(57)【要約】【課題】バルブタイミング制御を高い精度で行うことができる電磁石を用いたバルブタイミング制御装置を供する。【解決手段】内燃機関の動弁系のバルブタイミング制御装置において、電源電圧からの通電により励磁してバルブ８に作用するアーマチャ３４を吸着する電磁石３１と、アーマチャ３４を電磁石３１から離反する方向に付勢する付勢手段１４と、電磁石３１への通電を停止してからアーマチャ３４が電磁石３１から離れ始めるまでの無効時間を一定にする制御回路４０とを備えたバルブタイミング制御装置。【選択図】　図３
2004052652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の動弁系のバルブタイミング制御装置において、
電源電圧からの通電により励磁してバルブに作用するアーマチャを吸着する電磁石と、
前記アーマチャを前記電磁石から離反する方向に付勢する付勢手段と、
前記電磁石への通電を停止してから前記アーマチャが前記電磁石から離れ始めるまでの無効時間を一定にする制御回路と、
を備えたことを特徴とするバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記電源電圧より高い電圧で前記電磁石の磁気エネルギーを放出するように制御することを特徴とする請求項１記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記制御回路は、一方の対辺にそれぞれ第１スイッチング手段と第２スイッチング手段を配置し、他方の対辺にそれぞれダイオードを配置し、一方の対角に前記電磁石の電磁コイルを介装し、他方の対角に電源を接続したブリッジ回路であって、電源側の前記ダイオードに直列にツェナーダイオードを挿入したことを特徴とする請求項２記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記制御回路は、電源に第１スイッチング手段、前記電磁石の電磁コイル、第２スイッチング手段をこの順に直列に接続し、前記電磁コイルと第２スイッチング手段に対して並列にダイオードを介装し、互いに向きを対向させた２組のツェナーダイオードを直列にして前記第２スイッチング手段に並列に介装し、前記２組のツェナーダイオードの接続点電位により前記第２スイッチング手段がオン・オフすることを特徴とする請求項２記載のバルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁系における電磁石を用いたバルブタイミング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁石によりバルブを開閉駆動することは、既に行われており、例えば特開２００１−３４９４６２号公報や特開２００２−１４７６４１号公報に開示されている。
【０００３】
上記両公報に開示された発明は、バルブと一体のアーマチャが上下のばねに付勢され、上下の開弁側電磁石と閉弁側電磁石により交互に吸着・離反を繰り返してバルブの開閉が行われるものである。
【０００４】
この開弁または閉弁の一方の開弁側の電磁石を駆動する制御回路を抽出して概略構成を示すと図９に示すようになっている。
【０００５】
同制御回路０１は、ブリッジ回路を構成しており、一方の対辺にそれぞれ第１スイッチング手段段である第１スイッチ０２と第２スイッチング手段である第２スイッチ０３を配置し、他方の対辺にそれぞれ第１ダイオード０４，第２ダイオード０５を配置し、一方の対角に電磁石の電磁コイル０６を介装し、他方の対角に電源を接続している。
【０００６】
第１スイッチ０２と第２スイッチ０３をともにオンすると、電源から第１スイッチ０２，電磁コイル０６，第２スイッチ０３の順に電流が流れ、電磁コイル０６を励磁してアーマチャを電磁石に吸着しバルブを開弁する。
【０００７】
次いで第１スイッチ０２と第２スイッチ０３をともにオフすると、電磁コイル０６に逆起電力が発生し、第２ダイオード０５，電磁コイル０６，第１ダイオード０４の順に電流が流れて磁気エネルギーを放出しばね力によりアーマチャを電磁石から離反しバルブを閉じ方向に移動する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この間における電磁コイル０６に掛かる電圧、流れる電流の変化およびアーマチャの変位を図１０に示す。
【０００９】
