JP2004027865A - 動弁装置及びこれを備えた内燃機関 - Google Patents

動弁装置及びこれを備えた内燃機関 Download PDF

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JP2004027865A JP2002181057A JP2002181057A JP2004027865A JP 2004027865 A JP2004027865 A JP 2004027865A JP 2002181057 A JP2002181057 A JP 2002181057A JP 2002181057 A JP2002181057 A JP 2002181057A JP 2004027865 A JP2004027865 A JP 2004027865A
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Kosaku Yamauchi
山内 幸作
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Abstract

【課題】機関運転状態に応じてバルブのリフト量、作動角を可変制御することができ、特に高回転化に対応するとともに、メカロスを低減させることのできる動弁装置及びこれを備えた内燃機関を提供する。
【解決手段】図示しない機関のクランクシャフトに連動して駆動シャフト201が回転運動すると、駆動カムプレート205及びカム溝208を介してスライドシャフト209がスライドシャフトガイド600のガイド穴603に沿って往復移動し、リンク部材211を介して揺動カム302が揺動して吸気バルブ503を開閉する。かかる構成において、アクセル開度に応じてアクセルモータ45が駆動し、スライドシャフトガイド600を回動させてスライドシャフト209の往復移動方向を変更することにより、吸気バルブ503のリフト量、作動角を無段階可変制御することができる。
【選択図】    図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車或いは自動車等における内燃機関において、機関運転状態に応じてバルブのリフト量、作動角を可変制御する動弁装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、自動二輪車或いは自動車等における内燃機関において、機関運転状態に応じて吸気・排気バルブのリフト量、作動角を可変制御する動弁装置が提案されている。
【0003】
例えば、特開平11−107725号公報に開示された動弁装置では、機関のクランク軸の回転運動が伝達されるドライブシャフトに駆動カムを設けるとともに、前記駆動カムの回転により揺動するロッカアーム、リンク部材、揺動カムが機械的に連係して、バルブリフタを進退させる構成が開示されている。この動弁装置では、ロッカアームの位置を移動させることにより、バルブのリフト量、作動角を可変制御する構成とされている。
【0004】
かかる構成においては、バルブリフタを進退させる揺動カムにリンク部材を介してロッカアームの押下げ、引上げ力が伝達されるとともに、揺動カムの自由運動は規制される。したがって、例えば機関高回転時においても、自身の慣性質量等による過度な揺動が規制され、バルブタイミング制御精度の低下等を防止することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平11−107725号公報に開示された動弁装置では、揺動支点軸が5箇所あり、そのうちの1箇所(揺動カムの支点軸)では、揺動カムに支持孔が貫通形成され、その支持孔にクランク軸の回転運動が伝達されるドライブシャフトが挿嵌されて回転自在に支持される構成とされている。
【0006】
上記のように揺動支点軸が多く、揺動カムの支点軸が回転するドライブシャフトとなっているため、メカロスが生じやすくなる。また、揺動カムの大きさをドライブシャフトの径に合わせて設計しなければならず、揺動カムが大型化して、メカロスが増大してしまう。
【0007】
本発明はかかる実情に鑑み、機関運転状態に応じてバルブのリフト量、作動角を可変制御する動弁装置及びこれを備えた内燃機関にあって、高回転化に対応するとともに、メカロスを低減させることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の動弁装置は、駆動シャフトの回転運動が変換されて伝達される丸棒材と、前記丸棒材が一径方向にのみ往復移動するようにガイドするガイドと、前記丸棒材に一端が連係するリンク部材と、前記リンク部材の他端に連動し、前記駆動シャフトと異なる揺動カムシャフトを支点軸として揺動する揺動カムと、前記揺動カムの揺動に追従してバルブを進退させるバルブリフタとを備え、前記ガイドを動かして前記丸棒材の往復移動方向を変更することにより前記バルブのリフト量、作動角を可変制御する構成とした点に特徴を有する。
【0009】
また、本発明の動弁装置の他の特徴とするところは、前記丸棒材には前記駆動シャフトの回転運動がカム機構を介して伝達される点にある。
【0010】
また、本発明の動弁装置の他の特徴とするところは、前記丸棒材には前記駆動シャフトの回転運動がクランク機構を介して伝達される点にある。
