JP3694804B2 - 内燃機関 - Google Patents
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- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に係り、特に燃焼室に混合気体を供給するまたは燃焼気体を排気する弁の弁体を電磁石によって駆動する弁駆動装置(電磁式動弁装置ともいう)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃焼室に臨ませて形成された開口に弁体を接離させる装置として、従来のカム機構に代えて、電磁力を用いる弁駆動装置が提案されている(たとえば、米国特許第4,777,915号公報)。この弁駆動装置は、弁体に延設したステムの端部にアーマチャを取り付け、このアーマチャを二つの電磁石の間に挟み、通電した側の電磁石にアーマチャを吸引し、弁体を開口に対して接離する。さらに、弁体の開口に対する高さ、すなわちリフト量を変えるために、一方の電磁石を変位させて二つの電磁石の間の間隔を変えてアーマチャの移動できる範囲を変え、弁体のリフト量を連続的に変えるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記弁駆動装置は、一方の電磁石に通電して、その吸引力により弁体を開口に接離させるときにアーマチャが電磁石に衝突し衝撃力を与える。さらに、アーマチャを付勢するばねによる反力も電磁石にかかる。一方、この弁駆動装置は、一方の電磁石を保持する保持力が小さいので、一方の電磁石は、その位置を変え、変位してしまう恐れがある。一方の電磁石が不要に変位すると、弁のリフト量も変るので、精度の高い制御ができない恐れがある。
【0004】
本発明は、電磁石の吸引力で弁体を開口に接離させたときに必要な弁駆動装置の保持力を小さくすることを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の内燃機関は、燃焼室に臨ませて形成された開口に対向させて、燃焼室側に弁体を位置させ、該弁体を前記開口に対して接離する方向に該弁体からステムを延設させ前記燃焼室の壁を貫通させて摺動自由に支承し、該ステムまたは該ステムを前記弁体の接離方向に移動させる駆動ロッドに磁性体を設け、該磁性体を前記弁体が開く方向に吸引する電磁石を設け、該電磁石を移動自由に支承する電磁石支承部材を前記駆動ロッドに同軸に設け、さらに、前記電磁石支承部材を前記駆動ロッドに沿って変位させる移動手段を設けてなる弁駆動装置を備え、前記移動手段は、駆動手段の回転運動を直線運動に変換する機構を介して前記電磁石支承部材を移動するように構成され、前記回転運動を直線運動に変換する機構は、前記駆動ロッドに同軸に設けられてなることを特徴とする。
【0006】
このようにすることにより、弁体を開く方向に磁性体を磁性体に電磁石に吸引すると、磁性体が電磁石に衝突し、その衝突反力が電磁石支承部材を介して電磁石の移動手段に加わることになる。しかし、本発明の移動手段は、駆動手段の回転運動を直線運動に変換する機構を介して電磁石を支承する部材を移動するように構成されているから、衝突反力によって電磁石支承部材が受ける直線運動が回転運動に変換されて移動手段の駆動手段に作用することになる。一般に、直線運動を回転運動に変換する伝達効率は極めて小さいから、移動手段の駆動手段に作用する衝突反力を小さくすることができるから、電磁石の吸引力で弁体を開口に接離させるときに、移動手段の駆動手段を保持する保持力を小さくできる。
ここで、保持力を小さくする範囲は、保持力が0、すなわち保持力を必要としない場合も含まれる(以下、特に断らない限り同じ)。
【0007】
