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JP7811563B2 - Exhaust valve drive unit - Google Patents
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JP7811563B2 - Exhaust valve drive unit - Google Patents

Exhaust valve drive unit

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JP7811563B2 JP2023058729A JP2023058729A JP7811563B2 JP 7811563 B2 JP7811563 B2 JP 7811563B2 JP 2023058729 A JP2023058729 A JP 2023058729A JP 2023058729 A JP2023058729 A JP 2023058729A JP 7811563 B2 JP7811563 B2 JP 7811563B2
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Description

本発明は、排気弁駆動装置に関し、詳しくは、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に使用され、駆動消費動力を抑えた排気弁駆動装置に関する。 The present invention relates to an exhaust valve drive device, and more specifically to an exhaust valve drive device used in internal combustion engines such as diesel engines, which reduces drive power consumption.

ディーゼルエンジンなどの内燃機関においては、燃焼室で燃料を燃焼(爆発)させた後、燃焼室の排気口からの排気のために、特許文献1に記載されているように、排気弁駆動装置が使用されている。 In internal combustion engines such as diesel engines, an exhaust valve drive device is used to exhaust the fuel from the exhaust port of the combustion chamber after it is burned (exploded) in the combustion chamber, as described in Patent Document 1.

従来の排気弁駆動装置は、図14に示すように、図示しない燃焼室の排気口上に設置され、排気口からの排気を導く排気筒101を有する筐体100を備えている。排気筒101の端部である排気筒端部101aは、燃焼室の排気口に突合される。燃焼室の排気口及び排気筒端部101aから、図14中矢印eで示すように、燃焼室から排ガスが排気される。 As shown in Figure 14, a conventional exhaust valve drive device is installed over the exhaust port of a combustion chamber (not shown) and includes a housing 100 with an exhaust tube 101 that guides exhaust from the exhaust port. The end of the exhaust tube 101, called exhaust tube end 101a, is butted against the exhaust port of the combustion chamber. Exhaust gas is exhausted from the combustion chamber through the exhaust port of the combustion chamber and exhaust tube end 101a, as shown by arrow e in Figure 14.

この排気弁駆動装置は、筐体100により、排気筒端部101aに対する進退方向に移動可能に支持された排気弁棒103を備えている。排気弁棒103は、先端部が排気筒端部101aを開閉する弁体102となっており、油圧で駆動される。 This exhaust valve drive device includes an exhaust valve rod 103 supported by a housing 100 so that it can move toward and away from the exhaust tube end 101a. The exhaust valve rod 103 has a valve body 102 at its tip that opens and closes the exhaust tube end 101a, and is hydraulically driven.

弁体102は、円盤状に構成されており、弁座101b(円形の排気筒端部101aの周囲部)に燃焼室側から押接されることによって、排気筒端部101aを閉塞する。弁体102は、弁座101bが燃焼室側に離間されることによって、排気筒端部101aを開放する。 The valve element 102 is disk-shaped and closes the exhaust stack end 101a by being pressed against the valve seat 101b (the periphery of the circular exhaust stack end 101a) from the combustion chamber side. The valve element 102 opens the exhaust stack end 101a when the valve seat 101b moves away from the combustion chamber side.

排気弁棒103は、先端部分である弁体102を燃焼室内に位置させ、弁体102から続く棒状の軸部103aを、排気筒101内を経て燃焼室の外方に延在させ、筐体100により支持されている。弁体102は、図14中矢印gpで示す燃焼室内ガス圧によって、図14中矢印cで示すように、弁座101bに押圧される。排気弁棒103の軸部103aは、図14中矢印opで示す駆動用高圧油の油圧によって、燃焼室の方向(矢印oで示す開放方向)に駆動される。排気弁棒103の基端部分には、駆動用高圧油の油圧opを受けて排気弁棒103を開放方向に移動させるアクチュエータ104が取り付けられている。 The exhaust valve stem 103 has its tip, the valve disc 102, positioned within the combustion chamber, and its rod-shaped shaft 103a, continuing from the valve disc 102, extending through the exhaust stack 101 and out of the combustion chamber, supported by the housing 100. The valve disc 102 is pressed against the valve seat 101b, as shown by arrow c in FIG. 14, by the gas pressure inside the combustion chamber, as shown by arrow gp in FIG. 14. The shaft 103a of the exhaust valve stem 103 is driven toward the combustion chamber (opening direction, as shown by arrow o) by the hydraulic pressure of the high-pressure driving oil, as shown by arrow op in FIG. 14. An actuator 104 is attached to the base end of the exhaust valve stem 103, which receives the hydraulic pressure op of the high-pressure driving oil and moves the exhaust valve stem 103 in the opening direction.

排気弁棒103には、空気バネ105が設けられている。空気バネ105は、排気弁棒103の周囲に設けた空気バネシリンダ106内の密閉空間の体積を、排気弁棒103に取り付けた円環状ピストン107によって圧縮及び膨張させるように構成されている。空気バネシリンダ106内には、図14中矢印p1で示すように空気が供給され空気圧が高まる。 An air spring 105 is provided on the exhaust valve stem 103. The air spring 105 is configured to compress and expand the volume of the sealed space within an air spring cylinder 106 provided around the exhaust valve stem 103 using an annular piston 107 attached to the exhaust valve stem 103. Air is supplied into the air spring cylinder 106 as shown by arrow p1 in Figure 14, increasing the air pressure.

この排気弁駆動装置では、図示しない駆動油圧ポンプに駆動用高圧油が出し入れされ、この駆動用高圧油が高圧管を介して送られることで、アクチュエータ104が動かされる。駆動用高圧油により動かされたアクチュエータ104は、排気弁棒103と一体で作動することにより、排気筒端部101aの開放を行う。駆動油圧ポンプは、比例制御弁を有し、この比例制御弁が、図示しない機関制御装置から排気弁開放信号又は排気弁閉塞信号を送られて排気筒端部101aを開放又は閉塞するように構成されている。 In this exhaust valve drive device, high-pressure drive oil is pumped into and discharged from a drive hydraulic pump (not shown), and this high-pressure drive oil is sent through a high-pressure pipe to drive the actuator 104. Driven by the high-pressure drive oil, the actuator 104 operates together with the exhaust valve stem 103 to open the exhaust stack end 101a. The drive hydraulic pump has a proportional control valve, and this proportional control valve is configured to open or close the exhaust stack end 101a in response to an exhaust valve open signal or exhaust valve close signal sent from an engine control device (not shown).

図15(a)は、この排気弁駆動装置において、排気弁棒103に作用する力(排気弁作用力パターン)及び排気筒端部101a(弁体102)の開度を示すグラフである。
図15(b)は、この排気弁駆動装置において、駆動用高圧油の圧力変化及び排気筒端部101a(弁体102)の開度を示すグラフである。
図15(a)においては、排気筒端部101aの開放方向を正(+)とし閉塞方向を負(-)で示し、排気筒端部101a(弁体102)の開度(破線)、排気弁棒103の慣性力(一点鎖線)、弁体102に作用する燃焼室内ガス圧gp(二点鎖線)及び空気バネ105の力(細線)を示している。
図15(b)においては、排気筒端部101aの開放方向を正(+)とし閉塞方向を負(-)で示し、駆動用高圧油の圧力(細線)を示している。
FIG. 15A is a graph showing the force acting on the exhaust valve rod 103 (exhaust valve acting force pattern) and the opening degree of the exhaust tube end 101a (valve body 102) in this exhaust valve drive device.
FIG. 15(b) is a graph showing the pressure change of the high-pressure oil for driving and the opening degree of the exhaust tube end 101a (valve element 102) in this exhaust valve driving device.
In Figure 15 (a), the opening direction of the exhaust pipe end 101a is shown as positive (+) and the closing direction is shown as negative (-), and the opening degree of the exhaust pipe end 101a (valve body 102) (dashed line), the inertial force of the exhaust valve rod 103 (dotted line), the gas pressure gp in the combustion chamber acting on the valve body 102 (dotted line), and the force of the air spring 105 (thin line) are shown.
In FIG. 15(b), the opening direction of the exhaust stack end 101a is indicated by a positive (+) sign and the closing direction is indicated by a negative (-) sign, and the pressure of the high-pressure oil for driving is shown (thin line).

この排気弁駆動装置では、図15(a)(b)中に(a)~(g)で示す以下の弁作動ステップ(a)~(g)により、排気筒端部101aの開閉が行われる。
(a)排気弁開放信号で比例制御弁を作動させる。
(b)駆動油(圧力源)(圧力p)を駆動油圧ポンプに送り込み 高圧管を介して、アクチュエータ104に駆動用高圧油の油圧opを開弁時最大油圧Pomaxまで掛け、燃焼室内ガス圧gp、排気弁棒103の慣性力、及び、空気バネ105の力に抗して、排気筒端部101aの開放を開始する。
(c)排気筒端部101aを開放させる過程では、燃焼室内ガス圧gpは低減し、排気弁棒103の慣性力も小さくなり、駆動用高圧油の油圧opは低下する。
(d)排気筒端部101aが開放(全開)に近づくと、空気バネ105の力及び駆動用高圧油の油圧opの制御によって排気弁棒103を減速させ、排気筒端部101aの開放(全開)に達する。
(e)排気筒端部101aの開放(全開)を維持したのち、排気弁閉塞信号が比例制御弁に入力され、空気バネ105の力により、排気弁棒103は、排気筒端部101aを閉塞させる方向への移動を開始する。
(f)排気筒端部101aの閉塞に近づき、排気弁棒103の慣性力が負(-)になっても、空気バネ105の力が作用し続けるため、駆動用高圧油の油圧opを閉弁時ピーク油圧Pcmaxまでの間で制御して排気弁棒103を減速させ、弁体102の着座速度を抑える。
(g)弁体102は、空気バネ105の力と、駆動用高圧油の制御された油圧opとによって、弁座101bに緩やかに着座する。
In this exhaust valve drive device, the exhaust tube end 101a is opened and closed by the following valve operating steps (a) to (g) shown in FIGS. 15(a) and 15(b) as (a) to (g).
(a) The proportional control valve is actuated by an exhaust valve open signal.
(b) Driving oil (pressure source) (pressure p) is sent to the driving hydraulic pump. The hydraulic pressure op of the driving high-pressure oil is applied to the actuator 104 via a high-pressure pipe up to the maximum hydraulic pressure Pomax at the time of valve opening, and the exhaust pipe end 101a begins to open against the gas pressure gp in the combustion chamber, the inertial force of the exhaust valve stem 103, and the force of the air spring 105.
(c) In the process of opening the exhaust pipe end 101a, the gas pressure gp in the combustion chamber decreases, the inertial force of the exhaust valve rod 103 also decreases, and the oil pressure op of the driving high-pressure oil decreases.
(d) When the exhaust pipe end 101a approaches the open position (fully open), the exhaust valve rod 103 is decelerated by controlling the force of the air spring 105 and the hydraulic pressure op of the driving high-pressure oil, and the exhaust pipe end 101a reaches the open position (fully open).
(e) After maintaining the exhaust tube end 101a open (fully open), an exhaust valve closing signal is input to the proportional control valve, and the force of the air spring 105 causes the exhaust valve rod 103 to start moving in the direction of closing the exhaust tube end 101a.
(f) Even when the exhaust pipe end 101a approaches closure and the inertial force of the exhaust valve rod 103 becomes negative (-), the force of the air spring 105 continues to act. Therefore, the oil pressure op of the high-pressure driving oil is controlled up to the peak oil pressure Pcmax at the time of valve closure to decelerate the exhaust valve rod 103 and suppress the seating speed of the valve body 102.
(g) The valve element 102 is gently seated on the valve seat 101b by the force of the air spring 105 and the controlled hydraulic pressure op of the high pressure driving oil.

実開昭64-022805号公報Japanese Utility Model Application Publication No. 64-022805

上述した排気弁駆動装置において、駆動消費動力は、駆動用高圧油の最大圧力(Pomax)によって決まる駆動油(圧力源)の圧力pと消費流量(v)とを掛けた値(=p・v)に比例する。
したがって、駆動用高圧油の最大圧力(Pomax)を下げて駆動油(圧力源)の圧力pを下げるか、及び/又は、排気筒端部101aの開放時の消費流量(v)を減らすことにより、駆動消費動力を抑えることができる。
In the above-described exhaust valve drive device, the drive power consumption is proportional to the value (=p·v) obtained by multiplying the pressure p of the drive oil (pressure source), which is determined by the maximum pressure (Pomax) of the drive high-pressure oil, by the consumed flow rate (v).
Therefore, the driving power consumption can be reduced by lowering the maximum pressure (Pomax) of the driving high-pressure oil to lower the pressure p of the driving oil (pressure source) and/or by reducing the flow rate (v) consumed when the exhaust pipe end 101a is open.

しかしながら、駆動用高圧油の最大圧力(Pomax)は、排気弁駆動装置の作動期間に生じる燃焼室内ガス圧gpの最大値及び空気バネ105の力より若干高めの圧力に設定する必要がある。駆動油圧ポンプからアクチュエータまでの圧力損失があることや、燃焼室内ガス圧gp及び空気バネ105の力に抗して排気筒端部101aを開放するためである。
また、排気弁駆動装置の作動中には、空気バネ105の力を、排気弁棒103の作動時に生じる慣性力に負けないように設定することにより、駆動油圧系のキャビテーション発生を抑える必要がある。
However, the maximum pressure (Pomax) of the driving high-pressure oil needs to be set to a pressure slightly higher than the maximum value of the combustion chamber gas pressure gp generated during the operation of the exhaust valve drive device and the force of the air spring 105. This is because there is a pressure loss from the driving hydraulic pump to the actuator and because the exhaust pipe end 101a needs to be opened against the combustion chamber gas pressure gp and the force of the air spring 105.
In addition, during operation of the exhaust valve drive device, the force of the air spring 105 is set so as not to be defeated by the inertial force generated when the exhaust valve rod 103 is operated, thereby suppressing the occurrence of cavitation in the driving hydraulic system.

したがって、駆動用高圧油の最大圧力(Pomax)は、むやみに下げることはできない。また、排気筒端部101aの開放時の消費流量(v)も、排気弁棒103のストロークを維持するならば、減らすことができない。
よって、従来の排気弁駆動装置において、駆動消費動力を抑えることは困難である。
Therefore, the maximum pressure (Pomax) of the driving high-pressure oil cannot be reduced. In addition, the consumption flow rate (v) when the exhaust pipe end 101a is opened cannot be reduced if the stroke of the exhaust valve rod 103 is maintained.
Therefore, it is difficult to reduce the driving power consumption in the conventional exhaust valve drive device.

