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JP2007154793A - Solenoid valve - Google Patents

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JP2007154793A
JP2007154793A JP2005352129A JP2005352129A JP2007154793A JP 2007154793 A JP2007154793 A JP 2007154793A JP 2005352129 A JP2005352129 A JP 2005352129A JP 2005352129 A JP2005352129 A JP 2005352129A JP 2007154793 A JP2007154793 A JP 2007154793A
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JP
Japan
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valve
electromagnet
spring
magnetic member
force
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2005352129A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Sugie
豊 杉江
Masahiko Asano
昌彦 浅野
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F01L9/21Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
    • F01L2009/2105Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids comprising two or more coils
    • F01L2009/2109The armature being articulated perpendicularly to the coils axes

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  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)
  • Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solenoid valve which enables easy control and reduction in size. <P>SOLUTION: A solenoid valve contains a valve 87 having a valve stem 88 and reciprocating along a direction in which the valve stem 88 extends, a disk 74 which is a magnetic member moving in conjunction with the valve 87, a first electromagnet for attracting the disk 74 to hold the disk in a valve closing position and a lower spring which is a first elastic member for adding to a magnetic member a force separating the disk 74 from the first electromagnet directed toward a neutral position from the valve closing position. The first electromagnet includes an electromagnet coil 82 and a magnetic core 78. An elastic constant of the lower spring 86 is lower when the disk 74 is in a second position where the magnetic member is closer to the neutral position than a first position as compared with the case in a first position. A coil spring with unequal pitches and a multiple spring formed by combining a plurality of coil springs can be utilized as the lower spring 86, for instance. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、電磁駆動弁に関し、特に内燃機関の吸気弁または排気弁として用いられる電磁駆動弁に関する。   The present invention relates to an electromagnetically driven valve, and particularly to an electromagnetically driven valve used as an intake valve or an exhaust valve of an internal combustion engine.

従来の内燃機関の電磁駆動弁に関して、たとえば、特開2003−314232号公報(特許文献1)は、初期駆動時に励磁電流を上下の電磁コイルへ交互に流し、中立位置から弁の変位の振動振幅を徐々に増加させてアーマチュアを電磁石に吸着させる技術について開示している。   With respect to a conventional electromagnetically driven valve of an internal combustion engine, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-314232 (Patent Document 1) discloses that an excitation current is alternately supplied to upper and lower electromagnetic coils during initial driving, and a vibration amplitude of valve displacement from a neutral position. Is disclosed in which the armature is attracted to the electromagnet by gradually increasing.

この例では、コイルに電流が流れていない初期状態では、弁は中立位置にあり、電流が流れると電磁石と可動板の隙間が狭い方の可動板が電磁石に少し吸引される。そして電流が一旦遮断されると、バルブは反対側(たとえば全閉状態から全開状態に向かう)方向へバルブスプリングにより押され、慣性力により中立位置を通り過ぎて動く。このとき再び電流が流されると、電磁力により可動板の振幅が増加しこの動作を数回繰返すことにより、ついには可動板が電磁石に吸着され開弁または閉弁状態が保持される。
特開2003−314232号公報
In this example, in the initial state where no current flows through the coil, the valve is in a neutral position, and when the current flows, the movable plate having the narrower gap between the electromagnet and the movable plate is slightly attracted by the electromagnet. Once the current is interrupted, the valve is pushed by the valve spring in the opposite direction (for example, from the fully closed state toward the fully open state) and moves past the neutral position by inertial force. When the current is supplied again at this time, the amplitude of the movable plate is increased by the electromagnetic force, and this operation is repeated several times, so that the movable plate is finally attracted to the electromagnet and the valve open or closed state is maintained.
JP 2003-314232 A

このような構成の電磁駆動弁は、スプリングの弾性力と電磁石の電磁力を組合せて用いることにより、電磁石だけで制御するよりもエネルギ効率良くかつ装置の体格を小さくすることができている。   The electromagnetically driven valve having such a configuration can be used in combination with the elastic force of the spring and the electromagnetic force of the electromagnet to make the device more energy efficient and smaller in size than the control using only the electromagnet.

一方、近年電源系の簡素化のため、電磁駆動弁の電磁石の駆動電圧を、42Vから12Vに下げることが検討されている。電磁石の駆動電圧を低電圧化すると、電磁石の電流の制御応答性が悪くなることが知られている。   On the other hand, in recent years, in order to simplify the power supply system, it has been studied to lower the drive voltage of the electromagnet of the electromagnetically driven valve from 42V to 12V. It is known that when the driving voltage of the electromagnet is lowered, the control response of the electromagnet current is deteriorated.

通常、スプリングの弾性力は、中立位置からの可動板の変位に対して比例するのに対し、電磁石の電磁力は可動板と電磁石の距離の二乗に反比例する。したがって、すべての変位において電磁石をスプリング弾性力に打ち勝つように設計すると電磁石の体格が大きくなったり、電磁石の巻線ターン数が多くなることにより電磁石に流す電流の制御応答性が悪くなったり、電流増加によりエネルギ効率が悪化したりするという問題点があった。   Usually, the elastic force of the spring is proportional to the displacement of the movable plate from the neutral position, while the electromagnetic force of the electromagnet is inversely proportional to the square of the distance between the movable plate and the electromagnet. Therefore, if the electromagnet is designed to overcome the spring elastic force at all displacements, the physique of the electromagnet increases, the control responsiveness of the current flowing through the electromagnet decreases due to the increase in the number of turns of the electromagnet, There is a problem that energy efficiency deteriorates due to the increase.

