(57)【要約】【課題】バルブリフト量の均一化を図り、燃焼効率等を向上し得る動弁装置及びこれを備えた内燃機関を提供する。【解決手段】カム軸１１方向にスライド可能な立体カム１３を持ち、１つのカム１３で複数のバルブ３１を進退させる。バルブリフタはローラータペット２１を有し、ローラータペット１２と立体カム１３との接触点を複数のバルブステム３１ａ間の中心線上に配置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カム軸方向にスライド可能な立体カムを持ち、１つのカムで複数のバルブを進退させるバルブリフタを備えた動弁装置において、
前記バルブリフタはローラータペットを有し、該ローラータペットと前記立体カムとの接触点を複数のバルブステム間の中心線上に配置したことを特徴とする動弁装置。
【請求項２】
前記複数のバルブ間の中心線を挟んで、前記バルブリフタが無リフト状態にあるときの前記立体カムに対向するバルブとは反対側に偏倚させて、前記ローラータペットの頂点を配置したことを特徴とする請求項１に記載の動弁装置。
【請求項３】
前記立体カムが吸気側カムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の動弁装置。
【請求項４】
吸気バルブ及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、
吸気側又は排気側に請求項１〜３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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動二輪車或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、リフトタイミング及び作用角を可変制御する動弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の内燃機関において、可変位相とカム切換の組合せが出始め、その後作用角及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。例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。
【０００３】
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、更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。例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。
【０００４】
例えば特許文献１には３次元カムを用いた動弁装置が開示されている。また、特許文献２にはローラータペットの外周のうちカムと接触しない片側部分を軽量化する目的で薄肉化した構成が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−００３８１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２１１５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の例えば特許文献２に記載の動弁装置では、薄肉化した部分とそうでない部分との境界線が、隣り合う２本のバルブステム間の中心線上に位置する。このためローラータペットと３次元カムとの接触点は２本のバルブステム間中心線からオフセットした位置に設定され、そのままではバルブリフト量が不均一にならざるを得ない。バルブリフト量が不均一になると、燃焼効率や出力等を向上する上で必ずしも適当でない。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑み、特にバルブリフト量の均一化を図り、燃焼効率等を向上し得る動弁装置及びこれを備えた内燃機関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】
【０００８】
本発明の動弁装置は、カム軸方向にスライド可能な立体カムを持ち、１つのカムで複数のバルブを進退させるバルブリフタを備えた動弁装置において、前記バルブリフタはローラータペットを有し、該ローラータペットと前記立体カムとの接触点を複数のバルブステム間の中心線上に配置したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による動弁装置において、前記複数のバルブ間の中心線を挟んで、前記バルブリフタが無リフト状態にあるときの前記立体カムに対向するバルブとは反対側に偏倚させて、前記ローラータペットの頂点を配置したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による動弁装置において、前記立体カムが吸気側カムであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の内燃機関は、吸気バルブ及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、吸気側又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。
【発明の効果】
【００１２】
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及び作用角を無段階可変制御する。この場合、簡素な構成で簡単な操作により複数気筒の同調を図ることができる。
【００１３】
特にローラータペットと３次元カムとの接触点がバルブステム間中心線上に配置し、これによりバルブリフタによるバルブ押圧力が不均一になる。この結果、バルブリフト量を均等にして、所望の吸気量制御を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき、本発明による動弁装置及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。
本発明による動弁装置は、自動二輪車或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、この実施形態では例えば図１に示すように自動二輪車のエンジンの例とする。
