JP3733776B2 - 電磁駆動弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動弁に係り、特に電磁石により駆動されるアーマチャにより弁体を開閉駆動する電磁駆動弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平7−332044号に開示される電磁駆動弁が公知である。前記従来の電磁駆動弁は、内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する弁体と、弁体に連結されたアーマチャと、アーマチャに弁体の開弁方向及び閉弁方向の電磁力をそれぞれ付与する開弁用及び閉弁用の電磁石とを備えている。従って、前記従来の電磁駆動弁によれば、各電磁石を交互に励磁することにより弁体を開閉駆動することができる。
【0003】
ところで、内燃機関のシリンダヘッドは燃焼室での燃焼により高温となり、その熱が弁体に伝達されることで弁体も高温となる。この場合、シリンダヘッド及び弁体の熱容量の相違等により、両部材には熱膨張差が発生する。かかる熱膨張差の影響で、アーマチャが閉弁用電磁石に吸引された状態で、弁体が弁座に完全に着座せず、弁体と弁座との間に隙間が生ずることがある。また、弁座あるいは弁体に摩耗が生じた場合にも、同様に、弁体と弁座との間に隙間が生ずることになる。
【0004】
かかる不都合を防止するうえでは、更に特開平10−252426号に開示如く、アーマチャが閉弁用電磁石に吸引され、かつ、弁体が弁座に着座した状態で、アーマチャと弁体との間に離間部分が形成されるように弁体及びアーマチャを構成することが有効であると考えられていた。かかる構成によれば、前記の熱膨張差あるいは摩耗が生じた場合にも、弁体はその変位がアーマチャによって規制されることなく、弁座に着座するまで変位することができるからである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の如く、弁体が閉弁した状態で弁体とアーマチャとの間に前記離間部分が形成されると、弁体を開弁させる際には、アーマチャが弁体に衝突する際に衝突音が発生し、更に、アーマチャが開弁用電磁石に衝突する際に衝突音が発生する。また、弁体を閉弁させる際には、弁体が弁座に衝突する際に衝突音が発生し、更に、アーマチャが閉弁用電磁石に衝突する際に衝突音が発生する。このように、弁体とアーマチャとの間に隙間を設ける構成では、開弁時及び閉弁時にそれぞれ2回の衝突音が発生することにより、作動音が増大してしまう。
【0006】
そこで、前記弁体とアーマチャの間の形成した前記離間部分に、所謂ゼロラッシュアジャスタと称される隙間調整機能を備えた伸縮部品を介装することが考えられる。弁体のサイクル駆動に伴って前記離間部分で生じる部材間の隙間、特に閉弁時に生じるゼロラッシュアジャスタとアーマチャとの間隔増大により発生する隙間を、ゼロラッシュアジャスタ自身の伸長によって解消することができるので有効な手段であると言える。また、アーマチャが閉弁用電磁石に吸引された状態で、上記した熱膨張差や磨耗により、弁体と弁座との間に隙間が生じた場合には、ゼロラッシュアジャスタ自身の収縮によってこの隙間を解消することができる。
【0007】
しかし、内燃機関の燃焼状態のサイクル変動に起因し燃焼室内の圧力がサイクル変動したり、運転状態の過渡的な変化に対して弁体にかかる外力が変動するために、画一的にゼロラッシュアジャスタを伸長駆動しても弁体とアーマチャとの間の隙間を解消することができず、結局、十分に作動音を軽減できない場合がある。
【0008】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、アーマチャと弁体との間で隙間を生じさせることなく、作動音の発生を防止しつつ弁体を確実に開閉することが可能な電磁駆動弁を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記の目的は、請求項1に記載する如く、弁体と、
電磁石に吸引されることにより前記弁体を駆動するアーマチャと、
前記弁体と前記アーマチャとの間に介装され、駆動力を付与されることにより弁体とアーマチャとの間隔が増大した時に発生する隙間を解消する方向に伸長可能なゼロラッシュアジャスタと、
前記隙間を検出する隙間発生検出手段と、
前記隙間が検出された場合には前記ゼロラッシュアジャスタの伸長駆動力を増大させ、前記隙間が検出されない場合には前記ゼロラッシュアジャスタの伸長駆動力を減少させる駆動力調整手段とを、備えた電磁駆動弁により達成される。
【0010】
