JP2009542963A - 可変圧縮アクチュエータシステム用制御方法 - Google Patents

Abstract

ジャッキヘッド、ジャッキピストン、スプロケットホイール、可動伝動部材、および制御バルブを備える、可変圧縮比エンジン用の調整装置のための制御システム。ジャッキピストンは、第１および第２の流体チャンバを画定するジャッキヘッドのチャンバ内に収容される。制御バルブは、第１の流体チャンバと第２の流体チャンバとの間の流体の流れを制御する。制御バルブの位置に応じて、流体が第１の流体チャンバから第２の流体チャンバへ、またはその逆に流れ、制御ラックを動かし、ジャッキピストンをスプロケットホイールに接続する。スプロケットホイールの往復運動によってエンジンのシリンダーの位置を調整する。

Description

本出願は、２００６年７月７日出願の米国仮特許出願第６０／８１９，１０３号、表題「ＣＯＮＴＲＯＬ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ Ａ ＶＡＲＩＡＢＬＥ ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ ＡＣＴＵＡＴＯＲ ＳＹＳＴＥＭ」に記載の１つ以上の発明を主張する。本願明細書においては米国仮出願についての米国特許法第１１９条（ｅ）項の下における利益を請求し、前述の出願を参照することにより本願明細書に援用する。

本発明は、可変圧縮アクチュエータシステムの分野に関する。詳細には、本発明は、可変圧縮アクチュエータシステムの制御方法に関する。

従来技術の図１および２に、国際公開第２００５／０９８２１９号パンフレットに開示されているような可変圧縮比エンジン用の調整装置を示す。エンジンブロック１００は、伝動装置１により内部でピストン２が移動する少なくとも１つのシリンダーを有する。

伝動装置１は、ピストン２と一体でありかつ一方の側で転がり案内装置４と協働し、他方の側でスプロケットホイール５と協働する伝動部材３を有する。スプロケットホイール５を、クランクシャフト９に結合されたコネクティングロッド６に接続して、ピストン２とクランクシャフト９との間の運動の伝動を決定する。

スプロケットホイール５は、伝動部材３とは反対側で制御ラック７と協働する。エンジンブロック１００に対する制御ラック７の垂直位置は、制御装置１２により案内される。制御装置は、制御用ジャッキ８を有し、そのジャッキピストン１３は、エンジンブロック１００に設定されたジャッキシリンダー１１２に案内される。ジャッキシリンダー１１２は穴があけられているかまたはエンジンブロック１００に嵌っている。ジャッキシリンダー１１２は上部において、エンジンブロック１００にねじ込まれているジャッキヘッド１１３によってしっかりと固定されている。

スプロケットホイール５は、制御ラック７の鋸歯７４に係合するために第１の組の鋸歯５２を有し、かつスプロケットホイール５の反対側には、伝動部材３の第１のラックに、対応する歯によって係合するために第２の組の歯５１を有する。伝動部材３の第１のラックの反対側には、エンジンブロック１００と一体の転がり案内装置４のローラ４０と協働する歯を備える別のラック３７がある。シリンダー１１０側のエンジンブロック１００は、ラック４６を備える支持体４１を有するので、ローラ４０をピストン２と同期させて変位させることが可能である。

ジャッキピストン１３は、ジャッキヘッド１１３と制御ラック７との間に形成された、制御装置１２が収容されるチャンバを、上部チャンバ１２１と下部チャンバ１２２とに分割する。ジャッキピストン１３の動きは、下部ジャッキロッド１６と共に、ジャッキピストン１３の穴に収容されるコントロールロッド２０によってさらに制御される。コントロールロッド２０は、ジャッキピストン１３の動きを、２つのスプリング２２と荷重を掛けられたストッパ１３０との間に制限する。コントロールロッド２０の、それゆえジャッキピストン１３の動きが制限されても、ジャッキピストン１３を僅かに旋回させるには十分であり、そのため制御ラック７は、それ自体をエンジンブロック１００内に位置決めし、かつラック７の歯７４をスプロケットホイール５の歯５２と整列させ得る。

