JP4073584B2 - 弁駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃エンジンの吸入気体又は排出気体の流通を制御する弁体を駆動する弁駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンの吸入気体又は排出気体の流通を制御する弁体、例えば吸気弁又は排気弁を駆動する装置として電磁力により弁の開閉を制御する装置が知られている。この装置は、クランク軸により回転駆動されるカムにより弁の開閉を制御するものではなく、カムの形状や回転速度に拘わらずに開弁及び閉弁のタイミングや速度を自由に設定することのできる装置である。しかし、弁の開閉速度を速めたことにより弁の着座時においては、弁と弁の周囲部材とが強く衝突する頻度が高くなり、弁や周囲部材に摩耗が発生したり、衝撃音が発生したりする等の不都合が生じた。これらの不都合を解決する為に、例えば、特開平第１０−１４１０２８号公報に開示されている装置においては、エアダンパ機構を弁駆動装置に設ける構成として弁の着座時における衝撃の低減化を図っている。しかし乍ら、この弁駆動装置は、複雑な構造にせざるを得ないという新たな問題が生じた。
【０００３】
また、電磁力により弁を駆動する弁駆動装置は、装置を駆動する為の電力を供給する必要があり、消費される電力を低くする必要も生じ、特開平第８−１８９３１５号公報に開示されている装置においては、弁の移動距離を内燃エンジンの運転状態に応じて変化させることにより省電力化を図っている。しかし乍ら、供給電力を低くしたことにより駆動力が弱まったり弁の開閉の応答性が悪くなったりするという問題が生じた。
【０００４】
更に、特許公報第２７７２５６９号に開示されている装置においては、多数の固定磁極を設けて励磁コイルに供給する電流の大きさを制御することにより弁の駆動力を強くしている。しかし乍ら、この装置は、構造が複雑になると共に消費電力が高くなるという不都合が生じた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した如く、電磁力により駆動される弁の着座時における衝撃の低減化を図る従来の弁駆動装置は、構成が複雑となると共に弁を的確に制御すべく消費電力を高くせざるを得ないという問題が生じた。また、鉄等の軟質強磁性体を可動部材に用いる従来の弁駆動装置においては、電力を弁駆動装置に供給することができなくなった場合には、弁を所定の位置に位置づけることが困難になるという不都合も生じた。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡素な構成で弁の着座時における衝撃を低減でき、低い消費電力で的確に弁を制御でき、電力が供給されていない場合においても弁を的確に位置づけることができる弁駆動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる弁駆動装置は、内燃エンジンの吸入気体又は排出気体の流通を制御する弁体を駆動する弁駆動装置であって、電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、少なくとも２つの磁極片を有して前記磁束を分布させ、少なくとも１つの磁場領域を形成する磁場形成部とからなる磁路部材と、前記磁場領域に対応して前記弁体と一体の弁軸に固定される互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材と、前記弁軸を挟んで前記磁極片と対向する位置に設けられ磁路を形成する別の磁路部材と、からなる駆動手段と、前記電磁コイルに前記弁体の閉弁方向及び開弁方向のいずれかに対応した極性の駆動電流を供給する電流供給手段と、からなり、前記着磁部材は、極性の異なる着磁面が前記弁体の開弁方向及び閉弁方向に直交する方向に向けられ、配置されたことを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明の特徴によれば、装置の構成を簡素化することができ、弁の着座時における衝撃を低減し的確に弁体を制御することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施例である弁駆動装置を示す。
弁体１１は、弁軸１２の端部において弁軸１２と一体となるように形成されており、断面が矩形形状の弁軸１２の他端部の近傍には、図２に示す如く２つの貫通孔１３及び１４が設けられており、弁軸１２の厚さと略同じ厚さを有する２つの着磁部材２１及び２２、例えば永久磁石が着磁部材の上下の表面が弁軸１２の上下の表面と各々略面一になるように貫通孔１３及び１４の各々に嵌着されている。この２つの着磁部材２１及び２２の各々には、互いに異なる極性、例えばＳ極とＮ極とに着磁された着磁面が向かい合せになるように設けられており、着磁部材２１と着磁部材２２とは、着磁部材２１の２つの着磁面の極性が着磁部材２２の２つの着磁面の極性と逆になるように弁軸１２上に設けられている。アクチュエータ３０のヨーク３１の端面には、３つの磁極片３４、３５及び３６が、弁軸１２の長さ方向に沿うように並置されている。弁軸１２に固着されている着磁部材２１及び２２は、着磁部材２１及び２２とは別体の別の磁路部材であるヨーク３２と磁極片３４、３５及び３６とに挟まれるように間隙３３に設けられており、弁軸１２は図中の矢印Ａ及びＢの示す往復方向に自在に移動することができ、弁軸１２を移動せしめることにより弁体１１を閉弁位置若しくは開弁位置に移動せしめることができるのである。上述した間隙３３の内部において、磁極片３４及び３５の近傍と磁極片３５及び３６の近傍とに磁場領域が形成され、着磁部材２１及び２２は、２つの磁場領域の各々に対応するように設けられている。ヨーク３１が周回する中央部には、コア３７が設けられており、コア３７の周囲には樹脂等の非磁性材料からなる固定枠２３が設けられている。固定枠２３の側壁部には電磁コイル３８がコア３７を周回するように巻装されている。コア３７の上端部とヨーク３１との間には、磁気ギャップ３９が設けられている。また、電磁コイル３８は、図示しない電流源と接続されており、電流源は弁体１１の閉弁方向及び開弁方向のいずれかに対応する極性の駆動電流を電磁コイル３８に供給する。
