JP2007046503A - 電磁駆動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 動作が確実に行なわれる電磁駆動弁を提供する。
【解決手段】 電磁駆動弁１は、バルブステム１２を有し、バルブステム１２が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁１４と、駆動弁１４と連動する一方端３２，１０３２から他方端３３，１０３３へ延び、他方端３３，１０３３で延びる中心軸３５，１０３５を中心に揺動する上側ディスク３０および下側ディスク１０３０と、上側ディスク３０および下側ディスク１０３０を揺動させる電磁石６０と、上側ディスク３０および下側ディスク１０３０の揺動角度またはリフト量を測定する第一および第二検出部１００１，１００２と、第一および第二検出部１００１，１００２での検出値に基づき通電制御ロジックを算出、各々の通電制御ロジックを平均化処理して電磁石６０に通電制御を行なう制御部としてのＥＣＵ１０００とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、一般的には、電磁駆動弁に関し、より特定的には、内燃機関に用いられる、弾性力と電磁力とによって駆動する回転式の電磁駆動弁に関するものである。

従来、電磁駆動弁は、たとえば米国特許第６，４６７，４４１号明細書（特許文献１）に開示されている。
米国特許第６，４６７，４４１号明細書

従来の電磁駆動弁ではディスクを複数枚用いる場合、寸法交差や組付け精度により複数枚のディスクは同一の動きをしないので、単一のセンサで１つのディスクの動きをセンシングして制御しようとすると精密な制御ができないという問題があった。

また、中立位置ではエアギャップが大きく電力を大きくしないと弁が動きにくいという問題があった。

さらに、コアとディスクの寸法、組付け精度のばらつきにより、完全に密着せず、所望の電磁力が得られず、弁の作動が不安定になるという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、動作を確実に行なうことができる電磁駆動弁を提供することを目的とする。

この発明の１つの局面に従った電磁駆動弁は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、弁軸を有し、弁軸が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、駆動弁と連動する一方端から他方端へ延び、他方端で延びる中心軸を中心に揺動する第一および第二揺動部材と、第一および第二揺動部材を揺動させる電磁石と、第一および第二揺動部材の揺動角度またはリフト量を測定する第一および第二測定部と、第一および第二測定部での検出値に基づき通電制御ロジックを算出し、各々の通電制御ロジックを平均化処理して電磁石に通電を行なう制御部とを備える。

このように構成された電磁駆動弁では、複数の揺動部材の動きを平均化して制御を行なうため、１つのディスクの動きに基づき他のディスクも同一の動きをすると仮定して制御するよりも精密な制御ができる。その結果、動作を確実に行なうことができる電磁駆動弁を提供することができる。

この発明の別の局面に従った電磁駆動弁は、電磁電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、弁軸を有し、弁軸が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、揺動中心から端部に向かって延びる第一および第二アーム部を有し、第一アーム部は駆動弁を駆動させ、揺動中心を中心に揺動する揺動部材と、第一アーム部と向かい合い、第一アーム部を電磁力により吸引可能な第一電磁石と、第二アーム部に向かい合い、第二アーム部を電磁力により吸引可能な第二電磁石と、第二電磁石を第二アーム部に近づくように付勢する付勢部と、第二電磁石が第二アーム部に近づく方向の動きを規制するストッパとを備える。第一電磁石が第一アーム部を吸引しない中立位置において、第二電磁石はストッパにより動きを規制されており、かつ第二電磁石と第二アーム部との距離は、第一電磁石と第一アーム部との距離よりも小さい。

このように構成された電磁駆動弁においては、第二電磁石と第二アーム部との距離は、第一電磁石と第一アーム部との距離よりも小さいため、中立位置付近で第二電磁石が第二アーム部を吸引することができ、中立位置での吸引力を向上させ、確実に動作が可能な電磁駆動弁を提供することができる。

この発明のさらに別の局面に従った電磁駆動弁は電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、弁軸を有し、弁軸が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、駆動弁と連動する一方端から他方端へ延び、他方端で延びる中心軸を中心に揺動する揺動部材と、揺動部材を揺動させる第一および第二電磁石と、第一および第二電磁石を可動に保持する第一および第二保持部とを備える。

このように構成された電磁駆動弁では、第一および第二電磁石は可動に保持されるため電磁石および揺動部材の寸法および組付けにばらつきがあっても密着が可能となる。その結果確実に動作が可能な電磁駆動弁を提供することができる。

