JP2009535567A - ２ストローク／４ストローク切り替え用に調整及び一体化された潤滑及び制御圧力システム - Google Patents

Abstract

【解決手段】
スイッチング装置は、エンジンの稼働について２ストロークと４ストロークとの間で切り替え可能であり、４ストローク動作用の第１カムローブ及び２ストローク動作用の第２カムローブに対する各係合状態間で切り替え可能になっている。
【選択図】図５

Description

本発明はスイッチング装置に関し、特に、要望に応じて２ストロークと４ストロークとの間でエンジンの稼働を切り換えることのできるスイッチング装置であって、４ストローク動作用の第１カムローブ及び２ストローク動作用の第２カムローブに対する各係合状態間で切り替え可能になっているスイッチング装置に関する。

なお、本出願は、２００４年３月１７日に出願されて２００６年５月２日に発行された米国特許第７，０３６，４６５に係る同時係属の米国特許出願第１０／８０２，４８７の一部継続出願である。

従来の内燃機関は、２サイクル及び４サイクルの何れであっても熱力学の原則に従って作動する。何れの形式のエンジンも、ガソリン、ディーゼル、アルコール、及び気体燃料を含む様々の燃料を使用して作動する。燃料は、一般的に、例えばキャブレター及びフュエル・インジェクタを含むデバイスによってエンジンへと導入される。燃料混合気は、火花点火及び圧縮点火を含む種々の方法によって点火される。エンジンの各サイクル形式では、出力密度、燃費、排気物質、ノイズ、振動、エンジン寸法、重量、及びコスト等がまちまちであり、異なった長所と短所とを持ち合わせている。

通常の運転状態に対して、一般的な乗り物は、該乗り物に要求される最大性能に合ったサイズのエンジンによって動力を得ている。例えば、坂道において他の車両を追い越す乗用車は、ほんの短時間だけエンジンの最大出力を利用する。その他のほとんどの場合である街中での低速走行から高速道路での走行にわたって、要求される出力は、利用可能な出力のほんの一部にすぎない。従って、大きな排気量を有する必要以上に大きいエンジンは、時折必要となる高出力に応えるためだけに備えられている。

大排気量で動作する乗り物での状況は更に深刻である。貨物牽引用トレーラトラック、配達用トラック、及び他の乗り物は、満載状態に対応できるようにエンジンが設計されている。空の状態で運行するときには、要求される出力は大幅に減少する。同様に、マリン・エンジンにおいても、高速又は高出力での動作から、長時間にわたってエンジンがアイドリング動作する低速状態に至るまで、しばしば切り換えられる。未使用の排気量又は必要以上の排気量のために、エンジンは多くのシリンダを有して過剰に大型化し、その重量及び複雑さにより、運行中のほとんどにおいて不要な燃料消費と過剰な大気汚染とが引き起こされている。

既存の内燃機関は、その動作に関して２ストローク又は４ストロークに限られている。これらのエンジンは、限られた動作範囲に最適化された、固定的な燃料分配システムを有している。固定的な圧縮比と、出力・トルク・エンジンスピードの全範囲における性能の最適化のための限られた手段とのために、燃費は一般に、最小限の燃費ポイントを含む特定の燃費カーブによって特徴付けられる。

例えば、高性能動作用のターボチャージャーの使用のように、これらの問題に対処すべくエンジン設計においていくらかの改良が成されたが、高出力の要求を満足させるためには燃費が犠牲にされている。

既存の内燃機関では切り替え可能なカムフォロアであって、一のカムプロフィールと他のカムプロフィールとの間におけるバルブラッシュにバリエーションを付与する多数のカムプロフィールからバルブを駆動させるカムフォロアを使用していた。ロッカーアーム又はカムフォロアが単一のカムプロフィールで動作する従来のシステムでは、潤滑用オイルによって加圧され、且つ内部のチェックバルブを用いて充填位置に保持される油圧バルブアジャスターが、一般に使用されている。これらの油圧バルブアジャスターは、ブロック内、ヘッド内、又は、ロッカーアーム或いはカムフォロア自体内に設けられており、それらの用途では一般的である。しかしながら、なんらかの手段により１のプロフィールから他の１のプロフィールへ切り替わるロッカーアーム又はカムフォロアの使用によって、多数のカムプロフィールがバルブを動作させるようなバルブ機構においては不十分である。

ある２ストローク／４ストローク切換バルブ機構（米国特許公開公報２００５／０２０５０１９参照）では、バルブ・ロッカー・シャフトに２本の穿孔が設けられている。一方は、該シャフト上にて稼働する全てのロッカーに潤滑油を供給するためのものであり、他方の別個の通路は、ロッカーの対を固定又は固定解除する油圧ピストンへ制御用圧力を供給すべく、ロッカー切換装置に接続されている。このような構成は（潤滑系と制御機能とが分離された状態で）良好に機能するが、２つの小径の穿孔を有するシャフトは高価であり、且つ製造困難である。

加えて、ピストン及び固定ピンが動き始めるであろうスプリングの先行荷重の閾値まで、圧力を低いレベルから上昇させるという要件により、固定機構の応答速度は遅くなる。他の切換バルブ機構においては、上述した低いレベルの圧力を、スプリングの前記閾値近傍にまで高くすることによってこの困難を克服したが（米国特許第４，９１７，０５７）、閾値を超えて俊敏に圧力が上昇するのに対して（高い背圧下では）圧力の低下には時間がかかることから、このような消極的な処置では応答が非対称的になってしまう。更に、このような受動的システムでは、運転状況に適するように、潤滑又は制御圧の変化を制御することはできない。

