JP2016188642A

JP2016188642A - 内燃機関

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Publication number: JP2016188642A
Application number: JP2016061532A
Authority: JP
Inventors: ポールミヒャエル; Paul Michael; クランフルマルコ; Klampfl Marco; イッキンガーフランク; Frank Ickinger
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2016-11-04
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: CN106014624B; GB2538606A; JP6126262B2; US9976494B2; DE102015104762B4; GB201604914D0; GB2538606B; US20160281614A1; DE102015104762A1; CN106014624A

Abstract

【課題】内燃機関を提供する。
【解決手段】圧縮比を調整可能な内燃機関は、複数の連結ロッド（１）を有し、前記複数の連結ロッド（１）は、それぞれの連結ロッド（１）の連結ロッド有効長（ｌｅｆｆ）を調整するために、連結ロッドベアリングアイ（２）および／またはクランクピンベアリングアイ（３）に配置された、油圧で調整可能な偏心調整装置をそれぞれ有し、偏心調整装置の調整移動は、切換弁（１０）によって調整することができ、各切換弁（１０）はタップ手段（１４）を有し、切換弁（１０）は、駆動装置（１５）によって駆動することができ、駆動装置（１５）は、各切換弁（１０）ごとに、したがって、駆動される各タップ手段（１４）ごとに切換フォーク（１６）を有し、切換弁（１０）のタップ手段（１４）および駆動装置（１５）の切換フォーク（１６）は、走行動作時に作用する慣性力が、駆動装置（１５）による切換弁（１０）の駆動を補助するように、互いに対して位置を合わされる。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧縮比が可変の内燃機関に関する。

内燃機関では、高い圧縮比は、効率にプラスの効果を及ぼす。圧縮比は、圧縮前の圧縮室全体の、圧縮後の残りのシリンダ室に対する比率を意味すると解釈すべきである。

しかし、通常一定の圧縮比を有するオットーサイクルエンジンの場合など、点火装置を加えられた内燃機関の場合、圧縮比は、全負荷動作時に、いわゆる「ノッキング」を回避する程度に高くなるように選択することしかできない。一方、はるかによく見られる内燃機関の部分負荷領域の場合、すなわち、シリンダ充填量が少ない場合、「ノッキング」が発生することなく、より高い値を有するように圧縮比を選択することが可能である。内燃機関の重要な部分負荷領域は、内燃機関の圧縮比が可変調整可能な場合に改善することができる。

（特許文献１）は、圧縮比を調整可能な内燃機関を開示している。図１は、前記タイプの内燃機関用の公知の連結ロッド（コネクティングロッド）１を示している。連結ロッドは、クランクピンベアリングアイ３および連結ロッドベアリングアイ２を有する。連結ロッドは、クランクピンベアリングアイ３によって、クランクシャフトに連結し、連結ロッドベアリングアイ２によって、内燃機関のシリンダピストンに連結することができる。各連結ロッド１は、偏心部４、偏心レバー５、および偏心ロッド６を有する偏心調整装置９を備えている。

偏心部４は、連結ロッドベアリングアイ２の中心点に対して偏心して配置され、中心点を有するピストンピン穴を有する。ピストンピン穴は、ピストンピンを受け入れる。偏心調整装置９は、連結ロッド有効長ｌｅｆｆを調整するように機能し、連結ロッド長は、ピストンピン穴の中心点と、クランクピンベアリングアイ３の中心点との間の距離を意味すると解釈すべきである。偏心部４を回転させるために、ひいては、連結ロッド有効長ｌｅｆｆを変えるために、偏心調整装置９の偏心ロッド６は移動することができる。各偏心ロッド６は、移動可能な形で油圧チャンバ内に取り付けられた、または移動チャンバ内で案内されるピストンを備えている。油圧チャンバ内では、偏心ロッドにあてがわれたピストンに作用する油圧が広がり、偏心ロッド６の移動は、油圧チャンバ内の油量に応じて、可能であったり、または可能でなかったりする。

