JPS63297880A - 流量制御装置 - 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、流体の流量を制御する流量制御装置に係り、
特にステップモータ等の電動機により流量制御弁の開度
を制御することによって、流体の流量を制御するに通し
た流量制御装置に関する。

〔従来技術〕

従来、この種の流量制御装置においては、例えば、実開
昭５７−６３９４６号及び５７−６３９４７号の各公報
に示されているように、ステップモータの回転運動をね
し機構により流量制御弁の弁体の直線運動に変換し、同
弁体の弁座に対する開度を制御して流量制御を行うよう
にしたものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような構成においては、前記弁体の
直線運動の範囲が、同弁体に設けたストッパ部材と、ス
テップモータのロータの軸方向端部との係合により制限
されるようになっているので、かかる係合時に、前記ス
トッパ部材がステップモータの全出力トルクを受けて前
記ロータを急激に停止させることとなる。このため、前
記ストッパ部材が前記ロータの軸方向端部との係合によ
り摩耗したり破損することがある一方、前記ロータが前
記ストッパ部材との係合時に慣性力により反転し前記弁
体の位置決めを不安定にするという不具合が生じる。

これに対しては、ステップモータの回転速度を前記係合
直前に低下させるように電気的に制御することも考えら
れるが、かかる場合には、電気制御系統の制御内容が複
雑になる。また、前記ストッパ部材の前記弁体に対する
取付位置精度を高くする必要があり、コスト高の原因と
もなっていた。

そこで、本発明は、以上のようなことに対処すべく、流
量制御装置において、その流量制御弁の弁体と電動機の
回転軸との機械的連結を、流量制御弁の開度の変化範囲
外にて解離するようにしようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる問題の解決にあたり、本発明の構成上の特徴は、
第１及び第２の流体管路間に介装されてこれら流体管路
間の流体の流量を開度に応じて制御する流量制御弁と、
この流量制御弁の開度を増減させる電動機とを備えた流
量制御装置において、前記第１及び第２の流体管路にそ
れぞれ接続される第１及び第２の開口部を備えたハウジ
ングと、このハウジング内にて前記第１開口部と同軸的
に軸方向変位可能にかつ回転可能に支持されて前記第１
開口部の開口面積を前記開度として軸方向変位に応じ増
減させる筒状弁体と、前記開度が最大領域にあるとき同
開度を減少させる軸方向に前記弁体を付勢し、一方前記
開度が最小領域にあるとき同開度を増大させる軸方向に
前記弁体を付勢する付勢手段とを前記流量制御弁に設け
、前記ハウジングの外壁に前記弁体と同軸的に取付けた
ステータと、このステータ内に同軸的に回転自在に軸支
されて前記弁体の中空部内に軸方向に遊嵌した回転軸を
有するロータとを前記電動機に設け、かつ前記開度が前
記最大領域と最小領域との間の領域にあるときにのみ前
記回転軸を前記弁体の中空部内周面に螺合させるように
したことにある。

〔作用効果〕

しかして、このように本発明を構成したことにより、前
記弁体が前記回転軸と端金状態にあるとき、同弁体が、
前記電動機の駆動に伴う前記ロータの回転に応じ、前記
回転軸との螺合下にて前記第１開口部の開度を増大させ
る軸方向に変位すると、前記第１及び第２の流体管路間
の流体の流量が前記開度の増大に応じ増大する。しかし
て、前記開度のその最大領域への到達に伴い前記弁体が
前記回転軸との螺合から解除されると、この弁体が、そ
の最大開度を、前記付勢手段により前記開度を減少させ
る軸方向に付勢された状態にて維持する。かかる場合、
前記ロータが同一方向に回転し続けても、前記弁体が前
記回転軸から螺脱するととともに前記付勢手段の上述の
ような付勢作用を受けているので、「発明が解決しよう
とする問題点」にて述べたような不具合を伴いことなく
、前記弁体が前記電動機の出力トルクら確実に遮断され
た状態にて最大開度を適正に安定性よく維持し得る。

