JP2008180140A - Solenoid-driven valve - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solenoid-driven valve for reducing electric power consumption. <P>SOLUTION: This solenoid-driven valve 10 drives an intake valve 14 opening and closing an interspace between a combustion chamber 17 and an intake port 16 of an internal combustion engine. The solenoid-driven valve 10 has a disk 21, an electromagnet 51m and an electromagnet 51n. The electromagnet 51m generates electromagnetic force for drawing the disk 21 toward a valve closing position. The electromagnet 51n generates electromagnetic force for drawing the disk 21 toward a valve opening position. The internal combustion engine has the valve timing longer in time held in a closing state than the time of holding the intake valve 14 in an opened state. The disk 21 includes a first surface 21a opposed to the electromagnet 51m and formed in a plane shape, and a second surface 21b opposed to the electromagnet 51n and formed in a recess-projection shape. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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、内燃機関のバルブを開閉駆動させる電磁駆動弁に関する。   The present invention generally relates to an electromagnetically driven valve, and more particularly to an electromagnetically driven valve that opens and closes a valve of an internal combustion engine.

従来の電磁駆動弁に関して、たとえば米国特許第６４６７４４１号明細書には、電磁力とスプリングの弾性力との協働によって内燃機関のバルブが作動する電磁アクチュエータが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された電磁アクチュエータは、ステムを有するバルブと、揺動アームとを備える。揺動アームは、サポートフレームに揺動自在に支持され、円筒形状に形成された第１端部と、ステムの先端に当接された第２端部とを有する。揺動アームの上下には、コアと、そのコアの周りに巻かれたコイルとからなる電磁石が配置されている。   Regarding a conventional electromagnetically driven valve, for example, US Pat. No. 6,467,441 discloses an electromagnetic actuator in which a valve of an internal combustion engine is operated by cooperation of electromagnetic force and elastic force of a spring (Patent Document 1). The electromagnetic actuator disclosed in Patent Document 1 includes a valve having a stem and a swing arm. The swing arm is swingably supported by the support frame and has a first end portion formed in a cylindrical shape and a second end portion in contact with the tip end of the stem. An electromagnet including a core and a coil wound around the core is disposed above and below the swing arm.

電磁アクチュエータは、揺動アームの第１端部に設けられ、バルブを開状態に向けて付勢するトーションバーと、ステムの外周に配置され、バルブを閉状態に向けて付勢する渦巻きばねとをさらに備える。電磁石で発生する電磁力と、トーションバーおよび渦巻きばねの弾性力とによって、揺動アームは、上下に配置された電磁石のコアに交互に引き寄せられる。   The electromagnetic actuator is provided at the first end of the swing arm, and a torsion bar that biases the valve toward the open state, and a spiral spring that is disposed on the outer periphery of the stem and biases the valve toward the closed state. Is further provided. The swing arm is alternately attracted to the cores of the electromagnets arranged above and below by the electromagnetic force generated by the electromagnet and the elastic force of the torsion bar and the spiral spring.

また、同様の回転駆動式の電磁駆動弁が、独国特許出願公開第１００２５４９１号明細書（特許文献２）、米国特許第７０８８２０９号明細書（特許文献３）、米国特許第６５７１８２３号明細書（特許文献４）および米国特許第６４８１３９６号明細書（特許文献５）に開示されている。
米国特許第６４６７４４１号明細書 独国特許出願公開第１００２５４９１号明細書 米国特許第７０８８２０９号明細書 米国特許第６５７１８２３号明細書 米国特許第６４８１３９６号明細書 Similar rotary drive type electromagnetically driven valves are disclosed in DE 10025491 (Patent Document 2), U.S. Pat. No. 7088209 (Patent Document 3), U.S. Pat. No. 6,571,823. Patent Document 4) and US Pat. No. 6,481,396 (Patent Document 5).
US Pat. No. 6,467,441 German Patent Application Publication No. 10025491 US Patent No. 7088209 US Pat. No. 6,571,823 US Pat. No. 6,481,396

上述の特許文献１に開示された電磁アクチュエータでは、電磁石のコアと揺動アームとを通る磁束流れが形成され、揺動アームをコアに引き寄せる電磁力が発生する。この際、揺動アームの内部で磁気飽和が発生すると、磁束密度が上げ止まり、十分な駆動力が得られない。このような磁気飽和の発生を防ぐ方法として、揺動アームの厚みを大きく設定することが考えられる。しかしながらこの場合、可動部分である揺動アームの重量が増え、電磁石の消費電力が増大するおそれがある。   In the electromagnetic actuator disclosed in Patent Document 1 described above, a magnetic flux flow is formed through the core of the electromagnet and the swing arm, and an electromagnetic force that pulls the swing arm toward the core is generated. At this time, if magnetic saturation occurs inside the swing arm, the magnetic flux density stops increasing and a sufficient driving force cannot be obtained. As a method for preventing the occurrence of such magnetic saturation, it can be considered to set the thickness of the swing arm large. However, in this case, the weight of the oscillating arm, which is a movable part, increases, and the power consumption of the electromagnet may increase.

一方、揺動アームが複雑な形状を有する場合、揺動アームの製造時において必要な加工精度が得られ難くなる。この場合、コアと、コアに引き寄せられた揺動アームとの間に予期しないエアギャップが形成され、同様に消費電力が増大するおそれがある。   On the other hand, when the oscillating arm has a complicated shape, it becomes difficult to obtain the processing accuracy required when manufacturing the oscillating arm. In this case, an unexpected air gap is formed between the core and the swing arm that is attracted to the core, and there is a possibility that the power consumption may increase similarly.

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、消費電力の低減が図られる電磁駆動弁を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide an electromagnetically driven valve that can reduce power consumption.

この発明に従った電磁駆動弁は、内燃機関の燃焼室およびポート間を開閉するバルブを駆動する電磁駆動弁である。電磁駆動弁は、アーマチャと、第１電磁石と、第２電磁石とを備える。アーマチャは、バルブを開状態に保持する開弁位置と閉状態に保持する閉弁位置との間で作動し、バルブを往復運動させる。第１電磁石は、アーマチャを通る磁束流れを形成し、アーマチャを閉弁位置に向けて引き寄せる電磁力を発生する。第２電磁石は、アーマチャに対して第１電磁石の反対側に配置され、アーマチャを通る磁束流れを形成し、アーマチャを開弁位置に向けて引き寄せる電磁力を発生する。内燃機関は、バルブが開状態に保持される時間よりも閉状態に保持される時間の方が長いバルブタイミングを有する。アーマチャは、第１電磁石に対向し、平面状に形成された第１表面と、第２電磁石に対向し、凹凸形状に形成された第２表面とを含む。   An electromagnetically driven valve according to the present invention is an electromagnetically driven valve that drives a valve that opens and closes between a combustion chamber and a port of an internal combustion engine. The electromagnetically driven valve includes an armature, a first electromagnet, and a second electromagnet. The armature operates between a valve opening position that holds the valve in an open state and a valve closing position that holds the valve in a closed state, and reciprocates the valve. The first electromagnet forms a magnetic flux flow through the armature and generates an electromagnetic force that attracts the armature toward the valve closing position. The second electromagnet is disposed on the opposite side of the first electromagnet with respect to the armature, generates a magnetic flux flow through the armature, and generates an electromagnetic force that draws the armature toward the valve opening position. The internal combustion engine has a valve timing in which the time that the valve is held in the closed state is longer than the time that the valve is held in the open state. The armature includes a first surface that faces the first electromagnet and is formed in a planar shape, and a second surface that faces the second electromagnet and is formed in an uneven shape.

このように構成された電磁駆動弁によれば、アーマチャの第２表面を凹凸形状に形成することにより、アーマチャの軽量化を図る。この際、平面状に形成されるアーマチャの第１表面では、良好な形状精度が得られる。このため、アーマチャが第１電磁石に引き寄せられる際に、第１表面と第１電磁石との間の密着性を適正に制御することができる。本発明では、アーマチャが第１電磁石に引き寄せられる時間が第２電磁石に引き寄せられる時間よりも長いため、電磁石で消費される電力を効果的に低減させることができる。   According to the electromagnetically driven valve configured as described above, the armature can be reduced in weight by forming the second surface of the armature into an uneven shape. At this time, good shape accuracy can be obtained on the first surface of the armature formed in a planar shape. For this reason, when the armature is attracted to the first electromagnet, the adhesion between the first surface and the first electromagnet can be appropriately controlled. In the present invention, since the time for the armature to be attracted to the first electromagnet is longer than the time for the armature to be attracted to the second electromagnet, the power consumed by the electromagnet can be effectively reduced.

また好ましくは、アーマチャは、第２表面が凸形状に形成され、相対的に大きい磁路面積を有する第１部位と、第２表面が凹形状に形成され、相対的に小さい磁路面積を有する第２部位とをさらに含む。第２表面が平面状に形成され、一定の磁路面積を有するアーマチャを想定した場合に、そのアーマチャ内の磁束密度は、第２部位よりも第１部位の方が大きい。   Preferably, the armature has a first portion having a convex shape on the second surface and a relatively large magnetic path area, and a concave portion on the second surface and a relatively small magnetic path area. A second portion. Assuming an armature having a flat second surface and a constant magnetic path area, the magnetic flux density in the armature is larger in the first part than in the second part.

