(57)【要約】  内燃エンジンのためのバルブ作動システムが開示される。エンジンが、第１のセットの排気バルブを有する第１のセットのシリンダと、第２のセットの排気バルブを有する第２のセットのシリンダとを有する。排気バルブのためのバルブ作動システムが、バルブ作動モーションを第１のセットの排気バルブに伝達するように適合される圧縮解放ローブ及び主排気ローブを有する１つ又は複数の第１のカムと、バルブ作動モーションを第２のセットの排気バルブに伝達するように適合される排気バルブ早期開放（ＥＥＶＯ）ローブ及び主排気ローブを有する１つ又は複数の第２のカムとを有する。バルブ作動システムが、２つのセットのシリンダのための、（ｉ）圧縮解放作動を伴うか又は伴わない主要な排気バルブ作動と、（ｉｉｉ）ＥＥＶＯを伴うか又は伴わない主要な排気バルブ作動との任意の組み合わせを実現することができる。
2015508144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのシリンダと、各シリンダと排気マニホルドとの間を選択的に連通させる少なくとも１つの排気バルブとを有する内燃エンジンにおいて、前記エンジンを動作させ及び各シリンダで排気バルブを作動させる方法であって、
第１のシリンダに付随する第１の排気バルブにバルブ動作モーションを伝達するように適合される圧縮解放ローブ及び主排気ローブを有する１つ又は複数の第１のカムを用意するステップと、
第２のシリンダに付随する第２の排気バルブにバルブ作動モーションを伝達するように適合される排気バルブ早期開放ローブ及び主排気ローブを有する１つ又は複数の第２のカムを用意するステップと、
動作の第１のポジティブ・パワー・モードで前記エンジンを動作させるステップであって、このモードでは、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが圧縮解放事象のために作動されることなく主要な排出事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが排気バルブ早期開放事象のために作動されることなく主要な排出事象のために作動される、ステップと
を含む方法。
【請求項２】
動作の第２のポジティブ・パワー・モードで前記エンジンを動作させるステップであって、このモードでは、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが圧縮解放事象のために作動されることなく主要な排出事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、ステップ
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
動作の第３のポジティブ・パワー・モードで前記エンジンを動作させるステップであって、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、ステップ
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
動作の第１のエンジン制動モードで前記エンジンを動作させるステップであって、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、ステップ
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
動作の第１のエンジン制動モードで前記エンジンを動作させるステップであって、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、ステップ
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
動作の第３のポジティブ・パワー・モードで前記エンジンを動作させるステップであって、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、ステップ
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
動作の第１のエンジン制動モードで前記エンジンを動作させるステップであって、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、ステップ
をさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
動作の第１のエンジン制動モードで前記エンジンを動作させるステップであって、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、ステップ
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記１つ又は複数の第１のカムが、圧縮解放ローブ及び主排気ローブを有する単一の第１のカムから構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ又は複数の第２のカムが、排気バルブ早期開放ローブ及び主排気ローブを有する単一の第２のカムから構成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記１つ又は複数の第２のカムが、排気バルブ早期開放ローブ又は主排気ローブのうちの１つを各々が有する２つのカムから構成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記１つ又は複数の第１のカムが、圧縮解放ローブ又は主排気ローブのうちの１つを各々が有する２つのカムから構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記１つ又は複数の第２のカムが、排気バルブ早期開放ローブ及び主排気ローブを有する単一の第２のカムから構成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記１つ又は複数の第２のカムが、排気バルブ早期開放ローブ又は主排気ローブのうちの１つを各々が有する２つのカムから構成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
