(57)【要約】  往復ピストン内燃機関用のトルクパルス可変カムタイミングカムシャフト構成が提供される。その構成はスプロケットを含む。トルクパルス位相器ユニットはスプロケットと動作可能に関連付けられる。カムシャフトはスプロケットと動作可能に関連付けられ、カムシャフトは位相器ユニットをねじり作動させる。カムシャフトは、ばね付勢バルブの位置を制御するために第１のカムフォロアと係合されたカムローブを有する。第２のばね付勢カムフォロアは、ねじり入力をカムシャフトに与えるカムローブと係合される。
2013540241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復ピストン内燃機関のトルクパルスＶＣＴカムシャフト構成であって、
スプロケットと、
前記スプロケットと動作可能に関連付けられたトルクパルス位相器ユニットと、
前記スプロケットと動作可能に関連付けられかつ前記位相器ユニットをねじり作動させるカムシャフトと、
ばね付勢バルブの位置を制御するために第１のカムフォロアと係合されている前記カムシャフトと連結されたカムローブと、
ねじり入力を前記カムシャフトに与えるためにばね付勢されかつ前記カムローブと係合された第２のカムフォロアと、
を備える、往復ピストン内燃機関のトルクパルスＶＣＴカムシャフト構成。
【請求項２】
前記第１のカムフォロアがロッカーアームタイプのカムフォロアである請求項１に記載のカムシャフト構成。
【請求項３】
前記第２のカムフォロアがロッカータイプのカムフォロアである請求項１に記載のカムシャフト構成。
【請求項４】
前記第２のカムフォロアが軸受ブリッジに連結される請求項１に記載のカムシャフト構成。
【請求項５】
前記第２のカムフォロアがバルブカバーに連結される請求項１に記載のカムシャフト構成。
【請求項６】
前記カムフォロアが互いに並進的に整列される請求項１に記載のカムシャフト構成。
【請求項７】
前記第１および第２のカムフォロアが互いに角度的に並進する請求項１に記載のカムシャフト構成。
【請求項８】
前記カムシャフトが、前記スプロケットに対して角度調整可能な第１のカムシャフトと、第２の同心のカムシャフトとを有する同心のカムシャフト構成である請求項１に記載のカムシャフト構成。
【請求項９】
前記第１のカムシャフトが前記第２のカムシャフト内に位置決めされ、前記第２のカムシャフトが前記スプロケットとねじり固定可能に連結される請求項８に記載のカムシャフト構成。
【請求項１０】
バルブを開くためのローブを有する前記一方のカムシャフトと、前記同じバルブを閉じるためのローブを有する前記他方のカムシャフトとを有する請求項８に記載のカムシャフト構成。
【請求項１１】
エグゾーストバルブ用のローブを有する一方のカムシャフトと、インテークバルブ用のローブを有する前記他方のカムシャフトとを有する請求項８に記載のカムシャフト構成。
【請求項１２】
前記第２のカムフォロアがインテークバルブ用のローブと係合される請求項１１に記載のカムシャフト構成。
【請求項１３】
エンジンのクランクシャフトと連結されたスプロケットと係合されている可撓性の引張ねじり力伝達部材によって、前記スプロケットに動力が供給される請求項１に記載のカムシャフト構成。
【請求項１４】
往復ピストン内燃機関のトルクパルスＶＣＴカムシャフト構成であって、
スプロケットと、
前記スプロケットと動作可能に関連付けられたトルクパルス位相器ユニットと、
前記スプロケットと連結されかつ前記位相器ユニットをねじり作動させる第１のカムシャフトであって、エグゾーストバルブを開閉するための複数のローブを有する第１のカムシャフトと、
前記位相器ユニットを介して前記第１のカムシャフトに対して角度調整可能でありかつ前記第１のカムシャフトと同心である第２のカムシャフトであって、インテークバルブと動作可能に関連付けられたカムローブを有する第２のカムシャフトと、
前記インテークバルブの１つの位置を制御するために前記第２のカムシャフトカムローブの少なくとも１つと動作可能に係合された第１のカムフォロアと、
ねじり入力を前記第２のカムシャフトに与えるために前記第１のカムフォロアと動作可能に関連付けられた前記カムローブの少なくとも１つと係合されている第２のばね付勢カムフォロアと、
を備える、往復ピストン内燃機関のトルクパルスＶＣＴカムシャフト構成。
