JP2004076675A

JP2004076675A - 動弁装置およびこれを備えた内燃機関

Info

Publication number: JP2004076675A
Application number: JP2002239769A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Yamauchi; 山内　幸作
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】装置のコンパクト化を図りながら、優れた特性性能を実現する動弁装置およびこれを備えた内燃機関を提供する。
【解決手段】所定の挟角で配された吸排気弁のステム端部に先端部が係合するスイングアーム２１を設けるとともに、スイングアーム２１の基端部を挟角の外側に配して軸支し、基端部の軸と平行な軸２４を有するローラタペット２２を基端部と先端部の間に設ける。ローラタペット２２の軸に対して吸排気弁と反対側にカム軸１１を平行に設ける。カム軸１１上をローラタペット２２に対向して軸方向に摺動可能に配されたカムロブを設けるとともに、該カムロブに三次元状マップを持つカム１３を設け、カムロブをカム軸方向に進退可能に付勢する付勢手段をカム軸１１の近傍に配する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車ある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および作動角を無段に可変制御する動弁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の内燃機関において、以前より燃焼効率の向上を図るべく、バルブの開閉タイミングをずらして行なう可変位相方式に始まり、カム切換によるバルブリフトの可変制御やバルブ休止等が採用されてきた。なお、このカム切換方式は、低速用と高速用の２つのカムを用意し、エンジン出力に応じて作用角の小さいものから大きなものに切り換えるというものである。そして、これらのエンジンは吸気管にスロットルバルブを備えていることを前提としており、運転者の制御意思が反映されるのは、このスロットルバルブであって、動弁装置ではなかった。
【０００３】
さらに最近では可変位相とカム切換の組合せが出始め、その後作用角およびリフト量を連続可変する３次元カムを使用する方式が提案されている。たとえば、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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の動弁装置において３次元カムのスライド駆動機構等を持つため、意図する性能特性を確保しながら装置のコンパクト化等を図るのは必ずしも容易でない。また、３次元カムによるバルブリフト特性は、エンジンの出力特性と密接に関係し、カム形状等のパラメータ設定は極めて重要である。
【０００５】
本発明はかかる実情に鑑み、装置のコンパクト化を図りながら、優れた特性性能を実現する動弁装置およびこれを備えた内燃機関を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の動弁装置は、所定の挟角で配された吸排気弁のステム端部に先端部が係合するスイングアームを設けるとともに、該スイングアームの基端部を挟角の外側に配して軸支し、前記基端部の軸と平行な軸を有するローラタペットを前記基端部と前記先端部の間に設け、前記ローラタペットの軸に対して前記吸排気弁と反対側にカム軸を平行に設け、前記カム軸上を前記ローラタペットに対向して軸方向に摺動可能に配されたカムロブを設けるとともに、該カムロブに三次元状マップを持つカムを設け、前記カムロブを前記カム軸方向に進退可能に付勢する付勢手段を前記カム軸の近傍に配したことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の動弁装置において、前記ローラタペットおよび前記カムの接触部位を潤滑する潤滑剤供給手段を有し、この潤滑剤供給手段は、スイングアームにおける前記ローラタペットの収容部に開設された開口を含み、この開口から前記接触部位に対して前記ローラタペットの接線方向に潤滑剤を供給する。
【０００８】
