(57)【要約】概して、エンジンバルブの可変作動を含んでいる装置及び関連する方法が開示されている。一実施形態においては、分割サイクル内燃機関又は空気ハイブリッド分割サイクルエンジンのためのバルブトレインが設けられ、それは、カムフェイザー、ドウェルカム、可変バルブ作動機能を遂行する調節可能な機械式エレメント、及び／又はバルブ着座制御装置を含んでいる。本明細書に開示された当該装置及び方法はまた、従来の内燃機関における用途をも有し、内向きに開くバルブ及び/又は外向きに開くバルブを作動させることができる。
2014505828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
形成された少なくとも１つのカムを有するカムシャフトであって、当該少なくとも１つのカムが、少なくとも１つのエンジンバルブに運動を与えるように構成されているカムシャフト、
クランクシャフトに対する当該カムの位相を選択的に調整するカムフェイザー、及び
当該少なくとも１つのカムが、当該少なくとも１つのエンジンバルブに運動を与えるのを選択的に防止するロストモーションシステム、
を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
当該エンジンは、分割サイクルエンジンであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
さらに、クロスオーバー通路を含み、当該少なくとも１つのバルブは、前記クロスオーバー通路に形成されたクロスオーバーバルブであることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
当該エンジンは、空気ハイブリッドエンジンであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
当該少なくとも１つのバルブは、外方に開くバルブであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン．
【請求項６】
当該カムフェイザーは、当該少なくとも１つのエンジンバルブの開くタイミングを進めるか若しくは遅らせるように作動可能であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項７】
当該カムフェイザーは、
固定的にカムシャフトに結合されたロータであって、当該ロータの回転軸線から半径方向に離れて延在する複数のベーンを有するロータ、
当該ロータが配置されているハウジングであって、当該ハウジングの回転軸線に向かって半径方向に延在する複数のローブを含んでいるハウジング、及び
複数のベーンと複数のローブとの間に形成された二つ以上の流体チャンバーに作動流体を供給するように構成された流体制御バルブ、を備え、
当該二つ以上の流体チャンバーの第１室に作動流体を供給することは、当該ハウジングに対しての第１の方向に当該ロータを回転させるのに有効であり、そして当該二つ以上の流体チャンバーの第二室に作動油を供給することは、前記第１の方向と反対の第２のの方向に当該ロータを回転させるのに有効であること特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
当該ロストモーションシステムは、当該少なくとも一つのカムの輪郭によって閉じられると、当該少なくとも１つのバルブが閉じるであろうよりも早く当該少なくとも１つのバルブを閉じるように作動可能であることを特徴とする請求項６に記載のエンジン。
【請求項９】
当該ロストモーションシステムは、少なくとも一つのカムとロッカーとの間に位置されるベアリングエレメントを備え、当該ベアリングエレメントは当該少なくとも一つのカムとロッカーに向かって且つ離れて可動であることを特徴とする請求項１ののエンジン。
【請求項１０】
当該ロストモーションシステムは、ロッカーの揺動支点を低下させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１１】
当該ベアリングエレメントは、は、楕円形の断面を有していることを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１２】
当該ベアリングエレメントは、対向する凸状のベアリング面を有していることを特徴とする請求項１１に記載のエンジン。
【請求項１３】
当該ベアリングエレメントは、楔形の断面を有していることを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１４】
当該ベアリングエレメントは、円形の断面を有していることを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１５】
当該ベアリングエレメントは、当該ベアリングエレメントへの双方向の直線運動を選択的に付与するように構成された調節可能な油圧タペットに連結されていることをを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１６】
当該ベアリングエレメントは、それに回転可能にマウントされている少なくとも一つのローラーを含むことを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１７】
バルブ着座制御装置をさらに備え、当該バルブ着座制御装置は、当該ロストモーションシステムが作動された後、バルブが対応するバルブシートに接近するときに当該少なくとも１つのバルブの速度を減少させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１８】
当該少なくとも一つのカムは、ドウェルカムであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１９】
対立した凸状のベアリング面を有するベアリングエレメント、
近位端部及び遠位端部を有する連結アームであって、当該遠位端部が当該ベアリングエレメントに固定して連結され、そして当該近位端部がそこに形成されたボールを有している連結アーム、及び
調節可能な油圧タペットであって、当該連結アームの当該ボールを受容するためにその一端部に形成されたソケットを有する油圧タペット、
を備えることを特徴とする調節可能な機械的なエレメント。
【請求項２０】
ロッカーシャフトを受容するために内部に形成された開口部を有する本体部分、
当該本体から半径方向に延びる第１のアームであって、エンジンバルブに係合するためにそこに形成された第１のロッカーパッドを有する第１のアーム、
当該本体から半径方向に延びる第２のアームであって、運動エレメントに係合するためにそこに形成された第２のロッカーパッドを有する第２のアーム、及び
当該本体から半径方向に延びる第３のアームであって、バルブ着座制御装置によって係合されている第３のアーム、
を備えることを特徴とするロッカー。
【請求項２１】
当該第１のロッカーパッドは、バルブステムを跨ぎ、そして当該バルブステムのバルブアダプターアセンブリの下側に係合するように構成されたフォーク状のロッカーパッドであることを特徴とする請求項２０に記載のロッカー。
【請求項２２】
当該第２のロッカーパッドは、当該第２ののアームに回転可能に取り付けられたローラーを備えることを特徴とする請求項２０に記載のロッカー。
【請求項２３】
当該バルブ着座制御装置は、油圧タペットを備えていることを特徴とする請求項２０に記載のロッカー。
【請求項２４】
当該運動エレメントは、カムを備えていることを特徴とする請求項２０に記載のロッカー。
【請求項２５】
当該運動エレメントは、楕円形の断面及び楔形の断面の少なくとも一方を有するベアリングエレメントを備えることを特徴とする請求項２０に記載のロッカー。
【請求項２６】
エンジンバルブの開及び閉のタイミングを変化させる方法であって、
当該エンジンバルブの開のタイミングを変えること、及び
当該エンジンバルブの閉のタイミングを変えること、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２７】
当該開のタイミングを変えることはカムフェイザーを用いて行われ、そして当該閉のタイミングを変えることはロストモーションシステムを用いて行われることを特徴とする請求項２６に記載方法。
【請求項２８】
エンジンバルブを作動させる方法であって、
偏心部分がベアリングエレメントの第１の面に係合するように、当該偏心部分を有するカムを回転させ、これにより、当該ベアリングエレメントの第２の表面が当該エンジンバルブに結合されているロッカーに係合するのを引き起こさせ、当該ベアリングエレメントは当該カムと当該ロッカーとの間に配置されており、
クランクシャフトに対する当該カムの位相を変えるべくカムフェイザーを作動させることによって、当該偏心部分が最初に当該ベアリングエレメントに係合する開のタイミングを調整し、そして、エンジンバルブが当該カムによって要求されるのよりもより早く閉じるように、当該ベアリングエレメントを当該カムとロッカーとの間から少なくとも部分的に引き出すことによって、当該エンジンバルブが閉じ始める閉じタイミングを調整することを備えることを特徴とする方法。
【請求項２９】
当該ベアリングエレメントを引き出すことは、当該ベアリングエレメントに結合された油圧タペットの第１室に作動流体を供給することを含み、そして当該ベアリングエレメントを前進させることは、当該油圧タペットの第二室に作動流体を供給することを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法．
【請求項３０】
当該エンジンバルブは、分割サイクル空気ハイブリッドエンジンの構成エレメントであることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
当該ベアリングエレメントが当該カムとロッカーとの間から引き出される速度を制御することにより、当該エンジンバルブの着座速度を制御することをさらに含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
第１及び第２の端部を有するベルクランクであって、当該第１の端部が旋回点の回りに回動自在に取り付けされているベルクランク、
当該ベルクランクの第２の端部に選択的に力を加えるように構成された調節可能な油圧タペット、
近位端部及び遠位端部を有する連結アームであって、当該遠位端部がベアリングエレメントに固定して結合され、そして近位端部が当該ベルクランクに第１及び第２の端部の中間位置で旋回可能に結合されている連結アーム、
を備えることを特徴とする調節可能な機械的なエレメント。
【請求項３３】
調整可能な高さを有するロッカー台座に取り付けられたロッカー、
当該ロッカー台座の第１及び第２の部分の間に摺動可能に配置された楔形のベアリングエレメント、を備え、
当該楔形のベアリングエレメントを第１及び第２の部分の間から抜き出すことが、を特徴は、当該台座の高さを低くすることに有効であることを特徴とするロッカーアセンブリ。
【請求項３４】
ラッシュシリンダーに対して摺動可能に配置された外側ハウジング、
第１の端部と反対側の第２の端部を有するフィーマーであって、当該第１の端部が当該外側ハウジングの内部に回転可能に結合されているフィーマー、
ニージョイントにおいて、当該フィーマーの当該第２の端部に回転可能に結合されているシン、及び
当該フィーマーを当該シンに対して固定された角度方向に保持するために、当該ニージョイントに選択的に力を及ぼすべく構成された油圧作動ピストン、
を備えることを特徴とするロック用ニーアセンブリ。
【請求項３５】
当該シンは、当該シンをカムとロッカーとの間に位置付け可能なベアリングエレメントに回転可能に結合させるために形成された結合用特徴部を含むことを特徴とする請求項３４に記載のロック用ニーアセンブリ。
【請求項３６】
当該ニージョイントの関節動は、当該ベアリングエレメントをカムとロッカーとの間〜引き出すのに有効であるむことを特徴とする請求項３５に記載のロック用ニーアセンブリ。
【請求項３７】
当該ニージョイントの関節動は、当該外側ハウジングに回転可能に取付けられているロッカーの旋回の高さを下げるのに有効であるむことを特徴とする請求項３４に記載のロック用ニーアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年１月２７日に出願された米国仮特許出願第６１/４３６７３５号の優先権の利益を主張し、全体の内容は参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、バルブ作動システムに関する。より詳しくは、本発明は、ロストモーション可変バルブ作動システムを有する分割サイクル内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００３】
内燃機関は、一般に、エンジンを通る空気と燃料の流れを制御するための１つ以上のバルブを含む。これらのバルブは、通常、機械式のカムによって作動される。例えば、涙滴状のカムローブを有する回転シャフトが、直接、又は１つ以上の中間エレメントを介して、バルブに運動を与えるように構成されることができる。シャフトが回転すると、カムローブの偏心部分が、シャフトの回転範囲に亘ってバルブに直線運動を与える。
【０００４】
また、最適なエンジン効率を達成するためには、作動速度、負荷、温度などの種々について、バルブリフト、開き速度、開タイミング、閉じタイミング、閉じ速度、及び様々な他のバルブパラメータを変化させることが望ましい場合がある。また、車両の運動量から生成される運動エネルギーが、媒体として空気を用いて、再生される空気ハイブリッドエンジンでは、特定のハイブリッド作動モードが、エンジンバルブの１つ以上が他の作動モードにおけるよりもより長くか又はより短く開いたままであり、且つ非ハイブリッドの従来の燃焼作動モードにおけるよりもより長く又はより短く開いたままであることを必要としている。
【０００５】
「ロストモーション」システムは、バルブがカムによって要求されるのよりも早く閉じるのを可能にすべく開発されてきた。ロストモーションシステムは、一般に、カムの回転の一部分中に、バルブからカムを作動的に切断すべく選択的に作動されるロストモーションバルブトレインエレメントを含んでいる。そうでなければ（バルブが作動的に切断されていなかったとしたら）バルブに付与されていたであろう運動は、このようにして失われる。
【０００６】
既存のロストモーションシステムは、しかし、多くの欠点に苦しんでいる。例えば、既存のシステムの可動部品は、重過ぎるか、又は高速且つ高圧の用途で使用されるに必要とされる剛性を欠いている。
【０００７】
したがって、エンジンバルブの開閉用のパラメータを変化させるための改善された方法及び装置に対する必要性が存する。
【０００８】
明確化の目的のために、本出願で使用される用語「従来のエンジン」とは、周知のオットーサイクルの４つのすべてのストローク（吸気、圧縮、膨張、排気のストローク）がエンジンの各ピストン/シリンダーの組み合わせ内に含まれている内燃機関を指す。
【０００９】
それぞれのストロークは、クランクシャフトの約半分の回転（１８０度クランク角（ＣＡ））を必要とし、クランクシャフトの２つの完全な回転（７２０度ＣＡ）が、従来のエンジンの各シリンダーにおいて全体のオットーサイクルを完了するために必要とされる。
【００１０】
また、明確化のために、従来技術に開示されたエンジンに適用され、本出願において言及されるように、用語「分割サイクルエンジン」についての以下の定義が提供されている。
【００１１】
分割サイクルエンジンは、一般的に、クランクシャフト軸線の回りに回転可能なナクランクシャフト、圧縮シリンダー内に摺動可能に収容された圧縮ピストンであって、クランクシャフトの単一の回転の間に吸気ストローク及び圧縮ストロークを通して往復動するようにクランクシャフトに作動可能に連結された圧縮ピストン、膨張シリンダー内に摺動可能に収容された膨張(動力)ピストンであって、クランクシャフトの単一の回転の間に膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復動するようにクランクシャフトに作動可能に連結された膨張ピストン、及び圧縮シリンダー及び膨張シリンダーを相互に連結するクロスオーバー通路であって、その中に配置された少なくともクロスオーバー膨張（ＸovrＥ）バルブ、より好ましくは、間に圧力チャンバーを画定するクロスオーバー圧縮（ＸovrＣ）バルブ及びクロスオーバー膨張（ＸovrＥ）バルブを含むクロスオーバー通路、を備えている。
【００１２】
