JP6126268B2 - 内燃機関の切換弁用の駆動装置および内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、可変圧縮比を有する内燃機関の切換弁用の駆動装置と、可変圧縮比を有する内燃機関とに関する。

内燃機関において、高い圧縮比は、効率にプラスの効果を及ぼす。圧縮比とは、圧縮後の残りのシリンダ容積に対する圧縮前の全シリンダ容積の比率と解釈される。しかし、通常、圧縮比が一定である、点火装置を付加された内燃機関、例えば、火花点火エンジンなどの場合、選択される圧縮比は、全負荷動作における「ノッキング」を回避するのに十分なほど低い値でなければならない。一方、内燃機関において全負荷よりもはるかに頻繁に起こる部分負荷領域に対しては、すなわち、シリンダ充填量が少ない領域に対しては、「ノッキング」も発生させることなく、より高い値の圧縮比を選択することができる。圧縮比を可変の態様で設定することができれば、内燃機関の、この重要な部分負荷領域を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。コネクティングロッドは、大端部ベアリングアイおよび小端部ベアリングアイを有し、大端部ベアリングアイによって、クランクシャフトに取り付け、小端部ベアリングアイによって、内燃機関のそれぞれのシリンダピストンに取り付けることができる。各コネクティングロッドは、偏心本体および偏心ロッドを有する偏心調整装置を備える。

（特許文献１）から公知の偏心本体は、小端部ベアリングアイの中心に対して偏心して配置され、中心を有するピストンピン穴を有し、ピストンピン穴は、ピストンピンを受け入れる。偏心調整装置は、コネクティングロッド有効長ｌｅｆｆを調整するために使用され、コネクティングロッド長は、ピストンピン穴の中心の、大端部ベアリングアイの中心からの距離を意味すると解釈すべきである。偏心本体を回転させるために、ひいては、コネクティングロッド有効長ｌｅｆｆを変えるために、偏心調整装置の偏心ロッドは移動することができる。各偏心ロッドは、油圧チャンバ内に移動可能に取り付けられた、または油圧チャンバ内で案内されるピストンを備える。偏心ロッドが備えるピストンに作用する油圧が油圧チャンバ内に広がり、偏心ロッドの移動は、油圧チャンバ内の油量に応じて可能であったり不可能であったりする。

偏心調整装置の調整は、内燃機関の動作サイクル時に、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。動作サイクル時に、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、偏心ロッドに作用するピストンによって補助され、ピストンは、偏心調整装置に作用する力の、力の作用方向が変わることにより、偏心調整装置の戻りを阻止する。ピストンと相互作用する偏心ロッドは、両側で偏心本体に取り付けられる。

ピストンが中で案内される油圧チャンバには、大端部ベアリングアイから油圧油供給管を介して油圧油を供給する、または充填することができる。逆止弁は、油圧油が、油圧チャンバから油圧油供給管に逆流するのを防止する。それぞれのコネクティングロッドの穴には、切換弁が収容される。油圧チャンバは、油圧油排出管を介して、切換弁を収容した穴と通じている。切換弁の選択位置により、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、駆動手段、ばね装置、および制御ピストンを含む。

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ピストンに作用する油圧油は、大端部ベアリングアイから油圧油供給管を介して油圧チャンバに供給され、それぞれのコネクティングロッドは、コネクティング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大端部ベアリングアイとの間に配置されるように、大端部ベアリングアイにより、クランクシャフトに係合する。

切換弁の選択位置に対応する油圧チャンバから、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、コネクティングロッドのコネクティングロッド長は、調整可能な圧縮比によって可変の態様で設定することができる。この場合も、切換弁がそれぞれのコネクティングロッドの穴に収容され、前記弁は、タップ手段（Abgreifer）を含む。それぞれの切換弁は、タップ手段により、具体的には、タップ手段に作用する駆動装置により駆動することができる。

独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０１６ ０３７Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１２ １１２ ４６１Ａ１号明細書

