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JP2000045738A - 圧縮エンジンブレ―キ装置 - Google Patents

圧縮エンジンブレ―キ装置

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JP2000045738A
JP2000045738A JP11196854A JP19685499A JP2000045738A JP 2000045738 A JP2000045738 A JP 2000045738A JP 11196854 A JP11196854 A JP 11196854A JP 19685499 A JP19685499 A JP 19685499A JP 2000045738 A JP2000045738 A JP 2000045738A
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JP
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crosshead
rocker
brake device
engine brake
compression engine
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JP11196854A
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Jeff A Matthews
ジェフ・エイ・マシューズ
Jerzi Baginski
ジャージ・バギンスキー
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CUMMINS ENGINE CO Ltd
Iveco UK Ltd
CNH UK Ltd
Jacobs Vehicle Systems Inc
Original Assignee
CUMMINS ENGINE CO Ltd
Iveco UK Ltd
New Holland UK Ltd
Jacobs Vehicle Systems Inc
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Publication date
Application filed by CUMMINS ENGINE CO Ltd, Iveco UK Ltd, New Holland UK Ltd, Jacobs Vehicle Systems Inc filed Critical CUMMINS ENGINE CO Ltd
Publication of JP2000045738A publication Critical patent/JP2000045738A/ja
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    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/06—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for braking
    • F01L13/065—Compression release engine retarders of the "Jacobs Manufacturing" type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/181—Centre pivot rocking arms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/267—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder with means for varying the timing or the lift of the valves
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    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
    • F01L9/11—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column
    • F01L9/12—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem
    • F01L9/14—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic in which the action of a cam is being transmitted to a valve by a liquid column with a liquid chamber between a piston actuated by a cam and a piston acting on a valve stem the volume of the chamber being variable, e.g. for varying the lift or the timing of a valve

