JP2004507642A - モジュラー式カム軸組立体 - Google Patents

Abstract

本発明は、細長の軸１０と、少なくとも１個のカムローブ組立体２０と、少なくとも１個のスペーサ組立体３０と、カムアダプタ組立体５０とを有するモジュラー式カム軸組立体に関するものである。

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明はカム軸組立体に関するものである。特に本発明は、異なる材料でカム軸とカムローブとを形成可能な、かつまた弁調時の変化に合わせてカムローブを調節可能なモジュラー式カム軸組立体に関するものである。
【０００２】
（発明の背景）
カム軸の構造物は、概して、円筒形の本体と、前記目的の複数個別カムローブとから成っている。自動車のエンジンに使用されるカム軸は、通常、その目的を達成するために、カム軸型削り機械または切削機械、もしくはカム軸シェーパまたは切削機として知られる、その目的用の特殊工具を用いて、その周囲（カム面となる）が、機械加工され、型削りされる。あるいはまた、カム軸は、カムと他の機能部材とが軸と一体鋳造されるように、鋳造することができる。いずれの場合も、その製造は複雑である。更に、カム軸を一体構成する場合には、物理的特性を妥協させることになる。カムローブにとって望ましいのは、他のエンジン構成部材との相互作用のため、耐摩耗性であることであり、他方、カム軸にとって望ましいのは、高い強度および剛度特性を有することである。
【０００３】
カム軸組立体の物理特性を改善する一つの手法は、カムローブとカム軸とを別の材料で製造することである。カム軸は、軸本体とカムとが別々に製造された場合、「組立て式」と呼ばれ、事実上完成したカムが軸本体に固定される。軸本体として例えば鋼管を有する組立てカム軸は、種々の取付け部品または付属部品、すなわちカム、スプロケット、取付け具、複数スプロケット、軸方向軸受、軸方向軸受肩、発信器、その他を有することができる。
【０００４】
キンチング（Ｋｉｎｔｚｉｎｇ）氏に交付された米国特許第２，７９１，９１６号「交換可能なカムユニットを有するマルチ−カム組立体」には、交換可能なカムユニットを有するマルチ−カム組立体が開示されている。各カムユニットは、１対の相互はめ合い部材を含んでいる。
【０００５】
エルロッド（Ｅｌｒｏｄ）氏ほかに交付された米国特許第５，４１７，１８６号「可変弁調時用の２重作動装置」には、カム軸に沿って延在する細長のスプラインを有するカム軸が開示されている。複数カム部材がカム軸に沿って位置決めされている。各カム部材は、カム軸が貫通する孔を有している。該孔は軸上のスプラインに係合する相補的なスプラインを含み、これによって、軸に対するカム部材の位置が固定される。
【０００６】
ポング（Ｐｏｎｇ）氏に交付された米国特許第５，５３７，９７１号「モジュラー式クランク軸および連接棒軸受組立体」には、薄板金の打抜き品又は粉末金属プレス品として製造されるカムローブを有するモジュラー式カム軸組立体が開示されている。これらのカムローブは、次いでカム軸上にプレスばめされる。カムローブは、カム軸に摩擦接続される。
【０００７】
バットログ（Ｂａｔｔｌｏｇ）氏に交付された米国特許第５，８８７，５５７号「伝動装置と、軸受と、カム部材とを有するカム軸」に開示されたカム軸は、２個以上の平行な中心ロッドによって形成されている。カム軸部材は、これらのロッドに取付けられている。伝動装置は、平行なロッドに固定され、カム軸を回転させ。
【０００８】
マット（Ｍａｔｔ）氏に交付された米国特許第５，３０７，７０８号「内燃機関の制御弁用カム軸」、マーラー（Ｍｅｕｒｅｒ）氏ほかに交付された米国特許第５，７３８，０５２号「内燃機関用合成カム軸」、クラー（Ｋｌａａｒ）氏に交付された米国特許第５，９９２，２６５号、ドイツ特許ＤＥ　４１２１９５１　Ｃ１、ＤＥ　３７１７１９０　Ｃ２、ＤＥ　１９５２０３０６　Ａ１に開示されている組立式のカム軸の場合は、カムディスクが、管状軸体に確実に固定され、付加的に、例えば摩擦接続により回転方向に確実に固定される。
【０００９】
これらのカム軸は、しかし、カム軸組立体の組立てを、異なるエンジン構成用に変更することが簡単にはできない。更に、これらのカム軸組立体は、摩耗または損傷したカムローブの補修や交換が容易ではない。
（発明の目的）
【００１０】
