JPS61501580A - ポペットバルブの改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ポペットバルブの改良 本発明は、内燃機関及び同様な機械に用いられるポペットバルブの作動態様の改 良に関する。

ポペットバルブを用いて内燃機関のシリンダーにガスを供給しまたシリンダーか らガスを排出することは知６れており、そのようなバルブはバルブステムに直接 作用するかまたはバルブのステムにローカーを介して作用するカムによって作動 される。従来１、そのようなバルブは、カムがバルブを押して開放しかつカム圧 力が除かれるとばねがバルブを閉じるように、ばね装荷されている。

回も開く高いエンジン速度においては、いわゆる“バルブの飛びはね”が生じ、 バルブは適切に閉じない。

したがって、バルブの確実な閉鎖を持つバルブの作動方法を有することが望まし く、そのようなシステムはデスモドロニフタ（ｄｅｓｍｏｄｒｏｎｉｃ）バルブ として知られている。このバルブにおいては、さらに他のカムがバルブを上昇さ せるアームを駆動するが、そのようなシステムにおいては、バルブがしっかりと 閉じられるがバルブステムに応力を生じさせるようなさらに余分に押すことがな いような公差でなければならない。

現在用いられているバルブに伴なう他の問題はバルブタイミングである。例えば 最高ｒｐｍ　（回転数７分）及び最大エネルギ発生用に設計したエンジンの現在 用いられているスタティックバルブタイミングは長持続期間及び高揚程のバルブ 開きサイクルを有している。このようなエンジンは燃料を浪費するものであり、 低いｒｐ＋ｗで５よいわゆる“粗”作動を有する。これとは反対に、短い持続期 間及び低い揚程のバルブタイミング揚程サイクルを持つエンジンは、低速エンジ ン回転では滑らかでパワーフルであるが、高速エンジン速度においては燃料を浪 費しエネルギーをわずかしか発生しない。

したがって、特定範囲のエネルギー回転に対して望ましいバルブセツティングが 用いられるような可変バルブタイミング及びバルブ揚程が達成できるような装置 が発明される。のが望まれる。

ばねによって復帰されるバルブに伴なうさらに他の問題は、ばねがバルブを比較 的迅速に閉しるのには当然パワーフルでなければならないが、すべてのバルブ開 放装置を高速でその閉位置に復帰させなければならないので、ばねは当然極めて 強いばねであり、バルブシート及びバルブに大きな衝撃及び応力荷重を与える。

高速エンジン回転では、このばね復帰システムは、浮動する傾向があり、ハルブ ヘフドとピストンクラウンとの接触が起る場合には、エンジンエネルギーの発生 の低下とひんばんな機械的誤動作とを引き起す。

したがって、バルブを閉じる際衝撃荷重を生じさせないが、同時にバルブを迅速 に閉して内燃機関の膨張及び圧縮ストローク中バルブを閉じたままにするバルブ ステムが設計されることが望ましい。

したがって、本発明の目的は前述の問題の１つまたはそれ以上を克服することに ある。

従って一つの形態では、本発明は内燃機関のバルブ揚程装置にあると言われ、バ ルブ揚程装置はクランクカムシャフト及びガイド内のシャトル組立体を備え、バ ルブのステムはシャトル組立体内に設けられ、カムシャフトのクランク部分しよ シャトル組立体内に受れ入れられ、これによりカムシャフトの回転によりガイド 内のシャトル組立体を確実に往復運動させ、従ってバルブを移動させてバルブソ ートと密着させたり離したりする。

従ってクランクがバルブを移動させてバルブシートと係合させたり離したりし、 それ故にバルブの確実な閉鎖が起ることになる。

ある好ましい実施例では、シャトル組立体内にバルブステムを弾性的に設けて、 バルブがバルブシートに対して閉じるときバルブシートに強い衝撃荷重が加わら ないようにするのが良い。

