JPH11350923A - エンジンの動弁装置 - Google Patents
エンジンの動弁装置Info
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- JPH11350923A JPH11350923A JP10165475A JP16547598A JPH11350923A JP H11350923 A JPH11350923 A JP H11350923A JP 10165475 A JP10165475 A JP 10165475A JP 16547598 A JP16547598 A JP 16547598A JP H11350923 A JPH11350923 A JP H11350923A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 上記開発に係るカムプロフィルを吸気カムノ
ーズ，排気カムノーズのいずれか一方あるいは両方に適
用する場合に、より一層高速回転域での弁の挙動を安定
化できるとともに耐久性を向上でき、さらにエンジンの
コンパクト化を図ることができるエンジンの動弁装置を
提供する。 【解決手段】 最大弁リフト付近における加速度係数ｙ
´´の絶対値が進角側及び遅角側に隣接する弁リフト域
での加速度係数ｙ´´の絶対値より小さくなるようにす
るか、又は最大弁リフト付近での曲率半径が進角側及び
遅角側に隣接する弁リフト域での曲率半径より大きくな
るように、かつ弁リフトが増加する区間（昇り区間），
減少する区間（下り区間）の少なくとも何れか一方に弁
リフト速度が最大でかつ一定となる等速度区間を有する
ように設定された排気カムプロフィル，吸気カムプロフ
ィルの少なくとも一方を有するカム軸３６を備えた。
ーズ，排気カムノーズのいずれか一方あるいは両方に適
用する場合に、より一層高速回転域での弁の挙動を安定
化できるとともに耐久性を向上でき、さらにエンジンの
コンパクト化を図ることができるエンジンの動弁装置を
提供する。 【解決手段】 最大弁リフト付近における加速度係数ｙ
´´の絶対値が進角側及び遅角側に隣接する弁リフト域
での加速度係数ｙ´´の絶対値より小さくなるようにす
るか、又は最大弁リフト付近での曲率半径が進角側及び
遅角側に隣接する弁リフト域での曲率半径より大きくな
るように、かつ弁リフトが増加する区間（昇り区間），
減少する区間（下り区間）の少なくとも何れか一方に弁
リフト速度が最大でかつ一定となる等速度区間を有する
ように設定された排気カムプロフィル，吸気カムプロフ
ィルの少なくとも一方を有するカム軸３６を備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、４サイクルエンジ
ンの排気弁，吸気弁を開閉駆動する動弁装置に関し、詳
細には耐久性，作動の安定性を向上でき、エンジンのコ
ンパクト化を図ることができるようにしたカムプロフィ
ルの改善に関する。
ンの排気弁，吸気弁を開閉駆動する動弁装置に関し、詳
細には耐久性，作動の安定性を向上でき、エンジンのコ
ンパクト化を図ることができるようにしたカムプロフィ
ルの改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】４サイクルエンジンの動弁装置は、排気
カムノーズ，吸気カムノーズによりリフタ，ロッカアー
ム等を介して排気弁，吸気弁をクランク軸の回転に同期
して開閉させるためのものである。
カムノーズ，吸気カムノーズによりリフタ，ロッカアー
ム等を介して排気弁，吸気弁をクランク軸の回転に同期
して開閉させるためのものである。
【０００３】従来のカム軸のカムノーズは、例えば図１
５に示すカム軸回転角一弁リフト（揚程）曲線ｙ，単位
角速度でカム軸が回転するとした時の各々カム軸回転角
に対する速度係数曲線ｙ′，及び加速度係数曲線ｙ′′
を有するカムプロフィルを備えたものが一般的である。
５に示すカム軸回転角一弁リフト（揚程）曲線ｙ，単位
角速度でカム軸が回転するとした時の各々カム軸回転角
に対する速度係数曲線ｙ′，及び加速度係数曲線ｙ′′
を有するカムプロフィルを備えたものが一般的である。
【０００４】このカム軸のカムノーズは、ベース円部
と、実際に弁を開閉駆動するリフト部とからなり、ベー
ス円部はカム軸心を中心とする半径Ｒｏの一定の円形を
なすように設定されている。一方リフト部は、弁リフト
を、カムが直接あるいはロッカアーム等を介して弁を押
し始めるまでのランプ部及び弁の開き始め付近では緩や
かに増加させ、続いて放物線状に増加減少させ、弁の閉
じ終わり付近及び弁が弁座に着座するカム軸回転角以降
のランプ部では再び緩やかに減少させるように、そのカ
ムプロフィルが設定されている。
と、実際に弁を開閉駆動するリフト部とからなり、ベー
ス円部はカム軸心を中心とする半径Ｒｏの一定の円形を
なすように設定されている。一方リフト部は、弁リフト
を、カムが直接あるいはロッカアーム等を介して弁を押
し始めるまでのランプ部及び弁の開き始め付近では緩や
かに増加させ、続いて放物線状に増加減少させ、弁の閉
じ終わり付近及び弁が弁座に着座するカム軸回転角以降
のランプ部では再び緩やかに減少させるように、そのカ
ムプロフィルが設定されている。
【０００５】このようなカムプロフィルを有することか
ら、上記従来のカム軸の速度係数曲線ｙ′（カム軸回転
角度を変数とする弁リフト曲線を微分しさらにカム軸が
単位角速度で回転するとしてリフト方向の速度を算出し
て求めたもの）は、弁リフトの上記放物線的増加域で正
側最大値を示し、最大リフト域で正側から負側に反転
し、上記放物線的減少域で負側最大値を示す。
ら、上記従来のカム軸の速度係数曲線ｙ′（カム軸回転
角度を変数とする弁リフト曲線を微分しさらにカム軸が
単位角速度で回転するとしてリフト方向の速度を算出し
て求めたもの）は、弁リフトの上記放物線的増加域で正
側最大値を示し、最大リフト域で正側から負側に反転
し、上記放物線的減少域で負側最大値を示す。
【０００６】また加速度係数曲線ｙ′′（速度係数曲線
ｙ´をさらにカム軸回転角度で微分して得られたもの）
は、弁リフトの放物線的増加開始域，減少終了域近傍で
それぞれ正側の最大値を示し、その間の領域では最大リ
フト域で負側の最大値を示しかつ連続的に緩やかに変化
している。
ｙ´をさらにカム軸回転角度で微分して得られたもの）
は、弁リフトの放物線的増加開始域，減少終了域近傍で
それぞれ正側の最大値を示し、その間の領域では最大リ
フト域で負側の最大値を示しかつ連続的に緩やかに変化
している。
【０００７】上記従来のカム軸の場合、上記加速度係数
曲線ｙ′′から判るように、加速度係数は最大リフト域
で負側の最大値を示す。そのため最大リフト付近でのカ
ムノーズとリフタあるいはロッカアームとの間に作用す
る荷重が小さくなり、エンジン回転を上昇させていくと
両者の追従性が悪くなり、限界回転数を高くできない。
曲線ｙ′′から判るように、加速度係数は最大リフト域
で負側の最大値を示す。そのため最大リフト付近でのカ
ムノーズとリフタあるいはロッカアームとの間に作用す
る荷重が小さくなり、エンジン回転を上昇させていくと
両者の追従性が悪くなり、限界回転数を高くできない。
【０００８】またカムの曲率半径は、直動式の場合、等
価カムリフトと加速度係数とベース円部の半径との和で
表されるが、従来のカムプロフィルでは、最大リフト付
近の加速度係数が負側の最大値を示すことから判るよう
に、最大リフト付近の曲率半径が小さく設定されてい
る。
価カムリフトと加速度係数とベース円部の半径との和で
表されるが、従来のカムプロフィルでは、最大リフト付
近の加速度係数が負側の最大値を示すことから判るよう
に、最大リフト付近の曲率半径が小さく設定されてい
る。
【０００９】カム面に作用する荷重は、慣性マス（弁，
弁ばねの一部、ロッカアームありではロッカーアーム,
バルブリフター等からなる）と加速度との積による慣性
力と、弁ばねの弾発力との和になる。一方カム面の応力
は、円柱と平面の接触と考えることができるのでこのカ
ム面に作用する荷重の平方根に比例するとともに、カム
の曲率半径の平方根に反比例する。
弁ばねの一部、ロッカアームありではロッカーアーム,
バルブリフター等からなる）と加速度との積による慣性
力と、弁ばねの弾発力との和になる。一方カム面の応力
は、円柱と平面の接触と考えることができるのでこのカ
ム面に作用する荷重の平方根に比例するとともに、カム
の曲率半径の平方根に反比例する。
【００１０】従来のカムプロフィルの場合、カム軸の回
転速度が低く加速度の影響が小さい低速，中速回転域で
