JP2009052527A - ４サイクル内燃機関及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】カムシャフトに挿通されるインナーロッドの端部の磨耗を抑制した４サイクル内燃機関、及び当該４サイクル内燃機関を備える車両を提供する。
【解決手段】エンジン１００は、内部が中空であるインテークカムシャフト１１０と、インテークカムシャフト１１０の中空部に挿通される棒状のインナーロッド１２０と、インテークカムシャフト１１０の端部に取り付けられ、インナーロッド１２０の端部を押さえるサークリップ３１０，３２０と、インナーロッド１２０の端部とサークリップ３１０，３２０との間に介在するスペーサ２１０，２２０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、カムシャフトと、カムシャフトに挿通される棒状の挿通部材と、挿通部材の端部を押さえる規制部材とを備える４サイクル内燃機関、及び当該４サイクル内燃機関を備える車両に関する。

従来、４サイクル内燃機関では、内部を中空にしたカムシャフトが広く用いられている。このようなカムシャフトを用いることによってカムシャフトを軽量化できる。また、カムシャフトの内部に形成された中空部には、インナーロッド（挿通部材）が挿通される（例えば、特許文献１参照）。一般的に、インナーロッドは、アルミニウム合金や合成樹脂によって形成される。

カムシャフトにインナーロッドが挿通されることによって、中空部の容積が減少する。このため、４サイクル内燃機関の始動時でも、エンジンオイルを速やかにカムシャフト全体に行き渡らせることができる。

インナーロッドの両端部は、カムシャフトに嵌め込まれるサークリップ（規制部材）によって押さえられる。
特開２００３−１８４５２１号公報（第３−４頁、第１図）

しかしながら、上述した従来の４サイクル内燃機関には、次のような問題があった。すなわち、高回転型（例えば、最高回転速度１０，０００ｒｐｍ以上）の４サイクル内燃機関では、カムシャフトが回転すると、サークリップによって押さえられているインナーロッドもカムシャフトとともに回転するが、インナーロッドとカムシャフトとの慣性重量差によって、インナーロッドとカムシャフトとの回転速度の差が生じる。

インナーロッドとカムシャフトとの回転速度の差が生じると、鋼材（スチール）製のサークリップと、インナーロッドの端部とが摺動し、インナーロッドの端部が磨耗する。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、カムシャフトに挿通されるインナーロッドの端部の磨耗を抑制した４サイクル内燃機関、及び当該４サイクル内燃機関を備える車両を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、内部が中空であるカムシャフト（インテークカムシャフト１１０，エキゾーストカムシャフト１６０）と、前記カムシャフトの中空部（中空部１１２）に挿通される棒状の挿通部材（インナーロッド１２０）と、前記カムシャフトの端部（端部１１３ａ）に取り付けられ、前記挿通部材の端部（端部１２１ａ）を押さえる規制部材（サークリップ３１０，３２０）とを備える４サイクル内燃機関（エンジン１００）であって、前記挿通部材の端部と、前記規制部材との間に介在する介在部材（スペーサ２１０，２２０）を備えることを要旨とする。

このような４サイクル内燃機関によれば、挿通部材の端部と、規制部材との間には、介在部材が介在する。このため、インナーロッドとカムシャフトとの慣性重量差に起因するインナーロッドとカムシャフトとの回転速度の差によって、規制部材（例えば、サークリップ）とインナーロッドの端部とが摺動しても、インナーロッドの端部の磨耗を抑制できる。

本発明の特徴によれば、カムシャフトに挿通されるインナーロッドの端部の磨耗を抑制した４サイクル内燃機関、及び当該４サイクル内燃機関を備える車両を提供することができる。

次に、本発明に係る車両の実施形態について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）車両の全体概略構成、（２）４サイクル内燃機関の構造、（３）カムシャフトの構造、（４）作用・効果及び（５）その他の実施形態について説明する。

なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（１）車両の全体概略構成
図１は、本実施形態に係る車両である自動二輪車１０の左側面図である。図１に示すように、自動二輪車１０は、前輪２０と後輪４０とを備え、エンジン１００が発生する駆動力によって後輪４０を駆動する。

