JP4340150B2 - 行程弁制御装置 - Google Patents

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Description

可変行程弁制御装置が公知である。本発明の課題は、位相シフトを考慮して、機械的な可変行程弁制御装置を改良することである。
本発明は、機械的な可変行程弁制御装置であって、この行程弁制御装置によって、個別の弁または弁グループにおいて、原動機の運転中に、弁行程を無段階的に最大の長さから、常時閉鎖保持状態にまで調節し、同時に弁の開放期間を変化させることができ、この場合、弁はロッカーアームによって駆動され、このロッカーアーム自体は、スイングレバーまたは傾動レバーまたはアングルレバーによって負荷され、これらのレバーの位置によって弁の行程と開放時間が変化する形式のものに関する。
1つの行程弁制御装置の例外を除いて、行程弁制御装置によって原動機の下方の回転数領域において弁の操作が可能である。この行程弁制御装置では、エンジン開発者によって所望されるように、弁行程が調節され減じられた状態で、弁の開放領域のための著しく小さくされた回転角度と、弁の開閉過程のための、さらに弁開放の回転角度にまで短くされた回転角度とが生ぜしめられる。
さらに1つの行程弁制御装置を除いて、行程弁制御装置の調節中に、弁操作の位相シフトは全く行われない、もしくは殆ど行われない。
行程弁制御装置は、絞りのない負荷制御のために、および弁・シリンダ遮断のために使用可能である。
単数または複数の弁は、行程弁制御装置によって交互に、種々様々なカムによって駆動される。この場合、制御レバーの調節による切換は、切換可能な連結ピンを使用せずに行われる。
さらに、補助的な装置によって、待機時間の延長が可能である。
行程弁制御装置が、特許出願番号10036373.3−13の明細書に記載された行程弁制御装置の特徴を有している場合は、この出願の優先権が請求項に含まれる。
カム駆動装置の技術分野では、例えばカム自体のような滑動面の使用と滑動体の使用とが一般的に公知である。従って、行程弁制御装置に配置されたカムローラと、弁の操作のために配置されたローラとを、完全にまたは部分的に、一体成形された滑動体又は滑動面によって置き換えることができる。
図1には、カムによって側方で駆動されるアングルレバーを備えた行程弁制御装置が示されており、この行程弁制御装置では調節中に、遊星歯車伝動装置の運動経過が、弁を駆動するロッカーアームのローラがサンギアとしての機能を有しており、アングルレバーがプラネタリギアとしての機能を有しており、調整レバーがプラネタリキャリアとしての機能を有しているように行われる。
図2には、側方でカムによって駆動されるアングルレバーを備えた行程弁制御装置が示されており、このアングルレバーは、調節可能なジョイントロッドに固定されているローラを介して、弁を操作するロッカーアームを駆動する。
図3には、側方でカムによって駆動されるアングルレバーを備えた行程弁制御装置が示されており、このアングルレバーは調整アームに、アングルレバーが、傾動レバーの揺動運動を行い、これにより弁を操作するロッカーアームを駆動させるように枢着的に支承されている。
図4には、調整ディスクの両側に配置された2つのスイングレバーを備えた行程弁制御装置が示されており、これらのスイングレバーはそれぞれカムによって駆動され、弁を操作するロッカーアームを駆動する。
図5には、行程弁制御装置が示されており、この行程弁制御装置では、カムローラが水平なガイドロッドに固定されており、これにより、行程弁制御装置の調節中の弁操作の位相のシフトが回避される。
図1に示したシリンダヘッド内に配置された行程弁制御装置は、1つの弁1の操作のために設けられている。この場合、ほぼ鉛直に延びるアングルレバー2が側方で、このアングルレバー2のカムローラ3を介して駆動される。アングルレバー2の両側にはそれぞれ1つの調整レバー5が配置されている。この調整レバー5は、アングルレバー2が支承されている回動ジョイント4の保持装置として働く。アングルレバー2は、下方に向けられた接触面6,7を有しており、これらの接触面は、アングルレバー2の長手方向軸線に対してほぼ直角に延びている。この場合、接触面6によって、弁1を操作するロッカーアーム8がローラ9を介して駆動され、接触面7によって、弁1の常時閉鎖保持状態が形成される。
