JPH048604B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 内燃エンジンの弁のリフト及びリフトの持続
時間を変化させるための機構において、 少なくとも一つの主油圧カムフオロワー４を作
動する主カムシヤフト５を有し、前記主油圧カム
フオロワー４は、本体２０と、前記主カムシヤフ
ト５によつて直接作動される主カムフオロワーピ
ストン２２と、この主カムフオロワーピストンと
の間にオイルリザーバ２８を形成するため前記主
カムフオロワーピストン２２から間隔を隔てられ
たプツシユロツドピストン２４と、このプツシユ
ロツドピストン２４には、一方向弁２９を介して
前記リザーバに開口した室２７が設けられ、前記
主油圧カムフオロワーピストン２２と前記プツシ
ユロツドピストン２４との間に作用するばね手段
３５と、油圧流体を前記オイルリザーバ２８へ前
記一方向弁２９を介して供給するための手段と、
前記リザーバ２８を、前記エンジンが駆動する副
カムシヤフト７を中心に回転自在のハウジング１
８内で作動する副カムフオロワー８に連結するた
めの油圧管路１１とを有し、これによつて、前記
副カムシヤフト７を中心とした副カムフオロワー
８のハウジング１８の回転が前記オイルリザーバ
２８内の油圧流体を制御してプツシユロツドピス
トンのリフト及びリフトの持続時間を変化させ
る、内燃エンジンの弁のリフト及びリフトの持続
時間を変化させるための機構。

２ 前記副カムフオロワーが、前記回転自在のハ
ウジング内のシリンダ内で作動する副カムフオロ
ワーピストンと、前記副カムフオロワーピストン
を前記副カムシヤフトに押付けるばね手段とを有
する、請求項１に記載の内燃エンジンの弁のリフ
ト及びリフトの持続時間を変化させるための機
構。

３ 前記内燃エンジンが多気筒エンジンであり、
前記副カムフオロワーが第１の回転自在のハウジ
ングに取付けられたエンジンの吸気弁に連結さ
れ、前記副カムフオロワーが第２の回転自在のハ
ウジングに取付けられたエンジンの排気弁に連結
され、前記第１及び第２の回転自在のハウジング
を前記副カムシヤフトを中心に個々に回転させる
手段を有する、請求項１に記載の内燃エンジンの
弁のリフト及びリフトの持続時間を変化させるた
めの機構。

４ 油圧流体を前記オイルリザーバへ供給する手
段が、油圧ポンプと、このポンプを前記主カムフ
オロワーへの圧力を調節するための調節自在の弁
を備えた圧力弁ブロツクに連結する管路と、前記
一方向弁を介して油圧流体を供給するため、前記
圧力弁ブロツクを連結する管路とを有する、請求
項１に記載の内燃エンジンの弁のリフト及びリフ
トの持続時間を変化させるための機構。

産業上の利用分野 本発明は、油圧弁すなわち内燃エンジン用の油
圧カムフオロワーに関し、特に、内燃エンジンの
弁開度に応じてリフトを変え得るカムフオロワー
に関する。

従来の技術 内燃エンジンでは、通常、カムシヤフトは弁の
タペツトに作動連結されているか、あるいは、タ
ペツトとカムフオロワーとの遊び量を増加させる
原因ともなる摩耗、温度および他の要因を補償す
る装置を介して弁ステムに直接連結されている。

公知の方法によれば、タペツトは直接的にある
いはプツシユロツドおよびロツカー伝動装置を介
してカムフオロワーに連結されており、このカム
フオロワーはカムに隣接した位置に設けられてい
て軸線方向に案内され、カムの作用により運動さ
れるようになつていると共に、カムフオロワーの
変位後、常にカムと確実に接触するようにカムフ
オロワーを戻すためのばねが設けられている。

油圧カムフオロワーには２つの形式があるが、
いずれも作動中の遊びを無くすためにオイルのよ
うな流体を使用している。１つの形式はエンジン
オイルによつて作動されるものであり、他の形式
は必要な遊びを生じさせるための密封形オイル供
給装置を内蔵するものである。

