JP2001520343A - ピストン往復内燃機関のガス交換バルブ操作用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はピストン往復内燃機関のガス交換バルブ操作用装置であって、これが閉弁ソレノイドおよび開弁ソレノイドを有して、バルブを操作する電磁アクチュエータを持ち、これらの間に１個のアマチュアが軸方向で移動可能な状態に配置され、これがガイド内に配置されたアマチュア・シャフトを介してスプリング機構と共働してバルブ・ステムへ作用を及ぼし、前記アマチュア・シャフトは１本の管により形成され、また前記装置が遊び補正エレメントを有し、これが圧力媒体の供給のために前記アマチュア・シャフトを介して１個の圧力接続部と連結されているものに関する。充分な耐負荷性を持ちながらも重量がごくわずかな、ピストン往復内燃機関のガス交換バルブ操作用装置を提供するために、本発明に従い前記アマチュア・シャフトの各部分は肉厚を負荷に応じて異ならせることが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は請求項１に記載の前文部分に記載されたピストン往復内燃機関のガス
交換バルブ操作用装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の出願であるドイツ国特許出願１９７ ２８ ４７９．５−１３から、ガス
交換バルブが電磁アクチュエータを介して操作されるタイプのガス交換バルブ操
作用装置は公知である。前記アクチュエータは２個の切換ソレノイドを有し、こ
れらが前記ガス交換バルブを開弁位置または閉弁位置に保持する。前記両切換ソ
レノイド間にアマチュアが軸方向に滑動可能状態に配置されており、これがガイ
ド内に配置されているアマチュア・シャフトを介して、スプリング機構と共働し
て前記ガス交換バルブのバルブ・ステムへ作用する。各切換ソレノイドが励磁さ
れていない状態では、前記アマチュアは前記スプリング機構により一定の均衡状
態に保持され、その位置は好ましくは前記各切換ソレノイド間でエネルギーの中
心位置と一致する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】

当初は考慮していなかった、または時間の経過により変化する各値、例えば、
個々の各構造部品の製品公差、材料による熱膨張の違いなどにより、前記アマチ
ュアが均衡状態になる位置と、前記各切換ソレノイド間のエネルギー中心位置と
が一致しなくなることがある。このことは、前記アマチュアが前記各ソレノイド
の接触面ないし極面へ完全には接触しなくなり、前記アマチュア・シャフトと前
記バルブ・ステムとの間に遊びが発生し、および／または前記ガス交換バルブが
完全に閉弁しなくなるような影響を及ぼしかねない。これらの変化値を補正する
ために、前記装置はアマチュア・シャフトとバルブ・ステムとの間に遊び補正エ
レメントを配置しており、これは圧力媒体供給のために前記アマチュア・シャフ
トを介して圧力接続部と連結されている。この目的のために前記アマチュア・シ
ャフトは縦方向に１本のダクトを設けており、これが前記圧力接続部との連結を
可能にしている。

【０００４】 本発明の課題は、充分な負荷耐性があり、かつより軽量のガス交換バルブ操作
用装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この課題は発明に従い請求項１の項目に記載の特徴部により解決される。

【０００６】 本発明の基本的な長所は前記装置が極めて軽量な構造であることにある。前記
アマチュア・シャフトは１本の管から形成されており、これにより材料が大幅に
節減され、またそれに応じて重量も軽量となる。管状の前記アマチュア・シャフ
トは作用する負荷に適合して肉厚が変化する複数の部分を有している。これによ
り前記アマチュア・シャフトは負荷時に機能不全となることなく可能な限り軽量
化することが可能になっている。それにより前記装置の各可動部分の質量をより
少なく抑えることができる。２つの圧縮スプリングのスプリングスチフネスを等
しくすると、これにより前記アマチュアの浮揚時間（振動時間）は短くなり、こ
れが前記バルブの開弁時間の延長という長所となる。これらのことから、前記内
燃機関が高速回転時に充填が十分になされ、それにより高出力値が達成される長
所となる。前記アマチュアの浮揚時間を同一にしながら、前記各圧力スプリング
のスプリングスチフネスをより小さくすると、前記各切換ソレノイドの保持に必
要とされる力はより小さくなるため、これはエネルギー消費の節約になる。この
他の点として、引伸加工または押出成形で製造された１本の管は高い剛性および
高い強度を有し、これにより中空の前記アマチュア・シャフトに充分な負荷耐性
を与えることができる。

