JP5493677B2 - Variable valve gear - Google Patents
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Description
本発明は、自動二輪車または自動車などのエンジンの運転状況(例えばエンジン回転数など)に応じてバルブリフト特性を変更可能な可変動弁装置に関する。 The present invention relates to a variable valve gear that can change valve lift characteristics in accordance with the operating conditions (for example, engine speed) of an engine such as a motorcycle or an automobile.
自動二輪車または自動車のエンジンでは、以前より燃焼効率の向上を図るべく、種々の工夫あるいは提案等がなされている。バルブの開閉タイミングをずらして行なう可変位相方式に始まり、カムの切換によるバルブリフトの可変制御等が採用されてきた。尚、このカム切換方式は、低速用と高速用の2つのカムを用意し、エンジンの出力に応じて作用角の小さなカムから大きなカムに切り換えるものである。 Various ideas or proposals have been made for motorcycles or automobile engines in order to improve combustion efficiency. Beginning with a variable phase system in which the valve opening and closing timing is shifted, variable control of the valve lift by switching the cam has been adopted. In this cam switching system, two cams for low speed and high speed are prepared, and a cam with a small operating angle is switched to a large cam according to the output of the engine.
更に、近年では可変位相とカム切換を組み合せたものが提案され、その後、作用角及びバルブリフト量を連続可変する3次元カム(立体形状カム)を使用する方式が提案されている。例えば、特許文献1に記載の動弁装置のように、3次元カムを軸方向にスライドさせることにより、バルブリフト量及び作用角を無段階に変化させて、燃費及びトルクの向上、並びに有害排ガスの低減を図ったものが提案されている。
Further, in recent years, a combination of variable phase and cam switching has been proposed, and thereafter a method using a three-dimensional cam (three-dimensional cam) that continuously varies the operating angle and valve lift amount has been proposed. For example, as in the valve operating device described in
ところが、上記公報記載の動弁装置では、カムとタペット(バルブリフタ)とが点接触するものであるため、耐久性を向上させるためにはタペットを大径化させる必要がある。この結果、タペットの重量が増大して、エンジンの高速回転化(例えば15000rpm)に好適に対応することができない恐れがある。 However, in the valve gear described in the above publication, since the cam and tappet (valve lifter) are in point contact, it is necessary to increase the diameter of the tappet in order to improve durability. As a result, the weight of the tappet increases, and there is a possibility that it is not possible to appropriately cope with the high speed rotation of the engine (for example, 15000 rpm).
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、カムのカムプロフィルに追従してバルブを進退動作させるバルブリフタの重量を低減して、エンジンの高速回転化に好適に対応できる可変動弁装置を提供することにある。 The object of the present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and can reduce the weight of the valve lifter that moves the valve forward and backward following the cam profile of the cam, and can suitably cope with high-speed engine rotation. The object is to provide a variable valve gear.
本発明は、シリンダヘッドに回転自在に軸支されたカムシャフトと、このカムシャフトに回転一体で且つ軸方向に移動可能に設けられたカムと、このカムのカムプロフィルに追従してバルブを進退動作させるバルブリフタと、を備えた可変動弁装置であって、前記カムは、軸方向一定区間に亘りカムプロフィルが変化しない平坦面部と、軸方向一定区間に亘りカムプロフィルが連続的に無段階に変化する傾斜面部とが交互に形成された立体形状カムであり、前記平坦面部は少なくとも2箇所に設けられ、それぞれが互いに異なるバルブリフト特性を有するカムプロフィルに形成され、前記バルブリフタは、前記カムの平坦面部に摺接して転動する円筒面状部と、前記カムの傾斜面部に摺接して転動する球面状部とを設けたローラ部を備えるとともに、このローラ部を含むバルブリフタは、前記バルブの軸方向にのみ移動可能にバルブリフタホルダによって浮動保持され、このローラ部の前記円筒面状部は、前記カムの前記平坦面部の任意の一の平坦面部と線接触することでその平坦面部のバルブリフト特性に従って前記バルブリフタを作動させる一方、前記カムが回転しつつ軸方向に移動することで、前記ローラ部の前記円筒面状部が前記カムの前記平坦面部の任意の一の平坦面部と線接触した状態から、前記ローラ部の前記球面状部が、前記カムの平坦面部と平坦面部との間に形成した前記傾斜面部に点接触した状態に移行し、前記カムの任意の一の平坦面部から隣接する他の平坦面部に切り換えて前記カムの前記バルブリフト特性を変更するように構成したことを特徴とするものである。 The present invention includes a camshaft rotatably supported by a cylinder head, a cam that is rotatably integrated with the camshaft and movable in the axial direction, and a valve that moves forward and backward following the cam profile of the cam. A variable valve device having a valve lifter to be operated, wherein the cam has a flat surface portion where the cam profile does not change over a constant axial direction, and the cam profile continuously and steplessly over a constant axial direction. The three-dimensionally shaped cams alternately formed with the changing inclined surface portions, the flat surface portions are provided in at least two locations, each formed in a cam profile having different valve lift characteristics, and the valve lifter a cylindrical surface portion that rolls in sliding contact with the flat surface portion and in sliding contact with the inclined surface of the cam Ru provided with a roller portion provided with a spherical portion that rolls Moni, valve lifter including the roller portion, the movable valve lifter holder only in the axial direction of the valve is floatingly retained, the cylindrical surface portion of the roller portion, any one of the flat surface portion of the cam The valve lifter is operated according to the valve lift characteristic of the flat surface portion by making line contact with the flat surface portion, while the cylindrical surface portion of the roller portion is moved in the axial direction while the cam rotates. From the state in which the flat surface portion is in line contact with any one flat surface portion, the spherical portion of the roller portion is in point contact with the inclined surface portion formed between the flat surface portion and the flat surface portion of the cam. migration was also characterized in that switching to the other flat surface portion adjacent from any one of a flat surface portion of the cam is configured so as to change the valve lift characteristics of the cam It is.
