JP2002513882A - バルブの開閉時期が可変なポペットバルブ装置 - Google Patents

バルブの開閉時期が可変なポペットバルブ装置

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Abstract

(57)【要約】 各々がバルブ（１）を交互に作動させるロッカーアセンブリを作動させる、少なくとも２本のカムシャフト（１４、１５）を回転させるための駆動手段（１３、１６、１７）を有する、内燃機関の少なくとも２つのバルブ（１）のための作動装置。該駆動手段は、エンジンのクランクシャフト（８）により動作可能に回転される駆動歯車（１３）を具備し、各々が少なくとも２本のカムシャフト（１４、１５）の各々の一つに備えられた２つの被駆動歯車（１６、１７）と動作可能に係合している。被駆動歯車（１６、１７）の各々が、サーボ手段によりそれらの各々のカムシャフトに沿ってスライドして移動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の属する技術分野 本発明は、内燃機関の燃焼シリンダの吸入と排出の双方のバルブの開閉時期と
開弁期間を変化させるための装置と方法に関する。
【０００２】 従来の技術 １９７６年以降の大多数の自動車用内燃機関は、燃料の特性を理由に「過早点
火」を防止するために物理的な圧縮を低下させる、吸気弁の開閉時期の遅角を必
要としている。普通には過早点火の問題は、他の内部の部品にとっては好ましか
らぬ時点で爆発が起こるときのように、燃焼シリンダの温度と圧縮が空気／燃料
混合体の燃焼の前のある点に達した時に発生する。近年燃料のオクタン価はずっ
と低下されつつあり、それは過早点火の問題を含んでいる。
【０００３】 早過ぎる点火を避けるためのバルブの開閉時期の遅角についての２つの欠点は
、「ガスの還流」と低速時のトルクの減少である。ガスの還流は、エンジンの回
転が低速である時に発生する問題である。低速回転時には燃焼室の圧力は、ガス
フローの慣性「ラム効果」を阻止する吸入管（吸入マニフォールド）のそれより
も高くなっている。エンジン製造者はこの問題を解決するため、エンジンの滑ら
かなアイドリングを保証するために、アイドリング速度を増加しなければならな
かった。これは、燃料消費と排出物の増大およびエンジン損耗の増大の問題を代
わりに生じた。
【０００４】 製造者は、過早点火の問題を制御するために物理的圧縮を低減する、吸気弁の
開閉時期を遅角したカムシャフトを開発した。そのようなよく知られたカムシャ
フトは、エンジンの性能を妥協して低下させた。
【０００５】 ある内燃機関の燃焼シリンダの動作過程において、カムシャフトがバルブを開
けるように作動する点とバルブを閉まるようにする点との間に「ドエル」が生じ
る。
【０００６】 「バルブオーバーラップ角度」として同様に知られた「バルブオーバーラップ
期間」は、エンジンの回転サイクル中で吸入と排出の双方のバルブが開いている
シーケンスである。 「開弁期間」とは、それらのバルブが開いたままの期間である。 高性能エンジンは、クランクシャフトが高速の時にピストンが著しい量の空気
と燃料を吸入出来るように、大きな「ドエル」と「バルブオーバーラップ期間」
を必要とするが、低速時には「ガス還流」はエンジンの性能を低下させる。低速
トルクは、ガスの還流を低減するためにドエルとバルブオーバーラップ期間を削
減することを必要とする。物理的圧縮を増大するために、吸気弁の閉止がシリン
ダの圧縮ストロークの早期に起こることが、同様に必要とされる。
【０００７】 いくつかの自動車製造者は、「開弁期間」は可変ではないもののバルブの開閉
時期は可変である機構を開発した。開弁期間は可変でない可変のバルブの開閉時
期に関わる問題点は、「ドエル」が一定にとどまるので、バルブが開いている時
点がバルブ閉止の時点に等しく影響することである。この一定のドエルは、実際
にはバルブの開閉時期の進角または遅角により得られる利点のいくつかを不利な
ものにする。
【０００８】 オーストラリア特許第６９５５９６号（ベントレイ）はポペットバルブを操作
する装置を開示し、それによってドエル、バルブの開閉時期およびオーバーラッ
プを可変に出来るようにした。その装置は、２本のカムシャフトを回転させる手
段、吸入カムシャフトおよび排出カムシャフトから構成されている。バルブの開
閉時期は、各々が各々のカムシャフトに関連し双方がサーボ機構と動作可能に接
続された、２つの太陽歯車の組により変化される。サーボ機構は、遊星歯車アセ
ンブリと動作可能に接続された環に作用する。このデバイスの欠点は、太陽歯車
