JP5260698B2 - 切換弁を備える内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、切換弁、特に作動液流を制御するための切換弁に関する。さらに本発明は、この種の切換弁を備える内燃機関に関する。

任意の車両に使用可能であるが、本発明、及び本発明の根底にある課題について、乗用車両を参照しながら詳説する。

内燃機関において、高い圧縮比は、内燃機関の効率に肯定的な影響を有する。圧縮比とは、一般に、圧縮前の全シリンダ容積の、圧縮後に残されるシリンダ容積に対する比と解される。しかし、固定の圧縮比を有する外部点火式の内燃機関、特にオットー機関では、圧縮比は、全負荷運転時の内燃機関のいわゆるノックが回避される程度の高さに選択されなければならない。しかし、内燃機関の遙かに頻繁に発生する部分負荷領域のため、つまり、シリンダの充填量が低いときには、ノックの発生なしに、より高い値を有する圧縮比を選択することができる。内燃機関の重要な部分負荷領域は、圧縮比が可変に調節可能であると、改善され得る。圧縮比を調節するために、種々異なるシステムが記載されている。

下記特許文献１には、コンロッド長さを可変に調節可能なシステムが記載されている。コンロッド長さの変更は、偏心的なコンロッドアイ（Ｐｌｅｕｅｌａｕｇｅ）の回動によりなされる。コンロッドアイの回動は、内燃機関の慣性力及びガス力の入力により導入される。この回転運動は、コンロッド内の、エンジンオイルで負荷されたピストンにより助成される。偏心的なコンロッドアイの回転運動を制御するために、それぞれ一方のピストンにはエンジンオイルが供給されて圧力が高められ、他方のピストンは無圧に切り換えられている。ピストンの制御は、３ポート２位置弁を介してなされる。３ポート２位置弁を切り換えるために、３ポート２位置弁は、機械的に操作されなければならない。このために、例えば外部から電磁式に制御される、スライドガイド軌道、シフトロッド及びスライドロッドからなる複雑な解決手段が設けられている。しかし、このことは、内燃機関の大規模な変更を必要とする。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０５５１９９号明細書

したがって、本発明の課題は、上述の欠点を解消する改良された切換弁を備える内燃機関を提供することである。

上記課題を解決するため、内燃機関において、該内燃機関が調節可能な圧縮比を有しており、切換弁（１）と、コンロッド支承アイ（３４）及び／又はストローク支承アイ（３５）内に配置される液圧式に調節可能な、実効コンロッド長さ（ｌｅｆｆ）を調節するための偏心装置（３６）を備えるコンロッド装置（３３）とを備え、
該偏心装置（３６）の調節ストロークが前記切換弁（１）により制御可能であり、前記切換弁（１）が作動液流を制御するための切換弁（１）であって、ボールペン機構（２）を備え、該ボールペン機構（２）は、該ボールペン機構（２）の操作手段（３）に操作パルス（Ｉ）を印加することにより交互に第１の係止位置又は第２の係止位置に係止可能であり、かつ該第１の係止位置又は該第２の係止位置が、前記切換弁（１）の制御ピストン（６）のそれぞれの第１の切換位置又は第２の切換位置に対応するように、前記切換弁（１）に連結され、
前記制御ピストン（６）は、弁ブロック（２７）内に設けられた弁孔（２６）内に配置されると共に、前記弁ブロック（２７）に設けた流体管路（３０，３１）に対応する流体溝（２８，２９）を備えており、前記第１の係止位置及び前記第２の係止位置にて、前記流体管路（３０，３１）のいずれか一方に前記作動液流を切換えるようにした。

好ましくは、前記ボールペン機構の前記操作手段に前記操作パルスを印加することにより前記切換弁を前記第１の切換位置から前記第２の切換位置に切り換えるために、前記切換弁の前記制御ピストンが、ほぼ前記操作パルスの方向とは逆向きに所定の距離を移動可能である。

好ましくは、前記ボールペン機構の前記操作手段に前記操作パルスを印加することにより前記切換弁を前記第２の切換位置から前記第１の切換位置に切り換えるために、前記切換弁の前記制御ピストンが、ほぼ前記操作パルスの方向で所定の距離を移動可能である。

好ましくは、前記ボールペン機構がＳｅｃｕｒｉｔ^ＴＭ機構（Ｓｅｃｕｒｉｔ^ＴＭ‐Ｍｅｃｈａｎｉｋ）の形態で形成されており、特に：前記操作手段及び回動スリーブを軸方向で案内するための制御スリーブと、前記制御ピストン、前記回動スリーブ及び前記操作手段を前記操作パルスに抗して軸方向で予め付勢するばね装置とを備え、前記回動スリーブが前記制御スリーブ及び前記操作手段と作用結合しており、前記操作手段に前記操作パルスを印加すると、該操作手段は、前記制御スリーブに対して、前記回動スリーブを伴って、該回動スリーブが交互に前記第１の係止位置と前記第２の係止位置とを占めることができるように軸方向で移動可能である。

好ましくは、制御スリーブであって、内壁に配置され該制御スリーブの長手方向に関して軸方向で延びる制御スリーブリブと、該制御スリーブの端面に配設される斜面の制御スリーブリブ端面と、それぞれ２つの隣接する前記制御スリーブリブ間に配置され該制御スリーブの長手方向に関して交互に異なる制御スリーブ溝深さを有する制御スリーブ溝とを備える制御スリーブと；回動スリーブであって、少なくとも部分的に前記制御スリーブ内に配置されており、前記制御スリーブ溝に対して相補的な回動スリーブリブと、前記斜面の制御スリーブリブ端面に面した斜面の回動スリーブリブ端面とを備える回動スリーブと；制御ピストンであって、前記回動スリーブの端面と作用接触する制御ピストンと；操作手段であって、操作手段リブにより前記制御スリーブ溝内を案内可能であり、前記回動スリーブリブ端面と作用接触する歯列を備える環状面を備える操作手段と；ばね装置であって、前記制御ピストン、前記回動スリーブ及び前記操作手段を前記操作パルスに抗して予め付勢するばね装置とを備える。