第１のセットの排気バルブを有する第１のセットのシリンダ及び第２のセットの排気バルブを有する第２のセットのシリンダを有する、内燃エンジンのためのバルブ作動システムであって、前記バルブ作動システムが、
バルブ作動モーションを前記第１のセットの排気バルブに伝達するように適合される圧縮解放ローブ及び主排気ローブを有する１つ又は複数の第１のカムと、
バルブ作動モーションを前記第２のセットの排気バルブに伝達するように適合される排気バルブ早期開放ローブ及び主排気ローブを有する１つ又は複数の第２のカムと、
前記第１のカムを前記第１のセットの排気バルブに接続させ、前記第２のカムを前記第２のセットの排気バルブに接続させる１つ又は複数のバルブ・トレーン要素と
を備える、バルブ作動システム。
【請求項１６】
前記第１のセットの排気バルブが圧縮解放事象のために作動されることなく主要な排出事象のために作動され、前記第２のセットの排気バルブが排気バルブ早期開放事象のために作動されることなく主要な排出事象のために作動される、動作の第１のポジティブ・パワー・モードにおいて、
前記１つ又は複数のバルブ・トレーン要素、第１のカム及び第２のカムを使用して、前記エンジンを動作させるように適合されるエンジン制御装置
をさらに備える、請求項１５に記載のバルブ作動システム。
【請求項１７】
前記エンジン制御装置が動作の第２のポジティブ・パワー・モードで前記エンジンを動作させるようにさらに適合され、このモードでは、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが圧縮解放事象のために作動されることなく主要な排出事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、請求項１６に記載のバルブ作動システム。
【請求項１８】
前記エンジン制御装置が動作の第３のポジティブ・パワー・モードで前記エンジンを動作させるようにさらに適合され、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、請求項１７に記載のバルブ作動システム。
【請求項１９】
前記エンジン制御装置が動作の第１のエンジン制動モードで前記エンジンを動作させるようにさらに適合され、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、請求項１８に記載のバルブ作動システム。
【請求項２０】
前記エンジン制御装置が動作の第１のエンジン制動モードで前記エンジンを動作させるようにさらに適合され、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、請求項１７に記載のバルブ作動システム。
【請求項２１】
前記エンジン制御装置が動作の第３のポジティブ・パワー・モードで前記エンジンを動作させるようにさらに適合され、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、請求項１６に記載のバルブ作動システム。
【請求項２２】
前記エンジン制御装置が動作の第１のエンジン制動モードで前記エンジンを動作させるようにさらに適合され、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、請求項２１に記載のバルブ作動システム。
【請求項２３】
前記エンジン制御装置が動作の第１のエンジン制動モードで前記エンジンを動作させるようにさらに適合され、前記第１のシリンダ内の前記第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、前記第２のシリンダ内の前記第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される、請求項１６に記載のバルブ作動システム。
【請求項２４】
前記１つ又は複数の第１のカムが、圧縮解放ローブ及び主排気ローブを有する単一の第１のカムから構成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記１つ又は複数の第２のカムが、排気バルブ早期開放ローブ及び主排気ローブを有する単一の第２のカムから構成される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記１つ又は複数の第２のカムが、排気バルブ早期開放ローブ又は主排気ローブのうちの１つを各々が有する２つのカムから構成される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記１つ又は複数の第１のカムが、圧縮解放ローブ又は主排気ローブのうちの１つを各々が有する２つのカムから構成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
