JP6411023B2 - モジュラー設計の内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明はモジュラー設計の内燃エンジンに関する。本発明はさらに、内燃エンジン用のモジュラーシステムに関する。

現在まで、内燃エンジンは、常に、既定の作動目的および既定の要件のために別個に設計された内燃エンジンであった。内燃エンジンが新たに開発される場合、そのアセンブリの全ては、原則として、新しい開発の影響下に置かれる。現在まで、既存のコンポーネントを内燃エンジンの新たな開発において利用することは、そしてこれらを改変を伴わずに利用し続けることは不可能であり、あるいは非常に限定された範囲内でのみ可能であった。これは不利である。

こうした状況に鑑みて、本発明は、新規なタイプの内燃エンジンを提供するという目的に基づく。この目的は、請求項１に記載のモジュラー設計の内燃エンジンによって達成される。モジュラー設計の内燃エンジンは、その中でクランクシャフトおよび少なくとも一つのカムシャフトがガイドされるシリンダークランクケースを備える。さらに、モジュラー設計の内燃エンジンは、それぞれが複数のシリンダーを備える一つ（Ｌ型エンジン）あるいは複数（Ｖ型）のシリンダーバンクを備え、各シリンダーは、給気のための少なくとも一つのインレットバルブと、排気のための少なくとも一つのエキゾーストバルブと、燃料のための少なくとも一つのインレットバルブとを備えるシリンダーヘッドを備える。さらにモジュラー設計の内燃エンジンは、上記あるいは各カムシャフトと相互作用するバルブ制御部を備え、これは、各シリンダーに関して、各シリンダーの吸気のための上記あるいは各インレットバルブを作動させるためのプッシュロッドによって作動させられるロッカーアームと、さらなるプッシュロッドによって作動させられる各シリンダーの排気のための上記あるいは各エキゾーストバルブを作動させるためのロッカーアームとを備える。

プッシュロッドは、プッシュロッドガイドと共に、確かに、各シリンダーのロッカーアームボックス内でガイドされるが、各シリンダーのシリンダーヘッド内ではガイドされない。各シリンダーのための吸気供給は各シリンダーのシリンダーヘッド内でガイドされるが、各シリンダーのロッカーアームボックス内ではガイドされない。各シリンダーのシリンダーヘッドの幾何学的外側輪郭は、各シリンダーのシリンダーライナーの長手方向軸線に関して対称に設計される。

本発明によって、モジュラー形態の内燃エンジンを具現化することが初めて提案される。したがって、内燃エンジンの個々のシリンダーおよび内燃エンジンのシリンダーのためのバルブ制御部は、カムシャフトの数、したがってそのポジションとは無関係である。各シリンダーの領域において１８０°だけ、バルブ制御部あるいはバルブ制御部のロッカーアームボックスを方向転換することで、バルブ制御部は各カムシャフトのポジションに適応することができる。シリンダーヘッドの形態は、バルブ制御部の、そしてバルブ制御部のロッカーアームボックスのこの方向転換を制限しない。これに関して、内燃エンジンの異なる実施形態と共に、同一のシリンダーおよびバルブ制御部を利用することが可能である。

好ましくは、各シリンダーのシリンダーヘッドの幾何学的外側輪郭は、各シリンダーのシリンダーライナーの長手方向軸線を通って延在する平面に関して軸対称であるか、あるいは各シリンダーのシリンダーライナーの長手方向軸線に関して点対称である。内燃エンジンのシリンダーのシリンダーヘッドのそうした幾何学的外側輪郭は特に好ましく、各シリンダーの領域において１８０°だけ、バルブ制御部の、特にそのロッカーアームボックスの制限されない方向転換を可能とする。

特に、各シリンダーが給気用の複数のインレットバルブと排気用のエキゾーストバルブを備える場合、対応するロッカーアームは、ヨークブリッジを介して各ガス交換バルブに対して結合される。この形態は特に簡素である。