【請求項１５】
トルクパルスＶＣＴカムシャフト構成であって、
スプロケットと、
前記スプロケットと動作可能に関連付けられたトルクパルス位相器ユニットと、
前記スプロケットと連結されかつ前記位相器ユニットをねじり作動させる第１のカムシャフトであって、ばね付勢バルブの閉位置を制御するための複数のローブを有する第１のカムシャフトと、
前記位相器ユニットを介して前記第１のカムシャフトに対して角度調整可能でありかつ前記第１のカムシャフトと同心である第２のカムシャフトであって、前記バルブの開位置を制御するための複数のローブを有する第２のカムシャフトと、
ばね付勢バルブの位置を制御するために前記第１および第２のカムシャフトの前記カムローブの１つと係合するためのカムフォロアと、
ねじり入力を前記第２のカムシャフトに与えるために前記第２のカムシャフトの少なくとも１つのカムローブとばね係合された第２のカムフォロアと、
を備える、トルクパルスＶＣＴカムシャフト構成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年１０月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／４５５，５１４号の利益を主張する。
【０００２】
本発明の分野は、カムシャフトにより動力が供給されるトルク作動位相器によって作動される可変カムシャフトタイミングを提供するカムシャフト構成の分野である。
【背景技術】
【０００３】
往復ピストン内燃機関用の可変カムシャフトタイミングは、エンジンのエミッション特性を変更するために提供されてきた。可変カムシャフトタイミング（ＶＣＴ）カムシャフト構成の１つのタイプは、Ｂｕｔｔｅｒｆｉｅｌｄらの共通に譲渡された米国特許第５，００２，０２３号明細書に示されている。Ｂｕｔｔｅｒｆｉｅｌｄらは、インテークカムシャフトの位相を作動させる際に使用される加圧流体が、エンジンのエグゾーストカムシャフトによって発生されたねじり差によって作動されるカムシャフトタイミング構成を提供している。Ｂｕｔｔｅｒｆｉｅｌｄらの共通に譲渡された米国特許第５，１０７，８０５号明細書、およびＳｉｍｐｓｏｎの米国特許第６，９７８，７４９号明細書は、米国特許第５，００２，０２３号明細書に前述されているトルクパルス位相器ＶＣＴシステムを利用するためにより有利であるカムシャフト構成を提供するために、カムシャフトのトルク脈動の大きさを増加させるための方法を記載している。いくつかの用途では、追加のカムをカムシャフトに加えることを必要とすることなく、トルク脈動の大きさが増加され、これによって、おそらくカムシャフトの最大の長さを増加させるカムシャフト構成を提供することが望ましい。このことは特に、カムシャフトが横取付の前輪駆動車の直列６気筒タイプの内燃機関で利用されているトルクパルス位相器を有する可変カムシャフトタイミングを使用しようとする場合に関連する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の要望を実現するために、本発明の教示が提供される。好ましい実施形態では、本発明は、往復ピストン内燃機関用のトルクパルス可変カムタイミングカムシャフト構成を提供する。その構成はスプロケットを含む。トルクパルス位相器ユニットはスプロケットと動作可能に関連付けられる。カムシャフトはスプロケットと動作可能に関連付けられ、カムシャフトは位相器ユニットをねじり作動させる。カムシャフトは、ばね付勢バルブの位置を制御するために第１のカムフォロアと係合されたカムローブを有する。第２のばね付勢カムフォロアは、ねじり入力をカムシャフトに与えるカムローブと係合される。
【０００５】
本発明の適用性のさらなる領域は、以下に示す詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の好ましい実施形態を示すが、詳細な説明および特定の実施例が、例示目的のみのために意図されており、本発明の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。
【０００６】
本発明は、詳細な説明および添付図面からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の好ましい実施形態の概略断面図である。
