(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記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駆動吸排気弁装置において、
前記第１の付勢手段と前記第２の付勢手段とが互いに巻き方向が逆であるコイルスプリングにより形成され、
前記第１及び第２の付勢手段である各コイルスプリングのそれぞれの端部に当接する部材には、前記付勢手段の該部材に対する回転を係止する突起が設けられたことを特徴とする電磁駆動吸排気弁装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の付勢手段の巻数及び材質が同じであることを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動吸排気弁装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の付勢手段である各コイルスプリングは、前記電磁石と前記弁との間に配設されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁駆動吸排気弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁又は排気弁に用いて好適な電磁駆動吸排気弁装置に係り、特に可動部の付勢手段としてコイルスプリングを採用した電磁駆動吸排気弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の吸排気バルブを現在主流であるカム駆動に変えて電動で駆動する構成が提案されている。吸排気バルブを電動駆動する構成によれば、カムシャフト等の回転機構を省略することができると共に、バルブタイミングの変更が容易であることから、内燃機関の運転状態に応じた理想的な開閉弁タイミングを任意に設定可能となり、出力特性、及び燃費特性を改善することが可能となる。
【０００３】
そして、吸排気バルブの電動駆動装置としては電磁石を用いた電磁アクチュエータによる構成が提案されている。この装置の構成は、例えば特開昭５７−４４７１６号公報に開示されている。この構成のアクチュエータにおいては、可動部をバルブの開弁方向に付勢するスプリングと可動部を閉弁方向に付勢するスプリングの２つのスプリングを有し、さらに可動部をそれぞれバルブの開弁方向と閉弁方向とに吸引する２つの電磁石を有している。
【０００４】
この場合、可動部とバルブからなる可動系は、電磁石に電流が流れていない場合には２つのスプリングのバネ力により、２つの電磁石の吸引面からそれぞれ所定の位置だけ離間した中立位置に保持され、また開弁側または閉弁側のどちらか一方の電磁石に電流が通電すると、その際に生じる電磁吸引力により、吸引力がスプリングのばね力に打ち勝って一方の電磁石側に引き寄せられることになる。
【０００５】
この状態で電磁石の電流を遮断すると、今度はスプリングのばね力により可動系は中立位置を一旦通過して他方の電磁石に接近する。このとき他方の電磁石に電流を流しておくと可動系は他方の電磁石に吸引されることになる。
【０００６】
このようにして２つの電磁石の電流の通電、遮断動作に従って可動部を所定の変位幅だけ変位させることを可能にしており、この変位を利用してバルブの開弁と閉弁状態とを切り替えている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の電磁駆動吸排気弁装置においては、可動部を開弁側に付勢するコイルスプリングと、可動部を閉弁側に付勢するコイルスプリングとに同じ部品を使用していたので、これらのコイルスプリングの巻方向が同じとなっていたので、可動部の弁軸方向への運動により一方のコイルスプリングが伸びるときの軸回りの回転方向の力と、他方のコイルスプリングが縮むときの軸回りの回転方向の力とが同一方向となり、可動板に弁軸回りの回転運動が生じていた。
【０００８】
この現象を図６を参照して詳しく説明する。図６において、バルブスプリング１０１の上端面１０１ａには、下方１２１への運動に従って右回りの力１２５が生じると共に、上方１２２への運動に従って左回りの力１２６が生じる。これと同様に、上側スプリング１０２の下端面１０２ａには、下方１２１への運動に従って右回りの力１２３が生じると共に、上方１２２への運動に従って左回りの力１２４が生じる。
【０００９】
