JP3866285B2

JP3866285B2 - 圧縮解放制動を行う無カムエンジン

Info

Publication number: JP3866285B2
Application number: JP52961396A
Authority: JP
Inventors: コスマ，ジョージ; ウスコ，ジェイムズ
Original assignee: ディーゼルエンジンリターダーズ，インコーポレイテッド
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2016-03-20
Also published as: JPH11502585A; DE69604906D1; WO1996030631A3; EP0886037A2; EP0886037A3; US5619965A; EP0886038A3; EP0817904A2; DE69604906T2; WO1996030631A2; EP0817904B1; EP0886038A2; MX9707220A

Description

発明の背景
本発明は無カム内燃エンジンに関する。詳しくは、このようなエンジンに圧縮解放制動および他の改良を加えることに関する。
従来のほとんどの内燃エンジンは、エンジンシリンダのピストンの往復運動に関連した適切な時間にシリンダの吸入バルブおよび排出バルブを開口および閉鎖させる回転カムを有する。このタイプのエンジン構成にはいくつかの制約があり、このため吸入バルブおよび排出バルブを開口する別の手段についての考察が促されている。例えば、シリンダバルブを開口するためにカムを用いると、異なるエンジン作動条件（例えば、異なるエンジン速度）に対してバルブのタイミングを調整することは困難であるかまたは不可能である。従って、エンジンは、典型的には、１組の作動条件の下で（例えば、特定のエンジン速度で）最適なバルブタイミングを有するように構成され、他の作動条件に対しては（例えば、他のエンジン速度では）バルブタイミングは幾分かは最適ではない。バルブの開口量もまた、カムを有するエンジンの様々な作動条件に対して調整するのは困難であるかまたは不可能である。従ってこの場合も、エンジンは、典型的には、あるエンジン作動条件において、他のエンジン作動条件におけるより良好となり得る固定バルブ開口を有するように構成される。
従来の内燃エンジンではバルブのタイミングおよびストロークなどのパラメータを調整することが困難であるかまたは不可能であるため、さまざまな「無カム」エンジンが提案されている。例えば、Uleの米国特許第4,009,695号は、吸入および排出バルブを油圧アクチュエータによって開口および閉鎖するエンジンを示していると考えられる。これらのアクチュエータへの油圧液の供給は電動の油圧バルブによって制御される。
多くのエンジンにおいて、ポジティブパワー動作モード（エンジンは関連する車を推進させるためにパワーを生成する）と制動動作モード（エンジンは関連する車を減速させるためにパワーを吸収する）の両方を有することが望ましい。例えば、Cumminsの米国特許第3,220,392号に示されるように、制動モードでエンジンを作動させる非常に効果的な方法は、エンジンへの燃料供給を遮断し、次にエンジンの排出バルブをエンジンシリンダの圧縮ストローク上死点（top dead center）近くまで開口することである。これにより、エンジンがそのシリンダ内で圧縮した空気は、エンジンピストンの次の「パワー」ストローク中にエンジンがその空気を圧縮する仕事を回復し得る前に、エンジンの排出システムへ逃げることができる。このタイプのエンジン制動は圧縮解放エンジン制動として知られる。
圧縮解放エンジン制動中に圧縮解放イベントを生じさせるために排出バルブを開口することは、エンジンのポジティブパワーモード動作中に吸入または排出バルブのいずれかを開口することよりはるかに多くの力を必要とする。ポジティブパワーモード動作中は、ピストンがバルブから離れる方向に移動している間は、吸入バルブは典型的には開口しており、これにより、エンジンシリンダ内に低圧条件が創出される。従って、吸入バルブの開口に対する唯一の実際の抵抗は、通常は吸入バルブを閉鎖状態に保持する吸入バルブ戻りバネの力である。同様に、ポジティブパワーモード動作中、シリンダ内の燃焼産生物から可能な限り多くの仕事が抽出された後、排出バルブは典型的には関連するピストンのパワーストロークの終点近くまで開口する。ピストンは再びバルブから離れる方向に移動しており、排出バルブの開口に抵抗するシリンダの圧力は再び比較的低くなる。（いったん開口すると、排出バルブは、典型的には、関連するピストンの次の排出ストロークを通じて開口したままであるが、これには排出バルブ戻りバネの力に打ち勝つのに十分な力が必要なだけである。）
しかし、圧縮解放エンジン制動中は、排出バルブを開口して圧縮解放イベントを生じさせるためにははるかに大きな力を必要とする。なぜなら、このようなイベントは、エンジンシリンダ内のガス圧が最大に近づくときエンジン圧縮ストロークの上死点近くで生じるからである。エンジンが、バルブを油圧アクチュエータによって開口させるタイプの無カムエンジンである場合は、非常に高圧の油圧液を供給することによって、圧縮解放エンジン制動中に排出バルブを開口させるのに十分な力が利用可能であることを確実にしなければならない。例えば、必要な油圧液圧は約3,000〜4,000 psiであり得る。
エンジン制動中に高圧の油圧液を供給することは問題ではないし不利でもない。なぜなら、この動作モードではエンジンは多くのエネルギーを吸収するほど大きな制動を生じさせる。しかし、ポジティブパワーモード動作中は、このような高圧になるまで油圧液を吸入するようにエンジンに要求することは望ましくない。なぜなら、これにより有用な車推進の仕事のためにエンジンから利用し得るパワーが減少するからである。
