JP2004190607A - 動弁装置およびこれを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】加工精度および加工性に優れるともに、出力および燃費が大幅に向上し得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】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、カムシャフト１１と一体回転する立体カム１２と、立体カム１２のカム面に押圧されてバルブ３１を進退させるバルブリフタ２０とを備える。立体カム１２はカムシャフト１１の軸方向における所定位置に配設され、バルブリフタ２０はカムシャフト１１の軸方向にスライド可能に構成され、吸気側または排気側に配設された複数のバルブ３１との同時接触状態を保持可能なタペットアーム２１を含む。
【選択図】 図３

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、リフトタイミングおよび作動角を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、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。
【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、特に低中速時におけるスワールあるいはタンブルを生成すべくバルブ休止機構を持つものが知られている（特許文献１参照）。その場合、従来では３次元カムのカムロブ部を単体として小型化することで、カムの加工性をよくし、またバルブリフトについても吸気側または排気側における左右２つのバルブを同一リフトにしたり、あるいはそれに差をつけるのを容易化することができる。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６０‐３０３０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来例において、実験結果によれば低リフト側では左右バルブのリフト量に差をつけることでタービランスを増加させた方が、左右同一リフトの場合よりも出力、燃費が向上する。また、高リフト側では左右バルブのリフト量に差がない方が、出力、燃費が向上するということが実証されている。
【０００６】
本発明はかかる実情に鑑み、加工精度および加工性に優れるともに、出力および燃費が大幅に向上し得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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の動弁装置は、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、カムシャフトと一体回転する立体カムと、前記立体カム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、前記立体カムは前記カムシャフトの軸方向における所定位置に配設され、前記バルブリフタは前記カムシャフトの軸方向にスライド可能に構成され、吸気側または排気側に配設された複数のバルブとの同時接触状態を保持可能なタペットアームを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の動弁装置において、前記タペットアームは天秤部を支点として揺動自在に支持され、前記複数のバルブに同時接触しながら前記カムシャフトの軸方向にスライドすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の動弁装置において、吸気側および排気側に前記バルブリフタを備え、それぞれのバルブリフタをスライド駆動するためのスライド機構を、単一のアクチュエータにより同期作動させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の動弁装置において、前記タペットアームは前記バルブとの接触部が平面状に形成され、前記バルブは前記タペットアームとの接触部が円弧面状に形成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、前記天秤部の支点は、前記タペットアームが接触する前記複数のバルブのいずれか一方側に偏倚していることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の動弁装置において、吸気側および排気側の前記バルブリフタのスライド機構およびその駆動系が、シリンダヘッドおよびシリンダヘッドカバーの合せ面上に並設配置されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の動弁装置において、前記バルブリフタはスイングアーム式に構成され、そのスイングアームの先端に前記タペットアームを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の動弁装置において、吸気側および排気側のバルブ間ピッチの差に対応するように吸気側または排気側における前記バルブリフタの前記スライド機構に空ストロークを設け、吸気側および排気側の前記スライド機構のスライドストロークを同一に設定したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の動弁装置において、前記天秤部の支点が前記複数のバルブの弁軸よりも外側へ延出可能に構成され、該支点の延出側にある前記シリンダヘッドに前記タペットアームに対する逃げ部を設けたことを特徴とする。