２サイクル稼働から４サイクル稼働へとエンジンを切り換えるスイッチング装置であって、燃費、排気効率、及び出力を最大化するものが要望されている。

本発明は、複数の気筒が個々に所定タイミングで切り替わるエンジンのための、２ストローク／４ストローク・スイッチングバルブ機構に関する。ロッカーシャフトは、その長手方向に沿うようにして内部に形成されたオイル通路を有し、該オイル通路は、各気筒のバルブ機構用の個々のチャンバを形成すべく一般的に閉鎖されている。各気筒には、前記ロッカーシャフトのチャンバへオイルを送るための３ポート式スプールバルブを駆動するアクチュエータが備えられている。該アクチュエータは、典型的にはパルス幅変調による位置制御可能なリニアソレノイドであるが、スプールバルブを動作させるサーボモータ又はステッピングモータであってもよい。３つのポートは夫々、制御用オイル圧力出力ポート（中央ポート）と、オイル圧力導入ポート（一端ポート）と、オイル圧力開放ポート（他端ポート）とである。各ポートがこのように配置されているため、前記アクチュエータからの制御入力に応じて、制御用オイル圧力出力ポートを、オイル圧力導入ポート又はオイル圧力開放ポートに対して、部分的に又はフルに連通させることができる。

このように、作動閾値の下方近傍の制御圧力を生成する通流孔を形成するよう、バルブを調整可能であって、ロッカーの潤滑と、固定機構を動作させる制御圧力変化のスルー・レートの最小化とを実現している。本システムにおいて利用可能な最大圧力は、要求された場合に可能な限り高速でスイッチングする際に（供給ポートを制御ポートにフルに接続して）使用される。

制御チャンバを減圧してロッカーの固定を解除しようとする場合に、潤滑オイルの圧力が低いと損失が発生するため、制御圧力ポートとオイル溜めにオイルを戻す大気圧開放ポートとをフルに連通しているアクチュエータに対して、更なるレベルの制御信号を入力する。スイッチングはロッカーが無負荷且つ静止状態でのみ実行されるため、潤滑オイルにおける一瞬の圧力ロスは損失を生じさせないが、いくらかの動作ロスと共に、この圧力もまた、圧力開放時の潤滑オイルへ付与するレベルに調整され得る。一旦スイッチング操作が終了すると、アクチュエータへの指令は、潤滑に適当なレベルであって次のスイッチング操作に備えたレベルに戻される。

エンジンの管理システムにより、全てのレベルの圧力（４ストローク／潤滑、２ストローク／潤滑、圧力開放／潤滑なし）の閉ループ制御を可能とすべく、圧力変換器は制御ポートに接続される。これによって（スピード、負荷、エンジン温度、スイッチング閾値に近づけることのための）潤滑オイルの調整が可能となる。（２ストローク・モードを維持するための）保持圧力は、オイル又は電力を最小化するよう調整でき、又は、速度向上のために４ストローク状態に戻すべくスイッチングする際の圧力閾値を低くするよう調整できる。適切な潤滑オイルを供給すべく開放圧力を調整することができる。圧力変換器はまた、他の重要なパラメータと連係するために、スイッチング操作に関するタイミング情報をエンジンの管理システムに提供することも可能である。更に、オンボードでの診断のために、スイッチングが首尾よく実行されているか確認するために使用することもできる。

４ストロークから２ストロークへのタイムシーケンス及び復帰操作のタイム・シーケンスは図面において示されている。

本発明は、２ストロークと４ストロークとを切り替えるシステムであって、ロッカーシャフトは、その長手方向に沿って形成されて各気筒のバルブ機構用の個々のチャンバを形成すべく閉鎖された単一の孔を有している。各気筒用のアクチュエータは、前記ロッカーシャフト内の孔からオイルが供給される３ポート式スプールバルブ内にスライド可能に設けられた流体ピストンを動作させる。この３ポートは、「制御オイル出力ポート」（中央ポート）と、「オイル圧力導入ポート」（一端ポート）と、「オイル圧力開放ポート」（他端ポート）から成る。制御オイル出力ポートは、前記アクチュエータからの制御入力に応じて、オイル圧力導入ポート及びオイル圧力開放ポートの何れに対しても、部分的に又はフルに連通することができる。ロッカー潤滑オイルを供給するため、及び固定機構を駆動する制御圧力変化のスルー・レートを最小化するために、バルブは動作閾値の下方近傍に調整される。ロッカーを固定解除するときには、オイル圧力導入ポート及び制御オイル出力ポート間をフルに接続することにより、最大圧力が使用される。

本発明について一貫して言えることに、２ストロークから４ストロークへとエンジンの稼働状態を切り替えるためのスイッチング装置であって、燃費と排気効率と出力とを最大化できるものが、驚くべきことに見出されたのである。

１のストローク形式から他の１のストローク形式へとエンジンを切り替えるためのスイッチング機構であって、第１のピン対と、カムシャフトの回転動作をバルブの直線動作へと動作変換すべく構成されたスイッチング装置とを備え、前記第１のピン対の各一端部は圧力流体と接触し各他端はスプリングによって付勢されており、前記スイッチング装置は、前記第１のピン対を収容すると共に、カムシャフトにおける２ストローク用のカム表面と４ストローク用のカム表面とに係合し、圧力流体の圧力を変化させて、２ストローク用のカムシャフト及び４ストローク用のカムシャフトの何れか一方からバルブへの動作変換を停止させるための、前記第１のピン対の少なくとも一方を動作させるよう構成されている。

図１の立面図に示すように、符号１０は、１のストローク形式から他の１のストローク形式へエンジンをスイッチングする機構、即ち、本発明に係るエンジンバルブ駆動アセンブリを左側から見た構成である。エンジンバルブ１２は、シリンダブロック１４に当接する一端部を有している。該バルブ１２の他端部は、ロッカーアセンブリ１８のロッカーアーム１６に接触している。ロッカーアセンブリ１８には、挿通された中空のロッカーシャフト２２を支持する開口２０が形成されている。バルブ１２の数は、自動車用エンジン（図示せず）が備えるシリンダ数に応じて様々である。

