JPH09506402A - 内燃エンジンの可変バルブリフト機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エンジンの可変のバルブリフト量、ならびに可変の相および持続時間は、ロッカーアームまたはフィンガ従動子の枢動位置を変化させて達成される。ピボットシャフトおよびロッカーアームまたはフィンガ従動子は、前記ピボットシャフトに噛み合う係合歯を有する。ピボットシャフトは静止ラック歯を横断して転動し、カムリフト量に対するバルブリフト量の比を変化させる一方、ピボットシャフトの与えられた位置に関しては、カムまたはバルブスプリングがロッカーアームまたはフィンガ従動子に対して押圧して付与されるトルクのために、ピボットシャフトが回転することを阻止する。ピボットシャフトは軸受ブロック上に載置され、該軸受ブロックの動きは静止ラック歯と同じ形状の軸受ガイドで拘束される。ロッカーアームまたはフィンガ従動子のラック歯の形状は円筒形の一部を形成しており、その半径はカムおよびバルブの位置および角度で定められる。調整間隙はピボットシャフトの全ての位置で一定に保持されるか、またはピボットシャフトの位置によって変化される。ピボットシャフト軸受ガイドおよび静止ラック歯で描かれるピボットシャフトの移動経路は、円形とされるか、またはその円弧の近く、しかし全くその上に乗らない位置にされる。円筒形の経路を維持しつつ調整間隙を変化させる１つの手段は、ロッカーアームまたはフィンガ従動子のラック歯、および静止ラック歯および軸受ガイドを定める円の中心を偏心させることである。調整間隙とピボットシャフト位置との相関関係は制御された相および持続時間の変化を生じる。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃エンジンの可変バルブリフト機構 本願は１９９１年１２月３日付け出願の米国特許出願第０７／８００９２０号 の一部継続出願である。発明の分野 本発明は、１つ以上のシリンダのガス吸入およびガス排出のためにポペット型 バルブを使用した内燃エンジンに関する。バルブ特に吸気バルブのリフト量は、 様々なエンジン速度においてエンジントルクを最適化するために、バルブの開閉 時期とともに変化される。発明の背景 内燃エンジンに吸入および排出されるガスの流動特性は、エンジン性能の制御 因子の１つである。ほとんど全てのエンジンは速度および負荷の広い範囲にわた って作動しなければならず、このことがその範囲の狭小部分を超えて広く最適効 率を達成することを困難にしている。単純化、経済性および耐久性のために、従 来のほとんど全ての４ストロークエンジンは実証済みの定着されたカムシャフト 装置を使用しており、そのカムシャフトは一定した相（バルブが開かれる時点） 持続時間（バルブが開かれた状態で保持される時間）およびリフト量（バルブ座 からバルブがリフトされる距離）を有している。これにより、許容可能な性能を 達成するための或る種の設計上の妥協が生まれる。低エンジン速度において容積 に比して高トルクを発生するエンジンは、一般に高エンジン速度では貧弱なトル クを発生し、またこの逆も事実である。デトロイトでの自動車用エンジンの科学 における論文（ハラ氏、クマガイ氏およびマツモト氏、１９８９年、ＳＡＥ論文 第８９０６８１号）において、著者はタイミングおよびリフト量が変化されたエ ンジンでの実験結果を述べている。リフト量を変化させることで１６００ｒｐｍ 時にトルクは７％ほど向上され、６０００ｒｐｍでその向上は１４％であった。 吸気バルブのリフト量の変化は、見られる効果のほとんど全てを生み出した。 流れの過程を最適化するために、多くの方法が提供され、試行された。流動特 性の向上は、３つの別々な、しかし相互に関係した方法、すなわち可変相、可変 持続時間および可変リフト量によって達成される。低速で高トルクを発生するエ ンジンは排気バルブの閉じと吸気バルブの開きとの間に小さなオーバーラップを 有していることが良く知られている。小さなオーバーラップは排気ガスと吸入さ れる新鮮な吸気との間の連通をほとんど与えず、これにより制御することのでき ない混合量を制限する。このことは、安定した作動をもたらす。しかしながら、 高速度では、ガスの慣性はガス交換を可能にするためにオーバーラップの一層長 い時間を必要とする。オーバーラップの変化を達成する最も簡単な方法は、クラ ンクシャフトおよび排気カムシャフトに対する吸気カムシャフトの相関的なタイ ミング、すなわち相、を変化させることである。 バルブ作動の相が変化すると、例えば早目のクランクシャフトの角度位置にバ ルブの開きを進めるならば、そのバルブの閉じもまた前進する。多くの場合、こ のことはエンジンに吸入できる可燃ガス量の減少を引き起こす。