具体的には、エンジン１００が生成した駆動力は、トランスミッション（不図示）及びドライブチェーン３０を介して後輪４０に伝達される。自動二輪車１０は、高速走行やワインディング路の走行に適したスポーツタイプの自動二輪車である。

エンジン１００は、シリンダヘッド１０４（図１において不図示、図２参照）にインテークカムシャフト１１０及びエキゾーストカムシャフト１６０が設けられたＤＯＨＣ型の４サイクル内燃機関である。

インテークカムシャフト１１０、エキゾーストカムシャフト１６０及びクランクシャフト１０１には、カムチェーン１０２が掛け渡される。インテークカムシャフト１１０及びエキゾーストカムシャフト１６０は、クランクシャフト１０１が回転することによって回転させられる。

エンジン１００は、スポーツタイプの自動二輪車１０の特徴を踏まえ、上限回転速度が高く設定される（例えば、１０，０００ｒｐｍ以上）。

（２）４サイクル内燃機関の構造
図２は、本実施形態において４サイクル内燃機関を構成するエンジン１００の右側面図である。図２に示すように、エンジン１００は、シリンダ１０３と、シリンダ１０３に連結されるシリンダヘッド１０４とを有する。

シリンダ１０３の内部には、複数のピストン１０５、具体的には、４本のピストン１０５が直列に配設される。つまり、エンジン１００は、直列４気筒である。ピストン１０５は、クランクシャフト１０１に連結される。

シリンダヘッド１０４には、インテークカムシャフト１１０及びエキゾーストカムシャフト１６０が配設される。インテークカムシャフト１１０は、インテークバルブ１０６を所定のタイミングで押し下げるカム（不図示）を有する。同様に、エキゾーストカムシャフト１６０は、エキゾーストバルブ１０７を所定のタイミングで押し下げるカム（不図示）を有する。

（３）カムシャフトの構造
次に、図３（ａ），（ｂ）、及び図４（ａ），（ｂ）を参照して、インテークカムシャフト１１０及びエキゾーストカムシャフト１６０の構造について説明する。インテークカムシャフト１１０とエキゾーストカムシャフト１６０とは、概ね同様の構造であるため、以下、インテークカムシャフト１１０の構造について説明する。

（３．１）全体概略構造
図３（ａ）は、インテークカムシャフト１１０の平面図である。図３（ｂ）は、図２に示すＦ３Ｂ−Ｆ３Ｂ線に沿ったインテークカムシャフト１１０の断面図である。図４（ａ）は、インテークカムシャフト１１０の一端部の一部拡大断面図である。図４（ｂ）は、インテークカムシャフト１１０の他端部の一部拡大断面図である。

図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）に示すように、インテークカムシャフト１１０は、カムスプロケット１１１を有する。カムスプロケット１１１には、カムチェーン１０２（図１参照）が掛け渡される。

インテークカムシャフト１１０は、内部が中空である。インテークカムシャフト１１０には、インナーロッド１２０が挿通される。

インナーロッド１２０は、棒状、具体的には丸棒状である。本実施形態において、インナーロッド１２０は、挿通部材を構成する。インテークカムシャフト１１０にインナーロッド１２０が挿通されると、インテークカムシャフト１１０に形成された中空部１１２の容積を減少する。このため、エンジン１００の始動時でも、エンジンオイル（不図示）を速やかにインテークカムシャフト１１０全体に行き渡らせることができる。

インナーロッド１２０の端部１２１ａ（一端部）の外径φ１は、端部１２１ｂ（他端部）の外径φ２より小さい。また、外径φ１は、インテークカムシャフト１１０の中空部１１２の内径φ３よりも小さい。

インナーロッド１２０の端部１２１ａには、スペーサ２１０が取り付けられる。スペーサ２１０は、インテークカムシャフト１１０に取り付けられたサークリップ３１０によって押さえられる。同様に、インナーロッド１２０の端部１２１ｂには、スペーサ２２０が取り付けられる。スペーサ２２０は、インテークカムシャフト１１０に取り付けられたサークリップ３２０によって押さえられる。