上記により、本発明の１つの目的は、バルブが油圧により開口し、圧縮解放エンジン制動モードおよびポジティブパワーモードの両方で作動し得る無カムエンジンの性能を向上させることである。
本発明のより具体的な目的は、無カムエンジンの圧縮解放エンジン制動モード中には高圧の油圧液が必要であるとしても、エンジンのポジティブパワーモード動作中には必要とされない非常に高い圧力まで油圧液を無駄に吸入することを避けることである。
ポジティブパワーモードから圧縮解放エンジン制動モードに切り替わるとき（またはこれら２つのエンジン動作モードのいずれかにおいて作動条件が有意に変化するときでも）変化するのが望ましいエンジン動作の別の特性は、エンジンシリンダのバルブのいくつかまたはすべての開口量である。例えば、排出バルブは、圧縮解放エンジン制動中にエンジンシリンダの圧縮ストロークの上死点近くまで開口するため、エンジン制動中の排出バルブのストロークを小さくして、排出バルブが開口しているとき排出バルブがエンジンピストンの先端に当たらないことを確実にすることが望ましい。別の例としては、エンジンの高速ポジティブパワーモード動作中はバルブの開口は大きい方が望ましく、低速ポジティブパワーモード動作中はバルブの開口は小さい方が望ましい。様々なエンジン作動条件下では、バルブ開口および閉鎖の軌道の他の変化が望ましい場合もある。また、各バルブはバルブとシートとの間に過度の衝撃を起こさずにシートに戻ることを確実にすることも重要であり得る。
従って、本発明の別の目的は、エンジンの様々な動作パラメータに応じて、無カムエンジンのシリンダバルブの軌道のストローク長さおよび／または他の特性を改変することを促進することである。
本発明のさらに別の目的は、無カム内燃エンジンの閉鎖中のバルブとそのシートとの間の衝撃を減らすことを促進することである。
発明の要旨
本発明のこれらのおよび他の目的は、無カムエンジンのバルブを作動させる可変圧力油圧システムを提供することによって本発明の原理に従って実現される。エンジンがポジティブパワーモードで作動しているときは、ポジティブパワーモード動作中に吸入または排出バルブが開口しているときに存在するシリンダ圧は比較的低いため、エンジンは、ポジティブパワーモード作動条件の下で吸入バルブおよび排出バルブを開口させるのに必要な比較的低い圧力まで油圧液を吸入するだけでよい。従って、エンジンは油圧液を高い圧力まで吸入するパワーを浪費しない。しかし、エンジンが圧縮解放エンジン制動モード動作に切り替わると、圧縮解放イベントを生じさせるように排出バルブが開口しようとするとき存在するシリンダ圧ははるかに高いため、圧縮解放イベントを生じさせるために排出バルブを開口するためには、エンジンは油圧液をはるかに高い圧力まで吸入する必要がある。これらの条件下では、エンジンが可能な限り多くのエネルギーを吸収することが望まれるため、エンジンが油圧液に多くの仕事を行わなければならないことは問題ではない。
エンジンシリンダバルブのストローク長さを改変するためには、このような制御を必要とする各バルブの開口量を（直接にまたは間接に）感知するセンサが配備され得る。この情報は、エンジンシリンダバルブを開口する油圧アクチュエータへの加圧油圧液の供給を制御する電動トリガーバルブに対する電子またはコンピュータ制御装置にフィードバックされる。制御装置は、バルブがエンジンの現在の作動条件にとって適切な量だけ開口していることを（センサを介して）検出すると、油圧液が油圧アクチュエータへさらに正味で還流されるのを防ぎ、これによりエンジンシリンダバルブがさらに開口するのを防ぐ。制御装置は適切なエンジン作動条件に応答し、これらの作動条件に応じたエンジンシリンダバルブの開口量を自動的に改変し得る。同様の方法が、バルブ開口および閉鎖軌道の他の特性、例えば、一般にこれらの軌道のタイミング、傾斜、および／または形状、特に各バルブがそのシートに戻る速度、を制御または改変するために使用され得る。
本発明のさらに別の特徴、その性質および様々な利点は、添付の図面および以下の好適な実施態様の詳細な説明からさらに明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に従って構成された無カムエンジン装置の一例の代表的な部分の概略図である。
図２は、パワーモードで作動する従来の４サイクル内燃エンジンの従来のカム駆動吸入バルブおよび排出バルブの動きを示す簡略図である。
図３は、従来の４サイクル圧縮解放エンジン制動モードでの従来の吸入バルブおよび排出バルブの動きを示す、図２と同様の図である。
図４は、本発明の無カムエンジンの４サイクルパワーモード動作を示す簡略図である。
図５は、本発明の無カムエンジンの４サイクル圧縮解放エンジン制動モード動作を示す簡略図である。
図６は、本発明の無カムエンジンの２サイクル圧縮解放エンジン制動モード動作を示す簡略図である。
好適な実施態様の詳細な説明
