JP2004076675A - Valve system and internal combustion engine equipped with the valve system - Google Patents

Valve system and internal combustion engine equipped with the valve system Download PDF

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JP2004076675A JP2002239769A JP2002239769A JP2004076675A JP 2004076675 A JP2004076675 A JP 2004076675A JP 2002239769 A JP2002239769 A JP 2002239769A JP 2002239769 A JP2002239769 A JP 2002239769A JP 2004076675 A JP2004076675 A JP 2004076675A
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Kosaku Yamauchi
山内 幸作
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a valve system and an internal combustion engine having the valve system for realizing superior characteristic performance while reducing the size of the system. <P>SOLUTION: A swing arm 21 for engaging with a tip part is arranged in a stem end part of an intake-exhaust valve arranged at a prescribed narrow angle, and is journaled by arranging a base end part of the swing arm 21 outside the narrow angle. A roller tappet 22 having a shaft 24 parallel to a shaft of the base end part is arranged between the base end part and the tip part. A camshaft 11 is arranged in parallel on the opposite side of the intake-exhaust valve to the shaft of the roller tappet 22. A cam lobe is arranged so as to slidable in the shaft direction on the camshaft 11 by opposing the roller tappet 22. A cam 13 having a three-dimensional map is arranged in the cam lobe. An energizing means is arranged in the vicinity of the camshaft 11 for energizing the cam lobe in the camshaft direction so as to be capable of advancing and retreating. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車あるいは自動車などにおける内燃機関において、アクセル開度に応じてバルブのリフト量および作動角を無段に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】
この種の内燃機関において、以前より燃焼効率の向上を図るべく、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、カム切換によるバルブリフトの可変制御やバルブ休止等が採用されてきた。なお、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、エンジン出力に応じて作用角の小さいものから大きなものに切り換えるというものである。そして、これらのエンジンは吸気管にスロットルバルブを備えていることを前提としており、運転者の制御意思が反映されるのは、このスロットルバルブであって、動弁装置ではなかった。
【0003】
さらに最近では可変位相とカム切換の組合せが出始め、その後作用角およびリフト量を連続可変する3次元カムを使用する方式が提案されている。たとえば、直打式円筒タペットの頂部に接触角変化に対する追従機構を設け、3次元カムを軸方向にスライドさせることにより、バルブリフト量を無段階に可変するものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の動弁装置において3次元カムのスライド駆動機構等を持つため、意図する性能特性を確保しながら装置のコンパクト化等を図るのは必ずしも容易でない。また、3次元カムによるバルブリフト特性は、エンジンの出力特性と密接に関係し、カム形状等のパラメータ設定は極めて重要である。
【0005】
本発明はかかる実情に鑑み、装置のコンパクト化を図りながら、優れた特性性能を実現する動弁装置およびこれを備えた内燃機関を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の動弁装置は、所定の挟角で配された吸排気弁のステム端部に先端部が係合するスイングアームを設けるとともに、該スイングアームの基端部を挟角の外側に配して軸支し、前記基端部の軸と平行な軸を有するローラタペットを前記基端部と前記先端部の間に設け、前記ローラタペットの軸に対して前記吸排気弁と反対側にカム軸を平行に設け、前記カム軸上を前記ローラタペットに対向して軸方向に摺動可能に配されたカムロブを設けるとともに、該カムロブに三次元状マップを持つカムを設け、前記カムロブを前記カム軸方向に進退可能に付勢する付勢手段を前記カム軸の近傍に配したことを特徴とする。
【0007】
また、本発明の動弁装置において、前記ローラタペットおよび前記カムの接触部位を潤滑する潤滑剤供給手段を有し、この潤滑剤供給手段は、スイングアームにおける前記ローラタペットの収容部に開設された開口を含み、この開口から前記接触部位に対して前記ローラタペットの接線方向に潤滑剤を供給する。
【0008】
また、本発明の動弁装置は、駆動モータにより回転駆動される伝達歯車の回転を、ねじ送り機構を介して軸方向のスライド運動に変換し、このスライド運動によりカムをカム軸方向にスライド移動させるようにした動弁装置であって、前記伝達歯車と前記ねじ送り機構を近接配置し、前記伝達歯車の軸受と前記ねじ送り機構とを軸方向位置で重なるように配置したことを特徴とする。
【0009】
また、本発明の動弁装置において、前記ねじ送り機構を介してスライド運動するスライド軸をカム軸とは別に設け、前記スライド軸を前記ねじ送り機構を介して前記伝達歯車の軸受で支持するとともに、別の複数の軸受にて支持することを特徴とする。
【0010】
また、本発明の動弁装置は、所定長さの吸気管を備えたエンジンにおけるカム高さとカム作用角が連続的に変化するように形成され、カム軸と一体回転するとともにその軸方向に相対移動可能に構成されたカムと、そのカム面に押圧されてバルブを進退させるバルブリフタとを備えた動弁装置であって、前記カムは前記カム軸の軸方向に傾斜するカム面を有し、前記カムが前記カム軸の軸方向にスライドすることにより、前記カムの作用角をエンジン回転数または車両速度に比例させ、バルブリフト量およびバルブ作動角が連続無段に可変制御されることを特徴とする。
【0011】
また、本発明の動弁装置において、前記カムにおける作用角の最大角と最小角の比率が、略3倍もしくはそれ以上であることを特徴とする。
【0012】
また、本発明の内燃機関は、吸気バルブおよ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、吸気側および排気側に請求項1〜6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。
【0013】
本発明によれば、たとえばスイングアームの基端部を吸排気弁のステム挟角の外側に配して軸支し、基端部の軸と平行な軸を有するローラタペットを基端部と先端部の間に設け、ローラタペットの軸に対して吸排気弁と反対側にカム軸を平行に設ける。これにより特にDOHCエンジンにおいてカムとプラグホールが干渉しない位置にカム軸を配置し、その内側にバルブステムを配置することでエンジンのコンパクトを図ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明による動弁装置およびこれを備えた内燃機関の好適な実施の形態を説明する。
(第1の実施形態)
本発明による動弁装置は、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、この実施形態ではたとえば図1に示すように自動二輪車のエンジンを例とする。
【0015】
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、鋼製ある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を有する。フロントフォーク103の下部には前輪106が回転可能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を有している。
【0016】
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るとともに、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。スイングアーム109の後端には後輪111が回転可能に支持され、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。
【0017】
