JP2011503434A - Hydraulic valve system for operating a poppet valve of an internal combustion engine - Google Patents

Hydraulic valve system for operating a poppet valve of an internal combustion engine Download PDF

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JP2011503434A
JP2011503434A JP2010533660A JP2010533660A JP2011503434A JP 2011503434 A JP2011503434 A JP 2011503434A JP 2010533660 A JP2010533660 A JP 2010533660A JP 2010533660 A JP2010533660 A JP 2010533660A JP 2011503434 A JP2011503434 A JP 2011503434A
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hydraulic actuator
poppet
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valves
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JP2010533660A
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Inventor
スティーブン ケンチントン
デビッド ブライアン ライト
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ロータス カーズ リミテッド
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic

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Abstract

図１を参照すると、本発明は、内燃機関のポペット弁の対（１０、３２）を動作させるための動弁システムを提供する。このシステムは、加圧液体源（２２）と、液体戻り部（２３）と、第１のポペット弁（１０）に作用する第１の液圧アクチュエータ（１３）と、第２のポペット弁（３２）に作用する第２の液圧アクチュエータ（１３）とを備える。第１の弁（２１）が、加圧液体源と液体戻り部（２３）の両方に接続される。第２の弁（２０）が、第１の弁（２１）と第１の液圧アクチュエータ（１３）の間に接続される。第３の弁（３０）が、第１の弁（２１）と第２の液圧アクチュエータ（３１）の間に接続される。電子式コントローラ（４０）が、ポペット弁の対（１０、３２）を開閉するように、弁（２０、２１、３０）の動作を制御する。  Referring to FIG. 1, the present invention provides a valve operating system for operating a pair of poppet valves (10, 32) of an internal combustion engine. The system includes a pressurized liquid source (22), a liquid return (23), a first hydraulic actuator (13) acting on a first poppet valve (10), and a second poppet valve (32 And a second hydraulic actuator (13) acting on. A first valve (21) is connected to both the pressurized liquid source and the liquid return (23). A second valve (20) is connected between the first valve (21) and the first hydraulic actuator (13). A third valve (30) is connected between the first valve (21) and the second hydraulic actuator (31). An electronic controller (40) controls the operation of the valves (20, 21, 30) to open and close the poppet valve pair (10, 32).

Description

本発明は、内燃機関のポペット弁を動作させるための動弁システムに関する。   The present invention relates to a valve operating system for operating a poppet valve of an internal combustion engine.

通常、内燃機関では、燃焼室への燃料／給気の流れと燃焼室からの燃焼ガスの流れを制御する吸／排気弁として、ポペット弁を使用する。従来、こういったポペット弁はカムで駆動されてきた。かかるシステムは頑丈であるが、エンジン回転速度／負荷の変化に応じて弁の動作を変化させることができない（または動作が限られている）。したがって、つい最近、液圧アクチュエータによる内燃機関のポペット弁の開閉が提案された。このアクチュエータは電子制御され、それによってエンジン・サイクルごとに弁の開閉ポイント（開閉ポイントはクランクシャフト回転角度に換算して測定される）を変化させることが可能になる。   Generally, in an internal combustion engine, a poppet valve is used as an intake / exhaust valve for controlling the flow of fuel / supply air to the combustion chamber and the flow of combustion gas from the combustion chamber. Traditionally, these poppet valves have been driven by cams. Although such a system is robust, it cannot (or has limited) operation of the valve in response to changes in engine speed / load. Therefore, recently, opening and closing of poppet valves of internal combustion engines by hydraulic actuators has been proposed. This actuator is electronically controlled so that the valve open / close point (open / close point measured in terms of crankshaft rotation angle) can be changed from engine to engine cycle.

特許文献１に、ポペット弁を開閉するための液圧アクチュエータについての本出願人による記載がある。特許文献２に、液圧アクチュエータを加圧液体源または液体戻り部に接続するための弁についての本出願人による記載がある。   Patent Document 1 describes the hydraulic actuator for opening and closing a poppet valve by the present applicant. Patent Document 2 describes the valve for connecting a hydraulic actuator to a pressurized liquid source or a liquid return part by the present applicant.

国際公開第２００４／０３３８６１号パンフレットInternational Publication No. 2004/033861 Pamphlet 国際公開第２００４／０１１８３３号パンフレットInternational Publication No. 2004/011833 Pamphlet

上述の液圧アクチュエータと上述の弁を使用するシステム動作の最適な制御方法について本出願人は研究した。   The Applicant has studied the optimal control method of system operation using the above hydraulic actuator and the above valve.

第１の態様では、本発明は、
内燃機関のポペット弁を動作させるための動弁システムであって、
加圧液体源と、
液体戻り部と、
上記ポペット弁に作用する液圧アクチュエータと、
上記加圧液体源と上記液体戻り部の両方に接続された第１の弁と、
上記第１の弁と上記液圧アクチュエータの間に接続され、２位置切換弁であり、上記液圧アクチュエータを上記第１の弁と接続するように、または上記液圧アクチュエータを上記第１の弁から分離するように動作する第２の弁と、
上記ポペット弁の位置を示す信号を提供するセンサと、
上記ポペット弁位置を示す信号を受信する電子式コントローラと、
を備え、
上記電子式コントローラが、
上記第１および第２の弁を介して上記液圧アクチュエータを上記加圧液体源に接続することによって上記ポペット弁を開き、
上記第１および第２の弁を介して上記液圧アクチュエータを上記液体戻り部に接続することによって上記ポペット弁を閉じ、または
上記第２の弁を使用して上記液圧アクチュエータを上記第１の弁から分離することによって上記ポペット弁を所定位置に維持するように、
上記第１と第２の弁の両方の動作を制御する、動弁システムを提供する。 In a first aspect, the present invention provides:
A valve operating system for operating a poppet valve of an internal combustion engine,
A pressurized liquid source;
A liquid return section;
A hydraulic actuator acting on the poppet valve;
A first valve connected to both the pressurized liquid source and the liquid return;
It is connected between the first valve and the hydraulic actuator and is a two-position switching valve so as to connect the hydraulic actuator to the first valve or to connect the hydraulic actuator to the first valve. A second valve that operates to separate from
A sensor for providing a signal indicating the position of the poppet valve;
An electronic controller for receiving a signal indicating the poppet valve position;
With
The electronic controller
Opening the poppet valve by connecting the hydraulic actuator to the pressurized liquid source via the first and second valves;
The poppet valve is closed by connecting the hydraulic actuator to the liquid return through the first and second valves, or the hydraulic actuator is connected to the first valve using the second valve. To keep the poppet valve in place by separating it from the valve,
Provided is a valve operating system that controls the operation of both the first and second valves.

