JP2013524084A - 流体に対するシール作用をもって互いに隔てられた２つの潤滑室を備える内燃機関 - Google Patents

Abstract

本発明は、クランク軸（２）と、ガス交換弁（１５，１０４）を作動させる少なくとも１つのカム軸（１２）と、前記クランク軸（２）の回転を前記カム軸（１２）に伝達するシンクロ伝動装置（９）とを備え、前記クランク軸（２）は主として第１の室（６）内に配置されていて、該第１の室（６）は、内部に前記シンクロ伝動装置（９）が配置されている第２の室（８）から、流体シール作用をもって隔てられている、内燃機関（１）に関する。このような内燃機関において本発明では、前記第２の室（８）内には前記カム軸（１２）も配置されている。

Description

本発明は、クランク軸と、ガス交換弁を作動させる少なくとも１つのカム軸と、前記クランク軸の回転を前記カム軸に伝達するシンクロ伝動装置とを備え、前記クランク軸は主として第１の室内に配置されていて、該第１の室は、内部に前記シンクロ伝動装置が配置されている第２の室から、流体シール作用をもって隔てられている、内燃機関に関する。

内燃機関は、乗用車、トラック又はその他の陸地走行用車両のような自動車において、動力源を準備するために使用される。しかしながらまたこのような内燃機関は一般的に、船舶、陸地走行用車両又は水陸両用車両においても使用される。

内燃機関はしばしば単数又は複数のシリンダを有し、このシリンダ内ではピストンが、例えばディーゼル燃料又はガソリン燃料のような燃料の爆発的な燃焼に基づいて、往復動させられる。燃料の燃焼によって生ぜしめられる、単数又は複数の連接棒の運動は、少なくとも１つのクランク軸に伝達される。

燃料をシリンダの内部に供給し、かつ燃焼残留物をシリンダから排出できるようにするために、ガス交換弁が設けられており、これらのガス交換弁は制御時間に関連して、シリンダにおける供給開口又は排出開口を閉鎖することができる。このようなガス交換弁は、直接又は間接的に制御される。しばしば、それぞれの弁に作用する複数のカムを備えるカム軸が使用される。可能な限り最適な制御タイミングへの適合のために、ピエゾクリスタルのような電子素子の択一的又は付加的な使用は、自由に選択される。基本的にはカム軸はクランク軸に次のように、すなわち、クランク軸の運動がカム軸を用いてガス交換弁の開閉を制御するように、接続されている。

ＥＰ０９３１９１２Ａ１に記載されたシステムは、そのために、弁のシフトを制御する機械的な部分を変化させることなしに、吸気弁及び排気弁の開放の可変制御を提供している。汎用のタイミング調節システムでは各吸気弁又は排気弁の運動は、弁を駆動する機械的な部分の幾何学形状によって、明瞭に規定されているのに対して、前記公知のシステムでは、対応する弁に関連した圧力下にある室を制御する電磁弁が、駆動させられて、圧力下にあるオイルを備える前記室を空にするためのタイミングで、該電磁弁を開放させることができる。そしてこれによって、戻し作用を有する相応なばね手段の作用下で、吸気弁又は排気弁の迅速な閉鎖が行われ、しかも、相応なカムが弁を開放状態に保つような段階中においても、当該迅速な閉鎖が行われる。

クランク軸とカム軸との間における接続部を形成するために、特に、両端部に傘歯車を備えるベベルギヤシャフト（Koenigswelle）又は無端伝動手段が使用される。特に自動車において使用される今日の内燃機関では、抗張部材伝動装置の枠内において使用される無端伝動装置が定着している。この場合に使用される抗張部材は、通常、チェーン又は歯付きベルトとして形成された無端伝動手段である。

抗張部材が他のユニットを駆動できることも、公知である。このようなユニットはこの場合噴射ポンプ及び／又は補償軸であってよい。

先行技術に基づいて、内燃機関の制御時に使用される抗張部材伝動装置が公知である。

以前の内燃機関では、クランク軸、連接棒及びシリンダ内におけるピストンを潤滑するためにただ１つの流体が使用され、この流体は、抗張部材伝動装置及びカム軸を潤滑するためにも使用される。

カム軸はクランク軸との同期性を保ち、同期エラーの生じないことが極めて重要である。同期エラーは、例えば、摩耗の増大に起因して抗張部材が長く伸びた場合に、発生する。これにより極端な場合には、抗張部材は完全に抜け落ちてしまう。このような問題は、抗張部材が制御チェーンとして形成されている場合にも発生する。従って既に以前から、制御チェーンのような抗張部材の耐用寿命を延ばすことが望まれている。

