(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁あるいは排気弁のバルブボディと、
前記バルブボディに接続される可動子シャフト、ならびに磁性材からなる可動子本体を有する可動子と、
前記可動子本体を吸引して前記バルブボディおよび前記可動子を弁閉方向に移動させる電磁力を発生する第１のコイル部を有する第１の固定子と、
前記可動子本体を挟んで前記第１の固定子に対向して配設され、前記可動子本体を吸引して前記バルブボディおよび前記可動子を弁開方向に移動させる電磁力を発生する第２のコイル部を有する第２の固定子と、
前記バルブボディあるいは前記可動子を弁開方向に付勢する第１の付勢手段と、
前記第１の付勢手段に対向して配設され、前記バルブボディあるいは前記可動子を弁閉方向に付勢する第２の付勢手段と、
前記可動子の平衡中立位置を流体圧力によって変更させる流体圧力室、ならびに前記流体圧力室に供給される作動流体が逆流することを防止する逆止弁を有する中立位置変更手段と、
を備えることを特徴とするバルブ駆動装置。
【請求項２】
前記中立位置変更手段は、前記流体圧力室に供給される作動流体を開放可能なリリーフ弁を有することを特徴とする請求項１記載のバルブ駆動装置。
【請求項３】
前記リリーフ弁は、リリーフ弁本体と、前記リリーフ弁本体を弁開方向に付勢する第３の付勢手段とを有することを特徴とする請求項２記載のバルブ駆動装置。
【請求項４】
前記第２の付勢手段は、付勢力が前記第１の付勢手段の付勢力よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１、２または３記載のバルブ駆動装置。
【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（以下、「内燃機関」をエンジンという）の吸気弁あるいは排気弁を電磁力により駆動するバルブ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの吸気弁あるいは排気弁を電磁力により駆動するバルブ駆動装置が知られている。このようなバルブ駆動装置においては、吸気弁あるいは排気弁の開閉タイミングをエンジンの運転条件に応じて吸気あるいは排気が良好に行われるように制御することにより、エンジンの安定性向上、燃費の向上、あるいは排気エミッションを低減することが可能である。
【０００３】
上記の従来のバルブ駆動装置としては、電磁力を発生するコイル部に無通電時、バルブボディが半開きの位置になるように、バルブボディを弁開方向に付勢する第１のスプリングと、バルブボディを弁閉方向に付勢する第２のスプリングとのセット荷重が調整されているのが一般的である。このように、アーマチャおよびバルブボディを質量として含むばね−質量系から構成されるバルブ駆動装置は、消費電力が少ないという優れた特性をもっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コイル部に無通電時、バルブボディが半開きの位置になるように、第１および第２のスプリングのセット荷重が調整されているバルブ駆動装置においては、エンジン始動時にバルブ開閉のための充分な起磁力を得るため、ばね−質量系の固有振動を励起している。すなわち、第１のスプリングと第２のスプリングとを対向して設けたときの合成したスプリングの固有振動数で、コイル部に通電、無通電を繰返して行い、バルブボディを振動させて次第に振幅を大きくしている。そして、始動位置、例えば着座位置にバルブボディおよびアーマチャを保持している。
【０００５】
しかしながら、上記構成のバルブ駆動装置では、始動開始前に中間位置にあるアーマチャを励起により始動位置に導くために最適な励起回数を知る必要がある。必要以上に励起回数が多くなると、バルブボディがシート部に激突したり、可動子が電磁石に激突したりして打音を発生し、始動時間が増大するという問題がある。また、最適な励起回数は温度等の環境条件で大きく変化するため、励起回数の最適値を知ることは困難であり、センサ等の検知手段を設けると製造コストが増大するという問題がある。
【０００６】
そこで、特開昭５７−４４７１６号公報に開示されるように、励起始動の代わりにスプリング系の平衡位置を変更する圧縮デバイスとして電磁石を設けて、電磁的に作動させるバルブ駆動装置が知られている。しかしながら、特開昭５７−４４７１６号公報に開示されるバルブ駆動装置においては、電磁石を追加することにより製造コストが増大し、プランジャがコアに衝突する際に打音が発生するという問題があった。さらに、作動中はアーマチャの中立位置調整用の揺動子を電磁力で保持する必要があるため、消費電力が増大するという問題があった。
【０００７】