第２の態様では、本発明は、
内燃機関のポペット弁の対を動作させるための動弁システムであって、
加圧液体源と、
液体戻り部と、
上記ポペット弁の第１のものに作用する第１の液圧アクチュエータと、
上記ポペット弁の第２のものに作用する第２の液圧アクチュエータと、
上記加圧液体源と上記液体戻り部の両方に接続された第１の弁と、
上記第１の弁と上記第１の液圧アクチュエータの間に接続され、２位置切換弁であり、上記第１の液圧アクチュエータを上記第１の弁と接続するように、または上記第１の液圧アクチュエータを上記第１の弁から分離するように動作する第２の弁と、
上記第１の弁と上記第２の液圧アクチュエータの間に接続され、２位置切換弁であり、上記第２の液圧アクチュエータを上記第１の弁と接続するように、または上記第２の液圧アクチュエータを上記第１の弁から分離するように動作する第３の弁と、
上記第１のポペット弁の位置を示す信号を提供する第１のセンサと、
上記第２のポペット弁の位置を示す信号を提供する第２のセンサと、
上記第１および第２のポペット弁の位置を示す信号を受信する電子式コントローラと、
を備え、
上記電子式コントローラが、
上記第１および第２の弁を介して上記第１の液圧アクチュエータを上記加圧液体源に接続することによって上記第１のポペット弁を開き、
上記第１および第２の弁を介して上記第１の液圧アクチュエータを上記液体戻り部に接続することによって上記第１のポペット弁を閉じ、
上記第２の弁を使用して上記液圧アクチュエータを上記第１の弁から分離することによって上記第１のポペット弁を定位置に維持し、
上記第１および第３の弁を介して上記第２の液圧アクチュエータを上記加圧液体源に接続することによって上記第２のポペット弁を開き、
上記第１および第３の弁を介して上記第２の液圧アクチュエータを上記液体戻り部に接続することによって上記第２のポペット弁を閉じ、かつ／または
上記第３の弁を使用して上記液圧アクチュエータを上記第２の弁から分離することによって上記第２のポペット弁を所定位置に維持するように、
上記第１、第２および第３の弁の全ての動作を制御する、動弁システムを提供する。 In a second aspect, the present invention provides:
A valve operating system for operating a pair of poppet valves of an internal combustion engine,
A pressurized liquid source;
A liquid return section;
A first hydraulic actuator acting on a first one of the poppet valves;
A second hydraulic actuator acting on a second one of the poppet valves;
A first valve connected to both the pressurized liquid source and the liquid return;
A two-position switching valve connected between the first valve and the first hydraulic actuator so as to connect the first hydraulic actuator to the first valve; or A second valve that operates to separate the hydraulic actuator from the first valve;
A two-position switching valve connected between the first valve and the second hydraulic actuator so as to connect the second hydraulic actuator to the first valve; or A third valve that operates to separate the hydraulic actuator from the first valve;
A first sensor providing a signal indicative of the position of the first poppet valve;
A second sensor providing a signal indicative of the position of the second poppet valve;
An electronic controller for receiving signals indicating the positions of the first and second poppet valves;
With
The electronic controller
Opening the first poppet valve by connecting the first hydraulic actuator to the pressurized liquid source via the first and second valves;
Closing the first poppet valve by connecting the first hydraulic actuator to the liquid return through the first and second valves;
Maintaining the first poppet valve in place by separating the hydraulic actuator from the first valve using the second valve;
Opening the second poppet valve by connecting the second hydraulic actuator to the pressurized liquid source via the first and third valves;
Closing the second poppet valve by connecting the second hydraulic actuator to the liquid return through the first and third valves and / or using the third valve to Maintaining the second poppet valve in place by separating the hydraulic actuator from the second valve;
There is provided a valve operating system for controlling all operations of the first, second and third valves.

液圧アクチュエータによって作動し、切換弁と方向制御弁の組合せによって制御されるポペット弁の対の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a pair of poppet valves that are operated by a hydraulic actuator and controlled by a combination of a switching valve and a directional control valve. 図１のアクチュエータの図である。It is a figure of the actuator of FIG. 図１の方向制御弁の図である。It is a figure of the direction control valve of FIG. エンジン・サイクル中の図１のポペット弁の一方である第１の弁のリフト変化と、エンジン・サイクルの様々なポイントにおいて切換弁および方向制御弁へ送られる制御信号の図である。FIG. 2 is a diagram of lift changes in a first valve that is one of the poppet valves of FIG. 1 during an engine cycle, and control signals sent to the switching and directional control valves at various points in the engine cycle. 図１のポペット弁動作の制御に使用される制御システムの簡単な制御線図である。FIG. 2 is a simple control diagram of a control system used to control the operation of the poppet valve of FIG. 1. 低いエンジン回転速度におけるエンジン・サイクル中の図１のポペット弁の一方である第２の弁のリフトのプロファイルと、やはりエンジン・サイクルの様々なポイントにおいて切換弁および方向制御弁へ送られる制御信号の図である。The lift profile of the second valve, one of the poppet valves of FIG. 1 during the engine cycle at low engine speeds, and the control signals sent to the switching and directional control valves also at various points in the engine cycle FIG.

本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照して説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

まず図１を見ると、吸気路１１から燃焼室１２への燃料／給気の流れを制御する、内燃機関の吸気弁１０を確認することができる。吸気弁１０はポペット弁である。このポペット弁１０は、これを閉じるように作用する付勢ばね１４の力に抗して、液圧アクチュエータ１３によって開かれる。   First, referring to FIG. 1, the intake valve 10 of the internal combustion engine that controls the flow of fuel / supply air from the intake passage 11 to the combustion chamber 12 can be confirmed. The intake valve 10 is a poppet valve. The poppet valve 10 is opened by a hydraulic actuator 13 against the force of a biasing spring 14 that acts to close the poppet valve 10.

