JP4425787B2 - ユニットトリガ作動 - Google Patents

Description

本願は、２００２年１月１０日に出願された米国特許出願第１０／０４４，８６７号明細書の一部継続出願であり、この出願は、１９９０年１２月８日に出願された米国特許出願第０９／４５７，９０８号の一部継続出願であり（現在、米国特許第６，３３８，３２０号）、この出願は、米国特許出願第０９／１５２，４９７号の一部継続出願である（現在、米国特許第６，０４４，８１５号）。

本発明は、直線状並進可能部材、例えばエンジンバルブの作動に関し、特にカムレス（カム無し）エンジンバルブの作動に関する。

エンジン業界では、燃焼プロセスを高度に制御する必要がある。かかる制御の目的は、燃料を効率的に用いながら適度の動力出力を得ることにある。加うるに、望ましくないエミッションを最小限に抑える必要があり、かかるエミッションとしては、燃焼プロセスの毒性副生物や騒音が挙げられる。騒音としてのエミッションの軽減は、圧縮着火エンジンにとって特に重要である。

上述の目的を達成するのに必要な制御の少なくとも一部を達成する一方法は、カム作動式エンジンバルブからカムレス技術に切り換えることによってである。カムレス技術は、少なくとも理論的には、ドエル、弁の開き具合又は開度（パーシャル又は全開）、弁開閉の積極性、及び、他のエンジンバルブ関連パラメータの直接的な制御を可能にする。かかる制御は、上述の目的を達成する上で非常に有利である。

可変カムレス技術の設計は、容易な仕事ではないことが判明している。カムレス技術の有用性における１つの大きな関心は、エンジンバルブの運動を制御できることにある。エンジンバルブに連結され、代表的なカムエンジンバルブリフトに代わる手段を必要とするアクチュエータは、エンジンバルブの運動を制御するため、典型的にはセンサ及び複雑精巧なフィードバック制御システムを必要としている。これは、バルブに直接連結されたアクチュエータでは、かかるカムレス技術が種々の源から生じるバルブラッシュを計算に入れることが必要であるということに起因している。かかるシステムは、ＦＥＶ社、シーメンス社、フォード社、スターマン社その他によって実験が行われた。かかるシステムは、大型コンピュータプロセッサを必要とするが、かかるプロセッサに必要な制御盤のシアーサイズ及びコストにより、エンジンバルブの近くに必要な空間とプロセッサそれ自体の費用の両面及び内燃機関の設計に対する妥協点に関してかかるプロセッサは使えないものとなった。エンジンバルブ動作に影響を及ぼすエンジンバルブの近くの物理的空間は極めて制限されており、このために、カムレス技術と関連した装置は、非常に小型であると共に信頼性が高く、動作が速くしかも正確であり、それと同時にかかるコンポーネントの費用を制限することが必要である。

本発明のユニットトリガアクチュエータ（ＵＴＡ）は、この業界の上述の要望に実質的に応えている。ＵＴＡは、カム作動方式及び従来技術のカムレス作動方式と同等のエンジンバルブ行程を維持しながらアクチュエータの行程を１／２〜１／３にすることを利用している。これらの比に関し、ＵＴＡの行程の範囲の減少は、非常に制御しやすくなっている。さらに、ＵＴＡアクチュータをエンジンコンポーネントから切り離す独特のラッシュ制御手段によりセンサ又はフィードバックループが無くても制御に影響を及ぼすことができる。開ループ動作の利点は、コストを著しく減少させると共に信頼性を著しく高めることにある。重要なこととして、エンジン装置の組立体の部品の大きな公差（長さ、バルブ毎のばらつき、上下発火デッキ内のヘッドの機械加工公差、バルブシートの公差）は、ＵＴＡのトリガ作用から切離し状態になる。ＵＴＡの内部部品は、ラッシュアジャスタに許容される遊びによりエンジン部品から切り離される。ラッシュアジャスタは更に、熱的効果に起因するエンジンバルブの膨張を考慮に入れている。

本発明は、直線状に並進できる部材、例えばエンジンバルブを作動させるアクチュエータであり、ユニットトリガアクチュエータを含み、このユニットトリガアクチュエータは、電気的に作動できるトリガと、選択的に並進できるコンポーネント油圧キャリジを備えた油圧キャリジとを有し、油圧キャリジは、トリガに作動的に連結されていて、これからの作動指令を受け取るようになっており、ユニットトリガアクチュエータは、開ループシステムである。ピボット要素が、並進可能コンポーネント及びエンジンバルブに作動的に連結され、ピボット要素は、エンジンバルブでのピストンの並進運動によりピボット要素に与えられる運動を増幅する。ラッシュアジャスタが、ピボット要素に作動的に連結されていて、油圧キャリジを複数のコンポーネント及びエンジンバルブ構造の組立体に固有のラッシュから引き離す(との連結を解く)ようになっている。本発明は更に、その作動方法を提供する。

