JP2020521913A - Valve actuator - Google Patents

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Abstract

内燃エンジンのポペットバルブ(30)を操作するためのアクチュエータ。アクチュエータは回転部分(4)と本体部分(2)とを備え、回転部分はカム面(50、60)を画成する。カムフォロア(10)はカム面と係合し、リンケージは一端でカムフォロアに連結され、他端でバルブステム(12)に連結される。カム面(50、60)は、例えば、アクチュエータの故障に続くエンジンのピストンによるバルブステムへの閉じる力の作用により、カムフォロア(10)が回転部分(4)に回転力を及ぼすような形状とされる。An actuator for operating a poppet valve (30) of an internal combustion engine. The actuator comprises a rotating part (4) and a body part (2), the rotating part defining a cam surface (50, 60). The cam follower (10) engages the cam surface and the linkage is connected at one end to the cam follower and at the other end to the valve stem (12). The cam surfaces (50, 60) are shaped such that the cam followers (10) exert a rotational force on the rotating part (4), for example by the action of a closing force on the valve stem by the piston of the engine following a failure of the actuator. It

Description

本発明は、バルブアクチュエータに関する。より詳細には、本体部分に対して回転可能であり、カム駆動型リンケージを含む回転部分を有する回転アクチュエータに関する。かかるアクチュエータは、例えば、内燃エンジンのポペットバルブを操作するために用いられてもよい。 The present invention relates to valve actuators. More specifically, it relates to a rotary actuator rotatable with respect to a body portion and having a rotary portion including a cam driven linkage. Such actuators may be used, for example, to operate poppet valves in internal combustion engines.

国際公開第2004/097184号パンフレットは、内燃エンジンのバルブを開閉するために用いられてもよい回転電磁アクチュエータを説明している。バルブはエンジンのクランクシャフトの動きとは無関係に動作可能である。 WO 2004/097184 describes a rotary electromagnetic actuator that may be used to open and close the valves of an internal combustion engine. The valve can operate independently of the movement of the engine crankshaft.

本発明は、バルブを操作するためのアクチュエータであって、
回転部分及び本体部分であって、回転部分は、アクチュエータの作動によって回転軸を中心として本体部分に対して回転可能であり、回転部分はカム面を画成する、回転部分及び本体部分と、
カム面が回転する際にカム面と係合するカムフォロアと、
一端でカムフォロアに連結され、その他端でバルブステムに連結されるリンケージと、を備え、
第1の回転位置から第2の回転位置への回転部分の回転は、カムフォロアの変位を生じさせ、これにより更に、リンケージの他端が第1の位置から第2の位置に移動し、
カム面は、他端をその第2の位置からその第1の位置に向けて付勢するリンケージの他端の力の作用により、カムフォロアがそれをその第1の回転位置に向かって回転させるように回転部分に回転力を及ぼすような形状とされる、アクチュエータを提供する。
The present invention is an actuator for operating a valve,
A rotating portion and a body portion, the rotating portion being rotatable with respect to the body portion about an axis of rotation by actuation of an actuator, the rotating portion defining a cam surface;
A cam follower that engages with the cam surface when the cam surface rotates,
A linkage connected to the cam follower at one end and to the valve stem at the other end,
Rotation of the rotating portion from the first rotational position to the second rotational position causes displacement of the cam follower, which further causes the other end of the linkage to move from the first position to the second position,
The cam surface causes the cam follower to rotate it towards its first rotational position by the action of the force at the other end of the linkage which urges the other end from its second position towards its first position. And an actuator configured to exert a rotating force on a rotating portion.

