JPH11101111A - 弁のストロークを可変してピストン内燃機関のシリンダ内での混合物形成に影響を与える方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス交換弁を電磁的に操作する場合、中間ス
トロークあるいは全ストロークで選択的に運転できるだ
けでなく、弁に動き与えた後でも中間ストロークから全
ストロークへ移行させることができる方法を提供する。 【解決手段】 エンジン制御部により指定される動作サ
イクルに応じて周期的に通電される互いに間隔を保って
配置されている二つの電磁石６，７を備え、両方の電磁
石６，７の間で、ガス交換弁２と動作接続する接片９が
通電に応じて開放バネ１３の力に逆らって閉位置に、ま
た閉鎖バネ３の力に逆らって開位置に移動可能に案内さ
れ、ガス交換弁２の正規ストロークに対して接片が前記
二つのバネ３，１３により前記二つの電磁石６，７に対
して等しい間隔に保持されるピストン内燃機関のガス交
換弁２に対する電磁アクチエータ１を操作する方法にあ
って、運転中の弁のストロークを短くするため、両方の
バネ３，１３の一方、好ましくは開放バネ１３の予備付
勢応力をエンジン制御部により制御される調整手段１４
により可変できる。

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、弁のストローク
を可変してピストン内燃機関のシリンダ内での混合物形
成に影響を与える方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自由に制御できるガス交換弁で駆動させ
るピストン内燃機関は、オットーエンジン式の動作方法
でも絞り弁なしに駆動できる。そのような方法では出力
の制御はガス交換弁の開時点や閉時点を変えて実現され
る。流入する空気量あるいは新鮮なガス量の動きを集中
させるため、ピストン内燃機関を低回転数の領域や低出
力で運転する場合に顕著な流れの場を吸引側で発生させ
ると効果的である。更に、回転数が高くなると、操作手
段により最小にできる飛行時間が低出力で運転するの
に、つまりエンジンのモーメントが低い場合、長過ぎる
と言う問題が生じる。これに対して解決策として流入断
面積を調整することが提唱されている。

【０００３】ドイツ特許第 196 10 468 号明細書によれ
ば、ピストン内燃機関のガス交換弁を出力に依存させて
制御する方法が知られている。この方法では、低出力運
転でその都度、少なくともシリンダのガス流入弁に対し
て開ストロークを低減するので、流入断面積が小さくな
る。通常の運転モードの開ストロークに比べて低出力領
域の開ストロークを低減させることにより、弁の入口の
流れ断面をそれに合わせて低減させるので、それに応じ
て少量の空気量あるいは新鮮なガス量も吸引される。し
かし、流入領域の流れ断面積が狭いと流入したガスの流
速が高くなるので、シリンダ内がより良く調整され、こ
れが混合物の良好な処理を与える。この周知の方法で
は、望ましいストロークの低減がガス交換弁を操作する
ために設けてある電磁アクチエータを適当に制御するこ
とにより生じる。これは、ガス流入弁を閉ざす時、閉鎖
電磁石の保持電流を止め、ガス交換弁を開方向に移動を
始めると直ぐ閉鎖電磁石に再び通電するので、ガス交換
弁が僅かなストロークだけで閉位置に戻るように行われ
る。この方法では、運転は低ストロークか全ストローク
でのみ可能である。

【０００４】ドイツ特許第 30 24 109号明細書によれ
ば、閉鎖電磁石の通電を止めた時でもガス交換弁の閉位
置の接片が閉鎖電磁石の磁極面に接触する程度に開バネ
が切換電磁石により緩めることが知られている。これに
より電磁アクチエータのスタートが低エネルギ消費で可
能になる。何故なら、エンジンを始動させる時、先ずガ
ス交換弁の閉鎖電磁石に通電され、次いで開放電磁石が
付勢され、それに応じて動きを始めるため、閉鎖電磁石
の電流を止めると、開バネの全バネ力が接片の加速に、
従ってガス交換弁の加速に利用されるからである。ガス
交換弁のストローク幅に影響を与えることはこの系では
不可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、ガ
ス交換弁を電磁的に操作する場合、中間のストロークあ
るいは全ストロークで選択的に運転できるだけでなく、
弁に動きを与えた後でも中間のストロークから全ストロ
ークへ移行させることができる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、エンジン制御部により指定される動作サイクル
に応じて周期的に通電される互いに間隔を保って配置さ
れた二つの電磁石を備え、両方の電磁石の間で、ガス交
換弁と動作接続する接片が通電に応じて開放バネの力に
逆らって閉位置や閉鎖バネの力に逆らって開位置に移動
可能に案内され、ガス交換弁の正規のストロークに対し
て接片が前記二つのバネにより前記二つの電磁石に対し
て等しい間隔に保持されるピストン内燃機関のガス交換
弁に対する電磁アクチエータを操作する方法にあって、
運転中の弁のストロークを短くするため、両方のバネの
一方、好ましくは開放バネの予備付勢応力をエンジン制
御部により制御される調整手段により可変できることに
よって解決されている。

