JPH09217859A - バルブ装置の作動状態検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はバルブを付勢するバネ部材を備える
バルブ装置の作動状態を検出する装置に関し、優れた検
出精度を長期間維持し得る構成を安価に実現することを
目的とする。 【解決手段】 弁体１２にロアリテーナ２０およびアッ
パリテーナ２６を連結する。ロアリテーナ２０を上方へ
付勢するロアスプリング２２およびアッパリテーナ２６
を下方へ付勢するアッパスプリング２６を設ける。弁体
１２に連結されるプランジャ３０の上下に第１電磁コイ
ル３２および第２電磁コイル３６を配設する。アッパス
プリング２６を、その内部に磁界Ｈが生ずるように磁化
する。アッパスプリング２６の内部に磁界検出センサ２
９を挿入する。アッパスプリング２６の伸縮の伴う磁界
Ｈの強度変化に基づいて弁体１２の作動状態を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バルブ装置の作動
状態検出装置に係り、特に、バルブを付勢するバネ部材
を備えるバルブ装置の作動状態を検出する作動状態検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平２−１７３３０
５号に開示される如く、バルブ装置の作動状態を検出す
る作動状態検出装置が知られている。上記従来の装置
は、弁軸と弁体とが一体に形成されたバルブを備えてい
る。バルブの弁軸には、複数の環状電極が、軸方向に所
定距離離間して形成されている。また、バルブの弁軸を
摺動可能に保持するバルブガイドには、弁軸の側面に対
向する固定電極が形成されている。バルブの弁軸に形成
されている複数の環状電極は、バルブが開閉動作する際
に、順次固定電極に近接し離間する。上記従来の装置
は、かかる固定電極と環状電極との相対位置関係の変化
を電気信号に変換し、その電気信号に基づいてバルブの
作動状態を検出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置は、バルブの弁軸に形成した環状電極と、バルブガイ
ドに固定される固定電極とを摺動させることによりバル
ブ装置の作動状態を検出する構成である。かかる構成に
よれば、環状電極および固定電極に摩耗が生ずるため、
耐久性上の問題や、摩耗粉に起因する誤検出の問題等が
生ずる。また、バルブの弁軸に電極を形成する構成は、
安価に実現することが困難である。かかる観点によれ
ば、上記従来の装置は、バルブ装置の作動状態を検出す
る装置として、未だ改良の余地を残すものであった。

【０００４】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、バルブの作動状態を非接触で検出することがで
き、かつ、安価に実現し得るバルブ装置の作動状態検出
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、バルブを付勢するバネ部材と、前記バ
ネ部材の付勢力とは別に前記バルブに作用する駆動力を
発生する駆動手段と、を備えるバルブ装置の開閉特性を
検出する装置であって、前記バネ部材が磁化されている
と共に、前記バネ部材が磁化されていることにより所定
部位に生ずる磁界の強度を検出する磁界検出手段と、前
記磁界検出手段の検出結果に基づいて前記バルブの作動
状態を検出する作動状態検出手段と、を備えるバルブ装
置の作動状態検出装置により達成される。

【０００６】本発明において、バルブはバネ部材が発す
る付勢力と、駆動手段の発する駆動力とのバランスによ
り開閉動作を行う。バルブに開閉動作が生ずると、バネ
部材には伸縮動作が生ずる。バネ部材が磁化されている
ことに起因して所定部位に生ずる磁界の強度、すなわ
ち、磁界検出手段により検出される磁界の強度は、バネ
部材が伸長されている場合と、バネ部材が縮小されてい
る場合とで変化する。作動状態検出手段は、磁界検出手
段により検出される磁界の強度に基づいてバルブの作動
状態を検出する。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
バルブ装置の作動状態検出装置の要部であるバルブ装置
１０の全体構成図を示す。バルブ装置１０は、弁体１２
を備えている。弁体１２は、図中下端部を内燃機関の燃
焼室内に露出させた状態でシリンダヘッド内に配設され
る部材であり、内燃機関の吸気弁、又は排気弁を構成す
る。内燃機関のシリンダヘッドには、弁体１２に対する
弁座を備えるポートが設けられている。弁体１２が弁座
から離座すること、又は弁座に着座することによりポー
トの導通状態が制御される。

【０００８】弁体１２には、弁軸１４が固定されてい
る。弁軸１４は、バルブガイド１６により軸方向に摺動
可能に保持されている。バルブガイド１６は、弁駆動装
置１０のロアキャップ１７に支持されている。弁軸１４
の上部には、プランジャホルダ１８が固定されている。
プランジャホルダ１８は、例えばステンレス鋼やチタン
合金等の如く、硬度の高い非磁性或いは磁気特定の低い
材料で構成されている。プランジャホルダ１８は、弁軸
１４の軸方向に延在する円筒部１８ａと、円筒部１８ａ
のほぼ軸方向中央部に形成されたリング部１８ｂとを備
えている。

