(57)【要約】本発明は、極めて短い切換え時間において２つの切換え位置の間で切換え部材（６）を調節するために適した高速調節装置に関するものであり、切換え可能な２つの電磁石（１４，１５）が設けられており、これらの電磁石の間に切換え部材（６）と駆動結合された可動子（１９）が配置されており、該可動子（１９）が、切換え部材（６）の第１の切換え位置において一方の電磁石（１４）に接触し且つ切換え部材（６）の第２の切換え位置において他方の電磁石（１５）と接触する。切換え部材（６）のための特に短い切換え時間を実現するためには、可動子（１９）が、その中心軸線を中心として回動可能に支承された軸（２１）と不動に結合されていてよっく、該軸に、可動子（１９）に対して軸方向でずらされて切換え部材（６）も不動に取り付けられている。
2005500465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極めて短い切換え時間において２つの切換え位置の間で切換え部材（６）を調節するために適した高速調節装置であって、切換え可能な２つの電磁石（１４，１５）が設けられており、これらの電磁石の間に切換え部材（６）と駆動結合された可動子（１９）が配置されており、該可動子（１９）が、切換え部材（６）の第１の切換え位置において一方の電磁石（１４）に接触し且つ切換え部材（６）の第２の切換え位置において他方の電磁石（１５）と接触する形式のものにおいて、
可動子（１９）が、その中心軸線を中心として回動可能に支承された軸（２１）と不動に結合されており、該軸に、可動子（１９）に対して軸方向でずらされて切換え部材（６）も不動に取り付けられていることを特徴とする、高速調節装置。
【請求項２】
各電磁石（１４，１５）がヨーク（１７）を有しており、該ヨークに可動子（１９）のための当接面（３２）が形成されており、該当接面に可動子（１９）が一方の切換え位置において接触するようになっており、ヨーク（１７）の当接面（３２）の領域がギャップ（１８）によって中断されており、該ギャップが可動子（１９）の当接面（３２）への接触時に可動子（１９）によって架橋されている、請求項１記載の高速調節装置。
【請求項３】
ギャップ（１８）の開口幅が、当接面（３２）に隣接する、ヨーク（１７）の軸方向延在部に対して横方向で且つ当接面（３２）に対して横方向で測定されたヨーク（１７）の厚さ（４３）よりも小さいか、又は半径方向延在部に対して横方向で且つ軸方向延在部に対して横方向で測定された可動子（１９）の厚さ（３３）よりも小さい、請求項２記載の高速調節装置。
【請求項４】
ヨーク（１７）が、少なくともギャップ（１８）で終わる端区分（３４）に、ギャップ（１８）に向かってテーパされた横断面を有している、請求項２又は３記載の高速調節装置。
【請求項５】
電磁石（１４，１５）が軸（２１）に対して、ヨーク（１７）が軸（２１）の近傍に配置されているように位置決めされている、請求項２から４までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項６】
軸（２１）に関して、可動子（１９）の半径方向延在部が、ヨーク（１７）の当接面（３２）の形成された側（３７）よりも短く、特に半分である、請求項２から５までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項７】
磁界の流れ方向で見て、可動子（１９）の横断面が当接面（３２）以外のヨーク（１７）の横断面よりも小さく、特に半分である、請求項２から６までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項８】
軸（２１）に関して、可動子（１９）が軸方向で見て半径方向で見るよりも特に少なくとも２倍、３倍又は４倍だけ大きい、請求項１から７までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項９】
ばね部材（２６）が軸（２１）に結合されており、この結合が、ばね部材（２６）が切換え部材（６）の２つの切換え位置において該切換部材（６）をその都度他方の切換え位置に向かって駆動する戻しモーメントを軸（２１）に導入し、且つ当該のばね部材（２６）が切換え部材（６）の中間位置では戻しモーメントを軸（２１）に導入しないように行われる、請求項１から８までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項１０】
軸（２１）が中空軸として形成されており、ばね部材がトーションバー（２６）として形成されており、該トーションバーが、前記中空軸（２１）内で同軸的に延びており、一方の端部が中空軸（２１）と相対回動不能に結合されており且つ他方の端部が高速調節装置（８）の不動の構成部材（２９）と相対回動不能に結合されている、請求項９記載の高速調節装置。
【請求項１１】
トーションバー（２６）が、中空軸（２１）の可動子（１９）に対応配置された端部（４２）に固定されており、中空軸（２１）の切換え部材（６）に対応配置された端部（３０）が直接又は間接的にトーションバー（２６）に回動調節可能に半径方向で支持されている、請求項１０記載の高速調節装置。
【請求項１２】
切換え部材（６）が切換えフラップ（７）として形成されており、該切換えフラップがガス案内導管（１）内に配置されており、導管横断面を第１の切換え位置において閉鎖し且つ第２の切換え位置において開放する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項１３】