図１は、従来技術の分割サイクル、非ハイブリッドエンジンを示している。分割サイクルエンジン１００は、従来のエンジンの二つの隣接するシリンダーを１つの圧縮シリンダー１０２及び１つの膨張シリンダー１０４の組み合わせで、置き換えている。圧縮シリンダー１０２と膨張シリンダー１０４は、クランクシャフト１０６が回転可能に装着されているエンジンブロックに形成されている。クランクシャフト１０６は、軸方向に変位され角度的にオフセットされた第１のクランクスロー１２６及び第２のクランクスロー１２８を含み、両者間に位相角を有している。第１のクランクスロー１２６は、第１の連結ロッド１３８によって圧縮ピストン１１０に旋回可能に連結され、そして第２のクランクスロー１２８は、第２の連結ロッド１４０によって膨張ピストン１２０に旋回可能に連結されており、ピストン１１０及び１２０は、それらのそれぞれのシリンダー内で、クランクスローのオフセット角度とシリンダー、クランク、及びピストンの幾何学的関係とによって決定されるタイミングの関係で、往復動される。必要に応じて、ピストンの動きとタイミングを関連付けるための代替の機構を利用することができる。クランクシャフトの回転方向及び下死点（ＢＤＣ）位置に近いピストンの相対的運動は、対応する構成部品と共に添付図面に矢印で示されている。
【００１３】
オットーサイクルの４つのストロークは、このように、圧縮シリンダー１０２が吸気及び圧縮ストロークを包含し、膨張シリンダー１０４が膨張及び排気ストロークを包含するように、２つのシリンダー１０２及び１０４で「分割」されている。オットーサイクルは、したがって、クランクシャフト１０６の一回転（３６０度ＣＡ）毎に一回、これらの２つのシリンダー１０２，１０４で完了される。
【００１４】
吸気ストロークの間に、吸入空気は内方に開く（シリンダー内とピストンに向かって内側に開く）ポペット吸気バルブ１０８を介して圧縮シリンダー１０２に引き込まれる。圧縮ストロークの間、圧縮ピストン１１０は、空気充填物を加圧して、膨張シリンダー１０４のための吸気通路として機能するクロスオーバー通路１１２を通して空気充填物を押し出す。エンジン１００は、１つ以上のクロスオーバー通路１１２を有することができる。
【００１５】
分割サイクルエンジン１００（及び一般的に分割サイクルエンジン用）の圧縮シリンダー１０２の容積測定の（又は幾何学的な）圧縮比は、本明細書において、分割サイクルエンジンの「圧縮比」と呼ばれる。エンジン１００（及び一般的に分割サイクルエンジン用）の膨張シリンダー１０４の容積測定の（又は幾何学的な）圧縮比は、本明細書において、分割サイクルエンジンの「膨張比」と呼ばれる。シリンダーの容積測定の圧縮比は、そこを往復するピストンがその中で下死点（ＢＤＣ）位置にあるときに、シリンダー内に囲まれた（又は捕捉された）容積（すべての凹部と開いたポートを含む）の、前記ピストンが上死点（ＴＤＣ）位置にあるときにシリンダー内に囲まれた容積（すなわち、隙間容積）に対する比として、当技術分野では知られている。本明細書に具体的に定義されるような分割サイクルエンジンでは、圧縮シリンダーの圧縮比は、ＸovrＣバルブが閉じているときに決定される。本明細書に具体的に定義されるような分割サイクルエンジンのためには、膨張シリンダーの膨張比はＸovrＥバルブが閉じているときに決定される。
【００１６】
圧縮シリンダー１０２内の非常に高い容積測定の圧縮比（例えば、２０対１，３０対１，４０対１又はそれ以上）の故に、圧縮シリンダー１０２からクロスオーバー通路１１２内への流れを制御するために、クロスオーバー通路入口において、外側に開く（シリンダーとピストンから外側に離れて開く）ポペットクロスオーバー圧縮（ＸovrＣ）バルブが用いられている。膨張シリンダー１０４内での非常に高い容積測定の圧縮比（例えば、２０対１，３０対１，４０対１又はそれ以上）の故に、クロスオーバー通路１１２の出口において、外側に開くポペットクロスオーバー膨張（ＸovrＥ）バルブ１１６がクロスオーバー通路１１２から膨張シリンダー１０４への流れを制御している。ＸovrＣバルブ１１４とＸovrＥバルブ１１６との作動速度及び位相付けは、オットーサイクルの全ての４つのストロークの間、クロスオーバー通路１１２内の圧力を高い最小圧力（通常は全負荷で２０バール以上）に維持するべくタイミング付けられている。
【００１７】
少なくとも一つの燃料噴射器１１８が、ＸovrＥバルブ１１６の開きと連携して、クロスオーバー通路１１２の出口端において加圧された空気に燃料を噴射する。あるいは、又はさらに加えて、燃料が膨張シリンダー１０４内に直接に噴射されてもよい。燃料空気充填物は、膨張ピストン１２０がその上死点（ＴＤＣ）位置に到達した直後に、膨張シリンダー１０４に完全に入る。ピストン１２０が上死点位置からの降下を開始し、そしてＸovrＥバルブ１１６が開いている間に、一つ以上の点火プラグ１２２が、燃焼を開始（膨張ピストン１２０のＴＤＣ後、典型的には１０〜２０度ＣＡ）するために点火される。燃焼は、膨張ピストンが上死点（ＴＤＣ）位置を過ぎて１〜３０度ＣＡにある間に開始されてもよい。より好ましくは、燃焼は、膨張ピストンがＴＤＣ位置を過ぎて５〜２５度ＣＡにある間に開始されることができる。最も好ましくは、燃焼は、膨張ピストンがＴＤＣ位置を通過し、１０〜２０度ＣＡにある間に開始される。また、燃焼は、グロープラグ、マイクロ波点火装置、又は圧縮着火方法によってのような他の点火装置及び/又は方法によって開始されることができる。
【００１８】
ＸovrＥバルブ１１６は、結果としての燃焼事象がクロスオーバー通路１１２に入る前に閉じられる。当該燃焼事象は、動力ストロークにおいて膨張ピストン１２０を下方に駆動する。排気ガスは、排気ストローク中に内方に開くポペット排気バルブ１２４を介して膨張シリンダー１０４から排出される。
【００１９】
分割サイクルエンジンの概念によると、圧縮及び膨張シリンダーの幾何学的エンジンパラメータ（すなわち、ボア、ストローク、コンロッドの長さ、圧縮比など）は、一般に、互いから独立している。例えば、圧縮シリンダー１０２と膨張シリンダー１０４のためのクランクスロー１２６，１２８は、それぞれ、異なる半径を有し、圧縮ピストン１１０のＴＤＣの前に発生する、膨張ピストン１２０のＴＤＣとは互いに離隔して位相付けられている。この独立性は、分割サイクルエンジンが、潜在的に標準的な４ストロークエンジンよりもより高い効率レベル及びより大きなトルクを得ることを可能にしている。
【００２０】
分割サイクルエンジン１００でのエンジンパラメータの幾何学的な独立性は、前に説明したように、圧力をクロスオーバー通路１１２内に維持することができる主な理由の一つである。具体的には、膨張ピストン１２０は、離散位相角（典型的には１０〜３０度のクランク角の間）だけ圧縮ピストン１１０がその上死点位置に到達する前に、その上死点位置に到達するのである。この位相角は、ＸovrＣバルブ１１４及びＸovrＥバルブ１１６の適切なタイミングと共に、分割サイクルエンジン１００が、その圧力/容積サイクルのすべての４ストローク中に、クロスオーバー通路１１２内の圧力を高い最小圧力（典型的には、全負荷運転中に、２０バール絶対圧以上）に維持することを可能にしている。すなわち、当該分割サイクルエンジン１００は、その膨張ピストン１２０がそのＴＤＣ位置からそのＢＤＣ位置に向かって下降し、そして圧縮ピストン１１０が同時にそのＢＤＣ位置からそのＴＤＣ位置に向かって上昇している間、ＸovrＣバルブ１１４とＸovrＥバルブ１１６が共にかなりの期間（又はクランクシャフトの回転の期間）開くように、ＸovrＣバルブ１１４とＸovrＥバルブ１１６をタイミング付けるべく作動させることができる。クロスオーバーバルブ１１４，１１６の両方が開いている期間（又はクランクシャフトの回転）の期間中に、ガスの実質的に等しい質量（マス）が（１）圧縮シリンダー１０２からクロスオーバー通路１１２に、及び（２）クロスオーバー通路１１２から膨張シリンダー１０４に移送される。従って、この期間に、クロスオーバー通路内の圧力が所定の最小圧力（典型的には、全負荷運転時に、２０，３０、又は４０バール絶対圧）より下に低下するのが防止される。また、吸気及び排気のストロークの大部分の間（通常は、全吸気及び排気ストロークの９０％以上）に、ＸovrＣバルブ１１４及びＸovrＥバルブ１１６は共に、クロスオーバー通路１１２内に閉じ込められたガスの質量（マス）を実質的に一定のレベルに維持するために閉じられている。結果として、クロスオーバー通路１１２内の圧力は、エンジンの圧力/容量サイクルの全４ストロークの間に所定の最小圧力に維持される。
【００２１】
本明細書での目的のために、ガスの実質的に等しい質量(マス)をクロスオーバー通路１１２に、及びそれから同時に移送すべく、膨張ピストン１２０がＴＤＣから下降し、圧縮ピストン１１０がＴＤＣに向かって上昇しながらＸovrＣバルブ１１４及びＸovrＥバルブ１１６を開く方法は、ガスの移送の「プッシュプル」方式と称される。エンジン１００のクロスオーバー通路１１２内の圧力が、エンジンが全負荷で作動しているときのエンジンのサイクルの全４ストロークの間に、典型的には２０バール以上に維持されるのを可能にしているのが、このプッシュプル法である。
【００２２】
クロスオーバーバルブ１１４、１１６は、１つ以上のカム（不図示）を含むバルブトレインによって作動される。一般的に、カム駆動式機構は、機械的にクランクシャフトに連結されたカムシャフトを含む。一つ以上のカムが、カムシャフトに取り付けられ、それぞれは、バルブ事象（すなわち、バルブ作動時に発生する事象）のバルブリフト輪郭を制御する外形付けられた表面を有している。ＸovrＣバルブ１１４及びＸovrＥバルブ１１６は、それぞれ、独自のそれぞれのカム及び/又は独自のそれぞれのカムシャフトを持つことができる。ＸovrＣ及びＸovrＥのカムが回転すると、その偏心部分は、ロッカーアームに運動を与え、それは順にバルブに運動を付与し、それにより、バルブをそのバルブシートからリフト（開成）する。カムが回転し続けると、偏心部分はロッカーアームを通過し、バルブが閉じることができる。
【００２３】
本明細書での目的のため、バルブ事象（又はバルブ開事象）は、バルブリフトが発生している間のクランクシャフトの回転に対して、バルブシートから離れるその最初の開きからそのバルブシートに戻って閉じるバルブリフトとして定義される。また、本明細書での目的のため、バルブ事象速度（すなわち、バルブ作動速度）は、バルブ事象が所定のエンジンサイクル内で発生するのに必要とされる継続期間である。バルブ事象は、一般に、エンジンの作動サイクルの全継続期間（例えば、従来エンジンのサイクルについては７２０度ＣＡ、分割サイクルエンジンのサイクルについては３６０度ＣＡ）のほんの一部であることに注意することが重要である。
【００２４】
分割サイクルエンジンの更なる詳細は、２００３年４月８日に発行され分割４ストロークサイクル内燃機関と題された特許文献１（米国特許第６５４３２２５号）、２００３年８月２６日に発行され分割４ストロークエンジンと題された特許文献２（米国特許第６６０９３７１号）、及び２００５年１０月１１日に発行され分割サイクル４ストロークエンジンと題された特許文献３（米国特許第６９５２９２３号）に見出され、その各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【００２５】
図２は、従来技術の空気ハイブリッドエンジンを示す図であり、図１に示されたものと類似する分割サイクルエンジン２００が空気ハイブリッドシステムを含むように修正されている。分割サイクル空気ハイブリッドエンジン２００は、空気貯留器や各種制御器と分割サイクルエンジンを組み合わせたものである。この組み合わせは、エンジンが圧縮空気の形で空気貯留器内にエネルギーを蓄えることを可能にしている。空気貯留器内の圧縮された空気は、クランクシャフトに動力を与えるべく膨張シリンダーで後に使用される。
【００２６】
一般に、分割サイクル空気ハイブリッドエンジンは、ここに言及されるように、クランクシャフト軸線の回りに回転可能なクランクシャフト、圧縮シリンダー内に摺動可能に収容された圧縮ピストンであって、クランクシャフトの単一の回転の間に吸気ストローク及び圧縮ストロークを通して往復動するようにクランクシャフトに作動可能に連結された圧縮ピストン、膨張シリンダー内に摺動可能に収容された膨張(動力)ピストンであって、クランクシャフトの単一の回転の間に膨張ストローク及び排気ストロークを通して往復動するようにクランクシャフトに作動可能に連結された膨張ピストン、圧縮シリンダー及び膨張シリンダーを相互に連結するクロスオーバー通路であって、その中に配置された少なくともクロスオーバー膨張（ＸovrＥ）バルブ、より好ましくは、間に圧力チャンバーを画定するクロスオーバー圧縮（ＸovrＣ）バルブ及びクロスオーバー膨張（ＸovrＥ）バルブを含むクロスオーバー通路、及び当該クロスオーバー通路に作動的に連結され、そして圧縮シリンダーからの圧縮空気を格納し圧縮空気を膨張シリンダーに供給するために選択的に作動可能な空気貯留器、を備えている。
【００２７】
図１に示すエンジン１００のように、エンジン２００は、延在する圧縮シリンダー２０２及び隣接した膨張シリンダー２０４を有するエンジンブロック２０１を含んでいる。クランクシャフト２０６は、クランクシャフト軸線の回りの回転のためにブロック２０１に支承されている。シリンダー２０２,２０４の上端は、シリンダーヘッド２３０によって閉じられている。
【００２８】
第１及び第２ののシリンダー２０２、２０４は内部支持面を画定し、圧縮ピストン２１０及び動力（又は「膨張」）ピストン２２０の往復運動のためにそれぞれが収容される。シリンダーヘッド２３０、圧縮ピストン２１０及び第１のシリンダー２０２は、圧縮シリンダー２０２内に可変容量圧縮室２３４を画定している。シリンダーヘッド２３０、動力ピストン２２０及び第２のシリンダー２０４は、動力シリンダー２０４に可変容量燃焼室２３２を画定している。
【００２９】
クランクシャフト２０６は、軸方向に変位され角度的にオフセットされた第１のクランクスロー２２６及び第２のクランクスロー２２８を含み、両者間に位相角２３６を有している。第１のクランクスロー２２６は、第１の連結ロッド２３８によって圧縮ピストン２１０に旋回可能に連結され、そして第２のクランクスロー２２８は、第２の連結ロッド２４０によって膨張ピストン２２０に旋回可能に連結されており、ピストン２１０及び２２０は、それらのそれぞれのシリンダー内で、クランクスローのオフセット角度とシリンダー、クランク、及びピストンの幾何学的関係とによって決定されるタイミングの関係で、往復動される。必要に応じて、ピストンの動きとタイミングを関連付けるための代替の機構を利用することができる。クランクシャフトの回転方向及び下死点（ＢＤＣ）位置に近いピストンの相対的運動は、対応する構成部品と共に添付図面に矢印で示されている。
【００３０】
シリンダーヘッド２３０は、様々な通路、ポート、及び分割サイクル空気ハイブリッドエンジン２００の所望の目的を達成するために適したバルブのいずれかを備えている。
【００３１】
図１におけるエンジンのバルブに似ている、シリンダーヘッド２３０内のバルブは。４つのカム作動ポペットバルブ、すなわち、吸気バルブ２０８、ＸovrＣバルブ２１４、ＸovrＥバルブ２１６及び排気バルブ２２４を含んでいる。空気貯留器タンクバルブ２５２も設けられている。ポペットバルブ２０８、２１４、２１６、２２４及び空気貯留器タンクバルブ２５２は、それぞれ、バルブ２０８、２１４、２１６、２２４、２５２を作動させ、それに係合するためのカムローブを有しているカムシャフト（不図示）によって作動させることができる。
【００３２】
点火プラグ２２２は、図示しない点火制御器による正確な時刻に空気燃料充填物を点火するために、電極が燃焼室２３２内に延在する状態でシリンダーヘッドに装着されている。なお、エンジンは、ディーゼルエンジンとすることができ、点火プラグなしで作動させることが理解されるべきである。また、エンジン２００は、例えば、水素又は天然ガスなどの一般的な往復ピストンエンジンに適した任意の燃料で作動するように設計することができる。
【００３３】
分割サイクル空気ハイブリッドエンジン２００もまた、空気貯留器（タンク）２４２を含み、それは空気貯留器タンクバルブ２５２によってクロスオーバー通路２１２に接続されている。２つ以上のクロスオーバー通路２１２を有する実施形態は、それぞれのクロスオーバー通路２１２のためのタンクバルブ２５２を含むことができ、それは共通の空気貯留器２４２に接続するか、或いは代替的に各クロスオーバー通路２１２が別々の空気貯留器２４２に作動的に接続してもよい。
【００３４】
タンクバルブ２５２は、典型的には、クロスオーバー通路２１２から空気タンク２４２に延びている空気タンクポート２５４に配置されている。空気タンクポート２５４は、第１の空気タンクポート部２５６及び第２の空気タンクポート部２５８に分割されている。第１の空気タンクポート部２５６は、クロスオーバー通路２１２に空気タンクバルブ２５２を接続し、第２の空気タンクポート部２５８は、空気タンクバルブ２５２を空気タンク２４２に接続する。第１空気タンクポート部２５６の容積は、当該タンクバルブ２５２が閉じているときに、クロスオーバー通路２１２にタンクバルブ２５２を接続しているすべての付加的な凹部の容積を含んでいる。好ましくは、第１の空気タンクポート部２５６の容積は、クロスオーバー通路２１２の容積に比べて小さい（例えば、２５％未満）である。より好ましくは、第１の空気タンクポート部２５６は、実質的に非存在であり、すなわち、タンクバルブ２５２は最も好ましく、それがクロスオーバー通路２１２の外壁と面一になるように配置されている。