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およびシート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。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およびシートカウル119が連設される。
【0018】
ここで、エンジンユニット1のシリンダヘッド2乃至シリンダヘッドカバー2aの所定部位には、後述するアクセルモータが装着される。アクセルモータはたとえば図示例のように、シリンダヘッドカバー2aの側部に突設される。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とシリンダヘッドカバー2aは相互に干渉しないように配置される。
【0019】
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、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。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およびシートレール101bに連結している。
【0020】
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に連通している。
【0021】
つぎに、図2は本発明装置の要部側断面図、図3は図2のA−A線およびB−B線に沿う断面図である。この実施形態ではエンジンユニット1として、並列2気筒エンジンであって、各気筒ごとに吸気側(IN)および排気側(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。
【0022】
本実施形態の動弁装置は、まず吸気側において気筒の列設方向に沿って配置されるカム/カムシャフトユニット10と、カム/カムシャフトユニット10の下側に配置されるバルブリフタユニット20と、吸気制御するバルブユニット30と、アクセル開度に応じてカムを変位させるアクセルシャフトユニット40とを含んでいる。
【0023】
また、排気側において、吸気側と実質的に同様に構成されたカム/カムシャフトユニット10Exと、カム/カムシャフトユニット10Exの下側に配置されるバルブリフタユニット20Exと、排気制御するバルブユニット30Exとを含んでいる。以下、これらのユニットに関して主に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。
【0024】
カム/カムシャフトユニット10およびカム/カムシャフトユニット10Exのカム13およびカム13Exは、吸気バルブ31および排気バルブ31Exのバルブリフト量、作動角およびリフトタイミングを無段段に可変制御するように構成されている。また、アクセル開度に応じてこれらのカムを変位させるアクセルシャフトユニット40を含むが、この実施形態では吸気側のカム/カムシャフトユニット10と排気側のカム/カムシャフトユニット10Exの間に配置される。すなわちアクセルシャフトユニット40は、吸気側および排気側で共用される。
【0025】
カム/カムシャフトユニット10において、カムシャフト11は、ベアリング12(図3)を介してシリンダヘッド2に回転自在に支持される。カムシャフト11にはその軸方向に後述するカム13がスライド可能に装着されるが、この例ではカムシャフト11はたとえば3条のボールスプライン11aを有し、そのガイドによってボール14を介して直線運動(リニアモーション)するようになっている。なお、カムシャフト11は中空構造とし、その中空内部に潤滑油路を形成してカム13等に注油することができる。
【0026】
カムシャフト11の一端にはスプロケット15が固着している。また、排気側のカムシャフト11Exの一端にもスプロケット15Exが固着しており、図4に示されるように、これらのスプロケット15,15Exとクランクシャフト(図示せず)の一端に固着するドライブスプロケット3との間にカムチェーン4が巻回装架される。なお、図4に示されるようにチェーンガイド5、チェーンテンショナ6およ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。
【0027】
ここで、カム13およびカム13Exは「3次元カム」として構成され、各気筒の吸気側および排気側に1つずつ設けられる。図3に示されるように長手方向(カムシャフト11の軸方向)に緩やかに傾斜するカム部が延設され、バルブリフト量を連続的に変化させる形状に成形されている。この場合、カム高さと同時にカム作用角およびリフトタイミングも変化し、すなわちバルブリフト量が大きくなるのに従ってカム作用角も大きくなり、さらにはバルブのリフトタイミングも変化させ得るように設定されている。
【0028】
バルブリフタユニット20において、この例ではバルブリフタとしてスイングアーム21とタペットローラ22を含み、スイングアーム21はその一端が吸気バルブの上端部(バルブステムエンド)に当接するように、揺動軸であるスイングアームシャフト23によって揺動可能に支持される。スイングアーム21の先端は図5にも示されるように、各気筒における2つの吸気バルブに当接すべく二股に分岐しており、すなわち単一のスイングアーム21により2つの吸気バルブを駆動するようになっている。
【0029】
スイングアーム21の基端部、すなわちスイングアームシャフト23は図2に示されるように、カムシャフト12の下方であって、吸排気バルブのバルブステムにより設定される挟角(Vバンク)の外側に配置される。なお、このVバンクの略中央部に点火プラグ挿脱用のプラグホール8が形成される。
【0030】
スイングアーム21の途中にはピン24を介して、回転摺動部であるタペットローラ22が回転自在に支持される。タペットローラ22の外周面は典型的には円弧状(R状)に形成され、カム13と点接触するようになっている。ピン24はスイングアームシャフト23と平行に配置され、またピン24に対して吸気バルブと反対側にカムシャフト11が配置されている。
【0031】
排気側において、スイングアーム21Exはその一端が排気バルブの上端部(バルブステムエンド)に当接するように、スイングアームシャフト23Exによって揺動可能に支持される。スイングアーム21Exの先端は、各気筒における2つの排気バルブに当接すべく二股に分岐しており(図5参照)、単一のスイングアーム21Exにより2つの排気バルブを駆動するようになっている。
【0032】
また、スイングアーム21Exの途中にはピン24Exを介して、回転摺動部であるタペットローラ22Exが回転自在に支持される。タペットローラ22Exの外周面は典型的には円弧状(R状)に形成され、カム13Exと点接触するようになっている。
【0033】
ここで、タペットローラ22(22Ex)およびカム13(13Ex)の接触部位を潤滑するようにした潤滑剤供給手段を有する。この潤滑剤供給手段は、図2あるいは図5に示されるようにスイングアーム21(21Ex)におけるタペットローラ22(22Ex)の収容部に開設された開口25(25Ex)を含み、この開口25(25Ex)から接触部位に対してタペットローラ22(22Ex)の接線方向に潤滑剤を供給するようになっている。なお、スイングアームシャフト23(23Ex)内には開口25(25Ex)に連通し、該開口25(25Ex)に潤滑剤を圧送する油路26(26Ex)が形成されている。
【0034】
バルブユニット30において、それぞれのバルブステム31aがバルブガイド32によってガイドされる2つの吸気バルブ31を含んでいる。また、各バルブステム31aの端部には、スイングアーム21の押圧部21aと当接するタペットシム33を有し、バルブリテーナ34とスプリングシート35の間にバルブスプリング36が装着される。
【0035】
排気側のカム/カムシャフトユニット10Ex、バルブリフタユニット20Exおよびバルブユニット30Exは、上述したように吸気側の各ユニットと基本構成は同様であるが、カム/カムシャフトユニット10Exのカム13Exの具体的な諸元についてはカム13とは異なる。
【0036】
アクセルシャフトユニット40において、カムシャフト11およびカムシャフト11Exと平行に配置されたアクセルシャフト41と、アクセルシャフト41に固着するとともにカム13およびカム13Exに連結するアクセルフォーク42を含んでいる。アクセルシャフト41はその軸方向にスライド可能にシリンダヘッド2によって支持され、一端側でネジリスプライン41aを介してドリブンギヤ43(ホイール)と係合している。ドリブンギヤ43はシリンダヘッド2に回転自在に支持され、アクセルモータ45の出力軸に固着したドライブギヤ46(ウォーム)と噛合する。
【0037】
アクセルフォーク42は、アクセルシャフト41と直交方向にカムシャフト11およびカムシャフト11Ex側へ延出し、それぞれ二股状の先端部がベアリング47を介して、カム13およびカム13Exの端部に回転自在に装着されたフォークガイド48と係合する。これによりアクセルシャフト41がその軸方向にスライドするのに連動もしくは同期して、カム13およびカム13Exがカムシャフト11およびカムシャフト11Exに沿ってそれぞれスライドする。
【0038】
このようにアクセルモータ45により回転駆動される伝達歯車としてのドリブンギヤ43の回転を、ねじ送り機構(ネジリスプライン41a)を介してアクセルシャフト41の軸方向のスライド運動に変換し、このスライド運動によりカム13をカム軸方向にスライド移動させる。この場合、図3に示されるようにドリブンギヤ43とねじ送り機構を近接配置し、ドリブンギヤ43の軸受49Aとねじ送り機構とを軸方向位置で重なるように配置する。
【0039】
また、ねじ送り機構を介してスライド運動するアクセルシャフト41をカムシャフト11およびカムシャフト11Exとは別に設け、アクセルシャフト41をねじ送り機構を介して軸受49Aで支持する。この場合、アクセルシャフト41はさらに別の複数の軸受49B,49Cにて支持される。
【0040】
ここで、カムシャフト11の他端には位相センサユニット50が設けられる。位相センサユニット50は、カムシャフト11の他端に植設されたピン51とこのピン51を検出して出力信号を得る位相センサ52を含んでいる。
【0041】