請求項1記載の発明において、弁体とアーマチャとは所定距離だけ離間して設けられ、この離間部分にゼロラッシュアジャスタが介装される。ここで、隙間発生検出手段が前記弁体とアーマチャの間隔の増大すなわち隙間の発生を検出すると検出信号を発する。この信号を受けた駆動力増大手段はゼロラッシュアジャスタの伸長力を増大させて係る隙間を解消させることになる。
【0011】
また、請求項2に記載する如く、弁体が内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する場合、前記隙間発生検出手段は、前記内燃機関の振動に基づいて隙間の発生を検出することができる。すなわち、係る隙間が発生すると作動音と共に必ず振動を伴うことに着目し、直接的に隙間の発生を検出することに代えて、内燃機関の振動発生から隙間の発生を予知するようにして電磁弁の構成を簡易化するものである。内燃機関の振動を計測する箇所としては、前記隙間発生による振動検出が容易なシリンダヘッドが好ましい。
【0012】
この場合、請求項3に記載する如く、ゼロラッシュアジャスタは、油圧供給機構により油圧を受けることにより伸長駆動されるものとして構成すれば、前記隙間検出信号が確認された時に油圧を上昇させるという簡単な構成で発生した隙間を迅速に解消できる。
尚、この場合、請求項4に記載する如く、前記ゼロラッシュアジャスタは、前記弁体が弁座に着座した状態で油圧を受けることにより伸長駆動されることとすれば、ゼロラッシュアジャスタへ伸長駆動時に供給すべき油圧を低圧とすることができる。
【0013】
【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の構成を示す。図1に示す如く、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又は排気弁として構成されている。弁体12は、内燃機関の燃焼室14内に露出するようにロアヘッド16に配設されている。ロアヘッド16にはポート18が形成されている。ポート18の燃焼室14への開口部には、弁体12に対する弁座20が形成されている。ポート18は、弁体12が弁座20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20に着座することにより遮断状態となる。
【0014】
ロアヘッド16の上部には、断熱プレート22を介してシリンダヘッドスペーサ24が配設されている。断熱プレート22は、例えばベークライト等の断熱材料から構成されたシート状の部材であり、燃焼室14で発生した高熱がロアヘッド16からシリンダヘッドスペーサ24へ伝達されるのを抑制する機能を有している。シリンダヘッドスペーサ24の更に上部には、アッパヘッド25が固定されている。
【0015】
弁体12は上方に伸びる弁軸26を備えている。弁軸26はバルブガイド28により軸方向に摺動可能に保持されている。バルブガイド28はロアヘッド16に保持されている。ロアヘッド16の弁軸26の略上半分を囲む部位には、円筒状に形成されたスプリング保持空間30が設けられている。バルブガイド28の上端部はスプリング保持空間30の内部に露出している。スプリング保持空間30内のバルブガイド28の上端部近傍の周囲には、バルブステムシール31が装着されている。
【0016】
弁軸26の上端部近傍には、コッタ32が装着されている。コッタ32は図1中上方ほど大径となるくさび状の外周面を有し、内周面には内向きの突起が設けられた略円筒状の部材である。コッタ32内周面の突起は、弁軸26の外周面に設けられた凹部に嵌合されている。また、コッタ32の外周にはロアリテーナ34が嵌着されている。
【0017】
スプリング保持空間30の底面にはスプリングシート36が配設されている。スプリングシート36とロアリテーナ34との間には、両者を離間させる向きの付勢力を発生するロアスプリング38が配設されている。ロアスプリング38はロアリテーナ34を介して弁体12を上向き、即ち、弁座20に向かう方向に付勢している。以下、弁体12が弁座20に向かう方向を閉弁方向と称し、また、弁体12が弁座20から離れる方向を開弁方向と称する。
【0018】
弁軸26の上方には、ゼロラッシュアジャスタ40を隔てて、アーマチャシャフト42が弁軸26と同軸に配設されている。すなわち、アーマチャシャフト42と弁軸26とは所定距離を持って離間され、この離間部分にゼロラッシュアジャスタ40が同軸的に介装されている。このゼロラッシュアジャスタ40の構成については後に詳細に説明する。アーマチャシャフト42の上端部には、前記コッタ32と上下対称の構成を有するコッタ44が装着されている。コッタ44の周囲には、アッパリテーナ46が嵌着されている。アッパリテーナ46の上面には、アッパスプリング48の下端部が当接している。アッパスプリング48の周囲には、円筒状のアッパケース50が配設されている。アッパケース50の上部にはアジャスタボルト52が螺着されている。アッパスプリング48の上端部はスプリングガイド54を介してアジャスタボルト52に当接している。アッパスプリング48はアッパリテーナ46を介してアーマチャシャフト42を下向きに付勢している。
