(57)【要約】      （修正有）【課題】回転カムの位置とは無関係の排気弁と吸気弁の両方の開閉は、特定の種類のエンジン運転に対して有益になることがある。【解決手段】本発明における内燃機関は、シリンダの複数の燃焼チャンバを少なくとも部分的に形成するエンジンブロックに取り付けられたシリンダヘッドを有する。このシリンダヘッド１００は、複数の吸気ポートと複数の排気ポートを有する。エンジンバルブ１０２は、燃焼チャンバに出入りするガスの通路を規制する。カム作動型バルブは、回転カムに、直接、または、回転カムの回転運動エネルギをバルブの直線運動に変換することを補助する１つ以上の多様な部品を介して機械的に連結される。複数の排気弁の１つ、及び、複数の吸気弁の１つは、回転カムに機械的に連結される。電気油圧式アクチュエータは、特定のシリンダの吸気弁と排気弁を個別に駆動する。この電気油圧式アクチュエータは、高圧の流体源と流体連通している。【選択図】図１
2018048644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンブロックと、
該エンジンブロックに取り付けられ、少なくとも１つの燃焼チャンバを形成し、また、第１吸気ポート、第１排気ポート、及び、吸気ポートと排気ポートのうちのいずれか１つを構成する第２ポートを形成する、シリンダヘッドと、
該シリンダヘッドに取り付けられ、前記第１吸気ポート内に少なくとも部分的に配置され、また、前記第１吸気ポートを選択的に開閉するように、開弁位置と閉弁位置との間を移動可能な、第１吸気弁と、
前記シリンダヘッドに取り付けられ、前記第１排気ポート内に少なくとも部分的に配置され、また、前記第１排気ポートを選択的に開閉するように、開弁位置と閉弁位置との間を移動可能な、第１排気弁と、
前記シリンダヘッドに取り付けられ、前記第２ポート内に少なくとも部分的に配置され、また、前記第２ポートを選択的に開閉するように、開弁位置と閉弁位置との間を移動可能な、第２弁と、
前記第１吸気弁及び前記第１排気弁と機械的に連結され、前記第１吸気弁及び前記第１排気弁を、開弁位置と閉弁位置との間で作動させる、回転カムと、
前記第２弁と連結され、前記第２弁を、開弁位置と閉弁位置との間で選択的に駆動する、油圧弁アクチュエータと、
を含むことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記油圧弁アクチュエータは、
ピストンキャビティ、入口ポート、高圧流体導管と流体連通した高圧ポート、及び、低圧流体導管と流体連通した低圧ポートを有する、アクチュエータハウジングと、
前記ピストンキャビティ内に少なくとも部分的に配置され、前記入口ポートと流体連通した第１端部において第１面を有し、また、前記第１面と前記アクチュエータハウジングとで、容積室を形成している、ピストンと、
前記アクチュエータハウジング内に配置され、前記入口ポートを介して、前記入口ポート、前記高圧ポート、前記低圧ポート、及び、前記容積室と流体連通している、アクチュエータ弁と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記アクチュエータハウジングは、ソレノイドを含み、
前記アクチュエータ弁は、前記ソレノイドが励磁されたときに、前記ソレノイドに応答して、第１位置と第２位置のうちいずれか１つに位置される、磁性のスプールバルブ部材を含み、
前記スプールバルブ部材が前記第１位置にある場合、前記低圧力ポートは、前記スプールバルブ部材の第１スプールチャネル、前記入口ポート、及び、前記容積室と流体連通しており、
前記スプールバルブ部材が前記第２位置にある場合、前記高圧力ポートは、前記スプールバルブ部材の第２スプールチャネル、前記入口ポート、及び、前記容積室と流体連通している、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ピストンは、第１部材及び第２部材を含み、
前記第２部材は、前記第１部材内に摺動可能に配置され、
前記ピストンの前記第１面は、前記第１部材の一面と前記第２部材の一面によって、少なくとも一部が形成されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記第１部材は、前記第１部材の第１端部にフランジ付きヘッド部分を有し、また、
前記第１部材の前記一面は、前記第２部材の前記一面より大きいことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記第１部材の前記一面の表面積は、前記第２部材の前記一面の表面積の約８倍から約１０倍の間であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記フランジ付きヘッド部分は、円筒形外面を有し、また、
前記第１部材は、前記第１部材の前記第１端部から前記第１部材の第２端部にかけて延びる通路を形成する、円筒形内面を有し、
前記第２部材は、前記通路内に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記円筒形内面は、第１直径を有する第１円筒形状内面を有し、
円錐台形部分が、前記第１円筒形状内面と、前記第１直径より大きい第２直径を有する第２円筒形状内面との間で延び、
前記第１円筒形状内面は、前記第２円筒形状内面より前記第１端部に近接しており、
前記第２部材は、前記第１円筒形状内面と摺動可能に係合される第１円筒形状外面、及び、前記第２円筒形状内面と摺動可能に係合される第２円筒形状外面を有する、ことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
