JP6644926B2 - 排気弁作動システムおよび大型２ストローク内燃エンジン - Google Patents

Description

本開示は、大型内燃エンジンの排気弁作動システムに関し、特に電子制御可能な油圧駆動式排気弁作動システムに関する。油圧駆動式排気弁作動システムは、一般に大型ターボ過給式２ストローク圧縮着火型内燃エンジンで用いられる。本開示は、排気弁作動システムを備えた大型２ストローク圧縮着火型内燃エンジンに関するものでもある。

背景

大型ターボ過給式２ストローク圧縮着火型内燃エンジンは、一般に、コンテナ船などの大型外航船や発電所における原動機として使用される。

これらエンジンのシリンダは、シリンダカバーすなわちシリンダ上部に１つの排気弁を有すると共に、シリンダライナの下部領域にリング状のピストン制御式掃気ポートを有する。

最新のエンジンは、電子制御式かつ油圧作動式排気弁作動システムを備えている。旧式のカムシャフト作動式排気弁作動システムと比較して、電子制御式かつ油圧作動式システムでは柔軟性と調整性とが著しく改善され、エンジンの運転条件の全範囲にわたる排気と燃料消費との最適化が可能になる。これにより燃焼工程をより良好に制御することができ、その結果として燃焼効率が向上し排出量が低減され、全運転速度での無煙運転と、部分負荷燃料消費量の低減と、最小運転速度の低下とが可能になる。

この油圧式作動システムは、排気弁の弁体に作用する燃焼室の内圧と、排気弁を台座に押し付けている空気ばねの力とに抗して排気弁を開かなければならない。

したがって、排気弁を開けるには最初にきわめて大きな力が必要になり、相当量の油圧エネルギが排気弁の開弁ストロークに使用される。

排気弁の開弁ストロークにおいて油圧アクチュエータから送られるエネルギの大部分はポテンシャルエネルギとしてガスばねに蓄えられる。閉弁ストロークでは、この蓄えられたエネルギおよび排気弁に作用する排気ガスのエネルギの大部分は利用されない。これは、油圧アクチュエータから油圧エネルギとして戻るエネルギを取り込む手段がないためである。この油圧エネルギは、油圧系におけるタンクへの戻り油（油圧液）として使われるだけである。

大型２ストロークディーゼルエンジンにおける排気弁の作動に使用される油圧エネルギの量はきわめて多く、電子制御式エンジンで燃焼制御性を高めて燃料を節約しても、その節約分は概ね油圧駆動式排気弁作動システムで失われてしまう。

ＷＯ０１２０１３８には燃焼エンジンの弁を制御する機構が開示されている。この機構は、ポンプを備えた油圧回路と、油圧回路中の媒質の流れを制御するように設計された制御弁と、エンジン弁を開位置と閉位置との間で動かすように設計された動力装置とを含んでいる。このポンプは、燃焼エンジンが運転状態のときに回路の少なくとも一部で媒質の流れを連続して循環させるように設計されており、制御弁は、ポンプで循環させられている媒質の流れを必要に応じて動力装置に向けるように設計されており、それにより動力装置が電動弁を所望の方向に動かすようになっている。この構成では、先に詳述したように、上記油圧エネルギは油圧系のタンクへの戻り油（油圧液）として使われるだけである。

摘要

上記を鑑みて、前述の問題を解決または少なくとも軽減することを目的とする。

前記およびその他の目的は、独立請求項に示す特徴により達成される。さらなる実施の形態が、従属請求項、明細書、および図面により明らかにされる。

第１態様によると、大型２ストローク内燃エンジンの排気弁作動システムであって、特に電子的に制御可能な油圧駆動式排気弁作動システムが提供される。前記排気弁作動システムは、第１シャフトと、第１ポートと、第２ポートとを備えて、２つの流れ方向を生じさせることが可能な容量型ポンプと、前記第１ポートに流体連結された油圧アキュムレータと、第２シャフトを備えたモータ発電機と、を備える。前記第２ポートは、前記排気弁のスピンドルに作用するリニア油圧アクチュエータに流体連結するように構成され、前記第１シャフトは、前記第２シャフトに動作可能に接続される。

