JPH05508463A - 可変バルブタイミング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関のための可変バルブタイミングに関する。

４行程（オツトーサイクル）タイプの内燃機関において、吸気、排気バルブが開 いている間の機関サイクル相は、通常、バルブタイミングと呼ばれ、ピストンが 上死点（ＴＤＣ）又は下死点（ＢＤＣ）に到達する前後における吸気、排気バル ブの開き角、閉じ角と言われている。従来の機関では、これらの角度が固定され ていて、全てのエンジン速度及び負荷範囲にわたって変化することがない。

固定バルブタイミングは、シリンダの中やバルブを通るガス流の動挙動が全ての 範囲にわたってかなり変化するので、大部分の機関の操作範囲にわたり妥協両度 、負荷状態において、ある所望のエンジン性能特性（例えば最小排気ガス、最大 出力、最小燃料消費量）に対して正確であり得るにすぎず、その他の範囲にわた っては貧弱な性能を受容しなければならない。

この固定バルブタイミング内燃機関の挙動についてはその発明以来周知であるが 、固定バルブタイミングは簡単であるので、望ましい特性を他の特性のために犠 牲にしである特殊な性能特性のために個々のエンジン設計を妥協させて維持され ている。例えば、エンジン設計は低速操作容易性を犠牲にして高速、高出力を目 指すことも有り得る。

エンジンのバルブタイミングを変化させる手段について大量の情報や特許が刊行 されている。これらのいくつかは、クランク軸に対してカム軸相を変更すること に関するものであるが、これらの欠点は、弁開口の先行又は遅延が、該弁の閉鎖 に同一効果をもたらすことである。例えば、より高いエンジン速度におけるシリ ンダの清掃をよりよいものにするべく排気バルブとの重複を増加させるために吸 気バルブ開口を先行することによって吸気バルブの閉鎖が早くなり、従って使用 可能な燃料装荷が限定されることになる。

本発明によれば、単数又は複数個のシリンダを備える内燃機関の吸気及び又は排 気バルブの開閉制御装置は、バルブ操作装置の瞬間位相を、１！のバルブ操作の いずれか１回の完全サイクル中にい（つかの基準値で所定の先行及び遅延サイク ルに変化させるように、エンジン出力軸の位相に対してバルブ操作装置の回転位 相を可変的に制御する装置を包含し、該位相変化幅が、エンジンの操作中に可変 であることを特徴とする。

図面の簡単な説明 添付の第１図は、本発明の特例であり、第２図は、本発明を説明するための簡単 な実例を示すものである。第３図乃至第９図は、本発明による機構の各種詳細図 である。第１０図は該特例の操作を示すコンピューターグラフである。第１１図 は、４シリンダエンジンの１本のカム軸に本発明を適用する装置の１つを示し、 第１２図は、第１図に示すように本発明の同軸構造にて液圧アクチュエータを備 える装置を示す。

実施例の説明 第１図はストレートーシックス型ダブルオーバーへラドカム軸エンジンに本発　 ・明の実施例を適用したものであり、カム軸の瞬間位相をクランク軸に対して変 化させることによって、バルブタペットと接触して基準より長いか又は短い時間 を費やすようにした機構によってバルブの開口角と閉鎖角との両方を変化させる 装置を示す。本発明の操作を６シリンダカム軸に適用したものとして先ず第２図 に示す簡単な実例を参照して以下に説明する。

第２図において、可変偏心輪１は差動歯車反動部材３と係合し、偏心輪１によっ て反動部材３は入力軸４を中心に回転する。遊星差動歯車装置２の遊星歯車装置 は、反動部材３から突出する軸に担持される。差動歯車装置２の太陽歯車は、反 動部材３の軸受を通過する入力軸４によって駆動する。入力軸４と共に太陽歯車 が回転することによって差動歯車装置２の環は、太陽歯車と鉄環との歯の数の比 、すなわちこの場合は１：２、によって変化する速度比にて、入力軸Ａの方へ逆 方向に回転する。差動歯車装置２の環は、カム６を取り付けたカム軸５に取り付 けられる。従ってカム６の平均回転速度は入力軸４の平均回転速度の半分であり 、反対方向である。しかしながら太陽歯車の駆動を鉄環に伝達可能にする遊星歯 車装置による反動は、エンジンブロックに対して固定されず、入力軸４を中心に 揺動するので、カム６の平均速度は反動部材３と共に変化する。