このように構成された電磁駆動弁によれば、磁束流れに粗密が生じるアーマチャにおいて、磁束流れが疎となる第２部位の磁路面積が磁束流れが密となる第１部位の磁路面積よりも小さくなるように、第２表面を凹凸形状に形成する。これにより、アーマチャの内部で磁気飽和を発生させることなく、アーマチャの軽量化を図ることが可能となる。   According to the electromagnetically driven valve thus configured, in the armature in which the magnetic flux flow is dense and dense, the magnetic path area of the second part where the magnetic flux flow is sparse is larger than the magnetic path area of the first part where the magnetic flux flow is dense. The second surface is formed in a concavo-convex shape so as to be small. This makes it possible to reduce the weight of the armature without causing magnetic saturation inside the armature.

また好ましくは、第１部位および第２部位におけるアーマチャの厚みは、第１部位および第２部位のいずれにおいても磁気飽和が生じないように決定される。なお、アーマチャの厚みとは、第１表面と第２表面との間の長さである。このように構成された電磁駆動弁によれば、アーマチャの内部で磁気飽和を起こさないように第１部位および第２部位の厚みの適正化を図る。   Preferably, the thickness of the armature in the first part and the second part is determined so that no magnetic saturation occurs in any of the first part and the second part. The thickness of the armature is the length between the first surface and the second surface. According to the electromagnetically driven valve configured in this way, the thicknesses of the first part and the second part are optimized so as not to cause magnetic saturation inside the armature.

また好ましくは、第１電磁石および第２電磁石は、磁束が流れるコアを含む。コアは、内燃機関の高さ方向および長さ方向のうち高さ方向に近い方向に磁束が流れる第１コア部分と、内燃機関の高さ方向および長さ方向のうち長さ方向に近い方向に磁束が流れる第２コア部分とを有する。第１コア部分および第２コア部分の磁路幅は、第１コア部分における磁束流れが磁気飽和領域に重なり、第２コア部分における磁束流れが磁気飽和領域に重ならないように決定される。   Preferably, the first electromagnet and the second electromagnet include a core through which a magnetic flux flows. The core is a first core portion in which magnetic flux flows in a direction close to the height direction among the height direction and the length direction of the internal combustion engine, and a direction close to the length direction among the height direction and the length direction of the internal combustion engine. A second core portion through which the magnetic flux flows. The magnetic path widths of the first core portion and the second core portion are determined so that the magnetic flux flow in the first core portion overlaps the magnetic saturation region and the magnetic flux flow in the second core portion does not overlap the magnetic saturation region.

なお、内燃機関の高さ方向とは、内燃機関の燃焼室が筒状に延びる方向である。内燃機関の長さ方向とは、高さ方向に直交する方向であり、たとえば複数の燃焼室が隣接する方向や複数のバルブが隣接する方向等である。   The height direction of the internal combustion engine is a direction in which the combustion chamber of the internal combustion engine extends in a cylindrical shape. The length direction of the internal combustion engine is a direction orthogonal to the height direction, such as a direction in which a plurality of combustion chambers are adjacent and a direction in which a plurality of valves are adjacent.

このように構成された電磁駆動弁によれば、内燃機関のスペース上の制約は、高さ方向よりも長さ方向の方が厳しい。このため、高さ方向に沿う第２コア部分の磁路幅は、磁束流れが磁気飽和領域に重ならないように大きく設定する。また、長さ方向に沿う第１コア部分の磁路幅は、コア内部での多少の磁気飽和を許すことにより、可能な限り小さく設定する。   According to the electromagnetically driven valve configured as described above, the space limitation of the internal combustion engine is more severe in the length direction than in the height direction. For this reason, the magnetic path width of the second core portion along the height direction is set large so that the magnetic flux flow does not overlap the magnetic saturation region. In addition, the magnetic path width of the first core portion along the length direction is set as small as possible by allowing a slight magnetic saturation inside the core.

また好ましくは、アーマチャは、回転自在に支持された支持部をさらに含む。アーマチャが支持部を支点に揺動することにより、バルブが往復運動する。このように構成された電磁駆動弁によれば、アーマチャの揺動運動によってバルブを往復運動させる回転駆動式の電磁駆動弁において、上述のいずれかに記載の効果を奏することができる。   Preferably, the armature further includes a support portion that is rotatably supported. The valve reciprocates as the armature swings around the support portion. According to the electromagnetically driven valve configured as described above, any of the above-described effects can be achieved in the rotationally driven electromagnetically driven valve that reciprocates the valve by the swinging motion of the armature.

また好ましくは、アーマチャが第２電磁石に引き寄せられた時、支持部から相対的に近い部位でアーマチャと第２電磁石とが離間し、支持部から相対的に遠い部位でアーマチャと第２電磁石とが接触する。このように構成された電磁駆動弁によれば、アーマチャと第２電磁石とが衝突する速度がアーマチャの各部位で一定と仮定すると、アーマチャおよび第２電磁石の間に生じる衝撃荷重は、アーマチャの回転中心である支持部から離れるに従って小さくなる。このため、支持部から相対的に遠い位置でアーマチャと第２電磁石とを衝突させ、相対的に近い位置で衝突させない構造とすることにより、作動音の低減や耐久性の向上を図ることができる。   Preferably, when the armature is attracted to the second electromagnet, the armature and the second electromagnet are separated from each other at a portion relatively close to the support portion, and the armature and the second electromagnet are disposed at a portion relatively far from the support portion. Contact. According to the electromagnetically driven valve configured in this manner, assuming that the velocity at which the armature and the second electromagnet collide is constant at each part of the armature, the impact load generated between the armature and the second electromagnet is the rotation of the armature. The smaller the distance from the central support, the smaller. For this reason, by making the armature and the second electromagnet collide with each other at a position relatively far from the support portion and not collide with each other at a relatively close position, it is possible to reduce operation noise and improve durability. .

また好ましくは、第１電磁石および第２電磁石は、磁束が流れるコアを含む。コアは、アーマチャと対向し、互いに間隔を隔てて配設された複数のコア部分を有する。各コア部分の磁路幅は、複数のコア部分のうち支持部から最も離れたコア部分における磁束密度が最も高くなるように決定される。このように構成された電磁駆動弁によれば、アーマチャの回転中心である支持部から最も離れたコア部分で磁束密度を大きく設定することにより、バルブの駆動力を効果的に増大させることができる。   Preferably, the first electromagnet and the second electromagnet include a core through which a magnetic flux flows. The core has a plurality of core portions that face the armature and are spaced apart from each other. The magnetic path width of each core part is determined so that the magnetic flux density is highest in the core part farthest from the support part among the plurality of core parts. According to the electromagnetically driven valve configured as described above, the driving force of the valve can be effectively increased by setting the magnetic flux density large in the core portion farthest from the support portion that is the rotation center of the armature. .

以上説明したように、この発明に従えば、消費電力の低減が図られる電磁駆動弁を提供することができる。   As described above, according to the present invention, an electromagnetically driven valve capable of reducing power consumption can be provided.

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、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings referred to below, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals.

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における電磁駆動弁を示す断面図である。本実施の形態における電磁駆動弁は、車両に搭載される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機関バルブ（吸気バルブまたは排気バルブ）に用いられる。本実施の形態では、電磁駆動弁が吸気バルブに用いられる場合を説明するが、排気バルブに用いられる場合であっても、電磁駆動弁は同様の構造を備える。 (Embodiment 1)
1 is a cross-sectional view showing an electromagnetically driven valve according to Embodiment 1 of the present invention. The electromagnetically driven valve in the present embodiment is used for an engine valve (intake valve or exhaust valve) of an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine mounted on a vehicle. In this embodiment, the case where an electromagnetically driven valve is used for an intake valve will be described. However, even when the electromagnetically driven valve is used for an exhaust valve, the electromagnetically driven valve has a similar structure.

図１を参照して、電磁駆動弁１０は、電磁力と弾性力との協働によって駆動する回転駆動式の電磁駆動弁である。   Referring to FIG. 1, an electromagnetically driven valve 10 is a rotationally driven electromagnetically driven valve that is driven by cooperation of electromagnetic force and elastic force.

電磁駆動弁１０は、吸気バルブ１４と、中心軸２５を中心に揺動運動するディスク２１と、ディスク２１に電磁力を作用させる電磁石５１ｍおよび５１ｎとを含む。吸気バルブ１４は、一方向に延びるステム１１を含む。吸気バルブ１４は、ディスク２１の揺動運動を受けて、ステム１１が延びる方向（矢印１０１に示す方向）に往復運動する。   The electromagnetically driven valve 10 includes an intake valve 14, a disk 21 that swings around a central axis 25, and electromagnets 51 m and 51 n that apply an electromagnetic force to the disk 21. The intake valve 14 includes a stem 11 extending in one direction. The intake valve 14 reciprocates in the direction in which the stem 11 extends (the direction indicated by the arrow 101) in response to the swinging motion of the disk 21.

