JP2011521173A - 正出力とエンジンブレーキを提供する可変バルブの作動方法 - Google Patents

Abstract

正出力からエンジンブレーキへ（及びその反対に）遷移するための制御方法が開示される。この遷移は、可変バルブ作動と２行程ブレーキを使用して行うことができる。そのプロセスは３個のエンジン動作モードを含み、そのモードは、正出力（即ちファイアリングまたは非ブレーキ）、エンジンブレーキ、及びエンジンブレーキと正出力間の遷移とを含む。これらの異なる動作モードのおのおのに与えられる吸気及び排気バルブの作動は相互に異なることができる。

Description

本発明は、一般にエンジンにおける１つまたはそれ以上の吸気バルブ、排気バルブ及びまたは補助バルブを作動する方法に関する。特に、本発明はエンジンバルブの正出力（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ）動作とエンジンブレーキ動作との間で遷移するための可変バルブ作動を提供するための方法に関する。

内燃機関においてバルブ作動は、そのエンジンが正出力、エンジンブレーキ、排気ガス再循環（ＥＧＲ）及びまたはブレーキガス再循環（ｂｒａｋｅ ｇａｓ ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＢＧＲ）を生成するために必要とされる。正出力の間に１つまたはそれ以上の吸気バルブが開にされて燃焼シリンダに燃料と空気を入れることができる。１つまたはそれ以上の排気バルブを開にして燃焼ガスをシリンダから逃すことができる。吸気バルブ、排気バルブ及びまたは補助バルブをさらに、正出力の間で様々な時間に排気ガスの再循環事象（ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔ）のために開いて排気マニホールドからエンジンシリンダにガスを再循環させ排気ガスの排出を改善することができる。

エンジンバルブ作動はさらに、エンジンが正出力を生成するのに使われようとしないときはエンジンブレーキやブレーキガス再循環を生成するのに用いられる。エンジンブレーキ中には、１つまたはそれ以上の排気バルブが選択的に開にされて少なくとも一時的にエンジンを空気圧縮機に変換することができる。そうすることによって、エンジンは制動馬力（ｒｅｔａｒｄｉｎｇ ｈｏｒｓｅｐｏｗｅｒ）を発して車両を減速させる手助けをする。このことにより操作者に車両全体の増加する制御を提供することができ、かつ実質的に車両の常用ブレーキの磨耗を減らすことができる。エンジンピストンが下死点近傍にありガスを排気マニホールドからエンジンシリンダに再循環させてエンジンブレーキを向上させるときは、排気バルブ及びまたは補助バルブをエンジンブレーキ中に適時、開にしてよい。

圧縮・開放ブレーキ及びまたはブリーダブレーキ（ｂｌｅｅｄｅｒ ｂｒａｋｉｎｇ）を生成するためエンジンバルブを作動させることができる。圧縮・開放型エンジンブレーキまたは制動機（ｒｅｔａｒｄｅｒ）の動作は周知である。ピストン圧縮行程中そのピストンが上方に進行するにつれ、シリンダに捕集されているガスが圧縮される。圧縮されたガスはピストンの上方運動に対抗する。エンジンブレーキ動作中、ピストンが上死点（ＴＤＣ）に接近するにつれ、少なくとも１つの排気バルブが開かれてシリンダ内の圧縮ガスを排気マニホールドに開放し、圧縮ガスに貯蔵されたエネルギが次の膨張降下行程時にエンジンに戻らないようにしている。そうすることで、エンジンは制動出力（ｒｅｔａｒｄｉｎｇ ｐｏｗｅｒ）を発して車両を減速するよう支援している。従来技術による圧縮開放エンジンブレーキの例が、Ｃｕｍｍｉｎｓの米国特許第３，２２０，３９２号（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．３，２２０，３９２）（１９６５年１１月）の開示によって提供され、その開示は本願に援用される。

排気ガス再循環（ＥＧＲ）とブレーキガス再循環（ＢＧＲ）の基礎原理も周知である。正しく動作しているエンジンがエンジン燃焼室で燃料と吸気空気の組み合わせによる仕事を行った後、エンジンはエンジンシリンダから残留ガスを排気する。ＥＧＲまたはＢＧＲシステムは排気ガスの一部がエンジンシリンダ内に還流するようにする。エンジンシリンダ内へのガスのこの再循環は正出力動作中に及びまたはエンジンブレーキサイクル中に用いることができ、顕著な利点をもたらす。

正出力動作中に、エンジン排気を改善するためＥＧＲシステムを主に用いることができる。エンジン正出力中、１つまたそれ以上の吸気バルブを開いて、シリンダ内で燃料を燃焼するために要する酸素を含む大気中から燃料と空気を入れることができる。しかしながら、この空気は大量の窒素も含む。エンジンシリンダ内が高温であると窒素をして未使用酸素と反応させ、かつ窒素酸化物（ＮＯｘ）をつくる。窒素酸化物はディーゼルエンジンによって放出される主汚染物質の１つである。ＥＧＲシステムにより提供される再循環ガスは、エンジンにより既に使用されており、少量の酸素のみを含有する。これらのガスと新鮮な空気を混合することにより、エンジンに入る酸素の量を軽減することが可能であり、かつ生じる窒素酸化物の量をより少なくできる。さらに、再循環ガスは、窒素が酸素と結合してＮＯｘをつくる温度点より低く、エンジンシリンダの燃焼温度を低下させる効果をもつ。その結果、ＥＧＲシステムは生成されるＮＯｘの量を減らしかつエンジンの排気ガス排出を改善するように働くことができる。米国や他国における提案規制のみならずディーゼルエンジンに対する現在の環境基準は、排気ガス排出の改善に対する要求が今後ますます重要になるのみであることを示している。

ＢＧＲシステムは、エンジンブレーキ動作中の制動出力を最適化するのに用いられる。上記で検討したように、エンジンブレーキ動作中に、１つまたはそれ以上の排気バルブが選択的に開かれ、少なくとも一時的にエンジンを空気圧縮機に変換する。ＢＧＲを使用するエンジンにおいて圧力と温度を制御することによって、ブレーキのレベルは種々の動作条件で最適化が可能である。

