JPH04104313U - 比例電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクト化を実現しつつ、最大流量を恒常
的に維持することが可能な比例電磁弁を提供する。 【構成】 比例電磁弁本体２１の流量制御口９，９の総
面積、および筒状シート８の大径部２４の開口面積は、
コアアンダ現象を発生させる程度に近接する面積に設定
されている。大径部２４の開口面積を、大径部２４の内
周壁に付着積層する汚れが積層限界に達したとき、大径
部２４の残存開口面積が比例電磁弁本体２１の制御流量
に影響を及ぼす下限面積よりも大となる面積に設定し
た。このため、大径部２４の内周壁に汚れが付着積層し
ても、大径部２４の残存開口面積は恒常的に下限面積よ
りも大面積となる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ソレノイドの印加電流に比例させて流体の流量制御を行う比例電磁 弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、比例電磁弁においては、流体の流入通路と流出通路とを、弁室を形成す る筒状シートによって隔成し、この筒状シートに開口する流量制御口をソレノイ ドの電磁力によって駆動する弁体により開閉し流量制御を行うものが多く用いら れている。一方、自動車のエンジン等、設置スペースが狭い箇所に利用される比 例電磁弁には、よりコンパクトであって、しかもより大きな制御流量値を有する ものが要求される。かかることから、この種の比例電磁弁においては、必要とさ れる最大制御流量の確保が可能である程度に、前記筒状シートの内径を小さく設 定する必要がある。

【０００３】 この場合、筒状シートの開口面積が流量制御口の開口面積と近接することに起 因し、流量制御口が全開したのち筒状シート内部の流体に、渦流や付着流が発生 する。このため、かかる比例電磁弁の電流・流量特性には、図３に示すように、 最大流量Ｑ_MAX0に到達するａ領域においては、流量Ｑはソレノイドに印加される 電流Ｉに比例（流量制御口の開度に比例）する直線特性を示す一方、最大流量Ｑ _MAX0 に到達（流量制御口が全開）した以後のｂ領域においては流量Ｑが一定（α ）とならずに、最大流量Ｑ_MAX0が下降変動（β）する特性となってしまう。即ち 、いわゆるコアアンダ現象が発生していた。

【０００４】 そして、かかるコアアンダ現象を防止する比例電磁弁が本考案者によって出願 されるに至っている（実願平２−７６６０４）。すなわち、図４に示すように、 比例電磁弁本体１は、流体の流入通路２と流出通路３とが形成されたブロック４ 、ボビン５に巻回されたコイル６を有するソレノイド本体７から構成されている 。前記ブロック４には筒状シート８が設けられており、該筒状シート８には、前 記流入通路２内に位置する部位に流量制御口９，９が相対向して開口され、これ により前記流入通路２と流出通路３とが連通されている。筒状シート８の内部に はプランジャ１０が摺動自在に内嵌されており、前記ソレノイド本体７側に位置 する前記プランジャ１０の一端側外周部には段部１１が形成されるとともに、そ の一端側に縮設されたスプリング１２によりプランジャ１０は軸方向へ付勢され ている。また、前記筒状シート８の端部には、プランジャ１０の移動を規制する ストッパ１３が設けられている。一方、プランジャ１０の他端側には前記筒状シ ート８の前記流量制御口９，９を閉鎖するバルブ部１４が形成され、その内部に は連通孔１５，１６が貫通されている。

【０００５】 前記流出通路３との連通部位における前記筒状シート８の開口面積は、前記流 量制御口９，９の総開口面積とほぼ同一であり、さらに、筒状シート８の開口面 積は、流量制御口９，９の総開口面積によって決まる前記比例電磁弁本体１の流 量Ｑが低下されない程度まで小面積とされた下限面積に設定されている。従って 、比例電磁弁本体１の最大流量Ｑ_MAX0は、前述したａ領域からｂ領域に亙って流 量制御口９，９の総開口面積のみによって設定可能となっている（図３）。

【０００６】 そして、前記ソレノイド本体７の励磁に伴い前記プランジャ１０が移動する際 、その移動幅を前記ストッパ１３によって規制し、前記バルブ部１４が前記流量 制御口９，９を全開させた時点においてプランジャ１０を停止させる。これによ って、筒状シート８内部における流体による渦流や付着流の発生を防止しコアア ンダ現象を回避させている。