吸気バルブ１４は、吸気ポート１６が形成されたシリンダヘッド１８に搭載されている。吸気ポート１６から燃焼室１７に連通する位置には、バルブシート１９が設けられている。吸気バルブ１４は、ステム１１の先端に形成された傘部１２を含む。吸気バルブ１４の往復運動に伴って、傘部１２がバルブシート１９に密着したり、バルブシート１９から離脱することによって、吸気ポート１６の開閉が行なわれる。   The intake valve 14 is mounted on a cylinder head 18 in which an intake port 16 is formed. A valve seat 19 is provided at a position where the intake port 16 communicates with the combustion chamber 17. The intake valve 14 includes an umbrella portion 12 formed at the tip of the stem 11. As the intake valve 14 reciprocates, the umbrella portion 12 is brought into close contact with the valve seat 19 or detached from the valve seat 19, whereby the intake port 16 is opened and closed.

本実施の形態では、ステム１１が下降することによって、吸気バルブ１４が開状態へと位置決めされ、ステム１１が上昇することによって、吸気バルブ１４が閉状態へと位置決めされる。ディスク２１は、吸気バルブ１４を開状態に保持する開弁位置と、吸気バルブ１４を閉状態に保持する閉弁位置との間で揺動運動する。   In the present embodiment, when the stem 11 is lowered, the intake valve 14 is positioned in the open state, and when the stem 11 is raised, the intake valve 14 is positioned in the closed state. The disk 21 swings between a valve opening position that holds the intake valve 14 in an open state and a valve closing position that holds the intake valve 14 in a closed state.

電磁駆動弁１０には、ステム１１を軸方向に摺動可能なように案内するバルブガイド４１および４２が設けられている。バルブガイド４１および４２は、ステム１１との高速摺動に耐えられるように、たとえば、ステンレスなどの金属から形成されている。   The electromagnetically driven valve 10 is provided with valve guides 41 and 42 for guiding the stem 11 so as to be slidable in the axial direction. The valve guides 41 and 42 are made of, for example, a metal such as stainless steel so as to withstand high-speed sliding with the stem 11.

ステム１１の外周上には、鍔状のロアリテーナ４４によりロアスプリング４３が支持されている。ロアスプリング４３は、コイルばねから形成されている。ロアスプリング４３は、ステム１１を上昇させる方向の弾性力を吸気バルブ１４に作用させている。   A lower spring 43 is supported on the outer periphery of the stem 11 by a bowl-shaped lower retainer 44. The lower spring 43 is formed of a coil spring. The lower spring 43 applies an elastic force in the direction of raising the stem 11 to the intake valve 14.

図２は、図１中の電磁石を示す斜視図である。図１および図２を参照して、シリンダヘッド１８の頂面上には、支持台４８が固定されている。支持台４８には、電磁石５１ｍおよび５１ｎが支持されている。電磁石５１ｍおよび電磁石５１ｎは、ディスク２１の上下にそれぞれ配置されている。   FIG. 2 is a perspective view showing the electromagnet in FIG. With reference to FIGS. 1 and 2, a support base 48 is fixed on the top surface of the cylinder head 18. The support base 48 supports electromagnets 51m and 51n. The electromagnet 51m and the electromagnet 51n are arranged above and below the disk 21, respectively.

代表的に電磁石５１ｎの形状について説明すると、電磁石５１ｎは、コイル５３およびコア５２を含む。コイル５３は、コア５２に巻回されている。コア５２は、中心軸２５に直交する平面で切断された場合に、略Ｅ字状の断面形状を有する。コア５２は、基部５２ｇと、第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊとを含む。第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊは、互いに間隔を隔てて設けられ、基部５２ｇからディスク２１に向けて延伸する。第１延伸部５２ｋと中心軸２５との間の距離は、第３延伸部５２ｊと中心軸２５との間の距離よりも大きい。第２延伸部５２ｈと中心軸２５との間の距離は、第１延伸部５２ｋと中心軸２５との間の距離よりも小さく、第３延伸部５２ｊと中心軸２５との間の距離よりも大きい。コイル５３は、第２延伸部５２ｈに巻回されている。中心軸２５に沿った方向のコア５２の長さ、つまりコア５２の奥行きは、一定である。   The shape of the electromagnet 51n will be described typically. The electromagnet 51n includes a coil 53 and a core 52. The coil 53 is wound around the core 52. The core 52 has a substantially E-shaped cross-sectional shape when cut by a plane orthogonal to the central axis 25. The core 52 includes a base 52g, a first extending portion 52k, a second extending portion 52h, and a third extending portion 52j. The first extending portion 52k, the second extending portion 52h, and the third extending portion 52j are provided at an interval from each other, and extend from the base portion 52g toward the disk 21. The distance between the first extending portion 52k and the central axis 25 is greater than the distance between the third extending portion 52j and the central axis 25. The distance between the second extending portion 52h and the central axis 25 is smaller than the distance between the first extending portion 52k and the central axis 25, and is smaller than the distance between the third extending portion 52j and the central axis 25. large. The coil 53 is wound around the second extending portion 52h. The length of the core 52 in the direction along the central axis 25, that is, the depth of the core 52 is constant.

電磁石５１ｎのコア５２は、ディスク２１に対向する吸着面５２ｎを含む。電磁石５１ｍのコア５２は、ディスク２１に対向する吸着面５２ｍを含む。吸着面５２ｍと吸着面５２ｎとは、互いに異なる形状を有する。この点を除いて、電磁石５１ｍは、電磁石５１ｎと同様の形状を有する。吸着面５２ｍと吸着面５２ｎとの間には、ディスク２１が揺動する空間が形成されている。   The core 52 of the electromagnet 51 n includes an attracting surface 52 n that faces the disk 21. The core 52 of the electromagnet 51 m includes an attracting surface 52 m that faces the disk 21. The suction surface 52m and the suction surface 52n have different shapes. Except for this point, the electromagnet 51m has the same shape as the electromagnet 51n. A space in which the disk 21 swings is formed between the suction surface 52m and the suction surface 52n.

コア５２は、磁性材料から形成されており、本実施の形態では、積層された複数の電磁鋼板から形成されている。コア５２は、電磁鋼板以外の磁性材料、たとえば磁性粉末の圧粉体から形成されてもよい。電磁石５１ｍのコイル５３と、電磁石５１ｎのコイル５３とは、連続する単一のコイル線から形成されてもよいし、別々のコイル線から形成されてもよい。   The core 52 is made of a magnetic material, and in this embodiment, the core 52 is made of a plurality of laminated electromagnetic steel plates. The core 52 may be formed of a magnetic material other than the electromagnetic steel plate, for example, a green compact of magnetic powder. The coil 53 of the electromagnet 51m and the coil 53 of the electromagnet 51n may be formed from a single continuous coil wire or may be formed from separate coil wires.

図３は、図１中のディスクを示す斜視図である。図１および図３を参照して、支持台４８には、ディスク２１が支持されている。ディスク２１は、磁性材料から形成されている。ディスク２１は、強度を確保するためバルク材から形成されている。ディスク２１は、コア５２と比較して小さい透磁率を有する。ディスク２１は、支持部２３と連結部２２とを含む。支持部２３には、中心軸２５が規定されている。ディスク２１は、支持部２３から連結部２２に向けてステム１１に交差する方向に延びている。   FIG. 3 is a perspective view showing the disk in FIG. With reference to FIG. 1 and FIG. 3, the disk 21 is supported on the support base 48. The disk 21 is made of a magnetic material. The disk 21 is formed from a bulk material to ensure strength. The disk 21 has a smaller magnetic permeability than the core 52. The disk 21 includes a support portion 23 and a connecting portion 22. A central axis 25 is defined in the support portion 23. The disk 21 extends in a direction intersecting the stem 11 from the support portion 23 toward the connecting portion 22.

ディスク２１は、吸着面５２ｍに対向する第１表面２１ａと、吸着面５２ｎに対向する第２表面２１ｂとを含む。第２表面２１ｂは、燃焼室１７と向い合い、第１表面２１ａは、その反対側を向く。   The disk 21 includes a first surface 21a that faces the suction surface 52m and a second surface 21b that faces the suction surface 52n. The second surface 21b faces the combustion chamber 17, and the first surface 21a faces the opposite side.

第１表面２１ａは、平面状に形成されている。第１表面２１ａは、支持部２３と連結部２２との間で平面状に延在する。第２表面２１ｂは、凹凸形状に形成されている。第２表面２１ｂは、支持部２３と連結部２２との間で凹凸形状に延在する。第２表面２１ｂは、第１表面２１ａと第２表面２１ｂとの間の長さ、すなわちディスク２１の厚みが支持部２３から連結部２２に向かうに従って変化するように凹凸形状に形成されている。第２表面２１ｂは、支持部２３から連結部２２に向けて屈曲しながら延在する。第２表面２１ｂは、支持部２３から連結部２２に向けて湾曲しながら延在してもよい。   The first surface 21a is formed in a planar shape. The first surface 21 a extends in a planar shape between the support portion 23 and the connecting portion 22. The second surface 21b is formed in an uneven shape. The second surface 21 b extends in a concavo-convex shape between the support portion 23 and the connecting portion 22. The second surface 21b is formed in a concavo-convex shape such that the length between the first surface 21a and the second surface 21b, that is, the thickness of the disk 21, changes from the support portion 23 toward the connecting portion 22. The second surface 21 b extends while being bent from the support portion 23 toward the connecting portion 22. The second surface 21 b may extend while curving from the support portion 23 toward the connecting portion 22.