また、特開平８−４５１３号公報に開示されるように、アーマチャの平衡中立位置を油圧により変更するための中立位置変更手段を備えたバルブ駆動装置が知られている。しかしながら、特開平８−４５１３号公報に開示されるバルブ駆動装置においては、搭載スペースを考慮した場合、油圧面積を大きくとることができないため、中立位置変更プレートを始動時に所定位置まで移動すること、ならびに作動中に保持することに高い油圧が必要であり、油圧ポンプの容量を大きくしなければならないという問題があった。また、作動中に中立位置変更プレートを電磁力で保持する場合においては、電磁石を追加することにより製造コストが増大し、さらに消費電力が増大するという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、エンジン始動時における打音の発生を防止し、消費電力を低減するバルブ駆動装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、簡単な構成で製造コストを低減するバルブ駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のバルブ駆動装置によると、中立位置変更手段は、可動子の平衡中立位置を流体圧力によって変更させる流体圧力室を有しているので、温度等の環境条件が変動しても１回の作動で可動子の平衡中立位置を変更させる。したがって、作動回数の過多による打音の発生を防止し、始動時間を短縮することができる。また、流体圧力を用いることにより、電磁力を用いるよりも消費電力を低減することができる。
【００１０】
さらに、流体圧力室に供給される作動流体が逆流することを防止する逆止弁を設けることで、流体圧力室に作動流体を供給する流体ポンプの圧力脈動のピーク圧力で作動流体を供給することが可能となり、流体ポンプの能力を小さく設定することができる。
【００１１】
さらにまた、簡単な構成でエンジン始動時における打音の発生を防止し、短時間で始動を開始するので、電磁力を用いるよりも製造コストを低減することができる。
【００１２】
さらにまた、吸気弁あるいは排気弁の開閉タイミングに合わせて流体圧力室に流体圧力を供給することで、流体ポンプの能力を小さく設定しても流体圧力室に流体圧力を効率よく供給し、バルブの開閉制御を向上することができる。
【００１３】
本発明の請求項２記載のバルブ駆動装置によると、中立位置変更手段は、流体圧力室に供給される作動流体を開放可能なリリーフ弁を有しているので、エンジン停止時、流体ポンプが停止したときに上記のリリーフ弁が弁開状態となるように設定することで、エンジン停止時に流体圧力室内の作動流体を抜いて、バルブボディを例えば着座位置等の始動位置に移動させることができる。したがって、エンジン再始動時の始動性を良好にすることができる。
【００１４】
本発明の請求項３記載のバルブ駆動装置によると、リリーフ弁は、リリーフ弁本体を弁開方向に付勢する第３の付勢手段を有しているので、エンジン停止時に流体圧力室内の作動流体を確実にかつ速やかに抜き、バルブボディを始動位置に確実にかつ速やかに移動させることができる。したがって、エンジン再始動時の始動性をさらに良好にすることができる。
【００１５】
本発明の請求項４記載のバルブ駆動装置によると、第２の付勢手段は、付勢力が第１の付勢手段の付勢力よりも大きく設定されているので、エンジン停止時に吸気弁あるいは排気弁を弁閉位置に保持することができる。したがって、エンジンピストンとバルブボディとの相互干渉、ならびに吸気弁と排気弁との相互干渉を防止し、上記の相互干渉による異音の発生、ならびにエンジンピストンやバルブボディの変形および作動不良を防止することができる。さらに、第１の付勢手段の付勢力を小さく設定することで、コイル部の残留磁気等の損失を補い、作動時の消費電力を低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるバルブ駆動装置を図１〜図４に示す。第１実施例のバルブ駆動装置１００は、エンジンの吸気弁を電磁力により駆動するバルブ駆動装置である。図１は、開閉制御中のバルブボディ１が半開きの状態を示し、図２は、エンジン停止時の状態を示し、図３は、アッパコイル３１に通電した弁閉状態を示し、図４は、ロアコイル３６に通電した弁開状態を示している。
【００１７】
図１〜図４に示すバルブボディ１は、エンジンの燃焼室２に燃料と空気を供給する吸気口３を所定のタイミングで開閉制御される。バルブボディ１は、エンジンブロック４に形成されるスプリング収容室４０に向けて延長して形成されるステム１１により軸方向上下に移動する。またバルブボディ１は、軸方向の移動を案内するステムガイド５によりエンジンブロック４に対して摺動自在に保持されている。エンジンブロック４には、後述する油路１１１に連通する図示しない油路を経由して後述するオイルポンプ１１０が接続されている。
【００１８】
スプリング収容室４０内には、第１の付勢手段としての第１のスプリング４１および第２の付勢手段としての第２のスプリング７１が収容されている。第１のスプリング４１は、一方の端部がスプリング座５６を介して後述するピストン部材５３に当接し、他方の端部がスプリング座４７を介してアッパリテーナ４２に当接している。アッパリテーナ４２は後述するアーマチャシャフト２２の端部にコッタ４５により固定されているので、第１のスプリング４１はバルブボディ１を弁開方向に付勢するとともに、油圧ピストン５３を図１〜図４の上方に付勢している。またアッパリテーナ４２には、後述するダンパピストン９６に当接可能な凸部４３と、後述するロアリテーナ７２の凸部７３に嵌合される凹部４４とが形成されている。
【００１９】