図１に示す無カムエンジン10の例の代表的な部分では、エンジンシリンダ吸入バルブ20は油圧アクチュエータ40によって選択的に作動可能であり、エンジンシリンダ排出バルブ30は油圧アクチュエータ50によって選択的に作動可能である。吸入バルブ20は、通常は、プレストレスが与えられた圧縮コイル戻りバネ22によって閉鎖状態に保持されている。排出バルブ30は、通常は、プレストレスが与えられた圧縮コイル戻りバネ32によって閉鎖状態に保持されている。エンジン10は典型的には１つ以上のシリンダを含み、20、30、40、および50などの構成要素（および後述する構成要素110および120）は、典型的には、各エンジンシリンダに対してそれぞれ配備される。また、エンジン10は、各シリンダに対して１つ以上の吸入バルブおよび／または排出バルブを有し得る。各シリンダに多数の吸入バルブが配備される場合は、これらは１つのアクチュエータ40によって一緒に制御されるか、または異なるアクチュエータによって個別に制御され得る。同様に、各シリンダに多数の排出バルブが配備される場合は、これらは１つのアクチュエータ50によって一緒に制御されるか、または異なるアクチュエータによって個別に制御され得る。さらに、圧縮解放イベントを生じさせるために使用する別のバルブが配備される可能性もある（例えば、Gobertらの米国特許第5,146,890号参照）。しかし、このような追加のバルブは従来の排出バルブに極めて類似しているため、これらは本明細書で使用される意味での用語「排出バルブ」または用語「シリンダバルブ」の範囲内に包含される。
エンジン10の動作は、電子制御モジュール60によってかなりの程度制御される。モジュール60は、好ましくは、複数の入力62を受け取り、ポジティブパワーモードおよび圧縮解放エンジン制動モードでのエンジンの動作の様々な局面を制御するための複数の出力信号を生成する実質的にデジタルのコントローラである。例えば、入力62は、(1)点火オン、(2)燃料供給オン、(3)エンジンクランク軸角度およびピストン位置、(4)エンジン速度、(5)クラッチ係合、(6)トランスミッションギア、(7)車の速度、(8)車の操縦者が要求する圧縮解放エンジン制動、(9)吸入圧力、(10)エンジンシリンダ圧、(11)周囲温度、(12)周囲気圧、(13)自動またはロック防止ブレーキシステム作動条件、(14)バルブ位置センサ64の出力、(15)圧力センサ130によって感知されるプレナム90内の油圧液圧、および／または(16)ポジティブパワーモードまたは圧縮解放エンジン制動モードでのエンジン10の制御の根拠となることが所望される他のエンジンまたは車のパラメータを含む。制御モジュール60は、受け取る入力情報を用いてエンジン10をどのように制御すべきかを決定し、決定された方法でシステムを制御するため出力信号を生成する。
制御モジュール60は、好ましくは、適切にプログラム化された従来のデジタルコンピュータ（例えば、（マイクロプロセッサによって使用されるプログラム命令およびデータなどを格納する）適切な従来のデジタルメモリを配備したマイクロプロセッサ）を含む。入力信号62は、典型的には、従来の車の制御装置（例えば、電子エンジンおよび／または自動ブレーキ制御モジュール）、エンジンおよび車の計器、ならびに他の適切なセンサから供給される。制御モジュール60はまた、アナログ入力62をマイクロプロセッサによって必要とされるデジタル形態に変換し、またマイクロプロセッサのデジタル出力をエンジン制御信号に必要とされるアナログ形態に変換する従来のインタフェース回路を含む。制御モジュール60は好ましくは汎用のマイクロプロセッサを使用するが、所望であれば特別設計の回路を使用してもよい。本明細書で用いられる汎用タイプの電子制御に関するさらなる情報については、1994年10月7日出願の米国特許出願第08/320,178号、1994年10月7日出願の米国特許出願第08/319,734号、1994年10月7日出願の米国特許出願第08/320,049号に見い出され得る。これらの特許出願はすべて同一の出願人によるものであり、また、本明細書において参考のため援用されている。
制御モジュール60の出力の１つは、油圧ポンプ70を制御する信号であり得る。ポンプ70は、通常は、エンジン10がオンのときはいつでも作動しなければならない。ポンプ70は作動するために必要なパワーをエンジン10から直接引き出し得るかまたは、ポンプ70は、車の従来の電気系74から動力を得る個別の電気モータ72によって駆動され得る。後者の場合には、制御モジュール60は、ポンプ70を直接制御するのではなく（例えば、モータの速度を変えることによって）モータ72を制御し得る。（車の電気系は当然ながら最終的には従来の方法でエンジンによって動力が与えられる。）ポンプ70は、油圧液（例えば、エンジン潤滑オイルまたはエンジン燃料）を液だめ80からプレナム90まで吸引する。従って、ポンプ70はプレナム90において必要とされる油圧液圧を提供する。プレナム90で所望の油圧液圧を維持するのを助けるために逃しバルブ100が配備され得る。例えば、プレナム90の圧力が高くなり過ぎると、逃しバルブ100が開口していくらかの油圧液を液だめ80に戻す。逃しバルブ100は調整可能な開口しきい圧力を有し、これは制御モジュール60から別の出力信号によって制御され得る。
上述のように、吸入バルブ20は油圧アクチュエータ40によって選択的に開口可能である。吸入バルブ20を開口したいときはいつでも、制御モジュール60はコイル活性化電気信号をソレノイドトリガーバルブ110の電磁コイル112に供給する。図１には例示のために特定のトリガーバルブ構成を示しているが、所望であれば多くの他のタイプのトリガーバルブを代わりに使用し得る。例えば、図１に示すポペットタイプのバルブの代わりに、スプールバルブ、ボールバルブ、または回転バルブ要素を有するバルブが代替物として適切であり得る。これらのおよび他の変形例については、上記の特許出願第08/320,178号および第08/319,734号に示されたトリガーバルブによって例示される。