【0019】
アーマチャシャフト42の軸方向中央部の外周にはアーマチャ56が接合されている。アーマチャ56は軟磁性材料により構成された円盤状の部材である。アーマチャ56の上方にはアッパコイル58及びアッパコア60が配設されている。また、アーマチャ56の下方にはロアコイル62及びロアコア64が配設されている。アッパコイル58及びロアコイル62はそれぞれ、アッパコア60及びロアコア64に形成された環状溝60a及び64aに収容されている。
【0020】
アッパコア60及びロアコア64はそれぞれ、その中央部を貫通する貫通穴60b及び64bを備えている。アッパコア60の貫通穴60bの上端にはアッパブッシュ66が配設されている。また、ロアコア64の貫通穴64bの下端にはロアブッシュ68が配設されている。アーマチャシャフト42はアッパブッシュ66及びロアブッシュ68により軸方向に摺動可能に保持されている。また、アッパコア60の上端部及びロアコア64の下端部には、それぞれ、フランジ部60c及び64cが設けられている。
【0021】
シリンダヘッドスペーサ24には、その上下を貫通する円筒状のラッシュアジャスタ保持空間24aが、前記スプリング保持空間30と同軸に形成されている。ラッシュアジャスタ保持空間24aの内部には、前記したゼロラッシュアジャスタ40が保持されている。シリンダヘッドスペーサ24の上面のラッシュアジャスタ保持空間24aの開口部近傍には、上向きに***した***部24bが設けられており、更に、***部24bの頂部には円筒部24cが形成されている。
【0022】
アッパヘッド25には、その上下を貫通する円筒状のコア保持空間25aが、前記スプリング保持空間30及びラッシュアジャスタ保持空間24aと同軸に形成されている。アッパコア60はそのフランジ部60cがシム70を介してアッパヘッド25に当接し、また、ロアコア64はそのフランジ部64cがアッパヘッド25に当接するように、それぞれコア保持空間25aに挿入されている。アッパコア60のフランジ部60cは、アッパヘッド25と、アッパケース50の下端部に形成されたフランジ部50aとの間に挟持されている。また、ロアコア64のフランジ部64cは、アッパヘッド25とロアブラケット72との間に挟持されている。そして、アッパケース50及びロアブラケット72が固定ボルト74、76によりアッパヘッド25に固定されることで、アッパコア60とロアコア64とは所定の間隔を隔てて固定されている。なお、アッパコア60及びロアコア64が前記の如く固定された状態で、シリンダヘッドスペーサ24の***部24bとロアコア64の下面との間には所定の隙間が形成されている。また、前記したアジャスタボルト52は、アーマチャ56の中立位置がアッパコア60とロアコア64との中間点となるように調整されている。
【0023】
シリンダヘッドスペーサ24には、互いに連通する油供給路80及び82が設けられている。油供給路80には、調圧弁93を介して油圧ポンプ94によりオイルタンク95からの油圧が供給される。また、油供給路82はラッシュアジャスタ保持空間24aの所定位置に開口している。シリンダヘッドスペーサ24には、更に、油回収穴84が設けられている。油回収穴84は、その上端がシリンダヘッド24の***部24bの周囲近傍に開口し、下端がスプリング保持空間30内へ開口するように、シリンダヘッドスペーサ24を上下に貫通している。なお、油回収穴84の上部は、加工穴84a、84bにより構成されることで、シリンダヘッドスペーサ24上面への開口面積が大きく確保されている。
【0024】
さらに、前記アッパヘッド25にはその振動を検出するための振動センサ90が固着されている。振動センサ90はアッパヘッド25の振動に応じた信号Sを電気制御ユニット(ECU)92に送る。なお、振動センサ90の設置位置はアッパヘッド25に限られるものではなく、後述する図4の電磁駆動弁10から発生する振動を検出できる位置であればよい。この振動センサ90及びECU92については後述する。
【0025】
なお、内燃機関自体は燃焼室14内のピストン(図示せず)より本来的に振動するものであるから、本明細書でいう振動とは前記隙間の発生に起因して生じる作動音とこれに伴って発生する所定周波数域の振動を前記振動センサ90により検出するものである。