【0011】
また、本発明の動弁装置の他の特徴とするところは、前記揺動カムが前記リンク部材の他端に連係する点にある。
【0012】
また、本発明の動弁装置の他の特徴とするところは、前記リンク部材の他端に連動するギヤを設け、前記ギヤにより前記揺動カムが揺動する点にある。
【0013】
また、本発明の動弁装置の他の特徴とするところは、前記ガイドは前記駆動シャフトと同軸上に配置され、前記駆動シャフトのまわりで回動させることにより前記丸棒材の往復移動方向を変更する構成とした点にある。
【0014】
また、本発明の動弁装置の他の特徴とするところは、前記ガイドを動かす電動モータを備えた点にある。
【0015】
本発明の内燃機関は、吸気バルブ及び排気バルブにより吸排気を制御するようにした内燃機関であって、吸気側及び排気側の少なくともいずれか一方に本発明の動弁装置を備えた点に特徴を有する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明による好適な実施形態を説明する。本発明による動弁装置は、自動二輪車或いは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、本実施形態では例えば図1に示すように自動二輪車のエンジンを例とする。
【0017】
ここで先ず、本実施形態に係る自動二輪車100の全体構成を説明する。図1において、鋼製或いはアルミニウム合金材でなる車体フレーム101の前部には、ステアリングヘッドパイプ102によって左右に回動可能に支持された2本のフロントフォーク103が設けられる。フロントフォーク103の上端にはハンドルバー104が固定され、ハンドルバー104の両端にグリップ105が設けられる。
【0018】
フロントフォーク103の下部には前輪106が回転自在に支持されるとともに、前輪106の上部を覆うようにフロントフェンダ107が固定される。前輪106は、前輪106と一体回転するブレーキディスク108を有する。
【0019】
車体フレーム101の後部にはスイングアーム109が揺動可能に設けられ、車体フレーム101とスイングアーム109の間にリヤショックアブソーバ110が装架される。
【0020】
スイングアーム109の後端には後輪111が回転自在に支持され、後輪111はチェーン112が巻回されたドリブンスプロケット113を介して回転駆動されるようになっている。
【0021】
車体フレーム101に搭載されたエンジンユニット1(実線部)には、エアクリーナ114に結合する吸気管115から混合気が供給されるとともに、燃焼後の排気ガスが排気管116を通って排気される。エアクリーナ114は容量確保のためにエンジンユニット1の後方、かつ燃料タンク117及びシート118の下方にある大きなスペース内に設置される。そのため吸気管115はエンジンユニット1の後部側に結合させ、排気管116はエンジンユニット1の前部側に結合される。
【0022】
また、エンジンユニット1の上方には燃料タンク117が搭載され、燃料タンク117の後方にシート118及びシートカウル119が連設される。
【0023】
ここで、エンジンユニット1のシリンダヘッド2の所定部位には、後述するアクセルモータ45が装着される。その場合、燃料タンク117の下部に設けた凹部内にアクセルモータ45部分が配設されるようになっており、燃料タンク117とシリンダヘッド2とは相互に干渉しないように配置される。
【0024】
さらに図1において、120はヘッドランプ、121はスピードメータ、タコメータ或いは各種インジケータランプ等を含むメータユニット、122はステー123を介してハンドルバー104に支持されるバックミラーである。また、車体フレーム101の下部にはメインスタンド124が揺動自在に取り付けられ、後輪111を接地させたり、地面から浮かせたりできる。
【0025】
車体フレーム101は、前部に設けたヘッドパイプ102から後斜め下方へ向けて延設され、エンジンユニット1の下方を包むように湾曲した後、スイングアーム109の軸支部であるピボット109aを形成してタンクレール101a及びシートレール101bに連結する。
【0026】
この車体フレーム101には、フロントフェンダ107との干渉を避けるべく車体フレームと平行にラジエータ125が設けられるとともに、このラジエータ125から車体フレーム101に沿って冷却水ホース126が配設され、排気管116と干渉することなくエンジンユニット1に連通する。
【0027】
(第1の実施形態)
図2〜4は第1の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図、図5は図3のA−A線に沿う断面図である。内燃機関であるエンジンユニット1のシリンダ内で上下に往復動するピストンの上部にシリンダヘッド2が配置され、このシリンダヘッド2内に動弁装置が収容される。本実施形態で説明するエンジンユニット1は並列2気筒エンジンであって、各気筒ごとに吸気側(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)を有する。なお、図5においては1気筒の具体的構成のみを示す。
【0028】
