JP3872230B2

JP3872230B2 - 吸排気弁の電磁駆動装置

Info

Publication number: JP3872230B2
Application number: JP12681199A
Authority: JP
Inventors: 誠之助原; 克久轟; 吉彦山田; 勉日比
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2019-05-07
Also published as: US6305336B1; JP2000320310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用内燃機関の吸排気弁を主として電磁力で開閉駆動する電磁駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の電磁駆動装置としては、例えば特開平８−２１２２０号公報等に記載されているものが知られている。
【０００３】
図１２に基づいて概略を説明すれば、機関のシリンダヘッド１に摺動自在に設けられた吸気弁２と、吸気弁２を開閉駆動する電磁駆動機構３とを備えている。
【０００４】
前記吸気弁２は、吸気ポート４の開口端を開閉する傘部２ａと、該傘部２ａの上端部に一体に設けられたバルブステム２ｂとを有している。
【０００５】
前記電磁駆動機構３は、シリンダヘッド１上に固定されたケーシング５内に挿通されたバルブステム２ｂの上端部に円板状のアーマチュア６が固定されていると共に、ケーシング５の内部上下位置に前記アーマチュア６を吸引して吸気弁２を開閉作動させる閉弁用電磁石７及び開弁用電磁石８が配置されている。
【０００６】
また、ケーシング５の上壁とアーマチュア６の上面との間には、吸気弁２を開方向へ付勢する開弁側スプリング９が弾持され、一方、シリンダヘッド１上面のシート溝底面とアーマチュア６の下面との間には、吸気弁２を閉方向へ付勢する閉弁側スプリング１０が弾持されている。さらに、前記各電磁石７，８は、夫々のコイルに増幅器１１を介して電子制御ユニット１２からの制御電流が出力されるようになっている。
【０００７】
この電子制御ユニット１２は、機関回転数センサ１３や閉弁用電磁石７の温度検出センサ１４からの検出信号に基づいて両電磁石７，８の通電量を制御するようになっている。なお、図中１５は電源である。
【０００８】
そして、前記２つのスプリング９，１０のばね力と２つの電磁石７，８による吸引力とによって、各スプリング９，１０に蓄力して位置エネルギーとして保持し、電磁力の開放，吸引を交互に繰り返すことによって吸気弁２を開閉駆動させるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の電磁駆動装置にあっては、吸気弁２の開閉時に各電磁石７，８の電磁吸引力が、該吸引力に対抗する各スプリング９，１０のばね力よりも増大してしまうため、閉弁時には傘部２ａがバルブシート４ａに激しく衝突し、また開弁時にはアーマチュア６が開弁用電磁石８に衝突してしまうおそれがある。
【００１０】
すなわち、図１３Ａ，Ｂに基づいて各電磁石７，８の吸引力増加原理を説明すれば、図１３Ｂは、吸気弁２開閉時の電磁吸引力特性とスプリング９，１０のばね力特性を示しており、まず、閉弁時に閉弁用電磁石７の吸引力にアーマチュア６が上方に吸引される。よって、吸気弁２が上方へ摺動すると、閉弁側スプリング１０が伸長される一方、開弁側スプリング９が圧縮されてばね力が増大し、ばね力が蓄えられる。
【００１１】
次に、開弁時には、閉弁用電磁石７にＯＦＦ信号（非通電信号）が出力される一方、開弁用電磁石８にＯＮ信号（通電信号）が出力されて、アーマチュア６が下方へ吸引される。これによって、吸気弁２が下方へ摺動すると、開弁側スプリング９が伸長される一方、閉弁側スプリング１０が圧縮されてばね力が増大しばね力が蓄えられる。
【００１２】
したがって、閉弁時及び開弁時には、開弁側，閉弁側の各コイルスプリング９，１０の増大したばね力で吸気弁２の摺動速度が減速させられるが、かかる開，閉切換時には圧縮及び伸長したばね反力に加えて吸引側の電磁石７，８の吸引力が急激に増加する。つまり、各電磁石７，８の電磁吸引力は、アーマチュア６と電磁石７，８の各固定コア７ａ，８ａとの間の距離のほぼ２乗に反比例して増大する。したがって、かかる増大した吸引力が各スプリング９，１０の圧縮，伸長側の合成ばね力に打ち勝ってアーマチュア６を十分に減速させることなく、上方あるいは下方向へ急激に移動させる。