【０００９】プランジャホルダ１８の下端部には、ロア
リテーナ２０が固定されている。ロアリテーナ２０とロ
アキャップ１７との間には、両者を離間させる方向の付
勢力を発生するロアスプリング２２が配設されている。
ロアスプリング２２は、ロアリテーナ２０を、すなわち
プランジャホルダ１８を、図１における上方へ向けて付
勢する付勢力を発生する。

【００１０】一方、プランジャホルダ１８の上端部に
は、アッパーリテーナ２４が固定されている。アッパー
リテーナの上部には、アッパースプリング２６の下端部
が当接している。アッパースプリング２６の周囲には、
その外周を取り巻くように円筒状のアッパーキャップ２
７が配設されている。更に、アッパースプリング２６の
上端部は、アッパーキャップ２７に螺着されるアジャス
トボルト２８に当接している。アッパースプリング２６
は、アッパーリテーナ２４を、すなわち、プランジャホ
ルダ１８を、図１における下方へ向けて付勢する付勢力
を発生する。

【００１１】アッパスプリング２６は、例えば、クロム
バナジウム鋼オイルテンパー線、又は炭素鋼オイルテン
パー線で構成されており、その中央部近傍に所定方向に
向かう磁界Ｈが発生するように磁化されている。アッパ
スプリング２６の中央部には、アジャストボルト２８に
把持される磁界検出センサ２９が挿入されている。磁界
検出センサ２９は、その周囲に発生する磁界Ｈの強度に
応じた電気信号を発生するセンサであり、例えば磁気抵
抗素子、またはホール素子等により実現される。

【００１２】図１に示す如く、磁界検出センサ２９が、
所定長だけアッパスプリング２６の中央部に挿入されて
いる場合、磁界検出センサ２９からは、アッパスプリン
グ２６の内部に発生している磁界Ｈの強度、および、磁
界検出センサ２９のアッパスプリング２８内への挿入深
さに応じた信号が出力される。磁界検出センサ２９の挿
入深さは、初期状態における磁気検出センサ２９の出力
信号が所定値となるように調整されている。

【００１３】プランジャホルダ１８の、リング部１８ｂ
の外周には、プランジャ３０が接合されている。プラン
ジャ３０は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等をベース材料とする軟
磁性材料で構成されたドーナツ状の部材である。プラン
ジャ３０と、プランジャホルダ１８とは、電子ビーム溶
接、レーザ溶接、ろう付け、カシメ、接着等の手法で接
合されている。

【００１４】プランジャ３０は、図１に示す如く、プラ
ンジャホルダ１８に接合される内周側端部３０ａの板
厚、および外周側端部３０ｂの板厚が、内周側端部３０
ａと外周側端部３０ｂとの中間部３０ｃの板厚に比して
薄くなるように成形されている。このため、プランジャ
３０は、その中間部３０ｃにおいて、内周側端部３０ａ
および外周側端部３０ｂに比して高い磁束流通能力を有
している。

【００１５】プランジャ３０の上方には、第１電磁コイ
ル３２及び第１コア３４が配設されている。また、プラ
ンジャ３０の下方には、第２電磁コイル３６及び第２コ
ア３８が配設されている。第１コア３４および第２コア
３８は、共に磁性材料で構成された部材であり、それぞ
れ第１電磁コイル３２または第２電磁コイル３６を収納
するための環状溝３４ａ，３８ａ、および、プランジャ
ホルダ１８の円筒部１８ａを摺動可能に保持するための
貫通孔３４ｂ，３８ｂを備えている。

【００１６】第１コア３４および第２コア３８の外周に
は、外筒４０が配設されている。第１コア３４および第
２コア３８は、環状溝３４ａ，３８ａ内に第１電磁コイ
ル３２および第２電磁コイル３６を把持し、かつ、貫通
孔３４ｂ，３８ｂの内部にプランジャホルダ１８を把持
した状態で、外筒４０により、所定の位置関係に保持さ
れている。

【００１７】本実施例において、第１コア３４、第２コ
ア３８、およびプランジャ３０は、プランジャ３０の内
周側端部３０ａが、第１コア３４および第２コア３８の
環状溝３４ａ，３８ａの内周側に対向するように、ま
た、プランジャ３０の外周側端部３０ｂが、第１コア３
４および第２コア３４の環状溝３４ａ，３８ａの外周側
に対向するように設計されている。更に、第１コア３４
および第２コア３８の外周側端部、および内周側端部に
は、それぞれテーパー面３４ｃ，３４ｄ；３８ｃ，３８
ｄが形成されている。

