JPH09100706A - 油圧式弁駆動装置 - Google Patents
油圧式弁駆動装置Info
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Abstract
気弁または排気弁の同期した開放及び閉鎖を保証する油
圧式弁駆動装置を提供すること。 【解決手段】エンジン・シリンダの2つ以上の弁、特に
大型ディーゼル・エンジンの吸気弁を駆動する油圧式駆
動装置は、油圧式同期ピストン12,121と、各被駆動弁1
1,11'に対する駆動室1210,1220及び油圧駆動式弁ピスト
ン13,13'と、複数の弁ピストン13,13'は互いに同期して
動作することと、同期ピストン12及び弁11,11'の初期位
置への後退動作を制動する制動装置124と、油圧式駆動
装置によって駆動される2つ以上の弁11,11'の軸112,11
2'の突出部分H,H'の差を補償する油圧装置1とを含む。
Description
の2つ以上の弁、特に大型ディーゼル・エンジンの吸気
弁または排気弁を駆動する油圧式駆動装置に関する。
弁駆動装置はエンジンの吸気弁及び排気弁のうちの少な
くともいづれか一方に使用するプッシュ・ロッド等のレ
バーを備えた機械式駆動装置に代わるものである。機械
式駆動装置は機械部分が磨滅するため比較的頻繁な再調
整を必要とする。また、油圧式駆動装置は比較的簡単な
手段により制御時間を様々に変更し得る。この調整は吸
気弁及び排気弁の少なくともいづれか一方を複数有する
エンジンにとって特に重要であり、かつ敏感な調整であ
る。
くともいづれか一方を例えば2つ有する場合、同2つの
弁の開閉を同期して行うことが重要である。油圧式弁駆
動装置では、弁軸はバネにより弁ピストンに付勢されて
おり、同弁ピストンは弁軸に対して衝突する。
座をシリンダ・カバー内に形成する際、より詳細には弁
及び弁座を研削する際に僅かな誤差が生じる。この誤差
により弁軸の突出部分の長さに差が生じる。この差はプ
ラス/マイナス数ミリメートルの範囲内であり、一般的
にはほぼ−1/+3mmの範囲に属する。これらの誤差
はダンパの沈入距離(Eintauchtiefe)の範囲内に属す
る。これらは弁を閉鎖する際に大きな誤差を形成する。
製造時の精度を高めるとともに、公差を小さくすること
により特定の改善が実現される。しかし、同解決策はそ
の実現に高いコストを要するため許容できない。これ
は、弁の閉鎖時に問題を引き起こす誤差が予測される場
合にも許容できない。
信頼性をともなう吸気弁または排気弁の同期した開放及
び閉鎖を保証する油圧式弁駆動装置を提供することにあ
る。
・シリンダの2つ以上の弁、特に大型ディーゼル・エン
ジンの吸気弁のための油圧式駆動装置であって、油圧式
同期ピストンと、各被駆動弁に対する駆動室及び油圧駆
動式弁ピストンと、複数の弁ピストンが互いに同期して
動作することと、同期ピストン及び弁の初期位置への後
退動作を制動する制動装置と、油圧式駆動装置によって
駆動される2つ以上の弁の軸の突出部分の差を補償する
油圧装置とを含む油圧式駆動装置によって実現される。
同期ピストンの後退動作を制動する制動装置は油圧式駆
動装置の戻り作動油の流れの横断面積を削減する装置を
含み得る。流れの横断面積を削減する装置は同期ピスト
ンの駆動サイドと、ピストン・シリンダの壁とによって
形成し得る。突出部分を補償する油圧装置は作動油の供
給装置を含み得る。
トンの前進動作及び後退動作を行う駆動ピストンと、同
駆動ピストンの初期位置への後退動作、並びにこれに伴
って行われる駆動ピストンのシリンダ内に形成されたシ
リンダ空間内への作動油の逆流と比較して同期ピストン
の初期位置への後退動作を遅延させる油圧切換装置とを
有し得る。
の油圧式ピストン・ポンプはピストン・ポンプ及び油圧
式駆動装置間において作動油を前後に輸送する油圧管路
システムと、作動油がポンプ・シリンダ内へ逆流するこ
とを防止する一方向弁を有する主管路と、同主管路内の
一方向弁をバイパスする切換可能な弁を有するバイパス
管路と、主管路内の一方向弁をバイパスし、かつ作動油
を油圧式ピストン・ポンプのシリンダ壁を通じてピスト
ン・ポンプのシリンダ空間内へ供給する第2の供給及び
戻り管路とを有し得る。これに代えて、本発明の油圧式
ピストン・ポンプは、ピストン・ポンプ及び油圧式駆動
