JP2009518570A - 油圧式バルブ駆動システム及び方法 - Google Patents

Abstract

エンジン・バルブの油圧式及び／又は可変バルブ駆動のためのシステム及び方法が開示される。本発明の実施例は、エンジン・バルブに作動的に接続された油圧式バルブ駆動システムを備えることができる。第１及び第２の制御バルブが、油圧式バルブ駆動システムに作動的に接続され得、油圧式バルブ駆動システムから、互いに独立に作動油を選択的に排出するように適合され得る。第１の制御バルブは、好ましくは、ソレノイド駆動式トリガ・バルブであり、第２の制御バルブは、好ましくは、機械又は油圧駆動式バルブである。

Description

本発明は、一般に、内燃機関のエンジン・バルブを駆動するシステム及び方法に関する。詳細には、本発明は、内燃機関の、吸気エンジン・バルブ、排気エンジン・バルブ及び補助エンジン・バルブの油圧式及び／又は可変駆動を実現することができるシステム及び方法に関する。

内燃機関においてバルブを駆動することは、エンジンが正出力を発生するために必要である。正出力中は、燃焼用に燃料及び空気をシリンダに取り込むために、１つ又は複数の吸気バルブが開かれ得る。１つ又は複数の排気バルブが、燃焼ガスをシリンダから逃がすために開かれ得る。又、吸気バルブ、排気バルブ、及び／又は補助バルブは、正出力中、排出物を改善するためにガスを再循環させるように、様々な時点で開かれることもある。

エンジン・バルブの駆動は又、エンジンが正出力を発生するように使用されていないとき、エンジン・ブレーキ及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うために使用されることもある。エンジン・ブレーキに際しては、少なくとも一時的にエンジンを空気圧縮機に変換するために、排気バルブが選択的に開かれることもある。そうすることにより、エンジンは、減速馬力を発生して、車両を減速させるのに役立つ。これにより、運転者の車両に対する操縦能力を補強し、車両の常用ブレーキの磨耗を大幅に低減することができる。

多くの内燃機関では、吸気バルブ及び排気バルブは、固定形状のカムによって、より具体的には、各カムの構成部分である１つ又は複数の固定ローブによって開閉することができる。吸気バルブ及び排出バルブのタイミング及び揚程を変化させることができれば、性能の向上、燃料経済性の改善、排出物の低減、車両の操縦性の向上などの利点を得ることができる。しかし、固定形状カムを使用すると、様々なエンジン速度などの様々なエンジン作動状態に対してエンジン・バルブを持ち上げるタイミング及び／又は量を最適化するためにそれらを調節することが難しくなり得る。

固定カム形状を前提として、バルブのタイミング及び揚程を調節するために提案されてきた１つの方法は、バルブとカムとの間のバルブ・トレイン・リンケージ中に「ロスト・モーション」装置を組み込むことによって、可変バルブ駆動を実現することである。ロスト・モーションとは、カム形状によって規定されるバルブの動きを、ロスト・モーション・システム中の可変長さの機械的、油圧的、又は他のリンケージ・アセンブリを用いて修正する一群の技法上の解法に適用される用語である。ロスト・モーション・システムでは、カム・ローブは、エンジン作動状態の全ての範囲の中で必要とされる「最大」の揚程運動を提供することができる。そのとき、可変長システムは、バルブ・トレイン・リンケージ中、開かれるバルブと最大運動を提供するカムとの中間に備えることができ、選択的に、カムによって提供される最大揚程の継続時間を超えてその継続時間を延長し、且つ／又は、カムによって提供される揚程の一部又は全部を減らし又は削除する。

この可変長システム（又はロスト・モーション・システム）は、一杯に伸張されると、カムの運動を全てバルブに伝達することができ、更に、バルブ・イベントの継続時間をカムによって正規に提供される継続時間を超えて延長させることもでき、一杯に縮小されると、カムの運動をバルブに全く伝達しない、又は最小量しか伝達しなくすることができる。１つのロスト・モーション・システム及び方法の例が、本願と同一の譲受人に譲渡されたＨｕの米国特許第５，５３７，９７６号及び第５，６８０，８４１号に提示されており、同特許は参照により本明細書に組み込まれる。

前述の米国特許第５，６８０，８４１号は、ロスト・モーション・システムからの作動油の排出を制御するのに高速トリガ・バルブを使用することを意図している。高速ロスト・モーション・システムは、特に、可変バルブ駆動（ＶＶＡ）を実現するために必要とされる。実際の可変バルブ駆動は、１つのカム・ローブ運動の経過時間、又は少なくともエンジンの１サイクルの経過時間内に、ロスト・モーション・システムに２種類以上の長さを取らせるだけの十分な速さになるように意図されている。ロスト・モーション・システムの長さを変化させるのに高速機構を使用することによって、エンジン作動状態の全範囲に亘ってより最適なバルブ駆動を可能にする十分に精密な制御をバルブ駆動に対して達成することができる。バルブのタイミング及び揚程に様々な度合いの柔軟性を実現する多くの装置が提案されてきたが、ロスト・モーション油圧式可変バルブ駆動は、柔軟性、低動力消費、及び信頼性の最適な組合せを達成する優れた可能性を有することが認識されるようになった。