アクチュエータ１３は、前記特許文献１に記載のタイプのものであり、図２に詳細に示されている。この図で、吸気弁１０を確認することができ、また、図１に略図で示されている弁ばね１４が実際は、シリンダ・ヘッドの表面１０６とポペット弁１０の弁ステム上に設けられた鍔部１０７との間に作用する、ばね１０４と１０５の対を備えていることがわかる。上記アクチュエータは、下側ピストン１５および上側ピストン１６を備える。このアクチュエータの動作については、前記特許文献１に詳細に記載されており、したがって本特許明細書では詳細に説明しない。アクチュエータ１３は、バルブ１０が開く間、ピストン１６が液体圧を受けて下端に達するまで下方に動くことによって動作し、このとき、ピストン１６はピストン１５と係合し、これを移動させる。次いで、下側ピストン１５が流体圧を受けて移動し、弁ステム１０の上端に作用する。ピストン１６の面積の方が広いことから、系にある圧力が与えられたとき、ピストン１６から弁１０に加わる力は、表面積がより小さなピストン１５に加わる力よりもピストン１６のほうが大きくなる。ある流量が与えられたときには、面積の差があるために、移動量はピストン１６よりもピストン１５のほうが大きくなる。   The actuator 13 is of the type described in Patent Document 1 and is shown in detail in FIG. In this figure, the intake valve 10 can be seen, and the valve spring 14 shown schematically in FIG. 1 is actually provided on the cylinder head surface 106 and the valve stem of the poppet valve 10. It can be seen that there is a pair of springs 104 and 105 acting between the parts 107. The actuator includes a lower piston 15 and an upper piston 16. The operation of this actuator is described in detail in the above-mentioned patent document 1, and therefore will not be described in detail in this patent specification. The actuator 13 operates by moving downward until the piston 16 receives liquid pressure and reaches the lower end while the valve 10 is opened. At this time, the piston 16 engages and moves the piston 15. Next, the lower piston 15 moves under the fluid pressure and acts on the upper end of the valve stem 10. Since the area of the piston 16 is larger, when a certain pressure is applied to the system, the force applied from the piston 16 to the valve 10 is larger in the piston 16 than the force applied to the piston 15 having a smaller surface area. When a certain flow rate is given, because of the difference in area, the movement amount of the piston 15 becomes larger than that of the piston 16.

アクチュエータ１３の動作は、２位置切換弁２０および２位置方向制御弁２１によって制御される。弁２１は、特許文献２に記載のタイプのものであり、図３に詳細に示されている。弁２１は、加圧液体源２２（ポンプなど、図１を参照）からの流れを圧力管路２１４を介して制御し、液体戻り部（液溜め２３など、図１を参照）への流れを液体戻り管路２１５を介して制御する。弁２１の動作については国際公開第２００４／０１１８３３号に詳細に記載されており、したがって本明細書では詳細に説明しない。弁２１は、弁２０、３０を加圧液体源２２か加圧液体戻り部２３のいずれかに接続できると言うに留めておく。つまり、弁２１は、２位置弁であり、その２つの位置は図１に図示されている。弁２１は、２つの状態を切り換える高速切換弁であり、弁を介して流量を調整するための絞り弁ではない。すなわち、弁２１は、流量ではなく、流れの方向を制御する。   The operation of the actuator 13 is controlled by a two-position switching valve 20 and a two-position direction control valve 21. The valve 21 is of the type described in Patent Document 2 and is shown in detail in FIG. The valve 21 controls the flow from the pressurized liquid source 22 (pump or the like, see FIG. 1) via the pressure line 214, and the flow to the liquid return part (the liquid reservoir 23 or the like, see FIG. 1). Control via the liquid return line 215. The operation of the valve 21 is described in detail in WO 2004/011833 and will therefore not be described in detail here. It should be noted that the valve 21 can connect the valves 20, 30 to either the pressurized liquid source 22 or the pressurized liquid return section 23. That is, the valve 21 is a two-position valve, the two positions of which are illustrated in FIG. The valve 21 is a high-speed switching valve that switches between two states, and is not a throttle valve for adjusting the flow rate through the valve. That is, the valve 21 controls the flow direction, not the flow rate.

図１に示されているように、方向制御弁２１は、２位置切換弁２０への液体の流れを制御し、弁２０は、アクチュエータ１３に出入りする液体の流れを制御する。弁２１はまた、弁２０と同じ第２の２位置切換弁３０への液体の流れも制御し、弁３０は、アクチュエータ１３と同じ第２のアクチュエータ３１に出入りする液体の流れを制御する。切換弁２０、３０は、２つの状態を切り換える高速２位置切換弁であり、どちらも、流量を調整するための絞り弁ではない。すなわちこれらの弁は流れをオン／オフさせるが、そこを通過する流量は制御しない。   As shown in FIG. 1, the directional control valve 21 controls the flow of liquid to the two-position switching valve 20, and the valve 20 controls the flow of liquid entering and exiting the actuator 13. The valve 21 also controls the flow of liquid to the second two-position switching valve 30 that is the same as the valve 20, and the valve 30 controls the flow of liquid to and from the second actuator 31 that is the same as the actuator 13. The switching valves 20 and 30 are high-speed two-position switching valves that switch between two states, and neither is a throttle valve for adjusting the flow rate. That is, these valves turn the flow on and off but do not control the flow rate through it.

アクチュエータ３１は第２のポペット弁３２に作用し、第２のポペット弁３２は、燃焼室１２から排気路３３への燃焼済みのガスの流れを制御する排気弁である。弁ばね３４が、ポペット弁３２に閉じるように作用する。   The actuator 31 acts on the second poppet valve 32, and the second poppet valve 32 is an exhaust valve that controls the flow of the burned gas from the combustion chamber 12 to the exhaust passage 33. A valve spring 34 acts to close the poppet valve 32.

