JP2596459B2

JP2596459B2 - バルブの電磁力駆動装置

Info

Publication number: JP2596459B2
Application number: JP1080131A
Authority: JP
Inventors: 英男河村
Original assignee: 株式会社いすゞセラミックス研究所
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1997-04-02
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: DE69002507T2; EP0390519B1; JPH02259211A; US5069422A; EP0390519A1; DE69002507D1

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電磁力で開閉駆動される吸排気バルブの開
動作開始時に強力な開方向駆動力を作用させるバルブの
電磁力駆動装置に関する。

（従来の技術）従来の吸排気バルブの開閉駆動装置は、１本のシャフ
トに吸気用及び排気用のカムを配したカムシャフトを、
エンジンの上部もしくは側面に配設する。そしてベルト
等の回転伝達手段によりエンジンの出力軸であるクラン
クシャフトと該カムシャフトとを連結し、クランク角と
同期してカムシャフトを回転駆動する。該回転駆動によ
り、ロッカーアームやブッシングロッド等のリンク機構
を介してカムシャフトのカム面が吸排気バルブの軸端面
を押す。該吸排気バルブはスプリングにより常に閉状態
に保持されており、バルブ軸端面を押されることにより
開口する。

あるいは、吸気用のカムを配した吸気カムシャフトと
排気用のカムを配した排気カムシャフトをエンジン上部
に配設し、吸気カムシャフトのカム面により吸気バルブ
の軸端面を、そして排気カムシャフトとカム面により排
気バルブの軸端面を直接押すことにより吸排気バルブを
開口させる。

（発明が解決しようとする課題）このような従来の吸排気バルブの開閉駆動装置は、カ
ムシャフト及びリンク機構をエンジンに付設せねばなら
ず、そのためエンジンが大型化する。また該カムシャフ
ト及びリンク機構はエンジンの出力軸により駆動される
ため、該カムシャフト及びリンク機構を駆動する際の摩
擦抵抗等によりエンジン出力の一部が消費され、エンジ
ンの実効出力が低下する。また、エンジン運転中に吸排
気バルブの開閉タイミングを変更できず、所定のエンジ
ン回転数に合わせてバルブ開閉タイミングを調整するた
め、該所定の回転数と異なる回転数での運転時にはエン
ジンの出力及び効率が低下する。

上記問題を解決するために、吸排気バルブの開閉駆動
をカムシャフトによらず電磁石で行なう装置が、特開昭
58−183805号公報、あるいは特開昭61−76713号公報に
記載されている。

ところで、吸排気バルブ共に開閉動作途中では小駆動
力で開閉制御できるが、開動作開始時にはシリンダの内
圧に抗して駆動しなければならず、開方向への大駆動力
が必要である。また、閉動作終了時には吸排気バルブの
着座衝撃を緩和するため急激に閉方向速度を減速しなけ
ればならず、開動作開始時と同じく開方向への大駆動力
が必要である。

しかし、上記２公報に記載されている装置において開
示された電磁石の構成では、開動作開始時及び閉動作終
了時において、特に駆動力を増強する構成が記載されて
おらず、開動作開始時及び閉動作終了時に必要な電磁力
を発生させるためには開閉制御には不必要な大型装置と
なる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、エンジ
ンの吸排気バルブの開閉駆動に必要な最小限の容量で、
開動作開始時及び閉動作終了時に吸排気バルブに対し開
方向への大駆動力を作用させ、小型で確実な開閉制御が
実行できるバルブの電磁力駆動装置を提供しようとする
ものである。

（問題点を解決するための手段）本発明によれば、エンジンの吸排気バルブに連結し、
往復運動自在な可動磁極と、該可動磁極と対向しエンジ
ンに固定された固定磁極と、可動磁極及び固定磁極のう
ちの少なくとも一方の磁極の極性を制御し、可動磁極及
び固定磁極間に作用する電磁力を所定の方向に一致させ
る極性制御手段と、吸排気バルブの開動作開始時に、吸
排気バルブに対し上記電磁力より大なる開方向力を作用
せしめる加速手段とを有することを特徴とするバルブの
電磁力駆動装置を提供できる。