万一アクチュエータ又は関連する制御システムの一部が故障又は誤作動した場合、バルブのヘッドが関連するシリンダのピストンと当接し、バルブ及び/又はエンジンの他の部品に損傷を引き起こし得るリスクがある。特に、バルブが全開している場合、バルブステムの動きはアクチュエータ機構によって機械的に妨げられ、それによって、ピストンとバルブが接触した場合に1つ以上の構成部品に対する実質的な損傷の可能性が増加し得る。本発明によれば、リンケージ及びカム編成は、少なくともピストンとバルブの接触が起こり得るバルブ移動範囲にわたって、バルブシートに向かうバルブヘッドの移動がアクチュエータによって妨げられないように構成されてもよい。従って、衝突シナリオ中に、例えばピストンによって押圧力がバルブヘッドに及ぼされた場合、バルブヘッドは移動することができ、それにより損傷が回避される。主張される構成において、カム面及びカムフォロア及び/又はリンケージの寸法形状は、少なくともピストンとバルブの接触が起こり得るバルブ移動範囲にわたって、バルブステムをバルブ閉位置に向かって付勢する力により、カムフォロアがリンケージを介してアクチュエータの回転部分にトルクを及ぼし、アクチュエータによるバルブ閉止中に駆動される場合と同様にカム面を回転させ、それによって、リンケージ及びバルブステムがバルブ閉位置に向かって移動することを可能にするように選択されてもよい。 Should an actuator or part of the associated control system fail or malfunction, there is a risk that the head of the valve may abut the piston of the associated cylinder, causing damage to the valve and/or other parts of the engine. In particular, when the valve is fully open, movement of the valve stem is mechanically hindered by the actuator mechanism, which can result in substantial damage to one or more components when the piston contacts the valve. Can increase. According to the invention, the linkage and cam formation may be arranged such that the movement of the valve head towards the valve seat is not hindered by the actuator, at least over the range of valve movement in which piston-valve contact can occur. Thus, during a collision scenario, for example, if a pressing force is exerted on the valve head by the piston, the valve head can move, thereby avoiding damage. In the alleged configuration, the cam surface and cam follower and/or linkage are dimensioned such that the cam follower is urged by a force that biases the valve stem toward the valve closed position, at least over the range of valve travel in which piston and valve contact can occur. Torque is applied to the rotating portion of the actuator via the linkage, causing the cam surface to rotate as if driven during valve closure by the actuator, thereby causing the linkage and valve stem to move toward the valve closed position. It may be selected to allow.

カムフォロアは、リンケージの一端に取り付けられるか又は連結されてもよい。リンケージの他端は、バルブステムに連結又は接続されるようなされていてもよい。リンケージは、回転部分のカム面によるカムフォロアの変位をリンケージの他端の直線運動に変換するよう動作可能であってもよい。 The cam follower may be attached or coupled to one end of the linkage. The other end of the linkage may be adapted to be connected or connected to the valve stem. The linkage may be operable to translate the displacement of the cam follower by the cam surface of the rotating portion into a linear movement of the other end of the linkage.

カム面は、回転部分がその第2の回転位置にある場合、回転部分の回転軸に垂直な平面内にあり且つカムフォロアによる接触点においてカム面に垂直な基準線が回転部分の回転軸から間隔をおいて配置されるような形状とされるのが好ましい。カムフォロアの作用線と回転部分の回転軸との間のこの間隔は、ピストンとバルブの接触から生じる望ましくない力が、結果として回転部分をその第1の回転位置に向かって回転させるトルクを生じるようなレバーアームを提供する。 The cam surface is in a plane perpendicular to the rotation axis of the rotation portion when the rotation portion is in its second rotation position, and the reference line perpendicular to the cam surface is spaced from the rotation axis of the rotation portion at the contact point of the cam follower. It is preferable that the shape is such that they are arranged at intervals. This spacing between the line of action of the cam follower and the axis of rotation of the rotating part is such that the undesired forces resulting from the contact of the piston and the valve result in a torque that causes the rotating part to rotate towards its first rotational position. A simple lever arm.

好ましい実施形態において、カム面は、回転部分がその第2の回転位置、又は第2の回転位置から第1及び第2の回転位置の間の中間回転位置までの範囲内の回転位置にある場合、基準線が回転部分の回転軸から間隔をおいて配置されるような形状とされる。従って、バルブ全開位置に対応する位置までの及びそれを含む回転部分の回転の一部にわたって、リンケージ及びカム編成の寸法形状は、リンケージの他端をその第2の位置からその第1の位置に向かって付勢するリンケージの他端における力により、カムフォロアがそれを第1の回転位置に向かって回転させるように回転部分に回転力を及ぼすようになっている。これは、リンケージの他端に連結されたバルブが、例えば、ピストンとバルブヘッドとの間の接触の結果として、そのように付勢される場合にその閉位置に向かって移動することを可能にしてもよい。 In a preferred embodiment, the cam surface is when the rotating portion is in its second rotational position or a rotational position in the range from the second rotational position to an intermediate rotational position between the first and second rotational positions. The reference line is formed so as to be spaced from the rotation axis of the rotating portion. Thus, over the portion of the rotation of the rotating portion that includes and to the position corresponding to the valve fully open position, the geometry of the linkage and cam formation causes the other end of the linkage to move from its second position to its first position. The force at the other end of the biasing linkage causes the cam follower to exert a rotational force on the rotating portion to rotate it toward the first rotational position. This allows the valve connected to the other end of the linkage to move towards its closed position when so biased, for example as a result of contact between the piston and the valve head. May be.

