JP2002514706A - 内燃機関に適合された空気−燃料モジュール - Google Patents
内燃機関に適合された空気−燃料モジュールInfo
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Abstract
Description
年7月24日出願)の一部継続出願であり、1997年7月24日の出願は19
97年2月27日出願の出願第08/807,668号の一部継続出願であり、
1997年2月27日の出願は、現米国特許第5,638,781号である19
95年5月17日出願の出願第08/442,665号の継続出願でありかつま
た1997年4月15日出願の出願第08/838,093号の一部継続出願で
もある。
上の往復動ピストンを備えている。燃焼室の中に高圧に加圧された燃料を噴射す
る燃料噴射弁が各ピストンに付属している。燃料は1個以上の吸気弁を通して燃
焼室に導入される空気と混合される。燃焼後に、排気ガスは1個以上の排気弁を
通して燃焼室から流出する。燃料の噴射および吸気弁と排気弁の動作は一般に機
械的カム機構によって制御される。弁のカムは相対的に摩耗し易い。さらに、カ
ムは、エンジンスピードと独立に燃料噴射タイミングまたは吸気弁/排気弁の開
閉タイミングを変えることができない。
国特許第5,255,641号およびCannonに対して発行されCater
pillar社に譲渡された米国特許第5,339,777号は、カムが弁を開
閉する必要のない油圧駆動の吸気弁/排気弁を開示している。吸気弁/排気弁の
動作はソレノイドで作動する1個以上の流体弁で制御される。流体弁が一方の位
置に切り替えられていると、油圧流体は吸気弁/排気弁の密閉された軸の中に流
入する。この油圧流体の力が弁の軸に働いて弁を開ける。流体弁が他方の位置に
切り替わると、吸気弁/排気弁は元の閉位置に戻る。流体弁の切り替えは電子コ
ントローラによって行なわれる。このコントローラは吸気弁/排気弁のタイミン
グを変えてエンジンの性能を最適化することができる。
入れ口、油圧経路圧力、大気温度などのいくつかの入力パラメータの変化に対応
してバルブタイミングを変えることができるよう構成されている。マイクロプロ
セッサは流体弁に与えられる駆動信号の開始時期や期間を変えて望ましい結果を
得ることができる。しかし、製造公差に変動があるため、同一の駆動パルス信号
に対する弁応答性が弁によって変わってくる可能性がある。たとえば、同一の駆
動パルス信号が与えられた場合、同一のエンジンにおいてある吸気弁は他の吸気
弁より短期間で開く可能性がある。
る。この補正値はエンジンの電子機器内に格納され、各弁の開いている期間が同
一になるように各弁に与える駆動パルスを短くしたりまたは長くするために使用
する。このSchechterの手法は製造公差の変動を補償するのには有効で
あるが、エンジンの耐用期間中に起こる変動は補償しない。たとえば、弁の1つ
がスティックし始めた場合には、弁を開位置に動かすのにより多くのエネルギー
が必要になる。
方ができる専用の制御弁によって作動される。吸気弁の開口面積は、吸気弁が毎
回開くたびに同一である。同じく、1個以上の排気弁は、毎回開くたびに弁開口
面積が同一になるように、専用の制御弁によって制御できる。開口面積を変えこ
れに対応して燃焼室に出入りする空気と排気ガスの流れを変えることが望ましい
場合がある。このような構成にするともう1つ別の変数が得られ、マイクロコン
トローラがこの変数を使用してエンジンの燃料消費、出力、排出ガスなどを最適
化することができる。
いる。ターボチャージャは一般に燃焼室からの排気ガスの流れによって駆動され
る。燃焼室の圧力は非常に高く、特にピストン上死点位置において高い。一般に
このような高い圧力で排気弁を開けることは大きな仕事量を必要とする。このた
め、一般にはピストンが下死点位置に近付くまで排気弁を開けない。下死点位置
では、排気ガスの圧力は比較的低い。低圧の排気ガスは、より高圧の排気ガスほ
どにはターボチャージャを効果的に駆動することが出来ない。エンジンのサイク
ル中にいつでも排気弁を開けられるようにする弁アセンブリを設けることか望ま
しい。 (発明の概要)
この弁アセンブリは第1の排気弁および第2の排気弁を制御する第1の制御弁お
よび第2の制御弁を備えることができる。
ュールである。この弁モジュールは第1の吸気弁、第2の吸気弁、第3の吸気弁
、第1の排気弁および第2の排気弁を有する。各弁は油圧駆動の第1のピンによ
って開位置まで駆動することができる。排気弁はさらに油圧駆動の第2のピンを
有する。ピンを追加して油圧力を増加させ、それにより燃焼室内の圧力が高い時
でも排気弁を開くようにすることができる。排気弁の第1のピンはマイクロプロ
セッサ制御の第1の制御弁によって制御することができる。第2のピンはマイク
ロプロセッサ制御の第2の制御弁によって制御することができる。別個の制御弁
および第2のピンの追加の油圧力によって、マイクロプロセッサがエンジン燃焼
サイクル中のどの時点でも排気弁を開けることができる。
御することができる。第3の吸気弁はマイクロプロセッサ制御の第2の制御弁に
よって制御することができる。これらの制御弁は吸気弁を種々の組合せで開放す
