JP4147685B2 - Solenoid valve - Google Patents
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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、閉弁動作時の弁体のはね返りを防止する弾性体を弁体とアーマチャ軸との間に備え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11−13435号に開示される如く、電磁駆動弁が知られている。上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、弁体と同軸に配設されたアーマチャ軸と、アーマチャ軸に固定されたアーマチャとを備えている。弁体とアーマチャ軸は、軸方向に離間して設けられ、その離間部にはコイルスプリングからなる弾性体が介装されている。
【0003】
アーマチャの上方には、アッパコイル及びアッパコアが配設されている。また、アーマチャの下方には、ロアコイル及びロアコアが配設されている。アッパコイル、及び、ロアコイルは、それぞれ励磁電流が供給されることによりアーマチャを吸引する電磁力を発生する。
上記従来例の電磁駆動弁によれば、アッパコイルに励磁電流を供給することで、アッパコイルにアーマチャを吸引させて弁体を閉弁方向に変位させることができる。この場合、アーマチャがアッパコアに当接することで、弁体は全閉状態とされる。また、ロアコイルに励磁電流を供給することで、ロアコイルにアーマチャを吸引させて弁体を開弁方向に変位させることができる。この場合、アーマチャがロアコアに当接することで、弁体は全開状態とされる。従って、アッパコイル、及び、ロアコイルに適当なタイミングで励磁電流を供給することで、排気弁、又は、吸気弁を全開状態と全閉状態との間で繰り返し開閉させることができる。
【0004】
ところで、閉弁駆動時にアッパコイルに吸引されて上方に変位したアーマチャは、アッパコアの下面に当接した際に跳ね返ることがある。アーマチャの跳ね返りが弁軸に伝達されると、弁体が不要な開弁動作をしてしまう。これに対し、上記従来例では、弁体とアーマチャ軸との間に設けられたコイルスプリングによってアーマチャの跳ね返りが緩衝される。このため、上記従来例の電磁駆動弁によれば、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りに起因する弁体の不要な開弁動作が防止される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、弁体は燃焼室に露出しているため、熱間時において混合気の燃焼に伴って発生する高熱に晒されて高温となり、冷間時よりも熱膨張した状態になる。上記従来例の電磁駆動弁において、弁体が熱膨張すると、弁体とアーマチャ軸との間のクリアランスが小さくなるため、弁体とアーマチャ軸との間に設けられたコイルスプリングはクリアランスの減少分だけ更に圧縮される。そして、コイルスプリングの圧縮に伴い、弁体に対してコイルスプリングが開弁方向に付与する付勢力が増加する。このため、上記従来例の電磁駆動弁では、熱間時に弁体を全閉位置に保持する力(以下、閉弁力と称す)が冷間時よりも低下して、不十分となる可能性がある。弁体に対する閉弁力が不十分となると、燃焼ガスが不必要に燃焼室から弁体と弁座の隙間を介して排気ポート又は吸気ポートへ吹き抜ける、いわゆるガス吹き抜け現象が発生して内燃機関の燃焼効率が低下してしまう。
【0006】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りによる弁体の開弁動作を防止すると共に、温度上昇に伴う閉弁力の低下を抑制することができる電磁駆動弁を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項1に記載される如く、
電磁コイルによる電磁力と付勢部材による付勢力との協働によって駆動されるアーマチャと、該アーマチャの軸方向に延在するアーマチャシャフトと、該アーマチャシャフトと同軸に離間して配設された弁体と、前記離間部に介装された弾性体とを備える電磁駆動弁であって、
前記弾性体は、形状記憶合金で形成されたコイルスプリングである電磁駆動弁により達成される。
【0008】
