JPH10205313A - 磁極面の接触なしにガス交換弁を電磁操作する方法 - Google Patents

磁極面の接触なしにガス交換弁を電磁操作する方法

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JPH10205313A
JPH10205313A JP9336144A JP33614497A JPH10205313A JP H10205313 A JPH10205313 A JP H10205313A JP 9336144 A JP9336144 A JP 9336144A JP 33614497 A JP33614497 A JP 33614497A JP H10205313 A JPH10205313 A JP H10205313A
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electromagnet
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ギュンター・シユミッツ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 互いに間隔を保って配置され、通電して制御
される二つの電磁石の磁場により騒音の伝播を低減でき
る、ガス交換弁に連結する電機子が戻しバネの力に逆ら
って往復運動するピストン内燃機関のガス交換弁の操作
方法を提供する。 【解決手段】 それぞれガス交換弁の少なくとも一方の
最終位置（閉位置および／または開位置）で電機子がそ
れに応じて保持されている電磁石の磁極面に接触するこ
となく、磁場の少なくとも一方が付属する戻しバネの力
に逆らって保持されるように指向させてあり、付属する
電磁石の通電がそのように制御されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、互いに間隔を保
って配置され、通電により制御される二つの電磁石の磁
場により、ガス交換弁に連結する電機子が戻しバネの力
に逆らって往復移動するピストン内燃機関のガス交換弁
を操作する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス交換弁を操作するため、この弁に電
磁アクチエータを設けることがドイツ特許第 30 24 109
号明細書により知られている。このアクチエータは実質
上間隔を保って配置されている二つの電磁石で構成さ
れ、これ等の磁石の磁極面が互いに対向している。二つ
の磁極面の間には、操作すべきガス交換弁に連結する電
機子、つまり可動鉄片が配置されていて、この電機子は
電磁石の交番電流に合わせて戻しバネの力に逆らって往
復運動する。操作すべきガス交換弁の各最終位置（閉位
置または開位置）で電機子は保持されている磁石の磁極
面に当接し、電流が流れている期間中その磁極面に接触
している。静止位置では、電機子は相互作用する二つの
戻しバネのバランス位置により与えられ二つの電磁石の
磁極面の間の中間位置にある。
【０００３】電機子を一方の最終位置から他方の最終位
置へ移動させると、保持されている電磁石への電流導入
が止まるので、電機子はガス交換弁と共に付属する戻し
バネの力により中間位置の方に移動する。次いで、引っ
掛かっている電磁石に電流導入が始まると、電機子は引
っ掛かっている電磁石の磁場の影響領域に達し、それか
ら電磁石に働く磁力が他方の戻しバネの力に逆らって他
方の最終位置に案内される。電機子が引っ掛かっている
磁石の磁極面に当たると、それに応じて騒音が発生し、
この騒音の強さは衝突速度に依存する。同時に、所謂電
機子の衝突ショックの恐れが生じ、これは例えばガス交
換弁が閉まる時に、ガス交換弁が弁座に当たった後に一
度短時間開くことになる。引っ掛かっている電磁石に適
当に電流を流せば、衝突速度を低減できるが、この衝突
速度は電機子が確実に捕捉される、つまり磁極面に当接
するように未だ大きくしておく必要がある。
【０００４】避け難い衝突騒音を最小にするため、この
ような弁の電磁操作に対して電機子の 0.02 m/s の程度
の衝突速度が要求される。この種の小さい衝突速度はこ
れに係わる推計上の全ての変動を伴う実際の動作条件の
下でも確実に設定できる。しかし、これは回路技術上大
きなコストを必要とする。自動車のエンジンでは、磁石
の力が最小の衝突速度に必要な所要力に正確に合わせて
ある場合、車道の凸凹あるいは最後の近接期間の他の励
起によるだけで、電機子の突然の落下が生じるのに十分
