JP2002518626A - 内燃機関用のガス交換弁を制御する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関用のガス交換弁を制御する装置であって、軸方向にシフト可能な弁部材（３）が設けられていて、該弁部材（３）が燃焼室に近い端部に弁シール面（７）を有していて、弁部材（３）が弁シール面（７）で、ケーシング固定の弁座（９）と共働するようになっており、弁部材（３）が燃焼室から離れている端部にピストン（９）を有していて、該ピストン（９）が軸方向において２つのハイドロリック式の作業室を互いに隔てており、両作業室のうちの、燃焼室に近い下側の作業室（１１）が、弁部材（５）を閉鎖方向に負荷し、かつ燃焼室から離れている上側の作業室（１５）が弁部材（５）を開放方向に負荷しており、この場合下側の作業室（１１）が常に高圧源と接続されていて、上側の作業室（１５）が、電気式の制御弁（２７）を有する高圧供給導管（２３）と、電気式の制御弁（３５）を有する放圧導管（３３）とを介して、交互に圧力を充填・放圧可能である形式のものにおいて、高圧供給導管（２３）における制御弁（２７）が無電流状態において、上側の作業室（１５）に通じる高圧供給導管（２３）を閉鎖し、かつ放圧導管（３３）における制御弁（３５）が無電流状態において、開放制御されていることを特徴とする、内燃機関用のガス交換弁を制御する装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、内燃機関用のガス交換弁を
制御する装置に関する。

【０００２】 ドイツ連邦共和国特許第１９５１１３２０号明細書に基づいて公知の、このよ
うな形式のガス交換弁を制御する装置では、ピストン状の弁部材が、軸方向シフ
ト可能にケーシング内を案内されており、この場合この弁部材は燃焼室に近い端
部に皿形の弁シール面を有しており、この弁シール面で、内燃機関の燃焼室にお
ける流入横断面又は流出横断面を制御するために、ケーシング固定の弁座と共働
する。弁部材は燃焼室と離れているシャフト端部に、ハイドロリック式の作業ピ
ストンを有しており、この作業ピストンは軸方向においてハイドロリック式の２
つの作業室を互いに隔てており、両作業室のうちの、燃焼室に近い下側の作業室
は、ガス交換弁の弁部材を閉鎖方向に負荷し、燃焼室から離れている上側の作業
室は、弁部材を開放方向に負荷する。この場合下側の作業室は高圧供給導管を介
して常に高圧源と接続されており、したがって高圧を負荷されている。上側の作
業室は、電気式の制御弁を有する高圧供給導管と、別の電気式の制御弁を有する
放圧導管とを介して、交互に圧力媒体を充填・放圧可能である。ガス交換弁は上
側の作業室の制御された充填によって操作され、この場合高圧供給導管における
制御弁の開放時には、高圧の圧力媒体が上側の作業室に流入する。この上側の作
業室の、ガス交換弁の弁部材のピストンにおける力作用面つまり受圧面は、下側
の作業室における力作用面よりも大きいので、ピストン及び該ピストンと共に弁
部材は開放方向で下方に向かってシフトされ、そして弁部材のシール座における
開口横断面を開放制御する。その間、上側の作業室の放圧導管は第２の制御弁に
よって閉鎖されている。そして高圧供給導管及び放圧導管における制御弁を目的
に合わせて制御することによって、ガス交換弁部材の上側の作業室において、種
々様々な開放位置を実現することができ、かつガス交換弁部材を、放圧導管にお
ける制御弁の開放制御によって再び弁座に戻し移動させることができる。

【０００３】 ガス交換弁のための公知の弁制御装置はしかしながら次のような欠点を有して
いる。すなわちこの公知の制御装置では、弁部材が圧力供給系の故障時にその弁
部材開放位置において留まることがあり、その結果ガス交換弁部材は上死点位置
における内燃機関のピストンと衝突するおそれが生じる。このような衝突が起こ
ると、弁駆動装置全体がロックされ、内燃機関自体においても極めて大きな機械
的損傷が生じ、さらに、駆動される自動車における駆動軸が場合によってはロッ
クされることによって、乗員の安全さえも脅かされる。

