JPH06506749A - バルブ制御機構 - Google Patents

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】 バルブ制御機構 本発明は内燃機関のバルブ制御機構に関する。

内燃機関の往復バルブは押し棒を操作する回転カムにより作動するのが一般的で あり、押し棒は揺動アームを押して上記バルブを押し下げるか、またはオーバー ヘッドカムシャフト系において上記機関ブロック上の回転カムシャフトが１端部 で軸支された揺動アームの中間部と係合し、その他端部が上記バルブを押し下げ る。このように、上記カムの突出部が上記バルブの開閉期間および速度、ならび にそのバルブのストローク長を決定する作用をする。

多くの系がすでに提案されている。例えば、オーストラリア特許出願第８２８７ ８／８２号は揺動アーム上で操作する第２回転カムを有し、この第２カムが作動 してエンジンバルブの操作を更に制御する。しかし、かかる系は、単に少数の制 御パラメタのみを変化させてエンジンバルブの操作に影響を及ぼすものであって 、その適用範囲か制限される。この制限は、異なる運転条件下で機関性能を最適 にすることが望まれるときに、上記系を調整する能力を相当に制限する。

本発明により提供されるエンジンバルブ用制御機構は異なる位置の２つの駆動領 域でレバーと係合する２つの回転自在カムから成り、上記レバーは上記バルブに 連携する適用領域を有し、それにより上記カムの回転の結果として生じる上記レ バーの揺動運動が上記バルブの開閉を可能にし、上記２つのカムの１方が上記レ バーと定常的に係合しかつ他方のカムが上記レバーと周期的に係合し、他方のカ ムが上記レバーと定常的に係合しないときに上記他方のカムとその駆動領域との 間にギャップが生じ、このギャップの幅が上記バルブの開閉期間とそのストロー ク長に影響する。

上記レバーの適用領域は上記レバーに沿って長手方向へ移動して上記バルブのス トローク長を変化させるので有利である。

上記レバーは上記２つのカムの軸に対して横切る方向へ移動し、かつ上記ギャッ プ幅は上記レバーの上記横方向移動により変化し、それにより上記バルブのタイ ミングを変化させるので有利である。

上記２つのカムの各々は異なる形状および／または寸法を有し、それにより上記 バルブの開閉期間およびストローク長の広範囲の選択を可能にする。これは、通 常、リフトと呼ばれる。通常の単一カムシャフト駆動バルブを有する第１カムの 形状および寸法はそのバルブの位置、そのストローク長および開閉期間を決定す る。しかし、軸支されたレバー上で上記１組のカムを操作することにより、上記 軸支レバーは上記バルブを作動させる働きをし、特定運転条件下でエンジン性能 を最適にするためにバルブ制御機構を変化させる能力が提供される。更に、上記 レバーと上記他のカムとの間に設けられるギャップは上記バルブが小さいビスト ンストロークで開閉するように上記２つのカムにタイミング能力を付与する。こ れは上記２つカムにより達成され、１方のカムが上記バルブをリフトさせようと するときに他方のカムがそのリフトの終了位置に近づくように上記２つのカムの タイミングを調整することにより達成され、それにより上記バルブの簡便な開閉 を可能にする。

更に、上記レバーと上記他方のカムとの間に設けられるギャップは、上記カムと 上記レバーが単に各サイクルの一部の間に係合するので熱膨張ギャップを設ける 必要性を解消する。更に、他方のカムとその領域との接触が周期的であるので、 その接触面上の磨耗量は大幅に減少する。

上記２つのカムとそれぞれの駆動領域とを係合させるために上記レバーは適宜形 状であってよい。例えば、他の態様として、上記レバーの上記駆動領域または各 駆動領域はカムと接触する面がそのカムに対して傾斜したテーバが付けられてよ い。上記レバーの種々の構成は、バルブ装置に応じてデュアルカムシャフトに使 用するカム突出部の形態の種々変更を可能にする他に、所望によりエンジン性能 を最適にするためにバルブ制御機構を変化させる上で相当に柔軟性を存する。更 に、上記バルブのリフトおよび上記バルブのタイミングは上記内燃機関の走行時 の特定運転条件に適合させるために変えることができる。

上記２つのカムの各々はその軸が上記内燃機関のクランクシャフトに平行となる ように取り付けられるのが便利である。ただし、上記レバーの配向によって、横 カムシャフト系が採用されてよい。本発明は往復バルブに限定されることなく、 例えば、回転バルブ等の他のバルブ系に使用できる。

