JP3733776B2

JP3733776B2 - 電磁駆動弁

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Publication number: JP3733776B2
Application number: JP06389399A
Authority: JP
Inventors: 正司勝間田; 義博岩下; 功松本; 正明田中; 啓二四重田; 秀之西田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2019-03-10
Also published as: JP2000257456A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁駆動弁に係り、特に電磁石により駆動されるアーマチャにより弁体を開閉駆動する電磁駆動弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平７−３３２０４４号に開示される電磁駆動弁が公知である。前記従来の電磁駆動弁は、内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する弁体と、弁体に連結されたアーマチャと、アーマチャに弁体の開弁方向及び閉弁方向の電磁力をそれぞれ付与する開弁用及び閉弁用の電磁石とを備えている。従って、前記従来の電磁駆動弁によれば、各電磁石を交互に励磁することにより弁体を開閉駆動することができる。
【０００３】
ところで、内燃機関のシリンダヘッドは燃焼室での燃焼により高温となり、その熱が弁体に伝達されることで弁体も高温となる。この場合、シリンダヘッド及び弁体の熱容量の相違等により、両部材には熱膨張差が発生する。かかる熱膨張差の影響で、アーマチャが閉弁用電磁石に吸引された状態で、弁体が弁座に完全に着座せず、弁体と弁座との間に隙間が生ずることがある。また、弁座あるいは弁体に摩耗が生じた場合にも、同様に、弁体と弁座との間に隙間が生ずることになる。
【０００４】
かかる不都合を防止するうえでは、更に特開平１０−２５２４２６号に開示如く、アーマチャが閉弁用電磁石に吸引され、かつ、弁体が弁座に着座した状態で、アーマチャと弁体との間に離間部分が形成されるように弁体及びアーマチャを構成することが有効であると考えられていた。かかる構成によれば、前記の熱膨張差あるいは摩耗が生じた場合にも、弁体はその変位がアーマチャによって規制されることなく、弁座に着座するまで変位することができるからである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の如く、弁体が閉弁した状態で弁体とアーマチャとの間に前記離間部分が形成されると、弁体を開弁させる際には、アーマチャが弁体に衝突する際に衝突音が発生し、更に、アーマチャが開弁用電磁石に衝突する際に衝突音が発生する。また、弁体を閉弁させる際には、弁体が弁座に衝突する際に衝突音が発生し、更に、アーマチャが閉弁用電磁石に衝突する際に衝突音が発生する。このように、弁体とアーマチャとの間に隙間を設ける構成では、開弁時及び閉弁時にそれぞれ２回の衝突音が発生することにより、作動音が増大してしまう。
【０００６】
そこで、前記弁体とアーマチャの間の形成した前記離間部分に、所謂ゼロラッシュアジャスタと称される隙間調整機能を備えた伸縮部品を介装することが考えられる。弁体のサイクル駆動に伴って前記離間部分で生じる部材間の隙間、特に閉弁時に生じるゼロラッシュアジャスタとアーマチャとの間隔増大により発生する隙間を、ゼロラッシュアジャスタ自身の伸長によって解消することができるので有効な手段であると言える。また、アーマチャが閉弁用電磁石に吸引された状態で、上記した熱膨張差や磨耗により、弁体と弁座との間に隙間が生じた場合には、ゼロラッシュアジャスタ自身の収縮によってこの隙間を解消することができる。
【０００７】
しかし、内燃機関の燃焼状態のサイクル変動に起因し燃焼室内の圧力がサイクル変動したり、運転状態の過渡的な変化に対して弁体にかかる外力が変動するために、画一的にゼロラッシュアジャスタを伸長駆動しても弁体とアーマチャとの間の隙間を解消することができず、結局、十分に作動音を軽減できない場合がある。
【０００８】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、アーマチャと弁体との間で隙間を生じさせることなく、作動音の発生を防止しつつ弁体を確実に開閉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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的は、請求項１に記載する如く、弁体と、
