JPH0450576A - 比例流量制御バルブ - 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］ この発明は、流体の流量を駆動源の出力に対して比例的
に制御するバルブに関するものであり、特に内燃機関に
おける吸気管のスロットル弁近傍に設けたバイパス通路
に配置する吸入空気量調整のための比例流量制御バルブ
として有用なものである。

［従来の技術］ 電子制御燃料噴射式エンジンにおいて、吸気管のスロッ
トル弁近傍にバイパス通路を設け、このバイパス通路を
開閉することによってエンジンの吸入空気量を調整する
ようにしたものは従来から公知である。

第６図は上記バイパス通路の開閉に使用される比例流量
制御バルブの一例を示すものであって、ｌはソレノイド
装置であり、その内部中央には長手方向に固定鉄心２が
配設されている。また、ソレノイド装置１の内周に筒状
のケース３が装着され、上記固定鉄心２に対峙する位置
には、弁体となる流量調整手段としての可動鉄心４が配
設され、その間にリターンスプリング５が介在されてい
る。

上記ケース３の内周面には絶縁材３ａを介して電磁コイ
ル６が配設され、この電磁コイル６が巻装されたボビン
６ａの内周面にはバイブ７が装着されて、このパイプ７
の内側に上記固定鉄心２および可動鉄心４が配設されて
いる。そして、この固定鉄心２と可動鉄心４の間の空間
に、スプリングホルダ５ａを介して上記リターンスプリ
ング５が設けられ、可動鉄心４はこのリターンスプリン
グ５により電磁コイル６の電磁吸引力に抗する方向に付
勢されている。すなわち、リターンスプリング５により
、可動鉄心４には第６図で左方向に押圧する力が常時作
用している。上記電磁コイル６には、外部に導出するリ
ードワイヤ６ｂが接続されている。

また、可動鉄心４の上記リターンスプリング５とは反対
の側にはスプリング８が配設されている。

このスプリング８は、可動鉄心４の先端（第６図で左端
）近傍が縮径されてなる段部４ａとスプリングホルダ９
との間に取り付けられ、スプリングホルダ９は調整ねじ
１０の先端に固定されている。

上記段部４ａを含む可動鉄心４の先端部、スプリング８
．スプリングホルダ９および調整ねじ１０は、ソレノイ
ド装置１に連結された比例流量制御バルブ本体１１の内
部の空室１１ｂに位置している。比例流量制御バルブ本
体１１には、ソレノイド装置１側の端部近傍に流体導入
通路１１ａが設けられ、また先端（第６図で左端）近傍
には上記空室１１ｂに開口する流体導出通路１１ｃが設
けられている。そして、上記バイブ７の先端（第６図で
左端）が、緩衝材１２を介し、比例流量制御バルブ本体
１１内に固定された支持部材１３に保持され、これによ
り、比例流量制御バルブ本体ＩＸの上記空室１１ｂが流
体導入通路１１ａ側から区画されている。

上記調整ねじｌＯは、比例流量制御バルブ本体１１に対
し、流体導出通路１１ｃが設けられた上記先端側から可
動鉄心４側に向かう方向に螺合されている。そして、こ
の調整ねじｌＯに固定されたスプリングホルダ９に保持
される上記スプリング８によって、可動鉄心４は第６図
の右方向、すなわち、電磁吸引力の働く方向に常時付勢
されている。

上記パイプ７の先端近傍には、比例流量制御バルブ本体
１１の上記流体導入通路１１ａに連通ずる所定寸法の流
体流通穴７ａが形成されている。

この流体流通穴７ａは、電磁コイル６の非通電時には可
動鉄心４の外周面によって閉じられる位置に設けられる
。

また、可動鉄心４の軸芯部には、流体導出通路１１ｃに
連通ずる上記空室１１ｂ側の圧力と可動鉄心４と固定鉄
心２との間に形成される空間の圧力とをバランスさせる
ために導通孔４ｂが設けられている。

スプリングホルダ９と可動鉄心４の段部４ａとの間に取
り付けられ可動鉄心４を電磁コイル６による吸引力の働
く方向に付勢する上記スプリング８は、その付勢力が調
整ねじ１０によって予め調整され、それによって可動鉄
心４の位置が設定される。

