JP2652805B2 - バルブの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジン吸気や排気を制御する吸気バルブ
や排気バルブ（以下、単に吸排バルブという）の駆動装
置に関する。

（従来の技術） 通常のエンジン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しており、そ
のためにエンジンが大型化している。またカムシャフト
はエンジンの出力軸により駆動されるため、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。さらにエンジンの回転速度に応じて吸排気バルブ
の開閉タイミングを変更することが困難であり、予め特
定エンジン回転数に合わせてバルブ開閉タイミングを調
整しているため、エンジンが高速で、あるいは低速で運
転される時には、エンジンの出力及び効率の低下が避け
られない。

上記問題点は、吸排気バルブの開閉駆動をカムシャフ
トによらず電磁石と永久磁石を組合せて行なうことによ
り解決され得る。この種のバルブの駆動装置は、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。これらの公報に開示されたバルブの駆
動装置は、エンジン給排気を制御するバルブのシャフト
に可動磁極を形成し、エンジンに固定された磁極との間
で作用する磁力により該シャフトを往復させバルブの開
閉を制御するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来のバルブの駆動装置は、エンジン燃焼室とバ
ルブシャフトを介して熱的に接続されているため、燃焼
の際にバルブが受ける熱によって、電磁石と永久磁石と
が高温になる。また磁力の方向を制御するための電流、
あるいはこれによって形成される磁路の抵抗による発熱
は、励磁コイルの絶縁を破壊したり、あるいは永久磁石
の磁束密度を低減する等の熱的な悪影響を及ぼす。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもの
で、軽量でしかも熱的に強度の高いセラミックスのバル
ブを、電磁的に駆動するとき、着磁された磁性材料や電
磁コイルを熱破壊から効果的に防止することができるバ
ルブの駆動装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、磁力によりバルブシャフトを往復さ
せエンジン吸排気を制御するバル の駆動装置におい
て、前記バルブシャフトに絶縁状態に積層された上部磁
極と下部磁極を有する可動磁極とエンジンに固定され前
記可動磁極の外周部に対向し該磁極の移動方向に沿って
所定の間隔で絶縁状態に並設されかつ極性を交互に変え
た複数の磁極を有する固定磁極との間の磁力方向を制御
する極性制御手段と、前記固定磁極をなす磁性体のエン
ジン側で前記バルブシャフト周面と対向する部位に前記
磁極体と一体形成された冷却手段とを具備してなること
を特徴とするバルブの駆動装置を提供できる。

（作用） 本発明のバルブの駆動装置では、固定磁極をなす磁性
体のエンジン側に設けた冷却手段により、バルブが燃焼
室から受ける熱を奪うとともに、磁力方向を制御する極
性制御手段での発熱も効果的に除去できる。

（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全体概略図であ
り、第１図について、エンジンに設置される複数の吸排
気バルブのうちの吸気バルブのステッピング駆動装置に
ついて説明する。

１は窒化珪素（Si₃N₄）の高強度軽量セラミックス材
料で形成された吸気バルブである。該吸気バルブ１はス
プリング11により吸気口を閉塞する方向に付勢され、か
つバルブガイド12によりその軸部が軸方向自在にエンジ
ンブロックに対して軸承されている。吸気管路の終点で
ある吸気口にはバルブシート13が配設され、吸気バルブ
１の傘部とバルブシート13とが密着し該吸気口を閉鎖し
ている。また吸気バルブ１には、上部磁極23を構成する
上部磁性体21と、下部磁極33を構成する下部磁性体31と
が、樹脂等からなるシム14を介してその軸端部外周に嵌
合している。なお、これら上部磁極23と下部磁極33と
は、吸気バルブ１の可動磁極を形成しており、内周側の
上部磁性体21は、外周側の下部磁性体31より長尺に形成
され、かつそれらは上記シム14により所定ピッチ隔てら
れている。

上部磁極23及び下部磁極33の外周部分には、固定磁極
をなす導磁体４が配置されている。この導磁体４には永
久磁石41・42・43・44が該上部磁極23及び下部磁極33と
対向し、該対向側磁極が永久磁石41から順次Ｓ・Ｎ・Ｓ
・Ｎ極と交互に吸気バルブの移動方向に、かつ、非磁性
体からなるスペーサ46を介し、上記上部磁極23と下部磁
極33とのピッチの1.5倍のピッチで並設されている（該
永久磁石41・42・43・44のピッチをＰとする。）。

５は、コントロールユニットであり、ここには入出力
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RAM53、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CPU51、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。