本実施形態の動弁装置は、吸気側において、気筒の列設方向に沿って配置される駆動ユニット200と、気筒の列設方向に沿って配置される揺動カムユニット300と、揺動カムユニット300の下側に配置されるタペットユニット400と、吸気制御するバルブユニット500と、アクセルモータ45に連係するスライドシャフトガイド600とを含む。
【0029】
また、排気側において、気筒の列設方向に沿って配置される揺動カムユニット300Exと、揺動カムユニット300Exの下側に配置されるタペットユニット400Exと、排気制御するバルブユニット500Exとを含む。なお、排気側において駆動ユニット200及びスライドシャフトガイド600は含まれない。
【0030】
まず、駆動ユニット200について説明すると、図5に示すように、シリンダヘッド2内の吸気側では、駆動シャフト201が気筒の列設方向を貫くように配置され、ベアリング202を介して回転自在に支持される。駆動シャフト201の一端にはスプロケット203が固着し、他端にはシリンダヘッド2に固定された位相センサ204が連係する。後述するように、スプロケット203と、機関のクランクシャフトの一端に固着するドライブスプロケット3との間にはカムチェーン4が巻回装架される。
【0031】
駆動シャフト201には各気筒ごとに一対の駆動カムプレート205が設けられる。駆動カムプレート205は駆動シャフト201の外周面のスプライン206に結合し、駆動シャフト201と共に回転する。なお、駆動カムプレート205の駆動シャフト201軸方向への移動はサークリップ207により規制される。
【0032】
一対の駆動カムプレート205の互いに対向する面にはカム溝208が形成され、これらカム溝208により丸棒材であるスライドシャフト209の両端がそれぞれローラ210を介して支持される。このようにスライドシャフト209の左右両端をカム溝208に沿ってローラ210を介して滑らかに摺動させる構成としたので、こじれを少なくしてメカロスを低減させることができる。本実施形態では、これら駆動カムプレート205、カム溝208等により本発明でいうカム機構が構成される。
【0033】
駆動カムプレート205の内側においてスライドシャフト209の左右端部にはそれぞれリンク部材211の一端が回転可能に連係する。
【0034】
次に、揺動カムユニット300及び揺動カムユニット300Exについて説明する。吸気側の揺動カムユニット300の揺動カムシャフト301は各気筒ごとに固定される。揺動カムシャフト301の左右端部にはそれぞれ揺動カム302がニードルベアリング303を介して回転自在に設けられる。なお、揺動カムシャフト301は中空構造とされ、その中空内部の潤滑油路を介してニードルベアリング303部分等に注油することができる。さらに、揺動カム302にはピン305が圧入固定され、各ピン305にリンク部材211の他端が回転可能に連係する。
【0035】
また、排気側の揺動カムユニット300Exの揺動カムシャフト301Exは、具体的には図示しないが気筒の列設方向を貫くように配置され、回転自在に支持される。揺動カムシャフト301Exには、各気筒ごとに一対の揺動カム302Exが設けられる。
【0036】
揺動カムシャフト301Exの一端にはスプロケット303Exが固着される。図6に示すように、スプロケット303Exと、上述した駆動シャフト201のスプロケット203と、機関のクランクシャフトの一端に固着するドライブスプロケット3との間にはカムチェーン4が巻回装架される。なお、チェーンガイド5、チェーンテンショナ6、及びテンショナアジャスタ7等を含み、これらによりカムチェーン4が適正走行するようになっている。
【0037】
次に、スライドシャフトガイド600について説明する。吸気側の各気筒において左右のリンク部材211の内側にはスライドシャフトガイド600が配設される。スライドシャフトガイド600は、駆動シャフト201と同軸上に配置され回転可能とされる軸部601と、軸部601から一径方向に延出する左右一対の延出部602とを有する。左右一対の延出部602にはガイド穴603が形成され、これらガイド穴603内にスライドシャフト209が配置される。したがって、スライドシャフト209は一径方向での往復移動、すなわちガイド穴603に沿う往復移動のみが許容される。
【0038】
また、シリンダヘッド2の上面には吸気側においてアクセルモータ45が装着され、アクセルモータ45の出力軸45aが吸気側の気筒間に配置される。すなわち、アクセルモータ45は、吸気側の隣り合う気筒間で共用される。一方、シリンダヘッド2内には吸気側上部において駆動シャフト201と平行に配置されたアクセルシャフト46が回転自在に支持される。そして、アクセルモータ45の出力軸45aに設けられたアクセルドライブギヤ47がアクセルシャフト46に設けられたアクセルドリブンギヤ48に噛み合う。
【0039】
アクセルシャフト46には吸気側の各気筒位置で直交方向に延出する扇状部49が形成され、その扇状部49にドライブギヤ50が設けられる。また、スライドシャフトガイド600にはドリブンギヤ604が設けられる。アクセルシャフト46のドライブギヤ50と、スライドシャフトガイド600のドリブンギヤ604とは噛み合い、アクセルシャフト46が回動することによりスライドシャフトガイド600が回動する。
【0040】