本発明のユニットトリガアクチュエータ（ＵＴＡ）は、図面において全体が符号１０で示されている。図１を参照すると、ＵＴＡ１０は、ヘッドバルブキャリヤ内に設けられた他のエンジンコンポーネントとの関連で示されている。かかるコンポーネントとしては、ＵＴＡ１０によって作動される直線並進可能部材、例えばエンジンバルブ１２（多数のエンジンバルブ１２については図８参照）及びエンジンバルブ１２と同一の燃焼室を受け持つ燃料インジェクタ１４が挙げられる。ヘッドボルト１６は、ヘッドバルブキャリヤ１８をエンジンヘッド（図示せず）に連結している。カバー１９は、ヘッドバルブキャリヤ１８の側壁相互間の距離にわたって設けられている。比較的高圧の作動流体を運ぶカムレスレール２０が、ＵＴＡ１０に隣接して設けられている。作動流体は好ましくは、約４５０〜３，０００ｐｓｉの間の圧力状態にあるエンジン潤滑油である。

エンジンバルブ１２は、従来型エンジンバルブであり、吸気バルブ又は排気バルブのいずれであってもよい。図１（及び図８）に示すものは、４バルブヘッドである。ＵＴＡ１０を２バルブヘッド及び１シリンダ当たり他の多数のバルブ、例えば３又は５バルブに用いることができる。４バルブ構成では、バルブ１２は代表的には、中央に配置された燃料インジェクタ１４の周りに対称に設けられる。バルブ１２は、弁ステム２４の長手方向軸線からずれたオフセット作動パッド２２を有している。オフセット作動パッド２２は、図８に示すように真の意味で２つのエンジンバルブ１２相互間のブリッジであり、２つのエンジンバルブ１２を同時に作動させるようになっている。単一のエンジンバルブ１２の作動のためには、作動力を好ましくは弁ステム２４と同軸に加える。バルブスプリング２５は、弁ステム２４と同心状に設けられている。弁フェース（弁当たり面）２７（図８及び図９参照）が、弁ステム２４から垂下しており、閉鎖位置にあるとき、燃焼室の上縁部の一部を形成する。加うるに、ＵＴＡ１０をバルブシートが固定バルブに対して動くことができるエンジンバルブに用いることができる。

インジェクタ１４は、現在用いられている任意形式のインジェクタであってよい。かかるインジェクタとしては、例えばロバート・ボッシュ製の高圧燃料レールによって補充されるインジェクタや油圧作動式電子制御式ユニットインジェクタ（ＨＥＵＩ）が挙げられる。ＨＥＵＩインジェクタは、高圧作動流体レールによって補充される。本発明の好ましい実施形態では、カムレスレール２０は、この機能を実行する。図１に示す実施形態では、カムレスレール２０は、インジェクタ１４がＨＥＵＩ型のインジェクタである場合、高圧作動流体をＵＴＡ１０とインジェクタ１４の両方に供給するよう構成されている。

ヘッドバルブキャリヤ１８は断面が全体としてＵ字形であり、好ましくは、列状に配置されたシリンダ全体を横切って延びている。好ましい実施形態では、ヘッドバルブキャリヤ１８は、垂下したウェル２６を有している。カバー１９が、ヘッドバルブキャリヤ１８内に位置するエンジンコンポーネントを包囲し、ヘッドバルブキャリヤ１８のシールとなっている。

カムレスレール２０は好ましくは、列状に配置されたシリンダ全体を横切って延びる細長いレールである。レール２０は代表的には、作動流体をレール２０に供給する高圧ポンプ（図示せず）と流体連通状態にある。好ましくは、作動流体は、約４５０〜３，０００ｐｓｉの高圧状態にあるエンジンオイルである。他の作動流体を用いてもよく、かかる他の作動流体としては、エンジン燃料が挙げられる。レール２０は、作動流体をＵＴＡ１０とＨＥＵＩ型インジェクタ１４の両方に提供する細長い実質的に円筒形のアキュムレータ２８を有している。一体形ＵＴＡレシーバ３０が、図１及び図２の実施形態においてはレール２０の一部として形成されている。図２に示すように、レール２０は、隣接の燃焼室と関連した第２の組をなすエンジンバルブ１２（一方の組は、吸気バルブであり、他方の組は、排気バルブである）と関連のあるＵＴＡ１０を収容する第２の一体形ＵＴＡレシーバ３０を有している。

本発明のＵＴＡ１０は、４つの主要コンポーネント、即ち、ソレノイド（又はトリガ）４０、油圧カートリッジ４２、ピボット要素４４及びラッシュアジャスタ４６を有している。注目されるべきこととして、ソレノイド４０及び油圧カートリッジ４２の動作原理についてのそれ以上の理解を得るには米国特許第６，０４４，８１５号明細書及び第６，２６３，８４２号明細書を参照されたい。かかる特許文献は、本願の譲受人に譲渡されており、これら米国特許明細書の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。

