JP2006521492A - 内燃機関に設けられたガス交換弁の可変操作装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関に設けられたガス交換弁の可変操作装置において、連続して回動するカムが中間部材を駆動し、該中間部材が、往復運動式の純粋な回動運動を行い且つ制御曲線を介して出力部材をその時々の弁行程曲線に相応して運動させる。弁行程曲線を変更するためには、中間部材の回転軸線の位置が調節曲線に沿って可変である。中間部材の回転軸線はピンによって形成され、該ピンは、そのガイドによって自由に回動可能であり且つ相対回動不能に結合されてカムシャフトを支持しており、これらのカムシャフトが直接又は間接的に、その時々で要求される調節曲線上の位置を規定する。ピンは、適当な結合部材を介して回動される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に対応する、内燃機関に設けられたガス交換弁の可変操作装置に関する。

このような装置は、往復動機関を従来汎用のスロットルバルブ無しで運転することが可能になるように、ガス交換弁の制御部を構成するために役立つ。

前記のような装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１２３１８６号明細書から公知である。この公知の装置では、回転するカムがまず最初に中間部材を駆動し、この中間部材は往復運動式の純粋な回動運動を実施し且つ係止範囲と行程範囲とから構成された制御曲線を支持している。この制御曲線は、弁の操作に不可欠な行程曲線をロッカアーム状の出力部材のローラに伝達し、この出力部材自体が弁を操作する。種々様々な所望の弁行程曲線は、中間部材の回動中心が、出力部材のローラに対してその位置が弁の閉鎖状態において同心的な円弧状の軌道に沿ってシフトされることによって得られる。前記回動中心は、中間部材に設けられたローラによって形成され、このローラは、円弧状の回転軌道上でケーシングに摩擦接続式で支持されており且つやはり出力部材のローラに対して同心的に位置している、つまり、回動中心の軌道に対して等間隔を形成しており、更に、当該ローラはリンクと呼ばれる。付加的に、中間部材に取り付けられたローラはカムディスクに支持され、このカムディスクの角度位置が、円弧状の軌道における回動中心の位置を規定する。

冒頭で述べた形式の別の公知の装置では、カムによって駆動される中間部材の回動中心点を、所定の円軌道に沿って調節しようとする（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３２３３４号明細書、ヨーロッパ特許第０７１７１７４号明細書、ドイツ連邦共和国特許第１０１６４４９３号明細書）。但し、先に公開されたこれらの明細書には、前記のような調節の構造的な実現化に関する理論は記載されていない。

あらゆる公知の装置に共通の欠点は、カムによって駆動される中間部材の回動中心点の調節に、別個の調節装置が必要とされていることにある。この調節装置は、従来技術では例えばケーシングに支承された調節カムシャフトによって構成される。

本発明の課題は、別個の調節装置を省いて簡単に且つ少ない構成部材で構成された装置を提供することである。

この課題は、本発明に基づき請求項１の特徴部に記載の構成によって解決される。有利な構成及び改良は請求項２〜２１に記載されている。有利には、中間部材を支承するピンが、同時に調節軸として形成されている。この目的のために、前記ピンはカムディスクを有しており且つ自由に回動可能であるか、又は揺動支持体、四節回転機構又はスライダに支承される。カムディスクは、前記ピンに相対回動不能に固定されている。カムディスクは、ケーシングに直接に又は間接的に支持されている。直接に支持されている場合は、ケーシング内に強度の高められた材料から成る、カムディスク用の滑り部材が設けられてよい。調節軸を、例えば調節モータ等の適当な調節手段によって回動させることにより、所望の弁行程曲線が生ぜしめられる。例えば調節モータ等の調節手段は、一般にケーシングに固定されて配置されているが、ピン若しくは制御軸は、調節運動時にそれ自体に対して平行に移動するので、両者の間には、この移動を可能にする結合部材が配置されねばならない。この結合部材は、構成スペース条件に応じてドライブシャフト、シュミット継手、オルダム継手或いは歯車伝動装置又はチェーン伝動装置であってもよい。液圧操作の場合はレバー機構も考えられる。

