JPH0450568A - 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ワ）・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１、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、１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の内周面にはパイプ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か設けられ、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
ｌＯ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１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ｌに連結された比例流量制御バルブ本体ｉｔの内
部の空室ｔｉｂ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Ｉ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
ｌｌ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１１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１０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１ｏ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。

上記バイブ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に連通する所定寸法の流
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ｉｔｂ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７ａ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？ａ、スプリング
８のピッチ間、空室ｆｌｂを経て流体導出通路ＩＬｃに
流れ、バイパス通路を流れて吸気管の流れに合とする。

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、そのた於、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わ、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給には弾性体
の硬度をか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という問題が発生する。

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。

このような問題を解消するため、特開昭６３−．２４３
５８２号公報に記載されているように、側部にベローズ
が一体形成された硬質樹脂材料製の弁体を、板バネによ
って保持されたムービングコア（可動鉄心）に遊嵌入す
るとともに、係止片により弁体の弁座側への変位を規制
し、さらに、弁体と可動鉄心との間に弾性体を配置して
、この弾性体により弁体を係止片側に所定の付勢力で押
圧するよう構成したポペットバルブが提案されている。

［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１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、その上
うな打音や異常現象を避けるたｔ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か生ずる。

ポペットタイプのバルブでは、上述のようにベローズと
一体の硬質樹脂材料製の弁体を板バネによって保持され
た可動鉄心に遊嵌入し、この弁体を弾性体により係止片
側に押圧するよう構成することによって上記のような問
題を解決しようとした例がある。しかし、この例では、
２種類以上のコイルスプリング、板バネ、ベローズ等を
組み合わせ、これと電磁コイルによる吸引力とのバラン
スで作動特性を決める必要があるので、特性の設定が繁
雑であり、また、バラツキが出やすくて調整が難しいと
いう問題がある。また、上記の例では、弁体と保持板の
間、保持板とマグネットプレートの間、可動鉄心と固定
鉄心（ステータコア）の間、といった各空間を各々導通
させて圧力をノくランスさせないと、ダンパー効果が生
じてしまい、速い作動が得られなくなる。そのたｔ、導
通空間が複数箇所必要となり、それだけ異物の侵入によ
る導通空間の閉塞の可能性が大きく、閉塞した場合には
正常な流量特性が得られなくなる。

また、これらの不都合を解決したとしても、内燃機関の
バイパス空気量制御に用いた時に、バルブ（弁体）とホ
ルダ（係止片）との当接部分にブローバイガスや機関か
らの吹き返しガスに含まれるカーボンやオイル等のデポ
ジットなどの異物の侵入があって、この部分のシール性
が悪化すると、全開時においてもバルブと可動鉄心の摺
動部およびバルブとホルダの上記当接部を通過して空気
が漏れてしまうために、全開機能が維持できなくなくな
るという問題が発生する。

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、流量調整手段のバルブシートに対する
離座１着座時に打音を発生したり流量特性の異常現象を
発生したりすることがなく、しかも、異物の侵入により
全閉機能が維持できなくなるのを防ぐことのできる比例
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、比例流量制御バ
ルブ本体にバルブシートを設け、可動鉄心に摺動自在に
バルブを嵌挿し、このバルブを可動鉄心との間に設けた
弾性体によりバルブシートに向かう方向に付勢し、かつ
、弾性体によるバルブのバルブシートに向かう方向への
移動を規制するホルダを可動鉄心に固定して、これら可
動鉄心とバルブと弾性体とホルダとで構成されるバルブ
組立体をリターンスプリングで付勢して円筒部材により
摺動支持せしめるとともに、バルブとホルダとの当接部
の少なくとも一部分にシール用弾性部材を介在させたも
のである。

［作用］ この発明においては、可動鉄心、バルブ、弾性体および
ホルダからなるバルブ組立体は、弾性体が所定の付勢力
で可動鉄心とバルブを突っ張らせた状態で、リターンス
プリングによってバルブシートに対し所定の付勢力で当
接せしめられる。そのため、デユーティ制御やデイザ制
御による流量制御に際してのバルブ組立体の微少振動に
伴う離座あるいは着座時に、バルブシートとの衝突によ
って発生する反発力を弾性体が吸収する。したがって、
バルブとバルブシートとの衝突による打音や流量特性の
異常現象が防がれる。

また、バルブとホルダとの当接部の少なくとも一部分に
シール用弾性部材が介在することにより、バルブとホル
ダとの当接部に異物が侵入しても、このシール用弾性部
材によってこの部分のシール性が確保され、したがって
、常に安定した全開機能が維持される。

