JPH05509145A - 回転軸用周期的位相装置 - 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】 回転軸用周期的位相装置 本発明は駆動軸及び被動輪に駆動可能に噛合うリンク機構、特に、一定速度の駆 動軸の回転に応答して被動軸にｆＩｆＩｉｌｌされた周期的増速及び減速を生じ させるリンク機構に関する。本発明の特定の実施例は内燃エンジンのクランクシ ャフト及びカムシャフトと駆動可能に噛合ってクランクシャフトの回転に応答し てカムシャフトを増速及び減速することに関する。

通常の４サイクル内燃エンジンに関連して最適なバルブタイミングはエンジンの 速度と共に変化することは周知である。特に、吸気弁及び排気弁の夫々が開いて いる時間及びオーバーラツプ量または双方の弁が開いている時間は理想的にはエ ンジンの速度と共に変化する。しかし、一般的にはカムシャフト及びクランクシ ャフトはカムシャフトの回転をクランクシャフトの速度の１／２に固定する直接 駆動リンク機構により関連づけられている。

答弁の角度が一定な開時間はエンジンの速度が増加すると実時間において減少す る。

このためにエンジンの高速回転時に弁のオーバーラツプを比較的長くする必要が 生じる。換言すれば、吸気弁は排気ストロークの終了前でかつ排気弁がまだ開い ているときに開き、下降するピストンが装填する空気及び燃料を吸込むために負 圧を形成するときに、装填する空気及び燃料が燃焼室に到達し、内部に入るまで の充分な時間を提供する。高速回転時と同様に、排気弁はパワーストロークの終 了前で、下死点の充分前の位置で開くのか望ましくかつ典型的なプラクティスで ある。

反対に低速回転時、特にアイドリング速度で排気弁を早めに開くことは必要はな く、吸気弁及び排気弁かオーバーラツプすると装填された空気及び燃料の一部が 排出され、排気の一部がキャブレタに向かって逆流して所定のトルクを減少させ 、燃費を増加させ、空気汚染の原因となる望ましくない燃焼生成物を増加させる ため、望ましいものではない。通常の駆動リンク機構は開時間及びオーバーラツ プの角度を固定するため、この角度がアイドル時の回転にも高速回転にも最適で はない妥協的な値に設定されることとなる。

この問題を解決せんとする試みが先行技術に見出される。例えば、米国特許第１ ，６２２，４９１号（Ｃｏａ、ｔａｌｅｎ　ｅｔ　ａｌ）は第３の軸に対する２ つの軸の角度を変化させる機構を開示する。特に、外転ビニオンｒ及びＳはドラ イバ１に対するポンプホイールｔの位相を変化させることができる駆動リンク機 構の一部を形成する。

第３図、第４図及び第４Ａ図はドライバｌに対するホイールｐまたはホイールｐ 及び０のいずれかの角度を変化させるように調節することかできるホイールｓ（ ２部材）及びｒの中心リンク機構を示している。このアプローチは開時間に影響 を及ぼさないが位相関係を変化させる。米国特許第１．３５８，１８７号（Ｂｒ ｅｗｅｒ）明細書において、クランクシャフトに対する排気弁軸の周方向位置を 変化させる歯車列により吸気弁に対する排気弁の作動を変化させるタイミング機 構を開示されている。

米国特許第３．８８８，２１７号（Ｈｉｓｓｅｒｉｃｈ）はタイミングベルトの 緩みが一対のアイドラプーリーにより除去される可変バルブタイミング用カムシ ャフトベルト駆動装置を示している。アイドラプーリーはカムシャフト上の被駆 動プーリーに対するクランクシャフト上の駆動プーリーの角度を変化させるよう に変位させることかできる。バルブオーバーラツプ量を制御することかできる吸 気弁ローブ及び排気弁ローブの夫々に別個のカムシャツ１〜を設けることができ る。

米国特許第３，５０２，０５９号（Ｄａｖｉｓ　ｅｔ　ａｌ　）はコネクタブラ ケット７６及び７８が複数の各対のアイドラ歯車とアイドラ駆動歯車との間の中 心間の距離を固定し、クランクシャフトと一対のカムシャフトとの間に配置され た調節可能な歯車列を開示している。各ブラケットは対応するアイドラ歯車と各 カムシャフトとの間の衝撃を調節するために動かすことかできる。

”Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ　Ｃａｍ　Ｄｒｉｖｅ　Ｖａｒｉｅｓ　Ｖａｌｖｅ　Ｔｉ ｍｉｎｇ　”（Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　Ｖｏｌ、　 ８８．　Ｎｏ、１０．　１９８０年１０月）と題する記事において、シングルオ ーバーヘッドカムシャフトに対し駆動スプロケットを偏心させるように変位させ るという考えに基づくバルブタイミングシステムが開示されている。駆動スプロ ケットがテンションばねの力に抗して移動する横方向スライドに装着されて速度 が増加するとき偏心を累進的に減少させる。

その結果、吸気弁の開放を遅らせ、吸気弁の閉鎖を早め、排気弁の開放を遅らせ る。最後に、５ｔｏｊｅｋ及びＳｔｗｌｏｒｏｋ著の“Ｖａｌｖｅ　Ｔｉｍｉｎ ｇ　Ｗｉｔｈ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　０ｖｅｒｌａｐＣｏｎｔｒｏｌ”と題する記 事において、吸気弁及び排気弁に別個のカムシャフトか設けられている。ローラ により支持されたチェーンを介してクランクシャフトにより駆動されるヘリカル 中央歯車は２つのヘリカルカムシャフトと協働してカムシャフト駆動歯車を互い に選択的に角度をなして配置する。これらの歯車は歯付スリーブにより動かされ 、これらの歯付スリーブはマイクロプロセッサ制御電動モータにより駆動されて 可変バルブオーツく−ラップを可能とする。

上記システムは一般的にバルブオーバーラツプ及び限定された範囲において弁の 開時間を選択的に変化させる可能性を示したが、エンジンの回転における幅広い 変化に応える必要性を十分に充足していない。

従って、本発明の目的は一定速度でのクランクシャフトの回転に応答してカムシ ャフトを周期的に増速、減速させるようにカムシャフト及びクランクシャフトと 駆動可能に係合するリンク機構を内燃エンジンに設けることである。

他の目的は内燃エンジンの回転が減少するときバルブオーバーラツプの実時間の 増加を抑える装置を提供することである。

他の目的は出力及び燃費を高めエンジンの排出物を減少させるために幅広い範囲 のエンジンの回転に亘って最適な吸気弁及び排気弁のタイミングを提供すること である。

より広い意味では、本発明の目的は一定速度の駆動軸の回転に応答して被動軸を 選択的かつ周期的に増速及び減速させる比較的簡単な装置を提供することである 。

発明の概要 これらの目的及びその他の目的を達成するために一定速度での駆動軸の回転に応 答して被動輪に周期的な増速、減速を生じさせる装置が提供される。この装置は 駆動軸と、この駆動軸を固定された長手方向の駆動軸線を中心として回転させる 装置と、駆動軸に同心状に配設され、駆動軸と共に回転する駆動歯車とを含んで いる。この装置は更に、駆動軸線に固定された長手方向の被動軸の軸線上を回転 可能な被動輪と、被動輪に同心状に配設され、被動軸と共に回転する被動歯車と を含んでいる。駆動リンク機構装置は駆動歯車及び被動歯車と駆動可能に係合し 、長手方向の第１の軸線を中心として回転可能な第１の中間歯車を含んでいる。

第１の接続装置は駆動歯車及び第１の歯車を駆動可能な保合状態に保持し、駆動 歯車従って、オーバーラツプの実時間はエンジンの回転か増加するとき確実に減 少する必要はない。

このような構成としたことにより、排気及び装填する燃料／空気の慣性効果を克 服するために高速回転時で比較的長いオーバーラツプが得られ、その結果高性能 を実現する。同時に、エンジンの低回転時での比較的短いオーバーラツプはエン ジンの必要なアイドリンク速度を減少させ、アイドリンク速度を含む低速での燃 費を減少させ、低・中速でのトルクを改善し、不所望なエンジンの排出物を減少 させることができる。

図　中 上記及びその他の特徴及び利点を更に理解するために下記詳細な説明及び図面を 参照する、ここて：第１図は本発明に含まれた原理を図示する簡単な歯車列の図 解的図面であり： 第２図及び第３図は異なる操作位置の第１図の歯車列を図示し： 第４図は別個の部材を示すために分解された、第１図の歯車列の側面図であり： 第５図は本発明に従い構成され、４サイクル内燃エンジンのクランクシャフト及 びカムシャフトと駆動可能に係合するように使用される歯車列の図解的図面であ り。

