JPH05504390A - カム機構 - Google Patents

カム機構

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 カム機構 本発明は弁手段を制御するためのカム機構、特に内燃機関の吸気弁及び/または 排気弁を制御することにより機関の鴫力、トルク、燃費及び排気成分を改善する カム機構に関する。
内燃機関のカム構造は、種々の機関速度及び負荷での燃焼室における要求条件の 兼ね合いで決まることが多い。
例えば、4行程サイクルで高速作動するよう設計された高出力・多弁型の火花点 火機関においては、弁開放期間が長い吸気弁制御用のカムを設けることが望まし い。これにより、内燃機関の吸気行程中に燃焼室へ吸い込まれる混合気を最大限 とすることができる。この結果、内燃機関の体積効率が改善され、内燃機関の最 大出力及び最大トルクが増大することとなる。弁開放期間の長いカムは、長期持 続カムと呼ばれる。
しかし、このような内燃機関が最大トルクが発揮される速度以下で運転された場 合には、吸気弁が比較的長い期間間いているので、吸気行程中に各燃焼室内へ吸 い込まれる混合気の一部は、弁が閉しる前に二の弁を通って強制的に帰還されて しまう。この結果、体積効率及び内燃機関出力が明らかに低下する。また、エン ジンアイドリングや低速運転時が不安定となり、更に排気成分の制御が一層困難 となる。
このような状況下、比較的短い作動いいかえれば短い開放期間、すなわち短持続 カムローブを存し、低内燃機関速度でのみ使用されるカム機構を提供することか 望まれている。
弁開放期間を変化させる手段を内燃機関に設けた弁タイミング可変装置が数多く 提案されている。
例えば、米国特許第4727831号には、一対の近接弁か揺動軸及びカムによ り制御され、協働する。2個の弁は、通常3弁に対する個別ロッカーアーム上で 作動する2個の低速カムによりカムシャフトを介して駆動されるが、個別の第3 0ツカ−アームが前記2個のロッカーアーム間に取り付けられ、高速カムにより 駆動される。弁を高速カムによって作動させたいのであれば、第30ツカ−アー ムは前記2個のロッカーアームへ選択的に接続することによって両弁は共に第3 0ツカ−アームを介して駆動される。
米国特許第4475489号では、弁は、高速カムによって駆動される第10ツ カ−アームまたは低速カムによって駆動される第20ツカ−アームのいずれかに よって駆動される。そして2個のロッカーアームを作動位置と非作動位置との間 で移動させるための手段が設けられ、弁はいずれかのロッカーアームによって駆 動される。両口ツカ−アームによる弁駆動の高速位置と低速位置との間には重複 期間が設定されているので、両口ツカ−アームが弁との衝突を起こす中間位置に おかれてしまうという、重複期間不存在時に発生する問題が回避される。
本願の目的は、一方の後に後方が係合状態から外れる2つのロッカーアームを、 採用することによる問題を解決できる新たな可変カム機構を提供することであり 、さらには米国特許第4727831号における問題即ち全ロッカーアームが継 続的にカムと接触することによってカムが常に全てのロッカーアームを駆動する 動力を提供しなければならないという問題を回避できる可変カム機構を提供する ことにある。
本発明は、弁手段及び該弁手段を制御するためのカム機構を有する内燃機関を提 供するものである。この内燃機関は、共に回転するように取り付けられた第1及 び第2カム手段と、該第1及び第2カム手段の表面をそれぞれ追従するように配 設された第1及び第2フォロア手段を有する第1及び第2フインガフオロワと、 を有するカムシャフト手段を含む。第1及び第2フインガフオロワは、支点手段 を中心として揺動する。支点手段は、カム手段及び弁手段に対して直接または間 接的に係合してフィンガフォロワを保持し、これによりカム手段が弁手段を制御 する。第1カム手段、第1フォロア手段及び第1フインガフオロワは、内燃機関 の低速用第1短期持続カム機構を含む。各支点手段は、低速では第1カムフオロ ワか第1カム手段と係合する位置に存在する。第2カム手段、第2フォロア手段 及び第2フインガフオロワは、内燃機関の高速用第2長期持続カム機構を含む。
