JP2642832B2 - 油圧式吸排気弁駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の油圧式吸排
気弁駆動装置の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】４サイクル機関における吸排気弁の駆動
方式としては、機械式の動弁装置が採用されている。こ
れは、カム軸に設けられたカムで押棒を昇降させ、揺れ
腕を介して弁を開閉させる機構であって、弁の閉止には
ばねの弾性力を用いている。

【０００３】２サイクル機関においては、近年、シリン
ダの頂部に排気弁が設けられたいわゆるユニフロー式機
関が主流となっている。このユニフロー式機関では、排
気弁の動弁装置として、前述した機械式の機構のほか、
油圧式の機構が用いられるようになっている。これは、
カム軸に設けられたカムでプランジャ室内のプランジャ
を昇降させ、プランジャ室内の作動油を吐出させる。そ
して、プランジャ室から吐出した高圧の作動油を排気弁
の油圧式動弁機構に直接送り込んで該排気弁を駆動する
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のユニフロー式２
サイクル機関で用いられていた油圧式の排気弁動弁装置
によれば、作動油の漏れによって作動油の圧力が低下
し、排気弁を確実に開くことができなくなることがあ
り、その対策として、プランジャ室から送りだされる作
動油の一部が逆止弁の出口側に入り、逆止弁のシート面
を確実に閉止させる構造の逆止弁が使用されている。

【０００５】本発明者らは、４サイクルディーゼル機関
において、排気弁のみではなくて吸気弁に対しても全く
同一の構造で油圧式の動弁装置を装着することが可能で
あると考えた。このような吸排気弁を同時に油圧制御す
る機構とすると、吸排気弁各々の作動調整による機関の
性能調整が可能となるので、前記逆止弁機能のみではな
く制御可能の機能を有する逆止弁が必要になる。本発明
者らは、このような制御手段を有する逆止弁を吸排気弁
それぞれに備えた油圧式の動弁機構を得る事を目的とし
た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の油圧式吸排気弁
駆動装置は、クランク軸に連動するカム軸によって燃料
カムが駆動される４サイクルの内燃機関に適用される油
圧式吸排気弁駆動装置であって、プランジャ室と、前記
プランジャ室と作動油の供給源を接続する通路と、前記
プランジャ室と吸排気弁の油圧動弁機構を接続する通路
と、前記カム軸に設けられたカムと、前記カムに従動し
て前記プランジャ室内で移動することにより前記プラン
ジャ室から吸排気弁の油圧動弁機構に作動油を送り出し
て前記内燃機関の吸排気弁を駆動するプランジャと、常
態で入口側から出口側への作動油の流れを許容し、その
反対側への作動油の流れを阻止する逆止弁と、前記作動
油の供給源と前記逆止弁の入口側を接続する通路と、前
記プランジャ室から送り出される作動油の一部を前記逆
止弁の出口側に供給する通路とを有しており、さらにこ
れらの構成要件が、吸気弁と排気弁の各々について、前
記燃料カムの位置を中心として前記カム軸の方向におけ
る略対称位置にそれぞれ設けられたことを特徴としてい
る。

【０００７】

【作用】作動油は、供給源からプランジャ室内に供給さ
れる。プランジャが上昇した時には、プランジャ室内の
作動油は圧縮されて高圧となり、プランジャ室外に吐出
されて吸排気弁を駆動する。この時、高圧となって吐出
した作動油の一部は逆止弁の出口側に入り、逆止弁のシ
ート面を確実に閉止させる。プランジャが下降した時に
は、プランジャ室内の作動油の圧力が低下するので逆止
弁のシート面が開放される。供給源から逆止弁の入口側
に供給された作動油は、逆止弁のシート面を経てプラン
ジャ内に入り、これによって油漏分が補給される。

【０００８】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図６によって説明
する。本実施例は、４サイクルディーゼル機関におい
て、吸排気弁の油圧動弁機構を駆動する油圧式吸排気弁
駆動装置１（以下、本装置１と呼ぶ。）に関するもので
ある。

【０００９】図２に示すように、本装置１が適用される
４サイクルディーゼル機関は自己逆転機関であり、クラ
ンク軸と連動するカム軸２には、吸気弁用及び排気弁用
のダブルカム３，４がそれぞれ設けられている。５は燃
料カムである。なお、排気弁側の機構と吸気弁側の機構
は全く同じ構成である。

【００１０】ダブルカム３に接しているローラ６は、ピ
ン７を介してローラガイド８に取付けられている。この
ローラガイド８は中空であり、ダブルカム３の回転に連
動し、ブシュ９の内面に沿って上下に摺動できる。

