JP2566474B2 - 電磁力バルブ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、超電導電磁石により発生する磁束中の電流
に作用する力で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プッシングロッ
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グ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58−1838
05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、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のバルブの移動による
影響を受けず安定す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。

（問題点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導
電体からなる往復運動自在な駆動体と、該駆動体の往復
運動方向に対して垂直方向に通過する磁束を発生する超
電導電磁石と、該駆動体中を該往復運動方向及び磁束の
通過方向に対して垂直方向に通電する通電手段と、該通
電手段の通電量及び通電方向を制御する通電制御手段と
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、吸排気バルブと
連動する導電体に対し常時超電導電磁石により発生する
強力な磁束を作用させ、該導電体に通電することにより
発生する電流が磁界から受ける吸排気バルブを駆動する
ため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。

吸排気バルブの内、以下主に吸気バルブについて示
す。

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、軽端部には導電
体からなる駆動体12が接続している。該駆動体12の斜視
図を本図右上部に示す。図に示すごとく該駆動体12は平
板部分を有しており、Ａからの矢視を破線の左側に示
し、Ｂからの矢視を右側に示す。吸気バルブ１の上方に
は、駆動体12の平板部分の両側に対向する磁極14と超電
導コイル15とからなる電磁石が配設されている。該超電
導コイル15は超電導物質からなるコイルを液体ヘリウム
で冷却し、更に該液体ヘリウムを液体水素で冷却してい
る。そして、該液体水素が気化することにより発生する
水素ガスをエンジン３の燃料に使用する。また、該磁極
14の対向方向と直角方向にはブラシ13が対向して接続さ
れてる。尚、駆動体12とバルブガイド11との間にはスプ
リング16か配設されており、吸気バルブ１に常時閉方向
のバイアス力を作用させている。

上記超電導コイル15及びブラシ13はコントロールユニ
ット２の入出力インターフェイス24に接続されている。
該コントロールユニット２内部には外部との信号の入出
力を行なう該入出力インターフェイス24の他に、プログ
ラム及びデータを予め記憶するROM22と、該ROM22に記憶
されたプログラムの下に演算を行なうCPU21と、入力信
号及び演算結果を一時記憶するRAM23と、コントロール
ユニット２内の信号の流れを制御するコントロールメモ
リ25とが設けられている。

そして、エンジン３の回転軸近傍には該エンジン３の
回転数及びクランク角を検知する回転センサ31が配設さ
れており、該回転センサ31は上記出力インターフェイス
24に接続され、回転数信号及びクランク角信号をコント
ロールユニット２へ入力している。

次に、本発明の使用について説明する。

第２図は、第１図におけるＩ−Ｉ断面を示す図であ
る。

超電導コイル15へ通電し、図において左側の磁極14を
Ｎ極、右側の磁極14をＳ極とし、駆動体12に対し右から
左方向へ磁束を通過させる。そして、ブラシ13を介して
駆動体12に上から下方向へ通電する。すると、フレミン
グの左手の法則により駆動体12には、紙面に垂直上方向
に駆動力が作用する。該駆動力の作用方向は吸気バルブ
１の開方向であるので、該吸気バルブ１は開方向へと駆
動される。

次に、通電量及び通電方向と吸気バルブ１の移動量と
の関係について説明する。

第３図は、通電量及び通電方向と吸気バルブ１の移動
量とを関係を示す図である。図の上部はプロファイル曲
線であり、下部は通電状態を示す線図である。尚、通電
方向は吸気バルブ１を開方向へ駆動する通電方向を正方
向とし、閉方向へ駆動する通電方向を逆方向とする。

吸気バルブ１の開タイミングになるまでは、逆方向に
通電し、吸気バルブ１を閉状態に維持する。次に、吸気
バルブ１の閉タイミングになると通電方向を正方向に
し、吸気バルブ１を開方向へ駆動する。吸気バルブ１が
所定距離移動すると通電方向を逆方向に反転し、開方向
への移動速度を減速する。そして、吸気バルブ１を停止
させた後、閉方向へ移動させる。該状態で吸気バルブ１
が着座すると衝撃が大となり吸気バルブ１が破壊する虚
があるので、再度通電方向を正方向に反転させ吸気バル
ブ１の閉方向の移動速度を減速し、着座衝撃を緩和す
る。そして、着座後には再び通電方向を逆方向にして磁
界の開タイミングまで吸気バルブ１を閉状態とする。

