JP4028610B2 - 内燃機関の弁の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の少なくとも一つの弁、特にガス機関のガス導入弁を制御するための装置であって、この弁が特にばねの復帰力に抗して圧力媒体で付勢可能な作動シリンダのピストンによって操作され、このピストンの圧力付勢側に特にスプール弁として形成された制御装置が前置され、この制御装置が可動制御機構を有し、この制御機構によって作動シリンダの作動室が弁を開放するために圧力媒体で付勢されまた弁を閉鎖するために放圧され、この制御機構自体がそのパイロット制御装置によって制御されるようにした内燃機関の弁、特にガス機関のガス導入弁の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のガス機関のガス導入弁の制御方式はドイツ特許出願公開第4303299号明細書に開示されている。その場合スプール弁として形成された制御装置が、パイロット制御装置によって惹き起されるスプールの一方の端面への圧力供給によって、スプールを収容しているシリンダの中においてスプールの上側に配置されたばねの復帰力に抗してスプールの軸方向に変位され、これによって高圧液配管が作動シリンダの作動室に接続され、この作動室内に配置され且つガス弁に接続されているピストンが高圧で付勢され、復帰ばねの力に抗して変位される。パイロット制御装置においては、制御開口を有しカム軸によって制御され且つガス機関の入口弁を制御する制御軸によって作動されるピストンを変位することによって、スプールの一方の端面に通じている圧力配管に液圧が供給される。その場合、ガス弁に接続されているピストンの作動シリンダに配置されているレバーを回転することによって、ピストンの行程が調整され、パイロット制御装置に配置され且つスプールの端面に制御開口を通して圧力を付勢させるピストンに接続されているレバーを回転することによって開放時間幅が調整される。この配置構造の場合、制御されるガス弁の開放時点および閉鎖時点を互いに無関係に調整することも、また内燃機関の入口弁の制御に無関係に調整することもできない。
【0003】
ドイツ特許第3135650号明細書には、内燃機関の入口弁の開放時間幅の調整を可能にしている装置が開示されている。この装置は軸上に置かれピストンを変位するカムを備えており、このピストンは基本位置において封じ込まれている液体柱を介して第2のピストンに接続されており、この第2のピストンは入口弁に接続されている。
【0004】
カムによる第1のピストンの変位中でも既に入口弁を閉鎖し、これによって入口弁の開放時間幅を調整できるようにするために、両ピストン間の加圧液体が放出され、それにより入口弁に接続されている下側のピストンが復帰ばねによって戻され、これにより入口弁が閉鎖するようになっている。
【0005】
加圧液体が両ピストン間の空間から流出できるようにするために、基本位置において加圧液体の戻り配管を遮断するスプール弁が設けられており、このスプール弁の延長突起は圧電素子とアンビルとの間で締付け固定され、更に圧縮ばねによってこの位置に保持されている。戻り配管を自由にすることにより入口弁の開放時間幅を短縮するために、圧電素子に電圧信号を印加することによってスプール弁の延長突起が釈放され、これによりスプール弁はピストンの変位状態において存在する圧力によって復帰ばねの力に抗して移動され、戻り配管が自由にされ、これにより両ピストン間の圧油が流出することによって、第2のピストンがそれに付設されたばねの復帰力に基づいて第1のピストンに対して相対運動しながら戻り、入口弁を閉鎖する。
【0006】
第1のピストンが変位していない状態に戻る際、両シリンダ間の圧力は再び低下するので、スプール弁はその復帰ばねの復帰力に基づいて加圧液体の戻り配管を閉鎖する基本位置に再び戻され、そこでスプール弁は圧電素子に印加された電圧の遮断によって圧電素子とアンビルとの間で締付け固定され、その場合両ピストン間の空間は逆止弁を通って加圧液体の貯蔵空間からの加圧液体で再び充填される。
【0007】
しかしこの装置では内燃機関の入口弁の開放時間幅しか制御することができない。
【0008】
