JP2007023896A - 電磁駆動弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 フラップ付きの電磁駆動弁であって駆動弁のリフト量を計算することが可能な電磁駆動弁を提供する。
【解決手段】 電磁駆動弁（１）は中心軸（３５）上に延びるように設けられ、他方端に固定されたトーションバー（３６）と、トーションバーのねじれ量を検出する検出部（３０１）と、検出部が検出したねじれ量から駆動弁のリフト量を計算するＥＣＵ（３０２）とを備える。
【選択図】 図２

Description

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、内燃機関に用いられ、電磁力と弾性力とによって駆動する回転駆動式の電磁駆動弁に関するものである。

従来、電磁駆動弁は、たとえば特開２００４−６８６１７号公報（特許文献１）に開示されている。
特開２００４−６８６１７号公報

特許文献１では直動式電磁弁のバルブリフト量を、リフトセンサによりバルブ（ステム）の動きを直接検出する技術が開示されている。しかしながら、上記技術では、フラップ式の電磁駆動弁に応用することができず、フラップ式電磁駆動弁では、直接的にバルブリフトを測定することができないという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、バルブリフト量を推定することが可能な電磁駆動弁を提供することを目的とする。

この発明に従った電磁駆動弁は、電磁力と弾性力との協働により作動する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駆動弁と、駆動弁と距離を隔てた位置に設けられた支持部材と、弁軸に連結された一方端と、支持部材に揺動自在に支持された他方端とを有し、他方端で延びる中心軸を中心に揺動する揺動部材と、中心軸上に延びるように設けられ、他方端に固定されたトーションバーと、トーションバーのねじれ量を検出する検出部と、検出部が検出したねじれ量から駆動弁のリフト量を計算する計算部とを備える。

このように構成された電磁駆動弁はトーションバーのねじれ量を検出する検出部と、検出部が検出したねじれ量から駆動弁のリフト量を計算する計算部とを有するため、この検出部および計算部により駆動弁のリフト量を計算してリフト量を推定することができる。

この発明の別の局面に従った電磁駆動弁は、電磁力と弾性力との協働により作動する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駆動弁と、駆動弁と距離を隔てた位置に設けられた支持部材と、弁軸に設けられた一方端と、支持部材に揺動自在に支持された他方端とを有し、他方端で延びる中心軸を中心に揺動する揺動部材と、揺動部材の他方端の揺動角度を検出する光学式センサと、検出部が検出した揺動角度から駆動弁のリフト量を計算する計算部とを備える。

このように構成された電磁駆動弁は揺動部材の他方端の揺動角度を検出する光学式センサと、光学式センサが検出した揺動角度から電子駆動弁のリフト量を計算する計算部とを備えるため、駆動弁のリフト量を推定することができる。

この発明のさらに別の局面に従った電磁駆動弁は、電磁力と弾性力との協働により作動する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駆動弁と、駆動弁と距離を隔てた位置に設けられた支持部材と、弁軸に連結された一方端と、支持部材に揺動自在に支持された他方端とを有し、他方端で延びる中心軸を中心に揺動する揺動部材と、揺動部材の変位を検出する検出部と、検出部が検出した変位から駆動弁のリフト量を計算する計算部とを備える。

このように構成された電磁駆動弁では、揺動部材の変位を検出する検出部と、検出部が検出した変位から駆動弁のリフト量を計算する計算部とを有するため、駆動弁のリフト量を推定することができる。

この発明は揺動部材の変位をもとに駆動弁のリフト量を推定することができる電磁駆動弁を提供することができる。

以下、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、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁の斜視図である。図１を参照して、電磁駆動弁１は本体５１と、本体５１に取付けられた上側電磁石６０および下側電磁石１６０と、上側電磁石６０および下側電磁石１６０に挟まれたディスク３０と、ディスク３０により駆動される駆動弁のステム１２とを有する。

「コ」字形の本体５１はベース部材であり、本体５１にさまざまな要素が取付けられる。

上側電磁石６０および下側電磁石１６０の各々は、磁性体からなるコアと、そのコアに巻付けられたコイルとを有する。コイルに通電されることで磁力が発生し、この磁力によりディスク３０を駆動させる。