【０００７】 前記装置はアマチュア・シャフトとバルブ・ステムとの間に遊び補正エレメン
トを配置しており、ここで中空の前記アマチュア・シャフトはさらに、前記遊び
補正エレメントへ圧力媒体を供給する役割をも担うことができる。これにより前
記アマチュア・シャフトに別途１本の圧力媒体ダクトを設けることによる製造コ
ストの増加は無くなる。引伸加工または押出成形により製造された管状の前記ア
マチュア・シャフトは、中空でない、圧力媒体ダクトを後付けしたアマチュア・
シャフトと比較してより剛性および強度が高い。前記アマチュア・シャフトを、
栓を圧入することにより塞ぎ、前記圧力媒体のリザーブ容量を形成すると好まし
く、これにより前記管の内部空間全体をリザーブ空間として利用でき、さらには
前記栓の位置に応じて前記リザーブ容量の最終的な値を変化させることができる
。塞ぐ方法には例えば溶接結合など他の方法も考えられる。

【０００８】 ガイド内に配置された前記アマチュア・シャフトは、孔を介して前記圧力接続
部と連結されている。本発明のさらなる改良においては、前記アマチュア・シャ
フトの前記孔部分にくびれが設けられ、これが前記アマチュア・シャフトのガイ
ドとともに環状溝を形成しており、これを介して前記孔が前記圧力接続部と連結
されている。圧力媒体ラインとしての前記環状溝は、前記孔以外では前記管の繊
維筋を中断せずに形成されているため、前記アマチュア・シャフトの過程では妨
げられずに力を伝達できる。

【０００９】 本発明のこの他の各改良および各長所は、これ以外の下位の請求項および説明
から明らかにされる。

【００１０】

【発明の実施の形態】

唯一の図面を用いて、以下に１つの実施形態をさらに詳細に詳述する。図面で
は、詳細には図示しないピストン往復内燃機関のガス交換バルブ２の操作用装置
を全体で符号１で示している。前記ガス交換バルブ２はバルブ・ステム３および
バルブ・ヘッド４を有しており、ここで前記バルブ・ヘッド４は、ここには示さ
れていないガス交換ダクト内に設けられたバルブ・シート５とともに作動して、
前記ガス交換ダクトを閉じる役割を担う。前記ガス交換バルブ２は、図面に示さ
れた閉弁位置と、開弁位置との間を往復可動状態にあり、ここで前記装置１は前
記ガス交換バルブ２を操作する役割を担う。

【００１１】 前記装置１は前記ガス交換バルブ２を操作する電磁アクチュエータ６を有して
おり、これは前記内燃機関の構造部品８の空洞部７内に収蔵されている。前記ア
クチュエータ６は上部に閉弁ソレノイド９を、また下部に開弁ソレノイド１０を
有しており、これらの各極面１１、１２の間にアマチュア１３が、前記ガス交換
バルブ２の縦軸１４の方向に移動可能な状態に配置されている。前記内燃機関の
作動時には、前記アマチュア１３は自身の接触面１５、１６を前記各切換ソレノ
イド９、１０の各極面１１、１２に交互に接触させ、前記各ソレノイド９、１０
により２箇所の離れた切換位置に保持される。

【００１２】 前記アマチュア１３はアマチュア・シャフト１７に(例えば圧着などにより)固
定されている。本発明に従い前記アマチュア・シャフト１７は軽量化のため、１
本の管で形成されており、ここで前記管１７は前記開弁ソレノイド１０内に挿入
されたガイド１８内に導かれている。管状の前記アマチュア・シャフト１７は、
前記ガイド１８の部分１９にくびれ２０を、また前記各ソレノイド９、１０と反
対の端にネジ部２１を有している。このアマチュア・シャフト１７を介して前記
アマチュア１３が前記バルブ・ステム３に、またそれにより前記ガス交換ダクト
を閉じる前記ガス交換バルブ２の前記バルブ・ヘッド４に作用する。前記バルブ
・ステム３は同様に前記縦軸１４の方向、つまり前記ガス交換バルブ２の開弁方
向１４ａと閉弁方向１４ｂの間を移動可能な状態で収蔵されている。

【００１３】 前記開弁ソレノイド１０は前記空洞部７内で前記ガス交換バルブ２の方向に、
ワッシャ２２およびこれに接続するハウジング固定のリング２３で支持されてい
る。アクチュエータ６およびバルブ・ヘッド４との間に、前記装置１はスプリン
グ機構２４を有しており、これは開弁方向１４ａに作用する1個の上部バルブ・ スプリング２５、および閉弁方向１４ｂに作用する1個の下部バルブ・スプリン グ２６から成る。前記開弁スプリング２５および前記閉弁スプリング２６の両者
とも、図示の実施形態例においてはコイル・スプリングとして形成されている。
上部の前記バルブ・スプリング２５は、ガス交換バルブ２の方向に、前記アマチ
ュア・シャフト１７の前記ネジ部２１に螺着されている１個のスプリング受け２
７により、また前記ガス交換バルブ２の反対方向には前記開弁ソレノイド１０に
当接している前記ワッシャ２２により支持された状態にある。下部の前記バルブ
・スプリング２６は、ガス交換バルブ２の方向では前記構成部品８により、また
前記ガス交換バルブ２の反対方向では前記バルブ・ステム３へ固定されている１
個のスプリング受け２８により支持された状態にある。前記各バルブ・スプリン
グ２５、２６は、各切換ソレノイド９、１０が励磁されていない状態で、前記ア
マチュア１３が好ましくは前記各切換ソレノイド９、１０のエネルギーの中心と
一致した均衡位置に保持されるように予め負荷がかけられている。