上記構成において、アクセルグリップ(もしくはアクセルペダル)を操作するとアクセルモータ45が作動し、その出力軸の回転によりアクセルシャフト41がスライドする。たとえば、エンジン低速時には図3に示されるようにタペットローラ22はカム13に対して、カム高さの低い部位に当接している。また、排気側においてタペットローラ22Exはカム13Exに対して、カム高さの低い部位に当接している。この状態で加速、すなわちアクセルを開くと、アクセルモータ45の作動によりドリブンギヤ43が回転して、アクセルシャフト41は図中、右方にスライドする。
【0042】
これによりカム13およびカム13Exはアクセルフォーク42を介して、アクセルシャフト41の動きに連動してそれぞれカムシャフト11およびカムシャフト11Exに沿って、同様に図中、右方にスライドする。なお、このときカム13およびカム13Exのスライド量や速度は、アクセルの開度および開く速さに対応している。カム13,13Exのスライドによりタペットローラ22,22Exは次第に、カム高さの高い部位に当接し、これによりカム13,13Exのリフト特性に従ってバルブリフト量が増大する。一方、減速時にはアクセルを戻すことで、上記とは逆の動作でバルブリフト量を減少させる。
【0043】
ここで、上述した本発明の動弁装置あるいは内燃機関において特に、図2等から明かなようにカムシャフト11、スイングアームシャフト23およびピン24等はVバンクの外側に配置される。なお、排気側についても同様である。これによりシリンダヘッド2の高さを低くすることができるとともに、スイングアーム21のアーム比の設定によりカム山高さを低くすることで、シリンダヘッド2の前後長も短かくすることができ、シリンダヘッド2のコンパクト化を図ることができる。
【0044】
この場合、バルブステム31aとスイングアームシャフト23の間にタペットローラ22が配置されるため、スイングアーム21のアーム比が1よりも大きくなる。なお、排気側についても同様である。これによりカム山高さを低くし、カムロブにおける軸方向のカム山傾斜角度が小さく(なだらかに)なり、カム13のスライド移動動作がスムースにし、回動・摺動する動弁系全体に加わるスライド方向の力が減少して耐久性が向上する。また、タペットローラ22の幅を狭くすることができ、タペット総重量を軽減し、特に高回転化および高加速化を図り高出力化を実現することができる。
【0045】
また、潤滑剤供給手段によればタペットローラ22(22Ex)およびカム13(13Ex)の接触部位に対して、すべての位相で潤滑剤をし、潤滑性が格段に向上する。したがって、カム13とタペットローラ22の点接触的係合を維持しつつ、カム13の軸方向移動が円滑に行なわれ、この点でも高い耐久性を確保することができる。
【0046】
カム13等の立体カムにあっては、これに摺動接触する相手部材であるタペットローラ22は、立体カムに点接触するため、このことが耐久性に影響する。そのためタペットローラ22の径は大きくしたい。本発明ではタペットローラ22をバルブ軸線上から偏倚させて2つの吸気バルブの間に配置することで、大径化とコンパクト化を両立させている。また、バルブ軸上およびタペットローラ22上に、スライドするカム13(13Ex)の占有スペースを大きく確保することができる。これによりカム13の軸方向には大きく、高さは低くできるためアクセルモータ45の上方搭載が可能になる。
【0047】
また、ドリブンギヤ43とねじ送り機構を近接配置し、ドリブンギヤ43の軸受49Aとねじ送り機構とを軸方向位置で重なるように配置する。このようにこれらの部材を集合配置することで、コンパクト化を図ることができる。そして、アクセルシャフト41をスライドさせる際、ぶれやがたつき等を抑え円滑動作を保証する。
【0048】
さらにアクセルシャフト41をカムシャフト11およびカムシャフト11Exとは別に設け、アクセルシャフト41をねじ送り機構を介して軸受49Aで支持する。また、アクセルシャフト41はさらに別の複数の軸受49B,49Cにて支持される。アクセルシャフト41をスライドさせる際、ぶれやがたつき等を抑えて円滑動作を保証する。
【0049】
(第2の実施形態)
つぎに、本発明による第2の実施形態を説明する。なお、上述の第1の実施形態と同一または対応する部材には同一符号を用いて、図面を参照して説明する。図6は本実施形態に係る要部側断面図である。この実施形態における基本構成は実質的に第1の実施形態と同様であり、その説明を省略するものとする。
【0050】
本実施形態において3次元カムを用いてバルブリフト特性を連続可変制御するが、その場合、吸気管長が固定でも実用走行回転域で最大吸気慣性効果が得られるようにエンジン回転数と吸気作用角を設定するものである。
【0051】
ところで、吸気作用角が一定の場合、各エンジン回転数でつねに吸気慣性効果を最大にするためには吸気管長を変化させる必要がある。そのためたとえば吸気管をスライドさせることで連続可変させ、あるいはバルブ等を用いて段階的に変化させる等の手法がとられる。本発明において、3次元カムを用いてバルブリフト特性をエンジン出力に合ったものにできるが、本実施形態では特に吸気作用角を好適に設定することで、吸気管長が固定でも吸気管長を連続可変する場合と同等の効果が得られるようにしている。
【0052】
ここで、最大吸気慣性効果が得られるエンジン回転数の公式を示す。
N=aθ/24Ls                   (1)
ただし、L≒π/2・√(LV/F)、L=l+Δl
ここに、a…音速=340[m/s](20℃);N…エンジン回転数[rpm];θ…有効開弁角[deg];L…等価管長[m];L…管長[m];F…吸気管断面積[m](独立ポートの場合はF=2・πd/4);V…行程容積[m];l…実管長[m];Δl…管端補正長[m]である。なお、図6に示されるように吸気管長Lには、吸気ポート9が含まれる。
【0053】
上式からK=a/24Lとし、温度および管長が固定であるとすれば、Kは一定であるためエンジン回転数Nと有効開弁角(吸気バルブの作用角)θは比例関係になる。したがって、エンジン回転数Nに比例するように有効開弁角θを設定することで、その範囲内においてはつねに最大吸気慣性効果が得られることになる。なお、吸気ポートを含めた吸気管は、エンジン回転数に関わらず、平均して略大気圧かそれよりも若干負圧である。
【0054】
図6に示すエンジンではそのエンジン仕様として、並列2気筒650cc、車両速度V10000=220km/h(6速時の最高速度)とした場合、エンジン回転数N(車両速度)と有効開弁角θの関係は図7のようになる。また、図8は、図7に示したエンジン特性を得るためのカム13のリフト特性を示している。
【0055】
図7の例では速度60km/h(N≒2730rpm)でθ=80°とし、速度180km/h(N≒8180rpm)でθ=240°としている。この回転数範囲ではほぼ最大吸気慣性効果となるようにエンジン回転数Nと有効開弁角θを設定し、これによりトップ段位(6速)の実用回転域で最大吸気慣性効果が得られ、ほぼフラットトルク化を図ることができる。
【0056】
同様に、たとえば軽4輪自動車に適用した場合、エンジン仕様として並列2気筒660cc、車両速度V1000=20km/hとした場合のエンジン回転数N(車両速度)と有効開弁角θの関係は図9のようになる。この場合、有効開弁角θを3倍程度まで可変とすれば、θ=80°;40km/hからθ=240°;120km/hと最高速度を出せる段位(4速…5速の場合が多いが、4輪車の5速はオーバトップとなる)でトップスロー下限付近から最高速度付近までの領域ほとんどをカバーすることができる。
【0057】
したがって、有効開弁角θをエンジン回転数Nに比例させ、かつ有効開弁角θを3倍程度まで可変させるように設定することで、ほとんどの実用回転域で最大吸気慣性効果が得られるとともに、吸気管長を高速側で短いものにすることができ、エンジンまわりのコンパクト化を図ることができる。特に低速出力を出すために吸気管長を長く設定したいた4輪車においては、コンパクト化による効果は極めて多大である。
【0058】
このように吸気管の断面積および長さを固定していても、作用角(すなわち吸気バルブの開弁時間)がエンジン回転数に比例して変化するため、エンジン回転数が変化してもつねに高い吸気慣性効果を維持することができる。これにより燃焼室への吸引充填効率が高く維持される。つまりエンジン回転数の全域で、谷間のないフラットなトルク特性を得ることができる。
【0059】
また、吸気慣性効果が最大となるように吸気管長を設定することで、エンジン回転数の全域で、略最大トルクを得ることができる。一方、機関速度に応じてバルブ開弁時間が変化するため、吸気管の断面積を考慮して吸気管を短くしても吸気慣性効果が得られる。
【0060】
さらに、有効開弁角θを3倍もしくはそれ以上まで可変とすることで、エンジンの実用回転数域が広く確保される。これにより変速機(自動変速機および無段変速機等を含む)の変速段に拘わらず、各変速段が受け持つ速度範囲が広くなり、運転の幅が広く実用性の高い車両を実現することができる。
【0061】
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。
たとえば上記実施形態では2気筒エンジンの場合の例を説明したが、本発明は単気筒または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。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、この種の動弁装置においてアクセル開度に応じてバルブリフト量、作動角およびリフトタイミングを無段階可変制御する。この場合、たとえばスイングアームの基端部を吸排気弁のステム挟角の外側に配して軸支し、基端部の軸と平行な軸を有するローラタペットを基端部と先端部の間に設け、ローラタペットの軸に対して吸排気弁と反対側にカム軸を平行に設ける。カムとプラグホールが干渉しない位置にカム軸を配置し、その内側にバルブステムを配置することでエンジンのコンパクトを図ることができる等の利点を有する。
【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】本発明の第1の実施形態における動弁装置の要部側断面図である。
【図3】図2のA−A線およびB−B線に沿う断面図である。
【図4】本発明の動弁装置に係るカムシャフトの回転駆動系を示す図である。
【図5】図2のC−C線に沿う断面図である。
【図6】本発明の第2の実施形態における動弁装置の要部断面図である。
【図7】本発明の第2の実施形態におけるエンジン回転数と有効開弁角の関係を示す図である。
【図8】本発明の第2の実施形態に係るカムのリフト特性を示す図である。
