JP2022520881A - 内燃エンジン - Google Patents

Abstract

本主題は、機械式可変バルブタイミングを提供するための内燃エンジン用のカムシャフトアセンブリに関する。カムシャフトアセンブリ（２００）は、少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）および少なくとも１つの排気フランジ（２２５）の一方に隣接して配置された機械的フェージングアセンブリ（２３０）を含む。少なくとも１つの径方向に予圧された質量部材（２３５）は、カムシャフトアセンブリ（２００）の回転スピードに応じて、被駆動スプロケット（２０５）に対して吸気フランジ（２２０）および排気フランジ（２２５）のうちの少なくとも１つの位相シフトを実施することが可能である。軸方向に予圧された軸方向荷重部材（２４５）が質量部材（２３５）に隣接して配置され、そこに軸方向荷重を加える。本主題は、バルブの開閉時間の変化を改善し、それにより、エンジンのすべての動作スピードにおいて吸気および排気要件を満たす。

Description

本発明は、一般に動力車用の内燃（ＩＣ）エンジンに関する。より詳細には、本発明は、機械式可変バルブタイミングを提供する内燃エンジンのためのカムシャフトアセンブリに関する。

内燃（ＩＣ）エンジンは、混合気の燃焼によって化学エネルギーを機械エネルギーに変換するために使用される。混合気の燃焼により生成される熱エネルギーが、シリンダ内側の１つまたは複数の往復ピストンのための運動を提供するために使用される。１つまたは複数の往復ピストンは、この往復運動を伝達し、スライダクランク機構を利用して連接棒を通じてそこに接続された１つまたは複数のクランクシャフトの回転運動を引き起こす。シリンダヘッドは、一般に、混合気の進入および燃焼室からの既燃ガスの退出をそれぞれ可能にする少なくとも１つの吸気ポートおよび少なくとも１つの出口を備える。この動作において、燃焼室への入口開口および出口開口の開閉の精密な動きおよびタイミングは、ＩＣエンジンの正確なパフォーマンスにとって必須である。

一般に、入口／出口開口のこの開閉は、シリンダヘッドおよびシリンダボア上にある様々な構成要素によって制御され、バルブの開閉は、カムシャフト伝動システムを通じて１つまたは複数のクランクシャフトによって駆動される１つまたは複数のカムシャフトによって作動される。カムシャフトは、開口開放および開口開放の持続時間を制御するカムローブを含む。多数の通勤通学用動力車エンジンに伴う最も大きな欠点の１つは、（バルブを通じて）開口を閉じたり開いたりするために固定タイミングを使用することであり、それにより、これらのエンジンは、最適未満で動作される。たとえば、より高速でのバルブの固定タイミングは、開時間を最適な設定に設定させるが、一方、より高速のバルブ開放が望ましい。吸気バルブは、入来する空気の慣性を使用するように遅れて閉じられることがある。しかし、より低いエンジンスピードでのそのような遅いバルブの開放は、エンジンの体積効率に影響を及ぼす。したがって、バルブ開放の固定タイミングは、最適な設定に設定されているにもかかわらず、ある速度範囲でエンジン性能に影響を及ぼす。当技術分野では、カムフェージングを達成するための様々な電気的手段、電気機械的手段、機械的手段、および液圧手段が知られている。たとえば、カムフェージング、カム変更などは、当技術分野で使用されている技法の一部である。たとえば、カムフェージングは、１つのカムローブの、別のカムローブとの位相差を提供し、それにより変化したバルブ開放を達成する技法の１つである。

詳細な説明について、添付の図を参照して述べる。

本発明の一実施形態による例示的な内燃（ＩＣ）エンジンの側面図である。 断面が軸Ｗ－Ｗ’に沿ってとられた、ＩＣエンジンの例示的な断面図である。 本発明の一実施形態によるカムシャフトアセンブリの斜視図である。 図３（ａ）の実施形態による、その一部が選択されたカムシャフトアセンブリの別の等角図である。 軸Ｕ－Ｕ’に沿ってとられたカムシャフトアセンブリ２００の径方向断面図である。 図３の実施形態による、第１の状態および第２の状態にある質量部材の図である。 本発明の一実施形態によるカムシャフトアセンブリの断面図である。 本発明の一実施形態によるカムシャフトアセンブリの別の断面図である。 本発明の一実施形態によるカムシャフトアセンブリの分解図である。 本発明の一実施形態によるカムシャフトアセンブリの詳細断面図である。

一般に、カムフェージング／変更は、エンジンがその最適未満の性能より上方で動作することを可能にする。たとえば、吸気バルブがより低い毎分回転数（ＲＰＭ）中に進まされる場合には、吸気バルブは、より早期に閉じられ、それにより圧縮行程中の逆流を最小限に抑え、それにより、より低いＲＰＭにおいて体積効率およびトルクが改善される。さらに、より高いＲＰＭでは、フェージングを吸気バルブに対して実施することができ、これは、吸気バルブの閉鎖を遅らすこと／遅い閉鎖を引き起こし、それにより、掃気のために高速で吸気マニホルドに進入する空気の運動量を利用する。同様に、排気バルブの開閉をカムフェージングによって進ませる、または遅らすことができる。また、カムフェージングは、吸気バルブおよび排気バルブの両方に対して行うことができる。

