JP2000314305A - 電磁駆動弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返
りによる弁体の開弁動作を防止すると共に、弁体に対す
る閉弁力の低下を防止する電磁駆動弁を提供することを
目的とする。 【解決手段】電磁駆動弁１０において、アーマチャシャ
フト３６と弁軸２６の間には、緩衝機構６６が配設され
ている。緩衝機構６６は、緩衝スプリング６８とプリセ
ットハウジング７０から構成されている。プリセットハ
ウジング７０は、内部に含む緩衝スプリング６８の軸方
向の長さを自然長Ｌ０より短い長さＬ１に規制する。弁
体２４の全閉状態時には、アーマチャシャフト３６下端
の外縁部７８と、緩衝スプリング６８の上端との間にク
リアランスＣ１が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁駆動弁に係
り、特に、閉弁動作時の弁体のはね返りを防止する弾性
体を弁体とアーマチャ軸との間に備える電磁駆動弁に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、特開平１１−１３４
３５号に開示される如く、電磁駆動弁が知られている。
上記従来の電磁駆動弁は、内燃機関の吸気弁、又は、排
気弁として機能する弁体と、弁体と同軸に配設されたア
ーマチャ軸と、アーマチャ軸に固定されたアーマチャと
を備えている。弁体とアーマチャ軸とは、軸方向に離間
して設けられ、その離間部にはコイルスプリングからな
る弾性体が介装されている。

【０００３】アーマチャの上方には、アッパコイル及び
アッパコアが配設されている。また、アーマチャの下方
には、ロアコイル及びロアコアが配設されている。アッ
パコイル、及び、ロアコイルは、それぞれ励磁電流が供
給されることによりアーマチャを吸引する電磁力を発生
する。上記従来例の電磁駆動弁によれば、アッパコイル
に励磁電流を供給することで、アッパコイルにアーマチ
ャを吸引させて弁体を閉弁方向に変位させることができ
る。この場合、アーマチャがアッパコアに当接すること
で、弁体は全閉状態とされる。また、ロアコイルに励磁
電流を供給することで、ロアコイルにアーマチャを吸引
させて弁体を開弁方向に変位させることができる。この
場合、アーマチャがロアコアに当接することで、弁体は
全開状態とされる。従って、アッパコイル、及び、ロア
コイルに適当なタイミングで励磁電流を供給すること
で、排気弁、又は、吸気弁を全開状態と全閉状態との間
で繰り返し開閉させることができる。

【０００４】ところで、アッパコイルに吸引されて上方
に変位したアーマチャは、アッパコアの下面に当接した
際に跳ね返ることがある。これに対して、上記従来例で
は、弁体とアーマチャ軸との間に設けられたコイルスプ
リングによってアーマチャの跳ね返りが緩衝される。こ
のため、上記従来例の電磁駆動弁によれば、閉弁駆動の
際のアーマチャの跳ね返りに起因する弁体の不要な開弁
動作が防止される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例の電磁駆動
弁では、弁体が弁座に着座した全閉状態にある時、アー
マチャ軸と弁軸との間に設けられたコイルスプリング
は、自然長よりも若干圧縮された状態に保持される。こ
の結果、弁体に対して、コイルスプリングの付勢力が開
弁方向の力として伝達されるので、弁体を全閉位置に保
持する力（以下、閉弁力と称す）が低下して、弁体を全
閉状態に維持することが困難になる。上記従来例の電磁
駆動弁において、閉弁駆動時のアーマチャの跳ね返りに
よる弁体の開弁動作をより確実に防止するために、ばね
定数の大きいコイルスプリングを適用するほど、大きな
付勢力が開弁方向に付与されるので弁体を全閉状態に維
持することが困難となる。弁体を完全な全閉状態にでき
ない場合、燃焼ガスが不必要に燃焼室から排気ポート又
は吸気ポートへ吹き抜ける、いわゆるガス吹き抜け現象
が発生して内燃機関の燃焼効率が低下してしまう。

【０００６】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りによる弁
体の開弁動作を防止すると共に、弁体に対する閉弁力の
低下を防止することができる電磁駆動弁を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載される如く、電磁コイルによる電磁力と付勢部材
による付勢力との協働によって駆動されるアーマチャ
と、該アーマチャの軸方向に延在するアーマチャシャフ
トと、該アーマチャシャフトと同軸に離間して配設され
た弁体と、該弁体と前記アーマチャシャフトとの間の前
記離間部に介装された弾性体とを備える電磁駆動弁であ
って、前記弁体の全閉時に、前記アーマチャシャフトと
前記弾性体との間に所定のクリアランスが形成されるよ
うに、前記弾性体の軸方向の長さを自然長より短い所定
の長さに規制する規制手段を有する電磁駆動弁により達
成される。

