JP2824667B2 - 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、磁束密度の変化により導電体内に生ずる誘
電電流が磁界から受ける電磁力によりエンジンの吸気バ
ルブや排気バルブ（以下、吸排気バルブという）を開閉
制御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としては、１本の
シャフトに吸気バルブ用及び排気バルブ用のカムを配し
たカムシャフトをエンジンの上部もしくは側面に配設
し、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たエ
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。そして、該カムシャフトのカム面からロッカアーム
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ものが
ある。

また、他の装置としては、吸気バルブ用のカムを配し
た吸気カムシャフトと排気バルブ用のカムを配した排気
カムシャフトを各々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面を、そして排気カ
ムシャフトのカム面で排気バルブの軸端面を直接押すこ
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で吸排気
バルブの開閉駆動を行なう装置が、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。しかし、上記２公報により開示された装置における
電磁石の構成は、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。
よって、吸排気バルブの移動に伴ない電磁石と磁性体と
の間隔が変化するため磁性体に作用する吸引力も変化
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。

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う
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、エンジン本体に固定されたコイルが
巻回された電磁石と、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と連結し該固定磁極に対向し
て取り付けられた永久磁石とその下側に前記バルブの運
動方向と軸が一致する円筒形状の透磁性体に該円筒形状
の側面から見て閉ループを形成するリング状導電体とを
内包し往復運動自在な可動子と、前記リング状導電体差
交する磁界を発生し、可動子の往復運動方向に複数個並
べられた固定磁極と、前記固定磁極を夫々に励磁するコ
イルと、上記コイルへの通電状態を制御しリング状導電
体内に発生する誘導電流と前記固定磁極で発生する磁界
により該可動子を往復方向へ駆動する通電制御手段と、
上記バルブの開始始めには永久磁石に対向する電磁石の
コイルに大電流を通電し、同極を発生させ開弁及び着座
時には排斥力を発生させる電磁石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、磁束密度の変化
により導電体内に生ずる誘導電流が磁界から受ける電磁
力により吸排気バルブを駆動制御するので、磁束を発生
させる磁極を吸排気バルブの移動方向に複数並設させる
ことにより吸排気バルブに作用する駆動力が吸排気バル
ブの移動により増減せず安定し、かつ永久磁石と電磁石
との間に作用する反発力で吸排気バルブの開弁時には開
方向へ加速し、着座時には着座速度を減速するので開閉
制御を確実に行なうことができる。

（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、本発明による駆動装置を示す全体構成図で
ある。尚、吸排気バルブの内、以下主に吸気バルブにつ
いて説明する。

１はセラミックス等の軽量高強度材で形成された吸気
バルブである。該吸気バルブ１の軸部はバルブガイド11
により軸方向に摺動自在に軸承されており、軸端部には
該吸気バルブ１の駆動力を発生させるリニア駆動モータ
の構成部分である可動子２が接続されている。該可動子
２は強磁性セラミックスやアモルファス、または金属か
らなる円筒状の強磁体21、該強磁体21の上端外周面の半
周部分に付設された導体22、該上端外周面の他の半周部
分に付設された導体23、導体22と相対する下端外周面の
位置に付設された導体24、及び導体23と相対する下端外
周面の位置に付設された導体25から構成されている。ま
た、導体22の両端部と導体25の両端部とは互いに接続さ
れ閉回路を形成しており、導体23の両端部と導体24の両
端部とも互いに接続され閉回路を形成しており、円筒状
の強磁性体21のの側面から見て、これら導体は閉ループ
を形成したリング状導電体を形成している。そして、可
動子２とバルブガイド11との間にはスプリング26が配設
されている。また、該可動子２の上端面には上下方向に
磁極を有する永久磁石27が配設されている。

該可動子２の両側にはリニア誘導モータの他の構成部
分である固定子３及び固定子４が配設されている。該固
定子は導体23及び導体25と対向する複数の磁極及び該磁
極に各々に捲設されたコイルから構成されている。ま
た、固定子４は固定子３と同様の構成からなり、導体22
及び導体24と対向している。そして、固定子３及び固定
子４の各コイルとエンジン５の回転数及びクランク角θ
を検知する回転センサ51とがコントロールユニット６の
入出力インターフェイス64と接続されている。固定子３
及び固定子４の各コイルには該入出力インターフェイス
64から３相交流が供給され、固定子３及び固定子４の磁
極から発生する磁束による形成される磁界の状態が順次
移動する進行磁界を形成する。但し、固定子３及び固定
子４により形成される進行磁界の位相は互いに180゜異
なる。すなわち、固定子３の磁極がＮであれば該磁極に
対応する固定子４の磁極はＳとなる。

