JP2006512526A

JP2006512526A - 内燃エンジンのガス交換バルブの可変バルブ制御用のバルブリフト装置

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Publication number: JP2006512526A
Application number: JP2004562776A
Authority: JP
Inventors: ルドルフ・フリエアル; ゲルリンデ・ベースル−フリエアル
Original assignee: ゲルリンデ・ベースル−フリエアル
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: CN1732328A; JP4417260B2; KR20050099608A; ATE329140T1; EP1588028A1; DE10261304B4; TWI318659B; CN100385095C; DE60305981T2; AU2003290072A1; TW200506180A; DE10261304A1; EP1588028B1; KR101086521B1; US20060021590A1; US7044094B2; WO2004059133A1; DE60305981D1

Abstract

【課題】ハウジングに固定されたスロット付きリンク軌道内で回転軸線を変位できる、カムシャフトによって駆動される枢動自在のレバー、及びバルブ作動手段を含む、特に高回転速度の内燃エンジンのガス交換バルブの可変バルブ制御用バルブリフト装置を提供する。
【解決手段】本装置は、枢動自在のロッカレバー（４）は、カムシャフト（３）によって駆動されるローラー（５）をその一端に有し、バルブ作動手段（２）の係合面として設計されたスロット付きリンク（７）の作用曲線に沿って移動するスロット付きリンクローラー（６）をその他端に有する。前記ロッカレバー（４）の回転中心（８）は、前記ローラー（５）と前記スロット付きリンクローラー（６）との間に設けられ、前記ロッカレバー（４）の前記回転中心（８）及びバルブ作動手段（２）の支持軸線（９）は、作動位置において、垂直軸線（１０）上に配置されており、バルブリフトを設定するため、回転軸線（８’）を、前記ハウジングに固定されたスロット付きリンク軌道（１４）内で変位する、ことを特徴とするバルブリフト装置である。

Description

本発明は、請求項１の従来技術部分に記載の、特に高回転速度の内燃エンジンのガス交換バルブの可変バルブ制御用バルブリフト装置に関する。本発明は、更に、バルブリフト装置を持つ内燃エンジン、及び内燃エンジンのバルブリフトを制御又は調節するための方法に関する。

内燃エンジンのガス交換バルブで可変バルブリフトを行うことにより内燃エンジンの作動挙動及び作動値に重大な影響を及ぼす。かくして、ドイツ国特許第ＤＥ４２２３１７２Ｃ１号には、カムシャフトのカムによりバルブリフトを変化させる装置が開示されている。この装置では、移動させたロッカレバーをハウジングに固定されたボルトに設けた長穴内で案内する。長穴内でのロッカレバーの移動は、この場合、偏心シャフトの位置で決まる。一般的には可変バルブ制御を行うためには、とりわけ、内燃エンジンの作動中にバルブリフトプロファイルを連続的に変化させることができる四つの部材でできたバルブ機構が周知である。この種の４部材バルブ機構は、ドイツ国特許第ＤＥ３８３３５４０Ｃ２号及びドイツ国特許第ＤＥ４３２２４４９Ａ１号に記載されており、内燃エンジンに設けられたバルブを可変バルブエレベーション曲線で作動するための装置である。この装置は、ドイツ国特許第ＤＥ３８３３５４０Ｃ２号によれば、中間部材の運動を湾曲した継手を介してバルブに又はバルブハウジングに伝達する出力部材と同時に作動するガイド部材を含み、中間部材に配置されたこの湾曲した継手の曲線は、キャッチ形成部分及び制御部分を有し、この湾曲した継手に属する、ハウジングに支持された湾曲の位置又はカムの回転継手の位置を作動中に調節できる。これとは対照的に、ドイツ国特許第ＤＥ４３２２４４９Ａ１号による装置では、中間部材の移動経路を明確に画成するため、中間部材が、更に、第４湾曲部継手を介して追加に支持されている。欧州特許第ＥＰ０３８９６０９Ｂ１号には、可変バルブエレベーション曲線を持つ内燃エンジンに設けられたバルブを作動するための別の装置が開示されている。中間部材と出力部材との間の継手は、回転継手として設計されており、出力部材とハウジングとの間の継手は摺動継手として設計されている。
ドイツ国特許第ＤＥ４２２３１７２Ｃ１号ドイツ国特許第ＤＥ３８３３５４０Ｃ２号ドイツ国特許第ＤＥ４３２２４４９Ａ１号欧州特許第ＥＰ０３８９６０９Ｂ１号

