JP2000304151A - 電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全長を短くして小型化できる電磁弁を提供す
る。 【解決手段】 電磁切換弁３０のバルブハウジング３３
内には略円筒状のソレノイド３１が内蔵され、ソレノイ
ド３１の円筒内にはプランジャ３２がその軸線方向に移
動可能に収容されている。プランジャ３２は複数の油路
４０が凹設して形成されてスプールを兼ねている。ソレ
ノイド３１にはバルブハウジング３３に形成された油路
４２，４３とともにプランジャ３２の油路４０と連通可
能なポートを形成する複数の油路４４，４５が形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ソレノイドによっ
てプランジャが駆動される構造をとる電磁弁に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブ
や排気バルブの開閉時期、すなわちバルブタイミングを
可変とするバルブタイミング制御装置が内燃機関に装備
される場合がある。バルブタイミング制御装置はカムシ
ャフトの端部に可変バルブタイミング機構が設けられ
る。可変バルブタイミグ機構の油圧制御のための油路の
切換えには電磁切換弁が使用されている。

【０００３】図５は従来この種の油圧制御のために使用
されていた電磁切換弁の側断面図を示す。電磁切換弁６
０は、ソレノイド６１と、ソレノイド６１の励消磁によ
って駆動されるプランジャ６２とが収容された駆動制御
部分６３と、プランジャ６２の先端部側にその同軸上を
延びるように配置されたスプール６４が収容された弁作
動部分６５とから構成されていた。スプール６４はバネ
６６により一方向に付勢された状態でバルブボディ６７
の内部に収容されており、ソレノイド６１の励消磁によ
ってプランジャ６２が駆動されることでプランジャ６２
と一体にその軸線方向に移動する。そして、スプール６
４の位置に応じてバルブボディ６７の外周壁に形成され
た複数の油路（ポート）６８と複数の油路（ポート）６
９間の連通・遮断が選択的に切り換えられる。例えばソ
レノイド６１に通電される電流値が連続的に制御される
と、各開弁位置での開度量が連続的に制御され、例えば
バルブタイミング制御装置においてはバルブタイミング
が連続的に制御される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車に搭
載される部品は例えばエンジンルームという限られたス
ペースに配設されるために小型化が要求され、この小型
化の要求は電磁切換弁についても同様に言えることであ
る。ところが、図５に示す従来の電磁切換弁６１は、プ
ランジャ６２スプール６４とが同軸上に配置された構造
をとるので、全長が長くなり易い構造であった。例えば
自動車への搭載計画に不備があると、電磁切換弁を内燃
機関に取り付けるときにその全長が長いことから、電磁
切換弁がエンジンルームに配設されたハーネス等の配管
などと干渉する問題が発生し易かった。従って、自動車
搭載用としてはさらに小型な電磁切換弁が要求されてい
るのが現状である。特に電磁切換弁の全長を短くするこ
とが課題であった。

【０００５】なお、実開平３−４１９０５号公報に開示
された図４に示す電磁弁７１には、ソレノイド７２によ
って駆動されるプランジャ７３に入口孔７４及び出口孔
７５が形成されているが、これらの孔７４，７５は静圧
軸受のための高圧流体を送るための通路であって、電磁
弁７１によって切り換えられる油路を構成するものでは
ない。

【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、その目的は、全長を短くして小型化で
きる電磁弁を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、ソレノイドと、該ソレノ
イドの励消磁によって駆動されるプランジャとを備えた
電磁弁において、前記プランジャは作動流体の通路が形
成されてスプールを兼ねており、前記ソレノイドには前
記プランジャの駆動位置に応じて前記通路との間で連通
・遮断が選択的に切換えられる通路が形成されているこ
とを要旨とする。なお、ソレノイドの励消磁にはソレノ
イドの電流値制御も含まれる。