アセンブリとサーボ機構はクランクシャフトとベルト（またはチェーン）ハブの
間に配置されアイドル歯車と動作可能に関連しているので、その装置をかなり複
雑化しコスト高とすることである。本発明の目的は、内燃機関の動作を改善する
ことである。
【０００９】 発明の概要 第一の態様では本発明は、内燃機関の少なくとも２つのバルブを作動させる装
置において、前記装置は少なくとも２本のカムシャフトを回転させるための駆動
手段を具備しており、前記２本のカムシャフトの各々は前記バルブを交互に作動
させるロッカーアセンブリを動作させ、前記駆動手段はエンジンクランクシャフ
トにより動作可能に回転される２つの駆動歯車を具備し、前記２つの駆動歯車は
前記少なくとも２本のカムシャフトの各々に取り付けられた２つの被駆動歯車と
動作可能に係合し、前記被駆動歯車の各々がサーボ手段により各々のカムシャフ
トに沿ってスライドして移動するようにされたバルブ作動装置からなる。
【００１０】 ある実施形態では、前記駆動歯車および前記２つの被駆動歯車がヘリカル歯車
であり、前記２つの被駆動歯車の各々のカムシャフトに沿ってのスライド移動が
それらの各々の回転の軸に平行である。
【００１１】 第二の態様では本発明は、内燃機関の少なくとも２つのバルブを作動させる装
置において、前記装置は少なくとも２本のカムシャフトを回転させるための駆動
手段を具備しており、前記２本のカムシャフトの各々は前記バルブを交互に作動
させるロッカーアセンブリを動作させ、前記駆動手段はエンジンクランクシャフ
トにより動作可能に回転される２つのヘリカル駆動歯車を具備し、前記２つのヘ
リカル駆動歯車は前記少なくとも２本のカムシャフトの各々に取り付けられた２
つのヘリカル被駆動歯車と動作可能に係合し、前記ヘリカル被駆動歯車の各々が
サーボ手段により各々のカムシャフトに沿って移動するようになっているバルブ
作動装置からなる。 望ましくは該サーボ手段は、電子制御ユニットにより動作可能に制御されてい
る。
【００１２】 望ましくは前記電子制御ユニットは、マニフォールド空気圧、エンジン温度、
クランクシャフト角度（回転位置）、カムシャフト角度（回転位置）および点火
等のエンジンのパラメータをモニターするようになっている多数のエンジンセン
サに動作可能に接続されている。 望ましくは該サーボ手段は、前記被駆動歯車の各々の一つと関連している少な
くとも２つのサーボユニットからなる。
【００１３】 望ましくは前記サーボユニットの各々は、互いに独立に前記ヘリカル被駆動歯
車をスライドして移動させるようにされている。 望ましくは該ヘリカル被駆動歯車は、スプラインを手段として該カムシャフト
の各々の両端またはその付近にスライド可能に備えられている。
【００１４】 第三の態様では本発明は、少なくとも２つのバルブを作動させる装置を有する
内燃機関において、前記装置は少なくとも２本のカムシャフトを回転させるため
の駆動手段を具備しており、前記２本のカムシャフトの各々は前記バルブを交互
に作動させるロッカーアセンブリを動作させ、前記駆動手段はエンジンクランク
シャフトにより動作可能に回転される２つの駆動歯車を具備し、前記２つの駆動
歯車は前記少なくとも２本のカムシャフトの各々に取り付けられた２つの被駆動
歯車と動作可能に係合し、前記被駆動歯車の各々がサーボ手段により各々のカム
シャフトに沿って移動するようになっている内燃機関からなる。
【００１５】 望ましくは本発明は、エンジンのトルク、出力、燃料消費および排出物を改善
するために、バルブの一つまたはそれ以上のカムシャフト作動の変更によりバル
ブの開閉時期と開弁期間を可変に出来るようにする。 望ましくは本発明は、バルブ操作の制御により「容積効率」の改善を提供する
。容積効率は、吸入サイクル過程で燃焼室へ導入された空気／燃料混合体を測定
してパーセントで表示したものである。
【００１６】 発明の実施の態様 内燃機関のロッカーアセンブリ２による吸入ポペットバルブ１の作動が図１に
示されている。このロッカーアセンブリ２は、ロッカー３と２つのラッシュパッ
ド（またはローラ）４、５を具備している。ロッカー３は、ロッカー３に設けら
れたスラストピン７がバルブ１を作動させられるように、ピボット点６周りに軸
支されている。
【００１７】 図２は、エンジンの駆動機構を示している。エンジンの回転駆動手段はクラン
クシャフト８であり、ピストン９に接続して示されている。参照を容易にするた
めに、エンジンブロック、ヘッドその他の備品は図示されていない。回転駆動力
は、クランクシャフト８から歯付きタイミングベルト１１を経由してカムシャフ