前記１つ又は複数の第２のカムが、排気バルブ早期開放ローブ及び主排気ローブを有する単一の第２のカムから構成される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記１つ又は複数の第２のカムが、排気バルブ早期開放ローブ又は主排気ローブのうちの１つを各々が有する２つのカムから構成される、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、内燃エンジン内のエンジン燃焼室バルブを制御するためのシステム及び方法に関する。詳細には、本発明は、必須ではないが好適にはロスト・モーション・エンジン制動及び排気バルブ早期開放（ＥＥＶＯ：ｅａｒｌｙ  ｅｘｈａｕｓｔ  ｖａｌｖｅ  ｏｐｅｎｉｎｇ）を含めた、１つ又は複数のエンジン・バルブのロスト・モーション（ｌｏｓｔ  ｍｏｔｉｏｎ）・エンジン・バルブ作動を実現するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸入バルブ及び排気バルブなどのエンジン燃焼室バルブは、通常、バルブ閉位置に向かうようにばね付勢される。多くの内燃エンジンでは、エンジン・バルブが、エンジン内の一定のプロファイル・カムすなわちバルブ・トレーン要素によって開閉され得る。より具体的には、バルブが、各々のカムの一体部分であってよい一定の１つ又は複数のローブによって開閉され得る。一部の事例では、一定のプロファイル・カムを使用することでエンジン・バルブ上昇のタイミング及び／又は量を調整することが困難となる可能性がある。しかし、ポジティブ・パワー動作（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｐｏｗｅｒ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）対エンジン制動動作などの種々のエンジン運転条件に対して、又は、ポジティブ・パワー動作時及びエンジン制動動作時での種々のエンジン速度に対して、バルブ開放時間及び／又は上昇を調整することが所望される可能性がある。
【０００３】
一定のカム・プロファイルが与えられる場合のバルブ・タイミング及び上昇を調整する方法は、エンジン・バルブとカムとの間のバルブ・トレーン連結部（ｖａｌｖｅ  ｔｒａｉｎ  ｌｉｎｋａｇｅ）に「ロスト・モーション」デバイスを組み込むことである。ロスト・モーションは、可変長の機械式手段、液圧式手段又は別の連結手段を備えるカム・プロファイルによって決定されるバルブ・モーションを修正するための技術的解決策の分野に適用される用語である。ロスト・モーション・システムは、カムとエンジン・バルブとの間のバルブ・トレーン・リンケージに含まれる可変長デバイスを備えることができる。カム上のローブ（複数可）が、一定範囲のエンジン運転条件で必要となる「最大（最長の休止及び最大の上昇）」モーションを実現することができる。可変長デバイス（又は、ロスト・モーション・システム）は完全膨張時にすべてのカム・モーションをバルブに伝達することができ、完全収縮時にはカム・モーションをバルブに伝達しないか又は減少した量のカム・モーションをバルブに伝達する。ロスト・モーション・システムの長さを選択的に減少させることにより、カムによりバルブに与えられるモーションの一部又はすべてが効果的に減少され得るか又は「損失」され得る。
【０００４】
液圧ベースのロスト・モーション・システムは、液圧式に延出可能及び格納可能であるピストン組立体を使用することを介して可変長デバイスを提供することができる。ピストンが液圧チャンバ内に格納されるときにデバイスの長さが縮小され得、ピストンが液圧チャンバから延出されるときにデバイスの長さが増大され得る。別法として、液圧ベースのロスト・モーション・システムは、エンジン・バルブを作動させるために液圧流体を選択的に充填される、マスタ・ピストン及びスレーブ・ピストンを含む液圧回路を利用することもできる。マスタ・ピストンへのバルブ作動モーションの入力を「損失」させることが所望される場合にはマスタ回路及びスレーブ回路から液圧流体を空にすることができ、マスタ・ピストンからスレーブ・ピストン及びエンジン・バルブまでモーションを伝達することが所望される場合には回路に液圧流体を充填することができる。液圧チャンバ又は液圧回路に入る液圧流体の流れ及び液圧チャンバ又は液圧回路から出る液圧流体の流れを制御するために、１つ又は複数の液圧流体制御バルブが使用され得る。
【０００５】
可変バルブ作動（ＶＶＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ａｃｔｕａｔｉｏｎ）システムとして知られるロスト・モーション・システムの１つのタイプが複数のレベルのロスト・モーションを実現することができる。液圧式のＶＶＡシステムが、マスタ・ロスト・モーション・ピストンとスレーブ・ロスト・モーション・ピストンとの間の液圧チャンバ又は液圧回路内の液圧流体の量を迅速に変化させるために、本明細書でトリガ・バルブと称される高速制御バルブを採用することができる。トリガ・バルブはチャンバ又は回路から液圧流体を迅速に排水することが可能となり得、それにより、ロスト・モーション・システムがエンジン・バルブ事象（ｅｖｅｎｔ）のうちの一部を選択的に損失させてバルブ作動のレベルを変化させことが可能となる。
【０００６】
