JP2002537508A - 機械装置 - Google Patents

機械装置

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JP2002537508A
JP2002537508A JP2000540359A JP2000540359A JP2002537508A JP 2002537508 A JP2002537508 A JP 2002537508A JP 2000540359 A JP2000540359 A JP 2000540359A JP 2000540359 A JP2000540359 A JP 2000540359A JP 2002537508 A JP2002537508 A JP 2002537508A
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shaft
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バリー、 ウォレス クームス、
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ダラット プロプライアタリー リミテッド
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Abstract

(57)【要約】 内燃エンジンの弁(52)を動作する複数のカム従動子(51)を係合するカムシャフト組立て(50)。カムシャフト組立て(50)は第一カムがそこに取り付けられる回転式に駆動される中央シャフト(56)を持つ。外側管状シャフト(58)がそれに別の凸部(59)を取り付けている。弁タイミングおよび休止角度を変更するために、シャフト(56および58)は凸部(57および59)を角度的に転移するように角度的に転移できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 技術分野 本発明は、エンジン用カムシャフト及びカム従動子に関する。
【0002】 発明の背景 一般的にカム従動子はカムプロフィルによって係合される一般的に平らな表面
が設けられる。 カムがそれを通じて弁を全開位置に維持する角度は、カム従動子と上記のカム
従動子表面間の相互作用によって制限される。 上記に加えて、従来のカム及びカム従動子の構成は一般に、エンジンが受ける
色々な動作条件に合うようにエンジンクランクシャフトに対するカムシャフトの
タイミング、及び弁がその間開放状態にされる期間を変更することを可能にして
きていない。
【0003】 米国特許第4794893号は、カム従動子が一個のカム従動子を駆動する多
数の凸部を設けられているエンジン弁駆動装置を開示する。エンジンの動作条件
に応じるカム従動子の軸方向の運動は、弁の動作速度及びタイミングを変更でき
る。この配置は、予め選択されたカム構造のみが採用できるという欠点を持つ。 米国特許第5505168号は、可変高さのカム凸部を持つカムを開示する。
カム凸部の先端は、動作条件に従って移動される可動カム部分を含む。
【0004】 米国特許第5129407号は、相互作用するカムシャフトとカム従動子を記
述する。シャフトは各従動子について一対の凸部が設けられている。再度、この
配置は個別の動作条件のみを与える。 米国特許第5253622号は、内燃エンジンの弁を制御する機構を記述する
。カムシャフトは、角度的に転移し得る凸部の協動対を持つ。
【0005】 米国特許第4388897号は、カム凸部の協動対を備えるカムシャフトを開
示する。凸部は、関連する弁タイミングを変更させるために角度的に転移し得る
。 米国特許第5161429号は、弁タイミングを変えるためにカム凸部がシャ
フトの周りに角度的に転移し得るカムシャフトを示す。
【0006】 米国特許第1757046号は、弁タイミングを変更するために角度的に転移
し得る凸部要素より成るカムシャフトを再度示す。 米国特許第4522085号は、凸部の協動対を持つカムシャフトが再度設け
られている、上に議論した多数のカムシャフトに類似である。凸部は、弁タイミ
ングを変えるために相対的に角度的に転移し得る。
【0007】 米国特許第4794893号は、カムシャフト及び協動カム従動子を示す。 米国特許第4498352号は、凸部が弁タイミングを変えるために角度的に
転移し得る凸部部分より成るカム凸部を持つカムシャフトを開示する。
【0008】 米国特許第4869215号は、カムシャフト及びカム従動子の配置を開示す
る。カム従動子は回転される、弁タイミングを変更するように形作られた上部表
面を持つ。カム従動子上部表面は凸面又は凹面でも良い。 関連性の少ない弁、カムシャフト及びカム従動子が、米国特許第360886
2号、第5577420号、第5165303号、第4895045号及び第3
687010号に開示されている。
【0009】 発明の目的 上記欠点を克服し又は実質的に改善することが、本発明の目的である。
【0010】 発明の概要 組合せにおいて、少なくとも一つのカム凸部及び関連するカム凸部係合部材を
持つエンジンカムシャフトが最初にここで開示され、ここで、 前記凸部は開放弧を通して伸長する弁開放部分、閉鎖弧を通して伸長する弁閉
鎖部分及び休止弧を通して伸長する拡張された休止部分を持ち、 前記係合部材は頂点を伸長するために傾けられたカム凸部係合部材を持つ。
【0011】 表面は鋭角で係合部材の移動の方向に垂直な平面に対して傾けられ、休止角度
は少なくとも鋭角の和であることが好ましい。
【0012】 ここで更に以下のものを持つカムシャフト組立てが開示されている。すなわち
、 中央シャフト、 中央シャフトがその内部に置かれる外側管状シャフト、この外側シャフトは少
なくとも一つの開口部を持ち、 外側シャフト上に、それに対する角度的な移動用に据付けられ、かつ前記開口
部に隣接して置かれた第一凸部、 第一凸部を内側シャフトと結合する駆動部材、 弁開放部分、弁閉鎖部分及び休止部分を与えるようにそれと協動するために、
外側シャフト上に据付けられ及びそこに固定され、並びに第一凸部に隣接して置
かれた第二凸部、 前記中央シャフトに駆動的に結合された第一エピサイクリック歯車列、前記歯
車列は旋回大歯車を含み、 前記外側シャフトに駆動的に結合された第二エピサイクリック歯車列、前記第
二歯車列は旋回大歯車を含み、 両エピサイクリック歯車列に駆動的に結合された共通駆動歯車、及び 休止部分を変えるために二つの凸部間に角度転移を起こさせるように、中央シ
ャフトと外側シャフト間の角度転移を起こさせるために各旋回大歯車と駆動的に
結合された駆動手段。
【0013】 ここで更に以下のものを持つカムシャフト組立てが開示されている。すなわち
、 中央シャフト、 中央シャフトがその内部に置かれる外側管状シャフト、この外側シャフトは少
なくとも一つの開口部を持ち、 外側シャフト上に、外側シャフトの周りでの角度的な移動用に据付けられ、か
つ前記開口部に隣接して置かれた第一凸部、 開口部を通して伸長し、及び第一凸部が中央シャフトと共に移動するように中
央シャフトを第一凸部と結合する駆動部材、 外側シャフト上に据付けられ及びそこに固定された第二凸部、 旋回大歯車を含み、第一及び第二凸部間の角度転移を起こさせるためにその間
の角度転移を起こさせるように中央シャフト又は外側シャフトに駆動的に結合さ
れたエピサイクリック歯車列、 その回転を起こすために中央シャフト及び外側シャフトに駆動的に結合された
共通駆動歯車、及び、 その角度移動を起こすために旋回大歯車と噛み合い状に係合し、それによって
第一及び第二シャフト間の角度転移を起こすウォーム歯車。
【0014】 更にここで少なくとも一対の協動カム凸部及び凸部と係合されるカム凸部係合
部材を持つカムシャフト組立てが組合せて開示され、ここで前記組立ては、 二つの凸部によって与えられる休止角度を変えるために二つの凸部間に角度転
移を起こさせる手段を含み、及びここで、 前記カム従動子は頂点を伸長する一対の収斂式凸部係合表面を持つ。
【0015】 本発明の好ましい形式は、例示のためにのみに添付図面を参照して記述される
【0016】 好ましい実施例の詳細な説明 添付図面の図1に、カム従動子11の一般的な平面12と係合する従来のカム
要素10が、略図的に図示されている。カム要素10は、カム要素10にカムプ
ロフィルを与える周辺表面13を持つ。カムプロフィルは、開放弧Cを通して伸
長する先導すなわち開放部分15、閉鎖弧Bを通して伸長する閉鎖部分14及び
休止弧Dを通して伸長する休止部分16を設ける。従ってカム要素10は、長さ
Lと長さM間の差であるカム要素10の揚程を備えた開放弧Aを設ける。カム凸
部は、部分14、15及び16を含む。
【0017】 図2の好ましい実施例において、カム要素10は図1の部分16に対してより
大きい弧を通して伸長する休止部分16が設けられている。この実施例のカム従
動子11は、カム従動子11の一般的な移動方向に対して傾斜しかつ頂点19に
収斂する一対の傾斜カム係合表面17及び18を持つ。表面17及び18は対称
である必要はなく、またそれらは平面である必要もない。しかしながらこの実施
例では、表面17及び18は平面でありかつカム部分14及び15の角度に対し
