JP2004084596A

JP2004084596A - 排気バルブ制御装置

Info

Publication number: JP2004084596A
Application number: JP2002248406A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Hasumi; 蓮見　良介
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】排気ブレーキ作動時に大きな制動力を得ることができ、省スペースで部品点数の少ない排気バルブ制御装置を提供すること。
【解決手段】排気カム４の動きに応じて揺動し排気工程で排気バルブ１を開弁する排気ロッカアーム３と、補助カム６の動きに応じて揺動する補助ロッカアーム５と、排気ロッカアーム３と補助ロッカアーム５との何れか一方に設けたロッド５ｃと、何れか他方に設けたロッド受部３ｅとを備え、排気ブレーキ作動時には、ロッド５ｃをロッド受部３ｅに係合して補助ロッカアーム５の揺動を排気ロッカアーム３に伝達し、排気工程以外で前記排気バルブ１を開弁するようにした。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ブレーキを備えるエンジンにおける排気バルブの開閉を制御するための排気バルブ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トラックやダンプなどの大型の車両が長い下り坂を下る場合などに、車両を効果的に制動するため排気ブレーキが利用される。従来、この種の排気ブレーキとして、図１３に示すように、シリンダ１１に装着されるピストン１２と、シリンダ１１の燃焼室内に空気を吸気する吸気バルブ１３と、同燃焼室内の燃焼ガスを排気する排気バルブ１４とを備えたエンジンにおいて、該エンジンの排気ポート１５の途中に排気絞りバルブ１６を設け、排気ブレーキ作動時に排気絞りバルブ１６を閉じて制動力を得るようにしたものが知られている。
【０００３】
図１４に、この排気ブレーキを作動したときの指圧線図（ＰＶ線図）を示す。先ず、吸気工程では、吸気バルブ１３を開弁した状態でピストン１２を下降させるため、圧力をほぼ大気圧としたまま体積を増加させる。次に、圧縮工程では、吸気バルブ１３及び排気バルブ１４を閉弁した状態でピストン１２を上昇させるため、圧力は徐々に増加して体積は減少する。次に、膨張工程では、吸気バルブ１３及び排気バルブ１４を閉弁した状態でピストン１２を下降させるため圧力は徐々に減少して体積は増加する。そして、排気工程では、排気バルブ１４を開弁した状態でピストン１２を上昇させるが、このとき排気ポート１５の途中に設けた排気絞りバルブ１６を閉じているので排気絞りバルブ１６から先に排気ガスを逃がすことができず、圧力は一定圧まで上昇して体積は減少する。このように、吸気工程から膨張工程までは排気ブレーキを作動しないときと同様の挙動を示すが、排気工程では排気ブレーキを作動しないときに比べて圧力上昇分（図の斜線部分）だけ余分な仕事をすることとなり、これが制動力として働く。
【０００４】
しかし、この排気ブレーキは、排気工程でしか制動力を得ることができず、より大きな制動力を得ることは困難であるという問題があった。また、排気ポート１５内の圧力が上昇するため、排気バルブ１４が排気カムのプロフィールに関係なく開き、続いて排気バルブに付与されるスプリング力で閉じるので、排気バルブ１４には過大な衝撃力が加わるという問題があった。
【０００５】
このような問題に鑑みて、特開平５−３３６８４号公報では、エンジンの排気バルブ駆動用ロッカアームに自由回転可能に枢支した従動ロッカアームと、この従動ロッッカアームを前記排気バルブ駆動用ロッカアームと結合して排気バルブ駆動用ロッカアームと一体運動させるクラッチ機構と、排気バルブ駆動用ロッカアームを作動するカムに排気ブレーキコントロール用のカムローブを備え、エンジンの排気バルブをシリンダ内圧の低い吸気工程末期で開き、シリンダ内圧が排気マニホールド圧より高い時期で閉じるようにしたものを開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この排気ブレーキは、排気ブレーキ作動時に排気バルブ駆動用ロッカアームと従動ロッカアームをクラッチ機構で一体運動させ、従動ロッカアームで排気バルブを開閉する機構である。したがって、エンジン駆動時に排気バルブを開閉するロッカアームと従動ロッカアームの２つのロッカアームを排気バルブに接続する必要があり、シリンダヘッド上部に大きなスペースを確保しなければならないという問題があった。また、部品点数が増えてしまい、メンテナンスやコスト面で不利であるという問題があった。