米国特許第５，６８０，８４１号のロスト・モーション・システムでは、エンジン・カム・シャフトが、その液圧チャンバからスレーブ・ピストンの液圧チャンバまで流体を変位させるマスタ・ピストンを作動させることができる。次いで、スレーブ・ピストンがエンジン・バルブを開けるようにエンジン・バルブに作用する。ロスト・モーション・システムは、マスタ・ピストン及びスレーブ・ピストンのチャンバを有する液圧回路に連通されるソレノイド・トリガ・バルブ（ｓｏｌｅｎｏｉｄ  ｔｒｉｇｇｅｒ  ｖａｌｖｅ）を有することができる。ソレノイド・バルブは、マスタ・ピストンに対して特定のカム・ローブが作用するときに回路内の液圧流体を維持するために閉位置で維持され得る。ソレノイド・バルブが閉じられている限り、スレーブ・ピストン及びエンジン・バルブはマスタ・ピストンのモーションによって変位される液圧流体に直接に反応することになり、マスタ・ピストンはそれに作用するカム・ローブに反応して往復運動する。ソレノイドが開かれると、回路が排水され得、マスタ・ピストンによって発生する液圧の一部又はすべてが回路によって吸収され得、スレーブ・ピストン及びエンジン・バルブを変位させることに適用されることはない。
【０００７】
ロスト・モーション・システムから得られるエンジンの利益は、従来の主要な（ｍａｉｎ）吸入事象及び排出事象に加えて補助的なバルブ上昇を可能にするために追加のローブ又はバンプを備える複雑なカム・プロファイルを作ることによって達成され得る。エンジン排気バルブの多数の独特な作動形態が、複数のローブを備えるカムを有するロスト・モーション・システムによって作られ得る。このロスト・モーション・システムは、排出カム上に設けられるローブの取り合わせから可能となるバルブ上昇の種々の組み合わせを選択的にキャンセル又は起動させるのに使用され得る。その結果、エンジンのポジティブ・パワー動作及びエンジン制動動作の両方を大幅に改善することができる。
【０００８】
本発明の実施例に従って動作するロスト・モーション・システム及び方法によって可能となる１つの特定のエンジン・バルブ作動は圧縮解放（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｒｅｌｅａｓｅ）によるエンジン制動動作である。エンジンの制動時、排気バルブが選択的に開かれ得、それにより、少なくとも一時的に内燃エンジンが空気圧縮機に変換される。この空気圧縮機の効果は、圧縮解放タイプの制動のために、ピストン上死点の位置の近くの１つ又は複数の排気バルブを部分的に開くことにより達成され得るか、或は、ブリーダ・タイプの制動のために、ピストン・モーションの大部分又はすべてにおいて１つ又は複数の排気バルブを部分的な開位置で維持することにより達成され得る。これにより、エンジンが車両を減速させるのを補助するための制動馬力（ｒｅｔａｒｄｉｎｇ  ｈｏｒｓｅｐｏｗｅｒ）を発生させる。これにより、車両に対するオペレータの制御を向上させることができ、車両の常用ブレーキの摩耗を大幅に低減することができる。適切に設計されて調整されたエンジン・ブレーキは、ポジティブ・パワーでのエンジンによって発生される動作馬力（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｈｏｒｓｅｐｏｗｅｒ）のレベルの大部分に相当するか又はそれを超える制動馬力を発生させることができる。
【０００９】
本発明の実施例によるロスト・モーション・システム及び方法を使用することによって可能となり得る別のエンジン・バルブ作動は、エンジンのポジティブ・パワー動作時の排気バルブ早期開放（ＥＥＶＯ）である。ＥＥＶＯは、エンジンの排出ストロークにおいて、シリンダ・ピストンの排出ストロークのために排気バルブが通常開かれる時間より早い時間にエンジン排気バルブを開くプロセスを意味する。本発明の実施例はＥＥＶＯのために１つ又は複数のエンジン排気バルブを選択的に開くことを企図し、これは、排出ストロークにおいてエンジン・ピストンの上死点（ＴＤＣ）の位置の直後という程度の早さ且つ排出ストロークのＴＤＣを９０°のクランク角の分だけ経過する程度の遅さで開始される。ポジティブ・パワー動作時、ＥＥＶＯ動作により、限定しないが、以下を含む１つ又は複数の利点が得られる：（ｉ）過渡性能を改善することを目的としてターボチャージャ速度を向上させてターボ・ラグを低減するために下流の排出経路に燃焼エネルギーを提供すること、（ｉｉ）給気圧を増大することにより低いエンジン速度で高いトルクを発生させること、及び、（ｉｉｉ）エンジン後処理システムをより迅速に暖めるために（又は、高い温度を維持するために）エンジン後処理システムに排出エネルギー（熱）を送出し、それにより、エンジン後処理システムの効率を向上させることができ、さらにそれにより、必要となるそのサイズ及びコストを低減することができること。したがって、エンジン運転条件に反応して選択的にＥＥＶＯを実現することができるバルブ作動システムが必要とされる。
【００１０】
本発明のシステム及び方法の実施例は、エンジン排気バルブを使用することにより圧縮解放によるエンジン制動及びＥＥＶＯの両方を実現することが可能であることが有利であることを認めるものである。したがって、圧縮解放によるエンジン制動及びＥＥＶＯ、並びに／又は、可能性として別のエンジン・バルブ作動を実現することを目的として２つ以上のエンジン・バルブを制御するために、単一の制御バルブ、好適にはトリガ・バルブを利用するロスト・モーション・システム、具体的には可変バルブ作動ロスト・モーション・システムが必要とされる。
【００１１】
エンジンを製造するには、スペース及び重量を考慮することも重要な問題である。したがって、バルブを作動させる役割を有するエンジン・サブシステムのサイズ及び重量を低減することが望ましい。本発明の一部の実施例は、ポジティブ・パワー・エンジン動作時のＥＥＶＯ及びエンジン制動動作時の圧縮解放による制動を選択的に実現するための単純なオン・オフ・ロスト・モーション・システムを提供することによりこれらの需要を満たすことを対象とする。
