JP3290197B2 - 上下動弁用可変弁駆動装置 - Google Patents

上下動弁用可変弁駆動装置

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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F01L1/245—Hydraulic tappets
    • F01L1/25—Hydraulic tappets between cam and valve stem

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、閉位置と開位置との
間で１個のカムによって戻しばねの力に抵抗して周期的
に移動する上下動弁のための可変弁駆動装置であって、
カムと上下動弁との間にカムの力が作用するタペット、
弁側のピストンと、これらタペットとピストンとの間に
圧縮室がある液圧式力伝達装置と、力伝達方向で測定さ
れる力伝達装置の軸方向の長さを圧力小室中の圧力によ
って調整するための、圧力小室に付属する圧縮剤管路中
に調整弁を設けた液圧式圧力調整装置とがある可変弁駆
動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＤＥ−ＯＳ35 32 549 と38 15 668 Ｆ０
１Ｌ１／１２から知られているようなこの種の弁の駆動
装置は弁作動時点を弁の有る機械、特に自動車内燃機関
の駆動中もその運転パラメータに従って変化させて最善
状態にもっていく有利な可能性を提供する。この発明の
優れた使用例、即ち内燃機関のガス交換弁の弁駆動装置
としての使用例を観察すると、可変の弁制御時間と可変
の弁ストロークによって駆動トルク特性曲線（シリンダ
充填）、排ガス直接汚染（たとえば目標の内部排ガス逆
送による）、消耗（残量ガス以上の燃焼の影響によるか
或いはガス交換作業の低下による）、制御挙動（弁遮
断、例 ＤＥ−ＯＳ37 38 556 Ｆ０２Ｄ１３／０２）に
影響することがある。
【０００３】前記公知の可変弁駆動装置の働きは次の通
りである。即ち調整弁によってタペットと上下動弁側ピ
ストンとの間の圧縮室中の圧力が直接影響を受け、調整
弁の上下死点は次の点で優れている。即ち圧縮室が閉鎖
によって剛性力伝達装置のように作用するか或いは低い
圧力の圧縮手段系との連結によって圧縮室を介した力伝
達が不可能になることである。その場合当該上下動弁の
ために予め与えられた上下動カムが長い運転時間にわた
って極めて正確に再生可能に設定されなければならな
い。優れた使用例を、即ち内燃機関のガス交換弁のため
の弁駆動装置として考察すると、機関の運転方法に決定
的に重要なのは予め与えられた弁開閉時点の正確な厳守
である。この関連において弁遊隙均衡装置の用意もまた
重要である。というのは弁遊隙均衡装置は弁本体と弁座
の部分の摩耗に際しても各上下動弁の上下動カムの独立
性を保証するからである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、利
点を確保して厳密にカムによって決定される弁上下動曲
線を描くことができる可変弁駆動装置を形成し且つ弁遊
隙均衡のための手段を簡単で且つ場所をとらないように
構成することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明によ
って、圧縮室に弁遊隙均衡装置の要素があり、圧縮室内
の液圧が力伝達装置の軸方向の長さの変化に際しても不
変であり、タペットの外側面と、これと向き合ってこれ
に対して相対的に軸方向に移動可能なカップタペットの
内側面との間に圧縮室に付加して設けられた環状の圧力
小室があり、内部の液圧に応じて定まる前記圧力小室の
軸方向の広がりがタペットのショルダーとカップタペッ
トの環状底部とによって限定されており、カップタペッ
トにはカムと同期する少なくとももう１個別のカムによ
って軸方向に力が加えられていることにより解決され
る。
【０００６】
【発明の作用】この発明では液圧式力伝達装置の有効な
長さを、前記の技術水準のように圧縮室中の圧力の対応
作用ではなく、追加した圧力小室中の圧力の対応作用に
より変化させるので、圧縮室を液圧式弁遊隙均衡装置の
格納に利用することができる。その場合少なくとも２個
の同期駆動カムがあり、その一は通常の態様で、直接又
は中間レバーを介してタペットに作用し、圧縮室と上下
動弁側ピストンを介して作動させるべき上下動弁の軸部
に作用し、他方もう一つのカムはタペットを環状に且つ
摺動可能に囲むカップタペットの上底部と結合して力を