ＵＴＡ１０の第１のコンポーネントは、ソレノイド４０である。以下の説明に関しては図３〜図５を参照する必要がある。ソレノイド４０は、アーマチュアガイド５０内に並進可能に設けられたアーマチュア４８を有している。アーマチュアガイド５０は、アーマチュア４８の外縁部の少なくとも一部と同心状におり、アーマチュア４８の並進中、アーマチュアを拘束する円筒面を備えている。したがって、アーマチュアガイド５０の円筒面は、案内ボア５２を構成する。

ニードル支承面５４が、アーマチュア４８の底縁部の一部を構成している。ニードル支承面５４は、アーマチュア４８の底面縁部に設けられた凹部５６内に位置している。

アーマチュア４８の上縁部５８は、アーマチュアストップを構成している。上縁部５８は、アーマチュア４８が引っ込み位置にあるとき、シム６０によって停止させられる。シム６０は、図５を参照して以下に詳細に説明するように選択された深さ寸法Ｂを有している。

油圧ベント６２が、シム６０に設けられている。油圧ベント６２は好ましくは、カバー６６に設けられた油圧ベント６４と位置が合っている。カバー６６の頂部の下側縁部６８は、シム６０をカバー６６とアーマチュア４８の上縁部５８との間に拘束している。

カバー６６は、カバー６６の下縁部の近くに形成された保持溝７０を更に有している。保持溝７０は、カートリッジ４２の周縁部と係合する。ボア７２が、カバー６６の側部まで突き出たフランジ７４に設けられている。ボルト７６をボア７２に挿通させてレール２０に設けられたねじ山付きボアにねじ込むのがよい。かかる手段により、カバー６６は、ソレノイド４０とカートリッジ４２の両方をレール２０に設けられている一体形ＵＴＡレシーバ３０内に固定し、シム６０を定位置に保持する。

カバー６６は、アーマチュア４８と関連したコイル７８用の保持要素を更に備えている。コイル７８は形状が全体として円筒形であり、アーマチュア４８の外方に位置している。アーマチュアガイド５０は好ましくは、コイル７８とアーマチュア４８との間に設けられている。適当な電気リード線（図示せず）が、コイル７８を外部制御装置（図示せず）に連結して作動指令をＵＴＡ１０に与えるようになっている。

ＵＴＡ１０の第２のコンポーネントは、油圧カートリッジ４２である。油圧カートリッジ４２は、カートリッジ本体８０を有している。アクチュエータボア８２が、カートリッジ本体８０の中央に設けられている。アクチュエータボア８２は、カートリッジ本体８０を完全に貫通し、多数の様々な直径を有している。第１のかかる直径は、カートリッジ本体８０の頂縁部のところで始まり、アーマチュアレシーバ８４を構成している。アーマチュア４８が作動伸長位置にあるとき、アーマチュア４８は、図１Ａの引っ込み位置から図１Ｂの伸長位置まで下方に並進し、一部がアーマチュアレシーバ８４によって包囲されている。

アーマチュアレシーバ８４の真下のアクチュエータボア８２の部分は、アーマチュアレシーバ８４よりも直径が小さく、スプリングケージ８６を構成している。スプリングケージ８６の底縁部のところに形成された段部は、スプリングシート（弁座）８８を構成している。

ピストンネックレシーバ９０を構成するアクチュエータボア８２の部分は、スプリングケージ８６の下に位置し、直径がスプリングシート８８を形成する段部よりも大きい。油圧ベント９２が、ピストンネックレシーバ９０から半径方向外方に延びており、ピストンネックレシーバ９０を油圧カートリッジ４２の外部の周囲条件に流体連結している（特に図４参照）。ピストンストップ９４が、ピストンネックレシーバ９０の上縁部のところに形成されている。好ましくは、ピストンストップ９４は、これまたスプリングシート８８を形成する段部によって形成され、ストップ９４は、段部の下縁部であり、シート８８は、段部の上縁部である。

アクチュエータボア８２の最も大きな直径は、アクチュエータボア８２の最も下に位置する部分を構成する。この部分は、パワーセクションレシーバ９８を構成する。油圧入口１００が、カートリッジ本体８０を貫通して設けられ、パワーセクションレシーバ９８をレール２０によって得られる圧力下にある作動流体に流体連結する。これについては特に図４を参照されたい。リテーナ溝１０２が、カートリッジ本体８０の下縁部の近くでパワーセクションレシーバ９８に設けられている。リテーナ１０４、好ましくはスナップリングをリテーナ溝１０２内に設けるのがよい。

ピストン１０６及びニードル（場合によってはスプールと呼ばれる）１０８が、アクチュエータボア８２内に位置し、リテーナ１０４によって定位置に保持されている。

ピストン１０６は好ましくは、様々な直径の全体として円筒形の外縁部を備えた一体形装置である。ピストン１０６は、図面で見て上から下へ、ネック１１０、パワーセクション１１４及びアクチュエータロッド１３８を有している。盲ニードルボア１１１が、ピストン１０６の中央に設けられており、このボアは、パワーセクション１１４とアクチュエータロッド１３８の接合部の辺りまで下方に延びている。ニードルボア１１１は、盲ボアであり、底部１２４のところで閉じられている。ニードルボア１１１は、上縁部１１２によって形成された頂部開口部１２６のところで開口している。