アキュムレータを可変容量ポンプの第１ポートに連結して、油圧式排気弁アクチュエータを前記可変容量ポンプの第２ポートに連結することによって、油圧油が油圧アキュムレータと油圧アクチュエータとの間にトラップされる。戻り手段（例えば、ガスばね）と、排気弁に作用する排気ガスとによって、排気弁の閉弁ストロークの間に油圧アクチュエータに供給される力学的エネルギが、油圧アキュムレータに伝達される。さらに、戻りストロークの間に油圧アクチュエータから送られる油圧エネルギの別の一部がモータ発電機または可変容量モータに伝達される。これにより、モータ発電機または可変容量モータは瞬間的に制動機、すなわち油圧ポンプとして機能して高圧の油圧液を油圧系に戻す（油圧系は通常は油圧モータにエネルギを供給する）。したがって、排気弁の閉弁ストロークの間に排気弁に供給されるエネルギの大部分は、排気弁を作動するエネルギの純量を大幅に低減することによって排気弁において回収される。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記油圧アキュムレータが前記第１ポートに連結されて第１閉鎖油圧系が形成される。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記リニア油圧アクチュエータが前記第２ポートに連結されて第２閉鎖油圧系が形成される。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記容量型ポンプは、前記第１シャフトの１つの回転方向について２つの流れ方向を生じさせることが可能な可変容量ポンプである。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記モータ発電機は、前記第２シャフトの２つの回転方向のそれぞれで動作するように構成される。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記モータ発電機は、第３ポートと第４ポートとを備えて、前記第２シャフトが１つの流れ方向について２つの方向に回転可能な可変容量モータである。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記モータ発電機は電気モータ発電機である。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記モータ発電機は、第３ポートと第４ポートとを備え、前記第２シャフトの１つの回転方向について２つの流れ方向を生じさせることが可能な可変容量モータである。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記第３ポートは第１高圧油圧液の第１源に連結され、前記第４ポートは第２高圧の第２源に連結されて、前記第１高圧は前記第２高圧より高い圧力である。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記排気弁作動システムは、前記可変容量モータの回転速度と押しのけ容量とを制御すると共に、前記可変容量ポンプの押しのけ容量を制御するように構成された電子制御ユニットを含む。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記排気弁作動システムは、前記排気弁の前記スピンドルの位置を示す第１センサを含む。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記排気弁作動システムは、前記可変容量モータの回転速度を示す第２センサを含む。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記可変容量ポンプはラジアルピストンポンプであり、および／または前記可変容量油圧モータはラジアルピストンモータである。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記排気弁作動システムは、前記可変容量ポンプの１つ以上の制御ポートに流体連結した第１制御弁であって、前記第１可変容量ポンプの押しのけ容量と方向流れとを制御する第１制御弁を含み、前記第１制御弁は前記電子制御ユニットによって電子的に制御される。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記排気弁作動システムは、前記可変容量油圧モータの１つ以上の制御ポートに流体連結した第２制御弁であって、前記可変容量油圧モータの押しのけ容量と方向流れとを制御する第２制御弁を含み、前記第２制御弁は前記電子制御ユニットによって電子的に制御される。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記電子制御ユニットは、前記可変容量油圧モータの押しのけ容量を制御することによって、前記第２シャフトの回転速度を所定の回転速度に保つように構成される。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記電子制御ユニットは、前記第２ポートに入出する液流を、前記排気弁の所望の位置を示す信号に基づいて制御するように構成される。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記排気弁作動システムは、前記第１シャフトまたは前記第２シャフトに連結されたフライホイールを含む。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記第１シャフトは前記第２シャフトに接続されて該第２シャフトと一体に動く。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記可変容量ポンプと前記可変容量モータとは１つの共通シャフトを備えた１つのユニットとして構成される。

前記第１態様の可能な一実装によると、前記可変容量油圧モータは一時的にポンプとして機能するように構成される、および／または前記可変容量ポンプは一時的にモータとして機能するように構成される。

第２態様によると、大型ターボ過給式２ストローク自己着火型内燃エンジンが提供される。前記エンジンは、下部領域に掃気ポートを備え、上部に排気弁を備えた複数のシリンダと、弁スピンドルと弁体とを備えた排気弁であって、弁座上に弁体が位置する閉位置とシリンダ内のガスの排気を可能にする開位置との間で相対する方向に移動可能な排気弁と、単独で動作する流体作動式手段であって、前記弁スピンドルに動作可能に連結され、前記排気弁を該排気弁の閉位置に向けて推し進める手段と、前記弁スピンドルに動作可能に連結されるリニア油圧アクチュエータであって、これが加圧されると前記排気弁を該排気弁の開位置に向けて推し進めるように構成された油圧アクチュエータと、前記第１態様と前記第１態様のいずれか１つの可能な実装とに係る排気弁作動システムと、を含む。

