| 【発明の名称】 |
電磁弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】天野 佳治
【氏名】大木 実
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| 【要約】 |
【課題】全長を短くして小型化できる電磁弁を提供する。
【解決手段】電磁切換弁３０のバルブハウジング３３内には略円筒状のソレノイド３１が内蔵され、ソレノイド３１の円筒内にはプランジャ３２がその軸線方向に移動可能に収容されている。プランジャ３２は複数の油路４０が凹設して形成されてスプールを兼ねている。ソレノイド３１にはバルブハウジング３３に形成された油路４２，４３とともにプランジャ３２の油路４０と連通可能なポートを形成する複数の油路４４，４５が形成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ソレノイドと、該ソレノイドの励消磁によって駆動されるプランジャとを備えた電磁弁において、前記プランジャは作動流体の通路が形成されてスプールを兼ねており、前記ソレノイドには前記プランジャの駆動位置に応じて前記通路との間で連通・遮断が選択的に切換えられる通路が形成されている電磁弁。
【請求項２】 前記ソレノイドは前記通路を形成する状態でコイルを樹脂被覆した樹脂成形品である請求項１に記載の電磁弁。
【請求項３】 内燃機関における吸気または排気カムシャフトの端部に装着された可変バルブタイミング機構を油圧制御するために内燃機関に組み付けられて使用されるものである請求項１又は２に記載の電磁弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ソレノイドによってプランジャが駆動される構造をとる電磁弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブや排気バルブの開閉時期、すなわちバルブタイミングを可変とするバルブタイミング制御装置が内燃機関に装備される場合がある。バルブタイミング制御装置はカムシャフトの端部に可変バルブタイミング機構が設けられる。可変バルブタイミグ機構の油圧制御のための油路の切換えには電磁切換弁が使用されている。
【０００３】図５は従来この種の油圧制御のために使用されていた電磁切換弁の側断面図を示す。電磁切換弁６０は、ソレノイド６１と、ソレノイド６１の励消磁によって駆動されるプランジャ６２とが収容された駆動制御部分６３と、プランジャ６２の先端部側にその同軸上を延びるように配置されたスプール６４が収容された弁作動部分６５とから構成されていた。スプール６４はバネ６６により一方向に付勢された状態でバルブボディ６７の内部に収容されており、ソレノイド６１の励消磁によってプランジャ６２が駆動されることでプランジャ６２と一体にその軸線方向に移動する。そして、スプール６４の位置に応じてバルブボディ６７の外周壁に形成された複数の油路（ポート）６８と複数の油路（ポート）６９間の連通・遮断が選択的に切り換えられる。例えばソレノイド６１に通電される電流値が連続的に制御されると、各開弁位置での開度量が連続的に制御され、例えばバルブタイミング制御装置においてはバルブタイミングが連続的に制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車に搭載される部品は例えばエンジンルームという限られたスペースに配設されるために小型化が要求され、この小型化の要求は電磁切換弁についても同様に言えることである。ところが、図５に示す従来の電磁切換弁６１は、プランジャ６２スプール６４とが同軸上に配置された構造をとるので、全長が長くなり易い構造であった。例えば自動車への搭載計画に不備があると、電磁切換弁を内燃機関に取り付けるときにその全長が長いことから、電磁切換弁がエンジンルームに配設されたハーネス等の配管などと干渉する問題が発生し易かった。従って、自動車搭載用としてはさらに小型な電磁切換弁が要求されているのが現状である。特に電磁切換弁の全長を短くすることが課題であった。
【０００５】なお、実開平３−４１９０５号公報に開示された図４に示す電磁弁７１には、ソレノイド７２によって駆動されるプランジャ７３に入口孔７４及び出口孔７５が形成されているが、これらの孔７４，７５は静圧軸受のための高圧流体を送るための通路であって、電磁弁７１によって切り換えられる油路を構成するものではない。
