(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復移動することにより内燃機関の吸気通路または排気通路と燃焼室との連通を断続する吸排気弁部材と、
前記吸排気弁部材を駆動する電磁駆動部と、
前記吸排気弁部材が往復移動するとき、往復移動の両終端に向かう前記吸排気弁部材の速度を低減するダンパ手段とを備え、
前記ダンパ手段は、排気開弁側のダンパ作用の特性が排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパ作用の特性と異なっており、
前記ダンパ手段は、排気開弁側のダンパ作用時のダンパ力が排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパ作用時のダンパ力よりも大きく、
前記ダンパ手段は、
作動流体を密封している密封容器と、
前記吸排気弁部材が往復移動方向の両終端に近づくとき前記吸排気弁部材とともに移動することにより、前記密封容器内の作動流体を移動させる可動部材と、
前記密封容器内の作動流体が流れる流体抵抗通路を有し、前記可動部材が前記往復移動部材とともに移動することにより作動流体が前記流体抵抗通路を流れる流体抵抗手段とを備え、
前記流体抵抗手段は、排気開弁側の前記流体抵抗通路の間隙が排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側の前記流体抵抗通路の間隙よりも小さく、
前記可動部材は、排気開弁側の移動開始位置が排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側の移動開始位置よりも全開位置から遠いことを特徴とする電磁式吸排気装置。
【請求項２】
前記吸排気弁部材は、内燃機関の回転速度が大きい場合に全開位置まで開弁しないことを許容することを特徴とする請求項１記載の電磁式吸排気装置。
【請求項３】
往復移動することにより内燃機関の吸気通路または排気通路と燃焼室との連通を断続する吸排気弁部材と、
前記吸排気弁部材を駆動する電磁駆動部と、
前記吸排気弁部材が往復移動するとき、往復移動の両終端に向かう前記吸排気弁部材の速度を低減するダンパ手段とを備え、
前記ダンパ手段は、吸気閉弁側のダンパ作用の特性が吸気開弁側、排気閉弁側または排気開弁側のダンパ作用の特性と異なっていることを特徴とする電磁式吸排気装置。
【請求項４】
前記ダンパ手段は、内燃機関の所定回転速度以上において吸気閉弁側のダンパ作用が発現しないように設定されていることを特徴とする請求項３記載の電磁式吸排気装置。
【請求項５】
前記ダンパ手段は、
作動流体を密封している密封容器と、
前記吸排気弁部材が往復移動方向の両終端に近づくとき前記吸排気弁部材とともに移動することにより、前記密封容器内の作動流体を移動させる可動部材と、
前記密封容器内の作動流体が流れる流体抵抗通路を有し、前記可動部材が前記往復移動部材とともに移動することにより作動流体が前記流体抵抗通路を流れる流体抵抗手段と、
前記可動部材とともに一方向に移動するピストンと、
前記密封容器内に収容され、前記ピストンを往復移動自在に支持し、前記可動部材とともに前記ピストンが一方向に移動する側が閉塞されているシリンダと、
前記ピストンが前記可動部材とともに一方向に移動する方向と反対方向に前記ピストンを付勢する付勢手段と、
前記ピストンを軸方向に貫通する貫通孔に取り付けられ、一方向オリフィスを有する一方向オリフィス部材と、
前記付勢手段により前記一方向オリフィス部材に向けて付勢され、作動流体が前記付勢手段の付勢方向に前記一方向オリフィスを流れることを防止する逆止弁部材と、
を備えることを特徴とする請求項４記載の電磁式吸排気装置。
【請求項６】
前記ダンパ手段は、前記ピストンの移動速度が一定となる領域が確保されるように、ダンパ作用が発現するときの前記ピストンの移動速度が制御されることを特徴とする請求項５記載の電磁式吸排気装置。
【請求項７】
前記吸排気弁部材は、前記ダンパ手段のダンパ作用が発現するときの前記ピストンの移動速度から制御速度範囲を変更することなく、着座するように制御されることを特徴とする請求項６記載の電磁式吸排気装置。
【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）の吸気弁または排気弁を電磁力により駆動する電磁式吸排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの吸気弁または排気弁を電磁力により駆動する電磁式吸排気装置が知られている。このような電磁式吸排気装置においては、吸気弁また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また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】
例えばエンジンの低負荷時においては吸入空気量が少ないため、エンジンのシリンダ内に燃焼を悪化させる残留排気ガスが少ないことが望ましい。吸気弁および排気弁の弁部材が同時に開いている期間（オーバーラップ期間）において、吸気側はスロットルによって大気圧よりも低い圧力であり、排気側は大気圧よりも高い圧力であるので、排気ガスが吸気側に吹き返し、燃焼が悪化したり、失火したりする場合がある。このため、通常よりも排気弁の閉じる時期が早く、吸気弁の開く時期が遅いことが要求される。また、吸気弁の閉じる時期を遅くすることにより、ポンピングロスを低減し燃費を向上することができる。したがって、アイドル運転および始動時には、排気弁の閉じる時期が早く、吸気弁の開く時期が遅い基本位相に制御することが望ましい。
【０００４】
また、エンジンの中負荷以上においてはＥＧＲ量を制御し、ポンピングロスの低減を内部ＥＧＲにより行い、燃費の向上と排気エミッションの低減をさせるため、吸気側の開弁時期を早くしたり、排気側の閉弁時期を遅くすることが望ましい。
【０００５】
