JPH03189311A

JPH03189311A - 電磁力バルブ駆動装置

Info

Publication number: JPH03189311A
Application number: JP1330104A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1991-08-19
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JP2709742B2; US5129369A

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、エンジンに装備された２種類の排気バルブの
内の一方である副排気バルブを、他方である排気バルブ
すなわち主排気バルブより先行して開放する電磁力バル
ブ駆動装置に関する。

（従来の技術）従来のエンジンの吸排気バルブはカムシャフトにより開
閉駆動されている。該カムシャフトはクランクシャフト
と連動しているため、クランク角に対する吸排気バルブ
の開閉タイミングをエンジンの回転数の変化に対応して
変更することができない。よって、特定の回転数で高効
率となるように吸排気バルブの開閉タイミングを調整す
るため、該特定の回転数以外の回転数で運転される場合
には効率が低下するという問題がある。

そこで、吸排気バルブを電磁石による電磁力で開閉駆動
することにより、吸排気バルブの開閉タイミングをエン
ジンの回転数の変化に伴なって変更し、各回転数におい
て高効率で運転することが可能なエンジンが提案されて
いる。

（発明が解決しようとする課題）上記の吸排気バルブを電磁石により開閉駆動するエンジ
ンでは、吸排気バルブ共に開閉駆動に要する駆動力は比
較的小でよいにもかかわらず、排気バルブの開口時には
燃焼室内の圧力に抗して排気バルブを駆動しなければな
らないため大駆動力を必要とする。よって、排気バルブ
駆動用の電磁石が大型化し、あるいは駆動力不足のため
開口不能となるという問題点がある。

たとえば、膨張行程終期における燃焼室の内部圧力を５
　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｒｎ’、排気バルブの燃焼室側面積
を８ｃｒｎ”とすると、排気バルブが該内部圧力に抗し
て開口するのに要する電磁力は４０ｋｇ（３９２Ｎ）と
なる。開口時における排気バルブの加速に要する駆動力
を勘案すると駆動装置は８０ｋｇ　（７８４Ｎ）程度の
駆動力を発生させなければならない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、小型の電
磁駆動装置で確実に排気バルブを駆動し排気ガスを排出
することのできる電磁力パルプ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、エンジンの少なくとも排気バルブを電
磁力により開閉する電磁力バルブ駆動装置において、上
記排気バルブに並設された副排気バルブの軸端面と対向
する可動磁性板と、該可動磁性板と対向する固定磁極を
有し該可動磁性板への吸引力により該副排気バルブを開
方向へ駆動する電磁石と、該副排気バルブを常時閉方向
へ付勢するスプリングと、排気開始タイミングに上記排
気バルブの作動に先行して上記電磁石を作動せしめる制
御手段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、副排気バルブの軸
端面に対向する磁性体板を排気タイミングに電磁石にて
吸引し、該磁性体板を副排気バルブの軸端面に当接させ
、更に該副排気バルブを開方向へと駆動することにより
燃焼室内部の排気ガス圧力を低下させ、続いて開口する
主排気バルブの開口に要する駆動力を低減する。

（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が装着されたエンジン
のブロック図である。

１１は軽量高強度材料であるセラミックス、あるいは耐
熱軽量合金材料で形成された主排気バルブであり、該主
排気バルブ１１の軸端部には該主排気バルブ１１を開閉
駆動する駆動装置１が接続されている。該主排気バルブ
１１と隣接して、該主排気バルブ１１より傘部が小径で
ある副排気バルブ２１、及び吸気バルブ３１が設けられ
ている。該副排気バルブ２１及び吸気バルブ３１は主排
気バルブ１１と同様にセラミックスあるいは耐熱軽量合
金材料で形成されており、かつ各々の軸端部には駆動装
置２及び駆動装置３が接続されている。

上記主排気バルブ１１、副排気バルブ２１及び吸気バル
ブ３１が対向する燃焼室４の下部にはピストン４１が配
設されており、該ピストン４１はコネクティングロッド
４２を介してクランクシャフト４３のビンジャーナルと
接続している。そして、該クランクシャフト４３の回転
速度及びクランク角θを検知する回転センサ４４が設け
られている。

