JP2009281148A - 内燃機関の動弁装置用電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】電磁石を大型化することなく、十分な弁駆動力が得られるようにすること。
【解決手段】可動レバー部材１１６のレバー長さ方向の中間部に枢軸１３０を配置し、レバー長さ方向で見て枢軸１３０の一方の側に電磁石１１８、１２０の電磁吸着面部１２６、１２８と対向する電磁石当接部１３８、１４０を設け、枢軸１３０の他方の側に動弁装置の弁体との連係部である連係ローラ１４６を設ける。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置用電磁アクチュエータに関し、特に、回動型の動弁装置用電磁アクチュエータに関する。

内燃機関の動弁装置として、電磁アクチュエータによって動弁装置の弁体である吸気弁、排気弁を開閉する電磁駆動式のものがある（例えば、特許文献１）。

電磁駆動式の動弁装置に用いられる電磁アクチュエータとして、固定配置の電磁石と、電磁石に対して一つの枢軸周りに回動可能に設けられたアーム部材（アーマチャ）とを有し、電磁石の励磁によってアーム部材が枢軸周りに回動変位し、当該回動変位によって吸気弁、排気弁を開閉駆動する回動型（回転型）のものがある（例えば、特許文献２）。

この回動型電磁アクチュエータは、アーム部材の回動枢軸がアーム部材の一端部にあり、アーム部材の他端部がなす回動先端部にて動弁装置の弁体の連係、例えば、弁ステム先端部と当接し、この回動先端部と枢軸部との間でアーム部材が電磁石の電磁吸着面部と対向する構造になっている。
特開２００４−３２４４７８号公報 特開２００６−４６１７６号公報

上述した従来の回動型電磁アクチュエータは、アーム部材の枢軸部とは反対の回動先端部（アーム先端）にてアーム部材と弁体とが連係するので、アーム長さに応じて大きい弁体駆動ストロークを得ることができるが、その反面、大きい弁駆動力を得ることができない。また、この従来構造では、アーム先端に作用するアーム部材の慣性質量が大きい。

このようなことから、従来の回動型電磁アクチュエータにおいて、十分な弁駆動力を得るためには、電磁石を大型化する必要が生じ、電磁石の大型化は、電力消費、重量、占有スペースの増加を招くことになる。このようなことは、特に、車載機器として、重要な課題になる。

本発明が解決しようとする課題は、電磁石を大型化することなく、十分な弁駆動力が得られるようにすることである。

本発明による動弁装置用電磁アクチュエータは、内燃機関の動弁装置に用いられる電磁アクチュエータであって、電磁吸着面部を有する固定配置の電磁石と、前記電磁石の励磁によって回動する可動レバー部材とを有し、前記可動レバー部材は、レバー長さ方向の中間部に配置された枢軸周りに回動可能に設けられ、レバー長さ方向で見て前記枢軸の一方の側に前記電磁吸着面部と対向する電磁石当接部を有し、前記枢軸の他方の側に前記動弁装置の弁体との連係部を有する電磁吸着面部を有する固定配置の電磁石と、可動レバー部材とを有し、前記可動レバー部材は、レバー長さ方向の中間部に枢軸を配置され、当該枢軸周りに回動可能に設けられ、レバー長さ方向で見て前記枢軸の一方の側に前記電磁吸着面部と対向する電磁石当接部を有し、前記枢軸の他方の側に前記動弁装置の弁体との連係部を有する。

この発明による動弁装置用電磁アクチュエータによれば、アーマチャが、レバー長さ方向の中間部に配置された枢軸周りに回動可能な可動レバー部材により構成され、枢軸の一方の側に電磁石当接部が、枢軸の他方の側に動弁装置の弁体との連係部がある構成であるので、一端枢支のアーム式のものに比して可動レバー部材の慣性質量を低減することができる。このことにより、電磁石を大型化することなく、十分な弁駆動力を確保することができるようになる。

本発明による動弁装置用電磁アクチュエータは、好ましくは、前記可動レバー部材の前記枢軸から前記電磁石当接部の先端までのレバー長方向の長さが、前記枢軸から前記連係部までのレバー長方向の長さより長い。

この発明による動弁装置用電磁アクチュエータによれば、梃子の原理によって前記連係部における弁駆動力を大きくできる。このことによっても、電磁石を大型化することなく、十分な弁駆動力を確保することができるようになる。

本発明による動弁装置用電磁アクチュエータは、好ましくは、前記電磁石が、複数枚の積層板を積層した積層構造のヨーク部材と、前記ヨーク部材に取り付けられた電磁コイル部材とを有し、前記可動レバー部材は複数枚の積層板を積層した積層構造体として構成され、前記ヨーク部材の積層板積層方向と前記可動レバー部材の積層板積層方向とが同一方向である。

