JPH1193629A

JPH1193629A - 電磁駆動弁

Info

Publication number: JPH1193629A
Application number: JP9257050A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hattori; 宏之服部; Takashi Deo; 隆志出尾; Tatsuo Iida; 達雄飯田; Masahiko Asano; 昌彦浅野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 1999-04-06
Anticipated expiration: 2017-09-22
Also published as: JP3458671B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】内燃機関の弁機構として好適な電磁駆動弁に
関し、弁体の開閉時における内燃機関の状態に応じて、
適切な作動特性を発揮する。【解決手段】弁体１８と共に変位するアーマチャ３０
を設ける。アーマチャの両側にアッパコア３２およびロ
アコア３４を設ける。アッパコアおよびロアコアにそれ
ぞれアッパコイル４０およびロアコイル４２を収納す
る。アッパコアおよびロアコアのうちロアコアにのみ環
状凸部３６を形成する。環状凸部に、アーマチャの外径
に比して僅かに大きな内径を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁駆動弁に係
り、特に、内燃機関の弁機構として好適な電磁駆動弁に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特表平４−５０２０４
８号に開示される如く、内燃機関の弁機構として用いら
れる電磁駆動弁が知られている。上記従来の電磁駆動弁
は、弁体に固定されるアーマチャを備えている。アーマ
チャの上下には、アッパスプリングおよびロアスプリン
グが配設されている。これらのスプリングは、アーマチ
ャを中立位置に向けて付勢している。

【０００３】アーマチャの上下には、アッパコアおよび
ロアコアが配設されている。アッパコアおよびロアコア
の内部には、それぞれ、アッパコイルおよびロアコイル
が配設されている。アッパコイルおよびロアコイルは、
励磁電流が供給されることにより、それらの内外を還流
する磁束を発生する。かかる磁束が発生すると、アーマ
チャとアッパコアとの間、および、アーマチャとロアコ
アとの間に両者を引き寄せる電磁力（以下、吸引力と称
す）が作用する。従って、上記従来の電磁駆動弁によれ
ば、アッパコイルまたはロアコイルに所定の励磁電流を
供給することで、弁体を閉弁位置または開弁位置まで変
位させることができる。

【０００４】弁体が閉弁位置または開弁位置まで変位し
た後に、アッパコイルまたはロアコイルへの励磁電流の
供給が停止されると、アーマチャおよび弁体は、スプリ
ングに付勢されることにより単振動を始める。単振動の
振幅が減衰されないとすれば、一方の変位端から他方の
変位端（以下、目的変位端と称す）へ向かうアーマチャ
および弁体は、スプリングの付勢力のみにより目的変位
端に到達する。しかしながら、アーマチャおよび弁体の
変位には摺動摩擦等に起因するエネルギ損失が伴う。こ
のため、スプリングの付勢力に起因するアーマチャおよ
び弁体の最大到達位置は、目的変位端の手前となる。

【０００５】上記従来の電磁駆動弁によれば、アッパコ
イルまたはロアコイルへの励磁電流の供給を停止した
後、適当なタイミングで他方のコイルに励磁電流を供給
し始めることにより、摺動に伴うエネルギ損失分を補っ
て、アーマチャおよび弁体を目的変位端まで変位させる
ことができる。以後、アッパコイルおよびロアコイル
に、適当なタイミングで交互に励磁電流を供給すると、
弁体を開閉動作させることができる。

【０００６】上記従来の電磁駆動弁は、アッパコアの外
周およびロアコアの外周に、アッパコアまたはロアコア
の端面より、アーマチャ側に所定長だけ突出した環状凸
部を備えている。環状凸部には、アーマチャの外径に比
して僅かに大きな内径が付与されている。上記の環状凸
部が設けられている場合、アーマチャが目的変位端から
離間している状況下でアーマチャに作用する吸引力（以
下、離間時吸引力と称す）は、環状凸部が設けられてい
ない場合に比して大きくなる。一方、環状凸部が設けら
れている場合、アーマチャが目的変位端と近接している
状況下でアーマチャに作用する吸引力（以下、近接時吸
引力と称す）は、環状凸部が設けられていない場合に比
して小さくなる。従って、上記従来の電磁駆動弁によれ
ば、アーマチャが目的変位端に近づく過程で、アーマチ
ャに作用する吸引力を緩やかに増大させることができ
る。

【０００７】弁体が開弁位置または閉弁位置に到達する
際には、アーマチャとアッパコアまたはロアコアとが衝
突すること等に起因して衝突音が生ずる。この衝突音を
抑制するうえでは、アーマチャが目的変位端に到達する
時点でアーマチャに作用する吸引力が不当に大きな値と
ならないことが望ましい。アーマチャを確実に目的変位
端まで変位させるためには、ある程度の離間時吸引力を
確保することが必要である。電磁駆動弁において、大き
な離間時吸引力を確保しつつ衝突音を抑制するために
は、アーマチャが目的変位端に接近する過程で、アーマ
チャに作用する吸引力が急激な増加を示さないことが有
利である。上記従来の電磁駆動弁によれば、開弁時およ
び閉弁時の双方において上記の要求を満たすことができ
る。従って、上記従来の電磁駆動弁によれば、優れた静
粛静を得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関の
弁体に作用する負荷は、開弁時と閉弁時とで常に同一で
はない。例えば、排気弁は、燃焼室に高圧の燃焼圧が残
存する状況下で開弁し、燃焼室からその燃焼圧が排出さ
れた後に閉弁する。この場合、排気弁には、開弁時にお
いて閉弁時に比して大きな負荷が作用する。

