JPH09506404A - 可変自在な弁の調時 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 中空軸（１０）と、その中空軸にジャーナル接続されカムに回転状に取付けられたスリーブと、第１ピボットピン（１８）により中空軸（１０）に接続され第２ピボットピン（２０）によりスリーブに接続されるカプリングヨーク（１６）と、ヨーク（１６）を中空軸（１０）とスリーブとの間で位相変換を行うため放射方向へ移動させる手段とで成る弁操作機構であって、前記ヨーク（１６）を放射方向へ移動させる手段は、中空軸に摺動自在に受入れられた駆動杆（２４）と、その駆動杆（２４）にあるカム面と、駆動杆（２４）の軸方向の動きに応答してヨーク（１６）を放射方向へ移動させるため中空軸（１０）のほぼ放射方向の穴を通って貫通するプランジャー（２２）とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】 可変自在な弁の調時 本発明は、弁が開閉するクランク角を変化させることのできる内燃機関の弁列 に関する。 本発明は、弁事象の継続時間を変化させないように開閉用クランク角の等しい 位相変換を達成するために、またはその弁事象を継続時間を変化させるように弁 の開閉時間の位相を相対的に変化させるために使用される。 周知のように、弁の調時はエンジンの性能に大きく影響を与え、エンジンの操 作条件次第で最適の設定が変化する。種々の操作条件のもとで性能を最適状態に するためには、弁の調時を変化させ得る必要がある。 可変自在な弁の調時の最も簡単な形は、排気弁に対して流入弁の位相を変化さ せることによって達成される。もっと複雑なシステムは、弁事象の継続時間を変 化させようとするものであり、これは輪郭の異なるカムを使う場合と同じである 。 従来、可変自在な位相変換を行うものや、弁事象の継続時間を可変自在にする もののように、種々の可変自在な弁調時システムが提案されてきた。これらのシ ステムは種々の問題を有する。或るシステムは、実現可能であるけれども、それ を実行するにはコストがかかりすぎる。また或るものは過度に摩擦を生じさせた り、確実性に欠ける。さらに、多くのものは、現存のエンジンに変形として取付 けることができないので弁列やシリンダヘッドの多くを設計し直す必要があった 。 出願人に最も関係の深い従来技術は、ＧＢ−Ａ−2,247,061 である。この文献 は、受動カム軸に対して相対的に回転するスリーブに形成されたカムを示す。カ ムスリーブとカム軸との間は、ばねで押圧される空まわりカプリングの形として 作用するようにカムスリーブの窪部に嵌合するばね式プランジャーによって連結 される。このことは、或る操作条件のもとで、弁事象の継続時間を失くすことが できるように、弁ばねによってかけられる反動力によりカムスリーブを移動させ ることを可能とする。 本発明によれば、弁操作機構は、中空軸と、中空軸にジャーナル接続され、カ ムと回転するように取付けられるスリーブと、第１ピボットピンにより前記中空 軸に接続され、第２ピボットピンによりスリーブに接続されるカプリングヨーク と、前記中空軸とスリーブとの間で位相変換を行うためヨークを放射方向へ移動 させる手段とで成り、前記ヨークを放射方向へ移動させる手段は、中空軸に摺動 自在に受入れられる駆動杆と、その駆動杆のカム面と、中空軸にあるほぼ放射方 向の穴を貫通し、ヨークを駆動杆の放射方向の動きに応答してヨークを放射方向 へ移動させるプランジャーとで成る。 好ましくは、反対方向へヨークを移動させるために、２本のプランジャーを備 える。 ２本のプランジャーが何ら自由な遊びなしにヨークを駆動させる場合、駆動杆 を移動させることによって、可変自在の位相変換を達成する。他方、プランジャ ーの端部とヨークとの間に自由な遊びがあれば、この自由な遊びは、一旦、カム の突出部が弁の完全な上昇位置を越えるとヨークを加速させることができる。 