JP2014218905A - High-speed cam mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は急峻な立ち上がりが可能な高速カム機構に関するものである。 The present invention relates to a high-speed cam mechanism capable of steep rising.
本発明者は、立ち上がりが急峻なカム機構について研究を行いその結果に基づき特許出願(特願2013−28576)を行っているが、状況によっては更に急峻な立ち上がりが要求される場合が発生することが考えられる。本発明はこのような場合に対処することを考えて開発したものである。なお、ここでは「立ち上がり」という用語を使っているが、エンジンのオーバーヘッドカムでバルブを押し下げる場合でもカムリフトという用語が用いられるように、「立ち上げ」「立ち上がり」という用語は必ずしも上向きの場合に限定したものではなく、下方向に押し下げる場合もあることに注意願いたい。 The present inventor has researched a cam mechanism having a steep rise and has applied for a patent based on the result (Japanese Patent Application No. 2013-28576). However, depending on the situation, a case where a steep rise is required may occur. Can be considered. The present invention has been developed in consideration of dealing with such a case. Although the term “rise” is used here, the terms “rise” and “rise” are not necessarily limited to the upward direction so that the term “cam lift” is used even when the valve is pushed down by the engine overhead cam. Note that it may be pushed down rather than down.
このカム機構はある特定の速度で回転するカムに対してその整数倍で回転するカムを使用するものである。このため任意のカム曲線に対して適用できるものではなく若干の限定条件を伴うものではあるが、この条件はそれ程厳しいものではなくHCCIエンジンの点火機構用としては問題なく使用できるものである。
このように整数倍の速度で高速に回転するカムのことを高速カムまたは高速基本カムと呼ぶものとする。この高速基本カムに対して対称(裏返した形)なカムが高速対称カムである。また、高速基本カムと高速対称カムを区別せずに単に高速カムと呼ぶこともある。
This cam mechanism uses a cam that rotates at an integral multiple of a cam that rotates at a specific speed. For this reason, although it is not applicable to an arbitrary cam curve and is accompanied by some limiting conditions, these conditions are not so severe and can be used without any problem for the ignition mechanism of the HCCI engine.
A cam that rotates at a high speed at an integer multiple is called a high-speed cam or a high-speed basic cam. A high-speed symmetrical cam is a symmetrical (inverted shape) cam with respect to the high-speed basic cam. Further, the high-speed basic cam and the high-speed symmetric cam may be simply referred to as a high-speed cam without being distinguished from each other.
この限定条件とは基本カムが1回転する間に高速カムの速度倍数に応じて2度、3度と繰り返しカムフォロアの立ち上がりが発生するために、これによる影響が問題にならないようにすることが出来るかどうかという点である。カム曲線の形状によってはこれに対する対策が非常に困難になる場合が発生する場合がある。他方、使用条件によってはこの条件が問題にならない場合もある。HCCIエンジンの点火機構では回転速度が2倍の場合は後者に当てはまり問題なく使用できるものであるが詳細については後ほど説明する。このようなケースはエンジンの点火機構以外にも多くあるものと考えられ、このカム機構は解決策が施せるケースや問題にならないケースに対し広く利用できるものである。 This limited condition means that the cam follower rises twice and 3 degrees depending on the speed multiple of the high-speed cam during one rotation of the basic cam, so that the influence of this can be prevented from becoming a problem. Whether or not. Depending on the shape of the cam curve, there are cases where it is very difficult to take measures against this. On the other hand, depending on use conditions, this condition may not be a problem. In the ignition mechanism of the HCCI engine, when the rotational speed is twice, the latter can be used without any problem, but the details will be described later. It is considered that there are many cases other than the ignition mechanism of the engine, and this cam mechanism can be widely used for cases where a solution can be applied and cases where there is no problem.
本発明者が出願した「内燃機関の点火機構」(特願2012−276596)に使用することが出来るカム機構として「立ち上がりが急峻なカム機構」(特願2013−28576)を出願したが、この性能を更に向上させたものを開発することをその課題とした。 As a cam mechanism that can be used for the "ignition mechanism of an internal combustion engine" (Japanese Patent Application No. 2012-276596) filed by the present inventor, a "cam mechanism having a steep rise" (Japanese Patent Application No. 2013-28576) has been filed. The task was to develop a product with further improved performance.
カムの圧力角が大きくなると同一荷重に対して法線力が大きくなりカムの磨耗やたわみの原因となるため直動型カムフォロアでは圧力角は30度以下とするのが良いとされている。この問題を少しでも改善するため本発明は先に「立ち上がりが急峻なカム機構」(特願2013−28576)の特許出願を行った。ここではカムフォロアを基本カムと対称カムではさんで絞り上げるようにして押し上げようとするもので、側圧が打ち消されて大きな圧力角に対してもカムフォロアには無理な力が掛からないようにしたものである。ただ、圧力角自体は従来の機構と同じであるためその効果には限界があるものであった。 If the pressure angle of the cam increases, the normal force increases with the same load and causes cam wear and deflection. Therefore, the pressure angle of the direct acting cam follower is preferably 30 degrees or less. In order to improve this problem as much as possible, the present invention has previously filed a patent application of “Cam Mechanism with Steep Rise” (Japanese Patent Application No. 2013-28576). In this case, the cam follower is pushed up as if it is squeezed between the basic cam and the symmetrical cam, and the side pressure is canceled so that no excessive force is applied to the cam follower even for a large pressure angle. is there. However, since the pressure angle itself is the same as the conventional mechanism, its effect is limited.
