JP2584566B2 - 内燃機関シリンダヘッド内の動弁装置 - Google Patents

内燃機関シリンダヘッド内の動弁装置

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JP2584566B2 JP4136619A JP13661992A JP2584566B2 JP 2584566 B2 JP2584566 B2 JP 2584566B2 JP 4136619 A JP4136619 A JP 4136619A JP 13661992 A JP13661992 A JP 13661992A JP 2584566 B2 JP2584566 B2 JP 2584566B2
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    • F01L3/10—Connecting springs to valve members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16B21/16—Means for preventing relative axial movement of a pin, spigot, shaft or the like and a member surrounding it; Stud-and-socket releasable fastenings by separate parts with grooves or notches in the pin or shaft
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、バルブのバルブステム
に被着可能なカップタペットと、バルブステムに固定し
たバルブスプリングリテーナと、バルブ運動方向で一端
がシリンダヘッド内、他端がバルブスプリングリテーナ
で支えられた少なくとも１個のバルブスプリングとを含
む内燃機関シリンダヘッド内の動弁装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来技術及び解決すべき課題】かかる動弁装置がドイ
ツ特許公開明細書第3808542 号により知られている。そ
れによれば、バルブスプリングリテーナがピストンによ
り形成してあり、このピストンはバルブステムに固定さ
れ、半径方向でピストンの外周面に配置したシールによ
りカップタペットの内面に密封接触する。力の点で機械
式閉ばねと空気圧式閉ばねが並列に接続してあるため、
その都度の機関回転数に応じてバルブが確実に操作され
る。但しこの場合注意しなければならない点としてバル
ブステムが比較的長く、そのことで耐久性が低下し、加
速すべきバルブ質量が大きくなり又嵌合公差が比較的問
題となる。
【０００３】カム制御式バルブを開閉する比較的複雑で
製造費用のかかる閉弁装置がドイツ特許公開明細書第20
09461 号により知られている。動弁装置の内部構造が比
較的複雑である点は別としても、できるだけ扁平に構成
されたシリンダヘッドや、内燃機関を使用する自動車の
良好な空気力学を考慮するとその全高はあまり満足でき
るものでない。
【０００４】本発明は、冒頭指摘した種類の動弁装置を
改良し、機械的荷重を強く受けないバルブステムを短く
することにより全高を低下させ、加速すべき質量を減ら
し又経済的に製造可能となる動弁装置を提供することを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的が、バルブのバ
ルブステムに被着可能なカップタペットと、バルブステ
ムに固定したバルブスプリングリテーナと、バルブ運動
方向で一端がシリンダヘッド内、他端がバルブスプリン
グリテーナで支えられた少なくとも１個のバルブスプリ
ングとを含む内燃機関シリンダヘッド内の動弁装置にお
いて、カップタペットとバルブスプリングリテーナを一
体に構成したことを特徴とする動弁装置により達成され
る。従属請求項は有利な諸構成に関する。
【０００６】本発明による動弁装置ではカップタペット
とバルブスプリングリテーナが一体に形成してある。そ
のことから部品点数が少なくなり、動弁装置内の加速す
べき質量が著しく減少し、シリンダヘッドの全高が低く
なる。
【０００７】適用事例のその都度の条件に応じてバルブ
スプリングは機械式圧縮ばねにより構成しておくことが
できる。しかしバルブスプリングを空気圧式に形成し又
は機械式バルブスプリングを空気圧式バルブスプリング
