JP3040784B2 - 誘導式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、エンジンの吸排気バルブを電磁力により開
閉駆動する誘導式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は、エンジン回転
位相と同期して回転する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ことにより、常時スプリングによ
り閉方向にバイアスされている吸排気バルブを開閉駆動
する。該開閉駆動装置は、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
型化し、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ないので、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しな
ければならない。よって、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と
いう問題がある。

そこで、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トによらず電磁石による電磁力で
行なう装置で、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） しかし、上記２公報により開示された装置は、吸排気
バルブに付設した磁性体を、該吸排気バルブの移動方向
に配設した電磁石により吸引し、該吸引力によって吸排
気バルブを駆動するものである。

磁性体に作用する吸引力は電磁石と磁性体との間隔の
二乗に反比例するため、該間隔の変化に伴ない吸引力が
変化し吸排気バルブの駆動が不安定になるという問題が
ある。また、駆動開始時には吸排気バルブに対し強力な
加速力を与えなければならないが、上記２公報により開
示された装置は駆動開始時における電磁石と磁性体との
間隔が最大となり、よって吸排気バルブに対して最小の
駆動力しか作用させることができない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、吸排気
バルブに作用する駆動力が吸排気バルブの移動による影
響を受けず安定して吸排気バルブの開閉制御を行ない、
かつ、駆動開始時には吸排気バルブに強力な駆動力を作
用させ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） 本願の請求項１に係る発明では、エンジンの吸排気バ
ルブの少なくともいずれか一方のバルブに連結し往復自
在な円筒形の可動子（２）と、該可動子（２）の円周上
に埋設された２次コイル（22）と、該可動子（２）の外
周面と対向し円筒軸方向に複数併設された磁極（32）
と、これら磁極（32）に捲設された励磁コイル（33）
と、該可動子（２）の円筒内側に配設された中央磁極
（31）と、該中央磁極（31）に捲設された上部コイル
（34）と、を有し、かつバルブ開動作時には上部コイル
（34）に流れる電流を反転させて中央磁極（31）を通過
する磁束の流れ方向を反転させて２次コイル（22）に流
れる誘導電流と励磁コイル（33）により発生する磁界で
可動子（２）にバルブの開方向の駆動力を発生させかつ
励磁コイル（33）に円筒軸方向に進行磁界を発生させて
バルブを進行磁界方向に駆動させる励磁コイル（33）及
び上部コイル（34）に対する通電制御手段と、を有して
成ることを特徴とする誘導式電磁力バルブ駆動装置が提
供される。

本願の請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明
に加えて、バルブの着座時に上部コイルを駆動してバル
ブに閉方向とは反対方向の駆動力を印加することを特徴
とする誘導式電磁力バルブ駆動装置が提供される。

本願の請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明
に加えて、上記可動子は磁性体で形成されていることを
特徴とする誘導式電磁力バルブ駆動装置が提供される。

（作用） 本発明の誘導式電磁バルブ駆動装置では、可動子に周
設された２次コイルの側面に並設された磁極により進行
磁界を形成し、２次コイルに誘導される電流が進行磁界
から受る電磁力により吸排気バルブを往復駆動するの
で、吸排気バルブの位置が変化しても駆動力は変化せ
ず、従って、安定した開閉制御を行なうことができる。
また、初期駆動時には２次コイルに対して同一方向の磁
界を作用させ、２次コイル内に配設された磁極により誘
導される電流が該同一方向の磁界から受る電磁力で駆動
するので、２次コイル全てに駆動力が作用し、よって強
力な駆動力を発生させることができる。

（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、本発明の駆動装置の構成を示すブロック図
である。尚、エンジンには上記のごとく吸気バルブと排
気バルブとが設けられているが、本発明による駆動装置
は吸排気バルブ共に適用できるので、以下の説明は主に
吸気バルブについて述べる。

