JP2000310105A

JP2000310105A - 電磁アクチュエータを備えたガス交換弁装置

Info

Publication number: JP2000310105A
Application number: JP2000094187A
Authority: JP
Inventors: Martin Pischinger; マルテイン・ピッシンガー; Hans Kemper; ハンス・ケムパー; Guenter Rudolf Feyerl; ギユンター・ルードルフ・フアイエル
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2000-11-07
Also published as: US6247432B1; ATE296944T1; EP1041252B1; EP1041252A2; EP1041252A3

Abstract

(57)【要約】【課題】開放運動中弁軸に当接する際に、アーマチ
ュアの固有振動をきわめて迅速に減衰する。【解決手段】本発明は、閉鎖ばね３に連結された弁体
１と、電磁アクチュエータ５とを備えたピストン式内燃
機関のガス交換弁装置に関する。この電磁アクチュエー
タは２個の電磁石６，７を備え、この電磁石の磁極面８
は向き合っていて互いに間隔をおいて配置され、電磁ア
クチュエータは磁極面８の間で往復運動可能である、案
内ピン１０，１１を有するアーマチュア９を備えてい
る。この案内ピンの一端は弁体１に連結され、他端は開
放ばね１２に連結され、案内ピン１０と弁体１の間に弁
隙間ＶＳが設けられ、アーマチュア５の振動する質量ｍ
_A＊が、弁体１の振動する質量ｍ_V＊の少なくとも２倍
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストン式内燃機
関のガス交換弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ピストン式内燃機関では、カム軸を備え
た機械式動弁機構や液圧式動弁機構のほかに、例えばド
イツ連邦共和国特許出願公開第１９５１８０５６号公報
によって知られているような電磁アクチュエータが使用
される。

【０００３】ピストン式内燃機関のための電磁操作可能
なガス交換弁装置は実質的に、閉鎖ばねに連結された弁
体と、電磁アクチュエータとからなり、この電磁アクチ
ュエータは２個の電磁石を備え、この電磁石の磁極面は
互いに向き合っていて互いに間隔をおいて配置され、電
磁アクチュエータは磁極面の間で往復運動可能に案内さ
れた、案内ピンを有するアーマチュアを備え、この案内
ピンの一端は弁体に連結され、他端は開放ばねに連結さ
れている。この場合、案内ピンと弁体の間に弁隙間が設
けられている。

【０００４】このようなガス交換弁装置は振動可能なば
ね−質量−系を形成している。この系の全体質量は実質
的に、案内ピンを備えたアーマチュアと弁体とによって
形成され、その“ばね”は開放ばねと閉鎖ばねによって
形成されている。このガス交換弁装置は一般的に、両戻
しばねが同一に設計されている。

【０００５】このガス交換弁装置の基本思想は、運転の
ために必要な電気エネルギーを減らすために、このばね
−質量−系の固有振動可能性を利用することにある。そ
れによって、原理的には、アーマチュアがその都度その
中央位置を越える際に捕捉磁石（受け止め磁石）の磁場
によって引っ張られるような強さでのみ、アーマチュア
を捕捉開放時間または閉鎖時間の間保持する電磁石に通
電しなければならない。更に、全体質量の運動エネルギ
ーが運動の大部分のために利用される。

【０００６】アーマチュアが通電された捕捉磁石の磁極
面に近接する際にその都度、反対向きに作用するばねの
ばね力が線形に増大し、捕捉電磁石の一定の通電の際
に、近接するアーマチュアに作用する磁力が累進的に増
大し、確実な捕捉の観点から、反対向きに作用するばね
力の増大を凌駕しなければならないので、通電を制御す
るための一連の方法が開発された。この方法によって、
アーマチュアが捕捉電磁石の磁極面に近接する間、電流
の大きさを小さくすることにより、アーマチュアに作用
する磁力が小さくなる。それによって、アーマチュアが
磁極面にやさしく当接し、それによって邪魔になる跳ね
返りが回避される。

【０００７】その都度捕捉磁石の通電を制御するため
に、磁極面に対するアーマチュアのその都度の位置およ
びまたはアーマチュア速度を、近接領域において検出す
る必要がある。そのために、電源の電流と電圧に対す
る、磁場内で動くアーマチュアの反作用を検出し、この
反作用から、通電に影響を与えるために必要な信号を導
き出す方法が開発されている。

