JP2005090455A - Valve system and internal combustion engine provided therewith - Google Patents
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Abstract
Description
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、リフトタイミングおよび作用角を可変制御する動弁装置に関するものである。 The present invention relates to a valve operating apparatus that variably controls a lift amount, a lift timing, and a working angle of a valve in accordance with an accelerator opening in an internal combustion engine in a motorcycle or an automobile.
最近の内燃機関において、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の動弁装置が提案されている。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。 In recent internal combustion engines, a combination of variable phase and cam switching has started, and thereafter a valve operating system using a three-dimensional cam that continuously varies the working angle and lift amount has been proposed. 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 hitting cylindrical tappet, and a valve lift amount is continuously variable by sliding a three-dimensional cam in the axial direction.
この種の動弁装置において気筒あたり4つの吸排気バルブを備え、さらにそれらのバルブの作動タイミングを変更する機構を持つものが開発されている。たとえば吸気側のカム位相を可変制御し、排気側とのオーバラップ量をエンジン回転数に応じて変化させることで、燃焼効率を向上させるようにしている。 This type of valve operating device has been developed which includes four intake / exhaust valves per cylinder and further has a mechanism for changing the operation timing of these valves. For example, the combustion efficiency is improved by variably controlling the cam phase on the intake side and changing the overlap amount with the exhaust side according to the engine speed.
かかる従来例において、バルブの開閉タイミングそれ自体は回転数全域で自由に設定可能になるが、特にバルブリフト量あるいは作用角についてはカムのスライド位置により予め決められたものに限定される。すなわち、同一のカムスライド位置においてバルブリフト量の可変範囲には限界があった。 In such a conventional example, the valve opening / closing timing itself can be freely set in the entire rotation speed range, but the valve lift amount or the operating angle is limited to a predetermined one depending on the slide position of the cam. That is, there is a limit to the variable range of the valve lift amount at the same cam slide position.
本発明はかかる実情に鑑み、常にバルブの開閉タイミング、バルブリフト量あるいは作用角を任意に可変可能に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。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a valve operating apparatus and an internal combustion engine including the valve operating apparatus that can arbitrarily change the valve opening / closing timing, the valve lift amount, or the operating angle.
本発明の動弁装置は、カム高さとカム作用角が連続的に変化する立体カムと、前記立体カム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の相対移動により、前記バルブのリフト特性を連続可変するようにした動弁装置であって、前記バルブリフタのタペットと前記バルブの間にスイングアームを介挿して、前記スイングアームにおけるアーム比を変化させることにより、前記立体カムおよび前記バルブリフタ間の任意の相対移動位置において前記バルブのリフト量およびリフトタイミングが可変するようにしたことを特徴とする。 The valve operating apparatus according to the present invention has a lift characteristic of the valve by relative movement of a three-dimensional cam in which a cam height and a cam working angle continuously change and a valve lifter that is pressed against the cam surface of the three-dimensional cam to advance and retract the valve. In which the swinging arm is interposed between the valve lifter tappet and the valve, and the arm ratio of the swing arm is changed to change between the solid cam and the valve lifter. The lift amount and lift timing of the valve can be varied at any relative movement position.
また、本発明の動弁装置において、前記スイングアームのアーム比を可変させるように、前記タペットガイドの位相を変化させるタペットガイド位相可変機構を持つことを特徴とする。 Further, the valve operating apparatus of the present invention is characterized by having a tappet guide phase varying mechanism for changing the phase of the tappet guide so as to vary the arm ratio of the swing arm.
また、本発明の動弁装置において、前記スイングアームのアーム比を可変させるように、スイングアームホルダの位相を変化させるスイングアームホルダ位相可変機構を持つことを特徴とする。 Further, the valve gear of the present invention is characterized in that it has a swing arm holder phase varying mechanism for changing the phase of the swing arm holder so as to vary the arm ratio of the swing arm.
また、本発明の動弁装置において、前記バルブの作動タイミング特性を変更するバルブタイミング連続可変機構が併設され、同一の作用角で前記バルブのリフトタイミングおよびリフト量を自由設定可能にしたことを特徴とする。 Further, in the valve operating apparatus of the present invention, a valve timing continuous variable mechanism for changing the operation timing characteristics of the valve is provided, and the lift timing and the lift amount of the valve can be freely set at the same operating angle. And
また、本発明の動弁装置において、単一の前記タペットによって2つのバルブを開閉駆動するとともに、該タペットは自動調心機能を有し、前記2つのバルブのバルブスプリング荷重に差を持たせることにより、低リフト領域付近のバルブストローク量が相違するようにしたことを特徴とする。 Moreover, in the valve operating apparatus of the present invention, the two valves are opened and closed by the single tappet, and the tappet has a self-aligning function so that the valve spring load of the two valves has a difference. Thus, the valve stroke amount in the vicinity of the low lift region is made different.