は、弁ばねの弾発力が最も大きくなるカム面の最大リフ
ト部分の応力がカムプロフィル全体で見た場合に最大値
を示すこととなる。このような従来のカムプロフィルを
低速，中速回転が常用される自動車用エンジンの動弁装
置に採用した場合、上述の最大リフト部分の応力が高い
点が動弁装置全体の耐久性を低下させることとなる。
転速度が低く加速度の影響が小さい低速，中速回転域で
は、弁ばねの弾発力が最も大きくなるカム面の最大リフ
ト部分の応力がカムプロフィル全体で見た場合に最大値
を示すこととなる。このような従来のカムプロフィルを
低速，中速回転が常用される自動車用エンジンの動弁装
置に採用した場合、上述の最大リフト部分の応力が高い
点が動弁装置全体の耐久性を低下させることとなる。
【００１１】そこで本出願人は、最大リフト域における
曲率半径を隣接するリフト域における曲率半径よりも大
きく設定することにより、該最大リフト域における負側
の加速度係数を小さくし、もって最大リフト付近でのカ
ムノーズとリフタあるいはロッカアームとの間に作用す
る荷重を大きくし、両者の追従性を向上させ、限界回転
数を高くでき、また最大リフト付近でのカム面応力を低
下させて動弁装置全体の耐久性を向上できるカムプロフ
ィルを開発している。
曲率半径を隣接するリフト域における曲率半径よりも大
きく設定することにより、該最大リフト域における負側
の加速度係数を小さくし、もって最大リフト付近でのカ
ムノーズとリフタあるいはロッカアームとの間に作用す
る荷重を大きくし、両者の追従性を向上させ、限界回転
数を高くでき、また最大リフト付近でのカム面応力を低
下させて動弁装置全体の耐久性を向上できるカムプロフ
ィルを開発している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、最大リフト
を大きくするには弁リフトの最大速度を大きくすること
が効果的であると考えられる。一方弁リフトの最大速度
は弁を押し動かすアームの長さと正の相関関係がある。
そのため最大速度を大きくするには、直動式の場合には
リフタ径を大きくすることが必要となり、ロッカアーム
式の場合にはスリッパ長さを大きくとることが必要とな
る。そのためシリンダヘッドが大きくなったり、リフタ
あるいはロッカアームが大きくなってこれらが重くな
り、動弁系の慣性力が大きくなる等の問題が懸念され
る。
を大きくするには弁リフトの最大速度を大きくすること
が効果的であると考えられる。一方弁リフトの最大速度
は弁を押し動かすアームの長さと正の相関関係がある。
そのため最大速度を大きくするには、直動式の場合には
リフタ径を大きくすることが必要となり、ロッカアーム
式の場合にはスリッパ長さを大きくとることが必要とな
る。そのためシリンダヘッドが大きくなったり、リフタ
あるいはロッカアームが大きくなってこれらが重くな
り、動弁系の慣性力が大きくなる等の問題が懸念され
る。
【００１３】本発明は、上記開発に係るカムプロフィル
を吸気カムノーズ，排気カムノーズのいずれか一方ある
いは両方に適用する場合に、より一層高速回転域での弁
の挙動を安定化できるとともに耐久性を向上でき、さら
にエンジンのコンパクト化を図ることができるエンジン
の動弁装置を提供することを課題としている。
を吸気カムノーズ，排気カムノーズのいずれか一方ある
いは両方に適用する場合に、より一層高速回転域での弁
の挙動を安定化できるとともに耐久性を向上でき、さら
にエンジンのコンパクト化を図ることができるエンジン
の動弁装置を提供することを課題としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、最大
弁リフト付近における加速度係数の絶対値が進角側及び
遅角側に隣接する弁リフト域での加速度係数の絶対値よ
り小さくなるようにするか、又は最大弁リフト付近での
曲率半径が進角側及び遅角側に隣接する弁リフト域での
曲率半径より大きくなるように、かつ弁リフトが増加す
る区間（昇り区間），減少する区間（下り区間）の少な
くとも何れか一方に弁リフト速度が最大でかつ一定とな
る等速度区間を有するように設定された排気カムプロフ
ィル，吸気カムプロフィルの少なくとも一方を有するカ
ム軸を備えたことを特徴としている。
弁リフト付近における加速度係数の絶対値が進角側及び
遅角側に隣接する弁リフト域での加速度係数の絶対値よ
り小さくなるようにするか、又は最大弁リフト付近での
曲率半径が進角側及び遅角側に隣接する弁リフト域での
曲率半径より大きくなるように、かつ弁リフトが増加す
る区間（昇り区間），減少する区間（下り区間）の少な
くとも何れか一方に弁リフト速度が最大でかつ一定とな
る等速度区間を有するように設定された排気カムプロフ
ィル，吸気カムプロフィルの少なくとも一方を有するカ
ム軸を備えたことを特徴としている。
【００１５】請求項２の発明は、請求項１において、昇
り区間，及び下り区間に等速度区間を有し、昇り区間，
下り区間の等速度区間長さをφup，φdnとする時、 φup＞φdn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴としている。
り区間，及び下り区間に等速度区間を有し、昇り区間，
下り区間の等速度区間長さをφup，φdnとする時、 φup＞φdn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴としている。
【００１６】請求項３の発明は、請求項２において、昇
り区間，下り区間の加速度最大値をαup，αdnとする
時、 αup＞αdn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴としている。
り区間，下り区間の加速度最大値をαup，αdnとする
時、 αup＞αdn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴としている。
【００１７】請求項４の発明は、請求項３において、昇
り区間，下り区間の正加速度区間長さをθ0up ，θ0dn
とする時、 θ0up ＜θ0dn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴としている。
り区間，下り区間の正加速度区間長さをθ0up ，θ0dn
とする時、 θ0up ＜θ0dn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴としている。
【００１８】請求項５の発明は、請求項３において、昇
り区間，下り区間の区間長さをθ1up ，θ1dn とする
時、 θ1up ＜θ1dn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴としている。
り区間，下り区間の区間長さをθ1up ，θ1dn とする
時、 θ1up ＜θ1dn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴としている。
【００１９】請求項６の発明は、請求項５において、昇
り区間，下り区間の正加速度区間長さをθ0up ，θ0dn
とする時、 θ0up ＜θ0dn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴としている。
り区間，下り区間の正加速度区間長さをθ0up ，θ0dn
とする時、 θ0up ＜θ0dn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴としている。
【００２０】
【発明の作用効果】請求項１の発明によれば、最大弁リ
フト付近における上記加速度係数の絶対値を進角側及び
遅角側に隣接する弁リフト域での上記加速度係数の絶対
値より小さくするか、又は最大弁リフト付近での曲率半
径を進角側及び遅角側に隣接する弁リフト域での曲率半
径より大きくしたので、最大弁リフト付近においてカム
ノーズとリフタあるいはロッカアームとの間に作用する
荷重が小さくならず、エンジン回転を上昇させていく時
の両者の追従性の低下を防止できる。
フト付近における上記加速度係数の絶対値を進角側及び
遅角側に隣接する弁リフト域での上記加速度係数の絶対
値より小さくするか、又は最大弁リフト付近での曲率半
径を進角側及び遅角側に隣接する弁リフト域での曲率半
径より大きくしたので、最大弁リフト付近においてカム
ノーズとリフタあるいはロッカアームとの間に作用する
荷重が小さくならず、エンジン回転を上昇させていく時
の両者の追従性の低下を防止できる。
