JP5325809B2 - 流体圧で駆動され、違いを付けた戻りばねを有する吸気バルブをシリンダ毎に２つ備える内燃エンジン - Google Patents

Description

本発明は、内燃エンジンに関係する。シリンダ毎に少なくとも２つの吸気バルブを含み、各吸気バルブは、バルブを閉鎖位置に向かって押圧する個別の戻りばね手段が設けられ、前記少なくとも２つの吸気バルブは、エンジンカムシャフトの単一のカムおよび流体圧システムにより、前記カムによって駆動される単一のタペットを介して制御され、流体圧システムは、前記タペットに操作可能に接続された送出ピストンを有するマスタシリンダと、それぞれ２つの吸気バルブに関係し、前記マスタシリンダの共用圧力チャンバに流体圧接続されている２つの流体圧アクチュエータとを含む。

上述の種類の内燃エンジンは、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されている。特許文献１の図２は、各シリンダの２つの吸気バルブが、外部から隔離された流体圧システムによって駆動されるエンジンを示す。流体圧システムは、駆動カム形状に恒久的に関係付けられたリフトプロファイルにしたがって２つの吸気バルブを駆動する。一方、特許文献２に示されたエンジンは、吸気バルブ可変駆動を備え、各エンジンシリンダに関連する電磁バルブが、該電磁バルブが開いたとき、与えられたシリンダの吸気バルブがそれらの駆動カムから切り離され、前記戻りばね手段によって閉鎖され続けるように、前記流体圧システムに制御される吸気バルブの低圧排気流路との連通を制御する。システムは、エンジン運転状態の関数として、それぞれの吸気バルブの開放状態および／またはリフトの時間を変化させるように、各シリンダに関連する電磁バルブを制御するためのさらなる電子制御手段を含む。

本発明は、特許文献１に示された上述の種類の不変バルブ駆動のエンジンと、特許文献２に示された種類の可変バルブ駆動のエンジンとの両方に適用できる。

独国特許出願公開第３６１１４７６号明細書 欧州特許出願公開第１６７４６７３号明細書 欧州特許第０８０３６４２号明細書 欧州特許出願公開第１３４４９００号明細書 欧州特許第１５５５３９８号明細書

従来の内燃エンジンにおいて、消費および排出の全体的改善を達成できるように、空気／燃料の混合を改善し、燃焼圧力の周期変動が小さく、より速く、より安定した燃焼を達成する目的で、シリンダに供給される充填物（空気または空気／燃料）の循環動作を助けることが試みられている。圧縮点火エンジンおよび火花点火エンジンの両方にとって、特に重要な特徴は、「スワール」と呼ばれるシリンダの軸周りの充填運動である。上述のスワールを達成するために、シリンダに接続された非対称形状の２つの吸気パイプ、シリンダの２つの吸気パイプの１つの中の絞り（固定または可変幅の）の存在、２つの吸気バルブの一方用に燃焼室の中への遮蔽物の配置、または、（シリンダ毎に２つの吸気バルブが設けられたエンジンの）吸気バルブのリフトを異ならせること等の、多様な解決策が提案されている。今までスワールを生成するために用いられてきた上述の解決策、および関連する装置（捻れパイプ、絞りバルブ、ゲートバルブ、吸気バルブの固定バッフル、バルブシールド、異なるカム形状）は、全て、通常、実際の空気流路面積の小ささおよび機械的損失により、置換効率の悪化を引き起こす。さらに、そのようなシステムは、エンジンの設計および関連コストに大きく影響する。

本発明の課題は、上記記載の冒頭に言及した種類の内燃エンジンであって非常に簡単で高価でない手段により、公知の解決策によくある上述の不都合を引き起こすことなく、高度なスワール運動を確実にするものを提供することである。

この課題を解決することを考慮して、本発明は、本記載の冒頭に記載した特徴の全てを有し、さらに、１つのエンジンシリンダの吸気バルブに関係する戻りばね手段が、互いに異なる予め定めた予圧および／または柔軟性を有することで、各シリンダの吸気バルブが互いに異なるリフトプロファイルを有するエンジンを提供する。

この特徴のお陰で、２つの吸気バルブの間のリフトの違いによって吸気行程の間に引き起こされる燃焼室に導入される充填物のスワール運動が、続いての圧縮行程の間に、対称なリフトを有する基本的な場合と比べてより高度の乱流および空気／燃料混合のより高い均一性に変化する。

好ましい実施形態において、戻りばね手段は、各吸気バルブに関係する少なくとも１つのコイルばねを含む。同一のばねが各シリンダの２つの吸気バルブに設けられているが、２つのバルブの一方に関係するばねの一端と、対応する支持面との間には、１または２のシムが介在している。この場合、シリンダの２つの吸気バルブのリフトの差は、戻りばねに関する予圧の差に比例する。

いかなる場合も、各シリンダの２つの吸気バルブのリフトの平均は、２つのバルブに関するばねの予圧および柔軟性が同じであるとしたときの一方と同じに保たれる。なぜなら、流体圧駆動システムにおいて移動させられる流体の量が一定に維持されるので、２つのバルブの変位がいかなる場合も相互に関係し合うからである。

それ故、各シリンダの２つのバルブの異なるリフトは、エンジンの容積効率を悪くすることなく、高度なスワール運動を生じさせる。

２つのバルブに関係する２つのアクチュエータのチャンバが共用圧力チャンバに連通している流体圧システムの存在は、それにより、２つのバルブの間の流体圧による橋渡しのような効果を呈し、そのお陰で、関係するばねの小さい予圧による、２つのバルブの一方の大きな動作は、他のバルブの小さい動作により同じ程度に補償される。