この発明の目的は、制御が容易で体格の小さい電磁駆動弁を提供することである。   An object of the present invention is to provide an electromagnetically driven valve that is easy to control and small in size.

この発明は,要約すると、電磁駆動弁であって、弁軸を有し、弁軸が延びる方向に沿って往復運動する弁と、弁と連動して動く磁性部材と、磁性部材を吸引して開弁および閉弁のいずれか一方の所定位置に保持する第1の電磁石と、所定位置から中立位置に向けて磁性部材を第1の電磁石から離す力を磁性部材に加える第1の弾性部材とを備える。第1の弾性部材の弾性定数は、磁性部材が第1の位置にあるときよりも、磁性部材が第1の位置より中立位置に近い第2の位置にあるときのほうが小さい。   In summary, the present invention is an electromagnetically driven valve that has a valve shaft and reciprocates along the direction in which the valve shaft extends, a magnetic member that moves in conjunction with the valve, and a suction member that attracts the magnetic member. A first electromagnet that is held in a predetermined position of either one of the valve opening and the valve closing; a first elastic member that applies a force to the magnetic member to move the magnetic member away from the first electromagnet from the predetermined position toward the neutral position; Is provided. The elastic constant of the first elastic member is smaller when the magnetic member is in the second position closer to the neutral position than the first position than when the magnetic member is in the first position.

好ましくは、第1の弾性部材は、不等ピッチのコイルバネである。
好ましくは、第1の弾性部材は、第1のコイルバネと第2のコイルバネを組合せた多重バネである。
Preferably, the first elastic member is an unequal pitch coil spring.
Preferably, the first elastic member is a multiple spring in which the first coil spring and the second coil spring are combined.

好ましくは、電磁駆動弁は、中立位置から所定位置に向かう向きに磁性部材を動かすために、第1の電磁石の吸引力が弾性部材の弾性力よりも大きくなるように、第1の電磁石に流す吸引電流を制御する制御装置をさらに備える。   Preferably, the electromagnetically driven valve causes the first electromagnet to flow to the first electromagnet so that the attraction force of the first electromagnet is larger than the elastic force of the elastic member in order to move the magnetic member from the neutral position toward the predetermined position. A control device for controlling the suction current is further provided.

好ましくは、所定位置は、開弁位置であり、電磁駆動弁は、磁性部材を吸引して閉弁位置に保持する第2の電磁石と、弁軸に対して弾性力を加えることにより、磁性部材を第2の電磁石から中立位置に向けて離す力を磁性部材に加える第2の弾性部材とをさらに備える。   Preferably, the predetermined position is a valve opening position, and the electromagnetically driven valve applies a resilient force to the valve shaft and a second electromagnet that attracts the magnetic member and holds it in the valve closing position. And a second elastic member for applying a force to the magnetic member to separate the second electromagnet from the second electromagnet toward the neutral position.

より好ましくは、第1の電磁石は、第1のコイルを含む。第2の電磁石は、第1のコイルと結線された第2のコイルを含む。第1、第2のコイルには、等しい電流が流れる。   More preferably, the first electromagnet includes a first coil. The second electromagnet includes a second coil connected to the first coil. An equal current flows through the first and second coils.

さらに好ましくは、電磁駆動弁は、第1および第2のコイルに流す電流を、所定位置への吸引に必要な所定の電流値の吸引電流としてから、所定位置に保持するために必要な保持電流に減じる制御を行なう制御装置をさらに備える。   More preferably, the electromagnetically driven valve has a holding current required for holding the current flowing in the first and second coils as a suction current having a predetermined current value required for suction to the predetermined position and then holding the current at the predetermined position. And a control device that performs control to reduce the above.

本発明によれば、消費電力が低減された電磁駆動弁を実現することができる。   According to the present invention, an electromagnetically driven valve with reduced power consumption can be realized.

以下、本発明について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図1は、本発明の実施の形態に係る電磁駆動弁の概略構成を示す図である。
内燃機関であるエンジンは、シリンダブロックとシリンダヘッドとシリンダ中を上下するピストンと各気筒の吸気ポートに設けられる電磁駆動式の吸気弁と各気筒の排気ポートに設けられる電磁駆動式の排気弁とを含む。吸気弁および排気弁は、気筒毎にたとえば2個ずつ設けられる。図1においては、代表的に1つの電磁駆動弁が示されている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electromagnetically driven valve according to an embodiment of the present invention.
An engine that is an internal combustion engine includes a cylinder block, a cylinder head, a piston that moves up and down in the cylinder, an electromagnetically driven intake valve that is provided at an intake port of each cylinder, and an electromagnetically driven exhaust valve that is provided at an exhaust port of each cylinder. including. For example, two intake valves and two exhaust valves are provided for each cylinder. In FIG. 1, one electromagnetically driven valve is typically shown.

図2は、電磁駆動弁の駆動および制御に関する構成を示したブロック図である。
図1、図2を参照して、エンジンのシリンダブロックにはエンジン回転数を検出するクランク角センサ6が取付けられている。クランク角センサ6等の各種センサ出力は、電子制御ユニット(ECU)30に入力され、このECU30は、燃料噴射弁の噴射時期や噴射量、点火プラグの点火時期を制御するとともに、電磁駆動ユニット(EDU)32に対して吸気弁または排気弁の開弁時期を指示する。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration related to driving and control of the electromagnetically driven valve.
Referring to FIGS. 1 and 2, a crank angle sensor 6 for detecting the engine speed is attached to a cylinder block of the engine. Various sensor outputs such as the crank angle sensor 6 are input to an electronic control unit (ECU) 30. The ECU 30 controls the injection timing and injection amount of the fuel injection valve, the ignition timing of the spark plug, and an electromagnetic drive unit ( EDU) 32 is instructed to open the intake valve or the exhaust valve.