支点手段は、第2カムフオロワか第2カム手段と解離する第1位置と、第2カム フオロワか第2カム手段と係合する第2位置と、の間で動作可能である。
−の実施例では、第2カム機構に対する支点手段は、ピストンを取り囲む室の内 圧変化に応答してボア内の2つの位置間で移動可能なアクチュエータピストンを 含む。
更に、アクチュエータピストンを第1位置または第2位置の何れかで解放可能に 嵌合する嵌合手段を設ける二とか望ましい。
嵌合手段は、アクチュエータピストンを横切る方向に移動可能であり、ボア内の 四部と嵌合可能なラッチピストンを含む。
好適な実施例では、一対の近接弁か第1カム機構内に配置された個別フィンガフ ォロワにより駆動され、第2カム機構は両近接弁を駆動するよう作動可能な単一 フィンガフォロワを有する。
第1カム機構の2個のフィンガフォロワは好ましくは互いに近接結合され、ここ で該両フォロアはカムシャフト手段と平行に伸長したリンク部材によりバルブと 駆動接続される。そして、第2フインガフオロワは、2個のフィンガフォロワ間 に配置され、リンク部材を駆動する。
次にその内容を簡単に記した添付の各図面を7照しつつ、本発明の特定実施例を 述べる。
図1は、本発明の一実施例に係る模式的側面図である。
図2は、他の作動条件における図1の実施例を示す図である。
図3は、図1の実竜例の平面図である。
図4は、図1の実施例の詳細図である。
図5は、図1の実施例の他の作用状態を示す詳細図である。
図6は、図5の6−6線で切断した断面図である。
図7及び8は、図4及び5の詳細部の変更例を示す図である。
図9及びlOは、図4及び5の詳細部の他の変更例を示す図である。
図11及び12は、図1の実施例の変更例を示す図である。
図13及び〕4は、図11の実侑例の詳細図である。
図15及び16は、単一バルブを組み込んた本発明の実施例を示す図である。
図17.18.19及び20は、本発明の変更実施例の詳細部の他の構成を示す 図である。
本発明は、4行程サイクル火花点火内燃機関(内燃機関)の吸気弁及び排気弁双 方へ適用できることか明らかである。
図1−6に示した実施例は、一対の弁14を含む。図1及び2には一方の弁のみ か現れ、第2の弁は他の図に示すように第1弁の直後方に位置している。弁]4 は、カムシャフト10上に配置された一対の低リフトカム50のいずれか一方、 またはカムシャフト10上に配置された高リフトカム51によって選択的に制御 される。一対の低リフトフィンガフォロワ52及び53は、揺動軸54上に回動 可能に配置されている。カムフォロワ59は低リフトフィンガフォロワ52及び 53上に配置され、低リフトカム50と協働する。カムフォロワ59は、フィン ガフォロワ上に回転可能に配置されたローラを含む。これらのフィンガフォロワ 52及び53の外端部55は、円柱状ボア55′ (図3参照)を有する。この ボア55−は、弁の弁ステムの上端部に支持された液圧ラッシュ補償素子56を 収納している。フィンガフォロワ52及び53は、フィンガフォロワ52および 53の外端部55に位置する交差部材57によって互いに結合される。
流体供給管60が揺動軸54に設けられ、フィンガフォロワ52及び53中の通 路58(図3参照)または交差部材57中の通路、そしてついにはフィンガフォ ロワ52または53の少なくとも何れか一方内における一通路を通って液圧ラッ ンユ補償素子56を供給する。
高リフトカム51は、高リフトフィンガフォロワ62の長手方向の中間位置に回 動可能に取り付けられたカムフォロワローラ61と協働する。このフィンガフォ ロワ62の外端部63は交差部材57に回動可能に接続され、それと共に上下動 する。交差部材57は、高リフトフィンガフォロワ62を所定動作条件下で弁へ 接続する接続素子として考えることができる。
