(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧アクチュエータシリンダ(40)内のピストン(20)のストロークを、該ピストン(20)の端部表面に隣接する該シリンダ(40)内に加圧作動液を導入することによって制限する装置であって、該端部表面は、該ピストンが該加圧作動液に反応して移動するときの軸(30)に実質的に垂直であり、該端部表面は開口部(24)を有し、該開口部(24)が開口しているときこれを通って作動液が該シリンダ(40)から逃げることができる装置であって、該シリンダ(40)内の、該端部表面と該端部表面に対向する該シリンダ(40)の端部(76)との間に移動可能に取り付けられたピストン従動部材(60)であって、該シリンダ(40)と該軸(30)に実質的に平行な該ピストン(20)とに対して移動し得、該ピストン従動部材(60)の第１端部は、該端部表面に隣接した位置にあり、該開口部(24)を選択的に閉鎖しこれにより作動液が該シリンダ(40)から該開口部(24)を介して逃げるのを防ぐような形状を有するピストン従動部材(60)と、該ピストン従動部材(60)が該ピストン(20)と共に該シリンダ(40)の該端部(76)から離れるように移動し得る移動量を制限する止め構造(80)であって、これにより、該止め構造(80)が作動しているとき、該ピストン従動部材(60)は該ピストン(20)と共に該シリンダ(40)の該端部(76)から離れるように移動し続けるのが妨げられ、該開口部(24)がこれに応じて開口して作動液を該シリンダ(40)から解放し、この結果、該シリンダ(40)内の作動液の圧力に反応して、該ピストン(20)が移動し続けるのを妨げる止め構造とを備え、該第１端部とは反対の側の該ピストン従動部材(60)の第２端部(64)は、該シリンダ(40)の該端部(76)を選択的に圧迫し、これにより、該端部表面が該第１端部に接触し該第２端部が該シリンダ(40)の該端部(76)に接触するとき、該ピストン従動部材(60)が該ピストン(20)の該シリンダ(40)の該端部(76)への移動を停止させるための止めとして作用し得るような形状であることを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記ピストン従動部材(60)の前記第２端部(64)の側の部分は、前記シリンダ(40)の前記端部の穴部(72)に滑動可能に受容される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記穴部(72)の側壁と前記ピストン従動部材(60)の隣接する側面との間に環状の隙間が存在する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記隙間により、前記シリンダ(40)内の作動液が前記第２端部(64)に到達し得る、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記隙間により、前記ピストン従動部材(60)が前記軸(30)に対して制限された量(A)だけ傾斜し得る、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記止め構造(80)は、前記穴部(72)の側壁の前記軸(30)と同心の第１環状チャネル(74)と、前記ピストン従動部材(60)の表面に該第１環状チャネル(74)に隣接した該軸(30)と同心の第２環状チャネル(62)と、該軸(30)と同心の実質的に環状の保持部材(80)であって、該保持部材(80)の各断面の第１部分は該第１環状チャネル(74)内にあり、該保持部材(80)の各断面の第２部分は該第２環状チャネル(62)内にあるように、該第１環状チャネルおよび第２環状チャネル(74,62)内に配置される保持部材と、を備えている、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記保持部材(80)は、所定の断面半径を有する円形ワイヤである、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１環状チャネル(74)は、前記ワイヤとほぼ同じ半径を有する半円形断面を有する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第２環状チャネル(62)は、前記ワイヤの半径の少なくとも２倍の深さの前記第１端部に隣接する第１部分を有する断面を有し、該第２環状チャネル(62)の該断面は、該ワイヤの半径より深いが該ワイヤの半径の２倍より浅い前記第２端部(64)に隣接する第２部分を有する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１環状チャネルおよび第２環状チャネル(74,62)は、前記ピストン従動部材(60)の前記第２端部(64)が前記シリンダ(40)の前記端部(76)を圧迫するとき、該第２環状チャネル(62)の前記第１端部に近い方の縁が、該第１環状チャネル(74)の該第１端部に近い方の縁に隣接するように互いに対して配置される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ピストン従動部材(60)の前記第２端部(64)に近い方の前記第２環状チャネル(62)の側壁は、前記第１環状チャネル(74)の方向に傾いている、請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記保持部材(80)は、環状方向に外向きに延びて前記第１環状チャネル(74)内に入るように弾性により付勢される、請求項６に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２端部(64)は、該第２端部(64)が前記シリンダ(40)の前記端部(76)を圧迫するとき、該第２端部(64)と該シリンダの該端部(76,78)との間に所定量の作動液を閉じ込めるような形状である、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記穴部(72)は、前記シリンダ(40)の前記端部にはめ込まれる調整ネジ(70)の端部に形成される、請求項２に記載の装置。
【請求項１５】
前記第２端部(64)は球状の凸面であり、該第２端部により圧迫される前記シリンダ(40)の前記端部(76)は円錐台の凹面であり、これにより、該第２端部(64)が該シリンダ(40)の該端部(76)を圧迫するとき該第２端部(64)と該シリンダ(40)の該端部(76)との間に実質的に円形の接触線が形成される、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、内燃機関の圧縮解放ブレーキに関する。詳しくは、このようなブレーキで典型的に用いられる油圧回路装置の改良に関する。
内燃機関の圧縮解放ブレーキは、例えば、Cumminsの米国特許第3,220,392号に示されているように周知である。典型的な圧縮解放エンジンブレーキでは、油圧回路は、エンジンの適切にタイミング化された動きをエンジンの排気バルブ開口部に伝え、これにより、関連する排気バルブが、関連するエンジンシリンダの圧縮ストロークの先端止まり中心近くまで開口する。この油圧回路は、エンジンにブレーキをかけることが所望され、エンジンへの燃料の流入がこれに応じて遮断されるときのみに作動可能となる。排気バルブをこのようにして開口させることにより、シリンダ内で圧縮された空気は、シリンダの次の「パワー」ストロークによりエンジンがその空気を圧縮する動作を回復し得る前に、シリンダからエンジンの排気システムへと逃げることができる。従って、エンジンブレーキによりエンジンは一時的にパワー源からパワー吸収エアコンプレッサに変わり、これにより、エンジンは、エンジンにより推進される乗物を減速させるのにさらに一層効果を奏でる。この結果、乗物の車輪ブレーキの寿命が延び、また乗物の操作の安全性が増大する。
エンジンが圧縮解放エンジンブレーキ操作中に吸収し得る馬力は、関連するエンジンシリンダの圧縮ストロークの先端止まり中心に対する排気バルブの開口のタイミングに強く影響される。最適なブレーキ操作を得るためには、これらの排気バルブの開口が適切にタイミング化されること、および排気バルブが、関連するエンジンシリンダ内で圧縮された空気を迅速に解放するのに十分な量だけ迅速に開口することが重要である。また、圧縮解放エンジンブレーキ操作中において、圧縮解放が行われるときはエンジンシリンダ内の空気は高圧であるため、排気バルブはかなりの抵抗に逆らって開口することになる点に留意すべきである。上記をすべて考慮すると、各エンジンシリンダに関連するエンジンブレーキ油圧回路は、そのエンジンシリンダ内の排気バルブを開口させるほどの大きな油圧力を油圧アクチュエータピストンに迅速に与える能力を有することが必要である。油圧回路はアクチュエータピストンを強力におよび迅速に駆動して、関連する排気バルブを迅速におよび実質的に開口しなければならない。