以下、添付図面に関連しながら実施例により本発明を説明する。 図１は、図２の断面I-I に沿ってとった可変自在な事象調時用のカム軸の断面 図である。 図２はカム軸の軸線を通過する。図１のII-II 線に沿ってとった断面図であっ て、両プランジャーはその充分な伸長位置で示されている。 図３は図２の類似図であって、本発明のもうひとつの実施例を示す。 図４と図５は、図２の類似断面図であって、プランジャーを移動させることに よって可変自在の事象の調時が達成される。 図６，７は図４，５の弁事象の所望の変化を達成するために、駆動杆によるプ ランジャーの動きを示す。 図８は、弁事象の継続時間を変化させることなしに、可変自在な位相変換のみ を達成する実施例の図１の類似図である。 図９，１０は、図８のIII-III 線に沿ってとった、図４，５の断面の類似図で ある。 図１１，１２は図６，７の類似図であって、図８の実施例の駆動杆のカムの輪 郭を示す。 図１３はもうひとつの実施例の詳細図を示し、摺動ブロックはヨークのピボッ トの両方と関連して、そのヨークを浮揚させ、それ自身の位置を発見させるよう に仕組まれている。 図１〜７において、カム軸組立体は、中空軸１０と、その中空軸１０に関連し て取付けられたカラー１４とで成る。スリーブ１２は中空軸１０のまわりにジャ ーナル接続され、１個以上のカム１５を支持する。 カムスリーブ１２とカラー１４との間の連結は中空軸１０を包囲し、ピボット ピン１８によりカラー１４に接続されるヨーク１６を介して確立される。ヨーク １６はまた、ピボットピン２０と摺動ブロック２１とによりスリーブ１２に連結 される。ヨーク１６はカム１５にかかる反動力の作用のもとで、軸１０に対して 横方向へ、即ち放射方向へ移動することができる。そのような動きの幅は、軸１ ０の放射方向の穴を貫通し、かつ、中空軸１０内を軸方向へ摺動する駆動杆２４ のカム面２６（図６，７参照）上に位置するプランジャー２２により制限される 。駆動杆２４の軸方向の動きにより、図６，７から分かるように、プランジャー ２２は対称的に放射方向へ移動し、これらは順次ヨーク１６の内面上の弧状シュ ー３２によって動きが与えられる。 使用時、エンジンが高速で、或いは高負荷で運転される時、駆動杆２４は図７ に示す位置へ移動する。この図は、図２に示す位置にも対応する。プランジャー ２２は完全に伸長し、弁事象の継続時間が一定するように、カラー１４とカムス リーブ１２との間に空動きをしないでしっかりした連結を与える。 空回り状態や低負荷状態のもとでは、駆動杆２４は図６に示す位置へ向って移 動する。この位置でプランジャー２２は完全に引っ込んだ位置にある。プランジ ャー２２のこの位置において、カムスリーブ１２に作用する正味トルク次第では 、ヨーク１６は図４及び図５に示す位置のいずれか一つを呈する。最初に弁がヨ ーク１６を開き始める時、それは図４に示す位置にある。その位置において、カ まで、ヨーク１６はこの位置のままであるが、ヨーク１６は完全な上昇位置を通 過した後、図５に示す位置へ向って移動する。その位置ではヨーク１６は４０° も前進することができる。 図４の位置から図５の位置への変換は弁ばねの反動から生じる力によって生じ る。その結果生じたトルクは、シュー３２をプランジャー２２の端部のまわりで 揺動させる。その時、ピボットピン１８のまわりに位置する押圧用板ばね３４は 、常時、接触が保持されることを確実にする。従ってシュー３２とヨーク１６の 内面との間で永久的接触が生じる。その端部位置間でヨークが移動する時、接触 線はローリングする。接触点のそのようなローリングは、より静かな操作を生じ させ、次第に中心へ向って移動する接触点でオイル層によってノイズが更に抑制 される。ヨーク１６の内面にシューが完全に着座するとき、それらは正のストッ プとして作用し、ヨークがそれ以上動かないように妨げる。