伝達し、カップタペットはタペットの周縁部と共に可変
長圧力小室を包囲する。この発明の一利点は次の点にあ
る。即ちタペットはそれに併設されたカムと共に次の事
実、即ち圧縮室中の圧縮媒体の圧力が圧力小室中の変化
にもかかわらず不変であるということによってオイル不
足の際にも機関の機能を確保する点にある。その場合圧
力小室中の圧力の対応低下にもかかわらず上下動弁の上
下動曲線がタペットに作用するカムの上下動曲線と同一
であるということができる。他方圧力小室中の圧力の対
応上昇にもかかわらず少なくとももう１個の、通常はカ
ムより大きいストロークを移動するように設計された第
二カムが力伝達装置をタペット毎このタペットに併設さ
れたカムからいわば持ち上げる。
【０００７】 第二カムの各構成によって、１．上下動
弁の、ストローク拡大を伴うか又は伴わない、開放時点
の繰上げ、２．上下動弁の、後刻にストローク拡大を伴
うか又は伴わない方向への閉鎖時点の繰下げ、３．後刻
再びストローク拡大を伴うか伴わない方向への弁開放時
点の繰上げ及び閉鎖時点の繰下げが可能となる。
【０００８】
【実施例】図１に示すように、通常のように内燃機関を
源として駆動されるカムシャフト１はカム２の両側に第
二のカム３と４を支持している。この実施例では第二の
カム３と４は同一であるが、カム２のストロークとは異
なるストロークを経過する。
【０００９】 シリンダヘッド５内を軸６の方向に摺動
するように案内された力伝達装置７はカム２のための載
置面を形成するタペット８とタペットの内部を滑るよう
に支承された、上下動弁９の方に向いた弁側のピストン
１０とを有する。上下動弁９は、図示してない、ここで
は配設と構造とに関して公知の圧縮ばねによってその閉
鎖位置に、即ち図１で上方へ向けて力を加えられるの
で、上下動弁９は常に弁側のピストン１０の底部に接し
て支承されている。ピストン１０とタペット８の底部と
の間に圧縮室１１がある。圧縮室の中には自体公知で、
従って詳細には記載しない構造を有する弁遊隙均衡装置
１２がある。弁遊隙均衡装置は重要な構成要素として逆
止弁１２ａを有する。この逆止弁によって、カム２の基
円位相の最中、即ち上下動弁９が閉鎖されているとき圧
縮室１１は場合によっては圧縮剤を二次吸引できるよう
になる。
【００１０】カム２の両側に設けられた２個の第二カム
３と４はカップタペット１３の上底部１４上に支持さ
れ、両方のタペット８と１３は、間に環状の圧力小室１
５を形成している。圧縮小室１５は軸方向ではカップタ
ペット１３の上底部内側面１６とタペット８のショルダ
１７とによって限定されている。上底部内側とショルダ
には圧縮ばね１９が支承する。圧縮室１１と圧縮小室１
５との間には圧力調整弁２０を介してのみ流動連絡部が
存在する。流動連絡部はタペット８の弁遊隙均衡装置１
２が働けるようにするのに必要である。
【００１１】 カップタペット１３の全ての位置で圧縮
小室１５は圧縮剤管路２１と流動連結している。前記管
路中には調整弁２２を配設してある。図示した調整弁２
２の位置では導管２１により圧縮小室１５が容量均衡シ
リンダ２３と連絡している。容量均衡シリンダはばね負
荷されたピストン２４により制限される。圧縮小室１５
は更に低圧のシステム２５、たとえば内燃機関の油循環
路と連絡している。このことは、第二カム３と４のスト
ロークの効力発生のときに圧縮小室１５が軸線６の方向
にその長さが減少することを意味する。というのはタペ
ット８が上下動弁９上に支承されているからである。弁
９のストロークはカム２のそれに従う。図２にａでそれ
を示してある。
【００１２】これと反対に調整弁２２が９０°回って阻
止位置にくると、圧縮小室１５の容量が限定され、カッ
プタペット１３が第二カム３と４のストロークに合わせ
てタペット８と上下動弁とに摩擦係合して連行し、その
結果図２にｂで示した弁上下動曲線が描かれる。この曲
線は第二カム３と４のストロークの結果である。その場
合タペット８がそのカム２から離れる。
【００１３】調整弁２２が阻止位置にある場合も即ち圧
縮室１１中でも、また、ばね１９の連動作用の下に、
（カップタペット１３の）圧縮小室１５中でも弁遊隙均
衡が可能であるようにするために、逆止弁２６を備えた
漏油平衡導管２７を設けてある。この導管は、排気孔１
８を介して流出する圧縮剤の量を補償する役をも有する
ものである。
【００１４】最終的にタペット８と弁側のピストン１０
との間で作用する開拡ばね２８、弁側のピストン１０の
内側底面、ショルダ面１７、ばね１９の適宜な同調によ
って前記２個の弁遊隙均衡装置が作動できるようにな
る。
【００１５】図３の実施例ではカム軸３０上に同じく中