好ましくは、前記操作手段に前記操作パルスを印加すると、該操作手段は、前記回動スリーブを伴って前記制御スリーブ内に前記ばね装置のばね力に抗して、前記回動スリーブリブが、第１の制御スリーブ溝深さを有する対応する制御スリーブ溝から離脱するように移動可能であり、前記歯列を備える環状面と前記回動スリーブリブ端面とは、前記回動スリーブが第１の回転運動を実施するように作用接触し、前記制御スリーブリブ端面と前記回動スリーブリブ端面とは、前記回動スリーブが第２の回転運動を実施するように互いに滑動し、前記回動スリーブリブは、第２の制御スリーブ溝深さを有する制御スリーブ溝に係合して、前記回動スリーブは前記係止位置の一方に係止し、前記制御ピストンは、前記回動スリーブとの作用結合に基づいて、前記切換位置の一方に移動可能である。

好ましくは、前記回動スリーブリブの数が、前記制御スリーブ溝の数の半分に等しい。

好ましくは、前記ボールペン機構がボール機構（Ｋｕｇｅｌｍｅｃｈａｎｉｋ）の形態で形成されており、特に：前記操作手段を軸方向で案内するための制御スリーブと、摺動可能に前記制御スリーブの半径方向溝内に配置されているボールと、前記制御ピストン及び前記操作手段を前記操作パルスに抗して軸方向で予め付勢するばね装置とを備え、前記ボールは、前記操作手段内に設けられる溝と作用結合しており、該操作手段に前記操作パルスを印加すると、該操作手段は前記制御スリーブに対して、前記ボールとの作用結合に基づいて交互に前記第１の切換位置と前記第２の切換位置とを占めることができるように軸方向で移動可能である。

好ましくは、前記溝がハート形の溝として形成されている。

好ましくは、前記制御スリーブが、弁孔として、特に、前記制御ピストンのそれぞれの流体溝に対応する、前記弁孔を貫く流体管路を備える弁ブロック内に設けられた弁孔として形成されている。

好ましくは、前記操作パルスが流体圧により印加可能である。

好ましくは、前記ばね装置は、操作パルスが所定の閾値を上回ったときに初めて、前記切換弁の操作がなされるように形成されている。

好ましくは、前記切換弁が前記コンロッド装置内に、特に前記ストローク支承アイの領域に組み込まれている。

好ましくは、前記操作パルスがエンジンオイル圧により印可可能であって、前記内燃機関が、前記エンジンオイル圧を短期的に上昇させるための手段、例えば制御可能なオイルポンプ又は圧力アキュムレータを備える。

本発明に係る切換弁、特に作動液流を制御するための切換弁では、ボールペン機構を備え、ボールペン機構は、ボールペン機構の操作手段に操作パルスを印加することにより交互に第１の係止位置又は第２の係止位置に係止可能であり、かつ第１の係止位置又は第２の係止位置が、切換弁の制御ピストンのそれぞれの第１の切換位置又は第２の切換位置に対応するように、切換弁に連結されている。

また、本発明に係る内燃機関では、内燃機関が調節可能な圧縮比を有しており、上述の切換弁と、コンロッド支承アイ及び／又はストローク支承アイ内に配置される液圧式に調節可能な、実効コンロッド長さを調節するための偏心装置を備えるコンロッド装置とを備え、偏心装置の調節ストロークが切換弁により制御可能である。

本発明の基本思想は、操作パルスの印可により切換弁を選択的に第１の切換位置から第２の切換位置にか、又は第２の切換位置から第１の切換位置に切り換えるボールペン機構を備える切換弁を設けることにある。

従属請求項には、請求項１に係る切換弁あるいは請求項１３に係る内燃機関の有利な態様及び改良が看取される。

有利な態様では、ボールペン機構の操作手段に操作パルスを印加することにより切換弁を第１の切換位置から第２の切換位置に切り換えるために、切換弁の制御ピストンが、ほぼ操作パルスの方向とは逆向きに所定の距離を移動可能である。この態様は、有利には、第１の切換位置から第２の切換位置への切換弁の簡単な切換を可能にする。

別の有利な態様では、ボールペン機構の操作手段に操作パルスを印加することにより切換弁を第２の切換位置から第１の切換位置に切り換えるために、切換弁の制御ピストンが、ほぼ操作パルスの方向で所定の距離を移動可能である。この態様は、有利には、第２の切換位置から第１の切換位置への切換弁の簡単な切換を可能にする。

別の有利な態様では、ボールペン機構がＳｅｃｕｒｉｔ^ＴＭ機構の形態で形成されており、特に：操作手段及び回動スリーブを軸方向で案内するための制御スリーブと、制御ピストン、回動スリーブ及び操作手段を操作パルスに抗して軸方向で予め付勢するばね装置とを備え、回動スリーブが制御スリーブ及び操作手段と作用結合しており、操作手段に操作パルスを印加すると、操作手段は、制御スリーブに対して、回動スリーブを伴って、回動スリーブが交互に第１の係止位置と第２の係止位置とを占めることができるように軸方向で移動可能である。この態様により、一操作方向から切換弁を操作するだけで、切換弁は、高信頼性に両切換位置に移動可能であり、これにより、切換弁の使用が簡単になる。

別の有利な態様では、制御スリーブであって、内壁に配置され制御スリーブの長手方向に関して軸方向で延びる制御スリーブリブと、制御スリーブの端面に配設される斜面の制御スリーブリブ端面と、それぞれ２つの隣接する制御スリーブリブ間に配置され制御スリーブの長手方向に関して交互に異なる制御スリーブ溝深さを有する制御スリーブ溝とを備える制御スリーブと；回動スリーブであって、少なくとも部分的に制御スリーブ内に配置されており、制御スリーブ溝に対して相補的な回動スリーブリブと、斜面の制御スリーブリブ端面に面した斜面の回動スリーブリブ端面とを備える回動スリーブと；制御ピストンであって、回動スリーブの端面と作用接触する制御ピストンと；操作手段であって、操作手段リブにより制御スリーブ溝内を案内可能であり、回動スリーブリブ端面と作用接触する歯列を備える環状面を備える操作手段と；ばね装置であって、制御ピストン、回動スリーブ及び操作手段を操作パルスに抗して予め付勢するばね装置とを備える。この態様により、切換弁の簡単な製造可能性が保証されている。