作動原理は、カムフオロワーとプツシユロツド
あるいは弁ステムとの間に１つの部材を設けるこ
とであり、この部材はカムフオロワーと該部材と
の間の油圧とばね圧力によつてカムフオロワーか
ら伸長した状態に保たれる。しかしながらこの構
成は次のようになつている。すなわち、カムがカ
ムフオロワーを押すときに、この位置において密
封されたオイルが存在することによつてカムフオ
ロワーとタペツトとが同時に運動するように、常
にオイルをカムフオロワーと前記部材の内端との
間の空間に導入するようになつている。しかしな
がら、かような運動が行なわれる間、いくらかの
オイルがカムフオロワー内のリザーバから絞り出
され、オイルの減量分はカムフオロワーが静止し
ているときにエンジンの供給装置あるいはカムフ
オロワー組立体の一部を構成する密封形リザーバ
から補充される。

従来使用されてきたこれらの装置については、
カムフオロワーの運動は簡単に弁に伝達され、弁
の適当な開閉を行なうべくカムフオロワーが所定
の距離だけ移動するように作動させるようになつ
ている。また、弁あるいはプツシユロツドのより
大きな運動（この運動はカム自体の実際のリフト
よりも大きいものである）を与えるようにするた
めカムローブ（cam lobe）自体の運動が流体力
学的に増幅されるようにして、迅速なリフトすな
わち高いリフトを与える油圧カムフオロワーを提
供することも公知である。

内燃機関等の弁を作動させるためのカムフオロ
ワーの１つの形式は、一端が閉鎖され中空円筒状
本体であつて該本体に対し固定されたスリーブに
摺動自在に取付けられた中空円筒状の本体を有
し、この中空円筒状本体はカムフオロワーとして
形成されていてカム本体自体と接触するようにな
つている。ピストンはスリーブ内で摺動自在に取
付けられていて、ピストンの外端はプツシユロツ
ドと係合しており、チヤンバはピストンの内端と
中空円筒状本体の閉鎖端との間に形成されていて
作動油を貯えている。カムによる本体の変位によ
つて作動油が変位され、これにより固定スリーブ
内のピストンが移動されて、カムすなわち本体の
ストロークよりも大きくかつ迅速なストロークを
プツシユロツドに与える。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、内燃エンジンの場合には、弁タ
イミングはエンジンの作動にとつて重要である。
弁を最高の性能を発揮するように調整すると、ピ
ストン運動との関連における弁開度の調整とバル
ブの長時間のオーバーラツプとによつて、これら
のエンジンは低速度で作動することが困難にな
り、またエンジンは低速度で軽負荷のとき満足な
性能を発揮しない。

逆に、もしエンジンが低速度において満足でき
る作動をし又良好なアンドリングが得られるよう
に調整されると、エンジンの作動は高速及び重負
荷のとき悪くなる。

従つて、本発明の目的は、弁タイミングを所望
により変えることができる装置を提供することで
ある。

さらに他の目的は、弁タイミングをエンジンの
作動条件によつて自動的に変えることができる装
置を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明によれば、内燃エンジンの弁のリフト及
びリフトの持続時間を変化させるための機構にお
いて、少なくとも一つの主油圧カムフオロワーを
作動する主カムシヤフトを有し、主油圧カムフオ
ロワーは、本体と、主カムシヤフトによつて直接
作動される主カムフオロワーピストンと、オイル
室を形成するため主カムフオロワーピストンから
間隔を隔てられたプツシユロツドピストンと、主
油圧カムフオロワーピストンとプツシユロツドピ
ストンとの間に作用するばね手段と、油圧流体を
オイル室へ一方向弁を介して供給するための手段
と、エンジンが駆動する副カムシヤフトと、副カ
ムシヤフトを中心に回転自在にハウジング内で作
動する副カムフオロワーとを有し、主カムフオロ
ワーは副カムフオロワーに油圧流体を供給するた
め副カムフオロワーに繋がつたオイル室からの油
圧管路と、副カムフオロワーからのブリード管路
とを有し、これによつて、副カムシヤフトを中心
とした支持カムフオロワーのハウジングの回転が
オイル室内の油圧流体を制御してプツシユロツド
ピストンのリフト及びリフトの持続時間を変化さ
せる機構が提供される。

