JP2010529367A - 分割サイクルエンジン用の液圧機械式バルブ作動システム - Google Patents

分割サイクルエンジン用の液圧機械式バルブ作動システム Download PDF

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Abstract

分割サイクルエンジンのクロスオーバー通路バルブのような、エンジンの外開きバルブを作動させるための液圧機械式システムが開示されている。発展された実施形態は、バルブシリンダーに液圧流体が連通するプランジャーシリンダーを有する本体を含む。プランジャーシリンダー内のプランジャーは、液圧流体をバルブシリンダーに排出すべく往復され、エンジンバルブは、プランジャーによってバルブシリンダー内に排出されてバルブピストンに作用する液圧流体により開かれる。バルブスプリング、好ましくは、空気スプリングがエンジンバルブを戻し、エンジンのガス通路を閉じるべく外方に面しているバルブシートに係合させる。制御バルブ及びエネルギー再使用アキュムレーターが、バルブ着座制御及びリフトブレーキの特徴と共に含まれてもよい。

Description

この出願は、２００７年８月７日に出願された米国仮出願第６０/９６３,７４２号の利益を主張している。
本発明は、液圧機械式バルブ作動システムに関する。より詳しくは、本発明は、クロスオーバーバルブ等を外方に開くように作動させる液圧機械式システムを有する分割サイクルの内燃機関に関する。
明確化の目的のために、先行技術に開示されたエンジンに適用され、及び本出願に言及されるように、用語「分割サイクルエンジン」について以下の定義が提供されている。
ここに言及される分割サイクルエンジンは、
クランクシャフト軸線の回りに回転可能なクランクシャフト、
圧縮シリンダー内に摺動可能に収容された圧縮ピストンであって、クランクシャフトの単一の回転の間に吸気ストローク及び圧縮ストロークを通して往復動するようにクランクシャフトに作用的に連結された圧縮ピストン、
膨張シリンダー内に摺動可能に収容された膨張(動力)ピストンであって、クランクシャフトの単一の回転の間に膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復動するようにクランクシャフトに作用的に連結された膨張ピストン、及び
圧縮シリンダー及び膨張シリンダーを相互に連結するクロスオーバー通路(ポート)であって、間に圧力チャンバーを画成するクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ及びクロスオーバー膨張(XovrE)バルブを含むクロスオーバー通路、
を備えている。
２００３年４月８日にCarmelo J. Scuderiに許可された特許文献１は、分割サイクル及び同様なタイプのエンジンの広範囲に亘る議論を含んでいる。加えて、該特許は、さらなる開発から成る本発明のエンジンの先行バージョンの詳細を開示している。
図１を参照するに、特許文献１に記載されたタイプの先行技術分割サイクルエンジンの概念の例示的な実施形態が一般的に数字１０で示されている。この分割サイクルエンジン１０は、従来の４ストロークエンジンの２つの隣接するシリンダーを、１つの圧縮シリンダー１２及び１つの膨張シリンダー１４の組合せに置き換えている。これらの２つのシリンダー１２及び１４は、クランクシャフト１６の１回転毎にそれらのそれぞれの機能を遂行する。吸入空気及び燃料の充填物が典型的なポペット型の吸気バルブ１８を介して、圧縮シリンダー１２内に引き込まれる。圧縮ピストン２０が充填物を加圧し、及び、膨張シリンダー１４に対して吸気通路として作用する、クロスオーバー通路２２を通して充填物を後押しする。
クロスオーバー通路の入口において、阻止型のクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ２４がクロスオーバー通路２２からの逆流を防止するために用いられている。クロスオーバー通路２２の出口においては、クロスオーバー膨張(XovrE)バルブ２６が、膨張ピストン３０がその上死点位置に到達した直後に充填物が十分に膨張シリンダー１４に進入するように、加圧された吸気充填物の流れを制御する。点火プラグ２８は、吸気充填物が膨張シリンダー１４に進入した後、直ぐに点火され、結果として生じる燃焼が膨張ピストン３０を下方に駆動する。排気ガスはポペットの排気バルブ３２を介して膨張シリンダーの外に排出される。
分割サイクルエンジンの概念では、圧縮シリンダー及び膨張シリンダーの幾何学的なエンジンパラメーター(すなわち、ボア、ストローク、連結ロッドの長さ、圧縮比等)は一般に互いに独立している。例えば、各シリンダーについてのクランクスロー３４及び３６は異なる半径を有してもよく、及び膨張ピストン３０の上死点(TDC)が圧縮ピストン２０のTDCの前に生ずる状態で、互いに位相がずれていてもよい。この独立性は、典型的な４ストロークエンジンよりも、より高い効率レベル及びより大きなトルクを分割サイクルエンジンが達成することを可能にしている。
