(57)【要約】【課題】エンジン回転速度の急激な変化に対して、応答性良く高回転域でのジャンプ及びバウンス現象を抑制する。【解決手段】エンジン回転速度を検知し、エンジン回転速度が所定値以上であった場合には、電磁アクチュエータ２８が駆動するように通電し、電磁石３０によって発生した磁場と永久磁石３２ａとの反発力によって、円すいコイルばね２２の圧縮方向へ、円すいコイルばね２２を電流値に応じて変位させる。エンジン回転速度が所定値以上でなければ、電磁アクチュエータ２８への通電を停止する。【選択図】図１
2008291733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに設けられたバルブを閉じ方向に付勢すると共に、ばね定数がエンジン高回転域でジャンプ及びバウンス現象を抑制できるばねのばね定数より小さな値に設定されたばねと、
斥力によって前記ばねを圧縮方向に付勢するように設けられた一対の永久磁石と、
コイルを備え、該コイルへ通電されたときに前記ばねを圧縮方向に付勢する磁力が発生するように前記一対の永久磁石間に配置された電磁石と、
エンジン回転速度が所定値以上になった場合に、前記ばねの一端を前記圧縮方向に変位させる大きさの磁力が発生するように前記コイルへの通電を制御する制御手段と、
を含むエンジン動弁装置。
【請求項２】
前記ばねは、円すいコイルばねである請求項１記載のエンジン動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン動弁装置にかかり、特に、ジャンプ及びバウンス現象を抑制することができるエンジン動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン動弁装置では、エンジン回転速度が高くなると、吸気バルブ及び排気バルブが慣性力によってカムと同調しなくなり、カム面あるいは弁座に激突して跳ね返るジャンプ及びバウンス現象が発生し、燃料効率の低下や騒音の原因となっている。このジャンプ及びバウンス現象を防止するため、吸気バルブ及び排気バルブにエンジンの最高許容回転速度のジャンプ及びバウンス現象を防止可能なばね定数を有するバルブスプリングを装着し、吸気バルブ及び排気バルブを閉じ方向に付勢し、吸気バルブ及び排気バルブとカムとの同調を図ることが行われている。エンジンの最高許容回転速度は、ジャンプ及びバウンス現象の起こる付近に定められており、一般に５，０００ｒｐｍ以上である。
【０００３】
しかし、車両が法定速度で運転する際には、３，０００ｒｐｍ以下のエンジン回転速度で走行することがほとんどであり、急加速する場合でも４，０００ｒｐｍ程度のエンジン回転速度である。したがって、低・中速回転域で走行している場合でも、カムには５，０００ｒｐｍ以上の高回転域に耐えられるだけの負荷抵抗がかかっているため、エネルギロスの原因になる、という問題があった。
【０００４】
この問題を解決するため、特許文献１には、バルブスプリングの一端を移動自在なスプリングシートで受けるとともに、スプリングシートを油圧によって上下動させることによりバルブスプリングの取付長さを変化させて、バルブスプリングのセット荷重を変化させることにより、ジャンプ及びバウンス現象を防止する動弁装置が提案されている。この動弁装置では、エンジン低回転域ではバルブスプリングのセット荷重を下げることによってヘルツ応力を小さく抑え、また、エンジン高回転域ではバルブスプリングのセット荷重を高めることによって、ジャンプ及びバウンス現象の発生を防いでいる。
【特許文献１】特開平９−２２８８０８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の動弁装置では、油圧によってスプリングを変位させているため、応答性が十分でなく、急加速した場合などのようにエンジン回転速度が急激に高くなった場合に、ジャンプ及びバウンス現象を抑制できない場合がある、という問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、エンジン回転速度が急激に変化した場合でも、高回転域でのジャンプ及びバウンス現象を抑制することができる応答性の良いエンジン動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、エンジンに設けられたバルブを閉じ方向に付勢すると共に、ばね定数がエンジン高回転域でジャンプ及びバウンス現象を抑制できるばねのばね定数より小さな値に設定されたばねと、斥力によって前記ばねを圧縮方向に付勢するように設けられた一対の永久磁石と、コイルを備え、該コイルへ通電されたときに前記ばねを圧縮方向に付勢する磁力が発生するように前記一対の永久磁石間に配置された電磁石と、エンジン回転速度が所定値以上になった場合に、前記ばねの一端を前記圧縮方向に変位させる大きさの磁力が発生するように前記コイルへの通電を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記請求項１の発明によれば、エンジンに設けられたバルブを閉じ方向に付勢するばねを斥力によって圧縮方向に付勢する一対の永久磁石が設けられており、一対の永久磁石間にはコイルへ通電されたときにばねを圧縮方向に付勢する電磁石が設けられている。エンジン回転速度が所定値以上になった場合に、制御手段がばねの一端を圧縮方向に変位させる大きさの磁力が発生するようにコイルへの通電を制御する。
【０００９】
このように、永久磁石及び電磁石を用いてばねの一端を変位させているため、エンジン回転速度が急激に変化した場合でも、応答性良く高回転域でのジャンプ及びバウンス現象を抑制することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１のエンジン動弁装置において、ばねを円すいコイルばねとしたことを特徴とする。
【００１１】
上記請求項２の発明によれば、変位量と復元力との関係が非線形特性をもち、変位量が増加するにしたがって急激に復元力が増加する円すいコイルばねを用いているため、エンジン回転速度が急激に変化した場合でも、より応答性良く高回転域でのジャンプ及びバウンス現象を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、エンジン回転速度が急激に変化した場合でも、応答性良く高回転域でのジャンプ及びバウンス現象を抑制することができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施の形態に係るエンジン動弁装置１０は、シリンダヘッド１２に設けられた吸気ポート１４を開閉するための吸気バルブ１６に設けられている。なお、シリンダヘッド１２には、排気ポートを開閉するための排気バルブが設けられ、この排気バルブに本実施の形態に係るエンジン動弁装置１０が設けられているが、吸気バルブ１６に設けられたエンジン動弁装置１０と同様の構成であるため、ここでは、吸気バルブ１６側のエンジン動弁装置１０について説明し、排気バルブ側に設けられたエンジン動弁装置についての説明は省略する。
【００１４】
吸気バルブ１６は、傘部１６ａとステム部１６ｂとステム部１６ｂの先端に形成されたばね受け部１６ｃとで構成されており、シリンダヘッド１２に圧入された筒状のバルブガイド１８にステム部１６ｂが挿通されている。ばね受け部１６ｃは、カム２０に当接しており、当接しているカム２０の回転に合わせて吸気バルブ１６が摺動自在となるように保持されている。
【００１５】
吸気バルブ１６は、ばね受け部１６ｃと電磁アクチュエータ２８の永久磁石ガイド３４との間に圧縮された状態で取り付けられた固定された円すいコイルばね２２によって閉じ方向に付勢されており、カム２０の回転に応じて、傘部１６ａがシリンダヘッド１２に設けられた吸気ポート１４のシリンダ２４への開口部周縁に嵌着されたリング状のバルブシート２６に間欠的に着座して吸気ポート１４を開閉する。
【００１６】
この円すいコイルばね２２のばね定数は、エンジン高回転域（例えば、５，０００ｒｐｍ以上）でジャンプ及びバウンス現象を抑制できるばねのばね定数より小さな値に設定されている。
【００１７】
円すいコイルばね２２は、例えば、素線径２ｍｍ、コイル最大径３０ｍｍ、コイル最小径１０ｍｍ、自然長２４．２ｍｍ、重さ８．５ｇ、有効巻数４の寸法形状のものを用いることができる。円すいコイルばね２２は、ばね定数が非線形性を有するもので、例えば、上記寸法形状の円すいコイルばね２２の場合、本実施形態に係る円すいコイルばね２２に電磁アクチュエータ２８を駆動させた場合と同等のエンジン回転速度までジャンプ及びバウンス現象を抑制できる円筒コイルばねとの比較における、変位量と復元力との関係は図２に示すような関係となる。
【００１８】