エンジンの有効圧縮比の調整は、ピストン２のストロークの元の位置をシリンダー１１０に対して、コネクティングロッド６の上端に自由に装着されるスプロケットホイール５、ピストン１３と一体の伝動部材３、および制御装置１２によって位置が制御されている制御ラック７により修正することによって、達成される。

本発明は、国際公開第２００５／０９８２１９号パンフレットに開示される調整装置用の制御システムの代替例を提供し、これは、迅速な応答をもたらす。

ジャッキヘッド、ジャッキピストン、スプロケットホイール、可動伝動部材、および制御バルブを備える可変圧縮比エンジン用の調整装置のための制御システム。ジャッキピストンは、第１および第２の流体チャンバを画定するジャッキヘッドチャンバ内に収容される。制御バルブは、第１の流体チャンバと第２の流体チャンバとの間の流体の流れを制御する。制御バルブの位置に応じて、流体が第１の流体チャンバから第２の流体チャンバへ、またはその逆の方向に流れ、制御ラックを動かしてジャッキピストンをスプロケットホイールに接続する。スプロケットホイールの往復運動がエンジンのシリンダーの位置を調整する。

トルクによる作動が一例として提供されるが、制御バルブを介した他のタイプの作動を使用してもよい。油圧作動を使用する場合、制御バルブは、第１および第２の流体チャンバとの間の流体の流れを制御し、制御バルブの位置に応じて、流体は第１の流体チャンバから汚水槽へおよび供給部から第２の流体チャンバへ、またはその逆に流れる。

本発明の制御システムは、国際公開第２００５／０９８２１９号パンフレットに開示される制御装置１２に代わるものである。コントロールロッド２０、バルブ２１、ストッパ１３０、およびスプリング２２が調整装置から取り除かれる。

本発明の制御システムでは、油の再循環は、スプールバルブにより制御される。スプールバルブは、制御用ジャッキ８の外側であるがジャッキヘッド１１３内に配置される。

図３〜５は、複数の位置における本発明の制御システムを示す。制御システムは、ジャッキピストン１３に挿入され取り付けられている制御ラックロッド２２５を含み、コントロールロッド２０、バルブ２１、ストッパ１３０、およびスプリング２２に代わるものとなっている。ジャッキヘッド１１３の外側の、制御ラックロッド２２５の第１の端部には、位置センサ２１６がある。ジャッキピストン１３に取り付けられた制御ラックロッド２２５が直線的に往復運動することによって、位置センサ２１６によりジャッキピストン１３の位置を測定することが可能となり、ＥＣＵ（図示せず）へフィードバックを提供する。ジャッキピストン１３は、ジャッキヘッド１１３と制御ラック７との間に形成されたチャンバを上部チャンバ１２１と下部チャンバ１２２とに分割する。制御用ジャッキロッド２２５と流体チャンバ１２１および１２２との間にシール２３０が必要な場合もある。ジャッキピストン１３の動きは、スプールバルブ２０９によりさらに制御される。スプールバルブ２１０は、ジャッキヘッド１１３の穴２１１に摺動可能に収容された複数のランド部２０９ａ、２０９ｂを備えるスプール２０９を含む。ジャッキヘッド１１３の穴２１１から大気への通気口２２６がある。

スプール２０９は、穴２１１内にあるスプリング２１３によって第１の方向に偏倚され、かつアクチュエータ２１２により第１の方向とは反対の第２の方向に偏倚される。アクチュエータ２１２はＥＣＵ（図示せず）により制御される。ＥＣＵ（図示せず）は、位置センサ２１６から位置信号を受信し、アクチュエータ２１２を介してスプール２０９の位置を調整し、次にスプール２０９が、対応するセットポイントにジャッキピストン１３を調整する。アクチュエータ２１２は、可変力ソレノイド、差圧制御システム（ＤＰＣＳ）、調整圧力制御システム（ＲＰＣＳ）、ステッピングモータ、エアアクチュエータ、真空アクチュエータ、液圧アクチュエータ、または力または位置制御を有する任意の種類のアクチュエータであってもよい。

ジャッキヘッド１１３まで流路２０２、２０４、２０６、２２３が貫いており、メインオイルギャラリ（ＭＯＧ）または供給部からスプール２０９まで、およびスプール２０９から上部および下部チャンバ１２１、１２２まで流体を流通可能とする。流路２０６、２２３内に配置されているのはチェックバルブ２１４、２１５、２２４である。