また、本発明の動弁装置は、駆動モータにより回転駆動される伝達歯車の回転を、ねじ送り機構を介して軸方向のスライド運動に変換し、このスライド運動によりカムをカム軸方向にスライド移動させるようにした動弁装置であって、前記伝達歯車と前記ねじ送り機構を近接配置し、前記伝達歯車の軸受と前記ねじ送り機構とを軸方向位置で重なるように配置したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の動弁装置において、前記ねじ送り機構を介してスライド運動するスライド軸をカム軸とは別に設け、前記スライド軸を前記ねじ送り機構を介して前記伝達歯車の軸受で支持するとともに、別の複数の軸受にて支持することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の動弁装置は、所定長さの吸気管を備えたエンジンにおけるカム高さとカム作用角が連続的に変化するように形成され、カム軸と一体回転するとともにその軸方向に相対移動可能に構成されたカムと、そのカム面に押圧されてバルブを進退させるバルブリフタとを備えた動弁装置であって、前記カムは前記カム軸の軸方向に傾斜するカム面を有し、前記カムが前記カム軸の軸方向にスライドすることにより、前記カムの作用角をエンジン回転数または車両速度に比例させ、バルブリフト量およびバルブ作動角が連続無段に可変制御されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の動弁装置において、前記カムにおける作用角の最大角と最小角の比率が、略３倍もしくはそれ以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の内燃機関は、吸気バルブおよ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、吸気側および排気側に請求項１〜６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。
【００１３】
本発明によれば、たとえばスイングアームの基端部を吸排気弁のステム挟角の外側に配して軸支し、基端部の軸と平行な軸を有するローラタペットを基端部と先端部の間に設け、ローラタペットの軸に対して吸排気弁と反対側にカム軸を平行に設ける。これにより特にＤＯＨＣエンジンにおいてカムとプラグホールが干渉しない位置にカム軸を配置し、その内側にバルブステムを配置することでエンジンのコンパクトを図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明による動弁装置およ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。
（第１の実施形態）
本発明による動弁装置は、自動二輪車ある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、この実施形態ではたとえば図１に示すように自動二輪車のエンジンを例とする。
【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、鋼製ある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ともに、前輪１０６の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ともに、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ともに、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およびシート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およびシートカウル１１９が連設される。
【００１８】
ここで、エンジンユニット１のシリンダヘッド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が装着される。アクセルモータはたとえば図示例のように、シリンダヘッドカバー２ａの側部に突設される。その場合、燃料タンク１１７の下部に設けた凹部内にアクセルモータ部分が配設されるようになっており、燃料タンク１１７とシリンダヘッドカバー２ａは相互に干渉しないように配置される。
【００１９】
さらに図１において、１２０はヘッドランプ、１２１はスピードメータ、タコメータある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およびシートレール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が設けられるとともに、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】
つぎに、図２は本発明装置の要部側断面図、図３は図２のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿う断面図である。この実施形態ではエンジンユニット１として、並列２気筒エンジンであって、各気筒ごとに吸気側（ＩＮ）および排気側（ＥＸ）にそれぞれ２つのバルブ（つまり４バルブ）を有している。シリンダ内で上下に往復動するピストンの上部にシリンダヘッド２が配置され、このシリンダヘッド２内に動弁装置が収容される。