前記第２態様の可能な一実装によると、電子制御ユニット（５０）は、前記第１センサ（６２）からの信号を前記排気弁（４）の所望の位置と比較することによって、前記排気弁の位置および／または速度を閉ループ方式で制御するように構成される。

前記第２態様の可能な一実装によると、前記第１ポートを前記アキュムレータに連結する導管がオリフィスを介して第１高圧源に連結される。

本発明における上記の態様およびその他の態様を、以下に説明する実施形態により明らかにする。

以下に示す本開示の詳細な説明において、図面に示した実施形態例を参照して、本発明をより詳細に説明する。
図１は、一実施形態例に係る大型２ストローク自己着火型ターボ過給式エンジンの前部および一方の側部を示す立面図である。 図２は、図１のエンジンの後部および他方の側部を示す立面図である。 図３は、図１に係るエンジンをその吸気系および排気系と共に示す模式図である。 図４は、図１のエンジンの電気油圧式排気弁作動システムの第１実施形態を示す図である。 図４Ａは、図１のエンジンの電気油圧式排気弁作動システムの他の実施形態を示す図である。 図５は排気弁の開弁動作を示すグラフである。 図６はモータトルクとモータ速度とを示すグラフである。

以下の詳細な説明において、大型２ストロークエンジンを実施形態例によって説明する。図１から図３は、クランクシャフト４２とクロスヘッド４４とを備える大型低速ターボ過給式２ストロークディーゼルエンジンを示している。図３は、大型低速ターボ過給式２ストロークディーゼルエンジンをその吸気系および排気系と共に示す模式図である。この実施形態例のエンジンは、一列に並んだ６個のシリンダ１を備えている。大型ターボ過給式２ストロークディーゼルエンジンは通常一列に並んだ５個から１６個のシリンダを備えており、これらシリンダはエンジンフレーム４５に支えられている。このエンジンは、例えば、外洋船舶の主エンジンや、発電所において発電機を動かす固定式エンジンとして使用されている。エンジンの全出力は、例えば、５，０００ｋＷから１１０，０００ｋＷに及ぶ。

このエンジンは、シリンダ１の下部領域に環状に配置された複数のピストン制御式ポートである掃気ポート２２と、シリンダ１の上部の排気弁４とを備える、２ストロークユニフロー型ディーゼル（自己着火型）エンジンである。したがって、燃焼室内のフローは常に下から上に向かっている。つまり、このエンジンはいわゆるユニフロー型のエンジンである。掃気は、掃気受け２から各シリンダ１の掃気ポート２２に送られる。シリンダ１内の往復ピストン７により掃気が圧縮され、燃料が噴射される。続いて燃焼が起こり、排気ガスが生じる。排気弁４が開くと、排気ガスは、当該シリンダ１に付随する排気ダクト３５を通って排気受け３へと流れ、第１の排気導管１８を通ってターボ過給機５のタービン６に進み、そこから第２の排気導管７を通って流れ出る。タービン６が軸８を介して圧縮機９を駆動する。圧縮機９は吸気口１０から給気される。

圧縮機９は給気を加圧し、加圧された給気を給気導管１１に送る。給気導管１１は給気受け２に通じている。導管１１内の掃気は、給気冷却用のインタークーラ１２を通過して進む。冷却された給気は、補助ブロワ１６を経て給気受け２へと進む。補助ブロワ１６は電気モータ１７によって駆動され、低負荷または部分負荷状態にある給気流を加圧する。負荷が高い場合は、ターボ過給機圧縮機９が十分な圧縮掃気を送り、補助ブロワ１６は逆止弁１５を介して迂回される。

シリンダはシリンダライナ５２内に形成される。シリンダライナ５２はシリンダフレームに支持され、シリンダフレームはエンジンフレーム４５に支持される。

図４の第１実施形態に示すとおり、排気弁４は、一端に弁体２５を有する弁スピンドル２３を含む。弁スピンドル２３は、弁ハウジング内の内腔に摺動可能かつ密閉式に収容される。弁ハウジングは、その下端で円周状弁座２６を画定しており、排気弁４が閉位置にあるとき、弁体２５はこの弁座上に位置する。

空気ばね６７は、排気弁４をその閉位置に弾性的に押し付けるように構成されたプランジャ６１を含む。プランジャ６１は弁スピンドル２３に固定され、ハウジング内の内腔に摺動可能かつ密閉式に収容される。ばね室６６はプランジャ６１の下方に位置し、加圧されるとプランジャ６１を上方に押し上げる。ばね室６６は逆止弁を介して空気圧源６３に連結されており、これによりばね室６６の適正な加圧が保たれる。

