JP2006521496A - アンダーニースカムシャフトを持つ燃焼エンジン用可変バルブリフト制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 少なくとも一つの入口バルブ及び／又は出口バルブのバルブリフト及び開放時期を負荷に従って及び回転速度に従って調節するため、並びに内燃エンジンの個々のシリンダを消勢する、アンダーニースカムシャフトを持つ燃焼エンジン用可変バルブリフト制御システムを提供する。
【解決手段】 アンダーニースカムシャフト（１）は、プッシュロッド（３）によって、液圧式バルブクリアランス調節エレメント（２）を介してロッカレバー（４）を駆動し、このロッカレバーの湾曲輪郭（１４）は、中間レバー（９）のローラー（１３）上を走行し、中間レバーは、一つの軸線上に配置された二つのローラー（１５）によってスロット付きリンク（１０）内で移動自在であり、これらのリンクはシリンダヘッドに固定的に連結されており、これによって、中間レバー（９）は、ハウジング内を案内される調節バー（１１）のところに輪郭を有し、カム従動体（７）のローラー（８）に設けられた作用湾曲（１６）と転動し、これによって、カム従動体（７）は下側に設けられた係合領域で、液圧式調節エレメント（６）及び燃焼エンジンのバルブ（５）の夫々と作用する、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。

Description

本発明は、請求項１の従来技術部分による、アンダーニース（ｕｎｄｅｒｎｅａｔｈ）カムシャフトを持つ燃焼エンジン用可変バルブリフト制御システムに関する。

アンダーニースカムシャフト及びプッシュロッドを介するバルブ作動機構を持つ燃焼エンジンは、ディーゼルエンジン及びオットーエンジンとして周知である。これらのエンジンでは、作動時間、夫々、入口バルブの閉鎖時間を出口バルブの閉鎖点とは別個に変化させることはできない。これは、入口バルブ及び出口バルブの開放時期がカムシャフトで決定され、カムシャフトに設けられた位相調節ユニットが、常に、両開放時期をクランクシャフトと比較して平行にシフトするためである。これによって、位相調節ユニットは、最適燃焼における燃焼エンジンの負荷のいわゆる早期入口閉鎖によって制御するため、少なくとも入口カムシャフトに設けられる。アンダーニースカムシャフトが設けられたエンジンでは、入口スプレッド及び出口スプレッドがカムシャフトで決定されるため、燃費、トルク、及びエミッションに関する入口閉鎖時間の最適調節を負荷に従って及び回転速度に従って行うのは不可能である。ディーゼルエンジンについて、入口バルブリフトを従属して制御することによって、別の渦ダクトを使用せずにシリンダ内流れの捩れを制御することは周知である。

ドイツ国特許第ＤＥ ３６ ３７３ Ａ１号からバルブリフト制御システムが周知である。このバルブリフト制御システムにより、単一のバルブ又はバルブ群の、リフタ又はプッシュロッドを持つ制御シャフトの回転移動を、チョークなし負荷制御又はシリンダ消勢についての動力機械の作動中、バルブリフト長を、連続的に閉鎖することになる最大リフト長から無段階で調節でき、バルブ作動の無段階位相シフトを行うことができ、前記リフタ自体はロッカレバー又はスイングアームによって駆動され、及び従って、バルブを別のロッカレバー又はスイングアームとの係合によって作動する。
ドイツ国特許第ＤＥ ３６ ３７３ Ａ１号 ドイツ国特許第ＤＥ １７５ １６ ９０号及びドイツ国特許第ＤＥ ２２５ １０ ９１号から、オーバーヘッドカムシャフトを持つ燃焼エンジンのバルブのバルブリフトを負荷に従って及び回転速度に従って変化する、内燃エンジン用のバルブ制御装置が周知であり、ドイツ国特許第ＤＥ １９９ １４０ ４４号から、内燃エンジンのバルブ作動機構のシリンダ内に一体化されたロッカレバーが周知である。このロッカレバーは、カムリフトから消勢でき、その軸線が支承ブロックのスロット付き穴内を長さ方向に延びた状態で移動でき、ブロッキングエレメントによって支承ブロックに連結され、夫々は、バルブのゼロリフトを実現するため、支承ブロックから前記ブロッキングエレメントによって取り外される。 ドイツ国特許第ＤＥ １７５ １６ ９０号 ドイツ国特許第ＤＥ ２２５ １０ ９１号 ドイツ国特許第ＤＥ １９９ １４０ ４４号