圧縮比を調整可能な内燃機関の切換弁用の駆動装置であって、単純な構造でありながら、内燃機関の切換弁の信頼できる駆動を可能にする駆動装置が必要である。

本発明の目的は、圧縮比を調整可能な内燃機関の切換弁用の新規の駆動装置を提供すること、およびこの種の駆動装置を有する内燃機関を提供することである。

この目的は、特許請求項１に記載の駆動装置によって達成される。本発明によれば、駆動装置は、各切換弁に対して、ひいては、駆動される各タップ手段に対して１つのセレクタフォークを有し、前記セレクタフォークは、少なくとも１つの支持構造体に固定され、セレクタフォークは、少なくとも１つの戻し要素の復元力に抗して、第１の選択位置から第２の選択位置に移動することができ、前記戻し要素の１つ又はそれぞれの復元力は、セレクタフォークを第１の選択位置の方向に自動的に移動させる。

圧縮比を調整可能な内燃機関の切換弁用の駆動装置は、単純な構造からなり、内燃機関の切換弁の信頼できる駆動を可能にする。戻し要素は、セレクタフォークを第１の選択位置に自動的に戻す。

すべてのセレクタフォークは、共通の支持構造体に固定されるのが好ましく、すべてのセレクタフォークは、共通の戻し要素の復元力に抗して、第１の選択位置から第２の選択位置に一緒に移動することができ、共通の戻し要素の復元力は、すべてのセレクタフォークを一緒に、かつ自動的に、第１の選択位置の方向に移動させる。駆動装置のこの構造は、特に、単純で好ましいものである。

本発明の有益な発展形態によれば、支持構造体は、取付フレームおよび少なくとも１つの案内要素を有し、この案内要素は、取付フレームに対して移動することができ、好ましくは、すべてのセレクタフォークに共通であり、セレクタフォークは、それぞれの案内要素に固定される。第１の変形型によれば、戻し要素は、一方で、支持構造体の取付フレームに支持され、他方で、支持構造体の複数の案内要素の１つ、またはすべてのセレクタフォークに共通の単体の案内要素に支持される。第２の変形型によれば、戻し要素は、一方で、支持構造体の複数の案内要素の１つ、またはすべてのセレクタフォークに共通の単体の案内要素に支持され、他方で、内燃機関のクランクケース上に、またはクランクケース内に支持される。駆動装置は、単純な構造からなり、切換弁の信頼できる駆動を可能にする。

１つのアクチュエータが、戻し要素の復元力に抗して、すべてのセレクタフォークを一緒に第１の選択位置から第２の選択位置に移動させ、アクチュエータが作動すると、前記アクチュエータは、セレクタフォークを第１の選択位置から第２の選択位置に移動させ、アクチュエータが動作を停止すると、戻し要素は、セレクタフォークを第２の選択位置から第１の選択位置に押し動かす。駆動装置は、単純な構造からなり、切換弁の信頼できる駆動を可能にする。

圧縮比を調整可能な、本発明による内燃機関は、特許請求項１０で規定される。

本発明の好ましい発展形態が、従属請求項および以下の説明から明らかになるであろう。本発明の例示的な実施形態が、その実施形態に限定されることなく、図面を用いてさらに詳細に説明される。

偏心調整装置および切換弁を有するコネクティングロッドを示している。 コネクティングロッドの切換弁用の駆動装置を示している。 本発明による駆動装置を示している。 本発明による別の駆動装置を示している。

図１は、例示的な実施形態による、圧縮比を調整可能な内燃機関のコネクティングロッド１を示している。コネクティングロッド１は、小端部ベアリングアイ２および大端部ベアリングアイ３を備えたコネクティングロッド本体７を有する。

小端部ベアリングアイ２は、それぞれのコネクティングロッド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（図示せず）に取り付けるために使用される。大端部ベアリングアイ３は、それぞれのコネクティングロッド１を内燃機関のクランクシャフト（図示せず）に取り付けるために使用される。

図１のコネクティングロッド１は、少なくとも一部分が小端部ベアリングアイ２に配置され、好ましくは、油圧で調整可能な偏心調整装置６を有する。偏心調整装置６は、小端部ベアリングアイ２の中心８に対して偏心して配置され、中心を有するピストンピン穴を有し、前記穴は、ピストンピン（図示せず）を受け入れる。それぞれのコネクティングロッド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に連結される。