ロスト・モーションＶＶＡからのエンジンの利益は、通常の主要な吸気及び排気イベントに加えて補助的なバルブ揚程を実現する付加的なローブや隆起部を有する複雑なカム形状を生成することによって達成することができる。エンジン・バルブ駆動の多数の独特なモードを、多重ローブ式カムを備えるＶＶＡシステムによって生成することができる。例えば、吸気カム形状は、主吸気ローブの前にＥＧＲ用の追加ローブを有し得、且つ／又は、排気カム形状は、主排気ローブの後にＥＧＲ用の追加ローブを有し得る。又、シリンダ充填用、及び／又は圧縮解放用の他の補助ローブも有し得る。ロスト・モーションＶＶＡシステムは、吸気カム及び排気カムに形成された一式のローブから可能な任意又は全てのバルブ揚程の組合せを、選択的に無効にし、又は有効にするのに使用することができる。その結果、エンジンの正出力及びエンジン・ブレーキ作動の両方を著しく改善することができる。

前述の利点は、必ずしも排気及び吸気バルブに限定されない。ロスト・モーションＶＶＡが、例えばエンジン・ブレーキ又はＥＧＲなどの、吸気又は排気とは別の何らかの目的に用いられる補助エンジン・バルブに適用し得ることも又本発明によって意図されるところである。所望され得る可能性のある全ての駆動方式を有する補助エンジン・バルブ・カム及びロスト・モーションＶＶＡシステムを設けることによって、補助バルブの駆動は、様々なエンジン速度及び状態において最適になるように変化させることができる。

上記に鑑みて、ロスト・モーション・システム及び方法の本発明の実施例は、正出力、エンジン・ブレーキ・バルブ・イベント（例えば圧縮解放ブレーキ）、及び排気ガス再循環バルブ・イベントのための可変バルブ駆動を必要とするエンジンで特に有用になり得る。

前述のタイプの各バルブ・イベント（主吸気、主排気、エンジン・ブレーキ、及び排気ガス再循環）は、ガスの流れをシリンダに出入りさせるためにエンジン・バルブがエンジン・シリンダ内に押し込まれる結果生じる。各イベントは、固有に、開始（開口）時点と終了（閉鎖）時点とを有し、それらが併さってイベントの継続時間が定まる。開始時点及び終了時点は、それぞれが起きる時のエンジンの状態（通常、クランク・シャフト位置）に関連させて表される。これらのバルブ・イベントは又、エンジン・バルブがエンジン・シリンダ内への最大延出に達する点を固有に有しており、その最大延出はバルブ揚程と呼ばれている。従って、それぞれのバルブ・イベントは、少なくとも基本的レベルでは、その開始時点及び終了時点、並びにバルブ揚程によって定義することができる。

エンジン・カムをエンジン・バルブに連結するロスト・モーション・システムが、特定のローブがシステム上で作用する時いつも長さが一定である場合、そのローブによって決められる各イベントに対する開始時点及び終了時点、並びに揚程は一定になる。更に、カムが完全に回転する間中、長さが一定であるロスト・モーション・システムは、システムが、ロスト・モーション・システムとエンジン・バルブとの間に遊隙を組み込んでいないと想定すると、カム上の各ローブに応答してバルブ・イベントを生成する。ロスト・モーション・システムの長さが固定されていない場合、エンジン・バルブの最適な開始時点、終了時点、及び揚程も又「固定」されずに、様々なエンジン作動モード及び状態（例えば、様々なエンジン負荷、燃料、シリンダ・カットアウトなど）、様々なエンジン速度、並びに様々な環境条件に対して選択的に変化させられ得る。従って、エンジン・サイクルの行程全域で様々な長さを得ることができるロスト・モーション・システムを有することが望ましい。

又、エンジンの正出力運転中に最適な出力及び燃料効率を実現することが望ましい。本発明の様々な実施例の１つの長所は、望むなら、それらの実施例が、最適な出力及び燃料効率を実現するために吸気及び排気バルブのタイミング並びに／又は揚程を変化させるのに使用することができることである。ロスト・モーションＶＶＡシステムを使用することによって、エンジンの状態、負荷、及び速度を変えることに応じてバルブのタイミング及び／又は揚程を変化させることができる。これらの変化は、リアル・タイムでのエンジン状態の検知及び／又は予めプログラムされた指令に応答してなされる。

又、内燃機関、特にディーゼル・エンジンの排気からのＮＯｘ及び／又は他の汚染排出物を低減することが望ましい。本発明の様々な実施例の１つの長所は、可変バルブ・タイミング並びに吸気バルブ、排気バルブ、及び／又は補助バルブの補助揚程を用いて内部排気ガス再循環、又は残余排気ガスの捕捉を実施することによって、それら実施例を、ＮＯｘ及び他の汚染排出物を低減するのに使用することができることである。排気ガスに、吸気マニホルドから流入する新鮮な充填空気を希釈させることによって、燃料消費を大幅に増加させることなく、より低いピーク燃焼温度を達成することができ、それにより、汚染物質の形成がより少なくなり、炭化水素がより完全に燃焼される結果になる。