本発明の更に好ましい実施例では、シャトル組立体内でカムシャフトのクランク 部分とバルブステムのヘッドとの間に可変長さスペーサ装置を設け、これにより バルブシートからのバルブの揚程とバルブのタイミングとを変えることができる 。

好ましい実施例では、可変長さスペーサ装置は連続螺旋傾斜カムにより無段階に 変えることができる。

さらに他の実施例では、可変長さスペーサ装置は段付き螺旋傾斜カム上の一連の 段部によって変えることができる。

好ましい実施例では、シャトル組立体内のバルブステムの弾性取付けは、バルブ ステムとシャトル組立体とに作用するばねによるものであるのが良い。

可変長さスペーサ装置の長さの変化は、傾斜カムからシャトル組立体の外側まで 延びかつ作動装置により作動されるアームによって行うことができる。

好ましい実施例では、可変長さスペーサ装置は互いに作用する４つの段部を各々 有している第１及び第２の段付き螺旋傾斜カムからなり、第１のカムばシャトル 内にこれと回転しないように取付けられ、第２のカムは第１のカムに対して回転 するようになっており、これにより段部の上下移動によりバルブのタイミングと バルブの揚程とを変化させる。

作動装置は、シャトル組立体を越えて延びているシャフトと、シャフトの凹部の 中へ延びるアームとを含み、シャフトの長さ方向運動によりスペーサ装置の長さ を変えることができる。

変形例として、２つの作動シャフトを使用することかできるようにアームは両傾 斜カムからシャトルの外側まで反対方向に延びても良い。

他の形態では、本発明は吸気バルブと排気／ｓｌルブとを有する内燃機関にあり 、バルブは上述した実施例のいずれか１つで特定されるバルブ揚程装置によって 作動される。

上述したようにカムローブをカムシャフトのクランク形部分に設けることにより 、カムシャフトが回転すると、クランク部分のローブの先端はクランク形カムシ ャフトの外面の直径よりもわずかに大きな直径の円を描くことになる。カムシャ フトに設けられたこの特定のロープは以下に述べる手段により、バルブ開閉時期 及びバルブ揚程量を変えることができる。バルブシートからのバルブの揚程量の 変化は、作動カムロープとバルブステムの端との間の寸法値を増減することによ って達成される。この変化はカム面とバルブステムの端との間に２つの対向した 段付き面板部材即ち傾斜カムを設けることによって達成され、前記段付き面板部 材のうちの一方は他方のものに対し螺旋状に回転させることができ、かくして回 転する段付き部材がこれと対向した固定段付き部材の段部に乗り上がり或いは該 段部から降りるときにカム面とバルブステムの端との間の寸法変化を達成する。

螺旋状段付き面部材即ち傾斜カムの可変運動は、可変カム組立体が回転部材に設 けられた舌状部又はアームを使って運動している間に達成され、前記回転部材は シャトルケージの外部に突出していて、エンジン運転者による遠隔操作成いはエ ンジン状態及び速度検出装置で制御される選択制御装置又は作動シャフトに設置 される。

かかる検出装置は、エンジン調速装置の形態であっても良い。

段付き面板部材即ち傾斜カムを互いに対し任意の設定で位置決めした状態は、前 記段付き面板部材の各段部の作用面に、各段部の一連の戻り止めをなすニブと切 欠きを設けることによって維持されるのが良い。

予め負荷された圧縮力が、シャツトルの上内部本体と下方の段付き面部材の底面 との間に一定の伸縮力を及ぼす圧縮形螺旋コイルばねによって２つの段付き面部 材の作用面の間に保たれ、かくして２つの段付き面部材を常時互いに圧縮してカ ム従動子面を作動偏心カム面に常に当てたままにする。

