JPH01500918A - 差動カムシャフト - 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】 発明の記述 名称“差動カムシャフト” この発明は、内燃機関の吸気、排気バルブの位相または相対タイミングを変える 能力に、及び特に、単一カムシャフトエンジンに関しタイミング変化を実現させ る手段を提供することに直接に、ただし限定されることなく関連するものである 。

エンジン速度と負荷などにより、そのような変化を行なうことができる利点は、 トルク増大と発散の減少である。さらに、出力の不利なしに全回転範囲にわたり 燃料節約は、めざましく改善されることができる。

可変バルブタイミングは、長い間提案されてきている。しかしながら、提案され た解決策の大部分は、極めて複雑で、実効あるものにするには、ツインカムシャ フトのエンジンが通常必要となる。可変能力は、吸気ならびに排気バルブに対す るセパレートなカムシャフトの利用可能性に依存する。このことは、一本の（ま たは両方の）シャフトを互いに変化させることによって前進／後退シチュエーシ ョンが実現でき、それによってバルブのサイクルの間のオーバーラツプを変え、 より広い“最適”タイミング変化メを与えることを意味する。

この発明は、これらの特性をツインカムシャフト構成に与えるが、また、ざらに 重要なことは、シングルカムシャフトエンジンに関してタイミング変化を実現す る手段を提供する。

この発明は、単気筒エンジンと二気筒または、それ以上のエンジンに適用するこ とができる。さらに、この発明は、ポンプ装置とコンプレッサ装置などに関して も使用されることができる。この発明は、さらにまた、標準タイプのカム装置に 使用することができ（ここで説明のように）、また、スタンダードなエクスター ナルなカムなどに対すると同様な方法で差動させることができる環状カム、シャ フト及び／あるいはフォロワーに関して使用することができる。

この発明をより簡単に理解できるようにするために、この発明の実施例を添附の 図面を参照しながら記述するもので、該図面において： 第１図は、この発明の原理を実現した装置を示す：第２図は、この発明の第２の 実施例を示す：第３図は、第２図の１ｉｉ−ｉｉｉ　ｌ；ｌ断面図である：第４ 図は、第３図の端面図である： 第５図は、この発明を具現化する原理の別の応用である： 第６図は、シリンダーごとに３つのカムをもつ差動カムシャフトに実施した発明 の原理を示す；第７図は、８バルブカムシヤフト・ユニットに実施した発明の原 理を示す； 第８図は、差動キャリアに代るカムアクションを用いた発明の実施例を示す： 第９図は、第８図の平面図である： 第１０図は、第９図Ｙ／Ｙ線にそった図である：第１１図は、第１０図Ｗ／Ｉｆ 線にそった図である。

図面を参照すると、第１図は、カムシャフト１に回動自由に軸支された二つのカ ム９，１０を示す。カム９゜１０は、カムシャフト１まわりを回転するが、横方 向の動きは、−切ｊ！制されているものとする。

カム９．１０の間には、差動ベベル歯車ａ／ｂ／ｃ／ｄのセットが設けられてい て、アイドラー・ベベルｃ、ｄが類アクスル３．４に回転自由に軸支され、端板 ７，８により保持されている。歯車ｃ、ｄは、カムスリーブ軸５に固定か、また は、その一部であるベベル歯車ａならびにカムスリーブ軸６に固定か、または、 その一部であるベベル歯車すに係合する。