一方、圧縮開放エンジンブレーキ操作中に排気バルブのストロークを制限することは極めて重要である。何故なら、ブレーキ操作中、排気バルブは、関連するエンジンピストンの先端部が排気バルブに最も近い位置にあるとき（すなわち、先端止まり中心位置にあるとき）に開口する。排気バルブは関連するエンジンピストンの先端部に接触してはならない。接触すれば、エンジンは破損する。
排気バルブの迅速で実質的ではあるが制限された開口を確実なものとするために、圧縮開放エンジンブレーキの各油圧回路に「クリップバルブ」とも呼ばれるものを配備することが知られている。このようなクリップバルブにより、油圧回路のアクチュエータピストンが十分な距離だけ移動して関連する排気バルブが所望の最大限まで開口すると直ちに、作動液が各エンジンブレーキ油圧回路から流出し得る。クリップバルブのいくつかの例が、Huの米国特許第5,161,501号に示されている。例えば、Huの特許の図１および図２では、クリップバルブは、スレーブピストン10がピン22によって確立されるプランジャー20の下方移動の限度を超えてさらに下方に移動するまでは、プランジャーはスレーブピストンの先端の開口部12を覆っている。次に開口部12は露出され、この結果、作動液がスレーブピストン10の上部からスレーブピストンを通って逃げる。この結果、スレーブピストンが下方に移動するのが妨げられ、関連するエンジン排気バルブの開口量が制限される。
既知のクリップバルブの中には非常に成功したものもあるが、いくつかの欠点がある場合もある。例えば、このようなクリップバルブは部品数が多く、これらの部品の少なくともいくつかは、かなり複雑な機械加工および／または組み立てを必要とする。一例として、Huの特許の図１および図２に示されるクリップバルブは、プランジャー20、横ピン22、ナット40、バネ50、およびネジ70を有する。プランジャー20は、かなり複雑な機械加工（例えば、ピン22のための細長いスロット28を形成する）およびかなり複雑な組み立て（例えば、プランジャーをネジ70に、バネ50の外向きの力に対抗して、ピン22がスロット28を貫通し得るように適切な方向に挿入する）を必要とする。また、この装置には故障の恐れがいくつかある。ピン22がネジ70から出てくる恐れがある。バネ50が破損する恐れがある。ネジ70はバネ50用に孔が開けられて弱くなるため、エンジンブレーキハウジング30とナット40との接面でネジ70が破損する恐れがある。
従って、本発明の目的は、内燃機関のための圧縮解放ブレーキの油圧回路で使用するための簡単で改良されたクリップバルブを提供することである。
本発明の別の目的は、部品数が少なく、機械加工が簡単で、組み立てが容易なためコストの低い圧縮開放エンジンブレーキのクリップバルブを提供することである。
本発明のさらに別の目的は、破損または故障の危険が少なく、従って使用において丈夫で信頼性のある圧縮解放エンジンブレーキのクリップバルブを提供することである。
発明の要旨
本発明の上記のおよび他の目的は、圧縮解放エンジンブレーキの油圧回路のアクチュエータピストンのためのクリップバルブアセンブリを提供することによって、本発明の原理により実現され得る。クリップバルブアセンブリは、エンジンブレーキの静止部の（例えば、アクチュエータピストンのための戻り止めネジの端部の）穴部に好ましくはかなり緩やかに受容されるピストン従動部材またはプランジャーを含む。プランジャーは、好ましくは、円形断面を有するワイヤである保持リングによって穴部に保持される。プランジャーは、アクチュエータピストンの往復運動の軸に平行に往復運動し得る。プランジャーがアクチュエータピストンの先端部に接触している間は、プランジャーの底部がアクチュエータピストンの先端部の開口部を覆う。上述の保持リングによりプランジャーの下方への移動が止まり、この時点で、プランジャーはアクチュエータピストンから離れて、作動液をアクチュエータピストンシリンダから解放し、これによりアクチュエータピストンの前進ストロークをクリップするすなわち終了させる。