このような状態にて、前記電動機のロータが逆転すると
、前記弁体が、前記付勢手段による前記開度を減少させ
る軸方向への付勢作用を受けて前記回転軸にその逆転に
応じ容易にかつ円滑に螺合し前記第１開口部の開度を減
少させるように軸方向変位する。しかして、前記開度の
その最小領域への到達に伴い前記弁体が前記回転軸との
螺合から解除されると、この弁体が、その最小開度を、
前記付勢手段により前記開度を増大させる軸方向に付勢
された状態にて維持する。かかる場合、前記ロータが同
一逆転方向に回転し続けても、前記弁体が前記回転軸か
ら螺脱するとともに前記付勢手段による前記開度を増大
させる軸方向への付勢作用を受けているので、上述と同
様に、「発明が解決しようとする問題点」にて述べたよ
うな不具合を伴うことなく、前記弁体が前記電動機の出
力トルクから確実に遮断された状態にて最小開度を適正
に安定性よく維持し得る。

このような状態にて、前記電動機のロータが再び逆転す
ると、前記弁体が、前記付勢手段による前記開度を増大
させる軸方向へ付勢作用を受けて前記回転軸にその再度
の逆転に応じ容易にかつ円滑に螺合し前記第１開口部の
開度を増大させるように軸方向変位する。

換言すれば、前記第１開口部の開度が最大開度と最小開
度との間の値にあるとき前記弁体を前記回転軸に螺合さ
せ、前記第１開口部の開度が最大開度（又は最小開度）
になったとき前記弁体を前記回転軸から螺脱させるとと
もに同回転軸との再度の螺合を確保すべ（前記弁体を前
記付勢手段により付勢するようにしたので、前記弁体の
前記回転軸から＃ｍ１１１．の再度の螺合を円滑にかつ
確実に実現しつつ、前記電動機の出力トルクを、前記第
１開口部の開度が最大開度と最小開度との間にあるとき
にのみ、前記弁体に伝達することとなり、その結果、本
発明装置の各種構成部品に不必要な衝撃的過負荷を与え
ることなく、その開度を全範囲に亘り安定にかつ適正に
調整維持できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図及び第２図は、本発明に係る流量制御装置が車両用エ
ンジン１０に適用された例を示している。流量制御装置
は、エンジン１０の本体１１から延出する吸気管１２に
、同吸気管１２内に設けたスロットル弁１３の後流にて
組付けられているもので、この流量制御装置は、流量制
御弁■と、ステップモータＭとによって構成されている
。

流量制御弁■は、第１図に示すごとく、弁ハウジング２
０を有しており、この弁ハウジング２゜は、ステップモ
ータＭのステータ６０の一側から同軸的に延出する円筒
状アウタハウジング２１と、このアウタハウジング２１
内に同軸的に嵌装した円筒状インナハウジング２２と、
アウタハウジング２１及びインナハウジング２２の各開
口部に嵌着したカバー２３とにより構成されている。カ
バー２３は、第１図及び第２図に示すごと（、インナハ
ウジング２２と同軸的に穿設した開口部２３ａとを吸気
管１２の開口部１２ａに嵌着するようにして、そのフラ
ンジ部２３ｂをアウタハウジング２１のフランジ部２１
ａと共にボルト１４により吸気管１２の周壁部分に締着
して重合固着してなるもので、このカバー２３の開口部
２３ａの内端部には、環状弁座２３ｂが開口部２３ａと
同軸的に形成されている。また、アウタハウジング２１
及びインナハウジング２２の互いに対応する各周壁部分
には、各開口部２１ｂ及び２２ａがそれぞれ穿設されて
おり、これら各開口部２１ｂ、２２ａには、スロットル
弁１３め上流にて吸気管１２０周壁部分から延出するバ
イパス管路１５がその外端部１５ａにて接続されている
。

また、流量制御弁Ｖは、第１図に示すごと（、弁ハウジ
ング２０内に組付けた筒状弁体３０及び両コイルスプリ
ング４０．５０を備えており、弁体３０は、小径筒体３
１と、大径筒体３２とにより構成されている。小径筒体
３１は、インナハウジング２２の底壁中央に穿設した貫
通穴部２２ｂに遊嵌的にかつ同軸的に挿通されているも
ので、この小径筒体３１の外周面には、一対の平面部３
１ａ、３１ａが、第３図に示すごとく、インチハウジン
グ２２のＭ通人部２２ｂの内周面に穿設した一対の平面
部２２ｃ、２２ｃに選択的に係合して小径筒体３１の回
転を阻止すべく、軸方向に形成されている。

