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    公开号:WO1990004705A1
    申请号:PCT/JP1989/001080
    申请日:1989-10-20
    公开日:1990-05-03
    发明作者:Hideo Kawamura
    申请人:Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd.；
    IPC主号:F01L9-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書 '
    [0002] 発 明 の 名 称
    [0003] 電磁力駆動バル ブ制御装置
    [0004] 技 術 分 野
    [0005] 本発明は、 エ ン ジ ン の シ リ ン ダー内部 と 外部を連通す る 吸排気 口 の開閉を行な う バ ル ブ の駆動を 、 電磁力 に よ り 制御す る電磁力駆動バル ブ制御装置に関す る。
    [0006] 背 景 技 術
    [0007] 従来の吸排気バル ブの開閉制御装置ほ、 燃焼室内で燃 料が燃焼す る と ビ ス ト ン を下方へ押下げ、 コ ネ ク テ ィ ン グ ロ ッ ド を介 し て ^ ラ ン ク シ ャ フ ト を 回転 さ せ る 。 シ リ ン ダ一へ ヅ ド に設置さ れ た カ ム シ ャ フ ト は ク ラ ン ク シ ャ フ 卜 と タ イ ミ ン グべ ル ト 等 に よ り 駆動 さ れ、 該カ ム シ ャ フ ト の カ ム 面 に 接触 し て レヽ る ロ ッ カ ー ア ー ム を介 し て吸 気バル ブ及び排気バル ブ を開閉 ざせ る 。
    [0008] よ っ て 、 エ ン ジ ン 運転中 に お い て は吸排気バル ブの開 閉タ イ ミ ン グ を変更す る こ と が で き な い の で、 エ ン ジ ン が所定の回転数で運転 さ れ る 場合 に 高効率 と な る よ う に 開閉タ イ ミ ン グが設定 さ れ て い る 。
    [0009] す な わ ち 、 吸気バ ル ブ の開タ イ ミ ン グ は、 上死点 （ T
    [0010] D C ) よ り ク ラ ン ク 角 に し て 2 0 。 〜 3 0 。 以前 に 設定 さ れ て お り 、 閉 タ イ ミ ン グ は 下死点 （ B. D C ) よ り 5 0 ° 〜 6 0 ° 以後 に 設定 さ れ て い る 。
    [0011] ま た 、 排気 ノ ル ブ の 開 タ イ ミ ン グ は 、 下死点 （ B D C ) よ り 5 0 ° 〜 6 0 ° 以前 に 設定 さ れ て お り 、 閉 タ イ ミ ン グは上死 ( T D C ) よ り 2 0 ° 〜 3 0 ' 以後に設 定さ れて レヽ る 。
    [0012] こ の よ う な従来の吸排気バル ブの開閉タ イ ミ ン グ で は、 下死点 ( B D C ) 以後に於て も暫 く 吸気バルブが開 い てい る た め、 エ ン ジ ン が上記所定回転数よ り 低回転数 で運転さ れている場合に は、 一旦シ リ ンダー内に吸気さ れた混合気がビス ト ン の上昇に伴ない再び吸気口か ら シ リ ン ダ一外へ排出される吹き戻 し現象が癸生 し、 ェ ン ジ ン 出力が低下す る と い う 問題点があ る。
    [0013] ま た上死点 （ T D C ) 後に おいて は、 暫 く 排気バルブ が開いてい る ため、 吸気口 か ら吸入された未燃焼混合気 がシ リ ン ダー内に留 ま ら ず排気口か ら排出 さ れる吹き抜 け現象が発生 し、 燃費が悪化す る と い う 問題点があ る。
    [0014] 尚、 カ ム シ ャ フ ト に よ る吸排気バルブの駆動を单に電 磁手段に置換 し たバルブ制御装置が、 日本国特許公開眧 5 8 - 1 8 3 8 0 5 号公報、 ある い は日本国特許公開昭 6 1 - 7 6 7 1 3 号公報 に記載されてい る が、 上記問題 点を解決する も の で は ない。
    [0015] 発 明 の 開 示 ' 本発明は、 こ う し た問題点を解決すべ く なさ れた も の で、 エ ン ジ ン の低速運転時に おいて も吹き戻 し現象及び' 吹き抜け現象の癸生を抑え る こ と に よ り 、 エ ン ジ ン の出 力を増加さ せ、 かつ燃費を向上させる電磁力駆動バルブ 制御装置を提供す る こ と を 目 的 と し てい る 。
