JP4420493B2 - 圧縮エンジンブレーキ装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮点火エンジン（ディーゼルエンジン）用の圧縮解除エンジンブレーキ装置(compression relief engine braking system)に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンでは、電気火花点火エンジン（ガソリンエンジン）で経験するようなブレーキ効果は本来的に得られない。その理由は、絞り弁（throttle）が閉じられれば、吸気マニホールドの真空度が増加してエンジン回転数（rpm）を抑制するが、ディーゼルエンジンにはそのような絞り弁がないからである。
【０００３】
エンジンが回転している時（エンジンへの燃料供給カット）に抑制効果が生じるというやり式でディーゼルエンジンを動かすことは、シー・エル・カミンス氏による米国特許第３２２０３９２号において提案されている。
【０００４】
圧縮解除エンジンブレーキ装置が依存する原理は、圧縮行程の終わりに排気弁が開くことにより、圧縮行程で空気を圧縮するのに必要なエネルギが排出されて浪費されるということである。圧縮行程は、もはや爆発行程に移行しないので、エンジンサイクルのいかなる行程でもエネルギが発生することはない。そのため、エンジンは、排気においては圧縮空気を排出する空気ポンプのようにふるまうとともに、それによって、吸気された空気が加熱されて自動車の運動エネルギを使い果たす。
【０００５】
カミンス氏の特許は、上死点（ＴＤＣ）で排気バルブを選択的に作動させるようにして、単体燃料噴射器の燃料供給装置（unit injector fuel system）におけるカムの動きを実用化した液圧機構について記述している。そのような燃料供給装置を利用するエンジンでは、ペリゾーニ氏による米国特許第３７８６７９２号のような空動きカムシャフト（lost motion camshaft）が提案されている。このタイプの空動き機構は、１シリンダ当たり複数の排気弁と、浮動クロスヘッドとを持つエンジンに適用されるときには、増加したすきまがクロスヘッドを浮動させるとともに、排気弁との接続を断ってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、空動き機構によるすきまが大きくても排気弁との接続を維持できる圧縮解除エンジンブレーキ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による圧縮解除エンジンブレーキ装置は、１シリンダ当たり２個の排気弁と、この排気弁の両方に接するクロスヘッドと、排気カムと前記クロスヘッドとの間の動力伝達系路に配置されたロッカーとを備えるエンジンに供給される。このロッカーは、一端部が、前記クロスヘッド上における前記排気弁の中間地点に作用し、他端部が前記排気カムの表面に追従するように配置されている。ブレーキ装置は、液圧回路内に配置された液圧マスターピストンを備える。この液圧回路は、排気弁の一つに作用する従動シリンダを持つ。マスターシリンダのピストンは、圧縮ブレーキの非作動時には、バネで付勢されて前記ロッカーの他端部から離間し、圧縮ブレーキの作動時には、前記液圧回路の圧力により付勢されて前記ロッカーの他端部と共に移動する。
【０００８】
ブレーキ装置は、クロスヘッドサポート機構がロッカーの一端部とクロスヘッドとの間に配置されることを特徴とする。このクロスヘッドサポート機構は、ロッカーの一端部に所定量の空動きをバネの付勢下で許容する遊び調整部を有している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る圧縮エンジンブレーキ装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態に係るエンジン圧縮解除ブレーキ装置の概略図は、図１に示されている。ブレーキ装置は、ブロック１６に配設されたマスターシリンダ１２と従動シリンダ１４とを相互に連動させる液圧回路（reciprocablehydraulic circuit）１０を備える。このブロック１６は、本発明の説明を簡単にするために、圧縮点火エンジン（図示省略）のシリンダヘッド１８に固着してある。電磁弁２０は、液圧回路１０への作動液供給を制御する。液圧回路１０が加圧されたときに、従動シリンダ１４のピストンがマスターシリンダ１２のピストンの挙動に追従する状態になるべく、与えられた圧力は、アキュムレータ２２により、制御弁２４を持上げるのに十分な圧力に調整される。液圧回路１０が加圧されたときに、エンジンブレーキを働かせるべく、圧縮行程の終わりに排気弁２６ａ、２６ｂの一つが開くように、従動シリンダ１４は配置される。これは、クロスヘッド２８の端部に滑動可能に受け入られるとともに排気弁２６ａのステムに接して直接押し下げるピン２５の上方にある従動シリンダ１４によりなし遂げられる。なお、この排気弁２６ａは、図１の左側に示してある。