エンジンブロックと、
該エンジンブロックに取り付けられ、少なくとも１つの燃焼チャンバを形成し、また、第１ポート及び第２ポートを形成する、シリンダヘッドと、
前記第１ポート内に少なくとも部分的に配置され、また、前記第１ポートを選択的に開放するように、開弁位置と閉弁位置との間を移動可能な、第１弁と、
前記第２ポート内に少なくとも部分的に配置され、また、前記第２ポートを選択的に開放するように、開弁位置と閉弁位置との間を移動可能な、第２弁と、
前記第１弁と機械的に連結され、前記第１弁を、開弁位置と閉弁位置との間で選択的に移動させる、回転カムと、
を含む内燃機関用のエンジンバルブ作動システムは、
前記第２弁と連結され、前記第２弁を、開弁位置と閉弁位置との間で選択的に移動させる、油圧弁アクチュエータを含み、前記油圧弁アクチュエータは、
ピストンキャビティ、入口ポート、高圧流体導管と流体連通した高圧ポート、及び、低圧流体導管と流体連通した低圧ポートを有する、アクチュエータハウジングと、
前記ピストンキャビティ内に少なくとも部分的に配置され、前記入口ポートと流体連通した第１端部において第１面を有し、また、前記第１面と前記アクチュエータハウジングとで、容積室を形成している、ピストンと、
前記アクチュエータハウジング内に配置され、前記入口ポートを介して、前記入口ポート、前記高圧ポート、前記低圧ポート、及び、前記容積室と流体連通している、アクチュエータ弁と、を含む、ことを特徴とするエンジンバルブ作動システム。
【請求項１０】
前記アクチュエータハウジングは、ソレノイドを含み、
前記アクチュエータ弁は、前記ソレノイドが励磁されたときに、前記ソレノイドに応答して、第１位置と第２位置のうちいずれか１つに位置される、磁性のスプールバルブ部材を含み、
前記スプールバルブ部材が前記第１位置にある場合、前記低圧力ポートは、前記スプールバルブ部材の第１スプールチャネル、前記入口ポート、及び、前記容積室と流体連通しており、
前記スプールバルブ部材が前記第２位置にある場合、前記高圧力ポートは、前記スプールバルブ部材の第２スプールチャネル、前記入口ポート、及び、前記容積室と流体連通している、ことを特徴とする請求項９に記載のエンジンバルブ作動システム。
【請求項１１】
前記ピストンは、第１部材及び第２部材を含み、
前記第２部材は、前記第１部材内に摺動可能に配置され、
前記ピストンの前記第１面は、前記第１部材の一面と前記第２部材の一面によって、少なくとも一部が形成されることを特徴とする請求項１０に記載のエンジンバルブ作動システム。
【請求項１２】
前記第１部材は、前記第１部材の第１端部にフランジ付きヘッド部分を有し、また、
前記第１部材の前記一面は、前記第２部材の前記一面より大きいことを特徴とする請求項１１に記載のエンジンバルブ作動システム。
【請求項１３】
前記第１部材の前記一面の表面積は、前記第２部材の前記一面の表面積の約８倍から約１０倍の間であることを特徴とする請求項１２に記載のエンジンバルブ作動システム。
【請求項１４】
前記フランジ付きヘッド部分は、円筒形外面を有し、また、
前記第１部材は、前記第１部材の前記第１端部から前記第１部材の第２端部にかけて延びる通路を形成する、円筒形内面を有し、
前記第２部材は、前記通路内に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする請求項１２に記載のエンジンバルブ作動システム。
【請求項１５】
前記円筒形内面は、第１直径を有する第１円筒形状内面を有し、
円錐台形部分が、前記第１円筒形状内面と、前記第１直径より大きい第２直径を有する第２円筒形状内面との間で延び、
前記第１円筒形状内面は、前記第２円筒形状内面より前記第１端部に近接しており、
前記第２部材は、前記第１円筒形状内面と摺動可能に係合される第１円筒形状外面、及び、前記第２円筒形状内面と摺動可能に係合される第２円筒形状外面を有する、ことを特徴とする請求項１４に記載のエンジンバルブ作動システム。
【請求項１６】
内燃機関の弁を、開弁位置と閉弁位置との間で選択的に駆動するように構成された、油圧弁アクチュエータであって、該油圧弁アクチュエータは、
ピストンキャビティ、入口ポート、高圧流体導管と流体連通した高圧ポート、低圧流体導管と流体連通した低圧ポート、及び、ソレノイドを有する、アクチュエータハウジングと、
前記ピストンキャビティ内に少なくとも部分的に配置され、前記入口ポートと流体連通した第１端部において第１面を有し、また、前記第１面と前記アクチュエータハウジングとで、容積室を形成している、ピストンと、
前記アクチュエータハウジング内に配置され、前記入口ポートを介して、前記入口ポート、前記高圧ポート、前記低圧ポート、及び、前記容積室と流体連通している、アクチュエータ弁と、
を含み、前記アクチュエータ弁は、
前記ソレノイドが励磁されたときに、前記ソレノイドに応答して、第１位置と第２位置のうちいずれか１つに位置される、磁性のスプールバルブ部材を含み、
前記スプールバルブ部材が前記第１位置にある場合、前記低圧力ポートは、前記スプールバルブ部材の第１スプールチャネル、前記入口ポート、及び、前記容積室と流体連通しており、
前記スプールバルブ部材が前記第２位置にある場合、前記高圧力ポートは、前記スプールバルブ部材の第２スプールチャネル、前記入口ポート、及び、前記容積室と流体連通している、ことを特徴とする油圧弁アクチュエータ。
【請求項１７】
前記ピストンは、第１部材及び第２部材を含み、
