JP6400040B2 - 可変動弁装置 - Google Patents
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Description
このカムキャリアを左右いずれかにシフトさせる一方のリード溝が、バルブリフト量の小さい低速側のカムロブ(カム軌道4)からバルブリフト量の大きい高速側のカムロブに切替える増速側リード溝であり、他方のリード溝が高速側のカムロブから低速側のカムロブに切替える減速側リード溝である。
したがって、通常、増速側リード溝に案内されてカムキャリアがシフトするときは、カムキャリアは増速回転しており、減速側リード溝に案内されてカムキャリアがシフトするときは、カムキャリアは減速回転している。
慣性力によりカムキャリアが変位し過ぎると、切替ピンがリード溝の必要のない余計な部位に摺接してリード溝の摩耗を助長して耐久性が劣ることになる。
内燃機関(E)の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、
前記カムシャフトの外周に相対回転を禁止され軸方向に摺動可能に嵌合する円筒状部材であって、外周面にカムプロファイルの異なる複数のカムロブが軸方向に隣接して形成されるとともに、切替ピンが係合するリード溝が形成されたカムキャリアと、
前記リード溝に前記切替ピンが係合・離脱可能に進退し、進行した前記切替ピンが係合した前記リード溝により、前記カムキャリアが回転しながら軸方向に案内されてシフトし、バルブに作動するカムロブを切替えるカム切替機構と、
を備えた可変動弁装置において、
低速側のカムロブから高速側のカムロブに切替える増速側リード溝と、高速側のカムロブから低速側のカムロブに切替える減速側リード溝は、互いに溝形状が異なり、
前記カムロブ(43A,43B)を切替えるために前記リード溝(44)に案内されて前記カムキャリア(43)がシフトを開始して終了するまでに前記カムキャリア(43)が回動するシフト回動角(θa,θb)は、前記増速側リード溝(44l)のシフト回動角(θa)が前記減速側リード溝(44r)のシフト回動角(θb)より小さいことを特徴とする。
前記カムキャリアをシフトさせるシフト開始タイミングは、前記増速側リード溝のシフト開始タイミングが前記減速側リード溝のシフト開始タイミングより早いようにしてもよい。
前記シフト回動角は、カムプロファイルの異なる複数の前記カムロブの共通の基礎円がバルブに作用する前記カムキャリアの回動角度内に設定されるようにしてもよい。
本実施の形態に係る可変動弁装置40を備えた内燃機関Eは、水冷式の単気筒4ストローク内燃機関であり、4バルブ方式のDOHC構造の動弁機構を備えている図示しない自動二輪車に搭載される。
なお、本明細書の説明において、前後左右の向きは、自動二輪車の直進方向を前方とする通常の基準に従うものとし、図面において、FRは前方を,RRは後方を、LHは左方を,RHは右方を示すものとする。
この左右方向に指向したクランクシャフト10を軸支するクランクケース1は、図3を参照して、クランクシャフト10が配置されるクランク室1cを形成するとともに、クランク室1cの後方には変速機Mを収容するミッション室1mが形成され、クランク室1cの下方には略水平な仕切壁1hで仕切られてオイルを貯留するオイルパン室1oが一体に形成される構造をしている。
また、クランクケース1の下方には、前記オイルパン室1oを形成するオイルパン5が延出している。
図3を参照して、シリンダヘッド3には、シリンダ2aに対応して、シリンダ軸線方向でピストン20の頂面に対向して燃焼室30が構成され、燃焼室30からは、吸気ポート31iが2本前方に湾曲し斜め上方に延出するとともに、排気ポート31eが2本後方に湾曲して延出している。