本発明による装置は、調節モータ若しくは調節装置を含めてシリンダヘッドの全ての吸気弁又は排気弁用に設けられてよい。即ち、シリンダヘッドの吸気弁及び排気弁が共通のカムシャフトによって操作される場合は、本発明による装置を調節モータ若しくは調節装置を含めて、シリンダヘッドの全ての吸気弁及び排気弁用に設けることができる。本発明による装置は、調節モータ若しくは調節装置を含めてエンジンの各弁のために別個に設けることができるので、エンジンの個々の弁の弁行程若しくは開放角度の任意のコンビネーションが、個々のシリンダの遮断も含めて可能である。但し一般には、複数の弁が一緒に調節される。このことは、特にマルチバルブエンジンにおけるシリンダの吸気弁及び排気弁について云える。例えば、２つの吸気弁が１つのカムによって中間部材を介して操作可能であり、この中間部材は各弁のために１つの制御曲線を有している。１つの中間部材及び１つのピンしか存在しないので、両弁は一緒に且つ同様に調節される。但し本発明では、共通の中間部材に２つの異なる制御曲線が設けられてもよく、その結果、共通の調節にもかかわらず、両弁における行程曲線は異なっている。この変化態様は、特に最下部の負荷領域において、両弁の内の一方しか開放しない可能性を与えている。この可能性の特別な利点は、最下部の負荷領域では極めて小さな横断面を開放する必要があり、この横断面が１つの弁によって開放される場合は、比較的正確に保持され得るという点にある。付加的に、一方の吸気弁しか開放しないことによって、シリンダチャージの旋回流を発生させるという可能性が生じる。１つのシリンダの２つの吸気弁又は排気弁に関して異なる弁行程曲線を得る可能性は、本発明に基づいて、２つの異なるカムと、異なる制御曲線を有する２つの中間部材とが使用されることによって広げられる。更に、両弁は一緒に調節可能である。それというのも、両中間部材が１つの共通のピンに支承されていてよいからである。

構成（構造）上の理由から（例えば所望の位置にカムシャフトを位置決めするために）必要とされる限りは、例えばカムと中間部材との間に１つ又は複数の別の付加的な伝動部材が配置されてよい。

特に、比較的多数の平行に位置する弁の中間部材が１つの共通のピンに支承されていると、当該の中間部材を、１つの調節モータ若しくは機構によって一緒に調節することが更に可能である。

調節出力を小さく保持することは、可変弁制御、即ち本発明による装置の導入に関して重要であり、当該の調節出力は、装置若しくは装置の滑り接合部及びジョイントの負荷状態では、弁の閉鎖状態において概ね生じる無負荷状態よりも大きいので、本発明では、主として一緒に調節しようとする全ての弁の共通の休止位相の間の調節が規定されている。これらの休止位相は、それぞれクランクシャフト及びカムシャフトの信号から導出され且つ一緒に調節される弁が多くなるほど短くなる。つまり、弁の数は制限されている。

各１つのシリンダだけの吸気弁若しくは排気弁を一緒に調節することは、調節し易い長い休止位相を生ぜしめ、更に、本発明による調節法を用いた個々のシリンダの個別負荷制御をも可能にし、これにより、全モータの各負荷状態に関して個々のシリンダのトルクが制御される。このことは、特に静かなエンジン回転のための下側の負荷領域において重要である。それというのも、製作誤差に基づいて、弁行程は通常十分には合致しないからである。当該の調節法に必要な信号も、やはりクランクシャフトの回転角度センサから送信され且つカムシャフトの回転角度センサによって個々のシリンダに対応される。

本発明の手段によって、簡単な構成部材を以てガス交換弁のための確実な調節装置が形成されるという利点が得られる。更に有利には、繊細な調節が得られる。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１に示したカムシャフト１は、カム２を支持している。このカム２は、中間部材４の端部域に設けられたローラ３を運動させる。このローラ３は、一体の基体を有する中間部材４に回転可能に固定されている。中間部材４は制御曲線５を有しており、この制御曲線５は、係止範囲５ａと行程範囲５ｂとから構成されている。中間部材４はピン６に支承されており、このピン６の軸線７は円弧状の調節曲線８に沿ってガイドされている。円弧状の調節曲線８の中心点は、出力部材１１のローラ１０の軸線９に位置しており、前記出力部材１１は、ジョイント１２を介してケーシング（図示せず）に支持されており且つ弁１３を操作する。矢印１４の方向で調節曲線８に沿って軸線７を調節した結果、弁１３の開放角度及び行程が減少するということは明らかである。