このように、本発明によれば、油圧式カムフオ
ロワーを包含する可変リフトカムフオロワーと、
該カムフオロワーによつて生じるリフトを変える
装置とが提供される。

実施例 第１図を参照すると、この図には、排気弁又は
吸気弁である内燃エンジンの一つの弁１に応用し
た本発明の概略図が示してある。弁１は、エンジ
ンの主カム５と接触した主カムフオロワー４によ
つて作動されるプツシユロツド３からロツカーア
ーム２によつて作動される。後に述べるように、
主カムフオロワー４には通常のエンジンオイルポ
ンプから流入路６を介してエンジンオイルが供給
される。

副カム７は、可撓性管路９で連結ブロツク１０
に連結された油圧ピストンを有する副カムフオロ
ワー８を作動させる。連結ブロツク１０はエンジ
ンに固着され、油圧管路１１で主カムフオロワー
４に連結されている。

副オイルポンプ１２はエンジンによつて駆動さ
れ、オイル逃し通路１６を構成する調節自在のリ
リーフ弁１５を有する圧力弁ブロツク１４に続く
管路１３を介して圧力オイルを主カムフオロワー
４に供給する。弁ブロツク１４の圧力側は圧力管
路１７で主カムフオロワー４に連結されている。

副カムフオロワー８のハウジング１８は、副カ
ムフオロワー８のタイミング動作を変化させるこ
とができるように副カム７の軸線を中心に調節自
在である。

後述の如く、この変化は主カムフオロワー４の
リフト量およびリフトのタイミングを変化させ、
かくして弁１の開放量、開放時期、および開放の
持続時間を変化させる。ポンプ１２は、逃し通路
１６が供給する別体のタンク１９からオイルを吸
上げる。

主カムフオロワーユニツトは、エンジンブロツ
ク又はフレームに固着された本体２０によつて形
成されるのがよく、この本体には、本体中で作動
するピストン２２を形成するカムフオロワー２１
がその下端に設けられ、適当なシール２３がピス
トン部分２２及び本体部分２０の間に設けられて
いる。

主カムフオロワーの上端には、プツシユロツド
の端部を受入れるソケツト２５を備えたプツシユ
ロツドピストン２４が設けられている。

このプツシユロツドピストン２４には貫通孔２
６が設けられ、オイルは弁の伝動装置を潤滑する
ためこのピストンを通して中空プツシユロツド内
に流入できる。更に、プツシユロツドピストン２
４にはチヤンバ２７が設けられ、このチヤンバ２
７はカムフオロワーピストン２２とプツシユロツ
ドピストン２４との間のオイルリザーバ空間２８
に開口している。プツシユロツドピストン２４か
らの開口にはオイルをチヤンバ２７から２つのピ
ストン間のリザーバ２８内へ流す弁２９が設けら
れている。

オイルはエンジンの通常の潤滑系から主カムフ
オロワーに供給され、本体２０にはエンジンのオ
イル通路又はギヤラリと係合する入口６を形成す
る凹部３０が設けられている。この凹部は通路３
１を介し、本体及びプツシユロツドピストンの上
部の横断路３２を通してプツシユロツドピストン
の通路２６と連通し、中空プツシユロツドを介し
て弁の伝動装置を潤滑する。

一定圧力のオイルが、ポンプ１２から管路１７
を通して、チヤンバ２７へ開口している通路３４
に続くプツシユロツドピストンの溝３３へ開口し
た本体２０の入口へ供給され、弁２９を介して主
カムフオロワーに満される。

