JPH0719363A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プランジャ（弁体）の線形ストローク領域を
拡大させて、制御容量の増加を図ると共に、プランジャ
の線形ストローク特性を得て高精度な制御を図る。 【構成】 ソレノイドケーシング３の内部に、ヨーク１
３を挾んだ一対の電磁コイル８，９を設けると共に、そ
の内周側に一対のコア１１，１２を設けている。また、
両コア１１，１２の間に、先端に弁体２５を有するプラ
ンジャ１４を軸方向へ摺動自在に収納した。前記両コア
１１，１２の対向する内周面１１ａ，１２ａを円錐テー
パ状に形成する一方、プランジャ１４の両端部外周面１
４ａ，１４ｂも円錐テーパ状に形成して、前記内周面１
１ａ，１２ａ内に嵌入可能に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば内燃機関の補助
空気量制御装置に用いられる空気量制御弁の電磁アクチ
ュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用内燃機関にあっては、ア
イドリング運転の安定化及び暖機促進を図るために補助
空気量制御装置が設けられている。また、かかる補助空
気量制御装置に使用されて、補助空気量を制御する空気
量制御弁にあっては、弁体の開度量を制御するために比
例型の電磁アクチュエータを有している。

【０００３】この電磁アクチュエータとしては、例えば
永久磁石を用いたロータリータイプ（特公昭６４−８７
８４０号公報等参照）や永久磁石を用いたリニアタイプ
（特開平３−１２３１７４号公報等参照）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる空気
量制御弁に使用される比例型電磁アクチュエータに要求
される性能としては、一般に弁体のストローク特性をデ
ューティ比に対して線形として空気流量の制御精度を高
められることが要求され、また、制御容量を増加させる
ためストロークをできるだけ大きく確保することが要求
されている。

【０００５】しかしながら、前記公報記載のロータリー
タイプやリニアタイプでは、電磁アクチュエータによる
弁体の最大ストローク量の限界及び弁体や該弁体が開閉
制御するバルブ孔等の形状精度の点から、前記要求性能
を十分に満足することが困難である。すなわち、空気の
制御容量は、電磁アクチュエータによる弁体のストロー
ク量によって一元的に決定される。したがって、制御容
量を増加するためには、該ストローク量を増加させれば
良いが、電磁アクチュエータの構造上、ストローク量を
十分に得ることが不可能であった。このため、制御容量
を増加させるためには、弁体の外径や弁座のバルブ孔径
を拡大する必要がある。

【０００６】一方、弁体の外径やバルブ孔径を大きく設
定すると、形状寸法のばらつきが発生し易くなり、バル
ブ孔の開口面積に対する影響が大きくなる。その結果、
弁体や弁座の高い加工精度が要求されて、加工コストが
高くなってしまう。したがって、弁体やバルブ孔の増大
加工に限界があり、結局前述の要求性能を十分に満足で
きないことになる。

【０００７】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、バルブ孔径を増大させることなく
制御容量を増加することを可能とする電磁アクチュエー
タの提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
請求項１の発明は、ソレノイドケーシングの内部に軸方
向に並設されて、間にヨークを挾持した一対の電磁コイ
ルと、該両電磁コイルの両端部内周に設けられた一対の
略筒状のコアと、前記各電磁コイルへの通電に伴い両コ
アの間を摺動自在に設けられ、先端部にバルブ孔を開閉
する弁体を有するプランジャとを備えた電磁アクチュエ
ータであって、前記両コアの対向する内端部の内周面を
略円錐テーパ状に形成する一方、該各内周面に対向する
前記プランジャの両端部外周面を前記各内周面に嵌入可
能な略円錐状に形成したことを特徴としている。

【０００９】また、請求項２の発明においては、前記両
電磁コイルの各一端を結線して３極構造に形成すると共
に、前記ヨークの両側部に、各電磁コイルへの通電時に
互いに異なる磁極を発生させることを特徴としている。

【００１０】

【作用】請求項１の発明において、プランジャの前後移
動時には、その両端部の外周面が両コアの円錐テーパ状
の対向内周面に嵌入することにより、プランジャの前後
方向の線形ストローク領域（ストローク量）が拡大され
る。このため、弁体の外径やバルブ孔の内径を拡大する
ことなく、弁体によるバルブ孔の開度量つまり制御容量
を増大させることが可能になる。

