JPH02176286A - 電磁力バルブ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の開閉駆動を電磁石
により発生する電磁力によって行なう電６ｎカバルブ駆
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する。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。該カムシャフ
トのカム面からロッカーアームやブ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。吸排気バル
ブはスプリングにより常に閉状態に保持されており、バ
ルブ軸端面を押されることにより開口する。

あるいは、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
部を、そして排気カムシャフトのカム面で排気バルブの
軸端部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
る電磁力により行なう装置が、特開昭５８−１８３８０
５号公報、あるいは特開昭６１−７６７１３号公報に記
載されているが、上記２公報に記載されている装置にお
いて開示された電磁石の構成では、吸排気パルプを駆動
させるために必要な電磁力を発生させるには大電力を要
し、電磁石のコイルからの発熱量が増大する。そのため
相当量の容量を有する冷却装置を付帯せねばならず、エ
ンジンが大型化するという問題は解決されない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、エンジン
の吸排気パルプの開閉駆動をカムシャフトによらず、高
効率かつ高出力の電磁石による電磁力により行なう電磁
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に連結し往復
運動自在な可動磁極を有する電磁力バルブ駆動装置にお
いて、前記磁極の端面と対向する上部固定永久磁石と、
該永久磁石と連通して、途中に永久磁石と対向する第１
の中間固定６ｉｉ極と、バルブ開放時における可動磁８
ｉ端部と対応する第２の中間固定磁極とを有すると共に
延長先端には可動磁極の側面と対向する先端固定磁極と
、第１の中間固定磁極に磁束を発生させる第１のコイル
と、第２の中間固定磁極に磁束を発生させる第２のコイ
ルと、可！！］１Ｉｉｌ極に磁束を発生させる第３のコ
イル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） 本発明の電磁力パルプ駆動装置では、吸排気パルプの駆
動力を発生する電磁石により発生する６ｉｌ力線の損失
を最小に押さえるため該電１ｉｉ１石は高効率かつ高出
力となり、非接触にてバルブの開状態を保持するため吸
排気口の延べ開口面積が増加する作用がある。

（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
り、第２図は、駆動部の切断斜視図である。

１はエンジンであり、該エンジン１の出力軸の近傍には
該出力軸の回転数及び回転位相を検知し信号に変換する
回転センサ２が配設されている。

エンジン１内の吸排気口の開閉を制御するための吸排気
バルブの内、以下主に吸気バルブについて示す。

８は磁性体材料からなる吸気バルブであり、軸方向に穆
勤自在にバルブガイド９により軸承されている。吸気バ
ルブ８の軸端部８ａは磁性体材料により形成させ、該軸
端部８ａには永久磁石３が対向しており、該永久磁石３
は磁性体４の中央上部に接続している。磁性体４には永
久磁石３の左右に第１中間固定磁極４ａが設けられ、該
第１中間固定磁極４ａの下方に各々第２中間固定磁極４
ｂが対向して設けられている。左右の第１中間固定磁極
４ａには各々第１コイル５が配設されており、同じく第
２中間固定磁極４ｂにも各々第２コイル６が配設されて
いる。また磁性体４の下部には吸気バルブ８の側面と対
向する先端固定磁極４ｄと吸気バルブ８を穆動芯とする
第３コイル７が配設されている。

上記回転センサ２、第１コイル５、第２コイル６、第３
コイル７はコントロールユニット１２内の人出力インタ
ーフェイス１２ｄと接続されている。該コントロールユ
ニット１２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１２ｄの他に、プログラム及びデ
ータを予め記憶するＲＯＭ１２ｂと、該ＲＯＭ１２ｂに
記憶されたプログラムの下に演算を行なうＣＰＵＩ　２
ａと、人力信号及び演算結果を一時記憶するＲＡＭ１２
ｃと、コントロールユニット１２内の信号の流れを制御
するコントロールメモリ１２ｅとが設けられている。

次に、本発明による装置の作用について説明する。

第３図は、磁性体４内の磁力線の流れを示し、（ａ）は
バルブの閉状態、（ｂ）は閉状態からの開操作開始時、
（Ｃ）は開保持状態、（ｄ）は開状態からの閉操作開始
時を示す図である。