カム９は、スリーブ軸５に固定か、または、その一部であり、カム１０は、スリ ーブ軸６に固定か、または、その一部である。

シャフト１は、常法により例えば、スプロケットにより駆動されるものとする。

しかしながら、他の適当な駆動手段も採用できる。カムシャフト１に固定か、ま たは、その一部である差動ハブ２も駆動される。

カム・アッセンブリー９１５／ａがシャフト１にロックされているとすると、ア ッセンブリー全体１／２／３／４／Ｓ／６／７／８／９／１Ｇ／ａ／ｂ／ｃ／ｄ は、−緒に回転する。したがって、手段が設けられていれば、アッセンブリー９ １５／ａは、シャフト１に対し、好ましくは、コントロールされた態様で、相対 回転可能であり、アッセンブリー９１５／ａとアッセンブリーｂ／６／１０の間 で発生の差動アクションは、事実上等しく、反対のものである。即ち、カム９が シャフト１に対して進めば、カム１０は、シャフト１に対し同様な回転量だけ遅 れる。したがって、カム９が“吸気”カムであり、カム１０が“排気”カムとす れば、相対タイミングは、必要に応じた量だけ延長または減少されたオーバーラ ツプにより変化されることができる。さらに、例えば、二つのカム９．１０が吸 気カムとすれば（シリンダーごとに４パルプ機構などにおけるように）、全体の 吸気結果を変更するこができることが理解される。即ち、カムシャフト１に対し 、一方の吸気カムを進め、他方のカムを遅らせることによって、全体の結果を延 長（または減少）できる。

結果を延長させたり、減少させたりする能力は、極めて望ましい。

例えば、カム９とシャフト１の間の位相を変化させるためには、典型的なタイプ の機構を英国特許第８５２７５２５号に見出すことができる。

記述のように、二つのカム９．１０がそれぞれ吸気と排気カムであるとすれば、 カム１０とさらに他の吸気カム（図示せず）との間に差動能力を与えることによ って、または、第２の排気カム（図示せず）をカム１０に固定し、そしてこの第 ２のカムと、例えば、組またはシングルユニットなどの間に差動能力をもつ吸気 カム／排気カム・排気カム／吸気カム・吸気カムなどさらに他の吸気カム（また は複数のカム）の間に（どのような組合わせに対しても）差動能力を与えること によって、すべて他の組合わされたものが同時に、類似の組で前進ならびに／ま たは遅れるように、第１のカムとカムシャフトの間における相対位相変化能力を 与えることのみ必要である。

シングルのカムシャフトに位相変化能力を与えることができることは、特に重大 である。

差動が可能などのような歯車のカップリングも使用することができる。

第２．３．４図において、二つのカム６．７は、二つのレバー４１５ならびに４ ａ１５ａの手段で差動可能に結合されている。これらのレバーは、カムシャフト １に固定か、または、その一部であるクロスアクスル２に軸支されている。レバ ーアーム４は、カム６に係合し、レバーアーム５は、カム７に係合している。レ バー４ａ１５ａは、機構のバランスをとるために含まれているが、これらは、機 能的に必須のものではない。

カム６．７は、横方向に拘束され、カムシャフト１は、軸支されている。さらに 、カム６．７へのバルブ・スプリング付勢力は、レバー４１５と４ａ１５ａなら びにカム６．７との間のコンスタントな接触を保つに充分である。

何らかの位相変化機構がいずらかのカムと主シヤフト１の間に介在されていれば 、シャフト１に関する前記カムの相対位相を変えることによって、等しく、反対 なリアクションが他方のカムにより描かれる。しかしながら、例えば、アーム４ がアーム５よりも長いようなレバーアームの長さが等しくなければ、シャフト１ に対するカム６の相対回転運動は、カム７のそれよりも大きくなる。

レバー４／３１５とレバー４ａ／３ａ１５ａは、“ロックされた”位相変化機構 （図示せず）と共に、二つのフリーランニングのカム６．７を駆動するために応 答する。

典型的な８バルブ・カムシャフトのレイアウトは、以下の通りのものである： 吸気カム−■Ｃ；排気カムーＥＣ；レバーーＬ：位相変化機構−ＰＣＭ ＰＣＨ＝ＩＣ／Ｌ／ＥＣ−ＥＣ／Ｌ／ＩＣ−ｒｃ／Ｌ／ＥＣ−ＥＣ／Ｌ／ＩＣ複 合カムは、８バルブの間でただ４本のレバーの使用を可能とする。

第５図において、同心シャフトの使用がこのようなタイプの差動カムシャフト機 構に極めてコンパクトなレイアウトを可能とする。スリーブシャフト６には、主 駆動スプロケット１３、カム７ならびにベベル歯車ａが設けられている。スリー ブシャフト５には、カム８とベベル歯車すが設けられている。これらの二つのア ッセンブリーは、′固定”同心センターシャフト１に対し自由回転軸支関係で位 置されている。装置全体は、主ジャーナル１１．１２内に軸受配置されている。

