流れに過大な乱れを発生させてしまう。それに対
し、本例のように鋭角θとすれば、上記縁５ｂを
極めて短くでき、そのため、上記不具合が生じな
いのである。

第８図は第２図のＡ−Ａ線に沿う断面図で、弁
体５に形成した窓部５ｃの形状を示す。この図よ
り窓部５ｃは長方形をなしており、その短辺は弁
体５の回転軸であるシヤフト１０に垂直であり、
長辺は平行となつている。あるいは第９図に示す
様に短辺を平行に、長辺を垂直とする長方形とし
ても良い。このように窓部５ｃを四角形状として
いるため、弁体５の回転に伴なつて、窓部５ｃが
第１流体ポート１３と連通する開口面積の増加割
合は略一定となり、弁体５の回転量と第１流体ポ
ート１３の開口量との間に線形状を持たせること
ができる。

なお、前記ケース１と９とはネジ等で固定され
る。また、永久磁石の回転制御は、トーシヨンバ
ー４の一端部を、シヤフト１０・駆動部に取付け
られたホルダー３に鋏め等で固定し、他端をシヤ
フト１０に固定することにより、コイル２、永久
磁石６の磁力比に応じてトーシヨンバー４がねじ
られ、回転角度が制御できる。

第４図は上記流体流量制御弁を駆動させる駆動
回路を示す。演算増幅器A₁、コンデンサC₁、第
１〜第４抵抗R₁，R₂，R₃，R₄で、ランプ波形を
点に得る。このランプ波形の波形特性は第５図
図示の如くである。そして、波形形状は、第１〜
第３の抵抗R₁，R₂，R₃により決まり、また波形
周波数は、第４の抵抗R₄により決まる。そこで、
このランプ波形と後述する電子制御ユニツト１２
０からのアナログ電圧とを入力端子Ｃに入力した
ものを、電圧比較器A₂によつて比較し、コイル
Ａを駆動する信号電圧を点に得る。この信号電
圧で駆動用トランジスタQ₁，Q₂を制御し、駆動
トランジスタQ₂よりコイルを駆動する電流が出
力される。

尚、点の電圧特性は、第６図に示す。即ち第
５図において、制御ユニツト１２０からのアナロ
グ電圧が一点鎖線、実線、破線の如く変形すれば
電圧比較器A₂で比較して得られる点電圧も一
点鎖線、実線、破線の如く変化する。

第７図は上記制御弁を使用するアイドル回転速
度制御装置の概略を示すシステム図である。

この第７図においてエンジン１１０は、自動車
用の公知の４サイクル火花点火エンジンで、エン
ジン負荷としての車輌用空調機用の冷媒圧縮機１
２６と自動変速機とを装備した場合のものであ
る。このエンジン１１０はエアクリーナ１１１、
エアフロメータ１１２、吸気管１１３、サージタ
ンク１１４、各吸気分岐管１１５を経て空気を吸
入し、燃料、例えばガソリンは各吸気分岐管１１
５に設けられた電磁燃料噴射弁１１６から噴射供
給される。

エンジン１１０の主吸入空気量は、任意に操作
されるスロツトル弁１１７によつて調整され、一
方燃料噴射量は、電子制御ユニツト１２０によつ
て調整される。電子制御ユニツト１２０は、点火
装置のデイストリビユータ内に内蔵される回転速
度センサ１１８によつて測定されるエンジン回転
速度と、エアフロメータ１１２によつて測定され
る吸入空気量とを基本パラメータとして燃料噴射
量を公知の手法にて決定するもので、他に冷却水
温を検出する水温センサを用いた暖機センサ１１
９等からの信号によつても公知の如く燃料噴射量
の増減を行う。

バイパス通路である空気導管１２１，１２２は
スロツトル弁１１７をバイパスするように設けら
れ、量導管１２１，１２２の間には第１図図示の
流体流量制御弁２０が設けられている。即ち、導
管１２１は一端が、スロツトル弁１１７とエアフ
ロメータ１１２の間に設けられた空気導入口１２
３に接続され、他端が前記第１流体ポート１３に
接続される。一方、導管１２２は一端がスロツト
ル弁１１７の下流部に設けられた空気導出口１２
４に接続され、他端が前記第２流体ポート１４に
接続される。