第２のスプリング７１は、一方の端部がロアリテーナ７２に当接し、他方の端部がスプリング収容室４０の内底面４６に当接している。ロアリテーナ７２はバルブボディ１のステム１１の端部にコッタ７５により固定されているので、第２のスプリング７１はバルブボディ１を弁閉方向に付勢している。またロアリテーナ７２には、アッパリテーナ４２の凹部４４に嵌合される凸部７３が形成されている。ここで、第１のスプリング４１のセット荷重は例えば１００Ｎに設定されており、第２のスプリング７１のセット荷重は例えば１５０Ｎに設定されている。すなわち、第２のスプリング７１は、付勢力が第１のスプリング４１の付勢力よりも大きく設定されている。したがって、エンジン停止時にバルブボディ１を弁閉位置に保持することができる。
【００２０】
ハウジング６０は、概略円筒形または矩形状のアッパハウジング６１と、概略円筒形または矩形状のミドルハウジング６２と、概略円筒形または矩形状のロアハウジング６３とからなり、スプリング収容室４０を形成するエンジンブロック４の内壁にストッパ部材５５を介して嵌め込まれ固定されている。ハウジング６０内には、アーマチャ２０と、第１の固定子としてのアッパコア３０と、第２の固定子としてのロアコア３５と、軸受部としてのシャフトガイド２６および８０と、ダンパピストン９１および９６とが収容されている。
【００２１】
可動子としてのアーマチャ２０は、アーマチャ本体２１とアーマチャシャフト２２とから構成され、軸方向の移動を案内するシャフトガイド２６および８０により、アッパコア３０およびロアコア３５に対して摺動自在に支持されている。アーマチャ本体２１は、アッパコア３０とロアコア３５との間に配設され、円板または矩形状の鉄等の磁性材からなる。またアーマチャ本体２１は、ダンパピストン９１に当接可能な凸部２４を有している。
【００２２】
可動子シャフトとしてのアーマチャシャフト２２は、一方の端部がアーマチャ本体２１の略中心部に嵌め込まれており、他方の端部がアッパリテーナ４２およびロアリテーナ７２を介してバルブボディ１のステム１１の端部に当接可能にステム１１に接続されている。アーマチャシャフト２２は、例えばステンレス鋼からなり、外壁に軸方向に形成される溝部２３を有している。溝部２３は、アーマチャシャフト２２の外壁に複数本形成されており、シャフトガイド８０に形成される油路８１に連通している。この溝部２３にオイルが供給されることにより、アーマチャシャフト２２とシャフトガイド２６および８０との摺動抵抗を低減するとともに、ダンパピストン９１および９６にオイルを供給することができる。
【００２３】
アッパコア３０は、アッパハウジング６１に収容されており、鉄等の磁性材により形成されている。アッパコア３０の内部に第１のコイル部としてのアッパコイル３１が巻回されている。アッパコイル３１は通電されると、アッパコア３０がアーマチャ本体２１を吸引して弁閉方向にアーマチャ２０およびバルブボディ１を移動させる電磁力を発生する。
【００２４】
ロアコア３５は、ロアハウジング６３に収容されており、アーマチャ本体２１を挟んでアッパコア３０に対向して配設されている。ロアコア３５は鉄等の磁性材により形成されている。ロアコア３５の内部に第２のコイル部としてのロアコイル３６が巻回されている。ロアコイル３６は通電されると、ロアコア３５がアーマチャ本体２１を吸引して弁開方向にアーマチャ２０およびバルブボディ１を移動させる電磁力を発生する。
【００２５】
アッパコア３０とロアコア３５との間にはミドルハウジング６２が配設されており、ミドルハウジング６２の厚みにより、アーマチャ２０の移動量が規制される。
【００２６】
シャフトガイド２６および８０は、アーマチャシャフト２２を軸方向に摺動可能に支持するものである。シャフトガイド８０は、ロアハウジング６３に形成される油路１１１と、アーマチャシャフト２２の溝部２３とを連通する油路８１を有している。この油路８１にオイルが供給されることで、シャフトガイド２６および８０とアーマチャシャフト２２との摺動を良好にしている。
【００２７】
ダンパピストン９１および９６は、シャフトガイド２６および８０の軸方向に互いに対向して設けられている。ダンパピストン９１は、シャフトガイド２６の一端に設けられてアーマチャ本体２１がロアコア３５に着座する直前にダンパ機能を発揮するものであり、またダンパピストン９６は、シャフトガイド８０の他端に設けられてアーマチャ本体２１がアッパコア３０に着座する直前にダンパ機能を発揮するものである。ダンパピストン９１および９６は、シャフトガイド２６および８０によって軸方向に摺動可能に支持されており、それぞれ所定の位置でアーマチャ本体２１の凸部２４およびアッパリテーナ４２の凸部４３と当接可能である。また、シャフトガイド２６の一方の端部、ならびにシャフトガイド８０の他方の端部にはダンパストッパ９３および９８が設けられており、ダンパピストン９１および９６の移動量が規制されている。
【００２８】
アーマチャシャフト２２の外壁と、シャフトガイド２６の内壁と、ダンパピストン９１の外壁とでダンパ室９４が形成されており、図３に示すように、弁閉時において、ダンパ室９４はアーマチャシャフト２２の溝部２３と連通し、アーマチャシャフト２２の溝部２３と、油路８１および１１１とを経由してダンパ室９４にオイルが供給される構成となっている。また、アーマチャシャフト２２の外壁と、シャフトガイド８０の内壁と、ダンパピストン９６の外壁とでダンパ室９９が形成されており、図４に示すように、弁開時において、ダンパ室９９はアーマチャシャフト２２の溝部２３と連通し、アーマチャシャフト２２の溝部２３と、油路８１および１１１とを経由してダンパ室９９にオイルが供給される構成となっている。
