JPS6128150Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は各種の流体回路に於いてそこを流れる
流体の流量を制御する流量制御弁に係り、特にデ
イスク型流量制御弁に係る。

エンジンの二次空気供給システム、その他の空
気回路等に於いて空気の流量を制御するデイスク
型流量制御弁は、一般に、流体通路とその途中に
設けられた弁ポートとを有する弁ハウジングと、
前記弁ポートの周縁の弁座と共働して前記弁ポー
トの開閉を行なう一つのデイスク状の弁要素と、
一端にて前記弁要素に固定された弁軸要素と、前
記弁軸要素の他端と駆動連結され前記弁軸要素を
経て前記弁要素を駆動するダイヤフラム装置や電
磁アクチユエータ等の駆動装置とを備えている。

上述の如き型の流量制御弁に於いては、その最
大流量は弁ポートの大きさによつて決まり、弁ポ
ートが大きいほど最大流量は大きくなる。しか
し、弁ポートが大きいと弁リフトに対する弁ポー
トの実効開口面積の増大率が大きくなり、このた
め弁ストロークが一定で、また弁リフトの制御精
度が一定である場合、弁ポートが大きくなるほど
流量精度が低下し、このため特に低流量域に於い
ては目標流量に対し誤差流量の占める割合が大き
くなり、許容誤差範囲内の流量制御が行なわれな
くなることがある。また、上述の如き型の流量制
御弁に於いては、流体通路の流体圧により前記弁
要素が不用意に開かれないように、前記流体通路
の流体圧は前記弁要素に対しそれを閉じる側に作
用するようにされることがある。この場合、弁要
素が閉じられている時にその上流側と下流側に於
ける流体の圧力差が大きいと、その圧力差に基い
て弁要素が弁座に押付けられる、いわゆる弁の吸
付き現象が生じ、この吸付き現象は弁ポートが大
きく、それに伴つて弁要素が大きい流量制御弁で
あるほど顕著なものになる。このため弁ポートが
大きく、最大流量が大きい流量制御弁ほど駆動装
置は大きなものになり、また駆動装置が弁要素の
開弁方向に駆動しても弁要素が素早く開弁せず、
その開弁が遅れ、場合によつては弁要素が開かれ
なくなることがある。また上述の如く弁要素が遅
れて開くと、弁要素がオーバシユートを起こし、
このため流体の流量が一時的に急激に増大し、高
精度の流量制御を行なうことが難しくなる。

本考案は大きい最大流量を確保すべく大きい弁
ポートを有していても全ての流量域に於いて許容
誤差範囲内の流量制御を行なうことができ、また
弁要素の上流側と下流側とに於ける流体の圧力差
に基き弁要素に閉弁方向の力が作用していても比
較的素早く開弁し作動遅れが少なく応答性が優れ
た流量制御弁を提供することを目的としている。

かかる目的は、本考案によれば、流体通路とそ
の途中に設けられた比較的大きい第一の弁ポート
とを有する弁ハウジングと、前記第一の弁ポート
の開閉を行ない且つそれ自身に比較的小さい第二
の弁ポートを有する弁要素と、前記弁要素を閉弁
方向へ可撓的に駆動するばね装置と、前記弁要素
に対し所定ストロークのみ自由に移動することを
許された態様にて連結され前記所定ストロークの
移動により前記第二の弁ポートの開閉を行なう弁
要素部分を有し前記所定ストローク以上の移動に
より前記弁要素を前記ばね装置のばね力に抗して
開弁方向へ移動せしめる弁軸要素と、前記弁軸要
素を前記所定ストローク以上に亙つて駆動する駆
動装置とを備えていることを特徴とする流量制御
弁によつて達成される。

上述の如き構成によれば、全閉状態にて駆動装
置により弁軸要素が開弁方向へ駆動されると、所
定のストローク範囲ではまず必ず弁軸要素のみが
開弁方向へ弁要素に対し相対的に移動し、これに
よりまず比較的小さい第二の弁ポートの開口が行
なわれ、そして弁軸要素が弁要素に対し所定スト
ローク移動して第二の弁ポートが全開となつた後
にそれ以上に弁軸要素が前記駆動装置により開弁
方向へ駆動されると、即ち弁軸要素が所定ストロ
ーク以上移動すると、これに伴い弁要素が弁軸要
素と一体となつて初めて開弁移動して比較的大き
い第一の弁ポートが開くようになり、所要の最大
流量が確保される。

