JPH0612052B2

JPH0612052B2 - 電磁作動式制御装置

Info

Publication number: JPH0612052B2
Application number: JP61084858A
Authority: JP
Inventors: ヒユヒルヨセフ
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: DE3513109C2; EP0197356B1; DE3513109A1; EP0197356A2; ES553819A0; US4715330A; DE3661755D1; EP0197356A3; CA1275015A; JPS61237810A; ES8703180A1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は電磁作動式制御装置に関し、特に、内燃機関の
往復動作する制御対象、たとえば弁を電磁的に作動させ
る電磁作動式制御装置に関する。

従来の技術この種の制御装置は、ドイツ連邦共和国出願公開DE−OS
30 24 109号から公知である。これに記載された装置
は、内燃機関の制御装置に関し、たとえば開位置と閉位
置でそれぞれ磁力により保持され、マグネツトがばね系
に対抗して作用する内燃機関のためのガス交換弁に関す
るものである。対向する２個のマグネツトが、それぞれ
ガス交換弁をある切換位置に保持し、マグネツトの励起
がない場合は、ガス交換弁に取付けられたアーマチユア
は、マグネツトの間の中心部分に位置する。

しかし上記のものでは、スイツチが入る際に、制御対象
を絶対確実にばね力に抗して両切換位置の一方へもたら
すには、マグネットの力が充分ではない。

ドイツ連邦共和国出願公開DE−OS 30 24 109号では、こ
のため、両切換位置を決定する両開閉マグネツトに加え
て、その実施例に示されるように、マグネツトとして構
成されている引張ユニツト式の調節マグネットを設ける
ことを提案している。この調節マグネットが励起されな
い場合は、開閉要素のアーマチユアは、両マグネツトの
間の中心位置には存在せず、閉位置を決定するマグネッ
トに密接している。調節マグネットの励起により、ばね
系の一端部位置を決定する可動部材が吸引され、これに
よりばね系の一端部位置とこれに伴つたばね系の平衡位
置も移動する。調節マグネツトの励起によるこの新しい
平衡位置は、開閉要素のアーマチユアが両切換マグネツ
トの間にあるように選択される。

ドイツ連邦共和国出願公開DE−OS 30 24 109号に記載さ
れた装置の運転においては、アーマチユアが密接してい
る一方の開閉マグネツトを励起した後、開閉要素の平衡
位置を決定するばね系の一端部を移動するために調節マ
グネツトが励起されるため、アーマチユアは、調節マグ
ネツトの励起により、一方の開閉マグネツトとの接触状
態から、両開閉マグネツトの間の中央位置へと変位され
る。

発明が解決しようとする問題点上記従来のものでは、短時間のうちに制御できるように
ばね系は比較的固く構成されているため、ばね系に抗す
るために比較的大きい力が必要であり、このため調節マ
グネツトが大きなものになるという問題点がある。

本発明は、その寸法を比較的小さくし得る制御装置を提
供することを目的とする。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するため本発明は、内燃機関の往復動
作する制御対象、特に往復動作する弁を電磁的に作動さ
せる制御装置であって、ばね系と一対の電磁マグネット
とこの一対の電磁マグネットの内の一方の電磁マグネッ
トに吸着された第１の切換位置と他方の電磁マグネット
に吸着された第２の切換位置との間を移動可能なアーマ
チュアを備え、これらばね系と一対の電磁マグネットと
により前記制御対象が相対向した切換位置間を移動可能
とされ、かつ前記ばね系の平衡位置を変位させる調節装
置を備え、内燃機関の運転開始前で前記調節装置による
変位を受けない状態では、ばね系の前記平衡位置を第
１，第２の切換位置以外の位置に設定し、内燃機関の運
転開始によって、前記一対の電磁マグネットの内の一方
の電磁マグネットが励磁されてアーマチュアが第１の切
換位置に吸着されてから前記調節装置によってばね系の
前記平衡位置を第１，第２の切換位置の間のストローク
の中央位置に設定し、前記他方の電磁マグネットを励磁
して前記一方の電磁マグネットが消磁されて前記アーマ
チュアがばね系で加速され第２の切換位置に吸着される
ように構成したものである。

