JP3627551B2 - 電磁駆動吸排気弁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁に用いて好適な電磁駆動吸排気弁装置に係り、特に可動部の動作速度を改善した電磁駆動吸排気弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の吸排気バルブを現在主流であるカム駆動に変えて電動で駆動する構成が提案されている。吸排気バルブを電動駆動する構成によれば、カムシャフト等の回転機構を省略することができると共に、バルブタイミングの変更が容易であることから、内燃機関の運転状態に応じた理想的な開閉弁タイミングを任意に設定可能となり、出力特性、及び燃費特性を改善することが可能となる。
【０００３】
そして、吸排気バルブの電動駆動装置としては電磁石を用いた電磁アクチュエータによる構成が提案されている。この構成は例えば特開昭５７−４４７１６号公報で知られている。この構成のアクチュエータにおいては、可動部をバルブの開弁方向に付勢するスプリングと可動部を閉弁方向に付勢するスプリングの２つのスプリングを有し、さらに可動部をそれぞれバルブの開弁方向と閉弁方向とに吸引する２つの電磁石を有している。
【０００４】
図５は、このような従来の電磁駆動吸排気弁装置１の構成を示す縦断面図である。図５において、電磁駆動吸排気弁装置１は、エンジンのシリンダヘッド２、バルブ３、バルブリテーナ４、付勢手段としての閉弁側のコイルスプリングであるバルブスプリング５、装置の筐体６、７、８、開弁側の電磁石９、閉弁側の電磁石１０、シャフト１１、可動板１２、スプリングシート１３、付勢手段としての開弁側コイルスプリングである上側スプリング１４、スプリングカバー１５を備えている。
【０００５】
バルブ３の弁軸３ａは、シリンダヘッド２に埋め込まれた円筒形のバルブガイド２ａの内部を上下に摺動可能になっている。また弁軸３ａにはバルブリテーナ４が固定されている。バルブリテーナ４とシリンダヘッド２の間にはバルブスプリングが圧縮されて装着されており、このためバルブ３はシリンダヘッド２のポート２ｂを閉じる方向（閉弁方向）に付勢されることになる。
【０００６】
シリンダヘッド２には装置の筐体である６、７および８が固定されている。筐体内には電磁石９および１０が設けられている。電磁石９および１０は直接筐体６および８に固定されて設置されている。
【０００７】
電磁石９、１０にはそれぞれ電磁コイル９ａ、１０ａが設けられており、各電磁コイル９ａ、１０ａには図外の制御装置より駆動電流が供給される。その場合には、電磁石の吸引面９ｂ、１０ｂが吸引力を発生することになる。
【０００８】
電磁石９および１０の中心部には、弁軸３ａに連接されたシャフト１１が弁軸方向に摺動可能なように設置されている。シャフト１１の中間部分には軟磁性体からなる可動板１２が固定されている。
【０００９】
また、シャフト１１のシリンダヘッド２と反対側の端部にはスプリングシート１３が固定されており、筐体に固定されたスプリングカバー１５との間に圧縮されて設置されたバネである上側スプリング１４の作用により、シャフト１１は開弁方向に付勢されている。
【００１０】
シャフト１１はバルブ３の弁軸３ｂと同軸上に設けられており、シャフト１１のシリンダヘッド２側の端部は、弁軸３ａの頂面３ｃと対向している。そのためシャフト１１に開弁方向（図の下向き）の力が作用した場合には、シャフト１１がバルブ３を押してバルブ３を開弁し、逆にシャフト１１が閉弁方向（図の上向き）に移動した場合には、バルブ３はバルブシート２ｃに当接してポート２ｂを塞ぐまで閉弁方向に変位することになる。
【００１１】
可動板１２とバルブ３とを含む可動系は、電磁石９、１０に電流が流れていない場合には２つのスプリング５、１４のバネ力により、２つの電磁石９、１０の吸引面からそれぞれ所定の位置だけ離間した中立位置に保持されている。
【００１２】
ここで、コイルスプリング５、１４と、バルブ３及び可動板１２を含む可動部とで構成されるバネ・マス系の固有振動数ｆｏは、合成バネ定数をＫ、合計慣性質量をｍとすると、ｆｏ＝２π√（Ｋ／ｍ）であることが知られている。
【００１３】
さてエンジン始動前の初期動作において、上記固有振動数ｆｏに対応する周期で電磁石９と電磁石１０とに交互に通電する。そして、可動部を共振させることにより徐々に可動部の振幅を増大させ、初期動作の最終段階で、例えば閉弁側の電磁石１０に可動板１２が吸着され、この吸着状態が保持される。
【００１４】
次に、エンジンの始動時または通常の稼働時には、例えばバルブを開く場合は、まず閉弁側の電磁石１０の電流が切られ、可動部はコイルスプリングのバネ力により下方に移動を開始する。摩擦力などによるエネルギー損失のため、バネ力だけで弁全開位置まで可動板１２を移動させることはできない。そこで、可動板１２が開弁側の電磁石９に十分近づき、電磁力が有効となる位置で電磁石９が通電され、可動板１２が電磁石９に吸引され、バルブ３が全開状態となる。
【００１５】
バルブ３を閉じる場合は、開弁側の電磁石９の電流を遮断すると、今度はスプリングのばね力により可動系は中立位置を一旦通過して閉弁側の電磁石１０に接近する。次いで電磁石１０に通電すると可動系は電磁石１０に吸引されバルブ３は、バルブシート２ｃに接する全閉状態となる。
【００１６】
このように２つの電磁石９、１０の電流の通電、遮断を交互に切り替えることにより、可動部を所定の変位幅だけ変位させることを可能にしており、この変位を利用してバルブ３の開弁と閉弁状態とを切り替えていた。
【００１７】
図６は、図５の電磁駆動吸排気装置の開弁側電磁石９および閉弁側電磁石１０にそれぞれ電流を供給する制御装置４０の構成を示すブロック図である。
同図において、制御装置４０は、タイミング生成部２１と、捕捉電流指示部２２、３２と、保持電流指示部２３、３３と、スイッチ２５、３５と、閉弁側電磁石電流制御部２６と、開弁側電磁石電流制御部３６とを備えていて、開弁側電磁石９の電磁コイル９ａおよび閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａに通電する電流のタイミングと大きさを制御するものである。
【００１８】
制御装置４０の外部に設けられたエンジン制御ＥＣＵ４１は、エンジンの運転状況判断に基づいて最適なタイミング信号をタイミング生成部２１に対して出力する。タイミング生成部２１は、スイッチ２５、２６の切換信号を生成する。スイッチ２５、２６は、それぞれ捕捉電流指示部２２、３２、保持電流指示部２３、３３、及び電流値０を指示する”０”信号をタイミング生成部２１からの切換信号に従って電子的に切り換えて、それぞれ閉弁側電磁石電流制御部２６、開弁側電磁石電流制御部３６へ出力する。
【００１９】
