JP2759330B2 - 電磁力バルブ駆動装置 - Google Patents

電磁力バルブ駆動装置

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JP2759330B2 JP63334957A JP33495788A JP2759330B2 JP 2759330 B2 JP2759330 B2 JP 2759330B2 JP 63334957 A JP63334957 A JP 63334957A JP 33495788 A JP33495788 A JP 33495788A JP 2759330 B2 JP2759330 B2 JP 2759330B2
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電磁石により発生する電磁力によってエン
ジンの吸排気バルブの開閉駆動を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
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、カムシャフトによらず電磁石による電磁力により吸
排気バルブの開閉駆動を行なう装置が、特開昭58−1838
05号公報、あるいは特開昭61−76713号公報に記載され
ている。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、吸排気バルブの駆動
に必要な電磁力を発生させるためには電磁石のコイルに
大電力を供給せねばならず、該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、電磁石による電磁力により駆動する場合に、高効率
かつ高出力の電磁石を有す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。
（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の内、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
（MP）を有する電磁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磁極（3a）と、該上部固
定磁極（3a）と連通して途中に上部固定磁極（3a）と対
向する中間固定磁極（3b）を有すると共に延長先端には
可動磁極（MP）の頚部（６′）側面と対向する第１先端
固定磁極（3c）と、上部固定磁極（3a）を通過する磁束
を発生させる第１コイル（４）と第１先端固定磁極（3
c）を通過する磁束を発生させる第２コイル（５）との
２つのコイルを有する第１の電磁石（３′）と、該第１
の電磁石とは別に、上記上部固定磁極（3a）と連通し延
長先端には可動磁極（MP）の頚部（６′）側面と対向す
る第２先端固定磁極（3d）と、磁束を発生させる第３コ
イル（７）からなる第２の電磁石（３″）とを、可動方
向に対して可動磁極の周囲に配設せしめてなることを特
徴とする電磁力バルブ駆動装置を提供できる。
（作用） 本発明の電磁力バルブ駆動装置では、吸排気バルブの
駆動力を発生する電磁石の磁路での磁力線損失が微小で
あり、電磁石の能力が高効率かつ高出力となる作用があ
る。また開放時と閉鎖時に働くコイルが異なるため、コ
イルの自己誘導による応答遅れが軽減される作用があ
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。
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。
９は磁性体で形成された吸気バルブであり、該吸気バ
ルブ９は軸部をバルブガイド10により軸方向に自在に軸
承されている。吸気管路13の吸気口にはバルブシート11
が配設され、吸気バルブ９の傘部とバルブシート11とが
密着し該吸気口を閉鎖している。吸気バルブ９の軸端部
には同じく磁性体からなるフランジ６及び磁性体からな
る頚部６′を持つ可動磁極MPが設けられている。該フラ
ンジ６とバルブガイド10との間にはエンジン停止時にお
ける吸気バルブ９の降下防止用のスプリング８が設置さ
れている。吸気バルブ９の軸端部の周囲には該吸気バル
ブ９の軸端部を包囲する電磁石３が設置されている。こ
の電磁石３は、後に述べる上部固定磁極（3a）、中間固
定磁極3b、第１先端固定磁極3c、可動磁極MP、第１コイ
ル４、第２コイル５からなる第１の電磁石３′と、第２
先端固定磁極3d、第３コイル７からなる第２電磁石３″
からなる。
また吸気バルブ９の軸端部の端面と対向する電磁石３
の内面には上部固定磁極3aが設けられ、上部固定磁極3a
及びフランジ６の外周面と対向する部分には、中間固定
磁極3bが周設されている。そして吸気バルブ９の軸側面
に対向する電磁石３の開口部には第１先端固定磁極3cが
