JPH08511600A - 可変作動式矢頭形状カム葉システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 可変作動式矢頭形状のカム葉システムが提供されており、該カム葉は軸受潤滑のための長手方向穴を備えた回転シャフトと完全に協働することが出来る。この穴および横断方向の開口を介して、組合せた油圧及び機械的操作を行うことにより前述のカム葉の上昇が漸進的に変化させられると同時に、それぞれのシリンダの弁の上昇が連続的に変化させられることが可能となっている。

Description

【発明の詳細な説明】 可変作動式矢頭形状カム葉システム 発明の分野 本発明は矢頭形状のカム葉が下側位置と上側位置の間を漸進的に移動可能なら しめ、以って内燃エンジンのそれぞれのシリンダの弁の漸進的かつ連続的な上昇 を可能ならしめている新しい装置システムおよび方法であって、内燃エンジンの 基本的作動特性および効率を改善する目的の装置システムおよび方法に関するも のである。 発明の背景 慣用のカムシャフトを装備した内燃エンジンの作動中において発生する不具合 を減少するシステムはこれ迄の所極めて限られた形で、かつまたある種の内燃エ ンジンについてのみ提案されている。 固定されたカムセグメントを介して作動するか、固定／可動セグメントを介し て作動するかを問わず可変式であるカムに係る特許ＤＥ ４２ ２２ ４７７ Ａ１号に開示された発明を参照すると、次の事がわかる。 ａ）カムに運動を伝達するための油圧装置はカムを「アウト」の位置へと移動 させた後、引続き「イン」の位置へと移動させるため、エンジンのトルクおよび 馬力特性向上効果はある位置においてのみ得られる。 ｂ）油圧チャンバはその寸法の故に深刻な油密性の問題がある。すなわちカム がそれぞれの弁リフタから強制的に圧下される「アウト」の位置にカムを保持す るためには高い油圧力が必要とされるという問題である。 ｃ）カムは特に第９図の形状の場合中実質量が大きいために、その作動中慣性 力にからんだ深刻な問題が誘起される。 ｄ）明らかに製造および組立てが困難である（第２図、第３図、第９図）。 ｅ）前記カムはカム間の距離が限られている場合、例えば米国、カナダ、オー ストラリア等における自動車産業で用いられているＶ６およびＶ８エンジンの場 合には適用することが不可能である。 本発明は以下について成功している。 ａ）適正な形状にしたカム葉を円滑かつ漸進的に上昇または下降させることを 可能にしたばかりでなく、同一シリンダの弁（複数）に対して１つの弁の弁上昇 を行う際先行する他方の弁を上昇させた後適正な時間間隔をとって後行っており 、エンジンのトルクおよび馬力を全回転数域においてより滑らかに分布させるこ とを可能にした。 ｂ）カム葉の下側円筒状部分において必要とされる小さな油圧チャンバの油密 性が完全に保持されるので、エンジンの潤滑システムからの油圧力のみを該チャ ンバに供給してやれば良く、本発明の適用性には何らの問題も無くなる。 ｃ）回転シャフトの円筒状凹所において係止するカム葉を安全かつ円滑に上昇 させられるので、負荷および慣性力の問題点が解消される。 ｄ）本発明はまた以下の付図からも明らかなるように、カムおよび他の要素の 製造を簡単、迅速かつ経済的に行うことを許容するばかりでなく、組立て作業を も容易ならしめている。 ｅ）本発明は何らの設計変更を行うことなく全ての既存のタイプの内燃エンジ ンに適用可能である。 付図の簡単な説明 第１図は回転シャフトを示す図。 第２図はカム葉がその初期位置にある、前述のシステムを示す図。 第３図はカム葉がその最終位置にある、前述のシステムを示す図。 第４図は長手方向の往復動シャフトを示す図。 第５図は前述のシャフトの特殊な形状を示す図。 第６図は矢頭形状カム葉を示す幾つかの図。 第７図はカム葉の特別な構造例を示す図。 第８図はカム葉を対の状態で研削可能とするため簡単な構造物上にカム葉を装 着するシステムを示す図である。 発明の詳細な説明 付図の第１図から第６図を参照すればわかるように、本システムは矢頭形状を した可動カム葉２を装備した回転シャフト１と長手方向の往復動シャフト３と、 球４およびばね５とからなっている。