【０００４】 発明の利点 請求項１の特徴部に記載されたように構成された本発明による内燃機関用のガ
ス交換弁を制御する装置には、公知のものに比べて次のような利点がある。すな
わち本発明による装置では、ハイドロリック式に操作可能な弁調節コンセプトが
用いられ、この弁調節コンセプトは、圧力供給装置の故障時もしくは制御弁の電
気式の制御装置の故障時にも、ガス交換弁部材が開放ポジションにおいて固まる
ことを確実に回避し、かつ閉鎖位置への弁部材の戻りを保証する。この場合本発
明によれば、互いに無関係なつまり独立した３つの安全措置が提案されており、
これらの安全措置は、個々に実現可能であるが、安全性の理由から一緒に使用す
ることによって初めて最適な安全策コンセプトを示すものである。

【０００５】 この場合本発明によれば第１の措置は、次のことによって実現される。すなわ
ち本発明の構成では、ガス交換弁部材の開放運動を生ぜしめる上側の作業室に対
する高圧供給導管及び放圧導管における電気式の制御弁が、無電流状態において
次のように、すなわちガス交換弁部材のピストンに作用する上側の作業室が放圧
されるように、切り換えられる。これによって、高圧供給導管と常に接続されて
いて閉鎖方向でガス交換弁部材に作用する下側の作業室は、弁部材が制御弁の無
電流状態において弁座における接触位置に確実に保持されることを保証する。ガ
ス交換弁部材の開放行程運動のために働くハイドロリック式の作業室は、電気式
の制御弁の給電時に初めて高圧を満たされ、その結果ガス交換弁は切換え弁が申
し分なく機能する場合にしか開放制御することができない。例えば調節装置への
ケーブル故障、制御導体における短絡などの電気的な問題の発生時には、制御弁
もしくはその制御装置を無電流に切り換えればよい。この場合、臨界的な開口ポ
ジションへのガス交換弁部材の運動のために、互いに無関係な２つのアクション
が必要であると、つまり放圧導管における電気式の制御弁のアクティブな閉鎖動
作と、高圧供給導管における電気式の制御弁の開放制御とが必要であると、特に
有利である。ガス交換弁の弁部材の閉鎖運動のために働く作業室は常に高圧供給
導管と接続されているので、閉鎖のために働く流路には、故障のおそれのある電
気的な構成部材は存在しない。

【０００６】 電気式の制御弁はこの場合有利には電磁弁として形成されていて、電気式の制
御装置によって、燃料供給される内燃機関の運転パラメータに関連して制御され
る。

【０００７】 制御装置の故障時にガス交換弁部材をその閉鎖位置にシフトさせるための本発
明による別の可能性は、緊急アキュムレータを設けることによって得られ、この
緊急アキュムレータは、閉鎖運動のために働く下側のハイドロリック式の作業室
と直接接続されている。有利にはばね蓄力器として形成されたこの緊急アキュム
レータはこの場合単に、ガス交換弁をその閉鎖ポジションにシフトさせるのに必
要な量の高圧媒体を貯えているだけである。さらに、別の作業アキュムレータを
弁制御装置に設けることも可能であり、この作業アキュムレータは同様に有利に
はばね蓄圧器として形成されていて、特に、制御装置における所定の基準圧を維
持するために働く。この場合この作業アキュムレータは、燃料供給される内燃機
関の停止中において場合によっては生じる漏れ損失を補償し、かつ、内燃機関の
運転開始と共に制御装置の確実な機能を保証する基準圧を維持するようになって
いると有利である。さらに作業アキュムレータによって運転中における系の圧力
変動が平滑化され、その結果作業アキュムレータは、緊急アキュムレータよりも
強い戻しモーメントを必要とし、ゆえに緊急アキュムレータに比べて大きなばね
力を有している。したがって両方のばね蓄力器もしくはばねアキュムレータは異
なった圧力レベルにおいて働く。

