JPH05133211A

JPH05133211A - 内燃機関用弁装置

Info

Publication number: JPH05133211A
Application number: JP3211804A
Authority: JP
Inventors: Robert D Norris; ダヴイツドノーリスロバート
Original assignee: Ricardo Consulting Engineers Ltd
Current assignee: Ricardo PLC
Priority date: 1990-08-23
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 1993-05-28
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: EP0472430A3; US5178105A; JP2632095B2; EP0472430A2; EP0472430B1; GB9018558D0; ES2050034T3; DE69101199D1; DE69101199T2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】衝撃荷重及び雑音なしに高速で弁装置を駆動で
きるエンジンの可変バルブタイミング機構の提供。【構成】相互に平行な第１軸１６と第２軸２２を夫々中
心として回転するように配設された第１カム１５と第２
カムと、一方のカムの位相を他方のそれに対し変更する
位相変化機構と、タペット２６の上面を水平摺動可能
で、かつ第１と第２カムに押圧されてタペット２６を上
下動させるプリズム状三角形カムフォロア２５とを設け
る。ここで第１と第２カムのプロファイルにおいて、第
１カムの下降ランプ２０３と第２カムの上昇ランプ２０
１の勾配はその長さの少なくとも一部に亘って等しい。
２カムの位相は弁部材２９が閉止位置に静止している間
に上昇及び下降ランプがカムフォロアに接触する時間が
少なくとも部分的に重なり合うようなものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関用弁装置、即
ち吸入弁と排気弁、並びに付属する付勢機構に関し、特
に可変タイミング機構を含むこの種の弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気弁および、特に吸入弁の
タイミングを変化させることが有益なことは周知の所で
ある。エンジン速度が高い場合、ガスがシリンダ内へ高
速で流入、流出するとき、エンジンサイクルの中で吸入
弁を早く開き、エンジンサイクルの中でこれを遅く閉め
ることは都合の良いことである。これは入射期間中にシ
リンダに流入する入射ガスチャージ、即ち燃料と空気、
の量を増加させ、チャージの慣性を利用して吸入チャー
ジが吸入ポートから直接に排気ポートに流れるのを少な
くしている。

【０００３】低いエンジン速度の場合、吸入弁の開放が
遅いことは吸入ポートから直接に排気ポートへ流れる吸
入チャージの量を最小にするのに望ましいことである。
このバイパス流はエンジン出力と能率とを、燃焼のため
にシリンダ内に残るチャージの量を減少させ、吸入チャ
ージが未燃焼燃料を有するために排気ガス中の炭化水素
の量を増加させるためにエンジン出力と能率とを低下さ
せる。低いエンジン速度で吸入弁を早めに閉じることは
圧縮行程中の吸入ポートへ流れ戻る吸入チャージの量を
減少させるので望ましい。

【０００４】弁の可変タイミング（ＶＶＴ）を行う各種
の機構が提案されているが、これらのすべては大きな限
界がある。

【０００５】ＧＢ−Ａ−１７０８７７に開示されている
形式の、公知のＶＶＴ機構を図１に模型的に示す。これ
は夫々平行なカムシャフト２と６とに取付けられた第１
および第２カム１と５とを有する。２本のカムをつない
でいるのがビーム９で、これはカムフォロアとも称され
ている。カムフォロアはその両端に夫々のカム接触パッ
ド４と８とを有するが、これはカムにカム接触面３と７
上の点３´と７´で接触している。

【０００６】カムフォロア９は中心的にピン１５０に枢
着されているが、これは固定点１５１に枢着されている
横向きレストレイントロッド１５２がつながっている。
ロッド１５２は弁接触パッド１５３を有し、これがエン
ジン吸入弁の弁部材１３の一端に接触している。弁部材
はスプリング１２によって閉止位置に向かって与圧され
ているが、これはスプリングリテーナ１１を介して作用
している。そのため、カムフォロアの任意の下向きの運
動がスプリングに抵抗されている弁部材に下向きの運動
を発生させる。

【０００７】弁部材１３の軸１４はカムシャフト軸の２
と６の間の中央に位置する。従って任意の時間における
弁のリフト（ｌｉｆｔ）即ち移動はカム１のリフトの半
分と同時刻でのカム５のリフトの半分との和である。こ
れを模型的に図２で示すが、これは時間に対するリフト
を示すがこの時両カムは同相である。図２ａにおいて、
Ｌ１はカム１のリフトの半分を示す。図２ｂにおいて、
Ｌ２はカム５のリフトの半分を示す。図２ｃにおいてＬ
１＋Ｌ２は時間Ｐａで完了しＬａの最大にまで上昇する
弁のリフトを示す。

