(57)【要約】特に内燃機関用の可変バルブ機構が開示されている。カムシャフトの制御カムは旋回式にカップリングされたレバーによってバルブに作用し、バルブストロークの調節を行う。バルブクレアランスを一定に保ちつつバルブストロークは最大からゼロまで連続的に変動できる。
2004521245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変バルブ機構であって、
カムシャフト（１）と、
該カムシャフト（１）に搭載された制御カム（２）と、
カム従動子（３）と、
バルブ（４）と、
該バルブ（４）を移動させるバルブ移動装置（５）と、
前記カム従動子（３）と前記バルブ移動装置（５）との間に提供され、該バルブ移動装置（５）に旋回式にカップリングされたバルブレバー（６）と、
軸（９）周囲を回転し、前記バルブレバー（６）にスイベルジョイントで旋回式にカップリングされている制御レバー（８）と、
通路に沿って前記軸（９）を移動させる調節装置（７）と、
を含んで構成され、前記バルブ（４）のストロークは前記通路に沿って前記軸（９）の移動に従って最大から最小まで連続的に可変であることを特徴とする可変バルブ機構。
【請求項２】
軸（９）はエンジン軸（１０）への固定位置から実質的一定の距離で移動できることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項３】
軸（９）はエンジン軸（１０）への固定位置から一定の距離で移動でき、該一定距離は該軸（９）とスイベルジョイントの中心との間の距離と実質的に等しく、バルブ（４）のクレアランスは該バルブ（４）のバルブストロークとは無関係に一定であることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項４】
制御レバー（８）は軸（９）から該制御レバー（８）とバルブレバー（６）とをカップリングさせているスイベルジョイントの中心までの距離と等しい効果的な長さを有しており、該バルブレバー（６）は前記制御レバー（８）と前記バルブレバー（６）をカップリングさせているスイベルジョイントの中心から該バルブレバー（６）とバルブ移動装置（５）とをカップリングさせているスイベルジョイントの中心までの距離と等しい効果的な長さを有しており、前記制御レバー（８）の効果的な長さは前記バルブレバー（６）の効果的な長さと実質的に等しく、前記軸（９）が前記バルブレバー（６）と前記バルブ移動装置（５）とをカップリングさせている前記スイベルジョイントの中心で移動されると、バルブ（４）のストロークはゼロとなることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項５】
制御レバー（８）は軸（９）と該制御レバー（８）とバルブレバー（６）とをカップリングさせているスイベルジョイントの中心との間の距離と等しい効果的な長さを有しており、前記バルブレバー（６）は前記スイベルジョイントの中心と該バルブレバー（６）とバルブ移動装置（５）とをカップリングさせているスイベルジョイントの中心との間の距離に等しい効果的な長さを有しており、前記軸（９）はエンジン軸（１０）への固定位置から実質的に一定の距離を保って移動し、前記制御レバー（８）の効果的な長さは前記軸（９）と前記エンジン軸（１０）への前記固定位置との間の前記一定距離に実質的に等しく、前記バルブレバー（６）の効果的な長さは前記軸（９）と前記エンジン軸（１０）への前記固定位置との間の前記一定距離に実質的に等しく、バルブ（４）のクレアランスは該バルブ（４）の全てのストロークに対して実質的に一定に保たれ、該バルブ（４）のストロークは最大からゼロにまで前記エンジン軸（１０）への固定位置周囲で前記軸（９）の角移動に従って可変となることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項６】
スプリング要素がカム従動子（３）を制御カム（２）と接触状態に保持する保持力を提供することを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項７】
スプリング要素がカム従動子（３）を制御カム（２）と短バルブストロークで接触状態に保持する保持力を提供し、長バルブストロークでアイドル状態とさせることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項８】
調節装置（７）は複数のバルブを制御することを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項９】