燃焼室30の天井壁中央には点火プラグ23が先端を燃焼室30に臨ませて取り付けられる。
可変動弁装置40の一部を外しシリンダヘッド3を上方から視た上面図である図6を参照して、シリンダヘッド3は、前後の前側壁3Fr,後側壁3Rrと左右の左側壁3L,右側壁3Rにより矩形状をなし、左側壁3Lに寄って平行に形成された軸受壁3Uにより動弁室3cを仕切って左側にギア室3gを形成している。
また、動弁室3cは燃焼室30の上方に位置し、軸受壁3Vにより左右の室に仕切られている。
右側フランジ部42Cの右側に外周面にスプライン外歯を形成したスプライン軸部42Dが延出している。
左側のカム連通油孔42hb,中央の軸受連通油孔42hc,右側のカム連通油孔42hbは、スプライン軸部42Dの外周面に周回するように形成された3条のカム外周溝42bv,軸受外周溝42cv,カム外周溝42bvにそれぞれ開口している(図10参照)。
給油路42hの右端は栓部材45が圧入されて閉塞されている。
一方、カムシャフトホルダ33には、図7を参照して、ホルダ上面に沿って前後方向に穿孔して共通油路33sが形成されており、共通油路33sは吸気側カムシャフト42と排気側カムシャフト52を軸受する各軸受凹面33i,33eの上方を共通に通っている。
なお、共通油路33sは、後記する締結ボルト38dのボルト孔を途中経由している。
図7に示されるように、枝油路33itは、シリンダヘッド3側の軸受凹面3Uiの後部側に開口した内周油溝3Uivに連通し、枝油路33etは、シリンダヘッド3側の軸受凹面3Ueの前部側に開口した内周油溝3Uevに連通する。
共通油路33sは、後端で垂直油路33rと連通し、垂直油路33rはシリンダヘッド3の軸受壁3U側の垂直油路3Urに連通する。
同様に、排気側カムシャフト52の被軸受部52Bの給油連通孔52haは内周油溝3Uevに開口しており(図7参照)、オイルは内周油溝3Uevから給油連通孔52haを通って排気側カムシャフト52の給油路52hに供給される。
排気側カムシャフト52の被軸受部52Bの給油連通孔52haから給油路52hに供給されたオイルは、図示しない同様の連通油孔からスプライン軸部52Dの外周面に排出される。
したがって、吸気側カムキャリア43は、吸気側カムシャフト42に対して相対回転を禁止されて軸方向に摺動可能に嵌合する。
このスプライン嵌合部にカム連通油孔42hb,軸受連通油孔42hc,カム連通油孔42hbから排出されたオイルが供給される(図10参照)。
吸気側カムシャフト42の被軸受部42Bの右側面に形成された凹部42Chにより吸気側カムキャリア43の必要な移動スペースを確保しながら、吸気側カムシャフト42の被軸受部42Bを吸気側カムキャリア43側に寄せて吸気側カムシャフト42を短く設定できる。
隣接する低速側カムロブ43Aと高速側カムロブ43Bは、カムプロファイルの基礎円の外径は互いに等しく同じ周方向位置にある(図8参照)。
リード溝円筒部43Dの外径は、低速側カムロブ43Aと高速側カムロブ43Bの同径の基礎円の外径より小さい(図10参照)。
したがって、吸気側カムキャリア43の端部をできるだけ短くして吸気側カムキャリア43自体の軸方向幅を小さく抑えることができる。
また、低速側カムロブ43Aおよび高速側カムロブ43Bにも内側から基礎円のカム面の外側に連通するカム給油孔43Ah,43Bhがそれぞれ形成されている(図9,図10参照)。
高速側カムロブ43Bのカム山のカム面には、先に吸気ロッカアーム72に摺接してカム面圧が上昇する側とその後で吸気ロッカアーム72に摺接してカム面圧が下降する側とがあるが、高速側カムロブ43Bのカム給油孔43Bhは、高速側カムロブ43Bの基礎円のカム面のうちカム山のカム面圧が下降する側よりカム面圧が上昇する側に近い位置に開口するように穿設されている。