【００１３】
したがって、吸気弁２は、図１１Ａに示すように、最大開時と閉時に急激なリフト，ダウン変化し、この結果、閉時には傘部２ａがバルブシート４ａに衝突し、開時にはアーマチュア６が開弁用電磁石８に衝突して、夫々大きな打音を発生させると共に、アーマチュア６やバルブシート４ａ等の摩耗や破損を惹起するおそれがある。
【００１４】
また、従来の装置では、吸気弁２の傘部２ａをバルブシート４ａに対して適切な面圧で当接させるために、閉弁用電磁石７の吸引力と開弁側スプリング９のばね力とを適度にバランスさせる必要がある。しかし、各スプリング９，１０の経時変化によるへたりやバルブステム２ｂの熱膨張、及びバルブシート４ａの摩耗等に起因してアーマチュア６と電磁石７の固定コア７ａのギャップ変化が生じて電磁力が大きく変化してしまう。
【００１５】
この結果、十分な閉弁保持力が得られず、傘部２ａとバルブシート４ａとの間にクリアランスが発生してシール性が失われたり、またはシート部に異物が堆積しやすくなって、バルブの放熱性が悪化してバルブの溶損などを招くおそれがある。
【００１６】
さらに、従来例にあっては、装置をシリンダヘッド１上に組み付けるには、まず吸気弁２をシリンダヘッド１下方から挿入して、バルブステム２ｂ上端部に、開弁用電磁石８を取り付けた後、該バルブステム２ｂにアーマチュア６を固定しなければならない。つまり、シリンダヘッド１上で電磁駆動機構３を組み付けなければならないため、その組み付け作業が煩雑となる。特に、かかる組み付け中に前記のように適正な閉弁保持力を得るためにアーマチュア６の上限，下限位置の正確な調整が要求されるので、さらに組み付け作業能率が低下するおそれがある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来装置の課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、機関の吸排気弁に連係するアーマチュアと、該アーマチュアを吸引して前記吸排気弁を開作動及び閉作動させる開弁用，閉弁用の電磁石とを備えた吸排気弁の電磁駆動装置において、前記アーマチュアの往復動に連動しかつ一対のフォロア面を有するフォロア部材と、アーマチュアの上下動に伴いフォロア部材の各フォロア面に転接して吸排気弁の開閉作動の終端域における開閉速度を制動するカム面をそれぞれ有する一対の揺動カムと、該各揺動カムを、それぞれ対応する前記各フォロア面方向に付勢する付勢部材とを備えた制動機構を設けたことを特徴としている。
【００１８】
したがって、本発明によれば、機関始動時にアーマチュアが開弁用電磁石によって吸引され、かつ例えば開弁側ばね部材のばね力により下降してフォロア部材が一方の揺動カムを下方へ押圧すると、この揺動カムのカム面のランプ部が一方のフォロア面に転接し、やがてベース部に達してフォロア部材の下降を停止させる。同時にフォロア部材は、例えば吸気弁のバルブステムを押圧して下降、つまり開弁停止させる。
【００１９】
一方、吸気弁の閉時には、開弁用電磁石が非通電され、閉弁用電磁石に通電されてアーマチュアが該閉弁用電磁石に吸引されると共に、例えば閉弁側ばね部材によって吸気弁も閉弁方向へ上昇する。
【００２０】
そして、かかる吸気弁の開閉作動時には、フォロア部材の上下動に伴って各揺動カムのそれぞれのカム面が対向する各フォロア面上を転接して、吸気弁の開閉作動の終端域では、一方のフォロア面に対する一方のカム面の当接位置がベース部側からランプ部を経てリフト部側へ転接すると、他方のフォロア面に対する他方のカム面の当接位置がリフト部側からランプ部を経てベース部側へ転移する。
【００２１】
