JPH02291412A - バルブのステッピング駆動装置 - 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、エンジン吸排気を制御するバルブのステッピ
ング駆動装置に関する。

（従来の技術） 通常のエンジンにおける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してお
り、そのためにエンジンが大型化している。また該カム
シャフトはエンジンの出力軸により駆動されるため、カ
ムシャフト及びリンク機構を駆動する際の摩擦抵抗等に
よりエンジン出力の一郎が消費され、エンジンの実効出
力が低下する。さらにエンジンの回転速度に応じて吸排
気バルブの開閉タイミングを変更することが困難であり
、予め特定エンジン回転数に合わせてパルプ開閉タイミ
ングを調整しているため、エンジンが該特定エンジン回
転数より高速、あるいは低速で運転される時には、エン
ジンの出力及び効率の低下が避けられない。

上記問題点は、吸排気バルブの開閉駆動をカムシャフト
によらず電磁石で行なうことにより解決され得る。こう
したバルブの駆動装置は、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。

（発明が解決しようとする課題） このような吸排気バルブのシャフト部に可動磁極を形成
し、エンジンに固定された磁極との間で作用する磁力に
より該シャフト部を往復させバルブの開閉を制御するバ
ルブの駆動装置は、吸排気バルブ共に開閉動作途中では
小駆動力で制御できるが、開動作開始時にはシリンダの
内圧に抗して駆動しなければならず、一般的に開方向へ
の大駆動力が必要とされる。

しかし、上記２つの公報により開示されているバルブの
駆動装置では、開動作開始時において、特に駆動力を増
強する構成は記載されていない。

また、クランク角を検出して所定のタイミングでバルブ
に開動作指令を与えても、バルブ駆動装置がエンジン回
転速度と無関係に一定の遅れ時間をもって動作を開始す
ることになれば、エンジン効率を最大にするタイミング
でのバルブの開閉ができないことになる。

そこで、バルブに対する初期駆動力はエンジン回転速度
の増加に応じて増大するように設定することが不可欠で
あるが、それに必要な電磁力を発生させて開閉制御する
には装置が大型となるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
エンジンの吸排気バルブの開閉駆動を、カムシャフトに
よらずに該吸排気バルブの軸端部に配設したリニアバル
スモータにより開閉駆動を行なう際に、開動作開始時に
吸排気バルブに対し作用させる開方向への初期駆動力を
、エンジン回転数の増加に伴ない増大させることができ
るバルブのステッピング駆動装置を提供することを目的
としている。

（課題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、該
バルブの往復運動方向に所定間隔離れて配列された複数
個の可動磁極と、該可動磁極の各々と連結し吸排気バル
ブの往復運動方向の内の同方向側に設けられた磁性体と
、エンジンに固定され、該磁性体を介して可動磁極の各
々の極性を制御するコイルと、該可動磁極と対峙しエン
ジンに固定され、該可動磁極の間隔と異る間隔で配列さ
れた極性が交互な複数個の永久磁石と、エンジンの回転
速度に応じて吸排気バルブの開動作開始時における開動
作を加速する加速手段と、上記コイルへの通電を制御し
、可動磁極と永久磁石との間に作用する電磁力を所定方
向に一致させる通電制御手段とを有することを特徴とす
るバルブのステッピング駆動装置を提供できる。

（作用） 本発明のバルプのステッピング駆動装置では、開動作開
始時における吸排気バルブへの初期駆動力をエンジン回
転速度の増加に伴ない増大させるので、吸排気バルブの
開動作遅れがなく、しかも吸排気バルブが開閉方向に移
動しても電磁石による一定した駆動力で安定した開閉制
御を行なうことができ、各回転速度において最適条件で
エンジンを運転することができる。

