JP3628183B2

JP3628183B2 - Solenoid valve drive

Info

Publication number: JP3628183B2
Application number: JP22203598A
Authority: JP
Inventors: 祥博都筑; 健司大島; 功松本
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2018-08-05
Also published as: JP2000055227A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンのバルブを電磁力を用いて開閉制御する電磁式弁駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電磁式弁駆動装置としては、特開平７−３３２０４４号公報に開示されているようなものがあり、弁と駆動用ソレノイドにはさまれたアーマチャが一体に連結されているものであるが、エンジンヘッドに対しこの装置の組み付け性が悪いという問題があった。
【０００３】
また、組み付けの容易な構成の電磁式弁駆動装置として、すでに特願平９−７９７８８を出願したが、この先願では、プッシュロッドの分割による組み付け性の向上がなされているものの、バルブステム部の他に２か所の摺動部を持つため、フリクションによる動力ロスがあり、スムースな作動が困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本案は、前記の課題を解決するため、フリクションを大幅に低減でき、かつ、組み付け調整の容易さをそこなわない電磁式弁駆動装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するため、請求項１ではバルブを閉弁方向へ付勢するロアスプリングと、
前記バルブを開弁方向へ押し下げるプッシュロッドと、
該プッシュロッドにより略中心部を摺動自在に貫通されると共に、前記プッシュロッドに一体的に結合されたアーマチャを吸引して前記バルブの開弁状態を保持するロアソレノイドと、
バルブリフトを調整するスペーサを介して前記ロアソレノイドに対向するように設けられ、前記アーマチャを吸引して、前記バルブの閉弁状態を保持するアッパソレノイドとを備え、
前記プッシュロッドを押し下げ、前記ロアスプリングと同荷重のアッパスプリングを前記ロアソレノイドの下部に配置し、
上部リテーナを含む上部をハウジング内に一体化してユニット部とし、
前記ユニット部はさらにアッパハウジングとロアハウジングにユニット化され、
前記ロアハウジング内には前記プッシュロッドに上部リテーナで固定された前記アッパスプリングを備え、前記ロアハウジングの上部には前記ロアソレノイドが配置され、前記アーマチャは前記アッパスプリングにより下方へ付勢され、また前記アッパスプリングは前記ロアソレノイドの上面に前記スペーサを介してアッパソレノイドを取り付ける構成を採用する。
請求項１記載の発明によれば、フリクションを大幅に低減でき、かつ組み付け調整の容易さをそこなわない電磁式弁駆動装置を提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態の電磁式弁駆動装置の中心軸に沿った横断面図である。図１の実施形態に基づいて発明の詳細を説明する。
図１において、公知のエンジンヘッド１に吸気口２１が設けられ、この吸気口２１を開閉するバルブ２がエンジンヘッド１に圧入されたガイド３と上下に摺動自在に挿入されている。また、バルブ２は弁棒部２Ｂを有する。
【０００９】
また、ロアスプリング４により、バルブ２が着座方向へ付勢されている。この部分は公知のバルブ構造と同一である。
つまり、本実施形態の電磁式弁駆動装置は、従来のカム駆動の動弁系に対しては、ロアハウジング５及びアッパハウジング１１内の構成部品がユニット化されユニット部３０を形成しているため組み付けと調整が容易であり、またエンジンヘッド１、バルブ２、ロアスプリング４は従来のカム駆動の動弁系の構成をそのまま用いることが可能であるため、汎用性が非常に高い。
【００１０】
また、この動弁系の構成は、吸気弁、排気弁を問わず使用することが可能である。
特に、近年の４弁化により、吸気系２弁、排気系２弁のようなエンジンが増加してきており、そのためには外径の細い、コンパクトな電磁式弁駆動装置が要求される。
【００１１】
図２は従来からのカム駆動式の公知のエンジンヘッドの吸気バルブの中心軸に沿った横断面図である。図２において、公知のエンジンヘッド１に吸気口２１があり、カム駆動式の弁駆動装置に用いられているのと同様のバルブ２がロアスプリング４により上方へ付勢されている。ロアスプリング４は、カム駆動式の弁駆動装置と同様にバルブ２に下部リテーナ２５で固定され、コッタ２０によりリテーナ２５は固定されている。ロアスプリング４のセット荷重は、ロアシム２２の厚さを変えてセットすることにより調整可能な構成となっている。
【００１２】
図３および図４は本発明の電磁式弁駆動装置の上部のユニット部３０の組み付けを示した中心軸に沿う横断面図であり、図３はユニット部３０の下半分の組み付け断面図、図４はユニット部全体の組み付け断面図である。
図３において、ロアハウジング５内にアッパスプリング６が、プッシュロッド１３に、ロアスプリング４と同様にコッタ２０により上部リテーナ２４で固定されている。アッパスプリング６の上部にはアッパシム１４が挿入され、アッパスプリング６のセット荷重の調整を行う。
【００１３】
ロアハウジング５の上部には、ロアソレノイド９が設置され、アーマチャ８はアッパスプリング６により下方へ付勢されている。
次に図４に示すようにスペーサ１２、アッパソレノイド１０を組み込み、アッパハウジング１１により締付けて、ユニット部３０が完成する。
この図４に示したユニット部３０を図２の公知のエンジンヘッド１に固定ボルト４０により組み付けると図１に示すような電磁式弁駆動装置が完成する。
【００１４】
ここで、中心に設けられたプッシュロッド１３はバルブ２の上面２Ａとプッシュロッド１３の下面１３Ａとの間で球面で接触する構成としてあるため、ユニット部３０とバルブ２の軸ずれを吸収できる。
また、ユニット部３０はそのままの状態で容易に移動可能である。また、この状態で、リフト、スプリング力を再調整可能である。調整は、スペーサ１２、ソレノイドシム１５、アッパシム１４の入れ替えにて容易に可能である。
【００１５】
最終的に固定ボルト４０による固定が完了すると、図１に示した様にバルブ２は開弁と閉弁のちょうど中間の中立の位置にアッパスプリング６とロアスプリング４のセット荷重により保持される。
本発明の電磁式弁駆動装置の構成とすることで、コンパクトで公知のカム駆動式のエンジンヘッド１を大幅に改造することなく搭載でき、エンジンヘッド１への組み付けと調整が容易な電磁式弁駆動装置を提供できる。
【００１６】
また更に、本発明の構成の大きな特徴は、摺動部はバルブガイド部５１の他にはロアソレノイド９のガイド部５０のみであり、作動時のフリクションを大幅に低減可能なことである。なお、プッシュロッド１３にはまり合う穴は円筒形のままで、プッシュロッド１３を円筒状でなく、その側面を二面、あるいは三面などの面取りを施すと当接する部分は穴の内面とプッシュロッド側面の弧の部分のみになり接触面積が減るので、更にフリクション低減に効果がある。
【００１７】
次に作動について、簡単に説明する。
このような構成の作動の基本となるのは、スプリング−質量系の運動であり、可動部の質量をｍ〔ｇ〕、上下のスプリングの合成バネ定数をＫ〔Ｎ／ｍｍ〕とすると、この固有振動の周期ｆは、
【００１８】
【数１】

