(57)【要約】【課題】低速側と高速側との一方側から他方側に円滑に切り換えることができて、運転違和感やタイムラグの発生を防止することができるＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造を提供する。【解決手段】カムシャフト２を筒状に形成し、カムシャフト２に３次元カム１５をスライド移動自在に外嵌するとともに、カムシャフト２にプッシュロッド５をスライド移動自在に内嵌し、プッシュロッド５と３次元カム１５とを、カムシャフト２に対して一体にスライド移動可能に連結し、プッシュロッド５をカムシャフト２の端部側から抜け出る方向に付勢する付勢手段を設け、プッシュロッド５を軸芯方向Ｊに押圧するプッシュアーム６を設け、プッシュアーム６をアクセル７に連係し、プッシュアーム６を介してアクセル７によりプッシュロッド５をカムシャフト２に対してスライド移動させることで、シリンダヘッドに装着したバルブ１４の開閉時期を変化させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッカーアーム側のカムフォロアに作用するカムをカムシャフトに設けてあるＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造であって、
前記カムを３次元カムに構成し、
前記カムシャフトを筒状に形成し、
前記カムシャフトに前記３次元カムをスライド移動自在に外嵌するとともに、前記カムシャフトにプッシュロッドをスライド移動自在に内嵌し、
前記プッシュロッドと前記３次元カムとを、前記カムシャフトに対して一体にスライド移動可能に連結し、
前記プッシュロッドを前記カムシャフトの長手方向の端部側から抜け出る方向に付勢する付勢手段を設け、
前記付勢手段の付勢力に抗して前記プッシュロッドを軸芯方向に押圧するプッシュアームを設け、
前記プッシュアームをアクセルに連係し、
前記プッシュアームを介して前記アクセルにより前記プッシュロッドを前記カムシャフトに対してスライド移動させることで、シリンダヘッドに装着したバルブの開閉時期を変化させることを特徴とするＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造。
【請求項２】
前記プッシュロッドと前記プッシュアームの間に、前記プッシュロッドの軸芯周りに回転自在なベアリングを介在させたことを特徴とする請求項１記載のＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造。
【請求項３】
前記プッシュロッドの外周部に突設した固定ピンを、前記カムシャフトに形成したピン挿通溝に挿通させて、前記３次元カムのピン穴に挿入嵌合し、
前記カムシャフトと前記３次元カムとの間に、前記カムシャフトの回転力を前記３次元カムに伝達するキーを介在させてある請求項１又は２記載のＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造。
【請求項４】
前記アクセルの動きを、前記アクセルの開度に対してエンジン回転数やエンジン変速比、燃料噴射タイミング等を考慮したＣＰＵ制御を介して前記プッシュロッドに伝達することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造。
【請求項５】
アクセルワイヤーの一端部を、前記アクセルに設けた巻回部に巻回し、
前記カムシャフトの軸芯方向と直交する軸芯周りに回転するプーリーに前記アクセルワイヤーの他端部を巻回し、
前記プーリーに前記プッシュアームを連結固定し、
前記巻回部をカム形状とし、
前記アクセルの動きを前記プッシュアームに非線形に伝達することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
ロッカーアーム側のカムフォロアに作用するカムをカムシャフトに設けてあるＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているように、従来、上記のＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造においては、カムプロファイルが互いに異なる第１カムと第２カムを備えたインテークバルブ用のカムピースを、カムシャフトにスライド移動自在に外嵌してあった。
