JPH0347412A - 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、磁束密度の変化により導電体内に生ずる誘導
電流が磁界から受ける電磁力によりエンジンの吸排気バ
ルブを開閉制御する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し、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。そして、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ことによ
り、常時スプリングにより閉方向にバイアスされている
吸排気バルブを開閉駆動するものがある。

また、他の装置としては、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を
各々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面を、そして排気カムシャフトのカ
ム面で排気バルブの軸端面を直接押すことにより吸排気
バルブを開口させる。

（発明が解決しようとする課題） 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、該カムシャフト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
石による電磁力で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。しかし、上
記２公報により開示された装置における電磁石の構成は
、吸排気バルブに付設した磁性体を該吸排気バルブの移
動方向に配設した電磁石により吸引し、該吸引力によっ
て吸排気バルブを駆動するものである。よって、吸排気
バルブの移動に伴ない電磁石と磁性体との間隔が変化す
るため磁性体に作用する吸引力も変化し、吸排気バルブ
の駆動が不安定になるという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、吸排気バ
ルブに作用する駆動力が吸排気バルブの移動による影響
を受けず、安定して吸排気バルブの開閉制御を行なう電
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、エンジンの本体に固定された固定磁極
と、該固定磁極に捲設されたコイルと、エンジンの吸排
気バルブと連結し該固定磁極からの磁束との鎖交により
発生する誘導電流の通路となる導電体を備えると共に端
部に永久磁石を有する往復運動自在な可動子と、上記永
久磁石と対向する電磁石と、上記コイルへの通電状態を
制御し導電体内に発生する誘導電流により該可動子を往
復方向へ駆動する通電制御手段と、該電磁石への通電状
態を制御し吸排気バルブの閉鎖中は永久磁石を吸引し開
弁及び着座時には排斥する電磁石制御手段とを有するこ
とを特徴とする１！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、磁束密度の変化に
より導電体内に生ずる誘導電流が磁界から受ける電磁力
により吸排気バルブを駆動制御するので、磁束を発生さ
せる磁極を吸排気バルブの移動方向に複数並設させるこ
とにより吸排気バルブに作用する駆動力が吸排気バルブ
の移動により増減せず安定し、かつ永久磁石と電磁石と
の間に作用する反発力で吸排気バルブの開弁時には開方
向へ加速し、着座時には着座速度を減速するので開閉制
御を確実に行なうことができる。

（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。尚、吸排気バルブの内、以下主に吸気バルブについ
て説明する。

１はセラミックス等の軽量高強度材で形成された吸気バ
ルブである。該吸気バルブ１の軸部はバルブガイド１１
により軸方向に自在に軸承されており、軸端部には該吸
気バルブ１の駆動力を発生させるリニア誘導モータの構
成部分である可動子２が接続されている。該可動子２は
強磁性セラミックやアモルファス、または金属からなる
円筒状の強磁体２１、該強磁体２１の上端外周面の半周
部分に付設された導体２２、該上端外周面の他の半周部
分に付設された導体２３、導体２２と相対する下端外周
面の位置に付設された導体２４、及び導体２３と相対す
る下端外周面の位置に付設された導体２５から構成され
ている。また、導体２２の両端部と導体２５の両端部と
は互いに接続され閉回路を形成しており、導体２３の両
端部と導体２４の両端部とも互いに接続され閉回路を形
成している。そして、可動子２とバルブガイド１１との
間にはスプリング２６が配設されている。

また、該可動子２の上端面には上下方向に磁極を有する
永久磁石２７が配設されている。

該可動子２の両側にはリニア誘導モータの他の構成部分
である固定子３及び固定子４が配設されている。該固定
子３は導体２３及び導体２５と対向する複数の磁極及び
該磁極に各々捲設されたコイルから構成されている。ま
た、固定子４は固定子３と同様の構成からなり、導体２
２及び導体２４と対向している。そして、固定子３及び
固定子４の各コイルとエンジン５の回転数及びクランク
角θを検知する回転センサ５１とがコントロールユニッ
ト６の入出力インターフェイス６４と接続されている。

固定子３及び固定子４の各コイルには該人出力インター
フェイス６４から３相交流が供給され、固定子３及び固
定子４の磁極から発生する磁束により形成される磁界の
状態が順次６動する進行磁界を形成する。但し、固定子
３及び固定子４により形成される進行磁界の位相は互い
に１８０°異なる。すなわち、固定子３の磁極がＮであ
れば該磁極に対応する固定子４の磁極はＳとなる。

