JP2772569B2 - 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って
駆動し開閉制御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
している。

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、吸排気バルブに
付設した磁性体は、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） ところで、上記吸排気バルブに付設した磁性体に作用
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と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
れた装置では、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、該吸排気バルブの作動位置
の変化の影響を置けず安定しており、かつ、駆動開始時
には吸排気バルブに対して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に連結され
た往復自在な可動コイルと、該可動コイルの内周面及び
外周面の双方に対向する固定磁極を有する固定磁性体と
上記磁性体を駆動するコイルと、少なくとも吸排気バル
ブが閉状態時に上記可動コイルの端部に当接する可動磁
性板と、該可動磁性板と対向し該可動磁性板に吸引力を
作用せしめ吸排気バルブの初期駆動を行なう初期駆動手
段と、上記可動コイル及び固定磁性体のコイルに電力を
供給し吸排気バルブを開閉方向に駆動するバルブ開閉手
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） 本発明の電磁力バルブ駆動装置では、固定電磁石の両
固定磁極間に発生する磁束中に配設された、吸排気バル
ブに連結した可動コイルに電流を供給し、該可動コイル
を駆動する。

該可動コイルへ供給する電流の方向を制御することに
より、可動コイルの運動方向を可変制御する。

また、初期駆動時には、該可動コイルに当接している
可動磁性板を電磁力により吸引するので、可動コイルに
は強力な初期駆動力が作用する。

（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（ａ）は、本発明の駆動装置の構成を示すブロ
ック図、第１図（ｂ）は、可動子２の断面図である。

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、以下主に吸気バルブにつ
いて説明する。

１は固定電磁石であり、該固定電磁石１の一方の磁極
は円柱形状に成形された中央固定磁極11である。また、
他方の磁極は該中央固定磁極11から磁束通路12を介して
図における左右両方向へ延長され、上記中央固定磁極11
の側面と順次対向する複数個の多段固定磁極13である。

そして、該多段固定磁極13の各々には固定励磁コイル
14が捲設されており、該固定励磁コイル14に電流を供給
することにより、上記中央固定磁極11及び多段固定磁極
13を励磁する。

左右の該多段固定磁極13は更に上記中央固定磁極11と
反対方向に延長されており、ブラケット15にて再び合流
する。

該ブラケット15には、上記中央固定磁極11と同心にバ
ルブガイド16が配設されており、該バルブガイド16には
吸気バルブ17が往復自在に軸承されている。

該吸気バルブ17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形成され
ている。そして、図示しないエンジンの吸気口を開閉す
るものである。

該吸気バルブ17の軸端部には可動子２が連結されてい
る。該可動子２は円筒形状をしており、磁性体からなる
コア22と、該コア22の円筒部外周面に嵌着された可動コ
イル23とから構成されている。

尚、該可動コイル23は円周上の一部が切断されている
アルミニウムからなるリングを積層したもので、外部か
ら供給される電流が各リング共同一方向に流れるように
相互に結線されている。

そして、該可動子２は、吸気バルブ17の軸端部に設け
られたコッタ溝18に噛合するクリップ24とクリップ押え
25とにより、吸気バルブ17に連結されている。

ところで、該可動子２の内周面は上記中央固定磁極11
の外周面と微小間隙を介して対向し、かつ、可動子２の
外周面は上記多段固定磁極13と同じく微小間隙を介して
対向している。

すなわち、該可動子２は上記中央固定磁極11の多段固
定磁極13との双方との間を、摩擦抵抗無しに往復するこ
とができるように支持されている。

尚、可動コイル23の円筒面は耐摩耗性を向上させるた
めに酸化アルミニウムにて被覆されている。

次に、本図のII-II断面について説明する。

第２図は、II-II断面図である。尚、上記第１図
（ａ）は、該第２図におけるＩ−Ｉ断面図に相当するも
のである。

上記可動子２の上端部には、磁性体にて形成されたリ
ング状の可動磁性板21が当接している。

該可動磁性板21の可動子２側端面には、固定磁極31及
び32が対向しており、該可動磁性板21は、該固定磁極31
及び32と、非磁性体からなるバー33を介して往復自在に
保持されている。

ところで、該固定磁極31及び32はブラケット15を介し
て連結されており、かつ、該固定磁極31及び32を、互い
に異なる磁性に励磁する初期駆動コイル34が捲設されて
いる。

そして、上記固定励磁コイル14、可動コイル23及び初
期駆動コイル34はコントローラ４に接続されており、該
コントローラ４から所定のタイミングにて電流の供給を
受けるよう構成されている。

また、該コントローラ４には、エンジンの回転速度を
検出する回転速度センサ41と、クランク角を検出する位
置センサ42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43とからの検出信号が入力されてい
る。

