JP2005502808A

JP2005502808A - 内燃機関のための弁駆動装置

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Publication number: JP2005502808A
Application number: JP2003527244A
Authority: JP
Inventors: ヨーゼンハンスアルミン; シュヴァルツェンタールディートマー; シュピーゲルレオ
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2005-01-27
Also published as: WO2003023197A1; DE50211849D1; ATE388306T1; EP1427918A1; EP1427918B1

Abstract

本発明は、内燃機関のための弁駆動装置であって、シリンダ１つ当たり少なくとも２つの吸気弁および／または排気弁（ＥＶ１，ＥＶ２，ＡＶ１，ＡＶ２）が設けられており、該吸気弁および／または排気弁が、吸気カム軸および／または排気カム軸（８）により操作可能であり、さらに、吸気カム軸および／または排気カム軸に設けられたカム（６，７）の間に配置された行程伝達エレメント（４）と、吸気弁および／または排気弁の弁行程を変化させるための手段とが設けられており、シリンダ１つ当たり少なくとも２つの吸気弁および／または排気弁が、互いに異なる行程曲線を有する少なくとも２つの部分カム（２４，２５，２６）と協働するようになっており、これらのガス交換弁の行程伝達エレメント（４）が少なくとも２つの行程エレメント（２２，２３）を有しており、該行程エレメントが、それぞれ前記部分カム（２４，２５，２６）と協働するようになっており、さらに弁行程切換のためのハイドロリック式の供給管路が設けられている形式のものに関する。
本発明によれば、第１の吸気弁（ＥＶ１）または第１の排気弁（ＡＶ１）の弁行程切換のための供給管路（３４，４４）が、第２の吸気弁（ＥＶ２）または第２の排気弁（ＡＶ２）の弁行程切換のための供給管路（４０，４８）とは分離されていて、第１の吸気弁（ＥＶ１）または第１の排気弁（ＡＶ１）が、第２の吸気弁（ＥＶ２）または第２の排気弁（ＡＶ２）とは別個に独立して切換可能であることが提案される。これにより、２段階式の弁行程切換を簡単に拡張させることができる。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、内燃機関のための弁駆動装置に関する。
【０００２】
公知先行技術に基づき、弁開放時間をも弁開放横断面をもエンジンの運転状態に適合させることのできる可変の弁駆動装置が知られている。たとえばドイツ連邦共和国特許第１９６０６０５４明細書に基づき公知の、内燃機関のための可変の弁駆動装置では、切換可能なバケット形タペットを用いて弁行程が２段階式に調節可能となる。この装置は、ガス交換弁の吸気時間および排気時間を調節するための装置によって補われ、これにより、特にシリンダ充填度を大きな回転数範囲にわたって改善することができる。
【０００３】
本発明の課題は、上述の公知先行技術を基礎にして、冒頭で述べた形式の弁駆動装置の弁行程を２段階に形成し、これにより内燃機関の負荷状態および回転数状態に適合して、内燃機関の効率をさらに向上させることである。
【０００４】
欧州特許出願公開第０２５９１０６号明細書に基づき公知のロッカアーム装置を備えた弁駆動装置（いわゆる「ホンダ−ＶＴＥＣシステム」）では、３種類のカムによって種々異なる弁行程組み合わせが変換可能となる。このためには、直接に吸気弁に作用する両ロッカーアームの間に配置されている、直接に弁に作用しない１つのロッカーアームが、ハイドロリック的に制御可能な係止エレメントを介して選択的に両ロッカーアームと結合される。係止エレメントを制御するためには、さらにロッカーアームのオイル通路内に嵌込み部分が設けられており、この嵌込み部分によって複数の別個の部分オイル通路が構成される。
【０００５】
冒頭で設定された課題は本発明によれば、請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。ガス交換弁のための行程伝達エレメントが液力的もしくはハイドロリック的に別個に制御可能であることにより、シリンダの弁開放横断面もしくは弁開放時間のためのバリエーションを負荷状態もしくは回転数状態に関連して高めることができる。たとえば、第１の吸気弁のための吸気側では小さな弁行程を使用し、それに対して当該シリンダの第２の吸気弁のためには大きな弁行程を実現することが可能である。