カム面のカムリフト(すなわち、(a)回転部分の回転軸からの所定の点におけるカム面の距離と(b)回転部分の回転軸からのカム面の「基礎円」(又は最小半径)の距離との間の差)は、バルブ開位置に対応する点までの又はそれを含む部分(カム面のバルブ開口部を形成する部分)にわたって連続的に増加してもよい。カムリフトが増加することは、カムフォロアによってカム面に及ぼされる力の作用線と、回転部分の回転軸との間の望ましいオフセットを提供する。 Cam lift of the cam surface (ie (a) distance of the cam surface at a given point from the axis of rotation of the rotating part and (b) distance of the "base circle" (or minimum radius) of the cam surface from the axis of rotation of the rotating part) May be continuously increased up to or including the point corresponding to the valve open position (the portion forming the valve opening of the cam surface). The increased cam lift provides the desired offset between the line of action of the force exerted by the cam follower on the cam surface and the axis of rotation of the rotating part.

リンケージの他端の第1の位置はバルブ閉位置に対応し、第2の位置はバルブ開位置に対応するのが好ましい。特に、第2の位置はバルブの全開位置に対応していてもよい。 Preferably, the first position at the other end of the linkage corresponds to the valve closed position and the second position corresponds to the valve open position. In particular, the second position may correspond to the fully open position of the valve.

アクチュエータは、回転部分がロータを備え、本体部分がステータを備える電磁アクチュエータであってもよい。代替として、アクチュエータは油圧又は空気圧アクチュエータであってもよい。 The actuator may be an electromagnetic actuator whose rotating part comprises a rotor and whose body part comprises a stator. Alternatively, the actuator may be a hydraulic or pneumatic actuator.

本発明は、更に、少なくとも1つの吸気又は排気バルブを有する少なくとも1つのシリンダ、ピストン、及び本明細書中で説明するようなアクチュエータを含む内燃エンジンであって、少なくとも1つのバルブはエンジンクランクシャフトの回転とは無関係に動作可能であり、アクチュエータリンケージの他端は、アクチュエータが少なくとも1つのバルブを作動させることを可能にするよう、少なくとも1つのバルブに連結される、内燃エンジンを提供する。 The present invention is further an internal combustion engine including at least one cylinder having at least one intake or exhaust valve, a piston, and an actuator as described herein, wherein at least one valve is of an engine crankshaft. Operable independently of rotation, the other end of the actuator linkage provides an internal combustion engine that is coupled to the at least one valve to enable the actuator to actuate the at least one valve.

エンジンは、例えば、ガソリン又はディーゼルエンジンであってもよい。本開示は、この種類のエンジンがバルブとピストンとの間の減少したクリアランス距離で動作する傾向があるため、ディーゼルエンジンに適用する場合に、特に有益である可能性がある。 The engine may be, for example, a gasoline or diesel engine. The present disclosure may be particularly beneficial when applied to diesel engines because this type of engine tends to operate with a reduced clearance distance between the valve and piston.

好ましい実施形態において、バルブはバルブ軸に沿って往復運動するよう配置されるバルブステムを含み、ピストンはピストン軸に沿って往復運動するよう配置され、バルブ軸はピストン軸に略平行である。かかる構成において、万一ピストンとバルブが接触した場合、ピストンはバルブ軸に略平行な力をバルブステムに及ぼす可能性があり、それによって、ピストンによってそれに及ぼされる力の結果としてバルブステムが曲がるリスクを低減している。 In a preferred embodiment, the valve includes a valve stem arranged to reciprocate along a valve axis, the piston arranged to reciprocate along the piston axis, the valve axis being substantially parallel to the piston axis. In such a configuration, should the piston contact the valve, the piston may exert a force on the valve stem that is substantially parallel to the valve axis, thereby bending the valve stem as a result of the force exerted on it by the piston. Has been reduced.

本発明の実施形態を、例として、以下の添付略図を参照してここで説明する。 Embodiments of the present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying schematic drawings below.

図1は、対称カム面を有するアクチュエータのロータを備えた、バルブと組み合わせたアクチュエータを示す図である。FIG. 1 shows an actuator in combination with a valve, with the rotor of the actuator having a symmetrical cam surface. 図2は、本発明の一実施形態によるアクチュエータ及びバルブを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an actuator and a valve according to an embodiment of the present invention. 図3は、バルブヘッドの上方変位後の図2のアクチュエータ及びバルブ構成を示す。3 shows the actuator and valve arrangement of FIG. 2 after upward displacement of the valve head. 図4は、本発明の一実施形態によるカム面プロファイルの側面図を示す。FIG. 4 shows a side view of a cam surface profile according to one embodiment of the present invention.