【０００６】本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、全長を短くして小型化できる電磁弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ソレノイドと、該ソレノイドの励消磁によって駆動されるプランジャとを備えた電磁弁において、前記プランジャは作動流体の通路が形成されてスプールを兼ねており、前記ソレノイドには前記プランジャの駆動位置に応じて前記通路との間で連通・遮断が選択的に切換えられる通路が形成されていることを要旨とする。なお、ソレノイドの励消磁にはソレノイドの電流値制御も含まれる。
【０００８】この構成によれば、ソレノイドの通電の切換えによってプランジャが駆動すると、プランジャに形成された通路とソレノイドに形成された通路の間での連通・遮断が選択的に切り換わり、例えば油圧回路に使用された場合に油路の切換えが行われる。つまり、プランジャがスプールを兼ねるので、従来のスプールに相当する部分が省かれた構造をとり、電磁弁の全長が相対的に短くなる。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁弁において、前記ソレノイドは前記通路を形成する状態でコイルを樹脂被覆した樹脂成形品であることを要旨とする。
【００１０】この構成によれば、ソレノイドは通路が形成された状態でコイルが樹脂被覆された樹脂成形品であるので、電磁弁を組み立てるときのソレノイドの組付作業が簡単となる。また、電磁弁が油圧回路に使用された場合、ソレノイドの通路（油路）を流れる油からコイルを保護することが可能となる。
【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電磁弁において、内燃機関における吸気または排気カムシャフトの端部に装着された可変バルブタイミング機構を油圧制御するために内燃機関に組み付けられるために使用されるものである。
【００１２】この構成によれば、内燃機関の可変バルブタイミング機構を油圧制御をするために使用されるので、電磁弁を内燃機関に搭載したときにその全長が短いことから、例えば内燃機関の搭載計画に不備があった場合でも、エンジンルーム内に配線されたハーネス等と干渉する心配が少なくなる。また、可変バルブタイミング機構及び電磁弁を有するバルブタイミング制御装置の小型化を図ることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態では電磁弁が内燃機関のバルブタイミング制御装置に使用されている。図１は、バルブタイミング制御装置を装備する内燃機関の概略構成を示している。
【００１４】内燃機関１のシリンダブロック２内に往復動可能に設けられたピストン３は、コネクティングロッド４を介して機関出力軸であるクランクシャフト５に接続されている。そしてこのピストン３の往復運動に基づきクランクシャフト５が回転される。
【００１５】さらにクランクシャフト５の先端部には、同軸５の回転に基づき駆動されるオイルポンプ６が設けられている。このオイルポンプ６はオイルパン７内に貯留されたオイルを吸引して吐出し、その吐出されたオイルの一部は電磁弁としての電磁切換弁３０を介して可変バルブタイミング機構１１に送られ、可変バルブタイミング機構１１の油圧制御のために使用される。可変バルブタイミング機構１１及び油圧制御系とからなるバルブタイミング制御装置１０は、クランクシャフト５に対する吸気カムシャフト８の相対回転位相を油圧制御に基づき調節して吸気バルブタイミングを制御する装置である。
【００１６】クランクシャフト５の端部に装着されたクランクプーリ１２は、タイミングベルト１３を介して吸気カムプーリ１４及び排気カムプーリ１５に駆動連結されている。吸気カムシャフト８及び排気カムシャフト９には、それぞれ複数の吸気カム１６及び排気カム１７が一体回転可能に設けられている。これら吸気カム１６及び排気カム１７は、その押圧に基づき吸気バルブ１８及び排気バルブ１９を開閉駆動する。
【００１７】可変バルブタイミング機構１１を構成する吸気カムプーリ１４およびハウジング２０は互いに一体回転可能に固定され、吸気カムシャフト８に対しては相対回動可能に取付けられている。可変バルブタイミング機構１１は例えばベーン方式を採用するもので、ハウジング２０内に収容されたベーンロータ（図示せず）は吸気カムシャフト８の端部に一体回転可能に固定されている。つまりベーンロータがハウジング２０に対して相対回動することによってクランクシャフト５に対する吸気カムシャフト８の相対回転位相が可変とされるようになっている。電磁切換弁３０は可変バルブタイミング機構１１に内蔵されたベーンロータの相対回動位置（回動角）を油圧制御によって調節するための油路の切換え等を行う。