そこで、本発明の課題は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に使用される排気弁駆動装置であって、駆動消費動力を抑えた排気弁駆動装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide an exhaust valve drive device for use in internal combustion engines such as diesel engines, which reduces drive power consumption.

さらに本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。 Further objects of the present invention will become apparent from the following description.

上記課題は以下の各発明によって解決される。
1.
内燃機関の燃焼室の排気口を開閉する弁体を有し、前記燃焼室から離れる方向であって前記排気口を閉塞させる閉塞方向、及び、前記燃焼室に進入する方向であって前記排気口を開放させる開放方向に移動可能に支持された排気弁棒と、
前記排気弁棒を、前記開放方向に付勢する油圧機構と、
前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第1の空気バネと、
前記排気口を閉塞させる位置と前記排気口を全開させる位置とに亘る前記排気弁棒の移動範囲のうちの一部区間のみにおいて、前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第2の空気バネと
を備え、
前記第2の空気バネは、前記排気口が閉塞される位置から、前記排気口が全開される位置に至る開放過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、力を作用させず、前記開放過程の前記途中位置以降は、前記閉塞方向の力を作用させて前記排気弁棒を減速させる
ことを特徴とする排気弁駆動装置。
2.
前記開放過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記閉塞方向から前記開放方向へ変わる位置付近である
ことを特徴とする前記1記載の排気弁駆動装置。
3.
内燃機関の燃焼室の排気口を開閉する弁体を有し、前記燃焼室から離れる方向であって前記排気口を閉塞させる閉塞方向、及び、前記燃焼室に進入する方向であって前記排気口を開放させる開放方向に移動可能に支持された排気弁棒と、
前記排気弁棒を、前記開放方向に付勢する油圧機構と、
前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第1の空気バネと、
前記排気口を閉塞させる位置と前記排気口を全開させる位置とに亘る前記排気弁棒の移動範囲のうちの一部区間のみにおいて、前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第2の空気バネと
を備え、
前記第2の空気バネは、
前記排気口が閉塞される位置から、前記排気口が全開される位置に至る開放過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、力を作用させず、前記開放過程の前記途中位置以降は、前記閉塞方向の力を作用させて前記排気弁棒を減速させ、
前記排気口が全開される位置から、前記排気口が閉塞される位置に至る閉塞過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させて前記排気弁棒を加速させ、前記閉塞過程の前記途中位置以降は、排気弁棒に対して、力を作用させない
ことを特徴とする排気弁駆動装置。
4.
前記開放過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記閉塞方向から前記開放方向へ変わる位置付近であり、
前記閉塞過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記開放方向から前記閉塞方向へ変わる位置付近である
ことを特徴とする前記3記載の排気弁駆動装置。
5.
前記第1の空気バネを構成する第1の円環状ピストン部材と、
前記第2の空気バネを構成する第2の円環状ピストン部材と
を備え、
前記第1の円環状ピストン部材は、前記排気弁棒の周囲にある空気バネシリンダ内の内周側に前記排気弁棒と同軸に配置され、内周面を前記排気弁棒に固定して取り付けられ、前記空気バネシリンダ内に臨む前記開放方向に向いた作用面と、前記排気弁棒と同軸の外周円筒摺接面と、当接部とを有し、
前記第2の円環状ピストン部材は、前記空気バネシリンダ内の外周側に前記排気弁棒と同軸に配置され、外周面が前記排気弁棒と同軸の外周円筒摺接面となっており、この外周円筒摺接面が前記空気バネシリンダの内周面に前記排気弁棒の軸方向に摺動可能となっており、前記排気弁棒と同軸の内周円筒摺接面を有し、この内周円筒摺接面が前記第1の円環状ピストン部材の外周円筒摺接面に前記排気弁棒の軸方向に摺動可能となっており、前記空気バネシリンダ内に臨む前記開放方向に向いた作用面と、前記第1の円環状ピストン部材の当接部が前記開放方向に当接する被当接部とを有し、
前記第1の空気バネは、前記第1の円環状ピストン部材によって、前記空気バネシリンダ内の密閉空間の体積を圧縮及び膨張させるように構成され、
前記第2の空気バネは、
前記第2の円環状ピストン部材によって、前記空気バネシリンダ内の密閉空間の体積を圧縮及び膨張させるように構成され、
前記排気弁棒の位置が前記排気口を閉塞させる位置と前記途中位置との間であるときには、前記第2の円環状ピストン部材が前記空気バネシリンダ内のストッパに当接して停止しており、前記当接部が前記被当接部から離間していることによって、前記排気弁棒に対して力を作用させず、
前記排気弁棒の位置が前記途中位置と前記排気口を開放させる位置との間であるときには、前記当接部が前記被当接部に当接していることによって、前記第2の円環状ピストン部材が前記第1の円環状ピストン部材とともに移動されて、前記第1の円環状ピストン部材を介して前記排気弁棒に対して力を作用させる
ことを特徴とする前記1~4の何れかに記載の排気弁駆動装置。
6.
前記当接部と、前記被当接部との何れか一方には、油圧ダンパが配設されている
ことを特徴とする前記5記載の排気弁駆動装置。
7.
前記第1の円環状ピストン部材は、前記排気弁棒に固定して取り付けられた円筒部分と、この円筒部分の前記開放方向側部分から外周側に向けて突出形成された円盤部分とを有し、前記円盤部分の前記開放方向側の面が前記作用面であり、前記円盤部分の外周面が前記外周円筒摺接面であり、前記作用面の外周側部分に前記当接部があり、
前記第2の円環状ピストン部材は、前記空気バネシリンダの内周面に摺動可能な円筒部分と、この円筒部分の前記開放方向側部分から内周側に向けて突出形成された円盤部分と、この円盤部分の前記閉塞方向側の面から前記閉塞方向に向けて突出形成された内周円筒部分とを有し、前記円盤部分の前記開放方向側の面が前記作用面であり、前記円筒部分の外周面が前記外周円筒摺接面であり、前記内周円筒部分の内周面が前記内周円筒摺接面であり、前記円盤部分の前記閉塞方向側の面の前記内周円筒部分よりも内周側に前記被当接部がある
ことを特徴とする前記5記載の排気弁駆動装置。
8.
前記第1の円環状ピストン部材は、前記排気弁棒に固定して取り付けられた円盤部分と、この円盤部分の外周側部分から前記閉塞方向に向けて突出形成された円筒部分と、この円筒部分の前記閉塞方向側部分から外周側に向けて突出形成された外周円盤部分とを有し、前記円盤部分の前記開放方向側の面が前記作用面であり、前記円筒部分の外周面が前記外周円筒摺接面であり、前記外周円盤部分の前記開放方向側の面に前記当接部があり、
前記第2の円環状ピストン部材は、
前記空気バネシリンダの内周面に摺動可能な円筒部分と、この円筒部分の前記閉塞方向側部分から内周側に向けて突出形成された円盤部分と、この円盤部分の内周側部分から前記閉塞方向に向けて突出形成された内周円筒部分とを有し、前記円筒部分及び前記円盤部分の前記開放方向側の面が前記作用面であり、前記円筒部分の外周面が前記外周円筒摺接面であり、前記内周円筒部分の内周面が前記内周円筒摺接面であり、前記内周円筒部分の前記閉塞方向側の端面に前記被当接部がある
ことを特徴とする前記5記載の排気弁駆動装置。
The above problems are solved by the following inventions.
1.
An exhaust valve rod having a valve body that opens and closes the exhaust port of the combustion chamber of the internal combustion engine, and supported movably in a closing direction that closes the exhaust port in a direction away from the combustion chamber, and in an opening direction that opens the exhaust port in a direction that enters the combustion chamber.
A hydraulic mechanism that biases the exhaust valve rod in the opening direction;
A first air spring that applies a force in the closing direction to the exhaust valve rod;
A second air spring that applies a force in the closing direction to the exhaust valve rod only in a partial section of the movement range of the exhaust valve rod ranging from a position where the exhaust port is closed to a position where the exhaust port is fully opened.
The second air spring does not apply force to the exhaust valve rod from a position where the exhaust port is closed to a predetermined intermediate position in the opening process where the exhaust port is fully opened, and from the intermediate position in the opening process onwards, a force in the closing direction is applied to decelerate the exhaust valve rod. An exhaust valve drive device characterized by the above.
2.
The exhaust valve drive device according to claim 1, wherein the intermediate position in the opening process is near a position where the inertial force of the exhaust valve rod changes from the closing direction to the opening direction.
3.
An exhaust valve rod having a valve body that opens and closes the exhaust port of the combustion chamber of the internal combustion engine, and supported movably in a closing direction that closes the exhaust port in a direction away from the combustion chamber, and in an opening direction that opens the exhaust port in a direction that enters the combustion chamber.
A hydraulic mechanism that biases the exhaust valve rod in the opening direction;
A first air spring that applies a force in the closing direction to the exhaust valve rod;
A second air spring that applies a force in the closing direction to the exhaust valve rod only in a partial section of the movement range of the exhaust valve rod ranging from a position where the exhaust port is closed to a position where the exhaust port is fully opened.
The second air spring comprises:
From the position where the exhaust port is blocked to a predetermined intermediate position in the opening process where the exhaust port is fully opened, no force is applied to the exhaust valve rod, and from the intermediate position in the opening process onwards, a force in the closing direction is applied to decelerate the exhaust valve rod.
From the position where the exhaust port is fully opened to a predetermined intermediate position in the closing process where the exhaust port is closed, a force in the closing direction is applied to the exhaust valve rod to accelerate the exhaust valve rod, and after the intermediate position in the closing process, No force is applied to the exhaust valve rod. An exhaust valve drive device characterized by the above.
4.
The intermediate position in the opening process is near the position where the inertial force of the exhaust valve rod changes from the closing direction to the opening direction,
The exhaust valve drive device according to claim 3, wherein the intermediate position in the closing process is near a position where the inertial force of the exhaust valve rod changes from the opening direction to the closing direction.
5.
a first annular piston member constituting the first air spring;
a second annular piston member constituting the second air spring,
The first annular piston member is arranged coaxially with the exhaust valve rod on the inner circumferential side of the air spring cylinder around the exhaust valve rod, and has an inner circumferential surface fixed to the exhaust valve rod. An action surface facing the opening direction facing the air spring cylinder, an outer peripheral cylindrical sliding surface coaxial with the exhaust valve rod, and an abutment portion.
The second annular piston member is arranged coaxially with the exhaust valve rod on the outer circumferential side within the air spring cylinder, and its outer peripheral surface is an outer cylindrical sliding surface coaxial with the exhaust valve rod. This outer cylindrical sliding surface is slidable in the axial direction of the exhaust valve rod on the inner circumferential surface of the air spring cylinder, and has an inner cylindrical sliding surface coaxial with the exhaust valve rod, and this inner cylindrical sliding surface is slidable in the axial direction of the exhaust valve rod on the outer cylindrical sliding surface of the first annular piston member. An operating surface facing the opening direction facing the inside of the air spring cylinder, and an abutted portion against which the abutment portion of the first annular piston member abuts in the opening direction.
the first air spring is configured to compress and expand a volume of a sealed space in the air spring cylinder by the first annular piston member,
The second air spring comprises:
The second annular piston member is configured to compress and expand the volume of a sealed space in the air spring cylinder,
When the position of the exhaust valve rod is between the position that closes the exhaust port and the intermediate position, the second annular piston member abuts against the stopper in the air spring cylinder and stops, and the abutting portion is separated from the abutted portion. No force is applied to the exhaust valve rod,
When the position of the exhaust valve rod is between the intermediate position and the position where the exhaust port is opened, the abutment portion abuts the abutted portion, causing the second annular piston member to move together with the first annular piston member. The exhaust valve drive device according to any one of 1 to 4, characterized in that a force is applied to the exhaust valve rod via the first annular piston member.
6.
6. The exhaust valve drive device according to item 5, wherein a hydraulic damper is provided on either the contact portion or the contacted portion.
7.
The first annular piston member has a cylindrical portion fixedly attached to the exhaust valve rod and a disk portion formed protruding from the opening direction side portion of the cylindrical portion toward the outer circumferential side, and the opening direction side surface of the disk portion is the working surface, the outer peripheral surface of the disk portion is the outer circumferential cylindrical sliding surface, and the abutment portion is on the outer circumferential side portion of the working surface.
6. The exhaust valve drive device described in item 5, wherein the second annular piston member has a cylindrical portion slidable on the inner peripheral surface of the air spring cylinder, a disk portion protruding inward from the opening direction side of the cylindrical portion, and an inner cylindrical portion protruding in the closing direction from the closing direction side surface of the disk portion, wherein the opening direction side surface of the disk portion is the operating surface, the outer peripheral surface of the cylindrical portion is the outer peripheral cylindrical sliding surface, the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion is the inner peripheral cylindrical sliding surface, and the abutted portion is located inner than the inner cylindrical portion on the closing direction side surface of the disk portion.
8.
The first annular piston member has a disk portion fixedly attached to the exhaust valve rod, a cylindrical portion formed protruding from the outer peripheral portion of the disk portion toward the closing direction, and an outer peripheral disk portion formed protruding from the closing direction side portion of the cylindrical portion toward the outer peripheral side, and the surface of the disk portion on the opening direction side is the working surface, the outer peripheral surface of the cylindrical portion is the outer peripheral cylindrical sliding surface, and the abutment portion is on the surface on the opening direction side of the outer peripheral disk portion,
The second annular piston member comprises:
6. The exhaust valve drive device according to item 5, characterized in that it comprises a cylindrical portion slidable on the inner peripheral surface of the air spring cylinder, a disk portion formed to protrude inward from the closing direction side portion of the cylindrical portion toward the inner peripheral side, and an inner cylindrical portion formed to protrude from the inner peripheral portion of the disk portion toward the closing direction, wherein the opening direction side surfaces of the cylindrical portion and the disk portion are the operating surface, the outer peripheral surface of the cylindrical portion is the outer peripheral cylindrical sliding surface, the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion is the inner peripheral cylindrical sliding surface, and the abutted portion is located on the closing direction side end surface of the inner cylindrical portion.

本発明によれば、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に使用される排気弁駆動装置であって、駆動消費動力を抑えた排気弁駆動装置を提供することができる。 The present invention provides an exhaust valve drive device for use in internal combustion engines such as diesel engines, which reduces drive power consumption.