閉弁側電磁石電流制御部２６は、スイッチ２５から指示された電流値を閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａへ通電するように、例えばＰＷＭ制御技術を利用して制御する。開弁側電磁石電流制御部３６は、スイッチ３５から指示された電流値を開弁側電磁石９の電磁コイル９ａへ通電するように、例えばＰＷＭ制御技術を利用して制御する。
【００２０】
捕捉電流指示部２２、３２は、それぞれ一方の電磁石から吸引状態が解かれた可動板が他方の電磁石に接近したとき、この可動板を他方の電磁石に吸引するために通電される捕捉電流値を指示し、保持電流値指示部２３、３３は一旦可動板が電磁石に吸引された後、この吸引状態を保持するために電磁石に通電する保持電流値を指示するものであり、消費電流節約のために保持電流値は捕捉電流値より小さく設定されている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の電磁駆動吸排気弁装置においては、可動部を吸引している一方の電磁石の電流を遮断しても、電磁石及び可動子の残留磁束の低下が緩やかであるので、開弁または閉弁の動作の開始が遅れるという問題点があった。
【００２２】
この問題点を図７を参照して説明する。図７（ａ）は閉弁側電磁石１０の電流ｉ１ 、（ｂ）は開弁側電磁石９の電流ｉ２ 、（ｃ）は可動板内の磁束Ｂ、（ｄ）はバルブ３の動作をそれぞれ示すものである。
【００２３】
いま、閉弁開始のタイミングで開弁側電磁石９の保持電流ｉ２ｈが遮断されたとする。この保持電流の遮断は、急激に行うと電磁コイルのインダクタンスと電流の時間微分との積に比例する高電圧が発生するため、コンデンサなどの吸収手段を用いても遮断速度に限界がある。さらには可動板内の磁界変化による渦電流の影響及び電磁石、可動板の残留磁束により、電磁石の吸引力の低下は電流遮断時より更に遅れることとなる。
【００２４】
このため、図７（ｃ）に示すように可動板内の磁束Ｂは、緩やかな低下となり、図７（ｄ）に示すようにバルブ３の開弁状態（フルリフト）から閉弁動作の開始は、ｔｄ１だけ、保持電流遮断時より遅延し、バルブの高速動作の妨げとなるという問題点があった。
【００２５】
このｔｄ１は、弱い残留磁束による可動板の吸引によるため、エンジン及び外来の振動が加わる車載状態では、不特定の期間となり、予めｔｄ１の遅延を見込んで早めに保持電流遮断を開始するという対処法も不可能であった。同様のことが閉弁状態から開弁状態への遷移に対しても言える。
【００２６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電磁石の通電を停止した後の残留磁束の減少を早めて、可動子が電磁石から離れ始める時間を短縮した電磁駆動吸排気弁装置を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、上記課題を解決するため、吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された軟磁性の可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁駆動吸排気弁装置において、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きと、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きとが互いに逆向きとなるように、前記電磁石のコイルの通電方向が設定され、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に電流を通電することを要旨とする。
【００２９】
請求項２記載の本発明は、上記課題を解決するため、吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された軟磁性の可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁駆動吸排気弁装置において、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きと、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きとが互いに逆向きとなるように、前記電磁石のコイルの巻方向が設定され、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に電流を通電することを要旨とする。
【００３０】
請求項３記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の電磁駆動吸排気弁装置において、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に通電する電流は、パルス状であることを要旨とする。
【００３１】
請求項４記載の本発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電磁駆動吸排気弁装置において、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に通電を開始するタイミングは、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流の遮断開始タイミングを中心として前後に前記可動板を他方向側に駆動する電磁石の電流立ち上がり時間の幅を有するタイミングであることを要旨とする。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁駆動吸排気弁装置において、一方の電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きと、他方の電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きとが互いに逆向きとなるように、前記電磁石のコイルの通電方向が設定され、一方の電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、他方の電磁石に電流を通電することにより、一方の電磁石の電流を遮断して他方の電磁石に電流を通電する際に、可動板及び一方の電磁石を貫く残留磁束と逆方向の磁束が他方の電磁石により発生されるので、２つの電磁石の部品としての同一性を保持し部品の種類増加を抑制しつつ、残留磁束の低下速度が更に高まり、可動板が一方の電磁石から離れ始める時間を短縮し、電磁駆動吸排気弁装置の動作速度を更に高めることができる。
【００３４】