電磁コイル０６の性質により電圧の変化に対して遅れて電流が変化し、さらに遅れてアーマチャが変位している。
【００１０】
第１スイッチ０２と第２スイッチ０３をともにオフした時点（電圧の降下時点）からアーマチャが電磁石から離れ始める時点（アーマチャが降下を始める時点）までの無効時間ｄについて電源電圧ｖとの関係を調べてみると、図１１に示すような関係がある。
【００１１】
図１１は横軸を電源電圧ｖに縦軸を無効時間ｄとした無効時間特性を示しており、電源電圧ｖの低い領域で無効時間の変化が大きく、電源電圧ｖの高い領域では無効時間ｄの変化は小さく略一定している。
【００１２】
しかるに通常車両に搭載されたバッテリにより供給される電源電圧ｖは、負荷の変動により変化する。
電源電圧ｖが低い領域であるほど無効時間ｄも大きな差が生じることになり、よってバルブタイミング制御を高い精度で行うことが困難である。
【００１３】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、バルブタイミング制御を高い精度で行うことができる電磁石を用いたバルブタイミング制御装置を供する点にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、内燃機関の動弁系のバルブタイミング制御装置において、電源電圧からの通電により励磁してバルブに作用するアーマチャを吸着する電磁石と、前記アーマチャを前記電磁石から離反する方向に付勢する付勢手段と、前記電磁石への通電を停止してから前記アーマチャが前記電磁石から離れ始めるまでの無効時間を一定にする制御回路とを備えたバルブタイミング制御装置とした。
【００１５】
制御回路が無効時間を一定に制御するので、電源電圧が変動してもバルブタイミング制御を高い精度で行うことができる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のバルブタイミング制御装置において、前記制御回路が、前記電源電圧より高い電圧で前記電磁石の磁気エネルギーを放出するように制御することを特徴とする。
【００１７】
電源電圧より高い電圧で電磁石の磁気エネルギーを放出するように制御することで、無効時間の差をより小さくすることができ、バルブタイミング制御を高い精度で行うことができる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のバルブタイミング制御装置において、前記制御回路が、一方の対辺にそれぞれ第１スイッチング手段と第２スイッチング手段を配置し、他方の対辺にそれぞれダイオードを配置し、一方の対角に前記電磁石の電磁コイルを介装し、他方の対角に電源を接続したブリッジ回路であって、電源側の前記ダイオードに直列にツェナーダイオードを挿入したことを特徴とする。
【００１９】
第１，第２スイッチング手段をオンにし電磁コイルを励磁してアーマチャを吸着後、両スイッチング手段をともにオフにしたとき、電磁コイルに逆起電力が生じ、電源電圧にツェナーダイオードの一定の降伏電圧加えた高い電圧でツェナーダイオードが導通して２つのダイオードを経て電磁コイルの磁気エネルギーが放出され、付勢手段の付勢力によりアーマチャが電磁石から離れバルブを閉じる。
【００２０】
電源電圧より高い電圧で電磁石の磁気エネルギーを放出するので、無効時間の差をより小さくすることができ、バルブタイミング制御を高い精度で行うことができる。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項２記載のバルブタイミング制御装置において、前記制御回路は、電源に第１スイッチング手段、前記電磁石の電磁コイル、第２スイッチング手段をこの順に直列に接続し、前記電磁コイルと第２スイッチング手段に対して並列にダイオードを介装し、互いに向きを対向させた２組のツェナーダイオードを直列にして前記第２スイッチング手段に並列に介装し、前記２組のツェナーダイオードの接続点電位により前記第２スイッチング手段がオン・オフすることを特徴とする。
【００２２】
第１スイッチング手段および第２スイッチング手段をオンし電磁コイルに通電して励磁しアーマチャを吸着する。
【００２３】
