JP3942110B2 - エンジンの排気弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、各シリンダ内に少なくとも一つの排気弁と、各シリンダに対して排気弁を作動させるためのロッカーアーム軸上に組み立てられるロッカーアームと、各ロッカーアームに対してカム素子を有するカム軸とから成り、上記カム素子はロッカーアームの一端でカムフォロアと協働し、さらに、ロッカーアームの反対端と排気弁の間に配置される弁あそび除去装置とから成り、上記弁あそび除去装置を上記反対ロッカーアーム端内に配置されるシリンダ室内で受容するピストン素子から成り、さらに、上記のシリンダ室へ、かつシリンダ室からの作動油の供給または排出のための弁手段を有する油圧回路とから成り、上記弁手段は、一定の低圧でシリンダ室から作動油の流れを許容する制御される逆止弁から成る、エンジンの排気弁機構に関する。
ＳＥ−Ａ−４６８１３２は、先に述べたように、特別のカム突片を有する特殊な形式のカム軸と一緒に、エンジンの制動力を増大すべく使用可能な、上述の形式の排気機構を開示する。特別のカム突片は、この場合、これらの上昇量がほぼ弁機構の通常の弁あそびに相当するように寸法設定される。弁あそび除去機構を用いて弁あそびをゼロへ減らすことによって、通常の弁あそびに相当する、排気弁の適当な時間間隔中に特別の上昇量を得ることができる。例えば、特別のカム突片は、圧縮行程の終わり部分中に特別の排気弁上昇量が得られて、失われている、かつ膨張行程中に回復できない圧縮行程中に圧縮仕事の部分を生じるように、普通のカム突片に相対的に配置される。その結果、エンジンの制動力は増大する。
しかしながら、制動効果の増大のためにこのような配置を有するエンジンの効率は、相応する慣例的なエンジンよりやや低い。これは最大の排気弁上昇量と弁あそびゼロで閉鎖する最新の可能な排気弁は、制動運転に対して利用され、かつ弁あそび除去装置の非作動時、運転モード中に得られる弁上昇量はより低いことを意味する、また、排気弁は最大上昇量を運転モードで使用可能な時より早く閉鎖することも意味する運転モードに対して利用されないからである。
本発明の目的は、少なくとも閉鎖の近くで排気弁の上昇量曲線を、運転モードと制動モードに対して同じにできる、冒頭に述べた形式の排気弁機構を得ることである。
これは、本発明により、弁手段がロッカーアームの揺動に相対的に制御される弁手段から成ることによって得られ、上記弁手段はシリンダ室の排出を許容すべく逆止弁を越えて連通部分を開放するための一定の揺動後に配置される。
排気弁の閉鎖近くの上昇量曲線は、上死点位置内にピストンを有する燃焼室内で利用可能な空間によって決定される。排気弁が制動モード中ピストンを打たないように、本発明により使用するロッカー運動制御のバイパス弁は、ロッカーアーム・カムフォロアがそれの後方部分上で正規のカム突片上にあるとき、ピストンが引っ込み位置にあるように弁あそび除去ピストンのシリンダ室を迅速にからにする。これは、弁が制動モード中と運転モード中に上昇量曲線上の同じ位置で閉鎖することを意味する。排気弁の閉鎖とそれに続くバイパス弁の閉鎖後、弁あそび除去ピストンは、再び、油圧回路内の圧力が一方向弁の閉塞機能を維持するかぎり、ピストンシリンダ室へ一方向弁を経て圧力油を供給することによって活動する。冒頭に開示した公知の弁機構に対して、弁あそび除去ピストンのシリンダ室は、制動モードでシリンダ毎に１回満たされかつ空にされる。
本発明の弁機構の好ましい実施例で、バイパス弁はロッカーアーム内に回転自在に組み立てられる、かつロッカーアーム軸へ相対的に固定される扇形歯車と噛み合うリム歯車を有する弁スライドによって形成される。スライドに備える溝は、スライドの一つの位置内で一方向弁を越えてシリンダ室の排出を可能にする。
本発明を、添付の図面に示す例を参照して、以下により詳細に述べる。
図１は本発明の排気弁機構に含まれるロッカーアームの一実施例の原理を示す。
図２は本発明の排気弁機構の好ましい設計の側面図である。
図３は図２の線III−IIIに沿った縦断面図である。
図４は前段部分で述べた公知の弁機構のエンジンに対する排気弁上昇量曲線を示す。
図５は本発明の排気弁機構のエンジンに対する排気弁上昇量曲線を示す。