以下に、本発明の態様を添付図面を参照して例示として説明する。

図１は本発明の第１態様の概略断面図を示す。

図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは運転サイクルの３点における図１の態様を示す。

図３は本発明の第２態様の概略断面図を示す。

図４は本発明の第３態様の概略断面図を示す。

図５は本発明の第４態様の概略断面図を示す。

図６は本発明の第５態様の概略断面図を示す。

図７は本発明の第６態様の概略断面図を示す。

図８は本発明の第７態様の概略断面図を示す。

図９Ａおよび９Ｂはカムシャフト上にレバーを取り付ける好ましい手段を示す。

便宜上、図面の説明において、同一参照番号は異なる態様における同一または類 似の構成要素の部を示すために使用される。

図１を参照すると、本発明のバルブ制御機構は概ね１により示され、往復バルブ ステム６の端部４上で軸回転するレバー２を有する。

このレバー２は、内燃機関１４のシリンダヘッド１２へ取り付けられたそれぞれ のジャーナル８ｂ、１０ｂ内に取り付けられたブツシュ（図示せず）内で回転自 在である第１カムシヤフト８ａおよび第２カムシヤフト］Ｏａのカム８．１０と 係合するように構成されている。カムシャフト８ａ、１０ａは相互に平行の長軸 を有し、かつそれぞれのカムシャフト８ａ、１０ａへ同心に取り付けられたプー リ８ｃ、ＩＯｃへ直接結合されることにより同一速度で回転する。

上記直接結合は、例えば、連結チェーン１６であってよい。カムシャフト８ａ、 １０ｂは、例えば、チェーン１８によりクランクシャフトプーリ（図示せず）へ 直接結合されたカムシャフトプーリ８ｃ。

１０ｃの１つにより駆動する。４ストロークエンジン内で使用される場合、上記 カムシャフト８ａ、１０ａは上記クランクシャフトブーりの回転速度の半分の速 度で回転するのが一般的である。

レバー２の第１端部２０は第１カム８と定常的に係合すべく保持されている。レ バー２の中間部２４の面２２と上面２３は第２カムｌＯと周期的に係合すべく維 持されている。この周期的係合は第２カム１０とレバー２の上面２３との間にギ ャップ２６を設けることにより可能になる。ギャップ２６の幅は、当然ながら、 カムｌＯを能弁のカム１０と取り替えるかまたはレバー２の中間部２４の形状を 変形させることにより変化させることかできる。レバー２の第２端部３２とシリ ンダヘッド１２との間のばね３０はレバー２の第１端部の上面３４を付勢して第 １カム８と連続接触させておく働きをし、それにより慣性による衝撃の可能性を 減少させる。

使用において、カム８．１０の回転は、レバー２上の適用領域３５によってバル ブばね３６の復元力に抵抗してバルブ２９を押し下げるレバー２のそれぞれの部 ２０．２４と係合するカム８．１ｏによりバルブを開閉させる。

図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは本発明のバルブ制御機構のサイクル中の３点を示す。

第１カム８および第２カム１ｏのそれぞれのリフトは同一であり、かつギャップ ２６の輻は２つのカム８．１０のリフトと同一である。バルブ２９は軸Ｘ−Ｘに 沿って往復する。しかし、ギャップ２６の幅は特定運転条件に合わせて増減され てよい。図２Ａおよび２Ｂに図示したように、第２カムｌＯとレバー２の中間部 ２４の上面２３との間のギャップ２６は結果的に第２カム１ｏの突出部がレバー ２の中間部２４の上面２３と接触してバルブのはね３６の復元力に抵抗するとき にのみバルブ２９を開放させる。図２０に図示したように、第１カム８の突出部 ４０の続く時計方向の回転によりバルブ２９が開放し、第２カム１ｏの突出部３ ８の同時回転がバルブ２９の閉鎖を開始するので小さなビストンストロークで非 常にスムーズな開閉操作が可能になる。カム８．１０の突出部３８．４０の複合 動作、ならびにカム８．１０およびレバー２のそれぞれの形状はバルブ２９の開 閉期間、バルブのタイミング、およびバルブのストローク長の変化を非常に柔軟 にする。

図３は本発明のバルブ制御機構１の第２態様を示す。この態様において、押し捧 ４２はレバー２の上面４４上の適用領域３５と係合して軸支されたバルブ揺動部 材４６によりバルブ２９を開閉させる。

