JP2005090455A - 動弁装置およびこれを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 常にバルブの開閉タイミング、バルブリフト量あるいは作用角を任意に可変可能に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】 カム高さとカム作用角が連続的に変化する立体カム１３と、立体カム１３のカム面に押圧されてバルブ３０を進退させるバルブリフタとの相対移動により、バルブ３０のリフト特性を連続可変する。バルブリフタのタペットとバルブ３０の間にスイングアーム２７を介挿して、スイングアーム２７におけるアーム比を変化させることにより、立体カム１３およびバルブリフタ間の任意の相対移動位置においてバルブ３０のリフト量およびリフトタイミングが可変する。スイングアーム２７のアーム比を可変させるように、タペットガイド２３の位相を変化させるタペットガイド位相可変機構を持つ。
【選択図】 図２

Description

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用角を可変制御する動弁装置に関するものである。

最近の内燃機関において、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の動弁装置が提案されている。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。

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、さら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。たと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。

かかる従来例において、バルブの開閉タイミングそれ自体は回転数全域で自由に設定可能になるが、特にバルブリフト量あるいは作用角についてはカムのスライド位置により予め決められたものに限定される。すなわち、同一のカムスライド位置においてバルブリフト量の可変範囲には限界があった。

本発明はかかる実情に鑑み、常にバルブの開閉タイミング、バルブリフト量あるいは作用角を任意に可変可能に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。

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の相対移動により、前記バルブのリフト特性を連続可変するようにした動弁装置であって、前記バルブリフタのタペットと前記バルブの間にスイングアームを介挿して、前記スイングアームにおけるアーム比を変化させることにより、前記立体カムおよび前記バルブリフタ間の任意の相対移動位置において前記バルブのリフト量およびリフトタイミングが可変するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記スイングアームのアーム比を可変させるように、前記タペットガイドの位相を変化させるタペットガイド位相可変機構を持つことを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記スイングアームのアーム比を可変させるように、スイングアームホルダの位相を変化させるスイングアームホルダ位相可変機構を持つことを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記バルブの作動タイミング特性を変更するバルブタイミング連続可変機構が併設され、同一の作用角で前記バルブのリフトタイミングおよびリフト量を自由設定可能にしたことを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、単一の前記タペットによって２つのバルブを開閉駆動するとともに、該タペットは自動調心機能を有し、前記２つのバルブのバルブスプリング荷重に差を持たせることにより、低リフト領域付近のバルブストローク量が相違するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記スイングアームの前記タペットとの接触面は、前記カムシャフトの軸心を中心とする所定の曲率半径を持つように形成されることを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記タペットの前記スイングアームとの接触面は、前記スイングアームの前記接触面よりも小さい曲率半径を持つように形成されることを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記タペットの前記接触面の曲率中心は、前記タペットのストローク軌跡よりも前記スイングアームの揺動支点に対して反対側に偏倚して設定されることを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記スイングアームのバルブシムとの接触面は、前記カムシャフトの軸心を中心とする所定の曲率半径を持つように形成されることを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記スイングアームの揺動支点は、前記バルブのバルブステムによって設定されるＶバンク外側に配置されることを特徴とする。

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。

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、バルブリフタのタペットとバルブの間にスイングアームを介挿して、スイングアームにおけるアーム比を変化させる。これにより立体カムおよびバルブリフタの任意の相対移動位置においてバルブのリフト量およびリフトタイミングが可変することができる。このようにカムの同一スライド位置でバルブリフト量を可変制御することができるため、略同一の出力域でもエンジンの全回転範囲において最適なバルブリフト量およびリフトタイミングを選定もしくは設定することが可能になる。これにより燃費性能や排ガス性能が格段に向上する

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の例とする。

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。

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。

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。

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（たとえば図１のようにシリンダヘッドカバー２ａの後部）には、後述するタペット位相可変用の駆動モータが搭載される。タペット位相可変用駆動モータは、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。

タペット位相可変用駆動モータ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吸気側に設ける方が好ましい。

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。

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。

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、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。この実施形態ではたとえば単気筒エンジンであって、気筒の吸気側（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。

なお、この実施形態では、カムおよびカムシャフト間のカムシャフト軸方向の相対位置を変化させるためにカム側をスライド移動させるが、カム側あるいはカムシャフト側いずれかを移動させることでバルブリフト特性を連続可変することが可能である。

動弁装置は、車幅（左右）方向に沿って配置されるカム／カムシャフトユニットと、カム／カムシャフトユニット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と、吸排気を制御するバルブユニットと、アクセル開度に応じてカムをカムシャフトの軸方向にスライド変位させるアクセルシャフトユニットと、バルブリフタユニットのタペットとバルブの間に介挿されたスイングアーム機構とを含んでいる。

