WO1990007635A1 - Electromagnetic valve actuator - Google Patents

Description

明 細 書

電磁力バルブ駆動装置

技 術 分 野

本発明 は、 電磁石 に よ り 発生す る電磁力 に よ っ てェ 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 。

背 景 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 力 ム シ ャ フ ト を回転駆動す る 。 該カ ム シ ャ フ 卜 の カ ム面か ら 口 ヅ カ ー ア ー ム や プ 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 ブ 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 卜 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、 吸気力 ム シ ャ フ 卜 のカ ム面で吸気バルブの軸端 部を、 そ し て排気力 ム シ ャ フ 卜 の カ ム面で 非気ノ ル ブの 軸端部 を 直接押す と に よ り 吸排気ノ ル ブ を 開 口 さ せ る。

こ の よ う な従来の吸排気バル ブの開閉駆動装置は、 力 ム シ ャ フ ト 及び リ ン ク 機構をェ 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 卜 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 卜 及ぴ 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 はェン 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 卜 に よ ら ず電磁石 に よ る電磁力 に よ り 吸 棑気バルブの開閉駆動を行な う 装置が、 特開昭 5 8 - 1 8 3 8 0 5 号公報、 あ る レヽ は特開昭 6 1 — 7 6 7 1 3 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 拎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。

発 明 の 開 示

末発明 は、 こ う し た問題点を解決すべ く 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 る電磁力バルブ駆 動装置を提供す る こ と を 目 的 と し て い る。 本発明 に よ れば、 エ ン ジ ン の吸排気バルブ に連結 し往 復運動自在な可動磁極を有す る電磁力バルブ駆動装置に おレ、 て、 前記磁極の端面 と 対向す る上部固 ΛΕ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 ΛΕ磁極 ¾*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 る磁束を発生さ せ る第 2 の コ イ ル と の 2 コ ィ 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 ィ 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 ブ駆動装置を提供で き る。

従 つ て本発明の電磁カバル ブ駆動装置は 、 第 1 の電磁 石の作動に よ り バルブを開方向 に駆動 し、 第 2 電磁石の 作動 に よ り 該バル ブを閉方向 に駆動す る ので、 バルブ に 作用す る電磁力が強力 と な り 、 よ っ て バル ブの駆動装置 を軽量ィ匕、 ま た小型化す る こ と がで き る 。

図面の簡単な説明

1 図 は 、 本発明 の一実施例 を示す ブ ロ ッ ク 図 で あ る

2 図は、 電磁石内の磁力線の流れを示す図で あ る 。

3 図は、 バルブ移動量 と 時間 と の関係を示す図で あ る 発明を実施す る ための最良の形態

以下、 図面を用いて本発明の一実施例について詳細に 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 ための吸排気パ ル プの内、 以下主 に吸気ノ 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 1 0 に よ り 軸方向 に 自在に 軸承されてい る。

吸気管路 1 3 の吸気口 に はバルブシー ト 1 1 が配設さ れ、 吸気バルブ 9 の傘部 と ノ 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 パル ブ ガ イ ド 1 0 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 ブ リ ング 8 が設置さ れてい る 。 吸気パルプ 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 3 a が設け ら れ、 上部固定磁極 3 a 及ぴフ ラ ン ジ 6 の外周面 と 対向する部分に は、 中間

該びル bン固定磁極 3 b 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 3 c が配設さ れて い る 。 該電 磁石 3 内部 に は、 上部固定磁極 3 a と 中間固定磁極 3 b と の間 に第 1 コ イ ル 4 が装備さ れ、 中間固定磁極 3 b と 第 1 先端固定磁極 3 c 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 3 a 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 3 d ま で連通す る磁力線経路を有 し、 上部固定磁極 3 a と 第 2 先端固定磁極 3 d 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 3 と 吸気バルブ 9 の軸端部 と の間は微 小 な間隙 3 f を介 し て接触 し て お ら ず、 第 1 先端固定磁 極 3 c 及び第 2 先端固定磁極 3 d と 吸気バル ブ 9 の軸端 部 の 間 は微小 な 間隙 3 e を介 し て お り 接触 し て い な レ、

上記回転セ ン サ 2 と 第 1 コ イ ル 4 と 第 2 コ イ ル 5 及び 3 コ イ ル 7 は コ ン ト ロ ールュニ ッ ト 1 2 内の入出力 ィ タ ー フ ェ イ ス 1 2 d と 接続さ れて レヽ る 。 該 コ ン ト ロ ー ュニ ッ ト 1 2 内部 に ほ外部 と の信号の入出力を行な う 入出力イ ン タ ー フ ヱ イ ス 1 2 d の他 に 、 プ ロ グ ラ ム 及 データ を予め記憶す る R O M 1 2 b と 、 該 R O M 1 2 に記憶さ れ た プ ロ グ ラ ム の下 に 演算を行な う C P U 1 2 a と、 入力信号及び演算結果を一時記憶す る R A M I

2 c と 、 コ ン 卜 ロールュニ ッ 卜 1 2 内の信号の流れを制 御す る コ ン ト ロールメ モ リ 1 2 e と が設け ら れてレヽ 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 パル 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移動開始時を示す 図であ る。

( a ) に お レ、 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 3 a か ら電磁石 3 の内部を通過 し第 2 先端固 定磁極 3 d へ と 流れ、 該第 2 先端固定磁極 3 d か ら間隙