て相補的である。しかしながら、それらは凸面又は凹面でも良い。カム従動子1
1は直線的にのみ振動するように抑制され、その縦軸の周りに回転できない。
【0018】 図2の上記の好ましい実施例では、部分14及び15はその開閉位置間で関連
弁をより急速に移動するために表面17及び18と協動する。これに加えて、休
止角度の増加は、カムシャフトの縦軸の周りのカム要素10の回転速度に対して
より大きい期間に亘って弁を開放位置に維持する。このことは、弁タイミングす
なわち弁の開放と閉鎖を維持しながら生じる。
【0019】 カム従動子11は、その縦軸方向でのカム従動子11の滑動的移動を可能にし
ながら、その縦軸の周りでのカム従動子11の回転を阻止するために、その周囲
の支持表面と協同する必要があるであろう。
【0020】 図2から分かるように、開放弧C及び閉鎖弧Bは図1のカム要素10に対して
減少される。休止角度の増加は、図2に見られるように角度G及びHの和に等し
い。従ってカムシャフトは、休止角度D(図1)プラス図2のカム要素によって
与えられる休止角度の増加である休止角度D(図2)を持つ。
【0021】 角度G及びHは2°から45°が好ましく、より好ましくは10°から25°
であり、最も好ましくは約20°である。従って休止角度は10°よりも大きい
が90°よりも少ない。
【0022】 図3に、カム組立て20が略図的に図示されている。カム組立て20は、エン
ジンヘッド24又はシリンダーブロックの内部に確保された弁ガイド23の中に
滑動的に据付けられた弁22と係合する複数のカム従動子21と係合する。弁ス
プリング25は弁22を閉鎖位置に押し遣り、かつカム従動子21をカムシャフ
ト組立て20との係合状態に維持する。
【0023】 カムシャフト組立て20は、それがその縦軸26の周りに回転式に駆動できる
ように据付られる。
【0024】 カムシャフト組立て20は、その上に対41の状態に配置された複数のカム要
素28及び29が据付けられる中央シャフト27を含む。各対41は、カム従動
子21の特定の一つと関連する。
【0025】 カム要素28の各隣接する対はそれらが一致して回転するように架橋部分31
によって結合され、一方隣接するカム要素29の各対はそれらがまた一致して回
転するように架橋部分32によって結合される。
【0026】 各架橋部分31及び32は、架橋要素として作用しかつ支持体33の内部で係
合し、一方端部要素29は軸抑制支持体34中に係合されたベアリング部分30
に確保される。
【0027】 シャフト27はまた軸26の縦方向の移動用に据付けられ、及びこのような移
動を起こすであろう手段に結合されるであろう。カム要素28と29及びベアリ
ング部分34はシャフト27に滑動的に据付けられるが、その間の縦方向の相対
的移動を可能にしながら、シャフト27と共に回転するためにそこに効果的に結
合される。各対41のカム要素28と29は隣接するカム要素28と29間の相
対的角度移動を可能にするために衝合する滑動表面を持つ、ということが認識さ
れるべきである。
【0028】 中央シャフト27は、複数の傾斜スロット35と複数の反対方向の傾斜スロッ
ト36が設けられる。各架橋部分31は結合要素38を受け取るソケット37が
設けられ、その要素38はソケット37と関連スロット36との間に伸長する。
スロット36はシャフト27がその軸26の縦方向に移動された時、スロット3
6に沿って結合要素38の移動を可能にするように構設される。この実施例にお
いて、要素38は相補的プロフィルを持つスロット36とソケット38を備えて
球面状である。要素38は、カム要素28をシャフト27と共に回転させる。
【0029】 各架橋部分32及びベアリング部分30は、ソケット39と関連スロット35
間に伸長する結合要素40を受け取るソケット39が設けられる。スロット35
は、シャフト27がその軸26の縦方向に移動されながら結合要素40がスロッ
ト35に沿って移動できるように、構設される。この実施例において、結合要素
40は相補的プロフィルであるスロット36とソケット39を備えて球面構造で
ある。再度、要素40はカム要素29をシャフト27と共に回転させる。
【0030】 図3の上記の好ましい実施例において、カム従動子21は図2を参照して記述
されたもののような構造であり、すなわちそれらは頂点に収斂する傾斜カム係合
表面を持つ。
【0031】 上記カムシャフト組立て20の動作に当たって、シャフト27の縦方向の移動
はカム要素28に対するカム要素29の角度転移を起こす。要素29は、縦軸2
6に対するスロット35の傾斜により転移させられる。スロット36が縦軸26
に対して反対側に傾斜しているので、要素28はシャフト27の周りに角度的に
反対側に転移させられる。しかしながら、もしセグメント28又は29の角度転
移が有利ではないと判明した場合には、そのように望まれるならばスロット35
又は36はまた軸26に対して平行であることもできるであろう、ということが
認識されるべきである。
【0032】 図5に最も良く見られるように、要素28及び29が整列された時、休止角度
D1が与えられる。要素28及び29が角度的に転移された時、休止角度D2が
与えられる。図5から分かるように、休止角度D2は休止D1よりもかなり大き
い。
【0033】 更に、カム要素29のタイミングが変えられ、ここで開放部分15はシャフト
27の一般的な回転方向において進められ及び閉鎖部分14はシャフト27の一
般的な回転方向において遅延される、ということが認識されるべきである。
【0034】 上記組立て20の動作において、シャフト27のその縦軸26に沿う位置はモ
ーターの操作条件によって決定されるであろう。
【0035】 休止角度の増加により、弁はカムシャフト組立て20の回転の間、より大きな
角度に亘って開放状態に維持される。
【0036】 図6から12において、複数のカム従動子51と係合するカムシャフト組立て
50が略図的に図示されている。各カム従動子51は、内燃エンジンの弁52に
関連する。カムシャフト組立て50は弁52の作動を起こすために、縦軸53の
周りに回転式に駆動されるように据付けられる。カムシャフト組立て50は、カ
ムシャフト55を駆動する駆動組立て54を含む。カムシャフト55は、凸部5
7を駆動する回転式に駆動される中央シャフト56を含む。シャフト56は、凸
部59を駆動する外側シャフト58内部に滑動的に据付けられる。外側シャフト
58は、管状形式でかつ正規の開口部60が設けられる。関連カム57を駆動す
るために、シャフト56の協動凹部62の内部で係合する駆動キー61が各開口
部60を通して突出している。各カム凸部57は、各凸部57をその関連駆動キ
ー61に駆動的にリンクさせるために、駆動キー61の部分を受け取る凹部62
を含む。各開口部60は、縦軸53の周りにシャフト56と58間の角度転移を
可能にするように角度的に延ばされる。凸部59が、外側シャフト58に取り付
けられる。スペーサ63が、凸部57と59の隣接する対の間に置かれる。
【0037】 凸部57と59間の縦軸53の周りの角度転移は、弁タイミングと休止角度を
変える。
【0038】 シャフト56及び58は、エピサイクリック組立て80を含む駆動組立て54
の操作によって角度的に転移される。組立て80は、二つのエピサイクリック歯
車列82及び83を含む。歯車列82及び83は下記を含む。すなわち、
【0039】 シャフト56は、一連の遊星歯車65が据付けられるフランジ64によって駆
動される。遊星歯車65は、個々の軸67の周りに回転するためにシャフト66
に回転式に据付けられる。歯車65は、スリーブ69に固定された“太陽”歯車
68と噛み合い状に係合される。遊星歯車65は、旋回大歯車70の内部の歯と
噛み合い状に係合される。旋回大歯車70はアーチ形構造で、かつウォーム歯車
72と噛み合い状に係合される外部歯車71を持つ。
【0040】 シャフト58は、複数の遊星歯車74を回転式に支持するフランジ73によっ
て駆動される。遊星歯車74は、スリーブ69に取り付けられた“太陽”歯車7
5と噛み合い状に係合される。遊星歯車74はまた旋回大歯車76の内部の歯と
噛み合い状に係合され、旋回大歯車はウォーム歯車72と噛み合い状に係合され
たアーチ形編成の半径方向に向かう外側歯を持つ。スリーブ69は、タイミング
ベルト79によって駆動される駆動歯車78に取り付けられる。
【0041】 ウォーム歯車72及び77は固定され、もし凸部57及び59の相対的位置が
変更されなければ一般に静止している。しかしながら駆動部(図示せず)によっ
てウォーム歯車72又は77の一方又は両方が回転することにより、旋回大歯車
70又は76の一方又は両方はカム凸部57及び/又はカム凸部59の位置を変
えるために回転される。シャフト56及び58はウォーム歯車72又は73が静
止している時、タイミングベルト79と歯車78によって同じ角速度で駆動され
る。歯車78は、旋回大歯車70及び76が本質的に静止しているので、単に両
フランジ64及び73並びに関連遊星歯車65及び74の回転を引き起こすだけ
である。
【0042】 ウォーム歯車72及び77の一方又は両方の回転は、弁52のタイミング(す
なわち弁52の開閉)及び休止角度を変えるために、縦軸53の周りに関連凸部