又、ディーゼル・エンジンに関して大いに重要なことは、エンジンがエンジン・ブレーキ・モードを有することができることである。本発明の様々な実施例の別の長所は、それら実施例を、エンジンの速度範囲全体に亘ってエンジン・ブレーキを最適化し、同時に、運転者の要求に応じてエンジン・ブレーキを調節するのに用いることができることである。

エンジン始動後短時間の間、特別なバルブ・タイミングを採用することによって、エンジンがより早くウォームアップできるようにすることも又望ましい。運転者の快適性及び後処理装置の効率は、如何に速くエンジンを正常な作動温度に上昇させることができるかに依存し得る。本発明の様々な実施例の更に別の長所は、それら実施例がエンジンのウォームアップを改善することができることである。これは、それらには限定されないが、早めの吸気バルブ閉鎖、ＥＧＲ、排気／吸気バルブのオーバーラップの変更、いくつかのシリンダのシリンダ・カットアウト、及び、正出力中のいくつかのシリンダの圧縮解放ブレーキを行ってエンジンの仕事をそれ自体に逆らって効果的に行わせることまでをも含む、多数の様々な技法を使用して達成することができる。

シリンダ・カットアウトが行えることが役立ち得るのは、エンジンのウォームアップ中のみではなく、又、ディーゼル・エンジンに対してのみではない。本発明のいくつかの実施例では、ロスト・モーションＶＶＡシステムは、エンジン・バルブ又は更にはエンジン・シリンダに関連する全てのカムの運動を行わせなくするように適合させることができる。その結果、これらロスト・モーションＶＶＡシステムは、エンジンに含まれているうちから１つ又は複数のエンジン・シリンダを効果的に「カットアウト」又は閉止するのに使用することができる。この能力は、正出力中に燃焼するシリンダの数を変化させて、燃料効率及び利用可能出力の制御を強化するのに使用することができる。シリンダ・カットアウトは又、燃焼を続けているシリンダ内の排気ガス温度を上昇させ、それによって、排気後処理の効率を向上させることができる。エンジン始動及び／又は停止時にシリンダ・カットアウトを順次実施して、始動及び停止経過時間中にエンジンが発生する不均衡バランス振動の大きさを低減することができることも又考慮されている。

本発明の別の長所は、一部、以下の説明中に記述され、又一部は、本発明の説明及び／又は実施例から、当業者には明らかになるであろう。

出願人は、エンジン・バルブに作動的に連結された油圧式バルブ駆動システムと、油圧式バルブ駆動システムに作動的に接続された第１の制御バルブであって、油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出するように適合された第１の制御バルブと、油圧式バルブ駆動システムに作動的に接続された第２の制御バルブであって、油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出するように適合された第２の制御バルブとを備える、内燃機関のバルブ用の革新的な可変バルブ駆動システムを発明した。

出願人は又、１つ又は複数の内燃機関用バルブのための可変バルブ駆動システムにおいて、油圧式バルブ駆動システムを用いて少なくとも部分的にエンジン・バルブを駆動するステップと、第１の制御バルブを開くことによって油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出するステップと、第１の制御バルブが、油圧式バルブ駆動システムから作動油を排出し損なった場合に、その後に第２の制御バルブを開くことによって油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出するステップとを含む、エンジン・バルブを駆動する革新的な方法を発明した。

出願人は、作動油供給部と油圧式バルブ・アクチュエータとの間に作動油連通を形成する作動油通路と、作動油通路に作動的に接続され、作動油通路から作動油を選択的に排出するように適合された第１の制御バルブと、作動油通路に作動的に接続され、油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出するように適合された第２の制御バルブとを備える、内燃機関のバルブ用の革新的な油圧式バルブ駆動システムを更に発明した。

前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は共に、単に例示及び説明のためのものであり、特許請求の範囲に記載される発明を限定するものではないことが理解されよう。本明細書に参照により組み込まれ、この明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の一部の実施例を示すものであり、詳細な説明と併せて、本発明の原理を説明する役割を果たす。

この発明の理解を助けるために、これより添付図面を参照するが、それら図面では、同じ参照符号は同じ要素を示す。図面は、単に例示的なものであり、本発明を限定するものと解釈するべきではない。

本明細書に具体的に示されているように、本発明は、エンジン・バルブの駆動を制御するシステム及び方法の両方を含む。ここで、本発明の第１の実施例を詳細に参照するが、その一例が添付図面に示されている。本発明の第１の実施例は、バルブ駆動システム１０として図１に示されている。バルブ駆動システム１０は、油圧式バルブ駆動システム３００に作動的に連結された運動付与手段１００を備えることができ、油圧式バルブ駆動システム３００は更に、１つ又は複数のエンジン・バルブ２００に作動的に連結されている。運動付与手段１００は、入力運動を油圧式バルブ駆動システム３００に与える、１つ又は複数のカム、１つ又は複数のプッシュ・チューブ、１つ又は複数のロッカ・アーム、又は他の１つ又は複数のバルブ・トレイン要素の任意の組合せを備えることができる。説明を容易にするために、運動付与手段は、今後、カム１００と称することにする。

