(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に臨ませて形成された開口に対向させて、燃焼室側に弁体を位置させ、該弁体を前記開口に対して接離する方向に該弁体からステムを延設させ前記燃焼室の壁を貫通させて摺動自由に支承し、該ステムまたは該ステムを前記弁体の接離方向に移動させる駆動ロッドに磁性体を設け、該磁性体を前記弁体が開く方向に吸引する電磁石を設け、該電磁石を移動自由に支承する電磁石支承部材を前記駆動ロッドに同軸に設け、さらに、前記電磁石支承部材を前記駆動ロッドに沿って変位させる移動手段を設けてなる弁駆動装置を備え、前記移動手段は、駆動手段の回転運動を直線運動に変換する機構を介して前記電磁石支承部材を移動するように構成され、前記回転運動を直線運動に変換する機構は、前記駆動ロッドに同軸に設けられてなる内燃機関。
【請求項２】
燃焼室に臨ませて形成された開口に対向させて、燃焼室側に弁体を位置させ、該弁体を前記開口に対して接離する方向に該弁体からステムを延設させ前記燃焼室の壁を貫通させて摺動自由に支承し、該ステムを前記弁体が前記開口を閉じる方向に付勢するばねを設け、さらに、前記ステムの端部に駆動ロッドを当接させて同軸に配置し、該駆動ロッドに取り付けられた磁性体を設け、該磁性体を挟んで前記弁体が閉じる方向と開く方向に吸引する一対の電磁石を対向配置し、該一対の電磁石のうち前記弁体を開く方向に吸引する電磁石を支承する部材を設け、該部材に前記駆動ロッドを前記弁体が前記開口を開く方向に付勢するばねを支持させ、さらに、前記弁体を開く方向に吸引する電磁石を前記駆動ロッドに沿って変位させる前記部材の移動手段を設けてなる弁駆動装置を備え、前記部材の移動手段は、前記駆動ロッドに同軸に設けられ外面に形成された外ねじを有する円筒部材と、該円筒部材の外ねじに螺合する内ねじを有する円筒部材とを有し、該外ねじを有する円筒部材を固定部に対して回転可能に支持し、前記内ねじを有する円筒部材を前記部材に固定してなる内燃機関。
【請求項３】
請求項２において、前記部材の移動手段は、前記外ねじを有する円筒部材の一端に前記外ねじと同軸に回転するウォームホィールが形成され、該ウォームホィールに噛み合うウォームギアを有してなる内燃機関。
【請求項４】
請求項２または３において、前記弁体の開口高さを最大から最小または最小から最大に変化させるときに、前記外ねじを有する円筒部材は、１８０度を越えて回転してなる内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に係り、特に燃焼室に混合気体を供給するまたは燃焼気体を排気する弁の弁体を電磁石によって駆動する弁駆動装置（電磁式動弁装置ともいう）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼室に臨ませて形成された開口に弁体を接離させる装置として、従来のカム機構に代えて、電磁力を用いる弁駆動装置が提案されている（たとえば、米国特許第４，７７７，９１５号公報）。この弁駆動装置は、弁体に延設したステムの端部にアーマチャを取り付け、このアーマチャを二つの電磁石の間に挟み、通電した側の電磁石にアーマチャを吸引し、弁体を開口に対して接離する。さらに、弁体の開口に対する高さ、すなわちリフト量を変えるために、一方の電磁石を変位させて二つの電磁石の間の間隔を変えてアーマチャの移動できる範囲を変え、弁体のリフト量を連続的に変えるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記弁駆動装置は、一方の電磁石に通電して、その吸引力により弁体を開口に接離させるときにアーマチャが電磁石に衝突し衝撃力を与える。さらに、アーマチャを付勢するばねによる反力も電磁石にかかる。一方、この弁駆動装置は、一方の電磁石を保持する保持力が小さいので、一方の電磁石は、その位置を変え、変位してしまう恐れがある。一方の電磁石が不要に変位すると、弁のリフト量も変るので、精度の高い制御ができない恐れがある。