57及び/又は59を転移する。
【0043】 ウォーム歯車72及び77は独立歯車列によって駆動でき、あるいは油圧式に
又は電気的に駆動できる。一般的に、エンジン要求を満たすためにカムシャフト
組立て50が構造上変更できるように、このことは歯車72及び77用の駆動機
構をコンピュータ制御させるであろう。
【0044】 各凸部57は、シャフト58の周囲に置かれたリング部分81を含むことによ
りシャフト58上に滑動的に据付けられる。
【0045】 ウォーム歯車72及び77が静止している時、カム凸部57及び59によって
与えられる弁構造は変更されない。その点に関して、ウォーム歯車72及び77
は旋回大歯車70及び76の望ましい位置を維持するために動作する、というこ
とが認識されるべきである。
【0046】 上記に対して更に、ウォーム歯車72及び77は弁タイミングを遅らせ又は進
めるために一致して凸部57及び59を移動するように操作できる、ということ
が認識されるべきである。
【0047】 別の好ましい実施例において、遊星歯車列82及び83についての主駆動手段
はウォーム歯車72及び77である。歯車78は次いで、凸部57及び59を一
致して進め又は遅らせるように操作される。休止角度の変更は、ウォーム歯車7
2及び77を組合せの外へ移動することによって達成される。このことは、凸部
57と59間の角度的に相対的な移動を引き起こす。
【0048】 更に別の実施例は旋回大歯車70及び76に取り付けられたシャフト56及び
58を持ち、主駆動部はフランジ64及び73であろう。太陽歯車68及び75
は次いで、共通駆動部を持たないように分離されるであろう。別の変更は太陽歯
車68及び75を駆動し、並びにフランジ64及び73の操作によって凸部57
及び59を遅らせ又は進めることであろう。
【0049】 上記の実施例は一つ、二つ又はそれ以上の遊星歯車含み、その数は相対的に移
動し得るなカム凸部の数によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のカム及びカム従動子の略式図である。
【図2】 本発明の好ましい構成を実現するカム及びカム従動子の略式図である。
【図3】 カムシャフト及び関連カム従動子及び弁の略式側面図である。
【図4】 図3のカム、カム従動子及び弁の部分的略式端部縦断面図である。
【図5】 図3のカムシャフトに採用された一対のカム要素の略式図である。
【図6】 カムシャフト組立て及び関連するカム従動子及び弁の略式側面図である。
【図7】 図6のカムシャフト組立てに採用された駆動組立ての略式側部断面図である。
【図8】 図7の駆動組立てに採用されたギヤー組立ての略式端部立面図である。
【図9】 図6のカムシャフト組立ての一部の略式透視図である。
【図10】 図6のカムシャフト組立ての別の部分の略式透視図である。
【図11】 図6のカムシャフト組立ての一部の略式端部縦断面図である。
【図12】 図6のカムシャフト組立ての一部の略式端部立面図である。
【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11年9月17日(1999.9.17)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】 機械装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【0001】 発明の技術分野 本発明は一般にカム、カム従動子及びカム駆動子に関する。本発明は主に四行
程内燃エンジンで使用するために開発され、及び主としてこの技術分野を参照し
て記述されるであろう。しかしながら、本発明はこの特別な使用分野に限定され
るものではないということが認識されるべきであろう。
【0002】 発明の背景 一般的に近代の内燃エンジンにおいて、吸入及び排出弁はそれぞれカム従動子
上で動作するカムによって制御される。カム従動子は、カムの回転運動が従動子
の往復運動を生じさせるように、通常カムと摺動的に接触するように配置された
平面を持つ。各従動子は、従動子の往復運動に応じて吸入又は排出ポートを交互
に開閉する関連する弁に接続される。弁の運動はこうしてカムプロフィルによっ
て精密に制御される。各弁は一般的に弁スプリングによって閉鎖位置に向けてバ
イアスされ、この弁はまた従動子をカムとの動作上の係合状態に置くように弾力
的に作用する。多気筒エンジンは一般的に離隔配置位置におかれかつ適当な位相
関係にある複数の個々のカムを支持するカムシャフトを使用する。
【0003】 異なるカムプロフィルは異なる弁タイミングを、それ故異なるエンジン性能特
性を生じる。しかしながら与えられた如何なるカムプロフィルも多数の競合する
性能目標間のある妥協を必然的に表す。このような目標は一般的に、高回転にお
ける最大パワー、低回転における最大牽引力(maximum tractability)又はトル
ク、最小燃料消費、最適熱的又は容積効率、受け入れ可能な信頼性及び寿命を含
むであろう。これらの競合する要因とカム設計に対するそれらの一般的な関係と
の間の基本的な相互作用は、かなりの進行中の研究及び開発を受けなければなら
ないけれども、当該技術に習熟した人々によって合理的に良く知られている。
【0004】 最適セットの妥協は、通常、如何なる特別のカム設計にも具体化されているよ
うに、エンジンがそれに向けて設計される用途やその用途の情況によって支配さ
れるであろう。例えばパワー出力が最優先の基準である自動車用競争エンジンに
使用されるカムプロフィルは、牽引力、信頼性、寿命及び燃料効率のような要因
がより重要である量産自動車に採用されるカムプロフィルとは、非常に異なる。
【0005】 一般的にいえば、エンジン性能と効率の両方の項目において、全開位置に出来
るだけ長く留まり、次いで全閉位置に出来るだけ早く戻るように、全開位置から
全閉位置まで出来るだけ早く移動することが、各弁について望ましい。このこと
により、各弁サイクル間のガスの最大容積流量が得られる。しかしながら従来の
カムと従動子間の相互作用を支配する幾何学的形状に基本的な制限があり、その
ことがこれまで、弁の移動が理論的に最適タイミング特性に近づくことができる
実際の範囲を制限してきた。実際に、従来の滑らかな凸状カムプロフィルと平面
カム従動子は開閉位置間で弁の比較的緩やかな加速を作る傾向があり、一方弁は
比較的短い期間のみ全開位置に留まる。カム凸部のプロフィルを拡張することに
より、弁は弁が全開している最大上昇点に又はその近傍に比較的長い角度的持続
期間に亘って留まるであろう。しかしながらこれは、実質的に開閉位置間の弁の
加速を変更せずに、弁が開放を開始する点とそらが完全に閉鎖する点間の角度的
持続期間を付随的に増加する傾向がある。これらのパラメータを絶縁する又は何
らかの重要な程度に独立して調整することが出来なかったことが、これまで従来
のエンジン設計及び性能の項目における主たる制限要因であった。
【0006】 慣性効果、非線形流体力学、動的ガス流共鳴、火炎伝搬特性、及び他の要因の
故に弁タイミングの情況における最適妥協がエンジン速度で変化する、という事
実によって状況は更に複雑にされる。従って、設計パラメータの如何なる与えら
れたセットについても、低エンジン速度における最適カムプロフィルは中速度に
おけるそれらとは異なるであろうし、そのことは次により速いエンジン速度にお
けるそれとも異なるであろう。実際に、設計基準の与えられた如何なるセットに
ついてもその最適カムプロフィルにおける変動は、実質的に全回転範囲に亘って
連続的に変動するであろう。従ってエンジン設計者及び調律師は特定のエンジン
速度における最適性能についてのカムプロフィルを設計し、及び他の速度におけ
る一つ以上の性能パラメータにおいて、妥協のより大きなレベルを受け入れなけ
ればならない。
【0007】 この後者の制限と取り組む試みにおいて、エンジン速度に従ってカムタイミン
グを変更できる機械装置が最近開発されてきた。このようなシステムの一つは、
二つのモデル、すなわち低回転範囲での第一運転及び高回転範囲での第二運転間
のカムタイミングの不連続変更を行わせる仕方で、一個の従動子上で動作する多
数のカム凸部を使用する。しかしながらこのようなシステムは複雑で、生産する
のに高価につくけれども、一般的に広範囲のエンジン速度及び運転条件に亘って
最適性能を維持するためのカムタイミング及びプロフィルの連続的な又は増分変
動性さえも認容しない。その上、多数のカム及び不連続に変化するカムタイミン
グによって、先行技術は、これまで最適弁性能を実用における実現化から妨げて
きた従来のカムと従動子間の相互作用を支配する基本的な幾何学的制限と取り組
むことが十分にできなかった。
【0008】 先行技術の一つ以上の欠点を克服し又は実質的に改善し、あるいは有用な代案
を提供することが本発明の目的である。
【0009】 発明の開示 従って、第一態様において、本発明は第一軸の周りに回転するように支持され
たカム、カムの回転に対応して所定の径路に沿って並進変位のためにカムと摺動
接触状態に支持されるカム従動子を含み、このカム従動子はカム従動子の径路に
関して傾斜しかつ頂点で交差する第一及び第二カム係合表面を持ち、前記第一表
