(57)【要約】弁を開閉させるために軸線方向に変位可能でアーマチュアプレートを有しているポジショナーを備えた内燃エンジンの電磁式弁駆動装置。変位方向に直列に且つ互いに間隔をもって配置される２つの電磁石が設けられている。さらに、変位方向に直列に配置される２つの弾性体が設けられている。一方の弾性体はアーマチュアプレートの弁に近い側に配置され、他方の弾性体はアーマチュアプレートの弁から遠い側に配置され、電磁石の通電によりポジショナーはそのニュートラル位置から変位可能である。位置調整装置は両弾性体のうち一方の弾性体のアーマチュアプレートから遠い側の端部を当接する。位置調整要素を位置調整することにより弾性体の予荷重状態とポジショナーのニュートラル位置とを変更可能である。位置調整要素は変位方向に変位可能に配置され、弁駆動装置の作動中に位置調整要素の変位を可能にし、よってニュートラル位置の調整を可能にする操作装置が設けられている。
2006503211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンの電磁式弁駆動装置であって、
弁を開閉させるために軸線方向に変位可能で、アーマチュアプレート（３）を有しているポジショナー（２，３）と、
変位方向に直列に且つ互いに間隔をもって配置される２つの電磁石（６，７）であって、一方の電磁石（７）がアーマチュアプレート（３）の弁に近い側に配置され、他方の電磁石（６）がアーマチュアプレート（３）の弁から遠い側に配置されている前記２つの電磁石（６，７）と、
変位方向に直列に配置される２つの弾性体（４）であって、一方の弾性体がアーマチュアプレート（３）の弁に近い側に配置され、他方の弾性体がアーマチュアプレート（３）の弁から遠い側に配置され、電磁石（６，７）が非通電状態にあり且つポジショナー（２，３）が電磁石（６，７）の通電によりそのニュートラル位置から変位可能であるときにポジショナー（２，３）をニュートラル位置に保持する前記２つの弾性体（４）と、
両弾性体（４）のうち一方の弾性体のアーマチュアプレートから遠い側の端部を当接させるための位置調整要素（９）であって、該位置調整要素（９，１０）を位置調整することにより弾性体の予荷重状態とポジショナー（２，３）のニュートラル位置とを変更可能な前記位置調整要素（９）と、
を備えた前記内燃エンジンの電磁式弁駆動装置において、
位置調整要素（９）が変位方向に変位可能に配置され、弁駆動装置の作動中に位置調整要素（９）の変位を可能にし、よってニュートラル位置の調整を可能にする操作装置（１０，１５）が設けられていることを特徴とする内燃エンジンの電磁式弁駆動装置。
【請求項２】
弁がポジショナー（２，３）によりそのニュートラル位置から開弁位置および閉弁位置へ変位可能であることを特徴とする、請求項１に記載の内燃エンジンの電磁式弁駆動装置。
【請求項３】
ポジショナー（２，３）のニュートラル位置において、アーマチュアプレート（３）は操作装置（１０，１５）が非操作状態にあるときに両電磁石（６，７）からそれぞれ同じ距離だけ離れて位置していることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃エンジンの電磁式弁駆動装置。
【請求項４】
弁が排気弁であることを特徴とする、請求項３に記載の内燃エンジンの電磁式弁駆動装置。
【請求項５】
操作装置（１０，１５）の操作により、アーマチュアプレート（３）と弁に近い側の電磁石（７）との間隔がアーマチュアプレート（３）と弁から遠い側の電磁石（６）との間隔よりも小さいような他のニュートラル位置へポジショナー（２，３）を変位可能であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の電磁式弁駆動装置。
【請求項６】
ポジショナー（２，３）のニュートラル位置において、アーマチュアプレート（３）は操作装置（１０，１５）が非操作状態にあるときに両電磁石（６，７）から異なる距離で位置していることを特徴とする、請求項１または２に記載の電磁式弁駆動装置。
【請求項７】
操作装置（１０，１５）の操作により、アーマチュアプレート（３）が両電磁石からそれぞれ同じ距離だけ離れて位置するような他のニュートラル位置へポジショナー（２，３）を変位可能であることを特徴とする、請求項６に記載の内燃エンジンの電磁式弁駆動装置。
【請求項８】
ポジショナー（２，３）のニュートラル位置において、アーマチュアプレート（３）と弁に近い側の電磁石（７）との間隔がアーマチュアプレート（３）と弁から遠い側の電磁石（６）との間隔よりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載の内燃エンジンの電磁式弁駆動装置。
【請求項９】
弁が吸気弁であることを特徴とする、請求項６から８までのいずれか一つに記載の電磁式弁駆動装置。
【請求項１０】
操作装置が短いレバーアーム（１１）と長いレバーアーム（１２）とを備えた回動レバー（１０）を有し、短いレバーアーム（１１）が位置調整要素（９）と協働し、長いレバーアーム（１２）が液圧ピストンにより調整力で付勢可能であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一つに記載の電磁式弁駆動装置。