図1は、本発明の適用範囲外の電磁アクチュエータ及びバルブ構成を示している。アクチュエータは、それに取り付けられるロータ4を有するステータ2を備えている。ロータは回転軸6を中心として回転可能である。ロータは、それと共に回転するカム面8を画成している。カムフォロア10は、カム面が回転する際にカム面と当接した状態に維持される。 FIG. 1 illustrates an electromagnetic actuator and valve arrangement outside the scope of the present invention. The actuator comprises a stator 2 having a rotor 4 attached to it. The rotor can rotate around the rotation shaft 6. The rotor defines a cam surface 8 with which it rotates. The cam follower 10 is maintained in contact with the cam surface when the cam surface rotates.

カムフォロアは、例えば、ばね等の付勢編成によってカム面と当接するよう付勢されてもよい。代替として、デスモドロミック構成において、第2のカム及びカムフォロア機構がバルブステムの閉動作を制御するために採用されてもよい。 The cam follower may be biased to come into contact with the cam surface by a biasing knitting, such as a spring. Alternatively, in a desmodromic configuration, a second cam and cam follower mechanism may be employed to control the closing movement of the valve stem.

カムフォロア10は、機械的リンケージ14によってバルブステム12に連結されている。リンケージは、共に堅固に接続され、ロッカーピボット20を中心として回転可能であるカムフォロアアーム16及びロッカーアーム18を備えている。カムフォロア10は、カムフォロアアーム16の遠位端に取り付けられている(又は一体的に形成されている)。 The cam follower 10 is connected to the valve stem 12 by a mechanical linkage 14. The linkage comprises a cam follower arm 16 and a rocker arm 18 which are rigidly connected together and are rotatable about a rocker pivot 20. The cam follower 10 is attached (or integrally formed) to the distal end of a cam follower arm 16.

ロッカーアーム18は、第1のピボットジョイント24により剛性リンクアーム22の一端21に枢動可能に連結されている。リンクアーム22の他端23は、第2のピボットジョイント26を介してバルブステム12に枢動可能に連結されている。 The rocker arm 18 is pivotally connected to one end 21 of a rigid link arm 22 by a first pivot joint 24. The other end 23 of the link arm 22 is pivotally connected to the valve stem 12 via a second pivot joint 26.

バルブ30は、バルブステム12、バルブステムに堅固に接続されるバルブヘッド32、及びバルブシート34(エンジンのシリンダヘッドによって支持される)を備える。バルブガイド(図示せず)は、バルブヘッド32をバルブシート34と係合又は非係合状態にすることによってバルブを開閉するよう、バルブ軸に沿ったバルブステムによる方向Dの直線往復運動を可能にする。 The valve 30 comprises a valve stem 12, a valve head 32 rigidly connected to the valve stem, and a valve seat 34 (supported by the cylinder head of the engine). A valve guide (not shown) allows linear reciprocal movement in direction D by the valve stem along the valve axis to open and close the valve by engaging or disengaging the valve head 32 with the valve seat 34. To

図1に示すアクチュエータ及びバルブ構成の動作において、アクチュエータ制御システムの制御下でのロータの回転により、カムフォロア10がカム面8を辿るにつれてその変位が生じる。図に示す位置において、カムフォロアは、回転軸6からの最大距離であるカム面上の点と係合している。この位置において、バルブは全開位置にあり、バルブヘッド32はシート34から最大距離に変位している。 In operation of the actuator and valve arrangement shown in FIG. 1, rotation of the rotor under the control of the actuator control system causes its displacement as the cam follower 10 follows the cam surface 8. In the position shown, the cam follower engages a point on the cam surface which is the maximum distance from the rotary shaft 6. In this position, the valve is in the fully open position and the valve head 32 is displaced a maximum distance from the seat 34.

ロータが図1に示す位置からいずれかの方向に回転すると、回転軸から離れた(カムフォロアによるカム面上の)接触点の距離が減少する。カムフォロアが表面を辿るにつれて、リンケージはバルブヘッドをそのシートに向かって移動させる。カムフォロアがその回転軸からの最小距離におけるカム面上(カム面の「基礎円」40上)の点に到達すると、バルブヘッドはバルブシートと係合する。 When the rotor rotates in either direction from the position shown in FIG. 1, the distance of the contact point (on the cam surface by the cam follower) away from the axis of rotation decreases. The linkage moves the valve head toward its seat as the cam follower follows the surface. When the cam follower reaches a point on the cam surface at a minimum distance from its axis of rotation (on the cam surface "base circle" 40), the valve head engages the valve seat.