米国特許第2602434号明細書に内燃機関の入口弁の開放の開始および行程を制御する装置が開示されている。その場合、入口弁の開放の開始を制御するためにレバーが設けられており、このレバーの回転によって、カムによって変位されるピストンの軸方向に対して斜めに延びる開放時間制御エッジが回転され、他方では入口弁に接続されている他のピストンの行程を制限するために、このピストンに配置され圧力媒体タンクに通じている放圧配管を自由にする制御エッジを回転するために別のレバーが作動される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上述した装置から出発して、できるだけ簡単で安価な手段によって、制御すべき弁特にガス弁の開放時点および閉鎖時点が相互に無関係におよび入口弁の操作と無関係に制御することができるようにすることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、ピストンに前置された制御装置の制御機構がパイロット制御装置によって作動室を圧力媒体で付勢する位置およびそれと無関係に作動室を放圧する位置にもたらすことによって解決される。
【0011】
本発明に基づく装置によって可能になるガス弁の開放時点および閉鎖時点の相互に無関係な制御並びに内燃機関の入口弁の操作と無関係な制御は、燃焼過程を非常に精確に制御することを可能にする。特に燃焼室に新鮮空気を入れる際に、ガスが燃焼室を通過して排気配管まで貫流することを防止するために、ガス弁を閉じることができる。更にガス弁の開放時点と閉鎖時点との間隔に関係して弁開放時間を変更することもできる。更にまた開放時点と閉鎖時点を回転数に関係しておよび相互に無関係に変化することによって、燃焼過程を最適化することができる。
【0012】
本発明の特に有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【0013】
圧力媒体として圧油特にエンジンの潤滑油回路に存在する油を利用する場合、圧油タンクに接続されている戻り配管が制御装置に配置された二つの戻り孔に接続されていると有利である。これによりこれらの孔の位置に到達した際に圧油の戻りが可能になる。
【0014】
圧油タンクから供給されるポンプに接続されている圧力導入配管がパイロット制御装置を介して、スプールの一方の端面にそれぞれ通じている圧力配管の一つにその都度接続されると有利である。これにより、その都度一方の圧力配管に圧力を付勢し他方の圧力配管を戻り配管に接続することによって、ガス弁の開放時点および閉鎖時点を簡単且つ有効に個別制御することが可能になる。
【0015】
本発明の他の実施態様においては、制御軸に配置された制御カムによって変位されるパイロットプランジャの各端面がそれぞれ圧力配管を介してスプールの一方の端面に接続されている。これによってカム軸を利用してスプールの並進運動あるいは回転による切換のための簡単な圧力衝撃を発生することができる。
【0016】
その場合、各パイロットプランジャをそのカムによる変位後に他方のパイロットプランジャの位置と運動に無関係に簡単に且つ確実に復帰することを可能にするために、パイロットプランジャの端面からスプールの端面に通じている圧力配管に、この圧力配管に付設されたパイロットプランジャの下降運動中において圧力配管に圧力媒体特に圧油を補給するための逆止弁が設けられていると有利である。更に、一方の圧力配管に付設されたパイロットプランジャに圧力衝撃を与えることによってこれを持ち上げてその圧力配管に圧力衝撃を与える際、他方の圧力配管に付設された逆止弁が、圧力媒体特に圧油をその圧力配管から遮断方向に流出できるようにするために、アンブロック配管によって遮断を解放されるようにすると好適である。これにより後者の圧力配管に伝達された圧力衝撃の消滅によってスプール弁の並進運動が簡単且つ有効に可能になる。
【0017】
更に閉鎖時点ないし開放時点は、その都度のパイロットプランジャを例えばレバーによって回転することによって、その都度の制御エッジと共働しながら独立して特に無段階に変化できる。
【0018】
本発明の他の実施態様においては、パイロット装置として制御油に対する貫流開口を備えた回転制御機構、特に軸形回転弁又は制御円板が設けられている。これにより、スプールに通じている両圧力配管を圧力導入配管および戻り配管にほとんど故障なしに且つ摩耗および点検の必要性がほとんどない状態で切り換えることが可能になる。この場合制御時間の調整は、軸形回転弁従って制御エッジの軸方向変位によっておよび/又は軸形回転弁とカム軸との相対回転によって達成できる。軸形回転弁の回転数はカム軸の回転数に相応している。