【０００８】図３は図２と類似の図であるが、カム５に
位相ずれＳが与えられこれがカム１に対して遅れている
ときの影響を示す。弁リフトに対する影響を、図３ｃの
Ｌ１＋Ｌ２で示す。弁の最大の上昇Ｌｂはカムが同相の
時の図２ｃの最大上昇Ｌａよりも小さいが、開弁期間Ｐ
ｂは初期の期間Ｐａよりも長いことに注意されたい。

【０００９】即ち、開弁期間とリフトとは一方のカムシ
ャフトの他方のカムシャフトに対する位相を進めまたは
遅らせる事によって変化される。

【００１０】内燃機関用の典型的なカムは図４に示す特
性を有する。図４ａはＸ軸の時間に対してＹ軸にリフト
または移動Ｌの曲線を示す。カム期間ｄｅにおいてリフ
ト曲線は凹形である。カム期間ｅｆｇにおいてリフト曲
線は凸形である。カム期間ｋｈにおいてリフト曲線は凹
形である。リフトは点ｊにおいて最大で時間軸の点ｆに
対応している。

【００１１】対応する速度Ｖの図を図４ｂに示す。開放
期間ｄｅｆの間に弁はその最大開放速度にｌで到達す
る。閉止期間ｆｇｈの間に弁はｍでその最大閉止速度に
到達する。

【００１２】対応する加速度Ａを図４ｃで示す。期間ｄ
ｅの間に弁は正の加速度を受けるがこれはｎでその最大
に到達する。期間ｅｆｇの間に弁は負の加速度を受ける
がこれはｏでその最大に到達する。期間ｇｈの間に弁は
正の加速度を受けるがこれはｐでその最大に到達する。

【００１３】この形式の２カムが図１に示す形式の弁装
置に使用されるとその結果は図２および図３に示すよう
になる。

【００１４】しかし、カムが同相ではない場合、リフト
曲線は見掛上なだらかではあるが、図４ｃの加速度曲線
を考えるならば明らかとなるようなダイナミックな問題
がある。含まれる慣性力は加速度に正比例するので、加
速度曲線は高速で動作するときのＶＶＴの能力の良好な
インジケータである。高速においては過剰の慣性力は過
剰の振動と過剰な機械的歪みとを生じさせる。

【００１５】図５は２つのカムがカム期間の１２．５％
位相が外れている場合を示す。図５ａはこの場合の２つ
のカムの加速度曲線を示す。図５ｂは弁の加速度を示
す。新期間はｄｔｅ”ｆ”ｇ”ｗｈ”であるが、これは
カムが同相の場合に比較して１２．５％長い。加速度は
曲線ｄｓｔｕｅ”ｏ”ｇ”ｖｗｘｈ”で定義される。点
ｓｕｖｘは４つの加速度ピークを示すが、これは恐らく
深刻な振動問題を起こすだろう。

【００１６】明らかに、この形式のＶＶＴを高速で従来
のカムに使用することは不可能である。

【００１７】図６は、この問題を克服するために試みら
れた図１の弁装置のカムの特性である。図６ａは第１カ
ムのリフト特性を示す。図６ｂは第２カムのリフト特性
を示す。図６ｃは２カムを図示のように違う位相にある
ときに生じる弁リフト特性を示す。第１カムは停滞期間
ｂｄを有するが、この時カムのリフトは一定に止まって
いること、線ｊｑで示す通りである。第２カムは停滞期
間ｆｈを有するが、この時カムの上昇は一定に止まって
いること、線ｒｐで示す通りである。

【００１８】この点について注意すべきことは、バック
ラッシュ（ｂａｃｋｌａｓｈ）は、弁部材が付活されて
いないとき、即ち弁が閉止されているとき運動部品間に
僅かな程度存在するクリアランスである事である。バッ
クラッシュは、エンジンが高温の時に弁がその閉止期間
中に意図的ではなしに開放しないように個々の部品が熱
膨張に耐えるようにするために必要である。自由運動は
弁動作期間中のある部分において過剰のバックラッシュ
よりも大きい量で部品類が分離されている上述の形式の
ＶＶＴの部品の比較的大きなスケールの運動である。自
由運動はバックラッシュを制御する従来の手段の使用を
排除するほど十分に大きい。

【００１９】図１に示す弁装置は図６ｃにＸで示すよう
な大きい自由運動をカムフォロアと弁ステムとの間、ま
たはカムフォロアとカムとの間に有する。第１カムによ
って生じたリフトＬ１はこの自由運動を処理するのみに
十分である。これを図６ｃの線ａｊで示す。開弁期間の
時刻ｃにおいて、第２カムはカムフォロアを動かし始
め、系内にあるバックラッシュを処理した後、そのリフ
トＬ２を第１カムで作られたリフトに付け加える。その
結果が図６ｃでハッチングして示すような弁のリフトで
ある。２つのカムの間の位相角度を変化することによっ
てこのリフトの大きさと期間を変えることができる。

