JP4953250B2 - 吸排気弁駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、作動流体によって機関の吸排気弁を開閉する吸排気弁駆動装置に関する。

従来、上記のような吸排気弁駆動装置には、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。特許文献１の技術によれば、シリンダ本体内に、排気弁に結合された内側ピストンを配置し、この内側ピストンの外周に摺動自在に嵌合された外側ピストンもシリンダ本体内に配置してある。開弁初期には、内側及び外側ピストン双方を作動油の圧力によって同時に摺動させ、外側ピストンがシリンダ本体内に設けたストッパによって移動が拘束された後には、内側ピストンのみを摺動させる。

一般に排気弁は、開弁開始時のみ機関の筒内圧力に見合った荷重が必要であるが、一旦、開弁すると小さな荷重で開弁を継続することができる。この特性に対応するように、この技術では、開弁開始時には内側及び外側両ピストンからなる大きなピストンによる大きな力で排気弁を開弁し、開弁後には内側ピストンのみによる小さな力で排気弁を更に開くことができる。

特開２０００−２８２８２３号公報

しかし、この技術によれば、ピストンが内側及び外側両ピストンからなり、部品点数が多くなり、しかも、内側ピストン及び外側ピストンそれぞれをシリンダと同心に形成する必要があり、機械加工が難しかった。

本発明は、部品点数が少なく、しかも機械加工が容易な吸排気弁駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の吸排気弁駆動装置は、シリンダ本体を有している。このシリンダ本体内をその長さ方向に沿って摺動可能にピストンが設けられている。このピストンの摺動に従って、前記シリンダ本体の長さ方向における前記ピストンの両側に第１及び第２の流体室が形成される。即ち、ピストンの一方の側に第１の流体室が形成され、ピストンの他方の側に第２の流体室が形成されている。前記ピストンの摺動に従って第１及び第２の流体室の容積が変化し、第１の流体室の容積が大きくなるとき、第２の流体室の容積が小さくなり、第１の流体室の容積が小さくなるとき、第２の流体室の容積が大きくなる。第２の流体室内のロッドを介して前記ピストンに吸排気弁体が接続されている。第１の流体室に前記ピストン駆動用の作動流体、例えば作動油を供給するように、前記シリンダ本体に作動流体供給通路が設けられている。第２の流体室から作動流体を排出するように前記シリンダ本体に作動流体排出通路が設けられている。前記作動流体排出通路は、前記ピストンが第１の流体室側から第２の流体室側へ所定距離だけ移動したとき前記ピストンによって閉じられる位置に形成されている。前記ピストンの第１の流体室側から第２の流体室側への移動によって第１及び第２の流体室を繋ぐように、前記シリンダ本体に連絡通路が設けられている。

このように構成された吸排気弁駆動装置では、第１の流体室に流体が供給されることによって、ピストンが第１の流体室側から第２の流体室側に移動し、第２の流体室から流体が作動流体排出通路を介して排出される。所定距離だけピストンが移動すると、作動流体排出通路がピストンによって閉じられ、第２の流体室と第１の流体室とが連絡通路を介して連通され、第２の流体室の流体が第１の流体室に供給される。その結果、第１の流体室に供給する流体の流量を少なくすることができる。

前記ピストンは、第１の流体室側に大径部と、これに連なる小径部と、第２の流体室側に設けた大径部より小径のロッドとを、有している。第１の流体室は、前記大径部用の流体室と、前記小径部用の流体室とを、有し、前記連絡通路は前記大径部用の流体室に接続されている。

このように構成すると、当初には、大径部用及び小径用の流体室にそれぞれ供給された流体によってピストンが第２の流体室側に移動するので、大きな力でピストンが駆動され、吸排気弁を大きな力で駆動することができる。その後、ピストンによって作動流体排出通路が閉じられると、連絡用通路によって大径部用の流体室と第２の流体室とが繋がれ、両流体室の圧力が等しくなる。従って、その後には、第２の流体室の作動流体が連絡用通路を介して大径部用の流体室に供給される。その結果、連絡用通路を介して大径部用の流体室に供給される流量分だけ、作動流量を減らすことができる。

更に、前記大径部は、前記ピストンの第１の流体室側から第２の流体室側への移動に従って前記連絡通路を前記大径部用の流体室に徐々に繋ぐ形状に形成することができる。

このように構成することによって、大径部の圧力が第２の流体室の圧力と等しくなるときに、急激な圧力変化が生じず、徐々に圧力が変化し、両者が等しくなる。従って、ピストンの速度変化が急激に生じることを防止できる。