【図9】本発明の第2の実施形態における別のエンジン回転数と有効開弁角の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 エンジンユニット、2 シリンダヘッド、2a シリンダヘッドカバー、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 テンショナアジャスタ、8 プラグオール、9 吸気ポート、10,10Ex  カム/カムシャフトユニット、11 カムシャフト、12ベアリング、13 カム、20,20Ex バルブリフタユニット、21 スイングアーム、22 タペットローラ、23 スイングアームシャフト、30,30Ex  バルブユニット、31 吸気バルブ、32 バルブガイド、33 タペットシム、34 タペットリテーナ、35 スプリングシート、36 バルブスプリング、40 アクセルシャフトユニット、41 アクセルシャフト、42 アクセルフォーク、43 ドリブンギヤ、45 アクセルモータ、46 ドライブギヤ、50 位相センサユニット、51 ピン、52 位相センサ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve train for continuously and variably controlling a valve lift and an operating angle according to an accelerator opening in an internal combustion engine of a motorcycle or an automobile.
[0002]
[Prior art]
In this type of internal combustion engine, in order to improve the combustion efficiency, a variable phase method in which the valve opening / closing timing is shifted has been used, and a variable valve lift control by cam switching, a valve stop, and the like have been employed. In this cam switching method, two cams for low speed and high speed are prepared, and the cam is switched from a small one to a large one according to the engine output. These engines are premised on having a throttle valve in the intake pipe, and it is this throttle valve that reflects the driver's control intention, not the valve train.
[0003]
More recently, a system using a three-dimensional cam has been proposed in which a combination of variable phase and cam switching has begun to appear, and thereafter the operating angle and the lift amount are continuously varied. For example, there is a type in which a follow-up mechanism for a change in contact angle is provided at the top of a direct hit type cylindrical tappet, and a valve lift is continuously variable by sliding a three-dimensional cam in an axial direction.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, since this type of valve train has a slide drive mechanism for a three-dimensional cam, it is not always easy to reduce the size of the machine while ensuring intended performance characteristics. Further, the valve lift characteristics of the three-dimensional cam are closely related to the output characteristics of the engine, and setting parameters such as the shape of the cam is extremely important.
[0005]
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a valve train that realizes excellent characteristic performance while reducing the size of the device, and an internal combustion engine provided with the valve train.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the valve gear of the present invention, a swing arm having a distal end engaged with a stem end of an intake / exhaust valve arranged at a predetermined included angle is provided, and a base end of the swing arm is disposed outside the included angle. A roller tappet having an axis parallel to the axis of the base end is provided between the base end and the tip, and the roller tappet is provided on the opposite side of the intake / exhaust valve with respect to the axis of the roller tappet. A camshaft is provided in parallel, a cam lobe disposed on the cam shaft so as to be slidable in the axial direction facing the roller tappet is provided, and a cam having a three-dimensional map is provided on the cam lobe, and the cam lobe is provided. An urging means for urging forward and backward in the camshaft direction is arranged near the camshaft.
[0007]
Further, in the valve gear of the present invention, there is provided a lubricant supply means for lubricating a contact portion between the roller tappet and the cam, and the lubricant supply means is provided in a housing of the roller tappet in a swing arm. An opening, from which the lubricant is supplied to the contact portion in a tangential direction of the roller tappet.
[0008]
Further, the valve gear of the present invention converts the rotation of the transmission gear rotationally driven by the drive motor into an axial sliding motion via a screw feed mechanism, and the sliding motion causes the cam to slide in the cam axial direction. In the valve gear, the transmission gear and the screw feed mechanism are arranged close to each other, and the bearing of the transmission gear and the screw feed mechanism are arranged so as to overlap at an axial position. .
[0009]
In the valve gear of the present invention, a slide shaft that slides through the screw feed mechanism is provided separately from the cam shaft, and the slide shaft is supported by a bearing of the transmission gear through the screw feed mechanism. , Supported by another plurality of bearings.