【０００７】 また、図５（図４V−V線に相当する断面図）に示すように、前記筒状シートの 中心位置Ｏと前記流量制御口９，９の双方のなす角度 Θ₁，Θ₂が不等角（Θ₁≠ Θ₂）となるように、前記筒状シート８における前記流量制御口９，９の開口位 置を設定し、これによってコアアンダ現象を防止し、かつ流量制御口９，９の総 開口面積だけで前記ａ領域から前記ｂ領域に亙る最大流量の設定を可能とするも のも、本考案者によって別途出願されている（実願平１−１３３０３７）。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような従来の比例電磁弁にあっては、前述したように、コ アアンダ現象は回避可能となっているが、前記流出通路２との連設部位における 前記筒状シート８の開口面積は、流量制御口９，９の総開口面積によって定まる 前記流量Ｑを低下させるような下限面積と近接する最小面積に設定されている。 従って、比例電磁弁本体１の使用期間の経過に伴いカーボン等の汚れが筒状シー ト８の内周壁に付着積層し、これにより流出通路３との連通部位における筒状シ ート８の開口面積が縮小して前記下限面積よりも小面積となり、その結果最大流 量Ｑ_MAX0がΔＱ低下してしまう（図３のＱ_MAX1）。

【０００９】 かかる不都合は流量制御口の総開口面積と近接した筒状シートの開口面積を、 コアアンダ現象が発生しない程度まで拡大させれば当然のごとく解消可能となる が、前述したように、比例電磁弁をよりコンパクトにするためには、筒状シート をあまり大径とできず、また、より大きな制御流量値を有する比例電磁弁とする ためには前記双方の面積を近接さねばならない。しかも、流量制御口の面積は比 例電磁弁へ流入する流体の圧力によって規制されている等の理由から、筒状シー トの開口面積を如何に設定するかが問題であった。

【００１０】 本考案は、このような実情に鑑みてなされたものであり、コンパクト実現しつ つ、最大流量を恒常的に維持することを可能にした比例電磁弁の提供を目的とす る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

前記課題を解決するために本考案にあっては、ソレノイドの電磁力とスプリン グの弾性力によって作動する弁体が摺動自在に内嵌された弁室と、前記弁体が摺 接する前記弁室の内壁に開口する流量制御口とを有し、前記弁体の摺動方向一端 側に開口する前記弁室の開口部は流体の流出通路と連通される一方、前記流量制 御口の面積と前記開口部の開口面積とがコアアンダ現象を発生させる程度に近接 する面積に設定され、前記ソレノイドに印加される電流に比例して流量制御が行 われる比例電磁弁において、前記開口部の開口面積は、前記開口部の内周壁に付 着積層する汚れが積層限界に達したとき、前記開口部の残存開口面積が前記比例 電磁弁の前記制御流量に影響を及ぼす下限面積よりも大となる面積に設定された ことを特徴とする比例電磁弁。

【００１２】

【作用】

前記構成においては、前記比例電磁弁の使用期間が経過すると、流体の流出通 路と連通された前記弁室の前記開口部の内周壁にはカーボン等の汚れが付着積層 され、しかるのち積層限界に達したこの汚れは、前記開口部を通流する流体の通 流抵抗によって剥離される。従って、汚れの付着積層に伴い開口部の残存面積が 減少されるとともに、汚れが剥離される直前において前記残存面積は最小面積と なる。このとき、前記開口部の開口面積は、前記比例電磁弁の前記制御流量に影 響を及ぼす下限面積よりも大となる面積に設定されている。

【００１３】 このため、前記開口部の内周壁に付着積層する汚れが積層限界に達したとき、 開口部の残存面積は前記比例電磁弁の前記制御流量に影響を及ぼす下限面積より も大面積に維持される。よって、開口部の残存面積が前述した最小面積となるよ うな場合であっても該面積は前記下限面積よりも小とならず、比例電磁弁の制御 流量は何ら影響を受けることがない。

【００１４】

【実施例】

以下、本考案の一実施例について図面に従って説明する。すなわち、図１に示 したものは空気の流量を制御するために用いられる比例電磁弁であって、比例電 磁弁本体２１は、流体の流入通路２と流出通路３とが形成されたブロック４、ボ ビン５に巻回されたコイル６を有するソレノイド本体７から構成され、前記ブロ ック４の内部には弁室２２を有する筒状シート８が内嵌されている。該筒状シー ト８は、前記流入通路２の内部に位置する小径部２３と、前記流出路３に連通す る開口部である大径部２４とを有しており、前記小径部２３には流量制御口９， ９が相対向し開口されている。また、筒状シート８の内部には弁体であるプラン ジャ１０が軸方向へ摺動自在に内嵌されている。以下、比例電磁弁本体２１は、 従来例において示した比例電磁弁本体１（図３）と同様の構成を有している。

