(57)【要約】知られている電磁アクチュエータには、互いに向かい合う２つの電磁石と、これら電磁石間で互いに反対方向に作用する２つのスプリングの力に対抗して往復運動可能な１つの電機子と、電機子の中立位置を調整する操作手段とを備えるものがある。この場合の欠点は、何時間かの運転の後、中立位置を決定するスプリングの予荷重の再調整が必要な場合があることである。今回の新しい方法は、スプリングの予荷重に対して、アクチュエータの運転に最適で継続的な設定を行おうというものである。これは次のようにして達成される。まず繰り返し行われる圧縮サイクルでスプリングを圧縮し、この圧縮によってスプリングにその都度蓄えられたエネルギーが、先行する圧縮サイクルでその時々のスプリングに蓄えられたエネルギーともはや差がないか、あったとしても無視できる程度となるまで、この圧縮を何回も繰り返す。そしてそれに続いて初めて、スプリングの予荷重の調整を行う。これは内燃機関のガス交換を制御する電磁アクチュエータの製造法である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに間隔をおいて配置された２つの電磁石（２、３）と、これら電磁石（２、３）の間で互いに反対方向に働く２つのスプリング（６１、６２）の力に対抗して往復運動可能な１つの電機子（１）とを備える電磁アクチュエータを製造する方法において、繰り返し行われる圧縮サイクルでスプリング（６１、６２）がある特定の圧縮値だけ圧縮され、この圧縮は、いずれのスプリング（６１、６２）においてもその圧縮により蓄えられたエネルギー（Ａ１、Ａ２）が、先行する圧縮サイクルでそのときどきのスプリング（６１、６２）に蓄えられたエネルギーと差がなくなるか、または無視し得る差となるまで、何回も行われること、ならびに続いてスプリング（６１、６２）の一方または両方のスプリング（６１、６２）の予荷重（Ｆ１０、Ｆ２０）の調整を行うことを特徴とする方法。
【請求項２】
上記特定の圧縮値として、アクチュエータの運転中にスプリング（６１、６２）が圧縮される値に等しい値を選択することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
そのときどきのスプリング（６１、６２）の圧縮によって生じるそのスプリングのスプリング力（Ｆ１、Ｆ２）の推移を把握し、圧縮に対応する行程に沿って積分することにより、スプリング（６１、６２）に蓄えられたエネルギー（Ａ１、Ａ２）を求めることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
両方のスプリング（６１、６２）にその圧縮によって等しいエネルギー（Ａ１、Ａ２）が蓄えられるように、一方のスプリングまたは両方のスプリング（６１、６２）の予荷重（Ｆ１０、Ｆ２０）を調整することを特徴とする、前記各請求項のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載する電磁アクチュエータを製造する方法に関する。
【０００２】
ＤＥ１９６３１９０９Ａ１から、内燃機関のガス交換バルブを作動する電磁アクチュエータが知られている。このすでに知られているアクチュエータは、互いに間隔を置いて配置された２つの電磁石と、ガス交換バルブと作動連結している１つの電機子とを備える。このアクチュエータを電磁石間の磁力により、互いに対抗して作用する２つのスプリングからなるスプリング配置の力に対抗して、往復運動させることができる。このアクチュエータはさらに操作手段を備え、この操作手段により、電機子の中立位置、すなわち電磁石を電流が流れないときの電機子の位置を、電機子の２つの端部位置間で、そのジオメトリ上の中央に設定する。この場合の欠点は、この中立位置が運転中に変位して、何時間か運転した後で中立位置の再調整が必要になる場合があることである。
【０００３】
未公開のＤＥ１９９２７８２３からは、冒頭に挙げた種類の電磁アクチュエータが知られている。このアクチュエータの場合、電機子の運動から生じるスプリングの圧縮により、各スプリング内部に等しいエネルギーが蓄えられるように、スプリングの予荷重（ｐｒｅｌｏａｄｉｎｇ）が設定される。
【０００４】
