JPH01244111A - 排気弁の閉鎖運動制御法およびこの方法ににおいて使用される排気弁 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、排気弁がオイルシリンダの中に収容された作
動プランジャを含み、この作動プランジャは圧油を供給
された時に排気弁と協働してこの排気弁に対して開放運
動を加え、また前記作動プランジャが圧油の作用チャン
バを画成する型の内燃機関、特に２行程ユニフロー掃気
式舶用ディーゼルエンジン中の油圧作動型排気弁の閉鎖
運動制御法に関するものである。

また本発明は、前記の方法において使用される排気弁に
関するものである。

［従来技術と問題点］ 公知のように、ディーゼルエンジンの全効率はそのエン
ジンのｍ械的効率と熱効率との積と定義される０機械効
率はエンジンの機械的条件に依存する。言い替えれば、
ポンプ、発電機など種々の補助装置を作動するため、ま
たカム軸などによって弁を作動するため、また軸受中お
よびピストンとシリンダ間などの内部１１！！捺に打ち
勝つためのエンジン効率の消耗率に依存している。熱効
率は中んずく実需の燃焼工程がどの程度完全に進行する
かの表現であって、その意味で特にこの燃焼工程の進行
する圧力条件と温度条件とに依存している。

従って前記の効率の一方または両方の向上の結果、エン
ジンの全効率の改良、従って低燃比が得られる。

前述のように燃焼工程はエンジン中の実際の圧力条件と
温度条件に依存している。これらの条件はそれぞれのエ
ンジンにおいて、その圧縮比、および燃料噴射時間のタ
イミングと長さに密接に関連している。圧力と温度の増
大は必ず対応の構造上の準備に対応しなければならない
が故に、実際ニ例えば最大許容燃焼圧を得るため、前記
のようす幾分矛盾した要件の平衡点を決定するのはエン
ジンの生産コストと重量に関する経済的理由である。

それぞれのエンジンについて、燃料噴射の瞬間を調時す
る事によって所定の最大燃焼圧を一定限度内に保持する
事が望ましい、エンジンの圧縮比が固定されておりまた
エンジンは特に圧縮圧から燃焼圧までの圧力ジャンプに
関して殆ど１００％の負荷範囲で最適走行を成すように
設計されているのであるから、部分負荷および低負荷に
おいて相当の圧力ジャンプが発生する。圧力ジャンプの
増大に伴ってシリンダの異常に高い摩耗、ピストンリン
グの圧潰、ブローパイ、およびピストンリングの破損な
どの危険が増大するので、このような高い圧力ジャンプ
は望ましくない。

最近のユニフロー襦気式２行程１ヱンジンにおいては、
排気弁は掃気ボートより後に閉じる。従って原則として
、排気弁の閉鎖を制御する事により、作動中のエンジン
の有効圧縮比を変動させる事が可能である。

本発明による方法においては、排気弁の作用チャンバか
らの圧油排出流量がエンジンの負荷条件に対応して１作
動プランジャとシリンダとの間の単数または複数の機械
的に決定さ′れる静止絞り段階によって、および／また
は！！ｌｌ製自在の絞り部材によって変動させられる。

このように排気弁の閉鎖運動を制御し、従って排気弁の
全開放時間を＄１１御する事により、エンジンの運転中
に有効圧縮比を自由に変更または変動させる事が可能に
なった。これは一方においては任意の負荷条件における
圧縮ジャンプをシリンダの効率と条件に関して最適レベ
ルに保持する事が可能とし、また他方において、低負荷
または部分負荷状態において有効圧縮比を増大して、こ
のような状態での作動条件を改良するので、極めて望ま
しい。