[0010]
Further, the valve gear of the present invention is formed so that the cam height and the cam working angle in an engine having an intake pipe of a predetermined length are continuously changed, and rotate integrally with the camshaft and move in the axial direction relative to the camshaft. A cam valve configured to be movable, and a valve operating device including a valve lifter pressed against the cam surface to advance and retract the valve, wherein the cam has a cam surface inclined in an axial direction of the cam shaft, When the cam slides in the axial direction of the camshaft, the working angle of the cam is made proportional to the engine speed or the vehicle speed, and the valve lift and the valve operating angle are continuously and continuously variably controlled. And
[0011]
Further, in the valve gear according to the present invention, a ratio of a maximum angle and a minimum angle of the operating angle of the cam is substantially three times or more.
[0012]
Further, the internal combustion engine of the present invention is an internal combustion engine in which intake and exhaust are controlled by an intake valve and an exhaust valve, and the valve train according to any one of claims 1 to 6 on an intake side and an exhaust side. A device is provided.
[0013]
According to the present invention, for example, the base end of the swing arm is disposed outside the included angle of the stem of the intake / exhaust valve to support the shaft, and a roller tappet having an axis parallel to the base end is provided with the base end and the tip. The cam shaft is provided in parallel with the roller tappet on the side opposite to the intake / exhaust valve with respect to the shaft of the roller tappet. In particular, the camshaft is arranged at a position where the cam and the plug hole do not interfere with each other in the DOHC engine, and the valve stem is arranged inside the camshaft, whereby the engine can be made compact.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a valve train according to the present invention and an internal combustion engine including the same will be described with reference to the drawings.
(1st Embodiment)
The valve gear according to the present invention can be effectively applied to various gasoline engines mounted on a motorcycle or a four-wheeled vehicle. In this embodiment, for example, as shown in FIG. I do.
[0015]
Here, first, the overall configuration of the motorcycle 100 according to the present embodiment will be described. In FIG. 1, two front forks 103 supported rotatably left and right by a steering head pipe 102 are provided at a front portion of a vehicle body frame 101 made of steel or an aluminum alloy material. A handlebar 104 is fixed to the upper end of the front fork 103, and has grips 105 at both ends of the handlebar 104. A front wheel 106 is rotatably supported at a lower portion of the front fork 103, and a front fender 107 is fixed so as to cover an upper portion of the front wheel 106. The front wheel 106 has a brake disc 108 that rotates integrally with the front wheel 106.
[0016]
A swing arm 109 is swingably provided at the rear of the body frame 101, and a rear shock absorber 110 is mounted between the body frame 101 and the swing arm 109. A rear wheel 111 is rotatably supported at the rear end of the swing arm 109. The rear wheel 111 is driven to rotate via a driven sprocket 113 around which a chain 112 is wound.
[0017]
An air-fuel mixture is supplied to an engine unit 1 (solid line portion) mounted on the body frame 101 from an intake pipe 115 connected to an air cleaner 114, and exhaust gas after combustion is exhausted through an exhaust pipe 116. The air cleaner 114 is installed behind the engine unit 1 and in a large space below the fuel tank 117 and the seat 118 to secure a capacity. Therefore, the intake pipe 115 is connected to the rear side of the engine unit 1, and the exhaust pipe 116 is connected to the front side of the engine unit 1. Further, a fuel tank 117 is mounted above the engine unit 1, and a seat 118 and a seat cowl 119 are continuously provided behind the fuel tank 117.
[0018]
Here, an accelerator motor, which will be described later, is mounted on a predetermined portion of the cylinder head 2 to the cylinder head cover 2a of the engine unit 1. The accelerator motor protrudes from the side of the cylinder head cover 2a, for example, as shown in the figure. In this case, an accelerator motor portion is provided in a concave portion provided at a lower portion of the fuel tank 117, and the fuel tank 117 and the cylinder head cover 2a are arranged so as not to interfere with each other.
[0019]
1, reference numeral 120 denotes a headlamp; 121, a meter unit including a speedometer, a tachometer or various indicator lamps; and 122, a rearview mirror supported on the handlebar 104 via a stay 123. A main stand 124 is attached to the lower part of the vehicle body frame 101 so as to be swingable, so that the rear wheel 111 can be grounded or lifted off the ground. The vehicle body frame 101 extends obliquely rearward and downward from a head pipe 102 provided at a front portion, curves so as to wrap around a lower portion of the engine unit 1, and forms a pivot 109 a which is a pivot support portion of a swing arm 109. It is connected to the tank rail 101a and the seat rail 101b.
[0020]
The body frame 101 is provided with a radiator 125 in parallel with the body frame to avoid interference with the front fender 107, and a cooling water hose 126 is provided from the radiator 125 along the body frame 101, and an exhaust pipe 116 is provided. And is communicated with the engine unit 1 without interference.
[0021]
Next, FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the device of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along lines AA and BB of FIG. In this embodiment, the engine unit 1 is a parallel two-cylinder engine, and each cylinder has two valves (ie, four valves) on the intake side (IN) and the exhaust side (EX). A cylinder head 2 is arranged above a piston that reciprocates up and down in the cylinder, and a valve gear is accommodated in the cylinder head 2.
[0022]
The valve gear of the present embodiment includes a cam / camshaft unit 10 arranged along the direction in which cylinders are arranged on the intake side, a valve lifter unit 20 arranged below the cam / camshaft unit 10, It includes a valve unit 30 that controls intake air, and an accelerator shaft unit 40 that displaces a cam according to the accelerator opening.
[0023]
On the exhaust side, a cam / camshaft unit 10 Ex having substantially the same configuration as the intake side, a valve lifter unit 20 Ex disposed below the cam / camshaft unit 10 Ex , and a valve for exhaust control Unit 30 Ex . Hereinafter, these units will be mainly described on the intake side, but the exhaust side has the same configuration.
[0024]
The cam 13 and the cam 13 Ex of the cam / camshaft unit 10 and the cam / camshaft unit 10 Ex variably control the valve lift amount, operating angle and lift timing of the intake valve 31 and the exhaust valve 31 Ex in a stepless manner. It is configured. The camshaft unit 40 includes an accelerator shaft unit 40 for displacing these cams in accordance with the accelerator opening. In this embodiment, the camshaft unit 10 is disposed between the intake cam / camshaft unit 10 and the exhaust cam / camshaft unit 10 Ex. Is done. That is, the accelerator shaft unit 40 is shared by the intake side and the exhaust side.
[0025]
In the cam / camshaft unit 10, the camshaft 11 is rotatably supported by the cylinder head 2 via a bearing 12 (FIG. 3). A cam 13 to be described later is slidably mounted on the camshaft 11 in the axial direction. In this example, the camshaft 11 has, for example, three ball splines 11a, and a linear motion through the balls 14 is guided by the guide. (Linear motion). The camshaft 11 has a hollow structure, and a lubricating oil passage is formed inside the hollow, so that the cam 13 and the like can be lubricated.
[0026]
A sprocket 15 is fixed to one end of the camshaft 11. A sprocket 15 Ex is also fixed to one end of the camshaft 11 Ex on the exhaust side. As shown in FIG. 4, the sprocket 15 Ex and the sprocket 15 Ex are fixed to one end of a crankshaft (not shown). A cam chain 4 is wound around the drive sprocket 3. In addition, as shown in FIG. 4, a chain guide 5, a chain tensioner 6, a tensioner adjuster 7, and the like are included so that the cam chain 4 can travel properly.
[0027]
Here, the cam 13 and the cam 13 Ex are configured as “three-dimensional cams”, and are provided one each on the intake side and the exhaust side of each cylinder. As shown in FIG. 3, a cam portion gently inclined in the longitudinal direction (the axial direction of the camshaft 11) extends and is formed into a shape that continuously changes the valve lift amount. In this case, the cam working angle and the lift timing change simultaneously with the cam height, that is, the cam working angle increases as the valve lift increases, and the valve lift timing can also be changed.
