(57)【要約】【課題】  カムローブの収容スペースを低減できる捩じりエネルギ供給装置を提供する。【解決手段】  カムシャフト１０に対して捩じりエネルギを供給するための装置であって、カムシャフト１０に形成された主カムローブ１４と、主カムローブ１４と係合するように配置されたリフタ１８を含むバルブ駆動機構と、バルブ駆動機構を囲繞するとともに、カムシャフト１０に捩じりエネルギを供給するように、バルブ駆動機構から独立して移動し得るアウターシリンダ３０とを設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に対して捩じりエネルギを供給するための装置であって、
回転軸に形成された少なくとも一つの主カムローブと、
主カムローブと係合するように配置されたバルブ駆動機構と、
バルブ駆動機構を囲繞するとともに、回転軸に捩じりエネルギを供給するように、バルブ駆動機構から独立して移動し得るアウターシリンダと、
を備えた捩じりエネルギ供給装置。
【請求項２】
請求項１において、
アウターシリンダには、アウターシリンダの移動時に、回転軸の回転に抗するようにばね力を作用させるシリンダスプリングが配設されている、
ことを特徴とする捩じりエネルギ供給装置。
【請求項３】
請求項１において、
回転軸において主カムローブの側方に形成され、アウターシリンダの頂上面と係合するように配置された少なくとも一つの付随カムローブをさらに備えた捩じりエネルギ供給装置。
【請求項４】
請求項３において、
付随カムローブが、回転軸に沿って主カムローブの両側に配置された一対のカムローブから構成されており、各カムローブが、回転軸の長さを実質的に延長することなく、限られたスペースを占めている、
ことを特徴とする捩じりエネルギ供給装置。
【請求項５】
請求項３において、
付随カムローブが、非同芯の中心領域を有する円形のディスクである、
ことを特徴とする捩じりエネルギ供給装置。
【請求項６】
請求項３において、
付随カムローブが、同芯の領域を有する楕円形状のディスクである、
ことを特徴とする捩じりエネルギ供給装置。
【請求項７】
請求項１において、
主カムローブが、回転軸に捩じりエネルギを供給するためのアウターシリンダと係合する余分な幅寸法部分を有している、
ことを特徴とする捩じりエネルギ供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械システムにおけるカムの使用に関する。さらに詳細には、本発明は、カムトルク駆動型カム位相器の範囲を拡張するために、カムシャフトに捩じりエネルギを付加するための手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
スプリング付勢のカムフォロアを有する内燃機関用カムシャフトは、その回転ごとに逆向きの一連のトルクパルスを受ける。各パルスの正の部分は、カムフォロアによって駆動されるバルブの開放時にカムフォロアの力に抗して各カムを回転させるために、カムシャフトにトルクを供給する必要から生じている。各パルスの負の部分は、バルブの閉塞時にカムがカムフォロアの力に抗するときに、逆向きのトルクをカムシャフトに作用させることにより生じる。
【０００３】
発生するトルクパルスは、たとえば、米国特許第5,002,023号に開示された可変カムタイミング（ＶＣＴ： variable camshaft timing）システムへの制御信号を提供するための手段として、駆動目的で用いることができる。本発明は、この米国特許の開示内容を引用することによって含んでいる。
【０００４】
その一方、或るアプリケーション（通常、直列４気筒または６気筒エンジン）においては、トルクパルスは、米国特許第 5,002,023号によるＶＣＴシステムを駆動するのに十分な大きさではない。このような場合には、トルクパルスは、効果的に利用されるように増幅されなければならない。
そこで、カムシャフトの長さ方向に付加された追加のカムローブを使用することが知られている。
【０００５】
米国特許第 5,107,805号は、内燃機関における複数のバルブの各々を駆動するためのトルク増幅カムシャフトについて教示している。カムシャフトは、細長い軸状部と、各バルブのためのエンジンバルブ駆動カムとを有しており、バルブ駆動カムは、軸状部に沿って互いに隔てられている。
【０００６】