また排気側カムキャリア53の低速側カムロブ53Aおよび高速側カムロブ53Bにおけるカム給油孔も同様である。
また、吸気側カムシャフト42の左側フランジ部42Aには、吸気側被動ギア47が同軸に左側から嵌合して2本のねじ48,48により一体に締結される(図10参照)。
このように軸方向の位置決めがなされて回転する吸気側カムシャフト42のスプライン軸部42Dにスプライン嵌合された吸気側カムキャリア43は、吸気側カムシャフト42とともに回転しながら軸方向に移動可能である。
2つの係合凹部と係合ボールは、上記位置関係を保てば、吸気側カムキャリア43と吸気側カムシャフト42の軸方向のどの位置にでも設けることができる。
このように、左右いずれのシフト時もカムロブ43A,43Bと吸気ロッカアーム72との摺接部にオイルを供給して潤滑することができる。
隣接する低速側カムロブ53Aと高速側カムロブ53Bは、カムプロファイルの基礎円の外径は互いに等しい。
リード溝円筒部53D,53Eの外径は、低速側カムロブ53Aと高速側カムロブ53Bの同径の基礎円の外径より小さい。
右側のリード溝円筒部53Eのリード溝55は、軸方向所定位置で周方向に一周する環状リード溝55cが形成され、環状リード溝55cから左に枝分かれして軸方向左に所定距離離れた位置まで螺旋状に左シフトリード溝55lが形成されている。
また、排気側カムシャフト52の左側フランジ部52Aには、排気側被動ギア57が同軸に左側から嵌合して2本のねじ58,58により一体に締結される(図4,図5参照)。
このように軸方向の位置決めがなされて回転する排気側カムシャフト52のスプライン軸部52Dにスプライン嵌合された排気側カムキャリア53は、排気側カムシャフト52とともに回転しながら軸方向に移動可能である。
アイドルギア61は、吸気側被動ギア47および排気側被動ギア57より大径のギアであり、図10に示されるように、シリンダヘッド3の左側壁3Lと軸受壁3Uとの間にギア室3gを貫通して架設される円筒状支軸65にベアリング63を介して回転自在に軸支されている。
円筒状支軸65は、大径部端面がベアリング63のインナレースをカラー部材65aを介して軸受壁3Uとの間に挟み、ボルト64により締付けて固定される。
アイドルチェーンスプロケット62は、アイドルギア61と略同径の大きな外径を有する。
前記4本の締結ボルト38a,38b,38c,38dのうち内側2本の締結ボルト38b,38cは、この膨出部33Bに設けられた締結部位33b,33cを締結する(図4,図7参照)。
カムシャフトホルダ34の中央には、軸受壁3Vのプラグ嵌挿筒部3Vpに連結するプラグ嵌挿筒部34pが形成されている(図4参照)。
アイドルチェーンスプロケット62と駆動チェーンスプロケット67に巻き掛けられたカムチェーン66は、カムチェーンテンショナガイド68により張力を与えられ、カムチェーンガイド69にガイドされて回動する(図2参照)。
クランクシャフト10に同期して回転する吸気側カムシャフト42と排気側カムシャフト52に、それぞれ吸気側カムキャリア43と排気側カムキャリア53がスプライン嵌合している。
図6を参照して、シリンダヘッド3の動弁室3cに左右方向に指向した筒状部3Aが、中央より若干前寄り位置に軸受壁3Uから軸受壁3Vを貫いて右側壁3Rまで一直線に形成されている。
筒状部3Aの軸孔に吸気側切替駆動シャフト71が軸方向に摺動自在に嵌挿され、筒状部3Bの軸孔に排気側切替駆動シャフト81が軸方向に摺動自在に嵌挿される。
すなわち、吸気側切替駆動シャフト71はロッカアームシャフトを兼ねる。