作用すなわち本発明によれば、調節装置の調節マグネツトが
励起されない状態での平衡位置は両切換位置とは一致し
ない。すなわち調節マグネツトが励起されない状態での
平衡位置においては、制御対象はその閉位置にはない。

これにより、調節マグネツトによる制御対象の移動スト
ロークは、調節マグネツトを閉位置から中央位置まで移
動させなければならない場合より短くされる。したがつ
て調節マグネツトにはそれほど大きい行程は必要とされ
ないため、小形のものとすることができる。

本発明による装置を運転する際には、まず開閉装置とし
ての電磁マグネツトが励起され、これが制御対象を一方
の切換位置、特に閉位置の方へ移動させる。これにより
制御対象は指定された位置に移動し、これに続く調節装
置のマグネツトの励起により、ばね系の平衡位置の点
は、中心外の位置から、両開閉マグネツトの間の中心位
置へと移動される。この結果両電磁マグネツトの間で制
御対象を対称運動させることができる。

本発明によれば、ドイツ連邦共和国出願公開DE−OS 30
24 109号に示されたものとは異なり、シリンダのガス交
換弁がかなりの時間開放されていても、内燃機関に不利
な影響は及ぼさない。

望ましい実施態様は特許請求の範囲第２項および第３項
に記載の通りである。特許請求の範囲第２項は、静止状
態においてガス交換弁が開いたままであることを述べて
いる。シリンダ内部に作られる潤滑膜のため、内燃機関
のシリンダ内室は、かなりの期間ガス交換弁を開いたま
までも損傷されない。特許請求の範囲第３項は、調節装
置のマグネツトが励起されていないときのガス交換弁の
平衡位置の場所についての好ましい実施例を述べてい
る。

実施例以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は内燃機関のエンジンの部分図であり、参照番号
(10)はシリンダヘツドを表している。シリンダ室(16)に
は排気ポート(12)が連通しており、この排気ポート(12)
は排気弁(18)により選択的に閉鎖することができる。ま
た、シリンダ室(16)には吸気ポート(14)が連通してお
り、この吸気ポート(14)は吸気弁(20)により選択的に閉
鎖することができる。弁(18)(20)はケーシング(22)の中
に収容された電磁作動の制御装置によつて制御される。
ケーシング(22)の中に収容されたユニツトは吸気弁およ
び排気弁について同一であることが望ましく、これによ
り部品の種類を少なくすることができる。しかし吸気弁
(20)も排気弁(18)も特殊な条件を予期して設計すること
が可能であり、第１図では従つて吸気弁(20)のバルブヘ
ツドが排気弁(18)のバルブヘツドより大きいことが識別
できる。吸気弁(20)と排気弁(18)の間の基本的な構造に
は相違がないため、以下吸気弁(20)のみについて述べ
る。

吸気弁(20)のバルブヘツドからバルブステム(24)がシリ
ンダヘツド(10)の上方に突出しており、このバルブステ
ム(24)は、シリンダヘツド(10)内においてスリーブ(26)
に案内されて摺動している。バルブステム(24)の先端は
参照番号(28)で示されており、これは後述するサポート
(40)が打ちあたるようにされている。

吸気弁(20)のバルブヘツドとは反対側に位置するバルブ
ステム(24)の先端の周囲にはリテーナ(30)が取り付けら
れており、大きなコイルばね(32)と小さなコイルばね(3
4)とから構成されるばね系の支持部の役割を果たしてい
る。両コイルばね(32)(34)は互いに同心状に配置されて
おり、その底部(36)はシリンダヘツド(10)のばね座にて
支持されている。バルブステム(24)はすべり軸受として
のスリーブ(26)の中でばね(32)(34)の力に抗して移動す
ることができ、これによりバルブヘツドは弁座から浮き
上がつて吸気ポート(14)を開く。