この状況を打破 するために、バルブ作動（valve events）の持続時間が変化される。上述の例で は、エンジン速度が増大し、またバルブのオーバーラップが増大する（吸気バル ブが早目に開く）につれて、吸気バルブが開いた状態にある時間は延長されて、 閉じが遅れる。 バルブのピークリフト量は大きな圧力低下を伴わずに最大エンジン速度でのガ ス流量を受け入れることができるように設計される。このことは、ピストンがガ スを押し出す排気行程よりも吸気行程にとって一層重要である。最大エンジン速 度より低いエンジン速度では、バルブカーテンを通る吸入ガスの速度は小さな乱 れを生じ、小さなバルブ開度で達成されるであろうトルクよりも更に低いトルク を発生することになる。エンジン速度とともにバルブリフト量を変化させること で、トルクはエンジンの作動範囲全体にわたって向上される。更に、低速でバル ブリフト量が減少されると、設計によってはバルブ列での摩擦損失が低減され得 る。 相、持続時間およびリフト量のいずれかまたは全てを変化させる方法の多くの 例が米国特許明細書にある。多くの立案者は、低速および高速運転用の２つの独 立したカム輪郭の間で切り替えを行う手段を提供することにより、広い速度範囲 にわたってエンジン性能が向上されることを認識している。このような「ＯＮま たはＯＦＦ」式の制御は、この２つ（またはそれ以上も可能である）の異なるエ ンジン速度範囲の間に異なる相、持続時間およびリフト量を与え、各速度範囲で の向上された性能および効率をもたらす。しかしながら、各速度範囲内では、相 、持続時間及び／又はリフト量を変化させる手段は持たない。このような機構の 例は、ロンゲネッカー氏の米国特許第２９３４０５２号、ミュラー氏の第４１５ １８１７号、トウテロット氏の第４２０５６３４号、イノウエ氏他の第４９７０ ９９７号およびローザ氏の第５１１３８１３号に与えられている。ＳＡＥ論文第 ８９０６７５号（イノウエ氏、ナガヒロ氏、アジキ氏およびキシ氏、１９８９年 ）において、著者は米国特許第４９７０９９７号に記載の可変バルブ装置は従来 の装置に比べて大質量を有すると指摘している。この質量を低減するための各構 成要素の大規模な再設計はなされなかった。 これらの３つの変数の全てにおいて変化させる他の手段は、軸方向へ移動可能 な、軸方向に可変の輪郭を備えたカムシャフトを使用するものである。この例で は、これも全３つの変数間の関係がカムシャフトの軸方向位置に関して固定され ているが、異なる値の相、持続時間およびリフト量の間で滑らかな変化がなし得 る。ミラー氏の米国特許第３６１８５７４号およびコマツ氏他の第５０８００５ ５号はこのような装置を記載している。 ３つの変数の全てを変化させるための代替方法は、偏心させて配置された１つ 以上のアームを有する多部品ロッカーアームの使用を伴う。アオヤマ氏の米国特 許第４２９７２７０号においては、２つの相互作用するロッカーアームが相、持 続時間およびリフト量を変化させるために機能する。ハラ氏他の米国特許第４４ ３８７３６号では、前述特許における調整間隙および雑音の問題点が受け入れ難 いと考慮されている。この特許では、ハラ氏他の米国特許第４４９８４３２号と 同様に、間隙および雑音の問題点は伸縮可能な流体作動のカム従動子を使用して 対処している。これらの例の全てにおいて、バルブの相、持続時間およびリフト 量は多少ながら不変的である。これらの装置は従来装置に比べておそらく高いレ ベルの摩擦を経験することになろう。 ウィチャート氏の米国特許第４７１４０５７号では、発明者は多部品ロッカー アーム、および制御カムおよびリフトカムを使用することで３つの変数の全ての 制御を開示している。それらの特許の主目的はスロットルプレートなくしてエン ジン負荷を制御できるようにすることである。この設計によれば摩擦が問題とな り得る。 偏心して取り付けられた振動駆動装置を有するバルブの相、持続時間およびリ フト量を変化させるための革新的な機構がパーソンズ氏の米国特許第４８９８１ ３０号に開示されている。全３つの変数に対して良好な制御を与えるうえに、こ の機構は主バルブスプリングを省略し、摩擦の低減を助成する。しかしながら、 この技術はこれまでのエンジンに使用されているものと根本的に相違し、むしろ 長いプッシュロッドの使用を必要とする。 幾つかの異なる手段がバルブのリフト量のみを変化させるために開示されてい る。ショーン氏他の米国特許第５１１９７７３号では、カムシャフトとバルブと の間にスライド可能または枢動する部材が介装されており、可動ピボットがその 運動を制御している。記載されたこの機構は従来のバルブギヤよりも高い摩擦荷 重、ならびに大きな横方向力および増大された往復運動質量を有するように思わ れる。 