別の有利な態様では、操作手段に操作パルスを印加すると、操作手段は、回動スリーブを伴って制御スリーブ内にばね装置のばね力に抗して、回動スリーブリブが、第１の制御スリーブ溝深さを有する対応する制御スリーブ溝から離脱するように移動可能であり、歯列を備える環状面と回動スリーブリブ端面とは、回動スリーブが第１の回転運動を実施するように作用接触し、制御スリーブリブ端面と回動スリーブリブ端面とは、回動スリーブが第２の回転運動を実施するように互いに滑動し、回動スリーブリブは、第２の制御スリーブ溝深さを有する制御スリーブ溝に係合して、回動スリーブは係止位置の一方に係止し、制御ピストンは、回動スリーブとの作用結合に基づいて、切換位置の一方に移動可能である。この態様は、第１の切換位置から第２の切換位置へ及び第２の切換位置から第１の切換位置への信頼性の高い確実な切換を可能にし、これにより、切換弁の信頼性は向上する。

別の有利な態様では、回動スリーブリブの数が、制御スリーブ溝の数の半分に等しい。この態様により、回動スリーブが制御スリーブ内で案内されていることが高信頼性に保証される。

別の有利な態様では、ボールペン機構がボール機構の形態で形成されており、特に：操作手段を軸方向で案内するための制御スリーブと、摺動可能に制御スリーブの半径方向溝内に配置されているボールと、制御ピストン及び操作手段を操作パルスに抗して軸方向で予め付勢するばね装置とを備え、ボールは、操作手段内に設けられる溝と作用結合しており、操作手段に操作パルスを印加すると、操作手段は制御スリーブに対して、ボールとの作用結合に基づいて交互に第１の切換位置と第２の切換位置とを占めることができるように軸方向で移動可能である。この態様は、切換弁の特に簡単な製造可能性を可能にする。

別の有利な態様では、溝がハート形の溝として形成されている。この態様は、ボールペン機構の両係止位置へのボールの高信頼性の案内を可能にする。

別の有利な態様では、制御スリーブが、弁孔として、特に、制御ピストンのそれぞれの流体溝に対応する、弁孔を貫く流体管路を備える弁ブロック内に設けられた弁孔として形成されている。この態様により、切換弁の使用範囲は有利には拡大される。

別の有利な態様では、操作パルスが流体圧により印加可能である。この態様により、切換弁は簡単に操作され、切換弁の使用範囲は拡大される。

別の有利な態様では、ばね装置は、操作パルスが所定の閾値を上回ったときに初めて、切換弁の操作がなされるように形成されている。この態様は、切換弁の望まない切換を高信頼性に回避する。これにより、切換弁の信頼性は向上する。

別の有利な態様では、切換弁がコンロッド装置内に、特にストローク支承アイの領域に組み込まれている。これにより、切換弁は、小さな構成スペースを占有するにすぎない。この態様により、切換弁の使用範囲は有利には拡大される。

別の有利な態様では、操作パルスがエンジンオイル圧により印可可能であって、内燃機関が、エンジンオイル圧を短期的に上昇させるための手段、例えば制御可能なオイルポンプ又は圧力アキュムレータを備える。この態様は、有利には、既存のエンジンオイル系への切換弁の統合を可能にする。これにより、切換弁の使用範囲が拡大される。

以下に、本発明について実施の形態を基に添付の概略図を参照しながら詳説する。

第１の切換位置における本発明の有利な実施の形態に係る切換弁の部分断面図である。 図１に示す本発明の有利な実施の形態に係る切換弁の部分図である。 図１に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った本発明の有利な実施の形態に係る切換弁の断面図である。 中間切換位置における図１に示す本発明の有利な実施の形態に係る切換弁の別の部分図である。 第２の切換位置における図１に示す本発明の有利な実施の形態に係る切換弁の部分断面図である。 第１の切換位置における本発明の別の有利な実施の形態に係る切換弁の部分断面図である。 第２の切換位置における図６に示す本発明の別の有利な実施の形態に係る切換弁の部分断面図である。 第１の切換位置における本発明のさらに別の有利な実施の形態に係る切換弁の部分断面図である。 第２の切換位置における図８に示す本発明のさらに別の有利な実施の形態に係る切換弁の部分断面図である。 第１の運転状態にある切換弁の応用例の側面図である。 第２の運転状態にある図１０に示す切換弁の応用例の別の側面図である。 切換弁を制御するためのオイル圧曲線の一例を示す図である。

図中、同一の符号は、何か反する記載がない限り、同一又は機能同一のコンポーネントを指す。

以下において同時に参照する図１〜図５は、特に作動液流を制御するための、ボールペン機構（Ｋｕｇｅｌｓｃｈｒｅｉｂｅｒｍｅｃｈａｎｉｋ）２を備える切換弁１の第１の例示的な実施の形態を、第１の切換位置で示している。切換弁１は、流体溝２８を備える制御ピストン６を備える。制御ピストン６は、柱状の基本形状を有する。制御ピストン６の周面には、環状溝２８の形態の流体溝２８が設けられている。制御ピストン６は、例えば切換弁１の弁孔２６内に、有利には軸方向で移動可能に支承されている。弁孔２６は、有利には弁ブロック２７内に設けられている。弁ブロック２７内には、弁孔２６により貫かれる流体管路３０，３１が設けられている。流体管路３０，３１は、弁孔２６の中心軸線３９に関して軸方向で有利には互いに間隔を置いて配置されている。弁孔２６は、有利には盲孔として形成されている。これに対して択一的には、弁孔は、貫通孔として形成されていてもよい。弁孔２６の端面４０と、制御ピストン６の端面４１との間には、ばね装置１０、特に圧縮ばね１０の形態のばね装置１０が配置されている。ばね装置１０は、端面４０の代わりに、弁孔２６の対応する環状溝内に装着されたリテーナリングに対して緊設されていてもよい。この場合、弁孔２６は、例えば貫通孔として形成可能である。流体管路３０，３１は、弁孔２６内での制御ピストン６の軸方向の移動により、常に流体管路３０，３１の一方が制御ピストン６により閉鎖されているように、弁孔２６の軸方向で配置されている。図１では、例えば流体管路３１が制御ピストン６により閉鎖されている。流体管路３０を流体が通流可能であり、このことは、矢印４，５により概略的に示されている。