その後、第１スイッチング手段および第２スイッチング手段をオフにしたとき、電磁コイルに逆起電力が生じ、電源電圧にツェナーダイオードの一定の降伏電圧の２個分の電圧で逆方向の２個のツェナーダイオードが導通してダイオードを経る閉ループ経路で電磁コイルの磁気エネルギーが放出され、付勢手段の付勢力によりアーマチャが電磁石から離れバルブを閉じる。
【００２４】
電源電圧より高くかつ一定の電圧で電磁石の磁気エネルギーを放出するので、無効時間の差をより小さくすることができ、バルブタイミング制御を高い精度で行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図５に基づき説明する。
本実施の形態に係るバルブタイミング制御装置３０を適用した内燃機関１のシリンダブロック１ａに一体に重ねられるシリンダヘッド３およびシリンダヘッドカバー４内部の動弁機構２を図１および図２に示す。
【００２６】
シリンダヘッド３に形成された吸気ポート５と排気ポート６の燃焼室７への各開口を開閉する吸気バルブ８と排気バルブ９がバルブガイド１０，１１にガイドされて摺動自在に設けられている。
【００２７】
吸気バルブ８と排気バルブ９は、ステム上端がシリンダヘッドカバー４内に突出しており、その上端の各バルブスプリングリテーナ１２，１３とシリンダヘッド３との間にそれぞれバルブスプリング１４，１５が介装されて吸気バルブ８および排気バルブ９を閉じ方向に付勢している。
【００２８】
動弁機構２はＳＯＨＣ（シングル・オーバーヘッド・カムシャフト）式の動弁駆動機構であり、シリンダヘッド３の上面にカムシャフト１６が回転自在に軸支され、２本のロッカーアームシャフト１７，１８にそれぞれ揺動自在に枢支された吸気側ロッカーアーム１９と排気側ロッカーアーム２０がカムシャフト１６の各カム１６ａに摺接して揺動する。
【００２９】
この吸気側ロッカーアーム１９と排気側ロッカーアーム２０の揺動が、それぞれ先端のタペット１９ａ，２０ａを介して吸気バルブ８と排気バルブ９の上端を押し、バルブスプリング１４，１５に抗して吸気バルブ８と排気バルブ９を押し下げ、吸気ポート５と排気ポート６を開くことができる。
【００３０】
吸気バルブ８と排気バルブ９による吸気ポート５と排気ポート６の開閉タイミングは、カムシャフト１６に設けられたカム１６ａのプロフィールによるが、本実施の形態では吸気側の閉タイミングを別途制御するバルブタイミング制御装置３０が設けられている。
【００３１】
バルブタイミング制御装置３０は、吸気側ロッカーアーム１９の上方にシリンダヘッドカバー４に突設されて設けられている。
シリンダヘッドカバー４の上面に環状の電磁石３１が固着されており、電磁石３１には電磁コイル３２が巻装されている。
【００３２】
吸気側ロッカーアーム１９のタペット１９ａを間に挟んで吸気バルブ８の軸方向延長線上にアーマチャロッド３３が電磁石３１の中央の円孔を貫通して摺動自在にガイドされて設けられており、アーマチャロッド３３には電磁石３１に対向するアーマチャ３４が一体に嵌着されている。
【００３３】
アーマチャロッド３３のアーマチャ３４を貫通した先端部（上端部）には、スプリング３６が内蔵された受け部材３５が接してスプリング３６によりアーマチャロッド３３を下方へ付勢して吸気側ロッカーアーム１９のタペット１９ａに当接するようにしている。
【００３４】
スプリング３６はバルブスプリング１４に比べて各段にばね力は弱いものである。
なお受け部材３５はダンパー機能も備えている。
【００３５】
カムシャフト１６の回転で吸気側ロッカーアーム１９を介して吸気バルブ８が上下に摺動して吸気ポート５の開閉を行うと、吸気側ロッカーアーム１９のタペット１９ａに接するアーマチャロッド３３およびアーマチャ３４も一緒に上下に往復動する。
【００３６】
吸気バルブ８が開きアーマチャ３４が下降して電磁石３１に接したときに、電磁コイル３２に通電して電磁石３１を励磁すると、アーマチャ３４は電磁石３１に吸着されて電磁石３１が吸気側ロッカーアーム１９のタペット１９ａおよびタペット１９ａを介して吸気バルブ８を押した状態が維持される。
【００３７】
すなわち図２に示すように吸気側ロッカーアーム１９はカムシャフト１６のカム１６ａから離れた揺動姿勢で、吸気バルブ８は吸気ポート５を開いた状態を維持することができる。
【００３８】
そして所要のタイミングで電磁コイル３２への通電を停止すると、アーマチャ３４を吸着していた電磁石３１が消磁されてアーマチャ３４を解放するので、バルブスプリング１４により吸気バルブ８を閉じ方向（上方）に移動し、吸気バルブ８とともにタペット１９ａを介してアーマチャロッド３３およびアーマチャ３４も上昇させる。
