JP5354260B2 - 液圧式に可変な弁機構を有する内燃機関のシリンダヘッドのための液圧ユニット - Google Patents

Description

本発明は液圧式に可変な弁機構を有する内燃機関のシリンダヘッドのための液圧ユニットであって、
・少なくとも１つの駆動側の出力ユニット
・少なくとも１つの、ガス交換弁を作動する被駆動側の入力ユニット
・少なくとも１つの制御可能な液圧弁
・少なくとも１つの中間圧室
・伝達方向で、対応配置された出力ユニットと対応配置された入力ユニットとの間に配置されかつ対応配置された液圧弁を介して対応配置された中間圧室と接続可能である少なくとも１つの高圧室
・ケーシング下部分とケーシング上部分とを有する液圧ケーシングを有し、少なくとも出力ユニット、入力ユニット、高圧室、液圧弁、中圧室が液圧ケーシングと複合させられて、シリンダヘッドに取付け可能な液圧ユニットに所属している形式のものに関する。

このような液圧ユニットはＤＥ１０２００６００８６７６Ａ１号明細書によって公知である。ここに提案されている液圧ユニットでは、カム隆起部からガス交換弁への液圧式に可変な伝達に必要なすべての重要な構成部分は共通の液圧ケーシングに纏められている。この液圧ケーシングは内部に冒頭に述べたコンポーネントが収容されかつ内部に圧力室が延在するケーシング下部分と該ケーシング下部分を閉鎖するケーシング上部分とから構成されている。ケーシング下部分はきわめてコンパクトな構成を有し、さらにケーシング下部分はきわめて扁平なプレートであり、したがって全体として各中間圧室は相応に小さい容積に制限されている。

しかし容積の小さい中間圧室は内燃機関の始動過程にて問題を呈する。特に始動過程が外温の低い始動過程であって、内燃機関の長い停止状態のあとでの始動過程であると問題も大きい。その理由は内燃機関の液圧媒体供給装置が始動過程時にまだ十分な液圧媒体流を中間室へ搬送せず、中間室に溜まった、しかも低い温度で収縮した液圧媒体流が、爆発する高圧室の完全な再充填のためには十分に大きくないからである。この問題は短い時間過程で繰返される始動過程にとってはより深刻である。何故ならばこの場合には中間圧室からの液圧媒体消費量は内燃機関の液圧媒体供給から補充される容量よりも大きいことがあるからである。このような多重始動過程は例えばタクシー駐車場におけるタクシー車輌にとって典型的である。

冒頭に引用した文献から出発して前記問題は、中間圧室を相応の空洞を備えるケーシング上部分の方向に拡大することによっても限られた範囲でしか除去されない。何故ならばこの場合にも中間圧室に気泡が形成されかつこの気泡が、爆発する高圧室に吸込まれることを完全に阻止することはできないものと想われるからである。
ＤＥ１０２００６００８６７６Ａ１号明細書

したがって本発明の課題は冒頭に述べた形式の液圧ユニットであって、前記問題が簡単な手段で除かれる液圧ユニットを開発することである。この場合には相応に容積の制限された中間圧室を有するコンパクトに構成された液圧ケーシングの場合でも、内燃機関の始動過程で、爆発する高圧室が液圧媒体で常に確実にかつ完全に補充されることを保証したい。

本発明の課題は、ケーシング上部分が液圧媒体リザーバとして役立つ低圧室として構成され、低圧室がただ少なくとも１つの絞り開口を介して中間圧室に連通しており、絞り開口が低圧室と中間圧室との間にある仕切り壁を貫通していることによって解決された。

ケーシング上部分内に延在する低圧室によって一方では内燃機関の始動過程の間に必要な液圧媒体リザーバが高圧室のために拡大され、他方では冒頭に述べた気泡を吸込むリスクがほとんど除かれる。

後者は低圧室が中間圧室から分離され、内燃機関の停止期の間に液圧媒体が冷却しかつしたがって収縮して中間圧室に気泡が形成されることが低圧室から液圧媒体が補充吸引されることで阻止されることにより達成される。

さらに重力に対し傾けられて、液圧ユニットが内燃機関に組込まれている場合かつ／又は液圧ユニットが内燃機関と共に組込まれている場合には、絞り開口が仕切り壁の測量学的に低い部位を延びていることが提案されている。これは例えば外温がきわめて低く、液圧媒体が相応に強く収縮した場合に液圧媒体が低圧室から中間圧室へ気泡なく補充吸引されることを保証する。

