着座衝撃をもつエンジンバルブに付けられた不減衰1 体系弁ばねのサージングを抑制するバルブリフトの設計法の提案

本論文は、シリーズ型のハイブリッド機構のエンジンで用いられる一定回転で回る動弁機構を想定した、弁ばねのサージングを防ぐカムに関する研究である。ここでは、バルブの着座時に発生する不連続な速度変化に対しても、非減衰で線形な弁ばねの主たる振動である１次モードのサージングの発生を防ぐことができるカム関数の設計法について議論した。提案されたカム関数は、半奇数整数三角関数からなる２点境界値問題の解を用いた有限時間整定関数であり、パラメータpを変化させることで、可算無限個のカム軌道を生成する。またこれらの無限級数もサージングを抑制するカム関数となる。提案されたカム関数は、様々な立ち上がり時間や衝突速度に対応して設計可能であり、pを１としたり、無限級数を用いたりすることで、波数が１で凹凸が少ないカム関数を設計することができた。また無限級数については、係数の収束性を考慮する必要があることが分かった。これら関数をカムに利用することで、カム－タペット間の摩擦によるエンジンのエネルギー損失が、大きく低減されることが期待される。

This study investigates a valve lift designed to prevent valve spring surging in a valve train operating at a constant speed, typical of series-type hybrid engines. The paper outlines a method for designing a cam function that mitigates surging in the primary mode, which is the predominant vibration in an undamped linear valve spring, even during discontinuous speed changes when the valve body seats. The proposed cam function is a finite-time settling function using the solution of a two-point boundary value problem composed of half-odd integer trigonometric functions. By varying the parameter p, a countably infinite number of cam trajectories can be generated, and all of which serve as surging preventive cam functions. The cam function can be tailored to different rise times and collision velocities. By setting parameter p to 1 or employing an infinite series, a valve lift with a wave number of 1 and minimal concavities can be achieved. Additionally, the convergence of the coefficients in the infinite series is found to be important for the valve lift design. Utilizing these valve lifts is expected to significantly reduce engine energy loss due to friction between the cam and the tappet.

Surging, Valve spring, Cam design, Discontinuous speed change, Infinite series