これにより小流域に於ては、比較的小さい第二
の弁ポートの開度により流量制御が行なわれ、流
量制御精度が全流量域に亙つて流量比率にして高
精度に保たれる。また第二の弁要素は比較的小さ
いから、それの上流側と下流側に於ける流体の圧
力差の影響を受ける度合が小さく、従つて前記圧
力差が比較的大きくても第二の弁要素は大きな作
動遅れを生じることなく比較的小さい駆動力にて
駆動される。また比較的大きい第一の弁要素が開
弁方向に駆動される時には既に前記第二の弁ポー
トが開かれ、それの上流側と下流側との間に於け
る流体の圧力差が小さくなつているので、この第
一の弁要素も大きい作動遅れを生じることなく比
較的小さい駆動力にて駆動され、オーバシユート
を生じることがない。この結果、流量制御の精度
及び応答性が向上し、また駆動装置が小さなもの
で済むようになる。駆動装置がダイヤフラム装置
の場合、大きな駆動力を受けるべくそれが大型化
されると、ダイヤフラム室の容積が大きくなりダ
イヤフラムに作用する圧力の伝達が遅れ、駆動装
置自身が作動遅れを生じるが、本考案の如く駆動
装置の小型化を図ることができれば駆動装置自身
の作動遅れが少なくなる。

以下に添付の図を用いて本考案を実施例につい
て詳細に説明する。

第１図は本考案による流量制御弁の一つの実施
例を示す縦断面図、第２図及び第３図は各々第１
図に示された流量制御弁の他の作動状態を示す要
部の断片的な断面図である。これらの図に於い
て、１は弁ハウジングを示しており、この弁ハウ
ジング１は入口ポート２と出口ポート３との間に
流体通路４を有しており、またその流体通路４の
途中に比較的大きい第一の弁ポート５を有してい
る。前記第一の弁ポート５はその上流側の周縁部
に設けられた弁座６と共働するデイスク状の第一
の弁要素７によつて開閉されるようになつてい
る。前記第一の弁要素７はその底部に前記第一の
弁ポート５に係合するコーン部８を有するカツプ
状の弁主体９と前記弁主体９の図にて上端の開口
部を閉じるカバー１０との組立体からなり、前記
弁主体９の底部中央にはこれを貫通すべく前記弁
ポート５より小さい第二の弁ポート１１が、また
前記カバー１０は貫通孔１２が各々穿設されてい
る。前記弁主体９と前記カバー１０とによりその
内側に郭定された室１４内には前記第二の弁ポー
ト１１の開閉を行なうコーン状の第二の弁要素１
５が設けられている。第二の弁要素１５は前記弁
主体９の底部と前記カバー１０とに選択的に係合
するフランジ１６を有し、前記弁主体９の底部と
前記カバー１０との間で前記第一の弁要素７に対
してその軸線方向に自由に移動自在になつてい
る。前記第一の弁要素７はこれと前記弁ハウジン
グ１との間に設けられた圧縮コイルばね１７によ
つて図にて下方に、即ち閉弁方向に可撓的に駆動
されている。尚、この圧縮コイルばね１７は比較
的弱いばねであつて良い。

前記第二の弁要素１５は前記カバー１０の中心
部に設けられたガイドスリーブ部１８を経て前記
室１４内に進入した弁軸要素１９の一端部にねじ
止めされている。これにより弁軸要素１９は、第
二の弁要素１５と一体に弁主体９の底部とカバー
１０との間の軸線方向間隔により決まる所定スト
ロークのみ弁主体９に対し自由に移動し、前記所
定ストローク以上の移動によつて弁主体９と一体
となつてこれを開弁方向へ移動せしめるようにな
る。弁軸要素１９は前記弁ハウジング１に設けら
れた支持孔２０を経てその他端にてダイヤフラム
装置２１に連結され、このダイヤフラム装置２１
によつて駆動されるようになつている。ダイヤフ
ラム装置２１はダイヤフラム２２を含んでおり、
このダイヤフラム２２はそれの図にて下側に前記
弁ハウジング１と共働して第一の室２３を、また
図にて上側にカバー２４と共働して第二の室２５
を各々郭定しており、第二の室２５内の圧力が前
記第一の室２３内の圧力より所定値以上低くなつ
た時その両者の圧力差に応じ圧縮コイルばね２６
の作用に抗して図にて上方に変位し、前記弁軸要
素１９を前記所定ストローク以上に亙つて上昇さ
せるようになつている。このため前記第二の室２
５内の圧力が前記第一の室２３内の圧力より所定
値以上低くない時にはダイヤフラム２２は、図示
されている如き位置にあり、弁軸要素１９によつ
て第二の弁要素１５のフランジ１６を第一の弁要
素７に押付けて第二の弁ポート１１を閉じ、また
第一の弁要素７を弁座６に押付けて第一の弁ポー
ト５を閉じている。また前記弁ハウジング１には
前記第一の室２３内に圧力流体を導くためのポー
ト２７が、またカバー２４には前記第二の室２５
内に圧力流体を導くためのポート２８が各々設け
られている。

