JP4298492B2 - 可変バルブタイミング機構付エンジン、及び該エンジンを搭載する自動二輪車 - Google Patents

Description

本発明は、可変バルブタイミング機構を具備するエンジン、及び該エンジンを搭載する自動二輪車に関する。

車輌に搭載されるエンジンは、クランクシャフトに連動してカムシャフトが回転し、このカムシャフトに設けられたカムにより吸気バルブ及び排気バルブが所定のタイミングで開閉駆動され、これに伴って燃焼ガスの排出、混合気の吸入、及びこの混合気の燃焼等が行われることにより回転駆動する。カムシャフトに設けられたカムは、所定の形状（カムプロファイル）を有し、このカムプロファイルによって、バルブタイミング（バルブの開閉時期）及びバルブリフト量（バルブの開閉量）が決定されている。

ところで、バルブの開閉動作にあっては、エンジンの回転速度に応じてその好ましい開閉時期が異なる。例えば、アイドリング時にあっては、吸気バルブを開く時期を遅らせて、吸気バルブ及び排気バルブが共に開いている時間を少なくすることにより、燃焼を安定化させることが好ましい。一方、低速又は中速回転時であって且つ高負荷時にあっては、吸気バルブを開く時期を早めて、燃焼室内での吸気の充填効率を高めることにより、出力を向上させることが好ましい。他方、高速回転時にあっては、吸気バルブを閉じる時期を遅らせて、吸気の充填効率を高めることにより、出力を向上させることが好ましい。

このように、エンジンの回転速度によって異なるバルブの好適な動作は、１パターンのバルブタイミングによっては実現することができない。そこで従来、各回転速度において好適なバルブ動作を実現するために、可変バルブタイミング機構を採用したエンジンが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この可変バルブタイミング機構は、エンジンの回転数に応じてバルブの開閉時期を変更するものであり、カムシャフトの軸端に設けられている。例えば、油圧ベーン式の可変バルブタイミング機構の場合、ハウジング内にロータベーンが収納されており、このロータベーンはカムシャフトに直結されてこれと一体的に回転する。
特開２００３−５６３２０号公報

上述した従来のエンジンでは、可変バルブタイミング機構がカムシャフトに設けられており、上記ロータベーンのような回転部材は、カムシャフトと同様の比較的高速で回転する。ロータベーンは、その動作中にハウジングと接触するため、特に自動二輪車のように高速回転するエンジンにおいては、各部材の強度を向上させる必要がある。しかしながら、部材を肉厚にするなどして耐久性の向上を図ると、可変バルブタイミング機構が大型化し、重量化してしまう。

また、エンジンには、ＯＨＣ（overhead camshaft）式及びＤＯＨＣ（double overhead camshaft）式のように、シリンダ上部にカムシャフトを有するものがある。このようなエンジンに上述した可変バルブタイミング機構を採用すると、該可変バルブタイミング機構が大型化すると共に重量が増加することにより、エンジンの重心が高くなったり、自動二輪車へ搭載した場合には車体フレームが大型化したりする。

一方、ＯＨＣ式又はＤＯＨＣ式エンジンを搭載する自動二輪車の場合、一般に該エンジンのシリンダ上部は、搭乗したライダーの膝元近くに位置する。しかし、シリンダ上部に設けられた可変バルブタイミング機構は側方へ突出するため、ライダーはこの可変バルブタイミング機構を避けるべく比較的大きく足を開いて搭乗しなければならない。従って、可変バルブタイミング機構の寸法は、自動二輪車の乗り心地を左右し、この点からその寸法は、できるだけ小さくあることが好ましい。更に、自動二輪車においては、ステアリングシャフトを軸支するヘッドパイプから後方へ延設されたメインフレームが、エンジンのシリンダヘッドの側方を通る場合がある。この場合、可変バルブタイミング機構を大型化するのが困難になる。

そこで本発明は、可変バルブタイミング機構の耐久性を確保しつつ、エンジンの重心が高くなるのを抑制することができる構成を成すエンジンと、このエンジンを搭載する自動二輪車とを提供することを目的とする。

