JPH01229183A - 内燃機関用電子制御弁機構 - Google Patents

内燃機関用電子制御弁機構

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JPH01229183A
JPH01229183A JP1027722A JP2772289A JPH01229183A JP H01229183 A JPH01229183 A JP H01229183A JP 1027722 A JP1027722 A JP 1027722A JP 2772289 A JP2772289 A JP 2772289A JP H01229183 A JPH01229183 A JP H01229183A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２位置間直線運動アクチュエータに関し、特に
アーマチュアを２位置間に極めて高速でストロークさせ
るようなエネルギーを提供し得る高速アクチュエータに
関するものである。
このアクチュエータは双安定ストローク機構として機能
し、内燃機構のガス交換弁、つまり吸気弁や排気弁を閉
鎖するのに特に有用である。このアクチュエータによれ
ば、その高速作動に起因して弁を、カムによる動弁特性
の如くほとんど瞬間的に高速で全開又は全閉させること
ができる。
アクチュエータの機構はコンプレッサーの動弁機構や、
液圧又は空気圧装置の動弁機構や、液体アクチュエータ
又は機械的アクチュエータの高速制御弁として種々の出
願がなされている。
内燃機構の弁はほとんどがばねで閉弁位置に付勢された
ポペット弁を用い、このポペット弁をばね力に抗しカム
シャフト上のカムで開き、カムシ中フトをエンジンのク
ラクションシャフトに同期回転させることにより弁をエ
ンジンの運転サイクル中子定時期に開閉させる。そして
、弁の開閉時期はエンジンの高速回転に好適な時期と、
エンジンの低速回転又はアイドリング回転に好適な時期
とが妥協するタイミングに定めていた。
かかるカム作動弁に代る従来提案のアクチュエータによ
る動弁機構は弁の開閉時期をエンジン回転速度、エンジ
ンクランク角度、或いはその他のエンジン制御パラメー
タに応し自由に変更し得る利点がある。
本願人に譲渡され、１９８７年３Ｊ］３日に出願された
ウィリアム　イー・リチェソン（Ｗｉｌｌｉａｍ　Ｅ。
Ｒｉｈｅｓｏｎ）の第０２１．１９５号出願（ＰＩＩＡ
　４０５０９）　ｒ電磁弁アクチュエータｊには、永久
磁石で弁を開弁位置及び閉弁位置に吸引保持する弁アク
チユエータが提案されている。これによれば、電磁反１
合作用により弁を一方の位置から他方の位置へストロー
クさせる。又、緩衝手段及びエネルギー回復手段も合せ
示されている。
本願と同し日の出願になる第１５３，２５７号出願（Ｐ
ＨＡ　４０５３６）　　ｒ空気式及び電子式弁アクチユ
エータ」には、上記反撥作用の代りに釈放機構を用いた
同様な弁作動装置が提案されている。この装置は空気圧
により弁を作動させるもので、高圧空気源と、空気を緩
衝及び初動力として使用する制御弁とを具える。又この
出願では、吸気弁遅延閉止を含む別の作動モードや６行
程作動モードも提案されている。
本願と同し日の出願になる他の関連出願第１５３゜１５
４号（ＰＨＡ　４０５３７）及び第１５３．１５５号（
ＰＨＡ　４０５３８）には、ばね（空気）が緩衝装置と
してだけではなくエネルギー貯蔵手段としても作用し、
次のストロークのための加速力の一部を供給し得るよう
にした技術が提案されている。この技術によれば、制御
弁及び吸引板が初動ピストンから分離され、保持力が小
さくてよいと共に質量が小さくなり、作動速度を上げる
ことができる。又、反撥作用を用いる構造では、初期加
速力が一部、前記最初の提案技術と同様、電磁反Ｉ８に
よって得られる。
本発明の目的は、次の作動のために位置エネルギーを貯
えることができる弁作動機構を提供したり、磁界を少な
くとも一部無効にすることで釈放可能なアクチュエータ
用の電磁吸引装置を提供したり、圧縮力（空気圧又はば
ね）で駆動される動弁機構を提供したり、動弁機構の慣
性を小さくしたり、動弁機構をコンパクトな構成にした
り、前のストローク中に貯えた位置エネルギーを用いて
一方の安定状態から他方の安定状態にストロークし得る
双安定型電子制御ストローク機構を提供したり、上記の
目的にかなう動弁機構を迅速且つ容易に加速し得るよう
にしたり、動弁機構にロストモーション継手を介し連結
されて動弁機構をストローク端近くで減速する簡単な液
圧緩衝機構を提供しようとするものである。
ごの目的のため、内燃機関用の電子制御弁機構は、弁ス
テムを具えた弁と、この弁を弁ステム方向へ開弁位置及