この発明による動弁装置用電磁アクチュエータによれば、電磁石と可動レバー部材とに間に有効に作用する磁束を十分に生成でき、磁気損失が少ない。このことによっても、電磁石を大型化することなく、十分な弁駆動力を確保することができるようになる。

本発明による動弁装置用電磁アクチュエータは、好ましくは、前記動弁装置が、カム部を有し、内燃機関本体に回転可能に設けられて内燃機関の出力軸により回転駆動されるカム軸と、前記内燃機関本体に設けられたロッカアーム軸と、前記ロッカアーム軸に回動可能に支持され、前記電磁アクチュエータによって選択的に駆動され、内燃機関の吸気弁あるいは排気弁を開閉する弁側ロッカアームと、前記ロッカアーム軸に回動可能に支持され、前記カム軸の前記カム部と係合し、当該カム部により揺動駆動されるカム側ロッカアームと、前記カム軸による前記弁側ロッカアームの駆動時には前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとを一体連結し、前記電磁アクチュエータによる前記弁側ロッカアームの駆動時には前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとの一体連結を解除する連結手段とを有するものである。

この本発明による動弁装置用電磁アクチュエータによれば、連結手段の連結操作によって前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとが一体連結されることにより、前記カム軸による前記弁側ロッカアームの揺動が前記弁側ロッカアームに伝達され、前記カム軸によって吸気弁、排気弁が開閉する。これに対し、連結手段の解除操作によって前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとの一体連結が解除されることにより、前記カム軸による前記弁側ロッカアームの揺動が前記弁側ロッカアームに伝達されなくなる。この状態では、前記電磁アクチュエータによって前記弁側ロッカアームを揺動させて吸気弁、排気弁を開閉する。

このようにして、電磁アクチュエータによって弁側ロッカアームを駆動する際には、カム軸によって駆動されるカム側ロッカアームを弁側ロッカアームから切り離して吸気弁、排気弁の開閉を行うことができる。このため、電磁アクチュエータによる駆動時の弁側ロッカアームの慣性重量を低減し、電磁アクチュエータの駆動力を小さくすることができ、小型化できるとともに、消費電力も少なくすることができる。

本発明による動弁装置用電磁アクチュエータによれば、アーマチャが、レバー長さ方向の中間部に配置された枢軸周りに回動可能な可動レバー部材により構成され、枢軸の一方の側に電磁石当接部が、枢軸の他方の側に動弁装置の弁体との連係部がある構成であるから、一端枢支のアーム式のものに比して可動レバー部材の慣性質量を低減することができ、電磁石を大型化することなく、十分な弁駆動力を確保することができる。

以下に、本発明による内燃機関の動弁装置用電磁アクチュエータの一つの実施形態を、図１〜図８を参照して説明する。

図１に示されているように、内燃機関は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１４とによるエンジン本体（内燃機関本体）１０を有する。シリンダブロック１２には、図では一つしか示されていないが、複数個のシリンダボア１６が形成されている。シリンダボア１６内にはピストン１８が往復動可能に設けられている。ピストン１８は、シリンダボア１６内にあってシリンダヘッド１４との間に燃焼室２０を画定している。ピストン１８は、連結ロッド４６によって内燃機関の出力軸であるクランク軸４８に連結されている。

シリンダヘッド１４には、各燃焼室２０毎に、つまり、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられている。

図２に良く示されているように、シリンダヘッド１４には、各燃焼室２０毎に、つまり、各気筒毎に、二つの吸気ポート２２、２４と、二つの排気ポート２６、２８が形成されている。シリンダヘッド１４には、吸気ポート２２、２４を開閉する吸気弁３０、３２と、排気ポート２６、２８を開閉する排気弁３４、３６が取り付けられている。シリンダヘッド１４と吸気弁３０、３２、排気弁３４、３６の各々の間には、各弁を閉弁付勢する圧縮コイルばね３８、４０、４２、４４が取り付けられている。

シリンダヘッド１４には、クランク軸４８によって回転駆動される吸気弁用のカム軸５０と排気弁用のカム軸５２が各々回転可能に取り付けられている。カム軸５０、５２は、各々、所定のカムプロフィールを有するカム部５４、５６を各気筒毎に有する。

シリンダヘッド１４には排気弁用のロッカアーム軸６０が取り付けられている。ロッカアーム軸６０は、各気筒毎の排気弁用のロッカアーム６４の一端部（係合部）６４Ａを回動（揺動）可能に支持している。

排気弁用のロッカアーム６４の他端部、すなわち、一端部６４Ａとは反対の揺動端部６４Ｂは、排気弁３４、３６のステム端部に当接している。ロッカアーム６４は、中間部に支持軸６６によってカムフォロワローラ６８を回転可能に支持している。カムフォロワローラ６８は、カム軸５２のカム部５６に係合し、カム軸５２の回転によって自転しながら、カム部５６のカムプロフィールに従って上下動する。