エンジンバルブ駆動カムの各々は、外方に突出する部分を有しており、この突出部分は、カムシャフトの長手方向中心軸の周りにおいて周方向に互いにオフセットされている。カムシャフトはまた、追加のカム面を有している。このカム面は、隔てられた追加のカムにおいて外方に対向する面の形態をとっているか、あるいは軸状部にキー止めされたドライブスプロケットの一部において内方に対向する面の形態をとっている。
【０００７】
追加のカム面は、その後にスプリング付勢の追加のカムフォロアが続くように設けられている。追加のカム面は、トルクパルスに同期しかつトルクパルスの方向に常時向けられているカムシャフトにトルクパルスを導入する部分を有している。トルクパルスは、バルブ駆動のカムとこれと係合するスプリング付勢のフォロアとの係合によって、カムシャフトに導入されている。
【０００８】
米国特許第 5,040,500号は、内燃機関における複数のバルブの各々を駆動するためのトルク補償カムシャフトについて教示している。カムシャフトは、細長い軸状部と、各バルブのためのエンジンバルブ駆動カムとを有しており、バルブ駆動カムは、軸状部に沿って互いに隔てられている。
【０００９】
エンジンバルブ駆動カムの各々は、外方に突出する部分を有しており、この突出部分は、カムシャフトの長手方向中心軸の周りにおいて周方向に互いにオフセットされている。カムシャフトはまた、補償カム面を有している。このカム面は、隔てられた補償カムにおいて外方に対向する面の形態をとっているか、あるいは軸状部にキー止めされたドライブスプロケットの一部において内方に対向する面の形態をとっている。
【００１０】
補償カム面は、その後にスプリング付勢の補償カムフォロアが続くように設けられている。補償カム面は、トルクパルスに同期しかつトルクパルスに対して逆方向に向いているカムシャフトにトルクパルスを導入する部分を有している。トルクパルスは、バルブ駆動のカムとこれと係合するスプリング付勢のフォロアとの係合によって、カムシャフトに導入されている。
【００１１】
しかしながら、追加のカムローブの中には、カムシャフトにおいて余分な長さのような大きなスペースを占めるものもある。多くのエンジンは、エンジン内にこの種の余分なローブを収容するためのスペースを有してはいない。したがって、余分なスペースを占めないようなローブを提供するのは望ましいことである。
【特許文献１】米国特許第5,002,023号明細書
【特許文献２】米国特許第5,107,805号明細書
【特許文献３】米国特許第5,040,500号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、カムローブの収容スペースを低減できる捩じりエネルギ供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明に係る捩じりエネルギ供給装置は、回転軸に形成された少なくとも一つの主カムローブと、主カムローブと係合するように配置されたバルブ駆動機構と、バルブ駆動機構を囲繞するとともに、回転軸に捩じりエネルギを供給するように、バルブ駆動機構から独立して移動し得るアウターシリンダとを備えている。
【００１４】
請求項２の発明では、アウターシリンダには、アウターシリンダの移動時に、回転軸の回転に抗するようにばね力を作用させるシリンダスプリングが配設されている。
【００１５】
請求項３の発明では、回転軸において主カムローブの側方に形成され、アウターシリンダの頂上面と係合するように配置された少なくとも一つの付随カムローブをさらに備えている。
【００１６】
請求項４の発明では、付随カムローブが、回転軸に沿って主カムローブの両側に配置された一対のカムローブから構成されており、各カムローブが、回転軸の長さを実質的に延長することなく、限られたスペースを占めている。
【００１７】
請求項５の発明では、付随カムローブが、非同芯の中心領域を有する円形のディスクである。
【００１８】
請求項６の発明では、付随カムローブが、同芯の領域を有する楕円形状のディスクである。
【００１９】
請求項７の発明では、主カムローブが、回転軸に捩じりエネルギを供給するためのアウターシリンダと係合する余分な幅寸法部分を有している。
【００２０】
本発明によれば、カムシャフトに捩じりエネルギを加えるための装置が提供されている。カムシャフトに加えられた捩じりエネルギは、カムトルク駆動（ＣＴＡ）型カム位相器の範囲を拡張するように用いられている。さらに、カムシャフトに加えられた捩じりエネルギは、トルク駆動（ＴＡ）型位相器のような他のタイプの位相器の範囲を拡張するのに用いられてもよい。
