JPH0228687B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、内燃機関、特にデイーゼル機関のバ
ルブタイミング変更装置に関し、更に詳しくは、
高過給デイーゼル機関の高負荷運転時並びに低負
荷運転時に、夫々対応させて吸気バルブの開放時
期を自動的に変更し、上記デイーゼル機関を常に
最良の運転状態に維持するためのバルブタイミン
グ変更装置に関するものである。

従来の技術 デイーゼル機関に設けられた吸・排気バルブの
開閉時期は、ある範囲内で、その出力・回転数に
応じた最適な状態に設定されるのが通常である
が、機関出力の増大に伴なつて高過給化するに従
い、高負荷運転時に掃気効果を高めて熱負荷を抑
える為、吸・排気バルブが同時に開いている期
間、即ち、オーバーラツプ期間を大きく取る必要
がある。

このため、無過給に近い低負荷運転時は、オー
バーラツプ期間の過大により、排気ガスの燃焼室
内及び吸気系への吹き返しによるよごれ、給気圧
力低下に伴う圧縮温度及びピストン温度の低下に
よる排気色不良、起動不良等の不具合が生じる。

このため、低負荷時にはオーバーラツプ期間も
短くすることが機関の運転状態を最良に保つ上に
望ましいことである。

例えば、高負荷時は第４図ａに示す様に吸気バ
ルブを実線で示す如く、ピストンの上死点
〔TDC〕前約80゜の位置Ａで開き、下死点〔BDC〕
後約45゜の位置Ｂで閉じ、排気バルブを破線で示
す如く、ピストン下死点〔BDC〕前約50゜の位置
Ｃで開き、上死点〔TDC〕後約60゜の位置Ｄで閉
じるように設定し、低負荷時は、第４図ｂに示す
ように吸気バルブを上死点〔TDC〕前約20゜の位
置A′で開くように設定してオーバーラツプ期間
を短くすればよい。

上記の如く、高負荷時、並びに低負荷時に、バ
ルブタイミングを自動的に変更するための装置と
しては、実開昭50−59808号公報に開示された装
置があり、この装置は、エンジンで駆動される流
体ポンプの発生油圧を切換弁を介して吸・排気弁
の開弁装置に供給し、この切換弁の切換えを、タ
イミングカムを駆動源とする切換弁作動装置によ
り行なわせ、この切換弁作動装置にバルブの開閉
時期の調整機構を組み込んだものである。

また、いまひとつの例として英国特許第
1224168号明細書は、カムと協働して軸方向に往
復動するピストンを有するポンプと、このポンプ
により発生する油圧によつて作動してバルブを駆
動するプランジヤとからなり、ピストンを回動せ
しめることによりバルブタイミングを変更し得る
ようになしたバルブタイミング変更装置を開示し
ている。

発明が解決しようとする問題点 ところで上記前者のバルブタイミング変更装置
〔実開昭50−59808号公報〕は、流体ポンプで常時
高圧を発生させておく必要があるため、エネルギ
ーロスが大きく、また、流体ポンプ及び切換弁等
を使用するため、装置全体が複雑高価なものとな
り、更に、カムリフト上昇行程で開弁と閉弁の双
方を行なわせるため、カムリフト上昇カーブをゆ
るやかなものとせざるを得ず、従つてバルブの開
放もゆるやかとなり、しかも弁開面積を十分にと
ることができない欠点があり、未だ十分なもので
なかつた。

また、上記後者のバルブタイミング変更装置
〔英国特許第1224168号〕は、油圧制御孔が１つだ
けであり、また、ピストンの１つのランド部の軸
方向両端に制御用切欠きを設けたものであるた
め、ピストンの上昇行程の終了前に下側の切欠き
が、油圧制御孔を開放させて、プランジヤに作用
する油圧を解除させることになり、従つて、バル
ブ開閉時期がカムの下降リフトでは全く制御され
なくなり、カムでピストンを上下往復動させてい
るにも拘わらず、カムによるピストンの上昇行程
でのみバルブの開閉を制御するものであるため、
ピストンに無駄な動作が多くなり弁開面積を大き
くすることが困難となるのみならず、バルブ閉鎖
タイミングの正確な設定も困難となる欠点があつ
た。