（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ブロック図である
。

以下、吸排気バルブの内、主に吸気バルブについて説明
する。

図は本発明による駆動装置を示すブロック図であり、第
１図は、エンジンに設置される複数の吸排気バルブのう
ちの吸気バルブのステッピング駆動装置について説明す
る。

１は窒化珪素（Ｓ　ｉ：６Ｎ４　）の高強度軽量セラミ
ックス材料で形成された吸気バルブである。該吸気バル
ブ１はスプリング１１により吸気口を閉塞する方向に付
勢され、・かつバルブガイド１２によりその軸部が軸方
向自在にエンジンブロックに対して軸承されている。吸
気管路の終点である吸気口にはバルブシ一ト１３が配設
され、吸気バルブ１の傘部とバルブシ一ト１３とが密着
し該吸気口を閉鎖している。また吸気バルブ１には、上
部６ｉ１極２３を構成する上部磁性体２１と、下部磁極
３３を構成する下部磁性体３１とが、樹脂等からなるシ
ム１４を介してその軸端部外周に嵌合している。なお、
これら上部磁８ｉ２３と下部磁極３３とは、吸気バルブ
１の可動磁極を形成しており、内周側の上部磁性体２１
は、外周側の下部磁性体３１より長尺に形成され、かつ
それらは上記シム１４により所定ビツチＰだけ隔てられ
ている。

上部磁極２３及び下部磁極３３の外周部分には、固定磁
極をなす導磁体４が配置されている。

この導磁体４には、それぞれ励磁コイルが巻設され、（
３／２）Ｐの間隔で吸気バルブ１の穆勅方向に突起する
４つの磁極４１・４２・４３・４４が並設されている。

５は、コントロールユニットであり、ここには入出力イ
ンターフエイス５４の他に、データ及び演算結果を一時
記憶するＲＡＭ５３、プログラム及び各種の関係マップ
を記憶するＲＯＭ５２、ＲＯＭ５２に記憶されたプログ
ラムの下に演算を行なうＣＰＵ５１、コントロールユニ
ット５内部の信号の流れを制御するコントロールメモリ
５５などにより構成されている。

また、上部磁性体２１の下部露出面に対向する固定磁極
４８には、上部磁性体２１に磁力線を作用させて上部磁
極２３の極性を制御する第１電磁コイル２２が、吸気バ
ルブ１の移動位置を検知する位置センサ６とともに配設
され、下部磁性体３１の下部露出面に対向する固定磁極
４７には、下部磁性体３１に磁力線を作用させて下部磁
極３３の極性を制御する第２電磁コイル３２が配設され
ている。つまり、上部磁性体２１と第１電磁コイル２２
とにより電磁石２が構成され、下部磁性体３１と第２電
磁コイル３２とにより下部電磁石３が構成される。更に
、導磁体４の上部には、吸気バルプ１の閉状態時に、上
記上部磁極２３の上面と微小間隔で対向するスタータ用
の磁極４５と、その極性を制御するスタータコイル４９
とが設けられている。

これら第１電磁コイル２２、第２電磁コイル３２は、そ
れぞれ上部電磁石２の磁極２３にＮ極を発生させ、下部
電磁石３の磁極３３にＳ極を発生させるものであり、吸
気バルブ１を駆動する４つの磁極４１・４２・４３・４
４のうち、磁極４１，４３のコイルには駆動信号Ｓ１が
、磁極４２、４４のコイルには駆動信号Ｓ２が、更にバ
ッテリ８からスタータコイル４９への通電を制御する′
スイッチ８１には、駆動信号Ｓ５がそれぞれコントロー
ルユニット５から供給され、各磁極の極性を制御するよ
うにしている。つまり、エンジン７出力軸近傍には、出
力軸の回転数及び回転位相を検知する回転センサ９が配
置され、この回転センサ９及び上記位置センサ６の出力
信号が、人出力イ゛ンターフエイス５４を介してコント
ロールユニット５に人力され、最適なタイミングで吸気
バルブ１を制御する駆動信号Ｓｌ　，Ｓ２，Ｓ３が形成
される。また、第１電磁コイル２２、第２ｉ！磁コイル
３２によって、可動磁極をなす磁極２３、３３を常時一
定の強度で励磁している。

上記バッテリ８はスイッチ８１を介してＣ．Ｒ１の並列
回路の一端側に接続され、こ．の並列回路の他端側は抵
抗Ｒ２を介してスタータコイル４９と接続されている。

この並列回路の容量値Ｃは、コントロールユニット５で
設定した所定の値に切替可能に構成されている。

次に本発明の作用について、第２図により説明する。

第２図は、クランク角とバルブリフト量との関係を示す
図である。図において、横軸はクランク角を示し、縦軸
はバルブリフト量を示し、バルプリフト量が最大リフト
時と中間リフト時との場合を示している。