請求項２記載の本発明によれば、吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁駆動吸排気弁装置において、一方の電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きと、他方の電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きとが互いに逆向きとなるように、前記電磁石のコイルの巻方向が設定され、一方の電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、他方の電磁石に電流を通電することにより、一方の電磁石の電流を遮断して他方の電磁石に電流を通電する際に、可動板及び一方の電磁石を貫く残留磁束と逆方向の磁束が他方の電磁石により発生されるので、残留磁束の低下速度が更に高まり、可動板が一方の電磁石から離れ始める時間を短縮し、電磁駆動吸排気弁装置の動作速度を更に高めることができる。
【００３５】
請求項３記載の本発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、一方の電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、他方の電磁石に通電する電流はパルス状とすることにより、無効な励磁期間を短縮できるので消費電力の増加を抑制することができるという効果がある。
【００３６】
請求項４記載の本発明によれば、請求項１ないし請求項３記載の発明の効果に加えて、前記他方の電磁石に通電を開始するタイミングは、前記一方の電磁石の電流の遮断開始タイミングを中心として前後に前記他方の電磁石の電流立ち上がり時間の幅を有するタイミングとすることにより、さらに無効な励磁期間を短縮し一層消費電力を削減することができるという効果がある。
【００３７】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
尚、本発明が適用される電磁駆動吸排気弁装置の機械的な構成は、図５に示した従来の電磁駆動吸排気弁装置とほぼ同様であるが、第１実施形態においては、開弁側電磁石９が可動板１２に生成する磁束の方向と、閉弁側電磁石１０が可動板１２に生成する磁束の方向とが逆向きになるように、各電磁石９、１０の電磁コイル９ａ，１０ａの巻方向または通電方向が設定されている点が異なる。
【００３８】
図１は、本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の第１実施形態における開弁側電磁石９および閉弁側電磁石１０にそれぞれ電流を供給する制御装置２０の構成を示すブロック図である。
【００３９】
同図において、制御装置２０は、タイミング生成部２１と、捕捉電流指示部２２、３２と、保持電流指示部２３、３３と、残留磁束打消電流指示部２４、３４と、スイッチ２５、３５と、閉弁側電磁石電流制御部２６と、開弁側電磁石電流制御部３６とを備えていて、開弁側電磁石９の電磁コイル９ａおよび閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａに通電する電流のタイミングと大きさを制御するものである。
【００４０】
制御装置２０の外部に設けられたエンジン制御ＥＣＵ４１は、エンジンの運転状況判断に基づいて最適なタイミング信号をタイミング生成部２１に対して出力する。タイミング生成部２１は、スイッチ２５、２６の切換信号を生成する。スイッチ２５、２６は、それぞれ捕捉電流指示部２２、３２、保持電流指示部２３、３３、残留磁束打消電流指示部２４、３４、及び電流値０を指示する”０”信号タイミング生成部２１からの切換信号に従って電子的にを切り換えて、それぞれ閉弁側電磁石電流制御部２６、開弁側電磁石電流制御部３６へ出力する。
【００４１】
閉弁側電磁石電流制御部２６は、スイッチ２５から指示された電流値を閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａへ通電するように、例えばＰＷＭ制御技術を利用して制御する。開弁側電磁石電流制御部３６は、スイッチ３５から指示された電流値を開弁側電磁石９の電磁コイル９ａへ通電するように、例えばＰＷＭ制御技術を利用して制御する。
【００４２】
捕捉電流指示部２２、３２は、それぞれ一方の電磁石から吸引状態が解かれた可動板が他方の電磁石に接近したとき、この可動板を他方の電磁石に吸引するために通電される捕捉電流値を指示し、保持電流値指示部２３、３３は一旦可動板が電磁石に吸引された後、この吸引状態を保持するために電磁石に通電する保持電流値を指示するものであり、消費電流節約のために保持電流値は捕捉電流値より小さく設定されている。
【００４３】
残留磁束打消電流指示部２４、３４はそれぞれ一方の電磁石の保持電流が遮断され、一方の電磁石から可動板が離脱する際に、可動板を貫く残留磁束を打ち消すために他方の電磁石に通電する残留磁束打消電流値を指示するものであり、この残留磁束打消電流は、後に説明するようにパルス波形とするのが好ましい。
【００４４】
図２は、本第１実施形態における開弁側電磁石９、閉弁側電磁石１０及び可動板１２の断面図中に磁束を模式的に表現したものであり、図２（ａ）は開弁側コイル通電中の状態、（ｂ）は開弁側コイル通電ｏｆｆの状態、（ｃ）は閉弁側コイルに残留磁束打消電流ｏｎの状態、をそれぞれ示す。
【００４５】
図２（ａ）に示すように、開弁側電磁石９の電磁コイル９ａに通電中は、太い矢印で示す磁束１０１が生じ、可動板１２は開弁側電磁石９に吸引されている。次いで開弁側電磁石９の電磁コイル９ａの通電がｏｆｆされると、図２（ｂ）の細い矢印に示すように残留磁束１０２により可動板１２がまだ開弁側電磁石９に吸引されている。
【００４６】
ここで、図２（ｃ）に示すように、閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａに通電すると、閉弁側電磁石１０による磁束１０３が残留磁束１０２を打ち消すように生成されるので、可動板１２と開弁側電磁石９とを貫く磁束が急減し、可動板１２が速やかに開弁側電磁石９を離れることができる。
【００４７】
この逆に、閉弁側電磁石１０に可動板１２が吸引された後、閉弁側電磁石１０による残留磁束を打ち消すために開弁側電磁石９に通電するときにも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４８】
図３は、本第１実施形態における動作を説明するタイミングチャートであり、フルリフトの開弁状態から閉弁動作に移行する場合を説明しているが、閉弁状態から開弁動作へ移行する場合も同様である。図３（ａ）は閉弁側電磁石１０の電流ｉ１ 、（ｂ）は開弁側電磁石９の電流ｉ２ 、（ｃ）は可動板内の磁束Ｂ、（ｄ）はバルブ３の動作をそれぞれ示すものである。
【００４９】
いま、図３（ｂ）に示すように、閉弁開始のタイミングで開弁側電磁石９の保持電流ｉ２ｈが遮断されたとする。この保持電流の遮断開始に合わせて図３（ａ）に示すように、閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａにパルス電流の残留磁束打消電流ｉ１ｐを通電すると、図２で説明したように開弁側電磁石９による残留磁束が閉弁側電磁石１０の電流で生じる磁束により打ち消され、図３（ｃ）に示すように可動板１２内の磁束が急激に低下し、図３（ｄ）に示すように比較的短時間の遅延時間ｔｄ２の後にフルリフトの開弁状態から閉弁動作に移行することができる。この遅延時間ｔｄ２は、従来例の図７に示したｔｄ１に比べて十分短い時間であるので、バルブ開閉の高速動作が可能となる。
