JPH02286813A

JPH02286813A - バルブの駆動装置

Info

Publication number: JPH02286813A
Application number: JP1106579A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1990-11-27
Anticipated expiration: 2012-05-07
Also published as: JP2606739B2

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、エンジン吸排気を制御するバルブの駆動装置
に関する。

（従来の技術）通常のエンジンにおける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してお
り、そのためにエンジンが大型化している。また該カム
シャフトはエンジンの出力軸により駆動されるため、カ
ムシャフト及びリンク機構を駆動する際の摩擦抵抗等に
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。さらにエンジンの回転速度に応じて吸排
気バルブの開閉タイミングを変更することが困難であり
、予め特定エンジン回転数に合わせてバルブ開閉タイミ
ングを調整しているため、エンジンが該特定エンジン回
転数より高速、あるいは低速で運転される時には、エン
ジンの出力及び効率の低下が避けられない。

上記問題点は、吸排気バルブの開閉駆動をカムシャフト
によらず電磁石で行なうことにより解決され得る。こう
したバルブの駆動装置は、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。

（発明が解決しようとする課題）このような吸排気バルブのシャフト部に可動磁極を形成
し、エンジンに固定された磁極との間で作用する磁力に
より該シャフト部を往復させバルブの開閉を制御するバ
ルブの駆動装置は、吸排気バルブ共に開閉動作途中では
小駆動力で制御できるが、開動作開始時にはシリンダの
内圧に抗して駆動しなければならず、−船釣に開方向へ
の大駆動力が必要とされる。

しかし、上記２つの公報により開示されているバルブの
駆動装置では、開動作開始時において、特に駆動力を増
強する構成は記載されていない。

また、クランク角を検出して所定のタイミングでバルブ
に開動作指令を与えても、バルブ駆動装置がエンジン回
転速度と無関係に一定の遅れ時間をもって動作を開始す
ることになれば、エンジン効率を最大にするタイミング
でのバルブの開閉ができないことになる。

そこで、バルブに対する初期駆動力はエンジン回転速度
の増加に応じて増大するように設定することが不可欠で
あるが、それに必要な電磁力を発生させて開閉制御する
には装置が大型となるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、
装置が小型でありながら開動作開始時に吸排気バルブに
対し作用させる開方向への初期駆動力を、エンジン回転
数の増加に伴ない増大させることができるバルブの駆動
装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段）本発明によれば、エンジン吸排気を制御するバルブのシ
ャフトに可動磁極を形成し、エンジンに固定された磁極
との間で作用する磁力により該シャフトを往復させバル
ブの開閉を制御するバルブの駆動装置において、前記バ
ルブの開動作開始時における該開動作を加速する加速手
段と、前記エンジンの回転速度に応じて前記加速手段の
加速度をＩＩＪａｌする制御手段とを具備したことを特
徴とするバルブの駆動装置を提供できる。

（作用）本発明のバルブの駆動装置では、開動作開始時における
吸排気バルブへの初期駆動力をエンジン回転速度の増加
に伴ない増大させるので、吸排気バルブの開動作遅れが
なく、よって、各回転速度において最適条件でエンジン
を運転することができる。

（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図は本発明の実施例を示すブロック図である。

１は゛、セラミックス等の高強度軽量材料で形成された
排気バルブであり、エンジン排気を制御するために軸端
部には、可動磁極を形成する円形の永久磁石２が嵌合さ
れている。この排気バルブ１の軸端部は、円筒状の磁性
体からなる磁気通路２１により被覆されており、該磁気
通路２１の外周は、エンジンに固定された電磁石３が固
定磁極を形成している。この電磁石３には、排気バルブ
１の移動位置を検知し、位置信号を出力する位置センサ
４が設置されている。該位置センサ４は、エンジン６を
電子制御するコントロールユニット５に接続されている
。

また、電磁石３の上部には上部ボイル７２と、永久磁石
２のＮ極である磁極２２と対向する上部磁極７１とから
なる上部電磁石７が接続されおり、該上部コイル７２は
コントロールユニット５に接続されている。

そして、排気バルブ１は、エンジン６に対してバルブガ
イド８により軸部がその軸方向に往復動可能に軸承され
、エンジン６の排気管路の始点である排気口には、バル
ブシート８１が配設され、排気バルブ１の傘部とバルブ
シート８１とが密着し該排気口を閉鎖している。また、
エンジン６の出力軸近傍には、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９が配設され
ている。この回転センサ９は、エンジン６のクランク角
を検知し、上記コントロールユニット５において回転セ
ンサ９からの信号を基に排気バルブ１の開タイミングが
決定される。このコントロールユニット５からエンジン
６の回転速度に応じて上部電磁石７を制御し、排気バル
ブ１の加速度を制御するのである。

