JP2004514085A - シリンダヘッド上に配設されている電磁アクチュエータを有する内燃機関 - Google Patents

Abstract

本発明は、ガス交換バルブを稼動するためにシリンダヘッド上に配設されている電磁アクチュエータを有する内燃機関に関し、この際、このアクチュエータはスイッチング可能な電磁石を含んでいて、この電磁石は、軸方向に間隔をおいて共通のアーマチュアシャフトに配設されていて２つのアーマチュアの間に配設されている。コンパクトな内燃機関を形成するために、シリンダヘッド内に中空空間が形成されていて、この中空空間内にアクチュエータにおけるシリンダヘッド側のアーマチュアが少なくとも部分的に受容されていること、及び、電磁石が中空空間をアクチュエータ側で少なくとも部分的に境界付けていることが提案される。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載した、シリンダヘッド上に配設されている電磁アクチュエータを有する内燃機関に関する。
【０００２】
この種のアクチュエータはドイツ特許出願公開第１９７１２６６９号明細書から知られている。この際、電磁石は、軸方向に間隔をおいてバルブタペットに形成されている２つのアーマチュアの間に配設されている。電磁石のコイルコアは、アーマチュアに向かう各々のサイドにおいて１つ又は複数の磁極面を有する。電磁石の通電時、各々のアーマチュアに作用する力は、最も近くに位置するアーマチュアに対するものが優勢となる。特にアクチュエータの動性（ダイナミックス）と共に作用し、励磁回路を交互に遮断及び通電することにより、アクチュエータの往復運動、及び、それによるこのアクチュエータに連結されているガス交換バルブの開放及び閉鎖が達成され得る。
【０００３】
この種のアクチュエータをシリンダヘッド上に配設する場合に問題となるのは各々の全構成高である。アクチュエータの構成が高すぎる場合、エンジン空間内におけるスペース上の問題が発生し得る。特に、車両を組み立てる際、並びにエンジン空間内へエンジンを収納する際に、問題が発生し得る。
【０００４】
この理由から、本発明の目的は、格別にコンパクトに構成されている内燃機関を提供することである。
【０００５】
この目的は、請求項１に記載されている措置によって達成される。
【０００６】
その際、本発明の本質は、シリンダヘッド内に中空空間が形成されていて、この中空空間内にアクチュエータの一部が受容されているということである。この部分とは、少なくとも部分的に、アクチュエータにおけるシリンダヘッド側のアーマチュアのことを示していて、この際、アーマチュアの間に位置する電磁石は前記の中空空間をアクチュエータ側で少なくとも部分的に境界付けている。前記の中空空間の形成、及び、それによって可能となる、この中空空間内及びそれ共にシリンダの方向へのアクチュエータ部分の移動により、構成高が顕著に減少され得て、このことは全体として、特に、取り付けるべき複数のアクチュエータを考慮しながら、よりコンパクトな内燃機関をもたらすことになる。
【０００７】
それに加え、シリンダヘッド上に電磁石を直接的に装着することにより、有利な熱放散が達成され得て、その結果、アーマチュアが容易に冷却され得る。
【０００８】
有利な実施形態に従い、アーマチュアシャフトは電磁石自体内に備えられている。この場合には、シリンダヘッドに対して電磁石を位置固定することだけが重要である。
【０００９】
アクチュエータのアーマチュアシャフトは、例えばバルブ隙間調整要素を介在し、バルブのバルブシャフトと直接的に又は間接的に連結され得る。
【００１０】
中空空間をより良く利用するためには、本発明の特に有利な実施形態に従い、中空空間内に少なくとも第１スプリング（バルブスプリング）を配設することが考慮されている。このバルブスプリングは、バルブを、終端位置、例えば閉鎖位置へと予め緊張（プリロード）させる。この際、好ましくは、このバルブスプリングは、一方ではバルブシャフトで、他方ではシリンダヘッドで支持されている。このことは、バルブの容易な構成方式を可能にする。
【００１１】
第２スプリング（アクチュエータスプリング）がアクチュエータ内に組み込まれていて、電磁石に対してシリンダヘッドから遠い方に配設され得る。この実施形態の容易な構成は、このアクチュエータスプリングが、シリンダヘッドから遠い方のアーマチュアにて直接的に支持されていることによって援助される。更に、捩じ込み装置にして、この捩じ込み装置を用いてアクチュエータスプリングがスプリングシートを介して保持されるという捩じ込み装置により、アクチュエータの調整、特に両方のアーマチュアプレートの調整が、電磁石に対するその位置に関して実施され得る。電磁石は、例えばドイツ特許出願公開第１９７１２６６９号明細書から知られているように、１つ又は複数の磁極面を有するコイルコアから構成され得る。
【００１２】
次に、実施例に基づき、添付の図面を用い、本発明を更に詳細に説明する。
【００１３】
図１には、シリンダヘッド上に配設されていて電磁的に操作される２つのガス交換バルブから実質的に構成されるユニットが、組み立てられた状態で断面図として描かれている。
【００１４】
先ず、この種のガス交換バルブのための電磁アクチュエータの構成を図２に基づいて説明する。
【００１５】
