JPH11132018A - 電磁駆動弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は内燃機関の吸気弁または排気弁を構
成する電磁駆動弁に関し、簡単な構造で、衝突反力の影
響を有効に排除する機能を実現することを目的とする。 【解決手段】 弁対と一体に変位するアーマチャ軸２８
を設ける。アーマチャ軸２８にアーマチャ４４を固定す
る。アーマチャ４４の上下にアッパ電磁石４６およびロ
ア電磁石４８を配設する。アーマチャ４４を中立位置に
付勢する一対のスプリングを設ける。アーマチャ軸２８
に中空部３０を設ける。中空部３０に、鋼球３４、第１
スプリング３６および第２スプリング３８を収納する。
アーマチャ４４がアッパ電磁石４６またはロア電磁石４
８に衝突する際に発生する衝突反力を、鋼球３４とアー
マチャ軸２８との相対変位に伴って第１スプリング３６
および第２スプリング３８が発生する反力により相殺す
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、内燃機関の吸気弁または排気弁を構成する装
置として好適な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７−３３５４３
７号に開示される如く、内燃機関の吸気弁または排気弁
として用いられる電磁駆動弁が知られている。上記従来
の電磁駆動弁は、弁対と共に変位するアーマチャと、ア
ーマチャの上下に対抗して配設される一対の電磁石と、
アーマチャを中立位置に付勢するスプリングとを備えて
いる。

【０００３】上記従来の電磁駆動弁において、何れの電
磁石にも励磁電流を供給しない場合は、アーマチャおよ
び弁対を中立位置に保持することができる。また、上記
従来の電磁駆動弁において、アーマチャの上部に配設さ
れる電磁石（以下、アッパ電磁石と称す）に適当な励磁
電流を供給すれば、アーマチャをアッパ電磁石に引きつ
けて弁対を全閉位置に変位させることができる。更に、
上記従来の電磁駆動弁によれば、アーマチャの下部に配
設される電磁石（以下、ロア電磁石と称す）に適当な励
磁電流を供給すれば、アーマチャをロア電磁石に引きつ
けて弁対を全開位置に変位させることができる。従っ
て、上記従来の電磁駆動弁によれば、適当なタイミング
でアッパ電磁石とロア電磁石とに交互に励磁電流を供給
することで、弁対を全開位置と全閉位置との間で往復運
動させることができる。

【０００４】ところで、上記従来の電磁駆動弁におい
て、アーマチャは、弁対が全開位置または全閉位置に到
達する際にアッパ電磁石またはロア電磁石に衝突する。
この際、アーマチャには、アーマチャをアッパ電磁石ま
たはロア電磁石から跳ね返そうとする力（以下、衝突反
力と称す）が作用する。上記従来の電磁駆動弁を適正に
作動させるためには、衝突反力の発生に関わらずアーマ
チャがアッパ電磁石またはロア電磁石に吸着されること
が必要である。

【０００５】上記従来の電磁駆動弁は、電磁石に供給す
る励磁電流を電磁駆動弁の運転状態に応じて変化させる
機能を有している。電磁石に供給される励磁電流を変化
させることによれば、電磁石とアーマチャとの間に作用
する電磁力の大きさを変化させることができる。また、
電磁石とアーマチャとの間の電磁力を変化させることに
よれば、衝突反力を抑制すること、および、衝突反力に
抗う大きな電磁力を発生させることができる。この点、
電磁石に供給する励磁電流を制御する手法は、衝突反力
に関わらず電磁駆動弁を適正に作動させるうえで有効で
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アーマチャに
作用する衝突反力の大きさは、電磁駆動弁の作動状態等
に応じて変化する。一方、電磁駆動弁を少ない消費電力
で作動させるためには、電磁石に供給される励磁電流が
必要最小限に抑制されていることが望ましい。このた
め、電磁石に供給する励磁電流を制御することにより衝
突反力の影響を排除して、電磁駆動弁を適正に作動させ
ることは必ずしも容易ではない。

【０００７】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、簡単な構造を有し、かつ、衝突反力の影響を有
効に排除することのできる電磁駆動弁を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、アーマチャと、前記アーマチャの上下
に対抗して配設される一対の電磁石と、前記アーマチャ
を中立位置に向けて付勢する一対のバネ部材と、を備え
る電磁駆動弁において、軸方向に延在する中空部を備
え、前記アーマチャと共に変位する軸部材と、前記中空
部に収納される慣性部材と、前記軸部材と前記慣性部材
との相対変位を妨げる反力を発生する反力発生手段と、
を備える電磁駆動弁により達成される。

