JPH1172012A

JPH1172012A - 弁を回転させるための装置

Info

Publication number: JPH1172012A
Application number: JP18418198A
Authority: JP
Inventors: Marcel Blasendorff; ブラーゼンドルフマルセル
Original assignee: Wartsila NSD Schweiz AG
Current assignee: Wartsila NSD Schweiz AG
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 1999-03-16
Also published as: EP0892154B1; EP0892154A1; KR19990013874A; DK0892154T3; DE59709505D1

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単で、比較的安価であるとともに、取
り付けも非常に容易である弁を回転させるための装置を
提供すること。【解決手段】弁１を回転させるための装置３は、弁１の
長手軸Ａを中心として弁１の回転を可能にするフリーホ
イール機構を含む。同装置３は二つの回転方向のうちの
一方のみを回転させることが可能である。フリーホイー
ル機構は二つの歯状エレメント３１，３２及びフォロア
ばね３３を含み、同歯状エレメント３１，３２は、同エ
レメント３１，３２の歯状部３１０，３２０が互いに対
して係合され得るように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弁の長手軸を中心
に回転可能なフリーホイール機構を含む同弁を回転させ
るための装置に関し、同装置は２つの回転方向のうちの
一方向のみに弁を回転させることが可能である。本発明
は、更に、同装置を備えたエンジンのための弁装置及び
エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン、特に船舶及び発電所にて使用
される大型ディーゼルエンジンでは、排出弁及び流入弁
の開放及び閉止時の少なくとも一方において、これらの
弁を回転させることは周知である。排出弁においては、
弁を閉じる際に回転が生じる。弁の閉止時における回転
は、弁座の密着面と相対向する弁の表面に付着した燃焼
時の残渣を掻き取る、或いは削り取ることを主目的とし
ている。弁表面の付着物が増大すると弁の密着性が著し
く低減することから、このように残渣を除くことにより
弁の寿命が長くなる。これに対し、流入弁では弁の開放
時に回転が生じる。この場合、流入弁から供給されるも
のが空気であるため、弁の閉止時のように付着物の除去
が行われるわけではない。むしろ、弁が弁座と強く密着
している場合における弁の弁座からの解放を促進するた
めに弁が回転される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】公知の回転装置は、そ
の精巧な構造に起因して比較的複雑であり、比較的高価
でもある。加えて、これら装置は、時として、大型ディ
ーゼルエンジンに設置することが比較的困難である。

【０００４】本発明の目的は、構造的にも簡単で、従っ
て比較的安価であるとともに、取り付けも非常に簡便で
ある弁を回転させるための装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、弁の長
手軸を中心に回転可能なフリーホイール機構（Freilauf
einrichtung）を含む同弁を回転させるための装置であ
って、同装置は２つの回転方向のうちの一方向のみに回
転させることが可能であり、同フリーホイール機構は、
２つの歯状エレメント（Verzahnungsstuecke）とフォロ
アばね（Mitnehmerfeder）とを備えるとともに、同歯状
エレメントは、同エレメントの歯状部が互いに係合可能
であるように配置されていることを特徴とする装置によ
って達成される。

【０００６】即ち、本発明の請求項１に従う弁を回転さ
せるための装置は、弁の長手軸を中心にして回転可能で
ある特殊なフリーホイール機構を備える。しかしなが
ら、この回転は、２方向のうちの一方のみに可能であ
る。フリーホイール機構は、２つの歯状エレメントを備
え、同歯状エレメントの歯状部は互いに係合可能であ
る。フリーホイール機構は更にフォロアばねも備える。