そして、前記第１カムによるインテークバルブの開弁リフト量を、前記第２カムによるインテークバルブの開弁リフト量よりも小さく設定し、第１カムと第２カムから択一的に選択した第１カム又は第２カムを、インテークロッカーアームシャフト側のカムフォロアに作用させるよう構成してあった。
つまり、カムの諸元変化を、低速タイプの第１カムと高速タイプの第２カムから択一的に選択していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９９４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術によれば、カムの諸元変化を、低速タイプと高速タイプから択一的に選択するために、切り換え時に運転違和感やタイムラグが発生していた。
本発明は上記実状に鑑みて成されたもので、その目的は、低速側と高速側との一方側から他方側に円滑に切り換えることができて、運転違和感やタイムラグの発生を防止することができるＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、
ロッカーアーム側のカムフォロアに作用するカムをカムシャフトに設けてあるＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造であって、
前記カムを３次元カムに構成し、
前記カムシャフトを筒状に形成し、
前記カムシャフトに前記３次元カムをスライド移動自在に外嵌するとともに、前記カムシャフトにプッシュロッドをスライド移動自在に内嵌し、
前記プッシュロッドと前記３次元カムとを、前記カムシャフトに対して一体にスライド移動可能に連結し、
前記プッシュロッドを前記カムシャフトの長手方向の端部側から抜け出る方向に付勢する付勢手段を設け、
前記付勢手段の付勢力に抗して前記プッシュロッドを軸芯方向に押圧するプッシュアームを設け、
前記プッシュアームをアクセルに連係し、
前記プッシュアームを介して前記アクセルにより前記プッシュロッドを前記カムシャフトに対してスライド移動させることで、シリンダヘッドに装着したバルブの開閉時期を変化させることを特徴とする。（請求項１）
【０００６】
この構成により、アクセルを人為的に操作することで、プッシュロッドと３次元カムとを、プッシュアームを介してカムシャフトに対しスライド移動させる。このようにして、シリンダヘッドに装着したバルブの開閉時期を変化させる。従って、低速側と高速側との一方側から他方側に円滑に切り換えることができ、運転違和感やタイムラグの発生を防止することができる。
また、上記のように、アクセルによりプッシュロッドをカムシャフトに対して人為的にスライド移動させることで、電気的なカム駆動機構制御が不要になり、システムを単純化することができる。すなわち、構造を簡素化できて製作コストを低減することができる。さらに、プッシュロッドをカムシャフトに対してスライド移動させるための電動モータなどの動力源を必要としないから、エネルギー損失をなくすことができ、小型軽量化することができる。（請求項１）
【０００７】
本発明において、
前記プッシュロッドと前記プッシュアームの間に、前記プッシュロッドの軸芯周りに回転自在なベアリングを介在させたことを特徴とすると、次の作用を奏することができる。（請求項２）
【０００８】
プッシュロッドに作用したプッシュロッドの軸芯周りの回転力は、ベアリングによってキャンセルされ、プッシュアームの押圧部に前記軸芯周りの回転力が伝達することを防止することができる。従って、メカニカルロスを低減でき、プッシュアームを円滑に作動させることができる。（請求項２）
【０００９】
本発明において、
前記プッシュロッドの外周部に突設した固定ピンを、前記カムシャフトに形成したピン挿通溝に挿通させて、前記３次元カムのピン穴に挿入嵌合し、
前記カムシャフトと前記３次元カムとの間に、前記カムシャフトの回転力を前記３次元カムに伝達するキーを介在させてあると、次の作用を奏することができる。（請求項３）
【００１０】