さらに、エンジンの全負荷においては、大量の空気をエンジンのシリンダ内に入れる必要があるため、低速域においては早く吸気弁を閉じてマニホールドへの逆流を防止し、高速域においては空気の慣性を利用して遅く吸気弁を閉じることが望ましい。また排気側は、排気脈動を最大限利用できる位相に排気弁を制御することが望ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電磁式吸排気装置は、電子制御装置（ＥＣＵ）からの指示により前述したような吸気側および排気側のバルブタイミングの要求を満たすことができる。しかし、カム駆動式のバルブ駆動装置に比較し、騒音、信頼性、消費電力および製造コスト等において解決すべき課題は多い。
【０００７】
特に、開弁および閉弁するときに弁部材がストッパおよび弁座に衝突するときに発生する音の低減が困難である。電磁式吸排気装置の弁部材の移動速度は、弁部材の質量、弁部材を付勢するスプリングの付勢力、印加電圧の電圧値および印加時期により決定される。印加電圧を制御しないとエンジン回転数に関わらず開閉時における弁部材の往復移動速度は一定であるから、アイドル運転時においても通常運転時と同程度の大きさの音が発生するので、衝突音を騒音と感じるようになる。
【０００８】
そこで、往復移動部材が往復移動方向の両終端に近づく速度を低減するダンパ手段を用いて、開閉弁時における音の発生を低減する電磁式吸排気装置が提案されている。このような電磁式吸排気装置のダンパ手段においては、以下に述べる特徴を有している。
【０００９】
(1) 吸排気弁開閉時における往復移動部材の往復移動方向の両終端に近づく速度を低減する。
(2) 流体圧力を利用したダンパ手段では、吸排気弁開閉時における往復移動部材が往復移動方向の両終端に近づくわずかな距離で作動し、往復移動部材を往復移動方向の両終端で係止するときに速度エネルギを吸収する区間と、流体圧力によるダンパ力と外力が釣り合う速度一定区間とが生じる。
(3) 上記(2)の速度一定区間中に往復移動部材を往復移動方向の両終端で係止することにより、係止速度を一定にする。
【００１０】
しかしながら、上記従来の電磁式吸排気装置においては、ダンパ手段の構造についての提案はされているものの、エンジンの運転領域全域に対するダンパ手段のダンパ作用については考慮されていなかった。特に、エンジンの運転領域全域でダンパ手段のダンパ作用が発現すると、高速域で吸排気弁が全閉、全開になる前に次の動作に移る時間となり不都合が生じる場合があった。ダンパ手段の作動流体が流れる通路内にオリフィスを設けることで往復移動部材の戻り時間を制限することも考えられるが、高速域でダンパ作用を効かしたい場合があり、吸排気弁の制御が不十分であった。
【００１１】
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、吸排気弁開閉時における音の発生を低減するとともに、吸排気弁の制御を良好にする電磁式吸排気装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の電磁式吸排気装置によると、吸排気弁部材が往復移動するとき、往復移動の両終端に向かう吸排気弁部材の速度を低減するダンパ手段は、排気開弁側のダンパ作用の特性が排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパ作用の特性と異なっている。このため、吸排気弁開閉時における音の発生を低減するとともに、吸気弁また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または排気が良好に行われるように制御することができ、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できる。
【００１３】
また、本発明の請求項１記載の電磁式吸排気装置によると、ダンパ手段は、排気開弁側のダンパ作用時のダンパ力が排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパ作用時のダンパ力よりも大きいので、排気筒内残圧があるときのダンパ作用時当初の大きい速度による衝撃にダンパ手段が耐えることができる。したがって、排気開弁時における音の発生を確実に低減することができる。
【００１４】
また、本発明の請求項１記載の電磁式吸排気装置によると、吸排気弁部材が往復移動方向の両終端に近づくとき、吸排気弁部材とともに可動部材が移動することにより作動流体が流体抵抗通路を流れる。したがって、吸排気弁部材が往復移動方向の両終端に近づく速度が低減されるので、吸排気弁部材を往復移動方向の両終端で係止するときに発生する音を低減することができる。
【００１５】
さらに、作動流体が密封容器に密封されているので、ダンパ手段に作動流体を供給、ならびにダンパ手段から作動流体を排出する必要がない。したがって、ダンパ手段をモジュール化できるので、ダンパ手段の取付けが容易である。
【００１６】
さらにまた、流体抵抗手段は、排気開弁側の流体抵抗通路の間隙が排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側の流体抵抗通路の間隙よりも小さいので、排気開弁時における音の発生を確実に低減することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項１記載の電磁式吸排気装置によると、可動部材は、排気開弁側の移動開始位置が排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側の移動開始位置よりも全開位置から遠いので、排気開弁時における音の発生を確実に低減することができる。
【００１８】
本発明の請求項２記載の電磁式吸排気装置によると、吸排気弁部材は、エンジンの回転速度が大きい場合に全開位置まで開弁しないことを許容する。ダンパ手段が働いて排気弁が全開しなくなる量は全バルブリフトの０．５％未満であるため、エンジンの性能をほとんど低下させることなく、排気開弁時における音の発生を低減することができる。