図３を参照すると、ジャッキピストン１３は、クランクシャフト９から離れた上方位置に向かって移動している。上方位置に向かって移動させるためには、スプール２０９にかかるアクチュエータ２１２の力がスプリング２１３の力よりも大きく、スプール２０９を、スプリング２１３の力とアクチュエータ２１２の力が等しくなるまで移動させる。この位置において、第１のランド部２０９ａが下部チャンバの流路２０２を遮断し、かつ上部チャンバの流路２０４およびチェックバルブ２１５、２１４を介して上部および下部流路２０４、２０２に接続する中央流路２０６が開放する。上部チャンバ１２１中の流体は、上部チャンバの流路２０４を通ってチャンバを出て、スプール２０９を中央流路２０６まで貫流し、下部チャンバのチェックバルブ２１４を通って下部チャンバの流路２０２に至り、流体を下部チャンバ１２２に供給する。流体が上部チャンバ１２１から出て下部チャンバ１２２に入る場合、ジャッキピストン１３は、クランクシャフト９から離れる方向に動く。クランクシャフト９から離れる方向にジャッキピストン１３を動かすことによって、制御ラック７がクランクシャフト９から離れる方向に動き、スプロケットホイール５が、シリンダー１１０に関してピストン２のストロークの元の位置が修正されるように動く。

漏出分を補給するために必要に応じて、流体が供給部またはメインオイルギャラリから流入路２２３を通ってチェックバルブ２２４によって供給されてもよい。

ジャッキピストン１３の所望の位置が達成されたら、スプールバルブ２０９は、ゼロまたは図５に示すような所望の位置を維持するための保持位置まで戻るように命令される。制御ラックロッド２２５に装着された位置センサ２１６を、実際の制御ラックの位置を所望のラック位置と比較するための制御ループへのフィードバックとして使用する。

図４を参照すると、ジャッキピストン１３は、下方位置に向かって、クランクシャフト９の方へ移動している。

下方位置の方へ移動させるためには、スプール２０９にかかるアクチュエータ２１２の力がスプリング２１３の力よりも小さく、アクチュエータ２１２の力が、スプール２０９にかかるスプリング２１３の力と等しくなるまでスプリング２１３がスプール２０９を動かす。この位置では、第２のランド部２０９ｂが上部チャンバの流路２０４を遮断し、かつ下部チャンバ流路２０２およびチェックバルブ２１５、２１４を介して上部および下部流路２０４、２０２に接続される中央流路２０６が開放する。下部チャンバ１２２内の流体が下部チャンバの流路２０２を介してチャンバを出て、スプール２０９を中央流路２０６まで貫流し、上部チャンバのチェックバルブ２１５を通って上部チャンバの流路２０４に至り、流体を上部チャンバ１２１に供給する。流体が下部チャンバ１２２から出て上部チャンバ１２１に入る場合、ジャッキピストン１３はクランクシャフト９の方へ動く。クランクシャフト９の方へジャッキピストン１３を動かすことによって、制御ラック７がクランクシャフト９から離れる方向に動き、スプロケットホイール５が、シリンダー１１０に関してピストン２のストロークの元の位置が修正されるように動く。

漏出分を補給するために必要に応じて、流体がＭＯＧまたは供給部から流入路２２３を通ってチェックバルブ２２４によって供給されてもよい。

ジャッキピストン１３の所望の位置が達成されたら、スプールバルブ２０９は、ゼロまたは図５に示すような所望の位置を維持するための保持位置まで戻るように命令される。制御ラックロッド２２５に装着された位置センサ２１６を、実際の制御ラックの位置を所望のラック位置と比較するための制御ループへのフィードバックとして使用する。

