JP4691009B2 - エンジンの電磁動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１電磁石および第２電磁石により交互に吸着されて揺動するアマチュアでバルブを開閉駆動するエンジンの電磁動弁装置に関する。

かかるエンジンの電磁動弁装置は、本出願人の出願に係る特願２００６−２４７６１１号により既に提案されている。このエンジンの電磁動弁装置は、バルブを開閉駆動すべくバルブのステムエンドに当接するアマチュアを、ステムの外周に配置された第１バルブスプリングで上向き（閉弁方向）に付勢し、かつステムの延長線上に同軸に配置された第２バルブスプリングで下向き（開弁方向）に付勢することで、その中立位置を第１、第２電磁石に挟まれた位置に安定させるようになっている。

しかしながら上記従来のものは、バルブのステムの外周に配置された第１バルブスプリングと同軸上に第２バルブスプリングが直列に配置されているため、第１、第２バルブスプリングの全長が大きくなり、それらを収納するシリンダヘッドが大型化する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、電磁動弁装置のバルブを開弁方向に付勢するスプリングをコンパクトに配置することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、一端がエンジン本体に揺動可能に枢支されて他端がバルブのステムに当接するアマチュアと、前記アマチュアの第１吸着面を吸着可能な第１電磁石と、前記アマチュアの第２吸着面を吸着可能な第２電磁石と、前記バルブを閉弁方向に付勢する第１バルブスプリングと、前記バルブを開弁方向に付勢する第２バルブスプリングとを備え、前記第１、第２電磁石の少なくとも一方の電磁石はエンジン本体に対して位置が固定された固定軸まわりに揺動可能に支持されるエンジンの電磁動弁装置であって、前記第２バルブスプリングは、前記アマチュアの前記一端側に設けたレバーを付勢することを特徴とするエンジンの電磁動弁装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記一方の電磁石は前記固定軸に枢支される一端側に設けたレバーを備え、前記アマチュアのレバーに前記第２バルブスプリングの一端側の付勢力を作用させるとともに、前記一方の電磁石のレバーに前記第２バルブスプリングの他端側の付勢力を作用させることを特徴とするエンジンの電磁動弁装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記アマチュアのレバーと前記一方の電磁石のレバーとの少なくとも一部が、気筒列線方向に見て重なることを特徴とするエンジンの電磁動弁装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項２または請求項３の構成に加えて、前記アマチュアのレバーに一端を枢支されて他端に第１スプリングシートが設けられたガイドロッドが前記一方の電磁石のレバーに設けた第２スプリングシートを貫通し、前記ガイドロッドの外周に支持した前記第２バルブスプリングの一端および他端がそれぞれ前記第１スプリングシートおよび前記第２スプリングシートに当接することを特徴とするエンジンの電磁動弁装置が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項２〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記一方の電磁石を揺動させるアクチュエータは該電磁石の他端側を駆動することを特徴とするエンジンの電磁動弁装置が提案される。

尚、実施の形態のシリンダヘッド１２は本発明のエンジン本体に対応し、実施の形態の吸気バルブ１７は本発明のバルブに対応し、実施の形態の第２電磁石は本発明の一方の電磁石に対応する。

請求項１の構成によれば、一端がエンジン本体に対して位置が固定された固定軸まわりに揺動可能に枢支されて他端がバルブのステムに当接するアマチュアの第１吸着面および第２吸着面を第１、第２電磁でそれぞれ吸着するので、第１、第２電磁石の少なくとも一方を揺動させることでバルブのリフト量を任意に変化させることができる。また第１、第２電磁石の少なくとも一方だけを揺動させれば良く、しかもアマチュアの位置を移動させる必要がないため、電磁動弁装置をコンパクトに構成することが可能となる。特に、前記一方の電磁石を揺動させてバルブのリフト量を変化させるので、バルブの軸方向において電磁動弁装置をコンパクト化することができる。更に、バルブを閉弁方向に付勢する第１バルブスプリングおよび開弁方向に付勢する第２バルブスプリングのうち、第２バルブスプリングはアマチュアが固定軸に枢支される一端側に設けたレバーを付勢するので、前記第２バルブスプリングをバルブのステムの延長線上に配置する必要をなくし、電磁動弁装置の小型化を図ることができる。

