JP5111602B2 - 可変圧縮比エンジンの制御ジャッキを閉ループ駆動するための電気油圧装置 - Google Patents

Description

本発明の主題は、少なくとも一つの油圧切換バルブと一つの制御ラック位置センサとを包含する、可変圧縮比エンジンの制御ジャッキの閉ループ制御のための電気油圧装置である。

出願人に属する国際特許ＷＯ９８／５１９１１、ＷＯ００／３１３７７、ＷＯ０３／００８７８３により、可変排気量エンジンのための様々な機械的装置が知られている。

出願人の名による国際特許ＷＯ９８／５１９１１には、有効排気量および／または容量比の協働的適応により可変負荷および速度で使用されるピストンを備える内燃エンジンの総合効率を向上させるのに使用される装置が記載されていることに注意されたい。このタイプのエンジンは「可変圧縮比エンジン」という名称で当業者には公知であるので、この名称を以下の文章で使用する。

出願人の名による国際特許ＷＯ００／３１３７７によれば、可変圧縮比エンジンのための機械的伝達装置は、一方で転動案内装置と、他方で連結ロッドに固定された歯車と相互作用を行うことでピストンと連結ロッドとの間で運動の伝達を可能にする伝達部材に底部で固定されたピストンを包含することに注意されたい。

出願人の名による国際特許ＷＯ０３／００８７８３によれば、可変圧縮比エンジンのための機械的伝達装置は、一方では小型ラックを介して転動案内装置と、他方では別の大型ラックによって、連結ロッドに固定された歯車と相互作用を行う伝達部材に下部で固定されたピストンが中で運動する少なくとも一つのシリンダを包含することに注意されたい。

可変圧縮比エンジンのための機械的伝達装置は、また、歯車と相互作用を行う少なくとも一つの制御ラックと、ピストンを伝達部材に装着してクランプ予荷重を付与するための手段と、ラックの鋸歯を強化できる連結手段と、歯車の構造を補強および軽量化するための手段も包含する。

国際特許ＷＯ９８／５１９１１およびＰＣＴ／ＦＲ２００７／０００１４９によれば、可動部品の慣性と、制御油圧ジャッキが固定される制御ラックに供給されるエンジンガスの圧力とから生じる力によって運動が得られる制御油圧ジャッキにより、可変圧縮比エンジンの圧縮比が調整されることが分かる。これらの特許によれば、制御ジャッキの位置は、常に、制御ジャッキのピストンの上下面と接触しているバルブの開閉に作用する制御ロッドの位置に従うことに注意されたい。このバルブにより、可変圧縮比エンジンの圧縮比を低下または上昇させるため、油圧流体が制御ジャッキの上室から下室へ、またはその逆に通過することが可能となる。特許ＰＣＴ／ＦＲ２００７／０００１５０およびＰＣＴ／ＦＲ２００７／０００１４７には、少なくとも一つのコンピュータにより制御される一つ以上の電動モータにより制御ロッドの位置の調整を可能にするいくつかの変形が記載されている。

特許ＰＣＴ／ＦＲ２００７／０００１４９によれば、制御ジャッキからの漏出を補うためと、空洞化現象を防止しながらオイルの圧縮性の影響を低下させることにより制御ジャッキの垂直位置の設定点の保持精度を高める目的で予荷重圧力を提供するために設けられた加圧油圧流体入口を、制御ジャッキが包含することにも注意されたい。

出願人の名による国際特許出願ＰＣＴ／ＦＲ２００７／０００１４７に記載されているように、単一の電動モータが、カムまたは偏心シャフトを介していくつかのシリンダの圧縮比を制御することができる。同特許から、スレッドで回転が固定された独立した調整装置によって各シリンダの初期圧縮比の調整が実行されてもよいことが分かる。

本発明による制御ジャッキの閉ループ制御のための電気油圧装置は、可変圧縮比エンジンの制御シリンダの制御に関連する一連の問題の解決を可能にする。
‐ バルブおよびそのばねと制御ロッドとにより制御ジャッキの直径がかなりのものとなり、これらの部品はジャッキのピストンの周辺に収容されている。そのため、制御ジャッキの作動圧力および応答性が低下し、上室と下室との間の油圧流体の移動流量が増加し、制御ジャッキアセンブリの空間必要条件および重量が増す。
‐ エンジンの各制御ジャッキの圧縮比を独立して制御することは、その場合には制御ロッドの各々に電動アクチュエータを設けて、各アクチュエータが固有の伝達手段により制御ロッドに連結される必要があるため、実現が困難である。
‐ 可変圧縮比エンジンのすべてのシリンダに共通する圧縮比制御では、圧縮比を制御するための電動モータと可変圧縮比エンジンの各シリンダの制御ロッドとの間の伝達手段と、各シリンダに固有の調整手段とを必要とする。これらの部材は、可変圧縮比エンジンの空間必要条件、重量、原価を上昇させる。

