JPS58500533A - 内燃機関とカム駆動機構 - 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】 内燃機関とカム駆動機構 く言えば、内燃機関に用いられるカム駆動機構に関する。

発明の背景 従来公知の内燃機関は、直列に配列された１組のシリンダーと、各シリンダーの 中に往復動するようクランクシャフトに接続されたピストンであって、それぞれ 他のピストンと位′相があっている力・あるいは徒相角Ａ０またはその整数倍の 角度、位相がずれているピストンと、各シリンダーの吸気弁と排気弁を作動させ る複数の回転カムと、クランクシャフトに関し所定の位相関係をなしてカムン回 転させて、クランクシャフトの所要の回転角にわたって順々に６弁を開弁させる カム駆動機構とから構成されている。従来の４行程の内燃機関においては・、カ ム駆動機構はクランクシャフトの２回転ごとに１回の割シでカムを回転させてい る。

、゛このような従来のカム駆動機構に付随する欠点は、内燃機関の各サイクルの 間、弁が開弁じている期間ることである。実際のところ、最適の開弁期間は内燃 機関の運転条件とともに変動するものである。たとえば、内燃機関が高速度で運 転されているとき、各サイクル内で比較、的長い期間、吸気弁と排気弁を開弁さ せることにより最大出力を得ること、ができ、一方、低速度、低負荷では上記よ り短い運転期間を設定することによシ内燃機関の燃料効率を改善することができ る。

排気弁と吸気弁の運転状態を変えて、両方の弁がいっしょに開弁じている期間を 短縮することにより低速度における燃料効率を改善することもできる。

英国特許第１，５２２，４０５号公報は、弁が開弁しているカムシャフトの回転 角度２変えて、いろいろな内燃機関の使用条件に合致させる手段を備えているカ ム駆動機構を開示している。この発明においては、クランクシャフトと所定の位 相関係をもったカムの回転軸のまわ９での揺動運動をカムの回転運動と組み合わ せるとともに、揺動の振幅を変えて内燃機関の運転条件にあわせて弁が開弁じて いる期間の変化にマツチさせることによりいろいろな内燃機関の運転条件に適合 させるようにされている。

英国特許第１，５２２，４０５号公報に開示されているカム駆動機構は、クラン クシ−ヤフトの回転速度の半分の回転速度で駆動されるよ−う偏心カップリング を介してカムシャフトに接続された中間駆動シャツ）Ｙ備えてい°る。カムシャ フトの軸に関し中間駆動シャフトの回転軸を半径方向に移動させることＬよルヵ ムシャフトに回転運動と揺（＠−！動よ重置る複合運動が発生するに等しい。し り・し、前記公＠Ｅ記、載されている構成、においてはこれらの揺動りつｔ−て 必要とする位相１は＃：木ぞれのカムによって！！な多、１１−たがって各ノル ン／　−ごとに個々のカムシャツ）Ｙ駆動する個々の偏心カップリングが必要で ある。したカーって、こ・の駆動機構（は比較的複雑であり、多気筒内燃機関・ の場合、製作側路が高価につ（。

本発明は、ｎ本で１組のシリンダー２備えた内燃機関において、各ピストンが該 当した組の他のピストンと位相が同じであるかまたは八〇（あるいはＡｏの整数 倍数の角度）位相がずれており、シリンダーのすべての弁についてクランクシャ フトの頻度数のｎ／２の頻度数の角度的な揺動運動（角度的な変位）ｔカムの回 転運動に組み合わせた運動が生じるようにされていて、変化させようとする考え 方にもとづ（ものである。本発明の考え刀によれば、弁はすべて同じカムシャフ トρ・ら駆動するようにされるとともに、すべての弁のタイミングの変化をエン ジンの運転条件に合致させることができる。

したがって、ｎが正の整数であるｎ本の７リングーを１組または複数組と１．ク ランクシャフトに接続されていて、各シリンダーの中で往復動するようにされて おル、同じ組に属している他のピストンと位相がアラているかあるいは位相角変 人〇またはその整数倍の角度、て位相がずれているピストンと、同じ組に属して いる谷シ・リンダ−の吸気弁かつ／または排気弁を作動させる複数のカムを担持 しているカムシャフトとを備えた４行程内燃・機関のカムシャフトを駆動するカ ム駆動機構であって、該カム駆動機構が、クランクシャフトの回転に関し所定の 位相関係を有するカムシャフトの回転軸のまわりでの通常の回転運動とクランク シャフトの回転と所定の位相関係を有するカム７ヤフトの回転軸のまわ９での揺 動運動との組み合わせより成る回転運動でもってカムシャツトラ回転させる手段 と、弁ｔｔＢ閉するタイばングを変えることができるよう揺動運動の振幅を変え る装置とを備えており、しかして、カムシャフトの回転運動の速度がクランクシ ャフトの回転運動の半分であるとともに、カムシャフトの揺動運動の頻度数がク ランクシャフトの回転運動の頻度数のｆ倍であって、 エンジンのシリンダーの本数が ｎ　＝　１のとき、ｆ＝２ｎ となるよう構成されたカム駆動機構が本発明に従がって提案されたのである。

ｎ本のシリンダー１組または複数組と、各シリンダーの中で往復動可能にクラン クシャフトに接続されていて、該当した組に属する他のピストンと位相があって いるかあるいは角度Ａ０またはこの整数倍の角度、位相がずれているピストンと 、各７リンダーの吸気弁かつ／または排気弁を作動させる複数の回転カムとより 成る内燃機関であって、それぞれの組のシリンダーについてカムがそれぞれ共通 のカムシャフト上に取シ付けられていて、本発明に係るカム駆動機構により各カ ムシャフトが駆動されるよう構成された内燃機関も本発明の中に含められている 。

したがって、シ゛リンダ−が１本より多い場合、内燃機関は１組のピストンだけ が使用されているタイプのものでよく、内燃機関に取り付けられているすべての シリンダーの弁は同じ共通のシャフトにより駆動される。たとえば、内燃機関が 直列に配列された複数のシリンダーまたは７字形に配列された２／マンクより成 るシリンダーを備えていて、中央に配置された１本のカムシャフトからすべての 弁を駆動するようにしてもよい。開業として、内燃機関がフラット・タイプまた は７字形であって、シリンダーが２組に分かれて配置されていて、それぞれ共通 のカムシャフトによシ各岨の７リンダーに取り付けられている弁をすべて動作さ せるようにしてもよい。後者の場合、各カムシャフトにカム駆動機構を用意する ことが必要である。

