JPH1181938A - 機関弁用電磁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関弁の開閉終端時における十分な制動力を
得ると共に、装置の構造の簡素化を図り、製造作業能率
の向上とコストの低廉化を図る。 【解決手段】 シリンダヘッド１に摺動自在に設けられ
た吸気弁３の上方位置に、電磁駆動機構４が設けられて
いる。この電磁駆動機構は、ケーシング７と該ケーシン
グの内部上下位置に固定された一対の開閉弁用電磁石
８，９と、両電磁石の間に上下動自在に吸引される円板
状のアーマチュア１０とを備えている。また、前記アー
マチュア１０の上面１０ａ外周側には電磁石８の固定コ
ア１４の内外周壁１４ａ，１４ｂ間の環状隙間１８に微
小クリアランス巾ｄを介して嵌入（オーバラップ）可能
な円環状の突起部２２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気，
排気弁を電磁力によって開閉作動させる電磁駆動装置の
改良技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の機関弁用電磁駆動装置と
しては、例えば特開昭６３−２７７８１０号公報等に記
載されているものが知られている。

【０００３】概略を説明すれば、機関のシリンダヘッド
に摺動自在に支持されたバルブステムを有する吸気弁
と、開弁位置と閉弁位置との間で該吸気弁をバルブステ
ム長手方向に摺動させる電磁駆動手段と、開弁位置と閉
弁位置のうち一方の位置に吸気弁が接近するにつれて、
弁の摺動運動を共同して遅くさせる２つの制動装置とを
備えている。

【０００４】前記制動装置の一つは空気圧式制動機構か
らなり、これは縮小した寸法のハウジングやバルブステ
ムに固定したピストンを有し、このピストンは、吸気弁
が開弁位置と閉弁位置のうち一方の位置に接近するにつ
れて前記縮小寸法の領域に入るように設定されている。

【０００５】また、他の制動装置は、液圧制動機構から
なり、この機構は固定した流体充填空洞と、バルブステ
ムとは無関係の可動ピストンとを有し、この可動ピスト
ンは吸気弁が開弁あるいは閉弁方向のうち一方向の位置
に接近するにつれて衝突して空洞の一方の端から他方の
端へ駆動されるようになっている。

【０００６】そして、前記制動装置により、吸気弁の閉
弁および開弁の終端時における弁開閉速度が制動される
ため、吸気弁とバルブシートとの激しい衝突を防止でき
ると共に、アーマチュアと電磁石との衝突も防止できる
ようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の電磁駆動装置にあっては、吸気弁の制動装置を空気
圧式制動機構や液圧制動機構を用いており、この各機構
の構造がきわめて複雑である。このため、吸気弁に対す
る制動制御の信頼性が低下すると共に、部品点数の増加
による装置の製造作業性の悪化とコストの高騰が余儀な
くされている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の電
磁駆動装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１
記載の発明は、内燃機関の吸排気ポートを開閉する機関
弁と、該機関弁のバルブステムを包囲するケーシングの
内部上下位置に配置された電磁石と、該上下電磁石間の
前記バルブステム端部に固定されて、各電磁石の電磁吸
引力によって機関弁を開閉作動させるアーマチュアとを
備えた機関弁用電磁駆動装置であって、前記各電磁石の
固定コアに巻装された電磁コイルと対向する前記アーマ
チュアの上下面の少なくとも一方の面に、磁力線誘導用
の突起部を設けたことを特徴としている。

【０００９】請求項２記載の発明は、前記突起部を、前
記アーマチュアが電磁石に対して接近した際に、前記固
定コアの端部と微小隙間を介してオーバラップするよう
に配置形成したことを特徴としている。

【００１０】請求項３記載の発明は、前記突起部を、環
状の前記固定コアに沿って円環状に形成したことを特徴
としている。

【００１１】請求項４記載の発明は、前記突起部の内外
側面を台形テーパ状に形成したことを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る機関弁の電磁
駆動装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。

【００１３】図１は機関弁として吸気弁に適用した第１
の実施形態を示し、内燃機関のシリンダヘッド１内に形
成された吸気ポート２を開閉する吸気弁３と、該吸気弁
３を開閉作動させる電磁駆動機構４とから主として構成
されている。