【０００７】本発明の請求項２に従う装置では、弁及び
弁を回転させるための装置をアセンブリした後、弁は、
一方の歯状エレメントには連結されるが、他方の歯状エ
レメントには連結されない。歯状エレメントは、弁の長
手軸に対して傾斜して延びるように形成される歯状部を
備え、同歯状エレメントが互いに対して接近あるいは離
間するように移動された場合、同歯状部が互いに対して
係合するように配置されており、それにより、歯状エレ
メントが互いに対して係合あるいは離間するように移動
された場合、同エレメントは互いに対して回転され得
る。更に、フォロアばねは、弁に連結されていない歯状
エレメントと共働するように配置されるコイルばねとし
てデザインされており、このような構成とすることによ
り、歯状エレメントが互いに対して接近する方向に移動
される場合は回転は生じないが、歯状エレメントが互い
に対して離間する方向に移動される場合は回転が生じ
る。あるいは、その逆、即ち、歯状エレメントが互いに
対して接近する方向に移動される場合は回転が生じる
が、互いに対して離間する方向に移動される場合は回転
が生じないようにすることもできる。従って、フリーホ
イール機構は二つの歯状エレメントとコイルばねを含ん
でいるのみでよく、構造的にも簡単で、比較的安価にて
組立可能である。

【０００８】更なる好適な実施形態である請求項３の発
明において、弁の長手軸の方向より見た場合、最初に基
底部、次いで同基底部と隣接する第一の歯状エレメン
ト、そして最後に第二の歯状エレメントが互いに積み重
ねられるように配置されている。弁と弁を回転させるた
めの装置とを組み立てた後、弁は第二の歯状エレメント
に強固に連結される。更に、基底部及び第一の歯状エレ
メントは、これらが互いに対して弁の長手軸方向におい
ては移動不能であるが、互いに対して弁の長手軸を中心
に回転可能であるように連結されている。コイルばねは
基底部と第一の歯状エレメントに対して予め押圧連結さ
れている。

【０００９】請求項４に記載の発明において、コイルば
ねは弁の長手軸方向において基底部と第一の歯状エレメ
ントとを少なくとも部分的に包囲するとともに両部材に
対して強固に接触した状態に配置されている。この実施
形態は、組立及び分解が非常に容易である。基本的には
コイルばねを基底部もしくは第一の歯状エレメントの一
方に、またはこれら両部材に押圧することも可能であ
る。

【００１０】更に好適な実施形態である請求項５に記載
の発明において、第二の歯状エレメントは支持プレート
に連結されており、同支持プレート及び同第二の歯状エ
レメントは、弁の長手軸方向においては互いに対して移
動不能であるが、弁の長手軸を中心に互いに対して回転
可能である。復帰用ばねが基底部と支持プレートとの間
に配置されている。この実施形態において、変位後の弁
の再設定は、復帰用ばねによって容易に行われる。同時
に、弁を回転させるための装置を作動させる基本的な方
法も保持される。

【００１１】装置の更なる好適な実施形態である請求項
６に記載の発明において、コイルばねの巻回方向及び二
つの歯状エレメントの歯状部は、第二の歯状エレメント
が第一の歯状エレメントに向かう方向に移動される場
合、第二の歯状エレメントの回転、惹いては弁の回転は
生じないが、第一の歯状エレメントはむしろ自由に回転
するように構成されている。それに対し、同第二の歯状
エレメントが同第一の歯状エレメントから離間する方向
に移動する場合、同第一の歯状エレメントの回転は生じ
ないが、同第二の歯状エレメント、ひいては弁の回転が
生じる。この実施形態は排出弁には特に適している。そ
の理由としては、弁が閉止される際に回転が生じるから
である。

【００１２】装置の更なる好適な実施形態である請求項
７に記載の発明において、コイルばねの巻回方向及び二
つの歯状エレメントの歯状部は、第二の歯状エレメント
が第一の歯状エレメントに向かって移動される場合、第
二の歯状エレメントの回転、惹いては弁の回転が生じる
のに対し、第一の歯状エレメントは回転しないように設
計されている。一方、第二の歯状エレメントが第一の歯
状エレメントから離間される場合、第二の歯状エレメン
ト、惹いては弁の回転は生じないが、第一の歯状エレメ
ントはむしろフリーホイール機構の様式にて回転する。

【００１３】この型の弁を回転させる装置はエンジンの
弁装置、特に大型ディーゼルエンジンの弁装置に適して
いる。即ち、請求項８の発明では、エンジン、特にディ
ーゼルエンジンに対する弁装置であって、請求項１乃至
７のいずれか１項に従う少なくとも一つの弁を回転させ
るための装置を備える弁装置が提供される。