（作用）本発明のバルブの電磁力駆動装置では、吸排気バルブ
の開閉駆動用装置の他に、開動作開始時及び閉動作終了
時に吸排気バルブに対し開方向への大駆動力を作用させ
る手段を有するので、装置全体が小型で、かつ開動作開
始時及び閉動作終了時における開閉駆動制御を確実に行
なえる作用がある。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明す
る。

第１図は本発明による駆動装置を示すブロック図であ
る。

６はエンジンであり、該エンジン６の出力軸近傍には
該出力軸の回転数及び回転位相を検知し信号に変換する
回転センサ９が配設されている。エンジン６内には吸排
気口を開閉制御するための吸排気バルブが配設されてい
るが、以下主に排気バルブについて説明する。

１はセラミックス等の高強度軽量材料で形成された排
気バルブであり、該排気バルブ１はバルブガイド８によ
り軸部を軸方向に対し自在に軸承されている。排気管路
の始点である排気口にはバルブシート81が配設され、排
気バルブ１の傘部とバルブシート81とが密着し該排気口
を閉鎖している。また排気バルブ１の軸端部は、円筒状
の磁性体からなる磁気通路21により被覆されており、該
磁気通路21の軸端側外周には円形の永久磁石２が嵌合し
ている。該永久磁石２の磁極は排気バルブ１の軸方向に
所定間隔Ｐ隔てて並設されており、軸端側がＮ極22、他
方がＳ極23である。

該永久磁石２の磁極と対向し、（3/2）Ｐの間隔で、
永久磁石２の移動方向に並設された４つの突起磁極31・
32・33・34と、磁気通路21の外周面と対向する固定磁極
35、及び突起磁極31・32・33・34の各々に巻設されたコ
イル36・37・38・39とからなる電磁石３がが、排気バル
ブ１の外周方向に配設されている。上記コイル36・37・
38・39の内、コイル36とコイル38及びコイル37とコイル
39とは互いに巻線方向が逆である。該電磁石３の上部に
は、排気バルブ１の閉状態時に、Ｎ極22の側面と微小間
隔を介して対向する上部磁極71と該上部磁極に巻設され
た上部コイル72とからなる上部電磁石７が接続してい
る。

上記磁気通路21とバルブガイド８との間にはスプリン
グ11が設けられており、電磁石３の不稼動時における排
気バルブ１の降下を防止する。また、固定磁極35には排
気バルブ１の移動位置を検知し、位置信号を出力する位
置センサ４が設置されている。

上記回転センサ９及び位置センサ４の出力信号は入出
力インターフェイス54を介してコントロールユニット５
に入力される。そして、排気バルブ１の駆動信号が、同
じく入出力インターフェイス54を介してコイル36・37・
38・39、及び上部コイル72へ出力される。但し、コイル
36とコイル38へは信号S1が出力され、コイル37とコイル
39へは信号S2が出力され、上部コイル72には信号S3が出
力される。

上記コントロールユニット５は入出力インターフェイ
ス54の他に、データ及び演算結果を一時記憶するRAM5
3、プログラム及び各種の関係マップを記憶するROM52、
ROM52に記憶されたプログラムの下に演算を行なうCPU5
1、コントロールユニット５内部の信号の流れを制御す
るコントロールメモリ55などにより構成されている。

次に本発明の作用について、第４図により説明する。

第４図は、クランク角とバルブリフト量との関係を示
す図である。図において、横軸はクランク角を示し、縦
軸はバルブリフト量を示し、バルブリフト量が最大リフ
ト時と中間リフト時との場合を示している。