【０００４】
本発明は、電磁石の吸引力で弁体を開口に接離させたときに必要な弁駆動装置の保持力を小さくすることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の内燃機関は、燃焼室に臨ませて形成された開口に対向させて、燃焼室側に弁体を位置させ、該弁体を前記開口に対して接離する方向に該弁体からステムを延設させ前記燃焼室の壁を貫通させて摺動自由に支承し、該ステムまたは該ステムを前記弁体の接離方向に移動させる駆動ロッドに磁性体を設け、該磁性体を前記弁体が開く方向に吸引する電磁石を設け、該電磁石を移動自由に支承する電磁石支承部材を前記駆動ロッドに同軸に設け、さらに、前記電磁石支承部材を前記駆動ロッドに沿って変位させる移動手段を設けてなる弁駆動装置を備え、前記移動手段は、駆動手段の回転運動を直線運動に変換する機構を介して前記電磁石支承部材を移動するように構成され、前記回転運動を直線運動に変換する機構は、前記駆動ロッドに同軸に設けられてなることを特徴とする。
【０００６】
このようにすることにより、弁体を開く方向に磁性体を磁性体に電磁石に吸引すると、磁性体が電磁石に衝突し、その衝突反力が電磁石支承部材を介して電磁石の移動手段に加わることになる。しかし、本発明の移動手段は、駆動手段の回転運動を直線運動に変換する機構を介して電磁石を支承する部材を移動するように構成されているから、衝突反力によって電磁石支承部材が受ける直線運動が回転運動に変換されて移動手段の駆動手段に作用することになる。一般に、直線運動を回転運動に変換する伝達効率は極めて小さいから、移動手段の駆動手段に作用する衝突反力を小さくすることができるから、電磁石の吸引力で弁体を開口に接離させるときに、移動手段の駆動手段を保持する保持力を小さくできる。
ここで、保持力を小さくする範囲は、保持力が０、すなわち保持力を必要としない場合も含まれる（以下、特に断らない限り同じ）。
【０００７】
また、本発明は、燃焼室に臨ませて形成された開口に対向させて、燃焼室側に弁体を位置させ、この弁体を開口に対して接離する方向に弁体からステムを延設させ燃焼室の壁を貫通させて摺動自由に支承し、このステムを弁体が開口を閉じる方向に付勢するばねを設ける。さらに、ステムの端部に駆動ロッドを当接させて同軸に配置し、この駆動ロッドに取り付けられた磁性体を設ける。この磁性体を挟んで弁体が閉じる方向と開く方向に吸引する一対の電磁石を対向配置し、この一対の電磁石のうち弁体を開く方向に吸引する電磁石を支承する部材を設け、この部材に駆動ロッドを弁体が開口を開く方向に付勢するばねを支持させる。さらに、弁体を開く方向に吸引する電磁石を駆動ロッドに沿って変位させる部材の移動手段を設けてなる弁駆動装置を備える。
【０００８】
さらに、部材の移動手段は、駆動ロッドに同軸に設けられ外面に形成された外ねじを有する円筒部材と、この円筒部材の外ねじに螺合する内ねじを有する円筒部材とを有し、外ねじを有する円筒部材を固定部に対して回転可能に支持し、内ねじを有する円筒部材を前記部材に固定してなる。
【０００９】
このようにすることにより、弁体を開く方向に吸引する電磁石に通電して駆動ロッドの磁性体を吸引すると、磁性体は弁体を開く方向に吸引する電磁石側に移動し、駆動ロッドの先端は、弁体が開口を閉じる方向に付勢するばねに打ち勝ってステムを押圧し、弁体が開口から離れる方向に弁体を移動させる。磁性体が弁体を開く方向に吸引する電磁石に吸引されると、磁性体はこの電磁石に衝突し、その力がこの電磁石を支承する部材に加わる。
【００１０】
この部材に加わった力は、内ねじを有する円筒部材に伝わるが、内ねじを有する円筒部材の内ねじと外ねじを有する円筒部材の外ねじは互いに螺合し、内ねじを有する円筒部材の弁体の接離方向の直線移動は、外ねじを有する円筒部材の回転として伝達される回転の伝達効率が小さいか、または伝達されない。回転の伝達効率が小さいか、または伝達されないと、外ねじを有する円筒部材は、小さい回転力で回転されるか、または回転されない。したがって、電磁石の吸引力で弁体を開口に接離させるときに、部材の移動手段を保持する保持力を小さくできる。