本発明によれば、カムの平坦面部とバルブリフタのローラ部の円筒面状部とが線接触するので、バルブリフタのローラ部の耐久性が向上し、このローラ部を小型化できる。このため、このローラ部を含むバルブリフタの重量が低減して、エンジンの高速回転化に好適に対応できる。 According to the present invention, since the flat surface portion of the cam and the cylindrical surface portion of the roller portion of the valve lifter are in line contact, the durability of the roller portion of the valve lifter is improved and the roller portion can be reduced in size. For this reason, the weight of the valve lifter including this roller portion is reduced, and it is possible to suitably cope with the high speed rotation of the engine.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る可変動弁装置の一実施形態が適用されたエンジンを搭載する自動二輪車を示す左側面図である。尚、本発明は、自動二輪車あるいは四輪自動車に搭載される各種のガソリンエンジンに対して有効に適用可能であり、この実施形態では、図1に示す自動二輪車のエンジンに適用された例を示す。 FIG. 1 is a left side view showing a motorcycle equipped with an engine to which an embodiment of a variable valve operating apparatus according to the present invention is applied. The present invention can be effectively applied to various gasoline engines mounted on a motorcycle or a four-wheeled vehicle, and in this embodiment, an example applied to the motorcycle engine shown in FIG. 1 is shown. .
まず、自動二輪車10の全体構成を説明する。図1において、鋼製あるいはアルミニウム合金材でなる車体フレーム11は前部にヘッドパイプ12を備え、このヘッドパイプ12にフロントフォーク13が左右に旋回可能に支持される。フロントフォーク13の上端にはハンドルバー14が固定され、このハンドルバー14の両端にグリップ15(後述のアクセルグリップを含む)が設けられる。フロントフォーク13の下部には、前輪16が回転可能に支持されると共に、前輪16の上部を覆うようにフロントフェンダ17が固定される。前輪16は、前輪16と一体回転するブレーキディスク18を備える。
First, the overall configuration of the
車体フレーム11の後部には、スイングアーム19が揺動可能に設けられると共に、車体フレーム11とスイングアーム19の間にリヤショックアブソーバ20が装架される。スイングアーム19の後端には後輪21が回転可能に支持され、この後輪21は、チェーン22が巻回されたドリブンスプロケット23により回転駆動される。
A
車体フレーム11に搭載されたエンジン24(実線部)には、エアクリーナ25に結合する吸気管26及びスロットルボディ(不図示)を経て混合気が供給されると共に、燃焼後の排気が排気管27を通って排出される。また、エンジン24の上方には燃料タンク28が搭載され、この燃料タンク28の後方にシート29及びシートカウル30が連設される。
The engine 24 (solid line portion) mounted on the
図1において、符号31はヘッドランプ、符号32はスピードメータ、タコメータあるいは各種インジケータランプ等を含むメータユニット、符号33は、ステー34を介してハンドルバー14に支持されるバックミラーである。また、車体フレーム11の下部にはメインスタンド35が揺動自在に取付けられる。
In FIG. 1,
ここで、車体フレーム11は、前部に設けられたヘッドパイプ12から後斜め下方へ向けて延設され、エンジン24の下方を包むように湾曲した後、スイングアーム19の軸支部であるピボット38を形成し、更に燃料タンク28及びシート29を支持する。この車体フレーム11には、フロントフェンダ17との干渉を避けるべく車体フレーム11と平行にラジエータ36が設けられる。また、ラジエータ36から車体フレーム11に沿って冷却水ホース37が配設され、この冷却水ホース37は排気管27と干渉することなくエンジン24に連通している。
Here, the
