JPH10252426A

JPH10252426A - 内燃機関の電磁駆動弁

Info

Publication number: JPH10252426A
Application number: JP9063171A
Authority: JP
Inventors: Takashi Deo; 隆志出尾; Tatsuo Iida; 達雄飯田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-03-17
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 1998-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は内燃機関の電磁駆動弁に関し、アー
マチャを支持する軸受の耐久性を向上させると共に、電
磁駆動弁が閉弁された状態でガスの吹き抜け現象が生ず
るのを防止することを目的とする。【解決手段】第１電磁コイル４８及び第２電磁コイル
５２は、プランジャ３６に固定されたアーマチャ４６の
両側に対向して設けられる。また、弁体１２及び弁軸２
４はロアスプリング３２により閉弁方向に付勢されてい
る。第１電磁コイル４８が励磁されると、プランジャ３
６は第１コア５０に当接し、弁体１２は弁座２０に着座
する。この状態で、弁軸２４とプランジャ３６との間に
エアギャップＡＧが形成されている。第２電磁コイル５
２が励磁されると、アーマチャ４８は第２コア５４に当
接する。この場合、弁体１２はプランジャ３６により開
弁方向に駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の電磁駆
動弁に係り、特に、熱による耐久性の低下を防止するの
に好適な内燃機関の電磁駆動弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の電磁駆動弁とし
て、例えば特開平７−３０５６１２号に開示される構成
が公知である。上記従来の電磁駆動弁は、往復運動可能
に配設された弁体と、弁体と同軸かつ往復運動可能に配
設されたアーマチャと、弁体をアーマチャに対して閉弁
方向に押圧するスプリングと、アーマチャを開弁方向に
駆動する開弁用電磁石と、アーマチャを閉弁方向に駆動
する閉弁用電磁石とを備えている。開弁用電磁石が励磁
されるとアーマチャが開弁方向に駆動される。このた
め、弁体は、スプリングが発する押圧力に抗して開弁方
向へ変位する。一方、閉弁用電磁石が励磁されると、ア
ーマチャは閉弁方向へ駆動される。このため、弁体は、
スプリングが発する押圧力によりアーマチャに追従して
閉弁方向へ変位する。従って、上記従来の電磁駆動弁に
よれば、開弁用電磁石及び閉弁用電磁石を交互に励磁す
ることにより電磁駆動弁を開閉させることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電磁駆動弁
において弁体はアーマチャに対して押圧されており、弁
体とアーマチャとは常時接触している。弁体には燃焼室
内の高熱が作用する。従って、弁体とアーマチャとが常
時接触していると、弁体に作用する高熱はアーマチャへ
絶えず伝達される。その結果、アーマチャを支持する軸
受が高温となり、この軸受の耐久性が低下してしまう。

【０００４】また、弁体はシリンダブロックと比較して
速やかに昇温される。このため、特に低温始動時におい
ては、弁体はシリンダブロックに比して高温となり、弁
体にはシリンダブロックに比して大きな熱膨張が発生す
る。上記従来の電磁駆動弁において、弁体はアーマチャ
に対して押圧されているため、弁体の閉弁方向への変形
はアーマチャにより規制される。従って、弁体とシリン
ダブロックとの間に上述の如き熱膨張差が生ずると、弁
体はシリンダブロックに対して開弁方向へ相対変位する
ことになる。閉弁時にかかる変位が生ずると、弁体とシ
リンダブロックに設けられた弁座との間に隙間が発生す
る。その結果、燃焼室内の燃焼ガスが排気管側あるいは
吸気管側へ吹き抜けるガス吹き抜け現象が発生してしま
う。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、アーマチャを支持する軸受の耐久性を向上させ得
ると共に、ガス吹き抜け現象の発生を防止し得る内燃機
関の電磁駆動弁を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、往復運動可能に配設された弁体と、前
記弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段と、電磁石により
駆動されることによって前記弁体を開弁方向に駆動する
アーマチャとを備える内燃機関の電磁駆動弁において、
閉弁時に、前記弁体と前記アーマチャとの間に所定の隙
間が形成される内燃機関の電磁駆動弁により達成され
る。

