(57)【要約】一般に、１つ以上のエンジンバルブの選択的な不作動化を伴う装置及び関連する方法が開示されている。一実施形態では、エンジンバルブのロストモーションシステムの一部を形成する油圧タペットを充填及び排出するのに高速トリガーバルブが使用されている分割サイクル内燃機関が提供されている。スプールバルブが、当該タペットを当該トリガーバルブから選択的に切断し、それにより関連するエンジンバルブを不作動化する（すなわち、エンジンバルブが開くのを防止する）ために使用される。ここに開示された装置及び方法は、従来の内燃機関における用途をも有し、内向きに開く及び／又は外向きに開くバルブと共に使用することができる。
2014503752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のクロスオーバー入口バルブ、及び
第１のクロスオーバー出口バルブを備え、
当該第１のクロスオーバー入口バルブ及び当該第１のクロスオーバー出口バルブからなる群から選択される少なくとも１つのバルブが、選択的に不活動にされることができることを特徴とする分割サイクルエンジン。
【請求項２】
第２のクロスオーバー入口バルブ、及び
第２のクロスオーバー出口バルブをさらに備え、
当該第１のクロスオーバー入口バルブ、第２のクロスオーバー入口バルブ、第１のクロスオーバー出口バルブ、及び第２のクロスオーバー出口バルブからなる群から選択される少なくとも１つのバルブが、選択的に不活動にされることができることを特徴とする請求項１に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項３】
当該第１のクロスオーバー入口バルブ及び第１のクロスオーバー出口バルブは、第１のクロスオーバー通路への及び第１のクロスオーバー通路からの流体の流れを制御し、そして
第２のクロスオーバー入口バルブ及び第２のクロスオーバー出口バルブは、第２のクロスオーバー通路への及び第２のクロスオーバー通路からの流体の流れを制御することを特徴とする請求項２に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項４】
第１のクロスオーバー入口バルブ及び第２のクロスオーバー入口バルブは、第１のクロスオーバー通路への流体の流れを制御し、及び第１のクロスオーバー出口バルブ及び第２のクロスオーバー出口バルブは、第１のクロスオーバー通路からの流体の流れを制御することを特徴とする請求項２に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項５】
当該少なくとも１つのバルブは、外方に開くポペットバルブであることを特徴とする請求項２に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項６】
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２に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項７】
カムの動きが当該少なくとも１つのバルブに付与されるのを選択的に防止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２に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項８】
当該少なくとも１つのバルブは、調整可能な油圧タペットに作動可能に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項９】
当該調整可能な油圧タペットが油圧流体を排出されるか又は油圧流体で充填されるのを許容する、トリガーバルブをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項１０】
当該調整可能油圧タペットを当該トリガーバルブに選択的に流体連通させるように構成されたスプールバルブをさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項１１】
当該スプールバルブの位置を調整するように構成されたソレノイドをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項１２】
当該ソレノイドは、複数のスプールバルブの位置を調整するように構成されており、当該複数のスプールバルブの各々はクロスオーバー入口バルブ又はクロスオーバー出口バルブのそれぞれに対応することを特徴とする請求項１１に記載の分割サイクルエンジン。
【請求項１３】
エンジンバルブを制御する方法であって、
当該エンジンバルブに作動可能に結合された調節可能な油圧タペットが、トリガーバルブと流体連通し、当該トリガーバルブが、当該タペットへの及びタペットからの流体の流れを制御するように、スプールバルブを位置付けることによってエンジンバルブを作動させること、及び
当該タペットが当該トリガーバルブから油圧切断されるように当該スプールバルブを位置付けることによってエンジンバルブを不作動にすることを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