アクチュエータピストンの戻りバネが作動してプランジャーを穴部内で押し上げると、プランジャーの上端部は穴部の上端部の座部を圧迫する。従って、プランジャー自体がアクチュエータピストンのための戻り止め表面を提供する。穴部とプランジャーとの間にバネを配備して、プランジャーをアクチュエータピストンの先端部に向かって付勢させてもよいが、より好適な実施態様では、このようなバネは必要としない。アクチュエータピストンの戻りストロークが終了する度に、作動液がプランジャーの上端部と穴の対向する部分との間に閉じ込められ加圧される。この閉じ込められ加圧された作動液が、アクチュエータピストンの次の前進ストロークの開始時にプランジャーが下方への移動を始めるのを助けると考えられる。アクチュエータピストンの上記の開口部ではプランジャーに対しての圧力は比較的低いため、アクチュエータピストンシリンダ内の高圧作動液に反応してアクチュエータピストンが下方への移動を始めると直ちに、プランジャーには正味の下方への油圧力が加えられる。この正味の下方への油圧力により、上述のように上記の保持リングがプランジャーを停止させるまで、プランジャーはアクチュエータピストンと共に下方への移動を続ける。
プランジャーは穴部内に比較的緩やかにはめ込まれているため、油圧はプランジャーの上表面に簡単に到達する。このことは、プランジャーに上述の正味の下方への油圧力を加えるために必要である。また、この比較的緩やかなはめ込みにより、アクチュエータピストンの上部が傾斜している場合でもこれに従ってプランジャーが穴内部で僅かに傾くことが可能になる。プランジャーおよび穴部は、装置の最初の組み立て中に保持リングが自動的に配置されるような形状とされる。また、プランジャーおよび穴部は、装置の操作中に保持リングが外れる可能性を実質的に排除するような形状とされる。プランジャーの上方にバネを取り付ける必要が減少するかまたは必要がなくなるため、穴部は従来の装置より浅くすることができる。穴部がアクチュエータピストンのための戻り止めネジに形成されている場合、ネジ内の穴が浅いと、ネジは強度が増し、またエンジンブレーキハウジングとネジをハウジングにロックするナットとの間の接面での破損の可能性が小さくなる。
本発明のさらに別の特徴、特質および様々な利点については、添付の図面および以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の原理に従って構成されたクリップバルブ装置の一例の簡略断面図である。図１は、左側および右側で異なる装置の２つの作動状態を示す。
図２は、図１に類似した図であって、装置の別の作動状態を示す。
図３は、図１の一部に類似した拡大図であって、装置の別の可能な作動局面を示す。
図４は、図１の一部に類似した図であって、装置の組み立て方法、ならびに装置の構成および操作の詳細を説明するためのものである。
好適な実施態様の詳細な説明
図１および図２に示すように、本発明のクリップバルブ装置の１つの実施態様は、圧縮解放エンジンブレーキのハウジング50内のアクチュエータピストンシリンダ穴40で軸30に沿って往復運動し得る油圧アクチュエータピストン20を含む。アクチュエータピストン20は、戻りバネ22によって上方向に弾性により付勢される。ピストン20はその上壁の中心を貫通する開口部24を有する。開口部24は、通常は、クリップバルブプランジャー60の底表面によって覆われている。プランジャー60は、一部がアクチュエータピストン戻り止めネジ70の下部の穴部72に受容される。プランジャー60は、ネジ70に対して軸30に沿って往復移動し得る。ネジ70は、ネジの下部とプランジャー60とがシリンダ40の上部内に調整可能な量だけ入り込むように、ハウジング50にねじ込まれる。ネジ70は、典型的には、ハウジング50の上側でネジ70にはめられる従来のロックナット（図示せず）によって所望の位置にロックされる。ロックナットは、ハウジングの上表面に当てて下向きに締め付けられる。
プランジャー60は、実質的に環状の保持リング80によって穴部72内に保持される。特に好適なこの実施態様では、保持リング80は円形の断面を有するワイヤにより作製される。保持リング80は、一部が穴部72の円筒状側壁の環状溝74に受容される。実際には、保持リング80は、好ましくは、半径方向に外向きに延びて溝74に入るように弾性により付勢される。溝74の断面は、好ましくは、保持リング80の外表面に相補するように半円形である。溝74は、保持リング80の断面積の約半分を受容するだけの深さしかない。保持リングの断面の残りの半分は、プランジャー60の円筒状外側面の環状溝62に入る。これにより、プランジャー60が、図１の左側および図２に示す位置よりさらに移動するのが防止される。溝62の好適な形状について以下に詳しく述べる。