米国特許第６、５４３，２２５号明細書
しかしながら、分割サイクルエンジンのクロスオーバー膨張バルブは、従来の４ストロークエンジンとは異なり、シリンダー内での着火、燃焼及び膨張のために、開いて、乱流の高圧空気／燃料充填物をエンジン膨張シリンダーに配送する、作動タイミングの時間枠が極めて短い(約３０°クランク角)。関連する高い圧力及び短い作動タイミングを考慮すると、エンジンバルブ、特に、クロスオーバー膨張バルブの作動について、機械式バルブ作動の代替物が望まれていた。
本発明は、充填物の急速な燃焼を保証すべく膨張シリンダーに乱れを伴って、加圧された空気／燃料混合気の充填物を速やかに押し込まねばならないクロスオーバー膨張バルブのような、高圧の外開きエンジンバルブを作動させるために設計された液圧機械式バルブ作動システムを提供する。
本発明によるシステムは、エンジンの外開きのバルブを作動させる液圧機械式システムを含み、該システムは、
バルブシリンダーと液圧流体連絡しているプランジャーシリンダーを有する本体、
プランジャーシリンダー内のプランジャーであって、液圧流体をバルブシリンダーに排出するべく、ポンピング及び戻りストロークを通して往復可能なプランジャー、
本体内を往復可能で、バルブシリンダー内のバルブピストンに連結されている外開きのエンジンバルブであって、プランジャーによってバルブシリンダーに排出されバルブピストンに作用する液圧流体により開かれるエンジンバルブ、
プランジャーを往復させるアクチュエーター、及び
外方に面しているバルブシートに係合させ、これによりエンジンバルブにより制御されているエンジンのガス通路を閉じるべく、エンジンバルブを戻すバルブスプリング、を備えている。
加えて、本発明による液圧機械式バルブ作動システムと分割サイクルエンジンとの組合せは、
クランクシャフト軸線の回りに回転可能なクランクシャフト、
圧縮シリンダー内に摺動可能に収容された圧縮ピストンであって、クランクシャフトの単一の回転の間に吸気ストローク及び圧縮ストロークを通して往復動するようにクランクシャフトに作用的に連結された圧縮ピストン、
膨張シリンダー内に摺動可能に収容された膨張(動力)ピストンであって、クランクシャフトの単一の回転の間に膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復動するようにクランクシャフトに作用的に連結された膨張ピストン、及び
圧縮シリンダー及び膨張シリンダーを相互に連結するクロスオーバー通路(ポート)であって、間に圧力チャンバーを画成する外開きのクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ及び外開きのクロスオーバー膨張(XovrE)バルブを含むクロスオーバー通路、
を含む分割サイクルエンジンと組合され、概略が上に述べられた液圧機械式システムを含み、ここで、液圧機械式システムがXovrEバルブを作動させる。
さらに、液圧機械式バルブ作動システムを備える分割サイクルエンジンはまた、
プランジャーを初期位置に復帰させるために、蓄圧された液圧流体内に蓄えられたエネルギーを主チャンバーに戻すべく、アキュムレーターピストンに対して作用する空気スプリングを有する液圧アキュムレーター、
プランジャーの変位により発生され、そしてバルブピストンに対して作用する液圧作動圧力の期間を制御するためのタイミングソレノイドバルブ、及び
バルブピストンをロックし、寄生的な液圧損失を減少させるロック用ソレノイドバルブ、
を含んでもよい。
本発明のこれらの、及び他の特徴及び利点は、添付の図面と共になされる本発明の以下の詳細な説明から、より完全に理解されるであろう。
本発明のエンジンに関連する先行技術の分割サイクルエンジンの横断面図である。 本発明による例示的な分割サイクルエンジンの図式的な断面図である。 燃料インジェクターが重ね合わされた状態の、図２の３-３線を通って採られた分割サイクルエンジンの頂断面図である。 本発明による、機械式バルブ戻りスプリングを備える液圧機械式バルブ作動システムの基本的な実施形態の図式的な断面図である。 図４と同様の図であるが、しかし、空気スプリング及び分割サイクルエンジンと共に用いられる、本発明による液圧機械式バルブ作動システムの発展された実施形態の追加の特徴を示している。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。 図５の液圧機械式バルブ作動システムの順次的な運転を図式的に示す。
分割サイクルエンジン
さて、図面の図２及び３を詳細に参照するに、数字５０は、本発明による分割サイクルエンジンの例示的な実施形態を概括的に指示している。エンジン５０は、クランクシャフト軸線５４の回りを、図面に示されるように、時計回り方向に回転するクランクシャフト５２を含んでいる。クランクシャフト５２は、連結ロッド６０、６２にそれぞれ連結され、隣り合う角度的に変位された先行及び追随するクランクスロー５６、５８を含んでいる。