トハブ１０に伝達されるが、他の実施形態ではベルトはチェーンまたは歯車ドラ
イブ等の他の手段であってもよい。カムシャフトハブ１０は、シャフト１２を経
由してヘリカル駆動歯車１３に接続されており、ここでヘリカル駆動歯車は２つ
のカムシャフト１４、１５のための駆動歯車である。
【００１８】 カムシャフト１４、１５の位相は、クランクシャフト８のタイミングシーケン
スに従っている。ヘリカル被駆動歯車１６、１７の各々は、カムシャフト１４、
１５の各々の端部に設けられた各スプライン１８、１９にスライド可能に設けら
れている。被駆動歯車１６、１７は駆動歯車１３に係合している。バルブ１の開
閉時期と開弁期間は、駆動歯車１３に対する矢印Ａに平行な方向の、カムシャフ
ト１４、１５の各々の直線のスプライン１８、１９に沿った被駆動歯車１６、１
７の軸位置を変えることにより変更する。直線のスプライン１８、１９は、被駆
動歯車１６、１７が、各々のカムシャフト１４、１５の一部に沿って移動可能と
することを確実にすると共に、歯車とカムシャフトの間の径方向への動作を禁止
する。
【００１９】 被駆動歯車１６、１７は、図３に示されているように、サーボ機構（またはサ
ーボユニット）２０、２１によりそれぞれ互いに独立にスライドして移動させる
ことができよう。サーボ機構２０、２１は、クランクシャフト７に対する定タイ
ミングフェイズにある駆動歯車１３に関して、被駆動歯車１６、１７の配置を制
御する。駆動歯車１３と関連した被駆動歯車１６、１７の位置の変化は、２本の
カムシャフト１４、１５の位相を変更する。これは、被駆動歯車１６、１７の螺
旋に対するヘリカル駆動歯車１３の反対の螺旋により実行される。駆動歯車１３
の螺旋は右ネジであり、一方被駆動歯車１６、１７の螺旋は左ネジである。被駆
動歯車１６、１７が駆動歯車１３に対して回転されると、対向する歯角がその歯
車を互いに対し数度回転させる。これはカムシャフト１４、１５の配置、即ちカ
ムシャフト１４、１５の進角または遅角が、互いにおよびクランクシャフト８に
対し独立に変化できるようにする。
【００２０】 図４に示されているようにサーボ機構２０、２１は、電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）２４を経由して制御されており、マニフォールド気圧、エンジン温度、クラ
ンクシャフト角度（回転位置）、カムシャフト角度（回転位置）および点火等の
パラメータをモニターする多数のエンジンセンサユニット２５に電子制御ユニッ
ト２４が動作できるように接続されている。ＥＣＵ２４は、現代の自動車エンジ
ンを制御しモニターするために用いられる普通の種類のものであればよい。
【００２１】 ラッシュパッド４、５に対するカムシャフト１４の進角およびカムシャフト１
５の遅角は開弁期間を増加させる。２本のカムシャフト１４、１５が回転するの
で、進角しているカムシャフト１４はロッカー３を経由してバルブ１を開き、か
つ、ローブ２２がラッシュパッド４から離れるときに、遅角したカムシャフト１
５のローブ２３はラッシュパッド５とまだ接触している。
【００２２】 開弁期間を短くするために、２つのカムシャフトのローブ２２、２３は各々の
ラッシュパッド４、５と同時に接触すると共に、離反して最短のドエルでバルブ
１を閉弁可能となるように、２つのカムシャフトローブ２２、２３の位相が合わ
せられている。 駆動歯車１３に関する被駆動歯車１６、１７の配置により、バルブの開閉時期
を進角したり遅角させたりするために、同じ原理を用いることができる。
【００２３】 上記の実施形態では、簡単にするために吸気弁の動作可能な制御に関して説明
したが、然しながら同じ原理が排気弁の開閉時期と開弁期間を動作可能に制御す
るために採用できることは理解されよう。 上記の実施形態では、右ネジ螺旋のヘリカル駆動歯車１４と左ネジ螺旋の被駆
動歯車１６、１７について記載しかつ図示しているが、右ネジ螺旋の被駆動歯車
１６、１７を伴った左ネジのヘリカル駆動歯車１３を用いた、別の図示しない実
施形態が可能であることも同様に理解されよう。
【００２４】 別の図示しない実施形態では、ヘリカル駆動歯車１３と被駆動歯車１６、１７
を平歯歯車に変更し、或いは、駆動歯車１６、１７を備え付けるためのカムシャ
フト１４、１５の直線のスプライン１８、１９を螺旋のスプラインに変更しても
よい。サーボ機構による螺旋のスプラインに沿った平歯の被駆動歯車の動作は軸
方向と同様に径方向にも可能で、それによりカムシャフトの動作がバルブの開閉
時期、開弁期間およびオーバーラップの制御を行えるようにする。
【００２５】 上記の実施形態のサーボ機構がＥＣＵにより動作可能に制御される一方で、別