【００２１】また、最大弁リフト付近での曲率半径を進
角側及び遅角側に隣接する弁リフト域での曲率半径より
大きくしたので最大弁リフト付近での曲率半径の減少を
防止でき、カム面の応力増加を防止できる。即ち、カム
面の応力は曲率半径の平方根に反比例するので、カムノ
ーズとリフタあるいはロッカアームとの間に作用する荷
重が小さくならないか却って大きくなっても、カム面の
応力の増加を防止でき、動弁装置の耐久性の低下を防止
できる。
角側及び遅角側に隣接する弁リフト域での曲率半径より
大きくしたので最大弁リフト付近での曲率半径の減少を
防止でき、カム面の応力増加を防止できる。即ち、カム
面の応力は曲率半径の平方根に反比例するので、カムノ
ーズとリフタあるいはロッカアームとの間に作用する荷
重が小さくならないか却って大きくなっても、カム面の
応力の増加を防止でき、動弁装置の耐久性の低下を防止
できる。
【００２２】また請求項１の発明によれば、昇り区間，
下り区間の少なくとも何れか一方に弁速度が最大速度で
一定となる等速度区間を設けたので、リフター径を大き
くすることなく最大速度区間が長くなり、最大リフトを
大きくすることができ、リフタ径，ロッカアーム長さを
大きくする必要がなく、エンジンの大型化，動弁径の慣
性力の増大を回避できる。
下り区間の少なくとも何れか一方に弁速度が最大速度で
一定となる等速度区間を設けたので、リフター径を大き
くすることなく最大速度区間が長くなり、最大リフトを
大きくすることができ、リフタ径，ロッカアーム長さを
大きくする必要がなく、エンジンの大型化，動弁径の慣
性力の増大を回避できる。
【００２３】ここで図１２に基づいて、弁速度が最大速
度で一定となる等速度区間を設けることによりリフター
径を大きくすることなく最大速度区間が長くなり、最大
リフトを大きくすることができる点をより詳細に説明す
る。
度で一定となる等速度区間を設けることによりリフター
径を大きくすることなく最大速度区間が長くなり、最大
リフトを大きくすることができる点をより詳細に説明す
る。
【００２４】図１３において、カムノーズのベース円半
径をＲo 、カムノーズのリフタとの接触点Ｑの座標を
（Ｘo ，Ｙｏ）、該リフタの実質的な半径をＰＱ、ｙ*
を弁リフトとすると、 △ＯＲＸo において, ＯＲ＝Ｘo cos θ △ＱＳＸo において、ＲＰ＝ＳＸo ＝Ｙo sin θ これより ＯＰ＝Ｘo cos θ＋Ｙo sin θ・・・（１） θで両辺を微分すると ｄｙ* ／ｄθ＝−Ｘo sin θ＋Ｙo cos θ・・・（２） カムのプロフィルは直線ＰＱの自絡線として求められる
から、上記式（１）,（２）を連立させてθを消去し、
２式の両辺を２乗して加えると、 （ｙ* ＋Ｒo ）2 ＋（ｄｙ* ／ｄθ）2 ＝（Ｘｏcos θ＋Ｙｏsin θ）2 ＋（−Ｘo sin θ＋Ｙo cos θ）2 ＝Ｘo 2 ＋Ｙo 2 ・・・（３） 式（３）より （ｄｙ* ／ｄθ）2 ＝（Ｘo 2 ＋Ｙo 2 ）−（ｙ* ＋Ｒo ）2 ・・・（４） ここで、 （ｙ* ＋Ｒo ）2 ＝ＯＰ2 , およびＸo 2 ＋Ｙo 2 ＝ＯＱ2 であるから、式（４）より （ｄｙ* ／ｄθ）2 ＝（Ｘo 2 ＋Ｙo 2 ）−（ｙ* ＋Ｒo ）2 ＝ＯＱ2 −ＯＰ2 ＝ＰＱ2 即ち、 ＰＱ＝ｄｙ* ／ｄθ ＝ｄＹ／ｄQ となる。なお、Ｙはクランク軸回転角度Q に対する弁リ
フトであり、Ｙ＝∫ｖｄQ である。本発明では、等速度
区間を備えるように排気カムプロフィル，吸気カムプロ
フィルを設定したので、上記リフタの実質的な半径ＰＱ
を一定としつつ弁リフトＹを増加することができ、即
ち、リフター径を大きくすることなく最大リフトを大き
くすることができ、エンジンの大型化を回避しつつエン
ジン性能の向上を図ることができる。
径をＲo 、カムノーズのリフタとの接触点Ｑの座標を
（Ｘo ，Ｙｏ）、該リフタの実質的な半径をＰＱ、ｙ*
を弁リフトとすると、 △ＯＲＸo において, ＯＲ＝Ｘo cos θ △ＱＳＸo において、ＲＰ＝ＳＸo ＝Ｙo sin θ これより ＯＰ＝Ｘo cos θ＋Ｙo sin θ・・・（１） θで両辺を微分すると ｄｙ* ／ｄθ＝−Ｘo sin θ＋Ｙo cos θ・・・（２） カムのプロフィルは直線ＰＱの自絡線として求められる
から、上記式（１）,（２）を連立させてθを消去し、
２式の両辺を２乗して加えると、 （ｙ* ＋Ｒo ）2 ＋（ｄｙ* ／ｄθ）2 ＝（Ｘｏcos θ＋Ｙｏsin θ）2 ＋（−Ｘo sin θ＋Ｙo cos θ）2 ＝Ｘo 2 ＋Ｙo 2 ・・・（３） 式（３）より （ｄｙ* ／ｄθ）2 ＝（Ｘo 2 ＋Ｙo 2 ）−（ｙ* ＋Ｒo ）2 ・・・（４） ここで、 （ｙ* ＋Ｒo ）2 ＝ＯＰ2 , およびＸo 2 ＋Ｙo 2 ＝ＯＱ2 であるから、式（４）より （ｄｙ* ／ｄθ）2 ＝（Ｘo 2 ＋Ｙo 2 ）−（ｙ* ＋Ｒo ）2 ＝ＯＱ2 −ＯＰ2 ＝ＰＱ2 即ち、 ＰＱ＝ｄｙ* ／ｄθ ＝ｄＹ／ｄQ となる。なお、Ｙはクランク軸回転角度Q に対する弁リ
フトであり、Ｙ＝∫ｖｄQ である。本発明では、等速度
区間を備えるように排気カムプロフィル，吸気カムプロ
フィルを設定したので、上記リフタの実質的な半径ＰＱ
を一定としつつ弁リフトＹを増加することができ、即
ち、リフター径を大きくすることなく最大リフトを大き
くすることができ、エンジンの大型化を回避しつつエン
ジン性能の向上を図ることができる。
【００２５】また、エンジンの高速回転域での弁の挙動
を正確にするには、弁リトフが減少する下り区間におけ
る加速度の変化を小さくすることが効果的であると考え
られる。加速度と慣性力とは比例するため、加速度が急
激に変化すると慣性力も急激に変化して、カム軸や弁軸
の振動が引き起こされ、また弁ばねのサージングが発生
し、これらにより高速回転域での挙動が不安定になる。
また、着座時の加速度の急激な変化は弁の損傷の原因と
なるバウンス現象を引き起こす。
を正確にするには、弁リトフが減少する下り区間におけ
る加速度の変化を小さくすることが効果的であると考え
られる。加速度と慣性力とは比例するため、加速度が急
激に変化すると慣性力も急激に変化して、カム軸や弁軸
の振動が引き起こされ、また弁ばねのサージングが発生
し、これらにより高速回転域での挙動が不安定になる。
また、着座時の加速度の急激な変化は弁の損傷の原因と
なるバウンス現象を引き起こす。
【００２６】そこで、請求項２の発明によれば、下り区
間の等速度区間長さφdnを昇り区間の等速度区間長さφ
upより小さくしたので、下り区間における加速度の変化
を昇り区間における加速度の変化に比べて穏やかにで
き、高速回転域での弁の挙動を安定化することができる
とともに、弁着座時のバウンス現象を防止できる。
間の等速度区間長さφdnを昇り区間の等速度区間長さφ
upより小さくしたので、下り区間における加速度の変化
を昇り区間における加速度の変化に比べて穏やかにで
き、高速回転域での弁の挙動を安定化することができる
とともに、弁着座時のバウンス現象を防止できる。
【００２７】また請求項３の発明によれば、下り区間の
正加速度の最大値αdnを昇り区間の正加速度の最大値α
upより小さくしたので、加速度の急激な変化を防止で
き、慣性力の変化を穏やかにでき、もって高速回転域で
の弁の挙動を良くすることができるとともに、特に着座
時の加速度の変化を小さくでき、弁着座時のバウンス現
象を回避できる。
正加速度の最大値αdnを昇り区間の正加速度の最大値α
upより小さくしたので、加速度の急激な変化を防止で
き、慣性力の変化を穏やかにでき、もって高速回転域で
の弁の挙動を良くすることができるとともに、特に着座
時の加速度の変化を小さくでき、弁着座時のバウンス現
象を回避できる。
【００２８】また、請求項４の発明によれば、下り側の
正加速度区間の長さθ0dn を昇り側の正加速度区間の長
さθ0up より大きくしたので、弁開面積と開時間との積
に基づいて求められる角度面積が下り区間の最大加速度
αdnを小さくしたことにより小さくなるのを抑制でき
る。
正加速度区間の長さθ0dn を昇り側の正加速度区間の長
さθ0up より大きくしたので、弁開面積と開時間との積
に基づいて求められる角度面積が下り区間の最大加速度
αdnを小さくしたことにより小さくなるのを抑制でき
る。
【００２９】図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞ
れ、弁揚程曲線ｙ，速度係数曲線ｙ´，加速度係数曲線
ｙ´´を示す。同図においてαdnをαupより小さくする
