JP2009541654A - ピストンエンジンのガス交換弁の制御装置およびピストンエンジンのガス交換弁の制御方法 - Google Patents

Abstract

エンジンのカムシャフト（４）と弁機構の間に適合されるピストンエンジン（１）のガス交換弁の制御装置（５）であって、制御装置は、本体部品（５１）と、その中に配置されたチャンバ（５２）とを備え、チャンバ内への液圧媒体の接続部が開き、カムシャフトおよび弁機構と力伝達状態で接続しているピストン装置が配置される。液圧媒体の接続部（５８；５８．１、５８．２、５８．３、５８．３’）が、チャンバ内の空間（５９）に対して開き、ピストン装置（５３）が、弁の開方向に動作するにつれて空間が拡大し、それにより、液圧媒体は、弁が開く時に空間内に流入し、弁が閉じる時に空間から流出するように配置される。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによるピストンエンジンのガス交換弁の制御装置に関し、制御装置は、エンジンのカムシャフトと弁機構との間に適合され、本体部品と、その中に配置されたチャンバとを備え、チャンバ内への液圧媒体の接続部が開き、カムシャフトおよび弁機構と力伝達状態で接続しているピストン装置が配置されている。

フィンランド特許第ＦＩ１０１１６６号から、ピストンエンジンのガス交換弁の閉鎖を制御するために液圧媒体を使用することが以前から知られている。しかし、この公開による解決法では、シリンダに入る空気を増加させるという利点を提供するような弁閉鎖の遅延が可能ではない。

ディーゼルエンジンからの排ガスを最小量にするために、吸気弁は、弁がピストンの下死点より前に早期に閉鎖し、シリンダに十分な量の空気が入るように、ブースト圧がそれに相応して上昇するようなタイミングにする必要がある。しかし、この種の装置は、ターボチャージャのブースト圧がまだ比較的低い場合に、エンジン負荷が低いという問題がある。

本発明の目的は、従来技術に関連する問題を最小限に抑えるピストンエンジンのガス交換弁の制御装置を提供することである。

本発明の目的は、主に請求項１および７に開示され、さらに詳細には他の請求項で説明されるように達成される。

本発明によるピストンエンジンのガス交換弁の制御装置は、エンジンのカムシャフトと弁機構の間に適合され、本体部品と、その中に配置されたチャンバとを備え、チャンバ内への液圧媒体の接続部が開き、カムシャフトおよび弁機構と力伝達状態で接続しているピストン装置が配置されている。本発明は、液圧媒体の接続部がチャンバ内の空間に対して開き、ピストン装置が弁の開方向に動作するにつれて空間が拡大し、それにより、液圧媒体は、弁が開く時に空間内に流入し、弁が閉じる時に空間から流出するように配置されることを特徴とする。この方法の場合、チャンバ空間からの液圧媒体の放出を制御することによって、ピストン装置の戻り動作の速度、およびその始動にも容易にかつ効果的に作用することが可能である。空間の端部は、ピストン装置の第１の部分およびチャンバの隔壁によって画定され、その側部は本体部分およびピストン装置の第２の部分によって画定される。

１つの実施形態によれば、液圧媒体の接続部は、液圧媒体の供給導管と放出導管とを別個に備える。放出導管が流量絞り装置を備える場合、制御装置の動作の調節性を大幅に改良することができる。絞り装置は、絞り効果の制御装置も備える。

１つの実施形態によれば、ピストン装置は、案内部分を介してカムシャフトと力伝達状態で接続し、放出導管には弁装置が設けられ、その動作モードは、本体部品に対する案内部分の位置に依存する。それ故、液圧媒体の流量の制御は、エンジンの動作モードに依存し、チャンバ空間からの液圧媒体の放出により効率的に影響を与える。

１つの実施形態によれば、本体内にチャンバと平行な空間が配置され、空間内に案内部材が配置されて、ばねによって提供され、カム輪郭によって案内された圧縮力によって、案内部分の動作に追従し、案内部材には、チャンバ空間から液圧媒体を放出する流路が設けられる。また、この実施形態においても、液圧媒体の放出は、本体部品に対する案内部分の位置に依存する。

制御装置が、エンジンのカムシャフトと弁機構の間に適合され、本体部品と、その中に配置されたチャンバとを備え、チャンバ内への液圧媒体の接続部が開き、カムシャフトおよび弁機構と力伝達状態で接続しているピストン装置が配置されている、ピストンエンジンのガス交換弁の制御装置によって、ピストンエンジンのガス交換弁を制御する本発明による方法では、弁の開放段階中に液圧媒体が前記空間内に流入することができ、弁の閉鎖段階中には空間からの液圧媒体の流量が絞られ、それにより、弁の閉鎖が減速する。空間からの液圧媒体の流出は、液圧媒体が制御装置から流れ去る前に、またはそれと同時に絞られる。

