JPS59113228A

JPS59113228A - 流体作動機構

Info

Publication number: JPS59113228A
Application number: JP58229993A
Authority: JP
Inventors: エリ−ク・ロ−ゼンルント・ハンセン
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 1982-12-07
Filing date: 1983-12-07
Publication date: 1984-06-29
Also published as: JPH0146690B2; DK148664B; DK148664C; KR840007132A; DK543182A; KR910000667B1

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】この発明は、往復動ピストン機関のポペット弁を開く流
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
ペッ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
制御ユニットを含む。

米国特許第３．２０９．７３７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
構造上で組合わされている。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
ンの行程よシも短い。ポペッ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、ポペッ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
ニットが指令信号を伝達するようにプログラムされ、か
つ高圧源内にあられれる圧力よりも低い中圧をもつ第２
作動液源とと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ッ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、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、ポペット弁の加速度およびこの弁によって得られる
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は足シる。従って、
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ッ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っ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、この制御ユニットは電子式制御ユニットで
あるが、機械式と液圧式または空圧式を組合わせた制御
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制御弁の開度な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
御ユニットに入力信号を伝達するだめの検知器によって
得ることができ、制御ユニットは、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、もしポペッ
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ットに伝達するように構成され
た第２検知器を含み、前記制御ユニットは、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
ユニットによる指令信号の伝達とポペット弁の揚扛運動
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
ニットはピストン機械の運転因子によって貯留部内に存
在する圧力を調節するように作用する。

従って、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げねを
提供し、従ってもし作動ピストンに作用される出力脈動
がこれに伴って増大すれば、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
この発明の詳細な説明する。

第１図において、１はディ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、この機関ハユニ
フロ一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弁２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からの排出通路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と密封関係を保って可
動である。作用室１０がピストン８の上面によってシリ
ンダ９内に形成され、作動液体がダクト１１を通って室
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と密封関係をもって可動
であシ、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と連通ずる。ダクト１５内には、不還弁１７
が配設され、これによって室１４への空気の流入は許す
がダクト１５を通って室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源１８は
ダクト１９を介して例えばパイロット作動型ソレノイド
弁などの急開制御弁２０の流入ボートと連通し、かつダ
クト１１は弁２０の流出ボートに接続される。ダクト１
１から分岐したダクト２１は第２急開制御弁２２の流入
ボートに接続され、その流出ボートはダクト２３を介し
て中圧の作動液を収容する供給源２４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
における圧力よシも低い。作動液源１８．２４はダクト
２５によって接続され、ダクト２５内にはこれら２つの
作動液源間に圧力差をっくシ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。

ダクト１１と２３は別の２つのダクト２７と２８によっ
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制御弁２９をもち、ダクト２８内に
は不還弁３ｏ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
ことが好適なスロットル装置３１が弁２９と、ダクト２
７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を通っ
て圧縮機へ後述する電子制御ユニットから伝達される制
御信号によって変化される。

制御ユニットは信号搬送ラインを介してポンプ２６に指
令信号を伝達して作動液源１８と２４内の液圧を所望値
に維持する。制御ユニットから派出する別の信号ライン
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に固定されたロッド６８は静止検知器
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／４
０を通して制御ユニットに対応位置指示信号を伝達する
。

多気筒機関において、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って略示されている。

第２図の曲線群は、弁２の開閉と関連する既述の作動機
構の機能を示す。各曲線において、横軸は時間ｔをあら
れす。第２図の上方部におい゛て、時間による弁揚程と
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ｔｏ　　において、弁頭部３は室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。室１０
内の圧力は中圧液体源２４内に存在する圧力とほぼ等し
い。時間ｔ１　　において、弁２０を開くための指令信
号は関連信号ライン３５を介して該弁に伝達され、これ
に従って室１０内の圧力は高圧流体源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υ、また一部には燃焼室６
内の燃焼ガスによって弁頭部乙に作用される減少する対
抗圧力により決定された両次に増大する速度において開
き始める。

時間ｔ２　において、制御弁２０は閉じ指令信号を受け
、これにより室１０内の圧力は急激に降下し、とれに伴
い不還弁３０は開くから、作動液は中圧液体源２４から
室１０内へ流入する。弁２は、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、液体源２４からの液体の流入は弁２の運
動とタイミングを合わせて起る。室１４内の空気のもつ
抵抗圧力と燃焼室６内のガス圧力によシ、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。次いで不還
弁３０は作動状態になって室１０からの液体の流出を防
止しこれにより弁２はその開き位置に維持される。