である。しかし、残りの騒音は除去できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、ガ
ス交換弁に連結する電機子が戻しバネの力に逆らって互
いに間隔を保って配置され通電して制御される二つの電
磁石の磁場により往復運動するピストン内燃機関で、騒
音の伝播を低減できるガス交換弁の操作方法を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、互いに間隔を保って配置され、通電により制御
される二つの電磁石の磁場により、ガス交換弁に連結す
る電機子が戻しバネの力に逆らって往復移動するピスト
ン内燃機関のガス交換弁を操作する方法にあって、それ
ぞれガス交換弁の少なくとも一方の最終位置（閉位置お
よび／または開位置）で電機子がそれに合わせて保持さ
れている電磁石の磁極面に接触することなく、付属する
戻しバネの力に逆らって保持されるように、磁場の少な
くとも一方を指向させてあり、そのように付属する電磁
石の通電が制御されることによって解決されている。
【０００７】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】この発明による方法では、電機子
つまり可動鉄片は磁極面に当たるのではなく、適当な向
きの磁場により「柔らかく」捕捉される。その場合、電
磁石に適当に電流を流すことにより最終位置に達した
時、速度をほぼ「ゼロ」にすることができる。しかし、
これがうまくゆかなければ、電機子は当接することなく
移動する。何故なら、電機子の保持力と位置決めが主と
して磁場と戻しバネの抗力で行われるからである。適当
に通電して、外部励起による電機子の故意でない「落
下」を防止する過剰な力が磁力線に存在することにもな
る。電機子が最終位置に「忍び寄る」場合でも外部衝突
励起が存在しても電機子の落下とならない。
【０００９】この発明の有利な構成では、無接触の保持
のためにある磁場が電機子の最終位置に関して電機子の
移動方向にほぼ垂直に向いているようにされている。こ
れは、例えば当該電磁石がそれぞれほぼ向かい合わせに
されている対向する二つの磁極面を有する。保持されて
いる電磁石を外す場合に電機子は二つの戻しバネで決ま
るバランス位置を通り越すほど大きな運動エネルギを受
け取り、磁場の力領域に達し、移動方向に有効な戻しバ
ネの力に逆らって移動するように捕捉されている電磁石
に近づく。電機子が二つの磁極面の間に来ると、電機子
に最大の磁力が加わるので、電機子が向かい合わせの二
つの磁極面で決まる最終位置に保持される。磁場の力は
押し合う戻しバネの力に相当するように設計する必要が
ある。
【００１０】更に、この発明の有利な構成では、無接触
に保持されている電磁石に通電すると、その都度、電流
は電機子の最終位置に到達する前に低下するようにされ
ている。これにより、バックスイングを避けるほど電機
子の近接速度を低減させる可能性が生じる。その場合、
最終位置に達する時、電機子に必要な保持力が確実に実
行され、外部衝突励起により作動する故意でない電機子
の動きに避けるように電流が上昇する。
【００１１】この発明の他の有利な構成では、無接触に
保持されている電磁石の最終位置で電機子に更に少なく
とも一つの永久磁石の磁場が作用するようにされ、この
磁場が電磁石の磁場と同じ向きであり、その磁場は強度
が電機子に作用する力が付属する戻しバネの力より小さ
いように設計される。このような永久磁石の磁場配置に
より、電機子を主に開位置に保持するのに必要な電流を
低減できる。何故なら、この磁力の位置は永久磁石の磁
場により導入されるからである。しかし、電機子を外す
には、戻しバネの過剰な力が電磁石への通電を止めた後
に永久磁石の磁場の力を克服するのに十分である。
【００１２】
【実施例】以下、模式図に基づきこの発明をより詳しく
説明する。図１の原理図に示す電磁アクチエータは間隔
を保って配置された二つの電磁石１と２により実質上構
成されている。この場合、電磁石１は閉鎖磁石として、
また電磁石２は開放磁石として働く。二つの電磁石１と
２の間には、案内棒４に連結する電機子（可動鉄片）３
が配置されている。この案内棒４は電磁石１の領域や電
磁石２の領域にも通されている。
【００１３】操作すべきガス交換弁６は閉鎖バネ７によ
り閉位置に保持される。弁シャフト８の自由端には、電
機子３に連結する案内棒４の下端が支持されている。案
内棒４の上端が開放バネ５の上に支持される。この場
合、開放バネ５と閉鎖バネ７は案内棒４を介して電機子
