JP2008101490A - エンジンおよび自動二輪車 - Google Patents

Abstract

【課題】 フレーム幅を抑えることができるエンジンおよびそれを搭載した自動二輪車を提供する。
【解決手段】 多気筒DOHC型のエンジンであって、吸気側および排気側のいずれか一方のカムシャフト20の端部であって、シリンダヘッドブロック50に設けられ、前記一方のカムシャフト20を駆動する駆動系40と、いずれかの気筒10間の位置であって、前記一方のカムシャフト20から他方のカムシャフト20へ動力を伝達する動力伝達機構45とを備える。
【選択図】 図２

Description

本願発明は、エンジンおよびそれを搭載した自動二輪車に関する。

たとえば、自動二輪車用の並列４気筒（インライン４）のようなエンジンでは、旧来から、「センターカムトレイン構造」が採用されているものがあった。センターカムトレイン構造とは、図１（ａ）の平面図に示すように、４つの気筒（図１（ａ）において破線の円形で示す）1の中央に配置されたチェーンライン部4により、カム3がそれぞれ設けられた吸気側および排気側の２本のカムシャフト2を駆動するものである。

ところで、シリンダヘッドブロック（以下、単に「ヘッドブロック」と称する）5Aは、その下方のシリンダブロック（図示せず）に締結する際、各気筒1の燃焼時の応力に対抗するために、各気筒1の両側にボルト6を配置して強固に固定する必要がある。

しかし、上記のようなセンターカムトレイン構造においては、チェーンライン部4が中央に配置されており、チェーンライン部4の、特に、そのスプロケット4aが邪魔となって、該スプロケット4aの位置にボルト6を配置できなかった。そのため、ボルト6を、スプロケット4aを挟んでその両側に配設する必要があり、ボルト6の個数が必然的に２個増えるばかりでなく、図１（ａ）に示すように、スプロケット4aの両側のボルト6間の距離Bの分だけ、ヘッドブロック5A全体の幅（図１（ａ）において「4A＋B」で示される）が大きくなる場合がある。

これを解消するために、近年では、図１（ｂ）に示すような、所謂「サイドカムトレイン構造」が主流となってきている。サイドカムトレイン構造においては、チェーンライン部4は、ヘッドブロック5Bの端部に配置され、上記センターカムトレイン構造に対してB’の分だけヘッドブロック5Bを実質的に小さくできるという利点がある。B’は、一般には、20〜30mm程度である。

ヘッドブロックの幅を抑えることは、たとえば、一対のタンクレールフレームをメインフレームに持つダブルクレードル型などのフレーム構造を有する自動二輪車には有利である。

一対のタンクレールフレームは、ヘッドパイプから後方および下方へ、互いに離隔して延び、その上に沿って燃料タンクを配置される矩形断面の太いフレームであるが、ヘッドブロックは、この一対のタンクレールフレームの間に位置するのが普通である。このため、これら一対のタンクレールフレームの相互離隔距離が大きくなるということは、自動二輪車のフレーム全体の剛性（特に、縦剛性およびねじり剛性）を大きくするが、フレーム全体の粘りを失わせ、旋回性、操作性などを低下させることがある。
特開昭60-243307号公報

本願発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、フレーム幅を抑えることができるエンジンおよびそれを搭載した自動二輪車を提供することを目的とする。

本願発明に係るエンジンは、多気筒DOHC（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）型のエンジンであって、吸気側および排気側のいずれか一方のカムシャフトの端部であって、シリンダヘッドブロックに設けられ、前記一方のカムシャフトを駆動する駆動系と、いずれかの気筒間の位置であって、前記一方のカムシャフトから他方のカムシャフトへ動力を伝達する動力伝達機構とを備えることを特徴とする。

本願発明によれば、駆動系を気筒間に持たないので、このシリンダヘッドブロックの幅を、前述した「サイドカムトレイン構造」程度に抑えることができ、ひいては、自動二輪車のフレーム幅も抑えることができる。また、駆動系は、一方のカムシャフトしか駆動しないので、その占有空間は、「サイドカムトレイン構造」における駆動系の約半分である。

上記シリンダヘッドブロックは、その下方のシリンダブロックに前記動力伝達機構の下方で締結されることが可能である。かかる構成によれば、「センターカムトレイン構造」のように動力伝達機構（センターカムトレイン構造の場合は、駆動系）の外側に張り出してボルト取付け位置を設ける必要がなく、シリンダヘッドブロックのサイズ（特に、前後方向のサイズ）および重量をより小さくすることができる。

