(57)【要約】【課題】  小型化された電磁駆動弁を提供する。【解決手段】  電磁駆動弁は、弁軸を有し弁軸が延びる方向に沿って往復運動するバルブ８７と、一方端がハウジング６２に揺動自在に支持され他方端に弁軸を弁軸が延びる方向に沿って押圧するチップ７３が設けられた揺動部材であるディスク７４とを備える。チップ７３と弁軸の間に働く力が最大となるディスク７４の揺動角度において、チップ７３と弁軸との当接部での弁軸の当接面の法線とチップ７３の当接面の法線がともに弁軸が延びる方向になるように、ディスク７４およびチップ７３と弁軸が位置決めされている。電磁駆動弁は、ディスク７４を吸着して閉弁位置に保持するコア７２およびコイル８０から成る閉弁用電磁石と、ディスク７４を閉弁用電磁石から離す力をディスク７４に加える第１の弾性部材であるトーションバー６８とをさらに備える。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁軸を有し、前記弁軸が延びる方向に沿って往復運動する弁と、
一方端がベース部材に揺動自在に支持され、他方端に前記弁軸を前記弁軸が延びる方向に沿って押圧する押圧部が設けられた揺動部材とを備え、
前記押圧部と前記弁軸の間に働く力が最大となる前記揺動部材の揺動角度において、前記押圧部と前記弁軸との当接部での前記弁軸の当接面の法線と前記押圧部の当接面の法線がともに前記弁軸が延びる方向になるように、前記揺動部材と前記弁軸が位置決めされた電磁駆動弁。
【請求項２】
前記揺動部材を吸着して閉弁位置に保持する閉弁用電磁石と、
前記揺動部材を前記閉弁用電磁石から離す力を前記揺動部材に加える第１の弾性部材とをさらに備え、
前記押圧部と前記弁軸の間に働く力が最大となる前記揺動部材の揺動角度は、前記揺動部材が前記閉弁位置であるときの角度である、請求項１に記載の電磁駆動弁。
【請求項３】
前記揺動部材を吸着して開弁位置に保持する開弁用電磁石と、
前記弁軸に対して弾性力を加えることにより、前記押圧部を介して前記揺動部材を前記閉弁用電磁石から離す力を前記揺動部材に加える第２の弾性部材とをさらに備える、請求項２に記載の電磁駆動弁。
【請求項４】
前記揺動部材は、
磁性材のコア部と、
前記押圧部に設けられ前記弁軸と当接する非磁性材のチップとを含む、請求項１に記載の電磁駆動弁。
【請求項５】
前記チップは、
前記押圧部の当接面である凹面を有し、
前記弁軸の当接面は凸面である、請求項４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、電磁駆動弁に関し、特に内燃機関の給気弁または排気弁として用いられる電磁駆動弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の電磁駆動弁に関して、たとえば、米国特許第６４６７４４１号明細書（特許文献１）には、ディスク（アーマチュア）の一端に支点を持ち、他端にて内燃機関の吸排気弁のステムエンドを押圧する押圧部を備える回転駆動式の電磁駆動弁が開示されており、この電磁駆動弁では、ステムエンドとディスクのステムエンド押圧部とはお互いにＲ形状で接触している。
【特許文献１】米国特許第６４６７４４１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、回転駆動式の電磁駆動弁では、ディスクが回転するにつれ、両者のＲ形状の曲率中心は弁軸上から相対的にずれていく。トーションバーのトルクが最大になる閉弁時に両者の曲率中心が軸からずれていると、バルブステムは横方向に押されるため、バルブステムの摺動抵抗が大きくなる。バルブステムの摺動抵抗が大きいと、スプリングの弾性力や電磁石による電磁力を強める必要があり部品が大型化してしまう。また大きな摺動抵抗に対して耐久性を持たせるために、バルブステムを太くしたり、ベアリングのボールを大きくしたりする必要が生ずる。
【０００４】
この発明の目的は、小型化された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】
