(57)【要約】概して、ドウェル区分を有しているカムでもって、エンジンバルブを作動させる装置及び方法が開示されている。これらの装置及び方法は、分割サイクルエンジン、空気ハイブリッドエンジン、従来のエンジン、及び/又はそれらの様々な組合せにおける用途を有している。内方及び外方に開くバルブの両者が、ここに開示された装置及び方法でもって作動され得る。追加のバルブトレインが開示され、ロッカー、ロストモーションシステム、及びバルブ着座制御装置を含んでいる。
2014508242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの複数のサイクルの間に圧縮された空気を蓄える空気貯留器、及び
少なくとも約５度ＣＡのドウェル区分有する少なくとも一つのカム、
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】
当該カムは、少なくとも一つの外方に開くバルブを作動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４】
当該少なくとも１つのバルブは、分割サイクルエンジンにおけるクロスオーバーバルブであることを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
【請求項５】
当該ドウェル区分は、約５度ＣＡと約７２０度ＣＡの間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】
当該ドウェル区分は、約１０度ＣＡと約３６０度ＣＡの間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】
当該ドウェル区分は、約９０度ＣＡと約１８０度ＣＡの間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８】
当該エンジンは、１０００ｒｐｍを超えている速度で作動することができることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
当該カムが、カムによって要求されるのよりも早くバルブを閉じるべくバルブから選択的に作動的に切り離されることを可能にするロストモーションシステムをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
当該ロストモーションシステムは、バルブが特定の速度/負荷マップの少なくとも５０％を超えてドウェルするのを許容することを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１１】
当該当該ロストモーションシステムは、空気貯留器内の圧力が高いときよりも空気貯留器内の圧力が低いときに、バルブが特定の速度/負荷マップのより大きな割合（％）でドウェルするのを許容す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】
当該当該ロストモーションシステムは、エンジンの作動速度が低いときよりもエンジンの作動速度が高いときに、バルブがより長いクランク角の期間にドウェルするのを許容することを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１３】
エンジンの圧縮ストロークで圧縮された空気をシリンダーから選択的に蓄え、且つエンジンの膨張ストローク中にシリンダーに空気を選択的に供給するべく構成された空気貯留器、
当該エンジン内に配置された通路を開閉するように構成された少なくとも１つのエンジンバルブ、そして
それに形成された少なくとも一つのカムを有するカムシャフトであって、当該少なくとも一つのカムが少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有し、そして少なくとも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、
を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項１４】
当該少なくとも１つのエンジンバルブに作動可能に結合されたロストモーションエレメントをさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン。
【請求項１５】
当該圧縮ストロークと膨張ストロークとが、当該エンジンの別々のシリンダーで行われることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン。
【請求項１６】
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１３に記載のエンジン。
【請求項１７】
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１３に記載のエンジン。
【請求項１８】
ベース円部分、開き用斜面部分、閉じ用斜面部分、及び当該開き用斜面部分と当該閉じ用斜面部分の間に延在するドウェル区分を有するカムを備え、
当該ドウェル区分は、カム輪郭の少なくとも５度に亘って延在し得ることを特徴とする空気ハイブリッドエンジン。
【請求項１９】
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１８に記載のエンジン。
【請求項２０】
少なくとも一つのカムローブを有するカムシャフトを備え、
当該カムローブは、少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有していることを特徴とする空気ハイブリッドエンジン。
【請求項２１】
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、間に圧力チャンバーを画定するクロスオーバー圧縮バルブ及びクロスオーバー膨張バルブを含んでいるクロスオーバー通路、
クロスオーバー膨張バルブに運動を与えるように構成された第１のカムであって、少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有する第１のカム、及び
クロスオーバー圧縮バルブが第１のカムから作動的に切り離される第１の位置と、クロスオーバー圧縮バルブが第１のカムに作動的に接続される第２の位置とを有する第１の折畳み式ロストモーションエレメント、
を備えることを特徴とするエンジン。
【請求項２２】
クロスオーバー圧縮バルブに運動を与えるように構成された第２のカムであって、少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有する第２のカム、及び
クロスオーバー膨張バルブが第２のカムから作動的に切り離される第１の位置と、クロスオーバー膨張バルブが第２のカムに作動的に接続される第２の位置とを有する第２の折畳み式ロストモーションエレメント、
をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載のエンジン。
【請求項２３】
クロスオーバー通路と流体連通している空気貯留器をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載のエンジン。
【請求項２４】
当該空気貯留器がクロスオーバー通路と連通するポートは、一つ以上のバルブを使用して選択的に開閉され得ることを特徴とする請求項２３に記載のエンジン。
【請求項２５】
エンジンにおいてエンジンバルブを作動させる方法であって、
当該エンジンバルブを、クランクシャフトの回転の少なくとも５度に亘りドウェル位置で開いて保持するステップを含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２６】
当該エンジンバルブが、特定の速度/負荷マップの少なくとも５０％を超えて当該ドウェル位置に保持されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
当該エンジンバルブは、空気貯留器内の圧力が高いときよりも空気貯留器内の圧力が低いときに、バルブが特定の速度/負荷マップのより大きな割合（％）で当該ドウェル位置に保持されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