［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、第２図はその要部拡大図である。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
同一の符号を付している。

１はソレノイド装置であり、その内部中央には長平方向
に固定鉄心２が配設されている。また、ソレノイド装置
ｌ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。

可動鉄心４は縮径部４ｃを有し、該縮径部４ｃにはバル
ブ１４が摺動自在に嵌挿されている。そして、前記バル
ブ１４を先端側に付勢するように前記縮径部４ｃ外周に
スプリング１５が設けられ、また、前記縮径部４ｃの先
端には前記バルブの先端側への移動を規制するホルダ１
６が固定されている。前記スプリング１５はバルブ１４
と可動鉄心４を相互に突っ張らせて、バルブ１４をホル
ダ１６に当接せしめている。このようにして、可動鉄心
４とバルブ１４とスプリング１５とホルダ１６とでバル
ブ組立体１８が構成せしめられている。

ここで、ホルダ１６のバルブ１４との当接面には、第２
図に示すように断面矩形の溝１６ａが環状に設けられ、
この溝１６ａにはシール用弾性部材２０が配設されてい
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か巻装されたボビン
６ａの内周面にはバイブ７が装着されて、このバイブ７
の内側に上記固定鉄心２および可動鉄心４が対向して配
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。

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の縮径部４Ｃ先端に固定された上
記ホルダ１６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１０の先端に固定されている
。

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１図で左端）側には流体導出通路１１ｃが設けられ
ている。

ソレノイド装置ｌと比例流量制御バルブ本体１１とは、
ソレノイド装置１の端部に嵌着されたガイド部材１９の
リブ状ガイド部１９ａに比例流量制御バルブ本体１１が
嵌着されることによって、ガタなく相互に嵌合固定され
ている。また、このガイド部材１９には、可動鉄心４を
摺動自在に支持する上記バイブ７の一端か保持されてい
る。そして、比例流量制御バルブ本体１１には、上記バ
ルブ組立体１８に対向する位置にバルブシート１３が嵌
着され、これにより、流体導出通路１１ｃに連通ずる空
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１０は、比例流量制御バルブ本体１１の流
体導出通路ｌｉｅ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。

以上のように組み立てられたバルブ組立体１８は、上記
スプリング８とリターンスプリング５の付勢力を受けて
、可動鉄心４をバイブ７とのクリアランスによって生ず
る倒れが許容された状態でバルブシート１３に当接せし
められる。ここで、ホルダ１６とスプリングホルダ９と
の間に取り付けられた上記スプリング８は、その付勢力
が調整ねじ１０によって予め調整され、それにより、バ
ルブ組立体１８のバルブシート１３側への付勢力が調整
される。なお、この時、バルブ１４とバルブシート１３
との当接荷重は、スプリング１５によるバルブ１４とホ
ルダ１６との当接荷重よりも小さくて、全閉時にバルブ
１４とホルダ１６との間に隙間が生じないような設定が
行われる。

また、上記バルブシート１３のシート面はテーバ状（円
錐）とされ、これに対するバルブ１４の当接面は球状と
されている。ここで、上記テーパ状のシート面と球状の
当接面との当接部の直径は、例えば１１ｍｍであって、
可動鉄心４とバイブ７との摺動径と略一致するよう設定
されている。なお、上記バルブシート１３およびバルブ
１４は、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ
）で構成することか可能である。

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。この導通孔４］〕は
、最大径が３ｍｍ以上となるようにされる。

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に通電すると、可動鉄心４が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、バルブ組
立体１８が移動して開弁する。

ここで、この比例流量制御バルブを用い、デユーティ制
御やデイザ制御によって流量を制御する場合、これら制
御に起因するバルブ組立体１８の微小振動に伴う離座あ
るいは着座時の衝突により発生する反発力は、バルブ１
４を付勢する上記スプリング１５によって吸収される。

その結果、第３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、また、異常現象のない流量特
性が得られる。

また、ホルダ１６のバルブ１４との当接部には上述のよ
うに環状に溝１６ユが設けられて、この溝１６　ａにシ
ール用弾性部材２０が配設されているため、ホルダ１６
とバルブ１４とのシールは、両者の当接部による以外に
上記シール用弾性部材２０を介して行われ、したがって
、ホルダ１６とバルブ１４との間に異物が侵入して当接
部でシールが保てなくなった場合でも、シール用弾性部
材２０の弾力によって確実にシールが行われる。