あるいは、空気ばねを液体ベースの戻りバイアスされた系に置換することも可能である。この系では、ばね室６６は加圧液体で満たされる。この加圧液体はばね室６６から流出可能であり、圧力源に連結することによって所定の（好ましくは一定の）圧力に保つことができる。

弁スピンドル２３の上部はプランジャ６１に連結されている。プランジャ６１は弁ハウジング内の内腔に摺動可能かつ密閉式に収容されている。圧力室６０はプランジャ６１の上部の内腔に形成されて、第２油圧導管３５に連結されたポートに流体連通している。

圧力室６０とプランジャ６１とはハウジングに収容され、リニア排気弁アクチュエータ７０の一部をなしている。圧力室６０が加圧されると、プランジャ６１は排気弁４を開位置、すなわち下方（図４における下向き）、に向けて押す。次いで、排気弁４が、空気ばね６７の力と弁体２５に作用する燃焼室内の燃焼圧力の力とに抗して油圧で開けられる。空気ばね６７は、逆止弁を介して高圧空気源６３に連結された、ばね室６６からなる。

排気弁作動システムは、第１シャフト４３を備えた可変容量ポンプ４０を有する。第１シャフト４３は、その回転方向を反転することなく２つの流れ方向を伝えることができるタイプのものである。可変容量ポンプ４０は、第１油圧導管３４を介して油圧アキュムレータ２８に連結された第１ポートと、第２油圧導管３５を介して排気弁４のリニアアクチュエータの圧力室６０に連結された第２ポートとを有する。第１油圧導管３４はオリフィス３６を介して第１高圧の第１源に連結されているが、これは単に、可変容量ポンプ４０の漏れ損失とリニア油圧排気弁アクチュエータ７０の漏れ損失とを補償し、油圧アキュムレータ２８が第１高圧に加圧された状態を保って大量の油圧エネルギを蓄えるようにするためである。ただし、補償されるのは長期間にわたる漏れ損失であり、このため小流量の油圧液のみがオリフィス３６を通過できるようになっている。したがって、オリフィス３６を通って流れる油圧液は、排気弁４の開弁ストロークおよび閉弁ストロークの間に生じる、第１油圧導管３４の内圧の動的変化に影響を与えるほどのものではない。すなわち、油圧アキュムレータ２８と第１ポートとの連結により第１閉鎖油圧系が形成される。

一実施形態において、可変容量ポンプ４０はラジアルピストンポンプである。一実施形態において、このラジアルピストンポンプは、ストロークリングに対して動くラジアルピストンをシリンダブロック内に有するタイプのポンプである。シリンダブロックに対するストロークリングの位置を調整することで可変容量ポンプの押しのけ容量を調整できる。ストロークリングの偏芯位置は、相対する２つの制御ピストンと補償器とにより制御される（ストロークリングの位置が中心にある場合、押しのけ容量はゼロになる）。

可変容量ポンプ４０の押しのけ容量は第１制御弁４１を用いて制御される。この弁は本実施形態ではソレノイド比例制御弁である。第１制御弁４１は可変容量ポンプ４０に動作可能に連結されて、可変容量ポンプ４０の押しのけ容量を油圧により調整する。この調整は、例えば、第１制御弁４１により相対する２つの制御ピストンに伝達される油圧を制御することで行われる。第１制御弁４１は電子制御ユニット５０によって電子的に制御される。

本実施形態では、可変容量ポンプ４０の第１シャフト４３が、カップリング５３を介してモータ発電機３０の第２シャフト３３に接続されている。カップリング５３は第１シャフト４３と第２シャフト３３とを一体に回転させるものである。また、実施形態によっては、第１シャフト４３と第２シャフト３３とは、ギア比が１対１もしくはそれ以外の、ギアにより接続される。

システムに過剰な圧力がかかるのを防ぐために、圧力安全弁３９を通じて第２油圧導管３５がタンクＴに連結されている。したがって、リニア油圧アクチュエータ７０を第２ポートに連結することで第２閉鎖油圧系が形成される。