本発明の課題は、請求項１の上位概念に記載の方法であって、かつスプリングの予荷重に対して、アクチュエータの運転に最適で継続的な設定が可能になる方法を示すことである。
【０００５】
この課題は、請求項１の諸特徴によって解決される。有利な実施形態および変形形態は従属請求項に掲げた。
【０００６】
本発明によれば１つのアクチュエータが、互いに間隔を置いて配置された２つの電磁石と、互いに反対方向に作用する２つのスプリングの力に対抗して電磁石間を往復運動可能な１つの電機子を備える。このアクチュエータは、順次続いて行われる２つの工程段階で運転開始される。第１の工程段階では、繰り返し行われる圧縮サイクルにおいて各スプリングが、その都度ある特定の圧縮値ずつ何回も圧縮される。そしてスプリングが圧縮されることによりそこに蓄えられるエネルギーが、先行する圧縮サイクルでそのときどきのスプリングに蓄えられたエネルギーと差がなくなるまで、あるいは無視し得る差となるまで、この圧縮が繰り返される。次の工程段階では、一方のスプリングまたは両方のスプリングに対して予荷重の調整が行われる。
【０００７】
好ましくは圧縮値として、アクチュエータを規定通りに運転する際にスプリングが圧縮される値に等しい値が選択されるものとする。
【０００８】
第１の工程段階の目的は、スプリングと、アクチュエータの電機子に従動する部品とをできるだけ完全に設定できるようにすること、そしてその設定を検知することである。スプリングとアクチュエータ可動部品とを設定するとは、この場合、スプリングの予荷重、ないしアクチュエータ可動部品の寸法が変更されること、そしてこの変更が、スプリングおよび使用構成部品の素材構造において運転上生じた応力緩和現象から得られることをいう。したがって第１の工程段階は１つの定常的な運転状態を生むものであり、この運転状態でスプリング特性は、圧縮サイクルの回数が増加するとともに、すなわち運転時間が増加するとともに、もはや変化しなくなるか、または変化しても無視し得る程度となる。それに続く工程段階で初めて、２つのスプリングの一方または両方のスプリングの予荷重に対する調整を行うため、その後の運転では設定は何の役割も果たさず、したがって一方または両方のスプリングに対する予荷重の再調整を必要としないことになる。
【０００９】
好ましい方法として、各スプリングの圧縮により生じるこれらスプリングのスプリング力の推移を測定し、これを圧縮に対応する行程に沿って積分することにより、各スプリングに蓄えられたエネルギーを求める。
【００１０】
本方法の１つの有利な実施形態においては、電機子運動から生じるスプリング圧縮によって両方のスプリングに等しいエネルギーが蓄えられるように、一方のスプリングまたは両方のスプリングの予荷重を調整する。
【００１１】
これにより、電機子がその両端部位置から解放されて自由に振動するとき、電機子は互いに向かい合う各端部位置に等距離から接近するようになる。その結果、各構成部品とくにスプリングの製造公差の電機子振動挙動に対する影響が軽減される。それだけでなくアクチュエータの全体的エネルギー需要が最適化される。両方の電磁石にとって、それぞれに電機子が等距離から接近するため、その電力需要が等しくなるからである。すなわち電機子が自由に振動するとき、他方よりも一方の電磁石にいちじるしく接近するならば、その一方の電磁石の電力需要はたしかにある特定量低下するであろうが、他方の電磁石の電力需要は前記特定量の何倍も上昇し、その結果、アクチュエータの全体的エネルギー需要は、最適値よりも上昇することとなろう。
【００１２】
本発明の好ましい実施例を、下記に図面を用いてより詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すようにこのアクチュエータは、ガス交換バルブ５に力をおよぼすタペット４、タペット長軸を横切ってタペット４に固定されている電機子１、閉動作磁石として作用する電磁石３、ならびに開動作磁石として作用するもう１つの電磁石２を備える。この電磁石は、閉動作磁石３とタペット長軸方向に間隔を取って配置されている。電磁石２、３は、励磁コイル２０ないし３０を１つずつと、互いに向かい合う磁極面を備える。２つの電磁石２、３、すなわち励磁コイル２０ないし３０に交代に電流を加えることにより、電機子１は、電磁石２、３で区切られたストロークに沿って、電磁石２、３の間を往復運動する。