(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁コイルによる電磁力と付勢部材による付勢力との協働によって駆動されるアーマチャと、該アーマチャの軸方向に延在するアーマチャシャフトと、該アーマチャシャフトと同軸に離間して配設された弁体と、前記離間部に介装された弾性体とを備える電磁駆動弁であって、
前記弾性体は、形状記憶合金で形成されたコイルスプリングである
ことを特徴とする電磁駆動弁。
【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、閉弁動作時の弁体のはね返りを防止する弾性体を弁体とアーマチャ軸との間に備え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１１−１３４３５号に開示される如く、電磁駆動弁が知られている。上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、弁体と同軸に配設されたアーマチャ軸と、アーマチャ軸に固定されたアーマチャとを備えている。弁体とアーマチャ軸は、軸方向に離間して設けられ、その離間部にはコイルスプリングからなる弾性体が介装されている。
【０００３】
アーマチャの上方には、アッパコイル及びアッパコアが配設されている。また、アーマチャの下方には、ロアコイル及びロアコアが配設されている。アッパコイル、及び、ロアコイルは、それぞれ励磁電流が供給されることによりアーマチャを吸引する電磁力を発生する。
上記従来例の電磁駆動弁によれば、アッパコイルに励磁電流を供給することで、アッパコイルにアーマチャを吸引させて弁体を閉弁方向に変位させることができる。この場合、アーマチャがアッパコアに当接することで、弁体は全閉状態とされる。また、ロアコイルに励磁電流を供給することで、ロアコイルにアーマチャを吸引させて弁体を開弁方向に変位させることができる。この場合、アーマチャがロアコアに当接することで、弁体は全開状態とされる。従って、アッパコイル、及び、ロアコイルに適当なタイミングで励磁電流を供給することで、排気弁、又は、吸気弁を全開状態と全閉状態との間で繰り返し開閉させることができる。
【０００４】
ところで、閉弁駆動時にアッパコイルに吸引されて上方に変位したアーマチャは、アッパコアの下面に当接した際に跳ね返ることがある。アーマチャの跳ね返りが弁軸に伝達されると、弁体が不要な開弁動作をしてしまう。これに対し、上記従来例では、弁体とアーマチャ軸との間に設けられたコイルスプリングによってアーマチャの跳ね返りが緩衝される。このため、上記従来例の電磁駆動弁によれば、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りに起因する弁体の不要な開弁動作が防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、弁体は燃焼室に露出しているため、熱間時において混合気の燃焼に伴って発生する高熱に晒されて高温となり、冷間時よりも熱膨張した状態になる。上記従来例の電磁駆動弁において、弁体が熱膨張すると、弁体とアーマチャ軸との間のクリアランスが小さくなるため、弁体とアーマチャ軸との間に設けられたコイルスプリングはクリアランスの減少分だけ更に圧縮される。そして、コイルスプリングの圧縮に伴い、弁体に対してコイルスプリングが開弁方向に付与する付勢力が増加する。このため、上記従来例の電磁駆動弁では、熱間時に弁体を全閉位置に保持する力（以下、閉弁力と称す）が冷間時よりも低下して、不十分となる可能性がある。弁体に対する閉弁力が不十分となると、燃焼ガスが不必要に燃焼室から弁体と弁座の隙間を介して排気ポート又は吸気ポートへ吹き抜ける、いわゆるガス吹き抜け現象が発生して内燃機関の燃焼効率が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りによる弁体の開弁動作を防止すると共に、温度上昇に伴う閉弁力の低下を抑制することができる電磁駆動弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載される如く、
電磁コイルによる電磁力と付勢部材による付勢力との協働によって駆動されるアーマチャと、該アーマチャの軸方向に延在するアーマチャシャフトと、該アーマチャシャフトと同軸に離間して配設された弁体と、前記離間部に介装された弾性体とを備える電磁駆動弁であって、
前記弾性体は、形状記憶合金で形成されたコイルスプリングである電磁駆動弁により達成される。
【０００８】