一実施形態において、モータ発電機は電動モータ発電機であり、図示の実施形態では可変容量油圧モータ３０である。この可変容量油圧モータ３０には、第２シャフト３３の回転方向を変えることなく２つの流れ方向の油圧液流を供給可能である。可変容量油圧モータ３０は第３ポートと第４ポートとを有している。第３ポートは第１高圧の第１源２９に連結され、第４ポートは第２高圧の第２源１９に連結されている。第２高圧は第１高圧より低圧（好ましくは著しく低圧）であるが、ゼロ圧または常圧よりは十分高い圧力である。

一実施形態において、可変容量モータ３０はラジアルピストンモータである。一実施形態において、このラジアルピストンモータは、ストロークリングに対して動くラジアルピストンをシリンダブロック内に有するタイプのモータである。シリンダブロックに対するストロークリングの位置を調整することで可変容量モータの押しのけ容量を調整できる。ストロークリングの偏芯位置は、相対する２つの制御ピストンと補償器とにより制御される（ストロークリングの位置が中心にない場合、押しのけ容量はゼロになる）。

可変容量モータ３０の押しのけ容量は第２制御弁３１を用いて制御される。この弁は、本実施形態ではソレノイド比例制御弁である。第２制御弁３１は可変容量モータ３０に動作可能に連結され、可変容量モータ３０の押しのけ容量を油圧により調整する。この調整は、例えば、第２制御弁３１により相対する２つの制御ピストンに伝達される油圧を制御することで行われる。第２制御弁３１は電子制御ユニット５０によって電子的に制御される。

モータ３０の回転速度、すなわち第２シャフト３３の回転速度は第２センサ３２により検出される。

第２センサ３２の信号は、例えば信号ケーブルによって電子制御ユニット５０に伝えられる。

電子制御ユニット５０は信号ケーブルを介して第２制御弁３１に信号を送ることで第１シャフトまたは油圧モータ３０の回転速度を制御する。第１制御弁は、可変容量ポンプ４０の押しのけ容量と流れ方向とを制御する。

排気弁４は、排気弁４の位置と速度とを測定する第１センサ６２を備えている。第１センサ６２は、排気弁４の位置および／または速度を表す信号を生成する。第１センサ６２は例えば信号ケーブルを介して電子制御ユニット５０に連結され、それにより電子制御ユニット５０に排気弁４の位置と速度とが通知されるようになっている。

電子制御ユニット５０は信号ケーブルを介して第１制御弁に信号を送って、可変容量ポンプ４０の押しのけ容量を制御すると共に、排気弁４の速度を制御する。

電子制御ユニット５０は排気弁４の速度をモニタする。一実施形態において、電子制御ユニット５０は、排気弁４が従うべき適正な速度またはプロフィールを決定するように構成される。一実施形態において、このプロフィールは、エンジン運転状態に合わせて連続して調節される。

電子制御ユニット５０はエンジンのクランク角を通知されると弁４の作動を制御して、排気弁作動のプロフィールがエンジンサイクルと同期するようにする。

電子制御ユニット５０は、エンジン運転試験からの較正データに基づくルックアップテーブル、またはエンジン運転試験からの較正データを用いた式を有し、それにより排気弁４の所望の適切なプロフィールを決定することができる。排気弁４の所望のプロフィールは、システムが、排気、エネルギ、および／または燃料効率（これらの因子は状況に応じて重み付けされる）に関して最適となるように選択される。

前述のとおり、圧力室６０内の油圧液の圧力が十分であると、排気弁４は、燃焼室の内圧と空気ばね６７の力とに抗して開く。電子制御ユニット５０は、排気弁４を開く必要があると判断すると、第１制御弁４１に、可変容量ポンプ４０の押しのけ容量と流れ方向とを相応に調整する命令を出す。その結果、油圧液が油圧アクチュエータ２８から排気弁アクチュエータ７０の圧力室６０に圧送され、それにより排気弁が空気ばね６７の圧力と燃焼室の内圧とに抗して開く。このポンプ作用は油圧アキュムレータ２８に蓄えられた高圧の油圧液によって概ねアシストされるので、可変容量ポンプ４０は、上記液流をサポートする必要があったとしても、そのために供給するエネルギはほんのわずかでよい。一実施形態において、油圧アクチュエータ２８の内圧は十分高く、可変容量ポンプ４０を油圧モータとして動作させ、同時に可変容量モータ３０をポンプとして動作させることができる。ここで、電子制御ユニット５０は、第２シャフト３３の所望の回転速度を保つために、可変容量油圧モータ３０の押しのけ容量と流れ方向とを相応に制御する。排気弁４が開弁ストロークの終点に達すると、電子制御ユニット５０は、第１制御弁４１に、可変容量ポンプ４０の押しのけ容量を０に調整して排気弁４の動きを止めるように指示する。

