JP2000510546A - 内燃機関のガス交換弁用弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、カム軸１を持ち、このカム軸のカム２が、シリンダヘツド５内に案内されかつ第１の圧縮ばね１４を介して内側タペツト７を支持するカツプタペツト６を介して、ガス交換弁の弁棒８に作用する、内燃機関のガス交換弁用弁駆動装置に関する。切換え可能な連結部材により、カツプタペツトが内側タペツトに連結されることができる。連結解除状態では、ガス交換弁がカツプタペツトのみを介して駆動される限り、ガス交換弁は操作されない。本発明によれば切換え可能な連結部材として、自己ロツクする円錐面を持つ締付け環が設けられている。ガス交換弁が閉じている場合、締付け結合は僅かな油圧（Ｐ）で解除されることができる。それにより、簡単な手段で、小さい構造空間において、僅かな摩擦損失しか持たずかつ低い操作用油圧（Ｐ）のためよく密封可能なガス交換弁用遮断又は切換え装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関のガス交換弁用弁駆動装置 本発明は、請求項１の上位概念に記載の内燃機関のガス交換弁用弁駆動装置に 関する。 最初にあげたような弁駆動装置は、一方では単一又は複数の弁を遮断するため に、他方では同じ弁において１つの行程特性から他の行程特性へ切換えるだけに 使用される。ガソリン機関では、遮断される弁において装気交換損失を防止し、 燃焼が行われている他のシリンダでは一層高い平均圧力で動作するため個々のシ リンダ弁が遮断され、それにより熱効率が高められる。それに応じて消費及び部 分負荷範囲における排気ガスが減少する。 直接噴射デイーゼル機関では、装気交換は著しく少ない損失しか生じない。し かしシリンダ当たり複数の入口弁のうち一部が遮断可能であると、燃焼室内の吸 気渦流が回転数に応じて影響を受け、それにより燃焼が改善されることがある。 弁の行程特性を、弁切換えにより多重に変化し、しかも開放行程及び制御時間 に関して変化することができる。従って２つの異なる行程特性により、２つの回 転数範囲について制御時間を最適化することができ、それにより消費及び排気ガ スに関する利点が得られる。 例えばドイツ連邦共和国の特許出願公開第４２１３１４７号明細書、特許出願 公開第４３３３９２７号明細書、特許第４４０５１８９号明細書及び特許出願公 開第４４４３１０１号明細書に示されるように、ガス交換弁の遮断又は切換え装 置を持つガス交換弁用の多数の弁駆動装置が公知である。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４４３１０１０号明細書に示す第１の装置 は、ガス交換弁を接続又は遮断するため油を満たされるか又は排出される圧力媒 体室を、タペツト内に持っている。操作力を伝達するため高い油圧が必要とされ 、この油圧が簡単な密封を困難にし、費用の かかる圧力媒体供給装置を必要とする。密封装置及び圧力媒体供給装置は大きい 構造空間を必要とする。 ドイツ連邦共和国特許第４４０５１８９号による第２の装置では、ガス交換弁 は、カツプタペツトとガス交換弁との間に設けられるはまり合いの切換え可能な 連結部材例えばピン又は円板により接続又は遮断される。はまり合い連結部材の 配置及び操作も同様にかなりの構造空間を必要とする。更に挿入の際完全なはま り合いが行われないと、許容されないほど高い面圧及びそれに伴う連結個所の摩 耗が生じる。 本発明の課題は、小さい構造空間で最初にあげた種類の弁駆動装置の構造費を 減少し、その効率を改善することである。この課題は、本発明によれば請求項１ の特徴によって解決される。 連結部材として切換え可能な締付け装置が設けられていることによって、カム からガス交換弁への操作力を伝達するため、液圧を生じる必要がない。