JP2709737B2

JP2709737B2 - 電磁力バルブ駆動装置

Info

Publication number: JP2709737B2
Application number: JP1226722A
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: 1989-09-01
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1998-02-04
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JPH0392520A

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を電磁力により開
閉駆動する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は、エンジン回転
位相と同期して回転する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ことにより、常時スプリングによ
り閉方向にバイアスされている吸排気バルブを開閉駆動
する。該開閉駆動装置は、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
型化し、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
ルブの開閉タイミングを変更できないので、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しな
ければならない。よって、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と
いう問題がある。

そこで、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。

（発明が解決しようとする課題）しかし、上記２公報により開示された装置は、吸排気
バルブに付設した磁性体を、該吸排気バルブの移動方向
に配設した電磁石により吸引し、該吸引力によって吸排
気バルブを駆動するものである。

磁性体に作用する吸引力は電磁石と磁性体との間隔の
二乗に反比例するため、該間隔の変化に伴ない吸引力が
変化し吸排気バルブの駆動が不安定になるという問題が
ある。また、駆動開始時には吸排気バルブに対し強力な
加速力を与えなければならないが、上記２公報により開
示された装置は駆動開始時における電磁石と磁性体との
間隔が最大となり、よって吸排気バルブに対して最小の
駆動力しか作用させることができない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、吸排気
バルブに作用する駆動力が吸排気バルブの移動による影
響を受けず安定して吸排気バルブの開閉制御を行ない、
かつ、駆動開始時には吸排気バルブに強力な駆動力を作
用させる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に連結し外
部からの進行磁界によって往復駆動される可動子と、該
可動子と対向して前記往復方向に並設され可動子に進行
磁界を作用せしめる複数の固定電磁石と、吸排気バルブ
の初期駆動時に該吸排気バルブを開方向へ付勢する初期
駆動電磁石と、該初期駆動電磁石に電力を供給するコン
デンサと、前記可動子の減速時に前記複数の固定電磁石
からの回生電力を前記コンデンサに充電する電力回収手
段と、前記複数の固定電磁石及び初期駆動電磁石への通
電状態を制御し可動子を往復駆動せしめる通電制御手段
とを有することを特徴とする電磁力バルブ駆動装置を提
供できる。

（作用）本発明は電磁力バルブ駆動装置では、可動子の側面に
並設された時局により進行磁界を形成し、該進行磁界か
ら受る電磁力により吸排気バルブを往復駆動するので、
吸排気バルブの位置が変化しても駆動力は変化せず、従
って、安定した開閉制御を行なうことができる。また、
初期駆動時には、コンデンサに充填された電力を初期駆
動電磁石に供給し、該初期駆動電磁石が発生させる高密
度の磁束により吸排気バルブを駆動するので、強力な駆
動力を発生させることができる。更に、吸排気バルブの
減速時に回生される電力をコンデンサに充填するためエ
ネルギを有効に利用することができる。

（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、本発明の駆動装置の構成を示すブロック図
である。尚、エンジンには上記のごとく吸気バルブと排
気バルブとが設けられているが、本発明による駆動装置
は吸排気バルブ共に適用できるので、以下の説明は主に
吸気バルブについて述べる。

１は、軽量であり高温強度に優れた窒化珪素等のセラ
ミックス材あるいは耐熱合金からなる吸気バルブであ
る。該吸気バルブ１の軸部はバルブガイド12によって往
復自在に軸承されている。そして、該吸気バルブ１の閉
鎖時には、本図に示すごとく、吸排気バルブ１の傘部が
バルブシート13に着座し吸気口を閉鎖する。