センターシャフト１には、端板１ａ、差動ハブ２、短アクスル３，４、端板９． １０ならびにウオームホイール１５が設けられている。このアッセンブリーは、 回転運動が可能である。

ウオームホイール１５は、ウオーム１４と係合する。

リード角は、約１０°であり、これにより“ロッキング角度を与える。

スプロケット１３が回転すれば、カム７は、類似の方向へ、類似の速度で回転す る。しかしながら、センターシャフト１がウオーム／ウオームホイール・コンビ ネーション１４／１５により動けなければ、係合した差動アイドラー歯車ｃ、ｄ は、歯車すを歯車ａと反対の方向へ回転させる。したがって、これにより、カム ８をカム７と反対の方向へ、同じ速度で回転させる。

ウオーム１４に両方向へ回転する能力が設けられていれば、センターシャフト１ は、回転する。これによって、７と８の間の両方向へ、どのような角度の位相の 変化が行なわれる。進み／遅れの可能性は、３６０°にわたり調節できる。

すべての“ソリッド”ブラック領域は、ベアリング面ならびに／あるいは装置を 表す。

第１図から第５図において、センター回転基準線は、’ｘ’−’ｘ’で示されて いる。

第６図は、シリンダーごとに３つのカム３．４．５を特徴とする差動カムシャフ トを示す。ある状況下、特に大きなジーゼルエンジンにおいては、３つのカムが 使用されることは、普通である。一つは、吸気バルブを操作し、一つは、排気バ ルブを操作し、三つ目は、燃料の導入を与える。３つのカムすべてが単一のカム シャフトに装着されていれば、簡単な可変バルブタイミング能力を与える可能性 は、熱論のこと一層困難となる。しかしながら、この発明は、かかる課題を提供 し、第６図は、当該問題の一つの解決策を与える。

第１図、第２図と同様に、カムシャフト１は、ある種の軸受位置で装着されてい る。キャリア歯車２が“ロック”されていて、駆動力が歯車１１に作用していれ ば、カム３．４は、歯車１１と同様に同じ方向へ回転する。

ベベル歯車ａが主カムシャフトアッセンブリーに固定か、または、その一部にな っているので、これもまたカム３゜４と同様に類似の方向へ回転する。しかしな がら、アイドラーｃ、ｄへの差動アクションにより歯車すは、歯車ａと同じ速度 で、反対回転方向へ回転する。カム５が、それ自体、歯車すに固定か、または、 その一部になっている同心スリーブシャフト７に固定か、または、その一部にな っているので、これもまたアッセンブリー１１／１／３／４／ａ／６のそれと反 対の回転方向へ回転する。

キャリア歯車２が（適当な手段：例えば、ウオーム／ウオームホイール組合せな どにより）“ロック”されたままであれば、一方をリバースさせての前進駆動の 二つのカムのこの状況は、コンスタントなままである。しかしながら、キャリア 歯車２がいくらかでも回転させられれば、アッセンブリーｂ／７１５は、位相を 変え、キャリア歯車２が回転する方向に応じてカム５は、進むか、遅れかする。

歯車２に対する駆動回転力が継続されていれば、トータル的には差があるがコン スタントなタイミングが得られる。しかしながら、歯車２が僅かな角度回転し、 ついで再びロックされるならば、カム５は、位相が変えられるのみである。歯車 ２が例えば５９回転するとすれば、カム５は、歯車２に対し差動作用により、実 際には、１０°回転することを思いだすべきである。したがって、単一のカムシ ャフトのディーゼルエンジンの場合、排気（または他の）カムのタイミングを変 える手段は、基本機構に主な変更を加えることなく実効させることができる。

キャリア歯車２の包含は、数種の差動機構の組合わせを可能とするか、または、 必要に応じ、（ここに記載の実施例のいずれかにおけるように）アッセンブリー ｂ／１１５と排気カムに装着した他のスリーブシャフトとの添え軸（図示せず） 連結が達成できる。カムシャフトごとの只一つの差動機構が残りの排気バルブを ひとまとめにする添え軸カップリングと共に要求される。

