JPH11350929A

JPH11350929A - 電磁駆動バルブ

Info

Publication number: JPH11350929A
Application number: JP10163828A
Authority: JP
Inventors: Takashi Deo; 隆志出尾; Tatsuo Iida; 達雄飯田; Hiroyuki Hattori; 宏之服部; Masahiko Asano; 昌彦浅野; Yoshinori Kadowaki; 美徳門脇; Akihiro Yanagiuchi; 昭宏柳内; Toshio Fuwa; 稔夫不破; Yukio Inaguma; 幸雄稲熊; Toshifumi Arakawa; 俊史荒川
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 1999-12-21
Anticipated expiration: 2018-06-11
Also published as: JP3547115B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、電磁駆動バルブに関し、アーマチ
ャを確実に電磁石に吸引させつつ、消費電力の低減を図
ることを目的とする。【解決手段】ロアコア６２の内部にアシスト磁石６７
を設ける。アーマチャ５０がロアコア６２の近傍に到達
すると、アーマチャ５０には、アシスト磁石６７が発す
る磁束が流通する。また、アシスト磁石６７は、ロアコ
ア６２の内部でロアコイル６０から所定の距離だけ離間
して配設される。アシスト磁石６７がロアコイル６０か
ら離間して配設されると、アシスト磁石６７に作用する
反磁界の強度が低減される。このため、アシスト磁石６
７の厚さを大きくすることなく、アシスト磁石６７の減
磁が防止される。アシスト磁石６７の厚さが小さく抑制
されると、第２電磁石５８が発する磁束に対する磁気抵
抗が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁駆動バルブに
係り、特に、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを
構成する機構として好適な電磁駆動バルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、特開平７−３３５４
３７号に開示される如く、内燃機関の吸気バルブまたは
排気バルブを電気的に駆動する電磁駆動バルブが知られ
ている。上記従来の電磁駆動バルブは、吸気バルブ又は
排気バルブとして機能する弁体、弁体と一体に変位する
アーマチャ、アーマチャを中立位置に付勢する一対のバ
ネ、およびアーマチャの変位方向に配設される一対の電
磁石を備えている。上記の電磁駆動バルブにおいて、電
磁石に励磁電流が供給されると、アーマチャには、電磁
石に向かう電磁力が作用する。従って、上記従来の電磁
駆動バルブによれば、一対の電磁石に適当なタイミング
で交互に励磁電流を供給することにより、弁体を開閉駆
動させることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】電磁駆動バルブを適正
に駆動させるためには、アーマチャを電磁石に確実に吸
引および保持することが必要である。このため、上記従
来の電磁駆動バルブは、弁体の作動状態に応じて電磁石
に供給する励磁電流を変化させる。すなわち、所定の励
磁電流に対して発生する電磁力がアーマチャを電磁石に
吸引および保持するうえで不足する状況下では、励磁電
流を増加させる。このため、上記従来の電磁駆動バルブ
によれば、アーマチャを電磁石に確実に吸引および保持
するために、消費電力が増大してしまう。

【０００４】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、アーマチャを確実に電磁石に吸引および保持し
つつ、消費電力の低減を図ることが可能な電磁駆動バル
ブを提供することを目的とする。

【０００５】

【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、電磁コイルおよび該電磁コイルを保持
するコアから構成された電磁石と、アーマチャを付勢す
るバネとを備え、電磁力とバネ力とを協働させることに
より弁体を開閉駆動する電磁駆動バルブにおいて、前記
アーマチャが前記電磁石の近傍に到達した際に前記アー
マチャと前記コアとの間に吸引力を作用させる永久磁石
を、前記コアの内部に前記電磁コイルから所定距離だけ
離間して設けたことを特徴とする電磁駆動バルブにより
達成される。