本発明の別の構成態様においては、内燃機関は吸気排気弁がすべて他方の共通の カムシャフトから駆動されるよう構成された２連カム／ヤフド・タイプのもので あってよい。この構成態様の場合％２つのカム駆動機構を用意することが必要で ある。

本発明は、シリンダーの本数ｎが６またはこれより多い内燃機関、とくにｎ　＝ 　４の内燃機関に適用するのにと（に適している。

カム駆動機構は、適当な構成のものであればどのような構成のものでもよい。カ ム駆動機構の１つの一般的なタイプのものは、クランクシャフトにより駆動可能 な回転駆動部材と、カムシャフトと駆動部材の間で相対的な角運動を実施するこ とが可能なカムシャフトに駆動部材の回転運動を伝達する接続機構と、駆動部材 とカムシャフトの相対的な角度の回きで揺動運動をひき起こす手段とから構成さ れている。

たとえば、このタイプのカム駆動機構を組み込んだ本発明の一実施例においては 、カム駆動機構は、太陽歯車部付と遊星歯車部材と遊星歯車担持部材とリング・ ギア部材とを備えた遊星歯車装置を備えていて、１つの部材はクランクシャツ（ によシ駆動することができ、他方の部材はカム７ヤフトに接続するようにされて いて、第６の部材を揺動させて他の２つの部材の間の相対的な角度の向きを変え る手段が用意されている。たとえば、クランクシャフトにより駆動されるよう太 陽歯車が配置されているとともに、カムシャフトを駆動するよう遊星歯車担体部 材が配置されている場合、リング・ギアを揺動させることにより太陽歯車と遊星 歯車担体の間の相対的な角度の向きを変えることができる。

この配置構成においては、揺動手段は、一端が前記第３の部材に接続されていて 、他端がクランクシャフトにより駆動することができる回転部材に接続されたリ ンクより成ることが好ましい。

回転部材は単純なりランクから構成してもよ（、この場合、揺動の振幅を変える 手段はリンクに沿ってピボットの位置を、調節する手段といっしょにリンクに沿 い摺動可能なピボットから構成するようにしてもよい。

上述の一般的なタイプのカム駆動機構を組み込んだ本発明の他の実施態様におい ては、駆動部材とカムシャフトの間の接続手段は軸方向に往復動可能な螺旋状に 延在したスプライン付き要素と該要素を軸方向に往復動すせて、カムシャフトと 駆動部材の相対的な角度の向きを変える働らきなする手段とを備えている。螺旋 状に延在したスプライン付き要素は、たとえば、駆動部材とカムシャフトと係合 する内設スプラインと外股スプラインを備えていて、前記スプラインの一力が螺 旋状に延在するようにしてもよい。

スプライン付き要素を往復動させるためカム機構を使用するのが効果的である。

本発明の好適した実施態様においては、カム機構は、−万の軌道をスプライン付 き要素の半径方向に延在しに面により形成せしめ。

他方の軌道を固定の半径方向に延在した面により形成せしめるとともに、軌道の 一方に円周方向に起伏を設けたボール・ベアリング・レースと、半径方向に延在 した面に向かってスプライン付き要素を片寄らせる手段とから構成されている。

この構成態様においては。

起伏の軸方向の深さは半径方向に変ｆヒするとともに、揺動の振幅を変える手段 が一方の半径方向に延在した面に関しボール・ベアリングの半径方向の位置を変 えるようにすることが好ましい。

上述の一般的なタイプの本発明の他の実施態様においては、カム駆動手段は、ク ランクシャフトにより駆動される第１の駆動車と、カムシャフトを駆動するよう にされた第２の駆動車と、２つの駆動車を相互に接続する駆動ベルトと、２つの 駆動車の間の駆動ベルトの走路の相対的な長さを周期的に変えて、回転運動に揺 動運動を組み合わす手段とから構成されている。

駆動ベルトまたはチェーンの相対的な長さを周期的に変える手段は２つの遊動車 より成り、該遊動車それぞれを越えて駆動ベルトまたはチェーンの走路の一方が 延在するようにされていて、遊−動車が同期的に移動して、反対向きに半径方向 に駆動ベルトまたはチェーンを移動させるよう取り付けられていることが好まし Ｉｖ）。

本発明に使用されるカム駆動機構の第２の一般的なタイプのものは、駆動部材に より生じた回転運動に揺動運動を重ね合わせる偏心カップリングによりクランク シャフトとカム／ギフトの間で接続される回転駆動部材を備えていて、揺動の振 幅を変える手段は偏心カップリングの偏心度を変える手段から構成されている。

カム駆動機構のこの一般的なタイプのものを組み込んだ本発明の一実施態様にお いては１回転部材はクランクシャフトの速度の上記に限定されているｆ倍の速度 でクランクシャフトから駆動されるよう構成されており、偏心カップリングは駆 動部材により駆動される回転可能な中間部材より成り、中間部材と駆動部材は互 に偏心した位置にあシ、中間部材はクランクシャフトの速度の半分でカムシャフ トを駆動するよう適当な変速歯車装置を介してカムシャフトに作動的に接続され ている。変速歯車装置は２ｆ：１の歯車比を有する減速歯車装置である。

駆動部材も中間部材本移動可能であるが、中間部材が駆動部材に関し移動するこ とができることが好ましい。カム駆動機構を調節することによシフランクシャフ トと駆動部材の間で駆動ベルトまたはチェーンが移動することはない。

ぐあいのよいリンク機構であればどのようなリンク機構を駆動部材と中間部材の 間に使用してもさしつかえない。中間部材の回転軸に関し偏心した位置で中間部 材の一部の部材に取り付けられていて、他方の部材に設けられた半径方向に延在 しているスロットの中に係着されたピンを介して駆動部材が中間部材に接続され ていることが好ましい。このような接続機構は、たとえば、ピボット付きリンク を備えた接続機構より摩耗が少ない。中間部材の回転運動を伝達するとともに、 中間部材の運動を支えることができる適当な接続機構を介して中間部材を減速歯 車装置に接続してもよい。