【００２０】以前に述べた通り、高速機構においては自
由運動は好ましからざる特性であり、この問題を克服す
るために各種の試みが為されている。注意すべき例がＳ
ＡＥペーパー８９０６７６に記載されているが、これは
図１に図示の一般形の改良形ＶＶＴ機構を記載してい
る。しかし、そのすべての先行技術と同様に、この機構
は従来の固定期間直接アタック弁機構に比較して大型
で、高速運転には適していない。これらの問題は、主と
して、系内に固有の自由運動を処理するための自由運動
補償装置をこの機構が取り入れている事によるものであ
る。

【００２１】

【発明の開示】従って、部品間の自由運動またはクリア
ランスが事実上ゼロであり、そこにバックラッシアジャ
スタないしコンペンセータの使用を希望に応じて可能と
し、また事実上衝撃荷重および雑音なしで高速で弁装置
およびこれに伴うエンジンを駆動することを可能とする
弁当り１カム以上で動作するＶＶＴ機構を有する形式の
弁装置を提供することが本発明の目的である。

【００２２】本発明によれば、第１軸を中心として回転
するように取付けられた第１カムと、第１軸と事実上平
行な第２軸を中心として回転するように取付けられた第
２カムと、一方のカムシャフトの位相を他方に対して選
択的に変化させるように配列された位相変化機構と、弁
軸に沿って移動可能な弁部材と、弁部材を弁軸に沿った
第１の方向に与圧する与圧部材と、更に、第１および第
２カムと夫々係合するように配列された第１および第２
接触面を有しカムからの運動を弁部材へ伝達するように
配列されているが、弁部材に対しては運動可能であるカ
ムフォロアとを有する内燃機関用の弁装置であって、第
１カムのプロファイルが弁部材を第１方向とは反対の第
２方向に動かす上昇部分と弁部材に対してカムフォロア
の運動を制御する下降ランプ（ｒａｍｐ）とを有し、第
２カムのプロファイルは弁部材の第１方向への運動を制
御する下降部分と弁部材に対してカムフォロアの運動を
制御する上昇ランプとを有し、上昇ランプおよび下降ラ
ンプの勾配は少なくともその長さの一部分にわたって事
実上等しく、また、２カムシャフトの位相は上昇および
下降ランプがカムフォロアと接触する時間は弁部材が閉
止位置で停止しておりカムフォロアが弁部材に対して運
動している時間に関して少なくとも部分的に重なり合っ
ていることを特徴とするものである。

【００２３】図１に示す構造において、弁部材が閉止位
置にあってその弁シート（ｓｅａｔ）との係合のために
それ以上閉止位置の方向へは動けない時、一方または両
方のカムはフォロアから離れるように動き、自由運動が
生じ、サイクル内の後の段階で弁部材がカムによって動
かされるようになる前に再び生じるはずである。しか
し、本発明においては、弁が閉じているときには、カム
フォロアが上昇および下降ランプと係合しているがその
勾配は等しく、その最大の高さも好ましくは等しいの
で、これはその組み合わせの高さ、即ちカムフォロア上
にこれらが作る組み合わせリフトが一定に止まり、下降
ランプがカムフォロアから離れるので、カムフォロアは
上昇ランプによってこれと一緒に動くように拘束され
る。これは、自由運動が全然生ぜず、またカムはすべて
の時間にカムフォロアと一定の接触を残すか、またはバ
ックラッシュアジャスタによって補償しうる通常のバッ
クラッシュ距離のみである距離隔てられていることを意
味する。

【００２４】換言すれば、上昇および下降ランプは重な
り合い時間中相殺しあって、弁部材の軸に沿ってのフォ
ロアの軸方向位置が事実上一定でカムはカムフォロアと
事実上接触状態を保ち、従ってこれはカムの係合によっ
て動かされる。従って自由運動はこの期間中事実上ゼロ
である。

【００２５】しかし、重なり期間中のフォロアの軸方向
位置は２つのカムシャフトの相対的位相状態に依存して
いる。そのためシステム内のバックラッシュはカムシャ
フトの位相を変化することによって変化する。そのた
め、例えばタペットの上で動作してシステム内の潜在的
なバックラッシュをカムシャフトの位相に関係無しにゼ
ロに低下させる、好ましくは油圧型のバックラッシュア
ジャスタを有することが好ましい。