【０００８】このような電磁駆動弁では、閉弁駆動の際
のアーマチャの跳ね返りによる弁体の開弁動作が弾性体
により防止される。また、弁体の閉弁時には規制手段に
よって弾性体の長さが自然長より短い所定の長さに規制
され、アーマチャシャフトと弾性体との間に所定のクリ
アランスが形成されるので、弾性体は弁体に対して開弁
方向の付勢力を付与しない。従って、本発明によれば、
閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りを防止しつつ、弁
体を全閉位置に維持する力の減少を防止することができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
電磁駆動弁１０の全体構成図である。電磁駆動弁１０
は、内燃機関１２の排気弁を構成している。図１に示す
ように、内燃機関１２は、ロアヘッド１４と、ロアヘッ
ド１４の上部に固定されたアッパヘッド１６を備えてい
る。ロアヘッド１４内には、排気ポート１８が形成され
ている。また、ロアヘッド１４の下部には、燃焼室２０
が形成されている。排気ポート１８の燃焼室２０側の開
口端部には、バルブシート２２が形成されている。

【００１０】電磁駆動弁１０は、弁体２４を備えてい
る。弁体２４は、バルブシート２２に着座することによ
り排気ポート１８と燃焼室２０との間を遮断し、バルブ
シート２２から離座することにより排気ポート１８と燃
焼室２０との間を導通させる。弁体２４は、弁軸２６を
備えている。弁軸２６は、内燃機関１２が備えるロアヘ
ッド１４の内部に固定されたバルブガイド２８により軸
方向に摺動可能に保持されている。弁軸２６の上部に
は、ロアリテーナ３０が固定されている。ロアヘッド１
４内において、弁軸２６の周囲には円筒部３２が形成さ
れている。ロアリテーナ３０の下面と円筒部３２の底面
との間には、ロアスプリング３４が配設されている。ロ
アスプリング３４は、ロアリテーナ３０を介して弁体２
４を、図１における上方へ向けて付勢している。

【００１１】電磁駆動弁１０は、アーマチャシャフト３
６を備えている。アーマチャシャフト３６は、弁軸２６
と同軸に、かつ、上方に離間するように配設されてい
る。アーマチャシャフト３６は、非磁性材料で構成され
たロッド状の部材である。アーマチャシャフト３６の上
端部には、アッパリテーナ３８が固定されている。アッ
パリテーナ３８の上部には、アッパスプリング４０の下
端部が当接している。アッパスプリング４０の上端部
は、アジャストボルト４２に当接している。アッパスプ
リング４０は、アッパリテーナ３８を介してアーマチャ
シャフト３６を、図１における下方へ向けて付勢してい
る。

【００１２】アーマチャシャフト３６の外周には、円盤
状のアーマチャ４４が接合されている。アーマチャ４４
は、軟磁性材料で構成された部材である。アッパヘッド
１６内において、アーマチャシャフト３６の周囲には円
筒部４６が形成されている。円筒部４６内において、ア
ーマチャ４４の上方には、アッパコイル４８及びアッパ
コア５０が配設されている。また、円筒部４６内におい
て、アーマチャ４４の下方には、ロアコイル５２及びロ
アコア５４が配設されている。なお、アッパコイル４
８、及び、ロアコイル５２への通電は、電子制御ユニッ
ト（以下、ＥＣＵと称す) ５６により制御される。

【００１３】アッパコア５０、及び、ロアコア５４は、
共に磁性材料で構成された部材である。アッパコア５
０、及び、ロアコア５４は、それぞれ中央部を貫通する
貫通穴５８、６０を備えている。アッパコア５０が備え
る貫通穴５８の上端には、アッパベアリング６２が配設
されている。また、ロアコア５４が備える貫通穴６０の
下端には、ロアベアリング６４が配設されている。アッ
パベアリング６２、及び、ロアベアリング６４は、それ
ぞれ円筒状メタル部材、或いは、樹脂部材からなる滑り
軸受である。上記したアーマチャシャフト３６は、アッ
パベアリング６２、及び、ロアベアリング６４により軸
方向に摺動可能に保持されている。