上記コントロールユニット６は外部との信号の入出力
を行なう上記入出力インターフェイス64の他に、プログ
ラム及びデータを予め記憶するROM62、該ROM62に記憶さ
れたプログラムの下に演算を行なうCPU61、入出力信号
及び演算結果を一時記憶するRAM63、コントロールユニ
ット６内の信号の流れを制御するコントロールメモリ65
等から構成されている。

吸気バルブ１の着座状態時に上記永久磁石27の磁極と
対向する上部磁極72を有する上部電磁石７が可動子２の
上方に配設されている。そして、該上部電磁石７のコイ
ル71は、上記入出力インターフェイス64に接続されてい
る。

次に、本発明の作用について説明する。

第２図は、導体22、23、24及び25の接続例を示す図で
ある。

図の左側に示す正弦曲線は進行磁界の進行方向及び強
度を示しており、可動子２に対して図の左側から右方向
へと磁束が作用し、かつ、該磁束により形成される磁界
が図の下方向へと進行している状態を示している。尚、
バルブ駆動の初期は永久磁石27と、コイル71により励磁
された磁力との反発力が吸気バルブ１のリフト方向へ瞬
発的に作用するために、該バルブ１は開弁する。

第２図においては、可動子２に対して右方向の磁束が
作用しており磁界の進行方向に伴い磁界の強度すなわち
磁束密度が減少しつつあるので、レンツの法則により導
体22,23,24及び25には第２図の矢印に示す方向の誘導電
流が発生する。そして、該誘導電流と磁束とから導体2
2,23,24及び25はフレミングの左手の法則による電磁力
を受ける。該電磁力の方向は導体22及び23では第２図に
おける上方向であり、導体24及び25では下方向である。
だが、磁束密度は導体24及び25側が導体22及び23側より
大であるため、下方向への電磁力が上方向への電磁力よ
り大となり、可動子２は下方向へと移動する。よって、
開弁所期に必要な駆動力を増幅することが出来る。

磁界の進行方向を反転させれば、上方向の電磁力が下
方向への電磁力より大となるため、可動子２は上方向へ
と駆動される。よって、磁界進行方向及び進行速度を制
御することにより可動子２を介して吸気バルブ１の駆動
方向及び駆動速度を制御することができる。

尚、上記導体22、23、24及び25の接続は第２図に示す
もののみに限定されるものではない。

第３図は、導体22、23、24及び25の他の接続例を示す
図である。

（ａ）は導体22と23及び導体24と25とを環状に接続し
該接続点を縦方向に更に接続している。

（ｂ）は導体22と24及び導体23と25とを各々接続し、
２個の閉回路を形成している。

そして、（ａ）、（ｂ）に示す矢印は共に第２図に示
す磁束状態に設置された場合に誘導される電流の方向を
示している。

次に、クランク角θと吸気バルブ１の移動量との関係
について説明する。

第４図は、クランク角θと吸気バルブ１の移動量との
関係を示す図である。またバルブの開弁時には上部磁極
72の端面に永久磁石27の対向面に表れる極と同一の極を
発生させるようにコイル71に瞬間的に電力を投入すれ
ば、同一極の反撥力によってバルブ２は、下方へ移動す
る。この運動を利用して電磁石３、４を動作させると誘
電電流を大きくすることが出来る。図示してないが、電
磁石３、４は磁力が通過出来るように連続されている。

また、図において、吸気バルブ１を開方向へ駆動させ
る磁界進行方向及び上部電磁石への通電方向を＋、閉方
向へ駆動させる方向を−とする。

吸気バルブ１の開タイミングになるまでは、磁界進行
方向及び上部電磁石への通電方向を−にし、吸気バルブ
１を閉状態に維持する。次に、吸気バルブ１の開タイミ
ングになると磁界進行方向及び上部電磁石への通電方向
を＋にして吸気バルブ１を開方向へ駆動する。開弁する
と直ちに上部電磁石２への通電を停止する。更に吸気バ
ルブ１が所定距離移動すると磁界進行方向を−に反転
し、吸気バルブ１に対して閉方向への駆動力を作用させ
開方向への移動速度を減速する。すると、吸気バルブ１
は一旦停止した後、閉方向へ移動する。該状態で吸気バ
ルブ１が着座すると着座時の衝撃が大となり吸気バルブ
１が破損する虞があるので、着座直前位置にて上部電磁
石２への通電方向を再度＋方向にし着座衝撃を緩和す
る。そして、着座後は該上部電磁石２への通電方向を−
方向に反転させ、再び吸気バルブ１の開タイミングが到
来するまで着座状態を保持する。