【０００５】
この発明は、要約すると、電磁駆動弁であって、弁軸を有し弁軸が延びる方向に沿って往復運動する弁と、一方端がベース部材に揺動自在に支持され他方端に弁軸を弁軸が延びる方向に沿って押圧する押圧部が設けられた揺動部材とを備える。押圧部と弁軸の間に働く力が最大となる揺動部材の揺動角度において、押圧部と弁軸との当接部での弁軸の当接面の法線と押圧部の当接面の法線がともに弁軸が延びる方向になるように、揺動部材と弁軸が位置決めされている。
【０００６】
好ましくは、電磁駆動弁は、揺動部材を吸着して閉弁位置に保持する閉弁用電磁石と、揺動部材を閉弁用電磁石から離す力を揺動部材に加える第１の弾性部材とをさらに備える。押圧部と弁軸の間に働く力が最大となる揺動部材の揺動角度は、揺動部材が閉弁位置であるときの角度である。
【０００７】
より好ましくは、電磁駆動弁は、揺動部材を吸着して開弁位置に保持する開弁用電磁石と、弁軸に対して弾性力を加えることにより、押圧部を介して揺動部材を閉弁用電磁石から離す力を揺動部材に加える第２の弾性部材とをさらに備える。
【０００８】
好ましくは、揺動部材は、磁性材のコア部と、押圧部に設けられ弁軸と当接する非磁性材のチップとを含む。
【０００９】
より好ましくは、チップは、押圧部の当接面である凹面を有し、弁軸の当接面は凸面である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、小型化された電磁駆動弁を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１２】
図１は、電磁駆動弁の検討例を示した図である。
内燃機関であるエンジンは、シリンダブロックとシリンダヘッドとシリンダ中を上下するピストンと各気筒の吸気ポートに設けられる電磁駆動式の吸気弁と各気筒の排気ポートに設けられる電磁駆動式の排気弁とを含む。吸気弁および排気弁は、気筒毎にたとえば２個ずつ設けられる。
【００１３】
図１において代表的に１つの電磁駆動弁が示されている。
エンジンのシリンダブロックにはエンジン回転数を検出するクランク角センサ６が取付けられている。各種センサ出力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０に入力され、このＥＣＵ３０は、燃料噴射弁の噴射時期や噴射量、点火プラグの点火時期を制御するとともに、電磁駆動ユニット（ＥＤＵ）３２に対して吸気弁または排気弁を駆動する電磁アクチュエータ２４の開弁時期を指示する。
【００１４】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、メモリ３１を含む。メモリ３１にはクランク角センサ６の出力に対応する通電パターンがマップとして記憶されている。
【００１５】
この電磁駆動弁は、弁軸を有し弁軸が延びる方向に沿って往復運動するバルブ８７と、一方端がハウジング６２に揺動自在に支持され他方端に弁軸を弁軸が延びる方向に沿って押圧するカムフォロアチップ７３が設けられた揺動部材であるディスク７４とを備える。
【００１６】
電磁駆動弁は、ディスク７４を吸着して閉弁位置に保持する閉弁用コア７２およびコイル８０から成る閉弁用電磁石と、ディスク７４を閉弁用電磁石から離す力をディスク７４に加える第１の弾性部材であるトーションバー６８とをさらに備える。
【００１７】
電磁駆動弁は、揺動部材を吸着して開弁位置に保持する開弁用コア７８およびコイル８２から成る開弁用電磁石と、弁軸に対して弾性力を加えることにより、カムフォロアチップ７３を介してディスクを開弁用電磁石から離す力をディスク７４に加える第２の弾性部材であるロアスプリング８６とをさらに備える。
【００１８】
バルブ８７は、上下に昇降することにより、シリンダヘッド１０に設けられた吸気口または排気口を開閉する。バルブ８７から上方に延びるバルブ軸８８の上部には中間ステム７６が設けられる。中間ステム７６の上端にはカムフォロアピン７５が取付けられている。バルブ８７は、バルブ軸８８が延びる方向に沿って往復運動する。
【００１９】