配設されている。該電磁石３内部には、上部固定磁極3a
と中間固定磁極3bとの間に第１コイル４が装備され、中
間固定磁極3bと第１先端固定磁極3cとの間に第２コイル
５が装備されている。
電磁石３には上記構成とは別に上部固定磁極3aから吸
気バルブ９の軸側面に対向する第２先端固定磁極3aと第
２先端固定磁極3dとの間には第３コイル７が配設されて
いる。そして、上記２種の構成は吸気バルブ９の軸部周
囲に交互に配設されている。
中間固定磁極3bと吸気バルブ９の軸端部との間は微小
な間隙3fを介して接触しておらず、第１先端固定磁極3c
及び第２先端固定磁極3dと吸気バルブ９の軸端部との間
は微小な間隙3eを介しており接触していない。
上記回転センサ２と第１コイル４と第２コイル５及び
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２図は、電磁石３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）は開速度の減速後の閉方向移動開始時を示す
図である。
（ａ）において、第３コイル７にのみ直流電力を供給
し励磁する。該第３コイル７により発生する磁力線は上
部固定磁極3aから電磁石３の内部を通過し第２先端固定
磁極3dへと流れ、該第２先端固定磁極3dから間隙3eを介
して吸気バルブ９の軸端部へ流れ再び上部固定磁極3aへ
と戻る磁路を形成する。
該磁力線の流れにより上部固定磁極3aにはＳ極が発生
し該上部固定磁極3aと対向する吸気バルブ９の軸端部で
あるフランジ６にはＮ極が発生し、互いに吸引する。上
部固定磁極3aとフランジ６とが接触する直前の位置にお
いて吸気バルブ９の傘部とバルブシート11とが密着し、
吸気口を閉鎖する。
（ｂ）に示すごとく、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９開のタイミングに
なると第３コイル７への通電を中止すると共に、第１コ
イル４及び第２コイル５へ、互いのコイルにより発生す
る磁力線の回転方向が逆方向となるように通電する。す
なわち、第１コイル４により発生する磁力線は上部固定
磁極3aから中間固定磁極3bへと流れ再び上部固定磁極3a
へと戻る磁路を形成する。一方、第２コイル５により発
生する磁力線は該第１先端固定磁極3cから間隙3eを介し
て吸気バルブ９のフランジ６へ流れ、間隙3fを介し中間
固定磁極3bを経て再び第１先端固定磁極3cへと戻る磁路
を形成する。
上記のごとく磁路が形成されるため、フランジ６及び
上部固定磁極3aの双方にＮ極が発生し互いに反発する。
よって吸気バルブ９は下方向への排斥力を受け、開方向
への移動を開始する。この時第１コイル４、第２コイル
５への通電は瞬間的に大電流を投入すると、間隙3fまた
は3aと3bの間隙により磁束通路は絞られているので、対
向するフランジ６面を通過しようとする磁束同士が反撥
し反力が生じる。
（ｃ）に示すごとく、吸気バルブ９が開方向へ移動開
始時から第１の設定時間経過時に、第１コイル４及び第
２コイル５への通電を中止し、第３コイル７への通電を
再開する。すると（ａ）の場合と同じく吸気バルブ９に
は上方向すなわち閉方向の吸引力が作用し、開方向へ移
動しつつある吸気バルブ９を減速しついには停止せしめ
る。該停止位置は吸気バルブ９の最大移動位置に相当す
る。吸気バルブ９停止後においても第３コイル７への通
電を継続することにより吸気バルブ９は上方向すなわち
閉方向へと移動する。
上記第１の設定時間より長時間である第２の設定時間
経過時に再び第３コイル７への通電を中止すると共に、
第１コイル４及び第２コイル５へ通電し、吸気バルブ９
に下方向の力を作用させる。これは吸気バルブ９の閉方
向の移動速度を減速し、吸気バルブ９の傘部がバルブシ
ート11に着座する際の衝撃を緩和するためである。そし
て第２の設定時間より長時間である第３の設定時間経過
時に、第１コイル４及び第２コイル５への通電を中止
し、第３コイル７への通電を再開し、上記（ａ）に示す
磁路を形成させることにより、吸気バルブ９の上方向の
力を作用させる。
上記第１、第２、第３の各設定時間は、ROM12b内に予
め各設定時間とエンジン回転数との関係テーブルを記憶
しておき、回転センサ２により検知されるエンジン１の
回転数と該関係テーブルからエンジン回転数に対応する
設定時間を演算することにより求められる。
上記開閉状態を第３図により説明する。
第３図はいわゆるカムプロファイル曲線と呼ばれるも
ので、横軸は吸気バルブ９の開タイミングからの時間経
過を示し、縦軸はバルブの移動量を示す。図における曲
線は時間経過に伴なう吸気バルブの移動量の変化を示す
図である。
開タイミングであるＩの時点で、第３コイル７への通
電を中止すると共に、第１コイル４及び第２コイル５へ
