JP2003056741A

JP2003056741A - 電子機械式バルブトレイン

Info

Publication number: JP2003056741A
Application number: JP2002102414A
Authority: JP
Inventors: Hyoung-Joon Kim; 亨俊金
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2003-02-26
Also published as: US6581556B2; KR100401645B1; US20030037738A1; KR20030016628A

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、バルブトレインを作動する
アマチュアが能動的に作動するようにして応答性を改善
すると同時に、より軽くてコンパクな電子機械式バルブ
トレインを提供することである。【解決手段】本発明は、アクチュエーターハウジン
グ、前記アクチュエーターハウジング内部に内蔵される
第１、第２コイル、前記第１、第２コイルの間に介さ
れ、上部プレート、下部プレート、前記上部プレートと
前記下部プレートとを連結するロッド、及び前記上部プ
レートと前記ロッドとの間または前記下部プレートと前
記ロッドとの間に配置される絶縁体を含むアマチュア、
前記アマチュアの下端に取付けられるバルブ、及び前記
アマチュアをバルブボディーの上側で弾性支持する第１
バルブスプリング及び下側で弾性支持する第２バルブス
プリングを備えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子機械式バルブト
レインに係り、より詳しくは、バルブトレインを作動す
るアマチュアが能動的に作動するようにして応答性を改
善させると同時に、より軽くてコンパクトに製作するこ
とができる電子機械式バルブトレインに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両の内燃機関は、混合気体を
吸気多岐管に吸入して燃焼室で圧縮爆発させ、クランク
シャフトを駆動させることで出力を発生させ、この過程
で燃焼した排気ガスを排気多岐管から排出させる。この
ように混合気体を吸入して燃焼室で燃焼させた後、排出
するように、燃焼室の上部を形成するシリンダーヘッド
の吸、排気ポートには吸、排気バルブが取付けられる。

【０００３】このような吸、排気バルブとこれを作動さ
せるバルブ機構とを含んで構成される一連の装置をバル
ブトレインといい、このバルブトレインのバルブ作動タ
イミングによって内燃機関の燃焼状態は異なってくる。
従って、最適の燃焼制御のためにはバルブトレインの作
動制御が何より重要である。

【０００４】このようなバルブトレインの作動制御方式
としては、クランクシャフトによって連動するカム軸と
前記カム軸のカムによってヒンジ作動するロッカーアー
ムなどにより吸、排気バルブを機械的に乗降させるカム
方式が主に採択されている。

【０００５】ところが、前記カム式バルブトレインは、
最近活発に研究されている先端電子制御方式のエンジン
開発とそのための可変バルブタイミング制御などにおい
て、様々な方式のバルブ制御条件を充足させるには、そ
の機械的構造の特性上、一定の限界があった。

【０００６】そのため、バルブトレインを電子的に作動
可能なように改善したものが電子機械式バルブトレイン
である。このバルブトレインは、バルブタイミングと作
動区間とを自由に設定できるようにすることで、エンジ
ンが最適性能を維持できるようなっている。また、吸気
バルブが空気量を直接制御することができるので、スロ
ットルバルブを削除することも可能となり、さらに、ポ
ンピング損失の低減や、様々な形態の運転が可能とな
り、排気ガスを低減させ、バルブの設置構造をより簡素
化させることができた。

【０００７】前記のような従来型電子機械式バルブトレ
インの一例を図１に示す。バルブボディー１内に閉鎖コ
イル２と開放コイル３とを上下に配置し、その中間には
平板形のアマチュア４を配置し、前記アマチュア４にバ
ルブ５を連結すると同時にその上下にバルブスプリング
６、７を設置する構造となっていた。

【０００８】このバルブトレインでは、閉鎖コイル２の
電流をオンとし、開放コイル３の電流をオフにすればバ
ルブ５が閉鎖されて、その状態が維持される。開放コイ
ル３の電流をオンにして、閉鎖コイル２の電流をオフに
すれば、バルブ５が開放され、その状態が維持される。
バルブ５において、閉鎖コイル２と開放コイル３をいず
れもオフにすれば、バルブスプリング６、７によってバ
ルブ５が中立状態になり、この時、閉鎖コイル２に高電
流を流せばバルブ５が完全に閉鎖する。これと反対に、
閉鎖コイル２と開放コイル３とをいずれもオフした状態
で、開放コイル３に高電流を流せばバルブ５が完全に開
くようになる。