【００２６】バックラッシュアジャスタまたはコンペン
セータの無い全機械的システムにおいては、弁運動は、
各カムのプロファイルが最大および最低リフトの位置に
隣接してゼロ勾配の位置を含むことによって最良と成し
得よう。

【００２７】２つのカムは位相変化機構を有する夫々平
行なカムシャフトにも、あるいは単一カムシャフトにも
取付けし得る。この場合２つのカムの軸は一致してカム
フォロアは、接触面を成す外側に傾斜した側部を有する
ほぼＶ字状または溝形のものである。

【００２８】カムフォロアは図１に示すようなもの、即
ちほぼ同一平面上の２接触面を有するものでもよく、こ
の場合、弁が閉じる時の弁部材に対するカムフォロアの
運動は枢動である。この構造の１つの欠点は弁のリフト
が、各カムのリフトが等しいとすると各個々のカムのリ
フトに等しいことである。しかしカムシャフトの占拠す
る体積は単一直接アタックカムシャフトのそれの２倍で
ある。別の欠点はピボット１５０が非常に大きく荷重さ
れてロッド１５１がフォロアビームの横位置のために必
要なことである。このロッドは嵩が大きく、弁装置の重
量、価格およびスペースを増加させる。

【００２９】しかし、カムが図１の構造よりも小さく、
横向きに位置するロッドが完全に除去され、弁装置が安
価で軽量で簡単な好ましい実施例においては、第１およ
び第２接触面が弁軸に対して鋭角で１５°乃至７０°傾
斜し、カムフォロアがカムの係合によって弁軸に対して
直角に移動可能で弁軸が乗っており２つのカムシャフト
に直角に延びる弁平面に事実上平行に動くのみに制限さ
れている。

【００３０】カムフォロアは弁部材に直接に作用させる
こともできようが、これがタペットを介して間接的に作
用することが好ましい。カムフォロアは、各種の手段に
よって、例えばシリンダヘッドまたは付加板材内の溝ま
たは窪み内に拘束するか、溝内に係合するまたはタペッ
トまたはカムフォロアの端部を介して係合することによ
って事実上弁平面に平行に、好ましくは弁平面内で運動
するように拘束可能である。その他の可能性はタペット
がカムフォロアの下側の溝に受け入れられている少なく
とも一部円形断面の直立ボスを有し、これによってカム
フォロアまたはタペットの若干の回転運動を可能とする
ことである。

【００３１】その最も簡単な形状においては、カムフォ
ロアはカム接触面を形成する２平面を有する三角形のプ
リズム形のものである。しかし、これらの２表面は凹面
でも凸面でもよい。その代りに、カムフォロアはさらに
複雑な形状を有していてもよいが、しかし好ましくはな
お相互間でおよび弁軸に対して傾斜している２つのカム
面を有する。他の可能性として、カム接触面はカムフォ
ロアによって運ばれるローラ等で構成されるがこの場合
カムフォロアの実際の形状は重要ではない。カム接触面
が円形または弧状である場合、重要なことはカムシャフ
トの長手方向から見て、カムの接触点での接線が弁軸と
１５°ないし７０°傾斜していることであると言い得
る。

【００３２】代って、カムフォロアは、対向面が接触面
を為す２つの広がりラグを有するほぼＶ字状の形状のも
のでもよい。この場合、カムは別々のカムシャフトに取
付けられてはおらず、単一カムシャフトに取り付けられ
ている。対向接触面は実際には直接には対向していない
が、カムシャフトの長手方向に若干オフセットし、それ
らが夫々のカムに係合し得るようになっている。これは
カムフォロアを弁軸を中心として回転させる傾向を有す
るので、２つのカムの内の一方を２個の半部分に分割
し、それらが同一形状と同一角度とを有し離隔して位置
し、他方のカムで隔てられているようにする可能性があ
る。この場合、カムフォロアの構造は同様に変形されて
一方の傾斜ラグは同様２個の半部分にに分割されて、こ
れらがカムシャフトの方向に隔てられ、他方のラグが２
半片の間の間隙内に対向位置されている。この構造はカ
ムフォロアが回転する傾向を確実に除去する。

【００３３】本発明は、その入口および／または出口ポ
ートがこの種の弁装置で制御されている１またはそれ以
上のシリンダを有するエンジンも包含している。

【００３４】本発明のその他の特徴と詳細とは添付略図
に関する図７乃至図１８を参照しての例示としてのみの
ある種の特定の実施例に関する以下の説明から明らかに
なろう。

