JP3043350B2 - Electromagnetic force valve drive control device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンに配設された吸排気バルブを電磁
力により開閉駆動する電磁力バルブ駆動制御装置に関す
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electromagnetic valve drive control device that opens and closes an intake / exhaust valve provided in an engine by electromagnetic force.

（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
するのもである。よって、エンジン運転途中にて該吸排
気バルブの開閉タイミングを変更することができないの
で所定のエンジン回転数で運転する際に高効率となるよ
うに調整されている。(Prior art) A conventional drive device for opening and closing an intake / exhaust valve pushes a shaft end face of a valve from a cam surface of a cam shaft rotating in synchronization with an engine rotation phase via a link mechanism such as a rocker arm or a pushing rod. Thus, the intake and exhaust valves always biased in the closing direction by the spring are driven to open and close. Therefore, the opening / closing timing of the intake / exhaust valve cannot be changed during the operation of the engine, so that the operation is adjusted to be highly efficient when operating at a predetermined engine speed.

（発明が解決しようとする課題） 上記に示したごとく、従来の吸排気バルブ開閉装置は
該吸排気バルブの開閉タイミングを変更することができ
ないため、エンジン始動時においても吸排気バルブは予
め設定された所定の開閉タイミングで開閉駆動される。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, since the conventional intake / exhaust valve opening / closing device cannot change the opening / closing timing of the intake / exhaust valve, the intake / exhaust valve is preset even when the engine is started. It is opened and closed at a predetermined opening and closing timing.

よって、エンジン始動時すなわち、エンジンが自力運
転しておらず外部からスタータモータによりクランキン
グされている場合にも吸排気バルブは開閉する。Therefore, even when the engine is started, that is, even when the engine is not running by itself and is externally cranked by the starter motor, the intake and exhaust valves are opened and closed.

ところで、エンジンを自力運転させるにはスタータモ
ータによってエンジンの回転数を所定回転数まで上昇さ
せなければならない。By the way, in order to operate the engine by itself, the rotation speed of the engine must be increased to a predetermined rotation speed by a starter motor.

ところが、上記クランキング時では、吸気行程におい
てシリンダ内に吸入された空気は、次に続く圧縮行程に
て圧縮されるが、該圧縮行程での圧縮率はガソリンエン
ジンの場合では10前後、ディーゼルエンジンの場合には
20以上となりスタータモータは大トルクを発生しなけれ
ば、次に続く膨張行程に移行することができない。However, at the time of the cranking, the air sucked into the cylinder in the intake stroke is compressed in the next compression stroke, but the compression ratio in the compression stroke is about 10 in the case of a gasoline engine, and the In Case of
If it is 20 or more, and the starter motor does not generate a large torque, it cannot move to the next expansion stroke.

よって、バッテリの出力低下等の原因でスタータモー
タの発生トルクが減少すると上記膨張行程に移行するこ
とができず、エンジン回転数を上記所定回転数まで上昇
させることができないという問題がある。Therefore, when the torque generated by the starter motor decreases due to a decrease in the output of the battery or the like, it is not possible to shift to the expansion stroke, and there is a problem that the engine speed cannot be increased to the predetermined speed.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、エンジ
ン始動時に要するスタータモータのトルクが小である電
磁力バルブ駆動制御装置を提供しようとするものであ
る。The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide an electromagnetic force valve drive control device that requires a small torque of a starter motor when starting an engine.

（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に連結し往
復自在な可動磁極と、該可動磁極と対向する固定磁極と
の間に作用する電磁力により該吸排気バルブを開閉駆動
する電磁力バルブ駆動制御装置において、エンジンの回
転位相及び回転速度を検知する回転検知手段と、該回転
検知手段からの検知信号を入力しスタータモータ作動時
における上記回転速度が所定速度以下の場合に上記可動
磁極の作動を禁止し吸排気バルブを閉鎖状態にて保持す
るバルブ閉鎖保持手段とを有することを特徴とする電磁
力バルブ駆動制御装置を提供できる。(Means for Solving the Problems) According to the present invention, a movable magnetic pole connected to an intake / exhaust valve of an engine and reciprocally movable, and an electromagnetic force acting between the movable magnetic pole and a fixed magnetic pole facing the movable magnetic pole, cause the intake and exhaust to occur. In an electromagnetic force valve drive control device that opens and closes a valve, a rotation detection means for detecting a rotation phase and a rotation speed of an engine, and a detection signal from the rotation detection means is input and the rotation speed when the starter motor is operated is set to a predetermined speed. In the following case, there is provided a valve closing / holding means for inhibiting operation of the movable magnetic pole and holding the intake / exhaust valve in a closed state.