当該スプールバルブを位置付けるために、ソレノイドを作動させることをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
バルブ作動システムであって、
調節可能な油圧タペットに結合されたベアリングエレメント、
当該ベアリングエレメントに運動を付与し、それによって当該ベアリングエレメントがカムの偏心部分とロッカーアームに形成されたロッカーパッドとの間に配置されたときに、当該ロッカーアームを回転させるように構成されたカム、
当該ロッカーアームに結合されたエンジンバルブであって、当該ロッカーアームの第１の方向への回転は当該エンジンバルブを開くのに有効であり、及び当該ロッカーアームの第１の方向と反対の第２の方向への回転は当該エンジンバルブを閉じるのに有効であるエンジンバルブ、
当該ベアリングエレメントの位置が調整され得るように、当該調節可能な油圧タペットが油圧流体を選択的に排出され、且つ油圧流体で充填されるのを許容するトリガーバルブ、
当該エンジンバルブが作動されるように、当該調節可能な油圧タペットが当該トリガーバルブと流体連通して配置される第１の形態と、当該エンジンバルブが不作動にされるように、当該調節可能な油圧タペットが、当該トリガーバルブと流体連通して配置される代わりに、当該トリガーバルブから油圧的に切断される第２の形態とを有するスプールバルブ、及び
当該スプールバルブを、第１の形態又は第２の形態に選択的に置くように構成されたソレノイド、
を備えることを特徴とするバルブ作動システム。
【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、７４１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、一つ以上のバルブが不作動化され得る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ものである。
【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】
「ロストモーション」システムもまた、バルブトレインに組み込まれ得る。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は、このようにして失われる。かかるシステムは、例えば、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許容する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
いくつかの状況では、（すなわち、バルブを閉じて保持するか又はバルブが開くのを防ぐために）完全にエンジンバルブを不作動にすることが望ましい。これは、分割サイクル又は分割サイクル空気ハイブリッドエンジンの部分負荷制御のために、特に望ましい。従って、１つ以上の関連するエンジンバルブの作動停止を可能にする改良されたバルブ作動システムが必要とされている。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
分割サイクル空気ハイブリッドエンジンは、空気タンクとさまざまな制御装置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態でエネルギーを空気貯留器内に蓄えるのを可能にする。空気貯留器内の圧縮された空気は、後でクランクシャフトに動力を付与すべく膨張シリンダー内で使用される。一般的に、本明細書で称される分割サイクル空気ハイブリッドエンジンは、クランクシャフト軸線を中心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（ポート）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格納し、且つ膨張シリンダーに圧縮空気を配送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。
【００１１】
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例示的な一実施形態を示す図である。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によって閉じられている。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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、外方に開く（シリンダーとピストンから外方に離れて開く）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、外方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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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を含むことができ、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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排出量削減に多くの利点を提供することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