【００１５】 一方、前記流量制御口９，９の総面積Ｓ₁と前記小径部２３の開口面積Ｓ₀との 関係はＳ₀＜Ｓ₁となっている。また、前記筒状シート８の開口部である前記大径 部２４の開口面積Ｓ₂は、前記比例電磁弁本体２１の制御流量が前記流量制御口 ９，９の面積により決まることを可能とする面積であり、さらに、大径部２４の 開口面積Ｓ₂は、大径部２４の内周壁に付着積層する汚れが積層限界に達したと き、大径部２４の残存開口面積が比例電磁弁本体２１の前記制御流量に影響を及 ぼす下限面積よりも大となる面積に設定されている。そして、本実施例における 大径部２４の内径面積Ｓ₂と流量制御口９，９の総面積Ｓ₁との関係は次式に示す 関係となっている。

【数１】 Ｓ₁＞５．１４０×１０^-1×Ｓ₂＋１．２８５×１０^-2×Ｓ₂ ²

【００１６】 図２は、比例電磁弁本体１における流量制御口９，９の総面積Ｓ₁と流出通路 側３における筒状シート８の開口面積（前記大径部２４の開口面積）Ｓ₂との関 係を示した相関図である。

【００１７】 図２のＸ領域は、前記比例電磁弁本体２１により制御される空気の流量Ｑが前 記開口面積Ｓ₂によって決定される領域を示しており、また、

【数２】 Ｓ₁＝２．９１３×１０^-1×Ｓ₂＋３．９８１×１０^-2×Ｓ₂ ² によりＸ領域と区分されたＹ領域は、前記流量Ｑが前記総面積Ｓ₁によって決定 される領域であって、かつ筒状シート８の内周壁にカーボン等の汚れが付着積層 して前記開口面積Ｓ₂が減少され、やがて前記流量Ｑが開口面積Ｓ₂によって決定 されてしまう領域を示している。すなわち、従来例において示した比例電磁弁本 体１の場合には、図２のＣ点に相当する。

【００１８】 そして、

【数３】 Ｓ₁＝５．１４０×１０^-1×Ｓ₂＋１．２８５×１０^-2×Ｓ₂ ² によりＹ領域と区分されたＺ領域は、前記流量Ｑが前記総面積Ｓ₁によって決定 される領域であって、しかも筒状シート８の内周壁にカーボン等の汚れが付着積 層して前記開口面積Ｓ₂が減少し、しかる後汚れが積層限界に達した場合におい ても、前記流量Ｑが前記総面積Ｓ₁によって決定される領域を示している。即ち 、前記比例電磁弁本体２１においては、前記総面積Ｓ₁と前記開口面積Ｓ₂との関 係は、図２のＡ点に相当している。なお、図２において、矢示イ，ロ，ハは空気 の流量Ｑを示している。

【００１９】 以上の構成からなる前記比例電磁弁本体２１においては、従来例で説明したよ うに、（中略）筒状シート８内部での流体による渦流や付着流の発生が防止され ることによってコアアンダ現象は回避され、前記流量制御口９，９が全開された 後のｂ領域における最大流量Ｑ_MAX0は一定に維持される（図３参照）。 一方、前記比例電磁弁本体２１の使用期間が経過すると、前記流出通路３側に 開口する前記大径部２４の内周壁にはカーボン等の汚れが付着積層するため、大 径部２４の開口面積Ｓ₂は次第に減少される。しかるのち積層限界に達した汚れ は、大径部２４を通流する空気の通流抵抗によって剥離される。そして、この後 付着積層と剥離とが繰り返し行われる。

【００２０】 ここで、前記流量制御口９，９の総面積Ｓ₁と大径部２４の開口面積Ｓ₂との関 係が従来のようにＸ領域とＹ領域との境界（図２のＣ点）に位置するよう、前記 大径部２４の開口面積Ｓ₂が設定されていると、前記汚れが積層限界に達した時 点において、大径部２４の残存開口面積が減少されることにより、比例電磁弁本 体２１により制御される空気の流量Ｑは低下する（図２の矢示ハ）。また、前記 総面積Ｓ₁と前記開口面積Ｓ₂との関係が、Ｙ領域内（図２のＢ点）に位置するよ うに前記開口面積Ｓ₂が設定されている場合には、汚れが積層限界に達した時、 大径部２４の残存開口面積の減少に伴って前記関係がＸ領域内まで移動し、比例 電磁弁本体２１により制御される空気の流量Ｑは低下してしまう（図２の矢示ロ ，ハ）。