【０００６】本発明において、アーマチャが電磁石の近
傍に到達すると、永久磁石がアーマチャとコアとの間に
吸引力を作用させる。この吸引力の分だけ、電磁石が発
生すべき電磁力が低減される。アーマチャを電磁石から
離間させる際、電磁コイルには、アーマチャに生じた残
留磁気を速やかに消滅させるべく、励磁電流とは逆方向
の逆電流が供給される。電磁コイルに逆電流が供給され
ると、永久磁石を減磁させる向きの磁束が発生する（以
下、この現象を反磁界と称す）。本発明において、永久
磁石は、コア内部で電磁コイルから所定の距離だけ離間
して配設されている。このため、永久磁石に作用する反
磁界の強度が低減されることで、反磁界に起因する永久
磁石の減磁が抑制される。従って、永久磁石の減磁を防
止すべく永久磁石の厚みを大きくすることが不要とな
る。コア内部に設けられる永久磁石の厚みが小さく抑制
されると、電磁石が発する磁束に対する磁気抵抗が低減
される。その結果、電磁コイルに供給すべき励磁電流の
増加が防止される。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
電磁駆動バルブを備える内燃機関１０の要部の構成図を
示す。内燃機関１０は、アッパヘッド１２およびロアヘ
ッド１３を備えている。ロアヘッド１３には、吸気ポー
ト１４および排気ポート１５が形成されている。吸気ポ
ート１４には、弁座１６が形成されている。同様に、排
気ポート１５には、弁座１７が形成されている。

【０００８】アッパヘッド１２およびロアヘッド１３に
は、電磁駆動バルブ２０，２２が収納されている。電磁
駆動バルブ２０は、吸気バルブ２４を備えている。一
方、電磁駆動バルブ２２は、排気バルブ２６を備えてい
る。吸気ポート１４は、吸気バルブ２４が弁座１６から
離座することにより燃焼室１８と導通状態となり、吸気
バルブ２４が弁座１６に着座することにより燃焼室１８
と遮断状態となる。同様に、排気ポート１５は、排気バ
ルブ２６が弁座１７から離座することにより燃焼室１８
と導通状態となり、排気バルブ２６が弁座１７に着座す
ることにより燃焼室１８と遮断状態となる。

【０００９】電磁駆動バルブ２０と電磁駆動バルブ２２
とは、同様の構成を有している。このため、以下では、
それらの代表として、電磁駆動バルブ２０の構造および
動作について説明する。尚、以下、吸気バルブ２４を弁
体２４と称す。電磁駆動バルブ２０は、弁軸２８を備え
ている。弁軸２８は、弁体２４と一体に設けられてい
る。ロアヘッド１３の内部には、バルブガイド３０が固
定されている。バルブガイド３０は、弁軸２８を軸方向
に摺動可能に保持している。弁軸２８の上端部には、ロ
アリテーナ３２が固定されている。ロアリテーナ３２の
下部には、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３２を介して弁軸２８
および弁体２４を、図１における上方に、すなわち、弁
体２４の閉弁方向に付勢している。

【００１０】弁軸２８の上端面には、アーマチャ軸３６
の下端面が当接している。アーマチャ軸３６は、非磁性
材料で構成されたロッド状の部材である。アーマチャ軸
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が配設されている。アッパスプリング４０の周囲に
は、円筒状のアッパキャップ４２が配設されている。ア
ッパキャップ４２の上部には、アジャスタボルト４４が
螺着されている。

【００１１】アッパスプリング４０の上端面は、座部４
６を介してアジャスタボルト４４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
マチャ軸３６を図１における下方に付勢している。従っ
て、アッパスプリング４０は、弁軸２８および弁体２４
を図１における下方に、すなわち、弁体２４の開弁方向
に付勢している。

【００１２】アーマチャ軸３６の外周には、径方向に突
起するアーマチャ保持部３６ａが形成されている。アー
マチャ保持部３６ａの周囲には、アーマチャ５０が接合
されている。アーマチャ５０は、軟磁性材料で構成され
た環状の部材である。アーマチャ５０の上方には、第１
電磁石５２が配設されている。第１電磁石５２は、アッ
パコイル５４およびアッパコア５６を備えている。アッ
パコア５６は、磁性材料で構成された円筒状の部材であ
る。アッパコア５６は、アーマチャ５０と対向する面に
設けられた第１環状溝５６ａ、その反対面に設けられた
第２環状溝５６ｂ、およびその中心部を軸方向に貫通す
る貫通孔５６ｃを備えている。第１環状溝５６ａには、
アッパコイル５４が収納されている。第２環状溝５６ｂ
には、アシスト磁石６６が収納されている。貫通孔５６
ｃには、アーマチャ軸３６が挿通されている。