次に、電磁駆動弁10の動作について説明する。アッパコイル58に励磁電流が供給されると、アッパコイル58が発生する磁束によってアーマチャ56にはアッパコア60に向かう方向の電磁力が作用する。このため、図1に示されている如く、アーマチャ56はアッパスプリング48による付勢力に抗してアッパコア60に当接するまで変位する。アーマチャ56がアッパコア60に当接した状態では、以下、アーマチャ56がアッパコア60に当接する位置を、アーマチャ56、アーマチャシャフト42、又は弁体12の閉弁側変位端と称する。この状態では、弁体12が弁座20に着座することで、弁体12は閉弁状態となる。
【0026】
このように弁体12が閉弁された状態で、アッパコイル58への励磁電流の供給が停止されると、アーマチャ56を閉弁側変位端に保持するのに必要な電磁力は消滅する。このため、アッパコイル58への励磁電流の供給が停止されると、アーマチャシャフト42は弁体12と共に、アッパスプリング48に付勢されることにより下方へ向けて変位を開始する。このため、弁体12が弁座20から離座することで弁体12は開弁される。アーマチャシャフト42の変位量が所定値に達した時点でロアコイル62に励磁電流が供給されると、アーマチャ56をロアコア64に向けて付勢する電磁力が発生する。
【0027】
アーマチャ56に対して前記電磁力が作用すると、アーマチャ56はロアスプリング38の発する付勢力に抗してロアコア64に当接するまで変位し、弁体12の開弁方向への変位量は最大となる。以下、アーマチャ56がロアコア64に当接した位置を、アーマチャ56、アーマチャシャフト42、又は弁体12の開弁側変位端と称す。かかる状態で、ロアコイル62への励磁電流の供給が停止されると、アーマチャ56を開弁側変位端に保持するのに必要な電磁力が消滅する。このため、弁体12及びアーマチャシャフト42はロアスプリング38の発する付勢力により上方へ変位を開始する。これらの変位量が所定値に達した時点でアッパコイル58に励磁電流が供給されると、アッパコイル58が発する電磁力によりアーマチャ56はアッパコア60へ向けて、アッパコア60に当接するまで変位する。アーマチャ56がアッパコア60に当接した状態では、弁体12が弁座20に着座することで、弁体12は再び閉弁状態となる。
【0028】
このように、本実施例によれば、アッパコイル58とロアコイル62とに、交互に適当なタイミングで励磁電流を供給することにより、弁体12を閉弁側変位端と開弁側変位端との間で繰り返し往復運動させることができる。
ところで、上述の如く、弁体12は内燃機関の燃焼室14に露出している。このため、燃焼室14内の高熱は弁体12に伝達され、弁体12は速やかに昇温される。一方、ロアヘッド16は比較的大きな熱容量を有しているため、その昇温速度は弁体12と比較して緩やかである。従って、弁体12はロアヘッド16に比して高温となり、弁体12にはロアヘッド16に比して大きな熱膨張が発生する。この場合、弁軸12とアーマチャシャフト42とが剛体的に連結されているものとすると、弁体12の閉弁方向への変形は、アーマチャ56がアッパコア60に当接することにより規制されるため、弁体12は開弁方向に伸長変形することとなる。すなわち、熱膨張差に起因して、弁体12が弁座20に対して相対的に開弁側に変位し、アーマチャ56がアッパコア60に当接した状態で、弁体12が弁座20との間に隙間が発生する。また、弁体12が開閉動作に伴って弁体12及び弁座20には摩耗が生じた場合にも、同様に、アーマチャ56がアッパコア60に当接した状態で弁体12と弁座20との間に隙間が発生することになる。このように、弁体12とアーマチャシャフト42とを剛体的に連結すると、熱膨張差や摩耗に起因して弁体12を確実に開閉させることができないという不都合を招くことがある。
【0029】
かかる不都合を回避する構成として、アーマチャ56がアッパコア60に当接し、かつ、弁体12が弁座20に着座した状態で、アーマチャシャフト42と弁軸26との間に離間部分(いわゆるタペットクリアランス)を設けることが考えられる。しかしながら、タペットクリアランスを設けた場合、以下の理由により電磁駆動弁10の作動音が大きくなる。
【0030】
すなわち、弁体12を全閉位置から開弁させる場合には、先ず、アーマチャシャフト42が弁軸26に衝突することにより衝突音が発生し、更に、弁体12が全開位置に達する際にアーマチャ56がロアコア64に衝突することにより衝突音が発生する。また、弁体12を全開位置から閉弁させる場合には、弁体12が全閉位置に達する際に弁体12が弁座20に衝突することにより衝突音が発生し、更に、アーマチャ56がアッパコア60に衝突することにより衝突音が発生する。このように、開弁時及び閉弁時にそれぞれ2回の衝突音が発生することによって作動音が増大するのである。