【００２９】
シャフトガイド８０の外壁には、ピストン部材５３が軸方向に摺動可能に支持されており、ロアハウジング６３のエンジンブロック４側の内壁と、シャフトガイド８０の外壁と、ピストン部材５３の反エンジンブロック側の外壁とで流体圧力室としての油圧室５１が形成されている。この油圧室５１は油路８１および１１１に連通している。
【００３０】
ピストン部材５３は、油圧室５１に供給される油圧により第１および第２のスプリング４１および７１の平衡位置を変更するための部材であって、シャフトガイド８０を軸方向に摺動し、ストッパ部材５５に当接可能である。ピストン部材５３の外周壁にはシール部材５４が嵌合されている。ピストン部材５３の外周壁とロアハウジング６３の内周壁との間には微小クリアランスが設けられており、このクリアランスを介して油圧室５１とスプリング収容室４０との間にオイルが漏れることをシール部材５４により防止している。
【００３１】
ストッパ部材５５は、ロアハウジング６３とエンジンブロック４との間に固定されており、ピストン部材５３のエンジンブロック４側への摺動を規制している。また、ピストン部材５３の反エンジンブロック側への摺動は、ロアハウジング６３の内壁により規制されている。
【００３２】
ロアハウジング６３に形成される油路１１１は、逆止弁１２０を介してオイルポンプ１１０と連通可能であり、また、リリーフ弁１３０を介してドレイン１０９と連通可能である。逆止弁１２０は、オイルポンプ１１０から油圧室５１に供給されるオイルが逆流することを防止するためのものであって、逆止弁本体１２１を有している。オイルポンプ１１０と油路１１１との間に逆止弁１２０を設けることで、オイルポンプ１１０の圧力脈動のピーク圧力で油圧室５１にオイルを供給することが可能となり、オイルポンプ１１０の能力を小さく設定することができる。
【００３３】
またリリーフ弁１３０は、油圧室５１に供給されるオイルを開放することが可能であり、リリーフ弁本体１３１と、第３の付勢手段としてのスプリング１３２を有している。リリーフ弁本体１３１は、オイルポンプ１１０側の受圧面積が油圧室５１側の受圧面積よりも大きく設定されているので、エンジン停止時、オイルポンプ１１０が停止したときに第１および第２のスプリング４１および７１の付勢力により発生する油圧によってリリーフ弁本体１３１が弁開側に移動し、油圧室５１内のオイルをドレイン１０９に抜くことができる。さらにスプリング１３２は、リリーフ弁本体１３１を弁開方向に付勢しているので、エンジン停止時に油圧室５１内のオイルを確実にかつ速やかにドレイン１０９に抜くことができる。ここで、オイルポンプ１１０は、エンジンの潤滑部へオイルを供給するためのものを兼用してもよいし、バルブ駆動装置１００の専用のものとして設けられていてもよい。
【００３４】
オイルポンプ１１０から油圧室５１にオイルを供給することで、この油圧によりピストン部材５３がエンジンブロック４側へ摺動し、ピストン部材５３はストッパ部材５５に係止され、第１および第２のスプリング４１および７１の平衡位置が変更される。これにより、図１に示すように、アーマチャ２０の中立位置はアッパコア３０とロアコア３５との略中心位置となる。このとき、図３に示すように、アッパコイル３１が通電されていると、電磁力によりアーマチャ本体２１がアッパコア３０に吸着され、油圧室５１にオイルを供給してもアーマチャ２０およびバルブボディ１は移動せず、第１および第２のスプリング４１および７１の平衡位置変更によりアーマチャ２０およびバルブボディ１は弁閉方向に付勢される。ここで、油圧室５１、ピストン部材５３、オイルポンプ１１０、逆止弁１２０およびリリーフ弁１３０は中立位置変更手段を構成している。
【００３５】
上記の構成のバルブ駆動装置１００において、エンジン始動前、すなわちアッパコイル３１およびロアコイル３６に無通電時であって、オイルポンプ１１０が停止しているとき、アーマチャ本体２１がアッパコア３０と接するか、もしくはアーマチャ本体２１とアッパコア３０との間に微小なクリアランスを有するように、第１のスプリング４１および第２のスプリング７１のセット荷重が調整されている。このとき、バルブボディ１は、図２に示すように弁閉状態にある。そして、エンジン動作中は、オイルポンプ１１０が作動して油圧室５１にオイルが供給され、さらにアッパコイル３１とロアコイル３６とが交互に通電されて弁閉状態と弁開状態とを繰返す。
【００３６】
次に、バルブ駆動装置１００の始動を開始する方法について説明する。
