JP4782228B2 - バルブ開放機構および方法 - Google Patents

Description

本発明は、概してバルブ開放機構および方法、より詳しくは二つのバルブの一方または両方を動かすためのヨークを含むバルブ開放機構および方法に関連する。

現代のエンジンの多くでは、二つの吸気バルブと二つの排気バルブとを各シリンダが備える。二つの吸気または排気バルブに接続されたヨークによってバルブが開放されることが多い。ヨークは概してロッカアームにより一方向に強制移動されてバルブを開放し、通常は、ロッカアーム力が解除された後でばねがバルブを閉鎖位置へ付勢する。多くのエンジンの構造では、ロッカアーム旋回シャフトの付近にバルブヨークが設けられる。これにより、最新技術の単一バルブエンジンブレーキ操作の使用を妨げるパッケージングの問題が生じる。ロッカアームの機械的長所をさらに利用するためロッカシャフトに最も近いバルブのみを操作して、より高い制動力のためさらに高いシリンダ圧力を可能にすることが望ましい。バルブヨークを通して内側バルブを操作する油圧式間隙調節器によりこれが達成されるが、グループエンジンにおいてロッカシャフトにヨークが近接していると、このピストンを含めるスペースが残らない。ゆえに、制動時に両方のバルブが操作されるように、ヨーク全体で間隙調節が行われなければならない。こうして、所与のバルブ列パッケージのための低い圧力が必要である。

米国特許第５，１９３，４９７号明細書 米国特許第５，６０９，１３３号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１１２３３０号明細書 国際公開第２００８／０７３１２２号パンフレット

占有スペースが最小でありながら柔軟性のあるバルブ操作機構となるバルブ開放機構を設けることが望ましい。エンジン制動中の単一バルブの操作とエンジン排気中の二つのバルブの操作の両方を促進するようなバルブ開放機構を設けることも好ましい。

本発明の一面によれば、バルブ開放機構は、第１部材の第１接触面と、第１部材から独立した第２部材の第２接触面と、第１および第２開口部と、第１および第２開口部をそれぞれ開閉するように移動可能な第１および第２バルブと、第１接触面と接触した時には第１バルブを移動させるが第２バルブは移動させないように構成させるとともに、第２接触面と接触した時には第１バルブと第２バルブとを移動させるように構成されたヨークとを包含する。

本発明の別の面によれば、エンジンの排気バルブを操作する方法が提供される。エンジンは少なくとも１本のシリンダを包含し、シリンダは第１および第２排気バルブを包含する。この方法では、第１部材の第１接触面は、第１接触面がヨークと接触することにより第２バルブでなく第１バルブを開放位置へ移動させる第１バルブ開放位置へ移動する。第２部材の第２接触面は、第２接触面がヨークと接触することにより第１バルブと第２バルブとを開放位置へ移動させる第２バルブ開放位置へ移動し、第１および第２部材は相互に独立している。

同様の数字が類似の要素を指す図面と関連して以下の詳細な説明を読むことにより、本発明の特徴および長所がよく理解されるだろう。
本発明の実施例によるバルブ開放機構のニュートラル位置での概略的な部分断面図である。 本発明の実施例によるバルブ開放機構の第１開放位置での概略的な部分断面図である。 本発明の実施例によるバルブ開放機構の第２開放位置での概略的な部分断面図である。 本発明の実施例によるバルブ開放機構の概略的上面図である。 本発明の実施例によるバルブ開放機構の概略図である。

本発明の実施例によるバルブ開放機構２１が、図１から３に示されている。バルブ開放機構２１は、図の実施例では第１部材、ここでは第１ロッカアーム２５の一部である第１可動接触面２３と、図の実施例では第２部材、ここでは第２ロッカアーム２９の一部である第２可動接触面２７とを包含する。第１および第２部材は、通常は相互に独立している。第１および第２可動接触面２３，２７は、ロッカアーム２５，２９の一部である必要はない。例えば、ピストンなどの往復部材の一部を形成してもよい。本発明の一面は、１本以上のシリンダ４３を含むエンジン４１に関連するバルブ開放機構の使用を含むが、このような使用に本発明が限定されるわけではない。

