JP2004531670A - バルブ運動制御装置 - Google Patents

Abstract

バルブ（８）の開放および閉鎖タイミングと継続時間を制御するための装置は、レバー装置（１）およびバルブステム（１１）で構成される集合体に閉鎖方向ではなく、開放方向に作用する弾性手段（１８）を備える。前記レバー装置（１）および開放カム（５）と閉鎖カム（６）で構成される前記集合体は、二元的な機能を達成する。一つはバルブ（８）を開放すること、他は閉鎖のために元に戻すことである。クランクシャフトに対してのカムの相対的位置である角度位置をオフセットするための装置を具備する本制御装置は、バルブ（８）の開放および閉鎖継続時間の制御を非常に広範囲に亘って可能にしており、開放に対してはクランクシャフト回転角でおよそ２１０度から３５０度まで、バルブの開放と閉鎖タイミングをお互いに独立して変化させることによって拡大している。それは幅広いエンジンに対して適用が可能である。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の前文に従って少なくとも一つのバルブの運動を制御するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブの可変制御、すなわち可変タイミングは、しばしば解決への取り組みがされてきている複雑な問題である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
最近のいくつかの研究によれば、現在までに提案されたシステムの大多数は、開放継続時間の可変性に制限があるか、あるいは開放継続時間を段階的に変化させることを提案していない。ある種の電気油圧システムは開放継続時間のより高度な弾力性を提案してはいるが、非常に複雑であるという不都合に悩まされ、例えば油圧回路の遅れや圧縮性、構成部品が場所をとるといった解決困難な技術的問題を起こしやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような技術的状況に基づいて、本発明の目的は、開放及び閉鎖継続時間を広い範囲で制御し得て（開放されている間がカムシャフト回転のおよそ２１０度から３５０度の間で構成される）、同時にバルブの開閉時間をそれぞれ独立して変化させる上述のような制御装置を提案することである。
【発明の効果】
【０００５】
エンジンの幅広いレンジに対して本装置が具体化されて供給されうる。この目的は請求項１で明確に規定した手段によって達成される。有益な具現化が従属クレームで述べられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１及び図２は、吸気および排気用の２個のバルブと２本の共通カムシャフトを具備したシリンダヘッドを有するエンジンに関連している。２個のスライダ２、３を有し、軸４の周りを旋回するするロッカアーム１は、２個のカム、すなわち開放カム５及び閉鎖カム６によって制御され、前記２個のカムは矢印５Ｆと６Ｆによって表示されているように逆の方向に回転する。ロッカアーム１はさらにバルブ８を制御するためのフォーク７を具備し、図１に閉じた位置が、また図２に開いた位置が示されている。
【０００７】
開放カム５は３つの性質の異なる幾何学的部位を含む。第１の同芯部位Ｙ−Ａ（バルブ８をバルブシート１０に対して保持し、バルブが閉鎖フェーズ（カムの大半径Ｒ２）の間、ロッカアーム１のテークオーバーに対応）、第２の偏芯部位Ａ−Ｂ（バルブを開く動きの因となる）、および第３の同芯部位Ｂ−Ｌ（カムの小半径Ｒ１）である。
【０００８】
同様に、閉鎖カム６は、第１の同芯部位Ｋ−Ｂ’（バルブ８が開放状態（カムの小半径Ｒ３）にある間のロッカアーム１のテークオーバゾーン）、第２の偏芯部位Ｂ’−Ｃ（バルブを閉じる動きの因となる）、および、バルブ８をバルブシート１０に保持する（カムの小半径Ｒ４）ことに対応している第３の同芯部位Ｃ−Ｘを具備する。
【０００９】