【００１４】前記吸気弁３は、燃焼室に臨む吸気ポート
２開口端の環状バルブシート５に離着座して該開口端を
開閉する傘部３ａと、該傘部３ａの上面中央に一体に設
けられてバルブガイド６を介してシリンダヘッド１内を
摺動する弁軸であるバルブステム３ｂとを備えている。
また、この吸気弁３のバルブステム３ｂは、上端部がシ
リンダヘッド１のアッパデッキ上面１ａから上方へ突出
している。

【００１５】前記電磁駆動機構４は、シリンダヘッド１
のアッパデッキ上面１ａに設けられたケーシング７と、
該ケーシング７内の上下位置に一定の隙間を介して対向
配置された上側の閉弁用電磁石８及び下側の開弁用電磁
石９と、該両電磁石８，９間の隙間内に配置された円板
状のアーマチュア１０と、該アーマチュア１０の中央部
上下面とケーシング７との間に弾装されて、アーマチュ
ア１０を介して吸気弁３を開方向に付勢する開弁側スプ
リング１１及び閉方向へ付勢する閉弁側スプリング１２
とを備えている。

【００１６】前記ケーシング７は、非磁性材でカップ状
に形成され、上壁７ａの下面中央位置に開弁側スプリン
グ１１の上端部を保持するスプリングシート１３が設け
られていると共に、底壁７ｂの中央に前記バルブガイド
６を挿通保持する保持孔７ｃが貫通形成されている。

【００１７】前記各電磁石８，９は、夫々横断面コ字形
の環状固定コア１４，１５と、該各固定コア１４，１５
の内外周壁部１４ａ，１４ｂ、１５ａ，１５ｂ間に巻装
された電磁コイル１６，１７とから構成されている。前
記コア１４，１５は、上壁部と下壁部がケーシング７の
上壁７ａ下面と底壁７ｂ上面に固定されていると共に、
各内外周壁部１４ａ，１４ｂ、１５ａ，１５ｂと各電磁
コイル１６，１７の上下端との間には、約４mm程度の環
状隙間１８，１９が夫々形成されている。さらに、前記
電磁コイル１６，１７には、後述する電子制御ユニット
２０からの通電−非通電信号が出力されて励磁−消磁さ
れるようになっている。

【００１８】前記アーマチュア１０は、その外径が両電
磁石８，９の外径よりも若干大きく設定されていると共
に、中央に貫通形成された固定用孔に前記バルブステム
３ｂの上端部がナット２１によって固定されている。こ
のアーマチュア１０は、両電磁石８，９の相対的な励
磁，消磁によって上方向あるいは下方向へ吸引されて、
吸気弁３を開閉作動させるにようになっていると共に、
両電磁石８，９への非通電時には両開閉弁側スプリング
１１，１２のばね力によって上下の中立位置に保持され
ている。

【００１９】そして、前記アーマチュア１０の上面１０
ａ外周側には、突起部２２が一体に設けられている。こ
の突起部２２は、図２に示すように電磁石８の前記環状
隙間１８に対向配置されかつ円環状に形成されていると
共に、横断面ほぼ矩形状を呈し、内外側面２２ａ，２２
ｂがほぼ垂直に形成されている。さらに、この突起部２
２は、アーマチュア１０の上面１０ａからの高さｈが約
１.８〜２.０mm程度に設定されていると共に、その巾Ｗ
は環状隙間１８の巾よりも若干小さく設定されている。
そして、該突起部２２は、図に示すようにアーマチュア
１０が閉弁側電磁石８に吸引されて最大に接近した際に
環状隙間１８内に嵌入するが、この嵌入時における内外
側面２２ａ，２２ｂと固定コア１４の内外周壁１４ａ，
１４ｂの内外面との間のクリアランス巾ｄは固定コア１
４の内外周壁１４ａ，１４ｂの各下面１４ｃ，１４ｄと
アーマチュア１０の上面１０ａとの間のエアギャップＥ
よりも小さくなるように設定されている。

【００２０】前記電子制御ユニット２０は、機関のクラ
ンク角センサ，機関回転数センサ，閉弁用電磁石８の温
度を検出する温度検出センサ及び機関負荷を検出するエ
アフローメータから夫々の検出値に基づいて、閉弁用，
開弁用電磁石８，９に通電−非通電を相対的に繰り返し
出力している。ここで、前記クランク角センサからの回
転角検出値は、吸気弁３の開閉タイミングをクランクシ
ャフトの回転と同期制御するためのものであり、機関回
転数検出センサからの検出値つまりクランクシャフトの
回転数の検出値は、該回転数によって変化する各電磁石
８，９の吸引許容時間に対処するために利用され、さら
に、温度センサの検出値は、温度上昇による閉弁用電磁
石８の電磁コイル１６の通電抵抗増大に対処するための
ものである。また、エアフローメータによる機関負荷検
出値は、機関回転数検出値とともに吸気弁３の開閉タイ
ミングを最適に制御するために利用するものである。