カムシャフトと３次元カムとの間に、カムシャフトの回転力を３次元カムに伝達するキーを介在させてあるから、３次元カムとカムシャフトとキーとを面接触させた状態で、カムシャフトの回転力を３次元カムに伝達することができる。その結果、受圧面積を広くして面圧を低く抑え、荷重がかかる３次元カム・カムシャフト・キーの連結部の摩耗を低く抑えることができる。
また、３次元カムをスライド移動方向に押す固定ピンには、３次元カムの回転運動に伴う回転力が加わらないので、固定ピンの摩耗を低く抑えることができる。（請求項３）
【００１１】
本発明において、
前記アクセルの動きを、前記アクセルの開度に対してエンジン回転数やエンジン変速比、燃料噴射タイミング等を考慮したＣＰＵ制御を介して前記プッシュロッドに伝達することを特徴とすると、次の作用を奏することができる。（請求項４）
【００１２】
さらに高度で正確な可変動弁制御ができる。（請求項４）
【００１３】
本発明において、
アクセルワイヤーの一端部を、前記アクセルに設けた巻回部に巻回し、
前記カムシャフトの軸芯方向と直交する軸芯周りに回転するプーリーに前記アクセルワイヤーの他端部を巻回し、
前記プーリーに前記プッシュアームを連結固定し、
前記巻回部をカム形状とし、
前記アクセルの動きを前記プッシュアームに非線形に伝達することを特徴とすると、次の作用を奏することができる。（請求項５）
【００１４】
エンジン出力特性と乗車フィーリングとのマッチングを図ることができる。（請求項５）
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、
低速側と高速側との一方側から他方側に円滑に切り換えることができて、運転違和感やタイムラグの発生を防止することができ、しかも、構造を簡素化できて製作コストを低減することができるＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造の斜視図、
【図２】ＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造の駆動システムを示す斜視図
【図３】ＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造の駆動システムの詳細を示す斜視図
【図４】図３のＡ−Ａ断面図
【図５】固定ピンとピン挿通溝の位置関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３に、自動二輪車のＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造を示してある。
【００１８】
［可変動弁構造の概略構造］
この可変動弁構造においては、シリンダヘッド１にカムシャフト２を、カムシャフト２の軸芯２Ｐ（図４参照）周りに回転自在に支持させてある。また、カムシャフト２の径方向両外方側の上方に、カムシャフト２に沿うインテークロッカーアームシャフト１１とエキゾーストロッカーアームシャフト２１とを配設してある。そして、インテークロッカーアームシャフト１１にインテークロッカーアーム１２の長手方向中央部を揺動自在に外嵌し、エキゾーストロッカーアームシャフト２１にエキゾーストロッカーアーム２２の長手方向中央部を揺動自在に外嵌してある。
【００１９】
インテークロッカーアームシャフト１１の一対の揺動端部のうち、エキゾーストロッカーアーム２２側の揺動端部には、カムシャフト２の軸芯方向Ｊに沿うローラ軸芯１３Ｐ（図４参照）周りに回転自在なローラ状の第１カムフォロア１３を設けてある。一方、エキゾーストロッカーアーム２２とは反対側の揺動端部には、前記軸芯方向Ｊに間隔を空けて並ぶ一対のインテークバルブ１４の上端部を連結してある。
【００２０】
また、エキゾーストロッカーアームシャフト２１の一対の揺動端部のうち、インテークロッカーアーム１２側の揺動端部に第２カムフォロア２３（図４参照）を設け、インテークロッカーアーム１２とは反対側の揺動端部に、前記軸芯方向Ｊに間隔を空けて並ぶ一対のエキゾーストバルブ２４の上端部を連結してある。符号Ｓ１は、インテークバルブ１４を付勢する第１コイルスプリング、Ｓ２は、エキゾーストバルブ２４を付勢する第２コイルスプリング、３は点火プラグ、４はイグニッションコイル（図１参照）である。