【００１４】 前記アクチュエータ６が作動開始すると、前記両ソレノイド９、１０のいずれ
か一方が一時的に過励磁して前記アマチュア１３を前記非均衡状態へと引寄せる
か、前記アマチュア１３が自身の共振周波数で共振誘導ルーチンにより振動状態
になり、前記アマチュア１３が前記各切換ソレノイド９、１０の各極面１１、１
２の一方に移動してそこで保持される。前記ガス交換バルブ２の閉弁位置におい
ては図示した通り、前記アマチュア１３は自身の第一の接触面１５が励磁状態の
前記閉弁ソレノイド９の極面１１に接触しており、これにより保持される。前記
閉弁ソレノイド９は、開弁方向１４ａに作用する上部の前記バルブ・スプリング
２５を押圧する。前記閉弁ソレノイド９への通電をオフにすると前記ガス交換バ
ルブ２は開弁する。開弁方向１４ａに作用する前記バルブ・スプリング２５は、
前記アマチュア１３を前記均衡位置を越えて前記ガス交換バルブ２の開弁位置方
向へと加速させる。前記開弁位置に達する前に前記開弁ソレノイド１０への通電
がオンになると、前記アマチュア１３が自身の第二の接触面１６で前記開弁ソレ
ノイド１０の前記極面１２に接触し、これにより固定される。前記開弁ソレノイ
ド１０の通電をオフにすると、前記ガス交換バルブ２は再び閉じ、自身のバルブ
・ヘッド４が前記バルブ・シート５に接触し、また前記ガス交換ダクトは塞がれ
る。閉弁方向１４ｂに作用する前記バルブ・スプリング２６は、前記アマチュア
１３を前記均衡位置を越えて前記閉弁ソレノイド９へと加速させる。この間に前
記閉弁ソレノイド９の通電がオンになると前記アマチュア１３は引付けられ、自
身の接触面１５で前記閉弁ソレノイド９の前記極面１１に接触し、これにより固
定される。

【００１５】 前記内燃機関の作動時にバルブには「ポジティブ」な遊びも「ネガティブ」な
遊びも発生し得る。ここで「ネガティブ」なバルブの遊びとは、前記バルブが正
しく閉弁しなくなることを意味する。従って前記バルブが遊びなく駆動するよう
に、1個のハイドロリック遊び補正エレメント２９が設けられて前記バルブの遊 びを補正している。補正エレメント２９はアマチュア・シャフト１７とバルブ・
ステム３との間に挟まれた形で前記各バルブ・スプリング２５、２６によって付
勢されており、下部の前記バルブ・スプリング２６の前記スプリング・シート２
８に、または図示されているように、上部の前記バルブ・スプリング２５の前記
スプリング・シート２７に内蔵された状態にすることができる。ここで前記アマ
チュア・シャフト１７と前記バルブ・ステム３との間に遊びが生じると、前記ア
マチュア１３の前記接触面１５は前記切換ソレノイド９の前記極面１１に完全に
は接触しなくなるか、または例えば前記ガス交換バルブ２が完全には閉弁しなく
なる、すると前記スプリング２６の力により、前記ガス交換バルブ２の自身のバ
ルブ・ヘッド４が前記バルブ・シート５に接触するまで前記遊び補正エレメント
２９が圧縮される。

【００１６】 長所としては、管状の前記アマチュア・シャフト１７はさらに、前記ハイドロ
リック遊び補正エレメント２９に圧力媒体を供給する役割をも担うことができ、
ここで前記遊び補正エレメント２９は中空の前記アマチュア・シャフト１７を介
して圧力接続部３０と連結される。前記アマチュア・シャフト１７が１本の管に
より形成されているため、別途に圧力媒体供給のためのダクトを設ける必要がな
い。前記管１７の各部分３１から３３は負荷に応じて肉厚が異なっており、これ
には本実施形態例においては大まかに前記ネジ部２１の部分３１、前記くびれ２
０の部分３２、および前記アマチュア・シャフト１７のその他残りの部分が含ま
れる。管状の前記アマチュア・シャフト１７は前記くびれ２０の部分３２内に圧
入された栓３５により塞がれており、前記圧力媒体のためのリザーブ空間３４を
形成している。ここで前記リザーブ空間３４の所望の容量に応じて前記栓３５を
位置決めすることができる。