多くの内燃エンジンにおいて、エンジンの吸気バルブと排気バルブが固定プロフィールカム（ｆｉｘｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｃａｍｓ）によって開閉され、特に、複数のカムの各々の一体部品である１つまたはそれ以上の固定された突出部（ｆｉｘｅｄ ｌｏｂｅ）によって開閉される。吸気バルブと排気バルブのタイミングとリフトを変えることができれば、性能の向上、燃費の向上、排気ガス排出の低減及び車両操作性の向上のような利点が得られる。しかしながら、固定プロフィールカムの使用は、種々のエンジン動作条件に対してエンジンバルブリフトのタイミング及びまたは量を最適化するようにそれらのタイミング及びまたは量を調整することを困難にする可能性がある。

固定カムプロフィールが与えられている場合にバルブのタイミングとリフトを調整する１つの方法は、バルブとカム間のバルブ列リンケージ（ｖａｌｖｅ ｔｒａｉｎ ｌｉｎｋａｇｅ）における「空動き（ｌｏｓｔ ｍｏｔｉｏｎ）」システムを組み入れるバルブ作動を提供することであった。空動きは、カムプロフィールによって止められたバルブの動きを、可変長の機械的、油圧的及びまたは他のリンケージ組立体によって修正するための技術的解決の部類にあてられた用語である。空動きシステムにおいて、カム突出部はエンジン動作条件の全範囲に亘って要求される「最大（最長ドエル（ｌｏｎｇｅｓｔ ｄｗｅｌｌ）と最大リフト）」動きを与えることができる。次いで可変長システムをバルブ列リンケージ、開にされるべきバルブの中間、及び最大動きを与えるカムに設けて、バルブに対するカムによって課された動きの一部または全部を差し引くかまたは失わせることができる。

若干の以前の空動きシステムは、そのシステムの長さを急激に変えるため高速機構を利用していた。空動きシステムの長さを変えるため高速機構を使用することによって、バルブ作動に亘り精密制御を得ることが可能であり、従って広範囲のエンジン動作条件に対して最適なバルブ作動を得ることができる。しかしながら、高速制御機構を利用するシステムはその製造と運用に費用がかかる。

固定カムプロフィールが与えられている場合にバルブのタイミングとリフトを高速で調整する１つの提案方法は、完全オンオフ空動き作動より多くを提供するバルブとカム間のバルブ列リンケージに「空動き」装置を組み込むことによって可変バルブ作動（ＶＶＡ）を提供することであった。ＶＶＡ空動きシステムはバルブ列リンケージ、開にされるべきバルブの中間及び最大動きを与えるカムに設けて、多レベルのバルブ作動を与えるようにエンジンサイクル毎にバルブに対しカムにより課された動きの一部または全てを選択的に差し引くかまたは失わせることができる。ＶＶＡシステムがエンジンバルブにカムから課された動きの全てを失わせると、その結果生じるシリンダに対するエンジンバルブの非作動は、「シリンダ カットアウト（ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｃｕｔ−ｏｕｔ）」と呼ばれる。上記のことが可能なＶＶＡシステムの例は、米国特許６，８８３，４９２号公報（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ｎｏ．６，８８３，４９２）に開示されており、その開示は本願に援用される。

さらに別の空動きシステムは、エンジンブレーキバルブ作動を与える専用のカムを利用してきた。かかるシステムにおいて、分離したカム突出部を用いて１つまたはそれ以上の排気バルブに、エンジンブレーキに要求されるバルブ作動の動きを提供できる。かかるシステムにおいて、エンジンブレーキバルブ作動の動きを、主排気バルブ作動の動きにそのタイミングまたは大きさに干渉することなく追加することができる。かかる専用のエンジンブレーキカム空動きシステムの例は、２００５年５月６日出願の米国特許出願第１１／１２３，０６３号（Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１１／１２３，０６３）に開示されおり、それは本願に援用される。

正出力動作とエンジンブレーキ動作の両方に対してエンジンバルブを操作する方法において実質的な発展はあったが、エンジンが正出力動作とエンジンブレーキ動作間を遷移している時間中にエンジンバルブを操作する方法には殆ど発展はなかった。この遷移時間中に、１つまたはそれ以上のエンジンバルブとそれらと関連するバルブ列は、エンジンバルブの作動が正出力動作とエンジンブレーキ動作間で直ぐに切り替えられると、望ましくない負荷を受ける可能性がある。その望ましくない負荷は、繰り返されるかまたは充分に厳しいと、エンジン損傷及びまたはエンジン故障を起こす可能性がある。従って、エンジンが正出力動作とエンジンブレーキ動作間を遷移している時、エンジンバルブ及びまたはバルブ列に置かれる負荷を軽減できる、エンジンバルブの動作方法に対する要求がある。

近年、吸気バルブ、排気バルブ及びまたは補助バルブ用の可変バルブ作動方法に顕著な発展があったが、正出力動作及びまたはエンジンブレーキ動作中の可変バルブ作動の、コスト効率的で効果的な方法に対する要求が依然としてある。特に、吸気バルブ、排気バルブ及びまたは補助バルブ用の様々な可変バルブ作動機能を利用することによってエンジン性能の向上をもたらすことができる可変バルブ作動を提供するための改良方法に対する要求がある。それらの可変バルブ作動機能は、限定はされないが、遅い吸気バルブ開、早い吸気バルブ閉、遅い吸気バルブ閉、遅い排気バルブ開、早い排気バルブ閉、排気ガス再循環、２サイクルまたは４サイクルブレーキガス再循環、及び主吸気及びまたは主排気事象不活性化（ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）の組み合わせを含む。

