JP4067125B2 - 2サイクル圧縮解放制動を備えた4サイクルエンジン - Google Patents
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Description
本発明は内燃エンジンの可変タイミングバルブ作動装置に係わり、特に、クランクシャフトの各回転毎に圧縮解放による制動効果を得るために、吸気および排気装置のタイミングバルブを高速電磁バルブと流体圧連結することにより、吸気および排気バルブのタイミングまたは他の関連する特性を制御、調整、または修正するための装置に関する。
共通の譲受人に譲渡された係属中の1995年8月8日付けで出願された米国特許出願第08/512528号は、エンジンシリンダバルブと通常これらのバルブを制御する機械的入力部との間の流体圧作動リンケージにおける空運動が、通常の入力部に対するバルブ開動を修正するのに選択的に使用できることを示している。これらの修正はタイミングまたはバルブ開度とされることができ、エンジンの運転モードは正駆動から圧縮解放制動へ変化できる。しかしながらエンジンが4サイクルエンジンで正駆動モードであるならば、4サイクルの圧縮解放エンジン制動モードを有することになる。このことは各エンジンシリンダに関してエンジンクランクシャフトの2回転毎に1回の圧縮解放状態を生じることのみ可能となることを意味する。
シックラー氏の米国特許第4572114号は、圧縮解放エンジン制動時には4サイクルエンジンを2サイクル運転に変換する装置を示している。これはエンジンクランクシャフトの各回転毎に各エンジンシリンダに圧縮解放状態を生じることができるようにして、利用できる圧縮解放制動を4サイクル制動の場合に比べてほぼ倍増する。しかしながらシックラー氏の装置は比較的複雑であり、例えば各々のバルブ開動機構に対して2つの流体圧連結部(例えば図5の136,212、または図7の258,212)を使用している。
前述に鑑みて、本発明の目的は上述の同時出願された特許出願の作動原理を拡張して、4サイクルエンジンを2サイクル圧縮解放エンジン制動運転モードにて選択的に容易に運転できるようにすることである。
本発明の他の目的は、上述の同時出願された特許出願の作動原理を拡張して、2サイクル圧縮解放エンジン制動モードで4サイクルエンジンの選択的な運転を容易にさせることである。
発明の概要
本発明のこれらおよび他の目的は、内燃エンジンにおける吸気カムおよび吸気バルブの間、および排気カムおよび排気バルブの間の選択的な空運動との流体圧作動リンケージを使用することにより、本発明の原理にしたがって達成できる。大きな突出部すなわちローブがカムに備えられて、そのエンジンの4サイクル正駆動モードのバルブ開動、および2サイクル圧縮解放エンジン制動モード運転を得られるようにする。2サイクル運転が望まれる場合には、吸気および排気バルブの流体圧リンケージが選択的に相互に流体連結されて、一方の形式のカムのローブで他の形式のバルブ開動を生じることができる。これは個々のカム形状を多少ながら簡単化できるようにする。流体圧リンケージおよび可能とされるこれらのリンケージの相互連結は電子制御されるのが好ましい(例えば適当なプログラム可能なマイクロプロセッサによる)。この制御はエンジンの望まれる運転モードに応答するだけでなく、さまざまなエンジンまたは車輌の運転状態に応答して、タイミングおよび(または)さまざまなバルブ開動範囲が調整でき、これによりエンジンの実際の運転モードにおける実際の運転状態を最適化させる。
本発明の他の特徴、その特性およびさまざまな利点は添付図面および好ましい実施例の以下の詳細な説明から明白となろう。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明によって構成された内燃エンジンの図示実施例の代表的な部分の簡略化した概略線図である。
図2aは図1の装置における吸気カムのローブの簡略化した線図である。
図2bは図1の装置における排気カムのローブの簡略化した線図である。
図2cは2サイクル圧縮解放エンジン制動モードの運転時の、図1の装置におけるエンジンシリンダバルブ開動を説明する簡略化した線図である。
図2dは4サイクル正駆動モードの運転時の、図1の装置におけるエンジンシリンダバルブ開動を説明する簡略化した線図である。
図2eは図2cに示された運転を生じるように装置を制御するための、図1の装置における信号トレースを説明する簡略化した線図である。
図2fは図2dに示された運転を生じるように装置を制御するための、図1の装置における信号トレースを説明する簡略化した線図である。
図3は図1に似ているが本発明の代替実施例を示す図である。
図4a〜図4fは図2a〜図2fにそれぞれ似ているが図3に示されている代替実施例のための図である。
図5は図1に似ているが本発明の他の代替実施例を示す他の図である。
図6a〜図6fは図2a〜図2fにそれぞれ似ているが図5に示されている代替実施例のための図である。
図7は図1に似ているが本発明のさらに他の代替実施例を示すさらに他の図である。
図8a〜図8fは図2a〜図2fにそれぞれ似ているが図7に示されている代替実施例のための図である。
図9aは本発明の幾つかの作動原理を説明するのに使用されるエンジンカム形状を説明する線図である。
図9bは本発明による図9aのエンジンカム形状と同期した幾つかの代替流体圧バルブ制御信号を示す線図である。
図9cは図9aのエンジンカム形状および図9bの流体圧バルブ制御信号に応答した幾つかの代替エンジンのバルブ開動を示す線図である。
図10は図1に似ているが本発明のさらに他の代替実施例を示すさらに他の図である。
図11a〜図11fは図2a〜図2fにそれぞれ似ているが図10に示されている代替実施例のための図である。
図12は図1に似ているが本発明のさらに他の代替実施例を示すさらに他の図である。
図13a〜図13fはそれぞれ図12に似ているが図10に示されている代替実施例のための図である。
好ましい実施例の詳細な説明