従って、図示しない可動板が下方１２１に運動する際に、上側スプリング１０２の下端面１０２ａに生じる右回りの力１２３とバルブスプリング１０１の上端面１０１ａに生じる右回りの力１２５とが同方向になるので可動板を右回りに回転させ、また、可動板が上方１２２に運動する際に、上側スプリング１０２の下端面１０２ａに生じる左回りの力１２４とバルブスプリング１０１の上端面１０１ａに生じる左回りの力１２６とが同方向となるので可動板を左回りに回転させることになり、可動板の上下運動に伴って可動板が弁軸回りに平面視左右に回転運動を行い、電磁石の吸引力が無駄な回転運動に消費されていた。
【００１０】
この回転運動は、弁軸方向の開弁動作または閉弁動作には何等寄与するところはないのみならず、開弁動作時に生じる回転運動の方向と、閉弁動作時に生じる回転運動の方向とが正反対のため、電磁石のから無駄なエネルギーを引き出していることになり、電磁駆動吸排気弁装置の消費電力を増加させるという問題点があった。
【００１１】
またエンジンの吸排気効率を向上させるためにマルチバルブ化を行う場合、シリンダの配列方向に寸法制約が厳しくなり、電磁駆動吸排気弁装置の電磁石及び可動板の形状を弁軸方向に平面視して円形ではなく、シリンダの配列方向に短い矩形とする必要が生じる。
【００１２】
電磁石及び可動板の形状が上記矩形の場合、可動板に弁軸方向に回転運動が生じると、可動板と電磁石とが対向する面積、すなわち有効吸引面積が減少し、吸引力の低下が発生する。この吸引力の低下を補うためには電磁石の電流値を増大させる必要があり、電磁駆動吸排気弁装置の消費電力が増大するという問題点があった。
【００１３】
さらに、平面視矩形の可動板の回転によって、互いに隣接する電磁駆動吸排気弁装置同士の機械的な干渉が生じることを防止するため、電磁駆動吸排気弁装置間のクリアランスを大きく設定したり、隔壁を設ける必要が生じ、エンジンのサイズ及び重量の増加を招くことに加えて、車両への搭載性を悪化させるという問題点があった。
【００１４】
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、消費電力の増大を防止した電磁駆動吸排気弁装置を提供することである。
また本発明の目的は、エンジンのサイズ及び重量の増加を最小限に抑えて隣接する装置間の機械的干渉を防止した電磁駆動吸排気弁装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、上記課題を解決するため、吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記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駆動吸排気弁装置において、前記第１の付勢手段と前記第２の付勢手段とが互いに巻き方向が逆であるコイルスプリングにより形成され、前記第１及び第２の付勢手段である各コイルスプリングのそれぞれの端部に当接する部材には、前記付勢手段の該部材に対する回転を係止する突起が設けられたことを要旨とする。
【００１６】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の電磁駆動吸排気弁装置において、前記第１及び第２の付勢手段である各コイルスプリングの巻数及び材質が同じであることを要旨とする。
【００１８】
請求項３記載の本発明は、請求項１または請求項２記載の電磁駆動吸排気弁装置において、前記第１及び第２の付勢手段は、前記電磁石と前記弁との間に配設されたことを要旨とする。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、吸気弁又は排気弁の各弁軸に連接された可動板と、該可動板の両作用面に対向して配設された２つの電磁石と、前記弁軸又は前記可動板である可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段と、前記可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段とを備え、前記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駆動吸排気弁装置において、前記第１の付勢手段と前記第２の付勢手段とを互いに巻き方向が逆であるコイルスプリングにより形成し、前記第１及び第２の付勢手段である各コイルスプリングのそれぞれの端部に当接する部材には、前記付勢手段の該部材に対する回転を係止する突起を設けたので、可動部が弁軸方向へ滑動する際に一方のコイルスプリングが及ぼす回転方向の力と他方のコイルスプリングが及ぼす回転方向の力とが互いに逆向きとなって打ち消し合うため、可動部の回転運動を抑制することができ、無駄な運動のための電磁石の消費電力を低減するとともに、隣接する電磁駆動吸排気弁装置間の干渉を防止することができるという効果がある。
