JPS63105215A - 内燃機関の操作方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電磁石への電流を断続したときに、スプリン
グ支持によって開または閏の位置へ移動するガス交換弁
を備えた内燃機関の操作方法と装置に関する。さらに詳
しく説明すれば、本発明は、ソレノイド電磁石からアン
カー・プレートが電磁力により離れるときの遅れ（ラグ
）を補整するために、エンジンの運転状態に応じて、あ
らかじめ定めた時間になアンカー・プレートを解放（リ
リース）する内燃機関の操作方法と装置に関係する。

従来の技術 この種の内燃機関は、西ドイツ出願公開第３０２４１０
９号、第３’５００５３０号および第３５１３１０７号
に記載されている。

これらに記載された内燃機関は、電磁石の作用で閉位置
から閉位置へ、または逆の方向へ動くガス交換弁を備え
ていて、この電磁石へ電流が供給または遮断されると、
全開または全開となる端末位置のいずれか一方に保持し
ていたガス交換弁を解放する。その結東ガス交換弁がス
プリング支持ａ造により他方の位置へ動いて、そこで磁
石によりて再保持される。

さらに詳述すれば、ある間隔で配置した一対のｆｆｌｌ
ｉ石の間で、１枚のアンカー・プレートを、相対向した
スプリング系で懸架する。電磁石に電流が通されると、
アンカー・プレートは電磁石で吸引されて、一方の端末
点に保持される。電流が遮断されると、スプリング系が
アンカー・プレートを中間位置、すなわち平衡位置まで
もどす。次に反対側の電磁石が、アンカー・プレートを
その他方の端末位置へ吸引して保持する。アンカー・プ
レートは、バルブステムへ固定されるか、またはタペッ
ト部材がバルブステムの頭部をたたいてバルブを開の位
置へ押しやることができるように、ガイド系にて支持さ
れる。

ガス交換弁開閉のタイミングは、電磁石のタイミングを
コントロールすることで、予め決定しておくことができ
る。

発明が解決しようとする問題点 それにもかかわらず、このような電磁石で作動するガス
交換弁の正確なｌ７１１Ｉ閏時期は、ある種の不確定因
子による制限を受けるので、内燃機関の働きが不規則に
なるおそれがある。したがってバルブの作動を一層正確
にコントロールして、エンジンの動作と寿命を改善する
ことは、明らかにこの技術分野において必要なことであ
る。

したがって、本発明は、ガス交換弁の開閉時期（Ｒ点）
を正確に設定し、維持し、かつ制御２Ｉ］Ｖることがで
きる内燃機関の作動方法と装置を提供することを第１の
目的とする。

電磁石からアンカー・プレートがはなれるとき゛の分離
時間を決定するとともに、セツティングの遅れを補整し
て、電磁石を流れる電流を遮断する時点を制御する方法
と装置を提供することを本発明の他の目的とする。

また本発明は、負荷、燃料、使用の度合、温度、排気組
成、シリンダー圧、出力性能、ノッキングなどの運転条
件に応じて、運転中に、排気弁Ｊ３よび、または吸気弁
系における電磁石の電流を遮断する時点を調節して、内
燃Ｉ関の動作を改善するための方法と装置を提供できる
ようにする。

また本発明は、個々の電磁石とアンカー・プレートの組
合ぜにおける分離時間を測定することと、点火システム
のマイクロプロセッサ−１あるいはエンジンのこれ以外
の電子コントロール系ハードウェアー、ソフトウェア−
またはフ７Ｉ−ムウェアーとによって電流の遮断時期を
適当に進ませることとによって、エンジン性能を改善す
ることができる方法と装置を提供できるようにする。

また本発明は、電磁石によるバルブ系の遮断時間の調節
を自己学習するシステムを提供することによって、エン
ジン性能を改善することができる方法と装置を提供でき
るようにする。

また本発明は、バルブ系電１４石について所要の遮断時
点を予め計口することと、アンカーが離れるときの遅れ
に応じて″ａ所時点をプリセットすることによって、内
燃機関の働きをコントロールする方法と装置を提供でき
るようにづる。

