JP2012515879A - 分割サイクルエンジン用のバルブラッシュ調節システム - Google Patents

Abstract

本発明は、バルブを作動させるためのバルブトレーンであって、作動用エレメント及びバルブラッシュを含むバルブトレーンと、バルブラッシュを調節するためのバルブラッシュ調節システムと、を備え、該バルブトレーン及び当該バルブラッシュ調節システムが共通する作動用エレメントを共有しないバルブ作動システムを提供している。

Description

２００９年１月２２日出願の米国仮出願第６１/２０５,７７７号の３５U.S.C.§１１９(e)に基づく優先権が主張され、その記載内容の全ては参照によってここに組み込まれているものとする。

本発明は、概して、内燃機関のバルブのためのバルブラッシュ調節システム及びバルブ作動システムに関する。より詳しくは、本発明は、分割サイクルエンジンのバルブのためのバルブラッシュ調節システムに関する。

明確化の目的のために、本出願で用いられるとき、用語、「従来のエンジン」とは、周知のオットーサイクルの全ての４つのストローク(すなわち、吸気、圧縮、膨張、及び排気のストローク)が、エンジンのピストン/シリンダーの組み合わせの各々に包含されている内燃機関を意味している。各ストロークはクランクシャフトの半回転(１８０度のクランク角(ＣＡ))を要し、そして、従来のエンジンの各シリンダーで全オットーサイクルを完遂するには、クランクシャフトの完全な２回転(７２０度ＣＡ)が必要である。

また、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べく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べく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、
を含んでいる。

２００３年４月８日にCarmelo J. Scuderiに許可された特許文献１（Scuderi特許）及び２００５年１０月１１日にDavid P. Branyon 他に許可された特許文献２(Branyon特許)は、それぞれ、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、特許文献１及び２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。これらの全体は参照によってここに組み入れられている。

図１を参照するに、特許文献１及び特許文献２に記載されたのと同じ形式の先行技術の分割サイクルエンジンが、概して、符号１０によって示されている。分割サイクルエンジン１０は、従来のエンジンの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の組み合わせに置き換えている。オットーサイクルの４つのストロークは、圧縮シリンダー１２がその関連する圧縮ピストン２０と共に、吸気及び圧縮ストロークを遂行し、膨張シリンダー１４がその関連する膨張ピストン３０と共に、膨張及び排気ストロークを遂行するように、２つのシリンダー１２及び１４に亘って「分割」されている。したがって、オットーサイクルは、クランクシャフト１６の１回転(３６０度ＣＡ)に１回、これらの２つのシリンダー１２、１４によって完成される。

吸気ストロークの間、吸入空気は内開き(シリンダー内方に向けて開く)のポペット型吸気バルブ１８を介して圧縮シリンダー１２に吸込まれる。圧縮ストロークの間、圧縮ピストン２０は充填空気を加圧し、そして、該充填空気を膨張シリンダー１４のための吸気通路として作用するクロスオーバー通路２２に押し出す。

圧縮シリンダー１２内での極めて高い容積測定の圧縮比(例えば、２０対１、３０対１、４０対１、又はそれ以上)の故に、圧縮シリンダー１２からクロスオーバー通路２２への流れを制御するために、外開き(シリンダーから外方に離れて開く)ポペット型クロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ２４がクロスオーバー通路の入口２５に用いられている。膨張シリンダー１４内での極めて高い容積測定の圧縮比(例えば、２０対１、３０対１、４０対１、又はそれ以上)の故に、クロスオーバー通路２２の出口２７での外開きのポペット型クロスオーバー膨張(XovrE)バルブ２６が、クロスオーバー通路２２から膨張シリンダー１４への流れを制御している。XovrCバルブ２４とXovrEバルブ２６の作動の割合及び位相は、オットーサイクルの４つのストロークの全ての間に、クロスオーバー通路２２内の圧力を高い最小圧力(典型的には、２０ bar（＝１０⁵Pa)以上)に維持すべく、タイミング付けられている。

燃料インジェクター２８が、XovrEバルブ２６の開きに合わせて、クロスオーバー通路２２の出口端部において加圧された空気に燃料を噴射する。空気/燃料の充填物は、膨張ピストン３０がその上死点(ＴＤＣ)位置に到達した少し後に、膨張シリンダー１４に完全に入る。ピストン３０がその上死点位置からその下降を開始したとき、かつ、XovrEバルブ２６がまだ開いている間に、点火栓３２が燃焼を開始すべく点火される（典型的には、膨張ピストン３０の上死点後、１０ないし２０度ＣＡの間）。XovrEバルブ２６は、その後、結果としての燃焼事象がクロスオーバー通路２２に入ることができる前に閉じられる。燃焼事象は、動力ストロークにおいて膨張ピストン３０を下方に押し下げる。排気ガスは、排気ストロークの間、内開きのポペット型排気バルブ３４を介して、膨張シリンダー１４外に排出される。

分割サイクルエンジンのコンセプトによれば、圧縮シリンダー及び膨張シリンダーの幾何学的エンジンパラメーター(すなわち、ボア、ストローク、コネクティングロッド長さ、圧縮比等)は、一般に、互いから独立している。例えば、圧縮シリンダー１２及び膨張シリンダー１４のためのクランクスロー３６、３８は、それぞれ、異なる半径を有し、膨張ピストン３０の上死点(ＴＤＣ)が圧縮ピストン２０のＴＤＣより前に起こるように、互いから離れて位相付けられてもよい。この独立性は、分割サイクルエンジン１０が典型的な４ストロークエンジンよりも、より高い効率レベルと、より大きなトルクとを潜在的に達成することを可能にしている。

クロスオーバーバルブ２４,２６のための作動機構(不図示)は、カム駆動による又はカム無しであってもよい。一般に、カムによる駆動機構は、クランクシャフトに機械的に連携されたカムシャフトを含んでいる。カムは、カムシャフトに取付られ、そしてバルブ開成事象（すなわち、バルブ作動中に起こる事象）のバルブリフトプロフィルを制御する輪郭表面を有している。カムによる駆動の作動機構は効率的で迅速であり、一般に柔軟性が制限されるが、可変バルブ作動システムの一部であってもよい。

ここでの目的のために、バルブ開成事象とは、バルブリフトが起きている間のクランクシャフトの回転に対しての、そのバルブシートから離れるその最初の開きからそのバルブシートへ戻るその閉じまでのバルブリフトとして定義される。また、ここでの目的のために、バルブ開成事象割合（すなわち、バルブ作動割合）とは、所与のエンジンサイクル内でバルブ開成事象が起こるために必要とされる継続時間である。バルブ開成事象は、一般に、エンジン運転サイクル、例えば、従来のエンジンサイクルについては７２０ＣＡ度、及び分割サイクルエンジンについては３６０ＣＡ度の、全継続時間のほんの一部であるということを知ることが重要である。

また、一般に、カム無しの作動システムが知られ、機械式、油圧式、空圧式、及び／又は電気式の構成部品等の１つ以上の組合せを有しているシステムを含んでいる。カム無しのシステムは、運転中におけるより大きな適応性を可能にさせ、限定されるわけではないが、バルブリフトの高さ及び期間を変える、及び／又はバルブを選択した時期に作動停止させる能力を含んでいる。

図２を参照するに、分割サイクルエンジンにおいて、クロスオーバーバルブの模範的な先行技術のバルブリフトプロフィル４０が示されている。バルブリフトプロフィル４０は、潜在的に、図１のクロスオーバーバルブ２４、２６のいずれか又は両方に適用できる。バルブ２４及びバルブ２６は、単に議論の目的のために、以下では同じバルブリフトプロフィル４０を有するとみなされる。

バルブ２４及びバルブ２６が、カムによる駆動、又はカム無しのシステムで作動されるか否かにかかわらず、バルブリフトプロフィル４０は、バルブ２４、２６がそれらのバルブシートに対抗するそれらの閉じられた位置に接近するときに、損傷を与える衝突を回避すべく制御されることを必要とする。それ故に、プロフィル４０の一部（ここで、「着地用」傾斜４２と称される）は、バルブ２４、２６がそれらのバルブシートに接近するときのそれらの速度を急激に減速させるべく制御されてもよい。(プロフィル４０の下行側での)最大減速度の始まりにおけるバルブリフトは、ここで着地用傾斜高さ４４として定義される。着地用傾斜期間４６は、ここで、動いているバルブの最大減速度の始まりからバルブシート上に着地した点までの時間的な期間として定義される。バルブがバルブシートに接触したときのバルブ２４又は２６の速度は、ここで、着座速度として定義される。ここでの目的のためには、「離陸」傾斜４５は着地用傾斜４２ほど重要ではなく、そして最大リフト４８を適切に達成する如何なる値に設定されてもよい。

カム駆動による作動システムでは、着地用傾斜はカムのプロフィルによって発生される。それ故に、着地用傾斜の継続時間はエンジン速度に比例し、一方、クランクシャフトの回転(すなわち、度ＣＡ)に対するその期間は一般に固定されている。カム無しの作動システムでは、一般に、着地用傾斜はバルブ着座用制御装置ないしはシステムによって能動的に制御される。

