WO1990007637A1 - 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 卜 を、 ェ ン ジ ン の上部 も し く は側面に配設す る 。

そ し て 、 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 卜 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 。

そ し て、 該カ ム シ ャ フ 卜 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 ノ ルブの軸 端面を押す

尚、 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 、 ノ ル ブ軸端面を押さ れる こ と に よ り 開口 す る 。

あ る レ、 は 、 吸気用 の カ ム を 配 し た吸気カ ム シ ャ フ ト と 排気用 の力 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 卜 の カ ム面で吸気ノ ルブの軸 端部を、 そ し て排気カ 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 ェ ン ジ ン に付設せねばな ら ず、 その ためェ 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 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、 ェ ン ジ ン の実効出力が低下す る。

更に、 ェン 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、 所定のェ ン ジ ン回転数 に合せてパルブ 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 の出力及ぴ効率が低下 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 - 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 ィ 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带せねばな ら ず、 エ ン ジ ン が大型化す る と レヽ ぅ 問題は解決さ れない。

発 明 の 開 示

本発明 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、 高効率かつ高出力の電磁石 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 の吸排気バルブを電磁力 に よ り 開閉駆動す る電磁力バルブ駆動装置 に おいて、 磁極 の方向を一方向に並設せ しめ た第 1 の電磁石 と 、 上記吸 排気バ ル ブ の賞通す る穴を有 し第 1 の電磁石 と 所定距離 隔て て対向配置さ れた一方向 に磁極を有す る第 2 の電磁 石 と 、 上記吸排気バルブ と 連結 し前記第 1 と 第 2 の電磁 石の間 に配設さ れた移動可能な永久磁石 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 て木発明の電磁力バルブ駆動装置は、 吸排気バル ブ に連結さ れた移動可能な永久磁石を第 1 の電磁石及び 第 2 の電磁石 に て吸引反発 し、 吸排気バルブを開閉駆動 す る。

よ っ て 、 吸排気バ ル ブ に 作 用 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 ブ ロ ッ ク 図で あ る。

第 2 図は、 上部電磁石及び下部電磁石 に お け る極相を 示す図で あ る 。

第 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、 太発明の一実施例を図面に従つ て詳細に説明す る

図は本発明 に よ る駆動装置を示す プロ 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 。

以下に おい て、 エ ン ジ ン 1 内の吸お 気口 の開閉を制御 す る ための吸排気バルブの内、 主に吸気ノ ルブ に つ い て す。

7 はセ ラ ミ ッ ク ス等の非磁性体で形成された高強度を 有 し、 かつ軽量な吸気バルブであ り 、 該吸気バルブ 7 の 軸部はバルブガイ ド 8 に よ り 軸方向に 自 在 に軸承さ れて い る 。

吸気管路 9 の吸気 口 に は バ ル ブ シー ト 1 0 が配設さ れ、 吸気バルブ 7 の傘部 と ノ ルブシ一 ト 1 0 と が密着 し 該吸'気口 を閉鎖 している。

ま た吸気バルブ 7 の軸端部 に は永久磁石 4 がク リ ブ 6 に よ つ て接続されて い る 。 該永久磁石 4 は環状に成型 されてお り 、 内周側が S 極で外周側が N 極に蒂磁してい る 。

吸気バルブ 7 が閉状態の位置 に お け る永久磁石 4 よ り 微小距離上方に円形の上部電磁石 3 が配設さ れ、 該上部 電磁石 3 の中心部 に設け ら れた一方の磁極であ る 内磁極 3 b は永久磁石 4 の内周側であ る S 極 と 対向 し て お り 、 上部電磁石 3 の外周部分 に設け ら れた他方の磁極であ る 外磁極 3 c は永久磁石 4 の外周部で あ る N 極 と 対向 し て い る 。

ま た吸気バルブ 7 が開状態の位置に お け る永久磁石 4 よ り 微小距離下方に環状の下部電磁石 5 が配設さ れ、 該 下部電磁石 5 の内周側 に設け ら れた一方の磁極で あ る 内 磁極 5 は永久磁石 4 の内周側であ る S 極 と 対向 し て お り 、 下部電磁石 5 の外周部分 に設け ら れた他方の磁極で あ る 外磁極 5 c は永久磁石 4 の外周部であ る N 極 と 対向 し て レヽ る。

上部電磁石 3 及び下部電磁石 5 共 に は各々 上部 コ イ ル 3 a 及び下部 コ イ ル 5 a が設け ら れてい る 。

上記回転セ ン サ 2 ♦ 上部 コ イ ル 3 a ♦ 下部 コ イ ル 5 a は コ ン ト ロ ー ル ュ ニ ッ ト 1 1 内 の入出力イ ン タ ー フ ェ イ ス 1 1 d に接続さ れてい る 。

該コ ン ト ロ ールュニ ッ ト 1 1 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 ユ イ ス 1 1 d の他 に 、 プ ロ グ ラ ム 及びデータ を予め記憶す る R 0 M 1 1 と 、 該 R 0 M 1 1 b に言己†意さ れた プロ グ ラ ム の下 に演算 を行な う C P U 1 1 a と 、 入力信号及び演算結果を一時 記憶す る R A M 1 1 c と 、 コ ン ト ロ ー ル ュ ニ ッ ト 1 1 内 の信号の流れを制御す る コ ン ト ロ ールメ モ リ 1 1 e と が 設け ら れて レヽ る 。