EDU32には、直流電源11から電源電圧が供給される。直流電源11の一例として、14Vの電源電圧を出力するオルタネータや、12Vのバッテリ等が挙げられる。   A power supply voltage is supplied from the DC power supply 11 to the EDU 32. Examples of the DC power supply 11 include an alternator that outputs a power supply voltage of 14 V, a 12 V battery, and the like.

本実施の形態の電磁駆動弁は、弁軸88を有し、弁軸88が延びる方向に沿って往復運動する弁87と、弁87と連動して動く磁性部材であるディスク74と、ディスク74を吸引して開弁位置に保持する第1の電磁石と、開弁位置から中立位置に向けてディスク74を第1の電磁石から離す力を磁性部材に加える第1の弾性部材であるロアスプリング86とを含む。第1の電磁石は、電磁コイル82と電磁コア78とを含む。   The electromagnetically driven valve of the present embodiment has a valve shaft 88, a valve 87 that reciprocates along the direction in which the valve shaft 88 extends, a disk 74 that is a magnetic member that moves in conjunction with the valve 87, and a disk 74. A first electromagnet that attracts and holds the disc 74 at the valve open position, and a lower spring 86 that is a first elastic member that applies a force to the magnetic member to move the disc 74 away from the first electromagnet from the valve open position toward the neutral position. Including. The first electromagnet includes an electromagnetic coil 82 and an electromagnetic core 78.

後に詳しく説明するようにロアスプリング86の弾性定数は、ディスク74が第1の位置にあるときよりも磁性部材が第1の位置よりも中立位置に近い第2の位置にあるときのほうが小さい。   As will be described in detail later, the elastic constant of the lower spring 86 is smaller when the magnetic member is in the second position closer to the neutral position than in the first position than when the disk 74 is in the first position.

ロアスプリング86として、たとえば、後に説明する不等ピッチのコイルバネや、複数のコイルバネを組合せた多重バネを用いることができる。   As the lower spring 86, for example, a coil spring having an unequal pitch, which will be described later, or a multiple spring in which a plurality of coil springs are combined can be used.

電磁駆動弁は、さらに、ディスク74を吸引して閉弁位置に保持する第2の電磁石と、弁軸88に対して弾性力を加えることにより、ディスク74を第2の電磁石から中立位置に向けて離す力をディスク74に加える第2の弾性部材であるトーションバー68とを含む。第2の電磁石は、電磁コイル80と電磁コア72とを含む。コイル80とコイル82は結線されており、コイル80とコイル82には等しい電流が流れる。   The electromagnetically driven valve further directs the disk 74 from the second electromagnet to the neutral position by applying an elastic force to the valve shaft 88 and a second electromagnet that attracts the disk 74 and holds it in the closed position. And a torsion bar 68 as a second elastic member for applying a separating force to the disk 74. The second electromagnet includes an electromagnetic coil 80 and an electromagnetic core 72. The coil 80 and the coil 82 are connected, and an equal current flows through the coil 80 and the coil 82.

ディスク74は、一方端がハウジング62に揺動自在に支持され、他方端に弁軸を弁軸が延びる方向に沿って往復運動させる作用部が設けられた揺動部材である。   The disc 74 is a swinging member that is supported at one end by the housing 62 so as to be swingable, and at the other end is provided with an action part for reciprocating the valve shaft along the direction in which the valve shaft extends.

電子制御ユニット(ECU)30は、メモリ31を含む。メモリ31にはクランク角センサ6の出力に対応する通電パターンがマップとして記憶されている。   The electronic control unit (ECU) 30 includes a memory 31. The memory 31 stores an energization pattern corresponding to the output of the crank angle sensor 6 as a map.

ECU30は、中立位置から開弁位置に向かう向きにディスク74を動かすために、開弁用電磁石の吸引力がロアスプリング86の弾性力よりも大きくなるように、開弁用電磁石に流す吸引電流を制御する。すなわち、メモリ31に記憶されているマップには、ロアスプリング86の非線形な弾性定数が反映されている。   In order to move the disk 74 in the direction from the neutral position toward the valve opening position, the ECU 30 generates an attraction current flowing through the valve opening electromagnet so that the attraction force of the valve opening electromagnet is larger than the elastic force of the lower spring 86. Control. That is, the map stored in the memory 31 reflects the nonlinear elastic constant of the lower spring 86.

ECU30は、初期駆動時には、コイル80,82に流す電流を開弁位置への吸引に必要な所定の電流値の吸引電流としてから、開弁位置に保持するために必要な保持電流に減じる制御を行なう。   The ECU 30 performs control to reduce the current flowing through the coils 80 and 82 to a holding current necessary for holding the valve at the valve opening position after the current flowing through the coils 80 and 82 is set to a predetermined current value necessary for the valve opening position during the initial driving. Do.

弁87は、上下に昇降することにより、シリンダヘッド10に設けられた吸気口または排気口を開閉する。弁87から上方に延びる弁軸88の上部には中間ステム76が設けられる。中間ステム76の上端にはカムフォロアピンが取付けられている。カムフォロアピンは、ディスク74のハウジング62に揺動自在に支持された一方端と反対側の他方端の作用部に当接する。ディスク74が揺動することに応じて、弁87は、弁軸88が延びる方向に沿って往復運動する。   The valve 87 moves up and down to open and close an intake port or an exhaust port provided in the cylinder head 10. An intermediate stem 76 is provided on the upper portion of the valve shaft 88 extending upward from the valve 87. A cam follower pin is attached to the upper end of the intermediate stem 76. The cam follower pin abuts against the acting portion at the other end opposite to the one end that is swingably supported by the housing 62 of the disk 74. As the disk 74 swings, the valve 87 reciprocates along the direction in which the valve shaft 88 extends.