【００１９】
本発明の請求項３記載の電磁式吸排気装置によると、吸排気弁部材が往復移動するとき、往復移動の両終端に向かう吸排気弁部材の速度を低減するダンパ手段は、吸気閉弁側のダンパ作用の特性が吸気開弁側、排気閉弁側または排気開弁側のダンパ作用の特性と異なっている。このため、吸排気弁開閉時における音の発生を低減するとともに、吸気弁また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または排気が良好に行われるように制御することができ、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できる。
【００２０】
本発明の請求項４記載の電磁式吸排気装置によると、ダンパ手段は、エンジンの所定回転速度以上において吸気閉弁側のダンパ作用が発現しないように設定されている。このため、エンジン高回転時において吸気弁を早く閉じることができ、エンジンの圧縮行程移行時に混合気を速やかに圧縮することができる。
【００２１】
本発明の請求項５記載の電磁式吸排気装置によると、吸排気弁部材が往復移動方向の両終端に近づくとき、吸排気弁部材とともに可動部材が移動することにより作動流体が流体抵抗通路を流れる。したがって、吸排気弁部材が往復移動方向の両終端に近づく速度が低減されるので、吸排気弁部材を往復移動方向の両終端で係止するときに発生する音を低減することができる。
【００２２】
さらに、作動流体が密封容器に密封されているので、ダンパ手段に作動流体を供給、ならびにダンパ手段から作動流体を排出する必要がない。したがって、ダンパ手段をモジュール化できるので、ダンパ手段の取付けが容易である。
【００２３】
さらにまた、可動部材とともにピストンが一方向に移動した後、ピストンは可動部材とともに反対方向に移動しない。付勢手段の付勢力により反対方向にピストンが付勢され、ピストンにより仕切られる流体室に発生する差圧により一方向オリフィス部材を作動流体が流れることによりピストンは元の位置に戻ろうとする。戻るときの速度は、作動流体の温度が同じであれば一方向オリフィスの流路面積および流路長により決定される。したがって、一方向オリフィスの流路面積および流路長を調整することにより、所望の速度でピストンを戻すことができる。ピストンの戻り速度が一定であれば、ピストンが戻る位置はピストンが戻り始め再び可動部材とともに一方向に移動を開始するまでの時間により決定される。この時間は往復移動部材および可動部材の往復移動速度により増減する。したがって、一方向オリフィスの流路面積および流路長を調整することにより、吸排気弁部材および可動部材の往復移動速度に応じ所望の位置にピストンを戻すことができる。
【００２４】
本発明の請求項６記載の電磁式吸排気装置によると、ダンパ手段は、ピストンの移動速度が一定となる領域が確保されるように、ダンパ作用が発現するときのピストンの移動速度が制御される。したがって、印加電圧の印可時期を制御することで、吸排気弁部材の着座速度制御を良好に行うことができる。
【００２５】
本発明の請求項７記載の電磁式吸排気装置によると、吸排気弁部材は、ダンパ手段のダンパ作用が発現するときのピストンの移動速度から制御速度範囲を変更することなく、着座するように制御される。したがって、吸排気弁を良好に制御することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例による電磁式吸排気装置を図４に示す。本実施例の電磁式吸排気装置１００は、エンジンの吸気弁を電磁力により駆動する電磁式吸排気装置である。図４は、無通電時のバルブボディ１が半開きの状態を示している。また、エンジンの排気弁を電磁力により駆動する電磁式吸排気装置は、図４に示す電磁式吸排気装置１００におけるダンパ手段９０のダンパ作用の特性を変更したものであり、その他の構成は図４に示す電磁式吸排気装置１００と同様であるので、図示することを省略する。
【００２７】
吸気弁部材としてのバルブボディ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。図５に示すように、ステム１１の端部１１ａには、後述するバルブクリアランス調整部材８１の端面８１ｂに当接可能な端面１１ｂと、軸方向に中空な空間を中心部に形成し後述するピン８３が遊嵌合される内壁１１ｃとが形成されている。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。
【００２８】
スプリング収容室４０内には、第１のスプリング４１および第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、圧縮コイルスプリングであって、一方の端部が後述するロアハウジング６３に形成されたスプリング溝６４の内底面６５にスプリング座６６を介して当接し、他方の端部がアッパリテーナ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１１ａ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を弁開方向に付勢している。
【００２９】
第２のスプリング７１は、圧縮コイルスプリングであって、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１１ａ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。また第２のスプリング７１は、第１のスプリング４１とは巻き方向が逆方向である。ここで、端面が円周方向に回転を規制されないコイルスプリングは伸びにともない、端面同士が巻き方向と反対側に互いに回転し、縮むときには巻き方向に互いに回転することが知られている。このため、向かい合う圧縮コイルスプリングのリテーナー側は、伸縮にともないお互いに反対方向に回転する。本実施例において、例えば第１のスプリング４１を右巻き、第２のスプリング７１を左巻きとする。上述のように、向かい合う圧縮コイルスプリングのリテーナー側は伸縮にともない互いに反対方向に回転するので、例えば第１のスプリング４１が伸びるとき、バルブボディ１側から見てアッパリテーナ４２およびアーマチャシャフト２２は右に回転する方向に回転トルクが伝達される。このとき、互いに押し合っているロアリテーナ７２およびバルブボディ１は、左向きに回転する方向に回転トルクが伝達される。
