JP2005516144A - Engine valve actuation system and method using reduced pressure common rail and dedicated engine valve - Google Patents
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Abstract
共通の作動油源を使用して、エンジン・ブレーキング及び/又は排気ガス循環を実施する、エンジン・バルブを作動させるためのシステム及び方法が開示される。このシステムは、コモン・レール・システムから、燃料噴射を提供するのに使用されるような高圧作動油を受ける。この作動油圧力は、減圧されてから、エンジン・ブレーキング又はEGR用にエンジン・バルブを作動させるために使用される。エンジン・ブレーキング又はEGR機能専用のエンジン・バルブをエンジンに設けることが好ましい。代替実施形態では、この専用のエンジン・ブレーキング/EGRバルブは、電磁気アクチュエータによって駆動することができる。Disclosed are systems and methods for operating engine valves that implement engine braking and / or exhaust gas circulation using a common hydraulic fluid source. This system receives high pressure hydraulic fluid, such as that used to provide fuel injection, from a common rail system. This hydraulic oil pressure is reduced before being used to operate the engine valve for engine braking or EGR. An engine valve dedicated to engine braking or EGR function is preferably provided in the engine. In an alternative embodiment, this dedicated engine braking / EGR valve can be driven by an electromagnetic actuator.
Description
本発明は、圧縮解放ブレーキング事象、抽気エンジン・ブレーキング事象及び/又は排気ガス内部循環(EGR)事象を達成するために、内燃機関のエンジン・バルブを作動させる方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for operating an engine valve of an internal combustion engine to achieve a compression release braking event, a bleed engine braking event, and / or an exhaust gas internal circulation (EGR) event.
エンジン・ブレーキング中、少なくとも一時的に、パワー発生内燃機関をパワー吸収空気圧縮機に転換するために、排気バルブを選択的に開くことが行われる。ピストンが、その圧縮行程中に上方へ移動するとき、シリンダ内に閉じ込められたガスが圧縮される。圧縮されたガスは、ピストンの上昇動作に対抗する。エンジン・ブレーキングの動作中は、ピストンが上死点(TDC)に近づくと、排気マニホールドと連通している少なくとも1つのエンジン・バルブが圧縮ガスを解放するために開かれ、圧縮ガス中に蓄えられたエネルギが次の膨張下降行程にあるエンジンに戻ることを防止する。そうすることにより、エンジンは車両が減速するのに役立つ減速用の力を生み出す。 During engine braking, an exhaust valve is selectively opened to convert the power generating internal combustion engine to a power absorbing air compressor at least temporarily. As the piston moves upward during its compression stroke, the gas trapped in the cylinder is compressed. The compressed gas opposes the upward movement of the piston. During engine braking operation, when the piston approaches top dead center (TDC), at least one engine valve in communication with the exhaust manifold is opened to release the compressed gas and stored in the compressed gas. This prevents the energy being returned to the engine in the next expansion / down stroke. By doing so, the engine produces a decelerating force that helps the vehicle decelerate.
前述の文章で説明した圧縮解放式エンジン・ブレーキングの動作は、久しく以前から知られている。圧縮解放式ブレーキングに使用されるシステムの最も初期の記述の1つは、カミンズの米国特許第3,220,392号明細書によって提供されている。カミンズの392号特許に記載されたシステムは、圧縮解放事象のために1対の排気バルブを開くための動きを、既存の吸気、排気、すなわち噴射装置プッシュロッド又はロッカーアームから引き出している。圧縮解放動作は、プッシュロッド又はロッカーアームから選択的に伸張可能な油圧リンク機構によって、2つの排気バルブを接続するブリッジへ伝達される。この油圧リンク機構はエンジン・ブレーキング動作中は圧縮解放動作を伝達するために伸張し、駆動力動作中はこのような動作を吸収するために収縮する。駆動動作中の油圧リンケージのこの収縮により、圧縮解放動作が駆動力中は「ロスト」になり、したがって、そのようなシステムは通常「ロスト・モーション」バルブ作動システムと呼ばれる。 The operation of the compression-release engine braking described in the above sentence has been known for a long time. One of the earliest descriptions of systems used for compression release braking is provided by Cummins US Pat. No. 3,220,392. The system described in the Cummins 392 patent draws the movement to open a pair of exhaust valves for a compression release event from an existing intake, exhaust or injector pushrod or rocker arm. The compression release operation is transmitted to the bridge connecting the two exhaust valves by a hydraulic linkage that can be selectively extended from a push rod or rocker arm. The hydraulic link mechanism expands to transmit the compression release operation during the engine braking operation, and contracts to absorb such operation during the driving force operation. Due to this contraction of the hydraulic linkage during the drive operation, the compression release operation becomes “lost” during the drive force, and such a system is therefore commonly referred to as a “lost motion” valve actuation system.