このような電磁駆動弁では、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りによる弁体の開弁動作が弾性体により防止される。また、温度上昇に伴って弁体が熱膨張してアーマチャシャフトと弁体との離間距離が短くなっても、それに応じて弾性体の自然長が減少する。このため、全閉状態の弁体に対して弾性体から付与される開弁方向の付勢力の増加が抑制される。従って、本発明によれば、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りを防止しつつ、温度上昇に伴って弁体を全閉位置に維持する力の減少を抑制することができる。
【0010】
【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の全体構成図である。電磁駆動弁10は、内燃機関12の排気弁を構成している。
図1に示すように、内燃機関12は、ロアヘッド14と、ロアヘッド14の上部に固定されたアッパヘッド16を備えている。ロアヘッド14内には、排気ポート18が形成されている。また、ロアヘッド14の下部には、燃焼室20が形成されている。排気ポート18の燃焼室20側の開口端部には、バルブシート22が形成されている。
【0011】
電磁駆動弁10は、弁体24を備えている。弁体24は、バルブシート22に着座することにより排気ポート18と燃焼室20との間を遮断し、バルブシート22から離座することにより排気ポート18と燃焼室20との間を導通させる。
弁体24は、弁軸26を備えている。弁軸26は、内燃機関12が備えるロアヘッド14の内部に固定されたバルブガイド28により軸方向に摺動可能に保持されている。弁軸26の上部には、ロアリテーナ30が固定されている。ロアヘッド14内において、弁軸26の周囲には円筒部32が形成されている。ロアリテーナ30の下面と円筒部32の底面との間には、ロアスプリング34が配設されている。ロアスプリング34は、ロアリテーナ30を介して弁体24を、図1における上方へ向けて付勢している。
【0012】
電磁駆動弁10は、また、アーマチャシャフト36を備えている。アーマチャシャフト36は、弁軸26と同時に、かつ、上方に離間するように配設されている。また、弁軸26とアーマチャシャフト36との間の離間部には、形状記憶合金で形成された緩衝スプリング66が介装されている。この緩衝スプリング66については、後に詳細に説明する。
【0013】
アーマチャシャフト36は、非磁性材料で構成されたロッド状の部材である。アーマチャシャフト36の上端部には、アッパリテーナ38が固定されている。アッパリテーナ38の上部には、アッパスプリング40の下端部が当接している。アッパスプリング40の上端部は、アジャストボルト42に当接している。アッパスプリング40は、アッパリテーナ38を介してアーマチャシャフト36を、図1における下方へ向けて付勢している。
【0014】
アーマチャシャフト36の外周には、円盤状のアーマチャ44が接合されている。アーマチャ44は、軟磁性材料で構成された部材である。アッパヘッド16内において、アーマチャシャフト36の周囲には円筒部46が形成されている。円筒部46内において、アーマチャ44の上方には、アッパコイル48及びアッパコア50が配設されている。また、円筒部46内において、アーマチャ44の下方には、ロアコイル52及びロアコア54が配設されている。なお、アッパコイル48、及び、ロアコイル52への通電は、電子制御ユニット(以下、ECUと称す)56により制御される。
【0015】
アッパコア50、及び、ロアコア54は、共に磁性材料で構成された部材である。アッパコア50、及び、ロアコア54は、それぞれ中央部を貫通する貫通穴58、60を備えている。アッパコア50が備える貫通穴58の上端には、アッパベアリング62が配設されている。また、ロアコア54が備える貫通穴60の下端には、ロアベアリング64が配設されている。アッパベアリング62、及び、ロアベアリング64は、それぞれ円筒状メタル部材、或いは、樹脂部材からなる滑り軸受である。上記したアーマチャシャフト36は、アッパベアリング62、及び、ロアベアリング64により軸方向に摺動可能に保持されている。
【0016】
アッパコア50、及び、ロアコア54は、両者間に所定の間隔が確保されるように、アッパヘッド16の円筒部46内に嵌合されている。上述したアジャストボルト42は、アッパコイル48、及び、ロアコイル52の何れにも励磁電流が供給されていない状態で、アーマチャー44がアッパスプリング40とロアスプリング34等によりアッパコア50とロアコア54の中央の中立位置に保持されるように調整されている。
【0017】
続いて、図1を参照して、電磁駆動弁10の動作説明を行う。
電磁駆動弁10において、アーマチャ44がアッパコア50に当接した状態では、弁体24はバルブシート22に着座する。この状態は、アッパコイル48に所定の電流が供給されることにより維持される。以下、弁体24がバルブシート22に着座した状態を全閉(閉弁)状態とし、その際の弁体24の位置を全閉位置と称す。なお、図1は、弁体24が全閉状態とされた時の電磁駆動弁10の様子を示す。