【００２１】
カムシャフト長さに追加される追加のカムローブを有することなく、カムシャフトに捩じりエネルギを加える装置が、提供されている。
少なくとも一つの余分なローブが形成されるカムシャフトに捩じりエネルギを加える装置は、余分なスペースをほとんど必要としない。
少なくとも一対の余分なローブが形成されるカムシャフトに捩じりエネルギを加える装置は、余分なスペースをほとんど必要としない。
【００２２】
このように、カムシャフトのために追加の捩じりエネルギを供給する装置が提供されている。この装置は、回転軸に形成された少なくとも一つの主カムローブと、主カムローブと係合するように配置されたバルブ駆動機構と、バルブ駆動機構を囲繞しかつバルブ駆動機構から独立して移動し得るように設けられるとともに、回転軸に捩じりエネルギを供給するように設けられた外側シリンダとを有している。
【発明の効果】
【００２３】
本発明においては、バルブ駆動機構から独立して移動することにより回転軸に捩じりエネルギを供給するアウターシリンダがバルブ駆動機構の回りに設けられるので、カムローブの収容スペースを実質的に増加することなく、回転軸に捩じりエネルギを供給できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１および図１Ａは、本発明による装置の構成を示す全体図である。バルブ１２のようなバルブを制御するために複数の主カムローブ（図では一つの主カムローブのみ図示）が外周に形成されたカムシャフト１０が提供されている。
【００２５】
カムシャフト１０は、バルブ１２を既知の任意の方法で制御する。たとえば、主カムローブ１４は、機械式リフタ１８の頂上面１６に回転摺動可能に係合している。回転時には、カムノーズ２０を含む主カムローブ１４の適切な形状によって、バルブ１２は、要求されたとおりに開閉する。
【００２６】
バルブ１２は、一端がバルブスプリング２４に連結された細長い形状のバルブステム２２を有している。この連結は、バルブステム２２の一端のロック溝２６によって達成されており、ロック溝２６は、バルブガイド２８の位置決めを容易にしている。
【００２７】
アウターシリンダ３０は、上述した部材、つまりバルブスプリング２４、バルブガイド２８などの部材を囲繞してこれらを保持している。アウターシリンダ３０は、主カムローブ１４の両側においてカムシャフト１０に形成された一対の付随カムローブ３４に適切に係合する上部係合面３２を有している。
【００２８】
アウターシリンダ３０は、内部にシリンダスプリング３６が配置された中空部材である。あるいは、シリンダスプリング３６は、アウターシリンダ３０の上部または下方位置のようなその他の適切な位置に配置されていてもよい。
【００２９】
シリンダスプリング３６は、バルブスプリング２４からは独立している。さらに、機械式リフタ１８は、アウターシリンダ３０に強固に連結されてはいない。リフタ１８は、アウターシリンダ３０に対して上下方向に移動またはスライドし得るようになっている。
【００３０】
アウターシリンダ３０の内部の機構は、バルブ駆動機構としても知られている。バルブ駆動機構は、本明細書中で記述されたものには限定されず、既知の任意のタイプのものを採用し得る。
【００３１】
図１は、本発明による装置の第１の全体図であって、同図には、カムノーズ２０がリフタ１８の頂上面１６と係合していない状態が示されている。言い換えれば、カムシャフト１０が回転してカムノーズ２０が図１に示す位置にきたとき、カムノーズ２０はバルブ１２を下方には押圧していない。
【００３２】
図１Ａは、本発明による装置の第２の全体図であって、同図には、カムノーズ２０がリフタ１８の頂上面１６と係合している状態が示されている。言い換えれば、カムシャフト１０が回転してカムノーズ２０が図１Ａに示す位置にきたとき、カムノーズ２０はバルブ１２を下方に押圧している。
【００３３】
図２および図２Ａは、本発明による装置の正面断面図である。主カムローブ１４は、単一のブロック部分として、カムシャフト１０に形成されている。同様に、一対の付随カムローブ３４は、単一のブロック部分として、カムシャフト１０に形成されている。付随カムローブ３４は、アウターシリンダ３０の上部係合面３２に回転摺動可能に係合している。
【００３４】
付随カムローブ３４は、カム形状を有している。大抵の場合には、カムシャフト回転の異なる位置（たとえば２位置）における付随カムローブ３４のアウターシリンダ３０との係合は、カムシャフト中心と上部係合面３２との間の異なる一対の相対距離に対応している。これは、上部間隙４００および下部間隙４２０の長さの違いによって示される。