前記エンジン24は、本実施の形態では単気筒エンジンであり、吸気側(IN)及び排気側(EX)にそれぞれ2つのバルブ(つまり4バルブ)を有している。シリンダ1内にはピストン(不図示)が上下方向に往復運動し、このシリンダ1の上部にシリンダヘッド2が配置される。図2及び図3に示すように、このシリンダヘッド2及びヘッドカバー3内に可変動弁装置40が収容される。
The
可変動弁装置40は、水平方向に配置される吸気側カム・カムシャフトユニット41、排気側カム・カムシャフトユニット42と、吸気側カム・カムシャフトユニット41、排気側カム・カムシャフトユニット42のそれぞれの下方に配置される吸気側バルブリフタユニット43、排気側バルブリフタユニット(不図示)と、吸気、排気をそれぞれ制御する吸気バルブユニット45、排気バルブユニット(不図示)と、アクセル開度に応じて吸気カム48及び排気カム49を変位(軸方向移動)させるアクセルシャフトユニット47と、を有して構成される。
The
吸気側カム・カムシャフトユニット41は、シリンダヘッド2に軸受50を介して回転自在に軸支された吸気側カムシャフト51に、吸気カム48がキー52やスプライン等を用いて、回転一体で且つ軸方向に移動(スライド)可能に設けられたものであり、吸気側カムシャフト51の一端に吸気側ドリブンスプロケット53が回転一体に取り付けられている。また、排気側カム・カムシャフトユニット42も、吸気側カム・カムシャフトユニット41と同様に構成され、シリンダヘッド2に軸受50を介して回転自在に軸支された排気側カムシャフト54に、排気カム49がキー52やスプライン等を用いて、回転一体で且つ軸方向に移動(スライド)可能に設けられたものであり、排気側カムシャフト54の一端に排気側ドリブンスプロケット55が回転一体に取り付けられている。
The intake side cam /
吸気側ドリブンスプロケット53と、排気側ドリブンスプロケット55と、図示しないクランクシャフトに回転一体に取り付けられたカムドライブスプロケット(不図示)とにカムチェーン56が巻き掛けられる。このカムチェーン56等を介して、吸気側カムシャフト51及び排気側カムシャフト54は、クランクシャフトにより回転駆動され、それぞれ吸気カム48、排気カム49を回転駆動させる。尚、図2及び図3中の符号61は、吸気側カムシャフト51、排気側カムシャフト54にそれぞれ形成された潤滑油路を示す。
A
ここで、吸気カム48は、後に詳説するが、図3に示すように、軸方向一定区間に亘りカムプロフィルが変化しない平坦面部57と、軸方向一定区間に亘りカムプロフィルが連続的に無段階に変化する傾斜面部58とが交互に形成された立体形状カムである。平坦面部57は、少なくとも2個(本実施の形態では3個)設けられ、それぞれが互いに異なるバルブリフト特性を有するカムプロフィルに形成される。平坦面部57は、本実施の形態では低リフト平坦面部57A、中リフト平坦面部57B、高リフト平坦面部57Cであり、傾斜面部58は、本実施の形態では第1傾斜面部58A、第2傾斜面部58Bである。
Here, the
また、排気カム49も後に詳説するが、軸方向一定区間に亘りカムプロフィルが変化しない平坦面部59と、軸方向一定区間に亘りカムプロフィルが連続的に無段階に変化する傾斜面部60とが交互に形成された立体形状カムである。平坦面部59は、少なくとも2個(本実施の形態では3個)設けられ、それぞれが互いに異なるバルブリフト特性を有するカムプロフィルに形成される。平坦面部59は、本実施の形態では低リフト平坦面部59A、中リフト平坦面部59B、高リフト平坦面部59Cであり、傾斜面部60は、本実施の形態では第1傾斜面部60A、第2傾斜面部60Bである。
The
前記吸気側バルブリフタユニット43は、図2に示すように、吸気カム48のカムプロフィルに追従して吸気バルブ62を進退動作させるバルブリフタ64と、このバルブリフタ64を収容して保持するバルブリフタホルダ65とを有してなる。バルブリフタ64は、ローラ部66と、このローラ部66を回転自在に支持する芯材67とを備える。また、図示しない排気バルブリフタユニットは、バルブリフタ、バルブリフタホルダ、ローラ部及び芯材を有して吸気バルブリフタユニット43と同様に構成され、このうちのバルブリフタが、排気カム49のカムプロフィルに追従して排気バルブ(不図示)を進退動作させる。従って、以下、吸気バルブリフタユニット43について説明する。
As shown in FIG. 2, the intake
図4及び図5に示すように、バルブリフタ64のローラ部66は、ドーナツ形状に形成され、内周面と芯材67の基部67Aとの間に、針状コロなどのベアリング68が介在されることで、芯材67に対し回転自在に支持される。このため、ローラ部66は、吸気カム48(排気カム49)のカムプロフィルに摺接して転動する。このローラ部66の摺接面である外周面には、吸気カム48の平坦面部57(排気カム49の平坦面部59)に線接触可能な円筒面状部69と、吸気カム48の傾斜面部58(排気カム49の傾斜面部60)に点接触可能な球面状部70とを備える。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
