(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シャフトを介して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であって、
前記電磁石の吸引面および前記アーマチュアの該吸引面に対向する面は、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略矩形に形成され、
前記２つの電磁石を所定の間隔に保持するディスタンスブロックの前記アーマチュアに対向する表面の少なくとも一部に、該ディスタンスブロックとアーマチュアとのクリアランスを調整するシムを設け、前記アーマチュアの隅角部が前記シムに当接するまでの範囲に前記シャフト回りの前記アーマチュアの回転量を規制したことを特徴とする電磁式動弁装置。
【請求項２】
前記シムの表面は平滑に形成され、摩擦係数が低いものである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】
前記シムの少なくとも表面は、前記アーマチュアの硬度に比べて高い硬度を有する材質により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電磁式動弁装置。
【請求項４】
前記アーマチュアの前記シムに対向する側面と前記電磁石の吸引面に対向する上面又は下面とが交わる部分は、面取り又は丸み付けが行わ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、電磁力によりバルブを駆動する電磁式動弁装置に係り、特に、２つの電磁石を一定の距離に保持するディスタンスブロックとアーマチュアとの摩擦を低減することができる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、アーマチュアの端部がディスタンスブロックと接触して擦れ合い、摩擦力を生じる。
【００１６】
このため、この摩擦力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。
【００１７】
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。
【００１８】
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の端部はディスタンスブロック１１６の内側面と接触し摩擦力を生じるとともに、相互に磨耗する。
【００１９】
このようにアーマチュアとディスタンスブロックとの摩擦力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し、その端部が隣接する電磁式動弁装置の領域へはみ出すと、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ディスタンスブロックとの摩擦を減少させ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記載の発明は、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シャフトを介して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であって、前記電磁石の吸引面および前記アーマチュアの該吸引面に対向する面は、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略矩形に形成され、前記２つの電磁石を所定の間隔に保持するディスタンスブロックの前記アーマチュアに対向する表面の少なくとも一部に、該ディスタンスブロックとアーマチュアとのクリアランスを調整するシムを設け、前記アーマチュアの隅角部が前記シムに当接するまでの範囲に前記シャフト回りの前記アーマチュアの回転量を規制したことを要旨とする。
【００２５】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１記載の電磁式動弁装置において、前記シムの表面は平滑に形成され、摩擦係数が低いものであることを要旨とする。
【００２６】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、請求項１または請求項２記載の電磁式動弁装置において、前記シムの少なくとも表面は、前記アーマチュアの硬度に比べて高い硬度を有する材質により形成されていることを要旨とする。
【００２７】
請求項４記載の発明は、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、前記アーマチュアの前記シムに対向する側面と前記電磁石の吸引面に対向する上面又は下面とが交わる部分は、面取り又は丸み付けが行われたことを要旨とする。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、内燃機関の吸気弁又は排気弁の各弁軸にシャフトを介して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、前記電磁石の吸引面および前記アーマチュアの該吸引面に対向する面は、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略矩形に形成され、前記２つの電磁石を所定の間隔に保持するディスタンスブロックの前記アーマチュアに対向する表面の少なくとも一部に、該ディスタンスブロックとアーマチュアとのクリアランスを調整するシムを設け、前記アーマチュアの隅角部が前記シムに当接するまでの範囲に前記シャフト回りの前記アーマチュアの回転量を規制しているので、ディスタンスブロックとアーマチュアとのクリアランスを所定の範囲内に保つことができるため、アーマチュアの回転量を低減し、吸引部の面積を安定化し、電磁石の消費電力を削減することができるとともに、エンジン寸法や重量の増加を招くことなく隣接する電磁式動弁装置間の干渉を防止できる。
【００２９】
また、請求項２記載の本発明によれば、前記シムの表面は平滑に形成され、摩擦係数が低いものとしているので、請求項１記載の発明の効果に加えて、アーマチュアとシムとの摩擦力が低減され、アーマチュアを吸引するための電磁石の消費電力をさらに低減することができる。
【００３０】
