(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁又は排気弁の各弁軸に連設されたアーマチュアと、該アーマチュアを挟んで対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸を開弁側と閉弁側とに付勢する２つの付勢手段を備え、吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁式動弁装置において、
前記電磁石は、前記内燃機関の長手方向に短く、長手方向と垂直の方向には長い矩形の吸引面をそれぞれ備えるとともに、
前記アーマチュアは、前記弁軸回りに回転した際に前記２つの電磁石の吸引面を結ぶ空間からはみ出す部分を除去した形に形成されたことを特徴とする電磁式動弁装置。
【請求項２】
前記アーマチュアは、前記弁軸回りに平面視して左右２方向に回動した際に前記２つの電磁石の吸引面を結ぶ空間からはみ出す部分を除去した形に形成されたことを特徴とする請求項１記載の電磁式動弁装置。
【請求項３】
前記アーマチュアは、前記弁軸回りに一方向に回転した際に前記２つの電磁石の吸引面を結ぶ空間からはみ出す部分を除去した形に形成されたことを特徴とする請求項１記載の電磁式動弁装置。
【請求項４】
前記付勢手段がコイルスプリングであり、前記アーマチュアを弁軸方向に滑動可能に支持するアーマチュアシャフトは、アーマチュアに固着された部分と、前記コイルスプリングの付勢力を受けるリテーナに固着された部分とがアーマチュアシャフトの軸回りに相互に回転可能なように分割されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電磁式動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁的に弁体を駆動する電磁式動弁装置に係り、特に内燃機関の吸排気弁の好適な電磁式動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸排気弁の駆動方式において、従来のカムにより弁体を駆動するカム駆動方式に代えて、電磁力により弁体を駆動する電磁式動弁装置が提案されている。この装置によれば、弁体駆動用のカム機構が不要となることに加えて、内燃機関の動作状態に応じて吸排気弁の開閉時期を容易に最適化することができ、内燃機関の出力向上及び燃費の向上を図ることができる。
【０００３】
図４は、従来の電磁式動弁装置の構成例を示す縦断面図であり、１つの吸気弁または排気弁を示す。以下の説明において、吸気弁又は排気弁を単にバルブと呼ぶこととする。
【０００４】
図４において、電磁式動弁装置は、バルブ（傘部）１０１、バルブ１０１から上方に伸延するバルブステム１０２、エンジンのシリンダヘッド１０３、バルブシート１０４、バルブガイド１０５、シリンダヘッド１０３に設けられた凹設部１０６、コッター１０７、バルブリテーナ１０８、ハウジング１０９、アーマチュア（可動板）１１０、閉弁側の電磁石１１１、開弁側の電磁石１１２、コイルバネを用いた開弁側スプリング１１３、コイルバネを用いた閉弁側プリング１１４、電磁石１１１と電磁石１１２とを所定の距離に離間させるディスタンスブロック１１６、電磁石１１１、１１２のそれぞれ中央を上下に貫通するガイド１２０、ガイド１２０内を上下に滑動可能なアーマチュアシャフト１２１、スプリングリテーナ１２２、を備えている。
【０００５】
バルブ１０１の弁軸であるバルブステム１０２は、シリンダヘッド１０３に埋め込まれた円筒形のバルブガイド１０５の内部を上下に摺動可能になっている。シリンダヘッド１０３には凹設部１０６が設けられ、凹設部１０６の内部では、バルブステム１０２にコッター１０７を介してスプリングリテーナ１０８が固定されている。スプリングリテーナ１０８とシリンダヘッド１０３との間にはコイルスプリングを用いた閉弁側スプリング１１４が装着されている。
【０００６】
シリンダヘッド１０３の上方には、電磁式動弁装置の筐体であるハウジング１０９ａ，ディスタンスブロック１１６、ハウジング１０９ｂ，およびハウジング１０９ｃが設けられている。ハウジング１０９ａの内部にはコア１２９及びコイル１３０からなる開弁側の電磁石１１２が設けられている。ハウジング１０９ｂの内部にはコア１２６及びコイル１２５からなる閉弁側の電磁石１１１が設けられている。ハウジング１０９ａとハウジング１０９ｂとの間にはディスタンスブロック１１６が設けられているので、電磁石１１１と電磁石１１２とはディスタンスブロック１１６の高さだけ離間して固定されている。
【０００７】
そして、電磁石１１１と１１２との間には、軟磁性体のアーマチュア１１０が設けられ、アーマチュア１１０のシャフト１２１がそれぞれの電磁石１１１、１１２の中心に設けられたガイド１２０を挿通している。またアーマチュアシャフト１２１の上端部にはスプリングリテーナ１２２が固定され、スプリングリテーナ１２２とハウジング１０９ｃとの間にはコイルスプリングを用いた開弁側スプリング１１３が装着されている。
【０００８】
