JPH0146690B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、往復動ピストン機関のポペツト弁
を開く流体作動機構に関し、該弁はその閉じ位置
にばね偏倚されている。この機構は、特に、ただ
しそれに限定しないが、内燃機関の排気弁に適用
可能である。この機構は、ポペツト弁のスピンド
ルに作動結合された作動ピストンを有する作動シ
リンダと、作動シリンダの作用室と高圧作動液を
接続する供給ダクトとこの供給ダクト内の第１制
御弁と、前記作用室からの戻りダクトとこの戻り
ダクト内の第２制御弁と、予め定めたクランク角
において前記制御弁それぞれを開閉させる指令信
号を伝達するための制御ユニツトを含む。

米国特許第3209737号に示す既知のこの種の機
構において、第１と第２制御弁は他方の弁が閉じ
たときは他方の弁が開き、およびこの逆が実施さ
れるように機構的に組合わされている。作動ピス
トンは２つの別個の同軸配列のピストンを含み、
これらは互いに軸方向に可動で、外側の環状ピス
トンの最大行程は、内側ピストンの行程よりも短
い。ポペツト弁の開きまたは上昇運動の初期にお
いては、総合または組合せピストン面積は、高圧
液体を受けるが、この運動の終期においては高圧
液体は内側ピストンのみに作用される。

この発明は文頭に述べた型式の作動機構を提供
し、その特徴とするところは、ポペツト弁がまだ
その全開位置に達していないときに、第１制御弁
を閉じるように制御ユニツトが指令信号を伝達す
るようにプログラムされ、かつ高圧源内にあらわ
れる圧力よりも低い中圧をもつ第２作動液源とこ
の作動液源と作動シリンダの作用室とを接続する
第２供給ダクトを有し、さらに第１制御弁が閉じ
ると同時に開きかつポペツト弁が全開したときに
閉じるように作動する第３制御弁が前記第２供給
ダクト内に設けられることを特徴とする。

この発明による作動機構の機能は、前記米国特
許から知られる機構の機能とは異り、上昇運動の
初期または初段階の間、ポペツト弁の加速度およ
びこの弁によつて得られる運動エネルギは十分に
高くこの弁はさらに他のエネルギ入力を要せずに
その全開状態へのその運動の後続部分を実施でき
る。第２作動液源内に存在する比較的低い圧力
は、弁の上昇運動の最終段階中に作用室を液体で
充満し続けるのに必要な流入量を保証する高さを
有すれば足りる。従つて、高圧液体の消費は比較
的軽微である。この機構はまた、既知の機構より
も可成り簡単で、就中、この機構は１個の、単体
の作動ピストンを用いている。第１制御弁を閉じ
る指令信号が制御ユニツトから伝達される時期を
変化することにより、さらに、機関シリンダ内の
負荷に左右されるガス圧力のような変動する運転
状態に適合させるために高圧液体によつて発せら
れる出力脈動の大きさを調節することができ、
種々の機関負荷においてこの機構の動力消費を最
小にする。好ましくは、この制御ユニツトは電子
式制御ユニツトであるが、機械式と液圧式または
空圧室を組合わせた制御装置の使用も可能で、こ
れには例えば２行程機関のクランク軸と同期して
回転するカム軸と各機関シリンダと組合わされた
第１制御弁の開度を制御するカム軸上の調節カム
を含む。

出力脈動の大きさの上記の調節は、この発明の
好適実施例においては、全開された弁頭部の位置
を検知しかつ制御ユニツトに入力信号を伝達する
ための検知器によつて得ることができ、制御ユニ
ツトは、もし必要ならば前記入力信号に応じて第
１制御弁を閉じるように指令信号を伝達する時間
の修正を行なう。この修正は、もしポペツト弁の
所望の最大揚程量（これは負荷による）が先行す
る弁運動中に得られなければ、この制御弁が閉じ
ているときに時間を遅延させ、これとは反対にも
し弁の上昇量が所望最大値を超えれば時間を進め
ることから成る。

