JPH08506879A - 対称軸線から偏倚した点の周りにおける特殊な形のカムローブの角運動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 その対称軸線から偏倚した点の周りにおける特殊な形のカムローブの角運動装置。回転軸上の一つの少なくとも特殊な形のカムローブは、その対称軸線から偏倚して位置する点（接続部）の周りにおいて徐々に回転可能である。この接続部はカムローブおよび回転軸の適当な調整を通して形成される。ローブの運動は機械的、液圧的または他のいずれかの方法で伝達される。ローブは、その運動中いかなる位置においても、好ましくない騒音を発生することなく、回転軸と各リフタと円滑に共働するように設計される。ローブを徐々に角運動させることによって、各弁のリフト、位相および開閉時期を徐々に変化させることができる。本発明は機関の変形なしにすべてのピストン式内燃機関に応用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 対称軸線から偏倚した点の周りにおける特殊な形のカムローブの角運動装置 本発明は、回転軸上の対称軸線から偏倚して位置する固定点の周りに、対称軸 線が最初の位置と最後の位置との間で角度方向を徐々に移動するように、特殊な 形のカムローブを徐々に回転する能力を得る装置および方法に関する。このカム ローブの運動は内燃機関の各弁のすべての作動特性、すなわち、ａ）弁のリフト 、ｂ）タイミング（位相）、ｃ）弁の開閉期間を変化することを可能にする。 装置はカムローブを徐々に運動させることにより徐々に上記特性の変化を達成 する重大な利点を有する。 発明の背景 内燃機関カム軸のカムは、カム軸の回転中下記の目的に役立つことは知られて いる。すなわち、 １．それらは内燃機関の吸気弁および排気弁を移動（開閉）する。弁のリフト はカムのリフトに依存する。 ２．弁開閉期間の決定はカムの“角度”によって、換言すればカム輪郭の特殊 な形式によって達成される。 ３．それらは、カム軸上の異なったカム位置によってえられる、クランク軸の 位置に対する適当な瞬間における各弁の開閉である、弁の正確なタイミングを生 ずる。 カムが固定されたカム軸は、弁の特殊な作動すなわち挙動、したがって内燃機 関のピストンの特殊な挙動を生ずる。 通常のカムが固定されたカム軸を備えた内燃機関は、特殊な回転数において最 大トルクおよび出力を示す欠点を有する。したがって内燃機関が上記回転数以外 の他の回転数で作動しているとき、機関のトルクまたは出力は満足すべきもので ない。 上記欠点を減少しようとした機関は、これまでかつ特殊な型の内燃機関におい てだけ、きわめて小規模でしかテストされなかった。そのような装置は、たとえ ば傾斜した固定カムを有するカム軸によって作動し、カム軸全体がカム軸の軸線 に沿って前後に摺動し、傾斜したカム上のリフタの対応する位置に従って弁のリ フトをそれぞれ増減する。同時にカム軸自体はまたその最初の位置に対してある 程度回転し、このようにして弁のタイミングを変化する能力を有する。 たとえばＶＴＥＣ装置のような他の装置は、各弁に対してリフト、角度または 位相が異なった一つ以上の固定カムを備えたカム軸を使用し、多重ロッカアーム 装置によってそれぞれ別の作動状態に対して共働する。 それらの軸線に沿って摺動するカム軸を備えた装置の応用は、内燃機関の設計 全体における変型の必要性が避けられないというきわめて重大な欠点を有し、“ Ｖ”型機関またはカム軸が一側にある場合応用が不可能である。その訳は弁リフ タ間の距離がカム軸の摺動を可能にすることを厳しく制限するからである。 一方、現在市場で使用されている通常のカムとはまったく異なった特殊なカム 形式（たとえば傾斜カム）を備えたカム軸を必要とする装置は、それを製造ため 、ならびにカムを再調整するためきわめて特殊な設備および機械装置を必要とす る。したがってさしあたり、通常の機関の市場における現在の状態の下で、これ らのカム軸は広く使用されることはできず、それらの用途はきわめて限定される 。 ＶＴＥＣ装置もまた応用を制限されている。その訳はその応用が“Ｖ”型機関 においてまたはカム軸が一側にある機関において不能であるか或いはきわめて困 難であるからである。これは多重ロッカアームの複雑な装置における重大な問題 の原因であるカム間の距離が小さいことのためである。