JP4083022B2 - 内燃機関のガス交換弁の軸端部と弁作動装置のスリーブ状の作動ピストンとの間の結合部 - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、内燃機関のガス交換弁の軸端部と弁作動装置のスリーブ状の作動ピストンとの間の結合部から出発する。
【０００２】
このような形式の結合部はドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２６０４６号明細書に基づき公知であり、軸端部を取り囲んで、作動ピストンに軸方向で支持された少なくとも２つのシェル状の楔部材が設けられており、これらの楔部材の半径方向外側の周面が円錐状に延びており且つ当該楔部材が円錐緊締スリーブによって包囲されており、この円錐緊締スリーブの半径方向内側の周面が楔部材の円錐角に対して相補的に延びており且つ当該円錐緊締スリーブが楔部材に対して、軸端部にねじ嵌められたナットによって軸方向で緊締されている。楔部材の半径方向内側の周面には環状突出部が設けられており、この環状突出部は軸端部の半径方向外側の周面に設けられた環状溝に係合する。作動ピストンは、互いに反対方向を向いた端面のピストン面の圧力負荷に応じて弁作動装置の円筒ケーシング内で上下に滑動可能な差動ピストンによって形成される。但し、組み込もうとする構成部材の比較的大きな数に基づいて、前記の公知の結合部の場合は大きな製作手間が発生し、更に、前記結合部は比較的大きな構成を有している。
【０００３】
発明の利点
作動ピストンが、本発明では円錐緊締スリーブを構成しているので、該作動ピストンは、一方では液圧式の作動力が作用し且つ他方では円錐結合部を軸方向で緊締するために役立ち、これにより、別個の円錐緊締スリーブを省くことができるということに基づき、二重の機能を果たす。更に、円錐結合部の緊締に役立つねじ山区分が、本発明では作動ピストンと楔部材とに形成されているので、緊締ナットも省くことができる。その結果減少される結合部構成部材の数は組込みを簡略化且つ短縮し、これにより更に、結合部のために必要な構成空間が縮小され、最終的には結合部の重量も減少される。
【０００４】
請求項２以下に記載された構成手段により、請求項１記載の本発明の有利な改良が可能である。
【０００５】
特に有利な構成手段では、作動ピストンと、楔部材から構成された環状の楔スリーブとに、取付け面に対応したスパナの同時係合が可能であるように形成されたスパナ用の取付け面がそれぞれ設けられている。この場合、楔部材と作動ピストンとは唯一の作業工程において互いにねじ締結され得る。更に、結合部は弁作動装置ケーシングの開口を介して、燃焼室から遠い方の外側から良好にアクセス可能である。従って、結合部を組み込むための弁軸部は開口から突出していなくてよいので、特に短い軸部を有し、従って小さな質量慣性を有するガス交換弁を使用することができる。
【０００６】
別の有利な構成では、結合部が作動ピストンによって半径方向で取り囲まれており、圧力媒体の供給される液圧領域が、作動ピストンの半径方向外側の領域に配置されている。この場合、結合部は圧力域には位置していないので、例えば修理目的で結合部の解離が必要な場合に圧力域の液圧回路を開かずに済む。
【０００７】
更に有利には、楔部材が周方向で見て互いにギャップ無しで接続しており且つ環状の楔スリーブを形成するように補足し合っている。この環状の楔スリーブの内径は、ガス交換弁の軸端部の外径よりも僅かに大きく、突出部と切欠きとが僅かな遊びを以て互いに内外で係合し合っている。これにより、弁作動装置における弁座と弁軸部との間の同心性の誤差を補償することのできる、遊びを有する形状接続的な結合部が得られる。更に、軸端部の作動ピストンに対する相対的な回転運動が可能になる。この場合、ガス交換弁の長手方向軸線を中心とした規則的な回転に基づいて、弁摩耗の均質化又は堆積物の弁座からの除去等の公知の利点を可能にするために、作動ピストンがガス交換弁と一緒に連行されずに済むので、作動ピストンのシール機能は損なわれない。
【０００８】
有利には、作動ピストンは２つの部分から形成されており、燃焼室に近い方の閉鎖ピストンと、該閉鎖ピストンに軸方向で続いて逆方向で働く、燃焼室から離れた方の開放ピストンとを有している。この場合、円錐区分とねじ山区分とが開放ピストンに配置されている。
【０００９】
更に別の有利な構成では、作動ピストンは一体の差動ピストンとして構成されていてもよい。この場合、構成部材の数が更に減少され、ガス交換弁の軸部の長さを、比較的短く構成可能な作動ピストンに基づいてより一層短くすることができる。