前記カム葉はその下側端部が特殊な円筒状 形状を有しているので、シャフト１のそれぞれの円筒状開口内にしっかりと組付 けることが可能である。前記カム葉はまたシャフト３が中を通過する長手方向開 口を有している。前記開口の内側において、傾斜ランプ６が形成されており、そ の形状はシャフト３上のランプの傾斜と対応している。このシャフト３は適当な 数の長手方向溝を有しており、これらの溝の存在により、内燃エンジンの潤滑に も用いられる油圧流体が循環し易くなっており、かくしてシャフト１上のカム葉 を装備した領域は常に油圧による加圧下状態にある。なおこの油圧はまたエンジ ンの潤滑のためにも供給されている。この圧力はどのような場合においてもばね ５の反作用に打勝つに十分なものであり、油圧流体はカム葉の垂直方向穴１１中 を通過し、シャフト１とカム葉２の間のチャンバ９を充満する。かくして、流体 （油）によって強圧されたカム葉２はそのランプ６がシャフト３のランプ７と一 致する迄上昇させられる。この位置においてカム葉は以下のメカニズムの故に上 昇したままにとどまる。 カム葉がそれぞれの弁リフタと接触していない期間中においては、カム葉２お よびシャフト３はランプ６および７が一致しているので接触したままである。こ の場合には球４は完全に垂直方向穴１１の内側にあり（ばねは収縮しており）、 単にランプ７と接触しているだけである。カム葉がそれぞれの弁リフタと接触す るや否や、チャンバ９内において油圧流体が与える力よりも強い力がカム葉に作 用し、瞬間的にカム葉は変位する（後退する）。この後退変位により球４はばね ５を介して上向きに移動し、弁座のように特別形状にされた、穴１１の上側部分 上に完全に着座し、全空隙が満されると同時にチャンバ９内の油圧流体が捕捉さ れる。かくしてカム葉の更なる後退はそれが弁リフタと接触している期間中は不 可能となる（第６図）。 シャフト３が方向ａに向けて移動すると（第３図）、ランプ７はランプ６から ある距離だけ押し戻される。垂直方向穴１１中を通過する加圧された油圧流体は ランプ６および７が再び接触する迄カム葉を上向きに押圧せしめる。かくして前 述のメカニズムによりカム葉はそれがそれぞれの弁リフタと接触する間に新しい 位置へとしっかり位置決めされる。このプロセスが繰返され、カム葉はシャフト ３上のランプ７の形状（長さ、傾斜）に応じてカム葉上側位置を占める。 カム葉のその初期位置への漸進的後退はシャフト３を漸進的に反対方向に向け て移動させることによって達成される。実際この移動運動によって最初球４がラ ンプ７により押され穴１１内側へと貫入し、更にランプ６が押されることにより 、最終的にカム葉全体が下向きに移動させられる。チャンバ９内の油圧流体は垂 直方向穴１１中を流入することが出来る。何故ならばランプ７によってすでに押 されている球４は穴１１の上側「着座」端部には係止せず、従ってチャンバ９内 には何らの流体密な状態が生じないからである。任意の中間位置に対しカム葉は 既述（発明の背景の部分）のメカニズムにより位置決めされる。 次に第３図を参照すると、長手方向シャフト３の特殊な形状が示されており、 該形状においてはランプ７を介して弁の上昇高さが変化することにより、適正な 時間経過の後、同一シリンダの別の弁の上昇高さがランプ７ａを介して変化する ので、エンジンの全回転数域を通じてエンジンのトルク及び動力の平滑な分布が 得られる。 第７図には製造の容易さのためにきついはめ合いで互いに組付けられた２つの 部品からなっているカム葉の形状が示されている。 前述のカム葉は適正な形状にされた場合その異なる位置において完全に回転シ ャフト１の円筒状ベースと協働する。前述のカム葉は明らかに固定されたカムと も協働することが出来る。 カムの研削については、周知のように、それぞれのプロフィル・マスタカムを 介してならい工作機械の方法により行なわれる。慣用カムの場合研削工程は１つ のカムが毎回（第８図ｂ２）プロフィル・マスタカム（第８図ｂ１）を介して行 なわれる。