【００１６】
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、吸気側また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。
【００１７】
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および作動角を無段階可変制御する。この場合、たとえば特に立体カムは気筒分だけ、１つのカムシャフト１１に対して一体形成されることで、カムシャフトに対する立体カムの加工精度および立体カム相互間の加工精度を向上させることができる。また、一体形成することにより加工時間を短縮し、コスト低減を図ることができる。
【００１８】
また、タペットアームを天秤支持することにより、特にエンジン始動時あるいはアイドリング時には一方のバルブを片閉じ状態にし、この片閉じ状態でタービランス流の増加とポート断面積減少による吸気流入速度の増大により、出力および燃費が大幅に向上する。
【００１９】
【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の例とする。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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４３が搭載される。アクセルモータ４３はたとえば図示例のように、シリンダヘッド２の後部に突設される。その場合、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。
【００２４】
アクセルモータ４３はリンクを用いれば、吸気側でも排気側でも設置可能であるが、排気側に設ける場合燃料タンク１１７に形成する凹部が露出されて、そのままでは外観性が低下するので、それを考慮に入れるとアクセルモータ４３は吸気側に設ける方が好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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線に沿う断面図である。この実施形態では並列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。なお、この実施形態では吸気側および排気側に本発明を適用した例とするが、吸気側および排気側のいずれかのみに適用することもできる。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。
【００２８】
動弁装置は、気筒の配列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におけるカムのカム面に押されてバルブを進退させるバルブリフタユニット２０と、吸排気を制御するバルブユニット３０と、アクセル開度に応じてバルブリフタユニット２０をスライドさせるアクセルシャフトユニット４０と、バルブリフタユニット２０をスライド駆動するためのスライド機構５０とを含んでいる。
【００２９】
まず、カム／カムシャフトユニット１０において、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、カムシャフト１１と一体回転する立体カム１２を有する。この立体カム１２はカムシャフト１１と一体形成され、該カムシャフト１１の軸方向における所定位置に配設される。カムシャフト１１は、ベアリング１３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は中空構造とし、その中空内部に潤滑油路を形成して軸受部等に注油することができる。
【００３０】
カムシャフト１１の一端にはスプロケット１４が固着している。排気側のカムシャフト１１_Exの一端にも同様なスプロケットが固着しており、図５に示すようにこれらのスプロケット１４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。
【００３１】
ここで、立体カム１２は所謂「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。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面は、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。このような立体カム１２に対してバルブリフタユニット２０をスライド移動させることにより、吸気バルブおよび排気バルブのリフト量、作用角およびリフトタイミングを無段階に可変制御することができる。
【００３２】
バルブリフタユニット２０において、バルブリフタはカムシャフト１１の軸方向にスライド可能に構成され、吸気側または排気側に配設された複数（２つ）のバルブとの同時接触状態を保持可能なタペットアーム２１を含む。タペットアーム２１は天秤部を支点として揺動自在に支持され、複数のバルブに同時接触しながらカムシャフト１１の軸方向にスライドするようになっている。
【００３３】