【0031】
図2は、タペットクリアランスと電磁駆動弁10の作動音との関係を示す。図2に示す如く、タペットクリアランスが増加するほど、大きな作動音が発生することがわかる。これは、タペットクリアランスが増加するほど、アーマチャシャフト42が高い速度で弁軸26に衝突し、アーマチャシャフト42と弁軸26との衝突音が大きくなることによるものである。従って、大きな熱膨張差あるいは摩耗量を見込んで大きなタペットクリアランスを設けると、それだけ大きな作動音が発生することになる。このように、弁体12とアーマチャシャフト42との間にタペットクリアランスを設ける構成は、熱の伝導を防止するという観点からは好ましいものであるが、電磁駆動弁10の静粛性を確保するうえで適切ではない。
【0032】
本実施例の電磁駆動弁10は、前記アーマチャシャフト42と弁軸26との間に形成した離間部分にゼロラッシュアジャスタ40を介装し、しかも内燃機関の駆動によってこの隙間部分に発生する隙間を監視し、迅速にこの隙間を解消する機能を備えているものである。すなわち、作動音の増大を招くことなく、前記熱膨張差や摩耗が生じた場合にも、弁体12を確実に弁座20に着座させ得る点に特徴を有している。
【0033】
以下、本実施例の電磁駆動弁10の特徴部であるゼロラッシュアジャスタ40及びその周辺の構成及び動作について説明する。
図3は、油供給路80、82からの油圧を受けた時に、伸長可能なゼロラッシュアジャスタ40及びその周辺部分を示す拡大断面図である。なお、図3は、アーマチャ56がアッパコア60に当接した(すなわち、弁体12が閉弁した)状況下で実現される状態を示す。
【0034】
図3に示す如く、ゼロラッシュアジャスタ40は、プランジャボディ100を備えている。プランジャボデイ100は、ラッシュアジャスタ保持空間24a内に軸方向に摺動可能に配設されている。プランジャボディ100は一端(図3においては下端)が閉じた略円筒状の部材である。プランジャボディ100は、その内部に、下端部に設けられたスプリング保持部100aと、スプリング保持部100aに比して大径に形成されたプランジャ保持部100bとを備えている
プランジャボディ100のプランジャ保持部100bには、プランジャ102が軸方向に摺動可能に配設されている。プランジャ102の図3における下底面と、スプリング保持部100aの下底面との間には、油圧室104が画成されている。
【0035】
プランジャ102は、その外周面に、プランジャ保持部100bの内周面に対して摺動する大径部102aと、図3における上端部に設けられた小径部102bとを備えている。一方、プランジャ収容部100bの内周面の上端には、ストッパリング106が圧入されている。ストッパリング106は、プランジャ102の大径部102aの外径に比して小さな内径を有している。従って、プランジャ102のプランジャ保持部100b内部における上向きの変位は、大径部102aと小径部102bとの間の段差と、ストッパリング106とが当接することにより規制される。プランジャ102は、また、上方に向けて開口するリザーバ室108、及び、リザーバ室108と油圧室104とを連通する連通路110を備えている。
【0036】
油圧室104には、リテーナ112及びプランジャスプリング114が配設されている。プランジャスプリング114は、リテーナ112を介してプランジャ102を上向きに付勢している。リテーナ112の内側にはチェックボール116及びチェックボールスプリング118が配設されている。チェックボールスプリング118は、チェックボール116を連通路110の開口部に向けて付勢している。チェックボール116及びチェックボールスプリング118は、油圧室104側がリザーバ室108側に比して低圧になった場合にのみ開弁するチェックバルブとして機能する。
【0037】
ゼロラッシュアジャスタ40は、また、リザーバキャップ120を備えている。リザーバキャップ120は一端(図1における下端)が閉じた円筒状の部材である。リザーバキャップ120は、その底面がプランジャ102の上端面に当接するように、ラッシュアジャスタ保持空間24a内に摺動可能に配設されている。リザーバキャップ120の下底面には、その一部が切り欠かれてなるオーバフローリセス122が設けられている。オーバーフローリセス122は、リザーバ室108と常時連通している。
【0038】
プランジャシャフト42の下端面は、リザーバキャップ120の内側底面に当接している。一方、弁軸26の上端面は、プランジャボディ100の外側底面に当接している。また、油供給路82は、図3に示す状態(すなわち、アーマチャ56がアッパコア60に当接し、弁体12が閉弁した状態)で、オーバフローリセス122と連通するように、ラッシュアジャスタ保持空間24aの内周面に開口している。