【０００９】本発明において、アーマチャが電磁石に到
達すると、アーマチャと電磁石との間にはアーマチャを
電磁石から跳ね返そうとする衝突反力が発生する。この
際、軸部材には大きな減速度が生ずる。軸部材に減速度
が作用すると、軸部材の内部に収納される慣性部材は、
中空部の内部で相対的に電磁石の方向に変位する。慣性
部材に電磁石に向かう相対変位が生ずると、軸部材に
は、その相対変位を妨げる方向の反力、すなわち、軸部
材を電磁石に向けて付勢する反力が伝達される。アーマ
チャに衝突反力が作用すると同時に、軸部材に上記の反
力が作用すると、両者が相殺されるためアーマチャの跳
ね返りが防止される。

【００１０】

【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の全体構成図を示す。電磁駆動弁１０
は、弁体１２を備えている。弁体１２は、内燃機関の吸
気弁または排気弁として用いられる。弁体１２は、内燃
機関のシリンダヘッド１４に、燃焼室内に露出するよう
に配設されている。シリンダヘッド１４にはポート１６
が設けられている。ポート１６には、弁体１２に対する
弁座１８が形成されている。ポート１６は弁体１２が弁
座１８から離座することにより導通状態となり、また、
弁体１２が弁座１８に着座することにより遮断状態とな
る。

【００１１】弁体１２には、弁軸２０が固定されてい
る。弁軸２０は、バルブガイド２２により軸方向に摺動
可能に保持されている。バルブガイド２２は、シリンダ
ヘッド１４に支持されている。弁軸２０の上端部には、
ロアリテーナ２４が固定されている。ロアリテーナ２４
の下部にはロアスプリング２６が配設されている。ロア
スプリング２６は、ロアリテーナ２４を図１における上
方へ向けて付勢している。

【００１２】弁軸２０の上部にはアーマチャ軸２８が配
設されている。アーマチャ軸２８は、非磁性材料で構成
された筒状の部材である。アーマチャ軸２８は、本実施
例の電磁駆動弁１０の要部である。図２は、アーマチャ
軸２８の断面図を示す。図２に示す如く、アーマチャ軸
２８の内部には中空部３０が設けられている。中空部３
０は、アーマチャ軸２８の軸方向に延在している。アー
マチャ軸２８の上端部には、中空部２８を閉塞するため
の閉塞栓３２が圧入されている。

【００１３】中空部３０の内部には、鋼球３４が収納さ
れている。中空部３０の内部には、更に、鋼球３４の上
下に第１スプリング３６および第２スプリング３８が配
設されている。第１スプリング３６および第２スプリン
グ３８は、共に等しい自然長とバネ定数とを有してい
る。鋼球３４は、定常状態では、図２に示す如く、第１
スプリング３６の上端部および第２スプリング３８の下
端部からそれぞれ所定長Ｌ0 の位置に保持される。以
下、この位置を鋼球３４の中立位置と称す。

【００１４】図１に示す如く、アーマチャ軸２８の上端
部には、アッパーリテーナ４０が固定されている。アッ
パーリテーナ４０の上部には、アッパースプリング４２
が配設されている。アッパースプリング４２は、アッパ
ーリテーナ４０を図１における下方へ向けて付勢してい
る。アーマチャ軸２８の周囲には、環状のアーマチャ４
４が接合されている。アーマチャ４４は、磁性材料で構
成されている。アーマチャ４４の上下には、アッパ電磁
石４６およびロア電磁石４８が配設されている。アッパ
電磁石４６は、アッパコイル５０およびアッパコア５２
を備えている。一方、ロア電磁石４８は、ロアコイル５
４およびロアコア５６を備えている。アーマチャ軸２８
は、アッパコア５２およびロアコア５６の中央部に、摺
動可能に保持されている。

【００１５】以下、電磁駆動弁１０の動作について説明
する。電磁駆動弁１０において、アッパコイル５０に励
磁電流が供給されると、アッパコイル５０の内外を還流
する磁束が発生する。この磁束は、アッパコア５２およ
びアーマチャ４４を含む経路を通って還流する。この
際、アーマチャ４４とアッパ電磁石４６との間には、ア
ーマチャ４４をアッパ電磁石４６側へ引き寄せる電磁力
が発生する。

【００１６】このため、電磁駆動弁１０によれば、アッ
パコイル５０に適当な励磁電流を供給することで、アー
マチャ４４、アーマチャ軸２８、および、弁体１２等を
アッパ電磁石４６側へ変位させることができる。アーマ
チャ軸２８は、アーマチャ４４がアッパコア５２と衝突
するまでアッパ電磁石４６側へ変位することができる。
弁体１２は、アーマチャ４４がアッパコア５２と当接す
る状況下ではポート１６を閉塞する。従って、電磁駆動
弁１０によれば、アッパコイル５０に適当な励磁電流を
供給することで、弁体１２を全閉状態とすることができ
る。