立体カム１２に接触するようにピン２２に支持されたタペットローラ２３を有する。ピン２２はカムシャフト１１とは平行にタペットホルダ２４に固定されており、ニードルベアリング２５を介してタペットローラ２３を回転自在に支持する。タペットホルダ２４は概略矩形の断面形状を持ち、タペットガイド２６に形成されたガイド孔２６ａにスライド可能に嵌合する。
【００３４】
タペットアーム２１はニードルベアリング２７を介して、ピン２８により回転自在に支持される。ピン２８はタペットローラ２３の真下に配置され、天秤部の支点としてタペットアーム２１を揺動自在に支持する。タペットアーム２１は図３に示されるようにバルブ弁軸の軸間よりも長い長さを有し、その上下でタペットローラ２３およびバルブに接触する。この場合、タペットアーム２１のバルブとの接触部が平面状に形成される。
【００３５】
バルブリフタユニット２０はアクセル開度に応じてスライドするが、揺動支点であるピン２８が立体カム１２のアイドリング対応部位に位置した際（略図３の図示状態）、ピン２８は各気筒における吸気側または排気側の２つのバルブの一方（この例では低リフト側）に対応配置される。このときタペットアーム２１の一端側は該一方のバルブからオーバハングするかたちで配置され、他端側は他方のバルブまで延出する。このように天秤部の支点であるピン２８は、タペットアーム２１が接触する２つのバルブの一方側に偏倚しているが、これら２つのバルブに同時接触する。
【００３６】
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の上端部には、タペットアーム２１の下面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。タペットシム３３は、タペットアーム２１との接触部が円弧面状に形成される。
【００３７】
なお、排気側におけるカム／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。
【００３８】
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の略中ほどで、これらと平行に配置されたアクセルシャフト４１を含んでいる。なお、図２に示されるようにアクセルシャフト４１はプラグホール８と干渉しないように、吸気側または排気側に偏って配置される。アクセルシャフト４１の軸方向所定位置には、前述したタペットガイド２６が固着し、両者は一体にカムシャフト１１の軸方向に移動可能に構成される。
【００３９】
アクセルシャフト４１は図４に示されるように、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４２（ホイール）と係合している。ドリブンギヤ４２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４３の出力軸に固着したドライブギヤ４４（ウォーム）と噛合する。
【００４０】
スライド機構５０において、図２あるいは図４に示されるようにアクセルシャフト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側へ延出するタペットガイド２６の先端部をそれぞれガイドするガイドシャフト５１，５１_Exを含んでいる。各ガイドシャフト５１はアクセルシャフト４１と平行に配置され、タペットガイド２６の先端部をスライド自在に支持する。これによりアクチュエータである単一のアクセルモータ４３の作動で、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、タペットガイド２６がカムシャフト１１およびカムシャフト１１_Exの軸方向に沿ってスライドする。
【００４１】
この場合、図２からも明かなように吸気側および排気側にバルブリフタユニット２０，２０_Exのスライド機構５０，５０_Exおよびその駆動系（アクセルシャフト４１）は、シリンダヘッド２およびシリンダヘッドカバー２ａの合せ面上に並設配置される。
なお、上述のようにスライドするバルブリフタユニット２０、特にタペットアーム２１のスライド動作を許容すべく、シリンダヘッド２のタペットアーム２１対応部位には相互干渉しないように逃げ部９が設けられている。
【００４２】
ここで、カムシャフト１１の他端には位相センサユニット６０が設けられている（図３）。位相センサユニット６０は、カムシャフト１１の他端に植設されたピン６１とこのピン６１を検出して出力信号を得る位相センサ６２とを含んでいる。
【００４３】
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４３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２３は立体カム１２に対して、カム高さの低い部位（低リフト側）に当接している。この状態で加速する、すなわちアクセルを開くと、アクセルモータ４３の作動によりドリブンギヤ４２が回転して、アクセルシャフト４１は図中、左方にスライドする。
【００４４】
タペットローラ２３はタペットガイド２６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に沿って、同様に図中、左方にスライドする。この際、タペットアーム２１は２つのバルブとの同時接触状態を保持しながら、タペットローラ２３と共にスライドする。なお、このときタペットローラ２３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。タペットローラ２３は次第に、カム高さの高い部位に当接し、これにより立体カム１２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。