[0028]
In this example, the valve lifter unit 20 includes a swing arm 21 and a tappet roller 22 as a valve lifter. It is swingably supported by the shaft 23. As shown in FIG. 5, the tip of the swing arm 21 branches into two branches so as to contact two intake valves in each cylinder, that is, a single swing arm 21 drives two intake valves. It has become.
[0029]
As shown in FIG. 2, the base end of the swing arm 21, that is, the swing arm shaft 23 is located below the camshaft 12 and outside the included angle (V bank) set by the valve stem of the intake / exhaust valve. Be placed. A plug hole 8 for inserting and removing a spark plug is formed substantially at the center of the V bank.
[0030]
A tappet roller 22, which is a rotary sliding portion, is rotatably supported in the middle of the swing arm 21 via a pin 24. The outer peripheral surface of the tappet roller 22 is typically formed in an arc shape (R shape), and comes into point contact with the cam 13. The pin 24 is arranged in parallel with the swing arm shaft 23, and the camshaft 11 is arranged on the opposite side of the pin 24 from the intake valve.
[0031]
On the exhaust side, the swing arm 21 Ex is swingably supported by the swing arm shaft 23 Ex such that one end thereof contacts an upper end portion (valve stem end) of the exhaust valve. The tip of the swing arm 21 Ex is bifurcated to contact two exhaust valves in each cylinder (see FIG. 5), and the two swing valves are driven by a single swing arm 21 Ex. ing.
[0032]
In the middle of the swing arm 21 Ex , a tappet roller 22 Ex, which is a rotary sliding portion, is rotatably supported via a pin 24 Ex . The outer peripheral surface of the tappet roller 22 Ex is typically formed in an arc shape (R shape), and comes into point contact with the cam 13 Ex .
[0033]
Here, there is provided a lubricant supply means for lubricating a contact portion between the tappet roller 22 ( 22Ex ) and the cam 13 ( 13Ex ). The lubricant supply means includes a tappet roller 22 (22 Ex) opening 25 which is opened in the accommodating section of (25 Ex) in the swing arm 21 (21 Ex) as shown in FIG. 2 or FIG. 5, the opening and supplies the lubricant to the tangential direction of the tappet roller 22 (22 Ex) to the contact site from 25 (25 Ex). Note that communicates with the opening 25 (25 Ex) to the swing arm shaft 23 (23 Ex) in the oil passage 26 for pumping lubricant to the opening 25 (25 Ex) (26 Ex ) are formed.
[0034]
In the valve unit 30, each valve stem 31a includes two intake valves 31 guided by a valve guide 32. At the end of each valve stem 31a, there is a tappet shim 33 in contact with the pressing portion 21a of the swing arm 21, and a valve spring 36 is mounted between the valve retainer 34 and the spring seat 35.
[0035]
The cam / camshaft unit 10 Ex , the valve lifter unit 20 Ex, and the valve unit 30 Ex on the exhaust side have the same basic configuration as each unit on the intake side as described above, but the cam 13 of the cam / camshaft unit 10 Ex The specifics of Ex are different from those of the cam 13.
[0036]
The accelerator shaft unit 40 includes a camshaft 11 and an accelerator shaft 41 arranged parallel to the camshaft 11 Ex, and an accelerator fork 42 fixed to the accelerator shaft 41 and connected to the cam 13 and the cam 13 Ex . The accelerator shaft 41 is supported by the cylinder head 2 so as to be slidable in the axial direction, and is engaged at one end with a driven gear 43 (wheel) via a screw respline 41a. The driven gear 43 is rotatably supported by the cylinder head 2 and meshes with a drive gear 46 (worm) fixed to an output shaft of an accelerator motor 45.
[0037]
The accelerator fork 42 extends toward the camshaft 11 and the camshaft 11 Ex in a direction orthogonal to the accelerator shaft 41, and each of the bifurcated tips is rotatable to the end of the cam 13 and the cam 13 Ex via the bearing 47. Engages with the fork guide 48 mounted on the fork guide. Accordingly, the cam 13 and the cam 13 Ex slide along the camshaft 11 and the camshaft 11 Ex , respectively, in synchronization with or in synchronization with the sliding of the accelerator shaft 41 in the axial direction.
[0038]
The rotation of the driven gear 43 as a transmission gear rotationally driven by the accelerator motor 45 is converted into an axial sliding motion of the accelerator shaft 41 via a screw feed mechanism (screw spline 41a). 13 is slid in the cam axis direction. In this case, as shown in FIG. 3, the driven gear 43 and the screw feed mechanism are arranged close to each other, and the bearing 49A of the driven gear 43 and the screw feed mechanism are arranged so as to overlap at the axial position.
[0039]
An accelerator shaft 41 that slides via a screw feed mechanism is provided separately from the camshaft 11 and the camshaft 11 Ex, and the accelerator shaft 41 is supported by a bearing 49A via the screw feed mechanism. In this case, the accelerator shaft 41 is supported by still another plurality of bearings 49B and 49C.
[0040]
Here, a phase sensor unit 50 is provided at the other end of the camshaft 11. The phase sensor unit 50 includes a pin 51 implanted at the other end of the camshaft 11 and a phase sensor 52 that detects the pin 51 and obtains an output signal.
[0041]
In the above configuration, when the accelerator grip (or the accelerator pedal) is operated, the accelerator motor 45 operates, and the rotation of the output shaft causes the accelerator shaft 41 to slide. For example, when the engine is running at a low speed, the tappet roller 22 is in contact with the cam 13 at a position where the cam height is low, as shown in FIG. On the exhaust side, the tappet roller 22 Ex abuts on the cam 13 Ex at a position where the cam height is low. When acceleration is performed in this state, that is, when the accelerator is opened, the driven gear 43 is rotated by the operation of the accelerator motor 45, and the accelerator shaft 41 slides rightward in the drawing.
[0042]
As a result, the cam 13 and the cam 13 Ex slide similarly to the right along the camshaft 11 and the camshaft 11 Ex via the accelerator fork 42 in conjunction with the movement of the accelerator shaft 41, respectively. At this time, the slide amount and speed of the cam 13 and the cam 13 Ex correspond to the opening degree and opening speed of the accelerator. As the cams 13 and 13 Ex slide, the tappet rollers 22 and 22 Ex gradually come into contact with a portion having a high cam height, whereby the valve lift increases according to the lift characteristics of the cams 13 and 13 Ex . On the other hand, by returning the accelerator at the time of deceleration, the valve lift amount is reduced by the operation opposite to the above.
[0043]
Here, in the above-described valve gear or the internal combustion engine of the present invention, in particular, the camshaft 11, the swing arm shaft 23, the pin 24, and the like are arranged outside the V bank as is clear from FIG. The same applies to the exhaust side. Thus, the height of the cylinder head 2 can be reduced, and the front-rear length of the cylinder head 2 can be shortened by lowering the cam ridge height by setting the arm ratio of the swing arm 21. 2 can be made compact.