該回転センサ４４及び上記駆動装置１．２．３はコント
ロールユニット５の構成部分である人出力インターフェ
イス５４と接続されている。該入出力インターフェイス
５４は回転センサ４４からの信号を入力し、かつ駆動装
置１．２．３へ駆動信号を出力する。コントロールユニ
ット５は該人出力インターフェイス５４の他に、プログ
ラム及び各種関係マツプを予め記憶するＲＯＭ５２、該
ＲＯＭ５２に記憶されているプログラムの下に演算を行
なうＣＰＵ５１、データ及び演算結果を一時記憶するＲ
ＡＭ５３、コントロールユニット５内部の信号の流れを
コントロールするコントロールメモリ５５等から構成さ
れている。

次に上記駆動装置１及び２について説明する。

尚、駆動装置３は駆動装置１と同様の構造であるため説
明を省略する。

第２図は、駆動装置１及び２の平面図であり、第３図は
、第２図のＩＩＩ　−ＩＩＩ断面図である。

まず駆動装置２について説明する。

２２は磁性体からなるコアであり、副排気バルブ２１の
閉鎖状態での上端部より若干低位置に、励磁コイル２３
によって励磁される固定磁極を有している。該固定磁極
部分には非磁性体からなるガイドバー２４を介して磁性
体板２５が摺動自在に保持されている。また、該ガイド
バー２４はスプリング２６によって常時上方向に付勢さ
れており、磁性体板２５の上限位置にて副排気バルブ２
の上端部に設けられたストッパ２８と微小間隔を介して
対向する。そして、該ストッパ２８とコア２２との間に
はスプリング２７が配設されており、ストッパ２８を介
して副排気バルブ２１を上方向に付勢している。

次に、駆動装置１について説明する。

主排気バルブ１１の軸端部には可動子が連結している。

該可動子は、円筒形の磁気通路１５と、該磁気通路１５
の外周部に周設された複数個の２次コイル１６から構成
されている。該２次コイル１６は磁気通路１５の外周部
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１５は２次コイル１６に作用する磁束密度
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。ただし、該磁気通路１５は後
述する固定磁極からの磁束の通路となるので、該磁束の
通路が確保されるように配列しなければならない。

また、エンジン停止時において主排気バルブ１１が降下
することを防止するために、可動子はスプリング１８に
よって閉方向にバイアスされている。

可動子の側面には該可動子を挟んで一対の駆動部１フが
配設されている。該駆動部１７は、２次コイル１６と対
向して配設された固定磁極と、該固定磁極の各々に捲設
された励磁コイルとから構成されている。そして、上記
コントローラ５から交番電力の供給を受け、可動子の２
次コイル１６に対し進行磁界を作用させるものである。

可動子の上部には、上記駆動装置２と同じく主排気バル
ブ１１の着座状態時に微小間隔を介して対向する磁性板
１４が配設されており、可動子の側面には上記駆動部１
７の他に、主排気バルブ１１の並設方向に該主排気バル
ブ１１を挟む一対の固定磁極を有する下部電磁石が配設
されている。該下部電磁石の固定磁極は、主排気バルブ
１１が閉鎖時における可動子の上端面より所定量だけ下
方に設定され、該固定磁極を励磁する下部コイル１３と
から構成されている。

そして該磁性板１４は、上記駆動装置２の場合と同じく
非磁性体からなるガイドバーを介して下部電磁石の両固
定磁極と往復自在に連結しており、下部電磁石に吸引さ
れ可動子の上端面に当接し、該可動子を下方向へと駆動
させるものである。尚、該磁性板１４はスプリングによ
り常時上方向にバイアスされている。

次に本願の作用について説明する。

第４図は、吸排気バルブの開閉状態と燃焼室４の内圧と
の関係を示す図である。

図の上部はいわゆるカムプロファイル曲線に相当するも
のであり、横軸に示すクランク角θに対するバルブの移
動量、すなわちバルブリフト量りを縦軸に示すものであ
る０図のａは副排気バルブ２１、ｂは主排気バルブ１１
、Ｃは吸気バルブ３１の開閉状態を示すものである。ま
た、本図の下部の示すものは、同じくクランク角θに対
する燃焼室４内部の圧力Ｐ（ゲージ圧）の変化を縦軸に
示すものである。

