JPH01255774A - 電気流体変換装置 - 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、電気信号によって流体を制御する電気流体変
換装置に関する。

〈従来の技術〉 本発明者は、電気信号によって流体の圧力を制御する電
気流体変換装置を発明した。

この電気流体変換装置は、特開昭６２−３７５０２号公
報に開示されているように、流体通路の途中に絞りを設
け、流体通路の出口を噴口に形成して、流体通路の絞り
と噴°口の間に圧力取出口を設け、電気信号に応じて作
動片が移動する電気アクチュエータを、その作動片が流
体通路の噴口を横断して開閉する位置に設け、電気アク
チュエータの作動片の移動によって流体通路の噴口を開
閉して流体通路の圧力取出口の圧力を制御する構成にし
ている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、上記の従来の電気流体変換装置においては、
電気アクチュエータの作動片によって制御する流体通路
の流量を多くすると、電気アクチュエータに電気信号が
入力してから流体通路の圧力取出「１の圧力が制御され
るまでの時間が長くなって、応答性が悪くなる。

応答性を悪くしないためには、流体通路の噴口から噴出
させる流体の流量従って流体通路に供給する流体の圧力
に上限がある。また、流体通路の圧力取出「】の圧力は
、流体通路に供給する流体の圧力以下に限定される。

従って、流体通路の圧力取出口の圧力は、可変範囲が狭
く、電気信号によって制御される流体圧力の範囲は狭い
。

本発明の目的は、上記のような従来の課題を解決するこ
とである。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、従来の電気流体変換装置において、流体通路
の圧力取出口の圧力によって開閉操作される制御弁を設
け、この制御弁によって流体を開閉制御するものである
。

即ち、本発明は、信号用流体通路の入口と出口の間に絞
りを設け、信号用流体通路の出口を噴口に形成して、信
号用流体通路の絞りと噴口の間に圧力取出口を設け。

電気信号に応じて作動片が移動する電気アクチュエータ
を、その作動片が信号用流体通路の噴口を横断して開閉
する位置に設け、 電気アクチュエータの作動片の移動によって信号用流体
通路の噴口を開閉して信号用流体通路の圧力取出口の圧
力を制御する構成にし、制御用流体通路に、圧力室の圧
力によって弁体が移動して開閉操作する制御弁を設け、
制御弁の圧力室に信号用流体通路の圧力取出口を接続し
て、信号用流体通路の圧力取出口の圧力によって制御弁
を開閉操作して制御用流体通路の流体を制御する構成に
したことを特徴とする電気流体変換装置である。

く作　用〉 本発明の電気流体変換装ａにおいては、電気アクチュエ
ータに電気信号が入力すると、電気アクチュエータの作
動片が移動し、信号用流体通路の噴口が閉鎖又は開放し
、信号用流体通路の圧力取出口の圧力が上昇又は下降し
て制御用流体通路のＶｌ　ｇ＃弁の圧力室の圧力が上昇
又は下降し、’ａｈａ用流体通路の制御弁の弁体が移動
して制御用流体通路の制御弁が開放又は閉鎖し、制御用
流体通路の流体が制御される。

〈発明の効果〉 本発明の電気流体変換装置においては、電気アクチュエ
ータの作動片の移動によって圧力取出口の圧力が変化す
る信号用流体通路の外に、信号用流体通路の圧力取出口
の圧力によって制御弁が作動する制御用流体通路を設け
ているので、応答性を高めるために、信号用流体通路の
噴口から噴出させる流体の流量を低く設定しても、制御
用流体通路に供給する流体の圧力ないし流量を高く設定
することができる。

従って、制御用流体通路の流体の圧力ないし波賃は、可
変範囲が広く、電気信号によって制御される制御用流体
通路の流体の圧力ないし流量の範囲は広い。

く第１実施例（第１図参照）〉 本例の電気流体変換装置は、第１図に示すように、基体
１に信号用流体通路２を設け、信号用流体通路２の入口
３と出口４の間に絞り５を設け、信号用流体通路２の出
口４を噴口に形成し、信号用流体通路２の絞り５と噴口
４の間に圧力板、出口６を設けている。