【００１４】アッパコア５０、及び、ロアコア５４は、
両者間に所定の間隔が確保されるように、アッパヘッド
１６の円筒部４６内に嵌合されている。上述したアジャ
ストボルト４２は、アッパコイル４８、及び、ロアコイ
ル５２の何れにも励磁電流が供給されていない状態で、
アーマチャー４４がアッパスプリング４０とロアスプリ
ング３４等によりアッパコア５０とロアコア５４の中央
の中立位置に保持されるように調整されている。

【００１５】電磁駆動弁１０において、アーマチャ４４
がアッパコア５０に当接した状態では、弁体２４はバル
ブシート２２に着座する。この状態は、アッパコイル４
８の所定の励磁電流が供給されることにより維持され
る。以下、弁体２４がバルブシート２２に着座した状態
を全閉（閉弁）状態とし、その際の弁体２４の位置を全
閉位置と称す。なお、図１は、弁体２４が全閉状態とさ
れた時の電磁駆動弁１０の様子を示す。

【００１６】弁軸２６とアーマチャシャフト３６との間
には、本実施例の要部である緩衝機構６６が配設されて
いる。図２は、弁体２４が全閉状態とされた時の緩衝機
構６６の断面図である。図２に示すように、緩衝機構６
６は、緩衝スプリング６８と円筒状のプリセットハウジ
ング７０とから構成されている。緩衝スプリング６８
は、プリセットハウジング７０の内部に設けられてい
る。プリセットハウジング７０の両端面には、弁軸２
６、および、アーマチャシャフト３６の外径Ｒ１よりわ
ずかに大きな直径Ｒ２を有する貫通穴７２が形成されて
いる。緩衝スプリング６８は、その内径Ｒ３が貫通穴７
２の直径Ｒ２よりも小さくなるように形成されている。
プリセットハウジング７０は、その端部７４に緩衝スプ
リング６８の上下端を係止させることで、緩衝スプリン
グ６８の長さを、自然長Ｌ０より所定値だけ短い長さＬ
１に規制している。

【００１７】弁軸２６の上端、および、アーマチャシャ
フト３６の下端には、それぞれ突起部７６、７７が形成
されている。突起部７６、７７は、緩衝スプリング６８
の位置ずれを防止する役割を有している。弁軸２６の上
端面、及び、アーマチャシャフト３６の下端面の突起部
７６、７７の周囲の部分は、それぞれ外縁部７８、７９
を構成している。弁体２４の全閉状態時には、緩衝スプ
リング６８下端の内縁部が、弁軸２６上端に形成された
外縁部７８に当接している。この時、緩衝スプリング６
８の上端と、アーマチャシャフト３６下端の外縁部７９
との間には、微小なクリアランスＣ１が形成されてい
る。

【００１８】続いて、図１〜図３を参照して、電磁駆動
弁１０の動作説明を行う。先ず、弁体２４が図１に示す
全閉位置に維持されている状態で、アッパコイル４８に
供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ４
４に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ４４に
作用していた電磁力が消滅すると、アッパスプリング４
０に付勢されることにより、アーマチャシャフト３６及
びアーマチャ４４が図１における下方へ向けて変位す
る。そして、アーマチャ４４の変位量が所定値に達した
時点で、ロアコイル５２に適当な励磁電流が供給される
と、今度はアーマチャ４４をロアコア５４側へ吸引する
吸引力が発生する。この吸引力によってアーマチャ４４
及びアーマチャシャフト３６は、更に、下方に変位す
る。

【００１９】アーマチャシャフト３６が下方に変位して
いる際に、その変位量がクリアランスＣ１に達すると、
アーマチャシャフト３６下端の外縁部７９が図２に示す
緩衝機構６６内の緩衝スプリング６８上端の内縁部に当
接する。そして、アーマチャシャフト３６は、緩衝スプ
リング６８を押圧しながら下方に変位し、緩衝スプリン
グ６８を、巻線が密着状態になるまで圧縮していく。

【００２０】図３は、アーマチャシャフト３６によって
緩衝スプリング６８が密着状態になるまで圧縮された時
の緩衝機構６６の様子を示す図である。図３に示すよう
に、緩衝スプリング６８が密着状態にされた時には、ア
ーマチャシャフト３６下端の突起部７７と弁軸２６上端
の突起部７６と間には、クリアランスＣ２が形成されて
いる。緩衝スプリング６８は密着状態となると、それ以
上収縮することができない。このため、以後、アーマチ
ャシャフト３６の下方への変位は、緩衝スプリング６８
を介して直接弁軸２６に伝達される。この結果、弁体２
４は、アーマチャ４４及びアーマチャシャフト３６の変
位に伴って、クリアランスＣ２を維持したままロアスプ
リング３４の付勢力に抗して図１における下方に変位し
ていく。