支持部２３には、貫通孔２４が形成されている。貫通孔２４には、トーションバー３１が圧入されている。トーションバー３１は、中心軸２５に沿って延びている。支持部２３は、トーションバー３１を介して支持台４８に回転自在に支持されている。連結部２２には、傘部１２が形成された先端とは反対側のステム１１の先端１１ｃが連結されている。   A through hole 24 is formed in the support portion 23. A torsion bar 31 is press-fitted into the through hole 24. The torsion bar 31 extends along the central axis 25. The support portion 23 is rotatably supported by the support base 48 via the torsion bar 31. The connecting portion 22 is connected to the tip 11c of the stem 11 opposite to the tip on which the umbrella portion 12 is formed.

トーションバー３１は、中心軸２５を中心に反時計周りに回転させる方向の弾性力をディスク２１に作用させている。つまり、トーションバー３１は、ディスク２１を介してステム１１を下降させる方向の弾性力を吸気バルブ１４に作用させている。電磁力がディスク２１に作用していない状態で、ディスク２１は、ロアスプリング４３およびトーションバー３１の弾性力によって、開弁位置と閉弁位置との間の中間位置に位置決めされる。   The torsion bar 31 applies an elastic force to the disk 21 in a direction to rotate counterclockwise about the central axis 25. That is, the torsion bar 31 applies an elastic force in the direction in which the stem 11 is lowered via the disk 21 to the intake valve 14. In a state where the electromagnetic force is not acting on the disk 21, the disk 21 is positioned at an intermediate position between the valve opening position and the valve closing position by the elastic force of the lower spring 43 and the torsion bar 31.

電磁石５１ｍのコイル５３に電流が供給されると、電磁石５１ｍのコア５２とディスク２１とを通る磁束流れが形成される。これにより、電磁石５１ｍは、ディスク２１を吸着面５２ｍに引き寄せる電磁力を発生させる。ディスク２１が電磁石５１ｍに引き寄せられた時、第１表面２１ａと吸着面５２ｍとが密着する。また、電磁石５１ｎのコイル５３に電流が供給されると、電磁石５１ｎのコア５２とディスク２１とを通る磁束流れが形成される。これにより、電磁石５１ｎは、ディスク２１を吸着面５２ｎに引き寄せる電磁力を発生させる。   When a current is supplied to the coil 53 of the electromagnet 51m, a magnetic flux flow passing through the core 52 and the disk 21 of the electromagnet 51m is formed. As a result, the electromagnet 51m generates an electromagnetic force that attracts the disk 21 to the attracting surface 52m. When the disk 21 is attracted to the electromagnet 51m, the first surface 21a and the attracting surface 52m come into close contact with each other. Further, when a current is supplied to the coil 53 of the electromagnet 51n, a magnetic flux flow passing through the core 52 and the disk 21 of the electromagnet 51n is formed. As a result, the electromagnet 51n generates an electromagnetic force that attracts the disk 21 to the attracting surface 52n.

このような構成により、電磁石５１ｍおよび５１ｎで発生する電磁力と、ロアスプリング４３およびトーションバー３１の弾性力とによって、ディスク２１を中心軸２５を中心に揺動させ、吸気バルブ１４を往復運動させる。ディスク２１が吸着面５２ｍに吸着される間、吸気バルブ１４が閉状態に保持される。ディスク２１が吸着面５２ｎに吸着される間、吸気バルブ１４が開状態に保持される。   With such a configuration, the disk 21 is swung around the central shaft 25 by the electromagnetic force generated by the electromagnets 51m and 51n and the elastic force of the lower spring 43 and the torsion bar 31, and the intake valve 14 is reciprocated. . While the disk 21 is adsorbed by the adsorption surface 52m, the intake valve 14 is held in the closed state. While the disk 21 is adsorbed on the adsorption surface 52n, the intake valve 14 is held open.

図４は、図１中の電磁駆動弁の駆動状態を示す断面図である。図３および図４を参照して、ディスク２１が電磁石５１ｍに引き寄せられる時、コイル５３に電流が供給されることによって、コア５２およびディスク２１の間に磁束流れが形成される。磁束は、基部５２ｇ、第２延伸部５２ｈ、ディスク２１および第１延伸部５２ｋにより構成される環状経路を流れながら、コイル５３の周りを周回する。磁束は、基部５２ｇ、第２延伸部５２ｈ、ディスク２１および第３延伸部５２ｊにより構成される環状経路を流れながら、コイル５３の周りを周回する。   4 is a cross-sectional view showing a driving state of the electromagnetically driven valve in FIG. 3 and 4, when the disk 21 is attracted to the electromagnet 51m, a current is supplied to the coil 53, whereby a magnetic flux flow is formed between the core 52 and the disk 21. The magnetic flux circulates around the coil 53 while flowing through an annular path constituted by the base 52g, the second extending portion 52h, the disk 21 and the first extending portion 52k. The magnetic flux circulates around the coil 53 while flowing through an annular path constituted by the base 52g, the second extending portion 52h, the disk 21, and the third extending portion 52j.

ディスク２１は、第１部位２６と、第２部位２７および２８とを含む。第１部位２６と、第２部位２７および２８とは、互いに中心軸２５から異なる距離だけ離れた位置に設けられている。ディスク２１は、コイル５３に対向する位置に第１部位２６を含み、コイル５３に対向する位置からずれた位置に第２部位２７および２８を含む。ディスク２１は、第１延伸部５２ｋに対向する位置に第２部位２８を含み、第２延伸部５２ｈに対向する位置に第２部位２７を含む。   The disk 21 includes a first portion 26 and second portions 27 and 28. The first part 26 and the second parts 27 and 28 are provided at positions separated from each other by a different distance from the central axis 25. The disk 21 includes a first portion 26 at a position facing the coil 53 and includes second portions 27 and 28 at positions shifted from the position facing the coil 53. The disk 21 includes a second portion 28 at a position facing the first extending portion 52k, and includes a second portion 27 at a position facing the second extending portion 52h.

中心軸２５と第２部位２８との間の距離は、中心軸２５と第２部位２７との間の距離よりも大きい。中心軸２５と第１部位２６との間の距離は、中心軸２５と第２部位２８との間の距離よりも小さく、中心軸２５と第２部位２７との間の距離よりも大きい。第２部位２８は、連結部２２に隣接して設けられている。第１部位２６の両側に、第２部位２７と第２部位２８とが設けられている。   The distance between the central axis 25 and the second part 28 is larger than the distance between the central axis 25 and the second part 27. The distance between the central axis 25 and the first part 26 is smaller than the distance between the central axis 25 and the second part 28 and larger than the distance between the central axis 25 and the second part 27. The second portion 28 is provided adjacent to the connecting portion 22. A second part 27 and a second part 28 are provided on both sides of the first part 26.

第２表面２１ｂは、第２部位２７および２８における磁路面積Ｓ２およびＳ３が、第１部位２６における磁路面積Ｓ１よりも小さくなるように、凹凸形状に形成されている。磁路面積Ｓ１〜Ｓ３は、支持部２３から連結部２２に向かう方向に直交する平面で切断した場合のディスク２１の断面積である。第２表面２１ｂは、第２部位２７および２８におけるディスク２１の厚みが、第１部位２６におけるディスク２１の厚みよりも小さくなるように、凹凸形状に形成されている。   The second surface 21b is formed in a concavo-convex shape so that the magnetic path areas S2 and S3 in the second portions 27 and 28 are smaller than the magnetic path area S1 in the first portion 26. The magnetic path areas S <b> 1 to S <b> 3 are cross-sectional areas of the disk 21 when cut along a plane orthogonal to the direction from the support portion 23 toward the coupling portion 22. The second surface 21b is formed in a concavo-convex shape so that the thickness of the disc 21 in the second portions 27 and 28 is smaller than the thickness of the disc 21 in the first portion 26.

図５は、ディスクの第２表面が凹凸形状に形成されていない場合の電磁駆動弁を示す断面図である。図５を参照して、第２表面２１ｂが凹凸形状に形成されていないディスク２１ｙを想定した場合に、第１表面２１ａおよび第２表面２１ｂは、それぞれ同一平面上に延在する。ディスク２１ｙの厚みは、支持部２３から連結部２２に向けて単調に減少する。第２表面２１ｂが凹凸形状に形成されていない場合、第１部位２６における磁路面積は、Ｓ１である。第２部位２７における磁路面積Ｓ４は、第１部位２６における磁路面積Ｓ１よりも大きい。第１部位２６における磁路面積Ｓ１は、第２部位２８における磁路面積Ｓ５よりも大きい。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the electromagnetically driven valve when the second surface of the disk is not formed in an uneven shape. Referring to FIG. 5, when assuming a disk 21y in which second surface 21b is not formed in an uneven shape, first surface 21a and second surface 21b each extend on the same plane. The thickness of the disk 21 y monotonously decreases from the support portion 23 toward the connecting portion 22. When the 2nd surface 21b is not formed in the uneven | corrugated shape, the magnetic path area in the 1st site | part 26 is S1. The magnetic path area S4 in the second part 27 is larger than the magnetic path area S1 in the first part 26. The magnetic path area S1 in the first part 26 is larger than the magnetic path area S5 in the second part 28.

