JPH04175408A - 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を電磁力によって開
閉駆動する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、エンジンの出力
軸により駆動され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
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ものである。

該開閉駆動装置は、上記のごと（カムシャフト及びリン
ク機構をエンジンに付設しなければならないためエンジ
ン形状が大型化する。また、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。

更には、エンジンの運転中に吸排気バルブの開閉タイミ
ングを容易には変更できないので、所定のエンジン回転
速度での運転時に最適な運転状態となるようにバルブ開
閉タイミングを調整しなければならない、よって、該所
定の回転速度と異なる回転速度での運転時には、本来該
エンジンの発揮しうる出力及び効率を引き出すことがで
きないという問題がある。

そこで、上記問題を解決するために、吸排気バルブをカ
ムシャフトにより開閉駆動するのではな（、吸排気バル
ブに連結された可動磁極をエンジンに固定された電磁石
の電磁力により吸引し、吸排気バルブを開閉タイミング
変更自在に開閉駆動するバルブ駆動装置が多数提案され
ており、例えば特開昭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も
のがある。

（発明が解決しようとする課題） 上記のごとき従来の電磁力により吸排気バルブを開閉駆
動するバルブ駆動装置を実際のエンジンに適用する場合
には、吸排気バルブを確実に駆動し、更には高速回転領
域での運転を可能にするために、強力な電磁力を発生す
ることのできる構造としなければならない。

強力な電磁力を発生させるためには磁束密度を増大させ
ねばならず、従って磁路断面積を拡張しなければならな
い。

一方、磁路断面積を拡張する、すなわち駆動装置を大型
化すると、隣接する吸排気バルブの駆動装置が相互に重
なりあり干渉するため、エンジンに組み込むことができ
ないという問題がある。

尚、上記各公報に開示されている駆動装置では、吸排気
バルブの配設ピッチが狭い場合や駆動装置を狭所に組み
込む場合については触れられておらず、上記問題を解決
することはできない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、吸排気バ
ルブの配設ピッチが狭い場合や干渉物があるため狭所に
配設しなければならない場合にも強力な電磁力を発生す
ることのでき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、エンジンに固定され磁束を発生する１
次コイルと吸排気バルブに連結され該磁束により電流が
誘導される往復自在な２次コイルとの間に作用する電磁
力により該吸排気バルブを駆動する電磁力バルブ駆動装
置において、上記２次コイルの往復方向に対して垂直方
向に上記２次コイルを挟んで対向配設され上記１次コイ
ルが捲着された固定磁極と、該固定磁極の先端部に隣接
し上記１次コイルが発生する磁束通路途中に設けられた
空隙部と、磁性体からなり上記空隙部を往復自在に移動
し上記磁束通路の一部を形成すると共に上記２次コイル
を内包する可動子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） 本発明の電磁力バルブ駆動装置では、固定磁極が１次コ
イルを挟んで対向配設されているので、該固定磁極の対
向方向に対して垂直方向の幅を低減し狭所への配設を可
能にし、かつ可動子に対して強力な電磁力をバランスよ
く作用させる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の駆動装置の構成を示すブロック図、
第２図は、■−■矢視図である。ところで、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、主に吸気バルブを開閉する装置につ
いて説明する。

１は、軽量であり高温強度に優れた窒化珪素等のセラミ
ック材料からなる吸気バルブである。該吸気バルブｌの
軸端部には円板形状の可動磁極ｌｌが連結されている。

該可動磁極１１の板厚は中心部から周辺部方向へと減少
するように形成されており、後述する固定磁極との間に
形成される磁路の面積が中央部から外周部にかけて均一
に設定されている。

また上記吸気バルブ１はバルブガイド１２によって往復
自在に軸承されており、かつ該吸気バルブ１の閉鎖時に
は、吸気バルブ１の傘部がバルブシート１４に着座し吸
気口を閉鎖する。

該吸気バルブ１の軸部中央近傍部には後述する可動子２
が連結している。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１３によって閉方向にバイアスされている。