図２に分かりやすく示されているように、ロッカーアセンブリ１８からは、互いに離隔して設けられた一対のフォロアアーム２４，２６が、バルブ１２から遠ざかる外方へ向かって延設されている。フォロアアーム２４，２６は、両者間に設けられたリンク部材２７を有している。各フォロア・アーム２４，２６の外方端部には、フォロアローラ２８，３０が設けられている。フォロアローラ２８は４ストローク用のカム表面３２に対して動作可能に係合しており、フォロアローラ３０は２ストローク用のカム表面３４に対して動作可能に係合している。４ストローク用のカム表面３２及び２ストローク用のカム表面３４は、カムシャフト３６の外表面に設けられている。

図３は、図１に示すエンジンバルブ駆動アセンブリ１０を３−３線で切断した模式的断面図である。ロッカーシャフト２２は径方向に延びる孔３８を有している。該孔３８は、ロッカーシャフト２２の中空部と、ロッカーアセンブリ１８のリンク部材２７の内部に形成された圧力流体チャンバ４０との間を連通している。圧力流体チャンバ４０の両端には第１固定ピン４２及び第２固定ピン４４が設けられている。第１固定ピン４２に対して第２固定ピン４４とは反対側の近傍には第３ピン４３が設けられている。第２固定ピン４４に対して第１固定ピン４２側の近傍には第４ピン４５が設けられている。フォロアアーム２４内に形成された孔内に少なくとも一部が位置するように第１復帰スプリング４６が設けられ、該第１復帰スプリング４６は、第３ピン４３及び第１固定ピン４２を、圧力流体チャンバ４０の中央部側又は第３ピン４４側へと付勢している。フォロアアーム２６内に形成された孔内に少なくとも一部が位置するように第２復帰スプリング４８が設けられ、該第２復帰スプリング４８は、第２固定ピン４４及び第４ピン４５を、圧力流体チャンバ４０の中央部側又は第１固定ピン４２側へと付勢している。

動作中、エンジンは通常、４ストローク・モード及び２ストローク・モードのうち何れかの標準モードにより動作する。説明のため、４ストロークでの動作を標準の動作とする。バルブ１２の動作はロッカーアセンブリ１８によって制御される。カムシャフト３６が回転している間、４ストローク用のカム表面３２のローブ３３は３６０度回転する。４ストローク用のカム表面３２のローブ３３がフォロアローラ２８の下方を通過する間、ロッカーアセンブリ１８はロッカーシャフト２２の周りに揺動される。このようにして、ロッカーアーム１６の先端部は下方へ移動し、バルブ１２が開放される。４ストローク用のカム表面３２のローブ３３がフォロアローラ２８を通過していくと、ロッカーアーム１６は上方へ揺動してバルブ１２は閉鎖される。２ストローク用のカム表面３４のローブ３５によるバルブ１２の動作は、４ストローク用のカム表面３２のローブ３３についての説明と同様である。

２ストローク駆動及び４ストローク駆動の両方に適合する燃焼システムを有するエンジンは、カムシャフト３６又はクランクの１回転につき１度のバルブ１２の動作から、カムシャフト３６の１回転につき２度のバルブ１２の動作へと変更することによって、一方の動作モードから他方の動作モードへと変更可能である。これは、４ストローク用のカム表面３２への追従から、２ストローク用のカム表面３４への追従へとエンジンバルブ１２をスイッチングすることによって実現される。第１固定ピン４２は、４ストローク・モード用にフォロアアーム２４を固定し係合すべく動作する。第２ロックピン４４は、２ストローク・モード用にフォロアアーム２６を固定し係合すべく動作する。第３ピン４３は、４ストローク・モードにおいて、フォロアアーム２４との係合に際して第１固定ピン４２を適所に確実に位置させる。第４ピン４５は、２ストローク・モードにおいて、フォロアアーム２６との係合に際して第２固定ピン４４を適所に確実に位置させる。ここで示す実施形態では、第１固定ピン４２及び第２固定ピン４４のうち一方が、対応するフォロアアーム２４，２６に係合しているときは、他方は、対応するフォロアアーム２４，２６に係合しないようになっている。

第１固定ピン４２及び第２固定ピン４４の係合及び非係合は、エンジン管理システムからの信号に基づくソレノイドバルブによって制御される流体圧力により実現される。例えばエンジンオイルのような圧力流体が、ロッカーシャフト２２の中空部へと供給される。この圧力流体は径方向への孔３８及び圧力流体チャンバ４０に浸入し、第１固定ピン４２及び第３ピン４３を第１復帰スプリング４６に抗って移動するように付勢し、また、第２固定ピン４４及び第４ピン４５を第２復帰スプリング４８に抗って移動するように付勢する。本実施形態では、４ストローク・モードでの駆動が要求されるときには、第１固定ピン４２が圧力流体によって第１復帰スプリング４６の弾性力に抗う方向へ移動してフォロアアーム２４に係合する。同様に、第２固定ピン４４は第２復帰スプリング４８の弾性力に抗う方向へ移動し、フォロアアーム２６とは非係合状態となる。第２固定ピン４４と第４ピン４５との間が分割されているため、フォロアアーム２６との係合状態の解除が容易となる。２ストローク・モードでの駆動が要求されるときには、圧力流体の流量又は圧力が低減され、第２復帰スプリング４８の弾性力によって第２固定ピン４４が図３に示される位置へ移動し、フォロアアーム２６と係合する。第１固定ピン４２及び第３ピン４３も同様に図３に示す位置へと移動し、フォロアアーム２４とは非係合状態となる。第１固定ピン４２と第３ピン４３との間が分割されているため、フォロアアーム２４との係合状態の解除が容易となる。

図４及び図５に示す符号５０は、１のストローク形式から他の１のストローク形式へエンジンをスイッチングする機構、即ちスイッチ・タペット・アセンブリについて、本発明の第２実施形態を示す模式的な正面立面図である。タペットアセンブリ５０は、カムシャフト５２とバルブステム５４との間に設けられている。タペットアセンブリ５０は内側タペット５６及び外側タペット５８を有している。内側タペット５６と外側タペット５８との間には、これらと略同軸芯状にしてバルブプランジャ６０が設けられている。内側タペット５６はカムシャフト５２の４ストローク用のカム表面６２に接触しており、外側タペット５８は２ストローク用の一対のカム表面６４に接触している。本発明の範囲を逸脱することなく、内側タペット５６を２ストローク用のカム表面に接触させ、外側タペット５８を４ストローク用の一対のカム表面に接触させるべく構成することが可能であることは言うまでもない。内側タペット５６とバルブプランジャ６０との分離を防止すべく内側タペットストッパリング６６が設けられている。また、外側タペット５８において、該内側タペットストッパリング６６とは反対側の端部には、バルブプランジャ６０と外側タペット５８との分離を防止すべく、外側タペットストッパ６８が設けられている。