バルブ８は、その下端にシート１０に対して押圧されるのに適したチューリップ９が具備されていて、前記チューリップはバルブステムガイド１２によって案内されるステム１１に連続しており、環状クリップ１４と協働するバルブスプリングシート１３を具備するロッキング装置の手段によって固定され、筒状のバルブリテーナ１５内を摺動し、前記バルブリテーナの上部はロッキングリング１６に結合され、図には参照されていないバルブリテーナ室の密閉を可能にしている。ロッキングリング１６には、前記バルブのステム１１上で（要素１３，１４を介して）作動するのに適合したスプリング１７の初期応力を調整するための調整ピン１６Ｇを受け入れるための、ネジ切りされた内腔が形成されている。
【００１０】
この減衰スプリング１７は、バルブリテーナ１５の底部とバルブスプリングシート１３の間に形成された空間に収容される。この減衰スプリングの機能は図１及び２を比較し、本装置の作用の説明（下記本開示のポイント１０を参照）を読めば容易に理解される。
【００１１】
従来技術のバルブ制御と反対に、バルブ８とロッカアーム１に作用する弾性部材はバルブ解除スプリング１８により形成される。このバルブ解除スプリングはバルブを開く働きをし、またバルブリテーナ１５、減衰スプリング１７およびロッキング装置１３、１４を介してバルブを保持しているロッカアームがカムの形状に追従できるようにする。スプリング１８は上部スプリングシート１９で一方を、また他方はバルブリテーナ１５の周囲に形成された環状ショルダ２０によって保持される。
【００１２】
図３および図４は、４バルブ型のシリンダヘッドを有するエンジン用の可変タイミングシステムを、バルブ８が閉じた位置、および開いた位置でそれぞれ示している。１つのロッカアーム２１が２つのバルブに対して共通であって、軸２２の周りを旋回する。ロッカアームは接触部材２４（たとえばローラベアリング、あるいは図示された実施例にあるようにスライダ）を持ったアーム２３、バルブを作動させるスライダ２４とフォーク２５を備えている。開放カム５はロッカアームのアームのスライダ２４に作用し、それに対して閉鎖カム６はフォーク２５が供されたロッカアーム上に取り付けられた軸２７を中心に回転するローラベアリング２６に作用する。
【００１３】
シリンダあたり４バルブに対応するこの実施例では、ロッカアームはバルブステム軸線上に位置されたスプリングによって作動するのではなく、一方の柄端部は終端２９上に、また他方の柄端部は終端３０上に設置されたデテントスプリング２８によって行われる。図４に示されているように、デテントスプリング２８がバルブを開くようにロッカアームが配置される。この実施例（２つのバルブに対して共通のロッカアーム）はまた、図１、２および図６、７を参照して説明されたデテント（戻り止め）ならびに減衰システムを伴った構想とすることも可能である。
【００１４】
バルブのステム、リテーナ、ガイドおよびシートは前述の実施例のものと類似のものであり、また保持体３２の参照されていない室を閉じているスリーブ、すなわちネジ付きリング１６Ｂと、一方の端部にねじが切られカウンタナット３４で保護された保持ナット３３を有するバルブ延長ロッド５７上のスライド部、との間に保持された減衰スプリング３１を伴った減衰システムも同様である。バルブステム１１と延長ロッド５７は２個のカウンタナット３６の間に保持された結合スリーブ３５の手段によって組み立てられている。
【００１５】
図５はクランクシャフトに対するカムシャフトの角度位置をオフセットするための装置を示しており、前記装置それ自体は知られている。開放カム５および閉鎖カム６は断面図ならびに正面図で示されており、カムは上述されたものと同じである。カム５は開放カムシャフト３７上に、またカム６は閉鎖カムシャフト３８上に固定されており、前記カムシャフトはそれぞれベアリング３９、４０によって軸支されている。ネジ状の内径溝４３，４４を持ち、カムシャフトの駆動ギヤ４５、４６を具備するスリーブ４１，４２はギヤ部の位置決めピン４７によってシャフトに固定されている。
【００１６】
カムシャフト３８にはクランクシャフトによってチェーン駆動される歯付きピニオン４８が供され、前記ピニオンは固定手段４９によって駆動ギヤ４６に結合されている。
【００１７】