したがって、本発明の目的は、最適化された金属特性を有するモジュラー式カム軸組立体を提供することにある。その場合、性能改善のため、カム軸組立体の異なる部分に異なる材料が使用される。
【００１１】
本発明の別の目的は、カム軸組立体全体を交換することなく、摩耗または損傷した部材の補修や交換の可能なモジュラー式カム軸組立体を得ることである。
【００１２】
本発明の別の目的は、個々の吸排気弁のタイミングを変更するため、個々のカムローブを調節することで、個々のカムローブの配向を変更及び／又は調節可能なモジュラー式カム軸組立体を得ることである。
【００１３】
本発明の別の目的は、異なるエンジン構成に合わせてカム軸組立体を変更可能にするため、カムローブを相互交換可能なモジュラー式カム軸組立体を得ることにある。
【００１４】
以下で、本発明の付加的目的および利点を説明するが、それににより、当業者には本発明の説明及び／又は実施例から明らかになろう。
（発明の要約）
【００１５】
前記の目的に応じて、出願人は、例えばエンジンと共に使用する新規性のあるモジュラー式カム軸組立体を開発した。このモジュラー式カム軸組立体は、少なくとも１個のカムローブ組立体と、少なくとも１個のスペーサ組立体と、カムアダプタ組立体とを含んでいる。各スペーサ組立体は、細長の軸に固定され、しかもスペーサ組立体は、選択的にカムローブ組立体に隣接位置決めされる。カムアダプタ組立体は、細長の軸に固定される。カムアダプタ組立体は、モジュラー式カム軸組立体を伝動組立体に接続するようにされている。
【００１６】
本発明により、更にモジュラー式カム軸組立体は、少なくとも１個の軸受組立体を含んでいる。該少なくとも１個の軸受組立体は、セラミック材料によって形成されている。各軸受組立体は、細長の軸上に位置決めされている。
【００１７】
本発明によれば、更にモジュラー式カム軸組立体は、調節可能なカムローブ固定具組立体を含んでいる。カムローブ固定具組立体は、各カムローブ組立体を細長の軸に固定し、細長の軸に対する各カムローブ組立体の回動を防止する。本発明によれば、調節可能なカムローブ固定具組立体は、細長の軸に各カムローブ組立体を固定するためのカムローブ固定具と、細長の軸に対するカムローブ固定具の位置を調節するための調節組立体とを含んでいる。カムローブ固定具組立体は、カムローブ組立体内の凹部に係合する固定ピンを含んでいる。調節組立体は、細長の軸上に複数の凹部を有することができる。各凹部は、固定ピンを受容するようにされている。多くの凹部を各カムローブ組立体に設けて、各カムローブ組立体について、弁開放のタイミングが、異なる凹部内にピンが位置することで調節されるようにすることが考えられる。
【００１８】
本発明によるモジュラー式カム軸組立体は、更に細長の軸の両端に固定される固定具組立体を含み、これにより、各カムローブ組立体、各スペーサ組立体、カムアダプタ組立体が、細長の軸から外れないように防止される。
【００１９】
モジュラー式カム軸組立体が、細長のカム軸に沿って多くのカムローブ組立体を含むようにすることも考えられる。カムローブ組立体は、各吸気弁と各排気弁とに設けられる。少なくとも１個のスペーサを用いることで、細長の軸に沿って複数カムローブ組立体を適宜の間隔に位置せしめることができよう。更に、多くの軸受を用いることで、エンジンに接続された場合に、細長の軸の回転が可能になろう。
（好適実施例の詳細な説明）
【００２０】
以下で、本発明を図面につき説明する。各図面では、等しい部材には等しい符号が付されている。
更に詳しく図面について見ると、図１及び図８には、本発明によるモジュラー式カム軸組立体が示されている。モジュラー式カム軸１は、細長の軸１０と、複数のカムローブ組立体２０と、複数のカムスペーサ組立体３０と、複数の軸受組立体４０とを含んでいる。モジュラー式カム軸１は、更に、ベルト又はチェーン伝動装置等の伝動装置（図示せず）にカム軸組立体１を接続するためのアダプタ組立体又はディストリビュータギヤ５０を含んでいる。ねじ込み固定具６１，６２は、カムローブ組立体２０、カムスペーサ組立体３０、軸受組立体４０の脱落を防止する。
【００２１】