【００３０】
図５に示すように、距離変更手段８０は、バルブボディ１およびアーマチャシャフト２２に生じる相対回転を利用してバルブボディ１とアーマチャシャフト２２との間の距離を変更するものであって、バルブクリアランス調整部材８１、第３のスプリング８２および隙間ばめのピン８３を有している。
【００３１】
バルブクリアランス調整部材８１は、バルブボディ１とアーマチャシャフト２２との接続部に設けられており、概略中空円筒形状であって、一方の端部にアーマチャシャフト２２のバルブボディ１側の端面２２ｂに接触可能な螺旋状端面８１ａと、アーマチャシャフト２２のバルブボディ１側の端部２２ａに形成される段差部２２ｄに当接可能な段差部８１ｄとを有し、他方の端部にバルブボディ１のアーマチャシャフト２２側、すなわちステム１１の端面１１ｂに当接可能な端面８１ｂを有している。螺旋状端面８１ａのつる巻角をθとすると、θはφ５ｍｍのシャフト１周で１ｍｍ進む程度と小さいので、金属同士の摩擦係数を考慮すると通常の端面押し合いで滑ることはない。またバルブクリアランス調整部材８１は、軸方向に中空の空間を中心部に形成する内壁８１ｃを有しており、この内壁８１ｃにピン８３が遊嵌合している。
【００３２】
第３のスプリング８２は、ねじりコイルスプリングであって、一方の端部がアーマチャシャフト２２に固定され、他方の端部がバルブクリアランス調整部材８１に固定されている。第３のスプリング８２は、段差部８１ｄが段差部２２ｄから離間する方向にバルブクリアランス調整部材８１を付勢している。すなわち第３のスプリング８２は、アーマチャシャフト２２とバルブクリアランス調整部材８１とを含めた見かけのシャフト長さが長くなる方向にバルブクリアランス調整部材８１を付勢している。また、第３のスプリング８２の付勢力は、第１および第２のスプリング４１および７１の付勢力に比べて無視できる程度に小さく設定されている。
【００３３】
ピン８３は、後述するアーマチャシャフト２２の内壁２２ｃ、ステム１１の内壁１１ｃおよびバルブクリアランス調整部材８１の内壁に遊嵌合している。したがってピン８３は、バルブボディ１のステム１１およびアーマチャシャフト２２の軸の傾きを防止して摺動抵抗を低減することができ、バルブボディ１およびアーマチャシャフト２２の往復運動による摩擦損失および消費電力を低減し、安定した作動を得ることができる。
【００３４】
ハウジング６０は、概略円筒形状のアッパハウジング６１と、概略円筒形状のミドルハウジング６２と、概略円筒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、アッパコア３０と、ロアコア５０と、ダンパ手段９０と、支持腕１０１とが収容されている。
【００３５】
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とから構成される。アーマチャ本体２１は、アッパコア３０とロアコア５０との間に配設され、円板状の鉄等の磁性材からなる。
【００３６】
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後述する接続部材１０２を介して支持腕１０１に接合されており、他方の端部２２ａが距離変更手段８０を介してバルブボディ１のステム１１の端部１１ａに接続されている。
【００３７】
アーマチャシャフト２２のバルブボディ１側の端部２２ａには、バルブクリアランス調整部材８１の螺旋状端面８１ａに接触可能な端面２２ｂと、バルブクリアランス調整部材８１の段差部８１ｄに当接可能な段差部２２ｄと、軸方向に中空の空間を中心部に形成しピン８３が遊嵌合される内壁２２ｃとが形成されている。端面２２ｂおよび段差部２２ｄは、端面２２ｂが螺旋状端面８１ａに密着して螺旋状端面８１ａとの間に滑りが生じるように、螺旋状端面８１ａおよび段差部８１ｄに対応した形状となっている。
【００３８】
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。
【００３９】
ロアコア５０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５０は鉄等の磁性材により形成されている。ロアコア５０の内部にロアコイル５１が巻回されている。ロアコイル５１は通電されると、ロアコア５０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。
【００４０】
アッパコア３０とロアコア５０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。ここで、アーマチャ２０と、アッパコア３０と、アッパコイル３１と、ロアコア５０と、ロアコイル５１とは、電磁駆動部を構成している。
【００４１】
ダンパ手段９０は、アーマチャ本体２１がアッパコア３０あるいはロアコア５０に着座する直前にダンパ機能を発揮するものである。Ｃ字状に形成された環状部材９７および９８はアーマチャシャフト２２の軸方向に所定間隔をおいて嵌合している。
【００４２】
円筒状に形成されたハウジング９１の外周壁に雄ねじ９１ａが形成されており、ハウジング９１は図示しない支持部材とねじ結合している。外輪９２は、上側部材１１３および下側部材１１４で形成されており、ハウジング９１の内周壁に固定されている。内輪９３は、上側部材１１６および下側部材１１７で形成されている。上側部材１１３と上側部材１１６との間に可動輪１２２が配設されている。ゴム材で形成された可動膜９４は上側部材１１３と上側部材１１６と可動輪１２２とにそれぞれ焼き付けられている。下側部材１１４と下側部材１１７との間に可動輪１２３が配置されている。ゴム材で形成された可動膜９５は下側部材１１４と下側部材１１７と可動輪１２３とそれぞれに焼き付けられている。外輪９２、内輪９３および可動膜９４、９５は密封容器を構成しており、この密封容器内に作動油が充填されている。