次に、タペットユニット400について説明する。なお、タペットユニット400に関して吸気側について説明するが、排気側においても同様の構成を有する。シリンダヘッド2内に形成されたガイド孔401には、揺動カム302に接触する直打式円筒タペット402がスライド自在に組み込まれる。ガイド孔401はバルブステム501の軸方向に沿って形成されており、これにより円筒タペット402はバルブステム501の軸方向にのみ移動可能となる。このようにしたタペットユニット400は、揺動カム302の縁(カム面)に押されて吸気バルブ503を進退させるバルブリフタとして機能する。
【0041】
次に、バルブユニット500について説明する。なお、バルブユニット500に関して吸気側について説明するが、排気側においても同様の構成を有する。バルブステム501がバルブガイド502によってガイドされる吸気バルブ503が設けられる。各バルブステム501の上端部では、円筒タペット402の下側に配置されたスプリングシートと、シリンダヘッド2内に固定されたスプリングシートとの間にバルブスプリング504が装着される。バルブスプリング504にイニシャル荷重が与えておくことにより精度を高めることができる。
【0042】
以上述べた構成とされた動弁装置の吸気側において、図示しない機関のクランクシャフトに連動して駆動シャフト201が回転運動すると、スプライン206を介して駆動カムプレート205が共に回転する。一方で、駆動カムプレート205のカム溝208により両端が支持されるスライドシャフト209は、その駆動カムプレート205回転方向への動きがスライドシャフトガイド600のガイド穴603により規制されるので、図2、3に示すように、ガイド穴603に沿って往復移動する。
【0043】
スライドシャフト209がガイド穴603に沿って往復移動すると、リンク部材211を介して揺動カム302が揺動する。したがって、揺動カム302のカム面による押圧力とバルブスプリング504のスプリング力との作用により円筒タペット402がスライドし、バルブステム501を介して吸気バルブ503を開閉する。
【0044】
上記構成において、アクセルグリップ(或いはアクセルペダル)の操作に応じてアクセルモータ45が駆動し、出力軸45aが所定回転角度範囲内で回転する。出力軸45aの回転によりアクセルシャフト46が回転し、ドリブンギヤ50及びドライブギヤ604を介してスライドシャフトガイド600が回動する。このようにアクセル開度に応じてスライドシャフトガイド600を回動させることにより、吸気バルブ503のリフト量、作動角を無段階可変制御する。
【0045】
図4には、最小リフトモード状態を示す。例えばエンジン低速時には、図4に示すようにスライドシャフトガイド600の延出部602がバルブステム501の軸方向に対して立つ状態とされる。この状態で、スライドシャフト209がスライドシャフトガイド600のガイド穴603に沿って往復移動すると、揺動カム302のカム面のうち緩やかな部分が円筒タペット402に作用するので、吸気バルブ503のリフト量、作動角は小さくなる。
【0046】
それに対して、アクセルを開いていくと、スライドシャフトガイド600が反時計回り方向に回動し、スライドシャフトガイド600の延出部602がバルブステム501の軸方向に対して寝る状態とされる。図2、3には、最大リフトモード状態を示す。この状態で、スライドシャフト209がスライドシャフトガイド600のガイド穴603に沿って往復移動すると、揺動カム302のカム面のうち急峻な部分が円筒タペット402に作用するので、吸気バルブ503のリフト量、作動角は大きくなる。
【0047】
図7には、最小リフトモード時におけるリンク部材211の動き(点線)と、最大リフトモード時におけるリンク部材211の動き(実線)とを示す。同図に示すように、スライドシャフトガイド600の位相変化αに応じた分2αだけ最小リフトモード時におけるリフト頂点を最大リフトモード時におけるリフト頂点より進角させることができるので(図8参照)、最小リフトモード時においてミラーサイクル化、メカロス低減、熱効率向上が可能である。
【0048】
図8には、最小リフトモード時における特性と、最大リフトモード時における特性とを示す。最小リフトモード時における特性からも分かるように、エンジン低速領域では、吸気バルブ503のリフト量が小さくなり、また、開時期が遅く、閉時期が早くなるので、排気バルブ503EXとのオーバラップが小さくなり、燃費の向上と安定した回転が得られる。それに対して、最大リフトモード時における特性からも分かるように、エンジン高速領域では、バルブリフト量が大きくなり、また、最大バルブリフト量位置が遅くなるとともに、開時期が早く、閉時期が遅くなるので、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保される。
【0049】
以上述べた第1の実施形態では、スライドシャフト209、リンク部材211、揺動カム302が機械的に連係するので、揺動カム302の自由運動が規制される。したがって、例えば機関高回転時においても、自身の慣性質量等による過度な揺動が規制され、バルブタイミング制御精度の低下等を防止することができる。
【0050】