制御ピース５０および５１がカムシャフトの端部を超えた所定の距離に取り付けられる。前記端末部は直線スプライン５２，５３による内側結合およびネジ状溝４３、４４による外側結合を具備する。
【００１８】
カム５、６の相互角度オフセットを機能させるために制御ピース（５０、５１）の一方または他方、あるいは双方がより短いあるいはより長いバルブ開放継続時間を獲得すべく摺動変位される。
【００１９】
この制御装置はまた、他のタイミングギヤシステム、たとえば手動制御もしくは直接作動によるシステムにも適用可能である。
【００２０】
図６及び図７は、１本のカムシャフト上にカム５およびカム６が配置された２個もしくは４個のバルブを有するシリンダヘッドに関する実施例を示している（図８、９も参照）。バルブ８とその付属部品ならびに弾性デテントおよび減衰部材は図１および図２のそれら部品に対応する。
【００２１】
軸５５の周りに往復振動するロッカアーム５４は、図３および４に図示されたものと類似しており、２個のスライダ５６を具備し、そのうちの１個のみが図に示されている。しかしながら角度オフセットの制御は相応じて適合させる必要があることは理解される。
【００２２】
図８および図９は開放カムと閉鎖カムの作動と重なり方の組み合わせ調整を模式的に示しており、バルブの短時間開放が結果として得られるように調整されている。バルブの所望される開放時間に対するカムの位置が図示されており、ここでＡは開放が開始される点、Ｂ’、Ｂはバルブが最大に開いている間の点、およびＣは閉鎖される最終点である。
【００２３】
図８に示されている形態によれば、バルブは２４０度にわたって閉鎖し、１２０度にわたって開放される。弧Ｘ−Ｙは、後者がバルブの短時間開放の位置に調整された時のカムの最小交差部分を表している。
【００２４】
図９では、開放カムが回転方向に３０度角度オフセットされ、閉鎖カムが回転方向と反対向きに３０度角度オフセットされている。これらの角度オフセットによってバルブの開放時間は１８０度（それぞれの角度はカムの回転角度で表される）に変更される。
【００２５】
その結果として通常の方法においては、先行技術の伝統的な装置とは逆に、弾力性のあるデテント手段１８、２８は、バルブ８の開放方向においてペア〔レバー装置（１；２１；５４）−バルブステム（１１）〕に作用し、一方当該ペア〔ロッカアーム装置−開放カム５／閉鎖カム６〕は二重機能すなわちバルブを開放し、また閉鎖するためにそのシート１０に戻すことを達成する。上述したこのもともとの構想に基づいて、作動のモードは以下のように説明することが可能である（特に図１−２および図８−９を参照）。
１． バルブ８の閉鎖フェーズの終了は開放カム５のプロファイルＡ−Ｙに対応したカム面によって保証される。
２． 開放フェーズはスライダ２がカム５の点Ａを通過した時に開始される。
３． バルブデテントスプリング１８は拡張して、スライダ２が偏芯プロファイルＡ−Ｂに追随することを可能にする。
４． スライダ２が点Ａを通過した瞬間からカムがおよそ８度回転する間、バルブは閉鎖した状態に留まり、減衰装置１７が初期位置まで拡張する（下記ポイント１０および図１を参照）。
５． この初期位置に到達した瞬間からロッカアーム１上のカム５の動きによってバルブをそのシート１０から引き離す。
６． スライダ２がカム５の点Ｂに到達すると、スライダ３は同時に閉鎖カム６の同芯面Ｋ−Ｂ’に接触して閉鎖フェーズ期間にあるロッカアーム１に作用する。バルブは最大に開放となる（図２参照）。
７． スライダ３がカム６の点Ｂ’に到達した時にバルブの閉鎖運動とデテントスプリング１８の圧縮が開始され、前記スライダが点Ｃに到達するまで継続する。
８． 例えばクランクシャフト回転で２１０度の間などの、バルブの短時間開放に対しては、スライダ３は正確に点Ｂ’において面Ｋ−Ｂ’に接していて、点ＢおよびＢ’が一致するのでバルブは直ちに再び閉鎖し始める。
９． クランクシャフト回転３５０度までのより長い開放に対しては、次に示すＡからＣの３つの解決方法がある。
【００２６】
Ａ）閉鎖カムシャフトの角度オフセットを回転方向と反対に行い、これによってＢ’−Ｃを遅らせて、こうすることによって角度オフセット装置を使用してＢ’とＢの間の間隔を増大して閉鎖の動きを遅らせるか、