これらの可変寸法用段付き面部材を用いてカム面とバルブステムのヘッドとの間 の寸法を大きくすることによりバルブの揚程度を変えることができ、したがって カムは事実上、その回転サイクル中パルプのヘッドに早く接触しそれ故バルブを 早く開くと共にバルブを一層持ち上げることが分かろう。同様に、バルブが閉じ ているときにカムがバルブヘッドから離れる時間を長くするとバルブはそれだけ 長い期間間いたままになるが、バルブシートとバルブ閉じ用カム面との間の絶対 寸法を変えることはできないのでバルブは同一距離で閉じ、閉じたときには過度 の力を受けないことが分かる。

１つの好ましい態様では、種々のバルブ設定に対してカムとバルブヘッドとの間 の寸法を主として４通りに設定することを計画したが本発明はこれら４通りの設 定に制約されず、これらの設定のうち任意の１つ又はそれ以上を実施してもよい 。

設定には、大まかに言って高性能設定、通常性能設定、アイドリングと低速運転 の設定およびエンジン減速設定であって夫々Ａ、Ｂ、ＣおよびＤとする。これら Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの相は、バルブ保持シャッタ組立体内に置かれている対向段付 き面およびプレート部材に関連したクランクおよびロープカムに特有の特徴の組 合わせに直接的に帰せられる。エンジン減速設定としての設定りは設定Ａ、Ｂ、 及びＣのいずれか又は全てに対する補足的な設定としてしか使用することができ ないということを知るべきである。

エンジンは設定りのみでは動かない。

各設定を更に詳細に述べると、設定Ａはバルブを可能な限り長く最大位置まで開 く設定であり、この設定によりバルブの作動速度が限界に達する前により高いエ ンジン速度が得られるようにし、この結果、これらの高いエンジン速度で大きな 容積効率が得られ、大きな動力がつくりだされる。

第２相である設定Ｂは中速から低速運転で効率がよいように設計されており、通 常この設定はファミリーセダンタイプの車のエンジンなどに用いられる。

第３相である設定Ｃは据付型ディーゼルエンジン等のような非常に低速回転のエ ンジンに用いられるものであり、またエンジンのアイドリング速度用に設計され た設定である。この設定は燃焼行程を長くし、吸入行程を短くするために負のパ ルプ重なりタイミングを有し、かくして少量の吸入ガスを完全燃焼させ、その結 果、最も効率のよい速度範囲よりも低い速度で作動する高性能エンジンで通常み られる排出後燃え汚染物質を減少させる。

第４相である設定りは、バルブタイミングが極端に遅らせたバルブ開放順序、そ して逆に早いバルブ閉鎖順序をもち、かくして排気行程の終わり近くに部分的な 第２圧縮相を生じさせる設定である。第２圧縮サイクルとこれに続く遅い吸気バ ルブの開きにより、エンジンに制動又は減速サイクルを与え、これは大型輸送車 両のディーゼルエンジンなどに特に適する。

以上の記載は本発明を全体的に明らかにしているが、本発明の理解についてより 明瞭にするために、本発明の好ましい実施態様を示す添付図面を参照する。

第１図は本発明によるバルブ組立体をカムシャフトの長さに沿って示す横断面図 であり、 第２図は特にバルブタイミングを変える方法を示す、第１図の２−２線での横断 面図であり、 第３図は第１図に示すカムシャフトの長さと直角の方向でのシャトル組立体の図 であり、 第４図は本発明による段付き傾斜カムの概略図であり、第５図は本発明による段 付き傾斜カムを最も広い開放位置で示す概略図であり、 第６図は本発明の段付き傾斜カムの１つの態様を示す図であり、第７図は本発明 による連続傾斜螺旋カムの斜視図であり、第８図は本発明の好ましい態様によっ て達成することのできる排気及び吸気サイクルの範囲を示す図であり、第９図は 各カムから延びる作動アームを有する螺旋傾斜カムの変形ａ様を示す図である。

いま図面をもっと厳密に見ると、第１図はガイド３内でエンジンブロック２に取 付けられたシャトル組立体１を示しており、該シャトル組立体１は、該組立体か ら延びそしてヘッド２のトラック５内を走るニブ４を有している。