【００１０】
マスターシリンダ１２は、液圧回路１０内の圧力により一方に片寄らされており、適正な位相と一致するシリンダヘッド１８内では、どの要素でも追従する。例えば、マスターシリンダ１２は、同じシリンダの燃料噴射器のプッシュロッド、又はブロック内の別のシリンダの弁に作動するカムに追従する。代わりになるべきものとして、カムが適当な形状に形成されていれば、同じシリンダの排気カムによりマスターシリンダを動かすことは可能である。図１に示すように、クロスヘッド２８はフローティング式であり、排気弁２６ａ、２６ｂの端部をそれぞれ含み入れる第１の凹部２７ａと第２の凹部２７ｂとを有するので、横への動きを制限する。クロスヘッド２８は、以下に詳述するように、ロッカーアームアッセンブリ（以下、ロッカーと略す。）３０の第１の端部（図中左側）を受ける中央平たん部２９を有する。ロッカー３０の第２の端部（図中右側）は、カム従動子３３内に受け入れられるプッシュロッド３２の上端部の方向に延在して当該上端部を受ける調整可能なピン３１を有する。カム従動子３３はカム３５（排気側）に接していて、そして、このカム３５は、軸Ａ回りを回転するようにジャーナル軸受で保持されている。カム３５は、第１の基礎円Ｂ１と、この第１の基礎円Ｂ１よりも小径の第２の基礎円Ｂ２を有する。図示した基礎円Ｂ１、Ｂ２の径寸法の差異は、誇張して表されている。リフトプロフィール（輪郭）Ｌは、カム従動子３３を上方に持上げて排気弁２６ａ、２６ｂを開かせるものであり、カム３５の一部を画成する。遷移部分Ｔ１、Ｔ２は、基礎円Ｂ１と基礎円Ｂ２との間の移り変わりを画成する。
【００１１】
図２は、クランク角に対して作図されたカムによる吸気弁及び排気弁のリフト（弁揚程）を表したグラフである。図１に示した排気カム３５の輪郭線は、グラフ中の曲線４０に対応し、その一方、吸気カム（図示省略）の輪郭線は、曲線４２で表されている。図中に示す文字は、次のように定義されている。
【００１２】
ＢＶＯ・・・ブレーキ弁開(Brake valve opening)
ＥＶＯ・・・排気弁開(Exhaust valve opening)
ＥＶＬ・・・排気弁最大リフト(Exhaust valve maximum lift)
ＩＶＯ・・・吸気弁開(Intake valve opening)
ＥＶＣ・・・排気弁閉(Exhaust valve closing)
ＩＶＬ・・・吸気弁最大リフト(Intake valve maximum lift)
ＩＶＣ・・・吸気弁閉(Intake valve closing)
【００１３】
通常のエンジン動作中では、カム表面の動きを排気弁に伝達する伝達系に、基礎円Ｂ１、Ｂ２により意図的に空動きが導入されるので、排気弁２６ａ、２６ｂは、排気側のカム３５の動きに完全に追従することはない。この空動きの結果として、プッシュロッド３２の最初の約２．５４ｍｍ（約０．１インチ）の動きは、弁に対して何ら効果を生じず、伝達系において単に空動き又は遊びを続けるにすぎない。この遊びは、一般的に基礎円Ｂ１と基礎円Ｂ２との間の径寸法の差に等しい。その後は、排気弁２６ａ、２６ｂが図２の曲線４４に示すリフトだけＥＶＯで開弁する。
【００１４】
その反面、圧縮ブレーキが働くときは、液圧回路１０内の圧力により、引っ込み位置（図示省略のバネにより付勢される位置）のマスターシリンダ１２をロッカー３０と接触するようにさせる。その結果、マスターシリンダ１２は、プッシュロッド３２の動きと、遷移部分Ｔを通過して基礎円Ｂ２に沿った排気側のカムの表面とに完全に追従するとともに、この動きを従動シリンダ１４に液圧として伝達する。そして、その伝達された液圧は、排気弁２６ａ、２６ｂの一つに直接作用し、また、排気カム３５の輪郭線、すなわち図２中の曲線４０に完全に追従すべく、ＢＶＯでリフトさせる。
【００１５】