と組合せる可能性もある。空気圧式バルブスプリングを
使用し又は空気圧式バルブスプリングと機械式バルブス
プリングとを組合せて用いる場合注意しなければならな
い点としてカップタペットとシリンダヘッドとにより形
成された空隙内に高回転数の場合でもバルブを完全に閉
じるのに十分な高い圧力を構成できなければならない。
空気圧式バルブスプリングはガス圧力の調整により例え
ば回転数に依存してばね剛性を調節する可能性を提供す
る。カップタペットはバルブスプリング用接触面として
利用できるようその内面が形成してある。機械式バルブ
スプリングの使用は、この場合例えば２個のバルブスプ
リングを半径方向で前後して配置しておくこともでき、
そして機械式バルブスプリングと空気圧式バルブスプリ
ングとの組合せは、特にシリーズ車両にとって有利であ
る。バルブスプリングを専ら空気圧式に構成することは
特に内燃機関を超高速で運転する場合有意義である。例
えば競争スポーツの場合がそうである。
【０００８】カップタペットは少なくとも２部分で形成
しておくことができ、この場合第一部分は実質的にポッ
ト形ハウジングにより形成し、第二部分はハウジング内
に摩擦嵌合式及び／又は形状嵌合式に配置した締付装置
により形成してある。有利な１構成によればハウジング
と締付装置を互いに螺着しておくことができる。この場
合利点として動弁装置は特に簡単に取り付けることがで
き、必要なら再び分解することができる。加速すべき質
量を減らすためカップタペットは少なくとも部分的に高
分子材料から構成することができる。かかる構成の場
合、目標設定に応じて、低質量に基づきバルブの加速度
が同じ場合軸方向で負荷が小さくなり、従って荷重を受
ける部品の摩耗が少なくなり、又は力が同じ場合バルブ
の加速度が大きくなり、従って内燃機関の効率が向上す
る。カップタペットへのバルブステムの結合は圧縮力及
び引張力を伝達できるよう行わねばならない。
【０００９】締付装置とハウジングとを螺着する場合締
付装置は中空円筒により形成しておくことができ、この
中空円筒は半径方向外側の外被面におねじを有し、又少
なくとも部分的に円錐形内面を有する。この場合利点と
してバルブステムに対しカップタペットの同心配置が格
別厳密なものとなる。これにより組立て時カップタペッ
トとバルブステムを傾くことなく配置することが格別容
易に達成することができる。
【００１０】別の有利な１構成によれば締付装置が少な
くとも２本のねじピンにより形成してあり、このねじピ
ンがバルブステムに対し鋭角でハウジング内に配置して
ある。締付装置は少なくとも２本、だが好ましくは周面
に均一に配設した３本のねじピンからなる。バルブステ
ムに対する角度は好ましくは30〜60°であり、だがそれ
以外の角度も可能である。カップタペットを少なくとも
２本、好ましくは３本のねじピンを介しバルブステムで
緊張させたこの構成の利点は動弁装置の質量が特に小さ
い点にある。
【００１１】同時にバルブスプリングリテーナとしても
機能するカップタペットは少なくとも１個の嵌合部材に
よりバルブステムに固定しておくことができ、この場合
嵌合部材は半径方向でバルブステムと締付装置との間に
配置してあり、ハウジングの半径方向内向き突起により
下から把持され且つこれで緊張可能である。長い使用期
間の間引張力も圧縮力も確実に伝達可能となるようこの
嵌合部材がバルブステムとカップタペットとを結合す
る。
【００１２】空気圧式バルブスプリング又は付加的に機
械式バルブスプリングを用いる場合半径方向でバルブハ
ウジングの突起とバルブステムとの間に第一シールを配
置しておくことができ、この場合このシールが両部品を
密封接触させる。シリンダヘッドとハウジングとの間の
間隙を密封するためカップタペットの円筒形外面は少な
くとも外面にもシリンダヘッドにも密封接触する範囲に
第二シールを有することができる。燃焼室方向での別の
シールと合わせ、こうして閉弁圧力を構成することので
きる気密圧力室が得られる。この圧力はそれ自体周知の
仕方で導管を介し圧力室に送ることができる。使用特性
を向上するため導管に付属して圧溜めを設けておくこと
ができる。バルブスプリングの流体圧式構成、又は液圧
式伝達要素を有する機械式バルブスプリングは、機能の
点で空気圧式バルブスプリング、又は機械式バルブスプ
リングと組合せた空気圧式バルブスプリングと酷似して
おり、ここでは詳しく説明しない。
【００１３】嵌合部材は有利にはバルブステムの溝内で
軸方向に固定してあり、溝に対向した側に湾曲面、そし