    [0016] 本発明 に よれば、 内燃機関の吸.排気バルブの開閉タ イ ミ ン グを 自在 に制御す る電磁力駆動バル ブ制御装置に お い て 、 前記吸排気バ ル ブ に連結 し 往復動 自 在 な磁性板 と 、 前記磁性板の往復動方向の各端面 と 対向す る固定磁 極を有す る電磁石 と 、 前記エ ン ジ ン の回転数を検知す る 回転セ ン サ と 、 前記電磁石 に通電 し前記磁性板 と 前記固 定磁極 と の間 に作用す る吸引力 に よ り 前記吸排気バルブ を開閉駆動す る バルブ開閉手段 と 、 前記回転セ ン サ に よ り 検知さ れ る エ ン ジ ン回転数の減少 に伴 な い前記バルブ 開閉手段 に よ る吸排気バルブの開閉タ イ ミ ン グを上下死 点方向へ変更す る タ イ ミ ン グ変更手段 と を有す る こ と を 特徴 と す る電磁力駆動バルブ制御装置が提供で き る。
    [0017] 従っ て、 本発明の電磁力駆動バル ブ制御装置は、 吸排 気バルブを電磁力 に よ り 開閉駆動 し て い る の で 、 ェ ン ジ ン の回転数を検知 し、 エ ン ジ ン回転数が低回転時 に は、 吸排気バ ル ブ の開閉タ イ ミ ン グ を上死点 （ T D C ) あ る い は下死点 （ B D C ) 近傍 に て行ない、 エ ン ジ ン回転数 が増加す る の に伴ない、 上死点 （ T D C ) あ る い は下死 点 （ B D C ) か ら 離れ た タ イ ミ ン グ に て吸排気バ ル ブ を 開閉す る作用をす る。
    [0018] よ っ て、 エ ン ジ ン回転数の全領域 に おい て、 上記の吹 き戻 し現象及び吹 き抜け現象の発生を防止す る こ と がで き 、 全回転数領域 に お ける エ ン ジ ン 出力及び効率共に増 加さ せ る効果が実現さ れる。
    [0019] 図面の簡単な説明
    [0020] 第 1 図 は 、 本発明 の一実施例 を ^す ブ ロ ッ ク 図 で あ る 。
    [0021] 第 2 図ほ、 エ ン ジ ン回転数 と バルブ開閉タ イ ミ ン グの 関係テー ブルで あ る 。
    [0022] 第 3 図ほ、 ク ラ ン ク 角 と バル ブの移動距離の関係を示 す図であ る 。
    [0023] 発明を実施する ための最良の形態
    [0024] 以下、 図面を用いて本発明の一実施例について詳細に 説明す る 。
    [0025] 第 1 図は术発明の一実施例を示す プロ ッ ク 図で あ る。
    [0026] 8 は吸気バルブであ り 、 耐熱軽量材料であ る セ ラ ミ ツ ク、 あ る レ、は耐熱性合金か ら形成さ れて い る 。 該吸気バ ルブ 8 のステ ム端には磁性体 5 7 が取付け ら れている。 ま た吸気バルブ 8 は軸方向の動作を案内する バルブガイ ド 5 1 に よ り 保持されて お り 、 該バルブガイ ド 5 1 と 磁 性体 5 7 と の間のス テ ム外周 に は、 吸気バルブ 8 に対 し 上方への作動力が発生す る よ う ス プ リ ン グ 5 8 が設置さ れて レヽ る 。
    [0027] 磁性体 5 7 か ら上方へ設定距離の位置に、 円形の上部 電磁石 5 2 と 、 下方へ設定距離の位置に、 同 じ く 円形の 下部電磁石 5 3 が配置さ れて い る 。 該上部電磁石 5 2 及 ぴ下部電磁石 5 3 の コ イ ル は各 々 コ ン ト ロールュニ ヅ ト' 5 6 内部の入出力イ ン タ ー フ ヱ イ ス 5 6 c に接続されて い る。
    [0028] 該入出力 ィ ン タ ー フ ヱ イ ス 5 6 c に は そ の他 に 、 ェ ン ジ ン 5 4 の回転数及びク ラ ン ク 角 を検知す る た め の回転 ゼ ン サ 5 5 が接続 さ れ て レヽ る 。 コ ン ト ロ ールュ ニ ッ ト 5 6 内部 に は該入出力 イ ン タ ー フ ェ イ ス 5 6 c の他、 R O M 5 6 d 内 に 記憶 さ れ た プ ロ グ ラ ム 及びエ ン ジ ン回転数 と バル ブ開閉タ イ ミ ン グ と の関係 テー ブル を基 に 演算を 行 な う C P U 5 6 a 、 デー タ を一時記憶す る R A M 5 6 e 、 及び各 ブ ロ ッ ク の作動を制御す.る コ ン ト ロ ールメ モ リ 5 6 b 等か ら構成 さ れて い る 。
    [0029] . 次 に本発明の作動 に つ い て説明す る 。