[0044]
In this case, since the tappet roller 22 is disposed between the valve stem 31a and the swing arm shaft 23, the arm ratio of the swing arm 21 is larger than 1. The same applies to the exhaust side. As a result, the height of the cam lobe is reduced, the inclination angle of the cam lobe in the cam lobe in the axial direction is made small (gentle), the sliding movement of the cam 13 is smooth, and the sliding direction applied to the entire rotating and sliding valve train. And the durability is improved. Further, the width of the tappet roller 22 can be reduced, the total weight of the tappet can be reduced, and particularly, high rotation and high acceleration can be achieved to achieve high output.
[0045]
Further, according to the lubricant supply means, the lubricant is applied in all phases to the contact portion between the tappet roller 22 ( 22Ex ) and the cam 13 ( 13Ex ), and the lubricity is remarkably improved. Accordingly, the cam 13 is smoothly moved in the axial direction while maintaining the point-contact engagement between the cam 13 and the tappet roller 22, and high durability can be ensured also in this respect.
[0046]
In a three-dimensional cam such as the cam 13, the tappet roller 22, which is a mating member that comes into sliding contact with the three-dimensional cam, makes point contact with the three-dimensional cam, which affects durability. Therefore, it is desired to increase the diameter of the tappet roller 22. In the present invention, the tappet roller 22 is deviated from the valve axis and disposed between the two intake valves, thereby achieving both a large diameter and a compact size. Further, a large space occupied by the sliding cam 13 (13 Ex ) can be secured on the valve shaft and the tappet roller 22. As a result, the cam 13 is large in the axial direction and the height can be reduced, so that the upper portion of the accelerator motor 45 can be mounted.
[0047]
Further, the driven gear 43 and the screw feed mechanism are arranged close to each other, and the bearing 49A of the driven gear 43 and the screw feed mechanism are arranged so as to overlap in the axial position. Thus, by arranging these members collectively, compactness can be achieved. Then, when the accelerator shaft 41 is slid, blurring and rattling are suppressed to ensure a smooth operation.
[0048]
Further, the accelerator shaft 41 is provided separately from the camshaft 11 and the camshaft 11 Ex, and the accelerator shaft 41 is supported by a bearing 49A via a screw feed mechanism. Further, the accelerator shaft 41 is supported by a plurality of other bearings 49B and 49C. When the accelerator shaft 41 is slid, a smooth movement is assured by suppressing blurring and rattling.
[0049]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. Note that members that are the same as or correspond to those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a sectional side view of a main part according to the present embodiment. The basic configuration in this embodiment is substantially the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0050]
In the present embodiment, the valve lift characteristic is continuously and variably controlled using a three-dimensional cam. In this case, the engine speed and the intake working angle are adjusted so that the maximum intake inertia effect can be obtained in the practical running rotation range even when the intake pipe length is fixed. To set.
[0051]
By the way, when the intake working angle is constant, it is necessary to change the intake pipe length in order to always maximize the intake inertia effect at each engine speed. For this purpose, for example, a method of continuously changing the value by sliding the intake pipe or changing the value in a stepwise manner using a valve or the like is used. In the present invention, the valve lift characteristics can be adapted to the engine output by using a three-dimensional cam. In the present embodiment, the intake pipe length can be continuously varied even if the intake pipe length is fixed, particularly by suitably setting the intake working angle. In this case, the same effect as in the case of the above is obtained.
[0052]
Here, the formula of the engine speed at which the maximum intake inertia effect is obtained is shown.
N = aθ s / 24L s ( 1)
Where L s ≒ π / 2 · √ (LV / F), L = l + Δl
Here, a: sound speed = 340 [m / s] (20 ° C.); N: engine speed [rpm]; θ s : effective valve opening angle [deg]; L s : equivalent pipe length [m]; L: pipe length [m]; F ... intake pipe cross-sectional area [m 2] (independent port in the case of F = 2 · πd 2/4 ); V ... stroke volume [m 3]; l ... actual tube length [m]; Δl ... tube The end correction length [m]. In addition, as shown in FIG. 6, the intake pipe length L includes the intake port 9.
[0053]
Assuming that K = a / 24L s from the above equation and that the temperature and the pipe length are fixed, K is constant, so that the engine speed N and the effective valve opening angle (operating angle of the intake valve) θ s are in a proportional relationship. Become. Therefore, by setting the effective opening angle theta s to be proportional to the engine speed N, will always be the maximum intake inertia effect can be obtained within the range. In addition, the intake pipe including the intake port has an average atmospheric pressure or slightly negative pressure, regardless of the engine speed.
[0054]
In the engine shown in FIG. 6, when the engine specifications are 650 cc in parallel two cylinders and vehicle speed V 10000 = 220 km / h (maximum speed at the sixth speed), the engine speed N (vehicle speed) and the effective valve opening angle θ The relationship of s is as shown in FIG. FIG. 8 shows the lift characteristics of the cam 13 for obtaining the engine characteristics shown in FIG.
[0055]
In the example of FIG. 7, θ s = 80 ° at a speed of 60 km / h (N ≒ 2730 rpm), and θ s = 240 ° at a speed of 180 km / h (N ≒ 8180 rpm). In this rotational speed range, the engine rotational speed N and the effective valve opening angle θ s are set so as to have almost the maximum intake inertia effect, whereby the maximum intake inertia effect is obtained in the practical rotation range of the top stage (sixth speed), Almost flat torque can be achieved.
[0056]
Similarly, for example, when applied to a light four-wheeled vehicle, the relationship between the engine speed N (vehicle speed) and the effective valve opening angle θ s when the engine specification is 660 cc in parallel two cylinders and the vehicle speed V 1000 = 20 km / h. Is as shown in FIG. In this case, if variable effective opening angle theta s up to 3 times, θ s = 80 °; 40km / h from θ s = 240 °; put out 120 km / h and the maximum speed gear position (fourth speed ... 5-speed In many cases, the fifth speed of a four-wheeled vehicle becomes an overtop), and can cover most of the region from near the lower limit of the top throw to near the maximum speed.
[0057]
Therefore, by setting the effective valve opening angle θ s to be proportional to the engine speed N and changing the effective valve opening angle θ s to about three times, the maximum intake inertia effect can be obtained in most practical rotation ranges. In addition, the length of the intake pipe can be shortened on the high-speed side, and the size of the engine can be reduced. In particular, in a four-wheeled vehicle in which the length of the intake pipe is set to be long in order to produce a low-speed output, the effect of downsizing is extremely great.
[0058]
Even if the cross-sectional area and length of the intake pipe are fixed in this manner, the operating angle (that is, the opening time of the intake valve) changes in proportion to the engine speed. A high intake inertia effect can be maintained. As a result, the suction filling efficiency of the combustion chamber is kept high. That is, flat torque characteristics without valleys can be obtained over the entire range of the engine speed.
[0059]
In addition, by setting the intake pipe length so that the intake inertia effect is maximized, a substantially maximum torque can be obtained over the entire engine speed range. On the other hand, since the valve opening time changes according to the engine speed, the intake inertia effect can be obtained even if the intake pipe is shortened in consideration of the sectional area of the intake pipe.
[0060]
Furthermore, by varying the effective opening angle theta s up to three times or more, practical speed region of the engine is ensured widely. As a result, regardless of the speed of the transmission (including the automatic transmission and the continuously variable transmission), the speed range covered by each speed is widened, and a vehicle with a wide driving range and high practicality can be realized. it can.
[0061]
As described above, the present invention has been described with various embodiments. However, the present invention is not limited to only these embodiments, and can be modified within the scope of the present invention.