の実施形態のサーボ機構の動作が油圧または機構的な手段により制御され遂行さ
れてもよい。 歯車、カムシャフト、ローブ、サーボ機構およびその他の部品の形状と配置は
、発明の範囲を逸脱することなく変更可能であることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ポペットバルブ／ロッカー機構およびロッカーを作動する２本のカムシャフト
の立面の模式図である。
【図２】 本発明に従うポペットを動作させる装置の一実施形態の概観模式図である。
【図３】 図２に示された装置の駆動歯車と動作可能に係合されたサーボ機構の概観模式
図である。
【図４】 本発明の装置を動作可能に制御するためのサーボ機構とセンサに接続された電
子制御ユニットの模式図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年２月２３日（２０００．２．２３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】 発明の概要 第一の態様では本発明は、内燃機関の少なくとも２つのバルブを作動させる装
置において、前記装置は少なくとも２本のカムシャフトを回転させるための駆動
手段を具備しており、前記２本のカムシャフトの各々は前記バルブを交互に作動
させるロッカーアセンブリを動作させ、前記駆動手段はエンジンクランクシャフ
トにより動作可能に回転される２つの駆動歯車を具備し、前記２つの駆動歯車は
前記少なくとも２本のカムシャフトの各々にスライド自在に取り付けられた２つ
の被駆動歯車と動作可能に係合し、前記被駆動歯車の各々がサーボ手段により各
々のカムシャフトに沿ってスライドして移動するようになっているバルブ作動装
置からなる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】 ある実施形態では、前記駆動歯車および前記２つの被駆動歯車がヘリカル歯車
であり、前記２つの被駆動歯車の各々のカムシャフトに沿ってのスライド移動が
それらの各々の回転の軸に平行である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】 第二の態様では本発明は、内燃機関の少なくとも２つのバルブを作動させる装
置において、前記装置は少なくとも２本のカムシャフトを回転させるための駆動
手段を具備しており、前記２本のカムシャフトの各々は前記バルブを交互に作動
させるロッカーアセンブリを動作させ、前記駆動手段はエンジンクランクシャフ
トにより動作可能に回転される２つのヘリカル駆動歯車を具備し、前記２つのヘ
リカル駆動歯車は前記少なくとも２本のカムシャフトの各々にスライド自在に取
り付けられた２つのヘリカル被駆動歯車と動作可能に係合し、前記ヘリカル被駆
動歯車の各々がサーボ手段により各々のカムシャフトに沿ってスライドして移動
するようになっているバルブ作動装置からなる。 望ましくは該サーボ手段は、電子制御ユニットにより動作可能に制御されてい
る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】 望ましくは前記電子制御ユニットは、マニフォールド空気圧、エンジン温度、
クランクシャフト角度（回転位置）、カムシャフト角度（回転位置）および点火
等のエンジンのパラメータをモニターするようになっている多数のエンジンセン
サに動作可能に接続されている。 望ましくは該サーボ手段は、前記被駆動歯車の各々の一つと関連している少な
くとも２つのサーボユニットを具備している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】 望ましくは前記サーボユニットの各々は、互いに独立に前記ヘリカル被駆動歯
車をスライドして移動させるようにされている。 望ましくは該ヘリカル被駆動歯車は、スプラインを手段として該カムシャフト
の各々の両端またはその付近にスライド可能に備えられている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】 第三の態様では本発明は、少なくとも２つのバルブを作動させる装置を有する
内燃機関において、前記装置は少なくとも２本のカムシャフトを回転させるため
の駆動手段を具備しており、前記２本のカムシャフトの各々は前記バルブを交互
に作動させるロッカーアセンブリを動作させ、前記駆動手段はエンジンクランク
シャフトにより動作可能に回転される２つの駆動歯車を具備し、前記２つの駆動
歯車は前記少なくとも２本のカムシャフトの各々にスライド自在に取り付けられ