【０００７】
この発明は上記事情に鑑みなされたもので、排気ブレーキ作動時に大きな制動力を得ることができ、また、省スペースでしかも部品点数を極端に増やすことなく排気バルブの開閉制御を行なえる排気バルブ制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、請求項１記載の発明は、排気ブレーキを備えるエンジンにおける排気バルブの開閉を制御するための排気バルブ制御装置であって、排気工程で排気バルブを開弁するためのカムプロフィールを有する排気カムと、前記排気カムによって揺動し、排気工程で排気バルブを開弁する排気ロッカアームと、排気ブレーキ作動時に排気バルブを開弁するためのカムプロフィールを有する補助カムと、前記補助カムによって揺動する補助ロッカアームと、前記排気ロッカアームと前記補助ロッカアームとの何れか一方に設けられた係合用のロッドと、前記排気ロッカアームと前記補助ロッカアームとの何れか他方の前記ロッドと対応する位置に設けられたロッド受部と、を備え、排気ブレーキ作動時には、前記ロッドを前期ロッド受部に係合して、前記補助ロッカアームの揺動を前記排気ロッカアームに伝達し、排気工程以外で前記排気バルブを開弁することを特徴とする。
【０００９】
このように構成することにより、排気ブレーキ作動時に補助ロッカアームの揺動を排気ロッカアームに伝え、排気工程以外で排気バルブを開弁するので、排気工程以外で制動力を得ることができ、大きな制動力を得ることができる。また、ロッドと係合溝との係合により補助ロッカアームの揺動を排気ロッカアームに伝達して排気バルブを開閉するので、排気ロッカアームを排気弁の操作ができる位置まで延長したり、別部材を配置したりする必要が無い。したがって、省スペースを達成でき、しかも部品点数を極端に増加させることはない。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の排気バルブ制御装置において、前記ロッド受部を断面凹形状の係合溝で形成したことを特徴とする。
【００１１】
このように構成することにより、排気ロッカアーム及び補助ロッカアームが高速で揺動していても係合溝の開口から容易にロッドを挿入することができ、係合を容易かつ確実に行なうことができる。
【００１２】
なお、補助ロッカアームにロッドを備えた場合は、排気ロッカアームに備える係合溝は排気バルブを押圧する方向と反対方向に開口をもつようにすると良く、また、排気ロッカアームにロッドを備えた場合は、補助ロッカアームに備える係合溝は排気バルブを押圧する方向に開口をもつようにすると良い。このように構成することで、補助ロッカアームの排気バルブ押圧方向（開弁方向）の揺動を確実に排気ロッカアームに伝えることができる。
【００１３】
請求項１又は２に記載の排気バルブ制御装置において、前記補助カムのプロフィールを、排気バルブを吸気工程以外で開弁するように形成することができ（請求項３）、また、前記補助カムのプロフィールを、排気バルブを吸気工程で閉弁し、かつ、吸気工程直後及び圧縮工程のピストン上死点付近で開弁するように形成することができる（請求項４）。
【００１４】
さらに、請求項１乃至４の何れか一項に記載の排気バルブ制御装置において、前記ロッドは油圧により駆動することができる（請求項５）。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る排気バルブ制御装置の実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る排気バルブ制御装置の一例を示す縦断側面図、図２は排気バルブ制御装置の平面図である。図１において、１は排気バルブを、２は２つの排気バルブ１を連結するロッカブリッジを、３はロッカブリッジ２を往復運動して排気工程で排気バルブ１を開弁するロッカアームを、４は排気ロッカアーム３を揺動する排気カムを、５は排気ブレーキ作動時に排気ロッカアーム３と一体となって運動し排気バルブ１を排気工程以外で開弁する補助ロッカアームを、６は補助ロッカアーム５を揺動する補助カムを示す。