実際に前記のような利点は、前記の油圧制御を。

オイルポンプのカム軸上のカム面輪郭の「長さ」の適当
なりＲ１１と結び付ける事によって達成される。

カム軸のカム面の下流側の輪郭に対応するより早く排気
弁を閉鎖する事は望ましくないのであるから、カムは伝
統的なカムと同様に、すなわち、その輪郭のできるだけ
「短い」部分がエンジンの所望の最大圧縮比に対応する
ように設計される。前述のように排気弁の閉鎖運動がも
はやカム軸の輪郭に従わないように制御する事により、
弁の閉鎖が延期され、従って有効圧縮比を低下させる。

これはエンジンの上方負荷区域において圧縮圧を一定に
保持し、この負荷区域において圧縮圧が一定であるが故
に前記の圧力ジャズをも一定に保持するために利用され
る。

固定圧縮比を有する通常のエンジンにおいて１００％負
荷におけるエンジンの有効圧縮比（ＭＣＲ：連続最大出
力）が不変でなければならないから。

エンジンのすきま容積、すなわちＴＤＣ（上死点）にお
けるピストン上方の容積が低減される。その結果、任意
の負荷においてエンジンの膨張比が増大し、排気弁の開
放時間は不変であるから、燃料消費量が改良される。

本発明の方法を実施するために使用される排気弁の第１
実施態様と従来の排気弁との相違点は、作用チャンバ考
画成するシリンダの部分が軸方向に１１間された２つの
絞り縁を含み、前記作用チャンバを画成する作動プラン
ジャの側面は軸方向に延在したスタッドの形状を有し、
このスタッドは長手方に相異なる直径を有し、好ましく
はシリンダの絞り縁と協働する３つの軸方向に相互に離
間された絞り部分を備え、作動プランジャが排気弁の完
全開放に対応する位置・を占める時に作動プランジャか
ら最も離れた位置のｖｉ１絞り部分がシリンダの第１絞
り縁と１８働し、作動プランジャが排気弁の閉鎖に対応
する位置を占める時に作動プランジャに最も近い位置の
第２絞り部分がシリンダの第２絞り縁とａｍするように
、前記シリンダの絞り縁と作動プランジャの絞り部分が
相互に配置され、前記第１絞り部分と第１絞り縁との間
に画成され作動プランジャから離間した作用チャンバ部
分が直接にオイル出口に接続され、またシリンダの第１
絞り縁と第２絞り縁との間の作用チャンバ部分は、調節
自在絞り弁を含むダクトを通してオイル出口に接続され
る事が相違する。

本発明のｓ２実施態様の排気弁においては、作動プラン
ジャは作用チャンバを画成する側面において作用チャン
バの一部としての軸方向孔を備え。

シリンダは、作動プランジャの運動の所定部分において
孔と密封係合する円筒形スタッドを備え。

前記スタッドは、調節自在の絞り弁を含む絞りダクトを
存し、前記絞りダクト璃、絞り弁の一方の位置において
スタッドの作動プランジャに対向する端面に連通し、ま
た前記絞りダクトは、絞り弁の他方の位置において、ス
タッドの端面から所定の軸方向距離にあるスタッド円筒
面の開口に連通し、作動プランジャが排気弁の閉鎖に対
応する位置を占めた時に前記スタッドの円筒面の開口が
前記作動プランジャによって閉塞されるように、前記開
口の軸方向距離が作動プランジャの行程に対応する。

［実施例コ 以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明す
る。

第１図に図示の油圧作動式排気弁１は、弁ハウジング２
を含み、このハウジングは底部３とオイルシリンダ４と
を有する。この排気弁は、その底部３と共に、ユニフロ
ー捧気式２行程舶用ディーゼルエンジンのシリンダの上
端のシリンダカバーの内部に取り付けられる。排気弁の
中心に、ディスク弁状の軸方向移動自在の弁体５が通常
の手法で軸支されている。この弁体５がオイルシリンダ
４の中に配置された空気バネ６によって上方に押圧され
るので、弁の閉鎖状態においてディスク弁と前記底部３
のそれぞれの対向環状密封面が相互に係合し、シリンダ
内部を排気ダクト７から遮断する。