従ってカム６は従来の入力軸によって直接駆動する場合より位相が遅れたり、通 常クランク軸によって直接駆動する従来の入力軸によって直接駆動する場合より 位相が先行したりする。

カム６によって経験する位相変化幅は、より大きな又はより少ない揺動幅を反動 部材３に伝達する可変偏心輪１によって変化可能である。第２図に示す簡単な実 例の差動歯車装置２の比は１：２であるから、偏心輪１も入力軸４に対して１： ２の比で駆動しなければならない。クランク軸速度にてプーリ７を介して駆動ベ ルト８によって駆動する入力軸４に取り付けた歯車９は、歯車９の２倍の数の歯 を有する歯車１０と係合するので、２分の１のクランク軸速度にて回転する。

従つて歯車１０をキー止めした軸１４によって駆動する偏心輪１も２分の工のク ランク軸速度で回転する。このことは、カム６が完全に１回転する度に偏心輪１ ・　が１回転完了すること番意味する。

従ってカム６の各々の位置において、偏心輪１によって駆動する反動部材３は、 それの揺動位相にあるので、カムは、偏心輪１の偏心率によって変化する角度幅 だけ従来のカムに対して早まるか又は遅れることがわかる。

偏心輪１の偏心率は、偏心輪１を支持する軸受１２に支持される中空軸１３と共 に偏心輪１を支持する中空軸１４内の又はそれの外側にある摺動部材１１によっ て調節可能である。

第３図は可変偏心輪１の操作を示すものである。第３図において、可変偏心輪１ は、軸１３及び１４の末端部のフランジを通過するボルト１９によって軸１３と １４との間で自由に締め付けられる。該フランジは偏心輪１の厚さを僅かに上回 る長さの管状スペーサ１８によって隔設される。ポルト１９及びスペーサ１８は 、偏心輪１が強制回転させられながらスロット１７の長さの範囲内でフランジ相 互間にて脇から脇へ摺動可能なように偏心輪１のスロット１７を通過する。円° 筒部材１１は一端から角度を成して突出する円筒部材１５を有する。部材１５は 、部材１１が中空軸１内を第３図の左又は右へ摺動するときに偏心輪１が上下に 移動するように、偏心輪１に角度を成して穿孔した穴１６を通過する。

第２図において、部材１１は、例えば、ウオームを駆動させるステップモーター 等既知の種類のアクチュエータ２７によって中空軸内へ又は中空軸から移動する ので、アクチュエータの操作によってカム６が１回転する毎に受ける位相変化幅 が変化し、該カムはバルブタペットと接触してより長い時間又はより短い時間を 費やすように配置可能となるので、所望のエンジン操作特性を達成するようにエ ンジン操作サイクルのより多い可能な又はより少ない間バルブを開口したままに できる。該アクチュエータは選択した制御プログラムに応答して操作する。

前述の簡単な実施例の説明によって第１図の理解が容易であろう。６シリンダエ ンジンの場合、クランク軸が２回転する１回のエンジンサイクルに６個の吸気バ ルブ操作と６個の排気バルブ操作がある。ダブルオーバーヘッドカム軸エンジン の場合でさえ、一方のカムがバルブを開口する時に別のカムがバルブを閉鎖する ようにある時間に２個のカムがバルブタペットと接触するようにいずれの軸のカ ムをも配置する必要がある。同様に、一方のバルブの開口が先行するようにか　 ・かるカム軸の瞬間位相を変移させることによって、先行する別のバルブの閉鎖 を遅らせることが望ましいような場合に該別のバルブが閉鎖する。従ってこのよ うにバルブ操作がオーバーラツプしないようにカム軸を分割する必要がある。