本発明の別の有利な構成においてはケーシング上部分は低圧室のためにシリンダヘッドに開口する少なくとも１つの排気開口を設けることが提案されている。これにより、内燃機関の運転の間、中間圧室から絞り開口を介して低圧室へ分離される気泡は恒常的に液圧ユニットからシリンダヘッドの内部に逃がされることになる。

高圧室の完全な補充の確実性は、特に短い時間的な経過での多重切換え過程に関連して、Ｖ_Ｌで低圧室の容積、Ｖ_Ｍで中間圧室の容積、Ｖ_Ｈで高圧室の容積を表わした場合に、（Ｖ_Ｌ＋Ｖ_Ｍ）／Ｖ_Ｈ≧２の圧力室容積比によって高められる。換言すれば高圧室の補充に提供される液圧媒体リザーバは高圧室の２倍の大きさにしたい。もちろんこの場合には２つの入力ユニットが２つのガス交換弁を同時に作動するために個別の出力ユニットと結合されている弁機構にとっても有意義である。

構造的に有利な本発明の実施例においては仕切り壁はケーシング部分から構成された液圧ケーシングから成るサンドイッチ構造のケーシング中間部分として構成されている。しかし選択的に、ケーシング上部分に一体に構成された仕切り壁が設けられていることができる。この場合、このようなケーシング上部分は例えば内高圧変形によって製造されることができる。

液圧ケーシングの先に述べたサンドイッチ構造の場合には、ケーシング上部分は少なくともケーシング中間部分に対する接触領域にてエラストマ材料から成るシール手段で被覆されていることができる。低圧室が空になることを阻止するシール手段はケーシング上部分のシール面に局所的に押付けられるか又は噴射されたエラストマシールであるか又はケーシング上部分の上に全面的に施されたエラストマ被覆層であることができる。もちろん選択的にはケーシング上部分とケーシング中間部分との間の個別のシール、例えば紙シールの形をしたシールも可能である。

本発明の別の構成ではケーシング上部分は、アルミニウム材又は鋼材からの深絞り法又はプラスチック材料からの射出成形法で製造することができる。

最後に可能であるか又は有利であれば、先に述べた特徴と構成とを任意に組合わせることもできる。

本発明の別の特徴は以下の記述と本発明の１実施例を示す図とに示されている。

図１には液圧式に可変な弁機構の原理的な構造と発明に属する特徴とが概略的に開示されている。図示されているのは、カム軸のカムと閉鎖方向でばね負荷されたガス交換弁４とを有する内燃機関のシリンダヘッド２の、本発明を理解するために必要な部分である。弁機構１の可変性はカム３とガス交換弁４との間に配置された液圧ユニット５によって生ぜしめられる。該液圧ユニットは、
−駆動側の出力ユニット、この場合にはカム３により駆動されたポンプタペット；
−被駆動側の入力ユニット、この場合にはガス交換弁４を直接的に作動する入力ピストン９；
−制御可能な液圧弁、この場合には電磁式の２ポート２位置方向切換え弁；
−出力ユニット６と入力ユニット８との間に延在し、液圧弁１０が開放された場合に液圧媒体が中間圧室１２へ流出できる高圧室１１；
−中間圧室１２に接続され、ばね力で負荷された補償ピストン１４を有する蓄圧器１３；
−中間圧室１２の方向に開放し、内燃機関の液圧媒体回路に液圧ユニット５を接続する逆止弁；
−本発明によって設けられた液圧媒体リザーバとして用いられる、低圧室１６と中間圧室１２との間を延びる仕切り壁１８におけるただ１つの絞り開口１７を介して中間圧室１２に接続される低圧室１６；
を有している。

液圧式の弁機構１の自体公知の機能形式は出力ユニット６と入力ユニット８との間の高圧室１１が液圧的なロッドとして作用し、漏れを無視できる場合にはカム３の行程に比例してポンプタペット７により押除けられた液体量が液圧弁１０の開放時点と開放時間とに関連して、入力ピストン９を負荷する第１の部分量と蓄圧器１３を含む中間圧室１２に流出する第２の部分量とに分裂される。これによって制御時間だけではなく、ガス交換弁４の行程高さも完全可変に調節され得る。