電磁石に吸引されることにより前記弁体を駆動するアーマチャと、
前記弁体と前記アーマチャとの間に介装され、駆動力を付与されることにより弁体とアーマチャとの間隔が増大した時に発生する隙間を解消する方向に伸長可能なゼロラッシュアジャスタと、
前記隙間を検出する隙間発生検出手段と、
前記隙間が検出された場合には前記ゼロラッシュアジャスタの伸長駆動力を増大させ、前記隙間が検出されない場合には前記ゼロラッシュアジャスタの伸長駆動力を減少させる駆動力調整手段とを、備えた電磁駆動弁により達成される。
【００１０】
請求項１記載の発明において、弁体とアーマチャとは所定距離だけ離間して設けられ、この離間部分にゼロラッシュアジャスタが介装される。ここで、隙間発生検出手段が前記弁体とアーマチャの間隔の増大すなわち隙間の発生を検出すると検出信号を発する。この信号を受けた駆動力増大手段はゼロラッシュアジャスタの伸長力を増大させて係る隙間を解消させることになる。
【００１１】
また、請求項２に記載する如く、弁体が内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する場合、前記隙間発生検出手段は、前記内燃機関の振動に基づいて隙間の発生を検出することができる。すなわち、係る隙間が発生すると作動音と共に必ず振動を伴うことに着目し、直接的に隙間の発生を検出することに代えて、内燃機関の振動発生から隙間の発生を予知するようにして電磁弁の構成を簡易化するものである。内燃機関の振動を計測する箇所としては、前記隙間発生による振動検出が容易なシリンダヘッドが好ましい。
【００１２】
この場合、請求項３に記載する如く、ゼロラッシュアジャスタは、油圧供給機構により油圧を受けることにより伸長駆動されるものとして構成すれば、前記隙間検出信号が確認された時に油圧を上昇させるという簡単な構成で発生した隙間を迅速に解消できる。
尚、この場合、請求項４に記載する如く、前記ゼロラッシュアジャスタは、前記弁体が弁座に着座した状態で油圧を受けることにより伸長駆動されることとすれば、ゼロラッシュアジャスタへ伸長駆動時に供給すべき油圧を低圧とすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例である電磁駆動弁１０の構成を示す。図１に示す如く、電磁駆動弁１０は弁体１２を備えている。弁体１２は内燃機関の吸気弁又は排気弁として構成されている。弁体１２は、内燃機関の燃焼室１４内に露出するようにロアヘッド１６に配設されている。ロアヘッド１６にはポート１８が形成されている。ポート１８の燃焼室１４への開口部には、弁体１２に対する弁座２０が形成されている。ポート１８は、弁体１２が弁座２０から離座することにより導通状態となり、また、弁体１２が弁座２０に着座することにより遮断状態となる。
【００１４】
ロアヘッド１６の上部には、断熱プレート２２を介してシリンダヘッドスペーサ２４が配設されている。断熱プレート２２は、例えばベークライト等の断熱材料から構成されたシート状の部材であり、燃焼室１４で発生した高熱がロアヘッド１６からシリンダヘッドスペーサ２４へ伝達されるのを抑制する機能を有している。シリンダヘッドスペーサ２４の更に上部には、アッパヘッド２５が固定されている。
【００１５】
弁体１２は上方に伸びる弁軸２６を備えている。弁軸２６はバルブガイド２８により軸方向に摺動可能に保持されている。バルブガイド２８はロアヘッド１６に保持されている。ロアヘッド１６の弁軸２６の略上半分を囲む部位には、円筒状に形成されたスプリング保持空間３０が設けられている。バルブガイド２８の上端部はスプリング保持空間３０の内部に露出している。スプリング保持空間３０内のバルブガイド２８の上端部近傍の周囲には、バルブステムシール３１が装着されている。
【００１６】
弁軸２６の上端部近傍には、コッタ３２が装着されている。コッタ３２は図１中上方ほど大径となるくさび状の外周面を有し、内周面には内向きの突起が設けられた略円筒状の部材である。コッタ３２内周面の突起は、弁軸２６の外周面に設けられた凹部に嵌合されている。また、コッタ３２の外周にはロアリテーナ３４が嵌着されている。
【００１７】
スプリング保持空間３０の底面にはスプリングシート３６が配設されている。スプリングシート３６とロアリテーナ３４との間には、両者を離間させる向きの付勢力を発生するロアスプリング３８が配設されている。ロアスプリング３８はロアリテーナ３４を介して弁体１２を上向き、即ち、弁座２０に向かう方向に付勢している。以下、弁体１２が弁座２０に向かう方向を閉弁方向と称し、また、弁体１２が弁座２０から離れる方向を開弁方向と称する。
【００１８】