以上のように、本発明によれば、吸排気弁駆動装置に供給する作動流体の量を減少させることができ、流体源に小型のものを使用することができるし、ピストンは、機械加工によって作りやすくなる。

本発明の１実施形態の吸排気弁駆動装置は、内燃機関、例えばディーゼル機関の排気弁を開閉する排気弁駆動装置で、例えば図１に示すようにシリンダ本体２を有している。この本体２には、円孔のシリンダ孔が形成され、このシリンダ孔内にピストン４が収容されている。ピストン４は、シリンダ孔内をその長さ方向に沿って摺動可能である。ピストン４は、シリンダ孔の直径に一致する直径を有する大径部４ａを備えている。大径部４ａの一方の端部（図１における上端部）側に大径部４ａよりも直径の小さい小径部４ｂが、同心状に形成されている。このピストン４によってシリンダ孔内は、図１における上側の第１の作動流体室、例えば作動油圧室６と、図１の下側の第２の作動流体室、例えば作動油圧室８とに区画されている。

大径部４ａにおける下側の端部には、大径部４ａと同心にロッド１０が一体形成されている。このロッド１０は、大径部４ａよりも小径であり、その先端は、シリンダ本体２を貫通して図１における下方に突出し、弁棒１２の図１における上端に接触している。弁棒１２の図１における下端には吸排気弁、例えば排気弁の弁体１４が一体に形成されている。この弁体１４は、ディーゼル機関内に設けた弁座１６に着座している。、弁棒１２の周囲に配置された弾性手段、例えばコイルバネ１８によって、弁体１４はシリンダ本体２側に押圧され、強固に弁座１６に着座させられている。

シリンダ本体２の図１における上側においてシリンダ孔は開口している。この開口にはシリンダカバー２０が取り付けられ、この開口は閉じられている。このシリンダカバー２０から小径部４ｂの周囲側に向けてスリーブ２２が伸延している。このスリーブ２２の外径はシリンダ孔の直径に一致し、内径は、小径部４ｂの直径に一致している。スリーブ２２によって小径部用作動流体室、例えば小径部用作動油圧室６ｂが形成されている。弁体１４が弁座１６に着座している状態において、ピストン４は図１における上側に最も寄っており、小径部作動油圧室６ｂの容積は最も小さい。このスリーブ２２の先端とシリンダ孔の内周面と大径部４ａの図１の上端部との間に大径部用作動流体室、例えば大径部用作動油圧室６ａが形成されている。これも、弁体１４が弁座１６に着座している状態において、ピストン４が図１における上側に最も寄っており、大径部作動油圧室６ａの容積は最も小さい。逆に、この状態では、作動油圧室８の容積は最も大きい。

このようにピストン４が最も上側によっている状態で、大径部用作動油圧室６ａに形成した溝２６を介して大径部用作動油圧室６ａに作動流体、例えば作動油が供給され、かつ小径部用作動油圧室６ｂに形成した溝２８を介して小径部用作動油圧室６ｂに作動油が供給される。これら溝２６、２８が作動油供給通路の一部をなす。

この状態において、作動油圧室８内には作動油が存在し、これがピストン４の図１における下側への移動によって排出されるように、作動油圧室８には排出通路の一部をなす溝３０が形成されている。この溝３０は、ピストン４が上述したように図１における上側に最も寄った位置から所定距離だけ図１における下側に移動したときに、大径部４ａによって閉じられ、溝３０を介しての作動油の排出が停止される。

この溝３０よりも弁体１４側に寄った位置の作動油圧室８内には、連絡通路３２接続用の溝３４が形成されている。この連絡通路３２は、ピストン４が最も図１における上側に寄った位置から所定距離だけ下側に移動したときには、大径部用作動油圧室６ａと連通するシリンダ孔内周面の位置に形成された溝３６に接続されている。

溝２６には逆止弁３７付き流量調整弁３８が接続され、この流量調整弁３８と溝２８とは合流して、逆止弁４０を介して制御弁、例えば電磁切換弁４２の出力ポートＡに接続されている。これら逆止弁３７付き流量調整弁３８、逆止弁４０が残りの作動油供給通路を構成している。

