JP2017514063A - 空気バルブ戻りバネを備えた燃焼機関 - Google Patents

Abstract

燃焼機関の燃焼チャンバ（７）を選択的に開閉するように配置された第１の制御可能なエンジンバルブ（８）と、燃焼チャンバ（７）に隣接し、且つエンジンバルブ（８）のバルブ軸（３８）をガイドするように配置されたシリンダヘッド（６）であって、エンジンバルブ（８）は、燃焼チャンバ（７）が閉じた第１位置と燃焼チャンバ（７）が完全に開いた第２位置との間を、シリンダヘッド（６）に関連して軸方向に変位可能である、シリンダヘッド（６）と、バルブ軸（３８）に接続されたバルブバネ保持具（３９）と、を有する。燃焼機関は、バルブバネ保持具（３９）がガスバネ容積（４８）を部分的に区切り、ガスバネ容積（４８）が、エンジンバルブ（８）が閉位置にあるときにポート（５０）を介して隣接するガス容積（４９）と流体連通し、且つエンジンバルブ（８）がその開位置にあるとき隣接するガス容積（４９）から分離され、ポート（５０）が、エンジンバルブ（８）の最大ストロークの少なくとも２５パーセントの間開いており、エンジンバルブ（８）の変位によって閉じられることによって、特徴づけられる。【選択図】図５

Description

本発明は、概して、車若しくはトラック等の車両、ボート等、又は発電ユニット等のような機械への動力供給に適した燃焼機関に関する。関連する燃焼機関は、カムシャフトフリーのピストンエンジンであり、「バルブフリーのエンジン」という概念のもとでも知られている。本発明は特に、燃焼機関の燃焼チャンバを選択的に開閉するために設けられる第１の制御可能なエンジンバルブと、燃焼機関に隣接して、エンジンバルブのバルブ軸をガイドするように設けられるシリンダヘッドであって、エンジンバルブは、燃焼チャンバの閉位置と燃焼チャンバの完全開位置との間でシリンダヘッドに対して軸方向に変位可能である、シリンダヘッドと、バルブ軸に接続されたバルブバネ保持具と、を有する。

カムシャフトフリーの燃焼機関では、液体又はガス等の圧力流体は、一又は複数のエンジンバルブの変位／開きを達成するために使用される。これは、カムシャフトと、従来の燃焼機関が空気を入れて燃焼チャンバから排ガスを出すためにエンジンバルブを開けるのに使用する関連設備とが、より小さい体積への要求及びより制御可能なシステムによって、置換されていることを意味する。しかしながら、本発明は、従来のカムシャフトを有する燃焼機関にも使用され得ることが指摘されるべきである。

燃焼機関は、それぞれのエンジンバルブを燃焼チャンバの閉位置に戻すために、コイルばねの形状の強いバルブバネを慣例的に有している。これらのコイルバネの設計時、異なるエンジン速度で適切な閉止を達成するため、及びエンジンバルブが不意に間違ったタイミングで開かないことを確実にするためのいくつかの要素が重視される必要がある。実際には、コイルバネは、最大の作動条件においてバルブバネ力が不必要に大きくなることを伴い、次に不必要な電力消費を伴う、最も極端な状況のために設計されなければならない。それに、伝統的なバルブバネのバネ力は線形増加を有する。

空気バルブバネは、例えば、Ｆ１エンジンで知られており、金属の従来のコイルバネは極度に高いエンジン速度への使用には十分な速さがない。これらの解決策は、ガスバネとしての酸素フリーバネを含み、それに、ガスが漏れ出ること又は空気／オイルが漏れ入ることを防ぐために高価で複雑な封止材を含む。コストの視点から、Ｆ１エンジンで使用される技術を、乗用車又は大型車両の燃焼機関に使用するのは正当ではない。

本発明による燃焼機関においては、液圧と空気圧がその作動に使用され、これらのシステムにおいては液圧流体が、潤滑、冷却、及び封止目的のために、空気によって通常構成されるガス内に存在することが望ましい。言及されない限り、圧媒液はエンジンオイルを真っ先に意味する。

本発明の目的は、以前から知られている燃焼機関の上述した欠点及び欠陥を除外し、改善された燃焼機関を提供することにある。発明の基本的な目的は、エンジンバルブを開くために必要とされるエネルギーが過去に知られた燃焼機関よりも小さい、初期に定義された型の改善された燃焼機関を提供することである。

本発明のさらなる目的は、エンジンバルブ軸と失われることになるデプレッサとの間の接触を防止するために、エンジンバルブに対して作用する戻りバネ力が、高く且つ増加するエンジンバルブリフトにおいて、増加する潜在的な派生物を有する、燃焼機関を提供することである。
燃焼機関を提供することである。

本発明の目的の他の一つは、悪影響を与えることなく、使用されるガス内に圧媒液が存在することを許容する空気弁バネを有する、燃焼機関を提供することである。
本発明の目的の他の一つは、空気弁バネの調整可能な戻りバネ力を伴う、燃焼機関を提供することである。

本発明によれば、少なくとも主な目的は、独立項に定義された特徴を有する初期に定義された燃焼機関によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、後続の従属項にさらに定義される。

本発明によれば、初期に定義された型の内燃機関が提供され、これは、バルブバネ保持具が部分的にガスバネ容積を区切り、ガスバネ容積は、エンジンバルブが燃焼チャンバの閉位置にあるとき隣接するガス容積とポートを通じて流体連通し、且つエンジンバルブが燃焼チャンバの完全開位置にあるとき隣接するガス容積から分離され、ポートはエンジンバルブの最大ストロークの少なくとも２５パーセントの間開いており、エンジンバルブの変位により閉じられることを特徴とする。