弁軸２６の上方には、ゼロラッシュアジャスタ４０を隔てて、アーマチャシャフト４２が弁軸２６と同軸に配設されている。すなわち、アーマチャシャフト４２と弁軸２６とは所定距離を持って離間され、この離間部分にゼロラッシュアジャスタ４０が同軸的に介装されている。このゼロラッシュアジャスタ４０の構成については後に詳細に説明する。アーマチャシャフト４２の上端部には、前記コッタ３２と上下対称の構成を有するコッタ４４が装着されている。コッタ４４の周囲には、アッパリテーナ４６が嵌着されている。アッパリテーナ４６の上面には、アッパスプリング４８の下端部が当接している。アッパスプリング４８の周囲には、円筒状のアッパケース５０が配設されている。アッパケース５０の上部にはアジャスタボルト５２が螺着されている。アッパスプリング４８の上端部はスプリングガイド５４を介してアジャスタボルト５２に当接している。アッパスプリング４８はアッパリテーナ４６を介してアーマチャシャフト４２を下向きに付勢している。
【００１９】
アーマチャシャフト４２の軸方向中央部の外周にはアーマチャ５６が接合されている。アーマチャ５６は軟磁性材料により構成された円盤状の部材である。アーマチャ５６の上方にはアッパコイル５８及びアッパコア６０が配設されている。また、アーマチャ５６の下方にはロアコイル６２及びロアコア６４が配設されている。アッパコイル５８及びロアコイル６２はそれぞれ、アッパコア６０及びロアコア６４に形成された環状溝６０ａ及び６４ａに収容されている。
【００２０】
アッパコア６０及びロアコア６４はそれぞれ、その中央部を貫通する貫通穴６０ｂ及び６４ｂを備えている。アッパコア６０の貫通穴６０ｂの上端にはアッパブッシュ６６が配設されている。また、ロアコア６４の貫通穴６４ｂの下端にはロアブッシュ６８が配設されている。アーマチャシャフト４２はアッパブッシュ６６及びロアブッシュ６８により軸方向に摺動可能に保持されている。また、アッパコア６０の上端部及びロアコア６４の下端部には、それぞれ、フランジ部６０ｃ及び６４ｃが設けられている。
【００２１】
シリンダヘッドスペーサ２４には、その上下を貫通する円筒状のラッシュアジャスタ保持空間２４ａが、前記スプリング保持空間３０と同軸に形成されている。ラッシュアジャスタ保持空間２４ａの内部には、前記したゼロラッシュアジャスタ４０が保持されている。シリンダヘッドスペーサ２４の上面のラッシュアジャスタ保持空間２４ａの開口部近傍には、上向きに隆起した隆起部２４ｂが設けられており、更に、隆起部２４ｂの頂部には円筒部２４ｃが形成されている。
【００２２】
アッパヘッド２５には、その上下を貫通する円筒状のコア保持空間２５ａが、前記スプリング保持空間３０及びラッシュアジャスタ保持空間２４ａと同軸に形成されている。アッパコア６０はそのフランジ部６０ｃがシム７０を介してアッパヘッド２５に当接し、また、ロアコア６４はそのフランジ部６４ｃがアッパヘッド２５に当接するように、それぞれコア保持空間２５ａに挿入されている。アッパコア６０のフランジ部６０ｃは、アッパヘッド２５と、アッパケース５０の下端部に形成されたフランジ部５０ａとの間に挟持されている。また、ロアコア６４のフランジ部６４ｃは、アッパヘッド２５とロアブラケット７２との間に挟持されている。そして、アッパケース５０及びロアブラケット７２が固定ボルト７４、７６によりアッパヘッド２５に固定されることで、アッパコア６０とロアコア６４とは所定の間隔を隔てて固定されている。なお、アッパコア６０及びロアコア６４が前記の如く固定された状態で、シリンダヘッドスペーサ２４の隆起部２４ｂとロアコア６４の下面との間には所定の隙間が形成されている。また、前記したアジャスタボルト５２は、アーマチャ５６の中立位置がアッパコア６０とロアコア６４との中間点となるように調整されている。
【００２３】
シリンダヘッドスペーサ２４には、互いに連通する油供給路８０及び８２が設けられている。油供給路８０には、調圧弁９３を介して油圧ポンプ９４によりオイルタンク９５からの油圧が供給される。また、油供給路８２はラッシュアジャスタ保持空間２４ａの所定位置に開口している。シリンダヘッドスペーサ２４には、更に、油回収穴８４が設けられている。油回収穴８４は、その上端がシリンダヘッド２４の隆起部２４ｂの周囲近傍に開口し、下端がスプリング保持空間３０内へ開口するように、シリンダヘッドスペーサ２４を上下に貫通している。なお、油回収穴８４の上部は、加工穴８４ａ、８４ｂにより構成されることで、シリンダヘッドスペーサ２４上面への開口面積が大きく確保されている。
【００２４】
さらに、前記アッパヘッド２５にはその振動を検出するための振動センサ９０が固着されている。振動センサ９０はアッパヘッド２５の振動に応じた信号Ｓを電気制御ユニット（ＥＣＵ）９２に送る。なお、振動センサ９０の設置位置はアッパヘッド２５に限られるものではなく、後述する図４の電磁駆動弁１０から発生する振動を検出できる位置であればよい。この振動センサ９０及びＥＣＵ９２については後述する。