当該エンジンバルブは、エンジンの作動速度が低いときよりもエンジンの作動速度が高いときに、より長いクランク角の期間にドウェル位置に保持されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
エンジンバルブを作動させる方法であって、
少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有するカムの開き用斜面輪郭でもって運動を付与することにより、当該エンジンバルブを開け、
当該エンジンバルブを第１の期間に亘り完全に開かれた位置に保持し、そして
当該エンジンバルブをカムから作動的に切り離すべくロストモーションシステムを作動させることにより、当該エンジンバルブを閉じるステップ、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３０】
分割サイクル空気ハイブリッドエンジンであって、
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、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）バルブを含んでいるクロスオーバー通路、
クロスオーバー通路に作動可能に連結された空気貯留器であって、圧縮シリンダーからの圧縮空気を蓄え、且つ圧縮空気を膨張シリンダーに送達するために選択的に作動可能な空気貯留器、及び
当該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）バルブの少なくとも一方に運動を与えるように構成された第１のカムであって、少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有する第１のカム、を備え、
当該エンジンは、通常の点火燃焼（ＮＦ）モード、及び４つのハイブリッドモードの少なくとも１つのモードで作動可能であり、当該４つのハイブリッドモードは、空気膨張機（ＡＥ）モード、空気圧縮機（ＡＣ）モード、空気膨張機及び点火燃焼（ＡＥＦ）モード、及び点火燃焼及び充填（ＦＣ）モードであることを特徴とする分割サイクル空気ハイブリッドエンジン。
【請求項３１】
第１のカムが当該XovrCバルブに運動を与えるように構成され、そして当該エンジンがＡＣモードで作動可能であることを特徴とする請求項３０に記載の分割サイクル空気ハイブリッドエンジン。
【請求項３２】
第１のカムが当該XovrEバルブに運動を与えるように構成され、そして当該エンジンがＡＥモードとＡＥＦモードの少なくとも１つで作動可能であることを特徴とする請求項３０に記載の分割サイクル空気ハイブリッドエンジン。
【請求項３３】
第１のカムが当該XovrCバルブに運動を与えるように構成され、
当該エンジンは、当該XovrEバルブに運動を与えるように構成された第２のカムをさらに備え、当該第２のカムは、少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有し、そして
当該エンジンは、ＦＣモードで作動可能であることを特徴とする請求項３０に記載の分割サイクル空気ハイブリッドエンジン。
【請求項３４】
当該エンジンは、ＡＣモード、ＡＥモード、及びＡＥＦモードで作動可能であることを特徴とする請求項３３に記載の分割サイクル空気ハイブリッドエンジン。
【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６１/４３６,７３５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、１つ以上のドウェルカムを備えている分割サイクル空気ハイブリッドエンジンに関する。
【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んでいる。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ている。カムローブは、典型的には、偏心部分が開き用斜面及び閉じ用斜面からなるように形状付けられている。
【０００４】
作動速度、負荷、温度などの種々について最適なエンジン効率を達成するためには、バルブの開き及び閉じの速さ、タイミング及び継続期間を変化させることが望ましい。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か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り離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り離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が、このようにして失われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６５４３２２５号明細書
【特許文献２】米国特許第６９５２９２３号明細書
【特許文献３】米国特許第７３５３７８６号明細書
【特許文献４】米国特許出願第６１/３６５、３４３号明細書
【特許文献５】米国特許出願第６１/３１３、８３１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エンジン、及び特に空気ハイブリッドエンジンを複数の作動範囲を越えて効率的に作動させるためには、バルブ開閉ダイナミクス（例えば、開く速度、開くタイミング、期間、閉じ速度、閉じタイミング等）の広い範囲を有することが望ましい。カムとロストモーションシステムとでもってこのような広い範囲を達成するためには、カムの期間は、一般に、必要とされる最長の開き期間の長さでなければならない。（ロストモーションシステムは、典型的には、カムが要求するのよりも早くバルブを閉じることができるが、一般的に、カムが要求するのより長くバルブを開いて保持することはできず、少なくとも効率的でない）。
【０００８】
通常のエンジン作動に必要な開閉速度を維持しながら、従来のカムローブ形状（すなわち、カムの偏心部分、すなわち、ローブが、その輪郭に（例えば、１クランク角度未満の）実質的に一点で単一のピークを持っている）でもって、このような長い継続期間を達成するためには、エンジンの呼吸のために必要であるのよりも高いリフトが必要である。しかしながら、仮に、バルブリフト量が高すぎる場合には、バルブ干渉の問題が発生する。また、バルブヘッドの直径の１/３を超えてエンジンバルブをリフトすることは、バルブの周囲の空気の流れにおいて唯一のわずかな改善を提供する。したがって、バルブをその点を超えてリフトするために使用されるエネルギー（すなわち、バルブスプリングを圧縮するのに及ぼされるエネルギー）は、特に、バルブが、バルブが開くときにバルブスプリングに蓄えられるポテンシャルエネルギーが回収できないロストモーションタイプのバルブトレインの場合には大きく浪費され、それによってエンジンの全体効率を低下させる。
【０００９】
したがって、高リフトカムに関連する寄生損失無しで、内燃機関及び特に分割サイクル空気ハイブリッド内燃機関の効率的な運転のために要求される継続期間を達成することができる改良されたバルブ作動システムに対する必要性が存している。
【００１０】
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。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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）バルブを含んでいるクロスオーバー通路、を備えている。
【００１３】
分割サイクル空気ハイブリッドエンジンは、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。
【００１４】
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）バルブを含んでいる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。
【００１５】