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の方法は、距離をおい
た対向位置に設けられた一対の電磁石と、両電磁間を移
動可能なアンカー・プレートと、これらＨ１石およびア
ンカー・プレートの制６１１８置とを少なくとも婦えた
少なくとも一つの電磁駆動式の弁装置を有する内燃機関
において、ａ）前記アンカー・プレートが、このアンカ
ー・プレートと前記電磁石との結合状態から解放される
までの分離時間としての時間遅れを求め、 ｂ）前記分離時間による解放までの時間遅れを補整した
時刻において、前記電磁石の電流を遮断するものである
。

また、本発明の装置・は、内燃機関の弁制御系において
、 ａ）対向して配置された少なくとも一対の弁駆動用電磁
石に選択的に電流を供給する手段を有するとともに、前
記電磁石が、この電磁石の作動時に両電磁石間で移動可
能なアンカー・プレートを交互に吸着して保持するよう
に構成され、 ｂ）前記電磁石の少なくとも一方における電流の遮断時
刻を記憶する記憶手段を有し、Ｃ）前記記憶手段は、少
なくとも一つの電磁石について、前記アンカー・プレー
トが電磁石から離れるまでの分難時間としての時間遅れ
に相当する時間だけ、電流を遮断する時刻を進ませるよ
うに、信号を発生できるように構成したものである。

作用 電磁石のスイッチを間または閏にした瞬間から、反対の
端末位置へアンカー・プレートが接触する瞬間までの全
時間が、アンカー・プレートの移動時間と、スタート位
置にある電磁石の極からアンカーが離れるのに要する若
干の分離時間とからなることが発見された。さらに詳細
に観察したところ、移動時間は比較的一定しているので
、容易に再現できることも分かった。ところが分離時間
の方は、各種の影響を受けて変動することが判明した。

違ったアンカーと違ったｆｆｌｔｎ石との組合わせ体を
作って測定を繰り返した結果、分離時間に太きな変動、
すなわち分離時間値にいわゆる「ばらつき」が生じるこ
とが分かった。本発明の第１の実施態様では、それぞれ
の各アンカーと電磁石からなる「結合体ｊの分離時間を
工場で測定して、電磁石への電流の遮断が正確な時間に
おこるように、これを７ｊ７１石起動系またはバルブ・
コントロール系のマイクロプロセッサ−ロジックへ、プ
リセット値および、または時間値として供給する。した
がって、この測定によって予め定めた分離時間は、電磁
石スイッチを正確にオンまたはオフずべき時間の決定値
に含まれる。したがって、分離時間は、電磁石とアンカ
ー・プレートのそれぞれの徂合わせについて測定して、
ロジックにおいてこれと相当するプリセットにより与え
られる。このことは、ハードウェアーにおける電気抵抗
の値または類似部品の値を、プリセットするか、あるい
はその有効値となるようにマイクロプロセッサ−のソフ
トウェア−またはファームウェア−をプログラム化する
ことでも実施できる。

本発明の方法は、西ドイツ出願公開第３０２４１０９号
の通りアンカー・プレートがバルブ・ステムについた構
成であるか、あるいは西ドイツ出願公開第３５１３１０
７号の通りアンカー・プレートが、ガイド部品に取り付
けられるとともに、バルブ・ステムの頭部から離れてこ
の頭部を打つようにされたタペットを有した構成である
電磁作動式バルブを備えた各種の電子式作動システムに
応用される。

たとえば西ドイツ出願公開第３０２４１０９号が示す通
り、アンカー・プレートがバルブ・ステムに固定されて
いる構成の系では、電磁石への通電が切れるとバルブが
動く。ところが本発明では、ｉ　１１石がアンカー・プ
レートを解放するブＤセスがはじまる点、すなわち遮断
点または境界点は、分離時間の違いが平衡するように（
補整目的で）この分離時間に従ってプリセットされてい
る。すなわちアンカーが離れるはずと針線されているか
、離れるのか望ましい時点を得るために、個々の電磁石
とアンカーの各組合わせ体の９ｗ１時間（時間間隔）に
ついて、ｆｆ１１石への電流が切れる実際の時点をプリ
セットする。