そのため、可変圧縮比エンジンの空間必要条件、原価、そして重量を著しく低下させるためと、その圧縮比の制御の応答性および精度を高めるために、本発明による装置は、
・ 制御ロッドおよびその案内密封手段と、これと相互作用を行うバルブおよびばねを無くすこと、
・ 圧縮比を制御するための同じ動程に対するジャッキピストンの直径および排気量を減少させること、
・ 圧縮比を制御するための電動モータと、電動モータと連動するとともにこれを制御ロッドと連結する伝達調整手段とを無くすこと、
を可能にする。

本発明による、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置は、制御ジャッキの上室と下室との間において少なくとも一つの油圧流体管を開閉できる少なくとも一つの電気バルブと、制御ラックのための少なくとも一つの位置センサと、圧縮比を調整するためのエンジンのクランクシャフトの角度位置センサと、少なくとも一つのコンピュータとを包含する。

本発明による、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置は、制御ジャッキのピストンに配置された、制御ジャッキの上室と下室との間の管を包含する。

本発明による、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置は、可変圧縮比エンジンのシリンダブロックに配置された、制御ジャッキの上室と下室との間の管を包含する。

本発明による、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置は、制御ジャッキの上室と下室の各々にそれぞれ開口するとともに、漏出を防止しながら油圧流体をこれらの室に流入させる二つのブースターチェックバルブを介して、加圧状態の油圧流体が油圧ユニットからそれぞれ供給される、制御ジャッキの上室と下室とを包含する。

本発明による、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置は、固有の物理的特性にしたがってエンジンの各シリンダの圧縮比を独立して調整するため、ピンキング検出器と相互作用を行う。

本発明による、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置は、制御ジャッキの上室とエンジンのオイルパンとの接続を可能にするガス抜き電気バルブを包含する。

本発明による、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置は、チェックバルブを包含しない二方向電気バルブを包含する。

非限定的な例として挙げた添付図面に関する以下の説明により、本発明、本発明が有する特徴、そして本発明が提供することのできる長所について、より深い理解が可能となるだろう。

チェックバルブを備える回路に各々が設けられる二つの独立した電気バルブを包含し、この電気バルブが、制御ラックの位置を感知するためのセンサとコンピュータとの相互作用を行う、本発明による、また第一変形実施形態による、電気油圧装置の可変圧縮比エンジンにおける主要部品とその配置とを示す概略断面図である。

チェックバルブを各々が備える二つの独立した回路を画定する二つの入口と二つの別々の出口とを備える電気制御式スプールを包含する単一の電気バルブを包含し、この電気バルブが、制御ラックの位置を感知するためのセンサとコンピュータとの相互作用を行う、本発明による、また第二変形実施形態による、電気油圧装置の可変圧縮比エンジンにおける主要部品とその配置とを示す概略断面図である。

制御ラックの位置を感知するためのセンサ、可変圧縮比エンジンのクランクシャフトの角度位置のセンサ、そしてコンピュータとの相互作用を行う単一の電気バルブを包含する、本発明による、また第三変形実施形態による、電気油圧装置の可変圧縮比エンジンにおける主要部品とその配置とを示す概略断面図である。

図１乃至３は、本発明による可変圧縮比エンジンの制御シリンダ８の閉ループ制御のための電気油圧装置８０を示す。

出願人に属する特許出願および創意に富んだ特許によれば、可変圧縮比エンジンは、ピストンに固定されて、一方では転動案内装置４と、他方では歯車５と相互作用を行う伝達部材３をピストン２の底部に包含する機械的伝達装置１を包含する。

ピストン２とクランクシャフト９との間で運動を伝達するため、歯車５は、クランクシャフト９に連結された連結ロッド６と相互作用を行う。

歯車５は、伝達部材３の反対側で、シリンダブロック１００に配置されたジャッキシリンダ１１２内で案内されるジャッキピストン１３を持つ制御ジャッキ８を包含する制御装置１２によって、シリンダブロック１００に対する垂直位置が制御される制御ラック７と、相互作用を行う。