図５は、保持位置にあるジャッキピストン１３を示す。この位置では、スプール２０９にかかるアクチュエータ２１２からの力は、スプリング２１３によりスプール２０９にかかる力と等しく、スプール２０９の位置は、第１のランド部２０９ａが、下部チャンバ１２２に至る流路２０２を流出入する流体の流れを遮断し、かつ第２のランド部２０９ｂが、上部チャンバ１２１に至る流路２０４を流出入する流体の流れを遮断する位置にある。中央流路２０６は、補給目的でのみ、ＭＯＧまたは供給部からの流体を収容するために開放する。補給用流体が必要な場合には、流体はＭＯＧから流入ライン２２３およびチェックバルブ２２４を通ってスプール２０９まで流れる。スプール２０９からは、流体は中央流路２０６に流れ、上部および下部チャンバのチェックバルブ２１５、２１４を通って上部および下部チャンバ１２１、１２２まで流れる。

図６は、スプールが交互に通気する、保持位置にあるジャッキピストンを示す。スプール２０９の長さにわたって延びる流路２２７があり、その流路は、スプリング２１３を備える穴２１１の端部と、ライン２２９を介して汚水槽に至る、スプール２０９の反対の端部にある通気孔２２８を接続する。

代わりに、スプールバルブ２１０を、２００６年２月２１日発行、米国特許第７，０００，５８０号明細書、表題「ＣＯＮＴＲＯＬ ＶＡＬＶＥ ＷＩＴＨ ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＣＨＥＣＫ ＶＡＬＶＥＳ」（参照することにより本書に含まれる）に記載されるスプールバルブのいずれかによって置き換えてもよい。米国特許第７，０００，５８０号明細書のスプールバルブを使用する場合には、チェックバルブ２１４、２１５および中央ライン２０６を省略してもよいことに留意されたい。

一例としてトルクによる作動を使用して制御システムの作動を示したが、制御バルブを介して、油圧作動または任意の他の種類の作動を使用してもよい。

従って、本願明細書に記載した本発明の実施形態は、本発明の原理を適用した例示にすぎないことを理解されたい。本願明細書における例示的な実施形態の詳細に関しては、特許請求の範囲を限定するものではなく、特許請求の範囲自体が、本発明に本質的なものであるとみなすその特徴を列挙する。

可変圧縮比エンジ用の従来技術の調整装置の概略図を示す。 従来技術の調整装置の別の概略図を示す。 ジャッキピストンが第１の位置に移動している本発明の制御システムの概略図を示す。 ジャッキピストンが第２の位置に移動している本発明の制御システムの概略図を示す。 ジャッキピストンが保持位置にある本発明の制御システムの概略図を示す。 保持位置にあるジャッキピストンが交互に通気する本発明の制御システムの概略図を示す。

Claims (12)