電磁石１１１、１１２のいずれにも通電されないとき、アーマチュア１１０に作用する開弁側スプリング１１３と閉弁側スプリング１１４との付勢力は、開弁側最大変移位置と閉弁側最大変移位置とのほぼ中間の位置で釣り合うように設定されている。そして、アーマチュア１１０、アーマチュアシャフト１２１、バルブ１０１、及びこれらの付属品からなる可動部の質量と、開弁側スプリング１１３及び閉弁側スプリング１１４のバネ定数とは、バネ・マス系の固有振動数を形成する。
【０００９】
次に、この電磁式動弁装置の動作を説明する。まず、電磁式動弁装置の通常の動作の前に、初期化動作が行われる。この初期化動作は、上記固有振動数に等しい切換サイクルで開弁側の電磁石１１２と閉弁側の電磁石１１１とに交互にパルス電流を通電し、上記可動部を中心位置の静止状態から順次振幅が増大する振動状態へ移行させ、最後に閉弁側電磁石１１１にアーマチュア１１０を吸着してバルブを閉弁状態として初期化動作を終了する。
【００１０】
初期化終了後、通常のエンジン回転時には、車両の走行状態及びクランクシャフトの回転に同期して、開弁と閉弁を繰り返す。例えばアーマチュア１１０が閉弁側電磁石１１１に吸着された閉弁状態から開弁状態へ移行するには、まず、電磁石１１１の保持電流の通電を停止する。
【００１１】
これによりアーマチュア１１０は、圧縮された開弁側スプリング１１３の復元力により開弁側電磁石１１２へ向かって加速される。この加速による速度は、閉弁側電磁石１１１と開弁側電磁石１１２との中間点で最大となり、以後閉弁側スプリングの圧縮に対する抗力が優勢となり、アーマチュア１１０が開弁側電磁石１１２に向かう速度を低下させる。
【００１２】
上記バネマス系で摩擦がなければ、アーマチュア１１０は上記固有振動により開弁側電磁石１１２へ到達するとともに速度が０になる。しかし、実際にはバルブステム１０２とバルブガイド１０５との摩擦、アーマチュアシャフト１２１とガイド１２０との摩擦等があり、アーマチュア１１０の開弁側電磁石１１２に向かう運動はその手前で反転する。この反転位置の前後で開弁側電磁石１１２に通電すると、アーマチュア１１０は開弁側電磁石１１２に吸着され、バルブ１０１は最大開度となる。開弁から閉弁への動作は、前記制御対象の開弁側電磁石１１２と閉弁側電磁石１１１とを入れ替えれば同様に達成される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このような電磁式動弁装置を吸、排気弁としてそれぞれ複数個備えた燃焼室構造のエンジンでは、これら電磁式動弁装置を平面矩形に構成して、それぞれ吸気弁側と排気弁側とで隣接する複数個の動弁装置を近接して配設できることが望まれる。
【００１４】
動弁装置を平面矩形に構成するためには、ハウジングの一対の対向する側壁もしくはディスタンスブロック等の側壁構成部材の間に、前述のアーマチュアおよび電磁石を投影平面でほぼ整合する平面矩形に形成して組み付ければよい。
【００１５】
しかし、この場合、平面矩形のアーマチュアがその上下作動するのに伴って回転方向に位置ずれを生じると、アーマチュアを電磁石方向に投影したとき、電磁石の領域からはみ出す部分が生じ、この部分は殆ど吸引力に寄与しないため電磁石の吸引力に変動が生じる。このため、吸引力の変動を見込んで電磁石の電磁力を予め強めに設定すると、その分電磁石の消費電力が大きくなってしまう。
【００１６】
特に、前述の開弁側および閉弁側の各ばね部材としてコイルスプリングが用いられる場合、該コイルスプリングの捩り力がアーマチュアの回転方向に作用するため、前述の現象が顕著となる。
【００１７】
この様子を図４のＡ−Ａ断面について示すと図５のようになる。このアーマチュアの回転により、アーマチュア１１０の端部は電磁石１１２の吸引面からはみ出し、電磁力が有効に作用しない部分が生じたり、アーマチュアを吸引する電磁力に変動が生じ、吸引力が安定しない。
【００１８】
図６は、この吸引力の変動を説明するグラフであり、アーマチュア回転角に対する有効な吸引面積、即ち吸引力の変化を示している。例えば長辺６０ｍｍ短辺４０ｍｍのアーマチュアが中心回りに回転したとき、吸引面積は回転角０°のときの２４００ｍｍ2 から回転角の増加とともに図示したように減少する。
【００１９】
このため吸引力の変動を考慮して電磁石の吸引力を強化しなければならず、消費電力の増大を招くという問題点があった。
【００２０】
またアーマチュアが回転すると、隣接する電磁式動弁装置間で相互に干渉が生じ、開閉弁動作に支障が生じる恐れがあった。
【００２１】
この干渉を防止しようとすれば、隣接する電磁式動弁装置同士を隔壁で隔離しなければならず、隔壁設置余地を作るためにエンジン寸法が増加したり、エンジン重量の増加を招くという問題点があった。
【００２２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アーマチュアが回転したとき吸引力に寄与しない部分を無くすことによりアーマチュアを軽量化し、電磁石の消費電力を低減することのできる電磁式動弁装置を提供することである。
【００２３】
