JP2789120B2

JP2789120B2 - 電磁力バルブ駆動装置

Info

Publication number: JP2789120B2
Application number: JP1322422A
Authority: JP
Inventors: 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1989-12-12
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JPH03182609A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、エンジンの同一シリンダに配設された吸気
及び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
カーアームやブ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
するものである。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）しかし、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。更に、吸気バル
ブ及び排気バルブを同一シリンダに配設する場合につい
て記載されておらず、上記開示された装置を単に並設す
るだけでは吸排気バルブの取付けピッチが拡張し同一シ
リンダに吸排気バルブを配置できないという問題があ
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、更に、同一シリンダに配設された吸排気バルブ
を駆動す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、吸気バルブに連結された第１可動磁
極と、排気バルブに連結された第２可動磁極と、第１及
び第２可動磁極の間に可動磁極の往復方向に並設され両
可動磁極の側面と対向する複数の中間固定磁極と、第１
可動磁極の往復方向に併設され第１可動磁極の側面と対
向する複数の第１固定磁極と、第２可動磁極の往復方向
に並設され第２可動磁極の側面と対向する複数の第２固
定磁極と、第１、第２及び中間固定磁極に捲設され上記
往復方向の進行磁界を形成する励磁コイルと、第１及び
第２可動磁極の側面に周設された２次コイルと、上記励
磁コイルへの通電状態を制御し吸排気バルブを開閉駆動
せしめる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）本発明の電磁力バルブ駆動装置では、同一シリンダに
接近して配設された吸気バルブ及び排気バルブの各々に
連結される第１及び第２可動磁極に周設された２次コイ
ルに、各固定磁極からの進行磁界により発生する誘導電
流が、該進行磁界から受ける電磁力により吸排気バルブ
を往復駆動する。

中間固定磁極は吸気及び排気バルブ駆動時のいずれの
場合にも作用し、強力な駆動力を発生させることができ
る。

また、初期駆動時には電磁石で吸排気バルブの軸端部
と対向する磁性板わ吸引し、該磁性板を吸排気バルブに
当接させて該吸排気バルブを初期駆動する。

（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図は、本発明の駆動装置の構成を示す構造図、第
２図は、II−II断面図、第３図は、III−III断面図であ
る。尚、第１図は、第２図のＩ−Ｉ断面図に相当する。

１は、シリンダ12に配設された吸気バルブであり、２
は、同じくシリンダ12に配設された排気バルブである。
該吸気バルブ１及び排気バルブ２は共に軽量で高温強度
に優れた窒素珪素等のセラミックス材、あるいは耐熱非
磁性合金から形成されている。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の傘部が吸気口を閉鎖し、同様にして排気バル
ブ２は排気口を閉鎖する。

該吸気バルブ１の軸端部には可動子11が連結してお
り、排気バルブ２の軸端部には可動子21が連結されてい
る。

該可動子11は、円筒形の磁気通路12と、該磁気通路12
の外周部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。また、可動子21は、円筒形の磁気通路22と、
該磁気通路22の外周部に周設された複数個の２次コイル
23から構成されている。

該２次コイル13及び23は磁気通路12及び22の外周部に
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及び22は２次コイル13及び23
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及び22は後述する中間固定磁極３、第１固
定磁極及び第２固定磁極５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。尚、排気バルブ２は
スプリング24によってバイアスされている。

可動子11と可動子21との間には、該可動子11及び可動
子21の両方の側面と対向する中間固定磁極３が配設され
ている。該中間固定磁極３は、吸気バルブ１及び排気バ
ルブ２の往復方向に並設された複数個の磁極、及び該磁
極を個々に励磁する励磁コイルとから構成されている。

可動子11を挟んで中間固定磁極３の反対側には第１固
定磁極４が配設され、可動子21を挟んで中間固定磁極３
の反対側には第２固定磁極５が配設されている。

該第１固定磁極４及び第２固定磁極５は共に中間固定
磁極３と同じく、吸気バルブ１及び排気バルブ２の往復
方向に併設された複数個の磁極、及び該磁極を個々に励
磁する励磁コイルとから構成されている。

可動子11の上部には、吸気バルブ１の着座状態時に接
触もしくは微小間隔を介して対向する磁性板６が配設さ
れており、可動子11の側面には上記中間固定磁極３及び
第１固定磁極４の他に、一対の磁極を有する下部電磁石
61が配設されている。該下部電磁石61の磁極は、吸気バ
ルブ１が閉鎖時における可動子11の上端面より所定量だ
け下方に設定され、該一対の磁極を励磁する下部コイル
62とから構成されている。

そして該磁性板６は非磁性体からなるガイドバー63を
介して下部電磁石61の両磁極と往復自在に連結してお
り、下部電磁石61に吸引され可動子11の上端面に当接
し、該可動子11を下方向へと駆動させるものである。
尚、該磁性板６はスプリング64により常時上方向にバイ
アスされている。

また、排気バルブ２についても上記と同様に、可動子
21の上部には、排気バルブ２の着座状態時に接触もしく
は微小間隔を介して対向する磁性板７が配設されてお
り、可動子21の側面には上記中間固定磁極３及び第２固
定磁極５の他に、一対の磁極を有する下部電磁石71が配
設されている。該下部電磁石71の磁極は、排気バルブ２
が閉鎖時における可動子21の上端面より所定量だけ下方
に設定され、該一対の磁極を励磁する下部コイル72とか
ら構成されている。

そして該磁性板７は非磁性体からなるガイドバー73を
介して下部電磁磁石71の両磁極と往復自在に連結してお
り、下部電磁石71に吸引され可動子21の上端面に当接
し、該可動子21を下方向へと駆動させるものである。
尚、該磁性板７はスプリング（図示せず）により常時上
方向にバイアスされている。

