JPH11509600A - 燃焼中にシリンダーバルブを閉位置に保持する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エンジンの外向きに開くバルブシステムは、開口部（１８、５８）を介してガス通路（１９、６０）と流体連通する中空ピストンシリンダー（１７、５６）を有するエンジン（１６、５５）を含む。該エンジン（１６、５５）は又、中空ピストンシリンダー（１７、５６）に開くピストンボア（２２、６１）を有する。開口部（１８、５８）の一部分は、ガス通路（１９、６０）に隣接して配置された外側バルブシート（２０、５９）を含む。バルブ面（１４、５２）を備えた外側バルブ部材（１１、５１）は、実質的にガス通路（１９、６０）内に配置される。バルブ部材（１１、５１）は、バルブ面（１４、５２）が開口部を閉めるバルブシート（２０、５９）に対接する閉位置と、該バルブ面（１４、５２）がバルブシート（２０、５９）から離れる開位置の間を移動できる。増強ピストン（２３、６３）は、ピストンボア（２２、６１）内で往復運動するように配置され、中空ピストンシリンダー（１７、５６）内でガスと接触する一つの端を有する。最後に、バルブ部材（１１、５１）を燃焼中に中空ピストンシリンダー（１７、５６）内で燃焼圧力を用いて閉じられた状態に保持するために、連結リンク機構（２７、６７）が、増強ピストン（２３、６３）を外側バルブ部材（１１、５１）に相互連結する。

Description

【発明の詳細な説明】 燃焼中にシリンダーバルブを閉位置に保持する方法及び装置 発明の背景技術分野 本発明は、一般に、内燃エンジン用の外向きに開くバルブに関し、特に、エン ジンの外向きに開くシリンダーバルブを燃焼中に閉位置に保持する方法及び装置 に関する。従来の技術 これまでに、ほぼ全てのエンジンは、各燃焼イベントの間にエンジンの中空ピ ストンシリンダーでガスを入れ換えできるようにするために内向きに開くバルブ を使用してきた。典型的な例では、該バルブ部材は、中空ピストンシリンダー内 に配置された環状のバルブ面を備えた拡大部分と、該拡大部分に取り付けられシ リンダーをガス通路に接続する開口部を通して突出するステムを含む。燃焼中は 、これらのバルブ部材は、燃焼中にバルブ開口を横切って存在する高い圧力差に よってバルブシートに押しつけ保持される。多くの場合、これらのタイプのバル ブは、エンジンによって直接駆動されるカムによって各燃焼イベント間に押し開 かれる。これらの形式のカム駆動の内向きに開くバルブは、長期間に渡り満足な 結果を達成してきたが、電子制御バルブに向けての現在の傾向は、先行技術の内 向きに開くバルブを不適切とすることになる。 ディーゼルエンジンの場合、該ピストン及びバルブ部材が、中空ピストンシリ ンダー内で、時間のみを異にして同じ空間を必ず占めなければならないので、シ リンダー内でのピストンの動きに対するバルブ開放のタイミングが重要である。 バルブとピストンの接触は、先行技術のカム駆動システムでも可能性としては生 じ得るが、様々な部品の機械的な相互連結がそのような接触を極めて起こりにく くするので、接触はほとんど生じない。電子的に制御され作動させられるバルブ 部材の場合、機械的な相互連結がないので、ピストンとの接触ははるかに起こり やすくなる。つまり、ソフトウェアエラーや又はコンピューターへの間違ったセ ンサーインプットのためにエンジンコンピューターによって生成される誤った開 き命令だけによっても、重大事故となり得るバルブとピストンの接触が起こり得 る。したがって、電子的に作動させられ制御されるバルブにおいて、バルブとピ ストンの接触を生じるという実際上の認識される危険が、完全に電子的に作動さ せられ制御されるカムなしエンジンへの産業界における動きを妨げてきた。 バルブとピストンの接触の可能性を避ける方法の一つは、中空ピストンシリン ダーの外側に実際に配置され、従ってバルブとピストンの接触の可能性がない、 外向きに開くバルブを使用することである。