該吸気バルブ１の軸端部には可動子２が連結してい
る。該可動子２は、円筒形の磁気通路21と、該磁気通路
21の外周面に周設された複数個の２次コイル22から構成
されている。該２次コイルは磁気通路21の外周面に刻設
された溝に溶融したアルミニウムを流し込んで形成され
る。尚、磁気通路21は磁束密度を増加させるために磁性
体から形成されており、例えば磁性金属のアモルファス
薄板を放射状に配列して円筒形状に形成したものであ
る。そして、該可動子２は、硬質プラスチックからなる
コッター止め23を介して磁気バルブ１の軸端部と連結し
ている。

該可動子２の週面には駆動部３が配設されている。該
駆動部３は、磁気通路21の内側に挿入された中央磁極31
と、上記２次コイル22と対向し可動子２の外周面に周設
された複数個の磁極32と、該磁極32の各々に捲設された
励磁コイル33、そして中央磁極31に捲設された上部コイ
ル34等から構成されている。

上記励磁コイル33は、コントローラ４と接続されてお
り、該コントローラ４から交番電力の供給を受け、可動
子２に進行磁界を作用させ、可動子２を力行させる。そ
して、該励磁コイル33は各々ダイオード41〜44を介して
コンデンサ45の一方の端子に接続されている。該端子は
更に、常開リレー47を介してコントローラ４と、そして
常開リレー48を介して上部コイル34と接続している。ま
た、該コンデンサ45の他方の端子は抵抗46を介してコン
トローラ４に接続されている。該コンデンサ45と抵抗46
との電圧は電圧センサ49により検出され、電圧信号はコ
ントローラ４に入力されている。尚、上記常開リレー47
及び48は共にコントローラ４からの信号により開閉制御
されるものである。

該コントローラ４には、上記の他、エンジンの回転数
及びクランク角を検出する回転センサ５と、アクセルペ
ダル（図示せず）の踏込量を検出する負荷センサ６とか
らの検出信号が入力されている。

該コントローラ４は、上記検出信号の入力及び電力の
供給を司る入出力インターフェイス、予めプログラムや
各種関係マップを記憶するROM、該ROMに記憶されたプロ
グラムに沿って演算を実行するCPU、演算結果やデータ
を一時記憶するRAM、コントローラ４内部の信号の流れ
を制御するコントロールメモリ等から構成されている。

次に、上記構成による本発明の装置の作動について説
明する。

第２図は、バルブ駆動力、駆動速度及びリフト量の状
態を示す図である。

エンジンの運転中においては、常時負荷センサ６から
アクセルペダルの踏込量と回転センサ５からエンジンの
回転数とを検出し、予め設定された関係マップを用いて
該踏込量及び回転数に対応する吸気バルブ１の開閉タイ
ミングを演算する。そして、回転センサ５により検出さ
れるクランク角が吸気バルブ１の開タイミングになる
と、磁極32から中央磁極31方向へ磁束が流れるように励
磁コイル33に通電する。該状態にて常開リレー48を閉と
してコンデンサ45に充電されている電力を上部コイル34
に供給する。尚、コンデンサ45は内部抵抗が極小である
ため上部コイル34には大電流が流れる。該上部コイル34
への通電方向は中央磁極31に、図における上方向の磁束
を発生させる方向であるので、２次コイル22には上方向
から見て右回りの電流が誘導される。すると、該誘導電
流は磁極32からの磁束が形成する磁界から、フレミング
の左手の法則に示される下方向の電磁力を受ける。該電
磁力は全ての２次コイル22に作用するばかりでなく、コ
ンデンサ45からの通電により誘導される電流が強力であ
るため、可動子２には強力な下方向の駆動力が作用し、
吸気バルブ１は急速に開方向へと移動する。

吸気バルブ１が開方向への移動を開始すると、常開リ
レー48を開とすると共に、励磁コイル33への通電状態を
交番させ、磁極32からの磁束が形成する磁界を図におけ
る下方向への進行磁界とする。すると、該進行磁界によ
って、２次コイル22に順次電流が誘導され、該誘導電流
と進行磁界とにより吸気バルブ１は、更に開方向へと駆
動される。

