JP2759358B2 - 誘導式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、エンジンの吸排気バルブを電磁力により開
閉駆動する誘導式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は、エンジン回転
位相と同期して回転する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。該開閉駆動装置は、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
型化し、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ないので、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しな
ければならない。よって、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と
いう問題がある。

そこで、上記問題を解決するために、吸排気バルブの
開閉駆動をカムシャフトによらず電磁石による電磁力で
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） しかし、上記２公報により開示された装置は、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。

磁性体に作用する吸引力は電磁石と磁性体との間隔の
二乗に反比例するため、該間隔の変化に伴ない吸引力が
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。また、駆動開始時には、吸排気バルブに対し強
力な加速力を与えなければならないが、上記２公報によ
り開示された装置は駆動開始時における電磁石と磁性体
との間隔が最大となり、よって吸排気バルブに対して最
小の駆動力しか作用させることができない。

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い、
かつ、駆動開始時には吸排気バルブに強力な駆動力を作
用させ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の少なくと
もいずれか一方のバルブに連結し往復動自在な可動子
と、該往復運動方向に並設され該可動子の外周面と常時
対向する磁極と、該磁極に捲設され、開状態時には往復
運動方向の進行磁界を形成する励磁コイルと、上記可動
子の外周面に上記磁極と対向し運動方向の垂直面と平行
となるように周設された２次コイルと、上記可動子の上
端面と対向する中央磁極とこれに巻回された上部コイル
を有し上記バルブの初期駆動時に２次コイルに電流を誘
導せしめる固定電磁力と、上記励磁コイル及び固定電磁
石へ電力を供給し上記バルブを開閉駆動せしめる電力供
給手段とを有することを特徴とする誘導式電磁力バルブ
駆動装置が提供できる。

（作用） 本発明による誘導式電磁力バルブ駆動装置では、可動
子に周設された２次コイルの側面に並設された磁極によ
り進行磁界を形成し、２次コイルに誘導される電流が進
行磁界から受ける電磁力により吸排気バルブを往復駆動
するので、吸排気バルブの位置が変化しても駆動力は変
化せず、従って、安定した開閉制御を行うことができ
る。

また初期駆動時には２次コイルに対して外周から同一
方向の磁界を作用させると共に、可動子の端面と対向す
る固定電磁石により誘導される電流が該同一方向の磁界
から受ける電磁かで駆動するので、２次コイル全てに駆
動力が作用し、よって強力な駆動力を発生させることが
できる。

更に、進行磁界を形成する磁極が可動子と対向してい
るので、磁気抵抗が小となり、該磁極に巻回されている
励磁コイルの発熱量を抑制するので、該励磁コイルの断
線を防止することができる。

（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、本発明の駆動装置の構成を示すブロック図
である。尚、エンジンには上記のごとく吸気バルブと排
気バルブとが設けられているが、本発明による駆動装置
は吸排気バルブ共に適用できるので、以下の説明は主に
吸気バルブについて述べる。

１は、軽量であり高温強度に優れた窒化珪素等のセラ
ミック材、あるいは耐熱合金からなる吸気バルブであ
る。該吸気バルブ１の軸部はバルブガイド12によって往
復自在に軸承されている。そして、該吸気バルブ１の閉
鎖時には、本図に示すごとく、吸排気バルブ１の傘部が
バルブシート13に着座し吸気口を開閉する。

該吸気バルブ１の軸端部には可動子２が連結してい
る。該可動子２は、円柱形の磁気通路21と、該磁気通路
21の外周面に周設された複数個の２次コイル22〜26から
構成されている。該２次コイル22〜26は磁気通路21の外
周面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21は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柱形状に形成した
ものである。そして、該可動子２は、硬質プラスチック
からなるコッター止め23を介して吸気バルブ１の軸端部
と連結している。

