JP4639126B2 - 吸気バルブを可変動作させるための電子制御油圧装置を有する内燃機関エンジン - Google Patents

Description

本発明は、複数のシリンダを形成するエンジンブロック、エンジンシャフト、及びシリンダーヘッドに加えて、シリンダーヘッドの中で回転して取り付けられて伝動手段によってエンジンシャフトによる回転が制御された一対のシャフトをも備えるタイプのマルチシリンダ内燃機関エンジンに関する。

上に明示されたタイプの従来のエンジンでは、シリンダーヘッドの中で回転して取り付けられる両方のシャフトは、エンジンの様々なシリンダに連関した吸気バルブおよび排気バルブをそれぞれ制御するように構成されたカム軸である。

本発明の基礎となる問題は、吸気バルブの制御のために、電子制御油圧装置を用いる吸気バルブの可変動作用のシステムを上記タイプのエンジンに適用することである。

本出願人は、これまでかなりの期間、エンジンのバルブの可変動作用の電子制御油圧装置の分野で研究を試みて、実験を行なっている。本出願人は、上で説明したタイプの、バルブの可変動作用システムを装備したエンジンに関して、広範囲な特許を保有しており、多数の特許出願を行っている。直接の参照のために添付した図１は、本出願人の名で出願した特許文献１に記載したタイプの、従来技術に係るエンジンの横断面図を示す。

前記の図を参照する。そこに図示されたエンジンは、マルチシリンダ・エンジンであり、例えば、シリンダーヘッド1を備えた、一列に並んだ４つのシリンダを備えたエンジンである。

シリンダーヘッド1は、燃焼室を形成する、ヘッド1のベース面3によって形成された空洞2を、各シリンダに対して備える。その中には、２つの吸気管4、5および２つの排気管6を与える。２つの吸気管4、5と燃焼室2との連通は、従来のポペット弁またはきのこタイプの、２つの吸気バルブ7によって制御される、その各々は、それがヘッド1のボディの中で滑動するように取り付けられたシャフト8を備える。各バルブ7は、ヘッド1の内側面とバルブの端カップまたはバケット（bucket）10との間にセットされた、ばね9によって閉位置の方へ戻される。２つの排気管6と燃焼室との連通は、２つのバルブ70によって制御される。それは従来のタイプのものであり、それを閉位置の方に戻すためのばね9がそれに連関している。各吸気バルブ7が開くことは、カム軸11によって、以下に記載する方法で、制御されている。カム軸11は、シリンダーヘッド1の支持体内にあるシャフト12を中心に回転するように取り付けられ、吸気バルブ7を作動させるための複数のカム14を備える。

吸気バルブ7を制御する各カム14は、それがシャフト17に沿って滑動することができるように取り付けられた、タペット16のキャップ15と協働する。前に参照した先行文献に示した実施例において、シャフト17は、バルブ7のシャフトに関して実質的に90度の角度をなしている。キャップ15は、それに連関したばねによってカム14に抗しながら戻される。タペット16は、事前組立品20のボディ19で保持されたブッシング18内に滑動するように取り付けられたポンピングピストンを構成する。以下に詳細に記述されるものによれば、事前組立品20は、吸気バルブの動作に連関した電気的油圧装置のすべてを組込んでいる。ポンピングピストン16が面する圧力チャンバーＣの中にある加圧流体(好ましくはエンジンの潤滑回路から来るオイル)によって、及び、ブッシング22によって形成されたシリンダ・ボディの中で滑動することができるように取り付けられたピストン21によって、弾性手段9の作用に抗してバルブ7のシャフト8が開くことをもたらすように、ポンピングピストン16はバルブ7のシャフト8に推進力を伝えることができる。ブッシング22は、部分組立品20のボディ19で保持されている。もう一度、図１に示された既知の解決策を参照する。各吸気バルブ7に連関した加圧流体チャンバーＣは、電磁弁24によって排気ポート23と連通状態にセットすることができる。アクセル（accelerator）の位置やエンジンの回転数のような、エンジンの運転（operation）パラメーターを示す信号Sに従って、電磁弁24(本願に図示された機能に適したいずれの既知のタイプのものであってもよい)は、模式的に示した電子制御手段25によって制御される。電磁弁24が開いているときに、チャンバーＣはポート23との連通を開始する。その結果、チャンバーＣの中にある加圧流体は、前記ポートの中を流れる。カム14の分断、および吸気バルブ7からのそれぞれのタペット16の分断が得られる。その後、吸気バルブ7は、戻しバネ9の働きでその閉位置に素早く戻る。従って、チャンバーＣと排気ポート23との間の連通を制御することによって、所望の通り、各吸気バルブ7の開き時間および開きストロークを変更することができる。