【００３５】最初に図７を参照すると、第１プラナ（ｐ
ｌａｎａｒ）カム１５が矢印１７の方向に回転するため
に第１カムシャフト１６に取付けられている。第２プラ
ナカム２１が矢印２３の方向に回転するために第２カム
シャフト２２に取付けられている。第１および第２カム
は夫々のカム接触面１８と２４の夫々の接触点でプリズ
ム状の三角形フォロア２５と接触している。フォロア２
５はタペット２６の上面と水平摺動接触状態にある。タ
ペットはエンジンのシリンダヘッド２０内の溝１９内に
摺動自在に納められている。

【００３６】タペット２６の垂直運動は吸入弁部材２９
のそのステムの軸３０に沿った垂直運動を生じさせる。
吸入弁はその閉止位置に向けて弁部材２９上にスプリン
グリテーナ２７を介して作用するスプリング２８によっ
て与圧されている。

【００３７】三角形フォロア２５は図面の平面内のみで
動くように制限されている。この平面はまたこれが２つ
のカムシャフトに垂直な第１カムおよび第２カムとを通
過し、弁軸を含んでいるので弁平面とも呼ばれる。

【００３８】上述のことは弁が閉止位置に与圧され、カ
ムが弁を押し上げるのに使用される弁装置に関する。し
かし、その逆、即ち弁が開放位置に向かって与圧され、
カムが弁を閉止位置に押すのに使用されるもの、にも可
能である。

【００３９】第２カム２１は点Ｐから時計方向に点Ｑに
伸びる下降部分２００を有するプロファイルを有する
が、その残りのプロファイルは事実上一定の勾配を有す
る上昇ランプ２０１を形成している。第１カム１５は第
１カムと鏡像をなすプロファイルを有し、従って点Ｓか
ら時計方向に点Ｔに至る上昇部分２０２を有しそのプロ
ファイルの残りは事実上一定の勾配の下降ランプ２０３
である。

【００４０】図８と図９とは、両カムが長い弁期間を作
るように位相合わせされた本発明による弁装置のカムの
特性を示す。図８ａは第１カム用のリフト曲線Ｌ１を示
す。図８ｂは第２カム用のリフト曲線Ｌ２を示す。図８
ｃは２カムが図示のように位相合わせされたときの弁リ
フト（シェードされた領域）を示す。

【００４１】カム周期ａからｇは３６０°回転を占有
し、従ってダイアグラムは連続曲線として見られる。元
来第１カムによって作られた速度ランプｗとｘとは単一
ランプの一部分であり、第２カムによって作られた速度
ランプｙとｚとは単一ランプの一部分である。効果的に
は、各カムの外部プロファイルは２部分を含んでいる：
即ち定速度ランプと活性部分とである。第１カムの場
合、活性部分は弁のリフトを行い、第２カムの場合弁の
リフトの減少を制御する。第１カムの活性部分は点ｉか
ら点ｋまでのリフトを生じる。第２カムの活性部分は点
ｎから点ｐまでのリフトの減少を制御する。第１カムの
点ｉにおいて活性プロファイルが開始される。しかし、
この点における速度ランプの下向き速度のため点ｂまで
はカムのリフトは達成されない。カムのリフトは次に点
ｊの最大に達するまで増加する。点ｋでリフトは減少を
開始しカムはランプのそれと一致する下向き速度を発生
する。第２カムに関しては（図１１ｂ）ランプは反対方
向で一定速度である。

【００４２】カムのリフトＬ１とＬ２とを加算すると、
その結果は図８ｃに示すような弁リフトである。ランプ
ｗｘの勾配はランプｙｚの勾配に等しく反対である。そ
のためこれらは打ち消し合って期間ｕｖｒｓの間は弁の
運動は無い。

【００４３】公知のＶＶＴカムリフトプロファイルを示
す図６と本発明の主題である図８に示すそれとの間の差
を観察することは本発明の理解のために重要なことであ
る。図８においては弁のリフトは線ｓｔｕに沿って生じ
て最大リフトＬを生じる。寸法Ｘはカムのベースライン
からの一定のオフセット（図６のような可変オフセット
とは逆に）で、部品類の適当な寸法取りによってゼロに
成し得て必要最低限のバックラッシュのみを残し、部品
類の自由運動を除去する。

【００４４】図９は２つのカムの加速度特性を示す。第
１カムにおいては（図９ａ）、加速はｉで開始されｂ´
でゼロに落ちる前にａ´で正の最大値に達する。加速は
ｋでゼロに戻る前にｃ´でのピーク値を有する負の相へ
と連続する。特に注意すべき特徴は只一つの正の加速期
間があるのみのことである。従来のカムは図４ｃに示す
ように２回の正の加速期間を有する。