エンジン５０は、一対の隣り合うシリンダーを画成するシリンダーブロック６４をさらに含む。特に、エンジン５０は、クランクシャフト５２と反対のシリンダー端部においてシリンダーヘッド７０により閉鎖された圧縮シリンダー６６及び膨張シリンダー６８を含んでいる。
圧縮ピストン７２は圧縮シリンダー６６に収容され、そして上死点(TDC)及び下死点(BDC)の位置の間でのピストン７２の往復のために、追随する連結ロッド６２に連結されている。膨張ピストン７４は膨張シリンダー６８に収容され、そして同様のTDC/BDCの往復のために、先行する連結ロッド６０に連結されている。シリンダー及びピストンの直径とピストンのストローク及びそれらの容量とは、同じである必要はない。
例示的な実施形態では、シリンダーヘッド７０は、シリンダー６６及び６８へ、シリンダー６６及び６８から、及びシリンダー６６及び６８の間のガスの流れのための構造を提供している。ガスの流れの順において、シリンダーヘッド７０は、吸入空気が圧縮シリンダー６６に引き入れられる吸気通路７６、圧縮シリンダー６６から膨張シリンダー６８に圧縮された空気が移送される、一対のクロスオーバー(Xovr)通路７８、及び費やされたガスが膨張シリンダー６８から排出される排気通路８０を含んでいる。クロスオーバー通路７８の各々はまた、エンジンの１サイクル（クランクの回転）で、膨張ピストン７４の膨張ストロークの間のクロスオーバー膨張(XovrE)バルブ(８６)の閉じと、エンジンの引続くサイクル（クランクの回転）で、圧縮ピストン７２の圧縮ストロークの間のクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ(８４)の開きとの間に、加圧されたガスが貯留される圧力チャンバー８１を画成している。
選択された実施形態では、圧縮シリンダー６６へのガスの流れは、不図示の吸気カムによるような、適切なエンジンの駆動機構により作動され得る、内開きのポペット型の吸気バルブ８２によって制御されている。クロスオーバー通路７８各々への、及びそれらからのガスの流れは、一対の外開きのポペットバルブ、すなわち、クロスオーバー通路の入口端部におけるクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ８４、及びクロスオーバー通路の出口端部におけるクロスオーバー膨張(XovrE)バルブ８６によって制御され得る。
XovrCバルブ８４は、全ての適切な方法で作動され得る。しかしながら、本発明によれば、少なくともXovrEバルブ８６、及び、好ましくは、両バルブ８４及び８６が以下に詳細に論じられる液圧機械式バルブ作動システムによって作動される。
排気通路８０の外の排気ガスの流れは、不図示の排気カムによるような、内開きのポペット型の排気バルブ８８によって制御される。カムは、機械式にエンジン駆動されるか、又は他の適切なエンジン駆動機構により、クランクシャフト５２、又は代わりのトルク出力装置の瞬間的な角度位置に対応する所望のタイミングでもって、作動されてもよい。
クロスオーバー通路７８の各々は、そこに配置された少なくとも１つの高圧燃料インジェクター９０を有している。燃料インジェクターは、クロスオーバー通路７８の圧力チャンバー８１内の圧縮された空気充填物に燃料を噴射すべく作用する。
エンジン５０はまた、１つ以上の点火プラグ９２又は他の着火装置を含んでいる。点火プラグ９２は、混合された燃料及び空気の充填物が着火され、及び膨張ストロークの間に燃焼し得る、膨張シリンダー６８の端部の適切な位置に配置されている。代わりに、エンジン５０は、火花点火エンジンに代えて、圧縮着火エンジンとして構成されてもよく、これも本発明の範囲内である。
液圧機械式バルブ作動システム
さて、図４及び５を参照するに、番号９９及び１００は、分割サイクルエンジン５０のクロスオーバー通路バルブ８４及び８６のような外開きのエンジンバルブを作動させる液圧機械式システムの異なる実施形態を示している。図４は、本発明による液圧機械式システムの基本的な実施形態９９を示す。図５は、基本的な実施形態９９に見られない追加の特徴及び改良を含む、発展的な実施形態１００を示す。両実施形態９９、１００はここで共に説明され、同一の番号が２つの実施形態の同一の特徴を指示している。
各々の実施形態１００、９９は、本体１０２内に包含された(図５)、又は本体１０３に支持された(図４)機構を含んでいる。本体１０２、１０３は、エンジンシリンダーヘッド又は別のブロックのような単一のものとして作られるか、又は一体的な本体１０２、１０３を形成すべく共に固定される２つ以上の別の組立体として作られてもよい。
各々の本体１０２、１０３は、プランジャー１０６を有するプランジャーシリンダー１０４を含んでいる。プランジャー戻りスプリング１０８がプランジャーシリンダー１０４内で用いられ、プランジャー１０６をプランジャー戻り方向の上方に付勢してもよい。エンジンに駆動されるカム１１０のようなエンジン駆動アクチュエーターがカムフォロワー１１２に係合している。カムフォロワー１１２は、プランジャー１０６を下向きに作動させるために、カム１１０に係合しているタペット１１４、及びプランジャー１０６に係合しているプランジャーシャフト１１６を含む。フォロワー戻りスプリング１１８が、常時、フォロワー１１２をカム１１０に対抗させて維持している。