【０００８】この構成によれば、ソレノイドの通電の切
換えによってプランジャが駆動すると、プランジャに形
成された通路とソレノイドに形成された通路の間での連
通・遮断が選択的に切り換わり、例えば油圧回路に使用
された場合に油路の切換えが行われる。つまり、プラン
ジャがスプールを兼ねるので、従来のスプールに相当す
る部分が省かれた構造をとり、電磁弁の全長が相対的に
短くなる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の電磁弁において、前記ソレノイドは前記通路を形成す
る状態でコイルを樹脂被覆した樹脂成形品であることを
要旨とする。

【００１０】この構成によれば、ソレノイドは通路が形
成された状態でコイルが樹脂被覆された樹脂成形品であ
るので、電磁弁を組み立てるときのソレノイドの組付作
業が簡単となる。また、電磁弁が油圧回路に使用された
場合、ソレノイドの通路（油路）を流れる油からコイル
を保護することが可能となる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載の電磁弁において、内燃機関における吸気または
排気カムシャフトの端部に装着された可変バルブタイミ
ング機構を油圧制御するために内燃機関に組み付けられ
るために使用されるものである。

【００１２】この構成によれば、内燃機関の可変バルブ
タイミング機構を油圧制御をするために使用されるの
で、電磁弁を内燃機関に搭載したときにその全長が短い
ことから、例えば内燃機関の搭載計画に不備があった場
合でも、エンジンルーム内に配線されたハーネス等と干
渉する心配が少なくなる。また、可変バルブタイミング
機構及び電磁弁を有するバルブタイミング制御装置の小
型化を図ることが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態では
電磁弁が内燃機関のバルブタイミング制御装置に使用さ
れている。図１は、バルブタイミング制御装置を装備す
る内燃機関の概略構成を示している。

【００１４】内燃機関１のシリンダブロック２内に往復
動可能に設けられたピストン３は、コネクティングロッ
ド４を介して機関出力軸であるクランクシャフト５に接
続されている。そしてこのピストン３の往復運動に基づ
きクランクシャフト５が回転される。

【００１５】さらにクランクシャフト５の先端部には、
同軸５の回転に基づき駆動されるオイルポンプ６が設け
られている。このオイルポンプ６はオイルパン７内に貯
留されたオイルを吸引して吐出し、その吐出されたオイ
ルの一部は電磁弁としての電磁切換弁３０を介して可変
バルブタイミング機構１１に送られ、可変バルブタイミ
ング機構１１の油圧制御のために使用される。可変バル
ブタイミング機構１１及び油圧制御系とからなるバルブ
タイミング制御装置１０は、クランクシャフト５に対す
る吸気カムシャフト８の相対回転位相を油圧制御に基づ
き調節して吸気バルブタイミングを制御する装置であ
る。

【００１６】クランクシャフト５の端部に装着されたク
ランクプーリ１２は、タイミングベルト１３を介して吸
気カムプーリ１４及び排気カムプーリ１５に駆動連結さ
れている。吸気カムシャフト８及び排気カムシャフト９
には、それぞれ複数の吸気カム１６及び排気カム１７が
一体回転可能に設けられている。これら吸気カム１６及
び排気カム１７は、その押圧に基づき吸気バルブ１８及
び排気バルブ１９を開閉駆動する。

【００１７】可変バルブタイミング機構１１を構成する
吸気カムプーリ１４およびハウジング２０は互いに一体
回転可能に固定され、吸気カムシャフト８に対しては相
対回動可能に取付けられている。可変バルブタイミング
機構１１は例えばベーン方式を採用するもので、ハウジ
ング２０内に収容されたベーンロータ（図示せず）は吸
気カムシャフト８の端部に一体回転可能に固定されてい
る。つまりベーンロータがハウジング２０に対して相対
回動することによってクランクシャフト５に対する吸気
カムシャフト８の相対回転位相が可変とされるようにな
っている。電磁切換弁３０は可変バルブタイミング機構
１１に内蔵されたベーンロータの相対回動位置（回動
角）を油圧制御によって調節するための油路の切換え等
を行う。