（作用） 本発明の電磁力バルブ駆動制御装置では、エンジン始
動時のスタータモータ作動中にエンジン回転数が所定回
転数に到達するまでは吸排気バルブ共に作動させず、ク
ランキングに要するトルクを低減し、該所定回転数に到
達した後に吸排気バルブを作動させ、エンジンを自力運
転させる。(Operation) In the electromagnetic valve drive control device of the present invention, both the intake and exhaust valves are not operated until the engine speed reaches a predetermined speed while the starter motor is operating at the time of starting the engine, thereby reducing the torque required for cranking. Then, after reaching the predetermined number of revolutions, the intake / exhaust valve is operated to operate the engine by itself.

（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。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第１図は、本発明の駆動制御装置の構成を示すブロッ
ク図、第２図は、II−II断面図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a drive control device of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II.

１は、エンジンのシリンダ11に配設された吸気バルブ
であり、軽量で高温強度に優れた窒化珪素等のセラミッ
クス材、あるいは耐熱非磁性合金から形成されている。
該吸気バルブ１は往復自在に軸承されており、該吸気バ
ルブ１の閉鎖時には吸気バルブ１の傘部が吸気口を閉鎖
する。Reference numeral 1 denotes an intake valve disposed in the cylinder 11 of the engine, which is made of a lightweight ceramic material such as silicon nitride having excellent high-temperature strength, or a heat-resistant nonmagnetic alloy.
The intake valve 1 is supported reciprocally. When the intake valve 1 is closed, the head of the intake valve 1 closes the intake port.

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、円筒形の磁気通路21と、該磁気通路
21の外周部に周設された複数個の２次コイル22から構成
されている。該２次コイル22は磁気通路21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21は２次コイル22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21は
後述する固定磁極31〜34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。A mover 2 is connected to a shaft end of the intake valve 1. The mover 2 includes a cylindrical magnetic path 21 and the magnetic path 21.
It comprises a plurality of secondary coils 22 provided around the outer periphery of 21. The secondary coil 22 is formed by pouring molten aluminum into a groove formed on the outer periphery of the magnetic path 21. The magnetic path 21 is made of a magnetic material in order to increase the magnetic flux density acting on the secondary coil 22. For example, the magnetic path 21 is formed by arranging, in a radial manner, magnetic metal amorphous thin plates into a cylindrical shape. However, since the magnetic path 21 serves as a path for magnetic flux from fixed magnetic poles 31 to 34 described later,
It must be arranged so that the passage of the magnetic flux is secured.

また、エンジン停止時において吸気バルブ１が降下す
ることを防止するために、可動子２はスプリング12によ
って閉方向にバイアスされている。The mover 2 is biased in the closing direction by a spring 12 to prevent the intake valve 1 from lowering when the engine is stopped.

可動子２の側面には該可動子２を挟んで一対の駆動部
３が配設されている。該駆動部３は、２次コイル22と対
向して配設された固定磁極31〜34と、該固定磁極31〜34
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、後述するコントローラ５から交番電力の供給を
受け、可動子２の２次コイル22に対し進行磁界を作用さ
せるものである。A pair of driving units 3 are arranged on the side surface of the mover 2 with the mover 2 interposed therebetween. The driving unit 3 includes fixed magnetic poles 31 to 34 disposed opposite to the secondary coil 22 and fixed magnetic poles 31 to 34.
And an exciting coil wound around each of them.
Then, alternating power is supplied from a controller 5 described later, and a traveling magnetic field is applied to the secondary coil 22 of the mover 2.

可動子２の上部には、吸気バルブ１の着座状態時に微
小間隔を介して対向する磁性板４が配設されており、可
動子２の側面には上記駆動部３の他に、吸気バルブ１の
並設方向に該吸気バルブ１を挟む一対の磁極を有する下
部電磁石42が配設されている。該下部電磁石42の磁極
は、吸気バルブ１が閉鎖時における可動子２の上端面よ
り所定量だけ下方に設定され、該一対の磁極を励磁する
下部コイル43とから構成されている。A magnetic plate 4 is disposed above the mover 2 with a small space therebetween when the intake valve 1 is seated. A lower electromagnet 42 having a pair of magnetic poles sandwiching the intake valve 1 in the juxtaposed direction is disposed. The magnetic poles of the lower electromagnet 42 are set lower than the upper end surface of the mover 2 by a predetermined amount when the intake valve 1 is closed, and include a lower coil 43 for exciting the pair of magnetic poles.