【０００８】更に、センサを介して、その都度のアーマ
チュア位置およびまたはその都度のアーマチュア速度
を、アーマチュアから直接的に信号として感知して取り
出す制御装置が開発されている。構造的な理由から、ア
ーマチュアの案内ピンと、実質的に弁頭と弁軸からなる
弁体とが、一体に形成できないので、弁軸の自由端部と
案内ピンの端部の間に必ず弁隙間が生じる。この弁隙間
はピストン式内燃機関の運転中、変動する温度の影響に
基づいて変化する。

【０００９】弁隙間補正のための、一般的に液圧式の手
段により、従来は、案内ピンと弁軸との間に挿入され、
オイルを充填可能なシリンダ装置によって、“剛性のあ
る”中間層のようにこの間隔が架橋される。この場合、
変化する弁隙間が補正されるように、シリンダ装置が形
成されている。このような弁隙間補正装置は製作のため
に技術的コストがかかる。完全に可変型である電磁式動
弁機構の観点から、弁隙間を許容し、通電の制御におい
て弁運動時に発生する問題を適当な手段によって回避す
ることが望まれる。この場合、第１の運動相におけるア
ーマチュア運動およびまたはアーマチュア速度の検出が
重要である。この場合、その都度のアーマチュア位置と
アーマチュア速度の検出によって信号を導き出すことが
有利である。

【００１０】しかし、弁隙間の存在によって、装置全体
によって形成された振動し得るばね−振動−系が、一時
的に分離された２つの部分系に分割される。その結果、
特に開放過程の開始時に、しかも閉鎖過程の終了時に、
開放ばねに支持されたアーマチュアの案内ピンが、閉鎖
ばねに支持された弁体に対して、固有運動を行うことに
なる。アーマチュアの案内ピンがガス交換弁の軸に当た
ることにより、両戻しばねとアーマチュア質量および弁
質量によって形成されたばね−質量−系が、弁軸に対す
るアーマチュア質量の衝撃によって、共振振動を励起す
る。この共振振動はアーマチュアが開放磁石に当たるま
で減衰しない。アーマチュアの飛行運動に重なる、共振
振動に基づくアーマチュアの往復運動は、できるだけ遅
い当接速度での、捕捉開放磁石の磁極面に対するアーマ
チュアの案内を困難にする。従って、捕捉電流の制御に
よる、アーマチュア運動の適切な案内にもかかわらず、
不利な跳ね返りを回避することができない。

【００１１】このような跳ね返りを回避するために、米
国特許第５，８３２，８８３号明細書では、アーマチュ
アを弁体に固定連結し、同様に弁体に固定連結された液
圧式緩衝要素を設けることが提案されている。この緩衝
要素によって、弁が弁座に載る速度が低下させられる。
弁隙間は設けられていない。この公知の装置は、常に作
用する緩衝のために、固有振動性を利用しながら運転す
ることができない。全体の弁運動の間作用する緩衝力に
よって、弁座に対して弁をやさしく当接させるために、
アーマチュアは閉鎖位置で磁極面に接触せず、緩衝要素
の制動作用を相殺するために閉鎖ばねが開放ばねよりも
強く形成されている。これは、エネルギーを多く必要と
し、特に緩衝要素のために利用可能な固有振動性が欠け
ている。

【００１２】振動可能な系の全体質量を減らすために、
アーマチュア質量だけを減らすことは不利であることが
判った。なぜなら、弁体の質量の低減は材料に起因して
制約されているからである。弁隙間が0.1 ｍｍのとき
に、アーマチュアは開放時でも、閉鎖磁石への保持電流
を遮断した後で、弁体の軸に当接する際に、閉鎖ばねと
弁体によって形成された部分系に、大きなエネルギーシ
ョックを加える。このエネルギーショックにより、アー
マチュアは開放ばねの力に抗して、開放運動に重ね合わ
された振動運動を何度も行い、同時に開放方向に運動す
る弁体は同様に開放運動に重ね合わされた振動運動を行
う。アーマチュアと弁体の位相をずらし互いに向き合っ
た複数回の運動に基づいて、動く両系に振動運動が重ね
合わされる。この振動運動は両磁極面の間のアーマチュ
アの中央位置を越えるまで続く。