このような構成の比例流量制御バルブにおいて、電磁コ
イル６に通電して、この電磁コイル６を励磁すると、可
動鉄心４はリターンスプリング５の押圧力に抗して固定
鉄心２側に吸引される。このとき、吸引方向に作用する
上記スプリング８は可動鉄心４の移動につれて伸長する
。

そして、可動鉄心４が上述のように固定鉄心２側に吸引
されると、バイブ７の上記流体流通穴７ユが開かれ、′
吸気管からバイパス通路に分流した流体（空気）が流体
導入通路１１ａ、パイプ７の流体流通穴７ａ、スプリン
グ８のピッチ間、空室１１ｂを経て流体導出通路１１ｃ
に流れ、バイパス通路を流れて吸気管の流れに合流する
。

なお、この種の比例流量制御バルブにおいては、摺動部
の摩擦抵抗によるヒステリシスを減少させるために、電
磁コイルへの通電をある一定の周波数で断続させ、その
ＯＮ時間とＯＦＦ時間の比率を変えて可動鉄心を微摺動
させるようにするデユーティ制御や、あるいは、一定の
電流値（ＤＣ分）に変動（ＡＣ分）をもたせて可動鉄心
を微摺動させるようにするデイザ制御が一般に用いられ
ている。

ところで、第６図図示の上記比例流量制御バルブは、ス
プールタイプのバルブであるため、スプールをなす可動
鉄心４とスリーブをなすパイプ７との間のクリアランス
部から流体の漏れがあり、そのため、第７図に示すよう
に、制御デユーティを零にした時でも流量が零にはなら
なかった。しかし、内燃機関のバイパス空気流量の制御
では、アイドル運転状態でバイパス空気を流す必要のな
い時には、バイパス通路からの漏れ量を零にし機関回転
数を下げて燃料を節約するのが望ましい。

特に、小排気量の車両においては、アイドル運転そのも
のに必要な空気流量の絶対値が小さいため、スロットル
バルブの方からの漏れ量だけでも機関のアイドル回転が
確保できる場合があり、そのような場合には、上記のよ
うなバイパス通路からの漏れ量を零にし、不必要に機関
のアイドル回転数が上昇しないようにして燃料消費率を
改善することが、車のグレードと燃料消費率との関係か
らしても強く望まれるところである。

スプールタイプのバルブにおいても、電磁コイルの無通
電時に制御スプール（可動鉄心）の先端に当接するよう
にストッパを設けたものが従来から知られているが（実
開昭６３−１４５０７８号公報参照。）、このようなス
トッパは、第６図図示のような構造の比例流量制御バル
ブにおいては、バルブシートとしても機能し、それによ
ってシール性が向上することが考えられる。しかし、こ
の種の比例流量制御バルブにおいては、上述のように、
摺動部の摩擦抵抗によるヒステリシスを減少させるため
に電磁コイルへの通電をある一定の周波数で断続させる
ようにするデユーティ制御やデイザ制御が一般に行われ
るので、バルブシートを設けたのでは、可動鉄心によっ
て構成される流量調整手段が、離座および着座を繰り返
すたびにバルブシートと衝突することによって打音を発
生し、ひいては、第８図に示すように流量特性に異常現
象を生じさせてしまう。また、このような打音や異常現
象を避けるために流量調整手段あるいはバルブシートの
当接面にゴム等の弾性体を設けることも考えられるが、
その場合、所期の目的を十分に達成するためには弾性体
の硬度をがなり小さくしてなじみやすいものとする必要
があり、そうすると、流量調整手段とバルブシートとの
当接位置や当接荷重にバラツキが生じ、その結果、開弁
時期のバラツキが大きくなる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のスプールタイプのバルブによって、例えば内燃機
関のスロットル弁をバイパスする通路を開閉する比例流
量制御バルブを構成した場合には、上述のように、スプ
ールをなす可動鉄心とスリーブ（円筒部材）との間のク
リアランス部からの漏れがあり、そのために、流量を零
にしたい運転領域においても完全には零にすることがで
きないという問題が発生する。また、バルブシートを設
けると、デユーティ制御やデイザ制御を行った場合に流
量調整手段のバルブシートに対する離座９着座時に打音
を発生したり、異常現象を発生することがあり、そのよ
うな打音や異常現象を避けるために着座部に弾性体を設
けると、当接位置や当接荷重のバラツキによって開弁時
期のバラツキが大きくなるという問題が生ずる。