カム従動子（３）はバルブレバー（６）または制御レバー（８）またはそれら両方に回転式に支持されたローラであることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項１０】
カム従動子（３）は制御レバー（８）に固定された筒状面として提供され、該制御レバー（８）とバルブレバー（６）とをカップリングさせているスイベルジョイントの中心は前記筒状面の軸上に存在し、軸（９）はエンジン軸（１０）への固定位置から一定距離を維持して移動し、バルブ（４）が閉鎖されているとき前記筒状面の軸は該エンジン軸（１０）への固定位置上に存在し、該バルブ（４）のクレアランスは前記軸（９）の移動が変動しても実質的に一定であることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項１１】
カム従動子（３）はバルブレバー（６）に搭載されていることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項１２】
バルブレバー（６）はプッシュ棒であることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項１３】
自動クレアランス補正を提供する油圧部材が提供されていることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【請求項１４】
バルブのストロークとタイミングの両方を制御するためにカムシャフトは可変バルブタイミングシステムで駆動されることを特徴とする請求項１記載の可変バルブ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特に内燃機関用の可変バルブ機構に関する。この可変バルブ機構のカムシャフトの制御カムは旋回式にカップリングされたレバーペアを介してバルブに作用し、バルブストロークを調整する。バルブストロークはバルブクレアランスを一定に保ちつつ最大値からゼロの状態にまで連続的（無段）に変動できる。
【背景技術】
【０００２】
従来にも可変式バルブ機構は存在した。その目的はエンジンの呼吸作用が特定の作動条件に対して最良となるようにバルブストロークおよびバルブタイミングの調整であり、可能であれば連続的な動作の提供であった。例えば、米国特許５８９９１８０、５３７３８１８、５２０５２４７、５７３２６６９、５０５６４７６、６１４５４８５、６０３２６２４、４５０２４２６、５９３７８０９、６０２９６１８、５９９６５４０、５９８８１２５、６０５５９４９、６１２３０５３、６０１９０７６、５００３９３９、５３６５８９５がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
連続式バルブ機構の利点は知られている。欠点はコスト高と、低回転速度限界と、強力スプリングの必要性と、構造の複雑化と、保守の困難性と、高さの増加と、摩擦損失とノイズの問題である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
少々のバルブストロークの達成でスロットルバルブは不要となり、使用エネルギーは低減され、汚染は削減されて性能アップがもたらされる。出力の低下はほとんど発生しない。
【０００５】
本発明においては追加部品はほとんど必要なく、実施例によってはバルブごとに２つの追加部品とバルブ列ごとに１本の追加制御シャフトが必要となるだけである。それらは軽量、小型であり、エンジンのサイズを増加させることはなく、特別な精度を必要とせず、カム従動子を制御カムとの接触保持力は主としてバルブスプリングで提供され、追加の強力スプリングは不要であり、得られるバルブバケットリフタまたはバルブロッカアームへのスラスト力は小さく、吸気系統のスロットルは不要である。なぜなら、バルブのストロークが最大からゼロにまで変動し、摩擦は小さいからである。
【０００６】
最も関連性のある従来技術はフィッシャの米国特許５８９９１８０である。バルブ列に作用する制御シャフトの回転は連続式にバルブタイミングとストロークを変更させる。その発明ではアームは１端にローラを有しており、カムシャフトの制御カム上で回転する。アームは他方の端にて軸周囲で回転式に支持される。制御シャフトの回転によってこの軸が通路に沿って移動すると、バルブのストロークとタイミングは連続式に変動する。ローラは円弧に沿って移動する。この円弧がロッカアーム上のローラの円弧接触面に対してポジションを変えると、バルブストロークとバルブタイミングは変動する。２つの円弧が直交するときバルブストロークは長くなる。２つの円弧が平行になるとバルブストロークは短くなる。よって制御シャフトを回転させることでバルブ列のストロークとタイミングは制御される。