図1に示す形態の構成において、バルブの開閉は、2つの位置の間でロータを揺動させるか、又はロータを同じ回転方向に連続的に回転させることによって達成されてもよい。 In the configuration of the configuration shown in FIG. 1, the opening and closing of the valve may be achieved by rocking the rotor between two positions or by continuously rotating the rotor in the same direction of rotation.

図1において、バルブが図面に示すようなその全開位置にある場合、ロータの回転軸に垂直な平面内にあり且つカム面とのカムフォロアの接触点においてカム面に垂直な基準線「l」は回転軸6を通過することを見て取ることができる。結果として、バルブヘッド32が、方向Fでそれに作用する力の結果として、その閉位置に向かって付勢され得た場合、バルブステムの上方への動きは、線lに沿った力がロータに回転力を生成しないように、リンケージ14及びロータ4により妨げられる。故障状態において、ピストンがバルブヘッドに当接し得た場合、バルブヘッドはピストンとの動きから妨げられ、大きな損傷につながる。 In FIG. 1, when the valve is in its fully open position as shown in the drawing, the reference line "l" which is in the plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor and which is perpendicular to the cam surface at the point of contact of the cam follower with the cam surface is It can be seen passing through the axis of rotation 6. As a result, if the valve head 32 can be biased towards its closed position as a result of the force acting on it in the direction F, the upward movement of the valve stem causes the force along the line 1 to the rotor. It is hindered by the linkage 14 and the rotor 4 so as not to generate a rotational force. In the event of a failure, if the piston could abut the valve head, the valve head would be prevented from moving with the piston, leading to major damage.

図2及び3は、図1のものと同様のアクチュエータ及びバルブの組み合わせを示している。同じ符号を、同一又は対応する特徴に対して用いる。図2及び3の構成は、ロータが修正されたカム面50を有するという点で図1のものとは異なる。図2のカム面50の形状と図1に示すカム面8の形状との間の重要な差異は、バルブがその(図1及び2の場合である)全開位置にある場合にカムフォロア10によって係合される表面上の点に存在する。 2 and 3 show an actuator and valve combination similar to that of FIG. The same numbers are used for the same or corresponding features. The configuration of FIGS. 2 and 3 differs from that of FIG. 1 in that the rotor has a modified cam surface 50. The important difference between the shape of the cam surface 50 of FIG. 2 and the shape of the cam surface 8 shown in FIG. 1 is that the cam follower 10 is engaged when the valve is in its fully open position (as in FIGS. 1 and 2). It exists at a point on the surface to be merged.

図2に示すようなバルブの全開状態で、ロータ4の回転軸6に垂直な平面内にあり且つカムフォロア10による接触点においてカム面50に垂直な基準線「L」はロータの回転軸から距離「x」だけ間隔をおいて配置されることを見て取ることができる。従って、力Fがバルブヘッドに作用してそれをそのバルブシートに向かって動かす場合、リンケージ14により、カムフォロア10が基準線Lに沿ってカム面に力を及ぼす。このバルブを閉じる力の作用線とロータの回転軸との間のオフセットxの結果として、カムフォロアはロータにトルクを及ぼす。これにより、ロータが図2及び3に示す図において反時計回りに回転し、バルブヘッドがそのシートに向かって移動することを可能にする。かかる動きに続くバルブ及びアクチュエータの配置を図3に示す。従って、故障状態下で、力Fがピストンによってバルブヘッドに作用された場合、バルブはピストンによってそのシートに向かって変位可能であり、バルブ又はアクチュエータへの損傷を防止する。 When the valve is fully opened as shown in FIG. 2, the reference line “L”, which is in the plane perpendicular to the rotation axis 6 of the rotor 4 and perpendicular to the cam surface 50 at the contact point of the cam follower 10, is a distance from the rotation axis of the rotor. It can be seen that they are spaced by "x". Thus, linkage 14 causes cam follower 10 to exert a force on the cam surface along reference line L when force F acts on the valve head and moves it towards its valve seat. As a result of the offset x between the line of action of this valve closing force and the axis of rotation of the rotor, the cam follower exerts a torque on the rotor. This causes the rotor to rotate counterclockwise in the views shown in Figures 2 and 3, allowing the valve head to move towards its seat. The arrangement of valves and actuators following such movement is shown in FIG. Thus, under a fault condition, when a force F is exerted on the valve head by the piston, the valve is displaceable by the piston towards its seat, preventing damage to the valve or actuator.