【００１１】
上記部材の移動手段は、外ねじを有する円筒部材の一端に外ねじと同軸に回転するウォームホィールが形成され、このウォームホィールに噛み合うウォームギアを有すると良い。このようにすると、ウォームホィールからウォームギアに回転として伝達される回転の伝達効率が小さいか、または伝達されない。回転の伝達効率が小さいか、または伝達されないと、ウォームギアは、小さい回転力で回転されるか、または回転されない。したがって、部材の移動手段として、先に記した外ねじおよび内ねじを有する二つの円筒部材に加え、ウォームホィールとウォームギアを有することにより、電磁石の吸引力で弁体を開口に接離させるときに移動手段を保持する保持力をさらに小さくできる。
【００１２】
上記部材の移動手段において、弁体の開口高さを最大から最小または最小から最大に変化させるときに、外ねじを有する円筒部材は、１８０度を越えて回転すると良い。ここで、弁体の開口高さとは、弁体の開口に対する垂直距離である。このようにすることにより、内ねじから外ねじに伝達力が加わる面の傾斜角であるリード角を小さくできる。リード角が小さいと、内ねじと外ねじとの間の力の伝達効率が小さくなるので、内ねじを有する円筒部材から外ねじを有する円筒部材を回転する回転力が小さくなり、移動手段を保持する保持力を小さくできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図１〜３において、同一または同等部分には同一符号を付けて示す。
【００１４】
図１は、本発明に係る内燃機関の一実施形態を示す説明図である。本実施形態の内燃機関は、燃焼室５６に開口し可燃性気体としての燃料と空気の混合気体を供給する開口６１または燃焼気体を排気する開口６１を開閉する弁体３およびこれに延設されたステムを電磁石の吸引力によって操作する電磁式動弁装置１を備えるものである。
【００１５】
すなわち、電磁式動弁装置１は、弁体３を燃焼室５６に臨ませて形成された開口６１に対向させて燃焼室側に位置させて設け、開口６１に対して接離する方向に弁体３から延設されたステム４を燃焼室の壁５７を貫通させて摺動自由に支承する。さらに、ステム４を弁体３が開口６１を閉じる方向に付勢するばねである閉弁ばね６と、ステムの端部４ａに当接させて同軸に配置された駆動ロッドとしての可動子７と、この可動子７に取り付けられた磁性体であるアーマチャ１１とを設ける。
【００１６】
さらに、このアーマチャ１１を挟んで対向配置されアーマチャ１１を弁体３が閉じる方向（上方向６９）と開く方向（下方向７０）に吸引する一対の電磁石である開弁用電磁石１５および閉弁用電磁石１９を設け、開弁用電磁石１５と閉弁用電磁石１９との間に間隙Ｄを設ける。さらに、弁体３を開く方向に吸引する開弁用電磁石１５を支承する部材としてばね座２３と、このばね座２３に支持され可動子７を弁体３が開く方向に付勢するばねである開弁ばね１３とを設ける。そして、開弁用電磁石１５を可動子７に沿って変位させるばね座２３の移動手段を有する。本実施形態の移動手段は、第１の移動手段と第２の移動手段とを含む。
【００１７】
第２の移動手段は、すべりねじ３８であり、可動子７に同軸に設けられ外面に形成された外ねじを有するすべりねじねじ部材（第１の円筒部材）４０と、このすべりねじねじ部材４０のねじに螺合する内ねじを有するすべりねじなっと部材（第２の円筒部材）４１とを有し、このすべりねじねじ部材４０をシリンダヘッド６４に固定されたハウジング（固定部）２１に対して回転可能に支持し、すべりねじなっと部材４１をばね座２３に固定する。
【００１８】
第１の移動手段は、ウォーム減速機３３であり、すべりねじねじ部材４０の一端に外ねじと同軸にウォームホィール３６が形成され、このウォームホィール３６に噛み合うウォームギア３５を有する。