面は第一方向における運動の第一状態を調整し、前記第二表面は第二反対方向に
おける運動の第二状態を調整し、及び前記頂点は径路に沿うカム従動子の中間休
止状態を調整する。
【0010】 従動子は従動子の運動の中間休止状態の間、径路に対して少なくとも瞬間的に
は実質的に静止していることが好ましい。
【0011】 機械装置は更にカム従動子の運動に応じてポートを交互に開閉するように配置
された弁を含むことが好ましい。この場合、第一状態は弁の運動の開放状態に対
応し、第二状態は弁の運動の閉鎖状態に対応し、及び休止状態はポートに関して
弁の運動の中間状態に対応することが好ましい。
【0012】 弁は弁の運動の中間休止状態の間、ポートに対して少なくとも瞬間的には実質
的に静止していることが好ましい。
【0013】 一つの好ましい実施例において、第一及び第二表面の各々は一つ以上の平面セ
クション、一つ以上の曲面セクション、又は両者の組合せを含む。この実施例の
一つの好ましい形式において、第一及び第二表面は一般的に平面である。この場
合、頂点は前記平らな表面の交差で規定されることが好ましい。
【0014】 別の好ましい実施例では、第一及び第二表面は一般的に曲面である。この実施
例の特別な場合において、第一及び第二表面は共に実際上連続する凸曲線を形成
し、ここで頂点はカムの回転軸に最も近い曲線の最外部分である。
【0015】 第一及び第二表面は、カムと従動子間の接触径路を規定することが好ましい。
一つの好ましい実施例では、接触径路は一般的に三角のプロフィルを持つ。代わ
りの好ましい実施例では接触径路は一般的に弓状のプロフィルを持つ。第一及び
第二表面はカム従動子と一体又は実際上一体であることが好ましい。
【0016】 カムは、前記頂点と関連してカム従動子の、それ故弁の運動の中間休止状態を
調整するように構設された実質的に弓状休止部分を含む凸状プロフィルを持つこ
とが好ましい。
【0017】 またカムプロフィルの弓状休止部分は、カムの回転軸と一致する曲率中心によ
って規定されることが好ましい。弓状休止部分はプロフィルの他の総ての点がカ
ムの回転軸に半径方向により接近して配置されるように、カムプロフィルの半径
方向の先端を規定することが好ましい。
【0018】 カムの弓状休止部分と頂点との係合期間は休止状態を構成し、その間カム従動
子はポートから離れて弁の最大揚程の状態に対応して、第一方向への最大変位の
点で実質的に静止したままとなることが好ましい。
【0019】 好ましい実施例では、第一及び第二表面はそれぞれ従動子の運動径路に垂直な
平面に対して鋭角で傾斜し、及びカムの休止部分はこれら鋭角の合計よりも大き
いか又はそれと等しい曲率中心での角度に相対する。前記鋭角の各々は2°と約
45°間の範囲内であることが好ましい。前記鋭角の各々は10°と約25°間
の範囲内であることがより好ましい。前記鋭角の各々は約20°であることが最
も好ましい。
【0020】 特別に好ましい実施例では、機械装置は前記軸の周りに一致して回転するよう
に同心状に支持され、及び一個の複合カムプロフィルを効果的に規定するために
、従動子と連結して運転するように配置された一対の前記カムを含む。この場合
複合カムプロフィルは、各角度増分において回転軸に関してカムの半径方向最外
点により規定されることが好ましい。機械装置は更にその位置でカムの相対回転
を行い、それによって複合カムプロフィルを動的に変更する変位手段を含むこと
が好ましい。
【0021】 前記対の第一カムは、開口部を持つ第一中空カムシャフト上に非回転式に載置
され、前記対の第二カムは、接続手段によって第二カムシャフトに非回転式に接
続され、第二シャフトは、シャフトの相対回転が前記軸の周りのカムの相対回転
を行い、それによって複合カムプロフィルを変更するように、開口部を通して伸
長する接続手段を備えて少なくとも部分的に第一軸内部に同軸に配置される。第
二カムは第一カムシャフトに回転式に載置されることが好ましく、及び接続手段
は第二カムと第二シャフト間の相対回転を防止するために第二カムシャフト中の
キー溝と係合するキーを含むことが好ましい。
【0022】 それぞれのカムの弓状休止部分は、それぞれの休止部分が一緒に全体的な複合
カムプロフィル内部に効果的な連続する複合弓状休止部分を規定するように、重
畳関係に配置されることが好ましい。
【0023】 機械装置は更にカムの回転を行う駆動手段を含むことが好ましい。駆動手段は
それぞれ第一及び第二カムシャフトに接続された一対のエピサイクリック歯車列
を含むことが好ましい。前記エピサイクリック歯車列の各々は旋回大歯車、少な
くとも一つの遊星歯車及び太陽歯車を含むことが好ましい。エピサイクリック歯
車列の各々はキャリヤに回転式に載置された複数の遊星歯車を含み、キャリヤは
カムの回転軸の周りに回転するように支持される。
【0024】 エピサイクリック歯車列の各々において、歯車の一つは駆動部材であり、歯車
の一つは被駆動部材であり、及び歯車の一つは静止部材であり、被駆動部材はそ
れぞれのカムシャフトに接続される。
【0025】 一つ好ましい実施例では、エピサイクリック歯車列の各々において、太陽歯車
は駆動部材として回転入力を受け取り、キャリヤは被駆動部材としての遊星歯車
と共にそれぞれカムシャフトに接続され、及び旋回大歯車は静止部材として回転
を抑止される。一個の太陽歯車が前記歯車列の両方に共通であることが好ましい
【0026】 別実施例において、エピサイクリック歯車列の各々において、遊星歯車は駆動
部材としてのキャリヤを経て回転入力を受け取り、太陽歯車は被駆動部材として
のそれぞれのカムシャフトに接続され、及び旋回大歯車は静止部材として回転を
抑止される。この実施例において、エピサイクリック歯車列の一つの各遊星歯車
は、各結合対の遊星歯車が互いに対して非回転であるように、他のエピサイクリ
ック歯車列の対応遊星歯車に固定されるか又はそれと一体であることが好ましい
【0027】 機械装置は更に、カムシャフトの相対的回転を行い、それによって複合カムプ
ロフィルを変更するために、少なくとも一つの静止歯車の回転位置を調節するよ
うに増分的に配置された調節手段を含むことが好ましい。調節手段は各旋回大歯
車の回転位置を調節するために独立して適応されることが好ましい。調節手段は
各旋回大歯車との駆動係合状態にあるそれぞれのウォーム歯車を含むことが好ま
しい。この方法で、ウォーム歯車の差動回転がカムシャフトの相対的回転を行い
それによって複合カムプロフィルを変更し、一方ウォーム歯車の一致する回転は
複合カムタイミングを変更する。
【0028】 第二態様によれば、本発明は、 複合カムプロフィルを規定するために、軸の周りで一致して回転するように同
心状に支持されかつ連結して動作するように配置された一対のカムを含むカムシ
ャフト組立体を提供し、ここでシャフトの相対的回転が軸の周りのカムの相対的
回転を行い、それによって複合カムプロフィルを変更するように、前記対の第一
カムは第一カムシャフトに接続され、前記対の第二カムは第二カムシャフトに接
続され、組立体は更にカムの回転を行う駆動手段を含み、前記駆動手段はそれぞ
れ第一及び第二カムシャフトに接続された一対のエピサイクリック歯車列を含む
【0029】 第一シャフトは少なくとも部分的に中空でありかつ開口部を持つことが好まし
い。第二カムは接続手段によって第二シャフトに非回転式に接続されていること
が好ましい。第二シャフトは開口部を通して伸長する接続手段によって少なくと
も部分的に第一シャフト内部に同軸に配置されることが好ましい。
【0030】 第二カムは第一カムシャフトに回転式に載置され接続手段は第二カムと第二シ
ャフト間の相対的回転を防止するために第二カムシャフト内のキー溝で係合する
キーを含むことが好ましい。
【0031】 前記エピサイクリック歯車列の各々は旋回大歯車、少なくとも一つの遊星歯車
及び太陽歯車を含むことが好ましい。この場合、エピサイクリック歯車列の各々
はキャリヤに回転式に載置された複数の遊星歯車を含み、キャリヤはカムシャフ
トの共通軸の周りに回転するように支持される。
【0032】 エピサイクリック歯車列の各々において、歯車の一つは駆動部材であり、歯車
の一つは被駆動部材であり、及び歯車の一つは静止部材であり、被駆動部材がそ
れぞれのカムシャフトに接続される。
【0033】 一つ好ましい実施例では、エピサイクリック歯車列の各々において、太陽歯車
は駆動部材として回転入力を受け取り、キャリヤは被駆動部材としての遊星歯車
と共にそれぞれカムシャフトに接続され、及び旋回大歯車は静止部材として回転
を抑止される。この実施例において、一個の一体型太陽歯車がこの歯車列の両方
に共通であることが好ましい。
【0034】 別実施例において、エピサイクリック歯車列の各々において、遊星歯車は駆動
部材としてのキャリヤを経て回転入力を受け取り、太陽歯車は被駆動部材として
のそれぞれのカムシャフトに接続され、及び旋回大歯車は静止部材として回転を
抑止される。この実施例において、エピサイクリック歯車列の一つの各遊星歯車
キャリヤは、遊星歯車のキャリヤが互いに対して非回転であるように、他のエピ
サイクリック歯車列の対応キャリヤに固定されることが好ましい。
