(57)【要約】【課題】  柔軟なバルブリフト制御が可能とされ複数カムに起因する占有空間などの問題も解決できる内燃機関のバルブリフト調整装置を提供する。【解決手段】本発明の内燃機関のバルブリフト調整装置は、内燃機関のシリンダーヘッドに回転自在に軸支されたカムシャフトと、該カムシャフトの外周に配設され、前記シリンダーヘッドに設けられた吸排気バルブに作動させるように設けられたカムを有し、前記カムは前記カムシャフトの軸方向に前記シリンダーヘッドに対して相対的に摺動可能とされ、前記カムの前記カムシャフトの軸方向への移動に伴って無段階で連続して変化するカム外周面の形状に従い前記吸排気バルブの開閉が制御されることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダーヘッドに回転自在に軸支されたカムシャフトと、該カムシャフトの外周に配設され、前記シリンダーヘッドに設けられた吸排気バルブに作動させるように設けられたカムを有し、
前記カムは前記カムシャフトの軸方向に前記シリンダーヘッドに対して相対的に摺動可能とされ、前記カムの前記カムシャフトの軸方向への移動に伴って無段階で連続して変化するカム外周面の形状に従い前記吸排気バルブの開閉が制御されることを特徴とする内燃機関のバルブリフト調整装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関のバルブリフト調整装置であって、前記カム外周面は、前記カムシャフトの軸方向の一端側から他端側に向けて連続した斜面を有することを特徴とする内燃機関のバルブリフト調整装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関のバルブリフト調整装置であって、前記カムはロッカーアームを介して吸排気バルブに作動され、前記ロッカーアームは前記カムシャフトの軸方向の他端側から一端側に向けて傾斜した斜面を有することを特徴とする内燃機関のバルブリフト調整装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関のバルブリフト調整装置であって、前記カムの前記カムシャフトの軸方向への移動量は、当該内燃機関の回転数に応じて制御されることを特徴とする内燃機関の連続バルブリフト調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられるバルブの作動を連続的に制御するためのバルブリフト調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や自動二輪車などに搭載される内燃機関では、様々な回転数や負荷状態での出力が要求され、このような内燃機関の出力の制御のため、シリンダーヘッドに配設される吸排気バルブを可変な所定のリフト量や弁角度で作動させることが行われている。このような可変バルブ機構については、種々の構造のものが知られているが、その一例としては複数のカムを切り替える方式ものが知られており、主に高回転時に使用されるカムと低回転時に使用されるカムをカムシャフトの軸方向に並べ、これらの間でカムシャフトの軸方向にカムをスライドさせて弁に作動するカムを切り替えることができる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１８０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記文献記載の技術では、高速回転域と低速回転域で２段階の切り替えが可能とされるが、さらに多くの制御には対応できないという欠点があり、カムシャフト上のカムキャリアにカムを配設する場合には、２つのカム間の距離も精度良く組み立てる必要がある。このような複数のカムを使用する場合には、それぞれのカムの部品精度も必要とされるが、同時に部品点数の増大や、複数のカムの間のスペースの寸法精度も必要となり、それを確保するためには、連動する部品によるシリンダーヘッド回りの空間の占有も問題となって、内燃機関の軽量化や小型化などの要求に対する障害となり得る。
【０００５】