プランジャー シリンダー１０４は、本体１０２を通して延在するが、しかし、本体１０３を部分的に通してのみ延在する、主チャンバー１２０と流体連絡している。主チャンバー１２０は、バルブピストン１２４を往復すべく収容しているバルブシリンダー１２２に連通している。バルブピストン１２４は、外開きのXovrEバルブ８６(及び選択肢としての外開きのXovrCバルブ８４)のステム１２６に固定されている。XovrEバルブ８６は、分割サイクルエンジン５０のシリンダーヘッド７０におけるクロスオーバー通路７８(不図示)内で外方に面しているバルブシート１３２に対抗して閉じるバルブヘッド１３０を有している。
着座制御装置、すなわち、ブレーキ１３８が、本体１０２、１０３内のバルブピストン１２４の下端部に向かうオイル通路１４０に形成されている。通路１４０のチェックバルブ１４２は、バルブが閉じる間に閉じ、そしてバルブシリンダー１２２内のバルブピストン間隙１４６と共に、バルブ着座速度を制御する着座制御流出オリフィス１４４のような、制限された戻り通路を通る流れを管理する。
基本的な実施形態９９(図４)において、主チャンバー１２０には、圧力制御バルブ１４９を介して制御された圧力で液圧オイルが、不図示の外部供給源、又は不図示の関連するエンジンのオイル供給源から入口１５０に供給される。現在開発された実施形態１００(図５)では、チェックバルブ１４８が主チャンバー１２０に入る補給オイルを受ける入口１５０に設けられている。
両実施形態１００、９９において、エンジンバルブ８６は液圧オイルによって、後に説明されるように開かれる。基本的な実施形態９９(図４)では、スプリングチャンバー１５３内の機械式のスプリング１５１がバルブピストン１２４、ないしは、ステム１２６に機械的な閉じ力でもって係合する。発展された実施形態１００(図５)では、バルブステム１２６に担持された空気ピストン１５２が、後で十分に説明される空気スプリング圧力に応じてバルブ８６を閉じるべく、空気シリンダー１５４内を往復する。
実施形態９９になく、実施形態１００(図５)の本体１０２に見られる追加の特徴は、バルブ空気シリンダー１５４の頂部に位置された全リフト液圧リフトブレーキ１５６を含んでいる。ブレーキ１５６は、バルブ８６の全リフト位置の近くでエンジンバルブステム１２６により係合可能である往復可能なブレーキピストン１６０を有している液圧シリンダー１５８を含んでいる。補給オイルの入口への流れを許容する全リフトチェックバルブ１６２、及びオイルの流出を制限する流出オリフィス１６４のような制限された戻り通路が、全リフトの前のバルブの動作を遅めるべく、協同している。
本体１０２(図５)はまた、液圧エネルギーを蓄え且つ回復させるために、プランジャー１０６とXovrEバルブ８６との間に位置された液圧過移動アキュムレーター１６６を含んでいる。加えて、図５に閉じ位置で示されているロック用ソレノイドバルブ１６８が、バルブピストン１２４をロックし、及びエネルギーの回復を許容して、それ故に、寄生的な液圧損失を低減するべく、アキュムレーター１６６とXovrEバルブ８６との間に位置されている。
タイミングソレノイドバルブ１７０は、XovrEバルブ８６を越えて、主チャンバー１２０の出口端部１７２に位置されている。タイミングソレノイドバルブ１７０は、バルブピストン１２４に対抗して作用する、プランジャー１０６の変位によって発生される液圧作動圧力の期間を制御する。すなわち、カム１１０は長い期間の、高い圧力、それ故、バルブ８６のリフトを提供することができるが、タイミングソレノイドバルブ１７０を開くことにより、XovrEバルブ８６のリフト期間を名目カム１１０の期間の小部分へと短縮することができる。このように、液圧機械式システムは、タイミングソレノイドバルブ１７０が開かれたとき、カム１１０の継続的なリフトはバルブピストンへの液圧力の生成を止め、そしてそれ故に、XovrEバルブ８６が慣性運動を除いてさらに動くのを止めるという点で、「ロストモーション」である。
アキュムレーター１６６は、アキュムレーターピストン１７６が往復するアキュムレーターシリンダー１７４を含んでいる。スプリングシート１８０に固定されている機械式アキュムレーター戻りスプリング１７８は、ピストン１７６を主チャンバー１２０内のオイルに、開口１８４を介して連通しているシリンダー端部１８２に向けて下向きに付勢してもよい。選択肢として、アキュムレーターシリンダー１７４は、アキュムレーターピストンをシリンダー端部１８２に向けて付勢する空気スプリング１８８を形成すべく、開口１８６を介して空気圧力源に連通してもよい。
さらに図５を参照するに、外部の供給源からの空気圧力が、空気ライン１９０及び圧力制御バルブ１９２、１９４を介して、空気スプリング１８８を形成するためにアキュムレーターシリンダー１７４に、及び空気スプリング１９８を形成するために空気シリンダー１５４に供給されている。
