【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用内燃機関の機関弁を主として電磁力で開閉駆動する電磁駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の電磁駆動装置としては、例えば特開平８−２１２２０号公報等に記載されているものが知られている。
【０００３】
概略を説明すれば、機関のシリンダヘッドに摺動自在に設けられた吸気弁と、吸気弁を開閉駆動する電磁駆動機構とを備えている。
【０００４】
前記吸気弁は、吸気ポートの開口端を開閉する傘部と、該傘部の上端部に一体に設けられたバルブステムとを有している。
【０００５】
前記電磁駆動機構は、シリンダヘッド上に固定されたケーシング内に挿通されたバルブステムの上端部に円板状のアーマチュアが固定されていると共に、ケーシングの内部上下位置に前記アーマチュアを吸引して吸気弁を開閉作動させる閉弁用電磁石及び開弁用電磁石が配置されている。
【０００６】
また、ケーシングの上壁とアーマチュアの上面との間には、吸気弁を開方向へ付勢する開弁側スプリングが弾持され、一方、シリンダヘッド上面のシート溝底面とアーマチュアの下面との間には、吸気弁を閉方向へ付勢する閉弁側スプリングが弾持され、これら２つのスプリングによってアーマチュアを上下方向の中立位置に保持するようになっている。さらに、前記各開閉弁用電磁石は、夫々のコイルに増幅器を介して電子制御ユニットからの制御電流が出力されるようになっている。
【０００７】
この電子制御ユニットは、機関回転数センサや閉弁用電磁石の温度検出センサからの検出信号に基づいて開閉用電磁石の通電量を制御するようになっている。
【０００８】
そして、前記２つのスプリングのばね力と２つの電磁石７，８による吸引力とによって、各スプリング９，１０に蓄力して位置エネルギーとして保持し、電磁力の開放，吸引を交互に繰り返すことによって吸気弁２を開閉駆動させるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の電磁駆動装置にあっては、吸気弁の開閉時に各開閉用電磁石の電磁吸引力が、該吸引力に対抗する各スプリングのばね力よりも増大してしまうため、閉弁時には傘部がバルブシートに激しく衝突し、また開弁時にはアーマチュアが開弁用電磁石に衝突してしまうおそれがある。
【００１０】
すなわち、まず、閉弁時に閉弁用電磁石の吸引力にアーマチュアが上方に吸引される。よって、吸気弁が上方へ摺動すると、閉弁側スプリングが伸長される一方、開弁側スプリングが圧縮されてばね力が増大し、ばね力が蓄えられる。
【００１１】
次に、開弁時には、閉弁用電磁石にＯＦＦ信号（非通電信号）が出力される一方、開弁用電磁石にＯＮ信号（通電信号）が出力されて、アーマチュアが下方へ吸引される。これによって、吸気弁が下方へ摺動すると、開弁側スプリングが伸長される一方、閉弁側スプリングが圧縮されてばね力が増大しばね力が蓄えられる。
【００１２】
したがって、閉弁時及び開弁時には、開弁側，閉弁側の各コイルスプリングの増大したばね力で吸気弁の摺動速度が減速させられるが、かかる開，閉切換時には圧縮及び伸長したばね反力に加えて吸引側の各電磁石の吸引力が急激に増加する。つまり、各電磁石の電磁吸引力は、アーマチュアと各電磁石の各固定コアとの間の距離のほぼ２乗に反比例して増大する。したがって、かかる増大した吸引力が各スプリングの圧縮，伸長側の合成ばね力に打ち勝ってアーマチュアを十分に減速させることなく、上方あるいは下方向へ急激に移動させる。
【００１３】
したがって、吸気弁は、最大開時と閉時に急激なリフト，ダウンし、この結果、閉時には傘部がバルブシートに衝突し、開時にはアーマチュアが開弁用電磁石に衝突して、夫々大きな打音を発生させると共に、アーマチュアやバルブシート等の摩耗を惹起するおそれがある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来装置の課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、揺動カムのカム面に、前記アーマチュアの上下動に伴い前記フォロア面に転接して緩衝領域を創生するランプ部を比較的長く形成すると共に、該ランプ部を前記アーマチュアの最上昇位置あるいは最下降位置から反対方向へ作動初期の時点から前記各フォロア面に当接するように形成すると共に、カム軸に、該カム軸から揺動カムの先端部までの長さよりも短いストッパ部材を前記揺動カムと連動して設け、機関弁の開閉作動の終端域において前記揺動カムが回動してカム面のベースサークル部が前記各フォロア面に転接した際に、ストッパ部材によって前記揺動カムのそれ以上の回動を規制するようにしたことを特徴としている。
【００１５】
したがって、本発明によれば、機関始動時にアーマチュアが開弁用電磁石によって吸引されて閉弁側ばね部材のばね力に抗して下降し、フォロア部材が揺動カムの一方のカム面を下方へ押圧すると、この揺動カムのカム面のランプ部が一方のフォロア面に転接し、やがてベースサークル部に達してフォロア部材の下降を停止させ、同時にフォロア部材が機関弁を押圧して最大開弁位置まで下降させる。
【００１６】
一方、機関弁の閉時には、開弁用電磁石が非通電される一方、閉弁用電磁石に通電され、これによってアーマチュアは開弁用のばね部材のばね力に抗して閉弁用電磁石に吸引されることにより機関弁も閉弁方向へ上昇する。
【００１７】
そして、かかる機関弁の開閉作動時には、フォロア部材の上下動に伴って揺動カムのそれぞれのカム面が、対向する各フォロア面上を転接するわけであるが、かかる機関弁の開閉作動の作動初期、つまりアーマチュアの最上昇位置あるいは最下降位置から反対方向へ作動した作動初期の時点で、いずれか一方のフォロア面にランプ部が転接し、その後のアーマチュアの上昇、下降に伴ってそのまま前記ランプ面がフォロア面に転接する状態となる。すなわち、アーマチュアのストロークエンドから反対方向へ作動した作動初期の時点で、いずれか一方のフォロア面にランプ部が転接し、その後のアーマチュアの上昇、下降に伴ってそのまま前記ランプ部がフォロア面に揺動カムの軸心からのトラベル長さが長い状態で転接することになることから、揺動カムの角加速度が小さくなるので、機関弁の開閉作動初期から終端域付近までの制動トルクが小さくなる。したがって、機関弁の開閉作動を妨げずに機関弁の開閉作動時間が短くなる。
【００１８】
その後、機関弁の開閉作動の終端域、つまりアーマチュアの最上昇付近あるいは最下降付近（ストロークエンド）では、揺動カムはフォロア面に対してランプ部からベースサークル部へ転移する。このため、かかる機関弁の開閉作動の終端域では、開閉弁用ばね部材のばね力などがフォロア部材を介して揺動カムに伝達されることによって生じる該揺動カムの回転中心まわりのモーメントは零に近づく。また、トラベル長さが短くなるに連れて揺動カムの角加速度が大きくなり、フォロア部材に対する制動力が大きくなる。したがってフォロア部材は、揺動カムがベースサークル部に転移した段階で十分大きな制動力によって速度が小さくなって停止する。これに伴ってアーマチュアは、そのストロークエンドでその速度が可及的に小さくなると共に、機関弁は、同じくそのストロークエンドで大きな衝突音の発生を防止できる。
【００１９】
この結果、アーマチュアの電磁石に対する急激な衝突や、機関弁のバルブシートに対する急激な衝突を回避することができると共に、大きな打音や摩耗などの発生も防止できる。
【００２０】
しかも、この発明によれば、フォロア部材の最大上下動付近で、各フォロア面に揺動カムのカム面のベースサークル部が転接した際に、揺動カムは慣性力で回転し続けようとするが、ストッパ部材によって前記揺動カムのそれ以上の過回動が規制されることから、該揺動カムのカムノーズ部の先端部とこれに対向するフォロア面との衝突が防止されて、打音の発生が確実に防止される。
【００２１】