また請求項２の構成によれば、アマチュアの一端側に設けたレバーと、一方の電磁石の一端側に設けたレバーとに、それぞれ第２バルブスプリングの一端側および他端側の付勢力を作用させるので、一方の電磁石の揺動に応じて第２バルブスプリングの弾発力でアマチュアを揺動させることができ、一方の電磁石が何れの揺動位置にあるときにエンジンが停止してもアマチュアの中立位置が著しくずれることを防止し、エンジンの始動時に第１電磁石または第２電磁石にアマチュアを確実に吸着させることができる。

また請求項３の構成によれば、アマチュアのレバーと一方の電磁石のレバーとの少なくとも一部が、気筒列線方向に見て重なるように配置されるので、電磁動弁装置を小型化することができる。

また請求項４の構成によれば、アマチュアのレバーに一端を枢支されて他端に第１スプリングシートが設けられたガイドロッドを一方の電磁石のレバーに設けた第２スプリングシートを貫通させ、ガイドロッドの外周に支持した第２バルブスプリングの一端および他端をそれぞれ第１スプリングシートおよび第２スプリングシートに当接させたので、ガイドロッドを第２バルブスプリングの支持部材に利用して部品点数を削減することができる。

また請求項５の構成によれば、一方の電磁石を揺動させるアクチュエータが該電磁石の他端側、つまり該電磁石を枢支する固定軸から遠い側を駆動するので、アクチュエータの負荷を低減するとともに、電磁石の揺動位置の位置決め精度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の実施の形態を示すもので、図１は電磁動弁装置を備えたエンジンのシリンダヘッドの断面図、図２は図１の要部拡大図、図３は図２の３−３線矢視図、図４は電磁動弁装置の分解斜視図、図５は第２電磁石およびその揺動駆動部の分解斜視図、図６は低リフト時および高リフト時の作用説明図（中立状態）、図７は低リフト時および高リフト時の作用説明図（最大リフト状態）である。

図１に示すように、エンジンのシリンダブロック１１の頂面にシリンダヘッド１２が結合され、シリンダヘッド１２の頂面にヘッドカバー１３が結合される。シリンダヘッド１２には吸気ポート１４が形成され、吸気ポート１４が燃焼室１５に開口するバルブ孔１６を開閉する吸気バルブ１７は、そのステム１８がシリンダヘッド１２に設けたバルブガイド１９に摺動自在にガイドされる。

図１〜図５に示すように、一対の吸気バルブ１７を同じタイミングおよび同じリフト量で開閉駆動する電磁動弁装置２０は、一対の第１電磁石２１と、一対の第２電磁石２２と、一対のアマチュア２３とを備える。

第１電磁石２１は多数の鋼板を積層したコア２５と、コア２５に形成した４本のコイル溝２５ａに巻回した一対のコイル２６と、コア２５の内端に重ねられた内側ブロック部材２７と、コア２５の外端に重ねられた外側ブロック部材２８とを備え、内側ブロック部材２７、コア２５および外側ブロック部材２８は４本のボルト２９で一体に締結される。内側ブロック部材２７の３個の取付アーム２７ａをそれぞれボルト３０でシリンダヘッド１２の取付部１２ａに締結し、外側ブロック部材２８の３個の取付アーム２８ａをそれぞれボルト３１でシリンダヘッド１２の取付部１２ｂに締結することで、第１電磁石２１がシリンダヘッド１２に固定される。