装置間において作動油を前後に輸送する油圧管路システ
ムと、選択的に開放位置へ保持可能であって、かつ作動
油が非ブロック状態においてポンプ・シリンダ内へ逆流
することを防止する一方向弁を有する主管路と、同主管
路内の一方向弁をバイパスし、かつ作動油を油圧式ピス
トン・ポンプのシリンダ壁を通じてピストン・ポンプの
シリンダ空間内へ供給する第2の供給及び戻り管路とを
有し得る。
作動油をリザーバに対して供給し、さらには同作動油を
リザーバから受取るための供給装置と、作動油がリザー
バ内へ戻ることを防止する一方向弁を有する供給管路
と、供給管路の一方向弁をバイパスし、かつ作動油を下
死点付近においてピストン・ポンプのシリンダ内へ供給
する供給及び戻り管路とを有し得る。このうち供給管路
は作動油を上死点付近においてシリンダ空間内へ供給す
る。また、供給及び戻り管路は作動油を下死点付近にお
いてシリンダ空間内へ供給する。更に、油圧式駆動装置
の第2の供給及び戻り管路は作動油を上死点及び下死点
の間の高さにおいてシリンダ内へ供給する。
ンジンは吸気弁または排気弁を駆動する本発明の油圧式
駆動装置を有する。本発明に基づく油圧式駆動装置を使
用することにより、2つ以上の弁を同期して駆動し得
る。弁の駆動装置は各弁の摩擦抵抗の差が弁の同期に影
響を及ぼすことがないよう互いに独立している。弁軸の
突出部分の差が補償される。更に、運転中に生じる弁軸
の突出部分の変化は連続的に補償される。制動装置は油
圧式駆動装置の同期ピストン及び弁が制動された状態で
弁座に当接することを保証する。この結果、制動を実施
しない際に衝撃により断続的に形成される高い応力を回
避し得る。これは弁座及び弁の寿命を長くする。更に、
ピッティング、即ち弁のシール面内におけるピットの形
成は制動による衝撃の緩和により防止される。更に、油
圧式駆動装置は所定の範囲における弁閉鎖プロセスの一
時的遅延を可能にする。
ンの2つの吸気弁11,11’に対する本発明の油圧式
駆動装置を示す。弁座111,111’(一部分のみを
示す)はシリンダ・カバー10内に機械加工されてい
る。2つの軸112,112’はカラー113,11
3’をそれぞれ有する。更に、2つの軸112,11
2’上に配置された各弁バネ115,115’の2つの
端部はカラー113,113’及びシリンダ・カバー1
0に対してそれぞれ付勢されている。
同期ピストン12を有する。同期ピストン12はステッ
プ付きピストンとして形成されている。各ステップ12
1,122は室1210,1220内をそれぞれ案内さ
れる。同期ピストン12は移動時に両室1210,12
20内において容量を等しく変化させる。作動油を管路
1200を通ってシリンダ空間120から油圧式ピスト
ン・ポンプ31へ戻すことが可能になった場合、弁バネ
115,115’は弁ピストン13,13’と同弁ピス
トン13,13’の油圧接続管路とを介して同期ピスト
ン12を初期位置へ向けて押圧する。流体損失(ギャッ
プ)により同期ピストン12を初期位置まで押圧できな
いことがあり得る。しかし、室1210内に配置された
バネ1211は同期ピストン12を初期位置まで完全に
付勢し得る。
に対して激突することを防止すべく、同期ピストン12
に対するシリンダの端部と、同期ピストン12の端部と
は協働して制動装置としてのダンパ124を形成してい
る。ダンパ124は管路1200内への作動油の逆流を
阻害することにより、単位時間当たりの逆流流量を削減
する。同期ピストン12の制動によるシリンダ基部12
3に対する衝撃の緩和は、弁11,11’を制動して弁
座111,111’に加わる衝撃も同時に緩和する。
ズであり、かつ同期ピストン12の活性領域125,1
25’がそれぞれ同一サイズを有する場合、2つの弁ピ
ストン13,13’は所定の通路内を移動する際に同一
距離を移動する。この結果、弁軸112,112’は同
期して移動する。本明細書中において、“同期”という
用語は同一距離を同時に等しく移動することを指す。
形態を有し得る。例えば、同期ピストン12の活性領域
125,125’をそれぞれ異なるサイズに形成し得
る。この際、考慮すべき要件としては、同期式ピストン
12の室1210,1220の押しのけ容積を弁ピスト
ン13,13’のシリンダ130,130’の押しのけ
容積に対してそれぞれ整合させることが挙げられる。こ