そのために、本発明の前提部に該当する従来の技術と見なされる、ＤＥ４２４４０５２Ｃ２には、内燃機関における力伝達チェーンを潤滑する装置が開示されている。この特許明細書には、クランク軸の回転運動をカム軸に１つのチェーンを用いて伝達することが開示され、この場合クランク軸及びカム軸の一部がそれぞれ、潤滑オイルを収容するクランク軸室もしくはカム軸室を貫いて延びていて、チェーンは、潤滑オイルを収容するチェーンボックスによって取り囲まれていて、カム軸室及びクランク軸室からチェーンボックスの内部への直接的な潤滑オイルの流入を阻止するための軸シール部材が設けられており、これによってチェーンボックス内においては潤滑オイルが僅かしか汚染されないようになっている。

しかしながら最近の内燃機関の使用によって、このような燃焼方法は比較的短時間のうちにさらに多くのオイル汚染を生ぜしめることが、判明した。このことは、制御チェーンのような抗張部材に対する影響のみならず、カム軸に対しても影響を及ぼす。特に、ディーゼル機関における燃料の燃焼時に、ピストンとクランク軸とを取り囲むエンジンオイル内に溶け込むもしくは一緒に掃気されるすす粒子が発生することによって、今日汎用の内燃機関の運転時に大きな問題が発生する。

また、ＤＥ３０２９９６４Ｃ２に示された、ディーゼル機関を潤滑する方法のための解決策も、この問題を完全には解決しない。

ゆえに本発明の課題は、上に述べたような問題を排除し、かつ耐用寿命の長いシンクロ伝動装置を得ることである。

発明の開示
この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭に述べた内燃機関において、第２の室内にはカム軸も配置されているようにした。

このように構成されていると、第１の室内に収容された潤滑作用のある流体から切り離された第２の室が得られるので、第２の室においてそこに存在する流体によって行われる潤滑は、第１の室における圧力とは無関係になる。これによって、第１の室内における圧力とは無関係な、機械的又は液圧的な機能を備える張設エレメント及び緩衝エレメントを使用することができ、有利である。抗張部材の構造寸法を減じることができ、これによりシステム全体の質量モーメント及び慣性モーメントが減じられる。さらにこの場合、抗張部材における張力を減じることができ、これによってシステム全体の摩擦特性及び騒音特性に対して有利な影響が与えられる。さらにまた抗張部材及びカム軸は、この２つの運動部材に対して合わせられた流体内において運動するので、例えば、特殊な添加剤を含む制御伝動手段オイルが第２の室において使用可能であり、これにより、第２の室において生じる類似の大枠条件（Rahmenbedingung）を考慮することができる。これに対して第１の室においては、他の添加剤を含むエンジンオイルが、第１の室において生じる別の大枠条件のために使用可能である。

本発明の好適な態様は、請求項２以下に記載されており、次に好適な態様について詳説する。

本発明の好ましい態様では、シンクロ伝動装置は、抗張部材としてチェーン及び／又はベルトを備える抗張部材伝動装置として形成されている。抗張部材がチェーンとして形成されている場合には、安価な解決策を実現することができる。オイル内において歯付きベルトを案内することによって、騒音発生及びコストに関して多くの利点が得られ、これらの利点については平行特許出願においても別個に記載する。歯付きベルトのために使用される材料は、このような使用のために耐油性でなくてはならない。

本発明の別の好ましい態様では、シンクロ伝動装置は、平歯車伝動装置として形成されている。このような態様では、抗張部材伝動装置において抗張部材を案内及び張設のために必要なすべての付加的な構成部材が、省かれる。

本発明の別の態様では、少なくとも１つのカム軸は、その端部の少なくとも一方に、弁駆動装置における制御時間を調節するために働くカム軸調節装置を有する。この場合カム軸調節装置は、吸気カム軸に配置されていても、排気カム軸に配置されていてもよい。

また好ましくは、カム軸はガス交換弁と共働し、これらのガス交換弁は、単数又は複数のシリンダにおける燃焼室の単数又は複数の吸気開口及び／又は排気開口を開閉し、この場合ガス交換弁は、流体に対するシール作用をもって案内される弁棒を有する。このように構成されていると、第２の室を第１の室から、シリンダヘッド領域においても流体に対するシール作用をもって隔てておくことができる。これによってまたさらに、特に制御チェーンの使用時に、摩耗による伸長が回避され、今日の燃焼方法において短時間のうちに生じる、シリンダ室及びクランク軸室内における激しいオイル汚れが、カム軸及び抗張部材伝動装置に対して不都合な影響を及ぼすことがなくなる。