サークリップ３１０（３２０）は、インテークカムシャフト１１０の端部１１３ａ（１１３ｂ）に取り付けられる。具体的には、サークリップ３１０（３２０）は、インテークカムシャフト１１０に形成された切欠き（不図示）に嵌め込まれる。本実施形態において、サークリップ３１０（３２０）は、規制部材を構成する。

サークリップ３１０（３２０）は、インナーロッド１２０の端部１２１ａ（１２１ｂ）を押さえ、インナーロッド１２０の長手方向に沿った動きを規制する。サークリップ３１０（３２０）は、鋼材（スチール，Ｆｅ）によって形成される。

スペーサ２１０（２２０）は、インナーロッド１２０の端部１２１ａ（１２１ｂ）と、サークリップ３１０（３２０）との間に介在する。本実施形態において、スペーサ２１０（２２０）は、介在部材を構成する。

本実施形態では、スペーサ２１０（２２０）は、インナーロッド１２０よりも硬い材料によって形成される。具体的には、インナーロッド１２０は、アルミニウム合金（Ａｌ）によって形成される。スペーサ２１０（２２０）は、鋼材（スチール，Ｆｅ）によって形成される。

また、本実施形態では、インナーロッド１２０は、円環状のＯリング１３１，１３２を備える。Ｏリング１３１は、端部１２１ａに嵌め込まれる。Ｏリング１３２は、端部１２１ｂに嵌め込まれる。Ｏリング１３１，１３２は、弾性部材、本実施形態では、ゴムによって形成される。端部１２１ａの外径φ１と、端部１２１ｂの外径φ２とが異なるため、Ｏリング１３１の外径と、Ｏリング１３２の外径も異なっている。具体的には、Ｏリング１３１の外径は、Ｏリング１３２の外径より小さい。

（３．２）カムシャフト端部の詳細構造
図５は、カムシャフト端部の分解斜視図である。具体的には、図５は、インテークカムシャフト１１０の端部１１３ｂの分解斜視図である。なお、インテークカムシャフト１１０の端部１１３ａも端部１１３ｂと概ね同様の構造を有する。

図５に示すように、インナーロッド１２０は、インテークカムシャフト１１０の中空部１１２に挿通される。インテークカムシャフト１１０の中空部１１２には、エンジンオイル（不図示）が流入する。

Ｏリング１３２は、インナーロッド１２０の端部１２１ｂに形成された切欠き（不図示）に嵌め込まれる。Ｏリング１３２は、インナーロッド１２０の端部１２１ｂの外周壁１２３と、インテークカムシャフト１１０の中空部１１２の内周壁１１４との間に介在する。すなわち、Ｏリング１３２は、インナーロッド１２０とインテークカムシャフト１１０との間に介在し、インナーロッド１２０の端部１２１ｂが、インテークカムシャフト１１０の内周壁１１４と直接接触することを規制する。

スペーサ２２０は、挿入部２２１とフランジ部２２２とを有する。挿入部２２１は、インナーロッド１２０の端部１２１ｂに挿入される。フランジ部２２２は、挿入部２２１に連結する。フランジ部２２２の外径は、挿入部２２１の外径よりも大きい。フランジ部２２２は、端部１２１ｂと当接する。つまり、フランジ部２２２は、インナーロッド１２０の端部１２１ｂと、サークリップ３２０との間で係止される。

端部１２１ｂには、挿入部２２１が挿入される。具体的には、挿入部２２１は、インナーロッド１２０に形成された中空部１２２に挿入される。本実施形態において、中空部１２２は、被挿入部分を形成する。中空部１２２は、挿入部２２１のインナーロッド１２０への挿入方向、つまり、インナーロッド１２０の長手方向に沿って形成される。

さらに、スペーサ２２０には、中空部２２３が形成される。中空部２２３も、挿入部２２１のインナーロッド１２０への挿入方向に沿って形成される。

また、本実施形態では、スペーサ２２０がインナーロッド１２０と当接する面積は、スペーサ２２０がサークリップ３２０と当接する面積よりも大きい。具体的には、フランジ部２２２がインナーロッド１２０の端部１２１ｂと当接する面積は、フランジ部２２２がサークリップ３２０と当接する面積よりも大きい。