図５はまた、エンジンのオイルパンのようなオイル容器２０２、又は液圧流体のような異なる流体を使用する別のシステムからの例示的なオイル供給源２００を開示している。液圧ポンプ２０４は、容器２０２からオイルを吸引し、及び主チャンバー１２０内を完全なオイル充填状態に維持するために、オイルライン２０６を通してチェックバルブ１４８にオイルを圧送する。ライン２０６に接続されたオイル圧力アキュムレーター２０８がライン２０６内の圧力変動を軽減する。ライン２０６は、そこで補給オイルを全リフトブレーキ１５６の液圧ブレーキシリンダー１５８に供給するために、全リフトチェックバルブ１６２に延びている。
液圧機械式システム１００の運転手順
クロスオーバーバルブ８４、８６はクロスオーバー通路７８内に保持された高い空気圧力に抗して開き、及びXovrEバルブ８６は、約３０度のクランク角のみの間に急速に開く。これらのバルブ、特に、XovrEバルブ８６を、許される圧力及び時間内に成功裏に作動させるために、上述の液圧機械式バルブ作動システムの実施形態１００が開発された。該実施形態１００は、クロスオーバーバルブのリフト及びタイミングにおける変形を許容している。
図６ないし２１を参照するに、以下はXovrEバルブ作動システムの実施形態１００の運転の説明である。バルブタイミング及びバルブリフトにおける調節を提供するために、カム１１０は、エンジンバルブを開くのに必要とされるよりも大きなストロークに亘ってプランジャー１０６を作動すべく設計されており、かくて、ロストモーションシステムが提供されている。
図６に示されている初期位置では、プランジャー１０６はその上死点位置にあり、及び入口チェックバルブ１４８は開いている。アキュムレーター１６６は空で、ロック用ソレノイド１６８及びタイミングソレノイド１７０は開いている。XovrEバルブ８６は閉じられ、及び着座制御チェックバルブ１４２は閉じられている。
図７ないし９に移って、カムは時計回り方向に回転している。回転しているカム１１０のローブがカムフォロワー１１２に係合すると(図９)、プランジャー１０６がその上死点位置から下降を開始し、プランジャーシリンダー１０４から主チャンバー１２０へ、そして、オイルが、オイル容器のパン２０２にドレーンされるチャンバー出口端部１７２を介して、主チャンバー１２０から外へオイルを圧送する(矢印で示されている)。入口チェックバルブ１４８は開き位置から閉じ位置に移動する。着座制御チェックバルブ１４２は閉じたまま、ロック用ソレノイド１６８及びタイミングソレノイド１７０は開いたままであり、及びアキュムレーター１６６は空のままである。XovrEバルブ８６もまた閉じられたままである。
図１０に移って、カム１１０がその時計回りの回転を継続するにつれ、プランジャー１０６はさらに下降し、及びタイミングソレノイドバルブ１７０が閉じる。タイミングソレノイドバルブ１７０が閉じると、主チャンバー出口１７２を塞ぎ、そして着座制御チェックバルブ１４２を開くことにより、バルブピストンオイル通路１４０を通してオイルを圧送する。オイルは、バルブピストンオイル通路１４０から、バルブピストン１２４の底部でバルブシリンダー１２２に通じ、XovrEバルブ８６を急激に開く。ロック用ソレノイドバルブ１６８は開いたまま、入口チェックバルブ１４８は閉じたまま、及びアキュムレーター１６６は空のままである。
図１１において、カム１１０は時計回り方向にさらに回転し、及びカムフォロワー１１２に対するカムローブの力が、プランジャー１０６の下降を継続させている。ロック用ソレノイドバルブ１６８が今閉じられ、及びロック用ソレノイドバルブの閉鎖がXovrEバルブ８６のピストン１２４へのオイルの流れを遮断し、強制されたリフトを終了させる。しかしながら、XovrEバルブ８６の慣性がその上方への運動を継続させ、及びバルブステム１２６が全リフトブレーキ１５６のリフトブレーキピストン１６０に係合する。ロック用ソレノイドバルブ１６８によって遮断された、プランジャー１０６の継続移動からの過剰なオイルは、エネルギーを蓄えるべく、（矢印で示されるように）アキュムレーター１６６に入る。入口チェックバルブ１４８及びタイミングソレノイドバルブ１７０は閉じられたままであり、一方、着座制御チェックバルブ１４２は開いたままである。
図１２及び１３に移って、バルブステム１２６が全リフトブレーキ１５６のピストン１６０を移動させたとき、オイルは流出オリフィス１６４を通るように強いられ、かくてXovrEバルブ８６の上方への運動を遅くする。XovrEバルブ８６は、全リフトブレーキ１５６に係合された状態の、全リフトで静止することになり、及び着座制御チェックバルブ１４２が閉じる。プランジャー１０６はさらに下降し、エネルギーを蓄えるための、オイルの（矢印で示されるような）アキュムレーター１６６への流れを継続させる。タイミングソレノイドバルブ１７０、ロック用ソレノイドバルブ１６８、及び入口チェックバルブ１４８は閉じられたままである。