(Scuderi特許及びBranyon特許におけるような)膨張ピストンがその上死点位置に到達した後に充填物に点火する分割サイクルエンジンにとっては、クロスオーバーバルブ２４、２６の動的作動は極めて要求が厳しい。これは、エンジン１０のクロスオーバーバルブ２４及び２６は、通常、少なくとも１８０度ＣＡの期間内にバルブを作動させている従来のエンジンに対して、クランクシャフトの回転の極めて短い期間(一般に、３０ないし６０度ＣＡの範囲)内に燃料−空気の充填物を十分に移送させるべく、十分なリフトを達成しなければならないからである。このことは、クロスオーバーバルブ２４、２６は、従来のエンジンのバルブよりも約４ないし６倍の速さで作動しなければならないことを意味している。

より速い作動要求の結果として、分割サイクルエンジン１０のXovrＣバルブ２４及びXovrEバルブ２６は、従来のエンジンにおけるバルブのリフトに比べ、厳しく制限された最大リフト(図２の４８)を有している。典型的には、これらのクロスオーバーバルブ２４、２６の最大リフト４８は、従来のエンジンのバルブについては約１０ないし１２ mmであるのに比べ、２ないし３mmのオーダーである。その結果として、XovrＣバルブ２４及びXovrEバルブ２６についての着地用傾斜４２の高さ４４及び期間４６の両者は、短縮された最大リフト及びより速い作動速度のために最小化される必要がある。

問題なことに、クロスオーバーバルブ２４及び２６の着地用傾斜４２の高さ４４が余りにも制限されているので、従来のエンジンのより大きなリフトプロフィルへの影響では通常重大ではない、傾斜の高さを制御するパラメーターにおける不可避な変動が今や重大となった。これらのパラメーターの変動は、限定されるわけではないが、以下を含んでいる。

１)エンジン運転温度が変わるのにつれての、バルブの作動機構における金属製バルブステム及び他の金属構成部品の熱膨張による寸法変化、
２)バルブの運転寿命中におけるバルブ及びバルブシートの通常の磨耗、
３)製造及び組立ての許容誤差、及び
４)バルブトレーンの全ての構成部品における油圧流体(例えば、オイル)の圧縮性（及び結果としての偏倚）の変動(主に曝気により起こる)。

図３を参照するに、従来のエンジンのための従来のカムによる駆動バルブトレーン５０の模範的な実施形態が示されている。ここでの目的のために、内燃機関のバルブトレーンは、バルブの作動を制御するために用いられているバルブトレーンのエレメントのシステムとして定義される。バルブトレーンのエレメントは、一般に、作動用エレメントとそれらの関連する支持エレメントの組合せを備えている。また、ここでの目的のために、バルブトレーンのエレメントの主運動は、バルブトレーンのエレメントが無限の剛性を有するべく理想化されたとき、エレメントが実質的に経験するであろうその運動として定義されている。作動用エレメント(例えば、カム、タペット、スプリング、ロッカーアーム、バルブなど)は、バルブの各々のバルブ開成事象中にエンジンのバルブに主作動運動を直接的に与えるため(すなわち、バルブを作動させるため)に用いられている。それ故に、バルブトレーンにおける個々の作動用エレメントの主運動は、作動用エレメントが作動するバルブのバルブ開成事象と実質的に同じ作動速度で動作しなければならない。支持エレメント(例えば、シャフト、台座など)は、作動用エレメントをエンジンに確実に取付けそして案内するために用いられ、そして、一般に、バルブトレーンシステムの全体の剛性に影響するけれども、主運動は有していない。しかしながら、バルブトレーンにおける支持エレメントの主運動は、もしあれば、バルブのバルブ開成事象よりもゆるい速度で動作する。

支持エレメントは、運転中に支持エレメントに力を加えるバルブトレーンの作動用エレメントの高周波運動によって主として起こされるある高周波振動にさらされる、ということに注目すべきである。高周波振動は、有限な剛性を有しているバルブトレーンの作動及び支持エレメントの帰結であり、主運動の部分ではない。しかしながら、この振動だけによって誘発される変位は、バルブトレーンの作動用エレメントの主運動の大きさよりも実質的に小さい、典型的には、１桁ほど小さい、大きさを有するであろう。

バルブトレーン５０は、バルブヘッド５４及びバルブステム５６を有している内方に開くポペットバルブ５２を作動させる。バルブステム５６の末端部には、タペット６０に対して当接しているバルブチップ５８が配置されている。スプリング６２は、バルブ５２がその閉じられた位置にあるとき、バルブヘッド５４をバルブシート６４に対してしっかりと保持している。カム６６は、スプリング６２を押し下げ、かつバルブヘッド５４をバルブシート６４からリフトさせるために、タペット６０に対抗して回転する。この模範的な実施形態では、バルブ５２、スプリング６２、タペット６０、及びカム６６が作動用エレメントである。関連する支持エレメントは図示されていないが、当業者はそれらが必要であることを認識するであろう。カム６６はまた、バルブ５２に如何なる直線運動をも与えない、一般にベースサークル６８と称される円筒部分を含んでいる。カム６６はまた、バルブ５２に直線運動を与えるリフト(すなわち、偏心)部分７０を含んでいる。カムの偏心部分７０の輪郭がバルブ５２のリフトプロフィルを制御する。前述の熱膨張による寸法変化の影響は、予め設定された隙間空間(すなわち、クリアランス)７２によって補償される。

ここでの目的のために、用語、「バルブラッシュ」又は「ラッシュ」は、バルブが完全に着座されているときに、バルブトレーン内に存在する合計のクリアランスとして定義される。バルブラッシュは、バルブトレーンの全ての個々のバルブトレーンエレメント(すなわち、作動用エレメント及び支持エレメント)の間の全ての個々のクリアランスの総合的寄与に等しい。

この特定の実施形態において、クリアランス７２は、カム６６のベースサークル６８とタペット６０との間の距離である。また、この特定の実施形態において、クリアランス７２は、バルブトレーンのバルブラッシュ、すなわち、バルブ５２が完全にバルブシート６４に着座されたとき、バルブの末端のチップ５８とカム６６との間に存するクリアランスの全ての総合的寄与に実質的に等しいことを知るべきである。

内方に開くバルブ５２への熱の影響を補償するために、クリアランス７２はエンジンの冷機時にその最大の許容誤差で設定される。エンジンが暖まったとき、バルブのステム５６は長さが延伸し、クリアランス７２を低減させるが、カムのベースサークル６８に対しては当接しない(すなわち、クリアランス７２をゼロにまでは低減しない)。それ故に、クリアランス７２が低減されるにつれ、バルブ５２は、バルブ５２が開かれたとき、シリンダー(不図示)内にさらに延伸される。しかしながら、クリアランス７２が低減されると同時に、バルブ５２は、バルブ５２が閉じられたとき、そのバルブシートに対して着座されて残ることに注意されたい。

しかしながら、上述のように、分割サイクルエンジン１０におけるバルブ２４、２６のようなクロスオーバーバルブは、従来のエンジンの着地用傾斜高さに比べてより小さな着地用傾斜高さを含んでいるリフトプロフィルを有している。このことは、バルブが内方に開くか又は外方に開くかにかかわらず、バルブ作動の期間（すなわち、バルブ開成事象）が、例えば、バルブが約３ms、且つ１８０度ＣＡ以下の作動期間を備える従来のエンジンのバルブの作動期間に対して短い限り、事実に反しない。かかる早期作動のカム駆動による内方に開くバルブの場合、バルブの末端のチップが、制御された着地用及び安全な着座用速度を有するためには、カムの着地用傾斜に係合しなければならず、そしてかかる内方に開くクロスオーバーバルブのための固定されたバルブラッシュは、比例的に小さく必然的に設定されねばならない。問題なことに、熱膨張の影響のせいで、設定されたバルブラッシュにおける変動は、実際には、かかるバルブに要求される傾斜高さよりも大きいかもしれない。このことは、仮に、バルブラッシュが熱膨張のために十分に大きく設定されると、これらの内方に開くクロスオーバーバルブのチップは着地用傾斜に全く届くことができず、バルブがそれらのバルブシートに対して繰り返して衝突すること、そして時期尚早にバルブの損傷を生じさせるであろうことを意味している。加えて、仮に、全ての運転温度において着地用傾斜との係合を保証すべくバルブラッシュが十分に小さく設定されると、バルブのチップがカムのベースサークルに対して当接するのに十分に延伸して、バルブがその閉じられた位置にあるべきときでさえも、内方に開くクロスオーバーバルブを開かせるべく強いるであろう。

さらに、大きなラッシュを設定することは、より短いバルブリフト期間を発生させ、そして小さなラッシュを設定することは、長くされたバルブリフト期間を発生させることになる。いずれの場合にも、バルブ開成事象の変動の範囲は、望むのよりも大きくなり得る。バルブ開成事象の範囲を管理可能なレベルに抑えることが望ましい。