【0035】 組立体は更に、カムシャフトの相対的回転を行い、それによって複合カムプロ
フィルを変更するために、少なくとも一つの静止部材の回転位置を調節するよう
に増分的に配置された調節手段を含むことが好ましい。調節手段は各旋回大歯車
の回転位置を調節するために独立して適応されることが好ましい。調節手段は各
旋回大歯車との駆動係合状態にあるそれぞれのウォーム歯車を含むことが好まし
い。この方法で、ウォーム歯車の差動回転がカムシャフトの相対的回転を行いそ
れによって複合カムプロフィルを変更し、一方ウォーム歯車の一致する回転は複
合カムタイミングを変更する。
【0036】 第一及び第二カムは、カムの回転に対応して所定の径路に沿って並進変位のた
めにカムと摺動接触状態に支持されるカム従動子を含み、このカム従動子はカム
従動子の径路に関して傾斜しかつ頂点で交差する第一及び第二カム係合表面を持
ち、前記第一表面は第一方向における運動の第一状態を調整し、前記第二表面は
第二反対方向における運動の第二状態を調整し、及び前記頂点は径路に沿うカム
従動子の中間休止状態を調整する。
【0037】 従動子は、運動の中間休止状態の間、径路に対して少なくとも瞬間的には実質
的に静止していることが好ましい。
【0038】 組立体は更にカム従動子の運動に応じてポートを交互に開閉するように配置さ
れた弁を含むことが好ましい。この場合、第一状態は弁の運動の開放状態に対応
し、第二状態は弁の運動の閉鎖状態に対応し、及び休止状態はポートに関して弁
の運動の中間状態に対応することが好ましい。
【0039】 弁は弁の運動の中間休止状態の間、ポートに対して少なくとも瞬間的には実質
的に静止していることが好ましい。
【0040】 第一及び第二表面の各々は一つ以上の平面セクション、一つ以上の曲面セクシ
ョン、又は両者の組合せを含むことが好ましい。
【0041】 好ましい実施例において、第一及び第二表面は一般的に平面であり、及びこの
場合、頂点は平らな表面の交差で規定されることが好ましい。
【0042】 別の好ましい実施例では、第一及び第二表面は一般的に曲面である。この実施
例の特別な場合において、第一及び第二表面は共に実際上連続する凸曲線を形成
し、ここで頂点はカムシャフトの軸に最も近い曲線の最外部分である。
【0043】 第一及び第二表面はカムと従動子間の接触径路を規定することが好ましい。一
つの好ましい実施例では、接触径路は一般的に三角のプロフィルを持つ。代わり
の好ましい実施例では接触径路は一般的に弓状のプロフィルを持つ。第一及び第
二表面はカム従動子と一体又は実際上一体であることが好ましい。
【0044】 各カムは、前記頂点と関連してカム従動子の運動の中間休止状態を調整するよ
うに構設された実質的に弓状休止部分を含む凸状プロフィルを持つことが好まし
い。
【0045】 各カムプロフィルの弓状休止部分はカムの軸と一致する曲率中心によって規定
されることが好ましい。各カムの弓状休止部分はプロフィルの他の総ての点がカ
ムシャフトの軸に半径方向により接近して配置されるように、それぞれのカムプ
ロフィルの半径方向の先端を規定することが好ましい。
【0046】 それぞれのカムの弓状休止部分は、それぞれの休止部分が一緒に全体的な複合
カムプロフィル内部に効果的な連続する複合弓状休止部分を規定するように、重
畳関係に配置されることが好ましい。複合カムプロフィルは、回転軸に関して半
径方向にカムの最外点による各角度増分において規定されることが好ましい。
【0047】 複合カムプロフィルの複合弓状休止部分と頂点との係合期間は休止状態を構成
し、ここでカム従動子はポートから離れて弁の最大揚程の状態に対応して、第一
方向への最大変位の点で実質的に静止したままとなることが好ましい。
【0048】 第一及び第二表面はそれぞれ前記径路に垂直な平面に対して鋭角で傾斜し、及
び各カムの休止部分はこれら鋭角の合計よりも大きいか又はそれと等しい曲率中
心での角度に相対することが好ましい。
【0049】 鋭角の各々は2°と約45°間の範囲内であることが好ましい。鋭角の各々は
10°と約25°間の範囲内であることがより好ましい。鋭角の各々は約20°
であることが最も好ましい。
【0050】 本発明の好ましい実施例は、例示のためのみに添付図面を参照して記述される
【0051】 本発明の好ましい実施例 図面を参照し、図に軸の周りに方向Wへの回転用に載置された従来のカム10
を含む機械装置が示されている。カムはカム従動子11に隣接して配置され、及
び一般的に従動子の平らな平面12と摺動接触状態で係合する。従動子は内燃エ
ンジンのシリンダー内のポートを交互に開閉するように配置された弁(図示せず
)に接続される。
【0052】 カム10は部分14、部分15及び部分16を含むプロフィル13を持つ。部
分15は動作の第一状態の間、カムが方向Wに回転する時弁を開放するために第
一方向へ従動子11を移動するものである。部分14は動作の第二状態の間、弁
を閉鎖するために第二方向へ従動子11を移動するものである。部分16は従動
子の動作の休止状態の間、弁を開放、又は休止位置に維持するものである。
【0053】 部分15はカム10の回転軸において角度Cに相対する。同様に部分14は角
度Bに及び部分16は角度D(休止角度)に相対する。従ってカム10は、カム
10の“揚程”が図1に示されるように長さLと長さM間の差を持ちながら、角
度B、C及びDの合計である角度Aを通して従動子11を動作する。
【0054】 図2を参照して、本発明の第一態様による機械装置が示されている。特に記述
され及び図示された差を除いて、図2のカム及び従動子は図1のそれらに対応す
る。更に図1の対応する特徴を持つ図2の特徴は、同じ参照数字で指示される。
【0055】 図2のカム10は、図1のカムの部分16によって相対される角度よりも大き
い角度Dに相対する休止部分16を持つ。この実施例のカム従動子11は従動子
11の動作径路に傾斜し、かつ頂点19で交差し及びそれを規定する一対の個別
の平面カム係合表面17及び18を持つ。
【0056】 本実施例において、表面17及び18は径路に垂直な平面に対してそれぞれ鋭
角G及びHで傾斜している。他の実施例では、表面17及び18は一つ以上の平
面セクション、一つ以上の曲面セクション又は両者の組合せを含んでもよい。そ
れらは対称性である必要はない。一つの好ましい実施例では、表面は一般に三角
のプロフィルであるカムと従動子間の接触径路を規定する。別の実施例では接触
径路は一般に鋭角のプロフィルである。より複雑な複合プロフィルもまた考えら
れる。
【0057】 ある実施例では、表面17及び18は一般に湾曲している。この範疇に入る一
つの特別な場合では、表面は実質的に連続する凸曲面を形成し、ここで頂点はカ
ムの回転軸に最も近い最外点である。
【0058】 従動子11はガイド壁(図示せず)によって支持され、及びその所定の並進径
路に沿ってのみ往復運動の自由を持つ。壁は、他の如何なる方向への変位、特に
横方向及びその中心線軸の周りの回転的変位を防止するように従動子を拘束する
【0059】 部分16は実質的に鋭角であり、カムの回転軸と一致する曲率中心を持つ。こ
の弓状部分16はプロフィル13に沿う他の総ての点は回転軸に対して相対的に
より接近しているという意味において、カムの半径方向の先端を構成する。
【0060】 表面17及び18の傾斜角度は、もし表面がそれ程傾斜していない場合よりも
、従動子11の、それ故カム10による係合に応じて開閉位置間の弁のより急速
な加速と運動に帰着する。
【0061】 従動子11の運動の休止状態は、従動子の頂点19上のカムの休止部分16の
運動によって調整される。カムの回転軸と同心である休止部分16の弓状形状の
結果として、従動子と弁は休止状態の間、実質的に静止したままである。休止部
分16はカム10の半径方向の先端を規定するので、弁をそのポートから離す最
大揚程は、この休止状態の間に生じる。休止角度Dが従来のカムにおけるよりも
大きいという事実は、弁が従来のカムプロフィルでの場合よりもより長い期間に
亘って全開位置に維持されるということを意味する。こうして本発明による構造
は、図2の角度で表されるように弁の開放開始と閉鎖終了間の期間を必然的に変
えることなしに比例的により大きな休止時間を与える。
【0062】 角度B及びCは図1のカム10におけるよりも小さく、一方休止角度Dの図1
のそれに対する増加は図2の角度G及びHの合計に等しい。好ましい実施例では
、角度G及びHは2°から45°の範囲にある。より好ましくはそれらは10°
から25°の範囲にある。最も好ましい実施例ではそれらは約20°である。従
って休止角度は4°よりも大きいが約90°より少ないことが好ましい。
【0063】 図3から5、特に図3を参照して、カム組立体20が示されている。カム組立
体は軸26の周りに回転するカム28及び29の同心的に載置された対41を含
む。各カムは実質的に図2のカム10による。各対41のカム28及び29のプ
ロフィルは共に複合カムプロフィルを効果的に規定する。複合カムプロフィルの
調節は図5を参照して以下により詳細に議論される。
【0064】 各対41のカムはそれぞれのカム従動子21連結して動作するように配置され
る。次に従動子21はシリンダーヘッド24の弁ガイド23に摺動的に載置され