このような形状を有するディスク２１ｙに磁束流れが形成された場合、その磁束流れは、第１部位２６において相対的に大きい磁束密度を有し、第２部位２７および２８において相対的に小さい磁束密度を有する。本実施の形態では、第２部位２７および２８における磁路面積Ｓ４およびＳ５を減少させるようにディスク２１ｙの第２表面２１ｂが凹凸形状に形成され、その結果、図３中のディスク２１が得られる。これにより、ディスク２１の内部で磁気飽和を発生させることなく、ディスク２１の重量を低減させることができる。ディスク２１の重量の低減により、電磁駆動弁１０の静粛性を向上させることができる。また、消費電力および遷移時間の低減を図るとともに、耐久性の向上を図ることができる。   When a magnetic flux flow is formed on the disk 21y having such a shape, the magnetic flux flow has a relatively large magnetic flux density at the first portion 26 and a relatively small magnetic flux density at the second portions 27 and 28. Have In the present embodiment, the second surface 21b of the disk 21y is formed in an uneven shape so as to reduce the magnetic path areas S4 and S5 in the second portions 27 and 28, and as a result, the disk 21 in FIG. 3 is obtained. . Thereby, the weight of the disk 21 can be reduced without causing magnetic saturation inside the disk 21. By reducing the weight of the disk 21, the silence of the electromagnetically driven valve 10 can be improved. In addition, power consumption and transition time can be reduced, and durability can be improved.

図６は、図１中の電磁駆動弁を搭載する内燃機関のバルブタイミングの一例を示す図である。図６を参照して、内燃機関は、ピストンが吸入工程→圧縮工程→膨張工程→排気工程の４工程の作動をして動力発生の１循環を完結する４サイクルガソリンエンジンである。基本的に吸気バルブは、吸入工程で開弁し、その他の工程で閉弁する。また、基本的に排気バルブは、排気工程で開弁し、その他の工程で閉弁する。すなわち、内燃機関は、吸気バルブ１４が開状態に保持される時間よりも閉状態に保持される時間の方が長いバルブタイミングを有する。また、内燃機関は、排気バルブが開状態に保持される時間よりも閉状態に保持される時間の方が長いバルブタイミングを有する。吸気バルブ１４が閉状態に保持される期間は、内燃機関の運転時間の３／４以上を占める。排気バルブが閉状態に保持される期間は、内燃機関の運転時間の３／４以上を占める。   FIG. 6 is a diagram showing an example of the valve timing of the internal combustion engine equipped with the electromagnetically driven valve in FIG. Referring to FIG. 6, the internal combustion engine is a four-cycle gasoline engine in which a piston completes one cycle of power generation by operating in four steps of a suction process → compression process → expansion process → exhaust process. Basically, the intake valve is opened in the intake process and closed in the other processes. Basically, the exhaust valve is opened in the exhaust process and closed in the other processes. That is, the internal combustion engine has a valve timing in which the time that the intake valve 14 is held in the closed state is longer than the time that the intake valve 14 is held in the open state. Also, the internal combustion engine has a valve timing in which the time during which the exhaust valve is held in the closed state is longer than the time during which the exhaust valve is held in the open state. The period during which the intake valve 14 is held in the closed state occupies 3/4 or more of the operation time of the internal combustion engine. The period during which the exhaust valve is kept closed occupies 3/4 or more of the operation time of the internal combustion engine.

ディスク２１の製造時、凹凸形状に形成された第２表面２１ｂと比較して、平面状に形成された第１表面２１ａは精度よく仕上げられる。このため、ディスク２１が電磁石５１ｍに引き寄せられ、吸気バルブ１４が閉状態に保持される間、第１表面２１ａと吸着面５２ｍとの密着性を適正に制御することができる。これにより、電磁石５１ｍによるディスク２１の吸引力を向上させることができる。この際、電磁駆動弁１０では、吸気バルブ１４が開状態に保持される時間よりも閉状態に保持される時間の方が長い。このため、内燃機関の運転時において、ディスク２１の吸引力が向上される時間が長時間に渡るため、電磁駆動弁１０の消費電力を効果的に低減させることができる。   When the disk 21 is manufactured, the first surface 21a formed in a planar shape is finished with higher accuracy than the second surface 21b formed in an uneven shape. For this reason, while the disk 21 is attracted to the electromagnet 51m and the intake valve 14 is held in the closed state, the adhesion between the first surface 21a and the attracting surface 52m can be properly controlled. Thereby, the attractive force of the disk 21 by the electromagnet 51m can be improved. At this time, in the electromagnetically driven valve 10, the time that the intake valve 14 is held in the closed state is longer than the time that the intake valve 14 is held in the open state. For this reason, during the operation of the internal combustion engine, the time during which the suction force of the disk 21 is improved takes a long time, so that the power consumption of the electromagnetically driven valve 10 can be effectively reduced.

この発明の実施の形態１における電磁駆動弁１０は、内燃機関の燃焼室１７およびポートとしての吸気ポート１６間を開閉するバルブとしての吸気バルブ１４を駆動する電磁駆動弁である。   The electromagnetically driven valve 10 according to Embodiment 1 of the present invention is an electromagnetically driven valve that drives an intake valve 14 as a valve that opens and closes between a combustion chamber 17 of an internal combustion engine and an intake port 16 as a port.

電磁駆動弁１０は、アーマチャとしてのディスク２１と、第１電磁石としての電磁石５１ｍと、第２電磁石としての電磁石５１ｎとを備える。ディスク２１は、吸気バルブ１４を開状態に保持する開弁位置と閉状態に保持する閉弁位置との間で作動し、吸気バルブ１４を往復運動させる。電磁石５１ｍは、ディスク２１を通る磁束流れを形成し、ディスク２１を閉弁位置に向けて引き寄せる電磁力を発生する。電磁石５１ｎは、ディスク２１に対して電磁石５１ｍの反対側に配置され、ディスク２１を通る磁束流れを形成し、ディスク２１を開弁位置に向けて引き寄せる電磁力を発生する。内燃機関は、吸気バルブ１４が開状態に保持される時間よりも閉状態に保持される時間の方が長いバルブタイミングを有する。ディスク２１は、電磁石５１ｍに対向し、平面状に形成された第１表面２１ａと、電磁石５１ｎに対向し、凹凸形状に形成された第２表面２１ｂとを含む。   The electromagnetically driven valve 10 includes a disk 21 as an armature, an electromagnet 51m as a first electromagnet, and an electromagnet 51n as a second electromagnet. The disk 21 operates between a valve opening position that holds the intake valve 14 in an open state and a valve closing position that holds the intake valve 14 in a closed state, and reciprocates the intake valve 14. The electromagnet 51m forms a magnetic flux flow through the disk 21, and generates an electromagnetic force that pulls the disk 21 toward the valve closing position. The electromagnet 51n is disposed on the opposite side of the electromagnet 51m with respect to the disk 21, generates a magnetic flux flow through the disk 21, and generates an electromagnetic force that pulls the disk 21 toward the valve opening position. The internal combustion engine has a valve timing in which the time during which the intake valve 14 is held in the closed state is longer than the time during which the intake valve 14 is held in the open state. The disk 21 includes a first surface 21a that is opposed to the electromagnet 51m and formed in a planar shape, and a second surface 21b that is opposed to the electromagnet 51n and is formed in an uneven shape.

このように構成された、この発明の実施の形態１における電磁駆動弁１０によれば、ディスク２１の内部において磁気飽和の発生を抑えつつ、消費電力の低減を図ることができる。   According to the electromagnetically driven valve 10 according to the first embodiment of the present invention configured as described above, it is possible to reduce power consumption while suppressing the occurrence of magnetic saturation inside the disk 21.

なお、本実施の形態では、回転駆動式の電磁駆動弁１０について説明を行なったが、これに限定されず、電磁力により得られたアーマチャの直線運動によってバルブを駆動する並進駆動式の電磁駆動弁に本発明を適用してもよい。   In the present embodiment, the rotary drive type electromagnetically driven valve 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the translational drive type electromagnetic drive that drives the valve by the linear motion of the armature obtained by the electromagnetic force. The present invention may be applied to a valve.

（実施の形態２）
この発明の実施の形態２における電磁駆動弁は、実施の形態１における電磁駆動弁１０と同様の構造を備えるが、コア５２およびディスク２１の形状が下記の条件を満たすように決定されている。以下、実施の形態１と重複する説明は繰り返さない。 (Embodiment 2)
The electromagnetically driven valve according to the second embodiment of the present invention has the same structure as that of the electromagnetically driven valve 10 according to the first embodiment, but the shapes of the core 52 and the disk 21 are determined so as to satisfy the following conditions. Hereinafter, the description which overlaps with Embodiment 1 is not repeated.

