JP6619509B2 - ラッシュ防止バルブ作動運動を含むエンジンバルブ作動用のシステム - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１５年９月２９日出願の「内部燃焼機関における一次バルブ運動中の補助運動ピストンのジャッキングを防止する方法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＰＲＥＶＥＮＴＩＮＧ ＪＡＣＫＩＮＧ ＯＦ ＡＮ ＡＵＸＩＬＩＡＲＹ ＭＯＴＩＯＮ ＰＩＳＴＯＮ ＤＵＲＩＮＧ ＰＲＩＭＡＲＹ ＶＡＬＶＥ ＭＯＴＩＯＮＳ ＩＮ ＡＮ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥ）」と題する米国仮特許出願第６２／２３４，６０８号明細書の利益を主張し、その教示は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般に、内燃機関に関し、特に、そのような内燃機関内でバルブ作動運動を提供するためのシステムに関する。

当技術分野で知られているように、内燃機関は、エンジンバルブの制御された作動によって部分的に作動する。たとえば、内燃機関内のシリンダごとに、典型的には、少なくとも１つの吸気エンジンバルブおよび少なくとも１つの排気エンジンバルブが存在する。内燃機関がパワーを生み出すように作動しているとき、エンジンバルブは、いわゆる（および周知の）主バルブ作動運動に従って作動される。さらに、エンジンバルブは、内燃機関の作動を変更するために、主バルブ作動運動の代わりに、またはそれに加えて使用され得る、いわゆる補助バルブ作動運動に従って作動され得る。

たとえば、このような補助バルブ作動運動は、圧縮解放制動またはエンジン制動を達成するために使用され得る。当技術分野で知られているように、圧縮解放制動は、様々なエンジンバルブ、特に排気バルブを選択的に制御することにより、内燃機関をパワー生成ユニットからパワー消費空気圧縮機に変換する。一般的に、所与のシリンダの排気バルブはロッカーアームによって作動され、このロッカーアームは、さらにしばしば、バルブブリッジを介して単一の排気バルブまたは複数の排気バルブに動作可能に連結される。

そのような従来技術のシステム１００の例が図１に概略的に示されている。特に、システム１００は、（図示の実施形態ではバルブブリッジ１１０を含むことができる）主運動負荷経路またはバルブトレイン１０６を介してエンジンバルブ１０４，１０６を作動させる（またはこれに運動を提供する）ために使用される主バルブ作動運動源１０２を備える。同様に、システム１００は、（図示の実施形態ではブリッジピン１１６を含むこともできる）補助運動負荷経路またはバルブトレイン１１４を介してエンジンバルブ１０４，１０６を作動させるために使用される補助バルブ作動運動源１１２を備える。図１は、２つのエンジンバルブ１０４，１０６を示しているが、所与のタイプの単一の（すなわち、吸気または排気の）エンジンバルブを同様に使用することができるので、これは要件ではないことが理解される。

本明細書で使用するように、バルブ作動運動源１０２，１１２は、油圧、電気、空気圧または機械的構成要素、たとえばカム、電子制御アクチュエータなどを含む、エンジンバルブに加えられる運動を指示する任意の構成要素を備えることができる。これとは逆に、運動負荷経路またはバルブトレイン１０８，１１４は、運動源とエンジンバルブとの間に配備され、運動源によってもたらされた運動をエンジンバルブに伝えるために使用される、たとえば、タペット、ロッカーアーム、プッシュロッド、バルブブリッジ、自動ラッシュアジャスタ、ロストモーション構成要素などの任意の１つまたは複数の構成要素を備えることができる。さらに、本明細書で使用するように、記述子「主」または「一次」は、いわゆる主事象エンジンバルブ運動、すなわち正のパワー生成中に使用されるバルブ運動に関する本開示の特徴を指し、記述子「補助」は、補助エンジンバルブ運動、すなわち従来の正のパワー生成以外のエンジン作動（それだけに限定されないが、圧縮解放制動、ブリーダ制動、シリンダ減圧、ブレーキガス再循環（ＢＧＲ）など）中に使用されるバルブ運動、または従来の正のパワー生成中に加えたエンジン作動（それだけに限定されないが、内部排気ガス再循環（ＩＥＧＲ）、可変バルブ作動（ＶＶＡ）、ミラー／アトキンソンサイクル、スワール制御など）中に使用されるバルブ運動に関する本開示の構成（ｆｅａｔｕｒｅ）を指す。

