JPH07110077A - 流量制御リニアソレノイドバルブ及びその駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 通路（９，１１）内を流れる流体の流量を調
節するスプール（５）と、スプールを駆動するための磁
気回路と、磁気回路に起磁力を与える電磁ソレノイドと
を有し、上記スプール（５）及びスプールの移動に伴っ
て変動するギャップ（６ａ）が上記磁気回路の一部を成
す流量制御リニアソレノイドバルブにおいて、上記磁気
回路内の磁束密度を検出してこれを表わす磁束密度信号
を発するホール素子（１２）を有する。 【効果】 電磁ソレノイドにより生成される実際の磁界
強さに応じて電磁ソレノイドの駆動電圧を調整すること
により、スプールに対する吸引力を高精度にて調整する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の燃料供給装置
等に用いられるソレノイドバルブに関し、特にスプール
弁を介して供給通路内の流体（例えば燃料）の流量を制
御し得る流量制御リニアソレノイドバルブ及びその駆動
回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかるソレノイドバルブの従来例として
は、図１に示すようなものがある。図示するように、ソ
レノイドバルブ１は、電磁駆動源となるソレノイド部分
１ａと流体通路を形成すると共に流量を調整するバルブ
部分１ｂとからなっている。ここで、ソレノイド部分１
ａについて説明すると、外形略円柱状の磁性材料からな
るヨーク２の内部には、ヨーク２の内面に一端が固着さ
れて円柱形状を成す鉄心３が配置され、この鉄心３の外
周には軸心に直交する方向にコイル４が巻回されてい
る。一方、バルブ部分１ｂについて説明すると、前述ソ
レノイド部分１ａの端面に固着されたバルブケース７の
内部には、その一端が鉄心３の端面に対向すべくヨーク
２の内部に挿嵌されるスプール５が往復動自在に配置さ
れている。そして、このスプール５を境に上流室９と下
流室１１が形成され、かつ、この上流室９と下流室１１
を連通する連通孔１０が設けられている。また、上流室
９とスプールの一端５ａが位置する前述ヨーク２の内部
空間６とを連通する連結通路９ａと、スプールの他端５
ｂが位置する空間と下流室１１とを連通する連通孔１１
ａが形成されている。

【０００３】以上のように構成されたソレノイドバルブ
の作動について以下に説明する。先ず、ポンプ８等の圧
送手段により上流室９に圧送された流体（例えば燃料）
は、連結通路９ａを通ってスプールの一端５ａが位置す
る空間６内にも充填される。すなわち、上流室９内の流
体圧力Ｐ₁と同一の圧力がスプールの一端面５ａにも作
用することになる。また、下流室１１内に既に満たされ
た流体の圧力をＰ₂とすれば、連通孔１０がスプール５
により閉塞された状態で、連通孔１１ａを介してスプー
ルの一端面５ｂに同様の圧力Ｐ₂が作用することにな
る。

【０００４】そして、上流室９内の圧力Ｐ₁が上昇して
いくと、スプール５の両端面に加わる各々の圧力Ｐ₁，
Ｐ₂の圧力差（Ｐ₁−Ｐ₂）がスプール５を矢印Ａ方向に
移動せしめて連通孔１０を開く方向（開弁方向）に作動
する（図１参照）。一方、コイル４に所定の電流を流す
ことにより、鉄心３の軸線方向の電磁力が発生し、スプ
ール５を矢印Ｂ方向（閉弁方向）に引張る吸引力（Ｆ）
が作用する。

【０００５】そして、これら圧力差（Ｐ₁−Ｐ₂）による
矢印Ａ方向の力と、吸引力（Ｆ）による矢印Ｂ方向の力
とが釣り合った位置でスプール５が停止することにな
る。この際、吸引力（Ｆ）はコイル４内を流れる電流
（Ｉ）に比例し、電流（Ｉ）の値が大きくなればより強
い吸引力でスプール５は矢印Ｂ方向へ引き寄せられるこ
とになる。

【０００６】ところで、上述のようなソレノイドバルブ
１を、自動車の燃料供給装置等の流量制御（差圧発生）
手段として用いる場合、例えば、初期性能の条件下にて
所定の電流値（Ｉ₁）を設定し、スプール５に吸引力
（Ｆ₁）を作用させて、圧力差（Ｐ₁−Ｐ₂）による作用
力とバランスさせ、連通孔１０の流量をＱ₁に制御す
る。この場合、経時劣化等によりポンプ８の吐出能力が
低下すれば、初期のバランス状態が崩れ、スプール５は
矢印Ｂ方向に移動してギャップ６ａは小さくなり、吸引
力（Ｆ）はさらに大きくなって連通孔１０内の流量は小
さくなる。従って、所望の流量（あるいは流体圧力）を
確保することができなくなる。