【００１８】電磁切換弁３０は供給油路２１を通じてオイルポンプ６と接続され、排出油路２２を通じてオイルパン７と接続されている。また、電磁切換弁３０は遅角油路２３と進角油路２４を通じて可変バルブタイミング機構１１と接続され、それぞれハウジング２０の内部においてベーンロータの各ベーンによって区画される２種類のベーン室（遅角側油室と進角側油室）（図示せず）に連通している。
【００１９】供給油路２１及び排出油路２２はシリンダブロック２やシリンダヘッド２５等に形成され、遅角油路２３及び進角油路２４はシリンダヘッド２５や吸気カムシャフト８に形成されている。そして、電磁切換弁３０はシリンダヘッド２５に形成された組付孔（図示せず）に挿着されて組付けられ、シリンダヘッド２の内部においてその各ポートが各油路２１〜２４と繋がる状態で配置されている。
【００２０】電磁切換弁３０は電子制御装置２６によって励消磁制御され、特に本例では電流値制御（デューティ制御）されて３つの切換位置に切換制御されるとともに２つの開弁位置での開度量が連続的に制御される。電子制御装置２６はクランクポジションセンサ２７、カムポジションセンサ２８、水温センサ２９およびスロットルポジションセンサ（図示せず）等から入力する各種検出信号に基づき、内燃機関１の現在の運転状態にとって最適な吸気バルブタイミングを決定し、電磁切換弁３０を電流値制御する。これによりベーンロータの相対回動位置が連続的に位置制御され、吸気バルブタイミングが連続制御される。
【００２１】次に電磁切換弁３０の構造を図２，図３を用いて詳細に説明する。図２に示すように電磁切換弁３０は、ソレノイド３１とプランジャ３２とを収容するバルブハウジング３３を備える。バルブハウジング３３は、略円筒状のバルブボディ３４と、バルブボディ３４の片側端部にある組付口３４ａを閉塞している蓋体３５とからなる。
【００２２】プランジャ３２はその軸部３２ａの両端部にて一対の軸受３６，３７に支持され、その軸線方向に移動可能に収容されている。軸受３６はバルブボディ３４の先端部に形成された孔３４ａの内部に嵌着され、他方の軸受３７は蓋体３５の内周面に形成された凹部内に嵌着されている。バルブボディ３４の孔３４ａはシール栓３８が螺着されて閉塞されている。
【００２３】プランジャ３２はその軸線方向に沿って４つのランド３９を有しており、スプールを兼ねている。つまりプランジャ３２はその外周面が環状に凹設されて各ランド３９の間に通路としての油路（パセージ）４０を有する。プランジャ３２は最もシール栓３８側のランド３９と軸受３６との間に配設されたバネ４１の弾性力によって図２における右方向へ付勢されている。
【００２４】バルブボディ３４の外周壁には図２における上面側にその軸線方向に沿って配置された３つのポート（油口）４２と、下面側にその軸線方向に沿って配置された２つのポート（油口）４３とが形成されている。ソレノイド３１にはバルブボディ３４の５つのポート４２，４３と相対する位置に通路としての５つの油路（油孔）４４，４５が形成されている。すなわち、同図における上面側に位置する３つのポート４２と相対する３つの油路４４と、下面側に位置する２つのポート４３と相対する２つの油路４５がソレノイド３１には形成され、これら３つの油路４４と２つの油路４５はそれぞれソレノイド３１の軸心線を挟んで反対側に位置する。ソレノイド３１はバルブハウジング３３の内周面と液密状態に密接するとともに、その内周面はプランジャ３２のランド３９の外周面と液密状態を保ったまま摺動可能に密接した状態にある。
【００２５】ソレノイド３１は、コイル４６が油路４４，４５を避けるように円筒状に巻回されており、その円筒状のコイル４６が油路４４，４５の孔を空けた状態で樹脂層４７により被覆された樹脂成形品である。ソレノイド３１には機械特性（耐摩耗性等）及び耐油性等に優れた樹脂が使用されている。図３に示すように、ソレノイド３１は略円筒状で表面は継ぎ目なく樹脂で覆われており、その表面（特に内周面）を油が流れてもその内部のコイル４６へは油が浸入しないようになっている。ソレノイド３１の端部外周面からは腕部３１ａが延出しており、この腕部３１ａの先端からコイル４６の引き出し配線が外部へ露出している。なお、ソレノイド３１は樹脂成形品であることに限定されず、その内部のコイル４６への油の浸入を防げる構造であれば足り、コイルと樹脂層が別部品であっても構わない。
【００２６】図２に示すように、バルブハウジング３３（バルブボディ３４）の片側端部外周面から外方へ延出する延出部３３ａは、その先端部が給電用コネクタ４８となっている。ソレノイド３１の腕部３１ａは延出部３３ａに埋設されており、腕部３１ａの先端から延出するコイル４６からの引き出し配線（図示せず）は、給電用コネクタ４８のコネクタピン４９に電気的に接続されている。給電用コネクタ４８には電源コードの先端に接続されたコネクタ（いずれも図示せず）が着脱可能に接続されるようになっている。