スプリング配置は、第１のワッシャ６０を介して開動作方向に電機子１に作用する第１のスプリング６１と、第２のワッシャ６３を介して閉動作方向に電機子１に作用する第２のスプリング６２からなる。このスプリング配置によって、電機子１は、励磁コイル２０、３０に電流が流れない状態では、電磁石２、３の間の釣り合い位置に固定されることになる。さらにスプリング６１、６２の予荷重を設定するための操作手段７１、７２を設ける。この操作手段７１、７２はたとえばディスク様の仕様とし、このディスクがスプリング６１、６２の圧縮を生じ、それによりそのときどきのスプリング６１、６２の予荷重を指定するものとする。この操作手段を制御可能な仕様として、予荷重を無段階で調節できるようにすることもできる。
【００１４】
アクチュエータをスタートするには、対応する励磁コイル２０ないし３０に励磁電圧を加えることにより、電磁石２、３の一方に電流を流す。すなわちこれにスイッチを入れる。あるいは振動開始ルーチンを初期設定する。このルーチンによって、まず電磁石２、３に交互に電流を流すと電機子１は振動を開始し、立ち上がり過渡時間の後、閉動作磁石２の磁極面または開動作磁石３の磁極面に衝突する。
【００１５】
ガス交換バルブ５が閉じているとき、図１に示すように、電機子１は閉動作磁石３の磁極面に密着し、閉動作磁石３に電流が流れている間、この位置−上端位置または閉位置−に保持される。ガス交換バルブ５を開くには、閉動作磁石３のスイッチを切り、続いて開動作磁石２に電流を流す。開動作方向に作用する第１のスプリング６１は、電機子１をその中立位置の先へと加速する。ここで開動作磁石２に電流を流すことにより、電機子１にさらに運動エネルギーが供給される。その結果電機子は、摩擦損失があっても開動作磁石２の磁極面に達し、開動作磁石２のスイッチが切られるまで、図１に点線で示した下端位置または開位置に保持される。ガス交換バルブ５を改めて閉じるには、開動作磁石２のスイッチを切り、続いて閉動作磁石３のスイッチをふたたび入れる。すると電機子１は、第２のスプリング６２によって閉動作磁石３まで動かされ、その磁極面で閉位置に保持される。
【００１６】
電機子１のストローク、すなわち電機子１がその運動する間に通過する行程−電機子１の運動を以下ではフライト（飛行）と呼ぶ−は、電磁石２、３の間の指定された間隔によって限定される。両者スプリング６１、６２のスプリング力の推移、すなわちスプリング６１、６２が電機子１に作用する力の推移は電機子位置ｌに依存し、これをスプリング特性曲線で記述することができる。図２の力−行程図は第１のスプリング６１のスプリング特性曲線をＦ１と呼び、第２のスプリング６２のスプリング特性曲線をＦ２と呼ぶ。ここに示す実施例では互いに異なるスプリングを使用し、したがってスプリング特性曲線も互いに異なる。しかし同じスプリングを使用することも可能である。
【００１７】
上端位置から下端位置へ、すなわち電機子位置０から電機子位置ｌｍへ電機子１がフライトするとき、第１のスプリング６１の力は保持値Ｆ１１から最終値Ｆ１０に低下する。この最終値は電機子位置ｌｍのとき、すなわち電機子１が開動作磁石２に密着するときに得られるものである。それに対して第２のスプリング６２のスプリング力は、電機子１の上端位置で作用する最終値Ｆ２０から上昇し、電機子１の下端位置で得られる保持値Ｆ２１となる。最終値Ｆ１０、Ｆ２０はそのときどきのスプリング６１ないし６２の予荷重を示す。そしてスプリング特性曲線Ｆ１ないしＦ２より下の面積Ａ１およびＡ２は、そのときどきのスプリング６１ないし６２が電機子の運動によってｌ＝ｌｍだけ圧縮されるとき、各スプリングで蓄えられるエネルギーに相当する。
【００１８】
運転中に生じるスプリング６１、６２と、アクチュエータ可動部品の設定によって、とくに第２のワッシャ６３をガス交換バルブ５と連結する楔の設定によって、スプリングの予荷重が低下する。このことは、スプリング特性曲線Ｆ１、Ｆ２の変位と、それにともないスプリング特性曲線Ｆ１、Ｆ２より下の面積Ａ１、Ａ２の減少を生む。これは、電機子運動から生じるスプリング６１、６２の圧縮によって、そのときどきにこれらスプリングに蓄えられるエネルギーが、圧縮サイクルの回数の増加とともに減少するということでもある。