本発明に係る排気弁駆動装置の概略構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust valve drive device according to the present invention. 第1の実施形態の排気弁駆動装置の全体構成を示す縦断面図FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the overall configuration of an exhaust valve drive device according to a first embodiment. 第1の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(閉弁状態)を示す縦断面図FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (valve closed state) of an exhaust valve drive device according to a first embodiment. 第1の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(途中位置)を示す縦断面図FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (at an intermediate position) of an exhaust valve drive device according to a first embodiment. 第1の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(開弁状態)を示す縦断面図FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (valve open state) of an exhaust valve drive device according to a first embodiment. 第1の実施形態の第1及び第2の円環状ピストン部材の形状を示す断面図1 is a cross-sectional view showing the shapes of first and second annular piston members of the first embodiment; 第1の実施形態の油圧ダンパの構成を概略的に示す縦断面図FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a hydraulic damper according to a first embodiment. (a)実施形態の排気弁駆動装置における排気弁作用力パターン及び弁体の開度を示すグラフ、(b)実施形態の排気弁駆動装置における駆動用高圧油の圧力変化及び弁体の開度を示すグラフ1A is a graph showing an exhaust valve acting force pattern and an opening degree of a valve element in an exhaust valve drive device of an embodiment; FIG. 1B is a graph showing a pressure change of high-pressure oil for driving and an opening degree of a valve element in an exhaust valve drive device of an embodiment; 第2の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(閉弁状態)を示す縦断面図FIG. 10 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (valve closed state) of an exhaust valve drive device according to a second embodiment. 第2の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(途中位置)を示す縦断面図FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view showing a schematic configuration (at an intermediate position) of an exhaust valve drive device according to a second embodiment. 第2の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(開弁状態)を示す縦断面図FIG. 10 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (valve open state) of an exhaust valve drive device according to a second embodiment. 第2の実施形態の第1及び第2の円環状ピストン部材の形状を示す断面図10 is a cross-sectional view showing the shapes of first and second annular piston members of the second embodiment; 第2の実施形態のストッパ油圧ダンパの構成を概略的に示す縦断面図FIG. 10 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration of a stopper hydraulic damper according to a second embodiment. 従来の排気弁駆動装置の構成を示す縦断面図FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a conventional exhaust valve drive device. (a)従来の排気弁駆動装置における排気弁作用力パターン及び弁体の開度を示すグラフ、(b)従来の排気弁駆動装置における駆動用高圧油の圧力変化及び弁体の開度を示すグラフGraph (a) showing the exhaust valve acting force pattern and the valve element opening in a conventional exhaust valve drive device; Graph (b) showing the pressure change of the driving high-pressure oil and the valve element opening in a conventional exhaust valve drive device;

〔排気弁駆動装置の概略構成〕
以下、本発明に係る排気弁駆動装置の概略構成について説明する。
[General configuration of exhaust valve drive device]
The general configuration of the exhaust valve drive device according to the present invention will be described below.

本発明に係る排気弁駆動装置は、特に船舶に搭載されるディーゼルエンジンなどの内燃機関に使用される。 The exhaust valve drive device of the present invention is particularly suitable for use in internal combustion engines such as diesel engines installed on ships.

図1は、本発明に係る排気弁駆動装置の概略構成を示すブロック図である。 Figure 1 is a block diagram showing the general configuration of an exhaust valve drive system according to the present invention.

本発明に係る排気弁駆動装置は、図1に示すように、油圧機構を構成する駆動油圧ポンプ8と、この駆動油圧ポンプ8から送られる駆動用高圧油の油圧によって動かされ、図示しない燃焼室の排気口を開閉する排気弁棒3と、この排気弁棒3を移動可能に支持する筐体10とを備えて構成され、排気口の開閉を行う装置である。 As shown in Figure 1, the exhaust valve drive device of the present invention is a device that opens and closes the exhaust port and is configured to include a drive hydraulic pump 8 that constitutes a hydraulic mechanism, an exhaust valve stem 3 that is driven by the hydraulic pressure of the drive high-pressure oil sent from this drive hydraulic pump 8 and opens and closes the exhaust port of the combustion chamber (not shown), and a housing 10 that movably supports this exhaust valve stem 3.

駆動油圧ポンプ8は、比例制御弁9を有し、この比例制御弁9に、機関制御装置11から排気弁開放信号又は排気弁閉塞信号が送られると、比例制御弁9を介して駆動油(圧力源)が供給される。比例制御弁9へは、駆動油入口アキュムレータ(蓄圧器)17aを有する供給管17により駆動油(圧力源)が供給され、また、駆動油出口アキュムレータ16aを有する排出管16により駆動油(圧力源)が排出される。駆動油圧ポンプ8は、供給された駆動油(圧力源)により駆動用高圧油として出し入れする。なお、駆動油(圧力源)の圧力Pを高くし、駆動油圧ポンプ8のシリンダを小径化し、駆動油を減圧して駆動用高圧油として使用することで、駆動油圧ポンプ8をコンパクトとすることができる。 The drive hydraulic pump 8 has a proportional control valve 9, and when an exhaust valve open signal or exhaust valve close signal is sent from the engine control device 11 to this proportional control valve 9, drive oil (pressure source) is supplied via the proportional control valve 9. Drive oil (pressure source) is supplied to the proportional control valve 9 through a supply pipe 17 having a drive oil inlet accumulator (pressure accumulator) 17a, and the drive oil (pressure source) is discharged through a discharge pipe 16 having a drive oil outlet accumulator 16a. The drive hydraulic pump 8 uses the supplied drive oil (pressure source) to feed and discharge high-pressure drive oil. The drive hydraulic pump 8 can be made more compact by increasing the pressure P of the drive oil (pressure source), reducing the diameter of the drive hydraulic pump 8's cylinder, and reducing the pressure of the drive oil to use it as high-pressure drive oil.

駆動油圧ポンプ8から送出された駆動用高圧油は、高圧管12を介して筐体10に送られ、アクチュエータ4を動かす。駆動用高圧油により動かされたアクチュエータ4は、排気弁棒3と一体で作動し、燃焼室の排気口を開放させる開放方向に付勢する。 High-pressure driving oil delivered from the driving hydraulic pump 8 is sent to the housing 10 via the high-pressure pipe 12, driving the actuator 4. The actuator 4, driven by the high-pressure driving oil, operates integrally with the exhaust valve stem 3, biasing it in the opening direction to open the exhaust port of the combustion chamber.

筐体10内には、図1に示すように、排気弁棒3の軸部3aの周囲に、第1の空気バネ5a及び第2の空気バネ5bが設けられている。 As shown in Figure 1, a first air spring 5a and a second air spring 5b are provided within the housing 10 around the shaft portion 3a of the exhaust valve stem 3.

第1の空気バネ5aは、排気弁棒3の軸部3aに固定して取り付けられた第1の円環状ピストン部材7を有している。第1の円環状ピストン部材7は、排気弁棒3が移動することにより、軸部3aの周囲にある空気バネシリンダ6内の密閉空間の体積を圧縮及び膨張させる。 The first air spring 5a has a first annular piston member 7 fixedly attached to the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3. As the exhaust valve rod 3 moves, the first annular piston member 7 compresses and expands the volume of the sealed space within the air spring cylinder 6 around the shaft portion 3a.

第2の空気バネ5bは、排気弁棒3の軸部3aに対して軸方向に移動可能に配置された第2の円環状ピストン部材14を有している。排気弁棒3の軸部3aには、当接部材13が固定して取り付けられている。第2の円環状ピストン部材14は、当接部材13が当接する被当接部を有している。第2の円環状ピストン部材14は、当接部材13が被当接部に当接して、排気弁棒3が開放方向(図2中矢印O)に移動することにより、空気バネシリンダ6内の密閉空間の体積を圧縮する。 The second air spring 5b has a second annular piston member 14 that is arranged axially movable relative to the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3. An abutment member 13 is fixedly attached to the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3. The second annular piston member 14 has an abutment portion against which the abutment member 13 abuts. The second annular piston member 14 compresses the volume of the sealed space within the air spring cylinder 6 when the abutment member 13 abuts against the abutment portion and the exhaust valve rod 3 moves in the opening direction (arrow O in Figure 2).

弁体2が排気筒端部1aを閉塞させる閉弁状態においては、当接部材13は、第2の円環状ピストン部材14の被当接部から離間している。このとき、第2の空気バネ5bは、排気弁棒3に対して力を作用させない。 In the closed valve state, in which the valve disc 2 closes the exhaust tube end 1a, the abutting member 13 is separated from the abutted portion of the second annular piston member 14. At this time, the second air spring 5b does not apply force to the exhaust valve stem 3.

排気弁棒3が開放方向(図1中矢印O)に移動すると、当接部材13が被当接部に接近し、排気弁棒3の位置が後述する所定の途中位置になると、当接部材13は、被当接部に当接する。さらに排気弁棒3が開放方向に移動すると、当接部材13は、第2の円環状ピストン部材14を移動させ、空気バネシリンダ6内の密閉空間の体積を圧縮させる。このとき、第2の空気バネ5bは、当接部材13を介して、排気弁棒3に対して、弁体2が排気筒端部1aを閉塞させる閉塞方向(図1中矢印C)の力を作用させる。 When the exhaust valve stem 3 moves in the opening direction (arrow O in Figure 1), the abutment member 13 approaches the abutted portion, and when the exhaust valve stem 3 reaches a predetermined intermediate position described below, the abutment member 13 abuts against the abutted portion. When the exhaust valve stem 3 moves further in the opening direction, the abutment member 13 moves the second annular piston member 14, compressing the volume of the sealed space within the air spring cylinder 6. At this time, the second air spring 5b applies a force to the exhaust valve stem 3 via the abutment member 13 in the closing direction (arrow C in Figure 1), causing the valve disc 2 to close the exhaust tube end 1a.

〔第1の実施形態〕
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
First Embodiment
Preferred embodiments of the present invention will now be described.

〔排気弁駆動装置の全体構成〕
以下、第1の実施形態の排気弁駆動装置の全体構成について説明する。
図2は、第1の実施形態の排気弁駆動装置の全体構成を示す縦断面図である。
[Overall configuration of the exhaust valve drive device]
The overall configuration of the exhaust valve drive device of the first embodiment will now be described.
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the overall configuration of the exhaust valve drive device of the first embodiment.

この排気弁駆動装置は、図2に示すように、燃焼室の排気口上に設置され、排気口からの排気を導く排気筒1を有する筐体10を備えている。排気筒1の端部である排気筒端部1aは、燃焼室の排気口に突合される。燃焼室の排気口及び排気筒端部1aからは、図2中矢印Eで示すように、燃焼室から排ガスが排気される。 As shown in Figure 2, this exhaust valve drive device is installed over the exhaust port of the combustion chamber and includes a housing 10 having an exhaust tube 1 that guides exhaust from the exhaust port. The end of the exhaust tube 1, called exhaust tube end 1a, is butted against the exhaust port of the combustion chamber. Exhaust gas is exhausted from the combustion chamber through the exhaust port of the combustion chamber and exhaust tube end 1a, as shown by arrow E in Figure 2.

この排気弁駆動装置は、筐体10により、排気筒端部1aに対する進退方向に移動可能に支持された排気弁棒3を備えている。排気弁棒3は、先端部が排気筒端部1aを開閉する弁体2となっており、油圧機構により駆動される。 This exhaust valve drive device includes an exhaust valve rod 3 supported by a housing 10 so that it can move toward and away from the exhaust tube end 1a. The tip of the exhaust valve rod 3 forms a valve body 2 that opens and closes the exhaust tube end 1a, and is driven by a hydraulic mechanism.

弁体2は、円盤状に構成されており、弁座1b(円形の排気筒端部1aの周囲部)に燃焼室側から押接されることによって、排気筒端部1aを閉塞する。弁体2は、弁座1bから燃焼室側に離間されることによって、排気筒端部1aを開放する。 The valve disc 2 is disk-shaped and closes the exhaust pipe end 1a by being pressed against the valve seat 1b (the periphery of the circular exhaust pipe end 1a) from the combustion chamber side. The valve disc 2 opens the exhaust pipe end 1a by being moved away from the valve seat 1b toward the combustion chamber.

排気弁棒3は、先端部分である弁体2を燃焼室内に位置させ、弁体2から続く棒状の軸部3aを、排気筒1内を経て燃焼室の外方に延在させ、筐体10により支持されている。弁体2は、図2中矢印GPで示す燃焼室内ガス圧によって、図2中矢印Cで示すように、弁座1bに押圧される。排気弁棒3の軸部3aは、図2中矢印OPで示す駆動用高圧油の油圧によって、燃焼室に進入する方向(矢印Oで示す開放方向)に駆動される。排気弁棒3の基端部分には、駆動用高圧油の油圧OPを受けて排気弁棒3を開放方向に移動させるアクチュエータ4が取り付けられている。 The exhaust valve rod 3 has its tip, the valve disc 2, positioned within the combustion chamber, and its rod-shaped shaft portion 3a, continuing from the valve disc 2, extending through the exhaust stack 1 and out of the combustion chamber, supported by the housing 10. The valve disc 2 is pressed against the valve seat 1b, as shown by arrow C in Figure 2, by the gas pressure inside the combustion chamber, as shown by arrow GP in Figure 2. The shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3 is driven in the direction of entering the combustion chamber (the opening direction, as shown by arrow O), by the hydraulic pressure of the high-pressure driving oil, as shown by arrow OP in Figure 2. Attached to the base end of the exhaust valve rod 3 is an actuator 4 that receives the hydraulic pressure OP of the high-pressure driving oil and moves the exhaust valve rod 3 in the opening direction.

排気弁棒3の移動範囲は、弁体2が排気筒端部1aを閉塞させる位置と排気筒端部1aが全開となる位置とに亘る範囲である。 The range of movement of the exhaust valve rod 3 ranges from the position where the valve body 2 closes the exhaust stack end 1a to the position where the exhaust stack end 1a is fully open.

〔第1及び第2の空気バネの形状及び構造〕
以下、第1の実施形態の第1及び第2の空気バネの形状及び構造について説明する。
本実施形態は、第1の空気バネ5a及び第2の空気バネ5bの構成を具体化したものである。
[Shape and structure of the first and second air springs]
The shapes and structures of the first and second air springs of the first embodiment will be described below.
This embodiment embodies the configuration of the first air spring 5a and the second air spring 5b.