したがって、本発明は、エンジンバルブが閉じているときに隣接するガス容積とガスバネ容積が流体連通することを許容することにより、空気弁バネのプレテンション圧力が、空気弁バネが高いエンジンバルブリフトの間にだけ使用されるのと同時に調整され得るという見識に基づいている。

本発明の好ましい実施形態によれば、エンジンバルブのバルブ軸をガイドするように配置されたリードスルーと、バルブバネ保持具と、バルブバネカバーを形成するバルブバネ保持具から延在するシリンダ状スリーブと、を有し、バルブバネカバーのシリンダ状スリーブはリードスルーに関連して、リードスルーの径方向外側で入れ子状に伸縮自在に変位可能であり、バルブバネカバーとリードスルーはガスバネ容積を区画する。これは、エンジンバルブが閉じているとき、ガスバネ容積内に場合によっては蓄積されている液体が自動的にそこから排出されることを伴う。

本発明の好ましい実施形態によれば、その自由端部の近くで、バルブバネカバーのシリンダ状スリーブは、エンジンバルブが燃焼チャンバの閉位置にあるとき、ガスバネ容積と、隣接するガス容積との間の流体連通を許容するためにポートを提示する。それにより、エンジンバルブの変位と、ガスバネ容積及び隣接するガス容積間の流体連通の閉止との間の直接的な相関関係を得る。

好ましい実施形態によれば、燃焼機関は、閉じた圧力流体回路の一部でありシリンダヘッドによって部分的に区切られるシリンダヘッドチャンバを有し、バルブバネカバーはシリンダヘッドチャンバ内に配置される。それにより、閉じた圧力流体回路に使用されるガスを使用し、封止のためのより小さい要求を伴う。

好ましくは、燃焼機関は、バルブバネカバーとコイルを有する位置センサを有し、バルブバネカバーはコイルに関連して、コイルの径方向内側で伸縮自在に変位可能である。バルブバネカバーがエンジンバルブに接続されるという事実のために、エンジンバルブの位置の正確な決定／制御が許容される。

本発明のさらなる利点及び特徴が、残りの従属項及び以下の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになる。
上記事項及び他の特徴のいっそう深い理解が、添付図面を参照することで、以下の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになる。

燃焼機関の一部の概略側断面図である。 バルブアクチュエータの概略側断面図である。 シリンダヘッド及びシリンダヘッドマントルの部分的に断面の概略斜視図である。 第１実施形態によるエンジンバルブと関連した戻りバネ配置との概略側断面図である。 戻りバネ配置を開示する図４の部分の拡大図である。 第２実施形態によるエンジンバルブと関連した戻りバネ配置との概略側断面図である。 戻りバネ配置を開示する図６の部分の拡大図である。 第３実施形態による戻りバネ配置の概略側断面図である。 代替的な実施形態による図８の戻りバネ配置の概略側断面図である。 第４実施形態による戻りバネ配置の概略側断面図である。

まず、全体が１で示される、独創的な燃焼機関の部分の概略図である図１を参照する。燃焼機関１は、少なくとも１つのシリンダ３を備えたシリンダブロック２を有する。そのシリンダブロック２は、概して、３又は４つのシリンダ３を有する。１つのシリンダ３が参照される図示の実施形態において、それにもかかわらず、図示のシリンダ３に関連して以下で説明される装置は、燃焼機関１の全てのシリンダに好ましくは適用されることが理解されるべきであり、実施形態では、燃焼機関はより多くのシリンダを有する。

さらに、燃焼機関１は、シリンダ３内に軸方向に変位可能なピストン４を有する。ピストン４のその動作、前後の軸方向の移動は、ピストン４に接続された接続ロッド５に従来の方式で伝達され、接続ロッド５は次に、クランクシャフト（図示せず）に接続され、クランクシャフトを回転駆動する。

燃焼機関１は、また、シリンダ３及びピストン４と共に燃焼チャンバ７を区切るシリンダヘッド６を有する。燃焼チャンバ７においては、燃料と空気の混合の点火が従来の方式で発生し、ここではさらには説明されない。シリンダヘッド６は、ガス交換バルブとしても知られる、制御可能な第１エンジンバルブ８を有する。図示の実施形態では、シリンダヘッドはまた、制御可能な第２エンジンバルブ９も有する。図示の実施形態では、一つのエンジンバルブ８は、燃焼チャンバ７への空気の供給のために選択的に開閉するように配置される入口バルブを構成する。第２エンジンバルブ９は、図示の実施形態において、燃焼チャンバ７からの排ガスの排出のために選択的に開閉するように配置された空気出口バルブ、即ち排気バルブを構成する。

燃焼機関１は、さらに、好ましい実施形態において第１バルブアクチュエータ１０を有し、これは、第１エンジンバルブ８に動作可能に接続され、燃焼機関１の閉じた圧力流体回路内に配置される。第１バルブアクチュエータ１０は、圧力流体のための少なくとも一つの入口開口１１と圧力流体のための少なくとも一つの出口開口１２を有する。圧力流体は、ガス又はガス混合物であり、好ましくは空気又は窒素ガスである。空気は、閉じた圧力流体回路がリークした場合に、圧力流体を交換しやすく、又はより多くの圧力流体を供給しやすい点で利点を有し、窒素ガスは酸素がほとんどなく、他の要素の酸化を防止する点で利点を有する。