７Ｃトエば、ユニバーサル・ジヨイントまたはオルト／１ム・カップリングのご とき回転摺動接続機構を介して中間部材を減速歯車装置に接続してもよい。

本発明の好適した実施態様においては、中間部材の回転軸に関し偏心した位置で この部材の一部に取シ付けられていて、他方の＠Ｓ材に設けられた半径方向に延 在しているスロットの中に係着されたビンを介して中間部材が減速歯車装置の回 転部材に接続されている。

図面の簡単な説明 第１図は１本発明に従がって構成された内燃機関の構成を概念的に図解した正両 立面図である。

第２図は、第１図に示されている内燃機関を切断した部分的な断面図である。

第５図は、第１図と第２図り示されている内燃機関の主要構２成要素の運動手酌 ８な挙動な概念的に図解したスケッチである。

第４図と第５図は、第１図よシ第３母までに示されている内燃機関の吸気弁と排 気弁の動作を概念的に図解したグラフである。

第６図より第１０図までは、第１図より第５図までに示されている内燃機関とは 異なった本発明を具体化した内燃機関に数カ付けられている弁の動作を概念的に 図解したグラフである。

第１１図は１本発明に従がって構成された別の内燃機関の一部を拡大して図解し た部分断面図である。

第１２図は、第１１−の■−■線で切断した断面図である。

第１３図は、第１１図の■−■線で切断した断面図である。

第１４図は、本発明に従がって構成されたさらに別の内燃機関の構成を概念的に 図解したスケッチである。

第１５図は、本発明に従がって構成されたさらに他の内燃機関の一部を図解した スケッチであシ、最後に第１６図は、第１５図のＸ−Ｘ線で切断した断面図であ る。

本発明を実施する最適切な態様 本発明のその他有利な特徴は１本発明の好適した実施態様を図解した添付図面を 参照した以下の説明より容易に理解していただけよう。

まずはじめに、−列に並べられた４つの７りンダーで１組を構成している４行程 内燃機関１の構成を図解した第１図より第６図までを参照しながら本発明の詳細 な説明する。なお、各シリンダーのピストンは従来公知の要領に従がってクラン クシャフト２と接続されている。各７リンダーは吸気弁と排気弁を備えているか ら、全部で８つの弁が１本の回転カムシャフト３上に取り付けられたカムとロッ カーを介して順々に開弁されることになる。

従来公知の要領で作られているクランクシャフトとピストンとパルプとカムの構 成と配置については当業者には衆知のことであるので、添付図面にはこれらの構 成要素を概念的に図解することにとどめた。

カムシャフト３は、第１・図と第２図には参照数字５で一般的に表示されている 遊星歯車装置より成るカム駆動機構を介してクランクシャフトから駆動されてい る。遊星歯車装置５は太陽歯車６を備えておシ、該太陽歯車６は駆動車７に固定 されていて、該駆動車７はタイミング・ベルトまたはタイミング・チェーン９を 介してクランクシャフト２に取シ付けられている駆動スプロケット８に連結され ている。太陽歯車６はカムシャフトに固定されたキャリヤ１２上に取９付けられ ている複数の遊星歯車１２（図示の場合、３つ）と噛み合っている。遊星歯車１ ２はまたリング・ギア１４とも噛み合っている。遊星歯車装置の歯車比はクラン クシャフトの半分の速度でカムシャフトを回転駆動するよう設定されている。

第１図と第６図を見ればもっともよ（理解することができるように、リング・ギ ア１４はリンク１５の一端に接続されておシ、該リンク１５の他端は摺動力ツノ リングＩＴを介して回転クランク車１６に接続されている。クランク車１６は、 クランクシャフトの回転速度の倍の速度でクランクシャフト２より駆動すれるよ うタイミング・ベルトまたはチェーン９と係合している。リンク１５はピボット １８を担持しておシ、該ピボット１８はリンク１５：の長さに沿って摺動するこ とができるようになっている。ピボット１８はまた制御レバー１９上に摺動可能 に取Ｑ付けられており、該制御レバー１９は一端をエンジンに接続させた固定ピ ボットを備えていて、第６図で実線と鎖線で表示された位置間の角度にわたって 移動することができるようになっている。ピボット１８自身はリング・ギア１４ とクランク車１６の中心の間に延設された線２０に沿って摺動することができる 。

制御レバー１９が第６図に鎖線で表示された位置を占めているとき、摺動ピボッ ト１８はリング・ギア１４の近傍でりンク１５の端部の近くに位置ぎめされてい る。したがって、リンク・ロッド１５は図示の状態ではほぼ静止状態にある端部 のまゎりで枢動するだけであるから、クランク車１６が回転してもリング・ギア １４はほとんど動かないかあるいはまった（動かない。したがって、遊星歯車装 置５は、クランクシャフトに関し一定の位相関係をもった回転転運動をしながら クランクシャフトの速度の半分に等しい速度でカムシャフトを回転させろことに なる。

制御レバー１９が角度Ｘ移動して実線の位置に戻ったとき、クランク車１６が回 転すると、クランクシャツ８２０回転の頻度数の倍に相当した頻度数、すなわち 、クランク車１６の駆動頻度数と同じ頻度数でリング・ギア１４を前後に揺動さ せることになる。第６図で実線で表示されている位置に向かって制御レバー１９ が移動するにしたがって揺動の振幅が徐々に大きくなる。リング・ギア１４が揺 動すると、遊星歯車１２が太陽歯車６のまわ９で前後に転動し、この結果、相対 的な角度的な向きが変わり、リング・ギア１４の揺動が遊星キャリア１３を介し てカムシャフト３に伝達される。

カムシャフト３０円形運動と揺動運動よシ成る複合運動の状態が第４図にグラフ で図解されている。第４（ａ）図は、クランクシャフトの１回転の間にむける吸 気弁と排気弁の開閉動作とクランクシャフトとの間の位相関係を図解したもので あって、クランクの回転角度はグラフの横軸上に角度でプロットされており、一 方。

吸気弁と排気弁のミリで表わした移動量が縦軸上にプロットされている。

実線で画かれた曲線ＡとＢは、それぞれ、リング・ギア１４が揺動作用をうけな い間における排気弁と吸気弁の移動量を図解したものである。排気弁はピストン が下死点（以下ＢＤＯと称す）位置に到達するまえ５０°で開き始め、ピストン が上死点（以下ＴＤＯと称す）位置に到達したあと約３５°で閉弁する。したが って、排気弁はクランクシャフト３０２６５°の回転にわたって開弁している。