【００１７】弁体１２が全閉状態に維持されている場
合、アッパスプリング４２およびロアスプリング２６
は、アーマチャ軸２８を中立位置に向けて付勢する。こ
のような状況下でアッパコイル５０への励磁電流の供給
が停止されると、アーマチャ軸２８は、以後、アッパス
プリング４２とロアスプリング２６のバネ力に従って開
弁方向に変位する。

【００１８】電磁駆動弁１０によれば、ロアコイル５４
に励磁電流を供給することで、ロアコイル５４の内外を
還流する磁束を発生させることができる。ロアコイル５
４の内外を還流する磁束は、ロアコア５６およびアーマ
チャ４４を含む経路を通って流通する。この際、アーマ
チャ４４とロア電磁石４８との間には、アーマチャ４４
をロア電磁石４８側へ引き寄せる電磁力が発生する。こ
のため、電磁駆動弁１０によれば、アッパコイル５０へ
の励磁電流の供給を停止した後、適当なタイミングでロ
アコイル５４に励磁電流を供給することで、アーマチャ
４４がロア電磁石４８に衝突するまでアーマチャ軸２８
を変位させることができる。

【００１９】弁体１２は、アーマチャ４４がロア電磁石
４８と当接する際に全開状態となる。従って、電磁駆動
弁１０によれば、アッパコイル５０への励磁電流の供給
を停止した後、適当なタイミングでロアコイル５４への
励磁電流の供給を開始することで、弁体１２を全閉状態
から全開状態に変化させることができる。弁体１２が全
開状態に変化した後、ロアコイル５４への励磁電流の供
給が停止されると、弁体１２は、アッパスプリング２６
およびロアスプリング２２に付勢されることにより、全
閉位置に向けて変位し始める。以後、適当なタイミング
で、アッパコイル５０およびロアコイル５４に繰り返し
励磁電流を供給すると、弁体１２を開閉動作させること
ができる。

【００２０】ところで、本実施例の電磁駆動弁１０が作
動する場合、弁対１２が全閉位置に到達する際にアーマ
チャ４４がアッパ電磁石４６と衝突する事態が生ずる。
同様に、電磁駆動弁１０においては、弁対１２が全開位
置に到達する際にアーマチャ４４がロア電磁石４８と衝
突する事態が生ずる。アーマチャ４４がアッパ電磁石４
６またはロア電磁石４８と衝突する際には、アーマチャ
４４とアッパ電磁石４６との間、または、アーマチャ４
４とロア電磁石４８との間に、アーマチャ４４を跳ね返
そうとする衝突反力が発生する。従って、弁対１２を適
正に全閉位置または全開位置に保持するためには、上記
の衝突反力に影響されることなく、アーマチャ４４の跳
ね返りを防止することが必要である。

【００２１】本実施例の電磁駆動弁１０は、アーマチャ
軸２８に内蔵される鋼球３４、第１スプリング３６、お
よび、第２スプリング３８が、弁対１２が全開位置また
は全閉位置に到達する際に、上記の衝突反力をうち消す
力を発生する点に特徴を有している。以下、図３および
図４を参照して、上記の特徴部について説明する。図３
は、全閉位置から変位してきた弁対１２が全開位置の近
傍に到達した時点でのアーマチャ４４の周辺の状態を示
す。本実施例において、電磁駆動弁１０は、アーマチャ
４４がロア電磁石４８に到達する過程で、アーマチャ４
４の変位速度が適当に低下するように制御される。この
ため、図３に示す状態において、アーマチャ４４および
アーマチャ軸２８は、減速度Ｇ0 で減速しつつロア電磁
石４８に向かってで変位している。

【００２２】ロア電磁石４８に向かって変位しているア
ーマチャ軸２８に減速度Ｇ0 が作用する場合、鋼球３４
の慣性は、第１スプリング３６を伸張させ、かつ、第２
スプリング３８を縮小させようとする。この場合、鋼球
３４は、図３に示す如く、減速度Ｇ0 に応じた所定長Δ
Ｌだけ中空部３０の内部で中立位置からロア電磁石４８
側に相対変位する。

【００２３】図４は、全閉位置から変位してきた弁対１
２が全開位置に到達した時点におけるアーマチャ４４の
周辺の状態を示す。本実施例において、アーマチャ４４
は、弁対１２が全開位置に到達する際にロア電磁石４８
に衝突する。アーマチャ４４がロア電磁石４８に衝突す
ると、アーマチャ４４とロア電磁石４８との間にはアー
マチャ４８を跳ね返らせようとする衝突反力が発生す
る。