【００４５】
さて、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、まず立体カム１２は、前述のようにカムシャフト１１と一体形成される。しかもこの場合、立体カム１２は気筒分だけ、すなわちこの例のように１つのカムシャフト１１に対して２つの立体カム１２が一体形成される。このように一体化構成することでカムシャフト１１に対する立体カム１２の加工精度および２つの立体カム１２相互間の加工精度を向上させることができる。また、一体形成することにより加工時間を短縮し、コスト低減を図ることができる。
【００４６】
タペットアーム２１は、揺動支点であるピン２８を支点として揺動自在に支持され、前述のようにアクセルシャフト４１の動きに連動して複数のバルブに同時接触しながらカムシャフト１１の軸方向にスライドする。エンジン始動時あるいはアイドリング時にはタペットアーム２１の揺動支点は、図３のように一方の右側（Ｒ）バルブの略弁軸上にあり、このときバルブスプリング３６のスプリング荷重の左右設定差に関係なく、他方の左側（Ｌ）バルブが片閉じ状態となる。なお、タペットアーム２１の揺動支点がＲ側バルブの弁軸上にある場合には、タペットアーム２１に対するバルブ作用点からの拘束力がなくなり、その動きがフリーとなるため、タペットアーム２１が暴れるのを防ぐためにその揺動支点を適度にＬ側にずらすとよい。あるいはまた、タペットアーム２１を常にＬ側バルブ作用点に押し付けるように、スプリング等による付勢手段を用いることができる。
【００４７】
タペットアーム２１の揺動支点がＬ側バルブ方向に移動するのに従って、左右バルブ作用点に加わる力は、揺動支点に関するアーム比の変化に対応して変化する。そして、Ｌ側バルブに対してそのイニシャル（初期）荷重以上の力が作用すると、Ｌ側バルブもリフトし始めるが、この間の片閉じ状態ではタービランス流の増加とポート断面積減少による吸気流入速度の増大により、出力および燃費が大幅に向上する。
【００４８】
その後、Ｌ側バルブがリフトしても一定期間もしくは区間において、Ｒ側バルブとのリフト差によりタービランス流が保持される。したがって、左右バルブ同一リフト量の場合よりも出力および燃費が向上する。タペットアーム２１をさらに高リフト側にスライドさせると、左右バルブのリフト量の差は小さく、もしくはほとんどなくなる。この場合、最大リフト量となる位置を左右バルブの中央に設定し、かつ左右のバルブスプリング３６の特性を同一に設定することで、左右バルブを同一リフト量にすることができる。これにより高出力域での出力は、最大リフト量に左右差がある場合よりも向上する。
【００４９】
ここで、最大リフト時の揺動支点の位置を左右バルブの中央よりもＬ側バルブ寄りに設定し（図３、２点鎖線参照）、左右のバルブスプリング３６の最大リフト荷重をＬ側バルブ；ｂ／ａで、Ｒ側バルブ；ａ／ｂの比率となるように設定することができる。
【００５０】
このようにタペットアーム２１、したがってタペットローラ２３のスライドストロークを大きくすることで、立体カム１２のカムロブのカム山傾斜角度を相対的に小さくすることができる。これにより立体カム１２およびタペットローラ２３間の接触スライド動作における機械的損失（メカロス）を低減するとともに、高精度のカムプロフィールを実現することができ、円滑かつ正確な作動制御を図ることができる。また、最大リフト量での最大出力域における左右バルブのリフト量を同一にできるが、最大リフト量に至るまでのバルブ開閉動作におけるリフト量には左右差が生じる。全リフトストローク域で左右差がない場合に比べて、タービランス流を増加させ出力が向上する。
【００５１】
また、本発明において吸気側および排気側のタペットホルダ２４を一体化し、吸気側および排気側のタペットローラ２３をスライド機構５０を介して、単一のアクセルモータ４３によってスライド駆動させる。このように吸気側および排気側のバルブリフタユニット２０，２０_Exの駆動部を共用することで、構造の簡素化して重量およびコスト低減を図るとともに、吸気側および排気側間の作動タイミングを同調することができる。この場合、アクセルシャフト４１は吸気側および排気側のガイドシャフト５１，５１_Exの略中間位置に配置されるため、いずれかのガイドシャフト５１，５１_Exに偏荷重（モーメント荷重）がかかるのを防ぎ、スライド機構５０における円滑動作が保証される。
【００５２】
また、吸気側および排気側にバルブリフタユニット２０，２０_Exのスライド機構５０，５０_Exおよびその駆動系が、シリンダヘッド２およびシリンダヘッドカバー２ａの合せ面上に並設配置されるため、スライド機構部の上下方向のモーメントが発生せず、円滑動作が保証される。さらに、かかる配置構成により組立性に優れるとともに、バルブシム調整の際シックネスゲージの曲がり量を小さくして、その調整作業を容易化することができる。
【００５３】
（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は本発明装置の要部側断面図、図７は図６のＣ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線に沿う断面図、図８は図６のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。この実施形態では並列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。
【００５４】