上記の挑戦に応答して、本出願人は吸気バルブ、排気バルブ及びブレーキバルブのような、１つまたはそれ以上のバルブの可変バルブ作動の方法を開発した。その方法は、正出力モード、エンジンブレーキモード及びこれらのモード間の遷移中の可変バルブ作動を含む。正出力モードからエンジンブレーキモードへ遷移するとき遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）が作動され、早い吸気バルブ閉（ＥＩＶＣ）が作動され、早い排気バルブ閉（ＥＥＶＣ）が作動されかつブレーキバルブが可能化（ｅｎａｂｌｅ）される。エンジンブレーキモードから正出力モードへ遷移するとき遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）が作動され、早い吸気バルブ閉（ＥＩＶＣ）が作動され、早い排気バルブ閉（ＥＥＶＣ）が作動され、かつブレーキバルブが無効化（ｄｉｓａｂｌｅ）される。遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）は主吸気事象に対して選択的に作動される。遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）は吸気上死点（ＴＤＣ）近くのある場所で生じてよい。早い吸気バルブ閉（ＥＩＶＣ）は主吸気事象に対して選択的に作動される。早い吸気バルブ閉（ＥＩＶＣ）は吸気下死点（ＢＤＣ）と圧縮上死点（ＴＤＣ）間のある場所で起きてよい。早い排気バルブ閉（ＥＥＶＣ）は主排気事象に対して選択的に作動される。早い排気バルブ閉（ＥＥＶＣ）は吸気上死点（ＴＤＣ）近くのある場所で生じてよい。

上記一般的説明と以下の詳細な説明は両者が例示的かつ説明的なものに過ぎず、請求項に記載の発明を限定するものではないことを理解されたい。本願に援用され、また本明細書の一部を構成する添付図面は、本願発明の実施例を例示しかつ、詳細な説明と一緒に本発明の原理を説明するために資する。

本発明の理解を助けるため、ここで添付図面について言及する。同様な参照数字は同様な要素を表す。図面は例示に過ぎず、また発明を限定するものとみなされるべきではない。

図８の、正出力とエンジンブレーキ間遷移の方法を実施するためのシステムの例示実施例である。 本発明の第１実施例により使用する例の吸気カム及びバルブリフトプロフィールを例示する。 本発明の第１実施例により使用する例の排気カム及びリフトプロフィールを例示する。 本発明の第１実施例により使用する例のブレーキカム及びリフトプロフィールを例示する。 エンジンの正出力動作中の、本発明の第１実施例により提供可能な例の吸気及び排気バルブリフトプロフィールを例示する。 エンジンのエンジンブレーキ動作中の、本発明の第１実施例により提供可能な例の吸気及び排気バルブリフトプロフィールを例示する。 正出力動作とエンジンブレーキ動作間及びその反対間遷移中の、本発明の第１実施例により提供可能な例の吸気及び排気バルブリフトプロフィールを例示する。 本発明の第１実施例により図５−図７の吸気及び排気バルブリフトプロフィールを達成するために使用できるエンジンバルブ動作のステップの流れ図である。

ここで本発明のシステム及び方法の実施例に詳細に言及する。本発明の例は添付図面に例示されている。ここに具体的に述べるように、本発明は１つまたはそれ以上のエンジンバルブの作動を提供するためのシステムと方法を含む。

図１は、正出力エンジン動作、エンジンブレーキ動作、及び正出力動作とエンジンブレーキ動作間遷移の方法の実施例を実施することができるバルブ作動システム１００の実施例である。バルブ作動システム１００は、エンジンが動作している時間中ピストン１０４が上下方向に反復して往復できるシリンダ１０２を有し得る。シリンダ１０２の頂点には、少なくとも１つの吸気バルブ１０６と少なくとも１つの排気バルブ１０８があればよい。吸気バルブ１０６と排気バルブ１０８は、それぞれ吸気ガス通路１１０と排気ガス通路１１２と連通するように開閉可能である。吸気バルブ１０６と排気バルブ１０８は、例えば吸気バルブ作動サブシステム１１６、正出力排気バルブ作動サブシステム１１８及びエンジンブレーキ排気バルブ作動サブシステム１２０のような、バルブ作動サブシステム１１４によって開閉可能である。バルブ作動サブシステム１１４は、機械的、油圧的、ハイドロ機械的（ｈｙｄｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）、電磁的、または他の種類のシステムであってよく、また希望すれば共通のレールまたは空動きシステムを備えてよい。バルブ作動サブシステム１１４は、次の事象に限定はされないが、主吸気、主排気、圧縮開放ブレーキ、ブリーダブレーキ、ブレーキガス再循環、及び排気ガス再循環のようなエンジンバルブ事象を生成するため吸気バルブ１０６と排気バルブ１０８を作動することができる。さらに、バルブ作動サブシステムを、次の可変バルブ作動事象の選択的組み合わせを提供するように制御することができる。その可変バルブ作動事象は、必ずしも限定されないが、遅い主吸気バルブ事象開、早い主吸気バルブ事象閉、遅い主吸気バルブ事象閉、遅い主排気バルブ事象開、早い主排気バルブ事象閉、排気ガス再循環、１つまたは２つのブレーキガス再循環、２または４行程圧縮・開放エンジンブレーキ、ブリーダエンジンブレーキ、部分的ブリーダエンジンブレーキ、主吸気事象不活性化、及びまたは主排気事象不活性化を含む。

バルブ作動サブシステム１１４は、例えば、作動量と作動タイミングを選択的に制御するように制御器１２２によって制御可能である。制御器１２２は、任意の電子的、機械的、油圧的、電気・油圧的または他の種類の、制御装置を備えてよく、該制御装置はバルブ作動サブシステム１１４と通信し、かつ可能性のある吸気及び排気バルブ作動の若干または全部が吸気バルブ１０６と排気バルブ１０８に移すようにするための装置である。制御器１２２は、エンジンバルブの適当な動作を決定しかつ選択するためマイクロプロセッサと他のエンジン部品とリンクした計装を含んでよい。情報はエンジン部品から収集してよくまた、限定ではないが、エンジン速度、車両速度、オイル温度、マニホールド（またはポート）温度、マニホールド（またはポート）圧、シリンダ温度、シリンダ圧、特定情報（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、他の排気ガスパラメータ、及びクランク角を含んでよい。この情報は、制御器１２２によって使うことができ、正出力、エンジンブレーキ、エンジンガス再循環（ＥＧＲ）及びブレーキガス再循環（ＢＧＲ）のような種々の動作に対する種々の動作条件に亘りバルブ作動サブシステム１１４を制御する。

