JP6890208B2 - 内燃機関の動弁機構 - Google Patents
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Description
この構成によれば、ロッカーアームシャフトが偏芯軸をなし、このロッカーアームシャフトに付勢部材によって周方向(回転方向)の付勢力を付与する。すると、ロッカーアームシャフトが支持軸部を中心に回転し、ロッカーアーム支持部の回転方向位置(オフセット位置)を変化させる。これにより、ロッカーアームをカムシャフトおよび機関弁に接近離反させ、タペットクリアランスを増減させることが可能となる。付勢部材の付勢方向がタペットクリアランスを詰める方向であれば、ロッカーアームシャフトに偏芯軸を用いてタペットクリアランスを調整可能としながら、タペットクリアランスの自動調整(クリアランス詰め)を行うことができる。
また、内燃機関の冷間始動時に付勢部材によってタペットクリアランスを詰めた後、内燃機関の温度が上昇して各部品が熱膨張すると、機関弁の閉時でもロッカーアームが干渉する虞がある。このため、ロッカーアームシャフトに設けた戻し部材を用いて、ロッカーアームシャフトを付勢部材の付勢力に抗して回転させる。これにより、カムシャフトの回転の都度(内燃機関の一サイクルの都度)、ロッカーアームシャフトが付勢部材の作用で回転する前の初期状態に戻り、タペットクリアランスが付勢部材の付勢力で詰められる前の規定の設定値に戻る。このように、付勢部材によってタペットクリアランスを詰める方向への動作のみが繰り返されることを防ぎ、タペットクリアランスを適切な値に維持することができる。
この構成によれば、ロッカーアームシャフトに設けた戻し部材とカムシャフトに設けた戻しカムとを用いて、ロッカーアームシャフトを付勢部材の付勢力に抗して回転させる。これにより、付勢部材によってタペットクリアランスを詰める方向への動作のみが繰り返されることを防ぎ、タペットクリアランスを適切な値に維持することができる。
本発明の一態様は、前記戻しカム(61,62)は、前記ロッカーアーム(47,48)が前記カムシャフト(41)のカム(45,46)のベース円部(45a,46a)に接している際に、前記戻し部材(63,64)を作動させて前記ロッカーアームシャフト(51,52)に回転駆動力を付与可能な戻しカム山部(61b,62b)を備えている。
この構成によれば、ロッカーアームがカムシャフトのカムのベース円部に接している際(ゼロリフト時)に、戻しカム山部が戻し部材を作動させてロッカーアームシャフトに回転駆動力を付与させる。すなわち、ロッカーアームが機関弁を押圧していない状態でロッカーアームシャフトを回転させるので、ロッカーアームシャフトがバルブスプリングの反力の影響を受けずに回転可能となる。このため、ロッカーアームシャフトが容易に回転可能となり、戻し機構の作動性を向上させるとともに構造の簡素化を図ることができる。
(T1’+Tf+To)−T1>0
この構成によれば、偏芯軸部でロッカーアームを支持するロッカーアームシャフトは、内燃機関が高回転域に入った場合等、バルブスプリングからの反力により偏芯軸部を介して回転方向の力を受ける。このとき、ロッカーアームシャフトがロッカーアームに連れ回り、付勢部材の付勢力に抗して回転する(意図せずタペットクリアランスを広げる方向に回転する)可能性がある。しかし、上記式で示される関係を満たすように各値を設定することで、ロッカーアームシャフトの前記連れ回りを防ぐことができる。すなわち、バルブスプリングの付勢力によりロッカーアームシャフトに作用する回転方向の力(T1)が、ロッカーアームシャフトに作用する摩擦トルク(Tf,To)、並びに付勢部材の付勢トルク(T1’)の合計値よりも小さくなるよう設定することで、ロッカーアームシャフトがロッカーアームの揺動時に連れ回ることを防ぐことができる。
この構成によれば、ロッカーアームシャフトに対するロッカーアームの揺動が滑らかになり、ロッカーアームシャフトに作用するフリクショントルクを抑え、ロッカーアームシャフトの連れ回りを容易に防ぐことができる。