一方、θ0dn をθ0up より大きくしたので、加速度の積
分値である面積Ｈを大きくでき、速度曲線ｙ´における
最大値ｙ´Dmaxを大きくできる。定性的にはｙ´Dmaxが
大きいほど弁揚程曲線ｙにおける最大値ｙmax を大きく
とることができる。ｙmax を大きくとれれば面積Ｂ（角
度面積）を大きくとることができ、吸気量を十分確保し
てエンジン性能を向上できる。
れ、弁揚程曲線ｙ，速度係数曲線ｙ´，加速度係数曲線
ｙ´´を示す。同図においてαdnをαupより小さくする
一方、θ0dn をθ0up より大きくしたので、加速度の積
分値である面積Ｈを大きくでき、速度曲線ｙ´における
最大値ｙ´Dmaxを大きくできる。定性的にはｙ´Dmaxが
大きいほど弁揚程曲線ｙにおける最大値ｙmax を大きく
とることができる。ｙmax を大きくとれれば面積Ｂ（角
度面積）を大きくとることができ、吸気量を十分確保し
てエンジン性能を向上できる。
【００３０】請求項５の発明によれば、下り区間の区間
長さθ1dn を昇り区間の区間長θ1up より大きくしたの
で、請求項４の発明と同様に、弁開面積と開時間との積
に基づいて求められる角度面積が下り区間の最大加速度
αdnを小さくしたことにより小さくなるのを抑制でき、
吸気量を十分に確保してエンジン性能を向上できる。
長さθ1dn を昇り区間の区間長θ1up より大きくしたの
で、請求項４の発明と同様に、弁開面積と開時間との積
に基づいて求められる角度面積が下り区間の最大加速度
αdnを小さくしたことにより小さくなるのを抑制でき、
吸気量を十分に確保してエンジン性能を向上できる。
【００３１】請求項６の発明によれば、下り区間の区間
長さθ1dn を昇り区間の区間長θ1up より大きくし、さ
らに下り区間の正加速度区間の長さθ0dn を昇り側の正
加速度区間の長さθ0up より大きくしたので、角度面積
が下り区間の最大加速度αdnを小さくしたことにより小
さくなるのをより一層確実に防止でき、吸気量を十分に
確保してエンジン性能を向上できる。
長さθ1dn を昇り区間の区間長θ1up より大きくし、さ
らに下り区間の正加速度区間の長さθ0dn を昇り側の正
加速度区間の長さθ0up より大きくしたので、角度面積
が下り区間の最大加速度αdnを小さくしたことにより小
さくなるのをより一層確実に防止でき、吸気量を十分に
確保してエンジン性能を向上できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１〜図７は請求項１の発明
に係る第１実施形態のエンジンの動弁装置を説明するた
めの図である。図１はＳＯＨＣタイプの動弁装置の断面
側面図、図２はＤＯＨＣタイプの動弁装置の断面側面
図、図３はカムノーズのプロフィルを示す模式図、図４
はカムノーズのプロフィルを曲率半径で示す図、図５は
カム軸回転角度と加速度係数, 速度係数との関係を、図
６はカム軸回転角度とカムノーズ・リフタ間荷重との関
係を、図７はカム軸回転角度とカム面の応力との関係を
説明するための特性図である。
図面に基づいて説明する。図１〜図７は請求項１の発明
に係る第１実施形態のエンジンの動弁装置を説明するた
めの図である。図１はＳＯＨＣタイプの動弁装置の断面
側面図、図２はＤＯＨＣタイプの動弁装置の断面側面
図、図３はカムノーズのプロフィルを示す模式図、図４
はカムノーズのプロフィルを曲率半径で示す図、図５は
カム軸回転角度と加速度係数, 速度係数との関係を、図
６はカム軸回転角度とカムノーズ・リフタ間荷重との関
係を、図７はカム軸回転角度とカム面の応力との関係を
説明するための特性図である。
【００３３】図１において、１はＳＯＨＣタイプの動弁
装置を備えた水冷式４サイクル複数気筒エンジンであ
り、これはそれぞれアルミ合金製のクランクケース（図
示せず）上にシリンダボディ１０，シリンダヘッド１
１，ヘッドカバー２０を積層結合し、上記シリンダボデ
ィ１０内に圧入されたシリンダライナ１０ｃのシリンダ
ボア内にピストン１４を摺動自在に挿入配置し、該ピス
トン１４をコンロッドで上記クランクケース内のクラン
ク軸に連接した概略構造のものであり、図１は１つの気
筒の動弁装置の断面側面図である。
装置を備えた水冷式４サイクル複数気筒エンジンであ
り、これはそれぞれアルミ合金製のクランクケース（図
示せず）上にシリンダボディ１０，シリンダヘッド１
１，ヘッドカバー２０を積層結合し、上記シリンダボデ
ィ１０内に圧入されたシリンダライナ１０ｃのシリンダ
ボア内にピストン１４を摺動自在に挿入配置し、該ピス
トン１４をコンロッドで上記クランクケース内のクラン
ク軸に連接した概略構造のものであり、図１は１つの気
筒の動弁装置の断面側面図である。
【００３４】また上記シリンダヘッド１１のシリンダボ
ディ側合面には燃焼室Ｅを形成する燃焼凹部１１ａが凹
設されており、該燃焼凹部１１ａには３つの吸気弁開口
１８と２つの排気弁開口１５が燃焼室Ｅの外周に沿うよ
う配置されて開口しており、該各吸気弁開口１８，排気
弁開口１５は吸気ポート３１，排気ポート３２によりシ
リンダヘッド１１の後壁，前壁に導出されている。な
お、１０ａはシリンダボディ１０に形成された水冷ジャ
ケット、３０ｂは点火プラグの電極である。
ディ側合面には燃焼室Ｅを形成する燃焼凹部１１ａが凹
設されており、該燃焼凹部１１ａには３つの吸気弁開口
１８と２つの排気弁開口１５が燃焼室Ｅの外周に沿うよ
う配置されて開口しており、該各吸気弁開口１８，排気
弁開口１５は吸気ポート３１，排気ポート３２によりシ
リンダヘッド１１の後壁，前壁に導出されている。な
お、１０ａはシリンダボディ１０に形成された水冷ジャ
ケット、３０ｂは点火プラグの電極である。
【００３５】上記各吸気弁開口１８，各排気弁開口１５
は、動弁装置４０により進退駆動される吸気弁２５，排
気弁２６の弁頭２５ａ，２６ａにより開閉される。該各
吸気弁２５，排気弁２６は、その弁軸２５ｂ，２６ｂが
シリンダヘッド１１とヘッドカバー２０で形成されるカ
ム室２４内に突出するようにかつ軸方向に進退自在に配
設されており、突出端に装着されたリテーナ３４とシリ
ンダヘッド１１のばね座との間に介在された弁ばね３５
により閉方向に付勢されている。
は、動弁装置４０により進退駆動される吸気弁２５，排
気弁２６の弁頭２５ａ，２６ａにより開閉される。該各
吸気弁２５，排気弁２６は、その弁軸２５ｂ，２６ｂが
シリンダヘッド１１とヘッドカバー２０で形成されるカ
ム室２４内に突出するようにかつ軸方向に進退自在に配
設されており、突出端に装着されたリテーナ３４とシリ
ンダヘッド１１のばね座との間に介在された弁ばね３５
により閉方向に付勢されている。
【００３６】上記動弁装置４０は、燃焼室Ｅの略中心の
上方を通るようにクランク軸方向に配置された１本のカ
ム軸３６と、該カム軸３６の両側でかつ上方に配置され
た吸気ロッカ軸４６及び排気ロッカ軸４７と、該各ロッ
カ軸４６，４７により揺動自在に支持された１気筒当た
り３本の吸気ロッカアーム４３，２本の排気ロッカアー
ム４２とを備えている。
上方を通るようにクランク軸方向に配置された１本のカ
ム軸３６と、該カム軸３６の両側でかつ上方に配置され
た吸気ロッカ軸４６及び排気ロッカ軸４７と、該各ロッ
カ軸４６，４７により揺動自在に支持された１気筒当た
り３本の吸気ロッカアーム４３，２本の排気ロッカアー
ム４２とを備えている。
【００３７】上記カム軸３６は各気筒毎に３つの吸気カ
ムノーズ３６ａと２つの排気カムノーズ３６ｂを有し、
燃焼室略中央部分及び両端部分がシリンダヘッド１１に
形成されたカム軸受及びこれに装着された軸受キャップ
により回転自在に支持されている。
ムノーズ３６ａと２つの排気カムノーズ３６ｂを有し、
燃焼室略中央部分及び両端部分がシリンダヘッド１１に
形成されたカム軸受及びこれに装着された軸受キャップ
により回転自在に支持されている。
【００３８】また上記吸気ロッカ軸４６，排気ロッカ軸
４７はヘッドカバー２０の内面に下方に突設されたボス
部２０ａ，２０ａにより固定支持されている。そして上
記吸気ロッカアーム４３，排気ロッカアーム４２の内側
端部には上記カムノーズ３６ａ，３６ｂに摺接する摺動
面４３ａ，４２ａが形成され、外側端部には上記吸気弁
２５，排気弁２６の弁軸２５ｂ，２６ｂの上端面に当接
するアジャストボルト４８，４９が軸方向位置を調整可
能に螺挿されている。なお４８ａ，４９ａはロックナッ
トであり、５０はヘッドカバー１２に着脱可能に装着さ
れた弁隙間調整用キャップである。
４７はヘッドカバー２０の内面に下方に突設されたボス
部２０ａ，２０ａにより固定支持されている。そして上