切換えフラップ（７）が、軸（２１）が導管（１）の長手方向軸線（１２）上でほぼ垂直方向で位置するように導管横断面内に配置されている、請求項１２記載の高速調節装置。
【請求項１４】
切換えフラップ（７）が、導管横断面を開放する第２の切換え位置において、導管（１）の長手方向軸線（１２）に対してほぼ平行に延びており且つ導管横断面を閉鎖する第１の切換え位置において導管横断面に対して傾斜して延在している、請求項１２又は１３記載の高速調節装置。
【請求項１５】
切換えフラップ（７）が、導管横断面を閉鎖する第１の切換え位置において、導管横断面に対して約４５°だけ傾斜して延在している、請求項１４記載の高速調節装置。
【請求項１６】
ガス案内導管が、内燃機関の少なくとも１つの燃焼室（２）に新鮮空気を供給する、特に自動車の内燃機関の新鮮空気供給導管（１）によって形成されており、切換え部材（６）が、各燃焼室（２）の少なくとも１つの吸気弁（５）の上流側で新鮮空気供給導管（１）内に配置されている、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項１７】
電磁石（１４，１５）を切り換えるための切換え装置（４４）が設けられており、該切換え装置がＨブリッジとして形成されており、接続・遮断トランジスタ（４６）及びチョッパトランジスタ（５１）が設けられており、該チョッパトランジスタがチョッパ電流制御装置（４８）によって、規定可能な又は規定された目標電流と、測定部材（４９）を用いて検出可能な実際電流との比較に関連して制御されており、測定部材（４９）が一方では接続・遮断トランジスタ（４６）のエミッタに接続されており且つ他方ではアースに接続されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項１８】
特に自動車の内燃機関において、少なくとも１つの吸気弁（５）の上流側で、内燃機関の少なくとも１つの燃焼室（２）に通じる吸気通路（１）内に配置された付加弁（６）を切り換えるために使用する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の構成を有する、極めて短い切換え時間において２つの切換え位置の間で切換え部材を調節するために適した高速調節装置に関する。
【０００２】
特定の使用目的において、機械的な切換え部材は極端に短い切換え時間内で２つの切換え位置の間で調節されねばならない。例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３７８２４号明細書に基づき、内燃機関の運転法が公知である。この公知の内燃機関は、該内燃機関の少なくとも１つの燃焼室に通じる吸気通路と、この吸気通路と前記燃焼室との間に配置された、燃焼室の吸気開始及び吸気終了を決定する少なくとも１つの吸気弁と、この吸気弁の上流側に配置された付加弁とを有している。公知の運転法に対応して、この付加弁は吸気弁の開放時には開かれており、吸気開始及び吸気終了の時間間隔を維持する周期にわたって、一時的に閉鎖される。この方法に基づいて、各燃焼室内で移動するピストンの吸気行程に際する動的作用を、新鮮空気による燃焼室の負荷増大のために利用することができる。更に、吸気弁の開放周期内で付加弁を適当に作動させることにより、著しく短い、特に複数の開放時間を実現することができ、これらの開放時間は更に、前記開放周期内で比較的任意に「早い」又は「遅い」に向かってシフトすることができる。この点において、例えばカムシャフトによる本来の弁制御自体は不変であっても、適当に作動可能な付加弁によって可変の弁制御性を実現することができる。
【０００３】
付加弁を、単数又は複数の吸気弁の開放時間にわたって１回又は複数回閉じ且つ再び開放するためには、当該の付加弁に関して極めて短い切換え時間が実現されなければならない。このために必要とされる切換え時間は、この特別な使用形態では約２ｍｓである。従来の電動モータでは、約１０ｍｓの切換え時間が得られる。
【０００４】
国際公開第９８／４２９５３号パンフレットに基づき公知の冒頭で述べた形式の高速調節装置は、切換え可能な２つの電磁石を有しており、これらの電磁石の間には、内燃機関の吸気弁又は排気弁として形成された切換え部材と駆動結合された可動子が配置されている。弁の第１の切換え位置において、可動子は一方の電磁石に接触するのに対して、第２の切換え位置では、他方の電磁石に接触する。この場合、可動子は結合部材を介してトーションバーに結合されており、このトーションバーは、調節装置の定置の構成部材に不動に緊締されている。可動子には、少なくとも１開放行程の間弁と協働する作動部材が支承されている。この場合、公知の高速調節装置は、各弁に関して可変の制御時間を実現する、内燃機関における弁駆動装置として働く。内燃機関の回転数が高い場合に、このような高速調節装置を用いて約３ｍｓの作動時間を達成することができる。
【０００５】
但し、更に短い切換え時間を達成することのできる高速調節装置が必要とされている。これは、付加弁を作動させるための前記使用形態に関しては、例えば切換え時間の少なくとも３０％の短縮を意味している。
【０００６】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の高速調節装置を改良して、特に短い切換え時間を実現することのできる構成を提供することである。更に、当該の高速調節装置は、この高速調節装置を自動車のエンジンルームに収納できるようにするために、コンパクトな構成を有しているのが望ましい。
【０００７】
この課題は、本発明に基づいて請求項１の特徴部に記載の構成を有する高速調節装置によって解決される。