油圧式バルブ駆動システム３００は、カム１００によって入力された運動を選択的に削除し、カムから入力された運動をエンジン・バルブ２００へ選択的に伝達し、一部の実施例では、カムからエンジン・バルブへ入力された運動の継続時間を延長することができる。エンジン・バルブ２００へ伝達される運動及びその種の運動の削除が、それらに限定はされないが、主吸気、主排気、圧縮解放ブレーキ、ブリーダ・ブレーキ、外部及び／又は内部排気ガス再循環、早期排気バルブ開放、早期吸気バルブ閉鎖、中央揃え揚程、排気及び吸気バルブの遅れ閉鎖など、様々なエンジン・バルブ・イベントを生成するのに使用され得る。油圧式バルブ駆動システム３００を備えるバルブ駆動システム１０が、運動削除モードと運動非削除モードとの間で、制御部（図示せず）からの信号又は入力に応答して切り替えられ得る。エンジン・バルブ２００は、排気バルブ、吸気バルブ、又は補助バルブであり得る。

油圧式バルブ駆動システム３００は、エンジン・バルブ２００を少なくとも部分的に油圧で駆動するいかなる構造をも備え得る。油圧式バルブ駆動システム３００は、例えば、機械式リンケージ、油圧回路、油圧−機械式リンケージ、電気−機械式リンケージ、及び／又は他の、２種類以上の作動長さを達成し、エンジン・バルブを駆動するように適合されたリンケージを備え得る。

制御部（図示せず）は、油圧式バルブ駆動システム３００、詳細には第１の制御バルブ３０６と通信する電気的又は機械的装置を備え得る。制御部は、第１の制御バルブ３０６の適切な開閉時点を決定し選択するために、他のエンジン構成要素に連係されたマイクロプロセッサを有し得る。バルブ駆動は、マイクロプロセッサによってエンジン構成要素から収集された情報に基づいて第１の制御バルブ３０６を制御することによって、複数のエンジン速度及び状態において最適化することができる。好ましくは、制御部は、高速（エンジン・サイクル当たり１度又は複数の回数）で第１の制御バルブ３０６を作動させるように適合することができる。

油圧式バルブ駆動システム３００は、作動油通路３１４によって第１の制御バルブ３０６に接続されている油圧式バルブ・アクチュエータ３１２を更に備え得る。第１の制御バルブ３０６は、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２と出口ポート３１６との間の作動油連通を制御するために、選択的に開閉することができる。第２の制御バルブ４１２が、第２の作動油通路４３０によって、作動油通路３１４に作動的に接続され得る。第２の制御バルブ４１２は、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２と排出ポート４３２との間の作動油連通を制御するために、選択的に開閉することができる。第２の制御バルブ４１２は、カム、プッシュ・チューブ、ロッカ・アーム、又は他の、機械式、油圧式、若しくは電気式装置の組合せから構成され得る第２の運動付与手段１１０によって制御（即ち、開閉）することができる。

引き続き図１を参照すると、バルブ駆動システム１０は以下のように作動することができる。油圧式バルブ駆動システムの使用は、それらに限定はされないが、出口ポート３１６又は排出ポート４３２のいずれかを通して供給することを含む任意の手段を介して、作動油をシステム３００へ供給することによって開始され得る。油圧式バルブ駆動システムが作動油で充填された後は、第１の制御バルブ３０６及び第２の制御バルブ４１２は閉止位置に維持され得る。その結果、作動油は油圧式バルブ駆動システム内に捕捉され得、カム１００によってシステムへ付与された運動がエンジン・バルブ２００へ伝達され得る。運動の伝達は、油圧式アクチュエータ３１２と連携して、且つ／又はそれによって遂行され得る。

エンジン・バルブ２００の駆動は、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２から作動油を選択的に排出することによって、カム１００によって規定された駆動から変化させられ得る。具体的には、エンジン・バルブ２００を閉じることが望ましいときには、第１の制御バルブ３０６が選択的に開かれ得て、作動油を油圧式バルブ駆動システム３００から出口ポート３１６を通して排出する。この作動油の排出が、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２を消勢させ、エンジン・バルブ２００を閉止させ得る。好ましくは、第１の制御バルブ３０６は、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２から作動油を十分な精度で排出することができる高速ソレノイド制御式トリガ・バルブであり得、それにより、所定の揚程及び継続時間を有するエンジン・バルブ・イベントが形成される。