該可動子２の周囲には駆動部３が配設されている。該
駆動部３は、磁気通路21の上端面と対向する中央磁極31
と、上記２次コイル22〜26と対向する複数個の磁極33〜
36と、該磁極33〜36の各々に捲設された励磁コイル331
〜361、そして中央磁極31に捲設された上部コイル32等
から構成されている。尚、中央磁極31とこれに磁束を発
生させる上記上部コイルで固定電磁石を構成する。ま
た、吸気バルブ１が往復方向に移動しても磁極33〜36は
磁気通路21の側面と常に対向する位置に設けられてい
る。

上記励磁コイル331〜361及び上部コイル32はコントロ
ーラ４と接続しており、該コントローラ４から電力の供
給を受ける。

該コントローラ４には、エンジンの回転数及びクラン
ク角を検出する回転センサ５と、アクセルペダル（図示
せず）の踏込量を検出する負荷センサ６とから検出信号
が入力されている。

上記コントローラ４は、上記検出信号の入力及び電力
の供給を司る入出力インターフェイス、予めプログラム
や各種関係マップを記憶するROM、該ROMに記憶されたプ
ログラムに沿って演算を実行するCPU、演算結果やデー
タを一時記憶するRAM、コントローラ４内部の信号の流
れを制御するコントローラメモリ等から構成されてい
る。

次に、上記構成による本発明の装置の作動について説
明する。

エンジンの運転中においては、常時負荷センサ６から
アクセルペダルの踏込量と回転センサ５からエンジンの
回転数とを検出し、予め設定された関係マップを用いて
該踏込量及び回転数に対応する吸気バルブ１の開閉タイ
ミングを演算する。そして、回転センサ５により検出さ
れるクランク角が吸気バルブ１の開タイミングになる
と、上部コイル32に通電することにより２次コイル22〜
26に誘電電流を発生させ、該誘導電流と励磁コイル331
〜361により形成される磁界とにより吸気バルブ１を初
期駆動する。そして、駆動開始後は、励磁コイル331〜3
61に交番電力を供給し、磁極33〜36からの磁束により形
成される磁界を進行磁界とすることにより吸気バルブ１
を開閉駆動する。

第２図は、初期駆動時の状態を示す図である。

吸気バルブ１の閉鎖状態時には本図（ａ）に示すごと
く、上部コイル32に通電し中央磁極31から可動子２方向
すなわち下方向の磁束を作用させておく。

クランク角が吸気バルブ１の開タイミングになると、
上部コイル32への電力供給を停止する。すると、２次コ
イル22〜26には該下方向に磁束を継続する方向、すなわ
ち本図（ａ）に示す方向に電流が誘導される。

上部コイル32への電力供給停止と共に、励磁コイル33
1〜361に通電し、本図（ｂ）に示すごとく磁極33〜36か
ら２次コイル22〜26の各々に対して内方向への磁束を作
用させる。すると、２次コイル22〜26に誘導されている
上記誘導電流は、該磁極33〜36からの磁束によりフレミ
ングの左手の法則に示される電磁力、すなわち本図の場
合には下方向への電磁力を受ける。該電磁力は２次コイ
ル22〜26のほぼ全周に作用し、かつ複数の２次コイル22
〜26の全てに作用するので上記電磁力の合力は強力な駆
動力として吸気バルブ１に作用し、該吸気バルブ１を開
方向へと駆動する。

該初期駆動時の駆動力は上部コイル32への通電供給停
止後に２次コイル22〜26に誘導電流が発生している僅か
の間しか作用しない。そこで、励磁コイル331〜361への
通電状態を、下方向すなわち吸気バルブ１の開方向への
交番電力に切換え、２次コイル22〜26に下方向の進行磁
界を作用させる。

各２次コイル22〜26に作用している磁束が磁界の進行
に伴なって変化すると、２次コイル22〜26と鎖交してい
る磁束の量、すなわち磁束密度が増減するので２次コイ
ル22〜26の各々には磁束の状態を維持する方向の誘導電
流が発生する。該誘導電流は磁界から該磁界の進行方向
と同一方向の電磁力を受ける。よって、吸気バルブ１は
下方向へと駆動される。