【００３５】
タンクバルブ２５２は、任意の適切なバルブ装置又はシステムとすることができる。例えば、タンクバルブ２５２は、圧力作動チェックバルブ、又は種々のバルブ作動装置（例えば、空気圧、油圧、カム、電気等）によって活性化されるアクティブバルブであってもよい。また、タンクバルブ２５２は、二つ以上のバルブが二つ以上の作動装置でもって作動されるタンクバルブシステムを備えることができる。
【００３６】
空気タンク２４２は、圧縮空気の形でエネルギーを格納し、後でクランクシャフト２０６に動力を与えるべく、その圧縮空気を使用するために利用される。このポテンシャルエネルギーを格納する機械的手段は、現在の技術水準以上の多数の潜在的な利点を提供する。例えば、分割サイクル空気ハイブリッドエンジン２００は、潜在的に、例えばディーゼルエンジンや電気ハイブリッドシステムとして市販されている他の技術に関連して、比較的低い製造及び廃棄物処理コストで燃費向上やNOx排出量削減に多くの利点を提供することができる。
【００３７】
エンジン２００は、典型的には、通常の作動モード（エンジンの点火燃焼（ＥＦ）モード、又は時に正常な点火燃焼（NＦ）モードと呼ばれる）及び１つ以上の空気ハイブリッドモードで走行する。当該ＥＦモードでは、エンジン２００は、本明細書で前に詳細に（すなわち、図１に関して、）説明したように普通に機能し、空気タンク２４２を使用せずに作動する。このＥＦモードでは、空気タンクバルブ２５２は、基本的な分割サイクルエンジンから空気タンク２４２を隔離するために閉じたままである。４つの空気ハイブリッドモードでは、エンジン２００は、空気タンク２４２を用いて作動する。
【００３８】
典型的な空気ハイブリッドモードは、以下を含んでいる。
１）燃焼を伴わずに、空気タンク２４２からの圧縮空気エネルギーを使用することを含んでいる、空気膨張機（ＡＥ）モード、
２）燃焼を伴わずに、圧縮空気エネルギーを空気タンク２４２に格納することを含んでいる、空気圧縮機（ＡＣ）モード、
３）燃焼を伴って、空気タンク２４２からの圧縮空気エネルギーを使用することを含んでいる、空気膨張機及び点火燃焼（ＡＥＦ）モード、
４）燃焼を伴って、圧縮空気のエネルギーを空気タンク２４２に保存することを含んでいる、点火燃焼及び充填（ＦＣ）モード
【００３９】
空気ハイブリッドエンジンに関するさらなる詳細は、２００８年４月８日に発行され分割サイクル空気ハイブリッドエンジンと題された特許文献４（米国特許第７３５３７８６号）、２００９年１０月２０日に発行され分割サイクル空気ハイブリッドエンジンと題された特許文献５（米国特許第７６０３９７０号）、及び２００９年１０月２９日に公開され分割サイクル空気ハイブリッドエンジンと題された特許文献６(米国特許出願公開第２００９/０２６６３４７号)に開示され、その各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４０】
【特許文献１】米国特許第６、５４３、２２５号明細書
【特許文献２】米国特許第６、６０９、３７１号明細書
【特許文献３】米国特許第６、９５２、９２３号明細書
【特許文献４】米国特許第７、３５３、７８６号明細書
【特許文献５】米国特許第７、６０３、９７０号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００９/０２６６３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
上述した分割サイクルエンジン１００，２００を高効率で作動させるためには、（１）クロスオーバーバルブを非常に高速で開閉すること、（２）広い範囲のクロスオーバーバルブの閉じタイミングを提供すること、及び（３）少なくとも閉バルブのタイミングにおいてサイクル間の変更を許容することのできるバルブ作動システムが必要とされている。これらの要件は、分割サイクルエンジン、特に、分割サイクル空気ハイブリッドエンジンのユニークな特性に由来している。
【００４２】
まず、これらの分割サイクルエンジンでは、クロスオーバーバルブ（すなわち１１４、１１６、２１４、２１６）の動的な作動は非常に要求が厳しい。これは、通常、少なくとも１８０度ＣＡの期間にバルブを作動させる従来のエンジンのそれに対して、クロスオーバーバルブは、クランクシャフト回転の非常に短い期間（おそらく、わずか６度ＣＡ）内に燃料 - 空気充填物を完全に移送するために、十分なリフトを達成しなければならないという事実によるものである。例えば、ＥＦモードで作動するときは、膨張ピストンがＴＤＣに非常に近い間に、ＸovrＥバルブを開き、流体充填物を膨張シリンダー内に移送し、そしてＸovrＥバルブを閉じることが望ましい。したがって、ＸovrＥバルブは、典型的には、開いて、そして約３０度ＣＡから約３５度ＣＡのウィンドウ内で閉じる必要がある。全負荷状態下では、このウィンドウは、なおより小さく、おそらく約１０度ＣＡから約２０度ＣＡの小ささになっている。
【００４３】
特定の空気ハイブリッドモードは、さらに厳格な要件を取り入れている。ＡＥＦモードでは、例えば、圧縮空気のある容積が、空気貯留器２４２に格納されている。膨張ピストンがＴＤＣに達した直後に、ＸovrＥバルブは、圧縮空気の充填物（好ましくは、添加された燃料を伴う）を空気貯留器２４２から膨張ストロークで次に点火される燃焼室内に向けるために、開かれる。仮に、エンジンが部分負荷のみで作動し、空気貯留器２４２が高圧（例えば、約２０バール以上）に充填されているなら、空気と燃料の必要量（マス）を燃焼室２３２へ移送するために、ＸovrＥバルブは、非常に短い期間（例えば、約６度ＣＡ）に亘って開く必要があるのみである。言い換えれば、部分負荷運転に必要な空気-燃料混合物の比較的小さな質量（マス）が、空気貯留器２４２が高圧に充填されているときは迅速に燃焼室内に流入するので、ＸovrＥバルブはそれ故に、数度ＣＡの開きのみを必要とする。クロスオーバーバルブは、したがって、従来のエンジンのバルブよりも数倍高速である作動速度が可能でなければならない。このことは、それに関連付けられたバルブトレインは、かかる高速の作動速度を実現するために、十分に剛で、同時に軽量でなければならないことを意味する。
【００４４】
一方、他の作動モードは、バルブが比較的長い期間、開いたままであることを要求するかもしれない。例えば、ＡＥモードでは、空気貯留器２４２に格納された圧縮空気が燃焼室２３２に点火又は燃料の追加なしで供給され、膨張ピストンを下方に強圧し、クランクシャフトに動力を提供する。しかしながら、貯留器内に残留する空気の圧力が低く（例えば、約１５バール未満）、高トルクの要求がある（例えば、当該エンジンによって駆動されている車両が坂で加速中である）場合、膨張室への十分な質量（マス）の圧縮空気を許容するためには、ＸovrＥバルブははるかに長く開いておく必要がある。いくつかのケースでは、これは１００度ＣＡ以上であるかもしれない。このように、閉じタイミングにおける大きな変動が必要とされる。それは、ＸovrＥバルブは、一の作動モードでは、開いた後、６度ＣＡで閉じなければならない場合がある一方、他の作動モードにおいては、上に提示されたように、１００度ＣＡ以上開いたままにしておく必要があるかもしれないからである。
【００４５】
本明細書に開示されたエンジンはまた、特に空気貯留器を充填することを伴うモード（例えば、ＡＣモードとＦＣモード）において、クロスオーバーバルブ２１４、２１６の開くタイミングに大きな変動を要求することができる。例えば、ＡＣモードでは、ＸovrＣバルブ２１４の開くタイミングが、負荷と空気貯留器２４２内の圧力にかなり依存して変化するであろう。仮に、圧縮シリンダー内の圧力が空気貯留器内の圧力より大きいか又は等しくなる前にＸovrＣバルブが開かれると、空気貯留器内の流体が圧縮シリンダー２３４に逆流し望ましくないであろう。この逆流分を再圧縮するのに必要なエネルギーが、エンジンの効率を低下させる。したがって、ＸovrＣバルブは、圧縮シリンダー内の圧力が空気貯留器２４２のそれに一致するか超えるまでは、開かれるべきではない。このように、開くタイミングの約３０〜６０度ＣＡの範囲の変動は、空気貯留器内の圧力に応じて、ＸovrＣバルブに必要とされる。
【００４６】
したがって、開くタイミング、閉じるタイミング、及び/又は様々な他のエンジンバルブのパラメータは、様々なエンジンモードのそれぞれを効率的に作動させるために、広い範囲の使用可能な値に亘って可変でなければならない。
【００４７】
また、これらのパラメータは、いくつかのケースでは、サイクル間ごとに調整可能でなければならない。例えば、ＸovrＥバルブ２１６は、燃焼を採用する作動モード（例えば、ＥＦモードとＡＥＦモード）では、負荷を制御するのに使用することができる。膨張ピストンのストロークに沿った様々なポイントでＸovrＥバルブを閉じることにより、シリンダーに供給される空気/燃料の質量（マス）が計量供給され得、それによってエンジン負荷を制御する。この場合の正確な負荷制御を実現するためには、ＸovrＥバルブの作動速度が、一サイクルから次のサイクルまで可変でなければならない。
【００４８】
既存のバルブ作動システムは、これらの要件を簡単には満たすことができない。それらは、必要な速度で作動されるのには重過ぎるか、又は剛性が十分ではないかのいずれかである。さらに、それらは、開き又は閉じ変動の限られた範囲のみを提供し、サイクル間の変動のためには十分に応答し得ない。
【課題を解決するための手段】
【００４９】
概して、エンジンバルブの可変作動を含んでいる装置及び関連する方法が開示されている。一実施形態においては、分割サイクル内燃機関又は空気ハイブリッド分割サイクルエンジンのためのバルブトレインが設けられ、それは、エンジンバルブの開きタイミングを変化させるためのカムフェイザー、大きい最大可能バルブ事象（例えば、５０〜１００度ＣＡ）を提供するためのドウェルカム、及びエンジンバルブの閉じタイミングを変化させるための高速ロストモーションシステムを組み合わせることにより、上記の要件を満たしている。本明細書に開示された当該装置及び方法はまた、従来の内燃機関における用途をも有し、内向きに開くバルブ及び/又は外向きに開くバルブを作動させるように構成することができる。
【００５０】
本発明の少なくとも一つの実施形態の一態様では、エンジンは形成された少なくとも１つのカムを有するカムシャフトであって、当該少なくとも１つのカムが、クランク角度で測定される最大バルブ事象に亘って少なくとも１つのエンジンバルブに運動を与えるように構成されているカムシャフトを含んで、提供されている。当該エンジンはまた、クランクシャフトに対する当該カムの位相を選択的に調整するカムフェイザー、及び当該少なくとも１つのカムが、当該少なくとも１つのエンジンバルブに最大バルブ事象に亘って運動を与えるのを選択的に防止するを含んでいる。
【００５１】
本発明の少なくとも１つの実施形態の別の態様では、対立した凸状のベアリング面を有するベアリングエレメント、近位端部及び遠位端部を有する連結アームであって、当該遠位端部が当該ベアリングエレメントに固定して連結され、そして当該近位端部がそこに形成されたシリンダーやボールを有している連結アーム、及び調節可能な油圧タペットであって、当該連結アームの当該シリンダーやボールを受容するためにその一端部に形成されたソケットを有する油圧タペット、を含む調節可能な機械的なエレメントが提供されている。
【００５２】
本発明の少なくとも１つの実施形態の別の態様では、ロッカーシャフトを受容するために内部に形成された開口部を有する本体部分を含んでいるロッカーが設けられている。当該ロッカーはまた、当該本体から半径方向に延びる第１のアームであって、エンジンバルブに係合するためにそこに形成された第１のロッカーパッドを有する第１のアーム、及び当該本体から半径方向に延びる第２のアームであって、運動エレメントに係合するためにそこに形成された第２のロッカーパッドを有する第２のアームを含む、当該ロッカーはさらに、当該本体から半径方向に延びる第３のアームであって、バルブ着座制御装置によって係合されている第３のアームを含んでいる。
【００５３】
本発明の少なくとも１つの実施形態の別の態様では、エンジンバルブの開くタイミングを変化させ、及びエンジンバルブの閉じるタイミングを変化させることを含む、エンジンバルブの開及び閉のタイミングを変化させる方法が提供されている。
【００５４】
本発明の少なくとも１つの実施形態の別の態様では、エンジンバルブを作動させる方法が提供され、それは偏心部分がベアリングエレメントの第１の面に係合するように、当該偏心部分を有するカムを回転させることを含み、これにより、当該ベアリングエレメントの第２の表面が当該エンジンバルブに結合されているロッカーに係合するのを引き起こさせ、当該ベアリングエレメントは当該カムと当該ロッカーとの間に配置されている。当該方法はまた、クランクシャフトに対する当該カムの位相を変えるべくカムフェイザーを作動させることによって、当該偏心部分が最初に当該ベアリングエレメントに係合する開のタイミングを調整することを含んでいる。当該方法はさらに、エンジンバルブが当該カムによって要求されるのよりもより早く閉じるように、当該ベアリングエレメントを当該カムとロッカーとの間から少なくとも部分的に引き出すことによって、当該エンジンバルブが閉じ始める閉じタイミングを調整することを含んでいる。
【００５５】
本発明の少なくとも一つの実施形態の別の態様では、第１及び第２の端部を有するベルクランクであって、当該第１の端部が旋回点の回りに回動自在に取り付けられているベルクランクを含む調節可能な機械的エレメントが設けられている。当該調節可能な機械的エレメントはまた、当該ベルクランクの第２の端部に選択的に力を加えるように構成された調節可能な油圧タペット、及び近位端部及び遠位端部を有する連結アームであって、当該遠位端部がベアリングエレメントに固定して結合され、そして近位端部が当該ベルクランクに第１及び第２の端部の中間位置で旋回可能に結合されている連結アームを含んでいる。
【００５６】
本発明の少なくとも一つの実施形態の別の態様では、調整可能な高さを有するロッカー台座に取り付けられたロッカー、及び当該ロッカー台座の第１及び第２の部分の間に摺動可能に配置された楔形のベアリングエレメント、を含んでいるロッカーアセンブリが設けられている。当該楔形のベアリングエレメントを第１及び第２の部分の間から抜き出すことが、当該台座の高さを低くすることに有効である。
【００５７】
本発明の少なくとも１つの実施形態の別の態様では、ラッシュシリンダーに対して摺動可能に配置された外側ハウジング、第１の端部と反対側の第２の端部を有するフィーマーであって、当該第１の端部が当該外側ハウジングの内部に回転可能に結合されているフィーマー、及びニージョイントにおいて、当該フィーマーの当該第２の端部に回転可能に結合されているシンを含むロック用ニーアセンブリが設けられている。当該アセンブリはまた、当該フィーマーを当該シンに対して固定された角度方向に保持するために、当該ニージョイントに選択的に力を及ぼすべく構成された油圧作動ピストンを含んでいる。
【００５８】
本発明はさらに、特許請求された装置、システム、及び方法をさらに提供する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
本発明は、添付図面と併せてなされる以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。
【図１】図１は、先行技術の分割サイクルエンジンの概略断面図である。