【０００９】電磁駆動弁の弁体を目的変位端に到達させ
るために確保すべき離間時吸引力は、変位の過程で弁体
に作用する負荷の大きさに応じて変化する。具体的に
は、弁体の変位過程で弁体に大きな負荷が作用する場合
は、弁体に作用する負荷が小さい場合に比して、大きな
離間時吸引力を確保する必要がある。従って、電磁駆動
弁が排気弁として用いられる場合は、開弁時において、
閉弁時に比して大きな離間時吸引力が要求される。

【００１０】上述の如く、上記従来の電磁駆動弁は、開
弁時および閉弁時の双方において、大きな離間時吸引力
を発生させ、かつ、アーマチャが目的変位端に到達する
過程で吸引力を緩やかに増大させる。かかる特性によれ
ば、電磁駆動弁を用いて排気弁を構成した場合に、開弁
時および閉弁時の双方において、弁体を適正に作動させ
ることができる。

【００１１】しかしながら、電磁駆動弁が排気弁として
用いられる場合は、閉弁時において大きな離間時吸引力
を発生させる必要はない。より具体的には、電磁駆動弁
が排気弁として用いられる場合は、閉弁時に適切な近接
時吸引力が発生すれば、離間時吸引力の大小に関わら
ず、弁体を適正に閉弁させることができる。電磁駆動弁
において、大きな近接時吸引力を効率良く発生させるう
えでは、アーマチャが目的変位端に近づく過程で、アー
マチャに作用する吸引力が急激な立ち上がりを示すこと
が有利である。従って、電磁駆動弁が排気弁として用い
られる場合に、弁体を、少ない消費電力で、かつ、適正
に閉弁させるうえでは、アーマチャが目的変位端（アッ
パコア）に接近する過程で、アーマチャに作用する吸引
力が急激な増加を示すことが望ましい。この点、弁体の
閉弁時にも、吸引力を緩やかに増加させる上記従来の電
磁駆動弁は、省電力特性を改善するうえで未だ改良の余
地を残すものであった。

【００１２】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、弁体の開閉時における内燃機関の状態に応じ
て、適切な作動特性を発揮する電磁駆動弁を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【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、弁体と共に変位するアーマチャと、ア
ーマチャの両側にハイツされる弾性体と、アーマチャの
両側に配設される第１および第２のコアと、第１および
第２のコアにそれぞれ収納される第１および第２のコイ
ルとを備える電磁駆動弁において、前記第１および第
２のコアの一方が、他方のコアに向けて所定長だけ突出
する凸部を備えていると共に、前記アーマチャが、該ア
ーマチャが前記一方のコアに近接した際に、前記凸部の
側面と対向する凸部対向面を備えている電磁駆動弁によ
り達成される。

【００１４】上記の目的は、請求項２に記載する如く、
上記請求項１記載の電磁駆動弁において、前記第１およ
び第２のコアの他方が、前記凸部に比して小さな小凸部
を備えている電磁駆動弁により達成される。上記の目的
は、請求項３に記載する如く、弁体と共に変位するアー
マチャと、アーマチャの両側に配設される弾性体と、ア
ーマチャの両側に配設される第１および第２のコアと、
第１および第２のコアにそれぞれ収納される第１および
第２のコイルとを備える電磁駆動弁において、前記ア
ーマチャが、前記第１および第２のコアの一方の側に所
定長だけ突出する凸部を備えていると共に、前記一方の
コアが、前記アーマチャが該一方のコアに近接した際
に、前記凸部の側面と対向する凸部対向面を備えている
電磁駆動弁により達成される。

【００１５】また、上記の目的は、請求項４に記載する
如く、上記請求項３記載の電磁駆動弁において、前記ア
ーマチャが、前記第１および第２のコアの他方の側に、
前記凸部に比して小さな小凸部を備えている電磁駆動弁
により達成される。本発明において、アーマチャが一方
のコアに近接する場合は、一方のコアまたはアーマチャ
が備える凸部の側面と、その凸部に対応する凸部対向面
とが対向する。かかる構成によれば、アーマチャが一方
のコアに接近する過程で、アーマチャに大きな離間吸引
力が作用すると共に、アーマチャに作用する吸引力が緩
やかな増加傾向を示す。また、上記の構成によれば、ア
ーマチャが他方のコアに接近する過程では、アーマチャ
に比較的小さな離間吸引力が作用すると共に、アーマチ
ャに作用する吸引力が急激な増加傾向を示す。本発明の
特性によれば、アーマチャが一方のコアに接近する際に
弁体に大きな負荷が加わり、かつ、アーマチャが他方の
コアに接近する際に弁体に大きな負荷が加わらない場合
において、弁体を少ない消費電力で適切に作動させるこ
とが可能となる。

【００１６】

【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の断面図を示す。電磁駆動弁１０は、内
燃機関の排気弁として用いられる。電磁駆動弁１０はシ
リンダヘッド１２の固定されている。シリンダヘッド１
２には排気ポート１４が形成されている。また、シリン
ダヘッド１２の下方には内燃機関の燃焼室１６が形成さ
れている。電磁駆動弁１０は、排気ポート１４と燃焼室
１６とを導通または遮断する弁体１８を備えている。

【００１７】弁体１８には弁軸２０が一体に設けられて
いる。シリンダヘッド１２の内部にはバルブガイド２２
が配設されている。弁軸２０は、バルブガイド２２によ
り摺動可能に保持されている。弁軸２０の上端部には、
ロアリテーナ２４が固定されている。ロアリテーナ２４
の下部にはロアスプリング２６が配設されている。ロア
スプリング２６は、ロアリテーナ２４を、図１に於ける
上方に向けて付勢している。