制御ピストン６の第２の端面４２に当接するように、ボールペン機構２が配置されている。ボールペン機構２は、例えば、いわゆる「Ｓｅｃｕｒｉｔ^ＴＭ機構（Ｓｅｃｕｒｉｔ^ＴＭ‐Ｍｅｃｈａｎｉｋ）」の形態で構成されていてよい。ボールペン機構２は、制御ピストン６の端面４２に当接する回動スリーブ９と、回動スリーブ９と作用結合する操作手段３とを備える。有利には、制御ピストン６が回動スリーブ９と一体的に形成されている。操作手段３は、有利には押圧プランジャ３として形成されている。回動スリーブ９及び操作手段３は、少なくとも部分的にボールペン機構２の制御スリーブ８により包囲されている。制御スリーブ８は、例えば弁孔２６の一体的な構成部分であってよい。制御スリーブ８は、弁孔２６内に相対回動不能に、しかし軸方向では自由に移動可能に、例えば半径方向遊びを備えて収容されていてよい。

図２は、図１に係る切換弁１を示している。理解の便宜を図るために、制御スリーブ８と、流体管路３０，３１を備える弁ブロック２７とは、図示していない。回動スリーブ９は、第１の柱状区分４３を備える。第１の柱状区分４３の端面４４は、制御ピストン６の端面４２に当接する。第１の柱状区分４３は、その周面に回動スリーブリブ１６を備える。回動スリーブリブ１６は、第１の柱状区分４３の周方向に関して規則的に互いに間隔を置いて配置されている。回動スリーブ９は、少なくとも１つの回動スリーブリブ１６を備える。しかし、本実施の形態では、回動スリーブ９は、４つの回動スリーブリブ１６を備える。回動スリーブリブ１６は、第１の柱状区分４３の端面４４とは反対側の端面４６に、斜面の回動スリーブリブ端面１７を備える。回動スリーブ９は、第１の柱状区分４３の端面４６から延在する第２の柱状区分４５を備える。第２の柱状区分４５は、有利には第１の柱状区分４３より小さな外径を有する。

第２の柱状区分４５は、少なくとも部分的に操作手段３により収容される。操作手段３は、例えばスリーブとして、有利には閉鎖された端面４７を備えて形成されている。この端面４７から平行に間隔を置いて、操作手段３の、歯列を備える環状面２０が設けられている。この歯列を備える環状面２０は、回動スリーブ９の斜面の回動スリーブリブ端面１７と作用結合する。操作手段３の外面には操作手段リブ１９が設けられている。操作手段リブ１９は、操作手段３の周囲に有利には均等に互いに間隔を置いて配置されている。操作手段リブ１９は、有利には回動スリーブリブ１６より僅かに小さな外径を有する。さらに操作手段３は、段部４８を有する。段部４８は、端面４７から出発して、歯列を備える環状面２０に向かって延在し、有利には、操作手段３の長さの約三分の一を占めている。操作手段３の段部４８の外径は、ほぼ弁孔２６の孔直径に相当するか、又は弁孔２６の孔直径より大きな値に相当する。段部４８の外径は、操作手段３が弁孔２６内で有利には密に摺動可能であるように構成されている。操作手段３は、ばね装置１０により、軸方向ストッパ、例えば弁孔２６の環状溝内に配置されるリテーナリングの形態の軸方向ストッパに対して予め付勢可能である。

制御スリーブ８は、既に説明したように、操作手段３及び回動スリーブ９を少なくとも部分的に包囲する。図３は、切換弁１を、図１に示した線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図で示している。理解の便宜を図るために、制御スリーブ８が単独で図示されている。制御スリーブ８の内壁１１には、制御スリーブ８の長手方向に関して軸方向で延びる制御スリーブリブ１２が配置されている。制御スリーブリブ１２は、斜面の制御スリーブリブ端面１４を備える。制御スリーブリブ端面１４は、制御スリーブ８の一方の端面１３側に配設されている。それぞれ２つの隣接する制御スリーブリブ１２間には、制御スリーブ溝１５が形成されている。制御スリーブ溝１５は、制御スリーブ８の長手方向に関して交互にそれぞれ異なる制御スリーブ溝深さｔ１，ｔ２を有する。制御スリーブ溝１５は、それぞれ、例えば制御スリーブ８の軸方向長さに等しい深さｔ１を有する、制御スリーブ８全体にわたって延びる制御スリーブ溝１５と、制御スリーブ８の軸方向で深さｔ２までしか延びていない制御スリーブ溝１５とが交互に配置されているように形成されている。回動スリーブリブ１６及び操作手段リブ１９は、有利には制御スリーブ溝１５と作用係合して、制御スリーブ溝１５により軸方向で案内される。制御スリーブ溝１５の数は、例えば少なくとも回動スリーブリブ１６の２倍の数に相当する。

以下に、Ｓｅｃｕｒｉｔ^ＴＭ機構の形態のボールペン機構２を備える切換弁１の機能形態について説明する。図１〜図３は、第１の係止位置にあるボールペン機構２あるいは第１の切換位置にある切換弁１を示す。第１の切換位置において、弁孔２６を貫く流体管路３０は、制御ピストン６の流体溝２８を介して開放され、第２の流体管路３１は、制御ピストン６により遮断されている。ボールペン機構の第１の係止位置において、回動スリーブリブ端面１７は、少なくとも点状に、制御スリーブ８において制御スリーブ溝深さｔ２までしか延びていない制御スリーブ溝１５の端面４９に当接している。回動スリーブ９は、軸方向で制御スリーブ８から突出している。

