JP3572447B2 - 内燃機関の電磁動弁装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力を利用した内燃機関の電磁動弁装置に備えられたアーマチャに関し、特にアーマチャの応答性を改善した技術、アーマチャ吸着時の衝突音を防止した技術及びアーマチャの吸着時の摩耗を防止した技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、内燃機関の吸・排気弁を電磁駆動式として吸・排気弁の理想的な開閉タイミングを任意に制御して、出力、燃費の改善を図ったものが提案されている(特開平7−335437号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記吸・排気弁に連係して電磁石に吸着されるアーマチャは、純鉄単体で形成されている。
しかしながら、従来の電磁動弁装置ではアーマチャの電磁石への吸着の際に発生する衝突音が大きいという問題があった。
【0004】
また、純鉄単体で形成されたアーマチャは、最大飽和磁束密度が高いので、電磁石への吸着力を大きく確保できる反面、鉄損が大きいため電磁石への通電を遮断して電磁石から離脱する際にアーマチャの内部に発生するうず電流が大きく、離脱を妨げる方向に大きな力が発生してアーマチャが離脱しにくく、応答性が低下するという問題もある。
【0005】
また、アーマチャの表面が繰り返し電磁石と衝突することにより摩耗してくるという問題もある。
そこで、本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、アーマチャの電磁 石との衝突音を低減した内燃機関の電磁動弁装置を提供することを目的とする。
【0006】
また、電磁石への通電遮断時にアーマチャが電磁石から離脱しやすくして応答性も高められるようにすることを目的とする。
さらに、アーマチャの電磁石との衝突による磨耗も抑制することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、吸・排気弁に連係するアーマチャを、電磁石により開弁又は閉弁方向に吸着して吸・排気弁を開弁又は閉弁保持する内燃機関の電磁動弁装置において、
前記アーマチャを、厚さの異なる複数の平坦な金属板を積層し、これら複数の各金属板が独立した振動を許容するように外周縁部相互のみを固定して形成したことを特徴とする。
【0008】
前記請求項1に従属する請求項2に係る発明は、前記厚さの異なる複数の金属板は、最大飽和磁束密度が相対的に高く、鉄損が相対的に大きい金属板と、最大飽和磁束密度が相対的に低く、鉄損が相対的に小さい金属板とからなることを特徴とする。
前記請求項2に従属する請求項3に係る発明は、前記最大飽和磁束密度が相対的に高い金属板は、純鉄で形成され、鉄損が相対的に小さい金属板は、ケイ素鋼で形成されていることを特徴とする。
【0009】
前記請求項1〜請求項3のいずれか1つに従属する請求項4に係る発明は、前記複数の金属板のうち、電磁石への吸着面を含む金属板を耐摩耗性の大きい金属材で形成したことを特徴とする。
前記請求項4に従属する請求項5に係る発明は、前記耐磨耗性の高い金属材はケイ素鋼であることを特徴とする。
【0010】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、アーマチャを形成する各金属板の厚さが異なることで、各金属板の固有振動数が異なり、かつ、各金属板が外周縁部相互のみを固定して形成されて、独立した振動が許容されるので、各金属板の振動が相殺されることによって、アーマチャが電磁石に吸着した際に発生する衝突音を低減することができる。
【0011】
請求項2に係る発明によれば、前記厚さの異なる金属板として、最大飽和磁束密度が相対的に大きい金属板と、鉄損が相対的に小さい金属板とを積層して形成されるアーマチャは、最大飽和磁束密度と鉄損とが、それぞれ各金属板における最大飽和磁束密度と鉄損の大きさを合成した大きさを有する。
即ち、最大飽和磁束密度については、相対的に最大飽和磁束密度が大きい金属板単体で形成したものよりは、減少し、鉄損についても、相対的に鉄損が大きい金属板単体で形成したものより減少する。
【0012】
したがって、例えば、従来のように最大飽和磁束密度が大きい純鉄単体で形成されたアーマチャに比較し、最大飽和磁束密度の減少によって、電磁石の吸着力は減少するが、鉄損の減少によりうず電流が減少して電磁石から離脱しやすくなる。
この場合、吸着力は、従来の純鉄単体で形成されたアーマチャではもともと十分過ぎる程であるので、多少減少しても必要な吸着力は確保され、うず電流減少による離脱しやすさが増すことにより、全体としてアーマチャの応答性が向上する。
【0013】