【０００８】
本発明は、可動子ができるだけ直接に切換え部材を旋回調節させるために駆動する回転駆動装置として、高速調節装置を形成するという一般的な思想に基づいている。このことは、可動子と切換え部材の両方が不動に取り付けられた、回動可能に支承された軸によって達成される。これにより、この構成形式では、切換え部材が前記軸の長手方向軸線を中心として、当該切換え部材の２つの切換え位置の間で回動調節可能に構成されている。本発明による構成に基づいて、高速調節装置によって運動させようとする質量は、調節運動の回動中心部の比較的近傍に位置しており、これにより、全体として比較的小さな慣性モーメントが達成される。比較的小さな慣性モーメントは、より迅速な切換え時間を助成し、しかも同時に、短い切換え時間を実現するためのエネルギ需要が低下する。これにより、高速調節装置をコンパクトに構成することが可能である。
【０００９】
特に有利な構成に対応して、各電磁石はヨークを有しており、このヨークには可動子のための当接面が形成されており、この当接面には可動子が一方の切換え位置において接触する。この場合、前記ヨークの当接面の領域はギャップによって中断されているのが望ましく、このギャップは、可動子が当接面に接触した場合、可動子によって架橋されている。この手段により、当接面の領域内で、ヨークによって形成される磁界の所望の形成が行われ、可動子に作用する磁気的な引付け力の極端な増大が達成される。磁界ラインが主としてヨーク内でギャップまで延びる一方で、このギャップを架橋するためにループ状の延在部が形成される。このループ状の延在部は可動子に向かって延びており、そこに適当に極性を与える。
【００１０】
ギャップのギャップ幅が小さければ小さいほど、磁界ラインの湾曲は顕著になる。ギャップの開口幅が、可動子の半径方向延在部に対して横方向で且つ可動子の軸方向延在部に対して横方向で測定された可動子の厚さよりも小さい構成が有利になる。
【００１１】
特別な改良では、ヨークは少なくともギャップで終わる１端区分において、ギャップに対してテーパされた横断面を有していてよい。この手段により、テーパを有する前記端区分において磁界ラインが当接面に向かって集中し、これにより、可動子に対する磁界ラインの膨らみが付加的に強められる。従って、この手段は可動子に作用する磁気的な引付け力の増大をも生ぜしめる。
【００１２】
更に別の有利な改良に対応して、軸にばね部材が結合されていてよく、この場合、この結合は、ばね部材が切換え部材の２つの切換え位置において、切換部材をその都度他方の切換位置に向かって駆動する戻しモーメントを軸に導入し、更に、当該のばね部材が、切換え部材の中間位置では戻しモーメントを軸に導入しないように行われる。この構成形式によって、ばね部材は２つの切換え位置においてその都度全負荷されており且つ回動調節開始時、つまり磁界が形成されねばならない時点で電磁石が切り換わると、可動子を加速させるために最大出力供給を示す、いわばポテンシャルエネルギのための蓄え器として作用する。
【００１３】
軸が中空軸として形成されており、ばね部材が、前記中空軸内で同軸的に延びており、一方の端部が該中空軸と相対回動不能に且つ他方の端部が高速調節装置の不動の構成部材と相対回動不能に結合されているトーションバーとして形成されていると、特にコンパクトな構成が得られる。換言すると、トーションバーは中空軸から突出した端部を以て不動に緊締されている。この構成形式は更に、トーションバーが中空軸の中心に配置されていることによって最小慣性モーメントを有しており、これにより、最大加速が助成されるという利点を有している。
【００１４】
特に有利な構成形式に基づいて、トーションバーは可動子に対応配置された中空軸の端部に固定されていてよいのに対して、中空軸の切換え部材に対応配置された端部は、直接又は間接的に、トーションバーに回動調節可能に半径方向で支持されている。この構成形式により、不動に緊締されたトーションバーの端部の領域内での中空軸の支承が簡略化される。
【００１５】
本発明の根底を成す課題は、請求項１８記載の構成手段によっても解決される。
【００１６】
本発明の別の重要な構成及び利点は、従属請求項、図面及び図面に基づく説明から得られる。
【００１７】
上で説明し且つ以下で更に説明しようとする構成は、それぞれ記載した組合せにおいてのみでなく、本発明の枠を外れること無しに、別の組合せにおいても、又は単独でも用いることができる。
【００１８】
本発明の有利な実施例が図面に示されており且つ以下に詳しく説明する。この場合、同一符号は、同一構成部材又は機能的に同じ構成部材又は類似の構成部材に関するものである。
【００１９】
図１Ａ〜図１Ｃに対応して、特に自動車の、その他の点については図示しない内燃機関が吸気通路１を有しており、この吸気通路１は、以下で新鮮空気供給導管と呼んでもよい。当該の内燃機関はディーゼルエンジンとして形成されていても、ガソリンエンジンとして形成されていてもよく、並びに自然吸気エンジンとして形成されていても、過給機付きエンジンとして形成されていてもよい。吸気通路１は、内燃機関の少なくとも１つの燃焼室２に通じており、この燃焼室２は内部にピストン４が往復移動可能に支承されたシリンダ３内に形成されている。吸気通路１と燃焼室２との間の移行部には吸気弁５が配置されている。複数の吸気弁５を備えた実施例も同様に可能である。この吸気弁５の下流側には、吸気通路１内に付加弁６が配置されており、この付加弁６は、以下で切換え部材と呼んでもよい。この場合、この付加弁又は切換え部材６は切換えフラップ７として形成されており、この付加弁６の意図的な切換操作に基づいて、燃焼室２の充填過程に際して流体動力学的な作用を利用することによって、例えば新鮮空気による燃焼室２の充填を改善するために使用することができる。即ち、吸気通路又は新鮮空気供給導管１は、ここで示した使用例ではガス案内導管を形成しており、このガス案内導管の導管横断面は切換え部材６によって開閉可能である。