様々な電磁弁24の全ての排気ポート23は、圧力アキュムレーター27と通じる、全く同一の縦方向のポート26の中に出す（give out）。その一つだけが図１に示されている。

連関したブッシング18を備えたすべてのタペット16、連関したブッシング22を備えたピストン21、電磁弁24、および対応するポート23，26は、エンジンの組み立ての早さおよび容易さの利点のために、事前組立品20の前述のボディ19で保持されて（carry）、それからできている（made out of）。

前に言及した従来技術文献の場合には、油圧作動システムを排気バルブの制御に適用することを原則的に除外されるものではないが、各シリンダに連関した排気バルブ70は、図１に示された実施形態では、それぞれのタペット29によって、それぞれのカム軸28によって、従来の方法で、制御されている。

もう一度、図１を参照する。ブッシング22内に形成されて、ピストン21に面する可変体積のチャンバーは、ブッシング22の端壁に作られた開口30によって加圧流体チャンバーＣと連通する。ピストン21がその上死点位置にあるので、図１において、ピストン21は最小体積の状態で図示されている。終端ノーズ部31とそれと係合した開口30の壁との間に存在する遊び（play）を通過して、可変体積チャンバーの中にあるオイルが加圧流体チャンバーＣの中へ強制的に流れる範囲では、バルブが閉位置にあることを仮定するときに、バルブ7が閉じている間に、バルブ7に油圧制動を提供するために、前記開口30はピストン21の終端ノーズ部31によって係合されている。開口30によって形成された連通に加えて、加圧流体チャンバーＣおよびピストン21の可変体積のチャンバーは、ピストン21のボディの中に作られて、逆止め弁32によって制御された内部通路によって互いに連通している。逆止め弁32は、加圧チャンバーＣからだけピストン21の可変体積のチャンバーに流体が通過することを可能にする。

図１に示された既知のエンジンの通常動作の間、電磁弁24が加圧流体チャンバーＣと排気ポート23との間の連通を遮断するときに、前記チャンバーの中にあるオイルは、カム14によって、バルブ7が開くことを制御するピストン21に、ポンピングピストン16の動きを伝える。バルブの開き動作の最初のステップで、チャンバーＣから来る流体は、逆止め弁32を通過し、ピストン21の内部空洞をセットした通路をさらに通過して、ピストン21の可変体積のチャンバーに到着する。ピストン21の内部空洞は、可変体積のチャンバーと連通した、管状の構成をしている。チャンバーＣから離れる流体が開口30を通って可変体積のチャンバーへ直接に入ることができるように、ピストン21の第１の変位（displacement）の後、ノーズ部31は開口30から現われる。開口30が開放されている（free）。

既に説明しているように、バルブを閉じる逆の動きにおいて、例えば、電磁弁24が開くことに続いて、その座部に対するバルブのボディのいかなる衝撃も防止するように、バルブの油圧制動をもたらして、最終ステップの間にノーズ部31が開口30に入る。電磁弁24が開くことは、バルブ7が閉位置に素早く戻ることをもたらす。

図１に示した油圧制動装置の変形例として、本出願人は、他の解決策を既に提案している(特許文献２を参照すること)。それにおいて、エンジンの吸気バルブを制御するピストン21は、ノーズ端がなくて、逆止め弁32は、ピストン21のボディに作られる代わりに、取付部に作られる。更に、ブッシングの壁において、その内ではピストン21が滑動自在にそこに取り付けられて、圧力チャンバーＣと直接に連通する一つ以上の通路を与える（give out）。必然の油圧ブレーキ効果で、流体の通路の断面の制限を提供する目的で、エンジンのバルブを閉じる最終ステップにおいてピストン21によって次第に遮られるように、前記通路が形づくられて位置決めされている。特許文献２で提案された解決策において、さらに、エンジンのバルブを制御するピストン21とエンジンのバルブのシャフトとの間に、補助の油圧タペットがセットされている。

ヨーロッパ特許EP 0 803 642 B1号公報 ヨーロッパ特許出願EP 1 344 900 A2号公報

本発明の目的は、本願の詳細な説明の最初に示したタイプのエンジンを提供することである。それは、エンジンの吸気バルブが可変動作をするための電子制御油圧装置を利用するものであり、シリンダーヘッドに２つのカム軸を持った従来のエンジンを発端として（starting from）、比較的簡単に得られる。