弁体５の上部は、オイルシリンダ４の孔８の中に収容さ
れた作動プランジャ１０と協働し、この弁体５から反対
側のプランジャの側面はダクト１１を介して１通常のカ
ム軸駆動ポンプの形の油圧作動系１２と連通している。

１１２図において一層明瞭に図示されているように、作
動プランジャ１０は弁体５から反対方向に延在する軸方
向スタッド１５を備える。このスタッドは別々の３部益
、第１絞り部分１６、中間部分１７、および第２絞り部
分１８とを含む０部分的中空の作動プランジャ１０が弁
体５の上部を包囲し、オイルシリンダ４の孔８に密封係
合している。

オイルシリンダ４の上端にインサート２０が取り付けら
れ、その一部が下方の孔８の中に延在する。

このインサートは内部中空スペース２１を成し、このス
ペースは、それぞれインサート２０とオイルシリンダ４
の中に備えられた２つの孔２２．２３を通して第１図の
油圧系１２に接続している。インサート２０はプランジ
ャ１０に対向するその端面に、２つの放射方向内側に突
出した絞り録、第１＃２５と！２ａ２６とが備えられて
いる。これらの縁によって画成される比較的小さなスペ
ース２７は、１１！節自在の絞り弁２９を収容したダク
ト２８を通して前記中空スペース２１に接続されている
。中空スペース２１への流れを閉塞する逆止め弁３２が
ダクト３１の中にｆ１ａ置され、このダクト３１はイン
サート２０の弁体５に対向する端面に達し、中空スペー
ス２１をプランジャ１０とインサート２０との間のスペ
ース３５に接続する。

第２図に図示の排気弁の作動モードを第３図について詳
細に説明す遵。

カム軸ポンプ１２がカム軸上の排気プロフィルによって
制御されて圧油をダクト１１を通してオイルシリンダ４
の導入口２３の中に供給しはじめる時、スペース２１の
中の油圧が上昇する。従って、プランジャ１０の弁体５
から軸方向に反対側の端面に対する油圧の結果として、
プランジャ１０が弁体５に向かって軸方向に押圧される
。油圧は、スタッド１５の上端面３６と、スタッド１５
の第２絞り部分と中間部分１７との間の移行部分を成す
狭い環状部分３７とに対して直接に作用する０図示の弁
閉鎖状態においては、第２絞り部分１８と第２絞り縁２
６との間の狭い間隙の故に、圧油はプランジャ１０の環
状シコルダ部分３８に対して僅かにしか作用しない、そ
の代わりに、強い圧力上昇が逆止め弁３２を開放させ、
従ってダクト３１を通る圧油がプランジャの前記ショル
ダ３８と接触する。排気弁５のある程度の開放に対応す
る作動プランジャ１０の°短゛時間の下降運動の後、ｊ
Ｉ２絞り部分１８と第２絞り縁２６が相互に離間し、そ
の結果、圧油は主として中間部分１７に沿って、絞りａ
２５、２６を通過し、ショルダ３８に達する。しかしな
お−走度の絞り作用が存在し、従フて一定量の圧油が逆
止め弁３２とダクト３１とを通して流れ続ける。これは
特にスタッドの移動の末期において、ｆＪ１絞り部分１
６が第１絞り縁２５に係合する場合である。

このサイクル中に、弁体５は、排気カムの輪郭に対応し
て、例えば第３図の上昇グラフ４０に従って運動する。

弁が時点ｔ２において完全に開放している時、プランジ
ャ１０のスタッド５の第１絞り部分１６がインサート２
０の第１絞り縁２５に対向する位置に対応して弁は距離
ｈｚ−ｈ□だ番す開放している。

弁が時点ｔ３において、閉鎖しはじめた時、絞り弁２９
の調節に依存して、カムプロフィルの下流側に対応する
実線グラフ４０に従い、あるいはこのグラフに対して実
質的に平行なグラフ４０ａまたは４０ｂなどの落下グラ
フに従う。