【００１２】
本発明の種々の実施例が上で言及した需要のうちの１つ又は複数を満たすことができ、さらには別の利点を提供することができる。本発明の別の利点の一部が以下の説明に記載され、さらに一部が本説明を読むことにより及び／又は本発明を実施することにより当業者には明確となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第５，６８０，８４１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
出願人は、少なくとも２つのシリンダと、各シリンダと排気マニホルドとの間を選択的に連通させる少なくとも１つの排気バルブとを有する内燃エンジンにおいて、エンジンの動作及び各シリンダでの排気バルブの作動の革新的な方法を開発した。この方法は以下のステップを含む：第１のシリンダに付随する第１の排気バルブにバルブ作動モーションを伝達するように適合される圧縮解放ローブ及び主排気ローブを有する１つ又は複数の第１のカムを用意するステップと；第２のシリンダに付随する第２の排気バルブにバルブ作動モーションを伝達するように適合される排気バルブ早期開放ローブ及び主排気ローブを有する１つ又は複数の第２のカムを用意するステップと；動作の第１のポジティブ・パワー・モードでエンジンを動作させるステップであって、このモードでは、第１のシリンダ内の第１の排気バルブが圧縮解放事象のために作動されることなく主要な排出事象のために作動され、第２のシリンダ内の第２の排気バルブが排気バルブ早期開放事象のために作動されることなく主要な排出事象のために作動される、ステップ。
【００１５】
出願人は、動作の第２のポジティブ・パワー・モードでエンジンを動作させる革新的な方法をさらに開発した。この動作の第２のポジティブ・パワー・モードでは、第１のシリンダ内の第１の排気バルブが圧縮解放事象のために作動されることなく主要な排出事象のために作動され、第２のシリンダ内の第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される。
【００１６】
出願人は、動作の第３のポジティブ・パワー・モードでエンジンを動作させる革新的な方法をさらに開発した。この動作の第３のポジティブ・パワー・モードでは、第１のシリンダ内の第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、第２のシリンダ内の第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される。
【００１７】
出願人は、動作の第１のエンジン制動モードでエンジンを動作させる革新的な方法をさらに開発した。この動作の第１のエンジン制動モードでは、第１のシリンダ内の第１の排気バルブが主要な排出事象及び圧縮解放事象のために作動され、第２のシリンダ内の第２の排気バルブが主要な排出事象及び排気バルブ早期開放事象のために作動される。
【００１８】
出願人は、第１のセットの排気バルブを有する第１のセットのシリンダ及び第２のセットの排気バルブを有する第２のセットのシリンダを有する、内燃エンジンのための革新的なバルブ作動システムをさらに開発した。上記バルブ作動システムが：第１のセットの排気バルブを有する第１のセットのシリンダと；第２のセットの排気バルブを有する第２のセットのシリンダと；第１のセットの排気バルブにバルブ作動モーションを伝達するように適合される圧縮解放ローブ及び主排気ローブを有する１つ又は複数の第１のカムと；第２のセットの排気バルブにバルブ作動モーションを伝達するように適合される排気バルブ早期開放ローブ及び主排気ローブを有する１つ又は複数の第２のカムと；第１のカムを第１のセットの排気バルブに接続し、第２のカムを第２のセットの排気バルブに接続する１つ又は複数のバルブ・トレーン要素とを備える。
【００１９】
出願人は、２つのセットのシリンダのための、（ｉ）圧縮解放作動を伴うか又は伴わない主要な排気バルブ作動と、（ｉｉ）ＥＥＶＯを伴うか又は伴わない主要な排気バルブ作動と、の任意の組み合わせを実現するために、１つ又は複数のバルブ・トレーン要素並びに第１のカム及び第２のカムを使用してエンジンを動作させるように適合されるエンジン制御装置をさらに備える革新的なバルブ作動システムをさらに開発した。
【００２０】
上述の概略的な説明及び以下の詳細な説明が単に例示で説明的であり、特許請求される本発明を限定しないことを理解されたい。本明細書の一部を構成する、参照により本明細書に組み込まれる添付図面は本発明の特定の実施例を示し、詳細な説明と併せて、本発明の原理を説明する役割を有する。
【００２１】
次に、本発明を理解するのを補助するために、同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面を参照する。これらの図面は単に例示であり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施例によるエンジン・バルブ作動システムを示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施例による、圧縮解放によるエンジン制動及び主要な排気バルブ作動を実現するための図１に示されるような排気バルブ作動システムに作用することができる第１のカム・プロファイルを示すグラフである。