(1) エンジン始動時、スタートの命令入力が電子制御装置に入力され、電子制御装置からの指示により、アッパコイル３１が通電されてアッパコア３０がアーマチャ本体２１を吸着する。その後、オイルポンプ１１０を作動させて逆止弁１２０および油路１１１を経由して油圧室５１にオイルを供給する。すると、ピストン部材５３がエンジンブロック４側に摺動し、ストッパ部材５５に当接する。これにより、図３に示すように、第１および第２のスプリング４１および７１の平衡位置が変更されてアーマチャ２０およびバルブボディ１は弁閉方向に付勢され、アーマチャ２０およびバルブボディ１を始動位置に保持することができる。このとき、温度等の環境条件が変化しても１回の作動で始動位置にアーマチャ２０およびバルブボディ１を導くことができる。したがって、作動回数の過多による打音の発生を防止し、始動時間を短縮することができる。さらに、オイルポンプ１１０と油路１１１との間に逆止弁１２０を設けることで、オイルポンプ１１０の圧力脈動のピーク圧力で油圧室５１にオイルを供給することが可能となり、オイルポンプ１１０の能力を小さく設定することができる。さらにまた、簡単な構成でエンジン始動時における打音の発生を防止し、短時間で始動を開始するので、電磁力を用いるよりも消費電力および製造コストを低減することができる。
【００３７】
(2) 油圧室５１に油圧を供給し、ピストン部材５３をストッパ部材５５に当接した状態で保持して開閉制御に移行する。開閉制御においては、アッパコイル３１とロアコイル３６とが交互にタイミングよく通電され、第１および第２のスプリング４１および７１の付勢力を利用して弁閉状態と弁開状態とを繰返す。このとき、図４に示す最大弁開状態において、油圧室５１から漏れるオイルの補充分をオイルポンプ１１０から油圧室５１に供給することにより、オイルポンプ１１０の能力を小さく設定しても油圧室５１にオイルを効率よく供給し、開閉制御を良好に行い、消費電力を低減することができる。
【００３８】
(3) 図２に示すように、エンジン停止時においては、アッパコイル３１およびロアコイル３６が無通電となり、オイルポンプ１１０が停止する。そして、油路１１１およびリリーフ弁１３０を経由して油圧室５１の油圧をドレイン１０９に抜くことにより、ピストン部材５３が反エンジンブロック側へ摺動してロアハウジング６３の内壁に当接する。これにより、アーマチャ２０およびバルブボディ１は始動位置、すなわち弁閉位置に移動する。このとき、リリーフ弁１３０にはスプリング１３２が設けられているので、油圧室５１内のオイルを確実にかつ速やかにドレイン１０９に抜き、アーマチャ２０およびバルブボディ１を始動位置に確実にかつ速やかに移動させることができる。したがって、エンジン再始動時の始動性を良好にすることができる。
【００３９】
次に、ダンパピストン９１および９６の作動について説明する。
(4) 弁開時、図４に示すように、アーマチャ本体２１がロアコア３５に着座する直前において、アーマチャ本体の凸部２４はダンパピストン９１に衝突する。このとき、ダンパ室９４に溜められたオイルによりダンパ作用が発生する。したがって、アーマチャ本体２１がロアコア３５に直接衝突して大きな衝撃音が発生したり、アーマチャ本体２１およびロアコア３５が破損したりすることを防止することができる。このとき、ダンパ室９９はアーマチャシャフト２２の溝部２３と連通し、油路８１および１１１を経由してダンパ室９９にオイルが供給される。
【００４０】
(5) 弁閉時、図３に示すように、アーマチャ本体２１がアッパコア３０に着座する直前において、アッパリテーナ４２の凸部４３はダンパピストン９６に衝突する。このとき、ダンパ室９９に溜められたオイルによりダンパ作用が発生する。したがって、アーマチャ本体２１がアッパコア３０に直接衝突して大きな衝撃音が発生したり、アーマチャ本体２１およびアッパコア３０が破損したりすることを防止することができる。このとき、ダンパ室９４はアーマチャシャフト２２の溝部２３と連通し、油路８１および１１１を経由してダンパ室９４にオイルが供給される。
【００４１】
（第２実施例）
本発明の第２実施例によるバルブ駆動装置を図５〜図８に示す。図１〜図４に示す第１実施例のバルブ駆動装置１００と同一構成部分に同一符号を付す。図５は、開閉制御中のバルブボディ１が半開きの状態を示し、図６は、エンジン停止時の状態を示し、図７は、アッパコイル１３１に通電した弁閉状態を示し、図８は、ロアコイル１３６に通電した弁開状態を示している。
【００４２】
図５〜図８に示すように、エンジンブロック４には、後述する油路１６４、１６５および１６６に連通するオイル供給路１６７が形成されており、オイル供給路１６７には、図示しない油路を経由してオイルポンプ１１０が接続されている。エンジンブロック４に形成される第２のスプリング収容室１７０内には、第２の付勢手段としての第２のスプリング１７１が収容されている。第２のスプリング１７１は、一方の端部がリテーナ１７２に当接し、他方の端部が第２のスプリング収容室１７０の内底面１７３に当接している。リテーナ１７２はバルブボディ１のステム１１の端部にコッタ１７５により固定されているので、第２のスプリング１７１はバルブボディ１を弁閉方向に付勢している。
【００４３】
ハウジング１６０は、概略円筒形状または矩形状のアッパハウジング１６１と、概略円筒形状または矩形状のミドルハウジング１６２と、概略円筒形状または矩形状のロアハウジング１６３とからなり、第２のスプリング収容室１４０を形成するエンジンブロック４の内壁に嵌め込まれ固定されている。ハウジング１６０内には、可動子としてのアーマチャ１２０と、第１の固定子としてのアッパコア１３０と、第２の固定子としてのロアコア１３５と、シャフトガイド１２６および１８０とが収容されている。アッパハウジング１６１、ミドルハウジング１６２およびロアハウジング１６３には、オイル供給路１６７に連通する油路１６４、１６５および１６６がそれぞれ形成されている。