【0019】
この場合軸形回転弁の回転位置に関係して、制御装置特にスプールの両側端面に通じている両圧力配管の一方が液圧系の圧力で付勢され、他方の圧力配管が油タンクへの戻り配管に接続されると有利である。これにより精確な同期切換並びに切換過程間の両圧力配管の所定の閉鎖が可能になる。
【0020】
本発明の他の実施態様においては、パイロット制御装置は、スプールに通じている両圧力配管、導入配管および油溜まりへの戻り配管を互いに接続する切換要素を電子式に制御するための電子式制御ユニットを含んでいる。これによりガス弁の開放時点並びに閉鎖時点の非常に普遍的でプログラミングでき且ついつでも即ち運転中でも変更できる制御が可能である。特に電子制御ユニットに接続されている一つあるいは複数の検出器で内燃機関の実際の状態を検出する際、電子制御ユニット内で必要な最適の開放時点および閉鎖時点の計算を可能にするデータが電子制御ユニットに供給される。この計算のために、入口弁の開放時間幅のような測定データ、エンジンの設定回転数および実際回転数、加速度あるいは連続回転数のような負荷状態および燃焼パラメータが利用される。
【0021】
更にパイロット制御ユニットの電子的な構成は、切換要素従って制御機構特にスプールの実際の切換位置がいつでも分かっており変更できるので、内燃機関全体の制御構想に組み入れることが可能になる。
【0022】
その場合有利には、電子式制御ユニットによって制御される切換装置によって、可動制御機構特にスプールの各端面から導かれる圧力配管の一方が圧力導入配管に接続され、他方の圧力配管が油タンクへの戻り配管に接続される。これにより、一方の圧力配管に圧力導入配管を接続することによって圧力を付勢した場合、およびこれによって制御機構が変位した場合、特にスプールが並進運動した場合、他方の圧力配管内における圧力媒体特に加圧液体が、別の装置および処置を必要とせずに戻り配管を介して簡単に安価に且つ確実に押し出されることが保証される。
【0023】
【実施例】
本発明の実施例を図面を参照して以下に詳細に説明する。
【0024】
図1はガス機関、例えばディーゼルガス機関の制御すべきガス弁1を示している。この弁1はガス機関の燃焼室への入口弁(図示せず)に前置されている。ガス弁1はガス2の流入を遮断する図示の位置から、この図示の閉鎖位置においてガス弁1に接続されているピストン4の上側にある作動室3にガス弁復帰ばね5の復帰力に抗して作用する圧力P2 即ち制御圧力が供給されることにより、最大行程Hだけ破線で示した位置1′まで並進的に移動される。ガス弁1を図示の状態から破線で示した状態に変位するために、スプール6として形成された制御装置の形をした可動制御機構によって、圧力導入孔8、スプール6にある圧力制御溝9、圧力導入通路10を通して、ポンプによって発生された制御圧力P2 がガス弁1に接続されているピストン4の上側にある作動室3に供給される。これによってピストン4は図示の位置から図1において最大で行程Hだけ、傾斜して延びる制御エッジ12が戻り孔11を通過するまで下向きに変位され、これによって圧力P2 下にある圧力媒体は詳細に示されていない戻り配管13を介して油タンク14に戻される。
【0025】
これに対して制御スプール6が図1の下側位置にあるとき、ガス弁1を破線の位置から実線の位置に戻すために、ピストン4の上側にある作動室3は、圧力導入通路10、スプール6にある圧力制御溝9および戻り孔16を介して油タンク14に通じている戻り配管15に接続される。これによってピストン4はガス弁復帰ばね5の復帰力によって復帰される。その場合ピストン4の下側にある作動室17は逆止弁18に接続されている導入孔19を介して圧油を充填される。ピストン4の下向きの並進的変位を制限する中間孔20も同様に圧油を下側作動室17に出し入れさせる。
【0026】
ピストン4は制御エッジ12が中間孔20を閉鎖するまでシリンダ底の方向に移動する。孔19、20を通って導入されて作動室17内に存在する油はもはや中間孔20を通って流出できず、従って圧力がかかり、ピストン運動は停止する。同時に制御エッジ12が戻り孔11を開く。上側作動室3内においてピストン上側面に作用する制御圧油P2 は部分的に流出(P0 )する。ピストン運動および場合によって生ずる跳ね返りはこのようにして減衰され、高圧のピークは解消される。