の整合は各弁ピストン13,13’及び弁11,11’
が同一のストロークを有するよう調整される。
動油は供給装置としての2つの供給管路114,11
4’を通じて油圧回路内へ供給される。作動油の逆流は
一方向弁1141,1141’によって防止されてい
る。システム内への作動油の供給により、弁ピストン1
3,13’は弁軸112,112’の突出部分(弁軸末
端からシリンダ・カバーまでの距離)H,H’の差とは
無関係に弁軸112,112’の末端に対して常に当接
することになる。
能性としては、与圧室120及び室1210,1220
を接続する同期ピストン12内のボアを通じて損失量を
供給することが挙げられる。複数の室間における影響を
十分小さく維持するために、チョーク開口を同複数の室
間を結ぶチャネル内に形成する。別の構成では、漏れに
よる作動油の損失を補償すべく同作動油を供給するボア
をハウジング内を通じて各室まで形成する。
ンにおけるクランク軸角度の関数としての弁の開放及び
閉鎖のプロットの例を示す。弁は約180〜250度の
範囲のクランク軸角度において開放される。弁の閉鎖
後、弁11,11’は再び開放される迄、自身の静止位
置、即ち閉鎖位置Rに維持される。従って、弁の閉鎖は
470〜540度のクランク軸角度範囲内において継続
して行われる。弁11,11’が静止位置Rに配置され
ている場合、システム内への作動油の補充は供給管路を
通じて行われる。
テム3及び油圧ピストン・ポンプ31は図1の油圧式駆
動装置の同期ピストン等を駆動すべく使用される。構成
は作動油を供給するピストン・ポンプ31を含む。一方
向弁321を有する主管路32はピストン・ポンプ31
から図1に示す駆動装置に延びている。バイパス管路3
3は一方向弁321をバイパスし、かつ作動油をピスト
ン・ポンプ31のシリンダ空間310内へ供給する。バ
イパス管路34は一方向弁321をバイパスしており、
その両端は主管路32に対して連通している。圧縮空気
連通部342等により切換えられる切換可能な弁341
はバイパス管路34内に組込まれている。
他の切換可能な弁のうちのいづれか1つでもよい。主管
路32内の一方向弁321を開放位置において閉鎖し得
る場合、バイパス管路34を省略し得る。
ら流出した作動油を供給すべく使用し得る。供給管路3
5は一方向弁351を有する。余剰の作動油は供給及び
戻り管路としてのバイパス管路352を通じて作動油の
リザーバに接続された供給管路35内へ戻し得る。ピス
トン・ポンプ31のピストン311はカム(図示略)等
によって駆動し得る。
ポンプ31の機能及び運転モードを以下に詳述する。制
御管路342内の制御圧力をスイッチ・オン、即ちバイ
パス管路34を開放した場合を仮定する。ポンプ・ピス
トン311の送出しストロークにおいて、以下の動作が
行われる。ボア3512をピストン311によって閉鎖
した後、作動油は弁を作動させるべく油圧式駆動装置へ
通路33,32を通じて供給される。その後、バイパス
管路33の接続部であるボア332が閉鎖され、作動油
は主管路32及びバイパス管路34を通じて流動する。
ークにおいて、以下の動作が行われる。主管路32が一
方向弁321によって閉鎖される。バイパス33はボア
332上に位置するピストン311によって依然閉鎖さ
れている。しかし、バイパス34は開放されており、同
期ピストンの閉鎖動作はピストン311の動作に追従す
る。この動作は図4の上部に位置する実線からなる曲線
41にて示される。
ッチ・オフ、即ちバイパス管路34を閉鎖した場合を仮
定する。ポンプ・ピストン311の送出ストロークで
は、以下の動作が行われる。ボア3512がピストン3
11によって閉鎖された後、作動油は弁を作動させるべ
く通路33,32内を通って油圧式駆動装置まで送られ
る。その後、バイパス管路33の接続部であるボア33
2がピストン311によって閉鎖され、作動油の流動は
通路32を通じて継続される。
ークでは、以下の動作が行われる。主管路32は一方向
弁によって閉鎖される。バイパス管路33はボア332
上に位置するピストン311によって閉鎖されている。
更に、バイパス管路34が閉鎖されている。この結果、
バイパス管路33に対する接続部であるボア332がピ
ストン311によって閉鎖されている限り、被駆動油圧
式同期ピストン121はピストン311の動作に追従し