この機構は、弁頭部がその弁座から上昇したと
きを検知して入力信号を制御ユニツトに伝達する
ように構成された第２検知器を含み、前記制御ユ
ニツトは、もし必要ならば前記入力信号に応じて
第１制御弁を開くように指令信号を伝達する時間
を修正する。この特性により、制御ユニツトによ
る指令信号の伝達とポペツト弁の揚扛運動の実際
の始動との間の時間、これは多少とも計算が不可
能でかつ変動的であるが、の如何に拘らず、所望
のクランク角において常に弁の上昇を開始するこ
とが保証される。

弁閉じばねが空気ばねであるときは、この閉じ
ばねの作用室は、この作用室内に空気を流入させ
るように開く不還弁を介して圧力空気貯留槽と連
通し、かつこの制御ユニツトはピストン機械の運
転因子によつて貯留部内に存在する圧力を調節す
るように作用する。

従つて、この弁運動の特性に影響を与えること
が可能で、即ち空気ばねの作用室内の高い初度圧
力は剛いばねを提供し、従つてもし作動ピストン
に作用される出力脈動がこれに伴つて増大すれ
ば、弁開動作が一層速かになり、弁閉動作が速か
になる。

附図を参照しつつ、この発明の１実施例につい
て以下にこの発明を詳細に説明する。

第１図において、１はデイーゼル機関のような
内燃機関のシリンダとシリンダカバーを略示し、
この機関はユニフロー式スカベンジング型でかつ
シリンダカバー内に排気弁をもつ。図では開き状
態で示されたこの排気用ポペツト弁２（以下単に
排気弁と称す）は、シリンダカバー内の弁座４と
協働してシリンダの燃焼室６からの排気通路５を
制御する。

スピンドル７の上端には作動ピストン８が取付
けられ、該ピストンは液圧作動シリンダ９と密封
関係を保つて可動である。作用室１０がピストン
８の上面によつてシリンダ９内に形成され、作動
液体がダクト１１を通つて室１０内へ流入および
該室から流出する。

弁スピンドル７にはさらにピストン１２が取付
けられ、該ピストンは空圧シリンダ１３と密封関
係をもつて可動であり、この中においてピストン
の下面は作用室１４を形成し、該作用室はダクト
１５を介して圧力空気を含む貯留槽１６と連通す
る。ダクト１５内には、不還弁１７が配設され、
これによつて室１４への空気の流入は許すがダク
ト１５を通つて室１４からの空気の流出を防ぐ。

例えば液圧・空圧蓄圧器のような高圧の作動液
体源１８は供給ダクト１９を介して例えばパイロ
ツト作動型ソレノイド弁などの急開制御弁２０の
流入ポートと連通し、かつ供給ダクト１１は弁２
０の流出ポートに接続される。ダクト１１から分
岐した戻りダクト２１は第２急開制御弁２２の流
入ポートに接続され、その流出ポートはダクト２
３を介して中圧の作動液を収容する作動液体源２
４と連通し、この圧力はさらに詳しくは、大気圧
よりは高いが作動液源１８における圧力よりも低
い。高圧作動液源１８、中圧作動液源２４はダク
ト２５によつて接続され、ダクト２５内にはこれ
ら２つの作動液源間に圧力差をつくりかつこれを
維持することができる液体ポンプ２６が設けられ
る。

供給ダクト１１と２３は別の２つのダクト２７
と２８によつて互いに接続される。ダクト２７内
には、弁２０と２２と類似の設計の急開第４制御
弁２９をもち、ダクト２８内には不還弁である第
３制御弁３０が設けられて、室１０に向う液体の
流れは許すがこのダクトからの逆流は防止する。
調節式であることが好適なスロツトル装置３１が
第４制御弁２９と、ダクト２７がダクト２３に接
続される点との間でダクト２７内に設けられる。