    [0030] 回転セ ン サ 5 5 に よ っ て検知 さ れ た エ ン ジ ン 5 4 の回 転数 は入出力 イ ン タ ー フ ヱ イ ス 5 6 c を介 し て一旦 R A M 5 6 e 内 に 記憶 さ れ る 。 次 に R O M 5 6 d 内 に 記憶 さ れ た エ ン ジ ン 回転数 と バ ル ブ開閉 タ イ ミ ン グ と の 関係 テー ブル を 用 い、 R A M 5 6 e 内 に 記憶 さ れ て レヽ る ェ ン ジ ン 回転数か ら ノ ル ブ開閉タ イ ミ ン グ を決定,す る 。
    [0031] 該関係 テー ブルの一例を第 2 図 に 示す。
    [0032] 図 に お い て 、 横軸 はエ ン ジ ン 回転数を示 し 、 右方向へ 増加す る 。 .縦軸 は ク ラ ン ク 角 を示 し て レヽ る 。 ま た、 吸気 ノ ル ブ 8 の閉タ イ ミ ン グ （ I C ) は下死点 （ B D C ) 以 後の ク ラ ン ク 角 を表わ し 、 吸気バル ブ 8 の開 タ イ ミ ン グ ( 1 0 ) は上死点 （ T D C ) 以前の ク ラ ン ク 角 を表わ し て レヽ る 。
    [0033] 図 に 示す よ う に 、 エ ン ジ ン 回転数が減少す れ ば閉タ イ ミ ン グ （ I C ) は下死点 （ B D C ) に 接近 し 、 開タ イ ミ ン グ （ 1 0 ) も 同 じ く 上死点 （ T D C ) に 接近す る 。
    [0034] 尚、 本図 に 示す テー ブル は エ ン ジ ン 回転数 と 開閉タ イ ミ ン グを示 し てい る が、 エ ン ジ ン負荷の減少に よ り 開閉 タ イ ミ ン グを上下死点に接近させ る補正を追加 して も よ い。
    [0035] 該関係テー ブ ル か ら吸気バル ブ 8 の開閉タ イ ミ ン グが 決定さ れる と 、 回転セ ン サ 5 5 で検知さ れる ク ラ ン ク角 に基いて上部電磁石 5 2 及び下部電磁石 5 3 へ駆動信号 が出力 される 。
    [0036] ク ラ ン ク 角 と バル ブの移動距離の関係 を第 3 図 に示 す。
    [0037] 図の下側 に示す曲線は、 カ ム シ ャ フ ト の 、 レヽゎゆ る 力 ム ブロ フ ア イ ル曲線 に相当する も ので、 縱軸はカ ム プロ フ ァ イ ル の リ フ 卜 量 に相当す る バル ブ移動距離 L を示 し、 上方向 に増加す る。 横軸は ク ラ ン ク 角を示 し、 吸気 バ ル ブ 8 の開タ イ ミ ン グ （ 1 0 ) か ら閉タ イ ミ ン グ （ I C ) ま での間を示している。
    [0038] ま た、 図の上側は上部電磁石 5 2 へ の通電状態 E U 及 ぴ下部電磁石 5 3 への通電状態 E B と 、 両電磁石に よ る 吸引力 F a . F b - F c ' F d と を示 し てい る。 尚、 電 磁石に よ る吸引力は磁性体 と の距離の 2 乗に反比例する ため、 F a · F b · F c · F d は 2 次曲線で示されてい る。
    [0039] 吸気バ ル ブ 8 の閉鎖状態では 、 上部電磁石 5 2 の コ ィ ル に閉鎖状態保持のため連続通電さ れて お り 、 磁性体 5 7 を介 して吸気バルブ 8 は上方向へ吸引 さ れてい る。 ク ラ ン ク 角が I 0 に.な る と上部電磁石 5 2 .への通電を中止 し上方向八の吸引力を消去す る と ·共に 、 下部電磁石 5 3 へ通電 し下方す なわ ち開方向への吸引力 F a を発生さ せ る。 す る と 吸気バルブ 8 は下方向に吸引 さ れ開方向への 駆動を開始 し吸気口 が開放さ れる。
    [0040] ク ラ ン ク 角が I 0 か ら予め設定さ れた第 1 所定角度が 経過す る と 、 下部電 ^石 5 3 への通電を停止 し、 上部電 磁石 5 2 への通電を開始す る。 そ し て、 上部電磁石 5 2 に よ る上方向す なわ ち閉方向の吸引力 F b を発生させ、 吸気バルブ 8 の移動速度を減速 し、 I 0 か ら Θ c が経過 す る時点 に吸気バルブ 8 を最大バル ブ移動距離 L πι で停 止さ せ る。
    [0041] 次 に、 0 c 経過時 に上部電磁石 5 2 への通電電力を変 化 さ せ、 上方向の吸引 力 を F b か ら F c に す る 。 そ し て、 ク ラ ン ク 角が 1 0 か ら 0 c よ り 大で あ る第 2 所定角 度が経過す る と 、 上部電磁石 5 2 へ の通電を停止 し、 .再 び下部電磁石 5 3 に通電す る 。 そ し て、 下方向の吸引力 F d に よ り 吸気バルブ 8 の上方向への移動速度を減速す る。 よ っ て吸気バルブ 8 の着座衝撃が緩和 さ れ る。