一般に、カムフェージング／変更を実施するためには、様々な電気的手段、電気機械的手段、および液圧手段が使用され、これらは複雑であり、コスト効果的でない。たとえば、ソレノイド、またはスライダピンなどが必要とされ、これは、すでにコンパクトなシリンダヘッド領域における大きな空間を必要とするカムシャフト部分近くに収容されることになる。さらに、鞍乗り型の２輪または３輪車両にとっては、小さな空間内でパッケージングを可能にするために、また、単純な工具で、パワートレインを車両から分解する必要なく、適時に保守および修理をするためにパワートレインの様々な部分へのアクセスを容易にするために、パワートレインが可能な限りコンパクトであることが重要な要件である。さらに、電気／電気機械的または液圧システムは、電気的駆動手段または液圧駆動手段を含み、これらは、車載バッテリによって給電され、制御ユニットによって制御される。さらに、コントローラのような制御モジュールの追加は、システムのコストを増し、フェージングを引き起こすためのモータ、たとえばステッパモータは、エンジン、特にシリンダヘッド部分をよりかさばるものにする。当技術分野で知られているいくつかの他の解決策では、速さに応じて様々なロッカアームを係合および係合解除するための摺動機構が提案されている。そのようなシステムにおいてさえ、外部制御のスライダが必要とされ、スライダの動きを制御するためにモータなどが使用されることになり、システムを高価でよりかさばるものにする。したがって、追加のシステムが必要になり、また、これらのシステムは、バッテリ電力を消費する。さらに、電気的および機械的システムの機能特性は、エンジンの温度変動により、たとえばコールドスタート中、または高温時に影響を受ける。

さらに、当技術分野では、エンジンのスピード／ＲＰＭの変化に従ってカムフェージングを実施することが可能な機械的フェージングシステムが知られている。一般に、機械的フェージングシステムは、コンパクトなエンジンレイアウトを有する２輪車または３輪車のようなコンパクトな車両で使用されることがある。また、そのような機械的フェージングシステムは、電気的制御／液圧制御なしに機能することが可能であることにより、コスト的な利点をもたらす。しかし、そのようなシステムは、フールプルーフではなく、フェージング角が増大されたとき故障しがちである。たとえば、カムフェージングのために遠心力を使用する機械的システムでは、カムフェージングは、フェージング手段に作用する力成分、たとえば遠心力成分／慣性成分により、所望の速さ前でさえ、突然発生する。そのような問題は、カムシャフトのトルクがより高く、またカムシャフトの動作スピードがより高いとき、吸気バルブと排気バルブを共に制御するために単一のカムシャフトを使用する車両において顕著である。ユーザによって突然加速される場合を考えると、カムシャフトの速度／回転スピードの突然の増大が生じ、これは遠心力の突然の増大をもたらし、遠心成分を増大させ、それにより滑りを引き起こす。さらに、そのような時期尚早は、玉軸受を使用し遠心力により機能するシステムにおいてさえ発生し得る。したがって、そのようなシステムでは、カムフェージングは、望ましくない状態でのバルブの開／閉により、システムの性能に影響を及ぼす望ましくない速さで発生し、また、これは低質の排出物質をもたらす可能性がある。たとえば、中域の間におけるカムフェージングの発生は、エンジン性能に影響を及ぼす。なぜなら、吸気時間または望ましくない掃気が発生し、エンジン性能に影響を及ぼすからである。さらに、当技術分野で知られているシステムは、径方向で予圧が行われているにもかかわらず、可動部分があるために振動を引き起こすことがあり、これは、不必要な騒音を引き起こすことがある。

したがって、コンパクトなＩＣエンジン内にさえ実装することができる機械的カムフェージングシステムが求められており、このカムフェージングシステムは、所望のエンジンスピードでのみ、その機能を実施することが可能であるべきであり、従来技術の前述の、および他の問題を克服することが可能であるべきである。

したがって、本発明は、機械的手段を使用し、外部制御を必要とせずにエンジンのスピード／ＲＰＭに依存する機械的フェージングシステム／アセンブリを備える内燃エンジンを提供する。

本発明は、吸気ローブまたは排気ローブの一方の位相シフティングを他方に対して実施し、それによりバルブ開／閉を進ませる／遅らすことが可能な機械的フェージングアセンブリを含むカムシャフトアセンブリを提供する。

本発明のカムシャフトアセンブリは、位相シフティングを提供する一体型部材を通じて吸気バルブおよび排気バルブを開／閉することが可能である。

カムシャフトアセンブリは、一実施形態では、第１のカム部分および第２のカム部分を含み、１つまたは複数の軸受が第１のカム部分および第２のカム部分を回転可能に支持する。さらに、一実施形態では、別の軸受、たとえば、ころ軸受が、第１のカム部分と第２の部分との間にそれらの相対回転を可能にするように設けられる。

吸気フランジは、第１のカム部分および第２のカム部分の一方に接続され、排気フランジは、第１のカム部分および第２のカム部分の他方に接続される。「吸気フランジ」および「排気フランジ」という用語は、単数の部材に限定されず、複数のフランジを含んでもよい。カムシャフトアセンブリは、フランジのそれぞれに対応する１つまたは複数のカムローブを含み、これらのカムローブは、エンジン要件に従ってバルブリフトを実施するように選択される。同様に、カムローブという語は、バルブ作動を実施する部材のプロファイルの任意の幾何形状を指す。

カムシャフトアセンブリは、カム部分の１つにおいて支持された被駆動スプロケットを含む。換言すれば、被駆動スプロケットは、カム部分の１つに固定される。機械的フェージングアセンブリは、カムシャフトアセンブリの回転スピードに応じて径方向の位置を変化させることが可能な質量部材を含む。質量部材は、吸気フランジまたは排気フランジの一方に隣接して配置される。