制御ジャッキ８は、上室１２１と下室１２２とをジャッキピストン１３の上下に包含する。制御ジャッキ８は、ジャッキピストン１３との相互作用を行う上部ジャッキロッド１０と底部ジャッキロッド１６とで構成される。

制御ジャッキ８の上部ジャッキロッド１０は、可変圧縮比エンジンのシリンダヘッド３００に配置された室１８４と、延出密封状態で相互作用を行う。

上部ジャッキロッド１０は、ブースターチェックバルブ１８５をその内部中央に包含していてもよく、ブースターチェックバルブの入口は、制御ジャッキ８のシリンダヘッド３００に配置された室１８４との連通状態にあるのに対して、ブースターチェックバルブ１８５からの出口は、制御ジャッキ８のジャッキピストン１３に配置されて下室１２２に開口する管１８７に接続されている。

シリンダヘッド３００に配置された室１８４は、シリンダヘッドに収容されて制御ジャッキ８の上室１２１と連通する別のブースターチェックバルブ１８８に管を介して接続されている。

そのため、制御ジャッキ８の上室１２１と下室１２２には、二つの室１２１，１２２の各々にそれぞれ開口するとともに漏出を防止しながらこれらの室へ油圧流体を流入させる二つのブースターチェックバルブ１８５，１８８を介して、油圧ユニットから加圧状態の油圧流体がそれぞれ供給されるのである。

ピストン２に固定された伝達部材３は、歯車５の鋸歯５１と相互作用を行う鋸歯３４を持つ第１大型ラック３５を、その面の一つに備える。

伝達部材３は、転動案内装置４のローラ４０の鋸歯と相互作用を行う小型の鋸歯３８を持つ第２ラック３７を、第１ラック３５と反対側に包含する。

シリンダブロック１００は、転動案内装置４のローラ４０の運動をピストン２の運動と同期化させるラック４６を包含する支持体４１に固定されている。

可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置８０は、制御ジャッキ８の上室１２２と下室１２１との間で油圧流体の少なくとも一つの管８３を開閉できる、制御ジャッキ８につき少なくとも一つの電気バルブ８１を包含する。

制御電気油圧装置８０は、少なくとも一つのコンピュータ８４の補助を受けて制御ラック７の位置の判断を可能にする少なくとも一つの位置センサ８２を、シリンダヘッド３００内の各制御ジャッキ８に包含する。

可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置８０は、制御ジャッキ８のジャッキピストン１３に配置された、制御ジャッキ８の上室１２１と下室１２２との間の管８３を包含する。

変形として、制御ジャッキ８の上室１２１と下室１２２との間の管８３が、可変圧縮比エンジンのシリンダブロック１００に配置されてもよい。

図１に示されているように、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置８０は、制御ジャッキ８の上室１２１を下室１２２に接続する管８３を各々が開閉できる、入口および出口に二つの電気バルブ８１を包含する。

第１電気バルブ８１のチェックバルブ８５が制御ジャッキ８の上室１２１から下室１２２への油圧流体の流れを防止するが逆は防止しないのに対して、第２電気バルブ８１のチェックバルブ８６は制御ジャッキ８の下室１２２から上室１２１への油圧流体の流れを防止するが逆は防止しないように、各電気バルブ８１はチェックバルブ８５，８６を包含する。

図２は、二つの独立した回路を画定する二つの入口および二つの出口と、第２入口が閉鎖された状態で第１入口を第１出口に接続すること、または第１入口が閉鎖された状態で第２入口を第２出口に接続すること、または両方の入口を閉鎖することのいずれかを可能にする３位置スプール８７とを包含する電気バルブ８１を包含する、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置８０の第二変形例を示す。

この実施形態では、電気制御式スプール８７を備える電気バルブ８１は二つのチェックバルブ８５，８６を包含し、第１チェックバルブ８５が制御ジャッキ８の上室１２１から下室１２１への油圧流体の流れを防止するが逆は防止しないのに対して、第２チェックバルブ８６は、制御ジャッキ８の下室１２２から上室１２１への油圧流体の流れを防止するが、逆は防止しない。

図３は、制御ジャッキ８の上室１２１と下室１２２との間の油圧流体８３の少なくとも一つの管を開閉できる単一の電気バルブ８１で構成される、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置８０の第三変形例を示す。

この実施形態では、電気バルブ８１は二方向であり、チェックバルブを包含せず、デューティサイクルが制御される孔である。

この実施形態において二方向電気バルブ８１は、制御ラック７の位置センサ８２およびコンピュータ８４に加えて、圧縮比を調整するためエンジンのクランクシャフト９の角度位置センサ８８との相互作用を行う。