央カム３１と、その両側に第二カム３２と３３が１個づ
つある。この例の場合もカム３１は中央タペット３４上
で作動する。中央タペット３４は圧縮室３５と上下動弁
側ピストン３６とを介して上下動弁３７をその閉鎖ばね
の作用に抵抗して支承する。圧縮室中には同じく開拡ば
ね３８と、その上にタペット３４のための弁遊隙均衡装
置３９がある。タペット３４を囲み、カップタペット４
０によって包囲されている圧縮小室４１にはこの例では
圧縮ばねがない。圧縮ばねは圧縮小室４１の下側で２個
のタペット３４と４０の間に４４の所にある。これによ
って特に基円位相中の第二カム３２と３３の圧力除去が
行われる。
【００１６】 この実施例の場合も圧縮小室４１は対応
する大きさにされた複数本の管路を介して圧縮剤管路４
２との連絡を継続する。圧縮剤管路４２中にも調整弁４
３を配設してある。ここでも調整弁４３を迂回する、逆
止弁４５を備えた漏洩均衡管路４５ａを設けてある。図
１に示した解決策とは異なって、圧縮室３５と管路４２
との連絡は圧縮小室４１を介してではなく、別に設けた
管路４６を介して行われる。この管路はタペット３４と
４０の壁及びシリンダヘッド４７を通って直接管路４２
まで延長している。従って弁遊隙均衡装置の機能態様を
損なうことなくこの構造はばね４４をして、調整弁４３
が開いているとき、即ち圧縮小室４１が「無圧」の状態
のとき２個のタペット３４と４０の相互に向き合う面４
８と４９が当接に向けて移動することができる。次にカ
ップタペット４０はカム３１のストローク曲線に応じて
第二カム３２と３３から時折離脱してタペット３４に連
行される。このような作動態様の利点は、圧縮小室４１
中にポンプが不要だという点にある。
【００１７】カップタペット４０の騒音のない再接続を
行うためにカム３１と３２及び３３とのストローク曲線
をずらすのが好都合な場合がある。それを図４に示す。
ｃはカム３１のストローク曲線を、ｄはそれに対して後
刻にずらされた、第二カム３２及び３３のストローク曲
線を示す。
【００１８】タペット３４のショルダ面４８はこれを小
さく、即ちこれに作用する液圧力がカムの基円位相にお
いては均衡装置３９における開拡ばね３８の弾力より弱
くなるようにする。圧力除去孔と呼ばれる脱気孔５０も
省略される場合には、ショルダ面４８と弁側のピストン
３６の横断面とを、即ち内側の底面５１プラス縁面をほ
ぼ同じ大きさにする。
【００１９】図５は、この発明によるいくつかの、ダブ
ルタペット装置ということもできる力伝達装置６０、６
１、６２、６３に逆止弁６５と漏れ量均衡管路６６を有
する共通の圧力調整装置６４を併設することができるこ
とを示している。この省力対策はたとえば内燃機関のす
べてのいくつかの同様に作動させるべきガス交換弁に対
して推奨される。
【００２０】図５に示した、いくつかの上下動弁制御に
用いる圧力調整装置の多重利用の場合には次のようにし
ていろいろな問題が生じることがある。即ち調整弁６５
が閉じているとき上下動弁から他の上下動弁の液圧式力
伝達装置７の圧縮小室１５の中まで水撃作用が継続する
ことがある。これは図６に示すように図１の構成の変形
によって達成される。図６では図１と同じ部分には同じ
符号を記入してある。
【００２１】追加されたものはカップタペット１３また
はタペット８の所のストッパー７０と７１であって、こ
れらのストッパーは、カム２、３、４の基円位相中に作
用し、その後次に記載するようにタペット８のばね１９
の作用の下にカップタペット１３の底部１４とこのとき
その底部の方に向けられる、第二のカム３と４の周縁部
に小さな隙間７２が残るようにカップタペット１３の支
承を確保するように配設されている。前記ストッパーの
間では停止騒音の減衰器及び／又は弁遊隙調整又は均衡
要素を配設することができる。
【００２２】 図６と図１の構成の更にもう１つの相違
点は、図１で符号２０で示したものが通液孔７３となっ
ており、この通液孔が時折カップタペット１３のストロ
ーク間にカップタペット１３の中に設けられている管路
７４を経て圧縮小室１５と連通している点である。この
ようにして圧縮剤の消費が減る。圧縮剤の消費は図１の
場合は絞り２０と脱気孔１８を介しての流出により生じ
た。
【００２３】 図１の構成を前記のように発展させた態
様では脱気孔１８を省略してある。ストローク運動の最
中に孔７３と管路７４が一致すると、タペット８と上下
動弁側のピストン１０によって囲まれた空間には圧縮小
室１５の高圧が漲る。それによって上下動弁側のピスト
ン１０が上下動弁９を望ましくない態様で動かすことが
ないように、圧力にさらされるピストン１０の横断面は
