JP2982009B2 - 電磁力バルブ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電磁石により発生する電磁力によってエン
ジンの吸気バルブや排気バルブ（以下、吸排気バルブと
いう）の開閉駆動を行なう電磁力バルブ駆動装置に関す
る。

（従来の技術） 従来の吸排気バルブの開閉駆動装置としては、１本の
シャフトに吸気バルブ用及び排気バルブ用のカムを配し
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カムシャフトを回転駆動す
る。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、バルブ軸端面を押されることにより開口
する。

あるいは、吸気バルブ用のカムを配した吸気カムシャ
フトと排気バルブ用のカムを配した排気カムシャフトと
をエンジン上部に配設し、吸気カムシャフトのカム面で
吸気バルブの軸端部を、そして排気カムシャフトのカム
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、カ
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することができず、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、カムシャフトによらず電
磁石による電磁力により吸排気バルブの開閉駆動を行な
う装置が、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） 上記２公報の記載により開示された電磁石の構成は、
吸排気バルブに連設する可動磁極と、電磁石の磁極との
間に作用する吸引力により、吸排気バルブを駆動するも
のである。よって、可動磁極に対し該吸引力が作用を開
始する時点において、電磁石の磁極と可動磁極との距離
は最大となっている。電磁力は距離の２乗に反比例する
ため、該距離は吸引力が作用を開始する時点が最小であ
り、バルブの移動と共に、電磁石の磁極と可動磁極との
距離は増加する。よって可動磁極の移動開始直後におい
ける加速度は小であり、移動と共に加速度が増加する。
すると、該可動磁極と連動するバルブの、時間経過に対
する延開口面積が小となる。

また特開昭61−76713号公報に記載されているよう
に、バルブ着座時の衝撃を緩和するために、バルブ着座
直前に可動磁極に対し制動力を作用させる場合において
も、電磁石と可動磁極との距離が大であるため、該制動
力が小となり充分に着座衝撃を緩和できない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、吸排気
バルブ移動開始時及び着座時において、上記バルブに作
用する駆動力が最大となる電磁力バルブ駆動装置を提供
しようとするものである。

（課題を解決するための手段） エンジンの吸排気バルブの少なくともいずれか一方に
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、上記可動磁極の一方端と対向する上
部磁極と、該上部磁極と連通し上記可動磁極の他方端と
対向する下部磁極とを備えるヨーク部材からなる第１の
電磁石と、上記上部磁極及び可動磁極の一方端と対向す
る磁極を備える第２の電磁石と、上記上部磁極及び上記
可動磁極の他方端とそれぞれに対向する２つの磁極を備
える第３の電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する。

（作用） 本発明の電磁力バルブ駆動装置では、吸排気バルブの
少なくともいずれか一方のバルブの開方向の駆動及び着
座時の制動を電磁力の反発力により行なうので、開方向
への駆動及び着座時の加速度が大となり、よって上記バ
ルブの延開口面積が大となるため、吸排気抵抗が減少す
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全体構成図であ
る。

エンジン６は、シリンダーの吸気口を開閉する吸気バ
ルブと、排気口を開閉する排気バルブとを有するが、以
下、主に吸気バルブについて説明する。

吸気バルブ４は、エンジン６のシリンダヘッドに、バ
ルブガイド41によって、該吸気バルブ４の軸方向に対し
摺動自在に軸承されており、該吸気バルブ４の傘部は、
吸気管路43の出口に配設されたバルブシート42に着座し
吸気口を閉鎖している。また該吸気バルブ４の軸端部に
は、磁性体からなる可動磁極３が、固定具32により装着
されている。該可動磁極３の軸端側端部には円周状に突
出した端部磁極31が形成されている。該端部磁極31の上
側に近接して第２の電磁石となる上部電磁石１が配設さ
れており、該上部電磁石１は、端部磁極31と対向する中
央磁極12と、該中央磁極12に対向する外周磁極13と、該
中央磁極12及び外周磁極13に磁力線を発生させる上部コ
イル11とから構成されている。また可動磁極３の外周に
は第１の電磁石となる下部電磁石２及び該下部電磁石２
の内側に第３の電磁石となる中部電磁石７が周設されて
いる。該下部電磁石２は、上記外周磁極13及び端部磁極
31と対向する上部磁極23と、可動磁極３の外周面と対向
する下部磁極22と、該上部磁極23及び下部磁極22に磁力
線を発生させる下部コイル21とから構成されている。ま
た該下部電磁石２の内側に持けられた中部電磁石７は、
上記上部磁極23に対向する上磁極73と、可動磁極３の外
周面と対向する下磁極72と、該上磁極73及び下磁極72に
磁力線を発生させる中部コイル71とから構成されてい
る。

上記上部コイル11及び下部コイル21及び中部コイル71
は、コントロールユニット５内部の入出力インターフェ
イス54に接続されている。該入出力インターフェイス54
には上記上部コイル11及び下部コイル21の他、エンジン
６の出力軸近傍に設けられた回転センサ61が接続されて
いる。

コントロールユニット５は、外部との信号の入出力を
司る上記入出力インターフェイス54の他、プログラム及
びデータを予め記憶するROM52と、該ROM52に記憶された
プログラムの下に演算を行なうCPU51と、入力信号及び
演算結果を一時記憶するRAM53と、コントロールユニッ
ト５内の信号の流れを制御するコントロールメモリ55と
から構成されている。

