WO1990007636A1 - 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、 エ ン ジ ン の吸排気バル ブ の開閉駆動を電磁 石 に よ り 発生す る電磁力 に よ っ て行な う 電磁カバルブ駆 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 卜 に吸気用及び排気用の カ ム を 配 し た カ ム シ ャ フ ト を、 ェ ン ジ ン の上部 あ し く は側面 に配設す る 。 ベ ル ト 等 の 回転伝達手段 に よ り ェ ン ジ ン の回転軸で あ る ク ラ ン ク シ ャ フ 卜 と 該カ ム シ ャ フ 卜 と を連結 しェ 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 卜 の カ ム か ら π ッ カ ー ァ ー ム ゃ 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 、 バルブ幸 m tffl 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 た吸気力 ム シ ャ フ ト と 排気用の カ ム を配 し た排気力 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 。

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 卜 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 に吸排気バルブの開閉駆動を カ ム シ ャ フ 卜 に よ ら ず電磁石に よ る電磁力 に よ り 行な う 装置が、 特開昭 5 8 — 1 8 3 8 0 5 号公報、 あ る い は特 開昭 6 1 一 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、 吸排気バルブを駆動させる ため に必要な電磁力を発生させる に は大電力を要し、 電 磁石の 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 る冷却装置を付帶せねばな 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

本発明 ほ、 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 吸排気パ ル ブ の開閉駆動を カ ム シ ャ フ 卜 に よ ら ず、 高効率かつ高出力の電磁： 5； に よ る 電磁力 に よ り 行な う 電磁力バルブ駆動装置を提供 し ょ う と す る も の であ 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 い て 、 前記磁極の端面 と 対向す る 上部固定永久磁石 と 、 該永久磁石 と 連通 し て、 途中 に永久磁石 と 対向す る 第 1 の中間固定磁極 と 、 バル ブ開放時 に お け る可動磁極 端部 と 対応す る第 2 の中間固定磁極 と を有す る と 共に延 長先端 に は可動磁極の側面 と 対向す る先端固定磁極 と 、 第 1 の 中間固定磁極 に 磁束 を発生 さ せ る 第 1 の コ イ ル と 、 第 2 の中間固定磁極 に磁束を発生さ せ る第 2 の コ ィ ル と 、 可動磁極 に磁束を発生さ せ る第 3 の コ イ ル と を有 す る こ と を特徴 と す る電磁力バル ブ駆動装置を提供で き る 。

従 つ て本発明の電磁力バル ブ駆動装置は、 上部固定永 久磁石 に よ り 可動磁極を吸引 し て吸排気バル ブの閉鎖状 態を保持 し、 開駆動す る際 に は可動磁極 と 第 2 の中間固 定磁極 と の間 に磁路を形成 し、 上部固定永久磁石 と 可動 磁極 と の間 に反発力を作用 さ せ る 。 そ し て、 閉駆動す る 際 に は、 再び上部固定永久磁石 に よ り 可動磁極を吸引 さ せ る 。

よ つ て 、 吸排気バ ル ブ に 乍^す る 開閉力 が強力 に な り 、 駆動装置を小型化す 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 プ ロ ッ ク 図 で あ る

第 2 図 は、 磁性体及びバル ブを縦 に 切断 し た斜視図で あ る 。

第 3 図は、 磁性体内の磁力線の流れを示す図であ る。 第 4 図は、 ク ラ ン ク 角 と バルブ リ フ ト 量の関係を示す 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 り 、 第 2 図は、 駆動部の切断斜視図であ る 。

1 ほエ 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。

8 は磁性体材料か ら な る吸気パルプであ り 、 軸方向に 移動自在にパルブガイ ド 9 に よ り 軸承さ れてレヽ る。

吸気バルブ 8 の軸端部 8 a は磁性体材料に よ り 形成さ せ、 該軸端部 8 a に は永久磁石 3 が対向し てお り 、 該永 久磁石 3 は磁性体 4 の中央上部 に接続している。

磁性体 4 に ほ永久磁石 3 の左右に第 1 中間固定磁極 4 a が設け ら れ、 該第 1 中間固定磁極 4 a の下方に各々 第 2 中間固定磁極 4 b が対向 し て設け ら れてい る。

左右の第 1 中間固定磁極 4 a に は各々 第 1 コ イ ル 5 が 配設さ れて お り 、 同 じ く 第 2 中間固定磁極 4 b に も各々 第 2 コ イ ル 6 が配設されて い る 。 ま た磁性体 4 の下部 に ほ吸気バルブ 8 の側面 と 対向す る先端固定磁極 4 d と 吸 気バルブ 8 を移動芯 と す る第 3 コ イ ル 7 が配設さ れてい る。

上記回転セ ン サ 2 、 第 1 コ イ ル 5 、 第 2 コ イ ル 6 、 第 3 コ イ ル 7 は コ ン ト ロ ールュニ ッ 卜 1 2 内の入出力イ ン タ ー フ ェ イ ス 1 2 d と 接続さ れて レヽ る。