−万、吸気弁はピストンがＴＤＯに到達するまえ約３５°で開きはじめ、ピスト ンがＢＤＣに到達したあと約５０°で開弁する。したがって、吸気弁もクランク シャフトの２６５°の回転にわたって開弁している。

第３図に示されているように制御レバー１９を調節してリング・ギア１４を揺動 させると、クランクシャフト３に同じような揺動が生じる。クランク７ヤフトに 関するこれらの揺動の位相関係が第４（ｂ〕図に図解されている。揺動の頻度数 がクランクシャフトの頻度数の倍であることは理解していただけよう。したがっ て。

クランクシャフトの各回転ごとに２回の揺動が生じる。

第４（ａ）図の鎖線の曲線ＣとＤはそれぞれ、クランクシャフトにより生じたカ ムシャフトの回転運動が組み合わせたときの排気弁と吸気弁の移動量を図解した ものである。図示されているように、排気弁がＢＤＣのまえ約３０°で開弁し、 ＴＤＣのあと約２０°で閉弁するとともに、吸気弁がＴＤＣのまえ約２０°で開 弁し。

ＢＤＣのあと約５０°で閉弁するよう揺動運動がカムシャフトの回転運動を修正 しているのである。・したがって、これらの弁はクランクシャフトの２６０°の 回転の間、開弁している。揺動の振幅を変えることにより吸気弁と排気弁が開弁 している期間を変えることができる。

第５図は、エンジンのうち他の６つのシリンダーの吸気弁と排気弁についてカム シャフトの揺動運動の効果を図解したものである。第１と第２と第６と第４のシ リンダーの吸気弁と排気弁の開弁状態の間の位相関係が第５（ａ）図より第５（ ｄ）図までのダイアグラムにょシ図解されている。ハツチングをほどこした長方 形の面積は排気弁の開弁状態を表示してお夛、−万、ハツチングをほどこしてい ない長方形の面積は吸気弁の開弁状態を表示している。第５（０３図は第４（ｂ ）図と同様、クランクシャフトの回転とカムシャフトの揺動の間の位相関係を図 解したものである。

第５　（ａ）　図［第４　（ａ）図に類似しているが、カムシャフトの全６６０ °の運動を図解したものである。カムシャフトはクランクシャフトの速度の半分 の速度で駆動されるので、カムシャフトの６６０°の回転はクランクシャフトの ７２０°の回転を表わす。この期間のあいだに４つの全揺動サイクルが実施され る。揺動運動の結果、上に説明したように、第５（ａ）図に矢印により図解され ている要領で排気弁または吸気弁の開弁している間におけるクランクシャフトの 回転角度が減少することになる。

第５（ｂ）図を参照すれば、エンジンのうち第２のシリンダーのピストンは、エ ンジンの１燃焼ザイクルを実施スるに必要なりランクシャフトの２回転にもとづ いて第１のシリンダーに関し１８０°位相がずれている。

したがって、排気弁と吸気弁は第１のシリンダーの排気弁と吸気弁のあと１８０ °の位相ずれをもって開弁する。クランクシャフトに同訓される揺動の頻度数は クランクシャフトの回転の頻度数の２倍であるので、第１のシリンダーの弁に関 する第２のシリンダーの弁の位相差は揺動の１サイクルに相当している。この結 果、第２のシリンダーの弁が第１のシリンダーの弁と正確に同じ量開弁している 間におけるクランクシャフトの回転角度が揺動により変化することになる。

第５（Ｃ）図を参照すれば、第６の７リンダーは、第１のシリンダーに関し５４ ００位相がずれるとともに、第２のシリンダーに関し６６００位相がずれている 。したがって、排気弁と吸気弁は、第１と第２のシリンダーの排気弁と吸気弁の あと５４００と３６００の位相のずれをもって開弁する。これらの位相差は６揺 動サイクルと２揺動サイクルに相等している。したがって、第６のシリンダーの 弁が開弁している間のクランクシャフトの回転角度は正確に第２のシリンダーと 同じ量揺動により変化することになる。

同様に、第５（ｄ）図を見れば判るように、第４のシリンダーは第１と第２と第 ３のシリンダーに関し６６ｏ０と１８００と１８０°だけ位相がずれていて、こ れらの位相のずれはそれぞれ整数倍の揺動サイクルに相等しているので、第４の シリンダーの排気弁と吸気弁は他の６つの７リンダーの弁と同じ量開弁期間が変 動することになる。

ピストンがそれぞれ１８０°または１８ｏ０の整数倍互に位相がずれているかあ るいは位相があっているものとすれば、上述の諸条件はシリンダーの本数が何本 のエンジンにも当てはまるものであることは理解していただげよう。したがって 、このようなエンジンにおいては同じクランクシャフトからすべての弁を駆動す ることができる。

第６図より第１０図までは、いろいろなシリンダーの本数をもったエンジンに適 用された本発明の別の実施例の機能を図解したものである。一般に、それぞれ同 じ量位相ずれしたｎ個のピストンを備えた４行程エンジンにおいては、４行程の エンジンのサイクルを実施するために必要なりランクシャフトの２回転に関しど の２つのピストンの間の位相角の差Ａもクランクシャフトの回転角度で表わせば ７２０／ｎ度かまたはその整数倍となる。各シリンダーについて弁の動作は上記 の値ぶん互に位相がずれている。はとんどの場合において位相差Ａが１揺動サイ クルに相等するものであることが便利である。したがって、このような場合、ク ランクシャフトの各６６０°のサイクルについて下式したがって、揺動の頻度数 はクランクシャフトの回転の頻度数のｎ／２倍となる。

クランクシャフトが２つのシリンダーの弁を動作させるエンジン、すなわち、ｎ −２であるエンジンである場合、２つのシリンダーの間の位相差Ａが２揺動サイ クルに一致するときにエンジンは非常にぐあいよ（動作スる。この場合、揺動の 頻度数はクランクシャフトの頻度数のｎ倍である。クランクシャフトが１本のシ リンダー（ｎ＝２　）を動作させる場合、揺動の頻度数がクランクシャフトの頻 度数の２ｎ倍であって、カム駆動機構が４揺動サイクルを実施するとき満足する にたる結果を得ることができる。したがって、ｎ本のシリンダーの弁を動作させ るカムシャフトを駆動するよう配設されたカムシャフト駆動機構については、揺 動の頻度数はクランクシャフトの回転の頻度数のｆ倍でなければならない。すな わち、ｎ＝ｉのときｆ＝２、ｎ　＝　２のときｆ−ｎ／２．ｎ＝６またはこれよ り多いときｆ−ｎ／２となる。