【００４３】
可動筒９６は、筒部１３１、下側フランジ部１３２、上側フランジ部１３５を有している。筒部１３１の軸方向ほぼ中央部に中心に向けて環状突部９９が形成されている。上側フランジ部１３５が可動輪１２２に、下側フランジ部１３２が可動輪１２３に当接するように、下側フランジ部１３２と反対側の筒部１３１の外周に上側フランジ部１３５がねじ結合している。前述した可動膜９４、９５、可動輪１２２、１２３、可動筒９６は可動部材を構成している。
【００４４】
双方向オリフィス部材１４０の外周壁および内周壁はそれぞれ外輪９２および内輪９３に嵌合しており、可動膜９４と可動膜９５との間に収容されている。流体抵抗通路としての双方向オリフィス１４１は双方向オリフィス部材１４０をアーマチャシャフト２２の移動方向に貫通して形成されており、第１作動油室１６０と第２作動油室１６１とを連通している。さらに双方向オリフィス部材１４０には、それぞれアーマチャシャフト２２が往復移動する方向に向けて開口する凹部１４２が形成されている。双方向オリフィス１４１は径方向反対側に計２個、凹部１４２はアーマチャシャフト２２が往復移動する各方向に向けて交互に開口し計６個形成されている。双方向オリフィス１４１と後述する摺動クリアランス１６３とを作動油が流れるときに生じるダンパ力がアーマチャシャフト２２の軸上に働くように、双方向オリフィス１４１および摺動クリアランス１６３は形成されている。Ｃ字状のストッパ１４５、１４６は双方向オリフィス部材１４０の軸方向両端部にそれぞれ嵌合している。ストッパ１４５、１４６はスプリング１５５の付勢力によるピストン１５０の移動を規制する。
【００４５】
ピストン１５０は、有底円筒状に形成されており、シリンダとしての凹部１４２に往復移動可能に支持されている。ピストン１５０の底部に貫通孔１５２が形成されている。スプリング１５５は、凹部１４２の内周底部に一端を当接し、長板状のスプリング座１５６に他端を当接している。スプリング座１５６に断面コ字状の板ばね１５７が接合されている。スプリング１５５がスプリング座１５６を付勢すると、逆止弁部材としての円板１５８は板ばね１５７によりピストン１５０の底部に向け付勢される。円板１５８がピストン１５０の底部に密着した状態において、貫通孔１５２および一方向オリフィス１５１は閉塞される。樹脂材で形成された一方向オリフィス部材１５９は貫通孔１５２に収容されている。一方向オリフィス部材１５９には、外周から中央部に向け矩形の一方向オリフィス１５１が形成されている。
【００４６】
アーマチャシャフト２２の反バルブボディ側の端部には支持腕１０１と接続部材１０２とが設けられている。支持腕１０１は、板バネ等の弾性部材からなり、一方の端部がアッパハウジング６１の反エンジンブロック側の端部に固定され、他方の端部が接続部材１０２に固定されている。支持腕１０１は、アーマチャシャフト２２の中心軸に対し点対称に設けられている。また、第１および第２のスプリング４１および７１の付勢力は、支持腕１０１の変形方向反転に伴う変形力のヒステリシスに比べて大きく設定されているので、支持腕１０１の変形力のヒステリシスは無視できる程度に小さい。したがって、支持腕１０１の変形力のヒステリシスは、従来の滑り軸受けのクーロン摩擦のヒステリシスよりも小さい。また、支持腕１０１のアッパハウジング６１との取付部近傍には図示しないリフトセンサが設けられており、例えば歪ゲージ等のように、支持腕１０１の弾性変形量に基づいてアーマチャシャフト２２の移動量を検出することができる。支持腕１０１にリフトセンサを配置することで、リフトセンサの特別な設置場所を確保しなくてよい。
【００４７】
接続部材１０２は、アーマチャシャフト２２と支持腕１０１とを接続しており、例えばアーマチャシャフト２２に形成される図示しない円周溝に嵌合すること等により、アーマチャシャフト２２の軸中心の回転を許容し、アーマチャシャフト２２の支持腕１０１に対する軸方向の移動を規制している。このため、アーマチャシャフト２２の軸方向のがたつきを防止し、作動の安定性を高めることができる。
【００４８】
上記構成のバルブ駆動装置１００において、アッパコイル３１およびロアコイル５１に無通電時、アーマチャ本体２１がアッパコア３０とロアコア５０との略中間位置になるように、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４に示すように半開きの状態にある。そして、エンジン動作中は、アッパコイル３１とロアコイル５１とが交互に通電されて弁閉状態と弁開状態とを繰返す。
【００４９】
バルブ駆動装置１００は、アーマチャ２０の上下方向の動き一対がバルブの閉開の動きに対応しており、上述のバルブボディ１とアーマチャシャフト２２との間の距離変化から、バルブ駆動装置１００の作動にともない、バルブボディ１とアーマチャシャフト２２と間の距離が常に短くなる方向に動こうとする。
【００５０】
バルブクリアランス調整部材８１は、アーマチャシャフト２２に対して相対的な動きが可能であるように取り付けられているので、バルブボディ１とアーマチャシャフト２２とが第１および第２のスプリング４１および７１のサージにより相対的な回転を起こした場合にも、相対的な回転後の位置で上述のように、バルブボディ１とアーマチャシャフト２２との間の距離が短くなる作用、およびバルブクリアランスがある場合（プラス）にバルブクリアランス調整部材８１が回転してバルブクリアランスを塞ぐ作用は変わらず働く。したがって、バルブクリアランス調整部材８１はバルブクリアランスがゼロの点を安定点として、相対的に回転し、ゼロラッシュアジャスタとして働く。すなわち、距離変更手段８０は、バルブクリアランスをゼロにするラッシュアジャスタを構成している。