（４）作用・効果
自動二輪車１０（エンジン１００）によれば、インナーロッド１２０の端部１２１ａ（１２１ｂ）と、サークリップ３１０（３２０）との間には、スペーサ２１０（２２０）が介在する。このため、インナーロッド１２０とインテークカムシャフト１１０との慣性重量差に起因するインナーロッド１２０とインテークカムシャフト１１０との回転速度の差によって、サークリップ３１０（３２０）とインナーロッド１２０の端部１２１ａ（１２１ｂ）とが摺動しても、インナーロッド１２０の端部１２１ａ（１２１ｂ）の磨耗を抑制できる。

本実施形態では、スペーサ２１０（２２０）がインナーロッド１２０と当接する面積は、スペーサ２１０（２２０）がサークリップ３１０（３２０）と当接する面積よりも大きい（図中のドット表示部分参照）。

さらに、本実施形態では、スペーサ２１０（２２０）は、インナーロッド１２０よりも硬い材料によって形成される。具体的には、インナーロッド１２０は、アルミニウム合金（Ａｌ）によって形成され、スペーサ２１０（２２０）は、鋼材（スチール，Ｆｅ）によって形成される。つまり、鋼材によって形成されたサークリップ３１０（３２０）には、同じく鋼材で形成されたスペーサ２１０（２２０）が当接する。

このため、アルミニウム合金（Ａｌ）によって形成されたインナーロッド１２０の端部１２１ａ（１２１ｂ）の磨耗を効果的に抑制できる。

本実施形態では、インナーロッド１２０に形成された中空部１２２に挿入される挿入部２２１よりも外径が大きいフランジ部２２２が、インナーロッド１２０の端部１２１ｂとサークリップ３２０との間で係止される。

このため、スペーサ２２０（フランジ部２２２）とサークリップ３２０とが当接する面積、及びスペーサ２２０（フランジ部２２２）とインナーロッド１２０の端部１２１ｂとが当接する面積が拡大する。当該面積が拡大すると、インナーロッド１２０の端部１２１ｂに掛かる面圧及びスペーサ２２０に掛かる面圧が低下する。すなわち、インナーロッド１２０及びスペーサ２２０の磨耗をさらに効果的に抑制できる。

本実施形態では、スペーサ２２０には、中空部２２３が形成される。このため、スペーサ２２０の追加に伴うインテークカムシャフト１１０の重量増加を最小限に抑制できる。

本実施形態では、Ｏリング１３２が、インナーロッド１２０の端部１２１ｂの外周壁１２３と、インテークカムシャフト１１０の中空部１１２の内周壁１１４との間に介在する。このため、インナーロッド１２０の端部１２１ｂが、インテークカムシャフト１１０の内周壁１１４と直接接触することを防止できる。

さらに、インナーロッド１２０の端部１２１ａの外径φ１は、インナーロッド１２０の端部１２１ｂの外径φ２、及びインテークカムシャフト１１０の中空部１１２の内径φ３よりも小さい。また、端部１２１ａの外径φ１と、端部１２１ｂの外径φ２とが異なるため、Ｏリング１３１の外径と、Ｏリング１３２の外径も異なっている。具体的には、Ｏリング１３１の外径は、Ｏリング１３２の外径よりも小さい。

このため、インナーロッド１２０をインテークカムシャフト１１０の端部１１３ｂ側から挿通する場合、インナーロッド１２０の端部１２１ａに嵌め込まれているＯリング１３１が、インテークカムシャフト１１０の内周壁１１４と摺動する距離を大幅に短縮できる。つまり、インナーロッド１２０をインテークカムシャフト１１０の端部１１３ｂ側から挿通する場合において、Ｏリング１３１の内周壁１１４との摺動による劣化や損傷を防止できる。なお、インテークカムシャフト１１０の端部１１３ａは、シリンダヘッド１０４に固定されるため、通常の分解・組立作業では、インテークカムシャフト１１０の端部１１３ａ側にインナーロッド１２０の端部１２１ａを突出させてＯリング１３１を嵌め込むことはできない。

（５）その他の実施形態
上述したように、本発明の一実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態が明らかとなろう。