【００２２】
本実施形態の動弁装置は、まず吸気側において気筒の列設方向に沿って配置されるカム／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２０と、吸気制御するバルブユニット３０と、アクセル開度に応じてカムを変位させるアクセルシャフトユニット４０とを含んでいる。
【００２３】
また、排気側において、吸気側と実質的に同様に構成されたカム／カムシャフトユニット１０_Ｅｘと、カム／カムシャフトユニット１０_Ｅｘの下側に配置されるバルブリフタユニット２０_Ｅｘと、排気制御するバルブユニット３０_Ｅｘとを含んでいる。以下、これらのユニットに関して主に吸気側について説明するが、排気側においても同様の構成を有する。
【００２４】
カム／カムシャフトユニット１０およびカム／カムシャフトユニット１０_Ｅｘのカム１３およびカム１３_Ｅｘは、吸気バルブ３１および排気バルブ３１_Ｅｘのバルブリフト量、作動角およびリフトタイミングを無段段に可変制御するように構成されている。また、アクセル開度に応じてこれらのカム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１０_Ｅｘの間に配置される。すなわちアクセルシャフトユニット４０は、吸気側および排気側で共用される。
【００２５】
カム／カムシャフトユニット１０において、カムシャフト１１は、ベアリング１２（図３）を介してシリンダヘッド２に回転自在に支持される。カムシャフト１１にはその軸方向に後述するカム１３がスライド可能に装着されるが、この例ではカムシャフト１１はたとえば３条のボールスプライン１１ａを有し、そのガイドによってボール１４を介して直線運動（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は中空構造とし、その中空内部に潤滑油路を形成してカム１３等に注油することができる。
【００２６】
カムシャフト１１の一端にはスプロケット１５が固着している。また、排気側のカムシャフト１１_Ｅｘの一端にもスプロケット１５_Ｅｘが固着しており、図４に示されるように、これらのスプロケット１５，１５_Ｅｘ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との間にカムチェーン４が巻回装架される。なお、図４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およ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。
【００２７】
ここで、カム１３およびカム１３_Ｅｘは「３次元カム」として構成され、各気筒の吸気側および排気側に１つずつ設けられる。図３に示されるように長手方向（カムシャフト１１の軸方向）に緩やかに傾斜するカム部が延設され、バルブリフト量を連続的に変化させる形状に成形されている。この場合、カム高さと同時にカム作用角およびリフトタイミングも変化し、すなわ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、さら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ている。
【００２８】
バルブリフタユニット２０において、この例ではバルブリフタとしてスイングアーム２１とタペットローラ２２を含み、スイングアーム２１はその一端が吸気バルブの上端部（バルブステムエンド）に当接するように、揺動軸であるスイングアームシャフト２３によって揺動可能に支持される。スイングアーム２１の先端は図５にも示されるように、各気筒における２つの吸気バルブに当接すべく二股に分岐しており、すなわち単一のスイングアーム２１により２つの吸気バルブを駆動するようになっている。
【００２９】
スイングアーム２１の基端部、すなわちスイングアームシャフト２３は図２に示されるように、カムシャフト１２の下方であって、吸排気バルブのバルブステムにより設定される挟角（Ｖバンク）の外側に配置される。なお、このＶバンクの略中央部に点火プラグ挿脱用のプラグホール８が形成される。
【００３０】
スイングアーム２１の途中にはピン２４を介して、回転摺動部であるタペットローラ２２が回転自在に支持される。タペットローラ２２の外周面は典型的には円弧状（Ｒ状）に形成され、カム１３と点接触するようになっている。ピン２４はスイングアームシャフト２３と平行に配置され、またピン２４に対して吸気バルブと反対側にカムシャフト１１が配置されている。
【００３１】