【００５１】
また、エンジンブロック４、ハウジング６０、バルブボディ１およびアーマチャシャフト２２の熱膨張差によって生じるバルブクリアランスの増加は、エンジン停止後の降温によって元に戻る。この現象は距離変更手段８０において、次回冷間始動時にマイナスのバルブクリアランスをもつのに相当する。このマイナスのバルブクリアランスを解消するため、エンジン停止後の冷間始動時におけるアッパコア３０またはロアコア５０がアーマチャ本体２１を吸着するまでの期間を、例えば共振励起吸着の共振周波数を少し外すこと等により、エンジンの常温時よりも長くする。すなわち、冷間始動時の共振励起振動をエンジンの常温始動時よりも長期間実行することで、上記の降温によるマイナスのバルブクリアランスを解消することができる。
【００５２】
次に、ダンパ手段９０の作動について説明する。
(1) 弁開時、アーマチャシャフト２２が図３の下方に移動すると、環状部材９７が環状突部９９に衝突する。そして、アーマチャシャフト２２とともに可動筒９６が図３の下方に移動する。すると、可動輪１２２および可動膜９４が図３の下方に移動し、第１作動油室１６０の容積が減少する。また、可動輪１２３および可動膜９５が図３の下方に移動し、第２作動油室１６１の容積が増加する。作動油は、第１作動油室１６０から双方向オリフィス１４１を通り第２作動油室１６１に移動する。
【００５３】
また、可動筒９６が図３の下方に移動すると、可動輪１２２に当接しているピストン１５０が図３の下方に移動し、ピストン室１６２の容積が減少する。ピストン室１６２内の作動油は、凹部１４２とピストン１５０との間に形成された流体抵抗通路としての摺動クリアランス１６３を通り第１作動油室１６０に移動する。
【００５４】
このように、アーマチャシャフト２２とともに可動筒９６が図３の下方に移動するとき、作動油が双方向オリフィス１４１および摺動クリアランス１６３を流れ可動筒９６がダンパ力を受けるので、アーマチャシャフト２２および可動筒９６の移動速度が低下する。
【００５５】
(2) また弁閉時、図３の上方にアーマチャシャフト２２が移動すると、図３に示すピストン１５０と反対方向に開口するピストン１５０と凹部１４２との間に形成された摺動クリアランス１６３および双方向オリフィス１４１を作動油が流れ可動筒９６がダンパ力を受けるので、図３の上方に移動するアーマチャシャフト２２および可動筒９６の移動速度が低下する。このとき、アーマチャシャフト２２および可動輪１２２とともに図３の下方に移動していたピストン１５０がスプリング１５５の付勢力により図３の上方に付勢されることにより、第１作動油室１６０の圧力がピストン室１６２の圧力よりも高くなるので、円板１５８はピストン１５０の底部から離れる。そして、一方向オリフィス１５１を通り第１作動油室１６０からピストン室１６２に作動油が流れることにより、ピストン１５０は図３の上方に戻る。ここで、ダンパ手段９０はエンジンの吸気弁のダンパ手段に用いられるので、アーマチャシャフト２２のダンパ手段９０による終端までの移動時間は、エンジン回転速度によらず一定である。このことは、エンジン回転速度が大きい運転領域では、弁開角度または弁閉角度が長くなることに相当し望ましくない。これを避けるため、エンジン高回転時においてピストン１５０の戻り位置がストッパ１４５、１４６に係止される手前になるようにする。一方向オリフィス１５１の径を選定し、例えばエンジン回転速度が２０００ｒｐｍ以上ではストッパ１４５、１４６に係止される位置まで戻らないようにすることができる。
【００５６】
また、アーマチャシャフト２２の移動速度を低減するダンパ手段９０の減衰特性は双方向オリフィス１４１の径および長さ、摺動クリアランス１６３のクリアランスおよび長さ、可動筒９６のストローク長、ならびに作動油の粘度等により決定される。したがって、エンジンの排気弁を電磁力により駆動する電磁式吸排気装置のダンパ手段においては、双方向オリフィスの径および長さ、摺動クリアランスのクリアランスおよび長さ、可動筒のストローク長を変更することにより、排気筒内残圧があるときのダンパ作用時当初の大きい速度にダンパ手段が耐えることができるように、排気開弁側のダンパ作用時のダンパ力を排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパ作用時のダンパ力よりも大きく設定することができる。なお、作動油の粘度は温度により増減するので、ダンパ手段の減衰特性は作動油の粘度変化により変動する。したがって、温度変化に伴う作動油の粘度変動に起因する減衰特性の変動を防止するため、熱膨張率の異なる材質で各部材を形成することは可能である。
【００５７】
次に、ダンパ作用時のダンパ力と外力の関係について述べる。
アーマチャの運動方程式およびダンパピストン室圧力は近似的に以下の▲１▼式、▲２▼式および▲３▼式で表すことができる。
ｍ・ｄ2ｘ／ｄｔ2＋ｃ・ｄｘ／ｄｔ＋ｋｘ＝−ＡＰ＋ＦE−Ｆf    ・・・▲１▼
ｄＰ／ｄｔ＝ＫＡ／Ｖ・ｄＸ／ｄｔ−ｄＱ／ｄｔ                ・・・▲２▼
ｄＱ／ｄｔ＝πｈ3／１２μＬ・（１−（ｅ／ｈ）2）・（Ｐ−Ｐ0） ・・・▲３▼
ｍ：バネマス系質量、ｃ：粘性係数、ｋ：バネ定数、ｘ：アーマチャ変位
Ａ：ダンパピストン面積、Ｐ：ダンパピストン室圧力
ｄＰ／ｄｔ：ダンパピストン室圧力変化率、ＦE：電磁力、Ｆf：乾摩擦力
Ｋ：ダンパピストン室内作動油の体積弾性率、Ｖ：ダンパピストン室容積
ｄＱ／ｄｔ：ダンパピストン隙間からの漏れ流量、ｈ：ダンパピストン隙間
μ：ダンパピストン室内作動油の粘性、Ｌ：ダンパピストンシール長さ
ｅ：離心量、Ｐ0：大気圧
ここで、▲２▼式および▲３▼式はダンパピストン当接後に成立する。
【００５８】
上記の▲１▼式、▲２▼式および▲３▼式を用いてダンパ手段を備えた電磁式吸排気装置のシミュレーションを構築することができる。