他方本発明のカム葉形状の場合には、研削工程は単純な形状物上にカ ム葉を対に装着することによって（第８図、ａ２、ａ３）特殊なプロフィル・マ スタカム（第８図、ａ１）を介して行われるが、この方法は明らかに通常行なわ れる慣用の方法よりも迅速でかつ経済的である。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９４年１１月２１日 【補正内容】 請求の範囲 １．可変作動式矢頭形状カム葉システムであって、同システムはカム葉の上昇 度を漸変させると同時に、内燃エンジンのそれぞれのシリンダの弁の上昇高さを 連続的にかつ同時に変化させることを許容するカム葉システムにおいて、同シス テムは ａ）回転シャフト（第１図）の開口および穴上に係止する、矢頭形状にされた 少なくとも１つの可動カム葉（第６図）と、 ｂ）弁座を潤滑するための長手方向穴とこれを横切った垂直方向穴を有する回 転シャフトと、 ｃ）組合わされた油圧および機械的機構であって、該機構は前記回転シャフト の長手方向穴の内側に設けた適当な形状の往復動シャフト（第４図）を介して前 記垂直方向横断穴（第３図、第６図）に作用し、前記特殊形状のカム葉を移動さ せており、エンジンの潤滑流体圧力によって与えられる油圧力のみによって常に 作動している機構とを有し、 前記システムはエンジンの弁を漸進的かつ連続的に上昇させることにより内燃 エンジンの基本的特性および効率を改善することを特徴とする可変作動式矢頭形 状カム葉システム。 ２．請求項１に記載のカム葉システムにおいて、前記可動カム葉は矢頭形へと 適正に形成されており、その下側円筒状部分は前記回転シャフトを横切る開口中 に貫入するとともに該シャフト上に係止しており、その側方のカーブした表面は 回転シャフトのカーブした表面と符号しており、前記回転シャフトは前記カム葉 とともにこれと円滑かつ定常的に協働する、本請求項の統合カムの循環ベース（ ＲＵＮ ＯＵＴ）（第２図）を構成しており、かくして前記弁のリフタ（または 支柱またはローラタペット）はその全運動時間中円滑に衝害物無く滑動すること が可能とされていることを特徴とする可変作動式矢頭形状カムシステム。 ３．請求項１に記載のカム葉システムにおいて、該システムを動かすための手 段装置として、組合わされた油圧および機械的機構又は機械的機構のみが用いら れており、該組合わされた油圧および機械的機構は ａ）回転シャフトの軸受潤滑のために前記長手方向穴内側に設けた往復動シャ フトにして、該シャフトはその表面上において、加圧流体を流すとともに、適正 な形状の滑動表面部を与えるための長手方向割溝（第４図）を備えているシャフ トと、 ｂ）前記可動カム葉の下側円筒状部分上の小さなスペース内で各滑動表面下方 で油圧力下において、作用するばねおよび球にして該スペース内を完全に密閉状 態に保持するばねおよび球とを有しており、 前記システムは常にエンジン潤滑のためのみに供給されている圧力下のもとに あり、カム葉はその伸展および後退の際漸進的に移動することが可能とされてお り、同時にそれぞれのシリンダの弁上昇を連続的に変化させることも可能とされ ているので、全てのタイプの内燃エンジンに適用した場合その全回転数作動範囲 内において十分なトルクおよび馬力の配分が許容されることを特徴とする可変作 動式矢頭形状カム葉システム。 更に、軸受座の潤滑のためにシャフトの長手方向穴が用いられないカムシャフ トの場合には、機械部品のみを以下のように配列して用いることが可能である。 往復動シャフト（３）の表面上に設けるランプ（７）は、組合わされた油圧およ び機械的機構において、第２図、第３図、第４図、第５図に示された位置とは直 径方向反対側位置において、カム葉の円筒状部分の内側に配置してやらねばなら ない（第６図）。この場合には、中をカム葉の円筒状部分が移動される長手方向 穴は、単に製造の容易さの故に、回転シャフト（１）の全長をつらぬく長手方向 穴へと延ばすことが出来る。ばねおよび球は同一位置にとどまり（第６図）、カ ム葉の後退を保証するのみならず、カム葉の運動中における振動および騒音を減 衰せしめる。