ピストン66は平坦な上端65(図4及び5参照)を有し、高リフトフィンガフ ォロワ62は湾曲係合部64を有し、この係合部64は前記上端65を押すが、 能動的には接続されていない。装置は、フォロワ62とピストン66との間の相 対的な横方向の動作、及びそのピストン66との接触点に関してフォロワ62の 回転動作を可能とする。フィンガフォロワ62の端部81と一定係合するのは戻 しばね70てあり、該戻しばね70は、面64と65との常時係合を確保し、ま たピストン66を退避位置へ付勢する。ピストン66は、スリーブ68中に形成 されたボア67内の進行位置と退避位置との間で移動可能であり、スリーブ68 は内燃機関鋳物例えばシリンダヘッド鋳物中のボア内へ挿入される。ピストン6 6は、図4.5及び6に最もよく示されている。スリーブ68は、2個の対向し 且つ整列された孔部或いはその側壁に形成された周囲四部72を何する。これら の目的は後述する。ボア67内、ピストン66中に形成された横切りボア67′ 中に一対の対向ピストン73及び74か設けられており、ピストン66及びボア 67の横方向に伸長する。各ピストン73及び74は、その対向面近接端部にス ロット75を有し、各スロット75はその対向離隔端に横切って伸長した差し込 み部またはショルダ76が設けられている。ピストン73及び74内のスロット 75と係合する位置決めピン77は、ンヨルダ76と凹部72との間の正しい係 合位置決めを確保している。油供給溝80はピストン66下方でボア67の底部 端と連通しており、他の油供給溝78は通路79を介して四部72と連通してピ ストン73及び74の外端に達する。
内燃機関が低速運転すると、加圧油は油供給溝80へ供給されず、戻しばね70 がピストン66、そしてピスト/73及び74を退避位置に保持する。図1に示 すように、ピストン66か退避位置にあるとき、高リフトカムフォロワ61は低 下位置にあり、ハイリフトカム51と接触しない。そのかわりに、2個の低リフ トカム50が低リフトカムフォロワ59と機能的に接続し、この低リフトカムが 弁14の作用を制御する。高リフトカムフォロワは能動的には駆動されない。
内燃機関が高速運転中は、油は、加圧されて油供給溝80へ(兵給されるように 構成される。油供給480内の油圧は、戻しばね70を押し戻し、ピストン66 をその進行位置へ付勢する作用を果たす。ピストン73及び74のショルダ76 がスリーブ68中の孔部72と揃ったとき、ピストン73及び74の内面端に作 用する油圧か各ピストンを互いに離れる方向へ移動させ、ショルダ76が孔部7 2へ進入してそこて嵌合する。
ピストン73.74には補助オイルシールか設けられ、ボア67は少なくともピ ストン73.74の動作領域において非円形断面を存し、これによってピストン 73.74を案内して孔72中の差し込み部76の位置を補助する。
ピストン66が孔72内のショルダ76の嵌合により定められるその突出位置へ 向けて上方へ移動すると、高リフトフィンガフォロワ62及びそのカムフォロワ 61が持ち上げられる。図2に示した進行位置に達すると、カムフォロワ61が カム51と機能的に接続し、弁14の作動を制御する。フィンガフォロワ62の 前方端部63内に位置した交差部材57はフィンガフォロワ52及び53と協働 し、フィンガフォロワ52及び53を高リフトカム51による制御下で下方へ付 勢する。
低リフトカムフォロワ59は、カムシャフト10の回転中の殆どの期間、カム5 1の突出に対応する部分を除いてカム50と接触している。カムシャフト10の 回転の二の部分において、低リフトカム50によるリフトは、常に高リフトカム 51によるリフト以下である。従って、カムシャフトが、カム50及び51の突 出部がそれらの各カムフォロワへ近づく位置へ回転するにつれて、高リフトカム 51はまずそのフォロワに到達し、高リフトカム51の制御下でフィンガフォロ ワ52.53を下方へ移動させる。低リフトカム50の突出部は、ピストン66 か進行位置にある時には、実際上はそのカムフォロワと接触しない。従って、機 能しない部材を駆動することによるエネルギーの浪費が避けられる。
油供給*80中の油圧が停止されて油圧が油供給178へ供給されると、ピスト ン73及び74は内方へ向けて付勢され、これによってンヨルダ76がスリーブ 68中の孔部72から抜ける。その後、戻しばね70がピストン66をその退避 位置まで押す。