本発明は、上述の技術的は課題に鑑み、柔軟なバルブリフト制御が可能とされ複数カムに起因する占有空間などの問題も解決できる内燃機関のバルブリフト調整装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の技術的は課題を解決するため、本発明の内燃機関のバルブリフト調整装置は、内燃機関のシリンダーヘッドに回転自在に軸支されたカムシャフトと、該カムシャフトの外周に配設され、前記シリンダーヘッドに設けられた吸排気バルブに作動させるように設けられたカムを有し、前記カムは前記カムシャフトの軸方向に前記シリンダーヘッドに対して相対的に摺動可能とされ、前記カムの前記カムシャフトの軸方向への移動に伴って無段階で連続して変化するカム外周面の形状に従い前記吸排気バルブの開閉が制御されることを特徴とする。
【０００７】
前記バルブリフト調整装置によれば、前記カムのカム外周面は、前記カムシャフトの軸方向の一端側から他端側に向けて連続した斜面を有するように構成することができる。カム外周面には、バルブの開閉動作と連動するロッカーアームが当接することから、カム外周面の一端側から他端側に向けて連続した斜面にロッカーアームを当接させることで、バルブのリフト量や開閉時期を連続的に変えることができ、より多くの状況に対応した制御が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の内燃機関のバルブリフト調整装置の一実施形態のカムおよびカムシャフトの模式的な要部断面図である。
【図２】本発明の内燃機関のバルブリフト調整装置の一実施形態のカムの外形形状を示す斜視図である。
【図３】本発明の内燃機関のバルブリフト調整装置の一実施形態のカムの断面を示す図である。
【図４】本発明の内燃機関のバルブリフト調整装置の一実施形態の作動状態を示すグラフである。
【図５】本発明の内燃機関のバルブリフト調整装置の他の実施形態のカムの断面を示す図である。
【図６】本発明の内燃機関のバルブリフト調整装置の他の実施形態の作動状態を示すグラフである。
【図７】本発明の内燃機関のバルブリフト調整装置のさらに他の実施形態の模式的な一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の内燃機関のバルブリフト調整装置の第１の実施形態について図１ないし図４を参照しながら説明する。本実施形態の内燃機関は、例示として自動二輪車に搭載される２バルブ方式の単気筒の内燃機関である。
【００１０】
図１は本実施形態の吸気側のカム及びカムシャフトの断面図であり、円柱状の部材のカムシャフト１０の外周に円柱状のカムキャリア１２が設けられ、このカムキャリア１２のさらに外周面にカム１４が設けられている。カム１４は無段階で連続して傾斜したカム外周面を有する楕円錐台形状を有しており、カムシャフト１０の一端側では長径が長いカムの楕円形状断面を有し、逆にカムシャフト１０の他端側では長径が短いカムの楕円形状断面を有し、それらが外周面１６上は面内に段差を生じないように連続する面を有する。すなわち、カムの、カムシャフトの軸方向に垂直な断面における長径サイズは、カムシャフト１０の一端側から他端側に向かって徐々に短くなるように設計されており、カム１４を短径の延長線上から見た場合には、図２に示すように、カム１４の縁が斜めに傾斜した形状を呈する。
【００１１】
このように連続して傾斜する外周面１６を有するカム１４は、内燃機関のシリンダーヘッド内で、その外周面１６に従動節としてのロッカーアーム２２が当接される。ロッカーアーム２２は、スイングアーム式であってカムシャフト１０とその軸方向が平行に延長されるロッカーシャフト２６に回動自在に軸支されている。ロッカーアーム２２とカム１４の外周面１６との摺接点には回転自在なローラ２４がロッカーアーム２２の上面に設けられ、回転するカム１４の外周面１６にローラ２４の周面が当接する。なお、カム１４は軸方向に対して傾斜して連続する外周面１６を有しているが、摩擦を減らすことができるローラ２４が当接することから、カム１４とロッカーアーム２２の間では比較的に摩擦の小さな当接関係が実現され、耐摩耗性も向上する
【００１２】
ロッカーアーム２２のロッカーシャフト２６から離れたアーム先端側の底部では、吸気側のバルブ２８のシャフト３０の上端部に当接する。ロッカーアーム２２は、ロッカーアーム２２の作用部となる端部の上下動に応じて吸気側のバルブ２８のリフト量やバルブ２８の開閉のタイミングを制御する。吸気側のバルブ２８は、図示しないコイルバネなどにより常時軸方向上側に付勢されており、バルブ２８の位置が最も上側の時、バルブ２８は閉状態とされ、ロッカーアーム２２の揺動に応じてバルブ２８は開閉する。カム１４の長径部分のカム面がロッカーアーム２２に当接するタイミングで最もバルブ２８のリフト量が大きくなるように制御される。