ピストン１０６のネック１１０は、好ましくは、カートリッジ本体８０のピストンネックレシーバ９０内に並進可能に位置している。ピストン１０６が引っ込みガス抜き位置にあるとき（図７及び図７Ａ参照）、ネック１１０の上縁部１１２は、カートリッジ本体８０のアクチュエータボア８２に設けられたピストンストップ９４によって止められる。

ピストン１０６のパワーセクション１１４は、１対の互いに間隔を置いたランド１１７相互間に設けられた環状溝１１６を有している。環状溝１１６は、好ましくは、油圧入口１００と位置が合っており、したがってレール２０によって得られる作動流体と流体連通状態にある。アニュラス部又は環状域１１８が、環状溝１１６と実質的に位置が合った状態でニードルボア１１１内に構成されている。流体通路１２２が、環状溝１１６をアニュラス部１１８に流体連結している。以下に詳細に説明するように、アニュラス部１１８の上縁部１２０は、ピストン１０６及びニードル１０８の作動の際重要なインタフェースとなる。

ピストン１０６及びニードル１０８の第２の重要なインタフェースは、密封肩１２８である。密封肩１２８は、ニードルボア１１１の直径の増大した段部によって形成されている。ニードルボア１１１の直径の増大により、アニュラス部１２９が形成され、このアニュラス部は、少なくとも一部がカートリッジ本体８０の油圧ベント９２と位置が合っている。

高圧流体通路１３２が、ニードルボア１１１とピストンヘッド１３４との間に延びている。ベント通路１３６が、段部１２８の上方のニードルボア１１１の拡径部によって形成されたアニュラス部１２９とベント９２との間に延びている。

アクチュエータロッド１３８は、図１〜図１Ｂに示すようにパワーセクション１１４から垂下している。アクチュエータロッド１３８の遠位端部１４０は、ピボット要素４４に当接している。

ニードル（スプール）１０８は、ソレノイド４０のアーマチュア４８に作動的に連結されており、ピストン１０６のニードルボア１１１内に並進可能に設けられている。ニードル１０８は、アーマチュア４８の凹部５６内に形成されたニードル支承面５４に当接したヘッド１４２を有している。ヘッド１４２の下側縁部は、スプリングシート１４４を構成している。コイルリターンスプリング１４５が、スプリングシート１４４と、カートリッジ本体８０に設けられたスプリングケージ８６の底部のところに形成されているスプリングシート８８との間に捕捉されている。リターンスプリング１４５は一般に常時圧縮状態にあり、上向き付勢力をニードル１０８に及ぼしている。

リターンスプリング１４５は、ヘッド１４２から垂下したシャンク１４６と同心状に設けられている。シャンク１４６は、上側ランド１４８と下側ランド１５０との間に形成されたスプール溝１５２を有している。以下に詳細に説明するように、上側ランド１４８及び密封肩１２８の下縁部１４９とアニュラス部１１８の上縁部１２０を備えた下側ランド１５０の上縁部１５１との位置的相互作用は、ピストン１０６及びニードル１０８の作動にとって重要である。

ＵＴＡ１０の第３のコンポーネントは、ピボット要素４４である（図１及び図２並びに図８〜図１０参照）ピボット要素４４は、アーム１５４で構成されている。全体として中央のピボット箇所のところで繋留され、その回りに回動する従来型ロッカーアームとは異なり、アーム１５４は、３つの箇所相互間に捕捉され、アーム１５４の作動中、並進（回転）運動が、種々の作動段階で３つ全ての捕捉箇所のところで生じる。第１の捕捉箇所は、ラッシュアジャスタ４６がアーム１５４に作動的に連結されているカップ１５６である。第２の捕捉箇所は、アクチュエータロッド１３８の遠位端部１４０がアーム１５４に当接しているロッド支承箇所１５８である。第３の捕捉箇所は、アーム１５４がエンジンバルブ１２のオフセット作動パッド２２に作動的に連結されているバルブ支承箇所１６０である。

ＵＴＡ１０の第４のコンポーネントは、ラッシュアジャスタ４６である。これについては特に図８〜図１０を参照されたい。ラッシュアジャスタ４６は、ヘッドバルブキャリヤ１８のウェル２６内に位置している。ラッシュアジャスタ４６は、低圧作動流体レール１６６と流体連通状態にある。レール１６６は、作動流体を圧力下で運ぶ内部アキュムレータ１６８を有している。作動流体は好ましくは、エンジン潤滑圧力、代表的には５０ｐｓｉ程度の圧力状態にあるエンジンオイルである。