【００１０】
実施例の説明
図１には内燃機関の弁機構の内、縮尺上の理由からガス交換弁１だけが示されており、このガス交換弁１は弁作動装置４の作動ピストン２によって、昇降式の開閉運動を行うように操作される。
【００１１】
作動ピストン２は、ほぼ弁作動装置４の作動装置ケーシング８の燃焼室に近い底部開口６から作動装置ケーシング８の上部開口１０に被せられたカバー１２に形成された孔１４まで延びており且つ有利な構成では対向式で働く２つのピストン、即ち燃焼室に近いスリーブ状の閉鎖ピストン１６と、この閉鎖ピストン１６に軸方向で続く、燃焼室から離れたやはりスリーブ状の開放ピストン１８とを有している。これらの閉鎖ピストン１６と開放ピストン１８とは、ガス交換弁１の軸部２０を半径方向間隔をあけて同軸的に取り囲んでいる。ガス交換弁１の軸部２０は、内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）から底部開口６を通って作動装置ケーシング８内部にまで延びており、この場合、軸端部２２はカバー１２の孔１４から軸方向で隔てられている。
【００１２】
閉鎖ピストン１６は、第１の半径方向外側の段部２６の燃焼室に近い環状面２４を以て下側の作業室２８を制限し、開放ピストン１８に押し被せられたスリーブ２９は、第２の半径方向外側の段部３２の上部環状面３０を以て上側の作業室３４を制限する。この場合、作業室２８，３４は、複数の通路（図１には図示せず）を介して圧力媒体を充填可能であるか、又は放圧可能である。更に、両ピストン１６，１８は、作動装置ケーシング８にプレス嵌めされたシリンダライナ３６によって軸方向でガイドされている。カバー１２の孔１４の領域に設けられたシール３８と、作動装置ケーシング８の底部開口６の領域に設けられたシール４０は、両作業室２８，３４を軸方向でシールするために役立つ。
【００１３】
ガス交換弁１の軸端部２２と開放ピストン１８との間の結合部４２は、軸端部２２を取り囲む２つのシェル状の楔部材４４，４６を有しており、これらの楔部材４４，４６は環状の楔スリーブ４８を形成するように補い合っており、この楔スリーブ４８の内、燃焼室に近い区分５０の半径方向外側の外周面は、燃焼室とは反対側に向かって円錐状に先細になっている。楔スリーブ４８のこの円錐区分５０には雄ねじ山５４を備えた円筒区分５２が続いており、この円筒区分５２もやはり端部側が、有利には四角体５８として形成された、スパナ用の取付け面を備えた区分５６につながっている。
【００１４】
開放ピストン１８の燃焼室に近い方の区分６０の半径方向内側の周面は、楔スリーブ４８の円錐角に対して相補的に延びており、更に、この区分６０に軸方向で続くねじ山区分６２には、楔スリーブ４８の雄ねじ山５４にねじ締結可能な雌ねじ山６４が設けられている。開放ピストン１８のねじ山区分６２には、楔スリーブ４８の四角体５８から半径方向で隔てられた円筒区分６６が続いており、この円筒区分６６の半径方向内側の周面は、有利には六角穴６８として構成された、スパナ用の取付け面を有している。四角体５８の前記六角穴６８からの半径方向間隔は十分に大きく、これにより、四角体５８にスパナが係合可能である。
【００１５】
楔スリーブ４８の半径方向内側の周面と、ガス交換弁１の軸端部２２の半径方向外側の周面とには、形状接続的な結合部４２を生ぜしめるために、互いに係合し合う突出部７０と切欠き７２とが設けられている。前記結合部４２は開放ピストン１８によって半径方向で取り囲まれており且つ該開放ピストン１８により、上下作業室２８，３４を有する半径方向外側の液圧領域に対して遮蔽されている。
【００１６】
有利な構成では、楔スリーブ４８は円錐区分の半径方向内側の周面に、軸方向で相前後して等間隔に配置された、それぞれ周方向で延びる３つの環状隆起部７０を有しており、これらの環状隆起部７０は、それぞれ軸端部２２に形成された、対応する周方向の環状溝７２に係合する。環状隆起部７０と環状溝７２とはほぼ半円形の横断面を有しており、この場合、環状溝７２の内径は、有利には環状隆起部７０の外径よりも百分の数ミリメートルだけ大きい。
【００１７】