吸気バルブ１の開タイミングからクランク角が所定角
度経過すると、該進行磁界の進行速度を減速し、可動子
２に制動力を作用させる。該制動時には可動子２は回生
作動となるため、励磁コイル33には回生電力が発生す
る。該回生電力は各々の励磁コイルに接続されているダ
イオード41〜44を介してコンデンサ45へと導かれ充電さ
れる。

そして吸気バルブ１が停止すると、上記進行磁界の進
行方向を反転させ、図における上方向の進行磁界とし、
可動子２に上方向すなわち閉方向の駆動力を作用させ
る。すると、吸気バルブ１は閉方向へと駆動されるが、
クランク角が着座のための減速を開始する位置に到達す
ると、磁界の上方向への進行速度を減速し吸気バルブ１
がバルブシート13へ着座する際の衝撃を緩和する。該減
速時においても、励磁コイル33には回生電力が発生し、
該回生電力は上記と同様にコンデンサ45に充電される。

そして、吸気バルブ１が緩やかに着座した後は、スプ
リング24のバイアス力によって次の開タイミングが到来
するまで閉鎖状態を保持する。そして、該閉鎖状態時
に、電圧センサ49により、コンデンサ45の充填量をチェ
ックし、不足している場合には常閉リレー47を閉とし
て、コントローラ４からコンデンサ45へと追加充電を行
なう。

尚、吸気バルブ１を閉状態で保持するスプリング24の
バイアス力は上記電磁力に対し、充分小に設定されてい
る。

次に、他の実施例について説明する。

第３図は、初期駆動を行なうための他の実施例を示す
図である。

第３図（ａ）は、第１図の上部コイル34に相当するコ
イル71によって励磁される磁極72によって可動磁性体73
を吸引し、該可動磁性体73を可動子２に当接させて、吸
気バルブ１の初期駆動をするものである。

第３図（ｂ）は、吸気バルブ１の軸端部に外周側の極
性が相互に異なる永久磁石76及び77を接続し、該永久磁
石76と対向する磁極を、第１図の上部コイル34に相当す
るコイル74で励磁し、磁極75と永久磁石76との間に作用
する反発力で吸気バルブ１の初期駆動をするものであ
る。

以上、実施例について詳細に説明したが、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、可動子の側面
に並設された磁極により進行磁界を形成し、該進行磁界
から受る電磁力により吸排気バルブを往復駆動するの
で、吸排気バルブの位置が変化しても駆動力は変化せ
ず、従って、安定した開閉制御を行なうことができる。
また、初期駆動時には、コンデンサに充電された電力を
初期駆動電磁石に供給し、該初期駆動電磁石が発生させ
る高密度の時束により吸排気バルブを駆動するので、強
力な駆動力を発生させることができる。更に、吸排気バ
ルブの減速時に回生される電力をコンデンサに充電する
ためエネルギを有効に利用することができる電磁力バル
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、バルブ駆動力、駆動速度及びリフト量の状態を示す
図、第３図は、初期駆動を行なうための他の実施例を示
す図である。１……吸気バルブ、２……可動子、３……駆動部、４…
…コントローラ、５……回転センサ、６……負荷セン
サ、22……２次コイル、31……中央磁極、32……磁極、
33……励磁コイル、34……上部コイル、45……コンデン
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外部から
の進行磁界によって往復駆動される可動子と、該可動子
と対向して前記往復方向に並設され可動子に進行磁界を
作用せしめる複数の固定電磁石と、吸排気バルブの初期
駆動時に該吸排気バルブを開方向へ付勢する初期駆動電
磁石と、該初期駆動電磁石に電力を供給するコンデンサ
と、前記可動子の減速時に前記複数の固定電磁石からの
回生電力を前記コンデンサに充電する電力回収手段と、
前記複数の固定電磁石及び初期駆動電磁石への通電状態
を制御し可動子を往復駆動せしめる通電制御手段とを有
することを特徴とする電磁力バルブ駆動装置。