図１はまた、補助運動負荷経路１１４内のロストモーション構成要素１１８を示す。当技術分野で知られているように、ロストモーション構成要素１１８は、第１の状態では、補助バルブ作動運動源１１２と補助運動負荷経路１１４内の構成要素との間、または補助運動負荷経路１１４内の構成要素間にラッシュまたは隙間１２０を維持し、それにより、補助バルブ作動運動源１１２によって供給されるバルブ作動運動は、補助運動負荷経路１１４を介して伝達されず、すなわちこれらは「失われる」。
例示を容易にするために、ロストモーション構成要素１１８によって提供されるラッシュ１２０は、補助運動負荷経路１１４と、図示の例では、ブリッジピン１１６との間に示されている。しかし、このラッシュ１２０は、上記で留意したように他の構成要素の間に設けられてよいことが再度留意される。これとは逆に、第２の状態では、ロストモーション構成要素１１８はラッシュ１２０を占有し、それにより、補助バルブ作動運動源１１２によって供給されるバルブ作動運動は、補助運動負荷経路１１４を介してエンジンバルブ１０４、１０６に伝達される。当技術分野で知られているように、ロストモーション構成要素１１８は、しばしば、油圧作動装置として実装され、その一例を図３および図４に示す。図３および図４の例では、補助バルブ作動運動源１１２は、当技術分野で知られているように、回転カムとして実装される。さらに、ロストモーション構成要素１１８は、ボアハウジング３０４内に摺動可能に配設されたピストン３０４の形態で実装される。さらに、ピストン３０２とボアハウジング３０４との間には付勢ばね３０６が設けられ、それにより、この付勢ばねは、ピストン３０２とカム１１２との間にラッシュ空間１２０を維持する。図４に示すように、ピストン３０２の反対面に（図示しない油圧経路を介して）油圧を加えると、ピストン３０２がボア３０４から延び、それによってラッシュ空間１２０を占有し、ピストン３０２をカム１１２に接触させる。ピストン３０２を作動させる油圧流体を（たとえば当技術分野で知られているような制御バルブを使用して）油圧式にロックすることにより、カム１１２によって供給される運動をピストン３０２を介して伝達することができる。

図１にさらに示すように、主負荷経路１０８および補助負荷経路１１４のいずれかまたは両方は、オプションの自動ラッシュアジャスタ１１０，１１２を備えることができ、この自動ラッシュアジャスタは、熱膨張および／または構成要素磨耗を考慮するために通常使用されるラッシュを設定する必要性を避けるために望ましくなり得る。本明細書で使用するように、自動ラッシュアジャスタは、運動負荷経路内のラッシュを占有するために使用され、運動負荷経路内に直接的にまたはこれと平行して作動する範囲で、運動負荷経路内に含まれてよい。

最後に、図１はまた、補助バルブ作動運動源１１２’および補助運動負荷経路１１４’を、主運動負荷経路１０８に平行ではなく直列に置くことができる可能性も示す。すなわち、主運動負荷経路１０８の一部またはすべてを、当技術分野で知られているように、補助運動負荷経路１１４’の一部として使用することができる。ここでも、この実施形態では、ロストモーション構成要素１２４’によってもたらされるラッシュ１２０’は、補助運動負荷経路１１４’と主運動負荷経路１０８との間に概略的に示されている。