【００２７】
Ｂ）または開放カムシャフトの角度オフセットを回転方向に行い、これによってＡ−Ｂを進めて、こうすることによって、開放カムシャフトの角度オフセット装置を使用してＢとＢ’の間の間隔を増大して開放の動きを進めるか、
【００２８】
Ｃ）または前記２つの可能性を同時に適用するか、である。
【００２９】
３つのすべての場合において、スライダ３がＢからＢ’へ移動する間バルブは最大限に開放されたままである。
１０． スライダ３が点Ｃに到達するおよそ８度前に、バルブはそのシート１０に接触する。減衰装置が圧縮され−リテーナ１５がステム１１上でバルブスプリングシート１３を摺動させ−そして、バルブが閉鎖している全期間に亘ってカム６によって伝えられたリフト運動の残った分を補う。
１１． バルブの閉じているフェーズは２つの段階に別れる。第１の段階ではバルブは閉鎖されたまま保たれて、デテントスプリング１８はカム６のＣ−Ｘ面がスライダ３に働く作用によって圧縮される。
１２． この運動中にスライダ３はカム５の点Ｙの段差通過を待っている状態にあり、通過したときが第２段階のしるしである。
１３． その後、スライダ３がＸに到達する前、カム回転の少なくとも５度の時点でロッカアーム１はカム１の面Ａ―Ｙによって継承される（バルブ開放が短時間の場合、カムの交差ＸＹを確実に最小にするために）。
１４． こうして一つのカムからもう一つのカムへの移行が衝撃なく行われ、このサイクルが再び開始される。
【００３０】
一方では開放カムシャフトおよび閉鎖カムシャフトの駆動軸にネジ状の溝を伴った角度オフセット装置が供されていること、および他方ではカム群のプロファイルは相互に呼応していることによって、バルブの開放および閉鎖時間を互いに他方から独立して変更することが可能である。さらに、減衰装置によりシートおよびバルブ間の密着性を、タイミングギヤに係わる衝撃を回避して確実にし、また熱膨張によるバルブの伸張を補償する。
【００３１】
複数のカムはそれらの軸上に異なった方法で取り付けが可能であり、同方向に回転駆動されても良い。各カムにそれぞれの軸、または一の共通の軸もしくは複数の共通の軸を供することも可能である。
【００３２】
もともとのカムプロファイルによって、短時間（図８）または長時間（図９）の開放時間を獲得すること、または両極端の間で任意の他の開放／閉鎖継続時間を取ることが可能である。このようにして実用上、本装置は比喩的に言って「可変カム」として機能する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の装置の第１実施例を、バルブが閉じた位置で模式的に示しており、
【図２】図１の本装置を、バルブが閉じた位置で示しており、
【図３】本発明の装置の第２実施例を、バルブが閉じた位置で示しており、
【図４】図３の本装置を、バルブが開いた位置で示しており、
【図５】図１から図４のカムに対する角度オフセット制御を示しており、
【図６】本発明の装置の第３実施例を、バルブが閉じた位置で示しており、
【図７】図６にある本装置を、バルブが開いた位置で示しており、
【図８】本装置の作動とカムの重なり調整を短時間開放用に模式的に示しており、
【図９】図８のカムの重なり調整を長時間開放用に模式的に示している。
【符号の説明】
【００３４】
１ ロッカアーム
２ スライダ
３ スライダ
５ 開放カム
６ 閉鎖カム
７ フォーク
８ バルブ

Claims (13)

1. 少なくとも１個のバルブの運動を制御するための装置であって、すくなくとも１個の開放カムと１個の閉鎖カム、および前記バルブと協働し、前記バルブと共に弾性部材の挙動に従う少なくとも１個のレバー装置とを具備する前記装置において、前記弾性部材は、前記レバー装置（１；２１；５４）および前記バルブ（８）のステム（１１）で構成される集合体に対して、前記バルブの開放方向に作用するデテント手段であること、および、前記レバー（１；２１；５４）と前記カム（５、６）を包含する前記集合体は前記バルブ８の開放を可能にし、さらに前記バルブを閉鎖するためにそのシート上へ戻す運動を創出することを特徴とする制御装置。