以後記述する図２と図３とから明らかであるように液圧ユニット５は別の重要な構成部分として共通の液圧ケーシング１９を有しているので液圧ユニット５はあらかじめ組み立てられた、場合によっては既に液圧媒体で充填された構成ユニットとして内燃機関のシリンダヘッド２内に組込まれることができる。４気筒の列形内燃機関のために構成された液圧ユニット５は図２に全体構造が示されている。サンドイッチ構造形式で組み立てられた液圧ケーシング１９はケーシング下部分２０と、ケーシング中間部分２１として構成された仕切り壁１８と、ケーシング上部分２２とから成っている。ケーシング部分２０，２１，２２は種々のねじ結合点２３にて液圧的に緊密に互いにねじ結合されているのに対し、ケーシング下部分２０は液圧ユニット５全体を内燃機関のシリンダヘッド２に固定するために特別なねじ結合点２４を有している。

４つの出力ユニット６はケーシング下部分２０に受容された１つの支持エレメント２５、その上に旋回運動可能に支承され、摩擦の少ないカム走査のための回転可能に支承されたローラ２７を有するけん引レバー２６、ここではけん引レバー２６により作動されかつ戻り行程方向にばね力で負荷されたポンプタペット７を有している。ケーシング中間部分２１から延びるＵ字形部分２８は液圧ユニット５がシリンダヘッド２に取付けられていない場合にけん引レバー２６の紛失を防止する手段として役立つ。さらに液圧ユニット５は各出力ユニット６が２つの入力ユニット８と協働するように構成されている。換言すれば内燃機関の１つのシリンダの同じく作用する各ガス交換弁４、つまり入口弁又は出口弁のためには１つのカム３と１つの出力ユニット６しか必要ではない。この場合、ポンプタペット７によって押除けられた液体容量は両方の入力ユニット８を同時に負荷する。液圧ユニット５の出力ユニット６とは反対側には出力ユニット６と両方の入力ユニット８とに配属された、電気的な接続プラグ２９を有する液圧弁１０が存在する。この場合、電流なしで開放する液圧弁１０は自体公知で、ここには示されていない形式でケーシング下部分２０における弁受容部に固定されている。

図２にてケーシング上部分２２における隆起部に基づき認められる低圧室１６は図３に示された液圧ユニット５の横断面図から明らかである。この横断面図にはさらに中間圧室１２に接続された、ばね力で負荷された補償ピストン１４を有する蓄圧器１３も示されている。低圧室１６を中間圧室１２と接続する絞り開口１７は、重力ｇに対し傾けられて内燃機関内にかつ／又は内燃機関と共に組込まれた液圧ユニット５のケーシング中間部分２１の測量学的に低い個所に絞り開口１７が延在するように配置されている。冒頭に述べたようにこれによって、気泡のない液圧媒体が低圧室１６から中間圧室１２へ吸込まれることが保証される。図３においては１つの絞り開口１７しか示されていないにも拘らず、各中間圧室１２が２つ以上の絞り開口１７を介して対応する低圧室１６と連通していることもできる。又、反対に各中間圧室に２つ以上の互いに個別化した低圧室１６を対応配置させることも考えられ得る。

内燃機関の運転の間、絞り開口１７を介して中間圧室１２から低圧室１６に達する気泡は、ケーシング上部分２２内を延びる、シリンダヘッド２に開口する排気開口３０を介しシリンダヘッド２の内部へ排出させられることができる。

低圧室１６からの液圧媒体の損失を、特に内燃機関の停止期に回避するためには、ケーシング上部分２２はここには詳細に示されていないエラストマ材料から成るシール手段で被覆されている。図示の実施例では前記被覆はケーシング中間部分に対する接触領域だけに限定されるものではなく、この場合には鋼板から深絞り法で製造されたケーシング上部分２２の全表面に存在する。

最後に図１を一緒に見れば判るように、Ｖ_Ｌで示された低圧室１６の容積は一方ではシリンダヘッド２に提供される構成スペースを考慮して、かつ他方では常に十分な液圧媒体リザーバを考慮してできるだけ大きく設定されている。これはＶ_Ｍで液圧弁１０、蓄圧器１３、仕切り壁１８及び逆止弁１５により制限された中間圧室１２の容積を表わし、Ｖ_Ｈで出力ユニット６、単数又は複数の入力ユニット８、液圧弁１０により制限された高圧室１１の容積を表わした場合にＶ_Ｈに対する（Ｖ_Ｌ＋Ｖ_Ｍ）の容積比が少なくとも２を有していることを意味する。

