JP2772563B2 - 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
するのもである。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、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） 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、上記装置では該間隔の変化に伴
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。

特に大型エンジンにおいては吸排気バルブの開閉スト
ロークも大となるため、電磁石と磁性体との間隔は一層
大となり、よって駆動力が減少する。

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
用させることのでき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の少なくと
もいずれか一方のバルブに連結し外周面に２次コイルを
有し往復自在な可動子と、該可動子の外周面と対向しバ
ルブの移動方向に複数併設された固定磁極と、これら固
定磁極に捲設された励磁コイルと、該可動子の上部にこ
れと当接自在に配置されバルブの移動方向に移動自在な
第１磁性板と、該第１磁性板を吸引してバルブに開方向
に駆動力を付与する第１のコイルを巻回された第１の磁
極と、該可動子の上部にこれと当接自在に配置されバル
ブの移動方向に移動自在な第２磁性板と、該第２磁性板
を吸引してバルブに開方向に駆動力を付与する第２のコ
イルを巻回された第２の磁極と、第２磁性板を第２の磁
極に吸引させるために前記第２のコイルに給電し、続い
て第１磁性板を第１の磁極に吸引させるために前記第１
のコイルに給電し、励磁コイルに円筒軸方向に進行磁界
を発生させてバルブを進行磁界方向に駆動させるコント
ローラとを具備して成ることを特徴とする誘導式電磁力
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、可動子に周設さ
れた２次コイルの側面に並設された磁極により進行磁界
を形成し、２次コイルに誘導される電流が進行磁界から
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、吸排気バルブの軸端面と対向する２枚の
磁性板を異る間隔を隔てて対向する２個の電磁石で吸引
するので、まず間隔が小であるほうの磁性板が強力に吸
引され吸排気バルブを駆動し、磁性板と電磁石とが当接
した後は、他方の電磁石が残りの磁性板を吸引し吸排気
バルブの初期駆動を継続させる。

（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構造図、第
２図は、Ｚ矢視図、第３図は、III−III矢視図である。
尚、第１図は、第２図におけるＩ−Ｉ断面図である。

ところで、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、主に吸気バ
ルブについて説明する。

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、あるいは耐熱非磁性である合金からなる吸
気バルブである。該吸気バルブ１は往復自在に軸承され
ており、該吸気バルブ１の閉鎖時には、吸気バルブ１の
傘部がバルブシート（図示せず）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11が連結してい
る。該可動子11は、円筒形の磁気通路12と、該磁気通路
12の外周面に周設された複数個の２次コイル13から構成
されている。

該２次コイル13は磁気通路12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12は２次コイル13に作用する磁束密度を増
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。ただし該磁気通路12は後述する駆
動部２の固定磁極からの磁束の通路となるので、該磁束
の通路が確保されるように配列しなければならない。ま
た、エンジン停止時において、吸気バルブ１が降下する
ことを防止するために、可動子11はスプリング14によっ
て閉方向にバイアスされている。

該可動子11の側面には、該可動子11を挟んで一対の駆
動部２が配設されている。該駆動部２は、磁性体からな
るコアから突出し２次コイル13と対向してバルブの移動
方向に配置された固定磁極と、該固定磁極の各々に捲設
された励磁コイルとから構成されている。そして、後述
するコントローラ５から交番電力を供給され、可動子11
の２次コイル13に対し進行磁界を作用させるものであ
る。

可動子11の側面には該駆動部２の他に第１電磁石３及
び第２電磁石４が配設されている。

そして、可動子11の上部には、該可動子11の閉鎖時に
おいて該可動子11の上端面と接する第１磁性板31と該第
１磁性板31を介して可動子11の端面と接する第２磁性板
41が配設されている。

そして、該第１磁性板31は上記第１電磁石３の磁極32
と距離D1隔てて対向しており、該第２磁性板41は上記第
２電磁石４の磁極42と距離D2隔てて対向している。

尚、第１電磁石３はコイル33に通電することにより励
磁され、第２電磁石４はコイル43に通電されることによ
り励磁される。

該第１磁性板31及び第２磁性板41は、第１電磁石３及
び第２電磁石４に吸引され吸気バルブ１の開方向可動子
11と共に駆動され、電磁力消滅後はスプリング14の作用
により可動子11と共に図示の位置に戻る。

上記駆動部２の励磁コイルとコイル33及び43とはコン
トローラ５に接続されている。該コントローラ５には、
エンジンの回転数を検出する回転センサ51と、クランク
角を検出する位置センサ52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53とからの検出信号
が入力されている。

上記コントローラ５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５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。