【００５０】
この閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａにパルス電流の残留磁束打消電流ｉ１ｐを通電開始するタイミングは、閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａの電流の立ち上がり時間をｔｒ とすると、閉弁開始のタイミングの前後それぞれｔｒ の幅の時間帯とすることが好ましい。これ以前のタイミングで閉弁側電磁石１０に残留磁束打消電流ｉ１ｐの通電を開始しても電磁コイル１０ａは無駄に電力を消費する。逆に、これ以後のタイミングで残留磁束打消電流の通電を開始してもバルブ動作を早める効果は小さくなる。
【００５１】
次に、本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の第２実施形態の動作を説明する。本実施形態が適用される電磁駆動吸排気弁装置の機械的な構成は、図５に示した従来の電磁駆動吸排気弁装置とほぼ同様であるが、第２実施形態においては、開弁側電磁石９が可動板１２に生成する磁束の方向と、閉弁側電磁石１０が可動板１２に生成する磁束の方向とが逆向きになるように、各電磁石９、１０の電磁コイル９ａ，１０ａの巻方向または通電方向が設定されている点が異なる。
【００５２】
また本実施形態における開弁側電磁石９および閉弁側電磁石１０にそれぞれ電流を供給する制御装置の構成は、図６に示した従来の制御装置４０とほぼ同様であるが、タイミング制御部２１によるスイッチ２５、３５の切り換えタイミングが異なる。
【００５３】
図４は、本第２実施形態の動作を説明するタイミングチャート図であり、フルリフトの開弁状態から閉弁動作に移行する場合を説明しているが、閉弁状態から開弁動作へ移行する場合も同様である。
【００５４】
図４（ａ）は閉弁側電磁石１０の電流ｉ１ 、（ｂ）は開弁側電磁石９の電流ｉ２ 、（ｃ）は可動板内の磁束Ｂ、（ｄ）はバルブ３の動作をそれぞれ示すものである。
【００５５】
いま、図４（ｂ）に示すように、閉弁開始のタイミングで開弁側電磁石９の保持電流ｉ２ｈが遮断されたとする。この保持電流の遮断開始に合わせて図４（ａ）に示すように、閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａに捕捉電流ｉ１ｃの通電を開始すると、図２で説明したように開弁側電磁石９による残留磁束が閉弁側電磁石１０の電流で生じる磁束により打ち消され、図４（ｃ）に示すように可動板１２内の磁束が急激に低下し、図４（ｄ）に示すように比較的短時間の遅延時間ｔｄ３の後にフルリフトの開弁状態から閉弁動作に移行することができる。この遅延時間ｔｄ３は、従来例の図７に示したｔｄ１に比べて十分短い時間であるので、バルブ開閉の高速動作が可能となる。
【００５６】
この閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａに捕捉電流ｉ１ｃを通電開始するタイミングは、閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａの電流の立ち上がり時間をｔｒ とすると、閉弁開始のタイミングよりｔｒ 前の時刻から閉弁開始の時刻とすることが好ましい。これ以前のタイミングで閉弁側電磁石１０に捕捉電流ｉ１ｃの通電を開始しても電磁コイル１０ａは無駄に電力を消費する。
【００５７】
以上好ましい実施の形態について説明したが、これらは本発明を限定するものではない。例えば、実施形態においては、閉弁側電磁石が可動板に生じる磁束の向きと、開弁側電磁石が可動板に生じる磁束の向きとを互いに逆向きとしたが、これら磁束の向きが同じ方向であっても、一方の電磁石による残留磁束が可動板を貫通しているときに他方の電磁石に通電することにより、この残留磁束による可動板の電磁石への吸引力を低減させることができ、可動板の開弁動作または閉弁動作の開始を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の動作を説明する要部縦断面図である。
【図３】本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の第１実施形態の動作を説明するタイミングチャート図である。
【図４】本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の第２実施形態の動作を説明するタイミングチャート図である。
【図５】本発明が適用される電磁駆動吸排気弁装置の構成を示す縦断面図である。
【図６】従来の電磁駆動吸排気弁装置の構成を示す構成図である。
【図７】従来の電磁駆動吸排気弁装置の駆動方法を説明するタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１ 電磁駆動吸排気弁装置
３ バルブ
９ 開弁側電磁石
９ａ 電磁コイル
１０ 閉弁側電磁石
１０ａ 電磁コイル
１１ シャフト
１２ 可動板
２０ 制御装置
２１ タイミング生成部
２２、３２ 捕捉電流指示部
２３、３３ 保持電流指示部
２４、３４ 残留磁束打消電流指示部
２５、３５ スイッチ
２６ 閉弁側電磁石電流制御部
３６ 開弁側電磁石電流制御部
４１ エンジン制御ＥＣＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁に用いて好適な電磁駆動吸排気弁装置に係り、特に可動部の動作速度を改善した電磁駆動吸排気弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の吸排気バルブを現在主流であるカム駆動に変えて電動で駆動する構成が提案されている。吸排気バルブを電動駆動する構成によれば、カムシャフト等の回転機構を省略することができると共に、バルブタイミングの変更が容易であることから、内燃機関の運転状態に応じた理想的な開閉弁タイミングを任意に設定可能となり、出力特性、及び燃費特性を改善することが可能となる。
【０００３】
そして、吸排気バルブの電動駆動装置としては電磁石を用いた電磁アクチュエータによる構成が提案されている。この構成は例えば特開昭５７−４４７１６号公報で知られている。この構成のアクチュエータにおいては、可動部をバルブの開弁方向に付勢するスプリングと可動部を閉弁方向に付勢するスプリングの２つのスプリングを有し、さらに可動部をそれぞれバルブの開弁方向と閉弁方向とに吸引する２つの電磁石を有している。
【０００４】