偏心調整装置の調整は、内燃機関の働き行程時に、偏心調整装置に作用する内燃機関の慣性力および負荷力の働きによって開始される。働き行程時に、偏心調整装置に作用する力の作用方向は連続的に変わる。調整動作は、油圧油から作用を受け、偏心ロッド６に作用するピストンによって補助される。ピストンは、偏心調整装置９に作用する力の、力の作用方向が変わることにより、偏心調整装置９の復帰動作を阻止する。ピストンと相互作用する偏心ロッド６は、偏心レバー５を介して偏心部４に連結されている。

ピストンが中で案内される油圧チャンバは、クランクピンベアリングアイ３から油圧油供給管を介して油圧油を充填する、または油圧で満たすことができる。逆止弁は、油圧チャンバから油圧油供給管に戻る油圧油の戻り流れを防止する。それぞれの連結ロッド１の穴には、切換弁１０が収容されている。油圧チャンバは、油圧油排出管を介して、切換弁１０を収容した穴と通じている。切換弁１０の切換位置により、どちらの油圧チャンバに油圧油を充填し、どちらの油圧チャンバを空にするが決まり、偏心調整装置９の調整方向または回転方向はそれによって決まる。

（特許文献１）から公知の切換弁は、駆動要素、復帰スプリング、および制御ピントンを含む。

説明したように、油圧チャンバ内で案内される、偏心ロッド６のピストンに作用する油圧油は、クランクピンベアリングアイ３から油圧油供給管を介して油圧チャンバに供給される。それぞれの連結ロッド１は、連結ロッドベアリングシェルが、クランクシャフト、具体的には、クランクシャフトのクランクシャフトベアリングジャーナルとクランクピンベアリングアイとの間に配置されるように、クランクピンベアリングアイ３により、クランクシャフトに係合する。

切換弁１０の切換位置に応じた態様で、油圧チャンバは、油圧油排出管を介して排油することができる。偏心調整装置９の調整方向または回転方向はこれによって決まる。

（特許文献２）は、圧縮比を調整可能な別の内燃機関について記載しており、この内燃機関の場合、連結ロッドの連結ロッド長は可変調整可能である。この場合も、それぞれの連結ロッドの穴には、タップ手段（Abfreifer）を含む切換弁が収容されている。それぞれの切換弁は、タップ手段を介して、具体的には、タップ手段と係合した駆動装置により駆動することができる。

（特許文献３）は、圧縮比を調整可能な別の内燃機関について記載しており、この内燃機関の場合、連結ロッドの連結ロッド長は可変調整可能である。切換弁は、駆動装置によって駆動可能であり、駆動装置は、切換フォークを有する。

独国特許出願公開第１０２０１００１６０３７Ａ１号明細書独国特許出願公開第１０２０１２１１２４６１Ａ１号明細書国際公開第２０１４／０１９６８４Ａ１号パンフレット

本発明の目的は、切換弁の駆動を改善する、圧縮比を調整可能な内燃機関を提供することである。

前記目的は、請求項１による駆動装置によって達成される。本発明によれば、切換弁のタップ手段および駆動装置の切換フォークは、走行動作中に作用する慣性力が、駆動装置による切換弁の駆動を補助するように互いに対して位置を合わされる。このようにして、切換弁の駆動が改善される。自動車両の加減速時に作用する慣性力によって駆動が補助されるので、駆動装置、ひいては、切換弁に対して、小さい駆動力で済ますことができる。