記吸気ロッカアーム４３，排気ロッカアーム４２の内側
端部には上記カムノーズ３６ａ，３６ｂに摺接する摺動
面４３ａ，４２ａが形成され、外側端部には上記吸気弁
２５，排気弁２６の弁軸２５ｂ，２６ｂの上端面に当接
するアジャストボルト４８，４９が軸方向位置を調整可
能に螺挿されている。なお４８ａ，４９ａはロックナッ
トであり、５０はヘッドカバー１２に着脱可能に装着さ
れた弁隙間調整用キャップである。
【００３９】図２において、１は直動式のＤＯＨＣタイ
プの動弁装置６０を備えた水冷式４サイクルエンジンで
あり、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。この
動弁装置６０は、吸気弁２５，排気弁２６をそれぞれ独
立の吸気カム軸６１，排気カム軸６２のカムノーズ３６
ａ，３６ｂによりリフタ６３ａ，６３ｂを介して開閉駆
動するようになっている。
プの動弁装置６０を備えた水冷式４サイクルエンジンで
あり、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。この
動弁装置６０は、吸気弁２５，排気弁２６をそれぞれ独
立の吸気カム軸６１，排気カム軸６２のカムノーズ３６
ａ，３６ｂによりリフタ６３ａ，６３ｂを介して開閉駆
動するようになっている。
【００４０】上記図１，図２の各カム軸３６，６１，６
２の吸気カムノーズ３６ａ，排気カムノーズ３６ｂは本
実施形態の特徴をなすカムプロフィルを有しており、こ
のカムプロフィルについて詳述する。なお、以下の説明
は、主として図２に示す直動式の動弁装置における吸気
カムノーズ３６ａの場合を説明しているが、排気カムノ
ーズ３６ｂについても同様である。また図１の動弁装置
における吸気カムノーズ３６ａ，排気カムノーズ３６ｂ
についても同様である。
２の吸気カムノーズ３６ａ，排気カムノーズ３６ｂは本
実施形態の特徴をなすカムプロフィルを有しており、こ
のカムプロフィルについて詳述する。なお、以下の説明
は、主として図２に示す直動式の動弁装置における吸気
カムノーズ３６ａの場合を説明しているが、排気カムノ
ーズ３６ｂについても同様である。また図１の動弁装置
における吸気カムノーズ３６ａ，排気カムノーズ３６ｂ
についても同様である。
【００４１】図３，図４は反時計回りに回転する上記吸
気カムノーズ３６ａ，排気カムノーズ３６ｂのカムプロ
フィルを説明するための図であり、同一タイミングにお
ける状態を示す。図中、ＴＤＣinは排気・吸入行程にお
ける上死点、ＢＤＣinは吸入・圧縮行程における下死
点、ＴＤＣexは圧縮・爆発行程における上死点、ＢＤＣ
exは爆発・排気行程における下死点を示す。またθin,
θexはそれぞれ上記ＴＤＣin, ｌ燃焼サイクル前のＴＤ
Ｃin´を基準としたカム軸回転角度、γin, γexはそれ
ぞれ上記ＴＤＣin，ＴＤＣin´からカムノーズとリフタ
との接触点Ｂin，Ｂexまでのカム軸回転角度、Ｂinｏ，
Ｂexｏは最大リフト時の接触点、Ｐinは上記接触点Ｂin
からリフタ６３ａの摺接面に垂直の直線上に位置する曲
率中心、Ｒinは上記接触点Ｂin，部分の曲率半径を示
す。
気カムノーズ３６ａ，排気カムノーズ３６ｂのカムプロ
フィルを説明するための図であり、同一タイミングにお
ける状態を示す。図中、ＴＤＣinは排気・吸入行程にお
ける上死点、ＢＤＣinは吸入・圧縮行程における下死
点、ＴＤＣexは圧縮・爆発行程における上死点、ＢＤＣ
exは爆発・排気行程における下死点を示す。またθin,
θexはそれぞれ上記ＴＤＣin, ｌ燃焼サイクル前のＴＤ
Ｃin´を基準としたカム軸回転角度、γin, γexはそれ
ぞれ上記ＴＤＣin，ＴＤＣin´からカムノーズとリフタ
との接触点Ｂin，Ｂexまでのカム軸回転角度、Ｂinｏ，
Ｂexｏは最大リフト時の接触点、Ｐinは上記接触点Ｂin
からリフタ６３ａの摺接面に垂直の直線上に位置する曲
率中心、Ｒinは上記接触点Ｂin，部分の曲率半径を示
す。
【００４２】なお、図３において、排気カムノーズをβ
角だけ戻した時の排気カムノーズとリフタとの相対位置
を、排気カムノーズを固定してリフタを移動させて図示
しており、この時のリフタが６３ｂ´であり、θex´は
この時のｌ燃焼サイクル前のＴＤＣin´を基準としたカ
ム軸回転角、Ｂex´はカムノーズとリフタとの接触点、
γex´はｌ燃焼サイクル前のＴＤＣin´を基準としたカ
ムノーズとリフタとの接触点Ｂex´までのカム軸回転角
度、Ｐex´は上記接触点Ｂex´からリフタ６３ｂ´の摺
接面に垂直の直線上に位置する曲率中心、Ｒex´は上記
接触点Ｂex´部分の曲率半径を示す。
角だけ戻した時の排気カムノーズとリフタとの相対位置
を、排気カムノーズを固定してリフタを移動させて図示
しており、この時のリフタが６３ｂ´であり、θex´は
この時のｌ燃焼サイクル前のＴＤＣin´を基準としたカ
ム軸回転角、Ｂex´はカムノーズとリフタとの接触点、
γex´はｌ燃焼サイクル前のＴＤＣin´を基準としたカ
ムノーズとリフタとの接触点Ｂex´までのカム軸回転角
度、Ｐex´は上記接触点Ｂex´からリフタ６３ｂ´の摺
接面に垂直の直線上に位置する曲率中心、Ｒex´は上記
接触点Ｂex´部分の曲率半径を示す。
【００４３】図３において、カムプロフィルに固定する
仮想のＴＤＣinラインは、このラインがリフタ６３ａの
軸線に一致したときピストンが排気・吸入行程の上死点
に位置し、カムプロフィルに固定する仮想のＴＤＣexラ
インはこのラインが排気リフタ６３ｂの軸線に一致した
ときピストンが圧縮・爆発行程の上死点に位置するもの
である。そして図示の状態は、吸気カムノーズ３６ａは
ＴＤＣinラインが排気・吸入行程の上死点位置から矢印
方向（カム軸回転方向）にθinだけ回転し、かつ排気カ
ムノーズ３６ｂはｌ燃焼サイクル前のＴＤＣin´を基準
としてθex（＝θin＋３６０°）だけ回転していること
を示している。
仮想のＴＤＣinラインは、このラインがリフタ６３ａの
軸線に一致したときピストンが排気・吸入行程の上死点
に位置し、カムプロフィルに固定する仮想のＴＤＣexラ
インはこのラインが排気リフタ６３ｂの軸線に一致した
ときピストンが圧縮・爆発行程の上死点に位置するもの
である。そして図示の状態は、吸気カムノーズ３６ａは
ＴＤＣinラインが排気・吸入行程の上死点位置から矢印
方向（カム軸回転方向）にθinだけ回転し、かつ排気カ
ムノーズ３６ｂはｌ燃焼サイクル前のＴＤＣin´を基準
としてθex（＝θin＋３６０°）だけ回転していること
を示している。
【００４４】上記吸気カムノーズ３６ａは、弁リフト作
用を行わないベース円部７０ａと、ランプ部と実際に弁
をリフトさせる部分からなるリフト部７０ｂとからな
り、排気カムノーズ３６ｂは同様にベース円部７１ｂと
リフト部７１ｂとからなる。上記ベース円部７０ａ，７
１ａはカム軸心Ｃを中心とする半径Ｒｏの円弧からな
り、リフト部７０ｂ，７１ｂの曲率半径は上記カム軸回
転角度θin，θex（あるいはγin，γex）に応じて図４
に示すように設定されている。
用を行わないベース円部７０ａと、ランプ部と実際に弁
をリフトさせる部分からなるリフト部７０ｂとからな
り、排気カムノーズ３６ｂは同様にベース円部７１ｂと
リフト部７１ｂとからなる。上記ベース円部７０ａ，７
１ａはカム軸心Ｃを中心とする半径Ｒｏの円弧からな
り、リフト部７０ｂ，７１ｂの曲率半径は上記カム軸回
転角度θin，θex（あるいはγin，γex）に応じて図４
に示すように設定されている。
【００４５】図４において実線，破線はそれぞれ排気カ
ムノーズ３６ｂ，吸気カムノーズ３６ａの曲率半径をカ
ム軸回転角θ及びクランク軸回転角Ｑをパラメータとし
て表したものである。図から判るように、ベース円部７
０ａ，７１ａ部分は半径Ｒｏ一定であり弁のリフト作用
は生じない。
ムノーズ３６ｂ，吸気カムノーズ３６ａの曲率半径をカ
ム軸回転角θ及びクランク軸回転角Ｑをパラメータとし
て表したものである。図から判るように、ベース円部７
０ａ，７１ａ部分は半径Ｒｏ一定であり弁のリフト作用
は生じない。
【００４６】一方、リフト部７０ｂ，７１ｂの曲率半径
については、弁の開き始め付近ａ及び閉じ終わり付近ｂ
で最大値に設定されており、そのためリフト量は弁の開
き始め付近，又は閉じ終わり付近では緩やかに増加し、
又は減少する。また上記開き始め付近と閉じ終わり付近
との間の部分ｃでは、曲率半径はベース円部７０ａ，７
１ａの半径Ｒｏより小さい値に設定されており、弁リフ
ト量は放物線状に増加することとなる。
については、弁の開き始め付近ａ及び閉じ終わり付近ｂ