また、本発明は、燃焼室に臨ませて形成された開口に対向させて、燃焼室側に弁体を位置させ、この弁体を開口に対して接離する方向に弁体からステムを延設させ燃焼室の壁を貫通させて摺動自由に支承し、このステムを弁体が開口を閉じる方向に付勢するばねを設ける。さらに、ステムの端部に駆動ロッドを当接させて同軸に配置し、この駆動ロッドに取り付けられた磁性体を設ける。この磁性体を挟んで弁体が閉じる方向と開く方向に吸引する一対の電磁石を対向配置し、この一対の電磁石のうち弁体を開く方向に吸引する電磁石を支承する部材を設け、この部材に駆動ロッドを弁体が開口を開く方向に付勢するばねを支持させる。さらに、弁体を開く方向に吸引する電磁石を駆動ロッドに沿って変位させる部材の移動手段を設けてなる弁駆動装置を備える。
【0008】
さらに、部材の移動手段は、駆動ロッドに同軸に設けられ外面に形成された外ねじを有する円筒部材と、この円筒部材の外ねじに螺合する内ねじを有する円筒部材とを有し、外ねじを有する円筒部材を固定部に対して回転可能に支持し、内ねじを有する円筒部材を前記部材に固定してなる。
【0009】
このようにすることにより、弁体を開く方向に吸引する電磁石に通電して駆動ロッドの磁性体を吸引すると、磁性体は弁体を開く方向に吸引する電磁石側に移動し、駆動ロッドの先端は、弁体が開口を閉じる方向に付勢するばねに打ち勝ってステムを押圧し、弁体が開口から離れる方向に弁体を移動させる。磁性体が弁体を開く方向に吸引する電磁石に吸引されると、磁性体はこの電磁石に衝突し、その力がこの電磁石を支承する部材に加わる。
【0010】
この部材に加わった力は、内ねじを有する円筒部材に伝わるが、内ねじを有する円筒部材の内ねじと外ねじを有する円筒部材の外ねじは互いに螺合し、内ねじを有する円筒部材の弁体の接離方向の直線移動は、外ねじを有する円筒部材の回転として伝達される回転の伝達効率が小さいか、または伝達されない。回転の伝達効率が小さいか、または伝達されないと、外ねじを有する円筒部材は、小さい回転力で回転されるか、または回転されない。したがって、電磁石の吸引力で弁体を開口に接離させるときに、部材の移動手段を保持する保持力を小さくできる。
【0011】
上記部材の移動手段は、外ねじを有する円筒部材の一端に外ねじと同軸に回転するウォームホィールが形成され、このウォームホィールに噛み合うウォームギアを有すると良い。このようにすると、ウォームホィールからウォームギアに回転として伝達される回転の伝達効率が小さいか、または伝達されない。回転の伝達効率が小さいか、または伝達されないと、ウォームギアは、小さい回転力で回転されるか、または回転されない。したがって、部材の移動手段として、先に記した外ねじおよび内ねじを有する二つの円筒部材に加え、ウォームホィールとウォームギアを有することにより、電磁石の吸引力で弁体を開口に接離させるときに移動手段を保持する保持力をさらに小さくできる。
【0012】
上記部材の移動手段において、弁体の開口高さを最大から最小または最小から最大に変化させるときに、外ねじを有する円筒部材は、180度を越えて回転すると良い。ここで、弁体の開口高さとは、弁体の開口に対する垂直距離である。このようにすることにより、内ねじから外ねじに伝達力が加わる面の傾斜角であるリード角を小さくできる。リード角が小さいと、内ねじと外ねじとの間の力の伝達効率が小さくなるので、内ねじを有する円筒部材から外ねじを有する円筒部材を回転する回転力が小さくなり、移動手段を保持する保持力を小さくできる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図1〜3において、同一または同等部分には同一符号を付けて示す。
【0014】
図1は、本発明に係る内燃機関の一実施形態を示す説明図である。本実施形態の内燃機関は、燃焼室56に開口し可燃性気体としての燃料と空気の混合気体を供給する開口61または燃焼気体を排気する開口61を開閉する弁体3およびこれに延設されたステムを電磁石の吸引力によって操作する電磁式動弁装置1を備えるものである。
【0015】
