JPH02176285A - 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木のシ
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
石による電磁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電磁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、
！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力バルブ駆動装置を提供し
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、エンジンの吸排気バルブに連結し往復
運動自在な可！４ＩＩＩ６Ｂ極を有する電磁力バルブ駆
動装置において、前記磁極の端面と対向する上部固定磁
極と、該上部固定磁極と連通して途中に上部固定６１１
石と対向する中間固定電極を有すると共に延長先端には
可動６ｉ！極の側面と対向する第１先端固定磁極と、上
部固定磁極を通過する磁束を発生させる第１のコイルと
先端固定磁極を通過する磁束を発生させる第２のコイル
との２コイルを有する第１の電磁石と、該第１の電磁石
とは別に、上記固定磁極と連通し延長先端には可動磁極
の側面と対向する第２先端固定磁極と、磁束を発生させ
る第３のコイルからなる第２の電磁石とを、可動方向に
対して可！！］Ｉｉｉ！極の周囲に交互に配設せしめる
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、吸排気バルブの駆
動力を発生する′ＦＭ、ｌ１ｆ１石の磁路での磁力線損
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。また開放時と閉鎖時に働くコイルが異な
るため、コイルの自己誘導による応答遅れが軽減される
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１
１とが密着し該吸気口を閉鎖している。吸気バルブ９の
軸端部には同じく磁性体からなるフランジ６が設けられ
ている。該フランジ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。吸気バルブ９の軸端部の周
囲には該吸気バルブ９の軸端部を包囲する電磁石３が設
置されている。

また吸気バルブ９の軸端部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、上部固定磁極３
ａ及びフランジ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。そして吸気バルブ９の軸
側面に対向する電磁石３の開口部には第１先端固定磁極
３ｃが配設されている。該電磁石３内部には、上部固定
磁極３ａと中間固定磁極３ｂとの間に第１コイル４が装
備され、中間固定磁極３ｂと第１先端固定磁極３Ｃとの
間に第２コイル５が装備されている。

電磁石３には上記構成とは別に上部固定磁極３ａから吸
気バルブ９の軸側面に対向する第２先端固定磁極３ｄま
で連通ずる磁力線経路を有し、上部固定磁極３ａと第２
先端固定磁極３ｄとの間には第３コイル７が配設されて
いる。そして、上記２種の構成は吸気バルブ９の軸部周
囲に交互に配設されている。

中間固定磁極３ｂと吸気バルブ９の軸端部との間は微小
な間３ｉ３ｆを介して接触しておらず、第１先端固定磁
極３ｃ及び第２先端固定磁極３ｄと吸気バルブ９の軸端
部との間は微小な間隙３ｅを介しており接触していない
。

上記回転センサ２と第１コイル４と第２コイル５及び第
３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１２ｄ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入出力を行なう該
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ＣＰＵ１２
ａと、人力信号及び演算結果を一時記憶するＲＡＭ１２
ｃ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内の磁力線の流れを示し、（ａ）は
バルブの閉状態、（ｂ）は閉状態からの開操作開始時、
（Ｃ）は開速度の減速後の閉方向８動開始時を示す図で
ある。

（ａ）において、第３コイル７にのみ直流電力を供給し
励磁する。該第３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の内部を通過し第２先端固定
磁極３ｄへと流れ、該第２先端固定磁極３ｄから間隙３
ｅを介して吸気バルブ９の軸端部へ流れ再び上部固定６
１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磁極３ａにはＳ極が発生
し該上部固定磁極３ａと対向する吸気バルブ９の軸端部
であるフランジ６にはＮ極が発生し、互いに吸引する。

上部固定磁極３ａとフランジ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１１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
ると第３コイル７への通電を中止すると共に、第１コイ
ル４及び第２コイル５へ、互いのコイルにより発生する
磁力線の回転方向が逆方向となるように通電する。すな
わち、第１コイル４により発生する磁力線は上部固定６
ｉｌ極３ａから中間固定用８ｉ３ｂへと流れ再び上部固
定磁極３ａへと戻る磁路を形成する。一方、第２コイル
５により発生する６ｉ１力線は該第１先端固定６ｆｉ極
３ｃから間隙３ｅを介して吸気バルブ９のフランジ６へ
流れ、間隙３ｆを介し中間固定１ｉｉｉ極３ｂを経て再
び第１先端固定ｌ極３ｃへと戻る磁路を形成する。

上記のごとく磁路が形成されるため、フランジ６及び上
部固定磁極３ａの双方にＮ極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
への移動を開始する。

（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、第１コイル４及び第２
コイル５への通電を中止し、第３コイル７への通電を再
開する。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Ｂ勤
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
。該停正位置は吸気バルブ９の最大移動位置に相当する
。吸気バルブ９停止後においても第３コイル７への通電
を１！続することにより吸気バルブ９は上方向すなわち
閉方向へと移動する。

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
過時に再び第３コイル７への通電を中止すると共に、第
１コイル４及び第２コイル５へ通電し、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’＜
ＥＷｉ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、第１コイル４
及び第２コイル５への通電を中止し、第３コイル７への
通電を再開し、上記（ａ）に示す電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。

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の間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、第３コイル７への通電
を中止すると共に、第１コイル４及び第２コイル５へ通
電し、磁力線の状態を第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！！の時点で、第１コイル
４及び第２コイル５への通電を中止すると共に、第３コ
イル７へ通電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の設定時間経過時である■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、閉方向の移動速度を
減速する。

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

エンジン１の運転終了時には第３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は閉状態
に保持される。スプリング８の保持力は第１コイル４及
び第２コイル５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間
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間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ｂｉｉ路の途中における
透磁率不連続部分すなわちフランジ６と中間固定磁極３
ｂとの間隔３ｆ、及び吸気バルブ９の軸側面と第１先端
固定磁８ｉ３ｃ及び第２先端固定磁極３ｄとの間隔３ｆ
とが、バルブの開閉によらず絶えず微小であり磁力線の
漏れが少ないため、電磁石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。

上記において、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６ｉ
ｉ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力バルブ駆動装置を提供する
ことができる。

【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
ブガイド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・・・第１先端固定磁極、３ｄ・・・第２先端固
定磁極、３ｅ・３ｆ・・・間隙、４・・・第１コイル、
５・・・第２コイル、６・・・フランジ、７・・・第３
コイル、８・・・スプリング、９・・・吸気バルブ、１
０・・・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
   端面と対向する上部固定磁極と、該上部固定磁極と連通
   して途中に上部固定磁石と対向する中間固定電極を有す
   ると共に延長先端には可動磁極の側面と対向する第１先
   端固定磁極と、上部固定磁極を通過する磁束を発生させ
   る第１のコイルと先端固定磁極を通過する磁束を発生さ
   せる第２のコイルとの２コイルを有する第１の電磁石と
   、該第１の電磁石とは別に、上記固定磁極と連通し延長
   先端には可動磁極の側面と対向する第２先端固定磁極と
   、磁束を発生させる第３のコイルからなる第２の電磁石
   とを、可動方向に対して可動磁極の周囲に交互に配設せ
   しめることを特徴とする電磁力バルブ駆動装置。