今、第一の室２３がポート２７を経て大気中に
開放され、第二の室２５にはポート２８より負圧
が導入され、また弁ハウジング１の入口ポート２
が大気中に開放され、出口ポート３が負圧源に接
続され、第１図に示されている如き閉弁時には前
記第一及び第二の弁要素７，１５の上流側と下流
側とに於ける流体の圧力差によりそれらに閉弁方
向の力が作用しているものとする。ダイヤフラム
装置２１の第二の室２５内に導入された負圧が所
定値以上になると、ダイヤフラム２２は圧縮コイ
ルばね２６のばね力に抗して図にて上方に移動
し、弁軸要素１９を上昇させるようになる。する
と、第二の弁要素１５が弁軸要素１９と共に第一
の弁要素７に対し上昇することによりフランジ１
６が第一の弁要素７より離れ、第二の弁ポート１
１が開かれる。これにより入口ポート２より第二
の弁ポート１１を経て流体が出口ポート３へ流れ
る。前記第二の弁要素１５は前記弁軸要素１９の
上昇に伴い前記第二の弁ポート１１の実効開口面
積を増大し、これに従つて入口ポート２より前記
第二の弁ポート１１を経て出口ポート３へ流れる
流体の流量が徐々に増大する。

尚、フランジ１６がカバー１０に当接するまで
は弁軸要素１９が上昇してもその力が第一の弁要
素７には伝達されず、第一の弁要素７は圧縮コイ
ルばね１７のばね力により弁座６に押付けられた
閉弁状態を維持する。

第２図に示されている如く、弁軸要素１９の上
昇により前記第二の弁要素１５のフランジ１６が
カバー１０に当接するまで第二の弁要素１５が上
昇すると、第二の弁ポート１１は全開となる。そ
してこれより更に弁軸要素１９が上昇すると、弁
軸要素１９は前記フランジ１６とカバー１０との
係合により第一の弁要素７を圧縮コイルばね１７
のばね力に抗して上昇させ、これを弁座６より引
離して第一の弁ポート５を開くようになる。第一
の弁要素７も前記弁軸要素１９の上昇に伴い前記
第一の弁ポート５の実効開口面積を増大する。こ
の時には第一の弁ポート５を通つても流体が流れ
るようになり、第３図に示されている如く第一の
弁要素７が上限位置にまで移動されたとき前記第
一の弁ポート５は全開になり、入口ポート２より
出口ポート３へ向けて最大流量にて流体が流れる
ようになる。

第４図は上述の如き構成からなる流量制御弁の
弁リフトと流量との関係を示すグラフである。

第５図は本考案による流量制御弁の他の一つの
実施例を示す縦断面図である。第５図に於いて、
３０は弁ハウジングを示しており、この弁ハウジ
ング３０は主体３１とカバー３２との組立体より
なり、入口ポート３３と第一の出口ポート３４と
第二の出口ポート３５とを有し、又、前記入口ポ
ート３３と第一の出口ポート３４との間に第一の
弁ポート３６を、入口ポート３３と第二の出口ポ
ート３５との間に第三の弁ポート３７を有してい
る。前記第一の弁ポート３６と前記第三の弁ポー
ト３７とは互に所定の間隔を置いて対向してお
り、この間に前記第一及び第三の弁ポート３６，
３７の開閉を選択的に行なうデイスク状の弁要素
３８が設けられている。弁要素３８は図示されて
いる如き右端位置にあるときには第一の弁ポート
３６を閉じて第三の弁ポート３７を全開とし、こ
れに対し左端位置にあるときには前記第三の弁ポ
ート３７を閉じて前記第一の弁ポート３６を全開
とするようになつている。又前記弁要素３８はそ
の中央部にこれを貫通して設けられた第二の弁ポ
ート３９を有している。

又前記カバー３２内にはリニヤモータ４０が組
込まれている。リニヤモータ４０は筒状ホルダ４
１内に円筒状の永久磁石４２を有している。永久
磁石４２の内筒部には円筒状のコア４３がガイド
４４に案内されて図にて左右方向に移動可能に設
けられている。コア４３はその先端面にて前記弁
要素３８に係合し、前記第二の弁ポート３９を閉
じるようになつている。又前記コア４３は前記先
端面より突出した延長軸部４５を有しており、こ
の延長軸部４５は前記第二の弁ポート３９を貫通
し、その先端部にフランジ４６を有している。こ
の場合、フランジ４６とコア４３の先端面との間
には所定の間隔が設けられ、コア４３は弁要素３
８とその間に前記間隔に相当するストロークのみ
自由に移動することを許された態様にて連結され
ている。前記コア４３はその外周の一部に電磁コ
イル４７を有しており、この電磁コイル４７に通
電が行われたときには前記コア４３は圧縮コイル
ばね４８，４９のばね力に抗して図にて左方に変
位するようになつている。前記電磁コイル４７に
対する通電は前記圧縮コイルばね４８，４９を経
て行なわれるようになつており、この場合前記圧
縮コイルばね４８，４９は電気絶縁性の取付部材
５０，５１を介してカバー３２の端面部材３２′
と前記コア４３との間に取付けられている。又前
記筒状ホルダ４１と前記弁要素３８との間には圧
縮コイルばね５２が設けられており、この圧縮コ
イルばね５２は前記弁要素３８を図にて右方に可
撓的に駆動している。