しかし、燃焼によって生み出される 高圧のもとでバルブ部材を閉位置に保持することが非常に困難である為、外向き に開くバルブは、ディーゼルエンジンにおいて大規模に実施することは成功しな かった。外向きに開くバルブの使用を成功させる場合には、バルブを閉位置に保 持し、所望の時間にバルブを開く為に使用された作動システムは、莫大なエネル ギーを必要とし、そのような装置を望ましくないものにする。 本発明は、電子的に制御され作動させられるバルブシステムに向けての現在の 傾向が続くように、外向きに開くバルブを燃焼中に閉位置に保持する際の問題を 解決することを対象とする。発明の概要 一つの実施例において、エンジンの外向きに開くバルブシステムは、開口部を 介してガス通路に流体連通する中空ピストンシリンダーを有するエンジンを含む 。該開口部は、ガス通路に隣接する外側バルブシートを備える。エンジンブロッ クは又、中空ピストンシリンダーに開くピストンボアを含む。バルブ面を備えた 外側バルブ部材が、ガス通路に配置されている。バルブ部材は、そのバルブ面が バルブシートに対して押しつけられて開口部を閉じる閉位置と、該バルブ表面が 、該バルブシートから離れている開位置の間を可動である。贈強ピストンが、ピ ストンボア内において、一端が中空ピストンシリンダー内のガスに接触する状態 で往復運動するように配置されている。連結リンク機構が、増強ピストンを外側 バルブ部材に連結する。 本発明の方法において、中空ピストンシリンダー内で燃焼圧力から増強ピスト ンに及ぼす力が、中空ピストンシリンダー内で燃焼圧力から外側バルブ部材に及 ぼす力に対し、方向が反対で大きさが大きい力に変換されている外側バルブ部材 に作用されるように、増強ピストンが、外側バルブ部材に連結される。つまり、 増強ピストンを外側バルブ部材に連結することによって、中空ピストンシリンダ ー内の燃焼圧力を利用して燃焼中にバルブ部材を閉位置に保持することが可能に なり、先行技術の内向きに開くバルブ部材と同じ利点を得ながら、先行技術シス テムに存在するバルブとピストンの接触の危険性をなくすことができる。 本発明の一つの目的は、エンジンの作動中にバルブとピストンの接触の可能性 を排除することである。 本発明の他の目的は、外向きに開くバルブを燃焼中に閉位置に保持するために 燃焼圧力を利用することである。 本発明の更に他の目的は、カムなしエンジンの最終目的に向けて科学技術の可 能性のある一つの方法を支持することである。図面の簡単な説明 図１は、本発明による外向きに開くバルブシステムを有するエンジンの部分的 に切断された側面図である。 図２は、本発明の他の態様による外向きに開くバルブシステムの部分的に切断 された側面図である。好ましい実施例の詳細な説明 図１を参照すると、エンジン１６は、開口部１８を介して中空ピストンシリン ダー１７に開くガス通路１９を含む。開口部１８の一部分は、ガス通路１９に隣 接して配置された、環状に形成された外側バルブシート２０を含むように加工さ れる。外向きに側開くバルブシステム１０は、中空ピストンシリンダー１７の上 方でエンジン１６に装着される。該システムは、ステム１２とガス通路１９内に 実質上配置される拡大部分１３とを有する外側バルブ部材１１を含む。拡大部分 １３は、バルブシート２０に着座したとき開口部１８を閉じるように作用する、 環状のバルブ面１４を含むように加工される。外側バルブ部材１１が圧縮バネ３ ６の作用によりシートから離れて持ち上げられるとき、ガス通路１９は、中空ピ ストンシリンダー１７に開く。 該エンジンは又、中空ピストンシリンダー１７に開くピストンボア２２を含む 。増強ピストン２３は、ピストンボア２２内で往復運動するように配置されてい る。増強ピストン２３の一部分は、燃焼中に生み出される高温度による被害から 増強 ピストンを保護する断熱体２４である。増強ピストン２３は、プッシュ・ロッド ２５を通って油圧プランジャ２６に接続される。油圧プランジャ２６の一つの面 は、くぼみ２７内の作動油圧にさらされる。バックストップ２８が、油圧プラン ジャ２６及び増強ピストン２６の動きの範囲を制限する。