JP5129328B2 - 機械的なリフトロス機構を備えている油圧ラッシュ補償装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して油圧ラッシュアジャスタ（ＨＬＡ：hydraulic lash adjusters）などの油圧ラッシュ補償装置に関し、特に、高圧室と貯留室つまり低圧室の両方が存在しているタイプの油圧ラッシュ補償装置に関する。

内燃エンジン用の油圧ラッシュアジャスタ（「リフタ」とも呼ばれることもある）は、効率を維持し雑音と弁の列（バルブトレイン）の摩耗とを低減するために、変化する運転条件下でエンジンの弁の列の構成要素同士の間の隙間、すなわちラッシュをなくすように、長年にわたって使用されている。油圧ラッシュアジャスタは、弁を作動させるカムのエネルギーを、プランジャの下方の圧力室内に閉じ込められている油圧流体を介して伝達するという原理に基づいて作動する。カムの各動作中に、温度変化と摩耗の結果として弁作動部材の長さが変化し、少量の油圧流体が圧力室に流入したりそこから流出したりすることが可能になる。これによって、プランジャの位置の調整が実現し、その結果として弁の列の全有効長さが調整される。

カム動作サイクルは異なる２つの状態、（１）ベース円上での動作状態と、（２）弁作動状態とを含む。ベース円状態は、カムの回転中心とカムフォロワとの間の半径が一定であることによって特徴付けられ、この状態の間は、カムのエネルギーは伝達されない。弁作動状態は、カムの回転中心とカムフォロワとの間の半径が変化することによって特徴付けられ、カムのエネルギーをエンジン弁の開閉のために効率的に伝達する。弁作動状態の間は、弁ばねと、弁の列の構成要素の慣性と、シリンダ圧力とに起因する負荷の一部が、弁の列とラッシュアジャスタとを介して伝達される。負荷によって、ラッシュアジャスタの圧力室内の油圧流体の圧力がプランジャの面積に比例して上昇し、現在商業生産されている通常の油圧ラッシュアジャスタでは、プランジャとラッシュアジャスタ本体の壁との間の圧力室から流体が流出する。そのような装置は、「従来のリークダウン（conventional leakdown）」ラッシュアジャスタと呼ばれる。本発明は、さまざまなタイプの油圧ラッシュアジャスタにおいて利用可能であるが、特に、従来のリークダウンタイプのＨＬＡにおいて用いられるようになっており、それに関連して説明する。

「リフトロス（lift loss）」をもたらすラッシュアジャスタ、すなわち、密閉されている高圧室がさらなる移動を防止する前にある程度縮小可能なラッシュアジャスタが提案されている。したがって、弁が開き始める前にラッシュアジャスタのある程度の無駄な動き（ロストモーション）がある。このロストモーションは、弁が閉じた後にばねによって回復される。このようなラッシュアジャスタを使用すると、わずかな負のラッシュを、ラッシュアジャスタのロストモーションによって素早く吸収することができ、したがって弁が閉じることがより一層確実になる。

以前に提案されている「リフトロス」ラッシュアジャスタは、それよりも古いラッシュアジャスタの構成に対して大幅な変更が必要であり、所望の量のリフトロスを調整するには、正確に機械加工された複数の部材を選択して取り付けることが必要である。

内部の孔と、流体圧力源に連通している流体ポートとを形成している本体を有する内燃エンジン用の油圧ラッシュ補償装置が提供される。プランジャ組立体は、孔内に摺動可能に受け入れられて、孔と共に高圧室を形成している。プランジャ組立体は、低圧室と、弁の列の構成要素の隣接する表面に係合するように構成されている上側プランジャ部材と、下側プランジャ部材とを有している。孔と下側プランジャ部材は協働して、高圧室と低圧室との間に流体の連通を可能にするリークダウン隙間（leakdown clearance）を形成している。プランジャばねは、通常の状態ではプランジャ組立体を孔の外向きに付勢する。

本発明の油圧ラッシュアジャスタは、妨げられることなくリフト停止部材を通って延び上側プランジャ部材に調整可能に固定されている調整部材によって上側プランジャ部材に保持されている概ね環状のリフト停止部材を有する機械的なリフトロス機構を有している。リフト停止部材は、ラッシュばねによって上側プランジャ部材から離れるように付勢されている。上側プランジャ部材が本体内に受け入れられている時に、上側プランジャ部材は、リフト停止部材が下側プランジャ部材に係合しているために下側プランジャ部材から所定の距離だけオフセットされている。オフセットは、リフト停止部材の上側プランジャ部材に対する位置に基づいて調整可能である。