排気側において、スイングアーム２１_Ｅｘはその一端が排気バルブの上端部（バルブステムエンド）に当接するように、スイングアームシャフト２３_Ｅｘによって揺動可能に支持される。スイングアーム２１_Ｅｘの先端は、各気筒における２つの排気バルブに当接すべく二股に分岐しており（図５参照）、単一のスイングアーム２１_Ｅｘにより２つの排気バルブを駆動するようになっている。
【００３２】
また、スイングアーム２１_Ｅｘの途中にはピン２４_Ｅｘを介して、回転摺動部であるタペットローラ２２_Ｅｘが回転自在に支持される。タペットローラ２２_Ｅｘの外周面は典型的には円弧状（Ｒ状）に形成され、カム１３_Ｅｘと点接触するようになっている。
【００３３】
ここで、タペットローラ２２（２２_Ｅｘ）およびカム１３（１３_Ｅｘ）の接触部位を潤滑するようにした潤滑剤供給手段を有する。この潤滑剤供給手段は、図２あるいは図５に示されるようにスイングアーム２１（２１_Ｅｘ）におけるタペットローラ２２（２２_Ｅｘ）の収容部に開設された開口２５（２５_Ｅｘ）を含み、この開口２５（２５_Ｅｘ）から接触部位に対してタペットローラ２２（２２_Ｅｘ）の接線方向に潤滑剤を供給するようになっている。なお、スイングアームシャフト２３（２３_Ｅｘ）内には開口２５（２５_Ｅｘ）に連通し、該開口２５（２５_Ｅｘ）に潤滑剤を圧送する油路２６（２６_Ｅｘ）が形成されている。
【００３４】
バルブユニット３０において、それぞれのバルブステム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を含んでいる。また、各バルブステム３１ａの端部には、スイングアーム２１の押圧部２１ａと当接するタペットシム３３を有し、バルブリテーナ３４とスプリングシート３５の間にバルブスプリング３６が装着される。
【００３５】
排気側のカム／カムシャフトユニット１０_Ｅｘ、バルブリフタユニット２０_Ｅｘおよびバルブユニット３０_Ｅｘは、上述したように吸気側の各ユニットと基本構成は同様であるが、カム／カムシャフトユニット１０_Ｅｘのカム１３_Ｅｘの具体的な諸元についてはカム１３とは異なる。
【００３６】
アクセルシャフトユニット４０において、カムシャフト１１およびカムシャフト１１_Ｅｘと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に固着するとともにカム１３およびカム１３_Ｅｘに連結するアクセルフォーク４２を含んでいる。アクセルシャフト４１はその軸方向にスライド可能にシリンダヘッド２によって支持され、一端側でネジリスプライン４１ａを介してドリブンギヤ４３（ホイール）と係合している。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、アクセルモータ４５の出力軸に固着したドライブギヤ４６（ウォーム）と噛合する。
【００３７】
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およびカムシャフト１１_Ｅｘ側へ延出し、それぞれ二股状の先端部がベアリング４７を介して、カム１３およびカム１３_Ｅｘの端部に回転自在に装着されたフォークガイド４８と係合する。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およびカム１３_Ｅｘがカムシャフト１１およびカムシャフト１１_Ｅｘに沿ってそれぞれスライドする。
【００３８】
このようにアクセルモータ４５により回転駆動される伝達歯車としてのドリブンギヤ４３の回転を、ねじ送り機構（ネジリスプライン４１ａ）を介してアクセルシャフト４１の軸方向のスライド運動に変換し、このスライド運動によりカム１３をカム軸方向にスライド移動させる。この場合、図３に示されるようにドリブンギヤ４３とねじ送り機構を近接配置し、ドリブンギヤ４３の軸受４９Ａとねじ送り機構とを軸方向位置で重なるように配置する。
【００３９】
また、ねじ送り機構を介してスライド運動するアクセルシャフト４１をカムシャフト１１およびカムシャフト１１_Ｅｘとは別に設け、アクセルシャフト４１をねじ送り機構を介して軸受４９Ａで支持する。この場合、アクセルシャフト４１はさらに別の複数の軸受４９Ｂ，４９Ｃにて支持される。
【００４０】
ここで、カムシャフト１１の他端には位相センサユニット５０が設けられる。位相センサユニット５０は、カムシャフト１１の他端に植設されたピン５１とこのピン５１を検出して出力信号を得る位相センサ５２を含んでいる。
【００４１】
上記構成において、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４５が作動し、その出力軸の回転によりアクセルシャフト４１がスライドする。たとえば、エンジン低速時には図３に示されるようにタペットローラ２２はカム１３に対して、カム高さの低い部位に当接している。また、排気側においてタペットローラ２２_Ｅｘはカム１３_Ｅｘに対して、カム高さの低い部位に当接している。この状態で加速、すなわちアクセルを開くと、アクセルモータ４５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は図中、右方にスライドする。