二方向電気バルブ８１は、一方は、高流量で遮断されて反応の遅い装置により遮断され、他方は、低流量で遮断されて反応の速い装置により遮断される二つの平行経路を包含する。

各実施形態では、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置８０は、固有の物理的特性にしたがってエンジンの各シリンダ１１０の圧縮比を独立して調整するため、不図示のピンキング検出器と相互作用を行うことができる。

また、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置８０は、制御ジャッキ８の上室１２１とエンジンのオイルパンとの接続を可能にする不図示のガス抜き電気バルブを包含する。

動作：
特定の実施形態によれば、図１に示されているように各々がチェックバルブ８５，８６を備える入口と出口に、二つの電気バルブ８１が制御ジャッキ８ごとに設けられており、圧縮比を制御するための電気油圧装置８０の動作は、以下の通りである。

制御ラック７に加えられる力は、可変圧縮比エンジンが作動する速度および負荷に応じて周期的に方向を変える。

結果的に、制御ジャッキ８の上室１２１の圧力は、制御ジャッキ８の下室１２２の圧力よりも周期的に高く、そして周期的に低くなる。

可変圧縮比エンジンの効率、トルクを最適化するか、汚染排出物質を削減するために、圧縮比を低下させる必要がある時には、圧縮比を低下させるための電気バルブ８１の開口がコンピュータ８４により命令される。

制御ラック７に印加される力と、開口状態の電気バルブ８１と同じ管８３に設けられたチェックバルブ８６により発生されるラチェット効果とを考慮して、制御ラック７の位置が必要な圧縮比に正確に対応することを制御ラック７の位置センサ８２がコンピュータ８４に通知するまで、制御ラック７は一段以上の移動を行う。

エンジンの圧縮比の上昇を必要とする時には動作は同一であるが、チェックバルブ８５と相互作用を行う、圧縮比の上昇のための他の電気バルブ８１の開口を必要とする。

制御ジャッキの上室１２１と下室１２２との間で油圧流体の漏出が見られる場合には、制御ラック７の位置センサ８２は制御ラック７の位置の連続的ドリフトについてコンピュータ８４に通知する。

制御ラック７の設定点位置と実際位置との間の一定の差を超えると、制御ラック７の設定点位置を再確立するため、コンピュータ８４は、圧縮比を低下させるための電気バルブ８１、または圧縮比を上昇させるための電気バルブ８１のいずれかを開口する。

制御ジャッキ８の上室１２１と下室１２２のいずれか一方とジャッキの外側との間で油圧流体の漏出が発生した場合には、漏出が生じた室と反対の室へ油圧流体を提供することにより、漏出が自動的に補われる。この流体は、例えば、出願人に属する特許出願ＦＲ０６／００７１４に記載されているような油圧ユニットから送られて、ブースターチェックバルブ１８５，１８８の一方または他方を介して提供されるものである。

図２に提示された第二変形実施形態は、この場合には、二つの入口と二つの出口とを備える電気制御式スプール８７を包含する単一の電気バルブ８１によって、独特の電気バルブ８１の機能が実施されることを除いて、図１ですでに説明したものと同じ原理で作動する。

しかし、この実施形態は、可変圧縮比エンジンのクランクシャフト９の角度位置センサ８８の利点のためにチェックバルブ８５，８６を無くした、図３に提示された実施形態と異なっているが、大部分の最新型エンジンではこの部材がすでに存在していることは言うまでもない。

図３に提示された特定実施形態によれば、単一の二方向電気バルブ８１が設けられ、この電気バルブは、クランクシャフト９のわずか数度の角運動のために制御ラック７の運動を可能にするのに十分なほど急速な開閉が可能である。

図３に提示された実施形態によれば、制御ジャッキ８の上室１２１と下室１２２とを接続する管が開いた時に圧縮比を上昇または低下させる方向の力が制御ラック７に印加されている間のクランクシャフト９の角度位置の範囲が、コンピュータ８４のメモリに格納されている。

この実施形態によれば、コンピュータ８４が含む、制御ラック７に印加される力の方向のマッピングは、可変圧縮比エンジンの作動速度および負荷の全範囲をカバーする。

可変圧縮比エンジンの効率、トルクを最適化するか、汚染排出物質を削減するために、エンジンの圧縮比を低下させる必要がある時には、クランクシャフト９の角度位置が、圧縮比を低下させる方向に制御ラック７に印加される力と一致する時のみ、コンピュータ８４は二方向電気バルブ８１の開口を命令する。