【００１９】
ウォーム減速機３３は、駆動装置３０により駆動される。リフト量調整装置２８は、駆動装置３０、ウォーム減速機３３およびすべりねじ３８から構成される。そして、内燃機関の運転状態によって弁体３のリフト量ＬＶを制御する制御装置５０を備える。制御装置５０は、開弁用電磁石１５および閉弁用電磁石１９によって可動子７を駆動し、さらに駆動装置３０によって弁のリフト量ＬＶを制御する。ここで、リフト量ＬＶとは、弁体３の開閉ストロークであり、アーマチャ１１が開弁用電磁石１５に着座した状態におけるバルブシート６３と弁体３の接触部との垂直距離である。
【００２０】
さらに詳しくは、シリンダヘッド６４には、燃焼室５６、ポート６６および弁体３が設けられる。弁体３とポート６６とはいずれも吸気用、またはいずれも排気用である。ポート６６には弁体が着座するバルブシート６３が設けられる。以下では弁体が開く方向を下方向７０、閉じる方向を上方向６９と定義することとする。
【００２１】
ステム４は、シリンダヘッド６４に固定されたバルブガイド６７によって、摺動可能に支持される。弁体３がバルブシート６３に接触しているとき閉弁状態となり、弁体３がバルブシート６３から離れるとき開弁状態となる。バルブガイド６７の上方には、弁体３を閉弁するための閉弁ばね６が、常に圧縮状態で保持される。
【００２２】
可動子７はステム４の軸上に設けられ、ガイド１７によって、ステム４の軸方向へ摺動可能となるように支持されている。可動子７は、電磁石によって吸引されるアーマチャ１１と、ガイド１７に支持される可動子軸９を備える。閉弁用電磁石１９はアーマチャ１１の上方に設けられる。開弁用電磁石１５はアーマチャ１１の下方に設けられる。ガイド１７はハウジング２１に固定される。開弁用電磁石１５はガイド１７によって、ステム４または可動子軸９の軸方向（以下「弁軸方向」と呼ぶこととする）へ摺動可能に支持されている。開弁用電磁石１５が摺動できる距離は図面に示すフルストロークＳＴとなる。ハウジング２１はシリンダヘッド６４に固定される。
【００２３】
ハウジング２１の下方には、ばね座２３が設けられる。ばね座２３は、連結ロッド２４によって開弁用電磁石１５に固定される。ばね座２３の下方には弁体３を開弁するための開弁ばね１３が、常に圧縮状態で保持される。閉弁用電磁石１９はハウジング２１に固定され、可動子７の上部を構成する磁性体のアーマチャ１１は、閉弁用電磁石１９および開弁用電磁石１５を励磁しない状態では、開弁ばね１３と閉弁ばね６とのばね力の釣り合いにより、閉弁用電磁石１９と開弁用電磁石１５との間の間隙Ｄの中央部付近に位置する。なお、以下では、閉弁用電磁石１９と開弁用電磁石１５との間の間隙Ｄの中間付近を中立位置と呼ぶすることにする。
【００２４】
ばね座２３とこれを支承する開弁用電磁石１５を駆動せしめるためにリフト量調整装置２８が設けられる。リフト量調整装置２８は、ハウジング２１の外側に配置され弁軸方向に対し直角方向周りに回転する駆動軸３１を有する駆動装置３０と、駆動軸３１の回転運動を弁軸周りの回転運動に変換するウオーム減速機３３と、ウオーム減速機３３の回転運動を弁軸方向の直線運動に変換し、駆動力をばね座２３に伝達するすべりねじ３８から形成される。駆動装置３０はハウジング２１に固定される。ウォーム減速機３３はハウジング２１の内部に設けられ、すべりねじ３８はハウジング２１の下方に設けられる。したがって、駆動装置３０の駆動力は、駆動軸３１、ウオーム減速機３３、すべりねじ３８、ばね座２３、連結ロッド２４、開弁用電磁石１５という順に伝達される。
【００２５】
ウオーム減速機３３は、駆動装置３０と結合され駆動軸３１と同方向に回転するウオームギア３５と、弁軸周りの回転運動をする中空のウオームホイール３６から形成される。ウオーム減速機３３は、ウオームギア３５からウオームホイール３６を駆動できるが、ウオームホイール３６からウオームギア３５を駆動できないというセルフロック機能を有する。したがって、開弁用電磁石１５またはばね座２３に対して作用するばね力や可動子衝突力などの負荷は、リフト量調整装置２８を駆動することができない。