【００１８】電磁切換弁３０は供給油路２１を通じてオ
イルポンプ６と接続され、排出油路２２を通じてオイル
パン７と接続されている。また、電磁切換弁３０は遅角
油路２３と進角油路２４を通じて可変バルブタイミング
機構１１と接続され、それぞれハウジング２０の内部に
おいてベーンロータの各ベーンによって区画される２種
類のベーン室（遅角側油室と進角側油室）（図示せず）
に連通している。

【００１９】供給油路２１及び排出油路２２はシリンダ
ブロック２やシリンダヘッド２５等に形成され、遅角油
路２３及び進角油路２４はシリンダヘッド２５や吸気カ
ムシャフト８に形成されている。そして、電磁切換弁３
０はシリンダヘッド２５に形成された組付孔（図示せ
ず）に挿着されて組付けられ、シリンダヘッド２の内部
においてその各ポートが各油路２１〜２４と繋がる状態
で配置されている。

【００２０】電磁切換弁３０は電子制御装置２６によっ
て励消磁制御され、特に本例では電流値制御（デューテ
ィ制御）されて３つの切換位置に切換制御されるととも
に２つの開弁位置での開度量が連続的に制御される。電
子制御装置２６はクランクポジションセンサ２７、カム
ポジションセンサ２８、水温センサ２９およびスロット
ルポジションセンサ（図示せず）等から入力する各種検
出信号に基づき、内燃機関１の現在の運転状態にとって
最適な吸気バルブタイミングを決定し、電磁切換弁３０
を電流値制御する。これによりベーンロータの相対回動
位置が連続的に位置制御され、吸気バルブタイミングが
連続制御される。

【００２１】次に電磁切換弁３０の構造を図２，図３を
用いて詳細に説明する。図２に示すように電磁切換弁３
０は、ソレノイド３１とプランジャ３２とを収容するバ
ルブハウジング３３を備える。バルブハウジング３３
は、略円筒状のバルブボディ３４と、バルブボディ３４
の片側端部にある組付口３４ａを閉塞している蓋体３５
とからなる。

【００２２】プランジャ３２はその軸部３２ａの両端部
にて一対の軸受３６，３７に支持され、その軸線方向に
移動可能に収容されている。軸受３６はバルブボディ３
４の先端部に形成された孔３４ａの内部に嵌着され、他
方の軸受３７は蓋体３５の内周面に形成された凹部内に
嵌着されている。バルブボディ３４の孔３４ａはシール
栓３８が螺着されて閉塞されている。

【００２３】プランジャ３２はその軸線方向に沿って４
つのランド３９を有しており、スプールを兼ねている。
つまりプランジャ３２はその外周面が環状に凹設されて
各ランド３９の間に通路としての油路（パセージ）４０
を有する。プランジャ３２は最もシール栓３８側のラン
ド３９と軸受３６との間に配設されたバネ４１の弾性力
によって図２における右方向へ付勢されている。

【００２４】バルブボディ３４の外周壁には図２におけ
る上面側にその軸線方向に沿って配置された３つのポー
ト（油口）４２と、下面側にその軸線方向に沿って配置
された２つのポート（油口）４３とが形成されている。
ソレノイド３１にはバルブボディ３４の５つのポート４
２，４３と相対する位置に通路としての５つの油路（油
孔）４４，４５が形成されている。すなわち、同図にお
ける上面側に位置する３つのポート４２と相対する３つ
の油路４４と、下面側に位置する２つのポート４３と相
対する２つの油路４５がソレノイド３１には形成され、
これら３つの油路４４と２つの油路４５はそれぞれソレ
ノイド３１の軸心線を挟んで反対側に位置する。ソレノ
イド３１はバルブハウジング３３の内周面と液密状態に
密接するとともに、その内周面はプランジャ３２のラン
ド３９の外周面と液密状態を保ったまま摺動可能に密接
した状態にある。