さらに、そのような装置 の応用は完全に新しいカム軸の設計および製造ばかりでなく、多重ロッカアーム 装置が取付けられる完全に新しいシリンダヘッドの設計および製造を必要とする からである。この点において、この装置は、これらの高速度における多重ロッカ アームの慣性のためきわめて大きい弁回転数において正確に作動することが不可 能であることを認識することが重要である。 対称軸線上に位置する点の周りにおいて角度方向に移動する可変カムを開示し た米国特許第００５１６１４２９Ａ号の発明を参照すると、設計の複雑さおよび 誤りのない作動のための特別の形の共働部品の使用は別にして、上記発明は弁タ イミング（位相変化および弁開閉期間の変化）のみの変化の可能性を備え、一方 カムのリフト（したがって弁のリフト）を変化する能力はないことが分かる。 カムの可動セグメントによってまたは固定および可動セグメントの組合わせに よって作動する可変カムを開示したドイツ国特許第４２ ２２ ４７７号の発明 を参照すると、その発明はカムのリフトのみを変化することができ、またリフト ならびに弁タイミング（位相、開閉期間）を同時に徐々に変化する重大な能力を 備えることができないと分かる。 本発明は対称軸線から偏倚して位置する点の周りに特殊な形のカムローブを徐 徐に角運動させることによって、各弁のリフトならびにタイミング（位相、開閉 期間）を同時に徐々に変化させる。 本発明は必要条件として特殊な形のカムローブの角運動装置を備えた縦方向回 転軸を有し、その全体的寸法（たとえば、直径、支持点等）は内燃機関の部分で あった通常のカム軸の直径に対して変化しないままであり、機関のいかなる他の 基本的機械要素（たとえば、シリンダヘッド）においても変化を必要とせず、ま た通常のカム軸に対して使用され、またすべてのピストン式内燃機関に一般に使 用されるのとまったく同じ工作機械によって製造されかつ再調整される。 要するに、本発明はいかなる変更も要することなく、すべての内燃機関に容易 に応用することができる。 さらに、本発明装置は固定カムと共働して使用することができる。 本発明は全体的に機関の作動および性能を改善し、とくに、 ａ）出力の増大。 ｂ）一層少ない燃料消費および排出物の減少。 ｃ）信頼性および単純さ。 ｄ）容易なカムローブの取付け取外し。 が得られる。 図面の簡単な説明 第１図はカムローブが最初の位置にあるカムローブの角運動装置の正面および 側面図である。 第２図は上記装置の特殊な形のカムローブの図である。 第３図はカムローブが最終の位置にある上記装置の正面図および側面図である 。 第４図は上記装置の特殊な形の伝動軸の図である。 第５図はカムローブが最初の位置にある上記装置の断面正面図および断面側面 図である。 第６図はカムローブがその最終の位置にある上記装置の断面正面図および断面 側面図である。 第７図は上記装置の縦方向回転軸の横断面図である。 第８図はカムローブが最初の、中間のおよび最終の位置にある上記装置の図で ある。 第９図はカムローブの運動が非圧縮性流体を用いて液圧状に実施される上記装 置の横断面図である。 第１０図はカムローブが最初のおよび中間位置にある上記装置の変型を示す図 である。 第１１図はこの装置のいくつかの横断面図である。 第１２図は弁の改善された作動特性の線図を用いて示す図である。 図示実施例の詳細な説明 第１図から第８図を参照すると、カムローブの角運動装置の実施例は、特殊な 形のカムローブ１、縦方向回転軸２、特殊な形の伝動軸３およびボール４，５よ りなっている。 カムローブの一方の側面上に、回転軸２の各調整部１０と共働して軸２上にカ ムローブ１を支持しかつ接続するのを可能にするとともに、カムローブがその周 りで回転しうる接続部を形成する調整部９が設けられているのが分かる。 回転軸２は全長に亘って穿孔された孔８を有し、そこを潤滑剤が軸受の潤滑の ため循環する。この孔の内側において、縦方向伝動軸３は両方向に徐々に移動可 能であり、その軸は縦方向に、潤滑剤の循環を容易にするため、外面に適当数の （平行またはらせんもしくは他の形式の）溝１４を設けられ、また軸は二つの調 整部（ランプ）１１，１２を有する。これら二つの調整部１１，１２の平面は互 いに傾斜し、それらの傾斜は異なった方向を向いている。 回転軸２はまた二つの横方向孔６，７をカムローブの角運動装置に設定された 点に備え、それらの孔は縦方向孔８に通じ、また伝動軸３の調整部（ランプ）１ １，１２に一致するように傾斜している。 