なる式で決まり、開弁から閉弁までの周期はこれで決定されている。
【００１９】
図１に示した電磁式弁駆動装置の状態は、どのソレノイド９、１０に対しても通電していない無通電の状態である。
この時、アッパスプリング６とロアスプリング４の力はほぼ等しいため、磁性体で構成された円盤状のアーマチャ８は、アッパソレノイド１０とロアソレノイド９のちょうど中立の位置に静止している。
【００２０】
この図１に示す状態から、エンジン始動前にいったん全ての気筒のバルブ２を閉とする制御を行う必要がある。
この起動制御は、このシステムの可動部のマス（質量）とバネで決まるバネ−マス系の固有振動を利用し、アッパソレノイド１０とロアソレノイド９へ固有振動数に相当する共振周波数にて交互に通電する。しばらく起動制御を行うとバルブ２が振動し始め、振幅が大きくなっていき、やがてアッパソレノイド１０とロアソレノイド９で規制されるような最大リフトまで作動するようになる。
【００２１】
ここで、アッパソレノイド１０にアーマチャ８が吸引された状態で保持することで、バルブ２が閉の状態が保持でき、起動制御が終了する。
この後エンジンを始動し、エンジンからの各センサ出力（回転数、気筒判別等）をもとに吸気弁及び排気弁を任意のタイミングで開閉制御する。開弁と閉弁の切り換えは、アッパソレノイド１０とロアソレノイド９の通電の切り換えにより行う。
【００２２】
以上に説明したように、本発明によれば、フリクションを大幅に低減でき、かつ、組み付け調整の容易さをそこなわない電磁式弁駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電磁式弁駆動装置の中心軸に沿った横断面図である。
【図２】従来からのカム駆動式の公知のエンジンヘッドの吸気バルブの中心軸に沿った横断面図である。
【図３】本発明の電磁式弁駆動装置の上部のユニット部３０の組み付けを示した中心軸に沿うユニット部３０の下半分の組み付け断面図である。
【図４】本発明の電磁式弁駆動装置の上部のユニット部３０の組み付けを示した中心軸に沿うユニット部３０全体の組み付け断面図である。
【符号の説明】
２バルブ
４ロアスプリング
５、１１ハウジング
６アッパスプリング
８アーマチャ
９ロアソレノイド
１０アッパソレノイド
１２スペーサ
１３プッシュロッド
２４上部リテーナ
３０ユニット部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic valve driving device that controls opening and closing of a valve of an engine using electromagnetic force.
[0002]
[Prior art]
As a conventional electromagnetic valve driving device, there is one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-332044, in which an armature sandwiched between a valve and a driving solenoid is integrally connected. There was a problem that the assemblability of this device was poor with respect to the engine head.
[0003]
In addition, as an electromagnetic valve drive device having an easy assembly structure, Japanese Patent Application No. 9-79788 has already been filed. In this prior application, although the assembly performance has been improved by dividing the push rod, Since there are two other sliding parts, there was a power loss due to friction, and smooth operation was difficult.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide an electromagnetic valve driving device that can significantly reduce friction and does not impair ease of assembly adjustment.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a lower spring for urging a valve in a valve closing direction in claim 1 ,
A push rod that pushes down the valve in the valve opening direction;
A lower solenoid that is slidably passed through a substantially central portion by the push rod and that holds an open state of the valve by sucking an armature integrally coupled to the push rod;
An upper solenoid that is provided to face the lower solenoid through a spacer that adjusts a valve lift, sucks the armature, and holds the valve in a closed state;
The push rod is pushed down, and an upper spring having the same load as the lower spring is disposed below the lower solenoid,
The upper part including the upper retainer is integrated into the housing to form a unit part,
The unit part is further unitized into an upper housing and a lower housing,
The lower housing includes the upper spring fixed to the push rod by an upper retainer. The lower solenoid is disposed at an upper portion of the lower housing, and the armature is biased downward by the upper spring. The upper spring employs a configuration in which an upper solenoid is attached to the upper surface of the lower solenoid via the spacer .
According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide an electromagnetic valve drive device that can significantly reduce friction and does not impair ease of assembly adjustment.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the central axis of an electromagnetic valve driving apparatus according to an embodiment of the present invention. The details of the invention will be described based on the embodiment of FIG.
In FIG. 1, a known engine head 1 is provided with an intake port 21, and a valve 2 that opens and closes the intake port 21 is inserted slidably up and down with a guide 3 press-fitted into the engine head 1. The valve 2 has a valve stem portion 2B.
[0009]
Further, the valve 2 is biased in the seating direction by the lower spring 4. This part is the same as a known valve structure.