シャトル組立体１は、−ｍに円筒形の外側ケーシング６からなる。該円筒形ケー シング６の下端部がらバルブステム７が延びており、該バルブステム７はバルブ ガイド８を貫通して吸気口又は排気口の中へバルブシート１１に着座するバルブ ヘッド１ｏまで延びている。バルブステム７は、ケーシング６の下端部にばね１ ２によって弾性的に取付けられており、その機能については後述する。

クランク式カムシャフト１３が円筒形ケーシングの壁に設けられている孔（図示 せず）を貫ぬいて延びており、上方のカム従動子１４がカムシャフトの上面に当 接している。下方のカム従動子１５は、カム１３の下側に当接している。第３図 からより明瞭にわかるように、カム１３には、カムシャフトの主軸線からクラン クの方向と同じ方向に延びるローブ１６が設けられている。

カム従動子１４の上方には、ナフト１７および口、クナット１８がケーシング６ にねじ込まれ、ロックナツト１８が動かないようにするために、ロック用コツタ ービン１９が設けられている。

下方のカム従動子１５は止め輪２０によって上方の段付き傾斜カム２１内に取付 けられてこのカムの摩耗面をなしており、上方の段付き傾斜カム２１は円筒形ケ ーシングの切欠き６内に延びるニブ２２によってシャトル内で回転しないように なっている。下方の段付き傾斜カム２４はアーム２５によって上方の段付き傾斜 カム２１に対して回転可能であり、アーム２５は下方の段付き傾斜カムから円筒 形ケーシングの孔２６を貫通して作動部材２９のスロット２８内に受け入れられ る舌状部２７まで延びている。

バルブステム７のヘッド３０は下方の段付き傾斜カム２４の中央部に直接光たっ ており、それ故クランク１３の回転で、シャトル組立体１の全体、それ故バルブ ステム７は移動し、作動部材２９の移動によって段付き傾斜カム部材は異なる位 置に移動し、バルブのヘッド３０とカム１３の面との間の距離がバルブの開き量 とバルブのタイミングとを決定するので、バルブの開き量を変化させることがで きる。実際には、段付き傾斜カムの位置はバルブが閉しる実際の距離を変えない ことに気付くべきである。というのは、バルブの閉じる実際の距離は、カムの上 面に当接しかつカムの閉鎖位置を決める上方のカム従動子１４の位置によって決 定されるからである。

バルブステム７のヘッドは既知の構造のばねキャップ３１とコ、　レット３２と を存し、バルブステム７とケーシング６とに働くばね１２のためのばね受け面を なしている。このばねは、バルブを開閉するときにバルブヘッド１０の衝撃荷重 を軽減する。

ばね３３は、ケーシングの下端部と下方の段付き傾斜カムに当接するスペーサ３ ４とに働き、それ故ばね３３は２つの傾斜カム１　を互いに押圧状態に、それ故 カム１３の下面に押しつけた状態に維持する。

第２図に示すように、作動アーム部材２９は舌状部、アームおよび段付き傾斜カ ム２４を、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤで示す位置へ移動させる。これらの位置は、後述 のごとく可変タイミング位置おＳ　よび弁開位置に相当する。

第３図は第１図に示す図に対してほぼ直角方向から見たエンジンロック２内のシ ャトル組立体を断面でなく示すものである。この図面から分かるように、カムシ ャフト３５の段付き部分１３は、該段付き部分１３から延びているローブ１６を 備えており、該ローブ１６は下方のカム従動子１５に当接している。上方の段付 き傾斜カム２１および下方の段付き傾斜カム２４は、それらの全体を断面で示し であるため、アーム２５が下方の段付き傾斜カム２４の中心から延びていること が理解されよう。

第３図には弁ヘッド１０が番号３６で示す距離伸長している状態が示しであるが 、段付き傾斜カムがそれらの全調節長さにあったとしたら、バルブの開きはバル ブヘッドの破線の面３８で示すように番号３７で示す量になることが理解されよ う。