それゆえ、液圧回路１０が加圧されないときは、排気行程の始まりと終わりにそれぞれ行われる両方の排気弁の排気弁開（ＥＶＯ）と排気弁閉（ＥＶＣ）を伴う排気弁のタイミングが常態である（図２の曲線４４参照）が、電磁弁２０が液圧回路１０に加圧するように作動すると、従動シリンダ１４により作用された排気弁２６ａは、ブレーキ弁開（ＢＶＯ）のタイミングで瞬時に開弁するとともに、４ストロークサイクルの膨張行程中は開弁したままである（図２の曲線４０参照）。
【００１６】
そのようなエンジンの問題は、排気側のカムから排気弁への伝達系で要求される遊び量が常態よりもかなり大きいことである。と言うのは、その遊び量は、一般的な弁すきま（運転中のエンジンから発生する熱によりもたらされる構成要素の寸法増加に対応するのに必要なもの）と意図的な空動き（エンジンブレーキの操作に必要とされるもの）とで構成されるからである。過度の自由な遊び量がもたらす通例の騒音と摩耗の問題は別として、ロッカー３０がクロスヘッド２８から完全に離間してしまうというリスクがある。そのような排気弁２６ａ、２６ｂのヘッド（弁端）に対するクロスヘッド２８の離間を防止すべく、クロスヘッドサポート機構又は遊び調整部５５を備えている。
【００１７】
図３は、ロッカーシャフト４６回りにピボット状に回動可能なロッカー３０の断面を示す。同図では、クロスヘッド２８上で作動する第１の端部だけを示している。ロッカー３０は、遊び調整部５５の内部材５４にＯリング６４を用いて取付けられる、ボール状頭部を持つ止め金具６２に適合されている。遊び調整部５５は、中央平たん部２９（結局は凹部５２により形成されている）上で作動する外カップ５０をさらに備えている。内部材５４は、外カップ５０内でスナップリング５８により保持されている。このスナップリング５８は、外カップ５０の内面に設けられた溝に受入れられる。バネ（圧縮コイルばね）５６は、外カップ５０の本体部と、内部材５４から内方に突出するフランジ部との間で作動し、図３で示すように、スナップリング５８により提供されたストッパに抗して、内部材５４を上方に付勢し、クロスヘッド２８と離間させている。
【００１８】
エンジンの通常の動作では、ロッカー３０の端部は、図３に示すように下方に移動しても、クロスヘッド２８上と直接接することはないが、遊び調整部５５の内部材５４上と接する。内部材５４は、常にロッカー３０に伴って動くが、自由な遊び量Ｘ（同図参照）がなくなるまでは、クロスヘッド２８と接触又はクロスヘッド２８を押圧することはない。これゆえに、排気弁２６ａ、２６ｂは、図２においてＢＶＯで示すタイミングで開弁することはないが、ＥＶＯで示すタイミングで開弁する。このＥＶＯで示すタイミングは、通常の排気弁開閉時期に対応している。上述したように、自由な遊び量Ｘは、一方では、基礎円Ｂ１、Ｂ２の間における径寸法の差により生ずる意図的な空動きと、他方では、一般的な弁すきまからなる。エンジンを始動したすぐ後に、空動きに対応する自由な遊び量Ｘの部分だけがそのままで、エンジン熱のために弁すきまが遊び調整部５５内で小さくなるので、当業者から高く評価される。
【００１９】
上述した通常の操作と対照的に、圧縮ブレーキ装置は、従動シリンダ１４が排気弁２６ａ上のピン２５を介して作動する膨張行程の間、働く。この間中、クロスヘッド２８と別の排気弁２６ｂは動くことはなく、ピン２５は、遊び調整部５５によるロッカー３０の動きが継続できるように、クロスヘッド２８の内側をすべって行く。クロスヘッド２８は、それにもかかわらず、遊び調整部５５により横方向の動きに抗して保持されるように、しっかりと正しい位置に残っており、そして、ピン２５により遊び調整部５５回りを回動することを妨げられる。その結果、クロスヘッド２８の中央の動きを制止するために必要だった位置決めペグやスライダは、本発明において不必要になった。
【００２０】
バネの剛性は、カム３５が回転している間は常時ヘッドクロスとの接触を維持するのに十分な大きさにすることは注意を要するが、リフトさせようとしないときに、排気弁のリフト又は動作を引き起こすような剛性でないようにすることにも注意を要する。止め金具６２内の通路６６が結合部の摩耗を最小限にする潤滑油用経路を備えることは注目に値する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧縮エンジンブレーキ装置の概略断面図である。