第２電磁石２２は多数の鋼板を積層したコア３２と、コア３２に形成した４本のコイル溝３２ａに巻回した一対のコイル３３と、コア３２の内端に重ねられた内側ブロック部材３４と、コア３２の外端に重ねられた外側ブロック部材３５とを備え、内側ブロック部材３４、コア３２および外側ブロック部材３５は４本のボルト３６で一体に締結される。内側ブロック部材３４には４個のヒンジアーム３４ａと、それらヒンジアーム３４ａを更に延長した４個のレバー３４ｂとが設けられる。

２個のアマチュア２３は第１吸着面２３ｂおよび第２吸着面２３ｃを有する板状の部材であって、内端に２個のヒンジアーム２３ａと、それらを更に延長した２個のレバー２３ｄとが設けられ、外端に２個のローラ３７が回転自在に軸支される。第１電磁石２１の内側ブロック部材２７の４個の取付アーム２７ａに固定軸３８が圧入されており、この固定軸３８の外周にアマチュア２３の合計４個のヒンジアーム２３ａおよび第２電磁石２２の内側ブロック部材３４の４個のヒンジアーム３４ａが相対回転可能に嵌合する。よって、アマチュア２３および第２電磁石２２は固定軸３８まわりに相互に独立して揺動し得るように枢支される。固定軸３８とは、シリンダヘッド１１に対して位置が移動しないということであり、同じ位置で回転するものであっても良い。

シリンダヘッド１２に回転自在に支持されたコントロールシャフト３９に設けた２個のリンクアーム３９ａと第２電磁石２２の外側ブロック部材２８とが、コントロールリンク４０の両端にそれぞれピン４１，４２で枢支される。従って、電動モータのようなアクチュエータ４３でコントロールシャフト３９を往復回転させると、コントロールリンク４０を介して第２電磁石２２が固定軸３８まわりに揺動する。このように、固定軸３８から遠い第２電磁石２２の端部をアクチュエータ４３で駆動するので、小出力のアクチュエータ４３を使用できるだけでなく、固定軸３８まわりの第２電磁石２２のガタを減少させることができる。

シリンダヘッド１２の上面と吸気バルブ１７のステム１８の上端に設けたスプリングシート４６との間に第１バルブスプリング４７が縮設される。第１バルブスプリング４７は吸気バルブ１７を閉弁方向（上向き）に付勢するもので、その付勢力で吸気バルブ１７のステム１８の上端はラッシュアジャスタ４５を介してアマチュア２３のローラ３７の下面に当接する。またシリンダヘッド１２に設けた油圧緩衝機構４８がアマチュア２３のローラ３７の上面に当接する。

各アマチュア２３の一対のヒンジアーム２３ａを延長した一対のレバー２３ｄの先端間にピン４９を介してガイドロッド５０の基端が枢支されており、このガイドロッド５０の先端に第１スプリングシート５１が一体に形成される。

一方、第２電磁石２２の内側ブロック部材３４の２対のヒンジアーム３４ａを延長した２対のレバー３４ｂ間に２個のコ字状の第２スプリングシート５２が各々２本のピン５４，５４で枢支されており、これらの第２スプリングシート５２の中央に形成したガイド孔５２ａを２本のガイドロッド５０が緩く貫通する。そしてガイドロッド５０の外周に嵌合するように縮設された第２バルブスプリング５３の一端が前記第１スプリングシート５１に当接し、他端が前記第２スプリングシート５２に当接する。ガイドロッド５０の外周に第２バルブスプリング５３を支持したので、コンパクトな構造になるだけでなく、第２バルブスプリング５３の形状を安定させて第１、第２スプリングシート５１，５２を確実に付勢することができる。

