JPH02176284A - 電磁力バルブ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電磁石により発生する電磁力によってエンジ
ンの吸排気バルブの開閉駆動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としては、１本のシ
ャフトに吸気用及び排気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する。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。該カムシャフ
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。吸排気バル
ブはスプリングにより常に閉状態に保持さ、れており、
バルブ軸端面を押されることにより開口する。

あるいは吸気用のカムを配した吸気カムシャフトと排気
用のカムを配した排気カムシャフトをエンジン上部に配
設し、吸気カムシャフトのカム面で吸気バルブの軸端部
を、そして排気カムシャフトのカム面で排気バルブの軸
端部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Ｓｆｌ力により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公報に記載されている装置において開示さ
れた電磁石の構成では、吸排気バルブの駆動に必要な電
磁力を発生させるためにはＩｎ石のコイルに大電力を供
給せねばならず、該コイルからの発熱量が増大する。そ
のため相当量の容量を有する冷却装置を付帯せねばなら
ず、エンジンが大型化するという問題は解決されない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、エンジン
の吸排気バルブの開閉駆動を、カムシャフトによらず、
電磁石による電磁力により駆動する場合に、高効率かつ
高出力の電磁石を有する電１ｉｆｉカバルプ駆動装置を
提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、バルブに連結し往復運動自在な可動磁
極を有する電磁力バルブ駆動装置において、前記磁極の
一方端と対向する上部固定磁極と、該固定磁極と連通し
て、途中に上部固定６ｎ極と対向する中間固定１ｉｆｉ
極を有するとともに延長先端には可ｖＪ磁極の他方端と
対向する先端固定磁極を設けたヨーク部材と、上部固定
磁極を通過する磁束を発生させる上部コイルと、先端固
定６ｉ１極を通過する磁束を発生させる下部コイルとを
有することを特徴とする電磁力パルプ駆動装置を提供で
きる。

（作用） 本発明の電ｉｆｆ力バルブ駆動装置では、吸排気バルブ
の駆動力を発生する電磁石の、磁路における磁力線損失
が微小であり電磁石の能力が高効率かつ高出力となる作
用がある。

（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ブロック図である
。

１はエンジンであり、該エンジン１の出力軸の近傍には
該出力軸の回転数及び回転位相を検知し信号に変換する
回転センサ２が配設されている。

エンジン１内の吸排気口の開閉を制御するための吸排気
バルブの内、以下主に吸気バルブについて示す。

９はセラミックス等の非磁性体で形成された吸気バルブ
であり、該吸気バルブ９は軸部をバルブガイド１０によ
り軸方向に自在に軸承されている。吸気管路１３の吸気
口にはバルブシート１１が配設され、吸気バルブ９の傘
部とバルブシート１１とが密着し該吸気口を閉鎮してい
る。また吸気バルブ９の軸端部には可動６ｆ１極６が接
続されている。該可動磁極６とバルブガイド１０との間
にはエンジン停止時における吸気バルブ９の降下防止用
のスプリング８が設置されている。可ｇ磁極６の周囲に
は該可動磁極６を包囲する電磁石３が設置されている。

また可動磁極６の端面と対向する電磁石３の内面には上
部固定磁極３ａが設けられ、可ｗＪ磁極６の外周面と対
向する部分には、中間固定磁極３ｂが周設されている。

そして可動１ｉｆ１極６の軸側部に対抗する電磁石３の
開口部には先端固定磁極３ｃが配設されている。上部固
定磁極３ａと中間固定６ｎ極３ｂとの間には上部コイル
４が配設され、中間固定磁極３ｂと先端固定磁極３ｃと
の間には下部コイル７が配設されている。

中間固定磁極３ｂと可動ｌ１ｉｉ極６との間は微小な間
隙５ａを介して接触しておらず、先端固定６１極３ｃと
可動磁極６との間は微小な間隙５ｂを介して接触してい
ない。

