JPH08510310A - 内燃機関の排気バルブ機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 油圧作動のバルブ遊ひ吸収ピストン要素（７）のある油圧回路を有する排気バルブ機構。油圧回路は、ロッカーアームに格納されたピストンポンプ（２０，２１）を有しており、これはエンジンカムシャフト（５）の普通のカムリッジ（４）により駆動される。ピストンポンプのピストン（２１）は、ロッカーアームの普通のカムフォロア（３）から所定のカム角距離（α）に間隔をおいて置かれたカムフォロア（２３）を有する。ポンプは、流路（２４）と中間の調整バルブ手段（３０）とを経て、バルブ遊び吸収ピストン要素のシリンダー（６）と通じている。調整バルブ手段により、ピストン要素（７）は、いわゆる圧縮制動を達成するように、ピストン圧縮ストロークの後半の部分において排気バルブを開くように移動される。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の排気バルブ機構 本発明は内燃機関の排気バルブ機構に関しており、同機構は、各シリンダー内 の少なくとも一つの排気バルブと、ロッカーアームシャフトに取り付けられた、 排気バルブを作動する各シリンダーのロッカーアームと、各ロッカーアームにカ ムリッジを有し、カムリッジがロッカーアームの一端において第一フォロアと協 働するカムシャフトと、ロッカーアームの反対の端と排気バルブとの間に配置さ れ、前記ロッカーアームの反対の端に置かれた第一シリンダー室内に格納された ピストン要素７を有するバルブ遊び吸収器と、油圧オイルを前記シリンダー室へ 供給し、または、そこから排出する油圧回路とを含んでいる。 スウェーデン特許公報ＳＡ−Ｅ−４６８１３２には、特別の小さいカムリッジ を有する特殊なタイプのカムシャフトと一体となって、エンジンの制動力を増大 するために使用される上記タイプの排気バルブ機構を明らかにしている。この特 別なカムリッジは、その揚程がバルブ機構内の標準のバルブ遊びにほぼ相当する ように、寸法が設定されている。バルブ遊び吸収機構により、バルブの遊びをゼ ロへ減少することにより、標準のバルブ遊びに相当する特別な排気バルブの特別 な揚程が、適切な時間間隔の間に達成される。例えば、特別なカムリッジは、通 常のカムリッジに関連して配置され、従って、特別な排気バルブの揚程は、圧縮 ストロークの終わり の部分で得られ、圧縮ストロークの間に、圧縮動作の一部の損失を生じ、これは 膨張ストローク中に取り戻されない。この結果、エンジンの制動力が増大する。 しかし、制動力を増大するこの様な構造のエンジンは、相当する通常のエンジ ンよりいくらか効率が低い。これは、ゼロのバルブ遊びにおける排気バルブの最 大揚程がエンジンモードに対してでなく、制動モードに関し利用されることによ るもので、これは、エンジンモードが、バルブ遊び吸収装置が駆動されない場合 、低い揚程により補償されなければならないことを意味し、これは、また、最大 揚程がエンジンモードに対し使用されるならば、排気バルブが早く閉じることも 意味する。既知の装置のほかの不利な点は、特殊なカムシャフトを必要とするこ とである。 本発明の目的は、序言において説明したタイプの排気バルブを得ることであり 、これは、通常のカムシャフトと一体に使用することが出来、この制動能力のな いエンジンと比較して効率の低下もなく、いわゆる圧縮制動が可能であるエンジ ンを達成する。 これは、本発明により、油圧回路が、ロッカーアームに格納され、かつ、前記 カムリッジにより駆動される油圧ポンプを有することにより達成され、前記油圧 ポンプは第１カムフォロアから所定の角距離に配置されたもう一つのカムフォロ アを有し、流路を経て第１シリンダー室と通じている。 