尚、着座状態にて上部電磁石２に対し−方向の通電を
継続するのは、着座状態の保持力を強力にするためばか
りでなく、上部電磁石２に＋方向へ通電することによっ
て永久磁石27が減磁しても次の開タイミングまでの間に
再度着磁させるためである。よって、−方向への通電強
度は永久磁石27を再度着磁するに足る強度である。

ところで、エンジン５の運転終了時には固定子３、固
定子４及び上部電磁石７の各コイルへの電力供給は消失
し、吸気バルブ１を閉状態に保持する電磁力が消滅する
ため、スプリング26により吸気バルブ１を閉状態に保持
する。スプリング26の保持力は開方向への駆動力に対し
て充分小に設定されている。

上記第１図にて、永久磁石27及び上部磁極72を平面形
状で示したが、他の形状でもよい。

第５図は永久磁石27と上部電磁石７の他の実施例を示
す図である。

図に示すごとく、永久磁石27の対向面は円錐状に突起
しており、上部磁極72も該永久磁石27に対向すべく同じ
く円錐状に陥没している。

該構成を取ることにより、磁石通過面積が増大し飽和
するまでの磁束量が同大すると共に、永久磁石27と上部
磁極72との距離の増加による電磁力の減衰の比率が緩和
される効果があるので、永久磁石27が開方向へ移動して
も永久磁石27と上部磁極72との間に作用する反発力は急
速に減少することはない。

また、上記にて誘導電流が発生する導体が２層に構成
された可動子２について説明したが、可動子２は次の第
６図に示す構成でもよい。

第６図は、可動子２の他の構成を示す図である。

（ａ）に示すものは、円筒状の磁性体81の円筒外周面
に導電性の環82を多層並設し環82を並設方向に各々２箇
所で連通したものであり、第３図（ａ）に示す導体の構
成を多層にしたものである。

また、（ｂ）に示すものは、円筒状の磁性体83の円筒
外周面を導電体84で被覆したものである。

上記（ａ）（ｂ）共に固定子３及び固定子４と対向す
る部分が大であるため誘導電流と磁束とによる電磁力は
大となる。

尚、ROM62内に、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５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５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５が
多気筒エンジンであればエンジン５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。

以上、本発明の実施例に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。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達
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、磁束密度の変化により導電体内
に生ずる誘導電流が磁界から受ける電磁力により吸排気
バルブの少なくともいずれか一方のバルブを駆動制御す
るので、磁束を発生させる磁極を上記バルブの移動方向
に複数並設させることにより上記バルブに作用する駆動
力が上記バルブの移動により増減せず安定し、かつ永久
磁石と電磁石との間に作用する反発力で上記バルブの開
弁時には開方向へ加速し、着座時には着座速度を減速す
るので開閉制御を確実に行なう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全体構成図、第２図
は、導体22、23、24及び25の接続例を示す図、第３図
は、導体22、23、24及び25の他の接続例を示す図、第４
図は、クランク角θと吸気バルブ１の移動量との関係を
示す図、第５図は、永久磁石27と上部電磁石７の他の実
施例を示す図、第６図は、可動子２の他の構成を示す図
である。 １……吸気バルブ、２……可動子、３・４……固定子、
５……エンジン、６……コントロールユニット、７……
上部電磁石、27……永久磁石。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン本体に固定されコイルが巻回され
   た電磁石と、 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
   ルブと連結し該固定磁極に対向して取り付けられた永久
   磁石とその下側に前記バルブの運動方向と軸が一致する
   円筒形状の透磁性体に該円筒形状の側面から見て閉ルー
   プを形成するリング状導電体とを内包し往復運動自在な
   可動子と、 前記リング状導体差交する磁界を発生し、可動子の往復
   運動方向に複数個並べられた固定磁極と、 前記固定磁極を夫々励磁するコイルと、 上記コイルへの通電状態を制御しリング状導電体内に発
   生する誘導電流と前記固定磁極で発生する磁界により該
   可動子を往復方向へ駆動する通電制御手段と、上記バル
   ブの開弁始めには永久磁石に対向する電磁石のコイルに
   大電流を通電し、同極を発生させ開弁及び着座時には排
   斥力を発生させる電磁石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。
2. 【請求項２】上記固定磁極は可動子の往復運動方向に複
   数個並設され、各対向する固定磁極からの磁束により往
   復運動出来るよう、誘導電流と駆動磁界を交互に発生さ
   れ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。
3. 【請求項３】上記リング状導電体は閉ループをなす複数
   個の閉ループコイルからな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。