【００２５】ソレノイド３１は、コイル４６が油路４
４，４５を避けるように円筒状に巻回されており、その
円筒状のコイル４６が油路４４，４５の孔を空けた状態
で樹脂層４７により被覆された樹脂成形品である。ソレ
ノイド３１には機械特性（耐摩耗性等）及び耐油性等に
優れた樹脂が使用されている。図３に示すように、ソレ
ノイド３１は略円筒状で表面は継ぎ目なく樹脂で覆われ
ており、その表面（特に内周面）を油が流れてもその内
部のコイル４６へは油が浸入しないようになっている。
ソレノイド３１の端部外周面からは腕部３１ａが延出し
ており、この腕部３１ａの先端からコイル４６の引き出
し配線が外部へ露出している。なお、ソレノイド３１は
樹脂成形品であることに限定されず、その内部のコイル
４６への油の浸入を防げる構造であれば足り、コイルと
樹脂層が別部品であっても構わない。

【００２６】図２に示すように、バルブハウジング３３
（バルブボディ３４）の片側端部外周面から外方へ延出
する延出部３３ａは、その先端部が給電用コネクタ４８
となっている。ソレノイド３１の腕部３１ａは延出部３
３ａに埋設されており、腕部３１ａの先端から延出する
コイル４６からの引き出し配線（図示せず）は、給電用
コネクタ４８のコネクタピン４９に電気的に接続されて
いる。給電用コネクタ４８には電源コードの先端に接続
されたコネクタ（いずれも図示せず）が着脱可能に接続
されるようになっている。

【００２７】電子制御装置２６によるディーティ制御に
よって、コイル４６に通電される電流値は連続的に変化
し、その電流値に応じてコイル４６の回りに発生する磁
力によってプランジャ３２はバネ４１の付勢力に抗して
連続的に位置変化する。プランジャ３２の位置に応じて
プランジャ３２に形成された油路４０とソレノイド３１
に形成された油路４４，４５との連通・遮断が選択的に
切換えられる。

【００２８】電磁切換弁３０が内燃機関１に組み付けら
れた状態においては、バルブボディ３４の図２における
上側に設けられた３つのポート４２のうち中央のものが
供給油路２１に接続された供給ポートＳとなり、その両
側に位置する２つのポートが排出油路２２に接続された
排出ポートＤとなる。また、バルブボディ３４の同図に
おける下側に設けられた２つのポート４３はそれぞれ遅
角油路２３と進角油路２４に接続されて遅角ポート（同
図右側）Ｒと進角ポート（同図左側）Ｆとなる。

【００２９】図２はコイル４６に通電されていないとき
の状態（消磁状態）を示し、プランジャ３２はバネ４１
の付勢力によって同図における最右端位置に配置され
る。この切換位置では供給ポートＳと遅角ポートＲが連
通するとともに進角ポートＦと左側の排出ポートＤが連
通する。このため、可変バルブタイミング機構１１内で
ベーンロータは吸気カムシャフト８の回転方向とは逆方
向へ相対回動し、吸気バルブタイミングが遅角側に制御
される。

【００３０】この状態から電流値が高くなるに連れてプ
ランジャ３２が同図における左方向へ位置変位し、プラ
ンジャ３２が中立位置に配置されると上側の３つのポー
トＳ，Ｄと下側の２つのポートＲ，Ｆとの間での連通が
無くなり、電磁切換弁３０が閉弁する。つまり吸気バル
ブタイミングがその状態に保持される。

【００３１】そして、さらに電流値が大きくなってプラ
ンジャ３１が中立位置から左方向へ位置変位すると、供
給ポートＳと進角ポートＦが連通するとともに遅角ポー
トＲと右側の排出ポートＤとが連通する。このため、可
変バルブタイミング機構１１内でベーンロータは吸気カ
ムシャフト８の回転方向と同方向へ相対回動し、吸気バ
ルブタイミングが進角側に制御される。また、コイル４
６が電流値制御されることによりプランジャ３２の位置
が連続変化し、電磁切換弁３０の２つの開弁位置での開
度量が連続的に変化するので、ベーンロータの相対回動
位置が連続的に制御される。このように電子制御装置２
６によって電磁切換弁３０がデューティ制御されること
により、吸気バルブタイミングが連続的に制御される。
なお、電磁切換弁３０の内部構造を、プランジャ３２を
その両側からバネで押圧付勢して中立位置に配置される
構造とし、コイルを流れる電流の向きを切換えることに
よりプランジャ３２の移動方向および移動量を制御する
方式を採用することもできる。