バルブ軸８８とシリンダヘッド１０との間にはストロークボールベアリング８９が設けられており、バルブ軸８８が上下方向に可動に支持されている。中間ステム７６の下方端には鍔部８４が設けられており、鍔部８４とシリンダヘッド１０との間にはロアスプリング８６が配置されている。
【００２０】
電磁アクチュエータ２４は、ハウジング６２に固定された開弁用の電磁石と閉弁用の電磁石とを含む。開弁用電磁石は開弁用コア７８と、コイル８２とを含む。閉弁用電磁石は閉弁用コア７２とコイル８０とを含む。コイル８０とコイル８２とは結線されて共用化されているモノコイル構造である。これらの開弁用および閉弁用電磁石によってディスク７４が吸着される。ディスク７４は一方端がハウジング６２に揺動自在に支持される揺動部材である。
【００２１】
そしてアッパスプリングであるトーションバー６８の弾性力によってディスク７４は下向きすなわち開弁方向の力を中間ステム７６に与える。ディスク７４の他方端にはカムフォロアチップ７３が取付けられている。カムフォロアチップ７３は中間ステム７６の上端に固着されているカムフォロアピン７５と当接し中間ステム７６に対して下向きすなわち開弁方向の力を与える。
【００２２】
これに対してロアスプリング８６は鍔部８４を押上げることにより中間ステム７６に対して上向きすなわち閉弁方向の力を与える。トーションバー６８およびロアスプリング８６の合力として、バルブ８７が全閉となったときには開く方向に力が発生して逆にバルブ８７が全開となったときには閉じる方向に力が発生する。ディスク７４と吸着する電磁石のコイルとの距離が大きいときにこのスプリングによる力を利用することにより、電磁石のサイズを小さくすることができる。
【００２３】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面における断面図である。
図２を参照して、開弁用コア７８にはコイル８２が巻回されている。開弁用コア７８の一部分には中間ステム７６およびストロークボールベアリング８３が収められる穴が設けられている。
【００２４】
図３は、閉弁時の中間ステムに加わる力を説明するための拡大図である。
図１、図３を参照して、ディスク７４は、電磁石に吸着されやすい強磁性体である。その一方、カムフォロアチップ７３は、中間ステムに磁束が漏れないように非磁性体にするのが好ましい。したがって、平板状のディスク７４に凹面のＲ形状を有するカムフォロアチップ７３が突出することになる。
【００２５】
閉弁時すなわちコイル８０側にディスク７４が吸着されている時には、トーションバー６８の弾性力は最も大きな状態となっている。
【００２６】
この状態においてコイル８０の通電が停止されるとトーションバー６８に蓄えられているばね力が図３の接線力Ｆ０としてカムフォロアチップ７３からカムフォロアピン７５に加わる。
【００２７】
この力Ｆ０は中間ステム７６を押し下げようとする力Ｆ２と横方向から中間ステム７６を押そうとする力Ｆ１とに成分を分けることができる。
【００２８】
すなわち、バルブの軸Ｘ−Ｘから開弁時における接触点がずれていたり、また接触点がずれていなくても接触点におけるカムフォロアチップの法線およびカムフォロアピン７５の接触点における法線が軸Ｘ−Ｘからずれていたりすると、中間ステム７６を横方向に押そうとする分力Ｆ１が発生してしまう。
【００２９】
図４は、図１のＡ１部を拡大して示し、横方向の分力Ｆ１がストロークボールベアリングに与える力を説明するための図である。
【００３０】
図４を参照して、ストロークボールベアリング８３は、ボール９１〜９９と、ボール９１〜９９の位置を拘束するケージ９０とを含む。図４に示すように分力Ｆ１がカムフォロアピン７５に加わるとカムフォロアピン７５に近い側のボール９１を力Ｆ４で押すことになる。この力に対する抗力が発生し、ストロークボールベアリング８３における転動摩擦ないし摺動摩擦が増大するという問題が生ずる。
【００３１】
また、抗力が大きくなると、強度面からボールベアリングのボールサイズを大きくする必要が生じ、このためベアリング取付けスペースを拡大すべく図２に示した開弁用コア７８の上面積の減少やベアリングの高コスト化を招くなどの問題も発生する。