【０００９】このような従来の技術の問題点は、鉄芯製
のアマチュアプレートが運転時間の経過に従って磁石化
し、上下コイルに電流が流れなくても付着力が作用する
ため、応答速度が劣ることである。

【００１０】他方、前記電子機械式バルブトレインは、
バルブを作動させるアマチュアが単純な導体のみからな
っており、閉鎖コイルと開放コイルとの磁性に依存しな
いため、アマチュアが閉鎖コイルまたは開放コイルのい
ずれが一側に移動した後に他側に移動する場合には、そ
の内部に生成された磁性が残存していて作動の応答性が
劣るという問題点がある。

【００１１】この対応策として、アマチュア自体を永久
磁石で製作してアマチュアがより能動的に作動するよう
にする方法があるが、これは燃焼室の作動温度が高温で
あるために永久磁石の磁性が損われこと、また装置自体
が重くなるという問題点がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、バル
ブトレインを作動するアマチュアが能動的に作動するよ
うにして応答性を改善すると同時に、より軽くてコンパ
クな電子機械式バルブトレインを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の好ましい実施例
による電子機械式バルブトレインは、アクチュエーター
ハウジング；前記アクチュエーターハウジング内部に内
蔵される第１、第２コイル；前記第１、第２コイルの間
に介され、上部プレート、下部プレート、前記上部プレ
ートと前記下部プレートとを連結するロッド、及び前記
上部プレートと前記ロッドとの間または前記下部プレー
トと前記ロッドとの間に配置される絶縁体を含むアマチ
ュア；前記アマチュアの下端に取付けられるバルブ；及
び前記アマチュアをバルブボディーの上側で弾性支持す
る第１バルブスプリング及び下側で弾性支持する第２バ
ルブスプリング；を備えることを特徴とする。

【００１４】本発明において、前記アマチュアは、上部
プレートと、下部プレートと、上部プレートと下部プレ
ートとを連結するロッドとを備えてＨ型を成し、上部プ
レートとロッドとは絶縁体が介されて結合されることを
特徴とする。

【００１５】本発明において、前記絶縁体は、プラスチ
ック材質のキャップ部材からなることを特徴とする。

【００１６】本発明において、前記アマチュアは、前記
ハウジングの上部に結合される中立位置調整スクリュー
部材の上下移動によって押されて位置調整が可能である
ことを特徴とする。

【００１７】また、本発明において、前記アマチュアの
上部プレートには段が形成され、前記第１バルブスプリ
ングが左右に動かないように固定することを特徴とす
る。

【００１８】本発明の他の好ましい実施例による電子機
械式バルブトレインは、内部にチェンバーが形成された
ハウジング；前記ハウジングのチェンバーに配置され、
貫通孔が形成されたコアと前記コアに巻かれたコイルと
を含む外部コイルアセンブリー；前記外部コイルアセン
ブリーの貫通孔に挿入されて取付けられ、貫通孔が形成
されたコアと前記コアに巻かれたコイルとを含む内部コ
イルアセンブリー；上部プレート、下部プレート、前記
上部及び下部プレートを連結するロッド、及び前記ロッ
ドと上部プレートとの間または前記ロッドと前記下部プ
レートとの間のうちのいずれか１ケ所に介される絶縁体
を含み、前記ロッドは前記内部コイルアセンブリーの前
記貫通孔に上下移動可能に挿入されるアマチュア；前記
アマチュアを各々上側及び下側で弾支する上部及び下部
弾性部材；及び前記アマチュアの下部に連結されている
バルブ；を含むことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施例に
よる電子機械式バルブトレインを添付した図面を参照し
て詳細に説明する。