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 空動き機構によるすきまが大きくても排気弁
との接続を維持できる圧縮エンジンブレーキ装置を提供
する。 【解決手段】 クロスヘッド２８は、排気弁２６ａ、２
６ｂの両方に接する。ロッカー３０は、排気弁とクロス
ヘッドとの間の動力伝達系路内に設けてある。ロッカー
の一端部は、クロスヘッド上の排気弁間の任意位置で作
動し、他端部では、排気カム面に追従する。液圧回路１
６は、排気弁の一つの上で作動する従動シリンダ１４を
持つ。マスターピストン１２は液圧回路内にあり、圧縮
ブレーキ非作動時にバネにより一方に片寄ってロッカー
の他端部から離間し、作動時に液圧回路の圧力により他
方に片寄ってロッカーの他端部と共に動く。遊び調整部
としてバネがロッカーとクロスヘッドとの間に配置され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮点火エンジン
（ディーゼルエンジン）用の圧縮解除エンジンブレーキ
装置(compression relief engine braking system)に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンでは、電気火花点火
エンジン（ガソリンエンジン）で経験するようなブレー
キ効果は本来的に得られない。その理由は、絞り弁（th
rottle）が閉じられれば、吸気マニホールドの真空度が
増加してエンジン回転数（rpm）を抑制するが、ディー
ゼルエンジンにはそのような絞り弁がないからである。
【０００３】エンジンが回転している時（エンジンへの
燃料供給カット）に抑制効果が生じるというやり式でデ
ィーゼルエンジンを動かすことは、シー・エル・カミン
ス氏による米国特許第３２２０３９２号において提案さ
れている。
【０００４】圧縮解除エンジンブレーキ装置が依存する
原理は、圧縮行程の終わりに排気弁が開くことにより、
圧縮行程で空気を圧縮するのに必要なエネルギが排出さ
れて浪費されるということである。圧縮行程は、もはや
爆発行程に移行しないので、エンジンサイクルのいかな
る行程でもエネルギが発生することはない。そのため、
エンジンは、排気においては圧縮空気を排出する空気ポ
ンプのようにふるまうとともに、それによって、吸気さ
れた空気が加熱されて自動車の運動エネルギを使い果た
す。
【０００５】カミンス氏の特許は、上死点（ＴＤＣ）で
排気バルブを選択的に作動させるようにして、単体燃料
噴射器の燃料供給装置（unit injector fuel system）
におけるカムの動きを実用化した液圧機構について記述
している。そのような燃料供給装置を利用するエンジン
では、ペリゾーニ氏による米国特許第３７８６７９２号
のような空動きカムシャフト（lost motion camshaft）
が提案されている。このタイプの空動き機構は、１シリ
ンダ当たり複数の排気弁と、浮動クロスヘッドとを持つ
エンジンに適用されるときには、増加したすきまがクロ
スヘッドを浮動させるとともに、排気弁との接続を断っ
てしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる状況
に鑑みてなされたものであり、空動き機構によるすきま
が大きくても排気弁との接続を維持できる圧縮解除エン
ジンブレーキ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による圧縮解除エ
ンジンブレーキ装置は、１シリンダ当たり２個の排気弁
と、この排気弁とロッカーの両方を作動させるクロスヘ
ッドとを備えるエンジンに供給される。このロッカー
は、排気カムとクロスヘッドとの間で、動力伝達系路内
に配置されている。ロッカーの一端部は、クロスヘッド
の任意の位置で作動する。クロスヘッドは、排気弁とロ
ッカーの他端部との間に横たわるように位置している。
ロッカーは、排気カムの表面に追従するように配置され
ている。ブレーキ装置は、液圧回路内に配置された液圧
マスターピストンを備える。この液圧回路は、排気弁の
一つの上で作動する従動シリンダを持つ。マスターシリ
ンダは、圧縮ブレーキが働いていないときにバネにより
一方に片寄せられており、ロッカーの他端部と離間して
いる。また、マスターシリンダは、圧縮ブレーキが働い
ているときに液圧回路内の圧力により一方に片寄せられ
ており、ロッカーの他端部と共に移動する。
【０００８】ブレーキ装置は、クロスヘッドサポート機
構がロッカーの一端部とクロスヘッドとの間に配置され
ることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る圧縮エンジン
ブレーキ装置の実施の形態について図面に基づいて説明
する。本発明の一実施形態に係るエンジン圧縮解除ブレ
ーキ装置の概略図は、図１に示されている。ブレーキ装
置は、マスターシリンダ１２と従動シリンダ１４とをブ