（１）コア５２の磁路幅Ｃ１〜Ｃ５の最適化
図７は、この発明の実施の形態２における電磁駆動弁を搭載する内燃機関を示す平面図である。図７を参照して、内燃機関６０は、レシプロエンジンである。内燃機関６０は、ガソリンエンジンである。内燃機関６０は、複数の気筒２００を含む。複数の気筒２００は、互いに間隔を隔てて一方向に並ぶ。内燃機関６０は、直列多気筒エンジンである。内燃機関６０は、直列エンジンに限られず、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン、Ｗ型エンジン等であってもよい。 (1) Optimization of magnetic path widths C1-C5 of core 52 FIG. 7 is a plan view showing an internal combustion engine equipped with an electromagnetically driven valve according to Embodiment 2 of the present invention. Referring to FIG. 7, the internal combustion engine 60 is a reciprocating engine. The internal combustion engine 60 is a gasoline engine. The internal combustion engine 60 includes a plurality of cylinders 200. The plurality of cylinders 200 are arranged in one direction at intervals. The internal combustion engine 60 is an in-line multi-cylinder engine. The internal combustion engine 60 is not limited to an in-line engine, and may be a V-type engine, a horizontally opposed engine, a W-type engine, or the like.

内燃機関６０は、吸気バルブ１４および排気バルブ１５を含む。気筒２００が筒状に延びる方向（図７の紙面に対して垂直方向）を、内燃機関６０の高さ方向と呼び、その高さ方向に直交する方向（図７の紙面に対して水平方向）を、内燃機関６０の長さ方向と呼ぶ。吸気バルブ１４と排気バルブ１５とは、内燃機関６０の長さ方向に並ぶ。複数の吸気バルブ１４が、内燃機関６０の長さ方向に並ぶ。複数の排気バルブ１５が、内燃機関６０の長さ方向に並ぶ。複数の気筒２００が、内燃機関６０の長さ方向に並ぶ。このような構成を備える内燃機関６０においては、内燃機関６０に課されるスペース上の制約が、高さ方向よりも長さ方向の方が厳しくなる。   The internal combustion engine 60 includes an intake valve 14 and an exhaust valve 15. A direction in which the cylinder 200 extends in a cylindrical shape (a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 7) is referred to as a height direction of the internal combustion engine 60, and a direction orthogonal to the height direction (a horizontal direction with respect to the paper surface of FIG. 7). Is called the length direction of the internal combustion engine 60. The intake valve 14 and the exhaust valve 15 are arranged in the length direction of the internal combustion engine 60. A plurality of intake valves 14 are arranged in the length direction of the internal combustion engine 60. A plurality of exhaust valves 15 are arranged in the length direction of the internal combustion engine 60. A plurality of cylinders 200 are arranged in the length direction of the internal combustion engine 60. In the internal combustion engine 60 having such a configuration, the space restriction imposed on the internal combustion engine 60 is more severe in the length direction than in the height direction.

内燃機関６０は、各吸気バルブ１４および各排気バルブ１５を開閉駆動する電磁駆動弁１０を搭載する。電磁駆動弁１０は、複数の吸気バルブ１４および複数の排気バルブ１５をそれぞれ一括に開閉駆動するように設けられてもよい。   The internal combustion engine 60 is equipped with an electromagnetically driven valve 10 that opens and closes each intake valve 14 and each exhaust valve 15. The electromagnetically driven valve 10 may be provided to open and close the plurality of intake valves 14 and the plurality of exhaust valves 15 collectively.

図４を参照して、第１コア部分としての第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊでは、磁束が互いに平行に流れる。第２コア部分としての基部５２ｇでは、第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊにおける磁束の流れ方向に直交する方向に磁束が流れる。各延伸部および基部５２ｇがそれぞれ延びる方向と、磁束の流れ方向とは、ほぼ一致する。   Referring to FIG. 4, magnetic fluxes flow in parallel with each other in first extending portion 52k, second extending portion 52h, and third extending portion 52j as the first core portion. In the base 52g as the second core portion, the magnetic flux flows in a direction orthogonal to the magnetic flux flow direction in the first extending portion 52k, the second extending portion 52h, and the third extending portion 52j. The direction in which each extending portion and the base portion 52g extend and the flow direction of the magnetic flux substantially coincide with each other.

第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊでは、内燃機関６０の高さ方向および長さ方向のうち高さ方向に近い方向に磁束が流れる。基部５２ｇでは、内燃機関６０の高さ方向および長さ方向のうち長さ方向に近い方向に磁束が流れる。   In the first extending portion 52k, the second extending portion 52h, and the third extending portion 52j, the magnetic flux flows in a direction close to the height direction among the height direction and the length direction of the internal combustion engine 60. In the base 52g, the magnetic flux flows in a direction close to the length direction among the height direction and the length direction of the internal combustion engine 60.

第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊの磁路幅をそれぞれＣ１、Ｃ２およびＣ３と呼び、基部５２ｇの磁路幅をＣ４，Ｃ５と呼ぶ。磁路幅Ｃ１〜Ｃ５は、磁束の流れ方向に直交する平面で切断した場合のコア５２の長さである。本実施の形態では、コア５２を磁束の流れ方向に直交する平面で切断した場合に略矩形の断面が得られる。一定であるコア５２の奥行きが、略矩形の一方の端辺の長さであり、磁路幅Ｃ１〜Ｃ５が、略矩形の他方の端辺の長さである。磁路幅Ｃ１〜Ｃ３は、内燃機関６０の高さ方向および長さ方向のうち長さ方向に近い方向に沿った長さである。磁路幅Ｃ４，Ｃ５は、内燃機関６０の高さ方向および長さ方向のうち高さ方向に近い方向に沿った長さである。   The magnetic path widths of the first extending portion 52k, the second extending portion 52h, and the third extending portion 52j are referred to as C1, C2, and C3, respectively, and the magnetic path widths of the base portion 52g are referred to as C4 and C5. The magnetic path widths C <b> 1 to C <b> 5 are the lengths of the core 52 when cut along a plane orthogonal to the magnetic flux flow direction. In the present embodiment, a substantially rectangular cross section is obtained when the core 52 is cut along a plane perpendicular to the flow direction of magnetic flux. The constant depth of the core 52 is the length of one end of the substantially rectangular shape, and the magnetic path widths C1 to C5 are the length of the other end of the substantially rectangular shape. The magnetic path widths C <b> 1 to C <b> 3 are lengths along the direction close to the length direction among the height direction and the length direction of the internal combustion engine 60. The magnetic path widths C4 and C5 are lengths along the direction close to the height direction of the internal combustion engine 60 in the height direction and the length direction.

図８は、コア内部に形成される磁束流れのＢ（磁束密度）−Ｈ（磁界）曲線を表わすグラフである。図８を参照して、コイル５３に電流が供給されると、コア５２の内部に磁束流れが形成される。この際、磁界Ｈの増大に伴って磁束密度Ｂが増大する非磁気飽和領域３１０と、非磁気飽和領域３１０と比較して、磁束密度Ｂが増大する割合が低下する磁気飽和領域３２０とが存在する。図８中に示すＢ−Ｈ曲線において、非磁気飽和領域３１０では曲線の傾きが相対的に大きくなり、磁気飽和領域３２０では曲線の傾きが相対的に小さくなる。   FIG. 8 is a graph showing a B (magnetic flux density) -H (magnetic field) curve of the magnetic flux flow formed inside the core. Referring to FIG. 8, when a current is supplied to coil 53, a magnetic flux flow is formed inside core 52. At this time, there are a non-magnetic saturation region 310 in which the magnetic flux density B increases as the magnetic field H increases, and a magnetic saturation region 320 in which the rate at which the magnetic flux density B increases decreases compared to the non-magnetic saturation region 310. To do. In the BH curve shown in FIG. 8, the slope of the curve is relatively large in the nonmagnetic saturation region 310, and the slope of the curve is relatively small in the magnetic saturation region 320.

本実施の形態では、磁路幅Ｃ１、Ｃ２およびＣ３が、第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊに形成される磁束流れが磁気飽和領域３２０に重なるように決定されている。磁路幅Ｃ４，Ｃ５は、基部５２ｇに形成される磁束流れが非磁気飽和領域３１０に重なるように決定される。   In the present embodiment, the magnetic path widths C1, C2, and C3 are determined so that the magnetic flux flows formed in the first extending portion 52k, the second extending portion 52h, and the third extending portion 52j overlap the magnetic saturation region 320. ing. The magnetic path widths C4 and C5 are determined so that the magnetic flux flow formed in the base 52g overlaps the nonmagnetic saturation region 310.