ブーナー氏の米国特許第４１８７１８０号およびウォルター氏の第４５１９３ ４５号では、バルブリフト量のみがロッカーアームに対するリフト部材の係合（ application）位置を移動させることで変化されている。いずれの例においても 、プッシュロッド式エンジンにこの機構が適用されており、オーバーヘッド式カ ムシャフトの幾何学的配列には不適当と思われる。この設計は従来のバルブ間隙 調整を保持している。 デウェイ氏の米国特許第４９８６２２７号では、ロッカーアームピボットの取 り付けが好まれている。この方法では、ロッカーアームは弧状上面を有し、その 面上にレバーアームで保持された可動軸受が載置されており、該レバーの下面は ヘッド内で枢動されている。ロッカーアームの横方向位置は、アームがカムシャ フトおよびバルブ頂部に接触した状態を保持することを保証するように要求され る。これはバルブ上の特別なキャップと、ロッカーアーム端部の適当な凹部とで 達成される。バルブ間隙の調整は従来のバルブ列とは異なる。 可変バルブリフト量は、スロスト氏の米国特許第５０３１５８４号における更 に他の手段で達成される。２つの固定された枢動ロッカーアームが、カムシャフ トの機械的な利点をバルブの運動に変換させるために可動介装部材と組み合わさ れている。この設計は複雑で、従来の設計よりも大きな摩擦損失をもたらすよう に思われる。 リフト量および持続時間を変化させる作動機構の他の形式は、ロストモーショ ンすなわち空動きを有する流体作動式のものである。この方法では、カム従動子 は閉じ込められている作動流体を固定オリフィスを通して、または制御されるオ リフィスを通して漏出させるようになされている。この受動的機構のために、結 果としてバルブは低エンジン速度の間は開かず、高速度においてその漏出が不十 分になって、バルブ移動を従来装置に比べて大きく変えることができない。能動 的な制御方法はリフト量および持続時間をより密接に制御するようになす。この 結果として、バルブ動作は吸気充填量を制御するだけで十分とされるので、従来 のスロットル操作は放棄される。このような装置はＳＡＥの論文第９３０８２０ 号（ウラタ氏他、１９９３年）に記載されている。この装置の欠点は、バルブを 開く働きの非再生、温度でオイルの粘性が変化するときの運動の変化、および複 雑さである。この装置を装備したエンジンは低エンジン速度でのトルクに大きな 向上を示し、また車両に搭載したときに７％もの燃料経済性の利得を示した。発明の概要 本発明は、内燃エンジンのポペットバルブのリフト量を動的に変化させるため の装置である。リフト量のこの変化は、必要ならば相および持続時間に変化を生 じることができる。リフト量の変化は単独でエンジン運転の全範囲を通じてエン ジントルクの増大を示した。本発明は、ロッカーアームまたはフィンガ従動子の ための可動ピボットによって可変リフト量を達成する一方、他の重要な作動要求 条件に合致しており、それらの作動要求条件とは、以下の通りである。すなわち （１）この設計は、ロッカーアームまたはフィンガ従動子を備えている、プッ シュロッド作動、シングルオーバーヘッドカム（ＳＯＨＣ）作動、およびダブル オーバーヘッドカム（ＤＯＨＣ）作動のバルブに適用可能である。 （２）この設計はシリンダ当たり単一の吸気及び／又は排気バルブ、またはシ リンダ当たり複数の吸気及び／又は排気バルブに適用可能である。 （３）ロッカーアームまたはフィンガ従動子は、従来のロッカーアームまたは フィンガ従動子と同様な方法でバルブ間隙の調整を可能にする。 （４）ロッカーアームまたはフィンガ従動子は、カム端部もバルブ端部も従来 の設計と相違しないように枢動機構で配置される。 （５）バルブ間隙は枢動点に関係なく一定に保持できる。このことがバルブ相 および持続時間を変化させる。バルブ間隙はピボットシャフト位置によって多少 変化して、変化したバルブ相および持続時間を達成するようになされるか、また はリフト量は変化されるが一定の相および持続時間を保持するようになされる。 （６）この機構は最少限の可動部品を有し、小型で、エンジン高さの増大を全 く要求せず、またカムシャフト（単数または複数）およびバルブのレイアウトに 大きな融通性を与える。 （７）バルブ作動のリフト量及び／又は相および持続時間の変化はエンジンの 正常運転時に達成される。 （８）本発明は、カムシャフトの回転速度が可変であるか、軸方向に変化され るカムシャフトが使用されるような設計に使用するのが好適である。 （９）本発明はバルブ作動の相および持続時間が異なる手段によって変化され る他の設計に使用することも好適である。 エンジンのバルブリフト量はロッカーアームまたはフィンガ従動子のためのピ ボットの位置を変化させて制御される。