さて、第６図を参照すれば、６シリンダーの直列エンジンの動作が図解されてい る。このエンシンの場合、各ピストンは１位相角へ〇または１２０°互に位相、 がずれている。カムシャフトの回転運動と組み合わされた揺動により各シリンダ ーの弁の開弁期間が同程度変動するようにするため、（上述のようにｎ／２で表 示される）揺動の頻度数はクランクシャフトの頻度数の６／２または６倍に増加 する。

揺動の効果が第６図に図解されていて、第１のシリンダーの排気弁は、上述の場 合と同様、ハツチング線により表示されている。排気弁の開弁がサイクルの中で 約２０°進んでいて、吸気弁の開弁と閉弁か約２０゜遅れていることを理解して いただけよう。したがって、６弁が開弁している期間はほぼ変わらないが、吸気 弁と排気弁の両方が同時に開弁じている期間は短くなっている。このように両弁 が同時に開弁している期間を短くすることによりエンシンの速度が低（負荷が低 い状態で運転されるエンジンの燃料効率を改善することができる。

第６（同図に示されている面積は第１のシリンダーに関し１２０°位相がずれて いる第２のシリンダーの動作を図解したものである。２つのシリンダー間の位相 角度差は揺動の整数倍のサイクルに一致しているので、リンダ−の動作と同じよ うに影響をうける。残シのシリンダーはすべて１２０°または１２０°の整数倍 圧に位相ずれしているので、各シリンダーで同じ効果を得ることができる。

第７図は、カムシャフトが２つのシリンダーの弁を動作するよう構成されたエン ジンに適用された本発明の他の実施例を図解した第６図に類似したダイアグラム であって、２つのシリンダーの位置は６６０°の位相角Ａぶん位相がずれている 。この場合、揺動の頻度数はクランクシャフトの頻度数の”／２または２／２＝ １倍である。第７（ａ）図に表示されている面積は、第１のシリンダーの弁の動 作を図解したものである。排気弁と吸気弁が開弁している絶対的な期間が変わら ない状態で６７リングー・エンジンの場合に似た効果を挙げることができろが１ 両方の弁がいっしょに開弁している期間が短くなっているので、低運度、低負荷 における燃料効率を改善することができることは理解することができよう。

このタイプのエンジンも、揺動運動の頻度数がクランクシャフトの回転Ｑ頻度数 の倍となるよう構成された本発明に係るカム駆動機溝により動作させることかで きる。このような場合、吸気弁と排気弁の動作の変化は第４図に図解されている 通りである。

２つのシリンダーを駆動するカムシャフトを備えたエンジンの動作に関する上述 の説明が２シリンダー・エンジンにもシリンダーが２列に配列されている４７リ ンダー・エンジン、すなわち、水平に向かい合った複数の対をなすシリンダーよ ジ成シ、それぞれ対をなす弁をそれぞれの対のカムシャフトにより駆動するよう にされたエンジンにも適用することかできることは理解していただけよう。

第８図は、′５シリンダー・エンジンに適用された本発明の別の実施例の動作を 図解した第６図に類似したダイアグラムである。直列の６シリンダー・エンジン は一般的ではない。しかし、各バンクＶＣ５つのシリンダーを配設して２バンク の構成にシリンダーが配列されている６シリンダー・エンジンは１通常、別々の カムシャフトから駆動されている。したがって、第８図はこのようなシリンダー のバンクの１つの動作を図解したものである。いずれの場゛合も、６つのシリン ダーは２４０°の位相角度圧に位相ずれしておシ、揺動の頻度数はクランクシャ フトの頻度数のｎ／２または３／／２＝１．５倍である。

第８（ａ）図に示されているように、第１のシリンダーに及ぼす揺動の効果は、 排気弁と吸気弁が開弁しているそれぞれの期間を短縮させることな（１両刀の弁 が同時に開弁じている期間を短縮させることができることである。第８（ｂ）図 に示されているように、第２のシリンダーが第１のシリンダーに関して位相ずれ している２４０°の角度が揺動サイクルの整数倍に一致していることも理解して いただけよう。したがって、第２のシリンダーの弁が開弁時間と閉弁時間につい てうける変化は同じである。同じことは第６のシリンダーについても当てはまる ことである。

第９図は、第８図に示されている５シリンダーのバンクツカムシャフトの動作の 別の態様を図解したものである。この場合、クランクシャフトに関する揺動の位 相関数は変ｆヒしている。したがって、第８図に示されているように、揺動運動 が始まると、他方のシリンダーのうちの１つのＴＤＯ位置と一致する点Ｂに弁の タイミングを進ませることができる。吸気弁が開弁じたときまたは吸気弁が開弁 する近（で点Ｂが現われるよう揺動の位相を変えると、排気弁の開弁と閉弁のタ イミ〜ングが同じ量前進するが、吸気弁の開弁と閉弁のり、イミノジはほぼ同じ である。したがって、吸気弁のタイミングに大幅な変化を与えることな（両方の 弁が開弁する期間を短縮することができる。

第１０図は、第８図に図解されている３つのシリンダーより成るバンクのカムシ ャフトの動作の他の変更態様を図解したもので、この実施態様の場合、点Ｂが排 気弁が閉弁するときまたは閉弁する近くで現われるようクランクシャフトに関す る揺動の位相関係が変更されている。その結果、吸気弁の開弁と閉弁のタイミン グが同じ量遅延するが、排気弁の開弁と閉弁のタイミングはおおむね変化しない ままであシ、シたがって両刀の弁が開弁している期間を短縮することができる。

本発明はまた、たとえば、シリンダーが水平に向かい合っているシングル・シリ ンダー・エンジン、２シリンダー・エンジンのごとく、１つのカムシャフトが１ つのピストンの弁を駆動するようにされたエンジンにも適用することができる。

カムシャフトの動作は、揺動の頻度数がクランクシャフトの回転の頻度数の２倍 であることを除き１本発明の実施例について上述されている通りである。吸気弁 と排気弁の動作の変化は第４図に図解されている通りである。