図１に示す実施例に戻ると、コイル112の活性化によりバルブ110の可動要素114が、プレストレスが与えられた圧縮コイル戻りバネ116の下方向の付勢に抗して上昇する。このように可動要素114が（図１に示すように）上昇すると、バルブ入口ポート118aが開口し、バルブ排出ポート118cが閉鎖する。バルブポート118bは常時開口している。従って、加圧油圧液はプレナム90からバルブ110を通って油圧アクチュエータ40に流れ、ここでアクチュエータピストンを下方に駆動して吸入バルブ20を（同様に図１に示すように）開口させる。バルブ20を閉鎖したいときは、制御モジュール60はバルブ110のコイル112を非活性化させる。これにより、バネ116はバルブ要素114を、ポート118aが閉鎖しポート118cが開口する位置まで押し下げる。これで油圧液はアクチュエータ40から出てバルブ110を通って液だめ80に流れる。これにより、戻りバネ22が吸入バルブ20を閉鎖位置まで上げる。バルブ20がそのシートに戻る速度を（例えば、バルブとシートとの間に過度の衝撃力が生じるのを避けるために）制限するのは望ましいかもしれない。これは、例えば、バルブ20に関連するバルブ位置センサ64を用いてバルブ20がいつシートに接近するかを検出することによって実現され得る。制御モジュール60は次にバルブ110を急速に開口および閉鎖させて、アクチュエータ40からの油圧液の正味の流出を減速させ、これによりバルブ20のシートへの戻りを減速させる。バルブ位置センサ64についてはさらに後述する。
排出バルブ30を開口させるための油圧回路は、吸入バルブ20のための上述の回路と同様である。排出バルブ30を開口したいときにはいつでも、制御モジュール60は電気信号を供給して、ソレノイドトリガーバルブ120のコイル122を活性化させる。上述のトリガーバルブ110の変形構成例のいずれもがトリガーバルブ120にとっても同様に適切である。コイル122の活性化により可動バルブ要素124が（図１に示すように）上昇し、加圧油圧液がプレナム90から（ポート128aおよび128bを介して）バルブ120を通って油圧アクチュエータ50に流れる。加圧油圧液は（同様に図１に示すように）アクチュエータ50のピストンを下方に駆動して排出バルブ30を開口させる。バルブ30を閉鎖したいときは、制御モジュール60はトリガーバルブ120を非活性化させる。これにより、戻りバネ126が要素124を下降させ、この結果ポート128ａは閉鎖しポート128cは開口する。これで油圧液は油圧アクチュエータ50から出てバルブ120を通って液だめ80に流れ、これにより戻りバネ32が排出バルブ30を閉鎖位置まで上げる。バルブ20の場合のように、関連するセンサ64を用いてバルブ30がそのシートに接近していることを検出し、制御モジュール60がバルブ120を急速に開口および閉鎖させることによって、バルブ30の戻りストロークの少なくとも最終部分が減速され得る。これによりアクチュエータ50からの油圧液の正味の流出を減速させ、バルブ30がそのシートに戻るのを減速させ、この結果、バルブとシートとの間の衝撃を減少させる。
上記より理解され得るように、エンジンのポジティブパワーモード動作が望まれるときは、制御モジュール60はトリガーバルブ110および120、従って吸入バルブ20および排出バルブ30を、エンジンのポジティブパワーモード動作にとって適切な（恐らくは他の適切なパラメータによって改変されるエンジンのクランク軸の角度に相対する）時間に開口および閉鎖させる（例えば図４を参照、これについては後に詳述する）。同様に、圧縮解放エンジン制動が望まれるときは、制御モジュール60はトリガーバルブ110および120、従って吸入バルブ20および排出バルブ30を、エンジンの圧縮解放エンジン制動モードにとって適切な（恐らくは他の適切なパラメータによって改変されるエンジンのクランク軸の角度に相対する）時間に開口および閉鎖させる（例えば図５および図６を参照、これについては後に詳述する）。
上記の２つの文で言及した「時間」のいずれも、制御モジュール60によってモジュールへの入力のいずれか（例えば、入力62）の変化に基づいて変更され得る。例えば、圧縮解放エンジン制動を大きくするためにはエンジン速度が増大するに従って圧縮解放イベントを遅らせることが望ましいかも知れない（これは、例えば、図５のパラメータＰによって示される）。もしくは、エンジン速度が増大するに従ってパワーモードでの吸入バルブおよび排出バルブの開口を早くすることが望ましいかも知れない（これは、例えば、図４のパラメータＡおよびＢによって示される）。制御モジュール60はこれらのタイミングの変更を、変数がモジュール60への入力の現在測定された値を含む所定のアルゴリズムを実行することによって行い得る。もしくは、制御モジュール60は、予め格納されたルックアップテーブルを用いてモジュール60への入力の現在の値に対応する現在適切なタイミングを決定し得る。
上記の段落で述べたタイプの比較的小さな（しかしそれにも係わらず重要な）タイミングの変更に加えて、制御モジュール60はバルブのタイミングにもっと根本的な変更を行い得る。例えば、制御モジュール60は、４サイクルエンジン制動モード（このモードでは、エンジン排出バルブは、図５に示すように、関連するシリンダの２回目毎のストロークの上死点の近くまで開口される）または２サイクルエンジン制動モード（このモードでは、エンジン排出バルブは、図６に示すように、関連するシリンダの各ストロークの上死点の近くまで開口される）のいずれかで作動するようにエンジンを制御し得る。（２サイクルエンジン制動モードの場合には、エンジン吸入バルブもまた、関連するエンジンシリンダのストローク毎に開口して、２サイクルエンジン制動のために空気がシリンダに入るようにしなければならない。これもまた図６に示す。）同様に、エンジンのパワーモード動作は２ストロークか４ストロークのいずれかであり、パワーモードでの２ストローク動作か４ストローク動作かの選択は、エンジン制動モードでの２ストローク動作か４ストローク動作かの選択とは独立し得る。