【００１０】
以下の説明においては、例えば、着磁部材２１のヨーク３１側はＮ極に着磁されヨーク３２側はＳ極に着磁され、着磁部材２２のヨーク３１側はＳ極に着磁されヨーク３２側はＮ極に着磁されているものとする。
電磁コイル３８に電流が供給されていない場合においては、磁気ギャップ３９の磁気抵抗は、着磁部材２１及び２２の磁力に対して大きいが故に、着磁部材２１のＮ極→磁極片３４→ヨーク３１→磁極片３６→着磁部材２２のＳ極→着磁部材２２のＮ極→ヨーク３２→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路と、着磁部材２１のＮ極→磁極片３５→着磁部材２２のＳ極→着磁部材２２のＮ極→ヨーク３２→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路と、が形成されるように、着磁部材２１及び２２は弁軸１２と共に所定の位置（以下、基準位置と称する）に位置づけられる。
【００１１】
一方、電磁コイル３８に電流を供給した場合においては、コア３７の内部に磁束が生成され、この磁束はヨーク３１内に分布して磁極片３４、３５及び３６の各々の表面に磁極を生ぜしめ、上述した磁場領域に磁場が形成される。磁極片３４及び３６に生ずる磁極の極性は同じ極性の磁極であり、磁極片３５に生ずる磁極の極性は磁極片３４及び３６に生じる磁極の極性とは異なる極性である。例えば、所定の方向に流れる直流電流を電磁コイル３８に供給した場合には、磁極片３４及び３６にはＳ極が生じ、磁極片３５にはＮ極が生じる。また、所定の方向と反対方向の直流電流を電磁コイル３８に供給した場合には、磁極片３４及び３６にはＮ極が生じ、磁極片３５にはＳ極が生じるのである。
【００１２】
磁極片３４及び３６にＳ極が生じ、磁極片３５にＮ極が生じた場合においては、着磁部材２１のＮ極→磁極片３４→ヨーク３１→磁気ギャップ３９→コア３７→磁極片３５→着磁部材２２のＳ極→着磁部材２２のＮ極→ヨーク３２→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路が新たに形成されるように、着磁部材２１及び２２は、コア３７内に生成された磁束密度の大きさに応じて弁軸１２と共に図１に示す矢印Ａの方向に移動する。一方、磁極片３４及び３６にＮ極が生じ、磁極片３５にＳ極が生じた場合においては、着磁部材２１のＮ極→磁極片３５→コア３７→磁気ギャップ３９→ヨーク３１→磁極片３６→着磁部材２２のＳ極→着磁部材２２のＮ極→ヨーク３２→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路が新たに形成されるように、着磁部材２１及び２２はコア３７内に生成された磁束密度の大きさに応じて弁軸１２と共に矢印Ｂの方向に移動する。
【００１３】
上述した如く、電磁コイル３８に電流が供給されていない場合には、弁体１１を基準位置に位置づけることができ、電磁コイル３８へ供給する電流の向きを変更することにより弁軸１２を方向Ａ又は方向Ｂに移動せしめることができ、弁体１１を閉弁位置若しくは開弁位置に位置づけることができるのである。
図３は、着磁部材の移動距離を、例えば±４ｍｍとしたときにおける着磁部材の位置とアクチュエータから着磁部材に加えられる駆動力との関係を示すものである。このグラフは、アクチュエータの電磁コイルに所定の電流値、例えば１Ａ〜１５Ａの電流を供給したときに、着磁部材を所定の位置、例えば−４ｍｍ〜＋４ｍｍの各位置に静止せしめるのに必要な力を駆動力として検出して表示したものである。
【００１４】
着磁部材に加えられる駆動力の大きさは、着磁部材の位置が正の方向に移動するに伴い減少する。また、着磁部材が同一の位置に位置する場合においては、電磁コイルに供給する電流の大きさが増大するに伴い、駆動力も増大する。また、この電流が０のときに駆動力が０となる着磁部材の位置が、着磁部材の基準位置である。
【００１５】
尚、図３に示したグラフは、所定方向に流れる直流電流を電磁コイルに供給したときのものであるが、逆方向に流れる直流電流を供給した場合には、駆動力の大きさは負の値となり、駆動力は逆方向を向くのである。
上述した特許公報第２７７２５６９号に開示されている如き従来の装置における駆動力は可動部材の移動距離の２乗に反比例するのに対して、本発明の装置は、上述した如き構成とすることにより、可動部材である着磁部材の位置によらずに安定した駆動力を得ることができるのである。
【００１６】
図４は、内燃エンジンが高速回転、例えば６０００ｒｐｍで回転している際に着磁部材を弁体及び弁軸と共に移動せしめたとした場合における移動に要する時間と着磁部材の位置及び着磁部材の加速度との関係を数値計算により得た結果を示す。
図４の上部のグラフに示す如く着磁部材の加速度の変化の波形が矩形型となるように着磁部材に駆動力を与えて着磁部材を駆動するものとした場合においては、着磁部材の変位の変化の波形は、図４の下部のグラフに示す如き曲線を示す。更に、この場合において、着磁部材の最大移動距離の値を所定距離、例えば８ｍｍとして、着磁部材の初期位置を−４ｍｍ（例えば図１に示したＢ方向に着磁部材が４ｍｍだけ偏倚した位置）とし、最大移動位置を＋４ｍｍ（例えば図１に示したＡ方向に着磁部材が４ｍｍだけ偏倚した位置）とし、初期位置及び最大移動位置の各々の位置において着磁部材の速度をゼロにすべく制御するには、図４の上部のグラフに示す如く、着磁部材の加速度を例えば約−２３０Ｇから約２３０Ｇまで変化せしめればよいのである。上述した如く、弁体１１は着磁部材２１及び２２と弁軸１２を介して一体に形成されており、着磁部材が上述の初期位置に位置したときの位置が弁体の閉弁位置に対応し、着磁部材が上述の最大移動位置に位置したときの位置が弁体の最大開弁位置に対応する。即ち、弁体が周囲の部材と衝突すること無くかつ弁体の速度がゼロとなって閉弁位置と最大開弁位置とに弁体が位置するように制御するには、着磁部材、即ち弁体の加速度を例えば約±２３０Ｇだけ生ぜしめればよく、本発明の装置は、簡素な構成で弁の着座時における衝撃を低減することができるのである。
