WO1990007639A1 - 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 卜 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 。

そ し て、 ベル 卜 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 卜 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 ト の カ ム 面か ら ロ ッ 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 、 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 卜 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 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 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 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。

更に、 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 に吸排気パルプの開閉駆動を カ ム シ ャ フ ト に よ ら ず電磁石に よ る電磁力 に よ り 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、 吸排気バルブの質量が増大 し、 電磁石に よ る電磁力で該吸排気バルブを駆動する に は電磁石の コ イ ル に大電力を供給せねばな ら ない。

発 明 の 開 示

本発明は、 上記の点 に鑑みて な された も ので、 .ェ ン ジ ン の吸排気パルブ に配設する磁性体を強磁性体であ る ァ モ ル フ ァ ス材で形成する こ と に よ り 、 該吸排気バルブを 含む往復駆動部分を軽量化 し、 微小な電磁力で開閉制御 が可能な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 に多重に捲 着 さ れた ア モ ル フ ァ ス磁性体か ら な る往復運動自在な可 動磁極 と 、 該可動磁極の一方端 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 に前記可動磁極の 側面 と 対向す る 中間固定磁極を有す る と と も に延長先端 に は可動磁極の他方端 と 対向す る先端固定磁極を設け た ヨ ーク 部材 と 、 上部固定磁極を通過す る磁束を発生さ せ る上部 コ イ ル と 、 先端固定磁極を通過す る磁束を発生さ せ る下部 コ イ ル と を有す る こ と を特徴 と す る電磁カバル ブ駆動装置を提供で き る 。

従 っ て本発明の電磁力バルブ駆動装置は、 吸排気バル ブ に多重 に捲着 さ れた ア モ ル フ ァ ス磁性体か ら な る往復 運動自在な可動磁極 と 、 上部固定磁極及び先端固定磁極 と の間 に作用す る吸引力 に よ り 、 吸排気バル ブを開閉駆 動す る 。

よ っ て、 可動部分の質量が軽量化さ れて い る ので、 駆 動装置は低出力で よ く 、 該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、 電磁石内の磁力線の流れを示す図であ る。 第 3 図ほ、 パルプ移動量と 時間 と の閔係を示す図であ る。

発明を実施する ための最良の形態

以下、 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 る駆動装置を示すプロ 、ジ 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 内の吸排気口 の開閉を制御 する ための吸排気バルブの内、 主に吸気バルブ について 示す ₀

9 はセ ラ ミ ッ ク ス等の非磁性体で形成された高強度を 有する軽量吸気バルブであ り 、 該吸気パルプ 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 バルブシー ト 1 1 と が密着し 該吸気口を閉鎖 している。

ま た吸気バルブ 9 の軸端部 に は ァ モ ル フ ァ ス磁性体 4 が接続さ れてい る。 該ア モ ル フ ァ ス磁性体 4 ほ箔状の ァ モルフ ァ ス材を吸気バルブ 9 の外周面に捲着せ しめた も のであ る 。

該ア モ ル フ ァ ス磁性体 4 は上下に 2 分割さ れて お り 、 該 ァ モ ル フ ァ ス磁性体 4 の間 に は磁性体材料で形成され た通磁板 6 が設け ら れて い る 。

ま た吸気バルブ 9 の軸部途中 に は フ ラ ン ジ 7 が形成さ れて お り 該フ ラ ン ジ 7 と ノ ルブガイ ド 1 0 と の間 に ほェ 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 レヽ る。

ァ モ ル フ ァ ス磁性体 4 の周囲 に は該ァ モ ル フ ァ ス磁性 体 4 を包囲す る電磁石 3 が設置さ れて レヽ る。 ま た ァ モ ル フ ァ ス磁性体 4 の上端面 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、 ア モ ル フ ァ ス磁性体 4 の 外周面 と 対向す る部分 に は、 中間固定磁極 3 b が周設さ れ て レヽ る 。

そ し て電磁石 3 の開口部 に は ァ モ ル フ ァ ス磁性体 4 の 下端面 に対向 し て先端固定磁極 3 c が配設さ れて い る。

上部固定磁極 3 a と 中間固定磁極 3 b と の間に は上部 コ イ ル 5 a が配設さ れ、 中間固定磁極 3 b と 先端固定磁 極 3 c と の間 に は下部 コ イ ル 5 b が配設 さ れ て レヽ る 。

尚、 中間固定磁極 3 b と ア モ ル フ ァ ス磁性体 4 と の間 は微小な間隙を介 し て接触 し て い ない。

上記回転セ ン サ ² と 上部 コ イ ル 5 a 及び下部 コ イ ル 5 b は コ ン ト ロールュニ ッ ト 1 2 内の入出力イ ン タ ー フ エ 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 ィ ン タ 一 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 0 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 ヅ 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 どが 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 ) ほバル ブの閉状態、 （ b ) は閉状態か 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 コ イ ル 5 a に直流電力を供給 し 励磁す る 。 該上部コ イ ル 5 a に よ り 発生す る磁力線は上 部固定磁極 3 a か ら ア モル フ ァ ス磁性体 4 へ と 流れ該ァ モ ル フ ァ ス磁性体 4 か ら 中間固定磁極 3 b を介して上部 固定磁極 3 a へ と 戻る磁路を形成する。

磁力線がァ モル フ ァ ス磁性体 4 か ら 中間固定磁極 3 b へ と流れる際に ァ モルフ ァ ス磁性体 4 内部 に て磁力線は ァ モル フ ァ ス磁性体 4 の積層方向に移動 しな ければな ら ない。