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１４２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１４２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１４２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１４２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。
【００２９】
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。
【００３０】
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】
【００３１】
一般に、１つ以上のエンジンバルブの選択的な不作動化を伴う装置及び関連する方法が開示されている。一実施形態では、エンジンバルブのロストモーションシステムの一部を形成する油圧タペットを充填及び排出するのに高速トリガーバルブが使用されている分割サイクル内燃機関が提供されている。スプールバルブが、当該タペットを当該トリガーバルブから選択的に切断し、それにより関連するエンジンバルブを不作動化する（すなわち、エンジンバルブが開くを防止する）ために使用される。本明細書に開示された装置及び方法は、従来の内燃機関における用途をも有し、内向きに開く及び／又は外向きに開くバルブと共に使用することができる。
【００３２】
本発明の少なくとも一つの実施形態の一態様では、第１のクロスオーバー入口バルブ、及び第１のクロスオーバー出口バルブを含む、分割サイクルエンジンが提供される。当該第１のクロスオーバー入口バルブ及び当該第１のクロスオーバー出口バルブからなる群から選択される少なくとも１つのバルブが、選択的に不活動にされ得る。
【００３３】
本発明の少なくとも一つの実施形態の別の態様では、エンジンバルブを制御する方法が提供される。当該方法は、当該エンジンバルブに作動可能に結合された調節可能な油圧タペットが、トリガーバルブと流体連通し、当該トリガーバルブが、当該タペットへの及びタペットからの流体の流れを制御するように、スプールバルブを位置付けることによってエンジンバルブを作動させることを含む。当該方法はまた、当該タペットが当該トリガーバルブから油圧切断されるように当該スプールバルブを位置付けることによってエンジンバルブを不作動にすることを含んでいる。
【００３４】
本発明の少なくとも一つの実施形態の別の態様では、調節可能な油圧タペットに結合されたベアリングエレメント、及び当該ベアリングエレメントに運動を付与し、それによって当該ベアリングエレメントがカムの偏心部分とロッカーアームに形成されたロッカーパッドとの間に配置されたときに、当該ロッカーアームを回転させるように構成されたカム、を含むバルブ作動システムが提供される。当該システムはまた、当該ロッカーアームに結合されたエンジンバルブであって、当該ロッカーアームの第１の方向への回転は当該エンジンバルブを開くのに有効であり、及び当該ロッカーアームの第１の方向と反対の第２の方向への回転は当該エンジンバルブを閉じるのに有効であるエンジンバルブを含む。当該システムはまた、当該ベアリングエレメントの位置が調整され得るように、当該調節可能な油圧タペットが油圧流体を選択的に排出され、且つ油圧流体で充填されるのを許容するトリガーバルブ、及び当該エンジンバルブが作動されるように、当該調節可能な油圧タペットが当該トリガーバルブと流体連通して配置される第１の形態と、当該エンジンバルブが不作動にされるように、当該調節可能な油圧タペットが、当該トリガーバルブと流体連通して配置される代わりに、当該トリガーバルブから油圧的に切断される第２の形態とを有するスプールバルブを含む。当該システムはまた、当該スプールバルブを、第１の形態又は第２の形態に選択的に置くように構成されたソレノイドを含んでいる。
【００３５】
本発明はさらに、特許請求された装置、システム、及び方法を提供している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
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、本発明に係る先行技術の分割サイクル空気ハイブリッドエンジンの一実施形態の概略断面図である。
【図２Ａ】図２Aは、本発明に係る分割サイクルエンジンのクロスオーバー通路の一実施形態の概略断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明に係る分割サイクルエンジンのクロスオーバー通路の別の実施形態の概略断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明に係る分割サイクルエンジンのクロスオーバー通路の別の実施形態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、本発明に係るバルブ不作動化システムの一実施形態の概略図であり、エンジンバルブは作動されている。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａのバルブ不作動化システムの概略図であり、エンジンバルブが不作動化されている。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
