JP2005516146A - ガス交換弁を制御する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つのガス交換弁を吸気弁（１１）として、かつ少なくとも１つのガス交換弁を排気弁（１２）として内燃機関の燃焼室に配設しており、各ガス交換弁を作動するために各ガス交換弁に対応配設された電気油圧式の弁調整器（１８）及び、高圧ポンプと蓄圧ユニットとを有していて高圧流体を前記弁調整器（１８）に供給する給圧装置（２６）を備えた形式の、ガス交換弁を制御する装置に関する。制御装置の入力エネルギーを削減するために、蓄圧ユニットは、２つの別体の高圧蓄圧器（３１，３２）を有し、そのうち一方の高圧蓄圧器は、少なくとも１つの吸気弁（１１）用の弁調整器（１８）に、また他方の高圧蓄圧器は、少なくとも１つの排気弁（１２）用の弁調整器（１８）に接続されている。１つの切換え部材（３０）によって高圧ポンプ（２７）は一方又は他方の高圧蓄圧器（３１，３２）に、並びに、１つの流体貯蔵タンク（２９）に通じる戻し導管（３７）に、選択的に接続可能である。

Description

本発明は、請求項１で発明の上位概念として特定したように、少なくとも１つのガス交換弁を吸気弁として、かつ少なくとも１つのガス交換弁を排気弁として内燃機関の燃焼室に配設しており、各ガス交換弁を作動するために各ガス交換弁に対応配設された電気油圧式の弁調整器及び、高圧ポンプと蓄圧ユニットとを有していて高圧流体を前記弁調整器に供給する給圧装置を備えた形式の、ガス交換弁を制御する装置に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２６０４７号明細書に基づいて公知になっている前記形式のガス交換弁を制御する装置の場合、電気油圧式の各弁調整器は、１つのガス交換弁に作用する１つの調整ピストンと、該調整ピストンによって画成された２つの油圧作業室とを有し、前記油圧作業室のうち、ガス交換弁を閉弁方向に負荷する第１作業室は、高圧下の流体によって常時充填されており、かつガス交換弁を開弁方向に負荷する第２作業室は、第１と第２の電気制御弁を介して交互に、高圧下の作業媒体又は流体を充填・放圧可能である。このために１つの給圧装置が高圧流体を供給し、該高圧流体は一方では第１作業室に供給され、かつ他方では第１電気制御弁を介して第２作業室に供給される。この第２作業室は第２電気制御弁を介して、流体を流体貯蔵タンクへ還流させる戻し導管に接続されている。給圧装置は作業圧蓄圧器と、流体を流体貯蔵タンクから１つの逆止弁を介して作業圧蓄圧器へ圧送する制御式調整ポンプとから成っている。ガス交換弁の閉弁状態では第２作業室は、閉じられた第１制御弁によって給圧装置から断たれており、かつ開かれた第２制御弁によって戻し導管に連通されているので、前記調整ピストンは、第１作業室内に支配する流体圧によって、その閉鎖位置へ移動されている。ガス交換弁を開弁するためには制御弁が切換えられ、これによって前記第２作業室は戻し導管から締切られて、給圧装置に接続される。調整ピストンは、ガス交換弁を開弁しつつ第１作業室の方にシフトする。それというのは第２作業室における調整ピストンのピストン面が、第１作業室における調整ピストンの作用面よりも大であるからであり、その場合、開弁ストロークの大きさは、第１制御弁に印加される電気的制御信号の形成に関連し、かつ開弁速度は、給圧装置によって制御される流体圧に関連する。ガス交換弁を閉弁するためには制御弁は再び切換わる。これによって、給圧装置に対して締切られた第２作業室は戻し導管に接続され、かつ第１作業室内に支配する流体圧は、調整ピストンを、該調整ピストンの閉弁位置へ戻すので、ガス交換弁は調整ピストンによって閉弁される。