別の実施態梯では、製作時にプリセットする代りに、電
磁石のスイッチ操作時と、ガス交換弁が反対側の端末位
置に達する瞬間との間の時間を検出しかつ記録して、運
転中に分離時間の補整を行うことができる。これが上述
した全時間である。

比較的一定である移動時間が差し引かれ、これにより、
負荷、燃料および他の作動時の条件によって作動中に変
ｖＪすることのある分＃ＩＩＲ間が決定できることにな
る。したがって全時間と、推定した分離時間とを考慮す
ることによって、同じ電磁石とアンカー・プレートとの
組合わせ体における次回の作動のため辷、この電磁石へ
の電流の遮断時点をあわせることができる。

したがって本発明には、ｉ　１石とアンカー・プレート
との組合わせ体が作動するごとに全ｖｆ間を測定し、条
件に応じて生ずる分離時間の変動を決定して補整するた
めの筒中な引き粋のアルゴリズムを行う自己学習システ
ムが含まれている。これらのアルゴリズムを使うと、希
望する分離時間が適合性のある概略値として求まるうえ
に、ノッキング規制で例示される通り、電磁石の電流の
遮断時点の変動を決定するときの補整も行われることに
なる。このようにして、使用度合と温度の影響をも考慮
して補整できることになる。

この種の自己学習システムのための検出の一方法として
、接触又は衝突で確認する方法、すなわちバルブとシー
ト、アンカー・プレートのタペットとバルブ・ステムの
頭部、またはアンカー・プレートと電磁石の面との衝突
などを検知する方法をあげることができる。

別の案では、正確なｆＥ閉Ｒ刻に間接的に関係した各種
パラメータを変えることもできる。たとえば、排ガス組
成を測定して電磁石の遮断時点を進めたり、遅らせたり
する動作用マイクロプロセッサ−によって、個々の分離
時間を変えてその最適化をはかる方法がある。同林に、
エンジンの出力性能を測定するか、あるいは内部シリン
ダー圧を測定して、本発明の方法にもとづぎ最適化をは
かることも可能である。

アンカー・プレートの希望解放時間に相当する計算上の
解放時間を全ての電磁石に割り当てることもできて、そ
のときは、スイッチ時刻（電磁石の電流が遮断される時
間）を各場合について解散時間よりもすすめて（早期に
行う）分離時間を補整することが可能になる。

本発明の方法は、アンカー・プレートを、閉（上方）と
開（下方）の電磁石の一方または両方から解放するのに
応用できるものであるが、これを各シリンダーごとに両
方に適用する必要はない。

したがって、閉位置の電磁石の方の場合と同様に、閉位
置の電磁石の方について本発明にもとづく分離時間の修
正を行なわないことも、本発明の鞘囲内に含まれる。た
とえば吸気弁の場合は、ガス流が比較的高い値になって
流れが妨害を受けるようになる締切り時点を正確に予想
することは、吸気を正確に行うために重要であると仮定
して、この吸気弁の閉止ステップに対してだけ分離時間
の修正を行えば十分である（すなわち閉位置の電磁石か
らの解放と、これに続く閉位置での電磁石による捕獲）
。

これと同じことが排気弁についても成立するが、正確な
開閉時期のタイミングは、排気弁の場合は吸気弁はど厳
密を要するものではない。

実施例 本発明を実施するＲ善の態様についての以下に述べる詳
細な説明は、例示するのが目的であって、本発明の原理
をこれで制限するものではなく、添付図面を参照しつつ
説明を加えることにする。