軸３が一方向に移動すると、調整部（ランプ）１１を介して、ボール４を孔６ 内に滑り込ませ、そこから出るとカムローブを押してその接続部の周りに弧ＡＢ に沿って回転させ、前記接続部は調整部９，１０によって形成されている。 このカムローブが徐々に運動する間、その対称軸線はその最初の位置に対して 特殊な角度だけそのつど動かされる。その運動の最終位置はいずれの場合にも、 回転点の位置、ボール４，５および軸３の調整部１１，１２の大きさの選択に従 って限定される。 最終位置においてローブはボール５および凹所１３の助けによって固定され、 凹所１３はカムローブ一側の内面において調整される。 軸３が前記と反対方向に移動するとき、ボール４に力が加わらなくなり、調整 部（ランプ）１２を介してボール５を押し、ボール５は孔７内に滑り込みローブ の凹所１３に進入し、ローブを中間または最終位置に徐々に押し戻す。この運動 中ローブは弁を押す各弁のばねの力によって助けられる。 その対称軸線から偏倚して位置する固定点の周りにおけるローブの上記回転に よって達成される、カムローブの対称軸線の徐々の角運動中、弁リフト“ｘ”（ 第８図）および弁タイミングの意図した同時の徐々の変化が達成される（位相は 角度“Φ”に変化し、またつねにカムにそれぞれリフタ接触面積の変化が発生す るため、弁の開閉時期も変化する）。 カムローブは、その運動の間のいかなる位置においても、いずれの場合にも各 リフタと円滑な接触を達成し好ましくない騒音を回避する目的で、円筒形縦軸と 完全に共働するように設計される。 第９図を参照すると、カムローブの角運動装置は、 特別の形のカムローブ１、回転する縦軸２、球状端部を備えた小さい円筒形ピ ストン１５、ボールおよび戻しばね１６ よりなっている。 カムローブ１および回転軸２はこの場合も前記のような接続部を形成する調整 部９，１０を有する。 この装置によって設定された点において、回転軸２はその垂直な対称軸線に対 して傾斜し、かつ回転軸の縦方向孔８に通ずる横方向孔１７を有する。 縦方向孔８を通って液圧媒体（たとえば油）が高圧で供給され、ピストン１５ を押し、ピストン１５はそれ自体孔１７に滑り込みその球状端部をカムローブの 一側に形成された球状凹所１８内側に進入させる。このピストンの運動は、接続 部の周りのローブの角運動したがって各弁のリフトおよびタイミングの変化を生 ずる。 液圧媒体の圧力を停止するとローブはボール、戻りばねおよびローブ一側のと くに設計された凹所１９の助けによってその最初の位置に戻る。 この場合もカムローブの特殊な構造に関する前記記載があてはまる。 第１０図および第１１図を参照すると、カムローブの角運動装置は、 特殊な形状のカムローブ１、特殊な形状のピン２、伝動軸３、特殊な形状のピ ン２０および特殊なねじを設けられた要素２１ よりなっている。 特殊な形のカムローブ１は一側に側面の厚さ全体に穿孔されたねじ孔２２を、 また他側に側面の厚さ全体に穿孔されたねじ孔２３を有する。 回転軸２は、カムローブ角運動装置を設けられた点に、二つの直径方向に向き 合った孔を有し、それらの孔は軸の孔に通じている。一方の孔２４は二つの向き 合った平らな側面および二つの向き合った半円筒形側面を有し、孔２５は球形を なしている。 ピン２０は両端が円形断面（円筒形）を有するように形成され、中間部分は二 つの平らな向き合った側面および二つの半円筒形の向き合った側面を有する角柱 状をなしている。 特殊な形のねじ付き要素２１は、軸２の孔２５の球状に対応する球として形成 された円筒形の一端を有する。外面はねじ付きで、カムローブのねじ孔２２に取 付けられる。要素はその全長に亘ってピン２０の一端に対応する直径で縦方向に 穿孔されている。要素の平らな側の溝は要素を螺着または螺脱するのに使用され る。 潤滑剤の循環を容易にするためのその外面の縦方向溝に加えて、縦方向伝動軸 ３はまた装置と共働する点に軸の直径全体に亘って穿孔された孔２６を有し、そ の孔の二つの反対側側面は平らでかつ平行であり、二つの他の側面は半円筒形を 有する。孔の平らな側面は、軸の対称軸線に傾斜するように機械加工されている 。 装置全体の組立ては下記のように実施される。 軸２の縦方向孔を通る縦方向伝動軸３および特殊な形のカムローブ１は、孔２ ２，２３，２４，２５および２６の軸線が一致するように、軸２に組立てられる 。ついで、ピン２０が、ピンの一つの円筒形端部が孔２３に挿入されるようにす ベての上記孔を通って組立てられ、角柱状中央部分は孔２６の中に、他方の円筒 形端部は孔２２の中に存在する。