吸気バルブ１の開方向の移動速度を減速するには該進
行磁界の進行速度を減速、停止あるいは逆転させる。す
ると、２次コイル22〜26に対して制動力が作用し、吸気
バルブ１は該制動力とスプリング29の反力により停止す
る。

吸気バルブ１を該停止状態から閉方向へ駆動するには
上記進行磁界の進行方向を上方向すなわち閉方向にすれ
ばよい。但し、停止状態から始動する瞬間は進行磁界に
対するスベリが大であるため吸気バルブ１に作用する駆
動力は小であるが、スプリング29の反力が吸気バルブ１
に作用し閉方向への駆動を補助するため可動子２は直ち
に閉方向への移動を開始する。

そして、所定位置まで吸気バルブ１が移動すると、進
行磁界の進行速度を減速、停止あるいは逆転させ吸気バ
ルブ１の閉方向の移動速度を減速し緩やかに着座させ
る。

上記吸気バルブ１の開閉移動中、磁極33〜36は常に磁
性体からなる磁気通路21と対向している。よって磁気抵
抗が常時小、すなわち励磁コイル331〜361の自己インダ
クタンスが小であるため励磁コイル331〜361のインピー
ダンスが小となり該励磁コイル331〜361での発熱量を低
減することができる。

尚、吸気バルブ１を閉状態に保持するスプリング24の
バイアス力は上記開方向への電磁力に対し、充分小に設
定されている。

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、本発明の誘導
式電磁力バルブ駆動装置では、可動磁極に周設された２
次コイルの側面に並設された固定磁極により進行磁界を
形成し、２次コイルに誘導される電流が進行磁界から受
る電磁力により吸排気バルブを往復駆動するので、吸排
気バルブの位置が変化しても駆動力は変化せず、従っ
て、安定した開閉制御を行なうことができ、また、初期
駆動時には２次コイルに対して外周から同一方向の磁界
を作用させると共に、可動磁極の端面と対向する固定電
磁石により誘導される電流が該同一方向の磁界から受る
電磁力で駆動するので、２次コイル全てに駆動力が作用
し、よって強力な駆動力を発生させることができ、更
に、進行磁界を形成する固定磁極が常に可動磁極を対向
しているので、磁気抵抗が小となり、該固定磁極に捲設
されている励磁コイルの発熱量を抑制するので、該励磁
コイルの断線を防止することができる誘導式電磁力バル
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、初期駆動時の状態を示す図である。 １……吸気バルブ、２……可動子、３……駆動部、４…
…コントローラ、５……回転センサ、６……負荷セン
サ、22〜26……２次コイル、31……中央磁極、32……上
部コイル、33〜36……磁極、331〜361……励磁コイル。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの吸排気バルブの少なくともいず
   れか一方のバルブに連結し往復動自在な可動子と、該往
   復運動方向に並設され該可動子の外周面と常時対向する
   磁極と、該磁極に捲設され、開状態時には往復運動方向
   の進行磁界を形成する励磁コイルと、上記可動子の外周
   面に上記磁極と対向し運動方向の垂直面と平行となるよ
   うに周設された２次コイルと、上記可動子の上端面と対
   向する中央磁極とこれに巻回された上部コイルを有し上
   記バルブの初期駆動時に２次コイルに電流を誘導せしめ
   る固定電磁石と、上記励磁コイル及び固定電磁石へ電力
   を供給し上記バルブを開閉駆動せしめる電力供給手段と
   を有することを特徴とする誘導式電磁力バルブ駆動装
   置。
2. 【請求項２】上記２次コイルは往復運動方向に複数個並
   設されていることを特徴とする請求項（１）記載の誘導
   式電磁力バルブ駆動装置。