内側タペット５６は、内側タペット用復帰スプリング７０によって４ストローク用のカム表面６２との接触が維持されている。外側タペット５８は、外側タペット用復帰スプリング７２の一端により付勢され、カムシャフト５２の２ストローク用のカム表面６４との接触が維持されている。そして、外側タペット用復帰スプリング７２の他端は、スプリングリテーナ７４に接触している。

内側タペット５６における対向部分の夫々には、バルブプランジャ６０に形成された孔７８及び外側タペット５８に形成された孔８０に整合する横孔７６が形成されている。内側タペット５６の各横孔７６には固定ピン用復帰スプリング８２が配設されている。固定ピン用復帰スプリング８２の各一端部は、固定ピンプランジャ８４内に収容指示されている。固定ピンプランジャ８４において固定ピン復帰スプリング８２とは反対側には固定ピン８６が設けられており、該固定ピン８６は、孔７６，７８，８０内にてスライド可能なようにして収容されている。各固定ピン８６が外側タペット５８から離れてスライドしないように一対の固定ピンリテーナ８８が設けられている。各固定ピンリテーナ８８は中央貫通孔９０が有しており、該中央孔９０は図示しない圧力流体源に連通している。更に、外側タペット５８及びバルブプランジャ６０には、潤滑及びラッシュ調整用の貫通孔９２が形成されている。図５に明示するように、バルブプランジャ６０の壁部には回転防止ピン９４が設けられており、内側タペット５６及び外側タペット５８に当接している。

動作中、エンジンは通常、４ストローク・モード及び２ストローク・モードのうち何れかの標準モードにより動作する。説明のため、４ストロークでの動作を標準の動作とする。バルブステム５４の動作はタペットアセンブリ５０によって制御される。カムシャフト５２が回転している間、４ストローク用のカム表面６２のローブ９６は３６０度回転する。４ストローク用のカム表面６２のローブ９６が内側タペット５６へ向かうように回転すると、内側タペット５６は下方へ移動し、バルブステム５４は下方へ移動して図示しないバルブを開放させる。４ストローク用のカム表面６２のローブ９６が内側タペット５６を過ぎて回転すると、内側タペット５６は上方へ移動し、バルブステム５４は上方へ移動してバルブが閉鎖される。４ストローク用のカム表面６２のローブ９６について説明したのと同様に、２ストローク用の一対のカム表面６４のローブ９８によるバルブステム５４の下降動作は、ローブ９８が外側タペット５８を下方へ移動させることによって実現される。外側タペット用復帰スプリング７２によって、タペットアセンブリ５０はカムシャフト５２のローブ９６，９８との接触が維持され、且つ、ローブ９６，９８の夫々が内側タペット５６及び外側タペット５８を通過した時にタペットアセンブリ５０は図４に示す位置に戻される。

２ストローク駆動及び４ストローク駆動の両方に適合する燃焼システムを有するエンジンは、カムシャフト５２又はクランクの１回転につき１度のバルブ５４の動作から、カムシャフト５２の１回転につき２度のバルブ５４の動作へと変更することによって、一方の動作モードから他方の動作モードへと変更可能である。これは、４ストローク用のカム表面６２への追従から、２ストローク用のカム表面６４への追従へとタペットアセンブリ５０をスイッチングすることによって実現される。本実施形態では、４ストローク・モードにおいて固定ピン８６は、バルブプランジャ６０と外側タペット５８との間の固定及び係合を解除する。反対に、２ストローク・モードにおいて固定ピン８６は、バルブプランジャ６０と外側タペット５８との間を固定し係合させる。

固定ピン８６の係合及び非係合は、エンジン管理システムによって制御されるソレノイドバルブによって固定ピン８６へ付与される流体圧力により実現される。圧力流体源からの例えばエンジンオイルのような圧力流体は、貫通孔９０を介して固定ピン８６へと供給される。４ストローク・モードでは、この圧力流体によって固定ピン８６が内方へと移動され、バルブプランジャ６０と外側タペット５８との係合状態が解除される。即ち、圧力流体は径方向の貫通孔９０へ浸入し、固定ピン復帰スプリング８２の弾性力に抗って固定ピン８６を付勢する。従って、４ストローク・モードでの動作が要求される場合には、圧力流体によって固定ピン８６は図４に示す位置から内方へと移動し、バルブプランジャ６０及び外側タペット６８との係合状態が解除される。その結果、２ストローク用のカム表面６４のローブ９８によって外側タペット５８が下方へ付勢されると、外側タペット５８はバルブプランジャ６０の外方を自由にスライドすることとなり、バルブステム５４を作動させることがない。本実施の形態では、２ストローク・モードでの動作が要求される場合には、圧力流体の流量又は圧力が低減され、固定ピン復帰スプリング８２の弾性力によって固定ピン８６が図４に示す位置へと移動され、バルブプランジャ６０と外側タペット５８とが係合状態となる。従って、２ストローク用のカム表面６４のローブ９８によって外側タペット５８が下方へと付勢されると、外側タペット５８及びバルブプランジャ６０が共に下方へと移動し、バルブステム５４を作動させる。容易に理解されるように、固定ピン８６は、内側タペット５６及びバルブプランジャ６０間と、外側タペット５８及びバルブプランジャ６０間とのうち、同時には何れか一方でのみ係合状態となるように設計されている。なお、外側タペット・ストッパ６８により、非係合状態の外側タペット５８は、内側タペット５６及びバルブプランジャ６０と共に動作する。加えて、安全な固定を実現するには制御切り替え動作が遅すぎるか不十分である場合には、完全に固定される位置へ固定ピン８６を移動させるために、該固定ピン８６には面取りが形成されている。

図６乃至図９は、作動中のタペットアセンブリ５０の位置を示している。図６は、４ストローク・モードにおいて基準位置にあるタペットアセンブリ５０を示しており、図７は、４ストローク・モードにおいて最もリフトした状態にあるタペットアセンブリ５０を示している。図８は、２ストローク・モードにおいて基準位置にあるタペットアセンブリ５０を示しており、図９は、２ストローク・モードにおいて最もリフトした状態にあるタペットアセンブリ５０を示している。

図１０及び図１１は、２つの異なるラッシュ調整タイプを有する図４及び図５に示すタペットアセンブリ５０を示している。図１０では、タペットアセンブリ５０とバルブステム５４との間のクリアランス又は遊びを手作業で埋め合わせるべくラッシュシム１００を用いている。図１１では、タペットアセンブリ５０とバルブステム５４との間のクリアランス又は遊びを埋め合わせるべく、油圧式チェックボール及びスプリングを有するタイプのラッシュ調整アセンブリ１０２を用いている。なお、本発明の範囲を逸脱することなく、他のラッシュタイプを採用することができることは言うまでもない。

図１２及び図１３に、本発明に係る第３実施形態を示す。図１２に示す符号１１０は、１のストローク形式から他の１のストローク形式へエンジンをスイッチングする機構の模式的な側面断面図であり、即ち、カムフォロア及びロッカーアームアセンブリを示している。バルブステム１１２はロッカーアームアセンブリ１１４の端部に当接している。ロッカーアームアセンブリ１１４内に形成された油圧式ラッシュ調整用キャビティ１１８にはピストン１１６が配設されている。このピストン１１６は、スプリング１２０によってバルブステム１１２に係合するように付勢されている。油圧式ラッシュ調整用キャビティ１１８とシャトルピンキャビティ１２２とは、第１流路１２４によってオイルが通流可能なように連通されている。シャトルピンキャビティ１２２は排出オリフィス１２６によって大気と連通している。油圧式ラッシュ調整用キャビティ１１８は第２流路１２８により、第１軸芯方向へ延びる第１オイル供給流路１３０に連通しており、該第１オイル供給流路１３０は図示しない第１オイル供給源に連通している。図示するように、第１オイル供給流路１３０はロッカーシャフト１３２内に形成されており、径方向へ延びる流路の環状アレイを有している。要望に応じて第２流路１２８及び油圧式ラッシュ調整キャビティ１１８へオイルを供給する他のルートを採用することも可能である。また、第２流路１２８内にはチェックバルブ１３４が設けられている。

図１３は、図１２に示す１３−１３線で切断したときのカムフォロア及びロッカーアームアセンブリを示す模式的断面図である。ロッカーシャフト１３２内には、径方向へ延びる流路の環状アレイを有して軸芯方向へ延びる第２オイル供給流路１３６が形成され、該第２オイル供給流路１３６は図示しない第２オイル供給源に連通している。第２オイル供給流路１３６とシャトルピンキャビティ１２２との間は、第２流路１３８によって通流可能に連通されている。シャトルピンキャビティ１２２の一端部であって第３流路１３８の近傍には、シャトルピンピストン１４０が往復動可能に設けられている。このシャトルピンピストン１４０にはシャトルピン１４２の第１端部が当接している。また、該シャトルピン１４２の第２端部にはシャトルピン復帰ピストン１４４が当接している。シャトルピン１４２において第１端部と第２端部との間の周上には周回溝１４６が形成されている。シャトルピン復帰スプリング１４８は、シャトルピン復帰ピストン１４４とシャトルピン１４２とシャトルピンピストン１４０とを、第３流路１３８に連通するシャトルピンキャビティ１２２の端部方向へと付勢している。４ストローク用のフォロアアーム１５０及び２ストローク用のフォロアアーム１５２は、夫々図示しない４ストローク用のカム表面及び２ストローク用のカム表面に接触している。カムフォロア及びロッカーアームアセンブリ１１０の動作において説明したように、４ストローク用のフォロアアーム１５０と２ストローク用のフォロアアーム１５２とは、互いに独立して動作するように適合されている。

動作中にカムフォロア及びロッカーアームアセンブリ１１０は、４ストローク用のフォロアアーム１５０との係合、及び２ストローク用のフォロアアーム１５２との係合の間でスイッチングすることによって、図示しない内燃エンジンを４ストローク及び２ストロークの何れの形式で駆動するかを容易に選択することができる。カムフォロア及びロッカーアームアセンブリ１１０は、４ストローク用のフォロアアーム１５０と２ストローク用のフォロアアーム１５２との間でのスイッチング時に動作しないピストン１１６及びスプリング１２０を有する油圧式ラッシュ調整装置を有することによって、製造上の交差のバラツキに順応することができるようにもなっている。図１２及び図１３の双方において、シャトルピン１４２は、シャトルピン復帰スプリング１４８によって４ストローク用のフォロアアーム１５０に係合する方向へ付勢されて、動作しない位置にある状態が示されている。

図示するように通常の運転状況下において内燃エンジンは、シャトルピン１４２によって４ストローク用のフォロアアーム１５０が係合する４ストローク・モードにより動作する。シャトルピン１４２及びシャトルピンピストン１４０は、シャトルピン復帰スプリング１４８に付勢されることによってこの位置に保持される。このように、バルブステム１１２の動作は４ストローク用のフォロアアーム１５０によって制御される。加圧されたオイルは、第２流路１２８から第１オイル供給流路１３０を通じて、油圧式ラッシュ調整キャビティ１１８へと供給される。加圧オイルの供給は、例えばオンボード式の車両用コンピュータ及び制御バルブシステムなど、従来の何れかの制御方法を用いて制御することができる。チェックバルブ１３４は第２流路１２８内を逆流するオイルに対して作用し、動作時に油圧式ラッシュ調整キャビティ１１８内の減圧を防止する。