本明細書に開示されるエンジンを最大効率で運転させるためには、種々のエンジンバルブの開くパラメータを変化させること、そして、ある場合には、バルブの１つ以上を不作動にすることが望ましい。本明細書で使用されるとき、バルブを「不作動化する」とは、バルブを閉鎖位置に積極的に保持すること及び/又はバルブが開くことを防止することを含む。バルブの不作動化は、複数のクロスオーバー通路又は単一のクロスオーバー通路内に複数の入口及び/又は出口のバルブを含んでいるエンジンにおいて特に有利である。例えば、エンジンが、低速又は低負荷で作動しているときには、エンジンが単一のクロスオーバー通路でのみ作動するか、又は単一の組のクロスオーバーバルブを使用して作動するように、一つ以上のバルブが不作動化されてもよい。これは、エンジンが経験する寄生損失を低減し、圧縮比を増加させ、そして作動安定性及び効率を向上させることができる。
【００４０】
図２A〜２Cは、クロスオーバー通路及び関連するバルブの様々な構成を示している。図２Aは、図１のクロスオーバー通路１１２の上から見た断面図を示す。図示のように、クロスオーバー通路の入口は、XovrCバルブ１１４を作動させることによって選択的に開閉される。同様に、クロスオーバー通路１１２の出口は、XovrEバルブ１１６を作動させることによって選択的に開閉される。図２Bは、複数のクロスオーバー通路１１２‘が設けられている分割サイクルエンジンの別の実施形態を示す。各クロスオーバー通路１１２‘は、それ自体のそれぞれのXovrCバルブ１１４'及びXovrEバルブ１１６'を含んでいる。図２Cはまた、分割サイクルエンジンの別の実施形態を示し、そこでは複数のクロスオーバー通路１１２A”、１１２B”が、様々な負荷範囲の要求に対応する件については、複数の通路の大きさを有して設けられている。図示の実施形態では、その関連してより小さいXovrCバルブ１１４A”及びXovrEバルブ１１６A”を備えている、それぞれより小さいクロスオーバー通路１１２A”が、所定の負荷範囲の下側部分のために使用されるであろう。さらに、それに関連してより大きいXovrCバルブ１１４B”及びXovrEバルブ１１６B”を備えている、 それぞれより大きいクロスオーバー通路１１２B”が、その所定の負荷範囲の中間部分のために使用されるであろう。最後に、組合された２本のクロスオーバー通路１１２A"、１１２B"が、同じ所定の負荷範囲の上側部分のために使用されるであろう。
【００４１】
図３A〜３Cは、エンジンバルブの様々なパラメータ（すなわち、バルブの開くタイミング、開く速度、開成期間等を変化させるように、カム輪郭によって禁止されているバルブ運動を変更すること）を調整するのに適したバルブトレインの例示的な一実施形態を示している。なお、図示のバルブトレインは、１つの例示的な実施形態であり、そして任意の様々なバルブトレインが本発明の範囲から逸脱することなく使用され得ることが理解されるであろう。図示のバルブトレインは、膨張ピストンが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において特に有用である。これらのエンジンでは、クロスオーバーバルブ（すなわち、１１４、１１６）の動的な作動が非常に過酷である。これは、クロスオーバーバルブは、通常、約１８０°ＣＡの期間バルブを作動させる従来のエンジンに比べて、クランクシャフト回転の非常に短い期間内（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。その結果、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４〜６倍程度速く作動するのが必要とされている。このように、バルブトレインは比較的速い作動速度が可能でなければならない。図示のバルブトレインは、分割サイクルエンジンのXovrC及びXovrEクロスオーバーバルブを限定無く含み、エンジンのいずれものバルブを作動させるために使用することができる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、外方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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。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。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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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の筒状の入れ子式半体を含むことができる。