【００４２】
これによりカム１３およびカム１３_Ｅｘはアクセルフォーク４２を介して、アクセルシャフト４１の動きに連動してそれぞれカムシャフト１１およびカムシャフト１１_Ｅｘに沿って、同様に図中、右方にスライドする。なお、このときカム１３およびカム１３_Ｅｘのスライド量や速度は、アクセルの開度および開く速さに対応している。カム１３，１３_Ｅｘのスライドによりタペットローラ２２，２２_Ｅｘは次第に、カム高さの高い部位に当接し、これによりカム１３，１３_Ｅｘのリフト特性に従って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。
【００４３】
ここで、上述した本発明の動弁装置あるいは内燃機関において特に、図２等から明かなようにカムシャフト１１、スイングアームシャフト２３およびピン２４等はＶバンクの外側に配置される。なお、排気側についても同様である。これによりシリンダヘッド２の高さを低くすることができるとともに、スイングアーム２１のアーム比の設定によりカム山高さを低くすることで、シリンダヘッド２の前後長も短かくすることができ、シリンダヘッド２のコンパクト化を図ることができる。
【００４４】
この場合、バルブステム３１ａとスイングアームシャフト２３の間にタペットローラ２２が配置されるため、スイングアーム２１のアーム比が１よりも大きくなる。なお、排気側についても同様である。これによりカム山高さを低くし、カムロブにおける軸方向のカム山傾斜角度が小さく（なだらかに）なり、カム１３のスライド移動動作がスムースにし、回動・摺動する動弁系全体に加わるスライド方向の力が減少して耐久性が向上する。また、タペットローラ２２の幅を狭くすることができ、タペット総重量を軽減し、特に高回転化および高加速化を図り高出力化を実現することができる。
【００４５】
また、潤滑剤供給手段によればタペットローラ２２（２２_Ｅｘ）およびカム１３（１３_Ｅｘ）の接触部位に対して、すべての位相で潤滑剤をし、潤滑性が格段に向上する。したがって、カム１３とタペットローラ２２の点接触的係合を維持しつつ、カム１３の軸方向移動が円滑に行なわれ、この点でも高い耐久性を確保することができる。
【００４６】
カム１３等の立体カムにあっては、これに摺動接触する相手部材であるタペットローラ２２は、立体カムに点接触するため、このことが耐久性に影響する。そのためタペットローラ２２の径は大きくしたい。本発明ではタペットローラ２２をバルブ軸線上から偏倚させて２つの吸気バルブの間に配置することで、大径化とコンパクト化を両立させている。また、バルブ軸上およびタペットローラ２２上に、スライドするカム１３（１３_Ｅｘ）の占有スペースを大きく確保することができる。これによりカム１３の軸方向には大きく、高さは低くできるためアクセルモータ４５の上方搭載が可能になる。
【００４７】
また、ドリブンギヤ４３とねじ送り機構を近接配置し、ドリブンギヤ４３の軸受４９Ａとねじ送り機構とを軸方向位置で重なるように配置する。このようにこれらの部材を集合配置することで、コンパクト化を図ることができる。そして、アクセルシャフト４１をスライドさせる際、ぶれやがたつき等を抑え円滑動作を保証する。
【００４８】
さらにアクセルシャフト４１をカムシャフト１１およびカムシャフト１１_Ｅｘとは別に設け、アクセルシャフト４１をねじ送り機構を介して軸受４９Ａで支持する。また、アクセルシャフト４１はさらに別の複数の軸受４９Ｂ，４９Ｃにて支持される。アクセルシャフト４１をスライドさせる際、ぶれやがたつき等を抑えて円滑動作を保証する。
【００４９】
（第２の実施形態）
つぎに、本発明による第２の実施形態を説明する。なお、上述の第１の実施形態と同一または対応する部材には同一符号を用いて、図面を参照して説明する。図６は本実施形態に係る要部側断面図である。この実施形態における基本構成は実質的に第１の実施形態と同様であり、その説明を省略するものとする。
【００５０】
本実施形態において３次元カムを用いてバルブリフト特性を連続可変制御するが、その場合、吸気管長が固定でも実用走行回転域で最大吸気慣性効果が得られるようにエンジン回転数と吸気作用角を設定するものである。
【００５１】
ところで、吸気作用角が一定の場合、各エンジン回転数でつねに吸気慣性効果を最大にするためには吸気管長を変化させる必要がある。そのためたとえば吸気管をスライドさせることで連続可変させ、あるいはバルブ等を用いて段階的に変化させる等の手法がとられる。本発明において、３次元カムを用いてバルブリフト特性をエンジン出力に合ったものにできるが、本実施形態では特に吸気作用角を好適に設定することで、吸気管長が固定でも吸気管長を連続可変する場合と同等の効果が得られるようにしている。