【００１１】また、請求項２の発明においては、両電磁
コイルの磁路を同方向に設定して、ヨークに異なる磁極
を発生させるようにしたため、所定のデューティ比電流
域ではヨーク上での磁束が互いに相殺されるように働
く。したがって、それぞれの電磁コイルの流入磁束が小
さくなり、それぞれ独自の磁力によってプランジャを吸
引する。このため、デューティ比に対するプランジャ
（弁体）のストローク特性が線形となる。その結果、前
記プランジャの前後の線形ストローク領域の拡大化と相
俟って、空気流量の高精度な制御を得ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図にしたがって説
明する。すなわち図１は、本発明にかかる電磁アクチュ
エータを、自動車用内燃機関の補助空気量制御装置に用
いられるリニア型の電磁制御弁に適用したものを示して
いる。

【００１３】図中、１は内燃機関のスロットルバルブを
バイパスするバイパス通路に設けられた比例型の電磁制
御弁であって、この電磁制御弁１は、バルブハウジング
２と、該バルブハウジング２の一端部にシールリング４
を介して設けられた有蓋円筒状のソレノイドケーシング
３とを有している。

【００１４】前記ソレノイドケーシング３は、外端部が
キャップ５で閉塞されていると共に、内部の軸方向前後
位置に有する一対のボビン６，７に一対の開弁用と閉弁
用の２つの電磁コイル８，９が巻装されている。また、
両ボビン６，７の薄肉な筒状部の間に、円筒状のプラン
ジャガイド１０が設けられていると共に、筒状部の内周
側には一対の第１コア１１及び第２コア１２が設けられ
ている。また、両電磁コイル８，９の間には、円環状の
ヨーク１３が介装されている。更に、プランジャガイド
１０の内周には、先端部に駆動ロッド１５が連結された
プランジャ１４が軸方向へ摺動自在に設けられている。
前記駆動ロッド１５は、前記第２コア１２の内周に保持
されたロッドガイド１６によって摺動案内されるように
なっている。

【００１５】前記第１コア１１及び第２コア１２は、対
向する内端部の内周面１１ａ，１２ａが円錐のテーパ状
に形成されている一方、プランジャ１４は、前記内端面
１１ａ，１２ａと対向する前後両端部の外周面１４ａ，
１４ｂが、内周面１１ａ，１２ａと同一テーパ角度の円
錐テーパ状に形成されている。また、前記第１コア１１
の内部に設けられたストッパ部材１７とプランジャ１４
との間には、該プランジャ１４を図中右方向に付勢する
プランジャスプリング１８が弾装されている。尚、図中
１９はソレノイドケーシング３の前端壁３ａとボビン７
との間をシールするＯリング、２０はソレノイドケーシ
ング３の後端部とキャップ５との間をシールするＯリン
グである。

【００１６】一方、バルブハウジング２は、外端部がア
ジャスト端壁２１で閉塞されていると共に、内部にバイ
パス通路の一部を構成する断面略逆Ｕ字形の空気導入室
２２が形成されている。また、この空気導入室２２に
は、円環状のバルブシート２３が設けられていると共
に、該バルブシート２３に離着座してバルブシート２３
中央のオリフィス２４を開閉する弁体２５が設けられて
いる。

【００１７】この弁体２５は、円柱部２５ａと、該円柱
部２５ａの一端に有し、前記バルブシート２３に離着座
する大径な着座部２５ｂとを備えている。前記円柱部２
５ｂは、オリフィス２４の内径より若干小さな外径に形
成されていると共に、該円柱部２５ｂの一端側に有する
円錐部２５ｃの外径がプランジャ１４側に向かって漸次
小径に形成されている。つまり、円柱部２５ａでオリフ
ィス２４を略全閉に近い開口面積とし、円錐部２５ｃの
円柱部２５ａ側一端縁から他端縁に亘って漸次オリフィ
ス２４の開口面積を大きくして、他端縁付近で全開状態
となるように形成されている。また、弁体２５は、着座
部２５ｂ側に前記アジャスト端壁２１の中央ガイド孔２
１ａに摺動案内されるガイド軸２６が設けられていると
共に、前端部にバルブガイド１６内に摺動案内される摺
動軸２７が設けられ、この摺動軸２７を介して駆動ロッ
ド１５に連結されている。

【００１８】また、この弁体２５は、アジャスト端壁２
１との間に弾装されたバルブスプリング２８によってオ
リフィス２４を閉成する方向に付勢される一方、前記プ
ランジャスプリング１８によってオリフィス２４を開成
する方向に付勢されている。