これにより、排気弁３４、３６は、カム軸５２の回転によって一義的に決まる所定のクランク角タイミングをもって開閉される。

次に、カム軸−電磁ハイブリッド駆動が適用され、本発明による動弁装置用電磁アクチュエータを使用する吸気弁３０、３２の開閉機構（動弁機構）について説明する。

シリンダヘッド１４には、吸気弁用のロッカアーム軸５８と排気弁用のロッカアーム軸６０が取り付けられている。ロッカアーム軸５８は、各気筒毎の吸気弁用の弁側ロッカアーム６２の一端部（係合部）６２Ａを回動（揺動）可能に支持している。

弁側ロッカアーム６２は、上面視でコの字形をしており、ロッカアーム軸５８より支持される一端部（係合部）６２Ａの側が、二股脚部６２Ｄの先端部として、同一軸線上に２個存在する。弁側ロッカアーム６２は、一端部６２Ａとは反対の二つの揺動端部６２Ｂにて吸気弁３０、３２のステム端部に当接している。この二つの揺動端部６２Ｂは連結部６２Ｃによって互いに一体連結されている。換言すると、連結部６２Ｃは弁側ロッカアーム６２と吸気弁３０、３２との当接部に設けられている。

ロッカアーム軸５８は、各気筒毎に設けられたカム側ロッカアーム７０の一端部７０Ａを回動（揺動）可能に支持している。カム側ロッカアーム７０は、図３に良く示されているように、弁側ロッカアーム６２の二股脚部６２Ｄ間にあり、他端部７０Ｂがヨーク形状をしていて中空支持軸７２によってカムフォロワローラ７４を回転可能に支持している。

カムフォロワローラ７４は、カム軸５０のカム部５４に係合し、カム軸５０の回転によって自転しながら、カム部５４のカムプロフィールに従って上下動する。ここに、カムフォロワローラ７４が、カム側ロッカアーム７０とカム軸５０のカム部５４との当接部をなす。

弁側ロッカアーム６２とカム側ロッカアーム７０には、当該両者を選択的に一体連結する連結手段７８が構成されている。連結手段７８は、カム側ロッカアーム７０とカム軸５０のカム部５４との当接部（カムフォロワローラ７４と同一軸線上）にある。

連結手段７８は、図４に良く示されているように、閂式のものであり、弁側ロッカアーム６２の二股脚部６２Ｄの一方の脚片に設けられたシリンダ部材８０と、シリンダ部材８０内に摺動可能に設けられて一方の側に油圧動作室８２を画定するピストン８４と、中空支持軸７２の中空部７２Ａ内に軸線方向に移動可能に設けられた連結ピン８６と、弁側ロッカアーム６２の二股脚部６２Ｄの他方の脚片に設けられたカップ部材８８と、カップ部材８８内に軸線方向に移動可能に設けられた戻し部材９０と、カップ部材８８内に設けられて戻し部材９０を連結ピン８６の側に付勢する戻しばね９２とにより構成されている。ピストン８４、連結ピン８６、戻し部材９０は、この順で同一軸線上にある。

連結手段７８は、油圧動作室８２に油圧が供給されていない場合には、図４に実線で示されているように、戻しばね９２のばね力によって、戻し部材９０、連結ピン８６、ピストン８４が右方に押された位置にあって、ピストン８４が中空部７２Ａに進入せず、連結ピン８６がカップ部材８８内に進入しない連結解除状態を確立する。この連結解除状態では、カム側ロッカアーム７０と弁側ロッカアーム６２とが切り離され、カム側ロッカアーム７０が揺動運動が弁側ロッカアーム６２に伝達されない。

これに対し、油圧動作室８２に油圧が供給されると、図４に仮想線で示されているように、戻しばね９２のばね力に抗して、ピストン８４、連結ピン８６、戻し部材９０が左方へ移動し、当該移動によって、ピストン８４が中空部７２Ａに進入し、連結ピン８６がカップ部材８８内に進入する連結状態を確立する。この連結状態では、カム側ロッカアーム７０と弁側ロッカアーム６２とが一体連結され、カム側ロッカアーム７０の揺動運動が弁側ロッカアーム６２に伝達される。換言すると、カム側ロッカアーム７０と弁側ロッカアーム６２とが一体化して揺動運動する。

油圧動作室８２に対する油圧の給排は、弁側ロッカアーム６２の内部に形成された内部油路９４、ロッカアーム軸５８の内部に内部油路９６などを用いて行われる。油圧動作室８２に対する油圧給排制御については、図８を用いて後述する。

図４に示されているように、シリンダヘッド１４には、カム側ロッカアーム７０の他端部７０Ｂの側（揺動端側)に設けられた受け部１００に、ばね９８のばね力によって押し付けられる付勢部材１０２が設けられている。付勢部材１０２は、連結解除状態にある場合を含めてカム側ロッカアーム７０のカムフォロワローラ７４をカム軸５０のカム部５４に押し付け、カムフォロワローラ７４とカム部５４との係合状態を維持させる作用をする。