【００２１】このように、弁体２４の開弁駆動時におい
て、アーマチャシャフト３６の下端と弁軸２６の上端は
直接接触せず、弁軸２６は、アーマチャシャフト３６と
の間にクリアランスＣ２が維持された状態で開弁方向に
変位する。このため、電磁駆動弁１０では、アーマチャ
シャフト３６と弁軸２６との直接接触による衝突音が発
生しない。従って、本実施例によれば、電磁駆動弁１０
の動作音が低減される。

【００２２】弁体２４の下方への変位は、アーマチャ４
４がロアコア５４と当接するまで継続する。アーマチャ
４４がロアコア５４に当接した状態にある時は、弁体２
４は、バルブシート２２から最も離れた位置にある。以
下、アーマチャ４４がロアコア５４に当接して、弁体２
４がバルブシート２２から最も離れた位置にある状態を
全開状態とし、その際の弁体２４の位置を全開位置と称
す。この全開状態は、ロアコイル５２に所定の励磁電流
が供給されることにより維持される。

【００２３】弁体２４が全開位置に維持されている状態
で、ロアコイル５２に供給されていた励磁電流が遮断さ
れると、アーマチャ４４に作用していた電磁力が消滅す
る。アーマチャ４４に作用していた電磁力が消滅する
と、ロアスプリング３４の付勢力により、弁体２４が図
１における上方へ向けて変位する。この時、アーマチャ
シャフト３６及びアーマチャ４４も、緩衝スプリング６
８を介して弁軸２６に押圧されることにより上方へ変位
する。そして、アーマチャ４４の変位量が所定値に達し
た時点で、アッパコイル４８に適当な励磁電流が供給さ
れると、今度はアーマチャ４４をアッパコイル４８側へ
吸引する吸引力が発生する。

【００２４】アーマチャ４４に対して上記の吸引力が作
用すると、アーマチャシャフト３６及びアーマチャ４４
は、アッパスプリング４０の付勢力に抗して図１におけ
る上方へ向けて更に変位する。この時、弁体２４の上方
への変位は、弁体２４がバルブシート２２に着座して全
閉状態となるまで継続される。弁体２４が全閉状態とさ
れた後は、密着状態とされていた緩衝スプリング６８
は、アーマチャシャフト３６の上方への変位に伴ってプ
リセットハウジング７０が規制する長さＬ１になるまで
徐々に伸びていく。緩衝スプリング６８の長さがＬ１に
なった後もアーマチャシャフト３６及びアーマチャ４４
が更に上方に変位することで、アーマチャシャフト３６
下端の外縁部７９と、緩衝スプリング６８の上端との間
には、クリアランスが形成される。このクリアランス
は、アーマチャ４４がアッパコア５０に当接して、アー
マチャシャフト３６及びアーマチャ４４の上方への変位
が終了するまで、すなわち、図２に示すクリアランスＣ
１になるまで拡大していく。

【００２５】以上のように、電磁駆動弁１０によれば、
アッパコイル４８に所定の励磁電流を供給することによ
り弁体２４を全閉位置に向けて変位させることができる
と共に、ロアコイル５２に所定の励磁電流を供給するこ
とにより、弁体２４を全開状態に向けて変位させること
ができる。従って、電磁駆動弁１０によれば、アッパコ
イル４８とロアコイル５２に対して交互に励磁電流を供
給することにより、弁体２４を、全開位置と全閉位置と
の間で繰り返し往復運動させることができる。

【００２６】上述の如く、本実施例の電磁駆動弁１０で
は、弁体２４が全閉状態とされた時に、アーマチャシャ
フト３６下端の外縁部７９と、緩衝機構６６内の緩衝ス
プリング６８上端との間に微小なクリアランスＣ１が形
成される。このため、緩衝スプリング６８は、弁軸２６
に対して開弁方向の付勢力を付与せず、ロアスプリング
３４の付勢力のみが弁体２４に付与されるので閉弁力の
低下が防止される。従って、本実施例によれば、弁体２
４が確実に全閉状態に維持される。