【０００８】 制御装置の高圧供給部にアキュムレータの圧が流出することを回避するために
、圧力供給装置から延びる高圧供給導管には逆止弁が設けられており、この逆止
弁はガス交換弁部材に向かって開放し、流れ方向で見てこの逆止弁の後ろには、
アキュムレータと下側の作業室に通じる分岐導管とが配置されている。

【０００９】 また別の逆止弁が放圧導管に挿入されていると有利である。

【００１０】 非臨界的な閉鎖位置にガス交換弁部材を確実に戻しかつそこに保持するための
別の措置は、機械的に作用する戻しエレメント、有利にはガス交換弁部材におい
て作用する緊急ばねを設けることによって達成され、この戻しエレメントもしく
は緊急ばねは、圧力供給系全体の故障時やハイドロリック式の作業室における圧
力降下時に、弁部材のピストンに作用して弁部材を閉鎖位置に戻す。この場合こ
の緊急ばねは、有利には圧縮ばねとして構成されており、弁部材の閉鎖運動のた
めに働く下側のハイドロリック式の作業室内に配置されていて、閉鎖方向におい
て弁部材ピストンに作用する。このばねはちょうど次のように、すなわちこのば
ねがいかなる条件下においても調節部材における摩擦力を克服し、ガス交換弁を
いかなる位置からも安全な閉鎖ポジションにシフトさせることができるように、
寸法設定されている。

【００１１】 上に述べたように内燃機関用のガス交換弁のための本発明による制御系によっ
て、制御系の故障時にもガス交換弁部材を確実にその閉鎖位置に戻すことができ
、ひいてはガス交換弁部材と内燃機関のピストンとが衝突することを確実に回避
することが可能である。

【００１２】 本発明のその他の利点及び有利な構成は、その他の記載、図面及び請求項に記
載されている。

【００１３】 実施例の記載 次に図面に示された、内燃機関用のガス交換弁を制御する本発明による装置の
１実施例を参照しながら、本発明を詳しく説明する。

【００１４】 図１に示された、内燃機関用のガス交換弁を制御する装置は、図示されていな
い内燃機関の燃焼室における流入横断面又は流出横断面を制御するためのガス交
換弁１を有している。ガス交換弁１はこの場合、ケーシング３内において軸方向
シフト可能な弁部材５を有しており、この弁部材５は、燃焼室側の皿形の下端部
に弁シール面７を有しており、この弁シール面７によって弁部材５は、開放横断
面を制御するために、内燃機関のケーシングにおける弁座面８と共働する。弁部
材５は燃焼室とは反対側の上端部に、ピストン９を形成する横断面拡大部を有し
ており、このピストン９もしくは横断面拡大部によって弁部材５は、ケーシング
３内において液圧作業室である２つのハイドロリック式の作業室を、軸方向にお
いて互いに隔てている。この場合燃焼室に近い下位の作業室１１は、弁部材５を
下側のピストンリング端面１３においてガス交換弁１の閉鎖方向に負荷する。燃
焼室から遠い上位の作業室１５は、下方に向かって開放する弁部材５を開放方向
に負荷し、この場合上側の作業室１５における圧力は、上側のピストン端面１７
全体に作用する。

【００１５】 高圧の圧力媒体を制御装置に圧力供給するために、さらに圧力供給装置が設け
られており、この圧力供給装置は図示の実施例では、調整される高圧ポンプ１９
によって形成され、この高圧ポンプ１９は圧力媒体有利にはオイルを、リザーバ
２１から高圧供給導管２３に搬送する。高圧ポンプ１９はこの場合吸込み側にお
いて調整されても、圧力側において調整されてもよい。択一的にまた、高圧媒体
源としてアキュムレータを使用することも可能であり、この場合にはアキュムレ
ータから多数の高圧供給導管が個々のガス交換弁の個々の制御装置に通じている
。