請求項１の特徴部に記載したように、蓄圧ユニットが、２つの別体の高圧蓄圧器を有し、そのうち一方の高圧蓄圧器が、少なくとも１つの吸気弁用の弁調整器に、また他方の高圧蓄圧器が、少なくとも１つの排気弁用の弁調整器に接続されており、かつ、１つの切換え部材によって高圧ポンプが一方又は他方の高圧蓄圧器に、並びに、１つの流体貯蔵タンクに通じる戻し導管に、選択的に接続可能にした、本発明のガス交換弁制御装置によって得られる利点は、少なくとも１つの吸気弁用の弁調整器と少なくとも１つの排気弁用の弁調整器とに流体を別々に供給するために蓄圧ユニットを２つの高圧蓄圧器に分けたことによって、吸気弁と排気弁とのための両高圧回路内の流体圧が、電気油圧式弁制御によって可能になるところの、弁作動時点、弁揚程、弁揚程速度及び開弁時間のような弁制御時の自由度に対する要求に応じて、種々異なった圧力レベルで実現できる点にある。これによって例えば、吸気弁用の高圧回路内の流体圧を、燃焼室圧をまともに受ける排気弁に開弁力を生ぜしめるために特定された排気弁用の高圧蓄圧器内の流体圧よりも低く設計することが可能である。一方の高圧回路内の圧力をこのように低くすることによって所要エネルギーの削減が得られる。その結果として吸気弁と排気弁のための油圧式弁調整器を単一化することが可能になる。それというのは、燃焼室圧に抗して排気弁を作動するために必要な、より高い開弁力が、所属の高圧回路内の、より高い流体圧を介して実現されるからである。更にまた両方の高圧蓄圧器に交互に給圧するために切換え部材を相応に作動制御することによって、エネルギー吸収時のモーメント補償が可能である。従って、より均質なモーメント・タッピングが得られ、それに伴って走行快適性に対する作用が低下される。

請求項１に記載したガス交換弁の制御装置の有利な実施形態及び改良は、従属請求項２以降に列挙した構成手段によって可能である。

給圧装置を、本発明では２つの別体の吸気弁用高圧回路と排気弁用高圧回路とに分けたことによって、従来慣用されている技術的に高価な調整ポンプに代えて、構造的に単純な定常ポンプを使用することも可能になり、これによって制御装置の製造コストにおける顕著な削減効果が得られる。公知の定常ポンプは、吐出圧には無関係に、その駆動回転数のみに関連した吐出流又は体積流を供給するという特徴を有している。該定常ポンプは、例えば内燃機関のオイルポンプによって運転される前置フィードポンプを備えることができ、或いは自動吸込み式ポンプとして構成することもできる。

本発明の有利な実施形態では、両方の高圧蓄圧器を定常ポンプに交互に接続するために切り換え部材は、戻しばねを備えた４ポート３位置式電磁切換え弁として構成されている。該電磁切換え弁の３つの弁出口ポートのうち第１の弁出口ポートは一方の高圧蓄圧器に、第２の弁出口ポートは他方の高圧蓄圧器に、かつ第３の弁出口ポートは戻し導管に接続されているのに対して、該電磁切換え弁の弁入口ポートは定常ポンプのポンプ出口に接続されている。

次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。

図１において接続構成図で示したガス交換弁の制御装置の場合、選択した内燃機関の実施例では全部で４個の吸気弁１１及び全部で４個の排気弁１２が、電子制御器１３を介して制御される。しかし吸気弁１１及び排気弁１２の個数は変化することができる。各吸気弁１１又は各排気弁１２は、図２において部分図で示した内燃機関シリンダのシリンダヘッド１４内に配置されており、かつ内燃機関シリンダ内に形成された燃焼室をガス密に封止する。各ガス交換弁は公知のように、シリンダヘッド１４内の開口横断面１５を包囲する弁座１６と、軸方向にシフト可能に案内される弁棒１７１に固着した弁閉鎖体１７２を装備する弁部材１７とを有し、前記弁閉鎖体は、開口横断面１５を閉鎖・解放するために弁座１６と協働する。一方の軸方向又は他方の軸方向へ弁棒１７１をシフトすることによって、弁閉鎖体１７２は、弁座１６から離間し、或いは弁座１６に座止する。

ガス交換弁用の制御装置では、各ガス交換弁、要するに各吸気弁１１及び各排気弁１２には１つの電気油圧式の弁調整器１８が、各ガス交換弁を作動するために対応配設されている。それ自体公知の電気油圧式の弁調整器１８は図２において詳細に図示されている。該弁調整器は、１つの複動式油圧作業シリンダ１９と２つの電気制御弁２０，２１とから成り、該電気制御弁は、戻しばね装置を備えた２ポート２位置方向切換え電磁弁として構成されているのが有利である。電気制御弁２０，２１は電子制御器１３によって作動制御される。油圧作業シリンダ１９は公知のようにシリンダケーシング２２と、該シリンダケーシング内を軸方向に摺動案内されていてガス交換弁の弁棒１７１に結合された調整ピストン２３とを有し、該調整ピストンは、前記シリンダケーシング２２の内室を第１作業室２４と第２作業室２５とに区分している。第１作業室２４は直接的に、また第２作業室２５は第１電気制御弁２０を介して、弁調整器１８の油圧入口１８１に接続されている。第２作業室２５は第２電気制御弁２１を介して弁調整器１８の油圧出口１８２に接続されている。対応配設されたガス交換弁を開閉するための弁調整器１８の作用態様は公知であり、かつ本明細書導入部の項目「背景技術」において説明した通りである。