また、最大飽和磁束密度の大きい金属板、例えば、純鉄単体で形成されるアーマチャの厚さを従来より薄くすることによっても鉄損を減らすことは可能であるが、そのようにするとアーマチャの強度が低下する。
これに対し、最大飽和磁束密度が相対的に大きい金属板と鉄損が相対的に小さい金属板とを積層することでアーマチャの厚さが単体で形成される場合と同程度の厚さとなり強度も確保できる。
【0014】
請求項3に係る発明によれば、最大飽和磁束密度が相対的に大きい金属板として従来単体で用いられた純鉄を使用し、これより、鉄損の小さい金属板としてケイ素鋼板を使用することにより、吸着力と離脱しやすさとを同時に確保でき、応答性を向上できる。
請求項4に係る発明によれば、アーマチャの電磁石との吸着面部分を耐摩耗性の高い金属板で形成したので、アーマチャの電磁石との吸着面の磨耗を抑制することができる。
【0015】
なお、閉弁用電磁石と開弁用電磁石とをアーマチャの両側(上下)に備えて、アーマチャの一方の面(下面)が開弁用電磁石に吸着して開弁し、他方の面(上面)が閉弁用電磁石に吸着して閉弁するものでは、アーマチャの両面が夫々耐磨耗性の高い金属板で形成されることになる。
一方、例えば、閉弁はスプリングの付勢力で駆動し、開弁のみ電磁石で該スプリングの付勢力に抗して駆動するようにしたものでは、該開弁用の電磁石に吸着するアーマチャの片面のみを耐磨耗性の高い金属板を用いればよい。
【0016】
請求項5に係る発明によれば、ケイ素鋼板を用いることにより、耐磨耗性が得られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図1は、後述する各実施の形態に共通な全体システム構成を示す。図において吸・排気弁Vは、シリンダヘッド3に設けられた弁口4を開閉可能な弁体部1と、該弁体部1に一体に連設されるステム2を備えて構成される。ステム2はシリンダヘッド3に固設されたガイド筒5内に摺動自在に嵌合される。
【0018】
シリンダヘッド3の上端には、ステム2の上端を臨ませる凹部6が設けられており、該凹部6内でステム2の上端には、二つ割りコッタ7によりリテーナ8が固定される。
このような吸・排気弁Vを開閉駆動する電磁動弁装置は、次のように構成される。シリンダヘッド3上にハウジング9が設けられ、該ハウジング9内には、吸・排気弁Vにロッド(又はアーマチャ軸)21を介して連係されると共にハウジング9内を移動可能な平板状のアーマチャ10が収納され、かつ、該アーマチャ10の上面に対向する位置で上側の電磁コイル26に電流を流すことにより発生した電磁力によりアーマチャ10を吸着して吸・排気弁Vを閉弁作動させる閉弁用電磁石11と、アーマチャ10の下面に対向する位置で下側の電磁コイル30に電流を流すことにより発生した電磁力によりアーマチャ10を吸着して吸・排気弁Vを開弁作動させる開弁用電磁石12と、が収納固定されている。
【0019】
また、ハウジング9の上面中央部にチャンバ17が連結され、ハウジング9の上壁を貫通してチャンバ17内に突入する前記ロッド21の上端部にスプリング座22が固定され、該スプリング座22とチャンバ17の上壁下面に設けられたスプリング座23との間に、ロッド21及びアーマチャ10を介して、吸・排気弁Vを開弁方向に付勢する開弁用スプリング13が圧縮状態で配設されている。
【0020】
前記ハウジング9の端壁15には、吸・排気弁Vのステム2と同軸に円筒状のガイド部20が一体に設けられており、該ガイド部20を移動自在に貫通する前記ロッド21の下端面が、吸・排気弁Vのステム2の上端面に当接される。
一方、シリンダヘッド3の凹部6内で、該凹部6の底部および前記リテーナ8間にはステム2を囲むコイル状の閉弁用スプリング14が圧縮状態で配設されている。前記アーマチャ10は、ハウジング9内でロッド21の中間部に連結され、前記のように、該ロッド21を介して、吸・排気弁Vに連係される。
【0021】
閉弁用電磁石11は、アーマチャ10側に開放した環状の溝24を有してロッド21を同軸に囲むリング状の固定コア25と、合成樹脂から成るモールド部(図示せず)で被覆されて前記溝24内に嵌入されたリング状の電磁コイル26とからなる。また開弁用電磁石12は、アーマチャ10側に開放した環状の溝28を有してロッド21を同軸に囲むリング状の固定コア29と、合成樹脂からなるモールド部(図示せず)で被覆されて前記溝28内に嵌入されたリング状の電磁コイル30とからなる。
【0022】
次に、アーマチャ10の応答性改善を図った第1の実施の形態を、図2に基づいて説明する。上記した内燃機関の電磁動弁装置において、アーマチャ10が、厚さの異なる第1金属板60と第2金属板70とを積層し、これら第1金属板60と第2金属板70とが独立した振動を許容するように外周縁部相互のみを固定して形成されている。