燃焼機関１がいくつかのバルブアクチュエータを有する場合、これらは、閉じた圧力流体回路内で互いに並列に配置される。各バルブアクチュエータは、一又は複数のエンジンバルブに動作可能に接続され得、燃焼機関は、例えば、同一のバルブアクチュエータ１０によって連動して駆動される２つの空気入口バルブ８を有し得るが、しかしながら、各バルブアクチュエータは、燃焼機関１の作動の起こり得る最大操縦性を達成するために一つのエンジンバルブの各々を作動させることが好ましい。

燃焼機関１に関する以下の説明は、一つのエンジンバルブ８と一つのバルブアクチュエータ１０のみを説明するが、何も指摘が無い場合は同様のことが全てのエンジンバルブ及びバルブアクチュエータにも適用されることが理解されるべきである。

燃焼機関１はまた、閉じた圧力流体回路内で一部を形成し、シリンダヘッド６と少なくともシリンダヘッドマントル１４によって区切られるシリンダヘッドチャンバ１３を有する。図示の実施形態では、シリンダヘッドマントル１４は、二つの部分に分割され、これらの部分はネジ１５によってシリンダヘッド６に対して、別々に接続可能且つ取り外し可能である。シリンダヘッドチャンバ１３は、好ましくはほぼ３−１０リットル程度、典型的にはほぼ５−６リットル程度の体積を有する。代替的な実施形態では、シリンダヘッドマントル１４のみが存在し、シリンダヘッド６と共にシリンダヘッドチャンバ１３を区画する。

バルブアクチュエータ１０の少なくとも一つの出口開口１２は、シリンダヘッドチャンバ１３と流体連通する、即ち、少なくとも一つの出口開口１２を介してバルブアクチュエータ１０から出る圧力流体は、シリンダヘッドチャンバ１３内に流れ出る。燃焼機関１がいくつかのバルブアクチュエータを有する場合では、バルブアクチュエータの全ての圧力流体のための出口開口が、同一のシリンダヘッドチャンバ内に解放される。

好ましくは、バルブアクチュエータ１０の全体が、シリンダヘッドチャンバ１３内に配置され、またバルブアクチュエータ１０が、例えばボルト１６又は類似の取り付け手段によって、シリンダヘッドマントル１４に取り外し可能に接続されることが好ましい。この実施形態では、バルブアクチュエータ１０はしたがってシリンダヘッド６と接触することなくシリンダヘッドマントル１４内に「垂れ下がる」。万一、バルブアクチュエータ１０がシリンダヘッドマントル１４とシリンダヘッド６の両方と接触している場合は、建造賢明で不利な許容チェーン（a construction wise disadvantageous tolerance chain）が達成される。

バルブアクチュエータ１０の概略図を示す図２を参照する。
バルブアクチュエータ１０は、アクチュエータピストンディスク１７と、下方向の開いたシリンダ容積を区切るアクチュエータシリンダ１８とを有する。アクチュエータピストンディスク１７は、シリンダ容積を第１上部分１９と第２下部分２０とに分割し、アクチュエータシリンダ１８内を軸方向に変位可能である。アクチュエータピストンディスク１７は、エンジンバルブ８に接触して駆動するように配置された、全体的に２１で示される、アクチュエータピストン又はドライバの部分を形成する。アクチュエータピストン２１は、エンジンバルブ８に関連して軸方向における緩み除外手段２２をさらに有する。緩み除外手段２２は、好ましくは液圧式であり、アセンブリ許容誤差、熱膨張等を修正する目的で、アクチュエータピストンディスク２１がその上側の反転位置にあるときに、それが閉じたときアクチュエータピストン２１が第１エンジンバルブ８と接触したままであることを確実にする。したがって、アクチュエータピストン２１の軸方向長さは、緩み除外手段２２によって自動的に調整される。

バルブアクチュエータ１０のシリンダ容積の第２部分２０は、シリンダヘッドチャンバ１３と流体連通する。このように、アクチュエータピストン２１が上側の反転位置にあるときに、同一の圧力がシリンダ容積の第１部分１９とシリンダ容積の第２部分２０のそれぞれからアクチュエータピストンディスク１７に作用することが保証される。それにより、アクチュエータピストンディスク１７とアクチュエータシリンダ１８との間のシールが重大なものでなく、いくらかの漏れが許容され得、より単純で安価なシール配置が使用され得、静止位置において、アクチュエータピストンディスクが低圧レベルにおける変化によって影響を受けない。

バルブアクチュエータ１０は、入口開口１１を開閉するように配置された制御可能な入口バルブ２３と、出口開口１２を開閉するように配置された制御可能な出口バルブ２４と、全体的に２５で示される流体回路であって、流体回路２５の充填を許容するように配置された逆止弁２６を有する流体回路と、流体回路２５の排出を制御するように配置された制御可能な排出バルブ２７とを有する。バルブアクチュエータ１０内のバルブは、概略的に図示されており、例えばスライディングバルブ、シートバルブ等によって構成され得ることが指摘されるべきである。さらに、上述したいくつかの制御可能なバルブは、単一の本体によって構成され得る。各バルブは、直接的又は間接的に電気的に制御され得る。直接的に電気的に制御される状態は、バルブ位置が例えば電磁気装置によって直接的に制御されることを意味し、間接的に電気的に制御される状態は、バルブ位置が例えば電磁気装置によって制御される圧力流体によって制御されることを意味する。