本発明の一つの目的は、バルブリフト装置の機械部材の移動による、バルブ機構及び対応する調節機構に作用する大きなバルブ加速度及び高い回転速度で発生する大きな慣性力及び慣性モーメントを減少する目的で、内燃エンジン、特に高回転速度の内燃エンジンのガス交換バルブの可変バルブ制御用バルブリフト装置を提供することである。

別の目的は、従来周知のバルブリフト装置で達成できた内燃エンジンの最大回転速度及びバルブ加速度を上昇すると同時に、このようなバルブリフト装置の有効寿命を延ばし、更に磨耗を減少することである。

これらの及び他の目的は、本発明によれば、内燃エンジン、特に高回転速度の内燃エンジンのガス交換バルブの可変バルブ制御用バルブリフト装置において、枢動自在のロッカレバーの一端には、カムシャフトによって駆動されるローラーが設けられ、その他端にはスロット付きリンクの作用曲線に沿って移動するスロット付きリンクローラーが設けられ、スロット付きリンクは、バルブ作動手段の係合面として設計されており、ロッカレバーの回転中心がローラーとスロット付きリンクローラーとの間に設けられ、ロッカレバーの回転中心及びバルブ作動手段の支持軸線は、作動位置において、垂直軸線上に配置されており、バルブリフトを設定するため、回転軸線を、ハウジングに固定されたスロット付きリンク軌道内で変位する、バルブリフト装置によって達成される。

この場合、詳細には、ロッカレバーの回転中心は、ロッカレバーの重心のところに又は重心の近くに設けられている。
内燃エンジン、特に高回転速度の内燃エンジンのガス交換バルブの可変バルブ制御用バルブリフト装置の本発明による一態様では、カムシャフトによって駆動されるローラーを一端に備えており且つスロット付きリンクの作用曲線に沿って移動するスロット付きリンクローラーを他端に備えた、軸線を中心として枢動自在のロッカレバーによってガス交換バルブを作動する。スロット付きリンクは、カム従動体の形態のバルブ作動手段の係合面として設計されている。

原理的には、本発明によるバルブリフト装置は、全ての種類のバルブに適している。しかしながら、本発明によれば、ガス交換バルブというのは、好ましくは、内燃エンジンの入口バルブ又は出口バルブを意味する。

バルブリフトを設定するため、ロッカレバーの軸線即ち回転中心を、ハウジングに固定されたスロット付きリンク内で変位する。
本発明による態様では、ロッカレバーの回転中心がローラーとスロット付きリンクローラーとの間に、詳細には中央に設けられており、従って、ロッカレバーの回転中心がこれらの二つのローラー間にあるため、質量が補償され、小さな慣性力及び小さな保持−調節力だけがカム従動体に作用する。これは、ロッカレバーの回転軸線及びカム従動体の支持軸線が垂直軸線上に配置されているためである。更に、この結果、バルブリフトに作用する移動された質量は非常に小さく、及び従って、高い回転速度を得ることができる。

新規なバルブリフト装置の別の利点は、バルブ作動手段として設計されたカム従動体がローラーを備えていないが、単なる係合面として、ロッカレバーのスロット付きリンクローラーが上側を転動する作用曲線を備えたスロット付きリンクを備えており、そのため、出口バルブ又は入口バルブに作用する質量が小さいということである。これは、特に、高い回転速度について、このようなローラーにより悪影響が及ぼされるためである。更に、カム従動体の主質量は支持軸線にあり、及び従って、運動に寄与しない。そのため、ガス交換バルブに作用する質量は小さい。

バルブリフト装置の有利な態様では、カム従動体のスロット付きリンクの作用曲線に設けられた僅かな上り勾配によってバルブクリアランスの設定を行う。
クリアランス補償を機械的に行うバルブ機構の別の有利な実施例では、ガス交換バルブに低質量部分が作用するように、少なくとも一つの設定シムがバルブクリアランス補償エレメントとしてガス交換バルブとカム従動体との間に設けられる。

機械式バルブばね、又は極めて高い回転速度用の空気式バルブばね、又は機械式バルブばねと関連した空気式バルブばねをガス交換バルブで使用できる。
構成によって予め決定された、カム従動体の支持軸線に対して所定の伝達比でスロット付きリンクローラーがカム従動体に作用するため、スロット付きリンクローラーがスロット付きリンクの作用曲線上で僅かに偏向した場合に大きなバルブリフトを実現できる。スロット付きリンクの作用曲線は、カム従動体の支持軸線の近くに設けられる。多気筒エンジンに関し、全てのロッカレバーは共通の軸線に取り付けられており、バルブリフトを設定するため、ハウジングに固定されたスロット付きリンク内で共通の軸線を変位する。