【０００７】本発明において、電磁石が励磁された状態
では、弁体がアーマチャによって開弁方向に駆動され
る。この場合、弁体が弁座から離座することで電磁駆動
弁は開弁される。一方、電磁石が励磁されない状態で
は、弁体は付勢手段により閉弁方向に付勢される。この
場合、弁体が弁座に着座することで電磁駆動弁は閉弁さ
れる。一般に、弁体には燃焼室の高熱が作用する。これ
に対して、本発明によれば、閉弁時には、弁体とアーマ
チャとの間に所定の隙間が形成されることで弁体からア
ーマチャへの熱の伝達が遮断される。このため、燃焼室
からアーマチャへ伝達される熱の量が抑制される。とこ
ろで、閉弁時には、弁体とアーマチャとの間に隙間が形
成されるため、弁体の閉弁方向への変位はアーマチャに
よっては規制されない。また、弁体は付勢手段により閉
弁方向に付勢されている。従って、弁体の温度が上昇し
た場合、弁体が閉弁方向へ熱膨張変形することで、閉弁
時に弁体が弁座に着座することが保証される。

【０００８】

【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において、本実施例の
電磁駆動弁１０は内燃機関の排気弁（図中右側）及び吸
気弁（図中左側）として適用されている。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を構成している。弁体１
２は、内燃機関の燃焼室１３内に露出するようにロアヘ
ッド１４に配設されている。ロアヘッド１４には吸気ポ
ート１６及び排気ポート１８が形成されている。吸気ポ
ート１６及び排気ポート１８には弁体１２に対する弁座
２０が形成されている。吸気ポート１６及び排気ポート
１８はそれぞれ、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。ロアヘッド１４の上
部にはアッパヘッド２２が連結されている。

【０００９】弁体１２には弁軸２４が固定されている。
弁軸２４はバルブガイド２６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２６はロアヘッド１４に
保持されている。ロアヘッド１４の弁軸２４の略上半分
を囲む部位には円筒部２８が形成されている。また、弁
軸２４の上端部にはロアリテーナ３０が固定されてい
る。ロアリテーナ３０と円筒部２４の底面との間には、
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３２が配設されている。ロアスプリング３２はロアリ
テーナ３０を介して弁軸２４及び弁体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に向かう方向を弁体１２又は弁軸２４の
閉弁方向と称し、また、弁体１２が弁座２０から離れる
方向を弁体１２又は弁軸２４の開弁方向と称する。

【００１０】弁軸２４の上方には、プランジャ３６が弁
軸２４と同軸に配設されている。プランジャ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の周囲には、円
筒状のアッパキャップ４２が配設されている。アッパキ
ャップ４２の上部にはアジャスタボルト４４が螺着され
ている。アッパスプリング４０の上端部はアジャスタボ
ルト４４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を介してプランジャ３６を下向きに付勢
している。

【００１１】プランジャ３６の軸方向中央部の外周には
アーマチャ４６が接合されている。アーマチャ４６の表
面には２０〜５０μｍ程度の厚さの無電解Ｎｉ−Ｐメッ
キや硬質クロムメッキ等の硬質メッキ処理、あるいは、
２０〜５０μｍ程度の深さの窒化処理が施されている。
アーマチャ４６の上方には第１電磁コイル４８及び第１
コア５０が配設されている。また、アーマチャ４６の下
方には第２電磁コイル５２及び第２コア５４が配設され
ている。第１コア５０及び第２コア５４はアッパヘッド
２２の内部に保持されている。第１電磁コイル４８及び
第２電磁コイル５２はそれぞれ、第１コア５０及び第２
コア５４に形成された環状溝５０ａ及び５４ａに収容さ
れている。

【００１２】第１コア５０及び第２コア５４はそれぞ
れ、その中央部を貫通する貫通穴５０ｂ及び５４ｂを備
えている。第１コア５０の貫通穴５０ｂの上端には第１
ベアリング５６が配設されている。また、第２コア５４
の貫通穴５４ｂの下端には第２ベアリング５８が配設さ
れている。第１ベアリング５６及び第２ベアリング５８
はそれぞれ円筒状メタル部材あるいは樹脂部材からなる
滑り軸受である。プランジャ３６は第１ベアリング５６
及び第２ベアリング５８によって軸方向に摺動可能に保
持されている。なお、図１には、プランジャ３６が、ア
ーマチャ４６が第１コア５０に当接するまで上方に変位
した状態が示されている。かかる状態において、弁軸２
４の上端面とプランジャ３６の下端面との間に所定のエ
アギャップＡＧが形成されている。