以上のように、本発明は支点手段を有し、二の支点手段はピストン66と、フィ ンガフォロワ52.53及び54を揺動させる揺動シャフト54と、を含む。
支点手段は、低速運転に対応した第1位置で作動し、ここでフィンガフォロワ5 2及び53上のカムフォロワ59がカム50と係合し、これによって弁14がカ ム50によって制御されることとなる。高速運転時には支点手段が第2位置に移 動し、この第2位置でフィンガフォロワ62上のカムフォロワ61がカム51と 係合し、これによってカム51により弁14の制御が可能となる。
油圧ラノンユ補償か弁幹の上端に設けられた素子56によって行われるので、同 し2個の油圧ラッシュ補償素子56が両低リフトフィンガフォロワ52.53、 及び高リフトフィンガフォロワ62に対してラッシュを補償する。
図7.8.9及び10はピスト/66.73及び74の他の実施例を示す。3図 中、図1−6における各構成要素と同笠の構成要素には、同一符号を付した。
図7及び8はピストン66のンヨルグ6つとスリーブ68の戻しリング71との 間で機能するスリーブ68の内部である戻しばね82を示す。ばね82はピスト ン66を退避位置へ付勢し、個別ばねクリンプ(不図示)は高リフトフィンガフ ォロワ62の表面64とピストン66の表面65との接触状態を維持する。図7 は、ピストン73及び74の差し込み部76上に配置され、油供給溝78からの 油圧の代わりにピストン73及び74を内方へ付勢するために用いられるばね8 7を示す。面88がピストン73及び74上に設けられ、これによって油供給溝 80の適切な表面領域からの油圧が、必要に応してばね87の力に抗して、ピス トン73及び74を外方へ押す。
図9及び10に示した実施例は、ばね素子(前記各実施例では番号70及び82 )を不要としたものである。その代わりに、図9及び10ではピストン66が面 取りされた上面90を有した機構が示され、付加油通路92が形成されている。
油供給溝−78はスリーブ68内の孔部72へ連通されており、スリーブ68の 頂部に向かう通路92を有する。シール93は、誠リーブ68に対するピストン 66の摺動動作を封止する。
図9は、油圧が油供給溝80ではなく油供給溝78に供給された退避位置におけ るピストン66を示す。ピストンを図10に示した突出位置まて進めるため、加 圧された油が油供給′l1t80へ供給され、油供給溝78中の油圧が低減また は除去される。切替弁がこの機能を実行する。ピストン66が図7及び8と同し 方法で、上昇する。ピストンを図9のその退避位置まで退避させるため、加圧さ れた油が油供給溝80ではなく油供給溝78へ供給される。オイルは通路92か ら入り面取りンヨルダ90に作用してピストン66を下方へ付勢する。オイルは また、通路92へ入って面取りショルダ90に対して作用し、ピストン66を下 方へ押し下げる。オイルはまた、孔72を介してピストン73及び74を付勢し て嵌合を解除させる。このようにして、油圧を代替使用することによって、ばね 素子を用いる必要がなくなる。
図11及び】2は、ピストン66か高リフトフィンガフォロワ62と協働する方 法、及びフィンガフォロワ62と低リフトフィンガフォロワ52及び53との接 続を除き、図1及び2に示した装置と同等である。
図11及び12の実施例では、ピストン66は半球上端100を有し、高リフト フィンガフォロワ62は端部100に対して係止する迎合係合部101を有する 。この装置はフィンガフォロワ62とピストン66との間の相対回転移動を可能 とするが、そのピストン66との接触時にフィンガフォロワ62の移動を妨げな い。フィンガフォロワ62は、接続ビン102及び偏心ブツシュ103によりフ ィンガフォロワ52及び53に接続されている。図13及び14に詳細に示した 偏心ピン102及びブツシュ103は、フィンガフォロワ62とフィンガフすロ ワ52及び53との間の相対的な横方向の動作を許容する。