エンジンバルブ８を開くためのアクチュエータピストンディスク１７の下方への変位を達成するために、入口バルブ２３は、シリンダ容積の上部分１９に圧力流体を高圧で充填することを許容するように開かれる。アクチュエータピストン２１が下方に変位したとき、流体回路２５の逆止弁２６が開き、するとすぐ圧媒液が吸い込まれ、アクチュエータピストン２１が残した容積を置換する。その後、入口バルブ２３が閉じられ、シリンダ容積の上部分１９に入り込んでいる圧力流体が拡張することが許容され、するとアクチュエータピストンディスク１７がその下方への移動を継続する。シリンダ容積の上部分１９内の圧力流体がアクチュエータピストンディスク１７をさらに変位させることができないとき、即ちアクチュエータピストンディスク１７の下側とエンジンバルブ８の戻りばね２８における圧力がアクチュエータピストンディスク１７の上側の圧力と同じであるとき、アクチュエータピストンディスク１７は停止する。アクチュエータピストンディスク１７は、流体回路２５の逆止弁２６が自動的に閉じられると同時に流体回路２５の排出バルブ２７が閉じた状態を維持することによって、所望の時間、その下方位置に保持（ロック）される。戻り運動を達成するため、出口バルブ２４が、シリンダ容積の上部分１９からの圧力流体の排出を許容するように開かれ、且つさらに流体回路２５の排出バルブ２７が開かれて、するとすぐに、圧媒液が流体回路２５から排出されたときにアクチュエータピストンディスク１７が上方に変位し、同時に、圧力流体が、シリンダ容積の上部分１９からシリンダヘッドチャンバ１３に排出される。

とりわけシリンダヘッドとシリンダヘッドマントルの部分的に断面の概略斜視図を示す、図３を主に参照する。
シリンダヘッドマントル１４は、バルブアクチュエータ１０の少なくとも一つの入口開口１１に接続される圧力流体マニホールド２９を有する。圧力流体マニホールド２９は、シリンダヘッドマントル１４の軸長さに沿って延在する。その圧力流体マニホールド２９は、コンプレッサ３１からバルブアクチュエータ１０の少なくとも一つの入口開口１１へ延在する第１圧力流体チャネル３０の部分を形成する。コンプレッサ３１は、バルブアクチュエータに高圧下で圧力流体を供給するように配置される。さらに、第２圧力流体チャネル３２（同様に図１を参照）が、シリンダヘッドチャンバ１３からコンプレッサ３１に延在する。

第１圧力流体チャネル３０の容積は、高圧側で、圧力流体の温度がコンプレッサ３１からバルブアクチュエータ１０にわずかに低下するように、できる限り小さく維持されることになる。シリンダヘッドチャンバ１３及び第２圧力流体チャネル３２の容積は、低圧側で、一方で、コンプレッサ３１が低圧側から空気を引くときに低圧側と高圧側との間の圧力割合がわずかに影響されるように、最大化されることになる。好ましくは、シリンダヘッドチャンバ１３及び第２圧力流体チャネル３２の容積が、第１圧力流体チャネル３０の容積の少なくとも１０倍、最も好ましくは少なくとも１５倍になる。

コンプレッサ３１は可変のコンプレッサ容量／変位、又は、他の手段によって調節可能な流出量を有し、概してコンプレッサ３１は、燃焼機関１のクランクシャフトによって駆動される。高回転数及び高トルク出力において、第１圧力流体チャネル３０における圧力流体のより高い圧力が要求され、低回転数及び低トルク出力において、第１圧力流体チャネル３０における圧力流体のより低い圧力が要求される。高圧側と低圧側の間の圧力差は、高エンジン速度及び高エンジン負荷／トルク出力においてほぼ１５−２０バール程度であり、低エンジン速度及び低エンジン負荷においてはほぼ２−５バール程度である。コンプレッサ３１は、好ましくはアキシャルピストンポンプ、英語表現では“スウォッシュプレート”の型であり、可変のストロークでいくつかのピストンにより可変の変位量を達成し、全ピストンはそれらの各々のサイクルにおいて互いに異なる位置に配置される。ストロークは、滑走板の傾斜によって決定され、ピストンに作動して、回転によって軸方向運動を実行させるようにピストンを駆動し、滑走板の中心軸は転頭動作を行う。滑走板の各回転のため、全ピストンが１サイクルを実行する。滑走板の傾斜は、したがって可変／調節可能である。

高圧側における圧力レベルは、高い逆圧が燃焼チャンバ内に存在する内側オープニングエンジンバルブを、十分な速度で開くためにほぼ８−３０バール程度であり、低圧側の圧力レベルは、圧力比を１：４以下、好ましくは１：３以下に保持するためにほぼ４−８バール程度である。目的は、圧力流体内に存在する圧媒液ミストが酸化するのを防止するために通常動作の間は第１圧力流体チャネル３０における圧力流体の温度を１２０℃以下に保持することであるが、１５０℃までに温度が短期／限定期間で許容され得る。

シリンダヘッドマントル１４は、さらに、バルブアクチュエータ１０の流体回路２５の入口開口３４に接続される圧媒液マニホールド３３を有する。圧媒液マニホールド３３は、圧力流体マニホールド２９と平行に、シリンダヘッドマントル１４の軸方向長さに沿って延在する。ポンプ３５等は、加圧された圧媒液をコンジット３６を介して圧媒液マニホールド３３に供給するように配置される。シリンダヘッドマントル１４は、さらに、とりわけバルブアクチュエータ１０のため、様々なセンサ等のための、全ての必要な電気的な設備（図示せず）を有する。