カミンズ・システムなどのロスト・モーション・システムでは、エンジン・バルブを、通常は、固定した形状のカム、より具体的には各カム上に固定した1つ又はそれ以上のローブによって駆動する。一定形状のカムを使用すると、エンジン・ブレーキング中の異なるエンジン回転数などの様々なエンジン動作状態においてエンジン性能を最適にするために必要とされる、エンジン・バルブのタイミング及び/又はリフトの大きさを調整することが困難となる。 In a lost motion system such as the Cummins system, the engine valve is typically driven by a fixed shape cam, more specifically, one or more lobes fixed on each cam. Using a constant shape cam, the engine valve timing and / or lift magnitude required to optimize engine performance at various engine operating conditions, such as different engine speeds during engine braking. It becomes difficult to adjust the thickness.
長年にわたって、カミンズの392号特許に記載のシステム及び方法の様々な改良が行われてきた。そのような改良の1つは、燃料噴射システムに使用されるような、高圧流体の共通の供給源を使用して、エンジン・ブレーキング用の1つ又は複数のバルブを作動させることである。そのようなシステムは、しばしば「コモン・レール」システムと呼ばれる。コモン・レール・バルブ作動システムでは、高圧作動油源を、圧縮解放事象のために1つ又は複数のバルブを作動させるため、アクチュエータピストンに選択的に加える。エンジン・ブレーキングを掛けるために作動用に選ばれるバルブは、最も一般的には排気バルブである。そのようなシステムの例は、シックラーの米国特許第4,572,114号、ピッチの米国特許第5,012,778号、及びメイストリックの米国特許第5,787,859号、第5,809,964号、第6,082,328号に示されており、それぞれが本明細書中で参照によって援用される。いくつかのコモン・レール・システムでは、エンジン・ブレーキングのために専用の補助バルブが設けられている。そのようなシステムの例は、コルテ及び他の米国特許第5,564,386号、シュミット及び他の米国特許第5,609,134号、及びベルグマンの米国特許第5,794,590号に示されており、それぞれが本明細書中に参照によって援用される。 Over the years, various improvements have been made to the system and method described in the Cummins 392 patent. One such improvement is to operate one or more valves for engine braking using a common source of high pressure fluid, such as that used in fuel injection systems. Such systems are often referred to as “common rail” systems. In a common rail valve actuation system, a source of high pressure hydraulic fluid is selectively added to the actuator piston to actuate one or more valves for a compression release event. The valve selected for operation to apply engine braking is most commonly an exhaust valve. Examples of such systems are Sickler US Pat. No. 4,572,114, Pitch US Pat. No. 5,012,778, and Maistrick US Pat. Nos. 5,787,859, 5,809. 964, No. 6,082,328, each of which is incorporated herein by reference. Some common rail systems have dedicated auxiliary valves for engine braking. Examples of such systems are shown in Corte and other US Pat. No. 5,564,386, Schmidt and other US Pat. No. 5,609,134, and Bergman US Pat. No. 5,794,590. Each of which is incorporated herein by reference.
コモン・レール・システムは、高圧作動油源がバルブ作動に常時使用できるので、バルブ・タイミングの事実上無限の調整が可能である。コモン・レール・システムは、理論的にはバルブ・タイミングについてほとんど無限の変更を提供することが可能であるので、それらは、作動するバルブが適切なマニホールド(例えば、吸気又は排気マニホールド)と連通している限り、吸気、排気、圧縮解放ブレーキング、抽気ブレーキング、又は排気ガス循環(EGR)など、ほとんど全ての種類のエンジン・バルブ事象を行うのに使用することができる。したがって、この油圧の利用が高性能かつ高速に制御されるなら、コモン・レール・システムは種々のバルブ事象の要求に対してバルブ作動を供給することができるはずであり、さらにリフトや持続期間に対するなんらかの制御も提供できるはずである。 The common rail system allows a virtually infinite adjustment of valve timing since a high pressure hydraulic fluid source is always available for valve operation. Since common rail systems can theoretically provide almost infinite changes in valve timing, they communicate with the appropriate manifold (eg, intake or exhaust manifold). As long as it is used, it can be used to perform almost any kind of engine valve event, such as intake, exhaust, compression release braking, bleed braking, or exhaust gas circulation (EGR). Therefore, if the use of this hydraulic pressure is controlled at high performance and speed, the common rail system should be able to provide valve actuation for various valve event requirements, as well as for lift and duration. Some control should also be provided.
