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JP2003328715A - エンジンバルブ作動システム - Google Patents

エンジンバルブ作動システム

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Publication number
JP2003328715A
JP2003328715A JP2003127458A JP2003127458A JP2003328715A JP 2003328715 A JP2003328715 A JP 2003328715A JP 2003127458 A JP2003127458 A JP 2003127458A JP 2003127458 A JP2003127458 A JP 2003127458A JP 2003328715 A JP2003328715 A JP 2003328715A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fluid
valve
engine
control valve
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003127458A
Other languages
English (en)
Inventor
Sean O Cornell
オー．コーネル ショーン
Scott A Leman
エー．ルマン スコット
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Caterpillar Inc
Original Assignee
Caterpillar Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Caterpillar Inc filed Critical Caterpillar Inc
Publication of JP2003328715A publication Critical patent/JP2003328715A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/06—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F01L9/11—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column
    • F01L9/12—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/32—Miller cycle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンバルブ作動システムを提供する。 【解決手段】 エンジンバルブ作動システムが提供され
る。吸気弁が、流体の流れを阻止する第１位置と流体の
流れを可能にする第２位置との間で可動である。カムア
センブリが、吸気弁を第１位置と第２位置との間で動か
すように連結される。流体アクチュエータが、吸気弁が
第１位置へ移動するのを選択的に阻止するように構成さ
れる。流体源が流体アクチュエータと流体連通する。方
向制御弁が、流体源と流体アクチュエータとの間で流体
の流量を制御するように構成される。制御弁が流体源と
方向制御弁との間に配置される。制御弁は、流体源と方
向制御弁との間の流体の流れを阻止する第１位置と流体
源から方向制御弁への流体の流れを可能にする第２位置
との間で可動である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエンジンバルブ作動
システムに関する。さらに詳細には、本発明は内燃機関
用の弁作動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ディーゼル、ガソリン、または
天然ガスエンジンのような、内燃機関の動作が、望まし
くない排出物質を発生させる。微粒子および窒素酸化物
（ＮＯｘ）を含む、これらの排出物質は、燃料がエンジ
ンの燃焼室内で燃焼されるときに発生する。エンジンピ
ストンの排気行程が、エンジンからのこれらの排出物質
を含む排気ガスを押し出す。いかなる排出物質削減対策
も実施されない場合、これらの望ましくない排出物質は
結果的に、環境へ排出される。
【０００３】エンジンの動作中に環境へ排出される、望
ましくない排出物質の量の削減に向けて現在研究が行わ
れている。改良されたエンジン設計、およびエンジン動
作に対する制御が、望ましくない排出物質の発生の減少
に通じると予想される。例えば、エンジンガス再循環お
よび後処理のような、多くの様々な解決策が、エンジン
の動作中に発生する排出物質の量を削減することが分か
った。残念なことに、これらの排出物質削減の実施は通
常エンジンの効率全体の低下を生じる。
【０００４】さらなる努力が、排出物質削減システムに
因る効率損失を補償するために、エンジン効率の改良に
集中されている。エンジン効率を改良する、そのような
１つの解決策が、エンジンバルブの作動タイミングを調