本発明の別の目的は、内燃エンジンのガス交換バルブの可変バルブリフト調節用の装置であって、カムシャフトによって駆動される枢動自在レバー、バルブ作動手段、回転中心を持つロッカレバーを含む装置に関する。ロッカレバーは、カムシャフトによって駆動されるローラーを一端に有し、スロット付きリンクの作用曲線に沿って移動するスロット付きリンクローラーを他端に有する。スロット付きリンクは、バルブ作動手段の係合面として設計されており、ロッカレバーの回転中心及びバルブ作動手段の支持軸線は、ガス交換バルブのゼロリフトで、又は最大リフトで垂直軸線上に配置される。

好ましくは、ロッカレバーの回転中心及びバルブ作動手段の支持軸線は、ガス交換バルブの最大リフトで垂直軸線上に配置される。ガス交換バルブの最大リフトは、特に、内燃エンジンの全負荷状態で及び最大回転速度で生じる。これにより、バルブリフトに作用する移動質量が、特に内燃エンジンの最大回転速度で非常に低くなり、その結果、回転速度が従来周知のバルブリフト装置で得られるよりも更に高い。更に、バルブリフト装置内での慣性力の減少及びその結果としての保持力及び調節力の低下により、磨耗が小さくなると同時にバルブリフト装置のエレメントの有効寿命が延びる。

これは、ロッカレバーの回転中心がロッカレバーの重心に又は重心の近くに設けられることにより、更に補助され、これにより保持力及び調節力が低くなる。重心（質量中心）という用語は、これに関し、ロッカレバーの粒子の全質量が集中すると考えられる点である。

本発明による装置により、０ｒｐｍ乃至８０００ｒｐｍの回転速度、好ましくは最大９０００ｒｐｍの回転速度、特に好ましくは最大１００００ｒｐｍの回転速度、又はそれ以上を達成できる。

更に、本発明による装置では、ロッカレバーの回転中心は、好ましくは、バルブリフトを設定するためにハウジングに固定されたスロット付きリンク軌道内で変位する回転軸線に配置される。スロット付きリンクは、この場合、回転軸線を、例えばその端部を受け入れ、及びかくしてそのガイドを構成する。スロット付きリンクは、原理的には、任意の所望の形態を備えていてもよいが、しかしながら、当業者は、ロッカレバー／ロッカレバーの回転軸線を好ましくは曲線に沿って変位できるように選択する。スロット付きリンクの回転軸線の変位は、原理的には、当業者に周知の全ての駆動手段によって行われる。例としてこの点に言及すると、機械式、液圧式、空気式、電動式、又は磁気式の駆動手段又はこれらの組み合わせに歯車ユニットが追加に設けられる。好ましくは、電動式ステップモータ、圧電モータ、又は液圧式駆動アッセンブリが使用される。特に好ましくは、スロット付きリンクでの回転軸線の変位は、一つ又はそれ以上の電動式又は液圧式の作動部材（アクチュエータ）によって行われる。

本発明によれば、多気筒内燃エンジンに関し、シリンダ列の入口バルブ又は出口バルブの全てのロッカレバーは、好ましくは、回転軸線上に配置される。内燃エンジンの構造形態に応じて、シリンダは一列に配置されていてもよい（直列シリンダ構成）し、互いに対して角度をなして配置された二列又はそれ以上のシリンダ列で配置されていてもよい（Ｖ型構成又は星型構成）。好ましくは、各シリンダ列について、入口バルブの全てのロッカレバーに対して少なくとも一つの回転軸線が設けられ、出口バルブの全てのロッカレバーに対して少なくとも一つの回転軸線が設けられる。特にシリンダ列が長い場合には、共通の回転軸線は多数の部品で形成されていてもよく、所望であれば、複数のスロット付きリンクを使用して形成してもよい。

本発明の別の要旨は、本発明によるバルブリフト装置を少なくとも一つ備えた内燃エンジンに関する。
更に、本発明は、内燃エンジンの一つ又はそれ以上の入口バルブ又は出口バルブのリフトを、本発明による一つ又はそれ以上のバルブリフト装置を使用して制御し調節するための方法に関する。この方法では、一つ又はそれ以上のロッカレバーの少なくとも一つの回転軸線が、内燃エンジンの動力要求と対応して、ハウジングに固定された少なくとも一つのスロット付きリンク内で少なくとも一つのアクチュエータによって変位される。