図１、２に示されているように、シリンダヘッド１４には、各気筒の弁側ロッカアーム６２毎に電磁アクチュエータ１１０が取り付けられている。電磁アクチュエータ１１０は、シリンダヘッド１４に取り付けられて固定配置の上下一対の電磁石１１２、１１４と、電磁石１１２、１１４の励磁によって所定回動角範囲を往復回動する可動レバー部材１１６とを有する。

電磁アクチュエータ１１０の詳細を、図５〜図７を参照して説明する。

上下の電磁石１１２、１１４は、可動レバー部材１１６の回動中心Ａを通る中立線Ｎを対称線として、上下に各々傾斜角θをもって横転ハの字形に傾斜配置されている。電磁石１１２、１１４は、各々、二枚の側板１１８Ａ、１２０Ａ間に複数枚の積層板１１８Ｂ、１２０Ｂを積層した積層構造の横転Ｅ字形のヨーク部材１１８、１２０と、ヨーク部材１１８、１２０の各々に取り付けられた電磁コイル部材１２２、１２４とを有する。

電磁コイル部材１２２、１２４は、四角環状のボビン１２２Ａ、１２４Ａに導線１２２Ｂ、１２４Ｂを巻装したものであり、ヨーク部材１１８、１２０の中央部１１８Ｃ、１２０Ｃの外周を取り囲むようにヨーク部材１１８、１２０の凹溝部１１８Ｄ、１１８Ｅ、１２０Ｄ、１２０Ｅに嵌め込み装着されている。

電磁石１１２、１１４は、ヨーク部材１１８、１２０の中央部１１８Ｃ、１２０Ｃが互いに向かい合うように配置されており、中央部１１８Ｃ、１２０Ｃの先端面を含むヨーク先端面の全体が、互いに向かい合う電磁吸着面部１２６、１２８になっている。

なお、積層構造のヨーク部材１１８、１２０は、各々、二枚の側板１１８Ａ、１２０Ａと複数枚の積層板１１８Ｂ、１２０Ｂを積層方向に貫通する締結ピン１３２、１３４によって積層締結されている。

下側の電磁石１１４の二枚の側板１２０Ａにはブラケット部１２０Ｆが一体形成されている。ブラケット部１２０Ｆは可動レバー部材１１６の枢軸１３０を回動可能に支持している。これにより、枢軸１３０の中心軸線が可動レバー部材１１６の回動中心Ａになる。

可動レバー部材１１６は、複数枚の積層板１１６Ａを積層した積層構造体として構成されている。複数枚の積層板１１６Ａは、積層板１１６Ａの積層方向に貫通した枢軸１３０と、二枚の側板１１６Ｂを挟んで、積層板１１６Ａの積層方向に貫通した締結ピン１３６によって積層締結されている。

本実施形態では、図５によく示されているように、ヨーク部材１１８、１２０の積層板１１８Ｂ、１２０Ｂの積層方向と、可動レバー部材１１６の積層板１１６Ａの積層方向とが同一方向になっている。

枢軸１３０は可動レバー部材１１６のレバー長さ方向（図７で見て左右方向）の中間部に配置されている。可動レバー部材１１６は、枢軸１３０周りに下側の電磁石１１４によって回動可能に支持され、レバー長さ方向で見て枢軸１３０の一方の側（右側)に、電磁吸着面部１２６と１２８の間にあって、これらと対向する電磁石当接部１３８、１４０を有し、枢軸１３０の他方の側（左側)に吸気弁３０、３２との連係ブラケット部１４２を有する。

可動レバー部材１１６の積層板１１６Ａはプレス成形品であり、一部の積層板１１６Ａのプレス打ち抜き形状を変えることにより、その一部の積層板１１６Ａが連係ブラケット部１４２を一体的に構成している。連係ブラケット部１４２は、支持軸１４４によって、吸気弁３０、３２との連係子をなす連係ローラ１４６を回転可能に支持している。

図７（ａ）によく示されているように、可動レバー部材１１６の枢軸１３０の中心から電磁石当接部１３８、１４０の先端までのレバー長方向の長さＬａが、枢軸１３０の中心から連係ローラ１４６の回転中心までのレバー長方向の長さＬｂより長い。このレバー長設定により、連係ローラ１４６の往復ストロークは電磁石当接部１３８、１４０の先端の往復ストロークより短くなる。

弁側ロッカアーム６２の揺動端側の連結部６２Ｃにはねじ１０４（図３参照）による高さ調整機能付きの当接子１０６が取り付けられている。連係ローラ１４６は、弁側ロッカアーム６２の当接子１０６の上方位置にある。シリンダヘッド１４にはガイドスリーブ１４８が固定されており、ガイドスリーブ１４８は連係ロッド１５０を軸線方向（上下方向）に摺動可能に支持している。連係ロッド１５０は、連係ローラ１４６と当接子１０６との間にあり、上端にて連係ローラ１４６の下側部と当接し、下端にて当接子１０６と当接している。