【００３２】このように電磁切換弁３０では、プランジ
ャ３２に油路４０（つまりランド３９）が形成されてプ
ランジャ３２がスプールを兼ねているので、電磁切換弁
３０の全長が短くなる。また、ソレノイド３１に油路４
４，４５を形成していることから、図２に示すようにポ
ートの位置を従来の電磁切換弁のポートの位置と同じ設
定にすることも可能なので、従来のシリンダヘッド２５
に形成された油路２１〜２４の設計変更が必要でなくな
る。また、プランジャ３２がスプールを兼ねることで、
プランジャ３２とソレノイド３１の内周面との接触面積
が小さくて済み、摺動抵抗が少なくなり電流損失も低減
される。

【００３３】以上の本実施の形態によれば、以下のよう
な効果を得ることができるようになる。 （１）ソレノイド３１とプランジャ３２のそれぞれに油
路４０，４４，４５を形成したので、従来のスプールが
収容された弁作動部が省かれて、電磁切換弁３０の全長
を短くすることができる。また、従来構造（図６）に比
べてスプール６４及びこれを収容するバルブボディ６７
を省けるので、電磁切換弁を構成する部品点数を低減す
ることができる。さらにプランジャ３２がスプールを兼
ねてその全長が短いことから、プランジャ３２とソレノ
イドの内周面との接触面積が小さくなって、プランジャ
駆動時の摺動摩擦抵抗による損失が減るので、省電力に
も寄与する。また、油圧ヒスを低減できるため、制御性
が向上する。

【００３４】（２）ソレノイド３１はコイル４６を油路
４４，４５が形成された状態で樹脂被覆した樹脂成形品
からなるので、電磁切換弁３０を組み立てるときのソレ
ノイド３１の組付作業を簡単にすることができる。ま
た、継ぎ目がない樹脂層４７によってソレノイド３１の
内周面や油路４４，４５を流れる油からコイル４６を確
実に保護することができる。

【００３５】（３）電磁切換弁３０がその全長が比較的
短く小型で済むので、内燃機関１のバルブタイミング制
御装置１０に使用したときにこの装置を小型化できる。
また、電磁切換弁３０は内燃機関１に埋設される部分が
多く、従来の駆動制御部に相当する部分までが内燃機関
１（シリンダヘッド２５）に組み込まれるので、内燃機
関１からの突出物が少なくて済む。このため、単に全長
が短くなっただけでなく、内燃機関１からの突出量が減
ることからも、例えば内燃機関１の搭載計画に不備があ
っても、電磁切換弁３０を組み付けたときにハーネス等
の他の部品類と干渉する心配を減らすことができる。

【００３６】（４）ソレノイド３１に油路４４，４５が
形成されて、従来と同様にバルブボディ３４の外周壁に
油路（ポート）４２，４３を有しているので、電磁切換
弁３０の組み付け先であるシリンダヘッド２５に形成す
る油路２１〜２４の形成位置の設計変更はさほどするこ
となく対応できる。

【００３７】なお、発明の実施の形態は、上記に限定さ
れず以下の形態でも実施できる。 ・ 油路（ポート）の数を変えてもよい。５ポート三位
置切換弁に限定されず、例えば３ポート三位置切換弁で
あってもよい。勿論、ポート数は任意に設定でき、また
切換位置数も三位置切換弁に限らず、二位置切換弁、四
位置以上の切換弁であってもよい。

【００３８】・ プランジャがその外周面が凹設されて
形成された油路（又はランド）を有するスプール構造を
とることに限定されない。例えばプランジャに穿孔され
た孔を油路とするスプール構造であってもよい。

【００３９】・ 電磁切換弁を油圧制御のために使用す
る可変バルブタイミング機構は、ベーン方式に限定され
ず、例えばヘリカルギア方式であってもよい。 ・ ソレノイドはコイルが樹脂被覆された一部品の樹脂
成形品のみであることに限定されない。例えばコイルを
樹脂被覆したソレノイド部品を複数個同軸上に配置して
ソレノイドを構成することもできる。