以上の事情はポペットバルブの場合でも同様である。ポ
ペットバルブの場合は、構造上、シール性能を向上させ
易いが、反面、上記のような打音や流量特性の異常現象
が発生し易い。

ポペットタイプのバルブの場合は、更に、流量調整手段
のストロークに対する流量ゲインが大きいために制御性
が悪いという問題もある。また、流量ゲインを小さくす
るために板バネ等を用いて吸引力に対するバランススプ
リングのバネ定数を大きくするという対策も考えられる
が、そうすると、製造上の問題があってバネ定数や設定
荷重のバラツキが大きくなり、ひいては流量特性の／く
ラツキ増大につながってしまう。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たものであって、スプールバルブの制御性の良さを保持
したままで全開時の漏れ量を零にし、かつ流量調整手段
のバルブシートに対する離座９着座時に打音を発生した
り、流量特性に異常現象を発生したりしないような比例
流量制御バルブを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る比例流量制御バルブは、固定鉄心を第１
と第２の二つに分割して、第２の固定鉄心の方を電磁コ
イルに所定の微小電流が通電されることによって第１の
固定鉄心へ向かう方向に一定ストロークだけ移動可能と
するとともに、この第２の固定鉄心と円筒部材内に摺動
可能に配設された流量調整手段との間にリターンスプリ
ングを配設し、また、電磁コイルの無通電時に流量調整
手段の第２の固定鉄心とは反対の側が当接するバルブシ
ートを設け、さらに、第２の固定鉄心を第１の固定鉄心
に対し流量調整手段の吸引方向とは反対の方向に付勢す
る弾性手段を設けて、無通電時にはこの弾性手段と前記
リターンスプリングとのバランスによって第２の固定鉄
心が第１の固定鉄心から一定ストロークだけ離間し、流
量調整手段がバルブシートに着座するようにしたもので
ある。

［作用コ この発明においては、電磁コイルの無通電時には、移動
可能な第２の固定鉄心は第１の固定鉄心に対し一定スト
ロークだけ離間しており、また、この時、流量調整手段
は円筒部材の流体通路穴を塞いで全閉状態となるととも
に、その先端側の面がバルブシートに着座し漏れ量を零
とする。

また、所定の微小電流が通電されると、二つの固定鉄心
の間のエアギャップに働く吸引力で第２の固定鉄心が移
動して、第１の固定鉄心と密着し、流量調整手段はバル
ブシートから離座する。この時の流量調整手段の離座ス
トロークは、デユーティ制御やデイザ制御による微小振
幅によるバルブシートとの衝突が発生しないよう、かつ
、円筒部材の流体通路穴を連通させないような設定とす
ることができる。

［実施例］ 第１図はこの発明による比例流量制御バルブの一実施例
の縦断面図である。ここで、第６図の従来例と同一の部
分または相当する部分には同一の符号を付１．ている。

１はソレノイド装置であり、その内部一端側には筒状に
形成された第１の固定鉄心２が設けられ、また、同ソレ
ノイド装置１内部の中央寄りの位置には第２の固定鉄心
１４が配置され、この第２の固定鉄心の一端部が上記第
１の固定鉄心２内に摺動自在に嵌挿されている。ここで
、第１の固定鉄心２の内部は、基端側（第１図で右側）
が拡径した段付き穴とされている。そして、その穴の拡
径部側には、上記第２の固定鉄心１４の先端に固定され
たプレート状の非磁性体１４ａが摺動可能に挿入され、
その背部には弾性体（スプリング）１５が配設されて、
上記拡径部側の開口端に固定されたホルダ１６により弾
発状態で支持されている。