次に、上述のシステムの動作について、図４および５を参照して説明する。図４に、１回の開イベント中の時間に対してプロットした弁１０のリフトが示されている。この図にはまた、切換弁２０の制御に使用される制御信号（ＳＶで示す）と、方向制御弁２１の制御信号（ＦＣＶで示す）も示されている。Ｌ０位置は、ポペット弁１０が閉じていることを示す。ポイントＡで、ポペット弁１０は弁座から離座し始める。これは、加圧液体源２２に切換弁２０を接続するよう方向制御弁２１を制御し、次いで圧力液体が方向制御弁２１を介して加圧液体源２２から液圧アクチュエータ１３へ流れるように切換弁２０を開くことによって行われる。切換弁２０は２位置弁であり、図４に示されている、ポイントＡに関連付けられたパルスにより開状態に切り換えられる。切換弁２０は、２つ目の制御信号が与えられるまでそのまま開いている（下記に説明する）。上記方向制御弁は、ラインＦＣＶ上のパルスからわかるように、切換弁２０が開く前に液体源２２に切り換えられる。ＡとＢの間のピストン１６の移動によって弁が開き、ＢとＣの間のピストン１５の移動によって弁の移動が行われる。ＡとＢの間とＢとＣの間に勾配の変化があるのはこのためである。   Next, the operation of the above system will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows the lift of the valve 10 plotted against the time during a single opening event. This figure also shows a control signal (indicated by SV) used for controlling the switching valve 20 and a control signal (indicated by FCV) of the directional control valve 21. The L0 position indicates that the poppet valve 10 is closed. At point A, the poppet valve 10 begins to separate from the valve seat. This controls the directional control valve 21 to connect the switching valve 20 to the pressurized liquid source 22 and then switches so that the pressure liquid flows from the pressurized liquid source 22 to the hydraulic actuator 13 via the directional control valve 21. This is done by opening the valve 20. The switching valve 20 is a two-position valve and is switched to the open state by a pulse associated with point A, shown in FIG. The switching valve 20 is kept open until a second control signal is given (described below). The directional control valve is switched to the liquid source 22 before the switching valve 20 opens, as can be seen from the pulse on line FCV. Movement of the piston 16 between A and B opens the valve, and movement of the piston 15 between B and C causes the valve to move. This is why there is a change in slope between A and B and between B and C.

Ｃでは、流体の流れを停止し、ポペット弁１０を最大リフトＬ２である最大開位置に維持するために、切換弁２０は閉位置に切り換えられる。最大弁リフトＬ２は、エンジン・サイクルごとに、エンジン速度およびエンジン負荷が変動するにつれて変化する。   In C, the switching valve 20 is switched to the closed position to stop the fluid flow and maintain the poppet valve 10 in the maximum open position, which is the maximum lift L2. The maximum valve lift L2 changes from engine cycle to engine speed and engine load as it varies.

ＣとＤの間では、弁１０は、その最大リフトの開状態に維持される。この期間中、弁１０はそのまま静止している。ポイントＤに先だって、方向制御弁２１が切り換わって切換弁２０を液溜め２３に接続するように、制御信号ＦＣＶが制御される。次いでＤで、液体が切換弁２０と方向制御弁２１を介してアクチュエータ１３から液溜め２３へ流れるように、切換弁２０は開状態に切り換えられる。弁ばね１４が、アクチュエータ１３から液体を押し動かす付勢力を加える。ＤとＥの間で、ピストン１５だけがアクチュエータ１３の内部で移動し、次いでＥで、このピストン１５がピストン１６と係合し、ＥとＦの間で、ポペット弁１０がその閉位置に接近している間、ピストン１５と１６が一緒に移動する。このため、ＤとＥの間の勾配は、ＥとＦの間の勾配と異なる。   Between C and D, the valve 10 is kept open at its maximum lift. During this period, the valve 10 remains stationary. Prior to point D, the control signal FCV is controlled so that the direction control valve 21 is switched to connect the switching valve 20 to the liquid reservoir 23. Next, at D, the switching valve 20 is switched to the open state so that the liquid flows from the actuator 13 to the liquid reservoir 23 via the switching valve 20 and the direction control valve 21. The valve spring 14 applies a biasing force that pushes the liquid from the actuator 13. Between D and E, only the piston 15 moves inside the actuator 13, then at E, this piston 15 engages the piston 16, and between E and F, the poppet valve 10 approaches its closed position. While doing so, the pistons 15 and 16 move together. For this reason, the slope between D and E is different from the slope between E and F.

Ｆで、ポペット弁１０を次に開けるまで閉じておくために、切換弁２０は制御され、閉位置に切り換えられる。次いで、方向制御弁２１は切り換えられて加圧液体源に戻り、アクチュエータ３１を介して弁３２を作動できる状態になる。   At F, the switching valve 20 is controlled and switched to the closed position to keep the poppet valve 10 closed until it is next opened. Next, the direction control valve 21 is switched to return to the pressurized liquid source, and the valve 32 can be operated via the actuator 31.

排気ポペット弁３２も、絞り弁２１と切換弁３０の組合せを使用して同様に制御される。   The exhaust poppet valve 32 is similarly controlled using a combination of the throttle valve 21 and the switching valve 30.

切換弁２１および３０は非常に高速で動作しており、そのため、弁動作開始／停止時点の精密な制御が可能になる。弁動作を制御するために、この制御システムでは、開始ポイントＡから、ポイントＣまでの期間α2、ポイントＤまでの期間α3、次いでポイントＦまでの期間α5を制御する必要がある。ポイントＢおよびＥは特に制御されず、開閉中のアクチュエータの特性によって決まる。このようにして、弁リフトと開期間の両方が制御される。図４はＸ軸にクランク角度αを示しているが、所与の任意の回転速度に対するクランク角度に時間が正比例していることから、時間を示すこともできる。 The switching valves 21 and 30 operate at a very high speed, so that precise control at the time of starting / stopping the valve operation becomes possible. To control the valve operation, in this control system, from the starting point A, the period alpha 2 to the point C, the period alpha 3 until point D, then it is necessary to control the duration alpha 5 to a point F. Points B and E are not particularly controlled and depend on the characteristics of the actuator being opened and closed. In this way, both the valve lift and the open period are controlled. Although FIG. 4 shows the crank angle α on the X axis, time can also be indicated because time is directly proportional to the crank angle for a given arbitrary rotational speed.