【００１７】
図５は、内燃エンジンの吸入気体及び排出気体の流通を制御する弁駆動装置に図１に示した弁駆動装置を用いたときの内燃エンジンの燃焼室近傍の断面を示す。尚、図１に示した構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。
内燃エンジン５０の吸気管５１からは、空気がスロットルバルブ５７によりその流量が制御されて吸入され、吸気管５１に設けられたインジェクタ５２からは燃料が噴射され、吸入空気と燃料とは吸気管５１において混合されて混合気となる。また、クランク軸（図示せず）近傍にはクランク角センサ（図示せず）が設けられており、クランク角が所定の角度に達したときには、位置信号パルスが発せられるようになされている。吸入行程を開始すべき位置信号パルスがクランク角センサから発せられたときには、アクチュエータ３０に電流が供給されて弁軸１２は着磁部材２１、２２と共に燃焼室５３の内部方向に移動し弁体１１が開弁され、混合気は燃焼室５３に吸入される。次いで、圧縮行程を開始すべき位置信号パルスがクランク角センサから発せられたときには、吸入行程において供給した電流と逆方向の電流をアクチュエータ３０に供給して弁軸１２を燃焼室５３の外部方向に移動せしめて弁体１１を閉弁する。燃焼行程を開始すべき位置信号パルスが発せられたときには、点火プラグ５４が点火され、燃焼室５３内に吸入された混合気が燃焼する。この燃焼により混合気の体積が増大しピストン５５を下方に移動せしめる。このピストン５５の運動はクランク軸に伝達されてクランク軸の回転運動に変換される。排気行程を開始すべき位置信号パルスが発せられたときには、アクチュエータ３０’に電流が供給されて弁軸１２’は着磁部材２１’、２２’と共に燃焼室５３の内部方向に移動し弁体１１’が開弁され、燃焼室５３で燃焼した混合気は排気ガスとして排気管５６へ排気される。次いで吸入行程を開始すべき位置信号パルスが発せられたときには、弁体１１’を閉弁し、次のサイクルの吸入行程を開始するのである。
【００１８】
また、内燃エンジン５０の吸気管５１と排気管５６とには、吸気管５１と排気管５６と連通する再循環管５８が設けられており、再循環管５８には、排気ガスの流通を制御する排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲと称する）１３１が設けられている。内燃エンジン５０から排気された排気ガスは、再循環管５８を流通してＥＧＲ１３１によりその流量が制御されて吸気管５１に供給される。このＥＧＲ１３１は、図１に示した弁駆動装置からなり、弁体１１”、弁軸１２”、着磁部材２１”及び２２”、アクチュエータ３０”を含む。この弁駆動装置により吸気管５１に供給される排気ガスの流通が制御されるのである。
【００１９】
更に、内燃エンジン５０の吸気管５１には、吸気管５１の上流に供給された空気を迂回させて吸気管５１の下流に供給するバイパス管５９が設けられており、バイパス管５９には、内燃エンジン５０に供給される空気の流量を制御するアイドルスピード制御装置（以下、ＩＳＣと称する）１３２が設けられている。ＩＳＣ１３２は、図１に示した如き弁駆動装置からなり、弁体１１'''、弁軸１２'''、着磁部材２１'''及び２２'''、アクチュエータ３０'''を含む。この弁駆動装置により内燃エンジン５０に供給される空気の流量が制御されるのである。
【００２０】
上述した如き吸気管５１に供給される空気やＩＳＣ１３２を介して吸気管５１の下流に供給される空気が内燃エンジン５０に吸入される吸入気体であり、内燃エンジン５０から排出された排気ガスやＥＧＲに供給される排気ガスが内燃エンジン５０から排出される排出気体である。
また、図５に示した内燃エンジンに用いた弁駆動装置は、図１に示した第１の実施例の弁駆動装置に限られず、後述する如き第２〜６の実施例の弁駆動装置を用いることとしてもよい。
【００２１】
図６は、本発明の第２の実施例である弁駆動装置を示す。尚、図１に示した実施例の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。
ホールセンサ４１が磁気ギャップ３９に設けられており、磁気ギャップ３９内を通過する磁束密度を検出する。検出された磁束密度に応じた電圧信号がホールセンサ４１から発せられ、電圧信号は位置検出信号処理装置（図示せず）に供給される。上述した如く、着磁部材２１及び２２の位置は、コア３７内に生成された磁束密度の大きさ、即ち磁気ギャップ３９内を通過する磁束密度の大きさに応じて定まるが故に、磁束密度を検出することにより着磁部材２１及び２２の位置を得ることができ、着磁部材２１及び２２の位置に応じた駆動電流を電磁コイル３８に供給することにより弁体１１を的確に制御することができるのである。
【００２２】
図７は、本発明の第３の実施例である弁駆動装置を示す。尚、図１及び図６に示した実施例の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。
電磁コイル４２がコア３７の上端部に巻装されており、電磁コイル４２はコア３７内に生成された磁束の変化を検出し、検出した磁束の変化に応じた電圧信号を発し、電圧信号は速度検出信号処理装置（図示せず）に供給される。コア３７内に生成される磁束は、着磁部材の速度に応じて変化するものであるので、磁束密度の変化を検出することにより着磁部材２１及び２２の速度を得ることができ、着磁部材２１及び２２の速度に応じた駆動電流を電磁コイル３８に供給することにより弁体１１を的確に制御することができるのである。
【００２３】