第１図の裂開図において、カム軸５は２個の部分に分割され、各々が分割された カム軸の各末端部にあるフランジ２６にボルト止めした差動歯車装置をそれぞれ 有する。従って反動部材３ｂへの駆動が前述の簡単な装置とは異なるものでなけ ればならない。偏心ホロア３ａは、偏心輪１を完全に包囲し、連結棒２５と軸受 ２２に取り付けた移送軸２１及び該移送軸の各末端部に取り付けたレバー２３゜ ２４を包含するリンク装置を介して反動部材３ｂに取り付けられるヨークである 。

操作中、偏心ホロア３ａはレバー２３上にて作動し、角度を成して移送軸２２を 揺動させるが、この場合の振幅は偏心輪１の偏心率によって決定されるものであ る。反動部材３ｂは、軸２２の可揺動によって反動部材３ｂが揺動するように連 結棒２５を介してレバー２３．２４に連結される。

３個のカム６がカム軸５に取り付けられているので、該カム軸の片側半分の操作 を考慮すれば、該軸が回転する度に３サイクルの先行及び遅延が必要となるので 、偏心輪が３倍の平均カム軸速度で走行しなければならない。従ってこの場合の 差動歯車装置２ａ、ｂ、ｃはｌ：３の歯車比を有するようになっている。当然の ことながらこのことは差動歯車装置２の両者にも適用される。バルブ操作は規則 的に等間隔で実施され、分割されたカム軸５の２個の半部分相瓦間にて交替する 。すなわちこのことは、カム軸５の片側半分のカム６がバルブを開口しようとす る時、カム軸５の他方の半分のカム６がバルブを閉鎖しようとしていることを意 味する。従ってバルブ開口の先行とバルブ閉鎖の遅延とが望まれるので、カム軸 ５の片側半分の位相を先行させ、同時に他方の半分を遅延させなければならない 。このことは、レバー２３と連結する１本の連結棒２５を、協働する反動部材３ ｂの頂部から突出するピンにて作動させ、レバー２４からの連結棒２５をそれの 協働する反動部材３ｂの底部からから突出するビンにて作動させるようにすれば 、該反動部材３ｂを反対位相に作動させることによって実施可能となる。従って カム軸５の一端から見た場合、一方の反動部材が時計方向に回転している時、他 方の反動部材は反時計方向に回転する。

３倍の平均カム軸速度で軸１３によって直接駆動する太陽歯車２Ｃからの駆動は 、カム軸５の中心を通る軸によってカム軸５の他端にある太陽歯車に伝達される 。

第１図にはカム軸を１本のみ図示したが、それがどのカム軸に適用されるかとい うことは問題ではなく、当然のことながら吸気及び排気カム軸のいずれかに又は 両方に適用可能である。

第４図及び第５図は、第２図の差動歯車装置２を駆動させるための構造を詳細に 示すものである。第６図及び第７図は、かさ歯車を使用する代替可能な差動歯車 装置を示すものであるが、この場合の比は常時１：１である。

第８図は、更に複雑なカム位相構造となるように偏心率を変化させると同時に入 力軸１４に対して偏心輪１の角度位置を変化させる方法を示すものであり、第９ 図は偏心操作部材１１及び１５の斜視図である。

第１０図は第１図に示した特例にて実施可能なバルブタイミングにおける実際の 可変範囲を示すコンピューターによる曲線である。

第１１図は、２個の中央カムを支持するカム軸の中空部を通過する軸によって４ シリンダエンジンの１個の分割カム軸の各末端部におけるカムの連結装置を示す ものである。１：１のチェーン駆動装置２９及び１：２の歯車駆動装置３０によ って平均カム軸速度で駆動する差動かさ歯車２８は、中間カム軸位置に対するカ ム軸末端部のカムの先行及び遅延によってカム軸の中央部がそれぞれ遅延又は先 行するので、該カム軸の２個の部分を反対位相にて先行及び遅延させるための必 要条件は（第１図に関して説明したように）、差動歯車２８によって達成される 。

