JPWO2012086131A1 - 動弁装置 - Google Patents

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Abstract

動弁装置(50A)は、複数のシリンダ(C)の吸気バルブ(53)を動作させるものであって、エンジン(E)のクランク軸(26)の回転に連動する駆動カム軸(24)と、該駆動カム軸(24)の駆動カム(24a)によって動作される従動部材(64)と、該従動部材(64)と連動して揺動し、吸気バルブ(53)を往復動作させる揺動部材(61)と、カム軸(24)、従動部材(64)及び揺動部材(61)を制御軸(60)と共に収容する動弁装置ケース(100)と、を備えている。動弁装置ケース(100)は、シリンダヘッド(20)の吸気側に上方から重ね合わされて締結され、長手方向の両端壁部と、シリンダ間壁部と、それらを連結する連結壁部とを備えている。この構成により、エンジン(E)の動弁系において複数のシリンダ(C)に亘るバルブのリフトばらつきを容易に且つ正確に調整できるようになる。

Description

本発明はエンジンの動弁装置に関連し、特に、吸気バルブや排気バルブを動作させるためにシリンダヘッドに設けられる動弁装置の構造に関する。
従来より一般に高性能エンジンにおいては、吸気バルブ及び排気バルブを夫々動作させるための一対のカム軸を有する、いわゆるダブル・オーバーヘッド・カムシャフト式(DOHC式)の動弁系が採用されている。このものでは吸気側及び排気側の夫々のカム軸がシリンダヘッド上に並んで設けられていて、クランク軸(エンジンの出力軸)の回転に同期して回転し、それら各カム軸の駆動カムによってシリンダ毎の吸気バルブ及び排気バルブが往復動作される。また、駆動カムとバルブとの間にロッカアーム等の揺動機構を介在させることもある。
更に、近年では前記揺動機構の中に、駆動カムの輪郭に対応する動作(モーション)の一部を伝えないようにする、いわゆるロストモーション機構を組み込んで、バルブのリフト特性を変更可能としたものも実用化されている。また、このような可変機構を設けると、動弁系の構造が複雑になって構成部品も多くなるので、それらをシリンダヘッドに取り付ける前にユニット化することも提案されている。
例えば特許文献1に記載のシリンダヘッドでは、その上部全体に亘る梯子状のカムシャフトホルダを設け、その上部に吸気側及び排気側のカムシャフトを回転自在に支持する一方、カムシャフトホルダの下部には吸気側及び排気側のロッカシャフトを回転自在に支持し、これにロッカアームを取り付けてシリンダヘッド・アセンブリを構成している。このシリンダヘッド・アセンブリをシリンダヘッドに取り付け、梯子状のカムシャフトホルダを締結することで、シリンダヘッド全体の剛性を高めることができる。
同様に特許文献2に記載の可変動弁機構も、シリンダヘッドの上部全体に亘る梯子状の枠体(中間部材)を設け、この枠体に動弁系の吸気側及び排気側の構成部品を組み付けてからシリンダヘッドに取り付けるようにしている。このものでは、複数のリンクを組み合わせて吸気バルブのリフト特性を連続的に変更可能に構成しており、構造が複雑で部品点数も多いが、予め枠体に組み付けてからシリンダヘッドに取り付けることで、作業の容易性を確保している。
ところで、一般に量産エンジンでは動弁系の構成部品の寸法に公差の範囲でばらつきがあり、シリンダヘッドにも同様にシリンダ毎の寸法形状にばらつきがあるところ、前記従来例のように動弁系の構成部品の数が増えると、それらのばらつきが重畳されてしまい、バルブのリフト量やリフトタイミング等、リフト特性のばらつきが大きくなることは避けられない。
この点、例えば特許文献3、4に記載の動弁装置では、各バルブ毎にそのリフト量を調整する機構を設けており、動弁装置をシリンダヘッドに取り付けた状態で各バルブ毎のリフト量を計測して、そのばらつきが小さくなるように調整するようにしている。
特開平04−82342号公報 特開2005−69043号公報 特開2006−29246号公報 特開2006−105082号公報
しかしながら、前記後者の従来例(特許文献3、4)に記載の自動車用エンジンにおいては、一般的にあまり余裕のない動弁系のレイアウトスペースに可変機構を備えるとともに、更にリフト量の調整機構も設けているため、構成部品同士の間隔は非常に狭い。このため、構成部品を全てシリンダヘッドに組み付けた状態では、調整のための工具やそれを把持する作業者の手が周囲の構成部品等と干渉しやすく、作業のしやすいものとは言い難い。
勿論、リフト量の調整機構は設けずに、一旦、シリンダヘッドに取り付けた動弁装置を分解し、部品の選択組み付けによってリフト量のばらつきを軽減するという方法もあるが、これを量産ラインで実施するのは煩雑であり、現実的とは言えない。
かかる点に鑑みて本発明の目的は、エンジンの動弁装置において複数のシリンダに亘る吸気バルブや排気バルブのリフト特性のばらつきを容易に且つ正確に調整できるようにすることにある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る動弁装置は、複数のシリンダを有するエンジンの吸気バルブ又は排気バルブを動作させるものであって、前記エンジンの出力軸の回転に連動するカム軸と、該カム軸の駆動カムによって動作され、揺動部材によって前記吸気バルブ又は排気バルブのいずれか一方を往復動作させる揺動機構と、それらカム軸及び揺動機構を夫々動作可能に収容するケース部材と、を備えている。
そして、そのケース部材が、前記複数のシリンダに亘ってシリンダヘッドに上方から重ね合わされるように、その吸気側又は排気側のいずれか一方に着脱可能に取り付けられ、シリンダの並ぶ方向の両端の端壁部と、隣り合うシリンダの間のシリンダ間壁部と、前記シリンダの並ぶ方向に延びて前記端壁部及びシリンダ間壁部を連結する連結壁部と、を備えている。
すなわち、本発明では、上述した前者の従来例(特許文献1、2)のように吸気側及び排気側を全部まとめてユニット化するのではなく、それらのいずれか一方の動弁装置のみをユニット化して、シリンダヘッドに取り付けるようにしている。例えば吸気側の動弁装置をユニット化した場合、これをシリンダヘッドに取り付ける前にリフト量等のばらつきを調整するのであれば、その際に排気側の動弁系構成部品が邪魔になることはない。