第６図及び第７図は異なる操作位置の第５図の歯車列を図示し。

第８図は別個の部材を示すために分解された第５図の歯車列の側面図であり： 第９図は第５図の歯車列の２つの中間歯を示す図解的図面であり。

第１０図は他の制御歯位置用歯車の駆動歯の所定の角度位置に対応する歯車列の 被動歯車の角度位置を図示するグラフである。

好ましい実施例の詳細な説明 次に図面を参照すると、第１図に中実軸線２６．２Ｂ。

３０．３２及び３４を中心として夫々回転可能な駆動歯車１６と、第１の中間歯 車１８と、第２の中間歯車２０と、第１の鼓動歯車２２と、第２の被動歯車２４ とを含む駆動列が示され、これらの中実軸線は全て図中、点として示され好都合 にも長手方向軸線として考えることができる。細長く実質的に剛性を有する第１ のリンクまたはロッド３６の両端部は駆動歯車１６及び中間歯車１８の夫々の中 心に回転可能に装着されて、これらの歯車を互いに駆動可能な係合状態に保持し 、軸線２６及び２８の間の固定距離を保持する。第２のロッドまたはリンク３９ も同様な態様で装着され、中間歯車１８及び２０を同様な態様で駆動可能な係合 状態に保持する。第３の中間リンクまたはロッド４０も同様な態様で装着され、 中間歯車２０及び被動歯車２２を同様な態様で駆動可能な係合状態に保持する。

駆動歯車１６、被動歯車２２及び速を生じさせる。

第５図から第８図は４サイクル内燃エンジンの作動と関連する駆動歯車に対する 中間歯車を自由に揺動できるように配設された歯車列５０を示す。大部分のエン ジン構造は公知であり本発明と特に密接に関連している考えられないために図示 してない。

第５図に戻ると、駆動軸線５６を中心としてクランクシャフト５４と共に時計方 向に回転する駆動歯車５２がクランクシャフト５４上に同心状に装着される。第 １の中間歯車５８、第２の中間歯車６０、被動歯車６２及びカムシャフト歯車６ ４は、クランクシャフト及びカムシャフト６６と係合する駆動列を形成している 。カムシャフト軸線６８を中心としてカムシャフトと共に回転するカムシャフト 歯車６４はカムシャフト上に同心状に装着される。カムシャフト軸線、被動歯車 ６２の被動軸線７０、及び駆動軸線５６はすべて内燃エンジンのブロックに固定 されている。上記歯車２４と同様に歯車６４は必須なものではないか（歯車６２ かあれば充分゛Ｃある）、駆動歯車５２との位相関係を視覚化するのに有益であ る。

細長い第１のリンクまたはロッド７２の両端部は駆動歯車５２及び中間歯車５８ の夫々の中心に回転可能に装着されて、これらの歯車を駆動可能な保合状態に保 持し駆動軸線５６と中間歯車５８の軸線７４との間の距離を固定する。同様な態 様で、細長い第２のリンク７Ｇは中間歯車５８及び６０に装着され、細長い第３ のリンク７８は同様な態様で歯車６０及び６２に装着される。従って、軸線７４ 及び歯車６０の軸線８０はエンジンに固定されないで軸線６０と駆動軸線５６と の間の距離の変動を制御することができる。

駆動歯車５２と関連する第２の歯車列は制御歯車８２と、第５図から分かるよう に歯車６ｏと軸方向に整合し歯車６０の背後に位置する揺動歯車８４（第８図） とを含んでいる。第１の制御リンク８５の両端部は駆動歯車５２及び制御歯車８ ２の夫々の中心に回転可能に装着されてこれらの歯車を駆動可能な保合状態に保 持しそれらの各中心間の距離を固定する。同様に、第２の制御リンク８６は歯車 ８２及び歯車８４を制御するために回転可能に装着されてこれらの歯車を同様な 態様に保持する。

第６図、第７図および第８図から分かるように、制御歯車８２は中間歯車５８及 び６０のいずれとも駆動可能に係合していない。

＃ｉ御両歯車８４より制御歯車８２は回転可能であるだけでなく駆動歯車５２を 中心とした弧状路に沿って移動してリンク７２，７６．８５及び８６により形成 された平行四辺形状を制御可能に変化させ、それにより駆動軸線と中間歯車６０ の軸線８０との間の直線距離を制御する。このために、ロッド９０の一端に設け られたピストン８８が図解的に示され、ロッドの他端の中心は制御歯車８２に回 転可能に装着される。ピストン８８はシリンダ９２内を住復動可能であり、この シリンダに固定され合させて位置決めすることで１２．７ｍ（２分の１インチ） の最大オフセットを生じる。