バルブリフタ64の芯材67は、長手方向中央に位置する前記基部67Aと、この基部67Aの両側から延びるアーム部67Bと、各アーム部67Bの端部に設けられ、吸気バルブ62(排気バルブ)のバルブステム75のステム頂面に当接する押圧ねじ部67Cとを備えてなる。押圧ねじ部67Cと吸気バルブ62(排気バルブ)の前記ステム頂面とのクリアランス調整は、押圧ねじ部67Cの進退移動によってなされ、ロックナット71が押圧ねじ部67Cの位置を規制する。ローラ部66及び芯材67を備えるバルブリフタ64では、1個のローラ部66によって押圧ねじ部67Cを介し、2本の吸気バルブ62(排気バルブ)を同時に進退動作させることが可能になる。
The
バルブリフタホルダ65は、シリンダヘッド2の適所にボルト72を用いて固定され、内側空間に前記バルブリフタ64が収容される。このバルブリフタホルダ65の内側には、ローラ規制面73及びアーム規制面74が形成される。ローラ規制面73は、バルブリフタ64のローラ部66の側面に当接して、このローラ部66を位置規制する。また、アーム規制面74は、バルブリフタ64の芯材67におけるアーム部67Bに当接して、このアーム部67Bを位置規制する。これにより、ローラ部66を含むバルブリフタ64は、吸気バルブ62(排気バルブ)の軸方向にのみ移動可能にバルブリフタホルダ65によって浮動保持される。
The
前記吸気バルブユニット45は、図2に示すように、それぞれのバルブステム75が、シリンダヘッド2に設けられたバルブガイド76によってガイドされる2本の吸気バルブ62を備える。各吸気バルブ62は、バルブステム75の端部に設けられたバルブリテーナ77と、シリンダヘッド2に設けられたスプリングシート78との間にバルブスプリング79が装着される。前記排気バルブユニットは、吸気バルブ62が排気バルブに置き換えられた点を除き、吸気バルブユニット45と同様に構成される。
As shown in FIG. 2, the
前記アクセルシャフトユニット47は、図3に示すように、吸気側カムシャフト51と排気側カムシャフト54との間に、これらのカムシャフト51及び54に平行に配置されたアクセルシャフト80と、このアクセルシャフト80に固着されると共に吸気カム48に連結される吸気側アクセルフォーク81と、アクセルシャフト80に固着されると共に排気カム49に連結される排気側アクセルフォーク82と、を備えて構成される。アクセルシャフト80は、その軸方向に移動可能にシリンダヘッド2に支持される。このアクセルシャフト80の一端側には、例えば台形ねじ83や捩りスプライン等を介してドリブンギア84が係合される。このドリブンギア84は、複数の軸受85によって回転自在にシリンダヘッド2に支持され、図示しない減速ギアを介してアクセルモータ(不図示)に連結される。
As shown in FIG. 3, the
アクセルモータは例えばヘッドカバー3に設置され、アクセル変化(アクセル開度や加速・減速方向など)に対応してその出力軸が回転するものである。アクセルモータの出力軸の回転は、減速ギア、ドリブンギア84及び台形ねじ83を介してアクセルシャフト80の軸方向移動に変換される。尚、本実施の形態の自動二輪車では、アクセルグリップの回転操作量をアクセルモータの出力軸の回転量に対応させてもよく、より詳細には、アクセルグリップの回転操作量(開度)の他に、変速段、車両速度、気圧、気温及びアクセルグリップ開速度等によりアクセルシャフト80の軸方向移動量を決定してもよい。
The accelerator motor is installed on the
吸気側アクセルフォーク81は、ベアリング86を介して吸気カム48の端部に回転自在に装着されたフォークガイド87に係合される。また、排気側アクセルフォーク82は、ベアリング86を介して排気カム49の端部に回転自在に装着されたフォークガイド87に係合される。これにより、吸気側アクセルフォーク81の軸方向移動に連動または同期して、吸気カム48が吸気側カムシャフト51に沿って軸方向に移動し、且つ、排気カム49が排気側カムシャフト54に沿って軸方向に移動する。
The intake
ところで、図3及び図6に示すように、前記吸気カム48は、前述の如く低リフト平坦面部57A、第1傾斜面部58A、中リフト平坦面部57B、第2傾斜面部58B、高リフト平坦面部57Cが順次形成された立体形状カムである。また、前記排気カム49は、低リフト平坦面部59A、第1傾斜面部60A、中リフト平坦面部59B、第2傾斜面部60B、高リフト平坦面部59Cが順次形成された立体形状カムである。低リフト平坦面部57A及び59Aは、エンジン低速回転時に使用され、燃費及び有害排ガス低減に優れた特性を有する。中リフト平坦面部57B及び59Bは、エンジン中速回転時に使用され、最高トルクの発生に優れた特性を有する。高リフト平坦面部57C及び59Cは、エンジン高速回転時に使用され、最高出力の発生に優れた特性を有する。
As shown in FIGS. 3 and 6, the