一実施形態では、質量部材は、周方向に分割され、引張弾性部材を通じて軸近くに保持される２つ以上の弓形部材によって形成され得る。２つ以上の弓形部材は、遠心力により径方向に動くことが可能である。

一実施形態では、２つ以上の弓形部材は、１つまたは複数の開口を備え、１つまたは複数のピンがこれらの開口を通過するように構成され、１つまたは複数のピンは、弓形部材に沿って可動である。

吸気フランジ、排気フランジ、および被駆動スプロケットは、一実装によれば、細長いスロットを備える。一実装によれば、吸気フランジおよび排気フランジの一方のフランジは、被駆動スプロケットに固定される。その一方のフランジおよび被駆動スプロケットは、フェージング角または弓形を有するそれぞれにおける細長いスロットを備える。細長いスロットを有する吸気フランジおよび排気フランジの他方のフランジは、実質的に径方向に延びている。したがって、被駆動スプロケットおよび被駆動スプロケットに接続された一方のフランジの角度の付いた細長いスロットに沿ってピンが移動するとき、ピンは、ピンの角運動により他方のフランジを位相シフトさせようとする。

たとえば、（速さに応じて吸気バルブ開／閉を変えるように）吸気フランジを位相シフトするために、被駆動スプロケットおよび排気フランジは、弓形の細長いスロットを備え、吸気フランジは、実質的に径方向に延びる細長いスロットを備える。したがって、質量部材が径方向に伸長するとき、質量部材と共に移動するピンは、弓形の細長いスロットに沿って移動し、これにより、吸気フランジが位相シフトされる。

位相シフティングアセンブリは、実質的にフランジの一方に隣接して配置された軸方向荷重部材を含む。軸方向荷重部材は、質量部材に摩擦力を加えるように軸方向に予圧される。

一実施形態では、クランクシャフトによって駆動される被駆動スプロケットは、フランジの一方に接続され、他方のフランジは、被駆動スプロケットの向きに対して位相シフティングを実施するように適合される。別の実施形態では、両フランジが、一度に一方、または一度に両方、被駆動スプロケットに対して位相シフティングする（進ませる、または遅らす）ように適合される。

一実施形態では、軸方向荷重部材は、被駆動スプロケットの一方の軸方向側に配置され、軸方向荷重部材は、質量部材に力を加えるように、軸方向に予圧を与えられる。一実装では、リテーナ部材が被駆動スプロケットの他方の側に設けられ、そのリテーナプレートは、軸方向荷重部材に当接する他方の側である予圧部材の一端を支持する。

軸方向に力を加える軸方向荷重部材は、両側から質量部材に作用する摩擦力を引き起こす。この摩擦力は、細長いスロットに沿ったピンの移動方向において質量部材に作用する力成分を平衡させる。そうでない場合ピンを径方向外方に移動させようとするこの力成分は、軸方向荷重部材によって加えられた摩擦力によって平衡する。

したがって、フェージング角が約２０度に増大されたときでさえ、ピンは、（接線速度成分がピンに作用している場合でさえ）摩擦力により滑ろうとしない。本主題の特徴は、軸方向荷重部材に対する予圧を調整することによるだけで、カムシャフトアセンブリを、約５～２５度の範囲でフェージングに使用されるように適合させることができることである。たとえば、アセンブリを同じまま保つことができ、ばねのような予圧部材だけを置き換えることができる。

好ましくは、質量部材上の少なくとも２つの開口、フランジおよび被駆動スプロケット上の少なくとも２つの細長いスロットが設けられ、それに応じて２つのピンを使用し、１つの構成要素から別の構成要素に回転力を均一に伝達する。さらに、細長いスロットの使用は、システムの重量を削減し、構成要素の構造完全性が保持される。

さらに、本主題は、軸方向にコンパクトに収容される。たとえば、一実施形態では、被駆動スプロケットは、円盤状の溝を備え、軸方向荷重部材は、その溝でコンパクトに収容される。したがって、特にカムローブおよび被駆動スプロケットに関して、レイアウトの修正は必要とされない。

さらに、軸方向荷重部材は、引張ばねを通じて接続される下位部材によって形成される質量部材により発生し得る振動を抑制する。

別の実施形態では、質量部材は、環状に配置された玉軸受の集まりとすることができ、玉軸受は、遠心力を加えることにより径方向に可動である。玉軸受の（接触部分の１つに角度を付けて設けられた経路に沿った）径方向の動きが位相シフティングを可能にする。軸方向荷重部材は、軸方向荷重を加え、質量部材に摩擦力を導入するように配置される。

本明細書における本主題の様々な特徴および実施形態は、以下で述べる、以下のそのさらなる説明から識別可能であろう。一実施形態によれば、本明細書に記載の内燃エンジン（ＩＣ）は、動力車のための複数の原動機の１つまたは単独の原動機である。ＩＣエンジンは、動力車に固定的に取り付けられた、または動力車に揺動可能に接続された前方傾斜型または実質的に水平型であってよい。ＩＣエンジンは、シリンダヘッド当たり少なくとも２つのバルブ、すなわち１つの吸気バルブおよび１つの排気バルブを含む。

本主題について、それに伴う実施形態およびそれらの他の利点と共に、以下の段落において、図と併せて、単シリンダＩＣエンジンの一実施形態を用いて、より詳細に述べることになる。