図面は一方の端末位置にある電磁石を通って流れる電流
の相対的な値を時間について示したもので、横軸ｒａＪ
上の「曲線」がそれを示す。他方の端末位置にある電磁
石を流れる泪流値を示したのが横軸ｒｂＪ上の曲線であ
る。この図は第１の位置における電磁石の電流が切れて
、この第１の位置としてたとえば同位ｅｌ　ｒａ　Ｊに
あるＭ　ｍ石から、アンカー・プレートが離れることが
できる電磁石式パルプ位置決めシステムを示している。

次にアンカー・プレートは、スプリング系の押ず力で閉
位置のｒｂＪなる第２位置の電磁石に接近する。これと
同時に、この第２位置の磁石に電気が入る。この第２の
電磁石に電気が流れると、ガス入換弁を閉じる位置にア
ンカー・プレートが保持されて、両型磁石の通電と遮断
のサイクルが反転してスタートするまでその位置にとど
まる。電磁的に作動するパルプ・システムの詳細につい
ては、西ドイツ出願公開用３０２．１１０９号および、
または西ドイツ出願公開第３５１３１０７号を参照され
たいので、ここでのＵｔｔ示はこれらの系を十分理解す
るのに必要な程度に止めておくことにする。

図は、時間軸ａ上に、ガス交換弁を開位置に保つように
Ｔｌｌａ石中を流れる電流を示したものである。Ｔ３の
時刻になると、ガス交換弁の運動が始まる。ここで時刻
Ｔ２　、Ｔ１は、分離するまでの時間の違いによって、
このＴ３なるコントロール時刻の境界点から逆に（計算
で）求まる点である。

０なる時刻から時刻Ｔ１までの間は、時間をきって流れ
る電流で、アンカーの保持電流は、アンカーをｆｆｌｆ
ａ石に吸いつけておくのに十分な値である。

電磁石への電流が遮断される直前には、Ｔ１とＴ２の間
に電流値一定相が生じて、時間軸ａの上に示すように、
一定時間定電流が流れて、定まった遮断時へに達する。

電流が１２点で切れると、スプリング系がアンカーを電
磁石から引きはなす。ところが、電流の減衰と、その他
の因子に必要な時間に起因する若干の分離時間が存在す
るので、１３時点に達するまでは、電磁石の極面からア
ンカーが実際にはなれることはない。

１３時点にきてアンカーかはなれた後は、反対側の電磁
石につかまるまで、アンカーは移動を行う。反対側の電
磁石には１４時点で電気が入るので、アンカーがこの電
磁石に接近するときには、この電磁石にはすでにアンカ
ーを電磁石の極に保持するに足る十分な捕獲電流が流れ
ていることになる。移動時間はＴ３から１５時点まで持
続する。

１５時点になると、アンカーが反対側の電極に衝突して
捕獲されるが、このことは、１５点にきたときにグラフ
の電流値にわずかな低下があられれることで分かる。ア
ンカーが衝突したときに電流値にあられれるこのわずか
な低下を、アンカーが接触した確認に利用できるという
提案は、すでに発表ずみであって、したがって周知の技
術である。

１６時点にくるとアンカーは低い位置に設けられた方の
７３７　［１石すの極にしっかりと捕えられる。

このときキャッチ電流はｉ断され、電流は徐々に保持電
流値まで低下し、バルブ捕獲時間の残り時間中はその保
持電流に維持される。一定時間の保持電流と、高いキャ
ッチ電流とを使用するこの種の操作原理は、すでに西ド
イツ出願公ｔｉｔｌ第２８２８６７８号で周知である。

移動時間Ｔ５−−ｒ３は実質上は一定であるが、それは
スプリング系に起因するためである。一方、分離時間Ｔ
！−Ｔ２の方は大きく変動し、全時間Ｔ５−Ｔ２がとり
わけ分離時間の変動の影響を大きく受けることになる。

たとえば工場で内燃機関が製作された直後に、分離時間
を正確に決定するには、正確に希望する１３時点で電磁
石からアンカー・プレートを解放させるために、電磁石
の遮断時刻Ｔ２を先へすすませる必要があるとか、ある
いは場合によっては分離時間の違いに応じておくらせる
必要が生ずる。

