JP2707127B2 - 電磁力バルブ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの吸排気バルブのうち、少なくと
も一方のバルブの開閉駆動を電磁石により発生する電磁
力によって行なう電磁力バルブ駆動装置に関する。

（従来の技術） 従来の吸排気バルブの開閉駆動装置としては、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。ベルト
等の回転伝達手段によりエンジンの回転軸であるクラン
クシャフトと該カムシャフトとを連結しエンジン回転位
相と同期してカムシャフトを回転駆動する。該カムシャ
フトのカム面からロッカーアームやプッシングロッド等
のリンク機構を介してバルブの軸端面を押す。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で吸気バルブの軸
端部を、そして排気カムシャフトのカム面で排気バルブ
の軸端部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
ブル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に
よる電磁力により行なう装置が、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
が、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、吸排気バルブを駆動させるために
必要な電磁力を発生させるには大電力を要し、電磁石の
コイルからの発熱量が増大する。そのため相当量の容量
を有する冷却装置を付帯せねばならず、エンジンが大型
化するという問題は解決されない。

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をカムシャフトによらず、
高効率かつ高出力の電磁石による電磁力により行なう電
磁力バルブ駆動装置を提供しようとするものである。

（課題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のうち、少
なくとも一方のバルブに連結し往復運動自在な可動磁極
を有する電磁力バルブ駆動装置において、 前記可動磁極の端面と対向する上部固定永久磁石と、前
記可動磁極が前記バルブが閉鎖状態のとき前記可動磁極
上端側面と対向する第１の中間固定磁極と、バルブ開放
時における可動磁極端部と対応する第２の中間固定磁極
とを有すると共に延長先端には可動磁極の側面と対向す
る先端固定磁極と、を有し、上部固定磁石、第１の中間
固定磁極、第２の中間固定磁極、先端固定磁極とが磁路
を成形せしめ、第１の中間固定磁極に磁束を発生させる
第１のコイルと、第２の中間固定磁極に磁束を発生させ
る第２のコイルと、可動磁極に磁束を発生させる第３の
コイルとを有する特徴とする電磁力バルブ駆動装置を提
供できる。

（作用） 本発明の電磁力バルブ駆動装置では、吸排気バルブの
うち、少なくとも一方のバルブの駆動力を発生する電磁
石により発生する磁力線の損失を最小に押さえるため該
電磁石は高効率かつ高出力となり、非接触にてバルブの
開状態を保持するため吸気口や排気口の延べ開口面積が
増加する作用がある。

（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
あり、第２図は、駆動部の切断斜視図である。

１はエンジンであり、該エンジン１の出力軸の近傍に
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２が配設されている。エンジン１内の吸排
気口の開閉を制御するための吸排気バルブの内、以下主
に吸気バルブについて示す。

８は磁性体材料からなる吸気バルブであり、軸方向に
移動自在にバルブガイド９により軸承されている。吸気
バルブ８の軸部上部または軸端部8aは磁性体材料により
形成させ、該軸端部8aには永久磁石３が対向しており、
該永久磁石３は磁性体４の中央上部に接続している。磁
性体４には永久磁石３の左右に第１中間固定磁極4aが設
けられ、該第１中間固定磁極4aの下方に各々第２中間固
定磁極4bが対向して設けられている。左右の第１中間固
定磁極4aには各々第１コイル５が配設されており、同じ
く第２中間固定磁極4bにも各々第２コイル６が配設され
ている。また磁性体４の下部には吸気バルブ８の側面と
対向する先端固定磁極4dと吸気バルブ８を移動芯とする
第３コイル７が配設されている。

上記回転センサ２、第１コイル５、第２コイル６、第
３コイル７はコントロールユニット12内の入出力インタ
ーフェイス12dと接続されている。該コントロールユニ
ット12内部には外部との信号の入出力を行なう該入出力
インターフェイス12dの他に、プログラム及びデータを
予め記憶するROM12bと、該ROM12bに記憶されたプログラ
ムの下に演算を行なうCPU12aと、入力信号及び演算結果
を一時記憶するRAM12cと、コントロールユニット12内の
信号の流れを制御するコントロールメモリ12eとが設け
られている。

次に、本発明による装置の作用について説明する。

第３図は、磁性体４内の磁力線の流れを示し、（ａ）
はバルブの閉状態、（ｂ）は閉状態からの開操作開始
時、（ｃ）は開保持状態、（ｄ）は開状態からの閉操作
開始時を示す図である。