【００１３】センサ装置を介してアーマチュアから直接
的にアーマチュア位置およびまたはアーマチュア速度を
感知すると、正確な信号ではなく、アーマチュアの振動
運動によってもたらされる“あいまいな”信号または
“ノイズ”の多い信号が生じる。

【００１４】

【発明が解決しようとする手段】本発明の課題は、この
欠点を除去することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この欠点を除去するため
に、本発明では、前述の種類の弁隙間を有するガス交換
弁装置において、アーマチュアの質量が弁体の質量の少
なくとも２倍であることが提案される。

【００１６】この場合、アーマチュア質量は、案内する
ためのアーマチュアピンを連結したアーマチュア板の質
量と、開放ばねの減少した質量と、開放ばねに付設され
たばねピンの質量によって決まる。ばねピンがアーマチ
ュアピンに固定連結されていないがしかし、運転中、開
放ばね、ばねピンおよびアーマチュアピンを備えたアー
マチュアの間の所定の幾何学的な付設に基づいて、アー
マチュアが振動運動中にばねピンと相対的に“独立的な
運動”を生じないということが判った。

【００１７】この場合、弁体の質量は、弁ばね受けを含
む弁体の質量と、閉鎖ばねの減少した質量によって決ま
る。

【００１８】弁体の質量と比べてアーマチュア質量を増
大させることにより、開放運動中弁軸に当接する際に、
アーマチュア運動が安定させられる。従って、アーマチ
ュアの固有振動がきわめて迅速に減衰する。この場合、
比較的に小さな弁体の質量のために、開放運動に重ね合
わされる弁体の増大する固有振動が、当接の瞬間に幾分
大きくなることは不利ではない。なぜなら、この固有振
動を、アーマチュア質量の安定化作用と弁体に作用する
緩衝力によって非常に早くから減衰させることができ、
それによって全体の系が非常に早く静止するからであ
る。しかし、アーマチュアの固有振動が、弁軸に対する
案内ピンの当接後短い時間で減衰し、それによってアー
マチュア運動を感知する信号のための“ノイズ抑制”が
行われることが重要である。

【００１９】アーマチュア質量と弁体質量の質量比の設
計によって、広い範囲内で選定を行うことができる。ア
ーマチュアの案内ピンが弁軸に当接する際に跳ね返りか
ら信号を直接得る場合、既存のセンサ装置を介してはっ
きりした信号を検出することができるように、弁体の質
量に対するアーマチュア質量の比を拡大すると合目的で
ある。勿論、重ね合わされる振動がアーマチュア運動と
弁体の運動の際に遅く減衰されると不利である。この信
号が必要でないと、アーマチュア質量を更に拡大するこ
とにより、衝突によって生じるアーマチュア質量の固有
振動を最小にすることができる。

【００２０】運転にとって重要な系全体の振動状態、特
に振動開始時のエネルギーコストの増大を回避するため
に、振動する質量全体の低減が行われる。これは、弁体
のために軽い他の材料を使用することによって可能であ
る。そのために、例えばセラミック材料が適している。
それにより、開放過程の際に弁体の軸に対するアーマチ
ュアピンの当接によって引き起こされるアーマチュア質
量の固有振動を少なくとも最小限に抑えるために、本発
明に従って設定された、アーマチュア質量と弁体質量の
間の質量分布の基準が維持されるときにも、アーマチュ
ア質量を低減することができる。動弁機構によって形成
される振動可能なばね−質量−系の全体質量の低減は、
ばねのばね定数を、ピストン式内燃機関の運転条件に適
合させることを可能にする。この場合、ばね定数の増大
は、約0.15ｍｍの普通の弁隙間の場合に有利であること
が判った。

【００２１】本発明の実施形の他の利点は、いわゆる弁
隙間補正を省略できることにある。というのは、開放運
動中のアーマチュアと弁体の跳ね返りと固有振動の短縮
によっておよびアーマチュアと弁体の振幅と固有振動の
低減によって、騒音の発生が同様に低減されるからであ
る。