【図３】図２に示されるカム・プロファイルによって実現され得る圧縮解放によるエンジン制動及び主要な排気バルブ作動を示すバルブ上昇対エンジン・クランク角を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例による、排気バルブ早期開放及び主要な排気バルブ作動を実現するための図１に示されるようなエンジン・バルブ作動システムに作用することができる第２のカム・プロファイルを示すグラフである。
【図５】図４に示されるカム・プロファイルによって実現され得る排気バルブ早期開放及び主要な排気バルブ作動を示すバルブ上昇対エンジン・クランク角を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施例による圧縮解放によるエンジン制動及び主要な排気バルブ作動を実現するための図１に示されるようなエンジン・バルブ作動システムに作用することができる第３のカム・プロファイルを示すグラフである。
【図７】図６に示されるカム・プロファイルによって実現され得る圧縮解放によるエンジン制動及び主要な排気バルブ作動を示すバルブ上昇対エンジン・クランク角を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施例による排気バルブ早期開放及び主要な排気バルブ作動を実現するための図１に示されるようなエンジン・バルブ作動システムに作用することができる第４のカム・プロファイルを示すグラフである。
【図９】図８に示されるカム・プロファイルによって実現され得る排気バルブ早期開放及び主要な排気バルブ作動を示すバルブ上昇対エンジン・クランク角を示すグラフである。
【図１０】圧縮解放ローブ及び主排気ローブを有するカムを示す図である。
【図１１】ＥＥＶＯローブ及び主排気ローブを有するカムを示す図である。
【図１２】主排気ローブを有するカムを示す図である。
【図１３】圧縮解放ローブ又はＥＥＶＯローブを有するカムを示す図である。
【図１４】圧縮解放ローブ又はＥＥＶＯローブ及び主排気ローブを有するカムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本明細書で具体化されるように、本発明は、エンジン・バルブの作動を制御するためのシステム及び方法の両方を含む。次に、添付図面に一実例が示される本発明の第１の実施例を詳細に参照する。本発明の第１の実施例がバルブ作動システム１００として図１に示される。
【００２４】
本発明の実施例はエンジン制動排気バルブ作動（ｅｎｇｉｎｅ  ｂｒａｋｉｎｇ  ｅｘｈａｕｓｔ  ｖａｌｖｅ  ａｃｔｕａｔｉｏｎ）を実現するために内燃エンジン内で使用され得、ここでは、１つ又は複数のエンジン・シリンダが圧縮解放による制動及び主要な排気バルブ作動を実現し、１つ又は複数の別のエンジン・シリンダが非最適のエンジン制動として主要な排気バルブ作動と共にＥＥＶＯを実現する。さらに、本発明の実施例は、ポジティブ・パワー排気バルブ作動を実現するために内燃エンジン内で使用され得、ここでは、１つ又は複数のエンジン・シリンダが圧縮解放による制動を行うことなく（つまり、行うことができない）主要な排気バルブ作動を実現し、１つ又は複数のエンジン・シリンダがＥＥＶＯを行うか又は行うことなく主要な排気バルブ作動を実現する。さらに、本発明の実施例は、ポジティブ・パワー・エンジン動作を実現するために使用され得、ここでは、すべてのエンジン・シリンダより少ない数のエンジン・シリンダがＥＥＶＯ及び主要な排気バルブ作動を実現し、残りのシリンダのうちの１つ又は複数のシリンダが圧縮解放によるエンジン制動を行うことなく主要な排気バルブ作動を実現する。さらに、本発明の実施例はポジティブ・パワー・エンジン動作を実現するのに使用され得、ここでは、すべてのエンジン・シリンダより少ない数のエンジン・シリンダがＥＥＶＯ及び主要な排気バルブ作動を実現し、残りのシリンダのうちの１つ又は複数のシリンダが、燃料供給を行うことなく、また、主要な排気バルブ作動を行うか又は行うことなく、圧縮解放によるエンジン制動を実現する。
【００２５】
図１は、図２〜１９に示される排気バルブ作動を実施することができる例示のバルブ作動システム１００の概略図である。バルブ作動システム１００がシリンダ１０２を有することができ、その中で、ピストン１０４がエンジン運転時に上方及び下方に繰り返し往復運動することができる。シリンダ１０２の頂部に、少なくとも１つの吸入バルブ１０６及び少なくとも１つの排気バルブ１０８が存在してよい。吸入バルブ１０６及び排気バルブ１０８は、吸入ガス通路１１０及び排出ガス通路１１２にそれぞれ連通されるために開閉され得る。吸入バルブ１０６及び排気バルブ１０８は、例えば、吸入バルブ作動サブシステム１１６、ポジティブ・パワー排気バルブ作動サブシステム１１８及びエンジン制動／ＥＥＶＯ排気バルブ作動サブシステム１２０などの、バルブ作動サブシステム１１４によって開閉され得る。ポジティブ・パワー排気バルブ作動サブシステム１１８及びエンジン制動／ＥＥＶＯ排気バルブ作動サブシステム１２０は一部の実施例では単一のシステムに統合されてよく、別の実施例では分離されてもよい。
【００２６】
バルブ作動サブシステム１１４が、任意の数の機械式、液圧式、液圧−機械式、電磁式、又は、別のタイプのバルブ・トレーン要素を有することができる。バルブ作動サブシステム１１４はまた、共通のレール又はロスト・モーション・システムを有することができる。好適な実施例では、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０は、好適には、図１０〜１４に示されるように、１つ又は複数のローブ２０２、２０４、２１２、２１４、２２２及び／又は２３２を有する１つ又は複数のカム２００、２１０、２２０及び２３０を有する。好適な実施例では、排気バルブ作動サブシステム１１８及び１２０はまた、カム２００、２１０、２２０及び２３０から排気バルブ１０８までバルブ作動モーションを伝達するのに使用される、当技術分野で既知の１つ又は複数のロッカ・アーム、バルブ・ブリッジ及び／又はプッシュ・チューブを有することができる。