このような構成においては、第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊの内部で多少の磁気飽和を許容しつつ、長さ方向に沿う磁路幅Ｃ１、Ｃ２およびＣ３を可能限り小さく設定する。一方、高さ方向に沿う磁路幅Ｃ４，Ｃ５は、基部５２ｇの内部で磁気飽和が起こらないように、十分大きく設定する。これにより、磁気飽和による電磁力の減少を最小限に抑えつつ、内燃機関６０に搭載可能な大きさを有する電磁駆動弁１０を構成する。   In such a configuration, the magnetic path widths C1, C2, and C3 along the length direction are set while allowing some magnetic saturation inside the first extending portion 52k, the second extending portion 52h, and the third extending portion 52j. Set as small as possible. On the other hand, the magnetic path widths C4 and C5 along the height direction are set sufficiently large so that magnetic saturation does not occur inside the base 52g. Thus, the electromagnetically driven valve 10 having a size that can be mounted on the internal combustion engine 60 is configured while minimizing a decrease in electromagnetic force due to magnetic saturation.

（２）コア５２の磁路幅Ｃ１〜Ｃ３の最適化
第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊのうち支持部２３から最も離れた第１延伸部５２ｋにおける磁束密度が最も高くなるように、磁路幅Ｃ１、Ｃ２およびＣ３が決定される。 (2) Optimization of the magnetic path widths C1 to C3 of the core 52 The magnetic flux density in the first extending part 52k farthest from the support part 23 among the first extending part 52k, the second extending part 52h, and the third extending part 52j is The magnetic path widths C1, C2, and C3 are determined so as to be the highest.

電磁力Ｆは、（（磁束密度Ｂ）２×磁路面積Ｓ）の値に比例する。すなわち、電磁力Ｆの増大には、磁路面積Ｓを増加させるよりも磁束密度Ｂを増加させる方が効果的である。また、コア５２の奥行きが一定である電磁駆動弁１０においては、磁路面積Ｓと磁路幅Ｃ１〜Ｃ３とは、比例関係を有する。これらの点を踏まえて、磁路幅Ｃ１をより小さく設定し、第１延伸部５２ｋ内で多少の磁気飽和を許容しつつ、回転モーメントの大きい第１延伸部５２ｋで第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊよりも高磁束密度化を図る。これにより、吸気バルブ１４の駆動力を効果的に向上させることができる。 The electromagnetic force F is proportional to the value of ((magnetic flux density B) 2 × magnetic path area S). That is, for increasing the electromagnetic force F, increasing the magnetic flux density B is more effective than increasing the magnetic path area S. Moreover, in the electromagnetically driven valve 10 in which the depth of the core 52 is constant, the magnetic path area S and the magnetic path widths C1 to C3 have a proportional relationship. In consideration of these points, the magnetic path width C1 is set to be smaller, and while allowing some magnetic saturation in the first extending portion 52k, the second extending portion 52h and the second extending portion 52k are arranged in the first extending portion 52k having a large rotational moment. 3. A higher magnetic flux density is achieved than in the extending portion 52j. Thereby, the driving force of the intake valve 14 can be effectively improved.

第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊにおける磁束密度をそれぞれＢ１、Ｂ２およびＢ３と呼び、基部５２ｇにおける磁束密度をＢ４，Ｂ５と呼ぶ。（１）および（２）で説明した条件を考慮すると、コア５２内の磁束密度が、Ｂ４，Ｂ５＜Ｂ２，Ｂ３＜Ｂ１の関係を満たすように、磁路幅Ｃ１〜Ｃ５が決定される。   The magnetic flux densities in the first extending portion 52k, the second extending portion 52h, and the third extending portion 52j are referred to as B1, B2, and B3, respectively, and the magnetic flux densities in the base portion 52g are referred to as B4 and B5. Considering the conditions described in (1) and (2), the magnetic path widths C1 to C5 are determined so that the magnetic flux density in the core 52 satisfies the relationship of B4, B5 <B2, B3 <B1.

（３）ディスク２１の厚みＤ１〜Ｄ５の最適化
第１部位２６、第２部位２７および第２部位２８におけるディスク２１の厚みをそれぞれ、Ｄ２、Ｄ３およびＤ１と呼ぶ。第２延伸部５２ｈと第３延伸部５２ｊとの間でコイル５３に対向する位置のディスク２１の厚みを、Ｄ４と呼ぶ。第３延伸部５２ｊに対向する位置の支持部２３の肉厚を、厚みＤ５と呼ぶ。 (3) Optimization of the thicknesses D1 to D5 of the disc 21 The thicknesses of the disc 21 in the first portion 26, the second portion 27, and the second portion 28 are referred to as D2, D3, and D1, respectively. The thickness of the disk 21 at a position facing the coil 53 between the second extending portion 52h and the third extending portion 52j is referred to as D4. The thickness of the support portion 23 at a position facing the third extending portion 52j is referred to as a thickness D5.

本実施の形態では、第１部位２６および第２部位２７，２８のいずれかにおいても磁気飽和が起こらないように、ディスク２１の厚みＤ１〜Ｄ３が決定される。   In the present embodiment, the thicknesses D1 to D3 of the disk 21 are determined so that magnetic saturation does not occur in any of the first part 26 and the second parts 27 and 28.

また、積層鋼板から形成されたコア５２と比較して、バルク材から形成されたディスク２１は磁気特性に劣る。この場合、ディスク２１の厚みを決定するに際して、ディスク２１の磁路面積がコア５２の磁路面積よりも大きくなるように設定する。特にディスク２１の奥行きとコア５２の奥行きとが等しい場合、ディスク２１の厚みをコア５２の磁路幅よりも大きい値に設定する。たとえば、本実施の形態では、Ｄ２≧Ｃ１、Ｄ４≧Ｃ３、Ｄ５×２≧Ｃ３の関係を満たすように、ディスク２１の厚みを設定する。   In addition, the disk 21 formed from a bulk material is inferior in magnetic properties as compared with the core 52 formed from laminated steel sheets. In this case, when determining the thickness of the disk 21, the magnetic path area of the disk 21 is set to be larger than the magnetic path area of the core 52. In particular, when the depth of the disk 21 and the depth of the core 52 are equal, the thickness of the disk 21 is set to a value larger than the magnetic path width of the core 52. For example, in the present embodiment, the thickness of the disk 21 is set so as to satisfy the relationships of D2 ≧ C1, D4 ≧ C3, and D5 × 2 ≧ C3.

また、ディスク２１の厚みＤ１，Ｄ３は、ディスク２１の強度が確保される範囲内で最小限に設定される。これにより、ディスク２１の軽量化を図り、その作動性を向上させることができる。   Further, the thicknesses D1 and D3 of the disk 21 are set to a minimum within a range in which the strength of the disk 21 is ensured. Thereby, weight reduction of the disk 21 can be achieved and the operativity can be improved.

このように構成された、この発明の実施の形態２における電磁駆動弁１０によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。また、コア５２およびディスク２１内に磁束を効率よく流し、電磁力の増大および応答性の向上を図る。これにより、消費電力をより効果的に低減させることができる。   According to the electromagnetically driven valve 10 according to the second embodiment of the present invention configured as described above, the effects described in the first embodiment can be similarly obtained. Further, the magnetic flux is efficiently flowed into the core 52 and the disk 21 to increase the electromagnetic force and improve the response. Thereby, power consumption can be reduced more effectively.

（実施の形態３）
この発明の実施の形態３における電磁駆動弁は、実施の形態１における電磁駆動弁１０と同様の構造を備える。以下、実施の形態１と重複する説明は繰り返さない。 (Embodiment 3)
The electromagnetically driven valve in the third embodiment of the present invention has the same structure as that of the electromagnetically driven valve 10 in the first embodiment. Hereinafter, the description which overlaps with Embodiment 1 is not repeated.

図４を参照して、ディスク２１の回転中心からの距離をｘとし、ディスク２１およびコア５２の衝突によって各位置で生じる衝撃荷重をＦとする。回転運動するディスク２１がコア５２に衝突する図４中の電磁駆動弁１０においては、次式が成立する。   With reference to FIG. 4, the distance from the rotation center of the disk 21 is x, and the impact load generated at each position by the collision of the disk 21 and the core 52 is F. In the electromagnetically driven valve 10 in FIG. 4 in which the rotating disk 21 collides with the core 52, the following equation is established.

ｍ＝Ｉ／ｘ２（ｍ：コア５２が各衝突位置でディスク２１から受ける荷重、Ｉ：ディスク２１の慣性モーメント）
図９は、衝突位置ｘと衝撃荷重Ｆとの関係を示すグラフである。図９を参照して、荷重ｍは、衝突位置ｘの２乗に反比例することから、各衝突位置でのディスク２１の速度が一定であると仮定すると、衝撃荷重Ｆはディスク２１の回転中心から離れるに従って小さくなる。 m = I / x 2 (m: load that the core 52 receives from the disk 21 at each collision position, I: moment of inertia of the disk 21)
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the collision position x and the impact load F. Referring to FIG. 9, since the load m is inversely proportional to the square of the collision position x, assuming that the speed of the disk 21 at each collision position is constant, the impact load F is from the rotation center of the disk 21. It gets smaller as you leave.