図５に、エンジン弁動作システムの制御線図が示されている。コントローラ４０（図１参照）は、一般にクランクシャフト回転センサからのエンジン回転速度を示す信号と、マニホールド負圧センサなどからのエンジン負荷を示す信号と、アクチュエータ１３、３１とそれぞれ関連付けられた２つの位置センサ４１、４２によって測定されたポペット弁１０、３２の位置を示すフィードバック信号とを受信する。クランクシャフト位置センサは時間に関して微分して、エンジン回転速度を示すことができる。位置センサ４１および４２は、速度センサと置き換えてもよく、この場合、速度センサの出力を時間で積分して、位置を示すことができる。コントローラ４０では、ルックアップテーブル５０（図５を参照）を使用して、所与のエンジン回転速度およびエンジン負荷に対して必要な弁の開期間およびリフトを決定し、リフト要求信号を生成する。次いでこの要求信号が、５４で制御偏差信号の生成に使用され（後述）、５１で、この制御偏差信号が前述のように切換弁および方向制御弁を制御する制御信号に変換される。図５に、方向制御弁、切換弁およびアクチュエータの組合せが５１として示されている。５１の制御信号入力により一定のリフトがもたらされる。次いで弁リフトが測定され（例えばセンサ４１で測定）、そのフィードバック信号がフィードバック・ループ５３へ送られる。フィードバック・ループ５３は、フィードバック信号の修正に使用できるＰＩＤ信号プロセッサ５２（Proportional（比例）、Integral（積分）、Differential（微分））を含む。このフィードバックリフト信号は、５４でリフト要求信号と合成される。このようにして、構成部品の摩耗と、周囲温度や系内圧力などの変化による動作中の変動とを、システムの寿命期間中補償する、閉ループシステムが形成される。例えば、所与の系内圧力に対して、最大流量容量が存在し、例えばシステムで想定されたものより低い系内圧力に対応できるように、切換弁の開閉タイミングを変化させる必要がある。弁リフトから得られる制御偏差信号により、これが可能になる。   FIG. 5 shows a control diagram of the engine valve operating system. The controller 40 (see FIG. 1) generally includes a signal indicating the engine rotation speed from the crankshaft rotation sensor, a signal indicating the engine load from the manifold negative pressure sensor, and the two positions respectively associated with the actuators 13 and 31. A feedback signal indicating the position of the poppet valves 10 and 32 measured by the sensors 41 and 42 is received. The crankshaft position sensor can be differentiated with respect to time to indicate engine speed. The position sensors 41 and 42 may be replaced with speed sensors, in which case the speed sensor output can be integrated over time to indicate position. The controller 40 uses a look-up table 50 (see FIG. 5) to determine the required valve opening period and lift for a given engine speed and engine load, and generates a lift request signal. This request signal is then used at 54 to generate a control deviation signal (described below), and at 51, the control deviation signal is converted to a control signal for controlling the switching valve and the directional control valve as described above. In FIG. 5, a combination of a directional control valve, a switching valve and an actuator is shown as 51. A constant lift is provided by 51 control signal inputs. The valve lift is then measured (e.g. measured by sensor 41) and its feedback signal is sent to feedback loop 53. The feedback loop 53 includes a PID signal processor 52 (Proportional, Integral, Differential) that can be used to modify the feedback signal. This feedback lift signal is combined 54 with the lift request signal. In this way, a closed loop system is formed that compensates for component wear and operational variations due to changes in ambient temperature, system pressure, etc., throughout the life of the system. For example, there is a maximum flow capacity for a given system pressure, and it is necessary to change the opening / closing timing of the switching valve so as to cope with a system pressure lower than that assumed in the system, for example. This is made possible by the control deviation signal obtained from the valve lift.

この制御偏差信号は、切換弁の閉開タイミング、図４の期間α2、α3およびα5を変更させるために使用される。 This control deviation signal is used to change the closing timing of the switching valve and the periods α 2 , α 3 and α 5 in FIG.

エンジン回転速度が非常に低いとき、前述の制御方法によって提供される制御範囲では、必要な弁リフトの実現に不十分である可能性がある。その制御方法に代わり、図６で図示される動作方法を使用することができる。弁リフトは、ピストン１６と１５を一緒に移動させることだけによって行われる。つまり、ピストン１５は単独で移動しない。ピストン１６は前述のようにそのストロークの全長を移動するのではなく、切換弁２０をオンオフすることによって漸増的に移動する。α1で切換弁２０がオンし、次いでピストン１６がその最大ストロークを完了する前にα2で再びオフする。α3で切換弁２０は再びオンし、α4でオフし、α5で再びオンし、α6でオフする。このようにして、ピストン１６は段階的に下へ移動する。同様に、ピストン１６は弁ばねの作動を受けて、切換弁２０がα7でオン、α8でオフ、次いでα9でオン、α10でオフし、α11でオン、α12でオフして段階的に戻る。このようにして、ポペット弁１０をより低速でリフトし、より低速で閉じることができる。ピストン１５よりも、ピストン１６の面積の方が大きいことにより、ピストン１６の動作制御がより効果的であるので、図６に示されている制御が可能になる。このより大きなピストン１６の制御下における全移動量は約０．９ｍｍになる。 When the engine speed is very low, the control range provided by the aforementioned control method may be insufficient to achieve the required valve lift. Instead of the control method, the operation method illustrated in FIG. 6 can be used. The valve lift is performed only by moving the pistons 16 and 15 together. That is, the piston 15 does not move alone. The piston 16 does not move the entire length of the stroke as described above, but gradually moves by turning on and off the switching valve 20. The switching valve 20 is turned on at α 1 and then turned off again at α 2 before the piston 16 completes its maximum stroke. alpha 3 in the switching valve 20 is turned on again, then off at alpha 4, and turned on again at alpha 5, is off at alpha 6. In this way, the piston 16 moves downward stepwise. Similarly, the piston 16 receives the operation of the valve spring, on in the switching valve 20 alpha 7, off alpha 8, followed on by alpha 9, off in alpha 10, on in alpha 11, and off at alpha 12 And return step by step. In this way, the poppet valve 10 can be lifted at a lower speed and closed at a lower speed. Since the area of the piston 16 is larger than that of the piston 15, the operation control of the piston 16 is more effective, and thus the control shown in FIG. 6 is possible. The total amount of movement under control of this larger piston 16 is about 0.9 mm.