電磁切換弁４２は、出力ポートＢも有し、これは常に閉じられている。この他に、電磁切換弁４２は、ポンプポートＰとタンクポートＴとを有し、ポンプポートＰは、ポンプ４４によって蓄圧された作動油が供給されている蓄圧器４６に接続されている。タンクポートＴはタンク４８に接続されている。電磁切換弁４４は、中立状態では、ポートＡ、ＢをタンクポートＴに接続し、ポンプポートＰを閉じている。第１の状態に切り換えられると、電磁切換弁４２は、ポートＡをポンプポートＰに接続し、かつポートＢをタンクポートＴに接続する。従って、大径部作動圧油室６ａ、小径部作動圧油室６ｂにそれぞれ作動油が供給される。また、第２の状態に切り換えられると、電気切換弁４２は、ポートＡをタンクポートＴに接続し、ポンプポートＰをポートＢに接続する。電磁切換弁４４は、ディーゼル機関のクランク角度センサ５０からの検出信号に基づいて信号処理機５２が弁開信号を発生したとき、第２の状態から中立状態を経て第１の状態に切り換えられる。

小径部作動油圧室６ｂは、流量調整弁５３、逆止弁５４、５５を介してタンク４８に接続されている。大径部作動油圧室６ａは逆止弁３７付き流量調整弁３８、流量調整弁５３、逆止弁５４、５５を介してタンク４８に接続されている。溝３０は、逆止弁５５を介してタンク４８に接続されている。逆止弁５５が溝３０と共に排出通路を形成している。

図２に示すように、ピストン４の大径部４ａの図１における上端部の周縁部の直径は、シリンダ孔の直径よりも小さく形成されている。その周縁部から図１における下側に向かうに従って徐々に直径が増大する傾斜面５６が大径部４ａには形成されている。この傾斜面５６の先端から同じ直径で作動油圧室８側に向かう直線部５８が大径部４ａには形成されている。この直線部５８の先端から作動油圧室８側に向かって、傾斜面５６よりも緩い傾斜で直径が増大する傾斜面６０が大径部４ａには形成されている。この傾斜面６０の先端から傾斜面６０の傾斜よりもさらに緩い傾斜で直径がシリンダ孔の直径に一致するまで傾斜面６２が大径部４ａには形成されている。図２に破線で示すように、ピストン４が図２における下側、即ち作動油圧室８側に移動すると、大径部作動油室６ａは、まず傾斜面６２で溝３６に繋がり、次に傾斜面６０で溝３６に繋がり、以下、直線部５８、傾斜面５６の順で繋がる。従って、大径部作動油室６ａ、作動油室８の作動油の流量は徐々に変化し、急激に変化することはない。

図３に示すように、ピストン４における大径部４ａのロッド１０との結合面の直径（図１における下端部）はシリンダ孔よりも小さく形成され、その周面から作動油圧室６側（図３における上側）に向かって徐々に直径が増加する傾斜面６４が大径部４ａには形成されている。この傾斜面６４からシリンダ孔の内周面に接するまで、傾斜面６４よりも緩い傾斜で傾斜面６６が大径部４ａには形成されている。従って、ピストン４ａが作動油圧室８側に移動して溝３０を閉じる場合、まず傾斜面６４が溝３０の位置に到達し、その後に傾斜面６６が溝３０の位置に到達する。従って、溝３０での流量の変化は緩やかに生じる。

このように構成された排気弁駆動装置が、図１に示すように、弁体１４が弁座１６に着座し、ピストン４が最も図１における上側に位置する状態とする。この状態において、クランク角度センサ５０からの検出信号に基づいて信号処理機５２が弁開信号を発生すると、電磁切換弁４２が第１の状態に切り換えられ、蓄圧器４６からの作動油が、逆止弁４０を介して小径部油圧室６ｂに供給され、逆止弁４０及び逆止弁３７付き流量調整弁３８を介して大径部油圧室４ａに供給される。これによって、ピストン４は、大径部４ａの上端部の面積及び小径部４ｂの上端部の面積との和と、作動油の圧力とによって決まる大荷重によって図１における下側に押圧され、移動する。この際、溝３６がピストン４の大径部４ａによって閉じられているので、作動油圧室８内の作動油は、溝３０から逆止弁５５を介してタンク４８に排出される。また、ピストン４に加わった大荷重によって弁体１４がコイルバネ１８の作用力に抗して弁座１６から離座するように弁体１４を図１における下側に移動させる。

やがて、図３に破線で示すように大径部４ａの下側の傾斜面６４、６６が溝３０を通過することによって流量が緩やかに抑制されながら、大径部４ａが溝３０を通過してタンク４８への作動油の排出が停止する。