行程弁制御装置によって、弁行程の長さは、原動機の運転中に無段階式に最大の弁行程から常時閉鎖保持状態にまで調節される。この場合、弁開放時間は弁行程の縮小と同時に短縮される。弁操作の位相のシフトは殆ど起こらない。
本発明によれば、行程弁制御装置は遊星歯車伝動装置の原理で働く。ロッカーアーム8のローラ9はサンギアの機能を有し、アングルレバー2は、プラネタリギアの機能を有している。この場合、接触面7は円形に外方に向かって湾曲して形成されており、プラネタリギアの転動面を形成している。両調整レバー5は、プラネタリキャリアとして働き、シリンダヘッド10に固定された回動ジョイント11を有している。弁1が閉じられている場合には、この回動ジョイント11の回転軸線は、サンギアとして働く、ロッカーアーム8のローラ9の回転軸線と同じである。これにより、両調整レバー5が旋回運動する際には、回動ジョイント4に支承されたアングルレバー2は、ジョイント11の回転軸線を中心として、従って、ローラ9の回転軸線を中心として円運動する。この場合、アングルレバー2の旋回運動中には、円形の接触面7がローラ9の外周面に係合している限り、弁1は操作されず弁の遊びは変化しない。この場合、調整レバー5の下方の回動ジョイント11とローラ9の共通の回転軸線と、調整レバー5の上方の回動ジョイント4とアングルレバー2の共通の回転軸線との間の間隔Lは、接触面7の半径の長さR1と、ローラ9の半径の長さR2との和である。
従って、L=R1+R2
両調整レバー5の調節運動後に、内側に湾曲されている接触面6がローラ9の外周面に係合すると、ロッカーアーム8はまず最初に、僅かな揺動運動によって、小さい回転角度で駆動される。この場合、接触面6が、ローラ9の外周面に引き続き係合することにより、ロッカーアーム8の揺動運動とその回転角度が拡大される。
調整レバー5は、その調節のために、一方の調整レバー5または両方の調整レバー5が、回動ジョイント11の回転軸線を中心として延びる環状の歯列12を有している。この歯列12には、制御軸13の歯列が係合している。両調整レバー5は、偏心軸またはカム軸によって負荷されるジョイントロッドを介しても駆動される。
アングル位置Aでは、行程弁制御装置は、最大の弁行程に調節されており、アングル位置Bでは、弁1の常時閉鎖保持状態に調節されている。2つの弁1を同時に操作するために、2つのアングルレバー2を1つの調整レバー5の両側に配置することができる。この場合、各アングルレバー2が、弁1を操作する1つのロッカーアーム8を駆動する。
ロッカーアーム8は、弁1を駆動する端部に、弁遊び補償部材14を有している。その上昇運動は、相応に位置決めされた調節可能な対応支承部15によって制限されている。この場合、対応支承部15は、シリンダヘッド10の構造体に結合されていて、緩衝装置16を有している。対応支承部15を配置することにより、行程弁制御装置の正確な機能が、弁1の上方の接触面が、弁座への当接によって上方に運動された場合でも可能である。この場合、アングルレバー4とロッカーアーム8のローラ9との係合が、対応支承部15によって変化されないまま保たれ、この場合、弁1の長さの変化は弁遊び補償部材14によって補償される。
アングルレバー2の駆動はカム17を介して1方向でのみ行われるので、アングルレバー2の逆方向の駆動のために、戻し部材18が配置されている。これにより、アングルレバー2のカムローラ3がカム17に押し付けられる。
図2に示したシリンダヘッドに配置された行程弁制御装置は、2つの弁19の同時的な操作のために設けられている。この場合、2つのロッカーアーム20が上方からそれぞれ1つのローラ21を介して駆動される。この場合、ローラ21は、軸22上に配置されている。軸22自体は、長手方向で調節可能なジョイントロッド23のフォーク状バーに固定されていて、ジョイントロッド23のフォーク状バーの間には、別の中間ローラ21が配置されている。中間ローラ21の上方には、ほぼ鉛直に延び、側方でカム28によってカムローラ29を介して駆動されるアングルレバー24が配置されている。このアングルレバー24はその上端部で、シリンダヘッドの構造体に結合された回動ジョイント25に支承されていて、下端部では、中間ローラ21に係合する、アングルレバー24の長手方向軸線に対してほぼ直角に延びる接触面26,27を有している。この場合、弁19の常時閉鎖保持状態を形成するために働く接触面26は、円弧状に外方に向かって湾曲されていて、この湾曲の半径Rの中心点は、回動ジョイント25の回転軸線上に位置している。接触面26に続く、弁行程を形成するために設けられた接触面27は、カーブ状に内側に向かって湾曲されるように形成されている。行程弁制御装置の調節のためには、ジョイントロッド23が接触面26,27に沿って運動する。この場合、ジョイントロッド23は、制御軸32によって駆動される調整レバー31の回動ジョイント30に支承されている。