び閉弁位置間でストロークさせる機械ばね又は空気ばね
型式の動弁手段と、弁を開弁位置及び閉弁位置に保持す
るための磁気吸引手段とを具備する構成となす。更に、
付勢時磁界を一時的に中和させるよう作用するコイルを
設け、コイルの付勢により磁気吸引手段を釈放して動弁
手段が弁をストロークさせ得るようにする。
又、本発明による双安定型電子制御ストローク機構は第
１及び第２位置間で往復動するアーマチュアと、このア
ーマチュアを一方の位置に保持する吸引手段と、付勢時
吸引手段を少なくとも部分的に無効にしてアーマチュア
が保持位置から釈放されるようになす電磁手段とを設け
た構成にする。
双安定型電子制御ストローク機構には更にアーマチェア
を常時、吸引手段による保持位置から遠去かる方向へ付
勢する付勢手段を設ける。この付勢手段はコイルばねで
構成し、その一部を圧縮し、残部を伸長させてアーマチ
ュアのストロークを行うのが良い。この場合、圧縮され
ていたばね部分が伸長され、伸長されていたばね部分が
圧縮されてアーマチュアの逆方向ストロークが行われる
。
付勢手段は空気圧式とすることもでき、この場合当該手
段を外匣と、アーマチュアに連結したピストンと、この
ピストンにより外匣内で圧縮される空気とで構成する。
以下、本発明の実施例を図面に暴き詳細に説明する。
第１図は通常の内燃機構用ポペット弁を２３で示し、こ
の弁は適宜量いて機関シリンダと、吸気多岐管又は排気
多岐管２５との間を通じるものとする。
弁２３を第１図では閉位置で示す。弁２３のアクチュエ
ータは弁開閉用弁ステム２９に同軸で往復動可能なアー
マチュア２７を具える。このアーマチュア２７に軟磁鉄
鋼で造った吸引ディスク２を設け、このディスクを吸引
磁石５，６間で移動可能とする。
アーマチュア２７をばねＩＬ　１２で第２図の中立位置
に向は付勢すると共に、これらばねにウェブ１３を介し
て機械的に連結する。ばねＩＬ　１２は常時、アーマチ
ュア２７を磁石５で吸引された第１図の位置及び磁石６
で吸引された第３図の位置から遠去かる方向へ付勢する
手段として機能する。第１図の状態でばばね１１は圧縮
され、ばね１２は伸長しているが、第１図の状態から第
３図の位置へのアーマチュア２７のストローク時、圧縮
していたばね１１は伸長し、伸長していたばね１２は圧
縮される。アーマチュアを再吸引位置から遠去かる方向
へ常時付勢する作用は第６図の場合、外匣３１と、アー
マチュア３３に連結したピストン４１と、このピストン
により圧搾される空気とにより得るが、本例においてピ
ストン４１は閉弁時外匣室４０内の空気を、又は閉弁時
外匣室４４内の空気を圧搾する。ピストン４１は更に第
１図乃至第３図におけるディスク２と同様の吸引板の役
目も果たす。
アーマチュアにロストモーションカップリングを介し緩
衝ピストン１４（第１図参照）を連結し、これによりス
トローク限位置に向かう弁システム２９を室３９内にお
ける流体の変位で栄、減速し得るようにする。
ディスク２に作用する永久磁石５の吸引力はこのディス
クをして上昇位置、っまり閉弁位置に保持する。永久磁
石６も同様にディスク２を吸引し、このディスクを第３
図に示す下降位置、つまり開弁位置に保持する。吸引力
を釈放するに際しては、永久磁石５，６に重合させたコ
イル３．４に中和磁界を生じさせる。作動に際しては、
一方のコイルを付勢して、関連する磁石によるディスク
２への吸引力を打消し、このディスクを自由にする。
これによりアーマチュア２７は外匣２０内のばね１１゜
１２により急加速される。アーマチュア２７が第２図の
中立位置を通過すると、ばねＩＬ　１２は弁速度を低下
させ始めるが、ディスク２が反対側の吸引磁石に接近す
る時、当該磁石による大きな吸引力かばねＩＬ　１２に
よる減速力に打勝つ。この大きな吸引力は吸引ディスク
２に衝撃状態を生じさせようとするが、これを外匣２０
内の緩衝装置によるアーマチュア及び弁の減速により緩
和する。
なお、ばね１１．１２は非線形特性とし、吸引磁石によ
る吸引力特性に合せてばね力が線形特性のそれより大き
くなるものとする。このばね力非線形特性は弁の一層の
急加速及び急減速を可能にし、その平均速度を高めて応
答時間を短縮し得る。
第４図は第２図及び第３図に示す位置間での変位中アー
マチュア２７に作用する種々の力を示す。
線４７はばねＩＬ　１２に貯えられる位置エネルギーの
増大状況を示す。ばねはほぼフーク（Ｈｏｏｋｅ）の法
則に従い、減速力をストロークに対しほぼ直線的に増大
する。実際上この力はストローク端近くで線形特性によ
る力より若干大きくなる。線４９は永久磁石及びディス
ク２間の吸引力を示し、この力はストロークの２乗に反
比例し、デヘスクが磁石に接近するにつれ急上昇する。