断熱体２４が中空ピス トンシリンダー１７に突き出すか、又は、ピストンボア２２が燃焼室に目立った 容積を加えることによって生じる燃焼性能の変化を避けるように、断熱体２４の 底面は、燃焼中に、中空ピストンシリンダー１７の内側表面とほぼ平滑面となる ように配列することが好ましい。 各燃焼イベントの間に、アクチュエータ３５が、ラッチ機構３３をトリガして 、オーバーセンター装置３４をセンター位置から移動させる。アクチュエータ３ ５が作動されると、オーバーセンター装置３４が当業界で周知の方法で片側に移 動するため、圧縮バネ３６の作用によりバルブ１１がそのシートから持ち上げら れるようになる。バルブが閉じているときに、装置がロック位置に置かれるもの であれば、どのような適当なアクチュエータを部品３３ー３５換えて用いること もできる。当業者は、ソレノイド、ＤＣモーター、更には電子的に制御される液 圧装置のような他のアクチュエータも使用できることを認識するであろう。当業 者は又、図示されたオーバーセンター装置３４のラッチ３３に代えて、いかなる 適切なオーバーセンターカム装置も使用できることを認識するであろう。 燃焼中に、オーバーセンター装置３４及びラッチ機構３３は、剛体プッシュ・ ロッドが油圧プランジャ３０によって上部から作動する場合と本質的に機能する 。プランジャ３０は、くぼみ２７内で流体圧力にさらされる。燃焼中に、増強ピ ストン２３に及ぼす圧力が、油圧プランジャ２６を通って伝達され、くぼみ２７ 内の圧力を増加する。ラッチ３３及びオーバーセンター装置３４を介して外側バ ルブ部材１１に及ぼされる下向きの圧力が、中空ピストンシリンダー１７内から 拡大部分１３に及ぼされる圧力によるバルブ部材１１を開くように作用する上向 きの力よりも大きく、反対に向くように油圧プランジャ３０は、寸法が決められ る。すなわち中空ピストンシリンダー１７内の燃焼圧力が、燃焼中に外側バルブ 部材１１をそのシートに押しつけて保持し、バルブ周囲の漏洩が生じないように するために使用されるように、増強ピストン２３及び外側バルブ部材１１の間に 延び る連結リンク機構が、寸法決めされ、配置される。”連結された”という用語は 、２つの部材の間に存在する物理的結合のために１つの部材が、他の部材によっ て移動される距離の関数として動くことを意味するものとして使用する。相対的 な動きが正比例関係になるように、上記した関数は線型であることが好ましい。 本例においては、これは油圧媒体として潤滑油のような実質的に非圧縮性の作動 油を用いることによって達成される。各燃焼イベントの間に、漏洩や他の原因に よる損失は、再供給通路３８を通してくぼみ２７に作動油を入れることによって 補償される。バネ３９によって閉じるように付勢されたチェックバルブ４０は、 くぼみ２７から再供給通路３８への作動油の逆流を防止する。 本発明は、燃焼中に充分な閉じ状態を提供する外向きに開くバルブ部材を使用 できるので、ピストンがバルブに接触する機会はない。さらに、ある場合におい て、通常の膨張サイクルの後で中空ピストンシリンダーにある残留圧力が、バル ブを開けるために用いられることがあるため、該バルブや機構を作動するために 必要とされる力は少くなるという別の利点が得られる。ほとんどの場合、エンジ ンは、既に他のエンジン部品に圧縮されたオイルを循環させるように構成されて いるので、油圧媒体として役立つ比較的非圧縮性の流体の既存の供給源を提供す ることができ、したがって、好ましい油圧媒体は、潤滑油である。このように、 本発明は、完全に新しく付加的な油圧装置を設けずに既存のエンジンシステムに 組み入れられる。 図２を参照すると、本発明の機械的連結リンク機構の態様が、図１の油圧連結 リンク機構に代わるものとして図示される。図２を参照すると、エンジン５５は 、開口部５８介してガス通路６０に開く中空ピストンシリンダー５６を含む。開 口部５８の一部分は、ガス通路６０に隣接して配置された環状のバルブシート５ ９を含むように加工される。ピストン５７は、当業者に周知の方法で、中空ピス トンシリンダー５６内で往復運動する。