図15は、単一の弁14のみを有する本発明の実施例を示す。低リフトカム50 (不図示)は、低リフトフィンガフォロワ組立体111のアーム110上に回動 可能に軸支されたローラを有する2個の低リフトカムフォロワ59と協働する。
フィンガフォロワ111は揺動軸54上に一端を回動可能に取り付けられ、ラッ シュ補償素子56を介してその他端て弁14と協働する。フィンガフォロア組立 体111は中心孔112を有し、高リフトフィンガフォロワ62が設けられてい る。高リフトフィンガ62は、交差部材57によって低リフトフィンガフォロワ 組立体111に接続されている。この交差部材57はアーム110内に収納され 、高リフトフィンガフォロワと低り、フトフィンガフオロワとの継ぎ手としても 機能する。
図16は、−の弁14のみを有する他の実施例を示す。単一アーム110及び単 一フォロワ59のみが設けられている。アーム110の弁端は、113て折れ曲 がり弁に重畳されている。高リフトフィンガフォロワ62は、接続ピン57を介 してこれもまた、低リフト110に接続される。
図17.18.19及び20は、異なるカムプロフィールを有する2つの低リフ トカム50が用いられるのに適する一対の低リフトフィンガフォロワ52.53 と高リフトフィンガフォロワ62との間に用いられる別の継ぎ手を示す。図17 及び18において、中央の高リフトフィンガフォロワ62は、接続ビン57を担 持し、フィンが7すロワ52及び53はフィンガフォロワ内の座部122内で角 度移動可能な円柱状(または球影)ブツシュ121を有し、接続交差部材57は フィンガフォロワ62内を貫通して2個のブツシュ121を接続する。フィンガ フォロワ52及び53は、中央の高リフトフィンガフ中ロワ62近傍に停止当接 面123を存する。
高リフトカムがフィンガフォロワ52及び53に接続された弁を制御すると、高 リフトフィンガフォロワ62は、図17に示すように、水を面内を移動する交差 部材57の動作を制御する。低リフトカム50の作動中には、各々のカムプロフ ィールに従って対応フィンガフォロワ52または53を制御し、ブノンユ121 はフィンガフォロワ52と53との間の相対移動を受容する。フィンガフォロワ 62の例えばピストン66への接続は、図18に示すようなフィンガフォロワ6 2のねじりを受容し得るものでなければならない。図11または12に示したよ うなボールジョイントヤの接続が適切である。
フィンガフォロワ52及び53は、完全独立的に、或いは停止当接面123の角 度を適切に選択することによって互いに所定範囲内で独立的に移動するように配 設される。図18は、低リフトカムプロフィールの各弁間の最大リフト差りを示 す。面123の角度が大きく設定されれば、それにともなって得られる差りも大 きくなる。
図19及び20において、低リフトカム50のリフト間の相対差は、各低リフト フィンガフォロワ53のうちの一つのコストモーション4125により調整され る。これによって、フィンガフォロワ53のリフトをフィンガフォロワ52のリ フトよりも大きく選択できることとなる。高リフトフィンガフォロワ62は接続 ピノ57を介してフィンガフォロワ52に回動可能に常時接続されているか、高 リフトカム5】が作動するときたけフィンガフォロア53と協働し、フィンガフ すロワ62及び接続ピン57を介して両弁14及び15を制御する。
図17.18.19及び20の実権例における一つの可能性として、各低リフト カム断面の内の−か全くリフトを持たないように構成することか挙げられ、これ によって低リフト作用(低機関速度範囲)中に対応弁を作動停止する二とかでき る。両フィ/ガフ中ロワ52及び53、そして弁14は、高リフト作用(高槻開 速度)中に再び、共に駆動されることとなる。
2個以上の低リフトフィンガフォロワを配設することができ、それらは2個以上 の異なる断面のカムを持つこと力呵能である。
上記各形部に対する多くの組み合わせ例が存在することは明らかである。