ディスク３０は、上側電磁石６０および下側電磁石１６０の間に配置されて、上側電磁石６０および下側電磁石１６０の吸引力によりいずれか一方に吸引される。これにより、上側電磁石６０および下側電磁石１６０間でディスク３０が往復運動する。ディスク３０の往復運動はステム１２に伝えられる。

図２は、図１中のII−II線に沿った断面図である。図２を参照して、この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁１は、電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、弁軸としてのステム１２を有し、ステム１２が延びる方向（矢印１０）で示す方向に沿って往復運動する駆動弁１４と、駆動弁１４と距離を隔てた位置に設けられた支持部材としての本体５１と、ステム１２に連結された一方端３２と、本体５１に揺動自在に支持された他方端３３とを有し、他方端３３で延びる中心軸３５を中心に揺動する揺動部材としてのディスク３０と、中心軸３５上に延びるように設けられ、他方端３３に固定されたトーションバー３６と、トーションバー３６のねじれ量を検出する検出部３０１と、検出部３０１が検出したねじれ量から駆動弁１４のリフト量を計算する計算部としてのＥＣＵ３０２とを有する。

本実施の形態における電磁駆動弁は、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（吸気弁または排気弁）を構成している。

図２で示す電磁駆動弁１は、回転駆動式の電磁駆動弁であり、その運動機構としてディスク３０を用いている。本体５１はシリンダヘッド上に設けられる。本体５１では、下側に下側電磁石１６０、上側に上側電磁石６０が配置される。下側電磁石１６０は鉄製のコア１６１と、コア１６１に巻かれたコイル１６２とを有する。コイル１６２に電流を流すことによりコイル１６２で囲まれた領域に磁界が発生し、この磁界によりディスク３０を引寄せることが可能である。

上側電磁石６０は鉄製のコア６１と、コア６１に巻付けられたコイル６２とを有する。コイル６２に電流を流すことによってコイル６２で囲まれた領域に磁力が発生し、この磁力によりディスク３０を引寄せることが可能である。

上側電磁石６０のコイル６２と下側電磁石１６０のコイル１６２とは接続されていてもよく、分離されていてもよい。コア６１，１６１に巻付けられるコイル６２，１６２のターン数は特に限定されるものではない。

ディスク３０はアーム部３１と軸受部３８とを有し、アーム部３１が一方端３２から他方端３３へ延びている。アーム部３１は上側電磁石６０および下側電磁石１６０により吸引されて矢印３０ａで示す方向に揺動（回動）する部材である。アーム部３１の端部に軸受部３８が取付けられ、アーム部３１は軸受部３８を中心として回動する。アーム部３１の上側表面１３１は上側電磁石６０と当接可能であり、下側表面２３１は下側電磁石１６０と当接可能である。また、下側表面２３１は駆動弁１４のステム１２と接触している。

軸受部３８は円筒形状であり、その内部にはトーションバー３６、および、トルクセンサを構成する検出部３０１が収納されている。駆動弁１４は棒状のステム１２と、ステム１２の先端に取付けられた傘部１３とを有し、傘部１３は矢印１０で示す方向に往復運動して開閉する。これにより、ポート１７と燃焼室との連通を制御して空気の流れを調整する。

図３は、図２中のIII−III線に沿った断面図である。図３を参照して、本体５１は中空形状であり、その本体５１を軸受部３８が貫通している。軸受部３８は本体５１と接触し、本体５１に対して摺動可能に配置されている本体５１と軸受部３８との間の摩擦抵抗を軽減すためにベアリングが設けられていてもよい。また、所定の潤滑剤が供給されてもよい。

本体５１には、トーションバー固定プレート５２が取付けボルト８５により取付けられている。トーションバー固定プレート５２はトーションバー３６の左側端部２３６と係合している。トーションバー固定プレート５２の外周面にスプラインが設けられ、このスプラインにトーションバー３６の左側端部２３６が嵌り合ってトーションバー３６の回転を防止している。