図８は、本発明の第４の実施例である弁駆動装置を示す。尚、図１、図６及び図７に示した実施例の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。
磁気ギャップ３９は、ヨーク３１上においてコア３７の中心線Ｃよりも磁極片３４の方に偏倚した位置に設けられている。また、磁気ギャップ４０は、磁極片３４の下部に設けられている。後述する如く、電磁コイル３８に電流が供給されていないときには、磁極片３４の下方には弁軸１２が位置するが故に、磁気ギャップ４０とは、磁極片３４と弁軸１２との間に形成される間隙を示す。一方、電磁コイル３８に電流が供給されたときには、弁軸１２が着磁部材２１及び２２と共に図中の矢印Ａの方向に移動することにより磁極片３４の下方には着磁部材２１が位置するが故に、磁気ギャップ４０とは、磁極片３４と着磁部材２１との間に形成される間隙を示す。磁極片３４は、この間隙の大きさが弁軸の長さ方向に沿って略一定となるように形成されている。
【００２４】
この弁駆動装置において、電磁コイル３８に電流が供給されていない場合には、磁気ギャップ３９及び４０の磁気抵抗は、着磁部材２１及び２２の磁力に対して大きいが故に、着磁部材２１のＮ極→磁極片３５→コア３７→ヨーク３１→磁極片３６→着磁部材２２のＳ極→着磁部材２２のＮ極→ヨーク３２→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路が形成されるように、着磁部材２１及び２２は弁軸１２と共に図中の矢印Ｂの方向に偏倚した所定の位置に位置づけられる。図８に示した弁駆動装置においては、この位置が基準位置となり、電磁コイル３８に電流が供給されていないときには、弁軸１２は常にこの基準位置に位置づけられることとなる。
【００２５】
一方、電磁コイル３８に所定方向に流れる所定の大きさの電流が供給された場合には、磁気ギャップ３９及び４０にも磁束が通過することとなり、着磁部材２１のＮ極→磁気ギャップ４０→磁極片３４→ヨーク３１→磁気ギャップ３９→ヨーク３１→コア３７→磁極片３５→着磁部材２２のＳ極→着磁部材２２のＮ極→ヨーク３２→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路と，着磁部材２１のＮ極→磁気ギャップ４０→磁極片３４→ヨーク３１→磁気ギャップ３９→ヨーク３１→磁極片３６→着磁部材２２のＳ極→着磁部材２２のＮ極→ヨーク３２→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路と、が形成されるように、着磁部材２１及び２２は弁軸１２と共に図中の矢印Ａの方向に移動することとなる。
【００２６】
更に、電磁コイル３８に供給する電流の大きさを大きくした場合には、着磁部材２１のＮ極→磁気ギャップ４０→磁極片３４→ヨーク３１→磁気ギャップ３９→ヨーク３１→コア３７→磁極片３５→着磁部材２２のＳ極→着磁部材２２のＮ極→ヨーク３２→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路のみが形成され、着磁部材２１及び２２は弁軸１２と共に図中の矢印Ａの方向に更に移動することとなる。
【００２７】
上述した如く、図８に示した弁駆動装置においては、電磁コイル３８に電流を供給していないときには、弁軸１２は、矢印Ｂの方向に偏倚した所定の位置に常に位置づけられることとなるが故に、この位置を基準位置とすることができるのである。一方、磁気ギャップ３９をヨーク３１上においてコア３７の中心線Ｃよりも磁極片３６の方に偏倚した位置に設け、磁気ギャップ４０を磁極片３６の下部に設けた場合において、電磁コイル３８に電流を供給していないときには、弁軸１２は、矢印Ａの方向に偏倚した所定の位置に位置づけられることとなり、この位置を基準位置とすることができる。磁気ギャップ３９及び４０を設ける位置を変更することにより、矢印Ａの方向に偏倚した位置、例えば開弁位置を基準位置とするか、矢印Ｂの方向に偏倚した位置、例えば閉弁位置を基準位置とするかを選択することができるのである。
【００２８】
また、磁気ギャップ３９及び４０の間隔を異なるものとした場合には、磁気ギャップ３９及び４０の磁気抵抗の大きさも異なるものとなる。更に、磁気ギャップ４０の磁気抵抗の大きさは、着磁部材２１及び２２が弁軸１２と共に移動するにつれて変化する。それ故、磁気ギャップ３９及び４０の間隔を変更したときには、電磁コイル３８に供給される電流の大きさが同じものであっても形成される磁束の磁束密度や磁束密度の変化は異なるものとなり、弁軸１２や着磁部材２１及び２２を駆動するのに必要な駆動力の大きさや駆動力の変化率を所望のものにすることができるのである。
【００２９】
尚、上述した実施例においては、弁軸の長さ方向に沿って並置された複数の磁極片のうちの最も外側に位置する磁極片の下部に磁気ギャップを設けた場合を示したが、その他の位置に位置する磁極片に磁気ギャップを設けることとしてもよい。また、磁気ギャップの大きさ、即ち弁軸と磁極片との間の間隙又は着磁部材と磁極片との間の間隙の大きさが弁軸の長さ方向に沿って略一定となる場合を示したが、磁気ギャップの大きさが弁軸の長さ方向に沿って変化する構成としてもよい。
【００３０】
図９は、本発明の第５の実施例である弁駆動装置を示す。尚、図１、図６、図７及び図８に示した実施例の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。