第２の制御バルブ４１２も又選択的に開かれて、作動油を油圧式バルブ駆動システム３００から排出ポート４３２を通して排出する。第２の制御バルブ４１２は、第２の運動付与手段１１０によって開閉することができる。第２の制御バルブ４１２及び第２の運動付与手段１１０は、第１の制御バルブ３０６に対する補助的作動油排出システムとして働き得る。第１の制御バルブ３０６が、所望のバルブ駆動のための所望の時点で開き損なった場合、第２の制御バルブ４１２が開かれ得て、エンジン・バルブ２００が所望するよりも長く開いたままになるのを防止する。

油圧式バルブ駆動システムによって形成され得る、第１の制御バルブ３０６及び第２の制御バルブ４１２の両方を使用する可変エンジン・バルブ・イベントの例が、図４に示される。図１及び４を参照すると、エンジン・バルブ・イベント５０２が、油圧式バルブ駆動システム３００の影響なしに、カム１００によって第１のシリンダ内に形成され得る。エンジンの第１のシリンダ内のピストンの運動が、図４にプロット５２０として示されている。種々の代替エンジン・バルブ・イベント５０４、５０６、及び５０８も又図４に示されている。エンジン・バルブ駆動５０４及び５０６は、第１の制御バルブ３０６及び第２の制御バルブ４１２を選択的に使用することによって達成することができる。バルブ・イベント５０４は、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２が消勢しエンジン・バルブを閉じさせるように、選択された時点で第１の制御バルブ３０６を開くことによって形成され得る。第１の制御バルブ３０６が、エンジン・バルブ遅れ閉鎖イベント５０４に対して開き損なう、又はプロット５０８に表されるように開くのが遅すぎた場合、エンジン・バルブとエンジン・ピストンとの間で接触が生じ得る。この接触が、オーバーラップ領域５１０によって表されている。

第２の制御バルブ４１２を備えると、バルブ・イベント５０６中の点５１６に対応する時点より遅れずに、油圧式バルブ駆動システム３００中の作動油が排出ポート４３２を通って排出され始めることを保証することによって、エンジン・バルブがエンジン・ピストンに接触するのを防止することができる。第２の制御バルブ４１２が点５１６より遅れずに開くことによって、作動油が油圧式バルブ駆動システム３００から排出され、その結果、エンジン・バルブが、その時点より遅れずに閉じ始めることが保証される。従って、第２の制御バルブ４１２が点５１６より遅れずに確実に開くことによって、駆動されているエンジン・バルブとエンジン・ピストンとの間の望ましくない接触を防止することができる。

前述の本発明の実施例では、第１の制御バルブ３０６は、好ましくは、高速ソレノイド駆動式トリガ・バルブであり得る。そのようなバルブは、正確にタイミングを計った、油圧式バルブ駆動システム３００からの作動油の排出を行うことができるが、それらバルブは又、多くの理由のいずれかにより閉止位置で故障することがある。第２の制御バルブ４１２を備えていないと、第１の制御バルブ３０６の不具合が、エンジン・バルブ２００を、少なくともエンジン・ピストンに接触するのに足りる時間、開いたままにさせる。第２の制御バルブ４１２と、エンジン・サイクル中の所定の点（例えば、図４の点５１６）より遅れずに第２の制御バルブを確実に開かせる手段１１０とを備えることによって、第１の制御バルブ３０６が不具合を起こした場合に、エンジン・バルブがエンジン・ピストンに接触する可能性を防止することができる。

本発明の第２の実施例が、バルブ駆動システム１０として図２に示されている。バルブ駆動システム１０は、油圧式バルブ駆動システム３００に作動的に連結されたカム１００を備えることができ、油圧式バルブ駆動システム３００は更に、１つ又は複数のエンジン・バルブ２００に作動的に連結されている。運動伝達手段１００は、入力運動を油圧式バルブ駆動システム３００に与える、１つ又は複数のカム、１つ又は複数のプッシュ・チューブ、１つ又は複数のロッカ・アーム、又は他の１つ又は複数のバルブ・トレイン要素の任意の組合せを備えることができる。図２の実施例では、プッシュ・チューブ１０２が、カム１００とエンジン・バルブ２００との間に配置されている。プッシュ・チューブ１０２は、エンジン・バルブ２００に近接又は接触する下部拡張部分を備えることができる。エンジン・バルブ２００は、１つ又は複数のバルブばね２０２によって、プッシュ・チューブ１０２に接触するように上方に偏倚され得る。

油圧式バルブ駆動システム３００は、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２を備えることができる。油圧式バルブ・アクチュエータ３１２は、中心開口を有するほぼ環形状で、油圧式バルブ・アクチュエータ孔３１０内に摺動的に配置されている。プッシュ・チューブ１０２は、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２の中心開口を貫通して延在することができる。プッシュ・チューブ１０２の下部拡張部分は、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２の下部に係合するように適合され得る。

作動油通路３１４は、油圧式バルブ・アクチュエータ孔３１０と第１の制御バルブ３０６との間に、作動油連通を形成することができる。第１の制御バルブ３０６は、ＥＣＭ又は他の制御部（図示せず）によって選択的に開閉されて、油圧式バルブ・アクチュエータ孔３１０と出口ポート３１６との間の作動油連通を制御することができる。作動油は、供給路３０２及びチェック・バルブ３０４を通して、作動油通路３１４及び油圧式バルブ・アクチュエータ孔３１０へ供給することができる。作動油アキュムレータ３０８が又、作動油通路３１４に接続され得る。