【0018】
弁体24が全閉位置に維持されている状態で、アッパコイル48に供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ44に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ44に作用していた電磁力が消滅すると、アッパスプリング40に付勢されることにより、アーマチャシャフト36及びアーマチャ44が図1における下方へ向けて変位する。そして、アーマチャ44の変位量が所定値に達した時点で、ロアコイル52に適当な励磁電流が供給されると、今度はアーマチャ44をロアコア54側へ吸引する吸引力が発生する。この吸引力によってアーマチャ44及びアーマチャシャフト36は、更に、下方に変位する。
【0019】
アーマチャシャフト36が下方へ変位すると、それに伴って、緩衝スプリング6は巻線が密着状態となるまで圧縮されていく。緩衝スプリング66が密着状態となると、それ以上収縮することができない。このため、以後、アーマチャシャフト36の下方への変位は、密着状態の緩衝スプリング66を介して直接弁軸26に伝達される。この結果、弁体24は、アーマチャ44及びアーマチャシャフト36の変位に伴って、ロアスプリング34の付勢力に抗して図1における下方へ変位していく。
【0020】
このように、弁体24の開弁駆動時において、アーマチャシャフト36の下端と弁軸26の上端は直接接触せず、弁軸26は、緩衝スプリング66を介してアーマチャシャフト36に押圧されることにより開弁方向に変位する。このため、電磁駆動弁10では、アーマチャシャフト36と弁軸26との直接接触による衝突音が発生しない。従って、本実施例によれば、電磁駆動弁10の動作音が低減される。
【0021】
弁体24の下方への変位は、アーマチャ44がロアコア54と当接するまで継続する。アーマチャ44がロアコア54に当接した状態にある時は、弁体24は、バルブシート22から最も離れた位置にある。以下、アーマチャ44がロアコア54に当接して、弁体24がバルブシート22から最も離れた位置にある状態を全開状態とし、その際の弁体24の位置を全開位置と称す。この全開状態は、ロアコイル52に所定の励磁電流が供給されることにより維持される。
【0022】
弁体24が全開位置に維持されている状態で、ロアコイル52に供給されていた励磁電流が遮断されると、アーマチャ44に作用していた電磁力が消滅する。アーマチャ44に作用していた電磁力が消滅すると、ロアスプリング34の付勢力により、弁体24が図1における上方へ向けて変位する。この時、アーマチャシャフト36及びアーマチャ44も、緩衝スプリング68を介して弁軸26によって押圧されることにより上方へ変位する。そして、アーマチャ44の変位量が所定値に達した時点で、アッパコイル48に適当な励磁電流が供給されると、今度はアーマチャ44をアッパコイル48側へ吸引する吸引力が発生する。
【0023】
アーマチャ44に対して上記の吸引力が作用すると、アーマチャシャフト36及びアーマチャ44は、アッパスプリング40の付勢力に抗して図1における上方へ向けて更に変位する。この時、弁体24の上方への変位は、弁体24がバルブシート22に着座して全閉状態となるまで継続される。弁体24が全閉状態とされた後は、密着状態とされていた緩衝スプリング66は、アーマチャシャフト36と弁軸26の間のクリアランスの拡大に応じて徐々に伸びていく。アーマチャシャフト36及びアーマチャ44の上方への変位は、アーマチャ44がアッパコア50と当接するまで継続する。
【0024】
以上のように、電磁駆動弁10によれば、アッパコイル48に所定の励磁電流を供給することにより弁体24を全閉位置に向けて変位させることができると共に、ロアコイル52に所定の励磁電流を供給することにより、弁体24を全開状態に向けて変位させることができる。従って、電磁駆動弁10によれば、アッパコイル48とロアコイル52に対して交互に励磁電流を供給することにより、弁体24を、全開位置と全閉位置との間で繰り返し往復運動させることができる。
【0025】
続いて、本実施例の要部である緩衝スプリング66について詳細に説明する。
図2(A)は、内燃機関12の冷間時の緩衝スプリング66及びその周辺の拡大図であり、図2(B)は、内燃機関12の熱間時の緩衝スプリング66及びその周辺の拡大図である。なお、図2(A)、(B)は、共に図1に示す弁体24が全閉状態である時の緩衝スプリング66の様子を示す。