【００１３】また、アーマチャ５０の下方には、第２電
磁石５８が配設されている。第２電磁石５８は、第１電
磁石５２と上下対称の構成を有している。すなわち、第
２電磁石５８は、ロアコイル６０およびロアコア６２を
備えており、ロアコア６２には、アーマチャ５０と対向
する面に第１環状溝６２ａが、その反対面に第２環状溝
６２ｂが、それぞれ設けられている。そして、第１環状
溝６２ａにはロアコイル６０が、第２環状溝６２ｂには
アシスト磁石６７が、それぞれ収納されている。

【００１４】アッパキャップ４２は、その下端部にフラ
ンジ部４２ａを備えている。アッパコア５６は、その上
端部にフランジ部５６ｄを備えている。アッパキャップ
４２のフランジ部４２ａは、アッパコア５６のフランジ
部５６ｄを上方から覆うように配設されている。ロアコ
ア６２の下端面には、ロアキャップ６４が配設されてい
る。ロアコア６２は、その下端部にフランジ部６２ｄを
備えている。ロアキャップ６４は、フランジ部６２ｄを
下方から覆うように配設されている。

【００１５】アッパキャップ４２のフランジ部４２ａ、
アッパヘッド１２、およびロアキャップ６４には、固定
ボルト６５が貫通して締着されている。これにより、ア
ッパコア５６とロアコア６２とは、所定の間隔を隔てて
アッパヘッド１２の内部に固定されている。尚、上記し
たアジャスタボルト４４は、アーマチャ５０の中立位置
がアッパコア５６とロアコア６２との間の中間点になる
ように調整されている。

【００１６】次に、電磁駆動バルブ２０の動作について
説明する。アッパコイル５４およびロアコイル６０に励
磁電流が供給されていない場合、アーマチャ５０は、ア
ッパスプリング４０とロアスプリング３４との中立位置
に、すなわち、アッパコア５６とロアコア６２との中央
に維持される。かかる状態で、アッパコイル５４への励
磁電流の供給が開始されると、アーマチャ５０とアッパ
コア５６との間に、アーマチャ５０をアッパコア５６側
に引き寄せる電磁力が発生する。このため、アーマチャ
５０は、アッパコア５６に向けて変位を開始する。

【００１７】アーマチャ５０がアッパコア５６と当接す
るまで変位すると、弁体２４が弁座１６に着座すること
で、電磁駆動バルブ２０は全閉状態となる。以下、アー
マチャ５０がアッパコア５６と当接する位置を、アーマ
チャ５０または弁体２４の閉弁側変位端と称す。弁体２
４が閉弁側変位端に保持されている場合、アーマチャ５
０は、アッパスプリング４０により中立位置に向けて付
勢される。かかる状況下で、アッパコイル５４への励磁
電流の供給が停止されると、アーマチャ５０を閉弁側変
位端に保持するための電磁力が消滅する。このため、ア
ーマチャ５０は、アッパスプリング４０の付勢力により
開弁方向、すなわち、ロアコア６２に向けて変位し始め
る。

【００１８】尚、アッパコイル４０への励磁電流の供給
が停止された後にも、アーマチャ５０には、ある程度の
時間、残留磁気が生じている。アーマチャ５０に残留磁
気が生じていると、アーマチャ５０とアッパコア５６と
の間には、吸引力が作用する。この場合、アーマチャ５
０および弁体２４を開弁方向に速やかに変位させること
が困難となる。

【００１９】そこで、本実施例においては、アッパコイ
ル５４への励磁電流の供給を停止した後、所定時間、上
記の励磁電流の向きと逆方向の励磁電流（以下、この電
流を逆電流と称す）を供給することとしている。アッパ
コイル５４に逆電流が供給されると、残留磁気を打ち消
す向きの磁界（以下、この磁界を反磁界と称す）がアー
マチャ５０に作用する。アーマチャ５０に反磁界が作用
すると、アーマチャ５０に生じている残留磁気は、速や
かに消滅する。このため、アーマチャ５０は、アッパコ
ア５６から速やかに離間する。従って、本実施例によれ
ば、アーマチャ５０をアッパコア５６に引き寄せる吸引
力が早期に消滅することで、アーマチャ５０および弁体
２４を開弁方向に速やかに変位させることができる。