本実施の形態では、ディスク２１が電磁石５１ｎに引き寄せられた時、ディスク２１と、第１延伸部５２ｋ、第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊのうちディスク２１の回転中心から離れた第１延伸部５２ｋとが衝突する。一方、ディスク２１と、ディスク２１の回転中心から近い第２延伸部５２ｈおよび第３延伸部５２ｊとの間にギャップが設けられる。このような構成により、ディスク２１およびコア５２の衝突時に発生する衝撃荷重を低減することができる。   In the present embodiment, when the disk 21 is attracted to the electromagnet 51n, the first of the disk 21 and the first extending part 52k, the second extending part 52h, and the third extending part 52j that is separated from the rotation center of the disk 21. The extending part 52k collides. On the other hand, a gap is provided between the disc 21 and the second extending portion 52h and the third extending portion 52j that are close to the rotation center of the disc 21. With such a configuration, it is possible to reduce the impact load generated when the disk 21 and the core 52 collide.

このように構成された、この発明の実施の形態３における電磁駆動弁によれば、実施の形態１に記載の効果を同様に得ることができる。また、衝撃荷重の低減により、作動音の低減や耐久性の向上を図ることができる。   According to the electromagnetically driven valve in the third embodiment of the present invention configured as described above, the effect described in the first embodiment can be obtained in the same manner. In addition, the reduction of the impact load can reduce the operating noise and improve the durability.

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。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明の実施の形態１における電磁駆動弁を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electromagnetically driven valve in Embodiment 1 of this invention. 図１中の電磁石を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electromagnet in FIG. 図１中のディスクを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the disk in FIG. 図１中の電磁駆動弁の駆動状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the drive state of the electromagnetically driven valve in FIG. ディスクの第２表面が凹凸形状に形成されていない場合の電磁駆動弁を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an electromagnetically driven valve when the 2nd surface of a disk is not formed in uneven | corrugated shape. 図１中の電磁駆動弁を搭載する内燃機関のバルブタイミングの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the valve timing of the internal combustion engine carrying the electromagnetically driven valve in FIG. この発明の実施の形態２における電磁駆動弁を搭載する内燃機関を示す平面図である。It is a top view which shows the internal combustion engine carrying the electromagnetically driven valve in Embodiment 2 of this invention. コア内部に形成される磁束流れのＢ−Ｈ曲線を表わすグラフである。It is a graph showing the BH curve of the magnetic flux flow formed inside a core. 衝突位置ｘと衝撃荷重Ｆとの関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between a collision position x and an impact load F.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 電磁駆動弁、１４ 吸気バルブ、１５ 排気バルブ、１６ 吸気ポート、１７ 燃焼室、２１，２１ｙ ディスク、２１ａ 第１表面、２１ｂ 第２表面、２３ 支持部、２６ 第１部位、２７，２８ 第２部位、５１ｍ，５１ｎ 電磁石、５２ コア、５２ｇ 基部、５２ｈ 第２延伸部、５２ｊ 第３延伸部、５２ｋ 第１延伸部、６０ 内燃機関。   10 Electromagnetic Drive Valve, 14 Intake Valve, 15 Exhaust Valve, 16 Intake Port, 17 Combustion Chamber, 21, 21y Disc, 21a First Surface, 21b Second Surface, 23 Support Section, 26 First Part, 27, 28 Second Site, 51m, 51n electromagnet, 52 core, 52g base, 52h second extension, 52j third extension, 52k first extension, 60 internal combustion engine.

Claims (7)

内燃機関の燃焼室およびポート間を開閉するバルブを駆動する電磁駆動弁であって、
前記バルブを開状態に保持する開弁位置と閉状態に保持する閉弁位置との間で作動し、前記バルブを往復運動させるアーマチャと、
前記アーマチャを通る磁束流れを形成し、前記アーマチャを前記閉弁位置に向けて引き寄せる電磁力を発生する第１電磁石と、
前記アーマチャに対して前記第１電磁石の反対側に配置され、前記アーマチャを通る磁束流れを形成し、前記アーマチャを前記開弁位置に向けて引き寄せる電磁力を発生する第２電磁石とを備え、
前記内燃機関は、前記バルブが開状態に保持される時間よりも閉状態に保持される時間の方が長いバルブタイミングを有し、
前記アーマチャは、前記第１電磁石に対向し、平面状に形成された第１表面と、前記第２電磁石に対向し、凹凸形状に形成された第２表面とを含む、電磁駆動弁。 An electromagnetically driven valve that drives a valve that opens and closes between a combustion chamber and a port of an internal combustion engine,
An armature that operates between a valve opening position that holds the valve in an open state and a valve closing position that holds the valve in a closed state, and reciprocates the valve;
A first electromagnet for generating an electromagnetic force that forms a magnetic flux flow through the armature and draws the armature toward the closed position;
A second electromagnet disposed on the opposite side of the first electromagnet with respect to the armature, forming a magnetic flux flow through the armature, and generating an electromagnetic force that draws the armature toward the valve opening position;
The internal combustion engine has a valve timing in which the time during which the valve is held in the closed state is longer than the time during which the valve is held in the open state;
The armature includes an electromagnetically driven valve including a first surface formed in a planar shape facing the first electromagnet and a second surface formed in a concavo-convex shape facing the second electromagnet. 前記アーマチャは、前記第２表面が凸形状に形成され、相対的に大きい磁路面積を有する第１部位と、前記第２表面が凹形状に形成され、相対的に小さい磁路面積を有する第２部位とをさらに含み、
前記第２表面が平面状に形成され、一定の磁路面積を有するアーマチャを想定した場合に、そのアーマチャ内の磁束密度は、前記第２部位よりも前記第１部位の方が大きい、請求項１に記載の電磁駆動弁。 The armature includes a first part having a convex shape on the second surface and a relatively large magnetic path area, and a first part having a relatively small magnetic path area on the second surface formed in a concave shape. And further comprising two sites,
2. The magnetic flux density in the armature is larger in the first part than in the second part when the second surface is formed in a planar shape and an armature having a constant magnetic path area is assumed. The electromagnetically driven valve according to 1. 前記第１部位および前記第２部位における前記アーマチャの厚みは、前記第１部位および前記第２部位のいずれにおいても磁気飽和が生じないように決定される、請求項２に記載の電磁駆動弁。   3. The electromagnetically driven valve according to claim 2, wherein thicknesses of the armatures in the first part and the second part are determined so that magnetic saturation does not occur in any of the first part and the second part. 前記第１電磁石および前記第２電磁石は、磁束が流れるコアを含み、
前記コアは、前記内燃機関の高さ方向および長さ方向のうち高さ方向に近い方向に磁束が流れる第１コア部分と、前記内燃機関の高さ方向および長さ方向のうち長さ方向に近い方向に磁束が流れる第２コア部分とを有し、
前記第１コア部分および前記第２コア部分の磁路幅は、前記第１コア部分における磁束流れが磁気飽和領域に重なり、前記第２コア部分における磁束流れが磁気飽和領域に重ならないように決定される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電磁駆動弁。 The first electromagnet and the second electromagnet include a core through which magnetic flux flows,
The core includes a first core portion in which a magnetic flux flows in a direction close to a height direction among a height direction and a length direction of the internal combustion engine, and a length direction among the height direction and the length direction of the internal combustion engine. A second core portion in which magnetic flux flows in a near direction,
The magnetic path widths of the first core portion and the second core portion are determined so that the magnetic flux flow in the first core portion overlaps the magnetic saturation region and the magnetic flux flow in the second core portion does not overlap the magnetic saturation region. The electromagnetically driven valve according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記アーマチャは、回転自在に支持された支持部をさらに含み、
前記アーマチャが前記支持部を支点に揺動することにより、前記バルブが往復運動する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電磁駆動弁。 The armature further includes a support portion rotatably supported,
The electromagnetically driven valve according to any one of claims 1 to 4, wherein the valve reciprocates as the armature swings around the support portion. 前記アーマチャが前記第２電磁石に引き寄せられた時、前記支持部から相対的に近い部位で前記アーマチャと前記第２電磁石とが離間し、前記支持部から相対的に遠い部位で前記アーマチャと前記第２電磁石とが接触する、請求項５に記載の電磁駆動弁。   When the armature is attracted to the second electromagnet, the armature and the second electromagnet are separated from each other at a portion relatively close to the support portion, and the armature and the second electromagnet are separated from the support portion. The electromagnetically driven valve according to claim 5, wherein the two electromagnets are in contact with each other. 前記第１電磁石および前記第２電磁石は、磁束が流れるコアを含み、
前記コアは、前記アーマチャと対向し、互いに間隔を隔てて配設された複数のコア部分を有し、
各コア部分の磁路幅は、前記複数のコア部分のうち前記支持部から最も離れたコア部分における磁束密度が最も高くなるように決定される、請求項５または６に記載の電磁駆動弁。 The first electromagnet and the second electromagnet include a core through which magnetic flux flows,
The core has a plurality of core portions opposed to the armature and spaced apart from each other,
The electromagnetically driven valve according to claim 5 or 6, wherein a magnetic path width of each core portion is determined so that a magnetic flux density is highest in a core portion farthest from the support portion among the plurality of core portions.
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