例えば、本発明によって以下の利点が達成される。本発明により、広い負荷および回転範囲でエンジン性能の最適化を改良することが可能になる。本発明による装置は比較的単純であり、それ故、信頼性が高い。

以下に、添付の図面を参照しながら本発明を詳細に説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。

図１は、本発明の理解に関する限り、ピストンエンジン１の漠然とした略図を示す。ピストンエンジン１のシリンダ（図示せず）のガス交換は、シリンダブロック２に配置された弁３の制御下で実行される。弁３は、機構を通して動作し、通常はエンジンのカムシャフト４によって駆動され、カム輪郭４．１によって案内される。各弁機構６間の力伝達状態の接続は、制御装置５によって実現される。

制御装置５が、図２〜図４でさらに詳細に図示されており、図２はこれを動作していない状態で示し、これと接続しているガス交換弁が閉じている。制御装置５は、本体部品５１を備え、これは通常、エンジン本体に取り付けられている。エンジン本体５１にはチャンバ５２が設けられ、その中でピストン装置５３は第１の側に配置されている。チャンバ５２は円筒形にされ、ピストン装置は、相対的に締まり嵌めの状態でチャンバ内に配置される。しかし、ピストン装置５３は、シリンダ内でその縦軸の方向に動作可能である。チャンバ５２の中間部品には、チャンバの中央軸線に配置された円筒形開口５５を有する隔壁５４が設けられる。ピストン装置は、チャンバ５２の直径に対応する直径を有する第１の部分５３．１、およびチャンバの直径より小さい隔壁の開口５５の直径に対応する第２の部分５３．２を備える。ピストン装置の第２の部分５３．２は、本体部品５１内で開口５５を通って隔壁５４の他方側にあるチャンバ内へと延びる。ピストン装置の縦軸方向における隔壁の厚さは、ここでは非常に厚いので、その表面がピストン装置の第２の部分５３．２の動作を案内する要素としても作用する。チャンバ５２を分割する隔壁の目的は、ピストン装置の第１の部分５３．１とともに、チャンバの第１の側に空間５９を提供することであり、これは隔壁とピストン装置の第１の部分との両方によって画定され、その容積は、ピストン装置が弁の開方向に、すなわちカムシャフト４から離れる方向に動作するにつれて増加する。すなわち、図の縦方向で、空間５９の端部は、ピストン装置５３に第１の部分５３．１によって画定され、その側部は、本体部品５１およびピストン装置の第２の部分によって画定される。

チャンバ５２の隔壁５４の他方側には、案内部分５６並びにばね５７が配置される。さらに、案内部分にはローラ５８が設けられ、これはカムシャフトの回転中にカム輪郭４．１に沿って動作する。ばね５７は、案内部分５６と隔壁５４の間で、案内部分をカムシャフト４に押しつけ、ローラ５８とカムシャフトのカム輪郭４．１との接触を維持するように適合されている。チャンバ５２の第１の側では、隔壁５４のすぐ近くに液圧媒体の接続部５８．１、５８．２が配置され、これはチャンバの空間５９へと開き、この空間は、ピストン装置が弁の開方向に動作するにつれて増大する。液圧媒体の接続部内における液圧媒体の流動抵抗は、液圧媒体が空間内に流入する間、液圧媒体が空間から流出する間の流動抵抗より低くなるように配置される。図２〜図４は、接続部が供給導管５８．１および放出導管５８．２を別個に備える実施形態を示している。供給導管５８．１は、液圧媒体の源７と接続しており、これはエンジン内での通常の強制潤滑システムでもよい。放出導管５８．２は、液圧媒体の源にではなく、液圧媒体の戻りシステム８に接続しており、これは最も単純な形では、放出導管がエンジンの内部空間に対して開き、それにより液圧媒体として使用される潤滑油がエンジンの油溜めへと流れ落ちることができるように実現することができる。供給導管に関連して遮断弁１１および一方向弁９が配置され、放出導管５８．２に関連して調節可能な絞り１０が配置される。本発明による装置、および弁の遅延閉鎖を使用するか否かに応じて、遮断弁１１によって供給導管５８．１をチャンバ空間に接続するか、又はそこから切り離すことができる。一方向弁を用いることにより、制御装置は液圧媒体の源の脈動を引き起こさない。これは、液圧媒体として潤滑油を使用する場合に、特に重要である。