て締付装置に対向した側に少なくとも部分的にテーパ面
を備えている。この構成もカップタペットをバルブステ
ムに対し正確な、傾きのない配置を引き起こし、締付装
置に対向した側のテーパ面は両部品相互の簡単な固定を
可能とする。円錐形内面とテーパ面が互いに平面的に当
接すると接面圧力が特に小さく均一となる。この場合好
ましくは経済的に好都合な材料を使用することができ
る。
【００１４】加速すべき質量の格別小さな動弁装置を望
む場合には例えば、嵌合部材のテーパ面に点接触する３
本のねじピンが使用される。バルブステムに対するカッ
プタペットの正確な同心配置はこの場合にも可能であ
る。しかし嵌合部材とねじピンが点接触するので、材料
の十分な強度に留意しなければならない。
【００１５】経済的に好都合な製造可能性に鑑み、嵌合
いと公差を過度に狭く設計しない方が有意義な場合があ
る。この目標を実現するため、つまり例えば整列誤差を
補償するため嵌合部材は溝に対向した側に湾曲面を有
し、締付装置に対向した側をＬ形状とすることができ、
この場合嵌合部材は締付装置の凹部内に係合し、部品の
緊張を減らすため軸方向では凹部に接触し、半径方向で
は距離を置いて隣接して凹部に割り当ててある。更に利
点としてカップタペットに対しバルブステムの周方向相
対運動を引き起こすことができ、これにより弁座の片側
摩耗が防止される。これにより長い寿命が保証してあ
る。
【００１６】ハウジングは内側がバルブスプリング用接
触面として構成してある。この構成が部品点数の少ない
構造と動弁装置の低い全高とを制約する。
【００１７】
【実施例】本発明対象を以下図面に基づき更に説明す
る。図面は考慮すべき個別構成要素を一部概略図で示
す。
【００１８】図１、図２、図３に示した動弁装置はバル
ブのバルブステム２上に固定したカップタペット１とさ
まざまに構成したバルブスプリングとを含み、後者はバ
ルブの運動方向で一端がここには図示省略したシリンダ
ヘッド内で、他端がカップタペット１で支持してある。
カップタペット１は同時にバルブスプリングリテーナの
機能も果たす。
【００１９】図１〜図５にバルブステムのカップタペッ
トへの結合が示してあり、この結合が本発明により圧縮
力と引張力を伝達することができる。
【００２０】図１では嵌合部材５が２部分で構成してあ
り、金属材料からなる。それは半径方向でバルブステム
２の溝2.1 とハウジング1.1 内にねじ込んだ締付装置1.
2 との間に挟み込んである。嵌合部材５も締付装置1.2
も接触面を有し、該接触面は円錐形に形成してあり、互
いに平面的に当接接触する。締付装置1.2 と嵌合部材５
を固定する受けとして突起８が設けてあり、これはハウ
ジング1.1 と一体に形成してあり、嵌合部材５を軸方向
で下から把持する。ハウジング1.1 の一部は耐摩耗性に
優れた補強板９により形成してある。この補強板９は例
えば弁隙間補償要素として構成しておくことができる。
ハウジング1.1 は内側で軸方向に２個の並行に作用する
機械式バルブスプリングにより当接接触する。この構成
は１例にすぎない。１個のバルブスプリング４をカップ
タペット１で支持しただけの適用事例も考えられる。こ
こに図示した締付継手は殆ど遊隙なしに引張力及び圧縮
力を伝達することができる。
【００２１】締付力はハウジング1.1 及び締付装置1.2
のねじ山の増締モーメントによって決まる。嵌合部材５
を適宜に設計した場合周方向力も伝達することができ、
カップタペット１の回転励起がバルブステム２を介しバ
ルブに転送される。これにより弁座及び補強板９の不規
則な摩耗が予防される。
【００２２】図２に示した動弁装置は機械式バルブスプ
リングと空気圧式バルブスプリングとが組合せてある点
で図１に示したものとその構成が相違する。機能は前述
のものときわめて類似しており、カップタペット１のハ
ウジング1.1が第一シール６と第二シール７とにより補
足してある。第一シール６は半径方向で突起８内でこれ
と隣接したバルブステム２との間に配置してあり、これ
ら両部品を初期応力を加えて密封接触する。第二シール
７はハウジング1.1 の軸方向凹部に沿って配置してあ
り、シリンダヘッドの構成要素であり得るここには図示
省略した案内ブシュとハウジング1.1 との間の間隙を密
封する。この構成の利点として機械式バルブスプリング
は内燃機関の下側回転数範囲のときバルブを確実に閉位
置に移行させるよう設計する必要があるだけである。そ
れに応じてバルブスプリング４の材料疲労が小さくな