３は駆動部である。該駆動部３の図における上端部には
上記可動磁極１１の下面中央部と対向する環状の固定磁
極３１と、該可動磁極１１の下面外周部と対向する環状
の固定磁極３２とが設けられている。該固定磁極３１と
固定磁極３２とは同一中心状に配設されており、該固定
磁極３１と固定磁極３２とにより形成される環状の溝に
は、該固定磁極３１及び固定磁極３２を励磁する励磁コ
イル３３が配設されている。

上記固定磁極３１は上記吸気バルブ１の細部外周面から
微小空間を隔てて周設されており、該固定磁極３１の下
方向には中央磁極３４が延長して設けられている。

該中央磁極３４は円筒形状に形成されており、・上記吸
気バルブ１の細部を包囲する位置に設けられている。ま
た、該中央磁極３４の外周面は上記可動子２の内周面と
対向している。

上記駆動部３には更に、上記中央磁極３４の外周面と可
動子２を介して対称な２箇所にて対向する、すなわち可
動子２を挟んで対向する２列の固定子磁極３５が設けら
れている。該固定子磁極３５は可動子２の往復方向に複
数段設けられている。そして該固定子磁極３５には１次
コイル３６が巻設されており、各段ごとに該固定子磁極
３５を通過・する磁束密度及び磁束の方向を制御するこ
とができる。第１図には矢印で固定子磁極３５から発生
する磁束の流れの一部を示す。

４はコントローラであり、信号の入出力を司る入出力イ
ンターフェイス、予めプログラムや各種関係マツプを記
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
るコントロールメモリ等から構成されている。　　　゛
該コントローラ４には初期駆動装置４１と速度調節装置
４２とが接続されている。該初期駆動装置４１は上記励
磁コイル３３と接続されており、上記コントローラ４か
らの制御信号が入力されると励磁コイル３３に電力を供
給し上記固定磁極３１及び固定磁極３２を励磁させるも
のである。

また、速度調整装置４２は上記１次コイル３６の各段ご
とに接続されており、上記コントローラ４からの速度制
御信号が入力されると、上記１次コイル３６の各段ごと
に位相の異なる交流電力を供給し、上記固定子磁極３５
を通過する磁束によって進行磁界を形成すると共に、該
進行磁界の進行速度及び進行方向を制御するものである
。

また、第２図において、３°は上記吸気バルブ１に隣接
して設けられた他の吸気バルブ、あるいは排気バルブを
駆動するための駆動部である。図に示すように駆動部３
と駆動部３゛とは各々の固定磁極を結ぶ線が平行になる
ように並設されている。従って、駆動部３と駆動部３°
との取付ピッチを減少させることができる 更に、５は障壁であり、駆動部３の取り行は位置を制限
する障害物である。図に示すように固定−子磁極３５を
結ぶ線を障壁５の壁面と平行にすることにより吸気バル
ブ１の配設位置を障壁５に近付けることができる。

次に可動子２について説明する。

第３図は、可動子の断面斜視図である。

可動子２はカップ形状すなわち有底円筒状に形成されて
おり、磁性体の粉末とプラスチックとの複合材料からな
るコア２１と、該コア２１によって保持される複数個の
閉環状の２次コイル２２とから構成される装置 該コア２１に含有されている磁性体の粉末とは、例えば
珪素鋼の短繊維あるいは同じく珪素鋼の微粒子からなり
、プラスチックが硬化する前に該磁性体の粉末とプラス
チックとを混練し、２次コイル２２が所定位置に配置さ
れている型に該混線物を充填して可動子２を形成する。

あるいは、熱可塑性プラスチック粉末と磁性体の粉末と
を混合゛し、型内に充填した後、加熱して該プラスチッ
クを溶融することにより形成しても良い。

尚、上記２次コイル２２は軽量であることが要求される
ため、例えばアルミニウム等の導電性を有しかつ比重量
が小である金属材料もしくは導電性セラミックにより形
成されている。

よって、このようにして作成された可動子２は軽量でか
つ透磁性に優れており、吸気バルブ１の往復駆動系の慣
性質量を大幅に低減させることができる。

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。

エンジン運転中は、上記コントローラ４は常時エンジン
負荷及びエンジンの回転位相を検知している。そして、
該エンジン負荷に対応する吸気バルブの開閉タイミング
及びリフト量を演算する。