【００４５】只１回の正の加速期間を有することの結果
は点ｋでのリフトが点ｉでのリフトと等しくないことで
ある。実際には、第１カムは開放カムであって、弁を開
くことは出来るが、弁を閉じることは出来ない。同様
に、第２カムは実際には閉止カムである。その加速特性
は図９ｂに示すように第１カムのそれの鏡像である。こ
れは負の加速期間をｎで開始し、ｆ´でゼロに戻る前に
ｅ´でピークに達する。加速は次に正の相に入りｇ´で
ピークとなりｐでゼロに戻る。

【００４６】これらの２加速度を合成すると、弁の出来
上がった加速度特性は図９ｃに示すようになる。夫々の
各カムの加速曲線を注意して形作ることによって、単一
アタックカムによって得ることの出来るそれに近い弁加
速特性を作ることが可能である。

【００４７】ある状況の下では図９ａに示す第１カムの
加速曲線を図１０に示すそれに変えることが便利であ
る。変更した曲線ｉａ´ｂ´ｃ´ｒ´ｓ´ｋは小さい第
２正加速周期ｒ´ｓ´ｋを有する。この曲線は弁の加速
曲線を弁の周期の全範囲に亘ってスムーズにするのに役
立つ。

【００４８】図１１はカムフォロアが三角形であるとき
のカムプロファイルの影響を示す。図１１ａにおいて、
カムフォロア２５がその最左端にある時にリフトが丁度
開始される。図１１ｂにおいてリフトが進行中である。
図１１ｃにおいて弁は完全にリフトした状態である。図
１１ｄにおいてリフトは減少しつつある。図１１ｅにお
いて弁はそのシートに戻ってゼロリフトの状態である。
カムフォロアはその最右端に位置する。図１１ｆにおい
てカムは両方ともそのランプの状態にあり、そのため、
カムフォロアの運動は右から左への純粋な水平方向で垂
直成分を伴っていない。

【００４９】図１１において第１カムはそのカムシャフ
トが第２カム２１のカムシャフト２２よりも低いところ
に位置している。これはフォロアの転倒モーメントを減
少している。

【００５０】図１２はタペット２６と接触状態にある三
角形状フォロア２５の切欠図を示す。タペット２６のク
ラウン上の小スピゴット１１１がフォロア２５のベース
の溝１０９の中に位置している。スピゴット１１１は摺
動接触面に給油するための給油孔１１０を必要に応じて
設けても良い。またスピゴットは別のフォロア形状に応
じて使用してもよい。

【００５１】上述のように、本発明の弁装置の自由運動
は各サイクルに亘って弁が閉止しているときは事実上一
定に止まり、各部品の適当な寸法取りによってこれをゼ
ロにすることもできる。しかし、バックラッシの大きさ
は位相差に伴って変化する。その影響の機構を以下に更
に詳細に説明する。従って図１２は油圧バックラッシュ
アジャスタ１１２を示すが、これはバックラッシュを処
理するためにタペットの垂直位置を調節するために設置
されている。

【００５２】上述の通り、カムフォロアは弁の平面内で
摺動するように限定されている、即ちカムフォロアは２
自由度を有する。タペットもまた２自由度を有する。こ
れは弁軸に沿って軸方向に動き得ると共にこれはカムフ
ォロア２５のベース内のチャンネル１０９内の弁軸を中
心として回転し得る。シリンダヘッド２０に対するカム
フォロア２５の運動を図１３に示す。軌道１２０はカム
が最大の位相差を有する時の長い弁期間に対するもので
ある。軌道１２１はカムが最小の位相差を有する時の短
い弁期間に対するものである。

【００５３】図１４は相違する弁期間での２つのカムの
合成リフト（Ｌ１＋Ｌ２）の変化を示す。線１３０は最
大弁期間での合成を示す。線１３１は最短弁期間での合
成を示す。２件の特徴に注意すべきであるが、その第１
は期間が短くなると合成リフトも減少することである。
第２には、ベースラインの高さ（水平位置）は周期が短
くなると増加するが、これはバックラッシュの増加を意
味する。車両用の内燃機関においては、寸法１３２は約
０．７５ｍｍである。従って高速度での応用の場合カム
の位相の変化によって生じたベースラインの位置の差、
即ちバックラッシュの大きさの差を処理するのに油圧バ
ックラッシュアジャスタを使用するのが極めて好まし
い。

