CN1908386A

CN1908386A - 电磁驱动阀

Info

Publication number: CN1908386A
Application number: CNA2006101075689A
Authority: CN
Inventors: 杉江丰; 浅野昌彦
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2007-02-07
Also published as: US7418931B2; EP1749983A2; EP1749983A3; US20060260571A1

Abstract

一种电磁驱动阀(1)包括阀元件(14)，该阀元件(14)有阀轴(12)并在阀轴(12)延伸的方向上往复运动；盘状件(30)，该盘状件(30)从驱动端(32)延伸到枢转端(33)，并且绕中心轴线枢转，该驱动端(32)与阀轴(12)可操作地相连，该中心轴线沿枢转端(33)延伸；以及非磁体(112)，该非磁体(112)配置在盘状件(30)和阀轴(12)之间。

Description

电磁驱动阀

技术领域

本发明涉及一种电磁驱动阀。更具体地，本发明涉及一种用在内燃机内，并由弹性力和电磁力驱动的枢轴型电磁驱动阀。

背景技术

例如，在美国专利6,467,441号中描述了一种电磁驱动阀。

安装在真实机器上的电磁驱动阀必须是功率高和紧凑(即，安装性好)的。但是，电磁驱动阀在功率上的增加导致在尺寸上的增加。相对地，尺寸的减少阻止功率的增加。因此，功率的增加和尺寸的减少互不相容。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率高和紧凑(即，安装性好)的电磁驱动阀。

本发明的第一个方面涉及由电磁力驱动的电磁驱动阀。该电磁驱动阀包括阀元件，该阀元件有阀轴并在阀轴延伸的方向上往复运动；摆动元件，该摆动元件从驱动端延伸到枢转端，并且绕中心轴线枢转，该驱动端与阀轴可操作地相连，该中心轴线沿枢转端延伸；以及非磁体，该非磁体配置在摆动元件和阀轴之间。

用这样结构的电磁驱动阀，能够阻止磁通量向阀轴的泄漏，因为非磁体配置在摆动元件和阀轴之间。因此，提供紧凑的，能够获得足够电磁力的电磁驱动阀是可能的。

本发明的第二个方面涉及由电磁力驱动的电磁驱动阀。该电磁驱动阀包括阀元件，该阀元件有阀轴并在阀轴延伸的方向上往复运动；以及摆动元件，该摆动元件从驱动端延伸到枢转端，并且绕中心轴线枢转，该驱动端与阀轴可操作地相连，该中心轴线沿枢转端延伸。摆动元件的驱动端的一部分相对驱动端的其他部分在摆动元件从枢转端延伸到驱动端的方向上突出，该驱动端与阀轴可操作地相连。用这样结构的电磁驱动阀，因为突出部分用作与阀轴可操作地相连的摆动元件的连接部分，所以磁路没有被连接部分干涉。结果，充分地保留了磁通路线的面积，因此增加了电磁力。另外，能够减少电磁驱动阀的尺寸。

电磁驱动阀可以包括电磁铁，该电磁铁有由磁性材料做成的芯和缠绕芯的线圈。可以通过从驱动端向枢转端切掉芯的一部分形成凹入部分，阀轴可以配置在该凹入部分。因此，电磁驱动阀的尺寸能够在宽度方向上，即，在摆动元件从驱动端延伸到枢转端的方向上减少。

电磁驱动阀可以包括支撑摆动元件的扭杆。摆动元件的没有由扭杆产生的载荷的位置实际上对应摆动元件的中心位置。因此，不再需要压阀元件的弹簧。结果，阀元件的尺寸能够在轴向方向上减少。