なお、対称カムという用語は、一般的にはカム自体が対称形をしている場合に使われているようであるが、ここでは対称カムまたは基本対称カムという用語は、特に断らない限り上記「立ち上がりが急峻なカム機構」(特願2013−28576)において用いている意味と同様、基本カムに対して対称なカム、言い換えれば基本カムを裏返した形のカムという意味で用いているので注意願いたい。また、基本回転速度(基本速度)と言う用語はエンジンの回転速度を基準としてエンジンの4行程(吸入行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程)を1回転と考えた回転速度であり固定されたものではない。エンジンが3000rpmで回転しているときは1500rpmが、2000rpmで回転しているときは1000rpmが基本回転速度となる。基本カムの回転角についても、ここでは4行程を1回転と考えこれを360度として記している。 It should be noted that the term symmetric cam is generally used when the cam itself has a symmetric shape, but here the term symmetric cam or basic symmetric cam is the above-mentioned unless otherwise specified. Similar to the meaning used in the “cam mechanism with a steep rise” (Japanese Patent Application No. 2013-28576), it is used to mean a cam symmetrical to the basic cam, in other words, a cam with the basic cam turned upside down. I want. The term "basic rotational speed" (basic speed) is a rotational speed that is considered to be 4 revolutions of the engine (intake stroke, compression stroke, combustion stroke, exhaust stroke) based on the rotational speed of the engine, and is fixed. It is not a thing. When the engine is rotating at 3000 rpm, 1500 rpm is the basic rotation speed, and when the engine is rotating at 2000 rpm, the basic rotation speed is 1000 rpm. Regarding the rotation angle of the basic cam, here, the four strokes are considered as one rotation, and this is described as 360 degrees.
本発明では上記の圧力角の問題の改善を図ったもので、カムとカムフォロアとが接触するときの圧力角自体を小さくしようとするものである。
圧力角を小さくする方法として、カムの回転速度を大きくすれば同じカムリフトに対して回転角が大きくなり相対的に圧力角を小さくすることが出来るということを応用したものであり、これを課題を解決するための手段として利用しようとするものである。以下、基本カムと高速カムの関係を具体的に説明する。
In the present invention, the problem of the pressure angle is improved, and the pressure angle itself when the cam and the cam follower come into contact with each other is reduced.
As a method of reducing the pressure angle, the application of the fact that if the cam rotation speed is increased, the rotation angle becomes larger with respect to the same cam lift, and the pressure angle can be made relatively smaller. It is intended to be used as a means for solving the problem. The relationship between the basic cam and the high speed cam will be specifically described below.
今、図2(A)に示すようなカム曲線を持ったカムを基本カムと考える。このカム及びカム曲線に対して主体とする部分を想定する。このカムの主体とする部分は160度から180度の立ち上がりの部分であり、高速カムに忠実に対応させる必要がある部分である。
変位は変えずに角度だけを2倍にしたカム曲線を書くと図2(B)のようになる。これは基本カムの2倍の速度で回転するカムのカム曲線である。図2(A)に示す基本カムの90度の位置が図2(B)に示す高速カムの180度の位置に、基本カムの180度の位置が高速カムの360度の位置にと、高速カムは基本カムの2倍の角度の位置に対応している。ただ、初めの部分は基本カムとは若干異なっている。その理由は基本カムの160度から180度の間にある主体とする部分(立ち上がりの部分)は高速カムでは角度が2倍されて320度から360度の位置にくることになり問題ないが、180度から220度の間にある立ち下がりの部分は高速カムでは360度から440度の位置にくることになる。この360度を越えた部分は高速カムの2回転目の初めに相当し、この値から360度を引いた0度から80度の位置に設けることになるためである。
Now, a cam having a cam curve as shown in FIG. Assume the main part of the cam and the cam curve. The main part of the cam is a part rising from 160 degrees to 180 degrees, and is a part that needs to correspond faithfully to the high-speed cam.
FIG. 2B shows a cam curve in which only the angle is doubled without changing the displacement. This is a cam curve of a cam that rotates at twice the speed of the basic cam. The basic cam shown in FIG. 2A has a 90-degree position at a high-speed cam shown in FIG. 2B, and the basic cam has a 180-degree position at a 360-degree high speed cam. The cam corresponds to a position at an angle twice that of the basic cam. However, the first part is slightly different from the basic cam. The reason is that there is no problem because the main part (rising part) between 160 degrees and 180 degrees of the basic cam is doubled by the angle in the high-speed cam and comes to the position of 320 degrees to 360 degrees. The falling portion between 180 degrees and 220 degrees comes to a position of 360 degrees to 440 degrees with the high-speed cam. This portion exceeding 360 degrees corresponds to the beginning of the second rotation of the high-speed cam, and is provided at a position of 0 degrees to 80 degrees obtained by subtracting 360 degrees from this value.