本発明を、バルブ開放時のリフトおよび／または時間を変化させることができない簡略化した種類のバルブ駆動流体圧システムを備えるエンジンに適用したならば、いかなる場合も、流体圧システムから漏出する流体の補填を確実にできる流体供給手段が設けられる。この流体供給手段は、好ましくは、エンジン潤滑回路および上述の流体圧バルブ駆動システムの両方に接続された流体タンクを含み、潤滑回路から前記タンクに向かってのみ、および、前記タンクから流体圧駆動システムに向かってのみ、流体の流れを許す逆止弁が介設されている。必要な供給圧は、例えばタンクを吸気バルブ流体圧駆動システムよりも高い位置に配置することによって得られてもよい。さらに、上述のタンクは、好ましくは、通気口を含む壁によって上側が閉鎖される。

さらに、好ましくは、上述の簡略化した流体圧システムを使用する場合、吸気バルブの各対の駆動カムは、それらの閉鎖工程の最終部分において、それによって制御される吸気バルブの変位を遅くするような形状のプロファイルを有する。

本発明の特に有利な用途は、エンジン吸気バルブのリフトの変化および／またはバルブの開放および／または閉鎖が行われるエンジン角度の変化を可能にした吸気バルブ流体圧駆動システムである。この場合、好ましくは、バルブ駆動システムは、商標マルチエアを有する同じ出願人が開発したタイプのものである。そのシステムでは、上述の吸気バルブ流体圧駆動システムの低圧排気流路との連通を制御する電磁弁が各エンジンシリンダに設けられており、電磁弁が開いているとき、所定のシリンダの吸気バルブが、上述のカムから切り離されて、前記戻りばね手段によって閉鎖状態に維持される。また、そのシステムには、さらなに電子手段が設けられ、それぞれの吸気バルブの開放および／または閉鎖の時間および／またはエンジン角度を変化させるように、各エンジンシリンダに関係する電磁弁を制御する。

本発明のさらなる特徴と利点とは、単なる例として非限定的目的で示した添付の図面に関連して検討する以下の記載から明らかになるであろう。
「マルチエア」タイプの内燃エンジンの可変吸気バルブ駆動システムの基本原則を説明するための図であって、例えば、同じ出願人の特許文献３のもののような、従来技術に係るエンジンの断面図である。 同じ出願人が特許文献４において既に提案したものに係る、図１のものと同様のエンジンの吸気バルブに関係する補助的流体圧駆動タペットの拡大した断面図である。 同じ出願人の特許文献２に係るエンジンの各吸気バルブのアクチュエータに関係する補助的柱耐圧駆動タペットの簡略化断面図である。 図３と同様に、特許文献２から公知の積極的な解決策を示すである。 シリンダ毎に、流体圧による橋渡しを介して単一のカムによって駆動される２つの吸気バルブを有する、特許文献２から公知のバルブ駆動システムの概略図である。 同じ出願人の特許文献５から既に公知のものに係る、マルチエアをシステムにおいて使用される流体供給回路のさらなる概略図である。 可変バルブ駆動システムが設けられた本発明の第１実施形態の図である。 図７の詳細図である。 バルブが「不変」に駆動される本発明の第２実施形態を示す図である。 本発明の動作原理および特徴を示す線図である。 本発明の動作原理および特徴を示す線図である。 本発明の動作原理および特徴を示す線図である。 本発明の動作原理および特徴を示す線図である。 本発明の動作原理および特徴を示す線図である。 本発明の動作原理および特徴を示す線図である。 本発明の動作原理および特徴を示す線図である。

本発明の好ましい実施形態は、「マルチエア」（商標）において本出願人により発明された可変吸気バルブ駆動システムを備えるエンジンへの上述の原則の適用に関する。この実施形態をよりよく理解するために、第１に、マルチエアシステムの基本的特徴を思い起こすことが必要である。

（「マルチエア」システム）
添付図面の図１は、同じ出願人の特許文献３から公知のものに従うマルチエアシステムのいくつかの基本的特徴を示す。この図に示されたエンジンは、シリンダヘッド１を含む、例えば直列４気筒のような多気筒エンジンである。ヘッド１は、各シリンダ用に、ヘッド１の底面３に形成され、２本の吸気パイプ４，５および排気パイプ６が接続された、燃焼室を画定する穴２を含む。２本の吸気パイプ４，５の燃焼室２への連通は、それぞれヘッド１の本体の中にスライド可能に取り付けられた軸８を含む２つの吸気バルブ７によって制御される。各バルブ７は、ヘッド１の内面とバルブに接続されたディスクまたはボウル１０との間に介設された螺旋ばね９によって、自身の閉鎖位置に向かって戻る。

吸気バルブ７の開放は、ヘッド１のサポートの中に軸１２周りに回転可能に取り付けられ、バルブ駆動のための複数のカム１４を含んだカムシャフト１１によって制御されている。

それぞれ１つの吸気バルブ７を制御するカム１４は、図示した例では、バルブ７の軸に略９０°に配置した軸１７に沿ってスライド可能に取り付けられたタペット１６のキャップ１５と協動する。タペット１６は、後でより詳細に検討する吸気バルブの駆動に関連する電子装置および流体圧装置の全てを組み込んだ予め組み立てた群２０の本体に保持されたブッシング１８の中にスライド可能に取り付けられている。タペット１６は、チャンバＣから、バルブ７に関係する流体圧アクチュエータのそこでピストン２１の変位を生じさせるチャンバに流れる加圧流体（典型的にはエンジン潤滑回路から来るオイル）によって、スプリング手段９の動作に抗してバルブの開放を引き起こすように、バルブ７の軸８に推力を伝達できる。ピストン２１は、副次的群２０の本体１９に保持されたブッシング２２からなる筒状の本体の中にスライド可能に取り付けられている。圧力チャンバＣは、電磁弁２４を介して、排出流路２３と連通状態になり得る。電磁弁２４は、２５で概略的に示された電子制御手段により、エンジン運転パラメータを示す信号Ｓに基づいて制御される。吸気バルブの制御に考慮されるパラメータは、例えば、アクセル位置、エンジン回転速度、室温、エンジンブロック温度、エンジン冷却液温度、エンジン吸気マニホールド内圧力、吸気バルブ流体圧駆動システムの油の粘度および／または温度の中の、１つまたは２つのパラメータからなる。