しかも、吸気側又は排気側のいずれか一方のみであれば、両者をまとめた場合に比べるとユニットの寸法及び重量が半分くらいになり、このユニットをシリンダヘッドに取り付ける作業も容易になる。なお、吸気側又は排気側のいずれか一方というのは、両者をまとめてユニット化するのではないという意味であって、両者を個別にユニット化する場合は当然に含む。
ここで、仮に前記特許文献1、2のように吸気側及び排気側を全てまとめた動弁機構ユニットをシリンダヘッドに取り付ける前に、リフトばらつきの調整を行ったとしても、それをシリンダヘッドに締結すると、このシリンダヘッドにおけるシリンダ毎の寸法、形状の誤差に起因して梯子状の枠体が変形し、動弁系の構成部品同士の位置関係は許容範囲を超えてずれてしまう。
これに対し本発明では、吸気側又は排気側のいずれか一方のみをユニット化しており、その寸法及び重量が小さいにも拘らず、ケース部材にはシリンダの並ぶ方向の両端及びシリンダ間にそれぞれ壁部を備え、それらを連結壁部によって連結しているので、ケース全体としての剛性を確保しやすい。このため、ユニット化した動弁装置をシリンダヘッドに取り付ける前にリフトばらつきを調整することの実効を担保し得る。
なお、前記の特許文献1、2には動弁機構をユニット化してシリンダヘッドに取り付けることは開示されているが、そのユニットの段階でシリンダヘッドに取り付ける前にリフトばらつきを調整することは示唆されていない。すなわち、従来までは動弁装置をユニット化しても、しなくても、リフトばらつきの調整はシリンダヘッドに取り付けた状態で行うことが一般的だったのである。
そして、前記のように動弁装置ユニットの剛性を確保するという観点から好ましいのは、そのケース部材に両端壁部、シリンダ間壁部及び連結壁部の夫々の下端を繋ぐように床部を備えて、より剛性を高めやすいボックス状とすることである。こうした場合その床部には、揺動部材によってバルブのタペットを押動するための開口を設けなくてはならないが、剛性を高めるためには開口の大きさは小さい方がよい。
そこで、ケース部材の床部には、下方からやや斜めに挿通されるタペットに対応して楕円形状の穴を開口させるとともに、この穴の外周から楕円の短軸方向に延びるように前記揺動部材との干渉を回避するための切り欠きを形成してもよい。言い換えると、ケース部材の床部には、タペットやこれを押動する揺動部材との干渉を回避するために最小限、必要な程度の開口や切り欠きを形成するのがよい。
ところで、前記の如く動弁装置をユニット化して、シリンダヘッドに取り付ける前にバルブ毎のリフト量を調整するためには、夫々のバルブに対応する揺動部材がタペットと当接している状態を再現しなくてはならない。そのためにケース部材の両端壁部及びシリンダ間壁部には夫々、シリンダの並ぶ方向に延びる棒状の治具を挿通するための治具挿入孔を形成して、その治具を揺動部材の夫々に当接させるようにしてもよい。
この場合に前記ケース部材の両端壁部及びシリンダ間壁部を夫々上下に分割可能とし、この分割部位において割り面の少なくとも一方を切削加工することによって前記治具挿入孔を形成してもよい。ケース部材の割り面であればドリルで穿孔する必要がなく、比較的容易に且つ高精度に加工できるからである。なお、割り面の双方を加工する必要はなく、いずれか一方のみを加工すればよい。
また、前記動弁装置の具体的な構成として、前記揺動機構に前記揺動部材を揺動可能に支持する支持軸を備える場合には、前記のようにケース部材の端壁部及びシリンダ間壁部を上下に分割する部位に、前記支持軸を回動可能に保持する断面円形の保持孔を半割状に形成してもよい。こうすれば、支持軸を揺動部材とともにケース部材に容易に組み付けることができる。
更に動弁装置は、バルブのリフト特性を変更可能な可変機構が組み込まれていてもよい。例えば前記揺動機構には、カム軸の駆動カムによって動作される従動部材を備え、この従動部材の動作に連動して前記揺動部材が支持軸の周りを揺動するように構成した上で、その従動部材は、揺動部材に対して連結ピンにより回動可能に連結するとともに、支持軸の一部に偏心状態で設けられているローラに当接して、駆動カムから受ける力に抗して支持されるものとする。
そして、前記支持軸をその軸心の周りに回動させてローラの位置を変化させると、連結ピンを支点とする従動部材及び揺動部材の相対的な位置関係が変化し、その従動部材から揺動部材に伝わる駆動カムの動作が変化して、バルブのリフト特性が変化するようになる。こうしてバルブリフトの可変機構が構成される。
そのような可変機構を備えた動弁装置においては、駆動カムの動作をバルブに伝達する部品の数が多いことから、リフトばらつきが大きくなりやすいので、例えば大きさの異なる複数のローラを予め用意しておき、これを入れ替えることによってリフトばらつきを調整してもよい。ローラの入れ替えには動弁装置を分解しなくてはならないので、これをシリンダヘッドに取り付ける前に調整作業を行える本発明の意義は大きい。
以上、説明したように本発明に係る動弁装置によると、吸気側及び排気側の少なくとも一方を単独でユニット化してコンパクトにケース部材に収容し、これをシリンダヘッドに着脱可能に取り付ける構造としたので、そのユニットのシリンダヘッドへの取り付けが容易に行えるとともに、取り付けの前にバルブ毎のリフトばらつきの調整を容易に行うことができる。しかも、動弁装置ユニットのケース部材の剛性を確保しやすく、シリンダヘッドに取り付ける前にリフトばらつきを調整することの実効が担保される。
本発明に係るエンジンを搭載した自動二輪車の右側面図である。 同エンジンを拡大して一部断面化した右側面図である。 同エンジンの動弁系を拡大して表した断面図である。 ケースの一部を省略して吸気側の動弁装置の構造を表した斜視図である。 同動弁装置の揺動カム機構の要部斜視図である。 同揺動カム機構の別の角度から見た要部斜視図である。 図3に表した動弁装置の通常時における動作を説明する図である。 やや低リフトのときの図7相当図である。 吸気側の動弁装置ユニットをケースを省略せずに表した図4相当図である。 動弁装置ユニットのケース部材を単独で表した三面図である。
以下、本発明に係る動弁装置の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係るエンジンEを搭載した自動二輪車1の右側面図である。なお、以下の実施形態で用いる方向の概念は、自動二輪車1に騎乗したライダーRから見た方向を基準とする。