この態様は、また、バルブストローク調整機構４８を有し、これによって押し棒 ４２の下部５０はレバー２に沿って横方向へ移動する。

下部５０にはローラ端部（図示せず）が固定されていてレバー２の長手に沿った 適用領域３５の運動を促進し、バルブ２９のリフトを変える。レバー２はビン５ ４上のレバー２の第２端部５２で軸回転する構成になっている。ビン５４はエン ジンクランクケースの内壁５９と一体成形されたボス５８内の細長い穴５６へ挿 入されている。

レバー２の第１端部２０はバルブばね３６の弾性付勢により、かつレバー２の中 間部２４がはね３０により上方へ付勢されることにより第１カム８の面２２と連 続的に係合する。この形態は、また、第２カムｌＯがレバー２と係合しないとき にギャップ２６を確実に維持する。

押し棒４２の下端部５１は半径溝５８内でレバー２の長手に沿って移動する。上 記半径溝はレバー２の上面４４内に形成されており、その曲率半径は押し棒４２ の長さと同一である。使用において、押し捧４２の下部５０はバルブストローク 調整機構４８により移動し、このバルブストローク調整機構は押し棒４２が往復 する潤滑ブツシュ６０、およびボールジヨイント６３によりブツシュ６０と係合 する横棒６２から成り、横棒６２は偏心カム６４により内燃機関１４の内外へ移 動し、偏心カム６４は下端部６６で内燃機関１４の外壁６７へ軸回転可能に連結 されると共に横棒６２の１端部６８へ軸回転可能に連結されたレバー６５と係合 している。それにより偏心力ｌ、６４の回転によって横棒６２はブツシュ６０の 横運動を可能し、それによりレバー２の長手に沿った適用領域３５の移動を可能 にする。押し棒４２の端部５１が第２カムシヤフト１０の中心方向に位置決めさ れるときに上記バルブのリフトは最小になり、端部５１が第１カム８の中心へ向 かうときに上記バルブのリフトは最大になる。

従って、バルブ２９のストローク長は上記内燃機関の走行中でも、特定運転条件 に合わせて変えることができる。

レバー２は、レバー２の下側７１上の凹部７０により、第２カムｌＯが最大リフ ト位置に達したときに実質的に水平になり、押し棒４２の下端部５１により描か れる弧の曲率の中心が押し棒４２の上端部５１ａと概ね一致するように構成され ている。そのために、突出部３８．４０がレバー２と接触しないときにはレバー ２に沿った端部５１の運動は妨害されない。

図４に示されたように、第３態様において、バルブ制御機構ｌは下側７１上にテ ーパ７４を有するレバー２から成るバルブタイミング装置７２を有し、テーパ７ ４はレバー２の第２端部３２で狭くなり、レバー２がカム８．１０に対して左へ 移動するときに、ギャップ２６が小さくなるように形成されており、バルブ２９ は直ちに開放し、その後に閉鎖させる。反対に、レバー２が右へ移動する場合に は、バルブ２９は直ちに閉鎖し、その後に開放する。レバー２は潤滑ブツシュ７ ７内で往復運動する一体的起立部７６を有する。この起立部７６はブツシュ７７ と起立部７６の上部８０へねじ込まれているナツト７８との間に係留されたばね ３０により上方へ付勢されており、それによりカムＩＯの突出部３８がレバー２ の下側７１と接触しないときにギャップ２６を形成する。レバー２はボールジヨ イント８４へ連結された捧８２により横方向へ移動し、捧８２は中間部８８でレ バー８６へ軸支されていて、それによりこのレバーの時計方向回転がレバー２を 右へ移動させる。

バルブストローク調整機構４８はクランクケースの内壁５９上に取り付けられ、 その操作はレバー２の相対位置と独立であり、かつ押し捧４２が往復する潤滑ブ ツシュ６０、およびボールジヨイント６３によりブツシュ６０と係合する構成に なっている棒６２を有する。この棒６２はねじ切り部９４を存し、それによりク ランクケースの内壁５９へ固定されたナツト９６内の捧６２の回転が押し捧４２ の下端部５１のレバー２に沿った運動を可能にする。レバー２は第１端部２０の 上面内に形成されたＵ形長手チャンネル９０を有し、押し捧４２の下端部５０へ 取り付けられた摺動パッド９２はチャンネル９０に沿って長手方向へ摺動し、そ れにより上記バルブのストローク長を変化させる。