ここで、図２に示すシミュレーション結果を用いて、ダンパ作用時にアーマチャが着座するときのリフト量、アーマチャ速度、ダンパピストン室圧力について説明する。図２には、ダンパピストン当たり始め速度０．６ｍ／ｓおよび０．２ｍ／ｓについて示した。バルブボディが開位置に保たれている状態からシミュレーションは開始される。このとき、バルブボディを開位置に保っているホールド電流をオフにすると、アーマチャとロアコアに発生していた渦電流の消滅とともに電磁力が減衰し、バネマス系の減衰運動が始まる。アーマチャが中立位置を過ぎた頃にバルブボディを閉位置に引きつけるための電磁力を発生すべく、アッパコイルに電圧を印加する。印加電圧により生じたキャッチ電流、キャッチ電磁力によりアーマチャはリフトしてバネマス系の減衰運動軌跡より大きく変位し、バネマス系はアッパコアに衝突する速度までエネルギが増加する。この増加エネルギを正確に制御し数ｃｍ／ｓの速度で失敗なく着座させるのがオール電子制御である。また、大きめの速度でダンパ手段に衝突させ、ダンパ手段のエネルギ吸収力を用いて数ｃｍ／ｓの速度で失敗なく着座させるのがダンパ制御である。
【００５９】
図２に示すシミュレーション結果から以下のことがいえる。
ａ．  ダンパピストン当たり始め速度が大きいほど、速度エネルギ吸収区間に要するダンパストロークが長くなり、一定速度ストロークが短くなる。
ｂ．  ダンパピストン当たり始め速度が大きいほど、ホールド電流をオフにした時点から着座するまでの時間が短くなる。
ｃ．  ダンパ手段による速度制御が効かなくなるエンジン回転速度は、速度エネルギ吸収区間中に着座する回転速度である（当たり始め速度が大きすぎると速度エネルギを吸収する前に着座してしまう）。
【００６０】
さらに、前述の▲１▼式、▲２▼式および▲３▼式と図２に示すシミュレーション結果とから、以下のように考えられる。
図２に示す速度一定区間は、速度エネルギ吸収区間が終了し、▲１▼式で慣性項ｍ・ｄ2ｘ／ｄｔ2が小さくなった後（項ｃ・ｄｘ／ｄｔ、Ｆfは無視可能な程度に小さい）、ｋｘ＝−ＡＰ＋ＦEなる関係で決まるダンパピストン室圧力Ｐが現れる。ｘはダンパ作用が効いている位置では大きく変動しないことからほぼ一定値と考えてよく、Ｐ＝１／Ａ・（ｋｘ−ＦE）となる。ダンパピストン室圧力Ｐは電磁力ＦEがアーマチャのリフト量ｘのわずかな変位により変化することを受けて徐々に増加している。この圧力Ｐにより、ダンパピストン隙間からの漏れ流量ｄＱ／ｄｔが▲３▼式から決まるので▲２▼式で、ｄＱ／ｄｔ＝０と考えて、
Ｖ＝ｄｘ／ｄｔ
＝Ｖ／ＫＡ・ｄＱ／ｄｔ
＝πＶｈ3／１２μＬＫＡ
となり、
ｄ．  アーマチャ移動速度はピストンクリアランスの３乗に比例する。
【００６１】
上記の考察をふまえて、図１について説明する。
まず、ダンパ手段を備えた電磁式吸排気装置のアーマチャ、バルブボディの着座速度目標値は、ダンパ手段を備えていない電磁式吸排気装置のバルブ着座速度と同等以下とする。この目標値に対して以下、その達成手段について述べる。
【００６２】
ダンパ作用の特性を吸気閉弁側、吸気開弁側、排気閉弁側、排気開弁側で異なる設定とする。吸気閉弁側はエンジンの圧縮行程移行時に混合気を速やかに圧縮するため、速度一定区間が必要以上に伸びることがないようにする。このため、吸気閉弁側はエンジンの所定回転速度以上ではダンパ作用が発現しないように、ダンパピストンの戻りを制限する温度補償付きオリフィスを設ける。
【００６３】
排気開弁側のダンパピストン隙間を排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパピストン隙間よりも小さくし、ならびに／または排気開弁側のダンパピストン当たり始め位置を排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパピストン当たり始め位置よりも近くなるようにし（ダンパストロークを大きくし）、排気筒内残圧があるときの大きなダンパピストン当たり始め速度による衝撃に耐えるようにする。ここで、図６に排気筒内残圧がある場合相当の電磁駆動部単体の着座制御結果を示す。図６からわかるように、排気筒内残圧は排気弁をバネ力により開弁させるとき、大きな抵抗となりバネの撓みとして蓄えていた位置エネルギ相当を損失させる。この損失エネルギを電磁力で補いつつ着座速度制御を行うのは非常に困難な課題である。ダンパ手段を備えた電磁式吸排気装置の場合、図６に示すように、大きなダンパピストン当たり始め速度に対し（ダンパストロークはわずかなので、ダンパピストン当たり始め速度も着座速度とほとんど同じ速度になる）、着座速度制御が可能となるようにダンパピストン隙間を小さくする。
【００６４】
排気開弁側のダンパピストン隙間を排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパピストン隙間よりも小さくし、ならびに／または排気開弁側のダンパピストン当たり始め位置を排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパピストン当たり始め位置よりも近くなるようにすることにより、フル開弁までに長期間を要するため、フル開弁しない場合があっても許容する（フル開弁リフトを８ｍｍとしたとき、ダンパストロークは高々１００μｍ程度なので、エンジン性能にはほとんど影響を及ぼさない）。結果として、排気開弁側のアーマチャ着座速度は排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のアーマチャ着座速度よりも小さくなる。
【００６５】
吸気閉弁側において、ダンパ手段による速度制御が効かなくなるエンジンの回転速度は、衝突速度吸収期間中に着座する回転速度であり、ピストンフル戻り回転速度よりも大きい回転速度になる。
【００６６】