図４を参照するに、自動的に調節可能なバルブラッシュを有する従来のエンジンのカム駆動によるバルブトレーン７３の模範的な実施形態が図示されている。バルブトレーン７３は、内方に開くポペットバルブ７４を作動させる。バルブトレーン７３は、各サイクル中にバルブ７４を作動させるバルブトレーン作動用エレメントとして、カム７６、旋回用レバーアーム７８、及びスプリング８０を含んでいる。上述の熱膨張及び他のパラメーターの影響は、ラッシュアジャスター組立体を加えることにより対応されている。ラッシュアジャスター組立体のためには、油圧式ラッシュアジャスター(ＨＬＡ)８２のような能動式ラッシュ制御装置が用いられてきた。油圧式ラッシュアジャスター(ＨＬＡ)８２はまた、レバーアーム７８に関連された支持エレメントとして機能する。当該分野で知られているように、バルブトレーンにおけるバルブラッシュが変わるとき、ＨＬＡ８２は、バルブラッシュを補償しそしてゼロにすべく、レバーアーム７８の位置を油圧式に調節する(この特定の実施形態において、バルブラッシュは、カム７６とレバーアーム７８との間のクリアランスのみならず、レバーアーム７８とバルブ７４のステムの末端のチップとの間のクリアランスでもあり得る)。

レバーアーム７８は、バルブトレーン７３の作動用エレメントの１つ(すなわち、各サイクル中に内方に開くバルブ７４を直接に作動させ、そしてバルブ７４に主の作動運動を直接に与えるのに用いられているエレメント)であるので、レバーアームの適切な剛性(レバーアームの一点に加えられる力と該力により生じる当該点の撓みとの比)のために要求される最小質量と高速運転を許容する最大質量との間に不可避なトレードオフが存する。すなわち、仮に、レバーアーム７８の質量が小さ過ぎると、不当な曲がり及び／又は変形なくしては、バルブ７４を作動させることができないであろう。加えて、仮に、レバーアーム７８の質量が大きすぎると、その最大運転速度でバルブ７４を作動させるには重過ぎるであろう。特定のバルブトレーンの作動用エレメントについて、仮に、適切な剛性のために要求される最小質量が最大運転速度を許容する最大質量を超えると、当該エレメントは該バルブトレーンには用いられない。一般に、従来のエンジンにおいては、剛性と速度に対する要求は、バルブトレーン７３でのレバーアーム７８の使用を排除するほどには厳しくない。

しかしながら、上述のように、クロスオーバーバルブ２４，２６は、従来のエンジンのバルブよりも約４ないし６倍の速さで作動しなければならず、これはバルブトレーンシステムの作動用エレメントが、従来のエンジンのそれに対して、極めて高速、かつ急激に加速度レベルを変えて運転しなければならないことを意味する。これらの運転条件は、バルブトレーン７３におけるレバーアーム７８の最大質量を厳しく制限するであろう。

加えて、クロスオーバーバルブ２４，２６は、従来のエンジンの圧力に比べて極めて高いクロスオーバー通路２２内の圧力(例えば、２０bar以上)に対抗して開かねばならず、これはバルブトレーンシステムにおける剛性要求に悪影響を及ぼす。また、曲がりは、レバーアーム７８のようなエレメントにおいて問題である。というのも、１つの方向の作動力はエレメントの中央部分(すなわち、カム７６がレバーアーム７８に係合するところ)に集中され、そして全ての反対方向の反動的な力はレバーアームの端部部分(すなわち、ＨＬＡ８２及びバルブ７４のチップがレバーアーム７８の両端部に係合するところ)に集中されるからである。さらに、この曲がりの問題は、レバーアーム７８の長さが増大するに従い比例的に増大するであろう。それ故に、仮に、図４の先行技術に示されているエンジンが、分割サイクルエンジン１０において遭遇するであろう高い圧力及び厳しい作動速度にさらされるとすれば、バルブトレーン７３におけるレバーアーム７８の剛性及び質量が実質的に増大されねばならないであろうし、それ故に、バルブトレーン７３の全体的な作動速度を制限することになる。

一般にまた、(ＨＬＡ８２のような)先行技術のＨＬＡなどは、通常、その内部に包含されているオイルの圧縮性のせいで、バルブトレーン剛性を低下させる主な貢献要因の１つである。これは、次に、バルブトレーンが安全に作用し得る最大のエンジン運転速度を制限することになる。それ故に、バルブトレーン７３に示されるようなレバーアーム７８に連結されている先行技術のＨＬＡ８２は、バルブが非常に急激に作動することを必要とし、かつＨＬＡ８２は、従来のエンジンのものよりもさらに剛性でなければならない分割サイクルエンジン１０と共には、実施され得ないのである。

それ故に、（a）バルブを安全に作動させるために必要である高速かつ剛性の要求に対処すること、且つ、(b)ラッシュ内で変動を生じさせる、作動構成部品の熱膨張、バルブ磨耗、及び製造許容誤差のような不可避な要因を自動的に補償することの両者ができる、分割サイクルエンジンのカム駆動によるバルブのためのバルブラッシュ調節システムについての必要性が存する。

バルブ作動システム(１５０)は、バルブ(１３２/１３４)を作動させるためのバルブトレーン(１５２)であって、作動用エレメント(１６１、１６２、１３２/１３４)及びバルブラッシュ(１７８、１８０)を含むバルブトレーン(１５２)と、バルブラッシュ(１７８、１８０)を調節するバルブラッシュ調節システム(１６０)とを備え、前記バルブトレーン(１５２)及び前記バルブラッシュ調節システム(１６０)は如何なる共通する作動用エレメントをも共有しないことを特徴とする。

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概略的な断面図である。 分割サイクルエンジンにおいて、クロスオーバーバルブの模範的な先行技術バルブリフトプロフィルを示している。 従来のエンジンのカム駆動による先行技術バルブトレーンを示している。 フィンガーレバー旋回エレメントを用いる、先行技術の油圧式バルブラッシュ調節システムの概略的な断面図である。 分割サイクルエンジンに搭載された本発明のバルブラッシュ調節システムの模範的な実施形態を示す。 本発明のバルブラッシュ調節システム及びバルブトレーンの模範的な実施形態の側面図を示す。 本発明のバルブラッシュ調節システム及びバルブトレーンの模範的な実施形態の斜視図を示す。 本発明のバルブラッシュ調節システム及びバルブトレーンの模範的な実施形態の分解図を示す。 バルブラッシュ調節システムの重要な構成部品のいくつかの分解図を示す。 バルブラッシュ調節システム及びバルブトレーンの両者のバルブトレーンのロッカーのみとロッカーシャフトの斜視図である。 バルブラッシュ調節システムのロッカーシャフト及びロッカーシャフトレバーの上面図である。 バルブラッシュ調節システムのロッカーアームの運動を示す。 バルブラッシュ調節システムのロッカーアームの運動を示す。 図１３の中心部分１４-１４の拡大図である。

図５を参照するに、符号１００は、概して、本発明による分割サイクルエンジンの模範的な実施形態の図表示を指示している。エンジン１００は、図に示されるように、クランクシャフト軸線１０４の回りを時計回り方向に回転可能なクランクシャフト１０２を含んでいる。クランクシャフト１０２は、コネクティングロッド１１０、１１２にそれぞれ連結され、隣接し角度的に変位された先導及び追随するクランクスロー１０６、１０８を含んでいる。

エンジン１００はさらに、シリンダーブロック１１４を含み、シリンダーブロック１１４は、クランクシャフト１０２と反対側のシリンダーの一端でシリンダーヘッド１２０によって閉じられている一対の隣接するシリンダー、特に、圧縮シリンダー１１６及び膨張シリンダー１１８を画成している。圧縮ピストン１２２は圧縮シリンダー１１６内に収容され、そして上死点(TDC)及び下死点(BDC)の位置の間でのピストン１２２の往復のために、コネクティングロッド１１２に連結されている。膨張ピストン１２４は膨張シリンダー１１８内に収容され、同様のTDC/BDC往復のために、コネクティングロッド１１０に連結されている。シリンダー１１６、１１８及びピストン１２２、１２４の直径、及びピストン１２２、１２４のストローク及びそれらの変位量は同じである必要はない。

シリンダーヘッド１２０は、シリンダー１１６及び１１８への、それらからの、及びそれらの両者間のガスの流れ手段を提供している。シリンダーヘッド１２０は、吸入ストローク中に内方に開くポペット吸入バルブ１２８を介して、圧縮シリンダー１１６内に吸入空気が引き込まれる吸入ポート１２６を含んでいる。圧縮ピストン１２２は圧縮ストローク中に空気充填物を加圧し、膨張シリンダー１１８に対する吸入通路として作用するクロスオーバー(Xovr)通路１３０を介して、その空気を押し出す。

圧縮シリンダー１１６での極めて高い圧縮比(例えば、２０対１、３０対１、４０対１、又はそれ以上)の故に、クロスオーバー通路の入口で外方に開くポペットクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ１３２が、圧縮シリンダー１１６からクロスオーバー通路１３０への流れを制御すべく用いられている。膨張シリンダー１１８での極めて高い圧縮比(例えば、２０対１、３０対１、４０対１、又はそれ以上)の故に、クロスオーバー通路１３０の出口で外方に開くポペットクロスオーバー膨張(XovrE）バルブ１３４が、クロスオーバー通路１３０から膨張シリンダー１１８内への流れを制御する。クロスオーバー圧縮バルブ１３２、クロスオーバー膨張バルブ１３４及びクロスオーバー通路１３０は、圧力チャンバー１３６を画成し、そこには、加圧されたガス(典型的には、２０bar以上)が、エンジン１００の１つのサイクル(クランク回転)で膨張ピストン１２４の膨張ストロークでのクロスオーバー膨張(XovrE）バルブ１３４の閉じと、エンジンの次のサイクル(クランク回転)で圧縮ピストン１２２の圧縮ストロークでのクロスオーバー圧縮(XovrC)バルブ１３２の開きとの間に蓄えられる。