上記エンジンは、自動二輪車に取り付けられる際に、該自動二輪車のフレームを回避するように、前記一方のカムシャフトが前記他方のカムシャフトに対して前方に位置するように構成することが可能である。かかる構成によれば、駆動系を持たない方のカムシャフトが後方、つまり、たとえば、一対のタンクレールフレーム間の空間に位置するように構成されることが可能であるので、これら一対のタンクレールフレームの相互離隔距離を小さくすることができる。

上記動力伝達機構および駆動系の少なくとも一方は、可変バルブタイミング機構を備えることが可能である。かかる構成によれば、可変バルブタイミング機構を配置するスペースを動力伝達機構および／または駆動系に確保することが可能である。

上記エンジンは、前記シリンダヘッドブロックの幅方向両端部に形成され、その下方のシリンダブロックから供給される潤滑油をその上方に被せられるシリンダヘッドカバーに供給する第１の潤滑油供給通路と、前記シリンダヘッドカバーの内部に形成され、前記第１の潤滑油供給通路から供給された潤滑油を分岐して各カムシャフトの軸受に供給する第２の潤滑油供給通路とをさらに備えることが可能である。かかる構成によれば、気筒間に配置される動力伝達機構に邪魔されることなく、シリンダヘッドブロックの幅方向両側からカムシャフトの軸受に潤滑油を供給することができる。

このように、上記発明によれば、フレーム幅を抑えることができるエンジンおよびそれを搭載した自動二輪車を提供することができる。

以下、本願発明に係るエンジン、および該エンジンを搭載した自動二輪車について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。

図２の平面図に示す本願発明の実施の形態に係るエンジンのシリンダヘッドブロック（以下、単に「ヘッドブロック」と称する）50は、並列４気筒DOHC型エンジンに適用された例を示しているが、他の任意の多気筒DOHC型エンジンに適用可能である。

なお、本実施の形態の各図中、「F」は、本実施の形態にかかる自動二輪車100（たとえば、図３参照）の前方に対応する方向を示している。

ヘッドブロック50は、気筒10の配列方向に沿って配置された２本（一対）のカムシャフト20を有している。２本のカムシャフト20は、各気筒10のカム30を備えており、一般には、一方のカムシャフト20が吸気バルブ（図示せず）、他方のカムシャフト20が排気バルブ（図示せず）を対応するカム30により駆動するように構成されている。しかしながら、本実施の形態においては、２本のカムシャフト20は、後述する特定の形態の自動二輪車に適用される場合以外は、どちらが吸気側あるいは排気側に対応するものであってもよい。

一方のカムシャフト20は、他方のカムシャフト20よりも延長され、その端部に駆動系40が設けられている。該駆動系40は、当該カムシャフト20を駆動することができる任意の動力伝達機構であることが可能であり、たとえば、チェーン・スプロケット機構、ベルト・プーリ機構、ギヤ機構などである。

駆動系40は、一般的には、図示しないクランクシャフトに連結され、クランクシャフトの回転数の２分の１の回転速度でカムシャフト20を駆動するようになっている。

２本のカムシャフト20の中央位置（つまり、両側に２つの気筒10を挟んだ中央位置）には、それぞれ相互に歯合するギヤ45が設けられている。これらギヤ45により、一方のカムシャフト20から他方のカムシャフト20へ動力を伝達する動力伝達機構が構成されている。この動力伝達機構は、ここで例示するようなギヤ機構以外にも、たとえば、チェーン・スプロケット機構、ベルト・プーリ機構などであってもよい。

このようなヘッドブロック50内に収容された動力伝達機構により、その下方の空間にボルト60を配設することが可能となる。つまり、ヘッドブロック50の幅寸法は、前述したような「サイドカムトレイン構造」と同程度に抑えられる（図２において「4A」で示される）。

さらに、本実施の形態にかかる駆動系40は、「サイドカムトレイン構造」とは異なり、一方のカムシャフト20しか直接駆動しないので、他方のカムシャフトに対応する空間900の分だけ、「サイドカムトレイン構造」よりもエンジン全体を小さくすることができる。

このようなヘッドブロック50の小型化は、その上に配置されるシリンダヘッドカバー（以下、単に「ヘッドカバー」と称する）をも小型し、エンジンの低重心化、軽量化に寄与することが可能である。

図３は、本実施の形態にかかるヘッドブロック50を、タンクレールフレームをメインフレームに持つ、たとえば、ダブルクレードル型のフレーム構造を有する自動二輪車100に適用した例を示している。