図３は、カムシャフト４のカム輪郭４．１が既にピストンエンジン５３を持ち上げ始め、それにより、エンジン弁も開いている状況を示す。潤滑油などの液圧媒体は、液圧媒体の源７から一方向弁を通ってチャンバ５２内に、すなわちその空間５９へと流れ、その容積は、ピストン装置が弁の開方向すなわちピストンの下方に動作するにつれて増加する。次に、カム輪郭４．１の形状によって規定されて弁が開き、同時にチャンバ空間５９が液圧媒体で充填される。それ故、弁の開放段階は、完全に機械的な力伝達の接続によって起動されるため、閉鎖段階になるまで液圧媒体の効果が現われないことが分かる。カムシャフトの回転中にカム輪郭４．１がピークを越えた後、ピストン装置５３の動作方向は変化する。図３ではピストン装置が上昇し、図４では動作方向が下方向に、すなわちカムシャフト４に向かう方向に変化している。この段階では、チャンバ空間５９は液圧媒体を含んでおり、チャンバ空間５９からこれが放出されると、ピストン装置の動作速度に影響し、その結果、ガス交換弁の閉鎖にも影響する。この実施形態は、放出導管５８．２との組合せで調節可能な絞り１０を含み、この絞りによって、チャンバ空間５９から液圧媒体が流出し、それと同時に弁の閉鎖が遅延する時間を望み通りに設定することができる。この段階で、案内部分５６はカムシャフトのカム輪郭４．２を辿っているが、ピストン装置は、空間５９からの液圧媒体の放出に応じて初期位置に戻る。

図５は、本発明による別の実施形態を示し、その構造は、主にチャンバ空間５９からの液圧媒体の放出を制御する弁装置６０を設けてある点で、図２〜図４に示す構造と異なる。弁装置の動作モードは、本体部品５１に対する案内部分５６の位置に依存する。弁装置６０は、本体部品の空間６２内に配置された案内部材６１を備える。空間６２は、本体部品内にチャンバ５２と平行であるように配置される。この実施形態の案内部材６１は、ばね６３により提供される圧縮力によって案内部分５６の動作に従うように配置され、それにより、実際には、カム輪郭に従って案内部材とともに空間内で前後に動作する。流路６４は、特定の位置で放出導管５８．２と接合し、液圧媒体のためにチャンバ空間５９から戻りシステム８への流れ接続を開くように、案内部材６１内に配置される。この実施形態では、ピストン装置５３および弁も遅延して動作を開始するような動作であり、これに対して、図２〜図４による実施形態では、チャンバ空間５９から出る液圧媒体の流れが動作を遅くするような場合でも、動作が迅速に開始する。

図６の実施形態は、図５に示したものと同様であるが、弁装置６０との関連で配置された液圧媒体の放出流路を含み、流路は隔壁５４の他方側でチャンバ５２に対して開いている。図６では、弁装置６０の案内部材６１は、案内部材６１の第１の端部からある距離だけ延びる液圧媒体の放出流路６５を備え、それにより、流路はチャンバ５２の他方側に対して開き、ここで案内部材６１の外面に対して開いている。放出流路６５は、図６に示すように穴または内径でよいが、案内部材の表面に設けた溝などでもよい。本体部品５１は、ここでは放出導管５８．３を備え、これはチャンバ空間５９と案内部材が適合された本体部品内の空間６２とを接続する。放出流路６５は、遅くても案内部分５６が最低位置に到達した、すなわちカムシャフトに向かってそれ以上移動しない場合に、チャンバ空間５９から放出導管５８．３および案内部材の放出流路６５を介してチャンバ内の隔壁５４の他方側へと流れの連絡が形成されるような第１の端部からの距離で、案内部材の外面に対して開いている。図５および図６に示す実施形態は、放出流路の絞り効果を案内部材６１の位置に依存させることによって、さらに変更することができる。これは、例えば図６に示すように、様々なサイズの放出流路５８．３、５８．３’を配置し、最初に開く流れ導管５８．３’が実際の放出導管５８．３より小さい流れ断面積を有するようにすることにより、達成することが可能である。

図７は、制御装置が動作していない状態にある間、液圧媒体の接続部の放出導管５８．２がチャンバ５２の隔壁の他方側と接続し、従って隔壁５４からある距離で空間に対して開き、従って案内部分５６が放出導管５８．２を覆っている実施形態を示す。この実施形態の概念は、カム輪郭４．１がそのピークを越えた後に、ピストン装置５３の動作方向が変化するが、最初は案内部分が開口５８．２’を通過するまで動作を開始しないことである。それ故、この実施形態によりピストン装置の（図の）下方向への動作開始を遅らせ、その後に閉鎖動作を減速することも可能である。チャンバの他方側へと流れる液圧媒体を、ローラ５８の軸受の潤滑に使用することができる。