【００２０】
付加弁又は切換え部材６を作動させるためには、適当な形式で当該の付加弁６と駆動結合された高速調節装置８が設けられている。前記駆動結合は、図１Ａ〜図１Ｃに点線矢印９によって象徴的に示されている。高速調節装置８を制御するためには、適当な制御装置１０が設けられている。
【００２１】
高速調節装置８によって切換え部材６は、この切換え部材６が吸気通路１の導管横断面を閉鎖する、図１に示した第１の切換え位置と、図１Ｂに示した中間位置と、切換え部材６が吸気通路１の導管横断面を（最大に）開放する、図１Ｃに示した第２の切換え位置との間で調節可能である。ここに図示した有利な実施例の場合、切換えフラップ７は導管横断面内に、当該切換えフラップ７の旋回軸線１１が吸気通路１の長手方向中心軸線１２上でほぼ垂直方向に位置するように配置されている。即ち、ここで選択された図面では、前記旋回軸線１１は図平面上で垂直方向に位置している。更に、切換えフラップ７は、図１Ａに示した第１の切換え位置で所定の角度αだけ、吸気通路１の長手方向軸線１２に対して垂直方向で延びているか若しくは吸気通路１の導管横断面が位置する平面１３に対して傾斜して延びているように寸法決めされ且つ位置決めされている。ここで示した実施形態では、前記角度αは４５°である。この配置形式に基づき、切換えフラップ７を図１Ａ及び図１Ｃに示した両切換え位置の間で旋回させるために必要とされる調節距離又は調節角度の減少が得られる。それというのも、図１Ｃに示した第２の切換え位置では、切換えフラップ７は最大開放度を得るために導管軸線１２に対してほぼ平行に延びているので、切換えフラップ７が図１Ａ及び図１Ｃに示された両切換え位置間で旋回されねばならない回動角度は４５°にしかならない。これにより、切換えフラップ７を調節するために必要とされる切換え時間が相応して減少することは明らかである。
【００２２】
図２及び図３に対応して、本発明による高速調節装置８は２つの電磁石１４，１５を有しており、これらの電磁石１４，１５は、図３に示した横断面図ではＶ字形に配置されている。各電磁石１４，１５はコイル１６及びヨーク１７を有しており、このヨーク１７はコイル１６の半分を、ギャップ１８を除いて環状に取り囲んでいる。ヨーク１７は、一般に比較的容易に磁化可能な鉄又は鋼から成っており、特にヨーク１７は複数の金属薄板から積層構造形式で製作されている。これにより、電磁石１４，１５は切換え可能に形成されている。簡略化された製作のためには、ヨーク１７を少なくとも２つの個別部材から組み立てることが有利であり、この場合、組立てと同時に、既に予め巻成の完了したコイル１６が挿入可能であるか、若しくは巻成されていないコイル１６が挿入可能であり且つ比較的簡単に巻成可能である。
【００２３】
電磁石１４，１５の間には可動子１９が配置されており、この可動子１９は旋回軸線２０を中心として回動調節可能に支承されている。この目的のためには、可動子１９は軸２１と相対回動不能に結合されている。この場合、可動子１９は例えば軸２１に溶接されているか、又は軸２１と一体に製作されていてよい。２つの部分から成る変化態様の場合は、軸２１と可動子１９とを異なる材料から製作することが可能である。有利には、可動子１９が容易に磁化可能な鉄又は鋼から製作されるのに対して、軸２１に関しては、該軸２１を磁化し難い又は磁化不能の鉄又は例えばオーステナイト鋼等の鋼から製作することが有利であってよい。軸２１は可動子１９の両側で、ラジアル軸受け２２，２３に回動調節可能に支承されている。
【００２４】
図２に対応して、ここでは楕円形の切換えフラップ７として形成された切換え部材６もやはり相対回動不能に軸２１と結合されている。この場合、切換え部材６は可動子１９に対して軸方向でずらされて軸２１に配置されている。有利には、切換えフラップ７は主として極端に軽い材料、特にＣＦＫプラスチック織布又はＧＦＫプラスチック織布から製作されており、しかも当該の切換えフラップ７は、ここで図示した実施形態では有利には金属のスリーブ２４を有しており、このスリーブ２４は、残りの切換えフラップ７の軽量化構造材料に組み込まれている。スリーブ２４は、相対回動不能に軸２１と結合、特に溶接又は接着されている。切換えフラップ７は可動子１９と同じ軸２１に配置されているので、切換えフラップ７の旋回軸線１１は可動子１９の旋回軸線２０と合致している。
【００２５】
図２に対応して、高速調節装置８は例えば図１Ａ〜図１Ｃに示した吸気通路１に挿入可能なモジュールとして形成されており、この場合、高速調節装置８は、切換え部材６の配置された適当な通路区分２４を有している。
【００２６】
軸２１は、ここで示した有利な実施形態では内部でトーションバー２６が同軸的に延びている中空軸として形成されている。前記トーションバー２６は、可動子１９に対応配置された、図２の左側に描かれた端部２７において相対回動不能に、軸２１の端部４２と結合されている。例えばこれらの端部２７，４２の領域には、軸方向で延在する歯を備えたラジアル歯列が形成されている。トーションバー２６は、切換え部材６に対応配置された、図２の右側に描かれた端部２８において不動に緊締されている。この目的のためには、この右側の端部２８は相対回動不能に、例えばやはり多歯歯列を介して、高速調節装置８の不動の構成部材２９と結合されている。この構成部材２９は、例えば高速調節装置８のケーシングの構成部材を形成していてよい。