バルブ開放機構２１はまた、第１および第２開口部３１，３３と、第１および第２開口部をそれぞれ開閉するように移動可能である第１および第２バルブ３５，３７とを包含する。ヨーク３９は、図２に見られるように第１可動接触面２３と接触する時には第１バルブ３５を移動させるが第２バルブ３７は移動させないように構成されるとともに、図３に見られるように第２可動接触面２７と接触する時には第１バルブと第２バルブとを移動させるように構成されている。ヨーク３９は、第１バルブ３５および／または第２バルブ３７と直接接触することにより、またはより一般的には、第１および第２バルブ３５，３７とそれぞれ関連する第１および第２バルブステム４５，４７との接触を介して、これらのバルブを移動させるように構成されている。エンジン４１に関わる本発明の実施例では、第１および第２開口部３１，３３と第１および第２バルブ３５，３７は、シリンダ４３の排気バルブである。ヨーク３９は、ヨークが第１可動接触面２３と接触した時に第１バルブ３５を開放位置へ移動させるように構成されるとともに、第２可動接触面２７と接触した時には第１バルブ３５と第２バルブ３７とを開放位置へ移動させるように構成されている。

通常、ヨーク３９は旋回可能である、つまりヨークは、中心ピンが設けられた場合には一般的にそうであるように垂直移動のみに制限されることがない。図１に見られるように、第１および第２バルブ３５，３７は通常、第１および第２開口部３１，３３に対する閉鎖位置にばねで押圧されている。第１および第２バルブ３５，３７は適当な手段によって閉鎖位置へ付勢できるが、一般的にはばね４９が第１および第２バルブステム４５，４７の周囲に取り付けられて、ばねの底部においてシリンダ４３の上方の表面５１と、またばねの上部において第１および第２バルブステムから延出するフランジ４５ｆ，４７ｆと接触する。こうして、バルブステム４５，４７がヨーク３９により移動すると、フランジ４５ｆ，４７ｆがばね４９をシリンダ４３上方の表面５１へ圧縮するため、第１および第２バルブ３５，３７は第１および第２開口部３１，３３からシリンダ４３内へ移動する。

ヨーク３９は、バルブステム４５，４７の上端部と接触する。少なくとも第２バルブステム４７は通常、ヨーク３９の底面５７の対応の球形凹部５５に収容される球形上部５３を有する。第１バルブステム４５は通常、ヨーク３９の底面５７と接触する非球形上部５９を有する。第１バルブステム４５の上部５７は通常、ヨーク３９に対する揺動および摺動を促進するためいくらか丸みが与えられるか面取りが施される。スカート６１が上部５３，５７の側においてヨーク３９から下垂し、第２バルブステム４７およびヨークの球形上部５３および球形凹部５５とともに、バルブステムに対するヨークの配向を保つように機能する。

第１可動接触面２３は、ヨーク３９と接触する時に第１バルブステム４５の付近の第１接触点６３でヨークと接触するように通常は構成されているため、図２に見られるように、ヨークは第２バルブステム４７の球形上部５３とヨークの球形凹部５５とを中心として旋回する、つまりこの上部は旋回点または支点を画定する。第１接触点６３でヨーク３９と接触することにより、第１可動接触面２３は主に、第１バルブ３５を閉鎖位置に維持するばね４９に力を印加して、第１バルブのみを移動させる。第１可動接触面２３が第１接触点６３と接触する時には、通常、第２バルブ３７は移動しない。図３に見られるように第２可動接触面２７がヨーク３９と接触する時には、ヨークが旋回せずに第１バルブ３５と第２バルブの両方と関連するばね４９が圧縮されて両方のバルブをほぼ同時に開放するようにして普通はヨークの中心付近にある中心接触点６５でヨークと接触するように、通常、第２可動接触面は構成されている。

第１および第２ロッカアーム２５，２９は、通常、共通のシャフト６７に旋回可能に取り付けられている。シャフト６７の中心線Ｃ６７から、バルブ３５，３７をそれぞれ動かすためカムシャフト７５上のカム７１，７３と接触するプッシュロッドまたはローラ６９の中心線Ｃ６９までは、第１ロッカアーム２５についても第２ロッカアーム２９についても通常は同じ距離Ｄ１である。第１可動接触面２３とシャフト６７との間の距離Ｄ２は、通常、第２可動接触面２７とシャフトとの間の距離Ｄ３よりも短い、つまり第１可動接触面は第２可動接触面の「内側」にあり、ロッカ比Ｄ３／Ｄ１はロッカ比Ｄ２／Ｄ１よりも大きいのである。この構成により、第１可動接触面２３がヨーク３９と接触する時に第１バルブ３５を開放するためカムシャフトから第１ロッカアーム２５を通して伝達されるのに必要な力が最小となる。通常は、第１バルブを開放するのに必要な力が、第２可動接触面２７がヨークと接触する正常な排気動作中よりも概してかなり高いエンジン制動動作中のみに、第１ロッカアーム２５が第１バルブ３５を開放するように旋回するので、この構成では、エンジン制動動作中にカムシャフトに発生する可能性のある有害な力が減少する。