好ましくは、第一および第二電磁石を構成するコイルは単一結線されている。この場合、電磁駆動弁の結線構造を簡単にすることができる。

この発明に従えば、確実に動作が行なわれる電磁駆動弁を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁の断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁１は、本体５１と、本体５１に取付けられた電磁石６０と、電磁石６０の両側に位置する上側のディスク３０および下側のディスク１０３０と、ディスク３０，１０３０により駆動される駆動弁１４とを有する。

本体５１はベース部材であり、本体５１にさまざまな機器が取付けられる。本体５１に取付けられた電磁石６０は、磁性体からなるコア６１と、コア６１に巻付けられるコイル６２，１６２とを有する。コイル６２，１６２に通電されることで磁界が発生し、この磁界によりディスク３０，ディスク１０３０を駆動させる。ディスク３０，１０３０は電磁石６０を挟むように配置されて、ディスク３０，１０３０のいずれか一方が電磁石６０に吸引される。これにより、ディスク３０，１０３０の双方が電磁石６０に近づく方向と電磁石６０から遠ざかる方向とに往復運動をする。この往復運動はステム１０１２を介してバルブステム１２へ伝えられる。

電磁駆動弁１は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、弁軸としてのバルブステム１２を有し、バルブステム１２が延びる方向（矢印１０）に沿って往復する駆動弁１４と、駆動弁１４と距離を隔てた位置に設けられた支持部材としての本体５１と、バルブステム１２に連動する一方端３２，１０３２から他方端３３，１０３３へ延び、他方端３３，１０３３で延びる中心軸３５，１０３５を中心に揺動する第一および第二揺動部材としてのディスク３０，１０３０と、ディスク３０，１０３０を揺動させる電磁石６０と、ディスク３０，１０３０の揺動角度またはリフト量を測定する第一および第二測定部１００１，１００２と、第一および第二測定部１００１，１００２での検出値に基づき通電制御ロジックを算出し、各々の通電制御ロジックを平均化処理して電磁石に通電制御を行なう制御部としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）１０００とを有する。

本実施の形態における電磁駆動弁１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関の吸排気バルブ（吸気弁または排気弁）を構成している。この実施の形態では、吸気ポート１８に設けられる吸気弁としての駆動弁１４の場合を説明しているが、排気弁としての駆動弁に本発明を適用してもよい。

電磁駆動弁１は回転駆動式の電磁駆動弁であり、その運動機構として、ディスク３０，１０３０の２枚のディスクを用いている。本体５１はシリンダヘッド４１上に設けられる。本体５１では、下側にディスク１０３０が設けられ、上側にディスク３０が設けられる。ディスク３０とディスク１０３０との間に電磁石６０が位置決めされている。電磁石６０は、電磁鋼板を積層して形成されるコア６１と、コア６１に巻付けられて磁界を発生させるコイル６２、１６２とを有する。コイル６２，１６２に電流を流すことによりコイル６２，１６２で囲まれた領域に磁界が発生し、この磁界によりディスク３０を引き付けることが可能である。コイル６２，１６２に電流を流すタイミングを制御することによって、電磁石６０はディスク３０を引き付け、またディスク１０３０を引き付ける。

ディスク３０に向かい合うコイル６２と、ディスク１０３０に向かい合うコイル１６２とは接続されていてもよく、また分離されていてもよい。コア６１に巻付けられるコイル６２，１６２のターン数は、特に限定されるものではない。

ディスク３０およびディスク１０３０は、アーム部３１，１０３１と軸受部３８，１０３８とを有し、アーム部３１，１０３１が一方端３２，１０３２から他方端３３，１０３３へ延びている。アーム部３１，１０３１は、電磁石６０により吸引されて矢印３０ａで示す方向に揺動（回動）する部材である。アーム部３１，１０３１の端部に軸受部３８，１０３８が取付けられている。アーム部３１，１０３１は軸受部３８，１０３８を中心として回動する。アーム部１０３１の上側表面１１３１はコイル１６２が設けられる電磁石６０の面と当接可能であり、アーム部３１の下側表面２３１はコイル６２が設けられる電磁石６０の面と当接可能である。また、下側表面１２３１はバルブステム１２と接触している。

軸受部３８，１０３８は円筒形状であり、その内部にはトーションバー３６，１０３６が収納されている。トーションバー３６，１０３６の第一の端部は本体５１にスプライン嵌合で嵌め合わされており、他方の端部は軸受部３８に嵌め合わせられている。これにより、軸受部３８，１０３８が回動しようとすると、この回動に逆らう力がトーションバー３６，１０３６から軸受部３８，１０３８へ伝えられる。そのため、軸受部３８，１０３８は常に中立状態で位置決めされる。