本発明の有益な改良では、切換弁が、内燃機関の部分負荷動作のための切換位置を取っているときに、切換弁のタップ手段は、自動車両の加速中に作用する慣性力が、駆動装置の切換フォークと切換弁のタップ手段との間の相対移動を引き起こすように位置を合わされる。この相対移動が、内燃機関の全負荷動作のための切換位置に切換弁が移動する助けとなる。切換弁が、内燃機関の全負荷動作のための切換位置を取っているときに、切換弁のタップ手段は、自動車両の減速中に作用する慣性力が、駆動装置の切換フォークと切換弁のタップ手段との間の相対移動を引き起こすように位置を合わされる。この相対移動が、内燃機関の部分負荷動作のための切換位置に切換弁が移動する助けとなる。このようにして、切換弁の駆動がさらに改善される。

切換弁が、内燃機関の部分負荷動作のための切換位置を取っているときに、切換弁のタップ手段が、前進方向に見て、連結ロッド本体に対して前方に突出するのは好ましいことである。切換弁が、内燃機関の全負荷動作のための切換位置を取っているときに、切換弁のタップ手段は、前進方向に見て、連結ロッド本体に対して後方に突出する。このようにして、切換弁の駆動がさらに改善される。

切換フォークの前方切換フォーク部分は、自動車両の加速中に作用する慣性力によって、切換弁のタップ手段のうちの連結ロッド本体に対して前方に突出した部分に当接した状態に置くことができると規定されるのが好ましい。切換フォークの後方切換フォーク部分は、自動車両の減速中に作用する慣性力によって、タップ手段のうちの連結ロッド本体に対して後方に突出した部分に当接した状態に置くことができる。このようにして、切換弁の駆動がさらに改善される。

本発明の好ましい改良は、従属請求項および以下の説明から明らかになる。本発明の例示的な実施形態が、図面に基づいてさらに詳細に説明されるが、本発明が、前記例示的な実施形態に制限されることはない。

圧縮比が可変の内燃機関の連結ロッドを示している。本発明による内燃機関を有する自動車両を示している。図２の内燃機関を斜視図で示している。図３の内燃機関の駆動装置を示している。図３の内燃機関の細部を示している。図５の細部ＶＩを示している。

図１は、圧縮比を調整可能な内燃機関の連結ロッド１を概略的に示している。連結ロッド１は、連結ロッドベアリングアイ２およびクランクピンベアリングアイ３を備えた連結ロッド本体７を有する。

連結ロッドベアリングアイ２は、それぞれの連結ロッド１を内燃機関のそれぞれのシリンダのシリンダピストン１１に連結する働きをする。クランクピンベアリングアイ３は、それぞれの連結ロッド１を内燃機関１３のクランクシャフト１２に連結する働きをする（図２および図３を参照のこと）。

図１の連結ロッド１は、連結ロッドベアリングアイ２に、少なくとも部分的に配置された、油圧で調整可能な偏心調整装置９を有するのが好ましい。偏心調整装置９は、連結ロッドベアリングアイ２の中心軸８に対して偏心して配置され、中心軸を有するピストンピン穴を備えた偏心部４を有し、このピストンピン穴は、ピストンピン（図示せず）を受け入れる。それぞれの連結ロッド１は、ピストンピンによって、それぞれのシリンダのシリンダピストン１１に連結されている。

偏心調整装置９は、連結ロッド１の連結ロッド有効長ｌｅｆｆを調整するように機能する。

調整可能な偏心調整装置９の回転は、内燃機関の働き行程時に、偏心調整装置９に作用する内燃機関の慣性力および負荷力の働きによって開始される。働き行程時に、偏心調整装置９に作用する力の作用方向は連続的に変わる。回転動作または調整動作は、油圧流体、特に、エンジンオイルから作用を受け、連結ロッド１に組み込まれ、油圧チャンバ内で案内されるピストンによって補助される。ピストンは、偏心調整装置９に作用する力の、力の作用方向が変わることにより、偏心調整装置９の復帰動作を阻止する。