回転センサ４４により検知されるクランク角θがコント
ロールユニット５にて演算される排気開始タイミングに
到達すると、該コントロールユニット５はまず励磁コイ
ル２３に電力を供給し磁性体板２５を吸引して副排気バ
ルブ２１を開放させる。該副排気バルブ２１の開口面積
は小であっても燃焼室４内部が高圧であるため排気ガス
は急速に排出される。

該副排気バルブ２１の開弁後、クランク角θが所定角度
経過すると次に下部コイル１３に通電し磁性板１４を吸
引して主排気バルブ１１を初期駆動し、続いて、駆動部
１７の各励磁コイルに開方向の交番電力を供給し２次コ
イル１６に誘導される電流と駆動部１７の固定磁極から
の進行磁界とにより主排気バルブ１１の開方向への駆動
を継続させる。

そして、主排気バルブ２１が開方向への駆動を開始する
と励磁コイル２３への電力供給を停止しスプリング２７
のパイアスカにより副排気バルブ２１を閉鎖する。

尚、主排気バルブ１１は駆動部１７の各励磁コイルに供
給されている電力の交番方向を反転させれば閉方向へと
８動し主排気バルブ１１を閉鎖することができる。

上記排気開始タイミングでの燃焼室内圧力Ｐは５　ｋ　
ｇ　／　ｃ　ｍ’である。副排気バルブの燃焼室側面積
を２ｃｒｎ’とすれば、内部圧力に抗して開口するのに
要する電磁力は１０ｋｇ　（９８Ｎ）で済み、開口時の
加速度も排気バルブより小でよい。そこで、まず副排気
バルブ２１を開弁すると、内部圧力が高圧力であるため
燃焼室内部の排気ガスは急速に流出し、よって圧力Ｐは
直ちに低下する。そして、圧力Ｐが低下した後に主排気
バルブ１１を開口する。よって、駆動装置１は主排気バ
ルブ１１の加速に要する電磁力を出力するのみでよい。

また、ＴＤＣ（上死点）直前の吸気バルブ３１の開口時
には、圧力Ｐは低圧状態が維持されているので駆動装置
３も吸気バルブ３１の開口時の加速に要する電磁力を出
力する容量でよい。

以上に示すごとく、駆動装置１．２．３は各々のバルブ
を駆動するための必要最小限の容量で吸排気バルブの開
閉制御を行なうことができる。

また、主排気バルブ１１及び副排気バルブ２１共に１個
による構成について説明したが、少なくとも一方を複数
個により構成してもよく、更に上記排気開始タイミング
をエンジン負荷に伴なって変更してもよいことは明白で
ある。

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、排気タイミング
にて開口する副排気バルブの軸端面に対向する磁性体板
を電磁石にて吸引し、該磁性体板を副排気バルブの軸端
面に当接させ、更に該副排気バルブを開方向へと駆動す
ることにより燃焼室内部の排気ガス圧力を低下させ、続
いて開口する主排気バルブの開口に要する駆動力を低減
することができる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１本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は、駆動装置１及び２の平面図、第３図は、第２図のＩ
ＩＩ　−ＩＩＩ断面図、第４図は、吸排気バルブの開閉
状態と燃焼室４の内圧との関係を示す図である。１・２・３・・・駆動装置、１１・・・主排気バルブ、
２１・・・副排気バルブ、３１・・・吸気バルブ、４・
・・燃焼室、５・・・コントロールユニット。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジンの少なくとも排気バルブを電磁力により
開閉する電磁力バルブ駆動装置において、上記排気バル
ブに並設された副排気バルブの軸端面と対向する可動磁
性板と、該可動磁性板と対向する固定磁極を有し該可動
磁性板への吸引力により該副排気バルブを開方向へ駆動
する電磁石と、該副排気バルブを常時閉方向へ付勢する
スプリングと、排気開始タイミングに上記排気バルブの
作動に先行して上記電磁石を作動せしめる制御手段とを
有することを特徴とする電磁力バルブ駆動装置。
（２）上記副排気バルブの燃焼室側面積は排気バルブの
燃焼室側面積より小であることを特徴とする請求項（１
）記載の電磁力バルブ駆動装置。