トーションバー固定プレート５２の本体５１への固定方法としては、図３で示す取付けボルトに限られず溶接、接着などの他の方法を用いることも可能である。

トーションバー３６の右側端部１３６は軸受部３８に係合している。軸受部３８にスプラインが設けられ、このスプラインに右側端部１３６が嵌り合っている。

軸受部３８が中心軸３５を中心として回動すると、この回動は右側端部１３６へ伝わり、右側端部１３６も中心軸３５を中心として回動する。しかしながら、トーションバー３６の左側端部２３６はトーションバー固定プレート５２に固定されているため回動しない。このため、右側端部１３６と左側端部２３６との間でねじれが生じ、このねじれを検出部３０１が検出する。トーションバー３６のねじれ量から軸受部３８の回動角度がＥＣＵ３０２によって計算される。

凹部を構成する本体５１には上側電磁石６０および下側電磁石１６０が収納されている。

次に、実施の形態１で示す電磁駆動弁の動作について説明する。まず、電磁駆動弁を駆動させる場合には、上側電磁石６０および下側電磁石１６０のいずれかを構成するコイル６２，１６２のいずれかに電流を流す。たとえば、実施の形態１では、コイル１６２に電流を流すこととする。これにより、コイル１６２において電磁力が発生し、磁性体から構成されるディスク３０のアーム部３１は上側電磁石６０に引付けられる。アーム部３１が上方向へ回動すれば、図３で示すようにトーションバー３６がねじられて、このトーションバーが逆方向へアーム部３１を動かそうとする。しかしながら、上側電磁石６０による引付け力が強いため、アーム部３１はさらに上方向へ回動させ、最後には上側表面１３１が上側電磁石６０と接触する。アーム部３１が上方向に動くにつれて、ばね１７に押された駆動弁１４がアーム部３１とともに上方向に移動する。これにより駆動弁１４が閉じられる。

次に、駆動弁１４を開ける場合には、アーム部３１を下側へ動かす必要がある。この場合には、まずコイル６２に流れる電流を止めるか、または小さくする。これにより、上側電磁石６０とアーム部３１とで働く電磁力が小さくなる。アーム部３１には、トーションバー３６によりねじり力が働いているため、このねじり力（弾性力）が電磁力に打ち勝ち、アーム部３１は図２で示す中立位置まで移動する。次に、下側電磁石１６０を構成するコイル１６２に電流を流す。これにより、コイル１６２の周囲で電磁力が発生し、磁性体からなるアーム部３１は下側電磁石１６０に引付けられる。なお、このときも駆動弁１４のステム１２がアーム部３１に押されるため下側へ移動する。コイル１６２による引付け力がトーションバー３６によるねじり力に打ち勝ち最終的には、下側電磁石に下側表面２３１が接触する。このように、上方向の動きと下方向の動きとを繰返すことにより、アーム部３１は矢印３０ａで示す方向に回動する。アーム部３１が回動すると、アーム部３１と接続されている軸受部３８も回動し、さらには軸受部３８と固定されたトーションバー３６の右側端部１３６も回動する。しかしながら、トーションバー３６の左側端部２３６は回動しないため、トーションバー３６にねじり力が発生する。このときのトーションバー３６のねじれ量を検出部３０１が検出し、検出されたデータがＥＣＵ３０２へ伝えられる。ＥＣＵ３０２では、ねじれ量のデータからアーム部３１の回動角度を演算する。この回動角度とアーム部３１の長さとのデータに基づき、ＥＣＵ３０２は駆動弁４０のリフト量を計算することが可能である。

このように構成された実施の形態１に従った電磁駆動弁１ではトーションバー３６のねじれ量により駆動弁１４のリフト量を推定するため、簡単に駆動弁１４のリフト量を計算することができる。

すなわち、実施の形態１では、フラップ式モノコイルの電磁駆動弁において、バルブを開閉させるための駆動は、上側電磁石６０、ディスク３０、下側電磁石１６０、トーションバー３６により構成される。このような構成において電磁駆動弁１を駆動した場合に、ディスク３０の揺動によって駆動弁１４が上下動する。このとき、ディスク３０のボス内部においてトーションバー３６に取付けたトルクセンサとしての検出部３０１によってねじれ量を検知する。