図１は、本主題の一実施形態によるＩＣエンジン１００の側面図を示す。ＩＣエンジン１００は、ＩＣエンジンのクランクケース１０１によって支持されたシリンダブロック１０２を含む。シリンダブロック１０２は、ピストンが往復運動を実施することができるシリンダ部分を画定する。シリンダヘッド１０３はシリンダブロック１０２に取り付けられ、シリンダヘッド１０３は、前記シリンダ部分の一端として働く。シリンダブロック１０２は冷却フィン１０６を備え、シリンダヘッド１０３が冷却フィンを備えてもよい。ＩＣエンジン１００は、混合気の燃焼によって加えられる力によりシリンダ部分内で往復運動を実施するピストン（図示せず）を備える。この往復運動は、連接棒（図示せず）を通じてクランクシャフト１１０の回転運動に変換および伝達される。さらに、シリンダヘッドカバー１０４がシリンダヘッド１０３に取り付けられる。クランクケース１０１は、左側クランクケースおよび右側クランクケースから構成される。クランクケース１０１は、クランクシャフト１１０を回転可能に支持する。さらに、マグネトアセンブリ１１１または一体型スタータ発電機のような電気機械がクランクシャフト１１０に取り付けられる。マグネトアセンブリ１１１は、動作中、バッテリ（図示せず）を充電するために使用される。シリンダヘッド１０３は、シリンダヘッド１０３の第１の面および第２の面上に設けられた吸気ポート１０５および排気ポート（図示せず）を含む。本実施形態では、第１の面は上に面する側であり、第２の面は、その下に面する側である。さらに、シリンダヘッド１０３は、ＩＣエンジン１００の吸気バルブおよび排気バルブを動作させることが可能なカムシャフトアセンブリ２００（図２に部分的に図示）を支持する。図２は、本主題の一実施形態による線Ｗ－Ｗ’に沿ってとられたＩＣエンジン１００の断面図を示す。

ＩＣエンジン１００は、クランクシャフト１１０に接続され、それと一体に回転する駆動ギヤ１１３を含む。駆動ギヤ１１３は、一次ドライブとして働き、回転力を一次被駆動１１２に伝達することが可能である。したがって、一次被駆動ギヤ１１２は、クランクシャフト１１０に動作可能に接続される。シリンダヘッド１０３は、吸気バルブおよび排気バルブの開閉を制御し、それにより、混合気の吸気、および排気の出口を制御するバルブトレイン構成を備える。カムシャフトアセンブリ２００（部分的に図示）は、シリンダヘッド１０３に回転可能に取り付けられる。カムチェイン１１４がクランクシャフト１１０およびカムシャフトアセンブリ２００を動作可能に接続する。カムシャフトアセンブリ２００の被駆動スプロケット２０５は、駆動ギヤ１１３と噛み合うように構成され、被駆動スプロケット２０５は、クランクシャフト１１０の回転運動をカムシャフトアセンブリ２００に伝達する。一実施形態では、駆動ギヤ１１３に対する被駆動スプロケット２０５の比は２であり、それにより、クランクシャフト１１０の２回転毎に、カムシャフトアセンブリ２００は１回転することになる。ＩＣエンジン１００は、調整部材１１６を通じてカムチェイン１１４の張力を調整することを可能にする１つまたは複数のチェインテンショナ１１５を備える。

図３（ａ）は、本主題の一実施形態によるカムシャフトアセンブリの等角図を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）の実施形態による、その一部が選択されたカムシャフトアセンブリの別の等角図を示す。図３（ｃ）は、軸Ｕ－Ｕ’に沿ってとられたカムシャフトアセンブリ２００の径方向断面図を示す。カムシャフトアセンブリ２００は、少なくとも１つの吸気ローブ２１０および少なくとも１つの排気ローブ２１１を含む。カムチェイン１１４は、駆動ギヤ１１３および被駆動スプロケット２０５にかけ回される。カムシャフトアセンブリ２００は、１つまたは複数の軸受２１５、２１６によって回転可能に支持される。本実施形態では、カムシャフトアセンブリ２００は、第１のカム部分２０１および第２のカム部分２０２を含む。さらに、被駆動スプロケット２０５は、前述の構成要素の回転軸周りに配置される。カムシャフトアセンブリ２００は、機械的フェージングアセンブリ２３０を含む。カムシャフトアセンブリ２００は、少なくとも１つの吸気ローブ２１０に対応する少なくとも１つの吸気フランジ２２０と、少なくとも１つの排気ローブ２１１に対応する少なくとも１つの排気フランジ２２５とを含む。本実施形態では、吸気フランジ２２０は、質量部材２３５と排気フランジ２２５との間に配置される。

一実施形態ではカムシャフトアセンブリ２００は、デコンプレッションシステム２８０をも備える。デコンプレッションシステム２８０は、一端で旋回し、可動の端部を有するデコンプレッションアームを含む。デコンプレッションアームは、予圧された弾性部材によって排気フランジ２２５上で支持される。デコンプレッションシステム２８０は、排気バルブがエンジン始動中の圧縮行程中、追加のリフトを有することを可能にし、追加のリフトは、エンジンスピードが予め定義された値を超えた後、終結される。