図１と２に、ロッカーアーム１をロッカーアーム軸３上にロッカーアームを組み立てるための孔２とともに示す。それの末端でロッカーアーム１は回転自在に組み立てられるローラ４の形のカムフォロアを備え、このローラはカム軸６上のカム要素５と協動して公知の方法でロッカーアームへ揺動を与える。それの反対端でロッカーアーム１は、ピストン素子８を滑動自在に組み立てるシリンダ室７を備える。ピストン素子８はそれの末梢端に、保持片１０の球面ソケット内に納まり（図示されない）エンジンシリンダ内の一対の排気弁の弁軸１２に相互連結する分岐枠１１上に載る球９を備える。ピストン素子８は、その上面がシリンダ室７の底面１３と接触する引っ込み端位置と、その外縁１４がシリンダ室の環状隣接面１５に隣接する延長端位置の間で運動する。ピストン素子８の行程“Ｓ”の長さは約２ｍｍまでである。作動油をシリンダ室７へ供給し、またはそれから排出することによって、弁軸１２の上昇量を距離“Ｓ”によって変えることができる。
シリンダ室７は、ロッカーアーム１内に収まりかつ図１に略示する弁装置２０を経てロッカーアーム軸３内の流路２１（図２）と連通し、かつ普通のエンジン潤滑装置と連通する。弁装置２０は制御される逆止弁２２から成り、この弁は、ばね２５によって弁座２４に対して予荷重される球２３の形の弁素子を有する。球２３の反対側面上にある小室２６は弁棒２８とともに制御ピストン２７を含み、それの末梢端は球２３に向く。制御ピストン２７は一方向弁ばね２５より大きい力を有するばね２９によって予荷重され、これは、弁棒２８が普通の潤滑油圧力、約１ｂａｒで、それの座面から上昇した球２３を、シリンダ室７が通常は逆止弁２２を経てエンジン潤滑装置と連通するように保持することを意味する。図１で導管３０はロッカーアーム軸３内の流路２１（図２）への連結を意味する。分岐管３１は、一方で制御ピストン２７の小室２６に通じ、他方でばね３３によって荷重されるピストン３４を含みかつアキュムレータを形成する蓄圧室３２に通じる。
通常の作動中、すなわち運転モードでは、約１ｂａｒの上記圧力がロッカーアーム軸内で優勢であり、これは逆止弁２２が開放しかつピストン素子８がシリンダ室７の底１３に対してそれの引っ込み端位置内にあることを意味する。現在は、通常の弁あそびが弁機構内で優勢である。
制動モードへの移行時に、ロッカーアーム軸内の圧力は約２ｂａｒに増え、かつ制御ピストン２７は図１に示す位置へ引っ込み、この位置でばね２５は球２３を座面２４に対して予荷重し、かつ逆止弁２２を閉鎖する。シリンダ室７内へ流れる油は、現在は、ピストン素子８を図１に示す弁あそび除去位置の外へ押圧する。カム素子５は、普通の上昇突片５ａのほかに、公知の方法で一対の特別の突片５ｂ，５ｃ（このうち突片５ｃは、いわゆる圧力低下片）を備え、現在は、後者を経て圧縮行程の終わりに除去される弁あそびに相当する程度、排気弁を開放する。
機能に関していままで述べたことは、ピストン圧縮仕事の最小部分しか膨張行程中に回復できないように配慮してエンジン制動力を増大する先行技術に属する。図４は運転モードと制動モードに対する弁上昇量曲線を示し、これらの曲線から明らかなように、上述のエンジン制動装置を有するエンジンに対する最大上昇量は、運転モードに対して最大上昇量が利用可能な場合、このようなエンジン制動装置なしの相応するエンジンでのものより低くなければならない。
とくに閉鎖の近くで最大上昇量を使用するために、運転モードでも、本発明の排気弁機構に補充されるバイパス弁４０は、ロッカーアーム１内に回転自在に組み立てられ、かつスライド４２（図１と３参照）の一つの位置内で流路４４をシリンダ室７から制御ピストンの小室２６へ、かつ結果的に導管３０を経てエンジン潤滑装置へも連結する溝４３付きの弁スライド４２から成る。弁スライド４２は、一端に、ロッカーアーム軸３に関して固定される扇形歯車４６（図２参照）の歯に噛み合うリム歯車４５を備える。これは、ロッカーアーム１が揺動すると、弁スライド４２が孔４１内で前後に回転すること、および溝４３がサイクル毎に１回、逆止弁２２を越えて連通を“短絡する”ことを意味するから、油はシリンダ室７から押し出され、かつピストン８は制動モードでもシリンダ室の底へ行く。リム歯車４５と扇形歯車４６は、圧力低下突片５ｃがロッカーアーム・カムローラ４を通過したあと、スライド４２が短絡位置へ回転するように相互に適応して、ピストン８はカムローラ４が普通の上昇突片５ａの頂上に達する前に、底位置にある。１２°の揺動のロッカーアームでの実施例において、弁スライドは、図５に示すように、約５°の揺動後に、すなわち、約１５０°の回転で短絡する。ここで、破線の曲線は、弁あそび除去ピストン８が全作動サイクルを越えてそれの延長位置内にとどまるべきとすれば、（許容できない）最大上昇量を示す。実線の曲線は運転モードに対する上昇曲線であり、点線の曲線は制動モードに対する上昇曲線量である。点線の制動モード曲線は、上述のバイパス機能のために、約１５０°の回転で最大上昇量曲線から運転モード曲線に移行する。