カム１１０がその初期位置から(ローブのピークでの)その最大高さ点に回転したとき、プランジャー１０６は、図１４に示されるように、その下死点に到達する。最大量のエネルギーが、今やアキュムレーター１６６に蓄えられている。タイミングソレノイドバルブ１７０が開くと、バルブシリンダー１２２からの（矢印で示されるような）オイルの排出を許容し、及びバルブ空気シリンダー１５４内の加圧された空気が、空気ピストン１５２を下向きに押すことによって、XovrEバルブ８６の閉じが開始するのを可能にする。しかしながら、タイミングソレノイドバルブ１７０は、カム１１０の回転位置から独立して開いてもよい。換言すると、タイミングソレノイドバルブ１７０は、カム１１０がその最も高い点に到達するときに正確に開く必要はない。図１４にまた示されるように、ブレーキチェックバルブ１６２を介してのオイルのバルブリフトブレーキシリンダー１５８への置換えが始まる。ロック用ソレノイドバルブ１６８、入口チェックバルブ１４８、及び着座制御チェックバルブ１４２は閉じたままである。
図１５及び１６に移って、プランジャー１０６がその下死点位置から戻り始めると、アキュムレーター１６６は(矢印で示されるように)空になり始める。空気圧力がアキュムレーターピストン１７６を下方に付勢し、アキュムレーター１６６からプランジャーシリンダー１０４へオイルを戻し、及びプランジャー１０６を引っ込め及びカム回転を駆動すべく、蓄えられたエネルギーを解放する。全リフトブレーキ１５６は補充を終了し、そしてブレーキチェックバルブ１６２が閉じる。閉じられた着座制御チェックバルブ１４２は、オイルの流出オリフィス１４４への迂回を生じさせ、XovrEバルブ８６のバルブシート１３２への係合を遅くする。図１６において、XovrEバルブ８６は閉じている。タイミングソレノイドバルブ１７０は開いたまま、ロック用ソレノイドバルブ１６８及び入口チェックバルブ１４８は閉じたままである。
図１７ないし１９に移って、カム１１０がその時計回り回転を継続するとき、プランジャー１０６はその上死点位置へ向けての戻りを継続する。アキュムレーター１６６は、(矢印で示されるように)プランジャーシリンダー１０４へオイルを戻しつつ、空にするのを継続する。図１９において、アキュムレーター１６６は空になっている。ロック用ソレノイドバルブ１６８、入口チェックバルブ１４８、着座制御チェックバルブ１４２、及びXovrEバルブ８６は閉じたままである。タイミングソレノイドバルブ１７０は開いたままである。
図２０に示されるように、プランジャー１０６をそのTDC位置に戻すべくカム１１０が回転し、及びアキュムレーターが空にされている間に、入口チェックバルブ１４８は開き、主チャンバー１２０へのオイルの置換えを許容する。ロック用ソレノイドバルブ１６８、着座制御チェックバルブ１４２、及びXovrEバルブ８６は閉じたままである一方、タイミングソレノイドバルブ１７０は開いたままである。アキュムレーター１６６は空である。
図２１に移って、カム１１０は３６０度の回転を完成すべく、その初期の開始位置に向けて時計回り方向の戻り回転を継続している。ロック用ソレノイドバルブ１６８は開き、そして主チャンバー１２０は、オイル容器２０２から開いた入口チェックバルブ１４８を介してオイルを配送する液圧ポンプ２０４の運転により、必要に応じて(矢印で示されるように)連続的に提供されるオイルで満たされる。タイミングソレノイド１７０は開いたままであり、一方、着座制御チェックバルブ１４２及びXovrEバルブ８６は閉じたままである。プランジャー１０６はその上死点位置にあり、及びアキュムレーター１６６は空のままである。サイクルは、それ自体を繰り返してもよく、最初に図６に示されたステップに戻る。
代替的な実施形態９９において、プランジャー１０６及びチェックバルブ１４２を有する着座制御１３８を備えるバルブピストン１２４の運転は、本質的に上で説明されたものである。しかしながら、アキュムレーター１６６、ロック用ソレノイド１６８、及びタイミングソレノイド１７０が省略され、及びバルブピストンの空気スプリング１９８が機械式のスプリング１５１で置き換えられている。このように、XovrEバルブタイミング及びリフトは固定であり、及び機械式スプリング１５１がバルブリフト制御の力を吸収するであろう。しかしながら、省略したタイミング装置及びアキュムレーターは、もし望むなら、加えられてもよく、及び機械式のスプリングは、XovrEバルブの閉鎖機及びリフト制御機として、空気スプリングに置き換わってもよい。アキュムレーターもまた加えられ、もし望むなら、機械式の戻りスプリングを用いることもできる。
本発明が特定の実施形態を参照して説明されたが、多数の変更が説明された本発明概念の趣旨及び範囲内でなされ得ることが理解されるべきである。したがって、本発明は説明された実施形態に限定されないが、しかし以下の請求項の言語で定義された全範囲を有していることが意図されている。

Claims (25)

  1. エンジンの外開きバルブを作動させる液圧機械式システムであって、