前記偏芯軸部(51c,52c)は、前記第一軸部(51a,52a)および第二軸部(51b,52b)の間に設けられている。
この構成によれば、軸方向の両側で軸の太さを変えることで、ロッカーアームシャフトの誤組防止を図るとともに、太さや軸心位置が変化する軸部間の段差を利用して軸方向のずれを防止することができる。
図1に示すように、本実施形態のエンジン(内燃機関)10は、不図示のクランクケース上に起立するシリンダ部15を備えている。シリンダ部15は、クランクケース側から順に、シリンダ本体16、シリンダヘッド17およびヘッドカバー18を積層している。例えば、エンジン10は、空冷単気筒エンジンであり、自動二輪車等の小型車両の原動機に用いられる。例えば、エンジン10は、不図示のクランクシャフトの回転中心軸線を、車両左右方向に沿わせて車載されている。
動弁機構40は、吸気カム45および排気カム46を有するカムシャフト41と、吸気カム45と吸気バルブ27のステム先端との間に渡る吸気ロッカーアーム47と、排気カム46と排気バルブ28のステム先端との間に渡る排気ロッカーアーム48と、カムシャフト41と平行に延びて吸気ロッカーアーム47を揺動可能に支持する吸気ロッカーアームシャフト51と、カムシャフト41と平行に延びて排気ロッカーアーム48を揺動可能に支持する排気ロッカーアームシャフト52と、を備えている。
排気カム46は、カム軸線C3を中心とする円弧状のベース円部46aと、ベース円部46aに対して径方向寸法を増大させるカム山部46bと、を備えている。排気カム46は、軸方向視で滑らかな楕円状をなして無端状に連続するカム面を形成している。
これにより、吸気ロッカーアームシャフト51を軸線C41回りに回転させ、偏芯軸部51cの回転方向位置(偏芯軸部51cによる吸気ロッカーアーム47の回転支持の中心位置)を変化させることで、吸気ロッカーアーム47を吸気バルブ27に対して接近離反させ、タペットクリアランス(バルブクリアランス)cl1を調整可能である。
これにより、排気ロッカーアームシャフト52を軸線C42回りに回転させ、偏芯軸部52cの回転方向位置(偏芯軸部52cによる排気ロッカーアーム48の回転支持の中心位置)を変化させることで、排気ロッカーアーム48を排気バルブ28に対して接近離反させ、タペットクリアランス(バルブクリアランス)cl2を調整可能である。
排気戻しアーム64は、排気ロッカーアームシャフト52の端部に基端部を固定している。排気戻しアーム64の先端部には、排気戻しカム62の外周面(カム面)に転接する戻しカムローラ64dが支持されている。図5に示す排気戻しアーム64は、排気ロッカーアームシャフト52が初期状態にあるときの状態である。この状態を排気戻しアーム64の初期状態とする。
F2=F1*L1/L2・・・式1
T1=F2*E・・・式2
(Eは偏芯軸部51cの偏芯距離)
T2=F2*μ*D3/2・・・式3
(μは偏芯軸部51c外周の摩擦係数)
なお、フリクショントルクT2は逆回転も有る。
T3=T1+T2=F2(E+μ*D3/2)・・・式4
Tf=((D1+D2)/2)*(F2/2)*μ=F2*μ*(D1+D2)/4・・・式5
(太軸部51aおよび細軸部51bにはバルブスプリング荷重F1が1/2ずつ加わるものとする)
Ta=T3−Tf−To=F2(E+μ(2D3−D1−D2)/4)−To=F1*L1/L2(E+μ(2D3−D1−D2)/4)−To・・・式6
(Toはロッカーアームシャフト51に対するフリクション付加機構によるフリクション付加トルク)
Toは、ロッカーアーム支持部(偏芯軸部51c,52c)に受ける摩擦トルク(偏芯軸摩擦トルク)T2などを含む。
つまり、バルブスプリング荷重F1によるトルクからロッカーアームシャフト51の三軸部51a,51b,51cの抵抗を引いた分が残存トルクTaとなる。
F2’=T1’/E・・・式7
(T1’は捩じりバネ53によるバネ付勢トルク)