また、吸気カム48において、低リフト平坦面部57Aのカムプロフィルは中リフト平坦面部57Bのカムプロフィル内に収まり、この中リフト平坦面部57Bのカムプロフィルは、高リフト平坦面部57Cのカムプロフィル内に収まるよう形成されることが好ましい。また、排気カム49において、低リフト平坦面部59Aのカムプロフィルは中リフト平坦面部59B内に収まり、この中リフト平坦面部59Bのカムプロフィルは、高リフト平坦面部59Cのカムプロフィル内に収まるよう形成されることが好ましい。ここで、排気カム49は、後述のバルブリフト特性が吸気カム48と若干異なるものの、その他の点では吸気カム48と同様に構成されるため、以下、主に吸気カム48について説明する。
Further, in the
吸気カム48の低リフト平坦面部57A、中リフト平坦面部57B、高リフト平坦面部57Cのバルブリフト特性(バルブリフト量、作用角、バルブタイミング)を図7に曲線(バルブリフトカーブ)A、曲線(バルブリフトカーブ)B、曲線(バルブリフトカーブ)Cでそれぞれ示す。例えば、バルブリフト量は、低リフト平坦面部57Aが3.5mm、中リフト平坦面部57Bが5.5mm、高リフト平坦面部57Cが7.5mmである。また、低リフト平坦面部57Aのバルブリフト量、作用角は、高リフト平坦面部57Cのバルブリフト量、作用角のそれぞれの1/2程度に設定される。更に、使用頻度が高い低リフト平坦面部57Aによる最大加速度は、使用頻度の低い高リフト平坦面部57Cによる最大加速度よりも低く設定されて、吸気カム48の耐久性の向上が図られている。
The valve lift characteristics (valve lift amount, operating angle, valve timing) of the low lift
図2、図4及び図8に示すように、吸気カム48の低リフト平坦面部57A、中リフト平坦面部57B、高リフト平坦面部57Cのそれぞれが、バルブリフタ64のローラ部66における円筒面状部69と線接触することで、各平坦面部57A、57B、57Cのバルブリフト特性に従ってバルブリフタ64を介し吸気バルブ62が進退動作される。このとき、吸気カム48の低リフト平坦面部57A、中リフト平坦面部57B、高リフト平坦面部57Cのそれぞれの軸方向長さLは、上記バルブリフタ64のローラ部66における円筒面状部69の軸方向長さL0よりも長さΔLだけ長く形成されている。例えば、軸方向長さL0が4.5mmのとき、長さΔLが0.2mmに設定されて、平坦面部57A、57B、57Cの軸方向長さLは4.7mmに設定される。
As shown in FIGS. 2, 4, and 8, each of the low lift
図4及び図6に示すように、吸気カム48には、高リフト平坦面部57Cに隣接して、
少なくとも最高リフト付近に最高リフト部88が形成されてもよい。この最高リフト部88は、高リフト平坦面部57Cを挟んで中リフト平坦面部57Bと反対側に形成され、バルブリフタ64におけるローラ部66の球面状部70に点接触する形状を呈し、高リフト平坦面部57Cよりも高いリフト部とするのがよい。同様にして、排気カム49には、高リフト平坦面部59Cに隣接して、少なくとも最高リフト付近に最高リフト部91(図6)が形成されてもよい。
As shown in FIGS. 4 and 6, the
The
図8に示すように、吸気カム48のバルブリフト特性の変更は、吸気カム48が軸方向へ移動することにより、バルブリフタ64のローラ部66の円筒面状部69が吸気カム48の任意の一の平坦面部57(例えば低リフト平坦面部57A)への摺接から他の平坦面部57(例えば中リフト平坦面部57B)への摺接に切り換わることによってなされる。このバルブリフト特性を変更する際には、バルブリフタ64のローラ部66の球面状部70が、吸気カム48における上記両平坦面部57間の傾斜面部58(例えば第1傾斜面部58A)に点接触状態で摺接することで、吸気カム48の軸方向移動がスムーズになされる。
As shown in FIG. 8, the valve lift characteristic of the
吸気カム48の上記傾斜面部58(図8では第1傾斜面部58A)は、前述の如くカムプロフィルが連続して無段階に変化するが、隣接する平坦面部57との境界部分M1、M2に、傾斜面部58の主要部分M0の軸方向勾配よりも緩やかな勾配を有する緩斜面部89、90を備える。図8には、緩斜面部89及び90を形成しない場合の傾斜面部58(例えば第1傾斜面部58A)のカムプロフィルを破線で示す。
The inclined surface portion 58 (the first
バルブリフト特性を変更させるときの吸気カム48の軸方向移動量とバルブリフタ64のリフト量との関係を図9に示す。緩斜面部89及び90を形成しない場合の傾斜面部58(例えば第1傾斜面部58A)では、図9の破線に示すように、吸気カム48の軸方向移動開始と同時にバルブリフタ64のリフト量(つまりバルブリフト量)が増大し始め、移動終了と同時にバルブリフタ64のリフト量の増大も終了する。これに対し、緩斜面部89及び90が形成された傾斜面部58(第1傾斜面部58A)では、図9の実線に示すように、バルブリフタ64のリフト量(つまりバルブリフト量)は、吸気カム48の軸方向移動開始時に直ちに増大せず、吸気カム48の移動量の増加と共に徐々に増大し、また、吸気カム48の軸方向移動終了前から増大量が徐々に減少する。
FIG. 9 shows the relationship between the axial movement amount of the