逆に、可変圧縮比エンジンの圧縮比を上昇させるには、クランクシャフト９の角度位置が、圧縮比を上昇させる方向に制御ラック７に印加される力と一致する時のみ、二方向電気バルブ８１の開口をコンピュータ８４が命令する。

制御ラックの位置が必要な圧縮比に正確に対応していることを制御ラック７の位置センサ８８がコンピュータ８４に通知するまで、これら二つの動作が行われ、制御ラック７が一段以上の移動を行うまで必要な限り反復される。

上記の説明は単なる例として挙げられたものであることと、説明された実行の詳細を他の同等物で置き換えることによりユーザが逸脱することのない発明の範囲を、いかなる点でも制限するものではないことを、さらに理解すべきである。

１ 機械的伝達装置
２ ピストン
３ 伝達部材
４ 転動案内装置
５ 歯車
６ 連結ロッド
７ 制御ラック
８ 制御ジャッキ
９ クランクシャフト
１０ 上部ジャッキロッド
１２ 制御装置
１３ ジャッキピストン
１６ 底部ジャッキロッド
３４ 鋸歯
３５ 第１ラック
３７ 第２ラック
３８ 鋸歯
４０ ローラ
４１ 支持体
４６ ラック
５１ 鋸歯
８０ 電気油圧装置
８１ 電気バルブ
８２ 位置センサ
８３ 管
８４ コンピュータ
８５，８６ チェックバルブ
８７ ３位置スプール
８８ 角度位置センサ
１００ シリンダブロック
１１０ シリンダ
１１２ ジャッキシリンダ
１２１ 上室
１２２ 下室
１８４ 室
１８５，１８８ ブースターチェックバルブ
１８７ 管
３００ シリンダヘッド

Claims (6)

1. ピストンに固定されて、一方では転動案内装置（４）と、他方では歯車（５）と相互作用を行う伝達部材（３）をピストン（２）の底部に包含する機械的伝達装置（１）を包含し、ピストン（２）とクランクシャフト（９）との間で運動を伝達するため、歯車（５）は、クランクシャフト（９）に連結された連結ロッド（６）と相互作用を行い、歯車（５）は、伝達部材（３）の反対側で、シリンダブロック（１００）に配置されたジャッキシリンダ（１１２）内で案内されるジャッキピストン（１３）を持つ制御ジャッキ（８）を包含する制御装置（１２）によって、シリンダブロック（１００）に対する垂直位置が制御される制御ラック（７）と、相互作用を行う、可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置において、制御ジャッキ（８）の上室（１２１）と下室（１２２）との間において少なくとも一つの油圧流体管（８３）を開閉できる少なくとも一つの電気バルブ（８１）と、制御ラック（７）の少なくとも一つの位置センサ（８２）と、圧縮比を調整するためのエンジンのクランクシャフト（９）の角度位置センサ（８８）と、少なくとも一つのコンピュータ（８４）とを包含し、制御ジャッキ（８）の上室（１２１）および下室（１２２）に、二つの室の各々にそれぞれ開口するとともに、漏出を防止しながら油圧流体を室に流入させる二つのブースターチェックバルブ（１８８，１８５）を介して、油圧ユニットから加圧状態の油圧流体がそれぞれ供給されることを特徴とする電気油圧装置。
2. 請求項１に記載の可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置において、制御ジャッキ（８）の上室（１２１）と下室（１２２）との間の管（８３）が前記ジャッキのピストン（１３）に配置されることを特徴とする電気油圧装置。
3. 請求項１に記載の可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置において、制御ジャッキ（８）の上室（１２１）と下室（１２２）との間の管（８３）が可変圧縮比エンジンのシリンダブロック（１００）に配置されることを特徴とする電気油圧装置。
4. 請求項１に記載の可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置において、固有の物理的特性にしたがってエンジンの各シリンダ（１１０）の圧縮比を独立して調整するためピンキング検出器と相互作用を行うことを特徴とする電気油圧装置。
5. 請求項１に記載の可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置において、制御ジャッキ（８）の上室（１２１）とエンジンのオイルパンとの接続を可能にするガス抜き電気バルブを包含することを特徴とする電気油圧装置。
6. 請求項１に記載の可変圧縮比エンジンの圧縮比を制御するための電気油圧装置において、電気バルブ（８１）が二方向であってチェックバルブを包含しないことを特徴とする電気油圧装置。