【図２】図２は、従来技術の空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの概略断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明に係るバルブトレインの一実施形態の概略図であり、バルブは閉じられている。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａのバルブトレインの概略図であり、バルブが開かれている。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａ及び３Ｂのバルブトレインの概略図であり、バルブは、カムの輪郭によって要求されるよりも早く閉じられている。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明によるロック用ニータペットの一実施形態の斜視断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａのロック用ニータペットの斜視図であり、外側ハウジングの一部が図示されていない。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ａ‐４Ｂのロック用ニータペットの拡張された形態での概略断面側面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ａ‐４Ｃのロック用ニータペットの引き込まれた形態での概略断面側面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明に係るベアリングエレメントの別の実施形態の側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明に係るベアリングエレメントの別の実施形態の側面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明に係るベアリングエレメントの別の実施形態の側面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明に係るベアリングエレメントの別の実施形態の側面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａのベアリングエレメントのの端面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ａ及び６Ｂのベアリングエレメントの斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、ベアリングエレメントのカム係合表面にローラーを有する本発明に係る調整可能な機械的エレメントの一実施形態の概略図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ベアリングエレメントのロッカー係合面にローラーを有する本発明に係る調整可能な機械的エレメントの別の実施形態の概略図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、ベアリングエレメントのカム係合面とロッカー係合面との両方にローラーを有する本発明に係る調整可能な機械的エレメントの別の実施形態の概略図である。
【図８】図８は、ローラーが取り付けられたロッカーを有する本発明に係るバルブトレインの一実施形態の概略図である。
【図９Ａ】図９Ａは、バルブ着座制御装置を有する本発明に係るバルブトレインの別の実施形態の概略図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、バルブ着座制御装置を有する本発明に係るバルブトレインの別の実施形態の概略図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、バルブ着座制御装置を有する本発明に係るバルブトレインの別の実施形態の概略図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、折り畳み可能なロッカーを有する本発明に係るバルブトレインの一実施形態の概略図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、ロック用ニー折り畳み可能ロッカー台座を有する本発明に係るバルブトレインの別の実施形態の斜視図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図１０Ｂの伸長形態でのロック用ニー折り畳み可能ロッカー台座の概略断面側面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、図１０Ｂ-１０Ｃの折り畳まれた形態でのロック用ニー折り畳み可能ロッカー台座の概略断面側面図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、伸長された形態においての、本発明に係る低輪郭ロック用ニー折り畳み可能ロッカー台座の一実施形態の概略断面側面図である。
【図１０Ｆ】図１０Ｆは、折り畳まれた形態においての、図１０Ｅの低輪郭ロック用ニー折り畳み可能ロッカー台座の概略断面側面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明に係るカムフェイザーの一実施形態の概略断面図である。
【図１１Ｂ】図１IＢは、進角位置における、図１１Ａのカムフェイザーの概略断面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、遅角位置における、図１１Ａ及び１１Ｂのカムフェイザーの概略断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明に係るバルブトレインの一実施形態によって作動されるバルブについて、クランク角の関数としてのバルブリフトを示すグラフである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明に係るバルブトレインの一実施形態によって作動されるバルブについて、クランク角の関数としてのバルブリフトを示すグラフである。
【図１３】図１３は、内方に開くバルブを作動させるための本発明に係るバルブトレインの一実施形態の概略図である。
【図１４】図１４は、本発明に係る分割サイクルエンジンの一実施形態の概略断面図である。
【図１５】図１５は、ベルクランクを含む本発明に係るバルブトレインの一実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
今、本明細書に開示される装置及び方法の構造の原理、機能、製造、及び使用の全体的な理解を提供するために、特定の例示的な実施形態が説明されるであろう。これらの実施形態の１つ以上の例が添付図面に示されている。当業者であれば、本明細書に記載及び添付図面に図示された装置及び方法は非限定的な例示的な実施形態であり、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ定義されることを理解するであろう。例示又は例示的な一実施形態に関連して説明した特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせることができる。そのような修正及び変更は、本発明の範囲内に含まれることが意図されている。
【００６１】
ある種の方法及び装置が、分割サイクルエンジン及び/又は空気ハイブリッドエンジンの文脈で本明細書に開示されているが、当業者は、本明細書に開示された方法及び装置は、限定されないが、非ハイブリッドエンジン、２ストローク及び４ストロークエンジン、従来のエンジン、ディーゼルエンジン等を含む全ての様々な背景で用いられることができることを理解するであろう。
【００６２】
上に説明したように、本明細書に開示された分割サイクルエンジンを最大効率で作動させるために、特に、本明細書において企図された種々の空気ハイブリッドモードの各々を作動させるためには、開くタイミング、開く速度、閉じるタイミング、閉じる速度、リフト、及び/又は様々な他のエンジンバルブパラメータを変化させることが望ましい。
【００６３】
図３Ａ〜図３Ｃは、上記のバルブパラメータを（すなわち、カム輪郭によって規定されるバルブ作動を変更することによって）調整するために適切なバルブトレインの例示的な一実施形態を示している。図示のバルブトレインは、ＸovrＣ及びＸovrＥクロスオーバーバルブの限定なしに、これらを含むエンジン１００、２００のバルブのいずれかを作動させるために使用することができる。本明細書の目的のために、内燃機関のバルブトレインは、バルブの作動を制御するために使用される、バルブトレインエレメントのシステムとして定義される。バルブトレインエレメントは、一般に、作動エレメントとその関連する支持エレメントの組合せを含んでいる。作動エレメント（例えば、カム、タペット、スプリング、ロッカーアーム等）は、各バルブ事象中に、作動運動をエンジンのバルブに直接に付与する（即ち、バルブを作動させる）ために使用される。支持エレメント（例えば、シャフト、台座等）は、作動エレメントをしっかりと取付け、そして案内する。
【００６４】
図３Ａに示されるように、バルブトレイン３００は、一般に、カム３０２、ロッカー３０４、バルブ３０６、及び調節可能な機械的エレメント３０８を含んでいる。バルブトレイン３００はまた、簡潔さのために図示されていないが、１つ以上の関連する支持エレメントを含むことができる。
【００６５】
バルブ３０６は、バルブヘッド３１０及びバルブヘッド３１０から垂直に延在するバルブステム３１２を含んでいる。バルブアダプターアセンブリ３１４が、ヘッド３１０とは反対のステム３１２の先端に配置され、しっかりとこれに固定されている。バルブスプリング（不図示）は、バルブ３０６がその閉位置にあるとき、バルブシート３１６に対してしっかりとバルブヘッド３１０を保持する。この目的のためには、種々のバルブスプリングのいずれが用いられてもよく、例えば、空気やガススプリングを含む。加えて、図示のバルブ３０６は外方に開くポペットバルブであるが、内方に開くポペットバルブを含む任意のカム作動バルブが、本発明の範囲から逸脱することなく、使用されることができる。
【００６６】
ロッカー３０４は、バルブステム３１２に跨りそしてバルブアダプターアセンブリ３１４の下側に係合するフォーク状のロッカーパッド３２０を、一方の端部に含んでいる。さらに、ロッカー３０４は、調整可能な機械的エレメント３０８に摺接する実なロッカーパッド３２２を反対側の端部に含んでいる。ロッカー３０４はまた、貫通して延在するロッカーシャフトボア３２４を含んでいる。ロッカーシャフトボア３２４は、ロッカー３０４が回転軸線３２９の回りをロッカーシャフト３２８上で回転するように、支持用ロッカーシャフト３２８上に配置されている。
【００６７】
ロッカー３０４のフォーク状のロッカーパッド３２０は、カム３０２及び調整可能な機械的エレメント３０８の作動によって引き起こされるロッカーパッド３２２の下方向運動がロッカーパッド３２０の上方への移動に転換され、それが順にバルブ３０６を開くように、外側に開くポペットバルブ３０６のバルブアダプターアセンブリ３１４に接触している。ロッカー３０４のジオメトリーは、フォーク状のロッカーパッド３２０とロッカーの回転軸線３２９の間の距離と、ロッカーパッド３２２とロッカーの回転軸線３２９との間の距離が所望の比を達成するように選択される。一実施形態では、この比は、約１:１及び約２:１の間、及び好ましくは約１.３:１、約１.４:１、約１.５:１、約１.６:１、又は、約１.７:１とすることができる。
【００６８】
カム３０２は、少なくとも５度ＣＡのドウェル区分（すなわち、一定の半径を有する、カムの偏心部分の区分）を含むカムであるとして、本明細書中で使用される「ドウェルカム」である。図示の実施形態において、当該ドウェルカム３０２は、時計回り（矢印のＡlの方向）に回転する。ドウェルカム３０２は、一般に、ベース円部分３１８と偏心部分３２６を含んでいる。カム３０２の偏心部分３２６が調節可能な機械的エレメント３０８に接触すると、調節可能な機械的エレメントは旋回し、それは、その後、ロッカー３０４のロッカーシャフト３２８の回りの回転を生じさせ、バルブ３０６をそのシート３１６からリフトする。
【００６９】
偏心部分３２６は、開き用斜面３３０、閉じ用斜面３３２、及びドウェル区分３３４を含んでいる。ドウェル区分３３４は、様々なサイズであり得る（すなわち、少なくとも５度ＣＡ）が、図面によって説明されている実施形態では、エンジン運転状態及び/又は空気ハイブリッドモードの全範囲に亘って必要とされる可能な限り長いバルブ事象期間（すなわち、最大バルブ事象）に対応する大きさにされている。ここでの目的のために、ドウェル区分３３４は、図示の実施形態では、当該ドウェル区分３３４がカム３０２のベース円部分３１８と同心であるけれども、カム３０２の偏心部分３２６の一部分であると称される。カム３０２の開き用斜面３３０は、エンジンバルブ３０６の所望のリフトを所望の速度で適切に実現する形状に輪郭付けられている。閉じ用斜面３３２（又は、「着地」斜面）は、バルブ３０６がバルブシート３１６に近づくにつれてバルブ３０６の速度を急速に減速するように、及び/又は、後述するように、調節可能な油圧タペット３４０のリフィル又はリセットをもたらすように形成されている。ドウェルカムについてのさらなる詳細は、これと同日に出願され、「ドウェルカムを備える分割サイクル空気ハイブリッドエンジン」と題された米国特許出願第１３/３５９、５２５号に見出され、その全体が本明細書に参照することにより組み込まれている。
【００７０】
調節可能な機械的エレメント３０８が、バルブ３０６のリフト量と開及び閉のパラメータを選択的に変更するために使用されている。図３Ａ〜３Ｃの実施形態では、調整可能な機械的エレメント３０８は、ベアリングエレメント３３６、連結アーム３３８、及び調節可能な油圧タペット３４０を含んでいる。
【００７１】
図示されているように、ベアリングエレメント３３６は、各々が略凸状の輪郭を有する、対向する第１及び第２ののベアリング面３４２、３４４によって画定された略楕円形の断面を有している。ベアリング面３４２、３４４は、円形や楕円形を含む、任意の様々な断面形状を有することができる。いくつかの実施形態では、ベアリング面３４２、３４４は、（例えば、ベアリング面３４２がベアリング面３４４の曲率半径よりも小さい曲率半径を有するような）異なる曲率半径を有する円の区分とすることができる。ベアリングエレメント３３６は、第１のベアリング面３４２が摺動可能にカム３０２に、及び第２のベアリング面３４４が摺動可能にロッカーパッド３２２に係合するように、カム３０２とロッカー３０４との間に選択的に配置される。ベアリングエレメント３３６は、例えば、ベアリングエレメント３３６の全体の質量を低減し、従って、より速い作動を容易にするために、内部に形成された一つ以上のキャビティ３４６を有している。
【００７２】
ベアリングエレメント３３６は、少なくとも１つの連結アーム３３８を介して、調整可能な油圧タペット３４０に結合されている。図示の実施形態における連結アーム３３８は、近位端部３４８及び遠位端部３４９を有する略円筒状のアームである。いくつかの実施形態では、連結アーム３３８は、I-ビームの形状を有することができる。連結アーム３３８の遠位端部３４９は、ベアリングエレメント３３６に結合されている一方、連結アーム３３８の近位端部３４８がタペット３４０に結合されている。
【００７３】
連結アーム３３８は、様々な方法で、タペット３４０及びベアリングエレメント３３６に結合される得る。例えば、連結アーム３３８は、例えば、ねじ、ボルト、スナップ嵌め係合によってタペット３４０及び/又はベアリングエレメント３３６に固定して結合され、連結アーム３３８は、タペット３４０及び/又はベアリングエレメント３３６に一体に形成され、又はタペット３４０とベアリングエレメント３３６の一方又は両方に旋回可能に結合され得る。図示の実施形態では、連結アーム３３８はベアリングエレメント３３６と一体に形成されている。連結アーム３３８の近位端部３４８は、そこに形成された概して球形のボール３５０を有している。ある実施形態では、球状のボール３５０は、円筒状のベアリングに置き換えることができる。ボール３５０は、連結アーム３３８がタペット３４０に対して旋回可能であるように、タペット３４０の遠位端部に形成された対応するソケット３５２に収容される大きさ、及びそうでなければ、収容されるように構成されている。換言すると、連結アーム３３８は、タペット３４０の長手方向軸線に対して実質的に横断する複数の回転軸線の回りを自由に回転する。円筒状のベアリングが使用される実施形態では、連結アーム３３８の回転がタペット３４０の長手方向軸線に対して実質的に横断する単一の軸線の回りの回転に制限され得る。当該連結アーム３３８はまた、それが、旋回ピン、軸、又は他のカップリングの回りを回転するように、タペット３４０に結合されてもよい。図示の実施形態では、ベアリングエレメント３３６が連結アーム３３８と一体に形成されているが、それはまた、連結アーム３３８をタペット３４０に結合するための上述の技術のいずれかを用いて、旋回可能に連結されてもよい。
【００７４】
連結アーム３３８及びこれに連結されたベアリングエレメント３３６が、選択的に、カム３０２とロッカー３０４に向かって前進させられるか、又はそれらから後退される（すなわち、横方向に）かができるように、タペット３４０は調節可能である。
【００７５】