【００３５】
バルブ１２は、バルブステム２２を有している。バルブステム２２上には、バルブガイド２８が取り付けられており、バルブガイド２８には、バルブスプリング２４を保持するためのロック溝２６が形成されている。
【００３６】
リフタ１８は、主カムローブ１４からの作用を受ける頂上面１６を有している。アウターシリンダ３０は、捩じりエネルギの発生を助けるシリンダスプリング３６を内部に有している。シリンダスプリング３６は、バルブスプリング２４から独立している。
【００３７】
さらに、アウターシリンダ３０は、リフタ１８に対して自由に動き得るようになっている。理解されるように、この自由な動きは、本発明による捩じりエネルギを発生させるのに必要な重要な特徴部分である。
【００３８】
アウターシリンダ３０は、エンジンブロック４３上に、あるいはエンジンブロック４３およびアウターシリンダ３０間に配置されたその他の部材（図示せず）の上に配置されている。
【００３９】
理解されるように、付随カムローブ３４、アウターシリンダ３０、上部係合面３２、シリンダスプリング３６およびエンジンブロック４３を含む部材の各々に力が作用するところの力線（図示せず）を獲得することができる。このような力線を介して、追加の捩じりエネルギがカムシャフト１０に提供されている。
【００４０】
図２は、本発明の第１の全体図であって、同図には、カムノーズ２０がリフタ１８の頂上面１６と係合していない状態が示されている。言い換えれば、カムシャフト１０が図２の位置に回転したとき、カムノーズ２０はバルブ１２を下方には圧縮していない。
【００４１】
図２Ａは、本発明の第２の全体図であって、同図には、カムノーズ２０がリフタ１８の頂上面１６と係合している状態が示されている。言い換えれば、カムシャフト１０が図２Ａの位置に回転したとき、カムノーズ２０はバルブ１２を下方に圧縮している。
【００４２】
図３および図３Ａには、本発明の概略図が示されている。カムシャフト１０は、主カムローブ１４と、その両側方に離間配置された一対の付随カムローブ３４とを有している。主カムローブ１４は、リフタ１８の頂上面１６に係合しており、各付随カムローブ３４は、アウターシリンダ３０の上部係合面３２に係合している。
【００４３】
図３Ａには、リフタ１８を囲繞するアウターシリンダ３０が示されている。リフタ１８は、任意の適切なバルブ駆動機構を内部に有している。また、図３Ｂには、本発明の変形例による装置が示されている。同図に示す装置においては、主カムローブ１４の両側方に、主カムローブ１４と一体的に付随カムローブ３４が設けられている。この場合には、カムシャフト１０の構造を簡略化できる。
【００４４】
図４には、第１の実施例による付随カムローブ３４ａが示されている。この付随カムローブ３４ａは、円形のディスクであって、同芯でない位置に配置された第１の中心領域３８を有する。中心領域３８の中心は、カムシャフト１０の図示しない中心線と一致している。
【００４５】
中心領域３８がカムシャフト１０の中心線と整列して回転したとき、付随カムローブ３４ａの外周上の任意の２点は、中心領域３８の中心から異なる距離に配置される。このため、付随カムローブ３４ａのカム形状は、その付随する特徴部分とともに、カムシャフト１０に捩じりエネルギを発生させるのに必要な基礎を形成している。
【００４６】
図４Ａには、第２の実施例による付随カムローブ３４ｂが示されている。この付随カムローブ３４ｂは、その物理的中心にまたはそれ以外の位置に第２の中心領域４０を有する楕円形状のディスクである。中心領域４０の中心は、カムシャフト１０の図示しない中心線と一致している。
【００４７】
中心領域４０がカムシャフト１０の中心線と整列して回転したとき、付随カムローブ３４ｂの外周上の任意の２点は、中心領域４０の中心から異なる距離に配置される。このため、付随カムローブ３４ｂのカム形状は、その付随する特徴部分とともに、カムシャフト１０に捩じりエネルギを発生させるのに必要な基礎を形成している。
【００４８】
理解されるように、本発明のとくに具現化された実施例においては、カムトルク駆動型カム位相器の範囲を拡張するために、カムシャフトに捩じりエネルギを追加するための手段が提供されていてもよい。
【００４９】