高速カムはこのように主体とする部分を含む範囲内の角度に対する基本カムの変位が、その範囲内の角度に回転速度の倍数を掛けた角度における変位に等しくなるようになってものである。もし、この範囲内の角度を整数倍した角度が0度から360度の範囲を超える場合には、その角度が0度から360度の範囲に収まるように、その整数倍した角度から360度を整数倍した角度を引いた角度を用いることになる。
高速カムと基本カムとを組み合わせる場合には両者の主体とする部分の開始点が揃うようにセットするようにする。このようにこの高速カムは立ち上がり部分を主体とする部分と考えこれを忠実に反映させているが、立ち下がりについては必ずしも基本カムの2倍の角度に対応している必要はなく、高速カムを基本カムと併用するときに基本カムの立ち下がりを妨げることがない限り若干ずれても問題ない。
3倍速、4倍速等、基本カムの整数倍で回転する高速カムの場合も、立ち上がり部分の変位を揃え角度を3倍、4倍等とする同様の考え方で対処することが出来る。
The high-speed cam is such that the displacement of the basic cam with respect to the angle within the range including the main portion becomes equal to the displacement at an angle obtained by multiplying the angle within the range by a multiple of the rotational speed. If the angle obtained by multiplying the angle within this range by an integer exceeds the range of 0 degrees to 360 degrees, the angle obtained by multiplying the angle by 360 degrees is set so that the angle falls within the range of 0 degrees to 360 degrees. An angle obtained by subtracting an integer multiple is used.
When combining a high-speed cam and a basic cam, it is set so that the starting points of the main parts of both are aligned. In this way, this high-speed cam is considered to be a part mainly composed of the rising part, and this is reflected faithfully. However, the trailing edge does not necessarily correspond to twice the angle of the basic cam. There is no problem even if it is slightly deviated as long as it does not prevent the falling of the basic cam when used together with the basic cam.
Even in the case of a high-speed cam that rotates at an integral multiple of the basic cam, such as triple speed or quadruple speed, the same concept can be used in which the displacement of the rising portion is aligned and the angle is triple or quadruple.
このようなカム曲線を持つ高速カムを基本カムの2倍の速度で回転させると、同じ変位に対して2倍の回転角となるため圧力角は基本カムの場合のおよそ半分になり圧力角に対する制約を緩和することが出来ることになる。但し、圧力角は小さくなってもカムフォロアに作用する速度や加速度は基本カムの場合と同じである。
この方法は2倍速であれば基本カムの半分に相当する部分の動きしか、3倍速であれば基本カムの3分の1に相当する部分の動きしか実現できないためどのような場合でも用いることが出来るわけではなく、それ以外の部分の動きを省略しても問題がないという条件を満たす場合、または、この部分の動きを基本カムで補うことが出来る場合にのみ使用できることになる。
When a high-speed cam with such a cam curve is rotated at twice the speed of the basic cam, the rotation angle is twice that of the same displacement, so the pressure angle is approximately half that of the basic cam and the pressure angle Restrictions can be relaxed. However, even if the pressure angle is reduced, the speed and acceleration acting on the cam follower are the same as in the case of the basic cam.
However this method is part of the movement corresponding to half the basic cam if double speed, be used in any case for only be realized movement thirds portion corresponding to one of the long if the basic cam 3 speed This is not possible and can be used only when the condition that there is no problem even if the movement of the other part is omitted, or when the movement of this part can be supplemented by the basic cam.
このようにカムの回転速度を上げることで相対的に圧力角を小さく出来るため、これまでの方式では実現することが出来なかった立ち上がりが急峻な高速カム機構を実現することが可能となった。
この方法は高速カムを単独で使用する場合でも大きな効果があるが、この方法と「立ち上がりが急峻なカム機構」(特願2013−28576)に記した基本カムと対称カムを組み合わせて使用する方法を併用することによりさらに効果のあるものとすることが可能になる。すなわち回転速度を整数倍にした順方向に回転するカムを基本に考えこれを高速基本カム、この高速基本カムと対称なカムを高速対称カムとして、この高速基本カムと高速対称カムを「立ち上がりが急峻なカム機構」(特願2013−28576)における基本カムと対称カムと考えるわけである。この適用方法については種々の形式が考えられるが、その1例を〔実施の形態1〕に示した。
Since the pressure angle can be made relatively small by increasing the rotational speed of the cam in this way, it has become possible to realize a high-speed cam mechanism with a steep rise that could not be realized by the conventional methods.