基体ｌには、電気信号に応じて作動片７が前後動する電
気アクチュエータ８を固定し、第１図に示すように、電
気アクチュエータ８を、その前側に突出した作動片７が
信号用流体通路２の噴口４を横断して開閉操作する位置
に配置している。

電気アクチュエータ８の作動片７の前後動によって信号
用流体通路２の噴口４を開閉操作して信号用流体通路２
の圧力取出口６の圧力を制御する構成にしている。

基体ｌには、第１図に示すように、制御用波体通路９を
設け、制御用流体通路９の入口１０と出口１１の間にＪ
ｌ　ｇ＃弁１２を設けている。

制御弁１２は、第１図に示すように、制御用流体通路９
を横断する弁室１３にスプール形の弁体１４を摺嵌し、
弁室１３の一方の端部に螺旋ばね１５を挿嵌して、螺旋
ばね１５によって弁体１４を弁室１３の他方の端部側に
押動する構成にし、また、弁室１３の他方の端部を圧力
室１６に形成して、圧力室１６の圧力によって弁体１４
を螺旋ばね１５に抗して弁室１３の一方の端部側に押動
する構成にしている。

制御弁１２の弁室１３の螺旋ばね１５側の端面には、第
１図に示すように、大気に開放した排出路１７を接続し
、制御弁１２の弁体１４が圧力室１６側に移動すると、
弁体１４によって制御用流体通路９の弁室１３横断部分
が閉鎖して、制御用流体通路９の出口１１が制御用流体
通路９の入口１０から遮断して排出路１７に連通し、ま
た、制御弁１２の弁体１４が螺旋ばね１５側に移動する
と、制御用流体通路９の弁室１３横断部分が開放して、
排出路１７が弁体１４によって閉鎖し、制御用流体通路
９の出口１１が排出路１７から遮断して制御用流体通路
９の入口１０に連通する構成にしている。

制御弁１２の圧力室１６には、第１図に示すように、信
号用流体通路２の圧力取出口６を接続して、信号用流体
通路２の圧力取出口６の圧力によって、制御弁１２を開
閉操作して制御用流体通路９の流体を制御する構成にし
ている。

本例の電気流体変換装置を使用する場合は、信号用流体
通路２の入口３に信号用流体供給源を接続し、また、制
御用流体通路９の入口ｌＯに制御用流体供給源を接続し
、更に、制御用流体通路９の出口１１に制御対象を接続
する。

電気アクチュエータ８に電気信号が入力していないとき
には、第１図に示すように、電気アクチュエータ８の作
動片７が後退して信号用流体通路２の噴口４が開放し、
信号用流体通路２の圧力取出口６の圧力が低くなってい
る。

従って、制御弁１２の圧力室１６の圧力が低くて、制御
弁１２の弁体１４が螺旋ばね１５によって圧力室１６側
に移動していて、制御用流体通路９の出口１１が制御用
流体通路９の入口１０から遮断して排出路１７に連通し
、制御対象に、大気が連通し、制御用流体が供給されな
い。

その後、電気アクチュエータ８に電気信号が入力すると
、電気アクチュエータ８の作動片７が前進して信号用流
体通路２の噴口４に覆い被さり、信号用流体通路２の噴
口４の噴出抵抗が増大し、信号用流体通路２の圧力取出
口６の圧力が高くなる。

すると、制御弁１２の圧力室１６の圧力が高くなって、
制御弁１２の弁体１４が螺旋ばね１５に抗して螺旋ばね
１５側に移動し、制御用流体通路９の出口１１が排出路
１７から遮断して制御用流体通路９の入口１０に連通し
、制御対象に制御用流体が供給される。

即ち、電気アクチュエータ８に入力する電気信号に応じ
て、制御用流体通路９の出口１１から流出する制御用流
体、従って、制御対象に供給される制御用流体が制御さ
れる。

本例の電気流体変換装置においては、応答性を高めるた
めに、信号用流体通路２の噴口４から噴出させる信号用
流体の流量従って信号用流体通路２の入口３に供給する
信号用流体の圧力ないし流量を低く設定しても、制御用
流体通路９に供給する制御用流体の圧力ないし流量を高
く設定することができる。

従って、制御用流体通路９の制御用流体の圧力ないし流
量は、可変範囲が広く、電気アクチュエータ８に入力す
る電気信号によって制御される制御用流体通路９の制御
用流体の圧力ないし流量の範囲は広い。