電磁弁２４が閉鎖状態から開放状態に切り替わるとき、チャンバＣは、流路２３と連通を開始し、チャンバＣ内の加圧された流体が前記流路に流れ込み、タペット１６の対応する吸気バルブ７からの切り離しが起こり、それにより、戻しばね９の動作にしたがって吸気バルブ７がその閉鎖位置へ迅速に戻る。チャンバＣと排出流路２３との間の連通を制御することにより、各吸気バルブ７の開放状態の時間およびリフトを随意に変化させられる。好ましくは、電磁弁２４は、通常開放で、電圧印加時に閉鎖する。

複数の電磁弁２４の排出流路２３は、全て、図１では１つだけが視認できるアキュームレータ２７０と連通する１つの長手方向の流路２６に流れ込む。ブッシング１８に関係する全てのタペット１６、ブッシング２２に関係するピストン２１、電磁弁２４および対応する流路２３，２６は、エンジン組立の時間と容易さとを改善する予め組み立てた群２０の前記本体１９に保持され、それから得られる。

図１に示した実施形態において各シリンダに関係する排気バルブ７０は、対応するタペットを介してカムシャフト２８によって従来通りに制御されるが、原則として、前記従来技術文献の場合および本発明の場合の両方において、排気バルブの制御に可変バルブ駆動システムを適用することも可能である。

相変わらず図１を参照すると、ピストン２１のブッシング２２の中に画定された可変容量チャンバ（図１の場合、ピストンがそのストローク端位置にある最も容量の小さい状態で示されている）は、ブッシング２２の端壁に設けられた開口３０を通して、加圧流体チャンバＣと連通する。この開口３０は、バルブがその最終閉鎖位置に接近しているとき、閉鎖動作の間に、可変容量チャンバの中に存在する油を、端室３１とそれが係合した開口３０との間に存在する遊びを通過して、加圧流体チャンバＣの中に流れ込ませるような、バルブ７の移動の流体圧ブレーキを引き起こすような方法で、ピストン２１の端室３１が係合している。開口３０によって連通がなる傍ら、加圧流体チャンバＣと、ピストン２１に関係する可変容量チャンバとは、ピストン本体２１内に設けられ、加圧チャンバＣからピストン可変容量チャンバへの流体の流れだけを可能にする逆止弁３２によって制御される内部流路を通して互いに連通する。

エンジンの通常運転中、電磁弁２４が加圧流体チャンバＣの排出流路２３との連通を停止するとき、チャンバ内の油は、カム１４に押圧されるタペット１６の動きを、バルブ７の開きを制御するピストン２１に伝達する。バルブの開放動作の初期段階では、チャンバＣからやって来る流体は、端室３１に設けた軸方向孔、逆止弁３２およびピストン２１の空洞を形成し、可変容量チャンバと連通するさらなる管状の流路を通過し、ピストン２１の可変容量チャンバに到達する。ピストン２１の最初の変位の後、端室３１は、開口３０から引き抜かれ、チャンバＣから来る流体が空になった開口３０を通して可変容量チャンバに直接流れ込むことができるようなる。逆のバルブ閉鎖動作では、上述のように、端室３１が開口３０の中に入り、圧力チャンバＣに流体がないときに、バルブ本体がそのシートに対して衝突することを防止するような方法で、バルブの流体圧ブレーキを生じる。

図２は、同じ出願人が特許文献４において提案した先に検討した装置の改良した構成を示す。

図２において、図１と同じ部分は、同じ参照番号で示されている。

図２の装置の最初の明確な図１の装置との違いは、図２において、タペット１６、ピストン２１およびバルブの軸８が、軸４０ａに沿って並んでいるという事実である。本発明の好ましい実施形態は、両方の場合に適用されることが明らかである。

図１の解決策と同様に、タペット１６は、カムシャフト１１のカムに対応するキャップ１５を有し、ブッシング１８の中にスライド可能に取り付けられている。図２において、ブッシング１８は、予め組み立てた群２０の金属体１９に設けたねじを切った円筒形の座１８ａにねじ込まれている。封止ガスケット１８ｂが、ブッシング１８の底壁と座１８ａの壁との間に介在する。ばね１８ｃは、キャップ１５をカムシャフト１１のカムと接触するように付勢する。

図２の場合も図１の場合と同様に、ピストン２１は、金属体１９に設けた円筒形の空洞３２の中に受け入れられたブッシング２２の中に、封止ガスケットを介在させて、スライド可能に取り付けられている。ブッシング２２は、リング３３によって取り付けられた状態に保持される。リング３３は、空洞３２のねじのある端部にねじ込まれ、ねじのあるブッシング２２の本体を空洞３２の当接面３５に対して押圧する。固定リング３３とフランジ３４との間には、本体１９およびブッシング２２を構成する異なる材質の熱膨張の差を補償するような軸方向予圧の調節を確実にするために、皿座金３６が介設されている。