【００２７】電子制御装置２６によるディーティ制御によって、コイル４６に通電される電流値は連続的に変化し、その電流値に応じてコイル４６の回りに発生する磁力によってプランジャ３２はバネ４１の付勢力に抗して連続的に位置変化する。プランジャ３２の位置に応じてプランジャ３２に形成された油路４０とソレノイド３１に形成された油路４４，４５との連通・遮断が選択的に切換えられる。
【００２８】電磁切換弁３０が内燃機関１に組み付けられた状態においては、バルブボディ３４の図２における上側に設けられた３つのポート４２のうち中央のものが供給油路２１に接続された供給ポートＳとなり、その両側に位置する２つのポートが排出油路２２に接続された排出ポートＤとなる。また、バルブボディ３４の同図における下側に設けられた２つのポート４３はそれぞれ遅角油路２３と進角油路２４に接続されて遅角ポート（同図右側）Ｒと進角ポート（同図左側）Ｆとなる。
【００２９】図２はコイル４６に通電されていないときの状態（消磁状態）を示し、プランジャ３２はバネ４１の付勢力によって同図における最右端位置に配置される。この切換位置では供給ポートＳと遅角ポートＲが連通するとともに進角ポートＦと左側の排出ポートＤが連通する。このため、可変バルブタイミング機構１１内でベーンロータは吸気カムシャフト８の回転方向とは逆方向へ相対回動し、吸気バルブタイミングが遅角側に制御される。
【００３０】この状態から電流値が高くなるに連れてプランジャ３２が同図における左方向へ位置変位し、プランジャ３２が中立位置に配置されると上側の３つのポートＳ，Ｄと下側の２つのポートＲ，Ｆとの間での連通が無くなり、電磁切換弁３０が閉弁する。つまり吸気バルブタイミングがその状態に保持される。
【００３１】そして、さらに電流値が大きくなってプランジャ３１が中立位置から左方向へ位置変位すると、供給ポートＳと進角ポートＦが連通するとともに遅角ポートＲと右側の排出ポートＤとが連通する。このため、可変バルブタイミング機構１１内でベーンロータは吸気カムシャフト８の回転方向と同方向へ相対回動し、吸気バルブタイミングが進角側に制御される。また、コイル４６が電流値制御されることによりプランジャ３２の位置が連続変化し、電磁切換弁３０の２つの開弁位置での開度量が連続的に変化するので、ベーンロータの相対回動位置が連続的に制御される。このように電子制御装置２６によって電磁切換弁３０がデューティ制御されることにより、吸気バルブタイミングが連続的に制御される。なお、電磁切換弁３０の内部構造を、プランジャ３２をその両側からバネで押圧付勢して中立位置に配置される構造とし、コイルを流れる電流の向きを切換えることによりプランジャ３２の移動方向および移動量を制御する方式を採用することもできる。
【００３２】このように電磁切換弁３０では、プランジャ３２に油路４０（つまりランド３９）が形成されてプランジャ３２がスプールを兼ねているので、電磁切換弁３０の全長が短くなる。また、ソレノイド３１に油路４４，４５を形成していることから、図２に示すようにポートの位置を従来の電磁切換弁のポートの位置と同じ設定にすることも可能なので、従来のシリンダヘッド２５に形成された油路２１〜２４の設計変更が必要でなくなる。また、プランジャ３２がスプールを兼ねることで、プランジャ３２とソレノイド３１の内周面との接触面積が小さくて済み、摺動抵抗が少なくなり電流損失も低減される。
【００３３】以上の本実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（１）ソレノイド３１とプランジャ３２のそれぞれに油路４０，４４，４５を形成したので、従来のスプールが収容された弁作動部が省かれて、電磁切換弁３０の全長を短くすることができる。また、従来構造（図６）に比べてスプール６４及びこれを収容するバルブボディ６７を省けるので、電磁切換弁を構成する部品点数を低減することができる。さらにプランジャ３２がスプールを兼ねてその全長が短いことから、プランジャ３２とソレノイドの内周面との接触面積が小さくなって、プランジャ駆動時の摺動摩擦抵抗による損失が減るので、省電力にも寄与する。また、油圧ヒスを低減できるため、制御性が向上する。
【００３４】（２）ソレノイド３１はコイル４６を油路４４，４５が形成された状態で樹脂被覆した樹脂成形品からなるので、電磁切換弁３０を組み立てるときのソレノイド３１の組付作業を簡単にすることができる。また、継ぎ目がない樹脂層４７によってソレノイド３１の内周面や油路４４，４５を流れる油からコイル４６を確実に保護することができる。