【００２５】
なお、内燃機関自体は燃焼室１４内のピストン（図示せず）より本来的に振動するものであるから、本明細書でいう振動とは前記隙間の発生に起因して生じる作動音とこれに伴って発生する所定周波数域の振動を前記振動センサ９０により検出するものである。
次に、電磁駆動弁１０の動作について説明する。アッパコイル５８に励磁電流が供給されると、アッパコイル５８が発生する磁束によってアーマチャ５６にはアッパコア６０に向かう方向の電磁力が作用する。このため、図１に示されている如く、アーマチャ５６はアッパスプリング４８による付勢力に抗してアッパコア６０に当接するまで変位する。アーマチャ５６がアッパコア６０に当接した状態では、以下、アーマチャ５６がアッパコア６０に当接する位置を、アーマチャ５６、アーマチャシャフト４２、又は弁体１２の閉弁側変位端と称する。この状態では、弁体１２が弁座２０に着座することで、弁体１２は閉弁状態となる。
【００２６】
このように弁体１２が閉弁された状態で、アッパコイル５８への励磁電流の供給が停止されると、アーマチャ５６を閉弁側変位端に保持するのに必要な電磁力は消滅する。このため、アッパコイル５８への励磁電流の供給が停止されると、アーマチャシャフト４２は弁体１２と共に、アッパスプリング４８に付勢されることにより下方へ向けて変位を開始する。このため、弁体１２が弁座２０から離座することで弁体１２は開弁される。アーマチャシャフト４２の変位量が所定値に達した時点でロアコイル６２に励磁電流が供給されると、アーマチャ５６をロアコア６４に向けて付勢する電磁力が発生する。
【００２７】
アーマチャ５６に対して前記電磁力が作用すると、アーマチャ５６はロアスプリング３８の発する付勢力に抗してロアコア６４に当接するまで変位し、弁体１２の開弁方向への変位量は最大となる。以下、アーマチャ５６がロアコア６４に当接した位置を、アーマチャ５６、アーマチャシャフト４２、又は弁体１２の開弁側変位端と称す。かかる状態で、ロアコイル６２への励磁電流の供給が停止されると、アーマチャ５６を開弁側変位端に保持するのに必要な電磁力が消滅する。このため、弁体１２及びアーマチャシャフト４２はロアスプリング３８の発する付勢力により上方へ変位を開始する。これらの変位量が所定値に達した時点でアッパコイル５８に励磁電流が供給されると、アッパコイル５８が発する電磁力によりアーマチャ５６はアッパコア６０へ向けて、アッパコア６０に当接するまで変位する。アーマチャ５６がアッパコア６０に当接した状態では、弁体１２が弁座２０に着座することで、弁体１２は再び閉弁状態となる。
【００２８】
このように、本実施例によれば、アッパコイル５８とロアコイル６２とに、交互に適当なタイミングで励磁電流を供給することにより、弁体１２を閉弁側変位端と開弁側変位端との間で繰り返し往復運動させることができる。
ところで、上述の如く、弁体１２は内燃機関の燃焼室１４に露出している。このため、燃焼室１４内の高熱は弁体１２に伝達され、弁体１２は速やかに昇温される。一方、ロアヘッド１６は比較的大きな熱容量を有しているため、その昇温速度は弁体１２と比較して緩やかである。従って、弁体１２はロアヘッド１６に比して高温となり、弁体１２にはロアヘッド１６に比して大きな熱膨張が発生する。この場合、弁軸１２とアーマチャシャフト４２とが剛体的に連結されているものとすると、弁体１２の閉弁方向への変形は、アーマチャ５６がアッパコア６０に当接することにより規制されるため、弁体１２は開弁方向に伸長変形することとなる。すなわち、熱膨張差に起因して、弁体１２が弁座２０に対して相対的に開弁側に変位し、アーマチャ５６がアッパコア６０に当接した状態で、弁体１２が弁座２０との間に隙間が発生する。また、弁体１２が開閉動作に伴って弁体１２及び弁座２０には摩耗が生じた場合にも、同様に、アーマチャ５６がアッパコア６０に当接した状態で弁体１２と弁座２０との間に隙間が発生することになる。このように、弁体１２とアーマチャシャフト４２とを剛体的に連結すると、熱膨張差や摩耗に起因して弁体１２を確実に開閉させることができないという不都合を招くことがある。
【００２９】
かかる不都合を回避する構成として、アーマチャ５６がアッパコア６０に当接し、かつ、弁体１２が弁座２０に着座した状態で、アーマチャシャフト４２と弁軸２６との間に離間部分（いわゆるタペットクリアランス）を設けることが考えられる。しかしながら、タペットクリアランスを設けた場合、以下の理由により電磁駆動弁１０の作動音が大きくなる。
【００３０】