上記第２の固定鉄心１４は、上記非磁性体１４ａが上記
拡径部の端面に当接した状態で、上記第１の固定鉄心２
の端面から所定距離ρ。（第１図参照）だけ離間した位
置まで挿入可能となるよう設定される。また、ソレノイ
ド装置１は筒状のケース３を有し、上記第２の固定鉄心
１４に対峙する位置には可動鉄心４が配設され、その間
に所定の空間が設けられて、該空間にリターンスプリン
グ５が介在されている。また、可動鉄心４は先端に流量
調整部４Ｃを備えている。

上記ケース３の内周面には絶縁材３ａを介して電磁コイ
ル６が配設され、この電磁コイル６が巻装されたボビン
６ａの内周面にはバイブ７が装着されて、このバイブ７
の内側に上記二つの固定鉄心２，１４と可動鉄心４が配
設されている。まナコ、上記ケース３の開口端には、上
記第１の固定鉄心２を係止するプレート３ｂが固定され
、これらケース３とプレート３ｂとでヨークが形成され
ている。そして、上ｇ己第２の固定鉄心２と可動鉄心４
の間の空間に、スプリングホルダ５ａを介して上記リタ
ーンスプリング５が設けられ、可動鉄心４はこのリター
ンスプリング５により電磁コイル６の電磁吸引力に抗す
る方向に付勢されている。すなわち、リターンスプリン
グ５により、可動鉄心４には第１図で左方向に押圧する
力が常時作用している。上記電磁コイル６には、外部に
導出するリードワイヤ６ｂが接続されている。

第２の固定鉄心１４は、上記非磁性体１４ａに当接する
弾性体１５により可動鉄心４に向けて付勢されている。

また、可動鉄心４の上記リターンスプリング５とは反対
の側には、スプリング８が配設されている。このスプリ
ング８は、可動鉄心４先端の流量調整部４ｃとスプリン
グホルダ９との間に取り付けられ、該スプリングホルダ
９は、比例流量制御バルブ本体１１に螺合された調整ね
じｌＯの先端に固定されている。このスプリングにより
可動鉄心４は電磁吸引力の方向に付勢される。

比例流量制御バルブ本体１１には、ソレノイド装置１側
の端部近傍に流体導入通路１１ａが設けられ、また先端
（第１図で左端）側には流体導出通路１１ｃが設けられ
ている。

上記バイブ７の先端（第１図で左端）は、緩衝材１２を
介し支持部材１３に保持され、これにより、比例流量制
御バルブ本体Ｌｌ内の空室１１ｂが流体導入通路１１ａ
側から区画されている。また、上記緩衝材１２には、流
量調整部材４Ｃの端面が当接するバルブシート１２ａが
形成されている。また、上記非磁性体１４ａが第１の固
定鉄心２内の上記拡径部分の端面に当接する位置でバラ
ンスし二つの固定鉄心２．１４間の距離が上記β。とな
った第１図の状態において、可動鉄心４先端の上記流量
調整部４Ｃの端面とバイブ７の流体流通穴７ａの端部と
の距Ｍ（オーバーラツプ長さ）は所定寸法ρ１（第１図
参照）とされる。

上記調整ねじｌＯは、比例流量制御バルブ本体１１の流
体導出通路１１ｃが設けられた上記先端側から可動鉄心
４側に向けて螺合されている。そして、この調整ねじｌ
Ｏに固定されたスプリングホルダ９に保持される上記ス
プリング８は、可動鉄心４を電磁吸引力の働く方向と同
じ方向に常時付勢している。

上記可動鉄心４の軸芯部には、流体導出通路１１ｃに連
通ずる上記空室１１ｂ側の圧力と可動鉄心４と第２の固
定鉄心１４との間に形成される空間の圧力とをバランス
させるために導通孔４ｂが設けられている。

このような構成の比例流量制御バルブの動作を次に説明
する。

第１図は無通電状態を示すものであって、この状態では
リターンスプリング５と弾性体１５はバランスすること
によって、上述のように二つの固定鉄心２．１４の間に
所定の距離で。が保たれている。なお、このときのバラ
ンス荷重は、例えば１００〜２００ｇｒ程度である。ま
た、可動鉄心４を電磁吸引力と同方向に付勢する上記ス
プリング８の設定荷重は、リターンスプリング５の設定
荷重よりも小さくされており、これら両スプリング５．
８の設定荷重の差によって可動鉄心４は先端側（第１図
の左側）に付勢される。それにより、上述のように流量
調整部４ｃの端面かバルブシート１２ａに当接し、シー
ル機能が生じている。なお、この時、流量調整部４ｃと
バイブ７の流体流通穴７ａの端面とのオーバーラツプ長
さは上述のようにρ１である。