【０００７】
本発明では制御シャフトも使用される。この制御シャフトはエンジンに固定された軸の周囲で回転できる。バルブ列のそれぞれのバルブに対して２つのレバーであるバルブレバーと制御レバーが１端で旋回式にカップリングされいる。この制御レバーは他端で制御シャフトに回転式に支持され、米国特許５８９９１８０のローラ付きアームのように移動軸周囲を回転する。バルブレバーは他端でバルブのロッカアームまたはバケットリフタすなわちバルブ移動装置に旋回式にカップリングされる。カム従動子はカムシャフトの制御カムによって押され、制御レバーとバルブレバーをカップリグさせるスイベルジョイントを強制的に円弧に沿って振動させる。円弧の中心は制御シャフトの移動軸である。バルブレバーとバルブロッカアームまたはバケットリフタをカップリングさせるスイベルジョイントも通路に沿って移動できる。この通路はロッカアームでは円形であり、バケットリフタでは直線である。これら２本の通路の相対位置関係によって、すなわち、制御レバーとバルブレバーをカップリングするスイベルジョイントのものと、バルブレバーとロッカアームまたはバケットリフタをカップリングするスイベルジョイントのものとの相対位置関係によって、バルブのストロークは最大からゼロにまで連続的に変動する。２本の通路が平行に近くなるとバルブストロークは長くなる。
【０００８】
制御レバーとバルブレバーの効果的な長さを選択すること、および制御シャフトの回転軸の位置を選択することで一定のバルブクレアランスと最大からゼロにまでの連続的に調節されたバルブストロークが提供される。
【０００９】
特に短いバルブストローク時にカム従動子の制御カムとの接触を確実に提供するため、追加的なスプリング要素を挿入してこの接触を助けることができる。長いバルブストロークの場合には必要な保持力はバルブスプリングから得られ、その追加スプリング要素は非作用状態となる。
【００１０】
可変バルブタイミングシステムと組み合わせた本発明のシステムは完全に制御された可変バルブ機構を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１から図１２の機構で参照番号１はカムシャフトであり、２はカムシャフト１に搭載された制御カムであり、３は筒状で制御カム８に搭載されたカム従動子である。制御レバー８は端部１７で制御シャフト７に回転式に支持され、制御シャフト７の軸９周囲を回転する。制御シャフト７はエンジンフレーム（図示せず）に回転式に支持され、エンジン軸１０の周囲を回転する。制御レバー８は他端１１でバルブレバー６に旋回式にカップリングされている。制御レバー８とバルブレバー６をカップリングするスイベルジョイントはバルブレバー６の端部で球状面１２を含んでおり、制御バルブ８の対応する球状凹部１１に挿入されている。他端ではバルブレバー６はバルブ４のバケットリフタ５またはバルブ移動装置５に旋回式にカップリングされている。バルブレバー６とバケットリフタ５をカップリングするスイベルジョイントはバルブレバー６の端部で球状面１３を含んでおり、バケットリフタの対応する球状凹部１８に挿入されている。バルブ４は閉鎖されているときに休止状態となるように対応するバルブシート１４を有している。制御バルブ８の効果的な長さ、バルブレバー６の効果的な長さ、および軸１０から軸９への距離は全て実質的に等しくなるように選択される。制御シャフト７または調整装置７の位置は、バルブ４が閉鎖されているとき制御レバー８とバルブレバー６をカップリングするスイベルジョイントの中心を軸１０が通過するように選択される。カムシャフト１が回転するとカム従動子３は運動するように強制される。調整装置７のベアリング１６は制御レバー８の端部１７と協調して制御レバー８に調整装置７の軸９の周囲で必要な角移動をさせる。２つのスイベルジョイント１１から１２および１３から１８を通ってバルブレバーは端部１２で制御レバー８によって押され、端部１３で直線状にのみ動くことができるバケットリフタ５を押し、制御カム２の回転を制御バルブ８の角振動に変換させ、バルブレバー６によってバケットリフタ５とバルブ４の直線振動に変換させる。バルブストロークを変更するには制御シャフト７を軸１０周囲で回転させればよい。調整装置７の軸がバルブレバー６とバケットリフタ５をカップリングさせているスイベルジョイントの中心を通過するように移動されるとバルブ４のストロークはゼロとなる。この機構によって実質的に一定なバルブクレアランスとバルブストロークとが最大からゼロにまで連続的に変動される。