【００１４】更に請求項９の発明では、エンジン、特に
ディーゼルエンジンであって、請求項８に記載の弁装置
を少なくとも一つ備えるエンジンが提供される。

【００１５】

【発明の実施の形態】例えば、ディーゼルエンジンに使
用される典型的な弁装置を図１に示す。弁１は、閉じら
れた状態にて弁座２に配置されている（実線にて示
す）。弁１の開放位置は一点鎖線にて示されている。更
に、弁を回転させるための装置も示されており、符号３
にてその全体が示されている。接触領域、即ち弁１が弁
座２と接触した状態にある領域は、より明瞭に描写され
るように簡略化して記載されている。なぜならば、図１
は、単に、本発明の弁を回転させるための装置の一部を
明確にする目的にて示された概略図だからである。

【００１６】図２において、本発明の弁を回転させるた
めの装置３の一実施形態が詳細に示されている。しかし
ながら弁１自身は省略されており、弁１のシャフトの上
端部のみが認められる。弁１の長手軸Ａは、方向を明確
にするために図示されている。弁を回転させるための装
置３は、基底部３０と、第一の歯状エレメント３１と、
第二の歯状エレメント３２と、コイルばねの形態のフォ
ロアばね３３と、支持プレート３４と、基底部３０及び
支持プレート３４の間に配置される復帰用ばね３５と、
支持プレート３４及び第二の歯状エレメント３２の間に
配置されるボール・ベアリング３６とを備える。更に、
個々の部材における潤滑油のためのボアも含まれるが、
これらの詳細な説明はここでは省略する。図２には示さ
れていない弁軸（即ち、弁軸を含む弁１）は、図１の破
線で示されるように、円錐連結（konischen Verbindun
g）によって第二の歯状エレメント３２と連結されてい
る（押圧着座された状態）。

【００１７】基底部３０及び第一の歯状エレメント３１
は固定リング３７によって互いに連結（固定）されてお
り、実際には、基底部３０と第一の歯状エレメント３１
とが弁１の長手軸Ａの方向において互いに動かないよう
に連結されている。これに対して、基底部３０と第一の
歯状エレメント３１は基本的には互いに対して回転可能
である。コイルばね３３は基底部３０と第一の歯状エレ
メント３１の両方を部分的に包囲し、両部材と接触した
状態にて固定して配置されている。コイルばね３３の内
径は、基底部３０及び第一の歯状エレメント３１の同ば
ね３３と接触する領域の外径より僅かに小さくなるよう
に選択されることにより、上記固定状態が達成される。
このようにして、コイルばね３３の弱い押圧状態が達成
される。

【００１８】同様に、支持プレート３４は、固定リング
３８によって第二の歯状エレメント３２に連結、即ち固
定されている。従って、支持プレート３４と第二の歯状
エレメント３２は長手方向においては互いに対して移動
しないが、互いに対して回転可能である。この回転に関
連するボール・ベアリング３６の機能は、以下において
詳細に示される。

【００１９】第二の歯状エレメント３２の外壁の一部領
域に設けられた歯状部３２０と、第一の歯状エレメント
３１の内壁に設けられた対応する歯状部３１０が図２に
示されている。第二の歯状エレメント３２の外壁上にあ
る歯状部３２０は図２において破線及び／あるいは二点
鎖線にて示されており、二点鎖線は図面の紙面の前方
（表側）の外壁上の歯状部３２０の軌跡を示しており、
破線は、図面の紙面の後方（裏側）の歯状部３２０の軌
跡を示している。歯状部３２０は弁１の長手軸Ａに対し
て傾斜するように延びている。簡略化するために、第二
の歯状エレメント３２の個々の歯が図面の紙面の前方に
二点鎖線の方向に延びており、その状態で弁１の長手軸
Ａの周りに１８０°だけ回転した状態を想定する。１８
０°回転した同一の歯は、図面の紙面の後側に位置し、
破線にて示した方向に延びる。第一の歯状エレメント３
１の内壁上にある歯状部３１０は、対応して同様に延び
るとともに破線にて同様に示される。