偏心調整装置６は、コネクティングロッド１のコネクティングロッド有効長ｌｅｆｆを調整するために使用される。調整可能な偏心調整装置６の回転は、内燃機関の動作サイクル時に、偏心調整装置６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。動作サイクル時に、偏心調整装置６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、油圧油、特に、エンジンオイルから作用を受けるピストンによって補助される。ピストンは、コネクティングロッド構造１に組み込まれ、油圧チャンバ内で案内される。また、ピストンは、偏心調整装置６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６の戻りを阻止する。

偏心調整装置６のピストンは、偏心ロッド４、５によって、偏心調整装置６の偏心本体９に両側で動作可能に連結されている。偏心調整装置６は、ピストン、偏心ロッド４、５、および偏心本体９を有することができる。偏心調整装置６のピストンには、油圧流体管（図１には示していない）によって、大端部ベアリングアイ３から逆止弁（図１には示していない）を介して油圧流体が供給される。この場合に、逆止弁は、油圧流体が、ピストンのピストン容積部から油圧流体管および内燃機関の内部に逆流するのを防止する。

切換弁１０は、それぞれのコネクティングロッド１の穴に収容されている。

それぞれのコネクティングロッド１の偏心調整装置６の油圧チャンバは、切換弁１０を収容した穴と油圧流体管を介して通じている。切換弁１０の選択位置により、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６の調整方向または回転方向はそれによって決まる。

それぞれのコネクティングロッド１のそれぞれの切換弁１０は、タップ手段１２を有する。それぞれの切換弁１０は、タップ手段１２により、具体的には、タップ手段１２に作用する駆動装置により駆動することができる。それぞれのコネクティングロッド１の切換弁１０およびそれぞれの切換弁１０のタップ手段１２の詳細は、例えば、独国特許出願公開第１０ ２０１２ １１２ ４６１Ａ１号明細書から当業者に周知である。

以下に提示する本発明は、可変の態様で設定できる圧縮比を有する、かかる内燃機関用の駆動装置１１、具体的には、複数のコネクティングロッド１の切換弁１０のタップ手段１２を駆動するために使用される駆動装置１１の細部に関する。

圧縮比を調整可能な内燃機関の複数の切換弁１０を駆動する駆動装置１１は、複数のセレクタフォーク１３を有し、各セレクタフォーク１３は、それぞれ、駆動される１つの切換弁１０のタップ手段１２と相互作用する。すべてのセレクタフォーク１３は、共通の支持構造体１４に固定されるのが好ましい。

駆動装置１１の支持構造体１４は、図示した例示的な実施形態では、取付フレーム１５と、少なくとも１つの案内要素１６、好ましくはすべてのセレクタフォーク１３に共通の案内要素とを有し、この案内要素は、取付フレーム１５に対して移動することができる。図示した例示的な実施形態では、案内要素１６は、互いに平行に延び、連結ウェブ１９によって、互いに堅固に連結された２つの案内レール１７、１８を有する。複数のセレクタフォーク１３は、案内要素１６の各案内レール１７、１８に固定されている。駆動装置１１全体は、取付フレーム１５によって、具体的には、取付フレーム１５の組立開口２０を貫通する組立ねじ（図示せず）によって、内燃機関のクランクケース（図示せず）に取り付けることができる。

すでに説明したように、セレクタフォーク１３が固定された駆動装置１１の案内要素１６は、取付フレーム１５に対して、具体的には、両方向矢印２１の方向に移動することができる。この場合に、駆動装置１１の取付フレーム１５に対する駆動装置１１のセレクタフォーク１３のこの相対移動を用いて、シリンダの動作サイクル中に、それぞれのシリンダのそれぞれのコネクティングロッド１に組み込まれた切換弁１０が、駆動装置１１のそれぞれのセレクタフォーク１３の領域に移動したときに、それぞれの切換弁１０のタップ手段１２を駆動して、前記弁を駆動することが可能である。

したがって、セレクタフォーク１３が固定され、図示した例示的な実施形態では、すべてのセレクタフォークに共通である、支持構造体１４の案内要素１６を用いて、駆動装置１１のセレクタフォーク１３は、支持構造体１４の取付フレーム１５に対して、ひいては、切換弁１０のタップ手段１２に対して、具体的には、セレクタフォーク１３の第１の選択位置と第２の選択位置との間を一緒に移動することができる。

駆動装置１１のセレクタフォーク１３を用いて、圧縮比を調整可能な内燃機関のコネクティングロッド１の切換弁１０の決まった選択位置をそれぞれの選択位置に設定することができる。