【００２４】このため、弁対１２が全開位置に到達する
と、その後、アーマチャ４４に、大きな減速度Ｇ1 と、
アッパ電磁コイル４６へ向かう速度Ｖ（以下、この速度
を跳ね返り速度Ｖと称す）とが発生する。アーマチャ４
４に上述した大きな減速度Ｇ1 が発生すると、鋼球３４
は、図４に示す如くその中立位置から大きくロア電磁石
４８側に相対変位する。この際、第１スプリング３６に
は減速度Ｇ1 に応じた大きな伸張が生じ、一方、第２ス
プリング３８には減速度Ｇ1 に応じた大きな縮小が生ず
る。

【００２５】図４に示す状態において、第１スプリング
３６および第２スプリング３８は、鋼球３４をその中立
位置に向けて付勢する付勢力を発生する。この際、アー
マチャ軸２８は、その反力により、ロア電磁石４８に向
けて、すなわち、跳ね返り速度Ｖを消滅させる方向に向
けて付勢される。アーマチャ４４がロア電磁石４８に衝
突する際に第１スプリング３６および第２スプリング３
８が、上記の如く跳ね返り速度Ｖを消滅させる方向の反
力を発生すると、ロア電磁石４８からのアーマチャ４４
の跳ね返りが有効に防止される。

【００２６】電磁駆動弁１０において、第１スプリング
３６および第２スプリング３８は、アーマチャ４４がア
ッパ電磁石４６に衝突する際にも、アーマチャ４４がロ
ア電磁石４８に衝突する場合と同様に、アーマチャ４４
の跳ね返り速度Ｖを消滅させる方向の反力を発生する。
このため、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、電磁駆
動弁１０の作動中にアーマチャ４４に跳ね返りが生ずる
のを有効に防止することができる。

【００２７】尚、上記の実施例においては、アッパ電磁
石４６およびロア電磁石４８が前記請求項１記載の「一
対の電磁石」に、アッパスプリング４２およびロアスプ
リング２６が前記請求項１記載の「一対のバネ部材」
に、アーマチャ軸が２８が前記請求項１記載の「軸部
材」に、鋼球３４が前記請求項１記載の「慣性部材」
に、第１スプリング３６および第２スプリング３８が前
記請求項１記載の「反力発生手段」に、それぞれ相当し
ている。

【００２８】ところで、上記の尾実施例においては、鋼
球３４とアーマチャ軸２８との相対変位を妨げる反力
を、第１スプリング３６および第２スプリング３８によ
り発生させることとしているが、上記の反力を発生させ
る構成はこれに限定されるものではない。すなわち、例
えば中空部３０の内径を所定長だけ鋼球３４の外径に比
して大きく確保し、かつ、中空部３０にオイルを封入す
ることにより、オイルと鋼球３４とで構成されるダンパ
機構により上記の反力を発生させることとしてもよい。

【００２９】また、上記の実施例においては、鋼球３
４、第１スプリング３６、および、第２スプリング３８
をアーマチャ軸２８に内蔵させることとしているが、本
発明は、これに限定されるものではなく、鋼球３４等
は、例えば弁軸２０のようにアーマチャ４４と共に変位
する部材に内蔵されていればよい。

【００３０】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、慣性部材および反力発生手段により、アーマチャと
電磁石との間に作用する衝突反力を相殺する力を発生さ
せることができる。このため、本発明に係る電磁駆動弁
によれば、衝突反力の発生に関わらず、常に安定した作
動状態を実現することができる。

【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
を表す断面図である。

【図２】本実施例の電磁駆動弁の要部を拡大して表した
図である。

【図３】本実施例の電磁駆動弁の作動に伴ってアーマチ
ャがロア電磁石の近傍に到達した際に実現される状態を
表す図である。

【図４】本実施例の電磁駆動弁の作動に伴ってアーマチ
ャがロア電磁石に到達した際に実現される状態を表す図
である。

【符号の説明】

１０ 電磁駆動弁 １２ 弁対 ２６ ロアスプリング ２８ アーマチャ軸 ３０ 中空部 ３４ 鋼球 ３６ 第１スプリング ３８ 第２スプリング ４２ アッパスプリング ４４ アーマチャ ４６ アッパ電磁石 ４８ ロア電磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アーマチャと、前記アーマチャの上下に
   対抗して配設される一対の電磁石と、前記アーマチャを
   中立位置に向けて付勢する一対のバネ部材と、を備える
   電磁駆動弁において、 軸方向に延在する中空部を備え、前記アーマチャと共に
   変位する軸部材と、 前記中空部に収納される慣性部材と、 前記軸部材と前記慣性部材との相対変位を妨げる反力を
   発生する反力発生手段と、 を備えることを特徴とする電磁駆動弁。