また、本発明の動弁装置において、前記スイングアームの前記タペットとの接触面は、前記カムシャフトの軸心を中心とする所定の曲率半径を持つように形成されることを特徴とする。 In the valve gear of the present invention, the contact surface of the swing arm with the tappet is formed to have a predetermined radius of curvature centered on the axis of the camshaft.
また、本発明の動弁装置において、前記タペットの前記スイングアームとの接触面は、前記スイングアームの前記接触面よりも小さい曲率半径を持つように形成されることを特徴とする。 In the valve gear of the present invention, a contact surface of the tappet with the swing arm is formed to have a smaller radius of curvature than the contact surface of the swing arm.
また、本発明の動弁装置において、前記タペットの前記接触面の曲率中心は、前記タペットのストローク軌跡よりも前記スイングアームの揺動支点に対して反対側に偏倚して設定されることを特徴とする。 In the valve gear of the present invention, the center of curvature of the contact surface of the tappet is set so as to be biased to the opposite side of the swing trajectory of the swing arm with respect to the stroke locus of the tappet. And
また、本発明の動弁装置において、前記スイングアームのバルブシムとの接触面は、前記カムシャフトの軸心を中心とする所定の曲率半径を持つように形成されることを特徴とする。 In the valve gear of the present invention, a contact surface of the swing arm with the valve shim is formed to have a predetermined radius of curvature centered on the axis of the camshaft.
また、本発明の動弁装置において、前記スイングアームの揺動支点は、前記バルブのバルブステムによって設定されるVバンク外側に配置されることを特徴とする。 Further, in the valve gear of the present invention, the swing fulcrum of the swing arm is arranged outside the V bank set by the valve stem of the valve.
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、吸気側または排気側に上記いずれかの動弁装置を備えたことを特徴とする。 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 is characterized in that any one of the above valve operating devices is provided on the intake side or the exhaust side. .
本発明によれば、この種のエンジンにおいてアクセル開度に応じてバルブリフト量および作動角を無段階可変制御する。この場合、バルブリフタのタペットとバルブの間にスイングアームを介挿して、スイングアームにおけるアーム比を変化させる。これにより立体カムおよびバルブリフタの任意の相対移動位置においてバルブのリフト量およびリフトタイミングが可変することができる。このようにカムの同一スライド位置でバルブリフト量を可変制御することができるため、略同一の出力域でもエンジンの全回転範囲において最適なバルブリフト量およびリフトタイミングを選定もしくは設定することが可能になる。これにより燃費性能や排ガス性能が格段に向上する According to the present invention, in this type of engine, the valve lift amount and the operating angle are variably controlled in accordance with the accelerator opening. In this case, a swing arm is inserted between the valve lifter tappet and the valve to change the arm ratio of the swing arm. As a result, the lift amount and lift timing of the valve can be varied at any relative movement position of the three-dimensional cam and the valve lifter. As described above, the valve lift amount can be variably controlled at the same slide position of the cam, so that it is possible to select or set the optimum valve lift amount and lift timing in the entire engine rotation range even in substantially the same output range. Become. This significantly improves fuel efficiency and exhaust gas performance.
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の例とする。
Hereinafter, preferred embodiments of a valve gear according to the present invention and an internal combustion engine including the same will be described with reference to the drawings.
(First 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. To do.
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。
First, the overall configuration of the
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。
A
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。
The engine unit 1 (solid line portion) mounted on the
ここで、エンジンユニット1におけるシリンダヘッド2乃至シリンダヘッドカバー2aの所定部位(たとえば図1のようにシリンダヘッドカバー2aの後部)には、後述するタペット位相可変用の駆動モータが搭載される。タペット位相可変用駆動モータは、燃料タンク117やその他エンジン周辺の部品もしくは部材と相互に干渉しないように配置される。
Here, a drive motor for changing the tappet phase, which will be described later, is mounted on predetermined portions of the
タペット位相可変用駆動モータはリンクを用いれば、吸気側でも排気側でも設置可能であるが、排気側に設ける場合燃料タンク117に形成する凹部が露出されて、そのままでは外観性が低下するので、それを考慮に入れると吸気側に設ける方が好ましい。
The tappet phase variable drive motor can be installed either on the intake side or on the exhaust side if a link is used, but when it is provided on the exhaust side, the recess formed in the
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。
Further, in FIG. 1, 120 is a headlamp, 121 is a meter unit including a speedometer, tachometer, or various indicator lamps, and 122 is a rearview mirror supported by the
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。
The
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線に沿う断面図、図4は図2のB−B線に沿う断面図である。この実施形態ではたとえば単気筒エンジンであって、気筒の吸気側(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。なお、この実施形態では吸気側に本発明を適用した例とするが、吸気側および排気側のいずれかのみに適用することもできる。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。
2 is a side sectional view of the main part of the device of the present invention, FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line BB in FIG. In this embodiment, for example, a single-cylinder engine has two valves (that is, four valves) on the intake side (IN) and the exhaust side (EX) of the cylinder. In this embodiment, the present invention is applied to the intake side. However, the present invention can be applied only to either the intake side or the exhaust side. A
なお、この実施形態では、カムおよびカムシャフト間のカムシャフト軸方向の相対位置を変化させるためにカム側をスライド移動させるが、カム側あるいはカムシャフト側いずれかを移動させることでバルブリフト特性を連続可変することが可能である。 In this embodiment, the cam side is slid in order to change the relative position in the camshaft axial direction between the cam and the camshaft. However, the valve lift characteristics can be improved by moving either the cam side or the camshaft side. It can be continuously variable.