で最大値に設定されており、そのためリフト量は弁の開
き始め付近，又は閉じ終わり付近では緩やかに増加し、
又は減少する。また上記開き始め付近と閉じ終わり付近
との間の部分ｃでは、曲率半径はベース円部７０ａ，７
１ａの半径Ｒｏより小さい値に設定されており、弁リフ
ト量は放物線状に増加することとなる。
【００４７】そして、従来のカムプロフィルの場合、上
記開き始めと閉じ終わりの間の部分ｃにおける曲率半径
は一定あるいは図４で下方に凸に設定されていたのに対
し、本実施形態では最大リフトに対応する部分ｄの曲率
半径Ｒexｏ，Ｒinｏをその進角側及び遅角側に隣接する
部分の曲率半径Ｒexｏ´，Ｒinｏ´よりΔＲだけ大きく
設定している。即ち、従来のカム軸の最大リフト部分の
カムプロフィルが尖っていたのに対し、本実施形態の最
大リフト部分のカムプロフィルは従来のものよりベース
円部の半径に近くなっている。
記開き始めと閉じ終わりの間の部分ｃにおける曲率半径
は一定あるいは図４で下方に凸に設定されていたのに対
し、本実施形態では最大リフトに対応する部分ｄの曲率
半径Ｒexｏ，Ｒinｏをその進角側及び遅角側に隣接する
部分の曲率半径Ｒexｏ´，Ｒinｏ´よりΔＲだけ大きく
設定している。即ち、従来のカム軸の最大リフト部分の
カムプロフィルが尖っていたのに対し、本実施形態の最
大リフト部分のカムプロフィルは従来のものよりベース
円部の半径に近くなっている。
【００４８】ここで上記θinとγinとの間にはカムの形
状から求まる一定の関係、即ち γin＝ｆ1(θin) がある。またＲinはγinの関数でもあり、θinの関数で
もある。即ち、 Ｒin＝ｆ2(γin) ＝ｆ2(ｆ1(θin))＝g1( θin) の関係がある。なお、g1( θin) は図４に示す曲率半径
を示すデータを意味する。従って、図４に示すＲin＝g1
( θin) のデータが与えられれば、Ｒin＝ｆ2(γin) ，
及びγin＝ｆ1(θin) が求まり、従ってカムノーズの形
状が定まる。すなわち、カム軸中心Ｃと接触点Ｂinとの
間の距離をＺin、カム軸中心Ｃから降ろしたリフタへの
法線におけるカム軸中心Ｃとリフタ間の距離をｙinとす
る時、曲率半径Ｒin（γin）が決まれば、幾何学的なカ
ムプロフィルを決めるＺin（γin）及び、一定のカム軸
回転角速度で吸気カムを回転した時のカム軸回転角に対
する弁リフト量を決めるｙin（θin）が定まる。このカ
ム軸中心Ｃとリフタ間の距離ｙinが本願に言う吸気カム
ノーズにおけるカムリフト曲線である。なお、排気カム
ノーズについても同様である。
状から求まる一定の関係、即ち γin＝ｆ1(θin) がある。またＲinはγinの関数でもあり、θinの関数で
もある。即ち、 Ｒin＝ｆ2(γin) ＝ｆ2(ｆ1(θin))＝g1( θin) の関係がある。なお、g1( θin) は図４に示す曲率半径
を示すデータを意味する。従って、図４に示すＲin＝g1
( θin) のデータが与えられれば、Ｒin＝ｆ2(γin) ，
及びγin＝ｆ1(θin) が求まり、従ってカムノーズの形
状が定まる。すなわち、カム軸中心Ｃと接触点Ｂinとの
間の距離をＺin、カム軸中心Ｃから降ろしたリフタへの
法線におけるカム軸中心Ｃとリフタ間の距離をｙinとす
る時、曲率半径Ｒin（γin）が決まれば、幾何学的なカ
ムプロフィルを決めるＺin（γin）及び、一定のカム軸
回転角速度で吸気カムを回転した時のカム軸回転角に対
する弁リフト量を決めるｙin（θin）が定まる。このカ
ム軸中心Ｃとリフタ間の距離ｙinが本願に言う吸気カム
ノーズにおけるカムリフト曲線である。なお、排気カム
ノーズについても同様である。
【００４９】図５は、カム軸回転角（θ）の変化に対す
る、カムリフト曲線ｙ（mm) 及び加速度係数曲線ｙ′′
＝ｄ2 ｆ（θ）／ｄθ2(mm/rad2)の変化を示している。
本第１実施形態のカムノーズのプロフィルは、最大弁リ
フト付近における加速度係数の絶対値αが進角側及び遅
角側に隣接する弁リフト域での加速度係数の絶対値α′
よりΔαだけ小さくなるように、かつ弁リフトが増加す
る区間（昇り区間），減少する区間（下り区間）の両方
に弁リフト速度が最大でかつ一定となる等速度区間φu
p，φdnを有するように設定さこれている。なお、昇り
区間，下り区間の何れか一方のみに等速度区間を設ける
ことも可能である。
る、カムリフト曲線ｙ（mm) 及び加速度係数曲線ｙ′′
＝ｄ2 ｆ（θ）／ｄθ2(mm/rad2)の変化を示している。
本第１実施形態のカムノーズのプロフィルは、最大弁リ
フト付近における加速度係数の絶対値αが進角側及び遅
角側に隣接する弁リフト域での加速度係数の絶対値α′
よりΔαだけ小さくなるように、かつ弁リフトが増加す
る区間（昇り区間），減少する区間（下り区間）の両方
に弁リフト速度が最大でかつ一定となる等速度区間φu
p，φdnを有するように設定さこれている。なお、昇り
区間，下り区間の何れか一方のみに等速度区間を設ける
ことも可能である。
【００５０】図６はカムノーズとリフタとの間に作用す
る荷重をカム軸回転角度をパラメータとして表したもの
である。カムノーズとリフタとの間に作用する荷重は、
弁ばねの発生する荷重と、慣性力〔弁, リフタ, 弁ばね
の一部からなる慣性マスに加速度を乗算したもの。最大
リフト付近では加速度係数が負であり、慣性力は負とな
る。また、加速度は図５の加速度係数ｙ´´（mm/rad2)
に、実際のカム軸回転角速度( 例えばωrad/sec)を２乗
したものを掛けたものすなわちｙ´´×ω2(mm/sec2 )
となる。〕との和で表される。本実施形態カムプロフィ
ルの場合、図５から判るように、最大リフト付近での負
の加速度係数が小さくなっていることから、最大リフト
付近でのカムノーズとリフタとの間の荷重Ｆは、従来の
荷重Ｆ´に比較してΔＦだけ増加する。その結果、リフ
タのカムノーズへの追従性が向上し、より高速回転まで
安定して作動し、限界回転数を高めることができる。
る荷重をカム軸回転角度をパラメータとして表したもの
である。カムノーズとリフタとの間に作用する荷重は、
弁ばねの発生する荷重と、慣性力〔弁, リフタ, 弁ばね
の一部からなる慣性マスに加速度を乗算したもの。最大
リフト付近では加速度係数が負であり、慣性力は負とな
る。また、加速度は図５の加速度係数ｙ´´（mm/rad2)
に、実際のカム軸回転角速度( 例えばωrad/sec)を２乗
したものを掛けたものすなわちｙ´´×ω2(mm/sec2 )
となる。〕との和で表される。本実施形態カムプロフィ
ルの場合、図５から判るように、最大リフト付近での負
の加速度係数が小さくなっていることから、最大リフト
付近でのカムノーズとリフタとの間の荷重Ｆは、従来の
荷重Ｆ´に比較してΔＦだけ増加する。その結果、リフ
タのカムノーズへの追従性が向上し、より高速回転まで
安定して作動し、限界回転数を高めることができる。
【００５１】図７はカムノーズのカム面に作用する応力
をカム軸回転角度をパラメータとして表したものであ
る。カム面の応力はＨertzの応力式から判る通り、カム
ノーズとリフタとの間に作用する荷重の平方根に比例す
るとともに、カムの曲率半径の平方根に反比例する。本
実施形態のカムプロフィルでは、上述のように最大リフ
ト付近の曲率半径が大きく設定されており、そのためカ
ム面応力はσとなり、従来のカム面応力σ′よりΔσだ
け応力が低下する。
をカム軸回転角度をパラメータとして表したものであ
る。カム面の応力はＨertzの応力式から判る通り、カム
ノーズとリフタとの間に作用する荷重の平方根に比例す
るとともに、カムの曲率半径の平方根に反比例する。本
実施形態のカムプロフィルでは、上述のように最大リフ
ト付近の曲率半径が大きく設定されており、そのためカ
ム面応力はσとなり、従来のカム面応力σ′よりΔσだ
け応力が低下する。
【００５２】慣性力はカム軸回転速度の２乗に比例する
ので、低速，中速回転域では、弁バネ荷重に対して慣性
力が相対的に小さくなり、カムプロフィル全体で見た場
合に最大リフト部分の応力が最大値を示すのが一般的で
ある。従って、低速，中速回転が常用される自動車用エ
ンジンの場合、最大リフト域部分の応力が高いことが動
弁装置全体の耐久性を低下させることとなる。本実施形
態では、上述のように最大リフト付近のカム面応力を従
来のものよりΔσだけ低下させたので、カム軸，ひいて
は動弁装置全体の耐久性を向上できる。
ので、低速，中速回転域では、弁バネ荷重に対して慣性
力が相対的に小さくなり、カムプロフィル全体で見た場