るよう作動することができ、その結果マイクロプロセッサが吸気弁のオリフィス
開口面積を変え燃焼室に流入する空気流量を変えることができるようになる。
ール10の一実施形態を示す。モジュール10は第1の吸気弁12、第2の吸気
弁14および第3の吸気弁16を備えている。モジュール10はまた第1の排気
弁18および第2の排気弁20を備えている。弁12、14、16、18および
20は燃料噴射弁24を取り囲むような配置でモジュール・ハウジング22から
突出するよう形成されている。
単一の内燃機関燃焼室26に組み付けることができる。一般に、エンジンは1個
以上の燃焼室26を備えており、各燃焼室26に付属してモジュール10を設け
ることができる。吸気弁12はシリンダ・ヘッド28の吸入開口部30の内部に
配置される。排気弁20は排気開口部31の内部に配置される。図示していない
が、弁14、16および18もまた同様にしてシリンダ・ヘッド28の図示しな
い他の開口部内に配置することができる。
1個または複数個の吸気弁12、14および/または16が開位置にある時、燃
焼室26内に流入できる。同様に、排気弁18および20もそれぞれ開位置と閉
位置の間で作動する。排気ガスは、1個または複数個の排気弁18および20が
開位置にある時、燃焼室26から流出できる。
動かす油圧駆動の複数の第1のピン32を示す。排気弁18および20はまた、
それぞれ排気弁18および20を開位置に動かすのを助力する油圧駆動の1対の
第2のピン34も備えている。第2のピン34は、比較的高い排気ガス圧力が燃
焼室26内に存在している時でも排気弁18および20を開けられるよう油圧力
を付加するものである。一例として、第1の各ピン32はそれぞれ直径約0.4
インチ(10.2mm)に、第2の各ピン34はそれぞれ直径約0.2インチ(
5.1mm)にできる。
に動かす複数の第3のピン36を備えている。
燃料を燃焼室26内に噴出することができる。ピン32、34、36および増圧
器38はモジュール・ハウジング22の各種流体配管および流体室(図示せず)
と結合されるよう配置される。制御流体は流体配管や流体室内を流れ、ピン32
、34、36および増圧器38に油圧力をかけることができる。制御流体はエン
ジンの燃料またはエンジン潤滑油のような作動油から分岐したものでもよい。
、14、16、18および20を開閉するピン32、34、36を駆動する。こ
のシステムは油圧系統が第1のピン32に結合した第1の吸入制御弁40を備え
、第1の吸気弁12および第2の吸気弁14の開放を制御する。第3の吸気弁1
6は第2の吸入制御弁42で制御することができる。第1の制御弁40および第
2の制御弁は二方弁を使用することができる。第1の制御弁40および第2の制
御弁42は第3の吸入制御弁44に接続することもできる。
8に接続された通常開の三方弁が使用している。レール・ライン46は一般にポ
ンプ出口(図示せず)に接続できる。ドレン・ライン48は制御流体の低圧槽に
接続できる。
できる。一方の位置において、第3の制御弁44は制御弁40および42をレー
ル・ライン46に接続し、制御弁40および42をドレン・ライン48から切り
離す。他方の位置においては、第3の制御弁44は制御弁40および42をドレ
ン・ライン48に接続し、制御弁40および42をレール・ライン46から切り
離す。
よび16の第1のピン32が第3の制御弁44の出口と流れが繋がるように配置
され、これによって第3の弁44の位置の選択状況に応じて流体がレール・ライ
ン46から流入したり、ドレン・ライン48へ流出することが可能になる。他の
弁位置では、制御弁40および42は第1のピン32に対する流体の出入りを防
止する。
ン36の有効面積は第1のピン32の有効面積より小さくされており、この結果
、ピン32がレール・ライン46と油圧系統で結合されると、弁12、14およ
び16を開位置に動かすことができる。レール・ライン46内の流体圧力は第3
のピン36に油圧力をかけ、第1のピン32がドレン・ライン48と油圧系統で
結合されると、弁12、14および16をそれらの閉位置まで動かすことができ
る。
ができる。コントローラ50は選択的に弁40、42および44の位置を切り替
える電気信号を出力する。図示していないが、弁40、42および44はそれぞ
れ一対の電気コイル間に配置されたスプールを含むことができる。これら一対の
コイルの1つに電流を流すとスプールが一方の位置に動く。他のコイルに電流を
流すとスプールは他の位置に動く。このスプールおよび弁ハウジング22は、少
なくともこれらコイルの一方に電流を流さなくても残留磁気が十分にありスプー
ルの位置を保持できるような材料で作成してもよい。例えば、この材料として4
140スチールを用いることができる。制御弁40、42および44はStur
manに発行された米国特許第5,640,987号に開示された弁と同じもの
でよく、ここにこの参考文献が含まれる。
ン46と結合状態にできる。制御流体が第1のピン32に流れるよう制御弁40
および42の両方を切り替え、第1、第2および第3の吸気弁12、14および
16を開放状態にしたり、第1および第2の吸気弁12および14だけが開くよ
うに制御弁40および42を切り替えることができる。他のこれに代る状態とし