本発明は上述したような事情を鑑みてなされたものであり、本発明に係る可変バルブタイミング機構付エンジンは、クランクシャフトと、該クランクシャフトに連動回転してバルブを開閉駆動するカムシャフトと、前記バルブの開閉動作を変更する可変バルブタイミング機構とを備え、該可変バルブタイミング機構は、前記クランクシャフトから前記カムシャフトへの回転の伝達を中継する中継シャフトに設けられている。

このような構成とした場合、クランクシャフト及びカムシャフトとは別個の中継シャフトを設け、この中継シャフトに可変バルブタイミング機構を設ける。そして、この中継シャフトは、プーリの直径又はスプロケットのギヤ数等を適宜設定することにより、クランクシャフトに対して任意の減速比のもとで回転させることができる。従って、ロータベーン等の回転部材の耐久性に応じ、適切な回転数によって可変バルブタイミング機構を駆動させることができる。

また、前記中継シャフトの回転数は、前記カムシャフトの回転数よりも小さくてもよい。この場合には、ロータベーン等の回転部材が直結される中継シャフトを、比較的低速で回転させることができる。従って、ロータベーン等の回転部材の磨耗の抑制にとって好適である。また、例えば油圧ベーン式の可変バルブタイミング機構のロータベーンの回転を低速化することにより、部材の肉薄化が可能であるので、変換角度を拡大することができる。

また、前記カムシャフトは、シリンダヘッドに設けられていてもよい。この場合には、可変バルブタイミング機構が大型化した場合であっても、例えば、中継シャフトをヘッド下のシリンダ側方に配置してこれに可変バルブタイミング機構を設けることにより、エンジンの重心が高くなるのを抑制することができる。従って、ＯＨＣ式及びＤＯＨＣ式エンジンにあっても、その重心が高くなるのを抑制することができる。

また、上述したようなエンジンを自動二輪車に搭載した場合、ライダーの膝元を避けて可変バルブタイミング機構を配置できるため、ライダーが好適な乗り心地を得られる自動二輪車を実現することができる。また、任意の位置に可変バルブタイミング機構を配置できるため、メインフレームが延設される場所を避けて設けることができる。

更に、上述した可変バルブタイミング機構付エンジンは、自動二輪車の他、小型滑走艇や他の跨乗型車輌（不整地走行車、自動三輪車等）に対しても好適である。即ち、小型滑走艇や跨乗型車輌は、一般にエンジンを搭載するスペースが不足気味であり、搭載する部品のレイアウトの自由度を広く確保することは重要である。この点で、可変バルブタイミング機構を任意の位置に配置できる上記エンジンは好適である。また、可変バルブタイミング機構を下方に配置してエンジンの重心が高くなるのを抑制することができる点においても、小型滑走艇や跨乗型車輌に対して上記エンジンは有利である。

本発明によれば、クランクシャフト及びカムシャフトとは別個の中継シャフトを設け、これに可変バルブタイミング機構を設けるため、可変バルブタイミング機構を適切な回転数により駆動することができ、また、任意の位置に配置することができてエンジンの重心位置が高くなるのを抑制することができる。また、このエンジンを搭載した自動二輪車にあっては、上述の他、好適な乗り心地を確保でき、メインフレーム及びエンジンの間にて設置スペースが競合するのを回避することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るエンジン及び自動二輪車について、図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るエンジンを搭載した自動二輪車の左側面図であり、ライダーが上体を前傾させて搭乗するロードスポーツタイプのものを示している。この自動二輪車１は、前輪２と後輪３との間に車体の骨格を成すフレーム（図１では、メインフレームのみを示す）４を備え、このメインフレーム４は自動二輪車１の前後方向に延設されている。

メインフレーム４の下方にはエンジンＥが搭載されている。図１に示すように、メインフレーム４とエンジンＥの上部とは側面視で重複し、メインフレーム４の内側にエンジンＥの上部は位置している。このエンジンＥは、後述するように、シリンダ上部に吸気用及び排気用のそれぞれのカムシャフトを備えるＤＯＨＣ式のエンジンである。