本発明に基づく内燃エンジン用のモジュラーシステムが請求項７において規定される。

本発明の好ましいさらなる展開は従属請求項ならびに以下の詳細な説明から得られる。本発明の代表的実施形態について、それに限定されることなく、図面を参照して詳しく説明する。

本発明に基づくモジュラー設計の第１の内燃エンジンを示す図である。 本発明に基づくモジュラー設計の第２の内燃エンジンを示す図である。 図２の、または図１の内燃エンジンの第１の細部を示す図である。 図２の、または図１の内燃エンジンの第２の細部を示す図である。 本発明に基づくモジュラー設計の第３の内燃エンジンを示す図である。 図３の内燃エンジンの第１の細部を示す図である。 図３の内燃エンジンの第２の細部を示す図である。 図１ないし図３の内燃エンジンのさらなる細部の斜視図である。 図１ないし図３の内燃エンジンのさらなる細部の平面図である。

本発明はモジュラー設計の内燃エンジンに関するものであり、このものにおいては、内燃エンジンの具体的実施形態に関係なく、当該内燃エンジンの多数のコアコンポーネントは、改変を伴わずに、あるいは形態的モジュラーシステムの意味での最小限の適応を伴って利用可能である。

図１ないし図３は、モジュラー形態での本発明に基づく、さまざまな内燃エンジン（ここでは、ＬおよびＶ設計を表すＶ型）１０，１０’および１０”の斜視図であり、ここで、図１ないし図３それぞれに示す内燃エンジンはそれぞれシリンダークランクケース１１，１１’および１１”を備え、この中で、クランクシャフト１２および少なくとも一つのカムシャフト１３，１４および１５がそれぞれガイドあるいはマウントされる。

図１の代表的実施形態においては、三つのカムシャフト１３，１４および１５がシリンダークランクケース１１内にマウントされている。図２の代表的実施形態においては、二つのカムシャフト１３および１４がシリンダークランクケース１１’内にマウントされている。図３の代表的実施形態においては、単一のカムシャフト１５がシリンダークランクケース１１”内にマウントされている。

内燃エンジン１０，１０’および１０”のそれぞれは、二つのシリンダーバンク１６および１７を備え、そのそれぞれは複数の、図示する代表的実施形態では三つのシリンダー（１８，１８’および１８”）を備える。図２ａはシリンダー１８および１８’を、そして図３ａはシリンダー１８”を、それぞれ単独で示している。

シリンダー１８，１８’，１８”のシリンダーライナー１９が示されているが（このものでは図示していないピストンが各例において動作可能にガイドされている）、図示する代表的実施形態における各シリンダー１８，１８’，１８”は、給気用の二つのインレットバルブ２０と、燃料用のインジェクターとして設計されたインレットバルブ２１と、各例に関して排気用の二つのエキゾーストバルブ２２とを備える。給気は、給気ライン２３を介して各シリンダーバンク１６および１７それぞれのシリンダーへと供給することができ、排気は排気ライン２４それぞれを介して各シリンダーバンク１６および１７のシリンダーから放出される。

図３の代表的実施形態において（これはガスエンジンである）、燃料としてのガスは、ガス供給ライン２５それぞれを経てシリンダー群１６，１７の個々のシリンダー１８”に対して供給可能である。

図１の代表的実施形態において（このものでは内燃エンジンは三つのカムシャフト１３，１４および１５を備える）、二つの外側カムシャフト１３および１４は、燃料用のインレットバルブを作動させるために、したがって各シリンダーバンク１６および１７のインジェクター２１を作動させるために機能し、一方、中間カムシャフト１５は、両シリンダーバンク１６および１７のシリンダー１８のガス交換バルブ２０および２２を作動させるために機能する。図２の代表的実施形態において（このものでは内燃エンジン１０’のシリンダークランクケース１１’内に二つのカムシャフト１３および１４が収容されている）、カムシャフト１３および１４のそれぞれは、ガス交換バルブ２０および２２ならびに各シリンダー群１６および１７のシリンダー１８’のインジェクター２１を作動させるために機能する。図３の代表的実施形態では（このものでは単一のカムシャフト１５が存在する）、カムシャフト１５は、両シリンダー群あるいはシリンダーバンク１６および１７の全てのシリンダー１８”の全てのガス交換バルブ２０および２２を作動させるために機能する。