ラッシュ空間を占有することができる構成要素、すなわちロストモーション構成要素１１８および／または自動ラッシュアジャスタ１２４と組み合わせて、主バルブ作動運動源１０２および補助バルブ作動運動源１１２を別々に実装する、図１に示すタイプのシステム１００に関する問題は、意図されていないかまたは所望されていないときに、それらの構成要素が過剰に伸張するか、または「ポンプアップ」する可能性があることである。このような過度の伸張（「ジャッキング」と呼ばれることもある）が起こると、そのような構成要素が配備される運動負荷経路は、エンジンバルブの適切な着座を事実上妨げることがあり、それによってその結果、性能および／または排出が不十分になり、場合によっては、壊滅的なバルブとピストンの衝突を結果として生じさせる。

この一例が、図１，２および５〜７をさらに参照して示される。特に、図２は、主バルブ作動運動源１０２および補助バルブ作動運動源１１２のそれぞれ１つによって引き起こされ得るバルブ作動運動の例を示す、排気バルブの主バルブリフト曲線２０２および補助バルブリフト曲線２０８を示す。図示する例では、主リフト曲線２０２は、リフトが与えられていない基本円部分２０４と、主リフト事象２０６とを含み、補助リフト曲線２０８は、基本円部分２１０と、ＢＧＲリフト事象２１２と、圧縮解放リフト事象２１４とを含む。各曲線２０２，２０８における非ゼロリフトは、これらが重なり合わず、バルブに加えられる運動の完全なセットを提供するという点で、互いに補完的であることに留意されたい。図示するように、図２に示す曲線２０２，２０８は、ロストモーション構成要素１１８が、現在、ラッシュ１２０によって示すように、補助バルブリフト２０８が失われており、それによって補助リフト事象２１２，２１４が主バルブリフト２０２の基本円部分２０４の「下方」にある状態を想定する。ラッシュ１２０は、補助リフト曲線２０８によって与えられる最大リフト事象よりも大きいことに留意されたい。これは、補助運動負荷経路１１４とブリッジピン１１６との間の連結の欠如によって図１にさらに概略的に示され、すなわちバルブ作動運動は、補助運動負荷経路１１４によってブリッジピン１１６に伝えられない。その結果、主リフト事象２０６のみがブリッジ１１０に伝えられる。

（図を簡単にするためにロストモーション構成要素１１８およびオプションの自動ラッシュアジャスタ１２２，１２４は示されていない）図６に示すように、ロストモーション構成要素がラッシュ１２０を占有するように構成されている場合、リフト曲線２０２，２０８は図７および図９に示す通りであり、この図では、主バルブ作動運動および補助バルブ作動運動の両方がエンジンバルブ１０４，１０６に伝えられる。したがって、たとえば、図７に示す時間ｔ_１において、補助運動負荷経路１１４は、これらのバルブ作動運動を伝え、その結果、圧縮解放バルブ事象２１４がブリッジピン１１６およびエンジンバルブ１０４に加えられる。時間ｔ_１において、主バルブリフト曲線は、主運動負荷経路がバルブブリッジ１１０にいかなるリフトも加えていないことを示す、そのゼロリフト部分にあることに留意されたい。

しかし、図９に示すように、時間ｔ_２において、その逆が真であり、すなわち、主バルブリフト曲線は、主リフト事象２０６にあり、一方で補助バルブリフト曲線は、そのゼロリフト点にある。この場合、図８に示すように、主運動負荷経路１０８がバルブブリッジ１１０に高リフトを加えており、補助運動負荷経路１０８が何も加えていないとき、主リフト事象２０６の高さに基づくラッシュ８０２が、補助運動負荷経路１１４と、この例ではブリッジピン１１６との間に発生する。この場合、ロストモーション構成要素１１８（図８には示さず）は、ブリッジピン１１６に連結する破線の矢印によって示すように、この追加のラッシュ８０２を占有するように試み得る。これは、図５の例にさらに示され、ここでは、ピストン３０２は、加えられた油圧下で、追加のラッシュ８０２を占有しようと試みる。その結果、図９に示す時刻ｔ_３において、主リフト事象２０６が終了し、両方のバルブリフト曲線がそれぞれのゼロリフト部分にあるとき、ロストモーション構成要素１１８は、ポンプアップされた状態または過度に伸張された状態のままであり、それによってエンジンバルブ１０４の完全閉鎖を妨げる可能性がある。