なお、第１図においては、リターンスプリング５と弾性
体１５の荷重がバランスしている時に第１の固定鉄心２
と第２の固定鉄心１４の非磁性体１４ａが丁度当接する
ようにしたものが示されているが、両固定鉄心２，１４
の間に隙間をもたせてバランスさせるようにすることも
また可能である。

第２図は、電磁コイル６に一定の微小電流を通電した状
態を示している。第１図の無通電状態において第１の固
定鉄心２と第２の固定鉄心１４との距離は微小であり、
かつ、両固定鉄心２，１４は吸引方向に対して直角な平
面同士で対峙することから、この状態で微小電流を通電
することによってかなりの吸引力が発生し、その結果、
両固定鉄心２．１４は第２図に示すように密着状態とな
る。

そして、このようにすると、両固定鉄心２．１４が密着
することによって、リターンスプリング５と弾性体１５
のバランスが崩れ、可動鉄心４およびその先端の流量調
整部４Ｃはリターンスプリング５と電磁吸引力の方向に
作用するスプリング８とのバランスによって決まる新た
な位置に移動する：なお、この状態では、流量調整部４
Ｃはバルブシート１２ａから所定距離！、（第２図参照
）だけ離座し、かつ、バイブ７の流体流通穴７ａを連通
させない位置に保持される。この流量調整部４ｃとバイ
ブ７の流体流通穴７ａの位置関係は、従来例の第６図の
位置関係と同一にすることができる。

このように、一定の微小電流を通電して無通電時の着座
位置からステップ的にρ、たけ移動させることにより、
それ以降のデユーティ制御やデイザ制御による可動鉄心
４の振幅の片振幅がρ、以下の場合に、流量調整部４Ｃ
とバルブシート１２ａとが衝突しないようにできるする
ことができ、したがって、上記従来例と同様の流量制御
が可能となる。第３図は、上記デユーティ制御あるいは
デイザ制御による開弁状態を示している。なお、両固定
鉄心２，１４が一旦密着すると、磁気ヒステリシスがあ
るために、低電流域で動作させても両者が離れることは
なく、電磁コイル６への通電が遮断されるまで両固定鉄
心２，１４は一体の部品として機能する。

この実施例によれば、第４図に示すように、デユーティ
が零のときのシール性が確保されるとともに異常現象の
発生のない流量特性が得られ、しかも、スプールタイプ
バルブの制御性の良さがそのまま保持される。

ところで、上記実施例において、第２の固定鉄心１４に
は上述のように非磁性体１４＋Ｌが設けられているが、
これは、第１の固定鉄心２とのストッパ部としての機能
を果させるとともに、そのストッパ面での磁気的な密着
を避けるようにするためである。この非磁性体１４ａの
第２の固定鉄心Ｉ４との固定方法は、接着でも、圧入で
も、カシメでも、あるいはその他のいずれの方法であっ
てもよい。

なお、上記弾性体１５としては、コイルスプリングの他
、ゴム状のものを用いることもでき、要するに、比較的
バネ定数の小さい弾性体であればよい。

また、第１の固定鉄心２と第２の固定鉄心１４との摺動
部には軸受を配設することも可能である。

バルブシート１２ａには樹脂や硬いゴムを用いることが
できる。また、カーボン等のデポジットの付着によるス
ティックを回避したり、全閉時のシール性を向上させる
ため、流量調整部４ｃとバルブシート１２ａの当接面形
状を球面とテーパ面の組み合わせたものとしたり、当接
部にテフロンコーティングを施したりすることが考えら
れる。