このような電磁駆動弁では、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りによる弁体の開弁動作が弾性体により防止される。また、温度上昇に伴って弁体が熱膨張してアーマチャシャフトと弁体との離間距離が短くなっても、それに応じて弾性体の自然長が減少する。このため、全閉状態の弁体に対して弾性体から付与される開弁方向の付勢力の増加が抑制される。従って、本発明によれば、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りを防止しつつ、温度上昇に伴って弁体を全閉位置に維持する力の減少を抑制することができる。
【００１０】
【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の全体構成図である。電磁駆動弁１０は、内燃機関１２の排気弁を構成している。
図１に示すように、内燃機関１２は、ロアヘッド１４と、ロアヘッド１４の上部に固定されたアッパヘッド１６を備えている。ロアヘッド１４内には、排気ポート１８が形成されている。また、ロアヘッド１４の下部には、燃焼室２０が形成されている。排気ポート１８の燃焼室２０側の開口端部には、バルブシート２２が形成されている。
【００１１】
電磁駆動弁１０は、弁体２４を備えている。弁体２４は、バルブシート２２に着座することにより排気ポート１８と燃焼室２０との間を遮断し、バルブシート２２から離座することにより排気ポート１８と燃焼室２０との間を導通させる。
弁体２４は、弁軸２６を備えている。弁軸２６は、内燃機関１２が備えるロアヘッド１４の内部に固定されたバルブガイド２８により軸方向に摺動可能に保持されている。弁軸２６の上部には、ロアリテーナ３０が固定されている。ロアヘッド１４内において、弁軸２６の周囲には円筒部３２が形成されている。ロアリテーナ３０の下面と円筒部３２の底面との間には、ロアスプリング３４が配設されている。ロアスプリング３４は、ロアリテーナ３０を介して弁体２４を、図１における上方へ向けて付勢している。
【００１２】
電磁駆動弁１０は、また、アーマチャシャフト３６を備えている。アーマチャシャフト３６は、弁軸２６と同時に、かつ、上方に離間するように配設されている。また、弁軸２６とアーマチャシャフト３６との間の離間部には、形状記憶合金で形成された緩衝スプリング６６が介装されている。この緩衝スプリング６６については、後に詳細に説明する。
【００１３】
アーマチャシャフト３６は、非磁性材料で構成されたロッド状の部材である。アーマチャシャフト３６の上端部には、アッパリテーナ３８が固定されている。アッパリテーナ３８の上部には、アッパスプリング４０の下端部が当接している。アッパスプリング４０の上端部は、アジャストボルト４２に当接している。アッパスプリング４０は、アッパリテーナ３８を介してアーマチャシャフト３６を、図１における下方へ向けて付勢している。
【００１４】
アーマチャシャフト３６の外周には、円盤状のアーマチャ４４が接合されている。アーマチャ４４は、軟磁性材料で構成された部材である。アッパヘッド１６内において、アーマチャシャフト３６の周囲には円筒部４６が形成されている。円筒部４６内において、アーマチャ４４の上方には、アッパコイル４８及びアッパコア５０が配設されている。また、円筒部４６内において、アーマチャ４４の下方には、ロアコイル５２及びロアコア５４が配設されている。なお、アッパコイル４８、及び、ロアコイル５２への通電は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）５６により制御される。
【００１５】
アッパコア５０、及び、ロアコア５４は、共に磁性材料で構成された部材である。アッパコア５０、及び、ロアコア５４は、それぞれ中央部を貫通する貫通穴５８、６０を備えている。アッパコア５０が備える貫通穴５８の上端には、アッパベアリング６２が配設されている。また、ロアコア５４が備える貫通穴６０の下端には、ロアベアリング６４が配設されている。アッパベアリング６２、及び、ロアベアリング６４は、それぞれ円筒状メタル部材、或いは、樹脂部材からなる滑り軸受である。上記したアーマチャシャフト３６は、アッパベアリング６２、及び、ロアベアリング６４により軸方向に摺動可能に保持されている。
【００１６】
アッパコア５０、及び、ロアコア５４は、両者間に所定の間隔が確保されるように、アッパヘッド１６の円筒部４６内に嵌合されている。上述したアジャストボルト４２は、アッパコイル４８、及び、ロアコイル５２の何れにも励磁電流が供給されていない状態で、アーマチャー４４がアッパスプリング４０とロアスプリング３４等によりアッパコア５０とロアコア５４の中央の中立位置に保持されるように調整されている。
【００１７】
続いて、図１を参照して、電磁駆動弁１０の動作説明を行う。
電磁駆動弁１０において、アーマチャ４４がアッパコア５０に当接した状態では、弁体２４はバルブシート２２に着座する。この状態は、アッパコイル４８に所定の電流が供給されることにより維持される。以下、弁体２４がバルブシート２２に着座した状態を全閉（閉弁）状態とし、その際の弁体２４の位置を全閉位置と称す。なお、図１は、弁体２４が全閉状態とされた時の電磁駆動弁１０の様子を示す。