偏心調整装置９のピストンは、偏心ロッド６および偏心レバー５によって、偏心調整装置９の偏心部４に動作可能に連結されている。偏心調整装置９のピストンは、クランクピンベアリングアイ３から、油圧流体管（図１には図示せず）および逆止弁（図示せず）を介して、油圧流体を充填される。この場合に、逆止弁は、ピストンのピストン用容積部から油圧流体管および内燃機関のエンジン内部に戻る油圧流体の戻り流れを阻止する。

切換弁１０は、それぞれの連結ロッド１の穴に収容されている。それぞれの連結ロッド１の偏心調整装置９の油圧チャンバは、油圧流体管を介して、切換弁１０を収容した穴と通じている。切換弁１０の切換位置により、どちらの油圧チャンバに油圧油を充填し、どちらの油圧チャンバを空にするかが決まり、偏心調整装置９の調整方向または回転方向はそれによって決まる。

それぞれの連結ロッド１のそれぞれの切換弁１０はタップ手段１４を有する。それぞれの切換弁１０は、タップ手段１４を介して、具体的には、タップ手段１４と係合した駆動装置１５により駆動することができる。

それぞれの連結ロッド１の切換弁１０およびそれぞれの切換弁１０のタップ手段１４の詳細は、例えば、独国特許出願公開第１０２０１２１１２４６１Ａ１号明細書から当業者に周知である。

図１において、偏心調整装置９の偏心レバー５は、連結ロッドベアリングアイ２のスロット内で案内されることをこの際に指摘しておく。これと比較して、例えば、図５に示すように、連結ロッドベアリングアイ２の前後に配置され、偏心部４に固定連結された２つの偏心レバーセグメント５ａ、５ｂを偏心レバー５が有することも可能である。

駆動装置１５（図４を参照のこと）は、内燃機関１３の複数の切換弁１０を駆動するように機能し、複数の切換フォーク１６を有しており、各切換フォーク１６は、駆動するために、それぞれ１つの切換弁１０のタップ手段１４とそれぞれ相互作用する。

図４に示す駆動装置１５において、すべての切換フォーク１６は、共通の支持構造体１７に固定されている。支持構造体１７は、取付フレーム１８と、取付フレーム１８に対して移動可能な案内要素１９とを含む。案内要素１９は、互いに平行に延び、連結ウェブ２１によって互いに固定連結された２つの案内レール２０を有する。複数の切換フォーク１６は、案内要素１９の各案内レール２０に固定されている。駆動装置１５全体は、取付フレーム１８によって、具体的には、取付フレーム１８の取付開口２２を貫通する取付ねじ（図示せず）を用いて、内燃機関１３のクランクケースに取り付けることができる。

切換フォーク１６が固定された駆動装置１５の案内要素１９は、取付フレーム１８に対して、具体的には、図４に示す両方向矢印２３の方向に移動することができる。

駆動装置１５の取付フレーム１８に対する駆動装置１５の切換フォーク１６のこの相対移動を用いて、シリンダの働き行程中に、それぞれのシリンダのそれぞれの連結ロッド１に組み込まれた切換弁１０が、駆動装置１５のそれぞれの切換フォーク１６の領域に移動したときに、前記切換弁を駆動するために、それぞれの切換弁１０のタップ手段１４を駆動することが可能である。

この場合に、本発明は、内燃機関の細部に適用されて、駆動装置１５による連結ロッド１の切換弁１０の特に有利な駆動を可能にする。

すでに説明したように、内燃機関１３の各連結ロッド１は、切換弁１０を含む。各切換弁１０は、駆動装置１５によって駆動できるタップ手段１４を有する。この場合に、駆動装置１５の切換フォーク１６は、各タップ手段１４と共に動作し、さらに、各切換弁１０と共に動作する。したがって、各連結ロッド１に対して、ひいては、各切換弁１０および各タップ手段１４に対して、それぞれの切換弁１０を駆動するための別々の切換フォーク１６が設けられている。