行程弁制御装置によって、原動機の運転中の弁行程の長さを、最大の弁行程から、常時閉鎖保持状態へと無段階的に調節することができる。この場合、弁開放時間は弁行程の縮小と同時に短縮される。弁操作の位相のシフトは生じない。
アングル位置では、行程弁制御装置は最大の弁行程に調節されており、アングル位置では弁19の常時閉鎖保持状態に調節されている。
1つだけの弁19を操作するためには、アングルレバー24が中間ローラ21を駆動し、ロッカーアーム20は、外側の2つのローラ21によって対称的に駆動される。この場合、中間ローラ21は、外側のローラ21よりも小さい直径を有しているので、ジョイントロッド23へのねじれ力の作用が回避される。この場合、両外側のローラ21がアングルレバー24によって駆動されて、中間ローラ21がアングルレバー24によって駆動されてもよい。
アングルレバー24の駆動がカム28を介して1つの方向でしか行われないので、アングルレバー24の逆方向の駆動のためには、戻し部材33が配置されている。これによりアングルレバー24のカムローラ29はカム28に押し付けられる。回動ジョイント34を介してアングルレバー24に接続された戻し部材33自体は、調整レバー31に結合されたレバー36の回動ジョイント35に、より小さな弁行程へ行程弁制御装置が調節されている間に、戻し部材33の戻し力が同時に高められるように結合されている。
図3に示したシリンダヘッドに配置された行程弁制御装置は、1つの弁37の操作のために設けられている。この場合、ほぼ鉛直に延びたアングルレバー38は、その上端部で側方からカムローラ39を介してカム40によって駆動される。アングルレバー38の両側にはそれぞれ1つの調整レバー41が配置されていて、この調整レバー41は、アングルレバー38のための回動ジョイント42の保持体として働く。この場合、回動ジョイント42はアングルレバー38の下方の領域に配置されており、調整レバー41自体はその上端部で、シリンダヘッドの構造体に回転可能に支承された制御軸43に回動不能に結合されている。
本発明によれば、アングルレバー38は、ロッカーアームの原理で働く。しかしながらこの場合、アングルレバー38が、弁37の駆動のために、長手方向軸線に対してほぼ直角に下方に向けられた接触面44,45を有していて、接触面44を介してロッカーアーム46がローラ47によって駆動され、接触面45がローラ47に係合することにより、弁37の常時閉鎖保持状態が形成される。この場合、接触面45は円弧状に外方に向かって湾曲されており、その半径Rの中心点は、アングルレバー38の回転軸線42上に位置している。
行程弁制御装置によって、原動機の運転中に弁行程の長さが、最大の弁行程から常時閉鎖保持状態にまで無段階式に調節される。この場合、弁開放時間は、弁行程の縮小とともに同時的に短縮される。弁操作の位相のシフトは殆ど生じない。
アングル位置Aでは、行程弁制御装置は最大の弁行程に調節されていて、アングル位置Bでは、弁37の常時閉鎖保持状態に調節されている。
アングルレバー38の駆動はカム40を介して一方向でしか行われないので、アングルレバー38の逆方向への駆動のためには戻し部材48が配置されている。これによりアングルレバー38のカムローラ39がカム40へと押し付けられる。この場合、戻し部材48は一方では回動ジョイント49を介してアングルレバー38に支承されていて、他方では両調整レバー41の回動ジョイント50に支承されている。