動弁装置は、車幅(左右)方向に沿って配置されるカム/カムシャフトユニットと、カム/カムシャフトユニットにおけるカムのカム面に押されてバルブを進退させるバルブリフタユニットと、吸排気を制御するバルブユニットと、アクセル開度に応じてカムをカムシャフトの軸方向にスライド変位させるアクセルシャフトユニットと、バルブリフタユニットのタペットとバルブの間に介挿されたスイングアーム機構とを含んでいる。 The valve gear controls the cam / camshaft unit that is arranged along the vehicle width (left and right) direction, the valve lifter unit that is pushed by the cam surface of the cam in the cam / camshaft unit, and controls intake and exhaust. And a swing arm mechanism interposed between the tappet of the valve lifter unit and the valve.
まず、カム/カムシャフトユニットにおいて、カムシャフト11はメタルベアリング12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を介してカム13が直線運動(リニアモーション)するようになっている。カムシャフト11は典型的には中空構造とし、その中空内部に潤滑油路を形成して軸受部等に注油することができる。
First, in the cam / camshaft unit, the
カムシャフト11の一端には後述する可変バルブタイミング機構を介して、スプロケット15が固着している。排気側のカムシャフト11Exの一端にも同様なスプロケット15Exが固着しており、図5に示した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との間には、カムチェーン4が巻回装架される。なお、図5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。
A
ここで、カム13は所謂「3次元カム」として立体的に構成され、気筒の吸気側および排気側に1つずつ設けられる。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面は、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。このようなカム13に対してバルブリフタユニットをスライド移動させることにより、吸気バルブおよび排気バルブのリフト量、作用角およびリフトタイミングを無段階に可変制御することができる。
Here, the
さらに、カム13のスライド機構に加えて、カムシャフト11の一端にはカムタイミングの変更機構が付加される。この可変バルブタイミング機構16(たとえば、「VVT機構」等と呼ばれている)は、油圧を利用してカムシャフト11の回転方向位相を可変することができ、バルブタイミングの可変機能とタペットガイド位相可変時のタイミング調整機能とを備えている。
Further, in addition to the slide mechanism of the
可変バルブタイミング機構16によれば、装置の大型化やコストアップを伴わずに有効にカムタイミングを変更することができる。カムタイミングの変更には、カムシャフト11自体がスライドしないため、カム位相センサ17(図3)を効果的に使用することができる。カム位相センサ17は、カムシャフト11の他端側に植設したピン18を検知して、カム13の位相を検出するようになっている。
なお、シリンダヘッドカバー2aの適所には、スプロケット15の位相を検出するスプロケット位相センサ19が設けられている。
According to the variable
A
排気側のカムシャフト11Exの一端側は、ベアリング20によって回転自在に支持される。なお、排気側のカム/カムシャフトユニットは、吸気側のカム/カムシャフトユニットと基本構成が同様であるが、カム13EXの具体的な諸元についてはカム13と異なる。
One end of the exhaust-
吸気側のバルブリフタユニットにおいて、図3に示すように外周面が球状面とされたタペットローラ21を備え、その外周面がカム13に接触する。なお、タペットローラ21の外周面のうちカム13と接触しない片側部分を軽量化等の目的で薄肉化してもよい。タペットローラ21内には腕部材22が配置される。タペットローラ21の内周面は球状面とされており、この内周面と腕部材22中央の大径部との間にボール24が介在する。したがって、ボール24を介してタペットローラ21が回転可能に支持されるとともに、腕部材22が揺動可能である。腕部材22がタペットローラ21に対して傾いたときにもタペットローラ21を正常回転可能とする調芯機能を発揮する。
As shown in FIG. 3, the intake-side valve lifter unit includes a
腕部材22を覆うようにタペットガイド23が配置される。タペットガイド23はタペットローラ21をガイドするガイド部23aと、カムシャフト11と同心外側で回動可能となるようにシリンダヘッド2によって支持される支持部23bと、後述する駆動モータによって作動するドライブギヤと噛合するギヤ部23cとを備えている。シリンダヘッド2乃至シリンダヘッドカバー2aにはタペットガイド23の位相を可変制御するための駆動モータ25が搭載されており、その出力軸に設けたドライブギヤ26がギヤ部23cと噛合するようになっている。これらの部材は、タペットガイド23の位相を変化させるタペットガイド位相可変機構を構成する。