燃料インジェクター１３８は、XovrE バルブ１３４の開きに対応させて、クロスオーバー通路１３０の出口端部で加圧空気に燃料を噴射する。燃料−空気の充填物は、膨張ピストン１２４がその上死点位置に到達した直後に膨張シリンダー１１８内に入る。ピストン１２４がその上死点位置から下降を始め、そしてXovrEバルブ１３４が未だ開いている間に、点火栓１４０が、(典型的には、膨張ピストン１２４の上死点後１０ないし２０度ＣＡの間に)燃焼を開始させるべく点火される。その後、XovrEバルブ１３４は結果としての燃焼事象がクロスオーバー通路１３０内に入り得る前に、閉じられる。燃焼事象は、動力ストロークにおいて膨張ピストン１２４を下方に押し下げる。排気ガスは、排気ストローク中に内方に開くポペット排気バルブ１４２を介して膨張シリンダー１１８の外に排出される。

入口バルブ１２８及び排気バルブ１４２のための作動機構(不図示)は、適当なカム駆動による又はカム無しのシステムであってもよい。クロスオーバー圧縮及びクロスオーバー膨張バルブ１３２，１３４もまた、全ての適切な方法で作動されてもよい。しかしながら、本発明によれば、好ましくは、クロスオーバーバルブ１３２及び１３４の両者が、カム駆動による作動システム１５０によって作動される。作動システム１５０は、バルブ１３２，１３４に主たる作動運動を直接的に与えるべく用いられるに必要な作動用エレメントを含んでいるバルブトレーン１５２と、バルブトレーン１５２から離れて取付けられる別のバルブラッシュ調節システム１６０とを備えている。より詳しくは、バルブラッシュ調節システム１６０は、バルブトレーン１５２に共有される作動用エレメントを含まず、そして、バルブラッシュ調節システム１６０のエレメントは、いずれも、バルブ１３２及び１３４の主たる作動運動を直接的に与えるためには用いられていない。

図６，７及び８を参照するに、クロスオーバーバルブ１３２及び１３４のためのカム駆動による作動システム１５０の模範的な実施形態の側面図、斜視図、及び分解図がそれぞれ示されている。

図６及び７を参照するに、クロスオーバーバルブ１３２，１３４の各々のためのバルブトレーン１５２は、作動用エレメントとして、カム１６１、ロッカー１６２、及びクロスオーバーバルブ１３２／１３４を含んでいる。図８に示されるように、バルブ１３２／１３４の各々は、バルブヘッド１６４とバルブヘッドから垂直に延びているバルブステム１６６とを含んでいる。ステム１６６の末端のチップ１６９には、コレットリテーナー１６８が配置され、それに対してコレット１７０及びクリップ１７２がしっかりと固定されている。

図８を参照するに、ロッカー１６２は一端部に、分岐したロッカーパッド１７４を含み、それはバルブステム１６６に跨ってコレットリテーナー１６８の下側に係合している。加えて、ロッカー１６２はまた、反対方向の端部に、バルブトレーン１５２のカム１６１に摺り接触する固体のロッカーパッド１７６を含んでいる。加えて、ロッカー１６２は、貫通して延在するロッカーシャフト孔１７７を含んでいる（下記のより詳細な議論を参照のこと）。

ロッカー１６２の分岐したロッカーパッド１７４は、カム１６１の作動によって生起されるロッカーパッド１７６の下方の方向(図６，１２及び１３における方向Ａ)への運動が、バルブ１３２，１３４を開かせるロッカーパッド１７４の上方(図６，１２及び１３における方向Ｂ)への運動に変換するように、外方に開くポペットバルブ１３２／１３４のコレットリテーナー１６８に接触している。ガススプリング(不図示)は、ロッカー１６２によって駆動されないときにバルブ１３２，１３４を閉じたまま保持すべくバルブ１３２，１３４に作用している。

図６に示されるように、バルブトレーン１５２内のバルブラッシュは、限定はされないが、ロッカー１６２とカム１６１との間、及びロッカー１６２とバルブ１３２，１３４のコレットリテーナー１６８との間の如何なるクリアランスをも含む。詳しくは、クリアランス１７８は、コレットリテーナー１６８とロッカーパッド１７４との間のクリアランスである。加えて、クリアランス１８０は、カム１６１とロッカーパッド１７６との間のクリアランスである。この実施形態において、エレメントのクリアランス１７８及び１８０は、バルブトレーン１５２のバルブラッシュを実質的に備えている。以下に説明されるように、バルブラッシュ調節システム１６０はクリアランス１７８及び１８０を実質的にゼロクリアランスに調節し、そしてそれ故に、バルブトレーン１５２のバルブラッシュを実質的にゼロに調節する。

本発明において、バルブラッシュ調節システム１６０のエレメントは、以下にさらに説明されるように、バルブラッシュ調節システムの剛性を増すために、バルブトレーン１５２に対して離れて取付けられている。より詳しくは、バルブラッシュ調節システム１６０のエレメントは、バルブトレーン１５２の作動用エレメントでもなく、そしてバルブラッシュ調節システム１６０のエレメントは、バルブ１３２及び１３４の主たる作動運動を直接的に与えるようには構成されていない。結果として、バルブラッシュ調節システム１６０の個々のエレメントの主運動は、バルブ１３２及び１３４の作動速度よりも遅い速度で動作する。図８及び９に示されるように、バルブラッシュ調節システム１６０は、バルブトレーン１５２のロッカー１６２を回転自在に支持するロッカーシャフト組立体２００、ロッカーシャフトレバー３００、ロッカーシャフト組立体２００を回転自在に包含する台座組立体４００、及びラッシュアジャスター組立体６００を含んでいる。この模範的な実施形態において、油圧式ラッシュアジャスター(ＨＬＡ)組立体がラッシュアジャスター組立体６００として用いられている。このＨＬＡ組立体は、この模範的な実施形態に特有のものであることに注目すべきである。当業者は、他のラッシュ調節組立体、例えば、空圧式、機械式、又は電気式のラッシュ調節組立体などが用いられ得ることを理解するであろう。

バルブラッシュ調節システム１６０のロッカーシャフト組立体２００及び台座組立体４００の両者はまた、バルブトレーン１５２の支持エレメントであるということに留意することも重要である。すなわち、台座組立体４００及びロッカーシャフト組立体２００の両者は、ロッカー１６２のための支持体を提供し、及びバルブトレーン１５２の全体の剛性に影響を与えている。しかしながら、台座組立体４００及びロッカーシャフト組立体２００は、バルブトレーン１５２の作動用エレメントと同じ作動速度又は相対的大きさでサイクルすることが必要とされていない。

図１０に最もよく見られるように、バルブラッシュ調節システム１６０は、ロッカー１６２でのみバルブトレーン１５２に係り合っている。すなわち、ロッカー１６２は相対的に静止のロッカーシャフト組立体２００上を旋回的に回転する。ロッカー１６２は、バルブトレーン１５２の１つのエレメントであり、そしてバルブラッシュ調節システム１６０のエレメントではなく、一方、ロッカーシャフト組立体２００は、バルブラッシュ調節システム１６０のエレメント及びバルブトレーン１５２の支持エレメントの両者であることに留意されたい。それ故に、ロッカーシャフト組立体２００は、作動用エレメントのようにはバルブ１３２及び１３４へ主たる作動運動を直接的に与えずに、むしろバルブ１３２及び１３４を作動させるべくロッカー１５２がその上で旋回する相対的に静止のシャフトとして作用する。

図８及び９に最もよく見られるように、台座組立体４００は、例えば、ボルト４０４や他の同様な締結具によってエンジンブロック(不図示)に堅く固定される台座４０２を含んでいる。台座組立体４００はまた、台座４０２をバルブトレーン１５２に対して垂直方向(バルブ１３２／１３４の移動の方向)に正確に位置決めするために所定の厚さを有している台座シム４０６を含んでいる。バルブトレーン１５２に対して水平方向に台座４０２を正確に整列させるべく、中実だぼ４０８及び中空だぼ４１０が用いられている。

台座４０２は、間にスロット４１６を画成する前壁４１２及び後壁４１４を機械加工している。この台座のスロット４１６は、ロッカー１６２を収容する大きさにされている。前壁４１２及び後壁４１４は、そこにそれぞれ形成された前孔４１８及び後孔４２０を含んでいる。前孔４１８及び後孔４２０は、図９に最もよく示されるように、固定軸線４２２の回りに同心である。前孔４１８及び後孔４２０は、以下に詳細に説明されるように、ロッカーシャフト組立体２００を収容する大きさにされている。