【００４４】
アーマチャ１２０は、アーマチャ本体１２１と、可動子シャフトとしてのアーマチャシャフト１２２とから構成される。アーマチャ本体１２１は、アッパコア１３０とロアコア１５０との間に配設され、円板状または矩形状の鉄等の磁性材からなる。またアーマチャ本体２１は、ダンパピストン９６および９１に当接可能な凸部１２３および１２４を有している。
【００４５】
アーマチャシャフト１２２は、一方の端部がアーマチャ本体１２１の略中心部に嵌め込まれてフランジ部１５５に接合されており、他方の端部がリテーナ１７２を介してバルブボディ１のステム１１に接続されている。アーマチャシャフト１２２は、例えばステンレス鋼からなり、外壁に軸方向に形成される溝部１２８および１２９を有している。溝部１２８および１２９は、アーマチャシャフト２２の外壁に複数本形成されており、シャフトガイド１２６および１８０に形成される油路１２７および１８１にそれぞれ連通している。この溝部１２８および１２９にオイルが供給されることにより、アーマチャシャフト１２２とシャフトガイド１２６および１８０との摺動抵抗を低減するとともに、ダンパピストン９６および９１にオイルを供給することができる。
【００４６】
アッパコア１３０は、アッパハウジング１６１に収容されており、鉄等の磁性材により形成されている。アッパコア１３０の内部に第１のコイル部としてのアッパコイル１３１が巻回されている。アッパコイル１３１は通電されると、アーマチャ本体１２１を吸引して弁閉方向にアーマチャ１２０およびバルブボディ１を移動させる電磁力を発生する。
【００４７】
ロアコア１３５は、ロアハウジング１６３に収容されており、アーマチャ本体１２１を挟んでアッパコア１３０に対向して配設されている。ロアコア１３５は鉄等の磁性材により形成されている。ロアコア１３５の内部に第２のコイル部としてのロアコイル１３６が巻回されている。ロアコイル１３６は通電されると、アーマチャ本体１２１を吸引して弁開方向にアーマチャ１２０およびバルブボディ１を移動させる電磁力を発生する。
【００４８】
アッパコア１３０とロアコア１３５との間にはミドルハウジング１６２が配設されており、ミドルハウジング１６２の厚みにより、アーマチャ１２０の移動量が規制される。
【００４９】
シャフトガイド１２６および１８０は、アーマチャシャフト１２２を軸方向に摺動可能に支持するものである。シャフトガイド１２６は、アッパハウジング１６１に形成される油路１６４と、アーマチャシャフト１２２の溝部１２８とを連通する油路１２７を有している。またシャフトガイド１８０は、ロアハウジング１６３に形成される油路１６６と、アーマチャシャフト１２２の溝部１２９とを連通する油路１８１を有している。油路１２７および１８１にオイルが供給されることで、シャフトガイド１２６および１８０とアーマチャシャフト１２２との摺動を良好にしている。
【００５０】
ダンパピストン９６および９１は、シャフトガイド１２６および１８０の軸方向に互いに対向して設けられている。ダンパピストン９６は、シャフトガイド１２６の一端に設けられてアーマチャ本体１２１がアッパコア１３０に着座する直前にダンパ機能を発揮し、またダンパピストン９６は、シャフトガイド８０の他端に設けられてアーマチャ本体２１がロアコア１３５に着座する直前にダンパ機能を発揮する。ダンパピストン９６および９１は、シャフトガイド１２６および１８０によって軸方向に摺動可能に支持されており、それぞれ所定の位置でアーマチャ本体２１の凸部１２３および１２４と当接可能である。図７に示すように、弁閉時において、ダンパ室９４はアーマチャシャフト１２２の溝部１２９と連通し、アーマチャシャフト１２２の溝部１２９と、油路１８１と、オイル供給路１６７とを経由してダンパ室９４にオイルが供給される構成となっている。また図８に示すように、弁開時において、ダンパ室９９はアーマチャシャフト１２２の溝部１２８と連通し、アーマチャシャフト１２２の溝部１２８と、油路１２７、１６４、１６５および１６６６と、オイル供給路１６７とを経由してダンパ室９９にオイルが供給される構成となっている。
【００５１】
ハウジング１６０の反エンジンブロック側の端部にはスプリングキャップ１４２が嵌め込まれ固定されている。スプリングキャップ１４２は有底筒形状であって、スプリングキャップ１４２内にはピストン部材１５３が摺動自在に挿入されている。スプリングキャップ１４２の内壁と、ピストン部材１５３の外壁とで流体圧力室としての油圧室１５１が形成されている。この油圧室１５１はスプリングキャップ１４２の底部に形成された油路２１１に連通している。ピストン部材１５３の内壁は第１のスプリング収容室１４０を形成している。第１のスプリング収容室１４０内には、第１の付勢手段としての第１のスプリング１４１およびフランジ部１５５が収容されている。第１のスプリング１４１は、アーマチャ本体１２１を挟んで第２のスプリング１７１に対向して配設されている。第１のスプリング１４１は、一方の端部がピストン部材１５３の内底面１４３に当接し、他方の端部がフランジ部１５５に当接している。したがって、第１のスプリング１４１は、アーマチャ１２０およびバルブボディ１を弁開方向に付勢している。ここで、第１のスプリング１４１のセット荷重は例えば１００Ｎに設定されており、第２のスプリング１７１のセット荷重は例えば１５０Ｎに設定されている。すなわち、第２のスプリング１７１は、付勢力が第１のスプリング１４１の付勢力よりも大きく設定されている。したがって、エンジン停止時にバルブボディ１を弁閉位置に保持することができる。