アクチュエータ７０のヨーク７１はＵ字状形状を呈し、ヨーク７１の脚部の内側壁部には、２つの磁極片７２及び７３が互いに対向し合うように設けられている。断面が矩形形状を呈する弁軸１５は、磁極片７２及び７３の間隙７４に、弁軸１５の長手方向に自在に移動し得るように設けられている。また、上述した図２に示した弁軸１２と同様に、弁軸１５に設けられた１つの貫通孔（図示せず）には１つの着磁部材２１が嵌着されており、例えば着磁部材２１のＮ極は、磁極片７２と対面し、着磁部材２１のＳ極は、磁極片７３と対面する。上述した間隙７４の内部において、磁極片７２及び７３の近傍には磁場領域※が形成され、着磁部材２１は、磁場領域に対応するように設けられている。ヨーク７１の胴部の周囲には樹脂等の非磁性材料からなる固定枠２３が設けられている。固定枠２３の側壁部には電磁コイル３８がヨーク７１の胴部を周回するように巻装されている。電磁コイル３８は、図示しない電流源と接続されており、電流源は弁体１１の閉弁方向及び開弁方向のいずれかに対応する極性の駆動電流を電磁コイル３８に供給する。更に、別の磁路部材であるヨーク７５及び７６は、弁軸１５を挟むように設けられており、例えば着磁部材２１のＮ極は、ヨーク７５と対面し、着磁部材２１のＳ極は、ヨーク７６と対面する。図１０に示す如く、ヨーク７５及び７６の断面は共にＵ字状形状を呈し、ヨーク７５と７６との脚部同士が対向するように向かい合って設けられている。また、ヨーク７５と７６との脚部の間には磁気ギャップ７７及び７８が設けられている。
【００３１】
電磁コイル３８に電流が供給されていない場合においては、着磁部材２１のＮ極→磁極片７２→ヨーク７１→磁極片７３→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路が形成されるように、着磁部材２１は弁軸１５と共に所定の位置に位置づけられる。
一方、電磁コイル３８に電流を供給した場合においては、ヨーク７１内に磁束が生成され磁極片７２及び７３の各々の表面に磁極を生ぜしめる。例えば、所定の方向に流れる直流電流を電磁コイル３８に供給した場合には、磁極片７２にはＮ極が生じ磁極片７３にはＳ極が生じ、所定の方向と反対方向の直流電流を電磁コイル３８に供給した場合には、磁極片７２にはＳ極が生じ磁極片７３にはＮ極が生じる。
【００３２】
磁極片７２にＮ極が生じ磁極片７３にＳ極が生じた場合においては、図１０に示した２つの破線矢印で示すように、着磁部材２１のＮ極→ヨーク７５→磁気ギャップ７７→ヨーク７６→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路と、着磁部材２１のＮ極→ヨーク７５→磁気ギャップ７８→ヨーク７６→着磁部材２１のＳ極の如く周回する磁路と、が新たに形成されるように、着磁部材２１は、ヨーク７１内に生成された磁束密度の大きさに応じて弁軸１５と共に図９及び１０に示す矢印Ａの方向に移動する。一方、磁極片７２にＳ極が生じ磁極片７３にＮ極が生じた場合においては、上述した如き２つの磁路が消滅するように、着磁部材２１は、ヨーク７１内に生成された磁束密度の大きさに応じて弁軸１５と共に矢印Ｂの方向に移動する。
【００３３】
図１１及び図１２は、本発明の第６の実施例である弁駆動装置を示す。尚、図１、図６、図７、図８及び図９に示した実施例の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。また、図１２は、図１１に示した弁駆動装置から上部フレーム８１及び８１’と、下部フレーム８８と、巻線３８と、を省略して示したものである。
【００３４】
第２保持部材である上部フレーム８１は、天部８２と２つの脚部８３とを有するＵ字型形状を呈し、脚部８３の中程には２つの脚部を互いに連結する棚部８４が設けられている。尚、上部フレーム８１’も同様の構造を有する。
この上部フレーム８１と８１’は、ヨーク３１を保持する保持突起（図示せず）を有しており、また、ヨーク３１には上述した保持突起に対応する位置に保持穴部（図示せず）が設けられており、保持突起を保持穴部に嵌合させて組み立てることにより上部フレーム８１と８１’との間の所定の位置にヨーク３１を保持することができるのである。また、ヨーク３１に上部フレーム８１及び８１’を取り付けた時には、ヨーク３１内部に設けられているコア３７を周回する巻線３８は、上部フレーム８１及び８１’の天部８２と脚部８３と棚部８４とから形成される開口内に配置される。
【００３５】
また、後述する如く、着磁部材の保持体である可動部材９１は、図１２に示すようにヨーク３１の磁極片３４及び３６と、コア３７の磁極片３５との間に間隙を有するように設けられている。更に、可動部材９１は、別の磁路部材であるヨーク３２との間にも間隙を有するように設けられている。これらの間隙は、後述する如くローラ１０１及び１０２と、１０３及び１０４（図示せず）により形成される。可動部材９１の端部には、係止部９２が設けられている。後述するように、係止部９２には、係止孔９３と弁軸支持溝９４とが設けられており、弁軸１２の端部に形成されている拡径部１６は、係止孔９３に挿設されている。弁軸１２には、弁体１１が設けられており、巻線３８に電流を供給して可動部材を駆動することにより、弁体１１を図中の矢印Ａの方向、例えば開弁方向又はＢの方向、例えば閉弁方向に移動させることができるのである。
【００３６】
後述する図１４に示す如く、第１保持部材である下部フレーム８８と８８’は、ヨーク３２を保持する為の保持突起（図示せず）を有しており、このヨーク３２には保持突起に対応する位置に保持穴部（図示せず）が設けられており、保持突起を保持穴部に嵌合させて組み立てることにより下部フレーム８８と８８’との間の所定の位置にヨーク３２を保持することができる。また、下部フレーム８８と８８’は、長手方向の長さが上部フレーム８１又は８１’の２つの脚部８３又は８３’の間隔に略等しくなるように形成されている。上述した如き構成としたことにより、図１１に示すように、下部フレーム８８を上部フレーム８１の２つ脚部８３の間に配置し、下部フレーム８８’を上部フレーム８１’の２つの脚部８３’の間に配置したときには、弁体の閉弁方向又は開弁方向のいずれの方向にもヨーク３２が移動しないようにヨーク３２を位置づけることができるのである。
【００３７】
尚、上述した第２保持部材である上部フレーム８１及び８１’は、弁駆動装置を内燃エンジンの所定の位置に固定する為の支持穴（図示せず）を有することとしてもよい。
図１３は、下方から見たときの上部フレームを示す。尚、図１１及び図１２に示した実施例の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。