【００１８】弁軸２０の上端部は、アーマチャ軸２８に
当接している。アーマチャ軸２８は、非磁性材料で構成
された部材である。アーマチャ軸２８には、アーマチャ
３０が固定されている。アーマチャ３０は、磁性材料で
構成された環状の部材である。アーマチャ３０の上下に
は、それぞれアッパコア３２およびロアコア３４が配設
されている。アッパコア３２およびロアコア３４は磁性
材料で構成された環状の部材である。ロアコア３４は環
状凸部３６を備えている。環状凸部３６は、ロアコア３
４の表面からアッパコア３２側へ所定長だけ突出した環
状の部分である。本実施例の電磁駆動弁１０は、アッパ
コア３２およびロアコア３４のうち、ロアコア３４にの
み環状凸部３６が形成されている点に特徴を有してい
る。

【００１９】環状凸部３６には、アーマチャ３０の外径
に比して僅かに大きな径が付与されている。従って、ア
ーマチャ３０が十分にロアコア３４に接近すると、環状
凸部３６の内壁がアーマチャ３０の外周面と対向する状
況が形成される。以後、アーマチャ３０の外周面（環状
凸部３６の内周面と対向する面）を、凸部対向面３８と
称す。

【００２０】アッパコア３２およびロアコア３４には、
それぞれアッパコイル４０およびロアコイル４２０収納
されている。また、アッパコア３２およびロアコア３４
には、それぞれそれらの中央部に軸受け４４，４６が配
設されている。アーマチャ軸２８は、軸受け４４，４６
により摺動可能に保持されている。アッパコア３２およ
びロアコア３４の外周には、コアガイド４８が配設され
ている。アッパコア３２とロアコア３４との相対位置
は、コアガイド４８によって適正な関係に維持されてい
る。アッパコア３２の上部およびロアコア３４の下部に
は、それぞれアッパケース５０およびロアケース５２が
固定されている。

【００２１】アッパケース５０の上端にはスプリングガ
イド５４およびアジャスタボルト５６が配設されてい
る。スプリングガイド５４の下方にはアッパリテーナ５
８が配設されている。アッパリテーナ５８は、アーマチ
ャ軸２８の上端に連結されれている。また、スプリング
ガイド５４とアッパリテーナ５８との間には、アッパス
プリング６０が配設されている。アッパスプリング６０
は、アッパリテーナ５８およびアーマチャ軸２８を、図
１における下方へ向けて付勢している。アーマチャ３０
の中立位置は、アジャスタボルト５６により調整され
る。本実施例において、アーマチャ３０の中立位置は、
アッパコア３２とロアコア３４の中央部となるように調
整されている。

【００２２】以下、上記図１と共に、図２乃至図９を参
照して、電磁駆動弁１０の動作について説明する。電磁
駆動弁１０において、アッパコイル４０およびロアコイ
ル４２の何れにも励磁電流が供給されていない場合は、
アーマチャ３０がその中立位置、すなわち、アッパコア
３２とロアコア３４の中央に維持される。アーマチャ３
０が中立位置に維持された状態で、アッパコイル４０に
励磁電流が供給されると、アーマチャ３０とアッパコア
３２との間にアーマチャ３０をアッパコア３２側へ引き
寄せる電磁力が発生する。このため、電磁駆動弁１０に
よれば、アッパコイル４０に適当な励磁電流を供給する
ことで、アーマチャ３０をアッパコア３２側へ変位させ
ることができる。弁体１８は、アーマチャ３０がアッパ
コア３２に当接する以前に全閉状態となる。従って、電
磁駆動弁１０によれば、アッパコイル４０に適当な励磁
電流を供給することで、弁体１８を全閉状態とすること
ができる。

【００２３】弁体１８が全閉状態に維持されている状況
下でアッパコイル４０への励磁電流の供給が停止される
と、弁体１８、弁軸２０、アーマチャ軸２８およびアー
マチャ３０は、以後、アッパスプリング６０およびロア
スプリング２６に付勢されることにより、図１における
下方へ変位し始める。弁体１８等の変位には、摺動摩擦
等のエネルギ損失が伴う。電磁駆動弁１０によれば、ロ
アコイル４２に励磁電流を供給することにより、上記の
エネルギ損失を補って、アーマチャ３０がロアコア３４
に当接するまで弁体１８等を変位させることができる。
弁体１８は、アーマチャ３０がロアコア３４に当接する
場合に全開状態となる。

【００２４】従って、電磁駆動弁１０によれば、アッパ
コイル４０への励磁電流の供給を停止した後、適当なタ
イミングでロアコイル４２への励磁電流の供給を開始す
ることで、弁体１８を全開状態とすることができる。電
磁駆動弁１０によれば、以後、適当なタイミングでアッ
パコイル４０およびロアコイル４２に適当な励磁電流を
供給することで、適正に弁体１８を開閉動作させること
ができる。

【００２５】上述の如く、本実施例の電磁駆動弁１０
は、アッパコア３２およびロアコア３４のうち、ロアコ
ア３４のみが環状凸部３６を備えている点に特徴を有し
ている。以下、上記の特徴に伴う効果について説明す
る。図２は、アッパコイル４０に所定電流Ｉ₀を供給し
た際にアッパコア３２およびアーマチャ３０を通って還
流する磁束Φ_Uの流れを示す。図２に示す磁束Φ_Uの流
れは、アーマチャ３０がアッパコア３２から大きく離間
している場合に実現される。アッパコイル４０の巻き数
をＮ、アッパコア３２およびアーマチャ３０を含む磁気
回路（以下、この磁気回路をアッパ磁気回路６２と称
す）の磁気抵抗をＲ_Uとすると、アッパ磁気回路６２を
還流する磁束Φ_Uは次式の如く表すことができる。