因此，本发明提供功率高和紧凑的电磁驱动阀。

附图说明

本发明前述以及进一步的目的、特征和优点将由下面结合附图的具体实施例的说明变得显而易见，其中，相同或对应的部分用相同的附图标记表示以及其中：

图1所示为如本发明的第一个实施例所述的电磁驱动阀的横截面图；

图2所示为在图1中用虚线II圈起来的部分的放大横截面图；

图3所示为如本发明的第二个实施例所述的电磁驱动阀的横截面图；

图4所示为从箭头IV的方向看盘状件的俯视图；

图5所示为如本发明的第三个实施例所述的电磁驱动阀的横截面图；

图6所示为从箭头VI的方向看下电磁铁的俯视图；

图7所示为如本发明的第四个实施例所述的电磁驱动阀的横截面图；

图8所示为图7中的盘状件的放大横截面图；

图9所示为如本发明的第五个实施例所述的电磁驱动阀的横截面图。

具体实施方式

此后，本发明的具体实施例将会结合附图说明。在实施例中，相同或对应的部分将会用相同的附图标记表示，以及将会仅说明一次。

(第一个实施例)

图1所示为如本发明的第一个实施例所述的电磁驱动阀的横截面图。如在图1中所示的，电磁驱动阀1包括主体51；上电磁铁60和下电磁铁160，这两个电磁铁都被安装到主体51上；盘状件30，该盘状件30配置在上电磁铁60和下电磁铁160之间；以及阀元件14，该阀元件14由盘状件30驱动。

U形主体51是基础元件。各种零件安装到主体51上。上电磁铁60有由磁性材料做成的芯61，以及缠绕芯61的线圈62。类似地，下电磁铁160有芯161和缠绕芯161的线圈162。通电流到线圈62和162产生驱动盘状件30的磁场。盘状件30配置在上电磁铁60和下电磁铁160之间。盘状件30被电磁铁的吸引力吸引到上电磁铁60或下电磁铁160。因此，盘状件30在上电磁铁60和下电磁铁160之间往复运动。盘状件30的往复运动传递到阀轴12。

电磁驱动阀1由电磁力驱动。电磁驱动阀1设置有阀元件14，该阀元件14包括用作阀轴的阀杆12并在阀杆12延伸的方向上(在箭头10的方向上)往复运动；用作摆动元件的盘状件30，该摆动元件从驱动端32延伸到枢转端33，并且绕中心轴线枢转，该驱动端32与阀杆12可操作地相连，该中心轴线沿枢转端延伸；以及非磁体112，该非磁体112配置在盘状件30和阀轴12之间。如第一个实施例所述的电磁驱动阀1设置有用来提升阀元件14的机构(未显示)。提升阀元件14的机构可以例如，通过把设置在非磁体112或阀杆12上的销装入形成在盘状件30的驱动端的长孔内形成。

如第一个实施例所述的电磁驱动阀1用作内燃机如汽油机或柴油机的进气门或排气门。在第一个实施例中，阀元件14用作配置在进气口18的进气门。但是，本发明可以应用于用作排气门的阀元件。

电磁驱动阀1是枢轴型电磁驱动阀。盘状件30用作电磁驱动阀1的运动机构。主体51布置在气缸盖41上。下电磁铁160配置在主体51的下部，以及上电磁铁60配置在主体51的上部。下电磁铁160有由铁做成的芯161和缠绕芯161的线圈162。当电流通到线圈162时，在线圈162周围产生磁场。利用该磁场，下电磁铁160吸引盘状件30。上电磁铁60有由铁做成的芯61以及缠绕芯61的线圈62。当电流通到线圈62时，在线圈62周围产生磁场。利用该磁场，下电磁铁60吸引盘状件30。

上电磁铁60的线圈62和下电磁铁160的线圈162可以互相连接。作为选择，上电磁铁60的线圈62和下电磁铁160的线圈162可以互相分离。缠绕芯61的线圈62和缠绕芯161的线圈162的每一个的圈数没有限制。

磁铁30有臂部分31和轴承部分38。臂部分31从驱动端32延伸到枢转端33。臂部分31被交替地吸引到上电磁铁60和下电磁铁160，因此，在箭头30a的方向上摆动(枢转)。轴承部分38安装在臂部分31的端部。臂部分31绕轴承部分38枢转。臂部分31的上表面131能够接触上电磁铁60，下表面231能够接触下电磁铁160。此外，下表面231接触非磁体112。

轴承部分38具有圆柱形。扭杆36装在圆柱形轴承部分38内。扭杆36的第一端部用花键联接到主体51，扭杆36的第二端部安装到轴承部分38。由于该结构，当轴承部分38开始旋转时，扭杆36给轴承部分38提供抵抗枢轴的推动力。因此，推动力总是作用于轴承部分38，以将盘状件30推动到中间位置。