バルブステム(24)の軸方向延長線上には制御装置の案内
軸(38)が設けられており、この案内軸(38)はその先端に
バルブステム(26)との接触のためサポート(40)を備えて
いる。このサポート(40)の位置における制御装置の軸(3
8)には、強磁性材料からなるリング状のアーマチユア(4
6)が接続している。このアーマチユア(46)には大きいコ
イルばね(42)と小さいコイルばね(44)からなるばね系の
一端が密接し、これらばね(42)(44)は、互いに同心状
に、また制御装置の軸(38)とも同心状に配置されてい
る。これらばね(42)(44)の上端はフランジ(48)によつて
支持されているが、この詳細については後述する。

断面がＵ字形である磁心(68)はリング状に配置され、こ
のリングの軸はバルブステム(24)の軸と一致するように
されている。磁心(68)のＵ字形断面の内部にはコイル(6
6)が設けられており、かつＵ字形の磁心(68)はアーマチ
ユア(46)の方向に開いている。

同様に、制御装置の軸(38)は、内部にコイル(62)を有し
た上記と同様の構成の磁心(64)により囲まれている。ア
ーマチユア(46)は、コイル(62)または(66)への導電に応
じて、選択的に励磁された磁心(64)との接触状態から磁
心(68)との接触状態への移動しあるいは復帰する。

さらに、磁心(58)とコイル(60)からなる引張装置として
の調節マグネットが設けられている。コイル(60)の励起
の際に部材(54)と連結している強磁性部材(56)が吸引さ
れる。調節マグネツトのコイル(60)の励起により部材(5
4)に働くこの運動は、スリーブ(52)の中に配置されてい
る軸(50)を介して、フランジ(48)により形成されるばね
(42)(44)の支持部に伝達される。すなわち、調節マグネ
ツトのコイル(60)の励起により、ばね(42)および(44)の
上端位置が移動する。

上記構成の制御装置の作用は次の通りである。

まず全システムが無電流であり、静止状態にある場合を
考える。このときコイル(62)(66)は励起されておらず、
コイル(60)にも電流は通されない。このため、部材(54)
は軸(50)に力を及ぼさない位置にあり、ばね(42)(44)は
完全に緩んでおり、この状態におけるばね(42)(44)の長
さは、アーマチユア(46)が磁心(64)および(68)間の中心
位置にこないような寸法設計になつている。すなわち磁
心(64)とアーマチユア(46)の間隔が、アーマチユア(46)
と磁心(68)との間隔より小さくなるようにされている。
磁心(64)と磁心(68)との間におけるアーマチユア(46)の
ストロークが約７mmの場合であれば、この位置で磁心(6
4)とアーマチユア(46)との間隔は約２mmとなる。

ガス交替弁としての吸気弁(20)の閉動位置は、主として
アーマチユア(46)が磁心(64)によつて吸引される場合に
初めて決定される。ここでは、弁(20)のオーバーストロ
ークは考慮しないため、ガス交替弁としての吸気弁(20)
は前述の緩んだ位置ではやや開いている。

エンジンのスイツチが入ると、まずコイル(62)が、次い
でコイル(60)が励起される。コイル(62)はコイル(60)よ
り速い動作特性に設計されているため、両コイル(62)(6
0)とも同時に励起することができる。コイル(62)を流れ
る電流は、アーマチユア(46)に吸引力が働くように作用
する。アーマチユア(46)は磁心(64)から約２mm離れてい
るため、この吸引力に比べ、ばね(42)(44)によりアーマ
チユア(46)に働くマグネツト(64)の吸引力への抗力は、
それほど強くない。

コイル(60)を流れる電流によつて、調節マグネツトの磁
心(58)は強磁性部材(56)を励起して吸引し、この強磁性
部材(56)は、部材(54)と軸(50)とを介して、弁(20)を開
動させる方向の運動を、ばね(42)(44)の上端へと伝達す
る。これにより、ばね系の平衡点も弁(20)の開動位置方
向に移動し、その際にばね系の平衡点は、アーマチユア
(46)が磁心(64)の端面から磁心(68)の端面に達するまで
のストロークの半分の位置となる。

いまコイル(66)が励起され、続いてコイル(62)への通電
が遮断されると、アーマチユア(46)は磁心(64)から離れ
る。この結果、アーマチユア(46)はばね(42)(44)により
大きく加速され、サポート(40)がバルブステム(24)を下
方に押し、アーマチユア(46)が磁心(68)に接触してコイ
ル(66)に流れる電流により保持されるまで、弁(20)が開
く。これによりばね(42)(44)は緩み、ばね(32)(34)は緊
張された状態となる。