プツシユロツドピストン２４とカムフオロワー
ピストンとの間に戻しばね３５が設けられ、その
ため、カムフオロワーピストン２２が上昇する
と、１方向弁によつてリザーバ内に捕捉されたオ
イルが、プツシユロツドピストン２４を上方に移
動させ弁を上昇させる。２つのピストンを含む本
体を貫通する通路は、プツシユロツドピストンが
カムフオロワーピストンよりも大きく移動して弁
の伝動装置に増幅された運動を与えるように、プ
ツシユロツドピストンがカムフオロワーピストン
より面積が小さいように段階状でもよい。

プツシユロツドピストン２４の運動を変化させ
るため、２つのピストン間のリザーバに必要な漏
れ通路をシール２３によつて密封し、この漏れは
副カムフオロワー８に連結された管路１１を介し
て制御される。副カムフオロワー８のハウジング
１８は、副カムシヤフト７の軸線を中心に調節す
ることができる。

かくして、主カムフオロワー４は、そのピスト
ンが密封され、エンジンブロツクに取り付けられ
た連結ブロツク１０へ続く管１１及び副カムフオ
ロワーへ続く可撓性管９によつて副カムフオロワ
ーのシリンダ３６及びピストン３７へ連結されて
いる（第３図及び第５図参照）。好ましくは、副
カムシヤフトは、主カムシヤフトと同一形状であ
り、チエーン又はギヤによつてクランクシヤフト
又は主カムシヤフトに連結され、主カムシヤフト
と同じ速度で駆動される。

副カムフオロワーユニツトのピストンは、ばね
３８でカムシヤフト７にばね付勢され、ブリード
穴３９、調整可能な弁４０、及び通路４１を介し
てリザーバ１９に至る漏れ通路を制御する。副カ
ムシヤフト７が回転している状態で、副カムフオ
ロワー８を収容したハウジング１８の副カムシヤ
フト７に対するその回転位置を変化させると、副
カムフオロワー８の作動タイミングが変化する。
かくして、副カムシヤフト７が時計廻り方向に回
転している状態でハウジング１８を反時計廻り方
向に10°移動すると、カムローブは副カムフオロ
ワー８と10°早く接触し、かくして弁の開放のタ
イミングが10°早くなる。ハウジング１８を時計
廻り方向に移動すると弁の開放は遅くなる。

従つて、副カムシヤフト７を中心として副カム
フオロワー８のハウジング１８を回転させること
によつて副カムフオロワー８の作動タイミングを
変えることができ、これによつてオイルリザーバ
内の油圧流体を制御することができる。

副カムシヤフト７を中心としてハウジング１８
を調節自在に位置決めするための精密な機構は、
本発明には重要でない。この位置決めは、スロツ
トルの開口、マニホールド圧力、速度、エンジン
ブロツクやヘツドの温度、選択したギヤ等の種々
のフアクタに応じて手動又は自動の多くの方法で
行うことができる。実際の機構は機械式、空気作
動式、油圧式又は電気式であるのがよい。

好ましくは、副カムフオロワー８は、二つの
別々のユニツトをなして形成されるのがよく、こ
れらのユニツトのハウジング１８は、互いに別々
に、副カムシヤフト７を中心として時計廻り方向
又は反時計廻り方向に部分的に回転することがで
きる。

１方の本体は、そのユニツト内に全ての排気弁
用の全ての副カムフオロワーを有し、他方の本体
は、吸気弁用の全ての副カムフオロワーを有し、
これらは夫々の点火順に並んでいる。かくして、
これら２つの装置は、これらが主ユニツト及び副
ユニツトを貫通した１つのカムシヤフトに連結さ
れている場合でも、別々になつている。