カム面、カムフォロア、及びリンケージの形状及び寸法は、ピストンとバルブの接触事態中に(少なくとも、この接触が生じる可能性のあるカム及びリンケージの位置に対して)生成される大きさのバルブ上の力が、アクチュエータの回転部分に十分なトルクを及ぼして、アクチュエータが生成できる最大トルクを容易に克服するように選択される。このトルクは距離「x」に比例することは正しく認識され(図2上に示すように)、そのため、ピストンとバルブの接触が起こり得るカムフォロア及びカム面位置の範囲を超えて、この距離は必要なトルクを生成するよう十分に大きいべきである。 The shape and dimensions of the cam surfaces, cam followers, and linkages are on a valve the size of which is created during the piston-valve contact event (at least relative to the cam and linkage position where this contact may occur). The force is selected to exert sufficient torque on the rotating portion of the actuator to easily overcome the maximum torque that the actuator can produce. It will be appreciated that this torque is proportional to the distance “x” (as shown in FIG. 2), so that this distance is required beyond the range of cam followers and cam face positions where piston-valve contact can occur. Should be large enough to produce sufficient torque.

図4は、本発明を具現化するカム面プロファイル60の拡大図である。それは、図2及び3に示すカム面50と同様の特徴を有しており、ここでより詳細に説明する。 FIG. 4 is an enlarged view of a cam surface profile 60 embodying the present invention. It has similar features to the cam surface 50 shown in FIGS. 2 and 3, and will be described in more detail here.

図4において、カム面プロファイル60は、回転軸6においてそれぞれ角度aからdに対する4つの連続する区間62、64、66、及び68に分割されている。カム面は、カム面の基礎円に対応する区間64及び66に沿って軸6からその最小距離にある。区間62は、区間64の基礎円から点70までの軸6からのその距離を次第に且つ連続的に増加させるカム面を画成している。同じ回転方向にカム面に沿って連続し、点70から開始して、軸6からのカム面の距離は、区間66の開始時に基礎円に平滑に溶け込むよう急激に減少する前に、区間68に沿って更に増加し続ける。 In FIG. 4, the cam surface profile 60 is divided into four consecutive sections 62, 64, 66 and 68 on the axis of rotation 6 for the respective angles a to d. The cam surface is at its minimum distance from the axis 6 along the sections 64 and 66 corresponding to the base circle of the cam surface. Section 62 defines a cam surface that gradually and continuously increases its distance from axis 6 from the base circle of section 64 to point 70. Continuing along the cam surface in the same direction of rotation, starting at point 70, the distance of the cam surface from the axis 6 is reduced to 68 at the beginning of the interval 66 before it sharply decreases to smoothly blend into the base circle. Continue to increase further along.

破線の円72及び74は、バルブ開放事象の開始時のカムフォロアのための可能性のある位置を特定している。それらは、基礎円区間66の各端部に位置している。バルブを開くために、ロータは図4の方向から見た場合に時計回りに回転し、それによりカムフォロアが区間66から区間64上に移動する。区間64は、カムプロファイル上の「平静な傾斜路」に対応するか又はそれを含んでいてもよい。ロータが回転し続けると、カムフォロアは、次いで、カムフォロアを回転軸6から離して移動させるカムプロファイルの区間62上に移動する。リンケージ14は、カムフォロアのこの動きをバルブの開放動作に変換する。バルブが開放される程度は、ロータの回転量を制御することによって制御可能であり、従って、カムフォロアがカム面62に沿ってどれだけ移動するかを制御可能である。 Dashed circles 72 and 74 identify possible positions for the cam followers at the beginning of the valve opening event. They are located at each end of the base circle section 66. To open the valve, the rotor rotates clockwise when viewed in the direction of FIG. 4, which causes the cam follower to move from section 66 to section 64. Section 64 may correspond to or include a "calm ramp" on the cam profile. As the rotor continues to rotate, the cam follower then moves onto the section 62 of the cam profile which causes the cam follower to move away from the axis of rotation 6. The linkage 14 translates this movement of the cam follower into the opening movement of the valve. The degree to which the valve is opened can be controlled by controlling the amount of rotation of the rotor, and thus how much the cam follower moves along the cam surface 62.