図２に示した実施例では、ピン６若しくはこのピン６の軸線７が、揺動支持体１５によって形状接続的に円弧状の調節曲線８に沿ってガイドされている。揺動支持体１５のシリンダヘッド側のジョイント１６若しくはこのジョイントの軸線は、出力部材１１のローラ１０の軸線９と合致している。調節軸１７はカムディスク１８を支持しており、これらのカムディスク１８は、タペット１８ａを介して調節曲線８におけるピン６若しくはこのピンの軸線７の位置を規定する。方向矢印１４によって示したように、調節曲線８に沿った軸線７の調節は、方向矢印１４ａに相応するカムディスク１８若しくは調節軸１７の回動によって生ぜしめられる。この調節運動の結果として、弁１３の行程及び開放角度が減少される。構造的な枠条件（例えば構成スペース）が許せば、タペット１８ａを省くこともできるので、カムディスク１８はピン６に直接に作用することができる。

図３には、複数のシリンダ若しくは弁から抜粋した１シリンダの吸気弁１９及び排気弁２０のための、揺動支持体１５を備えた本発明による装置の斜視図が示されている。揺動支持体１５のシリンダヘッド側のジョイント１６が良好に認識可能であり、このジョイント１６の軸線は、出力部材１１のローラ１０の軸線９と合致しているので、ピン６は所定の円弧状の調節曲線に沿って強制ガイドされている。図２に示した実施例とは異なり、この場合、ピン６は本発明に基づいて、同時に調節軸の機能を引き受けている。ピン６はカムディスク１８を支持しており、これらのカムディスク１８は、ケーシングに取り付けられた、焼き入れされた滑り部材２１に支持されており且つ揺動支持体内で回動可能である。適当な結合部材を介して、ピン６はケーシングに固定された調節モータ２３と結合されている。本実施例では、ドライブシャフト２２が結合部材として役立つ。この実施例は、部品の多様性に関して、しかしまた本来の弁制御域内の構成スペースに関しても、著しい利点を提供する。ドライブシャフトの他に、シュミット継手、オルダム継手、歯車伝動装置及びチェーン伝動装置等の他の結合部材も考慮されるので、調節モータ２３の収納に関しては、ある程度のフレキシビリティーが与えられている。

図４には、アクセルペダル４０、調節モータ２３、フライホイールに設けられた回転角度センサ４２及びカムシャフトに設けられた回転角度センサ４３の、モータマネジメント４４との協働が概略的に示されている。アクセルペダル４０若しくはこのアクセルペダルの位置に関するセンサから出発する信号が、モータマネジメント４４によって、弁行程を増大又は減少させるための調節モータ２３への信号に変換される。全モータに関して所望の負荷状態に到達した後で、モータマネジメント４４がフライホイールに設けられた高分解度の回転角度センサ４２の信号を評価する。これらの信号は、カムシャフト又はクランクシャフトの１／２の回転数で回転する軸に設けられた低分解度の回転角度センサ４３によって、それぞれ個々のシリンダに対応される。これらの情報と共に、信号がトルクピーク又はクランクシャフト回転数を平均化するための個々の調節モータ２３に送られ、これらの調節モータ２３において、比較的小さなトルクを有するシリンダの弁行程は上方に修正され且つ比較的大きなトルクを有するシリンダの弁行程は下方に修正される。本発明では、補償の有無にかかわらず、１つの調節モータによって操作される複数の弁の共通の休止位相の間に調節が行われる。因みに、これらの弁の位相位置は、モータマネジメント４４がカムシャフトのセンサ４３から得る。

カムシャフトから弁への動力伝達部に接続された、本発明の上位概念を形成する装置の可動部材を示す図である。 図１に示した部材を揺動支持体及び調節軸と一緒に使用した場合の横断面図である。 揺動支持体及び調節軸としてのピンを備えた本発明による装置の斜視図である。 モータマネジメント、アクセルペダル、回転角度センサ、調節モータ及びバッテリの協働を概略的に示した図である。