一実施形態では、タペット３４０は、連結アーム３３８とベアリングエレメント３３６とに、引張力及び押圧力の両方を及ぼすように構成されている。例えば、タペット３４０はピストンが摺動可能に収容される内部キャビティを画定することができる。ピストンは、ピストンの両側に第１及び第２のの流体チャンバーが１つずつ画定されるように、当該キャビティの内面とシールを形成している。当該ピストンは、ピストンの直線運動が、連結アームに対応する直線運動を付与するように、ソケット３５２及び/又は連結アーム３３８に作動可能に連結されている。タペット３４０内に画定されている第１及び第２のの流体チャンバーは、カム３０２及びロッカー３０４に向かって、又はそれらから離して、ピストン（かくて、ベアリングエレメント３３６を）を移動させるために、選択的に作動油で充填され、及び作動油が排出される。
【００７６】
代わりに、タペット３４０は、カム、ロッカー、及び/又は一つ以上の付勢するばねによって供給される力がベアリングエレメント３３６を後退位置に強圧するべく使用される場合には、ベアリングエレメント３３６に押圧力を加えるようにのみ構成され得る。例えば、タペット３４０は、そのそれぞれの内装との間に流体チャンバーを画定する第１及び第２のの筒状の入れ子式半体を含むことができる。タペット３４０が作動すると、流体は流体チャンバーから油圧アキュムレータに移動され得、第１及び第２の入れ子式半体が互いに向かって相対的に摺動するのを許容し、それによってタペット３４０の全長Lを減少させる。一実施形態では、タペットは、電磁バルブ及び流体チャンバーとアキュムレータとを含む油圧回路に連通する逆止バルブによって、作動させることができる。当該電磁バルブは、回路内に作動流体を保持するために閉位置に維持することができる。電磁バルブが閉じたままである限り、タペット３４０の長さLは、実質的に一定のままである。電磁バルブが一時的に開かれると、回路は部分的にドレインし、タペット３４０が部分的又は完全に縮まるのを許容し、このようにして、その長さLを低減する。電磁バルブが再び閉じられるときは、当該アキュムレータが選択的にタペット３４０を補充し、全体の長さLが増加されるように、それの直線的な拡張を生じさせる。
【００７７】
図示の実施形態は、連結アーム３３８とベアリングエレメント３３６を前進及び/又は後退させるための油圧タペット３４０を含むけれども、本発明の範囲から逸脱することなく、この目的のために、他のさまざまなメカニズムが採用されてもよい。例えば、空圧的、機械的、電気的、及び/又は電磁的なアクチュエータが、連結アーム３３８及び/又はベアリングエレメント３３６に運動を付与するために使用することができる。以下にさらに詳細に論じられるように、タペット３４０は機械的にロックされ、油圧で作動されてもよい（すなわち、油圧システムが、機械的ロック装置を係合させ、係合解除するために使用されてもよい）。
【００７８】
作動において、カム３０２は、それが装着されているカムシャフトがエンジンのクランクシャフトの回転により駆動されるとき、時計回りに回転する。図３Ａに示すように、カム３０２のベース円部分３１８がベアリングエレメント３３６に係合するときは、フォーク状のロッカーパッド３２０がバルブスプリングの付勢を克服するためにバルブ３０６に十分なリフト力を加えていない、ロッカー３０４が「全閉」の位置に留まっており、したがって、バルブ３０６は閉じたままである。図示の実施形態では、ベアリングエレメント３３６の厚さと、カム３０２とロッカー３０４との間の間隔は、ベアリングエレメント３３６の最も厚い部分がカム３０２のベース円部分３１８とロッカー３０４の間に配置されている場合であっても、バルブ３０６は閉じたままであるようなサイズにされている。
【００７９】
図３Ｂに示されるように、カム３０２の偏心部分３２６は、カムの回転の一部分の間に、ベアリングエレメント３３６の第１のベアリング面３４２に係合する。偏心部分３２６は、ベアリングエレメント３３６に下向きの動きを付与し、連結アーム３３８がタペット３４０の遠位端部回りに時計回りに旋回するのをを引き起こす。連結アーム３３８が旋回すると、ベアリングエレメント３３６の下向きの動きの一部又は全部が、ベアリングエレメント３３６の第２のベアリング面３４４に係合しているロッカー３０４に付与される。これは、順にバルブ３０６をシート３１６からリフトすることに有効であるロッカー３０４の反時計回りの回転に帰する。ベアリングエレメント３３６がその長さに沿って可変の厚さを有するようにベアリング面３４２、３４４は湾曲されているので、バルブ３０６がリフトされる程度は、カム３０２とロッカー３０４との間に挿入されるベアリングエレメント３３６の程度を変えることによって制御することができる。例えば、図３Ｂにおいて、ベアリングエレメント３３６は、その最も厚い部分が、ロッカーパッド３２２とカム３０２との間の最も厚い部分に配置されるように挿入され、それによって、バルブ３０６に最大リフトを付与している。減少されたバルブリフトは、以下に説明するように、タペット３４０の方向に僅かにベアリングエレメント３３６を引き出すことによって達成される。図３Ｂにおいて、電磁バルブ（不図示）は閉じられているので、タペット３４０の長さLは、実質的に一定のままであり、ベアリングエレメント３３６に与えられる運動の一部又は全部がバルブ３０６に移送され、シート３１６からそれをリフトする。換言すれば、タペット３４０が一定の長さに維持された状態でのバルブ３０６の動きは、カム３０２の輪郭の形状に依存する。
【００８０】
図３Ｃに示されるように、バルブトレイン３００は、カム３０２の閉じ用斜面３３２がベアリングエレメント３３６に到達する前にバルブを閉じることができ、そして、バルブ３０６が開かれる程度を低減することができる。例えば、電磁バルブは、タペット３４０の流体チャンバーからの作動流体の急激な放出を可能にするように作動させることができる。流体がタペット３４０を脱出するのが許容されるときは、矢印Ａ２の方向にベアリングエレメント３３６に作用する挟圧力が、ベアリングエレメント３３６をカム３０２とロッカー３０４から離して押圧するのに有効であり、タペット３４０を圧縮又は縮め、開いた電磁バルブを介して作動油を強排する。当該挟圧力は、ロッカーアーム３０４を時計方向に付勢しているバルブスプリングの力が、時計回り方向にベアリングエレメント３３６に対して回転しているカムの偏心部分３２６の力に結合される合力によって生成される。なお、挟圧力は、ベアリングエレメント３３６に作用する力のわずかな成分であり、そして、ベアリングエレメント３３６は、カム３０２の力の大部分がロッカーパッド３２２に下方に加えられるように及びその逆に形状付けられ得ることが理解されるであろう。また、ベアリングエレメント３３６がカム３０２とロッカー３０４の間から押し出される程度、したがって、バルブ３０６が閉じるのが許される程度は、作動流体がタペット３４０から脱出することが許される程度を調整することによって制御することができることが理解されるであろう。換言すると。仮に、電磁バルブが一時的に開かれた後、すぐに閉じられると、タペット３４０は、流体チャンバーから排出された流体の量に対応する程度に縮まるであろうし、その場合にはバルブ３０６が部分的に閉じるのみとなろう。これは、バルブ３０６のリフト高さを調整する必要がある場合に望ましい。代わりに、電磁バルブは、バルブ３０６が完全に閉じるのを許容するように、タペット３４０が十分に圧縮されることができるように十分に長い期間、開いたままにすることができる。
【００８１】
連結アーム３３８及びベアリングエレメント３３６を押し且つ引くの両方を行うべく構成されている実施形態においては、前述の挟圧力に頼るのに代えて、タペット３４０が、ベアリングエレメント３３６をカム３０２とロッカー３０４から積極的に引き離すように、制御され得る。
【００８２】
図３Ｃにおいて、、ベアリングエレメント３３６は、バルブ３０６が実際にシート３１６からリフトされて離れるのには不十分な運動がカム３０２の偏心部分３３６からロッカー３０４に付与され、したがって、バルブ３０６が閉じたり、閉じたままであるように、カム３０２及びロッカー３０４から十分に遠くに引き出されて示されている。バルブトレイン３００は、このように、可変バルブ作動を可能にする（すなわち、バルブ３０６がカム３０２の輪郭によって提供されるものよりも早い時点で閉じるのを可能とする）ロストモーション機能を提供している。さらに、バルブトレイン３００は、バルブ３０６のリフトが変化されることを、例えば、流体がタペット３４０から排出される度合い、したがってバルブが開き又は閉じるのが許容される度合いを変化させることにより、可能にする。バルブトレイン３００は、このように、カム運動の全てをバルブ３０６に伝達するように、カム運動の一部だけをバルブ３０６に伝達するように、又はカム運動のいずれをもバルブ３０６に伝達しないように、構成されている。
【００８３】
調節可能な機械的エレメント３０８はまた、例えば、熱膨張と熱収縮、部品の摩耗などが原因で、バルブトレイン３００に存在する可能性のある任意のラッシュを取るように設定できる。本明細書の目的のために、用語、「バルブラッシュ」や「ラッシュ」は、バルブ３０６が完全に着座されているときに、バルブトレイン３００内に存在する総クリアランスとして定義されている。バルブラッシュは、バルブトレイン３００のすべての個々のバルブトレインエレメント（すなわち、作動エレメントと支持エレメント）間のすべての個々の隙間の合計量に等しい。バルブトレイン３００では、ベアリングエレメント３３６は、バルブトレイン３００に存在する可能性がある如何なるラッシュをもベアリングエレメント３３６の徐々に増加している厚さによって取り除かれるように、カム３０２及びロッカー３０４に向かって付勢されている。その付勢力は、一旦ラッシュがベアリングエレメント３３６によって取り除かれると、当該ベアリングエレメント３３６が、バルブ３０６を開くように作動しない限り、カム３０２又はロッカー３０４に向かってさらに前進されないように、比較的低くすることができる。このようにして、ラッシュは、バルブ３０６が閉じられるべきである期間中には、バルブ３０６を開くことなく取り除かれる。付勢力は、様々な方法、例えば、液圧式、１つ以上のばねを介して、又はタペットに一体的に取り付けられた周知の油圧式ラッシュアジャスタを介して、供給することができる。
【００８４】
図４Ａ-４Ｄは、連結アーム３３８及びベアリングエレメント３３６を選択的に前進及び/又は後退させるための上述の油圧タペット３４０の代わりに使用することができるロック用ニータペット４４０の一実施形態を示している。特に、図４Ａ-４Ｂに示されるように、当該タペット４４０は、概して、可変容量でオイルが充填されたラッシュプレナム４３７が両者間に画定されるように、ラッシュシリンダー４３５内に摺動自在に配置された外側ハウジング４３３を含んでいる。フィーマー（大腿骨）４７９とシン（脛）４３９によって画定されたロック用ニージョイントは、外側ハウジング４３３内に配置されている。ニージョイントの屈曲は、油圧作動ピストン４４１及びフィーマー（大腿骨）支持プラットフォーム４４３によって制御/制限される。シン（すね）４３９の遠位端部４４５は、対向するガイド板４５３によって実質的に直線状の経路に沿って摺動可能に案内されるフット４５１に結合されている。フット４５１の遠位端部４５５は、上述の連結アーム３３８に結合することができ、代わりに、上述したベアリングエレメント３３６に直接連結することができる。
【００８５】
フィーマー（大腿骨）４７９は、概ね長方形の断面を有しており、中央部分４５７、近位端部４５９、及び遠位端部４６１を含んでいる。フィーマー（大腿骨）４７９の近位端部４５９は、細長い半円筒形の縁部４６３を形成するように丸みつけられている。半円筒形の縁部４６３は、フィーマー（大腿骨）支持プラットフォーム４４３の立設部４６７に形成された対応する半円筒形のスロット４６５に受容され、プラットフォーム４４３は順に外側ハウジング４３３に固定的に結合されている。したがって、フィーマー（大腿骨）４７９は、プラットフォーム４４３と外側ハウジング４３３に対して回転可能である。プラットフォーム４４３は、フィーマー（大腿骨）４７９が回転され得る範囲を制限するように構成された基部４６９を備えている。一実施形態において、基部４６９は、フィーマー（大腿骨）４７９と外側ハウジング４３３との間の角度Ａ（図４Ｃ）が約８度未満であることがないように、大きさ及び位置が決められている。これは、フィーマー（大腿骨）４７９の半円筒形の縁部４６３は、フィーマー（大腿骨）４７９の中央部４５７よりも大きい厚さを有すること、及び半円筒形のスロット４６５の側壁は、縁部４６３がスロット４６５内に囚われるように、拡張され得ることが理解されるであろう。さらに、本明細書で使用する「半円筒形の」という用語は、一定の半径を有する形状又はシリンダーの丁度半体の形状に限定されるのではなく、むしろ、類似した様々な形状を包含することが理解されよう。加えて、本明細書に記載される半円筒状の雌雄のいずれかのインターフェイスは、ボールとソケットのジョイント、ユニバーサルジョイント、無段変速ジョイント、ピンとスリーブのジョイントのような同程度の結合機構などに置き換えることができる。
【００８６】
シン（すね）４３９はまた、概ね長方形の断面を有しており、中央部分４７１、近位端部４７３、及び遠位端部４４５を含んでいる。シン（脛）４３９の近位端部４７３は、細長い半円筒形の縁部４７５を形成するように丸みつけられている。半円筒形の縁部４７５は、シン４３９がフィーマー（大腿骨）４７９に対して回転可能であるように、フィーマー（大腿骨）４７９の遠位端部４６１に形成された対応する半円筒状のスロット４７７内に収容されている。フット４５１は同様に、略矩形の断面を有し、フット４５１が相対回転するように、シン４３９の遠位端部４４５に形成された対応するスロット４８３に結合するために丸み付けられた近位端部４８１を含んでいる。シン（脛）４３９とフット４５１のオス/メスの関係は、図４Ｃと４Ｄに示され、ロック用ニータペット４４０の他の構成部品のいずれものオス/メスの関係ができるように、逆にすることができる。フット４５１はまた、前述した連結アーム３３８又はベアリングエレメント３３６に結合させるために遠位端部４５５に形成された、嵌合特徴（例えば、図４Ａ-４Ｂに示されるような雄タブ、又は図４Ｃ-４Ｄに示されるような雌レセプタクル）を含んでいる。代わりに、ベアリングエレメント３３６がフット４５１と一体に形成されてもよい。図４Ｂに示されるように、フット４５１は、必要に応じて、それぞれのバルブキャッチピストン４８７に結合された対向する横方向の耳４８５を含むことができ、その作動が以下にさらに説明される。
【００８７】
油圧作動ピストン４４１は、外側ハウジング４３３の側壁に形成された円筒穴４８９に往復且つ封止可能に配置され、そして、好ましくは、フィーマー（大腿骨）４７９とシン（脛）４３９が回転可能に互いに結合されている「ニー（膝）」において、フィーマー（大腿骨）４７９又はシン（すね）４３９のいずれかに係合するように位置されている。油圧制御回路（不図示）は、「ニー」に向かってピストン４４１を押すように作用する油圧が選択的に適用され且つ解放されるように、油圧作動ピストン４４１に連結されている。
【００８８】
作動中、図４Ｃ及び４Ｄの概略図を参照すると、ロック用ニータペット４４０は２つの一般的な形態を有している。図４Ｃは、フィーマー（大腿骨）４７９が外側ハウジング４３３と比較的小さい角度Ａ（例えば、約８度）を形成するように、フィーマー（大腿骨）４７９が支持プラットフォーム４４３の基部４６９に対して回転されている、タペット４４０の伸長された形態を示す図である。油圧制御回路（不図示）は、油圧作動ピストン４４１が「ニー」に対して（例えば、図示のようにフィーマー（大腿骨）４７９に対して）矢印Ａ1の方向に保持力を及ぼすために、ピストン４４１に及ぼされる液圧を維持するように制御される。この力は、横方向の力が図示の矢印Ａ２の方向に印加されたとき（例えば、カムの偏心部分がフット４５１の端部に結合されたベアリングエレメントに接触するとき）に、当該ニーが関節運動するのを防止する。
【００８９】
エンジンバルブを、それが対応するカムによって（例えば、上述のように、カムとロッカーとの間からベアリングエレメントを引き抜くことによって）要求されるよりも早く閉じることが望まれる場合には、ロック用ニータペット４４０が図４Ｄに示されるように、後退形態に遷移される。早期の閉バルブが要求されると、油圧制御回路内のソレノイド又は他の制御バルブは、油圧作動ピストン４４１を正しく保持している流体がアキュムレータ内に流入するを許容すべく開かれる。一旦、制御バルブが開放されると、カムとロッカーによって矢印Ａ２の方向にフット４５１に及ぼされていた力の横方向成分がフィーマーとシンのジョイントが関節運動するのを強い、油圧作動ピストン４４１を上方に駆動し、流体を制御バルブを通してアキュムレータへ押し込む。一実施形態では、フィーマー（大腿骨）４７９は、完全に関節運動されたとき、外側ハウジング４３３に対して３５度の角度Ａを形成する。一旦、カムの偏心部分がロッカーを過ぎて回転すると、アキュムレータは油圧作動ピストン４４１の上の流体チャンバーを補充し、制御バルブが閉じられ、再び、タペット４４０を伸長形態でロックする。
【００９０】