く第２実施例（第２図と第３図参照）〉本例の電気流体
変換装置は、前例のそれと比較すると、第２図に示すよ
うに、制御用流体通路９を開閉操作する制御弁２１が異
なる。

制御弁２１は、第２図に示すように、基体ｌに２段径の
弁室２２を設け、弁室２２に２段径の弁体２３を摺嵌し
、弁室２２の小径端を制御用流体通路９に連通して、弁
体２３の小径端を制御用流体通路９に突出し、弁室２２
の大径端部に螺旋ばね２４を挿嵌すると共に、弁室２２
の大径端部を信号用流体通路２の圧力取出０６に連通し
て圧力室２５に形成している。

信号用流体通路２の圧力取出口６の圧力が高くなると、
圧力室２５の圧力が高くなって、圧力室２５の圧力と螺
旋ばね２４の弾性力によって弁体２３を弁室２２の小径
端側に押動して、弁体２３の小径端によって制御用流体
通路９を閉鎖し、また、信号用流体通路２の圧力取出０
６の圧力が低くなると、圧力室２５の圧力が低くなって
、制御用流体通路９の圧力によって弁体２３を弁室２２
の大径端部に押動して、制御用流体通路９を開放する構
成にしている。

その他の点は、前例におけるのと同様であるので、第２
図に前例におけるのと同一の符号を付して説明を省略す
る。

本例の電気流体変換装置を用いて内燃機関の吸気弁を開
閉操作する場合について説明する。

内燃機関の吸気弁開閉機構は、第３図に示すように、シ
リンダへラド３１内の吸気孔３２に吸気弁３３を装置し
、吸気弁３３の弁軸３４の端をシリンダへラド３１の外
に突出して、弁軸３４の突出端に嵌着した受皿３５とシ
リンダへラド３１の間に螺旋ばね３６を嵌め込み、螺旋
ばね３６によって吸気弁３３を閉鎖する構成にしている
。

シリンダへラド３１に突設した基体３７の面には、第３
図に示すように、圧力孔３８を穿設し、圧力孔３８にプ
ランジャ３９を摺嵌して、プランジャ３９の先端を弁軸
３４の突出端に当接し、圧力孔３８の基端に流体供給路
４０を接続して、流体供給路４０から圧力孔３８に流体
が供給されると、プランジャ３９が螺旋ばね３６に抗し
て前進して吸気弁３３が開放する構成にしている。

圧力孔３８の周面には、第３図に示すように、流体排出
路４１を接続し、流体供給路４０と流体排出路４１の間
に、流量制御弁４２を介在した迂回路４３を接続してい
る。

吸気弁開閉機構の流体供給路４０には、第３図に示すよ
うに、本例の第１ＴＬ気流体変換装ｆｉＡの制御用流体
通路９の出口１１を接続し、第１電気流体変換装置Ａの
制御用流体通路９の入口１０に制御用流体供給源ａを接
続し、第１電気流体変換装２２Ａの信号用流体通路２の
入口３に信号用流体供給源すを接続している。

吸気弁開閉機構の流体排出路４１には、第３図に示すよ
うに、本例の第２ＴＬ気流体変換装２ＦＢの制御用流体
通路９の入口１０を接続し、第２Ｔｆｌ気流体変換装置
Ｂの信号用流体通路２の入口３に信号用流体供給源すを
接続している。

そして、吸気弁開閉機構の吸気弁３３が閉鎖している状
態で、第１．第２電気流体変換装置Ａ。

Ｂの電気アクチュエータ８にそれぞれ電気信号を入力し
、第１．第２電気流体変換装２１Ａ、Ｈの制御弁２１を
それぞれ閉鎖して、第１．第２電気流体変換装置Ａ　、
Ｈの制御用流体通路９をそれぞれ遮断する。

このような始動状態で、第１電気流体変換装こ゛　　Ａ
の電気アクチュエータ８に入力する電気信号を遮断する
。

すると、第１Ｔｔｆ、気流体変換装置Ａの制御弁２１が
開放し、第１電気流体変換装置Ａの制御用流体通路９が
開通して、制御用流体供給源ａの制御用流体が第１Ｔｒ
Ｌ気流体変換装こＡの制御用流体通路９と吸気弁開閉機
構の流体供給路４０を経て圧力孔３８に流入し、プラン
ジャ３９が螺旋ばね３６に抗して前進を開始して吸気弁
３３が開放作動を開始する。