板ばね３４の目的は シュー３２が常時ヨークの内面と、さらにプランジャー３２の端部と接触してい ることを確実にすることである。 弁が完全に着座した後、次の操作周期に備えて、ヨーク１６を図４の位置へ戻 す必要がある。これは、カムスリーブ１２をその基準位相位置へ向ってカムスリ ーブ１２を押圧するように働くカラー１４のまわりに適合したコイルばね４０に よって行われる。 図３の実施例は、ばね力がシュー３２に作用する作用の仕方が、図２，４，５ の実施例とは異なる。板ばね３４がシュー３２の端部に直接作用する代わりに、 コイルばね３４’の力は、固定ピボットのまわりに装着された一対の揺動部材３ ６によりシュー３２へリレーされる。この実施例においてコイルばねは、板ばね より疲労抵抗が強いが、更なる揺動部材３６を備えるためにコストが高くなる。 図１のカム軸組立体が、中空軸１０上にカムスリーブ１２とカラー１４とを摺 動させることにより次第に組立られる。カラーは中空軸１０上でカムスリーブ１ ２の通過を妨げないようなロールピン、又はウッドラフキーにより軸にキー止め される。プランジャー２２は中空軸１０の穴を通って放射方向へ挿入され、最初 に中空軸内へ挿入される駆動杆２４のカム２６と接触する。その後、シュー３２ がプランジャー２２の端部上に載置される。関連するカム軸１２の摺動ブロック ２１に位置づけられたヨーク１６は、それから完全な下組立体として摺動され、 ピン１８のまわに位置し、同時にシュー３２を保持する。 図８〜１２の実施例は、多くの点で図７の実施例と同じであるので、反復を避 けるために同一部材は同一符号で示し、変形要素にはダッシュ符号をつけて示し た。 図８〜１２のカム軸組立体は、図１〜７のものとは異なる。第１にこの第２実 施例では、駆動杆２４’は弁事象の継続時間を変えることなしに、可変自在な位 相変換を行うように設計される。第２に、プランジャーの端部にあるシューは、 スペースとコストの節約のために省略した。この第２実施例の場合のノイズは、 弁事象の崩壊を生じさせるほど空動きが生じる時ほど重大問題ではない。摩擦か ら生じるそのような少量のノイズは、プランジャーの一方、又は両方の長さの自 動調整により軽減することができる。これは機械的に、或いは周知の油圧タペッ トを使って行われる。 図８において、中空カム軸１０は、カラー１４’にキー止めされる。このカラ ーは、この場合、カム軸のベアリングの内側レースを構成する。 ピン１８はカラー１４’内へ挿入され、その上に図８では、ハッチングで示す ヨーク１６’がピボット接続される。ヨーク１６’の放射方向の溝内で摺動自在 なスライダー２１は、ピン２０を受入れており、このピン２０は中空軸に回転自 在に支持されたカムスリーブ１２内に押入される。駆動杆２４’は中空軸１０の 中心に沿って挿入され、そしてプランジャー２２’と接触するカム面２６’を有 する。プランジャー２２’は、この場合、図９，１０に示すように、ヨーク１６ ’の内面と直接接触する。 図９，１０から判るように、ヨーク１６’の横方向への動きは、カラー１４’ に対してカムスリーブ１２の位相を変化させる。この動きは図１１，１２に示す ように駆動杆２４’を摺動させることによって行われる。この実施例において、 両カム面２６’間の距離は一定しているので、プランジャーが移動する時、それ らはヨーク１６’を横方向へ単に切り換えることにより弁事象の継続期間を変え ないで所望の位相変換を生じさせる。 図８に示すカム軸もまた、第１実施例に関連して前述したように、一端から組 立られるが、この場合、その組立体は図８の右側から組立てが行われると仮定す れば、プランジャー２２’の挿入を可能にするようにスリーブ１２をその最終的 所望の位置より右へさらにわずかだけ移動させ得るようにする必要がある。その ような動きを可能とするために、スプリットスペーサー４２が備えられ、これは 、隣接する位相変換機構が両方とも組立てられた後、中空軸のまわりに位置づけ られる。