【００１８】上述したアッパーキャップ２７は、第１コ
ア３４の上端面に固定されている。また、上述したロア
キャップ１７は、第２コア３８の下端面に固定されてい
る。そして、上述したアジャスタボルト２８は、プラン
ジャ３０の中立位置が、第１コア３４と第２コア３８と
の中間点となるように調整されている。

【００１９】上記構成の弁駆動装置１０において、第１
電磁コイル３２に電流を流通させて、その内周側及び外
周側を還流する磁界を生ぜしめると、第１コア３４、プ
ランジャ３０、及び第１コア３４とプランジャ３０との
間のエアギャップを含む磁気回路に磁束が流通する。か
かる磁束は、プランジャ３０を第１コア３４側へ吸引す
る吸引力、すなわち、弁体１２を図１において上方へ変
位させる吸引力を発生させる。

【００２０】プランジャ３０に対して上記の吸引力が作
用すると、プランジャ３０、プランジャホルダ１８、ア
ッパリテーナ２４、ロアリテーナ２０、弁軸１４および
弁体１２は、アッパスプリング２６の付勢力に抗って図
１における上方へ向けて変位する。そして、その変位
は、プランジャ３０が、ほぼ第１コア３４と当接するま
で継続される。以下、かかる状況下におけるプランジャ
３０の位置を閉弁側変位端と称す。

【００２１】プランジャ３０が閉弁側変位端に保持され
ている状態から、第１電磁コイル３２に供給されていた
電流が遮断されると、プランジャ３０に作用していた電
磁吸引力が消滅し、アッパスプリング２６の付勢力に起
因して、プランジャ３０が図１における下方へ向けて変
位し始める。プランジャ３０の変位量が所定値に達した
時点で、第２電磁コイル３６に適当な電流を流通させる
と、今度はプランジャ３０を第２コア３８側へ吸引する
吸引力、すなわち、弁体１２を図１において下方へ変位
させる吸引力が発生する。

【００２２】プランジャ３０に対して上記の吸引力が作
用すると、プランジャ３０、プランジャホルダ１８、ア
ッパリテーナ２４、ロアリテーナ２０、弁軸１４および
弁体１２は、ロアスプリング２２の付勢力に抗って、ほ
ぼプランジャ３０が第２コア３８に当接するまで図１に
おける下方へ向けて変位する。以下、プランジャ３０が
第２コア３８と当接する位置を開弁側変位端と称す。従
って、バルブ装置３０によれば、第１電磁コイル３２と
第２電磁コイル３６とに適当なタイミングで交互に電流
を供給することにより、プランジャ３０を閉弁側変位端
と開弁側変位端との間で往復運動させること、すなわ
ち、弁体１２を開弁位置と閉弁位置との間で往復運動さ
せることが可能である。

【００２３】本実施例において、プランジャ３０の中立
位置と閉弁側変位端との距離、およびその中立位置と開
弁側変位端との距離は共にΔＬに設定されている。ま
た、アッパスプリング２６は、プランジャ３０が中立位
置にある場合に、その全長がＬとなるようにバルブ装置
１０内に配設されている。従って、プランジャ３０が閉
弁側変位端と開弁側変位端との間を往復運動する過程で
は、アッパスプリング２６の全長が“Ｌ＋ΔＬ”と“Ｌ
−ΔＬ”との間で伸縮される。

【００２４】上述の如く、アッパスプリング２６は、そ
の内部に磁界Ｈが生ずるように磁化されている。この磁
界Ｈの強度は、アッパスプリング２６が縮小されること
により強められ、一方、アッパスプリング２６が伸長さ
れることにより弱められる。従って、磁界検出センサ２
９では、プランジャ３０が閉弁側変位端に近いほど大き
な磁界Ｈが検出され、また、プランジャ３０が開弁側変
位端に近いほど小さな磁界Ｈが検出される。

【００２５】本実施例の作動状態検出装置は、バルブ装
置１０が停止されている場合に磁界検出センサ２９から
出力される信号を基準信号とし、バルブ装置１０の運転
中に、磁界検出センサ２９から基準信号が出力された際
にプランジャ３０が中立位置を通過したと判断する。ま
た、磁界検出センサ２９の出力信号が最大値である場合
にプランジャ３０が閉弁側変位端に位置していると判断
し、更に、その出力信号が最小値である場合にプランジ
ャ３０が開弁側変位端に位置していると判断する。