図４は、図３の実施形態による質量部材を示す。図５（ａ）は、図３（ａ）に示されている実施形態による、軸Ｘ－Ｘ’に沿ってとられた排気カムアセンブリ２００の断面図を示す。図５（ｂ）は、図３（ｂ）に示されている実施形態による、軸Ｖ－Ｖ’に沿ってとられた排気カムアセンブリ２００の別の断面図を示す。図６は、本主題の一実施形態によるカムシャフトアセンブリの分解図を示す。第１のカム部分２０１は、第１の軸受２１５によって回転可能に支持され、一体形成された吸気ローブ２１０を有する。第１のカム部分２０１は、実質的にカムシャフトアセンブリ２００の軸に沿って延び、吸気フランジ２２０に接続される。同様に、第２のカム部分２０２は、一体形成された排気ローブ２１１を有し、第２の軸受２１６によって回転可能に支持される。第２のカム部分２０２は、第１のカム部分２０１周りで少なくとも部分的に軸方向に配置される。一実施形態では、ころ軸受２１４が第１のカム部分２０１と第２のカム部分２０２との間に配置される。排気フランジ２２５は、第２のカム部分２０２によって支持される。カムシャフトアセンブリ２００は、シリンダヘッド１０３（図１に図示）上で回転可能に支持される。

被駆動スプロケット２０５は、本実施形態では、第１のカム部分２０１上で支持される。被駆動スプロケット２０５は、締結具２４３を通じて第１のカム部分２０１に固定される。また、リテーナプレート２４０、被駆動スプロケット２０５、およびフランジ２２５を共に固定するために、ロック用締結具２４１（図６に図示）が設けられる。機械的フェージングアセンブリ２３０は、軸方向荷重部材２４５を含む。質量部材２３５は、吸気フランジ２２０上で支持される。さらに、軸方向荷重部材２４５は、本実施形態によれば、吸気フランジ２２０に隣接して配置される。質量部材２３５は、フランジのうちの少なくとも一方に隣接して配置されてもよい。さらに、カムシャフトアセンブリ２００は軸方向荷重部材２４５を含み、質量部材２３５は、軸方向荷重部材２４５と吸気フランジ２２０との間に挟まれる。

軸方向荷重部材２４５は、実質的に被駆動スプロケット２０５の一方の側に配置され、被駆動スプロケット２０５の他方の側にリテーナプレート２４０が設けられる。被駆動スプロケット２０５は、１つまたは複数の貫通孔２０６を含み、軸方向荷重部材２４５とリテーナプレート２４０との間に、貫通孔２０６を通って１つまたは複数の軸方向力弾性部材２４２が設けられ、それにより、軸方向荷重部材２４５に予圧を提供する。

被駆動スプロケット２０５は、１つまたは複数のピン２５５（図３（ｂ）に図示）を通じてクランクシャフト１１０から受け取られる回転力を提供する。１つまたは複数のピンは、機械的フェージングアセンブリ２３０の一部を形成する。被駆動スプロケット２０５、吸気フランジ２２０、排気フランジ２２５のそれぞれは、細長いスロット２６０、２６１、２６２を備え、１つまたは複数のピン２５５は、これらの細長いスロット２６０、２６１、２６２周りに配置され、それにより、被駆動スプロケット２０５からの回転力がフランジ２２０、２２５に伝達され、それにより、ローブ２１０、２１１の回転を可能にする。さらに、軸方向荷重部材２４５もまた、細長いスロット２６３を備える。

質量部材２３５は、引張弾性部材２３８（図４に図示）を通じて互いに接続される第１の弓形部材２３６および第２の弓形部材２３７によって形成される。質量部材２３５は、カムシャフトアセンブリ２００の回転中、遠心力により、遠心力が剛性（ｋ）を超えたとき径方向外方に伸長しようとする。弾性部材２３８は、カムシャフトアセンブリ２００の所定のＲＰＭ後、遠心力が剛性（ｋ）を超えることになるように選択される。フランジ２２０、２２５の一方は、弓形部分である角度の付いた細長い部分２６１を備える。

第１の弓形部材２３６および第２の弓形部材２３７は、ピン２５５が通過している１つまたは複数の開口２７０を備える。弓形部材２３６、２３７の運動は、被駆動スプロケット２０５上に設けられた細長いスロット２６０によって案内される。径方向における遠心力による弓形部材２３６、３３７の運動は、ピン２５５が弓形部材２３６、２３７と共に移動することを可能にし、ピン２５５は、細長いスロット２６０、２６２、２６３を通って摺動する。しかし、少なくとも１つのフランジ２２５上に設けられた弓形の細長いスロットである第１の細長いスロット２６１は、ピン２５５の動きによりフランジ２２５を位相シフトさせ、それにより、所望のスピード／ＲＰＭにおいて、径方向に実質的に直線的に延びている他方のフランジ２２０に設けられた第２の細長いスロット２６２に対して位相シフトを引き起こす。

本実施形態では、排気フランジ２２５は、被駆動スプロケット２０５に固定され、スペーサ２７５がそれらの間に設けられる。スペーサ２７５は、被駆動スプロケット２０５とフランジとの間で所定の間隔を維持することを可能にし、それにより、軸方向荷重部材２４５および質量部材２３５は、他の要素からの追加の軸方向荷重なく機能することができる。被駆動スプロケット２０５の回転は、排気フランジ２６１を回転させ、それにより同じ位相を維持する。さらに、排気フランジ２２５は、ある動きの度合い（角回転）を有している角度の付いた細長いスロット２６１を備え、ピン２５５が径方向外方に摺動しているとき吸気フランジ２２０を位相シフトさせる。したがって、吸気ローブ２１０もまた位相シフトし、吸気バルブ開／閉タイミングの変化を引き起こす。実施形態によれば、角度の付いた細長いスロットは、５～２５度の範囲で位相シフトを提供する。軸方向荷重プレート２４５は、質量部材２３５に軸方向力を加え、それにより、径方向における弓形部材２３６、２３７の滑りが低減される。