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。シリンダー１０２，１０４の上端部は、シリンダーヘッド１３０で閉じられている。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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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んでいる。）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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にあるの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。
【００２１】
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からドレインされる。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
クロスオーバーバルブ１１４、１１６は、１つ以上のカム（不図示）を含んでいる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んでいる。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。
【００２６】
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第１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。
【００２７】
分割サイクル空気ハイブリッドエンジン１００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１５２によってクロスオーバー通路１１２に接続されている。２つ以上のクロスオーバー通路１１２を有する実施形態は、それぞれのクロスオーバー通路１１２のためのタンクバルブ１５２を含んでいる。ことができ、それは共通の空気貯留器１４２に接続するか、或いは代替的に各クロスオーバー通路１１２が別々の空気貯留器１４２に作動的に接続してもよい。
【００２８】
タンクバルブ１５２は、典型的には、クロスオーバー通路１１２から空気タンク１４２に延びている空気タンクポート１５４に配置されている。空気タンクポート１５４は、第１の空気タンクポート部１５６及び第２の空気タンクポート部１５８に分割されている。第１の空気タンクポート部１５６は、クロスオーバー通路１１２に空気タンクバルブ１５２を接続し、第２の空気タンクポート部１５８は、空気タンクバルブ１５２を空気タンク１４２に接続する。第１空気タンクポート部１５６の容積は、当該タンクバルブ１５２が閉じているときに、クロスオーバー通路１１２にタンクバルブ１５２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１５６の容積は、クロスオーバー通路１１２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１５６は、実質的に非存在であり、すなわち、タンクバルブ１５２は最も好ましく、それがクロスオーバー通路１１２の外壁と面一になるように配置されている。
【００２９】
タンクバルブ１５２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１５２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１５２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。
【００３０】
空気タンク１４２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１００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ドレイン量削減に多くの利点を提供することができる。
【００３１】
エンジン１００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、又は時に正常の点火燃焼（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１００は、本明細書で前に詳細に（すなわち、図１に関して、）説明したように正常に機能し、空気タンク１４２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１５２は、基本的な分割サイクルエンジンから空気タンク１４２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１００は、空気タンク１４２を用いて作動する。
【００３２】
４つの基本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、及び
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。
【００３３】
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）、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２（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。
【００３４】
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３（米国特許第７３５３７８６号）、２０１０年７月１８日に出願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（米国特許出願第６１/３６５、３４３号）、及び２０１０年３月１５日に出願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（米国特許出願第６１/３１３、８３１号）に開示され、それぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本明細書で開示される装置及び方法は、一般に、ドウェル区分を有しているカムでもって、エンジンバルブを作動させることを伴っている。これらの装置及び方法は、分割サイクルエンジン、空気ハイブリッドエンジン、従来のエンジン、及び/又はそれらの様々な組合せにおける用途を有している。
【００３６】
本発明の少なくとも１つの実施形態の一態様では、エンジンであって、エンジンの複数のサイクルの間に圧縮された空気を蓄える空気貯留器、及び少なくとも約５度ＣＡのドウェル区分有する少なくとも一つのカム、を含んでいるエンジンが提供される。
【００３７】
本発明の少なくとも一つの実施形態の別の態様では、エンジンの圧縮ストロークで圧縮された空気をシリンダーから選択的に蓄え、且つエンジンの膨張ストローク中にシリンダーに空気を選択的に供給するべく構成された空気貯留器を含んでいるエンジンが提供される。当該エンジンは、エンジン内に配置された通路を開閉するように構成された少なくとも１つのエンジンバルブ、そしてそれに形成された少なくとも一つのカムを有するカムシャフトであって、当該少なくとも一つのカムが少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有し、そして少なくとも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、を含んでいる。
【００３８】
本発明の少なくとも一つの実施形態の別の態様では、ベース円部分、開き用斜面部分、閉じ用斜面部分、及び当該開き用斜面部分と当該閉じ用斜面部分の間に延在するドウェル区分を有するカムを備える空気ハイブリッドエンジンが提供される。当該ドウェル区分は、カム輪郭の少なくとも５度に亘って延在している。
【００３９】
本発明の少なくとも１つの実施形態の別の態様では、少なくとも１つのカムローブを有し、当該カムローブが少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有しているカムシャフトを含む空気ハイブリッドエンジンが提供される。