第１の係止位置から第２の係止位置にボールペン機構２を移行させるために、あるはい第１の切換位置から第２の切換位置に切換弁１を移行させるために、操作手段３の端面４７に操作パルスＩが印加される。このために、短期的に、ばね装置１０により形成されるばね力に抗して働く力が印加される。この操作パルスは、例えば油圧パルスを介して操作手段３に印加可能である。操作パルスＩにより、操作手段３は、回動スリーブ９及び制御ピストン６とともに、ばね装置１０のばね力に抗して弁孔２６の内方に移動される。その際、操作手段リブ１９及び回動スリーブリブ１６は、制御スリーブ溝１５内で軸方向で案内される。回動スリーブ９が、図４に示すように軸方向で、回動スリーブリブ１６が対応する制御スリーブ溝１５から離脱するまで移動されると、回動スリーブ９は、操作手段３により制御スリーブ溝１５から押し退けられ、例えば軸方向で完全に制御スリーブ８から押し出される。回動スリーブリブ１６及び操作手段リブ１９は、リブ１６，１９がガイドスリーブ溝１５内で案内されている限り、斜面の回動スリーブリブ端面１７が、歯列を備える環状面２０の歯面上で、図２に示した中間位置から、図４に示した安定した終端位置に滑動することが、制御スリーブ８による軸方向の案内に基づいて抑止されるような状態に、互いに周方向でずらされて回動スリーブ９あるいは操作手段３に配置されている。図２に示した位置では、回動スリーブリブ端面１７が、いわば不安定な中間位置で、歯列を備える環状面２０の歯面上に位置している。回動スリーブリブ１６が、制御スリーブ溝１５から離脱すると、回動スリーブリブ端面１７は、歯列を備える環状面２０の歯面上を滑動する。これにより、回動スリーブリブ端面１７は、図４に示した安定した終端位置を占める。その際、回動スリーブ９は、制御スリーブ８に対して、小さな第１の回転運動を実施する。操作パルスＩが終了すると、回動スリーブ９は、ばね装置１０のばね力に基づいて、操作手段３の操作方向とは逆向きに移動する。回動スリーブ９が、操作手段３の歯列を備える環状面２０の歯面上での回動スリーブリブ端面１７の滑動に基づいて、回転運動を実施したため、回動スリーブリブ１６は、前述の深さｔ２を有する対応する制御スリーブ溝１５に係合せずに、回動スリーブリブ端面１７は、制御スリーブリブ端面１４と接触する。これにより、回動スリーブリブ端面１７は、制御スリーブリブ端面１４上を滑動して、回動スリーブ９は、さらなる第２の小さな回転運動を実施する。このとき、回動スリーブリブ１６は、制御スリーブ８においてその軸方向の全長にわたって延びる、深さｔ１を有する制御スリーブ溝１５内に導入される。これにより、回動スリーブ９の第１の柱状区分４３は、有利には完全に制御スリーブ８内に収容される。ばね装置１０のばね力に基づいて、制御ピストン６の端面４２は、制御スリーブ８の端面１３に圧着される。ボールペン機構２は、今や、切換弁１の第２の切換位置に相当する、図５に示す第２の係止位置にある。切換弁１の第２の切換位置で、流体通路３０は遮断され、流体は流体通路３１を通流する。操作パルスＩを再度印加することにより、回動スリーブ９は、さらに回転し、切換弁１は、再びその第１の切換位置に移行する。

以下において同時に参照する図６及び図７は、択一的な、しかし、やはり有利な、ボールペン機構２を備える切換弁１の実施の形態を示す。機能的には、図６及び図７に係る切換弁１の実施の形態は、切換弁１の前述の実施の形態に相当する。図６及び図７に係る切換弁１の実施の形態は、図１〜図５に係る切換弁１の実施の形態とは、まず、弁孔２６の構成の点で相違する。この弁孔２６は、段付きの貫通孔２６として形成されている。ばね装置１０は、環状溝６１内に装着されたリテーナリング６２に対して緊縮されている。ばね装置１０は、流体溝２８及びこの流体溝２８から軸方向で間隔を置いた別の流体溝２９を備える制御ピストン６と、ボールペン機構２とを、弁孔２６の段部６４に向かって付勢している。流体管路３０は、流体溝２８に対応し、流体管路３１は、流体溝２９に対応する。弁ブロック２７内には制御管路６３が設けられている。制御管路６３は、操作手段３に操作パルスＩを印加するために、操作手段３に向かって流体を供給するために役立つ。図６は、切換弁１の第１の切換位置を示す。第１の切換位置において、流体管路３１は、制御ピストン６により遮断されており、流体管路３０は、矢印４，５で示すように、流体により貫流される。図７は、切換弁１の第２の切換位置を示す。第２の切換位置において、流体管路３０は、制御ピストン６により遮断されており、流体管路３１は、矢印４，５で示すように、流体により貫流される。

図８及び図９は、別の択一的な、しかしやはり有利な、ボールペン機構２を備える切換弁１の実施の形態を示す。この例示的な実施の形態では、ボールペン機構２は、「ボール機構（Ｋｕｇｅｌｍｅｃｈａｎｉｋ）」として形成されている。弁孔２６内に、ばね装置１０、制御ピストン６及びボールペン機構２が配置されている。制御ピストン６の端面４２には操作手段３が接触している。操作手段３は、少なくとも部分的に制御スリーブ８により包囲されており、制御スリーブ８内で可動に支承されている。制御スリーブ８は、例えば弁孔２６の一体的な構成部分である。図８に示すように、制御スリーブ８は弁孔２６内に、２つのリテーナリング６５，６６によって弁孔２６の軸方向で、脱落しないように固定されていてもよい。制御スリーブ８内には、有利には環状に、半径方向溝２４が設けられている。半径方向溝２４は、ボール２３、特に鋼球２３を少なくとも部分的に収容するために役立つ。操作手段３の周面には、溝２５、特にハート形の溝２５が設けられている。溝２５は、やはりボール２３を少なくとも部分的に収容するために役立つ。操作手段３は、ボール２３を介して制御スリーブ８の半径方向溝２４と作用係合している。切換弁１の第１の切換位置に相当する、ボールペン機構２の図８に示す第１の係止位置において、ボール２３は、ハート形の溝２５の上側の係止点に保持される。上側の係止点でボール２３の位置は、ばね装置１０のばね力により保持される。流体管路３１は遮断されており、流体管路３０は、矢印４，５で概略的に示すように、流体により貫流可能である。