そして該磁性板４は非磁性体からなるガイドバー41を
介して下部電磁石42の両磁極と往復自在に連結してお
り、下部電磁石42に吸引され可動子２の上端面に当接
し、該可動子２を下方向へと駆動させるものである。
尚、該磁性板４はスプリング44により常時上方向にバイ
アスされている。The magnetic plate 4 is reciprocally connected to both magnetic poles of the lower electromagnet 42 via a guide bar 41 made of a non-magnetic material. The child 2 is driven downward.
The magnetic plate 4 is always biased upward by a spring 44.

下部電磁石42のコア部分には一対の光ファイバ45が埋
設されている。該光ファイバ45の一端は上記吸気バルブ
１の軸部側面に対向しており、他端は作動位置センサ46
に接続されている。該作動位置センサ46内部には発光ダ
イオードとフォトトタンジスタが配設されており、発光
ダイオードからの光が一旦光ファイバ45の片方を介して
吸気バルブ１の軸部側面に照射され、該軸部側面からの
反射光を光ファイバ45の他方を介してフォトトランジス
タで検知するものである。該軸部側面には光線反射率が
本来の軸部側面と異なる縞模様が周設されているので、
吸気バルブ１の移動量に比例する回数上記反射光の光量
が変化し、吸気バルブ１の移動量を検出することができ
る。また、吸気バルブ１の着座時に検知される縞を他の
縞模様と光線反射率を異ならしめることにより吸気バル
ブ１の着座状態を検知することができる。A pair of optical fibers 45 is embedded in a core portion of the lower electromagnet. One end of the optical fiber 45 is opposed to the shaft side surface of the intake valve 1, and the other end is an operating position sensor 46.
It is connected to the. A light emitting diode and a photo transistor are disposed inside the operating position sensor 46, and light from the light emitting diode is once radiated to one side of the shaft of the intake valve 1 through one of the optical fibers 45. The light reflected from the side surface is detected by a phototransistor through the other side of the optical fiber 45. Since a stripe pattern whose light reflectance is different from that of the original shaft portion is provided on the side surface of the shaft portion,
The amount of the reflected light changes a number of times proportional to the amount of movement of the intake valve 1, and the amount of movement of the intake valve 1 can be detected. Further, the seating state of the intake valve 1 can be detected by making the stripes detected when the intake valve 1 is seated different from other stripe patterns in light reflectance.

上記励磁コイル及び下部コイル43はコントローラ５に
接続され、電力の供給を受ける。The excitation coil and the lower coil 43 are connected to the controller 5 and receive power supply.

該コントローラ５には、上記作動位置センサ46の他
に、エンジンの回転数を検出する回転センサ51、クラン
ク角を検出する位置センサ52、及びアクセルペダル（図
示せず）の踏込量を検出する負荷センサ53からの検出信
号が入力されている。In addition to the operating position sensor 46, the controller 5 includes a rotation sensor 51 for detecting the number of revolutions of the engine, a position sensor 52 for detecting the crank angle, and a load for detecting the amount of depression of an accelerator pedal (not shown). The detection signal from the sensor 53 is input.

上記コントローラ５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５内部の信号の流
れを制御するコントロールメモリ等から構成されてい
る。The controller 5 includes an input / output interface that controls the input of the detection signal and the supply of power, a ROM that stores programs and various relationship maps in advance, a CPU that performs calculations in accordance with programs stored in the ROM, It comprises a RAM for temporarily storing data, a control memory for controlling the flow of signals inside the controller 5, and the like.

次に、該コントローラ５による制御内容について説明
する。Next, the contents of control by the controller 5 will be described.

第３図は、制御内容を示すフロー図である。 FIG. 3 is a flowchart showing the control contents.

ステップ１にて、スタータモータが作動しているか否
かの判断を行ない、作動中であればステップ２へ進み回
転センサ51によりエンジン回転数Ｎを検知する。In step 1, it is determined whether or not the starter motor is operating. If the starter motor is operating, the process proceeds to step 2 where the rotation sensor 51 detects the engine speed N.