すなわち、電磁式動弁装置1は、弁体3を燃焼室56に臨ませて形成された開口61に対向させて燃焼室側に位置させて設け、開口61に対して接離する方向に弁体3から延設されたステム4を燃焼室の壁57を貫通させて摺動自由に支承する。さらに、ステム4を弁体3が開口61を閉じる方向に付勢するばねである閉弁ばね6と、ステムの端部4aに当接させて同軸に配置された駆動ロッドとしての可動子7と、この可動子7に取り付けられた磁性体であるアーマチャ11とを設ける。
【0016】
さらに、このアーマチャ11を挟んで対向配置されアーマチャ11を弁体3が閉じる方向(上方向69)と開く方向(下方向70)に吸引する一対の電磁石である開弁用電磁石15および閉弁用電磁石19を設け、開弁用電磁石15と閉弁用電磁石19との間に間隙Dを設ける。さらに、弁体3を開く方向に吸引する開弁用電磁石15を支承する部材としてばね座23と、このばね座23に支持され可動子7を弁体3が開く方向に付勢するばねである開弁ばね13とを設ける。そして、開弁用電磁石15を可動子7に沿って変位させるばね座23の移動手段を有する。本実施形態の移動手段は、第1の移動手段と第2の移動手段とを含む。
【0017】
第2の移動手段は、すべりねじ38であり、可動子7に同軸に設けられ外面に形成された外ねじを有するすべりねじねじ部材(第1の円筒部材)40と、このすべりねじねじ部材40のねじに螺合する内ねじを有するすべりねじなっと部材(第2の円筒部材)41とを有し、このすべりねじねじ部材40をシリンダヘッド64に固定されたハウジング(固定部)21に対して回転可能に支持し、すべりねじなっと部材41をばね座23に固定する。
【0018】
第1の移動手段は、ウォーム減速機33であり、すべりねじねじ部材40の一端に外ねじと同軸にウォームホィール36が形成され、このウォームホィール36に噛み合うウォームギア35を有する。
【0019】
ウォーム減速機33は、駆動装置30により駆動される。リフト量調整装置28は、駆動装置30、ウォーム減速機33およびすべりねじ38から構成される。そして、内燃機関の運転状態によって弁体3のリフト量LVを制御する制御装置50を備える。制御装置50は、開弁用電磁石15および閉弁用電磁石19によって可動子7を駆動し、さらに駆動装置30によって弁のリフト量LVを制御する。ここで、リフト量LVとは、弁体3の開閉ストロークであり、アーマチャ11が開弁用電磁石15に着座した状態におけるバルブシート63と弁体3の接触部との垂直距離である。
【0020】
さらに詳しくは、シリンダヘッド64には、燃焼室56、ポート66および弁体3が設けられる。弁体3とポート66とはいずれも吸気用、またはいずれも排気用である。ポート66には弁体が着座するバルブシート63が設けられる。以下では弁体が開く方向を下方向70、閉じる方向を上方向69と定義することとする。
【0021】
ステム4は、シリンダヘッド64に固定されたバルブガイド67によって、摺動可能に支持される。弁体3がバルブシート63に接触しているとき閉弁状態となり、弁体3がバルブシート63から離れるとき開弁状態となる。バルブガイド67の上方には、弁体3を閉弁するための閉弁ばね6が、常に圧縮状態で保持される。
【0022】
可動子7はステム4の軸上に設けられ、ガイド17によって、ステム4の軸方向へ摺動可能となるように支持されている。可動子7は、電磁石によって吸引されるアーマチャ11と、ガイド17に支持される可動子軸9を備える。閉弁用電磁石19はアーマチャ11の上方に設けられる。開弁用電磁石15はアーマチャ11の下方に設けられる。ガイド17はハウジング21に固定される。開弁用電磁石15はガイド17によって、ステム4または可動子軸9の軸方向(以下「弁軸方向」と呼ぶこととする)へ摺動可能に支持されている。開弁用電磁石15が摺動できる距離は図面に示すフルストロークSTとなる。ハウジング21はシリンダヘッド64に固定される。
【0023】