図３および４の第２および第３０様の特徴は、上記バルブタイミングおよび上記 バルブストローク長を調整することにある。これは図５において第４態様として 示されたごとく、テーパをつけたタイミングレバー９８は狭くなった端部９９で プレート１００へ軸回転可能に連結され、このプレート１００は、順次、捧１０ ２へ軸回転可能に連結されている。棒１０２はレバー１０４の回転により内燃機 関１４の内外へ移動し、それによりカム８、ｌＯの軸を横切る方向へタイミング レバー９８を移動させて第２カムとタイミングレバー９８との間のギャップ２６ の幅を変化させ、上記バルブのタイミングを変える。突出部３８がタイミングレ バー９８と接触しないときには、タイミングレバー９８の狭くなった端部９９が ボス５８へ固定されたばね３０により上方へ付勢される。バルブストロークの調 整は第２態様で上述したようにバルブストローク調整機構４８により行われる。

図５はテーパをつけたタイミングレバー９８に対して位置決めしたカム８．１０ を示す。第２カム１０はタイミングレバー９８と接触しないで、ギャップ２６を 有し、押し棒リフトレバー１０６はローラ１０８によりタイミングレバー９８の 上面１１０の長手に沿って移動する構成になっている。押し棒レバー１０６はク ランクケースの内壁５９と一体のポス１１８内に形成された細長い孔１１６へ挿 入されたビン１１４によりｌ端部１１２で軸回転する構成になっている。更に、 押し捧４２の下端部５０は、第２態様に関して説明したように、押し捧４２の下 端部５１をバルブストローク調整機構４８により押し棒リフトレバー１０６の長 手に沿って移動させ、それにより適用領域３５はレバー１０６の長手に沿って移 動してバルブ２９のリフトを変化させる。

図６はレバー２が押し棒４２またはバルブステムを挿入するための上面４４上に ソケット１２０を含む他の態様を示す。第２カムｌＯは対向弧状部１２２．１２ ４と弧状部１２２および１２４に続く離隔斜面部１２６．１２８を有する形状に なっていて、ギャップ２６は弧状部１２２よりも小さい曲率半径の弧状部１２４ により形成される。第２カム１０上の斜面部１２８は第２カム１０の時計方向回 転によりバルブ２９の閉鎖が長引くように小角を有し、バルブを開放する作用を する斜面部１２６はより大きな鋭角を有しているのでバルブは迅速に開放する。

斜面１２６．１２８の角度が小さくなる場合には、バルブ２９の開放期間をより 長く維持してバルブの開閉を一層円滑にする。

図７は図６と同様の態様を示すが、ここではレバー２は湾曲上面４４を有し、押 し棒４２の下端部５１はバルブストローク調整機構４８の作動下でこの湾曲面に 沿って移動してバルブ２９のリフトを最小から最大リフトへ変化させる。この態 様において、レバー２の上面４４の曲率半径は押し捧４２の長さと同一であり、 その中心は概ね押し捧４２の上端部５１ａと一致するので、突出部３８がレバー ２と接触しないときには端部５１はレバー２に沿った運動中に妨害を受けない。

図８は図７と同様のバルブ装置を示すが、レバー２の上面４４の曲率半径の中心 は押し捧４２の上端部５１ａと概ね一致せず、図面中で左へ偏心しているが、押 し棒４２の端部５１に沿って描かれるであろう弧は、レバー２上に点線により１ ３０で示されている。図示されたように、レバー２の上面４４は、図７のそれと の比較においてバルブリフトのより大きな変化をレバー２の長手に沿った端部５ １の運動量と同一運動量で得るために、正常弧１３０の上方へ傾斜している。

図９Ａおよび図９Ｂは図３．５．６．７および８に示したエンジンクランクケー スの内壁５９上に軸運動のためにレバー２を取り付けるのではなく第２カムシヤ フトｌＯａ上にレバー２を取り付けるための手段を示す。上記手段は湾曲面内に 形成された２つの細長い孔１３４．１３６を有する一定長の配管から成り、孔１ ３４．１３６の長手方向はカムシャフト１０ａの軸に垂直である。配管１３２は 第２カムシヤフトｌＯａ上に同心に固定されかつ該レバーの第２端部はその端部 ！３８（図９Ｂ）が孔１３４．１３６を通ってカムＩＯと係合できる形状になっ ている。レバー２は配管１３２の外面＋４０により支持され、かつ細長い孔１３ ４．１３６はレバー２をカムシャフト１０ａに対して上下動させると共にカムシ ャフトの軸−スの内壁５９と一体になったボス内に形成されてもよい。