また、揺動カムシャフト301が固定され、ニードルベアリング303を介して揺動カム302が揺動する構成とされているのでメカロスが少なく、また、揺動カム302の大きさや揺動カムシャフト301の径を自由に設計することができる。
【0051】
さらに、第1の実施形態の動弁装置及び内燃機関においては、揺動支点軸が揺動カム302及びリンク部材211の両端の3箇所とされており、例えば上記従来例で挙げたものに比べると少なくすることができるので、メカロス低減を図ることができる。
【0052】
また、図8に示す特性において、ランプ部は揺動カム302により、また、リフト頂部はスライドシャフト209がガイド穴603の端部に規制されることにより正確な特性を確保することができる。なお、吸気側の2つのバルブ503間におけるリフト特性を変えることで、例えばスワールを強く生じさせるようなことも可能である。
【0053】
また、図5に示すように、内側から揺動カム302、リンク部材211、駆動カムプレート205の順に配置することにより、駆動カムプレート205の支点軸を駆動シャフト201のベアリング202の近くに、また、揺動カム302の支点軸を揺動カムシャフト301の固定部分(中央部)の近くに配置することができるので、剛性を高めて、正確なリフト特性を得るとともにメカロス低減を図ることができる。
【0054】
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について説明する。なお、上記第1の実施形態で説明した構成要素と同じものには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図9〜11は第2の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図、図12は図10のA−A線に沿う断面図である。
【0055】
本実施形態の動弁装置は、吸気側において、気筒の列設方向に沿って配置される駆動ユニット700と、気筒の列設方向に沿って配置される揺動カムユニット800と、揺動カムユニット800の下側に配置されるタペットユニット400と、吸気制御するバルブユニット500と、アクセルモータ45に連係するピンガイド900とを含む。
【0056】
また、排気側において、気筒の列設方向に沿って配置される揺動カムユニット800Exと、揺動カムユニット800Exの下側に配置されるタペットユニット400Exと、排気制御するバルブユニット500Exとを含む。なお、排気側において駆動ユニット700及びピンガイド900は含まれない。
【0057】
まず、駆動ユニット700について説明すると、図12に示すように、シリンダヘッド2内の吸気側の一方の気筒側では、駆動クランクシャフト701がベアリング702を介して回転自在に支持される。駆動クランクシャフト701の一端にはスプロケット703が固着し、他端にはシリンダヘッド2に固定された位相センサ704が連係する。後述するように、スプロケット703と、機関のクランクシャフトの一端に固着するドライブスプロケット3との間にはカムチェーン4が巻回装架される。
【0058】
駆動クランクシャフト701の中央には、駆動クランクシャフト701と偏心するコンロッド705がベアリング705aを介して設けられる。コンロッド705の先端には丸棒材であるピン707が設けられ、その両端に左右一対のリンク部材706の一端がそれぞれ連係する。本実施形態では、コンロッド705等により本発明でいうクランク機構が構成される。
【0059】
また、駆動クランクシャフト701と平行にギヤシャフト708が配置され、ベアリング709を介して回転自在に支持される。ギヤシャフト708には径方向に延出する扇状部708a及び突出部708bが形成され、突出部708bの先端両側にリンク部材706の他端がピン710を介して回転可能に連係する。
【0060】
次に、揺動カムユニット800及び揺動カムユニット800Exについて説明する。吸気側の揺動カムユニット800の揺動カムシャフト801はシリンダヘッド2内で気筒の列設方向を貫くように配置され、回転自在に支持される。揺動カムシャフト801には、各気筒ごとに一対の揺動カム802が一体に設けられる。なお、揺動カムシャフト801は中空構造とされ、その中空内部の潤滑油路を介して揺動カム802部分等に注油することができる。さらに、揺動カムシャフト801の一端にはドリブンギヤ804が設けられ、ギヤシャフト708の扇状部708aに形成されたドライブギヤ711が噛み合う。
【0061】
また、排気側の揺動カムユニット800Exの揺動カムシャフト801Exは、具体的には図示しないが気筒の列設方向を貫くように配置され、回転自在に支持される。揺動カムシャフト801Exには、各気筒ごとに一対の揺動カム802Exが設けられる。
【0062】
揺動カムシャフト801Exの一端にはスプロケット803Exが固着される。図13に示すように、スプロケット803Exと、上述した駆動クランクシャフト701のスプロケット703と、機関のクランクシャフトの一端に固着するドライブスプロケット3との間にはカムチェーン4が巻回装架される。
【0063】