図９に示すように、駆動杆２４’のカム輸郭２６’は、ヨーク１６’が ピン１８のまわりでピボット回転する時、ヨーク１６’の姿勢の変化を考慮に入 れる必要がある。図１３に示すもうひとつの実施例の場合、ピン１８はまた、ス ライダーブロック４０に関連し、そのスライダーブロック４０はヨーク１６”を 浮揚させ、駆動杆２４”のカム面を互いに平行させることができる。 本発明に使用するヨークカプリングは、カム軸の外側にヨークピボット点を位 置づけ、ひいてはその半径を増大させることにより、カムが移動する角距離の増 大を可能にする。 現在、ヨークはその一層小さい接続半径のカムをそれ自体の限界以上に移動さ せることを可能にする。 かくして、第２実施例で述べたように、そのようなヨークカプリングを軸受ハ ウジング内に納めることができる。その際、カムの高さを半径に等しくする。こ れが、例えば内部ＥＧＲのモジュレーションのように、あらゆる条件のもとでエ ンジンの運転に効果的に影響を与えるために必要な弁の調時の範囲を達成する。 かくして、多くのエンジンの形態にそれを適合させること可能とする。ハウジン グとヨークの半径が大きくなればなるほど、増加度もそれだけ大きくなる。トン ネルに取付けられたカム軸のベアリング内に包み込まれるほとんどのハウジング の直径の範囲内で、４０以上を達成することができる。これは、クランク軸に対 して８０以上を表わす。 本発明において、大型ベアリング内のスペースを利用することによって、或い は両ベアリング間の狭いカプリングを納めるために放射方向のスペースがあるよ うな場合、事象の変化（ＶＥＴ）と位相の変換（ＶＶＴ）を混合した範囲までも 、単一のカム軸組立体において流入カムと排気カムとの両方を個々に変化させる ためカプリングを包装することができる。さらに、ツインカム型でマルチ弁の流 入又は排気カム軸で個々の突出部を互いに無関係にコントロールすることができ 、そして、位相切換え装置を使ってＶＥＴ効果をシミュレートすることもできる 。これは妥協の産物としてのアプローチであるが、本システムに固有の可撓性を 特徴とする純粋な位相変換に対して重要な効果を提供する。 しかしながら、カム（流入及び排気）の種々の角位置と、これがコントロール 時、プランジャー位置を有するという効果とは、角度と放射方向の変換との両方 に対応するように断面が円形の駆動杆に斜路を必要とする。これは駆動杆をわず かばかり弱めてしまうが、それが問題となるほどではない。 カムの継続時間を変化させるための遊び動きによるアプローチは、本発明を他 のＶＥＴシステムから区別する。その他の方法はピークの力のみを考慮に入れる が、この遊び動きのアプローチはまた弁を再度着座させた後、そのカムを通って 伝達されるトルク力をも考慮に入れなければならない。 ポペット弁列は、必要な期間内に弁を開閉する輪郭を有しているカムによって 操作される。これらの輪郭は、弁がその座部から持ち上げられる時、応力を最小 限に保ち、その輪郭へ引込み線として見ることのできるランプ角をもってスター トし、終了する。或いはその輸郭は弁が再び着座する時衝撃速度を最低限に抑え る。ランプ角はその性質上、カムは弁を駆動するが、その弁はカムを駆動するこ とができないということを意味する片道のみの働きをする。 弁がカムを有効に駆動する範囲以外の接触半径は、そのランプ角の外側の１〜 ２°でスタートする。明らかに、カム従動部材がカムのランプ角に達する前に遊 び動きを完了するために、力を弁ばねから戻す必要がある。これを達成するため に特に大きな事象の変化が必要とされる時、全てがばねの力に影響を与えるよう なカプリングの慣性は、最小限に保持されねばならない。特に、主戻りばねは、 ランプ角を通して弁をその座部から持ち上げるほどの角力を配するものであって はならない。 カムが移動できる角距離を大きくするためにヨークを使用することもまた、可 能である。この特徴はヨークの力学的な操作に対して有用であり、特にそのロッ クアップモードにおけるＶＥＴ組立体に対して効果的である。