前記目的を達成するために、本発明の主題は、複数のシリンダを形成するシリンダーブロック、エンジンシャフトおよびシリンダーヘッドに加えて、シリンダーヘッドの中で回転して取り付けられて伝動手段を介してエンジンシャフトによって回転が制御された一対のシャフトをも備える内燃機関エンジンであって、前記内燃機関エンジンは、シリンダーヘッドの中で回転して取り付けた前記のシャフトのうちの一方が、エンジンの吸気バルブの制御するためのカム、及びエンジンの排気バルブを制御するためのカムの両方を備えるカム軸であり、エンジンの吸気バルブを制御するカムが、バルブの可変動作用の電子制御油圧装置によって前記バルブを制御して、排気バルブを制御するカムが、前記バルブを機械的に制御し、シリンダーヘッドに回転して取り付けられた２つのシャフトの他方が、カムを有さずに、シリンダーヘッドから出てきて動力取出装置（power takeoff）を構成する一つの端部を有することを特徴とする。

単なる非限定的な例として提供されている添付図面を参照しながら、本発明を説明する。

図２は、本発明の教えを利用して、吸気バルブの可変動作用システムを装備したエンジンに比較的容易に変換することができる従来型の内燃機関エンジンのシリンダーヘッドの断面を示す。図２では、図１のものと共通の部分は同じ参照符号で示されるが、以下のことから明らかになる理由によって、シャフト11，28の表記が逆になっている。理解されるように、図に示された従来のエンジンは２つのカム軸11，28を想定している（envisage）。それは、揺り軸（rocker）11a，28aによって吸気バルブ7および排気バルブ70を機械的にそれぞれ制御する。

図３は、従来のエンジンを、吸気バルブを動かすための電子制御油圧装置を装備したエンジンに変換するために、そこに図示された対応する部分の代わりに図２の従来のエンジンのシリンダーヘッドに取り付けることができる組立体を図３は示している。

図３を参照する。電子制御油圧装置の全部材は、単一の「レンガ（brick）状の」構造体200によって保持されている（carry）。「レンガ（brick）状の」構造体200は底面を有している。それは、取り付けられた状態で、２つのシャフト11，28の軸を通り抜ける面に相当する。従来のエンジンを、本発明に係るエンジンに変換するために必要なさらなる操作は、シャフト11がエンジンのただ一つのカム軸になり、吸気バルブを制御するカム、およびエンジンの排気バルブを制御するカムの両方を備えているが、シャフト28は、カムの無いシャフトと取り替えられて、動力取出装置201(図４)を持った（carry）シリンダーヘッドから出て来る一つの端部を有するということにある。動力取出装置201は、あらゆる補助システムの動作に利用可能である。

従来のエンジンの場合と同様に、２つのシャフト11，28は、端部を有している。それらはシリンダーヘッドの外部にある。それはギア202，203を持っている。それはエンジンシャフトからシャフト11，28に動きを伝えるギアチェーン（gearing chain）でかみ合うように設計されている。

シャフト11は、既に述べたように、エンジンの吸気バルブを動かすためのカムと、排気バルブを動かすためのカムと、を備えている。本出願人の名で出願された先のヨーロッパの特許出願04425023.1号(本出願の出願日においては秘密状態にある)で既に提案した解決策によれば、吸気バルブを制御するカムは、図１を参照しながら説明したものに類似したタイプの電子制御油圧装置によって、排気バルブを動かすためのカムを制御する。図３では、前記デバイスの部材は、図１で用いられたものと同じ参照符号で示されている。その代りに、排気バルブは、シャフト11のそれぞれのカムによって機械的に制御されている。図３で明確に理解されるように、排気バルブは揺り軸（rocker）204によって制御されている。揺り軸（rocker）204のそれぞれは、シリンダーヘッドの構造体の上で枢支された（pivoted）一つの端部205と、各カムと接触するための中間ローラーと、それぞれの排気バルブ70を制御する反対端部206と、を有している。その代りに、各吸気バルブに連関したポンプ・エレメント16は、レンガ200の構造体の上で枢支されて（pivoted）、シャフト11で保持された（carried）制御カムに係合するための部分と、ポンプ・エレメント16に係合するための部分と、をそれぞれ有している揺り軸207によって制御される。