先の実施例のように、エンジン５５は、 中空ピストンシリンダー５６に開くピストンボア６１を含む。外向きに開くバル ブ装置５０が、中空ピストンシリンダー５６の上方でエンジン５５に装着される 。該システムは、一端に機械加工されたバルブ面５２を有する外側バルブ部材５ １を含む。バルブ面５２が、バルブシート５９に対して押しつけられたとき、ガ ス 通路６０が中空ピストンシリンダー５６に対して閉じられる。 各燃焼イベントの間、当業者に知られているタイプのオーバーセンター装置７ ３が、電子的アクチュエータ７４とともに使用されて、バルブ面５２が影線で示 されるようにバルブシート５９から離れる位置にバルブを動す。バルブ開閉イベ ントのタイミングがエンジンのクランクシャフト位置とは関わりなく制御される ように、アクチュエータ７４は、エンジンコンピューターによって、制御される 。燃焼イベント中に、オーバーセンター装置７３はロック位置にあり、バルブ部 材５１をロッカーアーム６７のアーム６９に連結する剛体プッシュ・ロッドとし て本質的に機能する。ロッカーアーム６７の他のアーム６８は、増強ピストン６ ３の端６２に取り付けられたプッシュ・ロッド６６に接続される。ロッカーアー ム６７は、ピボット点７０まわりをピボット運動することができる。したがって 、燃焼中にオーバーセンター装置７３がロック位置にあるとき、増強ピストン６ ３に及ぼされる上向きの力は、ロッカーアーム６７によって与えられた機械的連 結リンク機構を介してバルブ部材５１に下向きの力として伝達される。増強ピス トン６３の大きさを調節することによって、或いはロッカーアーム６７のアーム ６８、６９の大きさを変更することによって、外側バルブ部材５１を閉じようと する力は、バルブ部材を押し開けようとする燃焼圧力よりも大きくなる。産業上の利用可能性 本発明のように連結リンク機構を介して外向きに開くバルブ部材に連結される 増強ピストンを使用することによって、バルブ開閉機構は、燃焼イベント中に該 バルブを閉位置に保持する手段とは分離される。したがって、本発明によって、 燃焼イベント中にバルブを通る漏洩についての懸念を減らす一方、同時にピスト ンとバルブの直接接触の可能性を減少させる方法で、電子的に制御されたバルブ 開閉機構を使用することが可能になる。 本発明は、バルブを開閉するために機械的カム駆動装置を用いる外向きに開く バルブシステムに使用できるが、ソレノイド等のような電子的装置によって作動 される外向きに開くバルブ部材に適用することが好ましい。本発明は、重大な結 果になる可能性のあるピストンとバルブ部材の間の接触を引き起こす恐れのある 間違った電子命令に起因する失敗の可能性を懸念することなく、カムなしエンジ ンへの継続する傾向の中でバルブを開くための様々な電子的作動手段を技術者が 用いることができるようにする。 上記の例が説明の目的の為だけであり、本発明の範囲を少しも制限する意図が ないことを理解すべきである。例えば、装置は、該バルブを開閉する手段として のアクチュエータと組み合わされたオーバーセンター・ラッチ機構を使用するも のとして図示したが、当業者に知られているタイプの他の適切な開閉機構が、機 械的作動か電子的作動かに関係なく使用される。いずれにしても、本発明の範囲 は、後述の請求の範囲においてのみ決定される。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 内で燃焼圧力を用いて閉じられた状態に保持するため に、連結リンク機構（２７、６７）が、増強ピストン （２３、６３）を外側バルブ部材（１１、５１）に相互 連結する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．