【００３８】
上述した如く、上部フレーム８１は、２つの脚部８３を互いに連結する棚部８４を有する。この棚部８４の下面には、後述する如く、第２係合部材であるローラ１０３と１０４との各々（図示せず）の移動を案内する案内溝８５及び８６が形成されている。この第２案内溝である案内溝は長方形の開口を有し、その断面の形状は矩形形状を呈する。また、この案内溝は棚部８４の下面に形成されていることから、図１１に示した弁駆動装置として組み立てられたときには、案内溝は、可動部材９１の方に向かうこととなる。更に、ローラ１０３及び１０４が案内溝８５及び８６の中において長手方向に自在に転がることができる程度に、案内溝８５及び８６は、案内溝の幅がローラの長さに略等しくなるように形成されている。また、案内溝の深さがローラの直径よりも小さくなるように、更に、案内溝の長手方向の長さが可動部材の移動距離に応じた長さになるように、案内溝は形成されている。尚、図１３は、上部フレーム８１についてのものであるが、上部フレーム８１’も同様の構造を有する。
【００３９】
図１４は、下部フレーム８８と８８’との間に保持されたヨーク３２を示す。尚、図１１及び図１２に示した実施例の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。
第１保持部材である下部フレーム８８は、上部フレーム８１の２つの脚部８３の間に保持されるべく、下部フレーム８８の長手方向の長さは、２つの脚部８３の間隔に略等しい長さとなるように形成されている。また、下部フレーム８８の上面には、第１案内溝である案内溝８９と９０とが形成されている。この案内溝８９及び９０は、上述した案内溝８５及び８６と同様の形状を呈し、第１係合部材であるローラ１０１及び１０２（図示せず）は、案内溝８９及び９０の中で長手方向に自在に転がることができる。尚、下部フレーム８８’の構造も下部フレーム８８と同様の構造であり、その上面には案内溝８９’と９０’とを有する。
【００４０】
図１５は、着磁部材と可動部材とを示す。尚、図１１及び図１２に示した実施例の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。
着磁部材の保持体である可動部材９１には、可動部材９１の厚さと略同じ厚さを有する２つの着磁部材２１及び２２、例えば永久磁石が、着磁部材の上下の表面の各々が可動部材９１の上下の表面の各々に揃うように挿着されている。また、可動部材９１の側部には、可動部材９１の側方に突出する突出縁部９５及び９５’が設けられている。突出縁部９５の下面にはローラ１０１及び１０２（図示せず）に係合する係合下面９６が設けられ、突出縁部９５の上面にはローラ１０３及び１０４（図示せず）に係合する係合上面９８が設けられている。更に、突出縁部９５の下方の可動部材９１の側面には、ローラ１０１及び１０２の円形端面に係合する係合側面９７が設けられ、突出縁部９５の上方の可動部材９１の側面には、ローラ１０３及び１０４の円形端面に係合する係合側面９９が設けられている。尚、突出縁部９５’についても、同様に、係合下面９６’（図示せず）、係合上面９８’、係合側面９７’（図示せず）、係合側面９９’（図示せず）が設けられている。
【００４１】
図１６は、ローラが突出縁部と下部フレームの案内溝とに係合する状態を示す斜視図である。また、図１７は、図１１に示した線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。更に、図１８は、図１１に示した線Ｙ−Ｙに沿った断面図である。尚、図１１、図１４及び図１５に示した実施例の構成要素と対応する構成要素には同一の符号を付した。
【００４２】
第１係合部材であるローラ１０１及び１０２と、第２係合部材である１０３及び１０４との各々は、円柱形の形状を呈し、円筒型の表面と、２つの円形端面とを有する。以下においては、可動部材９１の係合側面９７又は９９の方に向かう円形端面を内向端面と称し、係合側面９７又は９９に対して逆の方向に向かう円形端面を外向端面と称する。
【００４３】
図１６及び１７に示す如く、ローラ１０１は下部フレーム８８の案内溝８９内に設けられており、ローラ１０２は下部フレーム８８の案内溝９０内に設けられており、ローラ１０３は上部フレーム８１の案内溝８５内に設けられており、ローラ１０４は上部フレーム８１の案内溝８６内に設けられている。上述した如く、案内溝は、案内溝の幅がローラの長さに略等しくなるように形成されている。このような構成としたことにより、ローラが案内溝内で転がるときには、図１８に示す如く、ローラの内向端面と外向端面との各々は案内溝の側面に係合することとなり、ローラは案内溝に案内されて案内溝の長手方向のみに移動することができるのである。また、図１６、１７及び１８に示す如く、可動部材９１は、ローラ１０１及び１０２の円筒表面に可動部材９１の係合下面９６が係合するように、かつローラ１０１と１０２との内向端面に可動部材９１の係合側面９７が係合し得るように設けられている。更に、可動部材９１は、ローラ１０３と１０４との円筒表面に係合上面９８が係合するように、かつローラ１０３と１０４との内向端面に可動部材９１の係合側面９９が係合するように設けられている。
【００４４】
尚、図１８に示す如く、案内溝８５’、８６’、８９’及び９０’についても上述した案内溝と同様の構成であり、また、ローラ１０１’１０２’、１０３’及び１０４’についても上述したローラ１０１〜１０４と同様の構成であり、更に、係合側面９７’又は９９’、係合下面９６’、係合上面９８’についても上述したものと同様の構成である。
【００４５】