弁軸88とシリンダヘッド10との間にはストロークボールベアリング89が設けられており、弁軸88が上下方向に可動に支持されている。中間ステム76の下方にはリテーナ84が設けられている。弁軸88の周囲においてリテーナ84とシリンダヘッド10との間にはロアスプリング86が配置されている。   A stroke ball bearing 89 is provided between the valve shaft 88 and the cylinder head 10, and the valve shaft 88 is supported movably in the vertical direction. A retainer 84 is provided below the intermediate stem 76. A lower spring 86 is disposed between the retainer 84 and the cylinder head 10 around the valve shaft 88.

中間ステム76を往復運動させる電磁アクチュエータは、ハウジング62に固定された開弁用の電磁石と閉弁用の電磁石とを含む。開弁用電磁石は開弁用の電磁コア78と、コイル82とを含む。閉弁用電磁石は閉弁用の電磁コア72とコイル80とを含む。コイル80とコイル82とは結線されて共用化されているモノコイル構造である。なお、モノコイル構造とせずコイル80とコイル82の電流を個別にEDU32で制御しても良い。ディスク74は、これらの開弁用および閉弁用電磁石によって交互に吸着される。   The electromagnetic actuator for reciprocating the intermediate stem 76 includes a valve opening electromagnet and a valve closing electromagnet fixed to the housing 62. The valve opening electromagnet includes a valve opening electromagnetic core 78 and a coil 82. The valve closing electromagnet includes a valve closing electromagnetic core 72 and a coil 80. The coil 80 and the coil 82 have a monocoil structure that is connected and shared. In addition, you may control the electric current of the coil 80 and the coil 82 by EDU32 separately without using a monocoil structure. The disk 74 is alternately adsorbed by these opening and closing electromagnets.

そしてロアスプリング86と対を成すアッパスプリングであるトーションバー68の弾性力によって、ディスク74は下向きすなわち開弁方向の力を中間ステム76に与える。ディスク74の他方端は中間ステム76の上端に固着されているカムフォロアピンと当接し、中間ステム76に対して下向きすなわち開弁方向の力を与える。   The disk 74 applies a downward force, that is, a valve opening direction force to the intermediate stem 76 by the elastic force of the torsion bar 68 that is an upper spring that forms a pair with the lower spring 86. The other end of the disk 74 abuts on a cam follower pin fixed to the upper end of the intermediate stem 76, and applies a downward force, that is, a valve opening direction force to the intermediate stem 76.

逆に、ロアスプリング86は、リテーナ84を押上げることにより、中間ステム76に対して上向きすなわち閉弁方向の力を与える。   On the contrary, the lower spring 86 pushes up the retainer 84 to apply an upward force, that is, a valve closing direction force to the intermediate stem 76.

トーションバー68およびロアスプリング86の合力として、弁87が全閉となったときには開く方向に力が発生し、逆に弁87が全開となったときには閉じる方向に力が発生する。ディスク74と吸着する電磁石のコイルとの距離が大きくディスク74を吸着する電磁力が弱いときにこのスプリングによる弾性力を利用することにより、電磁石のサイズを小さくすることができる。   As a resultant force of the torsion bar 68 and the lower spring 86, a force is generated in the opening direction when the valve 87 is fully closed, and conversely, a force is generated in the closing direction when the valve 87 is fully opened. When the distance between the disk 74 and the coil of the electromagnet to be attracted is large and the electromagnetic force to attract the disk 74 is weak, the size of the electromagnet can be reduced by using the elastic force of this spring.

図3は、図1のロアスプリング86の一例を示した図である。
図3を参照して、ロアスプリング86は、弁軸88が中心を貫通しているコイルスプリングであり、一方端がリテーナ84と当接し、他方端がシリンダヘッド10と当接している。
FIG. 3 is a view showing an example of the lower spring 86 of FIG.
Referring to FIG. 3, the lower spring 86 is a coil spring through which the valve shaft 88 passes through the center, and has one end in contact with the retainer 84 and the other end in contact with the cylinder head 10.

リテーナ84は弁軸88にバルブコッターで固定されている。開弁用電磁石によってディスク74が吸引され弁軸88が中立位置から開弁位置に向かって変位すると、ロアスプリング86は圧縮され弁軸を押し上げる弾性力を発生させる。   The retainer 84 is fixed to the valve shaft 88 with a valve cotter. When the disc 74 is attracted by the valve opening electromagnet and the valve shaft 88 is displaced from the neutral position toward the valve opening position, the lower spring 86 is compressed and generates an elastic force that pushes up the valve shaft.

ここで、ロアスプリング86は不等ピッチバネであり、ピッチがP1である部分とピッチがP1より小さいP2である部分とを有する。   Here, the lower spring 86 is an unequal pitch spring, and has a portion where the pitch is P1 and a portion where the pitch is P2 smaller than P1.

図4は、ロアスプリング86の弾性力と開弁用電磁石の電磁力の関係を示した図である。   FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the elastic force of the lower spring 86 and the electromagnetic force of the valve opening electromagnet.