このダブルクレードル型のフレーム構造では、一般には矩形断面からなる太い一対のタンクレールフレーム110がヘッドパイプ120から後方および下方へ互いに離隔して延び、その上に沿って燃料タンク（図示せず）などが配置される。図３の例では、ヘッドブロック50は、その空間900を前側に向けて配置されている（つまり、駆動側のカムシャフト20が後方に配置されている）。

一対のタンクレールフレーム110は、ヘッドパイプ120に結合されたそれらの前端部近傍において幅が狭くなっているが、ヘッドブロック50は、その空間900を前側に向けて配置されているので、一対のタンクレールフレーム110の相互離隔距離を小さくすることに寄与することが可能である。

この相互離隔距離の減少は、前輪140を操作するハンドルバー130がタンクレールフレーム110に干渉する可能性を低減し、また、運転者のニーグリップの最適化、フレーム全体としての剛性バランスの向上（特に、縦剛性およびねじり剛性の低減）を実現し、自動二輪車としての旋回性、操作性などの性能を向上させることができる。

図４は、自動二輪車100の部分断面右側面図であり、前述と同様に駆動系40bを後ろ側に配置した例を示しているが、本例においては、駆動系40bとしてギヤ駆動の例を示している。この駆動系40bの被駆動ギヤ（カムシャフト20に接続）は、一対のタンクレールフレーム110の間に位置するが、その前側の空間900に相当する部分は、エンジン90をタンクレールフレーム110に支持するためのハンガーフレーム112Aに干渉しないという利点もある。このように、特に、図４に示されるようなエンジン90のシリンダが前傾して配置される種類の自動二輪車100にあっては、その利点が大きい。

また、反対に、駆動系40bを前側に配置する場合には、駆動系40bの被駆動ギヤは、今度は、ハンガーフレーム112Aに干渉する位置にあることになる。そこで、このような場合には、図４において破線で示すように、ハンガーフレーム112Bをシリンダブロックの後ろ側に配置する。

このように、ヘッドブロック50を、一対のタンクレールフレーム110の相互離隔距離を抑えつつ、これらの間に位置させることができるため、タンクレールフレーム110の上方に一般に配置される燃料タンク、ECU（Electronic Control Unit）、エアボックスなどの配設位置が高くなることがなく、自動二輪車の重心位置を低く抑えることができる。また、燃料タンクの高さを押さえることができるので、その上に運転者が上体あるいは顔を伏せる姿勢をとり易く、走行性能の向上に寄与する。

図５は、ヘッドブロック50の詳細な内部構造を示す斜視図である。ヘッドブロック50の上面には、ヘッドブロック50の上面に一体形成された支持部59（図２）を介して、２本のカムシャフト20が、平行に、且つ、その下半部を軸回りの回転自在に支持されている。支持部59は、図２に示すように、各気筒に対応する位置であって、カム30の一対のカム面の間の位置に配置されている。

なお、後述するように、ヘッドカバー80（図６および図１１参照）にも、ヘッドブロック50の支持部59に対向する位置（後述するカムシャフトキャップ72に支持される位置を除く）に、カムシャフト20を上方から軸回りに回転自在に狭持するように支持する支持部89を備えている。

各カムシャフト20は、軸方向に等間隔に８個のカム30を有しており、各カム30は、それぞれバルブを作動させるための図示しないカム面を有している（ここでは、１気筒に吸気バルブが２個、排気バルブが２個の４バルブの例を示している）。

カムシャフト20の中央位置には、それぞれ、ギヤ45が配置され、相互に歯合している。これにより、駆動系40により一方のカムシャフト20（図５の例では、吸気側）が駆動され、ギヤ45により他方のカムシャフト20（図５の例では、排気側）に動力が伝達され、カム30を作動させることができるようになっている。なお、参照符号52は、排気ポートを示している。

各カムシャフト20は、ヘッドブロック50の上面にカムシャフトキャップ72により両端部を上方から、回転自在に固定されている。各カムシャフトキャップ72は、本実施の形態においては、カムシャフト20の端部に位置するカム30の２つのカム面の間の位置でカムシャフト20を押え付けるように配置されている。

図５の例では、カムシャフトキャップ72は、カムシャフト20ごとに別々に配置される構成であるが、図５中に破線で示すように、１つの長いカムシャフトキャップで２本のカムシャフト20を押え付けるように構成することも可能である。