前記第２部材は、前記第１部材内に摺動可能に配置され、
前記ピストンの前記第１面は、前記第１部材の一面と前記第２部材の一面によって、少なくとも一部が形成されることを特徴とする請求項１６に記載の油圧弁アクチュエータ。
【請求項１８】
前記第１部材は、前記第１部材の第１端部にフランジ付きヘッド部分を有し、また、
前記第１部材の前記一面は、前記第２部材の前記一面より大きいことを特徴とする請求項１７に記載の油圧弁アクチュエータ。
【請求項１９】
前記フランジ付きヘッド部分は、円筒形外面を有し、また、
前記第１部材は、前記第１部材の前記第１端部から前記第１部材の第２端部にかけて延びる通路を形成する、円筒形内面を有し、
前記第２部材は、前記通路内に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする請求項１８に記載の油圧弁アクチュエータ。
【請求項２０】
前記円筒形内面は、第１直径を有する第１円筒形状内面を有し、
円錐台形部分が、前記第１円筒形状内面と、前記第１直径より大きい第２直径を有する第２円筒形状内面との間で延び、
前記第１円筒形状内面は、前記第２円筒形状内面より前記第１端部に近接しており、
前記第２部材は、前記第１円筒形状内面と摺動可能に係合される第１円筒形状外面、及び、前記第２円筒形状内面と摺動可能に係合される第２円筒形状外面を有する、ことを特徴とする請求項１９に記載の油圧弁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関のバルブ駆動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バルブ駆動システムは、概して、エンジンバルブを直接、または、作動解除ロッカーアーム及び可変リフトロッカーアームを含んだロッカーアーム、プッシュロッド、油圧ラッシュアジャスタ、タペット等の機構部品を介して、駆動する回転カムを含む。このようなバルブ駆動システムは、バルブを着座位置から動かすためのカム山（カムローブ）によってもたらされるリフトに依存する。このような依存は、排気弁と吸気弁の両方に見られる。しかしながら、回転カムの位置とは無関係の排気弁と吸気弁の両方の開閉は、特定の種類のエンジン運転に対して有益になることがある。
【発明の概要】
【０００３】
内燃機関は、シリンダの複数の燃焼チャンバを少なくとも部分的に形成するエンジンブロックに取り付けられたシリンダヘッドを有する。シリンダヘッドは、複数の吸気ポート及び複数の排気ポートを有する。バルブは、燃焼チャンバに出入りするガスの通路を規制する。
カム作動型バルブは、回転カムに、直接、または、回転カムの回転運動エネルギをバルブの直線運動に変換することを補助する１つ以上の多様な部品を介して機械的に連結される。複数の排気弁の１つ、及び、複数の吸気弁の１つは、回転カムに機械的に連結される。電気油圧式アクチュエータは、特定のシリンダの吸気弁と排気弁を個別に駆動する。この電気油圧式アクチュエータは、高圧の流体源と流体連通している。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
添付の図面において、本発明におけるハイブリッドカム‐カムレスバルブ駆動システムの態様を説明した構造と方法が、以下に記載された詳細な説明とともに示されている。ただし、単一の部品が複数の部品として設計されてもよく、または、複数の部品が単一の部品として設計されてもよい。
【０００５】
また、以下の添付の図面及び詳細な説明において、同様の部品は、其々、図面及び明細書全体にわたって同一の符号で示されている。これらの図は、原寸に比例しておらず、また、特定の部品における寸法比は、図の便宜上誇張されている。
【図１】本発明におけるバルブヘッド100の部分分解斜視図である。
【図２】図１に示されている直線2-2に沿ったバルブヘッド100の断面図である。
【図３】図１に示されているアクチュエータ104とエンジンバルブ102の部分断面図である。
【図４】図３に示されている直線4-4に沿って、アクチュエータ104の作動の一段階を示した部分断面図である。
【図５】図３に示されている直線4-4に沿って、アクチュエータ104の作動の一段階を示した部分断面図である。
【図６】図３に示されている直線4-4に沿って、アクチュエータ104の作動の一段階を示した部分断面図である。
【図７】本開示に従った４バルブシリンダ用の回転カムの角度位置に対する、エンジンバルブの変位の１つのグラフ図である。
【図８】本開示に従った４バルブシリンダ用の回転カムの角度位置に対する、エンジンバルブの変位の１つのグラフ図である。
【図９】本開示に従った４バルブシリンダ用の回転カムの角度位置に対する、エンジンバルブの変位の１つのグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１は、本教示における一態様に従ったバルブヘッド100を示している。このバルブヘッド100は、ディーゼルエンジンのエンジンブロックに取り付けられるように構成されている。しかしながら、本教示は、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリン、バイオ燃料、または、他の燃料を消費するような他のタイプの内燃機関に適用可能である。バルブヘッド100が取り付けられることが可能なエンジンブロックは、ピストンボアを含むことができる。ピストンは、このようなボアに挿入され、燃焼チャンバを形成することができる。バルブヘッド100は、エンジンブロックに取り付けられた場合に、燃焼チャンバの上部を形成することができる。