図1に示されるように、本発明にしたがって構成された図示されている内燃エンジン10はエンジンシリンダヘッド20を有し、このエンジンシリンダヘッド20は垂直方向に往復作動できるように取り付けられた吸気バルブ30および排気バルブ60を備えている。吸気バルブ30は、初期荷重を与えられた圧縮コイルばね32により図示された閉位置へ向かって上方へ弾性的に押圧されている。排気バルブ60も同様に初期荷重を与えられた圧縮コイルばね62によって図示されている閉位置へ向かって上方へ弾性的に押圧されている。吸気バルブ30は従動ピストン58の下方へ向かう動きによって押し下げられて開くことができる。排気バルブ60は従動ピストン88の下方へ向かう動きによって押し下げられて開くことができる。吸気バルブ30は組み合わされた回転エンジンカム40を有し、排気バルブ60は同様に組み合わされた回転エンジンカム70を有する。回転エンジンカム40,70はエンジンのクランクシャフトと同期して回転する。回転エンジンカム40,70は以下に詳細に説明するように吸気バルブ30および排気バルブ60を開くためのローブ42,70を有する。
回転エンジンカム40,70の各々は組み合わされたバルブ吸気バルブ30および排気バルブ60に流体圧回路によって作動連結されている。ポンプ90は加圧された圧力流体をサンプ92からこの回路へ供給する。圧力流体はエンジン潤滑油、エンジン燃料、または他の適当な流体とされ得る。ポンプ90の出口圧は比較的低い(例えば3.51〜7.03kg/cm2)。この圧力はチェックバルブ94,96,98を経て流体圧回路に流体を充填するのに十分な圧力であり、またマスターピストン50,80および従動ピストン58,88を回転エンジンカム40,70およびバルブ30,60の頂点に接触させるのに十分な圧力である。しかしながら、ポンプ90の出力圧力は、従動ピストン58,88がバルブ30,60を開くほどには十分高い圧力でない。
吸気カムローブ42がマスターピストン50を通過するとき、そのカムローブはそのマスターピストンを押し込む。これが生じたとき、電気的に制御された作動流体バルブ52は開かれるならば、マスターピストン50で排出される作動流体は流体圧副回路54から作動流体バルブ52を経て流出し、作動流体アキュムレータ22内に溜められる。従動ピストン58,88の戻りストロークと同時には行われないマスターピストン50,80の戻りストローク時に流体圧回路の残された部分に作動流体を直ちに再充填するために、ポンプ90の出口圧力にほぼ等しい或る量の作動流体を作動流体アキュムレータ22は保持する。作動流体アキュムレータ22が過剰量の作動流体を受け入れるならば、そのプランジャーはサンプ92へ戻すために作動流体ドレン24を瞬間的に開くのに十分な距離を移動する。
直ぐ上にて説明したように開かれる代わりに、カムローブ42がマスターピストン50を通過するときに作動流体バルブ52が閉じているならば、作動流体は副回路54に取り込まれる。したがってこの副回路内の圧力はかなり上昇し、マスターピストン50によって排出される作動流体は相応に従動ピストン58の流体圧作動による変位を引き起こす。こうして生じた下方へ向かう従動ピストンの動きが吸気バルブ30を開く。上述したローブ42がマスターピストン50を過ぎたならば、部材50,58,30はそれぞれの元の位置へ戻る。
排気カム70のローブ72はバルブ82(バルブ52に似ている)と協働して、部材40,50,52,54,58,30に関して上述したのと同様に排気バルブ60の開動を選択的に形成する。排気カムローブ72がマスターピストン80を通過するとき、バルブ82が開くならば、このマスターピストンによって排出された作動流体は流体圧副回路84からバルブ82を経て作動流体アキュムレータ22へ流出する。これは従動ピストン88が排気バルブ60を開くのを防止する。しかし排気カムローブ72がマスターピストン80を通過するときにバルブ82が閉じられているならば、複数の回路44に取り込まれた作動流体の圧力はかなり上昇する。これは従動ピストン88を下方へ移動させ、バルブ60を開く。上述のローブ72がマスターピストン80を過ぎると、部材80,88,60はそれぞれの元の位置へ戻る。
バルブ作動流体バルブ52,82(およびエンジンに組み合わされた他の同様なバルブ)の開閉は電子制御回路100で制御される。適当なプログラム可能なマイクロプロセッサを含むであろう電子制御回路100はエンジンおよび(または)車輌のセンサーから入力信号を受け取る。この入力信号は、電子制御回路100がエンジンとの基本的な同期を維持するようにさせる。それらの入力信号はまた車輌運転者がエンジンの運転モード(例えば正駆動モードまたは圧縮解放エンジン制動モード)を選択できるようにする。これらの入力信号は、例えばエンジンおよび(または)車輌の速度のような各種可変のエンジンおよび(または)車輌の運転パラメータに関する情報を与える。電子制御回路100は所望のエンジン運転モードに要求されるようにバルブ30,60を開閉させるのに適当なバルブ52,82の開閉の選択によって、その入力信号に応答する。電子制御回路100はまた、現在のエンジンおよび(または)車輌の運転状態に関するエンジン性能を最適化するために、バルブ30,60の開閉が修正される(例えばタイミング、持続時間および高さ距離)ように作動流体バルブ52,82の開閉のタイミングおよび持続時間を調整することで、これらの入力信号にも応答する。前述の原理の例は図2a〜図2fに関連して以下に説明される。
図2aはエンジンクランク角度に対してプロットされた吸気カム40の形状を示している。(図2aに示されたのと同じクランク角度が図2の群の全てに適用される。4サイクル正駆動モードにおける組み合わされたエンジンシリンダの圧縮ストロークにおける上死点は、0°、またこの次は720°である。)図2bは排気カム70の形状を示している。