1. ジャッキヘッド；第１の流体チャンバおよび第２の流体チャンバを画定し、かつジャッキロッドを収容する第１の穴と第２の穴とを有する前記ジャッキヘッドのチャンバ内に収容されたジャッキピストン；クランクシャフトに装着され、かつ前記ジャッキロッドに取り付けられた制御ラックおよび第２の組の歯と係合する第１の組の歯を備えるスプロケットホイール；前記スプロケットホイールの前記第２の組の歯に係合する、シリンダーに取り付けられた可動伝動部材を備える可変圧縮比エンジン用の調整装置のための改良された制御システムであって、前記改良された制御システムは、
   前記ジャッキヘッドのチャンバの前記第２の穴に収容された制御ラックロッド；
   前記ジャッキヘッドの穴に摺動可能に収容された複数のランド部を備えるスプールを含む前記第１の流体チャンバと前記第２の流体チャンバとの間の流体の流れを制御するための制御バルブ；
   を備え、
   前記制御バルブの前記スプールが第１の位置にある場合には、前記第１の流体チャンバからの流体が、前記第１の流体チャンバから出て前記制御バルブの前記スプールを通って前記第２の流体チャンバに至り、前記ジャッキピストンおよび制御ラックを動かして、前記スプロケットホイールが往復運動を行い、前記シリンダーを第１の位置に動かすようにし；
   前記制御バルブの前記スプールが第２の位置にある場合には、前記第２の流体チャンバからの流体が前記第２の流体チャンバから出て前記制御バルブの前記スプールを通って前記第１の流体チャンバに至り、前記ジャッキピストンおよび制御ラックを動かして、前記スプロケットホイールが往復運動を行い、前記シリンダーを第２の位置に動かすようにし；および
   前記制御バルブの前記スプールが第３の位置にある場合には、流体が前記第１の流体チャンバおよび前記第２の流体チャンバのみにもたらされ、前記ジャッキヘッドのチャンバ内に前記ジャッキピストンの位置を保持または維持する、改良された制御システム。
2. 前記ジャッキピストンの動きを測定するために、前記制御ラックロッドの端部に装着された位置センサをさらに含む、請求項１に記載の改良された制御システム。
3. 前記制御バルブと前記第１の流体チャンバおよび前記第２の流体チャンバとの間に、第１の流体チャンバのチェックバルブおよび第２の流体チャンバのチェックバルブをさらに含む、請求項１に記載の改良された制御システム。
4. 前記制御バルブ内に前記スプールの位置を制御するためのアクチュエータをさらに含む、請求項１に記載の改良された制御システム。
5. 前記アクチュエータが、可変力ソレノイド、差圧制御システム（ＤＰＣＳ）、調整圧力制御システム（ＲＰＣＳ）、ステッピングモータ、エアアクチュエータ、液圧アクチュエータ、または真空アクチュエータである、請求項４に記載の改良された制御システム。
6. 前記制御バルブの前記スプールが前記第３の位置にある場合に、供給部に接続された流入ラインから前記第１の流体チャンバおよび前記第２の流体チャンバに補給用流体が供給される、請求項１に記載の改良された制御システム。
7. 前記流入ラインが流入チェックバルブをさらに含む、請求項６に記載の改良された制御システム。
8. ジャッキヘッド；第１の流体チャンバおよび第２の流体チャンバを画定し、かつジャッキロッドを収容する第１の穴と第２の穴とを有する、前記ジャッキヘッドのチャンバ内に収容されたジャッキピストン；クランクシャフトに装着され、かつ前記ジャッキロッドに取り付けられた制御ラックおよび第２の組の歯と係合する第１の組の歯を備えるスプロケットホイール；前記スプロケットホイールの前記第２の組の歯に係合する、シリンダーに取り付けられた可動伝動部材を含む可変圧縮比エンジン用の調整装置のための改良された制御システムであって、前記改良された制御システムが、
   前記ジャッキヘッドの前記チャンバの前記第２の穴に収容された制御ラックロッド；
   前記ジャッキヘッドの穴に摺動可能に収容された複数のランド部を備えるスプールを含む油圧作動を介して、前記第１の流体チャンバおよび前記第２の流体チャンバへのならびに前記第１の流体チャンバおよび前記第２の流体チャンバからの流体の流れを制御するための制御バルブ；および
   流体を、前記第１の流体チャンバおよび前記第２の流体チャンバへ前記制御バルブを介してもたらす流入供給ライン；
   を含み、
   前記制御バルブの前記スプールが第１の位置に移動する場合には、前記スプロケットホイールが往復運動を行い、前記シリンダーを第１の位置に動かし；
   前記制御バルブの前記スプールが第２の位置に移動する場合には、前記スプロケットホイールが往復運動を行い、前記シリンダーを第２の位置に動かし；および
   前記制御バルブの前記スプールが第３の位置に移動する場合には、流体が前記第１の流体チャンバおよび前記第２の流体チャンバのみにもたらされ、前記ジャッキヘッドの前記チャンバ内に前記ジャッキピストンの位置を保持または維持する、改良された制御システム。
9. 前記ジャッキピストンの動きを測定するために、前記制御ラックロッドの端部に装着された位置センサをさらに含む、請求項８に記載の改良された制御システム。
10. 前記制御バルブ内に前記スプールの位置を制御するためにアクチュエータをさらに含む、請求項８に記載の改良された制御システム。
11. 前記アクチュエータが、可変力ソレノイド、差圧制御システム（ＤＰＣＳ）、調整圧力制御システム（ＲＰＣＳ）、ステッピングモータ、エアアクチュエータ、液圧アクチュエータ、または真空アクチュエータである、請求項１０に記載の改良された制御システム。
12. 前記流入ラインが流入チェックバルブをさらに含む、請求項８に記載の改良された制御システム。

Images