本発明の目的は、少なくとも一つの入口バルブ及び／又は出口バルブのバルブリフトを負荷に従って及び回転速度に従って調節できると同時に、バルブの回転時期をバルブリフトと関連して調節し、更に、燃費を向上するためにバルブのゼロリフトの調節を行い、内燃エンジンの個々のシステムを停止できる、アンダーニースカムシャフトを持つ燃焼エレメント用のバルブリフト制御システムを提供することである。

本発明は、アンダーニースカムシャフトが、プッシュロッドによって、液圧式バルブクリアランス調節エレメントを介してロッカレバーを駆動し、このロッカレバーの湾曲輪郭は、中間レバーのローラー上を走行し、中間レバーは、一つの軸線上に配置された二つのローラーによってスロット付きリンク内で移動自在であり、これらのリンクはシリンダヘッドに固定的に連結されており、これによって、中間レバーは、ハウジング内を案内される調節バーのところに係合領域を有し、カム従動体のローラーに設けられた作用湾曲と転動し、これによって、カム従動体は下側に設けられた係合領域によって、液圧式調節エレメント及び燃焼エンジンのバルブの夫々と作用する、ことを特徴とする、請求項１に記載の特徴を持つ可変バルブリフト制御システムによって達成される。

調節バーのシフトによって、カムシャフトの一回転で、カム従動体のローラーとともに使用される中間レバーの作用湾曲の領域を調節するのが好ましい。これに伴ってバルブリフトを調節し、入口バルブ及び出口バルブの開放時期をこれに従って調節する。

これによって、とりわけ、ロッカレバーの作用湾曲はバルブの開放特性を決定し、この作用湾曲は、詳細には、幾つかの個々の領域、即ち、中間レバーのローラーの中心を中心とした円弧によって画成されたゼロリフトを決定する第１領域、これに続く、開放傾斜部を画成する第２領域、及びこれに続く部分リフト領域及び全リフト領域から形成され、これによって、個々の領域は移行半径によって互いに連結されており、湾曲領域全体に亘り、湾曲領域を互いに衝撃なしで連結するためにスプラインが設けられている。

更に、カムシャフトのエンボスによって、ロッカレバーの湾曲輪郭によって、及び中間レバーの作用湾曲によって、バルブの開放特性を決定できる。

好ましい実施例では、これまでは中間レバーに周知の方法で配置された作用湾曲がカム従動体に配置され、カム従動体の従来のローラーが中間レバーの構成部分である。

別の実施例では、ロッカレバーは追加のローラーを有し、このローラーは、スロット付きリンクを走行する中間レバーのローラーに直接連結されている。

同様の有利な実施例では、中間レバーは、脚部ばねによって、又は横線を持つスロット付きリンクによって案内される。

別の好ましい実施例では、中間レバーは調節バーのところに円形輪郭を有し、これによって前記輪郭は、摩擦ベアリング又は減摩ベアリングに支持されたローラー上に支持されている。

別の同様の有利な実施例では、調節バーは、例えば円弧、凹所、傾斜等の一定の輪郭を有する。これは、とりわけ調節バーの接触輪郭の形体によって、内燃エンジンのバルブの加速挙動が影響を受けるためである。

幾つかの入口バルブ及び出口バルブを持つ内燃エンジンの一実施例では、バルブリフトが異なり、これに伴ってバルブ開放時期が異なるバルブは、個々のアクチュエータによって調節できる幾つかの調節バーによって調節される。対応する値の組は、プロセス制御されたエンジン特性によって、又はプログラム制御モデルによって計算される。

ディーゼルエンジンの前記可変バルブリフト制御システムの主な利点は、例えば二つの入口バルブのバルブリフトを個々に制御することにより、シリンダ内流れの調節を行うことができるということであり、オットーエンジンの主な利点は、例えば、二つの入口バルブが設けられている場合、広い作動範囲で、燃料を燃焼室に直接噴射する燃料噴射バルブと組み合わせられるようにシリンダ内流れを調節できるということである。直接噴射する燃料入口バルブとアンダーニースカムシャフトを持つバルブ作動機構との組み合わせが、燃料噴射バルブを燃焼室内に配置する上での新たな可能性を助長する。これは、オーバーヘッドカムシャフトの制限が存在しないためである。