３に戻しバネとして働き、力の作用の点で対向する向き
になっている。電磁石に電流を流さないと、電機子３は
二つの戻しバネ５と７により二つの電磁石の間のバラン
ス位置に保持される。ここでは図示していない調整手段
により開放バネ５の予備付勢を調整して、二つの電磁石
１と２に対するバランス位置の間隔も調整できる。
【００１４】図示する実施例では、閉鎖磁石として働く
電磁石１に通電されるので、ガス交換弁６が開放バネ５
の力に逆らって電磁石１の磁場により閉位置に保持され
る。両方の電磁石１と２は等しく、二つの横ポールピー
ス９と１０を備え、ポールピースの磁極面１１が案内棒
４の長手軸に向かうように構成されているので、津電に
より生じる磁場が案内棒４の軸により決まる移動方向に
ほぼ垂直に向かう。開放バネ５の復帰力と磁場の強さ
は、図示する閉位置で電機子３が二つの磁極面１１に対
して図面に示す幾分沈んだ位置を占めるように設定され
る。図示する磁力線から分かるように、図示する位置決
めでは、閉鎖方向に働く残留磁力が残っている。その場
合、案内棒４の下端４.1が弁のシャフトの自由端から外
れないように力のバランスが選択されている。
【００１５】電磁石１のコイル１.1への通電を止める
と、圧縮された開放バネ５の力の影響の下に電機子３が
電磁石２の方向に移動する。例えば電機子３が中間位置
を貫通する時点で電磁石２のコイル２.1に通電される
と、電機子３は電磁石２の磁場中に達し、その時、電磁
石２の二つの磁極面１１の間の開位置に引っ張られ、こ
の位置に閉鎖バネ７の力の作用に逆らって保持されるの
で、ガス交換弁６は開位置に保持される。
【００１６】保持力を維持するため、二つの電磁石１，
２の二つの磁極面９，１０のそれぞれ自由端のところに
少なくとも一つの永久磁石１２が配置されている。この
永久磁石の磁場は通電されている電磁石１，２の磁場と
同じ向きになっている。永久磁石１２の磁力により各保
持位置で電磁石の磁場が支援されので、電機子３の保持
に僅かな電流しか必要とならない。
【００１７】この配置から分かるように、電機子３は最
終位置に速度「ゼロ」で到達しない場合には、各最終位
置を越えて更に移動し、当たることがない。磁場の向き
を合わせて生じる所望位置の近くでの平坦な力変化は通
電を調整することにより制御可能で穏やかに接近が可能
となる。図示する実施例では、電機子３は縁部分の電機
子として、また付属する磁極面はそれに応じてシリンダ
面として形成されている。電機子３の外部周囲と磁極面
１１の間の空隙は 0.1 mm までの大きさである。この空
隙は代表的な値の所要保持電流を保持できることを確実
にする。電機子３を縁部分電機子として形成することに
より、戻しバネ５と７により与えられる捩じり運動が電
機子の機能特性と自由な運動性に何の影響も与えないこ
とを保証する。磁極面１１に段差１３を設けることによ
り、磁場の一部が中間位置に向くようにされるので、
「捕捉された」磁力が到来する電機子３に早めに作用す
る。
【００１８】図１に基づき示したアクチエータは、電機
子３を閉位置に保持する電磁位置が通常の通りに形成さ
れている、まりその磁極面が電機子の面１４に対向して
いるので、今までのよう、電機子を電磁石の磁極面に保
持されるように変更できる。こうして、電機子が当たっ
た時に騒音の伝播を甘受できるが、必要な保持電流をそ
れに応じて低減できる。
【００１９】図２には図１の実施例に対してストローク
にわたり電機子３に働く力の変化が示してある。両方の
電磁石１と２から出る力はそれぞれ電磁石１の作用面Ｉ
と電磁石２の作用面 II に対して計算されている。従っ
て、図２に示す磁力Ｍ1 の変化が電機子３の方向に生じ
る。これに応じて、電磁石２に対して逆方向の磁力Ｍ 2
の変化が生じる。バランス位置により互いに対向する向
きの戻しバネ５と７の二つの力のバランス位置から出
て、両側に実際上直線状のバネ特性曲線Ｋ5,Ｋ7がそれ
ぞれ生じる。このバネ特性曲線はバランス位置を形成す
る中間位置０に対する電機子３の位置に応じてこの電機
子に作用する。
【００２０】開放電磁位置１の側には、磁石の閉鎖位置
のバネ特性曲線に対して力の飛びが生じる。この力の飛
びは電機子３に付いて弁６が当接した後、開放バネ５が
電機子３にした作用していなく、閉鎖バネ７はこの弁そ
の弁座に保持することによって生じる。一方の磁力と他
方のバネ力の変化から、それぞれ曲線Ｍ1 の頂点Ｚとバ
ネ特性曲線Ｋと磁力線Ｍ2 の間の交点Ａでの閉位置に対
するバランス位置が決まる。これ等の二つのバランス位
置の間隔は弁のストロークを与える。図１に示す電機子