図4の実施形態において、カム区間62の一端における点70は、バルブ全開位置に対応している。この実施例において、基準線L(回転軸6に垂直な平面内にあり且つこの点においてカム面に垂直)が発明に従って回転軸から間隔をおいて配置されることを見て取ることができる。 In the embodiment of FIG. 4, the point 70 at one end of the cam section 62 corresponds to the valve fully open position. It can be seen that in this embodiment the reference line L (in the plane perpendicular to the axis of rotation 6 and at this point perpendicular to the cam surface) is spaced from the axis of rotation according to the invention.

この実施形態において、カム面は、点70を超え、カム面の区間68の一端における部分76に沿って回転軸からのその距離を増加し続ける(すなわち、カムリフトが増加する)。通常の使用において、カムフォロアはこの表面上を移動しない。しかし、フォロアが、例えば製造公差により、点70を僅かに超えて移動したとしても、ピストンとバルブの接触があると、回転力がロータに及ぼされることが保証される。 In this embodiment, the cam surface continues beyond point 70 and increases its distance from the axis of rotation along a portion 76 at one end of section 68 of the cam surface (ie, increased cam lift). In normal use, the cam follower does not move on this surface. However, even if the follower moves slightly beyond point 70, due to manufacturing tolerances, for example, contact between the piston and the valve ensures that a rotational force is exerted on the rotor.

基準線Lが回転軸6からオフセットされているため、力は軸に対してレバーアームを有し、それによりロータにトルクを及ぼす。このトルクは、ロータとそのステータとの間に作用する電磁力、及びロータの慣性を無効にし、バルブ、ピストン、又は機械、電気、若しくは制御システムのいずれの部分も損傷することなく、バルブが閉じることを可能にする。 Since the reference line L is offset from the axis of rotation 6, the force has a lever arm with respect to the axis and thereby exerts a torque on the rotor. This torque nullifies the electromagnetic forces acting between the rotor and its stator, as well as the inertia of the rotor, closing the valve without damaging the valve, piston or any part of the mechanical, electrical or control system. Enable that.

かかるカム面構成は、図1の構成に関して説明したように、全回転モードではなく、バルブを開閉する揺動モードにおける使用を意図している。カムフォロアは、バルブヘッドが既に名目上の全開位置にあるので、通常、点70を超えてカム面部分76上に実質的に移動することができない。 Such a cam surface configuration is intended for use in the swing mode of opening and closing the valve, rather than the full rotation mode, as described with respect to the configuration of FIG. The cam follower typically cannot substantially move beyond the point 70 onto the cam face portion 76 because the valve head is already in the nominal fully open position.

図2及び3の実施形態は、バルブを作動させる電磁アクチュエータを含む編成を示している。本開示に従って、他の種類のアクチュエータが用いられてもよいことは正しく認識されるであろう。例えば、回転式油圧又は空気圧アクチュエータが採用されてもよい。油圧又は空気圧の実装において、アクチュエータがピストンとバルブの接触によって回転する場合に流体を放出できるよう、圧力制限バルブを含むことが適切であってもよい。 The embodiment of FIGS. 2 and 3 shows a formation that includes an electromagnetic actuator that actuates a valve. It will be appreciated that other types of actuators may be used in accordance with the present disclosure. For example, rotary hydraulic or pneumatic actuators may be employed. In hydraulic or pneumatic implementations, it may be appropriate to include a pressure limiting valve so that the actuator can expel fluid as it rotates due to the contact of the piston and valve.

図2及び3に示すアクチュエータとバルブのリンケージは、カムフォロアの動きをリンケージの他端に取り付けられるバルブステムの直線変位に変換するのに適したリンケージの実施例の単なる略図にすぎない。他の適切なリンケージ構成の範囲は当業者には容易に明らかであろう。 The actuator and valve linkage shown in FIGS. 2 and 3 is merely a schematic representation of an embodiment of a linkage suitable for translating cam follower movement into a linear displacement of a valve stem attached to the other end of the linkage. Ranges of other suitable linkage configurations will be readily apparent to those skilled in the art.

Claims (11)