アクチュエータ１０は、ここではユニットとしてだけ描かれている電磁石１２を含んでいる。この電磁石１２は、各々のアーマチュアに向かうサイドにおける１つ又は複数の磁極面、並びに１つ又は複数のコイルを含み得る。電磁石１２内には両方の端部領域において中央の穿孔部と同軸に２つの軸受１５が形成されていて、これらの軸受１５は軸方向においてアーマチュアシャフト１４を可動に案内して保持している。アーマチュアシャフト１４には、２つのアーマチュアプレート１６及び１８が、軸方向に互いに間隔をおいて、しかも電磁石１２のそれぞれ対向して位置するサイドに設けられている。ここでアーマチュアプレート１６はアーマチュアプレート１８よりも小さく形成されている。電磁石１２からそれぞれ等間隔をもつアーマチュアのゼロ点位置において、この非対称性は、内燃機関の始動時におけるアクチュエータの振れ始めのために重要であり、その理由は、その際に上方のアーマチュアプレート１８に対する力が下側のアーマチュアプレート１６に対する力よりも大きいためである。これらの両方のアーマチュアプレート１６及び１８の間の間隔は電磁石１２の厚さよりも大きく、その結果、所定の領域内における往復運動が保証されている。
【００１６】
電磁石１２は、この電磁石１２がケーシング２０と共にアクチュエータを小さなアーマチュアプレート１６のサイドで実質的に境界付けるように、ケーシング２０内に受容されている。それにより、アーマチュアプレート１６は、このサイドで突出するアーマチュアシャフト１４と共に、電磁石１２及びケーシング２０によって境界付けられている容積部を超えて張り出している。
【００１７】
図２において上側に描かれているケーシング２０の上領域には、電磁石１２内の穿孔部と同軸に指向されていて雌ネジを有する穿孔部が形成されていて、この穿孔部内に捩じ込み装置２６を回転挿入させて取り付けることができる。この捩じ込み装置２６は、同時にアクチュエータスプリング２２のためのスプリングシートを形成し、このアクチュエータスプリング２２は、一方ではこのスプリングシートにて、他方ではアーマチュアプレート１８上に直接的に配設されているバルブシートにて支持されている。アクチュエータスプリング２２は、ガス交換バルブを開放位置に予め緊張（プリロード）させるために用いられ、ここで描かれている実施例では圧縮されている。更に捩じ込み装置２６は、中央の段付き穿孔部を含んでいて、この穿孔部内に行程センサ２８（ここでは詳細には描かれていない）が取り付けられている。更にこの行程センサ２８は、シリンダ穿孔部に対して同軸に配設されている中央の穿孔部を含んでいて、この穿孔部を通じてアーマチュアシャフト１４の延長部が延びている。
【００１８】
電磁石１２の通電は供給ラインを介して行われ、これらの供給ラインのうち、ここでは１つの供給ラインだけが符号３０で示されている。
【００１９】
符号２３を用いて所謂オイルギャラリ（油通路）が示されている。このオイルギャラリは潤滑油のための供給ラインであり、この供給ラインは、上方のアーマチュアプレート１８の領域で終端し、潤滑油を小滴ずつ提供することにより最小限の潤滑が保証されている。
【００２０】
図１に従い、内燃機関のシリンダヘッド５０には各バルブの範囲において凹部（中空空間）５８が形成されていて、この凹部５８内には、ケーシング２０及び電磁石１２を超えて突出するアクチュエータ部分（アーマチュア１６及びアーマチュアシャフト１４）が受容されている。それに加え、シリンダヘッド内にはバルブ５２が備えられていて、このバルブ５２は、アクチュエータ１２に対向して位置するように立設されて中空空間５８内に入り込んでいる。
【００２１】
バルブ５２の上端にはスプリングシート５６が配設されていて、このスプリングシート５６にて他のスプリング、即ちバルブスプリング５４が支持されている。バルブスプリング５４は、他方のサイドでスプリングシートにて直接的にシリンダヘッドで支持されていて、バルブ５２をその閉鎖方向に予め緊張させる。バルブ５２の上端には、詳細には図示されていないバルブ隙間調整要素が設けられている。
【００２２】
組み立て時、アーマチュアプレート１６はアーマチュアシャフト１４と共に中空空間５８内に次のように挿入される。即ち、アーマチュアシャフト１４の前方の端部が、中空空間５８内に既に配設されているガス交換バルブのバルブシャフト上にバルブ隙間調整要素を介在して位置するようにである。それにより、アクチュエータ１０とバルブ５２の間の連結が成される。スプリング２２及び５４並びにそれらに対応するスプリングシートにおける適切な寸法決定と配置により、次のようなアーマチュア位置が達成される。即ち、電磁石１２がほぼ両方のアーマチュアプレート１６及び１８の間へと位置することになるアーマチュア位置である（ここでは非図示）。これは静止位置を意味する。両方のアーマチュアプレート１６及び１８をここでは非対称に選択することにより、電磁石の通電によって振れ始めの際に最初の動揺が達成され得て、その結果、最終的に、電磁石における後続の適切な交互の通電状態及び無通電状態により、アーマチュアとバルブとバルブスプリングとから成るスプリング質点系が往復振動することになる。この際、下方のアーマチュアプレート１６は中空空間内で往復運動する。両方のアーマチュア１６及び１８は、持続的な通電により、電磁石の近くにあるそれらの各々の終端位置において保持され得る。
【００２３】