図２に示した公知の解決策と図１のやはり公知の解決策との間の主な違いは、図２において、加圧された流体のチャンバＣからピストンチャンバへの通過を可能にする逆止弁３２が、ピストン２１ではなく、本体１９に対して固定され、その中にピストン２１がスライド可能に取り付けられているブッシング２２の空洞の上側を閉鎖する別の部材３７によって保持されているという事実である。さらに、ピストン２１は、端室３１を備える図１の複雑な構造を有しておらず、逆止弁３２を通してチャンバＣから流入する加圧された流体を受け入れる可変容量チャンバに面する底壁を有するボウルのように形成された単純な円筒形の部材の形状を示す。

部材３７は、固定リング３３の締め付けによって当接面３５とブッシング端面２２との間に固定された環状の板からなる。環状の板は、逆止弁を収容する機能を有し、流体を通過させるための上側中央穴を有する中央筒状突起を備える。図２の場合も、チャンバＣと、ピストン２１によって画定される可変容量チャンバとは、逆止弁３２を通して互いに連通し、また、本体１９に設けた側部空洞３８、ブッシング２２の外面を平らにして形成した外周空洞３９、並びに、ブッシング２２の壁に径方向に設けた大きなサイズの開口（図２には不図示）および小さいサイズの穴４２により形成されたさらなる流路とを通して互いに連通する。そのような開口は、ピストン２１が大きなサイズの開口を遮断したとき、穴４２が未だ開放されていることにより、バルブ閉鎖の最終段階において、ピストン２１の円周端部溝によって画定される周囲の端部溝４３を遮断する流体圧ブレーキ作用を発揮するように、成形および相互配置されている。２つの前記開口が固定された流路３８を正確に遮断することを確実にするために、ブッシング３４は、軸方向ピン４４によって保証された正確な角度位置に取り付けられなければならない。この解決策は、ブッシング２２の外面に関係する油の量を増加させ、結果的に多機能の円周溝を配設することが好ましい。さらに、適切なサイズの穴３２０が部材３７に設けられており、溝４３によって画定される環状のチャンバをチャンバＣと直接連通させる。そのような穴３２０は、流体（エンジン潤滑油）が高粘度であるとき、低い温度における適切な運転を保証する。

運転中に、バルブの開放が必要なときは、タペット１６に押された加圧された油がチャンバＣからピストンチャンバに逆止弁３２を通って流れる。ピストン２１がそのストローク上端位置から離れてすぐ、油は、逆止弁３２をバイパスする流路３８および上記２つの開口（大きい方と小さい方、４２）を通って、直接可変容量チャンバの中に流れ込む。戻り動作において、バルブがその閉鎖位置に近付くとき、ピストン２１は、最初は、大きな開口を、そして、開口４２を遮断し、流体圧ブレーキを引き起こす。油の粘度がバルブ動作の過剰な制動を引き起こし得る低温時に制動効果を低減するために、正確に大きさを定めた穴を部材３７の壁に設けることもできる。

図示されるように、図１に示した解決策との主な違いは、図１の解決策よりも複雑でない構造を示すので、ピストン２１の製造工程がより簡単であるということである。図２の解決策は、また、ピストン２１に関係するチャンバ内のオイル量を少なくすることを可能にする。これにより、流体圧の反発のないスムーズなバルブ動作を行い、閉鎖のために必要な時間を短縮し、ポンプなしに信頼性のある流体圧によるタペット動作を実現し、エンジンバルブばねの衝撃力を低下させ、流体ノイズを低減する。

図２に示した公知の解決策のさらなる特徴は、ピストン２１とバルブ軸８との間に流体圧タペット４００を設けたことである。タペット４００は、２つの同心のスライド可能なブッシング４０１，４０２を含む。内側のブッシング４０２は、ピストン２１の内部空洞と共に、本体１９の流路４０５，４０６、ブッシング２２の穴４０７およびブッシング４０２およびピストン２１の流路４０８，４０９を通して、加圧された流体が供給されるチャンバ４０３を画定する。

逆止弁４１０は、ブッシング４０２の前壁の中央穴を調節する。

公知のさらなる改善が図３に示されている。この図は、可変駆動バルブの調節ピストン２１の端部、および、対応する案内ブッシング２２、並びに、ピストン２１およびブッシング２２により形成される駆動群に接続される補助流体圧タペット４００の概略断面を示す。図３に明確に確認できるように、図２との主な違いは、補助流体圧タペット４００が、エンジンバルブ駆動群の完全なる外側に配置されていることである。より正確には、補助流体圧タペット４００の第１のブッシング４０１は、案内ブッシング２２の内側に位置していない。この特徴のお陰で、案内ブッシング２２の大きさは、補助流体圧タペット４００の大きさに全く依存しない。これは、市販のいずれかの種類の従来の流体圧タペットを使用しようと望んでも、そのような種類のタペットの外径はある限度を超えて小さくできないことから、長所となる。一方、案内ブッシング２２の径の減少は、そのような径の減少が、エンジンバルブを閉鎖しなければならないときに、バルブの流体圧駆動チャンバの外側を流れなければならない油量を低減することになるので有利である。これにより、図２の解決策と比較して、エンジン運転効率の観点で結果的に有利となるバルブ閉鎖時間の実質的な短縮が達成できる。

さらに図３を参照すると、流体圧タペットの内部チャンバ４０３は、図２に示したのと同様にエンジン潤滑回路から油が供給される。供給流路４０６（図２）から来た油は、案内ブッシング２２の外周溝によって画定される円周チャンバ４０６（図３）に流入する。油は、そのような円周チャンバ４０６から、案内ブッシング２２の壁に設けた径方向穴４０７を通して、ピストン２１の外面の円周溝によって画定された外周チャンバ４０８に流入する。したがって、油は、ピストン２１の壁に設けた径方向穴４０９を通してチャンバ４０３に流入する。ピストン２１とブッシング４０２の間に画定されたチャンバ４０３と、２つのブッシング４０１と４０２との間に画定されたチャンバ４１１との間の連通は、戻りばね４１２の動作にしたがって調節される。