【0026】
図2(A)、(B)に示すように、弁軸26の上端、及び、アーマチャシャフト36の下端には、それぞれ突起部68、69が形成されている。突起部68、69は、緩衝スプリング66の位置ずれを防止する役割を有している。弁軸26の上端面、及び、アーマチャシャフト36の下端面の突起部68、69の周囲の部分は、それぞれ外縁部70、71を構成している。
【0027】
図2(A)に示すように、内燃機関12の冷間時には、弁軸26上端の外縁部70とアーマチャシャフト36下端の外縁部71との間には、クリアランスC1が形成される。本実施例では、緩衝スプリング66を、その自然長が、クリアランスC1よりわずかに小さくなるように構成している。
一方、内燃機関12の熱間時には、燃焼室20内の混合気の燃焼に伴って発生する高熱によって弁軸26が熱膨張する。このため、図2(B)に示すように、内燃機関12の熱間時には、弁軸26上端の外縁部70とアーマチャシャフト36下端の外縁部71との間には、クリアランスC1に比して弁軸26の熱膨張分だけ狭いクリアランスC2が形成される。本実施例では、緩衝スプリング66を形状記憶合金で形成することにより、冷間時から熱間時への温度上昇に伴う上記クリアランスの減少に応じて、その自然長が小さくなるように構成している。かかる構成によれば、緩衝スプリング66の圧縮量は、温度に係わらず、ほぼ一定となる。このため、緩衝スプリング66によって全閉状態の弁体24に対して付与される開弁方向の付勢力は温度が上昇してもほとんど増加しない。従って、本実施例によれば、温度上昇に伴う閉弁力の低下が抑制され、弁体24が確実に全閉状態に維持される。
【0028】
また、本実施例では、弁軸26の熱膨張はアーマチャシャフト36下端の突起部69と弁軸26上端の突起部68との間のクリアランスにより吸収される。また、バルブシート22が磨耗した場合、ロアスプリング34は磨耗量に応じて弁軸26を上向き、すなわち、クリアランスが縮小する方向に変位させて、バルブシート22に密着させる。従って、本実施例によれば、弁軸26の熱膨張やバルブシート22の磨耗が発生しても弁体24が確実に全閉状態とされる。
【0029】
また、本実施例では、閉弁駆動時にアッパコア50に当接したアーマチャ44が跳ね返っても、アーマチャシャフト36の下方向への変位が緩衝スプリング66によって緩衝されるので、閉弁駆動時の弁体24の不要な開弁動作が防止される。
以上のように、本実施例によれば、閉弁駆動時に弁体24が確実に全閉状態とされ、弁体24の不要な開弁動作が防止されるので、温度に関わらず、燃焼ガスが不必要に燃焼室20から弁体24とバルブシート22との隙間を介して排気ポートへ吹き抜ける、いわゆるガス吹き抜け現象の発生が確実に防止される。
【0030】
更に、本実施例では、アーマチャシャフト36と弁軸26は、緩衝スプリング66を介して間接的に接触する構成である。このため、燃焼室20内の混合気の燃焼に伴って発生する高熱が、弁体24側からアーマチャシャフト36側へ伝達されることが抑制される。従って、本実施例によれば、アーマチャシャフト36を摺動可能に保持するアッパベアリング58及びロアベアリング64の高熱による損傷が防止される。
【0031】
なお、緩衝スプリング66は、形状記憶合金に限らず、自然長が温度上昇に応じて減少するものであれば他の素材で構成してもよい。
上記実施例において、アッパコイル48及びロアコイル52が特許請求の範囲に記載の「電磁コイル」に相当し、ロアスプリング34及びアッパスプリング40が特許請求の範囲に記載の「付勢部材」に相当し、緩衝スプリング66が特許請求の範囲に記載の「弾性体」に相当する。
【0032】
【発明の効果】
上述の如く、請求項1記載の発明では、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りによる弁体の開弁動作が弾性体により防止される。また、本発明では、温度が上昇しても、閉弁時に弾性体から弁体に付与される開弁方向の付勢力の増加が抑制される。従って、本発明によれば、閉弁駆動の際のアーマチャの跳ね返りを防止しつつ、温度上昇に伴って弁体を全閉位置に維持する力の減少を抑制することができる。
【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全体構成図である。
【図2】内燃機関12の緩衝スプリング66及びその周辺の拡大図である。
【符号の説明】
10 電磁駆動弁
12 内燃機関
24 弁体
26 弁軸
34 ロアスプリング
40 アッパスプリング
36 アーマチャシャフト
44 アーマチャ
48 アッパコイル
50 アッパコア
52 ロアコイル
54 ロアコア