【０００６】
請求項２以下に記載の手段により、本発明の有利な改良が可能である。
【０００７】
１つのシリンダ内部での弁行程切換のための別個のハイドロリック的な制御により、第１の吸気弁または第１の排気弁の小さなカムおよび／または大きなカムの行程曲線を当該のシリンダの第２の吸気弁または第２の排気弁の行程曲線に対して異なるように形成することが可能である。これによって、可能となる弁行程調節のバリエーションが一層高められる。
【０００８】
本発明の有利な構成では、弁行程切換のためのハイドロリック式の供給管路の少なくとも一部が、バケット形タペットハウジング内に通路として形成されている。これによって、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３０１９２号明細書に記載の弁駆動装置に、バケット形タペットハウジングを交換するだけで本発明による技術を簡単に後装備させることができる。
【０００９】
個々のバケット形タペットへの圧力オイル供給のために必要となるオイル通路を形成するためには、バケット形タペットハウジングに設けられた相応する孔内に収容される成形嵌込み部分を使用することが提案される。基本形状が円筒状である成形嵌込み部分は、２つの長手方向溝と半径方向の切欠きとを備えており、この場合、半径方向の切欠きはバケット形タペットに通じたオイル孔に接続されている。これによって全体的には、スペース節約型でかつ付加的な構造部分をほとんど必要としないオイル供給部が内燃機関のシリンダヘッド内の可変の弁駆動装置のために提供される。
【００１０】
オイル通路を制御するためには、バケット形タペットハウジング内に、切換弁のための相応する収容部が設けられている。
【００１１】
弁開放時間を変化させるための装置は、吸気側および／または排気側に配置されたカム軸調節器によって補われ、このカム軸調節器によってガス交換弁の吸気時間および／または排気時間を変化させることができる。
【００１２】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１３】
図２に示した２つのガス交換弁２は４バルブエンジンの弁駆動装置の一部分を成している。この４バルブエンジンでは、両ガス交換弁２がたとえば１つのシリンダの両吸気弁を形成している。シリンダ１つ当たり２つ設けられている排気弁は図示されていないが、しかし両排気弁はその構造およびその操作に関しては以下に詳しく説明する吸気側の弁と同様に形成されている。両ガス交換弁２はバケット形タペットとして形成された行程伝達エレメント４を介して、カム軸８のカム６，７によって操作される。バケット形タペット４はシリンダヘッド１１に設けられた孔９内に挿入されていて、圧縮ばね１０を介して支持されている。ガス交換弁２はシリンダヘッド１１に設けられた弁座１２と協働する皿形の弁頭部１４と、弁ステム１６とを有しており、この弁ステム１６は弁ばね受け１８を備えている。弁ばね受け１８とシリンダヘッド１１との間には弁ばね２０が配置されており、この弁ばね２０はガス交換弁２を閉弁された位置に保持している。圧縮ばね１０は反対の側で同じく弁ばね受け１８に支持されている。
【００１４】
バケット形タペット４は、互いに同心的に配置された２つのバケットエレメントを有している。これらのバケットエレメントを以下において「外側の行程ピストン２２」および「内側の行程ピストン２３」と呼ぶ。両バケットエレメントはそれぞれカム６，７に設けられた種々異なるカム範囲（部分カム）２４，２５，２６；２４′，２５′，２６′と協働する。カム６，７にそれぞれ設けられた両外側のカム範囲２４，２６；２４′，２６′は互いに等しく形成されている。すなわち、両外側のカム範囲は同じ行程高さおよび同じ位相位置を有している。両カム範囲２４，２６；２４′，２６′は外側の行程ピストン２２と協働する。中央のカム範囲２５；２５′は両外側のカム範囲２４，２６；２４′，２６′に比べて小さな行程高さを有していて、内側の行程ピストン２３と協働する。一方のカム６の外側のカム範囲２４，２６は、他方のカム７の外側のカム範囲２４′，２６′よりも大きな行程高さを有している。それに対して、一方のカム６の中央のカム範囲２５の行程高さは他方のカム７の中央のカム範囲２５′の行程高さよりも小さい。
【００１５】