【図２】通常の動作状態と圧縮エンジンブレーキ装置作動時の吸気と排気弁のリフト（揚程）を表したグラフであり、縦軸がバルブリフト、横軸がクランク角である。
【図３】図１におけるロッカーとクロスヘッドとの間に配置された遊び調整部を拡大して示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０ 液圧回路
１２ マスターシリンダ
１４ 従動シリンダ
１６ ブロック
１８ シリンダヘッド
２０ 電磁弁
２２ アキュムレータ
２４ 制御弁
２５ ピン
２６ａ、２６ｂ 排気弁
２７ａ、２７ｂ、５２ 凹部
２８ クロスヘッド
２９ 中央平たん部
３０ ロッカーアームアッセンブリ（ロッカー）
３１ ピン
３２ プッシュロッド
３３ カム従動子
３５ カム（排気カム）
４０、４２、４４ 曲線
４６ ロッカーシャフト
５０ 外カップ
５４ 内部材
５５ クロスヘッドサポート機構（遊び調整部）
５６ バネ
５８ スナップリング
６２ 止め金具
６４ Ｏリング
６６ 通路
Ａ 軸
Ｂ１、Ｂ２ 基礎円
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ 遷移部分
Ｌ リフトプロフィール
Ｘ 遊び量

Claims (5)

  1. １シリンダ当たり複数の排気弁(26a,26b)と、該排気弁(26a,26b)の両方に接するクロスヘッド(28)と、排気カム(35)と前記クロスヘッド(28)との間の動力伝達系路に配置されたロッカー(30)であって、その一端部が前記クロスヘッド(28)上における前記排気弁(26a,26b)の中間地点に作用し、その他端部が前記排気カム(35)の表面に追従するようなロッカー(30)と、前記のうちいずれか一つの排気弁(26a)に作用する従動シリンダ(14)を含む液圧回路(10)内に配設されたマスターシリンダ(12)と、を備え、
    前記マスターシリンダ(12)のピストンは、圧縮ブレーキの非作動時には、バネで付勢されて前記ロッカー(30)の他端部から離間し、圧縮ブレーキの作動時には、前記液圧回路(10)の圧力により付勢されて前記ロッカー(30)の他端部と共に移動するように構成された圧縮エンジンブレーキ装置において、
    前記ロッカー(30)の一端部と前記クロスヘッド(28)との間にクロスヘッドサポート機構が配設され、該クロスヘッドサポート機構は、バネ(56)を備え、該バネ(56)の付勢下で前記ロッカー(30)の一端部に所定量(x)の空動きを許容する遊び調整部(55)を構成していることを特徴とする圧縮エンジンブレーキ装置。
  2. 前記遊び調整部(55)は、前記クロスヘッド(28)上の前記地点に作用する外カップ(50)と、前記ロッカー(30)の一端部に連結された内部材(54)であって、前記外カップ(50)に対して前記所定量(x)の空動きが許容されるように前記外カップ(50)内に保持された内部材(54)とを備え、前記バネ(56)は、前記内部材(54)を前記クロスヘッド(28)から離れる方向に付勢するように前記外カップ(50)内に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮エンジンブレーキ装置。
  3. 前記遊び調整部(55)の外カップ(50)は、前記クロスヘッド(28)に設けた凹部(52)内に載置され、前記排気弁(26a,26b)の往復方向に対して垂直な面において前記クロスヘッド(28)を前記遊び調整部(55)に対して位置決めするものであることを特徴とする請求項２に記載の圧縮エンジンブレーキ装置。
  4. 前記遊び調整部(55)の外カップ(50)は、前記クロスヘッド(28)に設けた平坦部(29)上に載置されていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮エンジンブレーキ装置。
  5. 前記排気カム(35)は、径が異なる２つの基礎円(B1,B2)によりその輪郭の一部が画成されており、前記径差により、前記空動きを生じさせ、前記圧縮ブレーキの作動時に前記マスターシリンダ(12)を動かすように作用するものであり、前記遊び調整部(55)は、前記空動きと一般的な弁すきまに対応して動作可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧縮エンジンブレーキ装置。
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