図3は、第1の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(閉弁状態)を示す縦断面図である。
図4は、第1の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(途中位置)を示す縦断面図である。
図5は、第1の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(開弁状態)を示す縦断面図である。
図6は、第1の実施形態のストッパ油圧ダンパの構成を概略的に示す縦断面図である。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (valve closed state) of the exhaust valve drive device of the first embodiment.
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (at an intermediate position) of the exhaust valve drive device of the first embodiment.
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (valve open state) of the exhaust valve drive device of the first embodiment.
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration of the stopper hydraulic damper of the first embodiment.

第1の空気バネ5aは、図3~図6に示すように、第1の円環状ピストン部材7を有して構成される。本実施形態では、当接部材は、第1の円環状ピストン部材7に一体化させ、第1の円環状ピストン部材7の一部である当接部13としている。 As shown in Figures 3 to 6, the first air spring 5a is configured with a first annular piston member 7. In this embodiment, the abutment member is integrated with the first annular piston member 7 and forms the abutment portion 13, which is part of the first annular piston member 7.

第1の円環状ピストン部材7は、排気弁棒3の軸部3aの周囲にある空気バネシリンダ6内の内周側に排気弁棒3と同軸に配置されている。第1の円環状ピストン部材7は、内周面を排気弁棒3に固定して取り付けられている。第1の円環状ピストン部材7は、空気バネシリンダ6内に臨む開放方向に向いた作用面(空気バネシリンダ6内の気体を圧縮する面)73と、排気弁棒3と同軸の外周円筒摺接面7aと、当接部13とを有する。外周円筒摺接面7aには、複数のシールリングが装着されている。 The first annular piston member 7 is arranged coaxially with the exhaust valve stem 3 on the inner circumferential side of the air spring cylinder 6 around the shaft portion 3a of the exhaust valve stem 3. The first annular piston member 7 is attached with its inner circumferential surface fixed to the exhaust valve stem 3. The first annular piston member 7 has an operating surface (surface that compresses the gas in the air spring cylinder 6) 73 facing the opening direction toward the inside of the air spring cylinder 6, an outer peripheral cylindrical sliding surface 7a coaxial with the exhaust valve stem 3, and an abutment portion 13. Multiple seal rings are attached to the outer peripheral cylindrical sliding surface 7a.

第1の円環状ピストン部材7の内周面は、軸部3aの外周面に密着しており、これらの間に気体が通過することはない。 The inner circumferential surface of the first annular piston member 7 is in close contact with the outer circumferential surface of the shaft portion 3a, preventing gas from passing between them.

第1の円環状ピストン部材7は、排気弁棒3の軸部3aに固定して取り付けられた円筒部分71を有する。
第1の円環状ピストン部材7は、円筒部分71の開放方向側部分から外周側に向けて突出形成された円盤部分72を有する。この円盤部分72の開放方向側の面が作用面73である。この作用面73の外周側部分に当接部13がある。また、円盤部分72の外周面が外周円筒摺接面7aである。
The first annular piston member 7 has a cylindrical portion 71 fixedly attached to the shaft portion 3 a of the exhaust valve rod 3 .
The first annular piston member 7 has a disk portion 72 formed to protrude outward from the opening direction side portion of the cylindrical portion 71. The surface of this disk portion 72 on the opening direction side is an action surface 73. The abutment portion 13 is located on the outer peripheral portion of this action surface 73. In addition, the outer peripheral surface of the disk portion 72 is the outer peripheral cylindrical sliding surface 7a.

第2の空気バネ5bは、図3~図6に示すように、第2の円環状ピストン部材14を有して構成される。 The second air spring 5b is configured with a second annular piston member 14, as shown in Figures 3 to 6.

第2の円環状ピストン部材14は、空気バネシリンダ6内の外周側に排気弁棒3の軸部3aと同軸に配置されている。第2の円環状ピストン部材14は、外周面が排気弁棒3と同軸の外周円筒摺接面81となっており、この外周円筒摺接面81が空気バネシリンダ6の内周面に排気弁棒3の軸部3aの軸方向に摺動可能となっている。外周円筒摺接面81には、複数のシールリングが装着されている。第2の円環状ピストン部材14は、排気弁棒3と同軸の内周円筒摺接面14cを有し、この内周円筒摺接面14cが第1の円環状ピストン部材7の外周円筒摺接面7aに排気弁棒3の軸部3aの軸方向に摺動可能となっている。第2の円環状ピストン部材14は、空気バネシリンダ6内に臨む開放方向に向いた作用面(空気バネシリンダ6内の気体を圧縮する面)82を有する。第2の円環状ピストン部材14は、第1の円環状ピストン部材7の当接部13が開放方向に当接する被当接部15を有する。 The second annular piston member 14 is arranged coaxially with the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3 on the outer periphery of the air spring cylinder 6. The outer periphery of the second annular piston member 14 forms an outer periphery cylindrical sliding surface 81 coaxial with the exhaust valve rod 3, and this outer periphery cylindrical sliding surface 81 is able to slide in the axial direction of the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3 against the inner periphery of the air spring cylinder 6. Multiple seal rings are attached to the outer periphery cylindrical sliding surface 81. The second annular piston member 14 has an inner periphery cylindrical sliding surface 14c coaxial with the exhaust valve rod 3, and this inner periphery cylindrical sliding surface 14c is able to slide in the axial direction of the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3 against the outer periphery cylindrical sliding surface 7a of the first annular piston member 7. The second annular piston member 14 has an operating surface 82 (the surface that compresses the gas in the air spring cylinder 6) facing the opening direction toward the inside of the air spring cylinder 6. The second annular piston member 14 has an abutment portion 15 against which the abutment portion 13 of the first annular piston member 7 abuts in the opening direction.

第2の円環状ピストン部材14の外周円筒摺接面81は、空気バネシリンダ6の内周面に密着しており、軸部3aの軸方向(矢印Oで示す開放方向及び矢印Cで示す閉塞方向)に摺動可能となっており、これらの間に気体が通過することはない。 The outer cylindrical sliding surface 81 of the second annular piston member 14 is in close contact with the inner surface of the air spring cylinder 6 and is able to slide in the axial direction of the shaft portion 3a (the opening direction indicated by arrow O and the closing direction indicated by arrow C), preventing gas from passing between them.

第2の円環状ピストン部材14は、空気バネシリンダ6の内周面に摺動可能な円筒部分83を有する。この円筒部分83の外周面が外周円筒摺接面81である。
第2の円環状ピストン部材14は、円筒部分83の開放方向側部分から内周側に向けて突出形成された円盤部分84を有する。この円盤部分84の開放方向側の面が作用面82である。
第2の円環状ピストン部材14は、円盤部分84の閉塞方向側の面から閉塞方向に向けて突出形成された内周円筒部分85を有する。この内周円筒部分85の内周面が内周円筒摺接面14cである。また、円盤部分84の閉塞方向側の面の内周円筒部分85よりも内周側に被当接部15がある
The second annular piston member 14 has a cylindrical portion 83 that is slidable on the inner peripheral surface of the air spring cylinder 6. The outer peripheral surface of this cylindrical portion 83 is the outer peripheral cylindrical sliding surface 81.
The second annular piston member 14 has a disk portion 84 formed to protrude inward from the opening direction side portion of the cylindrical portion 83. The surface of the disk portion 84 on the opening direction side is the working surface 82.
The second annular piston member 14 has an inner cylindrical portion 85 formed to protrude in the closing direction from the closing direction side surface of the disk portion 84. The inner peripheral surface of this inner cylindrical portion 85 is the inner cylindrical sliding surface 14c. In addition, the contact portion 15 is located on the inner peripheral side of the inner cylindrical portion 85 on the closing direction side surface of the disk portion 84.

第1の円環状ピストン部材7の外周円筒摺接面7aと、第2の円環状ピストン部材14の内周円筒摺接面14cとの、排気弁棒3の軸部3aの軸方向の長さ(幅)の合計は、第2の円環状ピストン部材14に対する第1の円環状ピストン部材7の摺動範囲(図3~図4)に相当する長さになっている。したがって、第1の円環状ピストン部材7と第2の円環状ピストン部材14とが相対移動可能範囲で互いに移動されても、外周円筒摺接面7aと内周円筒摺接面14cとが離れることはなく、互いの間に気体が通過することはない。 The sum of the axial length (width) of the outer peripheral cylindrical sliding surface 7a of the first annular piston member 7 and the inner peripheral cylindrical sliding surface 14c of the second annular piston member 14 of the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3 corresponds to the sliding range (Figures 3 and 4) of the first annular piston member 7 relative to the second annular piston member 14. Therefore, even when the first annular piston member 7 and the second annular piston member 14 are moved relative to each other within their relative movement range, the outer peripheral cylindrical sliding surface 7a and the inner peripheral cylindrical sliding surface 14c do not separate, and gas does not pass between them.

空気バネシリンダ6内は、筐体10、軸部3a、第1及び第2の円環状ピストン部材7、14によって、第1及び第2の円環状ピストン部材7、14の弁体2側に形成された密閉空間となっている。空気バネシリンダ6内は、図2~図5中矢印P1で示す空気圧が供給され、圧力P1となっている。 The air spring cylinder 6 contains an enclosed space formed by the housing 10, the shaft 3a, and the first and second annular piston members 7, 14 on the valve body 2 side of the first and second annular piston members 7, 14. Air pressure indicated by arrow P1 in Figures 2 to 5 is supplied to the air spring cylinder 6, creating a pressure P1.

なお、第1の円環状ピストン部材7の作用面73の面積は、第2の円環状ピストン部材14の作用面82の面積よりも小さいことが好ましい。第1の円環状ピストン部材7の作用面73の面積は、後述するように、第1の空気バネ5aのみが作用するときに要求される空気バネ力によって定める。 It is preferable that the area of the acting surface 73 of the first annular piston member 7 be smaller than the area of the acting surface 82 of the second annular piston member 14. As will be described later, the area of the acting surface 73 of the first annular piston member 7 is determined by the air spring force required when only the first air spring 5a is acting.

空気バネシリンダ6内には、第2の円環状ピストン部材14が当接して、第2の円環状ピストン部材14の閉塞方向(矢印C)への移動を停止させるストッパ14aが設けられている。 A stopper 14a is provided within the air spring cylinder 6 against which the second annular piston member 14 abuts, stopping the movement of the second annular piston member 14 in the closing direction (arrow C).

第1の円環状ピストン部材7の当接部13と、第2の円環状ピストン部材14の被当接部15との少なくとも何れか一方には、油圧ダンパ13aが配設されている。本実施形態では、油圧ダンパ13aは、第1の円環状ピストン部材7の当接部13に配設されている。また、ストッパ14aには、第2の円環状ピストン部材14が当接する箇所に、ストッパ油圧ダンパ14bが配設されている。 A hydraulic damper 13a is disposed on at least one of the abutting portion 13 of the first annular piston member 7 and the abutted portion 15 of the second annular piston member 14. In this embodiment, the hydraulic damper 13a is disposed on the abutting portion 13 of the first annular piston member 7. In addition, a stopper hydraulic damper 14b is disposed on the stopper 14a at the location where the second annular piston member 14 abuts.

本実施形態における第1の空気バネ5aは、図3~図5に示すように、筐体10内であって排気弁棒3の軸部3aの周囲に設けた空気バネシリンダ6内の密閉空間の体積を、第1の円環状ピストン部材7の作用面73によって圧縮及び膨張させるように構成されている。 As shown in Figures 3 to 5, the first air spring 5a in this embodiment is configured so that the volume of the sealed space within the air spring cylinder 6, which is located within the housing 10 and around the shaft portion 3a of the exhaust valve stem 3, is compressed and expanded by the operating surface 73 of the first annular piston member 7.

本実施形態における第2の空気バネ5bは、図4~図5に示すように、空気バネシリンダ6内の密閉空間の体積を、第2の円環状ピストン部材14の作用面82によって圧縮及び膨張させるように構成されている。 As shown in Figures 4 and 5, the second air spring 5b in this embodiment is configured so that the volume of the sealed space within the air spring cylinder 6 is compressed and expanded by the working surface 82 of the second annular piston member 14.

第2の円環状ピストン部材14は、図4~図5に示すように、軸部3aに対して、軸部3aの軸方向(矢印Oで示す開放方向及び矢印Cで示す閉塞方向)に、所定範囲内で移動可能となっている。したがって、第1の円環状ピストン部材7と、第2の円環状ピストン部材14とは、軸部3aの軸方向に、所定範囲内で互いに移動可能となっている。 As shown in Figures 4 and 5, the second annular piston member 14 is movable within a predetermined range relative to the shaft portion 3a in the axial direction of the shaft portion 3a (the opening direction indicated by arrow O and the closing direction indicated by arrow C). Therefore, the first annular piston member 7 and the second annular piston member 14 are movable relative to each other within a predetermined range in the axial direction of the shaft portion 3a.

第1の円環状ピストン部材7の当接部13は、図4~図5に示すように、開放方向(矢印O)に、第2の円環状ピストン部材14の被当接部15に当接する。第2の円環状ピストン部材14が停止しているとき、第1の円環状ピストン部材7が開放方向(矢印O)に移動すると、図4に示すように、当接部13が被当接部15に当接し、第1の円環状ピストン部材7が閉塞方向(矢印C)に移動すると、図3に示すように、当接部13が被当接部15から軸部3aの軸方向に離間する。 As shown in Figures 4 and 5, the abutment portion 13 of the first annular piston member 7 abuts against the abutted portion 15 of the second annular piston member 14 in the opening direction (arrow O). When the second annular piston member 14 is stationary, if the first annular piston member 7 moves in the opening direction (arrow O), the abutment portion 13 abuts against the abutted portion 15, as shown in Figure 4. If the first annular piston member 7 moves in the closing direction (arrow C), the abutment portion 13 moves away from the abutted portion 15 in the axial direction of the shaft portion 3a, as shown in Figure 3.

図7は、第1の実施形態の油圧ダンパの構成を概略的に示す縦断面図である。 Figure 7 is a vertical cross-sectional view showing the schematic configuration of the hydraulic damper of the first embodiment.