操作パルスＩが操作手段３の端面４７に入力すると、操作手段３は、軸方向で弁孔２６内に移動し、ボール２３は、ハート形の溝２５に沿って有利には時計回りでボールペン機構２の図８に示す第１の係止位置から、切換弁１の第２の切換位置に相当する、図９に示す第２の係止位置へと滑動する。同時に、ボールは、制御スリーブ８の半径方向溝２４内を運動する。第２の係止位置で、ボール２３の位置は、再びばね装置１０により保持される。流体管路３０は、切換弁１の第２の切換位置において、遮断されており、流体管路３１は、通流可能である。操作パルスＩを改めて印加すると、ボール２３は、さらに時計回りで滑動して、ボールペン機構２の第１の係止位置に復帰する。

図１０及び図１１は、図１〜図９に係る例示的な一実施の形態に係る切換弁１のための例示的な応用例を示す。図１０及び図１１は、調節可能な圧縮比を有する内燃機関のためのコンロッドアッセンブリ３３を示す。コンロッドアッセンブリ３３は、コンロッド５６と、コンロッド５６のコンロッド支承アイ（Ｐｌｅｕｅｌｌａｇｅｒａｕｇｅ）３４内に配置される有利には液圧式に調節可能な偏心装置３６とを備える。択一的に又は付加的に、偏心装置３６が、ストローク支承アイ（Ｈｕｂｌａｇｅｒａｕｇｅ）３５内に配置されていてもよい。偏心装置３６は、コンロッドアイ３４の中心点３７に対して偏心的に配置される、中心点３８を備えるピストンピン孔を備える。ピストンピン孔は、ピストンピンを受容する。偏心装置３６は、実効コンロッド長さｌ_ｅｆｆを調節するために役立つ。コンロッド長さｌ_ｅｆｆとして、ストローク支承アイ３５の中心点３２とピストンピン孔の中心点３８との間の間隔が規定されている。

調節可能な偏心装置３６の回動は、内燃機関の作業サイクル時に偏心装置３６に作用する、内燃機関の慣性力及び負荷の作用により提供される。作業サイクル中、偏心装置３５に作用する力の作用方向は、連続的に変化する。回転運動は、エンジンオイルにより負荷される、コンロッドアッセンブリ３３内に組み込まれたピストン５０，５１により助成されるか、あるいはピストンは、偏心装置に作用する力の、変化する力作用方向に基づく、偏心装置３６の戻りを防止する。ピストン５０，５１は、偏心ロッド６７，６８により両側で偏心装置３６の偏心体６９に作用結合されている。ピストン５０，５１は、オイル管路５２，５３を介してストローク支承アイ３５からエンジンオイルにより力を印加可能である。逆止弁５４，５５は、その際、エンジンオイルがピストン５０，５１のピストン容積から液圧管路５２，５３あるいは内燃機関のエンジン内室に逆流することを防止する。

有利にはストローク支承アイ３５の領域に、ボールペン機構２を備える切換弁１が設けられている。切換弁１は、有利には前組み立てされた構成群として形成されており、任意に種々異なる位置に、かつ種々異なるエンジンのために使用可能である。コンロッド５６は、つまり切換弁１の弁ブロック２７を形成している。弁孔２６は、例えば、ストローク支承アイ３５を起点として、段状の盲孔として、コンロッド５６内部を延在している。操作手段３には、オイル管路５２，５３にも供給される同じ油圧が供給される。弁孔２６からの操作手段３の脱落を防止するために、例えばリテーナリング５７が、弁孔２６の対応する溝内に設けられている。流体管路３０は、ピストン５０の圧力室をエンジン内室に接続し、流体管路３１は、ピストン５１の圧力室をエンジン内室に接続する。エンジン内室内への流体管路３０，３１の開口は、図１０及び図１１には示されておらず、例えばそれぞれ１つの排孔により、図平面に対して垂直に制御ピストン６に向かって形成される。エンジン内室に至るそれぞれ１つの流体管路３０，３１の接続は、切換弁１により遮断又は開放可能である。製造技術的に流体管路３０，３１は、例えば、コンロッド５６の外面からピストン５０，５１のピストン室及び弁孔２６を貫く孔により構成されるが、これらの孔の、エンジン内室側の端部は、例えば閉鎖球７０，７１により油密にシールされる。

図１０は、ボールペン機構２を第２の係止位置で、あるいは切換弁１を第２の切換位置で示す。ピストン５１は、流体管路３１を介して内燃機関のエンジン内室に流動可能に接続されている。つまり、ピストン５１は、切換弁１により無圧に切り換えられている。液圧管路５３を通して供給されるオイルは、流体管路３１を介してエンジン内室に供給される。ピストン５０の流体管路３０の放圧は、切換弁１の制御ピストン６により遮断されている。すなわち、ピストン５０には、液圧管路５２を介してエンジンオイル圧が供給される一方、ピストン５１は無圧である。

例えば内燃機関の制御可能なオイル供給ポンプを介して、又は液圧アキュムレータを介して、エンジンオイル圧を短期的に上昇させると、切換弁１の操作手段３には、対応する操作パルスＩが印加される。これにより、切換弁１は、第２の切換位置から、図１１に示す第１の切換位置へと移行する。切換弁１の第１の切換位置で、流体管路３１は、ピストン５１とエンジン内室との間で制御ピストン６により遮断されている。これにより、ピストン５１には、オイル管路５３を介してエンジンオイル圧が供給される。ピストン５０は、切換弁１により開放されている流体管路３０を介してエンジン内室に接続されている。すなわち、ピストン５０は、切換弁１の第１の切換位置で無圧である。つまり、ピストン５１が連続的にエンジンオイルで満たされるのに対して、ピストン５０からは、エンジンオイルが流体管路３０及び切換弁１を介してエンジン内室に流入する。これにより、調節可能な偏心装置３６は、内燃機関の、偏心装置３６に作用する慣性力及び負荷に基づいて、圧力を印加されたピストン５１に助成されて、矢印７２により概略的に示すように時計回りで右回りに回動する。偏心装置３６の回動により、実効コンロッド長さｌ_ｅｆｆが増加する。これにより、内燃機関の圧縮比が変化する。