た２つの被駆動歯車と動作可能に係合し、前記被駆動歯車の各々がサーボ手段に
より各々のカムシャフトに沿ってスライドして移動するようになっている内燃機
関からなる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】 望ましくは本発明は、エンジンのトルク、出力、燃料消費および排出物を改善
するために、バルブの一つまたはそれ以上のカムシャフト作動の変更によりバル
ブの開閉時期と開弁期間が可変となるようにする。 望ましくは本発明は、バルブ操作の制御により「容積効率」の改善を提供する
。容積効率は、吸入サイクル過程で燃焼室へ導入された空気／燃料混合体を測定
してパーセントで表示したものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BA22 BA28 BA30 BB11 BB22 CA25 DA04 DA08 DA22 DA23 GA01 3G018 AB04 AB05 AB16 BA34 CA06 DA04 DA05 DA10 DA21 DA75 EA02 EA17 EA22 EA26 EA31 EA32 FA07 FA08 FA09 GA14 GA18 3G092 AA11 DA01 DA02 DA10 DG05 DG07 EA03 EA04 EA25 FA50 HA05Z HA13Z HC09Z HE03Z HE08Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の少なくとも２つのバルブを作動させる装置におい
    て、 前記装置は少なくとも２本のカムシャフトを回転させるための駆動手段を具備
    しており、前記２本のカムシャフトの各々は前記バルブを交互に作動させるロッ
    カーアセンブリを動作させ、前記駆動手段はエンジンクランクシャフトにより動
    作可能に回転される２つの駆動歯車を具備し、前記２つの駆動歯車は前記少なく
    とも２本のカムシャフトの各々に取り付けられた２つの被駆動歯車と動作可能に
    係合し、前記被駆動歯車の各々がサーボ手段により各々のカムシャフトに沿って
    スライドして移動するようにされたバルブ作動装置。
  2. 【請求項２】 前記駆動歯車および前記２つの被駆動歯車がヘリカル歯車で
    あり、前記２つの被駆動歯車の各々のカムシャフトに沿ってのスライド移動がそ
    れらの各々の回転の軸に平行である、請求項１に記載のバルブ作動装置。
  3. 【請求項３】 該サーボ手段が電子制御ユニットにより動作可能に制御され
    ている、請求項１に記載のバルブ作動装置。
  4. 【請求項４】 前記電子制御ユニットが、エンジンのパラメータをモニター
    するようになっている多数のエンジンセンサに動作可能に接続されている、請求
    項３に記載のバルブ作動装置。
  5. 【請求項５】 前記エンジンのパラメータが、マニフォールド空気圧、エン
    ジン温度、クランクシャフト角度、カムシャフト角度および点火を含む、請求項
    ４に記載のバルブ作動装置。
  6. 【請求項６】 該サーボ手段が、前記被駆動歯車の各々の一つと関連してい
    る少なくとも２つのサーボユニットからなる、請求項１に記載のバルブ作動装置
    。
  7. 【請求項７】 前記サーボユニットの各々が、互いに独立に前記ヘリカル被
    駆動歯車をスライドして移動させるようにされた、請求項６に記載のバルブ作動
    装置。
  8. 【請求項８】 該ヘリカル被駆動歯車が、スプラインを手段として該カムシ
    ャフトの各々の両端またはその付近にスライド可能に備えられている、請求項１
    に記載のバルブ作動装置。
  9. 【請求項９】 少なくとも一つの作動装置を有する内燃機関であって、前記
    装置は前記バルブを交互に作動させるロッカーアセンブリを各々が作動させる少
    なくとも２本のカムシャフトを回転させるための駆動手段を具備し、前記駆動手
    段は前記エンジンの該クランクシャフトにより動作可能に回転されるヘリカル駆
    動歯車を具備し、各々が前記少なくとも２本のカムシャフトの各々の一つに備え
    られた２つのヘリカル被駆動歯車と動作可能に係合するものにおいて、各々の前
    記被駆動歯車はサーボ手段により各々のカムシャフトに沿ってスライドして移動
    するようにされた、少なくとも２つのバルブを作動させる少なくとも一つの作動
    装置を有する内燃機関。
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