図4を参照して、横軸にリフト量D(mm)が、縦軸に作用する力F(N)が示されている。また、通常のスプリングを使用したときのスプリング力Fs0が破線で示され、図3で示したような不等ピッチのスプリングのスプリング力Fs1が実線で示されている。また、開弁用電磁石による電磁力Fmが太線で示されている。   Referring to FIG. 4, the horizontal axis indicates the lift amount D (mm), and the vertical axis indicates the force F (N). Further, the spring force Fs0 when a normal spring is used is indicated by a broken line, and the spring force Fs1 of an unequal pitch spring as shown in FIG. 3 is indicated by a solid line. Moreover, the electromagnetic force Fm by the electromagnet for valve opening is shown by the thick line.

リフト量が中立位置では、スプリング力Fs0およびFs1は共にゼロである。
まず、通常のスプリングでは弾性定数が一様であり、スプリング力Fs0はリフト量Dすなわち中立位置からの変位に比例する。
When the lift amount is in the neutral position, the spring forces Fs0 and Fs1 are both zero.
First, the elastic constant of a normal spring is uniform, and the spring force Fs0 is proportional to the lift amount D, that is, the displacement from the neutral position.

これに対して、電磁力Fmは、中立位置ではゼロではない。そして、電磁力は電磁石からのディスクの距離の2乗に反比例する。リフト量Dが増大するにつれて電磁石からのディスクの距離は小さくなるので、中立点付近では電磁力Fmの増加の傾きはスプリング力Fs0の傾きよりも小さいが、リフト量Dが増加すると電磁力Fmの傾きのほうが電磁力Fs0の傾きよりも大きくなる。   On the other hand, the electromagnetic force Fm is not zero at the neutral position. The electromagnetic force is inversely proportional to the square of the distance of the disk from the electromagnet. Since the distance of the disk from the electromagnet decreases as the lift amount D increases, the gradient of increase of the electromagnetic force Fm is smaller than the gradient of the spring force Fs0 near the neutral point, but when the lift amount D increases, the electromagnetic force Fm increases. The inclination is larger than the inclination of the electromagnetic force Fs0.

電磁力Fmとスプリング力Fs0が図4に示した関係にある場合には、リフト量D1〜D3の範囲ではスプリング力Fs0が電磁力Fmより大きくなっているので、弁が中立位置で静止している状態から一気に弁を開弁状態に移動させるのは難しい。このため弁を振動させて慣性力によってリフト量D1〜D3の範囲を通過させる必要があり、初期駆動動作の制御が複雑となる。   When the electromagnetic force Fm and the spring force Fs0 are in the relationship shown in FIG. 4, the spring force Fs0 is larger than the electromagnetic force Fm in the range of lift amounts D1 to D3, so that the valve is stationary at the neutral position. It is difficult to move the valve from the present state to the open state at once. For this reason, it is necessary to vibrate the valve to pass the range of the lift amounts D1 to D3 by the inertial force, and the control of the initial driving operation becomes complicated.

また、リフト量D1〜D3の範囲でも電磁力Fmをスプリング力Fs0より大きくしようと思うと、電磁石の性能を上げる必要がある。すべてのリフト量DにおいてFm>Fs0となるように電磁石の設計をした場合、電磁石の体格が大きくなったり、電磁石の巻線ターン数が多くなることにより電磁石に流す電流の制御応答性が悪くなったりするという問題が生じる。   Further, if the electromagnetic force Fm is to be made larger than the spring force Fs0 even in the range of the lift amounts D1 to D3, it is necessary to improve the performance of the electromagnet. When the electromagnet is designed so that Fm> Fs0 at all lift amounts D, the control response of the current flowing through the electromagnet becomes worse due to the increase in the size of the electromagnet or the increase in the number of turns of the electromagnet. Problem arises.

これに対し、本実施の形態で用いるロアスプリング86は、スプリング力Fs1で示すような特性を有している。ロアスプリング86は、コイルスプリングであり、コイルスプリングは圧縮力を受けると各部分で線材がねじれて全体としてみれば縮む。不等ピッチのロアスプリング86は、中立位置からリフト量D2までは線材が一様であれば全体に線材のねじれを生じて縮む。しかし、狭いピッチP2の部分はある程度縮むと先にピッチがゼロとなりこれ以上縮むことができなくなる。すると作用する力に応じて縮むことができる部分は広いピッチP1の部分だけとなる。したがって、ロアスプリング86全体としてみるとき、リフト量がD2より大きくなると作用する力を増加させても変位の変化は小さくなり、スプリングの弾性定数が大きくなる。   On the other hand, the lower spring 86 used in the present embodiment has characteristics as indicated by the spring force Fs1. The lower spring 86 is a coil spring. When the coil spring receives a compressive force, the wire rod is twisted at each portion and contracts as a whole. If the wire rod is uniform from the neutral position to the lift amount D2, the lower-pitch spring 86 having an unequal pitch causes the wire rod to be twisted as a whole and contracts. However, if the portion of the narrow pitch P2 is contracted to some extent, the pitch becomes zero first and cannot be further contracted. Then, the part which can be shrunk | reduced according to the force which acts is only a part of wide pitch P1. Accordingly, when the lower spring 86 is viewed as a whole, if the applied force is increased when the lift amount is greater than D2, the change in displacement is reduced, and the elastic constant of the spring is increased.

すなわち、ロアスプリング86の弾性定数は、ディスク74が第1の位置(リフト量D3)にあるときよりも磁性部材が第1の位置よりも中立位置に近い第2の位置(リフト量D1)にあるときのほうが小さい。言い換えると、ロアスプリング86は、中立位置〜リフト量D2までの弾性定数の方が、リフト量D2以上の領域の弾性定数よりも小さい。   That is, the elastic constant of the lower spring 86 is such that the magnetic member is closer to the neutral position than the first position (lift amount D1) than when the disk 74 is in the first position (lift amount D3). It is smaller when there is. In other words, in the lower spring 86, the elastic constant from the neutral position to the lift amount D2 is smaller than the elastic constant in the region of the lift amount D2 or more.