A
タペットとバルブの間、すなわち腕部材22とタペットシムとの間にはスイングアーム27が介挿される。スイングアーム27におけるアーム比を変化させることにより、カム13およびバルブリフタ間の任意相対位置においてバルブのリフト量およびリフトタイミングが可変するようにしている。この例ではタペットガイド位相可変機構によりタペットガイド23の位相を変化させることで、スイングアーム27のアーム比を可変させる。スイングアーム27は図6に示されるように、軸受ボス28により支持されたスイングアームシャフト29のまわりに回動可能である。この場合スイングアームシャフト29(スイングアーム27の揺動支点)は、バルブのバルブステムによって設定されるVバンク外側に配置される。腕部材22両端の押圧部22aに対して、個別に動作可能な一対のスイングアーム27を有する。なお、中央の軸受ボス28にタペットガイド23に対する逃げ28aが形成されている(図2)。
A
スイングアーム27のタペット(腕部材22の押圧部22a)との接触面は、図2に示されるようにカムシャフト11の軸心を中心とする所定の曲率半径Rを持つように形成される。また、タペットの押圧部22aのスイングアーム27との接触面は、かかるスイングアーム27の接触面よりも小さい曲率半径rを持つように形成される。
The contact surface of the
吸気側のバルブユニットにおいて、図2および図3に示すようにバルブステム30aがバルブガイド31によってガイドされる2つの吸気バルブ30を備える。吸気バルブ30がリフトすることにより、吸気ポート32を介してエアクリーナ114から導かれる空気と吸気ポート32の下流側に配置されたインジェクタ33から噴霧される燃料との混合気が燃焼室に導入される。
In the valve unit on the intake side, as shown in FIGS. 2 and 3, the valve stem 30 a includes two
各バルブステム30aの端部にはバルブリテーナ34が設けられ、バルブリテーナ34とバルブシート35の間に装着されたバルブスプリング36が弾性力を作用させる。さらにバルブリテーナ34の上端開口にはタペットシム37が装着されており、このタペットシム37を介して腕部材22の押圧部22aにより押圧される。
A
なお、排気側のバルブリフタユニットおよびバルブユニットは、図2および図7にも示すように吸気側のバルブユニット30と基本構成が同様である。この場合、タペットローラ21EXの腕部材22EXが、直接バルブリテーナ34EXを介して排気バルブ30EXを作動させるようになっている。
The exhaust-side valve lifter unit and the valve unit have the same basic configuration as the intake-
アクセルシャフトユニットにおいて、図2あるいは図4等に示されるようにカムシャフト11,11EX間に平行に配置されたアクセルシャフト38と、アクセルシャフト38に固着するとともにカム13,13EXに連結するアクセルフォーク39とを備える。
In the accelerator shaft unit, as shown in FIG. 2 or FIG. 4, an
アクセルシャフト38は軸方向にスライド可能に支持され、一端側で送りネジ38aを介してドリブンギヤ40(べベルギヤ)と螺合する。ドリブンギヤ40はシリンダヘッド2に回転自在に支持され、図8に示すようにアクセルモータ41の出力軸に固着するドライブギヤ42(べベルギヤ)と噛合する。
The
アクセルフォーク39は図4に示されるように、アクセルシャフト38と直交方向にカムシャフト11,11EX側へ延出し、それぞれ二股状の先端部を有する。また、カム13,13EXの端部には、ベアリング43,43EXを介して回転自在にされたフォークガイド44,44EXを備える。アクセルフォーク39の二股状の各先端はフォークガイド44,44EXの係合溝に係合し、この係合溝に沿って移動可能である。これによりアクセルシャフト38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13,13EXがカムシャフト11,11EXに沿ってそれぞれスライドする。
As shown in FIG. 4, the
ここで、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41が作動し、アクセルモータ41の出力軸の回転によってドリブンギヤ40を介してアクセルシャフト38がスライドする。カム13,13EXはアクセルフォーク39を介してアクセルシャフト38の動きに連動してカムシャフト11,11EXに沿ってスライドする。この実施形態では吸気側に加えて排気側においてもアクセル開度に応じてバルブリフト量および作動角を無段階可変制御する。
Here, when the accelerator grip (or the accelerator pedal) is operated in the above configuration, the
このように吸気量および排気量をアイドル回転域から全開域までコントロールし、エンジン回転数(または車両速度)に最も適した吸排気を行うことができる。たとえばエンジン低速時にはタペットローラ21,21EXはカム13,13EXのカム面に対してカム高さの比較的低い部位に当接する。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41の作動によりドリブンギヤ40が回転して、アクセルシャフト38は図3において図中、右方向にスライドする。カム13,13EXはアクセルフォーク39を介してアクセルシャフト38の動きに連動してカムシャフト11,11EXに沿って同様にスライドする。カム13,13EXのスライドによりタペットローラ21,21EXは次第にカム高さの比較的高い部位に当接し、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。