次に、超電導コイル15の制御回路について説明する。

第４図は、超電導コイル15の制御回路を示す図であ
る。

電源61はスイッチ62を介して固定抵抗63、超電導コイ
ル15及び可変抵抗65の並列回路と接続している。そし
て、超電導コイル15の中間部と可変抵抗65の中間端子と
は電圧検出器64を介して接続されており、超電導コイル
15と可変抵抗65とはホイットストーンブリッジを形成し
ている。また、電圧検知器64の出力端子は警報信号発生
器66に接続されている。

超電導コイル15の一部に常電導部分が発生すると急速
にコイル全体に常電導部が拡大し、コイルを破壊する危
険がある。超電導コイル15と可変抵抗65との各々の半分
部分によりホイットストーンブリッジが形成されている
ので、超電導コイル15の一部に常電導部分が発生すると
電圧検出器64が電圧として該常電導の発生を検知し、警
報信号発生器66に信号を出力する。該警報信号発生器66
は電圧検出器64からの信号により警報信号を出力すると
共に、スイッチ62をオフにし、超電導コイル15への通電
を遮断する。そして、超電導コイル15に保有されている
電気エネルギは抵抗63により消費され、超電導コイル15
は保護され破壊しない。

ところで、エンジン３の運転終了時には超電導コイル
１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16により吸気バ
ルブ１を閉状態に保持する。スプリング16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。

尚、ROM22内に、予めエンジン回転数とバルブ開タイ
ミングの関係マップを記憶しておき、エンジン３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３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３の
回転数の高低に伴ない各気筒ごとに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、１個の吸気バルブ１の作動について説明した
が、１個の電磁石で複数個の吸気バルブを駆動すること
も可能である。

第５図は、１個の電磁石で複数個の吸気バルブを駆動
する場合の実施例を示す図である。

複数個の吸気バルブ１に各々接続している駆動体12
を、磁気通路４と交互に並設することにより磁極14間に
作用する磁束は減衰することなく各駆動体12を通過する
ので、各駆動体12への通電状態を個別に制御することに
より各吸気バルブ１を駆動制御することができる。

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、吸排気バルブと連動する導電体
に対し常時超電導電磁石により発生する強力ない磁束を
作用させ、該導電体に通電することにより発生する電流
が磁界から受ける力で吸排気バルブを駆動するため吸排
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
影響を受けず安定す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、第１図におけるＩ−Ｉ断面を示す図、第３図は、通
電量及び通電方向と吸気バルブの移動量との関係を示す
図、第４図は超電導コイルの制御回路を示す図、第５図
は、１個の電磁石で複数個の吸気バルブを駆動する場合
の実施例を示す図である。 １……吸気バルブ、２……コントロールユニット、12…
…駆動体、15……超電導コイル。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの吸排気バルブに連結し導電体か
   らなる往復運動自在な駆動体と、該駆動体の往復運動方
   向に対して垂直方向に通過する磁束を発生する超電導電
   磁石と、該駆動体中を該往復運動方向及び磁束の通過方
   向に対して垂直方向に通電する通電手段と、該通電手段
   の通電量及び通電方向を制御する通電制御手段とを有す
   ることを特徴とする電磁力バルブ駆動装置。
2. 【請求項２】上記駆動体が磁束の通過方向に複数個並設
   され、上記通電制御手段は複数個の駆動体各々について
   個別に通電量及び通電方向を制御す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. 【請求項３】上記超電導電磁石の冷却を少なくとも液体
   水素により行なうと共に、液体水素の気化により発生す
   る水素ガスを上記エンジンの燃料に使用することを特徴
   とする請求項（１）あるいは（２）記載の電磁力バルブ
   駆動装置。