本発明の上述の実施例のすべてについて、揺動運動にカムシャフトの回転運動を 複合させることにより吸気弁と排気弁が同時に回転している期間を短縮する効果 が得られている。必要な場合、揺動の位相を半サイクル移動させることにより前 記の吸気弁と排気弁が同時に開弁している期間を伸ばすことができることは理解 していただけよう。このための配置構成を必要とするかどうかは、揺動運動がな いときカムシャフトの回転運動だけにより長期間または短期間吸気弁と排気弁を いっしょに開弁するようにするのかどうか次第である。

第１１図よシ第１６図までは別のカム駆動機構４因解したものである。この配置 構成においてはタイミング・ベルトまたはチェーン９を介してカムシャフト３の カムシャフト上の駆動スプロケット（第１図参照）に接続された駆動車２５は軸 方向に延在したスプライン２７によりチューブ２６上に摺動可能に取シ付ゆられ ている。チューブ２６は内面に螺旋状のスプラインを備えていて、このスプライ ンがカムシャフト３の一端に形°成された対応したスプラインと係合している。

したがって、駆動車２５に関しチューブ２６が軸方向に移動すると、駆動車２５ に関しカムシャフト３が回転する。

しかして、ボール・ベアリング・レースの一方の軌道を形成しているチューブ２ ６０半径方向に延在した端面３３と固定の垂直面３２との間に１組のボール・ベ アリング３１を保持するよう構成されたボール・ベアリング・レース３０よ構成 るカム機構によりチューブ２６を軸方向に移動させるようになっている。

半径方向外向きに深さと高さが増加するようにされた４つのピーク３４と４つの へこみ３５との組み合わせにより構成された円周方向の起伏がチューブ２６の端 面３３上に設けられている。ボール・ベアリングの半径方向の位置を調節するこ とを可能にさせるケージと端面３３に向かってチューブ２６を片寄らせる働らき をするばね３７とによシ２つのレースの間にボール・ベアリングが保持されてい る。第１３図を見ればよく判るように、ケージは２枚のスロット・プレート３８ と３９から構成されていて、−万のディスクに設けられたスロットは半径方向に 配置されておシ、他方のディスクに設けられたスロットは前記スロットに関し４ ５°の角度をなして配置されている。−万のディスクを他方のディスクにかぶせ て回わすと、ボール・ベアリングは半径方向に延在したスロットに沿って半径方 向に移動する。

上述のように構成されたカム駆動機構の動作について説明すると次の通シである 。駆動車２５はクランクシャフトの半分の速度で駆動され、これによりチュ」ブ ２６は駆動車２５といっしょに回転して、駆動車２５０回転をカムシャフト３に 伝達する。これに加えて、ボール・ベアリングがチューブ２６の端面３３上の起 伏を越えて移動すると、チューブ２６はクランクシャフトの回転の頻度数の倍の 頻度数で軸方向に揺動する。軸方向の揺動はチューブ２６を介しクランクシャフ トの軸のまわりの揺動に変換されるが、揺動の振幅はボール・ベアリング３１０ 半径方向の位置により制御することができる。したがって、この回転運動と揺動 運動より成る複合運動は、第４図と第５図を参照して説明された上述の複合運動 と同等のものとなる。

第６図より第１０図までを参照して記載された本発明の他の実施例について要求 されているいろいろな揺動の頻度数はチューブ２６の端面の形状を変更して、起 伏を増やしたりあるいは減らすことにより調整することができる。

第１４図は、４シリンダー・エンジンのさらに別のカム駆動機構を図解したもの であって、このカム駆動機構においてはカムシャフト３は第１の駆動車４０に直 接接続されていて、該第１の駆動車４０はタイミング・ベルトまたはチェーン４ １により駆動されており、該タイミング・ベルトまたはチェーン４１はクランク シャフト２に接続された第２の駆動車４２を回転させるようにされている。タイ ミング・ベルトまたはチェーン４１０２つの走路４４と４５はそれぞれ、遊び車 ４７と４８上を通過するようにされている。遊び車４７−４８はリンク５００両 端に取り付けられておシ。

該リンク５０はビンとスロット接続部５３を介してリンク５０に接続されていて 、クランクシャフトの速度の倍の速反でクランクシャフトにより駆動するように された回転駆動部材５１より成る偏心駆動装置により往復動させることができる ようになっている。

上述の実施態様に係るカム駆動機構の動作について説明すると、回転駆動部材５ １はクランクシャフトの回転の頻度数の倍の頻度数でリンク５０を揺動させる。

リンク５０が揺動するごとにこの揺動と同期的に遊び車４７．４８を移動させ、 これにより第１と第２の駆動車４０．４２の中心を結ぶ線より反対の向きに半径 方向に駆動ベルトの走路４４．４５が移動し、これに伴ないタイミング・ベルト またはチェーンの正味長さを変えることな（走路４４．４５の長さは交互に増減 する。走路４４．４５の増減により第１の駆動車４０に揺動運動が生じ、この揺 動運動はカムシャフト３に伝えられるが、揺動運動の振幅はリンク５０の往復動 ）振幅に従カって変化する。このカムシャフト３の移動も第４図と第５図を参照 して説明したカムシャフトの移動に類似している。駆動部材５１の駆動ピンの偏 心度を変えることにより往復動の振幅を変えるようにしてもよい。さらに、クラ ンクシャフトの回転速度に関し駆動部材の回転速度を変えることにより４本より 多いシリンダーまたは少ないシリンダーを備えたエンジンに対する要求条件にマ ツチさせるようにするため。

揺動の頻度数を変えるようにしてもよい。

第１５図と第１６図は、４シリンダー・エンシンのさらに別のカム駆動機構を図 解したものであって、このカム駆動機構においてはエンシンの回転速度の倍の速 度でタイミング・ベルトまたはチェーン９によりエンジンのクランクシャフトか ら駆動される回転駆動部材６０は一般的に参照数字６２によシ表示されている偏 心カップリングを介してカムシャフト３に連結されている。偏心カップリング６ ２はディスクの形に作られた中間部材６３よシ成シ、該中間部材６３を軸方向に 貫通した半径方向に延在しているスロット６４が中間部材６３に設げられている 。このディスクは制御リンク６６によシ半径方向に往復動させることができるベ アリング６５９中に回転可能に取り付けられており。