有利な変形例では、調節エレメントが省略されるか或いはバルブクリアランス調節エレメントの一方だけが適用される。

更に、中間レバーをアルミニウム又はチタニウム合金から形成するのが好ましい。

更に有利な実施例では、全てのローラーを減摩ベアリングで支持するか或いはこれらのローラーを減摩ベアリング及び摩擦ベアリングで支持するかのいずれかであり、ロッカレバーは減摩ベアリング又は摩擦ベアリングで支持される。

アンダーニースカムシャフトを持つ、新たな燃焼エンジン用可変バルブリフト制御システムにおいて、一つ又はそれ以上の入口バルブ及び／又は出口バルブのバルブリフトを負荷に従って及び回転速度に従って調節でき、バルブリフトと同時にバルブの開放時期も調節でき、更に、バルブのゼロリフトを調節することによって内燃エンジンの個々のシリンダを停止できるということが重要である。これは、燃費を向上するように行われる。

下文において、本発明は、添付図面に示す好ましい実施例によって例示される。

バルブリフト並びに開放時期も変更する図１によるバルブ開放機構では、オーバーカッティング及び入口閉鎖時間もまた負荷に従って及び回転速度に従って調節される。詳細には、アイドリング作動の質を改善するため、アイドリング作動時のオーバーカッティングを最小にでき、部分負荷作動範囲において、オーバーカッティング及び残留ガス部分をバルブリフトによって制御でき、全負荷について入口バルブの閉鎖を制御することによってトルク及び性能を改善できる。これは、図１に示す様々な特性ａ、ｂ、ｃ、及びｄを持つ図２に示すバルブリフト制御システムの第１実施例によって行われる。本発明による新たなバルブ作動機構では、アイドリング作動の質と最大性能との間で妥協を図る必要がないため、高い回転速度について制御時間を夫々決定する所定のオーバーカッティングの場合と同様に、現在のところではスポーツエンジンについて一般的な、アイドリング作動の質とは別に設定できる開放時期でバルブリフトを駆動できる。

本発明による技術的解決策の有効性は、カムシャフトに設けられた追加の位相スライダーによって燃費に関して改善される。これによって、部分負荷作動範囲での燃費が、入口の早期閉鎖によるチョークなしの負荷作動範囲で更に向上する。カムシャフトに設けられた位相スライダーによって、エンジンや触媒が低温であるとき、エネルギが濃厚な排気ガス流を触媒に入れてこの触媒を迅速に加熱するように出口スプレッド又は出口バルブの開放時期をシフトしてもよい。

バルブリフトが可変であり且つバルブリフトに従って開放期間が調節されるバルブリフト作動機構の第１実施例を図２に示す。

アンダーニース（ｕｎｄｅｒｎｅａｔｈ）カムシャフト１がプッシュロッド３によって及び液圧式バルブクリアランス調節エレメント２によってロッカレバー４を駆動する。このロッカレバー４は湾曲輪郭１４を有し、この輪郭が中間レバー９のローラー１３上を走行する。これによって、中間レバー９は、軸線１８上に支持される。この軸線１８の端部（図３参照）には二つのローラー１５が配置されている。これによって、これらのローラー１５は、シリンダヘッドに固定的に連結されたスロット付きリンク１０内を走行する。中間レバー９は、ハウジング内を案内される調節バー１１のところで支持され、作用湾曲１６が、ハウジングで支持されたカム従動体７のローラー８上で転動する。カム従動体７は、液圧式調節エレメント６及び燃焼エンジンのバルブ５上に支持されている。調節バー１１をシフトすることにより、中間レバー９の作用湾曲１６の領域が、カムシャフト１の回転が適用されるカム従動体７のローラー８に関して調節される。これにより、バルブ５のバルブリフト及びそれに従って変化する開放時期を調節する。中間レバー９の作用湾曲１６は、幾つかの個々の領域から形成されている。例えば、一つの領域は、いわゆるゼロリフトを含み、これは、ローラー１３の中心を中心とした円弧によって画成される。この領域に続き、開放傾斜を画成する領域が設けられ、その後、部分リフト領域及び完全リフト領域が続く。全ての個々の領域は、移行半径によって互いに連結されている。この場合、全ての湾曲領域を互いに衝撃なしで連結するスプラインが全領域に亘って設けられている。ロッカレバー４の湾曲輪郭１４は同様に形成されている。カムシャフト１のエンボスによって、ロッカレバー４の湾曲輪郭１４によって、及び中間レバー９の作用湾曲１６によって、カム機構の図１による開放特性が決定される。