油圧ダンパ13a及びストッパ油圧ダンパ14bは、図7に示すように、油圧シリンダ18と、油圧シリンダ18内において一定範囲で摺動可能なダンパピストン19とから構成されている。油圧シリンダ18内には、逆止弁20を介して、油圧供給管21から油圧が供給される。この油圧は、油圧シリンダ18内から、油圧排出管22により層流として排出される。油圧シリンダ18内は、一定の高圧に維持される。ダンパピストン19の先端部に第2の円環状ピストン部材14が衝突すると、衝突の運動エネルギによって油圧シリンダ18内が圧縮されて圧力が上がり、反発力が生じて、衝突が緩衝される。 As shown in Figure 7, the hydraulic damper 13a and stopper hydraulic damper 14b are composed of a hydraulic cylinder 18 and a damper piston 19 that can slide within a certain range within the hydraulic cylinder 18. Hydraulic pressure is supplied to the hydraulic cylinder 18 from a hydraulic supply pipe 21 via a check valve 20. This hydraulic pressure is discharged from the hydraulic cylinder 18 as a laminar flow through a hydraulic discharge pipe 22. A constant high pressure is maintained within the hydraulic cylinder 18. When the second annular piston member 14 collides with the tip of the damper piston 19, the kinetic energy of the collision compresses the hydraulic cylinder 18, increasing the pressure, generating a repulsive force that cushions the collision.

本実施形態において、油圧ダンパ13aには、図3~図6に示すように、筐体10から軸部3aの周面を経て、内周側から給油される。ストッパ油圧ダンパ14bには、図3~図6に示すように、筐体10の外周側から給油される。本実施形態では、油圧ダンパ13a及びストッパ油圧ダンパ14bは、並列給油配置であり、ダンパの構造が簡易なため不具合発生のリスクが小さい配置である。 In this embodiment, as shown in Figures 3 to 6, oil is supplied to the hydraulic damper 13a from the inner peripheral side via the circumferential surface of the shaft portion 3a from the housing 10. As shown in Figures 3 to 6, oil is supplied to the stopper hydraulic damper 14b from the outer peripheral side of the housing 10. In this embodiment, the hydraulic dampers 13a and stopper hydraulic dampers 14b are arranged in parallel oil supply, and because the damper structure is simple, this arrangement reduces the risk of malfunction.

図4に示すように、第1の円環状ピストン部材7が開放方向(矢印O)に移動され、当接部13の油圧ダンパ13aが第2の円環状ピストン部材14の被当接部15に当接するとき、第1の円環状ピストン部材7の円筒部分71に形成された油圧流路が、筐体10の外周側からの油圧流路に繋がり、筐体10の外周側からの油圧が、軸部3aの周面を経て、油圧ダンパ13aに供給される。 As shown in Figure 4, when the first annular piston member 7 is moved in the opening direction (arrow O) and the hydraulic damper 13a of the abutting portion 13 abuts against the abutted portion 15 of the second annular piston member 14, the hydraulic flow path formed in the cylindrical portion 71 of the first annular piston member 7 connects to the hydraulic flow path from the outer periphery of the housing 10, and hydraulic pressure from the outer periphery of the housing 10 is supplied to the hydraulic damper 13a via the circumferential surface of the shaft portion 3a.

〔動作及び作用〕
以下、第1及び第2の空気バネの動作及び作用について説明する。
[Actions and actions]
The operation and function of the first and second air springs will now be described.

第1の空気バネ5aは、弁体2が排気筒端部1aを閉塞している位置から、弁体2が排気筒端部1aを開放(全開)させる位置に亘るストロークX1の全移動範囲に亘って、排気弁棒3の軸部3aに対して、燃焼室から離れる方向であって排気筒端部1a(排気口)を閉塞させる閉塞方向(矢印C)の力を作用させる。 The first air spring 5a applies a force to the shaft 3a of the exhaust valve rod 3 in the closing direction (arrow C) away from the combustion chamber, closing the exhaust pipe end 1a (exhaust port), over the entire range of movement of the stroke X1, from the position where the valve body 2 closes the exhaust pipe end 1a to the position where the valve body 2 opens (fully opens) the exhaust pipe end 1a.

第2の空気バネ5bは、弁体2が排気筒端部1aを閉塞させる位置と排気筒端部1aが全開となる位置とに亘る排気弁棒3の移動範囲(図3~図5)のうちの一部区間(図4~図5)のみにおいて、排気弁棒3の軸部3aに対して、排気筒端部1aを閉塞させる閉塞方向(矢印C)の力を作用させる。 The second air spring 5b applies a force in the closing direction (arrow C) to the shaft 3a of the exhaust valve rod 3, closing the exhaust pipe end 1a, only in a portion (Figures 4-5) of the range of movement of the exhaust valve rod 3 (Figures 3-5) that spans between the position where the valve body 2 closes the exhaust pipe end 1a and the position where the exhaust pipe end 1a is fully open.

第2の空気バネ5bは、弁体2が排気筒端部1aを閉塞させる位置(図3)から、排気筒端部1aが所定の開度(0%<開度<100%)になる途中位置(図4)に亘る区間(<X1)においては、排気弁棒3の軸部3aに対して、力を作用させない。 The second air spring 5b does not apply force to the shaft 3a of the exhaust valve stem 3 in the section (<X1) spanning from the position where the valve body 2 closes the exhaust stack end 1a (Figure 3) to the intermediate position (Figure 4) where the exhaust stack end 1a is at a predetermined opening (0% < opening < 100%).

第2の空気バネ5bは、排気弁棒3の位置が排気口を閉塞させる位置と途中位置との間であるとき(図3~図4)には、空気バネシリンダ6内のストッパ14aに当接して停止しており、第1の円環状ピストン部材7の当接部13が被当接部15から軸部3aの軸方向に離間していることによって、排気弁棒3の軸部3aに対して力を作用させない。 When the exhaust valve rod 3 is positioned between the position that closes the exhaust port and an intermediate position (Figures 3 and 4), the second air spring 5b abuts against the stopper 14a inside the air spring cylinder 6 and stops. Since the abutting portion 13 of the first annular piston member 7 is spaced apart from the abutted portion 15 in the axial direction of the shaft portion 3a, no force is applied to the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3.

第2の空気バネ5bは、排気弁棒3の位置が途中位置と排気口を開放させる位置との間であるとき(図4~図5)には、第1の円環状ピストン部材7の当接部13が被当接部15に当接していることによって第1の円環状ピストン部材7とともに移動されて、第1の円環状ピストン部材7の当接部13を介して、排気弁棒3の軸部3aに対して力を作用させる。 When the position of the exhaust valve rod 3 is between the mid-position and the position that opens the exhaust port (Figures 4 and 5), the second air spring 5b moves together with the first annular piston member 7 because the abutting portion 13 of the first annular piston member 7 abuts the abutted portion 15, and applies force to the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3 via the abutting portion 13 of the first annular piston member 7.

第1の空気バネ5aは、排気筒端部1aが閉塞される位置から、排気筒端部1aが全開される位置に至る開放過程においては、排気弁棒3を減速させ、排気筒端部1aが全開される位置から、排気筒端部1aが閉塞される位置に至る閉塞過程においては、排気弁棒3を加速する。 The first air spring 5a decelerates the exhaust valve rod 3 during the opening process, when the exhaust stack end 1a moves from a position where it is closed to a position where it is fully open, and accelerates the exhaust valve rod 3 during the closing process, when the exhaust stack end 1a moves from a position where it is fully open to a position where it is closed.

第2の空気バネ5bは、開放過程のうちの軸部3aに対して力を作用させる区間では、第1の空気バネ5aとともに、排気弁棒3を減速させ、閉塞過程のうちの軸部3aに対して力を作用させる区間では、第1の空気バネ5aとともに、排気弁棒3を加速させる。 The second air spring 5b, together with the first air spring 5a, decelerates the exhaust valve rod 3 during the section of the opening process where a force is applied to the shaft 3a, and, together with the first air spring 5a, accelerates the exhaust valve rod 3 during the section of the closing process where a force is applied to the shaft 3a.

第2の空気バネ5bは、閉塞過程において、排気筒端部1aが所定の開度(0%<開度<100%)になった途中位置で、図4に示すように、第2の円環状ピストン部材14が筐体10内のストッパ14aに当接して停止し、空気バネシリンダ6内をこれ以上拡張させない。これ以降は、第1の円環状ピストン部材7の当接部13が第2の円環状ピストン部材14の被当接部15から軸部3aの軸方向に離間する。第2の空気バネ5bは、当接部13が被当接部15から離れると、排気弁棒3に対して力を作用させなくなる(非作用となる)。 During the closing process, when the exhaust pipe end 1a reaches a predetermined opening angle (0% < opening angle < 100%), the second annular piston member 14 comes into contact with the stopper 14a inside the housing 10 and stops, as shown in Figure 4, preventing further expansion inside the air spring cylinder 6. After this point, the abutting portion 13 of the first annular piston member 7 moves away from the abutted portion 15 of the second annular piston member 14 in the axial direction of the shaft portion 3a. When the abutting portion 13 moves away from the abutted portion 15, the second air spring 5b no longer applies force to the exhaust valve stem 3 (becomes inactive).

つまり、開放過程(図3→図5)においては、途中位置までは第2の空気バネ5bが作用せず、第1の空気バネ5aのみが作用する。そして、閉塞過程(図5→図3)においては、途中位置からは第2の空気バネ5bが作用せず、第1の空気バネ5aのみが作用する。 In other words, during the opening process (Fig. 3 → Fig. 5), the second air spring 5b does not act until the intermediate position, and only the first air spring 5a acts. Furthermore, during the closing process (Fig. 5 → Fig. 3), the second air spring 5b does not act from the intermediate position, and only the first air spring 5a acts.

開放過程(図3→図5)において、弁体2が排気筒端部1aを閉塞している位置(図3)から、排気筒端部1aが所定の開度(0%<開度<100%)になる途中位置(図4)までにおいて、第1の空気バネ5aが排気弁棒3に対して作用させる力は、閉塞方向(矢印C)なので、駆動用高圧油の油圧OPに負圧が生じることはない。 During the opening process (Fig. 3 → Fig. 5), from the position where the valve body 2 closes the exhaust tube end 1a (Fig. 3) to the intermediate position where the exhaust tube end 1a reaches a predetermined opening (0% < opening < 100%) (Fig. 4), the force applied by the first air spring 5a to the exhaust valve stem 3 is in the closing direction (arrow C), so no negative pressure is generated in the hydraulic pressure OP of the high-pressure driving oil.

開放過程(図3→図5)において、第2の空気バネ5bが作用を始める排気筒端部1aが所定の開度(0%<開度<100%)になる途中位置(図4)は、排気弁棒3が開放方向に移動するときの慣性力が、負(閉塞方向)から正(開放方向)へ変わる位置乃至その位置付近である。 During the opening process (Fig. 3 → Fig. 5), the intermediate position (Fig. 4) where the second air spring 5b begins to act and the exhaust pipe end 1a reaches a predetermined opening (0% < opening < 100%) is the position or near that position where the inertial force as the exhaust valve stem 3 moves in the opening direction changes from negative (closing direction) to positive (opening direction).

また、閉塞過程(図5→図3)において、第2の空気バネ5bが非作用となる排気筒端部1aが所定の開度(0%<開度<100%)になる途中位置(図4)は、排気弁棒3が閉塞方向に移動するときの慣性力が、正(開放方向)から負(閉塞方向)へ変わる位置乃至その位置付近である。 Furthermore, during the closing process (Fig. 5 → Fig. 3), the intermediate position (Fig. 4) where the second air spring 5b is inactive and the exhaust pipe end 1a reaches a predetermined opening (0% < opening < 100%) is the position or near that position where the inertial force when the exhaust valve stem 3 moves in the closing direction changes from positive (opening direction) to negative (closing direction).

閉塞過程(図5→図3)においては、第1及び第2の空気バネ5a、5bによる減速方向の力が作用して排気弁棒3が減速され、弁体2の弁座1bへの着座速度が抑えられ、より緩やかな着座が実現される。 During the closing process (Figure 5 → Figure 3), the exhaust valve stem 3 is decelerated by the deceleration force exerted by the first and second air springs 5a, 5b, reducing the speed at which the valve disc 2 seats on the valve seat 1b and achieving a more gradual seating.

駆動油(圧力源)の圧力Pは、排気筒端部1aの開放時に生じる最大油圧(Pomax)、すなわち、〔(燃焼室内ガス圧GP)+(第1の空気バネ5aの力)+(排気弁棒3の慣性力)〕に依存し、第1の空気バネ5aの空気バネ力が弱いことで、最大油圧(Pomax)を低減させ、駆動油(圧力源)の圧力Pを下げることができ、駆動消費動力の削減が実現される。 The pressure P of the driving oil (pressure source) depends on the maximum oil pressure (Pomax) generated when the exhaust pipe end 1a is opened, i.e., [(combustion chamber gas pressure GP) + (force of the first air spring 5a) + (inertia force of the exhaust valve rod 3)]. By weakening the air spring force of the first air spring 5a, the maximum oil pressure (Pomax) can be reduced, lowering the pressure P of the driving oil (pressure source), thereby reducing driving power consumption.

排気筒端部1aの閉塞時については、第1の空気バネ5aの空気バネ力により、油圧のピーク値(Pcmax)を低減させることができ、例えば、アクチュエータ4のピストンリング等の機器の耐久性を増すことができる。 When the exhaust stack end 1a is closed, the air spring force of the first air spring 5a can reduce the peak oil pressure (Pcmax), thereby increasing the durability of equipment such as the piston ring of the actuator 4.

図8(a)は、実施形態の排気弁駆動装置において、排気弁棒3に作用する力(排気弁作用力パターン)及び排気筒端部1a(弁体2)の開度を示すグラフである。
図8(b)は、実施形態の排気弁駆動装置において、駆動用高圧油の圧力変化及び排気筒端部1a(弁体2)の開度を示すグラフである。
図8(a)においては、排気筒端部1aの開放方向を正(+)とし閉塞方向を負(-)で示し、排気筒端部1a(弁体2)の開度(破線)、排気弁棒3の慣性力(一点鎖線)、弁体2に作用する燃焼室内ガス圧GP(二点鎖線)、第1の空気バネ5aの力(実線)、及び、第1及び第2の空気バネ5bの力の合計(実線)を示している。
図8(b)においては、排気筒端部1aの開放方向を正(+)とし閉塞方向を負(-)で示し、駆動用高圧油の圧力(細線)を示している。
FIG. 8A is a graph showing the force acting on the exhaust valve rod 3 (exhaust valve acting force pattern) and the opening degree of the exhaust tube end 1a (valve body 2) in the exhaust valve drive device of the embodiment.
FIG. 8B is a graph showing the pressure change of the high-pressure driving oil and the opening degree of the exhaust tube end 1a (valve element 2) in the exhaust valve drive device of the embodiment.
In FIG. 8A, the opening direction of the exhaust pipe end 1a is shown as positive (+) and the closing direction is shown as negative (-). The opening degree of the exhaust pipe end 1a (valve body 2) (dashed line), the inertial force of the exhaust valve rod 3 (dash-dotted line), the combustion chamber gas pressure GP acting on the valve body 2 (dash-dotted line), the force of the first air spring 5a (solid line), and the sum of the forces of the first and second air springs 5b (solid line) are shown.
In FIG. 8(b), the opening direction of the exhaust pipe end 1a is indicated by a positive (+) sign and the closing direction is indicated by a negative (-) sign, and the pressure of the high pressure oil for driving is shown (thin line).