【００４０】
本発明の少なくとも１つの実施形態の別の態様では、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、及び膨張シリンダー内に摺動可能に収容された膨張ピストンであって、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を含むエンジンが提供される。当該エンジンはまた、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、間に圧力チャンバーを画定するクロスオーバー圧縮バルブ及びクロスオーバー膨張バルブを含んでいるクロスオーバー通路を含む。当該エンジンはまた、クロスオーバー膨張バルブに運動を与えるように構成された第１のカムであって、少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有する第１のカム、及びクロスオーバー圧縮バルブが第１のカムから作動的に切り離される第１の位置と、クロスオーバー圧縮バルブが第１のカムに作動的に接続される第２の位置とを有する第１の折畳み式ロストモーションエレメント、を含んでいる。
【００４１】
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であって、クランクシャフトの回転の少なくとも５度に亘るドウェル位置でエンジンバルブを開いて保持することを含む方法が提供される。
【００４２】
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であって、少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有するカムの開き用斜面輪郭でもって運動を付与することにより、当該エンジンバルブを開けることを含む方法が提供される。当該方法はまた、当該エンジンバルブを第１の期間に亘り完全に開かれた位置に保持し、そして当該エンジンバルブをカムから作動的に切り離すべくロストモーションシステムを作動させることにより、当該エンジンバルブを閉じることを含んでいる。
【００４３】
エンジンの少なくとも一つの実施形態の別の態様では、分割サイクル空気ハイブリッドエンジンであって、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を含む分割サイクル空気ハイブリッドエンジンが提供される。当該エンジンはまた、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、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）バルブを含んでいるクロスオーバー通路を含む。
【００４４】
当該エンジンはまた、クロスオーバー通路に作動可能に連結された空気貯留器であって、圧縮シリンダーからの圧縮空気を蓄え、且つ圧縮空気を膨張シリンダーに送達するために選択的に作動可能な空気貯留器を含んでいる。当該エンジンはまた、当該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）バルブの少なくとも一方に運動を与えるように構成された第１のカムであって、少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を有する第１のカムを含んでいる。当該エンジンは、通常の点火燃焼（ＮＦ）モード、及び４つのハイブリッドモードの少なくとも１つのモードで作動可能であり、当該４つのハイブリッドモードは、空気膨張機（ＡＥ）モード、空気圧縮機（ＡＣ）モード、空気膨張機及び点火燃焼（ＡＥＦ）モード、及び点火燃焼及び充填（ＦＣ）モードである。
【００４５】
本発明は、特許請求されるような装置、システム、及び方法をさらに提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
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空気ハイブリッドエンジンの概略断面図である。
【図２】図２は、従来技術のカムの輪郭の図である。
【図３】図３は、図２の従来技術のカムによって作動されるバルブ、及び図２の従来技術のカムと連動するロストモーションシステム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のプロットである。
【図４】図４は、図２の従来技術のカムによって作動されるバルブの種々の開期間についてクランク角の関数としてのバルブリフトのプロットである。
【図５】図５は、本発明に係るバルブトレイン及びドウェルカムの一実施形態の概略図である。
【図６】図６は、本発明に係るドウェルカムドウェルカムのいくつかの実施形態の輪郭図である。
【図７】図７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た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のプロットである。
【図８】図８は、従来技術のカムによって作動された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のプロットである。
【図９】図９は、本発明に係る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１０Ａ】図１０Ａは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrCバルブについて、当該エンジンがＡＣモードで作動しており、空気タンクが１０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrCバルブについて、当該エンジンがＡＣモードで作動しており、空気タンクが２０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrCバルブについて、当該エンジンがＡＣモードで作動しており、空気タンクが３０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrEバルブについて、当該エンジンがＡＥモードで作動しており、空気タンクが１０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrEバルブについて、当該エンジンがＡＥモードで作動しており、空気タンクが２０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrEバルブについて、当該エンジンがＡＥモードで作動しており、空気タンクが３０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrEバルブについて、当該エンジンがＡＥＦモードで作動しており、空気タンクが１０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrEバルブについて、当該エンジンがＡＥＦモードで作動しており、空気タンクが２０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrEバルブについて、当該エンジンがＡＥＦモードで作動しており、空気タンクが３０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１３Ａ】図１３Ａは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrCバルブについて、当該エンジンが１g/sの充填速度のＦＣモードで作動しており、空気タンクが１０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrEバルブについて、当該エンジンが１g/sの充填速度のＦＣモードで作動しており、空気タンクが１０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrCバルブについて、当該エンジンが１g/sの充填速度のＦＣモードで作動しており、空気タンクが２０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrEバルブについて、当該エンジンが１g/sの充填速度のＦＣモードで作動しており、空気タンクが２０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrCバルブについて、当該エンジンが２g/sの充填速度のＦＣモードで作動しており、空気タンクが１０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrEバルブについて、当該エンジンが２g/sの充填速度のＦＣモードで作動しており、空気タンクが１０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrCバルブについて、当該エンジンが２g/sの充填速度のＦＣモードで作動しており、空気タンクが２０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態のXovrEバルブについて、当該エンジンが２g/sの充填速度のＦＣモードで作動しており、空気タンクが２０バールまで充填されているときの様々な速度及び負荷でのドウェルの使用を示すマップである。