図５は、このような従来の電磁駆動吸排気弁装置１の構成を示す縦断面図である。図５において、電磁駆動吸排気弁装置１は、エンジンのシリンダヘッド２、バルブ３、バルブリテーナ４、付勢手段としての閉弁側のコイルスプリングであるバルブスプリング５、装置の筐体６、７、８、開弁側の電磁石９、閉弁側の電磁石１０、シャフト１１、可動板１２、スプリングシート１３、付勢手段としての開弁側コイルスプリングである上側スプリング１４、スプリングカバー１５を備えている。
【０００５】
バルブ３の弁軸３ａは、シリンダヘッド２に埋め込まれた円筒形のバルブガイド２ａの内部を上下に摺動可能になっている。また弁軸３ａにはバルブリテーナ４が固定されている。バルブリテーナ４とシリンダヘッド２の間にはバルブスプリングが圧縮されて装着されており、このためバルブ３はシリンダヘッド２のポート２ｂを閉じる方向（閉弁方向）に付勢されることになる。
【０００６】
シリンダヘッド２には装置の筐体である６、７および８が固定されている。筐体内には電磁石９および１０が設けられている。電磁石９および１０は直接筐体６および８に固定されて設置されている。
【０００７】
電磁石９、１０にはそれぞれ電磁コイル９ａ、１０ａが設けられており、各電磁コイル９ａ、１０ａには図外の制御装置より駆動電流が供給される。その場合には、電磁石の吸引面９ｂ、１０ｂが吸引力を発生することになる。
【０００８】
電磁石９および１０の中心部には、弁軸３ａに連接されたシャフト１１が弁軸方向に摺動可能なように設置されている。シャフト１１の中間部分には軟磁性体からなる可動板１２が固定されている。
【０００９】
また、シャフト１１のシリンダヘッド２と反対側の端部にはスプリングシート１３が固定されており、筐体に固定されたスプリングカバー１５との間に圧縮されて設置されたバネである上側スプリング１４の作用により、シャフト１１は開弁方向に付勢されている。
【００１０】
シャフト１１はバルブ３の弁軸３ｂと同軸上に設けられており、シャフト１１のシリンダヘッド２側の端部は、弁軸３ａの頂面３ｃと対向している。そのためシャフト１１に開弁方向（図の下向き）の力が作用した場合には、シャフト１１がバルブ３を押してバルブ３を開弁し、逆にシャフト１１が閉弁方向（図の上向き）に移動した場合には、バルブ３はバルブシート２ｃに当接してポート２ｂを塞ぐまで閉弁方向に変位することになる。
【００１１】
可動板１２とバルブ３とを含む可動系は、電磁石９、１０に電流が流れていない場合には２つのスプリング５、１４のバネ力により、２つの電磁石９、１０の吸引面からそれぞれ所定の位置だけ離間した中立位置に保持されている。
【００１２】
ここで、コイルスプリング５、１４と、バルブ３及び可動板１２を含む可動部とで構成されるバネ・マス系の固有振動数ｆｏは、合成バネ定数をＫ、合計慣性質量をｍとすると、ｆｏ＝２π√（Ｋ／ｍ）であることが知られている。
【００１３】
さてエンジン始動前の初期動作において、上記固有振動数ｆｏに対応する周期で電磁石９と電磁石１０とに交互に通電する。そして、可動部を共振させることにより徐々に可動部の振幅を増大させ、初期動作の最終段階で、例えば閉弁側の電磁石１０に可動板１２が吸着され、この吸着状態が保持される。
【００１４】
次に、エンジンの始動時または通常の稼働時には、例えばバルブを開く場合は、まず閉弁側の電磁石１０の電流が切られ、可動部はコイルスプリングのバネ力により下方に移動を開始する。摩擦力などによるエネルギー損失のため、バネ力だけで弁全開位置まで可動板１２を移動させることはできない。そこで、可動板１２が開弁側の電磁石９に十分近づき、電磁力が有効となる位置で電磁石９が通電され、可動板１２が電磁石９に吸引され、バルブ３が全開状態となる。
【００１５】
バルブ３を閉じる場合は、開弁側の電磁石９の電流を遮断すると、今度はスプリングのばね力により可動系は中立位置を一旦通過して閉弁側の電磁石１０に接近する。次いで電磁石１０に通電すると可動系は電磁石１０に吸引されバルブ３は、バルブシート２ｃに接する全閉状態となる。
【００１６】
このように２つの電磁石９、１０の電流の通電、遮断を交互に切り替えることにより、可動部を所定の変位幅だけ変位させることを可能にしており、この変位を利用してバルブ３の開弁と閉弁状態とを切り替えていた。
【００１７】
図６は、図５の電磁駆動吸排気装置の開弁側電磁石９および閉弁側電磁石１０にそれぞれ電流を供給する制御装置４０の構成を示すブロック図である。
同図において、制御装置４０は、タイミング生成部２１と、捕捉電流指示部２２、３２と、保持電流指示部２３、３３と、スイッチ２５、３５と、閉弁側電磁石電流制御部２６と、開弁側電磁石電流制御部３６とを備えていて、開弁側電磁石９の電磁コイル９ａおよび閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａに通電する電流のタイミングと大きさを制御するものである。
【００１８】
制御装置４０の外部に設けられたエンジン制御ＥＣＵ４１は、エンジンの運転状況判断に基づいて最適なタイミング信号をタイミング生成部２１に対して出力する。タイミング生成部２１は、スイッチ２５、２６の切換信号を生成する。スイッチ２５、２６は、それぞれ捕捉電流指示部２２、３２、保持電流指示部２３、３３、及び電流値０を指示する”０”信号をタイミング生成部２１からの切換信号に従って電子的に切り換えて、それぞれ閉弁側電磁石電流制御部２６、開弁側電磁石電流制御部３６へ出力する。
【００１９】
閉弁側電磁石電流制御部２６は、スイッチ２５から指示された電流値を閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａへ通電するように、例えばＰＷＭ制御技術を利用して制御する。開弁側電磁石電流制御部３６は、スイッチ３５から指示された電流値を開弁側電磁石９の電磁コイル９ａへ通電するように、例えばＰＷＭ制御技術を利用して制御する。
【００２０】
捕捉電流指示部２２、３２は、それぞれ一方の電磁石から吸引状態が解かれた可動板が他方の電磁石に接近したとき、この可動板を他方の電磁石に吸引するために通電される捕捉電流値を指示し、保持電流値指示部２３、３３は一旦可動板が電磁石に吸引された後、この吸引状態を保持するために電磁石に通電する保持電流値を指示するものであり、消費電流節約のために保持電流値は捕捉電流値より小さく設定されている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の電磁駆動吸排気弁装置においては、可動部を吸引している一方の電磁石の電流を遮断しても、電磁石及び可動子の残留磁束の低下が緩やかであるので、開弁または閉弁の動作の開始が遅れるという問題点があった。
【００２２】
この問題点を図７を参照して説明する。図７（ａ）は閉弁側電磁石１０の電流ｉ１ 、（ｂ）は開弁側電磁石９の電流ｉ２ 、（ｃ）は可動板内の磁束Ｂ、（ｄ）はバルブ３の動作をそれぞれ示すものである。
【００２３】