第１エンジンバルブ８の戻りバネ配置の代替的な実施形態を開示する、図４−１０を参照して、本発明の開示がなされる。
まず、第１エンジンバルブ８の戻りバネ配置の第１実施形態を開示する図４及び図５を参照する。図示の実施形態では、シリンダヘッド６は、概して３７で示されるリードスルーを有し、リードスルーは、エンジンバルブ８のバルブ軸３８をガイドするように配置される。エンジンバルブ８は、燃焼チャンバ７の閉位置と燃焼チャンバ７の完全開位置との間を、シリンダヘッド６に対して、及びリードスルー３７に対して、軸方向に変位可能である。燃焼チャンバ７が開いているとき、燃焼チャンバ７と空気供給システム、又は代替的に空気排出システム／排ガスシステムとの間で、エンジンバルブ８を通過した流体連通が許容される。バルブバネ保持具３９は、燃焼チャンバ７に関連してシリンダヘッド６の反対側においてバルブ軸３８と従来の方法で接続される。バルブバネ保持具３９は、好ましくはバルブ軸３８の端部の領域に配置される。

リードスルー３７は、燃焼チャンバ７から離れる方向において、好ましくは、シリンダヘッド６から上方に突出する。図示の実施形態において、リードスルー３７は、シリンダヘッド６内に挿入されて配置され且つエンジンバルブ８のバルブ軸３８を直接取り囲む、内側ガイドスリーブ４０と、バルブ軸３８及び内側ガイドスリーブ４０に隣接して配置される封止材４１と、内側ガイドスリーブ４０を少なくとも部分的に取り囲む外側ガイドスリーブ４２と、を有する。外側ガイドスリーブ４２は、内側ガイドスリーブ４０に関連して及び／又はシリンダヘッド６に関連して封止される。外側ガイドスリーブ４２は、好ましくはシリンダヘッド６の上側に配置される。代替的な実施形態では、内側ガイドスリーブと外側ガイドスリーブは、一つで同じ要素である。好ましくは、外側ガイドスリーブ４２は、シリンダヘッド６から離れた位置で、その外側エッジにおいて封止材４４を有する、径方向に延在したフランジ４３を有する。封止材４４は、好ましくは例えば金属、ゴム、又はプラスチックから製造された円形封止材である。

バルブバネ保持具３９とリードスルー３７、図示の実施形態ではリードスルー３７の外側ガイドスリーブ４２の径方向に延在するフランジ４３との間において、コイルバネ４５が配置され且つ延在し、コイルバネは、エンジンバルブ８を開くように作用する力が無いときにエンジンバルブ８を閉位置に維持するように配置される。コイルバネ４５は、エンジンバルブ８の重量と、エンジンバルブ８と共に変位可能な要素の重量とを保持し、エンジンバルブ８が低いエンジンバルブリフトで閉じることを確保することができるように設計され、それに加えて、コイルバネ４５のバネ係数が、エンジンバルブ８が開いたときに力が加わらないようにできる限り小さい。コイルバネ４５の付勢力は、好ましくは、ほぼ１００Ｎ±２０Ｎ程度であり、コイルバネ４５のバネ係数は、好ましくは圧縮ミリメートルあたり、即ちエンジンバルブ８が変位される各１ミリメートルあたり、ほぼ５−１０Ｎ程度の加えられる力に対応する。

開示された実施形態においては、バルブバネ保持具３９及びバルブバネ保持具３９から延在するシリンダ状スリーブ４６は、共にバルブバネカバーを形成し、全体的に４７で示される。バルブバネカバー４７のシリンダ状スリーブ４６は、リードスルー３７の径方向外側で、リードスルー３７に関して入れ子状に伸縮自在に変位可能である。バルブバネカバー４７、リードスルー３７、及びエンジンバルブ８は、好ましくは互いに同心にある。開示された実施形態では、バルブバネカバー４７のシリンダ状スリーブ４６は、外側ガイドスリーブ４２の径方向外側で入れ子状に伸縮自在に変位可能であり、径方向に延在したフランジ４３におけるリング封止材４４はシリンダ状スリーブ４６の内側に隣接して配置される。バルブバネカバー４７及びリードスルー３７は、ガスバネ容積４８を区切り、その容積は、エンジンバルブ８が開いてバルブバネカバー４７が軸方向下側に変位したときに増加する。バルブバネカバー４７は好ましくは、シリンダヘッドチャンバ１３内に配置される。エンジンバルブ８のための空気戻りバネ配列を使用することによって、小さな戻りバネ力が低いエンジンバルブリフトで得られ、且つ大きな戻りバネ力が高いエンジンバルブリフトで得られるが、任意のエンジンバルブリフトにおいて、エンジンバルブ８を開くための電力消費量の合計は、機械戻りバネを単に有する戻りバネ配列に関連して低減される。シリンダ状スリーブ４６と外側ガイドスリーブ４２との間の封止材４４は、完全にきついものである必要はなく、ピストンリング封止材のような、より単純でより安価な封止材配列が使用され得ることを伴うことが指摘されるべきである。

本発明に重要なことは、ガスバネ容積４８が、エンジンバルブ８が燃焼チャンバ７の閉位置にあるときに隣接したガス容積４９と流体連通し、エンジンバルブ８が燃焼チャンバ７の完全開位置にあるときに隣接したガス容積４９から分離されることである。

従って、エンジンバルブ８が閉じたときは隣接するガス容積４９と同じ圧力が、ガスバネ容積４８内に存在し、エンジンバルブ８が完全開位置に向かって所定距離変位したときは流体連通が閉じられ、ガスバネ容積４８内の圧力がエンジンバルブ８とガスバネ容積４８が下方に変位すると同時に増加する。好ましくは、隣接するガス容積４９はシリンダヘッドチャンバ１３の一部である。それに、ポート５０が、ガスバネ容積４８と隣接するガス容積４９との間に配置される。