本発明の好ましい実施例を以下に更に詳細に説明する。

図１は、ここに詳細に示してない内燃エンジンの入口バルブ又は出口バルブの形態のガス交換バルブ１用の本発明によるバルブリフト装置の例示の実施例を示す。共通軸線の変位は、電動式又は液圧式の作動部材によって行われる。ガス交換バルブ１を調節するためのバルブリフト装置では、ロッカレバー４として設計された中間レバーが設けられており、これは、軸線上に、ローラー５及びスロット付きリンクローラー６を有する。ロッカレバー４は、カムシャフト３によって、ローラー５を介して駆動され、カムシャフト３の回転中、スロット付きリンクローラー６がスロット付きリンク７の作用曲線に沿って転動するように移動する。スロット付きリンク７は、この場合、バルブ作動手段として形成されたカム従動体２の係合面として設計されている。ロッカレバー４の回転中心８は、カム従動体２の支持軸線９及びロッカレバー４の回転軸線８’が垂直軸線１０上に配置されているため、ロッカレバー４の回転中心８のところで質量が補償され、保持力及び調節力が小さくなるように、ローラー５とスロット付きリンクローラー６との間に配置されている。これは、バルブリフトに作用する移動質量が低く、高い回転速度を達成できるということを意味する。

バルブリフト装置のバルブクリアランスは、スロット付きリンク７の作用曲線に設けられた僅かな上り勾配１１によって設定される。可変バルブリフトを設定するためには、ロッカレバー４の回転中心８を、ハウジングに固定されたスロット付きリンク１４内でアクチュエータによって変位させる。スロット付きリンク１４内での回転中心８の位置は、センサ（図示せず）によって検出される。

機械式クリアランス補償装置を備えたバルブ機構について、バルブクリアランス補償エレメントとして設計された少なくとも一つの設定シム１２をガス交換バルブ１とカム従動体２との間に設ける。スロット付きリンクローラー６は、有利には、カム従動体２の支持軸線９に対して所定の伝達比でカム従動体２に作用する。ロッカレバー４がスロット付きリンク７の作用曲線上で僅かに偏向した場合には、大きなバルブリフトが生じる。スロット付きリンク７の作用曲線は、カム従動体２の支持軸線９の近くに設けられる。ガス交換バルブ１にはバルブばね１３が設けられている。このバルブばねは、極めて高い回転速度用の機械式バルブばねとして、又は空気式ばねとしてのいずれかで設計されている。空気式バルブばねが機械式バルブばねと共に設けられていてもよい。

更に、ばねエレメント１５が設けられており、このばねによってロッカレバー４のローラー５は、カムシャフト３に押し付けられる。

本発明によるバルブリフト装置の例示の実施例の図である。

符号の説明

１ガス交換バルブ
２カム従動体
３カムシャフト
４ロッカレバー
５ローラー
６スロット付きリンクローラー
７スロット付きリンク
８ロッカレバー４の回転中心
８’ ロッカレバー４の回転軸線
９カム従動体２の支持軸線
１０垂直軸線
１１勾配
１２設定シム
１３バルブばね
１４ハウジングに固定されたスロット付きリンク
１５ばね