即ち、上記２例では、カムリフト上昇行程での
みバルブを開閉制御するため、不合理でエネルギ
ーロスが大きく、しかも、装置自体の大型化・複
雑化は免がれない。また、デイーゼル機関では、
オーバーラツプ期間の増加によつて燃焼室の残留
ガスを掃除し、吸気量の増加、並びに燃焼室内の
冷却を図ることができ、従つて、高負荷運転時、
吸気バルブの開時期を早めれば十分に最良の状態
で機関を運転し得るため、吸気バルブのみの開時
期を変更する構造簡単で安価なバルブタイミング
変更装置が要望されている。

問題点を解決するための手段 本発明は駆動シリンダに内蔵され、タペツトと
協働して軸線方向に往復動する駆動ピストンと、
作動シリンダに内蔵され、上記駆動ピストンによ
り発生する油圧によつて作動して吸気バルブを駆
動する作動ピストンからなり、上記駆動ピストン
の行程量を変化させることによりバルブタイミン
グを変更し得るようになしたバルブタイミング変
更装置であつて、上記タペツトと駆動ピストンと
の間に、駆動ピストンの行程量を変化させるため
の制御ピストンを配設し、上記作動シリンダに
は、作動シリンダ室から余分の圧油を油出口へ逃
がすための油逃し溝を形成し、上記制御ピストン
によつて画成される制御油圧室に作動油を供給あ
るいは、上記制御油圧室から作動油を排出するこ
とによつて制御ピストンを移動させて上記駆動ピ
ストンの行程量を変化させ、デイーゼル機関の負
荷に応じて吸気バルブのバルブタイミングを変更
するようになしたデイーゼル機関のバルブタイミ
ング変更装置である。

作 用 本発明に係るデイーゼル機関のバルブタイミン
グ変更装置は、低負荷時あるいは高負荷時に応じ
て制御油圧室内への作動油を供給、あるいは、制
御油圧室からの作動油を排出することによつて制
御ピストンを移動させて駆動ピストンの行程量を
調整し、これにより、作動ピストンの上昇開始時
期を変化させて吸気バルブの開放時期を変更す
る。