内燃エンジン１０，１０’および１０”はさらにバルブ制御部（これはカムシャフトの少なくとも一つと相互作用する）を備え、各シリンダー１８，１８’，１８”用のバルブ制御部は、各シリンダーの吸気のための上記あるいは各インレットバルブ２０を作動させるためのプッシュロッド２６によって作動させられるロッカーアーム２７と、各シリンダーの排気のための上記あるいは各エキゾーストバルブ２２を作動させるためのさらなるプッシュロッド２８によって作動させられるロッカーアーム２９とを備える。特に、代表的実施形態において示すように、給気用の二つのインレットバルブ２０および排気用の二つのエキゾーストバルブが各シリンダーに存在する場合、ロッカーアーム２７および２９は、各ガス交換バルブ上のヨークブリッジ３０，３１に作用する。

図４から最も明らかであるように、バルブ制御部のロッカーアーム２７および２９は、いわゆるロッカーアームハウジング３２内に収容されている。プッシュロッド２６および２８は、いわゆるプッシュロッドガイド３３および３４内でそれぞれガイドされる。ロッカーアーム２７および２９と反対側に置かれた端部において、プッシュロッド２６および２８は、それぞれ、いわゆるカムフォロア３５および３６を介して、各カムシャフトに作用する。

図１ないし図３に示すモジュラー形態で具現化された内燃エンジン１０，１０’，１０”は、全て、同一のバルブおよび同一のバルブ制御部を利用し、ここで、これは、バルブ制御部のプッシュロッド２６および２８が、プッシュロッドガイド３３および３４と共に、各シリンダーの各ロッカーアームボックス３２内でガイドされるが、各シリンダーのシリンダーヘッド３７内ではガイドされないために可能となっている。

これに関して、さらに、各シリンダーへの給気供給部が各シリンダーのシリンダーヘッド３７を経て延在するが、各シリンダーのロッカーアームボックス３２を経ていないことが重要である。

これに加えて、各シリンダーのシリンダーヘッド３７の幾何学的外側輪郭は、各シリンダーのシリンダーライナー１９の長手方向軸線に関して、対称に形成される。

これによって、バルブ制御部、特にロッカーアームボックス３２は、ロッカーアーム２７および２９とプッシュロッド２６および２８とプッシュロッドガイド３３および３４と共に、各シリンダーヘッド３７に関して、したがって各シリンダーに関して、１８０°だけ向きを変更可能であることを達成することができる。これは、図２ａおよび図３ａの比較から分かることであり、図２ａにおいては、バルブ制御部は、第１の相対ポジションにおいて各シリンダーあるいはシリンダーヘッド３７に作用し、そして図３ａにおいては、１８０°だけ向きが変わった第２の相対ポジションにおいてそれを行う。

これはまた図２ｂおよび図３ｂから分かることであり、ここでは、ロッカーアームボックス３２は１８０°だけ向きが変わった相対ポジションで示されている。シリンダーヘッド３７の外部でのシリンダーヘッド３７に対するプッシュロッド２６および２８の異なる相対ポジションが図５に示されており、図５から、シリンダーヘッド３７の幾何学的寸法あるいは輪郭は、１８０°だけ、ロッカーアームボックス３２を回転させるのを、したがって各シリンダーのバルブ制御部を回転させるのを妨げないことが分かる。