いま、閉弁開始のタイミングで開弁側電磁石９の保持電流ｉ２ｈが遮断されたとする。この保持電流の遮断は、急激に行うと電磁コイルのインダクタンスと電流の時間微分との積に比例する高電圧が発生するため、コンデンサなどの吸収手段を用いても遮断速度に限界がある。さらには可動板内の磁界変化による渦電流の影響及び電磁石、可動板の残留磁束により、電磁石の吸引力の低下は電流遮断時より更に遅れることとなる。
【００２４】
このため、図７（ｃ）に示すように可動板内の磁束Ｂは、緩やかな低下となり、図７（ｄ）に示すようにバルブ３の開弁状態（フルリフト）から閉弁動作の開始は、ｔｄ１だけ、保持電流遮断時より遅延し、バルブの高速動作の妨げとなるという問題点があった。
【００２５】
このｔｄ１は、弱い残留磁束による可動板の吸引によるため、エンジン及び外来の振動が加わる車載状態では、不特定の期間となり、予めｔｄ１の遅延を見込んで早めに保持電流遮断を開始するという対処法も不可能であった。同様のことが閉弁状態から開弁状態への遷移に対しても言える。
【００２６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電磁石の通電を停止した後の残留磁束の減少を早めて、可動子が電磁石から離れ始める時間を短縮した電磁駆動吸排気弁装置を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、上記課題を解決するため、吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された軟磁性の可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁駆動吸排気弁装置において、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きと、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きとが互いに逆向きとなるように、前記電磁石のコイルの通電方向が設定され、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に電流を通電することを要旨とする。
【００２９】
請求項２記載の本発明は、上記課題を解決するため、吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された軟磁性の可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁駆動吸排気弁装置において、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きと、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きとが互いに逆向きとなるように、前記電磁石のコイルの巻方向が設定され、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に電流を通電することを要旨とする。
【００３０】
請求項３記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載の電磁駆動吸排気弁装置において、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に通電する電流は、パルス状であることを要旨とする。
【００３１】
請求項４記載の本発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電磁駆動吸排気弁装置において、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に通電を開始するタイミングは、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流の遮断開始タイミングを中心として前後に前記可動板を他方向側に駆動する電磁石の電流立ち上がり時間の幅を有するタイミングであることを要旨とする。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁駆動吸排気弁装置において、一方の電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きと、他方の電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きとが互いに逆向きとなるように、前記電磁石のコイルの通電方向が設定され、一方の電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、他方の電磁石に電流を通電することにより、一方の電磁石の電流を遮断して他方の電磁石に電流を通電する際に、可動板及び一方の電磁石を貫く残留磁束と逆方向の磁束が他方の電磁石により発生されるので、２つの電磁石の部品としての同一性を保持し部品の種類増加を抑制しつつ、残留磁束の低下速度が更に高まり、可動板が一方の電磁石から離れ始める時間を短縮し、電磁駆動吸排気弁装置の動作速度を更に高めることができる。
【００３４】
請求項２記載の本発明によれば、吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁駆動吸排気弁装置において、一方の電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きと、他方の電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きとが互いに逆向きとなるように、前記電磁石のコイルの巻方向が設定され、一方の電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、他方の電磁石に電流を通電することにより、一方の電磁石の電流を遮断して他方の電磁石に電流を通電する際に、可動板及び一方の電磁石を貫く残留磁束と逆方向の磁束が他方の電磁石により発生されるので、残留磁束の低下速度が更に高まり、可動板が一方の電磁石から離れ始める時間を短縮し、電磁駆動吸排気弁装置の動作速度を更に高めることができる。
【００３５】
請求項３記載の本発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、一方の電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、他方の電磁石に通電する電流はパルス状とすることにより、無効な励磁期間を短縮できるので消費電力の増加を抑制することができるという効果がある。
【００３６】
請求項４記載の本発明によれば、請求項１ないし請求項３記載の発明の効果に加えて、前記他方の電磁石に通電を開始するタイミングは、前記一方の電磁石の電流の遮断開始タイミングを中心として前後に前記他方の電磁石の電流立ち上がり時間の幅を有するタイミングとすることにより、さらに無効な励磁期間を短縮し一層消費電力を削減することができるという効果がある。