また請求項１記載の本発明によれば、前記第１及び第２の付勢手段であるコイルスプリングのそれぞれの端部に当接する部材には、前記付勢手段の該部材に対する回転を係止する突起を設けたことにより、コイルスプリング端部における不安定な摩擦力に依存することなく、これらコイルスプリングが可動板に与える回転力を均等にすることができる。
【００２０】
請求項２記載の本発明によれば、前記第１及び第２の付勢手段であるコイルスプリングの巻数及び材質を同じとしたので、可動部が弁軸方向へ滑動する際に一方のコイルスプリングが及ぼす回転方向の力と他方のコイルスプリングが及ぼす回転方向の力とが互いに逆向き、かつ同じ大きさとなって、互いにほぼ完全に打ち消し合うため、可動部の回転運動をさらに抑制することができ、電磁石の消費電力低減及び隣接する電磁駆動吸排気弁装置間の干渉を防止することができる。
【００２２】
請求項３記載の本発明によれば、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加えて、前記第１及び第２の付勢手段は、前記電磁石と前記弁との間に配設されたことにより、一方の付勢手段が伸長するとき、他方の付勢手段が圧縮して空いた空間に侵入することができるので、これら付勢手段を配設するための空間高を縮小し、さらにはエンジンの高さを縮小し車両への搭載性を高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置１の第１の実施形態の構成を示す縦断面図であり、図２は第１実施形態の要部拡大図である。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。
【００２４】
図１において、電磁駆動吸排気弁装置１は、エンジンのシリンダヘッド２、バルブ３、バルブリテーナ４、付勢手段としての閉弁側のコイルスプリングであるバルブスプリング５、装置の筐体６、７、８、開弁側電磁石９、閉弁側電磁石１０、シャフト１１、可動板１２、スプリングシート１３、付勢手段としての開弁側コイルスプリングである上側スプリング１４、スプリングカバー１５を備えている。
【００２５】
バルブ３の弁軸３ａは、シリンダヘッド２に埋め込まれた円筒形のバルブガイド２ａの内部を上下に摺動可能になっている。また弁軸３ａにはバルブリテーナ４が固定されている。バルブリテーナ４とシリンダヘッド２の間にはバルブスプリング５が圧縮されて装着されており、このためバルブ３はシリンダヘッド２のポート２ｂを閉じる方向（閉弁方向）に付勢されることになる。
【００２６】
シリンダヘッド２には装置の筐体である６、７および８が固定されている。筐体内には開弁側電磁石９および閉弁側電磁石１０が設けられている。電磁石９および１０は直接筐体６および８に固定されて設置されている。
【００２７】
電磁石９、１０にはそれぞれ電磁コイル９ａ、１０ａが設けられており、各電磁コイル９ａ、１０ａには図外の駆動回路より駆動電流が供給される。その場合には、電磁石の吸引面９ｂ、１０ｂが吸引力を発生することになる。
電磁石９および１０の中心部には、弁軸３ａに連接されたシャフト１１が弁軸方向に摺動可能なように設置されている。シャフト１１の中間部分には軟磁性体からなる可動板１２が固定されている。
【００２８】
また、シャフト１１のシリンダヘッド２と反対側の端部にはススプリングシート１３が固定されており、筐体に固定されたスプリングカバー１５との間に圧縮されて設置されたバネである上側スプリング１４の作用により、シャフト１１は開弁方向に付勢されている。
【００２９】
シャフト１１はバルブ３の弁軸３ｂと同軸上に設けられており、シャフト１１のシリンダヘッド２側の端部は、弁軸３ａの頂面３ｃと対向している。そのためシャフト１１に開弁方向（図の下向き）の力が作用した場合には、シャフト１１がバルブ３を押してバルブ３を開弁し、逆にシャフト１１が閉弁方向（図の上向き）に移動した場合には、バルブ３はバルブシート２ｃに当接してポート２ｂを塞ぐまで閉弁方向に変位することになる。このようにして、電磁石９、１０の吸引動作により、バルブ３の開閉を可能にしている。
【００３０】