図４による第２実施例では、作用湾曲１６がカム従動体７のところに配置されており、ローラー８は、中間レバー９の構成部分である。中間レバー９は、更に、図４によれば、円形輪郭１９のところで調節バー１１で支持されている。前記輪郭は、更に、ここに例示していない別の実施例において、摩擦ベアリング又は減摩ベアリングに設けられたローラーで支持されていてもよい。

図５による第３実施例では、ロッカレバー４にはローラーが設けられている。このローラーは、中間レバー９のローラー１３と直接作動する。中間レバー９は、脚部ばね１７によって又は横線２１を備えたスロット付きリンク１０によって軸線方向に案内できる。ここに例示していない更に別の実施例において、調節バー１１は、更に、別の輪郭、例えば円弧状、凹状、斜めに截った形状等を提供できる。これによって、輪郭１９の形状によって、中間レバー９及び調節バー１１の接触輪郭２０、とりわけ、内燃エンジンのバルブ５の加速挙動に影響を及ぼす。

ここに例示していない更に別の実施例において、幾つかの入口バルブ及び出口バルブを持つ内燃エンジンについて、これらのバルブを様々なバルブリフトで及び様々な開放時期で制御できる。この場合、これは、個々のアクチュエータによって制御される幾つかの調節バー１１によって行うことができる。これによって、プロセス制御された特性ダイヤグラムによって、又はプログラム制御モデルによって、対応する組をなした値を計算する。バルブリフトの制御は、ここに例示していない幾つかの偏心シャフトによっても行うことができる。ディーゼルエンジンについて、例えば二つの入口バルブのバルブリフトを個々に制御することによって、シリンダ内の流れの捩れを制御できる。

オットーエンジンの場合には、例えば二つの入口バルブを個々に制御することによって、シリンダ内の流れを、燃料を燃焼室に直接噴射する燃料噴流バルブと組み合わせ、広範な作動セクタを容易にするように調節できる。アンダーニースカムシャフトを持つバルブ作動機構を持つ直噴式燃料入口バルブの組み合わせにより、燃焼室内の燃料噴射バルブの配置における新たな可能性を促す。これは、オーバーヘッドカムシャフトによる制限が存在しないためである。

調節エレメントが省略されるか或いはバルブクリアランス調節エレメントが適用されないかのいずれかの有利な変形例が提供される。中間レバーはアルミニウム又はチタニウム合金から形成される。

全てのローラーが減摩ベアリングによって支持されているか或いはこれらのローラーが減摩ベアリング及び摩擦ベアリングによって支持されているかのいずれかの別の有利な実施例が提供され、ロッカレバーは、減摩ベアリング及び摩擦ベアリングによって支持されている。

条件に従って、調節エレメントを適用する必要がなく、バルブクリアランスをロッカレバーのところで機械的に調節できる別の有利な実施例が提供される。

バルブの開放特性を示す図である。 バルブ制御システムの第１実施例の図である。 第１実施例の側面図である。 バルブ制御システムの第２実施例の図である。 バルブ制御システムの第３実施例の図である。

符号の説明

１ カムシャフト
２ バルブクリアランス調節エレメント
３ プッシュロッド
４ ロッカレバー
５ バルブ
６ 調節エレメント
７ カム従動体
８ カム従動体のローラー
９ 中間レバー
１０ スロット付きリンク
１１ 調節バー
１２ ロッカレバーのローラー
１３ ロッカレバーのローラー
１４ ロッカレバーの湾曲した輪郭
１５ ローラー
１６ 中間レバーの作用湾曲
１７ 脚部ばね
１８ 軸線
１９ 中間レバーの輪郭
２０ 調節バーの接触輪郭
２１ スロット付きリンクの横線

Claims (21)