また、ストッパ部材は、その長さが揺動カムの長さよりも短く設定されていることから、その周速が揺動カムよりも遅くなるので、該ストッパ部材が所定のブラケットに当接してストッパ作用が働いたときの衝突打音は極めて小さくなる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、前記ストッパ部材により揺動カムの回動が規制された位置において、前記各フォロア面と揺動カムのカムノーズ部の先端縁との間に隙間を形成したことを特徴としている。
【００２３】
この発明によれば、フォロア部材の最上昇位置付近あるいは最下降位置付近で揺動カムがストッパ部材によって過回動を規制された位置では、隙間の存在によって揺動カムのカムノーズ部の先端部とフォロア面との衝突が確実に防止されることから、打音の発生が確実に防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図４は本発明の機関弁の電磁駆動装置を吸気側に適用した第１の実施形態を示し、シリンダヘッド１１内に形成された吸気ポート１２の開口端を開閉する吸気弁１３と、該吸気弁１３を開閉作動させる電磁駆動機構１４と、吸気弁１３と電磁駆動機構１４との間に介装された制動機構１５とを備えている。
【００２５】
前記吸気弁１３は、燃焼室に臨む吸気ポート１２開口端の環状バルブシート１２ａに離着座して該開口端を開閉する傘部１３ａと、該傘部１３ａの上面中央に一体に設けられてバルブガイド１６を介してシリンダヘッド１１内を摺動する弁軸であるバルブステム１３ｂとを備えている。また、この吸気弁１３は、バルブステム１３ｂのステムエンドにコッタを介して固定されたリテーナ１３ｃと、シリンダヘッド１１内に形成された保持孔１７底面との間に弾装された閉弁用ばね部材である閉弁側スプリング１８のばね力で閉方向に付勢されている。
【００２６】
前記電磁駆動機構１４は、シリンダヘッド１１上に設けられたケーシング１９と、該ケーシング１９内に上下動自在に収納された円板状のアーマチュア２０と、ケーシング１９内のアーマチュア２０を挟んだ上下位置に固定された上側の閉弁用電磁石２１及び下側の開弁用電磁石２２と、アーマチュア２０などを介して吸気弁１３を開方向に付勢するばね部材である開弁側スプリング２３とを備えている。
【００２７】
前記ケーシング１９は、図４に示すように、シリンダヘッド１１上に４本のボルト２４で固定された金属製の本体１９ａと、該ケーシング本体１９ａの上端部にビス２５で固定された非磁性材のカバー１９ｂとからなり、該カバー１９ｂ側の内周面に非磁性材の筒状ホルダー２６が配置されている。また、この筒状ホルダー２６は、開口上端に閉弁用電磁石２１を保持した段差径状の非磁性材の蓋部２７が固定されていると共に、下端部に開弁用電磁石２２を保持した底壁２６ａを一体に有している。尚、前記蓋部２７の中央には、エア抜き孔２７ａが貫通形成されている。
【００２８】
前記アーマチュア２０は、上下面が両電磁石２１，２２に対向配置され、中央には下方へ延出した支軸であるガイドロッド２８の上端部がナット固定されていると共に、このガイドロッド２８の下端部に制動機構１５の後述するフォロア部材３５が一体に設けられている。前記ガイドロッド２８は、底壁２６ａの中央に有する筒壁内に嵌挿固定された筒状ガイド部２９を介して上下摺動自在に支持されていると共に、その軸心Ｘが吸気弁１３のバルブステム２３ｂの軸心Ｙと同軸心上に配置されている。
【００２９】
前記開閉弁用の電磁石２１，２２は、固定コアが横断面略Ｕ字形に形成され、互いにアーマチュア２０を介して所定の隙間をもって対向配置され、固定コアの内部に電磁コイル２１ａ，２２ａが巻装されている。この電磁コイル２１ｂ，２２ｂには、後述する図外の電子制御ユニットからの通電−非通電信号が出力されて、アーマチュア２０を上方あるいは下方へ吸引あるいは吸引を解除するようになっている。
【００３０】
前記開弁側スプリング２３は、アーマチュア２０の上面中央と蓋部２７の下面との間に弾装されて、そのばね力が各電磁石２１，２２の消磁時には、前記閉弁側スプリング１８のばね力とバランスしてアーマチュア２０を両電磁石２１，３２のほぼ平衝中立位置に保持するようになっており、その状態で吸気弁１３は閉弁位置及び開弁位置のほぼ中間位置に保持される。
【００３１】
前記電子制御ユニットは、機関のクランク角センサ，機関回転数センサ，閉弁用電磁石２１の温度を検出する温度センサ及び機関負荷を検出するエアフローメータからの夫々の検出値に基づいて、閉弁用，開弁用電磁石２１，２２に通電−非通電を相対的に繰り返し出力している。ここで、前記クランク角センサからの回転角検出値は、吸気弁１３の開閉タイミングをクランクシャフトの回転と同期制御するためのものであり、機関回転数検出センサからの検出値つまりクランクシャフトの回転数の検出値は、該回転数によって変化する各電磁石２１，２２の吸引許容時間に対処するために利用され、さらに、温度センサの検出値は、温度上昇による閉弁用電磁石２１の電磁コイル２１ａの通電抵抗増大に対処するためのものである。また、エアフローメータによる機関負荷検出値は、機関回転数検出値とともに吸気弁１３の開閉タイミングを最適に制御するために利用するものである。
【００３２】
そして、前記制動機構１５は、図１〜図３に示すように前記ガイドロッド２８の下端部に一体に設けられたフォロア部材３５と、前記ケーシング本体１９にブラケット３６に支持されたカム軸３７を介してフォロア部材３５の内部に回動自在に保持された揺動カム３８と、前記カム軸３７の端部に固定されたストッパ部材３９とから主として構成されている。
【００３３】
前記フォロア部材３５は、ほぼ正方形の矩形枠状に形成され、対向する上端壁の下面と下端壁の平坦な上面が夫々第１フォロア面３５ａと第２フォロア面３５ｂとして構成されており、上端壁の上面中央に前記ガイドロッド２８の下端部が一体に連結されていると共に、下端壁の下面中央に有する突起部３５ｃの先端がバルブステム１３ｂのステムエンドに当接している。
【００３４】
前記ブラケット３６は、図２、図３に示すようにほぼ異形ブロック状に形成され、一端部が前記ケーシング本体１９の下面に図外のボルトなどによって固定されていると共に、自由端側の他端部のほぼ中央に前記カム軸３７が回転自在に挿通支持される支軸孔３６ａが貫通形成されている。また、ブラケット３６のほぼ中央に前記ストッパ部材３９の後述する２つのストッパ面３９ｂ、３９ｃが適宜当接する凹状の段差面３６ｂが上下方向に沿って形成されている。
【００３５】
前記カム軸３７は、前記ブラケット３６の支軸孔３６ａを貫通して揺動カム３８とストッパ部材３９を結合する長さに設定され、一端側に前記揺動カム３８を挿通結合する平面部３７ａが形成されていると共に、該一端側の端部にストッパ部材３９と一緒に該カム軸３７の軸方向の移動を規制するＣリング４０が嵌着される円環状の嵌着溝３７ｂが形成されている。
【００３６】
前記揺動カム３８は、図１〜図３に示すように、カムノーズ部３８ａが比較的細く延びた正面ほぼ雨滴状に形成されて、円弧状の基部側に前記カム軸３７が挿通する挿通孔３８ｂが貫通形成されていると共に、該挿通孔３８ｂの内周面のほぼ中央位置に貫通形成された雌ねじ孔３８ｃに螺入する芋ねじ４１によってカム軸３７に結合固定されるようになっている。
【００３７】
さらに、この揺動カム３８は、図１及び図３に示すように、上半分の上面全体が前記第１フォロア面３５ａに転接する弁開き側の第１カム面４２として構成され、下半分の下面全体が第２フォロア面３５ｂに転接する弁閉じ側の第２カム面４３として構成されている。
【００３８】
そして、この第１，第２カム面４２，４３は、それぞれ所定のプロフィールに形成され、曲率半径の小さな半円状の基円部であるベースサークル部４２ａ、４３ａと、該ベースサークル部４２ａ、４３ａからカムノーズ部３８ａ側の外面に第１，第２ランプ部４２ｂ，４３ｂがなだらかな凸面に形成されている。すなわち、この第１，第２ランプ部４２ｂ、４３ｂは、ベースサークル部４２ａ、４３ａからカムノーズ部３８ａの先端縁までなだらかな円弧面で連続的に形成されて、各フォロア面３５ａ、３５ｂに対するいわゆるトラベル長さが十分に長くなるように設定されている。