図４に見られるように、第１ロッカアーム２５と第２ロッカアーム２９とは、第１ロッカアームの長手軸にほぼ整合されたヨーク３９への第１および中心接触点６３，６５の接触を促進するような構造を持つ。しかし、第１および第２ロッカアームの長手軸に対してヨークを垂直に配向することなどにより、ヨークへの第１および中心接触点との接触を可能にする他の構造が設けられてもよいことは理解されるだろう。図４では、第１可動接触面が第１接触点６３の付近に位置するように、第１ロッカアーム２５が旋回可能に取り付けられたシャフト６７から第１可動接触面２３まで、上から見た時に第１ロッカアーム２５がほぼ直線上に延在することが分かる。第２可動接触面２７がヨーク３９上の中心接触点６５の付近に位置するように、第２ロッカアーム２９のアーム２９ａは第１ロッカアーム２５の前端部の周囲で湾曲または屈曲している。第２ロッカアーム２９は、第１ロッカアーム２５の一部の上に延在して、シャフト６７が延出する開口部を含む第２部分２９ｂを含む。第２部分２９ｂは安定性を高める。

カムシャフト７５は、第１ロッカアーム２５と第２ロッカアーム２９とを異なる時に旋回させるように構成されている。例えばカムシャフトは、第２ロッカアームが旋回しない時に第１ロッカアームを旋回させる、および／または、第１ロッカアームが第２ロッカアームと異なる頻度で旋回する。

第１可動接触面２３は、第１ロッカアーム２５に設けられたシリンダ７９に移動可能に配置されたピストン７７の一部でもよい。ピストン７７は、第１ロッカアーム２５が前方に旋回する時に第１可動接触面２３がヨーク３９上の第１接触点６３と接触する一つ以上の作用位置まで延出するように、また、第１ロッカアームが前方に旋回しても、第１可動接触面がヨーク上の第１接触点と接触できない非作用位置まで後退するように制御される。ピストン７７の位置は、多様な方法で制御できる。

図５に見られるように、適当な油圧流体供給源８３およびポンプ８５に通じるライン８１を通して提供されるシリンダ７９内の油圧により、ピストン７７は作用位置へ駆動されるが、機械的、空気式、電気的に操作されるか、磁気手段による移動など、適当な手段によって動かされてもよい。油圧が軽減または低下すると、バルブ３５に付勢してヨーク３９を通してピストンを動かす力を伝達するばね４９などのばねといった適当な手段により、ピストン７７は非作用または後退位置へ移動する。特許文献１、特許文献２、特許文献３には、ここに図示されていない流体ラインおよびバルブを含む伸縮ピストンを備えるロッカアームの実施例が開示されており、参考として取り入れられている。例えば、ライン８１の一つ以上のバルブ８９およびポンプ８５に適切な信号を送ってシリンダ７９へ流体をポンプ供給し、ピストン７７上の第１可動接触面２３を作用位置へ移動させるように設けられた制御装置８７により、ピストン７７の位置が制御される。例えば、エンジン制動動作を実施するための信号が制御装置に受け取られると、制御装置８７はこのような信号を送る。信号は、エンジン制動を必要とする状態を検知するセンサ９１などから制御装置８７に送られる。

エンジン制動の促進に加えて、単数または複数の排気バルブ３５および／または３７の選択的な開閉により、エンジン内の排気ガス温度の上昇などの機能の実施を促進できる。特許文献４には、シリンダの排気バルブの選択的開閉によるエンジン排気温度の上昇などが開示されており、参考として取り入れられている。本発明の一面によれば、ピストン７７が外向きに動くと、第１可動接触面が第１バルブ３５を開放して所望のエンジン排気温度を達成する。

エンジン４１内の第１および第２排気バルブ３５，３７を操作する方法には、少なくとも１本のシリンダ４３を包含するエンジンが用いられ、シリンダ４３は第１および第２排気バルブを包含する。この方法では、図２に見られるように、ニュートラル位置（図１）から、第１接触面が旋回可能なヨーク３９と接触することで第２バルブ３７でなく第１バルブ３５を開放位置へ移動させる第１バルブ開放位置へ、第１接触面２３が移動する。第１接触面２３は、カムシャフト７５上のカム７１により旋回する第１ロッカアーム２５に配置されている。

