| 【発明の名称】 |
電磁作動式弁アセンブリ及びその弁組立作動方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】ダニエル リー デランド
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| 【要約】 |
【課題】燃料蒸気を浄化するキャニスタ制御装置での低電圧作動に対して適合する電磁作動式弁アセンブリ及びその弁組立作動方法を提供すること。
【解決手段】回転ソレノイド作動式弁アセンブリ10は、コイル36を貫通して伸びる筒状磁極片40の一端に設けたボールレース55に軸受されたロータ44を有する。ボールレースと反対側の筒状磁極片の端部がカップ形状のステータ56の底部に設けた開口に受け入れられ、ステータは、ロータに形成された複数の磁極部分との間に半径方向のエアギャップを形成する。ロータに形成したカム48は、ロータ軸を横切る方向に球形の弁部材26を移動し、入口ポート14または出口ポート16に設けた弁座24を通過する流量を制御する。ロータは、その軸回りにバランスされて、弁10がロータ軸を横切る方向に振動を受ける時、カムの運動を防止する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】(a) 入口ポート及び出口ポートを有する弁室を形成する弁本体と、(b) カム面を有しかつ透磁率を有する複数の磁極部分を備えて、前記弁本体に対して回転するように配置されるロータと、(c) 前記入口ポート及び出口ポートの一方に対して移動するように配置され、前記 両ポート間の流れを制御する弁部材と、(d) 内部に筒状磁極片を有し、電気的作動により前記ロータを回転させ、前記カム面によって前記弁部材を移動するためのコイルと、(e) 前記磁極片と協同して前記コイルの回りに磁束ループを形成するステータとを備えていることを特徴とする電磁作動式弁アセンブリ。
【請求項２】前記ロータは、回転するために前記筒状磁極片上に軸受されていることを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
【請求項３】前記ステータは、内部にコイルが収容された略カップ形状部材を有していることを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
【請求項４】前記ロータは、前記筒状磁極片上のボールレースを用いて軸受されていることを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
【請求項５】前記ステータは、前記ロータの磁極部分の数に対応する複数のステータ磁極部分を形成するカップ形状部材を有していることを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
【請求項６】前記弁部材は、球形状であることを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
【請求項７】前記ロータは、動作時にコイルの磁気トルクに対抗する方向に前記カム面を付勢するためのねじりばねを有することを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
【請求項８】前記ロータは、ボールレースからなる第１軸受と、ピンからなる第２軸受を有することを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
【請求項９】前記ロータは、ロータ回転軸まわりにカウンタウエイトを備えてバランスをとっていることを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
【請求項１０】回転ソレノイド弁を組立作動させる方法であって、(a) 強磁性体の筒状磁極片の外側にコイルを配置し、複数の磁極部分を有するロータが前記筒状磁極片上で回転するように前記ロータを軸受し、(b) 弁本体内に入口ポートと出口ポートを有する弁室を形成し、この弁室内に弁部材を配置し、(c) 前記ロータにカム面を配置し、このカム面に前記弁部材を接触させ、前記弁部材を前記両ポートの一方に対して移動し、(d) 前記コイルを前記弁本体上に軸受されたロータに対して配置し、前記ステータの磁束ループを前記コイルの回りに形成し、(e) 前記コイルを励磁してロータを回転させ、前記両ポート間の流れを制御するために前記弁部材を移動する、各工程を有することを特徴とする方法。