このため、開閉弁用ばね部材のばね力などがフォロア部材を介して各揺動カムに伝達されることによって生じる該各揺動カムの回転中心まわりのモーメントは零に近づく。したがって各揺動カムは、徐々に回転速度が小さくなって停止する。これに伴ってアーマチュアは、そのストロークエンドでその速度が可及的に小さくなると共に、吸排気弁は、同じくそのストロークエンドで大きな衝突音の発生を防止できる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、前記アーマチュアのほぼ中央位置に、矩形枠状に形成された前記フォロア部材を連結すると共に、該フォロア部材の上下端壁の対向する内面をそれぞれフォロア面に形成し、かつ該フォロア部材の内部に、それぞれのカム面が前記各フォロア面に転接する前記２つの揺動カムを収容したことを特徴としている。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、前記各カム面のベース部と各フォロア面との当接位置で、前記アーマチュアの上下面と対向する前記各電磁石との間に微小隙間を形成するようにしたことを特徴としている。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、前記付勢部材を両揺動カムの間に設けられた１つの捩りコイルばねによって構成したことを特徴としている。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、前記一対の揺動カムを、一本のカム支軸に同軸上に支持したことを特徴としている。
【００２６】
請求項６に記載の発明は、前記アーマチュアとフォロア部材の上端部とをガイドロッドを介して連結すると共に、前記フォロア部材の下端部に吸排気弁のバルブステム上端部を連繋し、かつ前記カム支軸の軸心を、前記ガイドロッドの軸線上とバルブステムの軸線上の少なくともいずれか一方に交差する位置に配置したことを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の吸排気弁の電磁駆動装置を吸気側に適用した第１の実施形態を示し、シリンダヘッド２１内に形成された吸気ポート２２の開口端を開閉する吸気弁２３と、該吸気弁２３を開閉作動させる電磁駆動機構２４と、吸気弁２３と電磁駆動機構２４との間に介装された制動機構２５とを備えている。
【００２８】
前記吸気弁２３は、燃焼室に臨む吸気ポート２２開口端の環状バルブシート２２ａに離着座して該開口端を開閉する傘部２３ａと、該傘部２３ａの上面中央に一体に設けられてバルブガイド２６を介してシリンダヘッド２１内を摺動する弁軸であるバルブステム２３ｂとを備えている。また、この吸気弁２３は、バルブステム２３ｂのステムエンド２３ｃにコッタを介して固定されたリテーナ２３ｄと、シリンダヘッド２１内に形成された保持孔２７底面との間に弾装された閉弁用ばね部材である閉弁側スプリング２８のばね力で閉方向に付勢されている。
【００２９】
前記電磁駆動機構２４は、シリンダヘッド２１上に設けられたケーシング２９と、該ケーシング２９内に上下動自在に収納された円板状のアーマチュア３０と、ケーシング２９内のアーマチュア３０を挟んだ上下位置に固定された上側の閉弁用電磁石３１及び下側の開弁用電磁石３２と、アーマチュア３０などを介して吸気弁２３を開方向に付勢するばね部材である開弁側スプリング３３とを備えている。
【００３０】
前記ケーシング２９は、図１に示すように、シリンダヘッド２１上に４本のボルト３４で固定された金属製の本体２９ａと、該本体２９ａの上端部にビス３５で固定された非磁性材のカバー２９ｂとからなり、該カバー２９側の内周面に非磁性材の筒状ホルダー３６が配置されている。また、この筒状ホルダー３６は、開口上端に閉弁用電磁石３１を保持した段差径状の非磁性材の蓋部３７が固定されていると共に、下端部に開弁用電磁石３２を保持した底壁３６ａを一体に有している。尚、前記蓋部３７の中央には、エア抜き孔３７ａが貫通形成されている。
【００３１】
前記アーマチュア３０は、上下面が両電磁石３１，３２に対向配置され、中央には下方へ延出した支軸であるガイドロッド３８の上端部３８ａがナット固定されていると共に、このガイドロッド３８の下端部に制動機構２５の後述するフォロア部材４５が一体に設けられている。前記ガイドロッド３８は、底壁３６ａの中央に有する筒壁３６ｂ内に嵌挿固定された筒状ガイド部３９を介して上下摺動自在に支持されていると共に、その軸心Ｘが吸気弁２３のバルブステム２３ｂの軸心Ｙと同軸心上に配置されている。
【００３２】