本明細書の背景のセクションで説明したように、エンジンのポジティブパワーモード動作中に吸入バルブ20および排出バルブ30を開口するために必要な力は、エンジンの圧縮解放エンジン制動モード動作中に排出バルブ30を開口するために必要な力に較べて比較的小さい。本発明の原理によれば、エンジンがポジティブパワーモードの状態にあるか圧縮解放エンジン制動モードの状態にあるかによってプレナム90内の圧力を変えることによって、この油圧液圧の要件の相違が考慮に入れられる。これはいくつかの方法で実現可能である。例えば、制御モジュール60はポンプ70を制御して、ポンプによって生成される出力油圧液の圧力を変えることができる。エンジンがポジティブパワーモードのときは、制御モジュール60は、エンジンのポジティブパワーモード動作に対してアクチュエータ40および50がバルブ20および30を開口させるのに必要な比較的低い圧力までしかポンプが油圧液を吸引しないようにする信号をポンプ70に送る。この結果、ポンプ70が油圧液を実質的に高い圧力まで吸引していたら消費したであろうエンジン馬力が節約される。これは、ポンプ70がエンジンによって直接活性化される場合にも、車の電気系74から電気的に活性化される場合にも当てはまる。一方、圧縮解放エンジン制動が必要なときは、制御モジュール60はポンプ70をより激しく働かせ、排出バルブ30を開口して圧縮解放イベントを生じさせるのに必要なはるかに高い圧力まで油圧液を吸引する。このような条件下では、エンジンはできるだけ多くのパワーを散逸させることが望まれるため、ポンプ70が（エンジンから直接得るかまたは車の電気系74を介して）多くのエンジン馬力を消費することは問題ない。
上述のようにポンプ70によって生成される圧力を変えることに対する変形例として、制御モジュール60は、プレナム逃しバルブ100を開口させてプレナム90内の油圧液圧を解放するためのしきい圧力を制御し得る。エンジンのポジティブパワーモード動作中は、制御モジュール60は逃しバルブ100に、そのバルブのしきい圧力を比較的低くするような信号を送る。これにより、ポンプ70の背圧が不必要に高くなるのが防止され、従ってポンプが不必要に激しく働いて油圧液を高い圧力まで吸引するのが防止される。この結果、エンジン馬力の内燃は減少し、有用な車推進出力のためにより多くの馬力が利用可能になる。一方、圧縮解放エンジン制動が望まれるときは、制御モジュール60は、逃しバルブ100を開口させるしきい圧力を上昇させる。この結果、プレナム90内の油圧液圧が上昇し、これにより排出バルブ30が開口して圧縮解放イベントを生じさせることができる。ポンプ70はこのような条件の下では激しく働かなければならないが、この場合は最大パワー散逸が所望されているため、これは問題ではないし不利でもない。
前述のように油圧液圧を自動的に調整する別の方法の例としては、上述した方法でポンプ70と逃しバルブ100の両方を制御する方法がある。さらに別の方法としては、逃しバルブ100をエンジンのパワーモード動作中のみに作動させる方法がある。この実施態様では、制御モジュール60はエンジンの圧縮解放エンジン制動動作中は逃しバルブ100を閉鎖状態にロックする。（もしくは、制御モジュール60は圧縮解放エンジン制動中は逃しバルブ100より上流または下流に位置するオンオフソレノイドバルブを閉鎖してもよい。これにより、逃しバルブ100がプレナム90内の圧力を解放するのが防がれ、この結果、プレナムの圧力は圧縮解放イベントを生じさせるのに必要な高レベルまで上昇する。）
図１はまた、所望であれば提供され得る本発明の別の特徴も示している。様々なエンジン作動条件の下でエンジン吸入バルブ20および／または排出バルブ30が開口する量を制御することは有利であり得る。例えば、エンジンのポジティブパワーモード動作中は、バルブ20および30を低いエンジン速度ではなく高いエンジン速度で広く開口することは有利であり得る。（このタイプの変化を図４の変数ＣおよびＤで示す。）同様に、圧縮解放エンジン制動モード中は、エンジン速度などのパラメータに基づいて圧縮解放イベントを生じさせるためにバルブ30が開口する量を変動させることは望ましい。（このタイプの変化を図５の変数Ｑで示す。）
本発明によれば、エンジンシリンダバルブのストロークをこのように制御することが所望される場合は、バルブ20および／または30の開口量を感知するためにセンサ64が用いられ得る。例えば、各センサ64は、関連する油圧アクチュエータ40または50の行程量または関連するバルブメカニズム20または30の行程量を感知する検出器であり得る。各センサ64の出力信号は制御モジュール60に送られる。制御モジュール60はセンサ64からのデータを用いてトリガーバルブ110および／または120を制御し、これによりバルブ20および／または30はエンジンの現在の作動条件にとって適切な量だけ開口する。例えば、制御モジュール60が（センサ64を介して）バルブ20または30が現在所望の量だけ開口していることを検出すると、制御モジュール60は関連するトリガーバルブ110または120を急速におよび繰り返し閉鎖および開口して、トリガーバルブによって制御される油圧アクチュエータ40または50へのプレナム90からの油圧液の正味の流れをなくする。これにより、バルブ20または30がさらに開口することが防がれ、この結果、バルブを所望の開口量に保持する。従って、センサ64、制御モジュール60、およびトリガーバルブ110および／または120は、バルブ20および／または30の開口量を制御するフィードバックループを構成し、制御モジュール60は、制御モジュールへの他の入力62を介して検出される様々なエンジン作動条件に依存してこれらの量を変動させ得る。