【００３７】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
尚、本発明が適用される電磁駆動吸排気弁装置の機械的な構成は、図５に示した従来の電磁駆動吸排気弁装置とほぼ同様であるが、第１実施形態においては、開弁側電磁石９が可動板１２に生成する磁束の方向と、閉弁側電磁石１０が可動板１２に生成する磁束の方向とが逆向きになるように、各電磁石９、１０の電磁コイル９ａ，１０ａの巻方向または通電方向が設定されている点が異なる。
【００３８】
図１は、本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の第１実施形態における開弁側電磁石９および閉弁側電磁石１０にそれぞれ電流を供給する制御装置２０の構成を示すブロック図である。
【００３９】
同図において、制御装置２０は、タイミング生成部２１と、捕捉電流指示部２２、３２と、保持電流指示部２３、３３と、残留磁束打消電流指示部２４、３４と、スイッチ２５、３５と、閉弁側電磁石電流制御部２６と、開弁側電磁石電流制御部３６とを備えていて、開弁側電磁石９の電磁コイル９ａおよび閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａに通電する電流のタイミングと大きさを制御するものである。
【００４０】
制御装置２０の外部に設けられたエンジン制御ＥＣＵ４１は、エンジンの運転状況判断に基づいて最適なタイミング信号をタイミング生成部２１に対して出力する。タイミング生成部２１は、スイッチ２５、２６の切換信号を生成する。スイッチ２５、２６は、それぞれ捕捉電流指示部２２、３２、保持電流指示部２３、３３、残留磁束打消電流指示部２４、３４、及び電流値０を指示する”０”信号タイミング生成部２１からの切換信号に従って電子的にを切り換えて、それぞれ閉弁側電磁石電流制御部２６、開弁側電磁石電流制御部３６へ出力する。
【００４１】
閉弁側電磁石電流制御部２６は、スイッチ２５から指示された電流値を閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａへ通電するように、例えばＰＷＭ制御技術を利用して制御する。開弁側電磁石電流制御部３６は、スイッチ３５から指示された電流値を開弁側電磁石９の電磁コイル９ａへ通電するように、例えばＰＷＭ制御技術を利用して制御する。
【００４２】
捕捉電流指示部２２、３２は、それぞれ一方の電磁石から吸引状態が解かれた可動板が他方の電磁石に接近したとき、この可動板を他方の電磁石に吸引するために通電される捕捉電流値を指示し、保持電流値指示部２３、３３は一旦可動板が電磁石に吸引された後、この吸引状態を保持するために電磁石に通電する保持電流値を指示するものであり、消費電流節約のために保持電流値は捕捉電流値より小さく設定されている。
【００４３】
残留磁束打消電流指示部２４、３４はそれぞれ一方の電磁石の保持電流が遮断され、一方の電磁石から可動板が離脱する際に、可動板を貫く残留磁束を打ち消すために他方の電磁石に通電する残留磁束打消電流値を指示するものであり、この残留磁束打消電流は、後に説明するようにパルス波形とするのが好ましい。
【００４４】
図２は、本第１実施形態における開弁側電磁石９、閉弁側電磁石１０及び可動板１２の断面図中に磁束を模式的に表現したものであり、図２（ａ）は開弁側コイル通電中の状態、（ｂ）は開弁側コイル通電ｏｆｆの状態、（ｃ）は閉弁側コイルに残留磁束打消電流ｏｎの状態、をそれぞれ示す。
【００４５】
図２（ａ）に示すように、開弁側電磁石９の電磁コイル９ａに通電中は、太い矢印で示す磁束１０１が生じ、可動板１２は開弁側電磁石９に吸引されている。次いで開弁側電磁石９の電磁コイル９ａの通電がｏｆｆされると、図２（ｂ）の細い矢印に示すように残留磁束１０２により可動板１２がまだ開弁側電磁石９に吸引されている。
【００４６】
ここで、図２（ｃ）に示すように、閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａに通電すると、閉弁側電磁石１０による磁束１０３が残留磁束１０２を打ち消すように生成されるので、可動板１２と開弁側電磁石９とを貫く磁束が急減し、可動板１２が速やかに開弁側電磁石９を離れることができる。
【００４７】
この逆に、閉弁側電磁石１０に可動板１２が吸引された後、閉弁側電磁石１０による残留磁束を打ち消すために開弁側電磁石９に通電するときにも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４８】
図３は、本第１実施形態における動作を説明するタイミングチャートであり、フルリフトの開弁状態から閉弁動作に移行する場合を説明しているが、閉弁状態から開弁動作へ移行する場合も同様である。図３（ａ）は閉弁側電磁石１０の電流ｉ１ 、（ｂ）は開弁側電磁石９の電流ｉ２ 、（ｃ）は可動板内の磁束Ｂ、（ｄ）はバルブ３の動作をそれぞれ示すものである。
【００４９】
いま、図３（ｂ）に示すように、閉弁開始のタイミングで開弁側電磁石９の保持電流ｉ２ｈが遮断されたとする。この保持電流の遮断開始に合わせて図３（ａ）に示すように、閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａにパルス電流の残留磁束打消電流ｉ１ｐを通電すると、図２で説明したように開弁側電磁石９による残留磁束が閉弁側電磁石１０の電流で生じる磁束により打ち消され、図３（ｃ）に示すように可動板１２内の磁束が急激に低下し、図３（ｄ）に示すように比較的短時間の遅延時間ｔｄ２の後にフルリフトの開弁状態から閉弁動作に移行することができる。この遅延時間ｔｄ２は、従来例の図７に示したｔｄ１に比べて十分短い時間であるので、バルブ開閉の高速動作が可能となる。
【００５０】
この閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａにパルス電流の残留磁束打消電流ｉ１ｐを通電開始するタイミングは、閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａの電流の立ち上がり時間をｔｒ とすると、閉弁開始のタイミングの前後それぞれｔｒ の幅の時間帯とすることが好ましい。これ以前のタイミングで閉弁側電磁石１０に残留磁束打消電流ｉ１ｐの通電を開始しても電磁コイル１０ａは無駄に電力を消費する。逆に、これ以後のタイミングで残留磁束打消電流の通電を開始してもバルブ動作を早める効果は小さくなる。
【００５１】
次に、本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の第２実施形態の動作を説明する。本実施形態が適用される電磁駆動吸排気弁装置の機械的な構成は、図５に示した従来の電磁駆動吸排気弁装置とほぼ同様であるが、第２実施形態においては、開弁側電磁石９が可動板１２に生成する磁束の方向と、閉弁側電磁石１０が可動板１２に生成する磁束の方向とが逆向きになるように、各電磁石９、１０の電磁コイル９ａ，１０ａの巻方向または通電方向が設定されている点が異なる。