図７は、本主題の一実施形態によるカムシャフトアセンブリ２００の断面の拡大／詳細図を示す。カムシャフトアセンブリ２００が回転されたとき、質量部材２３５の弓形部材２３６、２３７は、弓形部材を径方向外方に引こうとする遠心力ＣＦを受ける。弓形部材２３６、２３７は、弓形部材２３６、２３７を力ＫＦで径方向内方に引こうとする、剛性ｋを有する弾性部材２３８を通じて互いに接続される。さらに、軸方向荷重部材２４５は、そこに作用する予圧により、弓形部材２３６、２３７に軸方向力を加える。したがって、フランジ２２０と軸方向荷重部材２４５との間に挟まれた弓形部材２３６、２３７は、質量部材２３５に対する摩擦力ＦＦを受け、弾性部材２３８の剛性／張力により、時期尚早なフェージングが制御される。

開口２７０を通過している機械的フェージングアセンブリ２３０の必須の構成要素の１つであるピン２５５もまた、質量部材２３５に作用する力を受ける。バルブトレイントルクである、カムシャフトアセンブリ２００が受けるトルクにより、１つの力成分が、細長いスロットに沿って径方向に、ピン２５５の動きの方向に作用する。そうでない場合ピン２５５を径方向外方に動かそうとするこの力成分は、軸方向荷重部材２４５によって加えられた摩擦力によって平衡する。カムシャフトアセンブリ２００のスピードと類似しているエンジン１００のスピード／ＲＰＭがより高いときだけ、遠心力ＣＦが、弾性部材２３８によって加えられる力ＫＦ、および弓形部材２３６、２３７に作用する摩擦力ＦＦに取って代わり、それにより、弓形部材２３６、２３７は、径方向外方に動く。したがって、ピン２５５の動きは、フランジ２２０の向きを変化させ、位相シフティングを引き起こす。さらに、第２のカム部分２０２の内周と第１のカム部分２０１の外周との間に設けられたころ軸受２１４が、位相シフティング中、カム部分２０１、２０２間の相対回転を容易にすることができる。したがって、本主題による機械的フェージングアセンブリ２３０は、以下の式（１）によって定義される方法に従って発生する。本主題による、図８に詳述されている機械的フェージングを引き起こす方法について、下記に詳述されている。
ＣＦ＝ＫＦ＋μ（ＦＦ） ．．．．．（１）

カムシャフトアセンブリ２００内に軸方向荷重を加えるために配置された、軸方向に予圧された軸方向荷重部材２４５は、一実施形態によれば、質量部材２３５の側方の表面に抵抗／摩擦力ＦＦを加える。軸方向荷重部材２４５は、材料の固有の表面摩擦、または突然の加速などのようなある動作状態の間に質量部材２３５に作用する過大な遠心力に抗するために軸方向荷重部材２４５上に設けられる表面コーティングによる摩擦係数である、軸方向荷重部材２４５の摩擦係数μに依存する摩擦力ＦＦを提供する。

本方法は、ステップＳ３０１において、外部制御を必要とせずに動作状態である機械的フェージングシステムであるシステムが、クランクシャフトがカムシャフトアセンブリ２００を回転させる動作状態にＩＣエンジン１００があることを必要とすることを規定する。カムシャフトアセンブリ２００の回転により、径方向に予圧されている質量部材２３５に遠心力が作用する。さらに、ステップＳ３０２では、質量部材２３５に作用する遠心力ＣＦが確認される。本明細書で使用される「確認される」という用語は、本方法を説明するための代表的なものにすぎず、機械的フェージングアセンブリ２３０が自動的に発生するとき実際に確認することを必要としない。さらに、質量部材２３５に作用する遠心力ＣＦは、弾性部材によって加えられる力ＫＦ、および摩擦係数に依存する摩擦力ＦＦに対して比較される。遠心力ＣＦが剛性力ＫＦと摩擦力（すなわち、ＦＦのμ倍）との累積した力未満である場合には、システムは、ステップＳ３０２に戻って遠心力ＣＦを引き続き確認する。ステップＳ３０３で、遠心力ＣＦが力ＫＦと摩擦力ＦＦのμ倍との和を超える場合には、ステップＳ３０４で、システムは機械的フェージングを実施し、これは、外部制御を必要とせずに実施される。これは、バルブの開閉時間の変化を引き起こし、それにより、エンジンのすべての動作スピードにおいて吸気および排気要件を満たす。

さらに、本実施形態によれば、軸方向荷重部材２４５は、被駆動スプロケット２０５に隣接して配置される円盤状の部材である。さらに、被駆動スプロケット２０５の軸方向面は、円盤状の溝を備え、これは、溝に軸方向荷重部材２４５を収容することが可能である。したがって、軸方向荷重部材２４５は第１の内向き軸方向面２４６を有しており、被駆動スプロケット２０５は、第２の内向き軸方向面２０７を有しており、第１の内向き軸方向面２４６および第２の内向き軸方向面２０７は、カムシャフトアセンブリ２００の軸Ａ－Ａ’に対して直交する平面Ｐに沿って配置される。したがって、軸方向荷重部材２４５は、被駆動スプロケット２０５を収容するために必要とされる同じ量の空間内に収容される。これは、カムシャフトアセンブリ２００上の追加の取付け空間、特に被駆動スプロケットとカムローブ２１０、２１１との間の空間の必要をなくする。クランクシャフトに接続されるカムチェイン１１４の位置、カムチェイン１１４の収容空間、およびカムローブ２１０、２１１が相互作用するバルブの位置は、本主題によれば変える必要がなく、それにより、ＩＣエンジン、特にシリンダヘッドの使用可能なレイアウトを保持する。したがって、本主題は、レイアウト修正を必要としない改善されたバルブタイミングアセンブリ／機械的フェージングアセンブリを提供する。