本発明の好適な態様では、カム軸は、電気液圧式の可変の弁制御装置を用いて、ガス交換弁のうちの少なくとも１つを作動させる。液圧式のガス交換弁駆動装置の公知の作用形式を以下にまとめると、マスタユニットとスレーブユニットとの間における高圧室が、液圧式の動力伝達体として作用し、この動力伝達体は、漏れを無視すると、カムの行程に対して正比例して、ポンプタペットによって押し退けられた液圧体積を、液圧弁の開放時期及び開放時間に関連して、スレーブピストンを負荷する第１の部分体積と、プレッシャアキュムレータを含む中間圧室内に流出する第２の部分体積とに分割される。これによってポンプタペットの行程がスレーブピストンに伝達され、これにより制御時間のみならず、ガス交換弁の行程高さをも完全可変に調節することができる。

もちろんクランク軸の運動をカム軸に伝達することが必要であり、このことは、抗張部材伝動装置又は平歯車伝動装置を用いて行うことができる。従って本発明の好適な態様では、クランク軸は、第２の室内に進入する端部分を有し、該端部分は軸シール部材を用いてシールされていて、潤滑剤として働く第１の室の第１の流体が、潤滑剤として働く第２の室の第２の流体から隔てられている。

本発明の別の好ましい変化態様では、第１の流体は、特に、添加剤の混合に基づいて粘度及び／又は熱安定性に関して、第２の流体とは異なった特性を有する。このような添加剤を相応に混合することによって、両方の流体それぞれを、第１の室又は第２の室における特殊な大枠条件に合わせることができる。これにより、内燃機関の耐用寿命及び内燃機関に設けられた抗張部材伝動装置の耐用寿命を、著しく高めることができ、或いは、定期整備の間隔を著しく長くすることができる。

修理のし易さを高めるために、本発明の別の好適な態様では、第１の室と第２の室とへの２つの流体の流体分離が、交換可能に形成されたスリップパッキンによって実現されている。もしシール部材のうちの１つが漏れることが分かった場合には、これらのシール部材の１つだけを交換することが可能であり、これにより支障のない運転に戻すことができる。また、第１の流体及び第２の流体はオイル状の液体として形成されていると、好適である。それというのは、例えば鉱物油のような液体は、極めて精確に、その都度の要求に適合可能であり、かつ異なる定期整備の後で別個に交換可能だからである。

内燃機関を製造技術及び組立て技術に最適化できるようにする別の態様では、第１の室と第２の室とは、１つの共通のハウジング又はブロック内に配置されている。

本発明のさらに別の行程な態様では、抗張部材は、カム軸及びクランク軸の軸線に対して垂直に位置する一平面において、延在するように配置されている。このように構成されていると、比較的僅かな構造空間しか必要としない内燃機関を、設計することができる。

また好ましくは、抗張部材は、噴射ポンプ又は補償軸のような付加ユニットと、力を伝達するように作用接続されている。

特に制御チェーンを使用する場合には、耐久性、耐熱性及び定期整備の間隔短縮に関する利点が得られる。本発明による内燃機関の構成では、騒音の僅かな歯付チェーンの使用も可能であり、このようにすると、音の放出が低減される。そして音放出及びＣＯ₂放出に関する高い要求もまた満たすことができる。内燃機関のコンパクトな構造形式が、同時に得られる高い耐熱性と共に、実現可能である。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

切り離された２つの潤滑室を備える内燃機関の構造を概略的に示すものであって、一方の潤滑室内には、クランク軸、連接棒及びピストンが可動に収容されており、かつ他方の潤滑室内には、カム軸と抗張部材を備える制御伝動装置とが可動に収容されている、内燃機関の構造を示す図である。 電気液圧式に可変のガス交換弁駆動装置を示す図である。

図１における内燃機関１の図示は、単に略示されたものであり、本発明の理解のためにだけ働く。

内燃機関１はクランク軸２を有し、このクランク軸２はここでは例として２つのピストン３によって駆動される。図１に示した２つのピストン３は、２つのシリンダ４内において直線的に運動するように配置されている。シリンダ４がシリンダライナを有していることは、図示されていない。ピストン３の運動は、連接棒５を介してクランク軸２に伝えられる。十分に知られている連接棒軸受は単に略示されている。