通電し、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。すると吸気バルブ９に開方向の排斥
力が作用し吸気バルブ９は開方向へ移動する。
第１の設定時間経過時であるIIの時点で、第１コイル
４及び第２コイル５への通電を中止すると共に、第３コ
イル７へ通電し磁力線の状態を第２図（ｂ）の状態から
（ｃ）の状態へ切換える。すると吸気バルブ９に閉方向
の吸引力が作用し、開方向の移動速度を減速し、最大移
動位置を経て閉方向へと移動方向を反転する。
第２の設定時間経過時であるIIIの時点で、再び吸気
バルブ９に開方向の吸引力を作用させ、閉方向の移動速
度を減速する。
第３の設定時間経過時であるIVの時点で、磁力線の状
態を第２図（ａ）に示す状態とし、次の開タイミングま
で閉状態を保持する。
エンジン１の運転終了時には第３コイル７への電力供
給は消失し、吸気バルブ９を閉状態に保持する電磁力が
消滅するため、スプリング８により吸気バルブ９は閉状
態に保持される。スプリング８の保持力は第１コイル４
及び第２コイル５により発生する開方向への排斥力に対
して充分小に設定されている。
尚、ROM12b内に上記設定時間とエンジン回転数との関
係テーブル以外に、予めエンジン回転数とバルブ開タイ
ミングの関係マップを記憶しておき、エンジン１の回転
数の変化に伴ないバルブ開タイミングを変更することに
よりエンジン回転数の全領域においてエンジンの出力及
び効率を向上させることができる。またエンジン１の回
転数の高低に伴ない各気筒ごとの吸排気バルブを駆動あ
るいは停止することにより、運転する気筒数を増減する
気筒制御も可能である。
また、本発明による電磁石３は磁路の途中における透
磁率不連続部分すなわちフランジ６と中間固定磁極3bと
の間隔3f、及び吸気バルブ９の軸側面と第１先端固定磁
極3c及び第２先端固定磁極3dとの間隔3fとが、バルブの
開閉によらず絶えず微小であり磁力線の漏れが少ないた
め、電磁石３により発生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供給電力が小となり、該電磁
石３での発熱量が微小となる。
上記において、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、電磁石による電磁力により
駆動する場合に、高効率かつ高出力の電磁石を有する電
磁力バルブ駆動装置を提供することができる。
【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、電磁石内の磁力線の流れを示す図、第３図は、バル
ブ移動量と時間との関係を示す図である。 １……エンジン、２……回転センサ、３……電磁石、3a
……上部固定磁極、3b……中間固定磁極、3c……第１先
端固定磁極、3d……第２先端固定磁極、3e・3f……間
隙、４……第１コイル、５……第２コイル、６……フラ
ンジ、７……第３コイル、８……スプリング、９……吸
気バルブ、10……バルブガイド、11……バルブシート、
12……コントロールユニット、13……吸気管路。

Claims (2)

    (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内、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（MP）を
    有する電磁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磁極（3a）と、 該上部固定磁極（3a）と連通して途中に上部固定磁極
    （3a）と対向する中間固定磁極（3b）を有すると共に延
    長先端には可動磁極（MP）の頚部（６′）側面と対向す
    る第１先端固定磁極（3c）と、 上部固定磁極（3a）を通過する磁束を発生させる第１コ
    イル（４）と第１先端固定磁極（3c）を通過する磁束を
    発生させる第２コイル（５）との２つのコイルを有する
    第１の電磁石（３′）と、 該第１の電磁石とは別に、上記上部固定磁極（3a）と連
    通し延長先端には可動磁極（MP）の頚部（６′）側面と
    対向する第２先端固定磁極（3d）と、磁束を発生させる
    第３コイル（７）からなる第２の電磁石（３″）とを、
    可動方向に対して可動磁極の周囲に配設せしめてなるこ
    とを特徴とする電磁力バルブ駆動装置。
  2. 【請求項２】少なくとも吸気または排気バルブのステム
    部にある頚部と前記上部固定磁極に対向する広い面積を
    持つフランジを持つ可動磁極を透磁性材料で構成したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の電磁
    力バルブ駆動装置。
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