【００２２】系の固有振動を低減するために特に、アー
マチュア質量の本発明による調和と関連して更に、前述
の種類の電磁アクチュエータのガス交換弁装置のため
に、両戻しばねは異なるばね定数を有する。この“非対
称の”ばね設計により、所定のばね−質量−系の“振動
数が変化し”、はっきりした共振振動数が存在せず、弁
隙間を克服した後でガス交換弁にアーマチュア質量が衝
突することによって生じる振動励起作用が迅速に低下
し、アーマチュアが実質的に振動しないで捕捉開放磁石
の磁極面に当たる。

【００２３】

【発明の実施の形態】概略的な図とグラフに基づいて本
発明を詳しく説明する。

【００２４】図１から判るように、ここで述べるピスト
ン式内燃機関のガス交換弁装置（吸排気弁装置）は、弁
軸２を有する弁体１を備えている。この弁軸は閉鎖ばね
３に連結され、ばね受け４を介して閉鎖位置に保持可能
である。

【００２５】ガス交換弁を操作するために、電磁アクチ
ュエータ５が設けられている。この電磁アクチュエータ
は実質的に、開放磁石７と閉鎖磁石６からなっている。
この磁石の磁極面８は互いに向き合っていて、互いに間
隔をおいて配置されている。両磁極面８の間の中間室内
で、アーマチュア９が往復運動可能に案内されている。
このアーマチュアは一端がアーマチュアピン１０に固定
連結され、他端がばねピン１１を介して開放ばね１２に
支持されている。

【００２６】図１には、全体装置の閉鎖位置が示してあ
る。すなわち、アーマチュア９は閉鎖磁石６の磁極面に
接触している。それによって、開放ばね１２は適当な量
だけ圧縮されている。弁体１は閉鎖ばね３によって閉鎖
位置に保持されている。アーマチュアピン１０と弁軸２
の端部との間には、中間スペースＶＳ、いわゆる弁隙間
が設けられている。この弁隙間は実際には約0.15ｍｍの
範囲内にある。弁隙間ＶＳは運転中に熱の影響に基づい
て、特に温度上昇時の弁軸２の長さ変化およびまたは電
磁アクチュエータ５を支持するシリンダヘッドの同じ向
きの長さ変化に基づいて、或る限度内で変化する。

【００２７】ガス交換弁を開放するときには、閉鎖磁石
６への通電が遮断されるので、アーマチュア９は開放ば
ね１２によってガス交換弁１の方に加速され、弁隙間Ｖ
Ｓを越えて移動した後で弁軸２の端部に当たり、弁体１
を開放方向に押す。開放磁石７はアーマチュア運動の過
程で操作制御に応じて通電されるので、アーマチュアは
その中間位置を越えるときに、形成される磁場の影響を
受け、そして閉鎖ばね３の力の作用に抗して開放磁石７
の磁極面８に接触する。エンジン制御装置によって設定
された保持時間が経過した後で、開放磁石７への通電が
停止されるので、アーマチュア９は再び閉鎖位置に戻さ
れ、閉鎖磁石によって捕捉され（受け止められ）、次の
開放過程まで保持される。閉鎖ばね３と開放ばね１２は
アーマチュア５のために、いわゆる戻しばねを形成す
る。

【００２８】適当な液圧式継手によって弁隙間ＶＳを架
橋するいわゆる弁隙間補正装置を配置すると、保持磁石
の給電を遮断する度に、アーマチュア９と弁体１が実際
に同じ方向に移動する。しかし、弁隙間が存在すると、
開放過程で、アーマチュアピン１０とばねピン１１によ
って形成されたアーマチュア９の案内ピンが先ず最初
に、開放ばね１２の加速力の作用を受けて自動的に移動
する。この移動は、アーマチュアピン１０が弁軸２の自
由端に当たるまで行われる。そして、アーマチュア質量
と弁体の質量によって形成された全体質量が更に移動す
る。