Tf’=(D1+D2)/2*F2’/2*μ=T1’((D1+D2)/(4E)*μ)・・・式8
Tr=T1’−Tf’−To=T1’(1−μ(D1+D2)/(4E))−To・・・式9
つまり、捩じりバネ53によるトルクからロッカーアームシャフト51の三軸部51a,51b,51cの抵抗を引いた分が残存トルクTrとなる。
このTrが正の場合のみ(Tr>0)、ロッカーアームシャフト51が回転し、Trが負の場合は動かない。つまり、Trが負の場合、捩じりバネ53のトルクでロッカーアームシャフト51が回転できないため、ロッカーアーム47をバルブ27押し付けられない。
(T1’+Tf+To)−T1>0・・・式10
これにより、バルブスプリング27e,28eからの反力により、ロッカーアームシャフト51,52が偏芯軸押し上げトルクT1を受けても、このトルクT1が捩じりバネ53,54の付勢トルクT1’、支持軸摩擦トルクTf、およびフリクション付加トルクToの合計値を越えなくなる。このため、ロッカーアームシャフト51,52がロッカーアーム47,48の揺動に連れ回り、捩じりバネ53,54の付勢力に抗して意図せずタペットクリアランスcl1,cl2を広げる方向に回転してしまうことを防ぐことができる。
この構成によれば、ロッカーアームシャフト51,52が偏芯軸をなし、このロッカーアームシャフト51,52に捩じりバネ53,54によって周方向(回転方向)の付勢力を付与する。すると、ロッカーアームシャフト51,52が支持軸部51d,52dを中心に回転し、偏芯軸部51c,52cの回転方向位置(オフセット位置)を変化させる。これにより、ロッカーアーム47,48をカムシャフト41および吸排気バルブ27,28に接近離反させ、タペットクリアランスcl1,cl2を増減させることが可能となる。捩じりバネ53,54の付勢方向がタペットクリアランスcl1,cl2を詰める方向であれば、ロッカーアームシャフト51,52に偏芯軸を用いてタペットクリアランスcl1,cl2を調整可能としながら、タペットクリアランスcl1,cl2の自動調整(クリアランス詰め)を行うことができる。
この構成によれば、エンジン10の冷間始動時に捩じりバネ53,54によってタペットクリアランスcl1,cl2を詰めた後、エンジン10の温度が上昇して各部品が熱膨張すると、吸排気バルブ27,28の閉時でもロッカーアーム47,48が干渉する虞がある。このため、ロッカーアームシャフト51,52に設けた戻しアーム63,64とカムシャフト41に設けた戻しカム61,62とを用いて、ロッカーアームシャフト51,52を捩じりバネ53,54の付勢力に抗して回転させる。これにより、カムシャフト41の回転の都度(エンジン10の一サイクルの都度)、ロッカーアームシャフト51,52が捩じりバネ53,54の作用で回転する前の初期状態に戻り、タペットクリアランスcl1,cl2が捩じりバネ53,54の付勢力で詰められる前の規定の設定値に戻る。このように、捩じりバネ53,54によってタペットクリアランスcl1,cl2を詰める方向への動作のみが繰り返されることを防ぎ、タペットクリアランスcl1,cl2を適切な値に維持することができる。
この構成によれば、ロッカーアーム47,48がカムシャフト41の吸排気カム45,46のベース円部45a,46aに接している際(ゼロリフト時)に、戻しカム山部61b,62bが戻しアーム63,64を作動させてロッカーアームシャフト51,52に回転駆動力を付与させる。すなわち、ロッカーアーム47,48が吸排気バルブ27,28を押圧していない状態でロッカーアームシャフト51,52を回転させるので、ロッカーアームシャフト51,52がバルブスプリング27e,28eの反力の影響を受けずに回転可能となる。このため、ロッカーアームシャフト51,52が容易に回転可能となり、戻し機構60の作動性を向上させるとともに構造の簡素化を図ることができる。
(T1’+Tf+To)−T1>0