しかしながら、これまでは、ブレーキング及びEGRに使用するコモン・レール・エンジン・バルブ作動システムは、広くは使用されていない。必要な高性能制御は、特にエンジン・バルブの着座において、効果的には実現されていない。コモン・レール作動システムの使用を特に阻む傾向にある2つの問題は、要求されるレベルの制御を行うのに必要な構成部品が高価なこと、及び油圧が低下した場合システムが完全に機能不全になり易いことである。これらの問題が解決するまで、ロスト・モーション・システムがエンジン・ブレーキングを行うために使用される主流のシステムであり続ける可能性が高い。 However, so far, common rail engine valve actuation systems used for braking and EGR have not been widely used. The necessary high performance control has not been realized effectively, especially in the seating of engine valves. Two problems that tend to preclude the use of common rail actuation systems are the high cost of components necessary to achieve the required level of control and the system becoming completely dysfunctional when the hydraulic pressure is reduced. It is easy to become. Until these problems are resolved, it is likely that the lost motion system will remain the mainstream system used for engine braking.
コモン・レール・システムについての前述の問題は、一部にはエンジン・バルブを開くために非常に高い圧力源を使用していること、一部には重要なバルブ事象、すなわち主吸気及び主排気事象を行うシステムの信頼性に由来している。コモン・レール・エンジン・ブレーキングに非常に高い油圧を使用するという提案は、エンジン・ブレーキング・システムを、車両に既に搭載されているコモン・レール燃料噴射システムに付載しようという計画から生じている。この「付載」は、2つのシステム、すなわちエンジン・ブレーキング及び燃料噴射にただ1つの高圧源(及び1組の構成部品)しか必要でないので、大きなコスト削減をもたらすと考えられている。燃料噴射は、210kg/cm2(3000psi)程度の非常に高い圧力を必要とするので、同様な圧力の流体を使用するエンジン・ブレーキング用コモン・レール・システムを提供しようとする試みが行われてきた。しかしながら、そのような高圧を使用すると、作動バルブに対し非常に大きな力の復帰ばねを使用することが必然的に必要となり、そのため複雑なバルブ着座装置が必要になる。さらに、高圧システムでは漏れが一層大きな問題となり、構成部品の設計が本質的により重要かつ高価となる。したがって、コモン・レール作動に高圧流体を使用することに伴う不利益を受けない、エンジン・ブレーキング又はEGR用に使用できるコモン・レール・システムが求められている。 The aforementioned problems with common rail systems are partly due to the use of very high pressure sources to open engine valves and partly due to significant valve events, ie main intake and main exhaust. This stems from the reliability of the system performing the event. The proposal to use very high oil pressure for common rail engine braking stems from a plan to install the engine braking system on a common rail fuel injection system already installed in the vehicle. Yes. This “attachment” is believed to result in significant cost savings since only one high pressure source (and a set of components) is required for two systems: engine braking and fuel injection. Since fuel injection requires very high pressures on the order of 210 kg / cm 2 (3000 psi), attempts have been made to provide a common rail system for engine braking that uses fluids of similar pressure. I came. However, the use of such high pressures necessitates the use of a very large force return spring for the actuating valve, which necessitates a complicated valve seating device. Furthermore, leakage is a greater problem in high pressure systems, and component design is inherently more important and expensive. Accordingly, there is a need for a common rail system that can be used for engine braking or EGR that does not suffer from the disadvantages associated with using high pressure fluids for common rail operation.
エンジン・バルブ作動にコモン・レール・システムを使用することから生じる第2の重要な難題は、システムが機能不全になる潜在的な可能性があることである。油圧システムは流体漏れの結果、機能不全になり易い。漏れ防止の施策の程度が大きいほど、システムはより高価になる。コモン・レール・システムがエンジン・ブレーキング及び/又はEGRを行えなくても、車両はこれらの機能がなくても次善ではあるが確かに動作するので、それ自体壊滅的なものではない。しかしながら、主吸気又は主排気バルブ事象の喪失は、エンジンの全面的な機能不全をもたらすので許容できない。したがって、エンジン・ブレーキング及び/又はEGRバルブ事象にのみ使用され、主吸気又は主排気エンジン・バルブ事象には必要とされない、コモン・レール・システムが求められている。 A second important challenge arising from using a common rail system for engine valve operation is the potential for the system to malfunction. Hydraulic systems are prone to malfunction as a result of fluid leakage. The greater the degree of leakage prevention measures, the more expensive the system. Even if the common rail system is not capable of engine braking and / or EGR, the vehicle will work suboptimally without these functions, but is not itself catastrophic. However, loss of the main intake or main exhaust valve event is unacceptable as it results in overall engine malfunction. Accordingly, there is a need for a common rail system that is used only for engine braking and / or EGR valve events and is not required for main intake or main exhaust engine valve events.