上記回転センサ２と上部コイル４及び下部コイル７はコ
ントロールユニット１２内の入出力インターフェイス１
２ｄと接続されている。該コントロールユニット１２内
部には外部との信号の人出力を行なう該入出力インター
フェイス１２ｄの他に、プログラム及びデータを予め記
憶するＲＯＭ１２ｂと、該ＲＯＭ１２ｂに記憶されたプ
ログラムの下に演算を行なうＣＰＵ１２ａと、入力信号
及び演算結果を一時記憶するＲＡＭ１２ｃと、コントロ
ールユニット１２内の信号の流れを制御するコントロー
ルメモリ１２ｅとが設けられている。

次に、本発明による装置の作用について説明する。

第２図は、電磁石３内の６１１力線の流れを示し、（ａ
）はバルブの閉状態、（ｂ、）は閉状態からの開操作開
始時、（Ｃ）は開方向速度減速後の閉方向８動開始時を
示す図である。

（ａ）において、同方向の磁力線が発生するよう上部コ
イル４及び下部コイル７に直流電力を供給し励磁する。

該上部コイル４及び下部コイル７により発生する磁力線
は上部固定磁極３ａから電磁石３の内部を通過し先端固
定１ｉ１ｉ極３ｃへと流れ、該先端固定磁極３ｃから間
隙５ｂを介して可動６ｆｉ＆６へ流れ、再び上部固定磁
極３ａへと戻る磁路を形成する。

該磁力線の流れにより上部固定ｌ１ｉｉ極３ａにはＳ極
が発生し、可動磁極６の該上部固定磁極３ａと対向する
面にはＮ極が発生し、互いに吸引する。

上部固定磁極３ａと可動ｌ１ｆｉ極６とが接触する直前
の位置において、吸気バルブ９の傘部とバルブシート１
１とが密着し吸気口を閉鎖する。

（ｂ）に示すごとく、回転センサ２により検知されるエ
ンジン１の回転位相が吸気バルブ９開のタイミングにな
ると、上部コイル４への通電方向を反転させる。すると
上部コイル４にて発生する磁力線の方向も反転し、上部
コイル４により発生する磁力線は上部固定磁極３ａから
中間固定磁極３ｂへと流れ、再び上部固定用Ｆｉ３ａへ
と戻る磁路を形成する。一方、下部コイル７により発生
する磁力線は該先端固定磁極３ｃから間隙５ｂを介して
可ｗＪ磁極６へ流れ、間５ｆｉ　５　ａを介し中間固定
１ｉ１［ｉ３ｂを経て再び先端固定１ｉｆｔ極３ｃへと
戻る磁路を形成する。

上記のととく磁路が形成されるため、可動磁極６の上部
固定磁極３ａとの対向面及び上部固定磁極３ａの双方に
Ｎ　ｔＭが発生し互いに反発する。

よって吸気バルブ９は下方向への排斥力を受け、開方向
への９勅を開始する。

（Ｃ）に示すごとく、吸気バルブ９が開方向へ８動開始
時から第１の設定時間経過時に再び上部コイル４への通
電を反転させる。すると（ａ）の場合と同じく吸気バル
ブ９には上方向すなわち閉方向の吸引力が作用し、開方
向へ移動しつつある吸気バルブ９を減速しついには停止
せしめる。該停止位置は吸気バルブ９の最大移動位置に
相当する。吸気バルブ９停止後においても上部コイル４
及び下部コイル７への通電を継続することにより吸気バ
ルブ９は上方向、すなわち閉方向へと８勤する。

上記第１の設定時間より長時間である第２の設定時間経
過時に上部コイル４への通電を再び反転し、吸気バルブ
９に下方向の力を作用させる。これは吸気バルブ９の閉
方向の移動速度を減速し、吸気バルブ９の傘部がバルブ
シート１１に着座する際の？Ｉｆｆを緩和するためであ
る。そして第２の設定時間より長時間である第３の設定
時間経過時に、再度上部コイル４への通電を反転し、上
記（ａ）に示す磁路を形成させることにより、吸気バル
ブ９に上方向の力を作用させる。該操作により吸気バル
ブ９は吸気口を閉鎖し、次の間タイミングまで閉鎖状態
を保持する。