貯留槽１６に接続された圧縮機３２は貯留槽内
の所望空気圧を維持し、この圧力は、信号搬送ラ
イン３３を通つて圧縮機へ後述する電子制御ユニ
ツト４３から伝達される制御信号によつて変化さ
れる。制御ユニツト４３は信号搬送ライン３４を
介して液体ポンプ２６に指令信号を伝達して高圧
作動液体源１８と２４内の液圧を所望値に維持す
る。制御ユニツトから派出する別の信号搬送ライ
ン３５，３６，３７は各制御弁２０，２２，２９
を開閉する指令信号を伝達する。

空圧ピストン１２に固定されたロツド３８は第
１検知器３９を作動し、該検知器は弁座４に対す
る弁２の位置の連続（アナログ）検知を実施し、
かつ信号搬送ライン４０を通して制御ユニツトに
対応位置指示信号を伝達する。

多器筒機関において、空気貯留槽１６、作動液
源１８と２４、および信号ライン３３と３４は機
関全体に共通であるが、機関の各シリンダに関し
ては、図示のように個別の関連の弁信号搬送ライ
ンおよび位置検知器をもつ空気ダクトおよび液体
ダクトが設けられる。第１図において、上記構成
は、１５′，１９′，２３′それぞれで示す複数の
短いダクトによつて略示されている。

第２図の曲線群は、弁２の開閉と関連する既述
の作動機関の時間的動作変化を示す。各曲線にお
いて、横軸は時間ｔをあらわす。第２図の上方部
において、時間毎の弁揚程と作用室１０内の作動
液圧がそれぞれ４１と４２で示されている。これ
らの曲線の下方には制御弁２０，２２，２９の開
閉時間が示される。

時間t₀において、弁頭３は作用室１４内の空気
圧の作用を受けて弁座４と密閉接触状態に保持さ
れ、３個の制御弁２０，２２，２９はそれぞれ閉
じている。作用室１０内の圧力は中圧作動液体源
２４内に存在する圧力とほぼ等しい。時間t₁にお
いて、第１制御弁２０を開くための指令信号は関
連信号搬送ライン３５を介して該弁に伝達され、
これに従つて作用室１０内の圧力は高圧作動液体
源１８内の圧力に対応する最大値まで急速に上昇
する。排気弁２は一部はピストン８に作用する高
圧により、また一部には燃焼室６内の燃焼ガスに
よつて弁頭部３に作用される減少する対抗圧力に
より決定された極めて瞬時ではあるが漸次に増大
する速度において開き始める。

時間t₂において、第１制御弁２０は閉じ指令信
号を受け、これにより作用室１０内の圧力は中圧
液体源２４内の圧力以下に急激に降下し、これに
伴い第３制御弁３０は開くから、作動液は中圧作
動液体源２４から作用室１０内へ流入する。排気
弁２は、第１制御弁２０が開かれたときその期間
中に受入れられた運動エネルギの結果として揚扛
運動を継続し、中圧作動液体源２４からの液体の
流入は排気弁２の運動に同期して起る。作用室１
４内の空気のもつ反力と燃焼室６内のガス圧力に
より、排気弁２の速度は最終的に揚扛運動が停止
するまで減少する。次いで第３制御弁３０は作動
状態になつて作用室１０の圧力を前記反力および
ガス圧力の故に上昇せしめ中圧作動液体源２４の
圧力を越え、同時に第３制御弁を不作動とし、該
作用室からの液体の流出を防止しこれにより排気
弁２はその開き位置に維持される。

排気弁２の閉じ運動は、第２制御弁２２が関連
信号搬送ライン３６を介して伝達された指令信号
に応答して開くところの時間t₃において始めら
れ、このことに依り作用室内の圧力は中圧作動液
体源２４の圧力と同じになる。同時に、またはこ
れより遅れるがいずれにせよ第２制御弁２２が開
き状態にある間に、第４制御弁２９を開く指令信
号が信号搬送ライン３７を介して伝達される。上
述の上向き（第１図において）の力の作用を受け
て、排気弁２は、室１０内に存在する中圧作動液
体源２４内の圧力に等しい比較的低い圧力に抗し
てその閉じ運動を始める。第２制御弁２２と第４
制御弁２９が共に開いている限り、液体は作用室
１０から戻りダクト２１，２７を通つて中圧作動
液体源２４に流動する。