排出は、約２０−２５ｂａｒの装置内瞬間圧力を出し得る弁ばね８によってピストン８への作用力の影響下で迅速に行われる。多シリンダエンジンでは、一つのシリンダ内の排気弁の弁あそび除去シリンダ室７の迅速な排出は、他のシリンダ内の排気弁のシリンダ室７を充填するのに十分な時間を与える。少数のシリンダを有するエンジンでは、一つのシリンダに対する弁あそび除去装置を排出するための時間を、他のシリンダに対する一つ以上の弁あそび除去装置の充填物へ適応させることは不可能である。この場合、アキュムレータ３２，３３，３４の仕事は、制御ピストン２７の小室２６と一緒に、シリンダ室７の排出後直ちに、かつ続くサイクルの充填状態に再充填を迅速に行うように配慮して圧力油を処理することである。導管３０内の逆止弁４７は充填を保証する。
多数のシリンダを有するエンジンでは、上述のように、アキュムレータ機能は原理的に他のシリンダの弁あそび補償装置によって肩代わりされるから、アキュムレータ３２，３３，３４と逆止弁４７は除去可能である。
ピストン素子８は、公知の方法で、それの一端をばね５４によって予荷重する球５３の形状で弁本体に対し弁座５２を形成する流路５１を経て、シリンダ室７と連通するキャビティ５０を備える。上記素子５２，５３，５４によって形成されるリリーフ弁は、シリンダ７内に前もって定められる圧力で、油がピストン素子８内で流路５５を経て排出されるように開放される。弁スライド４２内の溝４３は、リング溝５６を経て溝４３内の油圧によってスライドに作用する半径方向の力を均等にするために、溝４３に向き合うスライドのその側面上で１本以上の浅い溝５７（１本を図示）と連通する。

Claims (4)

1. 各シリンダ内に少なくとも一つの排気弁と、各シリンダに対して排気弁を作動させるためのロッカーアーム軸上に組み立てられるロッカーアームと、各ロッカーアームに対してカム素子を有するカム軸とから成り、上記カム素子はロッカーアームの一端でカムフォロアと協働し、さらに、ロッカーアームの反対端と排気弁の間に配置される弁あそび除去装置とから成り、上記弁あそび除去装置は上記ロッカーアームの反対端内に配置されるシリンダ室内で受容されるピストン素子から成り、さらに、上記のシリンダ室へ、かつシリンダ室からの作動油の供給または排出のための弁手段を有する油圧回路とから成り、上記弁手段は、一定の低圧でシリンダ室から作動油の流れを許容する、制御される逆止弁から成る、エンジンの排気弁機構において、弁手段（２０）がロッカーアーム（１）の揺動に相対的に制御される弁手段（４０）から成り、上記弁手段は、ロッカーアームの一定の揺動後に、シリンダ室（７）の排出を許容すべく、該シリンダ室から逆止弁（２２）を超えて排出源である該弁機構の周囲の空間まで連通部分（４３）を開放し、上記弁手段（４０）はロッカーアーム（１）によって運ばれ、かつロッカーアーム軸（３）と弁手段（４０）に連結される相互係合的な伝動手段（４５，４６）は、それぞれ、ロッカーアームの上記揺動に依存して上記連通部分を開放することを特徴とする弁機構。
2. 弁手段（４０）はロッカーアーム（１）の孔（４１）内で回転自在に組み立てられる弁スライド（４２）から成り、上記スライドはロッカーアーム軸（３）へ相対的に固定される扇形歯車（４６）と噛み合うリム歯車（４５）と、弁スライドの一つの位置内で逆止弁（２２）を越えてシリンダ室（７）の排出を許容する溝（４３）とを有することを特徴とする請求項１に記載の弁機構。
3. 溝（４３）は、環状スロット（５６）を経て、スライドの圧力を緩和するための、少なくとも一つの中心軸に関して溝（４３）と反対側の溝（５７）と連通することを特徴とする請求項２に記載の弁機構。
4. 油圧回路はシリンダ室（７）から排出される油によって充填されるべく配置されるアキュムレータ（３２，３３，３４）を含むことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の弁機構。

Images