結合部４２の組込みに際しては、まず最初に予め組み込まれたシリンダライナ３６と、予め組み込まれた閉鎖ピストン１６と、予め組み込まれたシール４０とを備えた、まだカバー１２の設けられていない作動装置ケーシング８が内燃機関のシリンダヘッドに載置され、この場合、ガス交換弁１の軸部２０は閉鎖ピストン１６を下方から貫通して案内される。次いで、両楔部材４４，４６が作動装置ケーシング８の上部開口１０を介して軸端部２２に被せ嵌められ、図２に基づき容易に推測可能であるように、四角スパナが回転防止部材として楔スリーブ４８の四角体５８に被せ嵌められると同時に六角スパナが開放ピストン１８の六角穴６８に挿入されることによって、前記のようにして形成された楔スリーブ４８に開放ピストン１８が上からねじ嵌められる。工具の同時取り付けを可能にするためには、六角スパナが四角スパナの軸部のための中心貫通開口を有している必要がある。ねじ運動によって、楔部材４４，４６は楔作用に基づいて半径方向で互いに緊締され、形状接続的に互いに内外で係合し合う突出部７０と切欠き７２とに基づいて、軸端部２２が開放ピストン１８の円錐区分６０に引き込まれる。この場合、楔スリーブ４８の端面における、軸端部２２を半径方向で凌駕する、燃焼室に近い方の環状面７４は、閉鎖ピストン１６のための軸方向のストッパ面を形成し、しかも、閉鎖ピストン１６と開放ピストン１８との間には軸方向の細長いギャップ７６が残されているので、両ピストン１６，１８は互いに結合されてはいない。図２に示したように、楔部材４４，４６は、周方向で見て互いにギャップ無しで整合するように接続しており且つ内径がガス交換弁１の軸端部２２の外径よりも僅かに大きな環状の楔スリーブ４８を形成するように補い合っている。更に、突出部７０及び切欠き７２もやはり遊びを以て互いに係合し合っているので、開放ピストン１８にねじ締結された楔スリーブ４８に対する軸端部２２の回転運動を妨げる恐れが十分にある摩擦接続的な接触部が、ガス交換弁１の軸端部２２の外周面と、楔スリーブ４８の半径方向内側の周面との間に形成される恐れはない。これにより、ガス交換弁１は弁作動装置４に対して自由に回転可能なままである。楔スリーブ４８の内径と、ガス交換弁１の軸端部２２の外径との間の直径の差は、有利には百分の数ミリメータである。最後に、予め組み込まれたシール３８を備えたカバー１２が作動装置ケーシング８に被せ嵌められる。
【００１８】
このことを背景として、以下に弁作動装置４の機能を説明する。
【００１９】
図１に示した開放位置から出発して、ガス交換弁１を閉じるためには下側の作業室２８に圧力媒体が供給されると同時に上側の作業室３４が放圧されるので、閉鎖ピストン１６が上方に移動して、楔スリーブ４８の環状面７４と結合部４２とを介して開放ピストン１８を連行し、その結果、該開放ピストン１８はカバー１２の孔１４から脱出可能である。逆に、ガス交換弁１を開放するためには、上側の作業室３４が圧力負荷されると同時に下側の作業室２８が放圧され、これにより、下方に押し退けられる開放ピストン１８が、結合部４２及び楔スリーブ４８の環状面７４を介して閉鎖ピストン１６を連行する。この場合、開放ピストン１８から軸端部２２へ向かう力の流れは、主に互いに係合し合う突出部７０と切欠き７２とを介して形状接続的に流れるのに対して、突出部７０及び切欠き７２に対して軸方向でずらされて配置された、ねじ締結されたねじ山区分５２，６２は、楔部材４４，４６を半径方向で保持するために働くに過ぎないので、動的な負荷にはほとんどさらされていない。
【００２０】
図３に示した本発明の第２実施例では、前記の第１実施例と比較して同一構成部材及び同一作用を有する構成部材には同一符号が付されている。前記の第１実施例とは異なり、作動ピストン２は一体の差動ピストン７８として形成されており、この差動ピストン７８はガス交換弁１の開放位置において、作動装置ケーシング８の燃焼室に近い方の底部開口６からカバー１２の孔１４まで延びている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による内燃機関のガス交換弁の軸端部と弁作動装置の作動ピストンとの間の結合部の有利な構成の側方横断面図である。
【図２】 図１に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。
【図３】 本発明による結合部の別の実施例の側方横断面図である。
【符号の説明】
１ ガス交換弁、 ２ 作動ピストン、 ４ 弁作動装置、 ６ 底部開口、 ８ 作動装置ケーシング、 １０ 上部開口、 １２ カバー、 １４ 孔、 １６ 閉鎖ピストン、 １８ 開放ピストン、 ２０ 軸部、 ２２ 軸端部、 ２４ 環状面、 ２６ 第１の半径方向外側の段部、 ２８，３４ 作業室、 ２９ スリーブ、 ３０ 上部環状面、 ３２ 第２の半径方向外側の段部、 ３６ シリンダライナ、 ３８，４０ シール、 ４２ 結合部、 ４４，４６ 楔部材、 ４８ 楔スリーブ、 ５０ 円錐区分、 ５２ 円筒区分、 ５４ 雄ねじ山、 ５６，６０，６６ 区分、 ５８ 四角体、 ６２ ねじ山区分、 ６４ 雌ねじ山、 ６８ 六角穴、 ７０ 突出部、 ７２ 切欠き、 ７４ 環状面、 ７６ ギャップ、 ７８ 差動ピストン