副カムフオロワーピストン３７は、カムシヤフ
ト７に直接当接してもよいし、変形例として、図
示のように、レバー４２がカムシヤフト及びピス
トンに当接し、これによつて少ない移動が得られ
る、レバー装置によつてその運動を変化させても
よく。これによつて、特別なカムシヤフトを形成
する必要がなく、特定のエンジン用の在来のシヤ
フトを使用することができる。

２つのユニツトのハウジングを、エンジンブロ
ツクに取り付けた夫々の負圧制御ユニツトに連結
し、及び／又はこれらをスロツトル開度、エンジ
ンの回転数テールシヤフトの速度によつて、又は
定置型エンジンの場合、エンジンに加わる負荷の
量に応じて制御する。

操作では、弁１５は、副カムからのオイルの所
望の漏れ量を与えるように調整され、この漏れ量
は、変化させてもよいし、特定のエンジンについ
て設定してもよいし、弁の所望のリフトについて
設定してもよい。これは、正確なすき間によるピ
ストン３７とスリーブ３６との間の制御された漏
れ通路である。弁１５は、慣性及び他の要素が組
み合わさつて、弁がはずまないように、エンジン
の低い回転から高い回転に亘つて均一な油圧を維
持しようとする装置である。又、エンジンを低速
で円滑に作動されるのが望ましいのか、又は、エ
ンジンを高速で最大限の性能で作動させるのが望
ましいのかによつて、エンジンに対して弁を変化
させることができる。

副カムフオロワーのブロツクの移動は手動で制
御しても良いし或は上述のように、次の事項即ち
速度、マニホルド圧力、スロツトル開度、トル
ク、歯車比等の１つ又はそれ以上であるエンジン
条件に応答して自動であつても良い。

変形態様では、副カムフオロワーはボール弁を
有する必要はないが、圧力流体をピストン間の室
に直接供給しても良い。又、プツシユロツドに対
するフイーダは供給口をおおわないプツシユロツ
ドピストンの移動の際にのみ開くのが良い。

かくして、ユニツトは、ピストンの移動に関し
て決定的な時間に高いリフトの弁開度を得るのに
使用することができる。かくして、この制御は、
きびしい圧力及び摩耗が弁機構に加わるのを阻止
するため、カムが漸進的な開度をもたらすよう形
作られている場合には、吸込行程の始めであつて
も良いが、混合気の吸入を遅らせかつ又室の圧縮
を低下させる。

かくして、ピストンの行程に関係する弁の移動
により、行程の半分を完了した時点で全開まで漸
次開き、行程の完了まで漸次閉じる。可変ユニツ
トのカムは、行程の開始時により大きな開度を与
え、行程の継続中開いていて、混合気の全吸込み
を与えるよう調時されかつ形作られるのが良い。
かくして、弁は迅速に開き、より大きな時間の間
開きばなしであるのが良い。

排気弁の調時は、望みに応じて、より大きな弁
オーバラツプを生じさせることによつてシリンダ
内の圧力又は負圧を阻止するように延長させても
良い。

可変弁調時装置の主な機能はスロツトルの開度
およびエンジンの回転に関係してシリンダの吸込
容積を減少させることにある。

主カム及び副カムは共に等しく、45度の作動期
間をもつように形作られるのが良く、かくして、
両ユニツトが同時に作動しているならば、これら
のユニツトは、ハウジングを他の方向に回転させ
ることによつて、全行程へのピストンの行程の下
端で開度を半分有することになる。同時に、排気
ユニツトはこの期間にわたるように開度を長くす
る。

更に別の態様では、排気ユニツトはそれ自体２
つの別別の排気ユニツトを与えるように２分され
ても良く、これらの各々は他のユニツトと独立に
自由に回転する。例えば、６気筒エンジンでは、
ユニツトの第１の部分は３つのピストンを制御
し、エンジンの爆発順序が153624であつたとすれ
ば、第１のユニツトはピストン１３および２を制
御し、第２のユニツトはピストン５６および４を
制御する。これにより、負荷が最小で動力を必要
としないときにはエンジンを手動又は自動で３気
筒エンジンに変えることができる。これは、排気
弁に長い行程時間、而して大きなオーバラツプを
もたせ、かくして、ピストンの負荷を減少させ実
質的に無効にすることによつて可能である。作動
中のシリンダから作動してないシリンダへの流れ
を止めるために、１３２および５６４について
別々の排気装置が必要とされる。