【０００７】更に、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】この方法では、開放バネの予備付
勢応力を狙い通りに低減し、それに応じて開放バネの予
備付勢応力を可変しても接片を閉鎖電磁石の方向に移動
させることになる。この場合、開放バネの予備付勢応力
は電磁石の通電を止めた時に接片が開放バネと閉鎖バネ
の相互作用力により生じる平衡位置を閉鎖電磁石の磁極
面から短い間隔にして占める程度に低下する。こうし
て、電磁石の通電を止めると、閉鎖電磁石の磁極面と接
片の間隔に応じても、弁の開口が通常のストロークに比
べて少なくなった程度だけ開く。閉鎖電磁石の磁極面と
接片の間隔が短いので、主に閉鎖電磁石に適当に制御し
て通電することにより、ガス交換弁を短い接片の間隔で
与えられる中間のストロークで操作できる。閉鎖電磁石
の通電を止めれば、接片とそれに接続するガス交換弁は
開放バネにより開位置に移動する。この場合、平衡位置
はただ僅かに過剰振動するので、それに続いて閉鎖電磁
石に短く通電させて接片を新たな中間位置に落ち着く。
この弁は電流を止めて「弁開」の位置に留まる。弁を塞
ぐため、接片は閉鎖電流で再び引かれる。エンジン制御
により閉鎖電磁石の通電の時間サイクルが完全に制御で
きるので、エンジン制御をピストンの動きで予め指定さ
れるサイクル時間内で与えるとガス交換弁を任意の時間
にわたり開くことのできる可能性も生じる。この方法
は、更に閉鎖電磁石に予め通電することなく、電磁アク
チエータのスタートを最低のエネルギ消費で可能する利
点を提供する。

【０００９】エンジン制御によりバネ、特に開放バネの
予備付勢応力に直接作用できるので、弁の一回のストロ
ークの間に、つまり接片が閉鎖電磁石から離れた後、中
間のストロークの平衡位置に未だあると時、バネの予備
付勢応力、主に開放バネの予備付勢応力を高め、接片の
平衡位置を両方の電磁石の正規位置に移動させることも
できる。その結果、開放電磁石に通電して、短時間中間
のストローク位置の後に弁を開き始めて次に弁の全スト
ロークが生じる。ストローク運動の小さいこの第一期間
には、燃料と空気の混合物が高速で狭くなった弁断面を
経由して燃焼室に流入する。この場合、混合物の処理と
混合物の均一化が効果的に促進される。弁の同じ開期間
中に、新鮮な混合物を燃焼室に最適に充填する弁の全ス
トロークに切り換えることにより、望ましい出力点を表
すのに必要な負荷量を保証することができる。吸引工程
の間にガス導入弁を中間のストローク位置で少なくとも
二回操作することもできるので、必要な新鮮なガス量が
高い流速で二つの部分量となってシリンダに流入する。

【００１０】閉鎖バネを適当な調整手段に接続すること
は基本的に可能であるが、特に容易に取り扱えるため、
開放バネの基点を移動させて調整手段による予備付勢応
力の可変を行うと効果的である。

【００１１】この発明の有利な他の構成によれば、外部
から導入できる力の作用により調整手段を「正規のスト
ローク」位置に移動させることが行われる。この調整手
段は少なくとも前記位置にロックされると効果的であ
る。この配置の利点は、中間のストローク位置がアクチ
エータの基本位置を形成し、余計なエネルギ消費なしに
維持できること、および他方で力を導入して弁の全スト
ロークを伴う正規運転が調整手段により与えられること
にある。この場合、調整手段は力により前記の正規のス
トローク位置にのみ保持でき、これは例えば電磁調整手
段により与えられるものと同じである。しかし、この場
合、調整手段が正規のストローク位置にロックされるの
で、このロックにより、調整手段を一定に位置決めでき
るため、バネの平衡を正確に調整でき弁のストロークを
正確に調整できるなら、効果的である。多段のロッキン
グはそれに応じて種々の開口断面を持つ段を付けた中間
のストロークの調整を可能にする。