フィーマー（大腿骨）４７９とシン（脛）４３９は、最小角度Ａを画定している、フィーマー支持プラットフォーム４４３の基部４６９によって、過剰に割出される（例えば、図４Ｃ及び４Ｄにおける角度Ａが０度又は負の角度となるように関節動する）のが防止されている。しかしながら、代替実施形態では、フィーマー（大腿骨）４７９とシン（脛）４３９が過剰に割出され得るように、フィーマー支持プラットフォーム４４３は異なった形状にすることができ、又は完全に省略されてもよい。例えば、フィーマー（大腿骨）４７９とシン（脛）４３９は、フィーマー（大腿骨）４７９の長手方向中心軸線がシン４３９の長手方向中心軸線と同一直線上にあるように、位置されてもよい。この実施形態では、ロストモーションが必要な場合に積極的にニーを留めるべく、第２の油圧作動ピストンが油圧作動ピストン４４１からフィーマー（大腿骨）４７９の反対側に設けられている。
【００９１】
フィーマー（大腿骨）４７９とシン（脛）４３９が関節運動できるように、油圧作動ピストン４４１が「アンロック」された場合、関節運動の速度（したがって、ベアリングエレメントが取り出され、エンジンバルブが閉じられる速度）は、バルブの閉じ事象の少なくとも一部の間に、フット４５１が結合されているバルブキャッチピストン４８７（図４Ｂ）によって制御される。バルブキャッチピストン４８７は、外側ハウジング４３３に形成された対応するバルブキャッチシリンダー４９０内に配置されている。バルブキャッチシリンダー４９０は、その側壁に形成された１つ以上のオリフィス４９７を有し、油圧流体が充填されている。バルブキャッチピストン４８７が、フット４５１の引き込みによって、バルブキャッチシリンダー４９０内に駆動されると、シリンダー４９０内に含まれている作動油がオリフィス４９７を通して排出される。ピストン４８７がシリンダー４９０内に深く進められると、オリフィス４９７は徐々にピストン４８７によって占有され、作動流体がシリンダー４９０から逃れることができる速度を制限する。この速度の制限は、ピストン４８７の移動を遅くするのに有効であり、最終的にエンジンバルブの閉じ速度を低下させる。なお、このようにして、オリフィス４９７は、エンジンバルブの速度がバルブが対応するバルブシートに近づいたとき大幅に低減されるように、寸法付け、形状付け、及び配置され、それによってバルブを「キャッチ」し、そしてシートに対してクラッシュしてエンジンに損傷を与えるのを防止していることが理解されるであろう。２つのバルブキャッチシリンダー４９０とピストン４８７の組み合わせが図示の実施形態に示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、ゼロ、１個又は２個以上のような任意の数を用いることができる。
【００９２】
ロック用ニータペット４４０の作動の全体を通じて、外側ハウジング４３３はラッシュシリンダー４３５内に摺動可能に配置されたままであり、当該ラッシュシリンダー４３５は当該タペット４４０が使用されるバルブトレインに対して固定的な位置に保持されている。ラッシュプレナム４３７に印加される加圧作動流体は、従って、外側ハウジング４３３（及びこれに間接的に結合されたベアリングエレメント）をカム及びロッカーに向けて付勢するのに有効である。したがって、当該タペット４４０は、バルブトレイン内に存在するラッシュがベアリングエレメント３３６の累進的な厚みによって取り除かれることによる、自動バルブラッシュ調整機能を提供している。
【００９３】
また、ラッシュプレナム４３７を画定し、それにラッシュを最小にするために油圧が適用される外側ハウジング４３３の表面積は、タペットをロックするためにその伸長された形態で油圧が適用される作動ピストン４４１の上面の表面積よりも著しく大きい（例えば、２対１、３対１、４対１又はそれ以上）。この著しく大きな表面積の故に、矢印Ａ２の方向のラッシュプレナム４３７の剛性は、油圧制御回路の矢印Ａlの方向の剛性よりもはるかに大きい。また、矢印Ａ２の方向のラッシュプレナムの剛性は、純粋に機械的リンク機構の剛性に近づいている。
【００９４】
当該ロック用ニータペット４４０は、多くの利点を提供している。例えば、フィーマー（大腿骨）４７９とシン（脛）４３９によって形成されたリンケージは、１）引き込まれた形態からタペット４４０の伸長を開始するために必要とされる力、及び２）タペット４４０を伸長された形態に保持するために必要とされる力に関して作動ピストン４４１において可変機械的な利点を提供している。伸長された形態では、バルブトレインによってタペット４４０にかけられる（図４Ｃ及び４Ｄにおいて矢印Ａ２の方向の）横力の大部分は、ニージョイントを通って長手方向にそしてフィーマー支持プラットフォーム４４３の起立部４６７に向けられている。これにより、バルブトレインによって加えられる力のごく一部のみが、油圧作動ピストン４４１によって作用される保持力（矢印Ａ1方向）に対向するように作用する。加えて、様々な半円筒形ソケットジョイント（４６３、４６５、４７５、４７７、４８１、４８３）によって画定された大きい係合表面積が、リンケージの関節運動に抵抗する摩擦を大量に提供している。これにより、摩擦力は、タペット４４０を伸長形態に維持する油圧作動ピストン４４１を支援する。従って、タペット４４０を伸長形態に保持するために、油圧作動ピストン４４１によってニーに及ぼされるのに必要とされる力の量は比較的少ない。これは、小さな油圧作動ピストン４４１と相応して小容量の作動流体の使用を可能にし、当該油圧ピストン４４１の作動を非常に高速にする。タペット４４０に結合されたベアリングエレメントがカムのベース円に当接しているときは、タペット４４０は伸長形態に戻される必要があるのみであるので、当該ニーを伸長位置に関節運動で戻すためには比較的少ない力が必要とされ、そして当該小さな油圧作動ピストン４４１が適切に残る。
【００９５】
当該ロック用ニータペット４４０はまた、有利にも油圧機械式ロストモーションシステムを提供する。タペット４４０は、（油圧作動ピストン４４１及び関連する制御回路を介して）油圧式に作動されているが、タペット４４０の実際のロックと長手方向の支持は、機械的リンケージ（フィーマー（大腿骨）４７９、シン（脛）４３９など）を介して提供されている。非常に剛いラッシュプレナム４３７と組み合わされたロック機能の機械的性質は、純粋な油圧システムよりもより多くの剛性を提供する。その結果、より重く、嵩張る選択肢よりもはるかに速く作動させることができるより低質量の構成部品でもって、十分な剛性が依然として達成され得る。当該ロック用ニータペット４４０は、このように、エンジンバルブの迅速かつ一貫性のある作動を可能にする。
【００９６】
図３Ａ-３Ｃのベアリングエレメント３３６は、概ね楕円形の断面を有するものとして示されているが、ベアリングエレメントは、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な他の断面を有することができる。図５Ａ〜５Ｃは、ベアリングエレメントの様々な例示的実施形態を示す。
【００９７】
図５Ａにおいて、ベアリングエレメント５３６Ａは、第１及び第２のベアリング面５４２Ａ及び５４４Ａを形成する四半円形又は「フカヒレ」断面を有している。当該ベアリングエレメント５３６Ａはまた、その質量（マス）を低減するためのキャビティ５４６Ａを含んでいる。
【００９８】
図５Ｂにおいて、ベアリングエレメント５３６Ｂは、第１及び第２ののベアリング面５４２Ｂ及び５４４Ｂを画定する楔形の断面を有する。ベアリングエレメント５３６Ｂはまた、少なくとも１つのキャビティ５４６Ｂを含んでいる。
【００９９】
図５Ｃにおいて、ベアリングエレメント５３６Ｃは、第１及び第２ののベアリング面５４２Ｃ、５４４Ｃを画定する円形断面を有している。ベアリングエレメント５３６Ｃはまた、少なくとも１つのキャビティ５４６Ｃを含んでいる。
【０１００】
図６Ａ〜図６Ｃは、本明細書に開示されたバルブトレインと共に使用するために連結アーム６３８と一体に形成されているベアリングエレメント６３６の別の例示的な実施形態を示している。図示のように、ベアリングエレメント６３６は、第１及び第２ののベアリング面６４２,６４４を画定する概ね楔形の輪郭を有する。第１及び第２のキャビティ６４６、６４７が、連結アームの基部を画定するベアリングエレメント６３６の両側に形成されている。必須ではないが、キャビティ６４６、６４７は、有利には、ベアリングエレメント６３６の質量を低減することができる。当該連結アーム６３８は、ベアリングエレメント６３６と一体的に形成され、そしてキャビティ６４６、６４７によって画定されている連結アームの基部から延びている。例えば、調節可能なタペット内の対応するソケットと嵌合するため、球状のボール又はシリンダー６５０が、連結アーム６３８の端部に形成されている。
【０１０１】
本明細書に開示されたベアリングエレメントのサイズ、形状、及び材料は、ベアリングエレメントの全体の質量を最小限に抑え、且つその構造的剛性を最大化するように選択することができることが理解されるであろう。
【０１０２】
本明細書に開示されたバルブトレインの構成部品のいずれもが、その係合面間の摩擦を低減するためのさまざまな特徴部を含むことができる。例えば、ベアリングエレメントは、例えば、図７Ａ-７Ｃに示すように、回転自在に載置された一つ以上のローラーを有することができる。図７Ａにおいて、第１のカム側ローラー７５４Ａが、ベアリングエレメント７３６Ａとカムとの間の摩擦を低減するために、ベアリングエレメント７３６Ａの第１のベアリング面７４２Ａに設けられている。カムが第１のベアリング面７４２Ａに対して時計方向に回転すると、当該ローラー７５４Ａは反時計回りに回転し、このようにしてベアリングエレメント７３６Ａとカムとの間の摩擦を低減する。図示の実施形態ではただ１つのローラー７５４Ａが設けられているが、複数のローラーも、本発明の範囲から逸脱することなく、第１のベアリング面上に設けることができる。
【０１０３】
図７Ｂにおいては、第２のロッカー側ローラー７５６Ｂが、ベアリングエレメント７３６Ｂとロッカーとの間の摩擦を低減するために、第２のベアリング面７４４Ｂに設けられている。ロッカーがバルブを開き、第２ののベアリング面７４４Ｂに対して反時計回りに回転すると、ローラー７５６Ｂは時計回りに回転する。同様に、ロッカーがバルブを閉じて第２ののベアリング面７４４Ｂに対して時計回りに回転すると、ローラー７５６Ｂは反時計回りに回転する。ローラー７５６Ｂの反対への回転は、ベアリングエレメント７３６Ｂとロッカーの間の摩擦を低減する。図示されている実施形態ではただ１つのローラー７５６Ｂが設けられているが、複数のローラーもまた、本発明の範囲から逸脱することなく、第２ののベアリング面上に設けることができる。
【０１０４】
図７Ｃにおいては、２つのローラー７５４Ｃ、７５６Ｃが、ベアリングエレメント７３６Ｃとカム及びロッカーとの両方の間の摩擦を低減するために、ベアリング面７４２Ｃ、７４４Ｃの各々に１つずつ設けられている。ローラー７５４Ｃ、７５６Ｃの作動は、上述したローラー７５４Ａ、７５６Ｂの作動と実質的に同じである。図示の実施形態では、ローラー７５４Ｃ、７５６Ｃが、第１及び第２の軸７５８Ｃ、７６０Ｃを介して回転可能にベアリングエレメント７３６Ｃに取り付けられている。当該ローラー７５４Ｃ、７５６Ｃは、ベアリングエレメント７３６Ｃに形成されたキャビティ７４６Ｃに隣接して取り付けることができる。これは、カムによってピックアップされ、カム側ローラー７５４Ｃに転送される潤滑用流体が、キャビティ７４６Ｃにドリップやスプレーするのを許容することができる。一旦、キャビティ７４６Ｃ内では、当該流体がロッカー側ローラー７５６Ｃによってピックアップされ、最終的にロッカーとベアリングエレメントとの係合面に供給されることができる。
【０１０５】
別の実施形態においては、図８に示されるように、バルブトレイン８００がロッカー８０４を含むことができ、当該ロッカー８０４はロッカーパッドの適所に回転可能に装着されたそれ自体のローラー８６２を有している。ローラー８６２は、軸８６４に回転自在に取り付けられ、ロッカー８０４の動きに応じて時計回り又は反時計回りに回転するように構成されている。ローラー８６２は、このようにしてベアリングエレメント８３６とロッカー８０４との間の摩擦を低減する。
【０１０６】
他の摩擦低減の特徴部もまた、本明細書に開示されたバルブトレインのいずれにも含めることができる。例えば、摩擦低減コーティングが、その構成部品の様々な表面に適用されてもよい。別の例として、１つ以上の流体ジャケットが、ベアリング面に形成された１つ以上の開口部を介してベアリング面に潤滑油を供給するために、ベアリングエレメントに形成されてもよい。摩擦低減の機能の様々な組合せも同様に採用され得ることも理解されるであろう。
【０１０７】
カム駆動型作動システムでは、カムの閉じ用すなわち着地用斜面は、一般に、バルブが閉じるときにバルブがそのシートに接触する速度を決定ずける。仮に、バルブがカムによって求められているのよりも早く閉じられる場合は、しかしながら、（すなわち、閉じ用斜面がロッカーに到達する前に、ロストモーションシステムを作動させることによって）、当該バルブは、バルブスプリングの剛性の下に、望ましくない「自由落下」することができる。これは、当該バルブがバルブシートに対して衝突するのを生じさせ、バルブ、シート、及び/又はバルブトレインの他の構成部品に損傷を与える可能性がある。したがって、バルブが閉じる速度を制御することが望ましい。
【０１０８】
上記のバルブトレイン３００、８００のいずれにおいても、ベアリングエレメント３３６、８３６自体の形状が、バルブが閉じるために許容される速度を制御するために使用され得る。換言すれば、ベアリングエレメントのベアリング面は、閉じ用斜面として作用することができ、そしてベアリングエレメントがカムとロッカーの間から引き出される速度を制御することによって、バルブの閉じる速度が同様に制御され得るのである。
【０１０９】
代わりに、又は加えて、本明細書に開示されたバルブトレインのいずれもが、バルブ着座制御装置、すなわち、バルブが閉じるときにバルブシートに近づくにつれて急激にバルブの速度を減速するための「バルブキャッチ」を含むことができる。図９Ａ-９Ｃは、１つ以上のバルブ着座制御装置を含む、本発明に係るバルブトレインの例示的な実施形態を示す。
【０１１０】
図９Ａに示されるように、バルブトレイン９００Ａは、概して３つの半径方向の延長部９６６Ａ、９６８Ａ、９７０Ａを含むロッカー９０４Ａを含んでいる。第１の延長部９６６Ａは、バルブ９０６Ａに係合するためのフォーク状のロッカーパッド９２０Ａを含む。第２のの延長部９６８Ａは、ベアリングエレメント９３６Ａと係合するためのロッカーパッド９２２Ａを含む。第３の延長部９７０Ａは、バルブ着座制御装置９７２Ａに結合されている。
【０１１１】
図示の実施形態では、バルブ着座制御装置９７２Ａは、折り畳み式油圧タペットである。当該タペットは、タペット内に形成された流体チャンバーから流体が比較的自由に解放されるのを可能にする一次オリフィスを含むことができる。当該タペットはまた、流体が流体チャンバーから脱出することを許可される速度を制限するように構成された、一次オリフィスよりも小さい二次オリフィスを含むことができる。使用の際、閉バルブ事象中にバルブがバルブシートに接近したとき、一次オリフィスを閉じることができる。流体は、その後、より小さい二次オリフィスを通して折り畳み式タペットからのみ逃れることができるため、はるかに遅い速度で逃げることができる。流体が流体チャンバーから逃げ得る速度の減少が、ロッカー及びしたがってバルブの対応する減速度の結果となる。
【０１１２】
一次オリフィスは、さまざまな方法で閉じることができる。例えば、高速電磁バルブが一次オリフィスを「閉じる」べく作動されることができる。代わりに、又はそれに加えて、当該一次オリフィスは、バルブが閉じるとき、折り畳み可能なタペットの移動ピストン又は他の構成部品によって閉塞されるようになることができる。バルブ着座制御装置に関するさらなる詳細は、２００９年１月２２日に出願された「分割サイクルエンジン用バルブの着座制御装置」と題する、米国特許出願公開第２０１０/０１８０８７５号に見出され、その全体の内容は、ここに参照により本明細書に組み込まれている。
【０１１３】
ロッカーの様々な半径方向の延長部は、正常な作動のために必要な隙間及びてこの作用を得るために、互いに対して様々な角度で配置されてもよい。例えば、図９Ｂに示すように、バルブトレイン９００Ｂは、第３の延長部９７０Ｂが第１及び第２の延長部９６６Ｂ、９６８Ｂに対して及びロッカー９０４Ｂの回転軸線に対して、わずかに異なる角度で配置されたロッカー９０４Ｂを含んでいる。このジオメトリーは、例えば、付加的な隙間がバルブステム又はバルブヘッドのために必要とされるとき、又はバルブ着座制御装置９７２Ｂを調整可能な機械的エレメント９０８Ｂのタペット９４０Ｂに隣接して配置することが（すなわち、油圧ライン及び/又は制御器のより簡単なルーティング又は配置のために）望ましいときに使用され得る。
【０１１４】