実施例 第１図乃至第３図は、本発明に係るデイーゼル
機関のバルブタイミング変更装置の一実施例を示
す図面である。

図面において、１はカムシヤフト、２はカムシ
ヤフト１に一体的に形成されたタイミングカム、
３はタイミングカム２によつて上下動するタペツ
ト、４はシリンダブロツク５に立設された装置本
体で、この装置本体４の下部に一体的に形成した
タペツトガイド６を上記シリンダブロツク５に嵌
合固定してあり、このタペツトガイド６内を上記
タペツト３が摺動する。上記装置本体４の内部に
は、軸線方向に沿つて駆動シリンダ７を設け、上
部には、この駆動シリンダ７と連動する作動シリ
ンダ８を設けてあり、更に、装置本体４の上部側
方には給油部９を設けてある。１０は、駆動シリ
ンダ７内に摺動自在に嵌装された駆動ピストン
で、その上端面は、駆動シリンダ７内に油圧発生
室Ａを画成している。１１は、上記タペツト３と
駆動シリンダ１０との間に、同一軸線上に介在さ
れたプツシユロツド、１２は、駆動ピストン１０
の下部鍔部１０ａと駆動シリンダ８との間に圧縮
介在されたスプリング、１２′は、タペツト３の
上面と装置本体４との間に圧縮介在されたスプリ
ングで、駆動ピストン１０は、上記プツシユロツ
ド１１を介してタペツト３と連動して押し上げら
れ、また、駆動ピストン１０及びタペツト３は
夫々スプリング１２，１２′によつて押し下げら
れる。１３は、装置本体４内に軸線方向に摺動可
能に収容され、上記駆動ピストン１０の下端部に
当接する制御ピストンで、この制御ピストン１３
の中心部には、上記プツシユロツド１１を摺動可
能に貫通させてある。上記装置本体４における制
御ピストン１３の下面には、制御油圧室Ｂが画成
されており、また、装置本体４の下方側部には、
この制御油圧室Ｂに作動油を供給するための給油
部１４を設けてある。１５は、給油部１４と制御
油圧室Ｂとの間に配設された逆止弁で、制御油圧
室Ｂ内に給油された作動油が、駆動ピストン１０
下降時の押圧力によつて制御油圧室Ｂ内に生じた
高圧によつて逆流しないようにしている。１６は
コントロールピストンで、給油部１４への圧油が
ない場合に、逆止弁１５をスプリング１７の弾性
復元力によつて押し開き、制御油圧室Ｂ内の作動
油を給油部１４から排出させるためのものであ
る。１８は電磁弁で、給油部１４への作動油の供
給並びに給油部１４からの作動油の排出を切換え
制御する。１９は、駆動シリンダ７へ作動油を供
給するための給油孔で、逆止弁２０を介して駆動
シリンダ７の上部に給油し、駆動ピストン１０の
上昇に伴つて、逆止弁２０を閉じて油路２１，２
２を介して作動シリンダ８へ給油する。２３は、
作動シリンダ８内に摺動自在に嵌装され、プツシ
ユロツド２４の端部球面を支持する作動ピストン
で、駆動ピストン１０の上昇に伴つて油路２２か
ら供給される油量に応じて上昇する。２５は、フ
ツシユロツド２４にて揺動させられるロツカーア
ーム、２６は、ロツカーアーム２５に開閉される
吸気バルブ、２７は、バルブスプリングである。
２８は、作動シリンダ８に設けられた油逃がし溝
で、作動ピストン２３が所定量上昇すると、作動
シリンダ８に供給された作動油を逃がし、油路２
９より調圧弁３０を経て外部に排出して作動ピス
トン２３の上昇量を規制し、吸気バルブ２６を一
定に行程作動させる。尚、上記調圧弁３０は、後
述するように、作動シリンダ８の油路２９から作
動油を一定圧力に調圧し、油路２２内の作動油油
圧の急激な低下を防止して作動ピストン２３から
吸気バルブ２６までのバルブ駆動系のハンチング
を防止するためのものである。３１は、作動ピス
トン２３のストツパーである。

以下に上記構成のバルブタイミング変更装置の
動作要領を説明する。

先ず、第１図に示す状態では、制御油圧室Ｂへ
の作動油の供給が、電磁弁１８により遮断されて
いるため、制御ピストン１３は、駆動ピストン１
０に作用するスプリング１２の弾性復元力によつ
て、下方に押し下げられており、従つて駆動ピス
トン１０の行程距離は、タペツト３と同一に設定
され、高負荷時のバルブタイミングに設定されて
いる。

この状態で、タペツト３がタイミングカム２に
よつて押上げられると、駆動ピストン１０がプツ
シユロツド１１を介して押し上げられ、油圧発生
室Ａ内の作動油油圧を増加させるため、逆止弁２
０が閉じられて油圧発生室Ａ内の作動油が油路２
１，２２を経て作動シリンダ８の作動シリンダ室
内に流入する。この作動油の流入によつて作動ピ
ストン２３は作動シリンダ８内を上昇し、この作
動ピストン２３の上昇動作は、プツシユロツド２
４並びにロツカーアーム２５を介して吸気バルブ
２６を開放させる。上記作動ピストン２３が所定
位置まで上昇して油逃し溝２８を開放すると、こ
れ以後は、油路２２から供給される作動油が、油
逃し溝２８から油路２９を経て系外に排出される
ため、上記作動ピストン２３はそれ以上上昇せ
ず、この位置を維持し、従つて吸気バルブ２６の
開度が一定に保たれる。