【００１５】
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において鋼製或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左右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共に、前輪１０６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。
【００１６】
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共に、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。
【００１７】
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共に、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及びシート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及びシートカウル１１９が連設される。
【００１８】
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の所定部位には、後述するアクセルモータ４４が装着される。アクセルモータ４４は、例えばシリンダヘッドカバー２ａの側部に突設されるが、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。
【００１９】
更に図１において、１２０はヘッドランプ、１２１はスピードメータ、タコメータ或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及びシートレール１０１ｂに連結している。
【００２０】
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が設けられると共に、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。
【００２１】
次に、図２はこの実施形態における動弁装置を示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。内燃機関であるエンジンユニット１のシリンダ内でピストンが上下に往復動すると共に、ピストンの上部に配置されたシリンダヘッド２内に動弁装置が収容される。本実施形態で説明するエンジンユニット１は例えば並列２気筒（車幅方向）エンジンであって、各気筒において吸気側（ＩＮ）及び排気側（ＥＸ）にそれぞれ２つのバルブを有する。
【００２２】
本実施形態の動弁装置は、吸気側においてカム／カムシャフトユニット１０と、カム／カムシャフトユニット１０の下側に配置されるバルブリフタユニット（もしくはタペットユニット）２０と、吸気制御するバルブユニット３０とを含む。また、排気側においてカム／カムシャフトユニット１０EXと、カム／カムシャフトユニット１０EXの下側に配置されるタペットユニット２０EXと、排気制御するバルブユニット３０EXとを含む。
【００２３】
更に、アクセル開度に応じてカム／カムシャフトユニット１０，１０EXのカム１３，１３EXを変位させるアクセルシャフトユニット４０を含むが、この実施形態では吸気側のカム／カムシャフトユニット１０と排気側のカム／カムシャフトユニット１０EXとの間に配置され、吸気側及び排気側で共用される。また、２気筒に対して単一のアクセルシャフトが使用される。
【００２４】
吸気側のカム／カムシャフトユニット１０において、図２に示すようにシリンダヘッド２内でベアリング１２，１２′を介して回転自在に支持されるカムシャフト１１を備え、この例ではカムシャフト１１は２気筒にまたがって延設される。カムシャフト１１の一端にはスプロケット１５が固着し、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及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。
【００２５】
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。この例ではカムシャフト１１とカム１３との間にキー１４が介在し、カム１３とカムシャフト１１の相対回転が規制されると共に、カム１３がカムシャフト１１に沿って直線運動（リニアモーション）するようになっている。なお、カムシャフト１１は概して中空構造を有し、その中空内部が潤滑油路となってカム１３の内径部等に注油することができる。
【００２６】
ここで、カム１３は「３次元カム」として構成され、長手方向（カムシャフト１１の軸方向）に傾斜するカム面１３ａを有し、バルブリフト量を連続的に変化させる形状とされる。この場合、カム高さと同時にカム作用角及びリフトタイミングも変化し、即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、更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る。
【００２７】
なお、排気側のカム／カムシャフトユニット１０EXは、図４或いは図５に示すように吸気側のカム／カムシャフトユニット１０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。
【００２８】
吸気側のバルブリフタユニット２０において、図４に示すように外周面が略球状面（なお、その具体的形状については後述する）とされたローラータペット２１を備え、その外周面がカム１３に接触する。ローラータペット２１内にはアーム２２が配置される。ローラータペット２１の内周面は球状面とされており、この内周面とアーム２２中央の大径部との間にボール２４が介在する。従って、ボール２４を介してローラータペット２１が回転可能に支持される。
【００２９】
アーム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、正面方向（図３）から見ると逆凹形状部分を有し、図４に示すようにその両端開口からアーム２２の両端部が突出する。タペットガイド２３は、取付ボルト２５によってシリンダヘッド２に固定される。