動弁装置は、気筒の配列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におけるカムのカム面に押されてバルブを進退させるバルブリフタユニット１２０と、吸排気を制御するバルブユニット３０と、アクセル開度に応じてバルブリフタユニット１２０をスライドさせるアクセルシャフトユニット１４０とを含んでいる。この実施形態ではアクセルシャフトユニット１４０は、バルブリフタユニット１２０をスライド駆動するためのスライド機構の機能を兼備している。
これらのうち第１の実施形態と基本的に同一のものについては、適宜その説明を省略もしくは簡略化するものとする。
【００５５】
カム／カムシャフトユニット１０において、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、カムシャフト１１と一体回転する立体カム１２を有する。この立体カム１２はカムシャフト１１と一体形成され、該カムシャフト１１の軸方向における所定位置に配設される。カムシャフト１１は、ベアリング１３を介してシリンダヘッド２に回転自在に支持される。
【００５６】
バルブリフタユニット１２０において、この実施形態では特にバルブリフタはスイングアーム式に構成されるとともに、カムシャフト１１の軸方向にスライド可能に構成され、吸気側または排気側に配設された複数（２つ）のバルブとの同時接触状態を保持可能なタペットアーム１２１を含む。タペットアーム１２１は天秤部を支点として揺動自在に支持され、複数のバルブに同時接触しながらカムシャフト１１の軸方向にスライドするようになっている。
【００５７】
後述するアクセルシャフトにはスイングアーム１２２が回動自在に支持され、タペットアーム１２１は該スイングアーム１２２の先端で、ニードルベアリング１２３を介して揺動自在に支持される。スイングアーム１２２の途中所定位置には、立体カム１２に接触するようにピン１２４によって支持されたタペットローラ１２５を有する。ピン１２４は、カムシャフト１１とは平行にスイングアーム１２２に固定され、ニードルベアリング１２６を介してタペットローラ１２５を回転自在に支持する。
【００５８】
スイングアーム１２２の先端部は、天秤部の支点としてタペットアーム１２１を揺動自在に支持する。タペットアーム１２１は図７に示されるようにバルブ弁軸の軸間よりも長い長さを有し、その下面でバルブに接触する。タペットアーム１２１のバルブとの接触部が平面状に形成される。
【００５９】
バルブリフタユニット１２０はアクセル開度に応じてスライドするが、揺動支点であるスイングアーム１２２の先端部が立体カム１２のアイドリング対応部位に位置した際、該先端部は各気筒における吸気側または排気側の２つのバルブの一方に対応配置される。このときタペットアーム１２１の一端側は該一方のバルブからオーバハングするかたちで配置され、他端側は他方のバルブまで延出する。このように天秤部の支点であるスイングアーム１２２の先端部は、タペットアーム１２１が接触する２つのバルブの一方側に偏倚しているが、これら２つのバルブに同時接触する。
【００６０】
バルブユニット３０は実質的に第１の実施形態の同様であり、ここではその説明を省略するものとする。
【００６１】
アクセルシャフトユニット１４０において、カムシャフト１１と平行にその略斜め下方に配置されたアクセルシャフト１４１を含んでいる。アクセルシャフト１４１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、一端側でドリブンギヤ１４２（ホイール）と結合している。ドリブンギヤ１４２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１４３の出力軸に固着したドライブギヤ１４４（ウォーム）と噛合する。この場合、吸気側及び排気側のアクセルシャフト１４１およびアクセルシャフト１４１_Exの一端側は連結アーム１４５によって相互に連結される。連結アーム１４５は、ドリブンギヤ１４２と一体形成されたネジリスプライン１４６を介して、アクセルシャフト１４１の軸方向に往復動する。
【００６２】
ここで、この実施形態では吸気側および排気側のバルブ間ピッチの差に対応するように吸気側または排気側におけるバルブリフタのスライド機構（本実施形態では排気側のアクセルシャフト１４１_Ex）に空ストロークを設け、吸気側および排気側におけるスライドストロークを同一に設定している。
【００６３】
すなわち、通常この種のエンジンでは排気側のバルブ間ピッチｐ_eの方が吸気側のバルブ間ピッチｐ_iよりも小さい（図７参照）。このようにバルブ間ピッチに差がある場合、本発明のようにバルブリフタをそのピッチ方向にスライドさせようとすると、吸気側および排気側のスライドストロークにも差が生じるため、基本的には吸気側および排気側に別個のスライド機構を設けることになる。本実施形態では上述のように排気側に空ストロークを設けることで、かかるバルブ間ピッチ差がある場合に対応している。
【００６４】
具体的には図８に示すように、排気側のアクセルシャフト１４１_Exの所定部位に、その両側に装着したサークリップ（止め具）１４７，１４８間でスライド可能にスイングアーム１２２_Exが軸支される。一方のサークリップ１４７側（低リフト側）にはシリンダヘッド２におけるアクセルシャフト１４１_Exの軸受部に当接可能なシム１４９を装着するとともに、他方のサークリップ１４８側にはスプリング（圧縮コイルスプリング）１５０を装着する。アクセルシャフト１４１_Exの低リフト側ストローク端では図示のように、サークリップ１４７とシム１４９の間に空ストロークＳが設定される。