在驱动端32，盘状件30通过非磁体112推压阀杆12。阀杆12由杆导向件43引导。

主体51安装到气缸盖41。进气口18形成在气缸盖41的下部。进气口18用作引导进气进入燃烧室的通道。空气燃油混合物或空气流经进气口18。阀座42设置在进气口18和燃烧室之间，因此提高了阀元件14的密封性能。

用作进气门的阀元件14安装到气缸盖41。阀元件14具有沿纵向方向延伸的阀杆12，以及安装到阀杆12端部的钟形部13。阀元件14能够在箭头10的方向上往复运动。

图2所示为在图1中用虚线II圈起来的部分的放大截面图。当电流通到线圈162时，产生如箭头所示的磁路1161。如果形成磁路1161的磁通量没有泄漏，那么会获得大量的电磁力，并且盘状件30的臂部分31能够被强力吸引到下电磁铁160。用作磁屏障的非磁体112阻止磁通量向外面的泄漏。即，如用虚线箭头所示的，如果磁通量向阀杆12泄露，那么电磁力减少。但是，根据第一个实施例，能阻止磁通量的泄漏，因为由例如SUS材料(不锈钢)做成的非磁体112设置在驱动端32，以便覆盖阀杆12。如在图2中所示的，非磁体112覆盖阀杆12的顶部，并具有帽的形状。根据第一个实施例，因为从盘状件30端部将力传递到阀杆12的元件由非磁体12形成，所以磁通量泄漏减少，电磁力增加，并且功率消耗减少。

其次，将说明如第一个实施例所述的电磁驱动阀1的工作过程。为了驱动电磁驱动阀1，首先，电流通到上电磁铁60的线圈62或者下电磁铁160的线圈162。例如，在第一个实施例中，电流通到线圈62。因此，在线圈62产生磁场，并且由磁性材料做成的盘状件30的臂部分31被吸引到上电磁铁60。当臂部分31向上方移动时，扭杆36被枢转，并开始使臂部分31向下方移动。但是，因为上电磁铁60的吸引力强，所以臂部分31向上方移动，并且最终，臂部分31的上表面131接触上电磁铁60。当臂部分31向上方移动时，非磁体112和阀杆12也向上方移动。因此，阀元件14关闭。

为了打开阀元件14，臂部分31需要向下方移动。既然这样，首先，停止通电流到线圈62，或减少通到线圈62的电流量。因此，作用在上电磁铁60和臂部分31之间的电磁力减少。因为扭力被扭杆36施加到臂部分31，所以扭力(弹性力)超过电磁力，臂部分31向图1中的中间位置移动。然后，电流通到下电磁铁160的线圈162。因此，在线圈162周围产生磁场，以及由磁性材料做成的臂部分31被吸引到下电磁铁160。另外，此时，阀元件14的阀杆12被臂部分31压着向下方移动。线圈162的引力超过扭杆36的扭力，因此，盘状件30的下表面231接触下电磁铁160。当阀杆12向下方移动时，阀元件14也向下方移动并打开。

臂部分31通过重复做所述向上方的运动和向下方的运动在箭头30a的方向上往复运动。当臂部分31往复运动时，连接到臂部分31的轴承部分38枢转。

在如第一个实施例所述的这样结构的电磁驱动阀1中，非磁体112阻止磁通量的泄漏，电磁力增加，功率消耗减少，并且避免了尺寸的增加。

(第二个实施例)

图3所示为如第二个实施例所述的电磁驱动阀的横截面图。图4所示为从图3中箭头IV的方向看电磁驱动阀的俯视图。如在图3和图4中所示的，在如第二个实施例所述的电磁驱动阀1中，突出部分2031设置到盘状件30，以及突出部分2031通过非磁体112推压阀杆12。突出部分2031是臂部分31的一部分，并且在用作旋转轴的中心轴线35延伸的方向上实际位于臂部分31的中心。突出部分2031从臂部分31的驱动端在臂部分31从枢转端延伸到驱动端的方向上突出。如第二个实施例所述的电磁驱动阀由电磁力驱动。电磁驱动阀1设置有阀元件14，该阀元件14包括阀杆12并在阀杆12延伸的方向上往复运动；以及盘状件30，该盘状件30从驱动端32延伸到枢转端33并绕中心轴线35枢转，该驱动端32与阀杆12可操作地相连，该中心轴线35沿枢转端延伸。盘状件30的突出部分2031从臂部分31的驱动端在臂部分31从枢转端延伸到驱动端的方向上突出，该盘状件30与阀杆12可操作地相连。