【００２９】図１に示した機械的な装置は振動系として
ばねと質量に分解可能である。この分解は図２に示して
ある。ここで考慮すべきアーマチュア質量ｍ_A＊は、ア
ーマチュアピン１０を含めたアーマチュア９の質量と、
ばねピン１１の質量と、開放ばね１２のいわゆる減少し
た質量によって形成されている。図２において、質量ｍ
_A＊は質点によって示され、開放ばね１２はそのばね定
数Ｃ１２によって象徴的に示され、アーマチュアピン１
０は質量のない部品として示してある。振動する弁質量
ｍ_V＊は質点として示してある。この場合にも、弁体１
の質量と、ばね受け４を含めた閉鎖ばね３の減少した質
量が考慮されている。閉鎖ばね３はばね定数Ｃ３によっ
て象徴的に示してあり、弁軸２は質量のない構成要素と
して示してある。

【００３０】力の矢印Ｐによって示すように、励起力Ｐ
がアーマチュア質量ｍ_A＊に作用する。図２のばね−質
量−系は図１に示した閉鎖位置を表している。弁隙間が
同じで、ばね定数が同じで、そして質量比が異なる、図
２に示した系について検討すると、質量比ｍ_A＊／ｍ_V
＊＝0.6 の場合、アーマチュア質量ｍ_A＊について図３
に示した曲線１３が生じ、弁質量ｍ_V＊について曲線１
４が生じる。この場合、アーマチュア９を保持する閉鎖
磁石の磁極面からアーマチュアが離れてから、アーマチ
ュアピン１０の自由端が弁軸２の端部に当接するまでの
時間内に、アーマチュア速度が大きく増大し、当接する
と、急激に低下することが判る。この場合、戻り振動
し、弁質量が増大する速度で開放方向に前進する（位置
Ｉ）。その際、弁隙間が再び“開放する”ので、アーマ
チュア質量ｍ_A＊は新たに運動方向を逆転した後で開放
ばね１２の作用を受けて再び弁質量ｍ_V＊に当たる（位
置ＩＩ）。その際、アーマチュア質量は再び制動され、
弁質量ｍ_V＊を加速し、新たに閉鎖磁石６の磁極面の方
に戻る。この反対向きの振動過程によって、全体の系が
その都度２つの部分系、すなわち部分系Ｃ１２−ｍ_A＊
とＣ３−ｍ_V＊に分割されるので、部分系Ｃ３−ｍ_V＊
は固有運動を行う。すなわち、最初の加速の後で（位置
Ｉ）、質量ｍ_V＊はは少しだけ戻り振動し、そしてアー
マチュア質量ｍ _A＊の新たな当接の際に、図３から判る
ように、開放方向に更に駆動される（位置ＩＩ）。

【００３１】この場合、図３から判るように、両部分質
量ｍ_A＊，ｍ_V＊の一時的に反対向きの重なる振動が、
頂点を越えるまで続く。この場合、アーマチュアピン１
０と弁軸２の縦方向弾性が重要であることを無視できな
い。従って、少なくとも弁軸のために、例えばセラミッ
ク材料のような充分に非弾性的な材料を選択する際に、
この跳ね返りを低減することができる。このセラミック
材料は場合によってはアーマチュアピンにも使用可能で
ある。

【００３２】限界範囲を示すために、全体質量を同じに
して質量分布が大幅に変更された。図４に示した試験の
場合には、アーマチュア質量ｍ_A＊を増やし、弁質量ｍ
_V＊を減らした。それによって、約６の質量比ｍ_A＊／
ｍ_V＊となった。すなわち、質量比は図３の試験に対し
て１０倍となった。この場合、曲線１３．１から明らか
なように、大きなアーマチュア質量ｍ_A＊が弁隙間だけ
進んだ後で弁体１の軸に当たる際に小さな速度損失を生
じ、軽い弁体が大きな固有振動を行った。しかし、大き
なアーマチュア質量ｍ_A＊による“鎮静”に基づいて、
弁質量ｍ_V＊も非常に早く静止した。これは特に、大き
な摩擦とガス流の制動作用によって弁体に作用する大き
な緩衝に起因する。

