JP2599317B2 - シリンダに多数のバルブを具備した特に内燃機関用タイミング機構 - Google Patents

シリンダに多数のバルブを具備した特に内燃機関用タイミング機構

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、それぞれのカムシャフ
トで制御されたバルブを介してエンジンまたは機械の１
つまたは多数のシリンダへ入力する流体または１つまた
は多数のシリンダからの出力する流体を制御するための
タイミング機構に関する。特に本発明は、多数、例えば
シリンダ当り５つ、のバルブを有することを特徴とする
内燃機関用オーバーヘッドカムシャフトのタイミングシ
ステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関、特に、スポーツカーや所謂ツ
ーリングカーのような高性能エンジンの内燃機関の容積
効率を改善するために、通常の設計方法においては、シ
リンダ当り２つ（吸気および排気）のバルブに代えて、
例えばシリンダ当り４つ（２つの吸気および２つの排
気）のバルブまたは５つ（３つの吸気および２つの排
気）のバルブを具備しているタイミングシステムを提供
することが行われている。後者の方式においては、特
に、バルブコントロールやバルブ配置について、特に３
つの吸気バルブのタペット間における干渉を防ぐために
重大な設計上の問題がある。この問題を解決するため
に、米国特許第４，６１５，３０９号明細書は吸気弁の
広がった配置、すなわち、真中のものは２つの横のバル
ブに対して傾斜して配置されており、このようにして、
３つの全てのバルブが１つのカムシャフトにより制御可
能とすること、および通常の直径のキャップよりも小さ
いタペット、例えば図示された実施例では排気バルブの
キャップよりも小さいタペットを用いることを提案して
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような解決策で
は、しかしながら、依然として多数の欠点がある。これ
らの第１に、小直径のキャップ、特にカムシャフトに対
して傾斜したバルブの存在により、そしてそれに従って
タペットに横方向の推力が作用する可能性があるため
に、キャップとシリンダヘッドのキャップガイドとの間
に接触圧が増加することがあり、このようにして潤滑油
膜や移動部分により大きな摩耗が生じる。
【０００４】
【発明の目的】本発明の目的は、特に高性能内燃機関用
のタイミング機構であり、上述した欠点を解消するよう
設計されたタイミング機構、すなわち、それは生産が容
易であり、そしてシリンダの軸線に対して傾斜したバル
ブの使用を必然的には必要とせず、シリンダの軸線に対
して平行なバルブの配置とすることも可能なものを提供
することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、カムシャフトが弾性手段の作動
に抗して１つの中間バルブおよび該中間バルブに隣接し
た２つの横の作動バルブのそれぞれのステムへの伝達を
制御してそれぞれのシリンダの入出力流体を調整するた
めの、前記バルブの各々がそれぞれのタペットを介して
前記カムシャフトのそれぞれのカムにより制御されてい
る内燃機関用タイミング機構において、前記バルブのス
テムはそれらの軸線が各タペットの軸線を含み且つ前記
カムシャフトの軸線に平行な第１の平面に対して横方向
に且つ交互に偏倚するように配置され、それによって各
タペットとそれぞれのバルブステムとの間に前記第１平
面に直交する面内において第１の偏心量Ｅ１が形成され
ており、前記中間バルブのステムとそれのタペットの軸
線とは第１平面に直交する面内にあり、前記他の２つの
横バルブのステムがそれぞれのタペットの軸線を含み且
つ前記第１の平面に直交する面に対して横方向に且つ前
記中間バルブのステムに向かって偏倚しており、それに
よって前記他の２つの横バルブのステムの軸線とそれぞ
れのタペットの軸線との間に前記第１の偏心量Ｅ１に直