言い換えれば、制御モジュール60は、制御モジュール60がその１つ以上の入力62を介して現在検出しているエンジン作動条件の下で各エンジンシリンダバルブ20および／または30が許容される開口量を決定する。例えば、制御モジュール60が適切なバルブストローク長さを決定する際の基礎とする入力62は、エンジン速度、および／またはエンジンがポジティブパワーモードであるか圧縮解放制動モードであるかどうかの表示であり得る。制御モジュール60は、制御モジュールのメモリに予め格納されたルックアップテーブルを用いることによって、または所定のアルゴリズムを実行することによってバルブストローク長さのこの決定を行い得る。エンジンシリンダバルブ20または30を開口しようとするときは、制御モジュール60は、関連するセンサ64がエンジンシリンダバルブが所望の量だけ開口していることを示すまで関連するトリガーバルブ110または120を開口させる。この後、制御モジュール60はトリガーバルブ110または120を制御して、エンジンシリンダバルブに関連するアクチュエータ40または50への油圧液の正味の流れをなくする。これによりエンジンシリンダバルブは所望の量だけ開口した状態に保持される。エンジンシリンダバルブを閉鎖するときは、制御モジュール60は関連するトリガーバルブ110または120を非活性化して、関連するアクチュエータ40または50を停止させる。先に詳述したように、制御モジュール60は、各エンジンシリンダバルブに関連したセンサ64を使用して、そのバルブがいつシートに接近するかを検出し、次に関連するバルブ110または120を急速に開口および閉鎖させてエンジンシリンダバルブの閉鎖を減速させる。エンジン作動条件が変わると、制御モジュール60は上述のように制御されたエンジンシリンダバルブのストロークを自動的に変える。
可変エンジンシリンダバルブストローク制御を促進するために使用し得る別のタイプのトリガーバルブ110または120としては、３位置トリガーバルブ（例えば、３位置スプールバルブ）がある。このようなバルブは、関連する油圧アクチュエータ40または50が油圧液排出口80に接続する「オフ」位置、関連する油圧アクチュエータ40または50が加圧油圧液源90に接続する「オン」位置、および関連する油圧アクチュエータ40または50が密封され、これにより油圧液源90から追加の加圧油圧液を受け取ることもこれを液だめ80に排出することもできない中間の「保持」位置を有する。関連するセンサ64によって関連するエンジンシリンダバルブが現在所望される量だけ開口していることが示されると直ちに、制御モジュール60はこのようなトリガーバルブを「保持」位置に置く。
図２および図３は、パワーモード（図２）および圧縮解放エンジン制動モード（図３）における４サイクルエンジンの従来の典型的なバルブ作動を示す。これらの図は、上述の本発明の装置により可能な様々なタイプのバルブ作動を示す図４〜図６との比較のために示される。
図２では、エンジンシリンダ圧縮ストロークの上死点はライン202で示され、次の排出ストロークの上死点はライン204で示される。エンジンピストンの動きは部分的に曲線212および214で示される。従来のカム駆動の排出バルブの開口は曲線222で示され、従来のカム駆動の吸入バルブの開口は曲線224で示される。
図３は図２に類似するが、従来の圧縮解放エンジン制動モード動作を示しているため、圧縮解放エンジンブレーキが各圧縮ストロークの上死点202の近くで生成する追加の排出バルブ開口を示すために、曲線220が追加されている。
一般に、図２および図３の曲線220、222、および224はすべて、固定のサイズ、形状、およびタイミングでなければならない。また、少なくとも曲線222および224はカムのメカニズムによって生成されるため、受容可能なバルブの加速および減速は制約される。従って、曲線222および224のそれぞれは、カムとカムフォロアとの間の急激な衝撃を避けるために漸次に開始されなければならない。同様に、曲線222および224のそれぞれは、カムフォロアがカムから分離するのを避けるためにバルブストロークの先端での方向の反転を漸次に行わなければならない。（各バルブが過度に急激にシートに戻るのを避けるために、各曲線220、222、および224が漸次にゼロバルブ移動に戻ることが常に望ましい。）
図４は、上述のような本発明による無カムバルブ動作を有するエンジンのポジティブパワーモード動作を示す。従って、図４は図２と比較される。図４は、本発明によりバルブ開口および閉鎖のサイズ、形状、およびタイミングが容易に変動し得ることを示す。例えば、曲線222aおよび222bは、排出バルブの（エンジンクランク角度の関数としての）多くの可能な開口および閉鎖軌道のうちの２つを示している。曲線224aおよび224bは、吸入バルブの（エンジンクランク角度の関数としての）多くの可能な開口および閉鎖軌道のうちの２つを示している。図４のＡおよびＢなどのパラメータは、図１に関連して上述したように、各バルブ開口のタイミングが変化し得ることを示す。ＣおよびＤなどのパラメータは、同様に図１に関連して上述したように、各バルブ開口の高さもまた変化し得ることを示す。さらに、これらの（および他の）変化のすべては互いに独立してなされ得る。