That is, in the electromagnetic valve driving device of the present embodiment, the components in the lower housing 5 and the upper housing 11 are unitized to form the unit portion 30 with respect to the conventional cam-driven valve operating system. Assembling and adjustment are easy, and the engine head 1, valve 2, and lower spring 4 can use the conventional cam-driven valve system configuration as it is, so that they are very versatile.
[0010]
In addition, this valve system configuration can be used regardless of the intake valve or the exhaust valve.
In particular, due to the recent increase in four valves, the number of engines such as two intake valves and two exhaust valves has been increasing. For this purpose, a compact electromagnetic valve driving device with a thin outer diameter is required.
[0011]
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the central axis of a conventional cam drive type known engine head intake valve. In FIG. 2, a known engine head 1 has an intake port 21, and a valve 2 similar to that used in a cam-driven valve drive device is urged upward by a lower spring 4. The lower spring 4 is fixed to the valve 2 by a lower retainer 25 similarly to the cam-driven valve drive device, and the retainer 25 is fixed by a cotter 20. The set load of the lower spring 4 can be adjusted by changing the thickness of the lower shim 22 and setting it.
[0012]
3 and 4 are cross-sectional views along the central axis showing the assembly of the upper unit portion 30 of the electromagnetic valve driving apparatus of the present invention, and FIG. 3 is an assembly sectional view of the lower half of the unit portion 30. 4 is an assembled cross-sectional view of the entire unit.
In FIG. 3, the upper spring 6 is fixed to the push rod 13 in the lower housing 5 by the upper retainer 24 by the cotter 20 similarly to the lower spring 4. An upper shim 14 is inserted into the upper part of the upper spring 6 to adjust the set load of the upper spring 6.
[0013]
A lower solenoid 9 is installed on the upper portion of the lower housing 5, and the armature 8 is urged downward by an upper spring 6.
Next, as shown in FIG. 4, the spacer 12 and the upper solenoid 10 are assembled and tightened by the upper housing 11 to complete the unit portion 30.
When the unit portion 30 shown in FIG. 4 is assembled to the known engine head 1 shown in FIG. 2 by the fixing bolt 40, an electromagnetic valve driving device as shown in FIG. 1 is completed.
[0014]
Here, since the push rod 13 provided in the center is configured to contact with the spherical surface between the upper surface 2A of the valve 2 and the lower surface 13A of the push rod 13, the axial deviation between the unit portion 30 and the valve 2 can be absorbed.
Moreover, the unit part 30 can be easily moved as it is. In this state, the lift and spring force can be readjusted. Adjustment can be easily performed by replacing the spacer 12, the solenoid shim 15, and the upper shim 14.
[0015]
When the fixing with the fixing bolt 40 is finally completed, the valve 2 is held by the set load of the upper spring 6 and the lower spring 4 at a neutral position between the valve opening and the valve closing as shown in FIG.
By adopting the configuration of the electromagnetic valve driving device of the present invention, a compact and well-known cam-driven engine head 1 can be mounted without significant modification, and the electromagnetic valve can be easily assembled and adjusted to the engine head 1. A drive device can be provided.
[0016]
Furthermore, the great feature of the configuration of the present invention is that the sliding portion is only the guide portion 50 of the lower solenoid 9 in addition to the valve guide portion 51, and the friction during operation can be greatly reduced. Note that the hole that fits into the push rod 13 remains cylindrical, and the push rod 13 is not cylindrical, and if the side surface is chamfered such as two or three surfaces, the abutting portions are the inner surface of the hole and the side surface of the push rod. Since the contact area is reduced because of only the arc portion, there is an effect of further reducing friction.
[0017]
Next, the operation will be briefly described.
The basis of the operation of such a configuration is the motion of the spring-mass system, where the mass of the movable part is m [g] and the combined spring constant of the upper and lower springs is K [N / mm]. The period f of the natural vibration is
[0018]
[Expression 1]