2. 前記開放カム（５）は前記カムの半径（Ｒ２）に対応する第１の同芯部位（Ｙ−Ａ）、第２の偏芯部位（Ａ−Ｂ）、および前記カムの半径（Ｒ１）に対応する第３の同芯部位（Ｂ−Ｌ）を具備し、Ｒ２はＲ１より大きいこと、および、前記閉鎖カムは類似して前記カムの半径（Ｒ３）に対応する第１の同芯部位（Ｋ−Ｂ’）、第２の偏芯部位（Ｂ’−Ｃ）、および前記カムの半径（Ｒ４）に対応する第３の同芯部位（Ｃ−Ｘ）を具備し、Ｒ４はＲ３より大きいこと、を特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記デテント手段がバルブ（８）のステム（１１）上で作動するスプリング（１８）であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記デテント手段が軸（２２）の周囲に巻き付いているデテントスプリング（２８）であり、前記レバー（２１）のアーム上で作動することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
5. 前記ステム（１１）のバルブ（８）への付属部品が減衰手段（１７；３１）を具備することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の装置。
6. 前記減衰手段が前記バルブ（８）の前記ステム（１１）上に取り付けられたバルブリテーナ（１５）の内部に収容されたスプリング（１７）であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記バルブリテーナ（１５）の室が前記減衰スプリング（１７−３１）の初期応力を調整するための調整ピン（１６Ｇ）を具備するナット（１６）によって閉じられることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記減衰手段が２個の保持体（３２、３３）の間に収容され、保持体３２は前記バルブ（８）の延長ロッド（５７）上で摺動する減衰スプリング（３１）を具備することを特徴とする請求項５に記載の装置。
9. 各カム（５、６）に対してそれぞれカムシャフト（３７、３８）を具備する請求項１から８のいずれかに記載の装置であって、前記レバーは、カム（５、６）によって作動される２個のスライダ支持アーム （２、３）とバルブのステム（１１）上で作動するフォーク（７）を具備するロッカアーム（１）であることを特徴とする前記装置。
10. 各カム（５、６）に対してそれぞれカムシャフト（３７、３８）を具備する請求項１から８のいずれかに記載の装置であって、前記レバーは、スライダ支持アーム（２４）と前記バルブの前記ステム（１１）に作用するフォークアーム（２５）を具備し、さらに前記フォークがローラベアリング（２７）を具備するロッカアーム（２１）であること、および前記カム（５、６）が前記スライダと前記ローラベアリングに作用することを特徴とする前記装置。
11. 各カム（５、６）に対してそれぞれカムシャフト（３７、３８）を具備する請求項１から１０のいずれかに記載の装置であって、前記角度オフセット装置は各カムシャフト（３７、３８）に対する制御ピース（５０、５１）を具備し、前記制御ピースは前記カムシャフト上を摺動し、直線スプライン継手（５２、５３）とネジつき溝（４３、４４）による結合がなされていることを特徴とする前記装置。
12. 前記オフセット制御はさらにクランクシャフトからチェーンによって駆動される歯つきピニオン（４８）で作動されるカムシャフト用駆動ギヤ（４５、４６）を具備することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
13. 前記同一のカムシャフト上に固定された開放（５）および閉鎖（６）カムを具備する請求項１から７のいずれかに記載の装置であって、前記レバーは、前記カム（５、６）によって作動する２個のスライダ（５６）を具備するロッカアーム（５４）であること、さらに前記ロッカアームは、前記バルブステム（１１）に作用するフォーク（７）を具備することを特徴とする前記装置。