前記開閉弁用の電磁石３１，３２は、固定コア３１ａ，３２ａが横断面略Ｕ字形に形成され、互いにアーマチュア３０を介して所定の比較的小さな隙間をもって対向配置され、固定コア３１ａ，３２ａの内部に電磁コイル３１ｂ，３２ｂが巻装されている。この電磁コイル３１ｂ，３２ｂには、後述する電子制御ユニット４０からの通電−非通電信号が出力されて、アーマチュア３０を上方あるいは下方へ吸引あるいは吸引を解除するようになっている。
【００３３】
前記開弁側スプリング３３は、アーマチュア３０の上面中央と蓋部３７の下面との間に弾装されて、そのばね力が各電磁石３１，３２の消磁時には、前記閉弁側スプリング２８のばね力とバランスしてアーマチュア３０を両電磁石３１，３２のほぼ平衝中立位置に保持するようになっており、その状態で吸気弁２３は閉弁位置及び開弁位置のほぼ中間位置に保持される。
【００３４】
前記電子制御ユニット４０は、機関のクランク角センサ４１，機関回転数センサ４２，閉弁用電磁石３１の温度を検出する温度センサ４３及び機関負荷を検出するエアフローメータ４４からの夫々の検出値に基づいて、閉弁用，開弁用電磁石３１，３２に通電−非通電を相対的に繰り返し出力している。ここで、前記クランク角センサ４２からの回転角検出値は、吸気弁２３の開閉タイミングをクランクシャフトの回転と同期制御するためのものであり、機関回転数検出センサ４３からの検出値つまりクランクシャフトの回転数の検出値は、該回転数によって変化する各電磁石３１，３２の吸引許容時間に対処するために利用され、さらに、温度センサ４３の検出値は、温度上昇による閉弁用電磁石３１の電磁コイル３１ｂの通電抵抗増大に対処するためのものである。また、エアフローメータ４４による機関負荷検出値は、機関回転数検出値とともに吸気弁２３の開閉タイミングを最適に制御するために利用するものである。
【００３５】
そして、前記制動機構２５は、図１及び図２に示すように前記ガイドロッド３８の下端部３８ｂに一体に設けられたフォロア部材４５と、このフォロア部材４５の内部に回動自在に保持された２つの揺動カム４６、４７と、該各揺動カム４６、４７をフォロア部材４５の後述するフォロア面４５ａ，４５ｂ方向へ付勢する付勢部材である２つの捩りコイルばね４８、４９とから主として構成されている。
【００３６】
前記フォロア部材４５は、ほぼ正方形の矩形枠状に形成され、対向する上端壁の下面と下端壁の平坦な上面が夫々第１フォロア面４５ａと第２フォロア面４５ｂとして構成されており、上端壁の上面中央に前記ガイドロッド３８の下端部が一体に連結されていると共に、下端壁の下面中央に有する突起部４５ｃの先端がバルブステム２３ｂのステムエンド２３ｃに当接している。
【００３７】
前記各揺動カム４６、４７は、図２に示すように本体２９ａの内面に突出した対向ボス部５０ａ，５０ｂ間に貫通固定されたカム支軸５１に中央孔４６ａ，４７ａを介して回転自在に支持されている。つまり、両揺動カム４６、４７は、カム支軸５１に同軸上に設けられて、互いに摺接状態に隣接配置されている。また、前記カム支軸５１は、その軸線Ｑが前記ガイドロッド３８の軸線Ｘ及びバルブステム２３ｂの軸線Ｙと交差する位置に配置されている。さらに、各揺動カム４６、４７は、図３Ａ，Ｂにも示すように正面ほぼ雨滴状に形成されて、第１揺動カム４６の上半分の上面全体が前記第１フォロア面４５ａに転接する弁開き側の第１カム面５２として構成され、第２揺動カム４７の下半分の下面全体が第２フォロア面４５ｂに転接する弁閉じ側の第２カム面５３として構成されている。
【００３８】
そして、この第１，第２カム面５２，５３は、それぞれ所定のプロフィールに形成され、それぞれベース部である第１，第２基円部５２ａ，５３ａ側の第１，第２ランプ部５２ｂ，５３ｂが緩やかな凸面に形成されていると共に、先端側の第１，第２リフト部５２ｃ，５３ｃが第１，第２ランプ部５２ｂ，５３ｂの曲率より小さな曲率の凸面に形成され、さらに第１、第２リフト部５２ｃ，５３ｃより先端側に曲率の大きな凸面の第３，第４ランプ部５２ｄ．５３ｄが形成されている。
【００３９】
したがって、各揺動カム４６、４７の回転角θに対するフォロア部材４５のリフト曲線は、図４に示すようなＳ字曲線特性となるように設定されており、前記第３，第４ランプ部５２ｄ．５３ｄの存在によって第１，第２カム面５２，５３と第１，第２フォロア面４５ａ，４５ｂの接触点移動長さが小さくなるため、フォロア部材４５も小型化できると共に、アーマチュア３０の上下動の切り換え時における各カム面５２，５３の摺動方向切換を滑らかに行うことができる。