駆動装置１１のセレクタフォーク１３の、第１の選択位置から第２の選択位置への移動は、アクチュエータ（図示せず）を用いて行われるのが好ましく、すべてのセレクタフォーク１３は、好ましくは、すべてのセレクタフォーク１３に共通であり、好ましくは、ばね要素として設計された戻し要素２２の復元力、特に、ばね力に抗して、第１の選択位置から第２の選択位置に一緒に移動することができ、好ましくは、ばね要素として設計された戻し要素２２の復元力、特に、ばね力は、具体的には、アクチュエータが動作していないときに、すべてのセレクタフォーク１３を一緒にかつ自動的に、第２の選択位置から第１の選択位置の方向に押し動かす。

本発明は、ばね要素として設計された戻し要素２２の場合について下記に説明するが、他の戻し要素も使用することができる。

アクチュエータが作動すると、アクチュエータは、相応して、ばね要素２２のばね力に抗して、すべてのセレクタフォーク１３を一緒に第１の選択位置から第２の選択位置に移動させる。

アクチュエータが動作を停止すると、ばね要素２２は、駆動装置１１のすべてのセレクタフォーク１３を一緒に第２の選択位置から第１の選択位置に押し動かす。

図３の例示的な実施形態では、ばね要素２２は、一方で、支持構造体１４の取付フレーム１５に係合し、他方で、支持構造体１４の案内要素１６に係合している。この場合に、ばね要素２２は、取付フレーム１５上で第１の端部によって支持され、案内要素１６上で第２の端部によって支持されている。

図４は、ばね要素２２が、一方で、図示した例示的な実施形態では、すべてのセレクタフォークに共通である、支持構造体１４の案内要素１６に支持され、他方で、内燃機関のクランクケース上に、またはクランクケース内に支持された駆動装置１１の実施形態を示しており、内燃機関のクランクケース内に、またはクランクケース上に形成されたばね要素２２用のカウンタベアリング２３が、図４に示されている。

本発明による駆動装置１１は、単純な構造からなり、セレクタフォーク１３の信頼できる駆動、具体的には、第１の選択位置と第２の選択位置との間でのセレクタフォーク１３の信頼できる移動を可能にする。アクチュエータが作動する、または動力を供給されると、アクチュエータは、すべてのセレクタフォーク１３を一緒に第１の選択位置から第２の選択位置に、より具体的には、それぞれのばね要素２２のばね力に抗して移動させる。ばね要素２２のばね力は、セレクタフォーク１３を一緒に第１の選択位置の方向に押す。アクチュエータが、例えば、意図的な動作停止により、または動力障害による意図しない動作停止により、動作を停止する、または動力を断たれると、ばね要素２２のばね力は、すべてのセレクタフォーク１３を一緒に、かつ自動的に、第１の選択位置に押し動かし、その結果、この場合に、セレクタフォーク１３の決まった選択位置が保証される。

アクチュエータは、第２の選択位置を保持するためにのみ動力を供給されればよい。第１の選択位置にとって動力供給は必要でない。それにより、駆動に必要なエネルギを削減することが可能である。

戻し要素２２の復元力に抗して、セレクタフォーク１３を第１の選択位置から第２の選択位置に移動させるアクチュエータ（図示せず）は、電気サーボモータであるのが好ましい。

本発明はさらに、この種の駆動装置１１を含む、圧縮比を調整可能な内燃機関に関する。

すべてのセレクタフォークに共通の支持構造体を有し、すべてのセレクタフォークに共通の案内要素を有し、すべてのセレクタフォークに共通の戻し要素を有する駆動装置が好ましいが、駆動装置が、連結された複数の支持構造体および／または連結された複数の案内要素および／または複数の戻し要素を有することも可能である。支持構造体および／または案内要素の連結は、対応する連結部材を用いて、またはデフレクションギヤ（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｇｅａｒ）を用いて行うことができる。

１ コネクティングロッド
２ 小端部ベアリングアイ
３ 大端部ベアリングアイ
６ 偏心調整装置
１０ 切換弁
１１ 駆動装置
１２ タップ手段
１３ セレクタフォーク
１４ 支持構造体
１５ 取付フレーム
１６ 案内要素
２２ 戻し要素