ラッシュアジャスタ４６は、３つの主要なサブコンポーネント、即ち、シリンダハウジング１７０、ピストン１７２及びチェックバルブ組立体１７４を有している。シリンダハウジング１７０は、形状が全体的に円筒形であり、シリンダ壁１７７によりハウジング１７０の内部に構成されたシリンダ１７６を有している。シリンダ１７６は、盲状態であり、閉鎖底部１７８及び頂部開口部１８０を有している。アニュラス部１８２が、シリンダハウジング１７０の外縁部に形成されている。アニュラス部１８２は、アキュムレータ１６８と流体連通状態にある。作動流体入口１８４が、アニュラス部１８２とシリンダ１７６を互いに流体連結している。

ラッシュアジャスタ４６の第２のサブコンポーネントは、ピストン１７２である。ピストン１７２は、シリンダハウジング１７０内に構成されたシリンダ１７６内に並進自在に設けられている。ピストン１７２は、内部流体キャビティ１８８を構成するピストン壁１８６を有している。流体キャビティ１８８は、ピストン壁１８６の底縁部１９２によって周辺方向に周囲に形成された底部開口部１９０を有している。

ピストン１７２は、ピボット要素４４のカップ１５６内に回転自在に位置するよう寸法決めされたドーム状頂縁部１９４を更に有している。潤滑ポート１９６は、ドーム状頂縁部１９４に設けられていて、ドーム状頂縁部１９４とカップ１５６との間のインタフェースを潤滑する潤滑流体の上向きの流れを受け入れるようになっている。

入口ポート１９８が、ピストン壁１８６を貫通した状態で設けられている。入口ポート１９８は、シリンダハウジング１７０の作動流体入口１８４と位置が合っている。ピストン１７２はシリンダ１７６内で並進するが、かかる並進の範囲は、入口ポート１９８が常時作動流体入口１８４と位置が合い、したがって流体キャビティ１８８が常時、低圧作動流体レール１６６のアキュムレータ１６８と流体連通状態にあるように制限される。

ラッシュアジャスタ４６の第３のサブコンポーネントは、チェックバルブ組立体１７４である。チェックバルブ組立体１７４は、アクチュエータ２００を有している。アクチュエータ２００は、シリンダハウジング１７０のシリンダ１７６内に並進自在に設けられている。アクチュエータ２００は、内部流体キャビティ２０４を構成するアクチュエータ壁２０２を有している。アクチュエータ壁２０２は、外縁部２０５とシリンダ１７６との間に既知の寸法のアニュラス部２０７を構成するようシリンダ１７６から非常に僅かに間隔を置いて位置した外縁部２０５を有している。

流体キャビティ２０４は、アクチュエータ壁２０２の頂縁部２０８により周囲に形成された頂部開口部２０６を有している。オリフィス２１０は好ましくは、アクチュエータ壁２０２の底縁部２１１の中央に設けられている。

面取りボールバルブシート２１２が、オリフィス２１０と流体連通状態にあり、オリフィス２１０から下方且つ外方に延びている。ボールバルブ２１４が、ボールバルブシート２１２に近接してシフト自在に設けられている。ボールバルブ２１４は、ケージ２１６によって定位置に保持されている。ケージ２１６は、作動流体を通過させることができるよう穴あけされている。したがって、ボールバルブ２１４がバルブシート２１２から離れて開放位置にあるとき、作動流体は、オリフィス２１０を通り、ボールバルブ２１４の周りを通ってケージ２１６から自由に出ることができる。

スプリング２１８が、スプリングウェル２２０内に捕捉されている。スプリング２１８の上縁部は、アクチュエータ２００の下面に当接している。スプリング２１８は常時圧縮状態にあり、したがってアクチュエータ２００に上向きの勢力を及ぼす。アクチュエータ２００は、この付勢力をピストン１７２に伝える。というのは、アクチュエータ２００の頂縁部２０８がピストン１７２の底縁部１９２に当接しているからである。以下に詳細に説明するように、スプリングウェル２２０は、作動流体で満たされる。ピストン１７２及びアクチュエータ２００の圧縮下において、既知の量の作動流体がスプリングウェル２２０からアニュラス部２０７を通って抜き出される。