クランク角度位置は一般に、歯車上の歯を読み取るクランクセンサからもたらされる。一般に、６０個の歯が存在するかのように隔置された、２つの間隙を含む５８個の歯が設けられる。上記２つの間隙は、シリンダ内部のピストンの上死点を示す。存在する歯（上記の間隙以外）は、クランクシャフトの回転角度３度相当の間隔で隔置される。場合によっては、この間隔では十分なクランク角度分解能が得られない。一般に、この間隔で、０．５度までのクランク角度分解能が可能になる。しかしながら、しばしば、０．１度までのクランク角度位置分解能を有することが要求される。歯を別途設けることなくかかる分解能を実現するようにクランク角センサを改善できると本出願人は想定している。これは、ソフトウェアを使用して、クランクシャフトの回転の実際の測定ポイントの間を補完することによって行うことができる。   The crank angle position is generally derived from a crank sensor that reads the teeth on the gears. In general, there are 58 teeth, including two gaps, spaced as if there were 60 teeth. The two gaps indicate the top dead center of the piston inside the cylinder. The existing teeth (other than the gaps) are spaced at an interval corresponding to a crankshaft rotation angle of 3 degrees. In some cases, sufficient crank angle resolution cannot be obtained at this interval. In general, this interval allows a crank angle resolution of up to 0.5 degrees. However, it is often required to have a crank angle position resolution of up to 0.1 degrees. The applicant assumes that the crank angle sensor can be improved to achieve this resolution without the need for additional teeth. This can be done by using software to interpolate between the actual measurement points of crankshaft rotation.

１０ ポペット弁、１１ 吸気路、１２ 燃焼室、１３ 液圧アクチュエータ、１４ 弁ばね、１５ 下側ピストン、１６ 上側ピストン、２０ ２位置切換弁、２１ ２位置方向制御弁、２２ 加圧液体源、２３ 加圧液体戻り部、３０ 第２の２位置切換弁、３１ 第２のアクチュエータ、３２ 第２のポペット弁、３３ 排気路、３４ 弁ばね、４０ コントローラ、４１ 位置センサ、４２ 位置センサ、５０ ルックアップテーブル、５２ ＰＩＤ信号プロセッサ、５３ フィードバック・ループ、１０４ ばね、１０５ ばね、１０６ シリンダ・ヘッドの表面、１０７ 鍔部、２１４ 圧力管路、２１５ 流体戻り管路。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Poppet valve, 11 Intake path, 12 Combustion chamber, 13 Hydraulic actuator, 14 Valve spring, 15 Lower piston, 16 Upper piston, 202 2-position switching valve, 21 2-position direction control valve, 22 Pressurized liquid source, 23 Pressurized liquid return section, 30 2nd 2-position switching valve, 31 2nd actuator, 32 2nd poppet valve, 33 exhaust passage, 34 valve spring, 40 controller, 41 position sensor, 42 position sensor, 50 lookup Table, 52 PID signal processor, 53 feedback loop, 104 spring, 105 spring, 106 cylinder head surface, 107 buttock, 214 pressure line, 215 fluid return line.

Claims (19)