したがって、特別に電磁石の性能を上げなくても、中立位置から開弁位置に至るまで、開弁用電磁石の吸引力をロアスプリング86の弾性力よりも大きくすることができる。このように、矢印A1で示す付近の電磁力が小さいリフト量の領域でスプリング力を低減させているので、本実施の形態の電磁駆動弁では、弁に慣性力を持たせるために振動させるような複雑な制御を要することなく、初期駆動をすることが可能となる。   Therefore, the attractive force of the valve opening electromagnet can be made larger than the elastic force of the lower spring 86 from the neutral position to the valve opening position without specially increasing the performance of the electromagnet. Thus, since the spring force is reduced in the region of the lift amount where the electromagnetic force in the vicinity indicated by the arrow A1 is small, the electromagnetically driven valve of the present embodiment is caused to vibrate in order to give the valve an inertial force. It is possible to perform initial driving without requiring complicated control.

なお、不等ピッチのスプリングの例として図3ではピッチがP1,P2の2段階に変化しているスプリングを例としてあげたが、ピッチの変化を3段階、4段階やさらには連続的に変化させるようにして、距離の2乗に反比例する電磁石の吸引特性にさらに沿うような不等ピッチスプリングを用いても良い。   As an example of an unequal pitch spring, FIG. 3 shows an example of a spring whose pitch is changed in two stages of P1 and P2, but the change in pitch is changed in three stages, four stages or even continuously. In this way, an unequal pitch spring that further conforms to the attraction characteristics of the electromagnet that is inversely proportional to the square of the distance may be used.

図5は、本実施の形態の電磁駆動弁の初期駆動制御電流を説明するための図である。
図5を参照して、時刻t0〜t1において、コイル電流Icは許容電流を超えない初期駆動電流まで増加される。時刻t1〜t2の間は、リフト量Dは中立位置から開弁位置に次第に近づく。そして時刻t2からt3において、開弁位置で激しく弁が着座しないようにコイル電流Icは、初期駆動電流から保持電流までその値が減じられる。
FIG. 5 is a diagram for explaining the initial drive control current of the electromagnetically driven valve according to the present embodiment.
Referring to FIG. 5, at time t0 to t1, coil current Ic is increased to an initial drive current that does not exceed the allowable current. Between times t1 and t2, the lift amount D gradually approaches the valve opening position from the neutral position. From time t2 to t3, the value of the coil current Ic is reduced from the initial drive current to the holding current so that the valve does not sit violently at the valve opening position.

時刻t3以降は、開弁位置で弁が静止した開弁状態を保持するための保持電流がコイル電流Icとして開弁用電磁石に与えられる。   After time t3, a holding current for holding the valve open state where the valve is stationary at the valve opening position is applied to the valve opening electromagnet as the coil current Ic.

図6は、ロアスプリング86の他の例を説明するための図である。
図6を参照して、ロアスプリング86bは、弁軸88が中心を貫通しているコイルスプリングであり、一方端がリテーナ84と当接し、他方端がシリンダヘッド10と当接している。ロアスプリング86bは、図4の場合とは異なり等ピッチのスプリングである。
FIG. 6 is a view for explaining another example of the lower spring 86.
Referring to FIG. 6, the lower spring 86 b is a coil spring through which the valve shaft 88 passes through the center, and has one end in contact with the retainer 84 and the other end in contact with the cylinder head 10. Unlike the case of FIG. 4, the lower spring 86 b is a spring having an equal pitch.

リテーナ84は弁軸88にバルブコッターで固定されている。開弁用電磁石によってディスク74が吸引され弁軸88が中立位置から開弁位置に向かって変位すると、ロアスプリング86は圧縮され弁軸を押し上げる弾性力を発生させる。   The retainer 84 is fixed to the valve shaft 88 with a valve cotter. When the disc 74 is attracted by the valve opening electromagnet and the valve shaft 88 is displaced from the neutral position toward the valve opening position, the lower spring 86 is compressed and generates an elastic force that pushes up the valve shaft.

ここで、ロアスプリング86cがロアスプリング86bの内部に配置されている。ロアスプリング86cの長さは、ロアスプリング86bの長さよりも短い。ロアスプリング86cがロアスプリング86bは多重バネを構成している。このようなバネを二重バネとか複列バネとも呼ぶ。   Here, the lower spring 86c is disposed inside the lower spring 86b. The length of the lower spring 86c is shorter than the length of the lower spring 86b. The lower spring 86c and the lower spring 86b constitute a multiple spring. Such a spring is also called a double spring or a double row spring.

このような多重バネは、リテーナ84がロアスプリング86cに当接しない間は弾性定数が小さく、リテーナ84がロアスプリング86cに当接するほどロアスプリング86bが圧縮された場合には弾性定数がそれより大きくなる。   Such a multiple spring has a small elastic constant while the retainer 84 is not in contact with the lower spring 86c, and has a larger elastic constant when the lower spring 86b is compressed so that the retainer 84 is in contact with the lower spring 86c. Become.

このような多重バネであっても、図4に示すスプリング力Fs1の特性を実現することができるので、図3に示した不等ピッチのバネ同様に制御が容易で体格の小さい電磁駆動弁を実現することができる。   Even with such a multiple spring, the characteristics of the spring force Fs1 shown in FIG. 4 can be realized, so that an electromagnetically driven valve having a small physique can be controlled as easily as the unequal pitch spring shown in FIG. Can be realized.