締付け装 置を切換える力は小さく、電気的に又は低い油圧によって生じることができ、こ の低い油圧は簡単に密封可能で、潤滑油ポンプにより発生することができる。更 にはまり合い連結部材に比べて、締付け装置は騒音がなく、連続的に動作する、 という利点が生じる。締付け装置は、製造公差、摩耗及び異なる運転温度による 遊びを自動的に相殺することができる。交換弁が接続及び遮断のみを行う場合、 弁の遊びを相殺する付加的な装置をなくすことができる。 空間を節約する簡単な締付け装置は、円錐面によりカツプタペツトの対応する 対向面と共同作用する締付け環によって得られる。円錐面は内側タペツトへ向く 側又は両側に形成されるが、締付け環が一方の側にのみ円錐面を持っていれば充 分である。 円錐角は、操作力を伝達する締付け環の位置で自己ロツクが起こるように、小 さく定められている。それにより、付加的な保持力を加える必要なしに、大きい 操作力をガス交換弁へ摩擦により伝達することができる。締付け環は、１つ又は 複数の圧縮ばねのみによって、円錐面が互い に容易に接触する位置に保持され、それにより自己ロツクに必要な摩擦力が有効 になる。締付け環を容易に取付けることができ、従って円錐面が一層よく対向面 に当接するために、締付け環が軸線方向に扇形状に分割されているのがよい。 締付け結合を解除するため、締付け環は油圧の作用を受ける。このため内燃機 関の潤滑油圧力を使用するのがよい。カムがカツプタペツトを操作しない限り、 結合解除のため僅かな圧力しか必要としないので、潤滑油圧力で充分である。締 付け結合が解除された後、カムがカツプタペツトに作用すると、カツプタペツト は第１の圧縮ばねの力に抗してガス交換弁の方へ移動せしめられるが、ガス交換 弁は開かない。 ガス交換弁を操作することなく、カツプタペツトがシリンダヘツド内で動き、 カム軸のカムの所で滑るので、摩擦損失が生じる。 本発明の構成によれば、締付け環が、第１の円錐面と鈍角をなす第２の円錐面 を持ち、この第２の円錐面が、油圧により第２の圧縮ばねの力に抗して動作せし められることによって、この摩擦損失を回避することができる。円錐角は、自己 ロツクが起こらないような大きさに選ばれている。油圧が作用する限り、第２の 締付け結合はカツプタペツトを下死点位置に保つ。従ってカツプタペツトとカム 及びシリンダヘツドとの間の摩擦損失が回避される。 締付け環が圧力を除かれていると、第２の圧縮ばねは、第１の圧縮ばねにより 援助される締付け作用に打勝って、締付け結合を解除することができる。その際 第１の圧縮ばねはカツプタペツトをカム軸基礎円へ押付ける。それにより場合に よっては存在する弁遊びが相殺される。従って弁遊びを相殺する付加的な装置は 必要でない。絞り弁及び圧力保持弁を介して限られた残留圧力が維持されて、遮 断装置又は切換え装置の反応特性を改善するのがよい。 漏れにより第１及び第２の圧縮ばねのばねの空間の油圧が確立されないように するため、これらのばね空間はシリンダヘツドの圧力なし空間 に、接続されている。 それ以外の利点及び詳細は図面の次の説明から明らかになる。 図面には本発明の実施例が示されている。説明及び請求項には多数の特徴が関 連して示されかつ説明されている。当業者はこれらの特徴を好都合なように個々 に見るか、有意義な組合わせにまとめるだろう。 図１は圧力供給装置を概略的に示した弁駆動装置の部分的断面を示し、 図２は図１のII−II線による断面を示し、 図３は図１の詳細部IIIを示し、 図４は異なる切換え位置にある図３の細部を示し、 図５は弁を切換えられる弁駆動装置を示している。 カム軸１は矢印方向に回転し、カム２により破線の円を描く。 破線の円とカム軸１の基礎円との間隔は、シリンダヘツド５内に案内されるカ ツプタペツト６を操作してこれを下死点位置まで移動させるカム２の行程に相当 している。