ロッカーシャフト組立体２００は、ロッカーシャフト２０２、及びピン２０７とボルト３２０とを用いてロッカーシャフト２０２に固く固定された、偏心ロッカーシャフトキャップ２０４を含んでいる。ロッカーシャフト２０２は、前孔４１８に滑り嵌合する大きさにされた台座ベアリング部分２０６を含み、該台座ベアリング部分２０６は固定軸線４２２に同心である。ロッカーシャフト２０２はまた、ロッカー１６２がロッカーベアリング部分２０８の上で回転及び旋回するように、ロッカー孔１７７内に収容される大きさにされているロッカーベアリング部分２０８を含んでいる。ロッカー１６２が台座４０２に形成されたスロット４１６内に挿入された状態で、ロッカー１６２がロッカーベアリング部分２０８に搭載され、及びロッカーシャフト２０２の台座ベアリング部分２０６が前孔４１８によって捕捉されたとき、ロッカー１６２はスロット４１６内でロッカーベアリング部分２０８の回りに回転する。図９に示されるように、ロッカーベアリング部分２０８は、ロッカーベアリング部分２０８の中心線(可動ロッカー軸線２１０)が固定軸線４２２から約２mmオフセットするように、台座ベアリング部分２０６から偏心している。ロッカー１６２はロッカーベアリング部分２０８上を回転するので、ロッカー１６２は、それがバルブ１３２、１３４を作動させるとき、可動ロッカー軸線２１０の回りに回転する。

偏心キャップ２０４は、台座４０２の後壁４１４の後孔４２０に滑り嵌合する大きさの外側ベアリング表面２１２を含み、当該外側ベアリング表面２１２は固定軸線４２２に同心である。偏心キャップ２０４は、加えて、ロッカーベアリング部分２０８を収容して捕捉する偏心した内側ベアリング表面２１４を含んでいる。内側ベアリング表面２１４は可動ロッカー軸線２１０に同心である。

ロッカーベアリング部分２０８は台座ベアリング部分２０６及び外側ベアリング表面２１２に対し偏心しているので、台座ベアリング部分２０６の固定軸線４２２の回りの回転は、台座ベアリング部分２０６及び外側ベアリング表面２１２に関して、ロッカーベアリング部分２０８が偏心して移動するのを生じさせる。すなわち、台座ベアリング部分２０６の固定軸線４２２の回りの回転(図１４に最もよく見られる)は、図１２，１３、及び１４に関して以下により詳細に説明されるように、ロッカーベアリング部分２０８の中心(可動ロッカー軸線２１０)が固定軸線４２２の回りに弧状に移動することを生じさせる。ロッカー１６２はロッカーベアリング部分２０８上を回転するので、ロッカーベアリング部分２０８の中心２１０のこの運動は、カム１６１に対するロッカーパッド１７６の位置、及びコレットリテーナー１６８に対するロッカーパッド１７４の位置を調節し、これにより、クリアランス１８０、１７８、及び、それ故に、バルブトレーン１５２のバルブラッシュを制御する。

ロッカーシャフト組立体２００の回転角度は、ねじ３２０又は他の同様な締結具によってそれに堅く連結されているロッカーシャフトレバー３００により制御される。図１１に最もよく示されるように、ねじ３２０は可動ロッカー軸線２１０に整列されている。図８及び９に示されるように、ロッカーシャフトレバー３００は、ロッカーシャフトレバー３００の回転位置が油圧式ラッシュアジャスター(ＨＬＡ)組立体６００の垂直方向の偏倚によって制御されるように、油圧式ラッシュアジャスター(ＨＬＡ)組立体６００に連結されている。ＨＬＡ組立体６００は、油圧式ラッシュアジャスター６２０(ＨＬＡ６２０)の上端部に配置された連結用キャップ６１０を含んでいる。連結用キャップ６１０は、ベース部６０６から垂直方向に延在するピン６０８を含んでいる。ベース部６０６はさらに、上側表面６０７と下側の概して球状に形成されたソケット６０９とを含んでいる。ピン６０８は、ロッカーシャフトレバー３００のクリアランススロット３１０内に包含されている。下側のソケット６０９は、キャップ６１０がプランジャ６３０上で自由に回転できるように、概ね球状先端のプランジャ６３０に適合している。キャップ６１０の上側表面６０７は、キャップ６１０がレバー３００とＨＬＡプランジャ６３０との間に捕捉されるように、ロッカーシャフトレバー３００の下側表面に対して平坦に当接している。ピン６０８は、主として組立の容易化のために用いられ、キャップ６１０を捕捉するためには必要とされないことに留意されたい。クリップ６１１は、さらに組立を支援するために選択肢的に嵌められている。加圧された油圧流体(不図示)が、連結用キャップ６１０を上昇させるプランジャ６３０を延ばすべくＨＬＡ６２０に供給され、これにより、ロッカーシャフトレバー３００を回転させる。油圧式ラッシュアジャスター(ＨＬＡ)組立体６００の端部６４０は、よく知られているように、シリンダーヘッド(不図示)に取付られている。油圧式ラッシュアジャスター６２０のためには、「Schaeffler」のF-５６３１８-３７フィンガーレバーピボットエレメント、又は他の同様のピボットエレメントが用いられてもよい。上述のように、油圧式ラッシュアジャスター(ＨＬＡ)組立体が、この模範的な実施形態においては、ラッシュアジャスター組立体６００として用いられている。ＨＬＡ組立体はこの模範的な実施形態に特有であることが注目すべきである。当業者は、例えば、空圧式、機械式又は電気式のラッシュ調節組立体などの他のラッシュ調節組立体が用いられ得ることを理解するであろう。

ロッカー１６２はバルブトレーン１５２の一部であるから、それは非常に硬く作られねばならない。また、ロッカー１６２は、駆動トレーンの高い周波数の作動運動にさらされるので、その質量は最小化されねばならない。それ故に、ロッカー１６２は、鋼ないしはより硬い材料から機械加工され、及び図１０に示されるように、補強用のリブを含んでいる。ロッカー１６２の構成は、周知の有限要素解析計算を実行することによって決定されてもよい。

図９に最もよく示されるように、ロッカーシャフト組立体２００は、台座ベアリング部分２０６に取付られた雄型連結部分２１６を含み、これはロッカーシャフトレバー３００に形成された雌型連結部分に嵌り合い、結果として、ロッカーシャフトレバー３００及びロッカーシャフト組立体２００は共に固定軸線４２２の回りを回転する。それ故に、軸線６１２に沿うプランジャ６３０の並進的運動がロッカーシャフト組立体２００の回転を生じさせる。ロッカーシャフト組立体２００のこの回転は、上述のように、ロッカーシャフト組立体２００のロッカーベアリング部分２０８に連結されているロッカー１６２の変位を生じさせる。

ロッカーシャフト組立体２００の雄型連結部分２１６の形状及び／又は向きと、ロッカーシャフトレバー３００の雌型連結部分の対応する形状及び／又は向きとが、ロッカーシャフト組立体２００に対するロッカーシャフトレバー３００の向きを決定する。

図１２、１３、及び１４に示されるように、ＨＬＡ６２０に供給中の加圧された油圧流体は、プランジャ６３０がＨＬＡ６２０に対し完全に引き込まれた位置から完全に延ばされた位置に向って外方に延出することを生じさせる。これは、ロッカーシャフトレバー３００の回転に帰し、そしてロッカーベアリング部分２０８の可動ロッカー軸線２１０の固定軸線４２２回りの(図１３及び１４において、方向矢印２２０によって指示されるような)弧状の運動を生じさせる。図１４に最もよく見られるように、この弧状の移動２２０は、垂直及び水平の両方向成分を有している。これは、ロッカー１６２のロッカーパッド１７６がカム１６１に向う方向の変位、及びロッカーパッド１７４がコレットリテーナー１６８に向う方向の変位に帰し、これにより、図１３に示されるように、クリアランス１８０及び１７８を実質的にゼロに低減させる。それ故に、クリアランス１８０及び１７８から実質的になるバルブラッシュもまた、実質的にゼロに低減される。

上に説明された実施形態は、ラッシュを実質的にゼロに低減するバルブラッシュ調節システム１６０を記載し、ここで、カム１６１とロッカー１６２のパッド１７６との間には摩擦抵抗を生じさせる接触が存している。このカム１６１とパッド１７６との間の接触は、エンジンからエネルギーを失わせるであろう。それ故に、摩擦抵抗を低減するか、又はカム１６１とロッカー１６２のパッド１７６との間の接触を防止するために、ゼロではない最小値にラッシュを制限する摩擦低減機構(不図示)を含むことが望ましいかもしれない。

かかる機構の１つは、ベアリングによってカムシャフトに取付けられた非回転ディスクであってもよく、これはロッカーパッド１７６をカム１６１のベースサークルから離して保持する。代わりに、ロッカー１６２のための固定ストッパないしは休止台が、ロッカーパッド１７６をカム１６１のベースサークルから分離すべく、シリンダーヘッド１２０に堅く取付けられてもよい。非回転ディスク及び固定ストッパの両者の場合には、熱膨張の影響を考慮して、それらはカム１６１の膨張率にほぼ等しい膨張率を有することが望ましい。代わりに、ロッカー１６２とカム１６１との間の摩擦抵抗を低減するために、ローラーがパッド１７６に追加されてもよい。