図7は、本願発明が適用可能な他の電磁駆動弁について説明するための図である。
図7に示した電磁駆動弁は、揺動可能な磁性部材であるディスク174と、コイル180および電磁コア172を含む閉弁用電磁石と、コイル182および電磁コア178を含む開弁用電磁石とを含む。
FIG. 7 is a view for explaining another electromagnetically driven valve to which the present invention can be applied.
The electromagnetically driven valve shown in FIG. 7 includes a disk 174 that is a swingable magnetic member, a valve closing electromagnet including a coil 180 and an electromagnetic core 172, and a valve opening electromagnet including a coil 182 and an electromagnetic core 178. Including.

ディスク174の揺動中心側と反対側の作用端には弁軸が取り付けられている。この取り付け部の上下にリテーナ185,184が設けられている。リテーナ185とシリンダヘッドとの間にはアッパースプリング189が設けられ、リテーナ184とシリンダヘッドとの間にはロアスプリング188が設けられている。   A valve shaft is attached to the working end of the disk 174 opposite to the swing center side. Retainers 185 and 184 are provided above and below the attachment portion. An upper spring 189 is provided between the retainer 185 and the cylinder head, and a lower spring 188 is provided between the retainer 184 and the cylinder head.

このような構成の電磁駆動弁において、ロアスプリング188にもアッパースプリング189にも、不等ピッチのスプリングや多重のスプリングを適用する。そのようにすることで、開弁側だけでなく閉弁側においても電磁石の吸引特性にスプリングの特性を合わせることができる。   In the electromagnetically driven valve having such a configuration, an unequal pitch spring or multiple springs are applied to the lower spring 188 and the upper spring 189. By doing so, the characteristics of the spring can be matched with the attraction characteristics of the electromagnet not only on the valve opening side but also on the valve closing side.

図8は、本願発明が適用可能なさらに他の電磁駆動弁について説明するための図である。   FIG. 8 is a view for explaining still another electromagnetically driven valve to which the present invention can be applied.

図8に示した電磁駆動弁は、揺動可能な磁性部材であるディスク274と、コイル280および電磁コア272を含む閉弁用電磁石と、コイル282および電磁コア278を含む開弁用電磁石とを含む。   The electromagnetically driven valve shown in FIG. 8 includes a disk 274 that is a swingable magnetic member, a valve closing electromagnet including a coil 280 and an electromagnetic core 272, and a valve opening electromagnet including a coil 282 and an electromagnetic core 278. Including.

ディスク174の中心には弁軸が取り付けられている。弁軸は、電磁コア272および278の中心部に設けられた孔を貫通している。そして弁軸の電磁コア272から突出している部分にリテーナ285が取り付けられ、弁軸の電磁コア278から突出している部分にリテーナ284が取り付けられている。   A valve shaft is attached to the center of the disk 174. The valve shaft passes through holes provided in the central portions of the electromagnetic cores 272 and 278. A retainer 285 is attached to a portion of the valve shaft that protrudes from the electromagnetic core 272, and a retainer 284 is attached to a portion of the valve shaft that protrudes from the electromagnetic core 278.

リテーナ285とシリンダヘッドとの間にはアッパースプリング289が設けられ、リテーナ284とシリンダヘッドとの間にはロアスプリング288が設けられている。   An upper spring 289 is provided between the retainer 285 and the cylinder head, and a lower spring 288 is provided between the retainer 284 and the cylinder head.

このような構成の電磁駆動弁において、ロアスプリング288にもアッパースプリング289にも、不等ピッチのスプリングや多重のスプリングを適用する。そのようにすることで、開弁側だけでなく閉弁側においても電磁石の吸引特性にスプリングの特性を合わせることができる。   In the electromagnetically driven valve having such a configuration, an unequal pitch spring or multiple springs are applied to the lower spring 288 and the upper spring 289. By doing so, the characteristics of the spring can be matched with the attraction characteristics of the electromagnet not only on the valve opening side but also on the valve closing side.

以上説明したように、本実施の形態によれた、ディスク74の変位に対する電磁石の電磁力の特性に沿わせるように、スプリングの弾性定数を変化させているので、初期駆動時に制御が簡単ですみ、かつ通常動作時においても電磁石の体格が小さくてすむ。また、消費電力も低減させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the elastic constant of the spring is changed so as to conform to the characteristics of the electromagnetic force of the electromagnet with respect to the displacement of the disk 74. In addition, the size of the electromagnet can be small even during normal operation. In addition, power consumption can be reduced.

また、本発明は、モノコイル式や揺動式の電磁駆動弁に限らず他の方式の電磁駆動弁にも適用することが可能である。ただし、モノコイル式の電磁駆動弁の場合には、開弁用電磁石と閉弁用電磁石を独立して制御することができない点、コイルのL成分を決めるターン数が開弁用電磁石と閉弁用電磁石のコイルの和となる点、開弁用電磁石によってディスクが吸引されるときにも閉弁用電磁石側の吸引力の影響も受ける点などから、モノコイル式電磁駆動弁の場合に特に効果が期待できる。   Further, the present invention is not limited to the monocoil type or swing type electromagnetically driven valve, but can be applied to other types of electromagnetically driven valves. However, in the case of a monocoil type electromagnetically driven valve, the valve opening electromagnet and the valve closing electromagnet cannot be controlled independently, and the number of turns that determines the L component of the coil depends on the valve opening electromagnet and the valve closing valve. The effect is particularly expected in the case of a monocoil type electromagnetically driven valve because it is the sum of the coils of the electromagnet and because it is affected by the attractive force on the valve closing electromagnet side when the disc is attracted by the valve opening electromagnet. it can.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施の形態に係る電磁駆動弁の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the electromagnetically driven valve which concerns on embodiment of this invention. 電磁駆動弁の駆動および制御に関する構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure regarding the drive and control of an electromagnetically driven valve. 図1のロアスプリング86の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the lower spring 86 of FIG. ロアスプリング86の弾性力と開弁用電磁石の電磁力の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the elastic force of the lower spring 86, and the electromagnetic force of the electromagnet for valve opening. 本実施の形態の電磁駆動弁の初期駆動制御電流を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the initial stage drive control current of the electromagnetically driven valve of this Embodiment. ロアスプリング86の他の例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining another example of the lower spring 86. 本願発明が適用可能な他の電磁駆動弁について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other electromagnetically driven valve which can apply this invention. 本願発明が適用可能なさらに他の電磁駆動弁について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the other electromagnetically driven valve which can apply this invention.