この排気弁駆動装置では、図8(a)(b)中に(A)~(G)で示す以下の弁作動ステップ(A)~(G)により、排気筒端部1aの開閉が行われる。
(A)排気弁開放信号で比例制御弁9を作動させる。
(B)駆動油(圧力源)を駆動油圧ポンプ8に送り込み 高圧管12を介して、アクチュエータ4に駆動用高圧油の油圧OPを開弁時最大油圧Pomaxまで掛け、燃焼室内ガス圧GP、排気弁棒3の慣性力、及び、第1の空気バネ5aの力に抗して、排気筒端部1aの開放を開始する。
このとき、第1の空気バネ5aの力は弱いので、開弁作動に必要な力(駆動用高圧油の油圧OP)を削減することができ、駆動消費動力を抑えることができる。
(C)排気筒端部1aを開放させる過程では、燃焼室内ガス圧GPは低減し、排気弁棒3の慣性力も小さくなり、駆動用高圧油の油圧OPは低下する。 排気筒端部1aを開放させる過程の後半では、第2の空気バネ5bの力も作用し始め、弁速度が減速される。
(D)排気筒端部1aが開放(全開)に近づくと、第1及び第2の空気バネ5a、5bの力の合計及び駆動用高圧油の油圧OPの制御によって排気弁棒3を減速させ、排気筒端部1aの開放(全開)に達する。
(E)排気筒端部1aの開放(全開)を維持したのち、排気弁閉塞信号が比例制御弁9に入力され、第1及び第2の空気バネ5a、5bの力の合計により、排気弁棒3は、排気筒端部1aを閉塞させる方向への移動を開始する。このとき、排気弁棒3は、第1及び第2の空気バネ5a、5bの力の合計により加速される。
(F)排気筒端部1aの閉塞に近づき、排気弁棒3の慣性力が負(閉塞方向(-))になると、第2の空気バネ5bが非作用となり、排気弁棒3を加速させる力が弱くなる。駆動用高圧油の油圧OPを閉弁時ピーク油圧Pcmaxまでの間で制御して排気弁棒3を減速させ、弁体2の着座速度を抑える。
このとき、第1の空気バネ5aの力が弱いことにより、排気弁棒3の減速に必要な力(駆動用高圧油の油圧OP)を削減することができ、機器(例えば、アクチュエータ4のピストンリング等)の耐久性を増すことができる。
(G)弁体2は、駆動用高圧油の制御された油圧OPとによって、弁座1bに緩やかに着座する。
In this exhaust valve drive device, the exhaust tube end 1a is opened and closed through the following valve operating steps (A) to (G) shown in FIGS. 8(a) and 8(b) as (A) to (G).
(A) The proportional control valve 9 is operated by an exhaust valve open signal.
(B) Driving oil (pressure source) is sent to the driving hydraulic pump 8. The hydraulic pressure OP of the driving high-pressure oil is applied to the actuator 4 via the high-pressure pipe 12 up to the maximum hydraulic pressure Pomax at the time of valve opening, and the exhaust pipe end 1a begins to open against the gas pressure GP in the combustion chamber, the inertial force of the exhaust valve rod 3, and the force of the first air spring 5a.
At this time, the force of the first air spring 5a is weak, so the force required for the valve opening operation (hydraulic pressure OP of the driving high-pressure oil) can be reduced, and driving power consumption can be reduced.
(C) In the process of opening the exhaust pipe end 1a, the gas pressure GP in the combustion chamber decreases, the inertial force of the exhaust valve rod 3 also decreases, and the hydraulic pressure OP of the driving high-pressure oil decreases. In the latter half of the process of opening the exhaust pipe end 1a, the force of the second air spring 5b also begins to act, decelerating the valve speed.
(D) When the exhaust pipe end 1a approaches the open position (fully open), the exhaust valve rod 3 is decelerated by controlling the sum of the forces of the first and second air springs 5a, 5b and the hydraulic pressure OP of the driving high-pressure oil, and the exhaust pipe end 1a is opened (fully open).
(E) After maintaining the exhaust pipe end 1a open (fully open), an exhaust valve closing signal is input to the proportional control valve 9, and the exhaust valve rod 3 begins to move in the direction to close the exhaust pipe end 1a due to the sum of the forces of the first and second air springs 5a and 5b. At this time, the exhaust valve rod 3 is accelerated by the sum of the forces of the first and second air springs 5a and 5b.
(F) As the exhaust pipe end 1a approaches closure and the inertial force of the exhaust valve rod 3 becomes negative (closing direction (-)), the second air spring 5b becomes inactive and the force accelerating the exhaust valve rod 3 weakens. The oil pressure OP of the driving high-pressure oil is controlled up to the peak oil pressure Pcmax at the time of valve closure to decelerate the exhaust valve rod 3 and suppress the seating speed of the valve body 2.
At this time, since the force of the first air spring 5a is weak, the force required to decelerate the exhaust valve rod 3 (hydraulic pressure OP of the driving high-pressure oil) can be reduced, and the durability of the equipment (for example, the piston ring of the actuator 4, etc.) can be increased.
(G) The valve element 2 is gently seated on the valve seat 1b by the controlled hydraulic pressure OP of the high-pressure driving oil.

この排気弁駆動装置において、駆動消費動力は、駆動用高圧油の最大圧力(Pomax)によって決まる駆動油(圧力源)の圧力Pと消費流量(V)とを掛けた値(=P・V)に比例する。
したがって、駆動用高圧油の最大圧力(Pomax)を下げるか、及び/又は、排気筒端部1aの開放時の消費流量(V)を減らすことにより、駆動消費動力を抑えることができる。
In this exhaust valve drive device, the drive power consumption is proportional to the product (=P·V) of the pressure P of the drive oil (pressure source) determined by the maximum pressure (Pomax) of the drive high-pressure oil and the consumed flow rate (V).
Therefore, the driving power consumption can be reduced by lowering the maximum pressure (Pomax) of the driving high-pressure oil and/or by reducing the flow rate (V) consumed when the exhaust pipe end 1a is open.

この排気弁駆動装置においては、駆動用高圧油の最大圧力(Pomax)は、第1の空気バネ5aの力が弱く、第2の空気バネ5bが非作用となっていることにより、従来よりも低くすることができ、駆動油(圧力源)の圧力Pを下げることができる。よって、この排気弁駆動装置においては、駆動消費動力を抑えることができる。
図8に示した実施形態においては、図15に示した従来の排気弁駆動装置に対して、最大圧力(Pomax)が約70%程度に抑えられていることが確認できる。したがって、本発明に係る排気弁駆動装置は、駆動消費動力を抑えることができることが確認できる。
In this exhaust valve drive device, the maximum pressure (Pomax) of the high-pressure drive oil can be made lower than in the past because the force of the first air spring 5a is weak and the second air spring 5b is inactive, and the pressure P of the drive oil (pressure source) can be reduced. Therefore, in this exhaust valve drive device, the drive power consumption can be reduced.
In the embodiment shown in Figure 8, it can be seen that the maximum pressure (Pomax) is suppressed to about 70% of that of the conventional exhaust valve drive device shown in Figure 15. Therefore, it can be seen that the exhaust valve drive device according to the present invention can suppress drive power consumption.

〔第2の実施形態〕
〔第1及び第2の空気バネの形状及び構造〕
以下、第2の実施形態の第1及び第2の空気バネの形状及び構造について説明する。
なお、排気弁駆動装置の全体構成については、第1の実施形態と同様であるので説明を援用しここでは省略する。
Second Embodiment
[Shape and structure of the first and second air springs]
The shapes and structures of the first and second air springs of the second embodiment will be described below.
The overall configuration of the exhaust valve drive device is the same as that of the first embodiment, and therefore the description will be omitted here.

図9は、第2の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(閉弁状態)を示す縦断面図である。
図10は、第2の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(途中位置)を示す縦断面図である。
図11は、第2の実施形態の排気弁駆動装置の概略構成(開弁状態)を示す縦断面図である。
図12は、第2の実施形態の第1及び第2の円環状ピストン部材の形状を示す断面図である。
FIG. 9 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (valve closed state) of an exhaust valve drive device according to the second embodiment.
FIG. 10 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (at an intermediate position) of an exhaust valve drive device according to the second embodiment.
FIG. 11 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration (valve open state) of an exhaust valve drive device according to the second embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the shapes of the first and second annular piston members of the second embodiment.

本実施形態でも、図9~図12に示すように、当接部材は、第1の円環状ピストン部材7に一体化させ、第1の円環状ピストン部材7の一部である当接部13としている。 In this embodiment, as shown in Figures 9 to 12, the abutment member is integrated with the first annular piston member 7 and forms the abutment portion 13, which is part of the first annular piston member 7.

本実施形態において、第1の円環状ピストン部材7は、図9~図12に示すように、排気弁棒3の軸部3aに固定して取り付けられた円盤部分72を有している。この円盤部分72の開放方向側の面が作用面73である。
第1の円環状ピストン部材7は、円盤部分72の外周側部分から閉塞方向に向けて突出形成された円筒部分71を有している。この円筒部分71の外周面が外周円筒摺接面7aである。外周円筒摺接面7aには、複数のシールリングが装着されている。
第1の円環状ピストン部材7は、円筒部分71の閉塞方向側部分から外周側に向けて突出形成された外周円盤部分74を有している。この外周円盤部分74の開放方向側の面に当接部13がある。
9 to 12, the first annular piston member 7 has a disk portion 72 fixedly attached to the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3. The surface of the disk portion 72 on the opening side is the working surface 73.
The first annular piston member 7 has a cylindrical portion 71 formed to protrude in the closing direction from the outer peripheral portion of the disk portion 72. The outer peripheral surface of this cylindrical portion 71 is an outer peripheral cylindrical sliding surface 7a. A plurality of seal rings are attached to the outer peripheral cylindrical sliding surface 7a.
The first annular piston member 7 has an outer peripheral disk portion 74 formed to protrude outward from the closing direction side portion of the cylindrical portion 71. The abutment portion 13 is provided on the opening direction side surface of this outer peripheral disk portion 74.

本実施形態において、第2の円環状ピストン部材14は、図9~図12に示すように、空気バネシリンダ6の内周面に摺動可能な円筒部分83を有している。この円筒部分83の外周面が外周円筒摺接面81である。外周円筒摺接面81には、複数のシールリングが装着されている。
第2の円環状ピストン部材14は、円筒部分83の閉塞方向側部分から内周側に向けて突出形成された円盤部分84を有している。円筒部分83及び円盤部分84の開放方向側の面が作用面82である。
第2の円環状ピストン部材14は、円盤部分84の内周側部分から閉塞方向に向けて突出形成された内周円筒部分85を有している。この内周円筒部分85の内周面が内周円筒摺接面14cである。内周円筒部分85の閉塞方向側の端面に被当接部15がある。
9 to 12, the second annular piston member 14 has a cylindrical portion 83 that is slidable on the inner peripheral surface of the air spring cylinder 6. The outer peripheral surface of this cylindrical portion 83 is an outer peripheral cylindrical sliding surface 81. A plurality of seal rings are attached to the outer peripheral cylindrical sliding surface 81.
The second annular piston member 14 has a disk portion 84 formed to protrude inward from the closing direction side of the cylindrical portion 83. The surfaces of the cylindrical portion 83 and the disk portion 84 on the opening direction side are working surfaces 82.
The second annular piston member 14 has an inner cylindrical portion 85 that protrudes in the closing direction from the inner peripheral portion of the disk portion 84. The inner peripheral surface of this inner cylindrical portion 85 is the inner cylindrical sliding surface 14c. The abutment portion 15 is located on the end surface of the inner cylindrical portion 85 in the closing direction.

本実施形態では、油圧ダンパ13aは、第1の円環状ピストン部材7の当接部13ではなく、第2の円環状ピストン部材14の被当接部15に配設している。 In this embodiment, the hydraulic damper 13a is disposed on the abutted portion 15 of the second annular piston member 14, rather than on the abutting portion 13 of the first annular piston member 7.

図13は、第2の実施形態のストッパ油圧ダンパの構成を概略的に示す縦断面図である。 Figure 13 is a vertical cross-sectional view showing the schematic configuration of the stopper hydraulic damper of the second embodiment.

本実施形態では、図9及び図13に示すように、油圧ダンパ13aへは、ストッパ油圧ダンパ14bを介して、タイミング給油を行っている。 In this embodiment, as shown in Figures 9 and 13, timing oil supply to the hydraulic damper 13a is performed via the stopper hydraulic damper 14b.

ストッパ油圧ダンパ14bは、前述した実施形態と同様に、油圧シリンダ18と、油圧シリンダ18内において一定範囲で摺動可能なダンパピストン19とから構成されている。油圧シリンダ18内には、逆止弁20を介して、油圧供給管21から油圧が供給される。この油圧は、油圧シリンダ18内から、油圧排出管22により層流として排出される。 As in the previously described embodiment, the stopper hydraulic damper 14b is composed of a hydraulic cylinder 18 and a damper piston 19 that can slide within a certain range within the hydraulic cylinder 18. Hydraulic pressure is supplied to the hydraulic cylinder 18 from a hydraulic supply pipe 21 via a check valve 20. This hydraulic pressure is discharged from the hydraulic cylinder 18 as a laminar flow through a hydraulic discharge pipe 22.