図３はエンジン・シリンダに連関した点火プラグ208(及び対応するコイル209)を示す。

既に説明したように、「レンガ（brick）状のもの」は、前記デバイスに連関した油圧装置のすべてのポートと同様に、吸気バルブ7が可変動作するための電子制御油圧装置の部分を形成する全ての要素を持っている（carry）。添付した図５は、先のヨーロッパ特許出願04425023.1号で提案したように、エンジンの停止した（turn off）乗り物の長期の（prolonged）停止に続いて（following upon）吸気バルブを制御する油圧装置に形成される空気用の通気孔（breather）を想定した油圧装置を示している。

エンジンがスタートすると、エンジンの潤滑回路から来るオイルは、第１の補助（supplementary）タンク120、逆止め弁121、第２の補助（supplementary）タンクまたはサイロ122を通過し、アキュムレータ123と電磁弁24によって制御された通路23とに連通したあと、圧力チャンバーＣ(図５を参照)に達する。タンク120および122は、通気孔120aおよび122aをそれぞれ有している。バルブを制御するためのデバイスの中にある空気用のガス抜きシステムが、本出願人の名で出願された先のヨーロッパ特許EP 1 243 761 B1号に既に提案されていることを留意するべきである。しかしながら、本願に図示されたシステムは、タンク120のトップ部にある流入ポート230の到着ポイントと、タンク120の底に作られたタンクからの出口とを持った逆止め弁121の上流に(潤滑回路から来るオイルが吸気バルブを制御する油圧回路を満たすときに、エンジンをスタートするときに流体が流れる方向に関して)セットされた単純な貯蔵タンク(タンク120)を備えるという新規性を有している。

図５は、油圧回路の単純化された図を構成する。それは、エンジンをスタートするときに空気を徐々に減らしてなくす（bleed off）方法を示している。ポート230から来るオイルは、タンク120のトップ部に達して、大気との連通用の穴120aを通って抜き取られる（bleed off）。実際的な実施態様では、前記穴120aは、タンク120に関して離れた位置に作られる。タンク120に供給されたオイルは、パイプ130の方向に流れる。パイプ130は、タンク120の底から分岐していて、そこに含まれていた空気を大気へ放出することができる。逆止め弁121を通り抜けた後に、オイルは第２のタンク122に達する。第２のタンク122では、そこにさらに存在するであろう空気が、開口122a(図５に示された実際的な実施態様において、タンク122から遠い位置にある)を通して大気へ放出される。タンク122は、本質的に既知のタイプである油圧アキュムレータ（hydraulic accumulator）123と、ポート124によって、連通している。油圧アキュムレータ（hydraulic accumulator）123は、ばね123aの働きに抗してピストン123bを動かすことによって満たされる。タンク122の底から、ポート23が分岐している。ポート23は、電磁弁24によって、吸気バルブを動かすためのデバイスの圧力チャンバーＣと連通させることができる。

先の説明から明らかになるように、本発明に係るエンジンは、それが吸気バルブの可変動作用の電子制御油圧装置を想定している（envisage）という点で従来のエンジンと異なっている。それとともに、それがシリンダーヘッドに２つのシャフトを想定していて（envisage）、その一つが吸気バルブ及び排気バルブの両方を制御するカム軸であり、他のシャフトがシリンダーヘッドの外側に動力取出（power takeoff）装置を備えた「サービス」シャフトであるので、今日までのところ提案されているバルブの可変動作を備えたエンジンと異なっている。

図３に示されているように、補助の蓋300がレンガ200にインストールされている。エンジンから来るオイル煙霧（fume）用の吹き抜け（blow-by）通路が形成されている。

本発明に係るエンジンは、アーキテクチャーの選択(それは上に記載された)のおかげで、図２の従来のエンジンを発端として、比較的簡単で比較的廉価な変更を成すことにより得ることができる。

もちろん、本発明の原理を損なうことなく、構造の細部および実施態様は、本発明の範囲を逸脱することなく、単なる実施例として本願に記載し且つ図示したものに関して幅広く変更することができる。

既に説明した既知の技術に係るエンジンの横断面図である。 吸気バルブおよび排気バルブをそれぞれ制御するための２つのカム軸を備えたシリンダーヘッドを有する、バルブの可変動作用システムを有しない従来のエンジンの横断面図である。 シリンダーヘッドが、単一のカム軸、カムの無い補助のシャフト、および吸気バルブの可変動作用の電子制御油圧装置を有する本発明に係るエンジンに変換するために、図２の従来のエンジンに適用されることになっている構成要素の模式図である。 図３に示した組立体の斜視図である。明瞭にするために、その上に設けられた補助の蓋（lid）が除去されている。 吸気バルブの可変動作用システムの油圧回路の模式図である。