２ストローク・モードへの切り替えが要望され又は要求される場合には、第３流路１３８から第２オイル供給流路１３６を通じて、加圧されたオイルがシャトルピンキャビティ１２２へと供給される。加圧オイルの供給は、例えばオンボード式の車両用コンピュータ及び制御バルブシステムなど、従来の何れかの制御方法を用いて制御することができる。シャトルピンキャビティ１２２へと導入された加圧オイルは、シャトルピン復帰スプリング１４８の弾性力に抗って、シャトルピンピストン１４０、シャトルピン１４２、及びシャトルピン復帰ピストン１４４を付勢し、シャトルピン復帰スプリング１４８の力に抗う方向へと移動させる。シャトルピン１４２の移動の途中で、溝１４６は第１流路１２４及び排出オリフィス１２６と位置が合わさって連通する。このような配列により、本質的にはシャトルピン１４２がスプールバルブとして動作することにより、油圧式ラッシュ調整キャビティ１１８が減圧されて油圧式ラッシュ調整装置が停止される。シャトルピンピストン１４０、シャトルピン１４２、及びシャトルピン復帰ピストン１４４が完全に移動し終えると、４ストローク用のフォロアアーム１５０はシャトルピン１４２と係合しなくなり、２ストローク用のフォロアアーム１５２がシャトルピン１４２と係合する。また、溝１４６、第１流路１２４、及び排出オリフィス１２６の間の連通が遮断され、油圧式ラッシュ調整キャビティ１１８が再加圧されて油圧式ラッシュ調整装置が再駆動し、バルブステム１１２及びロッカーアームアセンブリ１１４間のクリアランスを補填又は補正する機能が再開される。

４ストローク・モードへ戻るためには、上記の反対の操作が行われる。シャトルピンキャビティ１２２へのオイルの供給が遮断されて排出され、また圧力が開放されて、シャトルピン復帰スプリング１４８により、シャトルピン復帰ピストン１４４、シャトルピン１４２、及びシャトルピンピストン１４０はシャトルピンキャビティ１２２内をシャトルピン復帰スプリング１４８による付勢力の方向へと移動することとなる。溝１４６は再び第１流路１２４及び排出オリフィス１２６と位置が合わさって連通し、油圧式ラッシュ調整キャビティ１１８は減圧されて、油圧式ラッシュ調整装置は停止される。シャトルピン復帰ピストン１４４、シャトルピン１４２、及びシャトルピンピストン１４０が完全に移動し終えると、４ストローク用のフォロアアーム１５０が再びシャトルピン１４２に係合し、２ストローク用のフォロアアーム１５２はシャトルピン１４２と係合しない状態となる。また、溝１４６、第１流路１２４、及び排出オリフィス１２６の間の連通は遮断され、油圧式ラッシュ調整キャビティ１１８が再加圧されて、油圧式ラッシュ調整装置が再駆動する。

第４実施形態では、公知のタイミングにより各シリンダを個別に切り替える必要のあるエンジン用であって、２ストロークと４ストロークとの間での切り替えるバルブトレイン用のスイッチング機構を示す。図１４にこのスイッチング機構を示しており、ここでは、ロッカーアセンブリ１６０が中空のロッカーシャフト１６２を支持している。ロッカーアセンブリ１６０からは、離隔配置された一対のフォロアアーム１６４，１６６が、バルブロッカーアーム１６８から離隔する外方へ向かって延設されている。フォロアアーム１６４，１６６間にはリンク部材１７０が設けられている。上述したように、フォロアアーム１６４は４ストローク用のカム表面（図示せず）に対して係合可能であり、フォロアアーム１６６は２ストローク用のカム表面（図示せず）に対して係合可能となっている。

フォロアアーム１６４，１６６及びリンク部材１７０の内部には制御圧力チャンバ１７２が形成されている。油圧ピストン１７４は、制御圧力チャンバ１７２においてフォロアアーム１６４内に形成された部分に設けられている。制御圧力チャンバ１７２においてリンク部材１７０内に形成された部分には中空の固定ピン１７６が設けられており、該固定ピン１７６は油圧ピストン１７４に当接している。制御圧力チャンバ１７２においてフォロアアーム１６６内に形成された部分にはスプリングカップ１７８が設けられており、該スプリングカップ１７８は固定ピン１７６に当接している。復帰スプリング１８０は、その一端がスプリングカップ１７８に支持され、他端は、フォロアアーム１６６内の制御圧力チャンバ１７２の端部壁１８２に当接している。端部壁１８２には開孔１８４が形成され、スプリングカップ１７８には開孔１８６が形成されており、固定ピン１７６が当接する油圧ピストン１７４の表面は、固定ピン１７６の内部と開孔１８６と制御圧力チャンバ１７２においてスプリングカップ１７８及びスプリング１８０を保持する部分と介し、開孔１８４に連通している。

図１４乃至図１８を参照して、このような動作を可能とするために、ロッカーシャフト１６２はその長手方向に沿って内部に形成された１本のオイル通路１８８を有しており、該オイル通路１８８は、各シリンダのバルブトレイン用に独立したチャンバを形成すべく遮蔽されている。３ポート式スプールバルブ１９２を駆動するアクチュエータ１９０が各シリンダに対して備えられており、該アクチュエータ１９０によってロッカーシャフトの制御圧力チャンバ１７２へオイルが導入される。このアクチュエータ１９０は、一般にパルス幅変調電流によって位置制御されるリニアソレノイドであるが、バルブスプールを動作させるサーボモータやステッピングモータであってもよい。この３つのポートは、制御オイル出力ポート（中央ポート）１９４、オイル圧力導入ポート（一端ポート）１９６、及びオイル圧力開放ポート（他端ポート）１９８である。各ポートは、アクチュエータ１９０への制御入力に応じて、制御圧力ポート１９４がオイル導入ポート１９６及びオイル開放ポート１９８の何れかに対して部分的又は完全に連通可能なように配設されている。