該積層方向の磁気抵抗ほ積層境界面を介す る ため大で あ り 磁力線の流れを阻害する。

よ っ て積層内を通過す る 磁力線 は一旦通磁板 6 へ流 れ、 該通磁板 6 か ら 中間固定磁極 3 b に移動す る .こ に よ り 磁気抵抗が軽減さ れ電磁力の低下を防止で き る。

該磁力線の流れ に よ り 上部固定磁極 3 a に は N極が発 生 し、 ア モ ル フ ァ ス磁性体 4 の該上部固定磁極 3 a と 対 向す る面に は S 極が発生 し互い に吸引す る。

上部固定磁極 3 a と ァ モ ル フ ァ ス磁性体 4 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 バルプシ 一 卜. 1 1 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 、 上部 コ イ ル 5 a への通電を中止 し下部 コ イ ル 5 b へ通電す る 。

該下部 コ イ ル 5 b に よ り 発生す る磁力線は先端固定磁 極 3 c か ら ア モ ル フ ァ ス磁性体 4 へ流れ、 該 ァ モ ル フ ァ ス磁性体 4 か ら通磁板 6 及び中間固定磁極 3 b を経て再 び先端固定磁極 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、 ア モ ル フ ァ ス磁 性体 4 の先端固定磁極 3 c と の対向面 に S 極及び先端固 定磁極 3 c に N 極が発生 し互い に吸引す る 。 よ っ て吸気 バルブ 9 は下方向への吸引力を受け、 開方向への移動を 開始す る。

吸気バルブ 9 が開方向へ移動を開始 し て か ら第 1 の設 定時間経過時に 、 下部 コ イ ル 5 b への通電を中止 し再び 上部 コ イ ル 5 a へ通電す 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 レヽ に は停止せ し め る。

( c ) は該停止位置での吸気バル ブ 9 の状態を示 し、 該停止位置は吸気バルブ 9 の最大移動位置に相当す る。 吸気バルブ 9 停止後に おいても上部 コ イ ル 5 a への通電 を継続する こ と に よ り 吸気パルプ 9 は上方向、 す なわち 閉方向へ と移動す る。

上記第 1 の設定時間経過後、 第 2 の設定時間経過時に 上部 コ イ ル 5 a への通電を中止し下部 コ イ ル 5 b へ再び 通電する こ と に よ り 、 吸気バルブ 9 に下方向の力を作甩 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 の傘部がバルブシー 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 の設定時間経過後、 第 3 の設定時間経過時 に下部 コ イ ル 5 b への通電を中止 し、 再度上部 コ ル 5 a へ通電する。 そ して上記 （ a ) に示す磁路を形成させ る こ と に よ り 、 吸気バル ブ 9 に上方向の力を作用 さ せ る。

該操作 に よ り 吸気パルプ 9 は吸気口 を閉鎖し、 次の開 タ イ ミ ン グま で閉鎖状態を保持す る。

上記第 1 、 第 2 、 第 3 の各設定時間ほ、 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。

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 の開タ 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 I の時点で、 上部 コ イ ル 5 a への 通電を中止 し下部 コ イ ル 5 b へ通電す る こ と に よ り人 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 に開方向の吸引力が作用 し 吸気バルブ 9 は加速 レなが ら開方向へ移動す る

第 1 の設定時間経過時であ る Π の時点で、 下部 コ イ ル 5 b か ら上部 コ ィ ル 5 a へ通電を切換え 、 磁力線の状態 を第 2 図 （ b ) の状態か ら ( c ) の状態へ変更す 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 。

ェ ン ジ ン 1 の運転終了時 に は上部 コ イ ル 5 a 及び下部 コ イ ル 5 b への電力供給は消失 し、 吸気バルブ 9 を閉状 態 に保持す る電磁力が消減す る ため、 ス プ リ ン グ 8 に よ り 吸気バル ブ 9 を閉状態 に保持す る 。 尚、 ス ブ リ ン グ 8 の保持力は下部コ イ ル 5 に よ り 発 生す る開方向への吸引力 に対 して充分小に設定さ れてい る。

尚、 R O 1 2 b 内に上記各設定時間 と ェ ン ジ ン回転 数 と の関係テ一ブル以外に、 予めェ ン ジ ン回転数 と バル ブ開タ ィ 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パルブ開タ 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 たェン 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 ほ停止する 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 につレヽて説明 し たが排気バルブ に つ レ、 て も.同様に、 本発明 に よ る駆動装置が適甩でき る こ と ほ明白 であ る の で 、 排気パルブに ついての図示は省 略する

以上 、 末発明の一実施例を説明 し たが、 术発明は 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

本発明の電磁カバルブ駆動装置は、 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 ぐ

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 パルブ駆動装置は、 次を含む ：

バルブ （ 9 ) に多重に捲着された ア モ ル フ ァ ス磁性体 か らな る往復運動自在な可動磁極 （ 4 ) ；

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 し前記可動磁極の側面と対向 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 る先端固定磁極 （ 3 c ) _;

前記上部固定磁極を通過す る磁束を発生させる上部コ ィ ル （ 5 a ) ；

前記先端固定磁極を通過する磁束を発生さ せ る下部コ ィ ル （ 5 b ) ；

前記上部 コ イ ル及び下部 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 ) 前記通電制御手段ほ前記バル ブ の着座前時に 、 前記可動磁極磁極 と先端固定磁極 と の間 に作用する吸引 力 に よ り 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。