図2cは2サイクル圧縮解放エンジン制動モードの間に生じるバルブ30,60の開動を示している。(図2cでは、また他の同様の図では、バルブ30の各々の開動は符号30で識別されており、バルブ60の各々の開動は符号60で識別されている。付加記号「a」や「b」は図2cおよび同様図で使用されており、バルブの開動は組み合うカム40/70の「a」や「b」のローブによって示されるようにしている。)図2cは組み合わされたエンジンシリンダに空気を入れるために、組み合わされたエンジンピストンの降下ストローク毎に吸気バルブ30が開動することを示している。図2cは排気バルブ60が組み合わされたエンジンピストンの上昇ストローク毎にその終端付近で開動し、圧縮空気をエンジンの排気マニホルドへ解放するようになすことを示している。圧縮空気の解放状態はそれ故にエンジンクランクシャフトの各360°毎に生じ、これにより2サイクル圧縮解放エンジン制動が行われる。したがって圧縮解放状態が4サイクルエンジン制動の場合より2倍の頻度で行われるので、4サイクル圧縮解放エンジン制動に比べてほぼ2倍のエンジンおよび車輌の減速馬力が利用できる。
図2dはエンジンの4サイクル正駆動モード運転時に生じるバルブ30,60の開動を示している。
図2eはエンジンの圧縮解放エンジン制動モード運転時のバルブ52(下側の信号トレースt52),82(上側の信号トレースt82)を制御するために電子制御回路100によって発生された信号トレースを示している。これら(および他の同様な信号トレース)において、バルブ52またはバルブ82は組み合わされた信号トレースが低いときに閉じられ、信号トレースが高いときにバルブは開かれる。図2eにおいて、バルブ52を制御する信号は常に低である。バルブ52はそれ故に圧縮解放エンジン制動時は常に閉じており、吸気バルブ30は吸気カムローブ42a,42bの両方に応答して開く。一方、信号82を制御する信号は排気カムローブ72aの初期部分の間は高く、そのカムローブ(付加的な突起(prominence)72a’を含む)の後端部分の間および他の全ての時間において低い。バルブ82はそれ故にカムローブ72aの初期部分で開くが、付加的な突起72a’およびローブ72bの間は閉じる。排気バルブ60はしたがってローブ72aの初期部分においては閉じた状態に保持されるが、付加的な突起72a’に応答して開かれる(図2cの60aにおけるように)。排気バルブ60はまたローブ72bに応答して開動する(図2cの60bにおけるように)。
図2fはエンジンの正駆動モード運転時にバルブ52(下側の信号トレースt52),82(上側の信号トレースt82)を制御するために電子制御回路100によって発生される信号トレースを示している。バルブ52を制御する信号はカムローブ42aの間は高いが、吸気カムローブ42bの間は低い。バルブ52はそれ故にローブ42aの間は開かれるが、ローブ42bの間は閉じられる。これは吸気バルブ30がローブ42bの間は閉じた状態を保持することでそのローブを完全に無視できるようにさせる。しかしながらバルブ30はローブ42bに応答して開かれる(図2dの30bにおけるのと同じように)。図2fのバルブ82を制御する信号は排気カムローブ72bおよび排気カムローブ72aの後部の間は高い。他の時間はこの信号は低い。バルブ82はそれ故にローブ72bおよびローブ72aの後部の間は開かれるが、ローブ72aの初期部分の間は閉じられる。このことは、排気バルブ60がローブ72bの間は閉じた状態を保持できるようにさせ、これによりそのローブを完全に無視する。排気バルブ60はローブ72bの初期部分に応答して開動するが(図2dの60aにおけるのと同じように)、そのローブの後端突起72a’を無視し、その代わりにほぼクランク角度360°付近で閉動する。
図2に関連して上述したようにバルブ52,82を開閉させることに加えて、エンジンシリンダバルブ30,60が応答するカムローブを選択するために、電子制御回路100はバルブ52,82の作動タイミングを一層精密に修正して、バルブ30,60の開閉に一層精密な変化を生じるようにすることができる。例えば、図2cの60aまたは60bのような圧縮解放状態の開始は、カム特性の開始に対してバルブ82の閉動を多少遅延させることで、組み合うカム特性の開始に対して遅延させることができる。同様にバルブ30,60は、エンジンバルブの開動を引き起こすカム特性の終端前に組み合うバルブ52または82を開動させることで早期に閉じるようにすることができる。例えばカム特性のピークの少し前またはピークに達するときの組み合うバルブ52または82の開動により、バルブ30,60が開く距離もまた選択的に減少させることができる。エンジンバルブ作動におけるこの種の変化を行わせることは、各種のエンジンおよび(または)車輌の運転状態(例えばエンジンおよび(または)車輌速度の変化)に対して最適化するために望ましい。例えば、このような変化は各種のエンジン速度に関して発生されるエンジン制動の度合いを最適化し、あるいは正駆動モードにあっては各種エンジン速度に対して燃料消費および(または)エンジンによる排気物質の放出を最適化する。電子制御回路100は、受け取った入力信号102の現在値に対して最適となる正確なエンジンバルブタイミングを決定するために、各種のアルゴリズムやルックアップテーブルの作動を行うようにプログラムされることができる。電子制御回路100はそれらのエンジンバルブタイミングを発生させるのに必要なバルブ52,82に付与する信号を発生する。
これまで説明したエンジンカム特性に関するエンジンバルブの各種の一層精密な修正は、参照することで本明細書に組み入れられる上述した特許出願第08/512528号にさらに記載され図示されている。
前述から、本発明は内燃エンジンを4サイクル正駆動モード、または2サイクル圧縮解放エンジン制動モードのいずれかで運転させると共に、カム特性に対してバルブタイミングの一層精密な修正を行うための簡単且つ効率的な方法を提供することが分かるであろう。
図3は本発明の代替実施例を示しており、これにおいて吸気カムローブの一部が圧縮解放エンジン制動時に圧縮解放排気バルブを開動させるために使用される。図3に示される装置10aは図1の装置と多くの類似点を有しており、両図面において同じ符号が本質的に同じ部材に対して使用されている。電子制御される作動流体バルブ52,82に加えて、図3の装置は他の電子制御される作動流体ダイバーターすなわちバルブ110を有しており、このバルブはポートAおよびポートB、またはポートAおよびポートCを作動流体連結するように切り換えることができる。ポートCは導管112を経て作動流体副回路84に連結されている。バルブ52,82と同様に、バルブ110は電子制御回路100によって制御される。図3に示した装置の作動は図4a〜図4f(図2a〜図2fにそれぞれ似ている)を参照して以下に説明される。