て第3の吸気弁16だけが開くように制御弁40および42を切り替えることが
できる。
積を変え、燃焼室26に流入する空気流量を変えることができる。エンジン速度
、温度、大気圧などのさまざまな入力値を使用するアルゴリズムに従って、コン
トローラ50で空気の流量を変えて、エンジンの作動を最適化できる。燃焼室2
6内に与えた有効開口面積をさらに変えるために、弁12、14および16の弁
座径は同一でもまたは異なっていてもよい。
に切り替えられて吸気弁12、14および16の位置をロックするように作動す
ることもできる。これによって弁12、14および16を全開位置と全閉位置の
間の中間開度位置にロックすることができる。弁12、14および16は、制御
弁40、42および44を切り替えることで第1のピン32の油圧系統をドレン
・ライン48に結合して元の閉位置に戻すことができる。制御弁40、42およ
び44によってプロセッサ50が吸入開口部に対し弁12、14および16の位
置を調節し、燃焼室26に流入する空気流量をさらに変更したりまたは調節した
りすることもできる。
弁24に接続された噴射制御弁52を備えている。一方の位置では、制御弁52
が燃料噴射弁24の油圧系統をレール・ライン46に結合し、その結果、燃料が
燃焼室26内に噴出される。その後、制御弁52は燃料噴射弁24の油圧系統を
ドレン・ライン48に結合するように切り替えることができ、これによって燃料
が噴射弁24内に止められる。
排気制御弁54および第2のピン34の作動を制御する第2の排気制御弁56を
備えてもいる。第1および第2の制御弁54、56は第3の排気制御弁58に接
続する。第3の制御弁58はレール・ライン46とドレンライン48のどちらか
一方に選択的に接続することができる。第1および第2の制御弁54および56
はそれぞれ二方弁を使用することができる。第3の制御弁58は三方弁が使用で
きる。制御弁54、56および58は上記の´987特許に開示された弁と同じ
ものを使用できる。
第1のピン32より有効面積が小さく、その結果、ピン32がレール・ライン4
6と油圧系統で結合されると、弁18および20を開位置に動かすことができる
。制御弁54、56および58は吸気弁12、14および16の操作と同様な方
法で排気弁18および20の開閉を操作できる。
。コントローラ50は制御弁54および58を作動することができ、その結果、
第1のピン32がレール・ライン46と油圧系統で結合し、ドレン・ライン48
から切り離される。したがって、排気弁18および20は第1のピン32によっ
て開位置に動かされる。制御弁54は排気弁18および20の位置をロックする
ように切り替えできる。排気弁18および20は、制御弁54および58を切り
替えて第1のピン32がドレン・ライン48と油圧系統で結合しレール・ライン
46から切り離されることによって閉位置に動く。
もレール・ライン46と油圧系統で結合して排気弁18および20を押し開ける
ように作動することもできる。このようにしてコントローラ50は制御弁54お
よび56を作動し、ピン34によって油圧力を付加して排気弁18および20を
開ける。これによってコントローラ50は、燃焼室26内に比較的高い排気ガス
圧力が存在している時でも排気弁18および20を開けることができる。また、
燃焼室26の排気開口部31から下流のターボチャージャに高い圧力の排気ガス
を供給することができる。
、排気弁は通常比較的低い排気圧力時に開く。本発明のシステムでは、燃焼室2
6が最大排気ガス圧力になる時期を含め、エンジンサイクル中いつでも排気弁を
開けることができる。燃焼室26から開いた排気弁(1個または複数個)を通し
て伝わってくる高い圧力の排気ガスが利用できるのでエンジンのターボチャージ
ャをより効果的に駆動することができる。
が当業者には思い浮かぶので、このような実施形態は単に説明するためのもので
あり広範な発明の範囲を限定するものではないこと、および本発明が図示し説明
したこれら特定の構成や配置に限定されるものではないことが理解されよう。
数の油圧駆動の第3のピン36を備えている。さらに、これらの弁12、14、
16、18および20の各々は、ピン32、34及び36に結合するヘッド37
を有している。
Claims (20)
- 【請求項1】 単一の内燃機関燃焼室に適合された弁アセンブリであって、 内燃機関燃焼室に結合されるように適合された第1の排気弁と、 内燃機関燃焼室に結合されるように適合された第2の排気弁と、 前記第1および第2の排気弁を制御するように作動可能な第1の制御弁と、 前記第1および第2の排気弁を制御するように作動可能な第2の制御弁とを備
える弁アセンブリ。 - 【請求項2】 前記第1および第2の排気弁がそれぞれ第1のピンおよび第
2のピンによって油圧駆動される請求項1に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項3】 前記第1および第2の排気弁がそれぞれ第3のピンによって
駆動可能である請求項2に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項4】 さらに、前記第1および第2の制御弁に接続された第3の制