【００３９】
前記ストッパ部材３９は、図１及び図３に示すように正面ほぼ扇形状に形成されて、揺動カム３８のカムノーズ部３８ａと同方向へ平行状態に配置されていると共に、ほぼ中央位置に前記カム軸３７の他端部が挿通固定される軸穴３９ａが穿設されている。また、円周方向の両端部には、該ストッパ部材３９の回転位置に応じて前記ブラケット３６の段差面３６ｂに適宜当接する第１、第２ストッパ面３９ｂ、３９ｃが形成されている。
【００４０】
また、このストッパ部材３９は、軸穴３９ａの中心Ｐから外周面までの長さＬ１が前記揺動カム３８の挿通孔３８ａの中心Ｐからカムノーズ部３８ａの先端までの長さＬ２よりも十分に小さく設定されている。
【００４１】
さらに、前記揺動カム３８は、図１に示すように、前記ストッパ部材３９のいずれかのストッパ面３９ｂ、３９ｃが段差面３６ｂに当接した時点ではカムノーズ部３８ａの先端と第１あるいは第２フォロア面３５ａ、３５ｂとの間に僅かな隙間４４ａ、４４ｂが形成されるようになっている。
【００４２】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず機関停止時には、両電磁石２１，２２の各電磁コイル２１ａ，２２ａに電子制御ユニットから通電信号が出力せず、非通電状態となっている。このため、アーマチュア２０は、図１に示すように、両スプリング１８，２３の相対的なばね力によって隙間Ｓ内のほぼ平衝中立位置に保持され、したがって、吸気弁１３もバルブシート１２ａから若干離れた中立位置になっている。
【００４３】
この時点での揺動カム３８は、フォロア部材３５の内部で何ら拘束されることなくカム軸３７を介してブラケット３６に自由な状態で支持されている。
【００４４】
機関が始動されて、電子制御ユニット３０から開弁用電磁石２２の電磁コイル２２ｂに通電信号が出力されると、図５に示すようにアーマチュア２０が該電磁石２２に吸引され、かつ開弁側スプリング２３のばね力によって下降する。このため、フォロア部材３５もガイドロッド２８を介して下降して下端部でステムエンドを下方へ押圧する。これによって、吸気弁１３は、閉弁側スプリング１８のばね力に抗して下降ストローク、つまり開弁方向へストロークする。
【００４５】
一方、吸気弁１３の閉時には、開弁用電磁石２２への通電が遮断され、閉弁用電磁石２１の電磁コイル２１ａに通電されるため、アーマチュア２０は、図６及び図７Ａに示すように電磁石２１の吸引力と閉弁側スプリング１８とのばね力によって開弁側スプリング２３のばね力に抗してフォロア部材３５を上昇させる。これによって吸気弁１３は、閉弁側スプリング１８のばね力によって上昇して傘部１３ａがバルブシート１２ａに着座して閉弁する。
【００４６】
そして、この吸気弁１３の開閉時における揺動カム３８は、前記フォロア部材３５の上昇あるいは下降に伴って各カム面４２，４３が各フォロア面３５ａ、３５ｂに転接しつつカム軸３７を中心に時計方向あるいは反時計方向へ自由に回転する。これによって、図８に示すように吸気弁１３の開閉作動の終端域（破線丸域）で効果的な緩衝制動作用が得られる。
【００４７】
すなわち、前述のように、吸気弁１３が、図７Ａ〜Ｃに示すように、例えば閉弁位置にあるときから開弁方向へ作動するときには、電磁吸引力と開弁側スプリング２３のばね力とによってアーマチュア２０及びフォロア部材３５が下降すると、かかる作動初期における第１フォロア面３５ａに対する揺動カム３８の第１カム面４２との当接点が、図７Ｂ、Ｃに示すように、まず、揺動カム３８の第１ランプ部４２ｂの先端側となり、ここから揺動カム３８が押し下げられるにしたがって第１ランプ部４２ｂの長いトラベル面が第１フォロア面３５ａ上を転接する。
【００４８】
かかる吸気弁１３の閉弁状態から開弁方向へ移行した作動初期時点では、第１フォロア面３５ａに第１ランプ部４２ｂの先端部が転接し、その後のアーマチュア２０の下降に伴ってそのまま第１ランプ部４２ｂが第１フォロア面３５ａに比較的長く転接する状態となる（トラベル量が大きい）ことから、揺動カム３８の角加速度（α）が小さくなって吸気弁１３の開作動の作動初期から終端縁付近までの制動トルクＴが小さくなる。
【００４９】
かかる原理を具体的に説明すれば、まず、前記アーマチュア２０に対する制動トルクＴは、揺動カム３８の角加速度（α）×揺動カム３８の慣性力（イナーシャＩＰ＝一定）（１）によって求められるが、この制動トルクＴが上下運動するフォロア部材３５に作用する制動力Ｆは、Ｆ＝Ｔ／ＣＯＳθ・Ｌ（２）で表せる。ここで、Ｌは、図７Ｂ、Ｃに示すようにカム軸３７の軸心から揺動カム３８のカムノーズ部３８ａの先端までの長さ及びカム軸３７の軸心から揺動カム３８の第１、第２ベースサークル部４２ａ、４３ａの外周面までの長さであって、これがいわゆるトラベル量である。
【００５０】
そして、かかる作動初期から終端縁付近まではＬが大きいことから、分母のＣＯＳθ×Ｌが大きくなり、分子のＴが小さいため、フォロア部材３５に対する制動力Ｆは小さくなる。したがって、この領域での吸気弁１３の開閉作動が速やかに行われ、吸気弁１３の作動時間の短縮化が図れる。
【００５１】
そして、第１ベースサークル部４２ａに達すると、つまり吸気弁１３の開作動の終端域では、開弁用スプリング２３のばね力などがフォロア部材３５を介して揺動カム３８に伝達されることによって生じる該揺動カム３８の回転中心まわりのモーメントは零に近づく。つまり、揺動カム３８の角加速度αが大きくなり、前記式（１）から揺動カム３８の制動トルクＴが大きくなる。これと共にトラベル量Ｌは零に近くなっていき、ＣＯＳθ×Ｌが小さくなっていくため、フォロア部材３５に作用する制動力Ｆが前記（２）の式からして大きくなる。
【００５２】
したがって、フォロア部材３５は、ベースサークル部に転移した段階で十分大きな制動力Ｆによって速度が小さくなって停止する。
【００５３】
したがって、前記ベースサークル部４２ａに転移した段階で十分な制動力が得られ、図８に示すように吸気弁１３の開作動の終端域（破線丸域）で効果的な緩衝制動作用が得られる。
【００５４】
この結果、これに伴ってアーマチュア２０は、そのストロークエンドでその速度が可及的に小さくなり、したがって、アーマチュア２０の開弁用電磁石２２に対する急激な衝突や、大きな打音や摩耗などの発生も防止できる。
なお、図７Ａ、Ｃに示すようにアーマチュア２０と開弁用電磁石２２、閉弁用電磁石２１との間にはクリアランスＣが形成されていることから、これによって、より積極的に衝突を防止している。
【００５５】
また、ここで、前記揺動カム３８の回転に伴ってストッパ部材３９もカム軸３７を介して同方向へ回動するが、第１フォロア面３５ａに対して第１カム面４２が第１ランプ部４２ｂからベースサークル部４２ａへ転接した際には、図１、図７Ｃに示すように、ストッパ部材３９の一方のストッパ面３９ｃがブラケット３６の段差面３６ｂに当接して、揺動カム３８のそれ以上の回転を規制する。したがって、該揺動カム３８の過回転が防止されて、カムノーズ部３８ａの先端部と第２フォロア面３５ｂとの衝突が防止されて、打音の発生が確実に防止される。
【００５６】
しかも、ストッパ部材３９は、その長さＬ１が揺動カム３８の長さＬ２よりも短く設定されていることから、その周速が揺動カム３８よりも遅くなるので、該ストッパ部材３９が段差面３６ｂに当接した際の衝突打音は極めて小さくなる。
【００５７】
また、前述のように、ストッパ部材３９により揺動カム３８の回転が規制された位置では、前記第２フォロア面３５ｂと揺動カム３８のカムノーズ部３８ａの先端縁との間に隙間４４ａが形成されていることから、この間における衝突が防止され、打音の発生を確実に防止することができる。
【００５８】