上記コントロールユニット６は外部との信号の入出力を
行なう上記入出力インターフェイス６４の他に、プログ
ラム及びデータを予め記憶するＲＯＭ６２、該ＲＯＭ６
２に記憶されたプログラムの下に演算を行なうＣＰＵ６
１、人力信号及び演算結果を一時記憶するＲＡＭ６３、
コントロールユニット６内の信号の流れを制御するコン
トロールメモリ６５等から構成されている。

吸気バルブ１の着座状態時に上記永久磁石２７の磁極と
対向する上部磁極７２を有する上部電磁石７が可動子２
の上方に配設されている。そして、該上部電磁石７のコ
イル７１は、上記人出力インターフエイス６４に接続さ
れている。

次に、本発明の作用について説明する。

第２図は、導体２２．２３．２４及び２５の接続例を示
す図である。

図の左側に示す正弦曲線は進行磁界の進行方向及び強度
を示しており、可動子２に対して図の左側から右方向へ
と磁束が作用し、かつ、該磁束により形成される磁界が
図の下方向へと進行している状態を示している。尚、バ
ルブ駆動の初期は永久磁石と、コイル７１により励磁さ
れた磁力との反発力がバルブのリフト方向へ瞬発的に作
用するため、該バルブは開弁する。

本図においては可動子２に対して右方向の磁束が作用し
・ており磁界の進行に伴ない磁界の強度すなわち磁束密
度が減少しつつあるので、レンツの法則により導体２２
．２３．２４及び２５には図の矢印に示す方向の誘導電
流が発生する。そして、該誘導電流と磁束とから導体２
２．２３．２４及び２５はフレミングの左手の法則によ
る電磁力を受ける。該電磁力の方向は導体２２及び２３
では図における上方向であり、導体２４及び２５では下
方向である。だが、磁束密度は導体２４及び２５側が導
体２２及び２３側より大であるため、下方向への電磁力
が上方向への電磁力より大となり、よって、可動子２は
下方向へと移動する。よって、開弁初期に必要な駆動力
を増幅することができる。

磁界の進行方向を反転させれば、上方向への電磁力が下
方向への電磁力より大となるため可動子２は上方向へと
駆動される。よって、磁界進行方向及び進行速度を制御
することにより可動子２を介して排気バルブ１の駆動方
向及び駆動速度を制御することができる。

尚、上記導体２２．２３．２４及び２５の接続は第２図
に示すもののみに限定されるものではない。

第３図は、導体２２．２３．２４及び２５の他の接続例
を示す図である。

（ａ）は導体２２と２３及び導体２４と２５とを環状に
接続し該接続点を縦方向に更に接続している。

（ｂ）は導体２２と２４′ＥＬび導体２３と２５とを各
々接続し、２個の閉回路を形成している。

そして、（ａ）、（ｂ）に示す矢印は共に第２図に示す
磁束状態に設置された場合に誘導される電流の方向を示
している。

次に、クランク角θと吸気バルブ１の移動量との関係に
ついて説明する。

第４図は、クランク角θと吸気バルブ１の移動量との関
係を示す図である。

また、図において、吸気バルブ１を開方向へ駆動させる
磁界進行方向及び上部電磁石への通電方向を＋、閉方向
へ駆動させる方向を−とする。

吸気バルブ１の間タイミングになるまでは、磁界進行方
向及び上部電磁石への通電方向を−にし、吸気バルブ１
を閉状態に維持する。次に、吸気バルブ１の間タイミン
グになると磁界進行方向及び上部電磁石への通電方向を
＋にして吸気バルブ１を開方向へ駆動する。開弁すると
直ちに上部電磁石２への通電を停止する。更に吸気バル
ブ１が所定距！穆動すると磁界進行方向を−に反転し、
吸気バルブ１に対して閉方向への駆動力を作用させ開方
向への８動速度を減速する。すると、吸気バルブ１は一
旦停止した後、閉方向へ移動する。該状態で吸気バルブ
１が着座すると着座時の衝撃が大となり吸気バルブ１が
破損する虞があるので、着座直前位置にて上部電磁石２
への通電方向を再度子方向にし着ＭＩＩＭを緩和する。