【００５４】油圧バックラッシュアジャスタの利用が好
ましいが、水平位置を図１５に示すようにカムリフトプ
ロファイル１４０、１４１、１４２、１４３に導入した
完全な機械的方式を使用することも可能である。上述の
カムの形状を伴う機械的バックラッシュ調節を採用する
と、長い開放期間を使用するときにプロファイルの凸部
分が効果を無くするので弁運動はシーテイング（ｓｅａ
ｔｉｎｇ）および開放で良好ではなくなる。これは、長
い弁期間において、プロファイルの凸部分が弁を付活す
るのではなく、カムフォロアの自由運動の中に（または
一部自由運動の中に）落ちる為である。実際的に言う
と、これは弁がそのシートを離れるのに非常に大きな加
速度を受け、シートに戻るのに非常に大きな減速度を受
けることを意味する。カムプロファイルの水平成分の効
果はすべての弁期間においてカムプロファイルの凸部分
が自由運動の外に落ちる事を確実ならしめることである
（図１５ｃ）。水平部分の長さ（Ｘ）（図１５ａ）は弁
タイミング変動（図１５ｃ）の期間の長さに等しい。こ
の状況の下でバックラッシュは最短期間を越えるすべて
の弁期間で生じ、最大弁開放期間において最大（１４
５）となる。

【００５５】上述の実施例において２つのカムは離隔さ
れた平行な別々のカムシャフトに取り付けられている。
この種の２つのカムシャフトの相対的な位相を変化する
装置は当業者に周知のところであるが、その一例は米国
特許３１０９４１７号明細書に開示されている。しか
し、この種の位相変更機構は比較的大型で複雑なので、
図１６と図１７とに部分的に示す別の実施例において
は、２つのカムは、一方のカムを他方に対して回転する
位相変化機構を有する単一カムシャフトの上に取付けら
れている。これは公知のものでその一例がクレムソン
（Ｃｌｅｍｓｏｎ）カムシャフトと称されている。しか
し、２つのカムは通常吸入および排気弁に夫々作用し
て、本件のように吸入弁に作用するものではない。図１
６と図１７に見られるように、２つのカム２５１と２５
２とを有し、これらの間の位相を変化させるためにカム
シャフトの軸を中心として２つのカムを相互間で移動さ
せるように配置された位相変化機構（図示せず）に接続
された単一カムシャフト２５０がある。両カムは夫々上
方に伸びるラグ２５４と２５５を有する共通フォロア２
５３の夫々の接触面に係合しているが、上記ラグは弁軸
に対して角度１５°乃至７０°で外側にも伸びている。
従ってフォロアは端面から見てほぼＶ字形または広がり
溝形である。フォロア２５３のベース２５６はタペット
に係合し、その他の点に関しては図１６と図１７の弁装
置は上述したものと類似している。

【００５６】図１７に示す配列から生じる問題はフォロ
アが弁軸を中心として回転する傾向があることである。
この回転を回避するために各種の方法が採用されるが図
１８に一例を示す。

【００５７】一方のカムが２部分２５８と２６０とに分
割されているがその形状と角度位置とは等しくこれらは
一緒に動くが、別のカム２５９とは独立していて２カム
間の相互的位相差を変更するようになっている。フォロ
ア２５７は同様に一方の傾斜ラグが２部分２６１と２６
３とに分割されるが、夫々の内部接触面がカムの半分２
５８と２６０の夫々の一方と作用しこれらがギャップを
隔てられている。このギャップと対向して別の傾斜ラグ
が位置しているが、その接触面はカム２５９と係合して
いる。この配列は図１７に示すものよりも本質的に更に
安定で、弁軸を中心として回転する傾向がない。その他
の点に関しては図１８の実施例は前述の実施例と類似で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知のＶＶＴ機構を示す図。