【００５２】
また本実施形態における開弁側電磁石９および閉弁側電磁石１０にそれぞれ電流を供給する制御装置の構成は、図６に示した従来の制御装置４０とほぼ同様であるが、タイミング制御部２１によるスイッチ２５、３５の切り換えタイミングが異なる。
【００５３】
図４は、本第２実施形態の動作を説明するタイミングチャート図であり、フルリフトの開弁状態から閉弁動作に移行する場合を説明しているが、閉弁状態から開弁動作へ移行する場合も同様である。
【００５４】
図４（ａ）は閉弁側電磁石１０の電流ｉ１ 、（ｂ）は開弁側電磁石９の電流ｉ２ 、（ｃ）は可動板内の磁束Ｂ、（ｄ）はバルブ３の動作をそれぞれ示すものである。
【００５５】
いま、図４（ｂ）に示すように、閉弁開始のタイミングで開弁側電磁石９の保持電流ｉ２ｈが遮断されたとする。この保持電流の遮断開始に合わせて図４（ａ）に示すように、閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａに捕捉電流ｉ１ｃの通電を開始すると、図２で説明したように開弁側電磁石９による残留磁束が閉弁側電磁石１０の電流で生じる磁束により打ち消され、図４（ｃ）に示すように可動板１２内の磁束が急激に低下し、図４（ｄ）に示すように比較的短時間の遅延時間ｔｄ３の後にフルリフトの開弁状態から閉弁動作に移行することができる。この遅延時間ｔｄ３は、従来例の図７に示したｔｄ１に比べて十分短い時間であるので、バルブ開閉の高速動作が可能となる。
【００５６】
この閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａに捕捉電流ｉ１ｃを通電開始するタイミングは、閉弁側電磁石１０の電磁コイル１０ａの電流の立ち上がり時間をｔｒ とすると、閉弁開始のタイミングよりｔｒ 前の時刻から閉弁開始の時刻とすることが好ましい。これ以前のタイミングで閉弁側電磁石１０に捕捉電流ｉ１ｃの通電を開始しても電磁コイル１０ａは無駄に電力を消費する。
【００５７】
以上好ましい実施の形態について説明したが、これらは本発明を限定するものではない。例えば、実施形態においては、閉弁側電磁石が可動板に生じる磁束の向きと、開弁側電磁石が可動板に生じる磁束の向きとを互いに逆向きとしたが、これら磁束の向きが同じ方向であっても、一方の電磁石による残留磁束が可動板を貫通しているときに他方の電磁石に通電することにより、この残留磁束による可動板の電磁石への吸引力を低減させることができ、可動板の開弁動作または閉弁動作の開始を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の構成を示す構成図である。
【図２】本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の動作を説明する要部縦断面図である。
【図３】本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の第１実施形態の動作を説明するタイミングチャート図である。
【図４】本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の第２実施形態の動作を説明するタイミングチャート図である。
【図５】本発明が適用される電磁駆動吸排気弁装置の構成を示す縦断面図である。
【図６】従来の電磁駆動吸排気弁装置の構成を示す構成図である。
【図７】従来の電磁駆動吸排気弁装置の駆動方法を説明するタイミングチャート図である。
【符号の説明】
１ 電磁駆動吸排気弁装置
３ バルブ
９ 開弁側電磁石
９ａ 電磁コイル
１０ 閉弁側電磁石
１０ａ 電磁コイル
１１ シャフト
１２ 可動板
２０ 制御装置
２１ タイミング生成部
２２、３２ 捕捉電流指示部
２３、３３ 保持電流指示部
２４、３４ 残留磁束打消電流指示部
２５、３５ スイッチ
２６ 閉弁側電磁石電流制御部
３６ 開弁側電磁石電流制御部
４１ エンジン制御ＥＣＵ
Claims (4)
- 吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された軟磁性の可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁駆動吸排気弁装置において、
前記可動板を一方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きと、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きとが互いに逆向きとなるように、前記電磁石のコイルの通電方向が設定され、
前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に電流を通電することを特徴とする電磁駆動吸排気弁装置。 - 吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された軟磁性の可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁駆動吸排気弁装置において、
前記可動板を一方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きと、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石により前記可動板内に形成される磁束の向きとが互いに逆向きとなるように、前記電磁石のコイルの巻方向が設定され、
前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に電流を通電することを特徴とする電磁駆動吸排気弁装置。 - 前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流を遮断し前記可動板を該電磁石から離間させる際に、前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に通電する電流は、パルス状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁駆動吸排気弁装置。
- 前記可動板を他方向側に駆動する電磁石に通電を開始するタイミングは、前記可動板を一方向側に駆動する電磁石の電流の遮断開始タイミングを中心として前後に前記可動板を他方向側に駆動する電磁石の電流立ち上がり時間の幅を有するタイミングであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電磁駆動吸排気弁装置。
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