符号の説明

１ シリンダーヘッド
７ 吸気バルブ
９ 戻りばね
１１ シャフト
１１ａ 揺り軸
２３ 通路
２４ 電磁弁
２５ 電子制御手段
２８ シャフト
２８ａ 揺り軸
３０ 開口
３２ 逆止め弁
７０ 排気バルブ
１２０ タンク
２０１ 動力取出装置
２０４ 揺り軸
Ｃ 加圧流体チャンバー

Claims (6)

1. 複数のシリンダを形成するシリンダーブロックと、エンジンシャフトと、シリンダーヘッドと、シリンダーヘッド(1)に回転して取り付けられて伝動手段を介してエンジンシャフトによって回転が制御された一対のシャフト(11，28)と、を備える内燃機関エンジンであって、
   シリンダーヘッド(1)に枢支される第１揺り軸(207)を備えており、
   シリンダーヘッド(1)に回転して取り付けられた前記シャフト(11，28)の一方が、エンジンの吸気バルブ(7)制御用のカムと、エンジンの排気バルブ(70)制御用のカムとを備えるカム軸(11)であり、
   吸気バルブ(7)を制御するカムが、バルブの可変動作用の電子制御油圧装置によって前記吸気バルブを制御し、
   第１揺り軸(207)が、吸気バルブ(7)を制御するカムに係合する部分と、電子制御油圧装置に係合する部分とを、有しており、
   排気バルブ(70)を制御するカムが、前記排気バルブを機械的に制御し、
   シリンダーヘッド(1)に回転して取り付けられた前記他方のシャフト(28)が、カム無しであり、ヘッドから出て来て動力取出装置を構成する一つの端部を有することを特徴とする内燃機関エンジン。
2. シリンダーヘッド(1)に枢支される第１端部(205)と、排気バルブ(70)を制御するカムに接触する中間ローラーと、排気バルブ(70)を制御する第２端部(206)とを、有する第２揺り軸(204)を備えており、
   前記カム軸(11)において、吸気バルブ(7)を制御するカムと排気バルブ(70)を制御するカムとが、互いに対して90度乃至180度の角度で配置されている、請求項１記載の内燃機関エンジン。
3. 吸気バルブの可変動作用の電子制御油圧装置のすべての構成要素は、シリンダーヘッド(1)に固定されるとともに、シリンダーヘッド(1)を載置するための底面を有する構造体(200)によって保持され、該底面がシリンダーヘッドの中で回転して取り付ける２つのシャフト(11，28)の軸を通る面と一致することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関エンジン。
4. 前記電子制御油圧装置は、吸気バルブを動かすためのカムによって制御されたタペットと前記吸気バルブとの間で動作可能なようにセットされた油圧手段と、電子制御手段とを備え、
   前記油圧手段は、加圧流体チャンバーを含み、前述のタペットに接続されたポンピングピストンが加圧流体チャンバーに面していて、前記加圧流体チャンバーは、各タペットから吸気バルブを切断するとともに各弾性戻し手段の結果としてバルブを素早く閉じさせる目的で、電磁弁によって、排気ポートと接続されるように構成されていて、
   前記電子制御手段は、エンジンの一つ以上の運転パラメーターにしたがって各吸気バルブの開き時間および開きストロークを変更するように各電磁弁を制御するための電子制御手段であることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関エンジン。
5. 前記油圧手段は、
   案内ブッシングの中で滑動するように滑動自在に取り付けられ、
   加圧流体チャンバー(C)から可変体積チャンバーに流体が通過することだけを可能にする逆止め弁(32)によって制御された第１の連通手段と、２つのチャンバー間を両方向に通過することを可能にする第２の連通手段とによって、加圧流体チャンバーと連通する可変体積のチャンバーに面する、各吸気バルブを制御するためのピストンを備え、
   前記油圧手段は、エンジンのバルブを閉じる最終ステップで、前記の第２の連通手段の制限をもたらす油圧ブレーキ手段をさらに備えることを特徴とする、請求項４記載の内燃機関エンジン。
6. 各吸気バルブを制御するためのピストンと、吸気バルブのステムと、の間には、油圧タペットがセットされていることを特徴とする、請求項５記載の内燃機関エンジン。

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