１は、軽量であり高温強度に優れた窒化珪素等のセラ
ミックス材あるいは耐熱合金からなる吸気バルブであ
る。該吸気バルブ１の軸部はバルブガイド12によって往
復自在に軸承されている。そして、該吸気バルブ１の閉
鎖時には、本図に示すごとく、吸排気バルブ１の傘部が
バルブシート13に着座し吸気口を閉鎖する。

該吸気バルブ１の軸端部には可動子２が連結してい
る。該可動子２は、円筒形の磁気通路21と、該磁気通路
21の外周面に周設された複数個の２次コイル22から構成
されている。該２次コイルは磁気通路21の外周面に刻設
された溝に溶融したアルミニウムを流し込んで形成され
る。尚、磁気通路21は磁束密度を増加させるために磁性
体から形成されており、例えば磁性金属のアモルファス
薄板を放射状に配列して円筒形状に形成したものであ
る。そして、該可動子２は、硬質プラスチックからなる
コッター止め23を介して吸気バルブ１の軸端部と連結し
ている。

該可動子２の周囲には駆動部３が配設されている。該
駆動部３は、磁気通路21の内側に挿入された中央磁極31
と、上記２次コイル22と対向し可動子２の外周面に周設
された複数個の磁極32と、該磁極32の各々に捲設された
励磁コイル33、そして中央磁極31に捲設された上部コイ
ル34等から構成されている。

上記励磁コイル33及び上部コイル34はコントローラ４
と接続しており、該コントローラ４から電力の供給を受
ける。

該コントローラ４には、エンジンの回転数及びクラン
ク角を検出する回転センサ５と、アクセルペダル（図示
せず）の踏込量を検出する負荷センサ６とからの検出信
号が入力されている。

上記コントローラ４は、上記検出信号の入力及び電力
の供給を司る入出力インターフェイス、予めプログラム
や各種関係マップを記憶するROM、該ROMに記憶されたプ
ログラムに沿って演算を実行するCPU、演算結果やデー
タを一時記憶するRAM、コントローラ４内部の信号の流
れを制御するコントロールメモリ等から構成されてい
る。

次に、上記構成による本発明の装置の作動について説
明する。

エンジンの運転中においては、常時負荷センサ６から
アクセルペダルの踏込量と回転センサ５からエンジンの
回転数とを検出し、予め設定された関係マップを用いて
該踏込量及び回転数に対応する吸気バルブ１の開閉タイ
ミングを演算する。そして、回転センサ５により検出さ
れるクランク角が吸気バルブ１の開タイミングになる
と、上部コイル34に通電することにより２次コイル22に
誘導電流を発生させ、該誘導電流と励磁コイル33により
形成される磁界とにより吸気バルブ１を初期駆動する。
そして、駆動開始後は、励磁コイル33に交番電力を供給
し、磁極32からの磁束により形成される磁界を進行磁界
とすることにより吸気バルブ１を開閉駆動する。

第２図（Ｉ）は、初期駆動時の状態を示す図であり、
第２図（II）は、初期駆動後の状態を示す図である。

尚、本図は説明内容を明確にするため、断面を示す斜
線は省略している。

吸気バルブ１の閉鎖状態時には上部コイル34に通電し
中央磁極31に対して下方向の磁束を作用させておく。

クランク角が吸気バルブ１の開タイミングになると、
上部コイル34への通電方向を反転させ磁束を上方向の磁
束ａに変更する。すると、２次コイル22には相互誘導に
よる誘導電流が発生する。該誘導電流の方向は磁束ａを
キャンセルする方向、すなわち右回りの誘導電流が発生
する。ところで、上部コイル34への通電方向を反転させ
ると共に、励磁コイル33に通電し、２次コイル22に対し
て外周から内方向への磁束ｂを作用させる。すると、上
記２次コイルに誘導された電流は、該磁束ｂからフレミ
ングの左手の法則に示される電磁力、すなわち本図の場
合には下方向への電磁力を受ける。該電磁力は２次コイ
ル全周に作用し、かつ複数の２次コイル22の全てに作用
するので強力な駆動力として吸気バルブ１に作用し、該
吸気バルブ１を開方向へと駆動する。