本発明により、特別カムリッジの形の強固な機械的駆動器をカムシャフトに有 する既知の構造は、普通のカムリッジにより駆動される油圧駆動器に置き換えら れ、排気バルブのエ ンジンモードにおける一連の閉鎖動作は、制動モードにおける動作と同様である ように製作することが出来る。 本発明によるバルブ機構の好適な実施態様において、ポンプはピストンポンプ であって、これはロッカーアーム内の流路を経て、圧力蓄積器と通じており、そ こに、均等な容積の油圧オイルが始動ピストンストローク中に導入される。従っ て、第一シリンダー室へ送られる容積は、ピストンポンプのストローク容積より 小さい。また、バルブ遊び吸収器のピストン要素をピストンストロークを限定す る突き当てと調整し、かつ、ピストン要素がその終止位置へ到達した後、油圧回 路の圧力が上昇すると、油圧オイルが排出される安全弁を配置することにより、 急激な移行がカム曲線の適切な位置において達成され、よく定義されたストロー クがバルブ遊び吸収器のピストン要素において達成される。 本発明は、付属図に示された実施例を引用してさらに詳細に説明されるであろ う。図１は、本発明によるバルブ機構内にあるロッカーアームの一つの実施態様 を説明図の形で示しており、図２は、図１のロッカーアームの好適な実施態様の 縦断面であり、図３は、従来の既知のエンジンの排気バルブの揚程を示す線図で あって、このエンジンは圧縮制動用の特別カムリッジのあるカムシャフトを有し ており、図４は、本発明によるバルブ機構のあるエンジン用の図３に相当する線 図である。 図１と２において、数字１はそれ自体が既知のタイプのロッカーアームシャフ ト（示されていない）にロッカーアームを支持する穴２を有するロッカーアーム を示す。ロッカーアー ム１は、その一端に、回転可能に支持されたローラーの形のカムフォロア３を備 えており、カムフォロア３は、カムシャフト５のカムリッジ４と共に、揺動運動 をロッカーアームに既知の方法で加える。ロッカーアームは、反対の端にシリン ダー室６を備えており、そこには、ピストン要素７が回転可能に格納されている 。ピストン要素７は、ヨーク１０に支えられたゲート９の球状凹部に閉じ込めら れている球体８をその末端に備えており、エンジンシリンダー（示されていない ）内の一対の排気バルブ１２のバルブスピンドル１１（一つが示されている）と 相互に接続している。ピストン要素７は、内部の末端位置の間で滑動可能であり 、その中で、その上部面は、シリンダー室６の底部１３と接触しており、外部の 末端位置において、その外端１４はシリンダー室６の環状突き当て面１５と接触 している。ピストン要素７のストロークの長さ“Ｓ”は約２mm程度であるが、実 際の実施態様では、1.6mmとして選択されている。油圧オイルをシリンダー室６ へ送り、または、そこから排出するので、排気バルブ１２の揚程は、距離“Ｓ” により変化する。 例えば、圧縮制動のために備えられたエンジンのスウェーデン特許公報ＳＥ− Ａ−４６６３２０により周知の実施態様において、小さい特別のカムリッジそれ 自体が使用されており、これは、圧縮ストロークの終わりの部分において、バル ブ遊び吸収要素が駆動されると、排気バルブを開く。このようにして、排気バル ブは、図３において実線の曲線で示されたバルブサイクルを備えている。エンジ ンモードにおいて、バルブ遊び吸収要素が駆動から解除されると、排気バルブは 、 図３において一点鎖線の曲線で示されたバルブ揚程の一連の動作を有しており、 排気バルブは、圧縮制動用に備えられていない対応するエンジンによるよりも早 く閉じることを示している。 図４に線図で示され、以降により詳細に説明されているように、本発明により 、ロッカーアーム１は、初期位相を除いて、排気バルブ１２の一連の閉鎖動作が 、エンジンモードと制動動作において、前記曲線を追随する油圧装置を備えてい る。 