底面７５と縁面とによって圧縮小室１５を限定するショ
ルダ１７の面より小さく限定してある。
【００２４】
【発明の効果】従ってこの発明により、漏れ損分の追加
と弁遊隙均衡目的を除いて圧縮室が閉鎖される結果圧縮
剤が不足した場合も機関の制御運転を、即ち中央カムを
介して可能とし、更にその上所定の弁ストローク曲線の
達成に関して幅広い自由がある。その場合前記の詳細な
説明にあるような調整弁の限界位置間の中間位置占めに
よって、たとえば図２に記載した２本の曲線の間の部分
にある弁ストローク曲線も実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】上下動ピストン・内燃機関の一縦断面のこの発
明の対象部分を示す図である。
【図２】カム角度ＮＷを経る弁ストロークｈの曲線を示
す図である。
【図３】他の実施例の、図１に対応する縦断面を示す図
である。
【図４】図３の実施例の、図２に対応するストローク曲
線を示す図である。
【図５】多シリンダ機関の場合の好都合な応用例を示す
図である。
【図６】図１の構成の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ カム軸 ２ カム ３ カム ４ カム ５ シリンダヘッド ６ 軸線 ７ 力伝達装置 ８ タペット ９ 上下動弁 １０ ピストン １１ 圧縮室 １２ 弁遊隙均衡装置 １３ カップタペット １４ １３の底部 １５ 圧縮小室 １６ １３の底面 １７ ８のショルダ １８ 脱気孔 １９ 圧縮ばね ２０ 絞り ２１ 圧縮材管路 ２２ 調整弁 ２３ 容量均衡シリンダ ２４ ピストン ２５ 低圧システム ２６ 逆止弁 ２７ 漏油均衡導管 ２８ 開拡ばね ３０ カム軸 ３１ カム ３２ カム ３３ カム ３４ 中央カム ３５ 圧縮室 ３６ 弁側ピストン ３７ 上下動弁 ３８ 開拡ばね ３９ 弁遊隙均衡装置 ４０ カップタペット ４１ 圧縮小室 ４２ 圧縮材管路 ４３ 逆止弁 ４５ 逆止弁 ４６ 管路 ４７ シリンダヘッド ４８ ３４の面 ４９ ４０の面 ５０ 脱気孔 ５１ 内側底面 ６０ 力伝達装置 ６１ 力伝達装置 ６２ 力伝達装置 ６３ 力伝達装置 ６４ 圧力調整装置 ６５ 調整弁 ６６ 漏均衡管路 ７０ ストッパー ７１ ストッパー ７２ 遊隙 ７３ 通液孔 ７４ 管路 ７５ 底面
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−315605（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−117109（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−65006（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−94406（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−213607（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01L 13/00 301

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 閉位置と開位置との間で１個のカムによ
    って戻しばねの力に抵抗して周期的に移動する上下動弁
    のための可変弁駆動装置であって、カムと上下動弁との
    間にカムの力が作用するタペット、弁側のピストン及び
    タペットとピストンとの間に圧縮室がある液圧式力伝達
    装置と、力伝達方向で測定される力伝達装置の軸方向の
    長さを圧力小室中の圧力によって調整するための、圧力
    小室に付属する圧縮剤管路中に調整弁を設けた液圧式圧
    力調整装置とがある可変弁駆動装置において、圧縮室
    （１１）に弁遊隙均衡装置（１２）の要素があり、圧縮
    室内の液圧が力伝達装置（７）の軸方向の長さの変化に
    際して不変であり、圧縮室（１１）に付加してタペット
    の外側面と、これと向き合ってこれに対して相対的に軸
    方向に移動可能なカップタペット（１３）の内側面との
    間に環状の圧力小室（１５）を設けてあり、内部の液圧
    に応じて定まる前記圧力小室の軸方向の広がりがタペッ
    ト（８）のショルダー（１７）とカップタペット（１
    ３）の環状底部（１６）とによって限定されており、カ
    ップタペットにはカム（２）と同期する少なくとももう
    １個別のカム（３、４）によって軸方向に力が加えられ