連係ローラ１４６の上方には、連係ロッド１５０の軸線と同一軸線上に延在する上部ロッド１５２が配置されている。上部ロッド１５２は下端にて連係ローラ１４６の上側部と当接している。上部ロッド１５２は、図示省略のばね手段によって、圧縮コイルばね３８、４０より少し強いばね力をもって下方（吸気弁３０、３２を開く方向）に付勢されている。

次に、電磁アクチュエータ１１０の作用について、図７（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。

図７（ａ）は、機関休止時（停止時）の状態を示されている。機関休止時には、電磁アクチュエータ１１０の電磁石１１２、１１４の何れにも通電が行われない。この状態では、上部ロッド１５２によるばね付勢により連係ローラ１４６が少し下方に押され、可動レバー部材１１６は、電磁石当接部１３８、１４０が電磁石１１２、１１４の電磁吸着面部１２６、１２８の何れからも離れた中立位置に位置する。この状態下では、吸気弁３０、３２は少し開弁した状態になる。

機関運転時において、電磁アクチュエータ１１０によって吸気弁３０、３２を閉弁させる場合には、図７（ｂ）に示されているように、下側の電磁石１１４に通電を行う。通電により、電磁石１１４が励磁し、可動レバー部材１１６が枢軸１３０の中心周りに図にて時計廻り方向に回動し、可動レバー部材１１６の電磁石当接部１４０が電磁石１１４の電磁吸着面部１２８に磁気的に吸着する。この可動レバー部材１１６の回動により、吸気弁３０、３２は圧縮コイルばね３８、４０のばね力によって閉弁する。

つぎに、機関運転時において、電磁アクチュエータ１１０によって吸気弁３０、３２を開弁させる場合には、図７（ｃ）に示されているように、上側の電磁石１１２に通電を行う。通電により、電磁石１１２が励磁し、可動レバー部材１１６が枢軸１３０の中心周りに図にて反時計廻り方向に回動し、可動レバー部材１１６の電磁石当接部１３８が電磁石１１２の電磁吸着面部１２６に磁気的に吸着する。この可動レバー部材１１６の回動が連係ロッド１５０を介して弁側ロッカアーム６２に伝達され、吸気弁３０、３２は圧縮コイルばね３８、４０のばね力に抗して開弁する。

下側の電磁石１１４と上側の電磁石１１２に対して交互に通電を行うことにより、吸気弁３０、３２が繰り返し開閉することになる。

ここで、上述した吸気側の動弁装置の構成を整理すると、弁側ロッカアーム６２は、ロッカアーム軸５８との係合部６２Ａとは反対の揺動端部６２Ｂにて吸気弁３０、３２と係合し、連結手段７８は、弁側ロッカアーム６２のロッカアーム軸５８との係合部６２Ａと揺動端部６２Ｂとの中間部と、カム側ロッカアーム７０とを係脱可能に一体連結し、電磁アクチュエータ１１０は、弁側ロッカアーム６２の揺動端部６２Ｂと係合して当該弁側ロッカアーム６２を揺動駆動する。そして、連結手段７８は、カム軸５０によって弁側ロッカアーム６２を揺動駆動する場合には、前述の連結状態になって、弁側ロッカアーム６２とカム側ロッカアーム７０とを一体連結し、電磁アクチュエータ１１０によって弁側ロッカアーム６２を揺動駆動する場合には、前述の連結解除状態になって、弁側ロッカアーム６２とカム側ロッカアーム７０との一体連結を解除する。弁側ロッカアーム６２は、同一気筒の吸気弁３０、３２のもの同士で一体連結され、電磁アクチュエータ１１０は当該一体連結された弁側ロッカアーム６２毎に当該弁側ロッカアーム６２を揺動駆動する。

上述した電磁アクチュエータ１１０によれば、アーマチャが、レバー長さ方向の中間部に配置された枢軸１３０周りに回動可能な可動レバー部材１１６により構成され、枢軸１３０の一方の側に電磁石当接部１３８、１４０が、枢軸１３０の他方の側に吸気弁３０、３２との連係部である連係ローラ１４６がある構成であるので、一端枢支のアーム式のものに比して可動レバー部材１１６の慣性質量を低減することができる。このことにより、電磁石１１２、１１４を大型化することなく、十分な弁駆動力を確保することができるようになる。

更に、可動レバー部材１１６の枢軸１３０の中心から電磁石当接部１３８、１４０の先端までのレバー長方向の長さＬａが、枢軸１３０の中心から連係ローラ１４６の中心までのレバー長方向の長さＬｂより長いことにより、梃子の原理によって連係ローラ１４６における弁駆動力を大きくできる。このことによっても、電磁石１１２、１１４を大型化することなく、十分な弁駆動力を確保することができるようになる。