第２の制御バルブ４１２が、第２の作動油通路４３０を介して作動油通路３１４に油圧的に連通することができる。第２の制御バルブ４１２は、第２の制御バルブ孔４１４内に摺動的に配置され得、第２の制御バルブばね４１６によって所定の位置に偏倚されている。第２の制御バルブ４１２は、第２の作動油通路４３０と排出ポート４３２との間に選択的な作動油連通を可能にするように適合された環状陥凹若しくはリング４１８又は他の機構を更に備えることができる。排出ポート４３２は、バルブ駆動システム１０の外側の箇所まで作動油を排出することができる。第２の制御バルブ孔４１４は、第３の作動油通路４０８によって主ピストン孔４０４に接続され得る。主ピストン４０２は、主ピストン孔４０４内に摺動的に配置され得、第２の運動付与手段（例えば第２のカム）１１０に接触するように主ピストンばね４０６によって偏倚されている。第３のバルブ４１０が、第３の作動油通路４０８中、主ピストン孔４０４と第２の制御ピストン孔４１４との間に設けられ得る。第３のバルブ４１０は、第３の作動油通路４０８をドレイン・ポート４２０に選択的に接続することができる。ドレイン・ポート４２０は、第３の作動油通路４０８、第２の制御バルブ孔４１４、及び主ピストン孔４０４から作動油を抜き取る手段、並びに、これらの箇所それぞれに作動油を供給する手段を形成することができる。或いは、第３の作動油通路に作動油を供給する独立した手段（図示せず）を設けることもできる。

引き続き図２を参照すると、バルブ駆動システム１０は、以下のように機械式及び油圧式バルブ駆動を行うことができる。従来のエンジン・バルブ２００の機械式駆動は、カム１００を回転させ、その結果、カム上のローブがプッシュ・チューブ１０２を繰り返し押し下げ、カム・ローブの形状に従ってエンジン・バルブを開放することによって達成され得る。

前述の機械式システムによって生成される時間固定式バルブ駆動を、油圧式バルブ駆動システム３００を使用して変化させ得る。油圧式バルブ駆動システムは、第１の制御バルブ３０６及び第２の制御バルブ４１２が閉じているときに、作動油を供給路３０２を通してシステムに供給することによって作動させることができる。このとき、作動油通路３１４に供給された作動油は、油圧式バルブ・アクチュエータ孔３１０を充填し、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２をプッシュ・チューブ１０２の拡張部分に押し付ける。チェック・バルブ３０４、並びに、閉じられた第１の制御バルブ３０６及び第２の制御バルブ４１２は、作動油が油圧式バルブ・アクチュエータ孔３１０及び作動油通路３１４から流出するのを阻止することができる。微量の作動油が、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２と油圧式バルブ・アクチュエータ孔３１０との間に形成される封止部、並びに油圧式バルブ・アクチュエータとプッシュ・チューブ１０２との間に形成される封止部を越えてシステムから漏れ出し得ることが理解される。

第１の制御バルブ３０６は、好ましくは、電気制御ソレノイド駆動式トリガ・バルブであり、油圧式バルブ駆動システム３００を流体で充填するためにＥＣＭ（図示せず）又は他の制御装置によって閉止状態に維持することができる。第２の制御バルブ４１２は、好ましくは、第２のカム１１０の機械的作用の下に、主ピストン４０２によって油圧的に駆動される。第２の制御バルブは、第２の制御バルブ４１２を主ピストン４０２に接続している油圧回路自体が作動油で充填されているか否かに拘らず、油圧式バルブ駆動システム３００を流体で充填するのに十分な時間の長さで閉じたままになり得る。第３のバルブ４１０が開かれると、第３の作動油通路４０８とドレイン・ポート４２０との間が連通する。その結果、回路には、主ピストン４０２が第２の制御バルブ４１２を駆動するには不十分な流体しかなくなり、第２の制御ピストンばね４１６が、第２の制御ピストン４１２を図２に示される閉止位置（即ち、第２の作動油通路４３０からダンプ・ポート４３２への流体の流れを閉鎖する位置）に維持することができる。或いは、第３のバルブ４１０が閉じられた場合、第２の制御バルブ４１２は、油圧式バルブ駆動システム３００を作動油で充満することができるのに十分な時間だけ閉じたままでいることができる。第３のバルブ４１０が閉じられ、第３の作動油通路４０８、第２の制御バルブ孔４１４、及び主ピストン孔４０４が流体で充満されているとき、第２のカム１１０のローブが、介在する主ピストン４０２及び油圧回路を通して作用して、エンジン・サイクル当たりに１度、第２の制御バルブ４１２を駆動する（即ち、開く）ことができる。例示的な第２の制御バルブの駆動状態が、図４にプロット５３０として示されている。但し、第２の制御バルブ４１２は、駆動状態５３０の間以外は常に閉じられ得、その閉じられている間、油圧式バルブ駆動システム３００は、供給路３０２からの流体で充満され得る。