【００２１】以下、本実施形態の作用について説明すれ
ば、まず機関停止時には、両電磁石８，９の各電磁コイ
ル１６，１７に電子制御ユニット２０から通電されず、
消磁状態となっている。このため、アーマチュア１０
は、図１に示すように、両スプリング１１，１２の相対
的なばね力によって両電磁石８，９間のほぼ平衡中立位
置に保持され、したがって、吸気弁３もバルブシート５
から若干離れた中立位置になっている。

【００２２】機関が始動されて、電子制御ユニット２０
から開弁用電磁石９に通電信号が出力されると、アーマ
チュア１０が該固定コア１５に吸引されて、閉弁側スプ
リング１２のばね力に抗して下降する。したがって、吸
気弁３もバルブステム３ｂを介して下降し、つまり開弁
する。このとき、閉弁用電磁石８は非通電状態が維持さ
れていることは勿論である。

【００２３】次に、電子制御ユニット２０から開弁用電
磁石９に非通電信号が出力され、閉弁用電磁石８に通電
信号が出力されて励磁されると、アーマチュア１０が今
度は該閉弁用電磁石８の吸引力によって開弁側スプリン
グ１１のばね力に抗して上昇し、吸気弁３が閉弁作動す
る。即ち、電子制御ユニット２０から、開弁用電磁弁９
に非通電信号が出力されると、閉弁用スプリング１２に
蓄積されたばねエネルギーによりアーマチュア１０は開
弁用スプリング１１のばね力に抗して上昇する。次に、
閉弁用電磁石８に通電信号が出力されて励磁されると、
アーマチュア１０は閉弁用電磁石９の吸引力によって所
定位置まで上昇する。このとき、アーマチュア１０上の
突起部２２によって、固定コア１４の内外周壁１４ａ，
１４ｂと突起部２２との接近速度が速くなる。つまり、
突起部２２の高さｈ分だけ内外周壁１４ａ，１４ｂとの
間に形成される磁路（図２矢印）の形成速度が速くなる
ため、アーマチュア１０の上昇速度が速くなり、吸気弁
３の閉弁応答性が向上する。

【００２４】そして、突起部２２が内外周壁１４ａ，１
４ｂに接近して環状隙間１８内に嵌入してオーバラップ
しようとすると、図３に示すように内周壁１４ａを通っ
てアーマチュア１０へ流動しようとする磁束（磁力線）
の一部Ｑが、アーマチュア１０ではなく内周壁１４ａか
ら突起部２２方向へ分散した形でダイレクトに流れる。
このため、各内周壁１４ａの下面１４ｃからアーマチュ
ア１０の上面１０ａへ流れる磁束量が少なくなり、アー
マチュア１０に対する吸引力が減少する。すなわち、内
外周壁１４ａ，１４ｂを流れる絶対的な磁力線（磁束）
の総数は一定であるため、その一部が突起部２２側へ分
散されると、アーマチュア１０への磁束量（吸引力）が
減少するのである。したがって、閉弁側電磁石８は、図
４のａに示すように突起部２２が隙間１８内に嵌入しよ
うとした時点から突起部２２が存在しない場合（図４の
ｂ，Ｘ２，Ｙ２）に比較してアーマチュア１０の吸引開
始点Ｘ１から吸引端Ｙ１までの吸引力の増加が緩和され
る。これにより、アーマチュア１０による吸気弁３の閉
弁速度が抑制されて十分に制動される。この結果、吸気
弁３の傘部３ａとバルブシート５との激しい衝突が防止
されて、衝突打音の発生や傘部３ａの破損等の発生を防
止できる。

【００２５】しかも、かかる制動作用を単に突起部２２
を設けただけで行うことができるので、従来例に比較し
て構造がきわめて簡素化され、部品点数も大巾に減少で
きる。したがって、製造作業能率の向上とコストの低廉
化が図れると共に、制動制御の信頼性も向上する。