好ましい実施形態では、バルブバネカバー４７のシリンダ状スリーブ４６は、その自由端の近くに、エンジンバルブ８が閉じたときにガスバネ容積４８と隣接するガス容積４９との間の流体連通を許容するためのポート５０を提供する。ポート５０は、好ましくは、シリンダ状スリーブ４６の下方エッジにおける一又は複数の凹部によって構成される。円周方向におけるポートの総／集合延長は、好ましくは１８０度未満且つ１０度超に相当し、一又は複数のセグメントに分割され得る。好ましくは、ポート５０の総延長は、８０度超且つ１００度未満に相当する。代替の実施形態では、ポート５０の凹部は、シリンダ状スリーブ４６の下方リムから少しだけ離れて配置される。ポート５０は、バルブバネカバー４７の下方変位に関連して、徐々に、段階的に、又は直線的に閉じられる。

ポート５０は、エンジンバルブ８の最大ストロークの大部分の間は開き、バルブバネカバー４７がエンジンバルブ８の最大ストロークの少なくとも２５パーセント変位したときにだけ完全に閉じ、これは開示された実施形態においては約３ミリメートルの変位に相当し、ポート５０はエンジンバルブ８の変位によって閉じられることが重要である。

ポート５０は、好ましくはエンジンバルブ８の最大ストロークの少なくとも３５パーセントの間、最も好ましくは少なくとも４５パーセントの間は開く。ポート５０は、好ましくはエンジンバルブ８の最大ストロークの最大７０％の間、最も好ましくは最大６０パーセントの間は開く。

エンジンバルブ８が完全に開いているとき、ガスバネ容積４８内の圧力は、ガスバネ容積４８と隣接するガス容積４９との間の流体連通が許容されているときのガスバネ容積４８内の基本圧力の４倍未満であり、好ましくは、圧力増加は３倍より大きくない。これは、ガスバネ容積４８内の温度が、ガスバネ容積４８内の圧媒液が酸化する温度を超過しないようにする。１２ミリメートルのエンジンバルブ８の通常の最大ストロークにおいて、例えばエンジンバルブ８が６ミリメートル変位するまで、即ち圧縮が延期されるが例えば６−１２ミリメートルの大きい／高いバルブリフトにおいて強い進歩を与えるまで、エンジンバルブ８の変位の第１部分は、ポート５０が開いているためにガスバネ容積４８内のガスの圧縮無しに実行される。圧縮の延期は、圧縮がバルブリフト全体の間に発生するシステムに関連して、ガスバネ容積４８の容積が最小化され得ることを伴う。これは、ガスバネ容積４８内の温度が、ガスバネ容積４８内の液ミストが酸化する温度を超過しないことを伴う。燃焼期間の作動中にガスバネ容積４８内に所定量のガスが残り、このガスがバルブバネカバー４７を介して冷却され、高い圧縮比の達成に寄与し、よりコンパクトな戻りバネ配列をもたらすことが指摘される。

開示された実施形態において、ポート５０がガスバネ容積４８の下方端部に配置されているという事実により、エンジンバルブ８が開いているときにガスバネ容積４８に蓄積される圧媒液がポート５０の次の開きに関連して排出される。ガスバネ容積４８から排出された圧媒液は、隣接するガス容積４９内への重力により流出し、任意の適切な態様、例えば制御バルブを介してそこから排出される。隣接するガス容積４９がシリンダヘッドチャンバ１３の一部である場合において、圧媒液は好ましくはシリンダヘッドチャンバ１３内に流入し、好ましくは制御バルブ（図示せず）を介してそこから排出される。

第１エンジンバルブ８の戻りバネ配列の第２実施形態を開示する図６及び図７を主に参照する。図４及び図５による第１実施形態と異なる部分のみが説明される。
この実施形態では、隣接するガス容積４９はシリンダヘッドチャンバ１３から分離され、代わりにシリンダヘッド６内に配置されたガスバネマニホールド５１と流体連通する。ガスバネマニホールド５１は、シリンダヘッド６の軸方向長さに沿って延在する。ガスバネマニホールド５１は、好ましくは圧媒液排出バルブ５２を有し、これは、蓄積された圧媒液を燃焼機関１の圧媒液溜めに排出するように制御される。好ましくは、ガスバネマニホールド５１内の圧力は、シリンダヘッドチャンバ１３内の圧力よりも高く、また、好ましくは２バール未満高い圧力である。ガスバネマニホールド５１内の圧力は、燃焼機関１の現在の作動に従って調整可能である。ガスバネマニホールド５１を使用することによって、ガスバネ容積４８内の基本圧力は、シリンダヘッドチャンバ１３とは独立し、且つ閉じた圧力流体回路内の圧力比から独立して、現在の状況に従って調節され得る。それに、この実施形態では、コイルバネ４５を全体的に除外し、代替的に、より小さいプレテンション力及び小さいバネ係数を有するより弱いコイルバネを使用することができる。

第１エンジンバルブ８の戻りバネ配列のさらに他の実施形態では、図示しないが、ガスバネマニホールド５１は隣接するガス容積を構成し、ガスバネ容積４８とガスバネマニホールド５１との間にバルブが配置される。そのバルブは、例えば、ガスバネマニホールド５１からガスバネ容積４８への通路を許容する逆止弁によって構成され、したがって、エンジンバルブ８が閉じられたとき、戻りバネ配列は、ガスバネマニホールド５１とガスバネ容積４８との間に一方通行の流体連通を提供する。

代替的な実施形態では、図示しないが、ガスバネマニホールド５１は、エンジンバルブが入口バルブの場合は燃焼チャンバ７の入口管に直接接続されて、エンジンバルブが排気バルブの場合は燃焼チャンバ７の出口管に直接接続され、それによりエンジンバルブ８を開くのに作用する圧力と同じ圧力がガスバネ容積４８内に存在する。第１エンジンバルブ８の戻りバネ配列の第３実施形態を開示する図８を参照する。他の実施形態と異なる部分のみが説明される。