操作手段３に対して操作パルスＩを再度印加することにより、切換弁は、第１の切換状態から第２の切換状態へと移行する。これにより、偏心装置３６は、矢印７２とは逆方向に左回りに運動する。実効コンロッド長さｌ_ｅｆｆは、再び減少する。

図１２は、一例として、操作パルスＩを切換弁１の操作手段３に加えるエンジンオイル圧の推移を示す。グラフのｙ軸には圧力ｐが示され、ｘ軸には時間ｔが示されている。切換弁１は、当初、例えば第１の切換位置にある。切換弁１の切換位置は、曲線７４で示されており、曲線７４の、実線で示した部分は、第１の切換位置を示し、破線で示した部分は、第２の切換位置を示している。エンジンオイル圧の推移は、曲線７３により示されている。エンジンオイル圧は、当初、通常レベルを推移した後、短時間、第１の圧力プラトー５８に昇圧される。このとき、第１の切換位置から第２の切換位置への切換弁１の切換がなされる。圧力プラトー５８の圧力へのエンジンオイル圧の上昇は、ボールペン機構２が第１の係止位置から第２の係止位置に、あるいは第２の係止位置から第１の係止位置に係止されるようになるまで必要であるにすぎない。ボールペン機構２の係止後、エンジンオイル圧は、再び、初期レベルに低下可能である。第２の圧力プラトー７５へのエンジンオイル圧の再度の上昇により、切換弁１の再操作が可能である。切換弁１は、再び第２の切換状態から第１の切換状態に切り換わる。

つまり、切換弁１は、複雑な外的な作動なしに制御可能である。第１の切換位置から第２の切換位置へ、又は第２の切換位置から第１の切換位置への切換の制御は、操作パルスＩの印加、例えば内燃機関のエンジンオイル圧の短期の上昇によりなされる。それゆえ、切換弁１は、簡単に、既存のエンジンオイル系に統合可能である。

１ 切換弁、 ２ ボールペン機構、 ３ 操作手段／押圧プランジャ、 ４ 矢印、 ５ 矢印、 ６ 制御ピストン、 ８ 制御スリーブ、 ９ 回動スリーブ、 １０ ばね装置、 １１ 内壁、 １２ 制御スリーブリブ、 １３ 端面、 １４ 制御スリーブリブ端面、 １５ 制御スリーブ溝、 １６ 回動スリーブリブ、 １７ 回動スリーブリブ端面、 １９ 操作手段リブ、 ２０ 歯列を備える環状面、 ２３ ボール、 ２４ 半径方向溝、 ２５ 溝／ハート形の溝、 ２６ 弁孔、 ２７ 弁ブロック、 ２８ 流体溝、 ２９ 流体溝、 ３０ 流体管路、 ３１ 流体管路、 ３２ ストローク支承アイの中心点、 ３３ コンロッドアッセンブリ、 ３４ コンロッド支承アイ、 ３５ ストローク支承アイ、 ３６ 偏心装置、 ３７ コンロッドアイの中心点、 ３８ ピストンピン孔の中心点、 ３９ 中心軸線、 ４０ 端面、 ４１ 端面、 ４２ 端面、 ４３ 第１の柱状区分、 ４４ 端面、 ４５ 第２の柱状区分、 ４６ 端面、 ４７ 端面、 ４８ 段部、 ４９ 端面、 ５０ ピストン、 ５１ ピストン、 ５２ 液圧管路／オイル管路、 ５３ 液圧管路／オイル管路、 ５４ 逆止弁、 ５５ 逆止弁、 ５６ コンロッド、 ５７ リテーナリング、 ５８ 圧力プラトー、 ６１ 半径方向溝、 ６２ リテーナリング、 ６３ 制御管路、 ６４ 段部、 ６５ リテーナリング、 ６６ リテーナリング、 ６７ 偏心ロッド、 ６８ 偏心ロッド、 ６９ 偏心体、 ７０ 閉鎖球、 ７１ 閉鎖球、 ７２ 矢印、 ７３ エンジンオイル圧の推移、 ７４ 切換位置曲線、 ７５ 圧力プラトー、 Ｉ 操作パルス、 ｌ_ｅｆｆ 実効コンロッド長さ、 ｔ 時間、 ｐ 圧力、 ｔ１ 制御スリーブ溝の深さ、 ｔ２ 制御スリーブ溝の深さ

Claims (14)