第１の制御バルブ３０６及び第２の制御バルブ４１２が閉じられ、油圧式バルブ駆動システム３００が作動油で充満されているときに、カム１００が、プッシュ・チューブ１０２を介してエンジン・バルブ２００を駆動し得る。エンジン・バルブを機械的に駆動している間、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２は、プッシュ・チューブ１０２に追従して下がり得、その間中、追加の作動油が供給路３０２からシステムに流入する。プッシュ・チューブ１０２が、その最大下方変位に達すると、油圧式バルブ・アクチュエータ３１２も下方への移動を停止し得る。油圧式バルブ・アクチュエータ３１２が無ければ、プッシュ・チューブ１０２は、カム１００の形状に従って、上方に戻って行く。油圧式バルブ・アクチュエータ３１２は、一定位置に油圧的に固定されるので、プッシュ・チューブ１０２が戻るのを阻止する。その結果、エンジン・バルブ２００は、第１の制御バルブ３０６又は第２の制御バルブ４１２のいずれかが開くことによって油圧式バルブ・アクチュエータ３１２の油圧的固定が解除されるまで、一定の揚程で開き続け得る。

図４は、図２に示される油圧式バルブ駆動システムによって形成することができる可変エンジン・バルブ・イベントの例を提供する。図２及び４を参照すると、エンジン・バルブ・イベント５０２が、油圧式バルブ駆動システム３００の影響なしに、カム１００によって第１のシリンダ内に形成され得る。言い換えれば、バルブ・イベント５０２は、油圧式バルブ駆動システム３００が流体で充填されず、又は第１の制御バルブ３０６がエンジン・サイクルの間中開いた状態に維持されているときに形成され得る。代替エンジン・バルブ・イベント５０４は、エンジン・バルブが正規に閉じ始める時点より後に第１の制御バルブ３０６を選択的に開くことによって形成され得る。イベント５０８によって表されるように、第１の制御バルブ３０６が開き損なう、又は開くのが遅すぎた場合、エンジン・バルブとエンジン・ピストンとの接触が生じ得る。この起こり得る接触が、オーバーラップ領域５１０によって表されている。

第２の制御バルブ４１２を備えることによって、エンジン・バルブ２００がエンジン・ピストンに接触するのを防止することができる。第１の制御バルブ３０６が閉止位置で故障した場合、第２の制御バルブ４１２が、第２のカム１１０によって駆動されると、システム３００から作動油を排出することができる。第２のカム１１０は、図４の点５１６から始まるプロット５３０として示される運動に従って第２の制御バルブ４１２を駆動するように設計及び／又は選択することができる。第２の制御バルブ４１２が、点５１６を始点として下方に移動するにつれて、第２の制御バルブの環状陥凹４１８が、第２の作動油通路４３０及びダンプ・ポート４３２と位置が合うようになり得る。その結果、システム３００中の作動油が、ダンプ・ポート４３２を通って排出され得、エンジン・バルブ２００は閉じることができる。第２の制御バルブ４１２を点５１６より遅れることなく開くことによって、エンジン・バルブ２００がその時点より遅れずに確実に閉じ始め、第１の制御バルブ３０６が故障し又は必要な時点で開かない場合にエンジン・バルブとエンジン・ピストンとの望ましくない接触を確実に防止することができる。

本発明の別の実施例では、図２に示されたバルブ駆動システムは、第３のバルブ４１０がチェック・バルブであり、ドレイン・ポート４２０がやはり作動油供給路であるように変更することができる。

本発明の範囲又は主旨から逸脱することなく、本発明の変形例及び変更例を創出することができることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、油圧式バルブ駆動システムの構成要素及び配置、並びにそれらと共に使用される油圧制御バルブは、例として示されたに過ぎない。バルブ駆動システム及び制御バルブの変更例及び変形例が、添付特許請求の範囲から逸脱することなく本発明の代替実施例に使用され得るものと意図される。従って、本特許請求の範囲は、本発明のその種全ての変更例及び変形例を包含するものとする。

本発明の第１の実施例によるバルブ駆動システムの概略構成図である。 本発明の第２の実施例によるバルブ駆動システムの概略構成図である。 本発明の第２の実施例に使用することができる制御バルブの透視図である。 本発明の様々な実施例を用いて得ることができる可変バルブ駆動状態及びエンジン・ピストン位置のグラフである。

Claims (23)