上記第１、第２、第３の各設定時間は、ＲＯＭ１２ｂ内
に予め各設定時間とエンジン回転数との関係テーブルを
記憶しておき、回転センサ２により検知されるエンジン
１の回転数と該関係テーブルからエンジン回転数に対応
する設定時間を演算することにより求められる。

上記開閉状態を第３図により説明する。

第３図は、いわゆるカムプロファイル曲線と呼ばれるも
ので、横軸は吸気バルブ９の開タイミングからの時間経
過を示し、縦軸はバルブの移動量を示す。図における曲
線は時間経過に伴なう吸気バルブの移動量の変化を示す
図である。

開タイミングである■の時点で、上部コイル４への通電
方向を反転し、ｂｎ力線の状態を第２図（ａ）の状態か
ら（ｂ）の状態へ切換える。すると吸気バルブ９に開方
向の排斥力が作用し吸気バルブ９は開方向へ移動する。

第１の設定時間経過時であるＩＩの時点で、上部コイル
４への通電方向を反転し磁力線の状態を第２図（ｂ）の
状態から（Ｃ）の状態へ切換える。

すると吸気バルブ９に閉方向の吸引力が作用し、開方向
の移動速度を減速し、最大移動位置を経て閉方向へと移
動方向を反転する。

第２の設定時間経通時であるＩＩＩの時点で、再び吸気
バルブ９に開方向の吸引力を作用させ、開方向の移動速
度を減速する。

第３の設定時間経過時であるＩ’／の時点で、磁力線の
状態を第２図（ａ）に示す状態とし、次の開タイミング
まで閉状態を保持する。

エンジン１の運転終了時には上部コイル４及び下部コイ
ル７への電力供給は消失し、吸気バルブ９を閉状態に保
持する電磁力が消滅するため、スプリング８により吸気
バルブ９を閉状態に保持する。スプリング８の保持力は
上部コイル４及び下部コイル７により発生する開方向へ
の排斥力に対して充分小に設定されている。

尚、ＲＯＭ１２ｂ内に上記各設定時間とエンジン回転数
との関係テーブル以外に、予めエンジン回転数とバルブ
開タイミングの関係マツプを記憶しておき、エンジン１
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
１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。

また、本発明による電磁石３は磁路の途中における透磁
率不連続部分すなわち可動磁極６と中間固定磁極３ｂと
の間隔５ａ、及び可動磁極６と先端固定磁極３ｃとの間
隔５ａとが、バルブの５ａ閏によらず絶えず微小であり
磁力線の漏れが少ないため、電６ｎ石３により発生する
電磁力が強力となる。よって電磁力発生効率も向上し供
給電力が小となり、該電磁石３での発熱量が微小となる
。

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。

以上、本発明の一実施例を説明したが、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、エンジンの吸排
気バルブの開閉駆動を、カムシャフトによらず、電磁石
による電磁力により駆動する場合に、高効率かつ高出力
の電磁石を有する電磁カバルプ駆動装置を提供でとる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は、電磁石内の磁力線の流れを示す図、第３図は、バル
ブ移動量と時間との関係を示す図である。 １・・・エンジン、２・・・回転センサ、３・・・電磁
石、３ａ・・・上部固定磁極、３ｂ・・・中間固定磁極
、３ｃ・・・先端固定磁極、４・・・上部コイル、５ａ
・５ｂ・・・間隙、６・・・可動１Ｉｆｉ極、７・・・
下部コイル、８・・・スプリング、９・・・吸気バルブ
、１０・・・バルブガイド、１１・・・バルブシート、
１２・・・コントロールユニット、１３・・・吸気管路
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの吸排気バルブに連結し往復運動自在な可動磁
   極を有する電磁力バルブ駆動装置において、前記磁極の
   一方端と対向する上部固定磁極と、該固定磁極と連通し
   て、途中に上部固定磁極と対向する中間固定磁極を有す
   るとともに延長先端には可動磁極の他方端と対向する先
   端固定磁極を設けたヨーク部材と、上部固定磁極を通過
   する磁束を発生させる上部コイルと、先端固定磁極を通
   過する磁束を発生させる下部コイルとを有することを特
   徴とする電磁力バルブ駆動装置。