したがって、シリンダー群１６及び１７のシリンダーのガス交換バルブ２０及び２２が外側カムシャフト１３および１４によって作動させられたとき、各シリンダーのバルブ制御部は図２ａおよび図２ｂに示す相対ポジションを呈する。対照的に、ガス交換バルブ２０，２２が（両シリンダーバンク間に配置された）中間カムシャフト１５によって作動させられたとき、バルブ制御部およびロッカーアームボックス３２は、各シリンダーの領域において、図３ａおよび図３ｂに示す相対ポジションを呈する。

図５から最もよく分かるように、シリンダーヘッド３７の幾何学的外側輪郭は対称、すなわちシリンダーライナー１９の長手方向軸線を通って延びる平面に関して軸対称あるいはシリンダーライナーの長手方向軸線に関して点対称である。

シリンダーヘッド３７の幾何学的外側輪郭のこの対称性によって、各シリンダーのバルブ制御部、すなわち各シリンダーのロッカーアームボックス３２は、プッシュロッド２６および２８と共に、それによってバルブ制御部をカムシャフト（これは各プッシュロッド２６および２８を作動させるために機能する）のポジションに適合させるために、シリンダーヘッド３７に対して、したがって各シリンダーに対して、１８０°だけ向きを変えることができる。

したがって、本発明に基づく内燃エンジン１０，１０’，１０”はモジュラー形態で具現化される。内燃エンジン１０，１０’，１０”に関して対応するモジュラーシステムはシリンダークランクケース１１，１１’，１１”をそれぞれ備え、これは、型の交換によって、鋳造の間、カムシャフト１３，１４および１５の数およびポジションに適応させられる必要がある。シリンダーバンク１６および１７のシリンダー１８，１８’，１８”、特にシリンダーのシリンダーヘッド３７、およびガス交換バルブ２０および２２を作動させるためのバルブ制御部は、しかしながら同一であり、これらは、カムシャフトの数およびポジションに対する適合を実施するために、１８０°だけその相対ポジションに関して互いに対して向きを変えることができる。各シリンダーの領域において、ロッカーアームボックス３２は、プッシュロッド２６および２８ならびにプッシュロッドガイド３３および３４のガイドおよび幾何学的ポジションがいかなる制限を受けこともなく、シリンダーヘッド３７に対して１８０°だけ向きを変えることができる。プッシュロッド２６および２８は、実際、ロッカーアームボックス３２内でプッシュロッドガイド３３および３４と共にガイドされるが、シリンダーヘッド３７内ではそうされない。各シリンダーへの吸気供給は、実際、各シリンダーヘッド３７内でガイドされるが、各ロッカーアームボックス３２内ではそうされない。シリンダーヘッド３７の幾何学的外側輪郭は、シリンダーヘッド３７の対称性によって、シリンダーヘッド３７に対して、ロッカーアームボックス３２の方向転換を可能とする。

そうしたモジュラーシステムによって設計された内燃エンジンは数多くの利点を有する。すなわち、アセンブリは数多くの内燃エンジン形態において利用可能であり、この結果、内燃エンジン用のアセンブリ異形体が削減される。内燃エンジンの別個のアセンブリは、別なエンジンサイズに容易にサイズ変更して組み込むことができる。加えて、製造業者および顧客が保管する交換部品が削減される。顧客のトレーニング労力が削減される。製造業者および顧客の双方において経済性が増大する。

１０，１０’，１０” 内燃エンジン
１１，１１’，１１” シリンダークランクケース
１２ クランクシャフト
１３，１４，１５ カムシャフト
１６，１７ シリンダーバンク
１８，１８’，１８” シリンダー
１９ シリンダーライナー
２０ インレットバルブ（ガス交換バルブ）
２１ インレットバルブ（インジェクター）
２２ エキゾーストバルブ（ガス交換バルブ）
２３ 給気ライン
２４ 排気ライン
２５ ガス供給ライン
２６ プッシュロッド
２７ ロッカーアーム
２８ プッシュロッド
２９ ロッカーアーム
３０，３１ ヨークブリッジ
３２ ロッカーアームボックス
３３，３４ プッシュロッドガイド
３５，３６ カムフォロア
３７ シリンダーヘッド