【請求項１１】
液圧ピストン（１５）がエンジンオイル循環系に接続されている液圧シリンダ内に配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の電磁式弁駆動装置。
【請求項１２】
液圧シリンダが遮断可能な電磁弁を介してエンジンオイル循環系に接続されていることを特徴とする、請求項１１に記載の電磁式弁駆動装置。
【請求項１３】
短いレバーアーム（１１）に、ニュートラル位置の微調整を可能にする位置調整ねじ（１３）が設けられていることを特徴とする、請求項１０から１２までのいずれか一つに記載の電磁式弁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提概念に記載の電磁式弁駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁式弁駆動装置はたとえば特許文献１から知られている。本出願ではこの特許文献１に記載の発明の内容を全面的に引用する。特許文献１に記載されている弁駆動装置は「アーマチュアプレート」を備えたポジショナーまたは「アーマチュア」を有している。アーマチュアプレートを備えたポジショナーは変位可能に配置され、内燃エンジンの弁、すなわち吸気弁または排気弁を操作するために設けられている。アーマチュアプレートは変位方向に互いに間隔をもって配置される２つの電磁石の間に配置されている。一方の電磁石はアーマチュアプレートの弁に近い側に配置され、他方の電磁石はアーマチュアプレートの弁から遠い側に配置されている。さらに２つの圧縮ばねが設けられており、一方の圧縮ばねは同様にアーマチュアプレートの弁に近い側に、そして他方の圧縮ばねは弁から遠い側に配置されている。圧縮ばねはポジショナーまたはアーマチュアプレートをニュートラル位置へ押圧させている。ニュートラル位置においてばね力は互いに相殺される。一方の電磁石または両電磁石を通電することによりポジショナーまたはアーマチュアプレートはばね力に抗して変位することができる。ポジショナーの変位により、該ポジショナーと結合されている弁を開閉することができる。ポジショナーがニュートラル位置にあるとき弁は一部開弁する「中央位置」にある。ニュートラル位置を微調整するため、六角穴付きねじが設けられている。六角穴付きねじは弁から遠い側の圧縮ばねの弁から遠い側の端部を押圧する。この位置調整ねじを回すことにより両圧縮ばねの予荷重を変化させることができ、したがって電磁石に対するポジショナーのニュートラル位置を変化させることができる。
【０００３】
ポジショナーのニュートラル位置の調整にはかなりの作業コストを要し、工場でのみ可能である。しかし、ポジショナーのニュートラル位置を固定設定することは、エンジンの多くの作動状態にとってエネルギー上の「妥協案」である。弁を開閉するには前記一方の電磁石または他方の電磁石を選択的に通電しなければならない。電気エネルギーの需要を最小にするには、内燃エンジンの作動中にポジショナーのニュートラル位置を変更可能であるのが望ましい。
【０００４】
【特許文献１】独国特許発明第６９４０９４８５Ｔ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、エネルギー需要量に関し最適な電磁式弁駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は請求項１の構成により解決される。本発明の有利な他の構成は従属項から明らかである。
【０００７】
本発明は、弁を開閉させるために軸線方向に変位可能なポジショナーを備えた電磁式弁駆動装置を前提としている。ポジショナーはアーマチュアプレートを有している。さらに、変位方向に直列に互いに間隔をもって配置される２つの電磁石が設けられ、一方の電磁石はアーマチュアプレートの弁に近い側に配置され、他方の電磁石はアーマチュアプレートの弁から遠い側に配置されている。変位方向に直列に配置される２つの弾性体（一方の弾性体はアーマチュアプレートの弁に近い側に配置され、他方の弾性体はアーマチュアプレートの弁から遠い側に配置されている）は、電磁石が非通電状態にあるときにポジショナーまたはアーマチュアプレートをニュートラル位置へ押す。電磁石を通電することによりポジショナーまたはアーマチュアプレートはニュートラル位置から偏位することができる。両弾性体のうち一方の弾性体の一端にはストッパー要素が設けられている。ストッパー要素を位置調整することにより弾性体の予荷重を変化させることができ、よって電磁石に対するポジショナーのニュートラル位置を変化させることができる。
【０００８】
本発明の主要な特徴は、ストッパー要素がポジショナーの変位方向に変位可能に配置されていること、弁駆動装置の作動中にストッパー要素の変位を可能にする操作装置が設けられていることにある。すなわち、エンジンの作動中にポジショナーのニュートラル位置の調整が可能である。