補助流体圧タペット４００の駆動群２１，２２の動作は、図１，２を参照して先に説明したものと殆ど同じである。図３に示した解決策の場合、捕縄流体圧タペット４００を構成する両方のブッシング４０１，４０２は、駆動ピストン２１の案内ブッシング２２の外側に配置されている。

図４は、図３の解決策の原則とほぼ同じであるが、補助流体圧タペット４００のブッシング４０１だけは案内ブッシング２２の外側に配置されているものの、ブッシング４０２は内側に設置されていることに違いがある、これまた公知の変形例を示す。他に、図４に示した解決策は、図３に簡略化して示した解決策と、構造的細部だけが異なる。図４は、また、対応する戻りばね９および対応するばね９を受け止める制止ディスク１０と共にバルブ軸８の上端を示す。

図５は、同じ出願人が特許文献２において提案したマルチエアシステムのさらなる構造の概略図である。この図において、上述の図と共通する部分には同じ参照番号を付している。図５は、内燃エンジンの１つのシリンダに関係する２つの吸気バルブ７を示す。吸気バルブ７は、そのキャップ１５に対して作用するエンジンカムシャフトの１つのカム（不図示）によって制御される単一の圧送ピストン１６によって制御される。この図は、バルブ７に関係し、それらをそれぞれの閉鎖位置に戻すように付勢する戻りばね９は図示しない（図１参照）。補助流体圧タペット４００は、図４に示したものと同じく、流体圧アクチュエータ２１に関係する。

図５のシステムでは、１つの圧送ピストン１６が、単一の電磁弁２４によって制御される排出流路と連通する単一の圧力チャンバＣを通して各シリンダの２つのバルブ７を制御する。この解決策は、簡素で高価でない構成と、可能な小型化の観点で利点を提供する。単一の圧力チャンバＣは、２つのバルブ７に関係する流体圧アクチュエータの可変容量チャンバＣ１，Ｃ２の両方に流体連絡するマスタシリンダチャンバとして機能する。

図５のシステムは、特に、流体圧チャンバの容積が比較的小さい場合に、効果的且つ確実に運転できる。そのような可能性は、図４を参照して先に説明したように、流体圧タペット４００のブッシング２２の外側への配置によって提供される。このように、ブッシング２２は、所望の小ささを選択できる内径を有してもよい。勿論、この選択肢は、いかなる場合も好ましいだけであって、必須ではないと考えられる。

本発明にも適用できるというマルチエアシステムのさらに意味のある特徴は、特許文献５により公知の流体圧回路全体を示した添付図面の図６に示されている。

図６に見られるように、システムは、例えば、エンジンを切って自動車を長期間おくことにより吸気バルブ流体圧制御装置に蓄積する空気の排出手段を含む。エンジンの始動時、エンジン潤滑回路からやって来る油は、第１の追加タンクまたはサイロ１２０、逆止弁１２１、アキュームレータ１２３（図１のアキュームレータ２７０に相当）に連通する第２の追加タンクまたはサイロ１２２、および、電磁弁２４（先に検討した実施形態では通常開）によって制御される流路を通じて圧力チャンバＣに流れる。タンク１２０および１２２は、それぞれ、通気口１２０ａおよび１２２ａを有する。図６に示したシステムは、（エンジン始動時、潤滑回路から来る油が吸気バルブ流体圧制御回路に満たされたときの流体の流れ方向に関する）逆止弁１２１の上流に、パイプ内に存在する空気を排出できる「サイフォン」効果を得られるように、その上部に流入流路２３０の口を有し、且つ、その底にタンク流出路が配置された単純容量（タンク１２０）を含む。現実的な適用例では、通気口１２０ａは、サイロ１２０から遠く離れた位置に配置されてもよい。サイロ１２０に供給された油は、サイロ１２０の底から伸びるパイプ１３０に向かって流れ、それによって包含する空気を大大気に気に放出する。逆止弁１２１を通過した後、油は、存在するかもしれないさらなる空気が開口１２２ａ（現実的な適用例ではサイロ１２２から遠く離れた位置に配置されてもよい）を通して大気に放出される第２のサイロ１２２に到達する。サイロ１２２は、流路１２４を通して、その容量がばね１２３ａの動作に抗するピストン１２３ｂの移動により満たされる流体圧アキュームレータ１２３と連通する。