Although this method has a great effect even when a high-speed cam is used alone, this method is combined with a basic cam and a symmetric cam described in “Cam Mechanism with Steep Rise” (Japanese Patent Application No. 2013-28576). It becomes possible to make it more effective by using together. In other words, a cam that rotates in the forward direction with an integer multiple of the rotational speed is considered as a basic high-speed cam. This high-speed basic cam and a symmetrical cam are used as a high-speed symmetrical cam. The basic cam and the symmetrical cam in the “steep cam mechanism” (Japanese Patent Application No. 2013-28576) are considered. Various methods can be considered for this application method. One example is shown in [Embodiment 1].
また、基本的には高速カムによって圧力角を小さくしようとする同様の考え方であるが高速で回転するカムと基本速度で回転するカムを組み合わせて構成する方法もある。この構成例を〔実施の形態2〕に示した。また高速カムの回転速度を3倍以上にあげる場合を〔実施の形態3〕に示した。 Further, basically, the same idea is intended to reduce the pressure angle with a high-speed cam, but there is a method in which a cam that rotates at a high speed and a cam that rotates at a basic speed are combined. An example of this configuration is shown in [Embodiment 2]. The case where the rotational speed of the high-speed cam is increased to three times or more is shown in [Embodiment 3].
本カム機構の用途はPCCIの点火行程に限られるものではなく、急峻な立ち上がり或いは立下りを必要とする場合に若干の制約はあるが広く用いることが出来るものである。
なお、ここでは記していないがHCCIの最適点火時期はエンジンの回転速度やその他の条件により変化するものであり、ここに示したカム曲線の角度は必ずしも最適とはいえないものである。このため実機に適用するに当たっては、エンジンのクランクシャフトと本カム機構のカムシャフトとの間に位相差を微調整できる機構を設けることが出来れば理想的である。
The application of the cam mechanism is not limited to the PCCI ignition stroke, but can be widely used when a steep rise or fall is required, although there are some restrictions.
Although not described here, the optimal ignition timing of HCCI varies depending on the engine speed and other conditions, and the cam curve angle shown here is not necessarily optimal. For this reason, when applied to an actual machine, it is ideal if a mechanism capable of finely adjusting the phase difference can be provided between the crankshaft of the engine and the camshaft of the cam mechanism.
以下、本発明になる高速カム機構の一形態としてHCCIの点火用として使用する場合を取り上げ、その構造と動作について図面およびこれに付した符号を引用して説明する。なお、ここで例示したカム曲線は最適条件を示したものではなく、点火時期の進み具合や遅れ具合によって変化する点に注意願いたい。 In the following, a case where the present invention is used for ignition of HCCI will be described as an embodiment of the high-speed cam mechanism, and its structure and operation will be described with reference to the drawings and reference numerals attached thereto. It should be noted that the cam curve exemplified here does not indicate the optimum condition, and changes depending on the progress or delay of the ignition timing.
〔実施の形態1〕
図1はその構造を示す模式図である。但し、カムの形状は後で述べるカム曲線に基づく輪郭曲線を正確に示したものでないことをお断りしておきたい。
この図に示すように高速基本カム131及びこれと対称な高速対称カム132を、高速基本カムのカムシャフト133と高速対称カムのカムシャフト134の回転軸の中心線が同一の直線上に乗るように向き合わせて並べ、それぞれを基本回転速度の2倍の速度で互いに反対方向に回転するようにしたものである。カムフォロア135は分割された3個のローラ136を持つローラカムフォロアである。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure. However, it should be noted that the shape of the cam does not accurately represent a contour curve based on the cam curve described later.
As shown in this figure, the high-speed basic cam 131 and the symmetrical high-speed symmetric cam 132 are placed on the same straight line so that the center lines of the rotation axes of the
図2(A)は〔課題を解決するための手段〕のところでも述べたように基本速度で回転するカムのカム曲線、図2(B)は基本速度の2倍の回転速度で回転する高速基本カムのカム曲線を示したものである。
これは図1に示すカム機構に使用する高速基本カム131及び高速対称カム132の基礎となるものであり、高速基本カム131はこのカム曲線に基づいて作ったもの、高速対称カム132はこの高速基本カム131と対称(高速基本カムを裏返したもの)にしたものである。なお、カム曲線からカムの輪郭曲線を求める方法については通常のカム機構と同じであり省略する。
2A is a cam curve of a cam that rotates at a basic speed as described in [Means for Solving the Problems], and FIG. 2B is a high speed that rotates at twice the basic speed. The cam curve of a basic cam is shown.
This is the basis of the high-speed basic cam 131 and the high-speed symmetric cam 132 used in the cam mechanism shown in FIG. 1. The high-speed basic cam 131 is made based on this cam curve, and the high-speed symmetric cam 132 is the high-speed symmetric cam 132. It is symmetrical with the basic cam 131 (the high-speed basic cam is turned over). Note that the method for obtaining the contour curve of the cam from the cam curve is the same as that of a normal cam mechanism and will not be described.