【００３５】（３）電磁切換弁３０がその全長が比較的短く小型で済むので、内燃機関１のバルブタイミング制御装置１０に使用したときにこの装置を小型化できる。また、電磁切換弁３０は内燃機関１に埋設される部分が多く、従来の駆動制御部に相当する部分までが内燃機関１（シリンダヘッド２５）に組み込まれるので、内燃機関１からの突出物が少なくて済む。このため、単に全長が短くなっただけでなく、内燃機関１からの突出量が減ることからも、例えば内燃機関１の搭載計画に不備があっても、電磁切換弁３０を組み付けたときにハーネス等の他の部品類と干渉する心配を減らすことができる。
【００３６】（４）ソレノイド３１に油路４４，４５が形成されて、従来と同様にバルブボディ３４の外周壁に油路（ポート）４２，４３を有しているので、電磁切換弁３０の組み付け先であるシリンダヘッド２５に形成する油路２１〜２４の形成位置の設計変更はさほどすることなく対応できる。
【００３７】なお、発明の実施の形態は、上記に限定されず以下の形態でも実施できる。
・ 油路（ポート）の数を変えてもよい。５ポート三位置切換弁に限定されず、例えば３ポート三位置切換弁であってもよい。勿論、ポート数は任意に設定でき、また切換位置数も三位置切換弁に限らず、二位置切換弁、四位置以上の切換弁であってもよい。
【００３８】・ プランジャがその外周面が凹設されて形成された油路（又はランド）を有するスプール構造をとることに限定されない。例えばプランジャに穿孔された孔を油路とするスプール構造であってもよい。
【００３９】・ 電磁切換弁を油圧制御のために使用する可変バルブタイミング機構は、ベーン方式に限定されず、例えばヘリカルギア方式であってもよい。
・ ソレノイドはコイルが樹脂被覆された一部品の樹脂成形品のみであることに限定されない。例えばコイルを樹脂被覆したソレノイド部品を複数個同軸上に配置してソレノイドを構成することもできる。
【００４０】・ 電磁弁は切換弁に限定されない。例えば流量調整弁であってもよい。
・ 自動車以外の用途に本発明の電磁弁を使用することができる。例えば油圧駆動式の工作機械などの各種機械装置に広く電磁切換弁を使用することができる。
【００４１】・ 電磁切換弁は油圧回路に限らず、空圧回路においても使用することができる。
前記実施形態から把握される請求項以外の技術的思想を以下に記載する。
【００４２】（１）請求項２に記載のソレノイド。このソレノイドを使用することにより、電磁弁の組立て作業を簡単にすることができる。また、コイルを油から保護できる。
【００４３】（２）請求項１〜３のいずれかにおいて、前記ソレノイドの通路は、該ソレノイド及び前記プランジャを収容するバルブハウジングに形成された各ポートと連通している。
【００４４】（３）燃機関のカムシャフトの端部に装着された可変バルブタイミング機構と、該可変バルブタイミング機構を油圧制御するための油路の切換えに使用される請求項１〜３のいずれか一項に記載の前記電磁弁とを備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置。この場合、バルブタイミング制御装置の小型化を図ることができる。
【００４５】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、ソレノイドとプランジャのそれぞれに通路が形成され、プランジャがスプールを兼ねた構造となっているので、電磁弁の全長を短くすることができる。
【００４６】請求項２に記載の発明によれば、ソレノイドは通路の孔が形成された状態でコイルが樹脂被覆された樹脂成形品からなるので、電磁弁を組み立てるときの組付作業を簡単にすることができる。また、油圧回路に使用されたときに油からコイルを保護することができる。
【００４７】請求項３に記載の発明によれば、内燃機関の可変バルブタイミング機構を液圧制御するために電磁弁が使用されるので、バルブタイミング制御装置を小型化できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
【識別番号】５９４０２６１９２
【氏名又は名称】株式会社トヨタマックス
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| 【出願日】 |
平成１１年４月１６日（１９９９．４．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８７５５
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３０４１５１（Ｐ２０００−３０４１５１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１０９４９２ |
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