図１のバルブ作動システム１００のような、バルブ作動システムの例の実施例は、図２から図７までに例示されているように１つまたはそれ以上のエンジンバルブの可変バルブ開及びまたは可変バルブ閉を提供可能である。バルブタイミング（即ちエンジンバルブが開閉、開または閉にされる時間）を変えることによって正出力、エンジンブレーキ、及びまたはエンジンガス再循環（ＥＧＲ／ＢＧＲ）動作中のエンジン性能を向上させることができる。図２ないし図７は、７２０度の全４エンジンサイクルに亘るエンジンバルブリフト及びカムプロフィールを例示する。該サイクルは２つの上死点（ＴＤＣ）エンジンピストン位置と水平軸に沿って隔てられた２つの下死点（ＢＤＣ）エンジンピストン位置を含む。典型的な内燃機関のディーゼル動作の４相または４行程、即ち膨張、排気、吸気及び圧縮が図２にラベル表示されており、図２ないし図７の全てに対しこれらの４相または４行程を垂直柱（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃｏｌｕｍｎｓ）として定義するものである。４つの個別サイクルの各々は一般にクランクシャフト回転の１８０度によって表される。図２ないし図７において、実線は正常動作（またはカムプロフィール）を表し、破線は、限定ではないが、正出力動作とエンジンブレーキ動作間の遷移期間中の使用動作のような、任意の動作（ｏｐｔｉｏｎａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ）または選択的動作を表す。しかしながら、実線で例示したある作動は、例えば主吸気バルブ事象及びまたは主排気バルブ事象の不活性化のように、選択的に止めてもよいことがわかる。

図２は本発明の第１実施例により提供可能な例の吸気カム及びリフトプロファイルの図である。図２は一般に吸気位相中に行いうる主吸気バルブ事象及びカムプロフィール２００と、２行程クエンジンブレーキに対する膨張位相中に行いうる第２の任意の主吸気バルブ事象（ｓｅｃｏｎｄ ｏｐｔｉｏｎａｌ ｍａｉｎ ｉｎｔａｋｅ ｖａｌｖｅ ｅｖｅｎｔ）２１０とを示す。吸気位相中に、吸気バルブ作動サブシステムは、吸気バルブが従来の吸気バルブより早くかまたは遅くに閉じられ、かつまたは予め決められた動作（ｄｅｆａｕｌｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）（実線）より遅く開かれるように、吸気バルブ作動タイミングを変えることができる。そのタイミングは、任意の遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）（破線）２０２及びまたは任意の早い吸気バルブ閉（ＥＩＶＣ）（破線）２０６または遅い吸気バルブ閉（ＬＩＶＣ）（破線）２０４をつくるように変えられる。遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）２０２は、吸気位相中において上死点（ＴＤＣ）位置の辺りで可変量の時間遅らせることができる。遅い吸気バルブ閉（ＬＩＶＣ）２０４は、おおよそ吸気位相における下死点（ＢＤＣ）と圧縮位相における上死点（ＴＤＣ）間の従来の吸気バルブ閉プロフィール２０８より測定された可変量の時間遅らせることができる。選択的な遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）は、第２エンジンブレーキ事象（図４に図示される４１０）に対して望ましいし、また選択的な遅い吸気バルブ閉（ＬＩＶＣ）は、正出力動作中の排気ガス放出（ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ）を減らすのに望ましい。

図３は、本発明の第１実施例に従い提供される例の排気カム及びリフトプロフィールの図である。図３は一般的に、排気位相中に行いうる主排気バルブ事象及びカムプロフィール３００と、吸気位相中に行いうる任意のエンジンガス再循環（ＥＧＲ）バルブ事象３１０とを図示する。排気位相中に正出力排気バルブ作動サブシステムは、排気バルブが予め決められた（ｄｅｆａｕｌｔ）動作（実線）よりも早く閉にされ、かつまたは遅く開にされるように、排気バルブ作動のタイミングを変えることができる。図３は、任意の遅い排気バルブ開（ＬＥＶＯ）（破線）３０２と任意の早い排気バルブ閉（ＥＥＶＣ）（破線）３０４を例示する。遅い排気バルブ開（ＬＥＶＯ）は、排気位相の下死点（ＢＤＣ）の近くになればなるほど遅く開始するよう可変量の時間を遅らせる（即ち短縮される（ｃｌｉｐｐｅｄ））ことができる。吸気位相中では、エンジンガス再循環事象（ＥＧＲ）（実線）に対して排気バルブを任意で開にしてよい。

図４は本発明の第１実施例により提供可能な例のブレーキカム及びリフトプロフィールの図である。図４は一般に任意の圧縮開放事象４００と任意の第２圧縮開放事象４１０と、各７２０度エンジンサイクルに対する２つの任意のブレーキガス再循環（ＢＧＲ）事象４２０と４３０を図示する。各圧縮開放及びブレーキガス再循環事象は、エンジンブレーキ中及びまたは正出力とエンジンブレーキ動作間の遷移中に選択的に与えられてもよい。第１の任意の圧縮開放ブレーキバルブリフト事象（ＢＶＬ）４００は、圧縮相と膨張相間の上死点（ＴＤＣ）辺りで行われてもよい。任意の第２圧縮ブレーキガス開放ブレーキバルブリフト事象（ＢＶＬ）４１０は、排気相と吸気相間の上死点（ＴＤＣ）辺りで行われてもよい。任意の第２のブレーキガス再循環事象（ＢＧＲ）４２０は、膨張相と排気相間の下死点（ＢＤＣ）辺りで行われてもよい。任意の第１ブレーキガス再循環事象（ＢＧＲ）４３０は、吸気相と圧縮相間の下死点（ＢＤＣ）辺りで行われてもよい。