【００３３】図５には、両試験の場合のアーマチュア速
度のための曲線１３，１３．１が重ね合わされている。
この場合、質量比ｍ_A＊／ｍ_V＊の適当な増大によっ
て、アーマチュア質量の固有運動を低減できることが明
らかである。この場合、アーマチュア運動を検出するた
めに使用されるセンサの分解能に応じて、質量比ｍ_A＊
／ｍ_V＊を極端に大きくする必要はない。

【００３４】アーマチュア運動の検出によって、弁軸に
対するアーマチュアの当接を検出することが望ましい場
合には、アーマチュア質量を増大する観点から、比ｍ_A
＊／ｍ_V＊を次のように変えてもよい。すなわち、セン
サ装置の所定の感度の場合に、アーマチュア運動から当
接点を検出できるように変えてもよい。つまり、アーマ
チュア質量ｍ_A＊の検出可能な第１の跳ね返りが生じる
ように、質量比を適切に変えなければならない。

【００３５】図６に示した概略図に基づいて、ばねを
“非対称の”に設計した実施の形態を詳しく説明する。

【００３６】ガス交換弁２を操作するための変形電磁ア
クチュエータは、図１と同様に、実質的に閉鎖磁石６と
開放磁石７からなっている。この両磁石は互いに間隔を
おいて配置され、この磁石の間でアーマチュア９が戻し
ばね、すなわち開放ばね２１と閉鎖ばね３の力に抗して
往復運動可能に案内されている。図には、装置の閉鎖位
置が示してある。しかも、開放ばね１２と閉鎖ばね３の
“典型的な”配置構造が示してある。この配置構造の場
合、閉鎖ばね３はガス交換弁２の軸に連結されたばね受
け４を介して直接作用している。電磁アクチュエータの
アーマチュアピン１０は弁軸から分離されている。ここ
で、閉鎖位置において、通常は、いわゆる弁隙間ＶＳの
形の隙間が存在する。開放ばね１２はばねピン１１のば
ね受け１１．１に支持されている。従って、開放運動時
に開放ばね１２と閉鎖ばね３の向き合う作用を受けて、
ばねピン１１はガス交換弁の軸に支持されている。

【００３７】アクチュエータの電磁石６，７の交番する
通電は、それに付設された電流調整器１４．１を介して
行われる。この電流調整器は電子式エンジン制御装置１
４によって、設定された制御プログラムに相応しておよ
びエンジン制御装置に供給される、回転数、温度等のよ
うな運転データに依存して制御される。それによって、
ガス交換弁はその開放位置またはその閉鎖位置に適切に
移動する。基本的には、ピストン式内燃機関のすべての
アクチュエータのために、１個の中央の電流調整器を設
けることができるが、各々のアクチュエータに固有の１
個の電流調整器を付設すると合目的である。この電流調
整器は中央の電源１４．２に接続され、エンジン制御装
置１４によって制御される。

【００３８】アクチュエータにはセンサ１５が付設され
ている。このセンサはアクチュエータ機能の検出を可能
にする。センサ１５はここでは概略的に示してある。セ
ンサの設計に応じて、例えばアーマチュア５の変位を検
出することができるので、その都度のアーマチュア位置
をエンジン制御装置１４およびまたは電流調整器１４．
１に伝送することができる。エンジン制御装置１４また
は電流調整器１４．１において、適当な演算によって、
場合によってはアーマチュア速度を検出することができ
るので、アーマチュア位置に依存しておよびまたはアー
マチュア速度に依存して、両電磁石６，７の通電を制御
することができる。

【００３９】保持する閉鎖磁石６への通電を遮断した後
で、開放ばね１２の力の作用によって、アーマチュア５
がガス交換弁の方に移動すると、アーマチュア５と案内
棒１０，１１からなる質量は、弁隙間ＶＳだけ進んだ後
で、開放ばねの力の作用と直ちに作用する開放磁石７の
磁力のためにガス交換弁が開放する前に、閉じたガス交
換弁に衝撃を加える。この衝撃によって、両戻しばね
３，１２とアーマチュア５，案内棒１０，１１およびガ
ス交換弁によって形成されたばね−質量−系が励振され
て、開放運動に重なる共振振動を生じる。