一方端３２側ではディスク１０３０がステム１０１２を経由してディスク３０の力を受けてバルブステム１２を押圧している。バルブステム１２とディスク１０３０との間にハイドロラッシュアジャスタなどが設けられてもよい。バルブステム１２はステムガイド４５，４３により案内されている。本体５１には第一測定部１００１および第二測定部１００２が取付けられる。第一測定部１００１および第二測定部１００２はディスク３０の上側表面１３１およびディスク１０３０の下側表面１２３１と向かい合い、ディスク３０およびディスク１０３０の揺動角度（回動角度）、リフト量および揺動速度などの少なくとも１つを検出する。

第一測定部１００１および第二測定部１００２で得られた検出データはＥＣＵ１０００へ送られる。ＥＣＵ１０００では第一測定部１００１および第二測定部１００２で得られた値をもとにしてコイル６２，１６２に流す電流の大きさおよびタイミングを決定する。具体的には、ディスク３０およびディスク３０の揺動運動（揺動角度、リフト量、揺動速度）は微妙に差があるため、第一測定部１００１が検出したディスク３０のデータと、第二測定部１００２が検出したディスク１０３０のデータとを平均してその平均値をもとにコイル６２，１６２に流す電流の通電制御ロジックを算出する。

ＥＣＵ１０００はコイル６２，１６２に流す電流量および電流の流れる時間を決定する働きを有する。

シリンダヘッド４１上に本体５１が取付けられる。シリンダヘッド４１の下部には吸気ポート１８が設けられ、吸気ポート１８は吸気を燃焼室へ導入するための経路であり、吸気ポート１８内を混合気または空気が通過する。吸気ポート１８と燃焼室との間にはバルブシート４２が設けられ、バルブシート４２により駆動弁１４の密閉性を高めることができる。

シリンダヘッド４１には、吸気バルブとしての駆動弁１４が取付けられている。駆動弁１４は長手方向に延びるバルブステム１２と、バルブステム１２の端部に取付けられた傘部１３とを含む。バルブステム１２はステムガイド４３により案内される。駆動弁１４は、矢印１０で示す方向に往復運動することが可能である。

バルブステム１２にはスプリングリテーナ１９が嵌め合わされ、スプリングリテーナ１９をバルブスプリング１７が付勢している。このため、バルブステム１２には、バルブスプリング１７から上向きの力が付与される。

次に、実施の形態１に従った電磁駆動弁の動作について説明する。まず、電磁駆動弁１を駆動させる場合には、電磁石６０を構成するコイル６２，１６２に電流を流す。これにより、コイル６２，１６２で磁界が発生し、磁性体から構成されるディスク３０、ディスク１０３０のアーム部３１、１０３１のいずれかが電磁石６０に引き付けられる。どちらのディスクが引き付けられるかは電磁石６０との間で発生する電磁力およびトーションバー３６，１０３６の捻り力によって決定される。

この実施の形態では、ディスク１０３０が電磁石６０に引き付けられるとする。この場合、アーム部３１，１０３１が上方向へ回動する。これにより、トーションバー３６，１０３６が捻られて、このトーションバー３６，１０３６が逆方向へアーム部３１，１０３１を動かそうとする。しかしながら、電磁石６０による引き付け力が強いため、アーム部３１，１０３１は上方向へ回動し、最後には上側表面１１３１が電磁石６０と接触する。アーム部３１，１０３１が動くにつれてバルブステム１２も上方向に移動する。これにより駆動弁１４が閉じられる。

駆動弁１４を開ける場合には、アーム部３１，１０３１を下方向へ動かす必要がある。この場合は、まずコイル１６２に流す電流を止めるか、または小さくする。これにより、電磁石６０とアーム部１０３１とで働く電磁力が小さくなる。アーム部３１，１０３１にはトーションバー３６，１０３６により捻り力が働いているため、この捻り力（弾性力）が電磁力に打ち勝ち、アーム部３１，１０３１は図１の中立位置まで移動する。次に、コイル６２に電流を流す。これにより、コイル６２の周囲で磁界が発生し、磁性体からなるアーム部３１は電磁石６０に引き付けられる。

なお、このときも駆動弁１４のバルブステム１２がアーム部３１，１０３１に押されるため下方向に移動する。電磁石６０による引き付け力がトーションバー３６，１０３６による捻り力に打ち勝ち、最終的には電磁石６０に下側表面２３１が接触する。このとき駆動弁１４が下方向へ動き開弁状態となる。このように上方向の動きと下方向の動きとを繰返すことにより、アーム部３１，１０３１は矢印３０ａで示す方向に往復運動して回動する。アーム部３１，１０３１が回動すると、アーム部３１，１０３１と接続される軸受部３８，１０３８も回動する。