排気弁２が弁閉となる前に、第２制御弁２２は
時間t₄において閉じられ、これにより室１０内の
液体はそこからスロツトル装置３１を含む戻りダ
クト２７のみを通つて中圧作動液体源２４へ流出
する。これにより室１０内に瞬間的な遷移圧力上
昇が起り、かつ弁頭３が再び弁座４に着座するま
で閉じ運動の制動または減速を行わせる。排気弁
２が全閉されると、第４制御弁２９も遅れ時間t₅
において閉じる。

第３図は入力と出力信号を搬送する関連信号ラ
インをもつ共通の制御ユニツト４３を略示する。
この制御ユニツトは、機関の排気弁の開閉時間お
よび回転速度のような機関の運転に関連する関係
因子による最大弁揚程を含む排気弁の運動、およ
び／または充填空気圧力および１基またはそれ以
上の機関ターボチヤージヤの回転速度を最適なら
しめるように予めプログラムされたマイクロコン
ピユータまたはマイクロプロセツサを用いること
ができる。

前記運転因子の制御ユニツト４３への入力は、
第３図において１つの入力信号ライン４４によつ
て略示される。別の入力信号ライン４５を通して
この制御ユニツトは、各弁２の開閉時間が決定さ
れる根拠を構成する瞬間クランク角についての連
続情報を受ける。最後に、この制御ユニツトは既
述の第１検知器３９からの信号搬送ライン４０を
介して入力信号を受け、前記ライン４０は（既述
のように）機関の各シリンダと組合わされて当該
シリンダの排気弁２の瞬間位置を示す１つの信号
搬送ラインをも兼ねる。

制御ユニツト４３は、前記入力信号を処理しか
つ出力信号を発生し、これらの信号はそれぞれの
信号搬送ライン３５，３６，３７を介して機関の
各シリンダの第１、第２、第４制御弁２０，２
２，２９に伝達される。さらに、圧縮機３２と液
体ポンプ２６を制御する信号がこの制御ユニツト
から各信号搬送ライン３３，３４を介して伝達さ
れる。

制御ユニツト４３は、アナログまたはデジタル
ユニツトで、従つてこのユニツトへの入力信号は
アナログまたはデジタル信号である。例えば、第
１図に示す第１検知器３９はアナログ検知器であ
つて、２つ以上のデジタル検知器に置換でき、そ
の１つは初度の排気弁揚程（例えばほぼ１〜２
mm）を検知し、他の１つ以上の検知器は、排気弁
２の実際の最大揚程が所望の揚程に等しいか（或
いは大きいかまたは小さいか）を検知する。