【００１１】カム軸２を収納しているケース１０の開口
部１０ａには、内部に作動油の径路等が形成されたブロ
ック１１が取付けられている。このブロック１１の下面
には、プランジャ室ｃが開口して形成されている。そし
て、前記ローラガイド８を案内している前記ブシュ９
は、プランジャ室ｃが開口した該ブロック１１の下面に
取付けられている。

【００１２】前記プランジャ室ｃの内部には、下端面が
開放された円筒形のライナ１３が設けられている。この
ライナ１３の内部には、プランジャ１４が上下摺動自在
に設けられている。該プランジャ１４の下面には押棒１
５が設けられている。押棒１５は前記ローラガイド８の
内部に挿入され、ローラガイド８の内部に設けられた受
金１６にばね１７の弾性力をもって当接している。

【００１３】次に、前記ブロック１１内に形成された作
動油の通路等について説明する。図２及び図３に示すよ
うにブロック１１に設けられた供給口ａには、図１に示
すように作動油の供給源が接続されている。図１〜図４
に示すように、供給口ａから供給された作動油は、通路
ｂ、ニードル弁１８を介して、プランジャ室ｃのライナ
１３に形成された供給孔ｓｈからプランジャ室ｃ内に入
るようになっている。

【００１４】プランジャ室ｃ内でプランジャ１４に圧縮
された作動油は、プランジャ室ｃの頂部に形成された吐
出孔ｓｅから吐出され、図１〜図３に示すように通路ｄ
を経て図示しない吸排気弁の油圧動弁機構へと送られる
ようになっている。

【００１５】図３に示すように、前記ブロック１１内に
は、逆止弁である低負荷切替弁Ａと、逆止弁である前後
進切替弁Ｂとが設けられている。両弁Ａ，Ｂとも基本的
な構成は次の通りである。即ち、ブロック１１に形成さ
れた孔１９の片側には、プラグ２０を介して略円筒形の
弁ケース２１が固定されている。弁ケース２１の内部に
は、弁体２２が摺動自在に設けられている。弁体２２と
前記プラグ２０の間には付勢手段としてのばね２３が設
けられており、付勢された弁体２２が弁ケース２１とシ
ート面２４で接触し、切替弁Ａ，Ｂの入口ｈ側と出口ｇ
側とが常時連通しないようになっている。また、この切
替弁Ａ，Ｂの弁ケース２１及び弁体２２には、出口ｇ側
に連通する通路ｆが設けられている。

【００１６】図１〜図３に示すように、前記切替弁Ａ，
Ｂが片側に設けられている前記ブロック１１の孔１９の
他方側には、各切替弁Ａ，Ｂの開放及び閉止を制御する
制御手段として、制御ピストン３０，３０がそれぞれ設
けられている。制御ピストン３０の一端に設けられた棒
体３１は前記切替弁Ａ，Ｂの弁体２２を出口ｇ方向に押
せるようになっている。制御ピストン３０と弁ケース２
１の間にはばね３２が設けられており、前記棒体３１が
弁体２２から離れるように制御ピストン３０を付勢して
いる。

【００１７】そして、孔１９の他方の開口には、図示し
ない空気供給手段に接続されるフランジ３３が取付けら
れている。このフランジ３３の孔に空気を供給すれば、
ピストン３０が作動して棒体３１が弁体２２を出口ｇ側
に押し、切替弁Ａ，Ｂのシート面２４が開放される。

【００１８】図１，図３に示すように、前記ブロック１
１には、前記供給口ａに連通して通路ｍが形成されてい
る。この通路ｍは、前記各制御ピストン３０，３０の近
傍において、ブロック１１の各孔１９にそれぞれ連通し
ており、従って前記各切替弁Ａ，Ｂの入口ｈ側にそれぞ
れ接続連通されている。

【００１９】図１，図２に示すように、前記通路ｄから
は通路ｅが分岐している。この通路ｅは、前後進切替弁
Ｂの通路ｆを介して前後進切替弁Ｂの出口ｇ側に接続連
通している。

【００２０】図４に示すように、前記プランジャ室ｃの
ライナ１３には、前記供給孔ｓｈよりもやや上方の適宜
位置に作動油の排出孔ｓｌが形成されている。

【００２１】図１〜図４に示すように、この排出孔ｓｌ
は、ブロック１１内に形成された通路ｊ，ｋ，ｌを介し
て、前記低負荷切替弁Ａの通路ｆに接続されており、従
って低負荷切替弁Ａの出口ｇ側に接続連通されている。