また、請求項３記載の本発明によれば、前記シムの少なくとも表面は、前記アーマチュアの硬度に比べて高い硬度を有する材質により形成するようにしているので、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加えて、アーマチュア及びシムの磨耗を低減し、長期間安定した低い摩擦係数を保持し、保守性を向上させることができる。
【００３１】
また、請求項４記載の本発明によれば、前記アーマチュアの前記シムに対向する側面と前記電磁石の吸引面に対向する上面又は下面とが交わる部分は、面取り又は丸み付けが行われていることにより、請求項１ないし請求項３に記載の発明の効果に加えて、さらにアーマチュアとシムとの摩擦を低減することができる。
【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。
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る。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００３３】
図１に示すように、電磁石１１１と１１２とを所定の距離に離間して保持するディスタンスブロック１１６の内側面には、ディスタンスブロック１１６とアーマチュア１１０との隙間（クリアランス）を所定の範囲に保つためにシム１１５が固着されている。シムは、例えば図示しない皿ネジにより取り付けられている。
【００３４】
電磁石１１１、１１２の吸引面およびアーマチュア１１０の前記吸引面に対向する面は、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略矩形に形成され、アーマチュア１１０のディスタンスブロック１１６に対向する端部は、上面（表面）及び下面（裏面）と側面とが滑らかな凸曲面によって接続されるように面取りしてある。その他の構成は、図４に示した従来例の構成と同様である。
【００３５】
アーマチュア１１０の端部とディスタンスブロック１１６の内側面に設けられたシム１１５との隙間は、例えば１．０±０．１ｍｍとなるように調整されている。このため、シムの厚さも例えば０．１ｍｍ単位で各種の厚さのものが製造工程及びサービス部門に準備されることとなる。
【００３６】
アーマチュア１１０の材質には、透磁率が大きく、かつ保磁力が小さい軟質磁性材料の純鉄、電磁軟鉄、低炭素鋼、ケイ素鋼、パーマロイ等の鉄ニッケル系合金などが用いられる。
【００３７】
これに対して、シム１１５の材質は、アーマチュアの材質より硬度が高いステンレス材、またはアルミ合金等の軽金属の表面をモリブデン等の硬質金属で覆ったもの、或いは潤滑油を含浸した焼結合金を用いて、表面が滑らかに形成されたものを使用する。これにより、アーマチュアとシムとの摩擦係数を大幅に低減することができ、かつアーマチュア及びシムの磨耗を極めて小さいものとすることができる。
【００３８】
図２は、アーマチュア１１０の一方の短辺に対向するディスタンスブロック１１６の内側面にシムを設けた例を示している。図２（ａ）の状態が中立状態とすれば、アーマチュアとディスタンスブロックとの隙間がシムを設けたことにより所定の値、例えば１．０±０．１ｍｍに保持されている。そして、アーマチュア１１０が一方の変位端まで変位し、最大の回転位置にまで回転した図２（ｂ）に示す場合でも、前記隙間が比較的小さい所定の値であるため、隅角部がシムに当接するまでアーマチュアが回転したとしても、平面視してアーマチュアが電磁石１１２からはみ出すことがない。
【００３９】
図３は、本発明の第２の実施形態を説明する横断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図に相当するものである。そして図３（ａ）はアーマチュアが中立状態を示し、図３（ｂ）はアーマチュアが一方の変位端に位置する状態を示し、図３（ｃ）はアーマチュアが他方の変位端に位置する状態を示す。
【００４０】
第１の実施形態との相違は、本実施形態においてアーマチュアを挟んで対向する２つのディスタンスブロック１１６にそれぞれシム１１５を設けたことである。この場合シム１１５は、ディスタンスブロック１１６の内側面の全面に設けてもよいし、図３に示したように、ディスタンスブロックの内側面の一端部から中心線までの半面に設けてもよい。シムの材質については、第１の実施形態と同様である。
【００４１】
本実施形態は、アーマチュア１１０の上下運動に伴ってその右回転と左回転とが交互に切り替わる場合に、特に有効であり、アーマチュア１１０が右回転する場合と、左回転する場合とで、互いに当接するアーマチュア１１０の端部とシム１１５とが異なるので、偏磨耗の発生を抑制することができる。
【００４２】
本実施形態においては、各電磁式動弁装置毎に２箇所の隙間調整をそれぞれシムを用いて行わねばならず、第１の実施形態よりも隙間調整が複雑となるが、アーマチュアとシムとが接触する位置がアーマチュアの上下動に伴って切り替わるので、アーマチュアまたはシムの偏磨耗が発生することが少なく、第１の実施形態より長期間調整なくエンジンを稼働させることができるという利点がある。
【００４３】
また、第１及び第２の実施形態において、アーマチュア１１０のディスタンスブロック１１６に対向する端部は、上面（表面）及び下面（裏面）と側面とが滑らかな凸曲面によって接続されるように面取りしたので、アーマチュア１１０が上下動しながら回転し、その端部がディスタンスブロック１１６の内側面に設けられたシム１１５と接触する場合に、互いの表面を引っ掻くことなく、滑動することができ、摩擦力及び磨耗を極めて小さく抑えることができる。
【００４４】
なお、アーマチュア１１０のディスタンスブロック１１６に対向する側面の周囲に斜面を設けるだけでもある程度の摩擦力及び磨耗の低減効果を期待することができる。
【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】アーマチュアを矩形としたときの問題点を説明する横断面図であり、図４におけるＡ−Ａ線断面図に相当する。
【符号の説明】
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
１１０  アーマチュア
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
１２１  アーマチュアシャフト
１２２  スプリングリテーナ
【図１】
0003591341.tif 000002
【図２】
0003591341.tif 000003
【図３】
0003591341.tif 000004
【図４】
0003591341.tif 000005
【図５】
0003591341.tif 000006