【００５２】
ピストン部材１５３は、油圧室１５１に供給される油圧により第１および第２のスプリング１４１および１７１の平衡位置を変更するための部材であって、スプリングキャップ１４２内を軸方向に摺動することが可能である。ピストン部材１５３の外周壁とスプリングキャップ１４２の内周壁との間には微小クリアランスが設けられている。ピストン部材１５３のエンジンブロック４側への摺動はアッパハウジング１６１の外壁により規制され、ピストン部材１５３の反エンジンブロック側への摺動は、スプリングキャップ１４２の内壁により規制されている。
【００５３】
スプリングキャップ１４２の底部に形成される油路２１１は、逆止弁１２０を介してオイルポンプ１１０と連通可能であり、また、リリーフ弁１３０を介してドレイン１０９と連通可能である。オイルポンプ１１０から油圧室１５１にオイルを供給することで、この油圧によりピストン部材１５３がエンジンブロック４側へ摺動し、ピストン部材１５３はアッパハウジング１６１の外壁に係止され、第１および第２のスプリング１４１および１７１の平衡位置が変更される。これにより、図５に示すように、アーマチャ１２０の中立位置はアッパコア１３０とロアコア１３５との略中心位置となる。このとき、図７に示すように、アッパコイル１３１が通電されていると、電磁力によりアーマチャ本体１２１がアッパコア１３０に吸着され、油圧室１５１にオイルを供給してもアーマチャ１２０およびバルブボディ１は移動せず、第１および第２のスプリング１４１および１７１の平衡位置変更によりアーマチャ１２０およびバルブボディ１は弁閉方向に付勢される。ここで、油圧室１５１、ピストン部材１５３、オイルポンプ１１０、逆止弁１２０およびリリーフ弁１３０は中立位置変更手段を構成している。
【００５４】
上記の構成のバルブ駆動装置２００において、エンジン始動前、すなわちアッパコイル１３１およびロアコイル１３６に無通電時であって、オイルポンプ１１０が停止しているとき、アーマチャ本体１２１がアッパコア１３０と接するか、もしくはアーマチャ本体１２１とアッパコア１３０との間に微小なクリアランスを有するように、第１のスプリング１４１および第２のスプリング１７１のセット荷重が調整されている。このとき、バルブボディ１は、図６に示すように弁閉状態にある。そして、エンジン動作中は、オイルポンプ１１０が作動して油圧室１５１にオイルが供給され、さらにアッパコイル１３１とロアコイル１３６とが交互に通電されて弁閉状態と弁開状態とを繰返す。
【００５５】
次に、バルブ駆動装置２００の始動を開始する方法について説明する。
(1) エンジン始動時、スタートの命令入力が電子制御装置に入力され、電子制御装置からの指示により、アッパコイル１３１が通電されてアッパコア１３０がアーマチャ本体１２１を吸着する。その後、オイルポンプ１１０を作動させて逆止弁１２０および油路２１１を経由して油圧室１５１にオイルを供給する。すると、ピストン部材１５３がエンジンブロック４側に摺動し、アッパハウジング１６１の外壁に当接する。これにより、図７に示すように、第１および第２のスプリング１４１および１７１の平衡位置が変更されてアーマチャ１２０およびバルブボディ１は弁閉方向に付勢され、アーマチャ１２０およびバルブボディ１を始動位置に保持することができる。このとき、温度等の環境条件が変化しても１回の作動で始動位置にアーマチャ１２０およびバルブボディ１を導くことができる。したがって、作動回数の過多による打音の発生を防止し、始動時間を短縮することができる。さらに、オイルポンプ１１０と油路２１１との間に逆止弁１２０を設けることで、オイルポンプ１１０の圧力脈動のピーク圧力で油圧室１５１にオイルを供給することが可能となり、オイルポンプ１１０の能力を小さく設定することができる。さらにまた、簡単な構成でエンジン始動時における打音の発生を防止し、短時間で始動を開始するので、電磁力を用いるよりも消費電力および製造コストを低減することができる。
【００５６】
(2) 油圧室１５１に油圧を供給し、ピストン部材１５３をアッパハウジング１６１の外壁に当接した状態で保持して開閉制御に移行する。開閉制御においては、アッパコイル１３１とロアコイル１３６とが交互にタイミングよく通電され、第１および第２のスプリング１４１および１７１の付勢力を利用して弁閉状態と弁開状態とを繰返す。このとき、図８に示す最大弁開状態において、油圧室１５１から漏れるオイルの補充分をオイルポンプ１１０から油圧室１５１に供給することにより、オイルポンプ１１０の能力を小さく設定しても油圧室１５１にオイルを効率よく供給し、開閉制御を良好に行い、消費電力を低減することができる。
【００５７】