ハウジング21の下方には、ばね座23が設けられる。ばね座23は、連結ロッド24によって開弁用電磁石15に固定される。ばね座23の下方には弁体3を開弁するための開弁ばね13が、常に圧縮状態で保持される。閉弁用電磁石19はハウジング21に固定され、可動子7の上部を構成する磁性体のアーマチャ11は、閉弁用電磁石19および開弁用電磁石15を励磁しない状態では、開弁ばね13と閉弁ばね6とのばね力の釣り合いにより、閉弁用電磁石19と開弁用電磁石15との間の間隙Dの中央部付近に位置する。なお、以下では、閉弁用電磁石19と開弁用電磁石15との間の間隙Dの中間付近を中立位置と呼ぶすることにする。
【0024】
ばね座23とこれを支承する開弁用電磁石15を駆動せしめるためにリフト量調整装置28が設けられる。リフト量調整装置28は、ハウジング21の外側に配置され弁軸方向に対し直角方向周りに回転する駆動軸31を有する駆動装置30と、駆動軸31の回転運動を弁軸周りの回転運動に変換するウオーム減速機33と、ウオーム減速機33の回転運動を弁軸方向の直線運動に変換し、駆動力をばね座23に伝達するすべりねじ38から形成される。駆動装置30はハウジング21に固定される。ウォーム減速機33はハウジング21の内部に設けられ、すべりねじ38はハウジング21の下方に設けられる。したがって、駆動装置30の駆動力は、駆動軸31、ウオーム減速機33、すべりねじ38、ばね座23、連結ロッド24、開弁用電磁石15という順に伝達される。
【0025】
ウオーム減速機33は、駆動装置30と結合され駆動軸31と同方向に回転するウオームギア35と、弁軸周りの回転運動をする中空のウオームホイール36から形成される。ウオーム減速機33は、ウオームギア35からウオームホイール36を駆動できるが、ウオームホイール36からウオームギア35を駆動できないというセルフロック機能を有する。したがって、開弁用電磁石15またはばね座23に対して作用するばね力や可動子衝突力などの負荷は、リフト量調整装置28を駆動することができない。
【0026】
すべりねじ38は、ウオームホイール36と結合され弁軸周りの回転運動をするすべりねじねじ部材(駆動側ねじ部材)40と、ばね座23と結合され弁軸方向に直線運動をするすべりねじなっと部材(被駆動側ねじ部材)41から形成される。すべりねじねじ部材40の回転軸方向とすべりねじなっと部材41の直線移動方向は一致する。すべりねじ38は回転範囲を拘束されないため、開弁用電磁石15をフルストロークST摺動させるためのすべりねじ38の作動回転角を180度より大きく設計することができる。このため、弁軸との垂直面に対するすべりねじ38のねじの傾斜角(「リード角」とも云う)を小さくすることができる。
【0027】
このねじの傾斜角が小さいほどすべりねじなっと部材41からすべりねじねじ部材40への動力伝達効率が小さくなるため、開弁用電磁石15またはばね座23に対して作用する負荷は、すべりねじねじ部材40を回転させることができない。すなわち、すべりねじ38は、すべりねじねじ部材40からすべりねじなっと部材41を駆動できるが、すべりねじなっと部材41からすべりねじねじ部材40を駆動できないというセルフロック機能を有する。したがって、開弁用電磁石15またはばね座23に対する負荷は、リフト量調整装置28を駆動することができない。
【0028】
次に、電磁式動弁装置1の基本動作について説明する。始めに、内燃機関運転中における開閉弁動作を説明する。
【0029】
図1において、弁体3が閉じた状態から開いた状態にするための動作について説明する。弁体3が閉じている状態で、閉弁用電磁石19の励磁状態を解除する。これによりアーマチャ11と閉弁用電磁石19との吸引力がなくなり、開弁ばね13のばね力により、可動子7は開弁用電磁石15に向かって運動を始める。このとき、開弁用電磁石15を励磁し、開弁用電磁石15とアーマチャ11とが磁気回路を構成するようにする。これにより、開弁用電磁石15に近づいてくるアーマチャ11は、開弁用電磁石15に吸引され、アーマチャ11は、開弁用電磁石15に着座し、弁体3は開いた状態になる。