組み立てにあたり、ニードル１０８を図５に示すようにピストン１０６に対して位置決めする。図１Ａ、図７及び図７Ａの引っ込み位置では、上側ランド１４８の下縁部１４９を図５に示すように天井の肩１２８から距離Ａを置いて配置する。これと同様に、スプール溝１５２の上縁部１５１をアニュラス部１１８の上縁部１２０の上方に配置し（重ね合わせ）、それによりアニュラス部１１８を封止して高圧作動流体の流入を止める。オーバーラップの量は、図５に距離Ａ′で示されている。距離Ａ，Ａ′は、好ましくは等しい。 油圧カートリッジ４２とソレノイド４０を組み立てると、シム６０をアーマチュア４８の上縁部５８に当接した状態でカバー６６の下に配置し、シム６０の厚さは、図５の寸法Ｂで示され、この厚さは、開度Ａ及びオーバーラップＡ′の大きさを上述したように設定する。重要なこととして、開路Ａ及びオーバーラップＡ′（引っ込み位置にある）の大きさは、ＵＴＡ１０の作動全体を通じ一定のままである。これは、ソレノイド４０及び油圧カートリッジ４２が以下に説明するように種々のエンジンコンポーネントに固有のラッシュから切り離されているからである。好ましくは、寸法Ａ，Ａ′は、０．４〜１．２ｍｍであり、好ましくは約０．７ｍｍである。ニードル１０８の動作範囲は好ましくは、３．０〜４．５ｍｍである。ピストン１０６の動作範囲は、約２．５〜３．５ｍｍである。最も好ましくは、ニードル１０８は、３．７ｍｍ動き、ピストン１０６は、３．０ｍｍ動き、その差は寸法Ａ，Ａ′である。エンジンバルブ１２の移動量とピストン１０６の移動量の比は、１．５：１〜３．５：１である。最も好ましくは、この比は、２．２：１であり、これはエンジンバルブ１２について６．６ｍｍの動作範囲を生じさせる。注目されるべきこととして、図６に示す伸長開放位置では、シム６０の寸法Ｂによって定められた場合、寸法Ａは、オーバーラップになり、寸法Ａ′は、開度になる。

作動にあたり、エンジンバルブ構造中の組立体における部品の大きな公差（バルブ毎の長さのばらつき、上側及び下側発火デッキ内のヘッドの機械加工公差、バルブシートの公差等）は、ＵＴＡ１０のトリガ作用から切り離される。即ち、ソレノイド４０及び油圧カートリッジ４２の内部コンポーネントは、ラッシュアジャスタ４６により得られる遊びによりエンジンコンポーネントに固有のラッシュから切り離される。

エンジンバルブ１２が休止又は閉鎖位置にあるとき、ラッシュアジャスタ４６は、上向きの付勢力をピボット要素４４に及ぼし、ピボット要素４４をピストン１０６及びニードル１０８が図５、図７及び図７Ａに示すように完全に引っ込められるよう持ち上げる。ラッシュアジャスタ４６内の持ち上げ量は、ＵＴＡ１０のエンジンバルブ１２とアクチュエータ（ピストン１０６及びニードル１０８）の相対位置に応じて様々である。ラッシュアジャスタ４６の動作原理（以下に詳細に説明する）は、エンジンバルブ１２の運動中におけるアニュラス部２０７（図９及び図１０）を通る少量のオイルの連続漏れ及びエンジンバルブ１２を着座させた（閉鎖した）ときにおけるラッシュアジャスタ４６のエンジンオイル補充を利用している。ラッシュアジャスタ４６のこのエンジンオイル補充により、ラッシュアジャスタ４６は、ピボット要素４４に加わる持ち上げ付勢力を再適合させ（連続的に調整し）、それによりエンジンコンポーネントに固有のラッシュを無くす。エンジンバルブ１２の開閉運動中、ラッシュアジャスタ４６内のオイルは、「油圧的にロックされる」。これは、ピボット要素４４によりラッシュアジャスタ４６に及ぼされる圧力が或る特定のレベルを超えると、ラッシュアジャスタ４６からのオイルの外向きの流れを止めるボールバルブ２１４によって影響を受ける。ラッシュアジャスタ４６へのエンジンオイルの補充は、エンジンバルブ１２を引っ込めている（着座させている）期間の間、ラッシュアジャスタ４６中のチェックバルブ１２４を介して生じる。

トリガ（ソレノイド４０）がＵＴＡ１０内のスプール（ニードル１０８）を作動させると、エンジンバルブ１２は、閉鎖（着座）位置から開放位置にシフトする。ソレノイド４０の作動時とエンジンバルブ１２の運動時との間のエンジンバルブ１２の作動の遅れだけが、ニードル１０８を図５に示す寸法Ａ，Ａ′並進させるのに要する時間の長さである。 ソレノイド４０の作動に先立って、ピストン１０６及びニードル１０８は、図５に示すようなこれらの引っ込み位置にある。流入する高圧作動流体は、オーバーラップが寸法Ａ′で示される場合に止められる。スプール１５２は、寸法Ａで示されるように開かれると、作動流体は、スプール１５２からベント通路１３６を通って上方に流れ、そして油圧ベント９２から自由に出ることができる。これについては図４も参照されたい。

ソレノイド４０の作動時、アーマチュア４８は、コイル７８に生じた磁力により下方に引っ張られ、リターンスプリング１４５の付勢力に打ち勝つ。アーマチュア４８は、ニードル１０８を同伴して運ぶ。ニードル１０８は、ピストン１０６に対し下方に並進する。かかる運動により、寸法Ａによって示された開きが閉じ、それにより作動流体の流出が止められる。それと同時に、寸法Ａ′により示されたオーバーラップが無くなり、それにより図４〜図６Ａに示すように、スプール１５２がアニュラス部１１８に向かって開き、スプール１５２内への高圧作動流体の流れが生じる。高圧作動流体は、高圧流体通路１３２を通って半径方向外方に流れてピストンヘッド１３４に対し下向きに作用する。