穴部72の上部は、小径の奥穴部78へと導く凹型の円錐台形状の肩部76を含む。プランジャー60の上端表面64は、好ましくは、プランジャー60が穴部72に十分に押し込まれると表面64が肩部76を圧迫して軸30と実質的に同心の円形接触線を形成するような半径を有する球状の凸型である。この接触線と図１が描かれている紙面の平面との交差を、図１に交差66で示す。この表面64と76との間のかなり長い円形接触線により十分な接触面が与えられるため、プランジャー60を、戻りバネ22がピストンを押し上げるときアクチュエータピストン20のための戻り止めとして用いることができる。つまり、シリンダ40内の作動液の圧力が十分に低いためバネ22がピストン20を押し上げるとき、プランジャー表面64が肩表面76に接触すると、ピストンの上方移動は停止する。
プランジャー60は、好ましくは、穴部72内に比較的緩やかにはめ込まれているため、プランジャー60の円筒状側面と穴部72の円筒状側面との間には実質的に環状の隙間がある。これにより、例えば図３の角度Ａで示すように、プランジャー60が穴部72内で反れるかまたは僅かに傾くことが可能になり、このため、装置の各部品が互いに完全に整合しているわけではない場合でも、プランジャーの底表面は開口部24に対して良好な密封を与える。これは本装置の利点の１つである。この好適な実施態様では、プランジャー60の底表面は軸30に対して垂直な方向から約１度だけ傾斜し得る。本装置のこの特質はまた、円錐台状表面76に当接する球状表面64を用いることによって促進される。プランジャー60が穴部72内で反れるかまたは傾くと、表面64と76との間の円形接触線の正確な位置は移動し得るが、表面64と76との間の接触の種類および量はいつでも実質的に同じである。
図４は、本発明のクリップバルブ装置の組み立て方法、およびこの好適な保持リング構造の他の利点を示す。プランジャー60および保持リング80を穴部72内に配備するためには、保持リングは、図４に80aで示すように、全体が溝62の比較的深い下部62a内に受容されるように環状に圧縮される。溝部62aの深さは、保持リング80を作製するために用いられるワイヤの半径の２倍以上である。これにより、プランジャー60および保持リング80を穴部72に押し込むことができる。プランジャー60の上表面64が表面76に接触すると、溝62の下縁62bは溝74の下縁に隣接する。これにより、保持リング80は、図４に80ｂで示すように、自動的に飛び出して溝74に入る。この後、保持リング80は溝74および62にまたがって位置する。装置の以下の動作において、プランジャー60が下方に移動すると、溝62の傾斜した上縁62cが保持リング80に接触し、保持リングを溝74の下側壁に押しつける。従って、保持リング80は、プランジャー60の下方への移動を図４の左側に示す位置で止める。構成要素60、80、および70間の接触角度82は、保持リング80が溝74を離れる傾向がないようにされる。しかし、たとえ離れる傾向があったとしても、溝62の上部62dは浅すぎて保持リング80の全直径を受容することができないようにされている（すなわち、溝部62aの深さは、保持リングワイヤの半径より大きいが、半径の２倍より小さい）。従って、80cで示す保持リングの位置はあり得ない。これにより、保持リング80は確実に溝74から離れることはない。さらに、表面64と76とが互いに接触する度に溝62の下縁62bと溝74の下縁とがほぼ整合するため、プランジャー60の各戻りストロークが完了すると、保持リング80は溝74に戻ろうとする。従って、本発明のこの好適なプランジャー保持構造は容易に製造および組み立てられ得、プランジャー60を穴部72内に極めて確実におよびフェイルセーフの方法で保持する。
次に本発明の装置の動作の他の局面について述べる。装置の最初の状態を図１の右側に示す。シリンダ40および開口部24には比較的低圧の作動液が存在する。従って、戻りバネ22はアクチュエータピストン20およびプランジャー60をずっと押し上げて、表面64と76とを互いに接触させることができる。プランジャー60の下表面は開口部24を密封している。