【００３２】
図５は、本発明の実施の形態に係る電磁駆動弁の構成を示した図である。
図５に示した電磁駆動弁は、図１に示した検討例の電磁駆動弁の構成においてアクチュエータ２４を全体的にθだけ回転して搭載している。他の部分の構成については図１で説明した検討例と同様であるので説明は繰返さない。
【００３３】
アクチュエータ２４をθだけ回転することにより、カムフォロアチップ７３と弁軸の間に働く力が最大となるディスク７４の揺動角度において、カムフォロアチップ７３と弁軸との当接部での弁軸の当接面の法線とカムフォロアチップ７３の当接面の法線がともに弁軸が延びる方向になるように、ディスク７４およびカムフォロアチップ７３と弁軸が位置決めされる。
【００３４】
そして、カムフォロアチップ７３と弁軸の間に働く力が最大となるディスク７４の揺動角度は、ディスク７４が閉弁位置、つまりコイル８０側に吸着された状態であるときの角度である。コイル８０での吸着が開放されると、トーションバー６８における最大トルクがディスク７４に与えられ、カムフォロアチップ７３と弁軸の間に働く力が最大となる。
【００３５】
図６は、図５のＡ２部を拡大して示し、閉弁時に中間ステムに加わる力を説明するための図である。
【００３６】
図５、図６に示すように、本発明の実施の形態においては、開弁用のアッパスプリングであるトーションバー６８のトルクが最大となる閉弁時に、カムフォロア接点でのトーションバー６８による力の方向とバルブ軸Ｘ−Ｘとを一致させるようにアクチュエータ全体をθだけ回転して搭載する。
【００３７】
このような位置決めによってアッパスプリングの中間ステム７６に対する横方向の分力を概ねゼロにして、この分力に起因した中間ステム７６部分の摺動または転動抵抗の低減を図ることができ、ストロークボールベアリングの小型化および低コスト化を可能とすることができる。
【００３８】
なお、図５に示した例においてはアクチュエータ全体を回転して搭載したが、これに限られるものではなく、弁軸を押圧する押圧部と弁軸との間に働く力が最大となる揺動角度において押圧部と弁軸との当接部での弁軸の当接面の法線と押圧部の当接面の法線がともに弁軸Ｘ−Ｘと一致するように揺動部材すなわちディスクと弁軸が位置決めされておればよい。
【００３９】
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】
【００４０】
【図１】電磁駆動弁の検討例を示した図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面における断面図である。
【図３】閉弁時の中間ステムに加わる力を説明するための拡大図である。
【図４】図１のＡ１部を拡大して示し、横方向の分力Ｆ１がストロークボールベアリングに与える力を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電磁駆動弁の構成を示した図である。
【図６】図５のＡ２部を拡大して示し、閉弁時に中間ステムに加わる力を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４１】
６  クランク角センサ、１０  シリンダヘッド、２４  電磁アクチュエータ、３０  電子制御ユニット、３１  メモリ、３２  電磁弁駆動ユニット、６２  ハウジング、６８  トーションバー、７２  閉弁用コア、７３  カムフォロアチップ、７４  ディスク、７５  カムフォロアピン、７６  中間ステム、７８  開弁用コア、８０，８２  コイル、８３，８９  ストロークボールベアリング、８４  鍔部、８６  ロアスプリング、８７  バルブ、８８  バルブ軸、９０  ケージ、９１〜９９  ボール。
【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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