油圧装置は、ポンプシリンダ２０内に格納されたピストン２１を有し、前記ピ ストンは、ローラー２３の形のカムフォロアが回転可能に取り付けられた凹部２ ２を有する。ポンプシリンダ２０は、流路２４を経てバルブ遊び吸収要素７のシ リンダー室６と接続している。流路２４から、流路２５は、スプリング２７によ り偏位されたピストン要素２８を有する圧力蓄積室２６へ分岐している。普通３ ２で示された調整バルブは、調整ピストン３２を有し、そのピストンは室３１内 で滑動可能であって、スピンドル３３を有し、その外部の端は、球体３５の形の スプリング３４により偏位されたバルブ要素へ指向されている。調整ピストン３ ２は、スプリング３４より強い力を有するスプリング３６により偏位されており 、正常な状態で球体３５をその受け座３７から押し上げて保持しており、従って 、流路２４は流路３８（図２）を経て室３１と通じており、ロッカーアームシャ フト（示されていない）の流路は、エンジン潤滑オイル装置と通じている。ピス トン要素７は、流路４１を経てシリンダー室６と通じている空洞 ４０を形成しており、その一端は、球体４３の形のバルブ要素用のバルブ受け座 ４２をし、このバルブ要素はスプリング４４によりその受け座へ向かって偏位さ れている。構成要素４２，４３および４４は安全弁を形成しており、この弁はシ リンダー室６内の所定の圧力において、オイルをピストン要素７の流路４５を経 て排出するように開く。 ポンプピストン２１のカムフォロア２３は、カムフォロア３からカム角距離α に位置しており、図１と２に示されているように、カムフォロア３がカムリッジ の起点ｂに到達すると、ポンプピストンがカムリッジの頂点またはその後にある ように、前記角距離は選択される。示された実施例において、角αは７５°であ るが、αの間隔は６０°〜９０°である。ポンプピストン２１のピストン面積は 、機械的利点を有するように、ピストン７の面積より大きい。示された実施例に おいて、面積比は１：１．８である。 説明したバルブ機構は次のように機能する： 標準動作、即ち、エンジンモードにおいて、ロッカーアームシャフト（示され ていない）において、従って、調整バルブ室３１においては、低圧である。この 圧力は１バール程度であるので、スプリング３６の力は、スプリング３４の力に 打ち勝ち、従って、バルブの球体３５は押し上げられて、その受け座から離れて 保持され、ポンプシリンダ２０は、流路２４を経て流路３１と通じる。ピストン 要素７は、シリンダー室６の底部１３に突き当たって、その内部の終止位置にあ り、圧力蓄積室２８は、スプリング２７により内部静止位置にある。カムフォロ ア２３とカムリッジ４との間に遊びがないよ うに、ポンプピストン２１は、装置の低圧により外方へ力がかけられており、ポ ンプシリンダ２０は、オイルで満たされている。 動作がエンジンモードから制動モードへ移行されようとする場合、ロッカーア ームシャフトの圧力は増加し、従って、調整バルブ室３１の圧力を増大する。こ れは既知の方法で、例えば、スウェーデン特許公報ＳＥ−Ａ−４６８１３２に記 述された方法で達成される。室３１内の調整バルブピストン３２に働く圧力が、 スプリング３６の力に打ち勝ち、バルブピストン３２を図１に示されたその内部 位置へ移動させる力を発生するように、圧力は十分に上昇し、従って、バルブ球 体３５はポンプシリンダ２０とバルブ室３１との間の流路を遮断する。ポンプピ ストン２１がポンプシリンダ２０へ押し込まれると、最初に流路２４へ排出され たオイルは、最初に、圧力蓄積室２６へ排出され、これに対し、圧力蓄積ピスト ン２８は室２６へ移動する。ピストン２８が室２６の底部に到達すると、シリン ダー室６内の圧力は高くなり、ピストン要素７は、その端縁１４が付き当て面１ ５に打ち当たり、ピストストロークを停止するまで、移動する。