吸気弁３３が開放作動を開始した後、第１７１ｔ％流体
変換装２ｆｆｉＡの電気アクチュエータ８に電気信号を
入力する。

すると、第１′ＦＬ気流体変換装ｆｉＡの制御弁２１が
閉鎖して、第１電気流体変換装置７１Ａの制御用流体通
路９が遮断し、プランジャ３９の前進が停止して、吸気
弁３３がその時の開放量で開放状態になる。

その後、第２電気流体変換装置Ｂの電気アクチュエータ
８に入力する″ｔＴ！、気信号を遮断する。

すると、第２電気流体変換装ｇ！ｉＢの制御弁２１が開
放して、第２７ｆｆ気流体変換装置Ｂの制御用流体通路
９が開通し、プランジャ３９が螺旋ばね３６によって後
退を開始して、吸気弁３３が閉鎖動作を開始し、圧力孔
３８の制御用流体が流体排出路４１と第２電気流体変換
装置Ｂの制御用流体通路９を経て排出される。

吸気弁３３の閉鎖動作が終了間近になって、後退中のプ
ランジャ３９が圧力孔３８周面の流体排出路４１開口端
を閉鎖すると、圧力孔３８の制御用流体が流量制御弁４
２付きの迂回路４３を経て第２電気流体変換装置Ｂの制
御用流体通路９に流出し、吸気弁３３の閉鎖速度が流量
制御弁４２に予め設定した遅い速度になって、吸気弁３
３が静かに閉鎖する。

この内燃機関の吸気弁開閉機構においては、制御用流体
供給源ａから第１電気流体変換装置Ａの制御用流体通路
９に供給する制御用流体、即ち、圧力孔３８に流入して
プランジャ３９を押動する１ＴＪＩＷ用流体の圧力と流
量を高く設定して、吸気弁３３を高速で開放することが
できる。

く第３実施例（第４図乃至第６図参照）〉本例の電気流
体変換装置は、第１実施例のそれと比較すると、第４図
に示すように、信号用流体通路２の噴口４を開閉操作す
る電気アクチュエータ５１が異なる。

電気アクチュエータ５１は、第４図と第５図に示すよう
に、電圧の印加により伸張又は収縮するセラミックの長
方形の圧電板５２と、湾曲して復元する金属の長方形の
弾性板５３を重合して接合した重合梁の圧電素子であり
、電気信号を入力する圧電素子５１の基端を基体ｌに固
定し、電気信号の入力によって撓む圧電素子５１の先端
即ち作動片７が信号用流体通路２の噴口４を横断して開
閉操作する位置に配置している。

また、本例の電気流体変換装置は、第４図に示すように
、信号用流体通路２の入口３と制御用流体通路９の入口
１０を共通にしている。

本例の電気流体変換装置においては、信号用流体通路２
と制御用流体通路９の共通の入口３，１０に供給する流
体の圧力ないし流量を高く設定して、信号用流体通路２
の絞り５と噴口４の抵抗を高く設定すると、信号用流体
通路２の噴口４から噴出する信号用流体の流量が少なく
なって、応答性が高くなり、また、制御用流体通路９に
供給される制御用流体の圧力ないし流量が高くなって、
制御用流体の制御範囲が広くなる。

その他の点は、第１実施例におけるのと同様であるので
、第４図に第１実施例におけるのと同一の符号を付して
説明を省略する。

本例の電気流体変換装置を用いて内燃機関の燃料噴射弁
を開閉操作する場合について説明する。

燃料噴射弁は、第６図に示すように、弁筒５５に大径の
燃料通路５６と小径の軸孔５７を連通して設け、軸孔５
７の先端を弁筒５５の先端に開口して、弁筒５５の先端
に円錐面状の弁座５８を形成している。