図4に示したシリンダヘッドに配置された行程弁制御装置は、2つの弁51の同時操作のために設けられている。本発明によれば、行程弁制御装置は、シリンダヘッド53に結合された支承台54に回転可能に支承されている調整ディスク52を有している。この支承台54は同時に、カム軸55の支承、制御軸56の支承、戻しばね57の保持のために働く。調整ディスク52は、側方の領域に軸58を有していて、この軸58には、調整ディスク52の両側でそれぞれ1つのスイングレバー59が配置されている。この場合、両スイングレバー59はカムローラ60によって上方からそれぞれ1つのカム61によって駆動される。スイングレバー59は、下方に向けられた接触面62,63を有しており、これらの接触面は、スイングレバー59の長手方向軸線に対してほぼ平行に延びている。この場合、接触面62を介してそれぞれ1つのロッカーアーム64がローラ65を介して駆動され、接触面63によって、弁51の常時閉鎖保持状態が形成される。
行程弁制御装置によって、弁行程長さが原動機の運転中に無段階式に、最大の弁行程から常時閉鎖保持状態にまで調節される。この場合、弁開放時間は、弁行程の縮小と同時に短縮される。弁操作の位相のシフトは生じない。この場合、これにより一方の適当なカム軸回転方向でカム軸調節装置を使用することができる。
行程弁制御装置は、遊星歯車伝動装置の原理で働いている。この遊星歯車伝動装置では、弁51を操作する両ロッカーアーム64のローラ65が、サンギアの機能を有しており、スイングレバー59が、プラネタリギアの機能を有しており、この場合、このスイングレバー59の接触面63が、円弧状に外方に向かって湾曲されて形成されていて、プラネタリギアの転動面を形成している。調整ディスク52は、プラネタリキャリアとして働く。この場合、弁51が閉じられているならば、調整ディスク52の回転軸線は、サンギアとして働く、ロッカーアーム64のローラ65の回転軸線と同じである。これにより、調整ディスク52の回転運動時に、軸58に支承されたスイングレバー59は、両ローラ65と調整ディスク52の回転軸線を中心として円形に運動する。この場合、調整ディスク52の揺旋回運動中に、円弧状の接触面63がローラ65の外周面に係合している限り、弁51は操作されず、弁遊びは変化されない。弁51の常時閉鎖保持状態を生ぜしめる接触面63は、円弧状に外方に向かって湾曲されており、この接触面63の半径R1の中心点は、スイングレバー59の回転軸線上に位置していて、半径R1と、ローラ65の半径R2との和は、調整ディスク52とローラ65の共通の回転軸線と、調整ディスク52の軸58との間の間隔Lとなる。調整ディスク52の調節回転後に、内側に向かって湾曲された接触面62がローラ65の外周面に係合すると、ロッカーアーム64はまず最初に僅かな揺動運動によって小さい回転角度だけ駆動され、接触面62が両ローラ65の外周面にさらに係合することにより、ロッカーアーム64の揺動運動と回転角度とは同時に拡大される。
調節のためには、調整ディスク52の外周面には、調整ディスク52の回転軸線を中心として延びる円弧状の歯列66が設けられている。この歯列66には、支承台54に回転可能に支承された制御軸56の歯列が係合する。
アングル位置では、行程弁制御装置は最大の弁行程に調節されていて、アングル位置では、弁52の常時閉鎖保持状態に調節されている。
1つの弁51の操作または3つの弁51の同時的な操作のためには、2つの調整ディスク52が配置されている。これらの調整ディスク52の間には、カム61によって駆動されるスイングレバー59が軸58上に配置されている。この軸58は両調整ディスク52を結合させている。3つの弁51の同時的な操作のためには、調整ディスク52の両外面にこの調整ディスク52から突出した軸58上に、カム61によって駆動されるそれぞれ1つの別のスイングレバー59が配置されている。この場合、全てのスイングレバー59は弁51を、このスイングレバー59の下方に配置されているロッカーアーム64を介して駆動する。
スイングレバー59の駆動がカム61を介して1つの方向でしか行われないので、スイングレバー59の逆方向の駆動のためには、回転ばねとして形成された戻しばね57が配置されている。これによりスイングレバー59のカムローラ60はカム61へと押し付けられる。この場合、戻しばね57の脚は簡単な組み付けおよび固定のために、カム軸55に設けられて分割された、支承台54の支承部の突き合わせ部に挿入され、クランプ固定される。