すなわち、弁体１２を全閉位置から開弁させる場合には、先ず、アーマチャシャフト４２が弁軸２６に衝突することにより衝突音が発生し、更に、弁体１２が全開位置に達する際にアーマチャ５６がロアコア６４に衝突することにより衝突音が発生する。また、弁体１２を全開位置から閉弁させる場合には、弁体１２が全閉位置に達する際に弁体１２が弁座２０に衝突することにより衝突音が発生し、更に、アーマチャ５６がアッパコア６０に衝突することにより衝突音が発生する。このように、開弁時及び閉弁時にそれぞれ２回の衝突音が発生することによって作動音が増大するのである。
【００３１】
図２は、タペットクリアランスと電磁駆動弁１０の作動音との関係を示す。図２に示す如く、タペットクリアランスが増加するほど、大きな作動音が発生することがわかる。これは、タペットクリアランスが増加するほど、アーマチャシャフト４２が高い速度で弁軸２６に衝突し、アーマチャシャフト４２と弁軸２６との衝突音が大きくなることによるものである。従って、大きな熱膨張差あるいは摩耗量を見込んで大きなタペットクリアランスを設けると、それだけ大きな作動音が発生することになる。このように、弁体１２とアーマチャシャフト４２との間にタペットクリアランスを設ける構成は、熱の伝導を防止するという観点からは好ましいものであるが、電磁駆動弁１０の静粛性を確保するうえで適切ではない。
【００３２】
本実施例の電磁駆動弁１０は、前記アーマチャシャフト４２と弁軸２６との間に形成した離間部分にゼロラッシュアジャスタ４０を介装し、しかも内燃機関の駆動によってこの隙間部分に発生する隙間を監視し、迅速にこの隙間を解消する機能を備えているものである。すなわち、作動音の増大を招くことなく、前記熱膨張差や摩耗が生じた場合にも、弁体１２を確実に弁座２０に着座させ得る点に特徴を有している。
【００３３】
以下、本実施例の電磁駆動弁１０の特徴部であるゼロラッシュアジャスタ４０及びその周辺の構成及び動作について説明する。
図３は、油供給路８０、８２からの油圧を受けた時に、伸長可能なゼロラッシュアジャスタ４０及びその周辺部分を示す拡大断面図である。なお、図３は、アーマチャ５６がアッパコア６０に当接した（すなわち、弁体１２が閉弁した）状況下で実現される状態を示す。
【００３４】
図３に示す如く、ゼロラッシュアジャスタ４０は、プランジャボディ１００を備えている。プランジャボデイ１００は、ラッシュアジャスタ保持空間２４ａ内に軸方向に摺動可能に配設されている。プランジャボディ１００は一端（図３においては下端）が閉じた略円筒状の部材である。プランジャボディ１００は、その内部に、下端部に設けられたスプリング保持部１００ａと、スプリング保持部１００ａに比して大径に形成されたプランジャ保持部１００ｂとを備えている
プランジャボディ１００のプランジャ保持部１００ｂには、プランジャ１０２が軸方向に摺動可能に配設されている。プランジャ１０２の図３における下底面と、スプリング保持部１００ａの下底面との間には、油圧室１０４が画成されている。
【００３５】
プランジャ１０２は、その外周面に、プランジャ保持部１００ｂの内周面に対して摺動する大径部１０２ａと、図３における上端部に設けられた小径部１０２ｂとを備えている。一方、プランジャ収容部１００ｂの内周面の上端には、ストッパリング１０６が圧入されている。ストッパリング１０６は、プランジャ１０２の大径部１０２ａの外径に比して小さな内径を有している。従って、プランジャ１０２のプランジャ保持部１００ｂ内部における上向きの変位は、大径部１０２ａと小径部１０２ｂとの間の段差と、ストッパリング１０６とが当接することにより規制される。プランジャ１０２は、また、上方に向けて開口するリザーバ室１０８、及び、リザーバ室１０８と油圧室１０４とを連通する連通路１１０を備えている。
【００３６】
油圧室１０４には、リテーナ１１２及びプランジャスプリング１１４が配設されている。プランジャスプリング１１４は、リテーナ１１２を介してプランジャ１０２を上向きに付勢している。リテーナ１１２の内側にはチェックボール１１６及びチェックボールスプリング１１８が配設されている。チェックボールスプリング１１８は、チェックボール１１６を連通路１１０の開口部に向けて付勢している。チェックボール１１６及びチェックボールスプリング１１８は、油圧室１０４側がリザーバ室１０８側に比して低圧になった場合にのみ開弁するチェックバルブとして機能する。
【００３７】
ゼロラッシュアジャスタ４０は、また、リザーバキャップ１２０を備えている。リザーバキャップ１２０は一端（図１における下端）が閉じた円筒状の部材である。リザーバキャップ１２０は、その底面がプランジャ１０２の上端面に当接するように、ラッシュアジャスタ保持空間２４ａ内に摺動可能に配設されている。リザーバキャップ１２０の下底面には、その一部が切り欠かれてなるオーバフローリセス１２２が設けられている。オーバーフローリセス１２２は、リザーバ室１０８と常時連通している。
【００３８】