排気弁の装置もまた、特にデイーゼルエンジン
などの大型のエンジンを始動させるのに使用する
ことができ、この場合、排気弁は、吸気行程及び
圧縮行程の大部分の間に開放されたままになるよ
うに制御することができ、始動モータが、始動に
必要な速度までエンジンを回わすことができるよ
うになつている。

別の実施例（第６図）では、主カムシヤフトを
使用する必要がないが、フオロワー４５は、エン
ジンブロツクに固定された閉鎖端外方部材を備
え、または、この部材はオーバヘツドカムシヤフ
トエンジンの場合には、弁ステムに隣接するエン
ジンヘツドに適合かつ取付けられる。

閉鎖端を備えたフオロワー４５には、潤滑油な
どの油供給源４６または別個の油供給源から、油
が供給される。この供給は、上述の実施例と同様
の態様において上方部分へ行われる。

流体通路すなわち管路４７は、閉鎖端フオロワ
ーから連結ブロツク１０を介して補助カムシヤフ
ト７上のフオロワーへ連結し、オイルは、管路４
８を介して圧力弁ブロツクから供給され、その結
果、この態様において、弁歯車または弁自体に対
しての補助カムシヤフトの位置決めは、重要なも
のでない。したがつて、フオロワー４５は、弁１
を制御するために揺動アーム４９に作用する。

すべての実施例において、弁の正確な作動から
の制御されたブリード（抽気）があり、このブリ
ードは、弁の正確な機能のために必要である。ブ
リードは詳細に記載されていないが、当該技術に
おける当業者は、ブリードが、本発明を利用する
弁の作動のために必要であることを了解している
であろう。

実際には、オイルは、別個のポンプを利用する
ことなく、エンジンのオイルポンプから供給され
る。別個のポンプは、本発明が現存するエンジン
に対する変形として適用されるときに利用され、
またエンジンが本発明とともに設計されるなら
ば、単一のポンプを用いることができる。

したがつて、了解できるように、内燃エンジン
の弁の弁タイミングを変えるために手動又は自動
で制御できる比較的簡単な装置が提供され、その
ために、エンジンは、すべての速度において最も
効率的に運転され、これは燃料を節約し、また排
気ガスを介して出る汚染物の量を減少する。

本発明の一つの形式を、或る程度詳細に説明し
たが、実際には、本発明は、それに限定されるべ
きものではなく、本発明の技術思想および範囲内
に入る種々の変形を含むことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の略図である。

第２図は主カムフオロワーの断面図である。

第３図は副カムフオロワーのポンプの一部の断
面図である。

第４図は圧力ブロツクの断面図である。

第５図は副カムフオロワー及びハウジングの端
面図である。

第６図は可変カムシヤフトだけを使用した変形
態様による構成の断面図である。

第７図は連結器ブロツクの断面図である。

１……弁、２……ロツカーアーム、３……プツ
シユロツド、４……主カムフオロワー、５……主
カム、６……流入路、７……副カム、８……副カ
ムフオロワー９……可撓性管路、１０……連結ブ
ロツク、１１……油圧管路、１２……副オイルポ
ンプ、１３……管路、１４……圧力弁ブロツク、
１５……リリーフ弁、１６……オイル逃がし通
路、１７……圧力管路、１８……ハウジング、１
９……タンク、２０……本体、２１……カムフオ
ロワー、２２……ピストン、２３……シール、２
４……プツシユロツドピストン、２５……ソケツ
ト、２６……貫通孔、２７……チヤンバ、２８…
…オイルリザーバ空間、２９……弁、３０……凹
部、３１……通路、３２……横断路、３３……
溝、３４……通路。