【００１３】
カムシャフト１０の他端部には、図示しないタイミングチェーンなどにより駆動される吸気側従動ギア１８が設けられており、内燃機関のクランクシャフトに連動してカムシャフト１０は回転される。また、カムのプロフィールを変更するためには、カムシャフト１０上のカム１４の位置を軸方向に摺動させることが行われるが、モーターなどで駆動する電動アクチュエーターや油圧回路等が作動するとカムシャフト１０の外周部に設けられたカムキャリア１２が摺動し、このカムキャリア１２の軸方向への移動に伴い、カム１４の位置もカムシャフト１０に沿って移動する。ここでカム１４の移動には、所定のモーターや油圧回路が使用され、回転速度に応じた最適な位置及びタイミングにカム１４を摺動させる。
【００１４】
カム１４は、上述のように、カムシャフト１０上のカム１４の水平方向の位置に応じて、カムの回転中心からカム１４の外周部１６とロッカーアーム２２の当接部であるローラ２４までの距離が変化し、高速回転時にはバルブ２８のリフト量が多くなり、逆に低速回転時にはバルブ２８のリフト量は少なくなるように制御される。図３は、本実施形態の内燃機関のバルブリフト調整装置にかかるカム１４の断面であり、Ａ断面はカムシャフト１０の一端側に最も近い側の図２におけるＡ−Ａ線断面、Ｂ断面はカムシャフト１０の一端側と他端側のほぼ中間部分の図２おけるＢ−Ｂ線断面、Ｃ断面はカムシャフト１０の他端側に最も近い側の図２におけるＣ−Ｃ線断面である。
【００１５】
カムのＡ断面は、３つの断面の中で最も断面積が大きくなり、カムの長径も長くなり、カムの回転中心からロッカーアームの当接部までの距離ＬＡも長くなることから、バルブのリフト量が大きくなって、その部分ではピストンの行程容積に対する大気状態に換算した吸入新気の容積比である充填率を高くすることができる。また、カムのＣ断面は、３つの断面の中で最も断面積が小さくなり、カムの長径ＬＣも短くなり、カムの回転中心からロッカーアームの当接部までの距離も短くなることから、バルブのリフト量が小さくなって、その部分では排気の残りや逆流ガスなどの残留ガスを低くできる。Ｂ断面は、Ａ断面とＣ断面の中間的は断面形状を示し、３つの断面の中では中間的な断面積とされ、カムの長径ＬＢも中間的な値をとり、従って、バルブのリフト量も中間値となる。高速回転時にはバルブ２８のリフト量が多くなり、逆に低速回転時にはバルブ２８のリフト量は少なくなるように制御されることから、高速回転時にはＡ断面となるような位置でカム１４、１６の位置が設定され、反対に低速回転時にはＣ断面となるような位置でカム１４、１６の位置が設定される。そして、本実施形態の内燃機関のバルブリフト調整装置では、Ａ断面とＣ断面の間の中間的なＢ断面によっても、バルブ２８のリフト量を制御することができ、中間的なＢ断面を使用することで例えば高速と低速の間の中速度に対応した効率の良い制御が可能となる。
【００１６】
さらに、３つの断面の面の広がりを比べてみると、カムのＡ断面は、カムの長径部分からの立下りが緩やかであり、即ち、回転角が進んだ場合でもバルブのリフト量が最大値から低下する速度も遅く、ゆっくりとバルブ２８が閉じられ且つ開かれるものであることが分かる。また、カムのＣ断面は、カムの長径部分からの立下りがやや急峻になり、即ち、回転角が進んだ場合でもバルブのリフト量が最大値から低下する速度が速く、素早くバルブ２８が閉じられ且つ開かれるものであることが分かる。カムのＢ断面は、３つの断面の中では中間的な断面積とされ、Ａ断面の場合よりも素早くバルブ２８は開閉するが、Ｃ］断面よりはゆっくりとバルブ２８は開閉する。このようにカム１４の外形形状をバルブ２８の開閉速度に合わせて構成することができる。
【００１７】