可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段である上側スプリング１４と、可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段であるバルブスプリング５とは、互いに巻方向が逆となっている。さらに、上側スプリング１４とバルブスプリング５とは巻方向以外の巻数及び材質等の仕様が同じであることが好ましい。
【００３１】
これにより、上側スプリング１４が可動板１２に対して弁軸方向の回りに及ぼす回転力の方向と、バルブスプリング５が可動板１２に対して弁軸方向の回りに及ぼす回転力の方向とが互いに逆向きとなって打ち消し合うことになる。
【００３２】
図２は、本実施形態の要部拡大図であり、バルブスプリング５と上側スプリング１４とを拡大して示すとともに、可動板の弁軸方向の運動に従って発生する弁軸回りの力を示すものである。
【００３３】
図２に示すように、上側スプリング１４の下端面１４ａには、下方２１への運動に従って左回りの力２３が生じると共に、上方２２への運動に従って右回りの力２４が生じる。
これとは逆に、バルブスプリング５の上端面５ａには、下方２１への運動に従って右回りの力２５が生じると共に、上方２２への運動に従って左回りの力２６が生じる。
【００３４】
従って、図示しない可動板が下方２１に運動する際に、上側スプリング１４の下端面１４ａに生じる左回りの力２３とバルブスプリング５の上端面５ａに生じる右回りの力２５とが打ち消し合うことになり、また、可動板が上方２２に運動する際に、上側スプリング１４の下端面１４ａに生じる右回りの力２４とバルブスプリング５の上端面５ａに生じる左回りの力２６とが打ち消し合うことになり、可動板の弁軸まわりの運動を減少させ、電磁石の吸引力が無駄な運動に消費されることが少なくなる。
【００３５】
さらに、上側スプリング１４とバルブスプリング５とは、巻方向が逆で巻数及び材質が同じであるようにすれば、上記の互いに打ち消し合う力の大きさが等しくなり、可動板の弁軸まわりに生じる力を相殺し、可動板の回転運動を抑制し、電磁石の吸引力が無駄な運動に消費されることがなくなる。
【００３６】
図３は、第２実施形態の要部拡大側面図である。電磁駆動吸排気弁装置全体の構成としては、第１実施形態とほぼ同様であるが、バルブスプリング５および上側スプリング１４のそれぞれの端部に接する部材に、これらスプリング５、１４の回転を係止する突起が設けられている点が異なっている。
【００３７】
すなわち図３において、シリンダヘッド２のバルブスプリング５に対向する面には、バルブスプリング５の下端部５ｂに突き当たってバルブスプリング５の回転を係止する突起である回り止め２ｄが設けられている。またバルブリテーナ４のバルブスプリング５に対向する面（下面）には、バルブスプリング５の上端部５ｃに突き当たってバルブスプリング５の回転を係止する突起である回り止め４ａが設けられている。
【００３８】
同様に、スプリングシート１３の上側スプリング１４に対向する上面には、上側スプリング１４の下端部１４ｂに突き当たって上側スプリング１４の回転を係止する突起である回り止め１３ａが設けられている。またスプリングカバー１５の上側スプリング１４に対向する内面には、上側スプリング１４の上端部１４ｃに突き当たって上側スプリング１４の回転を係止する突起である回り止め１５ａが設けられている。
【００３９】
これらの回り止め２ｄ，４ａ，１３ａ，１５ａにより、バルブスプリング５及び上側スプリング１４のそれぞれの両端部がそれぞれのバネ受け面に対して滑りを生じることがなくなり相対的に回転運動を行うことがないので、バルブスプリング５及び上側スプリング１４が可動板１２に与える回転力の大きさが異なることがなくなり、より精度よく相殺することができる。
【００４０】
図４は、本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置５１の第３の実施形態の構成を示す縦断面図であり、図５は第３実施形態の要部拡大図である。
【００４１】
図４において、電磁駆動吸排気弁装置５１は、エンジンのシリンダヘッド２、バルブ３、バルブリテーナ４、付勢手段としての閉弁側のコイルスプリングであるバルブスプリング５、装置の筐体６、７、８、開弁側電磁石９、閉弁側電磁石１０、シャフト１１、可動板１２、スプリングシート１３、付勢手段としての開弁側コイルスプリングである上側スプリング１４を備えている。
【００４２】