本体５１には、上側電磁石６０および下側電磁石１６０が図示されていないボルトで取付けられている。またディスク３０はこれらの上限の電磁石間を回転できるように取付けられている。駆動弁１４はシリンダヘッドに取付けられており、ディスク３０により直接押圧する。また、ディスク３０と駆動弁１４との間に、バルブ軸心と同軸上に設けた図示しない中間ステムが設けられていてもよい。ディスク３０のボス部は軸受部３８で中空となっており、トーションバー３６が貫通して固定されている。トーションバー３６の一端はトーションバー固定プレート５２にセレーションで圧入嵌合されており、かつトーションバー固定プレート５２は取付ボルト５３で本体５１に固定されている。また、トーションバー３６の他方端はセレーションで軸受部３８に圧入されている。したがって、ディスク３０はトーションバー３６のばね力を介して回転自在に組付けされている。このディスク３０の揺動によるトーションバー３６のトルクをトーションバー３６に取付けられたトルクセンサで検出し、駆動弁１４の動きに換算することができる。このような構成では、図示されていない外部制御手段において駆動弁１４の開閉動作が実行されると、駆動弁１４の動きが検出部３０１により検出され、外部制御手段にフィードバックされる。このため、駆動弁１４を予定通り動かすとともに異常が生じた場合にも補正されて正常な運転を継続することができる。

（実施の形態２）
図４は、この発明の実施の形態２に従った電磁駆動弁の一部分の斜視図である。図４を参照して、この発明の実施の形態２に従った電磁駆動弁１では、近接式センサ３０３によりディスク３０のアーム部３１の動きを構成する。すなわち、ディスク３０のサイドに近接式センサ３０３を取付けることにより、発生磁界の変化を検出する。すなわち、検出部としての近接式センサ３０３は揺動部材の変位を検出する。計算部としてのＥＣＵ３０２は、近接式センサ３０３が検出した変位から電磁駆動弁のリフト量を計算する。

このように構成された、実施の形態２に従った電磁駆動弁１でも、実施の形態１に従った電磁駆動弁１と同様の効果がある。

（実施の形態３）
図５は、この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁の一部分の斜視図である。図５を参照して、この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁１では、ディスク３０のボス部としての軸受部３８により反射シール３０５を貼る。また、この部分に着色をしてもよい。それと対向する位置に光学式センサ３０６を配置して、ディスク３０の回転運動を検知し、バルブの動きに換算する。光学式センサ３０６はＥＣＵ３０２と接続される。

図６は、この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁の斜視図である。図６を参照して、本体５１に光学式センサ３０６が取付けられ、光学式センサ３０６はボス部としての軸受部３８に設けられた反射シール３０５と対向して配置される。すなわち、実施の形態３に従った電磁駆動弁１は、揺動部材としてのディスク３０の他方端の揺動角度を検出する光学式センサ３０６と、光学式センサ３０６で検出した揺動角度から駆動弁１４のリフト量を計算する計算部としてのＥＣＵ３０２とを備える。

このように構成された実施の形態３に従った電磁駆動弁では、実施の形態１に従った電磁駆動弁の同様の効果がある。

（実施の形態４）
図７は、この発明の実施の形態４に従った電磁駆動弁の斜視図である。図７を参照して、この発明の実施の形態４に従った電磁駆動弁１では、静電容量型の容量型変位計３１１を用いてディスク３０の変位を測定する。具体的には、ディスク３０の回転中心から最も遠い側に突起部１３３を設け、この突起部１３３の上方に検出部としての容量型変位計３１１を設置してディスク３０の動きを検知し、バルブの動きに換算する。

図８は、実施の形態４に従った電磁駆動弁の斜視図である。図８を参照して、本体５１に容量型変位計３１１が取付けられている。すなわち、実施の形態４に従って電磁駆動弁１は、揺動部材としてのディスク３０の変位を検出する検出部としての容量型変位計３１１と、容量型変位計３１１が検出した変位から駆動弁のリフト量を計算する計算部としてのＥＣＵ３０２とを備えている。