（ａ）〜（ｄ）共に、第１コイル５、第２コイル６、第
３コイル７の内、実線は励磁状態を示し、破線は非励磁
状態を示す。

（ａ）において、第３コイル７を励磁し吸気バルブ８の
軸部に下方向の磁力線を発生させる。該磁力線は吸気バ
ルブ８の軸部より先端固定磁極４ｄへ流れ、バイパス４
ｃを経て永久磁石３へと流れる。永久磁石３の磁力線の
方向と第３コイル７により発生する磁力線の方向とが同
一であるため合流し、吸気バルブ８の軸端部８ａへと流
れ軸部を通過し再び先端固定磁８ｉ４ｄへと流れる電路
を形成する。永久磁石３から軸端部８ａへ磁力線が流れ
る際に、軸端部８ａにＳ極が発生する。

よって永久磁石３の軸端部８ａとの対向面にあるＮｉと
の間に引力が作用し、吸気バルブ８は上方向へと引き上
げられる。そして吸気バルブ８の傘部がバルブシートと
接触する位置、すなわち閉状態で保持される。

（ｂ）において、回転センサ２により検知されるクラン
ク角が吸気バルブ８開のタイミングになると第３コイル
７への通電を中止し、第２コイル６へ通電を行ない第２
中間固定磁極４ｂに下方向の磁力線を発生させる。該磁
力線は第２中間固定５１極４ｂから先端固定磁極４ｄを
経て吸気バルブ８へ流れ軸端部８ａから第２中間固定磁
極４ｂへと戻る磁路を形成する。上記軸端部８ａから第
２中間固定磁極４ｂへと磁力線が流れる際に、軸端部８
ａにはＮ極が発生し第２中間固定磁極４ｂにはＳ極が発
生する。よって軸端部８ａと第２中間固定磁極４ｂとの
間に吸引力が発生し吸気バルブ８は開方向への８勅を開
始する。

（Ｃ）において、吸気バルブ８が開方向へ移動し、軸端
部８ａと左右の第２中間固定磁極４ｂとが一直線上に並
ぶ状態まで移動する。軸端部８ａと第２中間固定磁極４
ｂとの間隔は該状態の場合が最小であり、上記吸引力は
最大となる。よって、吸気バルブ８の開方向への速度は
直ちに減速され該状態で吸気バルブ８は保持される。

（ｄ）において、回転センサ２により検知されるエンジ
ン１の回転位相が吸気バルブ８閉のタイミングに到達す
ると、第２コイル６への通電を中止し、第１中間固定磁
極４ａに下方向の磁力線が発生する方向に第１コイル５
へ通電する。該第１コイル５により発生する磁力線と永
久磁石３により発生する磁力線は同方向であり、よって
両川力線は合流し軸端部８ａを介して吸気バルブ８へと
流れる。吸気バルブ８へと流れる１ｉｉｌ力線は先端固
定磁極４ｄを経てバイパス４ｃを通過し第１中間固定磁
極４ａ及び永久磁石３へと分岐する隘路を形成する。こ
の際に、永久磁石３の軸端部８ａとの対向面及び左右の
第１中間固定Ｅｉｉｔｉ４ａにはＮ極が発生し、軸端部
８ａにはＳ極が発生する。

よって吸気バルブ８は永久磁石３及び第１中間固定！１
ｌＮｉ４ａに吸引され、閉方向への８勅を開始する。

該吸気バルブ８の閉タイミングから第１の設定時間経過
時に、再び（ｂ）に示す状態すなわち第２コイル６のみ
に通電する。該操作により吸気バルブ８は開方向への吸
引力が作用し、よって閉方向への８動速度を減速する。

該減速は吸気バルブ８の傘部がバルブシートに着座する
際の衝軍を緩和するために行なう、上記第１の設定時間
より長時間である第２の設定時間経過時に、（ａ）に示
す状態すなわち第３コイル７のみに通電し、吸気バルブ
８を閉方向へ吸引することにより吸気口を閉じ、エンジ
ン１のクランク角が次の間タイミングに到達するまで該
閉状態を保持する。