次に、ピンガイド900について説明する。吸気側の駆動クランクシャフト701を支持するベアリング702の内側にはピンガイド900が配設される。ピンガイド900は、駆動クランクシャフト701と同軸上に配置され回転化能とされるリング部901と、リング部901から一径方向に延出する左右一対の延出部902とを有する。左右一対の延出部902にはガイド穴903が形成され、これらガイド穴903内にピン707が配置される。なお、ピン707の端部にはスライドガイド904が設けられる。したがって、ピン707は一径方向での往復移動、すなわちガイド穴903に沿う往復移動のみが許容される。
【0064】
また、シリンダヘッド2の上面には吸気側においてアクセルモータ45が装着される。そして、アクセルモータ45の出力軸45aに設けられたアクセルドライブギヤ47が、ピンガイド900のリング部901外周面に設けられたドリブンギヤ905と噛み合い、出力軸45aが回転することによりピンガイド900が回動する。
【0065】
なお、タペットユニット400、400EX、バルブユニット500、500EXについては上記第1の実施形態で説明したものと同様であり、ここではその説明を省略する。
【0066】
以上述べた構成とされた動弁装置の吸気側において、図示しない機関のクランクシャフトに連動して駆動クランクシャフト701が回転運動すると、駆動クランクシャフト701に偏心するコンロッド705が揺動しながら上下移動する。コンロッド705の動きはピン707に伝えられ、図9、10に示すように、ピン707はピンガイド900のガイド穴903に沿って往復移動する。
【0067】
ピン707がガイド穴903に沿って往復移動すると、リンク部材706を介してギヤシャフト708が回動し、ギヤシャフト708の扇状部708aが揺動するので、ドライブギヤ711及びドリブンギヤ804を介して揺動カム802が揺動する。したがって、揺動カム802のカム面による押圧力とバルブスプリング504のスプリング力との作用により円筒タペット402がスライドし、バルブステム501を介して吸気バルブ503を開閉する。
【0068】
上記構成において、アクセルグリップ(或いはアクセルペダル)の操作に応じてアクセルモータ45が駆動し、出力軸45aが所定回転角度範囲内で回転する。出力軸45aの回転によりドライブギヤ48及びドリブンギヤ905を介してピンガイド900が回動する。このようにアクセル開度に応じてガイド900を回動させることにより、吸気バルブ503のリフト量、作動角を無段階可変制御する。
【0069】
図11には、最小リフトモード状態を示す。例えばエンジン低速時には、図11に示すようにピンガイド900の延出部902がバルブステム501の軸方向に対して立つ状態とされる。この状態で、ピン707がピンガイド900のガイド穴903に沿って往復移動すると、揺動カム802のカム面のうち緩やかな部分が円筒タペット402に作用するので、吸気バルブ503のリフト量、作動角は小さくなる。
【0070】
それに対して、アクセルを開いていくと、ピンガイド900が反時計回り方向に回動し、ピンガイド900の延出部902がバルブステム501の軸方向に対して寝る状態とされる。図9、10には、最大リフトモード状態を示す。この状態で、ピン707がピンガイド900のガイド穴903に沿って往復移動すると、揺動カム802のカム面のうち急峻な部分が円筒タペット402に作用するので、吸気バルブ503のリフト量、作動角は大きくなる。
【0071】
図14には、最小リフトモード時におけるリンク部材706の動き(点線)と、最大リフトモード時におけるリンク部材706の動き(実線)とを示す。ピンガイド900の位相変化αに応じた分2αだけ最小リフトモード時におけるリフト頂点を最大リフトモード時におけるリフト頂点より進角させることができるので(図15参照)、最小リフトモード時においてミラーサイクル化、メカロス低減、熱効率向上が可能である。
【0072】
また、図15には、最小リフトモード時における特性と、最大リフトモード時における特性とを示す。最小リフトモード時における特性からも分かるように、エンジン低速領域では、吸気バルブ503のリフト量が小さくなり、また、開時期が遅く、閉時期が早くなるので、排気バルブ503EXとのオーバラップが小さくなり、燃費の向上と安定した回転が得られる。それに対して、最大リフトモード時における特性からも分かるように、エンジン高速領域では、バルブリフト量が大きくなり、また、最大バルブリフト量位置が遅くなるとともに、開時期が早く、閉時期が遅くなるので、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保される。
【0073】
以上述べた第2の実施形態では、ピン707、リンク部材706、ギヤシャフト708、揺動カム802が機械的に連係するので、揺動カム802の自由運動が規制される。したがって、例えば機関高回転時においても、自身の慣性質量等による過度な揺動が規制され、バルブタイミング制御精度の低下等を防止することができる。
【0074】
また、揺動カムシャフト801に揺動カム802が一体に設けられる構成とされているのでメカロスが少なく、また、揺動カム802の大きさや揺動カムシャフト801の径を自由に設計することができる。
【0075】
さらに、第2の実施形態の動弁装置及び内燃機関においては、クランク機構を介して揺動カム802を揺動させるので、精度よく揺動カム802を駆動することができる。
【0076】