クランク軸２の軸受もまた単に略示されている。

クランク軸２は主として、第１の室６内に配置されている。クランク軸２の小さな端部分７だけが、第１の室６から第２の室８内に進入している。この第２の室８内にはさらに、シンクロ伝動装置９が設けられている。このシンクロ伝動装置９は抗張部材１０を有し、この抗張部材１０は、歯車１１と作用接続している。この歯車１１はクランク軸２の端部分７に取り付けられている。

図１に示した実施形態では個々のスチールリンクを備える一種の制御チェーンである、抗張部材１０は、カム軸１２に取り付けられた別の歯車１３と、力を伝達するように作用接続している。カム軸１２は、ガス交換弁１５に対して作用する個別のカム１４を有している。ガス交換弁１５は、カム軸１２に向いた側に弁棒１６を有する。これによって個々のカム１４は、弁棒１６、ひいてはガス交換弁１５を運動させ、その結果吸気開口及び排気開口が開閉される。

歯車１１，１３は、スプロケット又は歯付きベルトプーリとして形成されていてよい。

このような運動は、軸線１７を中心にしたクランク軸２の回転によって引き起こされ、この場合クランク軸２の運動は、歯車１１、抗張部材１０、歯車１３及びカム軸１２を介して個々のカム１４に伝達され、個々のカム１４の運動は弁棒１６を変位させる。この場合カム軸１２は軸線１８を中心にして回転する。

端部分７の領域には、図１においては単に略示されているだけであるが、例えばスリップパッキンのような軸シール部材２３の形式の流体用シール部材が配置されている。端部分７とは反対の側にも、相応な軸シール部材２３が設けられているので、第１の室６内における如何なる流体も、第１の室６から逃げることはできない。そのために弁棒１６もまたシールされている。これらのシール部材も図示されていない。個々のシール部材及び、室６を取り囲む第１のハウジング１９に基づいて、第１の室６における流体と第２の室８における流体とは、互いに隔てられている。燃焼室において燃焼する燃料、供給空気及び発生した排ガスのための供給管路及び排出管路は、図示されていないが、ガス交換弁１５の領域に設けられている。さらにカム軸１２は、第２の室８内に進入している端部に、カム軸調節装置２２を有し、このカム軸調節装置２２は弁駆動装置における制御時間を調節するために働く。

第２の室８内における流体は、第２のハウジング２０と、第１のハウジング１９の、仕切り壁として機能する部分２１との間において、収容されている。

第１の室６と第２の室８とにおける異なった流体は、異なったシンボルで図示されている。第１の室６には、液体、特にエンジンオイルとして機能する鉱物油液体が収容されている。

第２の室８内には、制御伝動装置オイルのような液体が収容されているが、この制御伝動装置オイルのような液体は、同様に鉱物油をベースにして形成されているが、エンジンオイルとは異なる添加剤、異なる粘度及び／又は異なる耐熱性もしくは熱安定性を有する。

制御伝動装置オイルは、エンジンオイルとは異なる回路内に収容されていてよい。

例えば制御チェーンのような抗張部材１０は、ただ１つのカム軸１２だけではなく、２つの、又は、例えばＶ型シリンダ配置形式ではさらに多くのカム軸１２を駆動することができる。さらに、択一的に又は付加的に抗張部材１０は、例えばジェネレータ又はオルタネータのような別のユニットと、力を伝達するように作用接続していることができる。

図２には、液圧式に可変のガス交換弁駆動装置１０１の基本的な構造が略示されている。内燃機関のシリンダヘッドのうちの１つのシリンダヘッド１０２が、カム軸のカム１０３と、閉鎖方向にばね力を付勢されたガス交換弁１０４と共に示されている。ガス交換弁駆動装置１０１の可変性は、カム１０３とガス交換弁１０４との間に配置された液圧ユニット１０５を用いて生ぜしめられ、この液圧ユニット１０５は下記の構成部材：すなわち、
ここではカム１０３によって駆動されるポンプタペット１０７として形成された、駆動側のマスタユニット１０６と、
ここでは、ガス交換弁１０４を直に作動させるスレーブピストン１０９として形成された、被動側のスレーブユニット１０８と、
ここでは無電流時開放型の電磁式の２ポート２位置方向切換え弁として形成された、制御可能な液圧弁１１０と、
カム１０３からガス交換弁１０４への動作伝達方向においてマスタユニット１０６とスレーブユニット１０８との間に延在する高圧室１１１であって、液圧弁１１０の開放時に液圧媒体を中間圧室１１２に流出させることができる高圧室１１１と、
中間圧室１１２に接続されていて、ばね力を付勢された補償ピストン１１４を備えるプレッシャアキュムレータ１１３と、
中間圧室１１２に向かって開放する逆止弁１１５であって、液圧ユニット１０５と内燃機関の液圧媒体回路とを接続する逆止弁１１５と、
液圧媒体リザーバとして働く低圧室１１６であって、該低圧室１１６は（重力加速度ｇの矢印方向で示すように）測地的に中間圧室１１２及び高圧室１１１の上方に位置していて、該低圧室１１６を中間圧室１１２から分離する仕切り壁１１８に設けられた絞り箇所１１７を介して、中間圧室１１２に接続されている、低圧室１１６と、
を有している。