中空空間は、主として電磁石によってアクチュエータ側で境界付けられている。中空空間５８内にバルブ要素並びにアクチュエータ要素を受容することにより、シリンダヘッド及びアクチュエータから特に小さく構成されるユニットが達成され、このことが本発明の目的である。
【００２４】
それに加え、電磁石１２は、少なくともその縁領域において、常に良好に冷却されているシリンダヘッドに直接的に隣接する。この最適な熱的連結により、アクチュエータのために特別な冷却措置を施すことなく、アクチュエータ内、特に電磁石１２自体内で生成される熱の良好な熱放散が達成され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
シリンダヘッド上に配設されている２つの電磁バルブから構成されているユニットの断面を示す図である。
【図２】
本発明に従って形成されたアクチュエータの断面を示す図である。

Claims (16)

1. ガス交換バルブ（５２）を稼動するためにシリンダヘッド上に配設されている電磁アクチュエータ（１０）を有する内燃機関であって、このアクチュエータ（１０）がスイッチング可能な電磁石（１２）を含んでいて、この電磁石（１２）が、軸方向に間隔をおいて共通のアーマチュアシャフト（１４）に配設されていて軸方向に可動である２つのアーマチュア（１６、１８）の間に配設されている前記内燃機関において、
   シリンダヘッド内に中空空間（５８）が形成されていて、この中空空間（５８）内にアクチュエータ（１０）におけるシリンダヘッド側のアーマチュア（１６）が少なくとも部分的に受容されていること、及び、電磁石（１２）が中空空間（５８）をアクチュエータ側で少なくとも部分的に境界付けていることを特徴とする内燃機関。
2. 電磁石（１２）が、少なくとも部分的にシリンダヘッドに直接的に隣接していて、このシリンダヘッドと熱的に連結されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
3. アーマチュアシャフト（１４）が電磁石（１２）内に備えられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 連続する又は少なくとも２つの軸受（１５）が設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関。
5. アーマチュアシャフト（１４）が、シリンダヘッド内に備えられているバルブ（５２）のバルブシャフトと間接的に又は直接的に連結されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。
6. アーマチュアシャフト（１４）とバルブシャフトとの間にバルブ隙間調整要素が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の内燃機関。
7. 中空空間（５８）内に、バルブを終端位置へと予め緊張させる第１スプリング（バルブスプリング）（５４）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関。
8. 第１スプリング（５４）がバルブ（５２）をその閉鎖位置へと予め緊張させることを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関。
9. 第１スプリング（５４）が、一方ではバルブシャフトで、他方ではシリンダヘッドで支持されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の内燃機関。
10. 第２スプリング（アクチュエータスプリング）（２２）が電磁石に対してシリンダヘッドから遠い方に配設されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関。
11. 第２スプリング（２２）が、一方では、シリンダヘッドから遠い方のアーマチュア（１８）にて支持されていることを特徴とする、請求項１０に記載の内燃機関。
12. 第２スプリング（２２）がスプリングシート（２６）にて支持されていて、このスプリングシート（２６）が捩じ込み装置によって保持されていて、この捩じ込み装置を用いてアクチュエータ調整が実施可能であることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の内燃機関。
13. アクチュエータ（１０）の１つの端部に、アーマチュアポジションを検知するためのセンサが設けられていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の内燃機関。
14. 電磁石が、１つ又は複数の磁極面を有する少なくとも１つのコイルコアを含んでいることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関。
15. 両方のアーマチュアプレートが異なってサイズ決定されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の内燃機関。
16. アクチュエータの上部分においてオイル供給ラインが終端していて、このオイル供給ラインを介し、滴ごとのオイル供給を用い、潤滑が達成可能であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の内燃機関。