カムシャフトとバルブ、またはプッシュ ロッドとバルブとの間を枢動するロッカーアームに関しては、そのロッカーアー ムの中央部分の上部がラック歯を有し、該ラック歯はピボットシャフトに固定さ れたコグ（cog）の歯と噛み合わされる。ロッカーアームのラック歯は円筒形状 を有する。ピボットシャフトは所定の枢動点に関しては回転しないが、静止ラッ ク歯を横断して転動してバルブリフト量に対するカムリフト量の有効ロッカーア ーム比を変化させる。ピボットシャフトは２以上の軸受ガイドで拘束され、これ らの軸受ガイドは静止ラック歯と同心の円弧を描いている。静止ラック歯の形状 は、（１）半径がカム（またはプッシュロッド）とロッカーアームとの接触点、 およびロッカーとバルブとの接触点、およびピボットシャフトおよびラック歯と の接触点のいずれかの中間位置にしたがって一定とされ、この結果として一定の 調整間隙（従来のバルブギヤと同じ方法で達成される）、およびバルブ作動の可 変な相および持続時間を生じるような円弧、または（２）（１）と同じ円弧経路 であるが、その円弧の中心点がロッカーアームラック歯のそれから偏心されて、 枢動点が移動するにつれて調整間隙を変化させるようにしている円弧、または（ ３）（１）とは異なる相および持続時間の変化に助成されて非均一な調整間隙を 可能にする円弧経路、のいずれかに等しくされる。更に、ロッカーアーム上のラ ック歯がピボットシャフトの歯上をスライドせずに転動するので、摩擦損失は非 常に僅かである。 カムおよびバルブの両方がピボットの同じ側に配置されているフィンガ従動子 で作動するバルブに関しては、設計の第１の概念は上述したものと同じである。 フィンガ従動子の枢動端部はラック歯で構成され、該ラック歯はピボットシャフ トに固定されたコグの補完的な歯と係合する。上述したように、ピボットシャフ トが２つ以上の適当な軸受ガイドにより定められた経路によって静止ラック歯の 上を新しい位置へ転動することで、枢動点が変化する。静止ラック歯およびピボ ットシャフト軸受ガイドの形状は上述のものと同じであり、これはバルブ、カム およびピボットの幾何学的配列によって決まる。上述したように、ピボットシャ フトの移動はバルブ間隙調整を変化させたり、変化させないことが可能である。図面の簡単な説明 第１図は、本発明をオーバーヘッドカムシャフトエンジンに適用したロッカー アーム機構の実施例の斜視図である。ロッカーアームの頂部のラック歯が示され ており、歯を有するピボットシャフト、静止ラック、カム、バルブ調整器、バル ブステム、１つのガイドブロックおよび軸受ブロック（少なくとも１つの他の軸 受が必要であるが、図示されていない）、および軸受ブロックを移動させるため の手段を備えている。 第２（ａ）図は、カム、ロッカーアーム、ピボットシャフトおよびバルブの側 立面図を示しており、ピボットシャフトは最大バルブリフト量の位置とされてい る。 第２（ｂ）図は、カム、ロッカーアーム、ピボットシャフトおよびバルブの側 立面図を示しており、ピボットシャフトは最小バルブリフト量の位置とされてい る。 第３図は、ピボットシャフトの動作を拘束するための１つの実施例の分解斜視 図を示している。 第４図は、第１図と同じであるが、プッシュロッド作動のロッカーアームに適 用された機構の側立面図を示す。 第５（ａ）図は、フィンガ従動子のための幾何学的配列であるオーバーヘッド カムシャフト配置のピボットシャフト、カムおよびバルブの側立面図を示し、ピ ボットシャフトは最大バルブリフト量の位置とされている。 第５（ｂ）図は、カム、フィンガ従動子およびピボットシャフトの側立面図を 示しており、ピボットシャフトは最小バルブリフト量の位置とされている。 第６図は、ロッカーアームまたはフィンガ従動子の上のラック歯、静止ラック 歯および軸受ガイドを示す円弧の中心点を偏心させることによって、バルブ間隙 がどのように動的に変化するかのプロットを示す。 第７（ａ）図は、異なるロッカーアーム比において、ロッカーアームにより作 動される吸気バルブに関するクランクシャフト角度対バルブリフトのプロットを 示す。 第７（ｂ）図は、異なるロッカーアーム比において、一定のバルブ間隙で、ロ ッカーアームにより作動される吸気バルブに関するクランクシャフト角度対バル ブリフトのプロットを示す。発明の詳細な説明 第１図で、カム１はロッカーアーム２をピボットシャフト３に揺動させてバル ブ４を開く。カム１がロッカーアーム２の与えられた基礎円弧を有するとき、前 記ロッカーアームの上面のラック歯５は軽いばね（図示せず）でピボットシャフ ト３の歯付き枢動コグ６の歯と噛み合わされて保持される。カム１がロッカーア ーム２の端部を持ち上げてロッカーアーム２を揺動させるとき、バルブ４に組み 付けられているバルブスプリング７の抵抗力がラック歯５と歯付き枢動コグ６と の間の接触を保証する。