そして、次のステップ３にて該エンジン回転数Ｎと所
定回転数Nsとを比較し、エンジン回転数Ｎが所定回転数
Nsより低速であればステップ１に戻り、高速であればス
テップ４へ進む。すなわち、エンジン回転数Ｎが所定回
転数Nsに到達するまでは吸排気バルブは開閉駆動されず
閉鎖された状態を維持する。吸排気バルブが閉塞状態に
おかれ、クランクシャフトが回転されると、或気筒では
圧縮が始まるため、クランクシャフトの回転に圧縮のた
めのトルクが必要となる。がしかし、別の気筒では、気
筒内で圧縮されていた空気が膨張してクランクシャフト
を回転させるためのトルクが発生する。このように、エ
ンジンの各気筒のクランクシャフトに対して作用するト
ルクの合計は、エンジンの摩擦などの損出を考慮しなけ
れば、ゼロとなる。よって、クランキングに要するスタ
ータモータの発生トルクは小でよい。なお、本発明のエ
ンジンは、吸排気バルブの駆動に電磁力を用いている。
これらのバルブを解放させておくためには、多くの電力
を必要とする。本発明においては、所定以下のエンジン
回転数での運転状態では、吸排気バルブに駆動電力を供
給せず、これらのバルブを閉塞状態において電力をセー
ブしながら、スタータモータを駆動するものである。Then, in the next step 3, the engine speed N is compared with the predetermined speed Ns.
If the speed is lower than Ns, the process returns to step 1; That is, until the engine speed N reaches the predetermined speed Ns, the intake / exhaust valve is not driven to open / close and remains closed. When the intake / exhaust valve is closed and the crankshaft is rotated, compression starts in a certain cylinder, so that rotation of the crankshaft requires torque for compression. However, in another cylinder, the air compressed in the cylinder expands and generates torque for rotating the crankshaft. As described above, the total torque acting on the crankshaft of each cylinder of the engine becomes zero unless loss such as friction of the engine is considered. Therefore, the generated torque of the starter motor required for cranking may be small. The engine of the present invention uses electromagnetic force to drive the intake and exhaust valves.
A lot of power is required to keep these valves open. In the present invention, in an operating state at an engine rotation speed equal to or lower than a predetermined value, the driving power is not supplied to the intake and exhaust valves, and the starter motor is driven while saving power while these valves are closed.

次に、ステップ４にて上記ステップ２で検知されたエ
ンジン回転数Ｎに基づき吸排気バルブのリフト量を演算
する。Next, in step 4, the lift amount of the intake / exhaust valve is calculated based on the engine speed N detected in step 2 above.

そして、位置センサ52にて検出されるクランク角が上
死点（TDC）に到達すると、下部コイル43へ通電し吸気
バルブ１の前記開動作を開始する。そして、該上死点
（TDC）に続く下死点（BDC）及び上死点（TDC）を各々
一回づつ検知した後、再び下死点（BDC）に到達する
と、図示しない排気バルブの開動作を開始する（ステッ
プ７）。When the crank angle detected by the position sensor 52 reaches the top dead center (TDC), the lower coil 43 is energized and the opening operation of the intake valve 1 is started. After the bottom dead center (BDC) and the top dead center (TDC) following the top dead center (TDC) are detected once, respectively, when the bottom dead center (BDC) is reached again, an exhaust valve (not shown) is opened. The operation starts (step 7).

上記ステップ１乃至ステップ７のフローを繰返してい
ると、エンジンは自力回転を開始する。すると、スター
タモータは停止されるので、フローはステップ１からス
テップ８へと流れを変更する。When the flow of steps 1 to 7 is repeated, the engine starts to rotate by itself. Then, since the starter motor is stopped, the flow changes from step 1 to step 8.

ステップ８にて再びエンジン回転数Ｎを検出し、ステ
ップ９にて上記所定回転数Nsより高回転である所定回転
数Niとステップ８で検出されたエンジン回転数Ｎとを比
較し、エンジン回転数Ｎが該所定回転数Niに達していな
ければ自力運転失敗であるからステップ18へ進み、制御
フローを停止し、再度制御フローが開始されるまで待機
する。At step 8, the engine speed N is detected again. At step 9, the predetermined engine speed Ni higher than the predetermined engine speed Ns is compared with the engine speed N detected at step 8, and the engine speed N is determined. If N has not reached the predetermined number of revolutions Ni, the self-powered operation has failed, so the process proceeds to step 18 to stop the control flow and wait until the control flow is started again.

エンジン回転数Ｎが該所定回転数Ni以上であればステ
ップ２にて負荷センサ53からの検出されたエンジン負荷
に基づき、次のステップ11にて、初期駆動力すなわち下
部コイル43への通電量、固定磁極31〜34の各々に捲設さ
れた励磁コイルへ供給する交番電力の周波数、吸排気バ
ルブのリフト量、及び吸排気バルブ開閉タイミングに相
当するクランク角を演算する。If the engine speed N is equal to or higher than the predetermined speed Ni, in the next step 11, based on the engine load detected from the load sensor 53, the initial driving force, that is, the amount of electricity to the lower coil 43, The frequency of the alternating power supplied to the excitation coil wound around each of the fixed magnetic poles 31 to 34, the lift amount of the intake / exhaust valve, and the crank angle corresponding to the intake / exhaust valve opening / closing timing are calculated.