本出願人等は、低減した圧力のコモン・レール・システム又は電磁駆動アクチュエータを、専用のエンジン・ブレーキング/EGR・エンジン・バルブと結合させることによって、前記の様々な難題を解決し、エンジン・ブレーキング用及びEGR用コモン・レール・システムの効果的な使用を実現した。圧力を低減すると、漏れやすさ及び漏れの影響が軽減され、弁機構の負荷が軽減される。さらに、そのようなシステムは、主吸気及び排気バルブ作動を危険にさらさずに、エンジン・ブレーキング及び内部EGRのために無限に近いタイミング変化を実現することが可能になる。 Applicants have addressed the various challenges described above by combining a reduced pressure common rail system or electromagnetic drive actuator with a dedicated engine braking / EGR engine valve. Effective use of the common rail system for braking and EGR has been realized. When the pressure is reduced, the ease of leakage and the influence of leakage are reduced, and the load on the valve mechanism is reduced. Furthermore, such a system can achieve near infinite timing changes for engine braking and internal EGR without jeopardizing main intake and exhaust valve operation.
本発明の実施形態の、必ずしも全てではないが、いくつかの更なる目的及び利点は、一部は以下の明細書本文に記述されており、また一部は、当業者には明細書本文及び/又は本発明の実施から明らになるであろう。 Some, but not necessarily all, further objects and advantages of the embodiments of the present invention are described in the following text of the description, and in part to those skilled in the art. / Or will become apparent from the practice of the invention.
前述の難問に応えて、本出願人等はエンジン・ブレーキング及び/又は排気ガス循環のための革新的エンジン・バルブ作動システムを開発した。これは、高圧作動油源、高圧作動油源に接続された作動油減圧装置、作動油減圧装置に接続された作動油制御バルブ、及び作動油制御バルブに接続されたエンジン・バルブ・アクチュエータを含む。 In response to the aforementioned challenges, Applicants have developed an innovative engine valve actuation system for engine braking and / or exhaust gas circulation. This includes a high pressure hydraulic oil source, a hydraulic oil pressure reducing device connected to the high pressure hydraulic oil source, a hydraulic oil control valve connected to the hydraulic oil pressure reducing device, and an engine valve actuator connected to the hydraulic oil control valve. .
一実施形態では、本発明は、高圧作動油通路と、高圧作動油源と、高圧作動油通路を介して作動油源に接続された作動油減圧装置と、低圧作動油通路と、低圧作動油通路を介して作動油減圧装置に接続された作動油制御バルブと、アクチュエータ作動油通路と、エンジン・バルブ事象を発生させるエンジン・バルブ・アクチュエータとを含む、エンジン・バルブ作動システムであり、エンジン・バルブ・アクチュエータはアクチュエータ作動油通路を介して作動油制御バルブと連通している。 In one embodiment, the present invention comprises a high pressure hydraulic fluid passage, a high pressure hydraulic fluid source, a hydraulic fluid pressure reducing device connected to the hydraulic fluid source via the high pressure hydraulic fluid passage, a low pressure hydraulic fluid passage, and a low pressure hydraulic fluid. An engine valve operating system comprising a hydraulic control valve connected to a hydraulic pressure reducing device through a passage, an actuator hydraulic passage, and an engine valve actuator for generating an engine valve event. The valve actuator communicates with the hydraulic oil control valve via the actuator hydraulic oil passage.
他の実施形態では、本発明はエンジン・バルブ事象を発生させるために、内燃機関のエンジン・バルブを作動させる方法である。この方法は、作動油減圧装置に作動油を供給する段階と、第1の圧力から第2の圧力へ作動油圧力を減圧する段階と、選択的に作動油をエンジン・バルブ・アクチュエータに第2の圧力で加える段階と、エンジン・バルブ事象を発生させるためにエンジン・バルブを作動させる段階とを含む。 In another embodiment, the invention is a method of operating an engine valve of an internal combustion engine to generate an engine valve event. The method includes supplying hydraulic oil to a hydraulic oil pressure reducing device, reducing the hydraulic oil pressure from a first pressure to a second pressure, and selectively supplying the hydraulic oil to an engine valve actuator. And applying an engine valve to generate an engine valve event.
前述の一般的説明及び次の詳細説明は例示及び説明のためのものに過ぎず、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではないことを理解されたい。参照によって本明細書に組込まれ本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明の特定の実施形態を示すためのものであり、詳細な説明と共に本発明の原理を明らかにするのに役立つ。 It should be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention as claimed. The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification by reference, illustrate specific embodiments of the invention and, together with the detailed description, clarify the principles of the invention. Useful.
