JP4048201B2 - 位置及び電気特性からタイミング・クリアランスを決定する方法 - Google Patents

Description

本発明は、２つの移動部材の間のクリアランスを決定する方法に関する。

本発明は、より詳細には、個別のバルブアクチュエータにそれぞれ関連するバルブを含むエンジンにおいて使用可能であって、バルブがシートから離隔する開放位置と、シートに抗して押し付けられる閉止位置との間で、バルブを移動するために、それぞれのバルブ・ステムと、該バルブ・ステムと協働するアクチュエータの移動部材との間に存在するクリアランスを決定する役割を果たす。

従来の手法によれば、電磁バルブアクチュエータは、弾性手段及び電磁手段の双方を備え、２つの限界位置、すなわちそれぞれバルブの解放位置及びバルブの閉止位置の間で、移動部材を作動させる。この弾性部材は、一般的に、移動部材に関連し、この移動部材を伸縮自在にその限界開放位置に復帰させるスプリングと、バルブ・ステムに関連し、このバルブ・ステムを弾力的に閉止位置に復帰させ、これにより移動部材を弾力的に限界閉止位置まで強制するスプリングとを具備する。この電磁手段は、一般的に、移動部材をその限界開放位置に移動させ、及び／又はそこに維持する電磁石と、移動部材をその限界閉止位置に移動させ、及び／又はそこに維持する電磁石とを具備する。

移動部材がその限界閉止位置にある場合に、バルブが適切にシートに抗して押し付けられていることを確実にするために、移動部材及びバルブは、互いに接続されず、通常“タイミング・クリアランス”として参照されるクリアランスが、移動部材がその限界閉止位置にあってバルブが関連するスプリングによって適切にシートに抗して押し付けられている際に、移動部材及びバルブの間に提供される。

こうした状況下において、移動部材が限界閉止位置から限界開放位置まで急激に移動した場合には、移動部材は、バルブ・ステムに突き当たる。この衝撃は、いずれにしてもノイズを発生させるものであるが、機械的ストレスを引き起こし、また、移動部材及びバルブ・ステムの磨耗は、極端な場合、それ自身の損傷を引き起こす。このため、存在するタイミング・クリアランスの量を正確に知ることは重要であり、これにより、電磁手段は、まず移動部材をバルブ・ステムとの接点に移動させ、次いで、移動部材が一旦バルブ・ステムに抗して押し付けられるとすぐに、移動部材を加速するよう、制御されうる。

残念ながら、エンジンが作動中には、特に温度の関数として、また、エンジンの耐用期間全体に亘っては、特に、バルブと、バルブアクチュエータの多様な構成要素との磨耗の関数として、タイミング・クリアランスは変動する。さらに、タイミング・クリアランスは、１つのアクチュエータと他のアクチュエータとの間においても、これらの製造公差の関数として、変動しうる。

このタイミング・クリアランスを決定するため、アクチュエータ手段が、移動部材を限界閉止位置から限界開放位置まで移動させ、また電磁アクチュエータ手段における電気特性の変動を検出するよう制御する方法が、公知である。電気アクチュエータ手段におけるこの変動は、移動部材がバルブ・ステムに接触するとすぐに、移動部材の移動に対する抵抗が増加することによって、引き起こされる。その後、移動部材が移動開始した時点と、電気特性の変動が出現した時点との間の経過時間を測定することによって、タイミング・クリアランスが決定される。にもかかわらず、こうした方法でタイミング・クリアランスを決定することは、比較的不正確であると判明している。

本発明の目的は、タイミング・クリアランスを簡易かつ正確に決定することを可能にする手段を提供することである。

この目的を達成するため、本発明は、エンジン内のバルブ・ステムと、電磁アクチュエータの移動部材との間のクリアランスを決定する方法であって、この電磁アクチュエータは、移動部材をバルブの限界開放位置と、限界閉止位置との間を移動させる電磁変位手段であって、基準電気特性に基づき、サーボ制御手段によって制御される電磁変位手段を具備するものであり、この方法は、以下のステップからなるものである方法を提供する。