エンジンの運転中においては、常時負荷センサ53から
アクセルペダルの踏込量と回転センサ51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、位置センサ52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、まずコイル43に電力が供給され、磁極42が励磁され
る。すると、第２磁性板41と磁極42との間には距離D2を
介して吸引力が発生する。よって、該第２磁性板41は吸
気バルブ１の開方向へと駆動される。そして、該第２磁
性板41は可動子11と当接し該可動子11を伴なって更に開
方向へと移動し、磁極42と当接する位置にて停止する。

該状態で、距離D1はD1−D2まで短縮されている。よっ
て、コイル33に電力を供給し磁極32を励磁すると、該磁
極32と第１磁性板31との間に作用する吸引力は、間隔が
短縮されているため強力となる。よって、可動子11は第
１磁性板31と共に更に駆動される。そして、第１磁性板
31が磁極32に当接する位置、すなわち可動子11が距離D1
移動した時点で吸気バルブ１の初期駆動が終了する。

上記のように吸気バルブ１の初期駆動が終了すると、
次に、駆動部２の励磁コイルに交番電力を供給して、可
動子11に開方向への進行磁界を作用させる。すると、２
次コイル13には電流が誘導され、該誘導電流が進行磁界
から受ける電磁力によって吸気バルブ１は引き続き開方
向へと駆動される。

クランク角が開タイミングから所定量経過すると、吸
気バルブ１を減速するため進行磁界の進行速度を減速
し、可動子11を回生作動させる。そして、吸気バルブ１
を最大リフト量の位置で停止させた後、磁界の進行方向
を上方向すなわち閉方向へと反転させる。

該反転された磁界により吸気バルブ１を閉方向へ駆動
し、クランク角が着座前になると再び磁界の進行速度を
減速して回生作動させ、吸気バルブ１の閉方向駆動速度
を減速して着座時の衝撃を緩和する。

尚、第１磁性板31及び第２磁性板41は可動子11が閉方
向へと移動する途中にて当接し、可動子11と共に閉方向
へ駆動され、図に示す状態に復帰する。

ところで、吸気バルブ１を閉状態で保持するスプリン
グ14のバイアス力は、上記電磁力に対して充分小に設定
されている。

以上、吸気バルブについての実施例を詳細に説明した
が、本発明による装置は排気バルブについても適用でき
ることは明白であり、また、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、可動子に周設
された２次コイルの側面に並設された磁極により進行磁
界を形成し、２次コイルに誘導される電流が進行磁界か
ら受る電磁力により吸排気バルブを往復駆動する。

また、初期駆動時には、吸排気バルブの軸端面と対向
する２枚の磁性板を異る間隔を隔てて対向する２個の電
磁石で吸引するので、まず間隔が小であるほうの磁性板
が強力に吸引され吸排気バルブを駆動し、磁性板と電磁
石とが当接した後は、他方の電磁石が残りの磁性板を吸
引し吸排気バルブの初期駆動を継続させる。

よって、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ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の駆動装置の構成を示す構造図、第２
図は、Ｚ矢視図、第３図は、III−III矢視図である。 １…吸気バルブ、２…駆動部、３…第１電磁石、４…第
２電磁石、５…コントローラ、11…可動子、13…２次コ
イル、31…第１磁性板、41…第２磁性板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01L 9/04 F16K 31/06 305 F16K 31/06 385

Claims (3)

(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少なくともいず
   れか一方のバルブに連結し外周面に２次コイルを有し往
   復自在な可動子と、該可動子の外周面と対向しバルブの
   移動方向に複数併設された固定磁極と、これら固定磁極
   に捲設された励磁コイルと、該可動子の上部にこれと当
   接自在に配置されバルブの移動方向に移動自在な第１磁
   性板と、該第１磁性板を吸引してバルブに開方向に駆動
   力を付与する第１のコイルを巻回された第１の磁極と、
   該可動子の上部にこれと当接自在に配置されバルブの移
   動方向に移動自在な第２磁性板と、該第２磁性板を吸引
   してバルブに開方向に駆動力を付与する第２のコイルを
   巻回された第２の磁極と、第２磁性板を第２の磁極に吸
   引させるために前記第２のコイルに給電し、続いて第１
   磁性板を第１の磁極に吸引させるために前記第１のコイ
   ルに給電し、励磁コイルに円筒軸方向に進行磁界を発生
   させてバルブを進行磁界方向に駆動させるコントローラ
   とを具備して成ることを特徴とする誘導式電磁力バルブ
   駆動装置。
2. 【請求項２】バルブの着座時に前記励磁コイルを駆動し
   てバルブに閉方向とは反対方向の駆動力を可動子に印加
   することを特徴とする請求項（１）に記載の誘導式電磁
   力バルブ駆動装置。
3. 【請求項３】上記可動子は磁性体で形成されていること
   を特徴とする請求項（１）に記載の誘導式電磁力バルブ
   駆動装置。