【００２６】
すべりねじ３８は、ウオームホイール３６と結合され弁軸周りの回転運動をするすべりねじねじ部材（駆動側ねじ部材）４０と、ばね座２３と結合され弁軸方向に直線運動をするすべりねじなっと部材（被駆動側ねじ部材）４１から形成される。すべりねじねじ部材４０の回転軸方向とすべりねじなっと部材４１の直線移動方向は一致する。すべりねじ３８は回転範囲を拘束されないため、開弁用電磁石１５をフルストロークＳＴ摺動させるためのすべりねじ３８の作動回転角を１８０度より大きく設計することができる。このため、弁軸との垂直面に対するすべりねじ３８のねじの傾斜角（「リード角」とも云う）を小さくすることができる。
【００２７】
このねじの傾斜角が小さいほどすべりねじなっと部材４１からすべりねじねじ部材４０への動力伝達効率が小さくなるため、開弁用電磁石１５またはばね座２３に対して作用する負荷は、すべりねじねじ部材４０を回転させることができない。すなわち、すべりねじ３８は、すべりねじねじ部材４０からすべりねじなっと部材４１を駆動できるが、すべりねじなっと部材４１からすべりねじねじ部材４０を駆動できないというセルフロック機能を有する。したがって、開弁用電磁石１５またはばね座２３に対する負荷は、リフト量調整装置２８を駆動することができない。
【００２８】
次に、電磁式動弁装置１の基本動作について説明する。始めに、内燃機関運転中における開閉弁動作を説明する。
【００２９】
図１において、弁体３が閉じた状態から開いた状態にするための動作について説明する。弁体３が閉じている状態で、閉弁用電磁石１９の励磁状態を解除する。これによりアーマチャ１１と閉弁用電磁石１９との吸引力がなくなり、開弁ばね１３のばね力により、可動子７は開弁用電磁石１５に向かって運動を始める。このとき、開弁用電磁石１５を励磁し、開弁用電磁石１５とアーマチャ１１とが磁気回路を構成するようにする。これにより、開弁用電磁石１５に近づいてくるアーマチャ１１は、開弁用電磁石１５に吸引され、アーマチャ１１は、開弁用電磁石１５に着座し、弁体３は開いた状態になる。
【００３０】
この弁体３が開いた状態のとき、開弁用電磁石１５の弁軸方向の位置に応じて弁体３のリフト量ＬＶが変化する。以下では、開弁用電磁石１５の位置が異なる２つの弁体のリフト量状態を考え、開弁用電磁石１５がより上方向６９にある第１の状態をリフト量小の状態、開弁用電磁石がより下方向７０にある第２の状態をリフト量大の状態と呼ぶことにする。開弁用電磁石１５と閉弁用電磁石１９の間隙Ｄ（可動子７の移動範囲）が小さいリフト量小の状態では、可動子７のストロークは小さくなるので、弁体３のリフト量ＬＶは小さくなる。開弁用電磁石１５と閉弁用電磁石１９の間隙Ｄ（可動子７の移動範囲）が大きいリフト量大の状態では、可動子７のストロークは大きくなるので、弁体３のリフト量ＬＶは大きくなる。
【００３１】
次に、弁体３が開いた状態から閉じた状態にするための動作を説明する。弁体３が開じている状態で、開弁用電磁石１５の励磁状態を解除する。これにより可動子７と開弁用電磁石１５との吸引力がなくなり、閉弁ばね６のばね力により、可動子７は閉弁用電磁石１９に向かって運動を始める。このとき、閉弁用電磁石１９を励磁し、閉弁用電磁石１９とアーマチャ１１とが磁気回路を構成するようにする。これにより、閉弁用電磁石１９に近づいてくるアーマチャ１１は、閉弁用電磁石１９に吸引され、弁体３は閉じた状態になる。
【００３２】
制御装置５０が、内燃機関の運転状態に応じて、上記のような開閉弁動作を繰り返すことにより、弁体３の開閉動作が繰り返され、内燃機関の運転が行われる。
【００３３】