（本発明の好ましい実施形態）
図７は、本発明の原理をマルチエアシステムを備える原動機に適用した、本発明に係るエンジンの好ましい実施形態を示す。図において、図１−６に示したものに相当する部分には、同じ参照番号を付している。基本的に、図７は、図５に示したものと同種の、各シリンダに関係する２つの吸気バルブの可変駆動システムを示す。図７の実施形態は、具体的には、２気筒小排気量ガソリンエンジンを示すが、図７の概略図は、いかなるエンジンのシリンダに関係して考えてもよいことを注記する。各シリンダの２つの吸気バルブは、補助流体圧タペット４００（例えば図４に示した公知の種類の）が介在して、ピストン２１と、関連する流体圧ブレーキ装置３８、例えば図２に示した公知のタイプと同じものとを備える２つの流体圧アクチュエータによって制御される。ピストン２１（図示した例では、構造的必要性から、それぞれ２つの別体２１ａ，２１ｂにより構成される）に面する２つの流体圧アクチュエータの可変容量チャンバＣ１，Ｃ２は、流路５２を介して、マスタシリンダの圧送ピストン１６に関係する圧力チャンバＣに接続されたチャンバ５１と連通する。上述の公知の解決策と同様に、圧送ピストン１６に堅固に接続されたキャップ１５は、単一のカム１４によって、この場合はエンジンの構造体上の６１にその一端において取り付けられた揺動レバー６０を介して、それ自身公知の流体圧支持装置６２を通して制御される。揺動レバー６０は、ニードル６３を回転自在な状態に支持する中間位置を有する。ニードル６３は、カム１４と協動し、その６１における枢支端と反対の端部がキャップ１５と協動する。上述の構成は、可能な限り垂直方向の寸法を低減する目的で水平軸に沿って配置された圧送ピストン１６と組み合わせて設けられている。図５に示したものと同様に、電磁弁２４は、圧力チャンバＣと、通気口１２２ａを有する壁によって頂部を閉鎖されタンク１２２と連通し、パイプ１２４を通して圧力アキュームレータ１２３とさらに連通する排出流路２３との（パイプ５２およびチャンバ５１を通した）連通を制御する。タンク１２２は、逆止弁１２１を通して、その上流に、図６の装置１２０と同様のサイフォン装置が、好ましくはフィルタも設けられたパイプ１３０と連通する。

補助流体圧タペット４００への油の供給は、エンジン潤滑回路に接続された流路５００に連通するパイプ４０５を通してなされる。その流路は、さらなる流路５０１を通して支持装置６２にも油を送る。

図７は、２つのバルブ７に関係する戻りばね９と、それぞれの制止ディスクまたはボウル１０とを示す。図８に詳細がより明確に示されているように、各シリンダの２つの吸気バルブ７は、それぞれ、その上端が対応する要素１０を受け止める単一の螺旋ばね９が設けられている。本発明の現在示されている実施形態に関し、各シリンダの２つの吸気バルブ７に関係する２つの螺旋ばね９は同一であるが、異なる所定の予圧を有する。これは、図８に示した例示的な事例では、２つのばね９の一方の端部と、対応する制止要素１０との間に、シムまたはスペーサリング７７を挿入することによって実現されている。そのようなスペーサリング７７の存在の結果、両方の吸気バルブが閉鎖するとき、２つの対応する螺旋ばね９は異なる所定の予圧を受ける。

流体圧バルブ駆動システムの構成に結合したこのような特徴の存在は、顕著な利点を達成することを可能にする。実際に、２つの吸気バルブに関係するばねの異なる予圧は、カム１４により定められる与えられた圧送ピストン１６の変位に対して、シリンダに導入される充填物に強いスワール運動を与えることを可能にする２つのバルブの相互に異なる時間およびリフトを有する変位を引き起こす。同時に、マスタシリンダのチャンバＣと２つの流体圧アクチュエータのチャンバＣ１，Ｃ２との間の流体連通は、電磁弁２４が閉鎖した状態で、流体圧システム内に存在する油の容量が一定であるために起こる２つのバルブの対称な移動として、両方の吸気バルブの移動を相互に補償することを確実にする。等しい予圧がかけられたばね９が存在する場合と比較して、２つの流体圧駆動アクチュエータの一方に余分に流入する油の量は、もう一方のアクチュエータに流れ込む油の不足量と全く等しくなる。結果として、２つのバルブは、関係する戻りばね９の異なる予圧に比例する異なるリフトを示すが、両方のバルブの平均リフトは、同じ予圧を有するばねを有する場合のリフトと等しくなる。

このため、２つのシリンダバルブの異なるリフトは、流体圧バルブ駆動システムの提供による２つのバルブのリフトの相互補償のお陰で、エンジンの容積効率を低下させることなく、高いスワール運動を引き起こす。

添付図面の図１０は、２つの吸気バルブに関係するばね９の異なる予圧に起因する、バルブ７の異なるリフトｈ１およびｈ２を示す。曲線ｈは、ばね９の予圧が同じであれば、両方のバルブが有することになるリフトを示す。両バルブ９の予圧の差ΔＦと、それらのばね定数ｋ（２つのばねは同じ）とを用いて示すと、差ｈ２−ｈ１は、ΔＦ／ｋに比例し、ｈ＝（ｈ１＋ｈ２）／２である。換言すると、エンジン角度当たりの値ｈ１およびｈ２の平均は、等しい予圧をかけた等しいばねを両方に設けたバルブが示すことになるリフトｈと等しい。

図１１の線図は、上述した種類の可変バルブ駆動システムを備える燃料直噴により点火を制御するエンジンに本発明を適用した具体的な事例に関する。線図は、３ｂａｒの平均有効圧力を有する４０００ｒｐｍの定常状態におけるエンジン運転条件に関する。図１１は、所定のシリンダの排気バルブのリフト（線Ｓ）と、２つの吸気バルブに関係する戻りばねの予圧が等しい場内の基本のプロファイルｈと共に、吸気バルブ７の異ならせたリフトｈ１およびｈ２とのプロファイルの両方を示す。図１１は、また、変化するエンジン角度の関数である噴射ガソリン流量（グラム毎秒で表示）を、同じリフト（線Ｂ）および異ならせたリフト（線ＤＶＬ）の場合について示す。対称なリフトを有する解決策と、異ならせたリフトを有し、同じエンジン負荷（平均有効圧力３ｂａｒ）を達成する本発明に係る解決策との両方についての評価がなされた。上述の具体的事例に適用される流体力学の計算を通したシミュレーションは、シリンダの軸周りにスワール運動を示さない最初の場合と比較してよく形成されたスワール運動を示す。