【００２６】 Φ_U＝（Ｎ・Ｉ₀）／Ｒ_U ・・・（１）図３は、ロアコイル４２に所定電流Ｉ₀を供給した際に
ロアコア３４およびアーマチャ３０を通って還流する磁
束Φ_Lの流れを示す。図３に示す磁束Φ_Lの流れは、ア
ーマチャ３０がロアコア３４から大きく離間している場
合に実現される。ロアコイル４２の巻き数をＮ、ロアコ
ア３２およびアーマチャ３０を含む磁気回路の磁気抵抗
（以下、この磁気回路をロア磁気回路６４と称す）をＲ
_Lとすると、ロア磁気回路６４を還流する磁束Φ_Lは次
式の如く表すことができる。

【００２７】 Φ_L＝（Ｎ・Ｉ₀）／Ｒ_L ・・・（２）アッパ磁気回路６２の磁気抵抗Ｒ_Uは、アッパコア３２
とアーマチャ３０との間に形成されるエアギャップが小
さいほど小さな値となる。同様に、ロア磁気回路６４の
磁気抵抗Ｒ_Lは、ロアコア３４とアーマチャ３０との間
に形成されるエアギャップが小さいほど小さな値とな
る。

【００２８】本実施例において、ロアコア３４には、ア
ーマチャ３０側に突出する環状凸部３６が設けられてい
る。環状凸部３６は、アーマチャ３０とロアコア３４と
が離間している場合に、それら両者間のエアギャップを
狭めるべく機能する。このため、アーマチャ３０がアッ
パコア３２およびロアコア３４から等しく離間している
場合は、ロア磁気回路６４の磁気抵抗Ｒ_Lが、アッパ磁
気回路６２の磁気抵抗Ｒ_Uの比して小さな値となる。従
って、この場合は、ロア磁気回路６４に、アッパ磁気回
路を流れる磁束Φ_Uに比して大きな磁束Φ_Lが流通す
る。

【００２９】電磁駆動弁１０において、アッパ磁気回路
６２に磁束Φ_Uが流通している場合、および、ロア磁気
回路６４に磁束Φ_Lが流通している場合は、アーマチャ
３０とアッパコア３２またはロアコア３４との間に、ア
ッパ磁気回路６２のエアギャプを狭める方向の吸引力、
または、ロア磁気回路６４のエアギャップを狭める方向
の吸引力が作用する。

【００３０】上記の吸引力は、アーマチャ３０がアッパ
コア３２またはロアコア３４から大きく離間している状
況下では、主にアーマチャ３０をアッパコア３２側に引
き寄せる力として、または、アーマチャ３０をロアコア
３４側に引き寄せる力として作用する。また、上記の吸
引力は、狭めるべきエアギャップを流通する磁束が大き
いほど大きな力となる。

【００３１】このため、アーマチャ３０がアッパコア３
２およびロアコア３４から等しく離間しており、かつ、
アッパコイル４０を流れる励磁電流およびロアコイル４
２を流れる励磁電流が等しくＩ₀である場合は、アーマ
チャ３０とロアコア３４との間に、アーマチャ３０とア
ッパコア３２との間に比して大きな吸引力が作用する。
以下、アーマチャ３０がアッパコア３２またはロアコア
３４から大きく離間している状況下でそれらの間に作用
する吸引力を離間時吸引力Ｆ_Fと称す。

【００３２】図４は、アッパコイル４０に所定電流Ｉ₀
を供給した際にアッパコア３２およびアーマチャ３０を
通って還流する磁束Φ_Uの流れを示す。図４に示す磁束
Φ_Uの流れは、アーマチャ３０がアッパコア３２から僅
かに離間している場合に実現される。アッパ磁気回路６
２の磁気抵抗Ｒ_Uはアーマチャ３０とアッパコア３２と
の間に形成されるエアギャップが小さくなるに連れて小
さな値となる。また、上記（１）式に示す如く、アッパ
磁気回路６２を流れる磁束Φ_Uは、その磁気抵抗Ｒ_Uが
小さいほど大きな値となる。このため、図４に示す如く
アーマチャ３０がアッパコア３２に接近している場合
は、上記図２に示す如く両者が大きく離間している場合
に比して、アッパ磁気回路６２に大きな磁束Φ_Uが流通
する。

【００３３】アーマチャ３０とアッパコア３２との間で
授受される磁束Φ_Uは、アーマチャ３０がアッパコア３
２から僅かに離間している状況下でも、主にアーマチャ
３０をアッパコア３２側に引き寄せる力として作用す
る。このため、アーマチャ３０をアッパコア３２側へ引
き寄せる力は、アーマチャ３０がアッパコア３２に接近
する過程で、ほぼアッパ磁気回路６２を流れる磁束Φ_U
に比例して増加する。以下、アーマチャ３０とアッパコ
ア３２とが近接している状況下で、アーマチャ３０をア
ッパコア３２側へ引き寄せる力を近接時吸引力Ｆ_Nと称
す。

【００３４】図５は、ロアコイル４２に所定電流Ｉ₀を
供給した際にロアコア３４およびアーマチャ３０を通っ
て還流する磁束Φ_Lの流れを示す。図５に示す磁束Φ_L
の流れは、アーマチャ３０がロアコア３４から僅かに離
間している場合に実現される。ロア磁気回路６４の磁気
抵抗Ｒ_Lはアーマチャ３０とロアコア３４との間に形成
されるエアギャップが小さくなるに連れて小さな値とな
る。また、上記（２）式に示す如く、ロア磁気回路６４
を流れる磁束Φ_Lは、その磁気抵抗Ｒ_Lが小さいほど大
きな値となる。このため、図５に示す如くアーマチャ３
０がロアコア３４に接近している場合は、上記図３に示
す如く両者が大きく離間している場合に比して、ロア磁
気回路６４に大きな磁束Φ_Lが流通する。