本実施形態では、ストッパ油圧ダンパ14bは、図13に示すように、ダンパピストン19内に穿設された油圧流路23を有している。油圧流路23は、ダンパピストン19の油圧シリンダ18内に臨む面(油圧を受ける面)から、油圧シリンダ18の内周面に摺接するダンパピストン19の外周面に亘って形成されている。油圧シリンダ18の側部には、油圧流路23に繋がり外方に延長された給油流路24が設けられている。 In this embodiment, as shown in Figure 13, the stopper hydraulic damper 14b has a hydraulic flow path 23 drilled within the damper piston 19. The hydraulic flow path 23 is formed from the surface of the damper piston 19 facing the inside of the hydraulic cylinder 18 (the surface that receives hydraulic pressure) to the outer surface of the damper piston 19 that slides against the inner surface of the hydraulic cylinder 18. An oil supply flow path 24 that is connected to the hydraulic flow path 23 and extends outward is provided on the side of the hydraulic cylinder 18.

油圧シリンダ18内には、油圧流路23が連通している。ダンパピストン19が油圧シリンダ18に対する所定位置にあるとき、油圧流路23の外周側端が給油流路24に繋がる位置となり、油圧シリンダ18内の油圧が、油圧流路23及び給油流路24を経て、図9及び図10に示すように、油圧ダンパ13aに供給される。 A hydraulic flow path 23 is connected to the hydraulic cylinder 18. When the damper piston 19 is in a predetermined position relative to the hydraulic cylinder 18, the outer end of the hydraulic flow path 23 is connected to the oil supply flow path 24, and the hydraulic pressure within the hydraulic cylinder 18 is supplied to the hydraulic damper 13a via the hydraulic flow path 23 and the oil supply flow path 24, as shown in Figures 9 and 10.

本実施形態において、油圧ダンパ13aには、図9~図12に示すように、筐体10からストッパ油圧ダンパ14bを経て、外周側から給油される。ストッパ油圧ダンパ14bには、図9~図12に示すように、筐体10の外周側から給油される。本実施形態では、油圧ダンパ13a及びストッパ油圧ダンパ14bは、直列給油配置であり、構造的に単純で、運動部重量を軽くできる配置である。 In this embodiment, as shown in Figures 9 to 12, oil is supplied to the hydraulic damper 13a from the outer periphery, via the housing 10 and the stopper hydraulic damper 14b. As shown in Figures 9 to 12, oil is supplied to the stopper hydraulic damper 14b from the outer periphery of the housing 10. In this embodiment, the hydraulic damper 13a and the stopper hydraulic damper 14b are arranged in series for oil supply, which is structurally simple and allows for a lighter moving part weight.

図9、図10及び図12に示すように、第2の円環状ピストン部材14が閉塞方向(矢印C)にあって移動されていないとき、第2の円環状ピストン部材14はストッパ油圧ダンパ14bに当接しており、第2の円環状ピストン部材14の円盤部分84から内周円筒部分85に形成された油圧流路が、ストッパ油圧ダンパ14bからの筐体10内の油圧流路に繋がり、ストッパ油圧ダンパ14bからの油圧が、油圧ダンパ13aに供給される。 As shown in Figures 9, 10, and 12, when the second annular piston member 14 is in the closing direction (arrow C) and not being moved, the second annular piston member 14 abuts against the stopper hydraulic damper 14b, and the hydraulic flow path formed from the disk portion 84 to the inner cylindrical portion 85 of the second annular piston member 14 connects to the hydraulic flow path inside the housing 10 from the stopper hydraulic damper 14b, and hydraulic pressure from the stopper hydraulic damper 14b is supplied to the hydraulic damper 13a.

なお、第2の円環状ピストン部材14の外周円筒摺接面81のシールリング間は、空気バネシリンダ6内の圧力P1の漏洩が油圧流路に影響しないように、大気に開放されている。 The space between the seal rings on the outer cylindrical sliding surface 81 of the second annular piston member 14 is open to the atmosphere to prevent leakage of pressure P1 from the air spring cylinder 6 from affecting the hydraulic flow path.

図10に示すように、ストッパ油圧ダンパ14bのダンパピストン19の先端部に第2の円環状ピストン部材14が衝突すると、衝突の運動エネルギによって油圧シリンダ18内が圧縮されて圧力が上がり、反発力が生じて、衝突が緩衝される。また、油圧ダンパ13aのダンパピストン19の先端部に第1の円環状ピストン部材7が衝突すると、衝突の運動エネルギによって油圧シリンダ18内が圧縮されて圧力が上がり、反発力が生じて、衝突が緩衝される。 As shown in Figure 10, when the second annular piston member 14 collides with the tip of the damper piston 19 of the stopper hydraulic damper 14b, the kinetic energy of the collision compresses the hydraulic cylinder 18, increasing the pressure, generating a repulsive force and cushioning the collision. Also, when the first annular piston member 7 collides with the tip of the damper piston 19 of the hydraulic damper 13a, the kinetic energy of the collision compresses the hydraulic cylinder 18, increasing the pressure, generating a repulsive force and cushioning the collision.

ストッパ油圧ダンパ14bには、図9に示すように、筐体10の外周側から給油される。本実施形態においては、油圧ダンパ13aには、外周側からストッパ油圧ダンパ14bを介してタイミング給油される。油圧ダンパ13aが第1の円環状ピストン部材7に衝突され得る位置にあるとき(図9及び図10)には、ストッパ油圧ダンパ14bの油圧シリンダ18内から油圧ダンパ13aに至る流路が繋がっており、油圧ダンパ13aに給油される。 As shown in Figure 9, oil is supplied to the stopper hydraulic damper 14b from the outer periphery of the housing 10. In this embodiment, oil is supplied to the hydraulic damper 13a from the outer periphery via the stopper hydraulic damper 14b at timing. When the hydraulic damper 13a is in a position where it may collide with the first annular piston member 7 (Figures 9 and 10), a flow path is connected from the hydraulic cylinder 18 of the stopper hydraulic damper 14b to the hydraulic damper 13a, and oil is supplied to the hydraulic damper 13a.

〔動作及び作用〕
以下、第1及び第2の空気バネの動作及び作用について説明する。
[Actions and actions]
The operation and function of the first and second air springs will now be described.

本実施形態においても、第1の空気バネ5aは、弁体2が排気筒端部1aを閉塞している位置から、弁体2が排気筒端部1aを開放(全開)させる位置に亘るストロークX1の全移動範囲に亘って、排気弁棒3の軸部3aに対して、燃焼室から離れる方向であって排気筒端部1a(排気口)を閉塞させる閉塞方向(矢印C)の力を作用させる。 In this embodiment, too, the first air spring 5a applies a force to the shaft portion 3a of the exhaust valve rod 3 in the closing direction (arrow C) away from the combustion chamber, closing the exhaust pipe end 1a (exhaust port), over the entire range of movement of the stroke X1, from the position where the valve body 2 closes the exhaust pipe end 1a to the position where the valve body 2 opens (fully opens) the exhaust pipe end 1a.

第2の空気バネ5bは、本実施形態においても、弁体2が排気筒端部1aを閉塞させる位置と排気筒端部1aが全開となる位置とに亘る排気弁棒3の移動範囲(図9~図11)のうちの一部区間(図10~図11)のみにおいて、排気弁棒3の軸部3aに対して、排気筒端部1aを閉塞させる閉塞方向(矢印C)の力を作用させる。 In this embodiment, the second air spring 5b also applies a force in the closing direction (arrow C) to the shaft 3a of the exhaust valve rod 3 to close the exhaust tube end 1a in only a portion (Figures 10-11) of the range of movement of the exhaust valve rod 3 (Figures 9-11) that spans between the position where the valve body 2 closes the exhaust tube end 1a and the position where the exhaust tube end 1a is fully open.

第1の空気バネ5aは、排気筒端部1aが閉塞される位置から、排気筒端部1aが全開される位置に至る開放過程において、排気弁棒3を減速させ、排気筒端部1aが全開される位置から、排気筒端部1aが閉塞される位置に至る閉塞過程においては、排気弁棒3を加速する。 The first air spring 5a decelerates the exhaust valve rod 3 during the opening process, when the exhaust stack end 1a moves from a position where it is closed to a position where it is fully open, and accelerates the exhaust valve rod 3 during the closing process, when the exhaust stack end 1a moves from a position where it is fully open to a position where it is closed.

第2の空気バネ5bは、開放過程のうちの軸部3aに対して力を作用させる区間では、第1の空気バネ5aとともに、排気弁棒3を減速させ、閉塞過程のうちの軸部3aに対して力を作用させる区間では、第1の空気バネ5aとともに、排気弁棒3を加速させる。 The second air spring 5b, together with the first air spring 5a, decelerates the exhaust valve rod 3 during the section of the opening process where a force is applied to the shaft 3a, and, together with the first air spring 5a, accelerates the exhaust valve rod 3 during the section of the closing process where a force is applied to the shaft 3a.

第2の空気バネ5bは、閉塞過程において、排気筒端部1aが所定の開度(0%<開度<100%)になった途中位置で、図10に示すように、第2の円環状ピストン部材14がストッパ14aに当接して停止し、空気バネシリンダ6内をこれ以上拡張させない。これ以降は、第1の円環状ピストン部材7の当接部13は、図9に示すように、第2の円環状ピストン部材14の被当接部15から軸部3aの軸方向に離間する。第2の空気バネ5bは、当接部13が被当接部15から離れると、排気弁棒3に対して力を作用させなくなる(非作用となる)。 During the closing process, when the exhaust pipe end 1a reaches a predetermined opening angle (0% < opening angle < 100%), the second annular piston member 14 abuts against the stopper 14a and stops as shown in Figure 10, preventing further expansion inside the air spring cylinder 6. After this, the abutting portion 13 of the first annular piston member 7 moves away from the abutted portion 15 of the second annular piston member 14 in the axial direction of the shaft portion 3a, as shown in Figure 9. When the abutting portion 13 moves away from the abutted portion 15, the second air spring 5b no longer applies force to the exhaust valve stem 3 (becomes inactive).

開放過程(図9→図11)において、第2の空気バネ5bが作用を始める排気筒端部1aが所定の開度(0%<開度<100%)になる途中位置(図10)は、排気弁棒3が開放方向に移動するときの慣性力が、負(閉塞方向)から正(開放方向)へ変わる位置乃至その位置付近である。 During the opening process (Figures 9 → 11), the intermediate position (Figure 10) where the second air spring 5b begins to act and the exhaust pipe end 1a reaches a predetermined opening angle (0% < opening angle < 100%) is the position or near that position where the inertial force as the exhaust valve stem 3 moves in the opening direction changes from negative (closing direction) to positive (opening direction).

また、閉塞過程(図11→図9)において、第2の空気バネ5bが非作用となる排気筒端部1aが所定の開度(0%<開度<100%)になる途中位置(図10)は、排気弁棒3が閉塞方向に移動するときの慣性力が、正(開放方向)から負(閉塞方向)へ変わる位置乃至その位置付近である。 Furthermore, during the closing process (Fig. 11 → Fig. 9), the intermediate position (Fig. 10) where the second air spring 5b is inactive and the exhaust pipe end 1a reaches a predetermined opening (0% < opening < 100%) is the position or near that position where the inertial force when the exhaust valve stem 3 moves in the closing direction changes from positive (opening direction) to negative (closing direction).

閉塞過程(図11→図9)においては、第1及び第2の空気バネ5a、5bによる減速方向の力が作用して排気弁棒3が減速され、弁体2の弁座1bへの着座速度が抑えられ、より緩やかな着座が実現される。 During the closing process (Figure 11 → Figure 9), the exhaust valve stem 3 is decelerated by the deceleration force exerted by the first and second air springs 5a, 5b, reducing the speed at which the valve disc 2 seats on the valve seat 1b and achieving a more gradual seating.

本実施形態においても、排気弁棒3に作用する力(排気弁作用力パターン)及び排気筒端部1a(弁体2)の開度は、図8(a)に示したようになり、駆動用高圧油の圧力変化及び排気筒端部1a(弁体2)の開度は、図8(b)に示したようになる。 In this embodiment, the force acting on the exhaust valve stem 3 (exhaust valve acting force pattern) and the opening of the exhaust tube end 1a (valve element 2) are as shown in Figure 8(a), and the pressure change of the driving high-pressure oil and the opening of the exhaust tube end 1a (valve element 2) are as shown in Figure 8(b).

すなわち、駆動油(圧力源)の圧力Pは、排気筒端部1aの開放時に生じる最大油圧(Pomax)、すなわち、〔(燃焼室内ガス圧GP)+(第1の空気バネ5aの力)+(排気弁棒3の慣性力)〕に依存し、第1の空気バネ5aの空気バネ力が弱いことで、最大油圧(Pomax)を低減させ、駆動油(圧力源)の圧力Pを下げることができ、駆動消費動力を抑えることができる。 In other words, the pressure P of the driving oil (pressure source) depends on the maximum oil pressure (Pomax) generated when the exhaust pipe end 1a is opened, that is, [(combustion chamber gas pressure GP) + (force of the first air spring 5a) + (inertia force of the exhaust valve rod 3)]. By weakening the air spring force of the first air spring 5a, the maximum oil pressure (Pomax) can be reduced, lowering the pressure P of the driving oil (pressure source), and reducing driving power consumption.

また、排気筒端部1aの閉塞時については、第1の空気バネ5aの空気バネ力により、油圧のピーク値(Pcmax)を低減させることができ、例えば、アクチュエータ4のピストンリング等の機器の耐久性を増すことができる。 Furthermore, when the exhaust stack end 1a is blocked, the air spring force of the first air spring 5a can reduce the peak value of the oil pressure (Pcmax), thereby increasing the durability of equipment such as the piston ring of the actuator 4.