【００１９】
図３は、スプリングに蓄えられたエネルギーＡと、圧縮サイクルの回数ｎとの関係を示す。この圧縮サイクルではその都度、スプリングが等しい数値だけ圧縮される。圧縮サイクルの回数ｎが増加するにつれてエネルギーＡが減少し、その際漸近的に１つの最終値Ａｅに近づくことが見て取れる。ある特定回数、ｎｘ回の圧縮サイクルの後、エネルギーＡは最終値Ａｅにほとんど等しくなり、設定過程は終了したとみなすことができる。
【００２０】
２つのスプリング６１、６２の予荷重に対して、アクチュエータを規定通りに運転するのに最適な設定ができるためには、スプリング特性曲線Ｆ１、Ｆ２が運転中に変位しないことが保証される必要がある。これは次のようにして得られる。すなわちまず、アクチュエータの製造に際して、第１のスプリング６１が、電磁石２、３と電機子１を含む部分に組み込まれ、第２のスプリング６２がガス交換バルブ５および第２のワッシャ６３とともに、内燃機関のシリンダーヘッドに組み込まれるような部品構成を行う。次に、この部品構成中の各スプリングは互いに依存せずに、繰り返される圧縮サイクルの中で、その都度ある特定の圧縮値だけ圧縮される。そしてその際、設定過程が終了するまで、圧縮サイクルを何回も繰り返す。ここで圧縮値としては、アクチュエータを規定通りに運転する間、スプリング６１、６２が圧縮される値に等しいものを選択する。
【００２１】
上記と異なる次のような方法も可能である。すなわち組み立てを完了して運転準備のできたアクチュエータにおいて、アクチュエータを運転開始するとき、すなわち規定通りの運転を行う前に、スプリング６１、６２の圧縮サイクルに相当する繰り返し運動サイクルを行う。そこで設定過程が終了するまで、電磁石２、３によって指定された端部位置０、ｌｍの間で、電機子１を往復運動させる。その際電磁石２、３の磁力によって、または外部の力の作用によって、電機子１を運動させることができる。
【００２２】
順次続く圧縮サイクルにおいて、そのときどきのスプリング６１ないし６２の圧縮によってそこに蓄えられるエネルギーＡ１、Ａ２を求める。この場合電機子が運動する間に生じるスプリング力Ｆ１、Ｆ２を各小部分ごとに測定し、この各小部分をスプリング行程に沿って積分することにより、エネルギーＡ１、Ａ２を求める。スプリング力Ｆ１、Ｆ２の測定は、ロードセル、指圧計、そのほかの圧力センサ、とくに圧電性結晶を用いて行うことができる。その時点の圧縮サイクルで求められたエネルギーＡ１ないしＡ２と、同じスプリング６１ないし６２の先行する圧縮サイクルで求められたエネルギーとの差が、指定された値より小さい場合、これは設定過程が終了したことのサインである。エネルギーＡ１ないしＡ２は、電機子運動からスプリング圧縮が生じることにより、そのときどきのスプリング６１ないし６２に蓄えられるが、これらのエネルギーは、先行する圧縮サイクルでそのときどきのスプリング６１ないし６２に蓄えられたエネルギーともはや差がなくなるか、差があったとしても無視できる程度となるまで、この圧縮を何回も繰り返す。
【００２３】
順次続く圧縮サイクルでそのときどきのスプリング６１ないし６２に蓄えられたエネルギーＡ１ないしＡ２を比較することによって、設定過程が終了した時点を求め、続いて第１および／または第２のスプリング６１ないし６２の予荷重に対して、規定通りの運転に最適な調整を行うことができる。エネルギー需要に関しては次のような調整が最適であることがわかっている。すなわち、スプリング６１、６２がその都度ストロークｌｍに相当する行程だけ圧縮される場合、２つのスプリング６１、６２には等しいエネルギーＡ１、Ａ２が蓄えられるようになるような調整である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
内燃機関のガス交換バルブを作動する電磁アクチュエータの原理図である。
【図２】
図１に記載するアクチュエータの２つのスプリングのスプリング力−行程図である。
【図３】
圧縮サイクルの回数に依存してスプリングに蓄えられるエネルギーを示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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