For example, in the above embodiment, an example of a two-cylinder engine has been described, but the present invention can be effectively applied to a single-cylinder engine or an engine having three or more cylinders.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in this type of valve train, the valve lift, the operating angle, and the lift timing are steplessly variably controlled according to the accelerator opening. In this case, for example, the base end of the swing arm is arranged outside the included angle of the stem of the intake / exhaust valve to support the shaft, and a roller tappet having an axis parallel to the base end is provided between the base end and the front end. And a cam shaft is provided in parallel with the shaft of the roller tappet on the side opposite to the intake / exhaust valve. By arranging the cam shaft at a position where the cam and the plug hole do not interfere with each other and arranging the valve stem inside the cam shaft, the engine can be made compact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a motorcycle including a periphery of an engine according to an application example of the present invention.
FIG. 2 is a sectional side view of a main part of the valve gear according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view taken along lines AA and BB in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram showing a camshaft rotation drive system according to the valve train of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view taken along line CC of FIG. 2;
FIG. 6 is a sectional view of a main part of a valve train according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between an engine speed and an effective valve opening angle according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a lift characteristic of a cam according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between another engine speed and an effective valve opening angle in the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 engine unit, 2 cylinder head, 2a cylinder head cover, 3 drive sprocket, 4 cam chain, 5 chain guide, 6 chain tensioner, 7 tensioner adjuster, 8 plug all, 9 intake port, 10, 10 Ex cam / cam shaft unit, Reference Signs List 11 camshaft, 12 bearing, 13 cam, 20, 20 Ex valve lifter unit, 21 swing arm, 22 tappet roller, 23 swing arm shaft, 30, 30 Ex valve unit, 31 intake valve, 32 valve guide, 33 tappet shim, 34 tappet Retainer, 35 spring seat, 36 valve spring, 40 accelerator shaft unit, 41 accelerator shaft, 42 accelerator fork, 43 driven gear, 45 accelerator motor, 46 drive gear, 50 phase sensor unit, 51 pins, 52 phase sensor.

Claims (7)

所定の挟角で配された吸排気弁のステム端部に先端部が係合するスイングアームを設けるとともに、該スイングアームの基端部を挟角の外側に配して軸支し、
前記基端部の軸と平行な軸を有するローラタペットを前記基端部と前記先端部の間に設け、前記ローラタペットの軸に対して前記吸排気弁と反対側にカム軸を平行に設け、
前記カム軸上を前記ローラタペットに対向して軸方向に摺動可能に配されたカムロブを設けるとともに、該カムロブに三次元状マップを持つカムを設け、
前記カムロブを前記カム軸方向に進退可能に付勢する付勢手段を前記カム軸の近傍に配したことを特徴とする動弁装置。
Along with a swing arm having a distal end engaged with the stem end of the intake / exhaust valve arranged at a predetermined included angle, the base end of the swing arm is arranged outside the included angle and pivoted,
A roller tappet having an axis parallel to the axis of the base section is provided between the base section and the tip section, and a cam shaft is provided in parallel with the axis of the roller tappet on a side opposite to the intake / exhaust valve. ,
A cam lobe disposed on the cam shaft slidably in the axial direction opposite to the roller tappet is provided, and a cam having a three-dimensional map is provided on the cam lobe,
A valve gear, wherein an urging means for urging the cam lobe so as to be able to advance and retreat in the cam shaft direction is disposed near the cam shaft.
前記ローラタペットおよび前記カムの接触部位を潤滑する潤滑剤供給手段を有し、
この潤滑剤供給手段は、スイングアームにおける前記ローラタペットの収容部に開設された開口を含み、この開口から前記接触部位に対して前記ローラタペットの接線方向に潤滑剤を供給することを特徴とする請求項1に記載の動弁装置。
A lubricant supply unit for lubricating a contact portion between the roller tappet and the cam,
The lubricant supply means includes an opening provided in the accommodation portion of the roller tappet in the swing arm, and supplies the lubricant from the opening to the contact portion in a tangential direction of the roller tappet. The valve train according to claim 1.
駆動モータにより回転駆動される伝達歯車の回転を、ねじ送り機構を介して軸方向のスライド運動に変換し、このスライド運動によりカムをカム軸方向にスライド移動させるようにした動弁装置であって、
前記伝達歯車と前記ねじ送り機構を近接配置し、前記伝達歯車の軸受と前記ねじ送り機構とを軸方向位置で重なるように配置したことを特徴とする動弁装置。
A valve operating device that converts the rotation of a transmission gear rotationally driven by a drive motor into an axial sliding motion via a screw feed mechanism, and causes the cam to slide in the cam axial direction by the sliding motion. ,
A valve gear, wherein the transmission gear and the screw feed mechanism are arranged close to each other, and the bearing of the transmission gear and the screw feed mechanism are arranged so as to overlap at an axial position.
前記ねじ送り機構を介してスライド運動するスライド軸をカム軸とは別に設け、前記スライド軸を前記ねじ送り機構を介して前記伝達歯車の軸受で支持するとともに、別の複数の軸受にて支持することを特徴とする請求項3に記載の動弁装置。A slide shaft that slides via the screw feed mechanism is provided separately from the cam shaft, and the slide shaft is supported by the bearing of the transmission gear via the screw feed mechanism and supported by another plurality of bearings. The valve train according to claim 3, wherein: 所定長さの吸気管を備えたエンジンにおけるカム高さとカム作用角が連続的に変化するように形成され、カム軸と一体回転するとともにその軸方向に相対移動可能に構成されたカムと、そのカム面に押圧されてバルブを進退させるバルブリフタとを備えた動弁装置であって、
前記カムは前記カム軸の軸方向に傾斜するカム面を有し、前記カムが前記カム軸の軸方向にスライドすることにより、前記カムの作用角をエンジン回転数または車両速度に比例させ、バルブリフト量およびバルブ作動角が連続無段に可変制御されることを特徴とする動弁装置。
A cam having an intake pipe of a predetermined length and having a cam height and a cam operating angle which are continuously changed, are integrally rotated with a cam shaft, and are relatively movable in the axial direction; A valve lifter that is pressed against the cam surface to advance and retract the valve,
The cam has a cam surface that is inclined in the axial direction of the camshaft, and the cam slides in the axial direction of the camshaft to make the working angle of the cam proportional to the engine speed or the vehicle speed. A valve train wherein a lift amount and a valve operating angle are continuously and continuously variably controlled.
前記カムにおける作用角の最大角と最小角の比率が、略3倍もしくはそれ以上であることを特徴とする請求項5に記載の動弁装置。The valve gear according to claim 5, wherein a ratio of a maximum angle to a minimum angle of the working angle of the cam is substantially three times or more. 吸気バルブおよ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、
吸気側および排気側に請求項1〜6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。
An internal combustion engine that controls intake and exhaust by an intake valve and an exhaust valve,
An internal combustion engine comprising the valve train according to any one of claims 1 to 6 on an intake side and an exhaust side.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013217355A (en) * 2012-04-12 2013-10-24 Suzuki Motor Corp Valve gear of internal combustion engine
JP2014034913A (en) * 2012-08-08 2014-02-24 Suzuki Motor Corp Valve gear of internal combustion engine
CN105971739A (en) * 2016-07-27 2016-09-28 柳平 Adjustable tilting tray type crankshaft-free variable displacement engine

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