上記態様は例示として説明されており本発明の範囲内で他の変更が可能である。

× ×１ ＦＩＧＵＲＥ　３ ＦＩＧＩＪＲＥ　４ ■ フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＰＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ 、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ ）、ＡＴ、　ＡＵ、ＢＢ、ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、　ｋｉＧ、　 ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　ＮＯ，ＰＬ、Ｒ○、ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＵＳ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．異なる位置の２つの駆動領域でレバーと係合する２つの回転自在カムから成 り、上記レバーは上記バルブに連携する適用領域を有し、それにより上記カムの 回転の結果として生じる上記レバーの揺動運動が上記バルブの開閉を可能にし、 上記２つのカムの１方が上記レバーと定常的に係合しかつ他方のカムが上記レバ ーと周期的に係合し、他方のカムが上記レバーと定常的に係合しないときに他方 のカムとその駆動領域との間にギャップが生じ、このギャップの幅が上記バルブ の開閉期間とそのストローク長に影響する、ことを特徴とするエンジンバルブの 制御機構。
2. ２．上記レバーの適用領域は上記レバーに沿って長手方向へ移動自在であり、そ れにより上記バルブのストローク長を変化させる、請求項１のエンジンバルブの 制御機構。
3. ３．上記レバーは上記カムの軸を横切る方向へ移動自在であり、かつ上記ギャッ プの幅が変化して上記バルブのタイミングを変化させることのできる形状になっ ている、請求項１または２のエンジンバルブの制御機構。
4. ４．上記適用領域は上記レバーと上記バルブとの中間の押し棒から成る手段によ って上記押し棒の１端部が上記レバーの適用領域で上記レバーと係合するように 上記バルブと連携し、上記押し棒の上記端部は上記レバーに沿って移動自在に構 成されていて、それによりバルブのストローク長を変化させる、請求項１から３ のいずれか１のエンジンバルブの制御機構。
5. ５．上記押し棒の上記１端部を上記レバーに沿って移動させる手段、上記押し棒 がその長軸に沿って往復運動する支持体、および上記支持体と係合する部材を更 に含み、上記支持体は上記カムの軸に実質的に直角方向へ上記部材により移動す るように構成されていて、それにより上記レバーに沿った上記押し棒の上記１端 部を移動させる、請求項４のエンジンバルブの制御機構。
6. ６．上記適用領域は上記カムに対面する湾曲面上にあり、それにより上記押し棒 の上記１端部の上記レバーに沿った運動が上記バルブの開閉期間を非線形に変化 させる、請求項４または５のエンジンバルブの制御機構。
7. ７．上記湾曲面の曲率半径の中心は実質的に上記押し棒の長軸上にあり、かつ上 記押し棒の長さと実質的に同一半径を有する、請求項６のエンジンバルブの制御 機構。
8. ８．上記湾曲面の曲率半径の中心は上記押し棒の長軸から離隔している、請求項 ６のエンジンバルブの制御機構。
9. ９．上記適用領域は上記レバー内に形成された溝上にある、請求項１から８のい ずれか１のエンジンバルブの制御機構。
10. １０．上記カムの少なくとも１方は料面部を介して相互に連結された異なる曲率 を有する一対の対向弧状部から成る形状である、請求項１から９のいずれか１の エンジンバルブの制御機構。
11. １１．上記斜面部の１つは、上記カムの回転の結果としての上記１つの斜面部に よる上記バルブの開閉が長期間となるように上記他の斜面部と比較して上記他の 斜面部よりも小さい入射角を有する、請求項１０のエンジンバルブの制御機構。
12. １２．所定長の配管が上記他のカムに連結されたカムシャフト上に同心に取り付 けられていて、上記配管はその湾曲面内に形成された細長い孔を有し、上記レバ ーはその孔を通過して上記他のカムと係合し、上記レバーは上記カムの軸に実質 的に直角の平面内で運動するように上記孔により制限される構成になっている、 請求項１から１１のいずれか１のエンジンバルブの制御機構。
13. １３．上記カムの各々は上記内燃機関のクランクシャフトに実質的に平行にその 軸が取り付けられている、請求項１から１２のいずれか１のエンジンバルブの制 御機構。
14. １４．上記カムの各々は上記エンジンのクランクシャフトに実質的に直角にその 軸が取り付けられている、請求項１から１２のいずれか１のエンジンバルブの制 御機構。