つまり、吸気カム48の傾斜面部58(例えば第1傾斜面部58A)に緩斜面部89が形成されることで、傾斜面部58におけるバルブリフタ64のリフト方向の加速度が抑制
されて、吸気カム48の傾斜面部58とバルブリフタ64のローラ部66の球面状部70との接触点における面圧を低減することができる。更に、吸気カム48の傾斜面部58(例えば第1傾斜面部58A)に緩斜面部90が形成されることで、吸気カム48の軸方向移動が終了に近づいた際のバルブリフタ64のジャンプやバウンスを防止することができ、且つ、傾斜面部58と球面状部70との接触点における面圧を低減することができる。
That is, by forming the
ここで、バルブリフタ64のリフト方向の最大加速度は、吸気カム48の傾斜面部58においては、全体として吸気カム48の低リフト平坦面部57Aによる場合よりも低く設定される。これにより、吸気カム48の傾斜面部58とバルブリフタ64のローラ部66の球面状部70との接触点における応力が、吸気カム48の低リフト平坦面部57Aとローラ部66の円筒面状部69との接触箇所の応力よりも低減される。これは、傾斜面部58においては点接触となり、平坦面部57における線接触に比べてヘルツ応力(面圧)が大きくなることから、点接触でのヘルツ応力を低減させるために傾斜面部58における最大加速度を相対的に低くする必要があるからである。
Here, the maximum acceleration in the lift direction of the
図4に示すように、バルブリフタ64のローラ部66の円筒面状部69が吸気カム48の任意の一の平坦面部57(例えば低リフト平坦面部57A)に摺接した状態から、この吸気カム48のバルブリフト特性を変更する際には、ローラ部66の球面状部70が吸気カム48の傾斜面部58(例えば第1傾斜面部58A)を少なくとも1回転摺接した後に、ローラ部56の円筒面状部69が吸気カム48の他の平坦面部57(例えば中リフト平坦面部57B)に摺接するよう構成される。上述の少なくとも1回転の摺接は、1回転を含まず、1回転を超えた回転での摺接が好ましい。図4では、ローラ部66の球面状部70が吸気カム48の第1傾斜面部59Aを3回転摺接してバルブリフト特性を変更する状況を2点鎖線の矢印で示し、ローラ部66の球面状部70が吸気カム48の第1傾斜面部58Aを通過しているときのバルブリフトカーブを、図7に2点鎖線で示している。
As shown in FIG. 4, from the state in which the
図10は、吸気カム48及び排気カム49のバルブリフト特性変更時におけるバルブリフトカーブの変化を示すグラフである。この図10において、吸気カム48のバルブリフトカーブ(後述のA、α、B)を実線で示し、排気カム49のバルブリフトカーブ(後述のD、β、E)を破線で示す。図3に示すアクセルシャフトユニット47を用いて吸気カム48及び排気カム49を同時に軸方向に移動させて、これら吸気カム48及び排気カム49のバルブリフト特性を変更する際には、吸気カム48のバルブリフトカーブによって開閉動作する吸気バルブ62の閉じ終る付近(図10の時点P)から吸気カム48及び排気カム49の軸方向移動を開始させる。
FIG. 10 is a graph showing changes in the valve lift curve when the valve lift characteristics of the
この吸気バルブ62の閉じ終る付近は、具体的には、吸気バルブ62が閉じ終ると同時、または吸気バルブ62が閉じ終る直前もしくは直後である。また、吸気カム48のバルブリフトカーブに基づく吸気バルブ62の開閉動作は、排気カム49のバルブリフトカーブに基づく排気バルブの開閉動作後になされる。
Specifically, the vicinity of the end of closing of the
この図10では、排気カム49が低リフト平坦面部59Aのバルブリフト特性(バルブリフトカーブD)で排気バルブを進退動作させ、また吸気カム48が低リフト平坦面部57Aのバルブリフト特性(バルブリフトカーブA)で吸気バルブ62を進退動作させた状態から、吸気カム48及び排気カム49が軸方向に移動されて、排気バルブ49が中リフト平坦面部59Bのバルブリフト特性(バルブリフトカーブE)で排気バルブを進退動作させ、また吸気カム48が中リフト平坦面部57Bのバルブリフト特性(バルブリフトカーブB)で吸気バルブ62を進退動作させる例を示している。これらのバルブリフトカーブDとEの間のバルブリフトカーブβは、排気カム49の第1傾斜面部60Aにおけるものであり、また、バルブリフトカーブAとBの間のバルブリフトカーブαは、吸気カム48の第1傾斜面部58Aにおけるものである。
In FIG. 10, the
以上のように構成されたことから、本実施の形態によれば、次の効果(1)〜(6)を奏する。 With the configuration as described above, the following effects (1) to (6) are achieved according to the present embodiment.