前述したように、2倍速の高速基本カム131においては基本速度で回転するカムの0度から180度の部分しかカム化できないため基本速度で回転するカムの180度から270度の間にある立下りの部分は初めの部分に設けざるを得ないことになる。
図2(C)はエンジンの各行程と高速カムの変位を示したものである。この構成では基本カムは使用していないが参考としてその変位も併記した。
As described above, in the high-speed basic cam 131 of the double speed, only the 0 to 180 degree portion of the cam rotating at the basic speed can be cammed, so that the cam rotating at the basic speed is between 180 and 270 degrees. The down part must be provided in the first part.
FIG. 2C shows each stroke of the engine and the displacement of the high-speed cam. In this configuration, the basic cam is not used, but the displacement is also shown for reference.
ここでは基本カムによるカムフォロアの保持機構は設けていないため、高速基本カム131の最初の立ち下りによりカムフォロア135はそのまま下がることとなる。この動きは基本カムにはない動きとなるが、図2(C)に示したようにこの部分は吸入行程であり、吸入行程で点火用ピストンが戻ることは行程上特に問題ないのでこのまま使用することが出来る。
Here, since the cam follower holding mechanism by the basic cam is not provided, the
高速基本カム131の回転が180度になったところで吸入行程が終わり、その後圧縮行程に入ることになる。この圧縮行程の終わり近くで高速基本カム131による圧縮が行われ混合気が圧縮点火される。高速基本カム131は2回転目に入り燃焼行程で高速基本カム131は立ち下がり、排気行程で圧縮行程と同様に急速に立ち上がって、吸入・圧縮・燃焼・排気の4行程を終え最初の状態に戻ることになる。排気行程では急速な立ち上がりは必要ないだけではなく圧力損失が大きくなり望ましいことではないが、HCCIの点火用としてとして使用する副シリンダの体積が小さいためそれほど大きな損失にはならず圧縮行程との関係上やむを得ないものである。
このように基本カムの2倍の速さで回転する高速基本カム131と高速対称カム132を使用することで、先の〔特許文献2〕(「立ち上がりが急峻なカム機構」(特願2013−28576))に比べ更に急峻な動きをするカム機構を構成することが可能となる。
本出願書類における図面では高速基本カムと高速対称カムの回転軸を同軸方式としたもののみを記しているが、〔特許文献2〕に例示しているような平行軸方式とすることも可能である。
When the rotation of the high speed basic cam 131
By using the high-speed basic cam 131 and the high-speed symmetric cam 132 that rotate at twice the speed of the basic cam in this way, the above-mentioned [Patent Document 2] ("Cam mechanism with a sharp rise" (Japanese Patent Application No. 2013-2003)). 28576)), it is possible to configure a cam mechanism that moves more steeply.
In the drawings in this application document, only the high-speed basic cam and the high-speed symmetric cam rotating shaft are shown as being coaxial, but it is also possible to use a parallel-shaft system as exemplified in [Patent Document 2]. is there.
〔実施の形態2〕
このようにHCCIの点火用として2倍の回転速度で使用する場合には、1回転目は圧縮行程で2回転目は排気行程でと、2回作動することになっても問題ないが、2回作動するのが嫌だという場合にはカムフォロアを基本カムで保持することによってこれを避けることも出来る。以下その方法について説明する。
[Embodiment 2]
As described above, when the HCCI is used for ignition at twice the rotational speed, there is no problem even if the first rotation is performed twice, that is, the compression stroke is performed in the second rotation and the exhaust stroke is performed in the second rotation. If you don't want to rotate, you can avoid this by holding the cam follower with the basic cam. The method will be described below.
図3(A)はこの場合の基本回転速度で回転する基本カムのカム曲線を示したものである。〔実施の形態1〕と違って、この場合は回転の初めにゆるやかに立ち下がり、中頃近くで急速に立ち上った後その位置(点火用ピストンが押し込まれた状態)に保持されている状態になっている。この急速な立ち上がりによって混合気が圧縮点火されるわけである。
図3(B)はこの基本カムの2倍の速度で回転する高速基本カムのカム曲線を示したものである。
基本カムのカム曲線と比較すれば明らかなように基本カムの180度以降の後半の保持部分がカットされた形になっている。このように高速カムは立ち上がり部分を主体に設計したものである。高速対称カムはこのカム曲線に基づいて作られる高速基本カムを裏返しにした形のものである。
FIG. 3A shows a cam curve of a basic cam that rotates at the basic rotation speed in this case. Unlike [Embodiment 1], in this case, the motor slowly falls at the beginning of rotation, rapidly rises in the middle, and then is held in that position (the ignition piston is pushed in). ing. The air-fuel mixture is compressed and ignited by this rapid rise.
FIG. 3B shows a cam curve of a high-speed basic cam that rotates at twice the speed of this basic cam.
As is clear from comparison with the cam curve of the basic cam, the holding portion of the latter half of the basic cam after 180 degrees is cut. As described above, the high-speed cam is designed mainly for the rising portion. The high-speed symmetric cam has a shape in which the high-speed basic cam made based on this cam curve is turned upside down.