【００１２】調整手段へ力の作用を導入することは、こ
の発明の一構成によれば、流れ特性のある圧力媒体で行
われる。流れ特性のある圧力媒体は、例えば内燃機関の
圧力媒体源を利用するので、適当な切換弁によりこの圧
力媒体を導入したり遮断することができる。調整手段へ
の電磁的、あるいは油圧的、あるいは空圧的な作用の利
点は、付属する切換部材もエンジン制御部により制御で
きるので、所定の動作サイクルに応じて、一ストローク
の間に調整手段への力の作用を可変して導入できる点に
ある。

【００１３】調整手段への作用は、例えば調整偏心輪等
により機械的にも導入できる。しかし、この場合、弁の
駆動を中間のストロークと正規のストロークの間で切り
換えて完全に可変して行うことは簡単ではない。

【００１４】開放バネの基点を移動させて予備付勢応力
を可変する場合、この発明の他の構成によれば、調整手
段を「正規のストローク」位置から「中間のストロー
ク」位置へ移動させることは閉鎖バネの力の作用により
行われる。この利点は、「正規のストローク」から「中
間のストローク」へ移動させるため余分な調整力が必要
でない点にある。

【００１５】

【実施例】以下、模式図面に基づきこの発明をより詳し
く説明する。

【００１６】図１ＡとＢ には、ガス交換弁２を操作す
るための電磁アクチエータ１が模式的に示してある。

【００１７】このガス交換弁２は閉鎖バネ３に接続して
いる。この閉鎖バネ３はシリンダヘッド４に支持され、
弁頭５を介してガス交換弁を閉鎖方向に向ける力の作用
を与える。

【００１８】このガス交換弁２を操作するためにある電
磁アクチエータ１には二つの電磁石６と７がある。この
場合、電磁石６が閉鎖電磁石として、また電磁石７が開
放電磁石として働く。互いに間隔を保って配置された両
方の電磁石６と７の間には、案内棒８に連結する接片９
が往復移動可能に支承されている。この接片９はその一
端１０をガス交換弁２のシャフトの端部１１に作用を及
ぼし、他端１２は開放バネ１３を介して調整手段１４に
支持されている。この調整手段１４により開放バネ１３
の基点１５を移動させることができる。

【００１９】正規の運転では、この配置は、電磁石６，
７の通電を止めた時、接片９が両方のバネ３と１３の設
計により決まる二つの電磁石６，７の間の中間位置で両
方の電磁石６，７に対して等しい間隔を保っているよう
に成っている。両方の電磁石６，７に交互に通電する
と、接片９とガス交換弁２は閉位置と開位置の間を往復
運動する。

【００２０】閉位置では、接片９は通電されている閉鎖
電磁石６によりその磁極面の上に保持される。ガス交換
弁を開くため閉鎖電磁石６の通電を止めると、開放バネ
１３の力の作用により接片９はガス交換弁２と共に開放
電磁石７の方向に移動し、その場合、図１a に示す中間
位置を過振動する。この期間に開放電磁石７に通電する
と、接片９は増大する開放電磁石７の磁場により「捕
捉」され、その磁極面に当接し、開放電磁石７が通電さ
れている間にこの開放電磁石７の上に保持される。ガス
交換弁２を閉ざすには、前記の運動過程が逆順に進行す
る。通電のサイクルは図示していないエンジン制御部で
指定される。ガス交換弁の全ストロークは、接片９と通
電されていない電磁石６または電磁石７との間の間隔ａ
の二倍で与えられる。

【００２１】調整手段１４により開放バネ１３の基点１
５を矢印１６の方向に移動させると、電磁石６，７の通
電を止めた時、接片９に対して平衡位置が閉鎖電磁石６
の方向に移動する。この場合、基点の移動の程度は、平
衡位置で接片が閉鎖電磁石６の磁極面から狭い間隔ｂを
占めるように設定される。この間隔ｂは指定されている
中間のストロークに応じて設計される。