本発明は、前述した各実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってよい。
また、具体的な細部構造や数値等及び制御装置の制御内容等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
さらに、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した各実施形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.
Furthermore, it goes without saying that the specific detailed structure, numerical values, and control contents of the control device can be changed as appropriate.
Furthermore, the embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the claims, not by the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 排気筒
1a 排気筒端部
2 弁体
3 排気弁棒
4 アクチュエータ
5a 第1の空気バネ
5b 第2の空気バネ
6 空気バネシリンダ
7 第1の円環状ピストン部材
7a 外周円筒摺接面
8 駆動油圧ポンプ
9 比例制御弁
10 筐体
11 機関制御装置
12 高圧管
13 当接部(当接部材)
13a 油圧ダンパ
14 第2の円環状ピストン部材
14a ストッパ
14b ストッパ油圧ダンパ
14c 内周円筒摺接面
15 被当接部
71 円筒部分
72 円盤部分
73 作用面
74 外周円盤部分
81 外周円筒摺接面
82 作用面
83 円筒部分
84 円盤部分
85 内周円筒部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust tube 1a Exhaust tube end 2 Valve body 3 Exhaust valve stem 4 Actuator 5a First air spring 5b Second air spring 6 Air spring cylinder 7 First annular piston member 7a Outer peripheral cylindrical sliding surface 8 Driving hydraulic pump 9 Proportional control valve 10 Housing 11 Engine control device 12 High-pressure pipe 13 Contact portion (contact member)
13a Hydraulic damper 14 Second annular piston member 14a Stopper 14b Stopper hydraulic damper 14c Inner peripheral cylindrical sliding surface 15 Contacted portion 71 Cylindrical portion 72 Disk portion 73 Action surface 74 Outer peripheral disk portion 81 Outer peripheral cylindrical sliding surface 82 Action surface 83 Cylindrical portion 84 Disk portion 85 Inner peripheral cylindrical portion

Claims (8)

内燃機関の燃焼室の排気口を開閉する弁体を有し、前記燃焼室から離れる方向であって前記排気口を閉塞させる閉塞方向、及び、前記燃焼室に進入する方向であって前記排気口を開放させる開放方向に移動可能に支持された排気弁棒と、
前記排気弁棒を、前記開放方向に付勢する油圧機構と、
前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第1の空気バネと、
前記排気口を閉塞させる位置と前記排気口を全開させる位置とに亘る前記排気弁棒の移動範囲のうちの一部区間のみにおいて、前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第2の空気バネと
を備え、
前記第2の空気バネは、前記排気口が閉塞される位置から、前記排気口が全開される位置に至る開放過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、力を作用させず、前記開放過程の前記途中位置以降は、前記閉塞方向の力を作用させて前記排気弁棒を減速させる
ことを特徴とする排気弁駆動装置。
An exhaust valve rod having a valve body that opens and closes the exhaust port of the combustion chamber of the internal combustion engine, and supported movably in a closing direction that closes the exhaust port in a direction away from the combustion chamber, and in an opening direction that opens the exhaust port in a direction that enters the combustion chamber.
A hydraulic mechanism that biases the exhaust valve rod in the opening direction;
A first air spring that applies a force in the closing direction to the exhaust valve rod;
A second air spring that applies a force in the closing direction to the exhaust valve rod only in a partial section of the movement range of the exhaust valve rod ranging from a position where the exhaust port is closed to a position where the exhaust port is fully opened.
The second air spring does not apply force to the exhaust valve rod from a position where the exhaust port is closed to a predetermined intermediate position in the opening process where the exhaust port is fully opened, and from the intermediate position in the opening process onwards, a force in the closing direction is applied to decelerate the exhaust valve rod. An exhaust valve drive device characterized by the above.
前記開放過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記閉塞方向から前記開放方向へ変わる位置付近である
ことを特徴とする請求項1記載の排気弁駆動装置。
The exhaust valve drive device according to claim 1, wherein the intermediate position in the opening process is near a position where the inertial force of the exhaust valve rod changes from the closing direction to the opening direction.
内燃機関の燃焼室の排気口を開閉する弁体を有し、前記燃焼室から離れる方向であって前記排気口を閉塞させる閉塞方向、及び、前記燃焼室に進入する方向であって前記排気口を開放させる開放方向に移動可能に支持された排気弁棒と、
前記排気弁棒を、前記開放方向に付勢する油圧機構と、
前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第1の空気バネと、
前記排気口を閉塞させる位置と前記排気口を全開させる位置とに亘る前記排気弁棒の移動範囲のうちの一部区間のみにおいて、前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第2の空気バネと
を備え、
前記第2の空気バネは、
前記排気口が閉塞される位置から、前記排気口が全開される位置に至る開放過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、力を作用させず、前記開放過程の前記途中位置以降は、前記閉塞方向の力を作用させて前記排気弁棒を減速させ、
前記排気口が全開される位置から、前記排気口が閉塞される位置に至る閉塞過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させて前記排気弁棒を加速させ、前記閉塞過程の前記途中位置以降は、排気弁棒に対して、力を作用させない
ことを特徴とする排気弁駆動装置。
An exhaust valve rod having a valve body that opens and closes the exhaust port of the combustion chamber of the internal combustion engine, and supported movably in a closing direction that closes the exhaust port in a direction away from the combustion chamber, and in an opening direction that opens the exhaust port in a direction that enters the combustion chamber.
A hydraulic mechanism that biases the exhaust valve rod in the opening direction;
A first air spring that applies a force in the closing direction to the exhaust valve rod;
A second air spring that applies a force in the closing direction to the exhaust valve rod only in a partial section of the movement range of the exhaust valve rod ranging from a position where the exhaust port is closed to a position where the exhaust port is fully opened.
The second air spring comprises:
From the position where the exhaust port is blocked to a predetermined intermediate position in the opening process where the exhaust port is fully opened, no force is applied to the exhaust valve rod, and from the intermediate position in the opening process onwards, a force in the closing direction is applied to decelerate the exhaust valve rod.
From the position where the exhaust port is fully opened to a predetermined intermediate position in the closing process where the exhaust port is closed, a force in the closing direction is applied to the exhaust valve rod to accelerate the exhaust valve rod, and after the intermediate position in the closing process, No force is applied to the exhaust valve rod. An exhaust valve drive device characterized by the above.
前記開放過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記閉塞方向から前記開放方向へ変わる位置付近であり、
前記閉塞過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記開放方向から前記閉塞方向へ変わる位置付近である
ことを特徴とする請求項3記載の排気弁駆動装置。
The intermediate position in the opening process is near the position where the inertial force of the exhaust valve rod changes from the closing direction to the opening direction,
The exhaust valve drive device according to claim 3, wherein the intermediate position in the closing process is near a position where the inertial force of the exhaust valve rod changes from the opening direction to the closing direction.
前記第1の空気バネを構成する第1の円環状ピストン部材と、
前記第2の空気バネを構成する第2の円環状ピストン部材と
を備え、
前記第1の円環状ピストン部材は、前記排気弁棒の周囲にある空気バネシリンダ内の内周側に前記排気弁棒と同軸に配置され、内周面を前記排気弁棒に固定して取り付けられ、前記空気バネシリンダ内に臨む前記開放方向に向いた作用面と、前記排気弁棒と同軸の外周円筒摺接面と、当接部とを有し、
前記第2の円環状ピストン部材は、前記空気バネシリンダ内の外周側に前記排気弁棒と同軸に配置され、外周面が前記排気弁棒と同軸の外周円筒摺接面となっており、この外周円筒摺接面が前記空気バネシリンダの内周面に前記排気弁棒の軸方向に摺動可能となっており、前記排気弁棒と同軸の内周円筒摺接面を有し、この内周円筒摺接面が前記第1の円環状ピストン部材の外周円筒摺接面に前記排気弁棒の軸方向に摺動可能となっており、前記空気バネシリンダ内に臨む前記開放方向に向いた作用面と、前記第1の円環状ピストン部材の当接部が前記開放方向に当接する被当接部とを有し、
前記第1の空気バネは、前記第1の円環状ピストン部材によって、前記空気バネシリンダ内の密閉空間の体積を圧縮及び膨張させるように構成され、
前記第2の空気バネは、
前記第2の円環状ピストン部材によって、前記空気バネシリンダ内の密閉空間の体積を圧縮及び膨張させるように構成され、
前記排気弁棒の位置が前記排気口を閉塞させる位置と前記途中位置との間であるときには、前記第2の円環状ピストン部材が前記空気バネシリンダ内のストッパに当接して停止しており、前記当接部が前記被当接部から離間していることによって、前記排気弁棒に対して力を作用させず、
前記排気弁棒の位置が前記途中位置と前記排気口を開放させる位置との間であるときには、前記当接部が前記被当接部に当接していることによって、前記第2の円環状ピストン部材が前記第1の円環状ピストン部材とともに移動されて、前記第1の円環状ピストン部材を介して前記排気弁棒に対して力を作用させる
ことを特徴とする請求項1~4の何れかに記載の排気弁駆動装置。
a first annular piston member constituting the first air spring;
a second annular piston member constituting the second air spring,
The first annular piston member is arranged coaxially with the exhaust valve rod on the inner circumferential side of the air spring cylinder around the exhaust valve rod, and has an inner circumferential surface fixed to the exhaust valve rod. An action surface facing the opening direction facing the air spring cylinder, an outer peripheral cylindrical sliding surface coaxial with the exhaust valve rod, and an abutment portion.
The second annular piston member is arranged coaxially with the exhaust valve rod on the outer circumferential side within the air spring cylinder, and its outer peripheral surface is an outer cylindrical sliding surface coaxial with the exhaust valve rod. This outer cylindrical sliding surface is slidable in the axial direction of the exhaust valve rod on the inner circumferential surface of the air spring cylinder, and has an inner cylindrical sliding surface coaxial with the exhaust valve rod, and this inner cylindrical sliding surface is slidable in the axial direction of the exhaust valve rod on the outer cylindrical sliding surface of the first annular piston member. An operating surface facing the opening direction facing the inside of the air spring cylinder, and an abutted portion against which the abutment portion of the first annular piston member abuts in the opening direction.
the first air spring is configured to compress and expand a volume of a sealed space in the air spring cylinder by the first annular piston member,
The second air spring comprises:
The second annular piston member is configured to compress and expand the volume of a sealed space in the air spring cylinder,
When the position of the exhaust valve rod is between the position that closes the exhaust port and the intermediate position, the second annular piston member abuts against the stopper in the air spring cylinder and stops, and the abutting portion is separated from the abutted portion. No force is applied to the exhaust valve rod,
When the position of the exhaust valve rod is between the intermediate position and the position where the exhaust port is opened, the abutting portion abuts the abutted portion, thereby causing the second annular piston member to move together with the first annular piston member. The exhaust valve drive device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a force is applied to the exhaust valve rod via the first annular piston member.
前記当接部と、前記被当接部との何れか一方には、油圧ダンパが配設されている
ことを特徴とする請求項5記載の排気弁駆動装置。
6. The exhaust valve drive device according to claim 5, wherein a hydraulic damper is provided on either the contact portion or the contacted portion.
前記第1の円環状ピストン部材は、前記排気弁棒に固定して取り付けられた円筒部分と、この円筒部分の前記開放方向側部分から外周側に向けて突出形成された円盤部分とを有し、前記円盤部分の前記開放方向側の面が前記作用面であり、前記円盤部分の外周面が前記外周円筒摺接面であり、前記作用面の外周側部分に前記当接部があり、
前記第2の円環状ピストン部材は、前記空気バネシリンダの内周面に摺動可能な円筒部分と、この円筒部分の前記開放方向側部分から内周側に向けて突出形成された円盤部分と、この円盤部分の前記閉塞方向側の面から前記閉塞方向に向けて突出形成された内周円筒部分とを有し、前記円盤部分の前記開放方向側の面が前記作用面であり、前記円筒部分の外周面が前記外周円筒摺接面であり、前記内周円筒部分の内周面が前記内周円筒摺接面であり、前記円盤部分の前記閉塞方向側の面の前記内周円筒部分よりも内周側に前記被当接部がある
ことを特徴とする請求項5記載の排気弁駆動装置。
The first annular piston member has a cylindrical portion fixedly attached to the exhaust valve rod and a disk portion formed protruding from the opening direction side portion of the cylindrical portion toward the outer circumferential side, and the opening direction side surface of the disk portion is the working surface, the outer peripheral surface of the disk portion is the outer circumferential cylindrical sliding surface, and the abutment portion is on the outer circumferential side portion of the working surface.
6. The exhaust valve drive device according to claim 5, wherein the second annular piston member has a cylindrical portion slidable on the inner peripheral surface of the air spring cylinder, a disk portion protruding inward from the opening direction side of the cylindrical portion, and an inner cylindrical portion protruding in the closing direction from the closing direction side surface of the disk portion, wherein the opening direction side surface of the disk portion is the operating surface, the outer peripheral surface of the cylindrical portion is the outer peripheral cylindrical sliding surface, the inner peripheral surface of the inner cylindrical portion is the inner peripheral cylindrical sliding surface, and the abutted portion is located on the closing direction side surface of the disk portion more inner than the inner cylindrical portion.
前記第1の円環状ピストン部材は、前記排気弁棒に固定して取り付けられた円盤部分と、この円盤部分の外周側部分から前記閉塞方向に向けて突出形成された円筒部分と、この円筒部分の前記閉塞方向側部分から外周側に向けて突出形成された外周円盤部分とを有し、前記円盤部分の前記開放方向側の面が前記作用面であり、前記円筒部分の外周面が前記外周円筒摺接面であり、前記外周円盤部分の前記開放方向側の面に前記当接部があり、
前記第2の円環状ピストン部材は、前記空気バネシリンダの内周面に摺動可能な円筒部分と、この円筒部分の前記閉塞方向側部分から内周側に向けて突出形成された円盤部分と、この円盤部分の内周側部分から前記閉塞方向に向けて突出形成された内周円筒部分とを有し、前記円筒部分の前記開放方向側の面及び前記円盤部分の前記開放方向側の面が前記作用面であり、前記円筒部分の外周面が前記外周円筒摺接面であり、前記内周円筒部分の内周面が前記内周円筒摺接面であり、前記内周円筒部分の前記閉塞方向側の端面に前記被当接部がある
ことを特徴とする請求項5記載の排気弁駆動装置。
The first annular piston member has a disk portion fixedly attached to the exhaust valve rod, a cylindrical portion formed protruding from the outer peripheral portion of the disk portion toward the closing direction, and an outer peripheral disk portion formed protruding from the closing direction side portion of the cylindrical portion toward the outer peripheral side, and the surface of the disk portion on the opening direction side is the working surface, the outer peripheral surface of the cylindrical portion is the outer peripheral cylindrical sliding surface, and the abutment portion is on the surface on the opening direction side of the outer peripheral disk portion,
6. The exhaust valve drive device according to claim 5, wherein the second annular piston member has a cylindrical portion slidable on the inner peripheral surface of the air spring cylinder, a disk portion protruding inward from the closing direction side of the cylindrical portion, and an inner cylindrical portion protruding from the inner peripheral portion of the disk portion in the closing direction, wherein a surface of the cylindrical portion on the opening direction side and a surface of the disk portion on the opening direction side are the working surface, an outer peripheral surface of the cylindrical portion is the outer peripheral cylindrical sliding surface, an inner peripheral surface of the inner cylindrical portion is the inner peripheral cylindrical sliding surface, and the abutted portion is located on an end surface of the inner cylindrical portion on the closing direction side.
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