第４図および第５図は、本発明の段付き傾斜カムの限度位置を示すものである。

第４図に示すように、各段のうちの最も高い部分Ａは最も遠い位置にあり、従っ てカムの上表面と下表面との間の距離３９は最小であり、一方策５図では、段部 Ａが互に隣接しているから、距離４０が距離４１だけ大きい。

この距離４１は、第３図に示すバルブの開き距離３６と３７の差に等しい。

第６図は本発明の段付き傾斜カムの１つを示すものであり、各各の段付き傾斜カ ムにはバランスを維持するために２組の段部が設けであることが理解されよう。

この図では、上方のカムを、位置決めニブ２３が側から延びている状態で示しで ある。傾斜カムの各段部Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの間には、異なるレベル間の切換え を可能にする一連の僅かな傾斜面４２が設けである。

第７図は傾斜カムの別の実施例を示し、各カムの表面には連続螺旋表面４５が設 けてあって、最大レベルと最小レベルとの間でバルブの開き量を無段階に変え得 るようにしである。

この第７図では、図面を明瞭にするために、互に対向する上方のカムと下方のカ ムとを引き離した状態で示しである。上方のカム７には該カム７の回転を防止す るニブ２３が設けてあり、一方、下方のカム２４は該カム２４から舌状部２７ま で延びているアーム２５を存する。該アーム２５は第２図に示した作動アーム部 材２９により作動されて、傾斜カム対の上表面と下表面との間の間隙を変えるこ とができる。

第９図は、螺旋傾斜カムの更に別の実施例を示し、この実施例では、上方の傾斜 カム５２および下方の傾斜カム５３から夫々アーム５０および５１が延びている 。これらのカムには螺旋傾斜面５４が設けであるが、２つのアームを備えた段付 き傾斜カムとしてもよい。

第８図は、本発明の好ましい実施例についての一連のサイクルＡ、Ｂ、Ｃおよび Ｄにおける排気および吸気バルブの開弁タイミングを示すものであるが、本発明 はこのような特定のバルブに限定されるものではなく、エンジンの形式に暴く特 定のバルブにも使用することができる。

第８図に示すように、サイクルＡにおいて、エンジンの回転を全体的に矢印４６ で示し、吸気口は、上死点前４５″開き、下死点後６８°閉じ、排気口は、下死 点前６８″開き、上死点後４５″閉じる。この装置によって提供される可成りの 重なりにより、毎分当りの非常に高速エンジン回転数において、ガスの効率的な 掃気を可能にし、かつ吸気の際シリンダへの効率的なチャージを可能にする。

サイクルＢは、通常速度で運転しているエンジンの、よす慣用のエンジン設定を 提供し、吸気口は、上死点前２６°開き、吸気口は、下死点後５０’閉じ、排気 口は、下死点前５０°開き、上死点後２６″閉じる。

サイクルＣは、低速のディーゼルエンジンの存効なサイクルと、通常のガソリン エンジンの低速運転と、このようなエンジンのアイドリング運転とを示している 。この実施例では、吸気口は、上下死点前２４°開き、上死点前４°閉じる。

大型ディーゼルエンジンに特に有用な制動すなわち減速サイクルであるサイクル Ｄでは、吸気口は、上死点後３０″までは開かず、下死点前３°閉じ、その結果 、最小チャージが起こり、排気口は、下死点後３°までは開かず、上死点前３０ °閉じ、その結果、より大きい圧縮が、排気の閉鎖と上死点との間の３０°にお いて起こり、このことは、エンジンの制動効果を提供する。

摩耗板カム面および燃料部材を設け、交換可能な焼入ｗ４製カム従動子をカム面 と可変カム部材との間に介在させることによって、正確なバルブタイミングの調 整と摩耗の補償を行うことができる。