電気油圧式の弁調整器１８に、作業媒体又は流体を高圧下で供給するために、制御装置は給圧装置２６を有している。該給圧装置２６は、前置フィードポンプ２８によって流体貯蔵タンク２９から供給される高圧を発生するための定常ポンプ２７と、該定常ポンプ２７のポンプ吐出口に接続された１つの切換え部材３０と、２つの高圧蓄圧器３１，３２とから成り、前記の両高圧蓄圧器は、前記切換え部材３０の切換え位置に応じて交互に逆止弁３３，３４を介して前記定常ポンプ２７のポンプ吐出口に接続可能である。第１高圧蓄圧器３１は給圧装置２６の第１出口２６１に接続し、また第２高圧蓄圧器３２は給圧装置２６の第２出口２６２に接続しており、かつ各高圧蓄圧器３１，３２は、給圧装置２６の出口２６１，２６２を介して圧力制限弁３５，３６に接続されており、該圧力制限弁の弁出口は、流体貯蔵タンク２９に通じる戻し導管３７に接続されている。図示の実施例では前記切換え部材３０は、戻しばねを有する４ポート３位置式電磁切換え弁４１として構成されており、該電磁切換え弁は電子制御器１３によって作動制御される。電磁切換え弁４１の全部で３つの弁出口ポートのうち、第１弁出口ポート４１２は逆止弁３３を介して第１高圧蓄圧器３１に接続し、第２弁出口ポート４１３は逆止弁３４を介して第２高圧蓄圧器３２に接続し、かつ第３弁出口ポート４１４は接続導管４２を介して戻し導管３７に接続しているか又は直接的に流体貯蔵タンク２９に接続しているのに対して、弁入口ポート４１１は定常ポンプ２７のポンプ出口に接続されている。

吸気弁１１を作動する全ての電気油圧式弁調整器１８はその油圧入口１８１をもって給圧装置２６の第１出口２６１に接続されており、ひいては第１高圧蓄圧器３１に結合されている。この電気油圧式弁調整器１８の全ての油圧出口１８２は共通の連通導管３８を介して戻し導管３７に接続されている。排気弁１２を作動するための全ての電気油圧式弁調整器１８はその油圧入口１８１をもって給圧装置２６の第２出口２６２に接続されており、ひいては第２高圧蓄圧器３２に結合されている。この電気油圧式弁調整器１８の全ての油圧出口１８２もやはり共通の連通導管３９を介して戻し導管３７に接続されている。なお両連通導管３８，３９内には、戻し導管３７の方に開弁する夫々１つの逆止弁４３，４４を配置しておくことが可能である。

全てのガス交換弁、要するに全ての吸気弁１１及び全ての排気弁１２のための電気油圧式弁調整器１８は等しく構成されている。しかしながら排気弁１２を作動するために弁調整器１８によって発生さるべき、燃焼室圧を基準として設定された調整力は、吸気弁１１を作動するために弁調整器１８によって発生さるべき調整力よりも著しく大である。この異なった力は、高圧蓄圧器３１，３２内の圧力レベルを相異させることによって実現される。この相異した圧力レベルは、両圧力制限弁３５，３６の相応の調整によって得られる。４ポート３位置式電磁切換え弁４１の切換え位置に応じて、高圧蓄圧器３１又は高圧蓄圧器３２が定常ポンプ２７によって、各圧力制限弁３５，３６によって設定された圧力レベルに負荷される。高圧蓄圧器３１は、より低い圧力レベルに負荷されるので、圧力発生のために必要なエネルギーは低減される。両高圧回路において流体が弁調整器１８を介して抽出されない場合には、４ポート３位置式電磁切換え弁４１は、図１に示した中立位置に制御され、この中立位置では流体は流体貯蔵タンク２９を介して無圧で循環する。

定常ポンプ２７は、択一的な実施形態では自動吸込み式ポンプとして構成することもできる。この場合は前置フィードポンプ２８の必要はなく、かつ定常ポンプ２７は流体を流体貯蔵タンク２９から直接吸い込む。

本発明は、前記実施例に限定されるものではない。例えば、制御装置によって稼働される吸気弁１１及び排気弁１２の個数を変化させることが可能である。従って、内燃機関の燃焼シリンダ内に形成された各燃焼室に２個の吸気弁１１と１個の排気弁１２を配属させた、いわゆる３弁式運転も可能である。