ピストン４が更に図１における下側に移動し、図２に破線で示すように、傾斜面６２、６０、直線部５８、傾斜面５６が溝３６を順に通過することによって、図４に示すように溝３４、連絡通路３２、溝３６を介して作動流体室８と大径部作動油圧室６ａとが連通する。その結果、緩やかに流量が変化しながら、大径部作動油圧室６ａ内の作動油が作動油圧室８に流れ、両油圧室６ａ、８の圧力は等しくなる。この作動油圧室８内の作動油の圧力に基づく荷重が、大径部４ａを図１における上側に押し戻すので、大径部作動油圧室６ａの作動油によって大径部４ａに生じていた荷重が打ち消される。その結果、ピストン４を下側に押す力は小さくなるが、弁体１４が開弁しているから、ピストン４が図１における下側に移動する。この移動によって作動油圧室８から連絡通路３２を介して大径部作動油圧室６ａに作動油が戻されている。大径部作動油圧室６ａ、小径部作動油圧室６ｂに電磁切換弁４２から供給される作動油は、上述した作動油圧室８から大径部作動油圧室６ａに戻されている量を差し引いた量だけである。従って、電磁弁４２やそれに伴う蓄圧器４６やポンプ４４は小容量のものになる。また、ピストンを二重にすることなく、一体形成できるから、部品点数が少なく構造が簡単である。また、高精度の同心度が要求される部分は、ピストン１４と弁座１６のみになり、機械加工上の造り易さが向上できる。

開弁信号が消失すると、切換弁４４は第２の状態に切り換えられ、ポートＡがタンク４８に接続され、ポンプポートＰがポートＢに接続される。これによって大径部作動油圧室６ａ、小径部作動油圧室６ｂへの新たな作動油の供給が停止され、コイルバネ１８のバネ力によってピストン４が作動油圧室６側に戻され、この際に作動油圧室６の大径部作動油圧室６ａの作動油は、逆止弁３７付き流量調整弁３８、流量調整弁５３、逆止弁５４、５５を介してタンク４８に排出され、小径部作動油圧室６ｂの作動油は、流量調整弁５３、逆止弁５４、５５を介してタンク４８に排出される。

上記の実施形態では、作動流体として作動油を使用したが、これに限ったものではなく、例えば圧力空気を使用することもできる。また、上記の実施形態では、排気弁の駆動装置に本発明を実施したが、これに限ったものではなく、例えば吸気弁の駆動装置としても使用することができる。

本発明の１実施形態の吸排気弁駆動装置の概略構成図である。 図１の吸排気弁駆動装置のピストンの一部の拡大図である。 図１の吸排気弁駆動装置のピストンの他の部分の拡大図である。 図１の吸排気弁駆動装置の動作状態における概略構成図である。

符号の説明

２ シリンダ本体
４ ピストン
６ 作動油圧室（第１の作動流体室）
８ 作動油圧室（第２の作動流体室）
１４ 弁体
３０ 溝（作動流体排出通路）
３２ 連絡通路

Claims (2)

1. シリンダ本体と、
   このシリンダ本体内をその長さ方向に沿って摺動可能に前記シリンダ本体内に設けられたピストンと、
   このピストンの摺動に従って、前記シリンダ本体の長さ方向における前記ピストンの両側に形成され前記ピストンの摺動に従って容積が変化する第１及び第２の流体室と、
   第２の流体室を介して前記ピストンに接続された吸排気弁体と、
   第１の流体室に前記ピストン駆動用の作動流体を供給するように前記シリンダ本体に設けられた作動流体供給通路と、
   第２の流体室から作動流体を排出するように前記シリンダ本体に設けられた作動流体排出通路とを、
   具備し、
   前記作動流体排出通路は、前記ピストンが第１の流体室側から第２の流体室側へ所定距離だけ移動したとき前記ピストンによって閉じられる位置に形成され、前記ピストンの第１の流体室側から第２の流体室側への移動によって第１及び第２の流体室を繋ぐように前記シリンダ本体に連絡通路が設けられ、
   前記ピストンは、第１の流体室側には大径部と、これに連なる小径部と、第２の流体室側には大径部より小径のロッドとを、有し、
   第１の流体室は、前記大径部用の流体室と、前記小径部用の流体室とを、有し、
   前記連絡通路は前記大径部用の流体室に接続される
   吸排気弁駆動装置。
2. 請求項１記載の吸排気弁駆動装置において、前記大径部は、前記ピストンの第１の流体室側から第２の流体室側への移動に従って前記連絡通路を前記大径部用の流体室に徐々に繋ぐ形状に形成されている吸排気弁駆動装置。

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