弁２９が最小絞りに対応して完全に開放していれば、弁
体５に対する空気バネ６の上向き作用の結果、スペース
３５から押し出された圧油が自由にダクト２８に沿って
流れて弁２９を通過し、オイルシリンダ４の圧油導入／
排出口２３から排出される。顕著な絞り作用がなく、弁
体５は前述のようにグラフ４０に従って閉鎖する。カム
軸１２のローラ・がカムプロフィルの下流側に従ってい
るので、適度のエネルギー回収が得られる。弁の完全閉
鎖の直前に、第２絞り部分１８が第２絞り標２６に係合
する。これは街゛撃作用をある程度緩衝する。スペース
３５の中に残存する圧油は前記の絞りバンド間の狭いス
リ゛ットを通過した後にのみ出口２３に到達できるから
である。これは弁の衡撃速度を低下させる。この衝撃効
果は絞り弁２９とは関係なく、従ってその調節のいかん
に関わらず常に発生する。これはＩｆ３図において短い
グラフ部分４１ａ、４１ｂ、４１ｃによって図示されて
いる。

最大絞りに対応して絞り弁２９が完全に閉鎖すれば・　
チャンバ２８と３５の中にある圧油は第１絞り部分１６
と第１絞り縁２５との間のスリットを通してのみ出口２
３に達する事ができる。この絞り作用は。

弁がカムプロフィルの下流側に対応して閉鎖する事を防
止し、弁がカムを「放す」ので弁は前記スリットを通る
圧油の逆流のみと同期的に閉鎖する。

このような弁の閉ａｌＮ動の遅れは、第３図において期
間ｔｓ−ｔ、に対応する。第１絞りバンドが相互に離間
している時、弁は第３図のグラフ４０ｂに沿ってｒｗｌ
ＭＬする。前記のように、閉鎖速度はスタッドの中間部
分１７と２つの絞り１ａ２５．２８との間隙によって決
定される。また前述のように衝撃作用は最終的に緩街さ
れる。

このようにして絞り弁２９の調節によって、排気弁の閉
鎖遅れを長くしまたは短くする事ができ。

従って序文に述べたようにエンジンの圧縮比を効果的に
制御する事ができる。

絞り弁はエンジンの実際の負荷条件に対応して調節され
、このような調節は、例えば各絞り弁の調節レバーを共
通のコネクティング・ロンドに連結し、通常の圧力セン
サによって検出される装入空気受器中の圧力に対応して
前記コネクティング・ロンドを電気的にまたは空気的に
移動させる事によって実施される。

第４図は本発明の排気弁の第２実施態様を示す。

作動プランジャ５０は中心キャビティ５１を形成され、
弁体５と反対側のそのオリフィスに、放射方向内側に向
けられた環状つば５２が配備される。インサート５５は
、作動プランジャ５０の方に突出した中心スタッド５６
を誉み、このスタッドは中心孔５７を有し、この孔５７
の中に調節自在絞り弁５８が収容される。孔５７は弁座
５９の下流において゛横方向ダクト６０によってチャン
バ６２に連通し、このチャンバはスタッドの周囲に配置
されて、オイルシリンダ４の圧油導入−排出口６３と直
接に接続している。

この場合に、圧油が導入口６３から供給されると、作動
プランジャ５０、また従って弁体５が前述のように作動
プラ゛ンジャに対する圧油の作用で、第４図に図示の弁
閉鎖位置から移動される。この構造においては、圧油は
直接に作動プランジャの作動区域の大部分に作用するの
で、前記の構造のように弁開放運動の初期に直接に上昇
油圧の作用を受けない作動プランジャ区域部分に圧油を
流入させるため逆止め弁制御された圧油ダクトを必要と
しない、しかし実際の圧力条件に対応してキャビティ５
１の中のキャビテーション現象を防止するため、スタッ
ド５６の下端に達してこれをチャンバ６２に接続するダ
クトを挿入する事が好ましい。