内燃機関のポペット弁を動作させるための動弁システムであって、
加圧液体源と、
液体戻り部と、
前記ポペット弁に作用する液圧アクチュエータと、
前記加圧液体源と前記液体戻り部の両方に接続された第１の弁と、
前記第１の弁と前記液圧アクチュエータの間に接続され、２位置切換弁であり、前記液圧アクチュエータを前記第１の弁と接続するように、または前記液圧アクチュエータを前記第１の弁から分離するように動作する第２の弁と、
前記ポペット弁の位置を示す信号を提供するセンサと、
前記ポペット弁位置を示す信号を受信する電子式コントローラとを備え、前記電子式コントローラが、
前記第１および第２の弁を介して前記液圧アクチュエータを前記加圧液体源に接続することによって前記ポペット弁を開き、
前記第１および第２の弁を介して前記液圧アクチュエータを前記液体戻り部に接続することによって前記ポペット弁を閉じ、または
前記第２の弁を使用して前記液圧アクチュエータを前記第１の弁から分離することによって前記ポペット弁を所定位置に維持するように、
前記第１と第２の弁の両方の動作を制御する、動弁システム。 A valve operating system for operating a poppet valve of an internal combustion engine,
A pressurized liquid source;
A liquid return section;
A hydraulic actuator acting on the poppet valve;
A first valve connected to both the pressurized liquid source and the liquid return;
Connected between the first valve and the hydraulic actuator, is a two-position switching valve, and connects the hydraulic actuator to the first valve, or connects the hydraulic actuator to the first valve. A second valve that operates to separate from
A sensor for providing a signal indicating the position of the poppet valve;
An electronic controller for receiving a signal indicating the poppet valve position, the electronic controller,
Opening the poppet valve by connecting the hydraulic actuator to the pressurized liquid source via the first and second valves;
Closing the poppet valve by connecting the hydraulic actuator to the liquid return via the first and second valves, or using the second valve to connect the hydraulic actuator to the first So as to maintain the poppet valve in place by separating it from the valve;
A valve operating system that controls the operation of both the first and second valves. 請求項１に記載の動弁システムであって、前記第１の弁が、前記第２の弁を前記加圧液体源に接続するように、または前記第２の弁を前記液体戻り部に接続するように動作する２位置弁である、動弁システム。   2. The valve operating system according to claim 1, wherein the first valve connects the second valve to the pressurized liquid source or connects the second valve to the liquid return unit. 3. A valve operating system, which is a two-position valve that operates to: 請求項１または２に記載の動弁システムであって、
前記液圧アクチュエータが、
供給される圧力液体が圧力を加える圧力面を有する第１のピストンと、
供給される圧力液体が圧力を加える圧力面をやはり有する第２のピストンと、
を備え、
前記第１のピストンの前記圧力面が、前記第２のピストンの前記圧力面よりも大きく、
前記ポペット弁が開く期間、前記第１および第２のピストンが最初に一緒に移動し、次いでその後に前記第２のピストンだけが移動する、動弁システム。 The valve operating system according to claim 1 or 2,
The hydraulic actuator is
A first piston having a pressure surface to which pressure liquid to be applied applies pressure;
A second piston, which also has a pressure surface to which the supplied pressure liquid applies pressure;
With
The pressure surface of the first piston is larger than the pressure surface of the second piston;
A valve operating system in which the first and second pistons move together together first and then only the second piston moves after the poppet valve is open. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の動弁システムであって、前記ポペット弁に閉じる力を加える弁ばねを備える、動弁システム。   4. The valve operating system according to claim 1, further comprising a valve spring that applies a closing force to the poppet valve. 5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の動弁システムであって、前記電子式コントローラが、前記第２の弁を制御することによって、および前記液圧アクチュエータを前記第１の弁に接続する期間を制御することによって、弁のリフトを制御する、動弁システム。   5. The valve operating system according to claim 1, wherein the electronic controller controls the second valve and connects the hydraulic actuator to the first valve. 6. A valve operating system that controls the lift of the valve by controlling the period of time. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の動弁システムであって、前記電子式コントローラが前記第１の弁を、前記加圧液体源への接続と前記液体戻り部への接続の間で切り換えるのは、前記第２の弁が前記油圧アクチュエータを前記第１の弁から分離している間だけである、動弁システム。   6. The valve operating system according to any one of claims 1 to 5, wherein the electronic controller connects the first valve between connection to the pressurized liquid source and connection to the liquid return section. In the valve operating system, the switching is performed only while the second valve separates the hydraulic actuator from the first valve. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の動弁システムであって、クランクシャフトの回転位置を示す信号を生成するセンサを備え、前記信号が、前記第１および第２の弁の動作タイミングを決定するために、前記電子式コントローラによって使用される、動弁システム。   The valve operating system according to claim 1, further comprising a sensor that generates a signal indicating a rotational position of a crankshaft, wherein the signal is an operation timing of the first and second valves. A valving system used by the electronic controller to determine 請求項１〜７のいずれか１項に記載の動弁システムであって、前記電子式コントローラが、ルックアップテーブルを使用して弁リフト要求を決定し、次いでその弁リフト要求が前記第１および第２の弁の動作の制御に使用される、動弁システム。   8. A valve actuation system according to any preceding claim, wherein the electronic controller determines a valve lift request using a look-up table, and then the valve lift request is the first and A valve operating system used for controlling the operation of the second valve. 請求項８に記載の動弁システムであって、前記電子式コントローラが、ポペット弁位置を示す信号を使用して、前記液圧アクチュエータの閉ループ制御における前記弁リフト要求の修正に使用されるフィードバック信号を提供する、動弁システム。   9. The valve operating system according to claim 8, wherein the electronic controller is used to correct the valve lift request in closed loop control of the hydraulic actuator using a signal indicating a poppet valve position. Providing a valve actuation system. 内燃機関のポペット弁の対を動作させるための動弁システムであって、
加圧液体源と、
液体戻り部と、
前記対のポペット弁のうち第１のポペット弁に作用する第１の液圧アクチュエータと、
前記対のポペット弁のうち第２のポペット弁に作用する第２の液圧アクチュエータと、
前記加圧液体源と前記液体戻り部の両方に接続された第１の弁と、
前記第１の弁と前記第１の液圧アクチュエータの間に接続され、２位置切換弁であり、前記第１の液圧アクチュエータを前記第１の弁と接続するように、または前記第１の液圧アクチュエータを前記第１の弁から分離するように動作する第２の弁と、
前記第１の弁と前記第２の液圧アクチュエータの間に接続され、２位置切換弁であり、前記第２の液圧アクチュエータを前記第１の弁と接続するように、または前記第２の液圧アクチュエータを前記第１の弁から分離するように動作する第３の弁と、
前記第１のポペット弁の位置を示す信号を提供する第１のセンサと、
前記第２のポペット弁の位置を示す信号を提供する第２のセンサと、
前記第１および第２のポペット弁の位置を示す信号を受信する電子式コントローラと、
を備え、
前記電子式コントローラが、
前記第１および第２の弁を介して前記第１の液圧アクチュエータを前記加圧液体源に接続することによって前記第１のポペット弁を開き、
前記第１および第２の弁を介して前記第１の液圧アクチュエータを前記液体戻り部に接続することによって前記第１のポペット弁を閉じ、
前記第２の弁を使用して前記液圧アクチュエータを前記第１の弁から分離することによって前記第１のポペット弁を所定位置に維持し、
前記第１および第３の弁を介して前記第２の液圧アクチュエータを前記加圧液体源に接続することによって前記第２のポペット弁を開き、
前記第１および第３の弁を介して前記第２の液圧アクチュエータを前記液体戻り部に接続することによって前記第２のポペット弁を閉じ、かつ／または
前記第３の弁を使用して前記液圧アクチュエータを前記第２の弁から分離することによって前記第２のポペット弁を所定位置に維持するように、
前記第１、第２および第３の弁の全ての動作を制御する、
動弁システム。 A valve operating system for operating a pair of poppet valves of an internal combustion engine,
A pressurized liquid source;
A liquid return section;
A first hydraulic actuator acting on a first poppet valve of the pair of poppet valves;
A second hydraulic actuator acting on a second poppet valve of the pair of poppet valves;
A first valve connected to both the pressurized liquid source and the liquid return;