【請求項１１】磁束ループを形成する工程は、前記コイルの外側に強磁性体のカップ形状部材を配置することを含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１２】ロータを軸受する工程は、前記筒状磁極片の一端部にボールレースを配置することを含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１３】弁部材を配置する工程は、前記両ポートの一方に隣接する球形部材を配置してこの球形部材をカム面に接触させることを含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１４】ロータを軸受する工程は、前記ロータをその軸回りにカウンターバランスさせることを含んでいる請求項１０記載の方法。
【請求項１５】電気作動式流量制御弁を組立作動させる方法であって、(a) ロータ上に複数の強磁性体の磁極部分を配置しかつ前記ロータ上にカムを形成し、(b) コイル内に磁極片を配置しかつ前記ロータをこの磁極片上に軸受し、(c) 入口ポート及び出口ポートを有する弁室を備える弁本体内に移動可能な弁部材を配置し、(d) 強磁性体部材を用いて、前記コイルの回りに磁束ループを完成し、(e) 前記コイルを励磁してロータを回転させ、前記弁部材を前記カムに接触させ前記弁部材を前記両ポートの一方に対して移動し、前記入口ポートと出口ポート間の流れを制御する、各工程を有することを特徴とする方法。
【請求項１６】前記ロータを軸受する工程は、前記ロータの回りにボールレースを配置することを含んでいる請求項１５記載の方法。
【請求項１７】移動可能な弁部材を配置する工程は、前記両ポートの一方に隣接する球形部材を配置することを含んでいる請求項１５記載の方法。
【請求項１８】前記ロータを軸受する工程は、前記ロータをカウンターウエイトしてバランスさせることを含んでいる請求項１５記載の方法。
【請求項１９】キャニスタからエンジン入口への浄化した燃料蒸気の流れを制御する方法であって、(a) 前記キャニスタに接続するための入口ポートと、前記エンジン入口に接続するための出口ポートと、を有する弁室を備えた弁本体を形成し、かつ前記弁室内に移動可能な弁部材を配置し、(b) 磁化可能な材料からなる複数の磁極部分を有するロータを形成し、かつこのロータにカムを配置し、(c) 磁極片の外側にコイルを配置し、前記ロータを前記磁極片上に軸受し、(d) コイルの外側にステータを配置して突起状ステータステータ磁極を形成し、このステータとロータの磁極部分との間にエアギャップを形成し、(e) コイルを励磁してロータカムを回転させ、前記弁部材を前記カムに接触させ前記弁部材を前記ロータの回転軸を横切る方向に移動させ、前記入口ポートと出口ポート間の流れを制御する、各工程を有することを特徴とする方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気作動式弁、特に、電気制御信号のレベルに比例した流量制御のために使用する形式の電磁アクチュエータによって作動する弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気作動の比例流量制御弁は、自動車用エンジンの排出ガス処理装置に用いられ、特に、チャコールキャニスタを通ってエンジンのインテークマニホルド内に流れる浄化した燃料蒸気の流量を電気的に制御するために使用される。
【０００３】このような利用において、キャニスタからの燃料蒸気量は、ある作動状況におけるエンジンの燃空比を劇的に変えることができるので、電気的にキャニスタからの浄化した燃料蒸気量を制御することが必要である。また、ある場合には、浄化した燃料蒸気量は、不安定なエンジン動作を生じさせる。この問題は、エンジンアイドル時に起こる低流量比において特に発生する。このアイドリング時にキャニスタからの蒸気流は、エンジンに供給される燃料の大部分であり、注意して制御されなければ、エンジンが失速することになる。
【０００４】それゆえ、キャニスタからエンジンへの浄化した燃料蒸気の流量を制御するために利用される公知の電気作動式制御弁は、キャニスタからエンジン取入口への燃料蒸気の流量を制御するための弁部材を動作させるリニアソレノイドオペレータが利用されてきた。キャニスタの浄化流量制御弁の形式の例としては、エバリンガム(Everingham)他に与えられた米国特許第５，５５１，４０６号明細書に開示かつ記載されている。