さらに、本発明の好ましい態様によるとぎは、１３時点
を計算によってセットできるようにすることを考慮する
必要がある。いは３！ｌ！論上の分離時間をＯにとると
、補整値または修正値Ｔ３−Ｔ２はＯになろう。ところ
が、実際問題として、分離時間は常に発生するので、１
３点を基準的にとったときＴ３−Ｔ２の個々の値のみに
よるプリセットが必要になる。したがって、プリセット
は一方向にだけ必要になって、電流の遮断点がきまって
くる。（時間を甲める。すなわち進める。、）したがっ
てたとえば作動期間中、１５点での衝突の確認を統合す
ることにより全時間Ｔ５−Ｔ２が求められれば、その結
果から実際の時刻Ｔ５がその内燃は関の運転のための最
適時点と一致するように、遮曹境界時朗Ｔ２を調節でき
ることになってエンジンの性能を向上できる。

本方法を実施するための装置は、バルブを作動するのに
適した電磁石へ図示のように交互に電流を供給する手段
と、解放動作を行う電磁石への電流を遮断する時刻（た
とえばＴ３　）を記憶する手段とから構成され、この記
憶手段が、電磁石からアンカー・プレートが離れる時間
のおくれに相当するだけ、解放動作を行う電磁石への電
流の遮断点を進めるシグナルを発するようにセット可能
に構成される。上述の通り、この記憶手段により、たと
えば工場で、または先のサイクルであらかじめ調節して
、その電磁石とアンカー・プレートの組合わせについて
個々に測定するか、あるいは概略哨として求めた分離時
間に相当する値だけの進み信号を出すようにする。

別の実施例にあっては、エンジンの作動条件、すなわち
負荷、燃料特性、エンジン出力、ノッキング、排ガスの
組成、エンジンの使用の度合、シリンダー圧、温度、海
抜高度など、およびこれらの組み合わせのような条件の
検出値に応じて進みシグナルを変更する手段を僅えるこ
とができる。

衝突についてのアブＯ−チのためには、受取り（捕獲）
側の電磁石を流れる捕獲電流の過渡値を検出する手段を
備えるのが好ましい。また解放動作する電磁石における
電流の遮断時と、反対側の捕獲用電磁石における過渡状
態光生時との間の時間を測定し、これからたとえばエン
ジンのスプリング系により特性づけられる実質上一定な
移動時間を差引いて、分離時間を求めるアルゴリズム（
たとえばＥＰＲＯＭ中の）を記憶手段としてのメモリー
へ組みこむのが好ましい。