【0027】
ガス弁1を破線で示した下側位置1′に変位するためにピストン4に圧力をかける上側位置と、ガス弁1を実線の位置に戻すために上側作動室3内に存在する圧油の戻り通路を開けることによってピストン4の復帰を可能にする図示していない下側位置との間におけるスプール6の切換は、スプール6の上側端面21ないし下側端面22にそれぞれ接続されている圧力配管23、24を介して圧力衝撃を供給することによって行われる。圧力配管23内における圧力衝撃は、カム軸27に配置された制御カム28によって変位されるパイロットプランジャ29によってばね26の復帰力に抗してその端面25を変位することによって発生される。
【0028】
パイロットプランジャ29が制御カム28によって変位される際、圧力衝撃が圧力配管23を介してスプール6の上側端面21に伝達されるので、スプール6は図示の上側位置から図示されていない下側位置に移動され、その場合スプール6は導入配管7を遮断し、戻り孔16を開ける。この圧力衝撃におけるスプール6の下向きの最大変位はハウジングにあるストッパによって決定されている。スプール6がそれぞれの終端位置に到達した後の圧力配管23、24における圧力上昇は逃がし孔30a、bによって妨げられる。スプール6の変位を惹起する圧力衝撃はスプール6の下側端面22を介して他方の圧力配管24に伝達され、この圧力配管24から圧油が逆止弁31を通って流出される。スプール6の行程を開始させる制御カム28が通過した後、ばね26の復帰力によってパイロットプランジャ29は図1における下側位置に戻され、逆止弁32を通って圧油が圧力P1 即ち作動圧力で圧力配管23に流入する。圧力配管23への圧油の流入は逆止弁32の通常の貫流方向に相応している。スプール6が上向きに移動する際に例えば圧力配管23から圧油が流出できるようにするために、この行程の際に圧力配管24に与えられた圧力衝撃はアンブロック配管33を介して逆止弁32に伝達され、例えばピン付きの弁体を逆止位置などから逆止弁の貫流方向に向かって変位することによって逆止弁32の貫流を生じさせる。
【0029】
スプール6の上向きの変位は同じように、別の制御カム34が別のパイロットプランジャ35を通過する際に圧力衝撃を圧力配管24を介してスプール6の端面22に伝達することによって惹起される。
【0030】
パイロット制御装置の供給圧力P1 は制御装置の圧力P2 より小さいかそれと同じである。
【0031】
制御カム28、34は例えば種々のシリンダの弁の揚程を同期化するためあるいはガス弁の開放時点および閉鎖時点を互いに無関係に調整するために個々にカム軸27に円周方向に移動可能に配置されている。
【0032】
すべての実施例においてピストン4は、ピストンに作用する力がそこにかかる圧力とその面積との積であるので、上側作動室3内にかかる圧力が例えば下側作動室17内にかかる圧力よりピストン4の大きな面積に作用するときには、下向きに動かされる。特に下側作動室17は例えば空気のような圧縮可能な圧力媒体で充填されるか、上側作動室3よりも低い圧力で付勢されるかまたは全く付勢されない。
【0033】
図1において圧力P1 、P2 を発生するために油ポンプ51、52が設けられている。図1に示されている実施例の場合、油ポンプ52例えばエンジンの潤滑油回路のポンプが低圧P1 を発生し、別のポンプ51が高圧P2 を発生する。これによって有利なことに油圧回路は低圧しか供給されない。また両油圧回路に対して同じ圧力P1 、P2 を使用することもできる。従って図2および図3の実施例においては唯一のポンプ51しか必要とされない。
【0034】
図2は別の実施例として貫流開口36、37、38、39を有する軸形回転弁40によってスプール6を上下に変位する方式を示している。
【0035】
貫通開口36〜39が図示した大きさを有する場合、図示されていない中間位置においては貫通開口36〜39はいずれも入口配管あるいは排出配管に接続されない。
【0036】
図2において下から軸形回転弁40の片側に接続口41、42、43、44が通じており、上から軸形回転弁40に接続口45、46、47、48が通じている。