図1に表したように自動二輪車1は、操舵輪である前輪2と駆動輪である後輪3とを備えている。前輪2は、各々略上下方向に延びる左右一対のフロントフォーク4の下端部に回転自在に支持されており、一方、フロントフォーク4の上部は、アッパー及びアンダーの一対のブラケットを介してステアリング軸(図示せず)に支持されている。アッパーブラケットには左右へ延びるバー型のハンドル5が取り付けられており、ステアリング軸は車体側のヘッドパイプ6に内挿された状態で回転自在に支持されている。
そして、ハンドル5の左右両端部には夫々グリップ(右側はアクセルグリップ5a)が配設されており、このグリップを掴んでハンドル5を操作することによりライダーRは、前記一対のフロントフォーク4及び前輪2を一体的にステアリング軸の周りに揺動させ、前輪2を所望の方向へ転向させることができる。また、ライダーRは、右手で掴んだアクセルグリップ5aを手首のひねりによって回動させ、エンジンEの出力を調整することができる。
前記のヘッドパイプ6からは車体の骨格を構成する左右一対のメインフレーム7が後方へ延設されており、該メインフレーム7の後部からは、ピボットフレーム8が下方へ延設されている。このピボットフレーム8に設けられたピボット9には、スイングアーム10の前端部が軸支されており、該スイングアーム10の後端部には後輪3が回転自在に支持されている。
メインフレーム7の上方には燃料タンク12が設けられ、その後方には騎乗用のシート13が設けられている。また、左右のメインフレーム7間の下方にはエンジンEが搭載されている。エンジンEの出力は、図示しないドライブチェーンを介して後輪3へ伝えられる。なお、図の例では前輪2の上方からエンジンEの側方にかけてカウリング19が設けられている。ライダーRはシート13に亘って、ハンドル5の左右のグリップを握り、エンジンEの後部近傍に設けられたステップ14に足を載せて走行する。
−エンジン−
図2は、図1に表したエンジンEを拡大して一部断面化した右側面図である。一例としてエンジンEは並列二気筒エンジンであり、図2に表すようにシリンダヘッド20、シリンダヘッドカバー21、シリンダブロック22及びクランクケース23を備えている。シリンダヘッド20の後部には、シリンダ毎に吸気ポート20Aが設けられ、斜め後上方へ開口している。一方、シリンダヘッド20の前部にはシリンダ毎に排気ポート20Bが設けられ、前方へ開口している。
また、エンジンEは、いわゆるダブル・オーバーヘッド・カムシャフト式(DOHC式)のもので、詳しくは後述するがシリンダヘッド20の上部には、吸気側の動弁装置50A(図3を参照)の駆動カム軸24と排気側の動弁装置50Bの駆動カム軸25とが、車体の前後方向に並んで設けられ、夫々が2つのシリンダに亘って車幅方向に延びている。そして、それらの上方を覆うようにシリンダヘッドカバー21が被せられ、シリンダヘッド20に固定されている。
一方、シリンダヘッド20の下部にはシリンダブロック22が接続され、夫々ピストン(図示せず)を収容する2つのシリンダが形成されている。このシリンダブロック22の下部にはクランクケース23が接続されて、車幅方向に延びるクランク軸26を収容している。これらシリンダヘッド20、シリンダヘッドカバー21、シリンダブロック22、及びクランクケース23の右壁部にはチェーントンネル27が形成されていて、クランク軸26の回転動力を駆動カム軸24,25に伝達するチェーン式の回転伝達機構28が収容されている。なお、クランクケース23の下部にはオイルパン29が取り付けられ、クランクケース23の前部にはオイルフィルタ30が配設されている。
回転伝達機構28は、吸気カムスプロケット31、排気カムスプロケット32、クランクスプロケット33及びタイミングチェーン34を備えている。詳しくは、吸気側及び排気側の夫々の駆動カム軸24,25の右側の端部がチェーントンネル27内に突出しており、この端部に吸気側及び排気側のカムスプロケット31,32が設けられている。同様に、クランク軸26の右側の端部もチェーントンネル27内に突出しており、この端部にクランクスプロケット33が設けられている。
そして、吸気カムスプロケット31、排気カムスプロケット32及びクランクスプロケット33には、タイミングチェーン34が巻き掛けられており、クランクスプロケット33が回転すると、吸気カムスプロケット31及び排気カムスプロケット32が連動して回転する。吸気カムスプロケット31及び排気カムスプロケット32の直径は同じであり、クランクスプロケット33の直径の2倍なので、駆動カム軸24,25はクランク軸26の1/2の周期で回転する。
また、チェーントンネル27内には可動チェーンガイド35と固定チェーンガイド36とが設けられている。固定チェーンガイド36は、タイミングチェーン34の前側にて上下方向に延設され、クランクスプロケット33の前方近傍位置から排気カムスプロケット32の下方近傍まで延びている。この固定チェーンガイド36は、長手方向に沿って後部に形成された溝(図示せず)により、タイミングチェーン34を前方から支持している。
可動チェーンガイド35は、タイミングチェーン34の後側にて上下方向に延設され、その下端部は、クランクスプロケット33の上方近傍にてクランクケース23の右壁部に枢支され、その上端部は、吸気カムスプロケット31の下方近傍に位置している。可動チェーンガイド35は、シリンダヘッド20の後壁部に設けられた油圧式テンショナー37により、その上部が前方へ付勢されており、タイミングチェーン34を後方から支持して該タイミングチェーン34に適度な張力を与えている。
更に、クランク軸26の右側部分には駆動ギヤ38が設けられ、トランスミッション42のインプット軸40に設けられている被駆動ギヤ43と噛み合っている。すなわち、クランクケース23の後部はトランスミッション室39になっており、その内部にはトランスミッション42のクランク軸26と略平行にインプット軸40とアウトプット軸(図示せず)とが収容されている。それら両軸には互いに接続可能な複数のギヤ41が取り付けられており、接続される歯車の組み合わせが変わることによって入出力回転の変速比、即ちトランスミッション42の変速段が変更される。
なお、図の例ではエンジンEはトロコイドロータ式のオイルポンプ44を備えている。オイルポンプ44は、トランスミッション42のインプット軸40に設けられたポンプ駆動ギヤ45に噛合するポンプ従動ギヤ46を備えており、クランク軸26の回転に伴ってオイルポンプ44が駆動される。