この同様の問題は、補助運動負荷経路１１４が、上述したように、ロストモーション構成要素１１８の代わりに、またはロストモーション構成要素１１８に加えて、自動ラッシュアジャスタ１２４を含む場合に結果として生じることがある。

このようなジャッキングを防止するために、ロストモーション構成要素１１８（および／または自動ラッシュアジャスタ１２４）は、一定の限界を超える伸張を防止するストロークリミッタを備えて設計することができる。しかし、これは必然的に設計を複雑にし、これらの部品のコストを増加させる。米国特許第９，２００，５４１号明細書に説明されるものなどのさらに他の解決策は、特定の運動を吸収しながら、他の運動を伝えることを可能にする比較的複雑なピストン設計を提供している。しかし、これも設計の複雑さおよびコストを増加させる。

したがって、既存のシステムのこれらの欠点に対処するシステムを提供することが有利である。

米国特許第９，２００，５４１号明細書

本開示は、従来技術の方法の欠点に対処する技術を説明する。特に、本明細書に説明する実施形態によれば、エンジンバルブを作動させるためのシステムは、主運動負荷経路を介して主バルブ作動運動を少なくとも１つのエンジンバルブに供給するように構成された主バルブ作動運動源と、主バルブ作動運動源とは別個の補助バルブ作動運動源であって、補助運動負荷経路を介して補助バルブ作動運動を少なくとも１つのエンジンバルブに供給するように構成され、補助バルブ作動運動は、主バルブ作動運動に補完的なものである、補助バルブ作動運動源とを備える。主運動負荷経路および補助運動負荷経路は、互いに別個のものでよく、または補助運動負荷経路は、主運動負荷経路の少なくとも一部を含むことができる。さらに、主運動負荷経路および補助運動負荷経路のいずれかまたは両方は、自動ラッシュアジャスタを備えることができる。システムは、さらに、ロストモーション構成要素を備え、このロストモーション構成要素は、１つの状態では、補助バルブ作動運動源と補助運動負荷経路との間、または補助運動負荷経路内にラッシュを維持し、別の状態では、補助バルブ作動運動源と補助運動負荷経路との間、または補助運動負荷経路内のラッシュを占有するように構成された、油圧作動ピストンを備えることができる。この実施形態では、補助バルブ作動運動源は、主バルブ作動運動の少なくとも１つに実質的に一致する少なくとも１つのラッシュ防止バルブ作動運動を供給するようにさらに構成される。このようにして、少なくとも１つのラッシュ防止バルブ作動運動は、補助運動負荷経路内に運動を誘発し、この運動は、主バルブ作動運動および補助バルブ作動運動の別の補完的性質に起因してラッシュを作り出すことを実質的に防止する。

一実施形態では、補助バルブ作動運動源はカムであり、少なくとも１つのラッシュ防止バルブ作動運動は、カム上の追加のローブとして実装される。さらに、別の実施形態では、少なくとも１つのラッシュ防止バルブ作動運動は、主バルブ作動運動の一次バルブリフトまたは主バルブリフトと実質的に一致する。本明細書に説明するシステムは、吸気バルブまたは排気バルブのいずれかで作動するように提供されてもよく、または両方のタイプのエンジンバルブで作動するように別個に提供されてもよい。

この開示に説明する特徴は、付属の特許請求の範囲に詳細に説明されている。これらの特徴および付随する利点は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を検討することから明らかになるであろう。次に、１つまたは複数の実施形態を、添付の図面を参照して単なる例として説明するが、これら図では、同様の参照番号は同様の要素を表す。