この構成によれば、偏芯軸部51c,52cでロッカーアーム47,48を支持するロッカーアームシャフト51,52は、エンジン10が高回転域に入った場合等、バルブスプリング27e,28eからの反力により偏芯軸部51c,52cを介して回転方向の力を受ける。このとき、ロッカーアームシャフト51,52がロッカーアーム47,48に連れ回り、捩じりバネ53,54の付勢力に抗して回転する(意図せずタペットクリアランスcl1,cl2を広げる方向に回転する)可能性がある。しかし、上記式で示される関係を満たすように各値を設定することで、ロッカーアームシャフト51,52の前記連れ回りを防ぐことができる。すなわち、バルブスプリング27e,28eの付勢力によりロッカーアームシャフト51,52に作用する回転方向の力T1が、ロッカーアームシャフト51,52に作用する摩擦トルクTf,To、並びに捩じりバネ53,54の付勢トルクT1’の合計値よりも小さくなるよう設定することで、ロッカーアームシャフト51,52がロッカーアーム47,48の揺動時に連れ回ることを防ぐことができる。
この構成によれば、ロッカーアームシャフト51,52に対するロッカーアーム47,48の揺動が滑らかになり、ロッカーアームシャフト51,52に作用するフリクショントルクを抑え、ロッカーアームシャフト51,52の連れ回りを容易に防ぐことができる。
この構成によれば、軸方向の両側で支持軸部51d,52dの太さを変えることで、ロッカーアームシャフト51,52の誤組防止を図るとともに、太さや軸心位置が変化する軸部間の段差を利用して軸方向のずれを防止することができる。
吸排気バルブの少なくとも一方を複数備える内燃機関に適用してもよい。カムシャフトを複数備える内燃機関に適用してもよい。力点および作用点の間に支点があるシーソー式のロッカーアームを備える内燃機関に限らず、支点が一端側、力点および作用点が他端側にあるスイングアーム式のロッカーアームを備える内燃機関に適用してもよい。
ロッカーアームがカムローラに代わるスリッパ面をカム面に摺接させる構成でもよい。ロッカーアームがタペットボルトに代わる押圧部でバルブを押圧する構成でもよい。ロッカーアームがニードルベアリング等の転がり軸受けに代わりメタルブッシュ等の滑り軸受けを備える構成でもよい。
例えば、戻しカムを吸気、排気で各々構成するのではなく、単一の戻しカムを排気カム、吸気カムとタイミングが重複しない位置に構成し、一つの戻しカムを二つの戻しアームで共用して使用しても良い。
そして、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、実施形態の構成要素を周知の構成要素に置き換える等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
27 吸気バルブ(機関弁)
28 排気バルブ(機関弁)
27e,28e バルブスプリング
41 カムシャフト
42 カムホルダ(機関本体)
45 吸気カム
46 排気カム
45a,46a ベース円部
45b、46b カム山部
47 吸気ロッカーアーム
48 排気ロッカーアーム
47d,48d カムローラ
47e,48e タペットボルト
47f,48f ニードルベアリング(転がり軸受け)
51 吸気ロッカーアームシャフト
52 排気ロッカーアームシャフト
51a,52a 太軸部(第一軸部)
51b,52b 細軸部(第二軸部)
51c,52c 偏芯軸部
51d,52d 支持軸部
53,54 捩じりバネ(付勢部材)
61,62 戻しカム
63,64 戻しアーム(戻し部材)
C41,C42 第一軸線
C51,C52 第二軸線
T1 偏芯軸押し上げトルク
T1’ バネ付勢トルク
Tf 支持軸摩擦トルク
To フリクション付加トルク
Claims (7)
- 機関本体(42)に回転可能に支持されるカムシャフト(41)と、
前記機関本体(42)に回転可能に支持されるロッカーアームシャフト(51,52)と、
前記機関本体(42)に開閉動可能に支持される機関弁(27,28)と、