る弁22を係合する。弁22はシリンダーヘッド中のポートPを開閉するように
配置される。弁スプリング25は、それらがポートを閉鎖しかつカム従動子21
をカム28及び29との係合状態に維持する位置に弁22をバイアスする。
【0065】 カムシャフト組立体20はその上にカム28及び29が載置される中心シャフ
ト27を含む。各カム28はカムが軸26の周りを一致して回転するようにそれ
ぞれの架橋シャフト31によって別のカム28に結合される。各架橋シャフト3
1はベアリング編成31.1を含む。同様にカムシャフト組立体の内側カム29
は、これらのカムがまた一致して回転するように架橋シャフト32によって互い
に結合される。架橋シャフト32はベアリング編成32.1を含む。カム組立体
の外側カム29は他のカムには結合されずに、各々は架橋シャフト32によって
それぞれのベアリング編成30に接続される。各ベアリング編成30はハウジン
グ34中に回転式に支持され、及び各ベアリング編成31.1及び32.1はハ
ウジング33中に回転式に支持される。ハウジング34はまた、ベアリング編成
30及びそれらが接続される架橋シャフト32を軸方向運動に対して抑止する働
きをする。従って残りの総ての架橋シャフト31と32並びにそれらに接続され
たカムは、外側カム29によって軸方向運動に対して抑止される。
【0066】 シャフト27は架橋シャフト31及び32内部に軸方向摺動運動のために載置
され、かつこのような軸方向運動を起こすために作動手段(図示せず)に結合さ
れる。
【0067】 シャフト27は多数の傾斜スロット35及び36が設けられる。スロット35
は図3で左から右へ下方に傾斜し、一方スロット36は左から右へ上方に傾斜し
ていることが分かるであろう。
【0068】 各架橋シャフト31は結合要素38を容れる内側ソケット37が設けられてい
る。各要素38は球面状であり、ソケット37は相補的に形作られる。各要素3
8はそらが容れられているそれぞれソケット37から半径方向内側へ突出し、及
びそれぞれのスロット36の中へ伸長する。スロット36はシャフト27が架橋
シャフト31と32に対して軸方向へ摺動される時、要素38をスロット36に
沿って摺動させるように大きさを決められる。
【0069】 架橋シャフト31、それらに結合されたベアリング編成30、及びカム28は
こうしてスロット36の傾斜によってシャフト27が軸方向に移動されながら、
軸26の周りを回転させられる。
【0070】 各架橋シャフト32は要素38と類似の結合要素40を容れる内側ソケット3
9を設けられる。従って要素40は球面状であり、ソケット39は相補的に形作
られる。各要素40はそれがそこでそれぞれのスロット35中へ伸長するように
適応されたソケット39から突出する。スロット35はシャフト27が上記のよ
うに軸方向に移動されながら、要素40をスロットに沿って摺動させるように大
きさを決められる。
【0071】 要素38とスロット36の場合のように、スロット35の傾斜はシャフト27
が軸方向に移動されながら、架橋シャフト32、そられに結合されたベアリング
編成30及びカム29を軸26の周りに回転させる。しかしながらスロット35
及び36の傾斜の反対方向はカム28及び29を共通軸26の周りで互いに反対
の方向に回転させる。この方法で、スロット35と36及び要素38と40はそ
の位置でカム28及び29の相対的回転を行い、それによってカムの各対41の
複合カムプロフィルを動的に変更する変位手段の形式を構成する。
【0072】 カムシャフト組立体20の動作において、シャフト27、それ故カム28と2
9の相対的回転位置はエンジンの動作条件に従って調節され、及び図5を参照し
て下記される仕方で弁タイミングに影響を及ぼす。
【0073】 図5を参照し、カム28と29は図3のカム28と29に対応する。更にカム
28と29はそれぞれ実質的に図2のカム10に同等であり対応する部分は同じ
参照数字で指示される。矢印Wはカムの一般動作回転方向を指示する。各対の隣
接カム28と29は共通軸26の周りを互いに対して回転されながら、それらは
完全に重畳する構造から部分的に重畳する構造へ移動する。このことは休止角度
をD1から、各対41の二つのカムの複合プロフィルの複合休止角度であるD2
への効果的な増加を引き起こす。この部分的な重畳構造において、各対の二つの
カムの弓状部分16はプロフィルにおいて効果的に連続する複合弓状休止部分D
2を規定することが分かるであろう。
【0074】 この仕方でのカムの回転は弁開閉のタイミングに影響を及ぼすことが認識され
るであろう。これは方向Wに対する逆方向のカム28の回転と、方向Wに対する
前方向のカム29の回転による。こうして、各カム29の相対的前方回転は弁開
放のより早い開始に帰着し、及び各カム28の相対的逆回転は弁のより遅い閉鎖
に帰着する。更にカム28と29の各隣接対の効果的複合休止角度を増加するこ
とにより、弁はより長期間に亘り開放位置に維持される。それぞれのカムシャフ
トに対する相互と同じ方向に両カムを移動することにより、弁が実際に開放状態
に留まる期間を変更することなしに、弁の全体的な開閉サイクルを進め、又は遅
らせる効果が得られる。
【0075】 図6から12を参照し、本発明の別の実施例による別のカムシャフト組立体5
0が示されている。組立体50は隣接カム間の相対的回転を駆動し及び行うため
に組立体20の代わりの配置を構成する。カムシャフト組立体はカム従動子51
を動作するように構設される。各カム従動子51は、内燃エンジンの弁52を動
作するように構設される。
【0076】 カムシャフト組立体50は軸53の周りを回転する外側中空シャフト58を含
む。内側シャフト56はシャフト58内部に同軸に配置される。カムシャフト組
立体50は以下により詳細に議論されるように、シャフト56及び58を回転式
に駆動する駆動組立体54の形式の駆動手段を含む。外側シャフト58は軸方向
に離隔配置された多数の円周上に細長いスロット形状の開口部60を持つ(図1
0参照)。多数のカム57が外側シャフト58上に載置される。カム57はそれ
を通してシャフト58が伸長するリング形編成すなわちスリーブ81を含む(図
11及び12参照)。スリーブ編成81、それ故カム57はシャフト58の周り
を自由に回転できる。カム57はキー61の形式の接続手段により内側シャフト
56に接続される。一つの端部において、キーはそれぞれのカム57と係合し、
反対の端部においてそれらは内側シャフト56のそれぞれの相補的凹部すなわち
キー溝62に受け取られる。キー61はカム57がシャフト56に対して回転す
ることを阻止する。開口部60はキー61に対して大きめに寸法取りされている
ことが分かるであろう(特に図11を参照)。従って、キー61が細長いスロッ
トすなわち開口部60の端部に衝合するまで、シャフト56のシャフト58に対
する回転動作の或る量は許される。このことは以下に詳細に議論されるであろう
【0077】 多数のカム59が外側シャフト58にキーで取り付けられる。各カム59はシ
ャフト58が通過する開放部59.1を規定するスリーブを組み込む。シャフト
58は、シャフトに対するカムの回転を阻止するために、それぞれのカム59の
開放部59.1に形成された相補的形状のキー溝59.2を係合するキーとして
それぞれ半径方向に突出する多数の位置決め編成63を持つ。各位置決め編成6
3はそれぞれの開口部60に隣接して配置されるので、各カム59は対応するカ
ム57に隣接して配置される。
【0078】 シャフト58に対するシャフト56の回転は、カム59に対するカム57の回
転的変位を起こす。カム57と59のプロフィルは図3、4及び5に示されるカ
ム28と29、並びに図2のカム10のプロフィルと実質的に同じである。従っ
て、完全に重畳する構造から部分的に重畳する構造へのカム59に対するカム5
7の回転は、隣接カムの各対の効果的複合休止角度を増加する。
【0079】 上記のように、シャフトカム組立体50はシャフト56と58を回転式に駆動
し、それ故カム57と59を回転する駆動組立体54を含む。駆動組立体54は
、二つのエピサイクリック歯車列82と83を有し、それぞれカムシャフト56
と58に接続されるエピサイクリック歯車組立体80を含む。
【0080】 歯車列83(特に図8を参照)は一連の遊星歯車65、太陽歯車69及び旋回
大歯車70を含む。遊星歯車65はシャフト56と一体的に接続されたフランジ
64の形式のキャリヤに回転式に載置される。遊星歯車65はシャフト66によ
ってフランジ64に載置され、かつそれぞれの回転軸67の周りに回転可能であ
る。旋回大歯車70はウォーム歯車72と係合するために外側依存歯を含む。同
様に歯車列82は一連の遊星歯車74、太陽歯車69及び旋回大歯車76を含む
。遊星歯車74はフランジ64と類似でかつシャフト58と一体的であるフラン
ジ73の形式のキャリヤにシャフト66によって回転式に載置される。旋回大歯
車76はまた歯71と類似でかつウォーム歯車77と係合する半径方向に外側に
向いた歯を含む。太陽歯車69は両歯車列82と83の一部を形成する共通歯車
である。特に遊星歯車65は太陽歯車69の一部を形成する歯68の一つのセッ
トと係合され、一方遊星歯車74は歯75の別のセットと係合され同じ太陽歯車