【００３５】アーマチャ３０とロアコア３４との間で
は、アーマチャ３０の底面とロアコア３４の上面との間
に形成されるエアギャップ（以下、軸方向エアギャップ
と称す）を介して磁束が授受されると共に、アーマチャ
３０の凸部対向面３８とロアコア３４の環状凸部３６と
の間に形成されるエアギャップ（以下、径方向エアギャ
ップと称す）を介しても磁束が授受される。

【００３６】軸方向エアギャップを介して授受される磁
束は、常にアーマチャ３０をロアコア３４側へ引き寄せ
る力として作用する。一方、径方向エアギャップを介し
て授受される磁束は、図５に示す如く、凸部対向面３８
と環状凸部３６の内壁とが対向する程度にアーマチャ３
０とロアコア３４とが接近している状況下では、アーマ
チャ３０に対して、何らアーマチャ３０をロアコア３４
側に付勢しない方向（径方向）に作用する。このため、
アーマチャ３０とロアコア３４とが近接している状況下
でアーマチャ３０をロアコア３４へ引き寄せる力（近接
時吸引力Ｆ_N）は、軸方向エアギャップを流れる磁束が
大きいほど大きな値となる。

【００３７】軸方向エアギャップは、アーマチャ３０が
ロアコア３４に接近する過程で、アーマチャ３０の変位
量に比例して減少し、アーマチャ３０がロアコア３４に
当接することにより最小値“０”に到達する。一方、径
方向エアギャップは、アーマチャ３０がロアコア３４に
接近する過程で、凸部対向面３８の下端部が環状凸部３
６の上端部に到達した時点で最小値Ｇ_MINに達する。従
って、凸部対向面３８の下端部が環状凸部３６の上端部
に到達した後、軸方向エアギャップがＧ_MIN以下となる
までは、径方向エアギャップが軸方向エアギャップに比
して小さい状態が形成される。

【００３８】ロア磁気回路６４を流れる磁束Φ_Lは、磁
気抵抗の小さな経路を通って流通しようとする。このた
め、アーマチャ３０がロアコア３４に接近する過程で、
径方向エアギャップが軸方向エアギャップに比して大き
い状況下では、ロア磁気回路６４を流れる磁束Φ_Lが、
多分に径方向エアギャップを通って流通する。この場
合、近接時吸引力Ｆ_Nは、磁束Φ_Lに対して比較的小さ
な値となる。また、この場合、近接時吸引力Ｆ_Nは、ア
ーマチャ３０がロアコア３４に接近する過程で比較的緩
やかな変化を示す。

【００３９】従って、電磁駆動弁１０において、アーマ
チャ３０とロアコア３４との間に作用する近接時吸引力
Ｆ_N（以下、ロア近接時吸引力と称す）は、アーマチャ
３０とアッパコア３２との間に作用する近接時吸引力Ｆ
_N（以下、アッパ近接時吸引力徒渉す）に比して小さな
値となる。また、アーマチャ３０がロアコア３４に接近
する過程でロア近接時吸引力に生ずる変化は、アーマチ
ャ３０がアッパコア３２に接近する過程でアッパ近接時
吸引力に生ずる変化に比して緩やかとなる。

【００４０】図６は、アッパコイル４０に所定電流Ｉ₀
を供給した際にアッパコア３２およびアーマチャ３０を
通って還流する磁束Φ_Uの流れを示す。図６に示す磁束
Φ_Uの流れは、アーマチャ３０がアッパコア３２に当接
している場合に実現される。アッパ磁気回路６２の磁気
抵抗Ｒ_Uはアーマチャ３０とアッパコア３２とが当接し
ている場合に最小値となる。この場合、アッパ磁気回路
６２には、励磁電流Ｉ₀に対する最大の磁束Φ_UMINが
流通すると共に、アーマチャ３０とアッパコア３２との
間には、励磁電流Ｉ₀に対する最大の吸引力が発生す
る。以下、この吸引力を当接時吸引力Ｆ_Cと称す。

【００４１】図７は、ロアコイル４２に所定電流Ｉ₀を
供給した際にロアコア３４およびアーマチャ３０を通っ
て還流する磁束Φ_Lの流れを示す。図７に示す磁束Φ_L
の流れは、アーマチャ３０がロアコア３４に当接してい
る場合に実現される。ロア磁気回路６４の磁気抵抗Ｒ_L
はアーマチャ３０とロアコア３４とが当接している場合
に最小値となる。この場合、ロア磁気回路６４には、励
磁電流Ｉ₀に対して最大の磁束Φ_Lが流通する。本実施
例において、アーマチャ３０の凸部対向面３８とロアコ
ア３４の環状凸部３６との間には、常に最小値Ｇ_MIN以
上のエアギャップが形成される。従って、アーマチャ３
０とロアコア３４とが当接する場合は、磁束Φ_Lの殆ど
全てがアーマチャ３０の底面とロアコア３４の上面との
間で授受される。この場合、アーマチャ３０とロアコア
３４との間には、励磁電流Ｉ₀に対して、アーマチャ３
０とアッパコア３２との間に作用する当接時吸引力Ｆ_C
とほぼ等しい当接時吸引力Ｆ_Cが作用する。

【００４２】図８は、弁体１８のストロークに対する電
磁駆動弁１０の特性を示す。図８中に示す曲線は、ア
ッパコイル４０に励磁電流Ｉ₀を供給しつつ弁体１８を
中立位置と全閉位置との間で変位させた場合に、アーマ
チャ３０とアッパコア３２との間に作用する吸引力を示
す。また、図８中に示す曲線は、ロアコイル４２に励
磁電流Ｉ₀を供給しつつ弁体１８を中立位置と全開位置
との間で変位させた場合に、アーマチャ３０とロアコア
３４との間に作用する吸引力を示す。更に、図８中に示
す直線は、弁体１８を中立位置と全開位置との間、ま
たは、中立位置と全閉位置との間で変位させた場合にア
ッパスプリング６０およびロアスプリング２６が発する
バネ力を示す。