第１電磁石２１の内側ブロック部材２７の上面にスプリングガイド５５が２本のボルト５６，５６で固定されており、スプリングガイド５５に形成した２個のスプリングガイド孔５５ａ，５５ａに２本の第２バルブスプリング５３，５３が摺動自在に嵌合する。ピン４９およびピン５１，５１の軸線が一致したとき、ガイドロッド５０がピン４９まわりに、また第２スプリングシート５２がピンピン５１，５１まわりに同時に揺動してしまい、第２バルブスプリング５３の位置が定まらなくなる虞があるが、スプリングガイド５５のスプリングガイド孔５５ａ，５５で第２バルブスプリング５３，５３の位置を規制することで上記問題を解決することができる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

アクチュエータ４３でコントロールシャフト３９およびコントロールリンク４０を介して第２電磁石２２を固定軸３８まわりに揺動させると、シリンダヘッド１２に固定された第１電磁石２１の下面と、揺動した第２電磁石２２の上面との成す角度が変化する。図６（Ａ）は前記角度αが小さい状態であって吸気バルブ１７を低リフト量で駆動する場合に対応し、図６（Ｂ）は前記角度βが大きい状態であって吸気バルブ１７を高リフト量で駆動する場合に対応する。

第１、第２電磁石２１，２２が励磁されていないとき、第２電磁石２２が低リフト状態であっても、高リフト状態であっても、アマチュア２３は常に第１、第２電磁石２１，２２間に形成された楔状を成す空間の概ね中立位置に停止する。その理由は以下の通りである。

低リフト状態において、アマチュア２３は第１バルブスプリング４７で上向きに付勢された吸気バルブ１７のステム１８により押し上げられる。一方、他端を第２電磁石２２の第２スプリングシート５２に支持された第２バルブスプリング５３の一端により第１スプリングシート５１を押圧されたガイドロッド５０は、第２スプリングシート５２のガイド孔５２ａからの突出量が増加し、アマチュア２３は固定軸３８まわりに下方に、つまり吸気バルブ１７のステム１８を押し下げるように付勢される。このように、吸気バルブ１７を閉弁方向に付勢する第１バルブスプリング４７の弾発力と、開弁方向に付勢する第２バルブスプリング５３の弾発力とが釣り合うように調整することで、アマチュア２３は第１、第２電磁石２１，２２間の概ね中央の中立位置に停止する。

この状態からアクチュエータ４３で作動するコントロールシャフト３９およびコントロールリンク４０を介して第２電磁石２２が高リフト状態へと下降すると、図６（Ｂ）に示すように、第２電磁石２２と一体のレバー３４ｄが固定軸３８まわりに時計方向に揺動し、レバー３４ｄに設けた第２スプリングシート５２で第２バルブスプリング５３の他端を圧縮する。すると第２バルブスプリング５３の一端に当接する第１スプリングシート５１と共にガイドロッド５０が押し上げられ、このガイドロッド５０にレバー２３ｄを引かれたアマチュア２３が固定軸３８まわりに下向きに揺動する。

その結果、アマチュア２３のローラ３７が吸気バルブ１７のステム１８の上端を押し下げることで、第１バルブスプリング４７を圧縮しながら吸気バルブ１７を開弁させる。このとき、圧縮された第１バルブスプリング４７が吸気バルブ１７、つまりアマチュア２３を押し上げる弾発力と、圧縮された第２バルブスプリング５２がアマチュア２３を押し下げる弾発力とが釣り合うことで、この高リフト状態においても、アマチュア２３は第１、第２電磁石第１、第２電磁石２１，２２間の空間の概ね中央の中立位置に停止する。

バルブリフトを変更べく第２電磁石２２を下方に揺動させた状態でエンジンを停止させたときに、アマチュア２３が第１、第２電磁石第１、第２電磁石２１，２２間の空間の概ね中央の中立位置に停止せず、第１電磁石２１に接する位置にあるとすると、エンジンを始動した瞬間に第２電磁石２２を励磁してアマチュア２３を吸着するタイミングの気筒では、アマチュア２３との距離が大きくなる第２電磁石２２に大きな吸着力が要求され、第２電磁石２２の大型化や消費電力の増加といった問題が発生してしまう。