ない。従って、ピストン311の下方移動の初期段階で
は、同期ピストン12が移動して弁が開放される事態
(図1参照)は生じない。閉鎖曲線の変化は図4の上部
に破線42を用いて示す。
給管路35を通じた作動油の供給により対処する。一般
的に、供給管路内の低い圧力、例えば3〜10バールは
十分である。ピストン311がボア332を開放すると
同時に、油圧式駆動装置からシリンダ空間310内への
作動油の逆流がバイパス管路33内に形成される。そし
て、弁閉鎖動作が開始され、同弁閉鎖動作はピストン3
11の下方への移動によって制御される。ボア3512
はピストン311の下死点付近においてシリンダ空間3
10内に開口している。この時点において、閉鎖動作は
無制御で継続される。弁による大きな衝撃の形成を回避
すべく、同期ピストン12上のダンパ124が動作する
(図1参照)。
示す。図4の下部に描かれた曲線40は図3の構成にお
けるピストン311のストロークの変化を示す。クラン
ク軸角度の関数としてのピストン311の移動を示す下
部曲線40上の点44は、ピストン311が下降する際
に同ピストン311がボア332を開放し、作動油の逆
流が可能になった時点におけるピストン311の位置を
示す。弁11,11’の閉鎖プロセスをピストンが位置
44へ到達する前に開始する場合、弁341が開放され
る。
2つ以上の弁、特に大型ディーゼル・エンジンの吸気弁
11,11’または排気弁に適する。油圧式同期ピスト
ン12,121は1つの被駆動弁11,11’に対して
1つの駆動室1210,1220を有する。駆動室12
10,1220は弁11,11’の弁ピストン13,1
3’をそれぞれ駆動する。この際、弁ピストン13,1
3’は同期して同一ストロークで移動する。制動装置1
24は初期位置への同期ピストン12の戻り動作を制動
する。油圧式駆動装置1を使用することにより、弁1
1,11’の軸112,112’の突出部分H,H’の
差が補償される。
いて詳述したが、油圧式ピストン・ポンプ31以外の油
圧源も本発明の油圧式駆動装置への使用に適する。例え
ば、“共有レール・システム(Common rail system)”
と称される油圧式高圧システムを使用し得る。共有レー
ル・システムにおいて、高圧流体は電磁制御弁を通じて
高圧流体システムから油圧式駆動装置に対して供給され
る。更に、油圧式駆動装置からの戻り流体は高圧流体シ
ステムのリザーバへ戻される。共有レール・システムを
使用する際、シリンダ・カバー上に加わる衝撃を緩和す
べく正面サイド、即ち同期ピストンのステップのサイド
に制動装置を配置することが効果的である。共有レール
・システムの別の構造において、弁ピストンの制動装置
を弁を開放する方向へ配置し得る。
高い信頼性をともなう吸気弁または排気弁の同期した開
放及び閉鎖を保証し得るという優れた効果を発揮する。
縦断面図。
数としての弁の位置を示す図。
ステム及び油圧式ピストン・ポンプを示す図。
(上部の曲線)と、カム角度の関数としてピストン・ポ
ンプのピストン位置を示す線図(下部の曲線)。
ステム、11,11’…弁、12,121…油圧式同期
ピストン、13,13’…油圧駆動式弁ピストン、31
…油圧式ピストン・ポンプ、32…主管路、33…第2
の供給及び戻り管路としてのバイパス管路、34…バイ
パス管路、35…供給装置としての供給管路、112,
112’…弁の軸、114,114’…作動油の供給装
置としての供給管路、124…制動装置としてのダン
パ、311…駆動ピストン、310…シリンダのシリン
ダ空間、321…一方向弁、332…上死点及び下死点
の間に位置するシリンダ壁上のボア、341…切換可能
な弁、351…一方向弁、352…供給及び戻り管路、
1210,1220…駆動室。
Claims (10)
- 【請求項1】エンジン・シリンダの2つ以上の弁(1
1,11’)、特に大型ディーゼル・エンジンの吸気弁
のための油圧式駆動装置(1)であって、油圧式同期ピ
ストン(12,121)と、各被駆動弁(11,1
1’)に対する駆動室(1210,1220)及び油圧
駆動式弁ピストン(13,13’)と、前記複数の弁ピ
ストン(13,13’)は互いに同期して動作すること
と、前記同期ピストン(12,121)及び弁(11,
11’)の初期位置への後退動作を制動する制動装置
(124)と、油圧式駆動装置(1)によって駆動され