【００２６】図２は、バルブ装置１０に施される制御の
内容を表すブロック図を示す。本実施例において、バル
ブ装置１０が備える磁界検出センサ２９には、図２に示
すコントローラ４２が接続されている。また、コントロ
ーラ４２には、駆動回路を介してバルブ装置１０の第１
電磁コイル３２および第２電磁コイル３６が接続されて
いる。

【００２７】コントローラ４２は、磁界検出センサ２９
の出力信号に基づいて、プランジャ３０の作動状態、す
なわち、プランジャ３０の変位および変位速度を検出す
る。更に、コントローラ４２は、検出されたプランジャ
３０の作動状態に基づいて、弁体１２の実作動状態を目
標作動状態と一致させるべくフィード・フォワード制御
（Ｆ／Ｆ制御）およびフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制
御）を実行し、その結果得られた電気信号を第１電磁コ
イル３２および第２電磁コイル３６の駆動回路に供給す
る。

【００２８】駆動回路に供給された電気信号は、第１電
磁コイル３２および第２電磁コイル３６において磁気エ
ネルギに変換され、プランジャ３０に作用する吸引力を
発生させる。その結果、磁気エネルギが機械的動作に変
換されてバルブ装置１０の作動状態が目標作動状態に近
づくように制御される。

【００２９】上述の如く、バルブ装置１０においては、
プランジャ３０の作動状態に応じた信号を出力する機構
を、アッパスプリング２６を磁化すると共に、アッパス
プリング２６の内部に磁界検出センサ２９を挿入するだ
けで実現することができる。従って、本実施例の構成に
よれば、プランジャ３０の作動状態、すなわち弁体１２
の作動状態を精度良く検出する機構を、安価に実現する
ことができる。

【００３０】また、本実施例においては、磁界検出セン
サ２９を用いることにより、プランジャ３０の作動状態
を非接触で検出することが可能とされている。このた
め、本実施例の構成によれば、摩耗粉等に起因する誤検
出が生ずる可能性がなく、長期間に渡って優れた検出精
度を維持することができる。このように、本実施例の構
成によれば、耐久性に優れたバルブ装置の作動状態検出
装置を、安価に実現することができる。

【００３１】尚、上記の実施例においては、アッパスプ
リング２６が前記請求項１記載のバネ部材に、プランジ
ャ３０、第１電磁コイル３２、および第１コア３４が前
記請求項１記載の駆動手段に、磁界検出センサ２９が前
記請求項１記載の磁界検出手段に、また、コントローラ
４２が前記請求項１記載の作動状態検出手段に、それぞ
れ相当している。

【００３２】ところで、上記の実施例においては、弁体
１２に作用する駆動力を、第１電磁コイル３２および第
２電磁コイル３６により発生させることとしているが、
本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、内燃
機関のクランクシャフトと連動して作動するカム機構に
より上記の駆動力を発生させることとしてもよい。ま
た、上記の実施例においては、バルブ装置１０を内燃機
関の吸気バルブまたは排気バルブとして用いることとし
ているが、バルブ装置１０の用途はこれに限定されるも
のではない。

【００３３】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、所定部位
の磁界強度に基づいて、非接触でバルブの作動状態を検
出することができる。また、本発明の構成は、バルブ装
置が元来備えるバネ部材を磁化すると共に、磁界検出手
段を加設することのみにより実現することができる。こ
のため、本発明によれば、高い検出精度を長期間維持し
得る耐久性に優れたバルブ装置の作動状態検出装置を、
安価に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である作動状態検出装置の要
部であるバルブ装置の断面図である。

【図２】本発明の一実施例である作動状態検出装置にお
いて実行される制御の内容を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ バルブ装置 １２ 弁体 ２６ アッパスプリング ２８ アジャストボルト ２９ 磁界検出センサ ３０ プランジャ ３２ 第１電磁コイル ３４ 第１コア ３６ 第２電磁コイル ３８ 第２コア ４２ コントローラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルブを付勢するバネ部材と、前記バネ
   部材の付勢力とは別に前記バルブに作用する駆動力を発
   生する駆動手段と、を備えるバルブ装置の開閉特性を検
   出する装置であって、 前記バネ部材が磁化されていると共に、 前記バネ部材が磁化されていることにより所定部位に生
   ずる磁界の強度を検出する磁界検出手段と、 前記磁界検出手段の検出結果に基づいて前記バルブの作
   動状態を検出する作動状態検出手段と、 を備えることを特徴とするバルブ装置の作動状態検出装
   置。