交する第２の偏心量Ｅ２が形成されていることを特徴と
するタイミング機構が提供される。
【０００６】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の非限定的
な実施例を説明する。図１および図２は本発明に係るタ
イミング機構の異なる高さにおける上面図であり、図
３、図４および図５は本発明に係るタイミング機構を具
備した内燃料機関の上面を示す図２の III−III 、IV−
IV、Ｖ−Ｖ線に沿う断面図であり、図６は本発明に係る
タイミング機構の変態様の上面図であり、図７、図８お
よび図９は本発明に係るタイミング機構の図６に示した
上記変態様を具備した内燃料機関における図２における
上面図と同じ線に沿う断面図である。
【０００７】図１から図５において符号１は公知の内燃
機関を示し、それには簡単のために頭部部分のみが示さ
れており、その頭部部分にはシリンダヘッド２およびそ
の下部に単一のシリンダ３があり、シリンダ３はシリン
ダヘッド２とともにエンジン１の燃焼室の１つを構成し
ている。エンジン１の他のシリンダ３により構成される
燃焼室は同一であり図示していない。エンジン１はタイ
ミング機構（総括的に符号４で示される）を具備してお
り、タイミング機構４は図示した非限定的な実施例にお
いては各シリンダ３に５つの作動弁を具備している（す
なわち、１つの中間弁５および２つの横のバルブ６から
なる近接した３つの吸気弁並びに隣接した２つの公知の
排気バルブ（図示せず）である）。上述したバルブは全
てマッシュルームタイプであり、それぞれシリンダ３の
吸気ポート７および排気ポート８と同軸状に位置し、そ
れらを開閉する。上記ポート７、８はシリンダヘッド２
のリング、シリンダヘッド２に形成されている燃焼室の
頭部およびそれぞれのシリンダ３に形成されており、そ
れらは実質的に五角形形状に配置されている。
【０００８】タイミング機構４は更に、エンジン１の全
てのシリンダ３の全てのバルブ５、６を同時に制御する
カムシャフト１０およびエンジン１の全てのシリンダ３
の排気ポート８のバルブを（図示しないが公知の方法
で）制御する類似の公知のカムシャフト（図示せず）を
含んでいる。
【０００９】図示しない変態様においては、排気ポート
の数は吸気ポートと同じく３個としてシリンダ当り６つ
のバルブを有するエンジン（例えば、このエンジンにあ
っては６つのポートが燃焼室の頂部に六角形状に配置さ
れる）としてもよく、この場合には、３つの排気ポート
を以下に記載するバルブ５、６と全く同じ方法で制御
し、また排気バルブの数がバルブ５、６と同じく３個で
あるならば上記の制御方法は排気バルブの制御にも適用
される。
【００１０】各バルブ５、６のために、シャフト１０が
所定の形状のコントロールカム１１を含んでおり、コン
トロールカム１１は、公知のタペット１２を介して、そ
れぞれの弾性手段１５の作動に抗して、それぞれのバル
ブステム１３の作動を制御する。
【００１１】図示した非限定的な実施例によれば、本発
明に係るタイミング機構４はオーバーヘッドカムシャフ
ト配置となっており、すなわち、この配置においてはカ
ムシャフト１０のカム１１は直接にタペット１２と協動
し、カムシャフト１０は、タペット１２が隣合い且つ中
心が整合して設けられている軸線１４（図１、図３）の
まわりに回動するように配置されており、軸線１４はそ
れぞれの摺動軸線とタペット１２の対称軸線と交差して
いる。タペット１２は図示した非限定的な実施例に示す
ような隙間調整代のない機械タイプでもよく、または自
動隙間調整型の公知の油圧型でもよい。どちらの場合で
も、各タペット１２はシリンダヘッド２に形成された案
内座１８内に軸線２０と同軸状で且つ軸線方向に摺動可
能に収納されたシリンダキャップ１６およびキャップ１
６の頂部に設けられキャップ１６とそれぞれのカム１１
との間に位置するプレート１９を有している。柱状キャ
ップ１６が各タペット１２の外側部材を形成している。
【００１２】本発明によれば、バルブ５、６の各ステム
１３は長手方向の対称軸線２１を有しており、その対称