【００３９】
吸気側ロッカーアーム１９は揺動してカム１６ａに再び接し、カム１６ａによる吸気バルブ８の開弁がなされるようになる。
したがって本バルブタイミング制御装置３０により吸気バルブ８による吸気ポート５の閉弁を遅らせるタイミングを制御することができる。
【００４０】
以上のような構造のバルブタイミング制御装置３０において、電磁石３１の電磁コイル３２への通電制御は、図３および図４に図示するような制御回路４０によりなされる。
【００４１】
同制御回路４０は、前記従来技術で記述した制御回路０１と同じくブリッジ回路が構成され、一方の対辺にそれぞれ第１スイッチング手段としての第１スイッチ４１，第２スイッチング手段としての第２スイッチ４２が配置され、他方の対辺にそれぞれ電源側に向かう方向を順方向とした第１ダイオード４３，第２ダイオード４４が配置され、一方の対角に本電磁石３１の電磁コイル３２が介装され、他方の対角に基準電圧１２Ｖの電源が接続されている。
【００４２】
そして第１ダイオード４３と直列に電源側に向かう方向を逆方向としたツェナーダイオード４５が介装されている。
ツェナーダイオード４５は、降伏電圧２７Ｖのものを使用している。
【００４３】
第１スイッチ４１および第２スイッチ４２は、ＦＥＴ（電解効果トランジスタ）などのスイッチング素子が使用されている。
【００４４】
いま吸気バルブ８が最下点まで下降して開弁した時点で第１スイッチ４１，第２スイッチ４２をともにオンにすると、図３に破線矢印で示すように第１スイッチ４１，電磁コイル３２，第２スイッチ４２の順の経路で電流が流れて電磁コイル３２を通電し電磁石３１を励磁してアーマチャ３４を吸着し吸気バルブ８の開弁状態を維持する。
【００４５】
その後、所要のタイミングで第１スイッチ４１，第２スイッチ４２をともにオフにすると、電磁コイル３２への通電が停止されて、逆起電力が生じツェナーダイオード４５の降伏電圧を超えてツェナーダイオード４５を導通状態として図４に破線矢印で示すように第２ダイオード４４，電磁コイル３２，ツェナーダイオード４５，第１ダイオード４３の順の経路の電流が流れて電磁コイル３２の磁気エネルギーが放出され電磁石３１によるアーマチャ３４の吸着を解除する。
【００４６】
磁気エネルギーの一部は電源に回収されるので消費電力を低減できる。
アーマチャ３４が解放されることで、バルブスプリング１４の付勢力によりアーマチャ３４が電磁石３１から離れ吸気バルブ８を閉じ方向に移動する。
【００４７】
ここに降伏電圧２７Ｖのツェナーダイオード４５により電源電圧ｖより高い電圧で電磁石３１の磁気エネルギーを早目に放出することができる。
したがって電源電圧ｖが１２Ｖを基準として６〜１６Ｖと変動しても、電磁石３１が磁気エネルギーを放出する電圧はおよそ３３〜６３Ｖと高い電圧領域にあるため、磁気エネルギーが早期に放出され、電磁石への通電を停止してからアーマチャが電磁石から離れ始めるまでの無効時間ｄは小さくかつ略一定となる。
【００４８】
本制御回路４０による電源電圧ｖに対する無効時間ｄの関係を測定した結果を図５に示す。
従来特性（図５において破線）に比べ本実施例特性（実線）は電源電圧ｖに対して無効時間ｄが小さく略一定であることが分かる。
【００４９】
無効時間ｄを略一定にすることができるので、第１スイッチ４１，第２スイッチ４２をオフして吸気バルブ８を閉じるタイミングを高い精度で制御することができる。
【００５０】
以上のように従来の制御回路にツェナーダイオード４５を追加する簡単な構成で、電磁石３１が磁気エネルギーを放出する電圧を上げて無効時間ｄを一定にし、バルブタイミング制御を高い精度で行うことができる。
【００５１】
次に別の制御回路５０の例を図６ないし図８に示し説明する。
本制御回路５０は、電源に第１スイッチング手段としての第１スイッチ５１、電磁石３１の電磁コイル３２、第２スイッチング手段であるＦＥＴ５２をこの順に直列に接続して接地し、電磁コイル３２とＦＥＴ５２に対して並列にダイオード５３を介装している。
【００５２】
なおＦＥＴ５２に限らず、第２スイッチング手段としてトランジスタやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子を用いることもできる。
【００５３】