一実装では、質量部材２３５に面する軸方向荷重部材２４５の軸方向面およびフランジ２２０の軸方向面は、所望の摩擦係数を達成するために、機械加工されるか、または表面コーティングを備える。

上記の開示に照らして、本主題の多数の修正および変形が可能である。したがって、本主題の特許請求の範囲内において、本開示は、具体的に記載されているもの以外で実施され得る。

１００ エンジン
１０１ クランクケース
１０２ シリンダブロック
１０３ シリンダヘッド
１０４ シリンダヘッドカバー
１０５ 吸気ポート
１１０ クランクシャフト
１１１ マグネトアセンブリ
１１３ 駆動ギヤ
１１４ カムチェイン
１１５ チェインテンショナ
１１６ 調整部材
２００カムシャフトアセンブリ
２０１ 第１のカム部分
２０２ 第２のカム部分
２０５ 被駆動ギヤ／カムスプロケット
２０６ 孔
２０７ 第２の内向き軸方向面
２１０ 吸気ローブ
２１１ 排気ローブ
２１４
２１５／
２１６／ 軸受
２２０ 吸気フランジ
２２５ 排気フランジ
２３０ フェージングアセンブリ
２３５ 質量部材
２３６ 第１の弓形部材
２３７ 第２の弓形部材
２３８ 引張弾性部材
２４０ リテーナプレート
２４１ ロック用締結具
２４２ 軸方向力弾性部材
２４３ 締結具
２４５ 軸方向荷重部材
２４６ 第１の内向き軸方向面
２５５ ピン
２６０／
２６１／
２６２／
２６３ 細長いスロット
２７０ 開口
２７５ スペーサ
２８０ デコンプレッションシステム

Claims (14)