Claims (21)

1. 内燃機関用のガス交換弁の可変操作装置であって、ケーシングに支承されたカムシャフト（１）の１つ又は複数のカム（２）がエンジン回転数に関連して回転し、該カム（２）が、まず最初に往復運動式で純粋な回動運動を行う中間部材（４）を駆動し、該中間部材の回転軸線（７）が、ケーシング内で当該回転軸線（７）自体に対して平行に、調節曲線（８）に沿って摺動可能であり、中間部材（４）が、係止範囲（５ａ）及び行程範囲（５ｂ）を備えた制御曲線（５）を有しており且つ該制御曲線を介して出力部材（１１）を操作し、該出力部材自体が少なくとも１つの弁を操作するようになっている形式のものにおいて、
   中間部材（４）が、前記回転軸線（７）に相応する軸線を備えたピン（６）に支承されており、該ピン（６）が、調節曲線に沿って平行に摺動可能に取り付けられており、該平行摺動が、直接又は間接的にケーシングに支持されたカムディスク（１８）及びタペット（１８ａ）若しくは滑り部材（２１）によって行われることを特徴とする、内燃機関に設けられたガス交換弁の可変操作装置。
2. カムディスク（１８）が、調節軸（１７）に沿って回転可能にケーシングに結合されており、前記カムディスク（１８）によって生ぜしめられた調節運動が、タペット（１８ａ）を介してピン（６）に伝達される、請求項１記載の装置。
3. ピン（６）が、そのガイドにおいて回転運動可能に支承されており且つ１つ又は複数のカムディスク（１８）を支持しており、これらのカムディスクが、そのカムを以て直接又は間接的にケーシングに支持されており、前記ピンが、適当な結合部材を介して調節手段によって回転される、請求項１記載の装置。
4. カムディスク（１８）が、ピン（６）を調節曲線（８）に関してほぼ接線方向で支持している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. ケーシング内に高硬度の材料から成る滑り部材（２１）が配置されており、これらの滑り部材にカムディスク（１８）が支持されている、請求項３記載の装置。
6. 液圧式の遊び補償部材が出力部材に設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 各モータ作動式弁に関して別個に配置された、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. シリンダヘッドの全ての吸気弁又は排気弁に関して別個に配置された、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
9. シリンダヘッドの全ての弁に関して別個に配置された、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
10. １つのシリンダの各２つの隣り合った並列な弁に関して別個に配置された、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
11. １つのシリンダの吸気弁及び／又は排気弁を一緒にまとめて操作する、請求項１０記載の装置。
12. 前記の２つの弁のために２つの同一制御曲線を備えた１つの共通の中間部材が設けられている、請求項１１記載の装置。
13. 前記の２つの弁のために２つの異なる制御曲線を備えた１つの共通の中間部材が設けられている、請求項１１記載の装置。
14. 前記の２つの弁のために２つの同一のカム（２）及び同一制御曲線を備えた２つの中間部材（４）が設けられている、請求項１０記載の装置。
15. 前記の２つの弁のために２つの異なるカム（２）及び異なる制御曲線を備えた２つの中間部材（４）が設けられている、請求項１０記載の装置。
16. 前記の２つの弁のために２つの異なるカム（２）及び同一制御曲線を備えた２つの中間部材（４）が設けられている、請求項１０記載の装置。
17. 少なくとも１つの弁の常時閉鎖が保持されるまで調節する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の装置。
18. ピン（６）に直接又は間接的にその都度要求される角度位置を与える液圧ユニットが設けられている、請求項１から１７までのいずれか１項記載の装置。
19. 伝動装置を介してピン（６）に直接又は間接的にその都度要求される角度位置を与える電動調節モータ（２３）が設けられている、請求項１から１７までのいずれか１項記載の装置。
20. クランクシャフトの回転角度センサ（４２）の信号若しくは該信号の評価から導出して、個々のシリンダの弁行程を連続的に後調整する調節法を有する、請求項１から７及び１０から１９までのいずれか１項記載の装置。
21. 調節運動が、主として１つの調節モータ（２３）によって一緒に操作される全ての弁の共通の休止位相の間に行われる調節法を有する、請求項１から７及び１０から２０までのいずれか１項記載の装置。

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