中間面 IIIと磁極面の中間面Ｉとの間の間隔は閉位置の
バランス位置での電機子の位置を与える。これに合わせ
て、開位置に対して磁極面 II と電機子の中間面III と
の間の間隔が生じる。
【００２１】図２から分かることは、頂点Ｚと交点Ａの
ところでそれぞれバネ力に対して磁力の「力の過剰」が
存在するため、電機子を閉位置や開位置へすること、従
って外部の衝撃力の影響でガス交換弁の思いがけない閉
鎖または開放が実際上不可能になる。更に、電磁石への
通電を適当に制御することにより曲線Ｍ1 とＭ2 の変化
に影響を与えることもできる。
【００２２】
【発明の効果】以上、詳しく説明したように、往復運動
するピストンエンジンのガス交換弁のこの発明による操
作方法を用いると、ガス交換弁の少なくとも一方の最終
位置（閉位置および／または開位置）で電機子がそれに
合わせて保持されている電磁石の磁極面に接触すること
なく、付属する戻しバネの力に逆らって保持されるの
で、騒音の伝播を効果的に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による方法を実施する電磁アクチエ
ータの実施例を示す断面図、
【図２】 ストロークに応じた磁力とバネ力の変化を示
すグラフ。
【符号の説明】
１，２ 電磁石 １.1, ２.1 コイル ３ 電機子（可動鉄片） ４ 案内棒 ５ 開放バネ（戻しバネ） ６ ガス交換弁 ７ 閉鎖バネ（戻しバネ） ８ 弁のシャフト ９，１０ ポールピース １１ 磁極面 １２ 永久磁石 １３ 段差 １４ 電機子の面 Ｍ1 電機子の方向の磁力 Ｍ2 逆方向の磁力 Ｋ5,Ｋ7 戻しバネ５と７のバネ特性曲線 Ｉ，II 磁極面の中心面 III 電機子の中心面 Ｚ Ｍ1 曲線の頂点 Ａ バネ特性曲線Ｋと磁力特性曲線Ｍとの間
の交点
フロントページの続き (72)発明者 ギュンター・シユミッツ ドイツ連邦共和国、52074 アーヒエン、 ヴエネターストラーセ、23

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに間隔を保って配置され、通電によ
    り制御される二つの電磁石の磁場により、ガス交換弁に
    連結する電機子が戻しバネの力に逆らって往復移動する
    ピストン内燃機関のガス交換弁を操作する方法におい
    て、それぞれガス交換弁の少なくとも一方の最終位置
    （閉位置および／または開位置）で電機子がそれに合わ
    せて保持されている電磁石の磁極面に接触することなく
    付属する戻しバネの力に逆らって保持されるように、磁
    場の少なくとも一方を指向させてあり、そのように付属
    する電磁石の通電が制御されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 電機子の最終位置に関して無接触に保持
    するためにある磁場はそれぞれ電機子の移動方向にほぼ
    垂直に向いていることを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 無接触に保持されている電磁石へ通電す
    る場合、電流は電機子の最終位置に達する直前に低下す
    ることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 無接触に保持された電磁石の最終位置で
    は、電機子に更に少なくとも一つの永久磁石の磁場が作
    用し、この永久磁石の磁場は電磁石の磁場と同じ方向に
    向き、電機子に作用する力が付属する戻しバネの力より
    小さくなるようにその強度が設計されていることを特徴
    とする請求項１〜３の何れか１項に記載の方法。
JP9336144A 1996-12-13 1997-12-05 磁極面の接触なしにガス交換弁を電磁操作する方法 Withdrawn JPH10205313A (ja)

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DE19651846A DE19651846B4 (de) 1996-12-13 1996-12-13 Verfahren zur elektromagnetischen Betätigung eines Gaswechselventils ohne Polflächenberührung
DE19651846:6 1996-12-13

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