ロック１６に設けてなる、相互可能な液圧回路（recipr
ocable hydraulic circuit）１０を備える。このブロッ
ク１６は、本発明の説明を簡単にするために、圧縮点火
エンジン（図示省略）のシリンダヘッド１８に固着して
ある。電磁弁２０は、液圧回路１０への作動液供給を制
御する。液圧回路１０が加圧されたときに、従動シリン
ダ１４のピストンがマスターシリンダ１２のピストンの
挙動に追従する状態になるべく、与えられた圧力は、ア
キュムレータ２２により、制御弁２４を持上げるのに十
分な圧力に調整される。液圧回路１０が加圧されたとき
に、エンジンブレーキを働かせるべく、圧縮行程の終わ
りに排気弁２６ａ、２６ｂの一つが開くように、従動シ
リンダ１４は配置される。これは、クロスヘッド２８の
端部に滑動可能に受け入られるとともに排気弁２６ａの
ステムに接して直接押し下げるピン２５の上方にある従
動シリンダ１４によりなし遂げられる。なお、この排気
弁２６ａは、図１の左側に示してある。
【００１０】マスターシリンダ１２は、液圧回路１０内
の圧力により一方に片寄らされており、適正な位相と一
致するシリンダヘッド１８内では、どの要素でも追従す
る。例えば、マスターシリンダ１２は、同じシリンダの
燃料噴射器のプッシュロッド、又はブロック内の別のシ
リンダの弁に作動するカムに追従する。代わりになるべ
きものとして、カムが適当な形状に形成されていれば、
同じシリンダの排気カムによりマスターシリンダを動か
すことは可能である。図１に示すように、クロスヘッド
２８はフローティング式であり、排気弁２６ａ、２６ｂ
の端部をそれぞれ含み入れる第１の凹部２７ａと第２の
凹部２７ｂとを有するので、横への動きを制限する。ク
ロスヘッド２８は、以下に詳述するように、ロッカーア
ームアッセンブリ（以下、ロッカーと略す。）３０の第
１の端部（図中左側）を受ける中央平たん部２９を有す
る。ロッカー３０の第２の端部（図中右側）は、カム従
動子３３内に受け入れられるプッシュロッド３２の上端
部の方向に延在して当該上端部を受ける調整可能なピン
３１を有する。カム従動子３３はカム３５（排気側）に
接していて、そして、このカム３５は、軸Ａ回りを回転
するようにジャーナル軸受で保持されている。カム３５
は、第１の基礎円Ｂ１と、この第１の基礎円Ｂ１よりも
小径の第２の基礎円Ｂ２を有する。図示した基礎円Ｂ
１、Ｂ２の径寸法の差異は、誇張して表されている。リ
フトプロフィール（輪郭）Ｌは、カム従動子３３を上方
に持上げて排気弁２６ａ、２６ｂを開かせるものであ
り、カム３５の一部を画成する。遷移部分Ｔ１、Ｔ２
は、基礎円Ｂ１と基礎円Ｂ２との間の移り変わりを画成
する。
【００１１】図２は、クランク角に対して作図されたカ
ムによる吸気弁及び排気弁のリフト（弁揚程）を表した
グラフである。図１に示した排気カム３５の輪郭線は、
グラフ中の曲線４０に対応し、その一方、吸気カム（図
示省略）の輪郭線は、曲線４２で表されている。図中に
示す文字は、次のように定義されている。
【００１２】 ＢＶＯ・・・ブレーキ弁開(Brake valve opening) ＥＶＯ・・・排気弁開(Exhaust valve opening) ＥＶＬ・・・排気弁最大リフト(Exhaust valve maximum
lift) ＩＶＯ・・・吸気弁開(Intake valve opening) ＥＶＣ・・・排気弁閉(Exhaust valve closing) ＩＶＬ・・・吸気弁最大リフト(Intake valve maximum
lift) ＩＶＣ・・・吸気弁閉(Intake valve closing)
【００１３】通常のエンジン動作中では、空動きは、基
礎円Ｂ１、Ｂ２によりカム表面の動きを排気弁に伝達す
る伝達系に意図的に伝えられるので、排気弁２６ａ、２
６ｂは、排気側のカム３５の動きに完全に追従すること
はない。この空動きの結果として、プッシュロッド３２
の最初の約２．５４ｍｍ（約０．１インチ）の動きは、
弁に対して何ら効果を生じず、伝達系において単に空動
き又は遊びを続けるにすぎない。この遊びは、一般的に
基礎円Ｂ１と基礎円Ｂ２との間の径寸法の差に等しい。
その後は、排気弁２６ａ、２６ｂが図２の曲線４４に示
すリフトだけＥＶＯで開弁する。
【００１４】その反面、圧縮ブレーキが働くときは、液
圧回路１０内の圧力により、引っ込み位置（図示省略の
バネにより付勢される位置）のマスターシリンダ１２を
ロッカー３０と接触するようにさせる。その結果、マス
ターシリンダ１２は、プッシュロッド３２の動きと、遷
移部分Ｔを通過して基礎円Ｂ２に沿った排気側のカムの
表面とに完全に追従するとともに、この動きを従動シリ
ンダ１４に液圧として伝達する。そして、その伝達され
た液圧は、排気弁２６ａ、２６ｂの一つに直接作用し、
また、排気カム３５の輪郭線、すなわち図２中の曲線４
０に完全に追従すべく、ＢＶＯでリフトさせる。
【００１５】それゆえ、液圧回路１０が加圧されないと
きは、排気行程の始まりと終わりにそれぞれ行われる両
方の排気弁の排気弁開（ＥＶＯ）と排気弁閉（ＥＶＣ）
を伴う排気弁のタイミングが常態である（図２の曲線４