【０００９】
したがって、負荷状態に依存してポジショナーまたはアーマチュアプレートのニュートラル位置を変化させることができる。すなわち、両弾性体の弾性力が互いに相殺されるニュートラル位置を、弁に近い側の電磁石の方向または弁から遠い側の電磁石の方向へ変位させることができる。弁が吸気弁か或いは排気弁かに応じて、且つ内燃エンジンの負荷状態に依存して、作動中にポジショナーのニュートラル位置を変化させることはエネルギー上の観点から有利である。
【００１０】
排気弁の場合には、エンジンの始動時或いは低負荷作動時に、両電磁石の間の中央位置に対応するようなニュートラル位置へポジショナーまたはアーマチュアプレートをもたらすのが有利である。このニュートラル位置においては、両電磁石が通電されていない限り、アーマチュアプレートは両電磁石からそれぞれ等距離で離れている。これに対して負荷作動時には、ポジショナーのニュートラル位置が弁に近い側の電磁石のほうへ変位するのがエネルギー上有利である。これは操作要素を操作することにより可能である。操作要素を操作することにより、弾性体の一端に当接しているストッパー要素がポジショナーの変位方向に変位することができる。ストッパー要素を変位させることにより両弾性体の予荷重を変化させることができ、よってニュートラル位置を変化させることができる。
【００１１】
吸気弁の場合には、ポジショナーまたはアーマチュアプレートがエンジン始動後またはアイドリング時および部分負荷作動時に両電磁石の間の中央位置にあるのではなく、弁から遠い側の電磁石のほうへ変位しているのが有利である。操作装置を操作することにより、負荷作動時にポジショナーを、そのニュートラル位置が両電磁石の間の中央位置に対応するように変位させることができる。
【００１２】
本発明の他の構成によれば、液圧の操作装置が設けられている。液圧の操作装置は短いレバーアームと長いレバーアームとを備えた回動レバーを有しているのが好ましい。短いレバーアームは操作装置のストッパー要素と協働する。これに対し長いレバーアームは液圧シリンダにより調整力で付勢される。液圧シリンダは遮断可能な電磁弁を介してエンジンオイル循環系と結合されていてよい。内燃エンジンの負荷作動時にはエンジンオイル圧が十分に大きいので、電磁弁が開いて回動レバーをニュートラル位置の調整のために操作可能である。
【００１３】
１つのニュートラル位置から他のニュートラル位置へポジショナーを変位させるために必要な調整距離は十分の数ミリメートルにすぎず、調整力は比較的大きいので、長いレバーアームから短いレバーアームへの伝動比が１０ないし１５であるような回動レバーを使用するのが合目的である。１０ないし１５の伝動比を選定することにより、弁ばねの大きな力を、エンジンオイル圧および比較的小さなピストン面を持ったピストンによってもたらすことができるような、より小さな力レベルに低減させることができる。このように伝動比が大きいので、ピストンストロークにおける公差の作用も減少する。減少した公差の作用は伝動比に反比例してニュートラル位置に影響し、よって液圧ユニットの製造を容易にする。
【００１４】
操作装置を操作すると、上部弾性体または弁から遠い側の弾性体は回動レバーにより所望のニュートラル位置調整距離の２倍だけ変位方向に変位する。
【００１５】
ニュートラル位置を微調整するため、回動レバーの短いレバーアームに位置調整ねじを設けてよい。位置調整ねじは直接短いレバーアームにねじ込まれていてよく、弁から遠い側の弾性体のストッパー要素を押圧する。位置調整ねじはねじ止め手段により、たとえばロックナットにより回転を阻止されているのが好ましい。このような操作装置は１つの弁に付設されていてよい。他方、このような操作装置を２つのまたはそれ以上の弁のポジショナーの調整のために設けてもよい。
【００１６】
液圧の操作装置を使用する場合には、吸気弁または排気弁に付設されている液圧ピストンはそれぞれ共通の１つのオイル管により互いに結合されていてよく、且つ簡単な電磁弁を介してエンジンオイル循環系に接続されていてよい。
【００１７】
本発明の他の構成によれば、操作装置は「２点調整」を可能にする。すなわちポジショナーは正確に２つのニュートラル位置の間で切換え可能である。この場合には、ニュートラル位置を検出するためのセンサ装置は必要ない。
【００１８】
これとは択一的に、液圧を適当に制御することによりニュートラル位置連続調整を行なってもよい。すなわち上部ニュートラル位置および下部ニュートラル位置を調整するばかりでなく、その間にある任意のニュートラル位置を調整してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１は内燃エンジン用電磁式弁駆動装置のアクチュエータ１を示している。アクチュエータ１は２つの弁、たとえば２つの排気弁または２つの吸気弁を操作するために設けられている。これら２つの弁は図面には図示していない。弁操作のため、各弁にはポジショナーが付設され、ポジショナーはアーマチュアロッド２（図２および図３を参照）とアーマチュアプレート３（図４）とによって形成されている。