上記エンジン６内には、排気バルブ１と同等構成の複数
の吸排気口を開閉制御するための吸排気バルブが配設さ
れ、それぞれエンジンに固定された電磁石との間で作用
する磁力により該シャフト部を往復させバルブの開閉を
制御している。すなわち永久磁石２は、排気バルブ１の
軸方向に所定間隔Ｐ隔てて磁極２２．２３が並設され、
軸端側がＮ極２２、他方がＳ極２３である。この永久磁
石２の磁極２２．２３と対向する電磁石３は、１．５Ｐ
の間隔をもって永久磁石２の移動方向に並設された４つ
の突起磁極３１・３２・３３・３４と、磁気通路２１の
外周面に対向する固定磁極３５、及び突起磁極３１・３
２・３３・３４の各々に巻設されたコイル３６・３７・
３８・３９とからなる。コイル３６・３７・３８・３９
の内、コイル３６とコイル３８及びコイル３７とコイル
３９は、それぞれ互いに巻線方向が逆である。

上記磁気通路２１とバルブガイド８との間にはバルブス
プリング１１が設けられており、電磁石３の不稼動時に
おける排気バルブ１の降下を防止している。また、上記
コントロールユニット５は入出力インターフェイス５４
の他に、データ及び演算結果を一時記憶するＲＡＭ５３
、プログラム及び各種の関係マツプを記憶するＲＯＭ５
２、ＲＯＭ５２に記憶されたプログラムの下に演算を行
なうＣＰＵ５１、コントロールユニット５内部の信号の
流れを制御するコントロールメモリ５５などにより構成
されている。このコントロールユニット５からは排気バ
ルブ１の駆動信号として、コイル３６とコイル３８へは
信号Ｓ１が出力され、コイル３７とコイル３９へは信号
Ｓ２が出力され、上部電磁石７には信号Ｓ３が出力され
る。

電磁石３による吸気バルブ１の駆動原理を第２図により
説明する。

第２図は、吸気バルブの駆動原理を示す図である。

図の（ａ）〜（６）は各々吸気バルブ１の右側を、コイ
ル３６・３７・３８・３９の記載は省略してステップ毎
に表わしている。

尚、コイル３６とコイル３８及びコイル３７とコイル３
９とは互いに巻線方向が逆であるので、常に、突起磁極
３１と突起磁極３３及び突起磁極３２と突起磁極３４と
は互いに異る極となる。また、固定磁極３５と磁気通路
２１との間隔は微小であり、かつ吸気バルブ１の移動に
より変化しないため、電磁石３と永久磁石２との間の磁
力線損失が少なく、該電磁石３と永久磁石２との間に作
用する吸引及び反発力が大となるので、吸気バルブ１に
対する駆動力が増大する。

（ａ）は、吸気バルブ１が最上部、すなわち吸気口が閉
塞されている状態を示す。

信号Ｓ１及びＳ２により、突起磁８ｉ３１と３２とにＳ
極を発生させる。すると、永久磁石２のＮ極２２と突起
磁極３１との間に作用する吸引力と、永久磁石２のＳ極
２３と突起磁極３１及び３２との間に作用する反発力と
が釣合う位置で、吸気バルブ１は保持されている。

次に、信号Ｓ２の通電方向を反転させ突起磁極３２をＮ
極に変更する。すると、Ｓ極２３と突起磁極３２との間
に作用していた反発力が吸引力に逆転するため、吸気バ
ルブ１は（ｂ）に示す位置に移動する。

次に、信号Ｓ１の通電方向を反転させ突起磁極３１をＮ
極に変更すると、永久磁石２のＮ極２２と突起磁極３１
との間に作用する吸引力が反発力となり、吸気バルブ１
を（Ｃ）に示す位置に移動させる。

次に、信号Ｓ２を一旦停止した後、反転することにより
、吸気バルブ１は（ｄ）に示す位置を経て（ｅ）に示す
位置に移動し、以下同様にして容勤を継続することがで
きる。

図に示すように、上記（ａ）〜（ｅ）の各ステップ毎に
吸気バルブ１はピッチＰに相当する距離を移動する。よ
って、該ステップ数により吸気バルブ１の移動距離を制
御することができる。

第３図は、上部電磁石７を励磁するための励磁回路を示
している。

上部電磁石７の上部コイル７２は、３つの励磁コイルか
ら構成されている。これら励磁コイルは、それぞれ電源
Ｂに並列に接続され、上記信号Ｓ３により選択的に励磁
電流が供給され、上部磁極７１にＳ極を発生させる。励
磁コイルＬ１は、電源Ｂとの間に直列に抵抗Ｒ１％切換
接点Ｔｌ。

並列にコンデンサＣ１が接続されており、励磁コイルし
２、Ｌｇも同様に、電源Ｂとの間に直列に抵抗Ｒ２、Ｒ
Ｍ、切換接点Ｔ２、Ｔｇ、並列にコンデンサＣ２、Ｃｇ
が接・続されており、励磁コイルＬ１％Ｌ２、Ｌｇを含
む各回路は、電源Ｂに対して並列に接続されている。排
気バルブ１が閉状態の場合には、切換接点ＴＩ　、Ｔ２
、”ｒ、、は電源ＢｒＭと接続しており、コンデンサｃ
１．ｃ２、Ｃｇを充電している０次に排気バルブ１の開
タイミングになると、エンジンの回転速度に応じて切換
接点Ｔ　１　ｓ　Ｔ　２、Ｔｇの内のいくつかを励磁コ
イル側へ切換える。すると、切換えられた切換接点に対
応するコンデンサに充電されていた電荷が励磁コイルへ
と供給され、該電荷量に応じた強度のＳ極が上部磁極７
１に発生する。