【００１３】アッパヘッド２２にはその上下を貫通する
円筒部２２ａが形成されている。円筒部２２ａの上端部
及び下端部にはそれぞれ、円筒部２２ａに比して大径に
形成された大径部２２ｂ及び２２ｃが形成されている。
また、第１コア５０の上端部及び第２コア５４の下端部
にはそれぞれ、フランジ部５０ｃ及び５４ｃが設けられ
ている。第１コア５０及び第２コア５４は、フランジ部
５０ｃ及び５４ｃがそれぞれスペーサ６０及び６２を介
してアッパヘッド２２の大径部２２ｂ及び２２ｃの底面
に当接するまで、円筒部５０ａに挿入されている。アッ
パヘッド２２の大径部２２ｂには上記したアッパキャッ
プ４２の下端部に形成されたフランジ部４２ａが配置さ
れている。また、大径部２２ｃにはロアキャップ６０が
配設されている。そして、固定ボルト６４が、アッパキ
ャップ４２のフランジ部４２ａ、アッパヘッド２２、及
びロアキャップ６０を貫通して締着されることにより、
アッパキャップ４２がアッパヘッド２２に固定されてい
ると共に、第１コア５０と第２コア５４とが所定の間隔
を隔ててアッパヘッド２２の内部に固定されている。な
お、上記したアジャスタボルト４４は、アーマチャ４６
の中立位置が第１コア５０と第２コア５４との中間点と
なるように調整されている。

【００１４】次に、電磁駆動弁１０の動作について説明
する。第１電磁コイル４８に励磁電流が供給されると、
第１電磁コイル４８が発生する磁束によってアーマチャ
４６には第１コア５０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４
６はアッパスプリング４０による付勢力に抗して第１コ
ア５０に当接するまで変位される。以下、アーマチャ４
６が第１コア５０に当接する位置を、アーマチャ４６又
はプランジャ３６の閉弁側変位端と称する。プランジャ
３６が閉弁側変位端に位置する場合、上述の如く、弁軸
２４の上端面とプランジャ３６の下端面との間にエアギ
ャップＡＧが形成されている。このため、弁体１２はロ
アスプリング３２の発する付勢力により弁座２０に着座
する。このように、第１電流コイル４２に励磁電流が供
給されると、電磁駆動弁１０は閉弁される。なお、弁体
１２が弁座２０に着座した位置を、以下、弁体１２の閉
弁位置と称す。

【００１５】このように電磁駆動弁１０が閉弁された状
態で、第１電磁コイル４２への励磁電流の供給が停止さ
れると、アーマチャ４６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。この場合、上述の如く、アー
マチャ４６の表面に硬質メッキ処理あるいは窒化処理が
施されていることで、アーマチャ４６の内部の残留磁気
によりアーマチャ４６と第１コア５０との間に吸引力が
作用することが防止されている。このため、第１電磁コ
イル４２への励磁電流の供給が停止されると、プランジ
ャ３６はアッパスプリング４０に付勢されることにより
速やかに下方へ向けて変位を開始する。

【００１６】プランジャ３６の変位量がエアギャップＡ
Ｇに相当する値に達すると、プランジャ３６の下端面は
弁体１２の上端面に当接する。従って、これ以後、プラ
ンジャ３６は、弁体１２を開弁方向へ駆動しながら下方
へ変位する。このため、弁体１２が弁座２０から離座す
ることで電磁駆動弁１０は開弁される。プランジャ３６
の変位量が所定値に達した時点で第２電磁コイル５２に
励磁電流が供給されると、アーマチャ４６を第２コア５
４に向けて付勢する電磁力が発生する。

【００１７】アーマチャ４６に対して上記電磁力が作用
すると、アーマチャ４６はロアスプリング３２の発する
付勢力に抗して第２コア５４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４６が第２コア５４に当接した位置を、アーマチ
ャ４６、プランジャ３６、又は弁体１２の開弁側変位端
と称す。かかる状態で、第２電磁コイル５２への励磁電
流の供給が停止されると、アーマチャ４６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。この場合
も、アーマチャ４６の表面に硬質メッキ処理あるいは窒
化処理が施されていることで、弁体１２及びプランジャ
３６はロアスプリング２８の発する付勢力により速やか
に上方へ変位を開始する。これらの変位量が所定値に達
した時点で第１電磁コイル４８に励磁電流が供給される
と、第１電磁コイル４８が発する電磁力によりアーマチ
ャ４６は第１コア５０へ向けて付勢される。この場合、
弁体１２は弁座２０に着座した時点で変位を停止し、プ
ランジャ３６はアーマチャ４６が第１コア５０に当接す
るまで更に変位する。その結果、電磁駆動弁１０は再び
閉弁され、プランジャ３６の下底面と弁軸２４の上底面
との間に上記エアギャップＡＧが形成される。