図4aは図3の吸気カム40の形状を示している。通常のエンジンの場合に多いように、吸気カムローブ42bは排気ストロークの上死点の少し前(すなわちクランク角度360°より少し前)で始まることが注目される。図4bは図3の排気カム70の形状を示している。図4の排気カムローブ72aは図2bに示したような付加的な後端突起72a’を必要としない。
図4cはエンジン10aの2サイクル圧縮解放エンジン制動運転時の吸気および排気バルブ30,60の開動を示している。このパターンは、排気バルブの開動60x(図2cの排気バルブの開動60aに代わる)が図4eに関連して以下に十分に説明されるように吸気カムローブ42bの初期部分によって形成されることを除いて、図2cに示したパターンと非常に似ている。図4dはエンジン10aの4サイクル正駆動モード運転時の吸気および排気バルブ30,60の開動を示している。
図4eはエンジン10aの2サイクル圧縮解放エンジン制動モード運転時にバルブ52(下側信号トレースt52)、バルブ82(中間信号トレースt82)およびバルブ110(上側信号トレースt110)を制御するための電子制御回路100が発生する信号トレースを示している。図2eに似ているように図4eの各々低い信号トレースは組み合うバルブ52または82が閉じているときに低く、また組み合うバルブが開いているときに高い。図4eの上側信号トレースはバルブ110がそのポートAおよびポートBを作動流体連結するときに低く、バルブ110がポートAおよびポートCを作動流体連結ときに高い。下側信号トレースは図4eでは常に低い。中間信号トレースは排気カムローブ72aの初期部分の間を除いて低い。上側信号トレースは吸気カムローブ42bの初期部分を除いて、常にバルブ110がそのポートAおよびポートBを連結するようにさせる。
図4fはエンジン10aの4サイクル正駆動モード運転時に制御回路100によって発生される信号トレースを示している。再び述べるが、図4fの下側信号t52はバルブ52を制御し、中間信号t82はバルブ82を制御し、上側信号t110はバルブ110を制御する。下側信号トレースは吸気カムローブ42aの間は高く、吸気バルブ30に吸気カムローブ42aを完全に無視させる。しかしながらこの信号はローブ42bの間は低く、吸気バルブ30は図4dにおいて30bで示されるようにそのローブに応答して開動する。図4fの中間信号トレースは排気カムローブ72bの間を除いて低い。これは排気バルブ60を排気カムローブ72aに応答して開動(図4dにおいて60aで示されるように)させるが、ローブ72bの間は閉じた状態を保持する。図4fの上側信号トレースはバルブ110がそのポートAおよびポートBを常に連結するように常に低い。
図4eに示される信号の結果として、吸気バルブ30は吸気カムローブ42aに応答して、また(図4cにおいて30bで示されるように)吸気カムローブ42bの少なくとも後部に応答して開動する。同様に図4dに示される信号の結果として、排気バルブ60は排気カムローブ72bに応答して開動する(図4cにおいて60bで示されるように)。排気バルブ60は排気カムローブ72aの間は開動しない。何故なら、バルブ82はマスターピストン80の前進ストロークの間にそのカムローブに応答して開動するからである。しかしながら、ローブ72aの終端へ向かってバルブ82が閉動し、バルブ110はそのポートAおよびポートcを連結する位置へ切り換えられる。これは高圧作動流体が吸気カムローブ42bの開始時にマスターピストン50によって従動ピストン88へ向かって流れるように促進され、これにより図4cに60xで示されるように排気バルブ60を開動させる。適当な排気バルブの開動60xが引き起こされるや否や、バルブ110はそのポートAとポートBとを連結させる位置に戻るように切り換えられる。これは排気バルブ60を閉動させ、またマスターピストン50の前進ストロークにおける残りの部分は図4cに30bで示されるようにバルブ30の開動を引き起こすようにする。
前述から、図3の装置はエンジンを4サイクル正駆動モードまたは2サイクル圧縮解放エンジン制動モードのいずれかで交互に運転する方法を提供することが明白となろう。さらに、カム特性に応答して上述するいずれかのより一層精密なエンジンバルブの修正も図3に示される装置で実施できる。
図5は本発明の他の代替実施例を示しており、これにおいては過剰な吸気バルブの開動を生じるように排気カムローブの一部が圧縮解放エンジン制動時に使用される。再び述べるが、図5に示される装置10bは、図1の装置と多くの類似点を有しており、両図面において同じ符号が同じ部材に対して使用されている。装置10bは付加的な電子制御された作動流体ダイバータすなわちバルブ120を有し、このバルブはポートAおよびポートB、またはポートAおよびポートCのいずれかを作動流体連結するように切り換えることができる。ポートCは、導管122を経て作動流体副回路54に連結される。バルブ120は電子制御回路100によって制御される。装置10bの作動は、図2a〜図2f、または図4a〜図4fにそれぞれ似ている図6a〜図6fを参照して以下に説明される。
図5および図6aは吸気カム40が唯一のローブ42だけを有すことを示している。図5および図6bは排気カム70が2つのローブ72a,72bを有することを示している。
図6cは、2サイクル圧縮解放エンジン制動時に、排気バルブ60が排気カムローブ72bに応答して60bで開動することを示している。排気バルブ60はまたローブ72aの付加的な後部突起72aに応答して60aで開動する。吸気バルブ30は排気カムローブ72aの初期部分に応答して30xで、また吸気カムローブ42に応答して30bで開動する。