合に最大リフト部分の応力が最大値を示すのが一般的で
ある。従って、低速，中速回転が常用される自動車用エ
ンジンの場合、最大リフト域部分の応力が高いことが動
弁装置全体の耐久性を低下させることとなる。本実施形
態では、上述のように最大リフト付近のカム面応力を従
来のものよりΔσだけ低下させたので、カム軸，ひいて
は動弁装置全体の耐久性を向上できる。
【００５３】図８は請求項２の発明に係る第２実施形態
を説明するためのカム軸回転角度と弁リフト，速度係
数，加速度係数との関係を示す特性図である。本第２実
施形態では、上記第１実施形態に加えて、弁リフトが減
少する下り区間の等速度区間長さφdnが、弁リフトが増
加する昇り区間の等速度区間長さφupより小さくなるよ
うにカムノーズのカムプロフィルが設定されている。
を説明するためのカム軸回転角度と弁リフト，速度係
数，加速度係数との関係を示す特性図である。本第２実
施形態では、上記第１実施形態に加えて、弁リフトが減
少する下り区間の等速度区間長さφdnが、弁リフトが増
加する昇り区間の等速度区間長さφupより小さくなるよ
うにカムノーズのカムプロフィルが設定されている。
【００５４】本第２実施形態では、下り区間の等速度区
間長さφdnを昇り区間の等速度区間長さφupより小さく
したので、下り区間における加速度の変化を昇り区間に
おける加速度の変化に比べて穏やかにでき、高速回転域
での弁の挙動を安定化することができるとともに、弁着
座時のバウンス現象を防止できる。
間長さφdnを昇り区間の等速度区間長さφupより小さく
したので、下り区間における加速度の変化を昇り区間に
おける加速度の変化に比べて穏やかにでき、高速回転域
での弁の挙動を安定化することができるとともに、弁着
座時のバウンス現象を防止できる。
【００５５】図９は請求項３の発明に係る第３実施形態
を説明するためのカム軸回転角度と弁リフト，速度係
数，加速度係数との関係を示す特性図である。本第３実
施形態では、上記第２実施形態に加えて、弁リフトが減
少する下り期間における加速度係数の最大値αdnが弁リ
フトが増加する昇り区間における加速度係数の最大値α
upより小さくなるようにカムノーズのカムプロフィルが
設定されている。
を説明するためのカム軸回転角度と弁リフト，速度係
数，加速度係数との関係を示す特性図である。本第３実
施形態では、上記第２実施形態に加えて、弁リフトが減
少する下り期間における加速度係数の最大値αdnが弁リ
フトが増加する昇り区間における加速度係数の最大値α
upより小さくなるようにカムノーズのカムプロフィルが
設定されている。
【００５６】本第３実施形態では、下り区間の加速度の
最大値αdnを昇り区間の加速度の最大値αupより小さく
したので、下り区間の正加速度の変化を穏やかにでき、
特に下り区間の正加速度の影響を大きく受ける着座時の
バウンス現象を抑制することができ、弁着座時の挙動を
安定化できる。
最大値αdnを昇り区間の加速度の最大値αupより小さく
したので、下り区間の正加速度の変化を穏やかにでき、
特に下り区間の正加速度の影響を大きく受ける着座時の
バウンス現象を抑制することができ、弁着座時の挙動を
安定化できる。
【００５７】図１０は、請求項４の発明に係る第４実施
形態を説明するためのカム軸回転角度と弁リフト，速度
係数，加速度係数との関係を示す特性図である。本第４
実施形態では、上記第３実施形態に加えて、弁リフトが
減少する下り区間における正加速度区間長さθ0dn が、
弁リフトが上昇する昇り区間における正加速度区間長さ
θ0up より大きくなるようにカムプロフィルが設定され
ている。
形態を説明するためのカム軸回転角度と弁リフト，速度
係数，加速度係数との関係を示す特性図である。本第４
実施形態では、上記第３実施形態に加えて、弁リフトが
減少する下り区間における正加速度区間長さθ0dn が、
弁リフトが上昇する昇り区間における正加速度区間長さ
θ0up より大きくなるようにカムプロフィルが設定され
ている。
【００５８】上記下り区間の正加速度区間の長さθ0dn
を昇り側の正加速度区間の長さθ0up より大きくしたの
で、弁開面積と開時間との積に基づいて求められる角度
面積が下り区間の最大加速度αdnを小さくしたことによ
り小さくなるのを抑制できる。
を昇り側の正加速度区間の長さθ0up より大きくしたの
で、弁開面積と開時間との積に基づいて求められる角度
面積が下り区間の最大加速度αdnを小さくしたことによ
り小さくなるのを抑制できる。
【００５９】即ち、図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）にお
いて、αdnをαupより小さくする一方、θ0dn をθ0up
より大きくしたので、加速度の積分値である面積Ｈを大
きくでき、速度曲線ｙ´における最大値ｙ´Dmaxを大き
くできる。定性的にはｙ´Dmaxが大きいほど弁揚程曲線
ｙにおける最大値ｙmax を大きくとることができる。ｙ
max を大きくとれれば面積Ｂ（角度面積）を大きくとる
ことができ、吸気量を十分確保してエンジン性能を向上
できる。下り側の正加速度区間における加速度の最大値
αdnを小さくできるため、閉弁時のバウンドを防止で
き、もって高回転での挙動を向上できる。
いて、αdnをαupより小さくする一方、θ0dn をθ0up
より大きくしたので、加速度の積分値である面積Ｈを大
きくでき、速度曲線ｙ´における最大値ｙ´Dmaxを大き
くできる。定性的にはｙ´Dmaxが大きいほど弁揚程曲線
ｙにおける最大値ｙmax を大きくとることができる。ｙ
max を大きくとれれば面積Ｂ（角度面積）を大きくとる
ことができ、吸気量を十分確保してエンジン性能を向上
できる。下り側の正加速度区間における加速度の最大値
αdnを小さくできるため、閉弁時のバウンドを防止で
き、もって高回転での挙動を向上できる。
【００６０】図１１は請求項５の発明に係る第５実施形
態を説明するためのカム軸回転角度と弁リフト，速度係
数，加速度係数との関係を示す特性図である。本第５実
施形態では、上記第３実施形態に加えて、下り区間の区
間長さθ1dn を昇り区間の区間長さをθ1up より大きく
なるようにカムプロフィルが設定されている。
態を説明するためのカム軸回転角度と弁リフト，速度係
数，加速度係数との関係を示す特性図である。本第５実
施形態では、上記第３実施形態に加えて、下り区間の区
間長さθ1dn を昇り区間の区間長さをθ1up より大きく
なるようにカムプロフィルが設定されている。
【００６１】本第５実施形態では、弁開面積と開時間と
の積に基づいて求められる角度面積が下り区間の最大加
速度αdnを小さくしたことにより小さくなるのを抑制で
き、吸気量を十分に確保してエンジン性能を向上でき
る。
の積に基づいて求められる角度面積が下り区間の最大加
速度αdnを小さくしたことにより小さくなるのを抑制で
き、吸気量を十分に確保してエンジン性能を向上でき
る。
【００６２】図１２は、請求項６の発明に係る第６実施
形態を説明するためのカム軸回転角度と弁リフト，速度
係数，加速度係数との関係を示す特性図である。本第６
実施形態では、上記第４実施形態に加えて、下り区間の
正加速度区間の長さθ0dn が昇り側の正加速度区間の長
さθ0up より大きくなるようにカムノーズのカムプロフ
ィルが設定されている。
形態を説明するためのカム軸回転角度と弁リフト，速度
係数，加速度係数との関係を示す特性図である。本第６
実施形態では、上記第４実施形態に加えて、下り区間の
正加速度区間の長さθ0dn が昇り側の正加速度区間の長
さθ0up より大きくなるようにカムノーズのカムプロフ
ィルが設定されている。
【００６３】本第６実施形態では、下り区間の正加速度
区間の長さθ0dn を昇り側の正加速度区間の長さθ0up
より大きくしたので、角度面積が下り区間の最大加速度
αdnを小さくしたことにより小さくなるのをより一層確
実に防止でき、吸気量を十分に確保してエンジン性能を
向上できる。
区間の長さθ0dn を昇り側の正加速度区間の長さθ0up
より大きくしたので、角度面積が下り区間の最大加速度
αdnを小さくしたことにより小さくなるのをより一層確
実に防止でき、吸気量を十分に確保してエンジン性能を
向上できる。
【図１】請求項１の発明に係る第１実施形態によるＳＯ
ＨＣタイプの動弁装置の断面側面図である。
ＨＣタイプの動弁装置の断面側面図である。
【図２】上記第１実施形態装置が適用されたＤＯＨＣタ
イプの動弁装置の断面側面図である。
イプの動弁装置の断面側面図である。