４参照）。しかしながら、その反面では、いったん電磁
弁２０が液圧回路１０に加圧するように作動すると、従
動シリンダ１４により作用された排気弁２６ａは、ブレ
ーキ弁開（ＢＶＯ）のタイミングで瞬時に開弁するとと
もに、４ストロークサイクルの膨張行程中は開弁したま
まである（図２の曲線４０参照）。
【００１６】そのようなエンジンの問題は、排気側のカ
ムから排気弁への伝達系で要求される遊び量が常態より
もかなり大きいことである。と言うのは、その遊び量
は、一般的な弁すきま（運転中のエンジンから発生する
熱によりもたらされる構成要素の寸法増加に対応するの
に必要なもの）と意図的な空動き（エンジンブレーキの
操作に必要とされるもの）とで構成されるからである。
過度の自由な遊び量がもたらす通例の騒音と摩耗の問題
は別として、ロッカー３０がクロスヘッド２８から完全
に離間してしまうというリスクがある。そのような排気
弁２６ａ、２６ｂのヘッド（弁端）に対するクロスヘッ
ド２８の離間を防止すべく、クロスヘッドサポート機構
又は遊び調整部５５を備えている。
【００１７】図３は、ロッカーシャフト４６回りにピボ
ット状に回動可能なロッカー３０の断面を示す。同図で
は、クロスヘッド２８上で作動する第１の端部だけを示
している。ロッカー３０は、遊び調整部５５の内部材５
４にＯリング６４を用いて取付けられる、ボール状頭部
を持つ止め金具６２に適合されている。遊び調整部５５
は、中央平たん部２９（結局は凹部５２により形成され
ている）上で作動する外カップ５０をさらに備えてい
る。内部材５４は、外カップ５０内でスナップリング５
８により保持されている。このスナップリング５８は、
外カップ５０の内面に設けられた溝に受入れられる。バ
ネ（圧縮コイルばね）５６は、外カップ５０の本体部
と、内部材５４から内方に突出するフランジ部との間で
作動し、図３で示すように、スナップリング５８により
提供されたストッパに抗して、内部材５４を上方に付勢
し、クロスヘッド２８と離間させている。
【００１８】エンジンの通常の動作では、ロッカー３０
の端部は、図３に示すように下方に移動しても、クロス
ヘッド２８上と直接接することはないが、遊び調整部５
５の内部材５４上と接する。内部材５４は、常にロッカ
ー３０に伴って動くが、自由な遊び量Ｘ（同図参照）が
なくなるまでは、クロスヘッド２８と接触又はクロスヘ
ッド２８を押圧することはない。これゆえに、排気弁２
６ａ、２６ｂは、図２においてＢＶＯで示すタイミング
で開弁することはないが、ＥＶＯで示すタイミングで開
弁する。このＥＶＯで示すタイミングは、通常の排気弁
開閉時期に対応している。上述したように、自由な遊び
量Ｘは、一方では、基礎円Ｂ１、Ｂ２の間における径寸
法の差により生ずる意図的な空動きと、他方では、一般
的な弁すきまからなる。エンジンを始動したすぐ後に、
空動きに対応する自由な遊び量Ｘの部分だけがそのまま
で、エンジン熱のために弁すきまが遊び調整部５５内で
小さくなるので、当業者から高く評価される。
【００１９】上述した通常の操作と対照的に、圧縮ブレ
ーキ装置は、従動シリンダ１４が排気弁２６ａ上のピン
２５を介して作動する膨張行程の間、働く。この間中、
クロスヘッド２８と別の排気弁２６ｂは動くことはな
く、ピン２５は、遊び調整部５５によるロッカー３０の
動きが継続できるように、クロスヘッド２８の内側をす
べって行く。クロスヘッド２８は、それにもかかわら
ず、遊び調整部５５により横方向の動きに抗して保持さ
れるように、しっかりと正しい位置に残っており、そし
て、ピン２５により遊び調整部５５回りを回動すること
を妨げられる。その結果、クロスヘッド２８の中央の動
きを制止するために必要だった位置決めペグやスライダ
は、本発明において不必要になった。
【００２０】バネの剛性は、カム３５が回転している間
は常時ヘッドクロスとの接触を維持するのに十分な大き
さにすることは注意を要するが、リフトさせようとしな
いときに、排気弁のリフト又は動作を引き起こすような
剛性でないようにすることにも注意を要する。止め金具
６２内の通路６６が結合部の摩耗を最小限にする潤滑油
用経路を備えることは注目に値する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧縮エンジンブレー
キ装置の概略断面図である。
【図２】通常の動作状態と圧縮エンジンブレーキ装置作
動時の吸気と排気弁のリフト（揚程）を表したグラフで
あり、縦軸がバルブリフト、横軸がクランク角である。
【図３】図１におけるロッカーとクロスヘッドとの間に
配置された遊び調整部を拡大して示す部分断面図であ
る。
【符号の説明】