図6dは、4サイクル正駆動モードの間に、排気バルブ60が排気カムローブ72aの初期部分に応答して60aで開動する。吸気バルブ30は吸気カムローブ42に応答して30bにおいて開動する。
図6eおよび図6fにおいて、上側信号トレースt120はバルブ120を制御する。このトレースはバルブポートAをバルブポートBに連結するために低い。このトレースはバルブポートAをバルブポートCに連結するために高い(図6fにおいてこのトレースは常に低い)。図6eの下側トレースt52はバルブ52を制御する(開くためには高く、閉じるためには低い)。このトレースは図6eおよび図6fの両方において常に低いが、バルブ52は他の実施例に関連して上述で説明したように、吸気バルブの応答をより一層精密に調整するために一時的に開動されることができる。図6eおよび図6fの中間トレースt82はバルブ82を制御する(開くためには高く、閉じるためには低い)。図6eの上側トレースt120で示されるように、バルブ120fは排気カムローブ72aの初期部分の間にポートAをポートCに連結するように切り換えられる。これにより、マスターピストン80の前進ストロークの初期部分はそのローブに応答して、図6cの30xで示されるように吸気バルブ30を開動させる。適当な開動30xが得られた後、バルブ82fは開動して、ローブ72aの中央部分を押圧して、バルブ30を再度閉動させる。バルブ120はその後ポートAおよびポートBを連結する状態に戻される。バルブ82は付加的な突起72a’が始まろうとするときに再閉動するようになされる。バルブ120はその後ポートAをポートBに連結する状態に戻される。バルブ82は付加的な突起72a’が始まろうとするときに再閉動される。したがって付加的な突起72a’は排気バルブ60を図6cに60aで示されるように開動される。
図6fにおいて中間信号トレースt82は、排気カムローブ60bおよびローブ72aの付加的な突起72a’の間にバルブ82が開かれることを示している。これはエンジン10bの正駆動モード運転時に排気カム特性を排気バルブ60が無視するようにさせる。
再び述べるが、他の実施例に関連して上述で説明した一層精密なタイミング修正は図5に示される実施例においても使用できる。
図6eおよび図6fはエンジン10bの両方のモードでの運転時に常に閉じた状態を保持するバルブ52を示す。それ故にバルブ52およびそのバルブを通過する作動流体回路は望まれるならばエンジン10bから省略できる。一方、処理工程の段落において注目した一層精密なタイミング修正を確かなものにする目的のためには、バルブ52を残すことが望まれる。
さらに他の実施例が図7に示されている。既に説明した実施例の部材に似た部材はそれと同じ符号で識別されている。
図8a〜図8fは図7に示された実施例に関し、これらの図はそれぞれ図2a〜図2f、図4a〜図4fまたは図6a〜図6fに似ている。図8aは吸気カム40の形状を示している。図8bは排気カム70の形状を示している。
図8cに示される2サイクル圧縮解放エンジン制動モード運転においては、排気バルブの開動60bは排気カムローブ72bで引き起こされ、一方排気バルブの開動60xは吸気カムローブ42の初期部分によって引き起こされる。図8cにおいて、吸気バルブの開動30xは排気カムローブ72aの初期部分によって行われる一方、吸気バルブの開動30xは吸気バルブカムローブローブ42の後部によって引き起こされる。
図8dに示される4サイクル正駆動モード運転において、排気バルブの開動60aは排気カムローブ72aによって引き起こされる一方、吸気バルブの開動は吸気バルブ30bは吸気カムローブ42で引き起こされる。
図8eに示された信号トレースは2サイクルエンジン制動に関する一方、図8fは4サイクル正駆動モード運転に関する信号トレースを示している。図8eおよび図8fにおいて上側トレースt120はバルブ120を制御するためのもので、第2トレースt110はバルブ110を制御するためのものである。いずれの場合もトレースはバルブポートAとポートCを連結するために低い。第3および第4トレースはそれぞれバルブ82および52を制御するためのものである。いずれの場合も、トレースは関連するバルブを閉じるために低く、関連するバルブを開動させるために高い。
2サイクル圧縮解放エンジン制動モード(図2c)において排気カムローブ72bが排気バルブの開動を引き起こすために、ローブ72bの間はバルブ82が閉じられ、バルブ120はA−B位置にある。排気カムローブ72aの初期部分に関して吸気バルブの開動30xを生じるために、ローブ72aのこの部分の間はバルブ82が閉じられ、バルブ120はA−C位置にある。これは加圧された作動流体をマスターピストン80からバルブ120(ポートA−C)および導管122を通して従動ピストン58へ流し、これにより吸気バルブ30を開動させる。吸気バルブの適当な開動30xが行われると、直ちにバルブ82は開動され、更なる作動流体圧力をマスターピストン80からアキュムレータ22へ放出する。バルブ120はその後A−B位置に復帰される。バルブ82は排気カムローブ72aの後のいずれかの時点で再閉止される。吸気カムローブ42の初期部分に関して排気バルブの開動60xが生じるように、ローブ42のこの部分の間においてはバルブ52が閉じられ、バルブ110はA−C位置にある。これは加圧された作動流体をマスターピストン50からバルブ110(ポートA−C)および導管112を通して従動ピストン88へ流し、これにより図8cにおける60xで示されるように排気バルブ60を開動させる。排気バルブの適当な開動が行われると、直ちにバルブ52は開動され、幾分かの作動流体圧力をアキュムレータ22へ一時的に放出する。これは排気バルブ60を再閉止させる。バルブ110はその後A−B位置に復帰され、バルブ52は吸気カムローブ42の残る部分が吸気バルブ30を図8cにおける30bで示されるように開く。
図8fにおいて、バルブ110,120は常にA−B位置を保持する。同様に、バルブ52は常に閉じた状態を保持する。排気バルブ60がローブに応答して開かないようにバルブ82が開かれるような排気カムローブ72bの間を除いて、バルブ82は常に閉じられる。