線４９の正確な形状はディスク及び磁石間の間隙を含む
特定のジオメトリに応して決まる。線４７．４９で示す
力の向きは当然逆向きである。これら力の合成力を線５
１で示し、ストローク端近くで吸引力がばね力を１廻る
。
アーマチュアが開弁位置相当のストローク端に接近する
と、ワッシャ１６が小径ピストン１４に係合してこれら
を油封室３９内で下降させ、アーマチュアに大きな減速
力を与えて緩衝させる。この緩衝力を第４図に線５３で
示す。この緩衝力、上記ばね力及び吸引力の合成力を第
４図に線５５で示すが、これから明らかなようにアーマ
チュアをストローク端に保持する正方は極く僅がであり
、ディスク２はゆるやかに吸引位置に停止する。
システムへ動力を供給したり、偏差、緩衝及び摩擦を補
うために行うシステムへのエネルギー人力は、電流型式
とし、この電流を永久磁石５又は６を無効にするコイル
３又は４に供給する。一方の磁石を無効にすると、他方
の磁石が吸引力でアーマチュアを変位させ、この吸引力
はアーマチュアが磁石に接近するにつれ大きくなる。
弁の電磁駆動は前述した文献に記載のように種々の方法
で行うことができる。第５図は一例としてコイル３に電
気パルスを供給する回路を示す。
角度エンコーダ５７はエンジンのクランク角を示す信号
を発生する。このエンコーダは例えば光学又は磁気セン
サとし、エンシフ１回転当リ一定数のパルスを発生する
。コントローラ５９は（基準位置からパルスを計数して
予定の計数値毎にスイッチング装置６１に出力を発する
。予定計数値はエンジンの運転パラメータ、例えば入力
６３として示す車速に応じ変更することができる。スイ
ッチング装置６１が閉しると、車載ハンテリ６５のよう
な電源からコイル３にパルスが供給される。他のコイル
４も同様にして付勢することができる。
第６図は、第１図乃至第３図のコイルばねに代え空気ば
ねを用いたものである。本例では、空気ばね及び緩衝装
置を一体化し、吸引装置に組込む。
第１図乃至第３図の吸引ディスク２は吸引の用をなすの
みであった。しかし第６図のディスク４１は前述した如
く吸引のためだけでなく、非線形低質量空気ばねの一部
として、又弁のストローク端近くでアーマチュアを減速
する緩衝装置としても作用する。
吸引ディスク４１に円形シール４２を設け、これにより
上方圧力室４０を下方圧力室４４から封止する。
室４０．４４は更にバランス室としても用い、ディスク
４１が一方の磁石に接近して吸引された時、この室に空
気を封入して圧縮する。圧縮空気と位置エネルギー及び
第１図乃至第３回につき前述したピストン加速力を貯え
る。緩衝機能は更に、ディスク４１が一方の磁石に接近
した時アーマチュアを減速する用もなす。円形シール４
５は吸引直前にディスク４１と接し、ディスク及び磁石
間に僅かな空気を封入する。この封入空気は室４０（又
は４４）内の圧力以上に圧縮され、小径オリフィス３５
．３７を経てこの空気を予定割合で対応室に流入させる
。この時の流入抵抗が弁ディスクを減速してその速度を
吸引直前に許容衝撃速度以下とする。このシステムでは
若干の空気洩れが生ずるため、空気供給孔４３を設け、
これに空気の流入のみを許容する逆止弁を設ける。流入
空気は（ピストン４１の位置に応じ）一方の室に入って
その室に空気を充満させる。空気供給孔４３への空気圧
は要求される空気ばね定数に応じて変更する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置の一実施例を閉弁状態で示す機関用
弁及び動弁機構を示す断面図、第２図及び第３図は夫々
間しくその中途開弁状態及び全開弁状態で示す断面図、 第４図は動弁機構に作動中加わる力を示す線図、第５図
は第１図乃至第３図に示す永久磁石の吸引力を解除する
ための制御回路を示すブロック線図、 第６図は動弁機構の他の例を示す断面図である。 ２　・吸引ディスク　　　　３．４・・・コイル５．６
・吸引永久磁石　　１１．１２・・・ばね１３・・・ウ
ェブ　　　　　　　１４・・小径ピストン１６・ワッシ
ャ　　　　　　２０・・・外匣２３・・・弁　　　　　
　　　　２７・・・アーマチュア２９・・・弁ステム　
　　　　　３１・・外匣３３　　アーマチュア　　　　
３ｓ、　３７・・・小径オリフィス３９・・油封室　　
　　　　　４０．４４・・・室４１・・ピストン　　　
　　　４２．４５・・・円形シール４３・・・空気供給
孔

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. １．弁ステムを具えた機関用の弁と、 この弁をステム方向へ開弁位置と閉弁位置 との間でストロークさせるための動弁手段と、弁を開弁