【００４３】上述の如く、アッパコイル４０とロアコイ
ル４２とに等しい励磁電流Ｉ₀が供給される場合、離間
時吸引力Ｆ_Fは、アーマチャ３０とロアコア３４との間
において、アーマチャとアッパコア３２との間に比して
大きな値となる。また、近接時吸引力Ｆ_Nは、アーマチ
ャ３０とロアコア３４との間において、アーマチャとア
ッパコア３２との間に比して小さな値となる。更に、当
接時吸引力Ｆ_Cは、アーマチャ３０とロアコア３４との
間、および、アーマチャ３０とアッパコア３２との間で
ほぼ等しくなる。

【００４４】このため、曲線に示す如く、アーマチャ
３０とアッパコア３２との間に作用する吸引力は、弁体
１８が中立位置近傍に位置する場合に比較的小さく、弁
体１８が全開位置に近づくに連れて比較的急激に増加す
る傾向を示す。一方、曲線に示す如く、アーマチャ３
０とロアコア３４との間に作用する吸引力は、弁体１８
が中立位置近傍に位置する場合に比較的大きく、弁体１
８が全開位置に近づくに連れて比較的緩やかに増加する
傾向を示す。

【００４５】上述の如く、電磁駆動弁１０は、内燃機関
の排気弁として用いられる。従って、電磁駆動弁１０
は、燃焼室１６に高圧の燃焼圧が残存する状況下で弁体
１８を開弁させようとし、その燃焼圧が排出された後に
弁体１８を閉弁させようとする。燃焼室１６に高圧の燃
焼圧が残存する状況下では、弁体１８が開弁方向に変位
する際に、弁体１８に大きな負荷が加わる。一方、その
後弁体１８が閉弁方向に変位する際には、弁体１８にさ
ほど大きな負荷は加わらない。

【００４６】電磁駆動弁１０において、全閉位置に保持
されている弁体１８は、アッパコイル４０への励磁電流
の供給が停止された後、アッパスプリング６０およびロ
アスプリング２６に付勢されることにより開弁方向に変
位する。同様に、電磁駆動弁１０において、全開位置に
保持されている弁体１８は、ロアコイル４２への励磁電
流の供給が停止された後、アッパスプリング６０および
ロアスプリング２６に付勢されることにより閉弁方向に
変位する。

【００４７】図８中にを付して表す開弁時最大到達位
置は、開弁時に、弁体１８がアッパスプリング６０およ
びロアスプリング２６に付勢されることにより到達し得
る位置を示す。また、図８中にを付して表す閉弁時最
大到達位置は、閉弁時に、弁体１８がアッパスプリング
６０およびロアスプリング２６に付勢されることにより
到達する位置を示す。弁体１８の開弁時には、上記の如
く閉弁時に比して大きな負荷が発生する。このため、開
弁時最大到達位置は、閉弁時最大到達位置に比して
中立点側に偏った位置となる。

【００４８】弁体１８を適正に全開位置に変位させるた
めには、弁体１８が開弁時最大到達位置に位置する際
に、アーマチャ３０とロアコア３４との間に、アッパス
プリング６０およびロアスプリング２６が発するバネ力
（弁体１８を中立位置に付勢するバネ力）に勝る吸引力
が発生する必要がある。図８において曲線および直線
に示す如く、電磁駆動弁１０においては上記の要求が
満たされている。従って、電磁駆動弁１０によれば、弁
体１８を適正に全開位置まで変位させることができる。

【００４９】ところで、弁体１８がアッパコア３２側に
開弁時最大到達位置と等しい距離だけストロークして
いる場合に、アーマチャ３０とアッパコア３２との間に
作用する吸引力は、その際にアッパスプリング６０およ
びロアスプリング２６が発生するバネ力に比して小さな
値となる。従って、ロアコア３４の構成がアッパコア３
２の構成と同様である場合は、すなわち、ロアコア３４
が環状凸部３６を備えていない場合は、ロアコイル４２
に励磁電流Ｉ₀を供給することでは、弁体１８を適正に
全閉位置まで変位させることができない。この点、電磁
駆動弁１０は、少ない消費電力で弁体１８を全閉位置ま
で変位させ得るという特性を有している。

【００５０】弁体１８を適正に全閉位置に変位させるた
めには、弁体１８が閉弁時最大到達位置に位置する際
に、アーマチャ３０とアッパコア３２との間に、アッパ
スプリング６０およびロアスプリング２６が発するバネ
力（弁体１８を中立位置に付勢するバネ力）に勝る吸引
力が発生する必要がある。図８において曲線および直
線に示す如く、電磁駆動弁１０においては上記の要求
が満たされている。従って、電磁駆動弁１０によれば、
弁体１８を適正に全開位置まで変位させることができ
る。

【００５１】ところで、電磁駆動弁１０の弁体１８は、
アーマチャ３０とアッパコア３２との間に作用する吸引
力が、弁体１８が閉弁時最大到達位置に到達するまで
の期間中に如何に小さな値であっても、弁体１８が閉弁
時最大到達位置に到達した時点で上記の条件が満たさ
れてさえいれば、適正に全閉位置まで変位する。図８に
示す如く、アッパコイル４０に励磁電流Ｉ₀を供給する
と、弁体１８が閉弁時最大到達位置にした時点で、ア
ーマチャ３０とアッパコア３２との間に、アッパスプリ
ング６０およびロアスプリング２６の発するバネ力に比
して十分に大きな吸引力が発生する。従って、電磁駆動
弁１０によれば、アッパコイル４０に供給する励磁電流
を、所定値Ｉ₀に比して小さな値としても、適正に弁体
１８を全閉位置まで変位させることができる。