軸線２１はそれぞれのタペット１２の軸線２０から偏倚
している。特に、タペット１２の軸線２０は横方向に偏
倚しており、且つバルブ５、６のそれぞれの軸線２１に
対して交互に偏心して配置されており、各バルブステム
１３とそれぞれのタペット１２との間には第１の所定の
偏心量Ｅ1 （図１、図４、図５）が形成されており、上
方から見た場合に（図１）、バルブステム１３は軸線１
４の反対側に交互に配置されており、中間バルブ５のス
テムと、面 III−III に平行する、すなわち軸線１４に
平行する単一平面に整合された２つの横のバルブ６のス
テムとの間の中心距離Ｅが偏心量Ｅ1 の和に等しくなっ
ている。Ｅ1 の値は好ましくは等しいので、中心距離Ｅ
は何れかの２つの軸線２０、２１間のタペットと同一の
ポート７のバルブに対する偏心量の２倍に等しい。しか
しながら、必要ならば、バルブ５のステム軸線とそれぞ
れのタペット１２の軸線の間の偏心量Ｅ1 がバルブ６の
軸線とそれぞれのタペット１２の軸線との間の偏心量Ｅ
1 と異なる（よりも大きいかまたは小さい）ようにタイ
ミングシステム４を形成してもよい。
【００１３】上述した特徴に関して、各タペット１２の
軸線は、図３の平面において、すなわち軸線１４、平面
ＩＩＩ−ＩＩＩおよびシリンダ３の軸線に平行する平面
内に配置されており、中間バルブ５のステム１３がそれ
のタペット１２の軸線と整合しており（すなわち、前記
平面と直交する平面に位置しており）、そして、図示し
た実施例においては、図１に見られるようにシリンダ３
の軸線とも整合しており、それにより、図３の平面にお
いて、中間バルブ５のステム１３の軸線２１とそれのタ
ペット１２の軸線２０が一直線状に配置されている。同
時に、上記平面において、隣のバルブ６のステム１３は
それぞれのタペット１２の軸線に対して横方向に反対側
に偏倚しており、特に中間バルブ５のステム側に偏倚し
ており、それにより各２つの軸線２０、２１間に第２の
偏心量Ｅ２（図１および３）が形成されており、偏心量
Ｅ２は偏心量Ｅ１の測定方向に直交している。
【００１４】本発明の他の特徴によれば、それぞれのタ
ペット１２の軸線および平面Ｖ−Ｖに実質的一致してい
るシリンダ３の大径平面に対して、横のバルブ６のステ
ムが鏡面対称に配置されており、それにより両偏心量Ｅ
2 は鏡面状に等しくなっている。
【００１５】このようにしてタペット１２はポート７お
よびそれを制御しているバルブ５、６に対して図１に示
すように偏倚しており、従ってポート７およびタペット
１２が最適な大きさおよびトラブルのない制御に要求さ
れるように位置させることができ、（公知の５−６バル
ブタイミング機構における大きさの小さいバルブに代え
て）通常の大きさのタペット１２を軸線１４に整合さ
せ、そしてバルブ５、６をシリンダ３の境界内としそし
てポート７が最大の大きさであることを可能とする位置
としている。更にバルブ５、６のステム１３は全て互い
に平行しており且つシリンダ３の軸線とも平行してお
り、これによりエンジン１の設計を簡単化しそしてバル
ブステムとタペットとの間の比較的高度に偏心している
にも拘らずガイド１８の作用する横方向負荷を最小とす
ることができる。これは更に燃焼室の頂面を平坦に形成
することを可能とし、これによりシリンダヘッド２の構
造を簡単とする。
【００１６】ステム１３とタペット１２の偏心量によっ
てバルブ５、６の機械的制御は図３、図４および図５に
示すように従前の機構と異なってくる。特にステム１３
のまわりに同心状に巻かれた螺旋スプリングの群からな
る圧縮手段１５は完全にタペット１２の外部に設けら
れ、例えば図示した実施例においてはキャップ１６の外
に設けられている。図示した実施例においては、各スプ
リング１５はそれぞれショルダー４０とショルダープレ
ート３１の間に装着されており、ショルダー４０はシリ
ンダヘッド２と一体であり、例えばステム１３用のガイ
ド４１の一部として形成されている。また各ショルダー
プレート３１はそれぞれ、タペット１２の直下におい