したがって、吸気側カムキャリア43が回転すると、低速側カムロブ43Aまたは高速側カムロブ43Bのいずれかが、そのプロファイルに従って吸気ロッカアーム72を揺動し、吸気バルブ41を押圧して燃焼室30の吸気弁口を開く。
すなわち、排気側切替駆動シャフト81はロッカアームシャフトを兼ねる。
したがって、排気側カムキャリア53が回転すると、低速側カムロブ53Aまたは高速側カムロブ53Bのいずれかが、そのプロファイルに従って排気ロッカアーム82を揺動し、排気バルブ51を押圧して燃焼室30の排気弁口を開く。
円筒ボス部3Asの内側の孔は、筒状部3Aを貫通している。
この左右の円筒ボス部3As,3Asの各内側の孔には、それぞれ第1切替ピン73と第2切替ピン74が摺動自在に嵌挿される。
よって、吸気側カムシャフト42に吸気側切替駆動シャフト71をできるだけ近づけて配設することができ、内燃機関Eの小型化を図ることができる。
先端円柱部73aより基端円柱部73bは外径が小さい。
基端円柱部73bの中間連結棒部73c側の端面は円錐状をした円錐端面73btを形成している。
なお、基端円柱部73bの中間連結棒部73c側の端面は、球面状をしていてもよい。
第2切替ピン74も第1切替ピン73と同じ形状を有している。
長孔71aの幅は、第1切替ピン73の中間連結棒部73cの径より若干大きく、円孔71bの内径は、基端円柱部73bの外径より若干大きいが、先端円柱部73aの外径よりは小さい。
吸気側切替駆動シャフト71に第1切替ピン73を組付けるには、次のようにする。
すると、図14に示されるように、第1切替ピン73はコイルばね75の付勢力により基端円柱部73bの円錐端面73btが、吸気側切替駆動シャフト71の長孔71aの開口端面であるカム面71Cに押圧されて係合することで、第1切替ピン73が組付けられる。
なお、第1切替ピン73と第2切替ピン74を吸気側切替駆動シャフト71に係合して組付けるときは、第2切替ピン74の方を先に組付ける。
図14は、吸気側切替駆動シャフト71のカム面71Cのうち凹曲面71Cvの中央が、第1切替ピン73の位置にある状態を示しており、第1切替ピン73が凹曲面71Cvに円錐端面73btを当接して進行した位置にあり、第2切替ピン74はカム面71Cのうち平坦面71Cpに当接して退行した位置にある。
このように、吸気側切替駆動シャフト71の軸方向の移動により第1切替ピン73と第2切替ピン74を交互に進退させることができる。
なお、第1,第2切替ピン73,74を進行方向に付勢するのに、先端円柱部73a,74aと吸気側切替駆動シャフト71との間にコイルばね75が介装されたが、基端円柱部73b,74bの端面(円錐端面73b,74btと反対側の端面)と筒状部3Aに形成された穴の底面との間にコイルばねを介装してもよい。
長孔81a1,81a2の幅および円孔81b1,81b2の内径は、前記吸気側切替駆動シャフト71の長孔71aおよび円孔71bと同じである。
排気側切替駆動シャフト81の左右の長孔81a1,81a2および左右のカム面81C1,81C2は、左右対称に形成されている。
同様に、排気側切替駆動シャフト81の右側の長孔81a2には、第2切替ピン84が、摺動可能に係合し、カム面81C2により直動カム機構Ccが構成される(図6,図11参照)。
第1切替ピン83と第2切替ピン84は同時に組付けられる。
このように、排気側切替駆動シャフト81の軸方向の移動により第1切替ピン83と第2切替ピン84を交互に進退させることができる。
図16は、吸気側カム切替機構70の主要部材の動作過程を経時的に順に示している。
第2切替ピン74は、カム面71Cの平坦面71Cpに当接して退行しリード溝44から離れている。
したがって、吸気側カムシャフト42にスプライン嵌合して回転する吸気側カムキャリア43は、周方向に一周に亘って形成された環状リード溝44cに第1切替ピン73が係合しているので、軸方向に移動せず所定位置に維持されている。