【0030】
この弁体3が開いた状態のとき、開弁用電磁石15の弁軸方向の位置に応じて弁体3のリフト量LVが変化する。以下では、開弁用電磁石15の位置が異なる2つの弁体のリフト量状態を考え、開弁用電磁石15がより上方向69にある第1の状態をリフト量小の状態、開弁用電磁石がより下方向70にある第2の状態をリフト量大の状態と呼ぶことにする。開弁用電磁石15と閉弁用電磁石19の間隙D(可動子7の移動範囲)が小さいリフト量小の状態では、可動子7のストロークは小さくなるので、弁体3のリフト量LVは小さくなる。開弁用電磁石15と閉弁用電磁石19の間隙D(可動子7の移動範囲)が大きいリフト量大の状態では、可動子7のストロークは大きくなるので、弁体3のリフト量LVは大きくなる。
【0031】
次に、弁体3が開いた状態から閉じた状態にするための動作を説明する。弁体3が開じている状態で、開弁用電磁石15の励磁状態を解除する。これにより可動子7と開弁用電磁石15との吸引力がなくなり、閉弁ばね6のばね力により、可動子7は閉弁用電磁石19に向かって運動を始める。このとき、閉弁用電磁石19を励磁し、閉弁用電磁石19とアーマチャ11とが磁気回路を構成するようにする。これにより、閉弁用電磁石19に近づいてくるアーマチャ11は、閉弁用電磁石19に吸引され、弁体3は閉じた状態になる。
【0032】
制御装置50が、内燃機関の運転状態に応じて、上記のような開閉弁動作を繰り返すことにより、弁体3の開閉動作が繰り返され、内燃機関の運転が行われる。
【0033】
次に、弁体3のリフト量LVを変化させる動作について説明する。電磁式動弁装置1をリフト量小の状態から、リフト量大の状態にするための動作を、図1を用いて説明する。開弁用電磁石15の位置は、駆動装置30により決定される。ここで制御装置50が、弁体3のリフト量LVを増加すると判断した場合、駆動装置30を、リフト量LVの増大する方向へ駆動させる。駆動装置30によって、駆動軸31が図面上のa方向(図1の時計方向)に回転すると、駆動軸31に連結されたウオームギア35が図面上のc方向(図1の時計方向)に回転する。ウオームギア35が図面上のc方向に回転するとウオームホイール36が図面上のe方向(図1の上方から見て反時計方向)に回転する。
【0034】
ウオームホイール36が図面上のe方向に回転すると、すべりねじねじ部材40も同一方向に回転し、すべりねじねじ部材40の回転により、すべりねじなっと部材41が下方向70へ移動する。したがって、連結ロッド24と開弁用電磁石15が下方向70に移動する。これによって、閉弁用電磁石19と開弁用電磁石15との間隙Dは大きくなり、可動子7の移動範囲が大きくなる。同時に弁体3のリフト量LVも大きくなる。このとき、ばね座23の位置が、開弁用電磁石15の変位と同じ方向に同一距離だけ変位することにより、閉弁用電磁石19と開弁用電磁石15が励磁されいないときのアーマチャ11の位置は、中立位置に維持される。
【0035】
電磁式動弁装置1をリフト量大の状態から、リフト量小の状態にするための動作については、駆動装置30と駆動力伝達装置28の動作方向が反対方向であるということ以外は、リフト量小からリフト量大への動作と同様の動作で行われる。
【0036】
次に、電磁式動弁装置1が弁体3のリフト量LVを一定に保持するための動作を、図1を用いて説明する。制御装置50が、弁体3のリフト量LVを保持すると判断した場合、駆動装置30は弁体3のリフト量LVを保持しようとする。このとき、開閉弁動作が行われると、可動子7が開弁用電磁石15に着座し、着座時の可動子衝突力が開弁用電磁石15に対して下方向70に働く。この可動子衝突力は連結ロッド24とばね座23を通してすべりねじなっと部材41に伝達される。一方、開弁ばね13は常に圧縮状態で保持されているので、ばね座23には開弁ばね13のばね力が常に上方向69に働く。このばね力はすべりねじなっと部材41に伝達される。つまり、すべりねじなっと部材41には可動子衝突力とばね力の合力が作用する。