て、一対の公知のコッター３０によりバルブステム１３
に取付けられており、コッター３０はプレート３１の円
錐状内表面およびバルブステム１３の溝３２と協動して
いる。上記構造の組み立てを可能とするために、タペッ
ト１２の案内座１８がシリンダヘッド２の第１の部分３
５に形成されており、一方、各バルブ５、６のスプリン
グ１５はそれぞれの座３６に装着されており、座３６を
バルブステム１３が貫通しており、座３６は案内座１８
の下方のシリンダヘッド２の第２部分３７に設けられて
おり、座３６には公知の方法に従いシリンダヘッド２の
第１の部分３５が着脱可能に取付けられている。
【００１７】図６から図９はタイミング機構４の変態様
を示しており上述したものと同一または類似の部分につ
いては同じ参照符号を使用することによりそれらを示し
ている。この変態様は技術的理由によってエンジンの燃
焼室の頂面が円形をしており、そしてバルブ５、６が従
って半径方向に配置されねばならない時に使用され、こ
の場合においてバルブステム１３はそれぞれのシリンダ
３の軸線に対して傾斜している。特に、バルブ５および
６のステムは互いに傾斜して設けられておりそしてタペ
ット１２と協動する。タペットはシリンダ３に対して傾
斜してはいるが隣合って整合しており、そして、例えば
キャップ１６の内部に形成された傾斜した支持表面５
０、５１を介してカムシャフト１０の軸線に沿って互い
に平行している。特に横のバルブ６のステム用の支持表
面５１は図７の平面および直交する図８の平面に対して
共に傾斜しており、それぞれのバルブステム１３に対し
て傾斜して配置されている。これにより燃焼室の幾何学
的配置を変えるのみならず（公知のラジアルバルブ機構
に用いられている傾斜したカム１１付きのカムシャフト
に代えて）通常のカムシャフト１０を用いてタペット１
２を制御し、更に、タペット１２間の距離を増大させ
る。更に、偏心量Ｅ1 およびＥ2 はガイド１８に作用す
る横方向負荷を減少させることにより減少することがで
きる。最後に、ステム１３の傾斜は好ましくは中間バル
ブ５の軸線が横のバルブ６の軸線に対して軸線１４方向
に広がっている。
【００１８】
【発明の効果】本発明の効果は上記説明から明らかであ
ろう。本発明によれば、２つの異なった偏心量Ｅ１およ
びＥ２が各横バルブに同時に存在しており、この２つの
偏心量Ｅ１およびＥ２のそれぞれが、バルブのステムの
軸線とそのバルブのタペットの軸線との間に存在してお
り、しかもこの２つの偏心量Ｅ１およびＥ２は異なる平
面に存在しており、特に２つの互いに直交する平面に存
在している。物理的に３つのバルブを１本のカムシャフ
トにより制御するために、従来は単一（１種類）の偏心
量のみをバルブのタイミング機構に付与していたが、本
願発明によれば、従来の単一の偏心量を２つのより小さ
な偏心量に分割し、この２つの偏心量を次のように同時
に実現した。すなわち、２つの偏心量は（ｉ）タイミン
グシステムの同じバルブ要素（すなわち、タペットと対
応するバルブのステム）間にあり、そして（ｉｉ）異な
る平面、特に互いに直交する平面にある。このように本
発明によれば、シリンダヘッドが平らな場合は、図３、
４および５に示すように、バルブの軸線を互いに平行と
することができる。また、シリンダヘッドに傾斜バルブ
が用いられる場合（図７、８および９参照）は、バルブ
の全てが同じ角度傾斜し、そして対称に配置することが
できる。それによってシリンダヘッドは図８に示すよう
に対称性を実現し、理想的な球形対称に極めて近似す
る。 更に、本発明によれば、バルブヘッドを極めて大き
くできると同時にバルブシートを互いに間隔を広く開け
ることができるので、冷却の問題は全く生じないのみな
らず、容積効率が非常によいエンジンとすることができ
る。特に、タペット軸線に対して横のバルブのステムの
２つの直交する平面に対して２倍に偏倚して配置するこ
とにより、５バルブまたは６バルブのタイミングシステ
ムにおいて３つの大きな、広く間隔を開けた吸気および
排気ポート（シリンダヘッドを適切に冷却し保護するた