【００２２】中間のストロークで運転するには、エンジ
ン制御部により閉鎖電磁石６のみを所定の動作サイクル
に応じて通電・非通電し、その結果、接片９が実際上程
度ｂだけ往復移動し、それに応じてガス交換弁２もただ
この小さな値だけ開くのであれば、十分である。開放電
磁石７はこの動作モードでは非通電状態に保持されてい
る。

【００２３】図３には、曲線ａにより図１Ａに基づき説
明したガス交換弁の正規のストロークが動作サイクルに
わたり図示されている。

【００２４】更に、図２は曲線ｂにより図１Ｂの位置で
可能なガス交換弁２の中間のストロークも全動作サイク
ルにわたり示す。

【００２５】これに対して、図２には、曲線ｃにより、
純電磁的な方法で可能になるような、ガス交換弁のスト
ロークの変化が示してある。これに対して、図１Ａ に
示すような接片位置では、接片９が閉鎖電磁石６から外
れた直後に、この閉鎖電磁石６に再び通電するので、閉
鎖電磁石６は短い移動時間の後にもう接片を再び捕捉
し、閉位置に保持する。曲線ｂとｃを比較して分かるこ
とは、上で説明した方法モードにより、一定の開断面積
が中間のストローク運転の場合でも保証することが可能
である。その場合、中間のストローク運転の一動作サイ
クルの間に、閉鎖電磁石６に適当に通電して弁を少なく
とも２回開閉することができる。

【００２６】調整手段４に「静的な」力の作用を加え、
この作用が開放バネ１３の基点１５を多数の動作サイク
ルにわたり一方または他方のストローク位置に保持す
る。その場合、調整手段に対する力の作用もエンジン制
御部により制御される。

【００２７】調整手段１４にエンジン制御部を介して
「動的な」力の作用を加えることも可能である。その結
果、開放開始後に図１Ｂに示す中間位置から出てストロ
ークの間に基点１５を正規のストロークの方向に移動さ
せ、それに応じて開放電磁石７にも通電を行うので、動
作サイクルの終わりで当該シリンダに対してガス交換弁
が完全に開く。この過程は図３に曲線ｄで示してある。
開動作の開示で未だ調整手段１４が、図３に線分Ｉで示
しあるように、図１Ｂに示す平衡位置に保持されている
なら、そして、開ストロークの開始直後に調整手段１４
に力の作用を加えれば、結局、図１Ａに示す適当な平衡
位置を持つ調整手段の位置の場合、中間位置で与えられ
るような弁の全開が達成される。これは図３に線分 II
で示してある。接片９は全開位置で開放電磁石７の磁極
面に接触している。これは図３に線分 IIIで示してあ
る。開放電磁石７の通電を止め、それに応じて閉鎖電磁
石６に通電すると、接片９は閉位置に戻り、閉鎖電磁石
６に当接する。これは図３に線分 IV で示してある。

【００２８】この「中間のストローク・正規のストロー
ク」運転を当該シリンダの多数の動作サイクルにわたり
継続させたいなら、ガス交換弁が閉じた直後に調整手段
を図１Ａに示す位置から図１Ｂに示す位置に戻す。その
結果、次の動作サイクルで同じ運動経過を逐行できる。

【００２９】これに合わせて、閉鎖過程を導入するため
にも、開放電磁石７の通電を止めて調整手段１４を戻す
ので、対応する変化した閉鎖曲線が与えられる。

【００３０】図１Ａに示す実施例では、調整手段１４を
油圧あるいは空圧部材で構成されている。この場合、開
放バネ１３はシリンダ１４.2内で案内されるピストン１
４.1に支持されている。そして、このピストン１４.1に
は圧力媒体が（油圧的あるいは空圧的）に印加し、それ
に応じて図１Ａに示すピストン１４.1の位置か、あるい
は図１Ｂに示すピストン１４.1の位置、および基点１５
の位置を設定できる。

【００３１】油圧あるいは空圧で圧力を印加するここに
示す実施例では、ピストン１４.1に対するロック装置が
設けてある。このロック装置は、例えば一つまたはそれ
以上のピストン状で、ここではボールとして示してある
ロック本体１７の形に形成されている。このロック本体
１７にも圧力媒体が印加でき、ピストン１４.1の壁の対
応する切欠に嵌まる。

【００３２】図１Ｂに示す位置のピストン１４.1に圧力
媒体を印加すると、このピストン１４.1は図１Ａに示す
位置に移動する。この場合、ロック本体１７は自動的に
嵌まり、ピストンをロックする。この系の圧力を止める
と、開放バネ６は閉鎖バネ３により支援され、ピストン
１４.1を再び図１Ｂに示す初期位置に戻すので、外部か
ら更に制御して力を導入する必要はない。