1. 少なくとも一つの入口バルブ及び／又は出口バルブのバルブリフト及び開放時期を負荷に従って及び回転速度に従って調節するため、並びに内燃エンジンの個々のシリンダを消勢し、これによって、カムシャフトのカムによって駆動されるロッカレバー又はスイングアームが前記入口バルブ及び出口バルブを別のロッカレバー又はスイングアームとの係合によって作動するため、アンダーニースカムシャフトを持つ燃焼エンジン用可変バルブリフト制御システムにおいて、
   アンダーニースカムシャフト（１）は、プッシュロッド（３）によって、液圧式バルブクリアランス調節エレメント（２）を介してロッカレバー（４）を駆動し、このロッカレバーの湾曲輪郭（１４）は、中間レバー（９）のローラー（１３）上を走行し、中間レバーは、一つの軸線上に配置された二つのローラー（１５）によってスロット付きリンク（１０）内で移動自在であり、これらのリンクはシリンダヘッドに固定的に連結されており、これによって、前記中間レバー（９）は、ハウジング内を案内される調節バー（１１）のところに輪郭を有し、カム従動体（７）のローラー（８）に設けられた作用湾曲（１６）と転動し、これによって、前記カム従動体（７）は下側に設けられた係合領域で、液圧式調節エレメント（６）及び燃焼エンジンのバルブ（５）の夫々と作用する、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
2. 請求項１に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記調節バー（１１）のシフトにより、カムシャフト（１）の一回転で前記カム従動体（７）の前記ローラー（８）に適用される前記中間レバー（９）の前記作用湾曲（１６）の領域を調節する、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
3. 請求項１又は２に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記中間レバー（９）の前記作用湾曲（１６）は、移行半径によって互いに連結された幾つかの個々の領域から形成されている、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
4. 請求項３に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記個々の領域は、第１領域が、前記ローラー（１３）の中心を中心とした円弧によって画成されたゼロリフトを決定し、これに続いて開放傾斜部を画成する第２領域が設けられ、これに続いて部分リフト領域及び全リフト領域が設けられるように形成されている、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
5. 請求項３又は４に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、湾曲領域を衝撃なしで互いに連結するため、全湾曲領域（１６）に亘ってスプラインが設けられている、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
6. 請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記カムシャフト（１）のエンボスによって、前記ロッカレバー（４）の湾曲輪郭（１４）によって、及び前記中間レバー（９）の前記作用湾曲（１６）によって、前記バルブの開放特性を決定できる、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
7. 請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記作用湾曲（１６）は前記カム従動体（７）に配置されており、前記ローラー（８）は前記中間レバー（９）の構成部分である、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
8. 請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記ロッカレバー（４）は追加のローラー（１２）を有し、このローラー（１２）は、前記中間レバー（９）の前記ローラー（１３）に直接連結されており、ローラー（１３）は前記ロッカレバー（４）の前記スロット付きリンク（１０）のところを走行する、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
9. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記中間レバー（９）は脚部ばね（１７）を通って、又は横線（２１）を持つスロット付きリンク（１０）を通って軸線方向に案内される、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
10. 請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記中間レバー（９）は前記調節バー（１１）のところに円形輪郭（１９）で支持する、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
11. 請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記中間レバー（９）は円形輪郭（１９）でローラー上に支持されており、このローラーは摩擦ベアリング又は減摩ベアリングで支持されている、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
12. 請求項１乃至１１のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記調節バー（１１）は、詳細には円弧形状、凹状、斜めに截った形状の接触輪郭（２０）を有する、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
13. 請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、幾つかの入口バルブ及び出口バルブを持つ内燃エンジンについて、個々のアクチュエータによって調節できる幾つかの調節バー（１１）によって様々なバルブリフトで及びこれと関連した様々な開放時期で制御を行い、対応した値の組をプロセス制御エンジン特性によって、又はプログラム制御モデルによって計算する、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
14. 請求項１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、オットーエンジン及びディーゼルエンジンについて、特定の二つの入口バルブのバルブリフトを個々に制御することによって、シリンダ内の流れの捩れを調節できる、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
15. 請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記調節エレメント（６）が省略される、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
16. 請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、バルブクリアランス調節エレメント（２）が設けられていない、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
17. 請求項１乃至１６のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記中間レバー（９）はアルミニウム又はチタニウム合金から形成されている、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
18. 請求項１乃至１７のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記ローラー（８、１２、１３、１５）は、減摩ベアリングに支持されている、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
19. 請求項１乃至１７のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記ローラー（８、１２、１３、１５）は、減摩ベアリング及び摩擦ベアリングに支持されている、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
20. 請求項１乃至１９のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、前記ロッカレバー（４）は、減摩ベアリング及び摩擦ベアリングに支持されている、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。
21. 請求項１乃至２０のうちのいずれか一項に記載の可変バルブリフト制御システムにおいて、調節エレメント（２、６）が設けられておらず、これによって、バルブクリアランスはロッカレバー（４）のところで機械的に調節できる、ことを特徴とする可変バルブリフト制御システム。

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