後述するように、タペットは、流体制御システムによって作動される。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。流体制御システムは、タペット３４０の長さLが実質的に一定のままであるように、タペット３４０内の作動流体を保持するように構成されている。流体制御システムはまた、タペット３４０から流体を部分的又は完全に排出するように構成され、タペット３４０が部分的又は完全に縮むのを許容し、従って、その長さLを減少させている。流体制御システムはまた、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、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、流体制御システムは、タペットの長さLが略一定のままであり、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に移送されてシート３１６からそれをリフトするように、タペット３４０内に所定量の作動液の維持している。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。
【００５８】
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、流体制御システムは、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、そ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、流体制御システムは、タペット３４０が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り、その場合にはバルブ３０６が部分的に閉じるのみとなるように、流体がタペット３４０から脱出するのを暫時許容し、その後再度、タペット３４０内の流体のレベルを維持することができる。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、流体制御システムは、バルブ３０６が完全に閉じるのを許容するために、タペット３４０が十分に離れて圧縮するのを許容することができる。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
なお、バルブ３０６は、カムの全回転に亘り図３Cに示される位置にベアリングエレメント３３６を維持することによって、完全に不作動化され得ることが理解されるであろう。換言すれば、仮に、ベアリングエレメント３３６がカム３０２とロッカー３０４との間から十分に引き出されるように、タペット３４０が低減された長さの形態で維持されるなら、カムの動きのいずれもバルブ３０６に付与されず、且つバルブ３０６は閉じたままになろう。
【００６２】
可変バルブ作動機能及び／又はロストモーション機能を組み込んだバルブトレインに関するさらなる詳細は、「カムフェーザーを備えるロストモーション可変バルブ作動システム」と題され、本願と同日に出願された米国特許出願第１３/３５９、５２１号に見出され、その全体が本明細書に参照により組み込まれている。
【００６３】
図４A〜４Bは、第１及び第２のエンジンバルブ４０６A、４０６Bを作動させるためのバルブ不作動化及び流体制御システム４００の一実施形態を示す。バルブ４０６A、４０６Bは、吸気弁、排気弁、及び／又はクロスオーバーバルブであってもよく、内方に開くバルブ、又は外方に開くバルブであってもよい。一実施形態において、バルブ４０６Aは、圧縮シリンダーと第１のクロスオーバー通路との間の空気の流れを制御する外方に開くXovrCバルブであり、弁４０６Bは、圧縮シリンダーと第２のクロスオーバー通路との間の空気の流れを制御する外方に開くXovrCバルブである。
【００６４】
当該システム４００は、高速トリガーバルブ４５４、バネ荷重油圧アキュムレータ４５６、及びバルブ不作動化ソレノイドバルブ４６０によって作動されるスプールバルブ４５８を含んでいる。１つ以上のチェックバルブ４６２、４６４もまた、システム４００に含まれている。油圧入力ライン４６６が、油圧流体の供給源（すなわち、エンジンオイル供給源）と流体連通するように配置されている。第１及び第２のタペット出力ライン４６８A、４６８Bは、それぞれの調整可能な油圧タペット４４０A、４４０Bと流体連通するように配置され、当該油圧タペット４４０A、４４０Bは第１及び第２のエンジンバルブ４０６A、４０６Bのそれぞれのバルブトレインに順に結合されている。
【００６５】
作動において、スプールバルブ４５８は少なくとも２つの位置の間で選択的に移動される。「作動化」位置において、第２のタペット４４０Bに結合されているエンジンバルブ４０６Bは、カムによって要求される（又は関連するロストモーションシステムによって要求される）ように、開き且つ閉じることができる。「不作動化」位置では、エンジンバルブ４０６Bは閉じた位置に維持される。
【００６６】