【００１７】
排気バルブ１は、バルブステム１ａと傘部１ｂとからなり、シリンダヘッド７のバルブガイド８にバルブステム１ａが軸支されるかたちで取り付けられる。また、排気バルブ１は、排気ロッカアーム３で押圧されていない状態で閉弁するようにバルブスプリングで付勢される。本実施例に示す排気バルブ１は２つで一組となっており、２つの排気バルブ１はロッカブリッジ２で連結される。ロッカブリッジ２は、排気ロッカアーム３との係合部である凹部２ａを備えている。
【００１８】
排気ロッカアーム３は、中央にロッカシャフト９を挿入するためのシャフト孔３ａを備えている。また、排気ロッカアーム３は、そのカム側端部に、排気カムと当接するための当接ローラ３ｂを備えている。さらに、本実施例にあっては、排気ロッカアーム３は、そのバルブ側端部に球状凸部３ｃを備えており、この球状凸部３ｃをロッカブリッジ２の凹部２ａに嵌め合わせてロッカブリッジ２と連結する。なお、球状凸部３ｃはアジャストスクリュー３ｄを介して排気ロッカアーム３に取り付けられており、アジャストスクリュー３ｄを調節して排気ロッカアーム３とロッカブリッジ２の連結を調整する。もちろん、球状凸部３ｃ以外の公知の形式で構成することは何ら問題のないことである。
【００１９】
さらに、排気ロッカアーム３は、後述する補助ロッカアーム５のロッド５ｃと係合する係合溝３ｅを備えており、この係合溝３ｅはロッカアーム３がロッカブリッジ２を押圧する方向と反対方向に開口するように形成される。
【００２０】
排気カム４はカムシャフト１０に軸支されており、このカムシャフトが回転することで排気カム４は排気ロッカアーム３を揺動する。排気ロッカアーム３は排気カム４のカムプロフィールにしたがって揺動されるが、このカムプロフィールは例えば図３に示す形状に形成される。
【００２１】
補助ロッカアーム５は、排気ロッカアーム３と同様にロッカシャフト９を挿入するためのシャフト孔５ａを備え、このシャフト孔５ａに挿入されるロッカシャフト９で揺動可能に軸支される。また、補助ロッカアーム５は、そのカム側端部に、補助カムと当接する当接ローラ５ｂを備える。さらに、補助ロッカアーム５は、排気ロッカアーム３の係合溝３ｅと係合するロッド５ｃを備える。このロッド５ｃは、補助ロッカアーム５に形成されたロッド孔５ｄに出納可能に取り付けられる。
【００２２】
図４は、ロッド孔５ｄへのロッド５ｃ取り付け状態の詳細を示す。図４に示すように、ロッド５ｃは、後端にリブ部５ｃｉを備えた円柱形状に形成される。一方、ロッド孔５ｄは、ロッド５ｃのリブ部５ｃｉと略同径の円柱孔で形成され、その出口にはロッド脱落防止用の細径部５ｄｉを備える。また、ロッド孔５ｄは、ロッカシャフト９に設けられた油道９ａを介して作動油を供給するための油通路５ｅを備える。さらに、ロッド孔５ｄ内へのロッドの入り込みを防止するためのストッパー５ｆを備える。
【００２３】
ロッド５ｃは、その先端部５ｃｉｉをロッド孔５ｄの細径部５ｄｉに挿入し、さらに、ロッド孔５ｄの細径部５ｄｉとロット５ｃのリブ部５ｃｉとの間にロッドばね５ｇを備えて装着する。このロッドばね５ｇは拡張ばね形成されているため、油圧を付加しない状態でロッド５ｃはロッド孔５ｄ中に収納されるが、このときロッド５ｃのリブ部５ｃｉがストッパー５ｆに当接するので、それ以上ロッド孔５ｄ中に入り込むことはない。そして、排気ブレーキ非作動時には油圧を付加せず、ロッド５ｃはロッド孔５ｄ中に収納され、一方、排気ブレーキ作動時には、ロッカシャフト９の油道９ａ及び補助ロッカアーム５の油通路５ｅを介してロッド孔５ｄに作動油を供給して油圧を付加し、ロッド５ｃの後部をこの油圧で押圧して拡張バネ５ｇに反してロッド５ｃをロッド孔５ｄから突出させる。
【００２４】
補助カム６は、排気カム４と同様にカムシャフト１０で軸支され、このカムシャフト１０の回転によって補助ロッカアーム５を揺動する。補助カム６のカムプロフィールは、排気ブレーキ作動時の排気カム１の開閉動作を決定するが、そのカムプロフィールは例えば図５に示す形状にする。