    [0042] 尚、 該制御装置の作動停止時、 例え ば車両停車時等の 場合に、 吸気バル ブ 8 が下方向に降下す る の を防止する た め に 、 ス プ リ ン グ 5 8 が設置さ れて レヽ る 。 該 ス ブ リ ン グ 5 8 は常時吸気バルブ 8 を上方向に付势 し て い る が、 該付勢力は下部電磁石 5 3 .の吸引力 F a · F d に影響を 与え ない程度 に設定さ れて い る。
    [0043] 次 に 、 I 0 か ら バルブ移動距離 L が最大 と な る ま で に ついて、 式を用いて説明する。
    [0044] エ ン ジ ン回転数を N ( R P M ) 、 ク ラ ン ク 角を 0 ( d e ) , 時間を t ( s e c ) と す る と 、
    [0045] θ = 6 N t
    [0046] と い う 関係が成立する。
    [0047] ま た、 吸気バルブへの加速度を α、 吸気バルブの移動 距離を し 、 吸引力を F 、 バルブ質量を m と す る と、
    [0048] L = ½ a t2 .
    [0049] F = m α
    [0050] で表わ さ れる。
    [0051] 従っ て、 下部電磁石 5 3 に よ り 下方向への加速度（x i が与え ら れてレヽ る期間で は、
    [0052] 吸弓 ί力 F a - m i
    [0053] 故 に、
    [0054] α 1 = F a / m
    [0055] 該加速度 oc i で 0 n ま で加速す る と 、 バル ブの速度 V a 及び移動距離 L a は、 微小時間 Δ t の累積で表わす 速度 V a = ∑ ( F an/ m ) ( 厶 0 ノ 6 N )
    [0056] n
    [0057] 距離 L a = ½ ∑ ( F anZ m ) ( Δ θ / 6 N )5
    [0058] であ る
    [0059] バルブ閉状態か ら移動距離 し が最大に な る ま でのク ラ ン ク 角 は 0 c であ る か ら、 Θ c - θ n の間 に減速 し速度 を 0 に し な ければな ら ない。 よ っ て下部電磁石 5 3 への 通電を中止す る と 同時に、 上部電.磁石 5 2 へ通電 し吸気 ノ ル ブ に 上方向への加速度 ot b を与 え減速す る 。 上部電 磁石 5 2 に よ る上方向への吸引力 F b は 、
    [0060] F b = m a b
    [0061] で あ り 、 よ っ て減速中の速度 V は、
    [0062] V = V a - ∑ ( F bq/ m ) ( Δ 0 ノ 6 N )
    [0063] で表わ さ れ、 ク ラ ン ク 角 が 0 c の位置 に て V = 0 に な る よ う に F b を決定す る 。
    [0064] ま た 、 バル ブの最大移動距離 L m は、
    [0065] 2
    [0066] L m = L a + ½ ∑ ( F bq/ m ) ( Δ Θ / 6 N )
    [0067] q
    [0068] で表わ さ れ る 。
    [0069] 尚、 バル ブの閉操作 に つ い て も 、 上記演算 と 同様 に 演 算 を行 な え ば良い。
    [0070] 以上 、 吸 気 バ ル ブ に つ い て 本発明 の 内容 を 説 明 し た が、 排気バル ブに つい て も 、 開閉タ イ ミ ン グ が相違す る の み で あ り 、 吸気バル ブ同様 に 適用 出来 る こ と は 明 白 で あ る 。
    [0071] 以上、 本発明の一実施例 を説明 し た が、 本発明 は こ れ に 限定 さ れ る も の で な く 、 本発明の要旨 の範囲内 で種 々 の変形が可能で あ っ て 、 こ れ ら を本発明の範囲力、 ら排除 す る も の で は ない。
    [0072] 産業上の利用可能性
    [0073] 本発明の電磁力駆動バル ブ制御装置 は、 エ ン ジ ン の吸 排気バル ブを電磁力 に て 開閉す る 際の開閉制御 を行 な う 装置 で あ り 、 エ ン ジ ン の回転数を検知 し 、 該回転数の増 減 に 伴 な い吸排気バ ル ブの開閉 タ' ィ -ミ ン グ を変更 し 、 全 SO.寸 β/dfJDd一 !