本発明によれば、切換弁１０のタップ手段１４および駆動装置１５の切換フォーク１６は、駆動動作中に駆動装置１５に作用する慣性力が、駆動装置１５による切換弁１０の駆動を補助するように、互いに対して位置を合わされる。

図２から分かるように、内燃機関１３は、クランクシャフト１２が、自動車両の長手方向中心軸２４の方向に延びるように、自動車両に取り付けられている。自動車両の前進方向は、図２に矢印２５で示されている。

この場合に、内燃機関１３の連結ロッド１の切換弁１０が、内燃機関１３の部分負荷動作のための切換位置を取っているときに、切換弁１０のタップ手段１４は、自動車両の加速中に駆動装置１５に作用する慣性力が、駆動装置１５の切換フォーク１６と切換弁１０のタップ手段１４との間の相対移動を引き起こすように位置を合わされる。この相対移動が、内燃機関１３の全負荷動作のための切換位置に切換弁１０が移動する助けとなるように、切換弁１０のタップ手段１４および駆動装置１５の切換フォーク１６の定位が選択される。

対照的に、内燃機関１３の連結ロッド１の切換弁１０が、内燃機関１３の全負荷動作のための切換位置を取っているときに、内燃機関１３の連結ロッド１の切換弁１０のタップ手段１４は、自動車両の減速中に駆動装置１５に作用する慣性力が、駆動装置１５の切換フォーク１６と切換弁１０のタップ手段１４との間の相対移動を引き起こすように位置を合わされる。この相対移動は、内燃機関１３の部分負荷動作のための切換位置に切換弁１０が移動する助けとなる。

内燃機関１３の連結ロッド１の切換弁１０が、内燃機関の部分負荷動作のための切換位置を取っているときに、内燃機関１３のすべての連結ロッド１の切換弁１０のタップ手段１４は、前進方向２５に見て、それぞれの連結ロッド１の連結ロッド本体７に対して前方に突出する。この場合に、自動車両の加速中に駆動装置１５に作用する慣性力によって、切換フォーク１６の前方切換フォーク部分１６ａは、切換弁１０のタップ手段１４のうちの連結ロッド１の連結ロッド本体７に対して前方に突出した部分に当接した状態に置くことができる。

内燃機関１３の連結ロッド１の切換弁１０が、内燃機関１３の全負荷動作のための切換位置を取っているときに、内燃機関１３の切換弁１０のタップ手段１４は、前進方向２５に見て、連結ロッド１の連結ロッド本体７に対して後方に突出する。この状態で自動車両が減速すると、自動車両の減速中に駆動装置１５に作用する慣性力によって、切換フォーク１６の後方切換フォーク部分１６ｂは、切換弁１０のタップ手段１４のうちのそれぞれの連結ロッド本体７に対して後方に突出した部分に当接した状態に置くことができるということである。

図５は、内燃機関１３の連結ロッド１および駆動装置１５の切換フォーク１６の細部を示している。切換フォークは、前記連結ロッド１の切換弁１０と相互作用している。図６は、図５の拡大詳細図を示している。

図５および図６において、示した切換弁１０のタップ手段１４は、前進方向２５に見て、連結ロッド本体７に対して後方に突出している。したがって、切換弁１０は、全負荷動作のための切換位置を取っている。自動車両が減速すると、慣性力は、駆動装置１５に対して図５の矢印２６の方向に作用するので、このとき、自動車両の減速により、切換フォーク１６は、タップ手段１４に対して矢印２６の方向に移動する。切換フォーク１６の後方切換フォーク部分１６ｂは、タップ手段１４に当接し、そのため、図示した全負荷動作のための切換位置から、部分負荷動作のための切換位置への切換弁１０の移動が補助される。