【図２】図１のカム装置が同一位相で動作するときの動
作を示す図。

【図３】図１のカム装置が別の位相で動作するときの動
作を示す図。

【図４】図１のカム装置の同一位相の時の運動特性を示
す図。

【図５】図１のカム装置の別の位相の時の運動特性を示
す図。

【図６】図１のカム装置の改良型カム装置の動作を示す
図。

【図７】本発明による弁装置の側面図。

【図８】本発明の弁装置のリフトを示す図。

【図９】本発明の弁装置の加速特性を示す図。

【図１０】本発明の弁装置の変形構造の加速特性を夫々
示す図。

【図１１】サイクルの各種行程での本発明の変形弁装置
の略式側面図

【図１２】本発明の弁装置のフォロアとタペットの切欠
斜視図。

【図１３】シリンダヘッドに対するフォロアの運動の略
図。

【図１４】各種弁期間での２カムのリフトの合成図。

【図１５】バックラッシュ調節用自動装置のない完全に
機械的な弁装置のリフト特性図。

【図１６】２カムが単一カムシャフトに取り付けられて
いる変形弁装置の一部の斜視図。

【図１７】２つのカムが単一カムシャフトに取り付けら
れている変形弁装置の一部の側面図。

【図１８】弁が単一カムシャフトに取り付けられた３つ
のカムによって操作されている斜視図。

【符号の説明】

１５第１カム１６カムシャフト１８第１接触面２１第２カム２２カムシャフト２４第２接触面２５カムフォロア２６タペット２８与圧手段２９弁部材３０弁軸１１２バックラッシュアジャスタ２５０カムシャフト２５１カム２５２カム２５３カムフォロア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１軸を中心として回転するように取り
付けられた第１カム（１５）と、第１軸と事実上平行な
第２軸を中心として回転するように取り付けられた第２
カム（２１）と、一方のカムの位相を他方のそれに対し
て変化させるように選択的に配列された位相変化機構
と、弁軸（３０）に沿って移動可能な弁部材（２９）
と、弁部材を弁軸に沿った第１方向に与圧する与圧手段
（２８）と、第１および第２カムに夫々係合するように
配列された第１および第２接触面（１８、２４）を有
し、カムからの運動を弁部材に伝達するが弁部材に関し
て運動可能なカムフォロア（２５）とを有して成り、第
１カム（１５）のプロファイルは弁部材（２９）を第１
方向とは反対の第２方向に動かす上昇部分（２０２）と
弁部材（２９）に対してカムフォロア（２５）の運動を
制御する下降ランプ（２０３）とを有し、第２カム（２
１）のプロファイルは弁部材の第１方向に動かす下降部
分（２００）と弁部材（２９）に対してカムフォロア
（２５）の運動を制御する上昇ランプ（２０１）とを有
し、上昇ランプ（２０１）と下降ランプ（２０３）との
勾配はその長さに沿って少なくとも一部分にわたってほ
ぼ等しく、また、両カムの位相は、上昇および下降ラン
プ（２０１、２０３）がフォロア（２５）に接触する時
間は弁部材（２９）が閉止位置で停止しており、カムフ
ォロア（２５）が弁部材（２９）に対して動いている時
間であることを特徴とする内燃機関用弁装置。
【請求項２】上昇および下降ランプ（２０１、２０
３）の勾配は事実上一定であることを特徴とする請求項
１記載の内燃機関用弁装置。
【請求項３】カムフォロア（２５）に係合し一方弁部
材（２９）にも係合するタペット（２６）と、好ましく
は油圧型で、タペット（２６）に作用しカム（１５、２
１）と弁部材（２９）との間のバックラッシュを除去し
ているバックラッシュアジャスタ（１１２）とを有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機
関用弁装置。
【請求項４】各カム（１５、２１）のプロファイルは
最大および最小リフトの部分に隣接してゼロ勾配の部分
（１４０、１４１、１４２、１４３）を有することを特
徴とする請求項１記載の内燃機関用弁装置。
【請求項５】２つのカム（１５、２１）が夫々の平行
カムシャフト（１６、２２）に取付けられていることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の内燃機
関用弁装置。
【請求項６】２つのカム（２５１、２５２）が単一カ
ムシャフト（２５０）に取付けられていることを特徴と
する請求項１乃至５の任意１項記載の内燃機関用弁装
置。
【請求項７】第１および第２接触面（１８、２４）が
弁軸（３０）に対して鋭角１５°乃至７０°で傾斜し、
カムフォロア（２５）がカム（１５、２１）の係合によ
って横方向に移動可能であり、これが弁軸が横たわる弁
平面で２カムの軸に垂直に伸びる弁平面に事実上平行に
のみ拘束されていることを特徴とする請求項１乃至６の
いずれか１項記載の内燃機関用弁装置。
【請求項８】カムフォロア（２５）に係合され一方弁
部材（２９）に係合するタペット（２６）を有し、カム
フォロア（２５）がフォロア（２５）の下側にある長形
溝（１０９）に収容されているタペット（２６）上の直
立ボス（１１１）によって弁平面に平行に動くように拘
束されていることを特徴とする請求項７記載の内燃機関
用弁装置。
【請求項９】フォロア（２５３）はベース（２５６）
とこれから延在する２つの広がりラグ（２５４、２５
５）とを有し、その対向面が接触面を形成していること
を特徴とする請求項７または請求項８記載の内燃機関用
弁装置。
【請求項１０】一方のカムが２部分（２５８、２６
０）に分割され、その形状と角度位置とは等しく、他方
のカム（２５９）で隔てられ、フォロア（２５７）の一
方のラグもまた２離隔部分（２６１、２６３）に分割さ
れてその接触面がカム部分（２５８、２６０）の夫々一
方に係合されていることを特徴とする請求項９記載の内
燃機関用弁装置。