    [0074] 回褂 ¾ ¾ ¾ ^;: Λ < H Q Λ H,· o
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    ( 1 ) 内燃機関の吸排気バルブの開閉タ イ ミ ン グを 自 在に制御す る電磁力駆動バルブ制御装置に おいて ：
    前記吸排気バ ル ブ に 連結 し 往復動 自 在 な磁性板 （ 5 7 ) と 、
    前記磁性板の往復動方向の各端面と 対向す る 固定磁極 を有す る電磁石 （ 5 2 · 5 3 ) と 、
    前記エ ン ジ ン の回転数を検知す る回転セ ン サ （ 5 5 ) と 、
    前記電磁石 に通電 し前記磁性板 と 前記固定磁極 と の間 に作用す る吸引力 に よ り 前記吸排気バルブを開閉駆動す る バル ブ開閉手段 と 、
    前記回転セ ン サ に よ り 検知さ れ る エ ン ジ ン回転数の減 少 に伴ない前記バルブ開閉手段 に よ る吸排気 ;バルブの開 閉タ イ ミ ン グ を上下死点方向へ変更す る タ イ ミ ン グ変更 手段 と を有す る こ と を特徴 と す る電磁力駆動バル ブ制御
    ( 2 ) 前記吸排気バルブは セ ラ ミ ッ ク に よ り 形成さ れ て い る こ と を特徴 と す る請求の範囲第 （ 1 ) 項記載の電 磁力駆動バルブ制御装置。
    ( 3 ) 前記バ ル ブ開閉手段は前記吸排気バル ブが着座 す る近前に前記磁性板を開方向 に吸引 し着座衝撃を緩和 す る こ と を特徴 と す る請求の範囲第 （ 1 ) 項記載の電磁 力駆動バルブ制御装置。
    ( 4 ) 前記内燃機関の負荷状態を検知す る 負荷セ ン サ を有 し、 前記タ イ ミ ン グ変更手段は前記負荷セ ン サ に よ り 検知さ れる エ ン ジ ン負荷の減少に伴ない前記バルブ開 閉手段に よ る吸排気バルブの開閉タ イ ミ ン グを上下死点 方向へ変更す る を特徴 と す る請求の範囲第 （ 1 ) 項記載 の電磁力駆動バルブ制御装置。
    ( 5 ) 前記固定磁極は極性が互い に異る一対の固定磁 極か ら な る こ と を特徴 と する請求の範囲第 （ 1 ) 項記載 の電磁力駆動バル ブ制御装置。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    EP0395450B1|1993-01-07|Intake/exhaust valve actuator
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    EP0390519B1|1993-08-04|Electromagnetic force valve driving apparatus
    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-05-03| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1990-05-03| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    1990-06-19| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1989911615 Country of ref document: EP |
    1990-10-31| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1989911615 Country of ref document: EP |
    1994-10-12| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1989911615 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP63/264831||1988-10-20||
    JP26483188A|JPH02112606A|1988-10-20|1988-10-20|Electromagnetic power-driven valve control device|EP89911615A| EP0394492B1|1988-10-20|1989-10-20|Electromagnetically driven valve controller|
    DE1989618845| DE68918845T2|1988-10-20|1989-10-20|Elektromagnetisch angetriebene ventilregelungseinheit.|
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