さらに他の実施例が図10に示されている。これまで説明した実施例の部材に似た部材は同じ符号で再び識別されている。
図11a〜図11bは図10に示された実施例に関係し、それぞれ図2a〜図2f、図4a〜図4f、図6a〜図6f、または図8a〜図8fに似ている。図11aは吸気カム40の形状を示している。図11bは排気カム70の形状を示している。
図11cに示される2サイクル圧縮解放エンジン制動モード運転において、排気バルブの開動60bは吸気カムローブ42bによって引き起こされる一方、排気バルブの開動60xは吸気カムローブ42の初期部分によって引き起こされる。図11cにおいても、吸気バルブの開動吸気バルブ30xは排気カムローブ72aの初期部分によって引き起こされる一方、吸気バルブの開動30bは吸気カムローブ42の後部によって引き起こされる。
図11dに示される4サイクル正駆動モード運転においては、排気バルブの開動60aは排気カムローブ72aによって引き起こされる一方、吸気バルブの開動30bは吸気カムローブ42で引き起こされる。
図11eに示される信号トレースは2サイクルエンジン制動に関するもので、図11fは4サイクル正駆動モード運転に関するそれらの信号トレースを示す。図11eおよび図11fにおいて、上側トレースt120はバルブ120の制御のためのもので、第2トレースt110はバルブ110の制御のためのものである。いずれの場合もバルブポートAおよびポートBの連結に関してトレースは低く、バルブポートAおよびポートCの連結に関してトレースは高い。第3および第4トレースはそれぞれバルブ82,52を制御するためのものである。いずれの場合も関連するバルブを閉じるためにトレースは低く、関連するバルブを開くためには高い。
吸気カムローブ42bに関し、2サイクル圧縮解放エンジン制動モード(図11c)において排気バルブの開動60bを引き起こすために、ローブ42bの間はバルブ52が閉じられ、バルブ110はA−C位置とされる。排気カムローブ72aの初期部分に関して吸気バルブの開動30xを生じさせるために、ローブ72aのこの部分の間はバルブ82が閉じられ、バルブ120はA−C位置とされる。これは加圧された作動流体をマスターピストン80からバルブ120(ポートA−C)および導管122を通して従動ピストン58へ流し、これにより吸気バルブ30を開動させる。吸気バルブの適当な開動30xが行われると、直ちにバルブ82は開動され、更なる作動流体圧力をマスターピストン80からアキュムレータ22へ放出する。バルブ120はその後A−B位置に復帰される。バルブ120はその後A−B位置に復帰される。バルブ82は排気カムローブ72aの後のいずれかの時点で再閉止できる。吸気カムローブ42の初期部分に関して排気バルブの開動60xが生じるように、ローブ42のこの部分の間においてはバルブ52が閉じられ、バルブ110はA−C位置とされる。これは加圧された作動流体をマスターピストン50からバルブ110(ポートA−C)および導管112を通して従動ピストン88へ流し、これにより図11cにおける60xで示されるように排気バルブ60を開動させる。排気バルブの適当な開動が行われると、直ちにバルブ52は開動され、幾分かの作動流体圧力をアキュムレータ22へ一時的に放出する。これは排気バルブ60を再閉止させる。バルブ110はその後A−B位置に復帰され、バルブ52は吸気カムローブ42aの残る部分が吸気バルブ30を図11cにおける30bで示されるように開く。
図11fにおいてバルブ110,120は常にA−B位置に残る。同様にバルブ82は常に閉じた状態に残される。吸気バルブ60がローブに応答して開かれないようにバルブ52が開かれるような吸気カムローブ42aの間を除いて、バルブ52は閉じられる。
図10に示されるバルブ52,82,110,120の制御は制御回路100で実行され、制御回路100は本発明の他の実施例で説明されたのと同様な回路とされることができる。
さらに他の実施例が図12に示されている。既に説明した実施例の部材に似た部材は同じ符号で再び識別されている。
図13a〜図13fは図12に示された実施例に関し、それぞれ図2a〜図2f、図4a〜図4f、図6a〜図6f、図8a〜図8f、および図11a〜図11fに似ている。図13aはローブ42を有する吸気カム40の形状を示している。図13bはローブ72aを有する排気カム70の形状を示している。それぞれ図13aおよび図13bに重ねて、離れている吸気カム形状242および排気カム形状272が点線で描かれている。この形状242,272は同じエンジン10cの他のシリンダに組み合わされたカムで形成されることができる。
図13cに示される2サイクル圧縮解放エンジン制動モード運転において、排気バルブの開動60bは離れた吸気または排気カムローブ242b,272によって引き起こされる一方、排気バルブの開動60xは吸気カムローブ42の初期部分によって引き起こされる。図13cにおいても、吸気バルブの開動30は排気カムローブ72aの初期部分によって引き起こされる一方、吸気バルブの開動30xは吸気カムローブ42の後部によって引き起こされる。
図13cの開動60xを参照すれば、開動60xは適当時間に排気バルブを開くために必要なエネルギーを与えることのできるいずれかのエネルギー源で交互に開動できることは注目すべきである。例えば、図12を参照すれば開動60bはエンジン10cに組み合わされた共通のレール装置に蓄えられた流体圧作用力によって引き起こされ得る。開動60bに関して排気バルブを開くためのこの流体圧作用力は、作動流体供給源150からバルブ140を通して、作動流体導管112へ与えられ得る。前述の説明では作動流体供給源150を開動60bのために排気バルブ60を開くのに必要なエネルギーを与えるものと認識したが、本発明の意図する範囲を逸脱せずに他のエネルギー源を使用することができる。
図13dに示される4サイクル正駆動モード運転においては、排気バルブの開動60xは排気カムローブ72aによって引き起こされる一方、吸気バルブの開動30bは吸気カムローブ42で引き起こされる。