第７図は、単純な８パルプ・カムシャフトユニットのレイアウトであり、ここで は、吸気バルブがカムシャフトに固定され、排気バルブは、同心スリーブシャフ トに支持されている。

４気筒直列エンジンに適したこのカムシャフト機構は、単一カムシャフトの領域 内でタイミング変化を実行させるものである。しかしながら、添え軸が導入され ると、第２の差動ユニットは省略できる。カム７．８はスリーブシャフト１４を ドライブオフできるか、または、二つの差動機構が単一のウオーム／ウオームホ イール組合わせにより駆動され、コントロールされる。

二つのアッセンブリーｂ／３／１４／４とｇ／８／１７／７は、必要に応じ、３ ６０°にわたりアッセンブリー１／２／ｃ１５／６／ｈ／９に比例して位相を変 えることができ、条件にしたがい所定位置にロックされることができる。

第１図から第７図にわたり記載された差動カムシャフトは、歯車および／あるい はピボットされた形式のレバーにより差動作用をなす。

第８図は、第１図から第６図の差動ユニットの代りにカムアクションを使用する 装置を示す。

フォロワー５は、それ自体カム３に固定か、または、その一部であるフォロワー アーム７に固定か、または、その一部である。カム３は、カムシャフト１に同心 的に回転自由の軸受位置で装着されている。同様に、フォロワー６は、カム４に 固定か、または、その一部であるフォロワーアーム８に固定か、または、その一 部になっている。これもまたカムシャフト１に同心的に自由回転輪受位置で装着 されている。フォロワー５．６は、カムシャフト１に固定か、または、その一部 であるダブルカム２の二つの傾斜面に常時接続しているものとして示されている 。

第８図は、完全に概略なものであり、ダブルカム２は、駆動力と二つのフォロワ ー５．６との間に最大の接触を許すような方法でラジアルにカーブしているべき ものであることを強調する。

バルブスプリング荷重と慣性成分とが通常の比率をもつとすれば、カム３．４に より感じられる抵抗は、フォロワー５．６をダブルカム２の駆動力と常に接触す るに充分なものよりも大である（図示の回転方向「は、例えば、ダブルカムの位 置変え、または、第２のダブルカムを与えることによって逆転できる）。

アッセンブリー３／７／Ｓと６／８／４とは、主ジャーナル９．１０において示 されているベアリング、または、（他の手段により）により横方向に拘束されて いるので、カムシャフト１の回転は、図示のように、カム３．４を類似の方向と 類似の速度で回転させる。

しかしながら、図示のように回転「する間、カムシャフト１が適当な分、横方向 （いずれかの方向）へ動くとすれば、ダブルカム２によるカム作用は、一つのア ッセンブリーに関し、カムシャフト１に対し、これを加速し、他の場合において は、減速させる。ダブルカムが図示左から右へ動くとすれば、この横方向の動き は、カムシャフト１に対し、アッセンブリー６／８／４を加速させ、アッセンブ リー３／７１５を減速させる。

したがって、吸気と排気カムの各ベアーの間にダブルカム２を設け、そして、カ ムシャフト１を回転する手段を与え、前記カムシャフトに対し、いずれかの方向 へのコントロールされた横方向の動きを与えることによって、完全な差動位相コ ントロールを現存する単一なカムシャフトのエンジンへ極めて効果的に、かつ、 簡単な方法で付加することができる。

駆動スプロケット（図示せず）は、カムシャフトの横方向の動きを許容するため にスプライン加工でき、このような機構が３つのカム（ディーゼル）状況に使用 されるならば、そして、この場合、燃料カムをコンスタントに保つ必要があり、 ダブルカムは、位置する燃料カムと共に二つのセクションに分けられることがで きる。このことは、横方向の動きのために、燃料カムを通常よりも広くしなけれ ばならず、または、スプロケット（または駆動歯車）の場合におけるように、こ れもまたスプライン加工されている。

他の変形は、例えば、吸気カムをカムシャフトに固定し、差動駆動を排気カムア ッセンブリーに与えるのみである。その代りにダブルフェースの駆動カム２にス ロットまたはスプラインが使用されれば、アッセンブリーは、両方向に回転でき る。