メインフレーム４は、その前部にてステアリングポール５を枢支している。そして、該ステアリングポール５の下部には前輪２が支持され、上部にはステアリングハンドル６が支持されている。また、メインフレーム４の上方には燃料タンク７が設けられ、該燃料タンク７の後方には騎乗用のシート８が設けられている。ライダー９は、シート８に跨って自動二輪車１に搭乗し、ステアリングハンドル６の端部に設けられたグリップ１０を握り、且つエンジンＥの後部近傍に設けられたステップ１１に足を載せて走行する。従って、図１に示すように、走行時においてエンジンＥの上部にはライダー９の膝が近接する。

なお、本実施の形態で用いる方向の概念は、図１に示す自動二輪車１に搭乗したライダー９から見た方向を基準とする。

図２は、図１に示すエンジンＥが右側部に有するチェーントンネル内を露出して示す部分拡大図であり、クランクシャフトとカムシャフトとの間での動力伝達構造を示す。また、図３は、図２に示すエンジンＥのIII-III線での断面図であって異なる視点から前記動力伝達構造を示す。

図２に示すように、エンジンＥは、クランクケース２０、シリンダ２１、シリンダヘッド２２、及びヘッドカバー２３が、下からこの順序で設けられて構成されている。図３に示すように、このクランクケース２０、シリンダ２１、及びシリンダヘッド２２の右側にはトンネルカバー２４が被せられ、チェーントンネル２５としての内部空間が形成されている。このチェーントンネル２５は、シリンダヘッド２２及びヘッドカバー２３の間に形成されたカムスペース２６との間で連通している。

図３に示すように、クランクケース２０は、その側壁部に設けられた軸受２０Ａによってクランクシャフト３０を軸支しており、該クランクシャフト３０の軸端部はチェーントンネル２５内へ突出している。そして、クランクシャフト３０の軸端部には、小径の駆動スプロケット３１が設けられている。

チェーントンネル２５内であってクランクシャフト３０の上方には、該クランクシャフト３０と平行を成すようにして第１中継シャフト３２が設けられている。この第１中継シャフト３２は、シリンダ２１及びトンネルカバー２４の夫々に設けられた軸受２１Ａ，２４Ａによって端部が軸支されている。

第１中継シャフト３２の左側端部近傍には、吸気弁用駆動ギヤ３３が設けられている。他方、第１中継シャフト３２の右側端部近傍には、円柱形状を成す油圧ベーン式の可変バルブタイミング機構３４がナット３５によって取り付けられており、該可変バルブタイミング機構３４が有するハウジング３４Ａ内のロータ３４Ｂが、第１中継シャフト３２に軸支されている。

また、第１中継シャフト３２の略中央であって、吸気弁用駆動ギヤ３３と可変バルブタイミング機構３４との間には、排気弁用駆動スプロケット３６と、駆動スプロケット３１に比べて大径の従動スプロケット３７とが設けられている。この排気弁用駆動スプロケット３６及び従動スプロケット３７は、可変バルブタイミング機構３４のハウジング３４Ａに直結されている。

また、従動スプロケット３７は、後述する吸気用カムシャフト４４に比べて低速で回転するように、その歯数が設定されている。そして、クランクシャフト３０の駆動スプロケット３１と、第１中継シャフト３２の従動スプロケット３７との間には、チェーン３８が巻回されている。

従って、クランクシャフト３０の回転は、小径の駆動スプロケット３１及び大径の従動スプロケット３７を介し、適度に減速されて可変バルブタイミング機構３４のハウジング３４Ａへ伝達される。そして、ハウジング３４Ａに伝達された回転は、可変バルブタイミング機構３４が有する公知の作用により位相が変更され、ロータ３４Ｂを介して第１中継シャフト３２へ伝達され、この第１中継シャフト３２と一体的に吸気弁用駆動ギヤ３３は回転する。