第１の圧縮ばね１４はカツプタペツト６を押してカム軸１又はカム２ に当接させる。この圧縮ばね１４は、カツプタペツト６内に案内されてガス交換 弁の弁棒８に当接する内側タペツト７に支持されている。ガス交換弁は弁座１１ を有する弁頭９を持ち、この弁座１１は弁ばね１２により弁座環１０へ密に当た るように保持され、従って内燃機関の図示しない燃焼室に対してガス交換通路１ ３を閉鎖する。 カツプタペツト６と内側タペツト７との間には、締付け環１５の形の連結部材 がある。この締付け環１５は、連結位置（図３）において、カム２の操作力がカ ツプタペツト６から内側タペツト７を介して弁棒８へ伝達され、ガス交換弁が弁 ばね１２の力に抗してカム２により開かれるようにしている。 この目的のため締付け環１５は第１の円錐面１７を持ち、第２の圧縮ばね１６ の力Ｆ_c2によりこの円錐面１７が、カツプタペツト６にある第１の円錐状対向面 １８へ当接する。第２の圧縮ばね１６は複数の個々の ばねから成ることができる。 図３が明らかに示すように、第１の円錐面１７又は第１の円錐状対向面１８は 、摩擦により自己ロツクが起こるように大きさを定められる円錐角α₁を持って いる。従ってα₁はカツプタペツト６と締付け環１５との間に予想される最小の 摩擦係数μ_minのアークタンジエントより小さくなければならない。この場合付 加的な保持力を生じる必要なしに、カム２の力Ｆ_N及び弁ばね１２の力Ｆ_Vの力に より、法線力力Ｎ₁及びＮ₂を介して締付け結合が生じる。これらの力に比べて、 第１の圧縮ばね１４の力Ｆｃ₁は無視できるほど小さい。カツプタペツト又は内 側タペツト７と締付け環１５との間の接触面の方向に、摩擦力Ｒ₁及びＲ₂が作用 する。 カツプタペツト６が、カム軸１の基礎円の所で動くと、締付け環１５には力Ｆ ｃ₁及びＦｃ₂のみが作用する。この状態において、圧油ポンプ２５例えば内燃機 関の潤滑油ポンプにより電磁弁２４及び圧力通路２３を介して加えられる比較的 僅かな圧力Ｐで、締付け結合を解除することができる。結合を解除された状態で 、操作力をガス交換弁へ伝達することなく、カツプタペツト６は内側タペツト７ に対して軸線方向に移動できる。 操作力が伝達されない時、摩擦損失を少なくするため、締付け環１５は第２の 円錐面１９を持ち、この円錐面１９が第２の円錐状対向面２０と共同作用する。 円錐角α₂は、第１の圧縮ばね１４の力Ｆｃ₁に抗してカツプタペツト６を下死点 位置に保つため、油圧を受けて充分な締付け結合を生じるように、設計されてい る。その際自己ロツクは起こらないので、油圧Ｐが適当に低下すると、第２の圧 縮ばね１６の影響で締付け結合が自動的に解除される。圧力保持弁２６は、絞り ３１と共に、圧力空間２２及び圧力通路２３に常に特定のバイアス圧力が存在し 、それにより締付け装置の反応特性が改善されるようにしている。 図２に示すように、締付け環１５は軸線方向に４つの扇形に分割され ている。それにより簡単な取付け及び対応する対向面１８及び２０への円錐面１ ７及び１９の良好な当接が行われる。締付け環１５の扇形により形成される間隙 ２１を通る油の流出が小さく保たれるようにするため、圧力側又は第２の圧縮ば ね１６の側で円筒状密封環３０により又は弾性的に間隙２１を密封するのが好都 合である。圧縮ばね側での密封は、圧油が第１の円錐面１７と対応する第１の対 向面１８との間へ侵入するので、この圧油が第１の締付け結合を確実に解除する 、という利点を持っている。 もれにより第１の圧縮ばね１４の空間及び第２の圧縮ばね１６との間の空間に 油圧が確立されないようにするため、通気溝２８及び通気孔２９の形の通気開口 が設けられている。 図５による弁駆動装置は切換え装置を持っている。この場合内側タペツト７は カツプタペツトの底を通して導かれ、中央カム３により操作される。