電子制御ユニット５０が排気弁を閉じる必要があると判断すると、工程が逆になり、電子制御ユニット５０は、第１制御弁４１に、可変容量ポンプ４０の押しのけ容量と流れ方向とを相応に調整して、油圧液を第２導管３５から第１油圧導管３４内に圧送し、さらに油圧アキュムレータ２８内に圧送するように指示する。この油圧液流は、排気弁に作用する排ガスと空気ばね６７とによって加勢されるが、油圧アキュムレータ２８の内圧には対抗する。したがって、油圧アキュムレータ２８の内圧と、圧力室６０の内圧による加勢とに基づいて、可変容量ポンプ４０を可変容量モータ３０により駆動する必要がある。ここで、電子制御ユニット５０は、第２シャフト３３の速度を一定に保つために、可変容量モータ３０の押しのけ容量と流れ方向とを調整する。電子制御ユニット５０により可変容量ポンプ４０の押しのけ容量を正確に制御することにより、排気弁体２５を弁座２６上に「ソフトクローズ」させることが可能になり、その結果排気弁アクチュエータを閉弁ストローク用のダンパを用いずに作製することができる。

図５は、時間に対する排気弁４の開弁動作を示すグラフである。図示のプロフィールは一例に過ぎず、プロフィールの形状と開弁ストロークのサイズとは電子制御ユニット５０によって自由に制御することができる。電子制御ユニット５０は排気弁４の開弁プロフィールを決定し、それに応じて可変容量ポンプ４０の押しのけ容量を制御する。電子制御ユニット５０は、位置センサ６２から送られる信号によって排気弁４の位置を通知される。それにより、電子制御ユニット５０は、任意の所望のプロフィールに基づいて排気弁の位置を決定することができる。

図６はモータ３０の第１シャフトのトルクと回転速度とを示すグラフである。グラフが示すように、排気弁４の開弁ストロークの初期段階にモータトルクは負になる、すなわち、モータ３０は制動機もしくはポンプとして機能する。同時に、油圧モータ３０の第２シャフト３３の速度はわずかに増加した後設定速度に戻る。この負のトルクは油圧アキュムレータ２８の内圧が排気弁のリニア油圧アクチュエータ７０の内圧より高いために生じる。このため油圧アクチュエータ２８からリニア油圧アクチュエータ７０への液流によって可変容量ポンプ４０が駆動される。すなわち、可変容量ポンプ４０はこの段階ではモータのように動作する。排気弁４が弁座２６上に戻ると、この状況は逆転する。戻りストロークの初期段階では、電子制御ユニットは可変容量ポンプ４０の押しのけ容量を変化させて、油圧液がリニア油圧アクチュエータ７０から油圧アキュムレータ２８に圧送されるようにする。このポンプ作用には、可変容量モータ３０から可変容量ポンプ４０への制動トルクが必要になる。この制動トルクは、グラフ中に、可変容量モータ３０の正のトルクおよびモータ３０の第２シャフト３３の回転速度のわずかな減少として現れている。電子制御ユニット５０は、第２シャフト３３の回転速度を所望の一定レベルに保ち、それに応じて可変容量モータ３０の押しのけ容量を調整するように構成されている。

排気弁作動におけるエネルギ消費は排気弁が動作していないときは低いが、これは可変容量ポンプ４０の押しのけ容量がゼロであるためである。開弁ストローク時に、油圧アクチュエータ２８の油圧エネルギがリニア排気弁アクチュエータ７０を駆動し、可変容量ポンプ４０を事実上「駆動」する。この段階で可変容量ポンプ４０に投入されるエネルギの一部は可変容量モータ３０によって回収される。このとき、可変容量モータ３０はポンプとして機能して油圧エネルギをエンジンの油圧系に戻す働きをしている。閉弁ストローク時に、ガスばねから、および排気弁体２５とシャフト２３とに作用する燃焼室内のガスから、リニア排気弁アクチュエータ７０に作用する力は、プランジャ６１に伝達されて圧力室６０内の油圧液を加圧する。この圧力により、可変容量ポンプ４０が次のストロークのために油圧アキュムレータ２８を再充填するように加勢される。したがって、排ガスと空気ばねとのエネルギは、戻りストロークの間に、これらエネルギを油圧アキュムレータ２８に伝達して蓄えることにより回収される。