そして、かかる作用は吸気弁１３の閉弁時にも生じ、図７Ｃ及びＡに示すように開弁状態から閉弁方向の作動初期には、第２ランプ部４３ｂの先端部から第２フォロア面３５ｂに当接すると共に、アーマチュア２０の上昇ストロークに伴い第２ランプ部４３ｂが第２フォロア面３５ｂに長いトラベル状態で転接する。したがって、開弁時と同じように作動初期から終端付近までの揺動カム３８の角加速度αが小さくなることから制動トルクＴが小さくなり、作動速度が早くなる。
【００５９】
また、ベースサークル部４３ａに達すると、前述のように、揺動カム３８の回転中心まわりのモーメントは零に近づくことから、図８に示すように吸気弁１３の閉作動の終端域（破線丸域）で効果的な緩衝制動作用が得られる。
【００６０】
さらに、ベースサークル部４３の領域においは、図７Ａに示すようにストッパ部材３９の他方のストッパ面３９ｂが段差面３６ｂに当接して揺動カム３８の過回転が防止されて、カムノーズ部３８ａの先端部と第１フォロア面３５ａとの衝突が防止されると共に、段差面３６ｂとストッパ面３９ｃとの当接時の打音も十分小さい。また、この時点では隙間４４ｂによってより確実な衝突の発生を防止できる。
【００６１】
前述のように、吸気弁１３は、図８（丸破線）に示すように閉作動時に安定した緩衝作用が得られ、この結果、傘部１３ａとバルブシート１２ａ及びアーマチュア２０と閉弁電磁石１８との激しい衝突が回避され、打音や摩耗あるいは破損等の発生が防止される。
【００６２】
また、この実施形態では、単に揺動カム３８をカム軸３７に固定してフリーな状態で回転を許容するようになっているため、部品点数を少なくでき全体の構造が簡素化される。この結果、製造、組立作業が容易になり、コストの高騰を抑制できる。また、制動機構１５の小型化が図れることから、装置への搭載性が良好になる。
【００６３】
図９〜図１４は本発明の第２の実施形態を示し、制動機構１５の揺動カム３８をカム軸５０を介してブラケット３６方向へ押し付け付勢する付勢機構５１を設けると共に、ストッパ部材を廃止したものである。
【００６４】
すなわち、前記揺動カム３８は、図１２Ａ、Ｂに示すようにプロフィールは第１の実施形態と同じく細長い雨滴状に形成されて、それぞれベースサークル部４２ａ、４３ａとランプ部４２ｂ、４３ｂとからなる第１、第２カム面４２，４３を備えており、そのブラケット３６側の一側面の上下位置に、該ブラケット３６の対向側面に当接する突起部５２ａ、５２ｂが設けられている。
【００６５】
前記カム軸５０は、図１１に示すように、第１の実施形態のものより長尺に形成され、ブラケット３６の挿通孔３６ａに挿通した一端部側にフランジ状の頭部５０ａが一体に固定されていると共に、他端部に後述するスナップリング５２が嵌着する円環状の嵌着溝５０ｂが形成されている。
【００６６】
前記付勢機構５１は、図１０、図１１、図１３、図１４にそれぞれ示すように、カム軸５０の他端部側に設けられ、該カム軸５０に挿通配置されるばね部材であるコイルスプリング５３と、該コイルスプリング５３の両側に配置された円盤状のスプリングリテーナ５４，５５とから主として構成されている。
【００６７】
前記各スプリングリテーナ５４、５５は、コイルスプリング５３の両端部が弾持するフランジ部５４ａ、５５ａと、該各フランジ部５４ａ、５５ａの対向内端面の中央に一体に設けられた円筒状のスプリング支持部５４ｂ、５５ｂとを備えている。前記スプリング支持部５４ｂ、５５ｂは、コイルスプリング５３の両端部内に配置されて該両端部を支持するようになっていると共に、内部にカム軸５０がそれぞれ挿通する軸孔５４ｃ、５５ｃが形成されている。
【００６８】
また、前記揺動カム３８と一方のスプリングリテーナ５５との間には、摺動用のワッシャ５６が介装されている。
【００６９】
前記スナップリング５２は、他方のスプリングリテーナ５４のフランジ部５４ａの外面に当接して付勢機構５１のカム軸５０からの抜け出しを防止するようになっている。
【００７０】
この実施形態によれば、図１０に示すように、揺動カム３８が、付勢機構５１のコイルスプリング５３のばね力によってブラケット３６の一側面に常時圧接するようになっていることから、吸気弁１３の開閉作動時に、アーマチュア２０の上下動に伴いフォロア部材３５が上下動すると、前記揺動カム３８は、ブラケット３６方向へ所定のフリクションを受けながら各フォロア面３５ａ、３５ｂ上を転接する。
【００７１】
したがって、この第２の実施形態も前記第１の実施形態と同様に、トラベルの長いランプ部４２ｂ、４３ｂとベースサークル部４２ａ、４３ａにより吸気弁１３の開閉動の終端域で十分な制動効果が得られ、打音や摩耗の発生が効果的に防止できると共に、揺動カム３８にフリクションを付与することによってフリーな場合に比較して急激な回転がさらに抑制できる。これによって、揺動カム３８とフォロア部材３５との衝突打音の発生がさらに効果的に防止できる。
【００７２】
また、揺動カム３８は、ブラケット３６の一側面に対して上下２個所の突起部５２，５２ｂによって当接することから、その間のフリクションの大きさを調整することが可能になると共に、ワッシャ５６によってスプリングリテーナ５５との最適な圧接調整も可能になる。
【００７３】
さらに、前記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
【００７４】
前記揺動カムを細長い正面雨滴状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の機関弁の電磁駆動装置。
【００７５】
前記制動機構の揺動カムをカム軸を介してブラケット方向へ押し付け付勢する付勢機構を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の機関弁の電磁駆動装置。
【００７６】
したがって、この発明によれば、揺動カムに付勢機構によりフリクションを付与することによってフリーな場合に比較して急激な回転がさらに抑制できる。これによって、揺動カムとフォロア部材との衝突打音の発生がさらに効果的に防止できる。
【００７７】
本発明は、吸気弁側に限らず、排気弁側のみに適用することも可能であり、排気弁側に適用した場合は、排気弁の開時の急激な動きを規制できることによって燃焼ガスの急激な排出が抑制され、この結果、排気音を低減させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に供される制動機構の要部拡大図。
【図２】同制動機構の要部側断面図。
【図３】同制動機構の分解斜視図。
【図４】本実施形態の電磁駆動装置の縦断面図。
【図５】開弁時の作用を示す縦断面図。
【図６】閉弁時の作用を示す縦断面図。
【図７】Ａはアーマチュアの最上昇時ある状態を示す要部概略図、Ｂは上下の中間位置にある状態を示す要部概略図、Ｃは最下降時にある状態を示すよう要部概略図。
【図８】本実施形態の制動機構による制動特性図。
【図９】第２の実施形態における制動機構の要部拡大図。
【図１０】同実施形態における制動機構の要部側断面図。
【図１１】同実施形態における制動機構の分解斜視図。
【図１２】Ａは揺動カムの側面図、Ｂは揺動カムの正面図。
【図１３】本実施形態を正面から見た縦断面図。
【図１４】本実施形態を側面から見た縦断面図。
【符号の説明】
１１…シリンダヘッド
１２ａ…バルブシート
１３…吸気弁
１４…電磁駆動機構
１５…制動機構
１８…閉弁側スプリング
２０…アーマチュア
２１…閉弁用電磁石
２２…開弁用電磁石
２３…開弁側スプリング
３５…フォロア部材
３５ａ、３５ｂ…第１，第２フォロア面
３６…ブラケット
３７…カム軸
３８…揺動カム
４２…第１カム面
４３…第２カム面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, an electromagnetic drive device that mainly opens and closes an engine valve of an internal combustion engine for an automobile using electromagnetic force.