【００２１】
図４にも示すように、カムシャフト２の長手方向中間部、より詳しくは、カムシャフト２の一端２Ｔ１と長手方向中央との間のカムシャフト部分に、インテークロッカーアーム１２側の第１カムフォロア１３に作用する３次元カム１５を設けてある。３次元カム１５は、カムプロフィールがカムシャフト２の軸芯方向Ｊにも変化している。この３次元カム１５が第１カムフォロア１３に作用してインテークバルブ１４を開閉する。
【００２２】
また、エキゾーストロッカーアーム２２側の第２カムフォロア２３に作用するカム２５をカムシャフト２の一端部に一体に設けてある。このカム２５が第２カムフォロア２３に作用してエキゾーストバルブ２４を開閉する。
【００２３】
カムシャフト２の他端２Ｔ２と長手方向中央との間のカムシャフト部分には、タイミングスプロケット１０を外嵌固定してある。タイミングスプロケット１０は、タイミングチェーンを介してクランクシャフトに連動連結している。３次元カム１５は、前記軸芯方向Ｊにおいて、エキゾーストバルブ２４用のカム２５とタイミングスプロケット１０の間に位置する。
【００２４】
［可変動弁構造の詳細構造］
図４に示すように、カムシャフト２を円筒状に形成し、カムシャフト２に前記３次元カム１５を軸芯方向Ｊにスライド移動自在に外嵌してある。さらに、カムシャフト２にプッシュロッド５を前記軸芯方向Ｊにスライド移動自在に内嵌してある。また、カムシャフト２の一端部に第１キャップ３１を内嵌し、カムシャフト２の他端部側のプッシュロッド５の端部（以下、「プッシュロッド５の他端部」と称する）に第２キャップ３２を、ベアリング３３を介して取り付けてある。ベアリング３３はプッシュロッド５の軸芯５Ｐ（カムシャフト２の軸芯２Ｐと共通の軸芯である）周りに回転自在である。
【００２５】
そして、プッシュロッド５と３次元カム１５とを、カムシャフト２に対して一体にスライド移動可能に連結してある。詳述すると、図５に示すように、前記プッシュロッド５の外周部に突設した固定ピン３４を、カムシャフト２に形成したピン挿通溝３８に挿通させて、３次元カム１５の内周部のピン穴に挿入嵌合してある。前記ピン挿通溝３８は、固定ピン３４の径よりも幅広であり、前記軸芯方向Ｊに長い形状である。固定ピン３４は、プッシュロッド５の外周部に形成した取り付け穴に圧入してある。また、３次元カム１５の基部に、プッシュロッド５からの固定ピン３４の抜け出しを阻止するサークリップ４７（図２，図４参照）を外嵌してある。
【００２６】
図４に示すように、カムシャフト２の外周部と３次元カム１５の内周部との間に、カムシャフト２の回転力を３次元カム１５に伝達するキー３０を介在させてある。キー３０は断面長方形状であり、前記軸芯方向Ｊに細長い形状である。このキー３０をカムシャフト２側の第１キー溝１６に嵌合するとともに、３次元カム１５側の第２キー溝２６に嵌合してある。
【００２７】
図４に示すように、プッシュロッド５をカムシャフト２の他端部（長手方向の端部に相当）側から抜け出る方向に付勢する第３コイルスプリングＳ３（付勢手段に相当）を、プッシュロッド５の一端面５Ｔと第１キャップ３１の端面３１Ｔとの間に介在させてある。これにより、プッシュロッド５の他端部がカムシャフト２の他端２Ｔ２から突出している。第３コイルスプリングＳ３が収容されるカムシャフト２の軸孔は、プッシュロッド５が挿入嵌合されるカムシャフト２の軸孔よりも小径に設定されている。
【００２８】
そして、図２，図４に示すように、第３コイルスプリングＳ３の付勢力に抗してプッシュロッド５を前記軸芯方向Ｊに押圧するプッシュアーム６を設け、プッシュアーム６を、アクセルワイヤー８を介してアクセルグリップ（以下、「アクセル７」と称する）に連係してある。プッシュアーム６は、アーム本体部６Ａと、アーム本体部６Ａの上端部から突出する押圧部６Ｂとから成る。
【００２９】
すなわち、図１，図２に示すように、ライダーが把持するアクセル７の一端部に設けた巻回部３５に、アクセルワイヤー８の一端部を巻回して固定してある。そして、カムシャフト２の軸芯方向Ｊと直交する軸芯９Ｐ（図４参照）周りに回転するプーリー９にアクセルワイヤー８の他端部を巻回して固定してある。