【図３】上記第１実施形態装置のカム軸のカムノーズを
模式的に示す図である。
模式的に示す図である。
【図４】上記第１実施形態装置のカムノーズのカムプロ
フィルを曲率半径で表す特性図である。
フィルを曲率半径で表す特性図である。
【図５】上記第１実施形態におけるカム軸回転角度と加
速度係数, 速度係数，弁リフトとの関係を示す特性図で
ある。
速度係数, 速度係数，弁リフトとの関係を示す特性図で
ある。
【図６】上記第１実施形態のカム軸回転角度とカムノー
ズ・リフタ間荷重特性図である。
ズ・リフタ間荷重特性図である。
【図７】上記第１実施形態のカム軸回転角度・カム面応
力特性図である。
力特性図である。
【図８】請求項２の発明に係る第２実施形態のカム軸回
転角度・加速度係数特性図である。
転角度・加速度係数特性図である。
【図９】請求項３の発明に係る第３実施形態のカム軸回
転角度・加速度係数特性図である。
転角度・加速度係数特性図である。
【図１０】請求項４の発明に係る第４実施形態のカム軸
回転角度・加速度係数特性図である。
回転角度・加速度係数特性図である。
【図１１】請求項５の発明に係る第５実施形態のカム軸
回転角度・加速度係数特性図である。
回転角度・加速度係数特性図である。
【図１２】請求項６の発明に係る第６実施形態のカム軸
回転角度・加速度係数特性図である。
回転角度・加速度係数特性図である。
【図１３】本発明における等速度区間を設けたことによ
る作用効果を説明するための図である。
る作用効果を説明するための図である。
【図１４】本発明における等速度区間を設けたことによ
る作用効果を説明するための図である。
る作用効果を説明するための図である。
【図１５】従来のカム軸回転角度・加速度加速度の関係
を説明するための図である。
を説明するための図である。
１ エンジン ２５ 吸気弁 ２６ 排気弁 ３６ カム軸 ４０, ６０ 動弁装置 ｙ 弁リフト曲線 ｙ′′ 加速度係数 αdn 下り区間加速度最大値 αup 昇り区間の加速度最大値 θ0dn 下り区間正加速度区間長さ θ0up 昇り区間正加速度区間長さ θ1dn 下り区間長さ θ1up 昇り区間長さ φdn 下り区間の等速度区間長さ φup 昇り区間の等速度区間長さ
Claims (6)
- 【請求項１】 最大弁リフト付近における加速度係数の
絶対値が進角側及び遅角側に隣接する弁リフト域での加
速度係数の絶対値より小さくなるようにするか、又は最
大弁リフト付近での曲率半径が進角側及び遅角側に隣接
する弁リフト域での曲率半径より大きくなるように、か
つ弁リフトが増加する区間（昇り区間），減少する区間
（下り区間）の少なくとも何れか一方に弁リフト速度が
最大でかつ一定となる等速度区間を有するように設定さ
れた排気カムプロフィル，吸気カムプロフィルの少なく
とも一方を有するカム軸を備えたことを特徴とするエン
ジンの動弁装置。 - 【請求項２】 請求項１において、昇り区間，及び下り
区間に等速度区間を有し、昇り区間，下り区間の等速度
区間長さをφup，φdnとする時、 φup＞φdn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴とするエンジンの動弁装置。 - 【請求項３】 請求項２において、昇り区間，下り区間
の加速度最大値をαup，αdnとする時、 αup＞αdn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴とするエンジンの動弁装置。 - 【請求項４】 請求項３において、昇り区間，下り区間
の正加速度区間長さをθ0up ，θ0dn とする時、 θ0up ＜θ0dn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴とするエンジンの動弁装置。 - 【請求項５】 請求項３において、昇り区間，下り区間
の区間長さをθ1up，θ1dn とする時、 θ1up ＜θ1dn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴とするエンジンの動弁装置。 - 【請求項６】 請求項５において、昇り区間，下り区間
の正加速度区間長さをθ0up ，θ0dn とする時、 θ0up ＜θ0dn となるように設定された排気カムプロフィル，吸気カム
プロフィルの少なくとも一方を有するカム軸を備えたこ
とを特徴とするエンジンの動弁装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10165475A JPH11350923A (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | エンジンの動弁装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10165475A JPH11350923A (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | エンジンの動弁装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11350923A true JPH11350923A (ja) | 1999-12-21 |
Family
ID=15813121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10165475A Withdrawn JPH11350923A (ja) | 1998-06-12 | 1998-06-12 | エンジンの動弁装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11350923A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005073523A1 (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Honda Motor Co., Ltd. | エンジン |
| JP2008121608A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Honda Motor Co Ltd | 強制開・閉弁用カム及び強制開・閉弁用カムのカムプロフィール設定方法 |
| CN100396892C (zh) * | 2004-01-30 | 2008-06-25 | 本田技研工业株式会社 | 发动机 |
| JP2017057857A (ja) * | 2016-12-27 | 2017-03-23 | 三菱自動車工業株式会社 | カム構造 |
| CN106837454A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-06-13 | 湖南长丰动力有限责任公司 | 一种1.5l增压直喷汽油机的排气凸轮 |
-
1998
- 1998-06-12 JP JP10165475A patent/JPH11350923A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005073523A1 (ja) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Honda Motor Co., Ltd. | エンジン |
| CN100396892C (zh) * | 2004-01-30 | 2008-06-25 | 本田技研工业株式会社 | 发动机 |
| US7523727B2 (en) | 2004-01-30 | 2009-04-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Engine |
| JP2008121608A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Honda Motor Co Ltd | 強制開・閉弁用カム及び強制開・閉弁用カムのカムプロフィール設定方法 |
| JP2017057857A (ja) * | 2016-12-27 | 2017-03-23 | 三菱自動車工業株式会社 | カム構造 |
| CN106837454A (zh) * | 2017-03-23 | 2017-06-13 | 湖南长丰动力有限责任公司 | 一种1.5l增压直喷汽油机的排气凸轮 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050906 |