る2つ以上の弁(11,11’)の軸(112,11
2’)の突出部分(H,H’)の差を補償する油圧装置
(1)とを含む油圧式駆動装置。 - 【請求項2】 前記同期ピストン(12)の後退動作を
制動する前記制動装置は油圧式駆動装置の戻り作動油の
流れの横断面積を削減する装置(124)を含む請求項
1に記載の油圧式駆動装置。 - 【請求項3】 前記流れの横断面積を削減する装置(1
24)は同期ピストン(121)の駆動サイドと、ピス
トン・シリンダの壁とによって形成されている請求項2
に記載の油圧式駆動装置。 - 【請求項4】 前記突出部分(H,H’)を補償する油
圧装置は作動油の供給装置(114,114’)を有す
る請求項1乃至3のいづれか一項に記載の油圧式駆動装
置。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいづれか一項に記載の
油圧式駆動装置の同期ピストンの前進動作及び後退動作
を行う駆動ピストン(311)と、前記駆動ピストン
(311)の初期位置への後退動作、並びにこれに伴っ
て行われる駆動ピストン(311)のシリンダ内に形成
されたシリンダ空間(310)内への作動油の逆流と比
較して同期ピストン(12)の初期位置への後退動作を
遅延させる油圧切換装置(3)とを有する油圧式駆動装
置。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいづれか一項に記載の
油圧式駆動装置を動作させるための油圧式ピストン・ポ
ンプ(31)であって、 ピストン・ポンプ(31)及び油圧式駆動装置間におい
て作動油を前後に輸送する油圧管路システム(32,3
3,34,35,352)と、 作動油がポンプ・シリンダ(310)内へ逆流すること
を防止する一方向弁(321)を有する主管路(32)
と、 主管路(32)内の一方向弁(321)をバイパスする
切換可能な弁(341)を有するバイパス管路(34)
と、 主管路(32)内の一方向弁(321)をバイパスし、
かつ作動油を油圧式ピストン・ポンプ(31)のシリン
ダ壁(332)を通じてピストン・ポンプ(31)のシ
リンダ空間(310)内へ供給する第2の供給及び戻り
管路(33)とを有する油圧式ピストン・ポンプ。 - 【請求項7】 請求項1乃至5のいづれか一項に記載の
油圧式駆動装置を動作させるための油圧式ピストン・ポ
ンプ(31)であって、 ピストン・ポンプ(31)及び油圧式駆動装置間におい
て作動油を前後に輸送する油圧管路システム(32,3
3,35,352)と、 選択的に開放位置へ保持可能であって、かつ作動油が非
ブロック状態においてポンプ・シリンダ(310)内へ
逆流することを防止する一方向弁(321)を有する主
管路(32)と、 主管路(32)内の一方向弁(321)をバイパスし、
かつ作動油を油圧式ピストン・ポンプ(31)のシリン
ダ壁(332)を通じてピストン・ポンプ(31)のシ
リンダ空間(310)内へ供給する第2の供給及び戻り
管路(33)とを有する油圧式ピストン・ポンプ。 - 【請求項8】 作動油をリザーバに対して供給し、さら
には同作動油をリザーバから受取るための供給装置(3
5,352)と、 作動油がリザーバ内へ戻ることを防止する一方向弁(3
51)を有する供給管路(35)と、 供給管路(35)の一方向弁(351)をバイパスし、
かつ作動油を下死点付近においてピストン・ポンプ(3
1)のシリンダ(310,3512)内へ供給する供給
及び戻り管路(352)とを有する請求項6または7に
記載の油圧式ピストン・ポンプ。 - 【請求項9】 前記供給管路(35)は作動油を上死点
付近においてシリンダ空間(310)内へ供給すること
と、 前記供給及び戻り管路(352,3512)は作動油を
下死点付近においてシリンダ空間(310)内へ供給す
ることと、 前記油圧式駆動装置の第2の供給及び戻り管路(33)
は作動油を上死点及び下死点の間の高さ(332)にお
いてシリンダ(310)内へ供給することを含む請求項
8に記載の油圧式ピストン・ポンプ。 - 【請求項10】 請求項1乃至9のいづれか一項に記載
の吸気弁(11,11’)または排気弁のための油圧式
駆動装置(1)を有する大型ディーゼル・エンジン。
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