整することを含む。例えば、吸気弁および排気弁の作動
タイミングが、典型的なディーゼルまたはミラーサイク
ルとして知られるオットーサイクルに対する変形態を実
施するために変更される。「遅閉じ」式ミラーサイクル
において、エンジンの吸気弁はピストンの圧縮行程の一
期間に開きを維持する。
【０００５】内燃機関のエンジンバルブは一般的に、エ
ンジンのクランクシャフトに連結されるカム装置によっ
て駆動される。クランクシャフトの回転が、１つ以上の
カム従動子を駆動するカムの対応する回転を生じる。カ
ム従動子の運動がエンジンバルブの作動を生じる。カム
の形状が弁作動のタイミングおよび持続時間を調節す
る。Ｍａｃｏｒらによる、２００１年５月２９日発行の
特許文献１に記載されているように、「遅閉じ」ミラー
サイクルが、そのようなカム装置において、カムの形状
を変更することによって実施されて、吸気弁の作動をピ
ストンの圧縮行程の開始と重ねる。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，２３７，５５１号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遅閉じ
ミラーサイクルはある動作条件下では望ましくない。例
えば、遅閉じミラーサイクルでのディーゼルエンジン動
作が、エンジンが低温の場合、始動するのが困難であ
る。ディーゼル燃料の燃焼が、空気と燃料の混合物が或
るレベルにまで加圧される場合に達成されるので、この
困難は生じる。遅閉じミラーサイクルの実施が、各燃焼
室内の空気量および圧縮量を減少する。エンジンの温度
減少に伴う圧縮減少が、空気と燃料の混合物のより小さ
い最大圧力レベルを生じる。このように、遅閉じミラー
サイクルで動作する低温エンジンにおいて燃焼を達成す
るのは困難と判明する。
【０００８】上述のように、カム装置によって駆動され
る弁システムの作動タイミングが、駆動カムの形状によ
って決定される。カムの形状は一定であるので、この装
置は柔軟性を欠き、エンジンの動作中に変化できない。
換言すれば、従来のカム駆動弁作動システムが、エンジ
ンの様々な動作条件に対応するために変更されない。
【０００９】本発明の吸気弁作動システムは、上述の１
つ以上の問題を解決する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】一態様において、本発明
は、流体の流れを阻止する第１位置と流体の流れを可能
にする第２位置との間で可動な吸気弁を含む、エンジン
バルブ作動システムを目的としている。カムアセンブリ
が、吸気弁を第１位置と第２位置との間で移動させるよ
うに連結される。流体アクチュエータは、吸気弁が第１
位置へ移動するのを選択的に阻止するように構成され
る。流体源が流体アクチュエータと流体連通する。方向
制御弁が、流体源と流体アクチュエータとの間で流体の
流れを制御するように構成される。制御弁が流体源と方
向制御弁との間に配置される。制御弁は、流体源と方向
制御弁との間の流体の流れを阻止する第１位置と、流体
源から方向制御弁への流体の流れを可能にする第２位置
との間で可動である。
【００１１】別の態様において、本発明は、吸気行程お
よび圧縮行程を通じて可動なピストンを有するエンジン
を制御する方法を目的としている。カムが、吸気弁をピ
ストンの吸気行程中に流体の流れを阻止する第１位置と
流体の流れを可能にする第２位置との間で移動させるよ
うに回転される。吸気弁が第１位置から除去される場
合、流体は制御弁を通して吸気弁に関連する流体アクチ
ュエータへ向けられる。方向制御弁が、流体が流体アク
チュエータから流れるのを選択的に阻止するように作動
されて、それによって吸気弁がピストンの圧縮行程の少
なくとも一期間に第１位置へ移動するのを阻止する。エ
ンジンの少なくとも１つの動作パラメータが感知され
る。制御弁は閉位置へ移動されて、エンジンの感知され
た動作パラメータに基づいて流体が方向制御弁および流
体アクチュエータへ流出するのを阻止する。
【００１２】
【発明の実施の形態】内燃機関（エンジン）２０の例証
的実施形態が図１に示される。本開示のために、エンジ
ン２０は４ストロークディーゼルエンジンとして図示さ
れ、説明される。しかしながら、当業者は、エンジン２
０は、例えばガソリンまたは天然ガスのエンジンのよう
な、他の任意の型の内燃機関であることを認識するであ
ろう。
【００１３】図１に示されるように、エンジン２０は、
複数のシリンダ２２を画成するエンジンブロック２８を
含む。ピストン２４が、各シリンダ２２内に滑動自在に
配置される。示される実施形態において、エンジン２０
は、６つのシリンダ２２および６つの関連ピストン２４
を含む。エンジン２０はより多いまたは少ない数のピス
トン２４を含み、かつピストン２４は「直列」配列、
「Ｖ字型」配列、または他の任意の従来の配列で配置さ
れることを、当業者は容易に認識するであろう。
【００１４】また図１に示されるように、エンジン２０
は、エンジンブロック２８内に回転可能に配置されるク
ランクシャフト２７を含む。コネクティングロッド２６
が各ピストン２４をクランクシャフト２７に連結する。
それぞれのシリンダ２２内のピストン２４の滑り運動が