上記コントローラ４は、上記検出信号の入力及び電流
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ラ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43から
アクセルペダルの踏込量と、回転速度センサ41からエン
ジンの回転速度とを検出し、予め設定された関係マップ
を用いて該踏込量及び回転速度に対応する吸気バルブ17
の開閉タイミングを演算する。

そして、位置センサ42により検出されるクランク角が
吸気バルブ17の開タイミングになると、上記固定励磁コ
イル14、可動コイル23及び初期駆動コイル34に電流を供
給する。

初期駆動コイル34に通電することにより固定磁極31及
び32が互いに異なる極性に励磁されるので、例えば固定
磁極31がＮ極、固定磁極32がＳ極に励磁されると、固定
磁極31→可動磁性板21→固定磁極32→ブラケット15→固
定磁極31の磁路が形成され、可動磁性板21は固定磁極31
及び32に吸引される。

該可動磁性板21は可動子２に当接しているため、該可
動子２を介して吸気バルブ17を開方向へと駆動する。

また、固定励磁コイル14に通電し多段固定磁極13をＮ
極、中央固定磁極11をＳ極に励磁すると、多段固定磁極
13→コア22→中央固定磁極11→磁束通路12→多段固定磁
極13の磁路が形成される。

そして、可動コイル23に供給する電流の方向を図上方
から見て右回りにすると、可動子２には、上記固定励磁
コイル14による磁束からフレミングの左手の法則により
下方向、すなわち開方向の電磁力が作用する。

可動子２が吸気バルブ17の開方向へと移動し、可動磁
性板21と固定磁極31及び32とが当接すると、可動磁性板
21は可動子２と離れ、可動子２のみが更に開方向へと移
動する。

そして、クランク角が開方向への移動開始から所定角
度経過すると、可動コイル23へ供給している電流の方向
を反転させ、吸気バルブ17に閉方向の電磁力を作用させ
る。そして、開方向の移動速度を減速し停止させ、更に
閉方向へと移動させる。

更に、吸気バルブ17の着座直前位置にて、再び可動コ
イル23への通電方向を反転させ、閉方向の移動速度を減
速し、吸気バルブ17の着座衝撃を緩和した後、緩やかに
吸気バルブ17を着座させ、吸気口を閉鎖する。

そして、次の開タイミングまで該閉鎖状態を維持す
る。

尚、着座衝撃を緩和するために、可動磁性板21と固定
磁極31及び32との間の吸引力を併用してもよく、また、
上記可動コイル23への通電方向を反転させる代りに固定
励磁コイル14への通電方向を反転させてもよい。

また、本実施例では図示しないが、エンジン停止時に
吸気バルブ17が降下しないようにバルブスプリングを配
設してもよい。

上記にて示したように、上記の実施例は排気バルブに
ついても適用できるものであり、吸気バルブ17への適用
のみに限定されるものではない。

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、固定電磁石の
両固定磁極間に発生する磁束中に配設された、吸排気バ
ルブに連結した可動コイルに電流を供給し、該可動コイ
ルを駆動するので、吸排気バルブの駆動位置が変化して
も、吸排気バルブに作用する駆動力が変化せず、安定し
て吸排気バルブを開閉駆動することができる。

尚、該可動コイルへ供給する電流の方向を制御するこ
とにより、可動コイルの運動方向を可変制御することが
できるので、エンジン運転中においても吸排気バルブの
開閉量を可変制御することができる。

また初期駆動時においては、該可動コイルに当接して
いる可動磁性板を電磁力により吸引し、可動コイルに強
力な初期駆動力を作用させるので、吸排気バルブを確実
に初期駆動することができ、かつ、エンジンの回転速度
を高速化することができる。

更には、吸排気バルブを電磁力により開閉駆動するの
で、エンジンの回転速度及び負荷の状態に応じて、該吸
排気バルブの開閉タイミングを可変制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の駆動装置の構成を示すブロッ
ク図、第１図（ｂ）は、可動子２の断面図、第２図は、
II-II断面図である。 １……固定電磁石、２……可動子、４……コントロー
ラ、17……吸気バルブ、21……可動磁性板、23……可動
コイル、34……初期駆動コイル。

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に連結された往復
   自在な可動コイルと、該可動コイルの内周面及び外周面
   の双方に対向する固定磁極を有する固定磁性体と上記磁
   性体を駆動するコイルと、少なくとも吸排気バルブが閉
   状態時に上記可動コイルの端部に当接する可動磁性板
   と、該可動磁性板と対向し該可動磁性板に吸引力を作用
   せしめ吸排気バルブの初期駆動を行なう初期駆動手段
   と、上記可動コイル及び固定磁性体のコイルに電力を供
   給し吸排気バルブを開閉方向に駆動するバルブ開閉手段
   とを有することを特徴とする電磁力バルブ駆動装置。
2. 【請求項２】上記可動コイルはアルミニウムからなるこ
   とを特徴とする請求項（１）記載の電磁力バルブ駆動装
   置。