従来技術によるエンジンバルブを作動させるためのシステムの概略ブロック図である。 従来技術による主バルブリフト曲線および補助バルブリフト曲線の両方を示す図である。 従来技術によるロストモーション構成要素の概略的な断面図である。 従来技術によるロストモーション構成要素の概略的な断面図である。 従来技術によるロストモーション構成要素の概略的な断面図である。 従来技術によるエンジンバルブを作動させるためのシステムの概略ブロック図である。 従来技術による主バルブリフト曲線および補助バルブリフト曲線の両方を示す図である。 従来技術によるエンジンバルブを作動させるためのシステムの概略ブロック図である。 従来技術による主バルブリフト曲線および補助バルブリフト曲線の両方を示す図である。 本開示による主バルブリフト曲線および補助バルブリフト曲線の両方を示す図である。 本開示による主バルブリフト曲線および補助バルブリフト曲線の両方を示す図である。 本開示によるラッシュ防止バルブ作動運動を実施するために使用され得るカムの形態の補助バルブ作動運動源を示す図である。 本開示によるエンジンバルブを作動させるためのシステムの概略ブロック図である。

次に、図１０および図１１を参照すると、主バルブ作動運動源１０２および補助バルブ作動運動源１２０２のそれぞれ１つによって引き起こされ得る、排気バルブ用の主バルブリフト曲線１００２および補助バルブリフト曲線１００８の例である。図示する例では、主リフト曲線１００２は、リフトが与えられていない基本円部分１００４と、主リフト事象１００６とを含み、一方で補助リフト曲線１００８は、基本円部分１０１０と、ＢＧＲリフト事象１０１２と、圧縮解放リフト事象１０１４と、ラッシュ防止バルブ作動運動１０１６とを含む。図２および図７の場合と同様に、ラッシュ防止バルブ作動運動１０１６を除いて、各曲線１００２，１００８の非ゼロリフトは、互いに重なり合わず、バルブに加えられる完全なセットの運動をもたらすという点で、互いに補完的なものである。図２の場合と同様に、図１０に示す曲線１００２，１００８は、ロストモーション構成要素１１８（図１３には図示せず）が、現在、ラッシュ１０２０によって示すように、補助バルブリフト１００８が失われており、それによって補助リフト事象１０１２，１０１４が主バルブリフト曲線１００２の基本円部分１００４の「下方」にある状態を想定する。

しかし、留意したように、ラッシュ防止バルブ作動運動１０１６は、主バルブリフト曲線１００２内に示すリフトと補完的ではない。実際には、ラッシュ防止バルブ作動運動１０１６は、（ロストモーション構成要素１１８が曲線１００２，１００８間のラッシュ１０２０を占有する状態に対応する）図１１に最適に示すように、主リフト事象１００６と実質的に一致する。補助バルブリフト１００８を実施するために使用され得る補助バルブ作動運動源１２０２の一例が、図１２に示されている。特に、補助バルブ作動運動源１２０２は、図１２ではカムとして実装され、このカムは、（図１０のゼロリフト部分１０１０に対応する）ベース円部分１２１０と、（図１０のＢＧＲリフト事象１０１２に対応する）ＢＧＲカムローブ１２１２と、（図１０の圧縮解放リフト事象１０１４に対応する）圧縮解放カムローブ１２１４と、（図１０のラッシュ防止バルブ作動運動１０１６に対応する）ラッシュ防止カムローブ１２１６とを有する。当業者に理解されるように、図１２に示すカムローブ１２１２，１２１４，１２１６は、図１０に示すバルブリフト１０１２，１０１４，１０１６の正確な輪郭に必ずしも一致しない。