したがって、この励磁回路は、エンジンの回転速度が大
きくなるにしたがフて、信号ｓ３により切換接点”ｒｌ
、Ｔ２．Ｔ、によりすべての励磁コイルに励磁電流を供
給することにすれば、上部電磁石７が永久磁石２を介し
て排気バルブ！を反発する力は大きくなり、排気バルブ
１をより大きな力で、すなわちバルブの開動作に必要な
大きな加速度で駆動することが可能になる。

第４図は、クランク角とバルブリフト量との関係を示す
図である０図において横軸はクランク角を示し、縦軸は
バルブリフト量を示している。

回転センサ９により検知されるエンジン６のクランク角
が排気バルブ１の開タイミングになると、コントロール
ユニット５はエンジン６の回転数信号とアクセルペダル
の踏込量信号（図示せず）とから、ＲＯＭ５２に記憶さ
れている関係マツプを基にして、排気バルブ１の開閉速
度及びバルブリフト量を演算する。そして、該演算結果
に基づき信号Ｓ１及びＳ２を出力すると共に、所定の信
号Ｓ３を出力する。信号Ｓ３により上部電磁石７には、
励磁コイルし１のみ、あるいはＬＸＳＬ２のみ、あるい
はすべての励磁コイルＬ１．Ｌ２、Ｌ３に励磁電流が供
給され、排気バルブ１を開方向へと加速する。

したがって、従来であればエンジン回転速度が大きくな
ると、同一の力が排気バルブに作用する結果、初期駆動
力が不足し開動作の応答遅れが生じ、バルブリフトのク
ランク角に対する傾斜が緩やかになっていたが、上記実
施例ではエンジン回転速度にかかわらず同一の傾斜でバ
ルブを開放することが可能になる。こうして回転速度に
応じた加速度でバルブを駆動し、その排斥力により燃焼
室内の圧力に抗して排気バルブ１は開方向へ駆動される
。該駆動により排気口が開口し該開口部から燃焼室内の
排気が排出さｈるので、燃焼室内の圧力は急速に他下し
、小駆動力でも排気バルブ１を駆動することができるよ
うになる。

次に、他の実施例について説明する。

第５図は、他の実施例を示すブロック図である。

本図に示す実施例は、第１図に示す実施例に対し上部電
磁石７に相当する構成のみが異なる。

１０は、上記排気バルブ１の開動作を加速するための加
速手段を構成している上部電磁石であり、上部電磁石１
０のコイルは上部コイル７２と同じく３つの励磁コイル
から構成されている。

よって、該上部電磁石１０に吸引されることにより排気
バルブ１の上端面を打撃して加速する回動腕ｔｏｔは、
エンジン回転数に応じて開動作に必要な大きさの加速度
をバルブに与える。なお、回９腕１０１の打撃面は、ジ
ルコニア等の高靭性セラミックスで被覆されており、排
気バルブ１の上端面にも同種のセラミックスから形成さ
れた打撃［１２が配設されている。また、スプリング１
０２によって該回動腕１０１は該打撃圧１２と常接して
いるので、打撃時の衝撃が緩和され、打撃音が減少し、
セラミックス部分の破壊も防止できる。

なお、ここでは排気バルブについて説明したが、吸気バ
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。

以上、この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施
態様について説明したが、その好ましい実施態様の説明
は、構成の詳細な部分についての変形、特許請求の範囲
に記載された本発明の精神に反しない限りでの種々な変
形、あるいはそれらを組み合わせたものに変更すること
ができることは明らかである。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、電磁力により駆
動される吸排気バルブを、エンジン回転速度の全領域に
おいて、開動作開始時における適正な初期駆動力で開放
することができ、しかも装置を複雑にすることなしに適
正なタイミングで開閉制御することができるバルブの駆
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、吸気バルブの駆動原理を示す図、第３図は、バルブ
の開動作を加速する励磁回路の一例を示す回路図、第４
図は、クランク角とバルブリフト量との関係を示す図、
第５図は、本発明の他の実施例を示すブロック図である
。１・・・排気バルブ、２・・・永久磁石、１０・・・上
部電磁石。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジン吸排気を制御するバルブのシャフトに可
動磁極を形成し、エンジンに固定された磁極との間で作
用する磁力により該シャフトを往復させバルブの開閉を
制御するバルブの駆動装置において、前記バルブの開動
作開始時における該開動作を加速する加速手段と、前記
エンジンの回転速度に応じて前記加速手段の加速度を制
御する制御手段とを具備したことを特徴とするバルブの
駆動装置。
（２）前記加速手段を、バルブの可動磁極に作用する磁
力を形成する電磁石で構成し、この電磁石への電流量を
回転速度に比例して増加させるようにしたことを特徴と
する請求項（１）に記載のバルブの駆動装置。