中間部材６３０回転軸は量θだげ回転駆動部材６０の回転軸に関し偏心させて位 置ぎめすることかできる。

さらに中間部材６３は、回転駆動部材６ｏの回転軸に関し偏心させて取り付けら れた第１の駆動ピン６７を介して駆動部材６０に接続されている。ピン６７はロ ーラーまたは摺動ブロックを担持しており、該ローラーまたは摺動ブロックは中 間部材６３に設けたスロット６４に係着されている。

中間部材６３は一般的に参照数字６８により表示されている４：１の歯車比をも った減速歯車装置を介してカムシャフトに接続されている。減速歯車装置６８は 一端にピニオン７３を担持している回転部材７ｏを備えており、前記ピニオン７ ３はカムシャフト３の端部に取り付けられたピニオン７４と噛み合っている。

回転部材７０の他端に第２の駆動ピン７２が担持されており、該第２の駆動ピン ７２は回転部材７００回転軸に関し偏心した位置に位置ぎめされている。ピン７ ２は第１の駆動ピン６７と向かい合った位置で中間部材６３のスロットの端部に 係着されているローラーまたは摺動ブロックを担持している。

上述のように構成されたカム駆動機構の動作について説明すると次の通りである 。中間部材６３０回転軸が駆動部材６０と回転部材７０の回転軸と一列に並んで 配置されているときクランクシャフトの回転速度の倍の速度で回転する駆動部材 ６０の回転は、中間部材６３を介して回転部材７０に直接伝達され、したがって カムシャフト３に伝達される。減速歯車装置６８が４＝１の歯車比で減速を行な うので、カムシャフトはエンジンの回転速度の半分の回転速度で駆・動される。

もし、駆動部材６０と回転部材７０に関し中間部材６３を半径方向に移動させる と、角θ１駆動部材６３が回転することに伴ない中間部材−６３は角０２回転す る。この角度θ２は駆動部材６００回転角度に関しほぼ正弦的に変化し、駆動部 材６０の最初の１８００の回転の間はθ１よシ大きいが、第２の１８０°の回転 の間はθ２より小さい。中間部材６３が回転するにしたがい中間部材６３は第２ の駆動ピン７２を介して回転部材７０に駆動力を伝達する。中間部材６３の回転 軸は回転部材７００回転軸に関して偏心しているので。

中間部材６３が角０２回転゛すると、中間部材７０は角θ３回転するが、この角 θ３も中間部材６３の回転角に関１−はぼ正弦的に変化する。したがって、駆動 部材６０に関する回転部材７００回転角は（θ３−０１）であり、この値は駆動 部材６００回転の頻度数に等しい頻度数で角θ１とともにほぼ正弦状に変化する 。

したがって、その結果得られる回転部材７０の運動は、クランクシャフトの回転 速度の倍の速度をもった駆動部材６００回転運動とクランクシャフトの回転の頻 度数の倍に等しい頻度数をもった揺動運動とを複合させたものである。この運動 が減速歯車装置６８を介してカムシャフト３に伝達されると、カムシャフト３は クランクシャフトの速度の半分の速度で回転するとともに、クランクシャフトの 回転の頻度数の倍に等しい頻度数で揺動する。したがって、この運動は、第４図 と第５図に図解されている通りのものである。

本発明の好適した実施例を図解し、この実施例について本発明を説明したが１本 発明の範囲から逸脱しない限り本発明に適宜変更または修正を加えてさしつかえ ないことは当業者には自明のことである。たとえば。

上記より多くの本数のシリンダーまたはこれより少ない本数のシリンダーをもっ たエンジンのクランクシャフトを駆動するために上述のものと類似した機構を使 用してもよい。しかし、駆動部材６０の寸法と減速歯車装置６８の歯車比は、所 要のカムシャフトの速度で所要の頻度数をもった揺動が生じるよう変更すること が必要である。一般に、揺動の頻度数がクランクシャフトの回転の頻度数の（先 に限定されている）ｆ倍となるようクランクシャフトの速度のｆ倍で駆動部材が 駆動される。また、カムシャフトの回転の頻度数がクランクシャフトの回転の頻 度数の半分となるようにするため、変速歯車装置６８は２ｆ：１の歯車比をもっ た減速歯車装置である。

本発明が自動車に工業的に適用することができ、そして本発明に係るカム駆動機 構を備えたカムシャフトを使用することによりいろいろな弁の動作タイミングを もったエンジンを構成することができることは上述の説明より明らかであろう。