(1)吸気カム48の平坦面部57、排気カム49の平坦面部59とバルブリフタ64のローラ部66の円筒状面部69とが線接触するので、バルブリフタ64のローラ部66の耐久性が向上し、このローラ部66を小型化できる。このため、このローラ部66を含むバルブリフタ64の重量が低減して、エンジン24の高速回転化(例えば15000rpm)に好適に対応した可変動弁装置40を実現できる。
(1) Since the
(2)吸気カム48の傾斜面部58は、隣接する平坦面部57との境界部分M1、M2(図8)に、傾斜面部58の主要部分M0の軸方向勾配よりも緩やかな勾配の緩斜面部89、90を備えている。同様に、排気カム49の傾斜面部60にも、隣接する平坦面部59との境界部分に、傾斜面部60の主要部分の軸方向勾配よりも緩やかな勾配の緩斜面部(不図示)を備えている。このため、吸気カム48、排気カム49のバルブリフト特性の変更時に、バルブリフタ64のローラ部66の球面状部70が吸気カム48の傾斜面部58、排気カム49の傾斜面部60に接触するときの衝撃を緩和できるので、バルブリフト特性変更時の騒音を低減できると共に、吸気カム48、排気カム49及びバルブリフタ64の耐久性を向上させることができる。更に、バルブリフト特性の変更時に、バルブリフタ64の球面状部70が吸気カム48、排気カム49のそれぞれの傾斜面部58、60から平坦面部57、59に移行する際のジャンプやバウンスを防止することができる。
(2) The
(3)吸気カム48の低リフト平坦面部57A、中リフト平坦面部57B、高リフト平坦面部57Cのそれぞれの軸方向長さL(図4)が、バルブリフタ64のローラ部66における円筒面状部69の軸方向長さL0よりも長さΔLだけ長く形成される。また、排気カム49の低リフト平坦面部59A、中リフト平坦部59B、高リフト平坦面部59Cのそれぞれの軸方向長さが、バルブリフタ64のローラ部66における円筒面状部69の軸方向長さL0よりも長く形成されている。このため、吸気カム48、排気カム49のバルブリフト特性を変更するために吸気カム48、排気カム49を軸方向に移動させたとき、停止位置の誤差やオーバーシュート(過剰な移動)が生じた場合にも、吸気カム48の平坦面部57、排気カム49の平坦面部59とローラ部66の円筒面状部69との線接触状態が確保される。この結果、吸気カム48の平坦面部57、排気カム49の平坦面部59によるバルブリフト特性を良好に維持できる。
(3) The axial length L (FIG. 4) of each of the low lift
(4)吸気カム48、排気カム49のバルブリフト特性の変更途中におけるバルブ開閉を吸気カム48の傾斜面部58、排気カム49の傾斜面部60で生じさせることができ、バルブリフト特性が瞬時に変更されることを防止して、エンジン出力の急激な変化を伴なうことを抑制できる。
(4) Valve opening / closing during the change of the valve lift characteristics of the
(5)吸気カム48及び排気カム49のバルブリフト特性を変更する際には、吸気バルブ62の閉じ終る付近(図10の時点P)から吸気カム48及び排気カム49の軸方向移動を開始させるので、吸気バルブ62及び排気バルブの作動中に吸気カム48、排気カム49のバルブリフト特性を変化させることを極力抑制することができる。
(5) When changing the valve lift characteristics of the
(6)吸気カム48において、高リフト平坦面部57Cに隣接して、少なくとも最高リフト付近に最高リフト部88(図4)が形成され、また、排気カム49において、高リフト平坦面部59Cに隣接して、少なくとも最高リフト付近に最高リフト部91(図6)が形成されてもよい。この場合には、吸気カム48の高リフト平坦面部57C、排気カム49の高リフト平坦面部59Cによるバルブリフト特性に比べて、エンジン24の最高出力をさらに向上させることができる。
(6) In the
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to this.