【００２７】
切換え部材６の領域における軸２１の支承部に関しては、軸２１は可動子１９とは反対の側の端部３０において、スリーブ２４とブシュ３１とを介してトーションバー２６に回動可能に支承されて支持されている。この支持は主として半径方向で行われ、この場合、前記ブシュ３１の適当な輪郭に基づいて、軸２１のセンタリングが達成される。
【００２８】
図２及び図３に示した可動子１９の中間位置は、図１Ｂに示した切換え部材６の中間位置に関連している。可動子１９若しくは切換え部材６のこの中間位置では、トーションバー２６は弛緩されている、つまり、トーションバー２６は軸２１に戻しモーメントを導入しない。
【００２９】
図１Ａ及び図１Ｃに示した切換え位置は、それぞれ可動子１９が角度αだけ一方の回動方向又は他方の回動方向で最大に変位又は回動調節されることに対応するものである。この場合、可動子１９は対応する各ヨーク１７の当接面３２に大面積で接触する。当該の切換え位置では、トーションバー２６は最大にねじられており、この場合、このトーションバー２６はポテンシャルエネルギを蓄えて、最大戻しモーメントを軸２１に導入し、この軸２１は可動子１９をその都度他方の切換え位置へ駆動しようとする。可動子１９が各切換え位置に留まるためには、電磁石１４，１５を介して適当な保持力が可動子１９に導入されねばならない。
【００３０】
比較的大きなこの保持力を発生させるためには、一方では磁界ラインが可動子１９に向かって変向される、ヨーク１７に設けられたギャップ１８が役立つ。このギャップ１８が狭く形成されればされるほど、磁界ラインの膨らみは顕著に延びる。有利には、前記ギャップ１８の開口幅は、当接面３２に隣接して、ヨーク１７の軸方向延在部に対して横方向で且つ当接面３２に対して横方向で測定されたヨーク１７の厚さ４３よりも小さく寸法決めされている。本発明の場合、ギャップ１８の開口幅は、可動子１９の半径方向延在部に対して横方向で且つ可動子１９の軸方向延在部に対して横方向で測定された可動子１９の厚さ３３よりも小さく選択されている。磁界ラインに影響を及ぼすための付加的な手段としては、各ヨーク１７において、ギャップ１８に隣接した端区分３４に、ギャップ１８内に位置するヨーク１７の端部３５まで減少する横断面が設けられており、この横断面は当接面３２に向かって磁界ラインを集中させる。更に、ギャップ１８は例えば、可動子１９が当接面３２に接触した場合に可動子１９のほぼ中央に位置決めされているように配置されており、これにより、可動子１９はギャップ１８において対向位置するヨーク１７の端部３５，３６の間の磁界ラインを架橋することができる。磁界ラインに影響を及ぼすための前記手段により、可動子１９内で作用する磁気的な引付け力の増大が達成され、これにより、供与される出力が特に有利に軸２１におけるモーメントに変換され得る。
【００３１】
特に迅速な切換え時間を実現できるようにするためには、本発明では更に、運動させようとする質量ができるだけ小さく保持されており、この場合、特に最小の慣性モーメントが目標とされる。この目的のためには、可動子１９が旋回軸線２０からの半径方向延在部に関して比較的小さく形成されている。図３に対応して、可動子１９は前記半径方向で見て、少なくともヨーク１７の可動子１９に面した、当接面３２を有する側３７よりも著しく小さく形成されている。これにより、質量重心が旋回軸線２０に向かって移動する。このように半径方向で短く構成された可動子１９を実現できるようにするためには、ヨーク１７がそれぞれ軸２１の極めて近くに配置されている。有利には、ヨーク１７と軸２１とは無接触で隣接している。ここで示した実施形態では、各ヨーク１７において角隅部３８が斜めに面取りされており、これにより、軸２１はほぼヨーク１７間の中間スペース近傍に位置決めされている。
【００３２】
運動させようとする質量を削減するための別の手段としては、磁界ラインが通流する可動子１９の横断面、即ち、軸方向で見て厚さ３３にわたって延びる可動子１９の横断面が、磁界ラインの通流する、当接面３２若しくはテーパされた端区分３４以外のヨーク１７の横断面よりも著しく小さく形成されている。ここで示した実施形態では、磁気の通流する可動子１９の横断面が、磁気の通流するヨーク１７の横断面のほぼ半分の大きさである。
【００３３】
十分に大きな力を可動子１９に伝達できるようにするためには、可動子１９が軸２１の軸方向で、半径方向よりも著しく長く構成されている（図２参照）。有利には、可動子１９の軸方向延在部は、半径方向延在部の少なくとも２倍又は３倍である。ここで示した実施例では、可動子１９の軸方向延在部が半径方向延在部の４倍以上である。これに対応して、電磁石１４，１５若しくはこれらの電磁石のコイル１６及びヨーク１７も相応の軸方向延在部を有しているということは明らかであり、これにより、可動子１９の軸方向長さ全体にわたって所望の力を可動子１９に導入することができる。
【００３４】
図４に対応して、運動される質量を削減するための更に別の手段として、可動子１９の旋回軸線２０から遠い端部３９が斜めに面取りされたフランク４０を有しており、この場合、当接面３２は前記フランク４０に対して相補的な当接フランク４１を有している。更に、付与されたこれらの当接フランク４１により、可動子１９に向かう磁界ラインの方向付けに付加的に影響を及ぼすことができ、これにより、付加的に引付け作用若しくは反発作用の増大が達成され得る。
【００３５】
本発明による高速調節装置８は以下のように作動する。即ち：