回転センサ９により検知されるエンジン７のクランク角
が吸気バルブｌの間タイミングになると、コントロール
ユニット５はエンジン７の回転数信号とアクセルペダル
の踏込量信号（図示せず）とから、ＲＯＭ５２に記憶さ
れている関係マップを基にして、吸気バルブ１の開閉速
度及びバルブリフト量を演算する。そして、該演算結果
に基づき信号Ｓ１及びＳ２を出力すると共に、信号Ｓ３
を出力する。信号Ｓ３は、それまでバツテリ８からスタ
ータコイル４９に供給されていた電流を停止するべく、
スイッチ８１をオフにする。

これにより、スタータコイル４９には反転電流が流れ、
それまでＳ極をなしていたスタータ用の磁極４５に、上
部電磁石２の磁極２３と同一のＮｆ！を発生させる。つ
まりスタータコイル４９は、初期駆動力をＣ，Ｒｌの並
列回路から獲得して、回転速度の増加に応じて増大する
排斥力が磁極４５と磁極２３との間で作用する。該排斥
力により燃焼室内の圧力に抗して吸気バルブ１は開方向
へ駆動される。一旦、このバルブ１の駆動により吸気口
が開口されると、燃焼室内の圧力は急速に低下し、小駆
動力で吸気バルブ１を駆動することができる。したがっ
て位置センサ４により検知される吸気バルブ１の穆動位
置が所定位置以上となればスタータ用の磁極４５による
駆動力は不必要となるので信号Ｓ３を停止し、スイッチ
８１は再びオンされる。

信号Ｓ３の停止後、信号Ｓ１及びＳ２により吸気バルブ
】は開方向へと駆動され、演算されたバルブリフト量の
位置で保持された後、閉方向へと駆動され吸気口を閉鎖
する．そして、閉動作終了時においても、同じく位置セ
ンサ６により吸気バルブ１が所定位置まで駆動されたこ
とを検知すると、再び信号Ｓ３を出力し、吸気バルブ１
に対し電磁力を作用させ、閉方向への移動速度を減速す
る。該減速により、緩やかにバルプシ一ト１３に着座し
た後は信号Ｓ３を停止し、次の開タイミングになるまで
該閉鎖状態を保持する。

吸気バルブ１が駆動状態にある時、信号Ｓ１及びＳ２の
出力状態に対応する位置と位置センサ６からの位置信号
とを比較し、出力状態に対応する位置と実際の位置とが
相違する場合には所定の動作により閉状態へ戻り、故障
診断を行なう。

次に、第３図により吸気バルブ１の開閉駆動原理につい
て説明する。

図の（ａ）〜（ｅ）は各々吸気バルブ１の駆動装置の右
側を、ステップ毎に表わしている。

磁極４１と磁極４３に巻設されたコイル及び磁極４２と
磁極４４に巻設されたコイルとは、それぞれ互いに巻線
方向が逆であるので、常に、固定磁８ｉ４１と４３及び
固定磁８ｉ４２と４４とは異る極性をなす。また、固定
磁極４７．４８は上部及び下部磁性体２１．３１との間
隔が微小、かつ吸気バルブ１の穆動により変化しないた
め、電磁石３と永久磁石２との間の磁力線損失が少なく
、電磁石２．３の磁極２３．３３と導磁体４に形成され
る各固定磁極との間に作用する吸引及び反発力が大とな
るので、吸気バルブ１に対する駆動力が増大する。

尚、図ではスタータ用の磁極４５の記載及びその作用の
記載は、既に説明したところから明らかであるため、省
略している。

（ａ）は、吸気バルブ１が着座位置にある状態を示す． ｍ号Ｓｔ及びＳ２により、固定磁極４１と４２とにＳ極
を発生させる。すると、電磁石２の磁極２３と固定磁極
４１との間に作用する吸引力と、電磁石３の磁極３３と
固定磁極４１及び４２との間に作用する反発力とが釣合
う位置で、吸気バルブ１は保持されている。