このようにして、バルブは動作閾値以下の制御圧力を生成する通流オリフィスを提供すべく変化可能であり、ロッカーを潤滑し、固定機構を駆動する制御圧力の変化のスルー・レートを最小化することができる。要求された場合に可能な限り早急にスイッチングを行うに際しては、供給ポート１９６と制御ポート１９４とを完全に連通させることにより、利用可能なシステムの最大圧力を付与する。

ロッカーの固定を解除すること（制御チャンバを減圧すること）が要望されるときには低い潤滑圧力は好ましくないため、制御圧力ポート１９４とオイルをオイル溜めへ戻す大気圧開放ポート１９８とを完全に連通させる更なるレベルの制御入力がアクチュエータ１９０へ与えられる。（スイッチングは、ロッカーが無負荷且つ静止状態でのみ実行されるため）潤滑圧力の一時的なロスは害にはならないが、動作のいくらかのロスと共に、この圧力は、大気開放動作中の潤滑オイルへ供給されるレベルにまで制限され得る。一旦、スイッチング動作が終了すると、アクチュエータへの指令は潤滑オイルに適したレベルに戻され、次のスイッチング動作に備えられる。

エンジン管理システムによって全てのレベルの圧力（４ストローク／潤滑、２ストローク／潤滑、大気開放、潤滑なし）の閉ループ制御を可能とすべく、圧力変換器を制御ポートに接続してもよい。これによって、（スピード、負荷、エンジン温度、スイッチング閾値の厳密性のための）潤滑圧力の調整が可能となる。（２ストロークを維持する）保持圧力は、オイル又は電力を最小限にするように調整することができ、又は、スピード向上のため４ストロークへ切換復帰する圧力閾値を低くするように調整することができる。開放圧力は適切な潤滑を実行できるように制限することができる。圧力変換器はまた、他の重要なパラメータと連係するために、エンジン管理システムに対してスイッチング動作に関するタイミング情報を提供することができる。オンボードでの診断用に、スイッチングが正常に行われたことの確認のために使用することも可能である。

４ストロークから２ストロークへの移行動作及び復帰動作のタイム・シーケンスを図１８に示す。ここでは、「４ストローク，潤滑」の動作状態は図１５に示すバルブスプール１９２の位置に概ね対応し、「２ストローク，潤滑」の動作状態は図１６に示すバルブスプール１９２の位置に概ね対応し、２ストロークと４ストロークとの間でのスイッチングの動作状態は図１７に示すバルブスプール１９２の位置に概ね対応している。

完了したスイッチングを取り消すもの故に、制御圧力は開放ポートから潤滑圧力への経路へ最大圧力を通過させることはできないため、図示した各ポートの順序は重要である。

特許法の規定に従って、本発明を好ましい実施形態を表すと考えられる内容中にて説明した。しかしながら、本発明は、その思想又は特許請求の範囲から逸脱することなく、具体的に図示し及び説明したものとは別の手段により実行することも可能である。

本発明における上記事項及びその他の効果は、添付図面を考慮することにより、以下に説明する好ましい実施形態についての詳細な説明に基づいて、当業者によれば容易に明らかとなる。

図１は、１のストローク形式から他の１のストローク形式へエンジンを切り替える機構であって、エンジンバルブとロッカーとカムシャフトアセンブリとを有する機構の模式的な左側立面図である。

図２は、図１に示したアッセンブリの模式的平面図である。

図３は、図１の３−３線にて切断したアセンブリの模式的断面図である。

図４は、１のストローク形式から他の１のストローク形式へエンジンを切り替える機構の第２実施形態を示す模式的な正面立面図であって、スイッチングタペットの断面とカムシャフトとを示している。

図５は、図４の４−４線にて切断したスイッチングタペット及びカムシャフトを示す模式的な断面図である。

図６は、図４に示したスイッチングタペット及びカムシャフトの模式的な正面立面図であって、タペットが基本円に位置する状態で４ストローク・カムのみからの動作を伝達させるべく位置する固定ピンを示している。

図７は、図４及び図６に示したスイッチングタペット及びカムシャフトの模式的な正面立面図であって、タペットが最大に持ち上げられて位置する状態で４ストローク・カムのみからの動作を伝達させるべく位置する固定ピンを示している。

図８は、図４に示したスイッチングタペット及びカムシャフトの模式的な正面立面図であって、タペットが基本円に位置する状態で２ストローク・カムのみからの動作を伝達させるべく位置する固定ピンを示している。

図９は、図４及び図８に示したスイッチングタペット及びカムシャフトの模式的な正面立面図であって、タペットが最大に持ち上げられて位置する状態で２ストローク・カムのみからの動作を伝達させるべく位置する固定ピンを示している。

図１０は、図４に示したスイッチングタペット及びカムシャフトを示す模式的な正面立面図であって、機械式のラッシュ・アジャスタを示している。

図１１は、図４に示したスイッチングタペット及びカムシャフトを示す模式的な正面立面図であって、油圧式のラッシュ・アジャスタを示している。

図１２は、１のストローク形式から他の１のストローク形式へエンジンを切り替える機構の第３実施形態を示す模式的な側面断面図であって、カムフォロア及びロッカーアームアセンブリを示している。

図１３は、図１２のアセンブリを１３−１３線で切断した模式的な断面図である。

図１４は、１のストローク形式から他の１のストローク形式へエンジンを切り替える機構の第４実施形態を示す模式的な部分断面図であって、カムフォロア及びロッカーアームアセンブリを示している。

図１５は、スプールバルブを備えるソレノイドアクチュエータの断面形状を示す模式図であって、図１４に示した本発明に係る機構の４ストローク稼働用の位置にある状態を示している。

図１６は、２ストローク稼働用の位置にあるときの図１５に係るスプールバルブを示している。

図１７は、２ストローク稼働と４ストローク稼働との間で遷移する状態の図１５に係るスプールバルブを示している。

図１８は、本発明に係る図１５に示すソレノイドアクチュエータに付与される電圧、制御圧力、スプール位置、及び固定ピストン位置のプロットを示している。

Claims (20)