軸孔５７には、第６図に示すように、２段径の弁軸５９
を挿入して弁軸５９の大径部を摺嵌し、弁軸５９の小径
部の先端に連設した円錐体状の弁体６０を弁座５８に嵌
合し、弁軸５９の大径部の基端を燃料通路５６に突出し
、弁軸５９の大径部周面の切欠部６１を経て燃料通路５
６を軸孔５７に連通している。

弁軸５９の大径部の基端に取り付けた受皿６２と燃料通
路５６の先端面の間には、第６図に示すように、螺旋ば
ね６３を嵌め込み、螺旋ばね６３によって弁体６０を弁
座５８に圧接して、軸孔５７の先端開口を閉鎖している
。

燃料通路５６に燃料が供給されると、燃料通路５６の燃
料が弁軸５９の大径部周面の切欠部６１を経て軸孔５７
に流入し、燃料の圧力によって弁軸５９が螺旋ばね６３
に抗して前進し、弁体６゜が弁座５８から離れて、軸孔
５７の先端開口が開放し、軸孔５７の開放した先端開口
から燃料が噴射される構成にしている。

燃料噴射弁の燃料通路５６には、第６図に示すように、
本例の電気流体変換装置の制御用流体通路９の出口１１
を接続し、本例の電気流体変換装置の信号用流体通路２
と制御用流体通路９の共通の入口３．ｌＯに燃料供給源
Ｃを接続している。

本例の電気流体変換装置の電気アクチュエータ即ち圧電
素子５１に電気信号が入力すると、圧電未子５１先端の
作動片７が撓んで信号用流体通路２の噴口４に覆い被さ
り、制御弁１２が開放し、Ｍ制御用流体通路９が開通し
て、燃料供給源Ｃの燃料が制御用流体通路９を経て燃料
噴射弁の燃料通路５６に供給され、軸孔５７の先端開口
が開放して、軸孔５７の先端開口から燃料が噴射される
。

圧′ｉ１！素子５１に入力する電気信号が遮断されると
１作動片７が復元して、信号用流体通路２の噴口４が開
放し、制御弁１２が閉鎖して、制御用流体通路９が遮断
し、燃料供給源Ｃの燃料が燃料噴射弁の燃料通路５６に
供給されず、軸孔５７の先端開口が閉鎖し、燃料の噴射
が停止する。

この燃料噴射弁においては、燃料を高い応答性で高い圧
力で噴射することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の第１実施例の電気流体変換装この断
面図である。 第２図は、第２実施例の″：ｒｔ、気流体変換装置の断
面図である。 第３図は、回倒の電気流体変換装置を用いた内燃機関の
吸気弁開閉機構の断面図である。 第４図は、第３実施例の電気流体変換装置の断面図であ
る。 第５図は、回倒の電気流体変換装置の電気アクチュエー
タの斜視図である。 第６図は、回倒の電気流体変換装置を用いた内燃機関の
燃料噴射弁の断面図である。 ２：信号用流体通路　　３：入　ロ ４：出ロ、噴口　　　　５：絞　リ ６：圧力取出口　　　　７：作動片 ８：電気アクチュエータ ９：制御用流体通路　１２：制御弁 １４：弁　体　　　　　１６：圧力室 ２に制御弁　　　　　２３：弁　体 ２５：圧力室 ５１：電気アクチュエータ、圧ＴｒＬ素子特許出願人　
株式会社豊田中央研究所 代　　理　　人　　　弁理士　　水　　野　　　桂第１
図 オＺ図 オ６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　信号用流体通路の入口と出口の間に絞りを設け、信号
   用流体通路の出口を噴口に形成して、信号用流体通路の
   絞りと噴口の間に圧力取出口を設け、 電気信号に応じて作動片が移動する電気アクチュエータ
   を、その作動片が信号用流体通路の噴口を横断して開閉
   する位置に設け、 電気アクチュエータの作動片の移動によって信号用流体
   通路の噴口を開閉して信号用流体通路の圧力取出口の圧
   力を制御する構成にし、 制御用流体通路に、圧力室の圧力によって弁体が移動し
   て開閉操作する制御弁を設け、 制御弁の圧力室に信号用流体通路の圧力取出口を接続し
   て、信号用流体通路の圧力取出口の圧力によって制御弁
   を開閉操作して制御用流体通路の流体を制御する構成に
   したことを特徴とする電気流体変換装置。