また、エンジン動弁装置１０は、  図３（ａ）に示すような電磁アクチュエータ２８を備えている。電磁アクチュエータ２８は、電磁石３０と、永久磁石３２ａ、３２ｂと、永久磁石３２ａの円すいコイルばね２２の圧縮方向への移動をガイドするための永久磁石ガイド３４とで構成されている。
【００１９】
電磁石３０は、リング状の鉄芯３６にコイル３８を巻回して構成されており、例えば、鉄芯の内径１９ｍｍ、鉄芯の外径３９ｍｍ、コイル巻数１７０、重さ３７１．５ｇ、抵抗０．６Ω、素線径１ｍｍの寸法形状のものを用いることができる。
【００２０】
永久磁石３２ａ、３２ｂは、例えば、リング型ネオジム磁石で構成され、永久磁石３２ａは、例えば、外径３９ｍｍ、内径１９ｍｍ、厚み７ｍｍ、残留磁束密度３５０ｍＴ、吸着力２０Ｋｇ、重さ４７．８ｇ、永久磁石３２ｂは、例えば、外径５９ｍｍ、内径１９ｍｍ、厚み１０ｍｍ、残留磁束密度４５０ｍＴ、吸着力３０Ｋｇ、重さ１８３．７ｇの寸法形状のものを用いることができる。
【００２１】
永久磁石ガイド３４は、永久磁石３２ａを載置するドーナツ型の台座部３４ａと、台座部３４ａの一方の面に台座部３４ａの中心軸と中心軸が同一になるように設けられた円筒状の足部３４ｂと、台座部３４ａの他方の面に台座部３４ａと一体となって永久磁石３２ａを収納することができるカバー部３４ｃとで構成されている。
【００２２】
電磁石３０、永久磁石３２ａ、３２ｂ、永久磁石ガイド３４は、それぞれ中心軸を一致させるように配置されている。電磁石３０は、シリンダヘッド１２のバルブガイド１８の周りに形成された凹部内に配置されている。永久磁石３２ａは、永久磁石ガイド３４の台座部３４ａに固定され、永久磁石３２ｂは、シリンダヘッド１２の凹部内に配置されている。永久磁石３２ａと永久磁石３２ｂとは、同極が対向する向きで、電磁石３０を挟むように配置されている。
【００２３】
円すいコイルばね２２には、例えば、初期変位４ｍｍを与えている。また、永久磁石３２ａと永久磁石３２ｂとの間に斥力が発生するため、電磁石３０のコイル３８へ流す電流の電流値を小さくすることもできる。
【００２４】
永久磁石ガイド３４は、永久磁石ガイドの足部３４ｂがバルブガイド１８に沿って移動可能となるように配置されており、台座部３４ａに固定された永久磁石３２ａが円すいコイルばね２２の圧縮方向へ移動するようガイドする。
【００２５】
また、エンジン動弁装置１０は、電磁アクチュエータ２８を駆動させるための駆動装置４０を備えている。駆動装置４０は、車載バッテリに接続され電流値を調整する回路で構成され、電磁石３０のコイル３８と、駆動装置４０による電磁アクチュエータ２８の駆動を制御するための制御装置４２とに接続されている。
【００２６】
制御装置４２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを含んだマイクロコンピュータで構成されている。記憶媒体としてのＲＯＭには以下で説明する処理ルーチンのプログラムが記憶されている。制御装置４２は、回転速度センサ４４と接続されており、回転速度センサ４４で検知されたエンジン回転速度を取り込み、駆動装置４０の制御を行う。
【００２７】
回転速度センサ４４としては、例えば、光電式センサや磁気式センサなどを用いることができる。
【００２８】
次に、図４を参照して、本実施形態の処理ルーチンについて説明する。
【００２９】
ステップ１００において、回転速度センサ４４で検出されたエンジン回転速度を取り込む。
【００３０】
次に、ステップ１０２で、エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎｅ０以上か否かを判断する。ここで、車両が通常の法定速度で走行する際のエンジン回転速度が３，０００ｒｐｍ以下であることがほとんどであるため、所定値Ｎｅ０は、例えば３，０００ｒｐｍに設定されている。
【００３１】
エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎｅ０以上の場合には、ステップ１０４で、電磁アクチュエータ２８のコイル３８に通電し、電磁アクチュエータ２８を駆動する。コイル３８への通電により、電磁石３０の中心軸方向に磁束が貫通するような磁場が発生する。このとき、電磁石３０による磁場と永久磁石３２ａに斥力が生じる向きに磁場が発生するよう電流を流す。電磁石３０による磁場と永久磁石３２ａとの斥力により、図３（ｂ）に示すように、永久磁石３２ａが永久磁石ガイド３４にガイドされて、円すいコイルばね２２の一端を円すいコイルばね２２が圧縮する方向へ移動する。