1. １のストローク形式から他の１のストローク形式へエンジンを切り替えるためのスイッチング機構であって、
   単一の潤滑通路を有するロッカーシャフトと、
   カムシャフトの回転動作をバルブの直線動作へと動作変換すべく構成されており、前記潤滑通路からの圧力流体が通流する制御圧力チャンバを収容すると共に、該制御圧力チャンバ内の少なくとも一部に流体圧ピストンを有する、少なくとも１つのスイッチング装置とを備え、
   該スイッチング装置では、前記圧力流体の圧力変化により、前記２ストローク用及び４ストローク用のカム表面のうちの一方から前記バルブへの動作変換を停止させるように、前記流体圧ピストンが作動されることを特徴とするスイッチング機構。
2. 前記潤滑通路を通流する前記圧力流体は他のアクチュエータによって制御されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスイッチング機構。
3. 前記アクチュエータは、リニアソレノイド、サーボモータ、又はステッピングモータを備えていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のスイッチング機構。
4. 前記アクチュエータは更に、前記制御圧力チャンバへ圧力流体を導くべく３ポート式スプールバルブを備えていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のスイッチング機構。
5. スイッチング装置は前記エンジンの各気筒に備えられており、前記アクチュエータは、所定のタイミングで各気筒を個別に切り替えることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のスイッチング機構。
6. 前記３ポート式スプールバルブは更に、流体圧力導入ポートと流体圧力開放ポートとの間に設けられた制御流体圧力出力ポートを有することを特徴とする請求の範囲第４項に記載のスイッチング機構。
7. 前記制御流体圧力出力ポートは、前記アクチュエータからの制御入力に応じて、前記流体圧力導入ポート又は前記流体圧力開放ポートに対して少なくとも部分的に接続されることを特徴とする請求の範囲第６項に記載のスイッチング機構。
8. １のストローク形式から他の１のストローク形式へエンジンを切り替えるためのスイッチング機構であって、
   長手方向に沿って潤滑通路が形成されたロッカーシャフトと、
   カムシャフトの回転動作をバルブの直線動作へと動作変換すべく構成されており、前記潤滑通路からの圧力流体が通流する制御圧力チャンバを収容すると共に、該制御圧力チャンバ内の少なくとも一部に流体圧ピストンを有する、少なくとも１つのスイッチング装置と、
   前記バルブに対して動作可能に係合するロッカーアーム、４ストローク用のカム表面に対して動作可能に係合する第１フォロア・アーム、及び２ストローク用のカム表面に対して動作可能に係合する第２フォロア・アームを有して、前記潤滑通路との間で流体が通流可能なロッカー・アッセンブリとを備え、
   前記圧力流体の圧力変化により、前記２ストローク用及び４ストローク用のカム表面のうちの一方から前記バルブへの動作変換を停止させるように、前記流体圧ピストンが作動されることを特徴とするスイッチング機構。
9. 前記潤滑通路を通流する前記圧力流体は他のアクチュエータによって制御されることを特徴とする請求の範囲第８項に記載のスイッチング機構。
10. 前記アクチュエータは、リニアソレノイド、サーボモータ、又はステッピングモータを備えていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスイッチング機構。
11. 前記アクチュエータは更に、前記制御圧力チャンバへ圧力流体を導くべく３ポート式スプール・バルブを備えていることを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスイッチング機構。
12. スイッチング装置は前記エンジンの各気筒に備えられており、前記アクチュエータは、所定のタイミングで各気筒を個別に切り替えることを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスイッチング機構。
13. 前記３ポート式スプール・バルブは更に、流体圧力導入ポートと流体圧力開放ポートとの間に設けられた制御流体圧力出力ポートを有することを特徴とする請求の範囲第１１項に記載のスイッチング機構。
14. 前記制御流体圧力出力ポートは、前記アクチュエータからの制御入力に応じて、前記流体圧力導入ポート又は前記流体圧力開放ポートに対して少なくとも部分的に接続されることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のスイッチング機構。
15. １のストローク形式から他の１のストローク形式へエンジンを切り替えるためのスイッチング機構であって、
    エンジンが備える各気筒に対応して設けられたロッカー・アッセンブリと、該各ロッカー・アッセンブリとの間で流体が通流可能な単一の潤滑通路を有するロッカーシャフトとを備え、
    前記ロッカー・アッセンブリは、バルブに対して動作可能に係合するロッカーアームと、４ストローク用のカム表面に対して動作可能に係合する第１フォロア・アームと、２ストローク用のカム表面に対して動作可能に係合する第２フォロア・アームとを有し、更に、カムシャフトの回転動作をバルブの直線動作へと動作変換すべく構成されたスイッチング装置を備え、該スイッチング装置は、前記潤滑通路からの圧力流体が通流する制御圧力チャンバを収容すると共に、該制御圧力チャンバ内の少なくとも一部に流体圧ピストンを有し、
    前記圧力流体の圧力変化により、前記２ストローク用及び４ストローク用のカム表面のうちの一方から前記バルブへの動作変換を停止させるように、前記流体圧ピストンが作動されることを特徴とするスイッチング機構。
16. 前記潤滑通路を通流する前記圧力流体は他のアクチュエータによって制御されることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のスイッチング機構。
17. 前記アクチュエータは、リニアソレノイド、サーボモータ、又はステッピングモータを備えていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のスイッチング機構。
18. 前記アクチュエータは更に、前記制御圧力チャンバへ圧力流体を導くべく３ポート式スプール・バルブを備えていることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のスイッチング機構。
19. スイッチング装置は前記エンジンの各気筒に備えられており、前記アクチュエータは、所定のタイミングで各気筒を個別に切り替えることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のスイッチング機構。
20. 前記３ポート式スプール・バルブは更に、流体圧力導入ポートと流体圧力開放ポートとの間に設けられた制御流体圧力出力ポートを有し、該制御流体圧力出力ポートは、前記アクチュエータからの制御入力に応じて、前記流体圧力導入ポート又は前記流体圧力開放ポートに対して少なくとも部分的に接続されていることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載のスイッチング機構。

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