上記開閉状態を第４図により説明する。

第４図はいわゆるカムプロファイル曲線とよばれるもの
で、横軸はエンジンのクランク角を示し、縦軸はバルブ
の移動量であるバルブリフト量を示す。図における曲線
はクランク角変化に伴なうバルブリフト量の変化を示す
図であり、実線は本発明の駆動装置による場合の変化を
示し、破線は従来のカムによる場合の変化を示す。

吸気バルブ８開タイミングである■の時点で第３コイル
７への通電を中止し第２コイル６へ通電することにより
磁力線の状態を第２図（ａ）の状態から（ｂ）の状態へ
切換える。該操作により吸気バルブ８は開方向へ第２中
間固定磁極４ｂと軸端部８ａとが一直線上に並ぶ位置■
！まで加速しながら移動する。　Ｉｆに位置に到達する
と吸気バルブ８は直ちに停止し吸気バルブ８閉のタイミ
ングＩＩ＋まで開状態を保持する。

該ＩＩＩのタイミングで、第２図の（Ｃ）の状態より（
ｄ）の状態へ切変え吸気バルブ８を閉方向へ移動させ、
第１の設定時間経過時ＩＶにおいて磁力線の状態を上記
（ｄ）の状態から（ｂ）の状態へ切換え吸気バルブ８の
閉方向の速度を減速し、第２の設定時間経過時■におい
て磁力線の状態を上記（ｂ）の状、態から（ａ）の状態
へ切換え、次の開タイミングまで閉状態を保持する。

本図に示すごとく、横軸とプロファイル曲線とで囲まれ
る部分である吸気口の延べ開口面積は従来のものと比較
し、本発明によるバルブ開閉操作のほうが大である。よ
って吸気抵抗が減少し、速やかな吸気が行なえる。

上記第１及び第２の設定時間は、該両膜定時間とエンジ
ンン回転数との関係テーブルを予めＲＯＭ１２ｂ内に記
憶しておき回転センサ２により検知されるエンジンン回
転数から演算される。

また、ＲＯＭ１２ｂ内に予めエンジン回転数とバルブ開
閉タイミング！及びＩｌｌとの関係マツプを記憶してお
き、エンジン１の回転数の変化と共にバルブ開閉タイミ
ングを変更できる。またエンジン回転数の変化に伴ない
運転する気筒を増減させる、いわゆる気筒制御も可能で
ある。

また、本発明による磁路途中の透磁率不連続部分である
先端固定磁極４ｄと吸気バルブ８との距離が、バルブの
開閉によらず絶えず微小であり、よって磁力線の損失が
軽減され吸気バルブ８に作用する電磁力が強力となる。

よって電６ｆｉ力発生効率も向上し、上記各コイルでの
発熱量が小となる。

上記、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。

以上、本発明の一実施例を説明したが、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、エンジンの吸排気
バルブの開閉駆動をカムシャフトによらず、高効率かつ
高出力の電磁石による電磁力により行なう電磁力バルブ
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、磁性体及びバルブを縦に切断した斜視図、第３図は
、磁性体内の磁力線の流れを示す図、第４図は、クラン
ク角とバルブリフト量の関係を示す図である。 １・・・エンジン、２・・・回転センサ、３・・・永久
電磁石、４・・・磁性体、４ａ・・・第１中間固定磁極
、４ｂ・・・第２中間固定磁極、４Ｃ・・・バイパス、
４ｄ・・・先端固定磁極、５・・・第１コイル、６・・
・第２コイル、７・・・第３コイル、８・・・吸気バル
ブ、９・・・バルブガイド、１０・・・コントロールユ
ニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの吸排気バルブに連結し往復運動自在な可動磁
   極を有する電磁力バルブ駆動装置において、前記磁極の
   端面と対向する上部固定永久磁石と、該永久磁石と連通
   して、途中に永久磁石と対向する第１の中間固定磁極と
   、バルブ開放時における可動磁極端部と対応する第２の
   中間固定磁極とを有すると共に延長先端には可動磁極の
   側面と対向する先端固定磁極と、第１の中間固定磁極に
   磁束を発生させる第１のコイルと、第２の中間固定磁極
   に磁束を発生させる第２のコイルと、可動磁極に磁束を
   発生させる第３のコイルとを有することを特徴とする電
   磁力バルブ駆動装置。