【００５２】図８において曲線および曲線に示す如
く、励磁電流Ｉ₀に対して大きな近接時吸引力Ｆ_Nを発
生させるうえでは、アッパコア３２の構造がロアコア３
４の構造に比して適している。従って、弁体１８が閉弁
時最大到達位置に位置する際に、アッパスプリング６
０およびロアスプリング２６の発するバネ力に勝る吸引
力を、少ない消費電力で発生させるうえでは、アッパコ
ア３２の構造がロアコア３４の構造に比して適してい
る。本実施例において、アッパコイル４０に供給される
励磁電流は、弁体１８が閉弁時最大到達位置に位置す
る際に、アーマチャ３０とアッパコア３２との間に、ア
ッパスプリング６０およびロアスプリング２６の発する
バネ力に僅かに勝る吸引力を発生させる値に設定されて
いる。このため、電磁駆動弁１０によれば、弁体１８を
全閉位置に変位させる際に優れた省電力特性を実現する
ことができる。

【００５３】内燃機関の作動中には、弁体１８を全閉位
置または全開位置に維持する必要が生ずる。電磁駆動弁
１０によれば、弁体１８が全閉位置または全開位置に到
達した後に、すなわち、アーマチャ３０がロアコア３４
またはアッパコア３２に到達した後に、ロアコイル４２
またはアッパコイル４０に適当な励磁電流を供給するこ
とで、弁体１８を全閉位置または全開位置に維持するこ
とができる。

【００５４】上述の如く、アーマチャ３０とアッパコア
３２との間、および、アーマチャ３０とロアコア３４と
の間には、励磁電流Ｉ₀に対してほぼ同等の当接時吸引
力Ｆ _Cが発生する。従って、電磁駆動弁１０によれば、
弁体１８を全閉位置に維持する場合の他、弁体１８を全
開位置に維持する場合においても、優れた省電力特性を
実現することができる。

【００５５】上述の如く、本実施例の電磁駆動弁１０の
特性は、弁体１８が開閉する時期と内燃機関の作動状態
との関係を考慮して設定されている。このため、電磁駆
動弁１０によれば、内燃機関の作動中に、優れた省電力
特性を実現しつつ、適正に弁体１８を開閉動作させるこ
とができる。尚、上記の実施例においては、アッパスプ
リング６０およいロアスプリング２６が前記請求項１記
載の「弾性体」に、アッパコア３２およびロアコア３４
が前記請求項１記載の「第１および第２のコア」に、ロ
アコア３４が前記請求項１記載の「一方のコア」に、ア
ッパコア３２が前記請求項１記載の「他方のコア」に、
環状凸部３６が前記請求項１記載の「凸部」に、それぞ
れ相当している。

【００５６】ところで、上記の実施例においては、アッ
パコア３２には凸部を設けないこととしているが、本発
明はこれに限定されるものではなく、アッパコア３２
に、環状凸部３６に比して小さな凸部を設けることとし
ても良い。次に、図９を参照して、本発明の第２実施例
の電磁駆動弁について説明する。図９は、本実施例の電
磁駆動弁の要部の断面図を示す。尚、図９において、上
記図１に示す構成部分と同一の部分については、同一の
符号を付してその説明を省略する。

【００５７】本実施例の電磁駆動弁は、上記図１に示す
構成において、ロアコア３４およびアーマチャ軸２８
を、図９に示すロアコア７０およびアーマチャ軸７２に
変更することで実現される。ロアコア７０は、アーマチ
ャ軸７２を取り巻く部位に環状凸部７４を備えている。
一方、アーマチャ軸７２には、アーマチャ３０との結合
部において、環状凸部７４を収納するための凹部７６が
設けられている。

【００５８】アーマチャ軸７２に凹部７６が設けられた
結果、アーマチャ３０の内周面には、凸部対向面７８が
形成されている。アーマチャ３０の凸部対向面７８は、
アーマチャ３０とロアコア７０とが近接している場合に
おいて、環状凸部７４の内周面に対向する。アーマチャ
３０の内径は、環状凸部７４の外径に比して僅かに大き
く設定されている。このため、凸部対向面７８と環状凸
部７４との間には、常に所定のクリアランスが確保され
る。

【００５９】本実施例の電磁駆動弁において、環状凸部
７４および凸部対向面７８は、第１実施例における環状
凸部３６および凸部対向面３８と同様に機能する。従っ
て、本実施例の電磁駆動弁によれば、第１実施例の電磁
駆動弁１０と同様に、内燃機関の作動中に、優れた省電
力特性を実現しつつ、適正に弁体１８を開閉動作させる
ことができる。

【００６０】次に、図１０を参照して、本発明の第３実
施例の電磁駆動弁について説明する。図１０は、本実施
例の電磁駆動弁の要部の断面図を示す。尚、図１０にお
いて、上記図１に示す構成部分と同一の部分について
は、同一の符号を付してその説明を省略する。

【００６１】本実施例の電磁駆動弁は、上記図１に示す
構成において、ロアコア３４およびアーマチャ３０を、
図１０に示すロアコア８０およびアーマチャ軸８２に変
更することで実現される。ロアコア８０は、その最外周
部分に第１環状凸部８４を備えていると共に、第１環状
凸部８４の内周側に環状溝８６を備えている。第１環状
凸部８４の内周面には第１凸部対向面８７が形成されて
いる。一方、アーマチャ８２は、その最外周部分に第２
環状凸部８８を備えている。第２環状凸部８８の外周面
には、第２凸部対向面９０が形成されている。