56 ECU
66 緩衝スプリング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetically driven valve, and more particularly to an electromagnetically driven valve provided with an elastic body between a valve body and an armature shaft that prevents the valve body from rebounding during a valve closing operation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an electromagnetically driven valve has been known as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-13435. The conventional electromagnetically driven valve includes a valve body that functions as an intake valve or an exhaust valve of an internal combustion engine, an armature shaft that is arranged coaxially with the valve body, and an armature that is fixed to the armature shaft. . The valve body and the armature shaft are provided apart from each other in the axial direction, and an elastic body made of a coil spring is interposed in the separated portion.
[0003]
An upper coil and an upper core are disposed above the armature. A lower coil and a lower core are disposed below the armature. Each of the upper coil and the lower coil generates an electromagnetic force that attracts the armature by being supplied with an exciting current.
According to the electromagnetically driven valve of the conventional example, by supplying an exciting current to the upper coil, the valve body can be displaced in the valve closing direction by attracting the armature to the upper coil. In this case, the valve body is fully closed by the armature contacting the upper core. Also, by supplying an exciting current to the lower coil, the valve element can be displaced in the valve opening direction by attracting the armature to the lower coil. In this case, the valve element is fully opened when the armature contacts the lower core. Therefore, the exhaust valve or the intake valve can be repeatedly opened and closed between the fully open state and the fully closed state by supplying an excitation current to the upper coil and the lower coil at an appropriate timing.