【００２６】また、突起部２２の第２の実施態様として
は、図５に示すように、突起部２２の内部を切欠して空
洞２２ａに形成することも可能であり、このようにすれ
ば、突起部２２によるアーマチュア１０全体の質量が低
下して上下動時の慣性力が減少して、制動作用が一層効
果的となる。

【００２７】さらに、突起部２２の別の実施態様とし
て、図６に示すように、内外側面２２ａ，２２ｂ台形テ
ーパ状に形成することも可能であり、このようにすれ
ば、電磁石８の内外周壁１４ａ，１４ｂから突起部２２
へ流れる磁束量が多くなり、アーマチュア１０に対する
吸引力（磁束量）がさらに減少するため、制動力が一層
高くなる。

【００２８】また、他の実施形態として、図７に示すよ
うに突起部２２の内外側、つまり内外周壁１４ａ，１４
ｂの内側と外側にさらに別異の環状突起部２３，２４を
設けて三重環状に形成した。これによって、内外周壁１
４ａ，１４ｂを流れた磁束は３つの突起部２２〜２４に
分散されるため、アーマチュア１０へ直接（垂直）に流
れる磁束量がさらに減少する。したがって、制動力をさ
らに大きくすることができる。

【００２９】本発明は、前記各実施形態に限定されるも
のではなく、突起部２２をアーマチュア１０の上面１０
ａと下面の両方に設けて、閉弁時ばかりか開弁時も制動
力を発揮させることが可能である。したがって、開弁時
の制動力が大きくなることにより、アーマチュア１０と
開弁側電磁石９との衝突のおそれも回避できる。また、
吸気弁３ばかりではなく、排気弁にも適用できることは
勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、単にアーマチュアに突起部を設けることによっ
て、機関弁の開閉終端時におけるバルブシートや電磁石
への衝突等が防止できることは勿論のこと、装置全体の
構造がきわめて簡素化されると共に、部品点数を大巾に
減少できるので、小型化と製造作業能率の向上及びコス
トの低廉化が図れると共に、制動制御の信頼性が向上す
る。

【００３１】請求項３記載の発明によれば、突起部を円
環状に形成したことにより、磁束を効果的に突起部方向
へ分散させることができ、制動力をより大きなものとす
ることが可能になる。

【００３２】請求項４記載の発明によれば、突起部が電
磁石に接近した際における電磁石から突起部への磁束流
量が多くなり、この点でも制動力をさらに大きくするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す縦断面図。

【図２】図１のＡ部拡大断面図。

【図３】図２のＢ部拡大断面図。

【図４】本実施形態と従来例との吸引力を比較して示す
特性図。

【図５】第２の実施形態を示す要部拡大断面図。

【図６】第３の実施形態を示す要部拡大断面図。

【図７】第４の実施形態を示す要部拡大断面図。

【符号の説明】

１…シリンダヘッド ２…吸気ポート ３…吸気弁 ３ｂ…バルブステム ４…電磁駆動機構 ８…閉弁用電磁石 ９…開弁用電磁石 １０…アーマチュア １０ａ……上面 １４，１５…固定コア １６，１７…電磁コイル １８…隙間 ２２…突起部 ｄ…微小クリアラン巾（微小隙間）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸排気ポートを開閉する機関
   弁と、該機関弁のバルブステムを包囲するケーシングの
   内部上下位置に配置された電磁石と、該上下電磁石間の
   前記バルブステム端部に固定されて、各電磁石の電磁吸
   引力によって機関弁を開閉作動させるアーマチュアとを
   備えた機関弁用電磁駆動装置であって、 前記各電磁石の固定コアに巻装された電磁コイルと対向
   する前記アーマチュアの上下面の少なくとも一方の面
   に、磁力線誘導用の突起部を設けたことを特徴とする機
   関弁用電磁駆動装置。
2. 【請求項２】 前記突起部を、前記アーマチュアが電磁
   石に対して接近した際に、前記固定コアの端部と微小隙
   間を介してオーバラップするように配置形成したことを
   特徴とする請求項１記載の機関弁用電磁駆動装置。
3. 【請求項３】 前記突起部を、環状の前記固定コアに沿
   って円環状に形成したことを特徴とする請求項２記載の
   機関弁用電磁駆動装置。
4. 【請求項４】 前記突起部の内外側面を台形テーパ状に
   形成したことを特徴とする請求項２または３記載の機関
   弁用電磁駆動装置。