【００１６】 高圧供給導管２３からは制御装置において分岐導管２５が分岐しており、この
分岐導管２５は下側の作業室１１に開口している。高圧供給導管２３の本来の部
分は液圧室である上側のハイドロリック式の作業室１５に開口しており、この場
合分岐導管２５への分岐部と上側の作業室１５の開口部との間には、第１の電気
式の制御弁２７が高圧供給導管２３に挿入されている。さらに、ばねアキュムレ
ータ（Federdruckspeicher）として形成された作業アキュムレータ２９が流れ方
向で見て第１の制御弁２７の前で、高圧供給導管２３内に挿入されている。高圧
供給導管２３及びこれに接続された分岐導管２５における所定の基準圧（Standd
ruck）を保証するため、並びに破損時におけるこれらの導管からの圧力媒体の流
出を阻止するために、さらに逆止弁３１が流れ方向で見て分岐導管２５、作業ア
キュムレータ２９及び第１の制御弁２７への分岐部の前において、高圧供給導管
２３に挿入されている。

【００１７】 さらに上側の作業室１５からは、リザーバ２１に開口している放圧導管３３が
分岐しており、この放圧導管３３には第２の電気式の制御弁３５が挿入されてお
り、この制御弁３５によって放圧導管３３は閉鎖可能である。ここでも導管３３
及び上側の作業室１５が空になることを回避するために、リザーバ２１に向かっ
て開放する逆止弁３６が放圧導管３３に挿入されている。

【００１８】 高圧導管系における圧力降下時にガス交換弁１の弁部材５が、ケーシング固定
の弁座８に向かって確実に戻ることを保証するために、下側の作業室１１はさら
に緊急アキュムレータ３７と接続されている。ばねアキュムレータとして形成さ
れたこの緊急アキュムレータ３７はこの場合次のように、すなわち供給圧の降下
に対する認識閾値（Erkennungsschwelle）に達した後及び逆止弁３１の閉鎖損失
が生じた時でも、調節部材の閉鎖動作のためになお十分な圧力及び容量がアキュ
ムレータ内に残っているように、寸法設定されている。この場合緊急アキュムレ
ータ３７の機能は作業アキュムレータ２９に加えて、本発明による制御装置に組
み込まれていてもよい。しかしながらまた択一的に、緊急アキュムレータ機能を
作業アキュムレータ２９によって一緒に引き受けること、もしくは緊急アキュム
レータ３７だけを制御系に設けることも可能である。

【００１９】 作業アキュムレータ２９及び緊急アキュムレータ３７は、両者が共に設けられ
ている場合には互いに異なった圧力レベル段階において作動し、この場合作業ア
キュムレータ２９はより高い戻しモーメントでもってより高い圧力レベルにおい
て作動する。この場合作業アキュムレータ２９は残留圧を維持するのみならず、
作業圧の平滑化（Glaetten）という課題をも引き受けるので、その結果系におけ
る不都合な圧力変動を減少させることができる。両方のアキュムレータ２９，３
７のばね蓄力器における異なった圧力レベルは、この場合異なった戻しばねによ
って調節され、この場合緊急アキュムレータ３７のばねは、作業アキュムレータ
２９におけるばねよりも小さなばね力を有している。

【００２０】 例えば燃料供給される内燃機関のゆっくりとした停止時におけるわずかな漏れ
によって、圧力系が完全に放圧され、両アキュムレータ２９，３７もまた空にな
ったような場合にも、ガス交換弁１の弁部材５を閉鎖ポジションに保つために、
さらに下側の作業室１１には緊急閉鎖ばね３９が挿入されている。

【００２１】 この緊急閉鎖ばね３９はこの場合圧縮ばねとして形成されていて、下側のケー
シング段部と下側のピストンリング端面１３との間において緊縮されており、し
たがってガス交換弁１の弁部材５を閉鎖方向に負荷する。この場合この緊急閉鎖
ばね３９はちょうど次のような強さに、すなわちこの緊急閉鎖ばね３９がすべて
の条件下においてガス交換弁における摩擦モーメントを克服することができ、し
かも弁部材５におけるピストン９をいかなる閉鎖部材ポジションからも閉鎖位置
に運動させることができるような強さに、寸法設定されている。