【００２７】
バルブ作動サブシステム１１４は、限定しないが、主要な吸入、主要な排出、圧縮解放による制動、及び、ＥＥＶＯなどの、エンジン・バルブ事象を実現するために吸入バルブ１０６及び排気バルブ１０８を作動させることができる。この用途では、ＥＥＶＯは、圧縮ストロークのＴＤＣの後且つ主要な排気バルブ作動のために排気バルブが通常開かれる前のある時点でシリンダ・ピストン膨張ストローク中に排気バルブを開くこととして定義される。圧縮解放（ＣＲ：Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｒｅｌｅａｓｅ）による制動は、圧縮ストロークのＴＤＣの前のある時点又はその時点付近でそれより先にシリンダ・ピストン圧縮ストローク中に排気バルブを開くこととして定義される。
【００２８】
バルブ作動サブシステム１１４は、例えば、エンジン・バルブ作動の量及びタイミングを選択的に制御するために、制御装置１２２によって制御され得る。制御装置１２２は、バルブ作動サブシステム１１４に連通されるための、及び、考えられる吸入バルブ作動及び排気バルブ作動の一部又はすべてを吸入バルブ１０６及び排気バルブ１０８に伝達するための、任意の電子式、機械式、液圧式、電気−液圧式又は別のタイプの制御デバイスを含むことができる。制御装置１２２は、エンジン速度、車両速度、オイル温度、冷却剤温度、マニホルド（又は、ポート）温度、マニホルド（又は、ポート）圧力、シリンダ温度、シリンダ圧力、粒子状物質情報、別の排気ガス・パラメータ、運転手入力、トランスミッション入力、車両制御装置入力、エンジン・クランク角、並びに、種々の別のエンジン・パラメータ及び車両パラメータなどの、入力に基づいてエンジン・バルブの適切な動作を決定及び選択するための、別のエンジン構成要素に連結されるマイクロプロセッサ及び器具を含むことができる。この情報は、ポジティブ・パワー、エンジン制動及びＥＥＶＯなどの種々の動作のために種々の運転条件に対してバルブ作動サブシステム１１４を制御するために制御装置１２２によって使用され得る。
【００２９】
本発明の好適な実施例によると、図１のバルブ作動システム１００が、図２〜１９に示される、圧縮解放によるエンジン制動排気バルブ事象のオン・オフの制御、さらにはＥＥＶＯ事象のオン・オフの制御を行うことができる。バルブ・タイミング（すなわち、エンジン・バルブが開かれる及び／又は閉じられるタイミング）を変化させることにより、ポジティブ・パワー時及びエンジン制動時のエンジン性能を向上させることができる。
【００３０】
図２〜１９が、水平軸に沿って離間される２つの上死点（ＴＤＣ）のエンジン・ピストン位置及び２つの下死点（ＢＤＣ）のエンジン・ピストン位置を含む、７２０°の完全な４つのエンジン・サイクルにわたるエンジン・バルブ上昇及びカム・プロファイルを示す。通常の内燃エンジンのディーゼル動作の４つのフェーズ又はストローク、すなわち、膨張、排出、吸入及び圧縮にラベルが付され、これらの４つのフェーズ又はストロークを画定することが意図される。４つの個別のサイクルの各々が概して１８０°のクランク・シャフトの回転によって示されるが、これらのフェーズ及びストロークが１８０°のエンジン・クランク角の回転に正確に位置合わせされなくてもよいことを認識されたい。
【００３１】
次に、圧縮解放及びＥＥＶＯのバルブ作動を実現するための図１に示されるシステム１００の使用を図１〜１９を参照しながら説明する。図２及び１０を参照すると、内燃エンジン内で、プロファイル７００によって示される第１のセットのカム２００が、圧縮解放ローブ２０２及び圧縮解放バンプ７０１によって示される主排気ローブ２０４（図１０）と、主排気ローブ７０２（図２）とを有することができる。比較のために、主排気ローブ７０６のみを有する従来のカムのプロファイルが示される。図２にプロファイルが示されるカム２００は、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０を選択的に使用することにより図３に示される排気バルブ作動を実現するために使用され得る。つまり、エンジン内のエンジン・シリンダのうちのすべてではないが１つ又は複数のエンジン・シリンダに対して、プロファイル７００を有する１つ又は複数のカム２００が、カム・ローブ７０１及び７０２からのモーションを排気バルブ１０８に伝達することを目的として、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０に係合されることにより、圧縮解放事象７１０及び主要な排出事象７１２のために、エンジン・シリンダに付随する１つ又は複数の排気バルブ１０８を選択的に開くのに使用され得る。図３を参照すると、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０がリセット機構を装備する場合、カム・ローブ７０１によって実現される圧縮解放事象７１０が図３に示される事象７１４の形態をとることができる。
【００３２】