図８は、エンジンのカム角度の関数として、ガス交換弁の相対開放曲線を示す。曲線Ａは、液圧媒体がチャンバ空間５９へと全く誘導されず、それにより、弁の制御が実行され、カム輪郭によってのみ決定される状況を示す。曲線Ｂは、ピストン装置が弁の開方向に動作している間に、液圧媒体がチャンバ空間５９へと誘導され、チャンバ空間からのその流出も絞られている状況を示す。それ故、本発明によれば、弁の閉鎖を通常より遅く、例えばエンジンの異なる負荷状況で実行することが可能である。

本発明は図示の実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で幾つかの変形が想定可能である。

ピストンエンジンおよびその弁機構の構造線図を示す。 動作していない状態の本発明による制御装置を示す。 開放段階中の本発明による制御装置を示す。 閉鎖段階中の本発明による制御装置を示す。 開放段階中の本発明による第２の制御装置を示す。 開放段階中の本発明による第３の制御装置を示す。 閉鎖段階中の本発明による第４の制御装置を示す。 弁の相対開放曲線を示す。

Claims (10)

1. エンジンのカムシャフト（４）と弁機構との間に適合され、本体部品（５１）と、その中に配置されたチャンバ（５２）とを備え、チャンバ内への液圧媒体の接続部が開き、前記カムシャフトおよび前記弁機構と力伝達状態で接続しているピストン装置が配置されている、ピストンエンジン（１）内のガス交換弁の制御装置（５）であって、液圧媒体の前記接続部（５８；５８．１、５８．２、５８．３、５８．３’）が前記チャンバ内の空間（５９）に対して開き、前記ピストン装置（５３）が前記弁の開方向に動作するにつれて空間が拡大し、それにより、液圧媒体は、前記弁が開く時に前記空間内に流入し、前記弁が閉じる時に前記空間から流出するように配置されることを特徴とする制御装置。
2. 前記空間（５９）の端部が、前記ピストン装置（５３）の第１の部分（５３．１）および前記チャンバ（５２）の隔壁（５４）によって画定され、その側部が、前記本体部品（５１）および前記ピストン装置（５３）の第２の部分（５３．２）によって画定されることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
3. 液圧媒体の前記接続部内の前記液圧媒体の流動抵抗は、前記液圧媒体が前記空間内に流入する間、前記液圧媒体が前記空間から流出する間の前記流動抵抗より低くなるように配置されることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
4. 液圧媒体の前記接続部が、液圧媒体の供給導管と放出導管を別個に備えることを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
5. 前記放出導管が、流量絞り装置を備えることを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。
6. 前記絞り装置が、絞り効果の制御装置を備えることを特徴とする、請求項３に記載の制御装置。
7. 前記ピストン装置が、案内部分（５６）を介して前記カムシャフトと力伝達状態で接続し、前記放出導管に弁装置（６０）が設けられ、その動作モードが、前記本体部品（５１）に対する前記案内部分（５６）の位置に依存することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
8. 前記本体部品（５１）内に前記チャンバ（５２）と平行な空間が配置され、前記空間内に案内部材が配置されて、ばね（６３）によって提供され、カム輪郭（４．１）によって案内された圧縮力によって、前記案内部分（５６）の動作に追従し、前記案内部材には、前記チャンバ空間（５９）から液圧媒体を放出する流路（６４）が設けられることを特徴とする、請求項６に記載の制御装置。
9. ピストンエンジンのガス交換弁の制御装置（５）によってピストンエンジンのガス交換弁を制御する方法であって、前記制御装置が、前記エンジンのカムシャフトと弁機構の間に適合され、本体部品と、その中に配置された空間とを備え、空間内への液圧媒体の接続部が開き、前記カムシャフトおよび前記弁機構と力伝達状態で接続されたピストン装置が配置され、前記方法により、前記弁の開放段階中に液圧媒体が前記空間内に流入することができ、前記弁の閉鎖段階中に、前記空間（５９）からの液圧媒体の流出が絞られ、それにより、前記弁の閉鎖が減速することを特徴とする方法。
10. 前記液圧媒体の前記流出が、前記制御装置（５）から前記液圧媒体が流れ去る前に、またはそれと同時に絞られることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

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