アクチュエータピストン20が配置されている内燃機関シリンダで圧縮解放を行うことが所望される場合は、高圧の作動液が導管42を介してシリンダ40に導入される。これにより、アクチュエータピストン20は下方に移動する。プランジャー60は最初はアクチュエータピストンと共に下方に移動し、これにより、開口部24は密封された状態に保たれ、高圧作動液をシリンダ40内に保持する。プランジャー60がこのように下方に移動するのは、開口部24での圧力がいつでも比較的低いため、そしてシリンダ40内の高圧が、プランジャー60および穴部72の円筒状側部間の比較的大きな隙間を通してプランジャーの上側に面した表面（例えば、表面64）に容易に伝えられるためである。従って、プランジャー60をアクチュエータピストン20と共に下方に移動させる正味の下向きの油圧力がプランジャーに加えられ、これにより、アクチュエータピストンの開口部24は閉じたままとなる。上述のピストン20の下方移動により、関連する内燃機関内の１つ以上の排気バルブが開口し、エンジンの圧縮解放ブレーキ操作における通常の方法で、エンジンの圧縮解放が行われる。
エンジンにおいて排気バルブの所望の開口量が得られると、図１および図４で左側に示すように、溝62の上側壁62ｃ（図４）が保持リング80に接触する。これにより、プランジャー60がさらに下方に移動するのが妨げられる。しかし、アクチュエータピストン20は下方へ移動を続けることができる。このため、図２に示すように開口部24が露出し、高圧作動液がシリンダ40から逃げる。この結果、アクチュエータピストン20がさらに顕著に下方に移動するのが妨げられ、関連するエンジン排気バルブの開口量がこれに応じて制限される。一方、圧縮解放のための排気バルブの開口を終了させたいときに導管42を介してシリンダ40をさらに十分に減圧するまでは、アクチュエータピストン20は下降を続けようとし、関連する排気バルブは開口したままである。
シリンダ40が導管42を介して減圧されると、戻りバネ22は、アクチュエータピストン20およびプランジャー60を、図１および図４の右側に示すそれぞれの最初の位置まで押し上げることができる。プランジャー60のこの戻り移動の最終段階で、幾分かの作動液が穴部72の上部78内に閉じ込められ加圧されると考えられる。この作動液の圧力は、プランジャー60の次の下方ストロークの開始を助けるために利用し得る。この次の下方ストロークは、典型的には、次の圧縮解放が行われる、１秒の何分の１かの期間の後に起こる。従って、プランジャー60を押し下げるために構成要素60と70との間にバネを配置する必要はない。しかし、所望であれば、このようなバネを配置してもよい。
以上の説明は、本発明の原理を例示しただけであって、本発明の範囲および精神から離れることなく当業者によって様々な変形がなされ得る。例えば、アクチュエータピストン20によって開口されるエンジンシリンダバルブは従来のエンジン排気バルブであると仮定されているが、代わりに、アクチュエータピストン20は、圧縮解放を行うためだけに各エンジンシリンダに配備される特殊なバルブを開口するために用いることができる（例えば、Gobertの米国特許第5,146,890号参照）。しかし、このような特殊目的のバルブは従来の排気バルブに非常に似ているため、本明細書で用いられる「排気バルブ」という用語に包含されることは理解されよう。また、いかなる適切な供給源によっても、適切にタイミング化された加圧作動液パルスを導管42に供給し得ることも理解されよう。例えば、これらのパルスは、上記のCumminsの特許および他の類似の文献に示されるような関連する内燃機関の別の可動部品によって作動されるマスターピストンによって供給され得る。もしくは、これらのパルスは、例えば、同じ譲受人の1994年10月７日に出願された特許出願第08/319,734号および1994年10月７日に出願された特許出願第08/320,049号に示されるような電動のトリガーバルブから供給され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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