そして互いに向きを対向させた降伏電圧８２Ｖのツェナーダイオード５４，５５および降伏電圧２７Ｖのツェナーダイオード５６，５７の２組を直列に接続して前記ＦＥＴ５２に並列に介装し、２組のツェナーダイオード５４，５５とツェナーダイオード５６，５７の接続点をＦＥＴ５２のゲート端子に接続する。
【００５４】
吸気バルブ８が最下点まで下降して開弁した時点で第１スイッチ５１をオンにすると、電磁コイル３２を介して２組のツェナーダイオードに電圧が掛かり、その２組の接続点の電位によりＦＥＴ５２が導通し、図６に破線矢印で示すように第１スイッチ５１，電磁コイル３２，ＦＥＴ５２の順の経路で電流が流れて電磁コイル３２を通電し電磁石３１を励磁してアーマチャ３４を吸着し吸気バルブ８の開弁状態を維持する。
【００５５】
その後、所要のタイミングで第１スイッチ５１をオフにすると、ＦＥＴ５２が一度非導通となり、電磁コイル３２への通電の停止で生じた逆起電力によりＦＥＴ５２が再び導通し、図７に破線矢印で示すように電磁コイル３２，ＦＥＴ５２，ダイオード５３の順に循環する電流が流れて電磁コイル３２の磁気エネルギーが放出され電磁石３１によるアーマチャ３４の吸着を解除し、付勢手段としてのバルブスプリング１４の付勢力によりアーマチャ３４が電磁石３１から離れ吸気バルブ８を閉じ方向に移動する。
【００５６】
ここにツェナーダイオード５４，５６により電源電圧ｖより高くかつ一定の電圧で電磁石３１の磁気エネルギーを早期に放出することができる。
すなわち図８に示すような電源電圧ｖに対する無効時間ｄの関係（図８において実線）を得ることができ、同無効時間特性から明らかなように従来特性（図８において破線）に比べ無効時間ｄは小さくかつ略一定であり、第１スイッチ５１をオフして吸気バルブ８を閉じるタイミングを高い精度で制御することができる。
【００５７】
以上の実施の形態のほか、電源電圧を例えば４２Ｖと高い電圧とすることでも、電磁石３１の磁気エネルギーを放出するときの電圧を高くでき、無効時間を略一定としてバルブタイミングを高い精度で制御することができる。
【００５８】
また本願発明は、前記従来技術で記述した上下の開弁側電磁石と閉弁側電磁石により交互に吸着・離反を繰り返してバルブの開閉が行われるものについてもその各電磁石の制御にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るバルブタイミング制御装置を適用した内燃機関の動弁機構を図示する断面図である。
【図２】別の状態の同断面図である。
【図３】同バルブタイミング制御装置の制御回路を示す図である。
【図４】同制御回路の別の状態を示す図である。
【図５】本実施の形態における電源電圧に対する無効時間の関係を示す図である。
【図６】別の実施の形態に係るバルブタイミング制御装置の制御回路を示す図である。
【図７】同制御回路の別の状態を示す図である。
【図８】本実施の形態における電源電圧に対する無効時間の関係を示す図である。
【図９】従来のバルブタイミング制御装置の制御回路を示す図である。
【図１０】電磁コイルに掛かる電圧、流れる電流の変化およびアーマチャの変位を示す図である。
【図１１】従来装置における電源電圧に対する無効時間の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…動弁機構、３…シリンダヘッド、４…シリンダヘッドカバー、５…吸気ポート、６…排気ポート、７…燃焼室、８…吸気バルブ、９…排気バルブ、１０，１１…バルブガイド、１２，１３…バルブスプリングリテーナ、１４，１５…バルブスプリング、１６…カムシャフト、１７，１８…ロッカーアームシャフト、１９…吸気側ロッカーアーム、２０…排気側ロッカーアーム、
３０…バルブタイミング制御装置、３１…電磁石、３２…電磁コイル、３３…アーマチャロッド、３４…アーマチャ、３５…受け部材、３６…スプリング、
４０…制御回路、４１…第１スイッチ、４２…第２スイッチ、４３…第１ダイオード、４４…第２ダイオード、４５…ツェナーダイオード、
５０…制御回路、５１…第１スイッチ、５２…ＦＥＴ、５３…ダイオード、５４，５５，５６，５７…ツェナーダイオード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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