【００２０】弁体２４およびアーマチャ５０が開弁方向
に変位する過程では、摺動摩擦に起因するエネルギ損失
が生ずる。アーマチャ５０が開弁方向に所定量変位した
時点で、ロアコイル６０に励磁電流が供給されると、ア
ーマチャ５０とロアコア６２との間に、アーマチャ５０
をロアコア６２側に引き寄せる電磁力が発生する。この
ため、電磁駆動バルブ２０によれば、ロアコイル６０に
適当な励磁電流を供給することにより、上記エネルギ損
失を補って、アーマチャ５０を、ロアコア６２に当接さ
せるまで開弁方向に変位させることができる。アーマチ
ャ５０がロアコア６２と当接するまで変位すると、電磁
駆動バルブ２０は全開状態となる。以下、アーマチャ５
０がロアコア６２と当接する位置を、アーマチャ５０ま
たは弁体２４の開弁側変位端と称す。

【００２１】弁体２４が開弁側変位端に保持された後、
ロアコイル６０への励磁電流の供給が停止されると、ア
ーマチャ５０を開弁側変位端に保持するための電磁力が
消滅する。このため、アーマチャ５０は、ロアスプリン
グ３４の付勢力により閉弁方向、すなわち、アッパコア
５６に向けて変位し始める。この場合、アーマチャ５０
を閉弁側変位端から変位させる場合と同様に、ロアコイ
ル６０には逆電流が供給される。これにより、アーマチ
ャ５０は、閉弁方向に速やかに変位を開始する。

【００２２】ところで、アーマチャ５０が閉弁側変位端
または開弁側変位端に接近するほど、アーマチャ５０に
作用するアッパスプリング４０またはロアスプリング３
４の付勢力は大きくなる。従って、アーマチャ５０を、
この付勢力に抗してアッパコア５６およびロアコア６２
に確実に吸引および保持するためには、アーマチャ５０
とアッパコア５６との間、および、アーマチャ５０とロ
アコア６２との間に大きな吸引力を作用させることが必
要である。

【００２３】本実施例の電磁駆動バルブ２０は、アシス
ト磁石６６，６７を備えることで、アッパコイル５４お
よびロアコイル６０に供給する励磁電流を増大させるこ
となく、すなわち、消費電力を増大させることなく、ア
ーマチャ５０とアッパコア５６との間、又は、アーマチ
ャ５０とロアコア６２との間に大きな吸引力を作用させ
得る点に特徴を有している。以下、図２を参照して、本
実施例の特徴部について説明する。

【００２４】図２は、本実施例の電磁駆動バルブ２０に
おいて、アーマチャ５０が第２電磁石５８に吸引された
状態を示す拡大断面図である。尚、図２は、アーマチャ
５０および第２電磁石５８の右半分のみを示している。
図２に示す如く、第２電磁石５８が備えるロアコア６２
は、内径ロアコア６２ｅおよび外径ロアコア６２ｆを備
えている。内径ロアコア６２ｅと外径ロアコア６２ｆと
は、所定のギャップを隔てて径方向に離間している。こ
のギャップの図２中上部は上記した第１環状溝６２ａを
構成しており、また、ギャップの図２中下部は上記した
第２環状溝６２ｂを構成している。第２環状溝６２ｂ
は、その幅が第１環状溝６２ａの幅よりも小さくなるよ
うに構成されており、第１環状溝６２ａの最外径部に接
続されている。アシスト磁石６７は、第２環状溝６２ｂ
の内部に、第１環状溝６２ａに収納されたロアコイル６
０から所定距離だけ離間して配設されている。

【００２５】アシスト磁石６７は、径方向に、例えば内
周側がＮ極、外周側がＳ極となるように分極されてい
る。この分極の方向は、ロアコイル５４に励磁電流が供
給された際に発生する磁束の向き（図２に実線矢印で示
す）とアシスト磁石６７が発する磁束の向きとが一致す
るように設定される。上記の構成において、アーマチャ
５０がロアコア６２の近傍に到達すると、アシスト磁石
６７のＮ極から内径ロアコア６２ｅ，アーマチャ５０，
外径ロアコア６２ｆを経てアシスト磁石６７のＳ極に至
る磁気回路（図２に破線矢印で示す）が形成される。ア
シスト磁石６７が発する磁束がかかる磁気回路を流通す
ると、アーマチャ５０には、ロアコア６２側に引き寄せ
られる向きの磁気吸引力が作用する。以下、アシスト磁
石６７によりアーマチャ５０に作用する磁気吸引力をア
シスト力と称す。アシスト力は、ロアコア６２とアーマ
チャ５０との間の隙間が小さくなるにつれて大きくな
る。従って、本実施例によれば、アーマチャ５０が開弁
側変位端に到達した状態で、アーマチャ５０に大きなア
シスト力を作用させることができる。