図４の第３実施形態と図１に示した第１実施形態との相違は、可動部を開弁側に付勢するコイルスプリングである上側スプリング１４が２つの電磁石９、１０より下方に配設され、シリンダヘッド２の内部に収容されていることである。これに伴って、スプリングシート１３の位置も下方に移動され、さらに第１実施形態で用いたスプリングカバー１５は不要となっていることである。その他の構成及び動作は第１実施形態と同様である。
【００４３】
そして、可動部を開弁側に付勢する第１の付勢手段である上側スプリング１４と、可動部を閉弁側に付勢する第２の付勢手段であるバルブスプリング５とは、互いに巻方向が逆となっている。さらに、上側スプリング１４とバルブスプリング５とは巻方向以外の巻数及び材質等の仕様が同じであることが好ましい。
【００４４】
これにより、上側スプリング１４が可動板１２に対して弁軸方向の回りに及ぼす回転力の方向と、バルブスプリング５が可動板１２に対して弁軸方向の回りに及ぼす回転力の方向とが互いに逆向きとなって打ち消し合うことになる。
【００４５】
さらに、上側スプリング１４とバルブスプリング５とは、巻方向が逆で巻数及び材質が同じであるようにすれば、上記の互いに打ち消し合う力の大きさが等しくなり、可動板の弁軸まわりに生じる力を相殺し、可動板の回転運動を抑制し、電磁石の吸引力が無駄な運動に消費されることがなくなる。
【００４６】
なお、本実施形態の構成によれば、上側スプリング１４とバルブスプリング５とは、電磁石９、１０とバルブ３との間に配設されたことにより、一方のスプリングが伸長するとき、他方のスプリングが圧縮して空いた空間に侵入することができるので、これら上側スプリング１４とバルブスプリング５を配設するための空間高を縮小し、さらにはエンジンの高さを縮小し車両への搭載性を高めることができる。
【００４７】
図５は、第４実施形態の要部拡大側面図である。電磁駆動吸排気弁装置全体の構成としては、第３実施形態とほぼ同様であるが、バルブスプリング５および上側スプリング１４のそれぞれの端部に接する部材に、これらスプリング５、１４の回転を係止する突起が設けられている点が異なっている。
【００４８】
すなわち図５において、シリンダヘッド２のバルブスプリング５に対向する面には、バルブスプリング５の下端部５ｂに突き当たってバルブスプリング５の回転を係止する突起である回り止め２ｄが設けられている。またバルブリテーナ４のバルブスプリング５に対向する面（下面）には、バルブスプリング５の上端部５ｃに突き当たってバルブスプリング５の回転を係止する突起である回り止め４ａが設けられている。
【００４９】
同様に、スプリングシート１３の上側スプリング１４に対向する上面には、上側スプリング１４の下端部１４ｂに突き当たって上側スプリング１４の回転を係止する突起である回り止め１３ａが設けられている。また筐体６の上側スプリング１４に対向する面には、上側スプリング１４の上端部１４ｃに突き当たって上側スプリング１４の回転を係止する突起である回り止め６ａが設けられている。
【００５０】
これらの回り止め２ｄ，４ａ，１３ａ，６ａにより、バルブスプリング５及び上側スプリング１４のそれぞれの両端部がそれぞれのバネ受け面に対して滑りを生じることがなくなり相対的に回転運動を行うことがないので、バルブスプリング５及び上側スプリング１４が可動板１２に与える回転力の大きさが異なることがなくなり、より精度よく相殺することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁駆動吸排気弁装置の第１の実施形態の構成を示す縦断面図である。
【図２】第１実施形態の要部拡大側面図である。
【図３】第２実施形態の要部拡大側面図である。
【図４】第３実施形態の構成を示す縦断面図である。
【図５】第４実施形態の要部拡大側面図である。
【図６】従来例の電磁駆動吸排気弁装置の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１  電磁駆動吸排気弁装置
２  シリンダヘッド
３  バルブ
４  バルブリテーナ
５  バルブスプリング
６、７、８  筐体
９  開弁側電磁石
１０  閉弁側電磁石
１１  シャフト
１２  可動板
１３  スプリングシート
１４  上側スプリング
１５  スプリングカバー
【図１】
0004008132.tif 000002
【図２】
0004008132.tif 000003
【図３】
0004008132.tif 000004
【図４】
0004008132.tif 000005
【図５】
0004008132.tif 000006
【図６】
0004008132.tif 000007