−動弁系−
図3は、エンジンEの動弁系の構造を表した断面図であり、図2とは反対に右側が自動二輪車1の後方になる。また、図4は、ケースの一部を省略して吸気側の動弁装置50Aを表した斜視図であり、紙面奥の斜め右側が自動二輪車1の後方になる。図3のようにシリンダヘッド20には、シリンダC(仮想線で上部を示す)内の燃焼室52に対して吸気ポート20Aを開閉する吸気バルブ機構51Aと、同様に排気ポート20Bを開閉する排気バルブ機構51Bと、それらを動作させる吸気側及び排気側の夫々の動弁装置50A,50Bとが設けられている。エンジンEの2つのシリンダCは車幅方向に並んでおり、これに対応して燃焼室52は図3の紙面奥方向に並んでいる。
この例では吸気側と排気側とで動弁装置50A,50B及びバルブ機構51A,51Bは略同一の構造なので、以下では吸気側について代表して説明する。まず、吸気バルブ機構51Aについて説明すると、これは公知の構造であり、ポペット弁であるバルブ本体53は、吸気ポート20Aを開閉するフランジ部53aと、該フランジ部53aから上方に延びてシリンダヘッド20の上壁部を貫通するステム部53bとを有している。
そのステム部53bの上半部は、シリンダヘッド20の上壁部に形成された断面円形の配設孔内をその中心線に沿って上方に延び、上端部がシリンダヘッド20の上壁部の上面と略同じ高さに位置している。ステム部53bの上端部には溝が形成され、その溝に挟み込まれたコッター56にスプリングリテーナ55が取り付けられて、配設孔の上端付近に位置している。一方、配設孔の底部にはスプリングシート54が配設されていて、このスプリングシート54とスプリングリテーナ55との間にバルブスプリング57が介装されている。
この例ではバルブスプリング57は圧縮コイルばねであり、スプリングシート54とスプリングリテーナ55との間で弾発力を発生する。これにより、スプリングリテーナ55を介してバルブ本体53が上方に付勢され、そのフランジ部53aが燃焼室52に臨む吸気ポート開口の周縁部(バルブシート)に押し付けられている。つまり、吸気バルブ機構51Aにおいてバルブ本体53は通常、バルブスプリング57によって上方に付勢され、吸気ポート20Aを閉ざしている。
また、バルブ本体53のステム部53bには、スプリングリテーナ55やコッター56及びバルブスプリング57の上半部を覆うように、下方に開口する有底円筒状のタペット58が取り付けられている。タペット58の上底部は配設孔から上方に突出していて、その上面には動弁装置50Aの後述する揺動部材61が摺接している。揺動部材61の揺動に伴いタペット58が下方に押動されると、バルブ本体53が押し下げられ(リフト)、そのフランジ部53aがバルブシートから離れて吸気ポート20Aを開放する。
そのように吸気バルブ機構51Aを動作させる吸気側の動弁装置50Aは、上述したようにエンジンEのクランク軸26の回転に連動する駆動カム軸24と、これに設けられた駆動カム24aに摺接して、その輪郭に対応する動作を揺動運動に変換し、前記のように揺動部材61によって吸気バルブ機構51Aのタペット58を押動する揺動カム機構48と、を備えている。
図4に表したように駆動カム軸24は車幅方向(図の左右方向)に延び、同図には示さない2つのシリンダCに亘って設けられていて、その両端部と中央部との3箇所のジャーナル24bが、後述のようにシリンダヘッド20に取り付けられる動弁装置ケース100のジャーナル受け部に回転自在に支持されている。また、駆動カム軸24には、隣り合うジャーナル24bの間に2つずつ、合計4個の駆動カム24aが設けられていて、夫々が揺動カム機構48を動作させるようになっている。
すなわち、本実施形態ではシリンダC毎の吸気ポート20Aが途中で分岐して、燃焼室52に対し2箇所で開口しており、この各開口端を夫々開閉するようシリンダC毎に2組の吸気バルブ機構51Aが設けられている。そして、その各組の吸気バルブ機構51Aを夫々動作させるためにシリンダC毎に2組の、即ち4個の揺動カム機構48が、前記駆動カム軸24の4個の駆動カム24aに対応して設けられている。
−揺動カム機構−
より詳しくは、前記4個の揺動カム機構48は、駆動カム軸24の下方に離れて平行に延びる支持軸60に支持されている。この支持軸60は、以下に述べるようにその軸心の周りに回動して、バルブリフト特性を変更制御するために用いられるので、以下では制御軸60と呼ぶ。図4に表したように制御軸60には4つの揺動部材61がそれぞれ揺動自在に支持されていて、その揺動により吸気バルブ機構51A(図3を参照)のタペット58を押動する。また、揺動部材61には連結ピン62によって従動部材64が連結されていて、これが駆動カム24aにより押動されると、揺動部材61と一体になって制御軸60の周りを揺動する。
そうして従動部材64と一体に周りを揺動する揺動部材61によってタペット58が押動され、吸気バルブ機構51Aのバルブ本体53が往復動作される。つまり、一体的に制御軸60の周りを揺動する揺動部材61及び従動部材64によって、駆動カム24aの輪郭に対応する動作が吸気バルブ機構51Aに伝えられる。
更に本実施形態では、前記のように一体的に揺動する揺動部材61と従動部材64との相互の位置関係を変更して、駆動カム24aの動作の一部が吸気バルブ機構51Aに伝わらないようにする(ロストモーション)ことができる。すなわち、以下に説明するように制御軸60の回動によって従動部材64が揺動部材61に近づくと、その分、駆動カム24aから吸気バルブ機構51Aへ伝達される動作が小さくなって、バルブ本体53のリフトが低くなるのである。
より具体的には、前記揺動部材61に対する従動部材64の連結ピン62周りの位置、つまり両者間の挟み角が連続的に変更可能になっている。すなわち、上述したように揺動部材61が制御軸60の周りに回動自在である一方で、その揺動部材61の連結ピン62周りの従動部材64の回動は、制御軸60に埋設したローラ65によって制限されているため、制御軸60をその軸心の周りに回動させてローラ65の位置を変更すれば、揺動部材61と従動部材64との相互の位置関係が変化するのである。
以下に揺動カム機構48の構成について、図5、6も参照してより詳細に説明する。図5は、図3、4に表した揺動カム機構48の要部斜視図であり、図6は、揺動カム機構48を別の角度から見た要部斜視図である。