バルブを操作するためのアクチュエータであって、
回転部分及び本体部分であって、前記回転部分は、前記アクチュエータの作動によって回転軸を中心として前記本体部分に対して回転可能であり、前記回転部分はカム面を画成する、回転部分及び本体部分と、
前記カム面が回転する際に前記カム面と係合するカムフォロアと、
一端で前記カムフォロアに連結され、その他端でバルブステムに連結されるリンケージと、を備え、
第1の回転位置から第2の回転位置への前記回転部分の回転は、前記カムフォロアの変位を生じさせ、これにより更に、前記リンケージの前記他端が第1の位置から第2の位置に移動し、
前記カム面は、前記他端をその第2の位置からその第1の位置に向けて付勢する前記リンケージの前記他端の力の作用により、前記カムフォロアが前記回転部分をその第1の回転位置に向かって回転させるように前記回転部分に回転力を及ぼすような形状とされる、
アクチュエータ。
An actuator for operating a valve,
A rotating portion and a body portion, wherein the rotating portion is rotatable with respect to the body portion about an axis of rotation by actuation of the actuator, the rotating portion defining a cam surface. Part and
A cam follower that engages with the cam surface when the cam surface rotates,
A linkage that is connected to the cam follower at one end and to the valve stem at the other end,
Rotation of the rotating portion from the first rotational position to the second rotational position causes displacement of the cam follower, which further causes the other end of the linkage to move from the first position to the second position. Then
The cam follower causes the rotating portion to rotate the first portion of the rotating portion to the first rotation by the action of the force of the other end of the linkage that urges the other end from the second position toward the first position. Shaped to exert a rotational force on the rotating portion to rotate towards a position,
Actuator.
前記カム面は、前記回転部分がその第2の回転位置にある場合、前記回転部分の前記回転軸に垂直な平面内にあり且つ前記カムフォロアによる接触点において前記カム面に垂直な基準線が前記回転部分の前記回転軸から間隔をおいて配置されるような形状とされる、請求項1に記載のアクチュエータ。 The cam surface is in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotating portion when the rotating portion is in its second rotational position, and a reference line perpendicular to the cam surface at the point of contact by the cam follower is The actuator of claim 1, wherein the actuator is shaped to be spaced from the axis of rotation of the rotating portion. 前記カム面は、前記回転部分がその第2の回転位置、又は前記第2の回転位置から前記第1及び第2の回転位置の間の中間回転位置までの範囲内の回転位置にある場合、前記基準線が前記回転部分の前記回転軸から間隔をおいて配置されるような形状とされる、請求項1又は請求項2に記載のアクチュエータ。 The cam surface, when the rotating portion is in its second rotational position or a rotational position within a range from the second rotational position to an intermediate rotational position between the first and second rotational positions, The actuator according to claim 1 or 2, wherein the reference line is shaped so as to be spaced from the rotation axis of the rotating portion. 前記第1の位置はバルブ閉位置に対応し、前記第2の位置はバルブ開位置に対応する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the first position corresponds to a valve closed position and the second position corresponds to a valve open position. 前記第2の位置はバルブ全開位置に対応する、請求項4に記載のアクチュエータ。 The actuator of claim 4, wherein the second position corresponds to a valve fully open position. 前記アクチュエータは電磁アクチュエータであり、前記回転部分はロータを備え、前記本体部分はステータを備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 1, wherein the actuator is an electromagnetic actuator, the rotating portion comprises a rotor, and the body portion comprises a stator. 前記アクチュエータは油圧アクチュエータである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 1, wherein the actuator is a hydraulic actuator. 前記アクチュエータは空気圧アクチュエータである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアクチュエータ。 The actuator according to claim 1, wherein the actuator is a pneumatic actuator. 少なくとも1つの吸気又は排気バルブを有する少なくとも1つのシリンダ、ピストン、及び請求項1〜8のいずれか一項に記載のアクチュエータを含む内燃エンジンであって、前記少なくとも1つのバルブは前記エンジンのクランクシャフトの回転とは無関係に動作可能であり、前記アクチュエータリンケージの他端は、前記アクチュエータが前記少なくとも1つのバルブを作動させることを可能にするよう、前記少なくとも1つのバルブに連結される、内燃エンジン。 An internal combustion engine comprising at least one cylinder having at least one intake or exhaust valve, a piston, and an actuator according to any one of claims 1 to 8, wherein the at least one valve is a crankshaft of the engine. An internal combustion engine that is operable independent of rotation of the at least one valve, the other end of the actuator linkage being coupled to the at least one valve to enable the actuator to actuate the at least one valve. 前記エンジンはディーゼルエンジンである、請求項9に記載のエンジン。 The engine according to claim 9, wherein the engine is a diesel engine. 前記バルブはバルブ軸に沿って往復運動するよう配置されるバルブステムを含み、前記ピストンはピストン軸に沿って往復運動するよう配置され、前記バルブ軸は前記ピストン軸に略平行である、請求項9又は請求項10に記載のエンジン。 The valve includes a valve stem arranged to reciprocate along a valve axis, the piston arranged to reciprocate along a piston axis, the valve axis being substantially parallel to the piston axis. The engine according to claim 9 or 10.
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