大径筒体３２は、その開口端部３２ａを小径筒体３１の
内端部３１ａに同軸的に外方から嵌着してなるもので、
この大径筒体３２に形成した弁体部３２ａは、弁座２３
ｂの開度を調整すべく間弁座２３ｂに同軸的に対向して
いる。かかる場合、弁体部３２ａの先端部分には、弁体
３ｏの軸方向への遊びを吸収すべく、約１ｈｎ）の軸長
を有する柱状突起３２ｂが突設されている。弁体３ｏの
中央部内には、ステップモータＭのロータ７ｏに同軸的
に圧入した回転軸８０が、弁体３０の中空部内に、小径
筒体３１の外端部に圧入したスリーブメタル３１ｂ及び
大径筒体３２の中間部位に摺動可能に嵌装したスリーブ
メタル３２ｃを介し、弁体３０に対し相対的に軸方向変
位可能に嵌装されており、この回転軸８０の先端部に同
軸的に形成した雄ねじ部８１が、大径筒体３２の中空部
内周面中間部位に同軸的に形成した雌ねじ部３２ｄに相
対的に軸方向変位可能に螺合している。

かかる場合、雄ねじ部８１及び雌ねじ部３２は共に同一
の所定軸長を有しており、これら雄ねじ部８１及び雌ね
じ部３２ｄが互いに全体的に螺合しているとき弁体部３
２の弁座３２ａに対する開度（以下、開度りという）は
約（１／２）となる。

また、弁体３０の第１図にて図示左方への変位（以下、
後退変位という）により雄ねじ部８１が即ねじ部３２ｄ
から螺脱したとき（第５図参照）、弁体部３２の開度り
は全開度Ｄｍとなり、一方、弁体３０の第１図にて図示
右方への変位（以下、前進変位という）により雄ねじ部
８１が雌ねじ部３２ｄから螺脱したとき（第６図参照）
、弁体部３２の開度りは零となる。但し、大径筒体３２
における雌ねじ部３２ｄの第１図）にて図示右端側中空
部軸長は、雄ねじ部８１の軸長より長くしである。

コイルスプリング４０は、小径筒体３１の内端部３１ａ
とスリーブメタル３２ｃとの間における大径筒体３２の
中空部内にて回転軸８０に同軸的に遊嵌されているもの
で、このコイルスプリング４０の各端部は、弁体３０の
前進変位により雄ねじ部８１が雌ねじ部３２ｄから螺脱
したとき小径筒体３１及びスリーブメタル３２ｃ（Ｉ！
Ｉ］ち、雄ねじ部８１）に最大の弾撥力でもって弁体３
ｏを後退方向へ付勢すべ（係合する。また、コイルスプ
リング４０の弁体３０に対する弾撥力は、弁体３０の後
退方向への変位に応じて減少し開度りの（１／２）への
増大前に零となる。一方、コイルスプリング５０は、弁
体３０に外方から同軸的に遊嵌されているもので、この
コイルスプリング５゜の両端部は、インチハウジング２
２の底壁、及び大径筒体３２の外周面に弁体部３２ａの
基端部分にて突設した環状リブ３２ｅに係合して弁体３
０を弁座２３ｂに向けて付勢している。

因みに、両コイルスプリング４０．５０の各弾撥力が弁
体３０に対する付勢力Ｆとしてどのように合成されて作
用するかについて、第４図を参照して説明すると、第４
図において、コイルスプリング４０の弾撥力をＦ２Ｏと
し、コイルスプリング５０の弾撥力をＦ２Ｏとすれば、
Ｆ４０＝０の範囲にては、付勢力Ｆ＝Ｆ５０となり、Ｆ
４０≠０の範囲にては、付勢力Ｆ＝Ｆ５０−Ｆ４０に基
きＦ　ｓｕｍとして合成される。ステップモータＭは、
ステータ６０内に両シールドボールベアリング６１．６
２により同軸的に回転自在に中空状ロータ７０を軸支し
てなるもので、ロータ７０には、凹所７１が、小径筒体
３１の後退変位を許容すべく、同軸的に形成されている
。なお、ステップモータＭは電気制御回路９０により制
御されて正逆転する。但し、ステップモータＭの正転（
又は逆転）は、弁体３０の後退方向への変位（又は前進
方向への変位）に対応する。