両行程ピストン２２，２３は頂面範囲に孔２７を有している。これらの孔２７は３つの部分カム２４；２４′，２５；２５′，２６；２６′（図３参照）の基本円位相において互いに整合しているので、外側の行程ピストン２２はこの位置において、孔２７内で長手方向摺動可能なピストンエレメント２８，２９によって内側の行程ピストン２３と係止可能である。ピストンエレメント２８，２９の摺動、ひいてはピストンエレメント２８，２９の係止は、液力式もしくはハイドロリック式に行われる。この目的のためには、開口３３を介してピストン２８の端面がハイドロリックオイルで負荷される。この係止機構についての詳しい説明は省略する。この係止機構は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０１５８７号明細書またはドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５２８５０５号明細書に詳しく記載されている。第１の作業位置もしくは第１の切換位置において、外側の行程ピストン２２と内側の行程ピストン２３とがピストンエレメント２８，２９を介して互いに係止されていると、外側のカム範囲２４，２６；２４′，２６′を介して、より大きな弁行程がガス交換弁２の弁ステム１６へ伝達される。ハイドロリック式の供給管路内に配置されている制御弁（あとで詳しく説明する）の相応する切換により、ピストンエレメント２８に加えられる圧力が減じられて、ピストンエレメント２８，２９がその係止された作業位置から戻されると、両行程ピストン２２，２３は再び互いに自由に運動可能となるので、中央の部分カム２５；２５′によって生ぜしめられるた行程運動だけが内側の行程ピストン２３を介してガス交換弁２の弁ステム１６へ伝達される。外側の行程ピストン２２は両外側の部分カムもしくはカム範囲２４；２４′，２６；２６′の行程経過に従動するが、しかし外側の行程ピストン２２に対して自由に運動可能な内側の行程ピストンに影響を与えることはない。
【００１６】
弁行程切換のためのハイドロリック式の圧力オイル供給のための回路図は、４バルブ技術を有する２列の６シリンダ式オットエンジンの一方のシリンダベンチ列につき図示されている（図１参照）。このためには、図示された３つのシリンダ３０，３１，３２の両吸気弁ＥＶ１，ＥＶ２のバケット形タペット４ならびに両排気弁ＡＶ１，ＡＶ２のバケット形タペット４が両行程ピストン２２，２３の係止もしくは係止解除のために、ひいては弁行程の制御のためにそれぞれ別個にハイドロリックオイルで負荷される。さらに、３つの第１の吸気弁ＥＶ１のバケット形タペット４は第１のハイドロリック管路３４に接続されており、この第１のハイドロリック管路３４は第１の切換弁（２ポート２位置弁）３６を介してエンジンのオイル溜め３８に通じている。３つの第２の吸気弁ＥＶ２に対応するバケット形タペット４は第２のハイドロリック管路４０に接続されており、この第２のハイドロリック管路４０は第２の切換弁（２ポート２位置弁）４２を介してやはりオイル溜め３８に通じている。同様にして、３つのシリンダ３０，３１，３２の３つの第１の排気弁ＡＶ１のバケット形タペット４は第３のハイドロリック管路４４に接続されており、この第３のハイドロリック管路４４は第３の切換弁（２ポート２位置弁）４６を介してやはりオイル溜め３８に通じている。３つの第２の排気弁ＡＶ２に対応しているバケット形タペット４には、第４のハイドロリック管路４８が接続されており、この第４のハイドロリック管路４８は第４の切換弁（２ポート２位置弁）５０を介してオイル溜め３８に通じている。４つの切換弁３６，４２，４６，５０は圧力オイル供給管路５２に接続されており、この圧力オイル供給管路５２はオイルフィードポンプ５４を介してハイドロリックオイルで負荷可能である。
【００１７】
切換弁３６，４２，４６，５０の位置に関連して、種々の弁行程組み合わせを実現することができる。既に冒頭で説明したように、外側の部分カムもしくはカム範囲２４，２６は外側の部分カムもしくはカム範囲２４′，２６′とは異なっており、さらに中央の部分カムもしくはカム範囲２５，２５′はその行程およびその位相位置に関して互いに異なっている。これにより、図５に示したような、第１の吸気弁ＥＶ１のための小さな弁行程ｈ_ＥＶ１および大きな弁行程Ｈ_ＥＶ１と、第２の吸気弁ＥＶ２のための小さな弁行程ｈ_ＥＶ２および大きな弁行程Ｈ_ＥＶ２とを有する弁持上がり曲線が得られる。これと同様に、排気弁ＡＶ１，ＡＶ２に関しても、種々の持上がり曲線が生ぜしめられる。すなわち、第１の排気弁ＡＶ１のための小さな弁行程ｈ_ＡＶ１および大きな弁行程Ｈ_ＡＶ１と、第２の排気弁ＡＶ２のための小さな弁行程ｈ_ＡＶ２および大きな弁行程Ｈ_ＡＶ２とが生ぜしめられる。こうして、図１に示した実施例に関して１６通りの切換バリエーションを実現することができる。これらの切換バリエーションを用いて、内燃機関を負荷状態および回転数状態に関連して運転することができる。切換弁３６，４２，４６，５０を用いて変換可能な弁行程組み合わせは、図６に描かれた表に示されている。当然ながら、使用目的に応じて内燃機関の吸気弁あるいは排気弁だけに、多段式の弁行程切換可能性を付与することも考えられる。さらに、前記弁行程切換は、各シリンダに少なくとも２つの吸気弁または排気弁が設けられている任意の別のエンジン構造において使用可能である。