互いに隣接して配置された、互いに180°回転された、調整ディスク52の異なる軸58上に配置されているスイングレバー59によって、弁51は異なるカム61によって操作することができる。スイングレバー59は調整ディスク52の、少なくとも2つの軸58上に配置されていて、この場合調整ディスク52の回転により、一方の回転方向に向けられたスイングレバー59の一方のグループがカムに係合しており、同時に、逆の回転方向に向けられたスイングレバー59の他方のグループがカムの係合から解除されるようになっている。
図5に示したシリンダヘッドに配置された行程弁制御装置は、1つの弁67の操作のために設けられている。この場合、行程弁制御装置の調節により、弁操作の位相のシフトは生じない。本発明によれば、行程弁制御装置は、ほぼ水平なガイドロッド68に固定されたカムローラ69を有している。この場合、ガイドロッド68は制御軸70に回転可能に支承されている。ガイドロッド68の下方にガイドロッド68に平行にスイングレバー71が配置されている。このスイングレバー71の一方の端部は、制御軸70に回動不能に結合された調整レバー73の回動ジョイント72に支承されていて、スイングレバー71の他方の端部は、ほぼ鉛直に延びる、カムローラ69の軸に結合されたジョイントロッド75の回動ジョイント74に支承されている。スイングレバー71の下方には、弁67を操作するロッカーアーム76が配置されている。このロッカーアーム76はローラ77を有していて、このローラ77は上方で、円弧状に内側に湾曲された、スイングレバー71の接触面78に係合している。この場合、カムローラ69の回転軸線と、回動ジョイント74の回転軸線との間の間隔Lと、制御軸70の回転軸線と回動ジョイント72の回転軸線との間の間隔Lとは互いに等しい。スイングレバー71の下方に向けられた接触面78の半径R1は、間隔Lと、ロッカーアーム76のローラ77の半径R2との合計である。従ってR1=L+R2である。
カム79の駆動が1方向でしか行われていないので、ガイドロッド68とジョイントロッド75を有したスイングレバー71の逆方向への駆動のためには、戻し部材80が配置されている。この場合、戻し部材80の一方の端部は、シリンダヘッドの構造体に結合されていて、他方の端部は、ガイドロッド68に結合されたレバー82の回動ジョイント81を介してカムローラ69をカム79に押し付けている。
図4に示した行程弁制御装置では、調整部材として、記載した調整ディスク52の代わりに、図6に示したような調整レバー83を使用することもできる。この調整レバー83の旋回軸はこの場合、所属の弁51が閉じられている場合には、調整ディスク52の場合と同様に、ロッカーアーム64のローラ65の旋回軸に整合していなければならない。調整レバー83は、アングルレバーとして形成することができ、旋回軸とは反対側に、スイングレバー59の旋回可能な支承のための軸58を有した軸平行な旋回受容部を有している。調整レバー83は、従って、調整ディスク52と同じ機能を有している。
調整ディスク52であっても、選択的に調整レバー83であっても、片側に、または行程弁制御装置を越えて両側に配置することができる。調整レバー83の旋回は、図6に示したように間接的に制御軸56を介して、または直接的行うこともできる。
カムによって側方で駆動されるアングルレバーを備えた行程弁制御装置を示す図であって、この行程弁制御装置では調節中に、遊星歯車伝動装置の運動経過が、弁を駆動するロッカーアームのローラがサンギアとしての機能を有しており、アングルレバーがプラネタリギアとしての機能を有しており、調整レバーがプラネタリキャリアとしての機能を有しているように行われる。
側方でカムによって駆動されるアングルレバーを備えた行程弁制御装置を示す図であって、このアングルレバーは、調節可能なジョイントロッドに固定されているローラを介して、弁を操作するロッカーアームを駆動する。
側方でカムによって駆動されるアングルレバーを備えた行程弁制御装置を示す図であって、このアングルレバーは調整アームに、アングルレバーが傾動レバーの揺動運動を行い、これにより弁を操作するロッカーアームを駆動させるように枢着的に支承されている。
調整ディスクの両側に配置された2つのスイングレバーを備えた行程弁制御装置を示す図であって、これらのスイングレバーはそれぞれカムによって駆動され、弁を操作するロッカーアームを駆動する。
行程弁制御装を示す図であって、この行程弁制御装置では、カムローラが水平なガイドロッドに固定されており、これにより、行程弁制御装置の調節中の弁操作の位相のシフトが回避される。