クランクシャフト２７の回転を生じるように、各ピスト
ン２４はクランクシャフト２７に連結される。同様に、
クランクシャフト２７の回転がピストン２４の滑り運動
を生じるであろう。
【００１５】エンジン２０もまたシリンダヘッド３０を
含む。シリンダヘッド３０は、各シリンダ２２に対して
少なくとも１つの吸気ポート３６に通じる吸気通路４１
を画成する。シリンダヘッド３０は、各シリンダ２２に
対して２つ以上の吸気ポート３６をさらに画成する。
【００１６】吸気弁３２が各吸気ポート３６内に配置さ
れる。吸気弁３２は、吸気ポート３６を選択的に塞ぐた
めに構成される弁体４０を含む。さらに詳細に以下に説
明されるように、各吸気弁３２は弁体４０を動かすか、
または「持ち上げる」ために作動されて、それによって
それぞれの吸気ポート３６を開く。１対の吸気ポート３
６および１対の吸気弁３２を有するシリンダ２２内で、
１対の吸気弁３２は単一の弁作動アセンブリによって、
または１対の弁作動アセンブリによって作動される。
【００１７】シリンダヘッド３０はまた、各シリンダ２
２に対して少なくとも１つの排気ポート３８を画成す
る。各排気ポート３８はそれぞれのシリンダ２２から排
気通路４３へ通じる。シリンダヘッド３０は、各シリン
ダ２２に対して２つ以上の排気ポート３８をさらに画成
する。
【００１８】排気弁３４が各排気ポート３８内に配置さ
れる。排気弁３４は、排気ポート３８を選択的に塞ぐよ
うに構成される弁体４８を含む。さらに詳細に以下に説
明されるように、各排気弁３４は弁体４８を動かすか、
または「持ち上げる」ために作動されて、それによって
それぞれの排気ポート３８を開く。１対の排気ポート３
８および１対の排気弁３４を有するシリンダ２２内で、
１対の排気弁３４は単一の弁作動アセンブリによって、
または１対の弁作動アセンブリによって作動される。
【００１９】図２がエンジン２０の１つのシリンダ２２
の例証的実施形態を示す。示されるように、シリンダヘ
ッド３０は、吸気通路４１をシリンダ２２に連結する１
対の吸気ポート３６を画成する。各吸気ポート３６は弁
座５０を含む。１つの吸気弁３２が各吸気ポート３６内
に配置される。吸気弁３２の弁体４０が弁座５０と係合
するように構成される。吸気弁３２が閉位置にある場
合、弁体４０は弁座５０と係合して、吸気ポート３６を
閉じ、シリンダ２２に対して流体の流れを阻止する。吸
気弁３２が閉位置から持ち上げられる場合、吸気弁３２
はシリンダ２２に対して流体の流れを可能にする。
【００２０】同様に、シリンダヘッド３０は、シリンダ
２２を排気通路４３に連結する、２つ以上の排気ポート
３８（このうちの１つのみが図１に示される）を画成す
る。１つの排気弁３４が各排気ポート３８内に配置され
る。各排気弁３４の弁体４８が、排気弁３４は閉位置に
あり、シリンダ２２に対して流体の流れを阻止する場
合、排気ポート３８を閉じるように構成される。排気弁
３４が閉位置から持ち上げられる場合、排気弁３４はシ
リンダ２２に対して流体の流れを可能にする。
【００２１】図２に示されるように、弁作動アセンブリ
４４が吸気弁３２に関連する。弁作動アセンブリ４４
は、１対のバルブステム４６を通して各弁体４０に連結
されるブリッジ５４を含む。ばね５６が各バルブステム
４６の周りに、シリンダヘッド３０とブリッジ５４との
間に配置される。ばね５６は両弁体４０を付勢して、そ
れぞれの弁座５０と係合するように作用して、それによ
って各吸気ポート３６を閉じる。
【００２２】弁作動アセンブリ４４はまたロッカーアー
ム６４を含む。ロッカーアーム６４は、ピボット６６を
中心に旋回するように構成される。ロッカーアーム６４
の一端６８がブリッジ５４に連結される。ロッカーアー
ム６４の反対端がカムアセンブリ５２に連結される。図
２の例証的実施形態において、カムアセンブリ５２は、
カムローブを有する、かつカムシャフト、プッシュロッ
ド６１、およびカム従動子６２に取り付けられたカム６
０を含む。当業者は、カムアセンブリ５２は、例えば、
カム６０はロッカーアーム６４に直接作用するような、
他の構造を有することを認識するであろう。
【００２３】弁作動アセンブリ４４はカム６０によって
駆動される。クランクシャフト２７の回転がカム６０の
対応する回転を引き起こすように、カム６０はクランク
シャフト２７に連結される。カム６０は、当業者には容
易に明らかである任意の手段によって、例えば減速ギヤ
アセンブリ（図示せず）によって、クランクシャフト２
７に連結される。当業者は周知の通り、カム６０の回転
が、カム従動子６２および関連するプッシュロッド６１
を上下の位置間を周期的に往復運動させる。
【００２４】プッシュロッド６１の往復運動が、ロッカ
ーアーム６４をピボット６６を中心に旋回させる。プッ
シュロッド６１が矢印５８で示される方向に動く場合、
ロッカーアーム６４は旋回し、ブリッジ５４を反対方向
に動かす。ブリッジ５４の運動が、各吸気弁３２に吸気
ポート３６を持ち上げ、開く。カム６０が回転し続ける
とき、ばね５６はブリッジ５４に作用して、各吸気弁３
２を閉位置へ戻すであろう。
【００２５】このように、カム６０の形状および配向
が、吸気弁３２の作動タイミングを制御する。当業者は