カムフォロアを立ち上った位置に保持する方法としては2通りの方法がある。第1の方法としては上記の高速基本カムと高速対称カムとを組み合わせた高速カム機構と、これとは別に図3(A)のカム曲線を持つ基本カムによるカム機構を設け、立ち上がりは高速カムが担いその状態を基本カムが保持する方法である。この方法は、動作は確実であるが、基本カムによるカム機構(このカム機構としては基本カムと対称カムを組み合わせたものが望ましいが対称カムはなくても良い)と、高速基本カムと高速対称カムによる高速カム機構の2種類のカム機構を組み合わせることが必要になり、構造が複雑になる嫌いがある。これに対し以下に述べる方法は構造が簡単になるという利点がある。以下その方法について説明する。 There are two methods for holding the cam follower in the raised position. As a first method, a high-speed cam mechanism combining the above-described high-speed basic cam and a high-speed symmetric cam and a cam mechanism using a basic cam having the cam curve shown in FIG. This is a method in which the basic cam holds the state. Although this method is reliable in operation, a cam mechanism using a basic cam (this cam mechanism is preferably a combination of a basic cam and a symmetric cam, but a symmetric cam may not be used), and a high-speed basic cam and a high-speed symmetric It is necessary to combine two types of cam mechanisms, that is, a high-speed cam mechanism using a cam, and there is a disagreement that the structure is complicated. On the other hand, the method described below has an advantage that the structure becomes simple. The method will be described below.
その基本的な構造は図1に示したものと同じである。ただ、図1では高速基本カムと高速対称カムとを組み合わせて構成しているが、今の場合、高速基本カム131に相当するカムとして図3(A)に示したカム曲線を持つ基本カムを用い、これと組み合わせる高速対称カム132に相当するカムとしては、図3(B)に示したカム曲線を持つ高速基本カムに面対称なカム、すなわち高速基本カムを裏返した形状の高速対称カムを用いて構成し、基本カムのほうは基本速度で回転させ高速対称カムのほうは高速(基本カムの2倍の速度)で逆方向に回転させるようにしたものである。
図3(C)はエンジンの各行程と基本カム及び高速カムの動きを対比して示したものである。2つのカムは異なる速度で回転することになるが、吸入・圧縮行程ではカムリフトは同じ高さに揃っておりカムフォロアのローラがカムから外れることはない。図3(C)に示すように、基本カムと高速対称カムは圧縮行程での立ち上がりの際に両者がそろって立ち上るようにセットされていることが大切である。高速対称カムの2度目の立ち上がりの際は、カムフォロアは基本カムによって立ち上がった位置に保持されておりカムフォロアが作動することはない。
Its basic structure is the same as that shown in FIG. However, in FIG. 1, the high-speed basic cam and the high-speed symmetric cam are combined, but in this case, the basic cam having the cam curve shown in FIG. As a cam corresponding to the high-speed symmetrical cam 132 used in combination with this, a high-speed basic cam having the cam curve shown in FIG. The basic cam is rotated at the basic speed, and the high-speed symmetric cam is rotated in the reverse direction at a high speed (twice the speed of the basic cam).
FIG. 3C shows the engine strokes and the movements of the basic cam and the high-speed cam in comparison. Although the two cams rotate at different speeds, the cam lifts are aligned at the same height during the suction / compression stroke, and the roller of the cam follower does not come off the cam. As shown in FIG. 3C, it is important that the basic cam and the high-speed symmetric cam are set so that both of them rise when they rise in the compression stroke. When the high-speed symmetrical cam rises for the second time, the cam follower is held at the raised position by the basic cam, and the cam follower does not operate.
基本カムと対称カムの関係を上記の方法とは逆にして、高速基本カムを高速で回転させ対称カムを基本速度で逆回転させるようにしても同様の結果が得られるのでこのようにすることも可能である。 Even if the relationship between the basic cam and the symmetrical cam is reversed from the above method and the high-speed basic cam is rotated at a high speed and the symmetrical cam is rotated in the reverse direction at the basic speed, the same result can be obtained. Is also possible.
〔実施の形態3〕
上記2例では高速カムの回転速度は基本カムの2倍としているが更に速度を上げることも可能である。
最初の〔実施の形態1〕では2倍速であったため余分な立ち上がりが排気行程に1回発生するだけで問題なかったが、3倍速では余分な立ち上がりが2度発生するため無駄な動きを抑える意味からも基本カムによる保持が望まれるところである。
[Embodiment 3]
In the above two examples, the rotational speed of the high-speed cam is twice that of the basic cam, but the speed can be further increased.
In the first [Embodiment 1], since the speed was doubled, there was no problem if the extra rising occurred only once in the exhaust stroke. However, the extra rising occurred twice at the triple speed, meaning that unnecessary movement is suppressed. Therefore, it is desirable to hold the basic cam.