【００１２】
バルブストロークが長くなればなるほど慣性荷重は大きくなる。しかし、長バルブストロークはバルブレバー６がバルブステムとほぼ平行となるところであり（図８の最上段）、バケットリフタ５に多少のスラストが提供されるところである。カム従動子を制御カムと接触させておく保持力はバルブスプリングで発生させることができる。もし非常に短いかゼロのバルブストロークが必要な場合には追加スプリングを提供し、カム従動子と制御カムとを接触状態に保持する力を図２４と図２５のように提供することができる。このスプリングは図２４と図２５で示すように残すことができ、中バルブストロークと長バルブストロークの動作を完全にアイドル状態とさせることができる。
【００１３】
図３において、制御レバー８を制御シャフトまたは調整装置７に組み入れる方法が図示されている。制御シャフトの軸９周囲の制御レバー８の回転角は規制されているので、３６０度回転するベアリング１６やピン１７は不要である。列のそれぞれのバルブのためには制御レバーとバルブレバーだけで充分である。列の全部のバルブに対しては１本の共通制御シャフトが必要なだけである。球状スイベルジョイントは不要である。筒状等でもよい。
【００１４】
効果的な長さの制御レバーとバルブレバーおよび軸９から軸１０への長さが等しくない場合には、この機構は作動するが軸１０の選択長と位置によってはバルブのクレアランスは一定ではない場合があり、可変バルブストロークは非常に短いバルブストロークを含まないことがある。
【００１５】
バケットリフタ５はいくつかの油圧式補完要素を内蔵することができる。
図１３から図１８に示される機構の作動原理は類似する。カム従動子は制御レバーとバルブレバーに適切に搭載されたローラである。調節機構は図示されていないが破線で軸９の通路が示されている。スイベルジョイントはピンで提供されている。１つはバケットリフタ５とバルブレバー６の間の相互接続用であり、１つはバルブレバー６と制御レバー８の間の相互接続用である。
【００１６】
図１９から図２３に示す機構は類似したものである。バルブ移動装置５はロッカアームである。バルブレバー６とロッカアーム５をカップリングするスイベルジョイントはバルブレバー６の端部で筒状面を有しており、ロッカアームの筒状形状の対応凹部と協調する。カム従動子は筒状ではないが、バルブクレアランスを一定とすることができ、バルブストロークは最大からゼロまで連続的に変化できる。カムの形状は平面や筒状でなくともよい。
【００１７】
バルブストロークに応じてバルブクレアランスを多少変化させることが望まれる場合、カム従動子の形状は変えたり、軸１０の理論的完全ポジションから少々離したり、制御レバーおよびバルブレバーの少々異なる効果的長さを利用することができる。
【００１８】
ベベル状または錐状制御カムの場合にも従来技術によって多少の改良を加えれば前述の内容が適用できる。列の種々なバルブの異なる調整が必要な場合には、調整機構を設計してそれぞれのバルブの軸９を個別に移動できるようにすることもできる。
【００１９】
以上、本発明を実施例を利用して説明したが、本発明の精神とスコープの範囲内のそれらの変更は本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明が提案する可変バルブ機構の１実施例である。
【図２】図２は図１の可変バルブ機構の分解図である。
【図３】図３は図１の可変バルブ機構の主構成要素の組み立て法および相互関係を示す。
【図４】図４は図１の可変バルブ機構の主構成要素の種々な斜視図である。
【図５】図５は図１の可変バルブ機構の長バルブストローク用に調節されたカムシャフトの２角度を示す。
【図６】図６は図１の可変バルブ機構の中バルブストローク用に調整されたカムシャフトの２角度を示す。
【図７】図７は図１の可変バルブ機構の非常に短いかゼロであるバルブストローク用に調節されたカムシャフトの２角度を示す。
【図８】図８は図１の可変バルブ機構の経時的動作を示す。可変バルブ機構の最上段列は長ストローク用に調整されており、中段列は中ストローク用に調整されており、下段列は短ストローク用に調整されている。それぞれの列の５段階は全カムシャフト回転である１８０度に相当し、それぞれ４５度のステップに相当する。
【図９】図９は図８経時的動作を断面図で示す。