り、同様にバルブスプリングが破断する危険も小さくな
る。高い回転数範囲のときカップタペットはそれ自体周
知の仕方で空気圧媒質により圧力を負荷することができ
る。この場合利点としてバルブはきわめて迅速に閉位置
に移動することができ、例えば適宜に強く設計したバル
ブスプリングに加わる機械的負荷が動弁装置を毀損させ
ることもない。
【００２３】図３には図１、図２の実施に類似した実施
が示してあり、この場合バルブスプリング４は空気圧式
に構成してある。この場合利点としてバルブスプリング
の剛性はガス圧力により例えば回転数に依存して制御可
能である。
【００２４】この変種は、例えば競争スポーツで利用さ
れる機関等の高速で運転する内燃機関の場合特に有利で
ある。このように構成した動弁装置は高回転数のときで
も確実なバルブ操作を特徴としている。
【００２５】カップタペット１が従来知られているバル
ブスプリングリテーナの機能を果たし、又本来バルブス
テムに固定されるピストンの機能も果たすことにより、
図１〜図３に示す構成は著しく短縮したバルブステムに
より全高が特に小さく、製造が容易であり、長い使用期
間にわたって内燃機関のあらゆる運転範囲内で使用特性
が良好である。
【００２６】図４、図５、図６にそれぞれ一部示したカ
ップタペット１はハウジング1.1 と締付装置1.2 と嵌合
部材５とからなり、嵌合部材がバルブステム２とカップ
タペット１とを互いに結合する。
【００２７】図４と図５には実質的にその半径方向外面
に沿って円筒形の嵌合部材５が示してあり、これは一端
がバルブステム２の溝2.1 内で、又他端は半径方向外向
き突起に沿ってハウジング1.1 とカップタペット１の締
付装置1.2 との間で固定してある。図４の配置と図５の
配置は、特に図５の場合カップタペット１に対しバルブ
ステム２の僅かな半径方向変位が許容してあるかぎりで
相互に相違する。更にこの構成によればカップタペット
１に対しバルブステム２の周方向相対運動を引き起こす
ことが容易に可能であり、このことは図１に示す嵌合部
材５を適宜に構成した場合やはり考えられる。殆ど遊隙
のない螺着により、図４と図５でも引張力及び圧縮力を
バルブステム２に伝達可能な継手が得られ、図５では例
えば整列誤差を補償する僅かな半径方向運動も可能であ
る。
【００２８】図６では２部分構成の嵌合部材５が半径方
向でバルブステム２から離反した境界面に沿ってテーパ
状に形成してあり、このことは嵌合部材５に対し45°の
鋭角で回転するねじピン３と合わせ、バルブステム２及
びカップタペット１の固定をもたらす。ねじピン３は有
利にはハウジング1.1 の周囲に均一に分布するよう配置
してある。加速すべき質量を小さくし又カップタペット
１をバルブステム２に対し傾くことなく良好に配置する
点を考慮して３本のねじピン３が相互に120 °の角度で
ハウジング1.1 の周囲に配設してある。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、カップタペットとバル
ブススプリングリテーナが一体に形成してあるので、部
品点数が少なくなり、動弁装置内の加速すべき質量が著
しく減少し、シリンダヘッドの全高が低くなる等の利点
が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す動弁装置の断面図。
【図２】本発明の別の実施例を示す動弁装置の断面図。
【図３】本発明の更に別の実施例を示す動弁装置の断面
図。
【図４】本動弁装置においてバルブステムをハウジング
に固定する一実施例を示す部分断面図。
【図５】同別の実施例を示す部分断面図。
【図６】同更に別の実施例を示す部分断面図。
【符号の説明】
１ カップタペット ２ バルブステム ４ バルブスプリング ５ 嵌合部材 ８ 突起

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バルブのバルブステム(2) に被着可能な
    カップタペット(1)と、バルブステム(2) に固定したバ
    ルブスプリングリテーナと、バルブ運動方向で一端がシ
    リンダヘッド内、他端がバルブスプリングリテーナで支
    えられた少なくとも１個のバルブスプリング(4) とを含
    む内燃機関シリンダヘッド内の動弁装置であり、 カップタペット(1) がバルブスプリングリテーナと一体
    に構成され、カップタペット(1) が少なくとも２部分で
    形成され、第一部分が実質的にポット形ハウジング(1.