【００６５】
アクセルシャフト１４１_Exが図示状態から高リフト側（図中、左方）へスライドする際、スイングアーム１２２_Exはスプリング１５０によって低リフト側へ弾圧されているため、空ストロークＳの間はスライド移動することなく、その位置に保持される。なお、吸気側のアクセルシャフト１４１は空ストロークＳ分だけスライドし、空ストロークＳの終了後はアクセルシャフト１４１およびアクセルシャフト１４１_Exが同期作動する。
【００６６】
上記の場合、主に吸気側について説明したが、排気側におけるカム／カムシャフトユニット１０_Ex、バルブリフタユニット１２０_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。なお、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。
【００６７】
また、図６からも明かなように吸気側および排気側におけるバルブリフタユニット２０，２０_Exのスライド機構およびその駆動系（アクセルシャフト４１およびアクセルシャフト１４１_Ex）は、シリンダヘッド２およびシリンダヘッドカバー２ａの合せ面上に並設配置される。
なお、上述のようにスライドするバルブリフタユニット１２０、特にタペットアーム１２１のスライド動作を許容すべく、シリンダヘッド２のタペットアーム１２１対応部位には相互干渉しないように逃げ部９が設けられている。
【００６８】
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１４３が作動し、その出力軸の回転によってアクセルシャフト１４１がスライドする。たとえば、エンジン低速時には図７に示されるようにタペットローラ１２５は立体カム１２に対して、カム高さの低い部位に当接している。この状態で加速する、すなわちアクセルを開くと、アクセルモータ１４３の作動によりドリブンギヤ１４２が回転して、アクセルシャフト１４１は図８において左方にスライドする。
【００６９】
タペットローラ１２５はスイングアーム１２２を介して、アクセルシャフト１４１の動きに連動してカムシャフト１１に沿って、同様に図中、左方にスライドする。この際、タペットアーム１２１は２つのバルブとの同時接触状態を保持しながら、タペットローラ１２５と共にスライドする。なお、このときタペットローラ１２５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。タペットローラ１２５は次第に、カム高さの高い部位に当接し、これにより立体カム１２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。
【００７０】
この第２実施形態においても、立体カム１２はカムシャフト１１と一体形成され、前述の第１の実施形態の場合と同様に、カムシャフト１１に対する立体カム１２の加工精度および２つの立体カム１２相互間の加工精度を向上させることができる。また、一体形成することにより加工時間を短縮し、コスト低減を図ることができる。
【００７１】
タペットアーム１２１は揺動支点に揺動自在に支持され、前述のようにアクセルシャフト１４１の動きに連動して複数のバルブに同時接触しながらカムシャフト１１の軸方向にスライドする。エンジン始動時あるいはアイドリング時にはタペットアーム２１の揺動支点は、一方の右側（Ｒ）バルブの略弁軸上にあり、このときバルブスプリング３６のスプリング荷重の左右設定差に関係なく、他方の左側（Ｌ）バルブが片閉じ状態となる。このようにエンジン始動時あるいはアイドリング時に、タービランス流の増加とポート断面積減少による吸気流入速度の増大により、出力および燃費が大幅に向上する。
【００７２】
また、吸気側および排気側のアクセルシャフト１４１およびアクセルシャフト１４１_Exの一端側は連結アーム１４５によって相互に連結され、単一のアクセルモータ１４３によってスライド駆動させる。このように吸気側および排気側のバルブリフタユニット１２０，１２０_Exの駆動部を単一化することで、構造の簡素化して重量およびコスト低減を図るとともに、吸気側および排気側間の作動タイミングを同調することができる。
【００７３】
そして、駆動部が単一であるため吸気側および排気側の作動に差がなくなり、精度のよいコントロールが可能になる。また、吸気側および排気側のアクセルシャフト１４１およびアクセルシャフト１４１_Exの連結部において、駆動反力によるこじれが生じないようにすることができ、円滑動作が保証される。
【００７４】
また、排気側のアクセルシャフト１４１_Exに空ストロークＳを設けることにより、吸気側および排気側におけるスライドストロークを同一に設定することで、単一の駆動機構（アクセルモータ１４３）によるスライド駆動を実現させる。
なお、排気側における空ストロークＳの間には排気側のリフト特性は固定されるが、その間、吸気側では連続可変制御が行なわれのでエンジンの出力制御が保証される。
【００７５】
タペットアーム１２１は揺動支点に揺動自在に支持される天秤アームとして構成されるため、一方のバルブのシム調整により実質的に両側のバルブのシム調整を行なうことができる。この場合、タペットアーム１２１の揺動支点を両バルブの軸間よりも外側へスライドさせてタペットアーム１２１を揺動フリーとすることで、カムシャフト取付状態のままシム交換を可能にする。
【００７６】