【０００７】
このバルブヘッド100は、１２気筒エンジンの６気筒と共に使用される。１２気筒エンジンは、各側に６気筒ずつ有するＶ型エンジンである。しかしながら、本教示は、直列型エンジン、１２以上または以下の異なる個数の気筒エンジン等、他のエンジン形態にも同様に適用可能である。例えば、本教示は、６、８、及び１０気筒を有するエンジンに適用可能である。
【０００８】
図１に示されているバルブヘッド100は、ハイブリッドバルブ駆動システムを含み、機械的な作動機構と電動油圧作動機構の両方が、複数のエンジンバルブの特定のシリンダを開閉するために用いられる。バルブヘッド100は、エンジンブロックに取り付けられた場合に、６つの燃焼チャンバ部を形成する。このヘッド100は、バルブヘッド100によって部分的に形成される各々の燃焼チャンバに対して４個のエンジンバルブ、全部で２４個のエンジンバルブを含む。
【０００９】
供給レール101が、バルブヘッド100の上端に取り付けられることができる。この供給レール101は、ここでさらに説明される電気油圧式アクチュエータ104に高圧の油圧流体を供給する２つの高圧導管103と、油圧流体が電気油圧式アクチュエータ104から流れることを可能にする低圧ドレーン導管105と、を有する。
【００１０】
図２は、図１に示されたバルブヘッド100の断面図を示している。図２に見られるように、複数のシリンダのうちの１つに対応する２つのエンジンバルブ102は、電気油圧式アクチュエータ104によって作動される。この１つのシリンダにおける他の２つのエンジンバルブ102は、カム112とロッカーアーム114によって機械的に作動される。バルブヘッド100は、エンジン運転中に、其々、空気が燃焼チャンバに入り、また、燃焼ガスが燃焼チャンバから出る、複数の吸気ポート106、及び、複数の排気ポート108を含む。
【００１１】
対応する電気油圧式アクチュエータ104によって作動される複数のエンジンバルブ102は、燃焼チャンバから、其々の吸気ポート106及び排気ポート108への其々の通路を開閉する。これにより、特定のシリンダに対する１つの吸気ポート106は、１つの電気油圧式アクチュエータ104によって規制され、また、１つの排気ポート108も、１つの電気油圧式アクチュエータ104によって規制される。
【００１２】
特定のシリンダに対する燃焼チャンバからのガスの出入りは、機械的に駆動されるバルブ102によって部分的に規制され、また、電気油圧式アクチュエータ104によって駆動されるバルブ102によって部分的に規制される。これらのエンジンバルブ102は、閉弁された場合に、バルブシート110に対して着座される。
【００１３】
図１及び２に示されている複数のエンジンバルブ102の機械的作動は、エンジンバルブ102に直線運動を伝達するロッカーアーム114に、周期的に運動を伝達する回転カム112によって実現される。このような機械的作動は、本開示に従った機械的なバルブ作動として実施可能な１つの形態を示している。また、機械的作動の他の形態が、カムの回転運動を、運動エネルギまたは機械的なポテンシャルエネルギ、そして、最終的にはエンジンバルブ102の並進運動に変換するように、実施されてもよい。
【００１４】
このような機構は、エンジンバルブ102と直接接触してか、または、カムとエンジンバルブとの間にラッシュアジャスタとロッカーアームのうちいずれか１つまたは両方を含んで、配置される回転カムを含む。様々なバルブトレーン部品のさらなる他の組み合わせが、エンジンバルブの機械的作動を実現するために実施可能である。このような部品は、作動解除ロッカーアーム及び可変リフトロッカーアームを含んだロッカーアーム、プッシュロッド、油圧ラッシュアジャスタ、及び、タペットを含むが、これに限定されない。
【００１５】
図３は、二段式油圧ピストン302を含むリニア油圧アクチュエータ104を示している。この二段式ピストン302は、アクチュエータハウジング308のキャビティ306内に部分的に配置された大径ピストン部材304を含む。この大径ピストン部材304は、容積室312を満たす油圧流体と流体連通した一端部311において、円筒形状をしたピストンヘッド310を有する。
【００１６】
この容積室312は、キャビティ306の壁、ピストンヘッド310の上面314、及び、一端部311における小径ピストン部材318の上面316を含んだ、ハウジング308によって部分的に形成される。ピストンヘッド310は円筒形状を有し、また、キャビティ306は、キャビティ306とピストン304との間の密着を可能にする寸法と形状を有し、容積室312からの圧力流体の漏出を最小化する。
【００１７】
小径ピストン部材318は、大径ピストン部材304内の筒状ピストンボア320内に配置されている。このピストンボア320の一部は、小径ピストン部材318と相補的形状を有する。この相補的形状は、大径ピストン部材304に対する小径ピストン部材318の運動を制限する。小径ピストン部材318は、小径ピストン部材318の円錐台形外面328に対して、容積室312の遠位側に円筒形状外面322を有する。
大径ピストン部材304は、円筒形状外面322と相補的形状を有する円筒形状内面323、及び、円錐台形外面328と相補的形状を有する円錐台形内面332を有する。これらの相補的形状は、容積室312に向かう小径ピストン部材318の運動を制限する。
【００１８】