発明者が考えたモジュラー式カム軸組立体により、軸及びカムローブ用の金属全体が最適化され、一体型のカム軸のような妥協は不要である。カムローブ２０と軸１０の形成には、異なる材料が使用されている。各カムローブ２０用の金属は、摩耗に耐えるように、またカムローブの弁操作（すなわち開弁）運動を伝達する作動組立体従動節との接触に耐えるように、最適化されている。特にその目的用のカムローブ組立体２０を、各エンジンシリンダと関連する吸排気弁の操作用に、軸１０に沿って間隔をおいて配置することが考えられる。更に、軸１０の金属は、強度と剛度が最適化されている。発明者が考えたモジュラー式カム軸組立体によって、熱処理も、一体ユニットの場合に別個の特徴の妥協がはかられるようなことはなく、個々の構成部分ごとに最適化されている。その結果、カムローブの熱処理は、優れた耐摩耗性を有するカムローブを製造できるように最適化かつ調整され得る。カム軸の熱処理も、高い強度のカム軸を製造できるように最適化かつ調整され得る。
【００２２】
カムローブ組立体２０は、エンジンシリンダと関係する吸排気弁の作動組立体の位置に合わせて、軸１０に沿って位置決めされる。軸受組立体４０は、例えば図１と図８に見られるように、軸１０に沿って間隔をおいてカムローブ組立体２０の間に配置されている。
【００２３】
軸受組立体４０は、好ましくは幅狭の構造を有するセラミック製軸受である。軸１０に沿って多数の軸受４０を使用することにより、軸受間の不支持間隔が比較的小さくなるので、カム全体の剛度が増す。ある状況では、軸受組立体４０を幅狭に設計することで、付加的な軸受組立体４０の配置が可能になる。それによって、カム軸組立体１の荷重支持能が増す。他種の軸受組立体を、本発明と組み合わせて使用することも考えられる。ニードルスラスト軸受を本発明と組み合わせて使用することで、ある正又は負の隙間範囲内で組み立てが可能となる。この結果、タイミングカバー組立体の製造や、他のカムスラスト拘束システムの製造が、該システムの製作公差が広くなることで、簡単になる。本発明の軸受設計により、オイルシステムに損傷又は故障による故障が発生しにくくなる。
【００２４】
カムスペーサ組立体３０は、カムローブ組立体２０の間や軸受組立体４０の間に軸１０に沿って間隔をおいて配置され、軸１０に沿ったこれら組立体の適正な位置を保証し、それによりカムローブ組立体２０が、それらの弁作動組立体と整合せしめられる。軸１０上の構成要素の軸方向配位は、固定具６１，６２によって維持される。
【００２５】
図４に示すカムローブ組立体２０は、単一の開弁動作に対応する単一のローブ２１を有している。カムローブ組立体２０が１個以上のローブ含み、カムローブ組立体２０が１回以上の開弁動作を行うようにすることも考えられる。例えば、一方のカムローブ組立体２０が主排気開弁イベントを行い、他方のローブがエンジンブレーキ及び／又は排気ガス再循環を行うようにすることもできる。
【００２６】
カムローブ組立体２０は、軸１０が貫通して延在する中心孔２３内に形成された凹部２２を含んでいる。凹部２２は、ピンを受容するか、組立体７０と係合するようにされている。ピン７０は、軸１０の相補的凹部１１内に受容されるようになっている。凹部１１は各弁ごとに備えられている。カムローブ２１の位置、したがって弁開閉の調時は、異なる凹部１１へピンを挿入することで調節される。凹部１１とピン７０とは、一緒にローブ指標しシステムを形成している。このローブ指標しシステムによって、カム全体を廃棄すること及び／又は新しいユニット一式を製造することなしに、吸排気間のカムの調時を変更できる。また、このローブ指標しシステムにより、カム全体を廃棄すること及び／又は新ユニット一式を製造することなしに、特定シリンダに対して調時を個別に調整できる。
【００２７】
本発明により、カムローブ組立体に関して数多くの利点が得られる。基礎円の回転振れは、ローブを個別に研磨するため、１本の長軸の場合よりむしろ最小化される。軸受を軸１０に取付けることにより、より大きい基礎円２４を使用できる。なぜなら、ローブは、カムを取付けるためにエンジンブロック又はシリンダヘッドのむきだしの（ｃｌｅａｒ）軸受レースを要しないからである。この結果、圧力角が低くなりカムの剛度が増し、それにより、高いＲＰＭ時の弁制御が改善される。基礎円が大となることに関連して高いローブを使用することにより、等しい弁揚程用に比較的低比率のロッカアームの使用が可能になる。これにより、カム軸、カムローブ、リフタ、プッシュロッド、ロッカアームへの荷重が低減され、耐久性が増し、可能な馬力利得に貢献する、より高いＲＰＭ限界が得られる。それによって、またこれらの構成要素での摩擦による動力損失が低減される。カムローブとリフタの摩耗は、ヘルツ（接触）応力がカムローブの瞬間曲率半径の増大により低減されるために、減少する。同じ理由で、スポーリングその他の破損も減少する。