更に、バルブシー）１２ａは樹脂で支持部材１３と一体
に、あるいは比例流量制御バルブ本体１１と一体に形成
することも可能である。

また、バイブ７は、ボビン６ａと一体に成形するように
してもよく、また、ソレノイド装置１全体をモールド成
形で囲み、絶縁材３ａやバイブ７を一体成形するように
してもよい。更に、ソレノイド装置ｌ全体を囲むモール
ドでコネクタや冷却水通路を形成するようにしてもよい
。

また、流体導入通路１１ａおよび流体導出通路１１ｃと
しては、図示したようなゴム配管タイプのもの以外に、
スロットルボディや感温式バルブにビルトインされるタ
イプのものとすることもできる。

この発明による比例流量制御バルブはまた、第５図に示
すように、弾性体１５を第１の固定鉄心２の端部周囲に
設けた環状の溝に配する形で実施することもできる。ま
た、溝は、第２の固定鉄心１４の側に設けてもよく、ま
た、第１と第２の固定鉄心２，１４の両方で溝を形成す
るようにしてもよい。

上記各実施例では、スプールタイプのバルブをベースに
全閉機能を付加する形で構成したものを説明したが、ポ
ペットタイプのバルブであって全閉機能が不十分なもの
の改良としてこの発明を適用したり、あるいは、全閉機
能を十分に果たしているポペットタイプのバルブをベー
スにスプールタイプの制御性の良さを付加する形で本発
明を適用することも可能である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、固定鉄心を二つに分割
し、その片方を微小電流通電時に一定ストロークだけ移
動可能とするとともに、この移動可能な固定鉄心が他方
の固定鉄心から上記ストロークだけ１ｌＩｔ間している
時に流量調整手段がバルブシートに着座するようにした
ので、スプールバルブの制御性の良さを保持したままで
全閉時の漏れ量をほぼ零にすることができ、かつ、ポペ
ットバルブの欠点である離座１着座時の打音や流量特性
の異常現象の発生のない信頼性の高い比例流量制御バル
ブが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による比例流量制御バルブの一実施例
の縦断面図、第２図はその電磁コイルに一定の微小電流
を通電した状態を示す縦断面図、第３図はその間弁状態
を示す縦断面図、第４図はその流量特性図、第５図はこ
の発明による比例流量制御バルブの他の実施例の縦断面
図、第６図は従来のスプールタイプの比例流量制御バル
ブの縦断面図、第７図はその流量特性図、第８図は従来
のポペットタイプのバルブの代表流量特性図である。 図において、１はソレノイド装置、２は第１の固定鉄心
、３はケース、４は可動鉄心、４Ｃは流量調整部、５は
リターンスプリング、６は電磁コイル、７はパイプ（円
筒部材）、７ａは流体流通穴、１１は比例流量制御バル
ブ本体、Ｉｌａは流体導入通路、ｌｌｃは流体導出通路
、１２ａはバルブシート、１４は第２の固定鉄心、１５
は弾性体である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　電流を印加することにより磁界を構成するよう
   巻装された電磁コイルと、該電磁コイルが嵌挿される磁
   性体のケースと、該ケースとともに磁気回路を構成する
   第１の固定鉄心と、前記電磁コイルに所定の微小電流が
   通電されることによって前記第１の固定鉄心へ向かう方
   向に一定ストロークだけ移動可能な第２の固定鉄心と、
   前記電磁コイルによる電磁吸引力により前記第２の固定
   鉄心に向かう方向に吸引されるよう円筒部材内に摺動可
   能に配設されて、比例流量制御バルブ本体の流体導入通
   路から入り流体導出通路へ流れる流体の流量を調整する
   流量調整手段と、前記流量調整手段と前記第２の固定鉄
   心との間に介在され前記流量調整手段を前記電磁吸引力
   とは反対の方向に付勢するリターンスプリングと、前記
   電磁コイルの無通電時に前記流量調整手段の前記第２の
   固定鉄心とは反対の側が当接するバルブシートと、前記
   第２の固定鉄心を前記第１の固定鉄心に対し前記流量調
   整手段の吸引方向とは反対の方向に付勢し前記電磁コイ
   ルの無通電時に前記リターンスプリングとのバランスに
   よって前記第２の固定鉄心を前記第１の固定鉄心から一
   定ストロークだけ離間させる弾性手段とを備えたことを
   特徴とする比例流量制御バルブ。