カムシャフトの長さを著しく長くすることになる余分なカムローブを追加するかわりに、余分なスペースをほとんど必要としない付随カムローブ３４またはカムローブ延長部３４（図３および図３Ｂ参照）が、現行の主カムローブ１４の直近近傍に設けられている。
【００５０】
理解されるように、通常の全幅タイプのカムローブを追加することは、カムシャフトの長さを著しく長くしてしまう。多くのエンジンは、このような通常の全幅タイプのカムローブを収容するための十分なスペースをエンジンルーム内に有していない。
【００５１】
本発明は、余分な占有空間をほとんど必要としない一つまたはそれ以上のローブを提供している。本発明は、さらに、リフタ１８のような機械式リフタの回りに配設された、シリンダスプリング３６を含むアウターシリンダ３０のようなシリンダを有している。
【００５２】
付随カムローブ３４のような２つのカムローブが、主カムローブ１４のような主カムローブの両側に追加されている。これらの付随カムローブ３４は、同芯ではない（図４参照）円形形状を有している。あるいは、付随カムローブ３４は、バルブ１２を開閉する主カムローブ１４と同じ形状を有している。
【００５３】
４気筒エンジンにおいて、本発明により教示されたこの種のローブからの捩じりエネルギは、第４次のカム捩じりエネルギが減少しているときに、高速域でカムトルク駆動型位相器を駆動する手助けをする。余分なローブ３４を加えることによって、実験結果は、ＣＴＡ位相器の駆動範囲の増加を示している。
【００５４】
図５は、本発明による装置を備えたシステムと該装置を備えていないシステムとの間の比較を示す一組のグラフである。カムシャフトが回転すると、トルクは、カムローブの組によって発生する。グラフ４４は、ほぼ同じ大きさのトルクを示している。たとえば、トルクＴn は、トルクＴn-1 またはＴn+1 とほぼ同じ大きさを有している。
【００５５】
一方、トルクＴ’nは、トルクＴ’n-1 またはＴ’n+1 と異なる大きさを有している。理解されるように、Ｔ’n は、Ｔn よりも大きな捩じりエネルギを有している。Ｔ’n は、本発明により教示された構造の結果として生成されている。Ｔn は、Ｔn-1，Ｔn+1，Ｔ’n-1 またはＴ’n+1のようなその他のトルクと同様に、本発明を採用していない構造によって生成されている。
【００５６】
本明細書中で記述された本発明の実施例は、本発明の原理を適用する単なる例示にすぎないということが理解されるべきである。図示された実施例の詳細に本明細書中で言及したことは、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定する意図ではなく、実施例中の特徴部分が本発明に重要なものである点を説明しているにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明による装置の構成を示す第１の全体図である。
【図１Ａ】本発明による装置の作動を示す第２の全体図である。
【図２】本発明による装置の第１の正面断面図であって、図１に対応している。
【図２Ａ】本発明による装置の第２の正面断面図であって、図１Ａに対応している。
【図３】本発明による装置の一部を示す第１の概略図であって、図１Ａに対応している。
【図３Ａ】図３に対応する第２の概略図であって、本発明による装置を構成するアウターシリンダを示している。
【図３Ｂ】本発明による装置の変形例を示す第２の概略図であって、図３に相当している。
【図４】付随カムローブの第１の実施例を示す図である。
【図４Ａ】付随カムローブの第２の実施例を示す図である。
【図５】本発明を従来技術と対比するグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１０：  カムシャフト（回転軸）
１４：  主カムローブ
１６：  頂上面
３０：  アウターシリンダ
３４：  付随カムローブ
３６：  シリンダスプリング
【図１】
2005127317.tif 000003
【図１Ａ】
2005127317.tif 000004
【図２】
2005127317.tif 000005
【図２Ａ】
2005127317.tif 000006
【図３】
2005127317.tif 000007
【図３Ａ】
2005127317.tif 000008
【図３Ｂ】
2005127317.tif 000009
【図４】
2005127317.tif 000010
【図４Ａ】
2005127317.tif 000011
【図５】
2005127317.tif 000012