JPH02218809A - 電磁力バルブ駆動装置 - Google Patents

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】 （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
ンの吸排気バルブ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
ャフトに吸気用及び排気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ブ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、吸気用のカムを配した吸気カムシャフトと排
気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、該カムシャツ１へ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６動と共に、電磁石の磁極と可動磁極との距
離は増加する。よフて可動磁極の６勤開始直後においけ
る加速度は小であり、８勤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、バルブ８
動開始時及び着座時において、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） 本発明によれば、エンジンの吸排気バルブに連結し、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固定ｌ１
ｉ１極と、該上部固定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、上記上部固定磁極
及び上記可動磁極の他方端と対向する磁極を備える第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
装置を提供できる。

（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、開方向への駆動及び着座時の加速度が大と
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ブロック図である
。

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、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１ＩＩＩｌ
ｉｉｉ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ｇ！
３１が形成されている。該端部磁極３１の上側に近接し
て上部電磁石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１
２に対向する外周磁極１３と、該中央磁極１２及び外周
磁８ｉ１３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の外周には下部電磁石
２及び該下部電磁石２の内側に中部電磁石７が周設され
ている。該下部電磁石２は、上記外周磁Ｖｉ１３及び端
部磁極３１と対向する上磁極２３と、可動磁極３の外周
面と対向する下部８ｉ２２と、該上磁極２３及び下磁極
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、上記上磁極２３に対向する上磁極７３と、
可ｉｏ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
２１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ＣＰＬＩ５１
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、下磁極２２にはＳ８ｉ、上磁極２３にはＮ極が
発生するように通電する。端部磁極３１は上磁極２３と
対向しているので、上磁極２３に発生するＮ極により、
端部磁Ｍ１３１にはＳ極が誂磁される。中央磁極１２と
端部磁極３１とは対向しており、中央磁極１２のＮ極と
端部磁極３１のＳＶｉ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には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Ｅ
ｉｉｉ３１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６１１極３１との間の排斥力とが釣
合う１磁８ｉ７３の近傍位置において、端部磁極３１は
停止する。

上記間タイミングから第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６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、次の間タイミングを示す信号が回転センサ６
１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の間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６
勅開始直後の加速度は小である。

一方、本願装置においては上記説明のごとく、バルブ６
動開始直後の加速度は大である。プロファイル曲線と横
軸とによフ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ツプを記憶しておき、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、開方向への駆動及び着座時の加速度が大
となり、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。

【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
は、バルブ駆動部を示す図、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
ａ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)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの吸排気バルブに連結し、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固定磁極と、該上部固定磁
   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、上記上部固定磁極及び上記可動磁極の他方
   端と対向する磁極を備える第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。