静止ラック歯８はロッカーアーム２の上面のラック歯５ と同じ歯形状を有する。ピボットシャフト３がある１つの位置に位置決めされて いるときは、静止ラック歯８によって回転を阻止される。 異なるリフト量を得るために、ピボットシャフト３は静止ラック歯８を横断し て転動し、新しい望まれた位置へ移動する。再び説明するが、この新しい位置に おいても静止ラック歯８がピボットシャフト３の回転を阻止する。静止ラック歯 ８および軸受ガイド９は基部１０に固定され、ピボットシャフト３は軸受ブロッ ク１１に回転可能に取り付けられる。ピボットシャフト３の制御経路の１つの実 施例が示されており、これにおいて軸受ブロック１１は軸受ガイド９の軸受面１ ２をスライドする。静止ラック歯８および軸受面１２を整合するために、軸受ガ イド９はシムを使用して高さを調整される。この代わりに、下側の軸受面１２が 静止ラック歯８と置き換えられることができる。ピボットシャフト３は軸受ガイ ド９内で回転を許される一方、歯付きコグ１３は静止ラック歯８と接触状態に保 持されて、ピボットシャフト３の移動および回転が同時に起こるように保証して いる。軸受ブロック１１には駆動ラック歯１４が固定されており、アクチュエー タ１５で作動されて、軸受ブロック１１を軸受ガイド９内で前後にスライドさせ るようになす。（更に詳しくは第３図を参照されたい。）第１図に明瞭に見られ るように、カム端部およびロッカーアームのバルブ調整端部は形状および機能が 既存の多くのエンジンにおいて従来のロッカーアームに使用されているそれらと 同じである。 第２（ａ）図では、ピボットシャフト３が転動して、バルブ４の最大リフト量 の位置へ移動されている。ロッカーアーム比は、位置ａおよびｂの間の距離（ａ −ｂと表される）と、位置ａおよびｃの間の距離（ａ−ｃと表される）で与えら れる。したがって、カムリフト量の倍率は（ａ−ｂ）／（ａ−ｃ）である。 典型的には、この値は１．２〜１．８の範囲にある。ロッカーアーム２が歯付 きコグ６上を枢動すると、位置ａは僅かに移動する。歯付きコグ６の半径は、ラ ック歯５の曲率に比して十分に小さくされて、カム１の作動時に距離（ａ−ｂ） および（ａ−ｃ）が大きく変化しないようになされねばならない。 第２（ｂ）図では、ピボットシャフト３は転動してバルブ４の最小リフト量の 位置へ移動されている。ロッカーアーム比は、ここでは（ａ’−ｂ）／（ａ’− ｃ）で与えられ、第２（ａ）図の幾何形状に関するよりも小さくなる。ロッカー アーム２の上面のラック歯５を定めている円弧は、カム１とロッカーアーム２と の接触点、および調整器１６とバルブステム４の頂部とで決定される。 本明細書の請求項におけるピボットシャフト３の静止ラック歯８またはロッカ ーアームラック歯２上での「転動」の参照は、上述のこの作用を説明するもので あって、ピボットシャフトはラック歯と係合して、その枢動位置を変化させると きに同時に転動する。転動は必須である。何故なら、ピボットシャフト３がそれ ぞれの歯でラックと係合するからである。更に、ピボットシャフト３とロッカー アーム２または静止ラック歯８との間に滑りがないことを保証するので、このよ うな転動が好ましい。更に大切なことは、ロッカーアームの長さに平行な方向に ロッカーアーム２が全く移動できないことであり、このような動きはロッカーア ーム２がピボットシャフト３上で揺動されたときに、ヘッドとの干渉を引き起こ したり、またはバルブの作動に悪影響を与えかねないのである。この歯付きピボ ットシャフトおよび組み合うラック歯と同等の、例えば摩擦装置、または歯車係 合や、またはピボットシャフト３とロッカーアーム２および静止ラック歯８との 間の滑りを防止する他のいずれかの装置のような、他の機構が当業者に明白とな ろうことは認識できる。 第３図は、軸受ガイド９の２つの軸受面１２の間をスライドする軸受ブロック １１の１つの実施例を示しており、これらの構成要素は図面を明瞭にするために 軸方向に分解されている。２つの軸受面がピボットシャフト３が移動する経路を 定めており、また静止ラック歯８の形状と同心とされている。軸受ブロック１１ はピボットシャフト３が自由に回転するのを許している。調整可能なラック歯１ ４は軸受ブロック１１の一部であり、可逆アクチュエータ１５によって作動され るときに軸受ブロック１１が軸受面１２に沿って移動できるようにしている。該 可逆アクチュエータは、モーターまたは他の機械的または電気的な装置のような エンジン速度に応答するいずれかの適当手段によって、回転される。可逆アクチ ュエータ１５は軸受ガイド９に対して固定されて保持され、図示実施例ではその 回転軸線はピボットシャフト３に平行である。