In this way, intake / exhaust that is most suitable for the engine speed (or vehicle speed) can be performed by controlling the intake air amount and the exhaust air amount from the idle rotation region to the fully open region. For example, when the engine speed is low, the
特に本発明ではタペットガイド位相可変機構によりタペットガイド23の位相を変化させることで、スイングアーム27のアーム比を可変させ、これによりカム13の同一スライド位置でバルブリフト量を可変制御することができる。この場合、駆動モータ25を駆動制御し、ドライブギヤ26およびギヤ部23cの噛合を介してタペットガイド23の位相α(図2参照)を変化させる。図2のように位相αmaxでは腕部材22の押圧部22aはスイングアーム27のアーム比が最大(アーム比1以上)となる位置で、該スイングアーム27に接触し、また位相αminではスイングアーム27のアーム比が最少(アーム比1以下)となる位置で、該スイングアーム27に接触する。
In particular, in the present invention, the arm ratio of the
このようにカム13の同一スライド位置でスイングアーム27のアーム比を変化させることによりバルブリフト量を任意に可変することができる。なお、タペットガイド23の位相は、αmin〜αmaxの範囲で制限があるものの、たとえば図2の図示例では約2倍程度の可変範囲が確保される。
Thus, the valve lift amount can be arbitrarily varied by changing the arm ratio of the
また、可変バルブタイミング機構16を併用することで、タペットガイド位相可変機構によるタペットストローク位相の変化に伴ってリフトタイミングが変化しないように調整するとともに、その調整量を変えることによりリフトタイミングを可変制御することができる。
In addition, by using the variable
なお、この種のカムスライド機構を備えた動弁装置ではVVT機構等を併用した場合であっても、カムの同一スライド位置で基本的にはバルブのリフトタイミングしか自由設定することができない。これに対して本発明によれば、カム13の同一スライド位置でバルブリフト量を可変制御することができるため、略同一の出力(トルク)域でもエンジンの全回転範囲において最適なバルブリフト量およびリフトタイミングを選定もしくは設定することが可能になる。これにより燃費性能や排ガス性能が格段に向上する。
It should be noted that, in a valve operating apparatus equipped with this type of cam slide mechanism, even when a VVT mechanism or the like is used in combination, basically only the valve lift timing can be freely set at the same slide position of the cam. On the other hand, according to the present invention, the valve lift amount can be variably controlled at the same slide position of the
また、作用角についてもカム13を僅かにずらした位置でバルブリフト量およびリフトタイミングを調整することで、調整前のスライド位置と同様な出力(トルク)に設定することができるとともに、バルブオーバラップ量も自由に設定可能となる。これによりエンジン回転数全域においてリフト特性を自由設定することができるようになるため、つねに出力(トルク)および回転数に合ったリフト特性が選定可能になる。
The operating angle can be set to the same output (torque) as the slide position before adjustment by adjusting the valve lift amount and the lift timing at a position where the
さらに、直打式バルブリフタの場合よりも、スイングアーム27のアーム比を1以上に設定することでバルブリフト量を増大することができる。このようにバルブリフト量を増大できる分だけ、相対的にカム13のカムロブ自体によるバルブリフト量を減少させることができ、該カムロブのスライド方向に沿うカム山傾斜角度を小さく設定することができる。これによりタペットローラ21(球状接触子)を小さくし、往復運動部の重量を軽量化することでスイングアーム27による重量増加を相殺することができるとともに、カム13のスライドストロークを短縮することができるためシリンダヘッド2の幅を実質的に狭くすることができる。
Further, the valve lift amount can be increased by setting the arm ratio of the