【００２２】次に、以上の構成における作用を、（１）
通常運転時、（２）低負荷運転時、（３）前後進切替時
の３つの場合に分けて説明する。

【００２３】（１）通常運転時 イ）スタンバイ時 供給口ａから入った作動油は通路ｂからニードル弁１８
を経てプランジャ室ｃ内に供給される。この際、ニード
ル弁１８によって作動油の流量を調節することにより、
吸排気弁の開閉タイミング調整をすることができる。

【００２４】ロ）通常作動時（吸排気カム上昇時） 吸排気用のダブルカム３，４がプランジャ１４を押上げ
ると、プランジャ室ｃ内の作動油が圧縮され、高圧の作
動油が吐出孔ｓｅから通路ｄに吐出する。この時、高圧
の作動油は通路ｅを通って前後進切替弁Ｂの通路ｆから
出口ｇ側にも供給される。これによって前後進切替弁Ｂ
のシート面２４は確実に閉止される。

【００２５】ハ）通常作動時（吸排気カム下降時） 吸排気用のダブルカム３，４が下降してプランジャ１４
がばね１７の力で下降すると、作動油は通路ｄからプラ
ンジャ室ｃへと逆流し、プランジャ室ｃ内及びプランジ
ャ室ｃに連通する高圧側の作動油の圧力が下がる。これ
によってプランジャ室ｃ内の圧力は作動油の供給圧力よ
りも低下し、前記前後進切替弁Ｂのシート面２４が開放
される。このため、供給口ａから供給された作動油は、
前後進切替弁Ｂの入口ｈ、同切替弁Ｂのシート面２４を
流れ、同切替弁Ｂの通路ｆ、通路ｅを経てプランジャ室
ｃ内に入り、油漏分のみが補給される。

【００２６】ニ）このように本装置によれば一回の動作
ごとに油漏分を確実に補給することができるので、次の
動作時には、作動油に高圧を発生させて吸排気弁を確実
に駆動することができる。

【００２７】（２）低負荷運転時 イ）一般に４サイクルディーゼル機関で低負荷運転をす
ると、不完全燃焼傾向となる。そこで、低負荷運転時に
は、燃料噴射目盛の指示、機関回転数、給気圧力等のピ
ックアップ信号を用いて図示しない制御空気系の電磁弁
を作動させ、前記低負荷切替弁Ａ側の制御ピストン３０
に制御空気を送る。

【００２８】制御ピストン３０は、低負荷切替弁Ａの弁
体２２を出口ｇ側に移動させて同切替弁Ａのシート面２
４を開放する。

【００２９】プランジャ１４の上昇に伴って、プランジ
ャ室ｃ内の作動油は排出孔ｓｌから通路ｊ，ｋ，ｌに流
れ、低負荷切替弁Ａの通路ｆ及びシート面２４を通り、
同切替弁の入口ｈから通路ｍを経て供給孔ａに逆流す
る。従って、この間、プランジャ室ｃ内の作動油は高圧
にならない。

【００３０】プランジャ１４が上昇して排出孔ｓｌが閉
止されると、プランジャ室ｃ内の油圧が上昇して（１）
で説明した通常運転時と同一の作動行程となる。

【００３１】このように、低負荷運転時に低負荷切替弁
Ａを作動させると、作動油が高圧となって吐出されてい
くタイミングが変化する。即ち、プランジャ室ｃの供給
孔ｓｈを排出孔ｓｌの間隔を適宜に設定しておくことに
より、低負荷運転時に吸排気のタイミングを任意に変更
することができる。

【００３２】図５に示すように、吸排気弁の作動にはオ
ーバラップ部分があるが、同図中破線で示すように両弁
の作動タイミングを変えれば、そのオーバラップ量を通
常運転時に比べて減少させることができる。

【００３３】また、弁の作動タイミングの変更のほか、
作動油の油圧を調整することにより吸排気弁のリフトを
変更することができるので、吸排気弁のリフト及びタイ
ミングの双方を変更すれば、図６に示すような吸排気弁
の作動を得ることができ、低負荷時の完全燃焼化改善が
可能となる。

【００３４】（３）前後進切替時 イ）前述したように、本実施例は自己逆転仕様の４サイ
クル機関であり、ダブルカム３，４を設けたカム軸２を
油圧で軸方向に移動させ、カムとプランジャ１４による
油圧発生のタイミングをクランク軸の回転方向に応じて
変えられるようになっている。