図５は、本発明の第１実施例による図２と図３に例示されたバルブ作動の組み合わせを用いて、エンジンの正出力動作中に提供可能な、例の吸気バルブ及び排気バルブ作動の図である。図５は一般に任意の遅い吸気バルブ閉プロフィール２０４と従来の吸気バルブ閉プロフィール２０８を伴う主吸気バルブ開事象２００と、いろいろな排気バルブ開プロフィール３０２を伴う主排気バルブ開事象３００と、任意の排気ガス再循環事象３１０とを例示し、これらの事象は上記した種々のエンジン動作パラメータに基づいてエンジンの正出力中に選択的に提供可能である。特に、徐々に早くなる排気バルブの開きは、排気ガス温度を高めるように選択でき、ＮＯｘ低減用の後処理装置（ａｆｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）のためになる。

図５をさらに参照すると、正出力動作の吸気相では、丸付き実線で定義された従来の主吸気バルブ作動プロフィール２０８により、またはその代わりに、遅い吸気バルブ閉プロフィール（ＬＩＶＣ）（丸付き破線）２０４によって、主吸気事象２００に対して吸気バルブを開にしてよい。従来の主吸気バルブ閉プロフィール２０８と比較して徐々に遅くなる吸気バルブ閉を選択してＮＯｘ低減を向上させることができる。遅い吸気バルブ閉（ＬＩＶＣ）事象２０４を、吸気と圧縮相間の下死点（ＢＤＣ）位置と圧縮と排気相間の上死点（ＴＤＣ）位置との間で行ってよい。任意のエンジンガス再循環（ＥＧＲ）事象（破線）３１０は、酸化排気ガスが少ない吸気マニフォールドからシリンダへ入る酸素が豊富なガスを希釈することによりＮＯｘを低減すように設けてよい。燃焼時に結果として低減したシリンダの酸素含有量は燃焼温度を下げ、それによりＮＯｘの生成を低減することができる。さらに、酸素含有量の低減により、ＮＯｘの生成に利用できる酸素量を減少させる結果をもたらすこともできる。

図６は、本発明の第１実施例による図２ないし図４に例示されたバルブ作動の組み合わせを用いてエンジンのエンジンブレーキ動作中に提供可能な例としての吸気及び排気バルブ作動の図である。図６は一般に、クランクシャフトの各７２０度回転に対して２圧縮開放事象が行われることを意味する、２行程圧縮開放エンジンブレーキを例示する。２行程圧縮開放エンジンブレーキに対して、主吸気バルブ事象２００、任意の第２吸気バルブ事象２１０（丸付き実線）、圧縮開放事象４００、任意の第２圧縮開放事象４１０、及び任意のブレーキガス再循環事象４２０及び４３０を設けることができる。従来の４行程圧縮開放エンジンブレーキは、主吸気バルブ事象２００のみ、及び圧縮開放事象４００とＢＧＲ事象４３０とを選択的に設けることによって提供することができる。エンジンブレーキの出力を上げるため、任意の第２圧縮開放事象４１０、任意の第２吸気バルブ事象２１０、及び任意のブレーキガス再循環事象４２０を選択的に設けてよい。２行程圧縮開放エンジンブレーキを最適化するため、主吸気バルブ事象２００はなるべく２０２から２０８へ変わるＬＩＶＯとＥＩＶＣプロフィールを有するとよい。

２行程圧縮開放エンジンブレーキは、従来の４行程圧縮開放エンジンブレーキと比較してブレーキ出力の増大のような利点をもたらすことができる。さらには、２サイクル圧縮開放エンジンブレーキは、バルブ列に大きなブレーキ負荷を増すことなく優れた制動出力をもたらすことができる。しかしながら、正出力動作から２行程圧縮開放エンジンブレーキへ直接切り替え及びまたはそれを戻す直接切り替えは、エンジンに望ましくない圧力と負荷をかける可能性がある。

図７は、エンジンに、またエンジンバルブ（即ちバルブ列）を作動する要素に望ましくない圧力や負荷をかけることなく正出力とエンジンブレーキの動作モード間でエンジン動作を安全に遷移するように用いることができる吸気及び排気のバルブ作動の例の図である。遷移バルブ作動は、正出力からエンジンブレーキへまたはエンジンブレーキから正出力へ遷移するのに使用できる。

２行程圧縮開放エンジンブレーキは、エンジンブレーキ中は従来の主排気バルブ事象３００の不活性化を前提とする。しかしながら、主排気バルブ事象が中断された後は、任意の第２圧縮開放事象４１０がサイクル毎に与えられる前はある時間間隔があってよい。もし第２圧縮開放事象４１０に続く主吸気バルブ事象２００が、第２圧縮開放事象４１０が与えられ始める前に実行され、しかも主排気バルブ事象３００が中断された後であれば、吸気バルブが主吸気バルブ事象２００に対して開にされるシリンダの圧力は、正出力動作中または４行程エンジンブレーキ動作中のそれよりはるかに高くなる。吸気バルブに加わる圧力はバルブ列を破損するほどの状況の高さである。この時間間隔中に遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）２０２を与えることによりエンジンブレーキへの遷移中過大な圧力に対抗して吸気バルブが開かないようにできる。かかる状況を回避するため、図７に例示の遷移バルブ作動は、以下に記述する図８に関して説明する方法に従って与えればよい。

遷移バルブ作動期間中、主排気バルブ事象３００は、早い排気バルブ閉（ＥＥＶＣ）プロフィール３０４を備えてよい。さらに、任意の第２圧縮開放バルブ事象４１０は排気相の上死点（ＴＤＣ）の辺りで与えてよい。好ましくは、任意の第２圧縮開放バルブ事象４１０が始まる前に排気バルブが閉じるように、早い排気バルブ閉（ＥＥＶＣ）３０４が実行される。吸気相中は、主吸気バルブ事象２００は、遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）プロフィール２０２と早い吸気バルブ閉（ＥＩＶＣ）プロフィール２０６（丸付き破線）とで実行すればよい。

遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）２０２は、エンジンブレーキへの遷移中及びまたはエンジンブレーキからの遷移中に、吸気バルブ列への過度な負荷を低減することができる。遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）２０２が、エンジンブレーキへの遷移中に吸気バルブ列への負荷を低減することができるのと同様な方法で、ＬＩＶＯ２０２を伴う早い吸気バルブ閉（ＥＩＶＣ）２０６は、ＢＧＲリフト４３０によりＢＧＲを強化することができる。エンジンブレーキへの遷移後、主吸気バルブ事象２００は更なる従来の主バルブ閉プロフィール２０８とすればよい。第１ブレーキガス再循環（ＢＧＲ）事象４３０はさらに遷移期間中吸気相の下死点（ＢＤＣ）辺りで与えればよい。

図７の参照を続けると、本発明の１つの実施例において、バルブ作動システムは正出力動作中にバルブブリッジを介して多数の排気バルブを作動させることができる。そのような場合、バルブブリッジに力を加えることなくシリンダ当り排気バルブの１つだけを作動することによりエンジンブレーキを提供することができる。かかるシステムが２サイクル圧縮開放エンジンブレーキを提供するのに使われるとき、主排気バルブ事象３００が終わる前に第２圧縮開放事象４１０を始めてよい。かかる状況において、早い排気バルブ閉（ＥＥＶＣ）３０４を用いることにより、排気バルブ閉位置方向に移動するバルブブリッジに起因してバルブブリッジが不平衡にならないようにすることができる。一方同時にエンジンブレーキが第２圧縮開放バルブ事象４１０のため排気バルブの１つを作動し始める。図７に図示されるように、第２圧縮開放バルブ事象４１０が始動する前に、早い排気バルブ閉事象３０４が終わることを確実にすることによってこの不平衡状態は回避することができる。

正出力とエンジンブレーキ動作間を遷移する方法８００が図８の流れ図によって例示されている。この方法は、エンジンが動作の正出力モードにあると想定される点でステップ８０２で開始する。ステップ８０４ではエンジンブレーキが実行されるべきかを制御器が判定することができる。エンジンブレーキ動作モードへの切り替え要求の表示は幾つの方法で与えてもよく、その方法は、限定されないが車両運転者がブレーキペダルを押下することを含む。もしエンジンブレーキ動作が要求されないと、正出力動作のための可変バルブ作動はステップ８０５に従って継続されてよい。もしエンジンブレーキが要求されると、制御器はエンジンブレーキの中断が要求されるエンジンシリンダへ燃料供給をさせることができ、エンジンブレーキにステップ８０６の動作を開始させることが可能であり、また可変バルブ作動システムは、遅い吸気バルブ開（ＬＩＶＯ）と早い吸気バルブ閉（ＥＩＶＣ）が与えられるよう吸気バルブの動作を変える指示を受け、またステップ８０６において排気バルブ閉（ＥＥＶＣ）を与えるように排気バルブの動作を変える指示を受ける。油圧的に作動されたエンジンブレーキに対して、ステップ８０８ではソレノイドを活性化して油圧流体でエンジンブレーキを提供することができる。ステップ８０６と８０８は、ＶＶＡバルブ事象（図５に図示）と図４に示すブレーキカムプロフィールから生成されたエンジンブレーキバルブ事象との間に干渉なしに正出力動作からエンジンブレーキ動作への遷移をもたらすことができる。

ステップ８１０において、制御器は、エンジン速度が正常なエンジン速度閾値より低いかどうか、例えば２２００ｒｐｍの予め決められた限界より速くないかどうかを判定できる。エンジン速度がこの閾値かまたはそれより高いと、ステップ８１２で過速ブレーキ（ｏｖｅｒ ｓｐｅｅｄ ｂｒａｋｉｎｇ）を実行できる。過速ブレーキバルブ作動は、任意の第２吸気バルブ事象（図２の事象２１０）の可能化、主吸気バルブ事象（図２の事象２００）の無効化、及び主排気バルブ事象（図３の事象３００）の無効化のみならず、両圧縮開放エンジンブレーキ事象（図４の事象４００と４１０）と両ブレーキガス再循環事象（図４の事象４２０と４３０）の提供を含むことができる。主吸気及び排気バルブ事象の無効化によって過速状態で起り得るバルブ列不追従の問題（ｖａｌｖｅ ｔｒａｉｎ ｎｏ−ｆｏｌｌｏｗ ｉｓｓｕｅｓ）をなくすことができる。たとえ主バルブ事象がなくても、エンジンを遅くする過速状態中の全てのブレーキバルブ事象とともに、第２吸気バルブ開２１０による充分なエンジンブレーキ出力が依然存在し得る。過速ブレーキバルブ作動は、エンジン速度が正常なエンジン速度閾値以下になるまで続けてよい。

一旦エンジン速度が正常なエンジン速度閾値より下がると、正常速度のエンジンブレーキがステップ８１４に従って行われてよい。ステップ８１４では、可変バルブ作動システムが、第１主吸気バルブ事象と任意の第２吸気バルブ事象（図２の事象２００と２１０）のみならず両圧縮開放エンジンブレーキ事象（図４の事象４００と４１０）と両ブレーキガス再循環事象（図４の事象４２０と４３０）を提供することができる。２つの圧縮開放事象と２つのＢＧＲ事象の両方をこの点で提供してよい。エンジンブレーキ出力は、主バルブ事象の可変バルブ作動を通して変化し、チューニングされ、または最適化され得る。主吸気バルブ事象２００は、遅い吸気バルブ開プロフィール２０２と早い吸気バルブ閉プロフィール２０６をもって実行すればよい。さらに、主排気バルブ事象３００は早い排気バルブ閉プロフィール３０４をもって実行することができ、または任意に主排気バルブ事象は完全にカットアウト、遮断してよい。主排気バルブ事象のカットアウトは早い排気バルブ閉（ＥＥＶＣ）の最も極端な形態でありかつ本発明の範囲内と考えられる。圧縮開放エンジンブレーキ事象４００と４１０が完全に与えられるとステップ８１６において判定されるまで正常速度ブレーキを実行してよい。その理由はエンジンブレーキのソレノイドバルブが、ＶＶＡバルブ事象のために使われるトリガーバルブよりも、エンジンブレーキバルブの完全リフトのためのエンジンオイルを供給するために、より長時間を要するからである。