1. 内燃機関において、該内燃機関が調節可能な圧縮比を有しており、
   切換弁（１）と、
   コンロッド支承アイ（３４）及び／又はストローク支承アイ（３５）内に配置される液圧式に調節可能な、実効コンロッド長さ（ｌｅｆｆ）を調節するための偏心装置（３６）を備えるコンロッド装置（３３）とを備え、
   該偏心装置（３６）の調節ストロークが前記切換弁（１）により制御可能であり、
   前記切換弁（１）が作動液流を制御するための切換弁（１）であって、ボールペン機構（２）を備え、該ボールペン機構（２）は、該ボールペン機構（２）の操作手段（３）に操作パルス（Ｉ）を印加することにより交互に第１の係止位置又は第２の係止位置に係止可能であり、かつ該第１の係止位置又は該第２の係止位置が、前記切換弁（１）の制御ピストン（６）のそれぞれの第１の切換位置又は第２の切換位置に対応するように、前記切換弁（１）に連結され、
   前記制御ピストン（６）は、弁ブロック（２７）内に設けられた弁孔（２６）内に配置されると共に、前記弁ブロック（２７）に設けた流体管路（３０，３１）に対応する流体溝（２８，２９）を備えており、前記第１の係止位置及び前記第２の係止位置にて、前記流体管路（３０，３１）のいずれか一方に前記作動液流を切換える、ことを特徴とする、内燃機関。
2. 前記ボールペン機構（２）の前記操作手段（３）に前記操作パルス（Ｉ）を印加することにより前記切換弁（１）を前記第１の切換位置から前記第２の切換位置に切り換えるために、前記切換弁（１）の前記制御ピストン（６）が、ほぼ前記操作パルス（Ｉ）の方向とは逆向きに所定の距離を移動可能である、請求項１記載の内燃機関。
3. 前記ボールペン機構（２）の前記操作手段（３）に前記操作パルス（Ｉ）を印加することにより前記切換弁（１）を前記第２の切換位置から前記第１の切換位置に切り換えるために、前記切換弁（１）の前記制御ピストン（６）が、ほぼ前記操作パルス（Ｉ）の方向で所定の距離を移動可能である、請求項２記載の内燃機関。
4. 前記ボールペン機構（２）がＳｅｃｕｒｉｔＴＭ機構の形態で形成されており、特に：
   前記操作手段（３）及び回動スリーブ（９）を軸方向で案内するための制御スリーブ（８）と、
   前記制御ピストン（６）、前記回動スリーブ（９）及び前記操作手段（３）を前記操作パルス（Ｉ）に抗して軸方向で予め付勢するばね装置（１０）とを備え、
   前記回動スリーブ（９）が前記制御スリーブ（８）及び前記操作手段（３）と作用結合しており、前記操作手段（３）に前記操作パルス（Ｉ）を印加すると、該操作手段（３）は、前記制御スリーブ（８）に対して、前記回動スリーブ（９）を伴って、該回動スリーブ（９）が交互に前記第１の係止位置と前記第２の係止位置とを占めることができるように軸方向で移動可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関。
5. 制御スリーブ（８）であって、内壁（１１）に配置され該制御スリーブ（８）の長手方向に関して軸方向で延びる制御スリーブリブ（１２）と、該制御スリーブ（８）の端面（１３）に配設される斜面の制御スリーブリブ端面（１４）と、それぞれ２つの隣接する前記制御スリーブリブ（１２）間に配置され該制御スリーブ（８）の長手方向に関して交互に異なる制御スリーブ溝深さを有する制御スリーブ溝（１５）とを備える制御スリーブ（８）と；
   回動スリーブ（９）であって、少なくとも部分的に前記制御スリーブ（８）内に配置されており、前記制御スリーブ溝（１５）に対して相補的な回動スリーブリブ（１６）と、前記斜面の制御スリーブリブ端面（１４）に面した斜面の回動スリーブリブ端面（１７）とを備える回動スリーブ（９）と；
   制御ピストン（６）であって、前記回動スリーブ（９）の端面（４４）と作用接触する制御ピストン（６）と；
   操作手段（３）であって、操作手段リブ（１９）により前記制御スリーブ溝（１５）内を案内可能であり、前記回動スリーブリブ端面（１７）と作用接触する歯列を備える環状面（２０）を備える操作手段（３）と；
   ばね装置（１０）であって、前記制御ピストン（６）、前記回動スリーブ（９）及び前記操作手段（３）を前記操作パルス（Ｉ）に抗して予め付勢するばね装置（１０）と
   を備える、請求項４記載の内燃機関。
6. 前記操作手段（３）に前記操作パルス（Ｉ）を印加すると、該操作手段（３）は、前記回動スリーブ（９）を伴って前記制御スリーブ（８）内に前記ばね装置（１０）のばね力に抗して、前記回動スリーブリブ（１６）が、第１の制御スリーブ溝深さを有する対応する制御スリーブ溝（１５）から離脱するように移動可能であり、前記歯列を備える環状面（２０）と前記回動スリーブリブ端面（１７）とは、前記回動スリーブ（９）が第１の回転運動を実施するように作用接触し、前記制御スリーブリブ端面（１４）と前記回動スリーブリブ端面（１７）とは、前記回動スリーブ（９）が第２の回転運動を実施するように互いに滑動し、前記回動スリーブリブ（１６）は、第２の制御スリーブ溝深さを有する制御スリーブ溝（１５）に係合して、前記回動スリーブ（９）は前記係止位置の一方に係止し、前記制御ピストン（６）は、前記回動スリーブ（９）との作用結合に基づいて、前記切換位置の一方に移動可能である、請求項５記載の内燃機関。
7. 前記回動スリーブリブ（１６）の数が、前記制御スリーブ溝（１５）の数の半分に等しい、請求項５又は６記載の内燃機関。
8. 前記ボールペン機構（２）がボール機構の形態で形成されており、特に：
   前記操作手段（３）を軸方向で案内するための制御スリーブ（８）と、
   摺動可能に前記制御スリーブ（８）の半径方向溝（２４）内に配置されているボール（２３）と、
   前記制御ピストン（６）及び前記操作手段（３）を前記操作パルス（Ｉ）に抗して軸方向で予め付勢するばね装置（１０）とを備え、
   前記ボール（２３）は、前記操作手段（３）内に設けられる溝（２５）と作用結合しており、該操作手段（３）に前記操作パルス（Ｉ）を印加すると、該操作手段（３）は前記制御スリーブ（８）に対して、前記ボール（２３）との作用結合に基づいて交互に前記第１の切換位置と前記第２の切換位置とを占めることができるように軸方向で移動可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関。
9. 前記溝（２５）がハート形の溝（２５）として形成されている、請求項８記載の内燃機関。
10. 前記制御スリーブ（８）が、弁孔（２６）内に一体的な構成部として配置してある、請求項５から９までのいずれか１項記載の内燃機関。
11. 前記操作パルス（Ｉ）が流体圧により印加可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の内燃機関。
12. 前記ばね装置（１０）は、操作パルス（Ｉ）が所定の閾値を上回ったときに初めて、前記切換弁（１）の操作がなされるように形成されている、請求項５から１１までのいずれか１項記載の内燃機関。
13. 前記切換弁（１）が前記コンロッド装置（３３）内に、特に前記ストローク支承アイ（３５）の領域に組み込まれている、請求項１記載の内燃機関。
14. 前記操作パルス（Ｉ）がエンジンオイル圧により印可可能であって、前記内燃機関が、前記エンジンオイル圧を短期的に上昇させるための手段、例えば制御可能なオイルポンプ又は圧力アキュムレータを備える、請求項１３記載の内燃機関。

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