図５は、本発明による無カム４サイクル圧縮解放エンジン制動モード動作を示す。従って、図５は図３と比較される。点線222は、通常のパワーモードでの排出バルブの開口が、所望であれば、無カム圧縮解放エンジン制動中は完全に排除され得ることを示す。図５はまた、排出バルブの圧縮解放開口および閉鎖を多くの異なる方法で改変して、バルブの動きを様々なエンジンおよび／または車の作動条件に対して最適化し得ることを、曲線220aおよび220bによって示す。例えば、パラメータＰは、このバルブ開口のタイミングを改変し得る１つの代表的な点を示す。同様に、パラメータＱは、このバルブ開口の高さを改変し得る１つの点を示す。曲線220aおよび220bは、長くて比較的小さい「ガス抜き開口」を表す、図では右方向に延びる長い尻尾を有し得、これを本発明による圧縮解放エンジン制動中の排出バルブの最初の大きな開口に続けて設けると有利である。曲線220aおよび220bはまた、様々な異なるエンジンおよび／または車の作動条件に対して様々な点で最適化される様々な異なる傾斜および／または形状を有する。この場合も、圧縮解放エンジン制動のための排出バルブ開口および閉鎖軌道のこれらの様々な改変のすべてが、図１に関連して上述したように、本発明の装置によって容易に生成され得る。バルブ開口軌道の傾斜は、例えば、制御モジュール60が、関連するバルブアクチュエータ40または50への油圧液の流れを制御する関連するバルブ110または120を異なる頻度またはデューティサイクルで急激に開口および閉鎖させることによって生成され得る。デューティサイクルを大きくする（長いバルブ開口の間に短いバルブ開口を散在させる）ことにより、関連するエンジンシリンダバルブ開口の傾斜の傾度が大きくなる。デューティサイクルを小さくする（短いバルブ開口の間に長いバルブ開口を散在させる）ことにより、関連するエンジンシリンダバルブ開口の傾斜の傾度が小さくなる。本明細書で先に詳述したように、バルブ110または120の動作を同様に変調することが、バルブ閉鎖の傾斜を制御するために使用され得る。このような方法により、制御モジュール60は、図５の曲線220によって示されるような、かなり複雑かつ変動したエンジンシリンダバルブの開口および閉鎖を生成することが可能である。
図６は、本発明による無カム２サイクルエンジン制動を示す。例えば、本発明の装置は、エンジンを、図４に示すような無カム４サイクルパワーモード動作から、図６に示すような無カム２サイクル圧縮解放エンジン制動モード動作に変換し得る。図６に示すように、エンジンシリンダが上死点条件202または204に接近する度に、排出バルブ開口220が生成され、圧縮解放イベントを生じさせる。さらに、ピストンの各下降ストローク中に、吸入バルブ開口224が生成される。従って、図６では、すべての正常なパワーモード排出バルブ開口は完全に排除され、追加の吸入バルブ開口224-1が加えられる。
図４〜図６はまた、本発明の無カムバルブ開口は、図２および図３に示すカム駆動バルブ開口では必要な漸次の開始および漸次の方向反転を行うように制約されないことを示す。従って、図４〜図６に示すバルブ開口は、より急激におよびより正確な時間合わせで開始され得、また所望であれば肩部が明確な平坦なピークを有し得る。図４〜図６はまた、上述のように本発明の装置によって生成され得る各バルブのそのシートへの漸次の戻りを示す。
上記の記述は本発明の原理を例示するだけであって、本発明の範囲および精神から外れることなく様々な改変が当業者によって行われ得ることは理解され得る。例えば、多くの他のタイプの電動油圧トリガーバルブが、上記のポペットタイプのソレノイドバルブ110および120に代わり得る。

Claims

ポジティブパワーモードまたは圧縮解放エンジン制動モードで作動し得る内燃エンジン装置であって、該エンジンは、エンジンシリンダバルブと、該バルブのそれぞれに関連し、ポジティブパワーモードおよび圧縮解放エンジン制動モード中に該バルブの少なくともいくつかを選択的に開口させる油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに選択的に供給される加圧油圧液の供給源と、該供給源からの該油圧液の圧力を、該圧力がポジティブパワーモード中は比較的低くなり圧縮解放エンジン制動モード中は比較的高くなるように制御する油圧液圧制御装置とを含む、内燃エンジン装置。
前記制御装置は、前記エンジンがポジティブパワーモードであるか圧縮解放エンジン制動モードであるかを検出し、該エンジンがポジティブパワーモードであるか圧縮解放エンジン制動モードであるかに依存して前記供給源からの前記油圧液の圧力を制御するための出力を生成するようにプログラムされたコンピュータを含む、請求項１に記載の装置。
圧縮解放エンジン制動モード中に前記バルブの少なくともいくつかを開口するためには、ポジティブパワーモード中にバルブを開口するために必要とされるより大きな油圧液圧を必要とする、請求項１に記載の装置。
前記供給源は前記エンジンによって動力が与えられる、請求項１に記載の装置。
前記制御装置が前記供給源からの油圧液圧を比較的低くするときより、該制御装置が該供給源からの油圧液圧を比較的高くするときの方が、該供給源は前記エンジンから多くのパワーを必要とする、請求項４に記載の装置。
前記供給源は電気駆動の油圧ポンプを含む、請求項１に記載の装置。
前記内燃エンジンは該エンジンによって推進される車に配置され、該車は該エンジンによって動力が与えられる電気系を有し、前記電気駆動の油圧ポンプは該電気系から動力が与えられる、請求項６に記載の装置。
前記油圧アクチュエータのそれぞれに関連する電気制御の油圧バルブをさらに備え、該油圧バルブのそれぞれは、前記供給源と関連する油圧アクチュエータとの間に油圧により接続され、該供給源から該油圧アクチュエータへの油圧の流れを制御する、請求項１に記載の装置。
前記油圧バルブのそれぞれは、該油圧バルブが油圧液を前記供給源から前記関連する油圧アクチュエータへ流す位置にないとき、油圧液を該油圧アクチュエータから流出させる、請求項８に記載の装置。
内燃エンジンをポジティブパワーモードまたは圧縮解放エンジン制動モードで作動させる方法であって、該エンジンは、エンジンシリンダバルブと、該バルブのそれぞれに関連し、ポジティブパワーモードおよび圧縮解放エンジン制動モード中に該バルブの少なくともいくつかを選択的に開口させる油圧アクチュエータとを含み、
ポジティブパワーモード中に該油圧アクチュエータに比較的低い圧力の油圧液を選択的に供給するステップと、