    バルブシリンダーに液圧流体が連通するプランジャーシリンダーを有する本体、
    プランジャーシリンダー内のプランジャーであって、液圧流体をバルブシリンダーに排出すべく往復可能なプランジャー、
    本体内で往復可能な外開きのエンジンバルブであって、バルブシリンダー内でバルブピストンに連結され、プランジャーによってバルブシリンダー内に排出されバルブピストンに作用する液圧流体により開かれる外開きのエンジンバルブ、
    プランジャーを往復させるアクチュエーター、及び
    エンジンバルブを外方に面しているバルブシートに係合させ、これによりエンジンバルブによって制御されるエンジンのガス通路を閉じるバルブスプリング、
    を備えることを特徴とする液圧機械式システム。
  2. アクチュエーターは、プランジャーをポンピング及び戻りストロークを通じて移動させるために、プランジャーに係合しているエンジン駆動機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の液圧機械式システム。
  3. エンジン駆動機構は、ポンピングストロークでプランジャーを往復させるべく作用するフォロワーに契合するカム、及び、プランジャー及びフォロワーを戻りストロークで移動させるのに有効な少なくとも１つの戻りスプリングであることを特徴とする請求項２に記載の液圧機械式システム。
  4. 戻りスプリングは、プランジャーのフォロワー及びカムとの有効な係合を維持するべく、フォロワースプリング及びプランジャースプリングを含むことを特徴とする請求項３に記載の液圧機械式システム。
  5. 本体は、プランジャーシリンダーをバルブシリンダーに連通させる液圧主チャンバーを含むことを特徴とする請求項１に記載の液圧機械式システム。
  6. バルブピストンは、エンジンバルブのステムに坦持され、及びバルブを開くために圧力オイルをプランジャーシリンダーからバルブシリンダーに受けるべく、本体の主チャンバーに連通しているバルブシリンダーに収容されていることを特徴とする請求項５に記載の液圧機械式システム。
  7. バルブシリンダーの本体主チャンバーとの連通は、チェックバルブとバルブ着座の衝撃を制限する絞られた戻り通路とを含む着座制御装置を介していることを特徴とする請求項６に記載の液圧機械式システム。
  8. バルブスプリングは、エンジンバルブをバルブシートに向けて内方に付勢する機械式スプリングであることを特徴とする請求項１に記載の液圧機械式システム。
  9. バルブスプリングは、エンジンバルブをバルブシートに向けて内方に付勢する空気スプリングであることを特徴とする請求項１に記載の液圧機械式システム。
  10. バルブ空気スプリングは、エンジンバルブに連結され、及び、プランジャーからの液圧力が遮断されたとき、エンジンバルブを閉じるために、空気ピストンを内方に付勢する制御された空気圧力に開放される空気ピストを含むことを特徴とする請求項９に記載の液圧機械式システム。
  11. バルブ空気ピストンは、エンジンバルブのステムに設けられ、及び本体の空気シリンダー内に収容されていることを特徴とする請求項１０に記載の液圧機械式システム。
  12. エンジンバルブが開いたときに、エンジンバルブの開き衝撃を落とすべく、バルブステムにより係合され、及び液圧流体をチェックバルブに対して加え、及び制限された通路を通すブレーキピストンを有する液圧リフトブレーキを含むことを特徴とする請求項１１に記載の液圧機械式システム。
  13. リフトブレーキは、加圧された液圧流体源から満たされることを特徴とする請求項１２に記載の液圧機械式システム。
  14. 主チャンバーからの流出を遮り、及びプランジャーが作動されているときバルブリフトを開始すべく作用可能なタイミングバルブを含むことを特徴とする請求項５に記載の液圧機械式システム。
  15. 本体内の液圧アキュムレーターであって、プランジャーシリンダーとバルブシリンダーとの間で主チャンバーに接続されたアキュムレーターシリンダー内を往復可能なアキュムレーターピストンを含む液圧アキュムレーター、及び
    アキュムレーターシリンダーとバルブシリンダーとの間のロック用バルブであって、エンジンバルブの閉じタイミングを制御し、及び残りのプランジャーストロークの間に液圧アキュムレーターの充填を開始するために、プランジャーシリンダーからバルブシリンダーへの液圧流体の流れを遮るべく作用し、プランジャーがその初期位置に戻るときの再使用のためにエネルギーを蓄え、これによりエネルギー損失を軽減するロック用バルブ、
    を含むことを特徴とする請求項１４に記載の液圧機械式システム。
  16. タイミングバルブは、バルブシリンダーからの液圧流体の排出を開始させ、及び空気スプリングによるエンジンバルブの閉じを許容するべく開かれることを特徴とする請求項１５に記載の液圧機械式システム。
  17. 液圧主チャンバーには、加圧された供給源からチェックバルブを介して補充液圧流体が供給され、バルブが閉じている間に排出された液圧流体に置換え、及び供給源への戻りの流れを防ぐことを特徴とする請求項１６に記載の液圧機械式システム。