図４Ａは、排気弁作動システムの別の実施形態を示す。このシステムは、油圧ポンプ４０が可変容量ポンプではなく固定容量ポンプであること以外は図４に示した第１実施形態と基本的に同一のシステムである。固定容量ポンプ４０は、２つの回転方向のそれぞれで動作して２方向の液流を生じさせるように構成されている。

したがって、この実施形態では可変容量油圧モータ３０の形のモータ発電機は、フローポンプ４０を相対する方向に制御するために、駆動軸（第２シャフト）３３を異なる方向に回す必要がある。このため、この実施形態では、容量型ポンプ４０と可変容量モータ３０とは、それぞれのシャフト３３、４３の回転方向が同一になるように動作して、油圧アキュムレータ２８を開放してリニア油圧アクチュエータ７０を加圧することで排気弁４を開く。また、容量型ポンプ４０と可変容量モータ３０とは、それぞれのシャフト３３、４３の回転方向が逆になるように動作して、油圧アキュムレータ２８を再充填してリニア油圧アクチュエータ７０から液を抜く（特に圧力室６０から液を抜く）ことで排気弁４を閉じる。

排気弁作動システムが、電子制御ユニット５０により第１制御弁３１を通じて制御されることで可変容量モータ３０の動作が制御される。固定容量ポンプ４０自体は油圧制御入力を受信しないので、図４Ａの実施形態に係る油圧および制御システムは、図４の実施形態のシステムに比べて複雑でない。

一実施形態において、可変容量モータ３０と可変容量ポンプ４０とは共通のシャフトを備えた１つのユニットとして作製される。一実施形態において、この単一ユニットは排気弁ハウジングに直接取り付けられる。

種々の実施形態との関連で本発明を説明したが、本開示の実施形態についての他の変形は、図面、開示内容、および添付の特許請求の範囲を検討することにより、請求項記載の発明を実施する際に当業者により理解および実施され得る。特許請求の範囲において、「有する、備える、含む」という文言はその他の要素やステップを排除しない。また、単数表現は複数を排除しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという事実だけでは、これらの手段の組合せを有効に使用し得ないことにはならない。コンピュータプログラムを、他のハードウェアと共にまたはその一部として供給される光記録媒体や固体媒体などの、適当な媒体に保存または配信可能であり、さらにインターネットや他の有線または無線の電話通信システム等の他の形式で配信可能である。電子制御ユニットを単一のユニットとして示したが、この電子制御ユニットを複数の連結した電子制御ユニットの組合せによって実現することも可能である。

特許請求の範囲における参照符号はその範囲を限定する意味のものではない。

Claims (21)