まず、揺動部材61は、制御軸60に回動自在に外嵌される円環部61aと、その下部から半径方向外方に(図5において横向きに)突出する爪状の揺動カム部61bとを有している。この揺動カム部61bは、揺動部材61の揺動に伴い上述のようにタペット58を押動するもので、図3のように駆動カム軸24の軸心方向に見ると概略扇状であって、その下縁にはタペット58の上面に摺接する摺動面が形成されている。この摺動面と円環部61aの軸心との間隔は、該円環部61aに近い揺動カム部61bの基端側からその先端側に向かって徐々に大きくなっている。
一方、円環部61aの上部には、周方向に長い長円形状の切欠部61eが形成されるとともに、この切欠部61eの両側から円環部61aの軸心方向に対峙するよう、その半径方向外方に突出する一対のピン支持部61c,61dが設けられている。これらピン支持部61c,61dの貫通孔に連結ピン62が挿通されていて、これにより従動部材64が回動自在に支持されている。
従動部材64は、前記の連結ピン62が挿通される円環状の支持部64aと、その上部から半径方向外方に(図5において略上向きに)突出する爪状の従動部64bと、反対に支持部64aの下部から半径方向外方に突出するレバー部64cと、を有している。そして、従動部64bの上面(摺動面)が駆動カム24aの外周面と摺接する一方、レバー部64cは揺動部材61の切欠部61eの切欠空間に遊嵌配置されて、制御軸60に埋設されたローラ65に当接している。
すなわち、図に詳細は示さないが、制御軸60には4個の揺動部材61の配設される位置に対応して4箇所に夫々凹陥部60aが形成されていて、その内部に前記従動部材64のレバー部64cが当接するようにしてローラ65を収容している。図3に表れているようにローラ65は、制御軸60の軸心から従動部材64寄りに偏心しており、制御軸60の内部をその軸心方向に貫通する棒部材63によって回転自在に支持されている。ローラ65は、前記のように従動部材64のレバー部64cに当接して、その従動部材64の連結ピン62周りの回動を制限する。
つまり、従動部材64は、揺動部材61に連結ピン62の周りに回動自在に支持されるとともに、制御軸60に偏心状態で埋設されたローラ65に当接することによって、駆動カム24aから受ける力に抗して支持されている。このため、従動部材64が駆動カム24aから押動されると、この従動部材64と揺動部材61とが一体になって制御軸60の周りを揺動するようになる。
なお、制御軸60には捻りコイルばね70が外嵌されて、その一端部70aが連結ピン62に巻き掛けられる一方、他端部70bは一端部70aと反対方向に延出して、後述する動弁装置ケース100の床部材110及び本体部材120の間に挟まれて保持されている。この捻りコイルばね70が連結ピン62を介して、揺動部材61を制御軸60の周りに駆動カム軸24に向けて回動付勢しており、これにより従動部材64の摺動面が駆動カム24aの外周面に押し付けられている。
かかる構成において制御軸60の回動によりローラ65の位置が変化し、従動部材64のレバー部64cとの当接位置が変化すると、制御軸60の周りにおいてローラ65により従動部材64の回動の制限される位置が変化する。一方、揺動部材61は制御軸60の回動に依らずその位置は変化しない。このため、揺動部材61と従動部材64との間の挟み角が変更されるのである。
−動弁装置の動作−
前記のように制御軸60を回動させて、揺動カム機構48における揺動部材61と従動部材64との相対的な位置関係を変化させるために、図4に表れているように制御軸60にはウォームギヤ機構72を介して電動モータ73が取り付けられている。すなわち、図4において右端に示すように制御軸60には、それを軸心の周りに回転させるように、外周に歯の形成された扇形のウォームホイール72aが取り付けられ、電動モータ73により回転駆動されるウォームギヤ72bと噛み合わされている。
そして、図示しないコントローラからの指令を受けて電動モータ73が動作し、ウォームギヤ72bが回転することにより、ウォームホイール72aを介して制御軸60が回動される。これにより、前記したように揺動カム機構48において揺動部材61と従動部材64との相対的な位置関係が変化し、駆動カム24aの動作に対する揺動部材61の揺動範囲が変化して、吸気バルブ機構51Aにおけるバルブ本体53のリフト量やそのタイミングが変更される。
一例として図7には、図3に表した動弁装置50Aの通常時における動作を表している。図7の左端に示すように、駆動カム24aのベース円部に従動部材64が接しているリフト量ゼロ(リフト0)の時点では、揺動部材61の揺動カム部61bにおける基端側の摺動面がタペット58の上面に摺接していて、これを押し下げることはない。そして、図の右側に向かって順に示すように、駆動カム24aが図中反時計回りに回動することで、その駆動カム24aにより従動部材64が押し下げられる。
この従動部材64は連結ピン62により揺動部材61に結合されているとともに、レバー部64cがローラ65に当接し駆動カム24aからの力に抗して支持されているので、従動部材64の揺動部材61に対して近づくような連結ピン62周りの回動は制限される。よって、従動部材64のレバー部64cがローラ65の周りを摺動しながら、揺動部材61の円環部61aが制御軸60の外周を摺動し、両者は一体になって制御軸60の周りを図中反時計回りに回動する。その揺動部材61の揺動カム部61bによってタペット58が押し下げられ、同図には表わさないがバルブ本体53が下方に進出(リフト)して吸気ポート20Aを開放する。
次に、前記図7に比べるとやや低リフト特性に変更された動弁装置50Aの動作を図8に表している。制御軸60が図8中の時計回りに回動すると、これに伴いローラ65は相対的に上方に移動して、このローラ65に対する従動部材64のレバー部64cの当接位置が変化する。これにより図の例では従動部材64が揺動部材61に近づくことになるので、駆動カム24aからの動作の一部が伝達されないようになって、揺動部材61によるタペット58の押し下げ量が小さくなる。よって、図8の右端に示すリフト最大の時点でもバルブリフトは相対的に低くなるのである。
−動弁装置のユニットの構造−