この発明の実用例において、使用される作動液
圧は、高圧作動液体源１８においては200〜
300bar、中圧作動液体源２４においてはほぼ
10barである。空圧シリンダ１３の直径と、空気
閉じばねの所望の剛さにより、貯留槽１６内の空
気圧力は５〜10barである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、内燃機関の排気弁と関連作動機構の
概要図、第２図は、弁揚程、作動シリンダ内の作
動液圧、および制御弁の開閉状態を時間（または
クランク角）の関数としてあらわしたグラフ、第
３図は、制御ユニツトとその入力および出力信号
ラインの説明略図を示す。 図中の符号、１……シリンダおよびシリンダカ
バー、２……排気用ポペツト弁、３……弁頭、４
……弁座、５……排気通路、６……燃焼室、７…
…スピンドル、８……作動ピストン、９……作動
シリンダ、１０……作用室、１１……供給ダク
ト、１２……空圧ピストン、１３……空圧シリン
ダ、１４……作用室、１５……ダクト、１６……
貯留槽、１７……不還弁、１８……高圧作動液体
源、１９……供給ダクト、２０……第１制御弁、
２１……戻りダクト、２２……第２制御弁、２３
……第２供給兼戻りダクト、２４……中圧作動液
体源、２５……ダクト、２６……液体ポンプ、２
７……第２戻りダクト、２８……第２供給ダク
ト、２９……第４制御弁、３０……第３制御弁、
３１……スロツトル装置、３２……圧縮機、３
３，３４，３５，３６，３７……信号搬送ライ
ン、３８……ロツド、３９……第１および第２検
知器、４０……信号搬送ライン、４１……弁揚程
を示す曲線、４２……作用室１０内の作動液圧を
示す曲線、４３……制御ユニツト、を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 閉鎖位置に向けてばね偏倚された、往復動ピ
   ストン機関のポペツト弁２を開く流体作動機構で
   あつて、ポペツト弁のスピンドル７に作動結合さ
   れた作動ピストン８を有する作動シリンダ９と、
   作動シリンダの作用室１０と高圧作動液体源１８
   を接続する供給ダクト１９，１１および前記供給
   ダクト内の第１制御弁２０と、前記作用室からの
   戻りダクト２１，２３および前記戻りダクト内の
   第２制御弁２２と、予め定めたクランク角におい
   て前記制御弁２０，２２それぞれを開閉する指令
   信号を伝達するための制御ユニツト４３を含み、
   前記制御ユニツト４３がポペツト弁２がその全開
   位置に達しない時点において第１制御弁２０を閉
   じる指令信号を伝達するようにプログラムを組ま
   れること、高圧作動液体源１８内に存在する圧力
   よりも低い中圧をもつ第２作動液体源２４および
   作動シリンダの作用室１０と前記第２作動液体源
   ２４を接続する第２供給ダクト２３，２８を有す
   ること、および第１制御弁２０が閉じると同時に
   開き、かつポペツト弁２が全開状態を維持した後
   に閉じるように作用する第３制御弁３０が前記第
   ２供給ダクト２３，２８内に設けられることを特
   徴とする流体作動機構。 ２ 制御ユニツト４３が電子式制御ユニツトであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   流体作動機構。 ３ 全開状態の弁頭３位置に検知しかつ制御ユニ
   ツト４３に入力信号を伝達するように作用する第
   １検知器３９を含み、かつ前記制御ユニツトが、
   必要な場合に、前記入力信号によつて第１制御弁
   ２０を閉じる指令信号を伝達する時間t₂の修正を
   実施することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の流体作動機構。 ４ 弁頭３がその弁座４から揚扛したときを検知
   しかつ制御ユニツト４３に入力信号を伝達するよ
   うに作用する第２検知器３９を含み、かつ前記制
   御ユニツトが必要な場合に前記入力信号により第
   １制御弁２０を開く指令信号を伝達する時間t₁の
   修正を実施することを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の流体作動機構。 ５ 第１および第２検知器が、弁座４に対する弁
   頭３の位置を連続的に検知する共通アナログ検知
   器３９として設計されることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載の流体作動機構。 ６ 第３制御弁３０が不還弁で、該弁が作動シリ
   ンダの作用室１０内に液体を流入させるように開
   くことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ５項のいずれか１項記載の流体作動機構。 ７ 戻りダクト２１，２３が作用室１０を第２作
   動液体源２４と接続することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項記載の
   流体作動機構。 ８ 作用室１０からの第２戻りダクト２７と、ス
   ロツトル装置３１と、第２戻りダクト内の第４制
   御弁２９が設けられ、かつ制御ユニツト４３が第
   ２制御弁２２を開く指令信号と同時にまたはこれ
   から僅かに遅れて、前記第４制御弁２９を開く指
   令信号を伝達することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第７項のいずれか１項記載の流体作
   動機構。 ９ 弁閉じばねが空圧ばねであり、弁閉じばねの
   作用室１４が、前記作用室１４内への空気の流入
   を許すように開く不還弁１７を介して圧力空気の
   貯留槽１６と連通すること、および制御ユニツト
   ４３がピストン機械の運転因子によつて貯留槽内
   に存在する圧力を調節するように圧縮機３２の動
   作を制御することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第８項のいずれか１項記載の流体作動機
   構。