【００２６】本実施例において、アーマチャ５０が開弁
側変位端に保持された状態で作用するアシスト力は、そ
の状態で作用するロアスプリング３４による付勢力より
も大きな値となるように設定されている。このため、第
２電磁石５８によりアーマチャ５０をロアコア６２側に
引き寄せる電磁力を発生させることなく、アーマチャ５
０を開弁側変位端に保持することができる。すなわち、
ロアコイル６０に、アーマチャ５０を開弁側変位端に保
持するための励磁電流を供給することは不要である。従
って、本実施例によれば、弁体２４を確実に開弁側変位
端に保持しつつ、電磁駆動バルブ２０の消費電力の低減
を図ることができる。

【００２７】また、本実施例において、上述の如く、ア
シスト磁石６７を収納する第２環状溝６２ｂは、第１環
状溝６２ａの最外径部に接続している。このため、本実
施例においては、アシスト磁石６７の表面積を大きく確
保することができる。アシスト磁石６７の表面積が大き
いほど、アーマチャ５０をロアコア６２側に吸引するア
シスト力は増大する。このように、本実施例によれば、
アシスト磁石６７を収納する第２環状溝６２ｂを第１環
状溝６２ａの最外径部に接続することで、より大きなア
シスト力を発生させることが可能となっている。

【００２８】ところで、本実施例において、上述の如
く、弁体２４が開弁側変位端に保持されている状態で、
弁体２４の閉弁要求が生ずると、ロアコイル６０に逆電
流が供給される。この場合、内径ロアコア６２ｅから第
２環状溝６２ｂ，外径ロアコア６２ｆ，アーマチャ５０
を経て内径ロアコア６２ｅに至る向きの反磁界が発生す
る。反磁界の向きはアシスト磁石６７の分極の向きと逆
向きであり、また、反磁界の強度はロアコイル６０に近
接する位置ほど増大する。

【００２９】このため、アシスト磁石６７がロアコイル
６０に近接して設けられていると、アシスト磁石６７に
大きな反磁界が作用することで、アシスト磁石６７は減
磁され易くなる。アシスト磁石６７が減磁されると、ア
ーマチャ５０をロアコア６２側に吸引するアシスト力が
減少する不都合が生ずる。アシスト磁石６７の減磁を防
止するためには、アシスト磁石６７の厚さを大きくする
ことが有効である。しかし、アシスト磁石６７の厚さを
大きくすると、内径ロアコア６２ｅと外径ロアコア６２
ｆとの間の第２環状溝６２ｂの幅も大きくなる。第２環
状溝６２ｂの幅が大きくなると、第２電磁石５８が発生
する磁束に対する磁気抵抗が増大する。この結果、ロア
コイル５４に供給すべき励磁電流が増大し、電磁駆動バ
ルブ２０の消費電力が増大してしまう。

【００３０】これに対して、本実施例においては、上述
の如く、アシスト磁石６７は、ロアコイル６０から所定
距離だけ離間して配設されている。アシスト磁石６７が
ロアコイル６０から離間するほど、アシスト磁石６７に
作用する反磁界の強度は小さくなる。本実施例におい
て、上記の所定距離は、アシスト磁石６７の厚さを必要
最小限に抑制しつつ、アシスト磁石６７に作用する反磁
界がアシスト磁石６７に減磁を生じさせない程度の大き
さとなるように設定されている。

【００３１】図３は、アシスト磁石６７をロアコイル６
０に隣接して配設した場合に、ロアコイル６０に逆電流
が供給されている状況下で、アシスト磁石６７の偏平率
Ｈ（アシスト磁石６７の径方向の厚さＤと軸方向の距離
Ｌとの比Ｄ／Ｌ）と、アシスト磁石６７に作用する磁界
の磁束密度の径方向成分との関係をＦＥＭ磁界解析で求
めた結果を示す。尚、以下、アシスト磁石６７の分極に
より生じる磁界の向きを正方向とし、アシスト磁石６７
に作用する反磁界の向きを負方向とする。