Claims (10)

1. 圧縮比を調整可能な内燃機関の複数の切換弁（１０）用の駆動装置（１１）であって、各切換弁（１０）は、前記内燃機関のそれぞれのコネクティングロッド（１）の偏心調整装置の油圧チャンバ内の油圧油流れを制御するために使用され、各切換弁（１０）は、前記駆動装置（１１）によって駆動できるタップ手段（１２）を有しており、前記駆動装置（１１）は、各切換弁（１０）に対して、ひいては、駆動される各タップ手段（１２）に対して１つのセレクタフォーク（１３）を有し、前記セレクタフォークは、少なくとも１つの支持構造体（１４）に固定されることと、前記セレクタフォーク（１３）は、少なくとも１つの戻し要素（２２）の復元力に抗して、第１の選択位置から第２の選択位置に移動することができ、前記戻し要素（２２）の１つ又はそれぞれの前記復元力は、前記セレクタフォーク（１３）を自動的に前記第１の選択位置の方向に移動させることとを特徴とする、駆動装置。
2. 前記セレクタフォーク（１３）は、すべての前記セレクタフォーク（１３）に共通の支持構造体（１４）に固定されることと、すべての前記セレクタフォーク（１３）は、共通の戻し要素（２２）の前記復元力に抗して、前記第１の選択位置から前記第２の選択位置に一緒に移動することができ、前記戻し要素（２２）の前記復元力は、すべての前記セレクタフォーク（１３）を一緒に、かつ自動的に、前記第１の選択位置の方向に移動させることとを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記支持構造体（１４）は、取付フレーム（１５）および少なくとも１つの案内要素（１６）を有し、前記案内要素（１６）は、前記取付フレーム（１５）に対して移動することができ、前記セレクタフォーク（１３）は、前記それぞれの案内要素（１６）に固定され、前記それぞれの案内要素（１６）を用いて、前記取付フレーム（１５）に対して移動できることを特徴とする、請求項１または２に記載の駆動装置。
4. すべてのセレクタフォーク（１３）は、すべての前記セレクタフォーク（１３）に共通である前記支持構造体（１４）の共通案内要素（１６）に固定され、前記案内要素を用いて移動することができる、請求項２に記載の駆動装置。
5. 前記戻し要素（２２）は、一方で、前記支持構造体（１４）の前記取付フレーム（１５）に支持され、他方で、前記支持構造体（１４）の複数の前記案内要素（１６）の１つ、または単体の前記案内要素（１６）に支持されることを特徴とする、請求項３または４に記載の駆動装置。
6. 前記戻し要素（２２）は、一方で、前記支持構造体（１４）の複数の前記案内要素（１６）の１つ、または単体の前記案内要素（１６）に支持され、他方で、前記内燃機関のクランクケース上に、またはクランクケース内に支持されることを特徴とする、請求項３または４に記載の駆動装置。
7. １つのアクチュエータが、前記戻し要素（２２）の前記復元力に抗して、すべての前記セレクタフォーク（１３）を一緒に前記第１の選択位置から前記第２の選択位置に移動させることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の駆動装置。
8. 前記アクチュエータが作動すると、前記アクチュエータは、前記セレクタフォーク（１３）を前記第１の選択位置から前記第２の選択位置に移動させ、前記アクチュエータが動作を停止すると、前記戻し要素（２２）は、前記セレクタフォーク（１３）を前記第２の選択位置から前記第１の選択位置に押し動かすことを特徴とする、請求項７に記載の駆動装置。
9. 前記戻し要素（２２）はばね要素である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の駆動装置。
10. 複数のコネクティングロッド（１）を有する、圧縮比を調整可能な内燃機関であって、前記複数のコネクティングロッド（１）はそれぞれ、それぞれのコネクティングロッド（１）のコネクティングロッド有効長（ｌｅｆｆ）を調整するために、小端部ベアリングアイ（２）および／または大端部ベアリングアイ（３）に配置された、油圧で調整可能な偏心調整装置（６）を有し、前記偏心調整装置（６）の調整移動は、切換弁（１０）によって制御することができる、内燃機関において、前記切換弁（１０）は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の駆動装置（１１）によって駆動することができることを特徴とする、内燃機関。

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