【００１８】
内燃機関の弁行程を調節するための手段は、ガス交換弁２の吸気時間および／または排気時間を変化させるための付加的な装置によって好都合に補うことができる。このためには、吸気側および排気側に２つのカム軸調節器５６，５８が設けられており、これらのカム軸調節器５６，５８を用いて内燃機関の吸気側および排気側における弁制御時間を運転状態に関連して「早め」または「遅め」の方向に調節することができる。このためには、両カム軸調節器５６，５８が、３ポート２位置弁として構成された切換弁６０，６２を介して、それぞれ第１の制御管路６４，６５によって圧力オイル供給管路５２に接続されている。それに対して、それぞれ第２の制御管路６６，６７は内燃機関のオイル溜め３８に戻されている。このようなカム軸調節器５６，５８の構造は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８３４８４３号明細書に記載され、かつ図示されている。
【００１９】
図７〜図１４には、以下に詳しく説明する可変の弁駆動装置のためのオイル供給部の構造的な変換が示されている。バケット形タペットハウジング６８は開口７０を有しており、これらの開口７０内には個々の切換可能なバケット形タペット４が収容されている。ハウジング６８には、２つの長手方向孔７２，７４が設けられており、これらの長手方向孔７２，７４内には、それぞれ２つの部分オイル通路７２ａ，７２ｂおよび７４ａ，７４ｂを形成するために、２つの成形嵌込み部分７６，７８が挿入されている。成形嵌込み部分７６，７８には、部分オイル通路７２ａ，７２ｂおよび７４ａ，７４ｂを形成するために、それぞれ２つの長手方向溝８０ａ，８０ｂおよび８２ａ，８２ｂが加工成形されている。成形嵌込み部分７６，７８はさらに全周にわたって分配された溝形の半径方向の切欠き８４ａ〜８４ｆおよび８６ａ〜８６ｆを有しており、これらの切欠きは長手方向溝８０ａ，８０ｂ；８２ａ，８２ｂに接続されている。特に図１０の断面図から判るように、切欠き８４，８６はそれぞれハウジング６８に設けられたオイル通路８８，９０に接続されており、これらのオイル通路８８，９０は、バケット形タペット４を切り換えるために、図３に示した開口３３に通じている。成形嵌込み部分７６，７８をシールするためには、成形嵌込み部分７６，７８の端面側の端部が孔７２，７４内で接着されているか、あるいは別個のシール管片（図示せず）が孔７２，７４の両端部に押し込まれてプレス嵌めされている。成形嵌込み部分７６，７８は有利にはバケット形タペットハウジング６８と同じ材料、つまりアルミニウムから成っている。しかし、別の材料、たとえばプラスチックも同じく使用可能である。
【００２０】
バケット形タペットハウジング６８の中央には、さらに４つの開口９４ａ〜９４ｄが認められる。これらの開口は４つの切換弁３６，４２，４６，５０（図面を見易くするために、バケット形タペットハウジング６８自体には書き込まれていない）を収容するために働く。開口９４ａ〜９４ｄはそれぞれ部分オイル通路７２ａ，７２ｂ；７４ａ，７４ｂのうちの１つに接続されており、この場合には、開口９４ａがオイル通路７２ｂと、開口９４ｂがオイル通路７４ａと、開口９４ｃがオイル通路７２ａと、開口９４ｄがオイル通路７４ｂと、それぞれ接続されている。図７に示した圧力管路９６ａ，９６ｂは、切換弁３６，４２を切り換えるための両開口９４ｃ，９４ｄに加えられるオイル圧力が、それに対して並列に、切換弁４６，５０を切り換えるための開口９４ａ，９４ｂにも供給されるようにするために働く。
【図面の簡単な説明】
【図１】
可変の弁駆動装置のための回路図である。
【図２】
弁駆動装置の概略図である。
【図３】
行程伝達エレメントの横断面図である。
【図４】
行程伝達エレメントの縦断面図である。
【図５】
種々の弁持上がり曲線を示す線図である。
【図６】