例えば、図11に示すように、吸気カム48の低リフト平坦面部57A、中リフト平坦面部57B、高リフト平坦面部57Cのバルブリフト特性をそれぞれ表すバルブリフトカーブA、B、Cと、排気カム49の低リフト平坦面部59A、中リフト平坦面部59B、高リフト平坦面部59Cのバルブリフト特性をそれぞれ表すバルブリフトカーブD、E、Fとのうちで、バルブリフトカーブAとDがオーバーラップしないように設定することも可能である。この場合には、エンジン24の低速回転時に吸気バルブ62がバルブリフトカーブAに基づいて、排気バルブがバルブリフトカーブDに基づいてそれぞれ進退動作することで、バルブオーバーラップによりEGR(Exhaust Gas Recirculation)量が増大し、圧縮自着火燃焼を実現できる。
For example, as shown in FIG. 11, valve lift curves A, B, and C representing the valve lift characteristics of the low lift
また、吸気カム48には平坦面部57が3段(低リフト平坦面部57A、中リフト平坦面部57B、高リフト平坦面部57C)形成され、排気カム49には平坦面部59が3段(低リフト平坦面部59A、中リフト平坦面部59B、高リフト平坦面部59C)形成されるものを述べた。これに対し、吸気カム48の平坦面部57と排気カム49の平坦面部59とが、それぞれ2段または4段以上形成されてもよい。
The
更に、本実施の形態では、排気カム49が、平坦面部59と傾斜面部60とが交互に形成された立体形状カムに構成されて、この排気カム49のバルブリフト特性が変更されるものを述べた。これに対し、この排気カム49は、バルブリフト特性が変更されない平カム形状に構成され、吸気カム48のみが、平坦面部57と傾斜面部58とが交互に形成された立体形状カムに構成されて、吸気カム48のみのバルブリフト特性が変更されるものでもよい。
Furthermore, in the present embodiment, the
2 シリンダヘッド
24 エンジン
40 可変動弁装置
48 吸気カム
49 排気カム
51 吸気側カムシャフト
54 排気側カムシャフト
57 平坦面部
57A 低リフト平坦面部
57B 中リフト平坦面部
57C 高リフト平坦面部
58 傾斜面部
58A 第1傾斜面部
58B 第2傾斜面部
59 平坦面部
59A 低リフト平坦面部
59B 中リフト平坦面部
59C 高リフト平坦面部
60 傾斜面部
60A 第1傾斜面部
60B 第2傾斜面部
62 吸気バルブ
64 バルブリフタ
66 ローラ部
69 円筒面状部
70 球面状部
M0 傾斜面部の主要部分
M1、M2 境界部分
P 時点(吸気バルブの閉じ終わる付近)
2
Claims (5)
前記カムは、軸方向一定区間に亘りカムプロフィルが変化しない平坦面部と、軸方向一定区間に亘りカムプロフィルが連続的に無段階に変化する傾斜面部とが交互に形成された立体形状カムであり、前記平坦面部は少なくとも2箇所に設けられ、それぞれが互いに異なるバルブリフト特性を有するカムプロフィルに形成され、
前記バルブリフタは、前記カムの平坦面部に摺接して転動する円筒面状部と、前記カムの傾斜面部に摺接して転動する球面状部とを設けたローラ部を備えるとともに、このローラ部を含むバルブリフタは、前記バルブの軸方向にのみ移動可能にバルブリフタホルダによって浮動保持され、
このローラ部の前記円筒面状部は、前記カムの前記平坦面部の任意の一の平坦面部と線接触することでその平坦面部のバルブリフト特性に従って前記バルブリフタを作動させる一方、
前記カムが回転しつつ軸方向に移動することで、前記ローラ部の前記円筒面状部が前記カムの前記平坦面部の任意の一の平坦面部と線接触した状態から、前記ローラ部の前記球面状部が、前記カムの平坦面部と平坦面部との間に形成した前記傾斜面部に点接触した状態に移行し、前記カムの任意の一の平坦面部から隣接する他の平坦面部に切り換えて前記カムの前記バルブリフト特性を変更するように構成したことを特徴とする可変動弁装置。 A camshaft rotatably supported by the cylinder head, a cam provided integrally with the camshaft so as to be movable in the axial direction, and a valve lifter for moving the valve forward and backward following the cam profile of the cam; A variable valve operating apparatus comprising:
The cam is a three-dimensional cam in which a flat surface portion where the cam profile does not change over a constant axial direction and an inclined surface portion where the cam profile changes continuously and continuously over a constant axial direction are alternately formed. The flat surface portion is provided in at least two places, each formed in a cam profile having different valve lift characteristics,
The valve lifter is Rutotomoni comprises a cylindrical surface-shaped portion that rolls in sliding contact with the flat surface portion of said cam, a roller portion provided with a spherical portion that rolls in sliding contact with the inclined surface of the cam, this roller The valve lifter including the portion is floated and held by the valve lifter holder so as to be movable only in the axial direction of the valve ,
While the cylindrical surface portion of the roller portion is in line contact with any one flat surface portion of the flat surface portion of the cam, the valve lifter is operated according to the valve lift characteristic of the flat surface portion,
When the cam rotates and moves in the axial direction, the cylindrical surface portion of the roller portion comes into line contact with any one flat surface portion of the flat surface portion of the cam from the spherical surface of the roller portion. The shape portion is in a point contact state with the inclined surface portion formed between the flat surface portions of the cam, and is switched from any one flat surface portion of the cam to another adjacent flat surface portion. A variable valve operating apparatus configured to change the valve lift characteristic of a cam.
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