【００４０】
さらに、各揺動カム４６、４７は、図５，図６に示すように各カム面５２，５３の基円部５２ａ，５３ａが各フォロア面４５ａ，４５ｂに当接した位置で、前記アーマチュア３０の上下面と対向する各電磁石３１，３２の上下面との間に微小隙間Ｇｏ，Ｇｃを形成するように基円部５２ａ，５３ａの外径が設定されている。
【００４１】
また、前記各捩りコイルばね４８、４９は、図２に示すようにカム支軸５１の外周に巻装されて、各一端部４８ａ、４９ａが両ボス部５０ａ，５０ｂ内に挿通係止されている一方、他端部４８ｂ，４９ｂが各揺動カム４６、４７の先端側カムノーズ部の中央位置に挿通係止されている。したがって、各揺動カム４６、４７は、該各捩りコイルばね４８、４９のばね力によって各カム面５２、５３が対応する各フォロア面４５ａ，４５ｂに弾接するように付勢されている。
【００４２】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず機関停止時には、両電磁石３１，３２の各電磁コイル３１ｂ，３２ｂに電子制御ユニット４０から通電信号が出力せず、非通電状態となっている。このため、アーマチュア３０は、図１に示すように、両スプリング２８，３３の相対的なばね力によって隙間Ｓ内のほぼ平衝中立位置に保持され、したがって、吸気弁２３もバルブシート２２ａから若干離れた中立位置になっている。この時点での各揺動カム４６、４７は、捩りコイルばね４８、４９のばね力で両カム面５２，５３が各フォロア面４５ａ，４５ｂに弾接している。
【００４３】
機関が始動されて、電子制御ユニット４０から開弁用電磁石３２の電磁コイル３２ｂに通電信号が出力されると、図５に示すようにアーマチュア３０が該電磁石３２に吸引され、かつ開弁側スプリング３３のばね力によって下降する。このため、フォロア部材４５もガイドロッド３８を介して下降して下端部３８ｂでステムエンド２３ｄを下方へ押圧する。これによって、吸気弁２３は、閉弁側スプリング２８のばね力に抗して下降ストローク、つまり開弁方向へストロークする。
【００４４】
一方、吸気弁２３の閉時には、開弁用電磁石３２への通電が遮断され、閉弁用電磁石３１の電磁コイル３１ｂに通電されるため、アーマチュア３０は、図６に示すように電磁石３１の吸引力と閉弁側スプリング２８とのばね力によって開弁側スプリング３３のばね力に抗してフォロア部材４５を上昇させる。これによって吸気弁２３は、閉弁側スプリング２８のばね力によって上昇して傘部２３ｄがバルブシート２２ａに着座して閉弁する。
【００４５】
そして、この吸気弁２３の開閉時における第１、第２揺動カム４６、４７は、前記フォロア部材４５の上昇あるいは下降に伴って捩りコイルばね４８、４９のばね力に抗して各カム面５２，５３が各フォロア面４５ａ，４５ｂに転接しつつカム支軸５１を中心に時計方向あるいは反時計方向へ回動するため、図７に示すように吸気弁２３の開閉作動の終端域（破線丸域）で効果的な緩衝制動作用が得られる。
【００４６】
すなわち、吸気弁２３の閉作動時には、電磁吸引力と閉弁側スプリング２８のばね力とによってバルブステム２３ｂが上昇するに連れて第２揺動カム４７との当接点Ｐは、図５及び図６に示すように第２ランプ部５３ｄから基円部５３ａ側に転移する。このため、図７に示すように、捩りコイルばね４９が、揺動カム４７とフォロア面４５ｂを介してフォロア部材４５を押し下げようとする力が増大する。この押し下げ力がアーマチュア３０と吸気弁２３の閉ストロークの終端域で制動力となり、アーマチュア３０と吸気弁２３を緩やかに減速し、やがて基円部５３ａにフォロア面４５ｂが当たって停止する。したがって、アーマチュア３０と吸気弁２３は閉ストロークの終端域で効果的に制動される。
【００４７】
そして、かかる特異な作用は開弁時にも生じる。したがって、基本的に揺動カム４６の第３ランプ部５２ｄから基円部５２ａで機械的にアーマチュア３０の急激な動きを抑制することが可能になり、この結果、吸気弁２３は、開ストロークの終端域でなだらかな作動特性が得られる。要するに、各揺動カム４６、４７が開閉側スプリング３３，２８と各電磁石３１，３２の吸引力によって揺動し、回転モーメントが作用することによって制動力が大きくなり、緩衝作用が得られるのである。
【００４８】