符号の説明Explanation of symbols

6 クランク角センサ、10 シリンダヘッド、11 直流電源、31 メモリ、62 ハウジング、68 トーションバー、72,78,172,178,272,278 電磁コア、74,174,274 ディスク、76 中間ステム、80,82,180,182,280,282 コイル、84,184,185,284,285 リテーナ、86,86b,86c,188,288 ロアスプリング、87 弁、88 弁軸、89 ストロークボールベアリング、189,289 アッパースプリング。   6 Crank angle sensor, 10 Cylinder head, 11 DC power supply, 31 Memory, 62 Housing, 68 Torsion bar, 72, 78, 172, 178, 272, 278 Electromagnetic core, 74, 174, 274 Disc, 76 Intermediate stem, 80, 82, 180, 182, 280, 282 Coil, 84, 184, 185, 284, 285 Retainer, 86, 86b, 86c, 188, 288 Lower spring, 87 Valve, 88 Valve shaft, 89 Stroke ball bearing, 189, 289 Upper spring.

Claims (7)

弁軸を有し、前記弁軸が延びる方向に沿って往復運動する弁と、
前記弁と連動して動く磁性部材と、
前記磁性部材を吸引して開弁および閉弁のいずれか一方の所定位置に保持する第1の電磁石と、
前記所定位置から中立位置に向けて前記磁性部材を前記第1の電磁石から離す力を前記磁性部材に加える第1の弾性部材とを備え、
前記第1の弾性部材の弾性定数は、前記磁性部材が第1の位置にあるときよりも、前記磁性部材が前記第1の位置より前記中立位置に近い第2の位置にあるときのほうが小さい、電磁駆動弁。
A valve having a valve shaft and reciprocating along a direction in which the valve shaft extends;
A magnetic member that moves in conjunction with the valve;
A first electromagnet that attracts the magnetic member and holds it in a predetermined position of either one of valve opening and valve closing;
A first elastic member that applies a force to the magnetic member to separate the magnetic member from the first electromagnet from the predetermined position toward the neutral position;
The elastic constant of the first elastic member is smaller when the magnetic member is in the second position closer to the neutral position than the first position than when the magnetic member is in the first position. , Electromagnetically driven valve.
前記第1の弾性部材は、不等ピッチのコイルバネである、請求項1に記載の電磁駆動弁。   The electromagnetically driven valve according to claim 1, wherein the first elastic member is a coil spring having an unequal pitch. 前記第1の弾性部材は、第1のコイルバネと第2のコイルバネを組合せた多重バネである、請求項1に記載の電磁駆動弁。   2. The electromagnetically driven valve according to claim 1, wherein the first elastic member is a multiple spring in which a first coil spring and a second coil spring are combined. 前記中立位置から前記所定位置に向かう向きに前記磁性部材を動かすために、前記第1の電磁石の吸引力が前記弾性部材の弾性力よりも大きくなるように、前記第1の電磁石に流す吸引電流を制御する制御装置をさらに備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電磁駆動弁。   In order to move the magnetic member in a direction from the neutral position toward the predetermined position, an attractive current that flows through the first electromagnet so that an attractive force of the first electromagnet is larger than an elastic force of the elastic member. The electromagnetically driven valve according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control device that controls the motor. 前記所定位置は、開弁位置であり、
前記磁性部材を吸引して閉弁位置に保持する第2の電磁石と、
前記弁軸に対して弾性力を加えることにより、前記磁性部材を前記第2の電磁石から前記中立位置に向けて離す力を前記磁性部材に加える第2の弾性部材とをさらに備える、請求項1に記載の電磁駆動弁。
The predetermined position is a valve opening position,
A second electromagnet that attracts the magnetic member and holds it in a closed position;
And a second elastic member that applies a force to the magnetic member to separate the magnetic member from the second electromagnet toward the neutral position by applying an elastic force to the valve shaft. The electromagnetically driven valve described in 1.
前記第1の電磁石は、
第1のコイルを含み、
前記第2の電磁石は、
前記第1のコイルと結線された第2のコイルを含み、
前記第1、第2のコイルには、等しい電流が流れる、請求項5に記載の電磁駆動弁。
The first electromagnet is:
Including a first coil;
The second electromagnet is:
Including a second coil connected to the first coil;
The electromagnetically driven valve according to claim 5, wherein an equal current flows through the first and second coils.
前記第1および第2のコイルに流す電流を、前記所定位置への吸引に必要な所定の電流値の吸引電流としてから、前記所定位置に保持するために必要な保持電流に減じる制御を行なう制御装置をさらに備える、請求項6に記載の電磁駆動弁。   Control for reducing the current flowing through the first and second coils from a suction current having a predetermined current value required for suction to the predetermined position to a holding current necessary for holding the current at the predetermined position. The electromagnetically driven valve according to claim 6, further comprising a device.
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