２つの吸気バルブの異なるリフトによって吸気行程において形成される、燃焼室に導入された充填物のスワール運動は、続く圧縮行程において、対称なリフトを有する最初の場合に比べて高い乱流および空気燃料混合物の高い均質性に変化する。

図１２は、同じ予圧およびシミュレートした定常状態（平均有効圧力３ｂａｒおよび４０００ｒｐｍ）における前記エンジンについて、吸気バルブの平均閉鎖点Φ２（バルブが閉鎖するエンジン角度を意味する）の変化と、吸気マニホールド内の過給圧力の変化との関数として計算した消費量、速度および燃焼安定性の値である。線Ｂは、両方のバルブのリフトが対称である基本の場合について示すが、線ＤＶＬは、非対称なリフトを有する本発明について示す。

図１２において、記号は、以下の意味を有する。
ＢＳＦＣ：ｇ／ｋＷｈで測定した正味燃料消費率
ＣＯＶ：パーセント共分散
ＭＢＦ５０％：５０％位置燃焼質量割合
ＬＡＭＢＤＡ：空燃比の理論混合比に対する比
ＩＭＰ：吸気マニホールド圧力

図１２の線図は、異なるリフトが高い速度および燃焼安定性を生成する場合に達成され、燃料消費（ＢＳＦＣ）の劇的な低下を実際に生じさせる、高い均質性および乱流を示す。

吸気バルブの異なる動作に起因する特段の利点は、ディーゼルエンジンでも得られ、スワール運動は汚染物質排出の低減に大きな意義をもたらす。

本発明の基本的特徴に戻ると、特許文献２の段落３８に、添付の図５に示した種類のシステムにおいて、２つのエンジンバルブに関係するばねの予圧が僅かに異なってもよいことに言及していることに注意すべきである。この場合、存在し得る差は、例えば取り付け誤差および／または製造誤差に起因し、好ましくないものであり、小さな制御できない量になり、有害なものと考えられる。このため、そのような状況は、以前の技術的先入観に反して、上述の利点を達成するために、ばねの異なる予圧が、むしろ求めて、管理された方法で正確に予め定められる、ここに説明した解決策の発明原理であるとさらに分かる。そのような利点は、２つの吸気バルブに関係するばねを異ならせることによって、また他の手段によっても、例えば異なる柔軟性（すなわち、異なる弾性率）を有するばねの使用または、両方を異ならせること（異なる予圧および異なる柔軟性）によっても達成されることもさらに明確である。

（本発明のさらなる実施形態）
上述より、本発明の利点は、吸気バルブが流体圧システムによって駆動されるエンジンの場合にのみ達成されることが明らかである。上の記載は、流体圧駆動システムが先に説明した解決策に係る、バルブの可変駆動機能に適している本発明の好ましい実施形態に焦点を当てる。実際に、この具体的実施形態において、本発明は、スワール運動の改善を通して達成される燃焼効率の最適化を、可変駆動システムにより定められる燃料消費および汚染物質排出量の低減の利点と組み合わせることを可能にし、性能を低下させることなく、これらの利点が相互に組み合わさって、燃焼および排気の観点で本当に最適なエンジンの製造のための相乗効果を生む結果となるという、その最も顕著な利点を展開する。

しかしながら、本発明は、バルブの可変駆動が可能ではないが外部から実質的に隔離されている流体圧バルブ駆動システムにも利点を示すことをはっきりと明示する。この種の例示的システムは、図９に示されている。この図は、基本的に図７に示した解決策に対応するエンジンからなるが、少しの構成要素を省略し、構造を簡素化したエンジンを簡略化して示す。図７の場合と比べると、図９のエンジンは、可変バルブ駆動システムを有していないので、簡素化されている。電磁弁２４は、存在せず、タンク１２２（図７と同じ部分には図９においても同じ参照番号が付されている）を備える逆止弁２４’を通した単純で恒久的な連通によって代替されている。いずれの流体圧アクチュエータも、流体圧ブレーキ（逆に図７の場合には存在している）も、補助流体圧タペットも有していない。いずれの場合にも、２つの流体圧アクチュエータのチャンバＣ１，Ｃ２と恒久的に連通する圧力チャンバＣ、を備えるマスタシリンダからなる流体圧システムの存在は維持される。タンク１２２は、いずれの場合においても、流体圧システムの流体の漏れに起因する起こり得る損失を補償できる流体の供給圧力を保証するために、流体圧システムに対して上の位置にある。タンク１２２は、タンク１２２に向かう流れのみを許す逆止弁１２１およびフィルタ（不図示）を通して、エンジン潤滑回路と連通する。図９の場合、吸気バルブ７に関係する戻りばね９は、図７の解決策と対比して先に広範に説明したものにしたがって、図８に示したものと同様の配置を示し、両方のバルブの異なるリフトを生じさせる予圧の違いを形成する。

前に述べたように、図９の簡素化した解決策の場合、吸気バルブに関係する２つの流体圧アクチュエータは、流体圧ブレーキを有しない。しかしながら、システムの正確な運転および特にバルブの正確な閉鎖を提供する目的で、カム１４は、好ましくは、閉鎖工程の最終段階の吸気バルブの変位を減速させるような形状を有するように設計される。代案として、いかなる場合でも、図９の簡素化したシステムにも、吸気バルブ７に関係する２つの流体圧アクチュエータと組み合わせて、流体圧ブレーキシステムを設けることができる。

図１３Ａおよび１３ｂは、線Ｖで、従来のカム形状を有する本出願人が評価した実際の解決策の事例におけるバルブ７のリフトおよびバルブ７の変位速度を示す。線Ｐは、圧送ピストン１６の変位および速度を示す。