【００３０】
また、タペットガイド２３にはガイド孔２３ａ（図３参照）が形成されており、このガイド孔２３ａの内側にローラータペット２１が配置される。ガイド孔２３ａはバルブステムの軸方向に沿って形成され、これによりローラータペット２１がバルブステムの軸方向にのみ移動可能となる。ローラータペット２１がカム１３のカム面１３ａに押圧されることにより、バルブを進退させるバルブリフタとして機能する。アーム２２の両端部には、後述するバルブユニットのタペットシムに当接する押圧部が設けられる。なお、この押圧部は図４に示されるように、アジャストスクリュ２６の先端（下端）によって構成される。
【００３１】
排気側のタペットユニット２０EXは、図６にも示されるように吸気側のタペットユニット２０と基本構成が同様である。
【００３２】
吸気側のバルブユニット３０において、図３及び図４に示されるようにバルブステム３１ａがバルブガイド３２によってガイドされる２つの吸気バルブ３１を備える。吸気バルブ３１がリフトすることにより、吸気ポート３３を介してエアクリーナ１１４（図１）から導かれる空気と吸気ポート３３の下流側に配置されるインジェクタ（図示せず）から噴霧される燃料との混合気が各気筒の燃焼室に導入される。
【００３３】
各バルブステム３１ａの端部にはコッタ３４を介してバルブリテーナ３５が設けられ、バルブリテーナ３５にはバルブシート３６との間に装着されたバルブスプリング３７の弾性力が作用する。更にバルブステム３１ａの上端が、前述したアーム２２の押圧部により押圧される。
【００３４】
なお、排気側のバルブユニット３０EXは、図３に示される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。
【００３５】
次ぎにアクセルシャフトユニット４０において、図２或いは図３に示すようにカムシャフト１１及び１１EX間に平行に配置されたアクセルシャフト４１と、アクセルシャフト４１に支持されると共にカム１３，１３EXに連結するアクセルフォーク４２とを備える。
【００３６】
ここで、本実施形態では２気筒のうち一方の基準となる側の気筒に配設される基準側アクセルフォーク４２Ａと、他方の調整される側の気筒に配設される調整側アクセルフォーク４２Ｂを有し、調整側アクセルフォーク４２Ｂを調整可能とする。
【００３７】
アクセルシャフト４１は軸方向にスライド可能に支持され、一端側で送りネジ４１ａを介してドリブンギヤ４３（べベルギヤ）と螺合する。ドリブンギヤ４３はシリンダヘッド２に回転自在に支持され、図７のようにアクセルモータ４４（図１参照）の出力軸に固着するドライブギヤ４５（べベルギヤ）と噛合する。従って、アクセルモータ４４の作動でアクセルシャフト４１が軸方向に所望量スライド移動させることができる。
【００３８】
２つのアクセルフォーク４２は、アクセルシャフト４１と直交方向にカムシャフト１１，１１EX側へ延出し、それら両側に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４６，４６EXを介して回転自在にされたフォークガイド４７，４７EXを備える。アクセルフォーク４２の二股状の各先端は、フォークガイド４７，４７EXの係合溝に係合する。これによりアクセルシャフト４１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。
【００３９】
上記の場合、基準側アクセルフォーク４２Ａは、アクセルシャフト４１の所定位置に固定して設けられる一方、調整側アクセルフォーク４２Ｂはアクセルシャフト４１に対してスライド可能に設けられる。この場合、調整側アクセルフォーク４２Ｂを位置調整する調整機構を備える。この調整機構により調整側アクセルフォーク４２Ｂをアクセルシャフト４１に沿った所定位置に位置規制し得るようになっている。
【００４０】
上記調整機構の具体的構成では、図２に示されるように調整側アクセルフォーク４２Ｂの両側でアクセルシャフト４１に螺合する一対のアジャストナット４８及び固定用ナット４９を有する。アジャストナット４８によってアクセルフォーク４２Ｂを位置決めして、固定用ナット４９によって固定することでアクセルフォーク４２Ａ及びアクセルフォーク４２Ｂ間の相対位置を調整することができる。
【００４１】
アクセルモータ４４の配設側と反対側の吸気側において、図３に示したようにシリンダヘッドカバー２ａを利用してカムスライド量検出センサ５０が搭載される。この例ではセンサとしてロータリエンコーダを用い、その回転軸５０ａにセンサレバー５１が取り付けられる。詳細構造については省略するが、センサレバー５１の先端はフォークガイド４７の係合溝と摺接係合するようになっている。そして、吸気側のカム１３のスライドによりセンサレバー５１が揺動し、ロータリエンコーダによってその揺動角を検出し、この検出データに基づいてカムスライド量を把握するようにしている。
【００４２】
ここで、上記構成の動弁装置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４４が作動し、アクセルモータ４４の出力軸の回転によってドリブンギヤ４３を介してアクセルシャフト４１がスライドする。各気筒において、カム１３，１３EXはアクセルフォーク４２を介してアクセルシャフト４１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用角を無段階可変制御する。
【００４３】
このように吸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（又は車両速度）に最も適した吸排気を行うことができる。例えばエンジン低速時にはローラータペット２１はカム１３，１３EXのカム面１３ａ，１３ａEX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、即ちアクセルを開くと、アクセルモータ４４の作動によりドリブンギヤ４３が回転して、アクセルシャフト４１は図２の矢印Ｘ方向にスライドする。カム１３，１３EXはアクセルフォーク４２を介してアクセルシャフト４１の動きに連動してカムシャフト１１，１１EXに沿って同様に矢印Ｘ方向にスライドする。カム１３，１３EXのスライドによりローラータペット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。