図２〜図４に示した可動子１９延いては切換え部材６の中間位置から出発して、可動子１９はまず最初に２つの切換え位置の内の一方に調節される。これは有利には図１Ｃに示した開放位置である。トーションバー２６は極めて高い戻しモーメントを生ぜしめるために設計されているので、所望の切換え位置には極めて高い電気出力を以てしか、中間位置からすぐに向かうことはできない。従って、極性反転動作の所望の順序に基づいて、トーションバー２６、軸２１、可動子１９及び切換え部材６によって形成された振動システムが、振幅をますます増大させて振動させられる、作動に前置されたスタート手順を経過することが有利である。前記振動システムのこの「揺動」は、可動子１９が所望の切換え位置において対応するヨーク１７に接触するまで実施される。
【００３６】
一方の切換え位置から他方の切換え位置に切り換えるためには、電磁石１４，１５が交互に接続される。この場合に形成される、逆方向で作用する引付け力によって、可動子１９は他方の切換え位置に向かって加速される。同時に、トーションバー２６は弛緩してよく、これにより、可動子１９の加速が調節運動の正に開始段階において極端に強められる。共通の軸２１を介して、可動子１９の旋回調節は同時に切換え部材６の対応する旋回調節を生ぜしめる。この場合、トーションバー２６を駆動手段及びエネルギ蓄え器として使用することが特に有利である。それというのも、トーションバー２６自体は小さな慣性モーメントしか有しておらず、従って、トーションバー２６の駆動エネルギはほとんど制限されずに軸２１に伝達することができるからである。
【００３７】
電磁石１４，１５を作動若しくは制御するためには、図５に対応する切換え装置４４が有利である。この場合、このような形式の切換え装置４４は、各電磁石１４，１５のコイル１６を通る電流のチョップを用いる。迅速に切り替わる電磁石１４，１５に関して、この制御の形式は、他の原理と比較して著しい利点を有している。当該の制御により、電磁石１４，１５のとりわけ以下の３つの状態が、あらゆる作動条件下で実現されねばならない。即ち、エネルギ供給、エネルギ維持及びエネルギ導出である。このためには、一般に図５に示した切換え装置４４においても実現されている、いわゆるＨブリッジが使用される。この場合、ダイオード４５の代わりに適当なトランジスタが使用されてもよい。接続・遮断トランジスタ４６は、各電磁石１４；１５のコイル１６の接続又は遮断に役立つ。当該の接続・遮断トランジスタ４６は、スイッチ４７を介して作動される。チョッパ電流制御装置４８は、測定部材４９によって検出可能な実際電流を、例えばエンジン制御装置５０において規定された目標電流と比較する。この比較に関連して、前記のチョッパ電流制御装置４８はチョッパトランジスタ若しくはチョッパトランジスタ装置５１を作動させ、これにより、各電磁石１４；１５のコイル１６に対する電力供給部５２からの電流が目標値になるように制御される。更に、切換え装置４４には２つの直列抵抗５３が設けられている。
【００３８】
ここで図示した切換え装置４４の有利な実施形態において選択された、殊に電流センサ又は測定抵抗として形成された測定部材４９の配置形式に基づいて、この測定部材４９は接続・遮断トランジスタ４６のエミッタに一義的な基準点を有している。これにより、測定部材４９によってコイル１６の給電全体にわたって電流が確実に検出され得るということが可能である。更に、ここで示した切換え装置４４は、チョッパトランジスタ５１がいわゆるハイトランジスタとして構成されてよいので、目標電流規定部も、実際電流に関する一義的な基準点を有しているという利点を有している。切換え装置４４において示されたＨブリッジは、測定部材４９が接続・遮断トランジスタ４６と電流測定のための基準点との間に配置されており、更に、チョッパトランジスタ５１がハイトランジスタとして、作動電圧の他方の極に接触しているということを特徴としている。この構成形式は、測定動力学延いては図示の切換え装置４４によって得られる電磁石１４，１５の切換周波数にポジティブに影響を及ぼす。更に、図示の切換え装置は、インダクタンスが変化しても、十分な精度を以てチョップされる電流の変動を維持することができる。
【００３９】
電流のチョップは、例えば予め規定されたチョッパ周波数に関連して行われる。チョップを予め規定された、比較的狭く選択された電流限界値を以て実施することも可能であり、これらの電流限界値間で、チョップ中に電流が変動する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１Ａ〜図１Ｃは、それぞれ切換え部材の異なる位置における本発明の特別な使用形態の原理図を示したものである。
【００４１】
【図２】本発明による高速調節装置の縦断面図である。
【００４２】
【図３】高速調節装置を図２に示した断面線ＩＩＩに沿って横断して示した図である。
【００４３】
【図４】別の実施形態における、著しく簡略化された、図３に示したのと同様の横断面図である。
【００４４】