−この電磁変位手段が、移動部材が限界開放位置と限界閉止位置との間を移動する際の実質的に定速である変位速度を求めることを制御し、
−移動部材の中間位置のための、基準電気特性の値を取得し、
−基準電気特性が急激に変化する中間位置を検出する。

電磁手段が移動部材を限界閉止位置から限界開放位置まで移動する場合に、基準電気特性の例として、電流を用いれば、基準電流における突然の変化が、移動部材の移動に対抗する力における突然の増大を、表すこととなる。バルブを閉止位置に復帰させるスプリングによって生成される対抗力のこの増加は、こうして、バルブが開放位置に変位するのに抗する傾向を有し、移動部材がバルブ・ステムと接触状態となった時点に発生する。本発明に係る方法によれば、基準電流におけるこの突然の変化を、移動部材の中間位置に直ちに関連させることが可能になる。その際、移動部材の限界開始位置及び中間位置を知ることによって、タイミング・クリアランスの正確な値をこれらから推定することが容易となる。

本発明の他の特徴及び利点は、以下における本発明の詳細かつ非限定的実施形態の記述によって、明らかにされる。

アクチュエータ装置に関連するエンジンバルブの概略図である単一の図面が参照される。

全体として符号２によって参照されるエンジンのバルブ１を作動する際の適用において、本発明が以下説明される。

バルブ１は、バルブがシリンダ・ヘッド４のシート５に抗して押し付けられる閉止位置と、バルブがシリンダ・ヘッド４のシート５から離隔する開放位置との間に図示されるエンジン２のシリンダ・ヘッド４に搭載されるステム３を有する。

これら２つの位置の間で、バルブは、全体として符号６によって参照され、エンジン２のシリンダ・ヘッド４に搭載されるアクチュエータによって作動される。

アクチュエータは、全体として符号８によって参照され、摺動可能に本体に搭載された移動部材を有するとともに、バルブ１のステム３の自由端に対向して配置された第１端１０、及びロッド９に並行に摺動する本体７のハウジング１３内に受容される電機子１２に固定される第２端１１を備えるロッド９を具備する。

従来の手法において、本体７は、移動部材８を移動する電磁手段を内蔵する。

この電磁手段は、バルブの限界閉止位置で電機子１２を保持する電磁石１４と、バルブの限界開放位置で電機子１２を保持する電磁石１４とを具備し、これらの手段は、本体７のハウジング１３の２つの対向面に対して開放する。この場合、電機子１２は、対応する限界位置にある場合に、電磁石１４又は１５と接触する。

電磁石１４及び１５は、従来の手法に従い、基準電流及び移動部材８の移動速度に基づき、電機子をサーボ制御する手段（図示せず）によって制御される。このサーボ制御の方法自体は、公知である。こうしたサーボ制御は、これもまた電機子１２のスピードを表す信号を使用するエンジン制御ユニットによって実行されうるものであり、ロッド９の位置を検出するセンサ１６から供給される位置信号の導関数をとることによって得ることができる。

公知の手法において、アクチュエータもまた、弾性変位手段を含む。

公知の手法において、この弾性変位手段は、本体７の面１８と、ロッド９の段部１９との間に間置され、電機子１２を限界開放位置に強制するスプリング１７と、シリンダ・ヘッド４の面と、バルブ・ステム３の段部２２との間に間置され、バルブ１を閉止位置に強制するスプリング２０とを具備する。

アクチュエータ、シリンダ・ヘッド４、及びバルブ１は、電機子１２が限界閉止位置にあり、バルブ１がシート５に抗して押し付けられる場合に、ロッド９の第１端１０と、バルブ・ステム３の自由端との間にクリアランスｊ又はタイミング・クリアランスが存在するように配置される。

本発明に係る方法によれば、エンジンが作動中に、クリアランスｊを決定することが可能となる。

本発明に係る方法は、電磁石１４及び１５が、移動部材８を、実質的に定速で、その限界閉止位置から限界開放位置まで移動させることを制御するステップを含む。限界開放位置、又は少なくとも最大可能クリアランスより大きい距離に亘る限りにおいて、アクチュエータ、バルブ及びシリンダ・ヘッドの幾何特性を所与として、移動部材の移動速度は、一定状態でありうる。