小径ピストン部材318は、小径ピストン部材318の円錐台形外面328に対して、容積室312の近位側にもう１つの円筒形状外面324を有する。また、大径ピストン部材304は、容積室312の近位側に、この円筒形状外面324と相補的形状を有する、もう１つの円筒形状内面330を有する。ボア320は、小径ピストン部材318の円筒形状外面324の径より、ストッパ317においてより狭くなっている。これにより、このストッパ317は、小径ピストン部材318の下方への運動を制限する。
【００１９】
小径ピストン部材318は、キャップ333及び挿入部335を含む。この挿入部335は、エンジンバルブ102と接触しており、この接触は、エンジンバルブ102をピストン302の運動に反応して移動させる。本教示における他の態様として、挿入部335は、エンジンバルブ102に一体化されていてもよい。
【００２０】
本教示における一態様に従って、油圧アクチュエータ104のアクチュエータハウジング308は、バルブハウジング334及びピストンガイド336を含む。図に示されているアクチュエータハウジング308において、バルブハウジング334は、ピストンガイド336の上に取り付けられている。ピストン302は、ピストンガイド336内に部分的に挿入されている。
【００２１】
図４に示されているように、油圧アクチュエータ104は、二位置のソレノイドベースの圧力バルブ338を含む。この圧力バルブ338は、高圧入口340、及び、複数の低圧出口342を含む。圧力バルブ338は、さらに、流体が高圧入口340から容積室312に入ることを可能にするか、または、流体が低圧出口342を介して出ることを可能にする、複数の容積室入口ポート344を含む。
【００２２】
車両運転中に、高圧入口340は、上述した供給レール101の高圧導管103のような高圧力の流体源と流体連通しており、その一方で、複数の低圧出口342は、供給レール101の低圧ドレーン導管105のような低圧力のリザーバと流体連通している。図に示されているスプールバルブ部材346のようなアクチュエータバルブは、高圧入口340と複数の低圧出口342と複数の容積室入口ポート344との間の油圧流体の流量を調整する。
【００２３】
このスプールバルブ部材346は、磁気材料を含み、この磁気材料は、ソレノイドの複数のコイル348によって生成される磁場に応答し、スプールバルブ部材346の位置を変えるように駆動されることが可能である。スプールバルブ部材346は、加圧流体が容積室312内に流れるかどうかを制御し、ピストン302に連結されたエンジンバルブ102の駆動を制御する。
【００２４】
図４から６は、電気油圧式アクチュエータ104の作動の様々な段階を示している。車両運転中に、ソレノイドの複数のコイル348は、磁場を生成することができ、この磁場は、複数のコイル348に流れる電流によって生じる。図４において、複数のコイル348には、電流が流れておらず、スプールバルブ部材346は、アクチュエータ104の左側の閉鎖位置に付勢されている。この位置において、高圧流体は、容積室312内に流れることが許容されていない。その一方で、容積室312内の流体は、容積室入口ポート344及び低圧出口342を経由して出ることができる。
【００２５】
スプールバルブ部材346は、スプールバルブ部材346を包囲する複数のチャネル350を有する。スプールバルブ部材346の位置によって、これら複数のチャネル350は、高圧入口340と複数の低圧出口342と複数の容積室入口ポート344との間の油圧流体を通過させる。スプールバルブ部材346が、図４に示されているような低圧位置にある場合、スプールバルブ部材346は、アクチュエータハウジング308内で左に移動される。
この位置において、容積室312は、低圧リザーバと流体連通するように構成された低圧出口342と流体連通している。この位置において、容積室312内の流体は、複数の容積室入口ポート344及び低圧出口342を自由に流れることができる。
【００２６】
図５は、ソレノイドの複数のコイル348が励磁されて、スプールバルブ部材346を右に移動させている状態の電気油圧式アクチュエータ104を示している。これは、高圧流体が、高圧入口340から、スプールバルブ部材346の複数のチャネル350と容積室入口ポート344を経由して、容積室312へ進むことを可能にする。
【００２７】
スプールバルブ部材346が右に移動した後、高圧流体は、容積室312を満たす。高圧流体が容積室312を満たし始めたときに、小径ピストン部材318及び大径ピストン部材304は、初期に一体となって移動する。小径ピストン部材318の端面316及び大径ピストン部材304の端面314は、加圧流体によって作用される大きな表面積を形成する。本開示における一態様として、大径ピストン部材304の端面314の表面積は、小径ピストン部材318の端面316の表面積より約９倍大きい。本開示における他の一様態として、端面314の表面積と端面316の表面積の比率は、８から１０程度であることができる。
【００２８】
この大きな表面積は、容積室312と圧力連通したより小さな表面積を有するピストンに加えられる力よりも、高圧油圧流体によって加えられる、より大きな力をもたらす。この増大された力は、燃焼チャンバと排気ポートまたは吸気ポートとの間の圧力差（この圧力差が小さいときでさえも力は十分ある）の結果として、エンジンバルブ102に加えられる反力に打ち勝つことを助長する。
【００２９】
図５に示されているように、大径ピストン部材304のピストンヘッド310は、ガイド336と接触しており、これにより、大径ピストン部材304の下方への運動は、停止されている。しかしながら、小径ピストン部材318は、大径ピストン部材304のガイド336との接触によって、抑制されていない。