上述した如き構成としたことにより、図１１に示した電磁コイル３８に電流が供給されて、コア３７、ヨーク３１、着磁部材２１及び２２並びにヨーク３２の内部を周回する磁路が形成されて可動部材９１が移動する場合には、図１８に示す如く、可動部材９１の係合側面９７はローラ１０１及び１０２の内向端面に係合し、可動部材９１の係合側面９９はローラ１０３及び１０４の内向端面に係合し、同様に、可動部材９１の係合側面９７’はローラ１０１’及び１０２’の内向端面に係合し、可動部材９１の係合側面９９’はローラ１０３’及び１０４’の内向端面に係合しているが故に、可動部材９１は、ローラの内向端面に案内されて移動することとなる。
【００４６】
図１６、１７及び１８に示す如き構成としたことにより、ローラの各々は案内溝に案内されて移動し、可動部材９１はローラの各々の内向端面に案内されて移動するのである。
上述したローラ１０１〜１０４及び１０１’〜１０４’は、可動部材９１を所望の方向に平滑に移動させるものであるが、図１７に示す如く、これらのローラは、可動部材９１と上部フレーム８１及び８１’と間隔を定め、可動部材９１と下部フレーム８８及び８８’との間隔をも定めるものである。更に、上述した如く、上部フレーム８１及び８１’は、ヨーク３１とコア３７とを保持するものであり、下部フレーム８８及び８８’は、ヨーク３２を保持するものであるが故に、ローラ１０１〜１０４及び１０１’〜１０４’は、着磁部材２１及び２２と磁極片３４、３５及び３６との間隔を定めることができ、着磁部材２１及び２２とヨーク３２との間隔を定めることができるのである。
【００４７】
また、着磁部材２１及び２２から発せられる磁束により生ずる磁力は、着磁部材２１及び２２をヨーク２１及びコア３７の方に引き寄せ、ヨーク３２を着磁部材２１及び２２の方に引き寄せることとなる。この磁力により、図１１に示す如く、下部フレーム８８を上部フレーム８１の２つの脚部８３の間に配置し、下部フレーム８８’を上部フレーム８１’の２つの脚部８３’の間に配置したときには、ヨーク３２をヨーク３１の方向（図１１においては上方向）へ保持する部材を要することなく、ヨーク３２と下部フレーム８８及び８８’とをヨーク３１の方向に保持することができるのである。
【００４８】
上述した実施例においては、第１係合部材及び第２係合部材として円柱形状のローラ１０１〜１０４及び１０１’〜１０４’を用いた場合を示したが、図１９に示す如く、球形状の球体１１１〜１１４を用いることとしてもよい。この場合においては、第１案内溝１２１及び１２２と第２案内溝（図示せず）との断面の形状をＶ字状形状とすることにより、球体１１１〜１１４を第１案内溝及び第２案内溝に適確に係合させることができるのである。
【００４９】
図２０は、可動部材の係止部と、弁体部材とを示す。
弁体部材１０の弁体１１は、正面から見たときには円形の形状を呈し、弁体１１は、円柱形の弁軸１２の端部において弁軸１２と一体となるように形成されている。また、弁軸１２の他端部においては、弁軸１２の直径よりも大きい円柱形の拡径部１６が設けられている。
【００５０】
一方、可動部材９１に設けられた係止部９２においては、開口の形状が長方形で断面の形状が矩形型の係止孔９３が形成され、係止部９２の正面には、係止部９２の表面から係止孔９３に向かって断面がＵ字状形状の支持溝９４が形成されている。
弁体部材１０を可動部材９１に取り付けるべく拡径部１６を係止孔９３内に挿入したときには、係止孔９３の側面は拡径部１６の円筒表面や円形端面に係合し、支持溝９４は弁軸１２の円筒表面に係合して、弁体部材１０は係止部９２に保持されることとなるのである。このような構成としたことにより弁軸部材１０を可動部材９１に着脱容易にかつ適確に取り付けることができるのである。更に、従来使用してきた弁体部材の形状に応じて係止孔９３を形成することとした場合には、弁体部材に変更を加えることなく従来の弁体部材を第６の実施例による弁駆動装置に使用することができるのである。
【００５１】
尚、上述した実施例においては、弁軸１２の端部の形状を円柱形の拡径部１６とした場合を示したが、球形等の他の形状としてもよい。また、係止孔９３の開口の形状を長方形形状ではなく他の多角形形状としてもよい。また、上述した第１〜５の実施例の弁駆動装置で示したヨーク３１及び３２、間隙３３、磁極片３４、３５及び３６、コア３７、電磁コイル３８並びに磁気ギャップ３９及び４０からなる構成を、第６の実施例による弁駆動装置に用いることとしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明による弁駆動装置によれば、装置の構成を簡素化することができ、弁の着座時における衝撃を低減し、的確に弁体を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である弁駆動装置を示す断面図である。
【図２】図１に示した弁駆動装置の弁軸と着磁部材とを示す分解拡大斜視図である。
【図３】着磁部材の移動距離と着磁部材に加えられる駆動力との関係を示すグラフである。
【図４】着磁部材を最適な制御をして移動せしめた時における時間と着磁部材の位置及び着磁部材の加速度との関係を示すグラフである。
【図５】図１に示した弁駆動装置を吸気弁及び排気弁の駆動装置に用いたときの燃焼室近傍を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例である弁駆動装置を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施例である弁駆動装置を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施例である弁駆動装置を示す断面図である。
【図９】本発明の第５の実施例である弁駆動装置を示す断面図である。
【図１０】図９に示した弁駆動装置のヨークと着磁部材とを示す拡大斜視図である。
【図１１】本発明の第６の実施例である弁駆動装置を示す斜視図である。
【図１２】図１１に示した弁駆動装置の上部フレームと下部フレームと巻線とを省略して示した斜視図である。
【図１３】下方から見たときの上部フレームを示す斜視図である。
【図１４】下部フレーム８８と８８’との間に保持されたヨーク３２を示す斜視図である。
【図１５】着磁部材と可動部材とを示す斜視図である。