次にステップ12にて、膨張行程終了時の下死点（BD
C）を検出し、該下死点（DBC）を基準として吸気バルブ
１の開タイミングまでのクランク角を監視し、吸気バル
ブ１の開タイミングに到達すると、ステップ13にて吸気
バルブ１の開動作を開始する。Next, at step 12, the bottom dead center (BD
C) is detected, the crank angle up to the opening timing of the intake valve 1 is monitored based on the bottom dead center (DBC), and when the opening timing of the intake valve 1 is reached, the opening operation of the intake valve 1 is performed in step 13. To start.

そして、該吸気バルブ１の開タイミング直後の上死点
（TDC）にて、作動位置センサ46からの信号により吸気
バルブ１の作動状態を確認し、該上死点（TDC）の次に
到来する上死点（TDC）を基準として、ステップ16にて
排気バルブの開動作を開始する。そして、排気バルブの
開タイミング直後の上死点（TDC）にて排気バルブの作
動状態を確認する。Then, at the top dead center (TDC) immediately after the opening timing of the intake valve 1, the operation state of the intake valve 1 is confirmed by a signal from the operating position sensor 46, and it comes after the top dead center (TDC). In step 16, the opening operation of the exhaust valve is started based on the top dead center (TDC). Then, the operation state of the exhaust valve is checked at the top dead center (TDC) immediately after the opening timing of the exhaust valve.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、上
記第１図及び第２図に示した吸気バルブの駆動装置は排
気バルブにも適応できることは明白であり、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。Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, it is apparent that the drive device of the intake valve shown in FIGS. 1 and 2 can be applied to the exhaust valve, and does not depart from the spirit of the present invention. Insofar as various different embodiments can be readily constructed, the invention is not limited to any particular embodiment except as set forth in the claims.

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、エンジン始動
時のスタータモータ作動中にエンジン回転数が所定回転
数に到達するまでは吸排気バルブ共に作動させず、クラ
ンキングに要するトルクを低減し、該所定回転数に到達
した後に吸排気バルブを作動させ、エンジンを自力運転
させる電磁力バルブ駆動制御装置を提供できる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, both the intake and exhaust valves are not operated until the engine speed reaches a predetermined speed while the starter motor is operating at the time of engine start, and cranking is required. It is possible to provide an electromagnetic force valve drive control device that reduces the torque, operates the intake / exhaust valve after reaching the predetermined rotation speed, and operates the engine by itself.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は、本発明の駆動制御装置の構成を示すブロック
図、第２図は、II−II断面図、第３図は、制御内容を示
すフロー図である。 １……吸気バルブ、２……可動子、３……駆動部、４…
…磁性板、５……コントローラ、22……２次コイル、31
〜34……固定磁極、42……下部電磁石、46……作動位置
センサ。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a drive control device according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II, and FIG. 3 is a flowchart showing control contents. 1 ... intake valve, 2 ... mover, 3 ... drive unit, 4 ...
... magnetic plate, 5 ... controller, 22 ... secondary coil, 31
-34: Fixed magnetic pole, 42: Lower electromagnet, 46: Operating position sensor.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 9/04 F02D 13/08 Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) F01L 9/04 F02D 13/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】エンジンの吸排気バルブに連結し往復自在
な可動磁極と、該可動磁極と対向する固定磁極との間に
作用する電磁力により該吸排気バルブを開閉駆動する電
磁力バルブ駆動制御装置において、エンジンの回転位相
及び回転速度を検知する回転検知手段と、該回転検知手
段からの検知信号を入力しスタータモータ作動時におけ
る上記回転速度が所定速度以下の場合に上記可動磁極の
作動を禁止し吸排気バルブを閉鎖状態にて保持するバル
ブ閉鎖保持手段とを有することを特徴とする電磁力バル
ブ駆動制御装置。An electromagnetic force valve drive control for opening and closing the intake / exhaust valve by an electromagnetic force acting between a movable magnetic pole connected to an intake / exhaust valve of the engine and reciprocally movable, and a fixed magnetic pole facing the movable magnetic pole. In the device, a rotation detecting means for detecting a rotation phase and a rotation speed of the engine, and a detection signal from the rotation detection means is input, and when the rotation speed at the time of starter motor operation is lower than a predetermined speed, the operation of the movable magnetic pole is performed. A valve closing and holding means for prohibiting and holding the intake and exhaust valves in a closed state.