前記機関本体(42)にロッカーアームシャフト(51,52)を介して揺動可能に支持され、カムシャフト(41)に係合する第一係合部(47d,48d)と機関弁(27,28)に係合する第二係合部(47e,48e)とを有するロッカーアーム(47,48)と、を備える内燃機関(10)の動弁機構(40)であって、
前記ロッカーアームシャフト(51,52)は、前記機関本体(42)に支持される支持軸部(51d,52d)と、前記ロッカーアーム(47,48)を支持するとともに、前記支持軸部(51d,52d)の第一軸線(C41,C42)からオフセットした第二軸線(C51,C52)を有する偏芯軸部(51c,52c)と、を備え、
前記ロッカーアームシャフト(51,52)に周方向の付勢力を加える付勢部材(53,54)をさらに備え、
前記ロッカーアームシャフト(51,52)は、前記付勢部材(53,54)の付勢力を受けて前記支持軸部(51d,52d)の第一軸線(C41,C42)回りに回転し、前記偏芯軸部(51c,52c)による前記ロッカーアーム(47,48)の回転支持の中心位置を変化させ、
前記ロッカーアームシャフト(51,52)に前記付勢部材(53,54)の付勢力に抗する回転駆動力を付与可能な戻し部材(63,64)をさらに備える、内燃機関の動弁機構。 - 前記カムシャフト(41)に設けられ、前記戻し部材(63,64)を作動させて前記ロッカーアームシャフト(51,52)に回転駆動力を付与可能な戻しカム(61,62)を備えている、請求項1に記載の内燃機関の動弁機構。
- 前記戻しカム(61,62)は、前記機関弁(27,28)が閉弁状態の際に前記戻し部材(63,64)を作動させる、請求項2に記載の内燃機関の動弁機構。
- 前記戻しカム(61,62)は、前記ロッカーアーム(47,48)が前記カムシャフト(41)のカム(45,46)のベース円部(45a,46a)に接している際に、前記戻し部材(63,64)を作動させて前記ロッカーアームシャフト(51,52)に回転駆動力を付与可能な戻しカム山部(61b,62b)を備えている、請求項7に記載の内燃機関の動弁機構。
- 前記機関弁(27,28)を閉状態に付勢するバルブスプリング(27e,28e)を備え、
前記ロッカーアーム(47,48)が前記バルブスプリング(27e,28e)の付勢力に抗して前記機関弁(27,28)を押圧した際、前記バルブスプリング(27e,28e)の付勢力により前記ロッカーアームシャフト(51,52)に作用する回転方向の力を(T1)、
前記付勢部材(53,54)の付勢力により前記ロッカーアームシャフト(51,52)に作用する回転方向の力を(T1’)、
前記ロッカーアームシャフト(51,52)が前記機関本体(42)から受ける摩擦トルクを(Tf)、
前記ロッカーアームシャフト(51,52)が前記ロッカーアーム(47,48)から受ける摩擦トルクを(To)、とすると、
前記(T1),(T1’),(Tf),(To)は、下記式に示される関係を満たすように設定されている、請求項1,2,7,8の何れか一項に記載の内燃機関の動弁機構。
(T1’+Tf+To)−T1>0 - 前記ロッカーアーム(47,48)は、前記偏芯軸部(51c,52c)に転がり軸受け(47f,48f)を介して支持されている、請求項1,2,7から9の何れか一項に記載の内燃機関の動弁機構。
- 前記支持軸部(51d,52d)は、 前記ロッカーアームシャフト(51,52)の軸方向の一端側に設けられ、前記機関本体(42)の一側に支持される第一軸部(51a,52a)と、前記ロッカーアームシャフト(51,52)の軸方向の他端側に設けられ、前記機関本体(42)の他側に支持されるとともに、前記第一軸部(51a,52a)に対して外径が異なる第二軸部(51b,52b)と、を備え、
前記偏芯軸部(51c,52c)は、前記第一軸部(51a,52a)および第二軸部(51b,52b)の間に設けられている、請求項1,2,7から10の何れか一項に記載の内燃機関の動弁機構。
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