図９Ｃは、バルブ着座制御装置９７２Ｃが、第１及び第２のの半径方向の延長部９６６Ｃ、９６８Ｃのみを有しているロッカー９０４Ｃに係合するバルブトレイン９００Ｃの別の実施形態を示している。図示の実施形態では、フォーク状のロッカーパッド９２０Ｃは、その対向するフォーク部が、バルブステムを跨ぐときにバルブ９０６Ｃの前記バルブステム９１２Ｃとバルブアダプターアセンブリ９１４Ｃとを超えて延在するように、増大された長さを有している。バルブ着座制御装置９７２Ｃは、フォーク部がバルブステム９１２Ｃを越えて延在するフォーク状のロッカーパッド９２０Ｃの対向するフォーク部の下面に係合している。ロッカー９０４Ｃのこの実施形態は、ロッカー９０４Ｃのサイズ及び質量を低減する必要がある場合に望ましい。
【０１１５】
図３Ａ〜３Ｃのバルブトレイン３００において、ロストモーション機能は、カムとロッカーとの間に配置された１つ以上のエレメントによって達成される。しかしながら、これは常にそうである必要はない。例えば、ロストモーションはまた、カムとロッカーの旋回点との間の距離が調整されるように、ロッカーが装着されている調節可能な台座の第１及び第２の部分の間に配置された１つ以上のエレメントによって、達成することができる。図１０Ａは、このような構成を有するバルブトレイン１０００の一実施形態を示す。図示のように、バルブトレイン１０００は、カム１００２、ロッカー１００４、バルブ１００６、及びベアリングエレメント１０３６を含む調節可能な機械的エレメント１００８を含んでいる。ロッカー１００４は、形成された矩形開口部１０９２を有するロッカーシャフト１０２８に取り付けられている。当該開口部１０９２は、強固に固定されたロッカー支持体（不図示）に配置された矩形状の突起１０９４を摺動可能に受容する大きさである。当該矩形状の突起１０９４は、カム１００２に対して固定された位置を有し、したがって、ロッカー１００４の上下動を案内し、そしてロッカー１００４の旋回ポイントが調整される程度を制限することができる。
【０１１６】
ベアリングエレメント１０３６は、当該ベアリングエレメント１０３６の摺動する動きがロッカー台座１０９６の高さHを調整するのに有効であるように、互いに対して可動であるロッカー台座１０９６の対向する半体１０９１、１０９３の間に配置されている。図示された実施形態では、当該ベアリングエレメント１０３６が楔形の断面を有しているが、様々な断面が本発明の範囲から逸脱することなく使用できることが理解されるであろう。ベアリングエレメント１０３６の台座１０９６に対する摺動運動を容易にするために、複数のローラーベアリング１０９８が設けられ得る。また、図示の実施形態では、ロッカー台座１０９６の上半体１０９１がロッカーシャフト１０２８に一体に接続するために、ロッカー１００４内のスロット１０９５を通って延在している。当該スロット１０９５は、ロッカー台座１０９６の上半体１０９１を収容し、バルブ事象中にロッカー１００４の枢支された移動を可能にする大きさである。
【０１１７】
作動において、カム１００２は、それが装着されるカムシャフトがエンジンのクランクシャフトの回転によって駆動されるにつれ、時計回りに回転する。カム１００２のベース円部１０１８がロッカー１００４に係合するときは、フォーク状のロッカーパッド１０２０が、バルブスプリングの付勢を克服するのに十分なリフト力をバルブ１００６に加えない位置にロッカー１００４が留まり、それ故に、バルブ１００６は、そのシート上に閉じたまま留まっている。
【０１１８】
カム１００２が回転すると、そのドウェルされた偏心部分１０２６が、ロッカー１００４に係合する。偏心部分１０２６はロッカー１００４に下向きの力を与え、偏心部分１０２６がロッカー１００４を通り過ぎて回転するまで、又はロストモーション機能が要求されるまで、ロッカー１００４が反時計回りに回転しバルブ１００６をそのシートから離してリフトするのを生じさせる。
【０１１９】
調整可能タペット１０４０は、上記のように、ロストモーション機能が求められたとき（すなわち、カム１００２の閉じ用斜面１０３２がロッカー１００４に達する前にバルブ１００６を閉じること、又はバルブ１００６が開かれる程度を減少させることが望まれたとき）、ベアリングエレメント１０３６を台座１０９６から部分的又は完全に引き抜くために使用されている。ベアリングエレメント１０３６が引き抜かれると、カム１００２及びバルブスプリングによってロッカー１００４にかけられている下向きの力は、台座１０９６の上側部分とそれに取り付けられたロッカーシャフト１０２８がカム１００２から離れて移動するのを引き起こす。換言すれば、ロッカー１００４の旋回点は、ロッカーシャフト１０２８が開口１０９２を通って挿入された固定の突起１０９４に対して摺動するにつれ、下方に移動する。
【０１２０】
ベアリングエレメント１０３６が台座１０９６から十分に引き出されたとき、バルブ１００６が実際にそのシートからリフトされるためは不十分な動きがカム１００２からロッカー１００４に付与されると、バルブ１００６は閉じるか閉じて残っている。当該バルブトレイン１０００は、このように、可変バルブ作動が可能なロストモーション機能（すなわち、カム１００２の輪郭によって提供されるものよりも早い時点でバルブ１００６が閉じるのを可能にする）を提供している。さらに、バルブトレイン１０００は、例えば、ベアリングエレメント１０３６が台座１０９６から引き抜かれる又はその中に挿入される程度を変えることによって、バルブ１００６のリフトが変えられるのを可能にする。
【０１２１】
楔形のベアリングエレメント１０３６の角度は、タペット１０４０に作用されるバルブトレイン力の大きさ、及び/又はロストモーションを達成するために必要なタペットのストローク量を変えるように調整することができることが理解されるであろう。例えば、くさび角がゼロに近づくにつれて、タペット１０４０への軸方向の力は減少するが、しかしタペット１０４０に必要とされるストローク量は増加する。同様に、くさびの角度が９０度に近づくにつれて、タペット１０４０への軸方向の力は増加する一方、必要とされるストローク量は減少する。より高い軸方向の力は、より大きく、より丈夫なタペットの使用を必要とする。より長いタペットのストロークは、当該タペットを作動させるのに長い時間がかかるので、システムの反応時間を減少させる。また、より短いストロークは有効質量を低減して、より高い作動速度をもたらし、一方、より長いストロークは有効質量を増加させて、より遅い作動速度の結果となる。ベアリングエレメント１０３６のくさび形状は、これらのパラメータが最適化されるのを可能にする。合理的な大きさのタペットは、応答時間の点であまり犠牲なく使用され得る。タペット１０４０のストロークは、失われるべきバルブリフトの量に等しい低い値と、失われるべきバルブリフトの量の約２〜３倍に等しい上側の値の間の範囲である。くさびの角度は、約０度と約２５度との間の範囲であり、好ましくは約２０度である。くさびの角度はまた、使用されているロッカーの比に基づいて調整することも可能である。なお、上に開示されたロック用ニータペット４４０もまた、ベアリングエレメント１０３６を進退させるために使用することができることが理解されるであろう。
【０１２２】
図１０Ｂ-１０Ｄは、ロストモーション作用を達成するためにロッカーの旋回ポイントを折り畳むための別の例示的な機構を示している。図１０Ｂに示すように、ロック用ニー折り畳み可能ロッカー台座１０９６”は、フィーマー（大腿骨）１０７９”とシン（すね）１０３９"を含むニーリンケージの上方に取り付けられた（破線で示されている）ロッカーシャフト支持ハウジング１０３３”を含んで設けられている。ロッカー１００４”はロッカーシャフト１０２８”の回りに回転自在に装着され、ロッカーシャフト１０２８”は順に支持ハウジング１０３３”に固定的に結合されている。支持ハウジング１０３３”は、フィーマー１０７９”が支持ハウジング１０３３”に対して回転可能であるように、フィーマー１０７９”の対応する第１の半円筒形縁部１０６３を受け容れる、半円筒形のスロット１０６５”を含んでいる。フィーマー１０７９と”はまた、薄肉の中央部分１０５７“と第１の半円筒形の縁部１０６３”と反対の第２のの半円筒形縁部１０７７”も含んでいる。第２の半円筒形縁部１０７７“は、フィーマー１０７９”及びシン１０３９"が支持ハウジング１０３３”に対して回転可能であるように、シン１０３９”に形成された対応する半円筒スロット１０７５”に受け容れられている。
【０１２３】
ロック用ニー折り畳み可能ロッカー台座１０９６”の作動は、上述し、図４Ａ〜４Ｅに示されたロック用ニータペット４４０の作動と実質的に同じである。具体的には、図IOＣに示されるように、折り畳み可能なロッカー台座１０９６“は、フィーマー１０７９”が比較的小さい支持ハウジング１０３３”に対して第１の角度Ａl（例えば、約８度）で位置される、第１の伸長された構成を有している。第１の角度Ａlは、上述したように、フィーマー支持プラットフォーム（不図示）によって制御することができる。ロストモーション作用が要求される場合には、ロッカー１００４”の旋回高さが下げられ、かくて、それに結合されているエンジンバルブがその対応するカムの輪郭によって要求されるよりも早く閉じることを許容する。これは、制御バルブ１００１“を開くことによって達成され、それは、作動油が油圧作動ピストン１０４１”が往復すべく配置されているシリンダー１００３”から排出することを許容する。制御バルブ１００１“が開かれたときに、カム及び/又はバルブスプリングによってロッカー１００４”に加わえられる下向きの力（例えば、矢印Ａ３の方向）が、折り畳みロッカー台座１０９６”が図１０Ｄに示されるような折り畳まれた形態に移行するのを引き起こす。この形態では、フィーマー１０７９“とシン１０３９"の交差部に形成された「ニー」は留めるか又は関節運動し、油圧作動ピストン１０４１”をシリンダー１００３“内に駆動し、そして作動油をシリンダー１００３”の外へそしてアキュムレータ１００５”の内に排出させる。シリンダー１００３“は、上述したようなバルブキャッチ作用を達成するために、油圧作動ピストン１０４１"によって徐々に閉塞される１つ以上のオリフィス１００７を含んでいる。折り畳まれた形態では、フィーマー１０７９”は第１の角度のＡlよりも大きい"ハウジング１０３３に対しての第２の角度Ａ２を形成している"。一実施形態では、角度Ａ２は約２３度とすることができる。
【０１２４】
一旦、カムの偏心部分がロッカーを過ぎて回転すると、折りたたみ可能なロッカー台座１０９６“は、伸長された形態に戻り移行される。制御バルブ１００１”は閉じられ、アキュムレータ１００５”が、チェックバルブ１００９”を通じて、且つそれらは油圧作動ピストン１０４１”によっては、最早、閉塞されないので、オリフィス１００７”を介してシリンダー１００３“に作動油を強送する。当該シリンダー１００３“がリフィルすると、油圧作動ピストン１０４１”がフィーマー１０７９”とシン１０３９”が間接運動、すなわち、まっすぐになるように強制し、それによって折り畳みロッカー台座１０９６を伸長し、且つロッカー１００４”の旋回ポイントをリフトする。
【０１２５】
図１０Ｅ‐１０Ｆは、支持ハウジング１０３３’’’がフィーマー１０７９’’’に形成された第１の半円筒形のスロット１０６３’’’内に収容された半円筒形の突起１０６５’’’を含んでいる「ロープロフィル」を有すロック用ニー折り畳みロッカー１０９６’’’の別の実施形態を示している。この実施形態は、より短いフィーマー１０７９’’’が使用されるのを許容し、かくて、折り畳み可能なロッカー台座１０９６’’’の全体的な輪郭を低減している。この実施形態の作動は、図１０Ｂ‐１０Ｄに示された実施形態の作動と実質的に同じである。
【０１２６】
本明細書に開示されているロック用ニー折り畳み可能ロッカー台座１０９６”、１０９６’’’は、ロッカー１００４”、１００４’’’が油圧作動ピストン１０４１”、１０４１’’’の後退距離よりも小さい距離だけ低下されることを可能にしている。例えば、一実施形態では、作動ピストンが、２.４ｍｍの最大ストロークを有し、ロッカーが１.５ｍｍだけ下げられるのを可能にしている。作動ピストンの移動距離がロッカー高さの変化より大きいので、伸長形態で折り畳み可能なロッカー台座を保持するために必要な力、及び伸長形態に移行させるために必要な力が低減される。結果として、より小さい液圧作動ピストン/シリンダーの組み合わせが用いられ得、このことは、バルブトレインがより剛く、軽く、かつより高速であることを許容する。この設計の別の利点は、シン１０３９"、１０３９’’’に形成された半円筒形のスロット１０７５"、１０７５’’’のリーディング縁部１０１１”、１０１１’’’が機械的な利点を得るためにレバーとして用いられ得ることである。例えば、折り畳み可能なロッカー台座を伸長された形態で保持するために必要な力、及び伸長された形態へ移行させるのに必要な力が、リーディング縁部１０１１”、１０１１’’’を長くし、且つ作動ピストン１０４１"、１０４１’’’をその終端部又はその近くに位置決めすることにより低減される。再度、要求される力がより低いということは、より小型、軽量、かつより速い油圧アクチュエータの使用を可能にする。当然のことながら、図１０Ｃ-１０Ｅの実施形態における油圧作動ピストン１０４１”、１０４１’’’は、上に開示されたロック用ニータペット４４０に置き換えることができる。
【０１２７】
本明細書に開示されたエンジンやバルブトレインはまた、バルブの開及び/又は閉パラメータを変化させるための他の特徴を含むことができる。従来のエンジンでは、１つ以上のカムシャフトが、クランクシャフトに対して一定の速度で回転する（すなわち、カムシャフトの１回転につきクランクシャフトの２回転の速度で）。このようなエンジンにおけるカムは、カムシャフトに固定的に取り付けられており、クランクシャフト及びピストンに対するカムの偏心部の位置（カムの「位相」）は、任意のクランク角度について固定されている。したがって、カムの開き用斜面がロッカー（又は他の中間バルブトレインエレメント）に最初に接触するクランク角度を変化させる方法はない。
【０１２８】
本明細書に開示されたカム作動式バルブトレインはいずれも、この制限を克服するために、１つ以上のカムフェイザーを含むことができる。当該１つ以上のカムフェイザーは、クランクシャフト及びピストンに対するカムの偏心部分の相対位置を調整するために制御される。換言すれば、当該カムフェイザーは、クランクシャフトと圧縮ピストン１１０、２１０及び膨張ピストン１２０、２２０の上死点（ＴＤＣ）位置とに相対するカムの位相を選択的に調整するために使用される。
【０１２９】
図１１Ａ-１１Ｃは、本発明に係るカムフェイザー１１００の例示的な一実施形態を示している。図に示すように、カムフェイザー１１００は、一般に、ハウジング１１７６内に配置されたロータ１１７４を含んでいる。当該路ロータ１１７４は、カムシャフト及びロータ１１７４が一緒に回転するように、カムシャフトに固定的に結合されている。駆動スプロケット１１７８が、ハウジング１１７６周りに形成されるか、又はハウジング１１７６に結合され、クランクシャフトからの回転運動をハウジング１１７６に、そして最終的にカムシャフトに伝達するために、タイミングベルト、チェーン、ギヤ等によって、係合されている。
【０１３０】
ロータ１１７４は、ロータ１１７４の回転軸線から半径方向外方に離れて延在する複数のベーン１１８０を含んでいる。ハウジング１１７６は、ハウジング１１７６の回転軸線に向かって半径方向内向きに延在する対応する複数のローブ１１８２を含んでいる。組み立てられたとき、ロータベーン１１８０は対応するハウジングローブ１１８２にちりばめられ、それによって、ベーン１１８０の各々のいずれかの側に進角チャンバー１１８４と遅角チャンバー１１８６を画定する。
【０１３１】
図１１Ｂに示されるように、ロータ１１７４をハウジング１１７６に対して時計回りに回転させるためには、実質的に非圧縮性の作動油が進角チャンバー１１８４に供給され、及び/又は、遅角チャンバー１１８６から除去されてもよい。カムシャフトに対するロータ１１７４の位相は固定されており、そしてクランクシャフトに対するハウジング１１７６の位相も固定されているので、ハウジング１１７６に対するロータ１１７４の時計回りの回転は、カムシャフトの位相がクランクシャフト及び膨張ピストン１２０、２２０のＴＤＣ位置に対して進角されるのを引き起こす。
【０１３２】
同様に、図１１Ｃに示されるように、ロータ１１７４をハウジング１１７６に対して反時計回りに回転させるためには、作動油が遅角チャンバー１１８６に供給され、及び/又は進角チャンバー１１８４から除去されてもよい。これは、順にカム位相がクランクシャフトに対して遅角されるのを引き起こす。
【０１３３】