しかも、前述のように両スプリング２８，３３及び各捩りコイルばね４８、４９のアーマチュア３０に作用するばね合力は、図７Ｂに示すようにアーマチュア３０の上限，下限付近からそれぞれ急激に増大する特性となり、この増大特性がそれぞれ吸気弁２３の開時及び閉時の終端域の制動力として有効に作用する。
【００４９】
したがって、吸気弁２３は、図７Ａ（特に丸破線）に示すように開閉作動時に安定した緩衝作用が得られる。この結果、傘部２３ａとバルブシート２２ａ及びアーマチュア３０と開弁電磁石３２との激しい衝突が回避され、打音や摩耗あるいは破損等の発生が防止される。
【００５０】
さらに、本実施形態では、図５，図６に示すようにアーマチュア３０の最大上昇，下降時において、各揺動カム４６、４７によってアーマチュア３０の上下面と各電磁石３１，３２の対向面とに間に積極的な微小隙間Ｇｏ，Ｇｃを形成したため、アーマチュア３０と各電磁石３１，３２との衝突を一層確実に回避することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、電磁駆動機構２４と吸気弁２３とは別体に設けられ、フォロア部材４５が吸気弁２３を押し下げていない時（閉弁時）、すなわちガイドロッド下端部３８ｂとステムエンド２３ｄの当接点に極微小な隙間を有する状態では、吸気弁２３は閉弁用スプリング２８のばね力によって安定かつ確実に閉弁方向に付勢することができるため、常に傘部２３ａとバルブシート２２ａとの確実な密着性が得られる。
【００５２】
さらに、吸気弁２３や閉弁側スプリング２８の配置構成は、従来から採用されているカムシャフト式の動弁構造と同じであるから、これらのシリンダヘッド２１への組み付けが容易になると共に、電磁駆動機構２４と制動機構２５がケーシング２９内に一体的に取り付けられ、これらを予めユニット化した上で、シリンダヘッド２１上に組み付けることができるため、従来のようにシリンダヘッド上での細かな組み付け作業が不要となり、装置全体の機関への搭載性（組付作業性）が良好になる。
【００５３】
また、この実施形態にあっては、２つの揺動カム４６、４７を設けて、各カム面５２、５３が捩りコイルばね４８、４９のばね力によって各フォロア面４５ａ，４５ｂに常時弾接させるようにしたため、該各カム面５２、５３と各フォロア面４５ａ，４５ｂ間の隙間管理が不要になる。この結果、該各摺動面の高い加工精度が要求されないので、加工作業が容易になり、加工コストの高騰を抑制できる。
【００５４】
また、２つの揺動カム４６、４７のカムプロフィールを個々に設定することができるため、アーマチュア３０の上昇時と下降時にそれぞれ最適な制動特性を得ることができる。
【００５５】
さらに、前記各カム面５２、５３と各フォロア面４５ａ，４５ｂとの間に、経時的に摩耗が発生しても、両者は常時弾接されているため、前記優れた制動機能が損なわれることはない。
【００５６】
また、前記カム支軸５１は、その軸線Ｑが前記ガイドロッド３８の軸線Ｘ及びバルブステム２３ｂの軸線Ｙと交差する位置に配置されているため、揺動カム４６、４７の摺動時におけるガイドロッド３８の倒れが防止される。
【００５７】
すなわち、前述した吸気弁２３の例えば閉ストローク時の終端域において第１カム面５３に大きな荷重が作用するが、この作用点は、揺動カム４６の揺動に伴い第２ランプ部５３ｂから移動して第２基円部５３ａに達した点であり、軸線Ｑの真下に位置する。そして、この作用点が、ガイドロッド３８の軸線Ｘから外れた場合、あるいはバルブステム２３ｂの軸線Ｙから外れた場合のいずれにおいても、フォロア部材４５にモーメントが発生してガイドロッド３８が倒れるため、該ガイドロッド３８が筒状ガイド３９の内周面に片当たりして両者間に大きなフリクションや摩耗が発生するおそれがある。
【００５８】
しかし、本実施形態では、軸線Ｑが、軸線Ｘ及び軸線Ｙと交差するように配置されていることから、ガイドロッド３８の倒れ現象が回避されるため、前述した大きなフリクションや摩耗の発生が防止される。
【００５９】
また、かかる倒れを防止効果は、軸線Ｑが、軸線Ｘあるいは軸線Ｙのいずれか一方に交差するように配置されれば有効に発揮される。
【００６０】
なお、本発明では、軸線Ｑを軸線Ｘあるいは軸線Ｙに対して、例えば、図１に示す配置で若干左方向にずらせてフォロア部材４５を、軸線Ｘを中心としてほぼ対称形状に形成することも可能である。この場合、ガイドロッド３８の倒れが若干生じるものの、該フォロア部材３８のコンパクト化が図れると共に、フォロア部材３８の組み付け時に横方向の向きを特定する必要がなくなるため、組付性が良好になる。