【００１８】
弁体２４が全閉位置に維持されている状態で、アッパコイル４８に供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ４４に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ４４に作用していた電磁力が消滅すると、アッパスプリング４０に付勢されることにより、アーマチャシャフト３６及びアーマチャ４４が図１における下方へ向けて変位する。そして、アーマチャ４４の変位量が所定値に達した時点で、ロアコイル５２に適当な励磁電流が供給されると、今度はアーマチャ４４をロアコア５４側へ吸引する吸引力が発生する。この吸引力によってアーマチャ４４及びアーマチャシャフト３６は、更に、下方に変位する。
【００１９】
アーマチャシャフト３６が下方へ変位すると、それに伴って、緩衝スプリング６は巻線が密着状態となるまで圧縮されていく。緩衝スプリング６６が密着状態となると、それ以上収縮することができない。このため、以後、アーマチャシャフト３６の下方への変位は、密着状態の緩衝スプリング６６を介して直接弁軸２６に伝達される。この結果、弁体２４は、アーマチャ４４及びアーマチャシャフト３６の変位に伴って、ロアスプリング３４の付勢力に抗して図１における下方へ変位していく。
【００２０】
このように、弁体２４の開弁駆動時において、アーマチャシャフト３６の下端と弁軸２６の上端は直接接触せず、弁軸２６は、緩衝スプリング６６を介してアーマチャシャフト３６に押圧されることにより開弁方向に変位する。このため、電磁駆動弁１０では、アーマチャシャフト３６と弁軸２６との直接接触による衝突音が発生しない。従って、本実施例によれば、電磁駆動弁１０の動作音が低減される。
【００２１】
弁体２４の下方への変位は、アーマチャ４４がロアコア５４と当接するまで継続する。アーマチャ４４がロアコア５４に当接した状態にある時は、弁体２４は、バルブシート２２から最も離れた位置にある。以下、アーマチャ４４がロアコア５４に当接して、弁体２４がバルブシート２２から最も離れた位置にある状態を全開状態とし、その際の弁体２４の位置を全開位置と称す。この全開状態は、ロアコイル５２に所定の励磁電流が供給されることにより維持される。
【００２２】
弁体２４が全開位置に維持されている状態で、ロアコイル５２に供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ４４に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ４４に作用していた電磁力が消滅すると、ロアスプリング３４の付勢力により、弁体２４が図１における上方へ向けて変位する。この時、アーマチャシャフト３６及びアーマチャ４４も、緩衝スプリング６８を介して弁軸２６によって押圧されることにより上方へ変位する。そして、アーマチャ４４の変位量が所定値に達した時点で、アッパコイル４８に適当な励磁電流が供給されると、今度はアーマチャ４４をアッパコイル４８側へ吸引する吸引力が発生する。
【００２３】
アーマチャ４４に対して上記の吸引力が作用すると、アーマチャシャフト３６及びアーマチャ４４は、アッパスプリング４０の付勢力に抗して図１における上方へ向けて更に変位する。この時、弁体２４の上方への変位は、弁体２４がバルブシート２２に着座して全閉状態となるまで継続される。弁体２４が全閉状態とされた後は、密着状態とされていた緩衝スプリング６６は、アーマチャシャフト３６と弁軸２６の間のクリアランスの拡大に応じて徐々に伸びていく。アーマチャシャフト３６及びアーマチャ４４の上方への変位は、アーマチャ４４がアッパコア５０と当接するまで継続する。
【００２４】
以上のように、電磁駆動弁１０によれば、アッパコイル４８に所定の励磁電流を供給することにより弁体２４を全閉位置に向けて変位させることができると共に、ロアコイル５２に所定の励磁電流を供給することにより、弁体２４を全開状態に向けて変位させることができる。従って、電磁駆動弁１０によれば、アッパコイル４８とロアコイル５２に対して交互に励磁電流を供給することにより、弁体２４を、全開位置と全閉位置との間で繰り返し往復運動させることができる。
【００２５】
続いて、本実施例の要部である緩衝スプリング６６について詳細に説明する。
図２（Ａ）は、内燃機関１２の冷間時の緩衝スプリング６６及びその周辺の拡大図であり、図２（Ｂ）は、内燃機関１２の熱間時の緩衝スプリング６６及びその周辺の拡大図である。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）は、共に図１に示す弁体２４が全閉状態である時の緩衝スプリング６６の様子を示す。