チェーントンネル２５内であって第１中継シャフト３２の上方には、該第１中継シャフト３２と平行を成すようにして第２中継シャフト４０が設けられている。この第２中継シャフト４０は、シリンダヘッド２２に設けられた軸受２２Ａとトンネルカバー２４に設けられた別の軸受２４Ｂとによって端部が軸支されている。この第２中継シャフト４０には中継ギヤ４１が設けられており、該中継ギヤ４１は、第１中継シャフト３２の吸気弁用駆動ギヤ３３と歯合する。

上述したようにこのエンジンＥはＤＯＨＣ式であり、図２に示すように、エンジンＥの上部に形成されたカムスペース２６内には、クランクシャフト３０と平行を成すようにして吸気用カムシャフト４２及び排気用カムシャフト４３が収納されている。この吸気用カムシャフト４２の軸端部には吸気弁用従動ギヤ４４が設けられ、排気用カムシャフト４３の軸端部には排気弁用従動スプロケット４５が設けられている。そして、吸気弁用従動ギヤ４４は、第２中継シャフト４０の中継ギヤ４１と歯合している。

従って、クランクシャフト３０の回転は、可変バルブタイミング機構３４によって位相が変更され、吸気弁用駆動ギヤ３３、中継ギヤ４１、及び吸気弁用従動ギヤ４４等を介して１／２に減速されて吸気用カムシャフト４２へ伝達される。

また、排気用カムシャフト４３の排気弁用従動スプロケット４５は、第１中継シャフト３２の排気弁用駆動スプロケット３６との間でチェーン４６が巻回されている。従って、クランクシャフト３０の回転は、排気弁用駆動スプロケット３６及び排気弁用従動スプロケット４５等を介して１／２に減速されて排気用カムシャフト４３へ伝達される。

ところで、図３に示すように、可変バルブタイミング機構３４が設けられた第１中継シャフト３２は、シリンダヘッド２２及びヘッドカバー２３に対してエンジンＥの右側方へ突出しており、トンネルカバー２４は、チェーントンネル２５として必要最小限の空間だけを確保するようにエンジンＥの右側部を覆っている。従って、エンジンＥの上部は、可変バルブタイミング機構３４によって側方へ突出することなくコンパクト化されている。その結果、図１に示すように、エンジンＥを搭載した自動二輪車１において、可変バルブタイミング機構３４は搭乗したライダー９の膝の下方に位置し、可変バルブタイミング機構３４とメインフレーム４との配置位置が側面視で重複しないようになっている。

このような構成を成すエンジンＥの場合、可変バルブタイミング機構３４を吸気用カムシャフト４２に設けず、シリンダ２１の側方に備えられた別個の第１中継シャフト３２に設けているため、エンジンＥの上部の寸法が大型化するのを抑制することができる。従って、このエンジンＥを自動二輪車１に搭載するに際し、メインフレーム４の延設ルートを妨げずに搭載することができる。また、自動二輪車１において、搭乗したライダー９の膝元の幅寸法を小寸化できるので、好適な乗り心地を実現することができる。更に、重量物である可変バルブタイミング機構３４をカムシャフト４２，４３より低位置に配置しているため、可変バルブタイミング機構３４の搭載によってエンジンＥの重心が高くなるのを抑制することができる。

一方、第１中継シャフト３２に可変バルブタイミング機構３４を設けているため、第１中継シャフト３２に設けられる吸気弁用駆動ギヤ３３、排気弁用駆動スプロケット３６、及び従動スプロケット３７等の歯数を適宜設定することにより、可変バルブタイミング機構３４が有するロータ３４Ｂの回転速度を低減することができる。従って、ロータ３４Ｂの耐久性を向上させることができる。またその結果、各部材の肉薄化が可能であるため、可変バルブタイミング機構３４にて変更可能な変換角を拡大することも可能である。

ところで、クランクシャフト３０とカムシャフト４２，４３との間での動力伝達構造は、図２，３に示されたものに限られない。例えば、図４に示すように、図３にて示した第２中継シャフト４０及び中継ギヤ４１に換えて、チェーン５０を介して第１中継シャフト３２の回転を吸気用カムシャフト４２へ伝達してもよい。この場合、図２に示す吸気弁用駆動ギヤ３３に換えて吸気弁用駆動スプロケット（図示せず）を第１中継シャフト３２に設け、吸気弁用従動ギヤ４４に換えて吸気弁用従動スプロケット５１（図４）を吸気用カムシャフト４２に設け、吸気弁用駆動スプロケットと吸気弁用従動スプロケット５１との間にチェーン５０を巻回すればよい。また、上述した説明におけるスプロケット及びチェーンに換えて、プーリ及びベルトを用いてもよい。