【００６１】
図８及び図９は本発明の第２の実施形態を示し、制動機構２５の両揺動カム４６、４７を各フォロア面４５ａ，４５ｂ方向へ付勢する付勢部材を１つの捩りコイルばね５４によって構成したものである。
【００６２】
すなわち、捩りコイルばね５４は、両揺動カム４６、４７の間に配置されて、螺旋状の中央部５４ａがカム支軸５１の外側に配置されていると共に、一端部５４ｂが第１揺動カム４６の係止孔４６ａに横方向から係止されている一方、他端部５４ｃが第２揺動カム４７の同じく係止孔４７ａに横方向から係止されている。これによって、両揺動カム４６、４７を互いに上下反対方向に付勢して、各カム面５２，５３を各フォロア面４５ａ，４５ｂに弾接させるようになっている。
【００６３】
このように、付勢部材を１つの捩りコイルばね５４で構成したため、第１実施形態のように２つ設ける場合に比較して、省設置スペース化が図れると共に、製造作業能率の向上とコストの低廉化が図れる。
【００６４】
図１０及び図１１は本発明の第３の実施形態を示し、開弁用、閉弁用スプリング２８、３３を廃止すると共に、フォロア部材４５の下端突起部４５ｃがバルブステム２３ｂのステムエンド２３ｃに連結されている。すなわち、前記突起部４５ｃは、図１１に示すように横方向溝６０ａを有するフック部６０になっている一方、ステムエンド２３ｃは、縦方向から切欠された切割溝６１ａを有する二股部６１間にピン６２が挿通されており、前記フック部６０を、横方向溝６０ａを介して切割溝６１ａの横方向からピン６２に係止させて連結するようになっている。また、前記各捩りコイルばね４８、４９は、その軸径が第１、第２実施形態のものよりも大きく形成されてばね力が同じく大きく設定されており、この大きなばね力によって各揺動カム４６、４７を介して吸気弁２３を開弁用、閉弁用スプリング２８、３３と同じくストローク中央位置に保持するようになっている。
【００６５】
したがって、この実施形態によれば、前記開弁用及び閉弁用のスプリング２８、３３が不要になるため、構造が簡素化されると共に、部品点数の削減により製造作業能率の向上とコストの低廉化が図れる。
【００６６】
本発明は、吸気弁側に限らず、排気弁側のみに適用することも可能であり、排気弁側に適用した場合は、排気弁の開時の急激な動きを規制できることによって燃焼ガスの急激な排出が抑制され、この結果、排気音を低減させることが可能になる。
【００６７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係る吸排気弁の電磁駆動装置によれば、特に揺動カムによって吸排気弁の開閉終端域における急激な開閉作動を十分に制動できるため、傘部とバルブシート、並びにアーマチュアと開閉弁用電磁石との激しい衝突が緩和される。この結果、激しい衝突打音の発生や摩耗あるいは破損等の発生が防止される。
【００６８】
さらに、吸排気弁やバルブリテーナ等を電磁駆動機構とは別体とし、かつ電磁駆動機構と制動機構とをケーシング内に一体に収納してユニット化できるため、装置のシリンダヘッドへの組み付け作業性が向上し、搭載性が良好になる。
【００６９】
しかも、この発明によれば、２つの揺動カムを設けて、互いのカム面が付勢部材の付勢力によって各フォロア面に常時弾接させるようにしたため、該各カム面と各フォロア面との間の隙間管理が不要になる。この結果、該各摺動面の高い加工精度が要求されないので、加工作業が容易になり、加工コストの高騰を抑制できる。
【００７０】
さらに、前記各カム面と各フォロア面との間に、経時的に摩耗が発生しても、両者は常時弾接されているため、前記優れた制動機能が損なわれることはない。
【００７１】
請求項２記載の発明によれば、アーマチュアとフォロア部材とを連結しかつ該フォロア部材内に２つの揺動カムを収容配置したため、制動機構全体のコンパクト化が図れると共に、アーマチュアのストロークの位置精度が出し易くなる。
【００７２】
請求項３記載の発明によれば、アーマチュアの最大上昇、下降時において、各揺動カムによりアーマチュアの上下面と各電磁石との対向面との間に、積極的に微小隙間を形成したため、アーマチュアと各電磁石との衝突を一層確実に回避することができる。