【０００５】上記形式の弁は、一般的にリニアソレノイドによって作動され、図８に示すように、低流量比において不安定となる欠点を有している。図８には、エンジンマニホルドにおける３つの圧力レベルに対する一組の上側曲線が、電気制御信号のデューティーサイクル対浄化流量比としてプロットされている。さらに、従来のリニアソレノイドは、臨界軸線、即ち、リニアソレノイド用のソレノイドコイルの軸線に沿う振動に対して特に影響を受けやすいことがわかってきた。図１０のグラフに示されるように、このような公知の作動弁は、一般的な自動車での応用において遭遇する振動周波数の範囲全体にわたり不安定であることがわかってきた。
【０００６】このように、自動車の応用において、電気信号を用いて流量のリニア制御、即ち、比例制御を与え、低い流量範囲で正確にかつ振動に対して抵抗力があるように、エンジンへ供給されるキャニスタからの浄化した燃料蒸気の流量を電気的に制御する方法を見いだすことが長いこと望まれてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このような事情に鑑みて、本発明の目的は、可変デューティサイクルまたはパルス幅変調（ＰＷＭ）による電気制御信号によって作動するようにした電気作動式流量制御弁を提供することであり、特に、燃料蒸気を浄化するキャニスタ制御装置において生じる低電圧作動に対して適合する電磁作動式弁アセンブリ及びその弁組立作動方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、各請求項に記載の構成を有している。本発明の流量制御弁は、カムを備えた回転ソレノイドを有し、このソレノイドは、移動可能で、好ましくは球形の弁部材に対して作動し、弁室内に配置された弁部材の位置を電気的に制御できる。そして、弁部材は、弁室内の入口ポートと出口ポート間の流量を制御するために弁室内に配置されている。
【０００９】本発明の回転ソレノイド作動式の制御弁は、筒状磁極片の一端部に配置されたボールレース上に軸受されたロータを有し、筒状磁極片は、ソレノイドコイルの中央部分に収納されている。ロータは、複数の強磁性体の磁極部分を有し、コイルを受け入れた強磁性体のカップ形状部材としてのステータによって、磁束ループがコイルの回りに形成される。ステータは、カップ形状の底部に形成された開口を有し、そこに磁極片の一端部を受け入れる。好ましくは、ステータは、突起状磁極(salient pole)を形成し、ロータの磁極部分と磁気的な相互作用を行う。ボールレースから離れたロータの遠方端は、縮径した部分を有し、筒状磁極片内に配置されたスリーブ軸受に軸受されるピンを備えている。
【００１０】ロータは、与えられたカム形状に対して時計方向または反時計方向のいずれにも付勢される。そして、ロータは、好ましくはカウンタバランスによって回転軸回りにバランスされている。
【００１１】本発明の回転ソレノイド式作動弁は、バランスしたロータ構造によってロータの回転軸を横切る弁の移動方向における振動に対する抵抗力が向上する。本発明に係るロータの摩擦が軽減、即ち最小化されるので、弁を通過するわずかな流量に対する低デューティサイクルまたは低コイル電流信号に対して弁位置を正確にかつ繰り返して移動できる。また、本発明の弁アセンブリは、最小のコストで供給でき、これにより、高容量の軽重量のモータ車両での利用において、適切なものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１ないし図７において、本発明の弁アセンブリ１０は、弁本体１２を含み、弁本体にはその内部に形成された弁室１８に連通する入口ポート１４と出口ポート１６が設けられている。入口ポート１４は、チューブを連結する適当な連結具２０を有し、出口ポート１６も同様に、チューブを連結する適当な連結具２２を有する。連結具２２は、エンジン入口マニホルドに連結され、一方、連結具２０は、燃料蒸気を蓄積するキャニスタに連結されるようになっている。
【００１３】入口チューブの連結具２０における内端部２４は、好ましくは球形を有する移動可能な弁部材２６が配置される環状の弁座を形成している。弁室１８は、その中に形成される内部部品の組立が完了した後の校正用として形成される接続用孔２８，３０を有し、この孔は、適当な手段、例えば、開口３４を貫通するねじ固定具（図示略）によって、弁本体１２に取り付けた適当なカバー３２によって閉鎖される。