該コ ン ト ロールュニ ッ ト 1 2 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 1 2 d の他 に 、 プロ グ ラ ム及びデータ を予め記憶す る R O M 1 2 b と 、 該 R 0 M 1 2 b 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 ト ロ ールュニ ッ ト 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 3 図は、 磁性体 4 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 ) は開保持状態、 （ d ) は開状態か ら の閉操作 開始時を示す図で あ る 。

( a ) 〜 （ d ) 共 に 、 第 1 コ イ ル 5 、 第 2 コ イ ル 6 、 第 3 コ イ ル 7 の内、 実線は励磁状態を示 し、 破線は非励 磁状態を示す。

( a ) に おいて、 第 3 コ イ ル 7 を励磁 し吸気ノ ルブ 8 の軸部 に下方向の磁力線を発生さ せ る 。 該磁力線は吸気 バル ブ 8 の軸部 よ り 先端固定磁極 4 d へ流れ、 バィ パ ス 4 c を経て永久磁石 3 へ と 流れる。

永久磁石 3 の磁力線の方向 と第 3 コ イ ル 7 に よ り 発生 する磁力線の方向と が同一であ る ため合流 し、 吸気パル ブ 8 の軸端部 8 a へ と流れ軸部を通過し再び先端固定磁 極 4 d へ と流れる磁路を形成する。

永久磁石 3 か ら軸端部 8 a へ磁力線が流れる際に、 軸 端部 8 a に S 極が発生す る 。 よ っ て永久磁石 3 の軸端部 8 a と の対向面に あ る N極と の間に引力が作用 し、 吸気 バルブ 8 は上方向へ と引 き上げ ら れる 。

そ し て吸気バル ブ 8 の傘部がバル ブ シー ト と接触す る 位置、 す なわ ち閉状態で保持される。

( ) に おい て、 回転セ ン サ 2 に よ り 検知 される ク ラ ン ク 角が吸気バルブ 8 開のタ イ ミ ン グ に な る と 第 3 コ ィ ル 7 への通電を中止 し、 第 2 コ イ ル 6 へ通電を行ない第 2 中間固定磁極 4 b に下方向の磁力線を発生させる 。 該磁力線は第 2 中間固定磁極 4 b か ら先端固定磁極 4 d を経て吸気バルブ 8 へ流れ軸端部 8 a か ら第 2 中間固 定磁極 4 b へ と戻る磁路を形成する。

上記軸端部 8 a か ら第 2 中間固定磁極 4 b へ と磁力線 が流れる際に、 軸端部 8 a に は N 極が発生 し第 2 中間固 定磁極 4 b に は S 極が発生する。

よ っ て軸端部 8 a と第 2 中間固定磁極 4 と の間に吸 引力が発生 し吸気バルブ 8 ほ開方向への移動を開始す る 。

( c ) に おい て 、 吸気バルブ 8 が開方向へ移動 し、 軸 端部 8 a と 左右の第 2 中間固定磁極 4 と が一直線上に 並ぶ状態 ま で移動す る 。 軸端部 8 a と 第 2 中間固定磁極 4 b と の間隔 は該状態の場合が最小であ り 、 上記吸引力 は最大 と な る

よ っ て、 吸気バルブ 8 の開方向への速度は直ち に減速 さ れ該状態で吸気バルブ 8 ほ保持さ れる 。

( d ) に おいて、 回転セ ン サ 2 に よ り 検知さ れる ェ ン ジ ン 1 の回転位相が吸気バルブ 8 閉のタ イ ミ ン グ に到達 す る と 、 第 2 コ イ ル 6 への通電を中止 し、 第 1 中間固定 磁極 4 a に下方向の磁力線が発生す る方向に第 1 コ イ ル 5 へ通電す る。 該第 1 コ イ ル 5 に よ り 発生す る磁力線 と 永久磁石 3 に よ り 発生す る磁力線は同方向であ り 、 よ つ て両磁力線は合流 し軸端部 8 a を介 し て吸気バルブ 8 へ と 流れ る 。

吸気バルブ 8 へ と 流れる磁力線は先端固定磁極 4 d を 経て ノ イ パス 4 c を通過 し第 1 中間固定磁極 4 a 及び永 久磁石 3 へ と 分岐す る磁路を形成す る 。

こ の際 に 、 永久磁石 3 の軸端部 8 a と の対向面及び左 右の第 1 中間固定磁極 4 a に は N 極が発生 し、 軸端部 8 a に は S 極が発生す る。

よ っ て吸気バルブ 8 は永久磁石 3 及び第 1 中間固定磁 極 4 a に吸引 さ れ、 閉方向への移動を開始す る 。

該吸気バルブ 8 の閉タ ィ ミ ン グか ら第 1 の設定時間経 過時に 、 再び ( b ) に示す状態す な わ ち第 2 コ イ ル 6 の み に通電す る 。 該操作 に よ り 吸気バル ブ 8 は開方向への 吸引力が作用 し 、 よ っ て 閉方向への移動速度 を減速す る 。