（ａ）〜（ｄ）共に、第１コイル５、第２コイル６、
第３コイル７の内、実線は励磁状態を示し、破線は非励
磁状態を示す。

（ａ）において、第３コイル７を励磁し吸気バルブ８
の軸部に下方向の磁力線を発生させる。該磁力線は吸気
バルブ８の軸部より先端固定磁極4dへ流れ、バイパス4c
を経て永久磁石３へと流れる。永久磁石３の磁力線の方
向と第３コイル７により発生する磁力線の方向とが同一
であるため合流し、吸気バルブ８の軸端部8aへと流れ軸
部を通過し再び先端固定磁極4dへと流れる磁路を形成す
る。永久磁石３から軸端部8aへ磁力線が流れる際に、軸
端部8aにＳ極が発生する。よって永久磁石３の軸端部8a
との対向面にあるＮ極との間に引力が作用し、吸気バル
ブ８は上方向へと引き上げられる。そして吸気バルブ８
の傘部がバルブシートと接触する位置、すなわち閉状態
で保持される。

（ｂ）において、回転センサ２により検知されるクラ
ンク角が吸気バルブ８開のタイミングになると第３コイ
ル７への通電を中止または逆転させ、第２コイル６へ通
電を行ない第２中間固定磁極4bに下方向の磁力線を発生
させる。該磁力線は第２中間固定磁極4bから先端固定磁
極4dを経て吸気バルブ８へ流れ軸端部8aから第２中間固
定磁極4bまたは第１中間固定磁極4aへと戻る磁路を形成
する。上記軸端部8aから第２中間固定磁極4bへと磁力線
が流れる際に、軸端部8aにはＮ極が発生し第２中間固定
磁極4bにはＳ極が発生する。よって軸端部8aと第２中間
固定磁石4bとの間に吸引力が発生し吸気バルブ８は開方
向への移動を開始する。第２コイル、および第３コイル
には瞬間的に多量の電流を流すと、軸端8aには多量の磁
束が発生し、Ｎ極が出来、永久磁石のＮ極と対向し、反
撥力を生じさせる。

（ｃ）において、吸気バルブ８が開方向へ移動し、軸
端部8aと左右の第２中間固定磁極4bとが一直線上に並ぶ
状態まで移動する。軸端部8aと第２中間固定磁極4bとの
間隔は該状態の場合が最小であり、上記吸引力は最大と
なる。よって、吸気バルブ８の開方向への速度は直ちに
減速され該状態で吸気バルブ８は保持される。

（ｄ）において、回転センサ２により検知されるエン
ジン１の回転位相が吸気バルブ８閉のタイミングに到達
すると、第２コイル６への通電を中止し、第１中間固定
磁極4aに下方向の磁力線が発生する方向に第１コイル５
へ通電する。該第１コイル５により発生する磁力線と永
久磁石３により発生する磁力線は同方向であり、よって
両磁力線は合流し軸端部8aを介して吸気バルブ８へと流
れる。吸気バルブ８へと流れる磁力線は先端固定磁極4d
を経てバイパス4cを通過し第１中間固定磁極4a及び永久
磁石３へと分岐する磁路を形成する。この際に、永久磁
石３の軸端部8aとの対向面及び左右の第１中間固定磁極
4aにはＮ極が発生し、軸端部8aにはＳ極が発生する。よ
って吸気バルブ８は永久磁石３及び第１中間固定磁極4a
に吸引され、閉方向への移動を開始する。

該吸気バルブ８の閉タイミングから第１の設定時間経
過時に、再び（ｂ）に示す状態すなわち第２コイル６の
みに通電する。該操作により吸気バルブ８は開方向への
吸引力が作用し、よって閉方向への移動速度を減速す
る。該減速は吸気バルブ８の傘部がバルブシートに着座
する際の衝撃を緩和するために行なう。上記第１の設定
時間より長時間である第２の設定時間経過時に、（ａ）
に示す状態すなわち第３コイル７のみに通電し、吸気バ
ルブ８を閉方向へ吸引することにより吸気口を閉じ、エ
ンジン１のクランク角が次の開タイミングに到達するま
で該閉状態を保持する。