1. ２ストローク内燃エンジンの排気弁作動システムであって、
   第１シャフト（４３）と、第１ポートと、第２ポートとを備えた容量型ポンプ（４０）と、
   前記第１ポートに流体連結された油圧アキュムレータ（２８）と、
   第２シャフト（３３）を備えたモータ発電機と、を備え
   前記容量型ポンプ（４０）は２つの流れ方向を生じさせることが可能であり、
   前記第２ポートは、排気弁（４）のスピンドル（２３）に作用するリニア油圧アクチュエータ（７０）に流体連結するように構成され、
   前記第１シャフト（４３）は前記第２シャフト（３３）に動作可能に接続される、
   ことを特徴とする排気弁作動システム。
2. 前記油圧アキュムレータが前記第１ポートに連結されて第１閉鎖油圧系が形成される、
   請求項１に記載の排気弁作動システム。
3. 前記リニア油圧アクチュエータ（７０）が前記第２ポートに連結されて第２閉鎖油圧系が形成される、
   請求項１または２に記載の排気弁作動システム。
4. 前記容量型ポンプは、前記第１シャフトの１つの回転方向について２つの流れ方向を生じさせることが可能な可変容量ポンプ（４０）である、
   請求項１から３のいずれかに記載の排気弁作動システム。
5. 前記モータ発電機は、前記第２シャフト（３３）の２つの回転方向のそれぞれで動作するように構成される、
   請求項１から４のいずれかに記載の排気弁作動システム。
6. 前記モータ発電機は、第３ポートと第４ポートとを備えて、前記第２シャフト（３３）が１つの流れ方向について２つの方向に回転可能な可変容量油圧モータ（３０）である、
   請求項４または５に記載の排気弁作動システム。
7. 前記モータ発電機は電気モータ発電機である、
   請求項１から５のいずれかに記載の排気弁作動システム。
8. 前記モータ発電機は、第３ポートと第４ポートとを備えて、前記第２シャフト（３３）の１つの回転方向について２つの流れ方向を生じさせることが可能な可変容量油圧モータ（３０）である、
   請求項１から５のいずれかに記載の排気弁作動システム。
9. 前記第３ポートは第１高圧油圧液の第１源に連結され、
   前記第４ポートは第２高圧の第２源に連結されて、
   前記第１高圧は前記第２高圧より高い圧力である、
   請求項８に記載の排気弁作動システム。
10. 前記容量型ポンプは可変容量ポンプ（４０）であり、
    前記可変容量油圧モータ（３０）の回転速度と押しのけ容量とを制御すると共に、前記可変容量ポンプ（４０）の押しのけ容量を制御するように構成された電子制御ユニット（５０）をさらに含む、
    請求項８または９に記載の排気弁作動システム。
11. 前記可変容量ポンプ（４０）の１つ以上の制御ポートに流体連結した第１制御弁（４１）であって、前記可変容量ポンプ（４０）の押しのけ容量と方向流れとを制御する第１制御弁（４１）を含み、前記第１制御弁（４１）は前記電子制御ユニット（５０）によって電子的に制御される、
    請求項１０に記載の排気弁作動システム。
12. 前記可変容量油圧モータ（３０）の１つ以上の制御ポートに流体連結した第２制御弁（３１）であって、前記可変容量油圧モータ（３０）の押しのけ容量と方向流れとを制御する第２制御弁（３１）を含み、前記第２制御弁（３１）は前記電子制御ユニット（５０）によって電子的に制御される、
    請求項１０又は１１に記載の排気弁作動システム。
13. 前記電子制御ユニット（５０）は、前記可変容量油圧モータ（３０）の押しのけ容量を制御することによって、前記第２シャフト（３３）の回転速度を所定の回転速度に保つように構成される、
    請求項１０から１２のいずれかに記載の排気弁作動システム。
14. 前記電子制御ユニット（５０）は、前記第２ポートに入出する液流を、前記排気弁（４）の所望の位置を示す信号に基づいて制御するように構成される、
    請求項１０から１３のいずれかに記載の排気弁作動システム。
15. 前記容量型ポンプは可変容量ポンプ（４０）であり、
    前記可変容量ポンプ（４０）はラジアルピストンポンプであり、および／または前記可変容量油圧モータ（３０）はラジアルピストンモータである、
    請求項８から１４のいずれかに記載の排気弁作動システム。
16. 前記排気弁の前記スピンドル（２３）の位置を示す第１センサ（６２）を含む、
    請求項１から１５のいずれかに記載の排気弁作動システム。
17. 前記モータ発電機の回転速度を示す第２センサ（３２）を含む、
    請求項１から１６のいずれかに記載の排気弁作動システム。
18. ターボ過給式２ストローク内燃エンジンであって、前記エンジンは、
    下部領域に掃気ポート（２２）を備え、上部に排気弁（４）を備えた複数のシリンダ（１）と、
    単動式の流体作動式手段であって、弁スピンドル（２３）に動作可能に連結され、前記排気弁（４）を該排気弁の閉位置に向けて推し進める手段と、
    前記弁スピンドル（２３）に動作可能に連結されるリニア油圧アクチュエータ（７０）であって、これが加圧されると前記排気弁（４）を該排気弁の開位置に向けて推し進めるように構成された油圧アクチュエータ（７０）と、
    請求項１から１７のいずれかに記載の排気弁作動システムと、を含み、
    前記排気弁（４）は前記弁スピンドル（２３）と弁体（２５）とを備え、かつ弁座（２６）上に弁体（２５）が位置する閉位置と、開位置との間で相対する方向に移動可能である、
    ことを特徴とするターボ過給式２ストローク内燃エンジン。
19. 前記排気弁の前記スピンドル（２３）の位置を示す第１センサ（６２）と、
    前記第１センサ（６２）からの信号を前記排気弁（４）の所望の位置と比較することによって、前記排気弁の位置および／または速度を閉ループ方式で制御するように構成された電子制御ユニット（５０）と、
    を備える、請求項１８に記載のエンジン。
20. 前記第１ポートを前記アキュムレータ（２８）に連結する第１導管がオリフィス（３６）を介して第１高圧源に連結される、
    請求項１８または１９に記載のエンジン。
21. 前記排気弁作動システムは、電子的に制御可能な油圧駆動式排気弁作動システムである、請求項１８から２０のいずれかに記載のエンジン。

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