一旦圧縮開放エンジンブレーキ事象４００と４１０の完全リフトがステップ８１６で確認されると、ステップ８１８において、エンジンブレーキの所望レベルを達成する試みとして、制御器が、可変バルブ作動システムをして主吸気バルブ事象閉時間およびまたは主排気バルブ事象閉時間を「チューニングし（ｔｕｎｅ）」または変えるようにしてもよい。任意として、制御器は、１つまたはそれ以上の選択された排気バルブに対するシリンダをカットアウトして、エンジンブレーキの所望レベルを達成する試みに関しエンジンブレーキのレベルを増大させるようにすることができる。制御器はステップ８２０でエンジンブレーキの所望レベルが達成されたか否かを判定する。もしエンジンブレーキの所望レベルが達成されていないと、可変バルブ作動システムはステップ８１８で、ブレーキの所望レベルが得られるかまたはエンジンブレーキがもはや不要になるまで主吸気バルブ事象閉時間及びまたは主排気バルブ事象閉時間をさらに変えるよう試みることができる。

一旦エンジンブレーキの所望レベルがステップ８２０で確認されるかまたはエンジンブレーキの最良利用可能レベルの安定状態が達成されると、制御器はステップ８２２でエンジンブレーキを継続すべきか判定する。エンジンブレーキが所望され続けるかぎり、エンジンブレーキシステムはステップ８１８，８２０及び８２２間を循環すればよい。エンジンブレーキがもはや不要とされるや否や制御器によって典型的に示されるように、エンジンブレーキシステムはステップ８２４で正出力動作に戻る遷移を始めることができる。

エンジンブレーキから正出力動作への遷移は、任意の第２吸気バルブ事象（図２の事象２１０）を無効化することによってステップ８２４で開始してよい。この時、主吸気バルブ事象２００は遅い吸気バルブ開プロフィール２０２と早い吸気バルブ閉プロフィール２０６をもって実行してよい。さらに、主排気バルブ事象３００は、早い排気バルブ閉プロフィール３０４をもって実行してよい。

次にステップ８２６では、制御器がエンジンブレーキを無効化してよい。例えば、油圧作動のエンジンブレーキに対しては、ステップ８２６はエンジンブレーキへの油圧流体の供給が遮断されるようにソレノイドを不活性にすることができる。エンジンブレーキは、圧縮開放エンジンブレーキ事象４００、４１０、４２０及び４３０（即ちこれらの事象に関連したバルブリフト）が完全に遮断されたとステップ８２８で判定されるまで実行を継続できる。その理由は、エンジンブレーキのソレノイドバルブは可変バルブ作動事象を制御するために使われるトリガーバルブよりもエンジンブレーキバルブの完全閉鎖のためのエンジンオイルの排出にかなり長時間を要するからである。エンジンブレーキがステップ８２８で終止したと判定された後、ステップ８３０で制御器はエンジンブレーキが終止したエンジンシリンダに燃料を供給させてよい。その後、図５と図８を参照してステップ８３２において、可変バルブ作動システムは、早い排気開プロフィール３０２を伴う主排気バルブ事象３００と、排気ガス再循環事象３１０及び早い吸気バルブ閉プロフィール２０６（図２）を伴う主吸気バルブ事象２００を含むエンジンの正出力動作を提供できる。正出力可変バルブ作動はステップ８０５で必要なように選択的に変えることができる。

上記の遷移的なバルブ作動タイミングは、エンジンブレーキを最初に不活発にし始める時間とエンジンブレーキバルブリフトが完全に除去される時間との間ばかりでなく、エンジンブレーキが最初に動作開始する時間と全エンジンブレーキバルブリフトが達成される時間との間で使用されてよい。遷移的なバルブ作動タイミングは、単一エンジンの他のシリンダに使われるバルブ作動タイミングに無関係に、任意数のシリンダに使うことができることがさらに評価される。

上記利点は在来の「排気」バルブや「吸気」バルブのみを有するエンジンに必ずしも限定されない。上記の可変バルブ作動は、例えばエンジンブレーキまたはエンジンガス再循環（ＥＧＲ）のような吸気機能または排気機能以外のある目的に専用の補助エンジンバルブを利用するエンジンに適用できることをさらに意図する。

本発明の範囲または精神から逸脱することなく本発明の変更及び修正がなし得ることが当業者には明白である。従って、本発明は、本発明のすべてのかかる変更及び修正を、それらが添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内にある限り包含することを意図する。

Claims (9)