次に、弁体３のリフト量ＬＶを変化させる動作について説明する。電磁式動弁装置１をリフト量小の状態から、リフト量大の状態にするための動作を、図１を用いて説明する。開弁用電磁石１５の位置は、駆動装置３０により決定される。ここで制御装置５０が、弁体３のリフト量ＬＶを増加すると判断した場合、駆動装置３０を、リフト量ＬＶの増大する方向へ駆動させる。駆動装置３０によって、駆動軸３１が図面上のａ方向（図１の時計方向）に回転すると、駆動軸３１に連結されたウオームギア３５が図面上のｃ方向（図１の時計方向）に回転する。ウオームギア３５が図面上のｃ方向に回転するとウオームホイール３６が図面上のｅ方向（図１の上方から見て反時計方向）に回転する。
【００３４】
ウオームホイール３６が図面上のｅ方向に回転すると、すべりねじねじ部材４０も同一方向に回転し、すべりねじねじ部材４０の回転により、すべりねじなっと部材４１が下方向７０へ移動する。したがって、連結ロッド２４と開弁用電磁石１５が下方向７０に移動する。これによって、閉弁用電磁石１９と開弁用電磁石１５との間隙Ｄは大きくなり、可動子７の移動範囲が大きくなる。同時に弁体３のリフト量ＬＶも大きくなる。このとき、ばね座２３の位置が、開弁用電磁石１５の変位と同じ方向に同一距離だけ変位することにより、閉弁用電磁石１９と開弁用電磁石１５が励磁されいないときのアーマチャ１１の位置は、中立位置に維持される。
【００３５】
電磁式動弁装置１をリフト量大の状態から、リフト量小の状態にするための動作については、駆動装置３０と駆動力伝達装置２８の動作方向が反対方向であるということ以外は、リフト量小からリフト量大への動作と同様の動作で行われる。
【００３６】
次に、電磁式動弁装置１が弁体３のリフト量ＬＶを一定に保持するための動作を、図１を用いて説明する。制御装置５０が、弁体３のリフト量ＬＶを保持すると判断した場合、駆動装置３０は弁体３のリフト量ＬＶを保持しようとする。このとき、開閉弁動作が行われると、可動子７が開弁用電磁石１５に着座し、着座時の可動子衝突力が開弁用電磁石１５に対して下方向７０に働く。この可動子衝突力は連結ロッド２４とばね座２３を通してすべりねじなっと部材４１に伝達される。一方、開弁ばね１３は常に圧縮状態で保持されているので、ばね座２３には開弁ばね１３のばね力が常に上方向６９に働く。このばね力はすべりねじなっと部材４１に伝達される。つまり、すべりねじなっと部材４１には可動子衝突力とばね力の合力が作用する。
【００３７】
しかしながら、すべりねじ３８は、前述のように、すべりねじねじ部材４０からすべりねじなっと部材４１を駆動できるが、すべりねじなっと部材４１からすべりねじねじ部材４０を駆動できないというセルフロック機能を有するため、可動子衝突力とばね力の合力はすべりねじねじ部材４０に伝達されない。すなわち、すべりねじなっと部材４１が回転できないため、リフト量調整装置２８は動作せず、弁体３のリフト量ＬＶは保持される。したがって、駆動装置３０の保持力は不要となる。
【００３８】
また、すべりねじ３８のセルフロック機能が充分でない場合、可動子衝突力とばね力の合力がすべりねじねじ部材４０へ伝達され、回転駆動される場合においては、可動子衝突力とばね力の回転駆動力はウオームホイール３６へ伝達される。しかし、ウオーム減速機３３は、前述のように、ウオームギア３５からウオームホイール３６を駆動できるが、ウオームホイール３６からウオームギア３５を駆動できないというセルフロック機能を有するので、ウオームホイール３６が回転できないため、リフト量調整装置２８は動作せず、弁体３のリフト量ＬＶは保持される。したがって、駆動装置３０の保持力は不要となる。
【００３９】
さらに、すべりねじ３８とウオーム減速機３３のセルフロック機能が充分でないため、可動子衝突力とばね力の合力が駆動装置３０へ伝達される場合においては、可動子衝突力とばね力の合力はすべりねじ３８とウオーム減速機３３を介して弱められるので、駆動装置３０の保持力を小さくすることが可能である。
【００４０】
駆動装置３０に保持力を発生させなくとも開弁用電磁石１５の位置が保持され、弁のリフト量が保持されるようなセルフロック機能を有するため、駆動装置３０の必要駆動力が小さくなる。したがって、電磁式動弁装置１は小型で消費電力の少ない装置とすることが可能である。