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タペットアームが揺動支点に揺動自在に支持される例を説明したが、該タペットアームは揺動せずに固定式に支持してもよく、これにより構造の簡素化を図ることができる。また、上記実施形態において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。
【００７７】
【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、立体カムは気筒分だけ、１つのカムシャフト１１に対して一体形成されることで、カムシャフトに対する立体カムの加工精度および立体カム相互間の加工精度を向上させることができる。また、一体形成することにより加工時間を短縮し、コスト低減を図ることができる。
【００７８】
また、タペットアームを天秤支持することにより、特にエンジン始動時あるいはアイドリング時には一方のバルブを片閉じ状態にし、この片閉じ状態でタービランス流の増加とポート断面積減少による吸気流入速度の増大により、出力および燃費が大幅に向上する。
【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線に沿う断面図である。
【図４】図２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カムシャフトの回転駆動系を示す図である。
【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】図６のＣ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図８】図６のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１ エンジンユニット
２ シリンダヘッド
１０ カム／カムシャフトユニット
１１ カムシャフト
１２ 立体カム
１３ ベアリング
１４ スプロケット
２０ バルブリフタユニット
２１ タペットアーム
２３ タペットローラ
２４ タペットホルダ
２６ タペットガイド
３０ バルブユニット
３１ 吸気バルブ
３２ タペットガイド
３３ タペットシム
３４ バルブリテーナ
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 ドリブンギヤ
４３ アクセルモータ
４４ ドライブギヤ
５０ スライド機構
５１ ガイドシャフト

Claims (10)

1. 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、カムシャフトと一体回転する立体カムと、前記立体カム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、
   前記立体カムは前記カムシャフトの軸方向における所定位置に配設され、
   前記バルブリフタは前記カムシャフトの軸方向にスライド可能に構成され、吸気側または排気側に配設された複数のバルブとの同時接触状態を保持可能なタペットアームを含むことを特徴とする動弁装置。
2. 前記タペットアームは天秤部を支点として揺動自在に支持され、前記複数のバルブに同時接触しながら前記カムシャフトの軸方向にスライドすることを特徴とする請求項１に記載の動弁装置。
3. 吸気側および排気側に前記バルブリフタを備え、それぞれのバルブリフタをスライド駆動するためのスライド機構を、単一のアクチュエータにより同期作動させることを特徴とする請求項１または２に記載の動弁装置。
4. 前記タペットアームは前記バルブとの接触部が平面状に形成され、前記バルブは前記タペットアームとの接触部が円弧面状に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の動弁装置。
5. 前記天秤部の支点は、前記タペットアームが接触する前記複数のバルブのいずれか一方側に偏倚していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の動弁装置。
6. 吸気側および排気側の前記バルブリフタのスライド機構およびその駆動系が、シリンダヘッドおよびシリンダヘッドカバーの合せ面上に並設配置されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の動弁装置。
7. 前記バルブリフタはスイングアーム式に構成され、そのスイングアームの先端に前記タペットアームを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の動弁装置。
8. 吸気側および排気側のバルブ間ピッチの差に対応するように吸気側または排気側における前記バルブリフタの前記スライド機構に空ストロークを設け、吸気側および排気側の前記スライド機構のスライドストロークを同一に設定したことを特徴とする請求項３〜７のいずれか１項に記載の動弁装置。
9. 前記天秤部の支点が前記複数のバルブの弁軸よりも外側へ延出可能に構成され、該支点の延出側にある前記シリンダヘッドに前記タペットアームに対する逃げ部を設けたことを特徴とする請求項８に記載の動弁装置。
10. 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、
    吸気側または排気側に請求項１〜９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。

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