3 e を介 して吸気バルブ 9 の軸端部へ流れ再ぴ上部固定 磁極 3 a 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 3 a に ほ S 極が発 生 し該上部固定磁極 3 a 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 、 互レヽ に吸引 す る。 上部固定磁極 3 a と フ ラ ン ジ 6 と が接触す る直前の 位置において吸気ノ 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。

( ) 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 Tる と共に、 第 1 コ ィ 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 磁極 3 a か ら 中間固定磁極 3 b へ と 流れ再び上部固定磁 極 3 a 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 る磁力耩は該第 1 先 端固定磁極 3 c か ら 間隙 3 e を介 し て吸気バルブ 9 の フ ラ ン ジ 6 へ流れ、 間隙 3 f を介 し中間固定磁極 3 b を経 て再び第 1 先端固定磁極 3 c 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 3 a 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 が開方向へ移動開 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 。 吸気ノ ルブ 9 停止後 に おい て も第 ³ 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 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 気パルプ 9 の傘部がパルプシー ト 1 1 に着座す る際の衝 撃を緩和す 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 ) に示す磁路を形成させる こ と に よ り 、 吸気パルプ 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、 R O M 1 2 b 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 ェ 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 ブロ フ ァ イ ル曲線 と 呼ばれる も の で、 横軸は吸気パル プ 9 の開タ イ ミ ン グか ら の時間経 過を示 し、 縦軸ほ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 I 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 及ぴ第 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 吸気パルゴ 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 H の時点で、 第 1 コ イ ル 4 及び第 2 コ ィ ル 5 への通電を中止す る と 共 に 、 第 3 コ ィ 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 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、 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 ブ リ ン グ 8 に よ り 吸気バルブ 9 は閉状 態 に保持さ れる 。 ス ブ 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、 R 0 M 1 2 b 内 に上記設定時間 と エ ン ジ ン回転数 と の関係テー プル以外 に 、 予めエ ン ジ ン回転数 と バルブ 開 タ イ ミ ン グの関係マ ッ ブを記憶 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 ェ ン ジ ン回転数の全領域に'おい て ェ 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、 太発明 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 フ ラ ン ジ 6 と 中間固定磁極 3 b と の間隔 3 f 、 及び吸気バルブ 9 の軸側面 と第 1 先端固 定磁極 3 c 及び第 2 先端固定磁極 3 d と の間隔 3 f 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 ので、 排気バルブ についての 図示は省略す る 。

以上、 本発明の一実施例を説明 し たが、 本発明 は こ れ に限定される も の でなく 、 本発明の要旨の範囲内で種々 の変形が可能であ つ て、 こ れ ら を本発明の範囲か ら排除 す る も のではない。

産業上の利用可能性

末発明の電磁カパルブ駆動装置は、 エ ン ジ ン の吸排気 バルブを駆動す る駆動装置と し て利用す る こ と がで き、 特に、 エ ン ジ ン回転数等の運転状態の'変化に応 じ て、 該 吸排気バルブの開閉タ ィ ミ ン グ を変更す る エ ン ジ ン に適 し てレヽ る。

Claims

請 求 の 範 囲

( 1 ) エ ン ジ ン の吸排気バルブを開閉駆動す る電磁力 バルブ駆動装置は、 次を含む ：

バルブ （ 9 ) に連結す往復自在な可動磁極 （ 6 ) ； 前 記 可 動 磁 極 の 一 方 端 と 対 向 す る 上 部 固 定 磁 極 ( 3 a ) ;

前記上部固定磁極 と 連通 し、 上部固定磁極及び前記可 動磁極の一方端 と 対向す る 中間固定磁極 （ 3 b ) ；

前記中間固定磁極 と 連通 し、 前記可動磁極の他方端 と 対向す る第 1 先端固定磁極 （ 3 c ) ；

前記上部固定磁極 と 連通 し、 前記可動磁極の側面 と 対 向す る第 2 先端固定磁極 （ 3 d ) ；

前記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 （ 4 ) ；

前記第 1 先端固定磁極を通過す る磁束を ¾生さ せ る第 2 の コ イ ル （ 5 ) ；

前記第 2 先端固定磁極を通過す る磁束を発生 さ せ る第 3 の コ イ ル （ 7 ) ；

前記第 1 、 第 2 及び第 3 の コ イ ル に通電 し前記バル ブ を開閉駆動す る通電制御手段 （ 1 2 ) 。

( 2 ) 前記バルブ は磁性体材料か ら な る こ と を特徴 と す る 請求 の範囲第 （ 1 ) 項記載の電'磁力 バル ブ駆動装. 置。

( 3 ) 前記通電制御手段は前記バルブの着座前時に、 前記上部固定磁極と可動磁極の一方端 と の間に反発力を 作用せ しめ着座衝撃を緩和す る こ と を特徴 と する請求の 範囲第 （ 1 ) 項記載の電磁力バルブ駆動装置。

( 4 ) 前記通電制御手段 に よ る バル ブの開閉タ イ ミ ン グ はエ ン ジ ン （ 1 ) の回転数の変化 に伴ない変更さ れる こ と を特徴 と する請求の範囲第 （ 1 ) 項記載の電磁カバ ルブ駆動装置。