【００３５】ロ）機関の前後進切換信号によって図示し
ない制御空気系の電磁弁を作動させ、前記前後進切替弁
Ｂの制御ピストン３０に制御空気を供給する。

【００３６】ハ）制御ピストン３０の棒体３１は前後進
切替弁Ｂの弁体２２を出口ｇ方向に押し、シート面２４
を開放する。

【００３７】プランジャ１４の上昇によってプランジャ
室ｃから吐出された作動油は、通路ｅ，前後進切替弁Ｂ
の通路ｆ、同切替弁Ｂのシート面２４及び入口ｈを介し
て供給口ａに逆流していく。

【００３８】従って、プランジャ室ｃ内の作動油は供給
圧力以上には上昇しない。従ってカム軸２に大きな負荷
をかけずにカムの切換えができ、ダブルカムの損傷を防
止し、かつカムの切換えが確実になる。

【００３９】プロペラ直結機関においては、機関停止後
も船速によりプロペラが遊転して機関を逆に駆動させる
状態となる。この時、前後進切替弁Ｂにエアを供給すれ
ば、吸排気弁が閉じたままの状態となり、強力なエンジ
ンブレーキとなって速やかに停船することができる。大
型船の停船時間を短くする有効な手段が今までなかった
が、本装置によりこれを短縮することが可能となる。

【００４０】以上説明したような各運転状態等における
特有の作用・効果のほか、本実施例の装置によれば、一
般に次のような作用・効果が期待できる。即ち、本装置
は、油圧式吸排気弁駆動装置を４サイクルディーゼル機
関にはじめて採用しており、動弁機構における構成部分
間の直接衝突をを防止しているので、吸気弁及び排気弁
のシート部は双方共に軟着座することができ、このため
に吸排気弁棒や弁座の耐久性が向上する。また機関全体
として低騒音・低振動を実現できる。

【００４１】

【発明の効果】本発明の油圧式吸排気弁駆動装置は、逆
止弁の入口と作動油の供給源を結び、逆止弁の出口とプ
ランジャ室の吐出孔を結んでいる。従って、プランジャ
室から高圧で吐出した作動油はそのまま動弁機構に供給
され、プランジャが下降して作動油圧が下った時には逆
止弁が開いて供給源からプランジャ室内に作動油が必要
量だけ補給される。

【００４２】このため、油圧機構による吸排気弁の駆動
が確実に行なわれるという効果がある。さらに本発明に
よれば、吸気弁と排気弁の各々を駆動する本発明の装置
を、燃料カムにより駆動される燃料ポンプに近接して一
体的に小型化して設けることができ、組み立て、保守、
点検等を燃料ポンプと一緒に容易に行うことができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成を示す模式図であ
る。

【図２】同実施例の縦断面図である。

【図３】同実施例の横断面図である。

【図４】同実施例におけるプランジャ室付近の拡大断面
図である。

【図５】同実施例における吸排気弁のリフトとクランク
角度の関係を示すグラフである。

【図６】同実施例における吸排気弁のリフトとクランク
角度の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 吸排気弁駆動装置 ３，４ ダブルカム １４ プランジャ ３０ 制御手段としての制御ピストン ｃ プランジャ室 Ｂ 逆止弁としての前後進切替弁、 ｍ，ｅ 通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大川内 潔 東京都中央区八重洲二丁目７番２号 日 鍛バルブ株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−233116（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−169614（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−20622（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸に連動するカム軸によって燃
   料カムが駆動される４サイクルの内燃機関に適用される
   油圧式吸排気弁駆動装置において、 プランジャ室と、 前記プランジャ室と作動油の供給源を接続する通路と、 前記プランジャ室と吸排気弁の油圧動弁機構を接続する
   通路と、 前記カム軸に設けられたカムと、 前記カムに従動して前記プランジャ室内で移動すること
   により前記プランジャ室から吸排気弁の油圧動弁機構に
   作動油を送り出して前記内燃機関の吸排気弁を駆動する
   プランジャと、 常態で入口側から出口側への作動油の流れを許容し、そ
   の反対側への作動油の流れを阻止する逆止弁と、 前記作動油の供給源と前記逆止弁の入口側を接続する通
   路と、 前記プランジャ室から送り出される作動油の一部を前記
   逆止弁の出口側に供給する通路とが、 吸気弁と排気弁の各々について、前記燃料カムの位置を
   中心として前記カム軸の方向における略対称位置にそれ
   ぞれ設けられたことを特徴とする 油圧式吸排気弁駆動装
   置。