Claims

ハウジングに固定されたスロット付きリンク軌道内で回転軸線を変位できる、カムシャフトによって駆動される枢動自在のレバー、及びバルブ作動手段を含む、特に高回転速度の内燃エンジンのガス交換バルブの可変バルブ制御用バルブリフト装置において、枢動自在のロッカレバー（４）の一端には、カムシャフト（３）によって駆動されるローラー（５）が設けられ、その他端にはスロット付きリンク（７）の作用曲線に沿って移動するスロット付きリンクローラー（６）が設けられ、前記スロット付きリンク（７）は、バルブ作動手段（２）の係合面として設計されており、前記ロッカレバー（４）の回転中心（８）が前記ローラー（５）と前記スロット付きリンクローラー（６）との間に設けられ、前記ロッカレバー（４）の前記回転中心（８）及びバルブ作動手段（２）の支持軸線（９）は、作動位置において、垂直軸線（１０）上に配置されており、バルブリフトを設定するため、回転軸線（８’）を、前記ハウジングに固定されたスロット付きリンク軌道（１４）内で変位する、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１に記載のバルブリフト装置において、前記ロッカレバー（４）の前記回転中心（８）は、ロッカレバー（４）の重心のところに又は重心の近くに設けられている、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１又は２に記載のバルブリフト装置において、前記バルブ作動手段（２）は特定的には、カム従動体として設計されている、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１、２、又は３に記載のバルブリフト装置において、前記バルブクリアランスは、前記カム従動体（２）の前記スロット付きリンク（７）の作用曲線に設けられた僅かな上り勾配（１１）によって設定される、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のバルブリフト装置において、機械式クリアランス補償装置を含むバルブ機構について、少なくとも一つの設定シム（１２）がガス交換バルブ（１）とカム従動体（２）との間に設けられる、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のバルブリフト装置において、前記スロット付きリンクローラー（６）は、前記カム従動体（２）の前記支持軸線（９）から所定距離のところで所定の伝達比で前記カム従動体（２）に作用する、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のバルブリフト装置において、前記ロッカレバー（４）が前記スロット付きリンク（７）の作用曲線上で僅かに偏向した場合、大きなバルブリフトが得られる、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載のバルブリフト装置において、前記スロット付きリンク（７）の作用曲線は、前記カム従動体（２）の前記支持軸線（９）の近くに設けられている、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載のバルブリフト装置において、前記カム従動体（２）の前記主質量は、前記支持軸線（９）に加わる、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載のバルブリフト装置において、機械式バルブばね（１３）がガス交換バルブ（１）に設けられている、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載のバルブリフト装置において、極めて高い回転速度について、空気式バルブばね（１３）がガス交換バルブ（１）に設けられている、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載のバルブリフト装置において、空気式バルブばね（１３）が機械式バルブばねとともに設けられている、ことを特徴とするバルブリフト装置。
請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載のバルブリフト装置において、多気筒エンジンに関し、入口バルブの全てのロッカレバー（４）は、一つの回転軸線（８’）上で並んでいる、ことを特徴とするバルブリフト装置。
カムシャフトによって駆動される枢動自在のレバー、及びバルブ作動手段を含む、内燃エンジンのガス交換バルブの可変バルブリフト調節用の装置において、
回転軸線（８）を持つロッカレバー（４）は、カムシャフト（３）によって駆動されるローラー（５）を一端に有し且つスロット付きリンク（７）の作用曲線に沿って移動するスロット付きリンクローラー（６）を他端に有し、前記スロット付きリンク（７）は、バルブ作動手段（２）の係合面として設計されており、前記ロッカレバー（４）の前記回転中心（８）及び前記バルブ作動手段（２）の前記支持軸線（９）は、前記ガス交換バルブ（１）のゼロリフト又は最大リフトで垂直軸線（１０）上に配置される、ことを特徴とする装置。
請求項１４に記載の装置において、前記ロッカレバー（４）の前記回転中心（８）は、前記ロッカレバー（４）の重心に又は重心の近くに設けられている、ことを特徴とする装置。
請求項１４又は１５に記載の装置において、前記回転中心（８）は回転軸線（８’）上に配置されており、これは、バルブリフトを設定するため、前記ハウジングに固定されたスロット付きリンク軌道（１４）で変位される、ことを特徴とする装置。
請求項１４、１５、又は１６に記載の装置において、前記ガス交換バルブ（１）は入口バルブ又は出口バルブである、ことを特徴とする装置。
請求項１４乃至１７のうちのいずれか一項に記載の装置において、前記多気筒内燃エンジンに関し、シリンダ列の入口バルブ又は出口バルブの全てのロッカレバー（４）は一つの回転軸線（８’）上に配置されている、ことを特徴とする装置。
請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の少なくとも一つのバルブリフト装置又は請求項１４乃至１８のうちのいずれか一項に記載の装置を有する、内燃エンジン。
請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の一つ又はそれ以上のバルブリフト装置又は請求項１４乃至１８のうちのいずれか一項に記載の一つ又はそれ以上の装置を使用して内燃エンジンの一つ又はそれ以上の入口バルブ又は出口バルブのリフトを制御し又は調節するための方法において、前記一つ又はそれ以上のロッカレバー（４）の少なくとも一つの回転軸線（８’）は、前記内燃エンジンの動力要求に従って少なくとも一つのアクチュエータによって、ハウジングに固定された少なくとも一つのスロット付きリンク（１４）内で変位される、方法。