【0037】
下側接続口41、43には圧力P2 が供給され、接続口42、44は油タンク14に接続されている。
【0038】
軸形回転弁40の上側において二つの接続口45、48は圧力配管24に接続され、二つの接続口46、47は圧力配管23に接続されている。
【0039】
従って軸形回転弁40をその軸線A−Aを中心として回転することによって、両圧力配管23、24がいずれも圧力P2 で付勢されないかまたは油タンク14に接続され、あるいは図示されているように圧力配管23が接続口47、貫流開口38、接続口43を介して圧力P2 で付勢され、同時に圧力配管24が接続口48、貫流開口39、接続口44を介して油タンク14に接続される。あるいは軸形回転弁40の図示されていない位置において、圧力配管23が接続口46、貫流開口37、接続口42を介して油タンク14に接続され、同時に圧力配管24が接続口45、貫流開口36、接続口41を介して圧力P2 で付勢される。
【0040】
圧力配管23が圧力P2 を供給され圧力配管24が油タンク14に接続されると、スプール6は圧力導入孔8を閉鎖し同時に戻り孔16を開けるために、他の逆止弁、溢流要素などなしに簡単にしかも効果的に、図2に示されている上側位置から図2に示されていない下側位置に並進的に移動され、これによってピストン4の上側作動室3はガス弁1と一緒に上向きに移動される。その場合低圧配管24から圧力媒体ここでは圧油が油タンク14に戻される。同様に低圧配管24が圧力P2 を供給されたとき、スプール6は図示されていない下側位置から図示されている上側位置に移動し、加圧液体が圧力配管23から油タンク14に流出する。ガス弁1の制御時間の制御は軸形回転弁40の軸方向移動およびまたは相対回転によって貫通開口36〜39の制御エッジの移動によって行われる。
【0041】
図3は電子制御ユニット49を有するパイロット制御装置を備えた実施例を示している。上述の二つの実施例のように、ピストン4の上側にある作動室3に圧力P2 を供給するスプール6の上側位置と、ピストン4をガス弁1と共に図3において上向きに復帰するために戻り孔16を介して上側作動室3を放圧することを可能にするスプール6の下側位置との間におけるスプール6の切換は、その都度両圧力配管23、24の一方に圧力P2 を供給し、他方の圧力配管23、24を油タンク14に接続して放圧ないし部分的に放圧することによって行われる。そのために電子制御ユニット49で操作され少なくとも二つの位置の間で切り換えられる電磁切換要素50が設けられている。この切換要素50の一方の位置において圧力配管23が圧力P2 で付勢され、圧力配管24が油タンク14に圧力P0 で接続される。切換要素50の他の位置において圧力配管23が油タンク14に接続され、圧力配管24が圧力P2 で付勢され、これにより制御スプール6が図示されていない下側位置から図示の上側位置に移動する。更に切換要素50の少なくとももう一つの位置が用意され、この位置において両圧力配管23、24は圧力P2 が供給されずまた油タンク14にも接続されず、両圧力配管23、24は閉鎖される。
【0042】
切換要素50を制御するための電子制御ユニット49は種々の入力情報を供給される。例えば入力配線E1、E2・・・Enを介して、運転様式(燃料の種類、燃費あるいは有害物質に関する最適運転)、エンジン負荷、内燃機関の実際回転数などに関する情報についての検出器あるいは他の制御ユニットの入力信号が供給される。これに加えてあるいはこれに代えて、例えば入口弁、内燃機関の設定回転数および実際回転数、場合によっては予期すべき負荷上昇および他のエンジンパラメータに関する情報についての主計算機あるいは他の部分計算機からの情報EH も単一チャネルあるいは多チャネルで供給することができる。これによって電子制御ユニット49においてガス弁1の開閉時点が計算され、スプール6を操作するために切換要素50の切換によって圧力配管23、24が適切な時点で付勢される。
【0043】
図示されている配置構造に変えて、スプール6の代わりに例えば二つの電磁弁の形の切換要素50を採用することもできる。これにより上側作動室3はスプール6を介する代わりに直接に例えばその位置に配置されそれを代用する切換要素50を介して圧力P2 で付勢されるか油タンク14に接続される。従って液圧制御回路を省略でき、配置構造が安価になり故障し難くなる。