ここでの目的のために、以下の定義が言及され、そして適用される。
１)ＨＬＡ組立体６００の剛性(Ｋ６００):(ロッカーシャフトレバー３００によって)ＨＬＡプランジャ６３０に加えられた力(Ｆ６００)と、その力の印加によって直接に生じた(加えられた力の方向における)プランジャ６３０の偏倚(Ｄ６００)との比、及び
２)ロッカーシャフト組立体２００の剛性(Ｋ２００)：ロッカー１６２によってロッカーシャフト組立体２００に加えられた力(Ｆ２００)と、その力の印加によって直接に生じた(加えられた力の方向における) ロッカーシャフト組立体２００の偏倚(Ｄ２００)との比。

ロッカーシャフト組立体２００の剛性、すなわち、Ｋ２００は、以下の２つの主成分に細分される。
(A) ロッカーシャフト組立体２００の種々の構成部品の変形の結果としての偏倚(Ｄ２００Ｂ)によって主に生じるが、主としてロッカーベアリング部分２０８の曲がりのせいである曲がり成分(Ｋ２００Ｂ)、及び
(B) ＨＬＡ組立体６００の偏倚によって生成されたロッカーシャフト組立体２００の回転の結果としての偏倚(Ｄ２００Ｒ)によって主に生じる回転成分(Ｋ２００Ｒ)。

加えて、Ｋ２００ＲとＫ２００Ｂとの間のおおよその関係は以下のとおりである。
１/Ｋ２００ = １/Ｋ２００Ｒ + １/Ｋ２００Ｂ

曲がり成分Ｋ２００Ｂは、ロッカーベアリング部分２０８の直径、及び前孔４１８及び後孔４２０の間の距離によって、主として支配される。回転成分Ｋ２００Ｒは、ロッカーシャフトレバー３００の長さ、及び可動軸線２１０及び固定軸線４２２の間の距離によって主として支配される。回転成分Ｋ２００Ｒが曲がり成分Ｋ２００Ｂより大きいか又は等しくなるように設計するのが望ましい。

ロッカーシャフトレバー３００の長さと、中心線６１２、可動軸線２１０及び固定軸線４２２の間の相対的距離とは、有利なレバー比(すなわち、１より大きい、好ましくは３より大きい、そしてより好ましくは５より大きい)を創生する。詳しくは、この模範的な実施形態において、このレバー比(ＬＲ)は、(１)ロッカーシャフトレバー３００によってＨＬＡ６００に加えられる力(Ｆ６００)の作用線と固定軸線４２２との間の最短距離に対する(２)ロッカー１６２にによってロッカーシャフト組立体２００に加えられる力(Ｆ２００)の作用線と固定軸線４２２との間の最短距離の比として定義される。

当該レバー比が１より大きく増えると、(ロッカーシャフトレバー３００を介して印加される)ロッカー１６２からＨＬＡ組立体６００への力を減少させ、以下の等式に従いレバー比のおおよそ２乗だけＨＬＡ組立体剛性Ｋ６００に対する回転成分剛性Ｋ２００Ｒを増大させる。

１) Ｋ６００ = Ｆ６００/Ｄ６００
２) Ｋ２００ = Ｆ２００/Ｄ２００
３) Ｋ２００Ｒ = Ｆ２００/Ｄ２００Ｒ
４) Ｋ２００Ｂ = Ｆ２００/Ｄ２００Ｂ
５) １/Ｋ２００ = １/Ｋ２００Ｒ + １/Ｋ２００Ｂ
６) Ｄ２００ = Ｄ２００Ｒ + Ｄ２００Ｂ
７) Ｄ６００ = Ｆ６００/Ｋ６００
８) Ｆ６００ = Ｆ２００/ＬＲ
９) Ｄ６００ = Ｆ２００/(Ｋ６００ * ＬＲ)
１０) Ｄ２００Ｒ = Ｄ６００/ＬＲ
１１) Ｄ２００Ｒ = Ｆ２００/(Ｋ６００ *ＬＲ*ＬＲ)
１２) Ｋ２００Ｒ = Ｋ６００ *ＬＲ*ＬＲ

仮に、おおよそ１０対１の好ましいレバー比(ＬＲ)が用いられると、ＨＬＡ組立体６００のプランジャ６３０によって経験される力(Ｆ６００)は、(等式８に記載されているように)ロッカーシャフト組立体２００によって経験される力(Ｆ２００)のただおおよそ１０分の１(１/１０)である。同時に、プランジャ６３０の軸線６１２の一般的な方向における偏倚(Ｄ６００)は、(１０対１のレバー比のせいで)ロッカーシャフト組立体２００の軸線６１２の一般的な方向において結果として生じる偏倚(Ｄ２００Ｒ)の(等式１０に記載されているように)おおよそ１０倍である。

全体の結果は、レバー比(ＬＲ)が、ロッカーシャフト組立体２００の全体の剛性(Ｋ２００)の回転成分(Ｋ２００Ｒ)において、(等式１２に記載されているように)レバー比の２乗におおよそ等しいＨＬＡ組立体６００の剛性(Ｋ６００)に比べて、有効な増大を創り出すということである。剛性Ｋ６００に対する剛性Ｋ２００Ｒの関係が、正確にというよりもむしろ、等式１２のおおおよの関係であるという理由の１つは摩擦である。ここでの目的のために、用語、「おおよそ」は、前記レバー比の前記２乗に適用するとき、前記２乗されたレバー比の値の２５パーセント以内(又はより好ましくは１０パーセント以内)を意味するものとする。すなわち、仮に、おおよそ１０対１のレバー比(好ましいレバー比)が用いられると、回転成分剛性Ｋ２００ＲはＨＬＡ組立体剛性Ｋ６００のおおよそ１００倍である。より詳しくは、回転成分の剛性Ｋ２００Ｒは、好ましくは、ＨＬＡ組立体剛性Ｋ６００の７５倍に等しいかそれより大きい。より好ましくは、回転成分の剛性Ｋ２００ＲはＨＬＡ組立体剛性Ｋ６００の９０倍に等しいかそれより大きい。

上述のように、ＨＬＡ組立体６００は、作動用エレメントとしてのカム１６１、ロッカー１６２及びクロスオーバーバルブ１３２／１３４を含んでいるバルブトレーン１５２から離れて位置されている。それ故に、ロッカーシャフトレバー３００の主運動及びＨＬＡ組立体６００の主運動は、バルブトレーン１５２の作動用エレメントによって経験される高い周波数の運動(従来のエンジンのバルブよりも約４ないし６倍速い)にはさらされない。すなわち、ロッカーシャフトレバー３００及びＨＬＡ組立体６００の主運動(例えば、熱膨張、磨耗、ＨＬＡオイルの漏洩などのようなより緩やかな現象のせいでのバルブラッシュの変動を補償する運動)は、バルブトレーン１５２の作動用エレメントの主運動よりも極めて低い周波数でのものある。それ故に、ロッカーシャフトレバー３００の質量は、バルブトレーン１５２の高い周波数運動の要求によっては拘束されないであろう。それ故に、ロッカーシャフトレバー３００は極めて硬く、嵩だかに作られてもよい。加えて、ロッカーシャフトレバー３００のレバー比は極めて大きく、すなわち、レバー比３以上、好ましくはレバー比５以上、及びより好ましくはレバー比７以上に作られてもよい。

ロッカーシャフトレバー３００及びＨＬＡ組立体６００は、バルブトレーンの高周波運動で引起されるいくらかの高周波振動にさらされるということに注目すべきである。しかしながら、この振動によって誘発される変位は、バルブトレーンの構成部品の変位の大きさよりも実質的に小さい、典型的には、１桁の大きさ分小さい、大きさを有している。ロッカーシャフトレバー３００及びＨＬＡ組立体６００のラッシュ調節機能における主運動は、バルブトレーン１５２の作動用エレメントの作動運動の周波数よりも実質的に低い周波数を有している。

ここに説明されたバルブラッシュ調節システム１６０は、分割サイクルエンジンの外方に開くバルブと連動して作動するけれども、全てのバルブの運転に適用されてもよい。より好ましくは、それはおおよそ３ms及び１８０度以下のクランク角の作動期間を有する高速作動バルブに適用され得る。

本発明が特定の実施形態を参照して説明されてきたが、説明された発明の概念の趣旨及び範囲内で多数の変更がなされ得ることが理解されるべきである。例えば、ここに説明されたバルブラッシュ調節システムはカム駆動によるシステムに限定されない。それ故に、本発明は説明された実施形態に限定されず、以下の請求項の言語によって定められる全範囲を有することが意図されている。

Claims (62)