上記中間固定磁極３、第１固定磁極４及び第２固定磁
極５の各励磁コイル、下部コイル62及び下部コイル72は
コントローラ８に接続されている。

該コントローラ８には、エンジンの回転数を検出する
回転センサ81と、クランク角を検出する位置センサ82
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83とからの検出信号が入力されている。

上記コントラーラ８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８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83から
アクセルペダルの踏込量と、回転センサ81からエンジン
の回転数とを検出して、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82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、下部コイル62へ通電し磁性板６を吸引する。する
と、磁性板６は可動子12に当接するため、吸気バルブ１
には初期駆動力として開方向への強力な駆動力が作用す
る。

次に、中間固定磁極３及び第１固定磁極４の励磁コイ
ルに吸気バルブ１の開方向への交番電力を供給して、可
動子12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には電流が誘電され、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。

ところで、中間固定磁極３は吸気バルブ１及び排気バ
ルブ２に挟まれて配設されなければならないので、第１
固定磁極４及び第２固定磁極５と比して励磁コイルを捲
設する部分が小である。

そこで、該中間固定磁極３の可動子11側と可動子21側
とに捲設された励磁コイルの捲設方向を同一にし、上記
のごとき吸気バルブ１を駆動する際には、可動子21側に
捲設された励磁コイルにも通電する。よって、該中間固
定磁極３により発生する磁束は大となり、可動子11が受
ける駆動力も大となる。

ところで、上記のように、中間固定磁極３に通電する
と、可動子21の２次コイル23にも電流が誘導され、排気
バイブ２にも吸気バルブ１と同時に開方向の駆動力が作
用することになる。

そこで、上記のように、中間固定磁極３の励磁コイル
に開方向の交番電力を供給する場合には、同時に第２固
定磁極５の励磁コイルに対して閉方向の交番電力を供給
する。すると、２次コイル23には、中間固定磁極３から
の磁束により誘導される電流と、第２固定磁極５からの
磁束により誘導される電流とが発生し、該両誘導電流は
互いに方向が異るため打ち消しあい、よって、可動子21
には駆動力が作用しない。

吸気バルブ１が開方向に所定量移動すると、中間固定
磁極３及び第１固定磁極４の励磁コイルへ供給している
交番電力の交番速度を減速し、更に交番方向を反転させ
る。

すると、可動子11に作用していた開方向の駆動力は減
少し、更に、閉方向へと反転する。よって、吸気バルブ
１は開方向の移動速度を減速した後、閉方向へと移動を
開始する。

尚、中間固定磁極３に閉方向の交番電力を供給するこ
とにより可動子21の２次コイル23に誘導される電力は、
上記第２固定磁極５からの磁束によって誘導される電流
方向と同一であるので、排気バルブ２は依然として閉鎖
状態を保持する。

そして、吸気バルブ１が着座近傍位置まで閉鎖する
と、中間固定磁極３及び第１固定磁極４の励磁コイルに
供給している交番電力の交番速度を減速、あるいは交番
方向を反転させることにより吸気バルブ１の着座衝撃を
緩和する。

以上は、吸気バルブ１の開閉時の作動について説明で
あるが、クランク角が進行して排気バルブ２の開タイミ
ングにると、まず、下部コイル72に通電した後、中間固
定磁極３及び第２固定磁極５の励磁コイルへ開方向の交
番電力を供給すると共に、第１固定磁極４の励磁コイル
には閉方向の交番電力を供給し、吸気バルブ１を閉鎖状
態で維持する。そして、排気バルブ２に関する作動は上
記と同様に行なう。但し、第１固定磁極４と第２固定磁
極５とが逆となる等、適宜変更することは自明であるた
め説明を省略する。

以上、本発明の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がぎりで、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項の範
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、同一シリンダ
に接近して配設された吸気バルブ及び排気バルブの各々
に連結される第１及び第２可動磁極に周設された２次コ
イルに、各固定磁極からの進行磁界により発生する誘導
電流が、該進行磁界から受け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、初期駆動時には電磁石で吸排気バルブの軸端部
と対向する磁性板を吸引し、該磁性板を吸排気バルブに
当接させて該吸排気バルブを初期駆動するので、強力な
初期駆動力を発生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、II−II断面図、第３図は、III−III断面図であ
る。１……吸気バルブ、２……排気バルブ、３……中間固定
磁極、４……第１固定磁極、５……第２固定磁極、８…
…コントローラ、12……シリンダ、11・21……可動子、
81……回転センサ81、82……負荷センサ、83……負荷セ
ンサ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気バルブに連結された第１可動磁極と、
排気バルブに連結された第２可動磁極と、第１及び第２
可動磁極の間に可動磁極の往復方向に並設され両可動磁
極の側面と対向する複数の中間固定磁極と、第１可動磁
極の往復方向に並設され第１可動磁極の側面と対向する
複数の第１固定磁極と、第２可動磁極の往復方向に並設
され第２可動磁極の側面と対向する複数の第２固定磁極
と、第１、第２及び中間固定磁極に捲設され上記往復方
向の進行磁界を形成する励磁コイルと、第１及び第２可
動磁極の側面に周設された２次コイルと、上記励磁コイ
ルへの通電状態を制御し吸排気バルブを開閉駆動せしめ
る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。
【請求項２】上記往復方向に移動自在であり各可動磁極
の端面と対向する可動磁性板と、該可動磁性板を吸引し
各可動磁極の端面に当接させ吸気バルブを駆動せしめる
電磁石とを有す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。
【請求項３】上記電磁石は上記吸排気バルブの初期駆動
時に作動することを特徴とする請求項（２）記載の電磁
力バルブ駆動装置。