1. 内燃機関のエンジンシリンダにおいて正出力動作とエンジンブレーキ動作間を遷移する方法であって、
   前記エンジンシリンダが正出力を発生できるやり方で該エンジンシリンダと関連した吸気バルブ及び排気バルブを作動すること；
   前記エンジンシリンダを正出力発生からエンジンブレーキ提供へ遷移する要求を判定すること；
   正出力発生からエンジンブレーキ提供へ遷移する前記要求の判定に応答して、前記エンジンシリンダをして正出力発生からエンジンブレーキ提供へ遷移するようにできるやり方で該エンジンシリンダと関連した吸気バルブ及び排気バルブを作動すること；
   前記エンジンシリダがエンジンブレーキを提供していることを判定すること：及び
   前記エンジンシリダがエンジンブレーキを提供していることの判定に応答して該エンジンシリンダをして所望レベルのエンジンブレーキを提供できるやり方で前記エンジンシリンダと関連した吸気バルブ及び排気バルブを作動すること、の諸ステップを含み、
   正出力発生からエンジンブレーキ提供へ遷移するため前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動するやり方が、正出力発生とエンジンブレーキ提供のため前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動するやり方と異なる、内燃機関のエンジンシリンダにおいて正出力動作とエンジンブレーキ動作間を遷移する方法。
2. 請求項１の方法において、前記エンジンシリンダをして正出力発生からエンジンブレーキ提供へ遷移するようにできるやり方で該エンジンシリンダと関連した前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動する前記ステップは、
   燃料が前記エンジンシリダに供給されるのを無効化すること；
   遅い吸気バルブ開と早い吸気閉を伴う主吸気バルブ事象を提供するように前記吸気バルブを作動すること；
   早い排気バルブ閉を伴う主排気バルブ事象を提供するように前記排気バルブを作動すること；
   エンジン速度が正常なエンジン速度の閾値より低いかどうかを判定すること；及び
   もし前記エンジン速度が前記正常なエンジン速度の閾値より低いと第１の方法で前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動し、かつ前記エンジン速度が前記正常なエンジン速度の閾値かまたはそれ以上であると第２の方法で前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動すること、の諸ステップを含み、
   前記第１の方法の吸気バルブ及び排気バルブ作動が、前記第２の方法の吸気バルブ及び排気バルブ作動と異なる、請求項１の遷移する方法。
3. 請求項２の方法において、前記第１の方法で前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動するステップが、
   遅い吸気バルブ開と早い吸気閉を伴う第１の主吸気バルブ事象を提供し、かつ第２の吸気バルブ事象を提供するように、前記吸気バルブを作動すること：
   早い排気バルブ閉を伴う主排気バルブ事象を提供し、または主排気バルブ事象のための前記排気バルブ作動をカットアウトするように、排気バルブを作動することを含み；かつ
   前記第２の方法で前記吸気バルブ及び排気バルブを作動するステップが、
   膨張行程中に第２吸気バルブ事象を提供するように前記吸気バルブを作動し、かつ該吸気バルブが吸気行程中に第１主吸気バルブ事象を提供することを無効化すること；及び
   前記排気バルブが主排気バルブ事象を提供するのを無効化することを含む、請求項２の遷移する方法。
4. 請求項１の方法において、内燃機関のエンジンシリダにおけるエンジンブレーキ動作と正出力動作間で遷移する方法をさらに含み、該方法は、
   前記エンジンシリダがエンジンブレーキを提供することができるように、該エンジンシリダと関連した前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動すること；
   エンジンブレーキ提供から正出力発生へ前記エンジンシリンダを遷移するための要求を判定すること；
   エンジンブレーキ提供から正出力発生へ遷移するための前記要求に応答して、前記エンジンシリンダがエンジンブレーキ提供から正出力発生へ遷移するように該エンジンシリダと関連した前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動すること；
   前記エンジンシリンダがエンジンブレーキ提供を停止したことを判定すること；及び、
   前記エンジンシリンダがエンジンブレーキ提供を停止したことの判定に応答して、該エンジンシリンダが正出力を発生できるように前記エンジンシリンダに関連した前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動すること、の諸ステップを含み；
   エンジンブレーキ提供から正出力発生への遷移に対する前記吸気バルブ及び前記排気バルブの作動法が、正出力発生とエンジンブレーキ提供のための前記吸気バルブ及び前記排気バルブの作動法と異なる、請求項１の遷移する方法。
5. 請求項４の方法において、前記エンジンシリンダをしてエンジンブレーキ提供から正出力発生へ遷移するようにできるやり方で該エンジンシリダと関連した前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動するステップは、
   遅い吸気バルブ開と早い吸気バルブ閉とを伴う主吸気バルブ事象を提供するように前記吸気バルブを作動すること；
   前記吸気バルブの、膨張行程中に第２吸気バルブ事象の提供を無効化すること；及び
   早い排気バルブ閉を伴う主排気バルブ事象を提供するように前記排気バルブを作動すること、の諸ステップを含む、請求項４の遷移する方法。
6. 請求項４の方法において、前記エンジンシリンダがエンジンブレーキ提供を停止したことの判定後、該エンジンシリンダに燃料を供給できるようにするステップを含む、請求項４の遷移する方法。
7. 内燃機関のエンジンシリンダにおいてエンジンブレーキ動作と正出力動作間を遷移する方法であって、前記方法は、
   前記エンジンシリンダがエンジンブレーキを提供することができるやり方で該エンジンシリンダと関連の前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動すること；
   エンジンブレーキ提供から正出力発生へ前記エンジンシリンダを遷移するための要求を判定すること；
   エンジンブレーキ提供から正出力発生への遷移の前記要求の判定に応答して、前記エンジンシリンダをしてエンジンブレーキ提供から正出力発生へ遷移することができるやり方で該エンジンシリンダに関連の前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動すること；
   前記エンジンシリンダがエンジンブレーキ提供を停止したことを判定すること；及び
   前記エンジンシリンダがエンジンブレーキ提供を停止したことの判定に応答して該エンジンシリンダをして正出力を発生するようにできるやり方で前記エンジンシリンダと関連の前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動すること、の諸ステップを含み；
   エンジンブレーキ提供から正出力発生への前記遷移のために前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動する前記のやり方は、正出力発生とエンジンブレーキ提供のために前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動するやり方と異なる、内燃機関のエンジンシリンダにおいてエンジンブレーキ動作と正出力動作間を遷移する方法。
8. 請求項７の方法において、前記エンジンシリンダをしてエンジンブレーキ提供から正出力発生へ遷移することができるやり方で該エンジンシリンダに関連の前記吸気バルブ及び前記排気バルブを作動するステップが：
   遅い吸気バルブ開と早い吸気バルブ閉を伴う主吸気バルブ事象を提供するように前記吸気バルブを作動すること；
   前記吸気バルブの膨張行程中の第２吸気バルブ事象の提供を無効化すること；及び
   早い排気バルブ閉を伴う主排気バルブ事象を提供するように前記排気バルブを作動すること、の諸ステップを含む、請求項７の遷移する方法。
9. 請求項８の方法において、さらに前記エンジンシリンダがエンジンブレーキ提供を停止したことを判定した後、該エンジンシリンダへ燃料を供給できるようにするステップを含む、請求項８の遷移する方法。

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