同時に、本発明に係る方法は、移動部材の限界閉止位置から限界開放位置までの変位の間に、移動部材の中間位置の基準電流値を得るステップと、基準電流が急激に変化する移動部材８の中間位置を判定するステップとを含む。

基準信号は、サーボ制御手段によって供給され（しかしながら、これは測定又は検知されうる）、移動部材８の中間位置は、位置センサ１６によって供給される。

基準電流はこうして、移動部材８の中間位置に関連付けられる。

基準電流が急激に変化する中間位置を検出することは、好ましくは、電機子１２の位置に対する基準電流の導関数に基づいて実行される。この導関数が曲線としてプロットされる場合、この曲線は、移動部材８がバルブ・ステム３に接触する点に対応する中間位置にピークを示す。

限界閉止位置を知ることで、限界閉止位置と、上記の中間位置との間の距離を、推定することができる。この距離は、クリアランスｊに対応する。

こうして、移動部材８がその限界閉止位置から限界開放位置まで変位する間に、電磁手段は、初めに移動部材８を緩やかに上記の中間位置まで移動させるよう制御され、これにより、移動部材８はバルブ・ステム３に接触し始め、その後、移動部材８は、一旦バルブ・ステムに抗して押し付けられると、作動され得る。

移動部材８が限界開放位置から限界閉止位置まで変位する間に、電磁手段は、バルブが急激に閉止するよう、初めに移動部材８を上記所定の中間位置に急激に移動させるよう制御されてよく、その後、電機子１２及び電磁石１４の間の接触ノイズを制限するため、移動部材８は、限界閉止位置に緩やかに移動されてよい。

クリアランスｊは、好ましくは、周期的に、例えば毎秒１回決定される。

当然ながら、本発明は、上記に説明された実施形態には限定されず、逆に、クレームによって規定される本発明の範囲内のあらゆる変形例をカバーする。

特に、クリアランスｊは、エンジンの速度及びその動作モードに依存して、異なる動作モードを用いて決定されてもよい。こうして、上記方法の実施形態は、アクチュエータの通常動作に干渉しないので、追加的ノイズを発生することがなく、従って、特にアイドリング速度において使用されるのに適している。アクチュエータのより騒々しい動作を引き起こすクリアランスを決定する方法は、エンジンの始動時又はエンジンが所定速度、例えば２０００毎分回転数（ｒｐｍ）より大である速度で通常の作動モードにおいて作動中に、用いられてよい。

さらに、本発明に係る方法は、移動部材の上記した限界開放位置への変位、又は限界閉止位置への変位のため実行されてもよい。こうした状況下において、移動部材の移動速度は、例えば電機子の中間位置から、実質的に一定に維持される。

さらに、電磁手段は、他の電気特性、例えば基準電圧に基づいて制御されてもよい。

本発明の実施形態に係るエンジンバルブの概略図である。

Claims (4)

1. エンジン（２）内のバルブ（１）のステム（３）と、電磁アクチュエータ（７）の移動部材（８）との間のクリアランスを決定する方法であって、
   前記電磁アクチュエータ（７）は、
   前記移動部材を、バルブの限界開放位置と、限界閉止位置との間を移動させる電磁変位手段（１４、１５）であって、基準電気特性に基づき、サーボ制御手段によって制御される電磁変位手段を具備し、
   前記方法は、
   前記電磁変位手段が、前記移動部材が前記限界開放位置と前記限界閉止位置との間を移動する際の実質的に定速である変位速度を求めることを制御し、
   前記移動部材の中間位置のための、基準電気特性の値を取得し、
   前記基準電気特性が急激に変化する中間位置を検出する
   各ステップを含む
   ことを特徴とする方法。
2. 前記検出ステップは、前記移動部材（８）の位置に対する前記基準電気特性の導関数を計算する段階を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記基準電気特性は、電流である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記移動部材の前記変位速度は、最大クリアランスに対応するその変位率の全体にわたり、実質的に定速に維持される
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。

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