【００２０】図３に同様に示されるコイルばね３３は、
長さがＬのばねブロック（Federblocks）の形状を有し
ており、個々の巻回部が互いに対して密に接した状態と
なっている。図２及び図３に示される実施形態におい
て、巻回部は長方形の断面を有する（図３の断面参
照）。従って、コイルばね３３の内面は完全な円筒形を
有し、それにより、基底部３０及び第一の歯状エレメン
ト３１に対する表面圧力は、ばねが予め押圧接触された
状態にあるので、異なる断面を有するばねよりは小さく
保持される。

【００２１】コイルばね３３は、同ばね３３が回転応力
を受けた場合に、半径方向に伸び縮みするように機能す
る。同ばね３３が伸びるか、あるいは縮むかは、個々の
場合において、回転応力の方向がコイルばね３３の巻回
の方向に一致するか、あるいは同ばね３３の巻回の方向
と反対方向であるかに依存する。

【００２２】復帰用ばね３５は、図面に従う実施形態に
おいてはコイルばねとして設計されており、弁１の長手
軸Ａの方向に、圧縮及び伸長され得る。本発明の装置の
動作について、図２を参照して以下に記載する。サイク
ルの最初において、図２に示されていない弁は最初は閉
じられており（図１の実線）、次いで開放され（図１の
一点鎖線）、再び閉じられる（図１の実線）ことを想像
していただきたい。弁は円錐連結により第二の歯状エレ
メント３２と強固に連結されている。弁の開閉は、エン
ジンにおいて一般的であるカムシャフト（図示しない）
にて行われる。

【００２３】次いで排出弁の場合を考えると、既に記載
したように、同排出弁が閉じられた際に弁の回転が生じ
る。弁は、同弁１の長手軸Ａの方向において弁座から離
間し、即ち、開放され、その際、弁軸は、長手軸Ａに沿
って例えばカムシャフトのような手段によって直線的に
負荷を受ける。第二の歯状エレメント３２及び支持プレ
ート３４は、第一の歯状エレメント３１に向かう方向へ
弁軸とともに移動する。図２に示す歯状部３２０に従う
と、第一の歯状エレメント３１はこのプロセスにおいて
右側へ回転しようとする。歯状エレメント３１のそのよ
うな回転を可能にするために、第一の歯状エレメント３
１及び基底部３０と予め押圧接触された状態にあるコイ
ルばね３３は伸びる必要がある。図２に示すコイルばね
３３は「左巻き」に巻回しているので、上述のような回
転応力を付与すると半径方向に僅かに伸長する。コイル
ばねのこの僅かな伸長は第一の歯状エレメント３１（及
び、同様に基底部３０）を解放するために十分であり、
従って、第一の歯状エレメント３１の右方向への回転を
可能にする。基底部３０は、弁１が開放される際、復帰
用ばね３５の比較的大きな応力が負荷されているので、
このプロセスでは回転しない。弁１は第一の歯状エレメ
ント３１と連結していないので、弁座２から離間する弁
１の直線的な動きのみが弁を回転することなく生じる。

【００２４】弁の閉止は復帰用ばね３５によって生じ、
同ばね３５は支持プレート３４にて支持されるとともに
同支持プレート３４を第二の歯状エレメント３２ととも
に弁１の長手軸Ａの方向を逆向き（ここでは上方）に移
動させる。この移動において、歯状エレメント３１及び
３２は、各々対応する歯状部３１０及び３２０に追随し
て互いに対して回転する必要がある。最初に、第二の歯
状エレメント３２が回転することなく再び直線的に移動
しようとする。その結果、第一の歯状エレメント３１に
よりコイルばね３３の左への回転応力が生ずる。それに
より、同ばね３３が半径方向に収縮するとともに、基底
部３０及び第一の歯状エレメント３１に対して強く押圧
される。従って、第一の歯状エレメント３１は、コイル
ばね３３によって回転が阻止されるために回転できず、
その結果、第一の歯状エレメント３１は固持される。し
かしながら、２つの歯状エレメント３１及び３２の歯状
部３１０及び３２０により、同歯状エレメント３１及び
３２の互いに対する回転が生じ、それにより、第二の歯
状エレメント３２が必然的に回転する。この場合、弁１
は円錐連結により第二の歯状エレメント３２と強固に連
結されているので、第二の歯状エレメント３２の回転
は、対応する弁１の回転を意味する。しかしながら、弁
の閉止時に支持プレート３４は復帰用ばね３５の応力に
より連続的に負荷を受けているので、実際には回転は生
じない。これに対し、第一の歯状エレメント３１に対す
る第二の歯状エレメント３２の回転を発生させるため
に、支持プレート３４と第二の歯状エレメント３２との
間にはボール・ベアリング３６が設けられている。この
ボール・ベアリング３６は第二の歯状エレメント３２の
回転を可能にする。