【００３０】
図６に示されているように、高圧油圧流体が容積室312に入り続けると、小径ピストン部材318は、大径ピストン部材304とは別に移動して、下方に移動し続ける。小径ピストン部材318は、キャップ333がストッパ317に接触するまで、下方に移動し続けることができる。本教示における一態様として、エンジンバルブ102は、キャップ333がストッパ317と接触し、また、大径ピストン部材304がガイド336に接触しているときに、完全開放位置に到達する。
【００３１】
バルブ部材346がアクチュエータ104の左側に戻り、容積室312から複数の低圧出口342へ流体が流れることを可能にした場合、小径ピストン部材318は、円錐台形内面332が円錐台形外面328と接触するまで、上方へ移動する。このとき、大径ピストン部材304及び小径ピストン部材318は、一体となって移動する。
【００３２】
大径ピストン部材304及び小径ピストン部材318の両方が移動する場合、エンジンバルブ102が移動する単位長さあたりに対して、小径ピストン部材318のみが移動するときに変位される容積に対して、より大きな容積の油圧流体が、変位される。
これは、より大きく変位した流体量による、より大きな圧力降下があるので、エンジンバルブ102の大幅に減速された着座速度をもたらす。また、この流量速度は、高圧入口340、複数の低圧出口342、及び、複数の容積室入口ポート344の寸法に依存するであろう。
【００３３】
図７は、カムの角回転角度に対する、任意の標準単位長さで測定されたエンジンシリンダの４つのエンジンバルブのリフト量を示している。線700は、カム作動された排気弁に相当し、また、線702は、カム作動された吸気弁に相当する。線700及び702によって示されているこれらのエンジンバルブの両方は、カムの回転の間、共通のパターン（複数のポイント）で駆動される。
【００３４】
線704a, 704b, 704cは、本教示に従った電気油圧駆動の複数の排気弁の様々な駆動パターン（複数のポイント）に相当する。線704a, 704bは、カム作動排気弁より早く開弁する電気油圧駆動の排気弁の２つの実施可能なバルブの開弁パターン（プロフィール）を示している。この種の早く開弁する排気弁は、早開き排気弁または“EEVO”と呼ばれることができる。電気油圧駆動の排気弁は、さらに、線704cによって示されるようにカム作動排気弁のパターン（プロフィール）に追従することもできる。
【００３５】
また、電気油圧駆動の吸気弁706は、カム作動吸気弁702から独立して制御されることができる。曲線706a, 706bによって示されているように、電気油圧駆動の吸気弁706は、これに対応するカム作動吸気弁702より長く開弁状態が保持されることができる。このような吸気バルブの作動は、遅閉じ吸気弁または“LIVC”と呼ばれることができる。電気油圧駆動の吸気弁は、さらに、線706cによって示されるようにカム作動吸気弁のパターン（プロフィール）に追従することもできる。
【００３６】
図８は、電気油圧駆動のエンジンバルブの停止を表す、エンジンシリンダの４つのエンジンバルブのリフト量を示している。カム作動された排気弁800及び吸気弁802は、通常通りに作動してしまう。その一方で、電気油圧駆動の吸気弁804、及び、電気油圧駆動の排気弁806は、停止されるので、閉弁状態にとどまる。このエンジンバルブ管理は、ガスの吸気と排気のより速い速度を提供する。
【００３７】
これは、燃焼チャンバ内での燃料の拡散を改善することができる、改善されたスワール制御を提供することができる。また、これらのバルブの停止は、バルブを駆動するために必要とされる油圧を発生させるために消費される電力を下げる。
【００３８】
図９は、エンジンシリンダの４つのエンジンバルブの他のリフトパターン（プロフィール）を示している。カム作動された排気弁900、及び、電気油圧駆動の排気弁902は、例えば−120°から60°の間のカムサイクルにおいて、共通のパターン（複数のポイント）で開弁する。また、カム作動された吸気弁904、及び、電気油圧駆動の吸気弁906は、カムサイクルにおいて、共通のパターン（複数のポイント）で開弁する。
【００３９】
線906a,906b,906cによって示されているように、電気油圧駆動の吸気弁906は、カム作動の吸気弁904が閉弁された後に、または、カム作動の吸気弁904と同様に、閉弁してもよい。また、電気油圧駆動の吸気弁が、線908によって示されているように開弁された上で、電気油圧駆動の排気弁が、開弁されてもよい。
【００４０】
これは、燃焼チャンバ内に排ガスを再循環させる。このようなシリンダエンジンバルブの操作は、排ガス再循環または“EGR”と呼ばれることができる。
また、エンジンブレーキが、線910によって示されているような圧縮行程において電気油圧駆動の排気エンジンバルブを開弁することによって、電気油圧駆動のエンジンバルブにより行われてもよい。これにより、そのシリンダからのエネルギを取り去ることができる。
【００４１】
エンジンバルブのリフト変位量は、変化させることができる。変位可変の特定のバルブ102は、２つの異なる作動状態を有するソレノイドバルブによって実現されることができる。これら２つの異なる作動状態のうちの第１位置は、特定長さのエンジンバルブの変位をもたらし、また、第２位置は、第１位置と異なる長さのエンジンバルブの変位をもたらす。
また、このような変位は、例えば、第２の電気油圧駆動の排気弁を含むことによって実現されることができる。