【００１７】 前記圧力媒体は、前記開弁ソレノイド１０下方の前記圧力接続部３０から、前
記リング２３に設けられた前記環状溝３６を介して供給される。前記リング２３
の内部を前記圧力媒体は前記環状溝３６を介して、前記ワッシャ２２にある１つ
のダクト３７へと供給され、ここを介して前記圧力媒体は前記開弁ソレノイド１
０に設けられた１つの空洞部３８へと到達する。前記空洞部３８は前記アマチュ
ア・シャフト１７の前記ガイド１８内に配置されたダクト３９に接続し、前記ア
マチュア・シャフト１７の前記くびれ２０と前記ガイド１８とにより形成されて
いる別の環状溝４０にさらに流通する。前記環状溝４０の部分に前記アマチュア
・シャフト１７は孔４１を有しており、これを介して前記圧力媒体が管状の前記
アマチュア・シャフト１７の内部ないし前記リザーブ空間３４へと導かれ、前記
遊び補正エレメント２９に達する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ピストン往復内燃機関のガス交換バルブの操作用装置の全体図である。

【符号の説明】

１ ピストン往復内燃機関のガス交換バルブの操作用装置 ２ ガス交換バルブ ３ バルブ・ステム ６ 電磁アクチュエータ ９ 閉弁ソレノイド １０ 開弁ソレノイド １３ アマチュア １７ アマチュア・シャフト １８ ガイド ２０ くびれ ２１ ネジ部 ２２ ワッシャ ２３ リング ２４ スプリング機構 ２９ 遊び補正エレメント ３０ 圧力接続部 ３１，３２，３３ 部分 ３４ リザーブ空間 ３５ 栓 ３６ 環状溝 ３７ ダクト ３８ 空洞部 ３９ ダクト ４０ 環状溝 ４１ 孔

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストン往復内燃機関のガス交換バルブ（２）操作用装置で
   あり、閉弁ソレノイド（９）および開弁ソレノイド（１０）とを有して該バルブ
   （２）を操作する電磁アクチュエータ（６）を有し、これらの間にアマチュア（
   １３）が軸方向で移動可能状態に配置され、該アマチュアがガイド（１８）内に
   配置されたアマチュア・シャフト（１７）を介して、スプリング機構（２４）と
   共働して前記ガス交換バルブ（２）のバルブ・ステム（３）へ作用を及ぼし、前
   記アマチュア・シャフト（１７）が１本の管により形成されており、また前記装
   置（１）が遊び補正エレメント（２９）を有し、これが前記アマチュア・シャフ
   ト（１７）を介した圧力媒体の供給のために圧力接続部（３０）と連結されてい
   るものにおいて、 前記アマチュア・シャフト（１７）の各部分（３１、３２、３３）の肉厚が負
   荷に応じて異なることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記アマチュア・シャフト（１７）が前記両ソレノイド（９
   、１０）と反対の端部にネジ部（２１）を有することを特徴とする請求項１に記
   載の装置。
3. 【請求項３】 前記アマチュア・シャフト（１７）が塞がれて（栓３５）前
   記圧力媒体のためのリザーブ空間（３４）を形成すると共に、１個の孔（４１）
   を介して前記圧力接続部（３０）と連結されていることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記アマチュア・シャフト（１７）には前記孔（４１）部分
   にくびれ（２０）が設けられており、これが前記アマチュア・シャフト（１７）
   の前記ガイド（１８）とともに環状溝（４０）を形成し、これを介して前記孔（
   ４１）が前記圧力接続部（３０）と連結されていることを特徴とする請求項３記
   載の装置。
5. 【請求項５】 前記環状溝（４０）が前記アマチュア・シャフト（１７）の
   前記ガイド（１８）内に配置された１本のダクト（３９）を介して前記圧力接続
   部（３０）と連結されていることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 前記ガイド（１８）の前記ダクト（３９）が、ワッシャ（２
   ２）に被覆された前記開弁ソレノイド（１０）内にある空洞部（３８）を介して
   前記圧力接続部（３０）と連結されていることを特徴とする請求項５記載の装置
   。
7. 【請求項７】 前記開弁ソレノイド（１０）内にある空洞部（３８）が、前
   記開弁ソレノイド（１０）の下方に配置されたワッシャ（２２）に設けてあるダ
   クト（３７）を介して前記圧力接続部（３０）と連結されていることを特徴とす
   る請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 前記ワッシャ（２２）の前記ダクト（３７）が、前記ワッシ
   ャ（２２）の下方に配置されたリング（２３）に設けてある環状溝（３６）を介
   して前記圧力接続部（３０）と連結されていることを特徴とする請求項７記載の
   装置。