【0023】
これにより、第1金属板60と第2金属板70との厚さが異なることで、それぞれの固有振動数が異なるので、各金属板の振動が相殺されることによって、アーマチャ10が電磁石に吸着した際に発生する衝突音を低減することができる。
ここで、2つの金属板は、同一の金属、例えば、純鉄で形成してもよいが、異なる金属、例えば、薄い金属板をケイ素鋼とし厚い金属板を純鉄で形成するようにしてもよく、後者の場合は以下のような応答性改善効果も得られる。
【0024】
2種類の金属板の積層構造であるアーマチャ10の最大飽和磁束密度と鉄損とは、それぞれ、第1金属板60及び第2金属板70の最大飽和磁束密度と鉄損とを合成した大きさを持つ。
これにより、従来のように最大飽和磁束密度が大きい純鉄単体で形成されたアーマチャに比較し、最大飽和磁束密度の減少によって、電磁石の吸着力は減少するが、鉄損の減少によりうず電流が減少して電磁石から離脱しやすくなる。
【0025】
この場合、吸着力は、従来の純鉄単体で形成されたアーマチャではもともと十分過ぎる程であるので、多少減少しても必要な吸着力は確保され、うず電流減少による離脱しやすさが増すことにより、全体としてアーマチャ10の応答性が向上する。
また、最大飽和磁束密度の大きい金属板、例えば、純鉄単体で形成されるアーマチャの厚さを従来より薄くすることによっても鉄損を減らすことは可能であるが、そのようにするとアーマチャの強度が低下する。
【0026】
これに対し、最大飽和磁束密度が相対的に大きい金属板と鉄損が相対的に小さい金属板とを積層することでアーマチャ10の厚さが、単体で形成される場合と同程度の厚さとなり強度も確保できる。
次に、アーマチャ10の吸着時の耐摩耗性改善も図った第2の実施の形態を、図3に基づいて説明する。このものでは、アーマチャ10が純鉄で形成された第1金属板80を中央に挟んで、上下両側に耐摩耗性が高いケイ素鋼で形成された第2金属板90を積層して形成されている。例えば、純鉄製の第1金属板80の厚さはケイ素鋼製の第2金属板90の厚さの約2倍(例えば、アーマチャ10の厚さを6mmとすると、第1金属板80の厚さは約3mmで、第2金属板90の厚さは約1.5mmとなる。)である。
【0027】
このようにすれば、第1金属板80と第2金属板90との厚さを変え、また、各金属板相互を独立した振動を許容するように一部を固定することにより、第1の実施の形態と同様に、吸着時の衝突音を軽減する効果が得られると共に、第1金属板80として純鉄、第2金属板90としてケイ素鋼を用いるので上記応答性改善効果も得られ、かつ、最大飽和磁束密度の大きい純鉄により吸着力を確保しつつケイ素鋼による耐摩耗性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る内燃機関の電磁動弁装置の縦断面図
【図2】本発明に係る第1の実施の形態のアーマチャの拡大縦断面図
【図3】本発明に係る第2の実施の形態のアーマチャの拡大縦断面図
【符号の説明】
10 アーマチャ 60 第1金属板
11 閉弁用電磁石 70 第2金属板
12 開弁用電磁石 80 第1金属板
40 第1金属板 90 第2金属板
50 第2金属板 V 吸・排気弁
Claims (5)
- 吸・排気弁に連係するアーマチャを、電磁石により開弁又は閉弁方向に吸着して吸・排気弁を開弁又は閉弁保持する内燃機関の電磁動弁装置において、
前記アーマチャを、厚さの異なる複数の平坦な金属板を積層し、これら複数の各金属板が独立した振動を許容するように外周縁部相互のみを固定して形成したことを特徴とする内燃機関の電磁動弁装置。 - 前記厚さの異なる複数の金属板は、最大飽和磁束密度が相対的に高く、鉄損が相対的に大きい金属板と、最大飽和磁束密度が相対的に低く、鉄損が相対的に小さい金属板とからなることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の電磁動弁装置。
- 前記最大飽和磁束密度が相対的に高い金属板は、純鉄で形成され、鉄損が相対的に小さい金属板は、ケイ素鋼で形成されていることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の電磁動弁装置。
- 前記複数の金属板のうち、電磁石への吸着面を含む金属板を耐摩耗性の大きい金属材で形成したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関の電磁動弁装置。
- 前記耐磨耗性の高い金属材はケイ素鋼であることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の電磁動弁装置。
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