それに対して、本実施の形態では、エンジンの停止時にアマチュア２３が第１、第２電磁石２１，２２間の概ね中央に確実に停止するため、エンジンの始動時に第１、第２電磁石２１，２２の何れから励磁される場合でも、特別に大きい吸着力が必要になることはなく、よって上述した問題が解消される。

しかして、第１電磁石２１を励磁すると、アマチュア２３の第１吸着面２３ｂが第１電磁石２１の下面に吸着されることで、第２バルブスプリング５３を圧縮しながらアマチュア２３は固定軸３８まわりに上向きに揺動し、これと同時に、第１バルブスプリング４７の弾発力でステム１８を押し上げられた吸気バルブ１７がバルブ孔１６に着座して閉弁する。そして吸気バルブ１７がバルブ孔１６に着座する瞬間の衝撃は油圧緩衝機構４８により緩衝され、かつアマチュア２３の第１吸着面２３ｂが第１電磁石２１の下面に密着した状態で、ラッシュアジャスタ４５により吸気バルブ１７がバルブ孔１６に着座する。

吸気バルブ１７の閉弁状態から第１電磁石２１を消磁して第２電磁石２２を励磁すると、アマチュア２３の第２吸着面２３ｃが第２電磁石２２の上面に吸着される。するとアマチュア２３は固定軸３８まわりに下向きに揺動し、第１バルブスプリング４７を圧縮しながら、かつ第２バルブスプリング５３を伸長しながらローラ３７でステム１８を押し下げることで吸気バルブ１７が開弁する。アマチュア２３の第２吸着面２３ｃが第２電磁石２２の上面に密着したとき、吸気バルブ１７のリフト量は最大リフト量となり、図７に示すように、その最大リフト量は第２電磁石２２の揺動位置により任意に変化する。

第２電磁石２２およびアマチュア２３は共通の固定軸３８まわりに揺動するため、図７（Ａ）の低リフト状態でも、図７（Ｂ）の高リフト状態でも、アマチュア２３の第２吸着面２３ｃを第２電磁石２２の上面に密着させることができ、第２電磁石２２の上面およびアマチュア２３の第２吸着面２３ｃの管理が容易になる。またシリンダヘッド１２に固定された第１電磁石２１に固定軸３８を設けたので、シリンダヘッド１２に固定軸３８を設ける場所を確保する必要がなくなるだけでなく、第１電磁石２１とアマチュア２３との位置関係が安定し、第１電磁石２１の下面およびアマチュア２３の第１吸着面２３ｂの管理が容易になる。

このように、第２電磁石２２の揺動位置を変化させることで、吸気バルブ１７の最大リフト量を任意に変化させることができ、また第１、第２電磁石２１，２２の励磁および消磁のタイミングを変化させることで、吸気バルブ１７のバルブタイミングを任意に変化させることができる。その際に、第１電磁石２１およびアマチュア２３の位置を変化させることなく、第２電磁石２２の位置だけを変化させれば良いため、第１、第２電磁石２１，２２およびアマチュア２３の全てを移動させるものに比べて電磁動弁装置２０をコンパクトに構成することができる。しかも吸気バルブ１７の閉弁位置を規制する第１電磁石２１は移動不能に固定されるため、吸気バルブ１７を精度良く着座させることができる。

更に、従来は第２バルブスプリング５３を吸気バルブ１７のステム１８の外周の第１バルブスプリング４７の延長線上に配置していたが、本実施の形態では第２バルブスプリング５３を固定軸３８側に移動させたので、ステム１８の延長線上に第２バルブスプリング５３を配置する空間を確保する必要がなくなり、電磁動弁装置２０をコンパクトに構成することができる。またアマチュア２３のレバー２３ｄと第２電磁石２２のレバー３４ｂとを、シリンダ列方向に見て一部オーバーラップさせたので（図６および図７参照）、電磁動弁装置２０を更にコンパクトに構成することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では本発明を吸気バルブ１７に適用しているが、それを排気バルブに適用することができる。