第１０図と第１１図と共に第９図は、タイミングバリエーションを行なうために 、横ならびに回転動きの両者を用いたカムシャフト・アッセンブリーである。

例えば、第１図に関して示唆された位相変化装置がカム３とカムシャフト１の間 に介在される。したがって、カム３が、例えば、カムシャフトの回転の方向と反 対の方向に、カムシャフト１に対し回転すると、面カム５が７オロワー７をカム ３から横へサドル２を離すことにより応答させ、このようにすることによって、 フォロワー８を面カム６に、カムシャフト１に対するカム４の回転をおこさせる に充分な駆動力をもって、係合させる。角形断面９は、サドル２がカムシャフト １と一緒以外は、回転できないことを保証する。

ディーゼル適用（３カムのレイアウトなど）において、燃料カムがサドル２に装 着されていれば、より広いカムが再び必要であっても、それは、カムシャフトと 共にコンスタントにとどまる。カム３．４の横方向の動きは、勿論、拘束されて いる。

この明細書を通じて、差動カム作用を達成する各種の方法を“吸気”と“排気” カムなどに関して記載した。

しかしながら、これらは、確認の用語であり、作用意図に関する記述用語のいか なるものも含まれる。世界中で作られているほとんどのエンジンが単一カムシャ フト・ユニットであるので、単一カムシャフト可能性は、極めて重要であるが、 これらの機構がツインまたはマルチカムシャフト・エンジンに使用されていれば 、あらゆるバルブのコンビネーションの結果と周期を変更できるものであること を理解すべきである。