プランジャシャフト４２の下端面は、リザーバキャップ１２０の内側底面に当接している。一方、弁軸２６の上端面は、プランジャボディ１００の外側底面に当接している。また、油供給路８２は、図３に示す状態（すなわち、アーマチャ５６がアッパコア６０に当接し、弁体１２が閉弁した状態）で、オーバフローリセス１２２と連通するように、ラッシュアジャスタ保持空間２４ａの内周面に開口している。
【００３９】
図３に示す状態から、アッパコイル５８への通電が遮断されると、前記の如く、アーマチャシャフト４２には開弁方向の付勢力が作用する。この開弁方向の力はリザーバキャップ１２０からプランジャ１０２に伝達される。プランジャ１０２に伝達される力がプランジャスプリング１１４の付勢力を越えると、プランジャ１０２が下向きに押圧されることで、油圧室１０４内の油が加圧される。このため、油圧室１０４の油圧がリザーバ室１０８の油圧に比して高圧となり、連通路１１０はチェックボール１１６により閉塞される。連通路１１０が閉塞されると、油圧室１０４とリザーバ室１０８との間の油の授受は禁止される。このため、プランジャ１０２に伝達された駆動力は油圧室１０４を介してプランジャボディ１００に伝達され、ゼロラッシュアジャスタ４０はアーマチャシャフト４２及び弁体１２と共に開弁方向に変位する。ゼロラッシュアジャスタ４０が開弁方向に変位する過程では、油圧室１０４の油が加圧されることで、プランジャ１０２とプランジャボディ１００との摺動面を介して油圧室１０４から油が徐々に漏出し、ゼロラッシュアジャスタ４０は油の漏出分に相当する僅かな量だけ収縮する。
【００４０】
アーマチャ５６がロアコア６４に当接するまで変位し、ロアコイル６２への通電が停止されると、アーマチャ５６は閉弁方向に変位を開始する。そして、弁体１２が弁座２０に着座すると、プランジャボディ１００にロアスプリング３８の付勢力は作用しなくなる。一方、弁体１２が弁座２０に着座した後も、アーマチャ５６は、弁体１２が開弁方向に変位する過程でのゼロラッシュアジャスタ４０の収縮分に相当する微小量だけ更に閉弁方向に変位する。この場合、プランジャ１０２はプランジャスプリング１１４の付勢力によりリザーバキャップ１２０に追従して、プランジャボディ１００に対して上向きに摺動しようとし、油圧室１０４内の油圧は低下する。そして、油圧室１０４がリザーバ室１０８よりも低圧になると、チェックボール１１６が連通路１１０の開口部から離座することで、油圧室１０４とリザーバ室１０８とが連通する。上述の如く、弁体１２が弁座２０に着座した状態では、油供給路８２とオーバーフローリセス１２２とが連通する。このため、油圧室１０４とリザーバ室１０８とが連通すると、油供給路８２からリザーバ室１０８を経て油圧室１０４に油が供給されることで、プランジャ１０２はリザーバキャップ１２０に当接した状態を維持しながら上向きに摺動するためアーマチャシャフト４２とリザーバキャップ１２０との間に隙間が生ずることが防止される。
【００４１】
また、ロアヘッド１６と弁体１２との熱膨張差や弁体１２と弁座２０との着座面の磨耗に起因して、アーマチャ５６がアッパコア６０に当接した閉弁状態で、弁体１２と弁座２０との間に隙間が生じた場合には、ゼロラッシュアジャスタ４０には弁軸２６を介してロアスプリング３８から圧縮力が作用する。かかる圧縮力によりゼロラッシュアジャスタ４０はプランジャボディ１００とプランジャ１０２との摺動面から油を漏出させて収縮する。従って、ゼロラッシュアジャスタ４０によれば上記の熱膨張差や磨耗が生じた場合にも弁体１２と弁座２０との間の隙間を解消することができる。
【００４２】
しかし、内燃機関の燃焼状態は複雑に変動するため弁体１２の動きも複雑となり、前記隙間が予期した以上に大きくなる場合もある。この場合には、前記油供給路８２からの画一的油圧による油供給では油量が不足し、前記の隙間を完全に解消することができずに、次のサイクルに入ってしまうことがある。このような時には上述した問題、すなわち作動音が発生してしまう。
【００４３】
そこで、本発明ではこの作動音に起因する振動から隙間が完全に解消されていないことを間接的に検出し、振動すなわち隙間発生による作動音を低減、解消するものである。上述したようにアッパヘッド２５に固着された振動センサ９０はアッパヘッド２５の振動に応じた信号Ｓを電気制御ユニット（ＥＣＵ）９２に送る。ＥＣＵ９２は信号Ｓから隙間発生により生じた振動に対応する部分を抽出し、これが所定の参照値（閾値）を越えたときに、前記弁体１２の閉弁時に前記調圧弁９３に信号を発し、ポンプ９４からの油圧を上昇させゼロラッシュアジャスタ４０を迅速に伸長させて、振動が低下するように制御するものである。この振動は上述した離間部分に生じる隙間、すなわち、主にゼロラッシュアジャスタ４０とアーマチャシャフト４２との間での間隔増加により発生すると捉えることができる。したがって、前記のように油圧を上昇させることで前記ゼロラッシュアジャスタ４０が隙間を消滅させるように伸長し、係る隙間を原因とした振動が防止される。