次に本願装置の作用について説明する。

第２図は、バルブ駆動部である上部電磁石１、中部電
磁石７及び下部電磁石２を示す作動説明図である。尚、
断面を示す斜線は省略している。

通常時においては（ａ）に示すごとく、上部コイル11
に対し、中央磁極12にはＮ極、外周磁極13にはＳ極が発
生するように通電すると共に、下部コイル21に対して
も、下部磁極22にはＳ極、上部磁極23にはＮ極が発生す
るように通電する。端部磁極31は上部磁極23と対向して
いるので、上部磁極23に発生するＮ極により、端部磁極
31にはＳ極が誘磁される。中央磁極12と端部磁極31と対
向しており、中央磁極12のＮ極と端部磁極31のＳ極との
間に吸引力が作用し、吸気バルブ４を上方向へ引き上げ
ている。よって、該吸気バルブはバルブシート42に着座
した状態で保持されている。

回転センサ61により検知されるエンジン６の回転位相
が吸気バルブ４の開タイミングになると（ｂ）に示すご
とく、上部コイル11への通電方向を反転させ、中央磁極
12にＳ極、外周磁極13にはＮ極が発生するように通電す
る。また、該通電を反転するのと共に、中部コイル71に
対し上磁極73にはＳ極、下磁極72にはＮ極が、軽微に発
生するように通電する。すると、互いに対向する中央磁
極12と端部磁極31との間に排斥力が作用し、吸気バルブ
４は下方向すなわち開方向へと駆動される。該駆動開始
時点における中央磁極12と端部磁極31との間隔は吸気バ
ルブ４の上下工程の内で最小であるため、電磁力の排斥
による下方向への駆動力は最大となる。

該排斥力により吸気バルブ４と可動磁極３とが共に下
方向へと駆動すると、端部磁極31と上磁極73との距離が
減少し、よって端部磁極31と上磁極73との間に作用する
排斥力が増大する。そして、中央磁極12と端部磁極31と
の間の排斥力と、上磁極73と端部磁極31との間の排斥力
とが釣合う上磁極73の近傍位置において、端部磁極31は
停止する。

上記開タイミングから第１の設定時間が経過すると、
（ｃ）に示すごとく、中部コイル71への通電量を増加
し、上磁極73のＳ極及び下磁極72のＮ極を強化すると共
に、上部コイル11への通電を中止する。すると、端部磁
極31と中央磁極12との間の排斥力が消滅し、上磁極73か
らの排斥力のみが作用する。よって、可動磁極３と吸気
バルブ４とは上方向へ駆動される。

該駆動開始時点における上磁極73と端部磁極31との間
隔は、吸気バルブ４の上下行程の内で最小であるため、
電磁力の排斥による上方向への駆動力は最大となる。そ
して、吸気バルブ４がバルブシート42に着座する直前、
すなわち第１の所定時間経過時から計時される第２の所
定時間が経過する時点で、再び上記（ｂ）に示す状態に
し、吸気バルブ４の上方向の移動速度を減速し、吸気バ
ルブ４がバルブシート42へ着座する際の衝撃を緩和す
る。

該減速に要する時間として予め設定された第３の設定
時間が経過する時点において、再び上記（ａ）に示す状
態に戻し、吸気バルブ４に上方向の吸引力を作用させ、
吸気バルブ４をバルブシート42への着座位置で保持す
る。そして、次の開タイミングを示す信号が回転センサ
61から出力されるまで、該着座状態を保持する。

上記、第１、第２及び第３の各設定時間は、ROM52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61により検知されるエンジ
ン６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４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。また曲線の内、実線にて示すものは本願発
明装置によるものであり、破線にて示すものは電磁石に
よる従来装置によるものである。

破線で示す従来装置においては、電磁力による吸引力
によってバルブを駆動するため、該吸引力は作用開始時
点において最小であり、バルブの移動に伴ない、電磁力
の作用距離が減少するため該吸引力は増加する。よって
移動開始直後の加速度は小である。

一方、本願発明装置においては上記説明のごとく、バ
ルブ移動開始直後の加速度は大である。プロファイル曲
線と横軸によって包囲される面積はバルブの延開口面積
を示し、従来装置に対し本願発明装置の方が斜線部分だ
け大である。よって従来装置より本願装置の方が、吸排
気バルブの開口部における吸排気抵抗が小であり、エン
ジン６の性能を向上させることができる。

尚、ROM52内に、上記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６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、エンジンの
出力及び効率を向上させることができる。またエンジン
６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。

以上、本発明の一実施例を説明したが、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、吸排気バルブ
の開方向への駆動及び着座時の制動を電磁力の反発力に
より行なうので、開方向への駆動時の加速度が大となる
とともに、閉方向への移動速度が減速されることにな
り、よって吸排気バルブの延開口面積が大となるため、
吸排気抵抗が減少し、高出力で燃料消費率が優れた電磁
力バルブ駆動装置を提供することができる。

また、吸排気バルブのバルブシートへの着座衝撃が緩
和される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図
は、バルブ駆動部を示す作動説明図、第３図は、バルブ
移動量と時間との関係を示す図である。 １……上部電磁石、２……下部電磁石、３……可動磁
極、４……吸気バルブ、５……コントロールユニット、
６……エンジン、７……中部コイル。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの吸排気バルブの少なくともいず
   れか一方に連結し、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、上記可動磁極の一方端と
   対向する上部磁極と、該上部磁極と連通し上記可動磁極
   の他方端と対向する下部磁極とを備えるヨーク部材から
   なる第１の電磁石と、上記上部磁極及び可動磁極の一方
   端と対向する磁極を備える第２の電磁石と、上記上部磁
   極及び上記可動磁極の他方端とそれぞれに対向する２つ
   の磁極を備える第３の電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。