リニヤモータ４０の電磁コイル４７に通電が行
われていないときは、コア４３は圧縮コイルばね
４８，４９のばね力により図にて右方に駆動され
て弁要素３８を図示する如き右端位置に保持し、
又その先端部にて第二の弁ポート３９を閉じてい
る。従つてこのときには入口ポート３３に供給さ
れた流体は全て第三の弁ポート３７を経て第二の
出口ポート３５へ向けて流れる。リニヤモータ４
０の電磁コイル４７に通電が行なわれると、コア
４３は圧縮コイルばね４８，４９のばね力に抗し
て図にて左方に変位し、それの先端部が弁要素３
８より離れるようになる。これによりまず第二の
弁ポート３９が開かれ、入口ポート３３に供給さ
れた流体の一部は前記第二のポート３９を経てそ
れにより流量を計量されつつ第一の出口ポート３
４へ向けて流れるようになる。コア４３が更に左
方に移動し、フランジ４６が弁要素３８に当接す
るようになると、弁要素３８は前記コア４３の左
方への移動に伴つて圧縮コイルばね４３のばね力
に抗して図にて左方に移動し、第一の弁ポート３
６を開き、ついには左端位置にまで移動し、第三
の弁ポート３７を閉じて前記第一の弁ポート３６
を全開にする。このときには入口ポート３３に供
給された流体はすべて第一の弁ポート３６を経て
第一の出口ポート３４へ向けて流れるようにな
る。この場合も、上述の如く比較的大きい第一の
弁ポート３６が開かれる前に比較的小さい第二の
弁ポート３９が開かれるので、低流量域に於ける
流量制御が高精度に行なわれ、また弁要素３８が
開弁方向に移動するとき大きな駆動力を必要とし
ない。

以上に於いては本考案を特定の実施例について
詳細に説明したが、本考案はこれらに限られるも
のではなく本考案の範囲内にて種々の実施例が可
能である事は当業者にとつて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による流量制御弁の一つの実施
例を示す縦断面図、第２図及び第３図は第１図に
示された流量制御弁の他の作動状態を示す要部の
断片的な縦断面図、第４図は第１図乃至第３図に
示された流量制御弁に於ける弁リフトと流量との
関係を示すグラフ、第５図は本考案による流量制
御弁の他の一つの実施例を示す縦断面図である。 １……弁ハウジング、２……入口ポート、３…
…出口ポート、４……流体通路、５……第一の弁
ポート、６……弁座、７……第一の弁要素、８…
…コーン部、９……弁主体、１０……カバー、１
１……第二の弁ポート、１２……貫通孔、１４…
…室、１５……第二の弁要素、１６……フラン
ジ、１７……圧縮コイルばね、１８……ガイドス
リーブ部、１９……弁軸要素、２０……支持孔、
２１……ダイヤフラム装置、２２……ダイヤフラ
ム、２３……第一の室、２４……カバー、２５…
…第二の室、２６……圧縮コイルばね、２７，２
８……ポート、３０……弁ハウジング、３１……
主体、３２……カバー、３３……入口ポート、３
４……第一の出口ポート、３５……第二の出口ポ
ート、３６……第一の弁ポート、３７……第三の
弁ポート、３８……弁要素、３９……第二の弁ポ
ート、４０……リニヤモータ、４１……筒状ホル
ダ、４２……永久磁石、４３……コア、４４……
ガイド、４５……延長軸部、４６……フランジ、
４７……電磁コイル、４８，４９……圧縮コイル
ばね、５０，５１……取付部材、５２……圧縮コ
イルばね。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 流体通路とその途中に設けられた比較的大きい
   第一の弁ポートとを有する弁ハウジングと、前記
   第一の弁ポートの開閉を行ない且つそれ自身に比
   較的小さい第二の弁ポートを有する弁要素と、前
   記弁要素を閉弁方向へ可撓的に駆動するばね装置
   と、前記弁要素に対し所定ストロークのみ自由に
   移動することを許された態様にて連結され前記所
   定ストロークの移動により前記第二の弁ポートの
   開閉を行なう弁要素部分を有し前記所定ストロー
   ク以上の移動により前記弁要素を前記ばね装置の
   ばね力に抗して開弁方向へ移動せしめる弁軸要素
   と、前記弁軸要素を前記所定ストローク以上に亙
   つて駆動する駆動装置とを備えていることを特徴
   とする流量制御弁。