この孔の中に特殊なねじ付き要素２１がねじ込 まれ、その縦方向孔はピン２０の円筒形端部を貫通する。このようにして、装置 全体は固定される。さらに、ねじ付き要素２１の球状端部および軸２の各球状孔 ２５は、カムローブがその周りで回転する接続部を形成する。要素２１を徐々に ねじ込みまたはねじ戻すことによって、そのつど、所望の全体の嵌合公差が達成 される。 ピン２０の角錐状中間部分および軸の孔２６は、それらが完全に互いに共働す るように機械加工される。 この装置は下記のように作用する。 縦方向軸３は適当な方法または手段の助けによってその軸線に沿い一端または 他端に向かって移動可能である。この運動はピン２０を押して孔２６の傾斜した 平らな面上で滑らせ、軸３の運動方向に従って、その以前の位置に対して上昇ま たは下降させる。 このピン２０の運動はカムローブ２を押して、要素２１と軸２の孔２５との間 の前記のように形成された接続部に沿って回転させる。適当に選択された孔２６ の平らな側面の傾斜、その長さならびに軸２の孔２４の長さは、ピン２０の最大 移動距離従ってカムローブ回転運動の最終位置を限定する。 ピン２０は二つの平らな側面を備えた角柱状中間部分を機械加工され、そこで 孔２６の各側面と共働する間、材料の摩耗率は減少し、その摩耗量は円筒形ピン の場合いちじるしく多く、したがって各開口２６の側面との共働の場合線に沿い 本発明の場合のように平らな側面に沿うことはないことを指摘しておく。 その他の点に関連して、カムローブはこの場合にもその運動中いかなる位置に おいても回転軸と円滑に共働するように設計される。 この装置の変型において、ピン２０は第１０図に示されたような特殊な形状を 有し、ピンの一端は特殊なねじ付き要素２１の形状を有し、他端においてピンは 同じ形状のねじを有する。中間部分はもはや角柱状ではなく円筒形である。また この変型において、カムローブ１の孔２３がピン２０のねじと同じねじを備える のが望ましい。ピン２０は孔２３，２４，２５および２６を通して一端を孔２３ に他端を孔２２に螺着される。このようにして、とくにローブの回転中心（接続 部）が回転軸２から一層離れて位置することが望ましい場合、装置は一層よく固 定される。角柱状中間部分２０を備えたピンの場合のようにピンと孔２６の側面 との間の面を一層よく適合させるため、管状ライナ２７は二つの平行な側面およ びその中にピンが貫通する縦方向孔を機械加工され、そこで、装置の作動中管状 ライナ２７の平らな側面は孔２６の側面と接触し、円筒形ピンとは接触しない。 第１２図の曲線ａには、カムローブが最初の位置にあるときの弁の作動特性を 示す線図が図示されている。 第１２図の曲線ｂ，ｃも同様にそれぞれカムローブの中間位置および最終位置 における弁の作動特性を示す線図である。 上記図面から、カムローブの運動中の弁の作動特性の調整、したがって全回転 数範囲において各モータの性能の改善が明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関の弁のすべての作動特性を同時に改善するため、回転軸に取付け られる特殊な形のカムローブの角運動装置において、 ａ）回転軸（２）（第１，４，７図）の円筒面と、すべての位置において、絶 対的に共働可能であるような一つが少なくとも適当な形の両側のカムローブ（１ ）（第１，２，３，５，６，９図）であって、それ（ローブ）はその垂直軸線か ら偏倚した固定点の周りにおいて回転可能である前記カムローブ。 ｂ）“軸受潤滑用”縦方向孔（８）（第７図）ならびに傾斜して縦方向孔（８ ）に通じまたその面にカムローブの支持および回転用凹所（１０）を有する、二 つの横方向孔（６，７）を有する一つの円筒状回転軸（２）（第１，４，５，６ ，７図）。 ｃ）二つの反対方向に傾斜したランプおよび、回転軸内側の横方向孔内側で移 動する、二つの適当に摺動するボール（４，５）（第５，６図）を備え、回転軸 の縦方向孔内側の往復動軸（３）（第１，４，５，６図）を有する機構の作用手 段および方法。これらのボールによってカムローブの徐々に変化する角運動が回 転の固定点の周りにおいて達成され、弁の作用パラメータ、すなわちｉ）位相、 ii）リフト、iii）開閉時期の変化を同時に生ずる。 よりなることを特徴とする、前記特殊な形のカムローブの角運動装置。 ２．