本発明によれば、本発明による内燃機関は、内燃機関１３の切換弁１０を駆動するために、自動車両の加減速時に駆動装置１５に作用する慣性力を適宜利用する。加速中に作用する慣性力は、部分負荷位置から全負荷位置への切換弁１０の移動を補助する。自動車両の減速中に作用する慣性力は、全負荷位置から部分負荷位置への切換弁１０の切り換えを補助する。部分負荷動作から全負荷動作への、および全負荷動作から部分負荷動作への内燃機関の特に有利な切換が、このように可能である。

１連結ロッド
２連結ロッドベアリングアイ
３クランクピンベアリングアイ
７連結ロッド本体
１０切換弁
１４タップ手段
１５駆動装置
１６切換フォーク
１６ａ前方切換フォーク部分
１６ｂ後方切換フォーク部分
２５前進方向

Claims

複数の連結ロッド（１）を有する、圧縮比を調整可能な内燃機関であって、前記複数の連結ロッド（１）は、それぞれの連結ロッド（１）の連結ロッド有効長（ｌｅｆｆ）を調整するために、連結ロッドベアリングアイ（２）および／またはクランクピンベアリングアイ（３）に配置された、油圧で調整可能な偏心調整装置をそれぞれ有し、前記偏心調整装置の調整移動は、切換弁（１０）によって調整することができ、各切換弁（１０）はタップ手段（１４）を有し、前記切換弁（１０）は、駆動装置（１５）によって駆動することができ、前記駆動装置（１５）は、各切換弁（１０）ごとに、したがって、駆動される各タップ手段（１４）ごとに切換フォーク（１６）を有する、内燃機関において、前記切換弁（１０）の前記タップ手段（１４）および前記駆動装置（１５）の前記切換フォーク（１６）は、走行動作時に作用する慣性力が、前記駆動装置（１５）による前記切換弁（１０）の駆動を補助するように、互いに対して位置を合わされることを特徴とする内燃機関。
前記切換弁（１０）が、前記内燃機関の部分負荷動作のための切換位置を取っているときに、前記切換弁（１０）の前記タップ手段（１４）は、自動車両の加速中に作用する慣性力が、前記駆動装置（１５）の前記切換フォーク（１６）と前記切換弁（１０）の前記タップ手段（１４）との間の相対移動を引き起こすように位置を合わされ、前記相対移動は、前記内燃機関の全負荷動作のための切換位置に前記切換弁（１０）が移動する助けとなることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
前記切換弁（１０）が、前記内燃機関の部分負荷動作のための切換位置を取っているときに、前記切換弁（１０）の前記タップ手段（１４）は、前進方向（２５）に見て、連結ロッド本体（７）に対して前方に突出することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。
前記自動車両の加速中に作用する前記慣性力によって、前記切換フォーク（１６）の前方切換フォーク部分（１６ａ）は、前記切換弁（１０）の前記タップ手段（１４）のうちの連結ロッド本体（７）に対して前方に突出した部分に当接した状態に置くことができることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関。
前記切換弁（１０）が、前記内燃機関の全負荷動作のための切換位置を取っているときに、前記切換弁（１０）の前記タップ手段（１４）は、前記自動車両の減速中に作用する慣性力が、前記駆動装置（１５）の前記切換フォーク（１６）と前記切換弁（１０）の前記タップ手段（１４）との間の相対移動を引き起こすように位置を合わされ、前記相対移動は、前記内燃機関の部分負荷動作のための切換位置に前記切換弁（１０）が移動する助けとなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
前記切換弁（１０）が、前記内燃機関の全負荷動作のための切換位置を取っているときに、前記切換弁（１０）の前記タップ手段（１４）は、前進方向（２５）に見て、連結ロッド本体（７）に対して後方に突出することを特徴とする、請求項５に記載の内燃機関。
前記自動車両の減速中に作用する慣性力によって、前記切換フォーク（１６）の後方切換フォーク部分（１６ｂ）は、前記切換弁（１０）の前記タップ手段（１４）のうちの連結ロッド本体（７）に対して後方に突出した部分に当接した状態に置くことができることを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関。