吸気側カムキャリア43が右方に移動すると、第2切替ピン74は環状リード溝44cに係合することになるので、吸気側カムキャリア43は右方に移動した所定位置で維持され(図16の(5)参照)、このとき、高速側カムロブ43Bに代わって低速側カムロブ43Aが吸気ロッカアーム72に作用して、低速側カムロブ43Aのカムプロファイルに設定されたバルブ作動特性に従って吸気バルブ41が動作する。
また、この状態から、逆に吸気側切替駆動シャフト71を左方に移動することで、第2切替ピン74が退行して環状リード溝44cから離れ、第1切替ピン73が進行して左シフトリード溝44lに係合して、左シフトリード溝44lに案内されて吸気側カムキャリア43は左方に移動し、吸気バルブ41に作用するカムロブを、低速側カムロブ43Aから高速側カムロブ43Bに切り替えることができる。
図17の(1)に示す状態は、排気側カムキャリア53が左側位置にあって、高速側カムロブ53Bが吸気ロッカアーム72に作用して、高速側カムロブ53Bのカムプロファイルに設定されたバルブ作動特性に従って吸気バルブ41が動作している。
排気側カムキャリア53が右方に移動すると、第1切替ピン83は環状リード溝54cに係合することになるので、排気側カムキャリア53は右方に移動した所定位置で維持され(図17の(5)参照)、このとき、高速側カムロブ53Bに代わって低速側カムロブ53Aが排気ロッカアーム82に作用して、低速側カムロブ53Aのカムプロファイルに設定されたバルブ作動特性に従って排気バルブ51が動作する。
また、この状態から、逆に排気側切替駆動シャフト81を左方に移動することで、第1切替ピン83第2切替ピン84が退行して環状リード溝54cから離れ、第2切替ピン84が進行して左シフトリード溝55lに係合して、左シフトリード溝55lに案内されて排気側カムキャリア53は左方に移動し、排気バルブ51に作用するカムロブを、低速側カムロブ43Aから高速側カムロブ43Bに切り替えることができる。
図18は、吸気側カムキャリア43(および吸気側カムシャフト42)をリード溝円筒部43Dで切断した断面図であり、図19は、リード溝円筒部43Dのリード溝44(増速側リード溝44l,環状リード溝44c,減速側リード溝44r)の展開図である。
図19にも示されるように、増速側リード溝44lと減速側リード溝44rは、左右に偏ることなく周回する環状リード溝44cに関して、互いに左右対称ではない。
したがって、回転する吸気側カムキャリア43のこの増速側リード溝44lに第1切替ピン73が係合すると、吸気側カムキャリア43の回動角度α1で吸気側カムキャリア43の左シフトを開始し、回動角度α2で左シフトを終了し、シフト開始回動角度α1からシフト終了回動角度α2までの間のシフト回動角θaで吸気側カムキャリア43を左方向所定位置にシフトして、吸気ロッカアーム72を介して吸気バルブ41を作動するカムロブを低速側カムロブ43Aから高速側カムロブ43Bに切替える。
したがって、回転する吸気側カムキャリア43のこの減速側リード溝44rに第2切替ピン74が係合すると、吸気側カムキャリア43の回動角度β1で右シフトを開始し、回動角度α2で右シフトを終了し、シフト開始回動角度β1からシフト終了回動角度β2までの間のシフト回動角θbで吸気側カムキャリア43を右方向所定位置にシフトして、吸気ロッカアーム72を介して吸気バルブ41を作動するカムロブを高速側カムロブ43Bから低速側カムロブ43Aに切替える。
したがって、吸気側カムキャリア43と同様に、排気側カムキャリア53を円滑にかつ適正にシフトさせることができ、リード溝54,55の摩耗を抑制して耐久性を向上させることができる。