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
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。
【００４８】
ある種の方法及び装置が、空気ハイブリッド分割サイクル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カム作動のシステムにおいて用いられることができることを理解するであろう。
【００４９】
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、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの種々のモードの各々を作動させるためには、開くタイミング、閉じるタイミング、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。
【００５０】
所与の固定カム輪郭において、バルブタイミング及びリフトを調整する１つの方法は、当該バルブとカムとの間のバルブトレインリンケージ内に「ロストモーション」装置を組み込むことである。上述したように、ロストモーションは、一般に、カム輪郭によって禁止されるバルブ運動を可変長さの機械式、油圧式又は他のリンク手段でもって変更するための技術的解決策のクラスに適用される用語である。可変長さのエレメントは、完全に伸長されたときに、カム運動の全てをバルブに伝達し、完全に収縮されたときには、バルブにカム運動を全く伝達しないか又は最小量を伝達する。
【００５１】
図２は、ロストモーションシステムと共に使用するための従来技術のカム２００を示している。カム２００は、一般に、バルブへ直線運動を付与しないベース円２０２と呼ばれる円筒部を含んでいる。カム２００はまた、バルブに直線運動を付与するリフト（又は偏心）部分２０４を含んでいる。カムの偏心部分２０４の輪郭が、バルブのリフト輪郭を制御する。偏心部分は、開き用斜面２０６及び閉じ用斜面２０８を備えている。特に、偏心部分２０４その輪郭上の実質的に単一の点において単一のピーク２０５に上昇し、そしてドウェル区分を有していない（すなわち、実質的に一定の半径の台地状部が無い）。
【００５２】
図３は、図２のカム２００を使用して、時間（クランク角を単位として表されている）の関数としてのバルブリフトのプロットを示している。第１のプロット３００は、ロストモーションシステムが使用されないとき、又はロストモーションシステムが作動されていないときのバルブリフトを示している。この場合、バルブは、開き用斜面２０６がバルブ（又は中間エレメント）に運動を付与したときに開き、及び閉じ用斜面２０８がバルブ（又は中間エレメント）に接触したときに閉じる。第２のプロット３０２は、バルブを早期に閉じるためにロストモーションシステムが作動されたときのバルブリフトを示している。図示のように、バルブは、開き用斜面２０６がバルブに接触するときに開くが、バルブをカムから作動的に切り離すためにロストモーションシステムが作動されているときは、閉じ用斜面２０８がバルブに接触する前に閉じる。
【００５３】
図４は、従来技術のカムが用いられたときに、種々のバルブ開き継続時間に対してのバルブリフトを説明する一連のプロット４０４、４０６、４０８、４１０を示している。図示のように、継続期間が長ければ長い程、バルブはより高くリフトされねばならない。エンジンバルブは、典型的には、高いレートのバルブスプリングによって閉位置に向けて付勢されているので、この追加のリフトは無駄なエネルギー浪費の結果となり、エンジンの効率を奪うことになる。さらに、この追加されたリフトは、達成可能なバルブ最大作動速度を望ましくなく低減する。これは、膨張ピストンがそのTDC位置に到達した後にその充填物に着火する分割サイクルエンジン（例えば、エンジン１００など）においては、クロスオーバーバルブ１１４、１１６の動的作動が厳しく要求されているので、特に厄介である。これは、クロスオーバーバルブは、通常、約１８０度ＣＡの期間バルブを作動させる従来のエンジンのリフトに対して、クランクシャフト回転の非常に短い期間（典型的には約３０〜６０度ＣＡの範囲内）に燃料空気充填物を完全に移送させるために、十分なリフトを、一般に、達成しなければならないからであるこのことは、クロスオーバーバルブは従来のエンジンのバルブよりも約４〜６倍程度速く作動することが必要であることを意味する。より高速な作動要求の結果として、クロスオーバーバルブは、従来のエンジンにおけるバルブに比べて厳しく制限された最大リフト量を有している。通常、これらのクロスオーバーバルブの最大リフトは、従来のエンジンにおけるバルブについての１０〜１２ｍｍ程度に比べて、２〜３ｍｍのオーダーである。このように、図２のカム２００によっては、効率的な分割サイクル及び空気ハイブリッド分割サイクルの作動に必要な高速な作動速度及びダイナミックなバルブ作動を実現することは不可能である。
【００５４】
ここで使用されるとき、「ドウェルカム」とは、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）を含んでいるカムを意味する。本明細書での目的のために、ドウェル区分とは、当該ドウェル区分が１つ又は複数の図示の実施形態においてカムのベース円部分と同心であっても、カムの偏心部分の一部であるとして称される。比較的小さなドウェル区分（例えば、２０〜４０度ＣＡ）を有するドウェルカムは、非常に大きく、遅いエンジン（例えば、１０００ｒｐｍより下で作動する船舶や機関車用エンジン）で使用されている。ドウェルカムは、しかしながら、中及び低負荷用の用途又は高速エンジンでは、使用されていない。これらのエンジンでは、必要なバルブリフトを達成し、ドウェル期間中にバルブを開いたまま保持し、そしてバルブを閉じることの全てをエンジンの１サイクル内に行うのに十分な時間は、通常、ない。そのためには、非実用的、あるいは極端に高いバルブ加速度を必要とするであろう。言い換えれば、従来のより高速なエンジン（例えば、１０００rpmより上で作動するエンジン）においでは、一般的に、フルリフトのためにバルブを開き、その後、指定されたサイクル内でバルブを閉じるのに丁度足りるだけの時間はある。ドウェル期間のための時間はない。
【００５５】
しかしながら、ドウェルカムは、分割サイクルエンジン、特に、空気ハイブリッド分割サイクルエンジンと共に用いられたとき、かなりのエネルギーの節約を提供することができる。例えば、ＡＣモードで作動中の空気ハイブリッド分割サイクルエンジンにおいて、ドウェルカムを用いると、XovrCバルブが延長された継続期間開いたままに保持されるのを可能にし、それにより、過剰なXovrCバルブリフト及びそれに関連するエネルギー損失を必要とすることなく、圧縮ストロークの充填物の多くが、所与のサイクル内で空気タンクに移送されるのを許容する。一方、ロストモーションシステムは、同じエンジン及び同じカムが、ＮＦモードにおいて、少ないドウェル又はドウェル無しで作動するのを許容すべく、使用され得る。そうでなければ、ＮＦモードにおいてより高速（例えば、約１０００ｒｐｍより上）でドウェルカムを使用することが必要とされるであろう、極端なバルブ加速度が、かくて回避され得る。ドウェルカムはまた、低いバルブリフトを支持する必要があるのみであるので、より軽い構成部品の使用を可能にすることができる。ドウェルカムの使用はまた、バルブトレインの可動部分の包装クレームを削減し、ガスバルブスプリング内に過剰なエネルギーを貯蔵する必要性をなくすことができる。いくつかのドウェルカムに関連付けられた低いスプリング力が、包装及び作動速度を向上させることができるバルブトレイン構成部品間のピーク接触応力を低減することができる。