Claims (7)

1. モジュラー設計の内燃エンジンであって、
   シリンダークランクケース（１１，１１’，１１”）であって、その中で、クランクシャフト（１２）および少なくとも一つのカムシャフト（１３，１４，１５）がガイドされるシリンダークランクケース（１１，１１’，１１”）を備え、
   それぞれが複数のシリンダー（１８，１８’，１８”）を備える複数のシリンダーバンク（１６，１７）であって、各シリンダーは、給気のための少なくとも一つのインレットバルブ（２０）と、排気のための少なくとも一つのエキゾーストバルブ（２２）と、燃料のための少なくとも一つのインレットバルブ（２１）と、を備えたシリンダーヘッド（３７）を備えている複数のシリンダーバンク（１６，１７）を備え、
   前記あるいは各カムシャフト（１３，１４，１５）と相互作用するバルブ制御部であって、各シリンダーに関して、前記各シリンダーの吸気のための前記あるいは各インレットバルブ（２０）を作動させるためのプッシュロッド（２６）によって作動させられるロッカーアーム（２７）と、前記各シリンダーの排気のための前記あるいは各エキゾーストバルブ（２２）を作動させるためのさらなるプッシュロッド（２８）によって作動させられるロッカーアーム（２９）と、を備えるバルブ制御部を備え、
   前記プッシュロッド（２６，２８）は、プッシュロッドガイド（３３，３４）と共に、前記各シリンダーのロッカーアームボックス（３２）内で実際にガイドされるが、前記各シリンダーの前記シリンダーヘッド（３７）内ではガイドされず、
   前記各シリンダーのための吸気供給部は、前記各シリンダーの前記シリンダーヘッド（３７）を通って延在するが、前記各シリンダーの前記ロッカーアームボックス（３２）を通って延在しておらず、
   前記各シリンダー（１８，１８’，１８”）の前記シリンダーヘッド（３７）の幾何学的外側輪郭は、前記各シリンダーのシリンダーライナー（１９）の長手方向軸線に関して対称に形成され、
   給気のための前記インレットバルブ（２０）及び前記エキゾーストバルブ（２２）が、前記シリンダーライナー（１９）の長手方向軸線に関して対称に配置され、
   給気のための前記インレットバルブ（２０）を作動させるための前記プッシュロッド（２６）及び前記エキゾーストバルブ（２２）を作動させるための前記プッシュロッド（２８）が、前記シリンダーライナー（１９）の長手方向軸線に関して対称に配置されることを特徴とする内燃エンジン。
2. 前記各シリンダー（１８，１８’，１８”）の前記シリンダーヘッド（３７）の前記幾何学的外側輪郭は、前記各シリンダーの前記シリンダーライナー（１９）の長手方向軸線に関して回転対称であり、
   給気のための前記インレットバルブ（２０）及び前記エキゾーストバルブ（２２）が、前記シリンダーライナー（１９）の長手方向軸線に関して回転対称に配置され、
   給気のための前記インレットバルブ（２０）を作動させるための前記プッシュロッド（２６）及び前記エキゾーストバルブ（２２）を作動させるための前記プッシュロッド（２８）が、前記シリンダーライナー（１９）の長手方向軸線に関して回転対称に配置されることを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン。
3. 各シリンダーが給気用の複数のインレットバルブ（２０）と、排気用の複数のエキゾーストバルブ（２２）と、を備える場合、前記対応するロッカーアーム（２７，２９）は、ヨークブリッジ（３０，３１）を介して、前記各ガス交換バルブ（２０，２２）に対して結合されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃エンジン。
4. 前記内燃エンジンがガスエンジンとして、あるいは直結式燃料ポンプを備えたディーゼルエンジンとして設計される場合、前記内燃エンジンは、燃料用の全てのインレットバルブ（２１）および全てのガス交換バルブ（２０，２２）を作動させる単一カムシャフトを備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の内燃エンジン。