A two-position switching valve connected between the first valve and the first hydraulic actuator so as to connect the first hydraulic actuator to the first valve; or A second valve that operates to separate a hydraulic actuator from the first valve;
A two-position switching valve connected between the first valve and the second hydraulic actuator so as to connect the second hydraulic actuator to the first valve; or A third valve that operates to separate a hydraulic actuator from the first valve;
A first sensor providing a signal indicative of the position of the first poppet valve;
A second sensor providing a signal indicative of the position of the second poppet valve;
An electronic controller for receiving signals indicating the positions of the first and second poppet valves;
With
The electronic controller is
Opening the first poppet valve by connecting the first hydraulic actuator to the pressurized liquid source via the first and second valves;
Closing the first poppet valve by connecting the first hydraulic actuator to the liquid return through the first and second valves;
Maintaining the first poppet valve in position by separating the hydraulic actuator from the first valve using the second valve;
Opening the second poppet valve by connecting the second hydraulic actuator to the pressurized liquid source via the first and third valves;
Closing the second poppet valve by connecting the second hydraulic actuator to the liquid return through the first and third valves and / or using the third valve to Maintaining the second poppet valve in place by separating a hydraulic actuator from the second valve;
Control all operations of the first, second and third valves;
Valve system. 請求項１０に記載の動弁システムであって、前記第１の弁が、前記第２および第３の弁を前記加圧液体源に接続するように、または前記第２および第３の弁を前記液体戻り部に接続するように動作する２位置切換弁である、動弁システム。   11. The valve operating system according to claim 10, wherein the first valve connects the second and third valves to the pressurized liquid source or the second and third valves. A valve operating system, which is a two-position switching valve that operates to connect to the liquid return section. 請求項１０または１１に記載の動弁システムであって、
各液圧アクチュエータが、
供給される圧力液体が圧力を加える圧力面を有する第１のピストンと、
供給される圧力液体が圧力を加える圧力面をやはり有する第２のピストンと、を備え、
前記第１のピストンの圧力面が、前記第２のピストンの圧力面よりも大きく、
前記第１および第２のポペット弁が開く期間、前記第１および第２のピストンが最初に一緒に移動し、その後に前記第２のピストンだけが移動する、
動弁システム。 The valve operating system according to claim 10 or 11,
Each hydraulic actuator
A first piston having a pressure surface to which pressure liquid to be applied applies pressure;
A second piston that also has a pressure surface to which the supplied pressure liquid applies pressure;
The pressure surface of the first piston is larger than the pressure surface of the second piston;
During the period when the first and second poppet valves are open, the first and second pistons move together first, after which only the second piston moves;
Valve system. 請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の動弁システムであって、前記第１のポペット弁に閉じる力を加える第１の弁ばねと、前記第２のポペット弁に閉じる力を加える第２の弁ばねとを備える、動弁システム。   13. The valve operating system according to claim 10, wherein a first valve spring that applies a closing force to the first poppet valve and a first valve spring that applies a closing force to the second poppet valve are provided. A valve operating system comprising two valve springs. 請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の動弁システムであって、
前記電子式コントローラが、前記第２の弁を制御することによって、および前記液圧アクチュエータを前記第１の弁に接続する期間を制御することによって、前記第１のポペット弁の弁リフトを制御し、
前記電子式コントローラが、前記第３の弁を制御することによって、および前記液圧アクチュエータを前記第１の弁に接続する期間を制御することによって、前記第２のポペット弁の弁リフトを制御する、
動弁システム。 The valve operating system according to any one of claims 10 to 13,
The electronic controller controls a valve lift of the first poppet valve by controlling the second valve and by controlling a period during which the hydraulic actuator is connected to the first valve. ,
The electronic controller controls a valve lift of the second poppet valve by controlling the third valve and by controlling a period during which the hydraulic actuator is connected to the first valve. ,
Valve system. 請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の動弁システムであって、
前記電子式コントローラが前記第１の弁を、前記加圧液体源への接続と前記液体戻り部への接続の間で切り換えるのは、前記第２の弁が前記第１の油圧アクチュエータを前記第１の弁から分離している間、かつ前記第３の弁が前記第２の油圧アクチュエータを前記第１の弁から分離している間だけである、
動弁システム。 The valve operating system according to any one of claims 10 to 14,
The electronic controller switches the first valve between a connection to the pressurized liquid source and a connection to the liquid return section because the second valve switches the first hydraulic actuator to the first. Only while separating from one valve and while the third valve separates the second hydraulic actuator from the first valve.
Valve system. 請求項１５に記載の動弁システムであって、
前記第２の弁が前記第１の液圧アクチュエータを前記第１の弁に接続するのは、前記第３の弁が前記第２の油圧アクチュエータを前記第１の弁から分離している間だけであり、
前記第３の弁が前記第２の液圧アクチュエータを前記第１の弁に接続するのは、前記第２の弁が前記第１の油圧アクチュエータを前記第１の弁から分離している間だけである、
動弁システム。 The valve operating system according to claim 15,
The second valve connects the first hydraulic actuator to the first valve only while the third valve separates the second hydraulic actuator from the first valve. And
The third valve connects the second hydraulic actuator to the first valve only while the second valve separates the first hydraulic actuator from the first valve. Is,
Valve system. 請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の動弁システムであって、クランクシャフトの回転位置を示す信号を生成するセンサを備え、前記信号が、前記第１、第２および第３の弁の動作タイミングを決定するために前記電子式コントローラによって使用される、動弁システム。 17. The valve operating system according to any one of claims 10 to 16, further comprising a sensor that generates a signal indicating a rotational position of a crankshaft, wherein the signal is the first, second, and third valves. A valve actuation system used by the electronic controller to determine the operation timing of the valve. 請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の動弁システムであって、前記電子式コントローラが、ルックアップテーブルを使用して前記第１および第２のポペット弁の弁リフト要求を決定し、次いでその弁リフ要求が前記第１、第２および第３の弁の動作の制御に使用される、動弁システム。   18. The valve operating system according to any one of claims 10 to 17, wherein the electronic controller determines a valve lift request for the first and second poppet valves using a look-up table. A valve actuation system wherein the valve riff request is then used to control the operation of the first, second and third valves. 請求項１８に記載の動弁システムであって、前記電子式コントローラが、ポペット弁位置を示す前記信号を使用して、前記液圧アクチュエータの閉ループ制御で前記弁リフト要求を修正するために使用されるフィードバック信号を提供する、動弁システム。   19. The valve actuation system according to claim 18, wherein the electronic controller is used to modify the valve lift request with closed loop control of the hydraulic actuator using the signal indicative of poppet valve position. A valve system that provides a feedback signal.
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