次の閉弁動作はこの運動の逆となる。

開弁動作と閉弁動作との間の相違をなくし、それぞれの
動作のためのマグネツトを同様の構成とすることができ
るように、ばね系において決定された平衡点は両磁心(6
4)(68)の間に存在する。すなわち両コイル(62)(66)が無
電流とされるときは、アーマチユア(46)は両磁心(64)(6
8)の間の中心に設定されることになる。これに必要な予
荷重は、調節マグネツトの磁心(58)によるコイル(60)に
よつて供給される。

前述のように、調節マグネツトはばね(42)(44)に抗して
比較的大きい力を発生させることができるが、しかして
調節マグネツトは動作時に静的な力を発生させる必要が
あるのみであつて、動力学的プロセスは要求されないた
め、それほど高い電流を必要としない。

ただし巻き数を多く必要とするため、調節マグネツトは
比較的大きな構造となる。しかし本発明によれば、この
調節マグネツトによる作用力は小さなものでよいため、
その構造を小形のものとすることができる。

発明の効果以上述べたように本発明によると、内燃機関の運転開始
前で調節装置による変位を受けない状態では、ばね系の
平衡位置を第１，第２の切換位置以外の位置に設定し、
内燃機関の運転開始によって、一対の電磁マグネットの
内の一方の電磁マグネットが励磁されてアーマチュアが
第１の切換位置に吸着されてから調節装置によってばね
系の前記平衡位置を第１，第２の切換位置の間のストロ
ークの中央位置に設定し、前記他方の電磁マグネットを
励磁して前記一方の電磁マグネットが消磁されて前記ア
ーマチュアがばね系で加速され第２の切換位置に吸着さ
れるように構成したため、ばね系の力に抗して制御対象
を両切換位置の中央に向けて移動させるために調節装置
に要求される力は、従来に比べて小さくて済み、調節装
置を従来のものよりも小形化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図である。 (20)……吸気弁（制御対象）、(18)……排気弁（制御対
象）、(42)……コイルばね（ばね系）、(44)……コイル
ばね（ばね系）、(58)……磁心（調節装置）、(60)……
コイル（調節装置）、(62)、(66)……コイル（電磁マグ
ネツト）、(64)、(68)……磁心（電磁マグネツト）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の往復動作する制御対象、特に往
復動作する弁を電磁的に作動させる制御装置であって、
ばね系と一対の電磁マグネットとこの一対の電磁マグネ
ットの内の一方の電磁マグネットに吸着された第１の切
換位置と他方の電磁マグネットに吸着された第２の切換
位置との間を移動可能なアーマチュアを備え、これらば
ね系と一対の電磁マグネットとにより前記制御対象が相
対向した切換位置間を移動可能とされ、かつ前記ばね系
の平衡位置を変位させる調節装置を備え、内燃機関の運
転開始前で前記調節装置による変位を受けない状態で
は、ばね系の前記平衡位置を第１，第２の切換位置以外
の位置に設定し、内燃機関の運転開始によって、前記一
対の電磁マグネットの内の一方の電磁マグネットが励磁
されてアーマチュアが第１の切換位置に吸着されてから
前記調節装置によってばね系の前記平衡位置を第１，第
２の切換位置の間のストロークの中央位置に設定し、前
記他方の電磁マグネットを励磁して前記一方の電磁マグ
ネットが消磁されて前記アーマチュアがばね系で加速さ
れ第２の切換位置に吸着されるように構成した電磁作動
式制御装置。
【請求項２】制御対象としてのガス交換弁は、調節装置
による変位を受けない平衡位置において、少なくともわ
ずかに開いていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の電磁作動式制御装置。
【請求項３】ガス交換弁は、調節装置による変位を受け
ない平衡位置において、切換位置の一方から間隔をお
き、この間隔は、両切換位置間の距離の10％から40％の
範囲に設定されていることを特徴とする特許請求の範囲
第２項に記載の電磁作動式制御装置。