本発明の一実施形態の油圧ラッシュアジャスタを通る長手方向の断面図である。 図１の油圧ラッシュアジャスタの、線２−２に沿って切断された断面図である。 本発明の他の実施形態の油圧ラッシュアジャスタを通る長手方向の断面図である。

ここで本発明を限定することを意図しない図面を参照すると、図１は、本体２と、全体が３で示されており本体２内に摺動可能に配置されているプランジャ組立体と、を有する油圧ラッシュアジャスタ１を示している。プランジャ組立体３は、上側プランジャ部材４と下側プランジャ部材５を有している。プランジャ部材４および５は、本体２の孔２ｂ内に密着した嵌め合い関係になるように、本体内に受け入れられている。上側と下側のプランジャ部材４および５はそれらの間に低圧室（貯留室）６を形成している。下側プランジャ部材５の底部は、本体の孔２ｂの縮径部分７と共に、高圧室８を構成している。チェック弁９が、高圧室８と低圧室６とを接続している通路１０の端部に配置されている。

図示されている実施形態では、一例として球状のもののみを示しているが平らな円板等であってもよいチェック弁９が、下側プランジャ部材５内に形成されているカウンターボア２２に締まり嵌めしているケージ１１によって保持されている。ケージ１１は、ラッシュアジャスタプランジャばね１２のための座を形成している。一般的な設計の習慣に従って、ケージ１１の底部とチェックボール９との間で作用しチェックボールを通常の状態では閉じる位置に付勢する付勢ばね１３を、図１に示している。しかし、他の様々なチェックボールの付勢構造が知られており、本発明は、特定のどのようなチェック弁構成やチェック弁を付勢する構成にも限定されないことを理解すべきである。さらに、チェック弁は、「自由」に配置することができ、どの方向にも付勢されないようにすることができる。

油圧流体を供給源（ここでは不図示）から低圧室６に供給するように、油流入ポート１４が本体２の孔２ｂ内に開口し収集溝１５と交差しており、次いで収集溝１５は上側プランジャ部材４内の半径方向ポート１６と交差している。上側プランジャ部材４内の第２の収集溝１７およびポート（つまり通路）１８は、ロッカーアーム（不図示）の隣接する表面に潤滑油を供給するように、計量された油圧流体を軸線方向の計量通路（axial meter passage）１９に供給する。一般に、ロッカーアームの表面は、上側プランジャ部材４の上端部に形成されているボールプランジャ部材２０と係合する。

上側プランジャ部材４は機械的なリフトロス機構２２も有している。本発明の実施形態においては、リフトロス機構２２は上側プランジャ部材４の内側キャビティ２６内に配置されている概ね環状のリフト停止部材２４を有している。妨げられることなくリフト停止部材２４を通って延びて内側キャビティ２６内のねじ付きポート３０にねじ込まれているアレンねじなどの調整部材２８によって、リフト停止部材２４は上側プランジャ部材４に対して保持されている。初期取り付け時の予め加えられた負荷（initial installed preload）がプランジャばね１２の最大の力よりも所定の量だけ大きくなるような寸法に形成されたラッシュばね３２によって、リフト停止部材２４は上側プランジャ部材４から離れるように付勢されている。リフト停止部材２４が上側プランジャ部材４の遠い方の端部３４を越えて延びる程度は可変であって、調整部材２８がポート３０内にねじ込まれる程度に基づく。図２に示しているように、下側プランジャ部材５は、リフト停止部材２４を支持しているが油がキャビティ２６から低圧室６内へ通過することを可能にする、半径方向内向きに延びている多数のリブ３６を有する構成であってもよい。

調整部材２８と上側プランジャ部材４は、調整部材２８の位置を非常に正確に調整できるように、Ｍ３ねじなどの細かいねじ部を有していてもよい。上側プランジャ部材４が本体２内に受け入れられている時に、遠い方の端部３４は、リフト停止部材が下側プランジャ部材５と係合しているために、下側プランジャ部材５から、「ラッシュオフセット（lash offset）」として知られている所定の距離「Ｘ」だけオフセットされている。ラッシュオフセットは、本発明の実施形態においては約０．１〜０．３ｍｍである、所望の量のリフトロスを設定するように、組み立て前に調整部材２８を回転させることによって調整可能である。