ピストンヘッド１３４に作用する高圧作動流体により生じる力は、ピストン１０６を下方に駆動する（スプール１０８の連続下向き移動と関連して）。ピストン１０６のこの下向きの並進により、下向きの圧力がピボット要素４４に及ぼされる。かかる圧力は、ラッシュアジャスタ４６を油圧的にロックするよう働く。ラッシュアジャスタ４６を油圧的にロックすることにより、カップ１５６内におけるラッシュアジャスタ４６のピストン１７２の上縁部１９４の接触箇所は、ピボット要素４４のピボット箇所になる。ピストン１０６を更に下方に並進させると（注目されるべきこととして、ニードル１０８は、ピストン１０６と一緒になって下方に並進し続ける）、ピボット要素４４は、カップ１５６回りに回転し、それにより下向きの力をエンジンバルブ１２のオフセット作動パッド２２に及ぼす。この力は、バルブスプリング２５の対向する付勢力に打ち勝つのに十分であり、その結果、エンジンバルブ１２の開放並進運動が生じる。ピボット要素４４上のロッド支承箇所１５８とバルブ支承箇所１６０との間に距離が存在していることの結果として、ピストン１０６の下方並進運動が増幅される。上述したように、エンジンバルブ１２の移動量とピストン１０６の移動量の比は、最も好ましくは２．２：１である。したがって、図示の実施形態では、閉鎖位置と開放位置との間の移動量は、約６．６ｍｍである。

バルブ１２の引っ込み又は閉鎖は、ソレノイド４０に対する作動指令が撤回されたときに生じる。磁界が消失し、リターンスプリング１４５がニードル１０８を図４、図５、図７及び図７Ａに示す引っ込み抜き出し位置に向かってピストン１０８に対し上方にシフトさせる。レール２０のアキュムレータ１６８は、図５のオーバーラップＡ′だけ油圧カートリッジ４２から封止される。油圧カートリッジ４２内の作動油は、図４に示すように開度Ａを通って油圧ベント９２から逃げ出る。エンジンバルブ１２のリターンスプリング２５は、エンジンバルブ１２を閉鎖位置に戻す。ピボット要素４４は、カップ１５６のところのインタフェース回りに回動し、上向きの力がロッド支承箇所１５８のところでアクチュエータロッド１３８に加わる。ピストン１０６及びニードル１０８は、エンジンバルブ１２が着座するまで閉鎖中のエンジンバルブ１２と共に上方に運ばれる。エンジンバルブ１２の着座は、ピストン１０６及びニードル１０８の完全引っ込み位置の直前で生じる。

次に、ラッシュアジャスタ４４の動作原理の詳細を説明する。主として図９及び図１０を参照されたい。上述したように、油圧カートリッジ４２のピストン１０６の下方並進により、相当大きな下向きの力がロッド支承箇所１５８のところでピボット要素４４に加わる。かかる力は、カップ１５６とバルブ支承箇所１６０の両方に伝えられる。カップ１５６のところで感知される力は、下向きの力をラッシュアジャスタ４６のピストン１７２に及ぼす。この圧力により、ピストン１７２及びアクチュエータ２００が僅かに下方に並進し、スプリングウェル２２０内の作動流体をアキュムレータ１６８及び流体キャビティ２０４内のアクチュエータ流体の圧力よりも高い圧力まで圧縮する。スプリングウェル２２０内の圧縮状態の作動流体は、上向きの付勢力をボールバルブ２１４に及ぼし、それによりボールバルブ２１４をボールバルブシート２１２上のその閉鎖着座位置に押しやる。この作用により、エンジンバルブ１２の開放行程の持続時間の間、ピストン１７２が効果的にロックされる（チェックされる）。ピストン１７２がいったんロックされると、ピストン１７２のドーム状頂縁部１９４とカップ１５６との間のインタフェースは、ピボット要素４４の回動の中心としての固定ピボット箇所になり、したがって、上述したようにピストン１７２の並進運動全体が増幅され、これがエンジンバルブ１２に伝えられるようになる。

アニュラス部２０７を通る作動流体の上述した漏れは、エンジンが始動時における低温状態から通常の作動温度まで温まっているときのエンジンの作動温度の増大に起因するバルブ１２の作用の増大に対応する。

エンジンバルブ１２の閉鎖は、主としてバルブスプリング２５の機能である。バルブスプリング２５は、エンジンバルブ１２を閉鎖すると同時に上向きの圧力をピボット要素４４に及ぼす。ピボット要素４４に加わるこの上向きの圧力は、カップ１５６のピボット要素４４の回転運動を生じさせる。かかる回転運動は、油圧カートリッジ４２のピストン１０６とニードル１０８の両方を部分的に引っ込め、油圧カートリッジ４２内の作動流体は、上述したように抜き出されている。バルブ１２は、引っ込み位置では、ピストン１０６及びニードル１０８の着座に先立って、１インチの数千分の一着座する。バルブ１２が着座すると、ロッド支承箇所１５８と作動パッド２２のインタフェースは、ピボット箇所になる。ピボット要素４４は今や、ロッド支承箇所１５８を中心として回動できる。