このように構成された実施の形態４に従った電磁駆動弁でも、実施の形態１に従った電磁駆動弁と同様の効果がある。

（実施の形態５）
図９は、この発明の実施の形態５に従った電磁駆動弁の斜視図である。実施の形態５に従った電磁駆動弁１では、ディスク３０の突起部１３３に接触式センサ３１２を設置してディスク３０の動きを検知し、バルブの動きに換算する。このように構成された実施の形態５に従った電磁駆動弁１でも、実施の形態１に従った電磁駆動弁１と同様の効果がある。

（実施の形態６）
図１０は、この発明の実施の形態６に従った電磁駆動弁の断面図である。実施の形態６に従った電磁駆動弁１では、ディスク３０が上下に２枚設けられている点で、実施の形態１に従った電磁駆動弁１と異なる。それぞれのディスク３０には、トーションバー３６と、トーションバー３６の捩れを検出する検出部３０１が設けられている。２枚のディスク３０は、ステム１０１２で連結されている。

このように構成された実施の形態６に従った電磁駆動弁１でも、実施の形態１に従った電磁駆動弁１と同様の効果がある。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変更することが可能である。実施の形態２から５では、一枚のディスク３０を用いた例を示したが、実施の形態６のように２枚のディスクを用いてもよい。

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。

この発明は、たとえば車両に搭載される内燃機関の電磁駆動弁の分野で用いることができる。

この発明の実施の形態１に従った電磁駆動弁の斜視図である。 図１中のII−II線に沿った断面図である。 図２中のIII−III線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態２に従った電磁駆動弁の一部分の斜視図である。 この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁の一部分の斜視図である。 この発明の実施の形態３に従った電磁駆動弁の斜視図である。 この発明の実施の形態４に従った電磁駆動弁の一部分の斜視図である。 この発明の実施の形態４に従った電磁駆動弁の斜視図である。 この発明の実施の形態５に従った電磁駆動弁の斜視図である。 この発明の実施の形態６に従った電磁駆動弁の断面図である。

符号の説明

１ 電磁駆動弁、１２ ステム、１４ 駆動弁、３０ ディスク、３５ 中心軸、３６ トーションバー、３０１ 検出部、３０２ ＥＣＵ。

Claims (3)

1. 電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、
   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駆動弁と、
   前記駆動弁と距離を隔てた位置に設けられた支持部材と、
   前記弁軸に連結された一方端と、前記支持部材に揺動自在に支持された他方端とを有し、前記他方端で延びる中心軸を中心に揺動する揺動部材と、
   前記中心軸上に延びるように設けられ、前記他方端に固定されたトーションバーと、
   前記トーションバーのねじれ量を検出する検出部と、
   前記検出部が検出したねじれ量から前記駆動弁のリフト量を計算する計算部とを備えた、電磁駆動弁。
2. 電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、
   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駆動弁と、
   前記駆動弁と距離を隔てた位置に設けられた支持部材と、
   前記弁軸に設けられた一方端と、前記支持部材に揺動自在に支持された他方端とを有し、前記他方端で延びる中心軸を中心に揺動する揺動部材と、
   前記揺動部材の他方端の揺動角度を検出する光学式センサと、
   前記検出部が検出した揺動角度から前記駆動弁のリフト量を計算する計算部とを備えた、電磁駆動弁。
3. 電磁力と弾性力との協働により作動する電磁駆動弁であって、
   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駆動弁と、
   前記駆動弁と距離を隔てた位置に設けられた支持部材と、
   前記弁軸に連結された一方端と、前記支持部材に揺動自在に支持された他方端とを有し、前記他方端で延びる中心軸を中心に揺動する揺動部材と、
   前記揺動部材の変位を検出する検出部と、
   前記検出部が検出した変位から前記駆動弁のリフト量を計算する計算部とを備えた、電磁駆動弁。

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