【００２７】また、本実施例では、バルブシート２２が
磨耗した場合、ロアスプリング３４は磨耗量に応じて弁
軸２６を上向き、すなわち、クリアランスＣ１が縮小す
る方向に変位させて、バルブシート２２に密着させる。
従って、本実施例によれば、バルブシート２２の磨耗が
発生しても弁体２４が確実に全閉状態とされる。ところ
で、アッパコイル４８に吸引されて上方に変位したアー
マチャ４４は、アッパコア５０の下面に当接した際に跳
ね返ることがある。本実施例の電磁駆動弁１０では、ア
ーマチャシャフト３６下端の外縁部７９と、緩衝機構６
６内の緩衝スプリング６８上端との間にクリアランスＣ
１が形成されるので、アーマチャ４４の跳ね返りの際の
変位量がＣ１未満の場合には、アーマチャシァフト３６
は緩衝スプリング６８に接触しない。また、アーマチャ
４４の跳ね返りの際の変位量がＣ１以上であっても緩衝
スプリング６８によってアーマチャ４４の跳ね返りが緩
衝される。このため、閉弁駆動の際のアーマチャ４４の
跳ね返りに起因する弁体２４の不要な開弁動作が防止さ
れる。

【００２８】以上のように、本実施例によれば、閉弁駆
動時に弁体２４が確実に全閉状態とされ、弁体２４の不
要な開弁動作が防止されるので、燃焼ガスが不必要に燃
焼室２０から弁体２４とバルブシート２２との隙間を介
して排気ポートへ吹き抜ける、いわゆるガス吹き抜け現
象の発生が確実に防止される。更に、本実施例では、ア
ーマチャシャフト３６と弁軸２６は、緩衝スプリング６
８を介して間接的に接触する構成である。特に、弁体２
４の全閉状態時には、アーマチャシャフト３６と弁軸２
６は、クリアランスＣ１分だけ離れて非接触となる。こ
のため、燃焼室２０内の混合気の燃焼に伴って発生する
高熱が、弁体２４側からアーマチャシャフト３６側へ伝
達されることが抑制される。従って、本実施例によれ
ば、アーマチャシャフト３６を摺動可能に保持するアッ
パベアリング５８、及び、ロアベアリング６４の高熱に
よる損傷が防止される。

【００２９】上記実施例において、アッパコイル４８及
びロアコイル５２が特許請求の範囲に記載の「電磁コイ
ル」に相当し、ロアスプリング３４及びアッパスプリン
グ４０が特許請求の範囲に記載の「付勢部材」に相当
し、緩衝スプリング６８が特許請求の範囲に記載の「弾
性体」に相当する。また、図２に示すクリアランスＣ１
が特許請求の範囲に記載の「クリアランス」に相当し、
プリセットハウジング７０が特許請求の範囲に記載の
「規制手段」に相当する。

【００３０】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明では、
閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りによる弁体の開弁
動作が弾性体により防止される。また、本発明では、ア
ーマチャシャフトと弾性体との間に所定のクリアランス
が形成されるので、弾性体は全閉状態の弁体に対して開
弁方向の付勢力を付与せず、弁体に対する閉弁力の低下
が防止される。従って、本発明によれば、弁体を確実に
全閉状態に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である電磁駆動弁の全体構成
図である。

【図２】図２は、弁体２４が全閉状態とされた時の緩衝
機構６６の断面図である。

【図３】アーマチャシャフト３６によって緩衝スプリン
グ６８が密着状態になるまで圧縮された時の緩衝機構６
６の様子を示す図である。

【符号の説明】

１０ 電磁駆動弁 １２ 内燃機関 ２４ 弁体 ２６ 弁軸 ３４ ロアスプリング ４０ アッパスプリング ３６ アーマチャシャフト ４４ アーマチャ ４８ アッパコイル ５０ アッパコア ５２ ロアコイル ５４ ロアコア ５６ ＥＣＵ ６６ 緩衝機構 ６８ 緩衝スプリング ７０ プリセットハウジング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 達雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 服部 宏之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3H106 DA07 DA25 DB02 DB12 DB26 DB32 DC02 DC17 DD07 EE19 EE20 GC10 KK17

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁コイルによる電磁力と付勢部材によ
   る付勢力との協働によって駆動されるアーマチャと、該
   アーマチャの軸方向に延在するアーマチャシャフトと、
   該アーマチャシャフトと同軸に離間して配設された弁体
   と、該弁体と前記アーマチャシャフトとの間の前記離間
   部に介装された弾性体とを備える電磁駆動弁であって、 前記弁体の全閉時に、前記アーマチャシャフトと前記弾
   性体との間に所定のクリアランスが形成されるように、
   前記弾性体の軸方向の長さを自然長より短い所定の長さ
   に規制する規制手段を有することを特徴とする電磁駆動
   弁。