【図５】高速調節装置の電磁石を切り換えるための切換え装置を示した図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  吸気通路、  ２  燃焼室、  ３  シリンダ、  ４  ピストン、  ５  吸気弁、  ６  付加弁、  ７  切換えフラップ、  ８  高速調節装置、  ９  矢印、  １０  制御装置、  １１  旋回軸線、  １２  長手方向中心軸線、  １３  平面、  １４，１５  電磁石、  １６  コイル、  １７  ヨーク、  １８  ギャップ、  １９  可動子、  ２０旋回軸線、  ２１  軸、  ２２，２３  ラジアル軸受け、  ２４  スリーブ、  ２６  トーションバー、  ２７，２８，３０，３５，３６，３９，４２  端部、  ２９  構成部材、  ３１  ブシュ、  ３２  当接面、  ３３，４３  厚さ、  ３４  端区分、  ３７  ヨーク１７の可動子１９に面した側、  ３８  角隅部、  ４０  フランク、  ４１  当接フランク、  ４４  切換え装置、  ４５  ダイオード、  ４６  接続・遮断トランジスタ、  ４７  スイッチ、  ４８  チョッパ電流制御装置、  ４９  測定部材、  ５０  エンジン制御装置、  ５１  チョッパトランジスタ装置、  ５２  電力供給部、  ５３  直列抵抗
【国際公開パンフレット】
2005500465.tif 000003
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月24日(2003.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極めて短い切換え時間において２つの切換え位置の間で切換えフラップ（７）として形成された切換え部材（６）を調節するために適した高速調節装置であって、切換えフラップ（７）がガス案内導管（１）内に配置されており且つ導管横断面を第１の切換え位置では閉鎖して第２の切換位置では開放するようになっている形式のものにおいて、
当該の高速調節装置（８）が、切換え可能な２つの電磁石（１４，１５）を有しており、これらの電磁石の間に切換えフラップ（７）と駆動結合された可動子（１９）が配置されており、該可動子（１９）が、切換えフラップ（７）の第１の切換え位置において一方の電磁石（１４）に接触し且つ切換えフラップ（７）の第２の切換え位置において他方の電磁石（１５）と接触するようになっており、可動子（１９）が、その中心軸線を中心として回動可能に支承された軸（２１）と不動に結合されており、該軸に、可動子（１９）に対して軸方向でずらされて切換えフラップ（７）も不動に取り付けられていることを特徴とする、高速調節装置。
【請求項２】
各電磁石（１４，１５）がヨーク（１７）を有しており、該ヨークに可動子（１９）のための当接面（３２）が形成されており、該当接面に可動子（１９）が一方の切換え位置において接触するようになっており、ヨーク（１７）の当接面（３２）の領域がギャップ（１８）によって中断されており、該ギャップが可動子（１９）の当接面（３２）への接触時に可動子（１９）によって架橋されている、請求項１記載の高速調節装置。
【請求項３】
ギャップ（１８）の開口幅が、当接面（３２）に隣接する、ヨーク（１７）の軸方向延在部に対して横方向で且つ当接面（３２）に対して横方向で測定されたヨーク（１７）の厚さ（４３）よりも小さいか、又は半径方向延在部に対して横方向で且つ軸方向延在部に対して横方向で測定された可動子（１９）の厚さ（３３）よりも小さい、請求項２記載の高速調節装置。
【請求項４】
ヨーク（１７）が、少なくともギャップ（１８）で終わる端区分（３４）に、ギャップ（１８）に向かってテーパされた横断面を有している、請求項２又は３記載の高速調節装置。
【請求項５】
電磁石（１４，１５）が軸（２１）に対して、ヨーク（１７）が軸（２１）の近傍に配置されているように位置決めされている、請求項２から４までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項６】
軸（２１）に関して、可動子（１９）の半径方向延在部が、ヨーク（１７）の当接面（３２）の形成された側（３７）よりも短く、特に半分である、請求項２から５までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項７】
磁界の流れ方向で見て、可動子（１９）の横断面が当接面（３２）以外のヨーク（１７）の横断面よりも小さく、特に半分である、請求項２から６までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項８】
軸（２１）に関して、可動子（１９）が軸方向で見て半径方向で見るよりも特に少なくとも２倍、３倍又は４倍だけ大きい、請求項１から７までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項９】
ばね部材（２６）が軸（２１）に結合されており、この結合が、ばね部材（２６）が切換えフラップ（７）の２つの切換え位置において該切換えフラップ（７）をその都度他方の切換え位置に向かって駆動する戻しモーメントを軸（２１）に導入し、且つ当該のばね部材（２６）が切換えフラップ（７）の中間位置では戻しモーメントを軸（２１）に導入しないように行われる、請求項１から８までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項１０】
軸（２１）が中空軸として形成されており、ばね部材がトーションバー（２６）として形成されており、該トーションバーが、前記中空軸（２１）内で同軸的に延びており、一方の端部が中空軸（２１）と相対回動不能に結合されており且つ他方の端部が高速調節装置（８）の不動の構成部材（２９）と相対回動不能に結合されている、請求項９記載の高速調節装置。
【請求項１１】
トーションバー（２６）が、中空軸（２１）の可動子（１９）に対応配置された端部（４２）に固定されており、中空軸（２１）の切換えフラップ（７）に対応配置された端部（３０）が直接又は間接的にトーションバー（２６）に回動調節可能に半径方向で支持されている、請求項１０記載の高速調節装置。