【0037】
しかしながら、すべりねじ38は、前述のように、すべりねじねじ部材40からすべりねじなっと部材41を駆動できるが、すべりねじなっと部材41からすべりねじねじ部材40を駆動できないというセルフロック機能を有するため、可動子衝突力とばね力の合力はすべりねじねじ部材40に伝達されない。すなわち、すべりねじなっと部材41が回転できないため、リフト量調整装置28は動作せず、弁体3のリフト量LVは保持される。したがって、駆動装置30の保持力は不要となる。
【0038】
また、すべりねじ38のセルフロック機能が充分でない場合、可動子衝突力とばね力の合力がすべりねじねじ部材40へ伝達され、回転駆動される場合においては、可動子衝突力とばね力の回転駆動力はウオームホイール36へ伝達される。しかし、ウオーム減速機33は、前述のように、ウオームギア35からウオームホイール36を駆動できるが、ウオームホイール36からウオームギア35を駆動できないというセルフロック機能を有するので、ウオームホイール36が回転できないため、リフト量調整装置28は動作せず、弁体3のリフト量LVは保持される。したがって、駆動装置30の保持力は不要となる。
【0039】
さらに、すべりねじ38とウオーム減速機33のセルフロック機能が充分でないため、可動子衝突力とばね力の合力が駆動装置30へ伝達される場合においては、可動子衝突力とばね力の合力はすべりねじ38とウオーム減速機33を介して弱められるので、駆動装置30の保持力を小さくすることが可能である。
【0040】
駆動装置30に保持力を発生させなくとも開弁用電磁石15の位置が保持され、弁のリフト量が保持されるようなセルフロック機能を有するため、駆動装置30の必要駆動力が小さくなる。したがって、電磁式動弁装置1は小型で消費電力の少ない装置とすることが可能である。
【0041】
なお、電磁式動弁装置1の構成要素は、上記の構成要素に限定されるものではない。すなわち、電磁力を用いて吸排気弁が駆動され、リフト量が可変であり、リフト量調整装置28がセルフロック機能を有する動弁装置であれば、本発明の効果が得られることはいうまでもない。たとえば、すべりねじ38の代わりに、開弁用電磁石15をフルストロークST摺動させるための作動回転角が180度以上であり、セルフロック機能を有し、回転運動を直線運動に変換する機構の装置を用いてもよい。
【0042】
次に、上記実施形態の内燃機関の制御について説明する。
【0043】
図2は、図1の内燃機関の制御系統図である。この内燃機関は、回転数を検出する回転数検出手段54が設けられる。回転数検出手段54は、たとえば、内燃機関のクランク軸59に設けられたエンコーダにより構成され、内燃機関のクランク軸59の回転数を検出する。図示していない自動車には、運転者が要求するトルクを検出する要求トルク検出手段52が設けられる。要求トルク検出手段52は、たとえば、運転者がアクセルペダルを踏み込む角度を検出する。制御装置50は、運転状態に関する情報を回転数検出手段54から回転数を、要求トルク検出手段52から要求トルクを読み込み、運転状態に対応した弁体3aと弁体3bのリフト量と開閉弁時期を演算する。
【0044】
さらに、制御装置50は、演算した弁体3aと弁体3bのリフト量と開閉弁時期に応じて、吸気用の閉弁用電磁石19a、開弁用電磁石15aおよび吸気用の駆動装置30aと、排気用の閉弁用電磁石19b、排気用の開弁用電磁石15bおよび排気用の駆動装置30bの制御を行う。
【0045】
弁体3aと弁体3bの開閉時期の変化は、内燃機関に対し以下のような影響を与える。ここで、吸排気弁が閉弁状態から開弁状態となり、再び閉弁状態となるまでに要する時間を開弁時間と呼ぶことにする。内燃機関の吸気行程において、内燃機関のピストン58が上死点から下死点に達する間の弁体3aの開弁時間が長いほど、または、内燃機関の排気行程において、内燃機関のピストン58が下死点から上死点に達する間の弁体3bの開弁時間が長いほど、燃焼室56に流入する新規のガスの量が多くなるので、内燃機関に発生するトルクは大きくなる。