1. 内燃エンジン（１００）であって、
   シリンダブロック（１０２）と、
   前記シリンダブロック（１０２）によって画定されたシリンダ部分内で摺動可能に可動な少なくとも１つのピストンと、
   前記シリンダ部分の一端を形成し、１つまたは複数の吸気バルブおよび１つまたは複数の排気バルブを支持するシリンダヘッド（１０３）と、
   連接棒を通じて前記ピストンに接続され、前記エンジン（１００）のクランクケース（１０１）によって回転可能に支持されたクランクシャフト（１１０）と、
   前記シリンダヘッド（１０３）によって回転可能に支持されたカムシャフトアセンブリ（２００）とを備え、前記カムシャフトアセンブリ（２００）は、被駆動スプロケット（２０５）を含み、前記カムシャフトアセンブリ（２００）は、前記被駆動スプロケット（２０５）を通じて前記クランクシャフト（１１０）に接続され、前記カムシャフトアセンブリ（２００）は、
   第１のカム部分（２０１）および第２のカム部分（２０２）と、
   少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）および少なくとも１つの排気フランジ（２２５）であって、前記少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）は、前記第１のカム部分（２０１）および前記第２のカム部分（２０２）の一方に接続され、前記少なくとも１つの排気フランジ（２２５）は、前記第１のカム部分（２０１）および前記第２のカム部分（２０２）の他方に接続される、少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）および少なくとも１つの排気フランジ（２２５）と、
   前記少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）および前記少なくとも１つの排気フランジ（２２５）の一方に隣接して配置された機械的フェージングアセンブリ（２３０）であって、少なくとも１つの径方向に予圧された質量部材（２３５）を含み、前記質量部材（２３５）は、前記カムシャフトアセンブリ（２００）の回転スピードに応じて、前記被駆動スプロケット（２０５）に対して前記少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）および前記少なくとも１つの前記排気フランジ（２２５）のうちの少なくとも１つの位相シフトを実施することが可能である、機械的フェージングアセンブリ（２３０）と、
   軸方向荷重を加えるために配置された、軸方向に予圧された軸方向荷重部材（２４５）とを備える、内燃エンジン（１００）。
2. 軸方向に予圧された前記軸方向荷重部材（２４５）は、前記質量部材（２３５）に隣接して配置され、そこに軸方向荷重を加える、請求項１に記載の内燃エンジン（１００）。
3. 前記リテーナプレート（２４０）が、前記カムシャフトアセンブリ（２００）の軸方向端部に、前記被駆動スプロケット（２０５）に隣接して配置され、前記軸方向荷重部材（２４５）に力を加えることが可能な１つまたは複数の軸方向力弾性部材（２４２）が、前記被駆動スプロケット（２０５）の１つまたは複数の孔（２０６）を通過して前記軸方向荷重部材（２４５）と前記リテーナプレート（２４０）との間に配置される、請求項１に記載の内燃エンジン（１００）。
4. 前記被駆動スプロケット（２０５）は、前記少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）および少なくとも１つの排気フランジ（２２５）のうちの１つに固定される、請求項１に記載の内燃エンジン（１００）。
5. 前記カムシャフトアセンブリ（２００）は、対応する少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）に接続された少なくとも１つの吸気ローブ（２１０）と、対応する少なくとも１つの排気フランジ（２２５）に接続された少なくとも１つの排気ローブ（２１１）とを含み、前記吸気ローブ（２１０）および前記排気ローブ（２１１）は、前記バルブの開閉を制御するように適合され、前記ローブ（２１０、２１５）は、前記軸方向荷重部材（２４５）の一方の側に配置され、前記リテーナプレート（２４０）は、前記軸方向荷重部材（２４５）の他方の側に配置される、請求項１に記載の内燃エンジン（１００）。
6. 前記軸方向荷重部材（２４５）は、前記被駆動スプロケット（２０５）に隣接して配置された円盤状の部材であり、前記被駆動スプロケット（２０５）は、前記軸方向荷重部材（２４５）を収容することが可能な円盤状の溝を備える、請求項１に記載の内燃エンジン（１００）。
7. 前記軸方向荷重部材（２４５）は、第１の内向き軸方向面（２４６）を有しており、前記被駆動スプロケット（２０５）は、第２の内向き軸方向面（２０７）を有しており、前記第１の内向き軸方向面（２４６）および前記第２の内向き軸方向面（２０７）は、前記カムシャフトアセンブリ（２００）の軸（Ａ－Ａ’）に対して直交する平面（Ｐ）に沿って配置される、請求項１に記載の内燃エンジン（１００）。
8. 前記フェージングアセンブリ（２３０）は、１つまたは複数のピン（２５５）を含み、軸方向に延びる前記１つまたは複数のピン（２５５）は、前記被駆動スプロケット（２０５）上、前記吸気フランジ（２２０）上、前記排気フランジ（２２５）上、および前記軸方向荷重部材（２４５）上に設けられた１つまたは複数の細長いスロット（２６０、２６１、２６２、２６３）を通過して配置され、前記１つまたは複数の細長いスロット（２６０、２６１、２６２、２６３）は、角度の付いた細長いスロット（２６１）を含む、請求項１に記載の内燃エンジン（１０００。
9. 前記質量部材（２３５）は、１つまたは複数の引張弾性部材（２３８）を通じて互いに接続される２つ以上の弓形部材（２３６、２３７）によって形成され、前記弓形部材（２３６、２３７）は、前記軸方向荷重部材（２４５）と摩擦接触しており、所定の間隔を維持するために、スペーサ（２７５）が前記被駆動スプロケット（２０５）と少なくとも１つのフランジ（２６１、２６２）との間に配置される、請求項５に記載の内燃エンジン（１００）。
10. 前記質量部材（２３５）は、２つ以上の弓形部材（２３６、３３７）を形成する第１の弓形部材（２３６）および第２の弓形部材（２３７）によって形成され、前記弓形部材（２３６、２３７）は、そこを通過する少なくとも１つのピン（２５５）を収容するための１つまたは複数の開口（２７０）を備え、前記ピン（２５５）は、少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）および少なくとも１つの排気フランジ（２２５）上に設けられた複数の細長いスロット（２６１、２６２）を通過し、それらの間で可変バルブタイミング制御をもたらす位相シフトを引き起こす、請求項１に記載の内燃エンジン。
11. 前記複数の細長いスロット（２６１、２６２）は、少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）および少なくとも１つの排気フランジ（２２５）の一方に設けられ、径方向に弓形で延びる第１の細長いスロット（２６１）と、少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）および少なくとも１つの排気フランジ（２２５）の他方に設けられ、実質的に直線径方向に延びる第２の細長いスロット（２６２）とを含む、請求項７に記載の内燃エンジン。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の内燃エンジン（１００）を備える動力車。
13. 内燃エンジン（１００）のシリンダヘッド（１０３）上で回転可能に支持されることが可能なカムシャフトアセンブリ（２００）であって、
    被駆動スプロケット（２０５）と、
    ２つ以上のカム部分（２０１、２０２）と、
    前記２つ以上のカム部分（２０１、２０２）のうちの少なくとも１つに接続された少なくとも１つの吸気フランジ（２２０）と、
    前記２つ以上のカム部分（２０２）の少なくとも１つの他方に接続された少なくとも１つの排気フランジ（２２５）と、
    前記カムシャフトアセンブリ（２００）の回転スピードに応じて、前記被駆動スプロケット（２０５）に対して少なくとも１つのフランジ（２２０、２２５）の位相シフトを実施することが可能な機械的フェージングアセンブリ（２３０）と、
    軸方向荷重を加えるために軸方向に予圧された軸方向荷重部材（２４５）と
    を備える、カムシャフトアセンブリ（２００）。
14. 内燃エンジン（１００）用のカムシャフトアセンブリ（２００）の機械的フェージングアセンブリ（２３０）を動作させる方法であって、
    前記カムシャフトアセンブリ（２００）の質量部材（２３５）に作用する遠心力（ＣＦ）を確認するステップと、
    前記遠心力（ＣＦ）を、引張力弾性部材（）によって加えられた剛性力（ＦＦ）と軸方向荷重部材（２４５）によって加えられた摩擦力（μ（ＦＦ））との累積した力に比較するステップと、
    前記遠心力（ＣＦ）が前記累積した力を超えたとき前記機械的フェージングアセンブリ（２３０）によって機械的フェージングを引き起こすステップと
    を含む方法。

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