【００２５】結果として、排出弁に好適な装置を動作さ
せる方法が達成される。弁は開放時には回転されない
が、閉止時には回転される。その結果、弁表面に集まっ
た付着物が掻き取られ、或いは削り取られ、弁の寿命が
長くなる。

【００２６】この手段を流入弁に適用するためには、図
２に示すような歯状エレメント３１及び３２の歯状部３
１０，３２０に対して、コイルばね３３を「右巻き」に
巻回する必要がある。それにより、弁の開放時、即ち、
第二の歯状エレメント３２が第一の歯状エレメント３１
に向かう方向に移動される場合、第一の歯状エレメント
３１は主としてコイルばね３３によって固持されるとと
もに、第二の歯状エレメント３２は弁１とともに回転す
る。これに対し、弁１の閉止時には、第一の歯状部３１
及び第二の歯状部３２は回転することなく、弁１ととも
に直線的に移動する。

【００２７】当業者に明らかなように、弁の開閉時にお
ける弁の回転角度は、弁１の長手軸Ａに対する二つの歯
状エレメント３１及び３２の歯状部の傾斜に依存する
か、又はストローク、即ち、弁１の長手軸Ａの方向に生
じる二つの歯状エレメント３１及び３２の変位の大きさ
に依存する。弁１の長手軸Ａを中心とした回転における
典型的な値は、例えば、約１５°の回転角である。

【００２８】上記実施形態に対する実施可能な変形例に
おいて、コイルばね３３は、例えば、付勢された状態に
て、基底部３０の内側及び第一の歯状エレメント３１の
内側に押圧するように構成することもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
構造が簡単で、比較的安価であるとともに、取り付けも
非常に容易である弁を回転させるための装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】弁、弁座及び弁を回転させるための装置からな
る弁装置の縦断面図。