[0002]
[Prior art]
As this type of conventional electromagnetic drive device, for example, one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-21220 is known.
[0003]
In brief, the engine includes an intake valve slidably provided on a cylinder head of the engine, and an electromagnetic drive mechanism for driving the intake valve to open and close.
[0004]
The intake valve includes an umbrella section that opens and closes an open end of an intake port, and a valve stem that is integrally provided at an upper end of the umbrella section.
[0005]
In the electromagnetic drive mechanism, a disk-shaped armature is fixed to an upper end of a valve stem inserted into a casing fixed on a cylinder head, and the armature is sucked into an upper and lower position inside the casing to suction air. A valve closing electromagnet and a valve opening electromagnet for opening and closing the valve are arranged.
[0006]
A valve-opening spring that urges the intake valve in the opening direction is resiliently held between the upper wall of the casing and the upper surface of the armature. On the other hand, a valve-closing-side spring for urging the intake valve in the closing direction is elastically held, and the armature is held at a neutral position in the vertical direction by these two springs. Further, each of the opening / closing valve electromagnets outputs a control current from an electronic control unit to each coil via an amplifier.
[0007]
The electronic control unit controls the energization amount of the opening / closing electromagnet based on a detection signal from an engine speed sensor or a temperature detection sensor of the valve closing electromagnet.
[0008]
Then, the spring force of the two springs and the attraction force of the two electromagnets 7 and 8 accumulate in each of the springs 9 and 10 and hold it as potential energy, and the electromagnetic force is repeatedly released and attracted alternately. The intake valve 2 is driven to open and close.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional electromagnetic drive device, when the intake valve is opened and closed, the electromagnetic attraction force of each opening / closing electromagnet is greater than the spring force of each spring that opposes the attraction force. The umbrella portion may violently collide with the valve seat, and the armature may collide with the valve opening electromagnet when the valve is opened.
[0010]
That is, first, when the valve is closed, the armature is attracted upward by the attraction force of the valve closing electromagnet. Therefore, when the intake valve slides upward, the valve-closing-side spring is extended, while the valve-opening-side spring is compressed and the spring force increases, and the spring force is stored.
[0011]
Next, when the valve is opened, an OFF signal (non-energizing signal) is output to the valve closing electromagnet, while an ON signal (energizing signal) is output to the valve opening electromagnet, and the armature is sucked downward. As a result, when the intake valve slides downward, the valve-opening-side spring is extended, while the valve-closing-side spring is compressed to increase the spring force and to store the spring force.
[0012]
Therefore, when the valve is closed and the valve is opened, the sliding speed of the intake valve is reduced by the increased spring force of each of the coil springs on the valve-opening and valve-closing sides. In addition to the reaction force, the attraction force of each electromagnet on the attraction side sharply increases. That is, the electromagnetic attraction of each electromagnet increases in inverse proportion to the square of the distance between the armature and each fixed core of each electromagnet. Therefore, the increased suction force overcomes the combined spring force of the compression and extension sides of each spring, and causes the armature to move rapidly upward or downward without sufficiently decelerating.
[0013]
Therefore, the intake valve suddenly lifts and lowers at the time of maximum opening and closing, and as a result, the umbrella portion collides with the valve seat at the time of closing, and the armature collides with the valve-opening electromagnet at the time of opening. And wear of the armature and the valve seat may be caused.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been devised in view of the problem of the conventional device, and the invention according to claim 1 is configured such that it comes into contact with the cam surface of the swing cam in contact with the follower surface as the armature moves up and down, thereby absorbing the shock. A lamp portion for creating an area is formed relatively long, and the lamp portion is formed so as to abut on each of the follower surfaces from an initial stage of operation in the opposite direction from the highest position or the lowest position of the armature. A stopper member, which is shorter than the length from the cam shaft to the tip of the swing cam, is provided on the cam shaft in conjunction with the swing cam, and the swing cam rotates in the terminal region of the opening / closing operation of the engine valve. Then, when the base circle portion of the cam surface comes into contact with each of the follower surfaces, a further rotation of the swing cam is regulated by a stopper member.
[0015]
Therefore, according to the present invention, when the engine is started, the armature is attracted by the valve-opening electromagnet and descends against the spring force of the valve-closing-side spring member, and the follower member moves one cam surface of the swing cam downward. When pressed, the ramp on the cam surface of this swing cam rolls on one of the follower surfaces, eventually reaches the base circle and stops the lowering of the follower member, and at the same time, the follower member presses the engine valve to open the valve maximally. Lower to the position.
[0016]
On the other hand, when the engine valve is closed, the valve-opening electromagnet is de-energized while the valve-closing electromagnet is energized, whereby the armature is attracted to the valve-closing electromagnet against the spring force of the valve-opening spring member. As a result, the engine valve also rises in the valve closing direction.
[0017]
At the time of the opening and closing operation of the engine valve, the respective cam surfaces of the swing cam roll on the opposing follower surfaces with the vertical movement of the follower member. At the initial stage, that is, at the initial stage of operation in which the armature is operated in the opposite direction from the highest position or the lowest position, the ramp portion is rolled on one of the follower surfaces, and the ramp portion is directly moved along with the subsequent rise and fall of the armature. The surface comes into contact with the follower surface. That is, at the initial stage of operation when the armature is operated in the opposite direction from the stroke end, the ramp portion rolls on one of the follower surfaces, and the ramp portion swings on the follower surface as the armature rises and falls thereafter. Since the rolling contact is made in a state where the travel length from the axis of the moving cam is long, the angular acceleration of the swinging cam becomes small, so the braking torque from the initial opening / closing operation of the engine valve to the vicinity of the terminal region becomes small. . Therefore, the opening / closing operation time of the engine valve is shortened without hindering the opening / closing operation of the engine valve.
[0018]
Thereafter, in the terminal region of the opening / closing operation of the engine valve, that is, in the vicinity of the highest position or the lowest position (stroke end) of the armature, the swing cam moves from the ramp portion to the base circle portion with respect to the follower surface. For this reason, in the terminal region of the opening / closing operation of the engine valve, the moment about the rotation center of the oscillating cam caused by the spring force of the spring member for the on / off valve being transmitted to the oscillating cam via the follower member is reduced. Approaching zero. Further, as the travel length decreases, the angular acceleration of the swing cam increases, and the braking force on the follower member increases. Therefore, the follower member stops at a speed reduced by a sufficiently large braking force when the swing cam is transferred to the base circle portion. As a result, the speed of the armature becomes as small as possible at the end of its stroke, and the engine valve can also prevent the generation of a loud collision sound at the end of its stroke.
[0019]
As a result, it is possible to avoid a sudden collision of the armature with the electromagnet and a sudden collision of the engine valve with the valve seat, and it is also possible to prevent the occurrence of loud tapping noise and wear.