【００３２】
永久磁石３２ａの移動により、永久磁石３２ａが固定された永久磁石ガイドの台座部３４ａと一体となっている永久磁石ガイドのカバー部３４ｃが円すいコイルばね２２を圧縮する。これにより、円すいコイルばね２２の復元力が増加し、吸気バルブ１６を閉じ方向へ付勢する力が強まる。
【００３３】
ここで、円すいコイルばね２２の圧縮による変位量は、電磁石３０へ流す電流の電流値に応じて大きくなる。電流値は一定値でもよいし、エンジン回転速度Ｎｅの増加に伴って徐々に大きくした値でも良い。
【００３４】
エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎｅ０以上でなかった場合には、ステップ１０６で、電磁アクチュエータ２８への通電を停止する。通電の停止により、電磁石３０による磁場がなくなるため、円すいコイルばね２２の復元力により、図３（ａ）に示す状態に戻る。
【００３５】
このように、エンジン回転速度が所定値以上か否かを判断して、所定値以上の場合は電磁アクチュエータ２８の駆動を行うため、エンジン回転速度の変化に対して応答性良く円すいコイルばね２２の復元力を大きくして、ジャンプ及びバウンス現象を抑制することができる。
【００３６】
図５に、本実施の形態において、上記に例を挙げた寸法形状の円すいコイルばね２２を使用した場合のカム回転数３３ｒｐｓにおける、カム回転角度に対する吸気バルブ１６のリフト量を示す。エンジン回転速度が高くなると、カム２０のプロフィールに吸気バルブ１６が追従できなくなり、ジャンプ及びバウンス現象が発生していることを確認できる。なお、カム回転数はエンジン回転速度の半分であるので、カム回転数３３ｒｐｓはエンジン回転速度に換算すると３，９６０ｒｐｍであり、高回転領域の回転速度である。
【００３７】
図６に、電流２０Ａを印加して電磁アクチュエータ２８を駆動させた場合の、カム回転数３３ｒｐｓにおける、カム回転角度に対する吸気バルブ１６のリフト量を示す。電磁アクチュエータ２８駆動前には発生していたジャンプ及びバウンス現象を抑制できたことが確認できる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態では、エンジン回転速度が急激に変化した場合でも、応答性良く高回転域でのジャンプ及びバウンス現象を抑制することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記の実施の形態に限られるものではなく、種々の形態が可能である。
【００４０】
例えば、永久磁石３２はリング型である必要はなく、電磁石３０により発生する磁場との斥力により、円すいコイルばね２２を圧縮させることができるものであれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施の形態に係るエンジン動弁装置を示す構成図である。
【図２】本実施の形態に係るエンジン動弁装置に用いる円すいコイルばねの変位量と復元力との関係を示す線図である。
【図３】本実施の形態に係るエンジン動弁装置の電磁アクチュエータの断面図である。
【図４】本実施の形態に係るエンジン動弁装置の処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本実施の形態に係るエンジン動弁装置において、電磁アクチュエータを駆動しない場合のカム回転角度に対するバルブのリフト量の関係を示す線図である。
【図６】本実施の形態に係るエンジン動弁装置において、電磁アクチュエータを駆動した場合のカム回転角度に対するバルブのリフト量の関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  エンジン動弁装置
１６  吸気バルブ
２８  電磁アクチュエータ
３０  電磁石
３２  永久磁石
３４  永久磁石ガイド
３６  鉄芯
３８  コイル
４０  駆動装置
４２  制御装置
４４  回転速度センサ
【図１】
2008291733.tif 000003
【図２】
2008291733.tif 000004
【図３】
2008291733.tif 000005
【図４】
2008291733.tif 000006
【図５】
2008291733.tif 000007
【図６】
2008291733.tif 000008