ラック歯１４は、アクチュエータ １５または軸受ガイド９のいずれかに取り付けられたスイッチを位置決めするよ うに作用する適当なストップを有して、軸受ブロック１１を軸受ガイド９に対し て停止させるようにすることができる。可逆アクチュエータ１５が回転すると、 ガイドブロック１１は軸受面１２の間をスライドする一方、ピボットシャフト３ は静止ラック歯８および補完的な歯付きコグ１３が噛み合うことによって回転す る。したがって、ピボットシャフト３は、その移動経路が軸受面１２の形状にし たがう間、回転する。この移動は、ロッカーアーム２の上面のラック歯５と歯付 きコグ８との間の枢動点を所望されるように移動させる。駆動ラック歯１４およ びアクチュエータ１５で具現されたこの移動機構は適当な流体作動手段で置き換 えられて、軸受ブロック１１を軸受面１２に沿って前後に押圧するようにできる 。 第４図はプッシュロッド作動バルブに適用した場合の機構の立面図を示す。作 動は上述で説明したのと本質的に同じであり、ここではカムシャフトはプッシュ ロッド１８およびカム従動子１９を経てロッカーアーム１７と相互作用する。 バルブはフィンガ従動子によって作動されるようになされたオーバーヘッドの カム配置が第５（ａ）図に配置されている。この幾何形状においては、カムおよ びバルブは枢動点の同じ側に配置され、ロッカーアームの場合のように反対側で はない。ピボットシャフト３に作用する力は、これにおいてはロッカーアームの 場合と反対方向になり、ラック歯５はここでは従動子２０の下面に配置される。 ロッカーアーム比の範囲は、フィンガ従動子の幾何学的配列ではロッカーアーム の場合よりも大幅に制限される。最小ロッカーアーム比は、非常に長い従動子を 有して１である。この結果、この幾何学的配列はロッカーアームの幾何学的配列 の場合のバルブの相および持続時間を超えて更に制御することはできない。第５ （ａ）図では、ピボットシャフト３はその最も内側の位置にあり、バルブ４に最 大リフト量を生じる。第５（ｂ）図では、ピボットシャフトはその最も外側の位 置へ移動しており、バルブ４に最小リフト量を与える。ロッカーアームの幾何学 的配列に関して第３図に示されたものと同様な、静止ラック歯を備えた適当なガ イド構造および作動機構が使用されて、この幾何学的配列のためのピボットシャ フト３の移動を制御するようになされる。 第６図は、静止ラック歯８および軸受面１２に対して円形状を維持する間に、 バルブ間隙がどのように制御されるかを示す。軸受ブロック１１が軸受面１２上 をスライドするために同心の上側面および下側面を有するならば、このような形 状は円形であることが望ましい。軸受ブロック１１が自体と軸受面１２との間に ニードルローラ軸受または他の同様な線接触を有するならば、僅かな非円形経路 も許容できる。第６図において、最大バルブリフト量に関するピボットシャフト の接触点２１ａは、静止ラック歯８で定められるような軸受面１２と同心のピボ ットシャフト３の移動経路を示す円弧２１上に位置する。円弧２２は、ピボット シャフト３が最大リフト量の位置にあるときの、ロッカーアーム上のラック歯５ の経路を示す。この例では、円弧２１および２２は点２１ａおよび２２ａで一致 する。ピボットシャフト３が円弧２１上の点２１ｂで示される最小バルブリフト 量の位置へ移動すると、ロッカーアームのための円弧２２上の点２２ｂは円弧２ １上の点２１ｂへ向けて集中するように強制される。位置２１ｂおよび２２ｂの 間隔距離は、調整間隙が減少されるであろう量である。典型的には望まれる間隙 の減少は円２１および２２の半径に比べて格段に小さいので、ピボットシャフト の接点位置による間隙は線形に変化するようになす。 第７（ａ）図はクランク角度に対するリフト量の３つの曲線を示している。こ れらの曲線は吸気バルブに関するもので、バルブは上死点前（ＢＴＤＣ）１５° で開き、下死点後（ＡＢＤＣ）４８°で閉じる。上側の曲線は１．６：１のロッ カーアーム比に関する本質的に標準のバルブリフト量を示している。中央の曲線 はカムリフト量、すなわち単純に１：１のロッカーアーム比であり、リフト量は 標準のリフト量の０．６２５倍であるとして示されている。下側の曲線は、０． ４：１のロッカーアーム比で生じたリフト量、すなわち標準リフト量の４分の１ を示している。再び説明するが、ここに示すリフト量は標準リフト量に丁度４分 の１を掛けたリフト量を示している。ここで関心のもたれるのは、調整間隙とバ ルブの開閉角度との間の関係である。実際に、バルブリフト量が変化されると、 調整間隙が比例的に変化するのでなければ、バルブの開閉のタイミングは変化す る。この例では、リフト量がカムリフト量の１．６倍からカムリフト量の０．４ 倍まで減少すると、間隙は同じ量だけ、すなわち４の計数だけ減少する。