上述のようにバルブリフト特性が変更可能な動弁装置50Aは、その分、構造が複雑になり構成部品も多くなるので、それら個々の構成部品をエンジンの量産ラインで組み付けるのは作業効率が良くない。そこで、本実施形態では吸気側、排気側の動弁装置50A,50Bを夫々ユニット化して、構成部品をケース部材に組み付けた状態でシリンダヘッド20に取り付けるようにしている。
図9は、図4のようにケースを省略することなく、吸気側の動弁装置50Aを表したもので、両図のように本実施形態では、駆動カム軸24や制御軸60の他、4個の揺動カム機構48の夫々の揺動部材61、連結ピン62、従動部材64、ローラ65、捻りコイルばね70等を動弁装置ケース100に組み付けて、ユニット化している。この動弁装置ケース100は、シリンダヘッド20の上壁部における吸気側全体を覆うように2つのシリンダCに跨って配設されるもので、シリンダヘッド20の上壁部上面に重ね合わされるケース床部材110と、その上部に重ねて組み合わされるケース本体部材120とを備えている。
図10にも表すように、ケース床部材110は、概略長方形の平板状の床部111と、その長手方向、即ち2つのシリンダが並ぶ方向の両端及び略中央において夫々上方に隆起する第1〜第3台座部112〜114とを有している。床部111には、タペット50が下方から挿通される楕円形状の穴111aが開口するとともに、この穴111aの外周から楕円の短軸方向、即ち床部111の幅方向の両側に夫々延出するように切り欠き111bが形成されている。切り欠き111bは、上述したように揺動してタペット58を押圧する揺動部材61の揺動カム部61bとの干渉を避けるためのものである。
また、第1〜第3台座部112〜114は、吸気カムスプロケット31の設けられている駆動カム軸24の右端から左側に向かって(図4,9では左端から右側に向かって)並んでおり、図9において左端の第1台座部112は、シリンダヘッド20の上壁部に開口するオイル落とし穴(図示せず)に対応して厚み方向に2分割され、そのうちケース内方の部分は揺動カム機構48の捻りコイルばね70を収容するために下方に凹嵌している。同様に、反対の端(図の右端)の第3台座部114は捻りコイルばね70を収容するよう内向きに開放した凹陥部を有し、それらの中間に位置する第2台座部113は、ケース床部材110の長手方向両側に凹陥部が形成されて、中間が薄肉状になっている。
それら第1〜第3の台座部112〜114には夫々、制御軸60を下方から支持するように断面が半円形状の凹部112a〜114aが形成されている。そして、以下に述べるようにケース本体部材120の第1〜第3竪壁部121〜123が上方から組み合わされると、両者の間に断面円形の保持孔が形成されて、制御軸60を上下から挟み込み回動自在に保持するようになっている。なお、本実施形態では第2及び第3の台座部113,114の間にも凹部115aを有する台座部115が形成されている。
前記ケース床部材110の第1〜第3の台座部112〜114に対応して、これに組み合わされるケース本体部材120には、その長手方向の両端及び略中央に第1〜第3の竪壁部121〜123が設けられている。また、当該ケース本体部材120は、その幅方向両側を夫々長手方向全体に延びる側壁部124,125(連結壁部)を有し、この側壁部124,125が3つの竪壁部121〜123を連結している。そして、ケース本体部材120の第1〜第3竪壁部121〜123が夫々ケース床部材110の第1〜第3台座部112〜114に組み合わされて、動弁装置ケース100の長手方向両端の端壁部とシリンダ間壁部とを構成する。
また、第3竪壁部123と第3台座部114とについて図10(c)に表すように、夫々の竪壁部121〜123には制御軸60を上方から保持する半円形状の凹部121a〜123aが形成されており、夫々の台座部112〜114の凹部112a〜114aとともに、制御軸60を回動可能に保持する断面円形の保持孔を形成している。言い換えると、動弁装置ケース100の端壁部とシリンダ間壁部とが、ケース床部材110の台座部とケース本体部材120の竪壁部とに上下に分割されていて、その分割部位に制御軸60の保持孔が半割状に形成されている。
一方、第1〜第3竪壁部121〜123の上端には夫々上方から第1〜第3カムキャップ131〜133が組み付けられて、その間に、駆動カム軸24を回転自在に支持するようになっている。第3竪壁部123と第3カムキャップ133とについて図9、10に表しているが、夫々の竪壁部121〜123の上端部には上方に開口する半円形状の下軸受凹部121b〜123bが形成されており、夫々がカムキャップ131〜133の上軸受凹部131a〜133aと連繋して、駆動カム軸24のジャーナル24bと略同じ断面円形の孔部、即ちジャーナル受け部を形成する。
前記のように組み合わされるケース床部材110及びケース本体部材120は、夫々の第1〜第3台座部112〜114と第1〜第3竪壁部121〜123とが第1〜第3カムキャップ131〜133と共に、図10にのみ表す複数のボルト101によって締結される。それらのボルト101の一部は、ケース床部材110も貫通してシリンダヘッド20のボルト穴(図示せず)にねじ込まれ、動弁装置ケース100を取り付けるためにも用いられる。
本実施形態の動弁装置ケース100は、全体としてシリンダCの並ぶ方向に長い直方体のボックス状であり、比較的剛性が高いので、前記のようにボルト101によってシリンダヘッド20に締結しても大きな歪みは生じ難い。すなわち、動弁装置ケース100は、その長手方向の両端に第1、第3の台座部112,114及び竪壁部121,123によって夫々端壁部が形成され、2つのシリンダCの間には第2の台座部113及び竪壁部122によってシリンダ間壁部が形成され、それら両端壁部及びシリンダ間壁部が動弁装置ケース100の幅方向両側の側壁部124,125によって連結されるとともに、床部111によっても連結されてボックス状になっている。
しかも、動弁装置ケース100の床部111には、タペット50の挿通される穴111aや揺動部材61との干渉を回避するための切り欠き111bは形成されているものの、言わば、吸気バルブ機構51Aを動作させるために最小限、必要な程度の開口や切り欠きしか形成されていない。よってその剛性を高くしやすく、動弁装置ケース100の剛性を確保し、ひいては動弁装置50Aを収容したユニット(以下、動弁装置ユニット50Aともいう)の剛性を確保する上で有利である。