図４Aは、スプールバルブ４５８が「作動化」の位置にあるときのシステム４００の作動を示す。この形態では、入力ライン４６６を介して供給された作動油が、チェックバルブ４６２を介して、トリガーバルブ４５４に結合された流体チャンバー４７２及びアキュムレータ４５６へ流れる。例示されている実施形態においてはバネ荷重アキュムレータ４５６が示されているが、任意のタイプの低圧力源が、本発明の範囲から逸脱することなく用いられてもよい。チェックバルブ４６２は、有利には、油圧流体の供給源から流体チャンバー４７２を隔離し、かくてアキュムレータ４５６が供給圧力よりも高い圧力を供給することを可能にする。アキュムレータ４５６は、流体チャンバー４７２内の作動油に力を及ぼし、トリガーバルブ４５４の入口に対して流体を強圧する。
【００６７】
ベアリングエレメント４３６A、４３６Bの１つ又は両方が、カム４０２A、４０２Bのベース円部分４１８A、４１８Bに接触しているときには、オイルがアキュムレータからチェックバルブ４６４とトリガーバルブ４５４（開いているなら）を通じて、出口ライン４７０に、そして最終的にタペット４４０A、４４０Bに流れ、それによって、その長さLを伸長する。タペット４４０A、４４０Bが、部分的又は完全に充填された後（すなわち、エンジンバルブ４０６Aを作動させるシステムの場合には、カム４０２Aの偏心部分４２６Aがベアリングエレメント４３６Aに接触する前）のある時点で、トリガーバルブ４５４は、トリガーバルブ出力ライン４７０及びタペット４４０A内の作動流体の体積をロックするために、閉じられる。作動流体は、比較的非圧縮性であるので、ロッカー４０４Aを反時計回りに回転させ、それによってエンジンバルブ４０６Aを開くべく、カム４０２Aの偏心部分４２６Aが、ベアリングエレメント４３６Aに当接した場合であっても、タペット４４０Aはその長さを維持する。エンジンバルブ４０６Aをカム４０２Aが要求しているのよりも早く（すなわち、ベアリングエレメント４３６Aが、カム４０２Aの偏心部分４２６Aに未だに接触している間に）閉じることが望まれる場合、トリガーバルブ４５４は開かれる。カム４０２Aとエンジンバルブスプリング（図示せず）とによって、このときにベアリングエレメント４３６Aに加えられる力は、タペット４４０Aを部分的もしくは完全に縮小させ、それによって油圧流体をタペット４４０Aの外に強排し、そしてトリガーバルブ４５４を通してアキュムレータ４５６へと戻すには十分である。換言すれば、タペット４４０Aから流体を排出する力は、流体がタペット４４０Aから流出し、そして、アキュムレータ４５６に流入するように、アキュムレータ４５６のバネを圧縮するのに必要な力より大きい。
【００６８】
代わりに、トリガーバルブ４５４は、ベアリングエレメント４３６Aが固体リフターのように作用し、そしてエンジンバルブ４０６Aがカムの輪郭に応じて開閉するように、カムの全回転に亘り閉じたままであってもよい。
【００６９】
タペット４４０Aは、それが今までに部分的または完全に排出された場合に、補充され得る。例えば、一旦カム４０２Aの偏心部分４２６Aが、ベアリングエレメント４３６Aを通過して回転すると、それによって印加される力はベアリングエレメント４３６Aから実質的に除去され、そしてアキュムレータ４５６によって流体チャンバー４７２内の流体に供給される力はタペット４４０Aを補充し伸長させるのには十分である。チェックバルブ４６４は、タペット４４０Aのリフィル中に、トリガーバルブ４５４をバイパスするか又はトリガーバルブ４５４を通る流量を増大させる流体経路を提供し、それによってタペットへの流れの全体的な速度を増加させることができる。
【００７０】
スプールバルブ４５８が図４Aに示すような形態の場合、第２のタペット４４０Bは、第１のタペット４４０Aと実質的に同じように作動する。特に、スプールバルブ４５８は、トリガーバルブ出力ライン４７０と第２のタペット出力ライン４６８Bとの間の流体の流れを許容するように配置されているので、トリガーバルブ４５４は、第１のタペット供給ライン４６８Aによるのと同じように、第２のタペット供給ライン４６８Bをアキュムレータ４５６から選択的に（すなわち、開閉することによって）切り離することができる。
【００７１】
しかしながら、スプールバルブ４５８が図４Bに示すような形態の場合、
第２のエンジンバルブ４０６Bは不作動化される。この形態において、スプールバルブ４５８は、トリガーバルブ出力ライン４７０と第２のタペット出力ライン４６８Bとの間の流体連通を遮断している。代わりに、スプールバルブ４５８は、第２のタペット出力ライン４６８Bを流体チャンバー４７２と流体連通状態に置いている。したがって、トリガーバルブ４５４の状態にかかわらず、第２のタペット４４０Bは、バルブトレインによって加えられる力に比べてタペット４４０B内の作動流体に比較的弱い力を供給するアキュムレータ４５６と流体連通している。従って、この位置では、タペット４４０Bは、ベアリングエレメント４３６Bがカム４０２Bのベース円部分４１８Bと接触しているときに、アキュムレータ４５６の圧力下で充填するが、カム４０２Bの偏心部分４２６Bがベアリングエレメント４３６Bに係合すると直ちに排出を開始する。タペット４４０Bは、カム４０２Bのリフト部分の間には充填されたままではないので、エンジンバルブ４０６Bは、カムの全回転に亘って閉じられたままであり、従って、「」されている。エンジンバルブ４０６Bが不作動化されている間に発生するタペット４４０Bの充填及び/又は排出は、有利には、様々なバルブトレインの構成部品（すなわち、ベアリングエレメント４３６B、ロッカー４０４B、及びカム４０２B）をお互いに実質的に一定の接触状態に保つことが理解されるであろう。これは、バルブトレインの構成部品が接触を取り戻すときに生成される過剰な力を防止し、それによりエンジンへの損傷を防止する。