【００３０】
前記プーリー９は、上側に窄まる断面略卵形であり、下側の半円形状の部分９Ａと、上側の丸味を帯びた台形状の部分９Ｂとから成る。この台形状の部分９Ｂの中心（軸芯９Ｐ）周りに前記プーリー９を回転自在に構成してある。そして、前記プッシュアーム６の下端部を前記台形状の部分９ＢにボルトＢで連結固定してある。
【００３１】
上記の構成により、ライダーがアクセル７を人為的に操作することで、プッシュロッド５と３次元カム１５とを、プッシュアーム６を介してカムシャフト２に対しスライド移動させる。このようにして、シリンダヘッド１に装着したインテークバルブ１４の開閉時期を変化させる。
【００３２】
クランクシャフトの回転力は、タイミングチェーン、タイミングスプロケット１０、カムシャフト２、キー３０、３次元カム１５、固定ピン３４、プッシュロッド５の順に伝わる。運転中はいかなる場合も前記固定ピン３４とピン挿通溝３８が接触することがない。
【００３３】
図４に示すように、前記３次元カム１５がＨｉポジションの時、第３コイルスプリングＳ３からの反力が最も大きくなり、第３ベアリング３３に作用する力が最も大きくなる。この時に、プッシュアーム６の押圧部６Ｂからの押圧力の入力点と、カムシャフト２の軸芯２Ｐ（カムシャフト２の中心軸）とが一致している。これにより、前記入力点が、第３ベアリング３３の中心とも合致し、第３ベアリング３３が、無理な力を受けない最も理想的な状態で前記押圧力を受けることができる。従って、ベアリング３３の耐久性を向上させることができる。
【００３４】
３次元カム１５がＬｏポジション側になれば、第３コイルスプリングＳ３からの反力も小さくなり、ベアリング３３の耐荷重性にも余裕ができる。従って、前記押圧力の入力点が、ベアリング３３の中心に対して偏心していても、ベアリング３３の耐久性に及ぼす影響は軽微である。従って、上記の構造にすることで、ベアリング３３への押圧力の入力を適正化し、ベアリング３３の耐久性を向上させることができる。
【００３５】
本発明の構成により、
（１）  低速側と高速側との一方側から他方側に円滑に切り換えることができ、運転違和感やタイムラグの発生を防止することができる。
また、アクセル７によりプッシュロッド５をカムシャフト２に対して人為的にスライド移動させることで、電気的なカム駆動機構制御が不要になり、システムを単純化することができる。すなわち、構造を簡素化できて製作コストを低減することができる。さらに、プッシュロッド５をカムシャフト２に対してスライド移動させるための電動モータなどの動力源を必要としないから、エネルギー損失をなくすことができ、小型軽量化することができる。また、３次元カム１５で直接的に吸入空気量の調整が可能となり、スロットルを廃止できるため、ポンプロスの低減による燃費性能を向上させることができる。
【００３６】
（２）  プッシュロッド５に作用したプッシュロッド５の軸芯５Ｐ周りの回転力は、ベアリング３３によってキャンセルされて第２キャップ３２は回転しないから、プッシュアーム６の押圧部６Ｂに前記軸芯５Ｐ周りの回転力が伝達することを防止することができる。従って、メカニカルロスを低減でき、プッシュアーム６を円滑に作動させることができる。
【００３７】
（３）  カムシャフト２と３次元カム１５との間に、カムシャフト２の回転力を３次元カム１５に伝達するキー３０を介在させてあるから、３次元カム１５とカムシャフト２とキー３０とを面接触させた状態でカムシャフト２の回転力を３次元カム１５に伝達することができる。その結果、受圧面積を広くして面圧を低く抑え、荷重がかかる３次元カム１５・カムシャフト２・キー３０の連結部の摩耗を低く抑えることができる。
【００３８】
（４）  前記ピン挿通溝３８は、固定ピン３４の径よりも幅広であり、前記軸芯方向Ｊに長い形状であるから、ピン挿通溝３８の内周面と固定ピン３４とが接触することがない。これにより、固定ピン３４の固着や摩耗による３次元カム１５のスライド移動不良を防止することができる。また、固定ピン３４には、３次元カム１５の回転運動に伴う回転力が加わらないので、固定ピン３４の摩耗を低く抑えることができる。
【００３９】