前記の場合と同様に、弁の開放は実質的にカムプロフィ
ルの上流側にそって生じる。この開放行程を第５図にお
いてグラフ７０によって示す、一定の開放度の後、作動
プランジャ５０のキャビティ５１がスタッド５６から離
れる。

油圧が低下して弁が閉鎖しはじめる時、作動プランジャ
５０は最初はオイルポンプのローラがカムプロフィルの
下流側に従う状況に対応する速度でスタッド５６の方に
上昇する。スタッド５６がキャビティ５１に係合すると
、その後の弁の閉鎖運動は絞り弁の調節に依存する。キ
ャビティ５１の中に残存するオイルは、前記キャビティ
から、絞り弁５８を備えたダクト５７を通して、または
環状つば５２とスタッド５６の外側面との狭い間隙を通
してのみ脱出する事ができるからである。絞り弁５８が
完全に閉鎖していれば、オイルの全量が前記間隙を通過
しなければならなず、排気弁の最天閉鎖遅れが得られる
。このサイクルは第５図においてグラフ部分７０ｃによ
って示されている。絞り弁が部分的シこ開放されていれ
ば、この絞り弁はグラフ７０ｂに従って閉鎖するが、完
全開放絞り弁７０は実線グラフ７０番こ従う、しかしｗ
５図の場合にも、絞り奔の調節のし１かんに関わらず、
弁の完蚤閉鎖の直前にある程度の街撃緩田が得られる。