【０００７】すなわち、ソレノイドによって生ずる吸引
力は、コイル４に流れる電流値に応じて変化するが、直
接的にはギャップ６ａ内の磁束密度が影響し、スプール
５が移動すればギャップ６ａ内の磁束密度も変化し、コ
イル２内を流れる電流値（Ｉ）のみで所望の吸引力
（Ｆ）を得るのは困難である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の問題点
に鑑み、本発明の目的とするところは、スプールに作用
する流体の圧力差の変動等に拘らず、簡略な構造にし
て、流体の流量を高精度に制御できる流量制御リニアソ
レノイドバルブ及びその駆動回路を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の流量制御リニア
ソレノイドバルブは、通路内を流れる流体の流量を調節
する弁体と、前記弁体を駆動するための磁気回路と、前
記磁気回路に起磁力を与える電磁ソレノイドとを有し、
前記弁体及び前記弁体の移動に伴って変動するギャップ
が前記磁気回路の一部を成す流量制御リニアソレノイド
バルブであって、前記磁気回路内の磁束密度を検出して
これを表わす磁束密度信号を発する磁束密度検出手段を
有することを特徴としている。

【００１０】また、本発明の駆動回路は、上記流量制御
リニアソレノイドバルブを駆動する駆動回路であって、
上記電磁ソレノイドに印加される駆動電圧を上記磁束密
度信号に応じて調整する手段を有することを特徴として
いる。

【００１１】

【作用】コイルに所定電流を流して吸引力を発生させ弁
体を作動させて流量を所定値に保持した状態にて、何ん
らかの要因で弁体のバランス位置がずれるとギャップも
それに応じて変化する。このギャップの変化に応じて磁
気回路内の磁束密度も変化し、それに伴ない吸引力も変
化する。

【００１２】従って、かかる磁気回路内に配置された磁
束密度検出手段により磁束密度を検出し、その検出結果
に応じてコイルに流す電流を制御することにより、所望
の吸引力を高精度に発生させる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２は、本発明の一実施例を示すソレノイドバル
ブの概略構成断面図である。本図に示されるように、リ
ニアソレノイドバルブ１′はソレノイド部分１ａ′とパ
ルブ部分１ｂとからなり、ヨーク２の内部にはその内面
に一端が固着されて円柱形状を成す鉄心３が配置され、
この鉄心の外周には軸心に直交する方向にコイル４が巻
回されている。また、バルブケース７の内部には、その
一端が鉄心３の端面に対向すべくヨーク２の内部空間６
に挿嵌されて往復動する磁性材料からなるスプール５が
配置され、このスプール５を境に流体が充填される上流
室９と下流室１１が形成されている。そして、この上流
室９と下流室１１とを連通する連通孔１０が形成される
と共に、スプール５の一端５ａが位置する空間６と上流
室９とを連通する連結通路９ａと、スプール５の端５ｂ
が位置する空間を下流室１１に連通する連通孔１１ａと
が形成されている。

【００１４】さらに、空間６内の鉄心３とスプールの端
面５ａとが対向するギャップ６ａ部分の鉄心３側にはエ
ポキシ樹脂等の非磁性材料からなるスペーサ２ａを設
け、このスペーサ２ａの内部には、本ソレノイドによっ
て生ずる磁束密度を検出する手段としてのホール素子１
２がボビンと鉄心の間に配置されている。以上のように
構成されたソレノイドバルブ１′の作動について以下に
説明する。先ず、ポンプ８により上流室９に圧送される
流体と下流室１１に充填されている流体のそれぞれの圧
力Ｐ₁，Ｐ₂の圧力差（Ｐ₁−Ｐ₂）がスプール５に及ぼす
作動力と、コイル４内に流れる電流は（Ｉ₁）によって
スプール５に生じる吸引力（Ｆ₁）とが図２に示す状態
にて釣り合っているとする。

【００１５】この状態にて、ポンプ８の突出能力が低下
し、圧力差（Ｐ₁−Ｐ₂）が減少すると、図２のバランス
状態が崩れ、スプール５は矢印Ｂ方向に移動し、新たな
位置にてバランスすることになる。このとき、ギャップ
６ａは最初の間隔より狭くなっている。ここで発生する
磁束は、鉄心３、ギャップ６ａ，スプール５及びヨーク
２を通り、ギャップ６ａの変化に応じて磁束密度も変化
する。

【００１６】一方、ソレノイドによって生じる吸引力
（Ｆ）は、下記（１）式によって表される。

【００１７】

【数１】Ｆ＝Ｂ²・Ｓ／（２μ_o） 但し、Ｂ：ギャップ内の磁束密度 Ｓ：ギャップ内断面積 μ_o：ギャップ内透磁率 従って、かかるギャップ内の磁束密度をホール素子１２
を用いて測定することにより、吸引力（Ｆ）を計測する
ことができる。