3倍速になると高速カムの作動範囲は基本カムの3分の1回転、角度でいうと120度である。立ち上がりの終了点を圧縮行程の終了点に揃えようとすると60度から180度の狭い範囲である。この範囲に立ち上がりと立ち下がりとを収めなければならないことになる。
さらに、立ち下がりが圧縮行程に掛からないように吸入行程内に終わらせようとするとその範囲は90度までに限定される。立ち下がりの開始点は60度から90度の範囲に設定できるが出来るだけ緩やかにしようとすると60度となる。
以上の条件によって立ち下がりは60度から90度の範囲に決定される。図4(A)はこのような限定条件を満たすように考えて作った3倍速用の基本カムのカム曲線である。
When the speed is tripled, the operating range of the high-speed cam is one third of the basic cam and 120 degrees in terms of angle. An attempt to align the end point of the rise with the end point of the compression stroke is a narrow range from 60 degrees to 180 degrees. The rise and fall must fall within this range.
Furthermore, if it is attempted to end the falling stroke in the suction stroke so as not to be applied to the compression stroke, the range is limited to 90 degrees. The start point of the fall can be set in the range of 60 degrees to 90 degrees, but it becomes 60 degrees when trying to be as gentle as possible.
The falling is determined in the range of 60 to 90 degrees under the above conditions. FIG. 4A is a cam curve of a basic cam for triple speed, which is made so as to satisfy such a limiting condition.
これをもとに高速カムのカム曲線を作るのであるが、2倍速の場合は基本カムの0度から180度の範囲を2倍したが3倍速の場合は若干変わってくる。
最初に基本カムの主体とする部分が必ず含まれるようにカム曲線の立ち上がり終了点(180度)に注目し高速カムでも同じ位置(180度)に設定する。この位置が決定されると高速カムに収めうる範囲は基本カムの60度から180度の範囲に決まり基本カムの60度の位置が高速カムの0度に、基本カムの180度の位置が高速カムの360度の位置に対応する。
次に、基本カムの立ち上がりの区間(160度から180度の20度分)を考える。160度から180度の範囲は3倍すると480度から540度になるが360度を超える場合は次の回転と考えそれぞれから360度を引くと120度から180度となる。これが高速カムの立ち上がり部分である。4倍速、5倍速では720度を超えることも考えられるが、このような場合には360度の整数倍を引き結果が0度から360度の範囲に収まるようにする。
図4(A)の60度から90度の範囲にある立ち下がり部分は3倍すると180度から270度の範囲となる。このようにして作成した結果を図4(B)に示す。
Based on this, the cam curve of the high-speed cam is created. In the case of double speed, the range of 0 to 180 degrees of the basic cam is doubled, but in the case of triple speed, the cam curve changes slightly.
First, pay attention to the rising end point (180 degrees) of the cam curve so that the main cam part is always included, and set the same position (180 degrees) for the high-speed cam. When this position is determined, the range that can be accommodated in the high-speed cam is the range from 60 degrees to 180 degrees of the basic cam. The position of 60 degrees of the basic cam is 0 degrees of the high-speed cam and the position of 180 degrees of the basic cam is high-speed. Corresponds to the 360 degree position of the cam.
Next, let us consider the basic cam rising section (for 20 degrees from 160 degrees to 180 degrees). If the range from 160 degrees to 180 degrees is tripled, it becomes 480 degrees to 540 degrees, but if it exceeds 360 degrees, it is considered as the next rotation and subtracting 360 degrees from each will be 120 degrees to 180 degrees. This is the rising part of the high-speed cam. Although it may be possible to exceed 720 degrees at 4 times speed and 5 times speed, in such a case, an integer multiple of 360 degrees is subtracted so that the result falls within the range of 0 degrees to 360 degrees.
The falling portion in the range of 60 degrees to 90 degrees in FIG. 4A becomes a range of 180 degrees to 270 degrees when tripled. The result created in this way is shown in FIG.
高速対称カムは図4(B)に示すカム曲線を持った高速基本カムを裏返した形ものとなる。これらのカム曲線に基づいて作製した基本カムと高速対称カムを組み合わせて〔実施の形態2〕と同様に基本カムと高速対称カムの立ち上がりが揃うようにカム機構を構成し、高速対称カムを基本カムの3倍の速度で逆回転させることで3倍速の高速カム機構を構成できる。 The high-speed symmetrical cam has a shape in which the high-speed basic cam having the cam curve shown in FIG. Combining the basic cam and the high-speed symmetric cam produced based on these cam curves, the cam mechanism is configured so that the basic cam and the high-speed symmetric cam rise together in the same way as [Embodiment 2]. A high-speed cam mechanism of 3 times speed can be configured by reversely rotating at 3 times the speed of the cam.