なお、前記第1〜第3竪壁部121〜123を連結する両側壁部124,125のうち、図9において手前に示すシリンダヘッド20の幅方向内側(図3参照)の側壁部124には、図示しない点火プラグの収容孔との干渉を回避するように浅い円弧状の窪みが形成されている。また、その側壁部124の下方に近接して、図9には丸棒状の治具140が示されているが、これは以下に述べるように吸気バルブのリフトばらつきを調整する際に用いるもので、調整が終われば取り外される。
−リフトばらつきの調整−
前記のように動弁装置ケース100、ひいては動弁装置ユニット50Aの剛性を高くしているのは、そうしてユニット化した動弁装置50AをエンジンEのシリンダヘッド20に取り付ける前に、4つの揺動カム機構48の夫々の揺動部材61による吸気バルブ機構51Aのタペット58の押動量を揃えて、バルブ本体53のリフトばらつきを軽減するように調整するためである。
すなわち、一般的に量産エンジンでは動弁系の構成部品の寸法に公差の範囲でばらつきがあり、シリンダヘッドにもシリンダ毎の寸法形状にばらつきがある。特に、本実施形態のような揺動カム機構を組み込んだ動弁装置50Aでは、駆動カム24aの動作が従動部材64及び揺動部材61を介してタペット58に伝わることになり、それら揺動部材61及び従動部材64の間の連結ピン62も含めて、寸法誤差や組み付けの誤差等が重畳されることから、バルブ毎のリフト量やタイミング等のばらつきが大きくなるきらいがある。
この点につき本実施形態では、揺動カム機構48において従動部材64を制御軸60の周りに支持するローラ65として、予め外径の異なるものを複数、用意しておき、これを入れ替えることによってリフトばらつきを調整するようにしている。すなわち、前記図4及び図9に表しているようにシリンダヘッド20に取り付ける前の動弁装置ユニット50Aにおいて、4個の揺動カム機構48が並ぶ方向、即ち2つのシリンダが並ぶ方向に延びるように、言い換えると駆動カム軸24や制御軸60と平行になるように丸棒状の治具140をセットして、4個の揺動カム機構48の夫々の揺動部材61がタペット58と当接している状態を再現し、この状態でリフトばらつきを調整する。
そのために、動弁装置ケース100における長手方向両端の端壁部とシリンダ間壁部とに夫々治具挿入孔を形成し、ここに挿入した治具140を4個の揺動カム機構48の夫々の揺動部材61に当接させる。具体的に治具挿入孔は、ケース床部材110とケース本体部材120との接合部に形成しており、図4に表したようにケース床部材110の第1〜第4台座部112〜115の上面には夫々、上方に開口する断面矩形状の溝部112b〜115bがケース床部材110の長手方向に並んで形成され、丸棒状の治具140を保持するようになっている。
同様にケース本体部材120の第1〜第3竪壁部121〜123の下面にも夫々、前記第1〜第3台座部112〜114の溝部112b〜114bに対向するように略同じ形状の溝部121b〜123bが下向きに開口している。そして、第3台座部114と第3竪壁部123とについて図10(c)に表すように、互いに対向する溝部112b〜114bと溝部121b〜123bとが連繋して、断面が略正方形の治具挿入孔を形成する。この治具挿入孔の断面の幅及び高さは夫々治具140の断面の円の直径と略同じであり、これに挿入された治具140を正確に位置決めする。
なお、そうして治具挿入孔を形成する上下の溝部121b〜123b,112b〜114bは、夫々、ケース本体部材120の竪壁部121〜123の下面、及び、ケース床部材110の台座部112〜115の上面を、所要の平面度となるように研削加工する際に、同じ加工装置に保持したまま切削加工することによって容易に且つ高精度に形成することができる。つまり、本実施形態の治具挿入孔は、動弁装置ケース100の端壁部とシリンダ間壁部とが上下に分割される部位において、互いに接合される割り面を夫々切削加工することによって形成されている。
そして、前記の動弁装置ユニット50Aにおいてバルブリフトのばらつきを調整するときには、まず、捻りコイルばね70を除いて動弁装置50Aを一旦、組立てた後に、第3台座部114及び第3竪壁部123の間の治具挿入孔に治具140を挿入して、動弁装置ケース100の長手方向に延びるように配置し、図4に表れているように4個の揺動カム機構48の夫々の揺動部材61に当接させる。この状態で4個の揺動カム機構48のうちのいずれか1つの従動部材64が駆動カム24aのベース円部に当接するように制御軸60を回動させる。
そして、いずれか1つの従動部材64が駆動カム24aに当接すれば、残りの3つの従動部材64と駆動カム24aとの間の隙間を計測し、この計測結果に応じてローラ65を交換する。例えば隙間の大きい揺動カム機構48に対してその分、径の大きなローラ65を選択したり、従動部材64が最初に駆動カム24aに当接した揺動カム機構48に対して径の小さなローラ65を選択したりする。そして、治具140を取り外し、動弁装置50Aを分解して、前記のように選択した径の異なるローラ65と交換した上で、今度は捻りコイルばね70も含めて再び動弁装置50Aを組立てる。
こうして4個の揺動カム機構48のリフトばらつきを許容範囲内に収めた動弁装置50Aを、ボルト101を用いてシリンダヘッド20に締結すると、主にシリンダヘッド20の寸法、形状の誤差に起因して動弁装置ケース100が例えばその長手方向に僅かに曲がったり、或いは長手方向の軸周りに捻れたりする。しかし、本実施形態では前記したようにボックス状の動弁装置ケース100の剛性が高く、前記のような動弁装置ユニット50aの曲げ及び捻れ変形が極めて小さいので、このことに起因するリフトばらつきの変化は僅かなものにすぎない。
以上、説明したように本実施形態に係る動弁装置50A,50Bは、エンジンEの吸気側及び排気側を別々にユニット化し、比較的コンパクトで剛性の高い動弁装置ケース100に収容して、シリンダヘッド20に着脱可能に取り付けている。よって、その取り付け作業が容易になるとともに、取り付けの前にバルブ毎のリフトばらつきを容易に調整することができる。しかも、シリンダヘッド20に締結することによって生じ得る動弁装置ケース100の変形が抑制されて、前記のように取り付けの前にリフトばらつきを調整することの実効が担保される。