以上のように構成した本実施例において、エンジン１０
の作動状態にて流量制御弁Ｖの弁体３０が電動ｖｉＭの
回転軸８０と第１図にて示す状態でもって螺合している
ものとする。このような段階にて流量制御弁■の開度り
を増大させるべく電動機Ｍが電気制御回路９０の制御下
にて駆動されてロータ７０を正転（第５図にて図示矢印
方向回転）させると、回転軸８０が正転し、弁体３０が
コイルスプリング５０に抗して回転軸８０に沿い後退変
位し弁体部３２ａの弁座２３ｂに対する開度を増大させ
る。このため、バイパス管路１５を通る空気流の量が流
量制御弁Ｖの開度の増大に応じて増大する。

然る後、開度りが最大開度Ｄｍに達すると、弁体３０の
雄ねじ部３２ｄが回転軸８０の雄ねじ部８１から螺脱し
て第５図に示す状態になる。このとき、弁体３０の雌ね
じ部３２ｄはコイルスプリング５０の付勢力Ｆ５０の最
大値にて回転軸８０の雄ねじ部８１に向けて付勢される
。しかして、かかる状態にあっては、ロータ７０がその
慣性により同一方向に回転し続けても、弁体３０が回転
軸８０から螺脱した状態にてコイルスプリング５０の付
勢力を受けて現位置を維持するので、電動機Ｍの出力ト
ルクの悪影響を受けることなく、弁体３０を最大開度に
て安定状態に維持し得るとともに本発明装置の各種構成
部品の衝撃的過負荷による破損等を未然に防止し得る。

このような状態にて、電動機Ｍが電気制御回路９０の制
御下にて逆方向に駆動されてロータ７０を逆転（第６図
にて図示矢印方向回転）させると、弁体３０が雌ねじ部
３２ｄをコイルスプリング５０の付勢力Ｆ５０の最大値
の作用に応じ回転軸８０の雄ねじ部８１に同回転軸８０
の逆転に伴い容易に螺合させて前進変位する。このため
、流量制御弁■の開度が減少しバイパス管１５の空気流
の量を減少させる。ついで、開度りが零に達すると、弁
体３０の雌ねじ部３２ｄが回転軸８０の雌ねじ部８１か
ら螺脱して第６図に示す状態にある。このとき、雌ねじ
部３２ｄはスリーブメタル３２ｃを介しコイルスプリン
グ４０の付勢力をも受けるため、弁体３０は両コイルス
プリング４０．５０の合成付勢力Ｆ　ｓｕｍの負の最大
値（第４図参照）を受けて後退変位方向に付勢される。

しかして、かかる状態にあっては、ロータ７０がその慣
性により逆転し続けても、弁体３０が回転軸８０から螺
脱した状態にて合成付勢力Ｆ　ｓｕｍの負の最大値を受
けて現位置を維持するので、電動機Ｍの出力トルクの悪
影響を受けることなく、弁体３０を開度Ｄ＝Ｏにて安定
状態に維持し得るとともに本発明装置の各種構成部品の
衝撃的過負荷による破損等を未然に防止し得る。かかる
段階にて、ロータ７０が再び正転すると、弁体３０が雌
ねじ部３２ｄを上述の合成付勢力Ｆ　ｓｕｍの作用に応
じ回転軸８０の雄ねじ部８１に同回転軸８０の再度の正
転に伴い容易に螺合させて後退変位する。

以上説明したように、流量制御弁■の開度がＤｍＤｍと
Ｄｍ０との間の値にあるとき弁体３０を回転軸８０に螺
合させ、ＤｍＤｍ　（又はＤ−０）になったとき弁体３
０を回転軸８０から蝮醜させるとともに回転軸８０との
再度の螺合を確保すべく弁体３０を付勢力Ｆ５０　（又
は合成付勢力Ｆ　ｓｕｍ　）により付勢するようにした
ので、弁体３０の回転軸８０から螺脱後の再度の螺合（
即ち、クラッチ作用）を円滑にかつ確実に実現しつつ、
電動機Ｍの出力トルクを、開度りがＤｍと零との間にあ
るときにのみ、弁体３０に伝達することとなり、その結
果、本発明装置の各種構成部品に不必要な衝撃的過負荷
を与えることな（、開度りを全範囲に亘り安定にかつ適
正に調整維持できる。かかる場合、弁体３０と回転軸８
０との間の螺合部に軸方向の遊びがあっても、弁体部３
２ａの突起３２ｂの機能により開度りの変動を防止でき
る。また、電気制御回路９０の構成が、本明細書の冒頭
に述べたような不都合を伴うことなく、簡単になるのは
、上述のようなりラッチ作用に負うものである。