【００４４】
図５は上記機能を実現すべきＥＣＵ９２が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンはその実行が終了する毎に繰返し起動される。図５に示すルーチンが起動されると、まずステップ２００の処理が実行される。ステップ２００では振動センサ９０の出力信号Ｓに基づいてシリンダヘッド２５内での上記隙間の発生に起因した振動の成分が抽出される。ステップ２０１では上記振動成分と参照値との比較により、隙間に起因した振動が発生しているか、否かを判断する。その結果、隙間による振動が発生していると判断された場合はステップ２０２において、調圧弁９３により油供給路８０への油圧を上昇させて、上記隙間を消滅させる処理が行なわれた後、今回のルーチンを終了する。一方、上記ステップ２０１の判断で、振動が検出されない場合にはステップ２０３において、油供給路８０への供給を低下させる処理が行なわれた後、今回のルーチンは終了される。ステップ２０３の処理によれば油供給路８０への供給油圧を隙間が発生しない最小限の油圧にすることにより作動音を軽減でき、油圧ポンプ９４の負荷を低減できる点で好ましい。
【００４５】
上述の如く、ゼロラッシュアジャスタ４０は、閉弁時に油圧が供給されることにより伸長し、アーマチャシャフトと弁体との間に隙間が生じるのを防止する機構である。そして、本発明では係る機構により得られる効果を確実なものとするために、隙間発生検出手段と、この検出信号を受けてゼロラッシュアジャスタ４０の伸長駆動力を増大させる駆動力増大手段を付加したものである。これにより、弁体１２とロアヘッド１６との熱膨張差や弁体１２と弁座２０との着座面の摩耗に起因して、リザーバキャップ１２０とプランジャボディ１００との間の距離に変化が生じ隙間が発生した場合にも、プランジャ１０２がプランジャボディ１００に対して摺動することで、プランジャ１４とリザーバキャップ１２０とが当接した状態が維持される。従って、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、アーマチャシャフト４２と弁軸２６との間に隙間を生じさせることなく、弁体１２を全閉位置と全開位置との間で確実に閉弁させることができる。
【００４６】
図４は、弁体１２を開閉駆動する場合に電磁駆動弁１０により発生する振動の波形を、前記従来例の如くタペットクリアランスを設けた場合（すなわち、ラッシュアジャスタ４０を配設しない場合）と比較して示す。図４において、（Ａ）は、弁体１２が全閉位置と全開位置との間を変位する場合のリフトを、（Ｂ）はラッシュアジャスタ４０を設けない場合の弁体１２の開閉移動に伴って生ずる振動の波形を、（Ｃ）は本実施例の電磁駆動弁１０において弁体１２の開閉移動に伴って生ずる振動の波形を、それぞれ示す。
【００４７】
図４（Ｂ）に示すように、ラッシュアジャスタ４０を設けない場合は、前記の如く、弁体１２の開弁時には、アーマチャシャフト４２と弁軸２６との衝突に伴う振動（符号ａで示す）及びアーマチャ５６とロアコア６４との衝突に伴う振動（符号ｂで示す）が発生し、また、弁体１２の閉弁時には、弁体１２と弁座２０との振動に伴う振動（符号ｃで示す）及びアーマチャ５６とアッパコア６０との衝突に伴う振動（符号ｄで示す）が発生する。
【００４８】
これに対して、本発明の電磁駆動弁１０によれば、アーマチャシャフト４２と弁軸２６との間に実質的に隙間が存在しないので、弁体１２の開弁時にアーマチャシャフト４２と弁軸２６との衝突は生じない。また、ラッシュジャスタ４０は、弁体１２が開弁する過程での油の漏出に伴う収縮量が、一般的なタペットクリアランスの値（例えば０．２〜０．３ｍｍ）に対して１０分の１程度の微小量となるように構成されている。このため、弁体１２の閉弁時には、弁体１２と弁座２０との衝突と、アーマチャ５６のアッパコア６０との衝突はほぼ同時に生ずる。従って、図４（Ｃ）に示す如く、弁体１２の開弁時及び閉弁時にそれぞれ１回ずつの衝突音が発生するのみであり、これにより、電磁駆動弁１０の作動音が低減される。このように、本実施例によれば、単にタペットクリアランスを設けた場合に比して、作動音が小さく、静粛性に優れた電磁駆動弁１０を実現することができる。また、アーマチャがアッパコアに当たると同時に弁体が着座するので着座速度が低減され弁座の耐久性が向上する。
【００４９】