の一部を形成する。
【0081】 太陽歯車69は、シャフトに対して自由に回転できるようにシャフト56に上
に支持される。駆動歯車78は太陽歯車に関する回転に対して拘束されるように
、太陽歯車69に固定され、また外部から駆動される駆動ベルト79と係合され
る。使用に当たって、駆動ベルト79は駆動歯車77を、それ故太陽歯車69を
軸53の周りに回転式に駆動する。ウォーム歯車72と77は静止している時、
回転に対して旋回大歯車70と76を抑止する。太陽歯車69の回転は、遊星歯
車65と74の回転を起こし、それによって遊星歯車クラスター(planetary ge
ar clusters)を軸53の周りの軌道径路に沿ってそれぞれの旋回大歯車70と
76の内側周辺の周囲に駆動させる。従って、太陽歯車は駆動部材を構成し、遊
星歯車は被駆動部材を構成し、それぞれの旋回大歯車はそれぞれの歯車列の静止
部材を構成する。太陽歯車69は両歯車列82と83に共通であるので、それは
遊星歯車65と74を一致して駆動する。従って軸56と58及び従ってカム5
7と59もまた一致して回転式に駆動される。
【0082】 カム57をカム59に対して回転するために、一つ又は両方のウォーム歯車7
2と77は、旋回大歯車70と76間の相対的回転を行うように作動される。ウ
ォーム歯車はそれによって隣接カム57と59の各対の重なりの範囲を変更する
ために旋回大歯車の回転位置を増分的に調節する調節手段を構成する。これは次
に複合カムプロフィルを変更する。この仕方で望ましい弁タイミング特性及び複
合休止角度が達成される。
【0083】 ウォーム歯車72と77は、外部手段(図示せず)によって駆動される。ある
好ましい実施例ではそれらは油圧式に駆動され、他の好ましい実施例ではそれら
は電気的に又は機械的に駆動される。ある実施例において、ウォーム歯車は相対
的カム位置、それ故弁タイミングが、統合電子式エンジン管理システムの一部と
して燃料注入及び点火タイミングのような他の機能と関連して動作条件に従って
制御されるように、コンピュータ制御される。
【0084】 図7Aにおいて、駆動組立体の別の好ましい実施例が示される。図7Aにおい
て、図7に対応する部分は図7と同じ参照数字を持つ。
【0085】 この実施例では二つの太陽歯車69.1と69.2がある。太陽歯車69.1
はシャフト58と一体でありエピサイクリック歯車列82の一部を形成する。同
様に太陽歯車69.2はシャフト56と一体でありエピサイクリック歯車列83
の一部を形成する。
【0086】 各遊星歯車65は対応する遊星歯車74と配列され、及び遊星歯車の対応する
各対は外部駆動手段(図示せず)によってキャリヤを通して回転式に駆動される
ように構設される共通軸66上に載置される。この実施例において、遊星歯車6
5と74はシャフト56と58に接続されていないことが認識されるであろう。
この実施例の旋回大歯車は図7を参照して記述された実施例のそれらと同様に構
設される。
【0087】 使用に当たって、遊星歯車65と74はキャリヤ上で作用する外部駆動手段に
よって回転させられる。このことは遊星歯車を軸53の周りの軌道径路に沿って
それぞれの旋回大歯車70と76の内側周辺の周囲に駆動させる。遊星歯車が回
転するに従い、それらはそれぞれの太陽歯車69.1と69.2並びに太陽歯車
がそれと一体的に結合されるそれぞれのシャフト56と58を回転させる。遊星
歯車が一致して回転するにつれて、シャフト56と58もまた一致して回転され
る。図7と関連して上記された実施例において、カム57と59は旋回大歯車7
0と76間の相対的回転を行うためにウォーム歯車の一方又は両方を作動させる
ことにより、互いに相対的に回転される。この実施例において遊星歯車65と7
4は駆動部材を構成し、太陽歯車69.1と69.2は被駆動歯車を構成し、旋
回大歯車70と76は静止部材を構成することが認識されるであろう。
【0088】 別の実施例(図示せず)において、歯車列の一つの遊星歯車は他の歯車列の遊
星歯車に接続され、かつ直前に記述した実施例のように駆動歯車を構成するため
に外部手段によって駆動される。しかしながらこの場合、各旋回大歯車はそれぞ
れのシャフトに固定され、かつ被駆動歯車を構成し、一方各太陽歯車はそれぞれ
のウォーム歯車によって回転に対して拘束されかつ静止歯車を構成する。遊星歯
車は外部駆動手段によってキャリヤを通して駆動されるので、それらはシャフト
の軸の周り軌道径路に沿ってそれぞれの太陽歯車の周囲で駆動され、それによっ
て旋回大歯車及びそれらのそれぞれのシャフトを駆動する。カムの各対のカムの
相対的位置は太陽歯車の相対的回転を行うためにウォーム歯車を作動することに
よって調節される。
【0089】 別の代案実施例(図示せず)において、旋回大歯車は互いに固定されかつ駆動
歯車として外部によって駆動される。この場合、駆動歯車はフランジ64と73
に類似のキャリヤ上に回転式に載置される。相対的回転位置の調節を許容するそ
れぞれのウォーム歯車によってそれぞれ静止状態に保持される二つの太陽歯車が
ある。旋回大歯車は回転するにつれて、それらはシャフトの回転軸の周りの軌道
径路に沿って太陽歯車の周囲に遊星歯車を駆動する。遊星歯車を軌道に乗せるこ
とは、遊星歯車が被駆動歯車を構成するように軸を回転させる。隣接カムの各対
のカムの相対的位置は、太陽歯車の相対的回転を行うようにウォーム歯車を作動
させることにより調節される。
【0090】 更に別の実施例(図示せず)において、旋回大歯車は先のパラグラフに記述さ
れたような駆動歯車であるが、この場合遊星歯車は遊星歯車が静止歯車を構成す
るように、ウォーム歯車によってそれらの個々の軸の周りに回転することを阻さ
れる。この場合各歯車列の遊星歯車キャリヤは、カムの回転軸の周りで一致して
キャリヤを回転するように構設された対応するウォーム歯車を持つ。各太陽歯車
はそれぞれのシャフトに固定されかつ被駆動歯車を構成する。旋回大歯車が回転
されるにつれて、各遊星歯車キャリヤがそれ自身の軸に対して静止したまま、そ
れらは二つの歯車列の遊星歯車をそれらのキャリヤ内部で回転させる。遊星歯車
はこうして太陽歯車及びそれらのそれぞれシャフトを回転運動の中に“引き込む
”。カムの各隣接対のカムを互いに対して移動するために、歯車列の一つ又は両
方のウォーム歯車は、他の歯車列の遊星歯車に対して歯車列の一つの遊星歯車キ
ャリヤのそれらの個々の軸の周りの回転を生じさせるように作動される。
【0091】 上記実施例の各々において、二つの駆動列のウォーム歯車は複合カムプロフィ
ルを変更するために差動的に動作できると同時に、一致して動作できる。その場
合、互いに対する各隣接対のカムの位置は変えられず、従って複合カムプロフィ
ルは同じ状態に留まる。しかしながらカムはシャフトの一般的な回転方向に対し
て前進又は逆回転方向に一緒に回転される。この仕方で、全体的なタイミングは
進められ、又は遅らせられる。
【0092】 中間頂点を規定する第一及び第二傾斜表面を備えた本発明によるカム従動子の
独特の幾何学的配置は多数の重大な利点を提供することが、認識されるであろう
。第一に、本発明による複合カムプロフィルに関連して、それは開閉位置間の従
動子の、それ故弁のより速い加速を可能にし、それによって各開放サイクル間の
ガス流を最大にする。
【0093】 多分更に重大なことに、従動子とカム間の幾何学的関係によって、弁が通常全
開位置に留まる休止状態は、弁が開放し始める点とそれが全閉している点との間
の期間を必ずしも変更することなく、与えられたサイクル以内に伸長できる。単
純で信頼性がありかつ費用効果的な仕方で達成される、与えられたサイクル以内
での並進加速率及び休止時間の独立した調整の程度についてのこの機能は、エン
ジン設計及び性能に関して遥かに拡がる含みを有する。この点に関して特別の利
点は、本発明を実施するカム及び従動子を現存エンジンへ容易に事後設置できる
能力である。
【0094】 更に可変弁タイミングを与えるために多重カムを使用する本発明の態様は、性
能基準の与えられた如何なるセットについても最適化される効果的な複合カムプ
ロフィルを可能にする。これと組合せて、本発明のよるエピサイクリック駆動機
構は複合カムプロフィル及びカムタイミングの漸進的変更を容易に可能にする。
次にこのことはプロフィルを全回転範囲に亘って漸進的に及び連続的に最適化さ
せる。これら及び他の点に関して本発明は先行技術に対して実際的なそして商業
的に重大な改良を表す。
【0095】 本発明の好ましい実施例は特定の例を参照して記述されたが、本発明は他の多
くの形式で実施できることは当該技術に習熟した人々によって認識されるであろ
う。特に本発明はその適用を内燃エンジンに限定されるものではなく、例えばカ
ム動作機構が使用され又は使用できる機械道具、ロボット技術、ポンプ及び他の
如何なる適用にも等しく適用可能であることが認識されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 カム及びカム従動子の略式図である。
【図2】 本発明の第一態様によるカム及びカム従動子の略式図であり、図1と同じ弁サ
イクルを表す。
【図3】 本発明による関連カム従動子及び弁によるカムシャフト組立体の略式側面図で