【００２０】図２は本発明の好ましい実施例による電子
機械式バルブトレインを概略的に示した断面図であり、
図３は図２の電子機械式バルブトレインの分解斜視図で
ある。

【００２１】図２及び図３に示したように、本発明によ
る電子機械式バルブトレイン１００は、アクチュエータ
ーハウジング１０と、前記アクチュエーターハウジング
１０の内部に内蔵される第１、第２コイル６０、７０
と、前記第１、第２コイル６０、７０の間に介されるア
マチュア２０と、前記アマチュア２０の下端に取付けら
れるバルブ４０と、前記アマチュア２０をバルブ４０の
上、下側で各々弾性支持する第１、第２バルブスプリン
グ３０、５０とを備える。

【００２２】前記アクチュエーターハウジング１０は、
その外側に多数の締結部１１が備えられてシリンダーヘ
ッド１３に取付けられる。

【００２３】前記アクチュエーターハウジング１０の内
部空間には、内部コイルアセンブリー６０と外部コイル
アセンブリー７０とが設置される。外部コイルアセンブ
リー７０は、アクチュエーターハウジング１０の壁に固
定結合され、外部コイルアセンブリーの上下にストッパ
ー８０を設置して外部コイルアセンブリー７０がアクチ
ュエーターハウジング１０に堅固に結合されるようにす
る。

【００２４】前記外部コイルアセンブリー７０は、中央
に貫通孔７５が形成されたコア７１にコイル７３が巻か
れており、前記コイル７３は、電流が供給されるように
電源（図示せず）に連結される。前記コア７１は鉄のよ
うに磁石化する物質で作られる。従って、コイル７３に
電流が供給されれば鉄芯コア７１が磁石化する。

【００２５】一方、前記内部コイルアセンブリー６０
は、中央に貫通孔６５が形成されたボビン６１にコイル
６３が巻かれており、前記ボビン６１は絶縁体で作られ
る。例えば、ボビン６１は磁石化しないプラスチック素
材で作ってもよい。

【００２６】プラスチック素材で作られたボビン６１に
巻かれたコイル６３に電流が流れれば、ボビン内部に磁
場が形成される。

【００２７】図２に示されたように、前記内部コイルア
センブリー６０は、アクチュエーターハウジング１０の
内壁に固定結合された外部コイルアセンブリー７０の貫
通孔７５に挿入されて、外部コイルアセンブリー７０と
一体に形成される。

【００２８】前記アクチュエーターハウジング１０の内
部にはアマチュア２０が内蔵される。前記アマチュア２
０は、上部プレート１５と、下部プレート１７と、上部
プレート１５と下部プレート１７とを連結するロッド１
９とを備えて“Ｈ”型をなし、導電体からなっている。
アマチュア２０は、鉄で製作されるのが好ましいが、こ
れに限定されるものではない。前記上部プレート１５と
ロッド１９は、絶縁体１２を介して結合され、絶縁体１
２は、プラスチック製のキャップ部材で形成されて、下
部プレート１７と上部プレート１５の間が絶縁されるよ
うにする。これにより、磁石化した下部プレート１７と
同時に上部プレート１５まで磁石化するのを防止するこ
とができる。前記絶縁体１２は、上部プレート１５と下
部プレート１７とを絶縁させる機能をするものであり、
前記絶縁体１２は、前記ロッド１９と前記下部プレート
１７との間に設置されても差支えない。

【００２９】この時、アマチュア２０が上下に移動しな
がら前記絶縁体１２と衝突するのを防止するために、前
記内部コイルアセンブリー６０の上面が外部コイルアセ
ンブリー７０の上面より低くなるように前記内部コイル
アセンブリー６０を前記外部コイルアセンブリー７０に
結合するのが好ましい。

【００３０】前記アマチュア２０のロッド１９は、前記
内部コイルアセンブリー６０の貫通孔６５に挿入され、
図２に示されたように、前記上部プレート１５は内部コ
イルアセンブリー６０と外部コイルアセンブリー７０と
の上部に位置し、前記下部プレート１７は内部コイルア
センブリー６０と外部コイルアセンブリー７０との下部
に位置するようになる。