カムシャフト７５が回転を続けると、別のカム７３が、第２接触面２７が設けられた第２ロッカアーム２９と接触することにより、第２接触面が旋回可能ヨーク３９と接触することで第１バルブ３５と第２バルブ３７の両方を開放位置へ移動させる第２バルブ開放位置（図３）へ第２接触面を移動させる。カム７１，７３は、第１ロッカアーム２５と第２ロッカアーム２９とが異なる時におよび／または異なる頻度で旋回するように構成されている。

第１接触面２３が旋回可能ヨーク３９と接触すると、旋回可能ヨーク３９の底面５７の球形凹部５５に収容される第２バルブ３７のバルブステム４７の球形上部５３により画定される旋回点を中心として、旋回可能ヨークが旋回する。第２接触面２７が旋回可能ヨーク３９と接触する時には、旋回可能ヨークは通常、旋回点を中心として旋回しない。

第１接触面２３はピストン７７の一部であってもよく、第１バルブ開放位置への第１接触面の移動は、ピストンが移動可能に配置されたシリンダ７９に対するピストンの移動を包含する。シリンダ７９は第１ロッカアーム２５に形成され、後退した非作用位置から、第１ロッカアームを旋回させることによりシリンダが移動して旋回可能ヨーク３９と接触する一つ以上の延出作用位置まで移動する。例えばピストン７７は、エンジン制動動作を実施することが望ましい時に延出し、エンジン制動を停止することが望ましい時に後退する。例えば、第１ロッカアーム２５はカム７１の作用を受けて旋回し、ピストン７７が作用位置へ延出するまでは、第１ロッカアームの旋回動作の結果として第１接触面２３が旋回可能ヨーク３９と接触することはない。対照的に、カム７３の作用を受けた第２ロッカアーム２９の定期的な旋回により、第２接触面２７は常に旋回可能ヨークと接触してバルブ３５，３７をほぼ同時に移動させて、例えばシリンダ４３から排気を放出させる。

本出願において、“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”（を含む）などの語は非限定的であって、“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”（を包含する）などの語と同じ意味を持つものとし、他の構造、材料、作用の存在を除外するものではない。同様に、“ｃａｎ”、“ｍａｙ”などの語の使用は非限定的であって、構造、材料、作用が必須ではないことを表すものとするが、このような語を使用しなくてもその構造、材料、作用が不可欠であることを表す意図はない。構造、材料、作用が現時点で不可欠であると考えられる限り、そのように特定される。

好適な実施例について本発明を図示および説明したが、請求項に記載された発明から逸脱しない変形および変更は認められる。

２１ バルブ開放機構
２３ 第１接触面
２５ 第１ロッカアーム
２７ 第２接触面
２９ 第２ロッカアーム
２９ａ アーム
２９ｂ 第２部分
３１ 第１開口部
３２ 第２開口部
３５ 第１バルブ
３７ 第２バルブ
３９ ヨーク
４１ エンジン
４３ シリンダ
４５ 第１バルブステム
４５ｆ フランジ
４７ 第２バルブステム
４７ｆ フランジ
４９ ばね
５１ 表面
５３ 球形上部
５５ 球形凹部
５７ 第１バルブステムの上部
５９ 非球形上部
６１ スカート
６３ 第１接触点
６５ 中心接触点
６７ シャフト
Ｃ６７ シャフトの中心線
６９ プッシュロッド・ローラ
Ｃ６９ プッシュロッド・ローラの中心線
７１，７３ カム
７５ カムシャフト
７７ ピストン
７９ シリンダ
８１ ライン
８３ 供給源
８５ ポンプ
８７ 制御装置
８９ バルブ
９１ センサ

Claims (24)