【図２】本発明の好ましい代替実施形態の図１の概略断面図と同様の図である。
【図３】本発明のなおさらに他の好ましい代替実施形態の図１の概略断面図と同様の図である。
【図４】先の図１〜図３に示した本発明の実施形態で利用することができるカムシャフトの本発明の実施形態の斜視図である。
【図５】図４に示したカムシャフトの軸方向断面図である。
【図６】インテークバルブおよびエグゾーストバルブの両方を制御する本発明による同心のカムシャフト構成の断面図である。
【図７】図６に示したカムシャフト構成の横断面図である。
【図８】共通のバルブを開閉するための別個のローブを有する本発明によるカムシャフト構成の側面図である。
【図９】図８に示したカムシャフト構成の軸方向断面図である。
【図１０】図８に示したカムシャフトの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
好ましい実施形態の以下の説明は、本質的に例示的なものに過ぎず、決して、本発明、その用途、または使用を限定することを意図するものではない。
【０００９】
図１、図４および図５を参照すると、本発明による往復ピストン内燃機関のトルクパルス可変カムタイミングカムシャフト構成７はカムシャフト１０を有する。カムシャフト１０にはスプロケット１２が連結されて動作可能に関連付けられる。内燃機関１４のクランクシャフトと連結されたスプロケット（図示せず）と係合されるベルトまたはチェーン（図示せず）等の可撓性の引張力伝達部材によって、スプロケット１２に動力を供給してもよい。スプロケット１２は、スプールバルブ１６を含むトルクパルス位相器ユニット１５と動作可能に関連付けられる。カムシャフト１２によって発生されるトルクの振幅スパイクが位相器ユニット１５に動力を供給することを可能にし、これによって、カムシャフト１０がスプロケット１２に対して角度調整可能であることを可能にするために、スプールバルブ１６が電子制御ユニット（図示せず）によって制御される。スプロケットに対するカムシャフトの可変角度変位を達成するために利用される種々の位相器ユニットおよび位相器ユニットの属性のより大きな理解は、共通に譲渡された米国特許第５，００２，０２３号明細書、米国特許第７，６９９，０３１号明細書、米国特許第７，３１８，４０１号明細書、米国特許第７，２３１，８９６号明細書、米国特許第７，２１４，１５３号明細書および米国特許出願公開第２０１０／０１７０４５８号明細書の調査から得ることができる。
【００１０】
カムシャフト１０には一連のローブ１８が連結される。ローブ１８は、一般に、互いに約１２０度で位置決めされる３組の２つのローブの形態であり、図示したように、カムシャフト１０は、典型的に、Ｖ６エンジンの二重インテークバルブまたは二重エグゾーストバルブのために利用される。カムローブ１８は第１のカムフォロア２２と係合される。入口またはエグゾーストバルブ２６をそのステム２８を介して制御するために、カムフォロア２２がばね２４によって付勢される。バルブ２６は、インテークまたはエグゾースト通路３２と連結されるシリンダの内部への開口部３０を開くかまたは閉じる。ローブ間の角距離が均一な性質であるため、カムシャフト１０によって発生されるトルクが多くの例で振幅脈動を有するが、カムシャフトねじり振動は、位相器ユニット１６に動力を供給するのに最適である振幅を発生させなくてもよい。本発明が追加のねじり入力を提供するようにする前に、ローブ１８の形態と同様のまたはそれとは異なる形態を有する補足的なカムローブがカムシャフトに加えられた。このことは、典型的に、いくつかの形態では望ましくないカムシャフトの長さの増加を必要とした。このような解決策は、上記の米国特許第５，１０７，８０５号明細書および米国特許第６，９７８，７４９号明細書に示されている（追加のローブがカムシャフトに加えられる）。追加のカムローブの必要性を排除するために、本発明には第２のカムフォロア３６が加えられる。第２のカムフォロア３６は典型的にばね４０によって付勢される。第２のカムフォロア３６は典型的に軸受ブリッジまたはバルブカバー３８と連結される。図１に示したように、カムフォロア２２と３６は互いに並進的に整列される。同様の部分には同様の番号が付されている図２に示したカムシャフト構成１７において、第２のカムフォロア４３はカムフォロア２２の並進経路に対して角度的に並進する。同様のアイテムには同様の参照番号が付されている図３には、第１のロッカータイプのカムシャフトフォロア５０と第２のロッカータイプのカムシャフトフォロア５２とを有するカムシャフト構成４７が示されている。さらに、他の用途の実施形態７、１７および４７では、複数の第２のカムフォロアを利用してもよい。