5. 前記内燃エンジンが直結式燃料ポンプを持たないディーゼルエンジンとして設計される場合、前記内燃エンジンは、二つあるいは三つのカムシャフトを備え、前記内燃エンジンが二つのカムシャフトを備える場合、それぞれシリンダーバンク（１６，１７）のための一つの外側カムシャフト（１３，１４）はそれぞれ、燃料用の前記インレットバルブ（２１）と、前記各シリンダーバンク（１６，１７）の前記ガス交換バルブ（２０，２２）を作動させ、一方、前記内燃エンジンが三つのカムシャフト（１３，１４，１５）を備える場合、シリンダーバンク（１６，１７）のための一つの外側カムシャフト（１３，１４）はそれぞれ、前記各シリンダーバンク（１６，１７）の燃料用の前記インレットバルブ（２１）を作動させ、かつ、両シリンダーバンク（１６，１７）用の中間カムシャフト（１５）は前記ガス交換バルブ（２０，２２）を作動させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の内燃エンジン。
6. 内燃エンジン用のモジュラーシステムであって、
   シリンダークランクケース（１１，１１’，１１”）であって、その中で、クランクシャフト（１２）それぞれおよび少なくとも一つのカムシャフト（１３，１４，１５）がガイドされるシリンダークランクケース（１１，１１’，１１”）を備え、
   そのそれぞれが複数のシリンダー（１８，１８’，１８”）を備えるシリンダーバンク（１６，１７）であって、各シリンダーは、給気のための少なくとも一つのインレットバルブ（２０）と、排気のための少なくとも一つのエキゾーストバルブ（２２）と、燃料のための少なくとも一つのインレットバルブ（２１）と、を備えたシリンダーヘッド（３７）を備えているシリンダーバンク（１６，１７）を備え、
   前記あるいは各カムシャフト（１３，１４，１５）と相互作用するバルブ制御部であって、各シリンダーに関して、前記各シリンダーの吸気のための前記あるいは各インレットバルブ（２０）を作動させるためのプッシュロッド（２６）によって作動させられるロッカーアーム（２７）と、前記各シリンダーの排気のための前記あるいは各エキゾーストバルブ（２２）を作動させるためのさらなるプッシュロッド（２８）によって作動させられるロッカーアーム（２９）と、を備えるバルブ制御部を備え、
   前記プッシュロッド（２６，２８）は、プッシュロッドガイド（３３，３４）と共に、前記各シリンダーのロッカーアームボックス（３２）内で実際にガイドされるが、前記各シリンダーの前記シリンダーヘッド（３７）内ではガイドされず、
   前記各シリンダーのための吸気供給部は、前記各シリンダーの前記シリンダーヘッド（３７）を通って延在するが、前記各シリンダーの前記ロッカーアームボックス（３２）を通って延在しておらず、
   前記各シリンダー（１８，１８’，１８”）の前記シリンダーヘッド（３７）の幾何学的外側輪郭は、前記各シリンダーのシリンダーライナー（１９）の長手方向軸線に関して対称に形成され、
   給気のための前記インレットバルブ（２０）及び前記エキゾーストバルブ（２２）が、前記シリンダーライナー（１９）の長手方向軸線に関して対称に配置され、
   給気のための前記インレットバルブ（２０）を作動させるための前記プッシュロッド（２６）及び前記エキゾーストバルブ（２２）を作動させるための前記プッシュロッド（２８）が、前記シリンダーライナー（１９）の長手方向軸線に関して対称に配置されることを特徴とする内燃エンジン用のモジュラーシステム。
7. 請求項１ないし５のいずれか１項あるいは複数項に記載の特徴を備える請求項６に記載のモジュラーシステム。

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