【００１８】よって、磁束密度の変化、すなわち、吸引
力の変化分を電流値に換算して、コイルを流れる電流値
を制御することにより、所望の吸引力を高精度にて発生
させることができる。図３は、本発明に係るソレノイド
バルブの他の実施例を示す概略構成断面図である。本実
施例にては、ヨーク２内にエポキシ樹脂等の非磁性材料
からなるスペーサ２ａを設け、かかるスペーサ２ａの一
方内にホール素子１２を配置して、磁気回路内の磁束密
度を測定するものである。

【００１９】図４は、図２及び図３に示すソレノイドバ
ルブを制御する際の制御回路を示す図である。本図中、
１′及び１″は本発明に係るソレノイドバルブ、１３は
センサアンプ、１４は比較器、１５は抵抗、１６はトラ
ンジスタをそれぞれ示す。かかる回路においては、ソレ
ノイドバルブ内に配置されたホールセンサ（ホール素
子）１２により、磁気回路内の磁束密度が測定され、こ
の測定値に応じたホールセンサ出力電圧Ｖ_Hがセンサア
ンプ１３により増幅されて比較器１４に導かれる。そし
て、この比較器１４において、マイコン（図示せず）等
による外部指令信号に応じて駆動電圧供給回路１７より
発せられる駆動電圧Ｖｄとホールセンサ出力電圧Ｖ_Hと
が比較され、その差分電圧に応じた電流が抵抗１５及び
トランジスタ１６を経由してアースへ導かれる。これに
より、ソレノイドバルブ内のコイル４を流れる電流が増
減されることになり、制御電流に応じた所定の吸引力Ｆ
を発生させることができる。

【００２０】図５は、前述の如きスプール弁方式ではな
く、プランジャを電磁力により往復動させて通路の開閉
を行う、一般的なリニアソレノイドバルブ２０を示す概
略構成断面図である。本図中、２１は通路ケース、２２
はヨーク、２３はコイル、２４はプランジャ２５を閉弁
方向に付勢するコイルスプリング、１２はホール素子を
それぞれ示す。

【００２１】本ソレノイドバルブ２０においても、ヨー
ク２２に設けたエポキシ樹脂等の非磁性材料からなるス
ペーサ２２ａ内にホール素子１２を配置して、磁気回路
内の磁束密度を測定する構成としていることから、コイ
ル２３に電流を流して発生した吸引力によりプランジャ
２５を開弁方向に移動させ、上流口２１ａ，空間２１
ｃ，下流口２１ｂへと流れる流体の流量を制御するにあ
たり、ホール素子１２の測定値に応じてコイル電流を増
減させることにより、高精度な吸引力を発生させ、もっ
て、流量を高精度に制御することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の流量制御リ
ニアソレノイドバルブによれば、ソレノイドバルブの磁
気回路内に、その磁束密度を検出する磁束密度検出手段
を配置した構成となっている。それ故、その検出値に応
じてコイルに流す電流を制御することにより、高精度に
所望の吸引力を発生させることができる。

【００２３】従って、かかるソレノイドバルブを自動車
の燃料供給装置等の差圧発生手段として用いれば、高精
度に燃料の供給量を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来におけるスプール弁方式のリニアソレノ
イドバルブを示す概略構成断面図である。

【図２】 本発明に係るスプール弁方式のリニアソレノ
イドバルブの一実施例を示す概略構成断面図である。

【図３】 本発明に係るスプール弁方式のリニアソレノ
イドバルブの他の実施例を示す概略構成断面図である。

【図４】 本発明に係るリニアソレノイドバルブの駆動
回路を示す図である。

【図５】 本発明に係るプランジャ方式のリニアソレノ
イドバルブの実施例を示す概略構成断面図である。

【主要部分の符号の説明】

１′，１″，２０ ソレノイドバルブ ２，２２ ヨーク ２ａ，２２ａ スペーサ ３ 鉄心 ４，２３ コイル ５ スプール ６ａ ギャップ ９ 上流室 ９ａ 連結通路 １０ 連通孔 １１ 下流室 １１ａ 連通孔 １２ ホール素子（磁束密度検出手段） １３ センサアンプ １４ 比較器 １５ 抵抗 １６ トランジスタ １７ 駆動電圧供給回路 ２４ コイルスプリング ２５ プランジャ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通路内を流れる流体の流量を調節する弁
   体と、前記弁体を駆動するための磁気回路と、前記磁気
   回路に起磁力を与える電磁ソレノイドとを有し、前記弁
   体及び前記弁体の移動に伴って変動するギャップが前記
   磁気回路の一部を成す流量制御リニアソレノイドバルブ
   であって、 前記磁気回路内の磁束密度を検出してこれを表わす磁束
   密度信号を発する磁束密度検出手段を有することを特徴
   とする流量制御リニアソレノイドバルブ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の流量制御リニアソレノイ
   ドバルブを駆動する駆動回路であって、 前記電磁ソレノイドに印加される駆動電圧を前記磁束密
   度信号に応じて調整する手段を有することを特徴とする
   駆動回路。