【００２８】
本発明により、製造の立場から見て数多くの利点が得られ、かつ物理特性が改善される。熱処理は、簡単になり、より新しい、より堅実な方法で実施可能である。熱処理は、また一体ユニットの場合に別個の特徴を妥協させるのと異なり、個別の構成要素ごとに最適化される。モジュラーディストリビュータギヤは、一体型カム軸の熱処理によって生じる不均一な直線性による影響を受けない。ディストリビュータギヤは、長い軸の一部として固定する必要がないので、新しい設備によってより容易に製造できる。更に、ディストリビュータギヤ５０は、より狭い公差で製造できる。その結果、新品のカム軸が、直線性の公差を外れたために、スクラップにされる必要はなく、細長の軸を交換すれば済む。公差範囲が狭くなったことにより、点火時期が劇的に改善される。ディストリビュータギヤは、比較的僅か直径を増すことで、ギヤ間の隙間の微調整が可能になる。これが可能になることで、この１つの特徴の調節のためにカム軸全体をスクラップにしないで済む。
【００２９】
摩耗した部材は、カム軸組立体全体を交換することなく交換できる。更に、カムローブは、軸のみを購入し現行のカムローブを用いることで、異なる構成のエンジン間で相互交換できる。この結果、エンジン組立業者、レースチーム、修理工場は在庫を減らすことができる。
【００３０】
製造は、比較的高精度の、それほど珍しくない（高価でない）機械で行うことができる。エンジンの組立は、より迅速になり、かつ複雑でなくなる。
【００３１】
本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更態様や変化形が可能であることは、当業者には明らかだろう。本発明は、特許請求の範囲内で得られる本発明の変更態様および変化形と、それらの等価形式を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるモジュラー式カム軸組立体の分解図。
【図２】図１のモジュラー式カム軸組立体の第１固定具の略示図。
【図３】図１のモジュラー式カム軸組立体のカムアダプタ組立体の略示図。
【図４】図１のモジュラー式カム軸組立体のカムローブ組立体の略示図。
【図５】図１のモジュラー式カム軸組立体の第２固定具の略示図。
【図６】図１のモジュラー式カム軸組立体の軸受組立体の略示図。
【図７】図１のモジュラー式カム軸組立体のカムスペーサ組立体の略示図。
【図８】本発明によるモジュラー式カム軸組立体を組立てた状態で示す部分側面図。

Claims (5)

1. エンジンと共に使用されるモジュラー式カム軸組立体において、該モジュラー式カム軸組立体には、
   細長の軸と、
   少なくとも１つのカムローブ組立体とが含まれ、該少なくとも１個の各カムローブが、前記細長の軸に選択的に固定され、また
   少なくとも１つのスペーサ組立体が含まれ、該少なくとも１個のスペーサ組立体が、前記細長の軸に固定され、かつ前記少なくとも１個のカムローブ組立体に隣接して選択的に位置決めされ、更に
   前記細長の磁区に固定されたカムアダプタ組立体が含まれ、該カムアダプタ組立体が、前記モジュラー式カム軸組立体を伝動装置に接続するようにされている、モジュラー式カム軸組立体。
2. 更に、少なくとも１個の軸受組立体が含まれ、該少なくとも１個の軸受組立体が前記細長の軸上に位置決めされている、請求項１に記載されたモジュラー式カム軸組立体。
3. 更に、前記細長の軸に前記少なくとも１個の各カムローブ組立体を固定して、該各カムローブ組立体の回転が防止されるように、該各カムローブ組立体用の調節可能なカムローブ固定具組立体が含まれている、請求項１に記載されたモジュラー式カム軸組立体。
4. 前記調節可能なカムローブ固定具組立体が、前記細長の軸に前記少なくとも１個の各カムローブ組立体を固定するカムローブ固定具と、
   前記細長の軸に対し前記カムローブ固定具の位置を調節する調節装置とを含む、請求項３に記載されたモジュラー式カム軸組立体。
5. 更に、前記細長の軸から、前記少なくとも１個のカムローブ組立体と、前記少なくとも１個のスペーサ組立体と、前記カムアダプタ組立体とが外れるのを防止するため、前記細長の軸の両端に取り付けられた固定具組立体を含んでいる、請求項１に記載されたモジュラー式カム軸組立体。

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