1. 第１部材の第１接触面と、
   前記第１部材から独立した第２部材の第２接触面と、
   第１および第２開口部と、
   前記第１および第２開口部をそれぞれ開閉するように移動可能である第１および第２バルブと、
   前記第１接触面と接触した時に前記第１バルブを移動させるが前記第２バルブを移動させないように構成されるとともに、前記第２接触面と接触した時に該第１バルブと該第２バルブとを移動させるように構成されたヨークと、
   を包含し、
   前記第１および第２部材が第１および第２ロッカアームである、
   バルブ開放機構。
2. 前記ヨークが、前記第１接触面と接触した時に前記第１バルブを開放位置へ移動させるように構成されるとともに、前記第２接触面と接触した時に該第１バルブと前記第２バルブとを開放位置へ移動させるように構成される、請求項１に記載のバルブ開放機構。
3. 前記ヨークが旋回可能である、請求項２に記載のバルブ開放機構。
4. 前記第１接触面が、前記ヨークの第１端部の付近で該ヨークと接触するように構成される、請求項３に記載のバルブ開放機構。
5. 前記第２接触面が、前記ヨークの中心付近で該ヨークと接触するように構成される、請求項４に記載のバルブ開放機構。
6. 前記第２接触面が、前記ヨークの中心付近で該ヨークと接触するように構成される、請求項３に記載のバルブ開放機構。
7. 前記第１および第２バルブとそれぞれ関連する第１および第２バルブステムと前記ヨークが接触し、該第１および第２バルブステムの少なくとも一方が、該ヨークの旋回点を画定する端部を有する、請求項３に記載のバルブ開放機構。
8. 前記ヨークが旋回可能である、請求項１に記載のバルブ開放機構。
9. 前記第１接触面が、前記ヨークの第１端部の付近で該ヨークと接触するように構成される、請求項８に記載のバルブ開放機構。
10. 前記第２接触面が、前記ヨークの中心付近で該ヨークと接触するように構成される、請求項９に記載のバルブ開放機構。
11. 前記第２接触面が、前記ヨークの中心付近で該ヨークと接触するように構成される、請求項８に記載のバルブ開放機構。
12. 前記第１および第２バルブとそれぞれ関連する第１および第２バルブステムと前記ヨークが接触し、該第１および第２バルブステムの少なくとも一方が、該ヨークの旋回点を画定する球形端部を有する、請求項８に記載のバルブ開放機構。
13. 前記第１および第２ロッカアームが共通のシャフトに旋回可能に取り付けられ、前記第１接触面が前記第２接触面よりも該シャフトに近接して配置される、請求項１に記載のバルブ開放機構。
14. 前記第１ロッカアームと前記第２ロッカアームとを異なる時に旋回させるように構成されたカムシャフトを前記機構が包含する、請求項１に記載のバルブ開放機構。
15. 前記カムシャフトが、前記第２ロッカアームが旋回しない時に前記第１ロッカアームを旋回させる、請求項１４に記載のバルブ開放機構。
16. 前記第１接触面が、前記第１ロッカアームのシリンダに移動可能に配置されたピストンの一部である、請求項１に記載のバルブ開放機構。
17. 請求項１のバルブ開放機構を包含するエンジン。
18. エンジンの排気バルブを操作する方法であって、該エンジンが少なくとも１本のシリンダを包含して、該シリンダが第１および第２排気バルブを包含し、
    第１部材の第１接触面がヨークと接触することにより前記第２バルブでなく前記第１バルブを開放位置へ移動させる第１バルブ開放位置へ該第１接触面を移動させることと、
    第２部材の第２接触面が前記ヨークと接触することにより前記第１バルブと前記第２バルブとを前記開放位置へ移動させる第２バルブ開放位置へ該第２接触面を移動させることであって、該第１および第２部材が相互に独立していることと、
    を包含し、
    前記第１および第２部材が第１および第２ロッカアームである、
    方法。
19. 前記第１接触面が前記ヨークと接触する時に、旋回点を中心として該ヨークが旋回する、請求項１８に記載のエンジン排気バルブ操作方法。
20. 前記第２接触面が前記ヨークと接触する時には該ヨークが前記旋回点を中心として旋回しない、請求項１９に記載のエンジン排気バルブ操作方法。
21. 前記第１接触面がピストンの一部であり、前記第１バルブ開放位置への該第１接触面の移動が、該ピストンが移動可能に配置されたシリンダに対して該ピストンを移動させることを包含する、請求項１８に記載のエンジン排気バルブ操作方法。
22. 前記第１および第２部材が共通のシャフトに旋回可能に取り付けられた第１および第２ロッカアームであり、前記方法が、該第１および第２ロッカアームを異なる時に旋回させることを包含する、請求項１８に記載のエンジン排気バルブ操作方法。
23. 前記第１および第２ロッカアームが共通のシャフトに旋回可能に取り付けられ、前記第１接触面が前記第２接触面よりも該シャフトに近接して配置される、請求項１８に記載のエンジン排気バルブ操作方法。
24. エンジン制動動作中に前記第２バルブでなく前記第１バルブを開放位置へ移動させることと、排気動作中に該第１バルブと該第２バルブとを該開放位置へ移動させることとを包含する、請求項１８に記載のエンジン排気バルブ操作方法。

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