【請求項１２】
切換えフラップ（７）が、軸（２１）が導管（１）の長手方向軸線（１２）上でほぼ垂直方向で位置するように導管横断面内に配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項１３】
切換えフラップ（７）が、導管横断面を開放する第２の切換え位置において、導管（１）の長手方向軸線（１２）に対してほぼ平行に延びており且つ導管横断面を閉鎖する第１の切換え位置において導管横断面に対して傾斜して延在している、請求項１から１２までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項１４】
切換えフラップ（７）が、導管横断面を閉鎖する第１の切換え位置において、導管横断面に対して約４５°だけ傾斜して延在している、請求項１３記載の高速調節装置。
【請求項１５】
ガス案内導管が、内燃機関の少なくとも１つの燃焼室（２）に新鮮空気を供給する、特に自動車の内燃機関の新鮮空気供給導管（１）によって形成されており、切換え部材（６）が、各燃焼室（２）の少なくとも１つの吸気弁（５）の上流側で新鮮空気供給導管（１）内に配置されている、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項１６】
電磁石（１４，１５）を切り換えるための切換え装置（４４）が設けられており、該切換え装置がＨブリッジとして形成されており、接続・遮断トランジスタ（４６）及びチョッパトランジスタ（５１）が設けられており、該チョッパトランジスタがチョッパ電流制御装置（４８）によって、規定可能な又は規定された目標電流と、測定部材（４９）を用いて検出可能な実際電流との比較に関連して制御されており、測定部材（４９）が一方では接続・遮断トランジスタ（４６）のエミッタに接続されており且つ他方ではアースに接続されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【請求項１７】
特に自動車の内燃機関において、少なくとも１つの吸気弁（５）の上流側で、内燃機関の少なくとも１つの燃焼室（２）に通じる吸気通路（１）内に配置された切換えフラップ（７）を切り換えるために使用する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の高速調節装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
国際公開第９８／４２９５３号パンフレットに基づき公知の高速調節装置は、切換え可能な２つの電磁石を有しており、これらの電磁石の間には、内燃機関の吸気弁又は排気弁として形成された切換え部材と駆動結合された可動子が配置されている。弁の第１の切換え位置において、可動子は一方の電磁石に接触するのに対して、第２の切換え位置では、他方の電磁石に接触する。この場合、可動子は結合部材を介してトーションバーに結合されており、このトーションバーは、調節装置の定置の構成部材に不動に緊締されている。可動子には、少なくとも１開放行程の間弁と協働する作動部材が支承されている。この場合、公知の高速調節装置は、各弁に関して可変の制御時間を実現する、内燃機関における弁駆動装置として働く。内燃機関の回転数が高い場合に、このような高速調節装置を用いて約３ｍｓの作動時間を達成することができる。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
但し、更に短い切換え時間を達成することのできる高速調節装置が必要とされている。これは、付加弁を作動させるための前記使用形態に関しては、例えば切換え時間の少なくとも３０％の短縮を意味している。
米国特許第５１３１３６５号明細書記載の冒頭で述べた形式の高速調節装置は、極めて短い切換え時間において２つの切換え位置の間で切換えフラップとして形成された切換え部材を調節するために適している。この場合、前記切換えフラップはガス案内導管、つまり内燃機関の吸気通路内で吸気弁の上流側に配置されており且つ導管横断面を、第１の切換え位置では閉鎖して、第２の切換え位置では開放する。この公知の高速調節装置では、切換えフラップは予負荷ばねによって閉鎖位置へ予負荷される。この場合、１つの電磁石が設けられており、この電磁石は切換えフラップをその閉鎖位置で保持し、これにより、ピストンの充填行程においてシリンダ側に負圧パルスが形成される。電磁石が切換えフラップをリリースすると直ちに、シリンダ側の負圧が切換えフラップの開放を生ぜしめる。切換えフラップにおいて圧力補償が行われると直ちに、戻しばねが切換えフラップを再びその閉鎖位置へ戻すことができ、この閉鎖位置で切換えフラップは改めて電磁石によって保持される。即ち、公知の高速調節装置はピストン運動に関連してパッシブに作動する。但し、著しくフレキシブルに使用することができ、更に極端に短い切換え時間を可能にする高速調節装置が望ましい。
英国特許第１５７２２９９号明細書に基づき公知の別の高速調節装置により、２つの終端位置間で変向板を切り換えることができる。この変向板は、多量の印刷物等のための搬送区間におけるポイントとして働き且つ軸を介して可動子と駆動結合されている。この可動子は、２つの電磁石の間で前記軸の長手方向軸線を中心として回動調節可能である。




【国際調査報告】
2005500465.tif 000035
2005500465.tif 000036
2005500465.tif 000037
2005500465.tif 000038
2005500465.tif 000039
2005500465.tif 000040