また、ヨーク部材１１８、１２０の積層板積層方向と可動レバー部材１１６の積層板積層方向とが同一方向であることにより、電磁石１１２、１１４と可動レバー部材１１６とに間に有効に作用する磁束を十分に生成でき、磁気損失が少ない。このことによっても、電磁石１１２、１１４を大型化することなく、十分な弁駆動力を確保することができるようになる。

つぎに、上述のカム軸−電磁ハイブリッド駆動式の動弁装置の切替制御系の一つの実施形態を、図８を参照して説明する。

連結手段７８の油圧作動室８２は、弁側ロッカアーム６２、ロッカアーム軸５０に形成されている内部油路９４、９６を介して電磁切換弁２００のポートａに連通接続されている。電磁切換弁２００は、ポートａ、ｂ、ｃの３個のポートを有し、ポートｂを油圧源である油圧ポンプ２０２に接続され、ポートｃがドレン管２０４を接続されたドレンポートになっている。電磁切換弁２００は、通電時にはポートａをポートｂに接続され、非通電時にはポートａをポートｃに接続される。電磁切換弁２００は制御装置２１０により切換制御される。なお、２０６はオイルパン等による油貯容部である。

これにより、電磁切換弁２００に通電が行われると、油圧作動室８２に油圧が供給されて連結手段７８が連結状態になり、電磁切換弁２００に対する通電が停止されると、油圧作動室８２がドレン接続され、連結手段７８が連結解除状態になる。

電磁切換弁２００に通電を行い、連結手段７８を連結状態にすると、弁側ロッカアーム６２は、カム軸５０の回転によって揺動駆動される。これに対し、電磁切換弁２００に対する通電を停止し、連結手段７８を連結解除状態にすると、カム軸５０が空転状態なり、電磁アクチュエータ１１０に対する通電制御によって弁側ロッカアーム６２が揺動駆動される。

制御装置２１０は、マイクロコンピュータによる電子制御式のもの（ＥＣＵ）であり、クランク角センサ２１２よりクランク軸４８の回転角(クランク角）を示す信号を、カム角センサ２１４よりカム軸５０の回転角(カム角）を示す信号を、吸入空気量センサ２１６より吸入空気量を示す信号を、吸気管圧力センサ２１８より吸気管圧力を示す信号を、スロットル開度センサ２２０より機関吸気系のスロットル弁の開度(スロットル開度）を示す信号を各々入力し、クランク角信号やカム角信号よりエンジン回転数を演算するなどして、燃料噴射量、点火時期を所定の制御則に従って演算し、燃料噴射指令、点火時期指令を出力する。

制御装置２１０は、燃料噴射制御、点火時期制御に加えて、エンジン回転数と、吸入空気量、吸気管圧力、スロットル開度等より分かる機関負荷に応じて電磁切換弁２００の通前、非通電、つまり、カム軸−電磁ハイブリッド駆動式動弁装置の切替制御と、クランク角、カム角に基づいて電磁アクチュエータ１１０に対する通電制御を行い、電磁駆動時の吸気弁３０、３２の開閉タイミングを可変設定する。

切替制御により、大きい弁リフト量が必要な高速域、高負荷時には、電磁切換弁２００に通電を行い、連結手段７８を連結状態にし、吸気弁３０、３２をカム軸駆動とする。これに対し、小さい弁リフト量でよい低〜中速域、低負荷時には、電磁切換弁２００に対する通電を停止し、連結手段７８を連結解除状態にし、吸気弁３０、３２を電磁駆動とする。

カム軸駆動では、カム軸５０のカム部５４のプロフィール設定によって、図９に符号ＶＬｃｉによって示されているように、従来の一般的なカム軸駆動式動弁装置と同様に、大きい弁リフト量を確保することができる。

電磁駆動では、電磁アクチュエータ１１０に対する通電制御によって、図９に符号Ｍａにより示されているように、吸気弁３０、３２の開閉タイミング、開弁期間(時間）を、自由に可変設定することができる。電磁駆動を、低〜中速域、低負荷時、つまり、大きい吸入空気量を必要とせず、弁リフト量が小さくてよい状態の時に特定することにより、図９に符号ＶＬｍｉによって示されているように、電磁駆動時の弁リフト量(電磁アクチュエータ１１０による弁リフト量）をカム軸駆動時の弁リフト量ＶＬｃｉより小さく設定することができる。

このように、内燃機関の運転状態に応じて、カム軸駆動と電磁駆動とを使い分ることにより、運転域は限られるものの、電磁アクチュエータ１１０の電磁石１１２の大型化を招くことなく、吸気弁３０、３２の開閉タイミング、開弁期間を、複雑なメカニズムを用いることなく、電磁駆動式動弁装置の利点を活して高い自由度をもって可変設定することが可能になる。