【００１９】具体的には、弁体２５は、プランジャスプ
リング１８のばね力と該ばね力に対向するバルブスプリ
ング２８のばね力とのバランスによって、開閉方向の全
ストロークの中間位置つまり、図示のように円柱部２５
ａと円錐部２５ｃとの境界部位付近がオリフィス２４の
内周縁に位置して、該オリフィス２４を僅かに開成する
開度位置に保持されている。したがって、バルブシート
２３と弁体２５とは非接触状態になっているとともに、
弁体２５の開閉作動全ストロークの略中間位置に保持さ
れている。

【００２０】そして、前記ソレノイドケーシング３内の
２つの電磁コイル８，９には、図外の制御回路から逆位
相の制御電流（デューティ信号）が印加されるようにな
っている。すなわち、制御回路は、開弁用電磁コイル８
に対してＯＮ（Ｈレベル）デューティ信号を増加させた
場合は、閉弁用電磁コイル９にはＯＮデューティ信号を
減少させ、逆に閉弁用電磁コイル９に対するＯＮデュー
ティ信号を増加させた場合は、閉弁用電磁コイル８に対
してＯＮデューティ信号を減少させるようになってい
る。

【００２１】また、各電磁コイル８，９は、図１に示す
ように磁路Ｘ，Ｙが互いに逆方向となるように通電さ
れ、したがって、ヨーク１３の両側部に同一磁極、例え
ばＳ・Ｓ極が発生するようになっている。

【００２２】以上の構成において、内燃機関の低温始動
時には、制御回路から開弁用電磁コイル８に印加される
ＯＮのデューティ信号が増加され、閉弁用電磁コイル９
には開弁用電磁コイル８よりも十分に少ないＯＮのデュ
ーティ信号が印加される。このため、プランジャ１４
が、第２コア１２により図中右方向へ吸引されて駆動ロ
ッド１５を同方向へ押し出す。これによって、弁体２５
は図示の中間位置からバルブスプリング２８のばね力に
抗して同方向へ移動するため、オリフィス２４の開口面
積が円錐部２５ｃによって大きくなり、ここを通流する
空気流量が最大になる。これにより、暖機運転が速やか
に行われる。

【００２３】また、暖機が進み機関温度が上昇してくる
と、今度は制御回路から印加される開弁用電磁コイル８
へのＯＮのデューティ信号が徐々に減少する一方、閉弁
用電磁コイル９へのＯＮのデューティ信号が相対的に徐
々に増加する。したがって、プランジャ１４は、第１コ
ア１１の吸引力でプランジャスプリング１８のばね力に
抗して図中左方向へ移動し、これに伴い弁体２５も図示
の中間位置からさらに左方向へ移動する。したがって、
暖機が進むにしたがって、着座部２５ｂがシート面２３
ａに接近してオリフィス２４の開口面積を次第に減少さ
せ、暖機完了時には開口面積を最小にして所定の空気流
量の通流を補償するようになる。

【００２４】しかも、本実施例では、プランジャ１４の
前後両端部の外周面１４ａ，１４ｂと、両コア１１，１
２の内周面１１ａ，１２ａが円錐テーパ状になっている
ため、プランジャ１４の最大左右方向への移動時に、各
外周面１４ａ，１４ｂが内周面１１ａ，１２ａにそれぞ
れ嵌入する。したがって、かかる嵌入量の分だけプラン
ジャ１４の左右方向のストローク領域が増大する。これ
に伴い線形ストローク領域Ｍも、図２の実線で示すよう
に従来の線形ストローク領域Ｌ（破線）に比較して拡大
される。 よって、弁体２５の外径寸法やオリフィス２
４の内径寸法を大きくすることなく、空気流量の制御容
積を増加することができる。しかも、十分な空気流量が
確保できるだけでなく、空気流量の制御巾を大きくでき
るのため制御精度の向上を図ることができる。