【図２】本発明に従う弁を回転させるための装置の一実
施形態の縦断面図。

【図３】本発明に従う弁を回転させるための装置のコイ
ルばねの一実施形態の側面図。

【符号の説明】

１…弁、２…弁座、３…弁を回転させるための装置、３
０…基底部、３１…第一の歯状エレメント、３２…第二
の歯状エレメント、３３…フォロアばね、３４…支持プ
レート、３５…復帰用ばね、３６…ボール・ベアリン
グ、３７，３８…固定リング、３１０，３２０…歯状
部、Ａ…弁の長手軸。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弁（１）をその長手軸（Ａ）を中心にして
回転させるフリーホイール機構を含む同弁（１）を回転
させるための装置（３）であって、前記装置（３）は２
つの回転方向のうちの一方向のみに回転させることが可
能であり、前記フリーホイール機構は、２つの歯状エレメント（３
１，３２）とフォロアばね（３３）とを備えるととも
に、同歯状エレメント（３１，３２）は、同エレメント
（３１，３２）の歯状部（３１０，３２０）が互いに係
合可能であるように配置されていることを特徴とする装
置。
【請求項２】前記弁（１）及び前記弁を回転させるため
の装置（３）を組み立てた後において、同弁（１）は一
方の歯状エレメント（３２）に強固に連結されるのに対
し、他方の歯状エレメント（３１）は連結されておら
ず、前記歯状エレメント（３１，３２）が互いに対して接近
及び離間する場合、前記弁（１）の長手軸（Ａ）に対し
傾斜して延びるように設計された同エレメントの歯状部
（３１０，３２０）が互いに対して係合するように配置
され、それにより、同歯状エレメント（３１，３２）
は、互いに対して接近及び離間する場合、互いに対して
回転可能であり、前記フォロアばねはコイルばね（３３）から構成され、
同ばね（３３）は前記弁（１）に連結されない歯状エレ
メント（３１）と協働するように配置され、それによ
り、前記歯状エレメント（３１，３２）が互いに接近す
るように移動する場合には弁（１）の回転は生じない
が、同エレメント（３１，３２）が互いに離間するよう
に移動する場合には弁（１）の回転が生じるか、或い
は、前記歯状エレメント（３１，３２）が互いに接近す
るように移動する場合には弁（１）の回転が生じるが、
同エレメント（３１，３２）が互いに離間するように移
動する場合には弁（１）の回転が生じないことを特徴と
する請求項１に記載の装置。
【請求項３】弁（１）の長手軸（Ａ）の方向から見た場
合、基底部（３０）、第一の歯状エレメント（３１）及
び第二の歯状エレメント（３２）の順序にて上下に積み
重ねられ、前記弁（１）及び同弁（１）を回転させるた
めの装置（３）を組み立てた後において同弁（１）は前
記第二の歯状エレメント（３２）に強固に連結され、前記基底部（３０）及び前記第一の歯状エレメント（３
１）は、前記弁（１）の長手軸（Ａ）の方向には相互に
移動不能であるが同弁（１）の長手軸（Ａ）を中心に相
互に回転可能であるように連結されているとともに、前
記コイルばね（３３）は前記基底部（３０）及び前記第
一の歯状エレメント（３１）に対して予め押圧された状
態にて接触していることを特徴とする請求項２に記載の
装置。
【請求項４】前記コイルばね（３３）は、前記弁（１）
の長手軸（Ａ）の方向において前記基底部（３０）及び
前記第一の歯状エレメント（３１）を少なくとも部分的
に包囲するとともに同基底部（３０）及び同第一の歯状
エレメント（３１）に対して強固に接触した状態に配置
されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】前記第二の歯状エレメント（３２）は支持
プレート（３４）と連結され、同支持プレート（３４）
及び同第二の歯状エレメント（３２）は弁（１）の長手
軸（Ａ）の方向には相互に移動不能であるが、弁（１）
の長手軸（Ａ）を中心に相互に回転可能であり、前記基底部（３０）と前記支持プレート（３４）との間
には復帰用ばね（３５）が配置されていることを特徴と
する請求項３あるいは４に記載の装置。
【請求項６】前記コイルばね（３３）の巻回方向及び前
記二つの歯状エレメント（３１，３２）の歯状部（３１
０，３２０）は、同第二の歯状エレメント（３２）が同
第一の歯状エレメント（３１）に向かう方向に移動する
場合は同第二の歯状エレメント（３２）、ひいては弁
（１）の回転は生じず、同第一の歯状エレメント（３
１）が自由に回転する一方で、同第二の歯状エレメント
（３２）が同第一の歯状エレメント（３１）から離間す
る方向に移動する場合は同第一の歯状エレメント（３
１）の回転は生じないが、同第二の歯状エレメント（３
２）、ひいては弁（１）の回転が生じるように形成され
ていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項
に記載の装置。
【請求項７】前記コイルばね（３３）の巻回方向及び前
記二つの歯状エレメント（３１，３２）の歯状部（３１
０，３２０）は、同第二の歯状エレメント（３２）が同
第一の歯状エレメント（３１）に向かう方向に移動する
場合は同第二の歯状エレメント（３２）、ひいては弁
（１）の回転が生じるが同第一の歯状エレメント（３
１）の回転は生じない一方で、同第二の歯状エレメント
（３２）が同第一の歯状エレメント（３１）から離間す
る方向に移動する場合は同第二の歯状エレメント（３
２）、ひいては弁（１）の回転は生じないが、同第一の
歯状エレメント（３１）がフリーホイール機構の様式に
て回転するように形成されていることを特徴とする請求
項２乃至５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】エンジン、特にディーゼルエンジンに対す
る弁装置であって、請求項１乃至７のいずれか１項に従
う少なくとも一つの弁（１）を回転させるための装置
（３）を備える弁装置。
【請求項９】エンジン、特にディーゼルエンジンであっ
て、請求項８に記載の弁装置を少なくとも一つ備えるエ
ンジン。