【００４２】
本発明における一実施形態として、電気油圧式アクチュエータ104が、例えば、閉弁位置（図４）と、中間リフト位置（図５）と、完全開弁位置（図６）との間で、特定のエンジンバルブ102における可変変位を提供するために使用されることができる。例えば、容積室312に供給される高圧流体の圧力レベルは、このような可変バルブリフトを提供するために変えられることができる。
容積室312に供給される高圧流体の圧力レベルを変えることは、例えば、磁性スプールバルブ部材346によって、及び、高圧入口340に供給される高圧流体の圧力を直接調整することによって、行われることができる。
【００４３】
（例えば、容積室312に高圧流体を提供しないことによって）高圧流体の圧力レベルが第１閾値より下にある場合、バルブ102は、図４に示された閉弁位置に留まることができる。一方で、第１閾値は、例えば、約1,700ポンド・平方インチの圧力レベルに相当することができる。
【００４４】
容積室312に供給される高圧流体の圧力レベルが、閉弁状態に相当する第１閾値より上にあるが、第２閾値より下にある場合、バルブ102は、図５に示された中間リフト位置に作動されることができる。この中間リフト位置は、小径ピストン部材318及び大径ピストン部材304を、個別にではなく一体となって移動させるのに十分である圧力に相当する。一方で、第２閾値は、例えば、約2,000ポンド・平方インチの圧力レベルに相当することができる。
【００４５】
上述したように、小径ピストン部材318の端面316、及び、大径ピストン部材304の端面314は、高圧流体によって作用される大きな表面積を形成する。この大きな結合された表面積は、容積室312と圧力連通したより小さな表面積を有するピストンに加えられる力よりも、高圧油圧流体によって加えられる、より大きな力をもたらす。
【００４６】
これにより、高圧流体によって大きな結合された表面積に加えられる力は、小径ピストン部材318の端面316、及び、大径ピストン部材304の端面314を共に作動させるのに十分であることができる。
その一方で、小径ピストン部材318を単独で作動させるために必要とされる力を供給するのには、いまだ不十分である。上述した第２閾値は、小径ピストン部材318が大径ピストン部材304から独立して移動する圧力レベルに相当する。
【００４７】
バルブ102を、図６に示されている完全開弁位置へ作動させるために、容積室312へ供給される圧力レベルは、第２閾値より上になる。
高圧流体の圧力レベルが第２閾値より上にある場合、小径ピストン部材318の端面316に加えられる力は、小径ピストン部材318を、大径ピストン部材304から独立して移動するのに十分であることができ、また、小径ピストン部材318、及び、大径ピストン部材304を一体となって作動させるのに十分であることができる。
【００４８】
中間リフト位置を使用可能にすることによって、電気油圧式アクチュエータ104は、（回転カムによって機械的に作動される）第１バルブ102が完全に開弁され、その一方で、（電気油圧式アクチュエータ104によって作動される）第２バルブ102が中間リフト位置に作動されることができるような、内燃機関における１つの運転条件を提供することができる。これは、吸気ポート106、及び／または、排気ポート108に対して２つ以上のバルブ102を含む内燃機関に対して特に望ましいであろう。
【００４９】
電気油圧式アクチュエータ104の消費電力は、バルブリフト量に比例することが可能である。
これにより、電気油圧式アクチュエータ104によって中間リフト位置へ作動されるバルブ102を作動させ、その一方で、（回転カムによって）機械的に作動されるバルブ102を、完全開弁位置へ作動させることによって、内燃機関の消費電力は、エンジン出力、及び／または、エンジン性能において顕著な損失なしに、削減されることができる。
【００５０】
（回転カムによって機械的に作動される）第１バルブ102が完全に開弁され、その一方で、（電気油圧式アクチュエータ104によって作動される）第２バルブ102が、電気油圧式アクチュエータ104によって使用可能となる、完全開弁位置とは異なる中間リフト位置に作動されることができるように（このとき、電気油圧式アクチュエータ104は、例えば、閉弁位置と中間リフト位置の２つの位置のみを含んで、可変バルブリフトを提供しない）、内燃機関を運転することが理解されるべきである。
【００５１】
本開示において特別の定めのない限り、個数の“１”は、“１以上”を意味する。
“含む（includes）”または“含んだ（で）(including)”という用語が、本明細書内または請求の範囲において用いられることは、請求の範囲において過渡的な用語として用いられた場合にその用語が解釈される、“含んだ(comprising)”という用語と類似した様式として含められることが意図されている。
【００５２】
また、（例えば、ＡまたはＢとして用いられている）“または”という用語は、“ＡまたはＢまたはＡとＢの両方”を意味することが意図されている。出願人が、“ＡまたはＢのみでＡとＢの両方を含まない”ことを示すことを意図している場合、“ＡまたはＢのみでＡとＢの両方を含まない”という用語が用いられるであろう。これにより、本明細書で用いられる用語“または”の使用は、包括的使用であり、排他的使用ではない。ブライアン エイ．ガーナーのA Dictionary of Modern Legal Usage 624(1995年第2版)を参照いただきたい。
【００５３】