また、単一のタペットローラ21によって2つの吸気バルブ30を開閉駆動するとともに、該タペットローラ21は自動調心機能を有する(排気側についても同様である)。この場合、特に2つの吸気バルブ30のバルブスプリング36のスプリング荷重に差を持たせることができ、これにより低バルブリフト領域付近のバルブストローク量が相違するように設定することができる。
たとえば最低のバルブリフト領域では2つの吸気バルブ30のうち一方を休止状態にすることで、タービランス性能および吸気流入速度が改善され、燃費性能や排ガス性能が向上するとともにリーンバーン化が可能になる。低中バルブリフト領域付近ではそれらのバルブリフト量(特にバルブ開き始め)に差がつくため、タービランスが増加して出力および燃費性能等が向上する。
In addition, the two
For example, in the lowest valve lift region, by setting one of the two
また、スイングアーム27のタペットとの接触面は、バルブリフト量が0の時にカムシャフト11の軸心を中心とする所定の曲率半径Rを持つ。スイングアーム27の接触面をこのように形成することで、タペットガイド位相可変時において0リフトタイミングではリフトしなようにする。
Further, the contact surface of the
また、タペット(腕部材22の押圧部22a)のスイングアーム27との接触面は、スイングアーム27の接触面よりも小さい曲率半径を持つ。押圧部22aの接触面をこのように形成することで、押圧部22aの端部でスイングアーム27と接触しなようにし、これにより耐久性を向上することができる。
Further, the contact surface of the tappet (the
また、スイングアーム27の揺動支点(スイングアームシャフト29)は、吸気バルブ30および排気バルブ30EXのバルブステム30a,30aEXによって設定されるVバンク外側に配置される。スイングアームシャフト29をこのように配置することで、プラグホールの影響を受けることなく配置可能になり、その分だけVバンクを狭い角度に設定することができる。
Further, the swing fulcrum (swing arm shaft 29) of the
(第2の実施形態)
つぎに、本発明による動弁装置の第2の実施形態を説明する。
図9は本発明の第2の実施形態に係る動弁装置の要部側断面図、図10は図9のF−F線に沿う断面図、図11は図9のG−G線に沿う断面図である。この実施形態における基本構成は実質的に、前述した第1の実施形態の場合と同様であり、同一または対応する部材には同一符号を用いるものとする。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the valve gear according to the present invention will be described.
9 is a cross-sectional side view of a main part of a valve gear according to a second embodiment of the present invention, FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. 9, and FIG. 11 is taken along line GG in FIG. It is sectional drawing. The basic configuration in this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment described above, and the same reference numerals are used for the same or corresponding members.
第2の実施形態においても動弁装置は、車幅(左右)方向に沿って配置されるカム/カムシャフトユニットと、カム/カムシャフトユニットにおけるカムのカム面に押されてバルブを進退させるバルブリフタユニットと、吸排気を制御するバルブユニットと、アクセル開度に応じてカムをカムシャフトの軸方向にスライド変位させるアクセルシャフトユニットと、バルブリフタユニットのタペットとバルブの間に介挿されたスイングアーム機構とを含んでいる。 Also in the second embodiment, the valve operating apparatus includes a cam / camshaft unit disposed along the vehicle width (left-right) direction, and a valve lifter that moves the valve forward and backward by being pushed by the cam surface of the cam in the cam / camshaft unit. Unit, valve unit that controls intake and exhaust, accelerator shaft unit that slides the cam in the axial direction of the camshaft according to the accelerator opening, and swing arm mechanism inserted between the tappet and valve of the valve lifter unit Including.