この鋼製カム従動子は、さらに、例えば、１インチ（２，５４センチ）の十分の −の倍数のプラスまたはマイナスの増加の平均値によって厚さ寸法において増加 されるよう設計することができ、したがって、バルブステムの端と、摩耗補償お よびエンジン建造明細書応諾とを便利にするカムの面と、の間の寸法の正確な調 整を可能にする。

Ｔ、Ｄ、Ｃ。

１．事件の表示　ＰＣＴ／ＡＵ８５１０　ＯＯ２９２、発明の名称　ポペットバ ルブの、敬寂３、補正をする者 事件との関係　出願人 氏　名　バーディ　レジナルト　ジョン５、補正命令の日付　ヌυｇｃＤｆ　５ ！　ｔｓ　ｔｉｔ国際調査報告

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．クランクカムシャフトおよびガイド内のシャトル組立体とを有し、バルブの ステムがシャトル組立体の中に設けられ、カムシャフトのクランク部分がシャト ル組立体の中に受け入れられ、これにより、カムシャフトの回転でシャトル組立 体をガイドの中で積極的に往復動させ、それ故にバルブを移動させてバルブシー トと密着させたり離したりすることを特徴とする内燃機関のバルブ揚程装置。
2. ２．バルブステムがシャトル組立体の中に弾性的に設けられている、請求の範囲 第１項記載のバルブ揚程装置。
3. ３．クランクカムシャフトはカムシャフトのクランク部分の頂点から延びるカム を有している請求の範囲第１項又は第２項に記載のバルブ揚程装置。
4. ４．バルブシートからのバルブの揚程とバルブタイミングとを変えろことができ るように、シャトル組立体の中にはカムシャフトとバルブステムのヘッドとの間 に可変長さスペーサ装置が設けられている、請求の範囲第１項乃至第３項のいず れか１項に記載のバルブ揚程装置。
5. ５．可変長さスペーサ装置は段付き螺旋傾斜カムの一連の段部によって変化する ことができる、請求の範囲第４項に記載のバルブ組立体。
6. ６．可変長さスペーサ装置は連続螺旋傾斜カムによって無段階に変化することが できる、請求の範囲第４項に記載のバルブ揚程装置。
7. ７．シャトル内のバルブステムの弾性取付けはバルブステムとシャトルとに作用 するばねによって行なわれる、請求の範囲第２項乃至第６項いずれか１項に記載 のバルブ揚程装置。
8. ８．可変長さスペーサ装置の長さの変化は、傾斜カムからシャトル組立体の外側 まで延び、作動装置によって作動されるアームて行なわれろ、請求の範囲第４項 乃至第７項のいずれか１項に記載のバルブ揚程装置。
9. ９．作動装置はシャトル組立体を通り越して延びるシャフトと、シャフトの凹部 の中へ延びるアームとを含み、シャフトの長さ方向の運動によりスペーサ装置の 長さを変えることができる、請求の範囲第９項に記載のバルブ揚程装置。
10. １０．可変長さスペーサ装置は、夫々４つの段部を有し、かつ互に作用し合う第 １および第２螺旋段付き傾斜カムからなり、第１カムはシャトルに対して回転し ないようにシャトル内に設けられ、第２カムは第１カムに対して回転しうるよう になっており、段部の上下運動によりバルブのタイミングおよびバルブの揚程度 を変える、請求の範囲第４項に記載のバルブ揚程組立体。
11. １１．螺旋段付き傾斜カムの各々を作動する装置は夫々のカムからシャトルの外 側まで延び、作動装置によって作動されるアームからなる、請求の範囲第１０項 に記載のバルブ揚程装置。
12. １２．吸気バルブおよび排気バルブを有し、バルブが請求の範囲第１項乃至第１ １項のいずれか１項に記載のバルブ揚程装置によって作動される、内燃機関。
13. １３．図面を参照して記載した如きバルブ揚程装置を有する内燃機関。
14. １４．図面を参照して記載し、かつ図面で例示した如きバルブ揚程装置。