また、この実施例では、上記のようにソレノイド装置１
と比例流量制御バルブ本体１１とがガイド部材１９によ
ってガタなく嵌合されているため、バルブ組立体１８と
バルブシート１３との当接部のズレは、可動鉄心４とバ
イブ７とのクリアランスによって生ずるバルブ組立体１
８の倒れだけとなり、しかも、上記のようにバルブシー
ト１３のシート面がテーバ状で、それに対するバルブ１
４の当接面が球状とされているため、上記倒れがあって
も、所定径の当接部で当接することによってシール性が
確保される。なお、可動鉄心４とバイブ７との摺動クリ
アランスは０．０２〜０．２ｍｍとされ、摺動長さＬと
摺動直径りとの比Ｌ／Ｄは１５以上とされる。

更に、この実施例では、上記のようにバルブシート１３
とバルブ１４との当接円径が可動鉄心４とバイブ７との
摺動径と略一致しているため、無通電時において吸気管
内負圧が流体導出通路１１Ｃに印加されても、導通孔４
ｂを介しバルブ組立体１８に左右から加わる力はバラン
スし、安定した状態が維持される。

なお、上記実施例においては、シール用弾性部材２０を
保持する溝１６ａはホルダ１６側に設けたが、バルブ１
４側にシール用弾性部材２０を保持する溝を設けてもよ
く、また、第４図に示すように、ホルダ１６とバルブ１
４の両者に形成した対向する溝１６ａ、１４ａによって
一つの溝を構成し、この溝にシール用弾性部材２０を保
持するようにしてもよい。

ここで、上記各実施例において、バルブ全閉時にシール
用弾性部材２０の弾力が有効な範囲内で当初からホルダ
１６とバルブ１４との間に間隙を設けるような設定とす
ることも可能である。

また、シール用弾性部材２０はホルダ１６側あるいはバ
ルブＩ４側の当接面に直接固定するようにしてもよく、
また、バルブ１４と一体に形成するようにしてもよい。

例えば、第５図に示すように、ベローズ状のシール用弾
性部材２１をバルブ１４の端面に一体形成することが可
能である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、可動鉄心とバルブと弾
性体とホルダとでバルブ組立体を構成し、これをリター
ンスプリングで付勢して円筒部材により摺動支持せしめ
るとともに、バルブとホルダとの当接部の少なくとも一
部分にシール用弾性部材を介在させたことにより、全閉
時の漏れを無くしてシール性を確保することができ、ま
た、デユーティ制御やデイザ制御によって流量を制御す
る場合でも、バルブシートに対する離座あるいは着座時
の衝突による反発力を吸収して打音や流量特性の異常現
象を無くすることができ、しかも、ホルダとバルブとの
間に異物が侵入しても、この間のシール性を確保するこ
とのできる耐久信頼性の高い全閉機能付き比例流量バル
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洸量制御バルブの一実施例
の縦断面図、第２図はその要部拡大図、第３図はその流
量特性図、第４図および第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要部断面図、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は固定鉄心、３は
ケース、４は可動鉄心、４ｃは縮径部、５はリターンス
プリング、６は電磁コイル、７はバイブ（円筒部材）、
１１は比例流量制御バルブ本体、Ｌｌａは流体導入通路
、ｌｌｃは流体導出通路、１３はバルブシート、１４は
バルブ、１４＆は溝、１５はスプリング（弾性体）、１
６はホルタ、１６ａは溝、１８はバルブ組立体、１９は
ガイド部材、２０．２１はシール用弾性部材である。 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
   固定鉄心と、前記電磁コイルによる電磁吸引力によって
   前記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た可動鉄心と、該可動鉄心を前記
   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
   グを備え、前記可動鉄心の摺動により比例流量制御バル
   ブ本体の流体導入通路から入って流体導出通路へ流れる
   流体の流量を制御する比例流量制御バルブにおいて、前
   記比例流量制御バルブ本体にバルブシートを設け、前記
   可動鉄心に摺動自在にバルブを嵌挿し、該バルブを前記
   可動鉄心との間に設けた弾性体により前記バルブシート
   に向かう方向に付勢し、かつ、前記弾性体による前記バ
   ルブの前記バルブシートに向かう方向への移動を規制す
   るホルダを前記可動鉄心に固定して、前記可動鉄心と前
   記バルブと前記弾性体と前記ホルダとで、前記リターン
   スプリングにより付勢され前記円筒部材によって摺動支
   持されるバルブ組立体を構成するとともに、前記バルブ
   と前記ホルダとの当接部の少なくとも一部分にシール用
   弾性部材を介在させたことを特徴とする比例流量制御バ
   ルブ。