从中心轴线35到在臂部分31的驱动端的端面而不是到突出部分2031的长度L充分地长。上表面131面向上电磁铁60的部分的面积与上电磁铁60吸引盘状件30的力相关。当面积增加时，上电磁铁60吸引盘状件30的力增加。在第二个实施例中，从臂部分31传递力到阀杆12的部分设置在臂部分31的外侧上。因此，阀杆12能够配置得不妨碍上电磁铁60的磁路，借此能够保留足够的磁通路线的面积。结果，电磁力增加，并且所用电流量和功率消耗量都减少。

(第三个实施例)

图5所示为如第三个实施例所述的电磁驱动阀的横截面图。图6所示为从图5中箭头VI的方向看下电磁铁的俯视图。如在图5和图6中所示的，如第三个实施例所述的电磁驱动阀1不同于如第一个实施例所述的电磁驱动阀1之处在于，凹入部分165形成在下电磁铁160的芯161内，该凹入部分165是凹槽。凹入部分165作为凹进部分在芯161的一部分内形成，该芯161通过碾压磁性钢板形成。凹入部分165通过形成凹槽形成，该凹槽从芯161在驱动端32侧上的端表面延伸到芯161在枢转端33侧上的端表面。凹入部分165达到线圈162所在的位置。阀杆12和非磁体112设置在凹入部分165，并且非磁体112和阀杆12在凹入部分165内垂直地往复运动。即，凹进部分形成在芯161内，该芯161通过碾压磁性钢板形成，以及阀杆12配置在凹入部分。

如第三个实施例所述的这样结构的电磁驱动阀设置有驱动盘状件30的下电磁铁160。下电磁铁160有由磁性材料做成的芯161以及缠绕芯161的线圈162。凹入部分165通过在驱动端32侧上的芯161的一部分内形成凹槽形成，该凹槽延伸向枢转端33。在下电磁铁160中，阀杆12配置在凹入部分165。

由于如第三个实施例所述的这样结构的电磁驱动阀1，尺寸能够在宽度方向上，即，盘状件30从驱动端延伸到枢转端的方向上减少。结果，电磁驱动阀1的尺寸能够减少。

(第四个实施例)

图7所示为如本发明的第四个实施例所述的电磁驱动阀的横截面图。图8所示为图7中的盘状件的放大截面图。如在图7和图8中所示的，在如第四个实施例所述的电磁驱动阀1中，盘状件30的没有由扭杆36产生的载荷的位置安排在盘状件30的中间位置或靠近中间位置的位置。因此，电磁驱动阀1的高度减少，因为不再需要用于驱动阀元件14的弹簧。结果，电磁驱动阀1的尺寸能够减少。即，如在图8中所示的，当扭杆36由于盘状件30的枢转而扭转时，弹性扭矩在+A到-A的范围内波动。即，如第一个实施例所述的电磁驱动阀1进一步包括支撑盘状件30的扭杆36。盘状件30的没有由扭杆36产生的载荷的位置实际上对应盘状件30的中间位置(在上电磁铁60和下电磁铁160之间的中间点)。如第四个实施例所述的这样结构的电磁驱动阀1产生和如第一个实施例所述的电磁驱动阀1的作用相同的作用。

(第五个实施例)

图9所示为如第五个实施例所述的电磁驱动阀的横截面图。如在图9中所示的，如第五个实施例所述的电磁驱动阀1不同于如第一个实施例所述的电磁驱动阀之处在于，该电磁驱动阀提供两个盘状件30，即上盘状件30和下盘状件30。上盘状件30和下盘状件30通过杆1012互相连接。非磁体112配置在下盘状件30和阀杆12之间。