また、リンク部材706と揺動カム802との間にギヤシャフト708を介在させる構成としたので、増速することによりピン710の揺動角を小さくすることができ、リンク部材706の駆動ベクトルを揺動軸心から外し、メカロス低減を図ることができる。
【0077】
また、図12に示すように、吸気側のすべての気筒に対して1つの駆動ユニット900を設けるようにしたので、各気筒間でのばらつきを抑えるとともに、コスト軽減を図ることができる。
【0078】
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について説明する。本実施形態は、基本構成は上記第2の実施形態と同様であるが、駆動ユニット700を排気側の揺動カムシャフト端に配置する構成として、シリンダヘッド2まわりを特に高さ方向にコンパクト化した例である。なお、上記第2の実施形態で説明した構成要素と同じものには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0079】
図16は第3の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図、図17は図16のA−A線に沿う断面図、図18は駆動ユニット700まわりを示す図である。図17に示すように、排気側の揺動カムユニット800Exの揺動カムシャフト801Exは気筒の列設方向を貫くように配置され、回転自在に支持される。揺動カムシャフト801Exには、各気筒ごとに一対の揺動カム802Exが設けられる。揺動カムシャフト801Exの端部にはスプロケット803Exが固着され、図19に示すように、スプロケット803Exと、機関のクランクシャフトの一端に固着するドライブスプロケット3との間にはカムチェーン4が巻回装架される。
【0080】
また、吸気側の揺動カムユニット800の揺動カムシャフト801は気筒の列設方向を貫くように配置され、回転自在に支持される。揺動カムシャフト801には、各気筒ごとに一対の揺動カム802が一体に設けられる。揺動カムシャフト801の端部には、シリンダヘッド2に固定された位相センサ704が連係する。
【0081】
ここで、排気側の揺動カムシャフト801Exの端部には、揺動カムシャフト801Exと偏心するコンロッド705がベアリング705aを介して設けられる。すなわち、排気側の揺動カムシャフト801Exが上記第2の実施形態で説明した駆動ユニット700の駆動クランクシャフト701を兼ねる。
【0082】
そして、シリンダヘッド2の側部に、駆動ユニット700のリンク部材706、ピン707、ギヤシャフト708(扇状部708a、突出部708b)、ピン710等、及び、ピンガイド900、アクセルモータ45が配置される。なお、これら各部の構成及び作用・効果については上記第2の実施形態で説明したとおりである。
【0083】
以上述べた第3の実施形態でも、上記第2の実施形態と同じくピン707、リンク部材706、ギヤシャフト708、揺動カム802が機械的に連係するので、揺動カム802の自由運動が規制される。したがって、例えば機関高回転時においても、自身の慣性質量等による過度な揺動が規制され、バルブタイミング制御精度の低下等を防止することができる。
【0084】
また、揺動カムシャフト801に揺動カム802が一体に設けられる構成とされているのでメカロスが少なく、また、揺動カム802の大きさや揺動カムシャフト801の径を自由に設計することができる。
【0085】
さらに、第3の実施形態の動弁装置及び内燃機関においては、排気側の揺動カムシャフト801Exが駆動クランクシャフト701を兼ねるので、図19に示すように、1つのスプロケット803Exのみとして、DOHCであるにもかかわらずSOHC構造とすることができ、軽量化、コスト低減を図ることができる。
【0086】
また、図17に示すように、駆動ユニット700と回転駆動系(スプロケット803Ex、カムチェーン4等)とをシリンダヘッド2の両側にそれぞれ配設する構成としたので、いずれかに偏って配設するのに比べて組立性が向上する。また、シリンダヘッド2の左右幅を同程度とすることができるので、エンジンユニット1を車体に搭載する際に重心を車体中心付近として走行安定性を向上させることもできる。
【0087】
以上、本発明を種々の実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば、各実施形態において吸気側のみでリフト量、作動角を可変制御するようにしたが、本発明は排気側に対しても有効に適用可能である。また、2気筒エンジンの場合の例を説明したが、本発明は単気筒のエンジンや3気筒以上のエンジンに対しても有効に適用可能である。
【0088】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、機関運転状態に応じてバルブのリフト量、作動角を可変制御することができ、特に高回転化に対応するとともに、メカロスを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適用例に係るエンジンまわりを含む自動二輪車の構成例を示す図である。
【図2】第1の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図である。