【００２５】
次に、上記のように構成される本発明の排気バルブ制御装置の作動態様について図６及び図７を参照して説明する。図６は排気ブレーキ非作動時の状態を示し、また、図７は排気ブレーキ作動時の状態を示す。
【００２６】
排気ブレーキを作動しないときは、図６に示すように、補助ロッカアーム５のロッド孔５ｄには作動油が供給されず、ロッド５ｃはロッド孔５ｄ内に収納された状態で、排気ロッカアーム３と補助ロッカアーム５は連結されない。したがって、補助ロッカアーム５は補助カム６によって揺動されるが、その動きは排気ロッカアーム３に伝わらず、いわゆる空運動の状態となる。したがって、排気バルブ１の開閉は、排気カム４による排気ロッカアーム３の揺動によってのみ行なわれ、排気バルブ１は排気工程でのみ開弁される。
【００２７】
排気ブレーキを作動したときは、図７に示すように、ロッカシャフト９の油道９ａ及び補助ロッカアーム５の油通路５ｅを介してロッド孔５ｄに作動油が供給され、これによって生じる油圧がロッド５ｃを押出し、ロッド５ｃをロット孔５ｄから突出させる。そして、この突出したロッド５ｃが排気ロッカアーム３の係合溝３ｅと係合する。したがって、補助カム６によって揺動する補助ロッカアーム５の動きは排気ロッカアーム３に伝達され、排気ロッカアーム３は排気カム４のみでなく補助ロッカアーム５（補助カム６）によって揺動される。すなわち、排気ロッカアーム３は、排気カム４と補助カム６のうち大きい揺動を生じさせる方にしたがって揺動されることになる。
【００２８】
例えば、図８に示すように、排気カム４のカムプロフィールＰ（点線）と補助カム６のカムプロフィールＱ（一点鎖線）のうち大きい揺動を生じさせる方を選択したカムプロフィールＲ（実線）として排気ロッカアーム３を揺動する。このときの排気バルブ１の開閉パターンを図９に示す。図９は、ピストン位置（横軸）に対する排気バルブ１の開度（縦軸）を実線で示した。すなわち、排気バルブ１は排気工程（−１８０°〜−０°）で全開、吸気工程（０°〜１８０°）で全閉、圧縮工程（１８０°〜３６０°）及び膨張工程（−３６０°〜−１８０°）で弱開となる。なお、同図の点線は吸気バルブの開閉パターンを示す。
【００２９】
そして、この場合のエンジン燃焼室内の指圧線図（ＰＶ線図）を図１０に示す。先ず、吸気工程では、吸気バルブを開弁した状態でピストンを下降させるため、圧力をほぼ大気圧としたまま体積を増加させる。次に、圧縮工程では、排気バルブ１を弱開してピストンを上昇させるため、排気バルブ１の隙間から若干の排気が行なわれ圧力は緩やかに上昇して、体積は減少する。次に、膨張工程では、排気バルブ１を弱開してピストンを下降させるため、排気バルブ１の隙間から若干の吸気が行なわれ圧力は緩やかに減少して、体積は増加する。そして、排気工程では、排気バルブ１を全開した状態でピストンを上昇させるため、圧力をほぼ大気圧としたまま体積を減少させる。このように、圧縮工程及び膨張工程で排気バルブ１を弱開にしてピストンを上昇下降させるので、排気バルブ１の隙間から抵抗を受けながら若干の排気及び吸気を行なうので、その抵抗を受ける分（図の斜線部分）だけ余分な仕事をすることとなり、これが制動力として働く。このように圧縮工程及び膨張工程で制動力を得るため、大きな制動力を得ることができる。
【００３０】
上記説明では、補助ロッカアーム５に係合用のロッド５ｃを備えた例について説明したが、これに限定されるものではなく排気ロッカアーム３にロッドを備えて、これに係合する係合溝を補助ロッカアーム５に備えても良い。この場合、補助ロッカアームに備える係合溝は、排気バルブを押圧する方向に開口する係合溝で形成するとよい。このように形成することにより、容易に係合することができ、さらに、補助ロッカアーム５の排気バルブ押圧方向（開弁する方向）の揺動を確実に排気ロッカアームに伝えることができる。
【００３１】
また、上記説明では、ロッド受部として係合溝を用いた例について説明したが、ロッド受部の構造はこれに限定されるものではなく、例えばロッドが差し込まれる係合穴であってもよい。
【００３２】