上記開閉状態を第４図により説明する。

第４図はいわゆるカムプロファイル曲線とよばれるも
ので、横軸はエンジンのクランク角を示し、縦軸はバル
ブの移動量であるバルブリフト量を示す。図における曲
線はクランク角変化に伴なうバルブリフト量の変化を示
す図であり、実線は本発明の駆動装置による場合の変化
を示し、破線は従来のカムによる場合の変化を示す。

吸気バルブ８開タイミングであるＩの時点で第３コイ
ル７への通電を中止し第２コイル６へ通電することによ
り磁力線の状態を第２図（ａ）の状態から（ｂ）の状態
へ切換える。該操作により吸気バルブ８は開方向へ第２
中間固定磁極4bと軸端部8aとが一直線上に並ぶ位置IIま
で加速しながら移動する。IIに位置に到達すると吸気バ
ルブ８は直ちに停止し吸気バルブ８閉のタイミングIII
まで開状態を保持する。

該IIIのタイミングで、第２図の（ｃ）の状態より
（ｄ）の状態へ切変え吸気バルブ８を閉方向へ移動さ
せ、第１の設定時間経過時IVにおいて磁力線の状態を上
記（ｄ）の状態から（ｂ）の状態へ切換え吸気バルブ８
の閉方向の速度を減速し、第２の設定時間経過時Ｖにお
いて磁力線の状態を上記（ｂ）の状態から（ａ）の状態
へ切換え、次の開タイミングまで閉状態を保持する。

本図に示すごとく、横軸とプロファイル曲線とで囲ま
れる部分である吸気口の延べ開口面積は従来のものと比
較し、本発明によるバルブ開閉操作のほうが大である。
よって吸気抵抗が減少し、速やかな吸気が行なえる。

上記第１及び第２の設定時間は、該両設定時間とエン
ジンン回転数との関係テーブルを予めROM12b内に記憶し
ておき回転センサ２により検知されるエンジンン回転数
から演算される。また、ROM12b内に予めエンジン回転数
とバルブ開閉タイミングＩ及びIIIとの関係マップを記
憶しておき、エンジン１の回転数の変化と共にバルブ開
閉タイミングを変更できる。またエンジン回転数の変化
に伴ない運動する気筒を増減させる、いわゆる気筒制御
も可能である。

また、本発明による磁路途中の透磁率不連続部分であ
る先端固定磁極4dと吸気バルブ８との距離が、バルブの
開閉によらず絶えず微小であり、よって磁力線の損失が
軽減され吸気バルブ８に作用する電磁力が強力となる。
よって電磁力発生効率も向上し、上記各コイルでの発熱
量が小となる。

上記、主に吸気バルブについて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。

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、エンジンの吸排
気バルブのうち、少なくとも一方のバルブの開閉駆動を
カムシャフトによらず、高効率かつ高出力の電磁石によ
る電磁力により行なう電磁力バルブ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、磁性体及びバルブを縦に切断した斜視図、第３図
は、磁性体内の磁力線の流れを示す図、第４図は、クラ
ンク角とバルブリフト量の関係を示す図である。 １……エンジン、２……回転センサ、３……永久電磁
石、４……磁性体、4a……第１中間固定磁極、4b……第
２中間固定磁極、4c……バイパス、4d……先端固定磁
極、５……第１コイル、６……第２コイル、７……第３
コイル、８……吸気バルブ、９……バルブガイド、10…
…コントロールユニット。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの吸排気バルブのうち、少なくと
   も一方のバルブに連結し往復運動自在な可動磁極を有す
   る電磁力バルブ駆動装置において、 前記可動磁極の端面と対向する上部固定永久磁石と、前
   記可動磁極が前記バルブが閉鎖状態のとき前記可動磁極
   上端側面と対向する第１の中間固定磁極と、バルブ開放
   時における可動磁極端部と対応する第２の中間固定磁極
   とを有すると共に延長先端には可動磁極の側面と対向す
   る先端固定磁極と、を有し、上部固定磁石、第１の中間
   固定磁極、第２の中間固定磁極、先端固定磁極とが磁路
   を成形せしめ、第１の中間固定磁極に磁束を発生させる
   第１のコイルと、第２の中間固定磁極に磁束を発生させ
   る第２のコイルと、可動磁極に磁束を発生させる第３の
   コイルとを有することを特徴とする電磁力バルブ駆動装
   置。