ａ）支持および回転の点はローブ（９）の特殊な形の側のいずれの点にも 形成することが可能で（第２，５，９図）、その点はその周りにおいてローブを 徐々に回転しうるため適当に設計され、えられた特殊な特性を備えた対称軸線の 徐々の角運動は弧ＡＢ（第６，８図）のすべての点において各弁の作動位相の変 化をまた同時にリフトならびに開閉期間の同時の変化を生ずること、 ｂ）ローブの他の外側の下方部分の特殊な設計によって、各リフタまたは支点 、または液圧リフタ、もしくはローラタペットの円滑な摺動を達成するため、移 動ローブのすべての位置において、ローブの湾曲面と回転軸の一層必要な円滑な 接合が達成されること、および ｃ）ローブの他の側の下方部分内側の適当な形の凹所（１３）（第２，６図） は第１に回転軸上にローブを支持する間各横方向孔内でボールを摺動することに よってローブを固定すること、また第２に回転の固定された点の周りにおけるロ ーブ運動の最終位置の限定を可能にすること を特徴とする、請求項１に記載の特殊な形のカムローブの角運動装置。 ３．回転軸が、 ａ）内側に伝動軸（３）が往復動する（第１，３，４，５，６図）縦方向の“ 軸受潤滑孔”（８）（第７図）、 ｂ）相対的に傾斜しかつ回転軸の縦方向孔に連結された二つの横方向孔（６， ７）（第７図）。これらの孔の内側をボール（４，５）（第５，６図）が摺動し てローブの角運動を生ずる。 ｃ）接続部を形成するため、ローブの側面の各調整部（９）（第２，５，９図 ）との共働によって、その垂直な対称軸線から偏倚して位置する固定点の周りに おけるローブの運動を生ずる、ローブの支持位置（１０）の適当な設計（第７， ９図） を有することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の特殊な 形のカムローブの角運動装置。 ４．機構および伝動方法が、 ａ）その表面に縦方向に溝を有しかつ回転軸（２）（第１，４，５，６，７図 ）の縦方向孔（８）内側のなんらかの手段によって移動する往復軸（３）（第１ ，３，４，５，６図）。この往復動軸はその表面に、回転軸の二つの横方向孔（ ６，７）の角度に対する各角度においてそれらの間に傾斜した二つの向き合った 摺動位置（１１，１２）を有する。 ｂ）往復動軸の前記表面上において反対方向に滑り、そこで、横方向孔内に移 動して、第１にＡからＢへまたＢからＡへの経路に沿うローブの徐々の運動（第 ６，８図）を、第２に回転軸の表面上にローブを固定することになる、二つの適 当なボール（４，５） を有することを特徴とする、請求項１または３のいずれか一項に記載の特殊な 形のカムローブの角運動装置。 ５．上記装置における回転軸（２）（第１０図）上にカムローブを固定しかつ 回転させる機構の変形であり、傾斜した横方向孔（６，７）の代わりに二つの直 径方向に向き合った孔（２４，２５）が設けられ（第１１図）、往復動軸（３） （第４図）上の二つの反対方向のボール摺動ランプ（４，５）（第５図）の代わ りに軸（３）（第１１図）の縦方向軸線に対して傾斜した二つの向き合った平行 な側面を備えた軸の横方向開口が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の 特殊な形のカムローブの角運動装置。上記開口を通って両端およびその中間部分 において適当な形にされたピン（２０）（第１１図）が貫通し、特殊な形のねじ 付きの要素の助けによって、通過され、安全に回転軸上のカムローブに連結され 、同時に必要な接続部を形成し、その周りにカムローブはその角運動を実施し、 そのピンは装置の作用中通過し、開口の側面に沿って摺動し、明らかなように、 カムローブの角運動（ローブの上下）の徐々の一様な変化を発生し、引続いて請 求項１の最後の節の構成ｃ）において記載された結果を正確に生ずる。 ６．カムローブの角運動を伝達する装置および方法としてローブの垂直対称軸 線に対して傾斜した回転軸の横方向孔（１７）（第９図）を通り球状端部（１５ ）（第９図）を備えた小さいピストンに作用する液圧のみを使用することができ 、ピストンはローブの一側部分に形成された凹所（１８）（第９図）に挿入され 、弁を固定しその最大リフトに対する最終位置までローブを角度方向に移動する 、請求項１に記載の特殊な形のカムローブの角運動装置。 その最初の位置に引込められる移動ローブは、ばねおよびボール（１６）（第 ９図）によって固定され、そのボールはローブの一側部分の内側の適当な凹所（ １９）（第９図）に挿入される。