また、上部磁性体21の下部露出面に対向する固定磁極
48には、上部磁性体21に磁力線を作用させて上部磁極23
の極性を制御する上部用コイル22が、吸気バルブ１の移
動位置を検知する位置センサ６とともに配設され、下部
磁性体31の下部露出面に対向する固定磁極47には、下部
磁性体31に磁力線を作用させて下部磁極33の磁性を制御
する下部用コイル32が配設されている。つまり、上部磁
性体21と上部用コイル22とにより電磁石２が構成され、
下部磁性体31と下部用コイル32とにより下部電磁石３が
構成される。更に、導磁体４の上部には、吸気バルブ１
の閉状態時に、上記上部磁極23の上面と微小間隔で対向
するスタータ用の磁極45と、その極性を制御するスター
タコイル49とが設けられている。

これら上部用コイル22、下部用コイル32、スタータコ
イル49には、コントロールユニット５からそれぞれ駆動
信号S₁,S₂,S₃が供給され、各磁極の極性を制御するよう
にしている。つまり、エンジン７出力軸近傍には、出力
軸の回転数及び回転位相を検知する回転センサ９が配置
され、この回転センサ９及び上記位置センサ６の出力信
号が、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、最適なタイミングで吸気バルブ
１を制御する駆動信号S₁,S₂,S₃が形成される。

さらに上記導磁体４の下部には、吸気バルブ１の可動
磁極をなす上部磁性体21を冷却するために多孔質磁性材
の冷媒通路８が形成されている。この冷媒通路８は、磁
性体物質を圧縮焼結したセラミックス多孔質体からな
り、オイル等の冷却剤が図示しない循環装置から常時供
給されており、吸気管路から吸気バルブ１を介して上部
磁性体21に伝達される熱を吸収するようにしている。

第２図は、バルブシャフト周面と対向する冷却手段の
他の例を示す図である。

ここでは、上記導磁体４の下部のみを示しているが、
この例では上記冷媒通路８自体は空洞に形成され、冷媒
通路８を構成する導磁体４部分を多孔質磁性材81で形成
し、さらに冷却材が外部に漏出しないように、磁性材81
の周囲をナイトライド等の薄膜82で覆っている。これに
よって、冷却剤、たとえば冷却されたオイルは、磁性材
81に含浸され、冷媒通路８内の冷却剤の通流が円滑にな
る。

上記構成のステッピング駆動装置によれば、吸気バル
ブ１の軸端部に設けた上部、下部電磁石2,3からなる可
動磁極と、吸気バルブ１の移動方向に並設された複数の
永久磁石41・42・43・44との間で作用する吸引力、反発
力を制御して、吸気バルブ１の開閉駆動を行なってお
り、冷媒通路８によりバルブ１周面を冷却することで、
エンジン燃焼の際の熱によって、電磁石と永久磁石とが
高温にならないで済む。とくに、導磁体４のバルブ１と
の接触部分に冷媒通路８を設け、それを多孔質材料で形
成しているためオイル等による冷却剤の冷却効率も増加
する。

こうした冷却手段を設けることによって、磁力の方向
を制御するための上部用コイル22、下部用コイル32に流
れる電流、あるいはこれによって上部、下部電磁石2,3
に形成される磁路の抵抗による発熱も同時に吸収され
る。したがって、励磁コイルの絶縁が破壊されたり、あ
るいは永久磁石の磁束密度を低減する等の熱的な悪影響
は、確実に排除できる。

以上、主に吸気バルブについて本発明の一実施例を説
明したが、排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。尚、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、軽量でしかも
熱的に強度の高いセラミックスのバルブを電磁的に駆動
するうえで、着磁された磁性材料や電磁コイルを熱破壊
から効果的に防止して、エンジンの実効出力を確保でき
るようにしたバルブのグ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全体概略図、第２図
は、冷却手段の変形例を示す図である。 １……磁気バルブ、２……上部電磁石、３……下部電磁
石、５……コントロールユニット、６……位置センサ、
７……エンジン、41・42・43・44……永久磁石、８……
冷媒通路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁力によりバルブシャフトを往復させエン
   ジン吸排気を制御するバルブの駆動装置において、前記
   バルブシャフトに絶縁状態に積層された上部磁極と下部
   磁極を有する可動磁極とエンジンに固定され前記可動磁
   極の外周部に対向し該磁極の移動方向に沿って所定の間
   隔で絶縁状態に並設されかつ極性を交互に変えた複数の
   磁極を有する固定磁極との間の磁力方向を制御する極性
   制御手段と、前記固定磁極をなす磁性体のエンジン側で
   前記バルブシャフト周面と対向する部位に前記磁極体と
   一体形成された冷却手段とを具備してなることを特徴と
   するバルブの駆動装置。
2. 【請求項２】前記冷却手段は、バルブシャフト周面と対
   向する面を多孔質隔壁で形成された冷媒通路により構成
   されていることを特徴とする請求項（１）に記載のバル
   ブの駆動装置。