そし・て、実際のエンジンの回転位相が演算された吸気
バルブ開タイミングに到達すると、コントローラ４は初
期駆動装置４１へ制御信号を出力する。すると、上述の
ように励磁コイル３３に電力が供給され固定磁極３１及
び固定磁極３２は励磁される。固定磁極３１がＳ極に固
定磁極３２がＮ極に励磁された状態を第４図に示す。

第４図は、可動磁極に作用する磁束の状態を示す図であ
る。

本図にて、Ｂに示す矢線が磁束の流れを示している。本
図に示すごとく、固定磁極３２から出た磁束は可動磁極
１１内部を通過し固定磁極３１へと流れる磁路な形成す
る。よって、可動磁極１１は固定磁極３１及び固定磁極
３２の全周部分に吸引されるので、可動磁極１１の径が
固定子磁極３５の設けられている部分の外径より小径で
も強力な初期駆動力を発生させることができる。

尚、可動磁極１１の板厚が一定であれば、該可動磁極１
１内部の磁束密度は外周部にて中央部より疎となるため
、本図に示すように外周部の板圧を減少させ、中央部と
外周部との磁束密度を一定にしても吸引力はなんら減少
することはない。

そして、このように板厚を減少させることにょ゛　り吸
気バルブ１の往復駆動系の慣性質量が減少するため、よ
り大である加速度を実現することができることになる。

このように、励磁コイル３３に電力を供給し吸気バルブ
１が初期駆動されると、上記演算されたリフト量まで吸
気バルブ１を駆動し、更に演算された閉タイミングにて
吸気バルブ１をバルブシート１４に着座するように、吸
気バルブ１の移動速度を調整する。該移動速度の調整は
上記に示したごとく、コントローラ４から速度調節装置
４２に速度制御信号を出力することによって行う。

尚、吸気バルブ１を閉状態で保持するスプリング１４の
パイアスカは、上記電磁力に対して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、固定磁極が１次
コイルを挟んで対向配設されているので、該固定磁極の
対向方向に対して垂直方向の幅を低減し狭所への配設を
可能にし、かつ可動子に対して強力な電磁力をバランス
よく作用させるので、吸排気バルブの配設ピッチが狭い
場合や干渉物があるため狭所に配設しなければならない
場合にも強力な電磁力を発生することのできる電磁力バ
ルブ駆動装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の駆動装置の構成を示すブロック図、
第２図は、■−■矢視図、第３図は、可動子の断面斜視
図、第４図は、可動磁極に作用する磁束の状態を示す図
である。 １・・・吸気バルブ、２・・・可動子、３・・・駆動部
、４・・・コントローラ、１１・・・可動磁極、２１・
・・コア、２２・・・２次コイル、３５・・・固定子磁
極、３６・・・１次コイル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　エンジンに固定され磁束を発生する１次コイル
   と吸排気バルブに連結され該磁束により電流が誘導され
   る往復自在な２次コイルとの間に作用する電磁力により
   該吸排気バルブを駆動する電磁力バルブ駆動装置におい
   て、上記２次コイルの往復方向に対して垂直方向に上記
   ２次コイルを挟んで対向配設され上記１次コイルが捲着
   された固定磁極と、該固定磁極の先端部に隣接し上記１
   次コイルが発生する磁束通路途中に設けられた空隙部と
   、磁性体からなり上記空隙部を往復自在に移動し上記磁
   束通路の一部を形成すると共に上記２次コイルを内包す
   る可動子とを有することを特徴とする電磁力バルブ駆動
   装置。
2. （２）　吸気バルブを駆動する固定磁極の対向方向と排
   気バルブを駆動する固定磁極の対向方向とは互いに平行
   であることを特徴とする請求項（１）記載の電磁力バル
   ブ駆動装置。
3. （３）　上記２次コイルは該２次コイルの往復方向に複
   数個並設されていることを特徴とする請求項（１）記載
   の電磁力バルブ駆動装置。
4. （４）　上記吸排気バルブは軽量高強度材料であるセラ
   ミックにより形成されていることを特徴とする請求項（
   １）記載の電磁力バルブ駆動装置。