周知の通り、カム６０は、吸気弁３２の作動をピストン
２４の運動に整合させるように構成される。例えば、ピ
ストン２４が、空気を吸気通路４１からシリンダ２２内
へ流すために、シリンダ２２内を引っ込みつつある場
合、吸気弁３２は吸気ポート３６を開くように作動され
る。
【００２６】類似の弁作動アセンブリが排気弁３４に連
結される。第２カム（図示せず）がクランクシャフト２
７に連結されて、排気弁３４の作動タイミングを制御す
る。排気弁３４は作動されて、ピストン２４がシリンダ
２２内を進みつつある場合、排気ポート３８を開き、排
気をシリンダ２２から排気通路４３内へ流す。
【００２７】図２に示されるように、弁作動アセンブリ
４４はまた流体アクチュエータ７０を含む。流体アクチ
ュエータ７０は、アクチュエータ室７６を画成するアク
チュエータシリンダ７２を含む。アクチュエータピスト
ン７４がアクチュエータシリンダ７２内に滑動可能に配
置され、アクチュエータロッド７８に連結される。リタ
ーンスプリング（図示せず）がアクチュエータピストン
７４に作用して、アクチュエータピストン７４を定位置
に戻す。アクチュエータロッド７８は、ロッカーアーム
６４の端部６８と係合可能である。
【００２８】流体ライン８０がアクチュエータ室７６に
連結される。加圧流体が流体ライン８０を通してアクチ
ュエータ室７６内に向けられて、アクチュエータシリン
ダ７２内でアクチュエータピストン７４を動かす。アク
チュエータピストン７４の運動がアクチュエータロッド
７８をロッカーアーム６４の端部６８と係合させる。吸
気弁３２が開位置にある場合、流体はアクチュエータ室
７６に導入されて、アクチュエータロッド７８を動か
し、ロッカーアーム６４と係合させて、それによって吸
気弁３２を開位置に保持する。代替として、吸気弁３２
が閉位置にある場合、流体はアクチュエータ室７６に導
入されて、アクチュエータロッド７８を動かし、ロッカ
ーアーム６４と係合させ、かつロッカーアーム６４をピ
ボット６６を中心に旋回させて、それによって吸気弁３
２を開く。
【００２９】図１および３に示されるように、タンク８
７に連結される流体源８４が、加圧流体を流体アクチュ
エータ７０に供給する。タンク８７は、例えば、作動
液、燃料、または変速機流体のような、当業者には容易
に明らかである、任意の型の流体を格納する。流体源８
４は、内燃機関に一般的に付随するような、潤滑システ
ムの一部である。そのような潤滑システムは、例えば７
００ＫＰａ（１００ｐｓｉ）未満、またはさらに具体的
にいえば、約２１０ＫＰａ〜６２０ＫＰａ（３０ｐｓｉ
〜９０ｐｓｉ）範囲の圧力を有する加圧油を供給する。
代替として、流体源はポンプを構成して、例えば約１０
ＭＰａ〜３５ＭＰａ（１４５０ｐｓｉ〜５０００ｐｓ
ｉ）範囲など、より高圧でオイルを供給する。
【００３０】流体供給システム７９が流体源８４を流体
アクチュエータ７０に連結する。図３ａの例証的実施形
態において、流体源８４は流体ライン８５を通して流体
レール８６に連結される。制御弁８２が流体ライン８５
内に配置される。制御弁８２は開かれて、加圧流体を流
体源８４から流体レール８６へ流す。制御弁８２は閉じ
られて、加圧流体が流体源８４から流体レール８６へ流
れるのを阻止する。
【００３１】図３ａに示されるように、流体レール８６
は加圧流体を流体源８４から一連の流体アクチュエータ
７０へ供給する。各流体アクチュエータ７０は、特定の
エンジンシリンダ２２（図１参照）の吸気弁３２または
排気弁３４のどちらかに関連する。流体ライン８０が、
加圧流体を流体レール８６から各流体アクチュエータ７
０のアクチュエータ室７６内に向ける。
【００３２】方向制御弁８８が各流体ライン８０内に配
置される。各方向制御弁８８は開かれて、加圧流体を流
体レール８６とアクチュエータ室７６との間に流す。各
方向制御弁８８は閉じられて、加圧流体が流体レール８
６とアクチュエータ室７６との間を流れるのを阻止す
る。方向制御弁８８は閉位置に常時付勢され、流体を方
向制御弁８８を通して流すように作動される。代替とし
て、方向制御弁８８は開位置に常時付勢され、流体が方
向制御弁８８を通して流れるのを阻止するように作動さ
れる。当業者は、方向制御弁８８は、例えば２コ巻線ラ
ッチングバルブのような、任意の型の制御可能な弁であ
ることを認識するであろう。
【００３３】当業者は、流体供給システム７９が種々多
様な構造を有することを認識するであろう。例えば、図
３ｂに示されるように、制限オリフィス８３が、流体源
８４と流体レール８６の第１端との間の流体ライン８５
内に配置される。制御弁８２は流体レール８６の反対端
に連結され、タンク８７に通じる。制御弁８２は開かれ
て、流体を制限オリフィス８３および流体レール８６を
通してタンク８７へ流す。制御弁８２は閉じられて、流
体レール８６内の流体圧を高める。
【００３４】さらに、図４ａに示されるように、流体供
給システム７９は、制御弁８２と流体アクチュエータ７
０との間に、方向制御弁８８と並行に配置されたチェッ
クバルブ９４を含んでいてもよい。チェックバルブ９４
は、流体を制御弁８２から流体アクチュエータ７０への
方向に流すように構成される。
【００３５】また図４ａに示されるように、流体供給シ