【００２２】 内燃機関のガス交換弁を制御する本発明による装置は、次のように作動する。
内燃機関の運転開始と共に、内燃機関によって有利には駆動される高圧ポンプ１
９が、圧力媒体有利にはオイルを高圧下で高圧供給導管２３内に圧送する。この
際にこの高圧は逆止弁３１と常に開放された分岐導管２５とを介して、下側の作
業室１１に達し、この下側の作業室１１は下側のピストンリング端面１３を介し
て弁部材５をその上方に向かって方向付けられた閉鎖位置に保つ。ガス交換弁１
の休止ポジションもしくは閉鎖ポジションにおいて、この場合電気式の制御弁２
７，３５は無電流に接続されており、この場合第１の制御弁２７は、上側の作業
室１５に通じる高圧供給導管２３を閉鎖している。第２の制御弁３５は無電流状
態において開放されており、その結果上側の作業室１５から延びる放圧導管３３
は圧力媒体リザーバ２１に開放されている。このようにして弁部材５は、下側の
作業室１１における圧力によって弁座８に圧着させられる。上側の作業室１５に
は単に周囲圧が存在しているだけである。ガス交換弁１を開放するためには、高
圧供給導管２３における第１の制御弁２７が給電されて、これによって開放され
、これに対して第２の制御弁３５は給電によって閉鎖される。これによって今や
圧力媒体は上側の作業室１５にも流入する。ピストン９の上側の受圧面であるピ
ストン端面１７が、下側の受圧面であるピストンリング端面１３に比べて大きく
、かつ両作業室１５，１１における圧力がほぼ等しいことに基づいて、その結果
生じる圧力によって、ガス交換弁１の弁部材５は下方に向かってその開放ポジシ
ョンに移動させられる。この際にケーシングにおける弁座８から弁シール面７が
持ち上がることによって、ガス交換弁の開放横断面は開放制御される。ガス交換
弁部材５を所定の開放ポジションにおいて固定するために、制御弁２７が閉鎖さ
れ、これによって上側の作業室１５への圧力媒体の供給が中断される。ガス交換
弁部材５はその結果、両作業室１１，１５における圧力の合力が戻し力と共働し
て弁部材５において０になると、停止する。この場合、有利には電磁弁として形
成されている電気式の制御弁２７，３５を所望のように制御することによって、
内燃機関の運転パラメータに関連して電気式の制御装置を用いて、すべての弁開
放ポジションを調節することが可能である。

【００２３】 ガス交換弁１を再び閉鎖するためには、第１の制御弁２７を引き続き閉鎖した
状態で、放圧導管３３における第２の制御弁３５が開放される。これによって上
側の作業室１５における圧力はほぼ周囲圧レベルにまで低下し、これに対して下
側の作業室１１には引き続き高い系圧が存在している。今や、下側の作業室１１
における受圧面と圧力との積は、上側の作業室１５における受圧面と圧力との積
よりも大きいので、ピストン９ひいてはガス交換弁１の弁部材５は、結果として
生じる合力によって新たに閉鎖位置に移動させられ、弁シール面７は弁座８に圧
着させられる。これによって再び休止状態が得られ、新たな作業サイクルを行う
ことができる。この場合下流側において逆止弁３１に接続する圧力導管系、つま
り下側の作業室１１に通じる圧力導管系には、圧力媒体高圧が存在している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 作業アキュムレータの他に緊急アキュムレータが調節ピストンの下側の作業室
に接続されていて、かつ本発明によるすべての安全装置が示されている、本発明
による制御装置の１実施例を示す概略図である。