尚、この時、油路２９から排出される作動油の
圧力は、調圧弁３０によつて、一定圧力に調圧さ
れているので、バルブ駆動系の作動ピストン２３
から吸気バルブ２６に至る系のハンチングが防止
される。つまり、上記調圧弁３０を配設しておか
なければ、作動ピストン２３が所定位置まで上昇
して油逃し溝２８に向けて作動油が流入した際
に、油路２２内の作動油油圧が０Kg／cm²まで急激
に低下するため、上記作動ピストン２３は、バル
ブスプリング２７の弾性復元力により、油逃し溝
２８を閉じて上記油圧が所定圧に復帰するまで押
し戻され、これの繰り返しによつて上記吸気バル
ブ２６におどりを生じることになる。そこで、上
述の如く、調圧弁３０を配設しておけば、この調
圧弁３０により油路２２，２９並びに作動シリン
ダ８内の作動油油圧が所定圧に保たれるため、作
動ピストン２３は、上記バルブスプリング２７の
弾性復元力によつて押し戻されることなく、一定
位置に保たれ、従つて吸気バルブ２６におどりが
生じない。

尚、以上の動作過程において、作動ピストン２
３の上昇限度位置は、ストツパ３１によつて制限
されている。

そして、タイミングカム２の回転によつて駆動
ピストン１０が第１図に一点鎖線で示す位置まで
上昇した後は、スプリング１２，１２′の弾性復
元力により、上記タイミングカム２の回転に伴つ
て、駆動ピストン１０及びタペツト３が押し下げ
られ、下降し始める。すると、作動ピストン２３
に作用する油圧力がなくなり、この作動ピストン
２３はバルブスプリング２７の弾性復元力によ
り、上記駆動ピストン１０の下降量に合せて押し
下げられ、吸気バルブ２６は閉じられる。

以上の高負荷時の駆動ピストン１０と作動ピス
トン２３の作動特性を第３図に示すと、駆動ピス
トン１０はタイミングカム２と連動して一点鎖線
で示す作動特性を示し、作動ピストン２３は実線
で示すように、駆動ピストン１０に追従して上昇
し、所定位置で上昇を停止して静止し、下降時も
上記駆動ピストン１０に追従して下降する。

次に低負荷時の動作を説明する。

この場合は、第２図に示すように、先ず電磁弁
１８を作動させて作動油を給油部１４に供給し、
この作動油の油圧により、スプリング１７の弾性
復元力に抗してコントロールピストン１６を右方
に移動させると共に逆止弁１５を押し開かせて、
制御油圧室Ｂ内に作動油を流入させ、制御ピスト
ン１３を押し上げる。この制御ピストン１３の上
昇作動により、駆動ピストン１０をスプリング１
２の弾性復元力に抗して押し上げ、駆動ピストン
１０をプツシユロツド１１の上端より離隔させ
て、低負荷時のバルブタイミングに設定する。
尚、上記制御油圧室Ｂに供給された作動油は、逆
止弁１５によつて逆流が阻止されるため、制御ピ
ストン１３は、駆動ピストン１０を介して作用す
るスプリング１２の弾性復元力に抗して、上述上
昇位置を維持する。

この状態でタイミングカム２によつてタペツト
３が押し上げられると、このタペツト３に押圧さ
れてプツシユロツド１１も一体的に上昇し、タペ
ツト３並びにプツシユロツド１１が所定量上昇し
た後は、プツシユロツド１１の上端が駆動ピスト
ン１０の下面に当接して駆動ピストン１０を押し
上げる。従つて、駆動ピストン１０は、タペツト
３より所定時間遅れて上昇を開始して作動シリン
ダ８に作動油を圧送するため、作動ピストン２３
も所定時間遅れて上昇し始め、プツシユロツド２
４及びロツカーアーム２５を介して吸気バルブ２
６を開放させる。

そしてタイミングカム２の回転に伴つて駆動ピ
ストン１０が第２図に一点鎖線で示す位置まで上
昇した後は、スプリング１２，１２′の弾性復元
力により、上記タイミングカム２の回転に伴つて
駆動ピストン１０及びタペツト３が押し下げら
れ、下降し始める。すると、作動ピストン２３に
作用する油圧力がなくなり、この作動ピストン２
３は、バルブスプリング２７の弾性復元力により
上記駆動ピストン１０の下降量に合せて押し下げ
られ、吸気バルブ２６が閉じられる。

ところで、上記駆動ピストン１０の下降動作
は、制御ピストン１３の上端に当接した時点で終
了するが、タペツト３並びにプツシユロツド１１
は、タイミングカム２の回転により更に下降し、
上記プツシユロツド１１の上端が駆動ピストン１
０よりも前記所定距離離隔するまで下降する。