【図１６】ローラが、突出縁部と下部フレームの案内溝とに係合する状態を示す拡大斜視図である。
【図１７】図１１に示した線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【図１８】図１１に示した線Ｙ−Ｙに沿った断面図である。
【図１９】係合部材を球体としたときに、球体が突出縁部と下部フレームの案内溝とに係合する状態を示す拡大斜視図である。
【図２０】可動部材の係止部と、弁体部材とを示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
１１、１１’ 弁体
１２、１２’、１５ 弁軸
１６ 拡径部（係止手段）
２１、２２、２１’、２２’ 着磁部材
３０、３０’、７０ アクチュエータ
３１、３２、７１、７５、７６ ヨーク
３４、３５、３６、７２、７３ 磁極片
３８ 電磁コイル
３９、７７、７８ 磁気ギャップ
４０ 磁気ギャップ（間隙）
４１ ホールセンサ
４２ 電磁コイル
８１、８１’ 上部フレーム（支持手段、第２保持部材）
８８、８８’ 下部フレーム（支持手段、第１保持部材）
９１ 可動部材（保持体）
１０１、１０２、１０１’、１０２’ ローラ（係合手段、第１係合部材）
１０３、１０４、１０３’、１０４’ ローラ（係合手段、第２係合部材）
８５、８６、８５’、８６’ 第２案内溝
８９、９０、８９’、９０’ 第１案内溝
９３ 係止孔（係止手段）

Claims (12)

1. 内燃エンジンの吸入気体又は排出気体の流通を制御する弁体を駆動する弁駆動装置であって、
   電磁コイルが巻装されて磁束を生成する磁束生成部と、少なくとも２つの磁極片を有して前記磁束を分布させ、少なくとも１つの磁場領域を形成する磁場形成部とからなる磁路部材と、前記磁場領域に対応して前記弁体と一体の弁軸に固定される互いに異なる極性の２つの着磁面を有する着磁部材と、前記弁軸を挟んで前記磁極片と対向する位置に設けられ磁路を形成する別の磁路部材と、からなる駆動手段と、
   前記電磁コイルに前記弁体の閉弁方向及び開弁方向のいずれかに対応した極性の駆動電流を供給する電流供給手段と、からなり、
   前記着磁部材は、極性の異なる着磁面が前記弁体の開弁方向及び閉弁方向に直交する方向に向けられ、配置されたことを特徴とする弁駆動装置。
2. 少なくとも２つの磁極片を有する前記磁路部材は、前記磁束生成部と前記磁極片とを連結する磁路又は前記磁束生成部において磁気ギャップを有することを特徴とする請求項１記載の弁駆動装置。
3. 前記電流供給手段は、前記磁気ギャップに設けられて前記磁気ギャップ内の磁束密度を検出し前記磁束密度に基づいて前記駆動電流を制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項２記載の弁駆動装置。
4. 前記電流供給手段は、前記磁束生成部に巻装されて前記磁束生成部内の磁束密度変化を検出し前記磁束密度変化に基づいて前記駆動電流を制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の弁駆動装置。
5. 前記磁極片は、３つであって前記弁軸の長さ方向に沿って互いに並置されて前記磁場領域が２つ形成され、
   前記着磁部材は、２つの前記磁場領域に対応して前記弁軸の軸方向の２箇所に設けられたことを特徴とする請求項１記載の弁駆動装置。
6. 前記磁極片のうちの少なくとも１つと前記着磁部材との間において形成される間隙の間隙長は、他の磁極片と前記着磁部材とによって形成される間隙の間隙長とは、異なることを特徴とする請求項５記載の弁駆動装置。
7. 前記駆動手段は、前記着磁部材の近傍に設けられて前記弁軸を囲みかつ前記弁軸の周りの閉磁路の磁気抵抗を大とするような磁気ギャップを有する別の磁路部材を有することを特徴とする請求項１記載の弁駆動装置。
8. 前記着磁部材を保持する保持体と、
   少なくとも２つの磁極片を有する前記磁路部材を所定の位置に保持し、かつ前記別の磁路部材が前記閉弁方向及び前記開弁方向のいずれにも移動しないように前記別の磁路部材を支持する支持手段と、
   前記保持体と前記支持手段とに係合して、前記着磁部材と前記磁路部材との間及び前記着磁部材と前記別の磁路部材との間に間隙を設け、かつ前記閉弁方向及び前記開弁方向のいずれにも移動自在に前記保持体を案内する係合手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の弁駆動装置。
9. 前記支持手段は、前記別の磁路部材を保持する第１保持部材と、前記第１保持部材を挟持する挟持部を有しかつ前記磁路部材を保持する第２保持部材と、からなることを特徴とする請求項８記載の弁駆動装置。
10. 前記係合手段は、前記保持体と前記第１保持部材とに係合して前記保持体を案内する第１係合部材と、前記保持体と前記第２保持部材とに係合して前記保持体を案内する第２係合部材とからなり、
    前記第１保持部材は、前記開弁方向及び前記閉弁方向に沿った方向に前記保持体に向かい合うように形成されかつ前記第１係合部材に係合して前記第１係合部材を案内する第１案内溝を有し、
    前記第２保持部材は、前記開弁方向及び前記閉弁方向に沿った方向に前記保持体に向かい合うように形成されかつ前記第２係合部材に係合して前記第２係合部材を案内する第２案内溝を有することを特徴とする請求項９記載の弁駆動装置。
11. 前記弁軸と前記保持体とを着脱可能に係止する係止手段を有することを特徴とする請求項８記載の弁駆動装置。
12. 前記係止手段は、前記弁軸の端部に設けられかつ弁軸の直径よりも大きい拡径部と、
    前記弁軸が前記保持体に設けられたときに前記拡径部を係止するように前記保持体に形成された係止孔と、
    前記保持体の表面から前記係止孔へ貫設されて前記弁軸を支持する弁軸支持溝と、からなることを特徴とする請求項１１記載の弁駆動装置。

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