めのもの）を得ることができる。しかも３つのバルブは
単一のオーバーヘッドカムシャフトによりコントロール
されている。従って、この結果はこれにより高度に効率
的な、高性能な内燃機関のタイミング機構となり、この
機構は比較的コンパクトであるとともに製造および組み
立てが容易である。それに加えて、種々のバルブ制御要
素の偏心配置量は非常に小さくでき（ラジアルバルブの
場合）、すなわちバルブ軸線をシリンダの軸線に平行に
保持することにより殆どなくすことができ、従って非常
に小さくできる。更に、本発明によれば、タペットのガ
イド表面に作用する横方向スラストが予測可能となり、
それによりもし必要な場合には設計段階において対応す
ることができる。それに対して、公知のタイミング機構
を具備したエンジンにおいては、吸気ポートの間隔はバ
ルブの傾斜度合いにのみ依存しており、作動中の横方向
スラストは予測することができず、従ってそれに対応す
ることが遥かに難しいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタイミング機構の上面図である。
【図２】本発明に係るタイミング機構の図１とは異なる
高さにおける上面図である。
【図３】本発明に係るタイミング機構を具備した内燃機
関の上面を示す図２の III−III 線に沿う断面図であ
る。
【図４】本発明に係るタイミング機構を具備した内燃機
関の上面を示す図２のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】本発明に係るタイミング機構を具備した内燃機
関の上面を示す図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】本発明に係るタイミング機構の変態様の上面図
である。
【図７】本発明に係るタイミング機構の図６に示した上
記変態様を具備した内燃機関における図２における上面
図と同じ線に沿う断面図である。
【図８】本発明に係るタイミング機構の図６に示した上
記変態様を具備した内燃機関における図２における上面
図と同じ線に沿う断面図である。
【図９】本発明に係るタイミング機構の図６に示した上
記変態様を具備した内燃機関における図２における上面
図と同じ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ シリンダヘッド ３ シリンダ ４ タイミング機構 ５ 中間バルブ ６ 横バルブ ７ 吸気ポート ８ 排気ポート １０ カムシャフト １１ コントロールカム １２ タペット １３ バルブステム １４ 軸線 １５ 弾性手段 １６ シリンダキャップ １８ 案内座 １９ プレート ２０ 軸線 ２１ 軸線 Ｅ1 第１の偏心量 Ｅ2 第２の偏心量

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 カムシャフト（１０）が弾性手段（１
    ５）の作動に抗して１つの中間バルブ（５）および該中
    間バルブに隣接した２つの横の作動バルブ（６）のそれ
    ぞれのステムへの伝達を制御してそれぞれのシリンダ
    （３）の入出力流体を調整するための、前記バルブの各
    々がそれぞれのタペット（１２）を介して前記カムシャ
    フト（１０）のそれぞれのカム（１１）により制御され
    ている内燃機関用タイミング機構（４）において、前記
    バルブのステム（１３）はそれらの軸線（２１）が各タ
    ペットの軸線（２０）を含み且つ前記カムシャフトの軸
    線（１４）に平行な第１の平面に対して横方向に且つ交
    互に偏倚するように配置され、それによって各タペット
    とそれぞれのバルブステムとの間に前記第１平面に直交
    する面内において第１の偏心量（Ｅ１）が形成されてお
    り、前記中間バルブ（５）のステム（１３）とそれのタ
    ペット（１２）の軸線とは第１平面に直交する面内にあ
    り、前記他の２つの横バルブ（６）のステムがそれぞれ
    のタペット（１２）の軸線（２０）を含み且つ前記第１