尚、駆動ピストン１０が制御ピストン１３に当
接する際には、前述の如くスプリング１２の弾性
復元力により、制御ピストン１３に押下げ力が作
用するが、逆止弁１５が作動して制御油圧室Ｂ内
の作動油が外部に排出されないので、上記制御ピ
ストン１３は所定の上昇位置を維持する。

以上のように低負荷時においては、駆動ピスト
ン１０の上昇行程を制御ピストン１３により少な
く制限することにより、駆動ピストン１０の上昇
開始時期を遅らせて作動シリンダ８への作動油の
供給を遅らせ、これによつて作動ピストン２３の
上昇開始時期を遅らせることができる。

この低負荷時の駆動ピストン１０と作動ピスト
ン２３の作動特性を第３図に示すと、制御ピスト
ン１３によつて上昇行程を少なく制御された駆動
ピストン１０は、高負荷時よりも所定時間遅れて
２点鎖線で示す作動特性を示し、作動ピストン２
３は、鎖線で示す如く、上記駆動ピストン１０と
同様な作動特性を示す。

発明の効果 以上説明したように本発明に係るデイーゼル機
関のバルブタイミング変更装置は、制御油圧室内
への作動油の供給、あるいは、制御油圧室からの
作動油の排出によつて、制御ピストンを移動させ
て駆動ピストンの行程量を調整し、これにより、
作動ピストンの上昇開始時期を変化させて吸気バ
ルブの開放時期を変更するようにしたので、高負
荷時あるいは、低負荷時の何れの場合においても
吸気バルブの開放時期を適宜に変更して吸・排気
バルブのオーバーラツプ期間を調整し、機関を常
に最良の状態で運転することが可能となり、ま
た、上記吸気バルブの作動油圧は、駆動シリンダ
自体が油圧ポンプとして機能して発生させている
ため、別途の油圧ポンプが不要で装置が構造簡単
で安価となる。

更に本発明に係るデイーゼル機関のバルブタイ
ミング変更装置は、吸気バルブの作動油圧を吸気
バルブの作動時のみ間欠的に発生させているた
め、エネルギーロスが少なく、極めて合理的であ
り、機関自体の省燃費化をも実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明に係るデイーゼル
機関のバルブタイミング変更装置の一実施例を示
す図面で、第１図は、高負荷時の作動状態を示す
縦断側面図、第２図は低負荷時の作動状態を示す
縦断側面図、第３図は、駆動ピストンと作動ピス
トンの作動特性を示す線図を示す。第４図ａ，ｂ
は、一般的なデイーゼル機関の高負荷運転時、並
びに、低負荷運転時に適するバルブタイミングの
一例を示す線図である。 ３……タペツト、７……駆動シリンダ、８……
作動シリンダ、１０……駆動ピストン、１３……
制御ピストン、１９……給油孔、２３……作動ピ
ストン、２６……吸気バルブ、２８……油逃がし
溝、Ａ……油圧発生室、Ｂ……制御油圧室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 駆動シリンダに内蔵され、タペツトと協働し
   て軸線方向に往復動する駆動ピストンと、作動シ
   リンダに内蔵され、上記駆動ピストンにより発生
   する油圧によつて作動して吸気バルブを駆動する
   作動ピストンとからなり、上記駆動ピストンの行
   程量を変化させることによりバルブタイミングを
   変更し得るようになしたバルブタイミング変更装
   置であつて、上記タペツトと駆動ピストンとの間
   に、駆動ピストンの行程量を変化させるための制
   御ピストンを配設し、上記作動シリンダに、作動
   シリンダ室から余分の圧油を油出口へ逃がすため
   の油逃し溝を形成し、上記制御ピストンによつて
   画成される制御油圧室に作動油を供給、あるい
   は、上記制御油圧室から作動油を排出することに
   よつて制御ピストンを移動させて上記駆動ピスト
   ンの行程量を変化させ、デイーゼル機関の負荷に
   応じて吸気バルブのバルブタイミングを変更する
   ようになしたことを特徴とするデイーゼル機関の
   バルブタイミング変更装置。