【符号の説明】

１ ガス交換弁、 ３ 弁部材、 ５ 弁部材、 ７ 弁シール面、 ８ 弁
座、 ９ ピストン、 １１，１５ 作業室、 １３ ピストンリング端面、
１７ ピストン端面、 １９ 高圧ポンプ、 ２１ リザーバ、 ２３ 高圧供
給導管、 ２５ 分岐導管、 ２７ 制御弁、 ２９ 作業アキュムレータ、
３１ 逆止弁、 ３３ 放圧導管、 ３５ 制御弁、 ３７ 緊急アキュムレー
タ、 ３９ 緊急閉鎖ばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライナー ヴァルター ドイツ連邦共和国 プライデルスハイム ルートヴィッヒ−ホーファー−シュトラー セ ２ (72)発明者 シュテファン フランツル ドイツ連邦共和国 グロースヘルフェンド ルフ キルヒェンシュトラーセ ３ (72)発明者 フォルカー ボイヒェ ドイツ連邦共和国 シユツツガルト ヴィ ースバーデナー シュトラーセ 37 (72)発明者 シュテファン ライマー ドイツ連邦共和国 マルクグレーニンゲン レムベルガーヴェーク ２ Ｆターム(参考） 3G018 AB12 AB16 BA38 CA19 DA51 DA54 DA58 DA63 DA83 EA02 EA22 EA23 FA01 FA06 FA07 GA22 GA39 【要約の続き】 放圧導管（３３）における制御弁（３５）が無電流状態 において、開放制御されていることを特徴とする、内燃 機関用のガス交換弁を制御する装置。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関用のガス交換弁を制御する装置であって、軸方向に
   シフト可能な弁部材（３）が設けられていて、該弁部材（３）が燃焼室に近い端
   部に弁シール面（７）を有していて、弁部材（３）が弁シール面（７）で、ケー
   シング固定の弁座（９）と共働するようになっており、弁部材（３）が燃焼室か
   ら離れている端部にピストン（９）を有していて、該ピストン（９）が軸方向に
   おいて２つのハイドロリック式の作業室を互いに隔てており、両作業室のうちの
   、燃焼室に近い下側の作業室（１１）が、弁部材（５）を閉鎖方向に負荷し、か
   つ燃焼室から離れている上側の作業室（１５）が弁部材（５）を開放方向に負荷
   しており、この場合下側の作業室（１１）が常に高圧源（１９）と接続されてい
   て、上側の作業室（１５）が、電気式の制御弁（２７）を有する高圧供給導管（
   ２３）と、電気式の制御弁（３５）を有する放圧導管（３３）とを介して、交互
   に圧力を充填・放圧可能である形式のものにおいて、高圧供給導管（２３）にお
   ける制御弁（２７）が無電流状態において、上側の作業室（１５）に通じる高圧
   供給導管（２３）を閉鎖し、かつ放圧導管（３３）における制御弁（３５）が無
   電流状態において、開放制御されていることを特徴とする、内燃機関用のガス交
   換弁を制御する装置。
2. 【請求項２】 高圧供給導管（２３）における制御弁（２７）と放圧導管（
   ３３）における制御弁（３５）とが、電磁弁として形成されていて、電気式の制
   御装置によって、燃料供給される内燃機関の運転パラメータに関連して制御され
   る、請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 高圧源が液圧作業媒体を圧力下で高圧供給導管（２３）に圧
   送し、該高圧供給導管（２３）から、流れ方向で見て制御弁（２７）の前で、下
   側の作業室（１１）に通じる分岐導管（２５）が分岐している、請求項１記載の
   装置。
4. 【請求項４】 高圧源が、ポンプ有利には調整可能な高圧ポンプ（１９）と
   して形成されている、請求項３記載の装置。
5. 【請求項５】 流れ方向に開放する逆止弁（３１）が、流れ方向で見て分岐
   導管（２５）の分岐部の前で、高圧供給導管（２３）に挿入されている、請求項
   ３記載の装置。
6. 【請求項６】 高圧供給導管（２３）が、有利にはばね蓄力器として形成さ
   れた作業アキュムレータ（２９）と接続されている、請求項１記載の装置。
7. 【請求項７】 下側の作業室（１１）が、有利にはばね蓄力器として形成さ
   れた緊急アキュムレータ（３７）と接続されている、請求項１記載の装置。
8. 【請求項８】 機械式に作用する戻し部材、有利には緊急閉鎖ばね（３９）
   がガス交換弁（１）に設けられていて、ガス交換弁部材（５）をその閉鎖運動の
   方向に負荷しかつ／又は閉鎖ポジションに保つようになっている、請求項１記載
   の装置。
9. 【請求項９】 緊急閉鎖ばね（３９）が圧縮ばねとして形成されていて、下
   側の作業室（１１）内においてケーシング段部とガス交換弁（１）の弁部材（５
   ）のピストン（９）との間に緊縮されている、請求項８記載の装置。