回転センサ９により検知されるエンジン６のクランク
角が排気バルブ１の開タイミングになると、コントロー
ルユニット５はエンジン６の回転数信号とアクセルペダ
ルの踏込量信号（図示せず）とから、ROM52に記憶され
ている関係マップを基にして、排気バルブ１の開閉速度
及びバルブリフト量を演算する。そして、該演算結果に
基づき信号S1及びS2を出力すると共に、信号S3を出力す
る。信号S3により上部コイル72は上部磁極71にＮ極を発
生させる。よって、該上部磁極71と対向するＮ極22との
間には排斥力が作用する。該排斥力により燃焼室内の圧
力に抗して排気バルブ１は開方向へ駆動される。該駆動
により排気口が開口し該開口部から燃焼室内の排気が排
出されるので、燃焼室内の圧力は急速に低下し、小駆動
力で排気バルブ１を駆動することができる。よって、位
置センサ４により検知される排気バルブ１の移動位置が
所定位置以上となれば上部電磁石７による駆動力は不必
要となるので信号S3を停止する。

信号S3の停止後、信号S1及びS2により排気バルブ１は
開方向へと駆動され、演算されたバルブリフト量の位置
で保持された後、閉方向へと駆動され排気口を閉鎖す
る。そして、閉動作終了時においても、同じく位置セン
サ４により排気バルブ１が所定位置まで駆動されたこと
を検知すると、再び信号S3を出力し、排気バルブ１に対
し電磁力を作用させ、閉方向への移動速度を減速する。
該減速により、緩やかにバルブシート81に着座した後は
信号S3を停止し、信号S1及びS2により、次の開タイミン
グになるまで該閉鎖状態を保持する。

排気バルブ１が駆動状態にある時、信号S1及びS2の出
力状態に対応する位置と位置センサ４からの位置信号と
を比較し、出力状態に対応する位置と実際の位置とが相
違する場合には所定の動作により閉状態へ戻り、故障診
断を行なう。

次に、排気バルブ１の開閉駆動原理について説明す
る。

第２図は、排気バルブ１の駆動原理を示す図である。

図の（ａ）〜（ｅ）は各々排気バルブ１の駆動装置の
右側を、ステップ毎に表わしている。

コイル36とコイル38及びコイル37とコイル39とは互い
に巻線方向が逆であるので、常に、突起磁極31と突起磁
極33及び突起磁極32と突起磁極34とは互いに異る極性と
なる。また、固定磁極35と磁気通路21との間隔は微小で
あり、かつ排気バルブ１の移動により変化しないため、
電磁石３と永久磁石２との間の磁力線損失が少なく、該
電磁石３と永久磁石２との間に作用する吸引及び反発力
が大となるので、排気バルブ１に対する駆動力が増大す
る。

尚、上部電磁石７の記載と作用、及びコイル36・37・
38・39の記載は省略している。（ａ）は、排気バルブ１
が着座位置にある状態を示す。

信号S1及びS2により、突起磁極31と32とにＳ極を発生
させる。すると、永久磁石２のＮ極22と突起磁極31との
間に作用する吸引力と、永久磁石２のＳ極23と突起磁極
31及び32との間に作用する反発力とが釣合う位置で、排
気バルブ１は保持されている。

次に、信号S2の通電方向を反転させ突起磁極32の極性
をＮ極に変更する。すると、Ｓ極23と突起磁極32との間
に作用していた反発力が吸引力に反転するため、排気バ
ルブ１は（ｂ）に示す位置に移動する。

次に、信号S1の通電方向を反転させ、突起磁極31の極
性をＮ極に変更すると、永久磁石２のＮ極22と突起磁極
31との間に作用する吸引力が反発力に反転し、排気バル
ブ１は（ｃ）に示す位置に移動させる。

次に、信号S2を一旦停止した後、反転することによ
り、排気バルブ１は（ｄ）に示す位置を経て（ｅ）に示
す位置に移動する。

図に示すように、上記（ａ）〜（ｅ）の各ステップ毎
に排気バルブ１は（3/8）Ｐ移動する。よって、該ステ
ップ数により排気バルブ１の移動距離を制御することが
できる。