スプリング２１８は、アクチュエータ２００及びピストン１７２を上方に駆動する。かかる並進は好ましくは、約１ｍｍ以下であり、組み立て公差、エンジンの寿命全体にわたる部品の熱による膨張及びバルブトレイン（例えば、エンジンバルブシート）の摩耗を吸収するようになっている。この並進は、ロッド支承箇所１５８回りのピボット要素１４４の回転を生じさせ、ピストン１０６とニードル１０８の両方を引っ込み位置に着座させるよう働く。スプリング２１８がアクチュエータ２００及びピストン１７２を持ち上げると、スプリングウェル２２０内の油圧圧力は、アキュムレータ１６８及び流体キャビティ２０４内の作動流体の圧力よりも低くなる。これに応答して、ボールバルブ２１４がボールバルブシート２１２から離れ、その結果、作動流体がスプリングウェル２２０に流入し、それによりスプリングウェル２２０を補充してエンジンバルブ１２の開放中に生じたアニュラス部２０７を通る作動流体の漏れに対応する。

図２を参照すると、ＵＴＡ１０及び他のコンポーネントの斜視図が示されている。この図は、本装置がヘッドバルブカバー１９の高さを増大させないで既存のエンジン形態内に納まるという事実を協調して示している。さらに、レール２０を取り外すことなくインジェクタ１４に接近することができる。加うるに、カムレスレール２０は又、インジェクタ１４がＨＥＵＩ型インジェクタであるインジェクタ１４の作動流体アキュムレータを構成するよう使用できる。

図１１は、ソレノイド４０の典型的な制御方式を示している。所与のエンジン速度では、単純な校正方式は、部分揚程、タイミング及びエンジンバルブ１２の揚程閉鎖運動の積極性を含む種々のプロフィールを生じさせる。

図１２は、校正方式のグラフ図である。電流の立ち上がり及び立ち下がりについてのタイミング及び傾斜が規定されている。これらパラメータを用いると、図示のようにカムプロフィールを模倣すると共にエンジンについての上述の目的を達成するようエンジン要件に従ってプロフィールを別々に調整することができる。

当業者であれば、本明細書に開示した実施形態に加え本装置及び方法の他の実施形態並びに用途が本願の請求範囲に含まれることは理解されよう。したがって、本出願人の意図によれば、本発明の範囲は特許請求の範囲の記載にのみ基づいて定められる。

ＵＴＡハンドレールが断面で示され、ヘッドバルブキャリヤ内の他のエンジンコンポーネントと関連して設けられた状態を示す立面図である。 図１のＵＴＡを引っ込み（エンジン弁閉鎖）位置で示す図である。 図１のＵＴＡを伸長（エンジンバルブ開放）位置で示す図である。 ヘッドバルブ内の他の構成要素と関連したＵＴＡの断面斜視図である。 ＵＴＡカートリッジの断面立面図である。 作動流体の流れを含む図３に示すＵＴＡの図である。 本発明のＵＴＡの断面図であり、開度及びオーバーラップ長さを示す本発明のＵＴＡの断面図である。 開放ストローク動作位置にあるＵＴＡの油圧カートリッジの断面図である。 開放ストローク動作位置にあるＵＴＡの油圧カートリッジの断面斜視図である。 閉鎖ガス抜き位置にあるＵＴＡの油圧カートリッジの断面図である。 図７のＡ線に沿って取ったＵＴＡの油圧カートリッジの断面図である。 ＵＴＡピボット要素及び２つのエンジンバルブを同時に作動させるよう位置決めされたラッシュアジャスタの斜視図である。 図８の９−９線に沿って取ったＵＴＡピボット要素及びラッシュアジャスタの断面図である。 図９のＵＴＡピボット要素及びラッシュアジャスタの拡大断面図である。 ＵＴＡ性能を示すグラフ図である。 ＵＴＡの校正方法のグラフ図である。

Claims (1)

1. 休止位置と並進位置との間で移動するようにエンジンバルブを作動させるためのカムレスアクチュエータであって、
   電気的に作動されるトリガと、
   ニードル及びピストンを備えた油圧カートリッジとを有し、前記ニードルが前記トリガに作動的に連結され、前記ピストンが高圧作動流体源と作動的に流体連通しており、前記トリガによって引き起こされる前記ニードルの並進により、高圧作動流体が、選択的に、前記ピストンに送られ、前記ピストンから抜き出され、
   前記ピストン及びエンジンバルブに作動的に連結されたピボット要素を有し、該ピボット要素は、前記ピストンの並進運動によって前記ピボット要素に与えられる運動を前記エンジンバルブのところで増幅し、
   前記ピボット要素に作動的に連結された、油圧カートリッジをエンジンバルブ装置に固有のラッシュから引き離すラッシュアジャスタを有していることを特徴とするアクチュエータ。

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