本発明に係るエンジンは、ＯＨＣ式及びＤＯＨＣ式の他、さまざまのタイプのエンジンに適用することができる。また、このエンジンを搭載したものとしては、自動二輪車の他、小型滑走艇及び跨乗型車輌（例えば、不整地走行車、自動三輪車等）においても搭載することができる。

本発明の実施の形態に係るエンジンを搭載した自動二輪車の左側面図である。 図１に示すエンジンが右側部に有するチェーントンネル内を露出して示す部分拡大図であり、クランクシャフト及びカムシャフトの間での動力伝達構造を示す。 図２に示すエンジンのIII-III線での断面図であって異なる視点から図２の動力伝達構造を示す。 図２に示す動力伝達機構の他の構成を示す。

符号の説明

１ 自動二輪車
４ メインフレーム
２０ クランクケース
２１ シリンダ
２２ シリンダヘッド
２３ ヘッドカバー
２４ トンネルカバー
２５ チェーントンネル
２６ カムスペース
３０ クランクシャフト
３１ 駆動スプロケット
３２ 第１中継シャフト
３３ 吸気弁用駆動ギヤ
３４ 可変バルブタイミング機構
３４Ａ ハウジング
３４Ｂ ロータ
３６ 排気弁用駆動スプロケット
３７ 従動スプロケット
３８ チェーン
４０ 第２中継シャフト
４１ 中継ギヤ
４２ 吸気用カムシャフト
４３ 排気用カムシャフト
４４ 吸気弁用従動ギヤ
４５ 排気弁用従動スプロケット
４６ チェーン
５０ チェーン
５１ 吸気弁用従動スプロケット
Ｅ エンジン

Claims (6)

1. クランクシャフトと、該クランクシャフトに連動回転してバルブを開閉駆動するカムシャフトと、前記バルブの開閉動作を変更する可変バルブタイミング機構とを備え、
   該可変バルブタイミング機構は、前記クランクシャフトから前記カムシャフトへの回転の伝達を中継する中継シャフトに設けられており、前記中継シャフトの回転数は、前記カムシャフトの回転数よりも小さいことを特徴とする可変バルブタイミング機構付エンジン。
2. 前記カムシャフトは、シリンダヘッドに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構付エンジン。
3. 前記中継シャフトは、上部にシリンダヘッドが接続されるシリンダの一側部において、前記シリンダヘッドの一側部よりも側方へ突出するようにして設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変バルブタイミング機構付エンジン。
4. 前記カムシャフトは吸気用カムシャフトと排気用カムシャフトとを有し、前記可変バルブタイミング機構は前記クランクシャフトに連動回転するハウジングを有し、該ハウジングには駆動スプロケットが一体回転可能に設けられ、前記中継シャフトには駆動ギヤが設けられており、
   前記排気用カムシャフトには、前記駆動スプロケットの回転がチェーンを介して伝達され、前記吸気用カムシャフトには、前記駆動ギヤの回転が中継ギヤを介して伝達されるよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の可変バルブタイミング機構付エンジン。
5. 前記カムシャフトは吸気用カムシャフトと排気用カムシャフトとを有し、前記可変バルブタイミング機構は前記クランクシャフトに連動回転するハウジングを有し、該ハウジングには第１駆動スプロケットが一体回転可能に設けられ、前記中継シャフトには第２駆動スプロケットが設けられており、
   前記排気用カムシャフトには、前記第１駆動スプロケットの回転がチェーンを介して伝達され、前記吸気用カムシャフトには、前記第２駆動スプロケットの回転がチェーンを介して伝達されるよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の可変バルブタイミング機構付エンジン。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載のエンジンを搭載していることを特徴とする自動二輪車。
   

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