    1) により形成され、第二部分がハウジング(1.1) 内に
    摩擦嵌合式及び／又は形状嵌合式に配置した締付装置
    (1.2) により形成されること、からなる動弁装置におい
    て、 カップタペット(1) が、少なくとも１個の嵌合部材(5)
    によりバルブステム(2) に固定してあり、嵌合部材(5)
    が、半径方向でバルブステム(2) と締付装置(1.2) との
    間に配置してあり、嵌合部材(5) が、ハウジング(1.1)
    の半径方向内向き突起(8) により下から把持され、且つ
    これで緊張可能であることを特徴とする動弁装置。
  2. 【請求項２】 バルブスプリング(4) を機械的圧縮ばね
    により形成したことを特徴とする請求項１記載の動弁装
    置。
  3. 【請求項３】 バルブスプリング(4) を空気圧式に形成
    したことを特徴とする請求項１記載の動弁装置。
  4. 【請求項４】 バルブスプリング(4) を機械式及び空気
    圧式に形成したことを特徴とする請求項１記載の動弁装
    置。
  5. 【請求項５】 締付装置(1.2) が中空円筒により形成し
    てあり、この中空円筒が半径方向外側の外被面におねじ
    を有し、中空円筒が少なくとも部分的に円錐形内面を有
    することを特徴とする請求項１記載の動弁装置。
  6. 【請求項６】 締付装置(1.2) が少なくとも２本のねじ
    ピンにより形成してあり、このねじピンがバルブステム
    (2) に対し鋭角でハウジング(1.1) 内に配置してあるこ
    とを特徴とする請求項１記載の動弁装置。
  7. 【請求項７】 前記鋭角が30〜60°であることを特徴と
    する請求項６記載の動弁装置。
  8. 【請求項８】 半径方向で突起(8) とバルブステム(2)
    との間に第一シール(6) が配置してあり、これが両部品
    を密封接触させることを特徴とする請求項１又は請求項
    ３〜７のいずれか一項に記載の動弁装置。
  9. 【請求項９】 ハウジング(1.1) が少なくとも円筒形外
    面の範囲に第二シール(7) を有し、これがシリンダヘッ
    ドとカップタペット(1) との間の間隙を密封することを
    特徴とする請求項１又は請求項３〜８のいずれか一項に
    記載の動弁装置。
  10. 【請求項１０】 嵌合部材(5) がバルブステム(2) の溝
    (2.1) 内で軸方向に固定してあり、溝(2.1) に対向した
    側に湾曲面、そして締付装置(1.2) に対向した側に少な
    くとも部分的にテーパ付き面を有することを特徴とする
    請求項１又は８又は９記載の動弁装置。
  11. 【請求項１１】 円錐形内面とテーパ面が互いに平面的
    に当接することを特徴とする請求項５又は１０記載の動
    弁装置。
  12. 【請求項１２】 ねじピンとテーパ面が互いに実質的に
    点接触することを特徴とする請求項６又は１０記載の動
    弁装置。
  13. 【請求項１３】 嵌合部材(5) が溝(2.1) に対向した側
    に湾曲面を有し、締付装置(1.2) に対向した側がＬ形状
    であり、嵌合部材(5) が締付装置(1.2) の凹部内に係合
    し、軸方向では凹部に接触し、半径方向では距離を置い
    て隣接して凹部に割り当ててあることを特徴とする請求
    項１又は請求項８〜１２のいずれか一項に記載の動弁装
    置。
JP4136619A 1991-05-28 1992-05-28 内燃機関シリンダヘッド内の動弁装置 Expired - Lifetime JP2584566B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4117406A DE4117406A1 (de) 1991-05-28 1991-05-28 Ventiltrieb im zylinderkopf einer verbrennungskraftmaschine
DE4117406.2 1991-05-28

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JPH05156906A JPH05156906A (ja) 1993-06-22
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JP4136619A Expired - Lifetime JP2584566B2 (ja) 1991-05-28 1992-05-28 内燃機関シリンダヘッド内の動弁装置

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US (1) US5213072A (ja)
EP (1) EP0515772B1 (ja)
JP (1) JP2584566B2 (ja)
BR (1) BR9202018A (ja)
DE (2) DE4117406A1 (ja)
ES (1) ES2061286T3 (ja)

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