圧縮解放エンジン制動モード中に該油圧アクチュエータに比較的高い圧力の油圧液を選択的に供給するステップと、を包含する方法。
前記油圧液は加圧油圧液の供給源から前記油圧アクチュエータに供給され、前記選択的に供給する２つのステップは、
ポジティブパワーモードが所望されるかまたは圧縮解放エンジン制動モードが所望されるかに依存して、該油圧液供給源の圧力を比較的低い圧力から比較的高い圧力へ変更するステップを包含する、請求項10に記載の方法。
複数のエンジンシリンダバルブを含む内燃エンジンと、
複数の油圧アクチュエータであって、それぞれが該エンジンシリンダバルブのそれぞれに関連し、加圧油圧液が該アクチュエータに供給されるとき該関連するエンジンシリンダバルブを開口させる複数の油圧アクチュエータと、
加圧油圧液の供給源と、
複数の電動トリガーバルブであって、それぞれが該アクチュエータのそれぞれに関連し、該トリガーバルブが該トリガーバルブに送られる制御信号によってそのように制御されるとき、該供給源からの加圧油圧液を該関連するアクチュエータに選択的に供給する複数の電動トリガーバルブと、
複数のセンサであって、それぞれが該エンジンシリンダバルブのそれぞれに関連し、該関連するエンジンシリンダバルブの開口量を示す出力信号を生成する複数のセンサと、
該トリガーバルブの制御装置であって、該センサの該出力信号に応答して該制御信号を該トリガーバルブに送り、これにより各アクチュエータが該関連するトリガーバルブからの油圧液の正味の還流を受け取り、この結果、該エンジンシリンダバルブに関連する該センサが該エンジンシリンダバルブが特定の量だけ開口したことを示しているのを該制御装置が検出するまで該関連するエンジンシリンダバルブを開口させる、制御装置と、を備えた内燃エンジン装置。
前記制御装置は、前記センサ出力信号に加えて、少なくとも1つのエンジン作動条件に応答し、また、該制御装置は、該エンジン作動条件に基づいて前記特定の量を自動的に変動させる、請求項12に記載の装置。
前記エンジン作動条件はエンジン速度である、請求項13に記載の装置。
前記エンジン作動条件は、前記エンジンの現在の作動モードである、ポジティブパワーモードおよび圧縮解放エンジン制動モードのいずれかである、請求項13に記載の装置。
前記制御装置は、前記センサの前記出力信号に応答して前記制御信号を生成するようにプログラムされたコンピュータを含む、請求項12に記載の装置。
前記制御装置は、前記センサの前記出力信号に応答し、また該センサの出力信号に加えて前記少なくとも1つのエンジン作動条件に応答して、前記制御信号を生成するようにプログラムされたコンピュータを含む、請求項13に記載の装置。
内燃エンジンのエンジンシリンダバルブのストロークの長さを制御する方法であって、該エンジンシリンダバルブは、該エンジンシリンダバルブを開口するために加圧油圧液が選択的に供給される油圧アクチュエータによって開口するようにされ、
前記エンジンシリンダバルブが開口すべき現在の最大量を決定するステップと、
該エンジンシリンダバルブが現在開口している現在量を感知するステップと、
該現在量を該現在の最大量と比較するステップと、
該現在量が該現在の最大量にほぼ等しいとき加圧油圧液の該アクチュエータへの正味の流れを止めるステップと、を包含する方法。
前記決定するステップは、
前記エンジンの少なくとも1つの可変作動条件をモニタするステップと、
前記現在の最大量を該作動条件の変動に基づいて改変するステップと、を包含する、請求項18に記載の方法。
エンジンシリンダバルブと、該バルブのそれぞれに関連し、該バルブの少なくともいくつかを選択的に開口させる油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに選択的に供給される加圧油圧液の供給源と、該供給源から該油圧アクチュエータのそれぞれへの該油圧液の正味の流れを制御して、該油圧アクチュエータが関連する該バルブを開口させる速度を変動させる油圧液制御装置とを含む、内燃エンジン装置。
前記油圧液制御装置は、前記供給源の油圧液の圧力を変動させる手段を含む、請求項20に記載の装置。
前記油圧液制御装置は、前記供給源と前記油圧アクチュエータのそれぞれとの間に接続される電動油圧液流量制御バルブであって、加圧油圧液を該供給源から該電動バルブに関連する油圧アクチュエータへ選択的に流す電動油圧液流量制御バルブを含む、請求項20に記載の装置。
前記油圧液制御装置は、前記電動バルブのそれぞれのデューティサイクルを変動させる手段をさらに含む、請求項22に記載の装置。
前記油圧液制御装置はエンジンの可変作動条件に応答し、該エンジンの該作動条件の変動に応答して、前記油圧液の前記供給源から前記油圧アクチュエータのそれぞれへの正味の流れを変動させる、請求項20に記載の装置。
前記エンジンの前記可変作動条件はエンジン速度を含む、請求項24に記載の装置。
エンジンシリンダバルブと、該バルブのそれぞれに関連し、該関連するバルブを選択的に開口および閉鎖させる油圧アクチュエータと、該バルブのそれぞれに関連し、該関連するバルブが開口する量の出力表示を生成するセンサと、該出力表示に応答し、該アクチュエータのそれぞれへのおよびそれぞれからの油圧液の正味の流れを制御して該関連するバルブの所定の開口および閉鎖軌道をエンジンクランク角度の関数として生成する油圧液流量制御装置とを含む、内燃エンジン装置。
該出力表示のそれぞれは、前記関連するバルブがそのバルブシートに接近していることを示すシート接近表示を含み、また前記油圧液流量制御装置は、該バルブに関連する前記油圧アクチュエータからの正味の油圧液流速を減らして該バルブがそのバルブシートに当たるときの衝撃を減らすことによって各バルブに対するシート接近表示に応答する、請求項26に記載の装置。