最大オフセット及びより小さい範囲で、歯車６０．８４が非同軸である非円形の どのような形状でも上述のように中間歯車６０が周期的あるいは揺動運動するこ とになる。しかし、中間歯車６０の正確な移動路もリンク７８て定まり、これは 中間歯車６０の移動を被動歯車６２の中心の回りの弧状路に制限する。全体的に 、各サイクルの一部で歯車６２に対する中間歯車６０移動は被動歯車６２の回転 速度を増加するために付加される。サイクルの他の部分では、歯車６２に対する 歯車６０の移動は反対方向であり、被動歯車の回転速度を低下する。従って、被 動歯車６２は、駆動歯車が一定速度で回転するのに対応して周期的に増速及び減 速される。

ピストン９０及びシリンダ９２はエンジン速度（ｒｐｍ）に基づいて制御歯車８ ２を選択的に位置決めするように作動され、更に調整され、従ってエンジン回転 数が選択された最大値のときに、制御歯車８２は中間歯車６０に対して整合した 位ｆｌ（第５図）て揺動歯車８４を位置決めする。更に、カムシャフト歯車６４ の回転は歯車５２と所定の位相関係にあり、歯車６０．８４を非円形状に位置決 めするために、カムシャフト歯車及び被動歯車の回転の増速あるいはより高速部 か弁のオーバーラツプすなわちカムシャフトのカムローブが吸気弁と排気弁とを 共に開状態に付勢する間の時間に一致する。最後に、ピストン及びシリンダは、 エンジン速度が低下すると、アイドリング速度のときの最大オフセットに向けて 歯車６０．８４のオフセットを増加するように作動される。

第５図から第６図の実施例は、全ての歯車が同じ径を有する簡略化した例を示す ことが認められる。当該分野の技術者であればこの実施例を、例えばカムシャフ ト６６の通常回転のためにクランクシャフト５４の速度の半分とすること、更に 多相変化させること、あるいは、クランクシャフト５４の１回転で増速と減速と を変えること、あるいは、各排気及び吸気カムシャフトのタイミングを定めるた めに別個の駆動列を設けること、あるいは、全て１のクランクシャフトをベース とする均等な多シリンダとすることに変形可能と考えられる。

好ましい実施例に関連して、下記テーブルは駆動歯車５２が順にこの場合はｌＯ ｏである等量づつ進んだときのカムシャフト歯車６４の対応する位置の角度を示 す。

各テーブルに記載された初期変位（４３°／１２２°）で示すように、歯車８２ の移動だけが歯車５２．６４の位相関係を変化する。

テーブルＩ、ＩＩにそれぞれ関連する初期偏位（４３°及び１２２°）に反作用 するため、第５図から第８図に示すリンク機構はある程度変更して、一対のリン ク歯車（図示せず）を駆動歯車５２と制御歯車８２との間に介装することができ る。２つのリンク歯車（図示せず）は互いに駆動係合し、これらの歯車の各々は 歯車５２．８２の一方に係合する。これらのリンク歯車は歯車５２．８２に対し 、例えば駆動及び制御歯車の径の１０分の１の小さなサイズであるのが好ましい 。リンク歯車は通常の態様で歯車８２．５２間の位相関係を変更したがって変位 に反作用するように移動することができる。

第１０図のグラフでは、Ｙ軸は駆動歯車の位置（進みあるいは遅れ）に対応し、 Ｙ軸は駆動歯車位置に対する被動歯車位置に対応する。Ｙ軸の直線は第５図に示 す整合状態を示しく進み及び遅れなし）、曲線す、ｃはそれぞれテーブル１．　 Ｉ［の歯車６０．８４の各オフセットに対応し、更に各ケースの初期変位を示す 。このグラフから明らかなように、曲線す、ｃはそれぞれ、被動歯車及びカムシ ャフト歯車の変位か駆動歯車の変位よりも小さな遅れ位置に沿って、これら被動 歯車及びカムシャフト歯車の変位か駆動歯車よりも大きなサイクルの進み位置を 含む。