ステム７９は抽気弁９６を含んでいてもよい。抽気弁９
６は、空気を液圧システムから逃がすことができるよう
な、当業者には容易に明らかである、任意のシステムで
ある。例えば、抽気弁９６は、空気を弁を通して流す
が、流体圧に暴露される場合には閉じる、ばねで付勢さ
れるボール弁である。
【００３６】さらに、スナッビング弁９８が、アクチュ
エータ室７６に通じる流体ライン８１内に配置される。
スナッビング弁９８は、流体ライン８１を通る流体の流
量を制限するように構成される。例えば、スナッビング
弁９８は、流体がアクチュエータ室７６を出る速度を減
少し、それによって吸気弁３２が閉じる速度を遅くする
ように構成される。
【００３７】流体供給システム７９はまたアキュムレー
タ９５を含んでいてもよい。制限オリフィス９３がアキ
ュムレータ９５の入口に配置される。さらに詳細に下記
に説明されるように、アキュムレータ９５と制限オリフ
ィス９３の組合せが、アクチュエータピストン７４を振
動させることがある、アクチュエータ室７６および流体
ライン８０における振動を弱めるように作用する。
【００３８】流体供給システム７９の別の例証的実施形
態が図４ｂに示される。示されるように、流体供給シス
テム７９は高圧流体源９２を含む。方向制御弁８８は、
流体源８４または高圧流体源９２のどちらかを流体ライ
ン８１に選択的に連結するように構成される。このよう
に、低または高圧流体のどちらかが流体アクチュエータ
７０へ向けられて、現在の動作条件の要求を満たす。方
向制御弁８８は通常付勢されて、流体源８４が流体ライ
ン８１に連結される位置にある。
【００３９】図１に示されるように、制御装置１００が
各弁作動アセンブリ４４および制御弁８２に連結され
る。制御装置１００は、マイクロプロセッサおよび記憶
装置を有する電子制御モジュールを含んでいてもよい。
当業者は周知の通り、記憶装置はマイクロプロセッサに
連結され、命令セットおよび変数を格納する。例えば、
電源回路、信号調整回路、およびソレノイドドライバ回
路などのような、他の種々な既知回路が、マイクロプロ
セッサおよび電子制御モジュールの一部に関連する。
【００４０】制御装置１００は、エンジン２０の動作の
１つ以上の態様を制御するようにプログラムされる。例
えば、制御装置１００は、弁作動アセンブリ、燃料噴射
システム、および当業者には容易に明らかである、任意
の他の機能を制御するようにプログラムされる。制御装
置１００は、エンジンの現在の動作条件、および／また
は操作者から受け取る命令に基づいてエンジン２０を制
御する。
【００４１】制御装置１００は、エンジン２０と連結さ
れた、１つ以上のセンサーから情報を受け取るようにプ
ログラムされる。センサーの各々は、エンジン２０の１
つ以上の動作パラメータを感知するように構成される。
例えば、図３ａを参照すると、センサー９０が流体供給
システム７９に連結されて、流体供給システム７９内の
流体温度を感知する。当業者は、多くの他の型のセンサ
ーが、センサー９０とともに、または独立して使用され
ることを認識するであろう。例えば、エンジン２０は、
次の事項の１つ以上を感知するように構成されたセンサ
ーを備える。エンジン冷却液の温度、エンジンの温度、
大気温度、エンジン速度、エンジン負荷、および吸気
圧。
【００４２】エンジン２０はクランクシャフト２７のク
ランク角を監視し、それによってそれらのそれぞれのシ
リンダ２２内のピストン２４の位置を決定するように構
成されたセンサーをさらに備える。クランクシャフト２
７のクランク角はまた、吸気弁３２および排気弁３４の
作動タイミングに関連する。弁作動タイミングとクラン
ク角の関係を示す例証的グラフ１０２が、図５に示され
る。グラフ１０２によって示されるように、排気弁作動
１０４がピストン２４の排気行程とほぼ一致するように
時間を合わせ、吸気弁作動１０６がピストン２４の吸気
行程とほぼ一致するように時間を合わせられる。
【００４３】（産業上の利用可能性）エンジンセンサー
によって与えられた情報に基づいて、制御装置１００は
各弁作動アセンブリを動作させて、エンジン２０の各シ
リンダ２２に対して遅閉じミラーサイクルを選択的に実
施する。正常な動作条件下で、遅閉じミラーサイクルの
実施が、エンジン２０の全体の効率を向上させるであろ
う。例えば、エンジン２０が低温の場合など、いくつか
の動作条件の下で、制御装置１００はエンジン２０を従
来のディーゼルサイクルで動作させる。
【００４４】次の説明が、エンジン２０の単一シリンダ
２２における遅閉じミラーサイクルの実施を述べる。当
業者は、本発明のシステムがエンジン２０の全シリンダ
における遅閉じミラーサイクルを同一または類似の方法
で選択的に実施するために使用されることを認識するで
あろう。さらに、本発明のシステムは、例えば、排気ミ
ラーサイクルのような、従来のディーゼルサイクルにお
ける他の弁作動変形態を実施するために使用される。
【００４５】エンジン２０が正常な動作条件で動作して
いる場合、制御装置１００は、流体アクチュエータ７０
を選択的に作動させることによって遅閉じミラーサイク
ルを実施して、ピストン２４の圧縮行程の第１部分の
間、吸気弁３２を開けておく。これは、ピストン２４が