この実施形態では同様に、バルブバネ保持具３９がエンジンバルブ８のバルブ軸３８に接続されるが、シリンダ状スリーブはバルブバネ保持具３９に接続されない。代わりに、シリンダ状スリーブ５３はシリンダヘッド６から離れる方向に突出し、シリンダ状スリーブ５３は、シリンダ状スリーブ５３の下方エッジの領域においてバルブ軸３８に対して封止される。好ましくは、シリンダ状スリーブ５３はリードスルー３７の一部である。バルブバネ保持具３９は、シリンダ状スリーブ５３の内側で軸方向に変位可能であり、バルブバネ保持具３９及びシリンダ状スリーブ５３はガスバネ容積４８を区切る。ポート５０がシリンダ状スリーブ５３の上方エッジに関連して配置されるが、ポート５０の機能及び特性は上述したものと同じである。

図８による実施形態の代替を開示する図９を参照する。この代替の実施形態では、戻りバネ配列は、図４−７の実施形態のように、バルブバネ保持具３９とバルブバネ保持具３９から延在するシリンダ状スリーブ４６とを有するバルブバネカバー４７を備える。バルブバネカバー４７のシリンダ状スリーブ４６は、シリンダヘッド６から延在するシリンダ状スリーブ５３に関連して、径方向内側又は径方向外側で伸縮自在に変位可能である。開示された実施形態では、ポート５０は、上方に突出しているシリンダ状スリーブ５３の上方エッジに設けられるが、ポートは、代替的に、バルブバネカバー４７のシリンダ状スリーブ４６の下方エッジに設けられ得るか、又はそれらの組み合わせであり得る。

図７を主に参照する。この図７は、エンジンバルブ８の戻りバネ配列の実施形態を限定するものではない。燃焼機関１は、好ましくは位置センサを有し、位置センサはバルブバネカバー４７及びコイル５５を有し、バルブバネカバー４７は、コイル５５の径方向内側で、コイル５５に関連して入れ子状に伸縮自在に変位可能である。コイル５５、又はインダクタは、シリンダヘッド６から延在するリードスルー３７の一部の径方向外側に配置される。

位置センサ５４の目的は、そこから生じる個々の出力信号パルスと、個々のデジタル入力信号パルスを使用して、低電力消費であり且つ高時間位置分解能によって、バルブバネカバー４７とコイル５５との間の相互位置を決定する可能性を許容する。

バルブバネカバー４７が、エンジンバルブ８と、シリンダヘッド６に接続されているコイル５５と結合して変位可能であるという事実のため、エンジンバルブ８のバルブプレートとシリンダヘッド６内のエンジンバルブ８のバルブ座との間の相互位置の決定、即ち、エンジンバルブ８の位置及びバルブの開度の決定、又は、言い換えれば現在のバルブリフト、が得られる。

バルブバネカバー４７のシリンダ状スリーブ４６は、導電体によって構成され、好ましくはアルミニウム等の非磁性金属から製造される。しかしながら、シリンダ状スリーブ４６は圧密鉄粉体等の磁性金属から製造することも実現可能である。コイル５５は、好ましくは銅から製造され、担体に巻きつけられる。コイル５５は論理回路（図示せず）に動作可能に接続され、位置センサは以下の方法で動作するように構成される。燃焼チャンバ７からガスを流入又は排出するために、エンジンバルブ８がバルブ座に関連して変位すると、バルブバネカバー４７もまたコイル５５に関連して変位する。バルブバネカバー４７のシリンダ状スリーブ４６とコイル５５との間の重なりが増加すると、バルブバネカバー４７のシリンダ状スリーブ４６からの影響により、異なる程度で短絡されたコイル５５の結果として、所定の値に変化されるコイル５５と直列に接続された抵抗を流れる測定電圧のための経過時間が、重なりに比例して減少する。コイル５５の電圧が変化すると、抵抗への測定電圧が変化し、相互位置の決定が要求されたとき、コイル５５の電圧が変化する。

エンジンバルブ８とそのバルブ座との間の相互位置の決定は、相互位置を決定する理由があるとき、即ちエンジンバルブ８が動いているときにのみ選択され得る。エンジンバルブ８の動きは、燃焼機関１のクランクシャフト動作に基づいており、通常の燃焼機関において、クランクシャフトの一回転のおよそ１／２回転の間動いている。エンジンバルブ８が動いている期間、エンジンバルブ８の位置の決定は、好ましくはクランク角度毎に一度、即ちクランクシャフトの一回転の間およそ９０−１８０回行われる。

エンジンバルブ８の戻りバネ配列の第４実施形態を開示する、図１０を主に参照する。他の実施形態と異なる部分のみ説明される。
図１０の実施形態は、図９の実施形態の代替であり、シリンダヘッド６から延在するシリンダ状スリーブが位置センサ５４と交換されている。この実施形態におけるポート５０は、バルブバネカバー４７のシリンダ状スリーブ４６の下方エッジに設けられる。

本発明のあり得る変更
本発明は、上記の記載及び図面に示された実施形態のみに限定されず、これらは説明及び例示の目的のみを有する。この特許出願は、ここに記載された好ましい実施形態の全ての変更及び変形をカバーすることを意図しており、本発明は、その結果として、添付の請求項及びその均等物の表現によって定義される。したがって、添付の請求項の構成内で、あり得る全ての方法で装置が変形され得る。