アーマチュアプレート３の両側にはそれぞれ弁ばねが設けられている。なお図１ないし図３においてはそれぞれ、弁から遠い側の弁ばね４，５とも呼ぶことができる上部弁ばねのみが図示されている。互いに逆方向に作用する２つの弁ばねを備えたこのようなポジショナーの基本構成はたとえば前記特許文献１から知られており、すでに述べたように本発明は当該特許文献１に記載の発明を全面的に引用するものである。両弁ばね（そのうち図面にはそれぞれ上部弁ばね４，５のみが図示されている）はアーマチュアロッド２をそのアーマチュアプレート３によりニュートラル位置へ押圧させている。互いに逆方向に作用する上部弁ばねまたは下部弁ばねの力はこのニュートラル位置において解消する。アーマチュアロッド２またはアーマチュアプレート３がニュートラル位置にあるとき、アーマチュアロッド２と協働する弁は部分的に開いており、たとえば半分開いている。弁を完全に開弁または閉弁させるため、弁ごとにそれぞれ弁に近い側の電磁石と弁から遠い側の電磁石が１つずつ設けられている。
【００２０】
図２と図３にはそれぞれ、アーマチュアプレート３の上方に配置される弁から遠い側の電磁石６が図示されている。
【００２１】
図７には弁に近い側の電磁石７も図示されている。両電磁石６，７はアーマチュアロッド２またはアーマチュアプレート３の変位方向において互いに間隔をもって配置されている。図４の切換え状態においては弁から遠い側の電磁石６が通電状態にある。すなわちアーマチュアプレート３は弁から遠い側の電磁石６によって引き寄せられ、アーマチュアロッド２と結合している弁は閉じている。
【００２２】
図示した実施形態の場合、アーマチュアロッド２の弁から遠い側の端部に、上部弁ばね４，５を支持するために設けられるストッパー要素８が装着されている。さらに他のストッパー要素９が設けられている。したがって、弁から遠い側の弁ばね４は両ストッパー要素８，９の間に張設されている。上部ストッパー要素９は回動レバー１０または１０’により付勢される。回動レバー１０または１０’は短いレバーアーム１１または１１’と長いレバーアーム１２または１２’とを有している。短いレバーアーム１１または１１’にはそれぞれ位置調整ねじ１３または１３’がねじ込まれ、位置調整ねじ１３または１３’は直接上部ストッパー要素９または９’を押圧する。位置調整ねじ１３または１３’をまわすことによりアーマチュアロッド２またはアーマチュアプレート３のニュートラル位置を精密に調整することができる。
【００２３】
図５から最もわかるように、回動レバー１０，１０’はそれぞれ破線で図示した回動軸線１４，１４’のまわりに回動可能である。回動軸線１４，１４’は回動レバー１０，１０’を短いレバーアーム１１，１１’と長いレバーアーム１２，１２’とに分割している。
【００２４】
図２、図３、図５からよくわかるように、２つの長いレバーアーム１２，１２’は液圧で付勢される共通のピストン１５によって付勢される。ピストン１５は遮断可能な電磁弁を介してエンジンオイル循環系に接続させることができる。
【００２５】
図２は非作動状態を示している。この非作動時様態ではピストン１５はエンジンオイル圧で付勢されていない。これに対し図３は作動状態を示すもので、作動状態では液圧ピストン１５はエンジンオイル圧により上方へ変位している。これに対応して回動レバー１０は反時計方向へ回動している。回動レバー１０の短いレバーアーム１１を介して上部ストッパー要素９は下方へ押される。これにより、弁から遠い側の弁ばね４と弁に近い側の弁ばね５とが圧縮される。すなわち両弁ばね４，５はさらに緊張を増す。また、これによりアーマチュアロッド２またはアーマチュアプレート３は弁に近い側の電磁石（図４を参照）の方向に変位する。このように、ピストン１５を操作することにより、弁に遠い側の電磁石６と弁に近い側の電磁石７との間に設けられている中間空間１６（図４を参照）の内部でアーマチュアロッド２またはアーマチュアプレート３のニュートラル位置を変化させることができる。
【００２６】
図面に図示した実施形態の代わりに、各弁に、より正確に言えば各弁棒または各アーマチュアプレートに、別個の操作装置、すなわち別個のピストン１５を付設するようにしてもよい。
【００２７】
なお、図１および図４において１７は弁駆動装置にエンジンオイルを供給するオイル供給部である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ニュートラル位置調整装置の斜視図である。
【図２】非操作位置にあるニュートラル位置調整装置の横断面図である。
【図３】操作位置にあるニュートラル位置調整装置の横断面図である。
【図４】弁が閉じた状態の弁駆動装置の断面図である。
【図５】ニュートラル位置調整装置の平面図である。
【図１】
2006503211.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2006503211.tif 000008
2006503211.tif 000009
2006503211.tif 000010
2006503211.tif 000011