燃焼中にエンジンのシリンダーバルブを閉位置に保持する方法であって、 開口部（１８、５８）を介してガス通路（１９、６０）と流体連通する中空 ピストンシリンダー（１７、５６）と、前記中空ピストンシリンダー（１７、５ ６）に開くピストンボア（２２、６１）とを有するエンジン（１６、５５）を設 け、 前記ガス通路（１９、６０）に隣接して前記開口部（１８、５８）に外側の バルブシート（２０、５９）を設け、 バルブ面（１４、５２）を有し、前記バルブ面（１４、５２）が前記バルブ シート（２０、５９）に対して前記開口部（１８、５８）を閉じる閉位置と、前 記バルブ面（１４、５２）が前記バルブシート（２０、５９）から離れる開位置 との間を可動な外側のバルブ部材（１１，，５１）を設け、 一端（２４、６２）が、前記中空ピストンシリンダー（１７、５６）内でガ スに接触するように、前記ピストンボア（２２、６１）に増強ピストン（２３、 ６３）を配置し、 前記中空ピストンシリンダー（１７、５６）内で燃焼圧力から前記増強ピス トン（２３、６３）に及ぼす力が、前記中空ピストンシリンダー（１７、５６） 内で前記燃焼圧力から前記外側バルブ部材（１１、５１）に及ぼす力に対して逆 方向で、大きさの大きく、前記外側バルブ部材（１１、５１）に及ぼされる力に 変換されるように、前記強化ピストン（２３、６３）を前記外側バルブ部材（１ １、５１）に連結する、 段階からなる方法。 ２．前記連結段階が、前記増強ピストン（６３）を前記外側バルブ部材（５１） に油圧的に連結することによって達成される請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．前記連結段階が、前記増強ピストン（２３）を前記外側バルブ部材（１１） に水力連結することによって達成される請求の範囲第１項に記載の方法。 ４．エンジンの外向きに開くバルブシステム（１０、５０）であって、 開口部（１８、５８）を介してガス通路（１９、６０）と流体連通する中空 ピストンシリンダー（１７、５６）と、前記中空ピストンシリンダー（１７、 ５６）に開くピストンボア（２２、６１）を備え、前記開口部（１８、５８）が 前記ガス通路（１９、６０）に隣接する外側バルブシート（２０、５９）を含む エンジン（１６、５５）と、 バルブ面（１４、５２）を備え、前記バルブ面（１４、５２）が前記バルブ シート（２０、５９）に対接して前記開口部（１８、５８）を閉じる閉位置と、 前記バルブ面（１４、５２）が前記バルブシート（２０、５９）から離れている 開位置との間を可動な外側バルブ部材（１１、５１）と、 一端（２４、６３）が、前記中空ピストンシリンダー（１７、５６）内でガ スに接触するように、前記ピストンボア（２２、６１）に配置される増強ピスト ン（２３、６３）と、 前記増強ピストン（２３、６３）と前記外側バルブ部材（１１、５１）を相 互連結する連結リンク機構（２７、６７）と、 から構成されるエンジンの外向きに開くバルブシステム。 ５．請求の範囲４項に記載の外側開口バルブシステムであって、 前記連結リンク装置が、 一端が前記外側バルブ部材（１１）に取り付けられ、他端が流体くぼみ（２ ７）内で油圧流体に接触する第１油圧プランジャ（３０）と、 一端が前記増強ピストン（２３）に取り付けられ、他端が前記流体くぼみ（ ２７）内で前記油圧流体と接触する第２油圧プランジャ（２６）と、 を含む外向きに開くバルブシステム。 ６．請求の範囲第５項に記載の外側に開くバルブシステム（１０、５０）であっ て、 前記流体くぼみ（２７）に開く再供給通路（３８）と、 前記再供給通路（３８）に配置され、前記流体くぼみ（２７）から前記再供 給通路（３８）に前記油圧流体の逆流を防ぐことができるチェックバルブ（４０ ）とを備える外向きに開くバルブシステム。 ７．前記中空ピストンシリンダー（１７、５６）が表面によって境界されている 請求の範囲第４項に記載の外向きに開くバルブシステム（１０、５０）であって 、 前記増強ピストン（２３、６３）の前記一端が、燃焼中に前記中空ピストン シリンダー（１７、５６）内で前記表面とほぼ平滑に位置する外向きに開くバル ブシステム。 ８．前記連結リンク装置が、前記エンジン（５５）にピボット取り付けされ、前 記外側バルブ部材（５１）と接続する第１アーム（６９）及び前記増強ピストン （２３）に接続する他のアーム（６８）を有するロッカーアーム（６７）を含む 、請求の範囲第４項に記載の外向きに開くバルブシステム（１０、５０）。