シリンダー室６ の圧力がさらに増大することにより、オイルが流路４５から排出されるように、 安全弁の球体４３はその受け座から押し上げられる。 ポンプピストン２１が、カムリッジ４の影響を受けてそのピストンストローク を行っている時間の間、カムフォロア３は、この間に円弧に沿ってカム曲線の起 点ｂまで動くので、ロッカーアーム１は静止したままである。ロッカーアーム１ に働くポンプピストン２１の力が、カムフォロア３とカムシャフト５との間の過 度に高い面圧を発生するのを防止するために、好適な実施態様においては、図１ と２に５０で示されているように、突き当てが配置されており、これは、ポンプ ピストンストロークの間、ロッカーアームから、従って、カムフォロア３から荷 重を取り除く。上述のように、ピストン要素７のピストン面積の約３０％より６ ０％であるピストン面積を有するポンプピストン２１の寸法を決めることにより 、十分な面圧が、カムリッジ４とポンプピストン２１のカムフォロア２３との間 に得られるが、大きな開放力が、ロッカーアームのピストン要素７と排気バルブ １２との間に得られる。 説明した機械的利点には、ポンプピストンストロークに対するピストン７のス トロークを希望通りに縮小することもある。最大カム揚程９mmの実際の実施態様 では、ピストン７の理論的最大ピストンストローク（付き当て１５なしで）は５ mmであり、これは、機械的利点がない場合よりもストロークが1.6mmに限定され る場合、安全弁４２，４３，４４が少し過剰量のオイルを処理するのに必要なだ けであることを意味する。 圧力蓄積器２６，２７，２８は、過剰量を減少する働きもするが、その主な目 的は、ピストン要素７からの押しがカム曲線の適切な点において始まるように、 油圧の“不動帯域”を装置に生成することであり、これは排気バルブ１２の急速 な揚程をピストン要素７の急激な移動により行う。図４において、実線曲線のＩ 部は、圧力蓄積器２８が底部に達した時の、制動モードにおける排気バルブ７の 急速な開きを示す。 曲線のII部は、カムフォロア３がカム４の点ｂに達した時までの過程を示す（参 照図４）。明らかのように、約２００°の角間隔の間、付き当て１５と安全弁４ ２，４３，４４との影響を受けた状態で一定の揚程がある。 カムフォロアがカム４の点ｂを通過すると、ロッカーアーム１は、排気バルブ １２を“正常に”開くバルブ方向へ僅かに傾斜する。カムローラー３がIII部に おいて最大揚程へ接近するリッジの頂点に転がり上がると、ポンプピストン２１ のカムローラー２３は、その最大を通過し、カムリッジの後ろ側へ転がり落ちる 。これにより、ポンプピストン２１がここで動きを止めるので、ポンプシリンダ ２０に膨張容積の空間が形成し、これは、オイルがシリンダー６からポンプシリ ンダ２０へ排気されて戻されると、排気バルブ１２から要素７に働く力の影響を 受けて、ピストン要素７が引きこまれた内部位置へ戻されることを意味する。 このようにして、バルブ遊び吸収要素７は、調整バルブ３０が制動モードまた はエンジンモードに設定されていても、各サイクル中に独立して、排気バルブ１ ２の閉鎖運動の間、動作しない。これは、制動モードにおけるバルブの閉鎖がエ ンジンモードと同じ曲線（一点鎖線）を辿ることを意味し、これには、図３に示 された既知の過程より高い効率の増加がある。最大排気バルブの揚程が減少され なければならないことは、これまでの問題であったが、圧縮制動装置のないエン ジンに比較して、本文脈においては僅かに重要である。 制動モードからエンジンモードへ移行する場合、室３１内の圧力は減少し、調 整バルブ３２は、流路２４を低圧側へ接 続しているバルブ３５を開く。