このようなディスク３０，１０３０の揺動角度、リフト量および揺動速度を第一測定部１００１および第二測定部１００２が検出する。ディスク３０，１０３０の各々の動きに基づいて専用の制御ロジックがディスク３０，１０３０の各々で別々にＥＣＵ１０００で作製される。これらの各々の制御ロジックを組合せてＥＣＵ１０００はコイル６２，１６２に流す電流量および通電時間を決定して電磁石６０を制御する。

このように構成された、実施の形態１に従った電磁駆動弁１ではディスク３０，１０３０の２つの動作から電磁石６０の通電制御を行なうため、１つのディスクのみをモニタして通電制御を行なう場合に比べて制御精度が向上する。そのため、確実に動作が可能な電磁駆動弁を提供することができる。

（実施の形態２）
図２は、この発明の実施の形態２に従った電磁駆動弁の断面図である。図２を参照して、この発明の実施の形態２に従った電磁駆動弁１は電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、バルブステム１２を有し、バルブステム１２が延びる方向（矢印１０）に沿って往復運動する駆動弁１４と、揺動中心としての中心軸３５から端部に向かって延びる第一アーム部としてのアーム部３１および第二アーム部としてのアーム部３９を有し、アーム部３１は駆動弁１４を駆動させ、中心軸３５を中心に揺動する揺動部材としてのディスク３０と、アーム部３１に向かい合い、アーム部３１を電磁力により吸引可能な第一電磁石としての開弁用の電磁石６０と、アーム部３９に向かい合い、アーム部３９を電磁力により吸引可能な第二電磁石としての中立付近専用の電磁石３６０と、電磁石３６０をアーム部３９に近づくように付勢する付勢部としてのバネ５４と、電磁石３６０がアーム部３９に近づく方向の動きを規制するストッパ５３とを備える。図２で示すように、電磁石６０がアーム部３１を吸引していない中立状態において、電磁石３６０はストッパ５３により動きを規制されており、かつ電磁石３６０とアーム部３９との距離は、電磁石６０とアーム部３１との距離よりも小さい。

本体５１には、閉弁側のストッパ１５３と電磁石３６０用のストッパ５３とが設けられる。図２で示す中立位置では電磁石６０を構成するコイル６２に電流が流れておらず、コイル６２はアーム部３１を引き付けることがない。電磁石３６０は電磁鋼板からなるコア３６１と、コア３６１に巻かれたコイル３６２とを有し、アーム部３９に近接している。電磁石３６０はストッパ５３によりアーム部３９へ近づく方向への可動が停止されており、矢印５５で示す方向のアーム部３９から遠ざかる方向の可動が認められる。ディスク３０は「Ｌ」形状であり、軸受部３８から２つのアーム部３１，３９が延びるように構成されている。ステム４６の先端にはピン２１が設けられ、ピン２１はアーム部３１先端の長孔２２に嵌め合わされている。

図３は、開弁時の電磁駆動弁の断面図である。図３を参照して、開弁時には、コイル６２に電流を流すとともに、コイル３６２にも電流を流す。電磁石３６０とアーム部３９との距離は、電磁石６０とアーム部３１との距離よりも小さいため、電磁石３６０とアーム部３９との間には大きな電磁力が働く。これにより、電磁石３６０がアーム部３９を引き付け、初期駆動時に大きな駆動力が発生する。なお、電磁石３６０は矢印５５で示す方向に移動可能であり、アーム部３９に接触した後は僅かに矢印５５で示す方向に可動する。

このように構成された実施の形態２に従った電磁駆動弁１では、エアギャップの大きい中立位置においてディスク３０の一部分のアーム部３９と近接する別の電磁石３６０を設けている。この電磁石３６０はバネ５４によりストッパ５３に押付けられて、ディスク３０と逆方向に可動できる。ディスク３０と電磁石６０が当接するまでの中立付近では、ストッパ５３により電磁石３６０は可動せず、ディスク３０のアーム部３９に吸引力が働く、アーム部３９と電磁石３６０が当接した後は電磁石３６０はアーム部３９と一体的にフルリフト位置まで可動する。これにより、中立付近での吸引力を向上させることができる。