このこ とは、リフト量が最大値から最小値へ減少するにつれてピボットシャフト３とラ ック歯５との接触点がバルブの調整間隔を減少させるということを軸受面１２に よって示される経路が保証する、ということを含む。第６図および上述の説明を 参照されたい。 軸受面１２および静止ラック歯８に関する円筒形経路の位置は、間隙がどのよ うにバルブタイミングに影響するかを理解するのに助けとなる良い例を与える。 典型的に、このようなバルブ設定は、１．６：１の標準ロッカーアームで、吸気 バルブに０．１５ｍｍの間隙を有することになる。このことは、カムの実際のリ フトが始まる前のカムのテークアップランプ（take-up ramp）は０．０９４ｍｍ であることを意味する。同じ間隙でロッカーアーム比が０．４：１に減少すると 、このテークアップランプは間隙の０．０３８ｍｍを吸収するだけで、残りの０ ．１１２ｍｍは取り上げ（テークアップ）られるまでに約２５°のクランクシャ フトの回転角度を必要とし、バルブの開きを遅らせ、閉じを進める。減少された リフト量、それ故に遅いバルブの開きおよび速いバルブの閉じが低エンジン速度 で生じる。この結果、テークアップランプを超えてのバルブ作動、特にバルブの 加速は、そのようなタイミングの変化が実際的な範囲内に保たれるならば、高エ ンジン速度で生じるようには問題にならない。この結果として、調整間隙はピボ ットシャフト３の位置で変化されて、リフト量によりバルブの相および持続時間 の望まれる変化量を生じるようになされる。 第７（ｂ）図は、バルブの相および持続時間に対する一定した調整間隙の影響 を示している。リフト量の比を１．６：１から１．０：１へ減少させることによ り、バルブの開きは１４°遅くなる（対称的なカム形状の場合には、この結果と して、バルブの閉じは１４°早くなる）。リフト量の比を更に１．６：１から０ ．４：１まで減少させると、タイミングの変化は各作動で２５°変化し、バルブ の持続時間は標準形状の場合から５０°ほど減少する。非対称のカム形状は、開 き角度および閉じ角度の変化が相違すべきことを要求される場合に使用される。 フィンガ従動子の幾何学的配列は第７（ｂ）図の上側の２つの曲線と同様な比 を生じて、１４°以上にバルブ作動が変化するようになし、また２８°以上に持 続時間が変化するようになす。 この設計の１つの結果として、従来の妥協した設計で使用されるよりも大リフ ト量で、吸気バルブおよび排気バルブの一方または両方における早い開きおよび 遅い閉じと組み合わされるカムが使用されるようになる。相および持続時間の変 化は低エンジン速度でエンジン特性を制御し易くする。したがって、本発明はバ ルブ作動のリフト量およびタイミングにかなり大きな融通性を与える。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ットシャフトの移動経路は、円形とされるか、またはそ の円弧の近く、しかし全くその上に乗らない位置にされ る。円筒形の経路を維持しつつ調整間隙を変化させる１ つの手段は、ロッカーアームまたはフィンガ従動子のラ ック歯、および静止ラック歯および軸受ガイドを定める 円の中心を偏心させることである。調整間隙とピボット シャフト位置との相関関係は制御された相および持続時 間の変化を生じる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． カムシャフト上のカムに応答して内燃エンジンのバルブの開き範囲を変 化させる装置であって、ラック歯を備えた本体を有するロッカーアームと、前記 カムと接触するカム従動子と、前記バルブを開くように作動させるアクチュエー タと、ロッカーアーム本体のラック歯と噛み合う１組のロッカーアーム係合歯を 有するピボットシャフトとを含み、カム従動子がカムによって移動されるときに ロッカーアームが前記ピボットシャフト上で揺動されてバルブを開閉するように なし、ピボットシャフトの位置はロッカーアーム係合歯のピボットシャフトの組 がロッカーアーム本体のラック歯と係合されるときに調整されて、ロッカーアー ム本体の揺動を調整し、これによりバルブの開き範囲を調整するようになす装置 。 ２． 請求項１の装置であって、静止ラック歯を更に含み、またピボットシャ フトは静止ラック歯と係合する１組の歯を含み、ピボットシャフトは静止ラック 歯に沿って転動可能である装置。 ３． 請求項２の装置であって、ピボットシャフトが回転可能に取り付けられ るピボットシャフトガイドを更に含み、ピボットシャフトガイドの位置がピボッ トシャフトを調整可能に転動させるために調整可能である装置。 ４． 請求項３の装置であって、ピボットシャフトガイドがガイド取付部と、 枢動アームに係合されて該取付部にスライド可能に取り付けられたブロックとを 含み、これにより該取付部上のブロックのスライドがピボットシャフトを転動さ せる装置。 ５． 請求項４の装置であって、ブロックがブロックラック歯を含んでおり、 また該ブロックラック歯と係合する回転可能な歯付きブロックシャフトを更に含 み、これによりブロックシャフトの回転が取付部を通るブロックのスライドを行 わせる装置。 ６． 請求項４の装置であって、バルブとアクチュエータとの間にバルブ間隙 が形成され、該間隙はピボットシャフトの転動に拘わらずに実質的に一定してお り、またバルブの開閉がロッカーアームの揺動によってタイミングをとられる装 置。 ７． 請求項６の装置であって、枢動アームが第１位置へ転動されるとき、ピ ボットシャフトが該第１位置とは異なる第２位置へ転動されるときに比べて、バ ルブの開きが進められ、バルブの開き範囲が増大され、バルブ閉じのタイミング が遅らされる装置。 ８． 請求項７の装置であって、エンジンが第１速度であるときにピボットシ ャフトが前記第１位置へ転動され、エンジンが第１速度よりも遅い第２速度であ るときにピボットシャフトが前記第２位置へ転動される装置。 ９． 請求項６の装置であって、ロッカーアームラック歯が円弧を定め、また ピボットシャフトがロッカーアームラック歯円弧と実質的に同心のピボットシャ フト円弧を転動する装置。 １０． 請求項４の装置であって、バルブおよびアクチュエータの間にバルブ 間隙が形成され、該間隙はピボットシャフトの転動で変化され、またバルブの開 閉がロッカーアームの揺動でタイミングをとられる装置。 １１． 請求項１０の装置であって、ピックアップが第１位置へ転動されると き、該第１位置とは異なる第２位置へピボットシャフトが転動するときに比べて バルブの開きのタイミングが大きく進められることはなく、バルブの閉じのタイ ミングが大きく遅らされることはない装置。 １２． 請求項１１の装置であって、ピボットシャフトの転動で定められた円 弧と同心の円弧をロッカーアームラック歯が定めない装置。 １３． 請求項１２の装置であって、ピボットシャフトがピボットシャフト円 弧を転動し、ロッカーアームラック歯が円弧を定めるが、ピボットシャフト円弧 およびロッカーアームラック歯円弧が非同心である装置。 １４． カムシャフト上のカムに応答して内燃エンジンのバルブを作動させて その開き範囲を変化させる方法であって、ピボットシャフト上のロッカーアーム の揺動を変化させてバルブの開き範囲を変化させるために、ピボットシャフト上 で揺動するロッカーアームの１組の歯でピボットシャフトを調整可能に転動させ る段階を含み、ロッカーアームは前記ピボットシャフト歯と係合するラック歯を 備えた本体を有し、また前記カムと接触するカム従動子と、バルブを作動させる アクチュエータとを含み、ロッカーアーム本体上のピボットシャフトの位置がア クチュエータで作動されるバルブの開き範囲を変化させるために調整可能であり 、またピボットシャフト上でのロッカーアームの揺動で前記バルブを開閉させる 段階を含む方法。 １５． 請求項１４の方法であって、ピボットシャフトが静止ラック歯と係合 される１組の歯を含み、またピボットシャフトを転動させる前記段階が静止ラッ ク歯に沿ったピボットシャフトの転動を含む方法。 １６． 請求項１５の方法であって、ピボットシャフトがピボットシャフトガ イドと回転係合され、また前記ピボットシャフトを転動させる前記段階がピボッ トシャフトガイドを移動させて行われる方法。 １７． 請求項１６の方法であって、ピボットシャフトガイドが取付部にスラ イド可能に取り付けられたブロックを含み、該ブロックが取付部を通してスライ ド移動されるようにブロック駆動装置と係合される方法。 １８． 請求項１７の方法であって、ブロックがブロックラック歯を含み、ま たブロック駆動装置がブロックラック歯と係合された回転可能な歯付きシャフト であり、前記ピボットシャフトを転動させる段階が回転可能な歯付きシャフトの 回転で行われる方法。 １９． 請求項１４の方法であって、バルブとアクチュエータとの間にバルブ 間隙が形成され、また前記ロッカーアーム上の前記ピボットシャフトの転動段階 がバルブ間隙の調整段階を含む方法。 ２０． 請求項１４の方法であって、バルブの開閉がロッカーアームの揺動で タイミングをとられ、またピボットシャフトが第１位置へ転動されるときに、該 第１位置と異なる第２位置へピボットシャフトが転動するときに比べてバルブ開 きのタイミングが進められ、バルブの開き範囲が増大され、またバルブ閉じのタ イミングが遅らされる方法。 ２１． 請求項２０の方法であって、前記ピボットシャフトが前記第１位置に あるときには、該ピボットシャフトが前記第２位置にあるときに比べて、前記エ ンジン速度が増大される方法。