[0020]
In addition, according to the present invention, when the base circle portion of the cam surface of the swing cam comes into rolling contact with each of the follower surfaces near the maximum vertical movement of the follower member, the swing cam tries to keep rotating by the inertial force. However, since the stopper member prevents the swing cam from rotating further, the collision between the tip of the cam nose portion of the swing cam and a follower surface facing the tip is prevented, and Generation of sound is reliably prevented.
[0021]
Further, since the stopper member has a length set to be shorter than the length of the swing cam, its peripheral speed is slower than that of the swing cam. The impact sound when the action works is extremely small.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, a gap is formed between each of the follower surfaces and a tip end of a cam nose portion of the swing cam at a position where the rotation of the swing cam is regulated by the stopper member. Features.
[0023]
According to this invention, at the position where the swinging cam is restricted from excessive rotation by the stopper member near the highest position or the lowest position of the follower member, the tip of the cam nose portion of the swing cam is Since the collision with the follower surface is reliably prevented, it is possible to surely prevent the occurrence of a hitting sound.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 4 shows a first embodiment in which the electromagnetic drive device for an engine valve according to the present invention is applied to the intake side, and an intake valve 13 for opening and closing an open end of an intake port 12 formed in a cylinder head 11, An electromagnetic drive mechanism 14 that opens and closes the valve 13 and a braking mechanism 15 interposed between the intake valve 13 and the electromagnetic drive mechanism 14 are provided.
[0025]
The intake valve 13 is provided with an umbrella portion 13a which is seated on an annular valve seat 12a at an open end of the intake port 12 facing the combustion chamber to open and close the open end, and is provided integrally at the center of the upper surface of the umbrella portion 13a. A valve stem 13b, which is a valve shaft that slides in the cylinder head 11 via the guide 16, is provided. The intake valve 13 has a valve-closing spring elastically mounted between a retainer 13c fixed to the stem end of a valve stem 13b via a cotter and a bottom surface of a holding hole 17 formed in the cylinder head 11. It is urged in the closing direction by the spring force of the valve closing spring 18 which is a member.
[0026]
The electromagnetic drive mechanism 14 includes a casing 19 provided on the cylinder head 11, a disk-shaped armature 20 housed in the casing 19 so as to be vertically movable, and a vertical position sandwiching the armature 20 in the casing 19. An upper valve-closing electromagnet 21 and a lower valve-opening electromagnet 22, which are fixed to the actuator, and a valve-opening-side spring 23 that is a spring member that urges the intake valve 13 in the opening direction via the armature 20 or the like. ing.
[0027]
As shown in FIG. 4, the casing 19 includes a metal main body 19a fixed on the cylinder head 11 with four bolts 24, and a non-magnetic material fixed on the upper end of the casing main body 19a with screws 25. And a cylindrical holder 26 made of a non-magnetic material is disposed on the inner peripheral surface on the side of the cover 19b. The cylindrical holder 26 has a stepped-diameter nonmagnetic material lid 27 holding the valve-closing electromagnet 21 fixed at the upper end of the opening, and a bottom holding the valve-opening electromagnet 22 at the lower end. It has a wall 26a integrally. An air vent hole 27a is formed through the center of the lid 27.
[0028]
The armature 20 has upper and lower surfaces opposed to the electromagnets 21 and 22, and an upper end of a guide rod 28, which is a support shaft extending downward, is fixed to the center of the armature with a nut. A follower member 35 described later of the braking mechanism 15 is integrally provided at the portion. The guide rod 28 is vertically slidably supported via a cylindrical guide portion 29 fitted and fixed in a cylindrical wall provided at the center of the bottom wall 26a. It is arranged coaxially with the axis Y of the valve stem 23b.
[0029]
The electromagnets 21 and 22 for the on-off valves have fixed cores formed in a substantially U-shaped cross section, and are arranged to face each other with a predetermined gap therebetween through an armature 20. Electromagnetic coils 21a and 22a are wound inside the fixed cores. Have been. An energization / non-energization signal from an electronic control unit (not shown), which will be described later, is output to the electromagnetic coils 21b and 22b to attract or release the armature 20 upward or downward.
[0030]
The valve-opening spring 23 is elastically mounted between the center of the upper surface of the armature 20 and the lower surface of the lid 27. When the electromagnets 21 and 22 are demagnetized, the spring force of the valve-closing spring 18 is applied. The armature 20 is held at a substantially neutral position between the two electromagnets 21 and 32 in balance with each other, and in this state, the intake valve 13 is held at a substantially intermediate position between the valve closing position and the valve opening position.
[0031]
The electronic control unit is used for closing a valve based on respective detection values from an engine crank angle sensor, an engine speed sensor, a temperature sensor for detecting the temperature of the valve closing electromagnet 21 and an air flow meter for detecting an engine load. And energization / de-energization of the valve opening electromagnets 21 and 22 are relatively repeatedly output. Here, the rotation angle detection value from the crank angle sensor is for synchronously controlling the opening / closing timing of the intake valve 13 with the rotation of the crankshaft, and is a detection value from the engine speed detection sensor, that is, the rotation of the crankshaft. The detected value of the number is used to cope with the permissible suction time of each of the electromagnets 21 and 22 that changes according to the rotation speed, and the detected value of the temperature sensor is the electromagnetic coil 21a of the valve-closing electromagnet 21 due to the temperature rise. In order to cope with the increase in the current-carrying resistance. The detected value of the engine load by the air flow meter is used together with the detected value of the engine speed to optimally control the opening / closing timing of the intake valve 13.
[0032]
The braking mechanism 15 includes a follower member 35 integrally provided at a lower end of the guide rod 28 and a cam shaft 37 supported by a bracket 36 on the casing main body 19 as shown in FIGS. It is mainly composed of a swinging cam 38 rotatably held inside the follower member 35 via a via and a stopper member 39 fixed to an end of the camshaft 37.
[0033]
The follower member 35 is formed in a substantially square rectangular frame shape, and the opposing lower surface of the upper end wall and the flat upper surface of the lower end wall are configured as a first follower surface 35a and a second follower surface 35b, respectively. The lower end of the guide rod 28 is integrally connected to the center of the upper surface of the valve stem, and the tip of a projection 35c provided at the center of the lower surface of the lower end wall is in contact with the stem end of the valve stem 13b.
[0034]
The bracket 36 is formed in a substantially irregular block shape as shown in FIGS. 2 and 3, one end of which is fixed to a lower surface of the casing main body 19 by a bolt or the like (not shown), and the other end of the free end side. A shaft hole 36a through which the camshaft 37 is rotatably inserted and supported is formed substantially at the center of the portion. In addition, a concave step surface 36b is formed along the vertical direction substantially at the center of the bracket 36, where two stopper surfaces 39b and 39c described later of the stopper member 39 appropriately contact.
[0035]
The cam shaft 37 is set to have a length that penetrates the support shaft hole 36a of the bracket 36 and connects the swing cam 38 and the stopper member 39, and a flat portion 37a through which the swing cam 38 is inserted and connected to one end. And an annular fitting groove 37b in which a C-ring 40 for regulating the axial movement of the cam shaft 37 is fitted together with a stopper member 39 at the one end side. ing.
[0036]
As shown in FIGS. 1 to 3, the swing cam 38 has a cam nose portion 38 a formed in a relatively thin front and substantially raindrop-like shape, and an insertion hole through which the camshaft 37 is inserted into an arc-shaped base. 38b is formed so as to penetrate, and is connected and fixed to the cam shaft 37 by a potato screw 41 which is screwed into a female screw hole 38c which is formed substantially at the center of the inner peripheral surface of the insertion hole 38b. .
[0037]
Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the swing cam 38 is configured such that the entire upper surface of the upper half is a first cam surface 42 on the valve opening side which is in rolling contact with the first follower surface 35 a, and The entire lower surface is configured as a second cam surface 43 on the valve closing side that comes into contact with the second follower surface 35b.