図２に示すシミュレーション結果より、速度エネルギ吸収区間の後に速度一定区間があり、この区間中に着座させることでダンパ速度制御を実現することは既に述べた通りである。これは、ダンパピストンが速度エネルギ吸収区間に必要なストローク分だけ戻ってきていれば、ダンパ速度制御が可能であるということであり、短い期間で（大きい回転速度で）実現できる。その場合、エンジンの回転速度はダンパピストン当たり始め速度に依存するので、小さい当たり始め速度にして着座速度制御に移行するようにする。ダンパストロークは高々０．１ｍｍであるので、ダンパピストン当たり始め速度制御と同じ電圧印加時期制御の電圧オン時期で速度エネルギ吸収区間のダンパストロークが残っている区間の着座速度制御を行うことができる。
【００６７】
以上説明した本発明の一実施例においては、吸気閉弁側のダンパ作用の特性が吸気開弁側、排気閉弁側または排気開弁側のダンパ作用の特性と異なっており、排気開弁側のダンパ作用の特性が排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパ作用の特性と異なっている。このため、吸排気弁開閉時における音の発生を低減するとともに、吸気弁また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または排気が良好に行われるように制御することができ、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できる。
【００６８】
さらに本実施例においては、排気開弁側のダンパ作用時のダンパ力が排気閉弁側、吸気開弁側または吸気閉弁側のダンパ作用時のダンパ力よりも大きいので、排気筒内残圧があるときのダンパ作用時当初の大きい速度による衝撃にダンパ手段が耐えることができる。したがって、排気開弁時における音の発生を確実に低減することができる。
【００６９】
さらにまた、本実施例においては、エンジンの所定回転速度以上において吸気閉弁側のダンパ作用が発現しないように設定されている。このため、エンジン高回転時において吸気弁を早く閉じることができ、エンジンの圧縮行程移行時に混合気を速やかに圧縮することができる。
【００７０】
さらにまた、本実施例においては、ピストン１５０の移動速度が一定となる領域が確保されるように、ダンパ作用が発現するときのピストン１５０の移動速度が制御される。したがって、印加電圧の印可時期を制御することで、バルブボディ１の着座速度制御を良好に行うことができる。
【００７１】
さらにまた、本実施例においては、ダンパ手段９０のダンパ作用が発現するときのピストン１５０の移動速度から制御速度範囲を変更することなく、バルブボディ１が着座するように制御される。したがって、吸気弁を良好に制御することができる。
【００７２】
以上説明した本発明の一実施例では、バルブクリアランス調整部材８１のアーマチャシャフト２２側の端部に螺旋状端面８１ａを形成したが、本発明では、バルブクリアランス調整部材のバルブボディ側の端部に螺旋状端面を形成してもよい。
【００７３】
また本実施例では、ハウジング６０、アーマチャ２０の形状が円形のものについて説明したが、本発明では、ハウジング、アーマチャの形状が矩形であってもよい。
【００７４】
また本実施例では、作動油を充填した密封容器を有するダンパ手段９０を備えた電磁式吸排気装置１００に本発明を適用した例について説明したが、本発明では、ダンパ手段に作動油を供給する手段、ならびにダンパ手段から作動油を排出する手段を備えたダンパ手段を備えた電磁式吸排気装置に適用することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による電磁式吸排気装置のエンジン回転速度と吸排気弁の着座速度との関係を示すシミュレーション図である。
【図２】本発明の一実施例による電磁式吸排気装置の吸排気弁着座時のリフト量、移動速度およびダンパ手段内の流体圧力を示すシミュレーション図である。
【図３】本発明の一実施例による電磁式吸排気装置のダンパ手段を示す縦断面図である。
【図４】本発明の一実施例による電磁式吸排気装置の無通電時の状態を示す縦断面図である。
【図５】本発明の一実施例による電磁式吸排気装置の距離変更手段を示す縦断面図である。
【図６】本発明の一実施例による電磁式吸排気装置の排気開弁側のリフト量、電圧、ダンパ手段内の流体圧力、移動速度および電流を示すデータ図である。
【符号の説明】
１        バルブボディ（吸排気弁部材）
１１        ステム
２０        アーマチャ
２１        アーマチャ本体
２２        アーマチャシャフト
３０        アッパコア
３１        アッパコイル
４１        第１のスプリング
５０        ロアコア
５１        ロアコイル
７１        第２のスプリング
８０        距離変更手段
８１        バルブクリアランス調整部材
８２        第３のスプリング
８３        ピン
９０        ダンパ手段
９４、９５        可動膜（可動部材、密封容器）
９６        可動筒（可動部材）
１００        電磁式吸排気装置
１１２        外輪（密封容器）
１１５        内輪（密封容器）
１２２、１２３        可動輪（可動部材、密封容器）
１４０        双方向オリフィス部材
１４１        双方向オリフィス（流体抵抗通路）
１５０        ピストン
１５５        スプリング（付勢手段）
１５８        円板（逆止弁部材）
１５９        一方向オリフィス部材
１５１        一方向オリフィス
１６３        摺動クリアランンス（流体抵抗通路）
【図１】
0004147568.tif 000002
【図２】
0004147568.tif 000003
【図３】
0004147568.tif 000004
【図４】
0004147568.tif 000005
【図５】
0004147568.tif 000006
【図６】
0004147568.tif 000007