【0039】
図3に示す状態から、アッパコイル58への通電が遮断されると、前記の如く、アーマチャシャフト42には開弁方向の付勢力が作用する。この開弁方向の力はリザーバキャップ120からプランジャ102に伝達される。プランジャ102に伝達される力がプランジャスプリング114の付勢力を越えると、プランジャ102が下向きに押圧されることで、油圧室104内の油が加圧される。このため、油圧室104の油圧がリザーバ室108の油圧に比して高圧となり、連通路110はチェックボール116により閉塞される。連通路110が閉塞されると、油圧室104とリザーバ室108との間の油の授受は禁止される。このため、プランジャ102に伝達された駆動力は油圧室104を介してプランジャボディ100に伝達され、ゼロラッシュアジャスタ40はアーマチャシャフト42及び弁体12と共に開弁方向に変位する。ゼロラッシュアジャスタ40が開弁方向に変位する過程では、油圧室104の油が加圧されることで、プランジャ102とプランジャボディ100との摺動面を介して油圧室104から油が徐々に漏出し、ゼロラッシュアジャスタ40は油の漏出分に相当する僅かな量だけ収縮する。
【0040】
アーマチャ56がロアコア64に当接するまで変位し、ロアコイル62への通電が停止されると、アーマチャ56は閉弁方向に変位を開始する。そして、弁体12が弁座20に着座すると、プランジャボディ100にロアスプリング38の付勢力は作用しなくなる。一方、弁体12が弁座20に着座した後も、アーマチャ56は、弁体12が開弁方向に変位する過程でのゼロラッシュアジャスタ40の収縮分に相当する微小量だけ更に閉弁方向に変位する。この場合、プランジャ102はプランジャスプリング114の付勢力によりリザーバキャップ120に追従して、プランジャボディ100に対して上向きに摺動しようとし、油圧室104内の油圧は低下する。そして、油圧室104がリザーバ室108よりも低圧になると、チェックボール116が連通路110の開口部から離座することで、油圧室104とリザーバ室108とが連通する。上述の如く、弁体12が弁座20に着座した状態では、油供給路82とオーバーフローリセス122とが連通する。このため、油圧室104とリザーバ室108とが連通すると、油供給路82からリザーバ室108を経て油圧室104に油が供給されることで、プランジャ102はリザーバキャップ120に当接した状態を維持しながら上向きに摺動するためアーマチャシャフト42とリザーバキャップ120との間に隙間が生ずることが防止される。
【0041】
また、ロアヘッド16と弁体12との熱膨張差や弁体12と弁座20との着座面の磨耗に起因して、アーマチャ56がアッパコア60に当接した閉弁状態で、弁体12と弁座20との間に隙間が生じた場合には、ゼロラッシュアジャスタ40には弁軸26を介してロアスプリング38から圧縮力が作用する。かかる圧縮力によりゼロラッシュアジャスタ40はプランジャボディ100とプランジャ102との摺動面から油を漏出させて収縮する。従って、ゼロラッシュアジャスタ40によれば上記の熱膨張差や磨耗が生じた場合にも弁体12と弁座20との間の隙間を解消することができる。
【0042】
しかし、内燃機関の燃焼状態は複雑に変動するため弁体12の動きも複雑となり、前記隙間が予期した以上に大きくなる場合もある。この場合には、前記油供給路82からの画一的油圧による油供給では油量が不足し、前記の隙間を完全に解消することができずに、次のサイクルに入ってしまうことがある。このような時には上述した問題、すなわち作動音が発生してしまう。
【0043】
そこで、本発明ではこの作動音に起因する振動から隙間が完全に解消されていないことを間接的に検出し、振動すなわち隙間発生による作動音を低減、解消するものである。上述したようにアッパヘッド25に固着された振動センサ90はアッパヘッド25の振動に応じた信号Sを電気制御ユニット(ECU)92に送る。ECU92は信号Sから隙間発生により生じた振動に対応する部分を抽出し、これが所定の参照値(閾値)を越えたときに、前記弁体12の閉弁時に前記調圧弁93に信号を発し、ポンプ94からの油圧を上昇させゼロラッシュアジャスタ40を迅速に伸長させて、振動が低下するように制御するものである。この振動は上述した離間部分に生じる隙間、すなわち、主にゼロラッシュアジャスタ40とアーマチャシャフト42との間での間隔増加により発生すると捉えることができる。したがって、前記のように油圧を上昇させることで前記ゼロラッシュアジャスタ40が隙間を消滅させるように伸長し、係る隙間を原因とした振動が防止される。
【0044】
