(57)【要約】【課題】消費電力の低減が図られる電磁駆動弁、を提供する。【解決手段】電磁駆動弁１０は、内燃機関の燃焼室１７および吸気ポート１６間を開閉する吸気バルブ１４を駆動する。電磁駆動弁１０は、ディスク２１と、電磁石５１ｍと、電磁石５１ｎとを備える。電磁石５１ｍは、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【特許文献１】米国特許第６４６７４４１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１００２５４９１号明細書
【特許文献３】米国特許第７０８８２０９号明細書
【特許文献４】米国特許第６５７１８２３号明細書
【特許文献５】米国特許第６４８１３９６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
（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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
（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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
（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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】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。
【図２】図１中の電磁石を示す斜視図である。
【図３】図１中のディスクを示す斜視図である。
【図４】図１中の電磁駆動弁の駆動状態を示す断面図である。
【図５】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６】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７】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８】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。
【図９】衝突位置ｘと衝撃荷重Ｆとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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