如第五个实施例所述的这样结构的电磁驱动阀1产生和如第一个实施例所述的电磁驱动阀的作用相同的作用。

虽然已经描述了本发明的实施例，但可以对实施例做各种修改。在第一个到第四个实施例中，使用一个盘状件30。然而，如在第五个实施例中，可以使用两个盘状件30。

上电磁铁60的线圈62和下电磁铁160的线圈162可以由一个单个线圈形成。然而，线圈62和线圈162可以由独立的线圈形成，并且可以分别控制。

已经在说明书中说明的本发明的实施例在所有方面被认为是示例性的，不是限制性的。本发明的技术范围由权利要求限定，因此，所有在权利要求的同等意思和范围之内的改变将被包括进来。

例如，本发明也可以用在用于安装在车辆内的内燃机的电磁驱动阀的领域。

Claims

1.一种由电磁力驱动的电磁驱动阀，其特征在于，包括：

阀元件(14)，该阀元件(14)具有阀轴(12)并在所述阀轴(12)延伸的方向上往复运动；

摆动元件(30)，该摆动元件(30)从驱动端(32)延伸到枢转端(33)，并且绕沿所述枢转端(33)延伸的中心轴线枢转，该驱动端(32)与所述阀轴(12)操作地相连；以及

非磁体(112)，该非磁体(112)配置在所述摆动元件(30)和所述阀轴(12)之间。

2.如权利要求1所述的电磁驱动阀，其特征在于，所述摆动元件(30)的所述驱动端(32)的中心部分相对所述驱动端(32)的其他部分在所述摆动元件(30)从所述枢转端(33)延伸到所述驱动端(32)的方向上突出，该驱动端(32)与阀轴(12)可操作地相连，该中心部分在所述中心轴线延伸的方向上位于所述驱动端(32)的中心。

3.如权利要求1或2所述的电磁驱动阀，其特征在于，进一步包括电磁铁，该电磁铁有由磁性材料做成的芯(161)和缠绕该芯(161)的线圈(162)，并且其中，通过从所述驱动端(32)向所述枢转端(33)切掉所述芯(161)的一部分形成凹入部分，以及所述阀轴(12)配置在该凹入部分。

4.如权利要求1所述的电磁驱动阀，其特征在于，还包括：扭杆(36)，该扭杆(36)支撑所述摆动元件(30)，其中，所述摆动元件(30)的没有由所述扭杆(36)产生载荷的位置实际对应所述摆动元件(30)的中间位置。

5.如权利要求1所述的电磁驱动阀，其特征在于，配置在所述摆动元件(30)和所述阀轴(12)之间的所述非磁体(112)由SUS材料做成。

6.如权利要求1所述的电磁驱动阀，其特征在于：

所述摆动元件(30)包括第一摆动元件和第二摆动元件；

提供杆(1012)，该杆(1012)将与所述阀轴(12)可操作地相连的所述第一摆动元件的驱动端连接到所述第二摆动元件的驱动端；以及

电磁铁配置在所述第一摆动元件和所述第二摆动元件之间。

7.如权利要求1所述的电磁驱动阀，其特征在于，所述电磁驱动阀用作安装在机动车辆上的内燃机的进气门和排气门中的至少一个。

8.如权利要求1所述的电磁驱动阀，其特征在于，进一步包括驱动所述摆动元件(30)的电磁铁。

9.如权利要求8所述的电磁驱动阀，其特征在于，所述电磁铁包括：

下电磁铁(160)，该下电磁铁(160)吸引所述摆动元件(30)以打开所述阀元件(14)；以及

上电磁铁(60)，该上电磁铁(60)吸引所述摆动元件(30)以关闭所述阀元件(14)。

10.如权利要求9所述的电磁驱动阀，其特征在于，进一步包括：

扭杆(36)，该扭杆(36)支撑所述摆动元件(30)，其中，所述摆动元件(30)的没有由扭杆(36)产生载荷的位置实际对应上电磁铁(60)和下电磁铁(160)之间的中间点。

11.如权利要求3所述的电磁驱动阀，其特征在于，通过切掉所述芯的一部分形成所述凹入部分，阀轴(12)在该凹入部分接触所述芯。