【００４０】この励振振動を補助するために、戻しばね
のその他の構造を変えないで、開放ばね１２と閉鎖ばね
３のための異なるばね特性値が設けられている。図示し
た実施の形態の場合、例えば閉鎖ばね３は“硬く”形成
されている。すなわち、閉鎖ばねは開放ばね１２よりも
大きなばね特性値を有する。この手段により、ばね−質
量−系が“共振しなくなる”ので、アーマチュア質量に
よる衝撃に基づいて、弁隙間ＶＳだけ進んだ後で、開放
運動に重なる振動が開放運動中に完全に小さくなる。な
ぜなら、異なるばね設計のために、系から固有振動数の
振動が取り除かれるからである。図では、両戻しばね
３，１２の異なるばね特性値が異なる太さの線によって
識別しやすくなっている。

【００４１】ガス交換弁を確実に閉鎖するために、好ま
しくは、閉鎖ばね３が大きなばね特性値を有する。すな
わち、硬く形成されている。

【００４２】両戻しばね３，１２を“共振しないように
する（振動数が変化する）”原理自体は、弁体質量に対
するアーマチュア質量の普通の比のときにも使用可能で
ある。しかし、本発明に従って、質量比の設計との組み
合わせが有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】電磁的に操作可能なガス交換弁装置の概略的な
垂直断面図である。

【図２】図１から導き出された振動系を示す図である。

【図３】“小さな”アーマチュア質量のときのアーマチ
ュアと弁体の速度の変化を示すグラフである。

【図４】“大きな”アーマチュア質量のときのアーマチ
ュアと弁体の速度の変化を示すグラフである。

【図５】図３，４の場合のアーマチュア運動の曲線の重
ね合わせを示すグラフである。

【図６】戻しばねを“非対称に”設計した装置を示す図
である。

【符号の説明】

１弁体３閉鎖ばね５アクチュエータ６，７電磁石８磁極面９アーマチュア１０，１１案内ピン１２開放ばねｍ_A＊アーマチュア振動質量ｍ_V＊弁体振動質量ＶＳ弁隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者マルテイン・ピッシンガードイツ連邦共和国、52072 アーヒエン、グリューネンターレル・ストラーセ、64 (72)発明者ハンス・ケムパードイツ連邦共和国、52080 アーヒエン、グロッスハイトストラーセ、106 (72)発明者ギユンター・ルードルフ・フアイエルドイツ連邦共和国、52477 アルスドルフ、ブレスラウエル・ストラーセ、８

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】閉鎖ばね（３）に連結された弁体（１）
と、電磁アクチュエータ（５）とを備え、この電磁アク
チュエータが２個の電磁石（６，７）を備え、この電磁
石の磁極面（８）が向き合っていて互いに間隔をおいて
配置され、電磁アクチュエータが磁極面（８）の間で往
復運動可能である、案内ピン（１０，１１）を有するア
ーマチュア（９）を備え、この案内ピンの一端が弁体
（１）に連結され、他端が開放ばね（１２）に連結さ
れ、案内ピン（１０）と弁体（１）の間に弁隙間（Ｖ
Ｓ）が設けられ、アーマチュア（５）の振動する質量
（ｍ_A＊）が、弁体（１）の振動する質量（ｍ_V＊）の
少なくとも２倍である、ピストン式内燃機関のガス交換
弁装置。
【請求項２】開放ばね（１２）と閉鎖ばね（３）が同
じばね定数と同じ質量を有することを特徴とする請求項
１記載のガス交換弁装置。
【請求項３】弁開放時に弁体（１）に対する案内ピン
（１０）の最初の当接を速度低下として検出できるよう
に、アーマチュア（５）の振動質量（ｍ_A＊）が、弁体
（１）の振動質量（ｍ_V＊）よりも大きいことを特徴と
する請求項１または２記載のガス交換弁装置。
【請求項４】ガス交換弁（２）と、互いい間隔をおい
て配置された２個の電磁石（６，７）とを備え、この電
磁石の間で、アーマチュア（９）が２個の戻しばね
（３，１２）の力に抗して往復運動可能に案内されてい
る、ピストン式内燃機関のガス交換弁装置、特に請求項
１〜３のいずれか一つに記載のガス交換弁装置におい
て、両戻しばね（３，１２）が異なるばね特性値を有す
ることを特徴とするガス交換弁装置。