１０ 液圧回路 １２ マスターシリンダ １４ 従動シリンダ １６ ブロック １８ シリンダヘッド ２０ 電磁弁 ２２ アキュムレータ ２４ 制御弁 ２５ ピン ２６ａ、２６ｂ 排気弁 ２７ａ、２７ｂ、５２ 凹部 ２８ クロスヘッド ２９ 中央平たん部 ３０ ロッカーアームアッセンブリ（ロッカー） ３１ ピン ３２ プッシュロッド ３３ カム従動子 ３５ カム（排気カム） ４０、４２、４４ 曲線 ４６ ロッカーシャフト ５０ 外カップ ５４ 内部材 ５５ クロスヘッドサポート機構（遊び調整部） ５６ バネ ５８ スナップリング ６２ 止め金具 ６４ Ｏリング ６６ 通路 Ａ 軸 Ｂ１、Ｂ２ 基礎円 Ｔ１、Ｔ２、Ｔ 遷移部分 Ｌ リフトプロフィール Ｘ 遊び量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599085046 イヴェコ・（ユーケイ・）リミテッド イギリス国、ダブリューディー１ １エス アール ハートフォードシャー、ワトフォ ード、ステーション・ロード（番地な し）、イヴェコ・フォード・ハウス (71)出願人 599085057 ニュー・ホランド・ユー・ケイ・リミテッ ド イギリス国、エスエス14 ３エイディー バジルドン・エセックス、クレインズ・フ ァーム・ロード（番地なし) (71)出願人 599097359 ジェイコブズ・ヴィークル・イクイップメ ント・カンパニー アメリカ合衆国、06002 コネチカット、 ブルームフィールド、イースト・ダドリ ー・タウン・ロード 22 (72)発明者 ジェフ・エイ・マシューズ アメリカ合衆国、47203 インディアナ、 コロンバス、シカモア・コート 3221 (72)発明者 ジャージ・バギンスキー アメリカ合衆国、06078 コネチカット、 サフィールド、メイプルトン・アヴェニュ ー 1490

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １シリンダ当たり複数の排気弁(26a,26
    b)と、該排気弁(26a,26b)の両方に接するクロスヘッド
    (28)と、動力伝達系路内における排気カム(35)と上記ク
    ロスヘッド(28)との間に配置されたロッカー(30)とを備
    え、該ロッカー(30)は、その一端部が、上記排気弁(26
    a,26b)の間に位置するクロスヘッド(28)の任意の場所で
    作動し、その他端部が上記排気カム(35)の表面に追従す
    るように配置された圧縮エンジンブレーキ装置であっ
    て、いずれか一つの排気弁(26a)の上で作動する従動シ
    リンダ(14)を含む液圧回路(10)内に設けた液圧マスター
    ピストンのマスターシリンダ(12)を備え、該マスターシ
    リンダ(12)は、圧縮ブレーキが働いていないときにはバ
    ネにより一方に片寄って上記ロッカー(30)の他端部から
    離間し、圧縮ブレーキが働いているときには上記液圧回
    路(10)の圧力により他方に片寄って上記ロッカー(30)の
    他端部と共に移動するものであり、上記ロッカー(30)の
    一端部と上記クロスヘッド(28)との間にクロスヘッドサ
    ポート機構を配置したことを特徴とする圧縮エンジンブ
    レーキ装置。
  2. 【請求項２】 上記クロスヘッドサポート機構は、遊び
    調整部(55)を一方に片寄せる付勢手段を有することを特
    徴とする請求項１に記載の圧縮エンジンブレーキ装置。
  3. 【請求項３】 上記遊び調整部(55)を一方に片寄せる付
    勢手段は、上記クロスヘッド(28)上で作動する外カップ
    (50)と、上記ロッカー(30)と共に動くように連結された
    内部材(54)と、上記外カップ(50)内に配置され、上記内
    部材(54)を上記クロスヘッド(28)から離間して一方に片
    寄せるように上記内部材(54)に接して作用するバネ(56)
    とを備え、上記内部材(54)は、上記外カップ(50)内で取
    付けられるとともに、上記外カップ(50)に対して所定の
    移動量(x)を移動するものであることを特徴とする請求
    項２に記載の圧縮エンジンブレーキ装置。
  4. 【請求項４】 上記遊び調整部(55)の外カップ(50)は、
    上記クロスヘッド(28)に設けた凹部(52)内に載置され、
    排気弁(26a,26b)の往復方向に垂直な面において上記ク
    ロスヘッド(28)を上記ロッカー(30)及び上記遊び調整部
    (55)に対して位置決めするものであることを特徴とする
    請求項３に記載の圧縮エンジンブレーキ装置。
  5. 【請求項５】 上記遊び調整部(55)の外カップ(50)は、
    上記クロスヘッド(28)に設けた平たん部(29)上に載置さ
    れていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮エンジ
    ンブレーキ装置。
  6. 【請求項６】 上記排気カム(35)は、径が互いに異なる
    ２つの基礎円(B1,B2)によりそのプロフィールを部分的
    に画成し、異径により空動きが生じ、圧縮ブレーキが働
    くときに上記マスターシリンダ(12)を動かすものであ
    り、上記クロスヘッドサポート機構(55)は、上記空動き
    と一般的な弁すきまに対応できるように操作可能である
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載
    の圧縮エンジンブレーキ装置。
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