本発明の範囲内で、発明の技術思想から逸脱することな
しに、各種の改造を当業者が実施できる。

したがって、先行技術が認める通り、さらに必要に応じ
ては明［ｌ出を考慮しつつ、特許請求の範囲の記載内容
によって本発明が定義されることが希望される。

発明の効果 以上述べたように本発明によると、分離時間を求めると
ともにこの分離時間にもとづく時間「れを補整した時刻
において電磁石の電流を遮断するものであるため、ガス
交換弁の開閉時期を正確に設定、維持、および制御する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、半周期の作動時間について、２個の電磁石中
を流れる電流値との時間との関係を示すグラフである。 ａ、ｂ・・・横軸（時間軸）、■１〜Ｔ６・・・時期。 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、距離をおいた対向位置に設けられた一対の電磁石と
   、両電磁間を移動可能なアンカー・プレートと、これら
   電磁石およびアンカー・プレートの制御装置とを少なく
   とも備えた少なくとも一つの電磁駆動式の弁装置を有す
   る内燃機関において、 ａ）前記アンカー・プレートが、このアン カー・プレートと前記電磁石との結合状 態から解放されるまでの分離時間として の時間遅れを求め、 ｂ）前記分離時間による解放までの時間遅 れを補整した時刻において、前記電磁石 の電流を遮断する、 ことを特徴とする内燃機関の操作方法。 ２、ａ）分離時間を電磁石とアンカー・プレートとの個
   々の結合ごとに測定し、 ｂ）前記アンカー・プレートが電磁石から 離れるべき時刻を測定するために、前記 測定値にもとづいて、電磁石への電流を 遮断する時刻を再設定する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃機
   関の操作方法。 ３、再設定を、電磁駆動式の弁装置の制御装置にて行う
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の内燃機
   関の操作方法。 ４、ａ）エンジンの運転中における、スイッチ切替時刻
   からアンカー・プレートが他方 の電磁石に衝突する時刻までの全時間を 検知し、 ｂ）前記全時間中における分離時間の長さ を求め、 ｃ）前記分離時間の変化に対応して、内燃 機関の運転中に、電磁石への電流を遮断 する時刻を変化させ、 ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃
   機関の操作方法。 ５、アンカー・プレートが他方の電磁石へ衝突したこと
   を検出することを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
   載の内燃機関の操作方法。 ６、反対側の電磁石における捕獲電流の過渡状態を検知
   して衝突を認識することを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項に記載の内燃機関の操作方法。 ７、負荷、燃料特性、エンジン出力、ノッキング、排ガ
   スの組成、エンジンの使用度合、シリンダー圧、温度、
   海抜高度のうち少なくとも一つ、またはこれらの組み合
   わせにもとづく作動条件の変化にもとづいて、電磁石の
   電流を遮断する時刻を変化させることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の内燃機関の操作方法。 ８、ａ）各アンカー・プレートについて所要の解放時刻
   を求め、 ｂ）電磁石の電流を遮断する時点を、前記 解放時刻から、分離時間に相当する値だ け進ませて設定する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃機
   関の操作方法。 ９、弁体を閉動させるために、電磁石への電流を遮断さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第４
   項に記載の内燃機関の操作方法。 １０、弁体が吸気弁であることを特徴とする特許請求の
   範囲第９項に記載の内燃機関の操作方法。 １１、弁体が排気弁であることを特徴とする特許請求の
   範囲第９項に記載の内燃機関の操作方法。 １２、内燃機関の弁制御系において、 ａ）対向して配置された少なくとも一対の 弁駆動用電磁石に選択的に電流を供給す る手段を有するとともに、前記電磁石は、 この電磁石の作動時に両電磁石間で移動 可能なアンカー・プレートを交互に吸着 して保持するように構成され、 ｂ）前記電磁石の少なくとも一方における 電流の遮断時刻を記憶する記憶手段を有 し、 ｃ）前記記録手段は、少なくとも一つの電 磁石について、前記アンカー・プレート が電磁石から離れるまでの分離時間とし ての時間遅れに相当する時間だけ、電流 を遮断する時刻を進ませるように、信号 を発生できるように構成され、 ていることを特徴とする内燃機関の操作装置。 １３、記録手段は、電磁石とアンカー・プレートとの結
   合について、個々に測定されるかまたは概略値を求めら
   れた分離時間に相当する時間だけ、進み信号をプリセッ
   トするように構成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１２項に記載の内燃機関の操作装置。 １４、ａ）エンジンの作動条件を検出して記憶手段に信
   号を供給する手段を有し、 ｂ）前記記憶手段は、作動条件の検出値に 対応して、進み信号を変化させる手段を 有する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の内燃
   機関の操作装置。 １５、ａ）反対側の電磁石の捕獲電流の過渡値を検出す
   る手段を有し、 ｂ）記憶手段は、第１の電磁石における電 流の遮断時から、反対側の電磁石におけ る過渡値状態の発生時までの時間長を求 めるとともに、この時間長から分離時間 の長さを求めるアルゴリズムを有する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の内燃
   機関の操作装置。 １６、エンジンの作動条件が、負荷、燃料特性、エンジ
   ン出力、ノッキング、排ガスの組成、エンジンの使用度
   合、シリンダー圧、温度、海抜高度のうち少なくとも一
   つ、またはこれらの組み合わせから選ばれるように構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１４項に
   記載の内燃機関の操作装置。