次 に 、 本発明 に よ る装置の作甩に つい て説明す る 。 第 2 図は、 上部電磁石 3 及び下部電磁石 5 の極相を示 し、 （ a ) はバルブの閉状態、 （ b ) ほ閉状態か ら の開 操作開始時、 （ c ) は開方向速度減速後の閉方向移動開 始時を示す図であ る。

( a ) に おい て 、 上部電磁石 3 の内磁極 3 b に N極、 外磁極 3 c に S 極が発生す る よ う に上部コ イ ル 3 a に通 電す る と 共に、 下部電磁石 5 の内磁極 5 b に S 極、 外磁 極 5 c に N 極が発生す る よ う に下部 コ イ ル 5 a に通電す る。

する と 永久磁石 4 に は上部電磁石 3 に よ る吸引力 と下 部電磁石 5 に よ る排斥力 と が作用 し、 吸気バルブ 7 の傘 部と パルプシー ト 1 0 が密着する位置に て保持される。

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 7 開のタ イ ニ ングに な る と 、 上部 コ イ ル 3 a 及び下部 コ イ ル 5 a への通電方向を逆転さ せ る。 する と上部電磁石 3 及び下部電磁石 5 の極相は （ b ) に示す ご と く 、 内磁極 3 b に S 極、 外磁極 3 c に N 極が発生 し、 内磁極 5 b に N極、 外磁極 5 c に S 極が発生す る。

す る と 永久磁石 4 に は上部電磁石 3 か ら の排斥力 と下 部電磁石 5 か ら の吸引力が作用 し、 吸気パルプ 7 は図に 示す下方向、 す なわ ち開方向への移動を開始す る。

上記開のタ イ ミ ン グ と同時にエ ン ジ ン 1 内部 において 計時操作を開始 し、 該計時時間が予め設定さ れた第 1 の 設定時間経過す る と 、 上部 コ イ ル 3 a 及び下部 コ イ ル 5 a への通電方向 を再び反転 し 、 （ a ) に 示す状態 に す る。

す る と 永久磁石 4 に は上方向の力が作用 し、 吸気バル ブ 7 の下方向の移動速度を減速 し、 つい に は吸気バルブ 7 を停止せ し め る。

( c ) ほ該停止位置に お け る状態を示す。

該停止後 に おいて も上部電磁石 3 及び下部電磁石 5 の 極相を継続す る と 、 永久磁石 4 に ほ依然 と し て上方向の 力が作用 し て い る ため、 上方向す なわ ち 閉方向へ と 移動 し始め る 。

上記第 1 の設定時間経過後、 別 に設定さ れた第 2 の設 定時間経過時 に再び上部 コ イ ル 3 a 及び下部 コ イ ル 5 a への通電方向を反転さ せ、 上部電磁石 3 及び下部電磁石 5 に お け る極相を （ b ) に示す状態 と し永久磁石 4 に対 し下方向の力を作用 さ せ る 。

該操作 に よ り 吸気バルブ 7 の上方向の移動速度が減速 さ れ、 吸気バルブ 7 の傘部 と ノ ルブ シー ト 1 0 と の衝突 が防止で き る 。

該減速操作に要す る第 3 の設定時間経過時 に再度上部 コ イ ル 3 a 及び下部 コ イ ル 5 a への通電方向を反転さ せ 永久磁石 4 に上方向の力を作用 さ せ、 吸気バルブ 7 の傘 部 と バルブ シー ト 1 0 と を静寂 に 密着せ しめ、 次の吸気 バルブ 7 開のタ イ ミ ン グが到来す る ま で、 該状態を保持 す る 。

第 3 図は吸気バルブ 7 の移動量 と 時間の関係を示す図 で あ る 。 図に おいて、 横軸は吸気パルプ 7 の開タ イ ミ ングか ら の経過時間を示 し、 縦軸ほ吸気パルプ 7 の閉状態か ら開 方向への移動距離を示す。

パルプ開の時点か ら第 1 の設定時間か経過する ま では 吸気バルブ 7 は開方向へ と 加速 し ながら移動する。 第 1 の設定時間経過後は吸気バルブ 7 に対し閉方向への力を 作用させ る こ と に よ り 、 減速さ せ最大移動位置を経て閉 方向へ と 運動させる。

そ し て、 第 2 の設定時間経過時に おいて吸気バルブ 7 の閉方向の移動速度を減速し、 減速終了 と共に吸気パル ブ 7 に対 し閉方向の力を作用 ざせ、 閉状態を保持す る。

上記第 1 、 第 2 、 第 3 の各設定時間は、 R O M 1 1 b 内に、 予め各設定時間 と エ ン ジ ン回転数 と の.関係テープ 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。

尚、 R O M l i b 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 ッ 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。 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

本発明の電磁力バルブ駆動装置は、 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 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 の吸排気パルプを開閉駆動す る電磁力 バルブ駆動装置ほ、 次を含む ：

バ ル ブ （ 7 ) に 連 結 す 往 復 自 在 な 可 動 永 久 磁石 ( 4 ) ;

前記可動永 久磁石 の 一方端 と 対向 す る 第 1 電磁石 ( 3 ) ；

前記バルブの篁通する穴を有 し、 前記可動永久磁石を 介して前記第 1 電磁石 と所定距離隔て て対向配置さ れた 第 2 電磁石 （ 5 ) ；

前記第 1 及び第 2 電磁石に通電 し前記バルブを開閉駆 動する通電制御手段 （ 1 1 ) 。

( 2 ) 前記バルブはセ ラ ミ ッ ク 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

( 3 ) 前記通電制御手段は前記パルブの着座前時に、 前記第 1 電磁石 と可動永久磁石 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プ駆動装置。

( 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