次に、上記構成制御弁の作動を説明する。

第７図に示す如くエンジンの吸入空気量を制御
するために使用された場合、制御弁２０はエンジ
ン１１０の通常の吸入通路におけるスロツトル弁
１１７をバイパスする形態で装着され、第１流体
ポート１３は、導管１２１を介してスロツトル弁
１１７の上流に、また第２流体ポート１４は導管
１２２を介してスロツトル弁１１７の下流にそれ
ぞれ接続される。この結果、制御弁２０はスロツ
トル弁１１７をバイパスする吸入空気、又は（混
合気）流量を制御することになる。即ち、第４図
の点に得られるランプ波形と電子制御ユニツト
１２０から印加されるアナログ電圧とを電圧比較
器A₂に入力すると、電圧比較器A₂が比較して
点電圧が第６図の如くとなり、これを駆動トラン
ジスタQ₁，Q₂に印加し、駆動用トランジスタQ₂
よりコイル２に通電される。コイル２はヨーク７
に円柱形の永久磁石６を包むようにして配設され
ている為、磁界はほぼ平行となり、平行磁界中に
置かれた永久磁石６には磁気モーメントが与えら
れる。そのため、永久磁石６とこの磁石６と一体
に取付けられたシヤフト１０、弁体５には回転駆
動力が与えられる。この回転駆動力はホルダー３
とシヤフト１０に両端を固定されたトーシヨンバ
ー４を反時計方向にねじり、このねじり力と上記
回転力とがつりあう回転角でとまる。

特に本構成の制御弁は、弁体５の窓部５ｃの開
口縁である端部５ａが鋭角形状となつているた
め、空気が弁体５部分を通過する際でも弁体５に
より空気流が乱れにくい構造となつている。従つ
て、弁体５通過時の空気流の乱れが弁体５に与え
る影響は非常に小さくなる。そのため、たとえ高
負圧時であつても、上記回転力には、ほとんど影
響を及ぼさない。ゆえに流体流量制御弁２０の開
度は電子制御ユニツト１２０から印加されるアナ
ログ電圧に応じて反時計方向に回り、全開から閉
弁状態に確実に変化させることができる。従つ
て、エンジン１１０の運転状態を電子制御ユニツ
ト１２０が演算し、機関が最も良い状態になるよ
うアナログ電圧を可変させれば、その信号に応じ
て確実に流体流量制御弁２０でコントロールする
ことができる。

上述の例では本発明に係る制御弁２０をエンジ
ン１１０の吸入空気流量制御に用いたが、本発明
制御弁２０の用途はこの一例に限定されるべきで
ないことは勿論で、流路面積を可変として流量を
制御する弁として広く使用可能である。

また、上述の例では弁体５をコイル２の磁力と
トーシヨンバー４のねじり力との均合で回転制御
したが、弁体の回転駆動力にステツピングモータ
等、他の動力を使用してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明制御弁の一実施例を示す断面
図、第２図は第１図の−矢視断面図、第３図
は第２図図示弁体の要部を示す断面図、第４図は
第１図図示制御弁の制御回路図、第５図はランプ
波形を示す説明図、第６図は信号電圧を示す説明
図、第７図は第１図図示制御弁の使用例を示す構
成図、第８図は第２図のＡ−Ａ矢視断面図で弁体
の窓部形状を示す図、第９図は窓部の他の形状を
示す断面図である。 ５……弁体、５ａ……端部、５ｃ……窓部、９
……ハウジング、１２……弁室、１３……第１流
体ポート、１４……第２流体ポート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状の弁室を有するハウジングと、 前記弁室のうち円弧状内壁部に開口する第１流
   体ポートと、 前記弁室の他の円弧状内壁部に開口し、常時開
   放状態である第２流体ポートと、 前記ハウジングの円弧状内壁部に沿つた外壁
   部、この外壁部の端部を結ぶ内側壁部、及び前記
   外壁部から前記内側壁部にかけて貫通する窓部と
   からなり、前記外壁部が前記円弧状曲壁に沿つて
   摺動するように前記弁室内に回転自在に配設さ
   れ、前記窓部と前記第１流体ポートとが重なり合
   うことにより前記第１流体ポートのみを開放する
   横断面弓形の弁体とを備え、 前記弁体の前記窓部の開口縁における外壁部と
   内側壁部とが交わる角度が鋭角に設定され、 前記窓部は、前記弁体の回転軸に対して平行な
   一辺と垂直な他辺とからなる四角形状をなすこと
   を特徴とする流体流量制御弁。