また、“〜内（において）（in）”または“〜内へ（へ）(into)”という用語が、本明細書内または請求の範囲において用いられることは、“〜上に（に）(on)”または“〜上へ（へ）(onto)”をさらに意味することが意図されている。ここで用いられている“約（about）”は、この用語が用いられる文脈の前後関係によってある程度変わることが、当業者に理解されるであろう。
【００５４】
“約（about）”が用いられる文脈において、この用語が当業者にとって明確でない場合、“約（about）”は、特定の値において±10％を意味する。約ＡからＢまでは、ＡとＢがこの特定の範囲値である、約Ａから約Ｂまでを意味することが意図されている。
【００５５】
本開示は、様々な態様が詳細に説明されている一方で、出願人が、この詳細な説明に対する本発明における請求の範囲を減縮、または、如何なる方法においても限定することを意図してない。さらなる利益や変更が、当業者に明らかとなるであろう。
【００５６】
従って、本発明は、より広い態様として、図に示されて説明されている具体的詳細や説明に役立つ実例に限定されない。その結果、本願の記載の展開は、出願人の主張される発明の精神と範囲から離れることなしに、この具体的詳細から作られている。
さらに、前述の教示は例示的なものであり、また、単一ではない特徴、すなわち、単一ではない構成要素は、本出願またはその後の出願において主張されるであろう、すべての可能な組み合わせにとって必須である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年11月17日(2017.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンブロックと、
該エンジンブロックに取り付けられ、少なくとも１つの燃焼チャンバを形成し、また、第１ポート及び第２ポートを形成する、シリンダヘッドと、
前記第１ポート内に少なくとも部分的に配置され、また、前記第１ポートを選択的に開放するように、開弁位置と閉弁位置との間を移動可能な、第１弁と、
前記第２ポート内に少なくとも部分的に配置され、また、前記第２ポートを選択的に開放するように、開弁位置と閉弁位置との間を移動可能な、第２弁と、
前記第１弁と機械的に連結され、前記第１弁を、開弁位置と閉弁位置との間で選択的に移動させる、回転カムと、
を含む内燃機関用のエンジンバルブ作動システムは、
前記第２弁と連結され、前記第２弁を、開弁位置と閉弁位置との間で選択的に移動させる、油圧弁アクチュエータを含み、前記油圧弁アクチュエータは、
ピストンキャビティ、入口ポート、高圧流体導管と流体連通した高圧ポート、及び、低圧流体導管と流体連通した低圧ポートを有する、アクチュエータハウジングと、
前記ピストンキャビティ内に少なくとも部分的に配置され、前記入口ポートと流体連通した第１端部において第１面を有し、また、前記第１面と前記アクチュエータハウジングとで、容積室を形成している、ピストンと、
前記アクチュエータハウジング内に配置され、前記入口ポートを介して、前記入口ポート、前記高圧ポート、前記低圧ポート、及び、前記容積室と流体連通している、アクチュエータ弁と、を含み、
前記アクチュエータハウジングは、ソレノイドを含み、
前記アクチュエータ弁は、前記ソレノイドが励磁されたときに、前記ソレノイドに応答して、第１位置と第２位置のうちいずれか１つに位置される、磁性のスプールバルブ部材を含み、
前記スプールバルブ部材が前記第１位置にある場合、前記低圧力ポートは、前記スプールバルブ部材の第１スプールチャネル、前記入口ポート、及び、前記容積室と流体連通しており、
前記スプールバルブ部材が前記第２位置にある場合、前記高圧力ポートは、前記スプールバルブ部材の第２スプールチャネル、前記入口ポート、及び、前記容積室と流体連通している、ことを特徴とするエンジンバルブ作動システム。
【請求項２】
前記ピストンは、第１部材及び第２部材を含み、
前記第２部材は、前記第１部材内に摺動可能に配置され、
前記ピストンの前記第１面は、前記第１部材の一面と前記第２部材の一面によって、少なくとも一部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンバルブ作動システム。
【請求項３】
前記第１部材は、前記第１部材の第１端部にフランジ付きヘッド部分を有し、また、
前記第１部材の前記一面は、前記第２部材の前記一面より大きいことを特徴とする請求項２に記載のエンジンバルブ作動システム。
【請求項４】
前記第１部材の前記一面の表面積は、前記第２部材の前記一面の表面積の約８倍から約１０倍の間であることを特徴とする請求項３に記載のエンジンバルブ作動システム。
【請求項５】
前記フランジ付きヘッド部分は、円筒形外面を有し、また、
前記第１部材は、前記第１部材の前記第１端部から前記第１部材の第２端部にかけて延びる通路を形成する、円筒形内面を有し、
前記第２部材は、前記通路内に少なくとも部分的に配置されることを特徴とする請求項３に記載のエンジンバルブ作動システム。
【請求項６】
前記円筒形内面は、第１直径を有する第１円筒形状内面を有し、
円錐台形部分が、前記第１円筒形状内面と、前記第１直径より大きい第２直径を有する第２円筒形状内面との間で延び、
前記第１円筒形状内面は、前記第２円筒形状内面より前記第１端部に近接しており、
前記第２部材は、前記第１円筒形状内面と摺動可能に係合される第１円筒形状外面、及び、前記第２円筒形状内面と摺動可能に係合される第２円筒形状外面を有する、ことを特徴とする請求項５に記載のエンジンバルブ作動システム。