【0046】
しかし、内燃機関の吸気行程において、内燃機関のピストン58が下死点を過ぎた後も弁体3aの開弁状態が続くとき、または、内燃機関の排気行程において、内燃機関のピストン58が上死点を過ぎた後も弁体3bの開弁状態が続くとき、燃焼室56に流入する新規のガスの量が少なくなる場合があるので、このような場合には、内燃機関に発生するトルクは小さくなる。
【0047】
また、弁体3aと弁体3bのリフト量の変化は、内燃機関に対し以下のような影響を与える。弁体3aまたは弁体3bのリフト量が大きいほど、燃焼室56に流入するガスの量または流出するガスの量が多くなるので、内燃機関に発生するトルクは大きくなる。また、弁体3aまたは弁体3bのリフト量が大きいほど、ガスの流れ損失が小さいので、ガスを燃焼室56に吸入・排出するためのポンプ損失仕事が減少する。
【0048】
また、要求トルクが低いときには、燃焼室56内のガスの量が減少するため、弁体3aまたは弁体3bのリフト量を小さくすることによって、内燃機関の燃焼室56に送り込まれるガスの流速を速くして、ガス流動を強化し、安定した燃焼状態を得ることができる。さらに、1つの燃焼室が複数の吸気弁または複数の排気弁をもつ場合、複数の弁のリフト量を独立な値に設定してもよい。これにより、複数弁を通過するガスの流速がそれぞれ異なるようになるため、内燃機関の燃焼室56に、スワールと呼ばれるガスの旋回流を発生させることができるようになり、さらに安定した燃焼状態を得ることができる。
【0049】
このように、弁体3aと弁体3bのリフト量と開閉弁時期は内燃機関の出力特性に大きく影響するが、電磁式動弁装置1は内燃機関の運転状態に応じて最適な弁体3aと弁体3bのリフト量と開閉弁時期に制御できるため、内燃機関の燃焼効率を向上させると同時に、ガスを燃焼室56に吸入・排出するための損失仕事を低減することができる。すなわち、内燃機関の高出力化、省燃費化を実現することができる。また、本実施形態の電磁式動弁装置1は、セルフロック機能を有するため、小型で消費電力の少ない電磁式動弁装置となる。したがって、内燃機関をより省燃費化することができる。
【0050】
次に、上記実施形態は、セルフロック機能を有するリフト量調整装置28として、ウオーム減速機33とすべりねじ38の2つの駆動力伝達機構を適用しているが、いずれか一方のみを用いても良いことはいうまでもない。たとえば、すべりねじ38の代わりに、セルフロック機能をもたないボールネジを用いて、ウオーム減速機33のみにセルフロック機能をもたせてもよい。また、たとえば、ウォーム減速機の代わりに、かさ歯車やハイポイドギアなどのセルフロック機能をもたない直交軸式の動力伝達手段を用いて、すべりねじ38のみにセルフロック機能をもたせてもよい。
【0051】
図3は、本発明に係る内燃機関の別の実施形態の要部を示す説明図である。本実施形態の電磁式動弁装置1は、すべりねじ38とかさ歯車43を適用した実施形態を示す。駆動装置30の駆動軸31が図面上のb方向に回転すると、かさ歯車43の入力側かさ歯車45もb方向に回転する。これによって、かさ歯車43の出力側かさ歯車46がe方向に回転し、駆動力がすべりねじ38に伝達される。図3におけるその他の部分の構造と作用は図1または図2に示したものと同じであるので、その説明を省略する。
【0052】
以上説明したように、本実施形態の内燃機関は、駆動装置にわずかな保持力によりまたは保持力を発生させなくても開弁用電磁石の位置が保持され、弁体のリフト量が保持されるようなセルフロック機能をリフト量調整装置が有するので、駆動装置の必要駆動力が小さい電磁式動弁装置を提供することができる。すなわち、弁体を理想的なタイミングとリフト量で開弁および閉弁させることができ、小型で消費電力の少ない電磁式動弁装置を提供することができる。さらに、内燃機関の出力特性や燃費特性を改善することができる。