【００７２】
スプールバルブ４５８の形態は、様々な技術のいずれかを用いて変更することができる。図示の実施形態では、バルブ不作動化ソレノイド４６０がスプールバルブ４５８の形態を変更するために設けられている。図示のように、スプールバルブ４５８は、一般的に、内部に往復可能に配置されたスプール４７６を備える流体シリンダー４７４を備えている。付勢スプリング４７８がスプール４７６をシリンダー４７４の底部（すなわち、バルブの「作動化」位置）に向かって付勢している。バルブ不作動化ソレノイド４６０が励磁されると、スプール４７６を付勢バネ４７８に対抗して上方に移動させ、そしてスプールバルブ４５８を「不作動化」位置に置くべく、作動流体がシリンダー４７４に供給される。ソレノイド４６０が非励磁状態にある場合には、付勢バネ４７８がスプール４７６を下方に「作動化」位置に移動させるように、シリンダー４７４が排出すべく結合される。ソレノイドピン４８０はまた、直接に、スプール４７６に結合することができ、その場合、ソレノイドピンの直線運動がスプール４７６の同一の直線運動の結果となる。バルブ不作動化ソレノイド４６０は、ソレノイド出力ライン４７３を複数のスプールバルブ４５８（各スプールバルブは各エンジンバルブに対応する）に接続することにより、複数のエンジンバルブ４０６の不作動化を制御するように構成することができる。
【００７３】
かくて、図示のシステム４００は、第１のエンジンバルブ４０６Aの作動に影響を与えることなく、第２のエンジンバルブ４０６Bを選択的に不作動化することができる。図示の実施形態では、単一の高速トリガーバルブ４５４が、１つ以上のエンジンバルブ対について、バルブ４０６Bの選択的な不作動化を達成するために、比較的低速なソレノイド４６０とスプールバルブ４５８と組み合わせて使用されている。このシステムを使用することによって、各バルブ４０６A、４０６Bがそれ自身に関連付けられた高速トリガーバルブを有するものに代わり、かなりの利点が得られることが理解されるであろう。例えば、エンジンの全体のサイズ及びコストが、独立した高速トリガーバルブの代わりにより小型でより安価なソレノイドバルブを使用することによって、減少する。加えて、ソレノイドバルブを作動させるのに必要な電力は、高速トリガーバルブを作動させるのに必要なのよりも小さいので、さらに、エンジンの全体の寄生損失が低減される。
【００７４】
これらの利点にもかかわらず、一実施形態では、バルブ不作動化ソレノイド４６０とスプールバルブ４５８が、第２のトリガーバルブの方を好んで、省略されており、この場合には、第２のエンジンバルブ４０６Bが上述の第１のエンジンバルブ４０６Aと実質的に同様にして作動される。このような実施形態では、エンジンバルブの一方または両方は、エンジンバルブの関連するトリガーバルブを単に開位置に保持することによって、独立して、不作動化することができる。
【００７５】
本明細書に開示されたエンジン及びバルブトレインは、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る。ある特定の実施形態では、本発明に係るエンジン及びバルブトレインは、少なくとも約４０００ｒｐｍ、好ましくは約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。
【００７６】
本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、多くの変更が本発明の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４A及び図４Bに示される一実施形態では、両方のエンジンバルブは外方に開くクロスオーバーポペットバルブであり、可変バルブ作動システムと共にドウェルカムによって作動される。しかしながら、これは必ずしも常にそうではない。
【００７７】
例えば、クロスオーバーバルブの一方または両方は、ドウェル区分を有さないカム又はカムの無いシステムを用い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または両方は、内方に開くことができる。また、２つ以上のクロスオーバーバルブ、及び複数のクロスオーバー通路があり得る。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、本明細書に開示されたシステムを用いて、作動及び／又は不作動にすることができる。カムは、別個のカムシャフトに取り付ける又は同一のカムシャフトに取り付けることができる。一実施形態では、エンジンバルブ４０６A、４０６Bは、同一のカムによって作動される。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、説明され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】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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