図5は上記機能を実現すべきECU92が実行するルーチンのフローチャートである。図5に示すルーチンはその実行が終了する毎に繰返し起動される。図5に示すルーチンが起動されると、まずステップ200の処理が実行される。ステップ200では振動センサ90の出力信号Sに基づいてシリンダヘッド25内での上記隙間の発生に起因した振動の成分が抽出される。ステップ201では上記振動成分と参照値との比較により、隙間に起因した振動が発生しているか、否かを判断する。その結果、隙間による振動が発生していると判断された場合はステップ202において、調圧弁93により油供給路80への油圧を上昇させて、上記隙間を消滅させる処理が行なわれた後、今回のルーチンを終了する。一方、上記ステップ201の判断で、振動が検出されない場合にはステップ203において、油供給路80への供給を低下させる処理が行なわれた後、今回のルーチンは終了される。ステップ203の処理によれば油供給路80への供給油圧を隙間が発生しない最小限の油圧にすることにより作動音を軽減でき、油圧ポンプ94の負荷を低減できる点で好ましい。
【0045】
上述の如く、ゼロラッシュアジャスタ40は、閉弁時に油圧が供給されることにより伸長し、アーマチャシャフトと弁体との間に隙間が生じるのを防止する機構である。そして、本発明では係る機構により得られる効果を確実なものとするために、隙間発生検出手段と、この検出信号を受けてゼロラッシュアジャスタ40の伸長駆動力を増大させる駆動力増大手段を付加したものである。これにより、弁体12とロアヘッド16との熱膨張差や弁体12と弁座20との着座面の摩耗に起因して、リザーバキャップ120とプランジャボディ100との間の距離に変化が生じ隙間が発生した場合にも、プランジャ102がプランジャボディ100に対して摺動することで、プランジャ14とリザーバキャップ120とが当接した状態が維持される。従って、本実施例の電磁駆動弁10によれば、アーマチャシャフト42と弁軸26との間に隙間を生じさせることなく、弁体12を全閉位置と全開位置との間で確実に閉弁させることができる。
【0046】
図4は、弁体12を開閉駆動する場合に電磁駆動弁10により発生する振動の波形を、前記従来例の如くタペットクリアランスを設けた場合(すなわち、ラッシュアジャスタ40を配設しない場合)と比較して示す。図4において、(A)は、弁体12が全閉位置と全開位置との間を変位する場合のリフトを、(B)はラッシュアジャスタ40を設けない場合の弁体12の開閉移動に伴って生ずる振動の波形を、(C)は本実施例の電磁駆動弁10において弁体12の開閉移動に伴って生ずる振動の波形を、それぞれ示す。
【0047】
図4(B)に示すように、ラッシュアジャスタ40を設けない場合は、前記の如く、弁体12の開弁時には、アーマチャシャフト42と弁軸26との衝突に伴う振動(符号aで示す)及びアーマチャ56とロアコア64との衝突に伴う振動(符号bで示す)が発生し、また、弁体12の閉弁時には、弁体12と弁座20との振動に伴う振動(符号cで示す)及びアーマチャ56とアッパコア60との衝突に伴う振動(符号dで示す)が発生する。
【0048】
これに対して、本発明の電磁駆動弁10によれば、アーマチャシャフト42と弁軸26との間に実質的に隙間が存在しないので、弁体12の開弁時にアーマチャシャフト42と弁軸26との衝突は生じない。また、ラッシュジャスタ40は、弁体12が開弁する過程での油の漏出に伴う収縮量が、一般的なタペットクリアランスの値(例えば0.2〜0.3mm)に対して10分の1程度の微小量となるように構成されている。このため、弁体12の閉弁時には、弁体12と弁座20との衝突と、アーマチャ56のアッパコア60との衝突はほぼ同時に生ずる。従って、図4(C)に示す如く、弁体12の開弁時及び閉弁時にそれぞれ1回ずつの衝突音が発生するのみであり、これにより、電磁駆動弁10の作動音が低減される。このように、本実施例によれば、単にタペットクリアランスを設けた場合に比して、作動音が小さく、静粛性に優れた電磁駆動弁10を実現することができる。また、アーマチャがアッパコアに当たると同時に弁体が着座するので着座速度が低減され弁座の耐久性が向上する。
【0049】
また、上述の如く、ゼロラッシュアジャスタ40は、アーマチャ56がアッパコア60に着座した状態、すなわち、弁体12が閉弁した状態で、油供給路82からリザーバ室108及び油圧室104に油を供給する構成である。アーマチャ56がアッパコア60に着座した状態では、リザーバキャップ120に開弁方向の力が付与されないため、油圧室104は低圧となっている。かかる状態で、油供給路82から油が供給されるため、油供給路80及び82へ供給すべき油圧を低圧とすることができるので、上述EUC92からの命令で油圧を一時的に上昇させることを考慮に入れても、油供給路80へ油圧を供給する油圧ポンプPの小型化を図ることができる。また、以下に述べるように、ゼロラッシュアジャスタ40へ供給された油の一部は摺動面を介して漏出するが、ゼロラッシュアジャスタ40へ供給される油圧が低圧とされていることで、漏出する油の量を低減することも可能となっている。