自動車に搭載される内燃機関は、その殆ど運転状態が、低〜中速域、低負荷であるから、実際には、殆どの運転状態において、吸気弁３０、３２の開閉タイミング、開弁期間を可変設定でき、最適制御により、燃料経済性の改善、排気ガス性能の改善を、殆どの運転状態において実現することができる。

なお、図９において、実線はカム軸駆動による吸気弁３０、３２、排気弁３４、３６の弁リフト特性を、符号Ｏは、電磁駆動時の吸気弁３０、３２の開弁タイミングを、符号Ｃは電磁駆動時の吸気弁３０、３２の閉弁タイミングを各々示している。

電磁駆動時には、図９に符号Ｉで示されているように、吸気弁３０、３２をクランク角に対して早く閉じる早閉じ(進角閉じ）、符号ＩＩで示されているように、吸気弁３０、３２をクランク角に対して遅く開ける遅れ開き(遅角開き）を可変設定することができる。

進角閉じＩでは、圧力−容積特性が、図１０(ａ）に示されているようになり、スロットルによる負圧での負の仕事、つまりポンピングロスを低減できる。

これに対し、遅角開きＩＩでは、圧力−容積特性が、図１０(ｂ）に示されているようになり、ポンピングロスＬが大きいが、燃焼室に入る吸入空気の流速を上げることができる。このことにより、燃焼状態の改善を図ることができる。

また、電磁駆動時には、図１１に示されているように、吸気弁３０、３２をクランク角に対して遅く閉じる遅れ閉じ(遅角閉じ）を設定することもできる。この場合の圧力−容積特性は、図１２に示されているようになる。

本発明によるカム軸−電磁ハイブリッド駆動式の動弁装置の他の実施形態を、図１３を参照して説明する。なお、図１３において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、弁側ロッカアームが、符号６２１、６２２によって示されているように、吸気弁３０、３２とで独立した形態で個々に設けられている。

ロッカアーム軸５８は、弁側ロッカアーム６２１、６２２の各々の一端部（係合部）６２１Ａ、６２２Ａを回動（揺動）可能に支持している。弁側ロッカアーム６２１、６２２は、各々、一端部６２１Ａ、６２２Ａとは反対の揺動端部６２１Ｂ、６２２Ｂにて吸気弁３０、３２のステム端部に個別に当接している。

本実施形態での連結手段７８は、弁側ロッカアーム６２１に設けられているピストン８４が、油圧動作室８２に油圧が供給されていないドレン状態を含めて、カム側ロッカアーム７０の中空支持軸７２の中空部７２Ａに常時嵌合し、油圧動作室８２に油圧が供給されることにより、カム側ロッカアーム７０の連結ピン８６がピストン８４に押されて弁側ロッカアーム６２２のカップ部材８８内に進入する。

これにより、一方の弁側ロッカアーム６２１にはカム側ロッカアーム７０の揺動運動が常時伝達されるが、油圧動作室８２に油圧が供給されていない場合には、他方のカム側ロッカアーム７０と弁側ロッカアーム６２２とが切り離され、他方のカム側ロッカアーム７０の揺動運動が弁側ロッカアーム６２２に伝達されない。これに対し、油圧動作室８２に油圧が供給されると、他方の弁側ロッカアーム６２２にもカム側ロッカアーム７０の揺動運動が伝達される。

電磁駆動手段１１０のプランジャ１１４が当接する当接子１０６は、他方の弁側ロッカアーム６２２の揺動端部６２２Ｂに配置されている。

このように、本実施形態では、同一気筒の吸気弁３０、３２のもの二つの弁側ロッカアーム６２１、６２２のうち一方のカム側ロッカアーム６２１はカム側ロッカアーム７０と常時一体連結され、他方のカム側ロッカアーム６２２が連結手段７８によって選択的にカム側ロッカアーム７０と一体連結され、電磁駆動手段１１０は他方の弁側ロッカアーム６２２を揺動駆動する。

これにより、本実施形態では、デュアルポート型の内燃機関において、吸気弁３０、３２の片側だけが、カム軸−電磁ハイブリッド駆動式になる。これにより、リフト自由度を大きくすることができる。その他のことは、上述の実施形態と同じであり、本実施形態においても上述の実施形態と同等の作用、効果が得られる。

何れの実施形態においても、電磁アクチュエータを含む電磁駆動系統に故障が生じ、電磁駆動によって吸、排気弁の開閉できない状態に陥った場合には、全運転域に亘って機械式駆動であるカム駆動によって吸、排気弁の開閉を行えばよい。これにより、電磁駆動系統が故障した場合の動弁のフェイルセーフを図ることができる。