本発明の理解を助けるため、次に添付の図面について参照するが、図面では同一の参照符号は同一の要素を示している。図面は例示のためだけであり、本発明を限定するものと解してはならない。 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS To facilitate an understanding of the present invention, reference will now be made to the accompanying drawings, wherein like reference numerals designate like elements. The drawings are for illustration only and should not be construed as limiting the invention.
次に、添付の図面にその一例が示されている、本発明の実施形態について詳細に参照する。図1を参照すると、内燃機関用のバルブ作動システム10が示されている。一実施形態では、バルブ作動システム10は、高圧作動油源100と、高圧作動油源100に接続された作動油減圧装置300と、作動油減圧装置300に接続された作動油制御バルブ400と、作動油制御バルブ400に接続された、エンジン・バルブ700を作動させるためのエンジン・バルブ・アクチュエータ600とを含む。エンジン・バルブ700は専用のブレーキング・バルブを含むことができる。ただし、エンジン・バルブ700が排気バルブ及び/又は吸気バルブを含むことができることも企図されている。
Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. Referring to FIG. 1, a
図2に示す本発明の他の実施形態では、バルブ作動システム10はさらに、作動油制御バルブ400に接続された蓄圧タンク500と、高圧作動油源100に接続された低圧作動油タンク200を含むことができる。
In another embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the
図3を参照すると、本発明の一実施形態では、バルブ作動システム10は、コモン・レール燃料噴射システムを供給するのに使用できるような高圧作動油源100を含む。ナビスタ・インタナショナル社から市販の油圧電子ユニット噴射(HEUI)システムが、そのようなコモン・レール燃料噴射システムの一例である。
Referring to FIG. 3, in one embodiment of the present invention,
高圧作動油源100は、高圧ポンプ110と、圧力制御器120と、高圧空間130を含む。高圧作動油ポンプ110は、ジーゼル燃料などの作動油を低圧タンク200から吸引する。ポンプ110によって供給される作動油圧力は、数100kg/cm2程度(例えば、210kg/cm2(3000psi))である。高圧作動油源100は燃料噴射システムの技術分野で周知である。高圧作動油源100によって供給される圧力を圧力P1で示す。
The high pressure
図3に示す本発明の実施形態では、作動油源100によって供給される高圧油は、燃料噴射を供給するだけではなく、エンジン・ブレーキング動作の動力源を供給するためにも使用できる。作動油源100などの高圧作動油源をエンジン・ブレーキング用に使用する利点の1つは、それが既にエンジン内に存在するからである。エンジン・ブレーキングの目的で高圧作動油源100を利用するために、高圧作動油源100からの圧力油が高圧ライン140を介して減圧装置300に供給される。減圧装置300は、作動油圧力を好ましくは凡そ一桁だけ減圧し、より好ましくは約21kg/cm2(300psi)のレベルに減圧する。減圧された作動油は管路310を介して制御バルブ400へ供給される。減圧装置300によって供給される圧力を圧力P2で示す。
In the embodiment of the invention shown in FIG. 3, the high pressure oil supplied by the
一実施形態では、減圧装置300は減圧弁を含む。減圧装置300は、直動式減圧弁、2方向パイロット作動式減圧弁、及び/又は他の周知の任意の減圧弁を含む。当分野の技術者には明らかなように、高圧作動油源100からの作動油の圧力を減圧するようになされた他の減圧装置も、本発明の範囲及び趣旨に含まれると認められる。
In one embodiment, the
図3を引き続き参照すると、制御バルブ400はバルブ本体410及び制御器420を含む。バルブ本体410は、3/2方向制御バルブであることが好ましく、第1のポート412を第2のポート414と接続し、第3のポート416を第4のポート418と接続する内部通路を含む。バルブ本体410は、制御バルブばね430によって初期位置へ付勢される。
With continued reference to FIG. 3, the
初期位置では、バルブ本体410内の内部通路は、ブレーキ・アクチュエータ管路440を蓄圧タンク500と接続する。図4に示す代替実施形態では、蓄圧タンク500を、制御バルブ400を低圧タンク200に接続するベント又は作動油戻り管路で置き換えることができる。
In the initial position, an internal passage in the
制御器420は、バルブ本体410を移動させて、作動流体がブレーキ・アクチュエータ管路440に流入しそこから流出するようにするために使用することができる。図3では、バルブ本体410は、制御バルブばね430に向かって直線的に移動することができる。制御器420は、バルブ本体410を高速で移動させるに適していればどのような装置でもよい。制御器420は、油圧式、油圧電気式、機械式、圧電式、又は電磁気式(すなわち、ソレノイド)装置でもよい。制御器420は、バルブ本体410を1エンジン・サイクル当たり少なくとも1回、好ましくは1回より多く移動させ得ることが好ましい。
The
さらに好ましくは、制御器420はエンジン制御モジュール(ECM)(図示せず)が発する電気信号によって制御されることが理解される。当分野の技術者には明らかなように、ECMはマイクロプロセッサを含み、例えば、エンジン・シリンダ、排気マニホールド、吸気マニホールド、又は他の任意のエンジン構成部品などの他のエンジン構成部品と連結したセンサに接続して、制御器420を制御することができる。