また、上述の如く、ゼロラッシュアジャスタ４０は、アーマチャ５６がアッパコア６０に着座した状態、すなわち、弁体１２が閉弁した状態で、油供給路８２からリザーバ室１０８及び油圧室１０４に油を供給する構成である。アーマチャ５６がアッパコア６０に着座した状態では、リザーバキャップ１２０に開弁方向の力が付与されないため、油圧室１０４は低圧となっている。かかる状態で、油供給路８２から油が供給されるため、油供給路８０及び８２へ供給すべき油圧を低圧とすることができるので、上述ＥＵＣ９２からの命令で油圧を一時的に上昇させることを考慮に入れても、油供給路８０へ油圧を供給する油圧ポンプＰの小型化を図ることができる。また、以下に述べるように、ゼロラッシュアジャスタ４０へ供給された油の一部は摺動面を介して漏出するが、ゼロラッシュアジャスタ４０へ供給される油圧が低圧とされていることで、漏出する油の量を低減することも可能となっている。
【００５０】
本実施例の電磁駆動弁１０において、プランジャボディ１００及びリザーバキャップ１２０と、ラッシュアジャスタ保持空間２４ａとの間のクリアランスは、極低温時にゼロとなるように設定されている。このため、常温時には前記クリアランスを介してゼロラッシュアジャスタ４０の上下に油が漏出する。本実施例では、ゼロラッシュアジャスタ４０の上方に漏出した油は、リザーバキャップ１２０に溜まり、アーマチャシャフト４２とロアブッシュ６８との間の潤滑に供せられると共に、シリンダヘッドスペーサ２４の隆起部２４ｂから油回収穴８４を介してスプリング保持空間３０に流入し、弁軸２６とバルブガイド２８との間の潤滑にも供せられる。このように、本実施例では、ゼロラッシュアジャスタ４０から漏出した油をアーマチャシャフト４２及び弁軸２６の潤滑油として有効に使用することができる。
【００５１】
なお、前記実施例においては、アーマチャ５６及びアーマチャシャフト４２が特許請求の範囲に記載したアーマチャに、振動センサ９０及びＥＣＵ９２が特許請求の範囲に記載した隙間発生検出手段に、調圧弁Ｒｅ９３が特許請求の範囲に記載した駆動力調整手段に、それぞれ、相当している。
【００５２】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１及び２に記載の発明によれば、駆動状態によって弁体とアーマチャとの間隔が増大し隙間が発生しても、これを迅速に解消し、実質的に隙間を生じさせることなく弁体を開閉駆動することができる。従って、本発明によれば、電磁駆動弁の作動音を小さく抑制することができる。
【００５３】
また、請求項３記載の発明のように、ゼロラッシュアジャスタとして油圧式ゼロラッシュアジャスタを採用すれば、供給する油圧を振動検出時に上昇させるという簡単な構成で本発明を具現化できる。しかも、請求項４記載の発明のように、閉弁時に係る油供給を行うようにすれば、供給すべき油圧を比較的低圧に抑制することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である電磁駆動弁の軸方向断面図である。
【図２】本実施例の電磁駆動弁が備えるゼロラッシュアジャスタ及びその周辺部分の拡大断面図である。
【図３】弁体とアーマチャシャフトとの間に隙間を設けた場合の、隙間の大きさと電磁駆動弁の作動音との関係を示す図である。
【図４】（Ａ）は、弁体が全閉位置と全開位置との間を変位する際のリフト示す。
（Ｂ）は、ラッシュアジャスタを設けない場合に弁体の開閉に伴って生ずる振動波形を示す。
（Ｃ）は、本実施例において弁体の開閉に伴って生ずる振動波形を示す。
【図５】本実施例の作業音低減のルーチンを説明する図である。
【符号の説明】
１０電磁駆動弁
１２弁体
２６弁軸
４０ゼロラッシュアジャスタ
４２アーマチャシャフト
５６アーマチャ
９０振動センサ
９２ＥＣＵ（電気制御ユニット）
９３調圧弁

Claims

弁体と、
電磁石に吸引されることにより前記弁体を駆動するアーマチャと、
前記弁体と前記アーマチャとの間に介装され、駆動力を付与されることにより弁体とアーマチャとの間隔が増大した時に発生する隙間を解消する方向に伸長可能なゼロラッシュアジャスタと、
前記隙間を検出する隙間発生検出手段と、
前記隙間が検出された場合には前記ゼロラッシュアジャスタの伸長駆動力を増大させ、前記隙間が検出されない場合には前記ゼロラッシュアジャスタの伸長駆動力を減少させる駆動力調整手段とを、備えた電磁駆動弁。
前記弁体は内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能し、前記隙間発生検出手段は、前記内燃機関の振動に基づいて前記隙間を検出することを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動弁。
前記ゼロラッシュアジャスタは油圧を受けることにより伸長駆動されるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁駆動弁。
前記ゼロラッシュアジャスタは、前記弁体が弁座に着座した状態で油圧を受けることにより伸長駆動されることを特徴とする請求項３に記載の電磁駆動弁。