吸気行程を開始する場合、制御弁８２および方向制御弁
８８を開位置へ動かすことによって達成される。これ
は、加圧流体を流体源８４から流体レール８６を通って
アクチュエータ室７６内へ流す。アクチュエータ室７６
に入る流体の力が、ロッカーアーム６４が旋回し、アク
チュエータロッド７８がロッカーアーム６４の端６８に
追従するように、アクチュエータピストン７４を動かし
て、吸気弁３２を開く。アクチュエータロッド７８の運
動の距離および速度が、アクチュエータ室７６の構造お
よび流体供給システム７９によって決まる。アクチュエ
ータ室７６が流体で満たされ、ロッカーアーム６４が吸
気弁３２を開位置から閉位置へ戻す場合、アクチュエー
タロッド７８はロッカーアーム６４の端部６８と係合す
る。
【００４６】流体供給システム７９は、ある流速の流体
を流体アクチュエータ７０に供給して、カム６０が吸気
弁３２を閉位置へ戻す前に、アクチュエータ室７６を満
たすように構成される。図４ａに示される流体供給シス
テム７９の実施形態において、加圧流体は方向制御弁８
８およびチェックバルブ９４の両方を通ってアクチュエ
ータ室７６内へ流れる。代替として、方向制御弁８８は
閉位置に留まり、流体はチェックバルブ９４を通ってア
クチュエータシリンダ７６内へ流れる。
【００４７】アクチュエータ室７６が流体で充填される
場合、制御装置１００は方向制御弁８８を閉じる。これ
は流体がアクチュエータ室７６から流出するのを阻止す
る。カム６０が回転を続け、ばね５６が吸気弁３２を閉
位置に向けて付勢するとき、アクチュエータロッド７８
はロッカーアームの端部６８と係合し、吸気弁３２が閉
じるのを阻止する。方向制御弁８８が閉位置にとどまる
かぎり、アクチュエータ室７６内に閉じ込められた流体
は、ばね５６が吸気弁３２を閉位置に戻すのを阻止す
る。従って、流体アクチュエータ７０は吸気弁３２を開
位置に、カムアセンブリ５２の動作とは独立して保持す
るであろう。
【００４８】アクチュエータロッド７８がロッカーアー
ム６４と係合して、吸気弁３２が閉じるのを阻止する場
合、ロッカーアーム６４を介して作用するばね５６の力
が、流体システム７９内の流体圧を増大させる。増大し
た圧力に応じて、流体は制限オリフィス９３を通ってア
キュムレータ９５内へ流れる。制限オリフィス９３は、
アキュムレータ９５内へ流れる流量を制限する。このよ
うに、制限オリフィス９３とアキュムレータ９５の組合
せが、アクチュエータロッド７８とロッカーアーム６４
との係合によって起る、任意の振動を弱める作用をす
る。
【００４９】制御装置１００は、方向制御弁８８を開く
ことによって吸気弁３２を閉じる。これは加圧流体をア
クチュエータ室７６の外へ流す。ばね５６の力が流体を
アクチュエータ室７６から押しやり、それによってアク
チュエータピストン７４をアクチュエータシリンダ７２
内で動かす。これは、吸気弁３２が閉位置へ動かされる
ように、ロッカーアーム６４を旋回させる。スナッビン
グ弁９８が、アクチュエータ室７６を出る流量を制限し
て、吸気弁３２が閉じられる速度を減少する。これは、
吸気ポート３６を閉じる場合、弁体４０が損傷されるの
を阻止する。
【００５０】例証的遅閉じ１０８が図５に示される。示
されるように、吸気弁作動１０６が、ピストン２４の圧
縮行程の一部にまで延長される。これはシリンダ２２内
の空気の一部を流出させる。シリンダ２２から流出した
空気量が、方向制御弁８８が開かれるクランク角を調整
することによって制御される。方向制御弁８８は早い段
階のクランク角で閉じられて、流出する空気量を減らす
か、または遅い段階のクランク角で閉じられて、流出す
る空気量を増やす。
【００５１】前述した通り、いくつかの動作条件は、エ
ンジン２０を、上述の遅閉じミラーサイクルの代わり
に、従来のディーゼルサイクルで動作されることを必要
とする。これらの動作条件の種類は、例えば、エンジン
２０が最初に始動しているか、あるいは低温状態で動作
している場合に、課せられる。記載される弁作動システ
ム４４は、遅閉じミラーサイクルの選択的離脱を可能に
する。
【００５２】図３ａの例証的実施形態において、制御装
置１００は、制御弁８２を閉じることによって遅閉じミ
ラーサイクルを離脱する。制御装置１００が、エンジン
２０は始動しているか、または低温状態で動作している
かを示す感知入力を受け取る場合、制御弁８２は閉じら
れる。制御弁８２を閉じることが、流体を流体源８４か
らアクチュエータ室７６内へ流れるのを阻止する。流体
をアクチュエータ室７６へ導入することなく、流体アク
チュエータ７０は、吸気弁３２がばね５６の力に応じて
閉位置へ戻るのを阻止しない。
【００５３】このように、制御弁８２が閉じられる場
合、吸気弁３２は、カム６０によって調節されて従来の
ディーゼルサイクルに従う。図５に示されるように、吸
気弁作動１０６は従来の閉じ１１０を従う。従来の閉じ
１１０において、吸気弁３２の閉はピストン２４の吸気
行程の終端にほぼ一致する。吸気弁３２が吸気行程の終
端で閉じる場合、空気は圧縮行程中シリンダ２２から押
し出されることはない。これによってピストン２４は燃
料と空気の混合物をより高い圧力に圧縮し、これはディ