More preferably, it is understood that the
ブレーキ・アクチュエータ管路440は、制御バルブ400とエンジン・バルブ・アクチュエータ600の間の流体連通を可能にする。エンジン・バルブ・アクチュエータ600は、作動油チャンバ610、作動油チャンバ内に滑動するように取り付けられたアクチュエータ・ピストン620、及び復帰ばね630を含む。
The
ただし、復帰ばね630は作動油チャンバ610内に示されているが、エンジン・バルブ・アクチュエータ600とエンジン・シリンダ(図示せず)の間の任意の位置に設置することができる。復帰ばね630は、専用のブレーキング・バルブ700の復帰ばねとしても設置できる。専用のブレーキング・バルブ700がその最上位置へ復帰すると、アクチュエータ・ピストン620もその最上位置へ復帰するからである。
However, although the
アクチュエータ・ピストン620は、エンジン・バルブ頂部で終端させることもでき、又あるいは、ブレーキング及び/又は排気ガス循環機能専用のエンジン・バルブ700を作動させることもできる。エンジン・バルブ700は、エンジン・シリンダ720と排気マニホールド710の間の選択的な連通をもたらす。復帰ばね630は、アクチュエータ・ピストン620を作動油チャンバ610の上端に向けて付勢する。この位置では、専用エンジン・バルブ700は閉じている。
The
制御バルブ400は、制御器420の作用の下で、2つの主要な位置をとることができる。制御バルブ400の第1の位置は、いかなるエンジン・ブレーキング及び/又は排気ガス循環も必要とされない状態に対応している。すなわち、専用エンジン・バルブ700は閉じている。専用エンジン・バルブ700を閉じるべきときは、制御器420はバルブ本体410を図3に示す位置に保持する。この位置では、バルブ本体410の第1のポート412はブレーキ・アクチュエータ管路440と連通し、第2のポート414は蓄圧タンク500と連通する。その結果、バルブ本体410は作動油チャンバ610と蓄圧タンク500の間の連通をもたらす。蓄圧タンク500内の作動油圧力は低く、したがって、専用エンジン・バルブ復帰ばね(ばね630であり得る)が、アクチュエータ・ピストン620を上方へ変位させ、作動油チャンバ610から作動油を押し出して蓄圧タンク500内に押し込む。制御バルブ400が、減圧管路310とブレーキ・アクチュエータ管路440の間の連通をもたらす位置にはないため、作動油チャンバ610内に新たな作動油が流入しないので、アクチュエータ・ピストン620を下方へ変位させることはできない。
The
エンジン・ブレーキング及び/又は排気ガス循環が望まれるときは、減圧作動油が制御バルブ400からアクチュエータ・ピストンに加えられる結果、アクチュエータ・ピストン620が下方に変位して、専用エンジン・バルブ700を作動させる。アクチュエータピストン620が、専用エンジン・バルブ700に向かって下方に変位すると、専用エンジン・バルブが開き、ガスが専用エンジン・バルブに連結されたエンジン・シリンダと排気マニホールドの間を自由に流れる。
When engine braking and / or exhaust gas circulation is desired, depressurized hydraulic fluid is added from the
最初に、減圧装置300から減圧管路310内に減圧した作動油圧力を供給することによって、ブレーキング、EGR、又は他のバルブ作動負荷用のシステムを「オン」にすることができる。減圧管路310内に作動油圧力が存在するようになった後は、制御器420はバルブ本体410を下方に移動させるように指示される。この下方移動により、バルブ本体の第3のポート416が減圧管路310と整列し、第4のポート418がブレーキング・アクチュエータ管路440と整列する。この位置で、バルブ本体410は減圧管路310とブレーキ・アクチュエータ管路440の間の流体連通をもたらす。この連通によって、アクチュエータ・ピストン620が下方に移動し、エンジン・バルブ700が開いてエンジン・ブレーキング又は排気ガス循環事象が可能になる。
Initially, a system for braking, EGR, or other valve operating load can be turned “on” by supplying a reduced hydraulic fluid pressure from the
上記のエンジン・バルブ700の開閉サイクルは、制御器420が作動油チャンバ610から作動油を抜き取り、再充填することができるのと同様に速やかに実行することができる。システムの速度は制御バルブ400の速度と大きさ、ブレーキ・アクチュエータ管路440の大きさと長さ、及び作動油の粘性に依存することは明らかである。したがって、システムの応答時間を改善するために、制御バルブ400を作動油チャンバ610のできるだけ近くにおくことが有利である。本発明のいくつかの実施形態では、本システムが1エンジン・サイクル当たり1より多くのエンジン・バルブ事象が可能であり、しかも本システムが開、閉、及びブレーキングの持続時間及びEGR事象についてほとんど無限の種々のタイミングの選択が可能であることが望ましい。本システムは高速度作動が可能であることが望ましいが、有利な結果をもたらすためには、常に高速で作動する必要はない。例えば、本システム10は、(街や都市内で)ブレーキング騒音が問題である時間中は、部分サイクルあるいは全サイクルの抽気ブレーキングを提供し、騒音がそれほど問題ではない他の時間では、圧縮解放タイプのブレーキングを提供するために使用できる。
The opening and closing cycle of the
専用エンジン・ブレーキング・バルブ700の作動用に、減圧作動油圧力(すなわち、210kg/cm2(3000psi)ではなく、21kg/cm2(300psi)程度)を使用すると、いくつかの利点が得られることがある。ブレーキング及び/又はEGR中に実現される利点は、減圧した作動油しか取り扱う必要がないため、制御バルブ400として使用される高速トリガ・バルブが、より製造しやすく、より信頼性が高いことである。減圧作動油を使用すると、ブレーキング構成部品の衝撃負荷及び着座速度も低減し、そのような負荷及び速度がより制御可能になる。さらに、減圧作動油を使用すると、作動油の漏れを低減させ、ブレーキング・システムの振動を低減させ、システム全体をよりコンパクトにすることができる。駆動力時に実現される利点には、エンジン回転数及び/又は負荷にぴったり合った内部EGRを実現するための無限に近いバルブ・タイミングの変化が含まれる。本システム10はまた、専用バルブの出口通路を主排気バルブのそれとは異なるものとすることができ、その専用通路中に冷却器を置くことができるため、冷却式内部EGRを提供できるように改変することができる。