このカム葉運動を伝達する機械的手段装置を適用する際、前述のば ねおよび球の作用により特別形状のカム葉が同じように正確に運動することが保 証され、したがって組合わされた油圧および機械的手段装置の適用の場合に前述 のごとく説明し、それぞれの内部構造を示す図面に図示したように、内燃エンジ ンの作動特性の改善が保証される。 ４．請求項２に記載のカム葉システムにおいて、その研削工程は単純な構造物 の凹所の軸線方向に装着したカム葉対に対して実施することが可能であり、全研 削工程はそれぞれのプロフィル・マスタカムを介してならい工作機械が追従する 方法によりなされており、以って従来自動車および一般産業において用いられる 慣用カムシャフトのカム研削とくらべて明らかに迅速かつより経済的な研削工程 を可能ならしめていることを特徴とする可変作動式矢頭形状カム葉システム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．可変作動式矢頭形状カム葉システムであって、同システムはカム葉の上昇 度を漸変させると同時に、内燃エンジンのそれぞれのシリンダの弁の弁上昇高さ を連続的にかつ同時に変化させることを許容するカム葉システムにおいて、同シ ステムは ａ）回転シャフト（第１図）の開口および穴上に係止する、矢頭形状にされた 少なくとも１つの可動カム葉（第６図）と、 ｂ）弁座を潤滑するための長手方向穴とこれを横切った垂直方向穴を有する回 転シャフトと、 ｃ）組合わされた油圧および機械的機構であって、該機構は前記回転シャフト の長手方向穴の内側に設けた適当な形状の往復動シャフト（第４図）を介して前 記垂直方向横断穴（第３図、第６図）に作用し、前記特殊形状のカム葉を移動さ せており、エンジンの潤滑流体圧力によって与えられる油圧力のみによって常に 作動している機構とを有し、 前記システムはエンジンの弁を漸進的かつ連続的に上昇させることにより内燃 エンジンの基本的特性および効率を改善することを特徴とする可変作動式矢頭形 状カム葉システム。 ２．請求項１に記載のカム葉システムにおいて、前記可動カム葉は矢頭形へと 適正に形成されており、その下側円筒状部分は前記回転シャフトを横切る開口中 に貫入するとともに該シャフト上に係止しており、その側方のカーブした表面は 回転シャフトのカーブした表面と符号しており、前記回転シャフトは前記カム葉 とともにこれと円滑かつ定常的に協働する、本請求項の統合カムの循環ベース（ ＲＵＮ ＯＵＴ）（第２図）を構成しており、かくして前記弁のリフタ（または 支柱またはローラタペット）はその全運動時間中円滑に衝害物無く滑動すること が可能とされていることを特徴とする可変作動式矢頭形状カム葉システム。 ３．請求項１に記載のカム葉システムにおいて、該システムを動かすための手 段装置として組合わされた油圧および機械的機構が用いられており、該機構は ａ）回転シャフトの軸受潤滑のために前記長手方向穴内側に設けた往復動シャ フトにして、該シャフトはその表面上において、加圧流体を流すとともに、適正 な形状の滑動表面部を与えるための長手方向割溝（第４図）を備えているシャフ トと、 ｂ）前記可動カム葉の下側円筒状部分上の小さなスペース内で各滑動表面下方 で油圧力下において、作用するばねおよび球にして該スペース内を完全に密閉状 態に保持するばねおよび球とを有しており、 前記システムは常にエンジン潤滑のためのみに供給されている圧力下のもとに あり、カム葉はその伸展および後退の際漸進的に移動することが可能とされてお り、同時にそれぞれのシリンダの弁上昇を連続的に変化させることも可能とされ ているので、全てのタイプの内燃エンジンに適用した場合その全回転数作動範囲 内において十分なトルクおよび馬力の配分が許容されることを特徴とする可変作 動式矢頭形状カム葉システム。 ４．請求項２に記載のカム葉システムにおいて、その研削工程は単純な構造物 の凹所の軸線方向に装着したカム葉対に対して実施することが可能であり、全研 削工程はそれぞれのプロフィル・マスタカムを介してならい工作機械が追従する 方法によりなされており、以って従来自動車および一般産業において用いられる 慣用カムシャフトのカム研削とくらべて明らかに迅速かつより経済的な研削工程 を可能ならしめていることを特徴とする可変作動式矢頭形状カム葉システム。