ーゼル燃料の燃焼を促進する。これは、エンジン２０が
低温状態で動作している場合に特に有利である。
【００５４】図３ｂの例証的実施形態において、制御装
置１００は、制御弁８２を開くことによってミラーサイ
クルを離脱する。制御装置１００は、エンジン２０が始
動しているか、または低温状態で動作していることを示
す感知入力を受け取る場合、制御弁８２は開かれる。制
御弁８２を開くことが、流体を制限オリフィス８３およ
び流体レール８６を通ってタンク８７へ流す。従って制
御弁８２を開くことは、流体レール８６内の流体圧を低
下させる。流体レール８６内の流体の低下した圧力が、
アクチュエータピストン７４を動かすために充分な大き
さの力を発生しない。従って、流体アクチュエータ７０
は吸気弁３２と係合せず、吸気弁を閉じるのを阻止す
る。従って、エンジン２０は、カム６０によって調節さ
れる従来のディーゼルサイクルで動作する。
【００５５】制御弁８２を開くことはまた、エンジン２
０が始動しているか、または低温状態で動作している場
合、弁アクチュエータ７０の応答性を増大させる。流体
レール８６内の流体が低温の場合、流体の粘度が増大す
る。流体の増大した粘度が、流体がアクチュエータ室７
６に流出入する速度を減少し、それによって弁アクチュ
エータ７０の動作に影響する。制御弁８２を開くことに
よって、低温流体が流体源８４からの暖温流体によって
置き換えられる。これは流体レール８６内の流体粘度を
減少させ、制御弁８２がエンジン２０をミラーサイクル
で動作させるために閉じられる場合、弁アクチュエータ
７０の応答性を増大させる。
【００５６】制限オリフィス８３は、制限オリフィス８
３の上流、すなわち流体源８４と制限オリフィス８３と
の間の流体圧が、制御弁８２が開かれる場合、低下しな
いことを確かにする。制限オリフィス８３は、制御弁８
２の開きによって生成されるよりも小さな開きを生じ
る。換言すれば、制御弁８２の開きは流体を流体レール
８６の外へ、制限オリフィス８３が流体を流体レール８
６内に流す速度よりも速く流す。これは、制限オリフィ
ス８３全体に、制限オリフィス８３の上流側の流体圧が
流体レール８６内の流体圧より大きい圧力降下を生じ
る。このように、制御弁８２を開くことで、制限オリフ
ィス８３の上流の流体圧に影響しない。
【００５７】上述の説明から明らかであるように、本発
明は、内燃機関の吸気および／または排気弁作動のタイ
ミングを選択的に変更する、エンジンバルブ作動システ
ムを提供する。エンジンバルブの作動は、エンジンの感
知された動作条件に基づく。例えば、エンジンが正常な
動作条件で動作している場合、エンジンバルブ作動シス
テムは遅閉じミラーサイクルを実施する。エンジンが低
温の場合など、エンジンが不都合な動作条件下で動作し
ている場合、遅閉じミラーサイクルは離脱される。この
ように、本発明は、コールドスタート能力の強化および
燃料効率の増大の両方をもたらす、可撓性のエンジンバ
ルブ作動システムを提供する。
【００５８】本発明の範囲または精神を逸脱することな
く、本発明のエンジンバルブ作動システムに対して、種
々の変更態様および変形態が可能であることが、当業者
には明らかであろう。本発明の他の実施形態が、ここに
開示された本発明の明細書および実施の考察によって、
当業者には明らかであろう。本明細書および実施例は例
証目的としてのみ考察されるものであり、本発明の真の
範囲および精神は、特許請求の範囲および等価物によっ
て表わされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の例証的実施形態の断面線図である。
【図２】本発明の例証的実施形態によるシリンダおよび
弁作動アセンブリの断面線図である。
【図３】本発明の例証的実施形態による、エンジンバル
ブに対する流体アクチュエータ用の流体供給システムの
略線図である。
【図４】本発明の例証的実施形態による、エンジンバル
ブのための流体アクチュエータ用の流体供給システムの
別の実施形態の略線図である。
【図５】本発明の別の例証的実施形態による、流体アク
チュエータ用の流体供給システムの略線図である。
【図６】本発明の別の例証的実施形態による、流体アク
チュエータ用の流体供給システムの略線図である。
【図７】本発明によって動作するエンジンに関する、エ
ンジンクランク角の関数としての例証的弁作動のグラフ
図である。
【符号の説明】
２０ エンジン ２２ シリンダ ２４ ピストン ２６ コネクティングロッド ２７ クランクシャフト ２８ エンジンブロック ３０ シリンダヘッド ３２ 吸気弁 ３４ 排気弁 ３６ 吸気ポート ３８ 排気ポート ４０ 弁体 ４１ 吸気通路 ４３ 排気通路 ４４ 弁作動アセンブリ ４６ バルブステム ４８ 弁体 ５０ 弁座 ５２ カムアセンブリ ５４ ブリッジ ５６ ばね ５８ 矢印（方向） ６０ カム ６１ プッシュロッド ６２ カム従動子 ６４ ロッカーアーム ６６ ピボット ６８ ロッカーアームの端部 ７０ 流体アクチュエータ（弁アクチュエーター） ７２ アクチュエータシリンダ ７４ アクチュエータピストン ７６ アクチュエータ室 ７８ アクチュエータロッド ７９ 流体供給システム ８０ 流体ライン ８２ 制御弁 ８４ 流体源 ８５ 流体ライン ８６ 流体レール ８７ タンク ８８ 方向制御弁 ９０ センサー ９２ 高圧流体源 ９３ 制限オリフィス ９４ チェックバルブ ９５ アキュムレータ ９６ 抽気弁 ９８ スナッビング弁 １００ 制御装置 １０２ グラフ １０４ 排気弁作動 １０６ 吸気弁作動 １０８ 遅閉じ １１０ 従来の閉じ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１２ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１２ ３１２Ｑ ３６０ ３６０Ａ ３６０Ｂ ３６４ ３６４Ｄ (72)発明者 ショーン オー．