弁駆動装置の種々の切換状態を示す表である。
【図７】
バケット形タペットハウジングの平面図である。
【図８】
図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】
図７のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。
【図１０】
図７のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図１１】
図７のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。
【図１２】
バケット形タペットハウジングの孔内に挿入された嵌込み部分を示す概略図である。
【図１３】
図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図１４】
図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図である。

Claims

内燃機関のための弁駆動装置であって、シリンダ１つ当たり少なくとも２つの吸気弁および／または排気弁が設けられており、該吸気弁および／または排気弁が、吸気カム軸および／または排気カム軸により操作可能であり、さらに、吸気カム軸および／または排気カム軸に設けられたカムの間に配置された行程伝達エレメントと、吸気弁および／または排気弁の弁行程を変化させるための手段とが設けられており、シリンダ１つ当たり少なくとも２つの吸気弁および／または排気弁が、互いに異なる行程曲線を有する少なくとも２つの部分カムと協働するようになっており、これらのガス交換弁の行程伝達エレメントが少なくとも２つの行程エレメントを有しており、該行程エレメントが、それぞれ前記部分カムと協働するようになっており、さらに弁行程切換のためのハイドロリック式の供給管路が設けられている形式のものにおいて、第１の吸気弁（ＥＶ１）または第１の排気弁（ＡＶ１）の弁行程切換のための供給管路（３４，４４）が、第２の吸気弁（ＥＶ２）または第２の排気弁（ＡＶ２）の弁行程切換のための供給管路（４０，４８）とは分離されていて、第１の吸気弁（ＥＶ１）または第１の排気弁（ＡＶ１）が、第２の吸気弁（ＥＶ２）または第２の排気弁（ＡＶ２）とは別個に独立して切換可能であることを特徴とする、内燃機関のための弁駆動装置。
第１の吸気弁（ＥＶ１）または第１の排気弁（ＡＶ１）に、複数の部分から成る第１のカム（６）が対応しており、該カム（６）の行程曲線（ｈ_ＥＶ１，Ｈ_ＥＶ１；ｈ_ＡＶ１，Ｈ_ＡＶ１）が、複数の部分から成る第２のカム（７）の行程曲線（ｈ_ＥＶ２，Ｈ_ＥＶ２；ｈ_ＡＶ２，Ｈ_ＡＶ２）とは異なっており、該第２のカム（７）が行程伝達エレメントとして第２の吸気弁（ＥＶ２）または第２の排気弁（ＡＶ２）に対応している、請求項１記載の弁駆動装置。
供給管路（３４，４４，４０，４８）の少なくとも一部が、シリンダヘッドのバケット形タペットハウジング（６８）内に通路（７２ａ，７２ｂ，７４ａ，７４ｂ）として形成されている、請求項１または２記載の弁駆動装置。
バケット形タペットハウジング（６８）内に少なくとも１つの孔（７２，７４）が設けられており、該孔（７２，７４）内に前記通路（７２ａ，７２ｂ，７４ａ，７４ｂ）を形成するために嵌込み部分（７６，７８）が挿入されている、請求項３記載の弁駆動装置。
前記嵌込み部分（７６，７８）が、ほぼ全長にわたって延びる２つの長手方向溝（８０ａ，８０ｂ，８２ａ，８２ｂ）と、該長手方向溝に接続された半径方向の切欠き（８４ａ，８４ｂ，８４ｃ，８４ｄ，８４ｅ，８４ｆ，８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ，８６ｅ，８６ｆ）とを有しており、該切欠きが、バケット形タペット（４）に通じたオイル通路（７２ａ，７２ｂ，７４ａ，７４ｂ）に接続されている、請求項４記載の弁駆動装置。
バケット形タペットハウジング（６８）内に、切換弁（３６，４２，４６，５０）を収容するための複数の開口（９４ａ，９４ｂ，９４ｃ，９４ｄ）が設けられており、前記切換弁（３６，４２，４６，５０）を介してオイル通路（７２ａ，７２ｂ，７４ａ，７４ｂ）への圧力オイル供給が制御可能である、請求項３から５までのいずれか１項に記載の弁駆動装置。
弁行程切換に対して付加的に、吸気カム軸および／または排気カム軸に、吸気時間および／または排気時間を変化させるためのカム軸調節器（５６，５８）が配置されている、請求項１から６までのいずれか１項に記載の弁駆動装置。