【００５２】
ここで、最大吸気慣性効果が得られるエンジン回転数の公式を示す。
Ｎ＝ａθ_ｓ／２４Ｌ_ｓ　　　　　　　　　　　　　（１）
ただし、Ｌ_ｓ≒π／２・√（ＬＶ／Ｆ）、Ｌ＝ｌ＋Δｌ
ここに、ａ…音速＝３４０［ｍ／ｓ］（２０℃）；Ｎ…エンジン回転数［ｒｐｍ］；θ_ｓ…有効開弁角［ｄｅｇ］；Ｌ_ｓ…等価管長［ｍ］；Ｌ…管長［ｍ］；Ｆ…吸気管断面積［ｍ^２］（独立ポートの場合はＦ＝２・πｄ^２／４）；Ｖ…行程容積［ｍ^３］；ｌ…実管長［ｍ］；Δｌ…管端補正長［ｍ］である。なお、図６に示されるように吸気管長Ｌには、吸気ポート９が含まれる。
【００５３】
上式からＫ＝ａ／２４Ｌ_ｓとし、温度および管長が固定であるとすれば、Ｋは一定であるためエンジン回転数Ｎと有効開弁角（吸気バルブの作用角）θ_ｓは比例関係になる。したがって、エンジン回転数Ｎに比例するように有効開弁角θ_ｓを設定することで、その範囲内においてはつねに最大吸気慣性効果が得られることになる。なお、吸気ポートを含めた吸気管は、エンジン回転数に関わらず、平均して略大気圧かそれよりも若干負圧である。
【００５４】
図６に示すエンジンではそのエンジン仕様として、並列２気筒６５０ｃｃ、車両速度Ｖ_{１００００}＝２２０ｋｍ／ｈ（６速時の最高速度）とした場合、エンジン回転数Ｎ（車両速度）と有効開弁角θ_ｓの関係は図７のようになる。また、図８は、図７に示したエンジン特性を得るためのカム１３のリフト特性を示している。
【００５５】
図７の例では速度６０ｋｍ／ｈ（Ｎ≒２７３０ｒｐｍ）でθ_ｓ＝８０°とし、速度１８０ｋｍ／ｈ（Ｎ≒８１８０ｒｐｍ）でθ_ｓ＝２４０°としている。この回転数範囲ではほぼ最大吸気慣性効果となるようにエンジン回転数Ｎと有効開弁角θ_ｓを設定し、これによりトップ段位（６速）の実用回転域で最大吸気慣性効果が得られ、ほぼフラットトルク化を図ることができる。
【００５６】
同様に、たとえば軽４輪自動車に適用した場合、エンジン仕様として並列２気筒６６０ｃｃ、車両速度Ｖ_１０００＝２０ｋｍ／ｈとした場合のエンジン回転数Ｎ（車両速度）と有効開弁角θ_ｓの関係は図９のようになる。この場合、有効開弁角θ_ｓを３倍程度まで可変とすれば、θ_ｓ＝８０°；４０ｋｍ／ｈからθ_ｓ＝２４０°；１２０ｋｍ／ｈと最高速度を出せる段位（４速…５速の場合が多いが、４輪車の５速はオーバトップとなる）でトップスロー下限付近から最高速度付近までの領域ほとんどをカバーすることができる。
【００５７】
したがって、有効開弁角θ_ｓをエンジン回転数Ｎに比例させ、かつ有効開弁角θ_ｓを３倍程度まで可変させるように設定することで、ほとんどの実用回転域で最大吸気慣性効果が得られるとともに、吸気管長を高速側で短いものにすることができ、エンジンまわりのコンパクト化を図ることができる。特に低速出力を出すために吸気管長を長く設定したいた４輪車においては、コンパクト化による効果は極めて多大である。
【００５８】
このように吸気管の断面積および長さを固定していても、作用角（すなわち吸気バルブの開弁時間）がエンジン回転数に比例して変化するため、エンジン回転数が変化してもつねに高い吸気慣性効果を維持することができる。これにより燃焼室への吸引充填効率が高く維持される。つまりエンジン回転数の全域で、谷間のないフラットなトルク特性を得ることができる。
【００５９】
また、吸気慣性効果が最大となるように吸気管長を設定することで、エンジン回転数の全域で、略最大トルクを得ることができる。一方、機関速度に応じてバルブ開弁時間が変化するため、吸気管の断面積を考慮して吸気管を短くしても吸気慣性効果が得られる。
【００６０】
さらに、有効開弁角θ_ｓを３倍もしくはそれ以上まで可変とすることで、エンジンの実用回転数域が広く確保される。これにより変速機（自動変速機および無段変速機等を含む）の変速段に拘わらず、各変速段が受け持つ速度範囲が広くなり、運転の幅が広く実用性の高い車両を実現することができる。
【００６１】
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。