【００５６】
さて、図５を参照するに、上述のエンジン１００と共に用いられる本発明に係るバルブトレイン５００の例示的な一実施形態が示されている。当該バルブトレイン５００は、ＸovrＣ及びＸovrＥクロスオーバーバルブの限定なしに、これらを含んでいる。エンジン１００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。本明細書での目的のために、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、各バルブ開き事象中に、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。
【００５７】
図示されるように、バルブトレイン５００は、一般に、カム５０２、ロッカー５０４、バルブ５０６を含んでいる。バルブトレイン５００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んでいる。バルブ５０６は、バルブヘッド５０８及びバルブヘッド５０８から垂直に延在するバルブステム５１０を含んでいる。コレット(不図示)が、バルブアダプターアセンブリ５１２をヘッド５０８とは反対のステム５１０の先端に固定している。バルブスプリング（不図示）は、バルブ５０６がその閉位置にあるとき、バルブシート(不図示)に対してしっかりとバルブヘッド５０８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んでいる。加えて、図示のバルブ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んでいる。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。
【００５８】
ロッカー５０４は、バルブステム５１０に跨りそしてバルブアダプターアセンブリ５１２の下側に係合するフォーク状のロッカーパッド５２０を、一方の端部に含んでいる。さらに、ロッカー５０４は、バルブトレイン５００のカム５０２に摺接する中実なロッカーパッド５２２を反対側の端部に含んでいる。ロッカー５０４はまた、貫通して延在するロッカーシャフトボア５２４を含んでいる。
【００５９】
ロッカー５０４のフォーク状のロッカーパッド５２０は、カム５０２の作動によって引き起こされるロッカーパッド５２２の下方向運動がロッカーパッド５２０の上方への移動に転換され、それが順にバルブ５０６を開くように、外方に開くポペットバルブ５０６のバルブアダプターアセンブリ５１２に接触している。
【００６０】
カム５０２は、少なくとも５度ＣＡのドウェル区分を含んでいるので、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５０２は、図示の矢印の方向に回転する。カム５０２の偏心部分５２６がロッカーパッド５２２に接触したとき、ロッカー５０４はロッカーシャフトボア５２４内に配置されたロッカーシャフト５２８の回りを回転し、バルブ５０６をそのシートからリフトする。
【００６１】
図６は、本発明の実施形態に係る複数のドウェル（ドウェル）カム６００Ａ-６００Ｇを示す図である。カム６００Ａ-６００Ｇの各々は、一般に、ベース円部分と偏心部分を含んでいる。偏心部分は、開き用斜面、閉じ用斜面、及びドウェル区分を備えている。例えば、カム６００Ａは、ベース円部分６０２Ａと、開き用斜面６０６Ａ、閉じ用斜面６０８Ａ及びドウェル区分６１０Ａを有する偏心部分６０４Ａとを備えている。ドウェル区分は、様々なサイズ（すなわち、少なくとも５度ＣＡ）であってもよく、且つ、エンジン運転条件と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開バルブ期間に一致させることができる大きさであってもよい。バルブの開き用斜面は、所望の速度でエンジンバルブに要求される最大リフトを適切に達成する任意の値に設定されている。閉じ用斜面（又は、「着地用」斜面）は、バルブがバルブシートに近づくときバルブの速度を急激に減速するように形状付けられている。図示した実施形態では、６００Ａ-６００Ｇのドウェル区分は以下の通りである。
・６００Ａ - ４５度カム角
・６００B - ９０度カム角
・６００B− １３５度カム角
・６００D −１８０度カム角
・６００E −２２５度カム角
・６００Ｆ - ２７０度カム角
・６００Ｇ - ３１５度カム角
【００６２】
クランク角度ＣＡを単位としてのドウェル区分の長さは、カムの回転に対してのクランクシャフトの回転の比に依存することが理解されるであろう。クランクシャフトが、カムの各回転当たり２回転する実施形態において、クランク角度ＣＡを単位としての図示のドウェル区分の長さは、以下の通りである。
・６００Ａ - ９０度ＣＡ
・６００B - １８０度ＣＡ
・６００B - ２７０度ＣＡ
・６００D - ３６０度ＣＡ
・６００E - ４５０度ＣＡ
・６００Ｆ - ５４０度ＣＡ
・６００Ｇ - ６３０度ＣＡ
図示のドウェルカムは、単に例示的な実施形態である。ドウェルカムは、例えば、少なくとも約５度、約５度ＣＡと約１００度ＣＡの間、及び約５度ＣＡと約２００度ＣＡの間を含んでいる種々のドウェル区分長さを有することができる。
【００６３】
バルブトレイン５００はまた、カムによってバルブに与えられる運動の一部又は全部を減算又は失くすロストモーションシステム５３０を含んでいる。ロストモーションシステム５３０は、ロッカー５０４が回りを旋回又は回転するロッカ−シャフト５２８を支持する折り畳み可能なエレメント５３２を備えている。折り畳み可能なエレメント５３２は、それら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の筒状入れ子式半体５３４、５３６を含んでいる。折り畳み可能なエレメント５３２が作動されると、流体が流体チャンバーから第１及び第２の入れ子式半体５３４、５３６が相対的に及び互いに向かって摺動するのを許容する油圧アキュムレータ（不図示）に移され、それによって折り畳み可能なエレメントの全体の高さHを低減する。当該折り畳み可能なエレメント５３２は、電磁バルブ及び流体チャンバーとアキュムレータを含んでいる油圧回路に連通する逆止バルブによって作動される。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されてもよい。電磁バルブが閉じたままである限り、ロッカー５０４は支持され、そしてカム５０２によって付与される運動がバルブ５０６に転送されて、そのシートからバルブをリフトする。
【００６４】
電磁バルブが一時的に開放されると、回路は部分的又は完全にドレインし、折り畳み可能なエレメント５３２が部分的又は完全に縮むことを許容し、それにより、ロッカーアーム５０４の旋回点を下げる。この状況では、バルブ５０６をそのシートから実際にリフトオフするには不十分なカム運動がロッカーアーム５０４に与えられ、したがって、バルブ５０６は閉じ、又は閉じたままにされる。折り畳みエレメント５３２は、このように、可変バルブ作動（すなわち、バルブ５０６がカム５０２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にする）を許容するロストモーション機能を提供することができる。ロストモーションシステム５３０からドレインされる流体の度合いを変えることにより、バルブが開き又は閉じるのが許容される度合いもまた変化させられ、かくて、可変バルブリフトを可能にすることができることが理解されるであろう。
【００６５】