図13cに示される信号トレースは2サイクルエンジン制動に関する一方、図13fは4サイクル正駆動モード運転に関するそれらの信号トレースを示す。図13eおよび図13fにおいて、上側トレースt140はバルブ140の制御のためのもので、トレースt120はバルブ120の制御のためのもので、トレースt110はバルブ110の制御のためのものである。いずれの場合もバルブポートAおよびポートBの連結に関してトレースは低く、バルブポートAおよびポートCの連結に関してトレースは高い。第4および第5トレースはそれぞれバルブ82,52を制御するためのものである。いずれの場合も関連するバルブを閉じるためにトレースは低く、関連するバルブを開くためには高い。
遠隔カムローブ272に関して排気バルブの開動60bを2サイクル圧縮解放エンジン制動モード(図13c)で行うために、バルブ82,52,110は閉じられ、バルブ140は開かれ、バルブ120はA−C位置とされる。排気カムローブ72aの初期部分に関して吸気バルブの開動30xを生じるために、ローブ72のこの部分の間はバルブ82が閉じられ、バルブ120はA−C位置とされる。これは加圧された作動流体をマスターピストン80からバルブ120(ポートA−C)および導管122を通して従動ピストン58へ流し、これにより吸気バルブ30を開動させる。吸気バルブの適当な開動30xが行われると、直ちにバルブ82は開動され、更なる作動流体圧力をマスターピストン80からアキュムレータ22へ放出する。バルブ120はその後A−B位置に復帰される。バルブ82は排気カムローブ72aの後のいずれかの時点で再閉止される。吸気カムローブ42の初期部分に関して排気バルブの開動60xが生じるように、ローブ42のこの部分の間においてはバルブ52が閉じられ、バルブ110はA−C位置にある。これは加圧された作動流体をマスターピストン50からバルブ110(ポートA−C)および導管112を通して従動ピストン88へ流し、これにより図13cにおける60xで示されるように排気バルブ60を開動させる。排気バルブの適当な開動が行われると、直ちにバルブ52は開動され、幾分かの作動流体をアキュムレータ22へ一時的に放出する。これは排気バルブ60を再閉止させる。バルブ110はその後A−B位置に復帰され、バルブ52は再閉止され、吸気カムローブ42の残る部分が吸気バルブ30を図8cにおける30bで示されるように開く。
前述の説明では、作動流体バルブ52,82などのバルブの制御がエンジンバルブタイミング、エンジンバルブ開度などにおいて一層精密な変化を生み出すのに使用できることを何度か注目した。多少関連する装置においてこの原理を示し説明している前述の特許出願第08/512528号は参照することで本明細書に組み入れられた。本明細書の図9a〜図9cはまたこの原理の幾つかの例を与えている。説明のためのエンジンカム形状が図9aに示されている。52,82に似たトリガーバルブを制御するための各種の可能とされる信号が図9bに示されており、これは図9aと同期している。これらの信号はa,b,c,dとしてそれぞれ識別されている。図9aのカム形状、および図9bの制御信号によって制御される組み合わされたトリガーバルブに応答して、30,60のようなエンジンバルブのさまざまな開動が図9cに示されている。例えば、エンジンバルブは、組み合わされたトリガーバルブが図9bの信号「a」で制御されるとき、図9cに「a」で示されるように開動する。信号「a」はエンジンカムの全体を通じてトリガーバルブを閉状態に保持し、これによりエンジンバルブを全エンジンカム形状に追従させる。図9cに「b」で示されるように、エンジンバルブは僅かな量を開かれ、またエンジンカム形状が図9bに信号「b」で示されるようにピークに達する前に組み合わされたトリガーバルブが開かれるよりも早期に閉じる。図9cに「c」で示されるように、この傾向は組み合わされたトリガーバルブが図9bに信号「c」で示されるように早期に開かれるときに一層強調される。図9cに「d」で示されるように、カム形状が始まった後まで(図9に信号「d」で見られる)、組み合わされたトリガーバルブを開いたままにすることで、エンジンバルブの開動はエンジンカム形状の始まりに対して遅延させることができる。この形式のエンジンバルブの開動修正のさらに他の例は、前述した特許出願第08/512528号に照明され説明されており、それは参照することで本明細書に組み入れられた。
本発明の装置は多数の付加的な利点を有する。ある正カム運動を修正または排除し、これによりエンジンバルブタイミングおよび排気量を変化させるために作動流体の空運動を使用することは、正駆動モードにおける燃料の経済性を改善するのに使用できる。正駆動モードにおいて冷寒時に幾つかのエンジンバルブを早期に閉じてしまうことで、この装置は暖機装置として使用できる。2ストロークエンジン制動モード運転時に、エンジン排気バルブは排気マニホルドからエンジンシリンダへ向かう逆流を許すように開くことができる。これはエンジンシリンダに高いエンジン制動性能を与える。エンジンの正駆動モード運転での排気バルブのタイミングの変更は或る量の排出ガスを再循環させるのにも使用でき、これにより粒子物質の放出が減少される。
前述は本発明の原理を単に説明するだけであり、さまざまな変更例が当業者によって成し得ることは理解されよう。例えば図1、図3、図5、図7、図10および図12の全てが、エンジンが1つの吸気バルブ30および1つの排気バルブ60を各シリンダ毎に有すことを示唆している。2つの吸気バルブおよび2つの排気バルブをシリンダ当たり備えることが最も一般的であり、本発明はそのようなエンジンに対して等しく適用できることが容易に明白となる。
Claims (20)
- 内燃機関であって、
該機関のシリンダと協働する吸気弁、
該シリンダと協働する排気弁、
該吸気弁の開放と同期する少なくとも一つのローブを有する吸気カム、
該排気弁の開放と同期する少なくとも一つのローブを有する排気カム、
該吸気カムの少なくとも一つのローブに応答して該吸気弁を開放するように、該吸気カムと該吸気弁との間に設けられた、作動液を含む第1液圧リンク装置、