第2の実施形態では吸気側においてシリンダヘッド2の適所、すなわち2つの吸気バルブ30の間にタペットガイド45が固定して配置される。タペットローラ21内には腕部材22が配置される。タペットローラ21の内周面は球状面とされており、この内周面と腕部材22中央の大径部との間にボール24が介在する。したがって、ボール24を介してタペットローラ21が回転可能に支持されるとともに、腕部材22が揺動可能である。腕部材22がタペットローラ21に対して傾いたときにもタペットローラ21を正常回転可能とする調芯機能を発揮する。
In the second embodiment, the
タペットとバルブの間、すなわち腕部材22とタペットシム37との間にはスイングアーム46が介挿される。スイングアーム46はスイングアームホルダ47によって保持され、このスイングアームホルダ47を介してスイングアーム46におけるアーム比を変化させることにより、カム13およびバルブリフタ間の任意相対位置においてバルブのリフト量およびリフトタイミングが可変するようにしている。
A
スイングアームホルダ47はカムシャフト11と同心外側で回動可能となるようにシリンダヘッド2によって支持される支持部47a(図10および図11等参照)と、駆動モータ25によって作動するドライブギヤ26と噛合するギヤ部47bとを備えている。この例でもシリンダヘッド2乃至シリンダヘッドカバー2aにはスイングアームホルダ47の位相を可変制御するための駆動モータ25が搭載されており、その出力軸に設けたドライブギヤ26がギヤ部47bと噛合するようになっている。これらの部材は、スイングアームホルダ47の位相を変化させるスイングアームホルダ位相可変機構を構成する。
The
図10にも示されるように2つの吸気バルブ30の各々に対してスイングアーム46が設けられる。この場合、図12に示すように各スイングアーム46は、スイングアームホルダ47に圧入固定されたスイングアームシャフト48によって回動可能に支持される。スイングアーム46の揺動支点であるスイングアームシャフト48は、バルブのバルブステムによって設定されるVバンク外側に配置される(図9参照)。
As shown in FIG. 10, a
ここで、スイングアーム46のタペット(腕部材22の押圧部22a)との接触面は、図9に示されるようにカムシャフト11の軸心を中心とする所定の曲率半径R1を持つように形成される。また、タペットの押圧部22aのスイングアーム46との接触面は、かかるスイングアーム46の接触面よりも小さい曲率半径rを持つように形成される。この場合、押圧部22aの接触面の曲率中心Orは、タペットのストローク軌跡よりもスイングアーム46の揺動支点(スイングアームシャフト48)に対して反対側に適度に偏倚(オフセット量S)して設定される。
Here, the contact surface between the tappet (pressing
スイングアーム46のバルブ(タペットシム37)との接触面は、図9に示されるようにカムシャフト11の軸心を中心とする所定の曲率半径R2(>R1)を持つように形成される。また、吸気バルブ30のタペットシム37の頂部(スイングアーム46との接触面)は球面状に形成されている。
The contact surface of the
第2の実施形態におてもアクセルグリップ(もしくはアクセルペダル)を操作すると、アクセルモータ41が作動し、アクセルモータ41の出力軸の回転によってドリブンギヤ40を介してアクセルシャフト38がスライドする。カム13,13EXはアクセルフォーク39を介してアクセルシャフト38の動きに連動してカムシャフト11,11EXに沿ってスライドする。この実施形態では吸気側に加えて排気側においてもアクセル開度に応じてバルブリフト量及び作動角を無段階可変制御する。
Also in the second embodiment, when the accelerator grip (or accelerator pedal) is operated, the
特にこの実施形態ではスイングアームホルダ位相可変機構によりスイングアームホルダ47の位相を変化させることで、スイングアーム46のアーム比を可変させ、これによりカム13の同一スライド位置でバルブリフト量を可変制御することができる。この場合、駆動モータ25を駆動制御し、ドライブギヤ26およびギヤ部47bの噛合を介してスイングアームホルダ47の位相α(図9参照)を変化させる。図9のように位相αmaxでは腕部材22の押圧部22aはスイングアーム46のアーム比が最大となる位置で、該スイングアーム46に接触し、また位相αminではスイングアーム46のアーム比が最少となる位置で、該スイングアーム46に接触する。
In particular, in this embodiment, by changing the phase of the
このようにカム13の同一スライド位置でスイングアーム46のアーム比を変化させることによりバルブリフト量を任意に可変することができる。特にこの第2の実施形態ではVVT機構等を用いないでも、予め設定したタイミングがずれすことなく、同一のバルブ作用角でバルブリフト量を可変することができる。
Thus, the valve lift amount can be arbitrarily varied by changing the arm ratio of the
一方、可変バルブタイミング機構16を併用することで、タペットガイド位相可変機構によるタペットストローク位相の変化に伴ってリフトタイミングが変化しなように調整するとともに、その調整量を変えることによりリフトタイミングを可変制御することができる。
On the other hand, by using the variable
このようにカム13の同一スライド位置でバルブリフト量を可変制御することができるため、略同一の出力(トルク)域でもエンジンの全回転範囲において最適なバルブリフト量およびリフトタイミングを選定もしくは設定することが可能になる。これにより燃費性能や排ガス性能が格段に向上する。
Since the valve lift amount can be variably controlled at the same slide position of the
また、作用角についてもカム13を僅かにずらした位置でバルブリフト量およびリフトタイミングを調整することで、調整前のスライド位置と同様な出力(トルク)に設定することができるとともに、バルブオーバラップ量も自由に設定可能となる。これによりエンジン回転数全域においてリフト特性を自由設定することができるようになるため、つねに出力(トルク)および回転数に合ったリフト特性が選定可能になる。
The operating angle can be set to the same output (torque) as the slide position before adjustment by adjusting the valve lift amount and the lift timing at a position where the
また、2つの吸気バルブ30のバルブスプリング36のスプリング荷重に差を持たせることができ、これにより低バルブリフト領域付近のバルブストローク量が相違するように設定することができる。
たとえば最低のバルブリフト領域では2つの吸気バルブ30のうち一方を休止状態にすることで、タービランス性能および吸気流入速度が改善され、燃費性能や排ガス性能が向上するとともにリーンバーン化が可能になる。低中バルブリフト領域付近ではそれらのバルブリフト量(特にバルブ開き始め)に差がつくため、タービランスが増加して出力および燃費性能等が向上する。