また、本実施の形態においては、各ギヤ45に、バルブタイミング調整機構が設けられている。このバルブタイミング調整機構は、ここでは、ボルト45bをギヤ45に周方向に形成された長孔45a内の位置を調整することにより、ギヤ45のカムシャフト20に対する回転位相を調整する公知の機構である。

上記のカムシャフトキャップ72により、ヘッドカバー80（図６を参照）をヘッドブロック50に被せる前に、カムシャフト20をヘッドブロック50に固定することができ、しかも、ギヤ45に形成されたバルブタイミング調整機構によりこの状態でバルブタイミングの調整を可能にする。

さらには、ヘッドカバー80（図６参照）をヘッドブロック50に被せる前に、カム面およびタペット間のクリアランス（つまり、タペットクリアランス）を調整することも可能である。

ヘッドカバー80は、図６および図１１に示すように、カムシャフトキャップ72（図５参照）で押え付けていない残りのカムシャフト20の部分を、ヘッドブロック50に被せたときにその裏面（下面）で押え付けることができるように形成されている。

つまり、前述したように、ヘッドカバー80は、ヘッドブロック50の支持部59に対向する位置のうち、カムシャフトキャップ72に支持されていないカムシャフト20の部分のみを、上方から軸回りに回転自在に狭持するように支持する複数の支持部89（図１１参照）を備えている。なお、図１１においては、駆動系40としてチェーン・スプロケット機構の例を示してある。

ヘッドカバー80は、ヘッドブロック50の上面を覆い、内部のカムシャフト20、ギヤ45、駆動系40、カムシャフトキャップ72などを覆うように構成されている。ヘッドカバー80には、多数の貫通穴84aが形成され、これら貫通穴84aに挿通されるボルト84（図７の組立図を参照）がヘッドブロック50の上面の対応する位置にそれぞれ形成されたネジ穴70に螺合されることにより、ヘッドブロック50上に固定されるようになっている。

図５に示すように、本実施の形態においては、ネジ穴70は、ヘッドブロック50の上面の、カム30の一対のカム面の間の位置に配置され、さらに、ヘッドブロック50の幅方向端部にも配置されている。しかしながら、カムシャフトキャップ72が、ヘッドカバー80（図６参照）の内部の支持部89でカムシャフト20を押え付けているので、ヘッドブロック50の幅方向端部に配置された貫通穴84a（およびヘッドカバー80の貫通孔84aも同様に）は、その個数を削減、あるいは不要とすることも可能である。

また、カムシャフト20、カム面、バルブ（図示せず）への潤滑油の供給系は、図５、図７および図８に示すように、ヘッドブロック50の吸気側の面に形成された潤滑油経路78を通じて、その下方のシリンダブロック（図示せず）から供給される（供給方向は、図中の矢符を参照）。

潤滑油経路78は、ヘッドブロック50の幅方向両端部にそれぞれ形成されており、シリンダブロック（図示せず）から上方へ向かって供給される潤滑油は、これら２つの潤滑油経路78によって、ヘッドカバー80内に幅方向両側から供給される。

ヘッドカバー80内に供給された潤滑油は、ヘッドカバー80内に形成された潤滑油経路82により、カムシャフト20に直交する方向に流れ、その後、それぞれ２つの通路に分岐されて、２本のカムシャフト20の方向に沿ってヘッドカバー80の幅方向中央に向けて流れるように構成されている。

分岐後の潤滑油経路82は、各カムシャフトキャップ72の位置でヘッドカバー80から下方へ流れ、各カムシャフトキャップ72の上面に形成された導入口74からカムシャフトキャップ72内に導入される。導入口74は、カムシャフトキャップ72を上下方向に貫通しており、その下方のカムシャフト20の支持部分、カム30、バルブ（図示せず）などに潤滑油を供給できるようになっている。

図９は、別の実施の形態にかかるバルブタイミング調整機構を備えたヘッドブロック50Bの構成を示す斜視図である。このヘッドブロック50Bにおいては、排気バルブ側のギヤ45にのみ、バルブタイミング調整機構が設けられている。吸気バルブ側のギヤ45Bには、このバルブタイミング調整機構は設けられておらず、代わりに、バルブタイミング調整機構は、ギヤ機構からなる駆動系40Bの内部に設けられている。

図１０に示すように、駆動系40Bが備えるバルブタイミング調整機構は、吸気バルブ側のギヤ45に設けられたバルブタイミング調整機構と同様の構造のものであり、排気バルブ側のカムシャフト20に設けられたギヤ402に周方向に形成された長孔406内のボルト408の位置を調整することにより、ギヤ402のカムシャフト20に対する回転位相を調整する公知の機構である。