さらに、上記説明では、補助カム６のカムプロフィールを、排気バルブが吸気工程以外で開弁するように形成した例について説明したがこれに限定されるものではなく、例えば図１１に示すように形成して、排気バルブを吸気工程で閉弁し、かつ、吸気工程直後及び圧縮工程のピストン上死点付近で開弁するようにしてもよい。このときの排気バルブの開閉パターンは図１２に示すようになる。
【００３３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の排気バルブ制御装置は、上記のように構成されているので、排気ブレーキ作動時に補助ロッカアームの揺動を排気ロッカアームに伝え、排気工程以外で排気バルブを開弁するので、排気工程以外で制動力を得ることができ、大きな制動力を得ることができる。また、ロッドと係合溝との係合により補助ロッカアームの揺動を排気ロッカアームに伝達して排気バルブを開閉するので、排気ロッカアームを排気弁の操作ができる位置まで延長したり、別部材を配置したりする必要が無い。したがって、省スペースを達成でき、しかも部品点数を極端に増加させることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気バルブ制御装置の一例を示す縦断側面図である。
【図２】本発明に係る排気バルブ制御装置の一例を示す平面図である。
【図３】本発明に係る排気カムのカムプロフィールの一例を示す図である。
【図４】ロッド孔へのロッドの取り付け状態の一例を示す詳細図である。
【図５】本発明に係る補助カムのカムプロフィールの一例を示す図である。
【図６】本発明の排気バルブ制御装置における排気ブレーキ非作動時の状態の一例を説明する図である。
【図７】本発明の排気バルブ制御装置における排気ブレーキ作動時の状態の一例を説明する図である。
【図８】本発明の排気バルブ制御装置における排気ブレーキ作動時の排気ロッカアームの揺動を説明するための擬似カムプロフィールを示す図である。
【図９】本発明に係る排気バルブ制御装置の排気バルブの開閉パターンの一例を示す図である。
【図１０】本発明の排気バルブ制御装置における排気ブレーキ作動時の指圧線図（ＰＶ線図）である。
【図１１】本発明の補助カムのカムプロフィールの他の一例を示す図である。
【図１２】本発明の排気バルブ制御装置における排気ブレーキ作動時の排気バルブ開閉パターンの他の一例を示す図である。
【図１３】従来の排気ブレーキを説明する図である。
【図１４】従来の排気ブレーキの指圧線図（ＰＶ線図）である。
【符号の説明】
１　排気バルブ
２　ロッカブリッジ
３　排気ロッカアーム
３ｅ　係合溝
４　排気カム
５　補助ロッカアーム
５ｃ　ロッド
６　補助カム
７　ロッカシャフト

Claims

排気ブレーキを備えるエンジンにおける排気バルブの開閉を制御するための排気バルブ制御装置であって、
排気工程で排気バルブを開弁するためのカムプロフィールを有する排気カムと、
前記排気カムによって揺動し、排気工程で排気バルブを開弁する排気ロッカアームと、
排気ブレーキ作動時に排気バルブを開弁するためのカムプロフィールを有する補助カムと、
前記補助カムによって揺動する補助ロッカアームと、
前記排気ロッカアームと前記補助ロッカアームとの何れか一方に設けられた係合用のロッドと、
前記排気ロッカアームと前記補助ロッカアームとの何れか他方の前記ロッドと対応する位置に設けられたロッド受部と、を備え、
排気ブレーキ作動時には、前記ロッドを前期ロッド受部に係合して、前記補助ロッカアームの揺動を前記排気ロッカアームに伝達し、排気工程以外で前記排気バルブを開弁することを特徴とする排気バルブ制御装置。
前記ロッド受部を、断面凹形状の係合溝で形成したことを特徴とする請求項１に記載の排気バルブ制御装置。
前記補助カムのプロフィールを、排気バルブを吸気工程以外で開弁するように形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気バルブ制御装置。
前記補助カムのプロフィールを、排気バルブを吸気工程で閉弁し、かつ、吸気工程直後及び圧縮工程のピストン上死点付近で開弁するように形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気バルブ制御装置。
前記ロッドは、油圧により駆動することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の排気バルブ制御装置。