図１３Ｂ，１４Ｂの線図において、速度は、カム回転角度（ラジアン）当たりのｍｍで示されている。ｍｍ／ｒａｄで示された値は、与えられたエンジン回転速度によりｍｍ／ｓの値に変換できる。この具体的事例において、速度は６５００ｒｐｍであり、バルブの閉鎖が、この事例では過剰な衝撃を含み、長い運転寿命を保証しない５ｍｍ／ｓの速度で行われることが図１３Ｂから明らかである。

図１４Ａおよび１４Ｂは、線ＶおよびＰで、本発明に係る改善したカム形状によるバルブ７および圧送ピストン１６の変位および速度を示す。この事例では、バルブの閉鎖は、６５００ｒｐｍと考えた場合、０．５ｍ／ｓで、より緩やかに行われ、且つ、上述の場合と比べて１７°遅れたエンジン角度で行われる。これにより、流体圧ブレーキがないにもかかわらず、長い運転寿命が確保される。

勿論、発見した原理に基づいて、構造の細部および実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく変形してもよく、例示のためにのみ先に記載および説明したものから大きく変形してもよい。

７…吸気バルブ
９…戻りばね
１０…ディスク
１４…カム
１５…タペット
１６…ピストン
１２１，２４’，１２１…逆止弁
１２２…タンク（流体供給手段）
１２２ａ…通気口
１２３…アキュームレータ
２３…排出流路
２４…電磁弁
２５…電子制御手段
３８…流体圧ブレーキ
７７…シム
Ｃ…マスタシリンダのチャンバ
Ｃ１，Ｃ２…アクチュエータのチャンバ

Claims (11)

1. エンジンシリンダ毎に少なくとも２つの吸気バルブ（７）を含み、前記バルブ（７）は、閉鎖位置に向かって押圧する戻りばね（９）がそれぞれ設けられ、
   それぞれの前記エンジンシリンダの前記２つの吸気バルブ（７）は、エンジンカムシャフト（１１）の単一のカム（１４）によって、前記カム（１４）により駆動される単一のタペット（１５）を介して、前記タペット（１５）に操作可能に接続されたピストン（１６）を有するマスタシリンダと、前記２つの吸気バルブ（７）とそれぞれ関係し、且つ、前記マスタシリンダの共用圧力チャンバ（Ｃ）に流体圧接続された２つの流体圧アクチュエータとを含む流体圧駆動システムを通して制御され、
   同一の前記エンジンシリンダの前記２つの吸気バルブ（７）に関係する前記戻りばね（９）は、それぞれの前記シリンダの前記２つの吸気バルブが互いに異なるリフトプロファイルを有し、且つ、当該エンジンのあらゆるクランク角において、前記２つの吸気バルブのリフトの値（ｈ１，ｈ２）の平均が、前記２つの吸気バルブが等しい与圧および等しいばね定数を有する戻りばねを備える場合に見られる理論リフト（ｈ）と等しくなるように、前記吸気バルブが閉鎖したときの加重である与圧および／またはばね定数が予め定められて管理された差を有することを特徴とする内燃エンジン。
2. 前記流体圧駆動システムは、該流体圧駆動システムからの起こり得る流体の漏れの補償を確実にするのに適した流体供給手段（１２２）と連通することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記流体供給手段は、エンジン潤滑回路と前記吸気バルブ（７）の前記流体圧駆動システムとの両方にそれぞれ逆止弁（１２１，２４’）を介して接続された流体タンク（１２２）を含み、前記逆止弁は、前記潤滑回路から前記タンク（１２２）に向かってのみ、および、前記タンクから前記流体圧駆動システムに向かってのみ流体の流れを許すことを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
4. 前記タンク（１２２）は、前記吸気バルブ（７）の前記流体圧駆動システムの上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
5. 前記タンク（１２２）は、通気口（１２２ａ）を含む壁によって上側が閉鎖されていることを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
6. 前記流体タンク（１２２）と前記エンジン潤滑回路との間にフィルタが介設されていることを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
7. 前記エンジンシリンダ毎に設けた電磁弁（２４）と、前記電磁弁（２４）を制御する電子制御手段（２５）とを含む吸気バルブ可変駆動手段を備え、
   前記電磁弁（２４）は、該電磁弁（２４）が開放したとき、所定の前記シリンダの前記吸気バルブ（７）が前記カム（１４）から切り離され、前記戻りばね（９）によって閉鎖したまま維持されるように、前記吸気バルブ（７）の前記流体圧駆動システムと低圧の排出流路（２３）との連通を制御し、
   前記電子制御手段（２５）は、対応する前記吸気バルブの開放状態の時間および／またはリフトを当該エンジンの運転条件の関数として変化させるように、それぞれの前記エンジンシリンダに関係する前記電磁弁を制御することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のエンジン。
8. 前記排出流路（２３）は、流体アキュームレータ（１２３）と連通することを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
9. 前記排出流路（２３）は、逆止弁（１２１）を介してエンジン潤滑回路と連通し、前記逆止弁（１２１）は、流体がエンジン潤滑回路から前記低圧の排出流路（２３）に向かってのみ流れることを許すことを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
10. 前記排出流路（２３）は、通気口（１２２ａ）が設けられた壁によって上側が閉鎖されている流体タンク（１２２）と連通することを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
11. 前記排出流路（２３）は、上方に大気に対する通気口（１２０ａ）が設けられ、前記潤滑回路に接続された上部（２３０）および前記排気流路に接続した下部を有する容器を含むサイフォン装置（１２０）を介して、エンジン潤滑回路に接続されていることを特徴とする請求項７に記載のエンジン。

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