[0038]
The first and second cam surfaces 42 and 43 are formed in predetermined profiles, respectively, and are base circle portions 42a and 43a that are semicircular base circle portions having a small radius of curvature, and the base circle portions 42a and 43a. First and second ramp portions 42b and 43b are formed on the outer surface on the side of the cam nose portion 38a from 43a so as to have a gentle convex surface. That is, the first and second ramp portions 42b and 43b are continuously formed in a gentle circular arc surface from the base circle portions 42a and 43a to the leading edge of the cam nose portion 38a, so-called travel with respect to each of the follower surfaces 35a and 35b. The length is set to be sufficiently long.
[0039]
As shown in FIGS. 1 and 3, the stopper member 39 is formed in a substantially fan-shaped front surface, is arranged in a parallel state in the same direction as the cam nose portion 38a of the swing cam 38, and is substantially in the center position. A shaft hole 39a into which the other end of the cam shaft 37 is inserted and fixed is formed. Further, first and second stopper surfaces 39b and 39c are formed at both ends in the circumferential direction to appropriately contact the step surface 36b of the bracket 36 according to the rotational position of the stopper member 39.
[0040]
The length L1 from the center P of the shaft hole 39a to the outer peripheral surface is sufficiently longer than the length L2 from the center P of the insertion hole 38a of the swing cam 38 to the tip of the cam nose portion 38a. It is set small.
[0041]
Further, as shown in FIG. 1, at the time when one of the stopper surfaces 39b and 39c of the stopper member 39 abuts on the step surface 36b, the swing cam 38 is connected to the tip of the cam nose portion 38a by the first or the second. Slight gaps 44a, 44b are formed between the follower surfaces 35a, 35b.
[0042]
The operation of the present embodiment will be described below. First, when the engine is stopped, the energization signal is not output from the electronic control unit to each of the electromagnetic coils 21a and 22a of the electromagnets 21 and 22, and the state is in the non-energized state. As a result, the armature 20 is held at a substantially neutral position in the gap S by the relative spring force of the springs 18 and 23, as shown in FIG. 1, so that the intake valve 13 also slightly moves from the valve seat 12a. Neutral position far away.
[0043]
At this point, the swing cam 38 is freely supported by the bracket 36 via the cam shaft 37 without any restraint inside the follower member 35.
[0044]
When the engine is started and an energizing signal is output from the electronic control unit 30 to the electromagnetic coil 22b of the valve-opening electromagnet 22, the armature 20 is attracted to the electromagnet 22 as shown in FIG. It is lowered by the spring force of 23. For this reason, the follower member 35 also descends via the guide rod 28 and presses the stem end downward at the lower end. As a result, the intake valve 13 makes a downward stroke, that is, a stroke in the valve opening direction, against the spring force of the valve closing spring 18.
[0045]
On the other hand, when the intake valve 13 is closed, the energization to the valve-opening electromagnet 22 is interrupted and the electromagnetic coil 21a of the valve-closing electromagnet 21 is energized, so that the armature 20 is driven by the electromagnet as shown in FIGS. The follower member 35 is lifted against the spring force of the valve-opening spring 23 by the suction force of the valve-closing spring 18 and the spring force of the valve-closing spring 18. As a result, the intake valve 13 is raised by the spring force of the valve-closing-side spring 18, and the umbrella portion 13a is seated on the valve seat 12a and closed.
[0046]
When the follower member 35 rises or descends, the swing cam 38 when opening and closing the intake valve 13 rotates about the cam shaft 37 while the respective cam surfaces 42 and 43 are in rolling contact with the follower surfaces 35a and 35b. Freely rotate clockwise or counterclockwise. As a result, as shown in FIG. 8, an effective damping braking action can be obtained in the terminal area (open-closed circle area) of the opening / closing operation of the intake valve 13.
[0047]
That is, as described above, when the intake valve 13 is operated in the valve-opening direction from, for example, the valve closing position as shown in FIGS. 7A to 7C, the electromagnetic attraction force and the spring force of the valve-opening spring 23 are different from each other. When the armature 20 and the follower member 35 are moved downward, the contact point between the first cam surface 42 of the swing cam 38 and the first follower surface 35a in the initial stage of the operation is first swung as shown in FIGS. 7B and 7C. The long travel surface of the first ramp portion 42b rolls on the first follower surface 35a as the swing cam 38 is pushed down from the tip side of the first ramp portion 42b of the cam 38.
[0048]
At the initial stage of the operation when the intake valve 13 shifts from the closed state to the valve opening direction, the tip end of the first ramp portion 42b rolls into contact with the first follower surface 35a, and the first ramp portion 42b is lowered as the armature 20 descends thereafter. Since the ramp portion 42b comes into rolling contact with the first follower surface 35a for a relatively long time (the travel amount is large), the angular acceleration (α) of the swing cam 38 decreases, and the initial operation of the opening operation of the intake valve 13 is started. , The braking torque T from the vicinity to the end edge becomes smaller.
[0049]
To explain the principle in detail, first, the braking torque T applied to the armature 20 is calculated as follows: the angular acceleration (α) of the swing cam 38 × the inertial force (inertia I) of the swing cam 38. P = Constant) is obtained by (1), and the braking force F acting on the follower member 35 in which the braking torque T moves up and down can be expressed by F = T / COSθ · L (2). Here, L is the length from the axis of the cam shaft 37 to the tip of the cam nose portion 38a of the swing cam 38 and the first length of the swing cam 38 from the axis of the cam shaft 37 as shown in FIGS. , The length up to the outer peripheral surfaces of the second base circle portions 42a and 43a, which is the so-called travel amount.
[0050]
Since L is large from the initial stage of operation to the vicinity of the terminal edge, the denominator COSθ × L becomes large, and the numerator T is small, so that the braking force F on the follower member 35 becomes small. Therefore, the opening and closing operation of the intake valve 13 in this region is performed quickly, and the operation time of the intake valve 13 can be shortened.
[0051]
When the first base circle portion 42a is reached, that is, in the end region of the opening operation of the intake valve 13, the spring force of the valve opening spring 23 and the like are transmitted to the swing cam 38 via the follower member 35. The resulting moment about the center of rotation of the swing cam 38 approaches zero. That is, the angular acceleration α of the swing cam 38 increases, and the braking torque T of the swing cam 38 increases according to the equation (1). At the same time, the travel amount L approaches zero, and COSθ × L decreases, so that the braking force F acting on the follower member 35 increases according to the equation (2).
[0052]
Therefore, when the follower member 35 is transferred to the base circle portion, the speed is reduced by the sufficiently large braking force F, and the follower member 35 stops.
[0053]
Accordingly, a sufficient braking force is obtained at the stage of the transition to the base circle portion 42a, and an effective damping braking effect is obtained in the terminal region of the opening operation of the intake valve 13 (circle in the broken line) as shown in FIG. .
[0054]
As a result, the speed of the armature 20 is reduced as much as possible at the end of its stroke. Accordingly, a sharp collision of the armature 20 with the valve-opening electromagnet 22 and occurrence of loud tapping noise and wear are also caused. Can be prevented.
Since a clearance C is formed between the armature 20 and the valve-opening electromagnet 22 and the valve-closing electromagnet 21 as shown in FIGS. 7A and 7C, the collision is more positively prevented. ing.
[0055]
Here, with the rotation of the swing cam 38, the stopper member 39 also rotates in the same direction via the cam shaft 37. However, the first cam surface 42 is shifted from the first follower surface 35a by the first ramp. When the roller 42 comes into contact with the base circle portion 42a from the portion 42b, as shown in FIGS. 1 and 7C, one stopper surface 39c of the stopper member 39 contacts the step surface 36b of the bracket 36, and the swing cam 38 Regulates further rotation of the Therefore, excessive rotation of the swing cam 38 is prevented, collision between the tip of the cam nose portion 38a and the second follower surface 35b is prevented, and generation of a tapping sound is reliably prevented.