液圧式に可変な弁機構の概略図。 本発明による液圧ユニットの斜視図。 図２の液圧ユニットの横断面図。

符号の説明

１ 弁機構、 ２ シリンダヘッド、 ３ カム、 ４ ガス交換弁、 ５ 液圧ユニット、 ６ 出力ユニット、 ７ ポンプタペット、 ８ 入力ユニット、 ９ 入力ピストン、 １０ 液圧弁、 １１ 高圧室、 １２ 中間圧室、 １３ 蓄圧器、 １４ 補償ピストン、 １５ 逆止弁、 １６ 低圧室、 １７ 絞り開口、 １８ 仕切り壁、 １９ 液圧ケーシング、 ２０ ケーシング下部分、 ２１ ケーシング中間部分、 ２２ ケーシング上部分、 ２３ ねじ結合点、 ２４ ねじ結合点、 ２５ 支持エレメント、 ２６ けん引レバー、 ２７ ローラ、 ２８ Ｕ字形部材、 ２９ 液圧弁の接続プラグ、 ３０ 排気開口

Claims (7)

1. 液圧式に可変な弁機構（１）を有する内燃機関のシリンダヘッド（２）のための液圧ユニット（５）であって、
   少なくとも１つの駆動側の出力ユニット（６）と、
   少なくとも１つの、ガス交換弁（４）を作動する被駆動側の入力ユニット（８）と、
   少なくとも１つの制御可能な液圧弁（１０）と、
   少なくとも１つの中間圧室（１２）と、
   前記出力ユニット（６）と前記入力ユニット（８）との間に配置されかつ前記液圧弁（１０）を介して前記中間圧室（１２）と接続可能である少なくとも１つの高圧室（１１）と、
   ケーシング下部分（２０）とケーシング上部分（２２）とを有する液圧ケーシング（１９）とを有し、
   少なくとも前記出力ユニット（６）、前記入力ユニット（８）、前記高圧室（１１）、前記液圧弁（１０）、及び前記中間圧室（１２）が前記液圧ケーシング（１９）と複合させられて、前記シリンダヘッド（２）に取付け可能な前記液圧ユニット（５）に所属している液圧ユニット（５）において、
   前記ケーシング上部分（２２）内に液圧媒体リザーバとして役立つ低圧室（１６）が構成され、該低圧室（１６）が少なくとも１つの絞り開口（１７）を介してのみ前記中間圧室（１２）に連通しており、前記絞り開口（１７）が前記低圧室（１６）と前記中間圧室（１２）との間に延在する仕切り壁（１８）を貫通しており、
   前記仕切り壁（１８）が、前記ケーシング上部分（２２）と前記ケーシング下部分（２０）とによるサンドイッチ構造で組み立てられた前記液圧ケーシング（１９）のケーシング中間部分（２１）として構成されていることを特徴とする、液圧式に可変な弁機構を有する内燃機関のシリンダヘッドのための液圧ユニット。
2. 内燃機関内にかつ／又は内燃機関と共に前記液圧ユニット（５）が重力方向（ｇ）に対し傾けられて組込まれた場合に、前記絞り開口（１７）が、仕切り壁（１８）の、重力方向（ｇ）で見て下方寄りに形成されていることを特徴とする、請求項１記載の液圧ユニット。
3. 前記ケーシング上部分（２２）が前記低圧室（１６）のために、前記シリンダヘッド（２）に開口する少なくとも１つの排気開口（３０）を備えている、請求項１又は２記載の液圧ユニット。
4. 前記低圧室（１６）が容積Ｖ_Ｌを、前記中間圧室（１２）が容積Ｖ_Ｍを、前記高圧室（１１）が容積Ｖ_Ｈを、（Ｖ_Ｌ＋Ｖ_Ｍ）／Ｖ_Ｈ≧２の容積比で有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の液圧ユニット。
5. 前記ケーシング上部分（２２）が少なくとも、前記ケーシング中間部分（２１）に対する接触領域にてエラストマ材料から成るシール部材で被覆されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の液圧ユニット。
6. 前記ケーシング上部分（２２）が深絞り法でアルミニウム材料又は鋼材料から製造されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の液圧ユニット。
7. 前記ケーシング上部分（２２）が射出成形法でプラスチックから製造されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の液圧ユニット。

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