明細書を通じて、記載されたフォロワーは、必要に応じてローラーに変えること ができることを考慮する。

田際謔査邦失 層ＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴ？０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲ三？Ｌ ＬＬＴ　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＩＪ（：入Ｔ工ＯＮ　Ｎｏ、 　ＰＣＴｌＧＢ　＆−／、１００５９７　、（ＳＡ　１８３４？）ＤＥ−Ａ−２ ９５０６５６）９１０６／ＥｌＩ　Ｎｏｎ＠Ｆ’Ｒ−Ａ−１０９７５１５Ｎｏｎ ＠ （Ｊ−Ａ−２１６７１２３２１１０Ｓ／８６　Ｎｏｎｅ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．カムシャフトに対し回転可能な少なくとも一つのカムと、カムシャフトに所 定の軸方向距離をおいて装着された、同じカムシャフトに装着されている一対の カムと；カムシャフトの軸まわりを、選択された相対角度位相で、二つのカムを 一緒に回転させるようにカップリングさせる差動機構と；該差動機構に作用して 、該カムを相対的に回転させ、該カムの選択された角度位相を調節し、その後、 該カムを調節された位置に保持する位相調節手段とを含むカムシャフト機構。
2. ２．該カムの両方がカムシャフトに対し回転できる請求の範囲１によるカムシャ フト機構。
3. ３．位相調節手段が該カムの一方をカムシャフトに対し一方の回転方向へ回転さ せ、他方のカムをカムシャフトに対し他方の回転方向へ回転させる手段を含む請 求の範囲２によるカムシャフト機構。
4. ４．該差動機構は、一方のカムで回転可能のインプット歯車と他方のカムで回転 可能のアウトプット歯車を有する差動歯車１セットを含む請求の範囲３によるカ ムシャフト機構。
5. ５．該差動歯車セットは、一方のカムで回転可能のインプット・ベベル歯車と、 他方のカムで回転可能のアウトプット・ベベル歯車、とインプツトならびにアウ トプット・ベベル歯車と係合し、該カムシャフトの放射状に伸びる短シャフトま わりを回転するアイドラ・ベベル歯車とを含む請求の範囲４によるカムシャフト 機構。
6. ６．該カムシャフトの放射状に伸びる短シャフトまわりをピボット回転するレバ ーを含み、該レバーは、該カムと作動的に係合するそれぞれのレバーアーム一対 を含み、その結果、該レバーは、該カムシャフトに対する一方のカムの回転によ り回転して、他方のカムを回転させる請求の範囲３によるカムシャフト機構。
7. ７．該差動機構が、該カムシャフトと共に回転し、二つの該カムと、該カムに取 付けられ、駆動突起体上のそれぞれの逆さのカム面に当接し、該カムがカムシャ フトと共に回転するようになっている一対のフォロワーそれぞれとの間に位置し ている該カムシャフトの上の駆動突起体を含み、該位相調節手段が該駆動突起体 を該カムに対し軸方向に移動し、これによって駆動突起体のカム面の領域を該カ ムのフォロワーに当接させ、該カムシャフトまわりの該カムの相対回転を行ない 、それらの相対角度位相を調節する手段を含む請求の範囲２によるカムシャフト 機構。
8. ８．該駆動該カムシャフトにそって軸方向へ不動であり、該位相調節手段は、該 カムシャフトを該カムに対し軸方向へ移動させる手段を含む請求の範囲７による カムシャフト機構。
9. ９．該差動機構が、該カムシャフトと共に回転し、二つの該カムと、該カムに取 付けられ、駆動突起体上のそれぞれの逆さのカム面に当接し、該カムがカムシャ フトと共に回転するようになっているサドルに支持されて、それぞれの位相決定 カム面を該カムのそれぞれの駆動突起体に当接し、その結果、該カムを該カムシ ャフトと共に回転させる一対の駆動フォロワーとの間に位置している該カムシャ フトの上のサドルを含み、該位相調節手段が該サドルを該カムに対し軸方向に移 動し、これによってサドルの駆動フォロワーにより当接する駆動突起体のカム面 の領域を調節し、該カムシャフトまわりの該カムの相対回転を行ない、それらの 相対角度位相を調節する手段を含む請求の範囲２によるカムシャフト機構。
10. １０．該サドルが該カムシャフトにそって軸方向に動き、該位相調節手段が該サ ドルを該カムシャフトに対し軸方向へ動かす手段を含む請求の範囲９によるカム シャフト機構。
11. １１．該位相調節手段が該カムの一つを該カムシャフトに対し回転させ、これに よって該サドルを該カムシャフトにそい軸方向に移動させ、他方のカムを回転さ せる手段を含む請求の範囲１０によるカムシャフト機構。
12. １２．該二つのカムが選択された相対角度位相をもって該カムシャフトまわりを 回転し、該位相調節手段が該カムシャフトを回転し、該カムの相対角度位相を調 節する駆動手段を含む請求の範囲５によるカムシャフト機構。
13. １３．該位相調節手段が該カムシャフトと共に回転するよう該カムシャフトに固 定されているウォームホイールと、該ウォームホイールに係合し、該ウォームホ イール、したがって、該カムシャフトを回転させるウォームとを含む請求の範囲 １２によるカムシャフト機構。
14. １４．カムの一つは、該カムシャフトに対し回転しない請求の範囲１によるカム シャフト機構。
15. １５．該差動機構が一方のカムと共に回転するインプット歯車と、他方のカムと 共に回転するアウトプット歯車とを有する差動歯車のセットを含む請求の範囲１ ４によるカムシャフト機構。
16. １６．該差動歯車のセットが一方のカムと共に回転するインプット・ベベル歯車 、他方のカムと共に回転するアウトプツト・ベベル歯車ならびに該インプットと アウトプット・ベベル歯車に係合し、該カムシャフトから放射状に突き出ている 短軸まわりを回転し、該カムシャフトまわりを回転する差動キャリアに支持され ているアイドラー・ベベル歯車を含み、該位相調節手段が該差動キャリアを該カ ムシャフトに対し回転させる駆動手段を含む請求の範囲１５によるカムシャフト 機構。
17. １７．該位相調節手段が該キャリアと共に回転するよう該キャリアに固定したウ ォームホイールと、該ウォームホイールに係合し、該ウオームホイール、したが って、該差動キャリアを回転させるウォームとを含む請求の範囲１６によるカム シャフト機構。
18. １８．実質的には、添附の図面を参照しながら、ここに記載されているようなカ ムシャフト機構。
19. １９． ここに記載した新規の特徴または特徴の組合わせ。