【図3】第1の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図である。
【図4】第1の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図である。
【図5】図3のA−A線に沿う断面図である。
【図6】動弁装置の回転駆動系を示す図である。
【図7】リンク部材211の動きを示す図である。
【図8】第1の実施形態における吸気バルブ503のリフト量、作動角の特性を示す図である。
【図9】第2の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図である。
【図10】第2の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図である。
【図11】第2の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図である。
【図12】図10のA−A線に沿う断面図である。
【図13】動弁装置の回転駆動系を示す図である。
【図14】リンク部材706の動きを示す図である。
【図15】第2の実施形態における吸気バルブ503のリフト量、作動角の特性を示す図である。
【図16】第3の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図である。
【図17】図16のA−A線に沿う断面図である。
【図18】駆動ユニット700まわりを示す図である。
【図19】動弁装置の回転駆動系を示す図である。
【符号の説明】
1    エンジンユニット
2    シリンダヘッド
3    ドライブスプロケット
4    カムチェーン
5    チェーンガイド
6    チェーンテンショナ
7    チェーンアジャスタ
201  駆動シャフト
205  駆動カムプレート
208  カム溝
209  スライドシャフト
211  リンク部材
301  揺動カムシャフト
302  揺動カム
600  スライドシャフトガイド
603  ガイド穴
701  駆動クランクシャフト
705  コンロッド
706  リンク部材
707  ピン
708  ギヤシャフト
711  ドライブギヤ
801  揺動カムシャフト
802  揺動カム
804  ドリブンギヤ
900  ピンガイド
903  ガイド穴

Claims (8)

  1. 駆動シャフトの回転運動が変換されて伝達される丸棒材と、
    前記丸棒材が一径方向にのみ往復移動するようにガイドするガイドと、
    前記丸棒材に一端が連係するリンク部材と、
    前記リンク部材の他端に連動し、前記駆動シャフトと異なる揺動カムシャフトを支点軸として揺動する揺動カムと、
    前記揺動カムの揺動に追従してバルブを進退させるバルブリフタとを備え、
    前記ガイドを動かして前記丸棒材の往復移動方向を変更することにより前記バルブのリフト量、作動角を可変制御する構成としたことを特徴とする動弁装置。
  2. 前記丸棒材には前記駆動シャフトの回転運動がカム機構を介して伝達されることを特徴とする請求項1に記載の動弁装置。
  3. 前記丸棒材には前記駆動シャフトの回転運動がクランク機構を介して伝達されることを特徴とする請求項1に記載の動弁装置。
  4. 前記揺動カムが前記リンク部材の他端に連係することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の動弁装置。
  5. 前記リンク部材の他端に連動するギヤを設け、前記ギヤにより前記揺動カムが揺動することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の動弁装置。
  6. 前記ガイドは前記駆動シャフトと同軸上に配置され、前記駆動シャフトのまわりで回動させることにより前記丸棒材の往復移動方向を変更する構成としたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の動弁装置。
  7. 前記ガイドを動かす電動モータを備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の動弁装置。
  8. 吸気バルブ及び排気バルブにより吸排気を制御するようにした内燃機関であって、
    吸気側及び排気側の少なくともいずれか一方に請求項1〜7のいずれか1項に記載の動弁装置を備えたことを特徴とする内燃機関。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102005028542A1 (de) * 2005-06-17 2006-12-28 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen
US7802547B2 (en) 2006-08-11 2010-09-28 Honda Motor Co., Ltd. Internal combustion engine having variable valve operating device

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