また、動弁装置ケース100がケース床部材110、ケース本体部材120及びカムキャップ131〜133からなり、そのケース本体部材120の竪壁部121〜123とカムキャップ131〜133との間に駆動カム軸24を支持するジャーナル軸受けを設けるとともに、竪壁部121〜123とケース床部材110の台座部112〜114との間には、揺動カム機構48の制御軸60を保持する保持孔を設けており、駆動カム軸24や制御軸60の組み付けが容易に行える。
更に、前記ケース床部材110の台座部112〜114とケース本体部材120の竪壁部121〜123との間には、前記制御軸60の保持孔と同様にして治具140の挿入孔も設けることで、高精度の位置決めを要する治具挿入孔を比較的容易に形成することができる。
−他の実施形態−
上述した実施形態の説明は例示に過ぎず、本発明、その適用物又はその用途を制限するものではない。本発明に係る動弁装置は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施形態の構成を変更、追加、又は削除することができる。
例えば前記実施形態ではエンジンEの吸気側及び排気側の両方の動弁装置50A,50Bにリフト特性が可変の揺動カム機構48を備えて、夫々ユニット化しているが、例えば吸気側の動弁装置50Aにのみ可変機構を備え、これのみをユニット化してもよい。また、排気側の動弁装置50Bについてバルブの位相を可変としてもよい。
また、前記の実施形態では動弁装置ケース100をケース床部材110及びケース本体部材120に分割し、更にカムキャップ131〜133を取り付ける構造としているが、これにも限定されない。
また、前記の実施形態では動弁装置ケース100に治具挿入孔を設けるために、ケース床部材110の第1〜第3台座部112〜114の上面に夫々開口する溝部112b〜114bと、これに対向してデース本体部材120の第1〜第3竪壁部121〜123の下面に夫々開口する溝部121b〜123bとを形成しているが、溝部は上下いずれか一方にのみ形成すればよく、こうすれば加工コストを低減できる。
さらに、前記の実施形態では自動二輪車1のエンジンEにおける可変バルブタイミング式の動弁装置50A,50Bを例に説明したが、本発明に係る動弁装置は可変バルブタイミング式でない動弁装置にも適用できるし、自動二輪車以外の乗り物のエンジンにも適用できる。
以上のように本発明に係る動弁装置は、シリンダヘッドへの取り付けやバルブリフトのばらつき調整が容易に行えるという効果を有し、この効果の意義が特に大きい可変バルブタイミング式のもの等に広く適用して有益である。
E エンジン
C シリンダ
24,25 駆動カム軸(カム軸)
24a 駆動カム
26 クランク軸(エンジンの出力軸)
48 揺動カム機構(揺動機構)
50A,50B 動弁装置
51A 吸気バルブ機構
51B 排気バルブ機構
53 バルブ本体(吸気バルブ)
60 制御軸(支持軸)
61 揺動部材
62 連結ピン
64 従動部材
65 ローラ
100 動弁装置ケース(ケース部材)
110 ケース床部材
111 床部
111a タペット50の挿通る穴
111b 切り欠き
112,114 第1、第3台座部(端壁部)
112a,114a 凹部(保持孔)
112b,114b 溝部(治具挿入孔)
113 第2台座部(シリンダ間壁部)
113a 凹部(保持孔)
113b 溝部(治具挿入孔)
120 ケース本体部材
121,123 第1、第3竪壁部(端壁部部)
121a,123a 凹部(保持孔)
121b,123b 溝部(治具挿入孔)
122 第2竪壁部(シリンダ間壁部)
122a 凹部(保持孔)
123b 溝部(治具挿入孔)
124,125 連結壁部
140 丸棒状の治具

Claims (7)

  1. 複数のシリンダを有するエンジンの吸気バルブ又は排気バルブを動作させる動弁装置であって、
    前記エンジンの出力軸の回転に連動するカム軸と、
    該カム軸の駆動カムによって動作され、揺動部材によって前記吸気バルブ又は排気バルブのいずれか一方を往復動作させる揺動機構と、
    前記カム軸及び揺動機構を夫々動作可能に収容するケース部材と、を備えており、
    該ケース部材は、前記複数のシリンダに亘ってシリンダヘッドに上方から重ね合わされるように、その吸気側又は排気側のいずれか一方に着脱可能に取り付けられ、シリンダの並ぶ方向の両端の端壁部と、隣り合うシリンダの間のシリンダ間壁部と、前記シリンダの並ぶ方向に延びて前記端壁部及びシリンダ間壁部を連結する連結壁部と、を備えていることを特徴とする動弁装置。
  2. 前記ケース部材が、前記端壁部、シリンダ間壁部及び連結壁部の夫々の下端を繋ぐ床部を備えたボックス状である、請求項1に記載の動弁装置。
  3. 前記ケース部材の床部には、下方からタペットが挿通される楕円形状の穴が開口するとともに、この穴の外周から楕円の短軸方向に延びるように、前記タペットを押動させる揺動部材との干渉を避けるための切り欠きが形成されている、請求項2に記載の動弁装置。
  4. 前記ケース部材の端壁部及びシリンダ間壁部には、シリンダの並ぶ方向に延びる棒状の治具が挿通されて前記揺動部材の夫々に当接するように、治具挿入孔が形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の動弁装置。
  5. 前記ケース部材の端壁部及びシリンダ間壁部が夫々上下に分割可能とされ、その分割部位において割り面の少なくとも一方を切削加工することにより、前記治具挿入孔が形成されている、請求項4に記載の動弁装置。
  6. 前記揺動機構は、前記揺動部材を揺動可能に支持する支持軸を備え、
    前記ケース部材の端壁部及びシリンダ間壁部の分割部位に、前記支持軸を回動可能に保持する断面円形の保持孔が半割状に形成されている、請求項5に記載の動弁装置。
  7. 前記揺動機構は、前記カム軸の駆動カムによって動作される従動部材を備え、この従動部材の動作に連動して前記揺動部材が支持軸の周りを揺動するように構成され、
    前記従動部材が、前記揺動部材に対して連結ピンにより回動可能に連結されるとともに、前記支持軸の一部に偏心状態で設けられたローラに当接して、前記駆動カムから受ける力に抗して支持されており、
    前記支持軸がその軸心の周りに回動し、前記ローラの位置が変化することで、前記連結ピンを支点とする従動部材及び揺動部材の相対的な位置関係が変化するように構成されている、請求項6に記載の動弁装置。

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