    ていることを特徴とする上下動弁用可変弁駆動装置。
  2. 【請求項２】 カム（２）の両側に同じ上下動カムを有
    する二つの別の、第二カム（３、４）を設けたことを特
    徴とする請求項１の可変弁駆動装置。
  3. 【請求項３】 第二カム（３、４）が上下動弁（９）
    の、カム（２）より大きいストロークを移動するように
    構成したことを特徴とする請求項１または２の可変弁駆
    動装置。
  4. 【請求項４】 調整弁（２２）が圧縮剤管路（２１）を
    遮断したり、圧縮小室（１５）と低い圧力の液圧系（２
    ５）とを連通したり切り換えたりするように構成したこ
    とを特徴とする請求項１〜３の何れか一の可変弁駆動装
    置。
  5. 【請求項５】 圧縮小室（１５）の中に圧縮ばね（１
    ９）を配設し、圧縮ばねが逆止弁（２６）と共に調整弁
    （２２）を迂回する漏れ損均衡管路（２７）と圧縮小室
    （１５）の中でカップタペット（１３）用の弁遊隙均衡
    装置を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか
    一の可変弁駆動装置。
  6. 【請求項６】 圧縮室（１１）にタペット（８）のため
    の弁遊隙均衡装置（１２）を形成するために逆止弁（１
    ２ａ）と、弁側ピストン（１０）とタペット（８）との
    間に張設した開拡ばね（２８）とを備え且つ圧縮室を圧
    縮小室（１５）に連結したことを特徴とする請求項５の
    可変弁駆動装置。
  7. 【請求項７】 圧縮小室の軸方向長さに影響を与える機
    械的ばねが欠けていることを特徴とする請求項１〜４の
    何れか一の可変弁駆動装置。
  8. 【請求項８】 タペット（３４）とカップタペット（４
    ０）との間の圧縮小室（４１）の外側に圧縮小室（４
    １）の軸方向の長さを縮小するように作用する圧縮ばね
    （４４）を設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れ
    か一の可変弁駆動装置。
  9. 【請求項９】 圧縮室（３５）にタペット（３４）のた
    めの弁遊隙均衡装置（３９）を形成するために逆止弁及
    び、弁側ピストン（３６）とタペット（３４）との間に
    張設した開拡ばね（３８）を備え且つ圧縮室（３５）を
    一時的にカップタペット（４０）の中の少なくとも一本
    の管路（４６）を介して脱気孔（１８）から出て行く圧
    縮剤の量を補償する漏れ損均衡管路（４５ａ）に連結し
    たことを特徴とする請求項７または８の可変弁駆動装
    置。
  10. 【請求項１０】 圧縮ばね（４４）を圧縮小室（４１）
    の圧力除去によりカップタペット（４０）の底部（４
    ９）の互いに向き合った面とタペット（３４）のショル
    ダ（４８）とが突き合わさるような大きさに形成するこ
    とを特徴とする請求項８又は９の可変弁駆動装置。
  11. 【請求項１１】 タペット（３４）のショルダ（４８）
    の大きさを、第二のカム（３２、３３）が基円位相にあ
    る間圧力調整弁と管路（４６）が連通していて、圧縮小
    室（４１）の軸方向でタペット（３４）に作用する圧縮
    小室内の圧縮剤の圧力がタペット（３４）の肩（４８）
    に及ぼす力が開拡ばね（３８）の力より小さくなるよう
    に定めてあることを特徴とする請求項９または１０の可
    変弁駆動装置。
  12. 【請求項１２】 カップタペット（１３）がストローク
    位相にある間通液孔（７３）と管路（７４）とが連通し
    ていてショルダ（１７）の面が弁側のピストン（１０）
    の内側の底面（７５）より大きいことを特徴とする請求
    項６、９、１０の何れか一の可変弁駆動装置。
  13. 【請求項１３】 カップタペット（１３）とタペット
    （８）の所で第二カム（３、４）の基円位相の間中共に
    作用して、カップタペット（１３）と第二カム（３、
    ４）の間の遊隙（７２）の確保に役立つストッパー（７
    ０、７１）を設けてあることを特徴とする請求項１〜１
    ２の何れか一の可変弁駆動装置。
  14. 【請求項１４】 圧力調整装置（６４）がいくつもの上
    下動弁の液圧式力伝達装置（６０、６１、６２、６３）
    に併設されることを特徴とする請求項１〜１３の何れか
    一の可変弁駆動装置。
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