低圧室１１６は、シリンダヘッド１０２に開口するオーバフロー部１２０を備える。このオーバフロー部１２０は、低圧室１１６の空気抜きのために働くのみならず、加熱された液圧媒体が低圧室１１６を介してシリンダヘッド１０２内に逃げ、これにより内燃機関の冷却された液圧媒体回路に戻されることによって、液圧ユニット１０５を冷却するためにも働く。

１ 内燃機関
２ クランク軸
３ ピストン
４ シリンダ
５ 連接棒
６ 第１の室
７ 端部分
８ 第２の室
９ シンクロ伝動装置
１０ 抗張部材
１１ 歯車
１２ カム軸
１３ 歯車
１４，１０３ カム
１５，１０４ ガス交換弁
１６ 弁棒
１７ 軸線（クランク軸の）
１８ 軸線（カム軸の）
１９ 第１のハウジング
２０ 第２のハウジング
２１ 部分
２２ カム軸調節装置
２３ 軸シール部材
１０１ ガス交換弁駆動装置
１０２ シリンダヘッド
１０５ 液圧ユニット
１０６ マスタユニット
１０７ ポンプタペット
１０８ スレーブユニット
１０９ スレーブピストン
１１０ 液圧弁
１１１ 高圧室
１１２ 中間圧室
１１３ プレッシャアキュムレータ
１１４ 補償ピストン
１１５ 逆止弁
１１６ 低圧室
１１７ 絞り箇所
１１８ 仕切り壁
１２０ オーバフロー部

Claims (10)

1. クランク軸（２）と、ガス交換弁（１５，１０４）を作動させる少なくとも１つのカム軸（１２）と、前記クランク軸（２）の回転を前記カム軸（１２）に伝達するシンクロ伝動装置（９）とを備え、前記クランク軸（２）は主として第１の室（６）内に配置されていて、該第１の室（６）は、内部に前記シンクロ伝動装置（９）が配置されている第２の室（８）から、流体シール作用をもって隔てられている、内燃機関（１）であって、
   前記第２の室（８）内には前記カム軸（１２）も配置されていることを特徴とする内燃機関（１）。
2. 前記シンクロ伝動装置（９）は、抗張部材（１０）としてチェーン及び／又はベルトを備える抗張部材伝動装置として形成されている、請求項１記載の内燃機関（１）。
3. 前記シンクロ伝動装置（９）は、平歯車伝動装置として形成されている、請求項１記載の内燃機関（１）。
4. 少なくとも１つのカム軸（１２）は、その端部の少なくとも一方に、カム軸調節装置（２２）を有する、請求項１記載の内燃機関（１）。
5. 前記カム軸（１２）は、電気液圧式の可変の弁制御装置を用いて、前記ガス交換弁（１５，１０４）のうちの少なくとも１つを作動させる、請求項１記載の内燃機関（１）。
6. 前記クランク軸（２）は、第２の室（８）内に進入する端部分（７）を有し、該端部分（７）は軸シール部材（２３）を用いてシールされていて、潤滑剤として働く第１の室（６）の第１の流体が、潤滑剤として働く第２の室（８）の第２の流体から隔てられている、請求項１記載の内燃機関（１）。
7. 第１の流体は、特に添加剤、粘度及び／又は異なる熱安定性に関して、第２の流体とは異なった特性を有する、請求項６記載の内燃機関（１）。
8. 前記２つの流体の流体分離が、交換可能なスリップパッキンとして形成された軸シール部材（２３）によって行われる、請求項６記載の内燃機関（１）。
9. 第１の室（６）と第２の室（８）とは、１つの共通のハウジング又はブロック内に配置されている、請求項１記載の内燃機関（１）。
10. 前記抗張部材（１０）は、前記カム軸（１２）及び前記クランク軸（２）の軸線（１７，１８）に対して垂直に位置する一平面において、延在するように配置されている、請求項２記載の内燃機関（１）。

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