Further, it is possible to make a difference in the spring load of the
For example, in the lowest valve lift region, by setting one of the two
また、スイングアーム46のタペットおよびバルブとの接触面は、バルブリフト量が0の時にカムシャフト11の軸心を中心とする所定の曲率半径R1またはR2を持つように形成する。このようにスイングアーム46の接触面を形成することで、スイングアームホルダ47の位相可変時において0リフトタイミングではリフトしなようにする。
Further, the contact surface of the
また、タペット(腕部材22の押圧部22a)のスイングアーム46との接触面は、スイングアーム46の接触面よりも小さい曲率半径を持つ。押圧部22aの接触面をこのように形成することで、押圧部22aの端部でスイングアーム46と接触しなようにし、これにより耐久性を向上することができる。
Further, the contact surface of the tappet (the
また、タペットにおける押圧部22aの接触面の曲率中心Orは、タペットのストローク軌跡よりもスイングアーム46の揺動支点(スイングアームシャフト48)に対して反対側に適度に偏倚して設定される。スイングアーム46およびタペット間に接触点の移動量を大きくとれるので、その分だけスイングアーム46の曲率半径を大きくすることができるため、ヘルツ応力を下げることができる。これにより耐久性が向上するとともに、接触子のコンパクト化を図り、往復動動部の重量を軽減することで高回転が可能になる。
Further, the curvature center Or of the contact surface of the
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説明した具体的な数値例等は、必ずしもこれに限定されず、必要に応じて変更可能である。また、各実施形態において、単気筒エンジンの場合の例を説明したが、本発明は2気筒以上の多気筒エンジンに対しても有効に適用可能である。
As mentioned above, although this invention was demonstrated with various embodiment, this invention is not limited only to these embodiment, A change etc. are possible within the scope of the present invention.
For example, the specific numerical examples described in the above embodiment are not necessarily limited to this, and can be changed as necessary. In each embodiment, an example of a single cylinder engine has been described. However, the present invention can be effectively applied to a multi-cylinder engine having two or more cylinders.
1 エンジンユニット
2 シリンダヘッド
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5
6 チェーンテンショナ
7 テンショナアジャスタ
11 カムシャフト
13 カム
15 スプロケット
16 可変バルブタイミング機構
17 カム位相センサ
21 タペットローラ
22 腕部材
23 タペットガイド
25 駆動モータ
26 ドライブギヤ
27 スイングアーム
29 スイングアームシャフト
30 吸気バルブ
32 吸気ポート
34 バルブリテーナ
36 バルブスプリング
37 タペットシム
38 アクセルシャフト
39 アクセルフォーク
40 ドリブンギヤ
41 アクセルモータ
1
6
Claims (11)
前記バルブリフタのタペットと前記バルブの間にスイングアームを介挿して、前記スイングアームにおけるアーム比を変化させることにより、前記立体カムおよび前記バルブリフタ間の任意の相対移動位置において前記バルブのリフト量およびリフトタイミングが可変するようにしたことを特徴とする動弁装置。 A movement in which the lift characteristics of the valve are continuously variable by relative movement between a three-dimensional cam whose cam height and cam working angle continuously change and a valve lifter which is pressed against the cam surface of the three-dimensional cam and advances and retracts the valve. A valve device,
By inserting a swing arm between the valve lifter tappet and the valve and changing the arm ratio of the swing arm, the lift amount and lift of the valve at any relative movement position between the three-dimensional cam and the valve lifter A valve operating device characterized in that the timing is variable.
吸気側または排気側に請求項1〜10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 configured to control intake and exhaust by an intake valve and an exhaust valve,
An internal combustion engine comprising the valve gear according to any one of claims 1 to 10 on an intake side or an exhaust side.
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JP2008025539A (en) * | 2006-07-25 | 2008-02-07 | Suzuki Motor Corp | Valve gear and internal combustion engine having this valve gear |
JP2010236384A (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Honda Motor Co Ltd | Engine-mounting vehicle having variable valve train |
-
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