1. 内燃機関のバルブ用の可変バルブ駆動システムであって、
   前記エンジンのバルブに作動的に連結された油圧式バルブ駆動システムと、
   前記油圧式バルブ駆動システムに作動的に接続された第１の制御バルブであって、前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出するように適合された第１の制御バルブと、
   前記油圧式バルブ駆動システムに作動的に接続された第２の制御バルブであって、前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出するように適合された第２の制御バルブと
   を備える可変バルブ駆動システム。
2. 前記第１の制御バルブがソレノイド制御式バルブであり、
   前記第２の制御バルブが油圧駆動式である、
   請求項１に記載の可変バルブ駆動システム。
3. 前記第１の制御バルブが電気制御式トリガ・バルブであり、
   前記第２の制御バルブが油圧駆動式である、
   請求項１に記載の可変バルブ駆動システム。
4. 前記第２の制御バルブに作動的に接続された作動油ダンプ・ポートと、
   主ピストン孔内に摺動的に配置された主ピストンと、
   前記主ピストンと前記第２の制御バルブとの間に延在する第１の作動油通路と
   を更に備える、請求項１に記載の可変バルブ駆動システム。
5. 前記第２の制御バルブが、
   従動ピストン孔と、
   前記従動ピストン孔内に摺動的に配置された従動ピストンであって、前記油圧式バルブ駆動システムと前記作動油ダンプ・ポートとの間に選択的作動油連通を形成するように適合された従動ピストンと、
   前記従動ピストンを予め選択された位置に偏倚させる手段と
   を備える、請求項４に記載の可変バルブ駆動システム。
6. 前記予め選択された位置が、前記油圧式バルブ駆動システムと前記作動油ダンプ・ポートとの間に作動油連通を形成する位置である、請求項５に記載の可変バルブ駆動システム。
7. 前記予め選択された位置が、前記油圧式バルブ駆動システムと前記作動油ダンプ・ポートとの間で作動油連通を遮断する位置である、請求項５に記載の可変バルブ駆動システム。
8. 前記従動ピストンが、前記従動ピストンの壁に形成された環状リングを更に備える、請求項５に記載の可変バルブ駆動システム。
9. 前記従動ピストンが、１つ又は複数の作動油内部通路を更に備える、請求項５に記載の可変バルブ駆動システム。
10. 前記第１の作動油通路への作動油の供給を制御する手段を更に備える、請求項５に記載の可変バルブ駆動システム。
11. 前記第１の作動油通路への作動油の供給を制御する前記手段が前記第１の制御バルブに作動的に接続されている、請求項１０に記載の可変バルブ駆動システム。
12. 前記油圧式バルブ駆動システムが、
    油圧ピストン孔と、
    前記油圧ピストン孔内に摺動的に配置された油圧ピストンと、
    エンジン・バルブ駆動力を前記エンジン・バルブに伝達する手段と
    を備える、請求項１に記載の可変バルブ駆動システム。
13. 前記油圧ピストンがカラー形状を有する、請求項１２に記載の可変バルブ駆動システム。
14. １つ又は複数の内燃機関用バルブのための可変バルブ駆動システムにおいて、
    油圧式バルブ駆動システムを用いて少なくとも部分的にエンジン・バルブを駆動するステップと、
    第１の制御バルブを開くことによって前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出するステップと、
    前記第１の制御バルブが、前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を排出し損なった場合に、その後に第２の制御バルブを開くことによって前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出するステップと
    を含む、エンジン・バルブを駆動する方法。
15. 第２の制御バルブを開くことによって前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出する前記ステップが、
    前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を排出するために前記第２の制御バルブを油圧的に駆動するステップ
    を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 第１の制御バルブを開くことによって前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出する前記ステップが、
    前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を排出するために前記第１の制御バルブを電気的に駆動するステップ
    を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 第１の制御バルブを開くことによって前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出する前記ステップが、
    前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を排出するために前記第１の制御バルブを電気的に駆動するステップ
    を含む、請求項１４に記載の方法。
18. 第２の制御バルブを開くことによって前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出する前記ステップが、
    前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を排出するために前記第２の制御バルブを機械的に駆動するステップ
    を含む、請求項１４に記載の方法。
19. 前記第１の制御バルブがソレノイド駆動式バルブであり、
    前記第２の制御バルブが機械駆動式である、
    請求項１に記載の可変バルブ駆動システム。
20. 内燃機関のバルブ用の油圧式バルブ駆動システムであって、
    作動油供給部と油圧式バルブ・アクチュエータとの間に作動油連通を形成する作動油通路と、
    前記作動油通路に作動的に接続され、前記作動油通路から作動油を選択的に排出するように適合された第１の制御バルブと、
    前記作動油通路に作動的に接続され、前記油圧式バルブ駆動システムから作動油を選択的に排出するように適合された第２の制御バルブと
    を備える油圧式バルブ駆動システム。
21. 前記第１の制御バルブがソレノイド制御式バルブであり、
    前記第２の制御バルブが油圧駆動式である、
    請求項２０に記載の油圧式バルブ駆動システム。
22. 前記第１の制御バルブがソレノイド駆動式バルブであり、
    前記第２の制御バルブが機械駆動式である、
    請求項１に記載の油圧式バルブ駆動システム。
23. 前記油圧ピストンが、エンジン・バルブ駆動力を前記エンジン・バルブに伝達する前記手段よりも長く、前記エンジン・バルブを選択的に開放状態に維持するように適合されている、請求項１２に記載の可変バルブ駆動システム。

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