また本発明の目的は、エンジン寸法、重量の増加を招くことなく、隣接する電磁式動弁装置との干渉を防止できる電磁式動弁装置を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、上記課題を解決するため、内燃機関の吸気弁又は排気弁の各弁軸に連設されたアーマチュアと、該アーマチュアを挟んで対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸を開弁側と閉弁側とに付勢する２つの付勢手段を備え、吸気弁又は排気弁をこれら電磁石と付勢手段との協働により電磁的に開閉するようにした電磁式動弁装置において、前記電磁石は、前記内燃機関の長手方向言い換えればシリンダ列方向に短く、長手方向と垂直の方向には長い矩形の吸引面をそれぞれ備えるとともに、前記アーマチュアは、前記弁軸回りに回転した際に前記２つの電磁石の吸引面を結ぶ空間からはみ出す部分を除去した形に形成されたことを要旨とする。
【００２５】
請求項２の発明にあっては、上記課題を解決するため、請求項１に記載のアーマチュアは、前記弁軸回りに平面視して左右２方向に回動した際に前記２つの電磁石の吸引面を結ぶ空間からはみ出す部分を除去した形に形成されたことを要旨とする。
【００２６】
請求項３の発明にあっては、上記課題を解決するため、請求項１に記載のアーマチュアは、前記弁軸回りに一方向に回転した際に前記２つの電磁石の吸引面を結ぶ空間からはみ出す部分を除去した形に形成されたことを要旨とする。
【００２７】
請求項４の発明にあっては、上記課題を解決するため、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の電磁式動弁装置において、前記付勢手段がコイルスプリングであり、前記アーマチュアを弁軸方向に滑動可能に支持するアーマチュアシャフトは、アーマチュアに固着された部分と、前記コイルスプリングの付勢力を受けるリテーナに固着された部分とがアーマチュアシャフトの軸回りに相互に回転可能なように分割されたことを要旨とする。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、アーマチュアの形状を、弁軸回りに回転した際に２つの電磁石の吸引面を結ぶ空間からはみ出す部分を除去した形に形成したことにより、アーマチュアが付勢手段から回転力を受けても電磁石の吸引面がアーマチュアに及ぼす吸引力には変化が無くなるとともに、アーマチュアが軽量化されるので、電磁石の消費電力の低減ができる。
【００２９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記アーマチュアは、弁軸回りに平面視して左右２方向に回動した際に２つの電磁石の吸引面を結ぶ空間からはみ出す部分を除去した形に形成されたことにより、付勢手段による回転力がいずれの方向に作用しても電磁石のアーマチュアに対する吸引力を安定化できる。
【００３０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記アーマチュアは、弁軸回りに一方向に回転した際に２つの電磁石の吸引面を結ぶ空間からはみ出す部分を除去した形に形成されたことにより、付勢手段による回転力が一方向にしか作用しない場合、アーマチュアの有効面積を保持しつつ、その軽量化と吸引力の安定化を実現することができる。
【００３１】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の発明の効果に加えて、付勢手段がコイルスプリングであり、前記アーマチュアを弁軸方向に滑動可能に支持するアーマチュアシャフトは、アーマチュアに固着された部分と、前記コイルスプリングの付勢力を受けるリテーナに固着された部分とがアーマチュアシャフトの軸回りに相互に回転可能なように分割されたことにより、コイルスプリングによる回転力が分割部分で削がれ、アーマチュアが回転し難くなるので、さらに吸引力を安定化することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る電磁式動弁装置の第１の実施形態の構成を示す縦断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。本実施形態においては、アーマチュアシャフト１が上部シャフト２と下部シャフト３とに分割されていること、及びアーマチュア４の平面形状が異なっていることを除いて、図４に示した従来の電磁式動弁装置と同様である。
【００３３】
図１に示すように、電磁式動弁装置のアーマチュアシャフト１は、上部シャフト２と下部シャフト３とに分割され、アーマチュアシャフト１の軸回りに相互に回転可能となっている。そして、上部シャフト２にはスプリングリテーナ１２２が固定され、下部シャフト３にはアーマチュア４が固定されている。これにより上部シャフト２がスプリングリテーナ１２２を介してコイルスプリング１１３から回転力を受けても、下部シャフト３には回転力が伝わり難く、アーマチュア４の回転角度を極めて小さくすることができる。
【００３４】
図２（ａ）は、一方の変位端におけるアーマチュア４の状態を示し、図２（ｂ）は、他方の変位端におけるアーマチュア４の状態を示している。
【００３５】