【００１８】このように、本実施例によれば、第１電磁
コイル４８と第２電磁コイル５２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
閉弁位置と開弁側変位端との間で繰り返し往復運動させ
ることで、電磁駆動弁１０を開閉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１
３に露出している。このため、燃焼室１３内の高熱は弁
体１２から弁軸２４に伝達される。また、第１電磁コイ
ル４８又は第２電磁コイル５２に励磁電流が供給された
際の発熱によって、第１コア５０及び第２コア５４は昇
温される。このため、弁軸２４とプランジャ３６とが常
時接触しているものとすると、弁軸２４からプランジャ
３６へ上記高熱が絶えず伝達されることで、プランジャ
３６は高温となる。従って、プランジャ３６を支持する
第１ベアリング５６及び第２ベアリング５８には、第１
電磁コイル４８及び第２電磁コイル５２からの発熱と、
燃焼室１３から弁軸２４を介して伝達される熱とが重畳
した大きな熱負荷が作用することになる。その結果、第
１ベアリング５６及び第２ベアリング５８の耐久性は低
下してしまう。

【００１９】これに対して、本実施例によれば、電磁駆
動弁１０が閉弁された状態では、弁軸２４の上端面とプ
ランジャ３６の下端面との間にはエアギャップＡＧが形
成されている。このため、開弁時に弁軸２４からプラン
ジャ３６への熱の伝達が遮断されることで、第１ベアリ
ング５６及び第２ベアリング５８に作用する熱負荷が軽
減される。

【００２０】また、一般に、燃焼室１３は内燃機関の爆
発行程において最高温になるめ、弁体１２に作用する熱
も爆発行程において最大となる。また、爆発行程では、
吸気側及び排気側の何れの電磁駆動弁１０も閉弁され
る。従って、本実施例の電磁駆動弁１０によれば、弁体
１２に特に大きな熱が作用する爆発行程において、弁軸
２４からプランジャ３６への熱の伝達が遮断されること
で、第１ベアリング５６及び第２ベアリング５８への熱
負荷の軽減がより効果的に実現されることになる。

【００２１】このように、本施例によれば、電磁駆動弁
１０が閉弁された状態で上記エアギャップＡＧが形成さ
れることによって、弁体１２及び弁軸２４からプランジ
ャ３６への熱の伝達を抑制することができる。これによ
り、第１ベアリング５６及び第２ベアリング５８に作用
する熱負荷を軽減することが可能となり、第１ベアリン
グ５６及び第２ベアリング５８の耐久性を向上させるこ
とができる。

【００２２】ところで、上述の如く、弁体１２には燃焼
室の高熱が直接作用するため、弁体１２及び弁軸２４は
速やかに昇温される。一方、ロアヘッド１４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
及び弁軸２４と比較して緩やかである。従って、弁体１
２及び弁軸２４はロアヘッド１４に比して高温となり、
弁体１２及び弁軸２４にはロアヘッド１４に比して大き
な熱膨張が発生する。かかる温度差及び熱膨張差は、低
温始動時において特に顕著となる。

【００２３】この場合、電磁駆動弁１０が閉弁された状
態においても弁軸２４とプランジャ３６とが接触してい
るものとすると、弁体１２及び弁軸２４の閉弁方向への
変形は、アーマチャ４６が第１コア５０に当接すること
により規制されるため、弁体１２及び弁軸２４は開弁方
向に伸張変形することとなる。このため、低温始動時等
において弁体１２及び弁軸２４とロアヘッド１４との熱
膨張差が大きくなると、弁体１２は弁座２０から離座
し、両者間に隙間が生ずるようになる。かかる隙間が生
ずると、燃焼ガスが燃焼室１３から吸気ポート１４ある
いは排気ポート１６へ吹き抜ける吹き抜け現象が生じ、
内燃機関の性能が低下してしまう。