【００１４】コイル３６は、強磁性体の筒状磁極片４０の外側に収容されるボビン３８に巻き付けられる。磁極片４０の一端部には環状フランジ４２が形成され、そこにボビン３８の上端部が配置される。ロータ４４は、その周回りに各々間隔を置いて配置された複数の強磁性体の磁極部分４６を有し、ロータの磁極部分に隣接して軸方向に配置されたペリフェラルカム４８を有している。カム４８から離れた磁極部分４６の軸方向側には、参照番号５０で示すようなテーパ形状を有し、その小径端部にピン５２が設けられている。ピン５２は、ボビン３８の小径部分内に圧入されたスリーブ軸受に軸受されている。磁極片４０の環状フランジ４２は、その上端部にボールレース５５を有し、テーパ５０の大径端部においてボールレース５５上にロータ４４が軸受される。
【００１５】ロータ４４の上端部には、適切にカウンタバランスされる重り４９が配置されており、必要ならば、カウンタバランス用の穴５１がロータの端部に穴明けされている。回転軸の回りにロータをバランスさせることにより、弁アセンブリ１０がロータ軸を横切る方向に振動するとき、ロータ及びカム４８の回転を防止するように機能する。
【００１６】コイルのまわりの磁束ループは、カップ形状をした強磁性体のステータ５６によって完成し、このステータは、その閉鎖端部に開口を形成しており、この開口に筒状磁極片４０の下方端を収容している。ステータ５６の上部開放端には、複数の突起状ステータ磁極６０が、ロータを取り囲む形で形成され、その間に半径方向のエアギャップが形成される。非磁性体のハウジングシェル６２は、コイルカップ形のステータ５６の外側に配置され、開口６４を介して適当な固定具（図示略）によって弁本体１２に取付けられている。
【００１７】コイルは、外部接続用にコイル巻線３６のリード線の両端部に接続されている接続端子ストリップ６６，６８を有する。一端部がロータ部分に固定され、他端部が弁本体１２に固定されるねじりばね７０が設けられ、このばねはロータを所望の弁開閉位置に付勢する。
【００１８】コイルの励磁動作において、ロータ４４は、コイル電流によって決められた量だけ回転を生じ、カム４８の回転移動により、弁部材２６を弁座２４に対して線形移動させ、弁の入口ポートおよび出口ポート間の流量を制御する。本発明の弁における作動は、球形の弁部材２６に対してカム４８の低摩擦運動を利用する。これにより、回転運動に対するロータの抵抗を最小化し、ヒステリシスを減少させる。
【００１９】図８において、本発明の弁は、エンジンマニホルドの三段階で作動され、曲線によって示されるようにレンジが０から８までの単位分当たりの標準リッタ流量の正確な流れを与える。
【００２０】図９において、本発明の弁の単位分当たりの標準リッタ流量における流れ応答が、ロータの回転軸線に対して直交するあるいは弁部材２６の運動方向にある臨界軸線に沿う振動周波数の関数としてプロットされており、この流れ特性が、発生する振動の範囲全体に対してほぼ平坦となることに注目すべきであろう。
【００２１】図１０は、同じ振動範囲にわたりテストされた時の同様な応用に対する従来の弁における流れ特性を示す。振動を受ける時の流れにおける変化は、本発明の弁における図９に示された流れ特性と比較すると、かなりの相違があることに注目すべきである。
【００２２】校正用ねじ７２は、弁本体１２にねじ嵌合し、案内穴７６内でピン７４を動かし、コイルが励磁されていないとき、ロータの休止位置を調整する。
【００２３】本発明は、ここで、例示した実施形態に関して説明してきたが、修正及び変更が可能であり、添付の請求の範囲によってのみ限定されるものであることは、明らかであろう。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００３３０２０
【氏名又は名称】イートン コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＥＡＴＯＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，Ｏｈｉｏ ４４１１４，Ｕ．Ｓ．Ａ．
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月８日（１９９９．１０．８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８６１８
【弁理士】
【氏名又は名称】萼 経夫 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１２０９０６（Ｐ２０００−１２０９０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年４月２８日（２０００．４．２８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２８７９８３ |
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