なお、ここでは、手動式のバルブタイミング調整機構をその一例として示したが、任意の適切な公知の自動式のバルブタイミング調整機構も同様に配置可能であることは言うまでもない。

なお、図９および図１０に示した別の実施の形態においては、先の実施の形態と同様の部分には同様の参照符号を付してその説明は省略してある。

本開示は特定の実施の形態を含んでいるが、多様な変更が可能であるので、特定の実施の形態は限定された意味で考慮することはできない。本開示の主題は、ここで開示された様々な要素、特徴、機能、および／または特性の新規および非自明なコンビネーションおよびサブコンビネーションをすべて含んでいる。請求項は、新規且つ非自明であると見なされる、あるコンビネーションおよびサブコンビネーションを特に指し示している。特徴、機能、要素、および／または特性の他のコンビネーションおよびサブコンビネーションは、現在の請求項の補正あるいは、この出願または関連する出願中の新しい請求項の提示を通じて請求されることが可能である。そのような請求項は、元の請求項の範囲に対してより広く、より狭く、同等に、あるいは異なっても、本開示の主題内に含まれていると見なされる。

以上のように、フレーム幅を抑えることができるエンジンを提供することが要求される自動二輪車などの用途に適用可能である。

（ａ）は、従来の「センターカムトレイン構造」を有したヘッドブロックの平面図であり、（ｂ）は、従来の「サイドカムトレイン構造」を有したヘッドブロックの模式的平面図である。 本願発明の実施の形態にかかる構造を有したヘッドブロックの模式的平面図である。 図２に示した構造を有するエンジンのヘッドブロックの配置例（後ろ側のカムシャフトをギヤ駆動）を示す自動二輪車の模式的部分平面図である。 図２に示した構造を有するエンジンのヘッドブロックの配置例（後ろ側のカムシャフトをギヤ駆動）を示す自動二輪車の部分断面右側面図である。 図２に示したヘッドブロックの内部構造を示す斜視図である。 図５に示したヘッドブロック用のヘッドカバーを示す斜視図である。 図５に示したヘッドブロック上に、図６に示したヘッドカバーを取り付けた状態を示す斜視図である。 吸気ポート側からの、図７の側面図である。 本願発明の第２の実施の形態にかかる構造を有したヘッドブロックの内部構造を示す斜視図である。 図９に示したヘッドブロックの、駆動系側からの側面図である。 図３のＩ−Ｉ断面図である。

符号の説明

10 気筒
20 カムシャフト
30 カム
40，40b 駆動系
45，45B ギヤ（動力伝達機構）
45a （バルブタイミング調整用）長穴
45b （バルブタイミング調整用）ボルト
50，50B シリンダヘッドブロック
78 第１の潤滑油経路
80 シリンダヘッドカバー
82 第２の潤滑油経路
100 自動二輪車
110 タンクレールフレーム（メインフレーム）
120 ヘッドパイプ

Claims (6)

1. 多気筒DOHC型のエンジンであって、
   吸気側および排気側のいずれか一方のカムシャフトの端部であって、シリンダヘッドブロックに設けられ、前記一方のカムシャフトを駆動する駆動系と、
   いずれかの気筒間の位置であって、前記一方のカムシャフトから他方のカムシャフトへ動力を伝達する動力伝達機構と
   を備えることを特徴とするエンジン。
2. 前記シリンダヘッドブロックは、その下方のシリンダブロックに前記動力伝達機構の下方で締結されていることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
3. 自動二輪車に取り付けられる際に、該自動二輪車のフレームを回避するように、前記一方のカムシャフトが前記他方のカムシャフトに対して前方に位置するように構成してあることを特徴とする請求項１または２記載のエンジン。
4. 前記動力伝達機構および前記駆動系の少なくとも一方が、可変バルブタイミング機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジン。
5. 前記シリンダヘッドブロックの幅方向両端部に形成され、その下方のシリンダブロックから供給される潤滑油をその上方に被せられるシリンダヘッドカバーに供給する第１の潤滑油供給通路と、
   前記シリンダヘッドカバーの内部に形成され、前記第１の潤滑油供給通路から供給された潤滑油を分岐して各カムシャフトの軸受に供給する第２の潤滑油供給通路とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジン。
6. 上記請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジンを備えることを特徴とする自動二輪車。

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