また、プランジャ ーとヨークとの間で連続接触が必要なところでは、位相変換システム（ＶＶＴ） にとって効果的である。その両方の応用において、プランジャーを横切って生じ る小さなトレランス振動は、そのプランジャーのまわりの肉薄部分を横切って非 常にわずかだけ生じさせるようなヨークの力により吸収することができる。 ＶＶＴとＶＥＴの両システムは同じコントロールアプローチを使用することが できる。カム軸駆動スプロケット内に油圧又は機械式サーボ装置を採り入れるこ とができる。これは、連続プロセスとして或いは多くの別個の位置として駆動杆 を移動させるために配置して、変化するエンジンのニーズに調和させる。そのサ ーボシステムをコントロールするためにエンジンマネージメントシステムをプロ グラムすることもできる。全ての弁列システムは、カム軸の設計をねじりで研究 する必要がある。これを容易にするために、本発明は非常に強力で堅固な主要軸 のまわりに存在し、全ての可動部品の設計は、この研究特性を維持する方向に向 っており、かくして最大限の丈夫さと確実性が保証される。この一般特性は全て のシステムにとって共通の基本設計であるのでその一般特性は全ての応用例に固 有のものであって、それらがどのように包装されるかについては関係ない。その 製造のための設計を適用して、最も最近の製造組立て技術を応用することができ るので、確実かつ経済的な製品を保証する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランスフィールド，ティモシー，マーク イギリス国 オックスフォード オーエッ クス６ ８ティーエル，バイセスター，ウ ェストン−オン−ザ−グリーン，ニュー バーン ファームハウス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．中空軸と、その中空軸にジャーナル接続され、カムと回転状に取付けられた スリーブと、第１ピボットピンにより中空軸に接続され、第２ピボットピンによ りスリーブに接続されるカプリングヨークと、中空軸とスリーブとの間で位相変 換を行うためにヨークを放射方向へ移動させる手段とで成り、前記ヨークを放射 方向へ移動させる手段は、中空軸に摺動自在に受入れられた駆動杆と、その駆動 杆にあるカム面と、駆動杆の軸方向の動きに応答してヨークを放射方向へ移動さ せるため中空スリーブにあるほぼ放射方向の穴を貫通するプランジャーとで成る 弁操作機構。 ２．ヨークを反対方向へ移動させるために、２個のプランジャーを備えた請求項 １に記載の弁操作機構。 ３．駆動杆のカム面は、２個のプランジャーがいかなる時にも実質的に自由な遊 びがない状態でヨークを駆動するように仕組まれており、それによって、駆動杆 を移動させることにより、可変自在な位相の変換が達成されるようにした請求項 ２に記載の弁操作機構。 ４．駆動杆のカム面は、プランジャー端とヨークとの間に自由な遊びが存在する ように仕組まれており、それによって、カムの突出部がカムによって駆動される エンジン弁のステムを一旦通過すると、ヨークが加速され、それによって弁の開 口事象を失くさせることができるようにした請求項１又は２に記載の弁操作機構 。 ５．プランジャーとヨークとの間に弧状シューが備わっているような、前述の請 求項のいずれかに記載の弁操作機構。 ６．プランジャーの端部のまわりで弧状シューをピボット回転させ、各弧状シュ ーの一端をヨークと永久的に接触させるため、弧状シュー弾性バイアスをかける 手段を備えているような請求項５に記載の弁操作機構。 ７．前記弾性バイアスをかける手段は、板ばねで成るようにした請求項６に記載 の弁操作機構。 ８．前記弾性バイアスをかける手段は、それぞれの揺動部材により弧状シューの 端部に作用するコイルばねで成るようにした請求項６に記載の弁操作機構。 ９．前述の請求項のいずれかに記載の弁操作機構を有する内燃機関。