[0004]
By the way, the armature that is attracted to the upper coil and displaced upward during the valve closing drive may rebound when it comes into contact with the lower surface of the upper core. When the rebound of the armature is transmitted to the valve shaft, the valve element performs an unnecessary valve opening operation. On the other hand, in the above conventional example, the rebound of the armature is buffered by the coil spring provided between the valve body and the armature shaft. For this reason, according to the electromagnetically driven valve of the conventional example, an unnecessary valve opening operation of the valve body due to the rebound of the armature during the valve closing drive is prevented.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In general, since the valve body is exposed to the combustion chamber, it is exposed to high heat generated during combustion of the air-fuel mixture during the hot state and becomes a high temperature and is in a state of thermal expansion as compared with the cold state. In the electromagnetically driven valve of the above conventional example, when the valve body is thermally expanded, the clearance between the valve body and the armature shaft becomes small. Therefore, the coil spring provided between the valve body and the armature shaft reduces the clearance. Only further compression. And with compression of a coil spring, the urging | biasing force which a coil spring provides with respect to a valve body in the valve opening direction increases. For this reason, in the electromagnetically driven valve of the above-described conventional example, the force for holding the valve body in the fully closed position during the hot state (hereinafter referred to as the valve closing force) may be lower than that during the cold state and may become insufficient. There is. If the valve closing force on the valve body becomes insufficient, a so-called gas blow-off phenomenon occurs in which the combustion gas unnecessarily blows from the combustion chamber through the gap between the valve body and the valve seat to the exhaust port or intake port. Combustion efficiency will decrease.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described points, and prevents the valve opening operation of the valve body due to the rebound of the armature during the valve closing drive, and suppresses the decrease in the valve closing force accompanying the temperature rise. An object of the present invention is to provide an electromagnetically driven valve capable of
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The object is as described in claim 1
An armature driven by cooperation of electromagnetic force by an electromagnetic coil and urging force by an urging member, an armature shaft extending in the axial direction of the armature, and a valve disposed coaxially with the armature shaft An electromagnetically driven valve comprising a body and an elastic body interposed in the spacing portion,
The elastic body is achieved by an electromagnetically driven valve that is a coil spring formed of a shape memory alloy .
[0008]
In such an electromagnetically driven valve, the opening operation of the valve body due to the rebound of the armature during the valve closing drive is prevented by the elastic body. Further, even if the valve body is thermally expanded as the temperature rises and the distance between the armature shaft and the valve body is shortened, the natural length of the elastic body is reduced accordingly. For this reason, an increase in the urging force in the valve opening direction applied from the elastic body to the fully closed valve body is suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in the force for maintaining the valve body in the fully closed position as the temperature rises while preventing the armature from bouncing off during the valve closing drive.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electromagnetically driven
As shown in FIG. 1, the
[0011]
The electromagnetically driven
The
[0012]
The electromagnetically driven
[0013]
The
[0014]
A disk-shaped armature 44 is joined to the outer periphery of the
[0015]
Both the
[0016]
The
[0017]
Next, the operation of the electromagnetically driven
In the electromagnetically driven
[0018]
When the excitation current supplied to the upper coil 48 is interrupted while the
[0019]
When the
[0020]
Thus, when the
[0021]
The downward displacement of the
[0022]
When the exciting current supplied to the
[0023]
When the above suction force acts on the armature 44, the
[0024]
As described above, according to the electromagnetically driven
[0025]
Next, the
2A is an enlarged view of the
[0026]
As shown in FIGS. 2A and 2B,
[0027]
As shown in FIG. 2A, when the
On the other hand, when the
[0028]
In the present embodiment, the thermal expansion of the
[0029]
Further, in this embodiment, even if the armature 44 abutting against the
As described above, according to the present embodiment, the
[0030]
Furthermore, in the present embodiment, the
[0031]
The
In the above embodiment, the upper coil 48 and the
[0032]
【The invention's effect】
As described above, in the first aspect of the present invention, the opening operation of the valve body due to the rebound of the armature during the valve closing drive is prevented by the elastic body. Moreover, in this invention, even if temperature rises, the increase in the urging | biasing force of the valve opening direction provided to a valve body from an elastic body at the time of valve closing is suppressed. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in the force for maintaining the valve body in the fully closed position as the temperature rises while preventing the armature from bouncing off during the valve closing drive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electromagnetically driven valve according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
66 Buffer spring
Claims (1)
前記弾性体は、形状記憶合金で形成されたコイルスプリングである
ことを特徴とする電磁駆動弁。An armature driven by cooperation of electromagnetic force by an electromagnetic coil and biasing force by a biasing member, an armature shaft extending in an axial direction of the armature, and a valve disposed coaxially with the armature shaft An electromagnetically driven valve comprising a body and an elastic body interposed in the spacing portion,
The electromagnetically driven valve is characterized in that the elastic body is a coil spring formed of a shape memory alloy .
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