  18. 分割サイクルエンジンと組合わされ、エンジンバルブが分割サイクルエンジンのクロスオーバー膨張バルブであることを特徴とする請求項１に記載の液圧機械式システム。
  19. 分割サイクルエンジンと組合わされ、分割サイクルエンジンが、
    クランクシャフト軸線の回りに回転可能なクランクシャフト、
    圧縮シリンダー内に摺動可能に収容された圧縮ピストンであって、クランクシャフトの単一の回転の間に吸気ストローク及び圧縮ストロークを通して往復動するようにクランクシャフトに作用的に連結された圧縮ピストン、
    膨張シリンダー内に摺動可能に収容された膨張(動力)ピストンであって、クランクシャフトの単一の回転の間に膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復動するようにクランクシャフトに作用的に連結された膨張ピストン、及び
    圧縮シリンダー及び膨張シリンダーを相互に連結するクロスオーバー通路(ポート)であって、間に圧力チャンバーを画成する外開きのクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ及び外開きのクロスオーバー膨張(XovrE)バルブを含むクロスオーバー通路、
    を含み、ここで、エンジンバルブが分割サイクルエンジンのクロスオーバー膨張バルブであることを特徴とする請求項１７に記載の液圧機械式システム。
  20. 液圧アキュムレーターは、プランジャーを初期位置に復帰させるために、液圧流体に蓄えられたエネルギーを主チャンバーに戻すべく、アキュムレーターピストンに対して作用する空気スプリングを含むことを特徴とする請求項１９に記載の組合せ。
  21. エンジンの外開きバルブを作動させる液圧機械式システムの運転方法であって、該方法が、
    バルブシリンダーと液圧流体が連通しているプランジャーシリンダー、プランジャーシリンダーをバルブシリンダーに連通させている液圧主チャンバー、プランジャーシリンダー内で液圧流体をバルブシリンダーに排出すべく往復可能なプランジャー、本体内で往復可能でバルブシリンダー内のバルブピストンに連結された外開きのエンジンバルブ、プランジャーを往復させるアクチュエーター、及び主チャンバーからの流出を遮断すべく作用可能なタイミングバルブを有する本体を提供し、
    液圧流体を排出すべくプランジャーを下降させ、
    排出された液圧流体がバルブシリンダーに入り、エンジンバルブの開きを開始すべくバルブピストンに対して作用するように、タイミングバルブを閉じ、
    エンジンバルブの閉じを開始すべくタイミングバルブを開き、及び
    プランジャーが完全に引き戻されるまでプランジャーを上昇させる、
    ステップを含むことを特徴とする方法。
  22. プランジャーシリンダーとバルブシリンダーとの間で主チャンバーに接続されたアキュムレーターシリンダー内を往復可能なアキュムレーターピストン、及びアキュムレーターシリンダーとバルブシリンダーとの間のロック用バルブを有する液圧アキュムレーターを本体に提供し、
    タイミングバルブを閉じた後で、エンジンバルブが完全に開く前に、プランジャーシリンダーからバルブシリンダーへの液圧流体の流れを遮断すべくロック用バルブを閉じ、
    プランジャーをその初期位置に戻すとき、再使用のためエネルギーを蓄えるべくアキュムレーターを満たし、
    プランジャーが上昇しているとき、蓄えられたエネルギーを解放すべくアキュムレーターを空にし、及び
    プランジャーが完全に引き込まれた後、ロック用バルブを開く、
    ステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  23. エンジンバルブのバルブステムに係合する液圧リフトブレーキを提供し、及び
    エンジンバルブが完全開き位置に近づくとき、エンジンバルブのリフトを緩衝すべく、エンジンバルブが完全に開く前に、液圧リフトブレーキをバルブステムに係合させる、
    ステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  24. バルブシリンダーと主チャンバーとの間での連通のための着座制御チェックバルブを提供し、
    タイミングバルブが閉じられた後、着座制御チェックバルブを開き、及び
    エンジンバルブが完全に開かれた位置にあるときに、着座制御チェックバルブを閉じる、
    ステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
  25. エンジンは、分割サイクルエンジンであることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
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