【００７３】
請求項４記載の発明によれば、１つの捩りコイルばねとして部品点数を少なくしたことにより、省設置スペース化が図れ、装置を小型化できると共に、製造作業能率の向上とコストの低廉化が図れる。
【００７４】
請求項５記載の発明によれば、２つの揺動カムをカム支軸に同軸上に設けたため、別個の支軸にそれぞれ設けた場合に比較して制動機構全体のコンパクト化が図れると共に、各揺動カムとアーマチュアとの相対的な位置決めが容易になるので、該アーマチュアのストローク位置精度が向上する。
【００７５】
請求項６記載の発明によれば、カム支軸をその軸線をガイドロッドなどとの軸線と交差する位置に配置したため、吸排気弁の開閉ストローク時におけるガイドロッド等の倒れが防止される。この結果、大きなフリクションや摩耗の発生が効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す縦断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】Ａは本実施形態に供される第１揺動カムを示す拡大図、Ｂは同第２揺動カムを示す拡大図。
【図４】アーマチュアの上下ストロークに対する揺動カムの回転角を示す特性図
【図５】開弁時の作用を示す縦断面図。
【図６】閉弁時の作用を示す縦断面図。
【図７】Ａは吸気弁の開閉時期特性図、Ｂは各電磁石の吸引力と各スプリングのばね力特性図。
【図８】第２の実施形態を示す要部断面図。
【図９】本実施形態の要部分解斜視図。
【図１０】本発明の第３実施形態を示す縦断面図。
【図１１】本実施形態の要部分解斜視図。
【図１２】従来の装置を示す縦断面図
【図１３】Ａは吸気弁の開閉時期特性図、Ｂは各電磁石の吸引力と各スプリングのばね力特性図。
【符号の説明】
２１…シリンダヘッド
２２ａ…バルブシート
２３…吸気弁
２３ａ…傘部
２３ｂ…バルブステム
２４…電磁駆動機構
２５…制動機構
２８…閉弁側スプリング
２９…ケーシング
３０…アーマチュア
３１…閉弁用電磁石
３２…開弁用電磁石
３３…開弁側スプリング
４５…フォロア部材
４６、４７…第１、第２揺動カム
５２…第１カム面
５３…第２カム面

Claims

機関の吸排気弁に連係するアーマチュアと、該アーマチュアを吸引して前記吸排気弁を開作動及び閉作動させる開弁用，閉弁用の電磁石とを備えた吸排気弁の電磁駆動装置において、
前記アーマチュアの往復動に連動しかつ一対のフォロア面を有するフォロア部材と、アーマチュアの上下動に伴いフォロア部材の各フォロア面に転接して吸排気弁の開閉作動の終端域における開閉速度を制動するカム面をそれぞれ有する一対の揺動カムと、該各揺動カムを、それぞれ対応する前記各フォロア面方向に付勢する付勢部材とを備えた制動機構を設けたことを特徴とする吸排気弁の電磁駆動装置。
前記アーマチュアのほぼ中央位置に、矩形枠状に形成された前記フォロア部材を連結すると共に、該フォロア部材の上下端壁の対向する内面をそれぞれフォロア面に形成し、かつ該フォロア部材の内部に、それぞれのカム面が前記各フォロア面に転接する前記２つの揺動カムを収容したことを特徴とする請求項１記載の吸排気弁の電磁駆動装置。
前記各カム面のベース部と各フォロア面との当接位置で、前記アーマチュアの上下面と対向する前記各電磁石との間に微小隙間を形成するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の吸排気弁の電磁駆動装置。
前記付勢部材を両揺動カムの間に設けられた１つの捩りコイルばねによって構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の吸排気弁の電磁駆動装置。
前記一対の揺動カムを、一本のカム支軸に同軸上に支持したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の吸排気弁の電磁駆動装置。
前記アーマチュアとフォロア部材の上端部とをガイドロッドを介して連結すると共に、前記フォロア部材の下端部に吸排気弁のバルブステム上端部を連繋し、かつ前記カム支軸の軸心を、前記ガイドロッドの軸線上とバルブステムの軸線上の少なくともいずれか一方に交差する位置に配置したことを特徴とする請求項５に記載の吸排気弁の電磁駆動装置。