（実施の形態３）
図４は、この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁の断面図である。図４を参照して、この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁１は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、弁軸としてのバルブステム１２を有し、バルブステム１２が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁１４と、駆動弁１４と連動する一方端３２から他方端３３へ延び、他方端３３で延びる中心軸３５を中心に揺動する揺動部材としてのディスク３０と、ディスク３０を揺動させる第一および第二電磁石としての２つの電磁石６０，１６０と、電磁石６０，１６０を可動に保持する第一および第二保持部としてのバネ８１，１８１とを備える。

電磁石６０は本体５１に可動に取付けられており、押付け用のバネ８１で付勢されている。本体５１にはバックプレート８０が取付けられ、バックプレート８０内に電磁石６０が入り込むように電磁石６０は移動することが可能である。電磁石６０のコア６１と本体５１との間には液体８４が密閉され、この液体の漏れを防ぐためにＯリングにより構成されるシール部材８３が設けられる。液体８４には空気が混入しており、電磁石６０のコア６１と本体５１との直接的な接触を防ぐ緩衝部材としての役割を果たす。

下側の電磁石１６０もスプリング（バネ）１８１により付勢されている。スプリング１８１は本体５１に取付けられたバックプレート１８０で保持されている。下側の電磁石１６０のコア１６１と本体５１との間にも液体１８４が封入されており、液体１８４の漏れを防ぐためにシール部材１８３が設けられる。液体１８４内には空気が混入されている。

本体５１とディスク３０の軸受部３８との間にはベアリング５９が配置される。バネ８１，１８１により電磁石６０，１６０が保持されることにより、電磁石６０，１６０は上下および左右方向に移動することができる。すなわち、開弁または閉弁用の電磁石６０，１６０のコア６１，１６１をハウジングとしての本体５１に固定するためのコア６１，１６１のフランジをピストン構造とし、空気を混入させた液体８４，１８４を密封したシリンダを介して固定させるようにして、コア６１，１６１を稼動に保持する。これにより、コア６１，１６１とディスク３０との密着度を向上させ、発生させる電磁力を大きくすることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、車両に搭載される内燃機関の電磁駆動弁の分野で用いることができる。

この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁の断面図である。 この発明の実施の形態２に従った電磁駆動弁の断面図である。 開弁時の電磁駆動弁の断面図である。 この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁の断面図である。

符号の説明

１ 電磁駆動弁、１２ バルブステム、１３ 傘部、１４ 駆動弁、３０，１０３０ ディスク、６０ 電磁石、１０００ ＥＣＵ、１００１ 第一測定部、１００２ 第二測定部。

Claims (4)

1. 電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、
   弁軸を有し、前記弁軸が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、
   前記駆動弁と連動する一方端から他方端へ延び、前記他方端で延びる中心軸を中心に揺動する第一および第二揺動部材と、
   前記第一および第二揺動部材を揺動させる電磁石と、
   前記第一および第二揺動部材の揺動角度またはリフト量を測定する第一および第二測定部と、
   前記第一および第二測定部での検出値に基づき通電制御ロジックを算出し、各々の通電制御ロジックを平均化処理して前記電磁石に通電制御を行なう制御部とを備えた、電磁駆動弁。
2. 電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、
   弁軸を有し、前記弁軸が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、
   揺動中心から端部に向かって延びる第一および第二アーム部を有し、前記第一アーム部は前記駆動弁を駆動させ、揺動中心を中心に揺動する揺動部材と、
   前記第一アーム部に向かい合い、前記第一アーム部を電磁力により吸引可能な第一電磁石と、
   前記第二アーム部に向かい合い、前記第二アーム部を電磁力により吸引可能な第二電磁石と、
   前記第二電磁石を前記第二アーム部に近づく方向に付勢する付勢部と、
   前記第二電磁石が前記第二アーム部に近づく方向の動きを規制するストッパとを備え、
   前記第一電磁石が前記第一アーム部を吸引していない中立位置において、前記第二電磁石は前記ストッパにより動きを規制されており、かつ前記第二電磁石と前記第二アーム部との距離は、前記第一電磁石と前記第一アーム部との距離よりも小さい、電磁駆動弁。
3. 電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、
   弁軸を有し、前記弁軸が延びる方向に沿って往復運動する駆動弁と、
   前記駆動弁と連動する一方端から他方端へ延び、前記他方端で延びる中心軸を中心に揺動する揺動部材と、
   前記揺動部材を揺動させる第一および第二電磁石と、
   前記第一および第二電磁石を可動に保持する第一および第二保持部とを備えた、電磁駆動弁。
4. 前記第一および第二電磁石を構成するコイルは単一結線されている、請求項２または３に記載の電磁駆動弁。

Images