【００３３】上に説明した系は、一方でピストン１４.1
に対して、また他方でロック装置１７に対して圧力を印
加することを別々に制御されるので、ピストン１４.1
は、適当な付加的な休止部を配置している場合、ここに
図示している両方の運転位置の間の中間位置にも保持で
きるようにしても改良できる。

【００３４】調整手段１４への力の作用は油圧あるいは
空圧で操作可能であるだけでなく、ここでは機械的ある
いは電気機械的な力の作用を使用してもよいことが簡単
に分かる。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明の方法
により、ガス交換弁を電磁的に操作する場合、中間のス
トロークあるいは全ストロークで選択的に運転できるだ
けでなく、弁に動きを与えた後でも中間のストロークか
ら全ストロークへ移行させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 正規のストローク位置のガス交換弁を備えた
電磁アクチエータ（Ａ）および中間のストローク位置の
ガス交換弁を備えた電磁アクチエータ（Ｂ）の模式断面
図、

【図２】 中間のストローク位置および正規のストロー
ク位置での時間に依存するガス交換弁のストロークの変
化を示すグラフ、

【図３】 「中間のストロークと正規のストローク」の
組み合わせ制御を行った場合のガス交換弁のストローク
の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 電磁アクチエータ ２ ガス交換弁 ３ 閉鎖バネ ４ シリンダヘッド ５ 弁頭 ６ 閉鎖電磁石 ７ 開放電磁石 ８ 案内棒 ９ 接片 １０ 接片の一端 １１ ガス交換弁のシャフトの一端 １２ ガス交換弁のシャフトの他端 １３ 開放バネ １４ 調整手段 １４.1 ピストン １４.2 シリンダ １５ 開放バネの基点 １６ 矢印 １７ ロック装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス・ゲーベル オランダ国、6351 ボコルツ、ペルソーン ストラート、６ (72)発明者 トーマス・エシユ ドイツ連邦共和国、52070 アーヒエン、 ゼルザー・ヴインケル、35

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン制御部により指定される動作サ
   イクルに応じて周期的に通電される互いに間隔を保って
   配置された二つの電磁石を備え、両方の電磁石の間で、
   ガス交換弁と動作接続する接片が通電に応じて開放バネ
   の力に逆らって閉位置や閉鎖バネの力に逆らって開位置
   に移動可能に案内され、ガス交換弁の正規のストローク
   に対して接片が前記二つのバネにより前記二つの電磁石
   に対して等しい間隔に保持されるピストン内燃機関のガ
   ス交換弁に対する電磁アクチエータを操作する方法にお
   いて、運転中の弁のストロークを短くするため、両方の
   バネの一方、好ましくは開放バネの予備付勢応力をエン
   ジン制御部により制御される調整手段により可変できる
   ことを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 調整手段による予備付勢応力の可変は開
   放バネの基点を移動させて行われることを特徴とする請
   求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 調整手段を「正規のストローク」の位置
   に移動させることは、外部から導入できる力の作用によ
   り行われ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】 力の作用は流れ特性のある圧力媒体によ
   り調整手段に導入され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。
5. 【請求項５】 力の作用は機械的に調整手段に導入され
   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。
6. 【請求項６】 調整手段は「正規のストローク」の位置
   にロックされることを特徴とする請求項１〜５の何れか
   １項に記載の方法。
7. 【請求項７】 調整手段を「中間のストローク」の位置
   に移動させることは、閉鎖バネの力の作用により調整手
   段へ力の作用を相殺して行われることを特徴とする請求
   項１〜６の何れか１項に記載の方法。
8. 【請求項８】 ガス交換弁を中間のストローク位置に操
   作するため、閉鎖電磁石にのみエンジン制御部により通
   電し、開放電磁石の通電を止めたままにすることを特徴
   とする請求項１〜７の何れか１項に記載の方法。
9. 【請求項９】 ガス交換弁によりシリンダに流入するガ
   スに対する流れ条件を変えるため、弁を中間のストロー
   ク位置に開く時に動きの開始を始め、次いで、他の動き
   で調整手段を正規のストローク位置に移動させ、次いで
   再び中間のストローク位置に戻すことを特徴とする請求
   項１〜７の何れか１項に記載の方法。