【００３２】図３に示す如く、アシスト磁石６７がロア
コイル６０に隣接して配設された場合、アシスト磁石６
７の偏平率Ｈが約0.17より小さい領域では、アシスト磁
石６７に作用する磁束密度は負の値となる。磁束密度が
負の値となると、アシスト磁石６７は減磁される。すな
わち、アシスト磁石６７がロアコイル６０に隣接して配
設された場合、アシスト磁石６７の偏平率Ｈが小さくな
ると、アシスト磁石６７は減磁される。

【００３３】アシスト磁石６７の径方向の厚さを抑制し
つつ、アシスト磁石６７の減磁を防止するためには、ア
シスト磁石６７の偏平率Ｈが小さい領域でアシスト磁石
６７に作用する磁束密度を正の値とすることが必要であ
る。上述の如く、アシスト磁石６７に作用する反磁界
は、アシスト磁石６７がロアコイル６０から離間するほ
ど小さくなる。従って、アシスト磁石６７の偏平率Ｈが
小さい領域においてアシスト磁石６７の減磁を防止する
ためには、アシスト磁石６７をロアコイル６０から離間
させることが有効である。

【００３４】図４は、アシスト磁石６７の偏平率Ｈを変
化させた場合に、アシスト磁石６７の減磁を防止するた
めに必要なアシスト磁石６７とロアコイル６０との間の
距離Ｘ（ｍｍ）を求めた結果を示す。図４において、常
温でアシスト磁石６７に作用する磁界の磁束密度を正と
するために必要な距離Ｘを実線で、また、上記のアシス
ト磁石６７の周囲の温度上昇による磁気特性の悪化を考
慮して上記の磁束密度を０．２（Ｔ）以上とするために
必要な距離Ｘを一点鎖線で、それぞれ示す。

【００３５】図４に実線で示す、常温においてアシスト
磁石６７の減磁を防止するために必要なアシスト磁石６
７とロアコイル６０との間の距離Ｘは、次式により表さ
れる。Ｘ＝ -2.059 + 146.29 (D/L) - 826.15 (D/L)² ・・・（１）図４に実線で示す如く、アシスト磁石６７の偏平率Ｈが
小さくなるほど、アシスト磁石６７とロアコイル６０と
の間に大きな距離Ｘが必要となる。しかし、アシスト磁
石６７の偏平率Ｈが小さくなるほど、そのようなアシス
ト磁石６７を製造することは困難となる。このため、ア
シスト磁石６７は、ある程度の偏平率Ｈを有しているこ
とが必要である。また、アシスト磁石６７とロアコイル
６０との間の距離Ｘを大きくする場合、ロアコア６２の
体格が増大する。

【００３６】また、図４に一点鎖線で示す、温度上昇時
においてアシスト磁石６７の減磁を防止するために必要
な距離Ｘは、次式により表される。Ｘ＝ -5.8361 + 216.9 (D/L) - 845.55 (D/L)² ・・・（２）図４に一点鎖線で示す如く、アシスト磁石６７の周囲が
高温である場合にアシスト磁石６７の減磁を防止するた
めには、常温の場合に比して、アシスト磁石６７とロア
コイル６０との間に大きな距離Ｘが必要となる。このた
め、アシスト磁石６７の周囲の温度に応じて、アシスト
磁石６７とロアコイル６０との間の距離Ｘを設定する必
要がある。

【００３７】このように、アシスト磁石６７とロアコイ
ル６０との間の距離Ｘは、使用温度条件を考慮したうえ
で、ロアコア６２の体格が過度に増大しない範囲内で、
最小の偏平率Ｈが確保できるように、次式（３）に示す
範囲内で設定されることとなる。 -2.059 + 146.29 (D/L) - 826.15 (D/L)² ≦ Ｘ ≦ -5.8361 + 216.9 (D/L) - 845.55 (D/L)² ・・・（３）従って、本実施例によれば、アシスト磁石６７を、ロア
コイル６０から上述の如く設定された距離だけ離間して
配設することにより、アシスト磁石６７の厚さを増大さ
せることなく、アシスト磁石６７の減磁を防止すること
ができる。このため、本実施例によれば、アシスト磁石
６７の減磁を有効に防止しつつ、電磁駆動バルブ２０の
消費電力の増大を抑制することができる。