図４及び１１を参照すると、図４及び１１に関連して参照される同じ内燃エンジンでは、プロファイル８００によって示される第２のセットの１つ又は複数のカム２１０が、ＥＥＶＯローブ８０４によって示されるＥＥＶＯローブ２１２及び主排気ローブ２１４（図１１）並びに主排気ローブ８０２（図４）を有することができる。比較のために、主排気ローブ８０６のみを有する従来のカムのプロファイルが示される。図４にプロファイルが示されるカム２１０は、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０を選択的に使用することにより図５に示される排気バルブ作動を実現するために使用され得る。つまり、エンジン内のエンジン・シリンダのうちのすべてではないが１つ又は複数のエンジン・シリンダに対して、プロファイル８００を有する１つ又は複数のカム２１０が、カム・ローブ８０２及び８０４からのモーションを排気バルブ１０８に伝達することを目的として、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０に係合されることにより、ＥＥＶＯ事象８１０、８１４、８１８又は８１０及び８１６の間の任意のクランク角のために、及び、主排出事象８１２のために、エンジン・シリンダに付随する１つ又は複数の排気バルブ１０８を選択的に開くために使用され得る。図５を参照すると、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０がリセット機構を装備する場合、カム・ローブ８０４によって実現されるＥＥＶＯ事象８１０が図５に示される事象８１４の形態をとることができる。
【００３３】
図６、７、１２及び１３に示される代替的実施例を参照すると、第１のセットのカム２２０及び２３０が、圧縮解放バンプ５００によって示される主排気ローブ２２２（図１２）及び圧縮解放ローブ２３２（図１３）、並びに、主排出バンプ５０２（図６）を有することができる。図６にプロファイルが示されるカム２２０及び２３０は、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０を選択的に使用することにより図７に示される排気バルブ作動を実現するために使用され得る。つまり、エンジン内のエンジン・シリンダのうちのすべてではないが１つ又は複数のエンジン・シリンダに対して、ローブ２２２及びプロファイル５０２を有する１つ又は複数のカム２２０が、カム・ローブ２２２からのモーションを排気バルブ１０８に伝達することを目的として、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０に係合されることにより、主排出事象５１２のために、エンジン・シリンダに付随する１つ又は複数の排気バルブ１０８を選択的に開くのに使用され得る。同じエンジン・シリンダに関連して、ローブ２３２及びプロファイル５００を有する１つ又は複数のカム２３０が、圧縮解放事象５１０のために、同じエンジン・シリンダに付随する１つ又は複数の排気バルブ１０８を選択的に開くのに使用され得る。
【００３４】
図８、９、１２及び１３に示される代替的実施例を継続して参照すると、第２のセットのカム２２０及び２３０が、ＥＥＶＯバンプ６００及び主排出バンプ６０２（図８）によって示される主排気ローブ２２２（図１２）及びＥＥＶＯローブ２３２（図１３）を有することができる。図８にプロファイルが示されるカム２２０及び２３０は、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０を選択的に使用することにより図９に示される排気バルブ作動を実現するために使用され得る。つまり、上記の図６及び７に関連して参照されるもの以外の、エンジン内のエンジン・シリンダのうちのすべてではないが１つ又は複数のエンジン・シリンダに対して、ローブ２２２及びプロファイル６０２を有する１つ又は複数のカム２２０が、カム・ローブ２２２からのモーションを排気バルブ１０８に伝達することを目的として、排気バルブ作動サブシステム１１８及び／又は１２０に係合されることにより、主排出事象６１２のために、エンジン・シリンダに付随する１つ又は複数の排気バルブ１０８を選択的に開くのに使用され得る。同じエンジン・シリンダに関連して、ローブ２３２及びプロファイル６００を有する１つ又は複数のカム２３０が、ＥＥＶＯ事象６１０のために、同じエンジン・シリンダに付随する１つ又は複数の排気バルブ１０８を選択的に開くのに使用され得る。
【００３５】
図６〜９に示されるバルブ作動が、図１２〜１３に示される分離される個別のカム又は図１４に示される単一のカムのいずれかによって実現され得ることを認識されたい。図１２〜１３に示される分離される個別のカムを使用することにより、専用のエンジン制動カムのためのＥＥＶＯローブを有する図１３に示される一部のカム２３０を代用することにより従来技術で既知の専用のカム・エンジン制動システム（ｃａｍ  ｅｎｇｉｎｅ  ｂｒａｋｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）のためにシステムを実装することが可能となる。
【００３６】
本発明の別の代替的実施例では、可変バルブ作動（ＶＶＡ）ロスト・モーション・システムが、エンジン制動動作中に主排出事象７１２、８１２、５１２及び／又は６１２を選択的に不可能にするのに使用され得る。
【００３７】
本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、本発明の構成、構造及び／又は動作に対して種々の修正形態及び変形形態が作られ得ることが当業者には明白であろう。
【図１】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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