ある。
【図4】 図3のカム、カム従動子及び弁の一つを通した部分的略式縦断面図である。
【図5】 図3の一対の隣接カムの一つの略式図である。
【図6】 本発明の第二態様による関連するカム従動子及び弁によるカムシャフト組立体
の略式側面図である。
【図7】 図6のカムシャフト組立体の一部を形成する駆動組立体を通した略式縦断面図
である。
【図7A】 別の実施例による駆動組立体を通した略式縦断面図である。
【図8】 図7の駆動組立体の一部を形成するギヤー組立体の略式端部立面図である。
【図9】 図6のカムシャフト組立体の一部の略式透視図である。
【図10】 図6のカムシャフト組立体の別の部分の略式透視図である。
【図11】 図6のカムシャフト組立体の一部を通した部分的略式縦断面図である。
【図12】 図6のカムシャフト組立体の図解的な端部立面図である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図7A】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16H 53/02 F16H 53/02 Z (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,US,UZ,VN,YU,ZW Fターム(参考) 3G016 AA06 AA12 AA19 BA21 BA33 BA34 BA38 BA44 BB04 BB06 CA04 CA06 CA08 CA32 CA34 CA45 CA46 DA03 DA23 GA01 GA06 3G018 AA05 AB07 AB16 BA07 BA09 BA21 BA29 BA35 BA36 CA04 CA13 DA03 DA05 DA17 DA21 DA75 FA01 FA08 GA02 GA14 3J030 EA06 EA13 EA15 EC07

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンカムシャフトは、少なくとも一つのカム凸部及び直
    線的に移動するように抑制された関連するカム凸部係合部材を有し、 前記凸部は、開放弧を通して伸長する弁開放部分、閉鎖弧を通して伸長する弁
    閉鎖部分、及び休止弧を通して伸長する拡張された休止部分を有し、 前記係合部材は、頂点を伸長するために傾けられたカム凸部係合部材を有する
    ことを特徴とする組合せ体。
  2. 【請求項2】 表面は鋭角で係合部材の移動の方向に垂直な平面に対して傾
    けられ、休止角度は少なくとも鋭角の和であることを特徴とする請求項1の組合
    せ体。
  3. 【請求項3】 鋭角はそれぞれ2°から45°までである、 ことを特徴とする請求項2の組合せ体。
  4. 【請求項4】 鋭角はそれぞれ10°から25°までである、 ことを特徴とする請求項3の組合せ体。
  5. 【請求項5】 鋭角はそれぞれ約20°である、 ことを特徴とする請求項4の組合せ体。
  6. 【請求項6】 傾斜表面は一般に平面である、 ことを特徴とする請求項1から5の何れかに記載の組合せ体。
  7. 【請求項7】 中央シャフト、 中央シャフトがその内部に置かれる外側管状シャフト、この外側シャフトは少
    なくとも一つの開口部を持ち、 外側シャフト上に、それに対する角度的な移動用に据付けられ、かつ前記開口
    部に隣接して置かれた第一凸部、 第一凸部を内側シャフトと結合する駆動部材、 弁開放部分、弁閉鎖部分及び休止部分を与えるようにそれと協動するために、
    外側シャフト上に据付けられ及びそこに固定され、並びに第一凸部に隣接して置
    かれた第二凸部、 前記中央シャフトに駆動的に結合された第一エピサイクリック歯車列、前記歯
    車列は旋回大歯車を含み、 前記外側シャフトに駆動的に結合された第二エピサイクリック歯車列、前記第
    二歯車列は旋回大歯車を含み、 両エピサイクリック歯車列に駆動的に結合された共通駆動歯車、及び 一つ又は両方の凸部の角度転移を起こすように中央シャフト及び/又は外側シ
    ャフトの角度転移を起こすために、一つ又は両方の旋回大歯車の角度転移を起こ
    すように、各旋回大歯車と駆動的に係合され及び選択的に操作できる駆動手段を
    持つ、 ことを特徴とするカムシャフト組立体。
  8. 【請求項8】 各エピサイクリック歯車列は、 太陽歯車、太陽歯車は前記共通駆動歯車によって駆動され、 各シャフトに取り付けられるフランジ、各フランジは関連するものと噛み合い
    状に係合される複数の遊星歯車を回転式に支持し、遊星歯車の各セットは旋回大
    歯車の関連するものと噛み合い状に係合される、 ことを特徴とする請求項7に記載のカムシャフト組立体。
  9. 【請求項9】 中央シャフト、 中央シャフトがその内部に置かれる外側管状シャフト、この外側シャフトは少
    なくとも一つの開口部を持ち、 外側シャフト上に、外側シャフトの周りでの角度的な移動用に据付けられ、か
    つ前記開口部に隣接して置かれた第一凸部、 開口部を通して伸長し、及び第一凸部が中央シャフトと共に移動するように中
    央シャフトを第一凸部と結合する駆動部材、 外側シャフト上に据付けられ及びそこに固定された第二凸部、 旋回大歯車を含み、第一及び第二凸部間の角度転移を起こさせるためにその間
    の角度転移を起こさせるように中央シャフト又は外側シャフトに駆動的に結合さ
    れたエピサイクリック歯車列、 その回転を起こすために中央シャフト及び外側シャフトに駆動的に結合された
    共通駆動歯車、及び その角度移動を起こすために旋回大歯車と噛み合い状に係合し、それによって
    第一及び第二シャフト間の角度転移を起こす駆動手段を持つ、 ことを特徴とするカムシャフト組立体。
  10. 【請求項10】 カムシャフト組立ては少なくとも一対の協動カム凸部及び
    凸部と係合されるカム凸部係合部材を持ち、並びに直線的に移動するように抑制
    され、前記組立ては、 二つの凸部と一緒の又はその間の何れかの角度転移を起こす手段を含み、及び
    ここで 前記カム従動子は頂点を伸長する一対の収斂式凸部係合表面を持つ、 ことを特徴とする組合せ体。
  11. 【請求項11】 表面は鋭角で係合部材の移動の方向に垂直な平面に対して
    傾けられ、休止角度は少なくとも鋭角の和である、 ことを特徴とする請求項10の組合せ体。
  12. 【請求項12】 鋭角はそれぞれ2°から45°までである、 ことを特徴とする請求項11の組合せ体。
  13. 【請求項13】 鋭角はそれぞれ10°から25°までである、 ことを特徴とする請求項12の組合せ体。
  14. 【請求項14】 鋭角はそれぞれ約20°である、 ことを特徴とする請求項13の組合せ体。
  15. 【請求項15】 傾斜表面は一般に平面である、 ことを特徴とする請求項10から14の何れか一つに記載の組合せ体。
  16. 【請求項16】 中央シャフト、 中央シャフトがその内部に置かれる外側管状シャフト、この外側シャフトは少
    なくとも一つの開口部を持ち、 外側シャフト上に、外側シャフトの周りの角度的な移動用に据付けられ、かつ
    前記開口部に隣接して置かれた第一凸部、 開口部を通して伸長し、及び第一凸部が中央シャフトと共に移動するように中
    央シャフトを第一凸部と結合する駆動部材、 外側シャフト上に据付けられ及びそこに固定された第二凸部、 旋回大歯車を含み、第一及び第二凸部間の角度転移を起こさせるためにその間
    の角度転移を起こさせるように中央シャフト又は外側シャフトに駆動的に結合さ
    れたエピサイクリック歯車列、及び シャフトの回転及び凸部の相対的角度転移を起こすために歯車列の動作を起こ
    す駆動手段を持つ、 ことを特徴とするカムシャフト組立体。
  17. 【請求項17】 中央シャフト、 中央シャフトがその内部に置かれる外側管状シャフト、この外側シャフトは少
    なくとも一つの開口部を持ち、 外側シャフト上に、それに対する角度的な移動用に据付けられ、かつ前記開口
    部に隣接して置かれた第一凸部、 第一凸部を内側シャフトと結合する駆動部材、 弁開放部分、弁閉鎖部分及び休止部分を与えるようにそれと協動するために、
    外側シャフト上に据付けられ及びそこに固定され、並びに第一凸部に隣接して置
    かれた第二凸部、 前記中央シャフトに駆動的に結合された第一エピサイクリック歯車列、前記歯
    車列は旋回大歯車を含み、 前記外側シャフトに駆動的に結合された第二エピサイクリック歯車列、前記第
    二歯車列は旋回大歯車を含み、及び シャフトの回転及び凸部の相対的角度転移を起こすために歯車列の動作を起こ
    す駆動手段を持つ、 ことを特徴とするカムシャフト組立体。
  18. 【請求項18】 実質的に請求項3から5又は6から12を参照してこれま
    でに記述されたカムシャフト組立体。
  19. 【請求項19】 組合せにおいて、実質的に添付図面の図2を参照してこれ
    までに記述されたカムシャフト及びカム従動子の組合せ体。
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