該排気カムの少なくとも一つのローブに応答して該排気弁を開放するように、該排気カムと該排気弁との間に設けられた、作動液を含む第2液圧リンク装置、
該吸気カムの少なくとも一つのローブに応答する該吸気弁の開放を変更するように該第1液圧リンク装置における作動液圧を制御し、第1の機関作動状態においては該吸気カムの少なくとも一つのローブに応答する該吸気弁の開放を可能にするとともに、第2の機関作動状態においては、該吸気カムの少なくとも一つのローブに応答して該吸気弁が開放可能な状態になっている間、該吸気弁を閉鎖したままに維持するように作動する第1作動液制御装置、
および、
該排気カムの少なくとも一つのローブに応答する該排気弁の開放を変更するように該第2液圧リンク装置における作動液圧を制御する第2作動液制御装置、を含む内燃機関。 - 上記第1及び第2作動液制御装置の少なくとも一方がその作動液制御装置と協働する液圧リンク装置からの作動液の解放を制御するための制御弁を含む請求項1に記載の内燃機関。
- 上記制御弁が電子制御回路装置によって制御される電動弁である請求項2に記載の内燃機関。
- 上記内燃機関の作動パラメータをモニタして上記パラメータを示す出力信号を生じるためのセンサを含み、この出力信号は、上記第1及び第2作動液制御装置の一方に与えられて、上記パラメータに従って上記一方の作動液制御装置がその作動液制御装置と協働する液圧リンク装置の作動を変更させるようになっている請求項1に記載の内燃機関。
- 上記パラメータは、上記機関が4サイクル正駆動モードであるべきか、2サイクル圧縮解放エンジン制動モードであるべきかの表示を含む請求項4に記載の内燃機関。
- 上記作動液制御装置が上記センサの上記出力信号に応答して、(1)上記出力信号が上記機関が4サイクル正駆動モードであるべきことを示すときは、上記機関が4サイクル正駆動モード運転を生ずるように上記吸気弁及び排気弁を作動させるようにし、また(2)上記信号が上記機関が2サイクル圧縮解放エンジン制動モードであるべきことを示すときは、上記機関が2サイクル圧縮解放エンジン制動モード運転を生ずるように上記吸気弁及び排気弁を作動させるようにする請求項5に記載の内燃機関。
- 上記第1及び第2液圧リンク装置の少なくとも一方が、
吸気カム及び排気カムの少なくとも一方における少なくとも一つのローブに応答して往復運動するマスターピストンと、
その液圧リンク装置内の作動液圧および作動液流に応答して往復運動し、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開放を制御する従動ピストンと、
を含む請求項1に記載の内燃機関。 - 上記第2作動液制御装置が上記排気カムのローブに応答する上記排気弁を完全に閉じたままにしておくように作動可能である請求項1に記載の内燃機関。
- 上記吸気カムが第1のローブと第2のローブとを有し、上記第1作動液制御装置が、上記第1のローブに応答して開放可能な状態にされた上記吸気弁を完全に閉じたままにしておくとともに、上記第2のローブに応答して上記吸気弁を開放させるように上記第1液圧リンク装置における作動液圧を制御するようになっている請求項1に記載の内燃機関。
- 上記吸気カムが複数のローブを有し、上記排気カムが単一ローブを有する請求項1に記載の内燃機関。
- 上記吸気カムが2つ以上のローブを含む請求項1に記載の内燃機関。
- 上記第1及び第2作動液制御装置の少なくとも一方がその作動液制御装置と協働する液圧リンク装置からの作動液の解放を制御するための制御弁を含む請求項11に記載の内燃機関。
- 上記制御弁が電子制御回路装置によって制御される電動弁である請求項12に記載の内燃機関。
- 上記内燃機関の作動パラメータをモニタして上記パラメータを示す出力信号を生じるためのセンサを含み、この出力信号は、上記第1及び第2作動液制御装置の一方に与えられて、上記パラメータに従って、上記一方の作動液制御装置がその作動液制御装置と協働する液圧リンク装置の作動を変更させるようになっている請求項11に記載の内燃機関。
- 上記パラメータは、上記機関が4サイクル正駆動モードであるべきか、2サイクル圧縮解放エンジン制動モードであるべきかの表示を含む請求項14に記載の内燃機関。
- 上記作動液制御装置が上記センサの上記出力信号に応答して、(1)上記出力信号が上記機関が4サイクル正駆動モードであるべきことを示すときは、上記機関が4サイクル正駆動モード運転を生ずるように上記吸気弁及び排気弁を作動させるようにし、また(2)上記信号が上記機関が2サイクル圧縮解放エンジン制動モードであるべきことを示すときは、上記機関が2サイクル圧縮解放エンジン制動モード運転を生ずるように上記吸気弁及び排気弁を作動させるようにする請求項15に記載の内燃機関。
- 上記第1及び第2液圧リンク装置の少なくとも一方が、
吸気カム及び排気カムの少なくとも一方における少なくとも一つのローブに応答して往復運動するマスターピストンと、
その液圧リンク装置内の作動液圧および作動液流に応答して往復運動し、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開放を制御する従動ピストンと、
を含む請求項11に記載の内燃機関。 - 上記第2作動液制御装置が、上記排気カムの上記ローブに応答する上記排気弁を完全に閉じたままにしておくように、また、該排気弁を上記排気カムのローブに応答して開放させるように作動可能である請求項11に記載の内燃機関。
- 上記吸気カムが第1のローブと第2のローブとを有し、上記第1作動液制御装置が、上記第1のローブに応答して開放可能な状態にされた上記吸気弁を完全に閉じたままにしておくとともに、上記第2のローブに応答して上記吸気弁を開放させるように上記第1液圧リンク装置における作動液圧を制御するようになっている請求項11に記載の内燃機関。
- 上記吸気弁および排気弁の開放と同期する上記吸気カム及び上記排気カムのいずれか1つの隔置ローブを含む請求項11に記載の内燃機関。
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