なお、電磁アクチュエータ１１０を用いたカム軸−電磁ハイブリッド駆動は、吸気弁３０、３２に限られず、排気弁３４、３６にも同様に適用することができる。

また、本発明による電磁アクチュエータが適用される内燃機関の動弁装置の型式は、デュアルポート型の内燃機関に対する適用に限られることはなく、各気筒に吸気弁と排気弁とが一つづつ設けられているシングルポート型、あるいは各気筒に吸気弁と排気弁とが三個あるいはそれ以上の個数設けられているマルチポート型のいずれであってもよい。

本発明による電磁アクチュエータを用いられた内燃機関の動弁装置の一つの実施形態を示す概略構成図である。 本発明による電磁アクチュエータを用いられた内燃機関の動弁装置の一つの実施形態の要部を示す斜視図である。 本実施形態による電磁アクチュエータを用いられた動弁装置のロッカアーム部分の分解斜視図である。 本実施形態による電磁アクチュエータを用いられた動弁装置のロッカアーム部分の断面図である。 本発明による動弁装置用電磁アクチュエータの一つの実施形態を示す斜視図である。 本実施形態による動弁装置用電磁アクチュエータの可動レバーを示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は本実施形態による動弁装置用電磁アクチュエータの動作状態を示す断面図である。 本発明による動弁装置用電磁アクチュエータを適用された動弁装置の制御系の一つの実施形態を示す概略構成図である。 本実施形態による動弁装置のクランク角−弁リフト量特性を示すグラフである。 (ａ）、（ｂ）は本実施形態による動弁装置を適用された内燃機関の容積−圧力特性を示すグラフである。 本実施形態による動弁装置のクランク角−弁リフト量特性を示すグラフである。 本実施形態による動弁装置を適用された内燃機関の容積−圧力特性を示すグラフである。 他の実施形態による動弁装置のロッカアーム部分の分解斜視図である。

符号の説明

１０ エンジン本体（内燃機関本体）
１２ シリンダブロック
１４ シリンダヘッド
１８ ピストン
２０ 燃焼室
２２、２４ 吸気ポート
２６、２８ 排気ポート
３０、３２ 吸気弁
３４、３６ 排気弁
４８ クランク軸
５０、５２ カム軸
５４、５６ カム部
５８、６０ ロッカアーム軸
６２、６２１、６２２ 弁側ロッカアーム
６４ ロッカアーム
６８ カムフォロワローラ
７０ カム側ロッカアーム
７４ カムフォロワローラ
７８、７９ 連結手段
８２ 油圧動作室
８４ ピストン
８６ 連結ピン
９２ 戻しばね
１１０ 電磁アクチュエータ
１１２、１１４ 電磁石
１１６ 可動レバー部材
１１８、１２０ ヨーク部材
１２６、１２８ 電磁吸着面部
１３０ 枢軸
１３８、１４０ 電磁石当接部
１４６ 連係ローラ

Claims (4)

1. 内燃機関の動弁装置に用いられる電磁アクチュエータであって、
   電磁吸着面部を有する固定配置の電磁石と、前記電磁石の励磁によって回動する可動レバー部材とを有し、
   前記可動レバー部材は、レバー長さ方向の中間部に配置された枢軸周りに回動可能に設けられ、レバー長さ方向で見て前記枢軸の一方の側に前記電磁吸着面部と対向する電磁石当接部を有し、前記枢軸の他方の側に前記動弁装置の弁体との連係部を有する動弁装置用電磁アクチュエータ。
2. 前記可動レバー部材の前記枢軸から前記電磁石当接部の先端までのレバー長方向の長さが、前記枢軸から前記連係部までのレバー長方向の長さより長い請求項１に記載の動弁装置用電磁アクチュエータ。
3. 前記電磁石は、複数枚の積層板を積層した積層構造のヨーク部材と、前記ヨーク部材に取り付けられた電磁コイル部材とを有し、前記可動レバー部材は複数枚の積層板を積層した積層構造体として構成され、
   前記ヨーク部材の積層板積層方向と前記可動レバー部材の積層板積層方向とが同一方向である請求項１または２に記載の動弁装置用電磁アクチュエータ。
4. 前記動弁装置は、
   カム部を有し、内燃機関本体に回転可能に設けられて内燃機関の出力軸により回転駆動されるカム軸と、
   前記内燃機関本体に設けられたロッカアーム軸と、
   前記ロッカアーム軸に回動可能に支持され、前記電磁アクチュエータによって選択的に駆動され、内燃機関の吸気弁あるいは排気弁を開閉する弁側ロッカアームと、
   前記ロッカアーム軸に回動可能に支持され、前記カム軸の前記カム部と係合し、当該カム部により揺動駆動されるカム側ロッカアームと、
   前記カム軸による前記弁側ロッカアームの駆動時には前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとを一体連結し、前記電磁アクチュエータによる前記弁側ロッカアームの駆動時には前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとの一体連結を解除する連結手段と、
   を有する請求項１から３の何れか一項に記載の動弁装置用電磁アクチュエータ。

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