【図１０】図１０は共通制御シャフトにより制御される８バルブの列を示す。例えば、それらは典型的な４体気筒が１列に並んだ１６バルブの４サイクルエンジンの吸気または排気バルブでもよい。制御シャフトまたは調整装置は左側に３種の斜視図で単独に図示されている。右から３番目の構造体では制御シャフトは長バルブストロークを提供するように回転される。右から２番目の構造体では制御シャフトまたは調整装置は中バルブストロークを提供するように回転される。右側の構造体では制御シャフトまたは調整装置はゼロバルブストロークを提供するように回転される。
【図１１】図１１は図１０に示すものの別斜視図である。
【図１２】図１２は本発明の理解を助けるためにバルブとバルブバケットリフタを取り外した状態の図１０と図１１の構造体であり、バルブレバー、制御レバー、共通制御シャフトまたは調整装置およびカムシャフトが図示されている。
【図１３】図１３は別実施例を示す。カム従動子はバルブレバーまたは制御レバーに回転式に保持されるローラである。制御レバーの回転軸はゼロバルブストローク用に破線で引かれた通路に提供されている。その機構はカムシャフトの異なる２つの角度に対して図示されている。
【図１４】図１４、図１５および図１６には調節装置の他の３条件における図１３の機構が図示されている。図１４ではバルブストロークは非常に短く、図１５ではバルブストロークは中程度であり、図１６ではバルブストロークは長い。この機構の残りの動作は図１の機構と類似している。
【図１５】図１４、図１５および図１６には調節装置の他の３条件における図１３の機構が図示されている。図１４ではバルブストロークは非常に短く、図１５ではバルブストロークは中程度であり、図１６ではバルブストロークは長い。この機構の残りの動作は図１の機構と類似している。
【図１６】図１４、図１５および図１６には調節装置の他の３条件における図１３の機構が図示されている。図１４ではバルブストロークは非常に短く、図１５ではバルブストロークは中程度であり、図１６ではバルブストロークは長い。この機構の残りの動作は図１の機構と類似している。
【図１７】図１７では図１３から図１６の機構の別斜視図である。
【図１８】図１８では図１３から図１６の機構の別斜視図である。
【図１９】図１９は本発明の別実施例のカムシャフトの２角度を示す。ここでは移動用バルブ機構はロッカアームである。バルブレバーはロッカアームに旋回式にカップリングされている。バルブレバー端のスイベルジョイントは筒状面であり、ロッカアーム上で形成された対応する筒状ジャーナル内で回転する。前述の機構との別の相違点はカム従動子がバルブレバーに搭載されていることである。バルブレバーに固定されているので、カム従動子の形状は平面であるが他の形状でもよい。それでもクレアランスは一定に保たれ、制御シャフトの条件に関係無くバルブストロークは最大からゼロまで変動できる。
【図２０】図２０は短いバルブストロークを提供するように調整された図１９の機構を示す。
【図２１】図２１は図１９の機構を断面図で示す。
【図２２】図２２は図２０の機構を断面図で示す。
【図２３】図２３では図１９から図２２に示される機構を別斜視図で示す。
【図２４】図２４は本発明の別実施例であり、短バルブストロークでのカム従動子と制御カムとの接触を助ける保持力を提供する追加スプリング部材を有する。この機構は図５、図６および図７の機構と同じであり、制御シャフトは説明の目的で取り外されており、追加スプリング部材が提供されている。スプリング部材はエンジンケーシング（図示せず）に固定されたケース内部のスプリングとステムを含んでいる。スプリングはステムを直線的に押す。長バルブストロークではスプリングとステムは最も外側のポジションでアイドル状態となる。短ストロークではステムは制御レバーと接触し、制御カムとカム従動子との接触を確実にするために必要な保持力を提供する。短バルブストロークではスプリング部材からの保持力はバルブスプリングの保持力に加えられる。ゼロバルブストロークのときにのみ全保持力は追加スプリング部材によって発生される。もしゼロバルブストロークが全く利用されず、短バルブストロークが低エンジン回転のためだけであれば、追加スプリング部材は不要である。
【図２５】図２５は図２４の機構の別斜視図である。
【国際公開パンフレット】
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2004521245.tif 000004
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【国際調査報告】
2004521245.tif 000027
2004521245.tif 000028
2004521245.tif 000029