弁２の閉じ運動は、弁２２が関連信号２イン３６を介し
て伝達された指令信号に応答して閉じる、時間ｔ３　　
において始められる。同時に、またはこれよシ遅れるが
いずれＫせよ弁２２が開き状態にある間に１弁２９を開
く指令信号が信号ライン３７を介して伝達される。上述
の上向１！（第１図において）の力の作用を受けて、弁
２は、室１０内に存在する中圧液体源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。弁
２２と２９が共に開いている限シ、液体は室１ｏからラ
イン２１．２７を通って液体源２４に流動する。

弁２が全閉となる前に、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ッ
トル装置３１を含むダクト２７のみを通って流出する。

これにより室１０内に遷移圧力上昇が起り、かつ弁頭部
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。弁２が全閉されると、制御弁２９も遅れ
時間ｔ、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
つ共通制御ユニット４３を略示する。この制御ユニット
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ャージャの回転速度を最適
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
ュータまたはマイクロプロセッサを用いることができる
。

前記運転因子の制御ユニット４３への入力は、第３図に
おいて１つの入力信号ライン４４によって略示される。

別の入力信号ライン４５を通してこの制御ユニットは、
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
ユニットは既述の信号ライン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つのラインを含む。

制御ユニット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ライン３５
，３６．３７を介して機関の各シリンダの制御弁２０，
２２．２９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
この制御ユニットから各信号ライン３３゜３４を介して
伝達される。

制御ユニット４３は、アナログまたはデジタルユニット
で、従ってこのユニッ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図に示すアナログ検
知器３９は、２つ以上のデジタル検知器に置換でき、そ
の１っは初度の弁揚程（例えばほぼ１〜２　ｍ　）を検
知し、他の１つ以上の検知器は、弁２の実際の最大揚程
が所望の揚程に等しいか（或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
圧液体源１８においては２００〜３００ｂａｒ　、中圧
液体源２４においてはほぼ１０　ｂａｒ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
してあられしたグラフ、第５図は、制御ユニットとその
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・・・シリンダ部、２−・・
排気弁、　　　　　　５・・・弁頭部、４・−・弁座、
　　　　　　　５・・・排気通路、αη ６・・・燃焼室、　　　　　　７・・・弁スピンドル、
８・・・ピストン、　　　　　９・・・シリンダ、１０
・・・作用室、　　　　　１１・・・ダクト、１２・・
・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・・・作動
液体源、　　　１９・・・ダクト、２０・・・制御弁、
　　　　　２１・・・ダクト、２２・・・制御弁、　　
　　　２３・・・ダクト、２４・・・作動液体源、　　
　２５・・・ダクト、２６・・・液体ポンプ、　　　２
７．２８・・・ダクト、２９・・・制御弁、　　　　　
３ｏ・・・不還弁、３１・・・スロットル装置、３２・
・・圧縮機、３３．３４・・・信号搬送ライン、３５．３６．３７・・・信号ライン、３８・・・ロッド、　　　　　３９・・・静止検知器、
４０・・・信号搬送ライン、４１．４２・・・曲線、４
３・・・制御ユニット、　を示す。手続補正書口却昭和５９年　１　月２３日特許庁長官殿（特許庁審査官　　　　　　　　　　　　殿）１、事件
の表示昭和５８年特許願第　２２９９９３号２　発明の名称流体作動機構３、補正をする者事件との関係　特許出願人名　称　　ビー・アンド・ダヴリュ・ディーゼル、アー
／ニス但し、上記（３）は図面の抄替（内容に変更なし
）。１７３−

Claims

【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
機関のポペット弁（２）を開く流体作動機構であって、
ポペット弁のスピンドル（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）（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シダク）
　（２１，２３）および前記戻シダクト内の第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
ための制御ユニット（４３）を含み、前記制御ユニツ）
　（４３）がポペット弁（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シ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（１
０）と前記第２作動液体源（２４）を接続する第２供給
ダク）　（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、かつポペット弁（２
）が全開状態において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）制御ユニッ）　（４３）が電子式制御ユニットであ
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）位置を検知しかつ制御ユニツ
）　（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、かつ前記制御ユニットが、必要
な場合に、前記入力信号によって第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）　（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
御ユニッ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（ｔｌ）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ゐ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）戻シダクト（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）　（２７）と
、スロットル装置（３１）と、第２戻シダクト内の第４
制御弁（２９）が設けられ、かつ制御ユニット（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、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、および制御ユニッ）　（４３）
がピストン機械の運転因子によって貯留槽内に存在する
圧力を調節するように作用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。