【００６２】第２環状凸部８８は、アーマチャ８２とロ
アコア８０とが近接する場合に、ロアコア８０の環状溝
８６と嵌合するように、かつ、第２凸部対向面９０が第
１環状凸部８４の内壁と対向するように、すなわち、第
２環状凸部８８の外周面が第１凸部対向面８７と対向す
るように設けられている。アーマチャ８２の外径は、第
１環状凸部８４の外径に比して僅かに小さく設定されて
いる。このため、第２環状凸部８８と第１凸部対向面８
７との間には、すなわち、第１環状凸部８４と第２凸部
対向面９０との間には、常に所定のクリアランスが確保
される。

【００６３】本実施例の電磁駆動弁において、第１環状
凸部８４および第２環状凸部８８は、第１実施例におけ
る環状凸部３６と同様に機能する。また、本実施例の電
磁駆動弁において、第１凸部対向面８７および第２凸部
対向面９０は、第１実施例における凸部対向面３８と同
様に機能する。従って、本実施例の電磁駆動弁によれ
ば、第１実施例の電磁駆動弁１０と同様に、内燃機関の
作動中に、優れた省電力特性を実現しつつ、適正に弁体
１８を開閉動作させることができる。

【００６４】尚、上記の実施例においては、アッパスプ
リング６０およびロアスプリング２６が前記請求項３記
載の「弾性体」に、アッパコア３２およびロアコア８０
が前記請求項３記載の「第１および第２のコア」に、ロ
アコア８０が前記請求項３記載の「一方のコア」に、第
２環状凸部８８が前記請求項３記載の「凸部」に、第１
凸部対向面８７が前記請求項３記載の「凸部対向面」
に、それぞれ相当している。

【００６５】ところで、上記の実施例においては、アー
マチャ８２からアッパコア３２側に突出する凸部を設け
ないこととしているが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、アーマチャ８２のアッパコア３２側に、第２
環状凸部８８に比して小さな凸部を設けることとしても
良い。また、上記の実施例においては、ロアコア８０お
よびアーマチャ８２の双方に第１および第２環状凸部８
４，８８を設けることとしているが、本発明はこれに限
定されるものではなく、アーマチャ８２側にのみ環状凸
部を設けることとしてもよい。

【００６６】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、アーマチ
ャが一方のコアに接近する過程で弁体に大きな負荷が加
わり、かつ、アーマチャが他方のコアに接近する過程で
弁体に大きな負荷が加わらない場合に、弁体を、少ない
消費電力で適切に作動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の電磁駆動弁の断面図であ
る。

【図２】図１に示す電磁駆動弁においてアーマチャとア
ッパコアとが離間している状況下でアッパコイルの内外
周を還流する磁束Φ_Uの様子を表す図である。

【図３】図１に示す電磁駆動弁においてアーマチャとロ
アコアとが離間している状況下でロアコイルの内外周を
還流する磁束Φ_Lの様子を表す図である。

【図４】図１に示す電磁駆動弁においてアーマチャとア
ッパコアとが近接している状況下でアッパコイルの内外
周を還流する磁束Φ_Uの様子を表す図である。

【図５】図１に示す電磁駆動弁においてアーマチャとロ
アコアとが近接している状況下でロアコイルの内外周を
還流する磁束Φ_Lの様子を表す図である。

【図６】図１に示す電磁駆動弁においてアーマチャとア
ッパコアとが当接している状況下でアッパコイルの内外
周を還流する磁束Φ_Uの様子を表す図である。

【図７】図１に示す電磁駆動弁においてアーマチャとロ
アコアとが当接している状況下でロアコイルの内外周を
還流する磁束Φ_Lの様子を表す図である。

【図８】図１に示す電磁駆動弁の特性を表す図である。

【図９】本発明の第２実施例の電磁駆動弁の要部を表す
断面図である。

【図１０】本発明の第３実施例の電磁駆動弁の要部を表
す断面図である。

【符号の説明】

１０電磁駆動弁３０；８２アーマチャ３２アッパコア３４；７０；８０ロアコア３６；７４環状凸部３８；７８凸部対向面４０アッパコイル４２ロアコイル６２アッパ磁気回路６４ロア磁気回路８４第１環状凸部８７第１凸部対向面８８第２環状凸部９０第２凸部対向面

フロントページの続き (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弁体と共に変位するアーマチャと、アー
マチャの両側に配設される弾性体と、アーマチャの両側
に配設される第１および第２のコアと、第１および第２
のコアにそれぞれ収納される第１および第２のコイルと
を備える電磁駆動弁において、前記第１および第２のコアの一方が、他方のコアに向け
て所定長だけ突出する凸部を備えていると共に、前記アーマチャが、該アーマチャが前記一方のコアに近
接した際に、前記凸部の側面と対向する凸部対向面を備
えていることを特徴とする電磁駆動弁。
【請求項２】請求項１記載の電磁駆動弁において、前記第１および第２のコアの他方が、前記凸部に比して
小さな小凸部を備えていることを特徴とする電磁駆動
弁。
【請求項３】弁体と共に変位するアーマチャと、アー
マチャの両側に配設される弾性体と、アーマチャの両側
に配設される第１および第２のコアと、第１および第２
のコアにそれぞれ収納される第１および第２のコイルと
を備える電磁駆動弁において、前記アーマチャが、前記第１および第２のコアの一方の
側に所定長だけ突出する凸部を備えていると共に、前記一方のコアが、前記アーマチャが該一方のコアに近
接した際に、前記凸部の側面と対向する凸部対向面を備
えていることを特徴とする電磁駆動弁。
【請求項４】請求項３記載の電磁駆動弁において、前記アーマチャが、前記第１および第２のコアの他方の
側に、前記凸部に比して小さな小凸部を備えていること
を特徴とする電磁駆動弁。