【0053】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない限り、種々の変更を行うことができる。
【0054】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁石の吸引力で弁体を開口に接離させたときに必要な弁駆動装置の保持力を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る内燃機関の一実施形態を示す説明図である。
【図2】図1の内燃機関の制御系統図である。
【図3】本発明に係る内燃機関の別の実施形態の要部を示す説明図である。
【符号の説明】
1 電磁式動弁装置(弁駆動装置)
3、3a、3b 弁体
6 閉弁ばね(開口を閉じる方向に付勢するばね)
7 可動子(駆動ロッド)
11 アーマチャ(磁性体)
13 開弁ばね(開口を開く方向に付勢するばね)
15、15a、15b 開弁用電磁石(電磁石)
19、19a、19b 閉弁用電磁石(電磁石)
23 ばね座(部材)
33 ウオーム減速機(第1の移動手段)
35 ウオームギア
36 ウオームホィール
38 すべりねじ(第2の移動手段)
40 すべりねじねじ部材(外ねじを有する円筒部材)
41 すべりねじなっと部材(内ねじを有する円筒部材)
56 燃焼室
57 燃焼室の壁
61 開口
LV リフト量
Claims (4)
- 燃焼室に臨ませて形成された開口に対向させて、燃焼室側に弁体を位置させ、該弁体を前記開口に対して接離する方向に該弁体からステムを延設させ前記燃焼室の壁を貫通させて摺動自由に支承し、該ステムまたは該ステムを前記弁体の接離方向に移動させる駆動ロッドに磁性体を設け、該磁性体を前記弁体が開く方向に吸引する電磁石を設け、該電磁石を移動自由に支承する電磁石支承部材を前記駆動ロッドに同軸に設け、さらに、前記電磁石支承部材を前記駆動ロッドに沿って変位させる移動手段を設けてなる弁駆動装置を備え、前記移動手段は、駆動手段の回転運動を直線運動に変換する機構を介して前記電磁石支承部材を移動するように構成され、前記回転運動を直線運動に変換する機構は、前記駆動ロッドに同軸に設けられてなる内燃機関。
- 燃焼室に臨ませて形成された開口に対向させて、燃焼室側に弁体を位置させ、該弁体を前記開口に対して接離する方向に該弁体からステムを延設させ前記燃焼室の壁を貫通させて摺動自由に支承し、該ステムを前記弁体が前記開口を閉じる方向に付勢するばねを設け、さらに、前記ステムの端部に駆動ロッドを当接させて同軸に配置し、該駆動ロッドに取り付けられた磁性体を設け、該磁性体を挟んで前記弁体が閉じる方向と開く方向に吸引する一対の電磁石を対向配置し、該一対の電磁石のうち前記弁体を開く方向に吸引する電磁石を支承する部材を設け、該部材に前記駆動ロッドを前記弁体が前記開口を開く方向に付勢するばねを支持させ、さらに、前記弁体を開く方向に吸引する電磁石を前記駆動ロッドに沿って変位させる前記部材の移動手段を設けてなる弁駆動装置を備え、前記部材の移動手段は、前記駆動ロッドに同軸に設けられ外面に形成された外ねじを有する円筒部材と、該円筒部材の外ねじに螺合する内ねじを有する円筒部材とを有し、該外ねじを有する円筒部材を固定部に対して回転可能に支持し、前記内ねじを有する円筒部材を前記部材に固定してなる内燃機関。
- 請求項2において、前記部材の移動手段は、前記外ねじを有する円筒部材の一端に前記外ねじと同軸に回転するウォームホィールが形成され、該ウォームホィールに噛み合うウォームギアを有してなる内燃機関。
- 請求項2または3において、前記弁体の開口高さを最大から最小または最小から最大に変化させるときに、前記外ねじを有する円筒部材は、180度を越えて回転してなる内燃機関。
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