また、切替駆動シャフトを駆動するのに、油圧アクチュエータを用いたが、電磁ソレノイドや電動モータ等を使用してもよい。
3…シリンダヘッド、3A,3B…筒状部、3c…動弁室、
40…可変動弁装置、
41…吸気バルブ、42…吸気側カムシャフト、42A…左側フランジ部,42B…被軸受部、42C…右側フランジ部、42D…スプライン軸部、
43…吸気側カムキャリア、43A…低速側カムロブ、43B…高速側カムロブ、43C…被軸受円筒部、43D…リード溝円筒部、43E…右端円筒部、44…リード溝、44c…環状リード溝、44l…増速側リード溝(左シフトリード溝)、44r…減速側リード溝(右シフトリード溝)、
51…排気バルブ、52…排気側カムシャフト、52A…左側フランジ部,52B…被軸受部、52C…右側フランジ部、52D…スプライン軸部、
53…排気側カムキャリア、53A…低速側カムロブ、53B…高速側カムロブ、53C…被軸受円筒部、53D…リード溝円筒部、53E…リード溝円筒部、54…左側リード溝、54c…環状リード溝、54r…減速側リード溝(右シフトリード溝)、55…右側リード溝、55c…環状リード溝、55l…増速側リード溝(左シフトリード溝)、
70…吸気側カム切替機構、71…吸気側切替駆動シャフト、71C…カム面、72…吸気ロッカアーム、73…第1切替ピン、74…第2切替ピン、75…コイルばね、Ca…直動カム機構、
80…排気側カム切替機構、81…排気側切替駆動シャフト、81C1,81C2…カム面、82…排気ロッカアーム、83…第1切替ピン、84…第2切替ピン、85…コイルばね、Cb,Cc…直動カム機構。
Claims (3)
- 内燃機関(E)のシリンダヘッド(3)に回転自在に軸支されたカムシャフト(42)と、
前記カムシャフト(42)の外周に相対回転を禁止され軸方向に摺動可能に嵌合する円筒状部材であって、外周面にカムプロファイルの異なる複数のカムロブ(43A,43B)が軸方向に隣接して形成されるとともに、切替ピン(73,74)が係合するリード溝(44)が形成されたカムキャリア(43)と、
前記リード溝(44)に前記切替ピン(73,74)が係合・離脱可能に進退し、進行した前記切替ピン(73,74)が係合した前記リード溝(44)により、前記カムキャリア(43)が回転しながら軸方向に案内されてシフトし、バルブ(41)に作動するカムロブ(43A,43B)を切替えるカム切替機構(70)と、
を備えた可変動弁装置において、
低速側のカムロブ(43A)から高速側のカムロブ(43B)に切替える増速側リード溝(44l)と、高速側のカムロブ(43B)から低速側のカムロブ(43A)に切替える減速側リード溝(44r)は、互いに溝形状が異なり、
前記カムロブ(43A,43B)を切替えるために前記リード溝(44)に案内されて前記カムキャリア(43)がシフトを開始して終了するまでに前記カムキャリア(43)が回動するシフト回動角(θa,θb)は、前記増速側リード溝(44l)のシフト回動角(θa)が前記減速側リード溝(44r)のシフト回動角(θb)より小さいことを特徴とする可変動弁装置。 - 前記カムキャリア(43)をシフトさせるシフト開始タイミングは、前記増速側リード溝(44l)のシフト開始タイミング(α1)が前記減速側リード溝(44r)のシフト開始タイミング(β1)より早いことを特徴とする請求項1記載の可変動弁装置。
- 前記シフト回動角(θa,θb)は、カムプロファイルの異なる複数の前記カムロブ(43A,43B)の共通の基礎円がバルブ(41)に作用する前記カムキャリア(43)の回動角内に設定されることを特徴とする請求項1または請求項2記載の可変動弁装置。
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