図１１に最もよく示すように、ラッシュ防止バルブ作動運動１０１６および図示の例では、主リフト事象１００６の実質的に一致する特性（たとえば、最大バルブリフト、持続時間、形状など）の結果、主リフト事象１００６をバルブブリッジ１１０に加える間（図１１に示す時間ｔ_２およびその前後）、補助運動負荷経路１１４とブリッジピン１１６との間にはラッシュ空間を実質的に全くまたはほとんど確立しない。これは、図８に対比させて図１３に示され、この図では、補助運動負荷経路１１４はブリッジピン１１６と接触したままであり、それによって図８に示す追加のラッシュ８０２を排除し、それによりそのような追加のラッシュ空間８０２を占有しようとするロストモーション構成要素１１８（または設けられる場合、自動ラッシュアジャスタ１２４）のいかなる伸長もさらに回避する。

その結果、ラッシュ防止バルブ作動運動１０１６の提供は、従来技術の解決策に見られるロストモーション構成要素１１８の複雑で高価な構成の必要性を排除する。さらに、補助運動負荷経路１１４内で自動ラッシュアジャスタ１２４を使用することから生じる弊害の１つを実質的に排除することにより、主運動負荷経路１０８および補助運動負荷経路１１４の両方は、ラッシュ無しで作動することができ、それによって従来技術の解決策で遭遇する、これらの負荷経路１０８、１１４内にラッシュを設定するための時間および労働集約的必要性を排除する。

本開示では、排気バルブに関して例を説明してきたが、本明細書に説明する技術は、吸気バルブにも等しく適用され得ることに留意されたい。

特定の好ましい実施形態を示し、説明してきたが、当業者は、本教示から逸脱することなく、変更および修正を行うことができることを理解するであろう。したがって、上記で説明した教示のいずれかのおよびすべての改変、変形または均等物は、上記で開示し、本明細書で特許請求する基本的な基礎原則の範囲内に入ることが企図される。

Claims (9)

1. シリンダに関連付けられた少なくとも１つのエンジンバルブを有する内燃機関で使用するためのシステムであって、
   前記少なくとも１つのエンジンバルブに主運動負荷経路を介して主バルブ作動運動を供給するように構成された主バルブ作動運動源と、
   前記少なくとも１つのエンジンバルブに補助運動負荷経路を介して補助バルブ作動運動を供給するように構成された、前記主バルブ作動運動源とは別個の補助バルブ作動運動源であって、前記補助バルブ作動運動は前記主バルブ作動運動に補完的なものである、補助バルブ作動運動源と、
   ロストモーション構成要素であって、１つの状態では、前記補助バルブ作動運動源と前記補助運動負荷経路との間に、または前記補助運動負荷経路内にラッシュを維持し、別の状態では、前記補助バルブ作動運動源と前記補助運動負荷経路との間の、または前記補助運動負荷経路内の前記ラッシュを埋めるように構成されたロストモーション構成要素と
   を有し、
   前記補助バルブ作動運動源は、前記主バルブ作動運動の主バルブリフトと実質的に一致する少なくとも１つのラッシュ防止バルブ作動運動を提供するためのラッシュ防止バルブ作動運動構成要素をさらに有する、システム。
2. 補助バルブ作動運動源がカムであり、また前記少なくとも１つのラッシュ防止バルブ作動運動が、前記カム上の追加のローブとして実施される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つのラッシュ防止バルブ作動運動が、前記主バルブ作動運動の一次バルブリフトと実質的に一致する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ロストモーション構成要素が油圧制御ピストンを有する、請求項１に記載のシステム。
5. 前記補助運動負荷経路が前記主運動負荷経路を含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記主運動負荷経路が自動ラッシュアジャスタを有する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記補助運動負荷経路が自動ラッシュアジャスタを有する、請求項１に記載のシステム。
8. 前記少なくとも１つのエンジンバルブが、少なくとも１つの排気バルブを有する、請求項１に記載のシステム。
9. 前記少なくとも１つのエンジンバルブが、少なくとも１つの吸気バルブを有する、請求項１に記載のシステム。