環状つぼ５２がチャンノ（６２に通じる横方向ダクト６
０の出口を覆うようミニ作動プランジャ５０がスタッド
５６に沿って移動した特番；前記の緩衝作用が生しる。

この時ｉキャビティ５１の中に残存するオイルは環状つ
ば５２とスタッド５６の外側面との間のスリットを通し
て説出しな番すればならないからである。スタッド５６
の長さを変動すれば、弁の閉鎖時の絞りの開始時点を決
定する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による油圧作動式排気弁と対応の作動系
の断面図、第２図は第１図の排気弁の上部の断面図、第
３図は第２図の排気弁の開放特性を示すグラフ、第４ｒ
ＩＡは本発明の排気弁の第２実施態様の断面図、第５図
は第４図の排気弁の開放特性を示す断面図である。 １００．排気弁、４．、、シリンダ、　　５．、　　、
　、弁体、ｉｏ、、、作動プランジ旭　１５．、、スタ
ッド、１６゜１７．１Ｂ、、、絞り部分、２２，２３．
、、圧油導入−排出口。 ２５．２８．、、絞り縁、２１．２７．、、作用チャン
ノ＜、　　２８，３１゜６．ダクト、２９．、、絞り弁
、ｓｏ、、、、作動プランジャ、５１．８２．、−作用
チャンバ、　　５６．、、スタッド、　　５７．、、、
絞りダクト、ＳＳ：、、絞り弁、６０・・・ダクト・−
人代重人　　佐　　藤　　−雄 Ｆ／（３，２ Ｆ／（３３ Ｆ／６４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、排気弁がオイルシリンダの中に収容された作動プラ
   ンジャ（１０）を含み、この作動プランジャは圧油を供
   給された時に排気弁（５）と協働してこの排気弁に対し
   て開放運動を加え、また前記作動プランジャ（１０）が
   圧油の作用チャンバを画成する型の内燃機関、特に２行
   程ユニフロー掃気式舶用ディーゼルエンジン中の油圧作
   動型排気弁（１）の閉鎖運動制御法において、排気弁の
   作用チャンバからの圧油排出流量が、エンジンの負荷条
   件に対応して、作動プランジャ（１０）とシリンダ（４
   ）との間の単数または複数の機械的に決定される静止絞
   り段階によつて、および／または調整自在の絞り部材に
   よつて変動させられる事を特徴とする排気弁の閉鎖運動
   制御法。 ２、オイルシリンダ（４）の中に収容された作動プンジ
   ャ（１０）を含み、この作動プランジャは圧油を供給さ
   れた時に排気弁（５）と協働してこの排気弁に対して開
   放運動を加え、また前記作動プランジャ（１０）が圧油
   の作用チャンバ（２１、２７、３５）を画成する型の請
   求項１の方法に使用される排気弁において、 前記作用チャンバを画成するシリンダ（４）の部分が軸
   方向に離間された２つの絞り縁（２５、２６）を含み、 前記作用チャンバを画成する作動プランジャ（１０）の
   側面は軸方向に延在したスタッド（１５）の形状を有し
   、このスタッドは長手方に相異なる直径を有し、好まし
   くはシリンダ（４）の絞り縁（２５、２６）と協働する
   ３つの軸方向に相互に離間された絞り部分（１６、１７
   、１８）を備え、 作動プランジャ（１０）が排気弁の完全開放に対応する
   位置を占める時に作動プランジャから最も離れた位置の
   第１絞り部分（１６）がシリンダ（４）の第１絞り緑（
   ２５）と協働し、作動プランジャ（１０）が排気弁の閉
   鎖に対応する位置を占める時に作動プランジャに最も近
   い位置の第２絞り部分（１８）がシリンダ（４）の第２
   絞り縁（２６）と協働するように、前記シリンダ（４）
   の絞り縁（２５、２６）と作動プランジャ（１０）の絞
   り部分（１６、１７、１８）が相互に配置され、前記第
   １絞り部分（１６）と第１絞り縁（２５）との間に画成
   され作動プランジャ（１０）から離間した作用チャンバ
   部分（２１）が直接にオイル出口（２３）に接続され、
   また シリンダの第１絞り縁（２５）と第２絞り縁（２６）と
   の間の作用チャンバ部分（２７）は、調節自在絞り弁（
   ２９）を含むダクト（２８）を通してオイル出口（２３
   ）に接続される事を特徴とする請求項１に記載の方法に
   おいて使用される排気弁。 ３、オイルシリンダの中に収容された作動プランジャ（
   ５０）を含み、この作動プランジャは圧油を供給された
   時に排気弁（５）と協働してこの排気弁に対して開放運
   動を加え、また前記作動プランジャ（５０）が圧油の作
   用チャンバ（５１、６２）を画成する型の請求項１の方
   法に使用される排気弁において、作動プランジャ（５０
   ）は作用チャンバを画成する側面において作用チャンバ
   の一部としての軸方向孔（５１）を備え、 シリンダ（４）は、作動プランジャ（５０）の運動の所
   定部分において孔（５１）と密封係合する円筒形スタッ
   ド（５６）を備え、 前記スタッド（５６）は、調節自在の絞り弁（５８）を
   含む絞りダクト（５７）を有し、前記絞りダクト（５７
   ）は、絞り弁（５８）の一方の位置においてスタッドの
   作動プランジャに対向する端面に連通し、 また前記絞りダクト（５７）は、絞り弁（５８）の他方
   の位置において、スタッドの端面から所定の軸方向距離
   にあるスタッド円筒面の開口（６０）に連通し、作動プ
   ランジャ（６０）が排気弁の閉鎖に対応する位置を占め
   た時に前記スタッド（５６）の円筒面の開口（６０）が
   前記作動プランジャ（５０）によつて閉塞されるように
   、前記開口（６０）の軸方向距離が作動プランジャ（５
   ０）の行程に対応する事を特徴とする排気弁。 ４、前記スタッドの円筒面の絞りダクト（５７）の開口
   （６０）と前記スタッドの端面との軸方向間隔は、この
   開口（６０）が作動プランジャ（５０）の行程中には閉
   塞されないように作動プランジャ（５０）の行程に対応
   する事を特徴とする請求項３に記載の排気弁。 ５、作動プランジャ（５０）は、その軸方向孔（５１）
   のオリフィスに近接配置され孔（５１）の内径より小内
   径を有する環状部分（５２）のみによつてスタッド（５
   ６）に係合する事を特徴とする請求項３または４に記載
   の排気弁。