JP3043350B2 - 電磁力バルブ駆動制御装置 - 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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第３図は、制御内容を示すフロー図である。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

【図面の簡単な説明】

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。

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

Claims (1)

(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。