信号S1及びS2の通電状態を第３図に、上記（ａ）〜
（ｅ）の状態を含めて示す。

図において、横軸は排気バルブ１の位置を示し、右方
向が開であり、左方向が閉である。縦軸は信号S1及びS2
の通電方向を示し、突起磁極31及び32にＮ極が発生する
通電方向を正とする。図における実線は信号S1を示し、
破線はS2を示す。また、（ａ）〜（ｅ）は上記第２図の
（ａ）〜（ｅ）に対応する通電状態を示し、（ｆ）〜
（ｉ）は（ａ）〜（ｅ）に続く通電状態を示す。

（ａ）では信号S1及びS2共に通電方向は逆方向であ
り、S2を正方向に転換し（ｂ）の状態へ移行する。次に
S1を正方向にすると（ｃ）の状態になり、続いてS2を停
止すると（ｄ）の状態に移行する。そして、S2を逆方向
に再通電すると（ｅ）の状態になり、S1も同じく逆方向
にすると（ｆ）の状態となる。該（ｆ）の状態と（ａ）
の状態とでは、信号S1及びS2の通電方向は同一である
が、排気バルブ１の位置は距離（15/8）Ｐ移動してい
る。以下同様に、S2を正方向にすると（ｇ）の状態とな
り、続いてS1を停止すれば（ｈ）の状態となり、信号S1
及びS2共に正方向にすることにより（ｉ）の状態とな
る。

そして、信号S1及びS2の通電状態を（ａ）→（ｉ）方
向へ順次変更すると排気バルブ１は開方向へ移動し、
（ｉ）→（ａ）方向へと移動すると、排気バルブ１は閉
方向へと移動する。

主に排気バルブについて説明したが、吸気バルブにつ
いても同様に本発明による駆動装置が適用できることは
明白である。

以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明の精神
から逸れないかぎりで、種々の異なる実施例は容易に構
成できるから、本発明は前記特許請求の範囲において記
載した限定以外、特定の実施例に制約されるものではな
い。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、吸排気バルブ
の開閉駆動用装置の他に、開動作開始時及び閉動作終了
時に吸排気バルブに対し開方向への大駆動力を作用させ
る手段を有するので、装置全体が小型でかつ確実に開閉
駆動制御を行なえるバルブの電磁力駆動装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は、排気バルブの駆動原理を示す図、第３図は、信号S1
及びS2の通電状態を示す図、第４図は、クランク角とバ
ルブリフト量との関係を示す図である。１……排気バルブ、２……永久磁石、３……電磁石、４
……位置センサ、５……コントロールユニット、６……
エンジン、７……上部電磁石、９……回転センサ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの吸排気バルブに連結し、往復運
動自在な可動磁極と、該可動磁極と対向しエンジンに固
定された固定磁極と、可動磁極及び固定磁極のうちの少
なくとも一方の磁極の極性を制御し、可動磁極及び固定
磁極間に作用する電磁力を所定の方向に一致させる極性
制御手段と、吸排気バルブの開動作開始時に、吸排気バ
ルブに対し上記電磁力より大なる開方向力を作用せしめ
る加速手段とを有することを特徴とするバルブの電磁力
駆動装置。
【請求項２】吸排気バルブの閉動作終了時に、吸排気バ
ルブに対し上記電磁力より大なる開方向力を作用せしめ
る減速手段を有することを特徴とする請求項（１）項記
載のバルブの電磁力駆動装置。
【請求項３】上記可動磁極及び固定磁極は共に、停止位
置が可変である直線駆動モータの構成部分であることを
特徴とする請求項（１）項記載のバルブの電磁力駆動装
置。
【請求項４】上記開方向力は電磁石による電磁力である
ことを特徴とする請求項（１）項記載のバルブの電磁力
駆動装置。
【請求項５】上記可動磁極及び固定磁極の内の少なくと
も一方は複数の磁極からなることを特徴とする請求項
（１）項記載のバルブの電磁力駆動装置。