【００３８】尚、以上は、第２電磁石５８側について説
明したが、第１電磁石５２でも、アシスト磁石６６がア
ッパコイル５４から離間して設けられていることで、上
記と同様の効果を得ることができる。また、本実施例に
おいて、アッパコイル５４とアシスト磁石６６との間、
および、ロアコイル６０とアシスト磁石６７との間を離
間させることとしても、アシスト磁石６６，６７により
アーマチャ５０に流通する磁束の大きさは変化しない。
従って、アーマチャ５０に作用するアシスト力も変化し
ない。すなわち、コイル５４，６０とアシスト磁石６６
との間を離間させることとしても、アッパコイル５４お
よびロアコイル６０に供給すべき励磁電流が増加するこ
とはない。

【００３９】図５は、内燃機関１０の回転数が例えば８
００ｒｐｍである場合にアッパコイル５４またはロアコ
イル６０に供給すべき励磁電流の電力の内訳、すなわ
ち、（I）アーマチャ５０を開弁側変位端または閉弁側
変位端に保持すべく供給される励磁電流の電力（保持電
力）、（II）アーマチャ５０を開弁側変位端または閉弁
側変位端に向けて吸引すべく供給される励磁電流の電力
（吸引電力）、および（III）アーマチャ５０を開弁側
変位端または閉弁側変位端から閉弁方向または開弁方向
に離間させるべく供給される励磁電流の電力（離間電
力）の割合を、アシスト磁石が設けられていない電磁駆
動バルブ（Ａ）と、アシスト磁石６６，６７が設けられ
た本実施例の電磁駆動バルブ２０（Ｂ）とで比較した図
を示す。

【００４０】本実施例において、アーマチャ５０がアッ
パコア５６またはロアコア６２の近傍に到達すると、ア
ーマチャ５０には、上記したアシスト力が作用する。こ
のため、本実施例の電磁駆動バルブ２０では、アシスト
磁石が設けられない場合に比して、吸引電力が低減され
る（図５に示す領域II）。また、本実施例において、上
述の如く、アーマチャ５０が開弁側変位端または閉弁側
変位端に保持された状態で作用するアシスト力は、その
状態で作用するアッパスプリング４０またはロアスプリ
ング３４による付勢力よりも大きな値となるように設定
されている。このため、本実施例の電磁駆動バルブ２０
では、図５（Ｂ）に示す如く、保持電力はゼロとなる。

【００４１】一方、本実施例において、アーマチャ５０
をアッパコア５６またはロアコア６２から離間させるた
めには、アーマチャ５０に、上記したアシスト力を打ち
消すだけの電磁力を作用させる必要がある。このため、
本実施例の電磁駆動バルブ２０では、アーマチャ５０を
開弁側変位端または閉弁側変位端から離間させるため
に、アシスト磁石６７が設けられていない場合に比して
大きな逆電流をアッパコイル５４またはロアコイル６０
に供給する必要があり、その分だけ離間電力は増大する
（図５に示す領域III）。

【００４２】しかしながら、アーマチャ５０が開弁側変
位端または閉弁側変位端から変位する場合、アーマチャ
５０には、アッパスプリング４０またはロアスプリング
３４によって中立位置に向かう付勢力が作用する。この
ため、アーマチャ５０を開弁側変位端または閉弁側変位
端から変位させるために必要な逆電流は、アーマチャ５
０を開弁側変位端または閉弁側変位端に向けて吸引する
ために必要な電流に比して小さい。すなわち、離間電力
は吸引電力よりも十分に小さい。従って、アッパコア５
６およびロアコア６２の内部にアシスト磁石６６，６７
が設けられることにより、離間電力が増大しても、全体
として、電磁駆動バルブ２０の消費電力を低減すること
が可能となっている。

【００４３】図６は、内燃機関の各回転数について上記
図５と同様の解析を行うことにより、回転数（ｒｐｍ）
と平均消費電力（Ｗ）との関係を求めた結果を示す。図
６においては、本実施例の電磁駆動バルブ２０における
結果を実線で、また、アシスト磁石が設けられていない
電磁駆動バルブにおける結果を点線で、それぞれ示して
いる。

【００４４】図６に示す如く、内燃機関１０の回転数が
上昇すると、電磁駆動バルブ２０の開閉駆動の頻度の増
加に伴って、電磁駆動バルブ２０の消費電力は増大す
る。しかし、本実施例の電磁駆動バルブ２０によれば、
いずれの回転数においても、アシスト磁石が設けられな
い場合に比して、消費電力の低減が図られていることが
わかる。