【００３１】一方、上部プレート１５とアクチュエータ
ーハウジング１０との間には第１バルブスプリング３０
が介され、下部プレート１７とシリンダーヘッド１３と
の間には第２バルブスプリング５０が介される。その結
果、アマチュア２０は第１バルブスプリング３０と第２
バルブスプリング５０とによって上下で弾性支持され
る。この時、前記アマチュア２０の上部プレート１５に
は段１４が形成され、その段１４には第１バルブスプリ
ング３０が設置されることにより、アマチュア２０が上
下に移動する場合に第１バルブスプリング３０が左右に
滑るのを防止する。

【００３２】一方、前記上部プレート１５が結合される
部分のアクチュエーターハウジング１０には、中立位置
調整スクリュー２１が取付けられる。前記中立位置調整
スクリュー２１は、その回転による上下位置調節によっ
て第１バルブスプリング３０を加圧する構造を有するこ
とにより、第１バルブスプリング３０の弾性力を調節し
て、第１バルブスプリング３０と第２バルブスプリング
５０との弾性力が同一になるように調節して、アマチュ
ア２０がアクチュエーターハウジング１０内で中心に位
置するようになっている。

【００３３】前記の構成を有する本発明による電子機械
式バルブトレインの作用について説明する。

【００３４】図４に示されたように、コイルに電流が流
れていない時には、アマチュア２０は、第１、第２バル
ブスプリング３０、５０によって中立位置に位置する。

【００３５】図５は本発明の電子機械式バルブトレイン
１００の閉鎖状態を示している。

【００３６】外部コイルアセンブリー７０のコイル７３
に電流が供給されれば、鉄芯コア７１の上部がＮ極、下
部がＳ極に磁石化する。この時、電流の方向を反対にす
れば、反対の極に磁石化するのはもちろんである。

【００３７】また、内部コイルアセンブリー６０のコイ
ル６３に電流が供給されれば、絶縁体である内部コイル
アセンブリー６０のボビン６１の貫通孔６５に挿入され
たアマチュアのロッド１９と下部プレート１７とが磁石
化するが、この時、ロッド１９の上部がＳ極、下部プレ
ート１７がＮ極になるように、コイル６３に供給される
電流の方向を決定する。

【００３８】この時、絶縁体１２の存在によって、上部
プレート１５は磁石化しない。

【００３９】アマチュア２０が中立位置の状態で、内部
コイルアセンブリー６０と外部コイルアセンブリー７０
とに前記のように電流が供給されて鉄芯コア７１とアマ
チュア２０が磁石化すれば、鉄芯コア７１とアマチュア
２０の下部プレート１７との間に引力が作用してアマチ
ュア２０が上方に移動する。アマチュア２０が上部に移
動すれば、アマチュア２０に連結されたバルブ４０も上
方に移動してバルブが閉鎖される。

【００４０】アマチュア２０が上方に移動して下部プレ
ート１７と外部コイルアセンブリー７０の鉄芯コア７１
とが接近するようになれば、二つの部材の間で作用する
引力によって下部プレート１７が鉄芯コア７１に安着
し、バルブが閉鎖された状態を維持することができるよ
うになる。この時、前記第１バルブスプリング３０には
圧縮力が保存され、前記第２バルブスプリング５０には
引張力が保存する。

【００４１】前記絶縁体１２の作用効果は次の通りであ
る。前記絶縁体１２が存在していなければ、アマチュア
２０が中立の状態で内部コイルアセンブリー６０のコイ
ル６３と外部コイルアセンブリー７０のコイル７３とに
電流が供給される場合に、アマチュア２０の下部プレー
ト１７はＮ極に、上部プレート１５はＳ極に磁石化する
ため、上部プレート１５と鉄芯コア７１の上部との間に
引力が作用し、下部プレート１７と鉄芯コア７１の下部
との間に引力が作用するようになるので、アマチュア２
０が中立位置から離れられなくなる。結局、絶縁体１２
によって、上部プレート１５が磁石化しないためにアマ
チュア２０が中立位置から上方に移動できるようになる
のである。