例えば、上述した実施形態では、端部１２１ａの外径φ１と、端部１２１ｂの外径φ２とが異なっていたが、外径φ１と外径φ２とは、必ずしも異なっていなくても構わない。また、Ｏリング１３１，１３２は、必ずしも設けられていなくてもよい。

上述した実施形態では、スペーサ２２０には、中空部２２３が形成されていたが、スペーサ２２０（２１０）には、中空部を形成しなくてもよい。

上述した実施形態では、スペーサ２２０は、挿入部２２１とフランジ部２２２とを有していたが、スペーサ２２０に代えて、板状のワッシャーを用いることもできる。

上述した実施形態では、インナーロッド１２０は、アルミニウム合金（Ａｌ）によって形成され、スペーサ２１０，２２０及びサークリップ３１０（３２０）は、鋼材（スチール，Ｆｅ）によって形成されていたが、当該部材の形成に用いられる材料は、これらの材料に限定されない。例えば、インナーロッド１２０は、合成樹脂によって形成してもよい。

上述した実施形態では、自動二輪車１０を例として説明したが、本発明が適用された４サイクル内燃機関は、自動四輪車などにも勿論搭載することができる。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る自動二輪車１０の左側面図である。 本発明の実施形態に係るエンジン１００の右側面図である。 本発明の実施形態に係るインテークカムシャフト１１０の平面図及び断面図である。 本発明の実施形態に係るインテークカムシャフト１１０の一端部及び他端部の一部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係るカムシャフト端部の分解斜視図である。

符号の説明

１０…自動二輪車、２０…前輪、３０…ドライブチェーン、４０…後輪、１００…エンジン、１０１…クランクシャフト、１０２…カムチェーン、１０３…シリンダ、１０４…シリンダヘッド、１０５…ピストン、１０６…インテークバルブ、１０７…エキゾーストバルブ、１１０…インテークカムシャフト、１１１…カムスプロケット、１１２…中空部、１１３ａ，１１３ｂ…端部、１１４…内周壁、１２０…インナーロッド、１２１ａ，１２１ｂ…端部、１２２…中空部、１２３…外周壁、１３１，１３２…Ｏリング、１６０…エキゾーストカムシャフト、２１０，２２０…スペーサ、２２１…挿入部、２２２…フランジ部、２２３…中空部、３１０，３２０…サークリップ、φ１，φ２…外径、φ３…内径

Claims (8)

1. 内部が中空であるカムシャフトと、
   前記カムシャフトの中空部に挿通される棒状の挿通部材と、
   前記カムシャフトの端部に取り付けられ、前記挿通部材の端部を押さえる規制部材と
   を備える４サイクル内燃機関であって、
   前記挿通部材の端部と、前記規制部材との間に介在する介在部材を備える４サイクル内燃機関。
2. 前記介在部材が前記挿通部材と当接する面積は、前記介在部材が前記規制部材と当接する面積よりも大きい請求項１に記載の４サイクル内燃機関。
3. 前記介在部材は、前記挿通部材よりも硬い材料によって形成される請求項１に記載の４サイクル内燃機関。
4. 前記介在部材は、
   前記挿通部材の端部に挿入される挿入部分と、
   前記挿入部分に連結するフランジ部分と
   を有し、
   前記挿通部材の端部には、前記挿入部分が挿入される被挿入部分が形成され、
   前記フランジ部分は、前記挿通部材の端部と前記規制部材との間で係止される請求項１に記載の４サイクル内燃機関。
5. 前記介在部材には、前記挿入部分の前記挿通部材への挿入方向に沿って中空部分が形成される請求項４に記載の４サイクル内燃機関。
6. 円環状の弾性部材をさらに備え、
   前記弾性部材は、
   前記挿通部材の端部の外周壁と、前記カムシャフトの中空部の内周壁との間に介在する請求項１に記載の４サイクル内燃機関。
7. 前記挿通部材は丸棒状であり、
   前記挿通部材の一端部の外径は、前記挿通部材の他端部の外径及び前記カムシャフトの中空部の内径よりも小さい請求項６に記載の４サイクル内燃機関。
8. 請求項１乃至７の４サイクル内燃機関を備える車両。

Images