【００２６】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、弁軸２６の上端、及び、アーマチャシャフト３６の下端には、それぞれ突起部６８、６９が形成されている。突起部６８、６９は、緩衝スプリング６６の位置ずれを防止する役割を有している。弁軸２６の上端面、及び、アーマチャシャフト３６の下端面の突起部６８、６９の周囲の部分は、それぞれ外縁部７０、７１を構成している。
【００２７】
図２（Ａ）に示すように、内燃機関１２の冷間時には、弁軸２６上端の外縁部７０とアーマチャシャフト３６下端の外縁部７１との間には、クリアランスＣ１が形成される。本実施例では、緩衝スプリング６６を、その自然長が、クリアランスＣ１よりわずかに小さくなるように構成している。
一方、内燃機関１２の熱間時には、燃焼室２０内の混合気の燃焼に伴って発生する高熱によって弁軸２６が熱膨張する。このため、図２（Ｂ）に示すように、内燃機関１２の熱間時には、弁軸２６上端の外縁部７０とアーマチャシャフト３６下端の外縁部７１との間には、クリアランスＣ１に比して弁軸２６の熱膨張分だけ狭いクリアランスＣ２が形成される。本実施例では、緩衝スプリング６６を形状記憶合金で形成することにより、冷間時から熱間時への温度上昇に伴う上記クリアランスの減少に応じて、その自然長が小さくなるように構成している。かかる構成によれば、緩衝スプリング６６の圧縮量は、温度に係わらず、ほぼ一定となる。このため、緩衝スプリング６６によって全閉状態の弁体２４に対して付与される開弁方向の付勢力は温度が上昇してもほとんど増加しない。従って、本実施例によれば、温度上昇に伴う閉弁力の低下が抑制され、弁体２４が確実に全閉状態に維持される。
【００２８】
また、本実施例では、弁軸２６の熱膨張はアーマチャシャフト３６下端の突起部６９と弁軸２６上端の突起部６８との間のクリアランスにより吸収される。また、バルブシート２２が磨耗した場合、ロアスプリング３４は磨耗量に応じて弁軸２６を上向き、すなわち、クリアランスが縮小する方向に変位させて、バルブシート２２に密着させる。従って、本実施例によれば、弁軸２６の熱膨張やバルブシート２２の磨耗が発生しても弁体２４が確実に全閉状態とされる。
【００２９】
また、本実施例では、閉弁駆動時にアッパコア５０に当接したアーマチャ４４が跳ね返っても、アーマチャシャフト３６の下方向への変位が緩衝スプリング６６によって緩衝されるので、閉弁駆動時の弁体２４の不要な開弁動作が防止される。
以上のように、本実施例によれば、閉弁駆動時に弁体２４が確実に全閉状態とされ、弁体２４の不要な開弁動作が防止されるので、温度に関わらず、燃焼ガスが不必要に燃焼室２０から弁体２４とバルブシート２２との隙間を介して排気ポートへ吹き抜ける、いわゆるガス吹き抜け現象の発生が確実に防止される。
【００３０】
更に、本実施例では、アーマチャシャフト３６と弁軸２６は、緩衝スプリング６６を介して間接的に接触する構成である。このため、燃焼室２０内の混合気の燃焼に伴って発生する高熱が、弁体２４側からアーマチャシャフト３６側へ伝達されることが抑制される。従って、本実施例によれば、アーマチャシャフト３６を摺動可能に保持するアッパベアリング５８及びロアベアリング６４の高熱による損傷が防止される。
【００３１】
なお、緩衝スプリング６６は、形状記憶合金に限らず、自然長が温度上昇に応じて減少するものであれば他の素材で構成してもよい。
上記実施例において、アッパコイル４８及びロアコイル５２が特許請求の範囲に記載の「電磁コイル」に相当し、ロアスプリング３４及びアッパスプリング４０が特許請求の範囲に記載の「付勢部材」に相当し、緩衝スプリング６６が特許請求の範囲に記載の「弾性体」に相当する。
【００３２】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明では、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りによる弁体の開弁動作が弾性体により防止される。また、本発明では、温度が上昇しても、閉弁時に弾性体から弁体に付与される開弁方向の付勢力の増加が抑制される。従って、本発明によれば、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りを防止しつつ、温度上昇に伴って弁体を全閉位置に維持する力の減少を抑制することができる。
【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全体構成図である。
【図２】内燃機関１２の緩衝スプリング６６及びその周辺の拡大図である。
【符号の説明】
１０  電磁駆動弁
１２  内燃機関
２４  弁体
２６  弁軸
３４  ロアスプリング
４０  アッパスプリング
３６  アーマチャシャフト
４４  アーマチャ
４８  アッパコイル
５０  アッパコア
５２  ロアコイル
５４  ロアコア
５６  ＥＣＵ
６６  緩衝スプリング
【図１】
0004147685.tif 000002
【図２】
0004147685.tif 000003