内燃機関用のガス交換弁を制御する装置の接続構成図である。 図１に示した制御装置において１ガス交換弁を作動するための電気油圧式弁調整器の接続構成の詳細図である。

符号の説明

１１ 吸気弁、 １２ 排気弁、 １３ 電子制御器、 １４ シリンダヘッド、 １５ 開口横断面、 １６ 弁座、 １７ 弁部材、 １７１ 弁棒、 １７２ 弁閉鎖体、 １８ 電気油圧式の弁調整器、 １８１ 油圧入口、 １８２ 油圧出口、 １９ 複動式油圧作業シリンダ、 ２０ 第１電気制御弁、 ２１ 第２電気制御弁、 ２２ シリンダケーシング、 ２３ 調整ピストン、 ２４ 第１作業室、 ２５ 第２作業室、 ２６ 給圧装置、 ２６１ 第１出口、 ２６２ 第２出口、 ２７ 定常ポンプ、 ２８ 前置フィードポンプ、 ２９ 流体貯蔵タンク、 ３０ 切換え部材、 ３１ 第１高圧蓄圧器、 ３２ 第２高圧蓄圧器、 ３３，３４ 逆止弁、 ３５，３６ 圧力制限弁、 ３７ 戻し導管、 ３８，３９ 共通の連通導管、 ４１ ４ポート３位置式電磁切換え弁、 ４１１ 弁入口ポート、 ４１２ 第１弁出口ポート、 ４１３ 第２弁出口ポート、 ４１４ 第３弁出口ポート、 ４２ 接続導管、 ４３，４４ 逆止弁

Claims (10)

1. ガス交換弁を制御する装置であって、これらのガス交換弁のうちの少なくとも１つのガス交換弁が吸気弁（１１）として、かつ少なくとも１つのガス交換弁が排気弁（１２）として内燃機関の燃焼室に配属されており、各ガス交換弁を作動するために各ガス交換弁に対応配設された電気油圧式の弁調整器（１８）及び、高圧ポンプと蓄圧ユニットとを有していて高圧流体を前記弁調整器（１８）に供給する給圧装置（２６）を備えた形式のものにおいて、
   蓄圧ユニットが、２つの別体の高圧蓄圧器（３１，３２）を有し、そのうち一方の高圧蓄圧器が、少なくとも１つの吸気弁（１１）用の弁調整器（１８）に、また他方の高圧蓄圧器が、少なくとも１つの排気弁（１２）用の弁調整器（１８）に接続されており、かつ、１つの切換え部材（３０）によって高圧ポンプ（２７）が一方又は他方の高圧蓄圧器（３１，３２）に、並びに、１つの流体貯蔵タンク（２９）に通じる戻し導管（３７）に、選択的に接続可能であることを特徴とする、ガス交換弁を制御する装置。
2. 高圧ポンプが、切換え部材（３０）の入口ポートにポンプ出口を接続した定常ポンプ（２７）として構成されている、請求項１記載の装置。
3. 切換え部材（３０）が、１つの弁入口ポート（４１１）と３つの弁出口ポート（４１２，４１３，４１４）を有する戻しばねを備えた４ポート３位置式電磁切換え弁（４１）として構成されており、該電磁切換え弁の弁入口ポート（４１１）がポンプ出口に接続されており、かつ３つの弁出口ポート（４１２，４１３，４１４）のうち第１の弁出口ポートが一方の高圧蓄圧器（３１）に、第２の弁出口ポートが他方の高圧蓄圧器（３２）に、かつ第３の弁出口ポートが戻し導管（３７）に接続されている、請求項１又は２記載の装置。
4. ４ポート３位置式電磁切換え弁（４１）が電子制御器（１３）によって制御されている、請求項３記載の装置。
5. 両高圧蓄圧器（３１，３２）が異なった圧力レベルに負荷されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 両高圧蓄圧器（３１，３２）が夫々１つの圧力制限弁（３５，３６）を介して戻し導管（３７）に接続されている、請求項５記載の装置。
7. ガス交換弁（１１，１２）が多数の場合、全ての吸気弁（１１）の弁調整器（１８）が一方の高圧蓄圧器（３１）に、かつ全ての排気弁（１２）の弁調整器（１８）が他方の高圧蓄圧器（３２）に接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 定常ポンプ（２７）には、流体貯蔵タンク（２９）から給送する前置フィードポンプ（２８）が前置されている、請求項２から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 定常ポンプ（２７）が自動吸込み式ポンプとして構成されており、該ポンプのポンプ入口が流体貯蔵タンク（２９）に直結している、請求項２から７までのいずれか１項記載の装置。
10. 各電気油圧式の弁調整器（１８）が、弁作動のための１つの複動式油圧作業シリンダ（１９）と、該作業シリンダ（１９）内の作業圧を制御する電気制御弁（２０，２１）を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。

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