エンジン弁の列（不図示）内での動作中は、上側プランジャ部材４のキャビティ２６に供給された油は、下側プランジャ部材５の低圧室６を満たし、チェック弁制御通路１０を通って、通常はエンジン油圧の油で満たされている高圧室８内へ押し流される。チェック弁９は、通路を通って油が流出するのを防ぐために通路１０を閉じる。対応するエンジン弁（不図示）が開き始めると、上側プランジャ部材４に作用している負荷が組立体を介して下側プランジャ５に伝達され、高圧室８内の油を、作用している負荷に比例して圧縮する。圧縮された油は上側と下側のプランジャ部材４，５を支持する。上側プランジャ部材４に作用する下向きの力が、ラッシュばね３２の予め加えられた負荷より大きくなると、ラッシュばねは縮み始め、それによってラッシュオフセットをなくし、上側と下側のプランジャ部材４，５を強制的に隙間なく係合させる。その後、フィンガフォロワが上側と下側のプランジャ部材４，５に下向きに負荷をかけて、高圧室８内の油圧を増大させる。チェック弁９は、油が通路を通って流出するのを防ぐように通路１０を閉じ、圧縮された油は、対応する弁がさらに開くのに必要な反応ピボット運動（needed reaction pivot）を生じさせるように上側と下側のプランジャ部材４，５を支持する。

弁が開いている状態の間、高圧室８内の圧力は、弁の列によって作用する負荷を支持するために著しく増大する。油は高圧室８から、チェック弁９によって塞がれている通路１０を通って流出することができないため、ある量の油が、下側プランジャ部材５と本体２との間の半径方向の隙間を通って、入口開口１４および対応する凹部まで押し流され、そこで油はキャビティ２６内に再循環する。これによって高圧室８の容積は少し減少し、これは下側プランジャ部材５と本体２との間の狭い隙間によって制限されるが、ラッシュアジャスタ１の適切な動作のために必要である。

弁が再び閉じると、システムに作用する負荷が取り除かれて、油圧ラッシュアジャスタはシステム内のあらゆるラッシュをなくすように延びる。まず、ラッシュばね３２がプランジャとピストンとを再び分離させて前述の機械的なラッシュオフセットの隙間２２を回復するように、ラッシュばね３２はプランジャばね１２よりも大きな力を作用させる。次に、プランジャばね１２は両プランジャ部材４，５を上向きに押し動かし、高圧室８内の圧力を減少させて、前に弁が開いた状態の間に失われた油を埋め合わせるように油が低圧室６およびキャビティ２６から高圧室８内に流入できるようにする。これは、高圧室からの油の流出によって弁の列内に生じたラッシュが吸収されるまで、対応するカムのベース円上でのフィンガフォロワの動作中は継続する。

したがって、対応する弁が開く点にカムが再び到達したときに、上側と下側のプランジャ部材４，５が接触するより前に、まず機械的なラッシュオフセットが再び閉じられ、これらの組み合わせは、より強い弁ばね（不図示）の力に抗して弁を開くためのソリッドピボット（solid pivot）となる。

エンジンの始動時や、非常に寒い条件下で運転されている時には、排気弁の比較的素早い加熱によって、弁が開いた状態に維持されている間に、非常に粘度の高い冷たい油が高圧室８から隙間を通って下側プランジャ部材５の周囲へ漏れることが可能になるよりも迅速な、弁の列の反応長さ（reaction length）の膨張が引き起こされることがある。この場合、弁の急速な熱膨張の結果である弁の列の予期されるあらゆる熱膨張に対応するのに十分な大きさに形成されている初期ラッシュオフセット以外に、システム内に負のラッシュが存在することがある。排気弁の膨張がラッシュアジャスタから油が漏れる速度に勝るならば、ラッシュオフセットは減少する。しかし、この状態は、通常の状態に戻るまで漏れを増加可能にする油の加熱によって反転し、加熱中の弁の列の長さの膨張を相殺するように、弁が開いている間にリフタが十分な量だけ再び短くなることが可能である。したがって、熱膨張や、対応する排気弁と弁の列の対応する部分との膨張の速度に勝る、ラッシュアジャスタ内の油の保持によって、弁が開いたままになることは決してない。