また実施の形態では第１、第２電磁石２１，２２のうちの第２電磁石２２だけを揺動させているが、第１、第２電磁石２１，２２の両方を揺動させても良い。

また実施の形態では一対のア−マチュア２３を同じタイミングおよびリフト量で駆動しているが、各吸気バルブ１７毎にア−マチュア２３を異なるタイミングおよびリフト量で駆動することができる。

電磁動弁装置を備えたエンジンのシリンダヘッドの断面図 図１の要部拡大図 図２の３−３線矢視図 電磁動弁装置の分解斜視図 第２電磁石およびその揺動駆動部の分解斜視図 低リフト時および高リフト時の作用説明図（中立状態） 低リフト時および高リフト時の作用説明図（最大リフト状態）

符号の説明

１２ シリンダヘッド（エンジン本体）
１７ 吸気バルブ（バルブ）
１８ ステム
２１ 第１電磁石
２２ 第２電磁石（一方の電磁石）
２３ アマチュア
２３ｂ 第１吸着面
２３ｃ 第２吸着面
２３ｄ レバー
３４ｄ レバー
３８ 固定軸
４３ アクチュエータ
４７ 第１バルブスプリング
５０ ガイドロッド
５１ 第１スプリングシート
５２ 第２スプリングシート
５３ 第２バルブスプリング

Claims (5)

1. 一端がエンジン本体（１２）に揺動可能に枢支されて他端がバルブ（１７）のステム（１８）に当接するアマチュア（２３）と、前記アマチュア（２３）の第１吸着面（２３ｂ）を吸着可能な第１電磁石（２１）と、前記アマチュア（２３）の第２吸着面（２３ｃ）を吸着可能な第２電磁石（２２）と、前記バルブ（１７）を閉弁方向に付勢する第１バルブスプリング（４７）と、前記バルブ（１７）を開弁方向に付勢する第２バルブスプリング（５３）とを備え、
   前記第１、第２電磁石（２１，２２）の少なくとも一方の電磁石（２２）はエンジン本体（１２）に対して位置が固定された固定軸（３８）まわりに揺動可能に支持されるエンジンの電磁動弁装置であって、
   前記第２バルブスプリング（５３）は、前記アマチュア（２３）の前記一端側に設けたレバー（２３ｄ）を付勢することを特徴とするエンジンの電磁動弁装置。
2. 前記一方の電磁石（２２）は前記固定軸（３８）に枢支される一端側に設けたレバー（３４ｂ）を備え、前記アマチュア（２３）のレバー（２３ｄ）に前記第２バルブスプリング（５３）の一端側の付勢力を作用させるとともに、前記一方の電磁石（２２）のレバー（３４ｄ）に前記第２バルブスプリング（５３）の他端側の付勢力を作用させることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの電磁動弁装置。
3. 前記アマチュア（２３）のレバー（２３ｄ）と前記一方の電磁石（２２）のレバー（３４ｂ）との少なくとも一部が、気筒列線方向に見て重なることを特徴とする、請求項２に記載のエンジンの電磁動弁装置。
4. 前記アマチュア（２３）のレバー（２３ｄ）に一端を枢支されて他端に第１スプリングシート（５１）が設けられたガイドロッド（５０）が前記一方の電磁石（２２）のレバー（３４ｂ）に設けた第２スプリングシート（５２）を貫通し、前記ガイドロッド（５０）の外周に支持した前記第２バルブスプリング（５３）の一端および他端がそれぞれ前記第１スプリングシート（５１）および前記第２スプリングシート（５２）に当接することを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のエンジンの電磁動弁装置。
5. 前記一方の電磁石（２２）を揺動させるアクチュエータ（４３）は該電磁石（２２）の他端側を駆動することを特徴とする、請求項２〜請求項４の何れか１項に記載のエンジンの電磁動弁装置。

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