図4(C)はエンジンの各行程と基本カム及び高速カムの動きを対比して示したものであるがこれを用いて3倍速の動きを説明する。
3倍速の場合には吸入行程に当たる基本カムが40度から60度のところで高速カムの最初の立ち上がりが存在する。しかし、ここではカムフォロアは基本カムによって立ち上がった位置に保持されており動くことはない。その後、基本カム、高速対称カム共に立ち下がるためカムフォロアは降下する。基本カムが160度のところで基本カム、及び高速対称カムの双方共に急速に立ち上がりカムフォロアが上昇する。基本カムは180度のところで最も高くなる。高速対称カムは立ち下がるが、基本カムはその状態のままその位置でカムフォロアを保持することになる。高速対称カムはこの後3度目の立ち上がりを行うが、カムフォロアは基本カムに保持されたままで動くことはない。基本カムが1回転したところでサイクルが終了し次のサイクルが開始される。
なお、ここでも〔実施の形態2〕と同様、基本カムと高速対称カムの関係を上記の方法とは逆にして高速基本カムと対称カムとしても同様の効果が得られる。
FIG. 4 (C) shows each stroke of the engine in comparison with the movements of the basic cam and the high-speed cam, and the triple speed movement will be described using this.
In the case of triple speed, the first rising of the high-speed cam exists when the basic cam corresponding to the suction stroke is 40 degrees to 60 degrees. However, here, the cam follower is held in a raised position by the basic cam and does not move. After that, the cam follower descends because both the basic cam and the high-speed symmetric cam fall. When the basic cam is 160 degrees, both the basic cam and the high-speed symmetrical cam rise rapidly and the cam follower rises. The basic cam is highest at 180 degrees. The high-speed symmetric cam falls, but the basic cam holds the cam follower in that position. The high-speed symmetric cam then rises for the third time, but the cam follower does not move while being held by the basic cam. When the basic cam makes one revolution, the cycle ends and the next cycle starts.
Here, as in [Embodiment 2], the same effect can be obtained when the relationship between the basic cam and the high-speed symmetric cam is reversed from that of the above method and the high-speed basic cam and the symmetric cam.
高速回転に対する耐久性等の条件がクリヤできれば、4倍速、5倍速等と、より高速にすることも同様の考え方で可能である。但し、その場合にHCCI点火用として考えると、4倍速では360度の4分の1の回転角90度の間に、5倍速では360度の5分の1の回転角72度の間に立ち下がりと立ち上がりを完了する必要がある。これらはエンジンの1行程角に当たる90度以下であり、圧縮行程中に立ち上がりと立ち下りを行わねばならないこととなる。
通常のHCCI点火ではここまで高速化を図る必要はないと考えるが、どうしても高速化を図らねばならない必要性が出てきた場合には検討する価値はあるものと考える。
また、溝カムにすれば立ち下りの際にも加圧できるが、溝カムの場合には図1の中央にある高速基本カムの両面に溝を切る必要があり、溝にカムフォロアを貫通させることが出来ないためカムフォロアの構造に一工夫必要となる。
If conditions such as durability against high-speed rotation can be cleared, it is possible to achieve higher speeds such as 4 × speed, 5 × speed, and the like based on the same concept. However, in that case, if considered for HCCI ignition, it stands between the rotation angle of 1/4 of 360 degrees at 90 ° and the rotation angle of 72 times of 1/5 of 360 degrees at 5 times speed. It is necessary to complete the falling and rising. These are 90 degrees or less corresponding to one stroke angle of the engine, and the rising and falling must be performed during the compression stroke.
In normal HCCI ignition, it is not necessary to increase the speed so far, but it is worth considering if there is a necessity to increase the speed.
If a groove cam is used, pressure can be applied at the time of falling, but in the case of a groove cam, it is necessary to cut grooves on both sides of the high-speed basic cam in the center of FIG. Therefore, it is necessary to devise a structure for the cam follower.
131 高速基本カム
132 高速対称カム
133 高速基本カムのカムシャフト
134 高速対称カムのカムシャフト
135 カムフォロア
136 ローラ
131 High Speed Basic Cam 132 High
Claims (1)
The basic cam is a basic cam, and the displacement with respect to the angle within the range including the main part of the cam curve of the basic cam is an angle obtained by multiplying the angle within the range by an integer or this angle is 0 to 360 degrees. Based on a cam curve that is equal to the displacement for an angle obtained by subtracting an integral multiple of 360 degrees from an angle that is an integral multiple of the angle so that the angle falls within the range of 0 to 360 degrees if the range is exceeded. At least one of a high-speed basic cam that rotates at a rotational speed that is an integral multiple of the basic cam that is made, or a high-speed symmetrical cam that rotates reversely at a rotational speed that is an integral multiple of the high-speed basic cam A cam mechanism comprising:
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WO2020225943A1 (en) * | 2019-05-07 | 2020-11-12 | 日本精工株式会社 | Cam device, part manufacturing device, bearing manufacturing device, part manufacturing method, machine manufacturing method, and cam device miniaturization method |
CN113767233A (en) * | 2019-05-07 | 2021-12-07 | 日本精工株式会社 | Cam device, device for manufacturing component, device for manufacturing bearing, method for manufacturing component, method for manufacturing machine, and method for reducing size of cam device |
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