For operation of the dedicated
本発明の代替実施形態を図5に示すが、そこでは同じ参照番号は同じ要素を示す。図5に示すシステムでは、エンジン・バルブ・アクチュエータ600は電磁気アクチュエータ690によって提供される。この実施形態では、図3のシステムの場合のようなコモン・レール・システムは必要ではない。その他の全ての点において、図5のシステムは図3に示すシステムと同様に作動することができる。
An alternative embodiment of the present invention is shown in FIG. 5, where like reference numerals indicate like elements. In the system shown in FIG. 5, the
一実施形態では、電磁気アクチュエータ690は、エンジン・バルブ700を1エンジン・サイクル当たり少なくとも1回の割合で作動させることができる高速ソレノイド・バルブを含むことができる。別の実施形態では、電磁気アクチュエータ690は、低速ソレノイド・バルブを含むことができる。圧電式アクチュエータを含めて、ただしそれだけには限られない、エンジン・バルブ・アクチュエータ600の他の諸実施形態も、本発明の範囲及び趣旨内にあるとみなされる。
In one embodiment, the
エンジン・ブレーキング及びEGR用の専用エンジン・バルブ700は、主排気バルブよりも小さく、より小さな力で開くことができる。バルブが全開した後は、バルブを通る流れ面積は内径とバルブ・ステムの間の環状隙間によって制御され、バルブを開に保つために必要な力はさらに小さくなる。
The
本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、本発明に変更や改変を加えることができることは、当分野の技術者には明らかである。例えば、高圧システムと減圧システムの相対的圧力は、本発明の意図する範囲から逸脱することなく、上記の議論で言及した圧力と異なってもよい。個々の構成部品の大きさや設計を変更することができ、蓄圧タンク、圧力センサ等のようないくつかの構成部品は、本発明の意図する範囲から逸脱することなく、なくすことができる。さらに、制御バルブ400の設計は、本発明の意図する範囲から逸脱することなく変更できる。さらに、使用する油圧作動油は、本発明の意図する範囲から逸脱することなく変更できる。また、本発明の方法及び装置の実施形態は、4ストローク・エンジン・ブレーキングと同様に、通常のエンジン排気及び吸気バルブ事象を改変した、2ストローク・エンジン・ブレーキングにも適用できる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲に入るならば、本発明のそのような全ての改変や変更を包含するものとする。
It will be apparent to those skilled in the art that changes and modifications can be made to the present invention without departing from the scope and spirit of the invention. For example, the relative pressures of the high pressure system and the reduced pressure system may differ from the pressures referred to in the above discussion without departing from the intended scope of the present invention. The size and design of the individual components can be varied, and some components such as pressure accumulator tanks, pressure sensors, etc. can be eliminated without departing from the intended scope of the present invention. Further, the design of the
Claims (20)
高圧作動油源と、
前記高圧作動油通路を介して前記作動油源に接続された作動油減圧装置と、
低圧作動油通路と、
前記低圧作動油通路を介して作動油減圧装置に接続された作動油制御バルブと、
アクチュエータ作動油通路と、
前記アクチュエータ作動油通路を介して前記作動油制御バルブと連通している、エンジン・バルブを作動させてエンジン・バルブ事象を発生させるための、エンジン・バルブ・アクチュエータとを備える、
エンジン・バルブ作動システム。 A high-pressure hydraulic fluid passage;
A high pressure hydraulic oil source;
A hydraulic oil pressure reducing device connected to the hydraulic oil source via the high-pressure hydraulic oil passage;
A low pressure hydraulic fluid passage;
A hydraulic oil control valve connected to the hydraulic oil pressure reducing device via the low pressure hydraulic oil passage;
An actuator hydraulic fluid passage;