上方、下方、上部、下部等の用語に関する／関連する全ての情報は、参照符号が正しい方式で読まれ得るように方向づけられる図面と共に、図に従って方向づけられる設備として解釈される／読まれるべきである。したがって、その様な用語は、図示の実施形態における相対的な関係のみを示し、本発明の設備に他の構成／設計が提供された場合はその関係は変更され得る。

具体的な実施形態の特徴が他の実施形態の特徴に組み合わされ得ることが明確に言及されていなかったとしても、それが可能であるときは明らかなものとしてみなされるべきであることが指摘されるべきである。

Claims (13)

1. 燃焼機関（１）の燃焼チャンバ（７）を選択的に開閉するように配置された第１の制御可能なエンジンバルブ（８）と、
   前記燃焼チャンバ（７）に隣接し、且つ前記エンジンバルブ（８）のバルブ軸（３８）をガイドするように配置されたシリンダヘッド（６）であって、前記エンジンバルブ（８）は、前記燃焼チャンバ（７）の閉位置と前記燃焼チャンバ（７）の完全開位置との間を、前記シリンダヘッド（６）に関連して軸方向に変位可能である、シリンダヘッド（６）と、
   前記バルブ軸（３８）に接続されたバルブバネ保持具（３９）と、を有し、
   前記バルブバネ保持具（３９）は、ガスバネ容積（４８）を部分的に区切り、ガスバネ容積（４８）は、前記エンジンバルブ（８）が前記燃焼チャンバ（７）の閉位置にあるときにポート（５０）を介して隣接するガス容積（４９）と流体連通し、且つ前記エンジンバルブ（８）が前記燃焼チャンバ（７）の完全開位置にあるとき前記隣接するガス容積（４９）から分離され、前記ポート（５０）は、前記エンジンバルブ（８）の最大ストロークの少なくとも２５パーセントの間開いており、前記エンジンバルブ（８）の変位によって閉じられる、燃焼機関。
2. 請求項１に記載された燃焼機関において、
   前記ポート（５０）は、前記エンジンバルブ（８）の最大ストロークの少なくとも３５パーセントの間、好ましくは少なくとも４５パーセントの間開いている、燃焼機関。
3. 請求項１又は２に記載された燃焼機関において、
   前記ポート（５０）は、最大で前記エンジンバルブ（８）の最大ストロークの７０パーセントの間、好ましくは最大で６０パーセントの間開いている、燃焼機関。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載された燃焼機関において、
   前記シリンダヘッドは、前記エンジンバルブ（８）の前記バルブ軸（３８）をガイドするように配置された、リードスルー（３７）と、前記バルブバネ保持具（３９）と、バルブバネカバー（４７）を形成する前記バルブバネ保持具（３９）から延在するシリンダ状スリーブ（４６）と、を有し、前記バルブバネカバー（４７）の前記シリンダ状スリーブ（４６）は、前記リードスルー（３７）の径方向外側で、前記リードスルー（３７）に関連して入れ子状に伸縮自在に変位可能であり、前記バルブバネカバー（４７）と前記リードスルー（３７）は、前記ガスバネ容積（４８）を区切る、燃焼機関。
5. 請求項４に記載された燃焼機関において、
   前記バルブバネカバー（４７）の前記シリンダ状スリーブ（４６）は、その自由端部の近くで、前記エンジンバルブ（８）が前記燃焼チャンバ（７）の閉位置にあるとき、前記ガスバネ容積（４８）と前記隣接するガス容積（４９）との間の流体連通を許容するために前記ポート（５０）を提供する、燃焼機関。
6. 請求項４又は５に記載された燃焼機関において、
   前記燃焼機関（１）は、閉じた圧力流体回路の一部であり且つ前記シリンダヘッド（６）によって部分的に区切られるシリンダヘッドチャンバ（１３）を有し、前記バルブバネカバー（４７）は、前記シリンダヘッドチャンバ（１３）内に配置される、燃焼機関。
7. 請求項６に記載された燃焼機関において、
   第１バルブアクチュエータ（１０）が、前記第１のエンジンバルブ（８）に動作可能に接続され、前記第１バルブアクチュエータ（１０）は、前記閉じた圧力流体回路内に配置される、燃焼機関。
8. 請求項７に記載された燃焼機関において、
   前記第１バルブアクチュエータ（１０）は、前記シリンダヘッドチャンバ（１３）内に配置される、燃焼機関。
9. 請求項６−８のいずれか一項に記載された燃焼機関において、
   前記隣接するガス容積（４９）は、前記シリンダヘッドチャンバ（１３）の一部である、燃焼機関。
10. 請求項６−８のいずれか一項に記載された燃焼機関において、
    前記前記隣接するガス容積（４９）は前記シリンダヘッドチャンバ（１３）から分離しており且つ前記シリンダヘッド（６）内に配置されたガスバネマニホールド（５１）と流体連通する、燃焼機関。
11. 請求項１０に記載された燃焼機関において、
    前記ガスバネマニホールド（５１）は、圧媒液排出バルブ（５２）を有する、燃焼機関。
12. 請求項１０又は１１に記載された燃焼機関において、
    前記ガスバネマニホールド（５１）内の圧力は、前記シリンダヘッドチャンバ（１３）内の圧力より高い、燃焼機関。
13. 請求項４−１２のいずれか一項に記載された燃焼機関において、
    前記バルブバネカバー（４７）とコイル（５５）とを有する位置センサ（５４）を有意、前記バルブバネカバー（４７）は、前記コイル（５５）の径方向内側で、前記コイル（５５）に関連して入れ子状に収縮可能に変位可能である、燃焼機関。

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