    の平面に直交する面に対して横方向に且つ前記中間バル
    ブ（５）のステムに向かって偏倚しており、それによっ
    て前記他の２つの横バルブのステム（１３）の軸線とそ
    れぞれのタペット（１２）の軸線（２０）との間に前記
    第１の偏心量（Ｅ１）に直交する第２の偏心量（Ｅ２）
    が形成されていることを特徴とするタイミング機構。
  2. 【請求項２】 前記カムシャフトのカム（１１）がオー
    バーヘッドカムシャフト配置によりそれぞれの前記バル
    ブタペット（１２）のカムと直接に協動しており、前記
    弾性圧縮手段が前記バルブステム（１３）のまわりに巻
    かれ且つ前記タペット（１２）の完全に外部に装着され
    たそれぞれの螺旋スプリング（１５）からなり、各バル
    ブステムと一体的に取着されたそれぞれのショルダープ
    レート（３１）にそれぞれのタペット（１２）の直下に
    おいて該プレート（３１）の円錐状内面およびそれぞれ
    のバルブステムの溝（３２）と協動する一対のコッター
    （３０）を介して該スプリング（１５）が作用すること
    を特徴とする請求項１記載のタイミング機構。
  3. 【請求項３】 前記タペット（１２）が機械式であり、
    各々が前記それぞれのシリンダヘッド（２）の第１の部
    分（３５）に形成された案内座（１８）に摺動可能に協
    動する筒状キャップ（１６）および該キャップの頂部に
    装着されたプレート（１９）からなり、各バルブの前記
    スプリング（１５）はシリンダヘッドの頭部の第２の部
    分（３７）において前記案内座の下に形成されたそれぞ
    れの座（３６）に装着されており、該座（３６）を前記
    バルブステム（１３）が貫通しており、該第２の部分
    （３７）に前記第１の部分（３５）が着脱可能に装着さ
    れていることを特徴とする請求項２に記載のタイミング
    機構。
  4. 【請求項４】 前記バルブステム（１３）が全て互いに
    平行で且つ前記シリンダ（３）の軸線に平行に配置され
    ていることを特徴とする請求項３に記載のタイミング機
    構。
  5. 【請求項５】 前記バルブステム（１３）が前記シリン
    ダ（３）の軸線に対して傾斜しており斜めの支持表面
    （５０、５１）を介して前記タペット（１２）と協動
    し、横のバルブ（６）のタペットの斜めの表面（１）を
    介して前記タペット（１２）と協動し、横のバルブ
    （６）のタペットの斜めの表面（５１）が２倍に傾斜し
    ていてそれぞれのバルブステム（１３）に対して傾斜し
    て配置されていることを特徴とする請求項３に記載のタ
    イミング機構。
  6. 【請求項６】 前記タペット（１２）が隣合い且つ前記
    カムシャフト（１０）の軸線（１４）に沿って中心が整
    合しており、前記バルブステム（１３）が前記カムシャ
    フトの軸線（１４）の反対側に交互に配置されているこ
    とを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のタイ
    ミング機構。
  7. 【請求項７】 前記２つの横バルブ（６）のステムとそ
    れぞれのタペット（１２）の軸線（２０）との配置が、
    前記第１平面に直交し且つ中間バルブのステムの軸線を
    含む平面に対して鏡面対称に配置されていることを特徴
    とする請求項１〜６の何れか１項に記載のタイミング機
    構。
  8. 【請求項８】 前記第１の偏心量（Ｅ１）が各バルブス
    テム（１３）およびそれぞれのタペット（１２）に対し
    て同一であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１
    項に記載のタイミング機構。
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