コーネル アメリカ合衆国 61744 イリノイ州 グ リッドレイ ノース 2280 イースト ロ ード 30411 (72)発明者 スコット エー．ルマン アメリカ合衆国 61530 イリノイ州 ユ ーリカ ステート ルート 117 730 Ｆターム(参考） 3G016 AA05 AA19 BA18 BB11 BB19 CA27 DA06 DA08 DA22 GA06 3G018 AB06 AB19 BA11 DA08 DA57 DA83 EA00 EA02 EA11 EA17 EA21 EA22 GA08 GA11 3G084 AA01 BA22 BA23 CA01 DA01 DA05 DA09 FA00 FA11 FA18 FA20 FA33 3G092 AA11 AA12 DA01 DA03 DD03 FA01 GA01 HA04Z HA05Z HA13X HE08Z 3G301 HA01 HA02 HA19 JA01 KA01 LA07 NC02 PA07Z PA10Z PA17Z PE01Z PE08Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体の流れを阻止する第１位置と流体の
    流れを可能にする第２位置との間で可動な吸気弁（３
    ２）と、 吸気弁（３２）を第１位置と第２位置との間で移動させ
    るように連結されるカムアセンブリ（５２）と、 吸気弁（３２）が第１位置へ移動するのを選択的に阻止
    するように構成される流体アクチュエータ（７０）と、 流体アクチュエータ（７０）と流体連通する流体源（８
    ４）と、 流体の流量を流体源（８４）と流体アクチュエータ（７
    ０）との間で制御するように構成される方向制御弁（８
    ８）と、 流体源（８４）と方向制御弁（８８）との間に配置さ
    れ、流体源（８４）と方向制御弁（８８）との間の流体
    の流れを阻止する第１位置と流体源（８４）から方向制
    御弁（８８）への流体の流れを可能にする第２位置との
    間で可動な制御弁（８２）と、を備えるエンジンバルブ
    作動システム。
  2. 【請求項２】 流体アクチュエータ（７０）が、吸気弁
    （３２）およびチェックバルブ（９４）と関連するピス
    トン（７４）を含み、チェックバルブ（９４）および方
    向制御弁（８８）が、ピストン（７４）と制御弁（８
    ２）との間に並行に配置される、請求項１に記載のエン
    ジンバルブ作動システム。
  3. 【請求項３】 抽気弁（９６）、流体アクチュエータ
    （７０）からの流体の流速を制御するように構成される
    油圧スナッビング弁（９８）、アキュムレータ（９
    ５）、および流体アクチュエータ（７０）とアキュムレ
    ータ（９５）との間に配置される制限オリフィス（９
    ３）をさらに含む、請求項１に記載のエンジンバルブ作
    動システム。
  4. 【請求項４】 吸気行程および圧縮行程中可動なピスト
    ン（２４）を有するエンジン（２０）を制御する方法で
    あって、 カム（６０）を回転させて、吸気弁（３２）を流体の流
    れを阻止する第１位置と流体の流れを可能にする第２位
    置との間でピストン（２４）の吸気行程中に移動させる
    工程と、 吸気弁（３２）が第１位置から除去される場合、流体を
    制御弁（８２）を通して吸気弁（３２）に関連する流体
    アクチュエータ（７０）へ向ける工程と、 方向制御弁（８８）を作動させて、流体が流体アクチュ
    エータ（７０）から流れるのを選択的に阻止し、それに
    よって吸気弁（３２）が、ピストン（２４）の圧縮行程
    の少なくとも一部の間第１位置へ移動するのを阻止する
    工程と、 エンジン（２０）の少なくとも１つの動作パラメータを
    感知する工程と、 制御弁（８２）を閉位置へ移動させて、エンジン（２
    ０）の感知した動作パラメータに基づいて、流体が方向
    制御弁（８８）および流体アクチュエータ（７０）へ流
    れるのを阻止する工程と、を含む方法。
  5. 【請求項５】 少なくとも１つの動作パラメータが、冷
    却液温度、オイル温度、エンジン温度、周囲空気温度、
    エンジン速度、エンジン負荷、および吸気圧のうちの少
    なくとも１つである、請求項４に記載の方法。
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