なお、本発明の実施にあたっては、両コイルスプリング
４０．５０に代えて、第７図に示すような略Ｕ字状の板
バネ９０を採用し、この板バネ９０の基部９１をインナ
ハウジング２２の内周面に第７図にて図示のごとくネジ
９０ａにより締着し、同板バネ９０の腕部９２を弁体３
０のリブ３２ｅに図示左方から係合させるようにし、か
つ板バネ９０の腕部９３を、大径筒体３２の周壁に穿設
した開口３２ｆを介し同大径筒体３２内に延出させスリ
ーブメタル３２ｃに図示左方から係合させるようにして
、各腕部９２，９３に各コイルスプリング５０．４０と
同様の機能をそれぞれ果させることにより前記実施例と
同様の作用効果を達成するようにしてもよい。

また、本発明の実施にあたっては、コイル４０に代えて
、第８図に示すような一対の磁石１００ａ、１００ｂ（
永石磁石からなる）を採用し、磁石１００ａを、弁体３
０のり３２ｅの先端に形成した取付部に第８図にて図示
極性（又は、その逆極性）ををするように取付け、一方
、磁石１００ｂを、磁石１００ａの磁力による反撥力を
受けるようにカバー２３の内周面に図示のごとく埋設し
て、コイルスプリング４０と同様の機能を両磁石１００
ａ、１００ｂに果させることにより前記実絶倒と同様の
作用効果を達成するようにしてもよい。

また、本発明の実施例にあたっては、エンジン１０のバ
イパス管路１５に限ることな（、各種の流体の流体管路
中に本発明装置を適用して実施してもよく、かかる場合
、流量制御弁■の駆動手段としては、ステップモータＭ
に限ることなく、各種の電動機を採用して実施してもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す要部破断図、第２
図は本発明装置のエンジンへの取付状態図、第３図は第
１図にてＡ−Ａ線に沿う断面図、第４図は第１図におけ
る両コイルスプリングの付勢力Ｆと開度りとの関係を示
すグラフ、第５図及び第６図は第１図における弁体の作
動説明図、並びに第７図及び第８図は前記実施例の部分
的変形例をそれぞれ示す要部破断図である。 符号の説明 Ｍ・・・ステップモータ、■・・・流量制御弁、１５・
・・バイパス管路、２０・・・ハウジング、２１ｂ、２
２ａ、２３ａ−−・開口部、２３ｂ・・・弁座、３０・
・・弁体、３１・・・小径筒体、３２・・・大径筒体、
３２ｄ・・・雌ねじ部、４０．５０・・・コイルスプリ
ング、６０・・・ステータ、７０・・・ローフ、８０・
・・回転軸、８１・・・雄ねじ部、９０・・・板バネ、
１００ａ、１００ｂ・・・磁石。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１及び第２の流体管路間に介装されてこれら流体管路
   間の流体の流量を開度に応じて制御する流量制御弁と、
   この流量制御弁の開度を増減させる電動機とを備えた流
   量制御装置において、前記第１及び第２の流体管路にそ
   れぞれ接続される第１及び第２の開口部を備えたハウジ
   ングと、このハウジング内にて前記第１開口部と同軸的
   に軸方向変位可能にかつ回転可能に支持されて前記第１
   開口部の開口面積を前記開度として軸方向変位に応じ増
   減させる筒状弁体と、前記開度が最大領域にあるとき同
   開度を減少させる軸方向に前記弁体を付勢し、一方前記
   開度が最小領域にあるとき同開度を増大させる軸方向に
   前記弁体を付勢する付勢手段とを前記流量制御弁に設け
   、前記ハウジングの外壁に前記弁体と同軸的に取付けた
   ステータと、このステータ内に同軸的に回転自在に軸支
   されて前記弁体の中空部内に軸方向に遊嵌した回転軸を
   有するロータとを前記電動機に設け、かつ前記開度が前
   記最大領域と最小領域との間の領域にあるときにのみ前
   記回転軸を前記弁体の中空部内周面に螺合させるように
   したことを特徴とする流量制御装置。