【００１１】
図６および図７を参照すると、カムシャフト構成６７は同心の内側カムシャフト６８および外側カムシャフト７０を有する。内側カムシャフト６８にはピン７２が固定可能に連結される。ピン７２は、外側カムシャフト７０に設けられたスロット７４を通して延びる。ピン７２はまたインテークカムローブ７６と固定可能に連結される。インテークカムローブ７６は外側カムシャフト７０の外径に回転するように連結される。外側カムシャフト７０にはエグゾーストカムローブ７８がねじり固定可能に連結される。外側カムシャフト７０はスプロケット８２に対してねじり固定される。上記の米国特許出願公開第２０１０／０１０７０４５８号明細書に記載されている位相器ユニットと同様の位相器ユニットは、内側シャフト６８が、スプロケット８２に対する角変位を有することを可能にする。したがって、カムシャフト構成６７で利用されるシリンダのタイミングは、エグゾーストバルブタイミングに関連するインテークバルブの可変タイミングを可能にすることができる。利用することができる可変バルブタイミングの属性のより詳細な説明は米国特許出願公開第２０１０／０１７０４５８号明細書の調査で見出される。カムシャフト構成６７は、典型的に、インテークカムローブ７６の１つと接触すべきである第２のフォロアを提供する。カムシャフト構成６７は典型的に４気筒エンジンでまたはＶ８エンジンの半部で利用される。他の実施形態では、カムシャフト構成６７は単にインテークバルブを制御するかまたは単にエグゾーストバルブを制御する。実施例は、インテークバルブ（またはエグゾーストバルブ）の半部のための内側シャフトと、他のインテークバルブ（またはエグゾーストバルブ）を制御する外側シャフトとを有するカムシャフト構成を有するシリンダ毎に、４つのバルブを有するエンジンのためのものである。
【００１２】
図８、図９および図１０は、前述のカムシャフト構成６７と同様のカムシャフト構成を示している。カムシャフト構成８７は同心の内側カムシャフト８８および外側カムシャフト８９を有する。内側カムシャフト８８はピン９０を介してカムローブ９１と連結される。カムローブ９１は外側カムシャフト８９で回転する。カムローブ９２は外側カムシャフト８９に固定可能に連結され、次に、この外側カムシャフト８９はスプロケット９４とねじり固定可能に連結される。同様に、位相器ユニット８４の機能と同様の機能の位相器ユニット９３は、内側カムシャフト８８がスプロケット９４に対して角度調整可能な移動を行うことを可能にする。カムシャフト構成８８は、所定のカムフォロアを上昇させるためにおよびその同じカムフォロアを下降させるために別個のカムを有するという点で重要である。したがって、ほとんどの状況で第２のフォロアがカムローブ９１と係合される。単一の角度方向の第１のフォロアと共に、図１、図２または図３に示したような第２のフォロアを利用することによって、カムローブ９１のみがねじり入力を受けるが、ねじり入力は、カムシャフトによって位相器ユニット９３に動力を供給することを可能にする内側シャフト８８によって提供されたカムシャフト内に形成される。
【００１３】
図示されていないが、本発明は、Ｂｕｔｔｅｒｆｉｅｌｄらの米国特許第５，００２，０２３号明細書に示されているようなカムシャフト構成で利用することができ、この場合、位相器ユニットがねじり固定されるカムシャフトがエグゾーストバルブを制御し、位相器によって位相調整される第２のスプロケットが存在する。第２のスプロケットは補助ベルトを通してインテークカムシャフトに動力を供給する。
【００１４】
本発明の説明は本質的に例示的なものに過ぎず、したがって、本発明の要旨から逸脱しない変形例は本発明の範囲内にあると意図される。このような変形例は本発明の精神と範囲から逸脱するとみなすべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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