たとえば上記実施形態では２気筒エンジンの場合の例を説明したが、本発明は単気筒または３気筒以上のエンジンに対しても有効に適用可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、この種の動弁装置においてアクセル開度に応じてバルブリフト量、作動角およびリフトタイミングを無段階可変制御する。この場合、たとえばスイングアームの基端部を吸排気弁のステム挟角の外側に配して軸支し、基端部の軸と平行な軸を有するローラタペットを基端部と先端部の間に設け、ローラタペットの軸に対して吸排気弁と反対側にカム軸を平行に設ける。カムとプラグホールが干渉しない位置にカム軸を配置し、その内側にバルブステムを配置することでエンジンのコンパクトを図ることができる等の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【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】本発明の第１の実施形態における動弁装置の要部側断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の動弁装置に係るカムシャフトの回転駆動系を示す図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における動弁装置の要部断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるエンジン回転数と有効開弁角の関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るカムのリフト特性を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における別のエンジン回転数と有効開弁角の関係を示す図である。
【符号の説明】
１　エンジンユニット、２　シリンダヘッド、２ａ　シリンダヘッドカバー、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、８　プラグオール、９　吸気ポート、１０，１０_Ｅｘ　　カム／カムシャフトユニット、１１　カムシャフト、１２ベアリング、１３　カム、２０，２０_Ｅｘ　バルブリフタユニット、２１　スイングアーム、２２　タペットローラ、２３　スイングアームシャフト、３０，３０_Ｅｘ　　バルブユニット、３１　吸気バルブ、３２　バルブガイド、３３　タペットシム、３４　タペットリテーナ、３５　スプリングシート、３６　バルブスプリング、４０　アクセルシャフトユニット、４１　アクセルシャフト、４２　アクセルフォーク、４３　ドリブンギヤ、４５　アクセルモータ、４６　ドライブギヤ、５０　位相センサユニット、５１　ピン、５２　位相センサ。

Claims

所定の挟角で配された吸排気弁のステム端部に先端部が係合するスイングアームを設けるとともに、該スイングアームの基端部を挟角の外側に配して軸支し、
前記基端部の軸と平行な軸を有するローラタペットを前記基端部と前記先端部の間に設け、前記ローラタペットの軸に対して前記吸排気弁と反対側にカム軸を平行に設け、
前記カム軸上を前記ローラタペットに対向して軸方向に摺動可能に配されたカムロブを設けるとともに、該カムロブに三次元状マップを持つカムを設け、
前記カムロブを前記カム軸方向に進退可能に付勢する付勢手段を前記カム軸の近傍に配したことを特徴とする動弁装置。
前記ローラタペットおよび前記カムの接触部位を潤滑する潤滑剤供給手段を有し、
この潤滑剤供給手段は、スイングアームにおける前記ローラタペットの収容部に開設された開口を含み、この開口から前記接触部位に対して前記ローラタペットの接線方向に潤滑剤を供給することを特徴とする請求項１に記載の動弁装置。
駆動モータにより回転駆動される伝達歯車の回転を、ねじ送り機構を介して軸方向のスライド運動に変換し、このスライド運動によりカムをカム軸方向にスライド移動させるようにした動弁装置であって、
前記伝達歯車と前記ねじ送り機構を近接配置し、前記伝達歯車の軸受と前記ねじ送り機構とを軸方向位置で重なるように配置したことを特徴とする動弁装置。
前記ねじ送り機構を介してスライド運動するスライド軸をカム軸とは別に設け、前記スライド軸を前記ねじ送り機構を介して前記伝達歯車の軸受で支持するとともに、別の複数の軸受にて支持することを特徴とする請求項３に記載の動弁装置。
所定長さの吸気管を備えたエンジンにおけるカム高さとカム作用角が連続的に変化するように形成され、カム軸と一体回転するとともにその軸方向に相対移動可能に構成されたカムと、そのカム面に押圧されてバルブを進退させるバルブリフタとを備えた動弁装置であって、
前記カムは前記カム軸の軸方向に傾斜するカム面を有し、前記カムが前記カム軸の軸方向にスライドすることにより、前記カムの作用角をエンジン回転数または車両速度に比例させ、バルブリフト量およびバルブ作動角が連続無段に可変制御されることを特徴とする動弁装置。
前記カムにおける作用角の最大角と最小角の比率が、略３倍もしくはそれ以上であることを特徴とする請求項５に記載の動弁装置。
吸気バルブおよ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、
吸気側および排気側に請求項１〜６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。