第１２図は、第１図に示すように本発明の同軸別型に液圧アクチュエータを取り 付ける装置を示す。該アクチュエータは、中空軸１４に穿孔した穴３４と軸受３ ３を介してシリンダ３２のピストン３１によって加わる液圧によって円筒部材１ １に力を加える。該液圧は、偏心操作部材１１及び１５の軸方向位置を決定する ためにバネ３５によって加わる力に抗してピストンの均衡を保つ。

当然のことながら当業者には明らかなことであるが、例えば、可変斜板又は可変 スロークランク等、ここで説明したものとは異なる種々の可変振幅で揺動させる 装置を考案可能であることを理解されたい。同様に例えば、液圧式又は電動装置 等、既知の機械的な移相装置に可変振幅の揺動を伝達する各種装置を使用可能で ある。第１図に示した特例に記載した可変移相は、カム軸の吸気及び排気機能を 複雑に分割することによって単一のカム軸エンジンに適用可能である。

弁開口度 Ｃへ ！見！ 可変バルブタイミング クランク軸位相に対してカム軸の瞬間位相を変え、選択された制御プログラムに 応答しながらバルブタペットと接触してカムが基準より長いか又は短い時間を！ やすようにした機構によって内燃機関のバルブの開閉角の両方を変化させる装置 。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　５年　１月１３日−

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．単数又は複数個のシリンダを有する内燃機関の吸気及び又は排気バルブの開 閉制御システムにして、バルブ操作装置の瞬間位相を、一個のバルブ操作のいず れか一個の完全サイクル中にいくつかの基準値で所定の先行及び遅延サイクルに 変化させるように、エンジン出力軸の位相に対してバルブ操作装置の回転位相を 可変的に制御する装置を包含し、該位相変化幅が、エンジン操作中に可変である ことを特徴とするバルブ開閉制御システム。
2. ２．請求項１のシステムにおいて、該バルブ操作装置が、適当な速度比にてエン ジンの出力軸によって駆動される単数又は複数個のカム軸で、エンジン操作サイ クルと同期にバルブを操作し、各バルブ操作サイクルと同期にカム軸の位相を先 行及び遅延させる装置を包含することを特徴とする該バルブ開閉制御システム。
3. ３．請求項１又は請求項２のシステムにして、該先行及び遅延装置が、バルブ操 作サイクルと同期に反動部材を往復運動させ、エンジンを操作させながら往復運 動の振幅を変化させることができる既知の種類の機械的移相装置を包含すること を特徴とするバルブ開閉制御システム。
4. ４．請求項１乃至３のいずれかのシステムにおいて、該先行及び遅延装置の往復 運動が、システムの操作範囲内にていくつかのエンジン操作特性を最適なものに するように既知のプログラミング又はフィードバック装置によって測定エンジン 変数に応答して変化することを特徴とするバルブ開閉制御システム。
5. ５．請求項２のシステムにおいて、少なくとも１個のカム軸が、必要な最小限の 数の部分に分割されて、カム軸の所定のいかなる部分のカムによるバルブ操作中 に一方のバルブの閉鎖と連続する次のバルブの開口とが決してオバーラップしな いようにし、バルブの該開閉間隔が、該カム軸の位相の該先行及び遅延の１サイ クル中にカム軸のいずれか１個のカムによる１個及び１個のバルブのみが作動す るのに十分な長さであることを特徴とするバルブ開閉制御システム。
6. ６．内燃機関のバルブ開閉時間を可変方法にて制御するためのシステムにして、 添付の図面を参照してほぼ説明してきた如くに作動するように構成した部品組立 体を包含することを特徴とする制御システム。