    位置及び閉弁位置に夫々保持する 磁気吸引手段と、 これら磁気吸引手段を選択的に釈放して動 弁手段が弁をストロークさせ得るようにする磁気釈放手
    段とを具備してなることを特徴とする電子制御弁機構。
  2. ２．請求項１において、磁気釈放手段は一方の磁気吸引
    手段の磁気効果を一時的に無効にして弁を一方の位置か
    ら他方の位置へストロークさせ得るようになす電磁手段
    で構成した電子制御弁機構。
  3. ３．請求項２において、電磁手段を一時的に付勢する制
    御回路を付加した電子制御弁機構。
  4. ４．請求項１において、動弁手段を外匣と、弁に連結し
    たピストンと、このピストンにより外匣内で圧縮される
    空気とで構成した電子制御弁機構。
  5. ５．請求項１において、動弁手段に非線形ばねを設けた
    電子制御弁機構。
  6. ６．請求項５において、動弁手段にコイルばねを設け、
    その一部を圧縮させ、残部を伸長させて、動弁作用を行
    うようにした電子制御弁機構。
  7. ７．請求項６において、コイルばねを非線形とし、その
    ばね力が変形につれ線形特性のばね力より大きくなるよ
    うなものとして、磁気吸引手段の吸引力特性にマッチさ
    せた電子制御弁機構。
  8. ８．第１及び第２位置間で往復動するアーマチュアと、
    このアーマチュアをストロークさせるための駆動手段と
    、アーマチュアを一方の位置に保持する永久磁石吸引手
    段と、これら永久磁石の一方を無効にしてアーマチュア
    を一方の位置から他方の位置へストロークし得るよう釈
    放する電磁手段とを具備してなることを特徴とする双安
    定型電子制御ストローク機構。
  9. ９．請求項８において、駆動手段にアーマチュアを常時
    、永久磁石吸引手段により保持される位置から遠去かる
    方向へ付勢する付勢手段を設けた双安定型電子制御スト
    ローク機構。
  10. １０．請求項９において、付勢手段をコイルばねで構成
    し、その一部を圧縮し、残部を伸長してアーマチュアの
    ストロークを行うようにした双安定型電子制御ストロー
    ク機構。
  11. １１．請求項１０において、コイルばねを非線形ばねと
    し、そのばね力が変形につれ線形特性のばね力より大き
    くなるようなものとして永久磁石吸引手段の吸引力特性
    にマッチさせるようにした双安定型電子制御ストローク
    機構。
  12. １２．請求項１０において、アーマチュアの逆方向スト
    ローク時、圧縮されたばね部分が伸長し、伸長されたば
    ね部分が圧縮するようにした双安定型電子制御ストロー
    ク機構。
  13. １３．請求項９において、付勢手段を外匣と、アーマチ
    ュアに連結したピストンと、このピストンにより外匣内
    で圧縮される空気とで構成した双安定型電子制御ストロ
    ーク機構。
  14. １４．第１及び第２位置間で往復動可能なアーマチュア
    と、このアーマチュアを一方の位置に保持する吸引手段
    と、付勢時該吸引手段を少なくとも部分的に無効にして
    アーマチュアが保持位置からストロークし得るようにな
    す電磁釈放手段とを具備してなることを特徴とする双安
    定型電子制御ストローク機構。
  15. １５．請求項１４において、電磁釈放手段を一時的に付
    勢する制御回路を付加した双安定型電子制御ストローク
    機構。
  16. １６．請求項１４において、アーマチュアを常時吸引手
    段による保持位置から遠去かる方向へ付勢する付勢手段
    を設けた双安定型電子制御ストローク機構。
  17. １７．請求項１６において、付勢手段をコイルばねで構
    成し、その一部を圧縮し、残部を伸長させてアーマチュ
    アのストロークを行うようにした双安定型電子制御スト
    ローク機構。
  18. １８．請求項１７において、アーマチュアの逆方向スト
    ローク時、圧縮されたばね部分が伸長され、伸長された
    ばね部分が圧縮されるようにした双安定型電子制御スト
    ローク機構。
  19. １９．請求項１６において、付勢手段を外匣と、アーマ
    チュアに連結したピストンと、このピストンにより外匣
    内で圧縮される空気とで構成した双安定型電子制御スト
    ローク機構。
JP1027722A 1988-02-08 1989-02-08 内燃機関用電子制御弁機構 Expired - Fee Related JP2915426B2 (ja)

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