折り畳み可能なエレメント５３２はまた、有利にも、例えば、熱膨張及び熱収縮、及び構成部品の磨耗等によるバルブトレイン５００に存在し得る全てのラッシュを取り除く。本明細書での目的のために、用語「バルブラッシュ」又は「ラッシュ」は、バルブ５０６が完全に着座されているときに、バルブトレイン５００内に存在する総クリアランスとして定義されている。当該バルブラッシュは、バルブトレイン５００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。
【００６６】
図示の実施形態は、ロストモーション機能を提供する油圧式折り畳み可能エレメント５３２を含んでいるが、実質的に任意のロストモーションシステムが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。当業者は、他のロストモーションシステム（例えば、空気圧、機械的、電気的、電磁的、及び/又はそれらの組み合わせ）を用いてもよいことを認識するであろう。ロストモーションシステムの他の例は、本願と同日に出願され、「カムフェーザー付きロストモーション可変バルブ作動システム」と題する米国特許出願第１３/３５９、５２１号に詳細に説明されており、その全体が参照によって組み込まれている。
【００６７】
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づける。仮に、バルブが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、図示はされていないが、閉じるとき、バルブがバルブシートに近づくにつれバルブの速度を急激に減速するために、バルブ着座制御装置、すなわち、「バルブキャッチ」がバルブトレイン５００に含まれている。例えば、油圧式のバルブキャッチがバルブ５０６に作動可能に結合されてもよい。
【００６８】
図７は、本発明に係るドウェルカム含んでいるバルブトレインについてクランク角の関数としてのバルブリフトの２つのプロット７００、７０２を示している。第１のプロット７００は、ロストモーションシステムが使用されていないとき（例えば、折り畳み可能なエレメントの流体チャンバーが非圧縮性の作動油で充填されたままであり、そしてカムの運動の全てがバルブに付与されるように電磁バルブが閉じられたとき）のバルブリフトを示している。図示のように、カムのドウェル区分は、ドウェル区分の全体に亘って持続された、実質的に一定のバルブリフトの結果となっている。第２のプロット７０２は、バルブが閉じる時点（すなわち、バルブを早期に閉じるために）で、ロストモーションシステムがタイミング又は位置を変化させるように作動されたときのバルブリフトを示している。この図７から、ドウェルカムを用いることで、（当該バルブは、カムの開き用又は閉じ用斜面ではなく、カムのドウェル区分中のある時点で閉じられると仮定して）当該バルブが如何に早く又は遅く閉じられるかに拘わらず、最大バルブリフトは概ね一定のままであることが理解されるであろう。
【００６９】
図８は、一方、従来技術のカム２００を含んでいるバルブトレインについてクランク角の関数としてのバルブリフトのプロット８０４を示している。図示のように、略同一の開き用斜面速度を維持しながら、図７のプロット７０２と同様の開き期間を達成するためには、当該バルブがバルブシートから実質的により高くリフトされなければならない。上述したように、この追加のリフトが、バルブ作動を遅らせ、エンジン効率を低減し、そして種々の設計上の制約につながる。また、図２に示されるような従来技術のカムを用いてバルブをリフトするために必要とされるエネルギーは、典型的には、１リフト当たり３ジュール（joule）である。本発明の一実施形態では、一方で、クロスオーバーバルブをリフトするのに必要とされるエネルギーは、約１.５ジュール未満、好ましくは約１.０ジュール未満、更に好ましくは約０.５ジュール未満である。
【００７０】
図９は、本発明に係る空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの一実施形態を示している。図示のように、エンジン９００は、圧縮シリンダー９０２及び膨張シリンダー９０４を有し、圧縮ピストン９１０及び膨張ピストン９２０がそれぞれ往復移動する。ピストン９１０、９２０は、エンジンブロック９２５に回転自在に軸支されたクランクシャフト９０６に連結されている。圧縮シリンダー９０２と膨張シリンダー９０４は、少なくとも一つのクロスオーバー通路９１２によって連結されている。クロスオーバー通路９１２の入口は、外方に開くカム作動の「XovrC」ポペットバルブ９１４を介して選択的に開閉される。クロスオーバー通路９１２の出口は、外方に開くカム作動の「XovrE」ポペットバルブ９１６を介して選択的に開閉される。クロスオーバーバルブ９１４、９１６のステムは、折り畳み可能なロストモーションシステム９３１、９３３によって支持されているロッカーシャフトに、旋回可能に取り付けられたそれぞれのロッカー９２７、９２９によって、係合されている。ロッカー９２７、９２９は、バルブ係合端部の反対側の第２の端部において、それぞれのカムシャフトに取り付けられているそれぞれのドウェルカム９３５、９３７によって係合されている。
【００７１】
作動時には、クランクシャフト９０６が回転し、ピストン９１０、９２０をそれぞれのシリンダー９０２,９０４内で往復動させる原因となる。クランクシャフト９０６が回転すると、ドウェルカム９３５、９３７もまた、タイミングベルト、チェーン、ギヤ、又は同様の機構（図示せず）を介してのクランクシャフトへのそれらの連繋の結果として回転する。ドウェルカム９３５が回転すると、その開き用斜面部分９３９がロッカー９２７に接触し、（例えば、ロッカー９２７の反時計回りの旋回又は回転を生じさせることによって）運動をそれに与える。これは、順にロッカー９２７のバルブ係合端がバルブ９１４に運動を付与するのを引き起こし、それによって（例えば、バルブ９１４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）バルブ９１４を開く。カム９３５のドウェル部分がロッカー９２７に接触するときには、当該ロッカー９２７は実質的に固定された角度方向に保持され、順にバルブ９１４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。バルブの閉じ制御が要求されると、折り畳み可能ロストモーションシステム９３１内に維持されていた加圧作動流体が迅速にドレインされ、シリンダーヘッド９４３に対してのロッカーシャフトの垂直高さを低減する。その結果、ロッカー９２７がバルブスプリング（不図示）の付勢の下で、バルブ９１４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。ロッカー９２７のカム係合端部は、バルブ９１４の作動を通じてカム９３５と実質的に接触したまま残っている。バルブキャッチシステムが、上述したように、バルブ９１４がバルブシートに接触するときの速度を制御するために、含まれてもよい。
【００７２】
代わりに、バルブの閉じ制御が要求されていない場合には、バルブ９１４は、カム９３５のドウェル区分９４１がロッカー９２７を通過し、そしてロッカー９２７が閉じ用斜面９４５に接触するまで、固定された直線距離で開いたままになる。その時点で、バルブ９１４を閉じるように強制しているバルブスプリングの付勢が、バルブ９１４が閉じられるまで、ロッカー９２７の時計回りの旋回又は回転を引き起こす。バルブの閉じ速度は、上述したように、カムの閉鎖用斜面の輪郭によって、又はバルブキャッチシステムによって制御される。XovrEバルブ９１６の作動の詳細な説明は、その作動が図示の実施形態においてXovrCバルブ９１４の作動と実質的に同一であるので、省略されている。しかしながら、クロスオーバーバルブ９１４、９１６用のそれぞれのカム９３５、９３７の偏心部分は、必要な相対的バルブタイミングを達成するために、互いに位相をずらして整列されてもよいことが理解されるであろう。
【００７３】
図示の実施形態では、XovrCカム９３５は、約９０度ＣＡのドウェル区分を有するドウェルカムである。同様に、XovrEカム９３７は、約９０度ＣＡのドウェル区分を有するドウェルカムである。図示のバルブトレインは、有利には、上に詳細に説明したように、不要なバルブリフト量を必要とせずに空気ハイブリッドエンジン９００の効率的な運転のために必要とされるダイナミックなバルブ作動特性を提供できることが理解されるであろう。