(3) 図６に示すように、エンジン停止時においては、アッパコイル１３１およびロアコイル１３６が無通電となり、オイルポンプ１１０が停止する。そして、油路２１１およびリリーフ弁１３０を経由して油圧室１５１の油圧をドレイン１０９に抜くことにより、ピストン部材１５３が反エンジンブロック側へ摺動してスプリングキャップ１４２の内壁に当接する。これにより、アーマチャ１２０およびバルブボディ１は始動位置、すなわち弁閉位置に移動する。このとき、リリーフ弁１３０にはスプリング１３２が設けられているので、油圧室１５１内のオイルを確実にかつ速やかにドレイン１０９に抜き、アーマチャ１２０およびバルブボディ１を始動位置に確実にかつ速やかに移動させることができる。したがって、エンジン再始動時の始動性を良好にすることができる。
【００５８】
以上説明した本発明の第１および第２実施例においては、オイルポンプ１１０と油圧室との間に逆止弁１２０を設けることで、オイルポンプ１１０の圧力脈動のピーク圧力で油圧室にオイルを供給することが可能となり、オイルポンプ１１０の能力を小さく設定することができる。
【００５９】
さらに第１および第２実施例においては、オイルポンプ１１０と油圧室との間にリリーフ弁１３０を設けることで、エンジン停止時に油圧室内のオイルをドレイン１０９に抜くことができる。さらにスプリング１３２は、リリーフ弁本体１３１を弁開方向に付勢しているので、エンジン停止時に油圧室内のオイルを確実にかつ速やかにドレイン１０９に抜き、アーマチャおよびバルブボディ１を始動位置に確実にかつ速やかに移動させることができる。したがって、エンジン再始動時の始動性を良好にすることができる。
【００６０】
さらにまた、第１および第２実施例においては、第２のスプリングは、付勢力が第１のスプリングの付勢力よりも大きく設定されているので、エンジン停止時に吸気弁を弁閉位置に保持することができる。したがって、エンジンピストンとバルブボディ１との相互干渉、ならびに吸気弁と排気弁との相互干渉を防止し、上記の相互干渉による異音の発生、ならびにエンジンピストンやバルブボディ１の変形および作動不良を防止することができる。また、第１のスプリングの付勢力を小さく設定することで、コイル部の残留磁気等の損失を補い、作動時の消費電力を低減することができる。
【００６１】
以上説明した本発明の複数の実施例では、吸気弁を電磁力により駆動するバルブ駆動装置に本発明を適用したが、排気弁を電磁力により駆動するバルブ駆動装置に適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるバルブ駆動装置の開閉制御時の状態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施例によるバルブ駆動装置のエンジン停止時の状態を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるバルブ駆動装置の弁閉時の状態を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第１実施例によるバルブ駆動装置の弁開時の状態を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第２実施例によるバルブ駆動装置の開閉制御時の状態を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第２実施例によるバルブ駆動装置のエンジン停止時の状態を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第２実施例によるバルブ駆動装置の弁閉時の状態を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第２実施例によるバルブ駆動装置の弁開時の状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１        バルブボディ
２０、１２０        アーマチャ（可動子）
２１、１２１        アーマチャ本体
２２、１２２        アーマチャシャフト（可動子シャフト）
２３、１２８、１２９        溝部
２６、８０、１２６、１８０        シャフトガイド
３０、１３０        アッパコア（第１の固定子）
３１、１３１        アッパコイル（第１のコイル部）
３５、１３５        ロアコア（第２の固定子）
３６、１３６        ロアコイル（第２のコイル部）
４１、１４１        第１のスプリング（第１の付勢手段）
５１、１５１        油圧室（流体圧力室）
５３、１５３        ピストン部材
７１、１７１        第２のスプリング（第２の付勢手段）
９１、９６        ダンパピストン
９４、９９        ダンパ室
１００、２００        バルブ駆動装置
１１０        オイルポンプ
１２０        逆止弁
１２１        逆止弁本体
１３０        リリーフ弁
１３１        リリーフ弁本体
１３２        スプリング（第３の付勢手段）
【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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