Claims (11)

1. 内燃機関のガス交換弁（１）の軸端部（２２）と弁作動装置（４）のスリーブ状の作動ピストン（２）との間の結合部（４２）であって、軸端部（２２）を取り囲む少なくとも２つのシェル状の楔部材（４４，４６）が設けられており、これらの楔部材の半径方向外周面に、内燃機関の燃焼室とは反対側の方向で円錐状に先細になる区分（５０）が設けられており、該区分が、前記楔部材（４４，４６）を包囲する円錐緊締スリーブの半径方向内側の円錐区分（６０）の楔角に対して相補的に延びており、しかも、前記円錐緊締スリーブと楔部材（４４，４６）とが軸方向で互いに緊締可能であり、前記楔部材（４，４６）の半径方向内周面と、ガス交換弁（１）の軸端部（２２）の半径方向外周面とに、互いに係合し合う突出部（７０）と切欠き（７２）とが設けられている形式のものにおいて、
   作動ピストン（２）が円錐緊締スリーブを構成しており、該作動ピストン（２）と楔部材（４４，４６）とが、それぞれ互いにねじ締結可能なねじ山区分（５２，６２）を有していることを特徴とする、内燃機関のガス交換弁の軸端部と弁作動装置のスリーブ状の作動ピストンとの間の結合部。
2. 作動ピストン（２）と、楔部材（４４，４６）から構成された環状の楔スリーブ（４８）とに、取付け面（５８，６８）に対応したスパナの同時係合が可能であるように形成されたスパナ用の取付け面（５８，６８）がそれぞれ設けられている、請求項１記載の結合部。
3. 楔スリーブ（４８）に、燃焼室側から順に円錐区分（５０）、ねじ山区分（５２）及びスパナ用の取付け面（５８）が軸方向で配置されている、請求項２記載の結合部。
4. 前記取付け面が、作動ピストン（２）に設けられた六角穴（６８）を構成する取付け面に対して半径方向間隔をあけて配置された四角体（５８）を構成する面として形成されている、請求項３記載の結合部。
5. 当該結合部が作動ピストン（２）によって半径方向で取り囲まれており、圧力媒体の供給可能な液圧領域（２８，３４）が作動ピストン（２）の半径方向外側の領域に配置されている、請求項４記載の結合部。
6. 作動ピストン（２）が、燃焼室に近い第１の半径方向外側の段部（２６）と燃焼室から遠い第２の半径方向外側の段部（３２）を備え、第１の半径方向外側の段部（２６）の環状面（２４）を以て下側の作業室（２８）を制限しており且つ第２の半径方向外側の段部（３２）の環状面（３０）を以て上側の作業室（３４）を制限しており、これらの作業室（２８，３４）が圧力媒体を充填可能又は放圧可能である、請求項５記載の結合部。
7. 作動ピストン（２）が、作動装置ケーシング（８）に保持されたシリンダライナ（３６）内で軸方向でガイドされている、請求項６記載の結合部。
8. 作動ピストン（２）が２つの部分から形成されており、燃焼室に近い方の閉鎖ピストン（１６）と、該閉鎖ピストンに軸方向で続き且つ逆方向で働く、燃焼室から遠い方の開放ピストン（１８）とを有しており、前記閉鎖ピストン（１６）が下側の作業室（２８）に対応配置されており、前記開放ピストン（１８）が上側の作業室（３４）に対応配置されており、円錐区分（６０）及びねじ山区分（６２）が開放ピストン（１８）に配置されている、請求項７記載の結合部。
9. 楔スリーブ（４８）の端面における燃焼室に近い方の環状面（７４）が、軸端部（２２）を半径方向で凌駕して閉鎖ピストン（１６）のための軸方向ストッパ面を形成しており、この場合、開放ピストン（１８）が前記環状面（７４）の近傍まで延びている、請求項８記載の結合部。
10. 作動ピストン（２）が一体の差動ピストン（７８）として構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の結合部。
11. 楔部材（４４，４６）が、周方向において互いにギャップ無しで接続し且つ環状の楔スリーブ（４８）を形成するように補足し合っており、該楔スリーブの内径が、ガス交換弁（１）の軸端部（２２）の外径よりも僅かに大きく、突出部（７０）と切欠き（７２）とが僅かな遊びを以て互いに係合し合っている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の結合部。

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