該減速は吸気バルブ 8 の傘部がバル ブシー ト に着座す る 際の衝撃を緩和す る ため に行な う 。

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、 （ a ) に示す状態すなわ ち第 3 コ イ ル 7 のみ に通電し、 吸気バルブ 8 を閉方向へ吸引する こ と に よ り 吸気口 を閉 じ、 エ ン ジ ン 1 のク ラ ン ク 角が次の開タ イ ミ ン グ に到達する ま で該閉状態を保持す る 。

上記開閉状態を第 4 図 に よ り 説明する。

第 4 図はいわゆ る カ ム プ ロ フ ァ イ ル曲線と よばれる も の で、 横軸はエ ン ジ ン の ク ラ ン ク 角を示 し、 縦軸はバル ブの移動量であ る パルブ リ フ ト 量を示す。

図に おけ る 曲線はク ラ ン ク 角変化に伴な ぅ ノ ルブ リ フ ト 量の変化を示す図であ り 、 実線は本発明の駆動装置に よ る場合の変化を示し、 破線ほ従来のカ ム に よ る場合の 変化を示す。

吸気パルプ 8 開タ イ ミ ン グであ る I の時点で第 3 コ ィ ル 7 への通電を中止し第 2 コ イ ル 6 へ通電す る こ と に よ り 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 。 該操作に よ り 吸気バルブ 8 は開方向へ第 2 中間固定磁極 4 と 軸端部 8 a と が一直線上に並ぶ位置 II ま で加速 し なが ら移動する 。

II に位置に到達す る と 吸気バルブ 8 は直ち に停止 し吸 気バルブ 8 閉の タ イ ミ ン グ III ま で開状態を保持す る 。 該 III の タ イ ミ ン グ で 、 第 2 図 の （ c ) の 状態 よ り ( d ) の状態へ切変 え吸気バ ル ブ 8 を閉方向へ移動 さ せ、 第 1 の設定時間経過時 IV に おい て磁力線の状態を上 記 （ d ) の状態か ら （ b ) の状態へ切換え吸気バ ルブ 8 の閉方向の速度を減速 し、 第 2 の設定時間経過時 V に お いて磁力線の状態を上記 （ b ) の状態か ら （ a ) の状態 へ切換え、 次の開タ イ ミ ン グ ま で閉状態を保持す る。

本図 に示す ご と く 、 横軸 と プロ フ ァ イ ル曲線 と で囲ま れ る部分であ る吸気口の延べ開口面積ほ、 従来の も の と 比較 し 、 本発明 に よ る バ ル ブ開閉操作 の ほ う が大 で あ る 。 よ っ て吸気抵抗が減少 し 、 速や か な吸気が行 な え る 。

上記第 1 及び第 2 の設定時間は、 該両設定時間 と ェ ン ジ ン ン回転数 と の関係テーブルを予め R O M 1 2 b 内 に 記憶 し て お き 回転セ ン サ 2 に よ り 検知さ れ る エ ン ジ ン ン 回転数か ら演算さ れ る 。

ま た、 R 0 M 1 2 b 内 に予めエ ン ジ ン回転数 と ノ ルブ 開閉 タ イ ミ ン グ I 及び III と の 関係 マ ツ ブ を 記憶 し て お き 、 エ ン ジ ン 1 の回転数の変化 と 共 に バル ブ開閉タ イ ミ ン グ を 変更 で き る 。

ま た エ ン ジ ン回転数の変化 に伴ない運転す る 気筒を増 減さ せ る 、 いわ ゆ る 気筒制御も可能で あ る 。

ま た、 本発明 に よ る磁路途中の透磁率不連続部分で あ る 先端 固定磁極 4 d と 吸気バルブ 8 と の距離が、 バルブ の開閉 に よ ら ず絶え ず微小であ り 、 よ っ て磁力線の損失 が軽減さ れ吸気バルブ 8 に作用 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、 上記各コ イ ルでの 発熱量が小 と な る 。

上記、 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 っ 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

末癸明の電磁カパルブ駆動装置ほ、 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 イ 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 （ 8 ) に連結す往復自在な可動磁極 （ 8 a ) ； 前記可動磁極の一方端 と 対向す る 上部固定永久磁極 ( 3 ) ：

前記上部固定永久磁極 と 連通 し、 上部固定永久磁極 と 対向す る第 1 中間固定磁極 （ 4 a ) ；

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 ) ；

前記上部固定永久磁極 と 連通 し、 バルブ開放時 に お け る可動磁極端部 と 対応す る第 2 中間固定磁極 （ 4 b ) ； 第 2 中間固定磁極 と 連通 し、 可動磁極の側面 と 対向す る先端固定磁極 （ 4 d ) ；

前記第 1 中間固定磁極 に磁束を発生さ せ る第 1 コ イ ル ( 5 ) ；

前記第 2 中間固定磁極 に磁束を発生さ せ る第 2 コ イ ル ( 6 ) ；

前記可動磁極 に磁束を発生さ せ る第 3 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 0 ) 。

( 2 ) 前記バル ブは磁性体材料か 6 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

( 3 ) 前記通電制御手段ほ前記バル ブの着座前時に、 前記上部固定永久磁極 と 可動磁極と 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 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 ffl第 （ 1 ) 項記載の電磁カバ ルブ駆動装置。