【００４１】
なお、電磁式動弁装置１の構成要素は、上記の構成要素に限定されるものではない。すなわち、電磁力を用いて吸排気弁が駆動され、リフト量が可変であり、リフト量調整装置２８がセルフロック機能を有する動弁装置であれば、本発明の効果が得られることはいうまでもない。たとえば、すべりねじ３８の代わりに、開弁用電磁石１５をフルストロークＳＴ摺動させるための作動回転角が１８０度以上であり、セルフロック機能を有し、回転運動を直線運動に変換する機構の装置を用いてもよい。
【００４２】
次に、上記実施形態の内燃機関の制御について説明する。
【００４３】
図２は、図１の内燃機関の制御系統図である。この内燃機関は、回転数を検出する回転数検出手段５４が設けられる。回転数検出手段５４は、たとえば、内燃機関のクランク軸５９に設けられたエンコーダにより構成され、内燃機関のクランク軸５９の回転数を検出する。図示していない自動車には、運転者が要求するトルクを検出する要求トルク検出手段５２が設けられる。要求トルク検出手段５２は、たとえば、運転者がアクセルペダルを踏み込む角度を検出する。制御装置５０は、運転状態に関する情報を回転数検出手段５４から回転数を、要求トルク検出手段５２から要求トルクを読み込み、運転状態に対応した弁体３ａと弁体３ｂのリフト量と開閉弁時期を演算する。
【００４４】
さらに、制御装置５０は、演算した弁体３ａと弁体３ｂのリフト量と開閉弁時期に応じて、吸気用の閉弁用電磁石１９ａ、開弁用電磁石１５ａおよび吸気用の駆動装置３０ａと、排気用の閉弁用電磁石１９ｂ、排気用の開弁用電磁石１５ｂおよび排気用の駆動装置３０ｂの制御を行う。
【００４５】
弁体３ａと弁体３ｂの開閉時期の変化は、内燃機関に対し以下のような影響を与える。ここで、吸排気弁が閉弁状態から開弁状態となり、再び閉弁状態となるまでに要する時間を開弁時間と呼ぶことにする。内燃機関の吸気行程において、内燃機関のピストン５８が上死点から下死点に達する間の弁体３ａの開弁時間が長いほど、または、内燃機関の排気行程において、内燃機関のピストン５８が下死点から上死点に達する間の弁体３ｂの開弁時間が長いほど、燃焼室５６に流入する新規のガスの量が多くなるので、内燃機関に発生するトルクは大きくなる。
【００４６】
しかし、内燃機関の吸気行程において、内燃機関のピストン５８が下死点を過ぎた後も弁体３ａの開弁状態が続くとき、または、内燃機関の排気行程において、内燃機関のピストン５８が上死点を過ぎた後も弁体３ｂの開弁状態が続くとき、燃焼室５６に流入する新規のガスの量が少なくなる場合があるので、このような場合には、内燃機関に発生するトルクは小さくなる。
【００４７】
また、弁体３ａと弁体３ｂのリフト量の変化は、内燃機関に対し以下のような影響を与える。弁体３ａまたは弁体３ｂのリフト量が大きいほど、燃焼室５６に流入するガスの量または流出するガスの量が多くなるので、内燃機関に発生するトルクは大きくなる。また、弁体３ａまたは弁体３ｂのリフト量が大きいほど、ガスの流れ損失が小さいので、ガスを燃焼室５６に吸入・排出するためのポンプ損失仕事が減少する。
【００４８】
また、要求トルクが低いときには、燃焼室５６内のガスの量が減少するため、弁体３ａまたは弁体３ｂのリフト量を小さくすることによって、内燃機関の燃焼室５６に送り込まれるガスの流速を速くして、ガス流動を強化し、安定した燃焼状態を得ることができる。さらに、１つの燃焼室が複数の吸気弁または複数の排気弁をもつ場合、複数の弁のリフト量を独立な値に設定してもよい。これにより、複数弁を通過するガスの流速がそれぞれ異なるようになるため、内燃機関の燃焼室５６に、スワールと呼ばれるガスの旋回流を発生させることができるようになり、さらに安定した燃焼状態を得ることができる。
【００４９】