圧力蓄積器ピストン２８は、スプリング２７によ りその外部終止位置へ戻される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関の排気バルブ機構にして、各シリンダー内の少なくとも一つの排 気バルブと、ロッカーアームシャフトに取り付けられた、排気バルブを作動する 各シリンダーのロッカーアームと、各ロッカーアームにカムリッジを有し、カム リッジがロッカーアームの一端において第１フォロアと協働するカムシャフトと 、ロッカーアームの反対の端と排気バルブとの間に配置され、前記ロッカーアー ムの反対の端に置かれた第１シリンダー室内に格納されたピストン要素７を有す るバルブ遊び吸収器と、油圧オイルを前記シリンダー室へ供給し、または、そこ から排出する油圧回路とを含んでいる前記排気バルブ機構において：油圧回路が ロッカーアーム（１）に格納された、カムリッジ（４）により駆動される油圧ポ ンプ（２０，２１）を有しており、前記油圧ポンプが第１カムフォロア（３）か らの所定の角距離（α）に配置された第２カムフォロアを有し、かつ、流路（２ ４）を経て第１シリンダー室（６）と通じていることを特徴とする前記排気バル ブ機構。 ２．油圧ポンプがポンプピストン（２１）を有するピストンポンプであり、前 記ピストンがロッカーアーム（１）の第２シリンダー室（２０）内に格納され、 かつ、第２カムフォロア（２３）を支持していることを特徴とする請求項１に記 載のバルブ機構。 ３．ポンプピストン（２１）がバルブ遊び吸収器のピストン要素（７）より小 さい直径と長いストロークとを有するこ とを特徴とする請求項２に記載のバルブ機構。 ４．ポンプピストン（２１）のピストン面積がバルブ遊び吸収器のピストン要 素（７）のピストン面積の30°〜60°であることを特徴とする請求項２に記載の バルブ機構。 ５．カムリッジ（４）に対面しているポンプピストン（２１）の端部の面がロ ーラーの形の第２カムフォロア（２３）が回転可能に取り付けられている凹部で 形成されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のバルブ機 構。 ６．第１カムフォロアがカムリッジ（４）のカム曲線の起点（ｂ）に到達する 前に、ポンプピストンがその底部位置に到達するように、第２カムフォロア（２ ３）が第１カムフォロアの前にカム角（α）で配列されていることを特徴とする 請求項２ないし５のいずれかに記載のバルブ機構。 ７．第２カムフォロア（２３）が第１カムフォロア（３）から６０°〜９０° の角距離に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のバルブ機構。 ８．前記流路（２４）が圧力蓄積器（２６，２７，２８）と通じており、均等 容積の油圧オイルがピストンストロークの始めに前記圧力蓄積器へ送られ、従っ て、遅れがピストンポンプストロークに対するバルブ遊び吸収ピストン要素（７ ）のストロークに発生することを特徴とする請求項２ないし７のいずれかに記載 のバルブ機構。 ９．バルブ遊び吸収器のピストン要素（７）が突き当て（１５）と整合されて おり、前記突き当てが前記ピストン要素のストロークを限定し、ピストン要素が その終止点に到達した後に、油圧回路内の圧力が上昇すると、油圧オイルが排出 される安 全弁（４２，４３，４４）を油圧回路が含んでいることを特徴とする請求項１な いし８のいずれかに記載のバルブ機構。 １０．ロッカーアーム（１）が固定された支持体（５０）と協働し、排気バル ブ１２から離れたロッカーアームの揺動運動を限定し、ポンプピストンストロー クの間、カムリッジ（４）によりポンプピストン（２１）を経てロッカーアーム に加えられた力を吸収するように、前記支持体が配列されていることを特徴とす る請求項１ないし９のいずれかに記載のバルブ機構。 １１．ロッカーアーム（１）がその開いた位置において油圧回路を排出する油 圧作動の調整バルブ（３０）を含んでいることを特徴とする請求項１ないし１０ のいずれかに記載のバルブ機構。