An engine valve actuator in communication with the hydraulic fluid control valve via the actuator hydraulic fluid passage for operating an engine valve to generate an engine valve event;
Engine valve operating system.
第1の作動位置と第2の作動位置の間を選択的に移動するようになされ、その中に複数の作動油通路を有するバルブ本体と、
前記バルブ本体を移動させるための制御器と、
前記バルブ本体を第1の作動位置に付勢するばねとを有する、請求項1に記載のシステム。 The control valve
A valve body adapted to selectively move between a first operating position and a second operating position, and having a plurality of hydraulic oil passages therein;
A controller for moving the valve body;
The system of claim 1, comprising a spring that biases the valve body to a first operating position.
前記アクチュエータ作動油通路から作動油を受け取る作動油チャンバと、
前記作動油チャンバ内に滑動可能に取り付けられたアクチュエータ・ピストンと、
前記アクチュエータ・ピストンと接触している復帰ばねとを含む、請求項1に記載のシステム。 The engine valve actuator is
A hydraulic fluid chamber for receiving hydraulic fluid from the actuator hydraulic fluid passage;
An actuator piston slidably mounted in the hydraulic oil chamber;
The system of claim 1, comprising a return spring in contact with the actuator piston.
前記低圧作動油タンクと連通している高圧ポンプと、
圧力制御器と、
前記高圧作動油通路に接続された高圧空間とをさらに含む、請求項1に記載のシステム。 Further comprising a low pressure hydraulic oil tank, wherein the hydraulic oil source comprises:
A high pressure pump in communication with the low pressure hydraulic oil tank;
A pressure controller;
The system of claim 1, further comprising a high pressure space connected to the high pressure hydraulic fluid passage.
前記油圧作動油源に接続された作動油減圧装置と、
第1の作動位置と第2の作動位置を有し、前記作動油減圧装置に接続された作動油制御バルブと、
前記作動油制御バルブが前記第2の作動位置にあるときに、第2の圧力の前記作動油を受けるようになされ、エンジン・バルブを作動させてエンジン・バルブ事象を発生させるためのエンジン・バルブ・アクチュエータとを含む、
エンジン・バルブ作動システム。 A high pressure hydraulic oil source for supplying hydraulic oil at a first pressure;
A hydraulic oil pressure reducing device connected to the hydraulic hydraulic oil source;
A hydraulic oil control valve having a first operational position and a second operational position and connected to the hydraulic oil pressure reducing device;
An engine valve adapted to receive the hydraulic oil at a second pressure when the hydraulic oil control valve is in the second operating position to operate the engine valve to generate an engine valve event. Including actuators,
Engine valve operating system.
作動油減圧装置に作動油を供給する段階と、
第1の圧力から第2の圧力へ作動油圧力を減圧する段階と、
エンジン・バルブ・アクチュエータに作動油を第2の圧力で選択的に加える段階と、
エンジン・バルブ事象を発生させるためにエンジン・バルブを作動させる段階とを含む方法。 A method for operating an engine valve of an internal combustion engine to generate an engine valve event, comprising:
Supplying hydraulic oil to the hydraulic oil pressure reducing device;
Reducing the hydraulic oil pressure from the first pressure to the second pressure;
Selectively applying hydraulic oil to the engine valve actuator at a second pressure;
Actuating an engine valve to generate an engine valve event.
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