該初期駆動時の駆動力は上部コイル34への通電状態が
定常状態に移行するまでしか作用しない。そこで、励磁
コイル33への通電状態を、図での下方向への交番電力に
切換え、２次コイル22に下方向の進行磁界を作用させ
る。

次に、磁極32の極性がｃに示す状態からｄに示す状態
に移行する場合について説明する。

ｃに示す状態時には各２次コイルには磁束ｅが作用し
ている。磁極32の極性がｄに示す状態に移行すると、該
磁束ｅが減少するので各２次コイルには磁束ｅを維持す
る方向、すなわち図に示す方向の誘導電流が発生する。
ところが、該誘導電流が発生する時点には磁極32の極性
は既にｄに示す状態に移行している。すると、２次コイ
ル22に誘導される電流はｄに示す状態の極性からの磁束
により下方向の電磁力を受ける。よって、吸気バルブ１
は下方向へと駆動される。

吸気バルブ１を閉鎖方向に駆動するには励磁コイル33
へ供給している交番電力の交番方向を反転させ、上方向
の進行磁界を形成すればよい。そして、吸気バルブ１の
着座時には、上記初期駆動時と同様にして吸気バルブ１
に開方向の駆動力を作用させ、閉鎖方向の速度を減速
し、緩やかに着座させる。

尚、吸気バルブ１を閉状態で保持するスプリング24の
バイアス力は上記電磁力に対し、充分小に設定されてい
る。

以上、実施例について詳細に説明したが、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、可動子に周設
された２次コイルの側面に並設された磁極により進行磁
界を形成し、２次コイルに誘導される電流が進行磁界か
ら受る電磁力により吸排気バルブを往復駆動するので、
吸排気バルブの位置が変化しても駆動力は変化せず、従
って、安定した開閉制御を行なうことができる。また、
初期駆動時には２次コイルに対して同一方向の磁界を作
用させ、２次コイル内に配設された磁極により誘導され
る電流が該同一方向の磁界から受る電磁力で駆動するの
で、２次コイル全てに駆動力が作用し、よって強力な駆
動力を発生させることができる誘導式電磁力バルブ駆動
装置を提供できる。

【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、第２図
（Ｉ）は、初期駆動時の状態を示す図、第２図（II）
は、初期駆動後の状態を示す図である。 １……吸気バルブ、２……可動子、３……駆動部、４…
…コントローラ、５……回転センサ、６……負荷セン
サ、22……２次コイル、31……中央磁極、32……磁極、
33……励磁コイル、34……上部コイル。

Claims (3)

(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
   れか一方のバルブに連結し往復自在な円筒形の可動子
   （２）と、 該可動子（２）の円周上に埋設された２次コイル（22）
   と、 該可動子（２）の外周面と対向し円筒軸方向に複数併設
   された磁極（32）と、 これら磁極（32）に捲設された励磁コイル（33）と、 該可動子（２）の円筒内側に配設された中央磁極（31）
   と、 該中央磁極（31）に捲設された上部コイル（34）と、を
   有し、かつ バルブ開動作時には上部コイル（34）に流れる電流を反
   転させて中央磁極（31）を通過する磁束の流れ方向を反
   転させて２次コイル（22）に流れる誘導電流と励磁コイ
   ル（33）により発生する磁界で可動子（２）にバルブの
   開方向の駆動力を発生させかつ励磁コイル（33）に円筒
   軸方向に進行磁界を発生させてバルブを進行磁界方向に
   駆動させる励磁コイル（33）及び上部コイル（34）に対
   する通電制御手段と、 を有して成ることを特徴とする誘導式電磁力バルブ駆動
   装置。
2. 【請求項２】バルブの着座時に上部コイルを駆動してバ
   ルブに閉方向とは反対方向の駆動力を印加することを特
   徴とする請求項（１）に記載の誘導式電磁力バルブ駆動
   装置。
3. 【請求項３】上記可動子は磁性体で形成されていること
   を特徴とする請求項（１）に記載の誘導式電磁力バルブ
   駆動装置。