【００４４】
前述したようにバルブリフタユニット２０は、バルブステム３１ａを押圧可能なアーム２２と、アーム２２に対して回転可能なローラータペット２１とを備え、図８（ａ）に示されるようにアーム２２はバルブステム３１ａとのクリアランスを調整可能なアジャストスクリュ２６Ａ，２６Ｂを先端部に締結する。
【００４５】
この場合、一方のアジャストスクリュ２６Ａは、アーム２２の上側でナット２７Ａによって固定され、他方のアジャストスクリュ２６Ｂは、アーム２２の下側でナット２７Ｂによって固定される。図４から分るようにカム１３のカムロブの高速側に配置されるナット２７Ｂは、アーム２２の下側から螺着しカム１３側へ突出しないようにしている。なお、各アジャストスクリュ２６Ａ，２６Ｂに対して、付勢部材としてスプリング（コイルスプリング）２８を有する。スプリング２８は、一方の端部をバルブステム３１ａ上部に設けられるコッタ３４に当接させると共に、他方の端部をアーム２２側に当接させる。この場合、アジャストスクリュ２６Ａ側においてスプリング２８の上端はアーム２２の下面に当接し、アジャストスクリュ２６Ｂ側ではスプリング２８の上端はナット２７Ｂの下面に当接する。
【００４６】
本発明のバルブリフタにおいて、ローラータペット２１とアーム２２とこれら両部材間に介在される複数のボール２４とを有している。ローラータペット２１はカム１３のカムロブに沿って回転しながら、リフト特性に従い進退動し、バルブリフタが一体となって進退動するとき、アーム２２の両端がそれぞれバルブステム３１ａを押し下げる。
【００４７】
本発明において特に、ローラータペット２１とカム１３との接触点を複数のバルブステム３１ａ間の中心線上に配置する。この場合、図８（ａ）の例のように隣接する吸気バルブ３１間の中心線を挟んで、バルブリフタが無リフト状態にあるときのカム１３に対向する吸気バルブ３１（図８（ａ）において右側のバルブステム３１ａ側）とは反対側に偏倚させて、ローラータペットの頂点を配置する。
【００４８】
具体的には例えば、図８（ａ）に示されるようにローラータペット２１の中心からカム１３のカムロブの低速側に適度に偏倚した曲率中心Ｏとし（偏倚量Ａ）、この曲率中心Ｏに対する円弧（半径ｒ）によりローラータペット２１の外周面が形成される。そして、ローラータペット２１の中央部からオフセットして頂点Ｐを設定する。
【００４９】
ところで、この種の３次元カムにおいてカムロブの傾斜は一定であり、ローラータペット（アウターローラ）と３次元カムとの接触点は、ローラータペット頂点よりもカムロブに対向する側の面上となっている。ローラータペットの断面形状が頂点を中心に左右均等の場合は、ローラータペットの頂点が２本のバルブステム間の中心線上に位置することとなる。従って、ローラータペットと３次元カムとの接触点はバルブステム間中心線とはオフセットした位置（バルブステム間中心線よりもカムロブ側）に置かれる。
【００５０】
２本のバルブステム間中心線上に接触点が存在しないと、バルブリフタによるバルブ押圧力が不均一になる。バルブリフト量が不均一であると、そのままでは所望の吸気量制御ができなくなってしまう。
【００５１】
そこで、本発明ではローラータペット２１とカム１３との接触点を２本のバルブステム３１ａ間の中心線上に設定するべく、上述のようにローラータペット２１の頂点Ｐを２本のバルブステム３１ａ間の中心からオフセットさせる。これによりバルブリフト間でのリフト量を均一にすることができる。具体的にはバルブ無リフト時にカムロブの位置する側のバルブステム３１ａ（図８（ａ）右側）とは反対側のバルブステム３１ａ（図８（ａ）左側）側に偏倚させてローラータペット２１の頂点Ｐを配置し、ローラータペット２１とカム１３との接触点が２本のバルブステム間中心線上に位置するようにしている。
【００５２】
このように２本のバルブステム３１ａ間の中心線上にローラータペット２１及びカム１３の接触点を設定することで、バルブリフト量の均一化を図り、燃焼効率等を向上することができる。
【００５３】
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。
例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、２気筒エンジンの場合の例を説明したが、本発明は３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。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の適用例に係るエンジンまわりを含む自動二輪車の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における動弁装置の平面図である。
【図３】本発明の実施形態における動弁装置の要部構成を示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の動弁装置に係るクランクシャフト駆動系を示す図である。
【図６】図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図７】本発明に係るアクセルモータまわりの構成例を示す図である。
【図８】本発明のバルブリフタまわりを示す側断面図及び平面図である。
【符号の説明】
【００５５】
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
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
２１  ローラータペット
２２  アーム
２３  タペットガイド
３１  吸気バルブ
３２  バルブガイド
３５  バルブリテーナ
３７  バルブスプリング
４１  アクセルシャフト
４２  アクセルフォーク
４４  アクセルモータ
【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】
2008025539.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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