【００４５】また、本実施例において、アッパコイル５
４およびロアコイル６０に供給される励磁電流は、スイ
ッチング素子をデューティ駆動することにより制御され
る。スイッチング素子のオン・オフ状態が切り替えられ
る際には、スイッチングロスにより電気エネルギの一部
が熱エネルギとして消費される。このため、スイッチン
グロスによるエネルギ損失を低減するためには、スイッ
チング素子のオン・オフ状態の切り替え頻度を抑制する
ことが望ましい。

【００４６】これに対して、本実施例において、アーマ
チャ５０が開弁側変位端または閉弁側変位端に保持され
ている状態では、上述の如く、アッパコイル５４および
ロアコイル６０に励磁電流は供給されない。このため、
本実施例において、アーマチャ５０が開弁側変位端また
は閉弁側変位端に保持されている状態でスイッチング素
子のオン・オフ状態が切り替わらないことで、全体とし
てその切り替え頻度は抑制される。従って、本実施例に
よれば、スイッチングロスによるエネルギ損失を低減す
ることができると共に、スイッチング素子の周辺の発熱
を抑制することが可能となる。

【００４７】尚、上記の実施例においては、アッパコイ
ル５４およびロアコイル６０が前記請求項１記載の「電
磁コイル」に、アッパスプリングおよびロアスプリング
が前記請求項１記載の「バネ」に、アシスト磁石６６，
６７が前記請求項１記載の「永久磁石」に、それぞれ相
当している。また、上記の実施例においては、電磁駆動
バルブ２０がアーマチャ５０の上下両側に電磁石および
スプリングを備えるものとしたが、本発明はこれに限定
されるものではなく、電磁石およびスプリングをそれぞ
れアーマチャ５０の片側にのみ備える構成としてもよ
い。

【００４８】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、コア内部
に永久磁石を設けることによりコアとアーマチャとの間
に磁気吸引力を作用させることができると共に、永久磁
石をコイルから離間して設けることにより永久磁石の厚
みを大きくすることなく永久磁石の減磁を防止すること
ができる。従って、本発明によれば、電磁駆動バルブの
消費電力を有効に低減することができる。

【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バルブを備え
る内燃機関の要部の構成図である。

【図２】本発明の一実施例である電磁駆動バルブにおい
て、アーマチャが電磁石に吸引された状態を示す拡大断
面図である。

【図３】永久磁石を電磁コイルに隣接して配設した場合
に、電磁コイルに逆電流が供給されている状況下で、永
久磁石の偏平率Ｈ（永久磁石の径方向の厚さＤと軸方向
の距離Ｌとの比Ｄ／Ｌ）と、永久磁石に作用する磁界の
磁束密度の径方向成分との関係をＦＥＭ磁界解析で求め
た結果である。

【図４】永久磁石の偏平率Ｈを変化させた場合に、永久
磁石の減磁を防止するために必要な永久磁石と電磁コイ
ルとの間の距離Ｘ（ｍｍ）を求めた結果である。

【図５】内燃機関の回転数が８００ｒｐｍである場合に
電磁コイルに供給すべき励磁電流の電力の内訳、すなわ
ち、保持電力（I）、吸引電力（II）、および離間電力
（III）の割合を、永久磁石が設けられていない電磁駆
動バルブと、永久磁石が設けられた電磁駆動バルブとで
比較した図である。

【図６】内燃機関の各回転数における電磁コイルに供給
する励磁電流の平均電力を解析した結果を、コア内部に
永久磁石が設けられていない電磁駆動バルブと、永久磁
石が設けられた電磁駆動バルブとで比較した図である。

【符号の説明】

２０，２２電磁駆動バルブ２４吸気バルブ（弁体）５０アーマチャ６０ロアコイル６２ロアコア６２ｂ第２環状溝６６，６７アシスト磁石

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者浅野昌彦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)発明者門脇美徳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)発明者柳内昭宏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)発明者不破稔夫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)発明者稲熊幸雄愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者荒川俊史愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁コイルおよび該電磁コイルを保持す
るコアから構成された電磁石と、アーマチャを付勢する
バネとを備え、電磁力とバネ力とを協働させることによ
り弁体を開閉駆動する電磁駆動バルブにおいて、前記アーマチャが前記電磁石の近傍に到達した際に前記
アーマチャと前記コアとの間に吸引力を作用させる永久
磁石を、前記コアの内部に前記電磁コイルから所定距離
だけ離間して設けたことを特徴とする電磁駆動バルブ。