1. バルブを作動させるためのバルブトレーンであって、バルブラッシュを含むバルブトレーンと、
   該ラッシュを調節するためのラッシュアジャスター組立体であって、該バルブトレーンから離れて取付けられたラッシュアジャスター組立体と、
   を備えることを特徴とするバルブ作動システム。
2. バルブトレーンのラッシュを調節するためのバルブラッシュ調節システムであって、前記バルブラッシュ調節システムは、
   該ラッシュを調節するためのラッシュアジャスター組立体であって、該バルブトレーンから離れて取付けられたラッシュアジャスター組立体を備えることを特徴とするバルブラッシュ調節システム。
3. バルブを作動させるためのバルブトレーンであって、バルブラッシュを含むバルブトレーンと、
   該ラッシュを修正すべく動作可能なラッシュアジャスター組立体と、
   該ラッシュアジャスター組立体に連結されたレバーであって、該ラッシュアジャスター組立体によって経験される力を低減すべく動作可能なレバーと、
   を備えることを特徴とするバルブ作動システム。
4. バルブトレーンのラッシュを修正すべく動作可能なラッシュアジャスター組立体と、
   該ラッシュアジャスター組立体に連結されたレバーであって、該ラッシュアジャスター組立体によって経験される力を低減すべく動作可能なレバーと、
   を備えることを特徴とするバルブラッシュ調節システム。
5. バルブを作動させるためのバルブトレーンであって、バルブラッシュを含むバルブトレーンと、
   該バルブトレーンの該ラッシュを調節するバルブラッシュ調節システムであって、該バルブトレーンから離れて取付けられたエレメントを含むバルブラッシュ調節システムと、
   を備えることを特徴とするバルブ作動システム。
6. バルブトレーンのラッシュを調節するバルブラッシュ調節システムであって、前記バルブラッシュ調節システムは、
   該バルブトレーンから離れて取付けられたエレメントを備えることを特徴とするバルブラッシュ調節システム。
7. バルブを作動させるためのバルブトレーンであって、バルブラッシュを含むバルブトレーンと、
   該バルブトレーンの該ラッシュを調節するバルブラッシュ調節システムであって、該バルブラッシュ調節システムの剛性を増すために、該バルブトレーンから離れて取付けられたエレメントを含むバルブラッシュ調節システムと、
   を備えることを特徴とするバルブ作動システム。
8. バルブトレーンのラッシュを調節するバルブラッシュ調節システムであって、前記バルブラッシュ調節システムは、
   バルブラッシュ調節システムの剛性を増すために、該バルブトレーンから離れて取付けられたエレメントを備えることを特徴とするバルブラッシュ調節システム。
9. バルブを作動させるためのバルブトレーンであって、バルブラッシュを含むバルブトレーンと、
   該バルブトレーンの該ラッシュを調節するバルブラッシュ調節システムであって、該バルブトレーンから離れて取付られたレバーを含むバルブラッシュ調節システムと、
   を備えることを特徴とするバルブ作動システム。
10. バルブトレーンのラッシュを調節するバルブラッシュ調節システムであって、前記バルブラッシュ調節システムは、
    該バルブトレーンから離れて取付られたレバーを備えることを特徴とするバルブラッシュ調節システム。
11. バルブを作動させるためのバルブトレーンであって、バルブラッシュ及びロッカーを含むバルブトレーンと、
    該バルブトレーンの該ラッシュを調節するバルブラッシュ調節システムと、を備え、該バルブラッシュ調節システムが、
    ロッカーを回転自在に支持すべく動作可能なロッカーシャフトを含むロッカーシャフト組立体と、
    ロッカーシャフトの回転位置がロッカーシャフトレバーの回転位置によって決定されるべく動作可能であるように、ロッカーシャフトに固定されたロッカーシャフトレバーと、
    ラッシュアジャスター組立体であって、該ロッカーシャフレバーの回転位置を調節するように該ロッカーシャフレバーに力を及ぼすべく動作可能であり、それによって、ロッカーシャフトの回転位置を制御し、かつ、ロッカーを変位させて該ラッシュを修正するラッシュアジャスター組立体と、を含むことを特徴とするバルブ作動システム。
12. ロッカーを含むバルブトレーンのラッシュを調節するバルブラッシュ調節システムであって、前記バルブラッシュ調節システムが、
    ロッカーを回転自在に支持すべく動作可能なロッカーシャフトを含むロッカーシャフト組立体と、
    ロッカーシャフトの回転位置がロッカーシャフトレバーの回転位置によって決定されるべく動作可能であるように、ロッカーシャフトに固定されたロッカーシャフトレバーと、
    ラッシュアジャスター組立体であって、該ロッカーシャフレバーの回転位置を調節するように該ロッカーシャフレバーに力を及ぼすべく動作可能であり、それによって、ロッカーシャフトの回転位置を制御し、かつ、ロッカーを変位させて該ラッシュを修正するラッシュアジャスター組立体と、
    を備えることを特徴とするバルブラッシュ調節システム。
13. 該ラッシュアジャスター組立体によって経験される力が該ロッカーによって経験される力よりも著しく小さいように動作可能であることを特徴とする請求項１１に記載のバルブ作動システム。
14. 該ラッシュアジャスター組立体によって経験される力が該ロッカーによって経験される力よりも著しく小さいように動作可能であることを特徴とする請求項１２に記載のバルブラッシュ調節システム。
15. 該ロッカーシャフトは、固定軸線に同心である台座ベアリング部分、及び該ロッカーが回転する可動ロッカー軸線に同心のロッカーベアリング部分を含み、該可動ロッカー軸線は固定軸線からオフセットされ、それによって、ロッカーベアリング部分の可動ロッカー軸線の台座ベアリング部分の固定軸線に関しての移動を生じさせることを特徴とする請求項１１に記載のバルブ作動システム。
16. 該ロッカーシャフトは、固定軸線に同心である台座ベアリング部分、及び該ロッカーが回転する可動ロッカー軸線に同心のロッカーベアリング部分を含み、該可動ロッカー軸線は固定軸線からオフセットされ、それによって、ロッカーベアリング部分の可動ロッカー軸線の台座ベアリング部分の固定軸線に関しての移動を生じさせることを特徴とする請求項１２に記載のバルブラッシュ調節システム。
17. ロッカーシャフトが挿入される台座フレームをさらに備え、該台座フレームは台座ベアリング部分を回転自在に支持する前孔、及びロッカーを収容するスロットを含むことを特徴とする請求項１５に記載のバルブ作動システム。
18. ロッカーシャフトが挿入される台座フレームをさらに備え、該台座フレームは台座ベアリング部分を回転自在に支持する前孔、及びロッカーを収容するスロットを含むことを特徴とする請求項１６に記載のバルブラッシュ調節システム。
19. 該バルブトレーンに対して垂直方向に該台座を位置決めするための台座シムをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のバルブ作動システム。
20. 該バルブトレーンに対して垂直方向に該台座を位置決めするための台座シムをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のバルブラッシュ調節システム。
21. (１)ロッカーシャフトレバーによって該ラッシュアジャスター組立体に加えられた力の作用線と固定軸線との間の最短距離対、(２)ロッカーによってロッカーシャフト組立体に加えられた力の作用線と固定軸線との間の最短距離の比として定義されるレバー比は、おおよそ１０:１であり、これにより、ロッカーから該ラッシュアジャスター組立体への力を低減し、かつ、該ラッシュアジャスター組立体の有効な剛性を増大させることを特徴とする請求項１５に記載のバルブ作動システム。
22. (１)ロッカーシャフトレバーによって該ラッシュアジャスター組立体に加えられた力の作用線と固定軸線との間の最短距離対、(２)ロッカーによってロッカーシャフト組立体に加えられた力の作用線と固定軸線との間の最短距離の比として定義されるレバー比は、おおよそ１０:１であり、これにより、ロッカーから該ラッシュアジャスター組立体への力を低減し、かつ、該ラッシュアジャスター組立体の有効な剛性を増大させることを特徴とする請求項１６に記載のバルブラッシュ調節システム。
23. 外側ベアリング表面が固定軸線に同心であるように、台座フレームの後壁の後孔に滑り嵌合する大きさの外側ベアリング表面を含む偏心キャップをさらに含み、及びロッカーベアリング部分を収容する偏心した内側ベアリング表面を含む偏心キャップを含んでいることを特徴とする請求項１７に記載のバルブ作動システム。
24. 外側ベアリング表面が固定軸線に同心であるように、台座フレームの後壁の後孔に滑り嵌合する大きさの外側ベアリング表面を含む偏心キャップをさらに含み、及びロッカーベアリング部分を収容する偏心した内側ベアリング表面を含む偏心キャップを含んでいることを特徴とする請求項１８に記載のバルブラッシュ調節システム。
25. 該ラッシュアジャスター組立体の上端部に配置されたロッカーシャフトタペットをさらに含み、該ロッカーシャフトタペットはロッカーシャフトレバーに形成されたクリアランススロット内に捕捉され、該スロット内でロッカーシャフトタペットと該スロットの縁部との間に側方クリアランスが設けられ、これにより、該ラッシュアジャスター組立体が垂直にとどまることができ、及び側方の力を最小化することを特徴とする請求項１に記載のバルブ作動システム。