I6 1 に14 : 1 ・ 1 L □ 要約書 国際調査報告 PCT/G891100212本発明は、弁手段を制御するため のカム機構、特に内燃機関の吸気弁及び/または排気弁を制御するためのカム機 構に関する。カム機構は、共動回転するように取り付けられた第1カム手段(5 0)及び第2カム手段(51)を有するカムシャフト手段(10)と、各々が第 1カム手段(50)及び第2カム手段(51)の表面を追従するように配置され た第1フインガフオロワ(52)及び第フィンガフォロワ(62)と、を含む。
第1フインガフオロワ(52)及び第2フインガフオロワ(62)は、支点手段 (54及び66)を中心にして揺動する。支点手段(54及び66)は、フィン ガフォロワ(52または62)をカム手段(50または51)及び弁手段(14 )と係合した状態に保持し、この結果、弁手段(14)がカム手段によって制御 されることとなる。第1カム手段(50) 、第1カムフオロワ(59)及び第 1フインガフオロワ(52)は、機関低速駆動用の第1wi期持続カム機構を含 む。支点手段(54及び66)は、低速時には、第1カムフオロワ(59)が第 1カム手段(50)と係合する第1位置におかれる。
内燃機関の高速駆動時には、支点手段(66及び55)は第2位置で作動し、こ の第2位置では、第2カム手段(51)、第27オロワ手段(61)及び第2フ インガフオロワ(62)は長期持続カム機構として機能し、第2カムフオロワは 第2カム手段と係合する。
国際調査報告 S^ 44B47

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.弁手段と該弁手段を制御するためのカム機構とを有し、前記カム機構は、該 カム機構に取り付けられそれと共に回転する第1及び第2カム手段と、第1及び 第2カム手段の表面に追従するようにそれぞれ配設された第1及び第2フォロワ 手段を有する第1及び第2フィンガフォロワと、を有するカムシャフトを含み、 第1及び第2フィンガフォロワはカム手段及び弁手段と直接または間接に係合し てフィンガフォロワを保持する支点手段を中心として揺動可能であり、こうして カム手段によって弁手段の制御が可能となる内燃機関において、前記第1カム手 段、第1フォロワ手段及び第1フィンガフォロワは、機関の低速度に対応する第 1短期持続カム機構を有し、前記支点手段は、低速時にはカムフォロワが前記第 1カム手段と係合する低第1位置にあり、前記第2カム手段、第2フォロワ手段 及び第2フィンガフォロワは、機関の高速度に対応する第2の長期持続カム機構 を有し、前記支点手段は、第2カムフォロワが第2カム手段との係合から外れる 前記第1位置と前記第2カムフォロワが前記第2カム手段と係合する第2位置と の間で作用可能であることを特徴とする内燃機関。
  2. 2.請求項1に記載の内燃機関において、前記第2カム機構に対する前記支点手 段は、ピストンを包囲する室の内圧変動に応答してボア内の二つの位置間で移動 可能なアクチュエータピストンを含む第2カムのための支点手段を含むことを特 徴とする内燃機関。
  3. 3.請求項2に記載の内燃機関において、嵌合手段が設けられ、前記ピストンの 第1位置または第2位置の何れかにおいて、アクチュエータピストンを解放可能 に嵌合することを特徴とする内燃機関。
  4. 4.請求項3に記載の内燃機関において、前記嵌合手段は、アクチュエータピス トンの横方向に移動可能でありボア内の凹部と嵌合可能なラッチピストンを含む ことを特徴とする内燃機関。
  5. 5.請求項1−4の何れかに記載の内燃機関において、一対の隣接する弁が第1 カム機構内に設けられた別々のフィンガフォロワにより駆動可能であり、第2カ ム機構は、動するよう作用可能な単一フィンガフォロワを有することを特徴とす る内燃機関。
  6. 6.請求項5に記載の内燃機関において、前記第1カム機構の2個のフィンガフ ォロワは互いに近接接続されてそこで前記カムシャフト手段と平行に伸長したリ ンク部材により弁を駆動するよう当該弁と係合し、前記第2フィンガフォロワは 前記2個のフィンガフォロワ間に配置されてリンク部材を駆動することを特徴と する内燃機関。
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