カムフェイザーはまた、オイル又は他の作動油をカムフェイザーの様々なチャンバーに選択的に供給するための１つ以上のオイル制御バルブを含む油圧制御回路を含むことができる。カム位相は、流体が様々なチャンバーに追加され又は除去される程度を制御することにより、所定の範囲に沿って連続的に調整され得ることが理解されるであろう。当該カムフェイザーはまた、ロータとハウジングとの相対回転を防止するように係合され得る１つ以上のロック機構（例えば、ロック用ピン又はばね）を含むことができ、それによって、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相をロックする。
【０１３４】
カムフェイザーの向きは、外側ハウジングがカムシャフトに固定的に結合され、且つ内側のローターがクランクシャフトによって駆動されるように、上述したのに対して、反対にすることができる。当該技術分野で知られている他のカムフェイザーの様々な技術もまた、本発明の範囲から逸脱することなく用いることができる。
【０１３５】
一実施形態では、分割サイクルエンジン（例えば、上述のエンジン１００、２００）に、当該エンジンのＸovrＣバルブを作動させるために配置されたカムを有する第１のカムシャフトに結合された第１のカムフェイザーが設けられている。当該エンジンは、エンジンのＸovrＥバルブを作動させるために配置されたカムを有する第２のカムシャフトに結合された第２のカムフェイザーを含むことができる。このように、ＸovrＣバルブとＸovrＥバルブのカム位相は、独立して制御されることができる。一実施形態では、ＸovrＣバルブ用とＸovrＥバルブ用のカム位相が、カムフェイザーを使用して、それぞれ独立して、+ ／ − ３０度ＣＡ進角又は遅角されることができる。当該エンジンはまた、カムの位相調整の閉ループフィードバック制御を容易にするために、当該ハウジング、当該カムシャフト、及び/又は当該クランクシャフトの外側表面上のマーキングを含むことができる。例えば、１つ以上のセンサが設けられ、それに結合された制御ユニットが、当該マーキングに基づいて、クランクシャフト（及びピストン）に対するカムシャフトの実際の位相を計測し、必要に応じて位相を調整することができる。
【０１３６】
図１２Ａ〜１２Ｂは、本明細書に開示された方法及び装置を用いて可変的に作動されるエンジンバルブ用のバルブリフト輪郭を示している。
【０１３７】
図１２Ａは、本発明に係るエンジンの一実施形態におけるバルブについて、位置の関数として、バルブリフトの３つの例示的なプロットを示している（位置は、例えば膨張ピストンのようなピストンの上死点に関してのクランク角ＣＡの用語で表現されている）。第１のプロット１２００は、ドウェルカムが使用され、そしてカムフェイザーと可変バルブ作動システムのいずれか存在しないか、作動していないときのバルブリフト量を示している。図示のように、当該バルブは、カムの偏心部分の開き用斜面でもって開き、カムのドウェル部分を通して固定されたリフトで開いたままになり、その後、カムの偏心部分の閉じ用斜面で閉じる。
【０１３８】
第２のプロット１２０２は、カムフェイザーが、約３０度ＣＡだけカム位相を進めるために作動されたときの、同じバルブについてのバルブリフトを示している。図示のように、バルブは、第１のプロット１２００に比べておよそ３０度ＣＡより早く開き且つ閉じる。
【０１３９】
第３のプロット１２０４は、カムフェイザーが、約３０度のＣＡだけカム位相を遅らせるために作動されたときの、同じバルブについてのバルブリフトを示している。図示のように、バルブは、第１のプロット１２００に比べておよそ３０度ＣＡより遅く、そして第２のプロット１２０２より約６０度ＣＡ遅く開き且つ閉じる。
【０１４０】
図１２Ｂは、本発明に係るエンジンの一実施形態におけるバルブについて、位置の関数として、バルブリフトの２つの例示的なプロットを示している（位置は、ピストンの上死点に関してのクランク角ＣＡの用語で表現されている）。第１のプロット１２０６は、ドウェルカムが使用され、カムフェイザーと可変バルブ作動システムのいずれか存在しないか、作動していないときの、バルブリフト量を示している。
【０１４１】
第２ののプロット１２０８は、可変バルブ作動システムがバルブを早く閉じるように作動されたときの同じバルブについてのバルブリフトを示している。図示のように、バルブはカムの偏心部分の開き用斜面でもって開き、カムのドウェル部分のほんの一部の間、固定されたリフトで開いたままである。可変バルブ作動システムが作動されととき、この場合約１５０度ＣＡで、バルブが閉じ始める。これは、例えば、図３Ａ-３Ｃのバルブトレイン３００が使用され、ベアリングエレメント３３６がカム３０２とロッカー３０４との間から引き出される場合に起こり得る。図示のように、バルブの閉じ事象のリフト輪郭は、このような状況においては本明細書に記載されるようなバルブ着座制御装置でもって、カムの閉じ用斜面を実質的に模倣するように、制御することができる。
【０１４２】
図１３は、内方に開くエンジンバルブ（すなわち、シリンダー内に又は向かって開くエンジンバルブ）と共に使用する本発明に係るバルブトレインの別の実施形態を示す。バルブトレイン１３００は、本明細書に開示されたバルブトレイン３００、８００、９００Ａ、９００Ｂ、９００Ｃと実質的に同じであり、同じくバルブトレイン３００、８００、９００Ａ、９００Ｂ、９００Ｃは、ベアリングエレメント１３３６がバルブ１３０６に直接に接触するか又はつ以上の中間エレメント１３８８を介してバルブ１３０６に接触するように、ロッカーがバルブトレイン１３００から省略されていることを除いて、本明細書に開示された特徴のあらゆる組み合わせを含むことができる。
【０１４３】
図１４は、本発明に係る非ハイブリッド分割サイクルエンジンの一実施形態を示す。図示のように、エンジン１４００は、圧縮シリンダー１４０１及び膨張シリンダー１４０３を有し、圧縮ピストン１４０５及び膨張ピストン１４０７がそれぞれ往復移動する。ピストン１４０５、１４０７は、エンジンブロック１４１１に回転自在に軸支されたクランクシャフト１４０９に連結されている。圧縮シリンダー１４０１及び膨張シリンダー１４０３は、シリンダーヘッド１４１５に形成された少なくとも一つのクロスオーバー通路１４１３によって連結されている。クロスオーバー通路１４１３の入口は、外側に開くカム作動の「ＸovrＣ」ポペットバルブ１４１７を介して、選択的に開閉可能となっている。クロスオーバー通路１４１３の出口は、外側に開くカム作動の「ＸovrＥ」ポペットバルブ１４１９を介して、選択的に開閉可能となっている。加えて、内側に開く吸気及び排気のバルブ１４２１、１４２３が、シリンダーヘッド１４１５に取り付けられている。説明の明確化のために、バルブトレインは、吸気バルブ１４２１、ＸovrＥバルブ１４１９、及び排気バルブ１４２３に関連付けられるバルブトレインは示されていない。
【０１４４】
外側に開くＸovrＣバルブ１４１７は、バルブトレイン１４２５を介して選択的に作動させることができる。外側に開くＸovrＥバルブ１４１９もまた、同一のバルブトレイン１４２５でもって選択的に作動させることができることが理解されるであろう。バルブトレイン１４２５は、カムフェイザー１４２７に連結されたカムシャフトに取り付けられたドウェルカム１４０２を含んでいる。カムフェイザー１４２７のスプロケット１４７８は、タイミングベルト、チェーン、及び/又はクランクシャフト１４０９の回転により順に駆動される歯車によって駆動される。カムフェイザー１４２７が駆動されると、カムシャフトとそこに装着されているドウェルカム１４０２は、時計回りに回転する。ドウェルカム１４０２が回転するとき、それは上述したように、ベアリングエレメント１４３６に動きを付与し、それは順に選択的にカムの運動の一部又は全部をロッカー１４０４に付与する。
【０１４５】
カムフェイザー１４２７は、クランクシャフト１４０９に対するカム１４０２の位相を進めるか、又は遅らせるために選択的に作動させることができる。加えて、ベアリングエレメント１４３６に結合された油圧タペット１４４０は、ベアリングエレメント１４３６をカム１４０２及びロッカー１４０４に向かって前進させるか、又はベアリングエレメント１４３６をカム１４０２及びロッカー１４０４から離れて後退させるように、選択的に作動させることができる。バルブ着座制御装置１４７２は、シリンダーヘッド１４１５に装着され、ＸovrＣバルブ１４１７が閉じるときそれを選択的に「キャッチする（捕まえる）」（すなわち、速度を減少させる）ように構成されている。
【０１４６】
作動時には、開きタイミング、開き速度、リフト、閉じタイミング、閉じ速度、及び様々な他のバルブパラメータを制御することができる。クランクシャフト１４０９が回転すると、カムフェイザー１４２７、カムシャフト（不図示）、及びドウェルカム１４０２もまた、タイミングベルト、チェーン、ギヤ、又は同様の機構（不図示）を介してのクランクシャフトへの結合の結果として、回転する。ドウェルカム１４０２が回転すると、開き用斜面部分がベアリングエレメント１４３６に接触し、それは順にロッカー１４０４に接触して（例えば、ロッカー１４０４に反時計回りに旋回又は回転を起こさせることによって）それに運動を与える。これは、順にロッカー１４０４のバルブ係合端部がバルブ１４１７に運動を付与するのを引き起こし（例えば、当該バルブ１４１７をそのバルブシートから上方にリフトすることによって）、それによりバルブ１４１７を開く。このバルブの開き事象のタイミングは、上述したように、カムフェイザー１４２７を作動させることによって、任意に進角又は遅角させることができる。
【０１４７】
カム１４０２のドウェル部分がベアリングエレメント１４３６に接触しているとき、ロッカー１４０４は実質的に固定された角度方向に保持されることができ、これは順にバルブ１４１７をバルブシートから実質的に固定された直線距離で開いて保持する。仮に、より早閉バルブ制御が（例えば、エンジン制御ユニットにより）要求されると、タペット１４４０で維持されている加圧された作動油が迅速に排出され、タペット１４４０の長さを低減し、そしてベアリングエレメント１４３６をカム１４０２及びロッカー１４０４から引き抜く。その結果、ロッカー１４０４は、バルブスプリング（不図示）の付勢の下で、バルブ１４１７がシートに対して閉じるまで、時計回りに旋回又は回転する。この場合、バルブ着座制御装置１４７２はロッカー１４０４の回転、かくて、バルブ１４１７がシートに近づくにつれてのバルブ１４１７の速度を遅くするように作動する。
【０１４８】
代わりに、より早い閉バルブ制御が求められていないときは、カム１４０２のドウェル部分がベアリングエレメント１４３６を通過し、そしてベアリングエレメント１４３６がカム１４０２の閉じ用斜面に接触するまで、バルブ１４１７は固定された直線距離で開いたままである。その時点で、バルブ１４１７が閉じられように強制しているバルブスプリングの付勢力は、バルブ１４１７が閉じられるまで、ロッカー１４０４が時計回りに旋回又は回転するのを引き起こす。当該バルブの閉じ速度は、上述したように、カムの閉じ用斜面の輪郭及び/又はバルブ着座制御装置１４７２によって、制御することができる。
【０１４９】
図示の例示的な実施形態では、クロスオーバーバルブ１４１７、１４１９の開きタイミングは、独立して少なくともプラス又はマイナス３０度ＣＡ変化させることができ、従って、いずれかのバルブの開くタイミングが変化され得るのを少なくとも６０度ＣＡの範囲に亘って提供する。同実施形態において、いずれかのバルブの閉じタイミングは少なくとも約１００度ＣＡの範囲に亘って変化させることができる。なお、本明細書に開示されているバルブ作動システムのロストモーション部分は、バルブの閉じタイミングがエンジンの一つのサイクルから次のサイクルへ動的に作動されるのを可能にすることが理解されるであろう。加えて、前記システムのカムフェイザーの部分は、バルブの開くタイミングがエンジンの複数のサイクルに亘って徐々に変更されるのを可能にする。
【０１５０】
エンジン１４００は、エンジン１００、２００に関して上述したように、空気ハイブリッドシステムを含むように容易に適合されるか、改変されることができる。例えば、クロスオーバー通路１４１３は、タンクバルブがその中に配置されたタンクポートを介して空気貯留器に接続することができる。従って、図示のバルブトレインはまた、空気ハイブリッドエンジンの効率的な運転に必要なダイナミックなバルブ作動特性を有利に提供できることが理解されるであろう。
【０１５１】
エンジン１４００は、エンジン速度の広い範囲に亘って確実に作動するように構成されている。特定の実施形態において、本発明に係るエンジンは、少なくとも約４０００ｒｐｍ、好ましくは少なくとも約５０００ｒｐｍ、より好ましくは少なくとも約７０００ｒｐｍの速度で作動可能である。
【０１５２】
図１５は、本発明に係るバルブトレインの別の実施形態を示す。図示のバルブトレイン１５００は、ベアリングエレメント１５３６の位置を調整する際に機械的優位性（すなわち、てこ作用）を提供するために、タペット１５４０及び連結アーム１５３８の間に位置されているベルクランク１５２９を除き、図３Ａ-３Ｃ関して上述したバルブトレイン３００と実質的に同一である。当該ベルクランク１５２９は、固定された位置を有する旋回点１５３１に回転可能に取り付けられている。タペット１５４０が、旋回点の反対側の端部において当該ベルクランク１５２９に取り付けられている。ボールソケットジョイントが、ベルクランク１５２９を連結アーム１５３８に結合するためにベルクランク１５２９の中間点に設けられている。連結アーム１５３８が取り付けられている、ベルクランク１５２９に沿う位置を調整することにより、ベルクランク１５２９のレバー比を調整し、それによって、タペット１５４０によって供給されるのに必要とされる力の量、及び/又はタペット１５４０がベアリングエレメント１５３６の所望の動きを有効にするために移動しなければならない距離の量を増加又は減少させる。この実施形態は、比較的弱いタペット１５４０が良好に遂行することを許容するので、ベアリングエレメント１５３６を前進及び/又は後退させるためには比較的大きな量の力が必要とされるシステムにおいて、特に有用であり得る。
【０１５３】
特定の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、多くの変更が説明された本発明の発明概念の精神及び範囲内でなされ得ることが理解されるべきである。したがって、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、以下の請求項の文言によって定義される完全な範囲を有することが意図されている。
【図１】
2014505828.tif 000003
【図２】
2014505828.tif 000004
【図３Ａ】
2014505828.tif 000005
【図３Ｂ】
2014505828.tif 000006
【図３Ｃ】
2014505828.tif 000007
【図４Ａ】
2014505828.tif 000008
【図４Ｂ】
2014505828.tif 000009
【図４Ｃ】
2014505828.tif 000010
【図４Ｄ】
2014505828.tif 000011
【図５Ａ】
2014505828.tif 000012
【図５Ｂ】
2014505828.tif 000013
【図５Ｃ】
2014505828.tif 000014
【図６Ａ】
2014505828.tif 000015
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
2014505828.tif 000018
【図７Ｂ】
2014505828.tif 000019
【図７Ｃ】
2014505828.tif 000020
【図８】
2014505828.tif 000021
【図９Ａ】
2014505828.tif 000022
【図９Ｂ】
2014505828.tif 000023
【図９Ｃ】
2014505828.tif 000024
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2014505828.tif 000026
【図１０Ｃ】
2014505828.tif 000027
【図１０Ｄ】
2014505828.tif 000028
【図１０Ｅ】
2014505828.tif 000029
【図１０Ｆ】
2014505828.tif 000030
【図１１Ａ】
2014505828.tif 000031
【図１１Ｂ】
2014505828.tif 000032
【図１１Ｃ】
2014505828.tif 000033
【図１２Ａ】
2014505828.tif 000034
【図１２Ｂ】
2014505828.tif 000035
【図１３】
2014505828.tif 000036
【図１４】
2014505828.tif 000037
【図１５】
2014505828.tif 000038
【国際調査報告】
2014505828.tif 000039
2014505828.tif 000040
2014505828.tif 000041
2014505828.tif 000042