The period from valve opening to valve closing is determined by this formula.
[0019]
The state of the electromagnetic valve driving device shown in FIG. 1 is a non-energized state in which no

solenoids

9 and 10 are energized.
At this time, since the forces of the upper spring 6 and the lower spring 4 are substantially equal, the disk-shaped armature 8 made of a magnetic material is stationary at a position just between the upper solenoid 10 and the lower solenoid 9.
[0020]
From the state shown in FIG. 1, it is necessary to perform control to once close the valves 2 of all the cylinders before starting the engine.
This activation control uses the natural vibration of the spring-mass system determined by the mass (mass) of the movable part and the spring of this system, and alternately turns the upper solenoid 10 and the lower solenoid 9 at a resonance frequency corresponding to the natural frequency. Energize. When the activation control is performed for a while, the valve 2 starts to vibrate, the amplitude increases, and eventually the maximum lift that is regulated by the upper solenoid 10 and the lower solenoid 9 is operated.
[0021]
Here, by holding the armature 8 in the state in which the armature 8 is attracted to the upper solenoid 10, the valve 2 can be maintained in the closed state, and the start-up control ends.
Thereafter, the engine is started, and the intake valve and the exhaust valve are controlled to open and close at an arbitrary timing based on each sensor output (rotation speed, cylinder discrimination, etc.) from the engine. Switching between opening and closing is performed by switching energization of the upper solenoid 10 and the lower solenoid 9.
[0022]
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an electromagnetic valve driving device that can significantly reduce friction and does not impair easy assembly adjustment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the central axis of an electromagnetic valve drive device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view along the central axis of an intake valve of a conventional cam-driven known engine head.
FIG. 3 is an assembled cross-sectional view of the lower half of the unit portion 30 along the central axis, showing the assembly of the upper unit portion 30 of the electromagnetic valve driving device of the present invention.
FIG. 4 is an assembled sectional view of the entire unit portion 30 along the central axis showing the assembly of the upper unit portion 30 of the electromagnetic valve driving device of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 Valve 4

Lower spring

5, 11 Housing 6 Upper spring 8 Armature 9 Lower solenoid 10 Upper solenoid 12 Spacer 13 Push rod 24 Upper retainer 30 Unit

Claims

A lower spring that urges the valve in the closing direction;
A push rod that pushes down the valve in the valve opening direction;
A lower solenoid that is slidably passed through a substantially central portion by the push rod and that holds an open state of the valve by sucking an armature integrally coupled to the push rod;
An upper solenoid that is provided to face the lower solenoid through a spacer that adjusts a valve lift, sucks the armature, and holds the valve in a closed state;
The push rod is pushed down, and an upper spring having the same load as the lower spring is disposed below the lower solenoid,
The upper part including the upper retainer is integrated into the housing to form a unit part,
The unit part is further unitized into an upper housing and a lower housing,
The lower housing includes the upper spring fixed to the push rod by an upper retainer. The lower solenoid is disposed at an upper portion of the lower housing, and the armature is biased downward by the upper spring. The electromagnetic valve driving apparatus according to claim 1, wherein the upper spring is configured to attach an upper solenoid to the upper surface of the lower solenoid via the spacer.