牙３図 αゴ　４） ｌ「 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．　ｎが正の整数であるｎ本のシリンダーを１組または複数組と、クランクシ ャフトに接続されていて、各シリンダーの中で往復動するよう妃されてお゛す、 同じ組に属していて他のピストンと位ａがあっているかあるいは位相角度Ａ０ま たはその整数倍の角度位相がずれているピストンと、同じｍＷ属ｉしてＱ、ｓる 各７′リンダ−の吸気弁かつ／または排気弁を作動させろ複数の回転カムを担持 している力Ｌシャフトとを備えた４行書内燃機関のカムシャフトを駆動するカム 駆動機構であって、該カム駆動機構がクランクシャフトの回転運動と所定の位相 関係を有するカムシャフトの回転軸のまわりでの回転運動と前記、弁に関するカ ムの角度位置を進ませたり遅らせたシする回転軸のまわシでの揺動運動との組み 合わせより成る回転運動でもってカムシャフトを回転させる装置を備えていて、 前記揺動運動がクランクシャフトと所定の位相関係を有し、さらに弁を開閉する タイミングを変えるため揺動運動の振幅を変える装置を備えており、しかしてカ ムシャフトの回転運動の速度がクランクシャフトの＠転運動の速度の半分である とともに、カムシャフトの揺動運動の頻度数がクランクシャフトの回転運動の頻 度数のｆ倍であって。 エンジンのシリンダーの本数が ｎ　＝　ｉのとき、ｆ　＝−２ｎ ｎ　＝　２のとき、ｆ　＝＝　ｎまたはｎ／２ｎ　＝　３またはこれより多いと き、ｆ＝ｉであることを特徴とするカム駆動機構。 ２、カム駆動機構が、クランクシャフトによす駆動可能な回転駆動部材と、該駆 動部材に関しカムシャツ、トな角運動させる手段を備えた駆動部材の回転運動を カムシャフトに伝達する接続手段と、駆動部材に関しカムシャフトを揺動させる 手段とを備えていることを特徴とする請求の範囲の第１項記載のカム駆動機構。 ３．７力ム駆動機構が、リング・ヤアを有する複数の歯車より成る遊星歯車装置 と、前記歯車の１つがクランクシャフトにより駆動される駆動部材であることと 、遊星歯車装置の他の部分をカムシャフトに接続する手段と、太陽歯車と遊星歯 車との間の相対的な角度の向きを変えるよう第３の歯車を揺動させる手段とを備 えていることを特徴とする請求の範囲の第２項記載のカム駆動機構。 ４、揺動手段が、一端が第６の歯車に接続され、他端がクランクシャフトによシ 駆動される回転部材に接続されたリンクより成ることを特徴とする請求の範囲の 第６項記載のカム駆動機構。 ５、　回転部材がクランク車より成り、揺動運動の振幅を制御する手段がリンク に沿って摺動可能なピざットとリンクに沿うピボットの位置を調節する手段とよ り成ることを特徴とする請求の範囲の第４項記載のカム駆動機構。 ６、　駆動部材とカムシャフトとの間の接続手段が、軸方向に往復動可能な螺旋 状に延在、したスプライン付き要素と、該要素を軸方向に往復動させてカムシャ フトと駆動部材の相対的な角度の向きを変える働らきをする手段とより成ること を特徴とする請求の範囲の第２項記載のカム駆動機構。 Ｚ　スプライン付き要素を軸方向に往復動させる手段がカム機構より成ることを 特徴とする請求の範囲の第６項記載のカム駆動機構。 ８、　カム機構が、一方の軌道をスプライン付き要素の半径方向に延在した面に より形成せしめ、他方の軌道を固定の半径方向に延在した面により形成せしめる とともに、前記軌道の一方に円周方向に起伏を設けたボール・ベアリング・レー スと、２つのレースの間に配置されたボール・ベアリングと、固定の半径方向に 延在した面に向かってスプライン付き要素を片寄らせる手段とより成ることを特 徴とする請求の範囲の第７項記載のカム駆動機構。 ９　前記起伏の軸方向の深さが半径方向に変化していて、揺動の振幅を変える手 段が半径方向に延在した面の一方に関しゴール・ベアリングの半径方向の位置を 変える手段より成ることを特徴とする請求の範囲の第８項記載のカム駆動機構。 １０、カム駆動機構が、クランクシャフトにより駆動するようにされた第１の駆 動車と、カムシャフトを駆動するようにされた第２の駆動車と、２つの駆動車を 相互に接続する駆動ベルト手段と、２つの駆動車の間の駆動ベルトの走路の相対 的な長さを周期的に変更して、クランクシャフトに関しカムシャフトを揺動させ るよう駆動手段に作動的に接続された手段とより成ることを特徴とする請求の範 囲の第１項記載のカム駆動シャフト。 １１、駆動ベルトの走路の相対的な長さを周期的に変える手段が２つの遊動車よ り成り、該遊動車がそれぞれ駆動ベルトの走路の一方と係合していて、周期的に 移動して反対向きに半径方向に駆動ベルトを移動させるよう取り付けられている ことを特徴とする請求の範囲の第１０項記載の機構。 １２、遊動車がクランクシャフトにより駆動される回転駆動部材により往復動さ せることが可能な偏心運動タイプのリンク機構上に取り付けられていることを特 徴とする請求の範囲の第１１項記載のカム駆動機構。 １６、遊動車がそれぞれ直線状ＩＪ　ンク機構を構成している２つの部品のうち の一方に回転可能に取り付けられていて、リンク機構のうち隣接した部分がビン とスロットより成る接続手段と前記ビンを、偏心位置に担持している手段とを備 えており、ビンがクランクシャフトにより回転されることを特徴とする請求の範 囲の第１１項記載のカム駆動機構。 １４、駆動手段がクランクシャフトにより生じたカムシャフトの回転運動に揺動 運動を重ね加える働らきをする偏心カップリングを介してクランクシャフトとカ ムシャフトの間で接続するようにされた回転駆動部材より成り、揺動運動の振幅 を変える手段が偏心カップリングの偏心度を変える手段より成ることを特徴とす る請求の範囲の第１項記載のカム機構。 １５、偏心カップリングが駆動部材により駆動される中間の回転部材より成り、 中間部材の回転軸と駆動部材の回転軸が互に偏心した位置に中間部材と駆動部材 を相対的に移動させるよう中間部材と駆動部材が取り付けられて！いて、中間部 材が変速歯車装置を介してカムシャフトに作動的に接続されていることを特徴と する請求の範囲の第１４項記載のカム駆動機構。 １６、中間部材が駆動部材−に関し移動することができるよう取り付けられてい ることを特徴とする請求の範囲の第１５項記載のカム駆動機構。 １７、駆動部材がビンとスロットより成るタイプの接続手段を介して中間部材に 接続されていて、ビンが中間部材の回転軸に関し偏心した位置に取り付けられて いることを特徴とする請求の範囲の第１６項記載のカム駆動機構。 １８、中間部材がビンを介して減速歯車装置の回転部材に接続されていてこ前記 ビンが中間部材の回転軸に関し偏心した位置で中間部材の一方の部材に取り付け られているとともに、他方の部材に設けられた半径方向に延在しているスロット と係合していることを特徴とする請求の範囲の第１７項記載のカム駆動機構。 １９　中間部材にスロットが加工されていることを特徴とする請求の範囲の第１ ７項または第１８項記載のカム駆動機構。 ２０、ｎが整数である０本のシリンダー１組または複数組と、各シリンダーの中 に往復動可能にクランクシャフトに接続されたピストンであって、該当した組に 属する他のピストンと位相があっているかあるいは八〇またはその整数倍の角度 位相がずれているピストンと、各シリンダーの吸気弁と排気弁を作動させる回転 カムとよシ成る内燃機関であって、それぞれの組の“シリンダーについてカムが 共通のカムシャフト上に取り付けられていて、各カムシャフトが請求の範囲の第 １項または第２項記載のカム駆動機構によシ駆動されることを特徴とする内燃機 関。 ２１、内燃機関が４本で１組のシリンダーより成ることを特徴とする請求め範囲 の第２０項記載の内燃機関。