【0050】
本実施例の電磁駆動弁10において、プランジャボディ100及びリザーバキャップ120と、ラッシュアジャスタ保持空間24aとの間のクリアランスは、極低温時にゼロとなるように設定されている。このため、常温時には前記クリアランスを介してゼロラッシュアジャスタ40の上下に油が漏出する。本実施例では、ゼロラッシュアジャスタ40の上方に漏出した油は、リザーバキャップ120に溜まり、アーマチャシャフト42とロアブッシュ68との間の潤滑に供せられると共に、シリンダヘッドスペーサ24の***部24bから油回収穴84を介してスプリング保持空間30に流入し、弁軸26とバルブガイド28との間の潤滑にも供せられる。このように、本実施例では、ゼロラッシュアジャスタ40から漏出した油をアーマチャシャフト42及び弁軸26の潤滑油として有効に使用することができる。
【0051】
なお、前記実施例においては、アーマチャ56及びアーマチャシャフト42が特許請求の範囲に記載したアーマチャに、振動センサ90及びECU92が特許請求の範囲に記載した隙間発生検出手段に、調圧弁Re93が特許請求の範囲に記載した駆動力調整手段に、それぞれ、相当している。
【0052】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1及び2に記載の発明によれば、駆動状態によって弁体とアーマチャとの間隔が増大し隙間が発生しても、これを迅速に解消し、実質的に隙間を生じさせることなく弁体を開閉駆動することができる。従って、本発明によれば、電磁駆動弁の作動音を小さく抑制することができる。
【0053】
また、請求項3記載の発明のように、ゼロラッシュアジャスタとして油圧式ゼロラッシュアジャスタを採用すれば、供給する油圧を振動検出時に上昇させるという簡単な構成で本発明を具現化できる。しかも、請求項4記載の発明のように、閉弁時に係る油供給を行うようにすれば、供給すべき油圧を比較的低圧に抑制することも可能である。
【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軸方向断面図である。
【図2】本実施例の電磁駆動弁が備えるゼロラッシュアジャスタ及びその周辺部分の拡大断面図である。
【図3】弁体とアーマチャシャフトとの間に隙間を設けた場合の、隙間の大きさと電磁駆動弁の作動音との関係を示す図である。
【図4】(A)は、弁体が全閉位置と全開位置との間を変位する際のリフト示す。
(B)は、ラッシュアジャスタを設けない場合に弁体の開閉に伴って生ずる振動波形を示す。
(C)は、本実施例において弁体の開閉に伴って生ずる振動波形を示す。
【図5】本実施例の作業音低減のルーチンを説明する図である。
【符号の説明】
10 電磁駆動弁
12 弁体
26 弁軸
40 ゼロラッシュアジャスタ
42 アーマチャシャフト
56 アーマチャ
90 振動センサ
92 ECU(電気制御ユニット)
93 調圧弁
Claims (4)
- 弁体と、
電磁石に吸引されることにより前記弁体を駆動するアーマチャと、
前記弁体と前記アーマチャとの間に介装され、駆動力を付与されることにより弁体とアーマチャとの間隔が増大した時に発生する隙間を解消する方向に伸長可能なゼロラッシュアジャスタと、
前記隙間を検出する隙間発生検出手段と、
前記隙間が検出された場合には前記ゼロラッシュアジャスタの伸長駆動力を増大させ、前記隙間が検出されない場合には前記ゼロラッシュアジャスタの伸長駆動力を減少させる駆動力調整手段とを、備えた電磁駆動弁。 - 前記弁体は内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能し、前記隙間発生検出手段は、前記内燃機関の振動に基づいて前記隙間を検出することを特徴とする請求項1に記載の電磁駆動弁。
- 前記ゼロラッシュアジャスタは油圧を受けることにより伸長駆動されるものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の電磁駆動弁。
- 前記ゼロラッシュアジャスタは、前記弁体が弁座に着座した状態で油圧を受けることにより伸長駆動されることを特徴とする請求項3に記載の電磁駆動弁。
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