（５）  図４に示すように、プッシュアーム６のアーム本体部６Ａと押圧部６Ｂは、カムシャフト２を挟んで点火プラグ３とは反対側であって、かつ、カムシャフト２のタイミングスプロケット１０よりもカムシャフト２の軸芯方向外側に位置し、プッシュロッド５が、タイミングスプロケット１０よりもカムシャフト２の軸芯方向外側に突出している。
これにより、プッシュアーム６を点火プラグ３と干渉することなく配置することができ、エンジンを小型軽量化することができる。また、タイミングスプロケット１０よりも外側には干渉物が無い為、プッシュロッド５のスライド移動距離を大きくとることができる。これによって、選択できるカムプロフィールの自由度を増加させ、燃費を削減することができ、出力を向上させることができる。
【００４０】
（６）  吸気側のみ３次元カム１５にすることで、従来のＳＯＨＣ方式の利点であるコンパクトなレイアウトのまま、３次元カム１５のスライド移動距離を最大限に確保することができ、広域な空気量調整が可能になる。従って、コンパクトで幅広い運転領域に対応可能なエンジンを実現することができる。
【００４１】
（７）  ３次元カム１５の低リフト側に第３コイルスプリングＳ３、及び、第３コイルスプリングＳ３の一端が位置する。この第３コイルスプリングＳ３の反力により、３次元カム１５は常に低リフト側にスライド移動しようとする状態になる。従って、何らかの要因でアクセルワイヤー８が破断してしまった場合でも、３次元カム１５は速やかに低リフト側に移行し、低出力側となる。その結果、異常な運転状態になることを回避することができる。
【００４２】
［別実施形態］
（１）  図１の２点鎖線に示すように、前記アクセル７の動きを、前記アクセル７の開度に対してエンジン回転数やエンジン変速比、燃料噴射タイミング等を考慮したＣＰＵ制御を介して前記プッシュロッド５に伝達するよう構成してあってもよい。前記アクセル７の開度に基づいて、御装置がモータ（電動モータ）を制御する。モータは、アクセルワイヤー８を巻き取り、あるいは繰り出す。この構成によれば、さらに高度で正確な可変動弁制御を行うことができる。
【００４３】
（２）  前記巻回部３５を、例えば断面略卵形等の、径が一定ではないカム形状とし、アクセル７の動きをプッシュアーム６に非線形に伝達してもよい。この構成によれば、エンジン出力特性と乗車フィーリングとのマッチングを図ることができる。
【００４４】
（３）  上記のＳＯＨＣ単気筒エンジンの可変動弁構造は、自動二輪車に限らず、自動車や発電機にも適用することができる。
【００４５】
（４）  前記アクセルグリップ７に換えてアクセルペダルにアクセルワイヤー８を接続してあってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１          シリンダヘッド
２          カムシャフト
５          プッシュロッド
５Ｐ        プッシュロッドの軸芯
６          プッシュアーム
７          アクセル
８          アクセルワイヤー
９          プーリー
９Ｐ        カムシャフトの軸芯方向と直交する軸芯
１２        ロッカーアーム（インテークロッカーアーム）
１３        カムフォロア（第１カムフォロア）
１４        バルブ（インテークバルブ）
１５        ３次元カム
３０        キー
３３        ベアリング
３４        固定ピン
３５        巻回部
３８        ピン挿通溝
Ｓ３        付勢手段（第３コイルスプリング）
Ｊ          軸芯方向
【図１】
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【図２】
2016133081.tif 000004
【図３】
2016133081.tif 000005
【図４】
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【図５】
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