両側に並ぶ カム４は、中央カム３に比較して異なる行程特性を持ち、カツプタペツト６を操 作する。締付け環１５を介してカツプタペツト６を内側タペツト７に連結するこ とができる。連結された状態で、両側に並ぶカム４の行程特性がガス交換弁の弁 棒８へ作用する。第１の締付け結合が油圧Ｐにより解除され、カツプタペツト６ が第２の締付け結合によりその下死点位置に保たれると、中央カム３の行程特性 のみがガス交換弁へ作用する。従って２つの回転数範囲に対して、ガス交換弁の 最適な制御時間を得ることができる。 両側に並ぶカム４と弁棒８との間の弁遊びは、締付け環１５により相殺される 。弁棒８と中央カム３との間の弁遊びも相殺するため、好都合なように弁遊びを 相殺する特別な装置２７が設けられる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関のガス交換弁用弁駆動装置がカム軸（１）を持ち、このカム軸のカ ム（２）が、シリンダヘツド（５）内に案内されかつ第１の圧縮ばね（１４）を 介して内側タペツト（７）を支持するカツプタペツト（６）を介して、ガス交換 弁の弁棒（８）に作用し、切換え可能な連結部材（１５）が、カツプタペツト（ ６）と弁棒（８）に当接する内側タペツト（７）の周囲との間に設けられて、カ ツプタペツト（６）から弁棒（８）への力伝達を可能にするものにおいて、内側 タペツト（７）の周囲とカツプタペツト（６）との間に、連結部材（１５）とし て切換え可能な締付け装置が設けられていることを特徴とする、内燃機関のガス 交換弁用弁駆動装置。 ２ 締付け装置（１５）が、カツプタペツト（６）に対して軸線方向に変位可能 で円錐面（１７）を有する締付け環（１５）を持ち、この円錐面（１７）がカツ プタペツト（６）及び／又は内側タペツトにある円錐状対向面（１８）と共同作 用し、摩擦結合位置で自己ロツクが起こるように、円錐角（α₁）が選ばれてい ることを特徴とする、請求項１に記載の弁駆動装置。 ３ 締付け環（１５）が、締付け方向に第２の圧縮ばね（１６）により荷重をか けられ、逆の方向に油圧（Ｐ）の作用を受けることができることを特徴とする、 請求項２に記載の弁駆動装置。 ４ 第１の圧縮ばね（１４）及び第２の圧縮ばね（１６）を包囲する空間が、通 気開口（２８，２９）を介してシリンダヘツド（５）の圧力のない空間に接続さ れていることを特徴とする、請求項３に記載の弁駆動装置。 ５ 締付け環（１５）が、扇形状に軸線方向に分割されていることを特徴とする 、請求項２〜４の１つに記載の弁駆動装置。 ６ 締付け環（１５）の扇形の間の間隙（２１）が、円筒状密封環（３０）によ り密封されていることを特徴とする、請求項５に記載の弁 駆動装置。 ７ 密封環（３０）が、第２の圧縮ばね（１６）の側に設けられていることを特 徴とする、請求項３又は６に記載の弁駆動装置。 ８ 締付け環（１５）が、第１の円錐面（１７）と鈍角をなす第２の円錐面（１ ９）を持ち、この第２の円錐面（１９）が、油圧（Ｐ）により第２の圧縮ばね（ １６）の力（Ｆ_c2）に抗して動作せしめられ、自己ロツクが起こらないような大 きさに、第２の円錐角（α₂）が選ばれていることを特徴とする、請求項２〜６ の１つに記載の弁駆動装置。 ９ 締付け環（１５）がバイアス圧力の作用を受けていることを特徴とする、請 求項２〜８の１つに記載の弁駆動装置。 １０ 内側タペツト（７）が、カム軸（１）の方へカツプタペツト（６）を貫通 して、中央カム（３）により操作され、両側に並ぶ２つのカム（４）がカツプタ ペツト（６）を操作することを特徴とする、請求項１〜９の１つに記載の弁駆動 装置。 １１ 内側タペツト（７）と弁棒（８）との間に、弁の遊びを相殺する装置（２ ７）が設けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の弁駆動装置。