26. 該ラッシュアジャスター組立体の上端部に配置されたロッカーシャフトタペットをさらに含み、該ロッカーシャフトタペットはロッカーシャフトレバーに形成されたクリアランススロット内に捕捉され、該スロット内でロッカーシャフトタペットと該スロットの縁部との間に側方クリアランスが設けられ、これにより、該ラッシュアジャスター組立体が垂直にとどまることができ、及び側方の力を最小化することを特徴とする請求項２に記載のバルブラッシュ調節システム。
27. バルブラッシュ調節システムは、ロッカーでのみ該バルブトレーンに係合することを特徴とする請求項１１に記載のバルブ作動システム。
28. バルブラッシュ調節システムは、ロッカーでのみ該バルブトレーンに係合することを特徴とする請求項１２に記載のバルブラッシュ調節システム。
29. ロッカーの質量は、バルブ作動システムがロッカーを高い周波数の作動運動にさらすことができるように選定されていることを特徴とする請求項１１に記載のバルブ作動システム。
30. ロッカーの質量は、バルブ作動システムがロッカーを高い周波数の作動運動にさらすことができるように選定されていることを特徴とする請求項１２に記載のバルブラッシュ調節システム。
31. ロッカーは実質的に鋼から作られていることを特徴とする請求項１１に記載のバルブ作動システム。
32. ロッカーは実質的に鋼から作られていることを特徴とする請求項１２に記載のバルブラッシュ調節システム。
33. ロッカーは補強用のリブを含んでいることを特徴とする請求項１１に記載のバルブ作動システム。
34. ロッカーは補強用のリブを含んでいることを特徴とする請求項１２に記載のバルブラッシュ調節システム。
35. バルブを作動させるためのバルブトレーンであって、作動エレメント及びバルブラッシュを含むバルブトレーンと、
    該バルブラッシュを調節するバルブラッシュ調節システムと、を備え、
    前記バルブトレーン及び前記バルブラッシュ調節システムは、如何なる共通する作動用エレメントをも共有していないことを特徴とするバルブ作動システム。
36. バルブを作動させるためのバルブトレーンバルブラッシュを調節するためのバルブラッシュ調節システムであって、前記バルブラッシュ調節システムは、バルブラッシュを調節するためのラッシュアジャスター組立体を備え、
    前記バルブトレーン及び前記バルブラッシュ調節システムは、如何なる共通する作動用エレメントをも共有していないことを特徴とするバルブラッシュ調節システム。
37. バルブラッシュ調節システムは、
    固定軸線の回りを回転可能で該バルブトレーンに動作可能に連結されたロッカーシャフト組立体であって、固定軸線からオフセットされた可動軸線を提供するロッカーベアリング部分を含むロッカーシャフト組立体と、
    バルブラッシュを修正すべく動作可能なラッシュアジャスター組立体であって、中心線軸に沿って延在可能なラッシュアジャスター組立体と、
    該ラッシュアジャスター組立体及びロッカーシャフト組立体の間でレバー比をもたらすべく動作可能に連結されたロッカーシャフトレバーと、
    を含むことを特徴とする請求項３５に記載のバルブ作動システム。
38. 固定軸線の回りを回転可能で該バルブトレーンに動作可能に連結されたロッカーシャフト組立体であって、固定軸線からオフセットされた可動軸線を提供するロッカーベアリング部分を含むロッカーシャフト組立体と、
    バルブラッシュを修正すべく動作可能なラッシュアジャスター組立体であって、中心線軸に沿って延在可能なラッシュアジャスター組立体と、
    該ラッシュアジャスター組立体及びロッカーシャフト組立体の間でレバー比をもたらすべく動作可能に連結されたロッカーシャフトレバーと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項３６に記載のバルブラッシュ調節システム。
39. 当該レバー比は、３以上であることを特徴とする請求項３７に記載のバルブ作動システム。
40. 当該レバー比は、３以上であることを特徴とする請求項３８に記載のバルブラッシュ調節システム。
41. 当該レバー比は、５以上であることを特徴とする請求項３７に記載のバルブ作動システム。
42. 当該レバー比は、５以上であることを特徴とする請求項３８に記載のバルブラッシュ調節システム。
43. 当該レバー比は、７以上であることを特徴とする請求項３７に記載のバルブ作動システム。
44. 当該レバー比は、７以上であることを特徴とする請求項３８に記載のバルブラッシュ調節システム。
45. ロッカーシャフト組立体は、
    ロッカーベアリング部分の変形からの結果としての少なくとも偏倚によって生起される曲がり成分、及び
    ロッカーシャフト組立体の回転からの結果としての少なくとも偏倚によって生起される回転成分
    を含む剛性を有することを特徴とする請求項３７に記載のバルブ作動システム。
46. ロッカーシャフト組立体は、
    ロッカーベアリング部分の変形からの結果としての少なくとも偏倚によって生起される曲がり成分、及び
    ロッカーシャフト組立体の回転からの結果としての少なくとも偏倚によって生起される回転成分
    を含む剛性を有することを特徴とする請求項３８に記載のバルブラッシュ調節システム。
47. 回転成分は曲がり成分より大きいか又は等しいことを特徴とする請求項４５に記載のバルブ作動システム。
48. 回転成分は曲がり成分より大きいか又は等しいことを特徴とする請求項４６に記載のバルブラッシュ調節システム。
49. 該ラッシュ調節組立体は、レバー比の２乗倍された回転成分の剛性のおおよそ２５パーセント内の剛性を有することを特徴とする請求項４５に記載のバルブ作動システム。
50. 該ラッシュ調節組立体は、レバー比の２乗倍された回転成分の剛性のおおよそ２５パーセント内の剛性を有することを特徴とする請求項４６に記載のバルブラッシュ調節システム。
51. 該ラッシュ調節組立体は、レバー比の２乗倍された回転成分の剛性のおおよそ１０パーセント内の剛性を有することを特徴とする請求項４５に記載のバルブ作動システム。
52. 該ラッシュ調節組立体は、レバー比の２乗倍された回転成分の剛性のおおよそ１０パーセント内の剛性を有することを特徴とする請求項４６に記載のバルブラッシュ調節システム。
53. ロッカーシャフト組立体は、該バルブトレーンの支持エレメントの１つであることを特徴とする請求項３７に記載のバルブ作動システム。
54. ロッカーシャフト組立体は、該バルブトレーンの支持エレメントの１つであることを特徴とする請求項３８に記載のバルブラッシュ調節システム。
55. バルブを作動させるためのバルブトレーンであって、作動用エレメント及びバルブラッシュを含むバルブトレーンと、
    バルブラッシュを調節するためのバルブラッシュ調節システムと、を備え、
    当該バルブラッシュ調節システムのエレメントは、バルブに主たる作動運動を直接的に与えるようには構成されていないことを特徴とするバルブ作動システム。
56. バルブを作動させるためのバルブトレーンのバルブラッシュを調節するためのバルブラッシュ調節システムであって、前記バルブラッシュ調節システムは、
    バルブラッシュを調節するためのラッシュアジャスター組立体を備え、
    当該バルブラッシュ調節システムのエレメントは、バルブに主たる作動運動を直接的に与えるようには構成されていないことを特徴とするバルブラッシュ調節システム。
57. バルブを作動させるためのバルブトレーンであって、バルブラッシュを有するバルブトレーンと、
    該バルブトレーンのバルブラッシュを調節するためのバルブラッシュ調節システムと、を備え、
    当該バルブラッシュ調節システムは、レバーを含み、
    当該レバーは、当該レバーがバルブに主たる作動運動を直接的に与えることがないように、構成されていることを特徴とするバルブ作動システム。
58. バルブを作動させるためのバルブトレーンのバルブラッシュを調節するためのバルブラッシュ調節システムであって、前記バルブラッシュ調節システムはレバーを備え、
    当該レバーは、当該レバーがバルブに主たる作動運動を直接的に与えることがないように、構成されていることを特徴とするバルブラッシュ調節システム。
59. 当該レバー比は、(１)ロッカーシャフトレバーによって該ラッシュアジャスター組立体に加えられた力の作用線と固定軸線との間の最短距離対、(２)ロッカーシャフト組立体に回転自在に支持されたロッカーによってロッカーシャフト組立体に加えられた力の作用線と固定軸線との間の最短距離の比として定義されることを特徴とする請求項３７に記載のバルブ作動システム
60. 当該レバー比は、(１)ロッカーシャフトレバーによって該ラッシュアジャスター組立体に加えられた力の作用線と固定軸線との間の最短距離対、(２)ロッカーシャフト組立体に回転自在に支持されたロッカーによってロッカーシャフト組立体に加えられた力の作用線と固定軸線との間の最短距離の比として定義されることを特徴とする請求項３８に記載のバルブラッシュ調節システム。
61. 当該ロッカーは、ロッカーシャフト組立体のロッカーベアリング部分に動作可能に支持されて、そして、該ラッシュアジャスター組立体が延びたとき、可動軸線の結果としての移動がバルブラッシュを低減すべくロッカーを変位させるように、可動軸線の回りに回転可能であることを特徴とする請求項５９に記載のバルブ作動システム
62. 当該ロッカーは、ロッカーシャフト組立体のロッカーベアリング部分に動作可能に支持されて、そして、該ラッシュアジャスター組立体が延びたとき、可動軸線の結果としての移動がバルブラッシュを低減すべくロッカーを変位させるように、可動軸線の回りに回転可能であることを特徴とする請求項６０に記載のバルブラッシュ調節システム。

Images