【0044】
本発明は特にガス機関のガス導入弁を制御するための装置に関する。しかしその配置構造は他の弁特に内燃機関の入口弁および出口弁を制御するためにも使用できる。
【0045】
本発明は図示の実施例に限定されるものではない。特に図示した構成要素の配置、形状および寸法は本発明に基づいて変更することができる。特にスプール6は例えば図2における軸形回転弁40に部分的に類似して形成された要素としても、あるいは例えばフラッパ弁などとしても形成することができる。
【0046】
図2における軸形回転弁40の代わりに制御油に対する軸方向貫流開口を有する制御円板も採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すガス機関のガス弁を制御するためのカム軸と共働する構成要素の概略構成図。
【図2】軸形回転弁を介してガス弁を制御するための第2の実施例の概略構成図。
【図3】電子油圧式パイロット制御装置によってガス弁を制御するための第3の実施例の概略構成図。
【符号の説明】
1 ガス弁
3 上側作動室
4 ピストン
5 ばね
6 スプール
14 油タンク
23 圧力配管
24 圧力配管
29 パイロットプランジャ
32 逆止弁
40 軸形回転弁
49 電子制御ユニット
50 切換要素
Claims (6)
- 内燃機関の少なくとも一つの弁(1)を制御するための装置であって、この弁が圧力媒体で付勢可能な作動シリンダのピストン(4)によって操作され、このピストン(4)の圧力付勢側に制御装置が前置され、この制御装置が可動制御機構(6)を有し、この制御機構によって作動シリンダの作動室(3)が弁(1)を開放するために圧力媒体で付勢されまた弁(1′)を閉鎖するために放圧され、この制御機構(6)自体がパイロット制御装置(27、29、40、49、50)によって制御され、この際
前記可動制御機構(6)は、第1の、圧力媒体を導きかつパイロット制御装置(27、29、40、49、50)によって開閉可能な圧力導管(24)を用いて作動室(3)を圧力媒体で付勢する位置、および
圧力媒体を導く、同様にパイロット制御装置により開閉可能な第2の導管(23)を用いて圧力媒体を放圧する位置へ
切り替え可能な装置であって、
前記第2の圧力配管(23)が第1の圧力配管(24)と時間的に無関係に開閉可能であることを特徴とする内燃機関の弁の制御装置。 - 使用される圧油がエンジンの潤滑油回路に存在する油であり、圧力配管(23、24)への供給圧力(P1)を発生するためにエンジンの潤滑油回路のポンプ(52)が、また作動室(3)の駆動のための制御圧力(P2)を発生するために別のポンプ(51)がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 油タンク(14)に接続されている戻り配管が、制御装置において制御機構のそれぞれの最大変位に対応する位置に配置された戻り孔(30)に接続されることを特徴とする請求項2記載の装置。
- 油タンク(14)から供給されるポンプ(52、51)に接続されている圧力導入配管が、パイロット制御装置(27、29、40、49、50)を介して選択的に、スプール(6)の両圧力配管(23、24)の一つに接続され、この際これら圧力配管(23、24)は各々制御機構(6)の両端面(21、22)の1つに通じていることを特徴とする請求項3記載の装置。
- パイロット制御装置が、スプール(6)に通じている両圧力配管(23、24)、導入配管(P2)および圧力媒体のための戻り配管(P 0 )を互いに切換接続する切換要素(50)を電子式に制御するための電子式又は電磁式の制御ユニット(49)を含んでいることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の装置。
- 電子式制御ユニット(49)によって制御される切換装置(50)により、可動制御機構特にスプール(6)の各端面(21、22)から導かれる圧力配管(23、24)の一方が圧力導入配管(P 2 )に接続され、他方の圧力配管(24、23)が圧力媒体タンク(14)への戻り配管(P 0 )に接続されていることを特徴とする請求項5記載の装置。
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