【００４２】そして、図６は、本発明の電子機械式バル
ブトレイン１００の開放状態を示している。

【００４３】内部コイルアセンブリー６０のコイル６３
には図５と同一方向の電流を供給し、外部コイルアセン
ブリー７０のコイル７３には図５と反対方向の電流を供
給すれば、外部コイルアセンブリー７０の鉄芯コア７１
の下部はＮ極に、上部はＳ極に磁石化する。

【００４４】この時、鉄芯コア７１の下部とアマチュア
２０の下部プレート１７とは互いに相反した極に磁石化
するため、二つの部材の間に反発力が作用し、その結
果、アマチュア２０が下方に移動するようになる。

【００４５】この時、アマチュア２０は第１、第２バル
ブスプリング３０、５０から作用する圧縮力と引張力に
よって移動し、中立位置を過ぎて開放位置に移動する。

【００４６】アマチュア２０の上部プレート１５が鉄芯
コア７１の上部に十分に接近すれば、前記上部プレート
１５は磁石化した鉄芯コア７１に安着し、バルブ４０が
開放された状態を維持できるようになる。

【００４７】この時、第１バルブスプリング３０には引
張力が保存され、第２バルブスプリング５０には圧縮力
が保存されて、次の位置への移動時に移動エネルギーを
提供する。

【００４８】この場合の前記絶縁体１２の作用は次の通
りである。前記絶縁体１２が存在しなければ、前記上部
プレート１５はＳ極に磁石化するので、上部プレート１
５と鉄芯コア７１の上部との間に反発力が作用し、下部
プレート１７と鉄芯コア７１の下部との間に反発力が作
用するので、アマチュア２０が中立位置から離れなれな
くなる。結局、絶縁体１２によって、上部プレート１５
が磁石化しないために、アマチュア２０が中立位置から
下方に移動できるようになるのである。

【００４９】このように、本発明の電子機械式バルブト
レインの開放位置と閉鎖位置とへの移動は、第１、第２
バルブスプリング３０、５０に保存された引張力、圧縮
力によって行われ、アマチュア２０とコイルとは開放位
置と閉鎖位置とでの位置固定に必要な接着力のみを提供
する。

【００５０】以上で、本発明を図面に示された実施例を
参照して説明した。しかし、本発明はこれに限られず、
本発明の属する技術分野にて通常の知識を有する者によ
って本発明と均等な範囲に属する様々な変形例または他
の実施例が可能である。

【００５１】

【発明の効果】前記のような本発明による電子機械式バ
ルブトレインは、次のような効果を有する。

【００５２】第一に、バルブトレインを作動させるアマ
チュアがコイルに流れる電流の方向の制御によって移動
するので、応答性が向上する。

【００５３】第二に、磁石化したコイル間に引力及び斥
力が増大することによってアマチュアの大きさを小型化
することができるので、より軽くてコンパクトにバルブ
トレインを製作することができる。

【００５４】第三に、アマチュアの下部プレートが磁石
化して応答性が落ちる短所を補完するために、永久磁石
に比べて重量の軽い鉄芯コアのみでコイルでアマチュア
を能動的に磁石化させるので応答速度を向上させ、アマ
チュアがコイルに不必要に付着する現象も防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術による電子機械式バルブトレインを
概略的に示した断面図である。