【００４０】・ 電磁弁は切換弁に限定されない。例え
ば流量調整弁であってもよい。 ・ 自動車以外の用途に本発明の電磁弁を使用すること
ができる。例えば油圧駆動式の工作機械などの各種機械
装置に広く電磁切換弁を使用することができる。

【００４１】・ 電磁切換弁は油圧回路に限らず、空圧
回路においても使用することができる。 前記実施形態から把握される請求項以外の技術的思想を
以下に記載する。

【００４２】（１）請求項２に記載のソレノイド。この
ソレノイドを使用することにより、電磁弁の組立て作業
を簡単にすることができる。また、コイルを油から保護
できる。

【００４３】（２）請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記ソレノイドの通路は、該ソレノイド及び前記プラン
ジャを収容するバルブハウジングに形成された各ポート
と連通している。

【００４４】（３）燃機関のカムシャフトの端部に装着
された可変バルブタイミング機構と、該可変バルブタイ
ミング機構を油圧制御するための油路の切換えに使用さ
れる請求項１〜３のいずれか一項に記載の前記電磁弁と
を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置。この場
合、バルブタイミング制御装置の小型化を図ることがで
きる。

【００４５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、ソレノ
イドとプランジャのそれぞれに通路が形成され、プラン
ジャがスプールを兼ねた構造となっているので、電磁弁
の全長を短くすることができる。

【００４６】請求項２に記載の発明によれば、ソレノイ
ドは通路の孔が形成された状態でコイルが樹脂被覆され
た樹脂成形品からなるので、電磁弁を組み立てるときの
組付作業を簡単にすることができる。また、油圧回路に
使用されたときに油からコイルを保護することができ
る。

【００４７】請求項３に記載の発明によれば、内燃機関
の可変バルブタイミング機構を液圧制御するために電磁
弁が使用されるので、バルブタイミング制御装置を小型
化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態におけるバルブタイミング制御装置が
設けられた内燃機関を示す概略斜視図。

【図２】電磁切換弁の模式側断面図。

【図３】ソレノイドの模式斜視図。

【図４】従来の電磁弁を示す部分断面図。

【図５】従来の電磁切換弁を示す側断面図。

【符号の説明】

１…内燃機関、８…吸気カムシャフト、１０…バルブタ
イミング制御装置、１１…可変バルブタイミング機構、
３０…電磁弁としての電磁切換弁、３１…ソレノイド、
３２…プランジャ、３３…バルブハウジング、３９…ラ
ンド、４０…プランジャ側の通路としての油路、４４，
４５…ソレノイド側の通路としての油路、４６…コイ
ル、４７…樹脂層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 7/16 Ｈ０１Ｆ 7/16 Ｒ (72)発明者 大木 実 愛知県豊田市トヨタ町２番地 株式会社ト ヨタマックス内 Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BA38 CA13 CA24 CA36 DA06 DA22 DA23 EA14 GA01 3H067 AA17 CC32 CC33 CC60 DD05 DD32 EA14 FF11 GG15 GG22 3H106 DA09 DA23 DB02 DB13 DB32 DC09 DD05 EE04 EE24 EE34 EE35 GC23 KK03 5E048 AB01 AD02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソレノイドと、該ソレノイドの励消磁に
   よって駆動されるプランジャとを備えた電磁弁におい
   て、 前記プランジャは作動流体の通路が形成されてスプール
   を兼ねており、前記ソレノイドには前記プランジャの駆
   動位置に応じて前記通路との間で連通・遮断が選択的に
   切換えられる通路が形成されている電磁弁。
2. 【請求項２】 前記ソレノイドは前記通路を形成する状
   態でコイルを樹脂被覆した樹脂成形品である請求項１に
   記載の電磁弁。
3. 【請求項３】 内燃機関における吸気または排気カムシ
   ャフトの端部に装着された可変バルブタイミング機構を
   油圧制御するために内燃機関に組み付けられて使用され
   るものである請求項１又は２に記載の電磁弁。