アーマチュア４の平面形状は、図２（ａ）に示すように、アーマチュア４が一方の変位端まで変位し、アーマチュアシャフト３の回りに例えば右回りに回転して、その端部がディスタンスブロック１１６に当接したときに、電磁石１１２の吸引面からはみ出す部分４ａを矩形から切り欠いた形状に形成されている。即ち、アーマチュア４は、アーマチュアシャフト３に直角な投影平面でディスタンスブロック１１６間の方向に長い平面矩形から、１本の対角線上で対向する２つの隅角部をそれぞれ長辺中央部と浅い角度で交わる切断線により切り欠いた形状となっている。
【００３６】
これにより、コイルバネ１１３または１１４の圧縮、伸長に伴う回転力が作用しても、アーマチュア４の端部が電磁石１１１、１１２の吸引面からはみ出すことがなく、電磁石１１１、１１２から安定した吸引力を受けることができるとともに、切り欠き部の分だけアーマチュア４の重量が軽減されているので、電磁石に通電する電流を減少させ、バッテリの消費電力を低減することができる。
【００３７】
また、アーマチュア４が回転しても隣接する電磁式動弁装置と干渉することがないので、隣接する電磁式動弁装置間に隔壁や干渉防止用の空間を設ける必要がなくなり、多気筒エンジンやマルチバルブエンジンに電磁式動弁装置を適用する際に、重量の低減及び小型化が容易となる。
【００３８】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明に係る電磁式動弁装置の第２の実施形態を説明する横断面図であり、図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。本実施形態においては、アーマチュア４の平面形状が異なっていることを除いて、図１及び図２に示した第１の実施形態と同様である。
【００３９】
図３（ａ）はアーマチュア４の一方の変位端における回転位置を示し、図３（ｂ）はアーマチュア４の中立位置における回転位置を示し、図３（ｃ）はアーマチュア４の他方の変位端における回転位置を示す。
【００４０】
本第２実施形態におけるアーマチュア４は、弁軸方向に平面視して左右２方向の回転に対応して、アーマチュア４の４隅部をそれぞれ長辺中央部と浅い角度で交わる切断線により切り欠いた形状となっている。これにより、図３（ｂ）に示した中立位置からアーマチュア４が一方に変位し、その端部がディスタンスブロック１１６に当接するまで右回転した場合（図３（ａ））、及び中立位置からアーマチュア４が他方に変位し、その端部がディスタンスブロック１１６に当接するまで左回転した場合（図３（ｃ））のいずれの場合においてもアーマチュア４の端部が電磁石１１２からはみ出すことがなく、電磁石１１１、１１２から安定した吸引力を受けることができるとともに、切り欠き部の分だけアーマチュア４の重量が軽減されているので、電磁石に通電する電流を減少させ、バッテリの消費電力を低減することができる。
【００４１】
また、アーマチュア４が回転しても隣接する電磁式動弁装置と干渉することがないので、隣接する電磁式動弁装置間に隔壁や干渉防止用の空間を設ける必要がなくなり、多気筒エンジンやマルチバルブエンジンに電磁式動弁装置を適用する際に、重量の低減及び小型化が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁式動弁装置の実施形態の構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る電磁式動弁装置の第１実施形態の構造を示す横断面図であり、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】本発明に係る電磁式動弁装置の第２実施形態の構造を示す横断面図であり、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】従来の電磁式動弁装置の構造を示す縦断面図である。
【図５】従来の電磁式動弁装置の構造を示す横断面図であり、図４におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図６】アーマチュア回転角による吸引力の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  アーマチュアシャフト
２  上部シャフト
３  下部シャフト
４  アーマチュア
４ａ  切り欠き部
１０１  バルブ
１０２  バルブステム
１０３  シリンダヘッド
１０４  バルブシート
１０５  バルブガイド
１０６  凹設部
１０７  コッター
１０８  バルブリテーナ
１０９  ハウジング
１１１  閉弁側の電磁石
１１２  開弁側の電磁石
１１３  開弁側スプリング
１１４  閉弁側プリング
１１５  シム
１１６  ディスタンスブロック
１２０  ガイド
１２２  スプリングリテーナ
【図１】
0003539239.tif 000002
【図２】
0003539239.tif 000003
【図３】
0003539239.tif 000004
【図４】
0003539239.tif 000005
【図５】
0003539239.tif 000006
【図６】
0003539239.tif 000007