【図２】本発明の好ましい実施例による電子機械式バル
ブトレインを概略的に示した断面図である。

【図３】図２の電子機械式バルブトレインの分解斜視図
である。

【図４】図２の電子機械式バルブトレインの中立時の作
動図である。

【図５】図２の電子機械式バルブトレインの閉鎖時の作
動図である。

【図６】電子機械式バルブトレインの開放時の作動図で
ある。

【符号の説明】

１バルブボディー２閉鎖コイル３開放コイル４アマチュア５バルブ６バルブスプリング７バルブスプリング１０アクチュエーターハウジング１１締結部１２絶縁体１３シリンダーヘッド１４段１５上部プレート１７下部プレート１９ロッド２０アマチュア２１調整スクリュー３０第１バルブスプリング４０バルブ５０第２バルブスプリング６０第１コイル（内部コイルアセンブリー）６１ボビン６３コイル６５貫通孔７０第２コイル（外部コイルアセンブリー）７１鉄芯コア７３コイル７５貫通孔８０ストッパー１００バルブトレイン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G018 AB09 BA38 CA12 DA24 DA35 DA36 DA38 DA41 DA69 DA81 DA83 DA84 GA04 GA14 3H106 DA07 DA25 DB02 DB14 DB26 DB32 DC02 DD03 EE04 EE34 GA08 GA10 GA15 KK17 5E048 AB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクチュエーターハウジング；前記アク
チュエーターハウジング内部に内蔵される第１、第２コ
イル；前記第１、第２コイルの間に介され、上部プレー
ト、下部プレート、前記上部プレートと前記下部プレー
トとを連結するロッド、及び前記上部プレートと前記ロ
ッドとの間または前記下部プレートと前記ロッドとの間
に配置される絶縁体を含むアマチュア；前記アマチュア
の下端に取付けられるバルブ；及び前記アマチュアをバ
ルブボディーの上側で弾性支持する第１バルブスプリン
グ及び下側で弾性支持する第２バルブスプリング；を備
えることを特徴とする、電子機械式バルブトレイン。
【請求項２】前記絶縁体は、プラスチック材質のキャ
ップ部材からなることを特徴とする、請求項１に記載の
電子機械式バルブトレイン。
【請求項３】前記アマチュアは、前記ハウジングの上
部に結合される中立位置調整スクリュー部材の上下移動
により押されて位置調整が可能であることを特徴とす
る、請求項１に記載の電子機械式バルブトレイン。
【請求項４】前記アマチュアの上部プレートには段が
形成されて、前記第１バルブスプリングが左右に動かな
いように固定することを特徴とする、請求項１に記載の
電子機械式バルブトレイン。
【請求項５】内部にチェンバーが形成されたハウジン
グ；前記ハウジングのチェンバーに配置され、貫通孔が
形成されたコアと前記コアに巻かれたコイルとを含む外
部コイルアセンブリー；前記外部コイルアセンブリーの
貫通孔に挿入して取付けられ、貫通孔が形成されたコア
と前記コアに巻かれたコイルとを含む内部コイルアセン
ブリー；上部プレート、下部プレート、前記上部及び下
部プレートを連結するロッド、及び前記ロッドと上部プ
レートとの間または前記ロッドと前記下部プレートとの
間のうちのいずれか１ケ所に介される絶縁体を含み、前
記ロッドは前記内部コイルアセンブリーの前記貫通孔に
上下移動可能に挿入されるアマチュア；前記アマチュア
を各々上側及び下側で弾支する上部及び下部弾性部材；
及び前記アマチュアの下部に連結されているバルブ、を含むことを特徴とする、電子機械式バルブトレイン。
【請求項６】前記外部コイルアセンブリーのコアは、
強磁性体素材で形成されることを特徴とする、請求項５
に記載の電子機械式バルブトレイン。
【請求項７】前記内部コイルアセンブリーのコアは、
磁石化しない絶縁体で形成されることを特徴とする、請
求項５に記載の電子機械式バルブトレイン。
【請求項８】前記絶縁体は、プラスチックキャップで
あることを特徴とする、請求項５に記載の電子機械式バ
ルブトレイン。
【請求項９】前記電子機械式バルブトレインは、前記
ハウジングの内壁と前記上部スプリングとの間に介さ
れ、前記上部スプリングを加圧して前記アマチュアの垂
直位置を調節する位置調節装置をさらに含むことを特徴
とする、請求項５に記載の電子機械式バルブトレイン。
【請求項１０】前記アマチュアの上部プレートの上面
には、前記上部スプリングに挿入される段が形成されて
いることを特徴とする、請求項５に記載の電子機械式バ
ルブトレイン。
【請求項１１】前記外部コイルアセンブリーは、スト
ッパーによって前記ハウジングの内壁に結合されること
を特徴とする、請求項５に記載の電子機械式バルブトレ
イン。