調整ディスクの代わりに調整レバーを備えた図4の行程弁制御装置を示す図である。

Claims (5)

  1. 原動機の運転中に、弁行程を無段階的に変化させるための、および弁を常時閉鎖保持するための行程弁制御装置において、
    シリンダヘッド(53)に結合された支承台(54)に調整ディスク(52)が回転可能に支承されていて、該調整ディスク(52)が、該調整ディスク上に偏心的に配置された軸(58)を有しており、該軸(58)上に、調整ディスク(52)の両側に回転可能にスイングレバー(59)が配置されており、該スイングレバー(59)が、カムローラ(60)を介してカム(61)によって駆動され、この場合、スイングレバー(59)がその接触面(62,63)で、弁を操作するロッカーアーム(64)をローラ(65)を介して駆動しており、この場合、調整ディスク(52)の回転軸が、ローラ(65)の回転軸と同じであって、弁(51)を常時閉鎖保持する接触面(63)が凸の円弧状に外方に向かって湾曲されていて、該湾曲部の半径(R1)の中心点が、スイングレバー(59)の回転軸線上に位置しており、半径(R1)と、ローラ(65)の半径(R2)との和が、調整ディスク(52)とローラ(65)の共通の回転軸線と、調整ディスク(52)の軸(58)との間の間隔(L)であることを特徴とする行程弁制御装置。
  2. 原動機の運転中に、弁行程を無段階的に変化させるための、および弁を常時閉鎖保持するための行程弁制御装置において、
    シリンダヘッド(53)に結合された支承台(54)に調整部材が回転可能に支承されていて、該調整部材が偏心的に配置された軸(58)を有しており、該軸(58)には旋回可能に少なくとも1つのスイングレバー(59)が配置されており、該スイングレバー(59)が、カムローラ(60)を介してカム(61)によって駆動されており、スイングレバー(59)がその接触面(62,63)で、弁(51)を操作するロッカーアーム(64)をローラ(65)を介して駆動しており、この場合、調整部材の回転軸線は、ローラ(65)の回転軸線と同じであって、弁(51)を常時閉鎖保持させる接触面(63)が凸の円弧状に外方に向かって湾曲されていて、この円弧の半径(R1)の中心点は、スイングレバー(59)の回転軸線上に位置しており、半径(R1)と、ローラ(65)の半径(R2)との和が、調整部材(52)とローラ(65)の共通の回転軸線と、調整部材(52)の軸(58)との間の間隔(L)であることを特徴とする行程弁制御装置。
  3. 弁(51)の操作のために調整部材として、2つの調整ディスク(52)または2つの調整レバー(83)が配置されていて、これらの調整ディスク(52)または調整レバー(83)の間に、カム(61)によって駆動される1つのスイングレバー(59)が、両調整ディスク(52)または両調整レバー(83)を結合する軸(58)上に回転可能に支承されていて、3つの弁(51)の操作時には、カム(61)によって駆動される複数のスイングレバー(59)が、調整ディスク(52)または調整レバー(83)の外面から突出する軸(58)上に回転可能に支承されている、請求項1または2記載の行程弁制御装置。
  4. 互いに隣接して配置され、180°回転させられた、調整ディスク(52)または調整レバー(83)の少なくとも2つの軸(58)上に支承された複数のスイングレバー(59)が、調整ディスク(52)上に相応に位置決めされていて、前記スイングレバー(59)によって、複数の弁(51)が相次いで異なるカム(61)によって操作され、この場合、調整ディスク(52)の回転によって、一方の回転方向に向けられたスイングレバー(59)の一方のグループがカムに係合し、同時に、逆の回転方向に向けられたスイングレバー(59)の他方のグループがカムから係合解除されるようになっている、請求項1から3までのいずれか1項記載の行程弁制御装置。
  5. 行程弁制御装置の調節による弁操作の位相のシフトを回避するために、スイングレバー(59)が、カムローラを有するほぼ鉛直に延びるジョイントロッドを介して駆動され、カムローラが、シリンダヘッドの構造体に結合された水平のガイドロッドに固定されている、請求項1から4までのいずれか1項記載の行程弁制御装置。
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