[0056]
Further, since the length L1 of the stopper member 39 is set shorter than the length L2 of the swing cam 38, the peripheral speed thereof is lower than that of the swing cam 38. The impact sound when hitting the surface 36b is extremely low.
[0057]
Further, as described above, at the position where the rotation of the swing cam 38 is restricted by the stopper member 39, a gap 44a is formed between the second follower surface 35b and the distal end edge of the cam nose portion 38a of the swing cam 38. Therefore, the collision during this time is prevented, and the generation of a tapping sound can be reliably prevented.
[0058]
This effect also occurs when the intake valve 13 is closed, and as shown in FIGS. 7C and 7A, at the beginning of the operation in the valve closing direction from the valve open state, the second follower surface 35b At the same time, the second ramp portion 43b rolls on the second follower surface 35b in a long travel state with the rising stroke of the armature 20. Accordingly, the angular acceleration α of the oscillating cam 38 from the initial operation to the vicinity of the end becomes smaller as in the case of opening the valve, so that the braking torque T becomes smaller and the operating speed becomes faster.
[0059]
When the rotation reaches the base circle portion 43a, as described above, the moment around the rotation center of the swing cam 38 approaches zero, and therefore, as shown in FIG. Region), an effective damping braking action can be obtained.
[0060]
Further, in the area of the base circle portion 43, as shown in FIG. 7A, the other stopper surface 39b of the stopper member 39 abuts on the step surface 36b to prevent the swing cam 38 from rotating excessively, and the cam nose portion 38a Collision between the distal end portion and the first follower surface 35a is prevented, and the striking sound at the time of contact between the step surface 36b and the stopper surface 39c is sufficiently small. Further, at this time, the occurrence of a more reliable collision can be prevented by the gap 44b.
[0061]
As described above, the intake valve 13 obtains a stable damping action at the time of the closing operation as shown in FIG. 8 (circled broken line). Violent collision is avoided, and occurrence of hitting noise, wear, breakage and the like is prevented.
[0062]
Further, in this embodiment, since the swing cam 38 is simply fixed to the cam shaft 37 and allowed to rotate in a free state, the number of parts can be reduced and the entire structure can be simplified. As a result, manufacturing and assembling operations are facilitated, and a rise in cost can be suppressed. Further, since the size of the braking mechanism 15 can be reduced, the mountability to the device is improved.
[0063]
9 to 14 show a second embodiment of the present invention, in which an urging mechanism 51 for urging the rocking cam 38 of the braking mechanism 15 toward the bracket 36 via a cam shaft 50 is provided, and a stopper member is provided. Is abolished.
[0064]
That is, as shown in FIGS. 12A and 12B, the swing cam 38 has a profile formed in the shape of an elongated raindrop as in the first embodiment, and includes base circle portions 42a and 43a and ramp portions 42b and 43b, respectively. First and second cam surfaces 42 and 43 are provided, and protruding portions 52a and 52b that are in contact with opposing side surfaces of the bracket 36 are provided at upper and lower positions on one side surface of the bracket 36 side.
[0065]
As shown in FIG. 11, the camshaft 50 is formed to be longer than that of the first embodiment, and a flange-like head 50a is integrally fixed to one end side of the bracket 36 which is inserted into the insertion hole 36a. In addition, an annular fitting groove 50b into which a snap ring 52 described later is fitted is formed at the other end.
[0066]
As shown in FIGS. 10, 11, 13, and 14, the biasing mechanism 51 is a spring member that is provided on the other end of the cam shaft 50 and is inserted through the cam shaft 50. It mainly comprises a spring 53 and disk-shaped spring retainers 54 and 55 arranged on both sides of the coil spring 53.
[0067]
Each of the spring retainers 54, 55 has a flange portion 54a, 55a at both ends of the coil spring 53, and a cylindrical spring support integrally provided at the center of the opposed inner end surface of each of the flange portions 54a, 55a. Parts 54b and 55b. The spring support portions 54b and 55b are arranged in both ends of the coil spring 53 to support the both ends, and have shaft holes 54c and 55c formed therein for inserting the cam shaft 50 respectively. I have.
[0068]
A slide washer 56 is interposed between the swing cam 38 and one of the spring retainers 55.
[0069]
The snap ring 52 comes into contact with the outer surface of the flange portion 54a of the other spring retainer 54 to prevent the biasing mechanism 51 from coming off the cam shaft 50.
[0070]
According to this embodiment, as shown in FIG. 10, the swing cam 38 is constantly pressed against one side surface of the bracket 36 by the spring force of the coil spring 53 of the urging mechanism 51. When the follower member 35 moves up and down as the armature 20 moves up and down when the valve 13 opens and closes, the swing cam 38 rolls on the follower surfaces 35a and 35b while receiving a predetermined friction in the direction of the bracket 36.
[0071]
Therefore, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the ramp portions 42b and 43b having long travel and the base circle portions 42a and 43a provide a sufficient braking effect in the terminal region of the opening and closing movement of the intake valve 13. As a result, the occurrence of hammering and wear can be effectively prevented, and by applying friction to the swing cam 38, abrupt rotation can be further suppressed as compared with a free case. This can more effectively prevent the hitting sound of the swing cam 38 and the follower member 35 from hitting.
[0072]
Further, since the swing cam 38 comes into contact with one side surface of the bracket 36 by two upper and lower projections 52 and 52b, the magnitude of friction therebetween can be adjusted, and the washer 56 is used. Optimum pressure contact adjustment with the spring retainer 55 is also possible.
[0073]
Further, technical ideas other than the claims that can be grasped from the embodiment will be described below.
[0074]
The electromagnetic drive device for an engine valve according to claim 1, wherein the swing cam is formed in an elongated front raindrop shape.
[0075]
The electromagnetic drive device for an engine valve according to any one of claims 1 to 3, further comprising an urging mechanism that presses and urges the swing cam of the braking mechanism toward the bracket via a cam shaft.
[0076]
Therefore, according to the present invention, abrupt rotation can be further suppressed by applying friction to the oscillating cam by the urging mechanism as compared with a free case. This can more effectively prevent the hitting sound of the swing cam and the follower member.
[0077]
The present invention can be applied not only to the intake valve side but also to only the exhaust valve side, and when applied to the exhaust valve side, the rapid movement of the exhaust valve when opening can be regulated, so Exhaust is suppressed, and as a result, exhaust noise can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged view of a main part of a braking mechanism provided in a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional side view of a main part of the braking mechanism.
FIG. 3 is an exploded perspective view of the braking mechanism.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the electromagnetic drive device of the embodiment.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the operation at the time of valve opening.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an operation at the time of valve closing.
7A is a schematic diagram of a main part showing a state where the armature is at the highest position, FIG. 7B is a schematic diagram of a main part showing a state at an intermediate position between the upper and lower sides, and FIG. .
FIG. 8 is a diagram showing a braking characteristic of the braking mechanism according to the embodiment.
FIG. 9 is an enlarged view of a main part of a braking mechanism according to a second embodiment.
FIG. 10 is a side sectional view of a main part of the braking mechanism in the embodiment.
FIG. 11 is an exploded perspective view of the braking mechanism in the embodiment.
12A is a side view of the swing cam, and FIG. 12B is a front view of the swing cam.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view of the embodiment as viewed from the front.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view of the embodiment viewed from a side.
[Explanation of symbols]
11 ... Cylinder head
12a: Valve seat
13 ... intake valve
14. Electromagnetic drive mechanism
15 ... Brake mechanism
18… Valve closing spring
20 ... Armature
21: Valve closing electromagnet
22 ... Electromagnet for opening a valve
23… Spring on valve opening side
35 ... Follower member
35a, 35b ... First and second follower surfaces
36 ... Bracket
37 ... Cam shaft
38: Swing cam
42: First cam surface
43 ... Second cam surface