次に、信号Ｓ２の通電方向を反転させ固定磁極４２の極
性をＮ極に変更する。すると、下部電磁石３のＳｉ３　
３と固定磁極４２との間に作用していた反発力が吸引力
に反転するため、吸気バルブ１は（ｂ）に示す位置に移
動する。

次に、信号Ｓ１の通電方向を反転させ、固定磁極４１の
極性をＮ極に変更すると、上部電磁石２のＮ極２２と固
定磁極４１との間に作用していた吸引力が反発力に反転
し、吸気バルブ１は（Ｃ）に示す位置に穆勤させる． 次に、信号Ｓ２を一旦停止した後、反転することにより
、吸気バルブ１は（ｄ）に示す位置を経て（ｅ）に示す
位置に穆勅する。

図に示すように、上記（ａ）〜（ｅ）の各ステップ毎に
吸気バルブ１は（１／３）　　ＰｆＪ勤する。

よって、該ステップ数により吸気バルブ１の穆勤距離を
制御することができる。

上記構成のステッピング駆動装置によれば、吸気バルブ
１の軸端部に設けた上部、下部電磁石２．３からなる可
動磁極と、吸気バルブ１の移動方向に並設された複数の
固定磁極４１・４２・４３・４４との間で作用する吸引
力、反発力を制御して、吸気バルブ１の開閉駆動を行な
っており、かつ開動作開始時における吸排気バルブへの
初期駆動力をエンジン回転速度の増加に伴ない増大させ
ることがで診る。

こうした加速手段を設けることによって、吸排気バルブ
の開動作遅れがなく、シかも吸排気バルブが開閉方向に
移動しても電磁石による一定した駆動力で安定した開閉
制御を行なうことができ、各回転速度において最適条件
でエンジンを運転することができる。

また、可動磁極、固定磁極ともに、電磁石により所定の
極性を形成しているから、バルブの穆動に必要な所定の
強度の吸引、反発力を得ることができ、永久磁石を使用
する場合のように、エンジンからの熱によって磁束密度
が低減する等の熱的な悪影響を、確実に排除できる。

以上、主に吸気バルブについて本発明の一実施例を説明
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。尚、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に該吸排
気バルブの軸端部に配設したリニアバルスモータにより
開閉駆動を行なうので、吸排気バルブに対する駆動力は
開閉移動により変化せず、また開動作開始時に吸排気バ
ルブに対し作用させる開方向への初期駆動力を、エンジ
ン回転数の増加に伴ない増大させることにより安定した
開閉動作が行なえるバルブのステッピング駆動装置を提
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ブロック図、第２図
は、クランク角とバルブリフト量との関係を示す図、第
３図は、吸排気バルプの開閉駆動Ｒ埋を説明する図であ
る。 １・・・吸気バルブ、２・・・上部電磁石、３・・・下
部電磁石、５・・・コントロールユニット、６・・・位
置センサ、７・・・エンジン、４１・４２・４３・４４
・・・固定磁極、８・・・バッテリ、８１・・・スイッ
チ。 特許出願人　株式会社いすｙセラミックス研究所代　理
　人弁理士　　辻　　　　　實 （Ｑ） （ｄ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの吸排気バルブに連結し、該バルブの往
   復運動方向に所定間隔離れて配列された複数個の可動磁
   極と、該可動磁極の各々と連結し吸排気バルブの往復運
   動方向の内の同方向側に設けられた磁性体と、エンジン
   に固定され、該磁性体を介して可動磁極の各々の極性を
   制御するコイルと、該可動磁極と対峙しエンジンに固定
   され該可動磁極の間隔と異る間隔で配列された固定磁極
   と、エンジンの回転速度に応じて吸排気バルブを開動作
   開始時に開動作方向に加速する加速手段と、上記コイル
   への通電を制御し、可動磁極と固定磁極との間に作用す
   る電磁力を所定方向に一致させる通電制御手段とを有す
   ることを特徴とするバルブのステッピング駆動装置。
2. （２）前記加速手段を、バルブの可動磁極に作用する磁
   力を形成する電磁石、この電磁石への電流量を回転速度
   に比例して増加させる電流増加手段により構成したこと
   を特徴とする請求項（１）に記載のバルブのステッピン
   グ駆動装置。