一般的に、４サイクルの内燃エンジンでは吸気弁か排気ストロークの終り近く、 例えば上死点前１４°で開き、一方排気弁は吸気ストロークか始まった後、例え ば上死点後２０°まで閉じない。本発明によると、これらの角度の値は同じもの に維持することができる。しかし、より高速あるいは弁のオーバーラツプに一致 する歯車６２゜６４の増速工程部では、歯車６２．６４が駆動歯車５２と同じ位 相を維持する場合には低速で発生する開時間及び弁才−バーラップにおける時間 増加はかなり小さくなる。したがって、従来のクランク軸及びカムシャフト間の 駆動リンク機構に比較してかなり短い開時間及びかなり短いオーバーラツプがエ ンジンの低速時に生じ、燃料の経済性を増加し、良好なトルクを形成し、空気汚 染源となるエンジンの排出物を減少する。更に本発明はエンジンの高速時のかな り長いオーバーラツプを可能とし、排気ガス及び燃料／空気装填の慣性に打勝ち 、高速でより効果的に作動する。

本発明は、一方が吸気弁カムを支え、他方が排気弁カムを支える同軸あるいは非 同軸の２つの独立したカムシャフトに設けることが有益である。このアプローチ において、本発明による周期的な増速及び減速は、独立したカムの位相関係にお ける適性に設定された変化により増加され、種々のエンジン速度に対応して理想 的な弁開時間及び弁才−バーラップ時間により近付く。更に、このような独立し たカムの移動の変化は、テーブル１．　Ｉ［に関連して説明した上述の初期変位 に反作用するように設定することができる。

国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．一定速度の駆動軸の回転に応答して被動軸における周期的な増速及び減速を 行う装置であって、駆動軸と、この駆動軸を固定の長手方向駆動軸線の回りに回 転するための装置と、この駆動軸に同軸状に装着されて駆動軸と共に回転する駆 動歯車と、前記駆動軸線に対して固定された長手方向軸線上で回転可能な被動軸 と、この被動軸上に同軸状に装着されてこの被動軸と共に回転する被動歯車と、 前記駆動歯車と被動歯車とに駆動係合する駆動リンク機構と、 長手方向の第１軸線の回りを回転可能な第１中間歯車と、前記駆動歯車と第１中 間歯車とに回転可能に装着され、前記駆動軸線と第１軸線との間の固定距離を維 持して前記駆動歯車と第１歯車との駆動係合を維持する第１接続装置と、 長手方向の第２軸線の回りを回転可能な第２中間歯車と、前記第１歯車と第２歯 車とに回転可能に装着され、前記第１及び第２軸線間の固定距離を維持して前記 第１歯車と第２歯車との駆動係合を維持する第２接続装置と、前記第２歯車と被 動歯車とに回転可能に結合され、前記第２軸線と被動軸線との面の固定距離を維 持して前記第２歯車と被動歯車との駆動係合を維持する第３接続装置と、 前記駆動歯車を回転しつつ前記第１及び第２中間歯車の一方を制御可能かつ横方 向に移動し、前記第１及び第２軸を横方向に往復動し、これにより前記駆動歯車 と被動歯車との間の位相関係を動的に変える移動装置と、を備える装置。
2. ２．前記移動装置は、前記第２軸線の横方向に第１選択距離離隔した位置で前記 第２中間歯車に回転可能に装着された長く長手方向に延びた円筒状ピンを含む請 求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．前記移動装置は、長手方向の第３軸線の回りを回転可能な第３中間歯車と、 前記第３中間歯車と駆動歯車とに回転可能に装着され、前記第３軸線と駆動軸線 との間の固定距離を維持して前記第３中間歯車と駆動歯車との駆動係合を維持す る第４接続装置とを含み、更に長手方向の第４軸線の回りを回転可能な第４中間 歯車と、前記第３及び第４中間歯車に回転可能に装着され、前記第３及び第４軸 線間の固定横方向距離を維持して前記第３及び第４中間歯車の駆動係合を維持す る第５接続装置と、前記第４中間歯車に前記ピンを装着し、これにより前記第４ 歯車に第２中間歯車に対して回転可能に装着する装置とを備える請求の範囲第２ 項に記載の装置。
4. ４．前記ピンは、前記第４軸線から第２選択距離横方向に離隔した選択された位 置で前記第４中間歯車に装着される請求の範囲第３項に記載の装置。
5. ５．前記移動装置は更に、前記第３中間歯車を制御可能に移動し、前記駆動軸線 の回りの弧状路に沿って前記第３軸線を選択的に位置決めする請求の範囲第４項 に記載の装置。
6. ６．前記第１，第２，第３及び第４中間歯車は全て同径で、前記第１及び第２選 択距離は同じである請求の範囲第５項に記載の装置。