【００２５】また、両電磁コイル８，９には、図３に示
すように互いに逆方向の磁路ａ，ｂが形成されるため、
デューティ比制御電流に対するプランジャ１４のストロ
ーク特性が、図４の破線で示すように前記の中間位置を
中心として３次曲線的なやや非線形なストローク特性と
なるものの、夫々の吸引力は増加する。すなわち、デュ
ーティ比が０％あるいは１００％の時点では、電磁コイ
ル８，９の単独の磁束によってプランジャ１４をそれぞ
れ吸引するが、両電磁コイル８，９に所定の通電量（デ
ューティ比３０〜４５％，５５〜７０％）の領域では、
図３に示すように一方側の電磁コイル８で発生した磁束
が他方側の電磁コイル９にも流れ、その磁気ギャップＸ
２が小さくなる方Ｘ１にストロークが大きく影響する。
これにより、磁気ギャップが小さくなる方Ｘ１である他
方側の電磁コイル９に、一方側の電磁コイル８の磁束が
加わって吸引力が増加するのである。

【００２６】図５は、本発明の他の実施例を示す図であ
って、前述した前記両コア１１，１２の円錐テーパ状の
内周面１１ａ，１２ａやプランジャ１４の円錐テーパ状
の外周面１４ａ，１４ｂ等の構成を前提として、一方側
電磁コイル８と他方側電磁コイル９の各一端を結線して
３極構造に形成して、それぞれの磁路ａ，ｂを図５に示
すように互いに同一方向となるように形成したものであ
る。つまり、両電磁コイル８，９間のヨーク１３の両側
の磁極は、互いに異なる極（Ｎ，Ｓ）となるように設定
されている。

【００２７】以上の構成においては、各電磁コイル８，
９にデューティ比が３０〜４５％，５５〜７０％の制御
電流を通電すると、ヨーク１３上での磁束が互いに相殺
されるように作用するため、互いの電磁コイル８，９の
流入磁束は小さくなり、それぞれ独自に発生する磁束の
みによってプランジャ１４を吸引する。その結果、デュ
ーティ比制御電流に対するプランジャ１４のストローク
特性は、図４の実線で示すように理想的な線形特性が得
られる。よって、前述のプランジャ１４の前後方向の線
形ストローク領域の拡大化と相俟って空気流量の高精度
な制御が可能になる。

【００２８】なお、本発明は、前記実施例のように補助
空気量制御装置ばかりでなく、例えば希薄燃焼制御装置
にトルク制御用として使用される制御弁に適用すること
も可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の本発明に
おいては、プランジャの両端外周面を略円錐状としたも
のであることから、該プランジャの全ストローク量の増
加と線形ストローク領域の拡大が図れる。よって、弁体
の外径や該弁体が開閉するバルブ孔の内径を大きくする
ことなく、制御容量を増加させることができる電磁アク
チュエータの提供が可能となる。

【００３０】さらに、請求項２の発明においては、両電
磁コイルに発生する磁路を互いに同一方向に設定するこ
とにより、制御電流に対するプランジャのストローク特
性を線形とすることが可能になる。よって、前記線形ス
トローク領域の拡大化と相俟って空気流量等を高精度に
制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す縦断面図である。

【図２】同実施例の電磁コイルによる吸引力とプランジ
ャのストロークとの関係を示す特性図である。

【図３】同実施例の電磁コイルによる吸引力作用を示す
概略図である。

【図４】同実施例と本発明の他の実施例における制御電
流に対するプランジャストローク特性を示すグラフであ
る。

【図５】他の実施例を示す図であって、各電磁コイルの
磁路を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 空気量制御弁 ３ ソレノイドケーシング ６，７ ボビン ８，９ 電磁コイル １１，１２ コア １１ａ，１２ａ 内周面 １３ ヨーク １４ プランジャ １４ａ，１４ｂ 外周面 ２４ オリフィス（バルブ孔） ２５ 弁体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソレノイドケーシングの内部に軸方向に
   並設されて、間にヨークを挾持した一対の電磁コイル
   と、該両電磁コイルの両端部内周に設けられた一対の略
   筒状のコアと、前記各電磁コイルへの通電に伴い両コア
   の間を摺動自在に設けられ、先端部にバルブ孔を開閉す
   る弁体を有するプランジャとを備えた電磁アクチュエー
   タであって、前記両コアの対向する内端部の内周面を略
   円錐テーパ状に形成する一方、該各内周面に対向する前
   記プランジャの両端部外周面を前記各内周面に嵌入可能
   な略円錐状に形成したことを特徴とする電磁アクチュエ
   ータ。
2. 【請求項２】 前記両電磁コイルの各一端を結線して３
   極構造に形成すると共に、前記ヨークの両側部に、各電
   磁コイルへの通電時に互いに異なる磁極を発生させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。