【００２１】 しかし、前記比例電磁弁本体２１においては、流量制御口９，９の総面積Ｓ₁ と大径部２４の開口面積Ｓ₂との関係がＺ領域内（図２のＡ点）に位置するよう に大径部２４の開口面積Ｓ₂が設定されている。このため、前記汚れが積層限界 に達した時点、すなわち大径部２４の残存開口面積が最小となる場合であっても 、前記関係はＸ領域まで移動すぜにＹ領域内に維持される（図２の矢示イ）。す なわち前記残存開口面積は、比例電磁弁本体２１の前記制御流量に影響を及ぼす 下限面積よりも大きな維持されることとなり、前記流量Ｑは、前記大径部２４の 残存開口面積に左右されることなく常に流量制御口９，９の総面積Ｓ₁によって 決定される。よって、コアアンダ現象が発生するような比例電磁弁において、ａ 領域からｂ領域に亙る最大流量Ｑ_MAX0（図３）が流量制御口９，９の総開口面積 によって決められた場合であっても、使用期間の経過に伴う最大流量Ｑ_MAX0の低 下（図３）を防止することができ、比例電磁弁本体２１のコンパクト化を実現し つつ、最大流量を恒常的に維持することが可能となる。

【００２２】 なお、本実施例においては、前記筒状シート８が、流量制御口９，９の設けら れた小径部２３と、流出通路３に開口する大径部２４とからなり、該大径部２４ に本考案を用いた場合を示したが、これに限らず筒状シート８が単一の開口面積 を有する場合には、筒状シート８の開口面積に本考案を用いればよい。

【００２３】 また、本実施例においては、弁体であるプランジャ１０のストロークを規制し てコアアンダ現象を回避する比例電磁弁についてのみ説明したが、これに限らず 、本考案は、コアアンダ現象を回避した他の比例電磁弁（例えば、従来例におい て説明したもの等）に用いても同様の効果を得ることが可能である。

【００２４】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案は、流量制御口の面積と流体の流出通路側に開口 する弁室の開口部における開口面積とが、コアアンダ現象を発生させる程度に近 接する面積に設定された比例電磁弁において、前記開口部の開口面積を、開口部 の内周壁に付着積層する汚れが積層限界に達したとき、開口部の残存開口面積が 比例電磁弁の制御流量に影響を及ぼす下限面積よりも大となる面積に設定された 比例電磁弁とした。

【００２５】 このため、前記比例電磁弁の使用期間の経過に伴い前記弁室の前記開口部の内 周壁にカーボン等の汚れが付着積層し、この汚れが積層限界に達するような場合 であったとしても、汚れの付着積層によって減少される開口部の残存開口面積が 、前記比例電磁弁の前記制御流量に影響を及ぼす下限面積よりも常に大面積に維 持され、その結果、比例電磁弁の制御流量は何ら影響を受けることがない。よっ て、コンパクト化を実現しつつ、最大流量が恒常的に維持される比例電磁弁を提 供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す比例電磁弁の断面図で
ある。

【図２】同実施例の同比例電磁弁における流量制御口の
総面積と筒状シートの開口面積（大径部の内径面積）と
の関係を示した相関図である。

【図３】従来例の比例電磁弁における電流・流量特性図
である。

【図４】従来例を示す断面図である。

【図５】他の従来例を示す図４V−V線に相当する断面図
である。

【符号の説明】

３ 流出通路 ７ ソレノイド本体 ９，９流量制御口 １０ プランジャ（弁体） １１ 段部 １２ スプリング １４ バルブ（弁体） ２１ 比例電磁弁本体 ２２ 弁室 ２４ 大径部（開口部）

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソレノイドの電磁力とスプリングの弾性
   力によって作動する弁体が摺動自在に内嵌された弁室
   と、前記弁体が摺接する前記弁室の内壁に開口する流量
   制御口とを有し、前記弁体の摺動方向一端側に開口する
   前記弁室の開口部は流体の流出通路と連通される一方、
   前記流量制御口の面積と前記開口部の開口面積とがコア
   アンダ現象を発生させる程度に近接する面積に設定さ
   れ、前記ソレノイドに印加される電流に比例して流量制
   御が行われる比例電磁弁において、前記開口部の開口面
   積は、前記開口部の内周壁に付着積層する汚れが積層限
   界に達したとき、前記開口部の残存開口面積が前記比例
   電磁弁の前記制御流量に影響を及ぼす下限面積よりも大
   となる面積に設定されたことを特徴とする比例電磁弁。