そして、着座後は該上部電磁石２への通電方向を一方向
に反転させ、再び吸気バルブ１の開タイミングが到来す
るまで着座状態を保持する。

尚、着座状態にて上部電磁石２に対し一方向の通電を継
続するのは、着座状態の保持力を強力にするためばかり
でなく、上部電磁石２に子方向へ通電することによって
永久磁石２７が減磁しても次の間タイミングまでの間に
再度着磁させるためである。よって、一方向への通電強
度は永久磁石２７を再度着磁するに足る強度である。

ところで、エンジン５の運転終了時には固定子３、固定
子４及び上部電磁石７の各コイルへの電力供給は消失し
、吸気バルブ１を閉状態に保持する電磁力が消滅するた
め、スプリング２６により吸気バルブ１を閉状態に保持
する。スプリング２６の保持力は開方向への駆動力に対
して充分小に設定されている。

上記第１図にて、永久磁石２７及び上部磁極７２を平面
形状で示したが、他の形状でもよい。

第５図は永久磁石２７と上部電磁石７の他の実施例を示
す図である。

図に示すごとく、永久磁石２７の対向面は円錐状に突起
しており、上部磁極７２も該永久磁石２７に対向すべく
同じく円錐状に陥没している。

該構成を取ることにより、磁石通過面積が増大し飽和す
るまでの磁束量が同大すると共に、永久磁石２７と上部
磁８ｉ７２との距離の増加による電磁力の減衰の比率が
緩和される効果があるので、永久磁石２７が開方向へ移
動しても永久磁石２７と上部磁極７２との間に作用する
反発力は急速に減少することはない。

また、上記にて誘導電流が発生する導体が２層に構成さ
れた可動子２について説明したが、可動子２は次の第６
図に示す構成でもよい。

第６図は、可動子２の他の構成を示す図である。

（ａ）に示すものは、円筒状の磁性体８１の円筒外周面
に導電性の環８２を多層並設し＠８２を並設方向に各々
２箇所で連通したものであり、第３図（ａ）に示す導体
の構成を多層にしたものである。

また、（ｂ）に示すものは、円筒状の磁性体８３の円筒
外周面を導電体８４で被覆したものである。

上記（ａ）（ｂ）共に固定子３及び固定子４と対向する
部分が大であるため誘導電流と磁束とによる電磁力は大
となる。

尚、ＲＯＭ６２内に、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５の回
転数の変化に伴ないバルブ間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５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５
が多気筒エンジンであればエンジン５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。

以上、本発明の実施例を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。また本発明の精神か
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、磁束密度の変化により導電体内に
生ずる誘導電流が磁界から受ける電磁力により吸排気バ
ルブを駆動制御するので、磁束を発生させる磁極を吸排
気バルブの穆勤方向に複数並設させることにより吸排気
バルブに作用する駆動力が吸排気バルブの穆勤により増
減せず安定し、かつ永久磁石と電磁石との間に作用する
反発力で吸排気バルブの開弁時には開方向へ加速し、着
座時には着座速度を減速するので開閉制御を確実に行な
う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、本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は、導体２２．２３．２４及び２５の接続例を示す図、
第３図は、導体２２．２３．２４及び２５の他の接続例
を示す図、第４図は、クランク角θと吸気バルブ１の穆
動量との関係を示す図、第５図は、永久磁石２７と上部
電磁石７の他の実施例を示す図、第６図は、可動子２の
他の構成を示す図である。 １・・・吸気バルブ、２・・・可動子、３・４・・・固
定子、５・・・エンジン、６・・・コントロールユニッ
ト、７・・・上部電磁石、２７・・・永久磁石。 第２図 瓜外進打方向 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの本体に固定された固定磁極と、該固定
   磁極に捲設されたコイルと、エンジンの吸排気バルブと
   連結し該固定磁極からの磁束との鎖交により発生する誘
   導電流の通路となる導電体を備えると共に端部に永久磁
   石を有する往復運動自在な可動子と、上記永久磁石と対
   向する電磁石と、上記コイルへの通電状態を制御し導電
   体内に発生する誘導電流により該可動子を往復方向へ駆
   動する通電制御手段と、該電磁石への通電状態を制御し
   吸排気バルブの閉鎖中は永久磁石を吸引し開弁及び着座
   時には排斥する電磁石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. （２）上記固定磁極は可動子の往復運動方向に複数個並
   設され、各固定磁極からの磁束により往復運動方向の進
   行磁界が形成され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。
3. （３）上記導電体は環状に形成され、かつ同時に複数の
   固定磁極と対向することを特徴とする請求項（２）記載
   の電磁力バルブ駆動装置。