本実施形態の内燃機関のバルブリフト調整装置では、各カムが無段階で連続して変化するカム外周面の形状を有することから、先に説明したＡ乃至Ｃ断面の３段階だけではなく、さらにその間の連続的に変化するバルブリフト調整を実現する。図４は、カムシャフトの回転角度に対するバルブのリフト量を模式的に示したグラフであり、縦軸はバルブのリフト量であり、横軸はカムシャフトの回転角度である。このグラフによってカムシャフトの回転に応じて、カム１４におけるバルブリフト量も変動することが分かるが、本実施形態のバルブリフト調整装置では、無段階のバルブリフト量の調整が可能であり、特に中間速度での制御に幅を持たせることができる。図４に示すように、曲線Ａは図３のカム断面Ａに対応したプロフィールであり、曲線Ｂは図３のカム断面Ｂに対応したプロフィールであり、曲線Ｃは図３のカム断面Ｃに対応したプロフィールである。さらに曲線Ａと曲線Ｂの間には曲線Ｍ１が存在し、曲線Ｂと曲線Ｃの間には曲線Ｍ２が存在する。これらの曲線Ｍ１、Ｍ２はカム１４におけるバルブリフト量も中間的は値を取り得ることを示しており、本実施形態のバルブリフト調整装置は無段階のバルブリフト量の調整が可能なことから、これらの曲線Ｍ１、Ｍ２自体をそれぞれ曲線Ａ若しくは曲線Ｂ、曲線Ｂ若しくは曲線Ｃに寄せた位置に移動させることもできる。
【００１８】
図５はカムの形状の変形例の断面図を示しており、先の実施形態の例と同様に、カム４０は軸方向に対して段々と傾斜して連続するカム外周面を有している。さらにカム４０は、図５に示すように、長径自体が回転方向で遅れた位置にあるＤ断面と、長径自体が回転方向で進んだ位置にあるＦ断面と、遅れも進みもない位置にあるＥ断面とを呈する形状とされ、カムのシャフト方向からは捩じれた形状の外周面を有している。
【００１９】
即ち、この変形例のカム４０では、一端側に最も近い側のＤ断面は、長径方向が垂直な断面Ｂに対して角度ＡＤだけ傾いた長径方向を有し、他端側に最も近い側のＦ断面は、長径方向が垂直な断面Ｂに対して角度ＡＦだけ傾いた長径方向を有しており、同じカム４０の内部でカムシャフトに垂直な断面での長径方向が徐々に変化する。
【００２０】
図７はさらに他の実施形態のカム及びカムシャフトの構造一部断面図であり、本実施形態は吸排気弁をバルブスプリングに依らず、カムとロッカーアームの機構によって閉じる機構であるデスモドロミック機構を備えている。円柱状の部材のカムシャフト４０の外周に円柱状のカムキャリア４２が設けられ、このカムキャリア４２のさらに外周面に第１のカム４４と第２のカム４６が設けられている。第１のカム４４はバルブ６６の位置を押し下げる際に大きく作用するカムであり、その連続して傾斜した外周面４８は回転自在なローラ５４に当接しながら該ローラ５４を備えたロッカーアーム５２を介してリング部材５６を押し下げることができ、これによりシャフト６４を介してバルブ６６は押し下げられる。第２のカム４６はバルブ６６の位置を押し上げる際に大きく作用するカムであり、その連続して傾斜した外周面５０は回転自在なローラ６２に当接しながら該ローラ６２を備えたロッカーアーム６０とアーム連続部５８を介してリング部材５６を押し上げることができ、これによりシャフト６４を介してバルブ６６は押し上げられる。
【００２１】
第１のカム４４と第２のカム４６は、それぞれバルブ６６の開閉のタイミングに応じて所要の角度差を以ってカムキャリア４２に取り付けられているが、図１に示した実施形態と同様に、第１のカム４４と第２のカム４６は、そのシャフト４０の軸方向で位置を変えるように移動することができる。即ち、従動ギア５２側に第１のカム４４と第２のカム４６が移動した場合には、それぞれ径のより大きなカムに当接するのと同じ効果が得られ、その従動ギア５２から離れる方向に第１のカム４４と第２のカム４６が移動した場合には、それぞれ径のより小さなカムに当接するのと同じ効果が得られる。各カム４４、４６の外周面４８、５０の形状は、バルブのタイミングとその変化（リフト量及びリフト角）に応じて設定することができ、このようにデスモドロミック機構に対しても本実施形態の内燃機関のバルブリフト調整装置は、リフト量とタイミングとリフト角が無段階に変化させることができる。なお、本実施形態では、第１、第２のカムが同軸に配列される例を説明したが、第１、第２のカムが異なる軸で配列される装置であっても良い。
【符号の説明】
【００２２】
１０、４０  カムシャフト
１２、４２  カムキャリア
１４、１６、４０、４４、４６  カム
１８、５２  従動ギア
２２、２４、４４、５２、６０  ロッカーアーム
２８、６０  バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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