このように、弁体３ａと弁体３ｂのリフト量と開閉弁時期は内燃機関の出力特性に大きく影響するが、電磁式動弁装置１は内燃機関の運転状態に応じて最適な弁体３ａと弁体３ｂのリフト量と開閉弁時期に制御できるため、内燃機関の燃焼効率を向上させると同時に、ガスを燃焼室５６に吸入・排出するための損失仕事を低減することができる。すなわち、内燃機関の高出力化、省燃費化を実現することができる。また、本実施形態の電磁式動弁装置１は、セルフロック機能を有するため、小型で消費電力の少ない電磁式動弁装置となる。したがって、内燃機関をより省燃費化することができる。
【００５０】
次に、上記実施形態は、セルフロック機能を有するリフト量調整装置２８として、ウオーム減速機３３とすべりねじ３８の２つの駆動力伝達機構を適用しているが、いずれか一方のみを用いても良いことはいうまでもない。たとえば、すべりねじ３８の代わりに、セルフロック機能をもたないボールネジを用いて、ウオーム減速機３３のみにセルフロック機能をもたせてもよい。また、たとえば、ウォーム減速機の代わりに、かさ歯車やハイポイドギアなどのセルフロック機能をもたない直交軸式の動力伝達手段を用いて、すべりねじ３８のみにセルフロック機能をもたせてもよい。
【００５１】
図３は、本発明に係る内燃機関の別の実施形態の要部を示す説明図である。本実施形態の電磁式動弁装置１は、すべりねじ３８とかさ歯車４３を適用した実施形態を示す。駆動装置３０の駆動軸３１が図面上のｂ方向に回転すると、かさ歯車４３の入力側かさ歯車４５もｂ方向に回転する。これによって、かさ歯車４３の出力側かさ歯車４６がｅ方向に回転し、駆動力がすべりねじ３８に伝達される。図３におけるその他の部分の構造と作用は図１または図２に示したものと同じであるので、その説明を省略する。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態の内燃機関は、駆動装置にわずかな保持力によりまたは保持力を発生させなくても開弁用電磁石の位置が保持され、弁体のリフト量が保持されるようなセルフロック機能をリフト量調整装置が有するので、駆動装置の必要駆動力が小さい電磁式動弁装置を提供することができる。すなわち、弁体を理想的なタイミングとリフト量で開弁および閉弁させることができ、小型で消費電力の少ない電磁式動弁装置を提供することができる。さらに、内燃機関の出力特性や燃費特性を改善することができる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない限り、種々の変更を行うことができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁石の吸引力で弁体を開口に接離させたときに必要な弁駆動装置の保持力を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の一実施形態を示す説明図である。
【図２】図１の内燃機関の制御系統図である。
【図３】本発明に係る内燃機関の別の実施形態の要部を示す説明図である。
【符号の説明】
１  電磁式動弁装置（弁駆動装置）
３、３ａ、３ｂ  弁体
６  閉弁ばね（開口を閉じる方向に付勢するばね）
７  可動子（駆動ロッド）
１１  アーマチャ（磁性体）
１３  開弁ばね（開口を開く方向に付勢するばね）
１５、１５ａ、１５ｂ  開弁用電磁石（電磁石）
１９、１９ａ、１９ｂ  閉弁用電磁石（電磁石）
２３  ばね座（部材）
３３  ウオーム減速機（第１の移動手段）
３５  ウオームギア
３６  ウオームホィール
３８  すべりねじ（第２の移動手段）
４０  すべりねじねじ部材（外ねじを有する円筒部材）
４１  すべりねじなっと部材（内ねじを有する円筒部材）
５６  燃焼室
５７  燃焼室の壁
６１  開口
ＬＶ  リフト量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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