【００７４】
本明細書に開示されたバルブトレインとエンジンは、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１０００ｒｐｍ、好ましくは少なくとも約２０００ｒｐｍ、より好ましくは少なくとも約４０００ｒｐｍ、より好ましくは少なくとも約５０００ｒｐｍ、そしてより好ましくは少なくとも７０００ｒｐｍの速度で作動可能である。
【００７５】
図１０Ａ-１４Ｄは、本発明の空気ハイブリッド分割サイクルエンジンの例示的な一実施形態の種々のバルブ及び種々の運転状態について、様々な速度及び負荷でのドウェル使用を示すマップを図示している。図示したマップにおいて、当該バルブを１６.５度ＣＡより多い間、開いて保持することが望ましい速度/負荷の点が、「ドウェル」としてマークされている。当該バルブを１６.５度ＣＡ以下、開いて保持することが望ましい点は、「ドウェルなし」としてマークされている。図示された実施形態では、１６.５度ＣＡが、「ドウェル」と「ドウェルなし」との間の閾値として用いられているけれども、バルブがそのピークリフト位置に少なくとも５度ＣＡの間、保持されることを条件として、任意の種々の他の期間の閾値が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。
【００７６】
図１０Ａ−１０Ｃは、エンジンがＡＣモードで作動しており、空気タンクが、それぞれ、１０バール、２０バール、及び３０バールまで充填されているときに、エンジンのXovrCバルブについてのドウェルの使用を示している。ＡＣモードでのXovrCバルブのドウェリングは、圧縮ストロークでの充填物の多くが貯留のために空気タンクに移送されるのを可能にする。図示のように、ドウェルは、ＡＣモードでのXovrCバルブについて、特に、タンク圧力が低い場合にかなり使用されている。タンク圧力が増大するにつれて、XovrCバルブをドウェルさせる必要性は低減するが、ドウェリングが有利である多くの点がマップ上にはまだ存している。具体的には、ドウェリングは、低負荷及び/又は低速運転時により頻繁に使用される。一実施形態において、ドウェルは、図１OＡ-１OCにおけるマップ化された状態の約６８％においてＡＣモードでのXovrCバルブについて起こっている。
【００７７】
図１１Ａ-１１Ｃは、エンジンがＡＥモードで作動しており、空気タンクが、それぞれ、１０バール、２０バール、及び３０バールまで充填されているときに、エンジンのXovrEバルブについてのドウェルの使用を示している。ＡＥモードでのXovrEバルブのドウェリングは、空気タンクに貯留されている充填物の多くが膨張シリンダーに移送されるのを可能にする。図示のように、ドウェルは、ＡＥモードでのXovrEバルブについて、特に、タンク圧力が低い場合にかなり使用されている。タンク圧力が増大するにつれて、XovrEバルブをドウェルさせる必要性は低減するが、ドウェリングが有利である多くの点がマップ上にはまだ存している。具体的には、ドウェリングは、高負荷及び/又は低速運転時により頻繁に使用される。一実施形態において、ドウェルは、図１１Ａ-１１Ｃにおけるマップ化された状態の約５６％においてＡＥモードでのXovrEについて起こっている。
【００７８】
図１２Ａ-１２Ｃは、エンジンがＡＥＦモードで作動しており、空気タンクが、それぞれ、１０バール、２０バール、及び３０バールまで充填されているときに、エンジンのXovrEバルブについてのドウェルの使用を示している。ＡＥＦモードでのXovrEバルブのドウェリングは、空気タンクに貯留されている充填物の多くが膨張シリンダーに移送されるのを可能にする。図示のように、ドウェルは、ＡＥＦモードでのXovrEバルブについては、ＡＥモードよりは少ない頻度で使用されるが、タンク圧力が低い場合、及びより高いタンク圧力については、低速／高負荷及び低速/低負荷の場合にまだ使用されている。一実施形態において、ドウェルは、図１２Ａ-１２Ｃにおけるマップ化された状態の約１６％においてＡＥＦモードでのXovrEについて起こっている。
【００７９】
図１３Ａ及び図１３Ｃは、エンジンがＦＣモードで作動しており、空気タンクが、それぞれ、１０バール、及び２０バールまで充填されているときに、エンジンのXovrCバルブについてのドウェルの使用を示している。ＦＣモードでのXovrCバルブのドウェリングは、圧縮充填物の多くが貯留のために空気タンクに移送されるのを可能にする。図１３Ｂ及び１３Ｄは、エンジンがＦＣモードで作動しており、空気タンクが、それぞれ、１０バール及び２０バールまで充填されているときに、エンジンのXovrEバルブについてのドウェルの使用を示している。ＦＣモードでのXovrEバルブのドウェリングは、空気タンクに貯留されている充填物の多くが膨張シリンダーに移送されるのを可能にする。図示のように、ドウェルは、ＦＣモードでのXovrCバルブについて、特に、タンク圧力が低い場合にかなり使用されている。タンク圧力が増大するにつれて、XovrCバルブをドウェルする必要性は低減するが、ドウェリングが有利である多くの点がマップ上にはまだ存している。図１３Ｂ及び１３Ｄに示されるように、ドウェルは、ＦＣモードでのXovrEバルブには少ない程度に使用されているが、しかしながら、それは多くの低速運転状態のためにまだ使用される。
【００８０】
図１３Ａ-１３Ｄは、１g/sのタンク充填率が使用されるときのＦＣモードでのドウェル使用を示している。図１４Ａ-１４Ｄは、一方において、タンク充填率が２g/sの２倍にされたときのＦＣモードでのドウェルが使用を示している。したがって、図１４Ａ-１４Ｄにおいては、膨張シリンダーに移送される圧縮充填物に対しての空気タンクに貯留された圧縮充填物の比は、図１３Ａ-１３Ｄよりも大きい。図１４Ａ及び１４Ｃに示されるように、ドウェルは、これらの運転状態下で、特にタンク圧力が低い場合に、XovrCバルブについてかなり使用されている。一方、図１４B及び１４Ｄに示されるように、ドウェルは、ＦＣモードでのXovrEバルブについては少ない程度に使用されるが、しかしながら、それは多くの低速運転状態のためにはまだ使用される。一実施形態において、ドウェルは、図１３Ａ-１４Ｄにおいてマップ化された状態の約７３％においてＦＣモードでのXovrCバルブに起こっており、一方、ドウェルは、図１３Ａ-１４Ｄにおいてマップ化された状態の約２１％においてＦＣモードでのXovrEバルブに起こっている。
【００８１】
本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、多くの変更が説明された本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。例えば、図９に示された一実施形態では、両方のクロスオーバーバルブは外方に開くポペットバルブであり、ドウェルカムとロストモーションシステムによって作動されている。しかしながら、このようなことは、必ずしもそうではない。例えば、クロスオーバーバルブの一方又は両方は、ドウェル区分が無いカムによって、又はカムの無いシステムを使用して作動させることができる。また、クロスオーバーバルブの一方又は両方は、内方に開口することができる。また、２つを超えるクロスオーバーバルブ、及び１つを超えるクロスオーバー通路であってもよい。吸気及び排気のバルブ、そのことについての、エンジン内の他のバルブはまた、クロスオーバーバルブに関して本明細書で説明されたドウェルカム及びロストモーションシステムによって作動させることができる。カムは、別個のカムシャフトに装着されても、又は同一のカムシャフトに取り付けられてもよい。本明細書に開示されたエンジンは、２つのシリンダーのみを有するものに限定されない。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全範囲を有することが意図されている。
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
2014508242.tif 000010
【図８】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【国際調査報告】
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