図３を参照すると、符号４０は本発明の油圧ラッシュアジャスタの第２の実施形態を全体的に示している。ラッシュアジャスタ４０は図１の実施形態と概ね同じであるため、同じ符号が同じ部分を示すために使用されている。リフトロス機構２２は、上側プランジャ部材４に隣接して配置されている概ね環状のリフト停止部材４２を有している。妨げられることなくリフト停止部材４２を通って延びており内側キャビティ２６内のねじ付きポート３０内にねじ込まれているアレンねじなどの調整部材２８によって、リフト停止部材４２は上側プランジャ部材４に保持されている。リフト停止部材４２は、初期取り付け時の予め加えられた負荷がプランジャばね１２の最大の力よりも所定の量だけ大きくなるような大きさに形成されているラッシュばね３２によって、上側プランジャ部材４から離れるように付勢されている。リフト停止部材４２が上側プランジャ部材４の遠い方の端部３４から離れている程度は可変であって、調整部材２８がポート３０内にねじ込まれる程度に基づく。図３に示しているように、リフト停止部材４２には、油がキャビティ２６から低圧室６内へ通過できるようにリフト停止部材４２全体を貫通して延びている少なくとも１つの通路４４が構成されていてもよい。油圧ラッシュアジャスタ４０の動作は油圧ラッシュアジャスタ１と実質的に同じである。

本発明が油圧ラッシュアジャスタにおいて実施されている場合について説明および図示したが、それらに限定することは意図されていない。従って、本発明は、限定されることなく、バケットタペットおよびローラフォロワを含むその他の油圧ラッシュ補償装置において実施することができる。

以上の説明において本発明について詳細に記載しており、この説明を読み理解することによって、当業者には本発明の様々な変更例や修正例が明らかになるであろう。そのような変更例と修正例のすべては、それらが添付の特許請求の範囲に含まれる限り、本発明に含まれることを意図している。

Claims (6)

1. 内部の孔と、流体圧力源に連通している流体ポートとを形成している本体と、
   前記孔内に摺動可能に受け入れられて、前記孔と共に高圧室を形成しているプランジャ組立体であって、低圧室と、弁の列の構成要素の隣接する表面に係合するように構成されている上側プランジャ部材と、下側プランジャ部材とを有し、前記孔と前記下側プランジャ部材は協働して、前記高圧室と前記低圧室との間に流体の連通を可能にするリークダウン隙間を形成している、プランジャ組立体と、
   通常の状態では前記プランジャ組立体を前記孔の外向きに付勢するプランジャばねと、
   妨げられることなくリフト停止部材を通って延びる調整部材が、前記上側プランジャ部材に調整可能に固定されており、この調整部材によって前記上側プランジャ部材に保持されている環状の前記リフト停止部材を有する機械的なリフトロス機構であって、前記リフト停止部材はラッシュばねによって前記上側プランジャ部材から離れるように付勢され、前記上側プランジャ部材が前記本体内に受け入れられている時に、前記上側プランジャ部材は、前記リフト停止部材が前記下側プランジャ部材に係合しているために前記下側プランジャ部材から所定の距離だけオフセットされており、該オフセットは、前記リフト停止部材の前記上側プランジャ部材に対する位置に基づいて調整可能である、機械的なリフトロス機構と、
   を有する内燃エンジン用の油圧ラッシュ補償装置。
2. 前記リフト停止部材の少なくとも一部は、前記上側プランジャ部材内に受け入れられ、前記調整部材が前記ポート内にねじ込まれる程度に基づいて、前記上側プランジャ部材の一方の端部を越えて可変に延びている、請求項１に記載の油圧ラッシュ補償装置。
3. 前記下側プランジャ部材は、油が前記低圧室内に流入できるように前記リフト停止部材を上に支持している半径方向内向きに延びている複数のリブを有している、請求項１に記載の油圧ラッシュ補償装置。
4. 前記リフト停止部材は前記上側プランジャ部材に隣接して配置されており、油が前記低圧室内に流入できるように該リフト停止部材を完全に貫通して延びている少なくとも１つの通路を有する、請求項１に記載の油圧ラッシュ補償装置。
5. 前記ラッシュばねは、エンジン油圧による前記下側プランジャに作用する追加の力を生じさせるように、初期取り付け時の予め加えられた負荷が前記プランジャばねの最大の力よりも所定の量だけ大きくなるような大きさに形成されている、請求項１に記載の油圧ラッシュ補償装置。
6. 前記リフト停止部材は前記上側プランジャ部材内のねじ付きポート内にねじ込まれ、前記オフセットは前記調整部材が前記ねじ付きポート内にねじ込まれる程度に基づいて調整可能である、請求項１に記載の油圧ラッシュ補償装置。

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