【００２４】これに対して、本実施例によれば、電磁駆
動弁１０が閉弁された状態において上記エアギャプＡＧ
が形成されることにより、弁軸２４の閉弁方向への変形
が許容されていると共に、弁体１２はロアスプリング２
８により弁座２０に対して押圧されている。このため、
ロアヘッド１４と弁体１２及び弁軸２４との間に大きな
熱膨張差が生じても、弁軸２４が閉弁方向へ伸張変形す
ることで弁体１２が弁座２０に着座した状態が維持さ
れ、これにより、ガス吹き抜け現象の発生が防止され
る。

【００２５】また、閉弁時に上記エアギャップＡＧが形
成されていることで、弁体１２と弁座２０との当接部位
に摩耗が生じた場合にも、摩耗の進行に応じて弁軸２４
が閉弁方向に変位することにより、弁体１２が弁座２０
に着座した状態が維持される。更に、電磁駆動弁１０の
組付誤差に起因して、弁体１２及び弁軸２４の位置が正
規の位置から開弁方向へシフトした場合も、閉弁時に弁
体１２が弁座２０に着座するまで弁軸２４が閉弁方向に
変位することによって、弁体１２が弁座２０に着座する
ことが保証される。このように、本実施例によれば、弁
体１２あるいは弁座２０に摩耗が生じた場合や、電磁駆
動弁１０の組付誤差が生じた場合にも、ガス吹き抜け現
象が生ずるのを防止することができる。

【００２６】なお、弁体１２の閉弁位置と開弁側変位端
との間での変位量は、プランジャ３６の閉弁側変位端と
開弁側変位端との間での変位量に比してエアギャップＡ
Ｇだけ小さくなる。従って、エアギャップＡＧが大き過
ぎると、弁体１２の十分な変位量を得ることができなく
なる。一方、上述の如く、エアギャップＡＧは、弁体１
２及び弁軸２０とロアヘッド１４との間の熱膨張差、弁
体１２及び弁座２０の摩耗、あるいは、電磁駆動弁１０
の組付誤差を吸収する役割を有している。従って、エア
ギャップＡＧの値が小さ過ぎるとこれらの役割が十分に
果たされなくなる。このため、エアギャップＡＧの値
は、その大小によるこれらの得失を勘案して設定される
べきであり、本実施例においてはエアギャップＡＧは例
えば０．１〜０．３ｍｍ程度に設定されている。

【００２７】上述の如く、本実施例の電磁駆動弁１０に
よれば、閉弁時に弁軸２４とプランジャ３６との間にエ
アギャップＡＧが形成されることで、プランジャ３６を
支持する第１ベアリング５６及び第２ベアリング５８の
耐久性を向上させることが可能とされている。また、電
磁駆動弁１０の閉弁時に弁体１０が弁座２０に確実に着
座することが保証されることで、ガス吹き抜け現象が生
ずるのを効果的に防止することが可能とされている。

【００２８】なお、上記実施例においては、プランジャ
３６及びアーマチャ４８が請求項１に記載したアーマチ
ャに、弁体１２及び弁軸２４が請求項１に記載した弁体
に、ロアスプリング３２が請求項１に記載した付勢手段
に、第２電磁コイル５２及び第２コア５４が請求項１に
記載した電磁石に、第１ベアリング５６及び第２ベアリ
ング５８が請求項１に記載した軸受に、それぞれ相当し
ている。

【００２９】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、アーマチ
ャを支持する軸受の耐久性を向上させることができると
共に、電磁駆動弁が閉弁された状態でガスの吹き抜け現
象が生ずるのを防止することができる。

【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が内燃機関
の吸気弁及び排気弁として適用された際の構成図であ
る。

【符号の説明】

１０電磁駆動弁１２弁体３２ロアスプリング３６プランジャ４８アーマチャ４８第１電磁コイル５０第１コア５６第１ベアリング５８第２ベアリングＡＧエアギャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】往復運動可能に配設された弁体と、前記
弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段と、電磁石により駆
動されることによって前記弁体を開弁方向に駆動するア
ーマチャとを備える内燃機関の電磁駆動弁において、閉弁時に、前記弁体と前記アーマチャとの間に所定の隙
間が形成されることを特徴とする内燃機関の電磁駆動
弁。