御弁を備える請求項1に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項5】 前記第1および第2の制御弁が二方弁であり前記第3の制御
弁が三方弁である請求項4に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項6】 さらに、前記第1、第2および第3の制御弁を制御するよう
に作動可能な電子コントローラを備える請求項5に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項7】 前記第1、第2および第3の制御弁がそれぞれ、前記弁の残
留磁気によって2つの位置の一方の位置に選択的に保持されるスプールを含んで
いる請求項4に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項8】 単一の内燃機関燃焼室に適合された弁アセンブリであって、 内燃機関燃焼室に結合されるように適合された第1の吸気弁と、 前記第1の吸気弁を制御するように作動可能な第1の制御弁と、 内燃機関燃焼室に結合されるように適合された第2の吸気弁と、 前記第2の吸気弁を制御するように作動可能な第2の制御弁とを備える弁アセ
ンブリ。 - 【請求項9】 さらに、内燃機関燃焼室に結合されるように適合され、前記
第1の制御弁によって制御可能な第3の吸気弁を備える請求項8に記載の弁アセ
ンブリ。 - 【請求項10】 前記第1および第2の吸気弁がそれぞれ第1のピンによっ
て油圧駆動可能である請求項8に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項11】 さらに、前記第1および第2の制御弁に接続された第3の
制御弁を備える請求項8に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項12】 前記第1および第2の制御弁が二方弁であり前記第3の制
御弁が三方弁である請求項11に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項13】 さらに、前記第1、第2および第3の制御弁を制御するよ
うに作動可能な電子コントローラを備える請求項11に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項14】 前記第1および第2の吸気弁がそれぞれ第3のピンによっ
て駆動可能である請求項9に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項15】 前記第1、第2および第3の制御弁がそれぞれ、前記弁の
残留磁気によって2つの位置の一方の位置に選択的に保持されるスプールを含ん
でいる請求項11に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項16】 単一の内燃機関燃焼室に適合された弁モジュールであって
、 内燃機関燃焼室に結合されるように適合された第1の吸気弁と、 内燃機関燃焼室に結合されるように適合された第2の吸気弁と、 前記第1および第2の吸気弁を制御するように作動可能な第1の吸入制御弁と
、 内燃機関燃焼室に結合されるように適合された第3の吸気弁と、 前記第3の吸気弁を制御するように作動可能な第2の吸入制御弁と、 内燃機関燃焼室に結合されるように適合された第1の排気弁と、 内燃機関燃焼室に結合されるように適合された第2の排気弁と、 前記第1および第2の排気弁を制御するように作動可能な第1の排気制御弁と
、 前記第1および第2の排気弁を制御するように作動可能な第2の排気制御弁と
を備える弁モジュール。 - 【請求項17】 前記第1および第2の排気弁がそれぞれ第1のピンおよび
第2のピンによって油圧駆動可能である請求項16に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項18】 前記第1および第2の排気弁がそれぞれ第3のピンによっ
て駆動可能である請求項17に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項19】 さらに、前記第1および第2の吸入制御弁に接続された第
3の吸入制御弁、および前記第1および第2の排気制御弁に接続された第3の排
気制御弁を備える請求項18に記載の弁アセンブリ。 - 【請求項20】 前記第1、第2および第3の吸入および排気制御弁がそれ
ぞれ、前記弁の残留磁気によって2つの位置の一方の位置に選択的に保持される
スプールを含んでいる請求項17に記載の弁アセンブリ。
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US09/078,881 | 1998-05-14 | ||
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JP2000548595A Pending JP2002514706A (ja) | 1998-05-14 | 1999-05-13 | 内燃機関に適合された空気−燃料モジュール |
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