まず、カム／カムシャフトユニットにおいて、カムシャフト１１はメタルベアリング１２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を介してカム１３が直線運動（リニアモーション）するようになっている。カムシャフト１１は典型的には中空構造とし、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。

カムシャフト１１の一端には後述する可変バルブタイミング機構を介して、スプロケット１５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１５_Ex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１５，１５_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。

ここで、カム１３は所謂「３次元カム」として立体的に構成され、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。このようなカム１３に対してバルブリフタユニット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。

さらに、カム１３のスライド機構に加えて、カムシャフト１１の一端にはカムタイミングの変更機構が付加される。この可変バルブタイミング機構１６（たとえば、「ＶＶＴ機構」等と呼ばれている）は、油圧を利用してカムシャフト１１の回転方向位相を可変することができ、バルブタイミングの可変機能とタペットガイド位相可変時のタイミング調整機能とを備えている。

可変バルブタイミング機構１６によれば、装置の大型化やコストアップを伴わずに有効にカムタイミングを変更することができる。カムタイミングの変更には、カムシャフト１１自体がスライドしないため、カム位相センサ１７（図３）を効果的に使用することができる。カム位相センサ１７は、カムシャフト１１の他端側に植設したピン１８を検知して、カム１３の位相を検出するようになっている。
なお、シリンダヘッドカバー２ａの適所には、スプロケット１５の位相を検出するスプロケット位相センサ１９が設けられている。

排気側のカムシャフト１１_Exの一端側は、ベアリング２０によって回転自在に支持される。なお、排気側のカム／カムシャフトユニットは、吸気側のカム／カムシャフトユニットと基本構成が同様であるが、カム１３_EXの具体的な諸元についてはカム１３と異なる。

吸気側のバルブリフタユニットにおいて、図３に示すように外周面が球状面とされたタペットローラ２１を備え、その外周面がカム１３に接触する。なお、タペットローラ２１の外周面のうちカム１３と接触しない片側部分を軽量化等の目的で薄肉化してもよい。タペットローラ２１内には腕部材２２が配置される。タペットローラ２１の内周面は球状面とされており、この内周面と腕部材２２中央の大径部との間にボール２４が介在する。したがって、ボール２４を介してタペットローラ２１が回転可能に支持されるとともに、腕部材２２が揺動可能である。腕部材２２がタペットローラ２１に対して傾いたときにもタペットローラ２１を正常回転可能とする調芯機能を発揮する。

腕部材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はタペットローラ２１をガイドするガイド部２３ａと、カムシャフト１１と同心外側で回動可能となるようにシリンダヘッド２によって支持される支持部２３ｂと、後述する駆動モータによって作動するドライブギヤと噛合するギヤ部２３ｃとを備えている。シリンダヘッド２乃至シリンダヘッドカバー２ａにはタペットガイド２３の位相を可変制御するための駆動モータ２５が搭載されており、その出力軸に設けたドライブギヤ２６がギヤ部２３ｃと噛合するようになっている。これらの部材は、タペットガイド２３の位相を変化させるタペットガイド位相可変機構を構成する。

タペットとバルブの間、すなわち腕部材２２とタペットシムとの間にはスイングアーム２７が介挿される。スイングアーム２７におけるアーム比を変化させることにより、カム１３およびバルブリフタ間の任意相対位置においてバルブのリフト量およびリフトタイミングが可変するようにしている。この例ではタペットガイド位相可変機構によりタペットガイド２３の位相を変化させることで、スイングアーム２７のアーム比を可変させる。スイングアーム２７は図６に示されるように、軸受ボス２８により支持されたスイングアームシャフト２９のまわりに回動可能である。この場合スイングアームシャフト２９（スイングアーム２７の揺動支点）は、バルブのバルブステムによって設定されるＶバンク外側に配置される。腕部材２２両端の押圧部２２ａに対して、個別に動作可能な一対のスイングアーム２７を有する。なお、中央の軸受ボス２８にタペットガイド２３に対する逃げ２８ａが形成されている（図２）。

スイングアーム２７のタペット（腕部材２２の押圧部２２ａ）との接触面は、図２に示されるようにカムシャフト１１の軸心を中心とする所定の曲率半径Ｒを持つように形成される。また、タペットの押圧部２２ａのスイングアーム２７との接触面は、かかるスイングアーム２７の接触面よりも小さい曲率半径ｒを持つように形成される。

吸気側のバルブユニットにおいて、図２および図３に示すようにバルブステム３０ａがバルブガイド３１によってガイドされる２つの吸気バルブ３０を備える。吸気バルブ３０がリフトすることにより、吸気ポート３２を介してエアクリーナ１１４から導かれる空気と吸気ポート３２の下流側に配置されたインジェクタ３３から噴霧される燃料との混合気が燃焼室に導入される。

各バルブステム３０ａの端部にはバルブリテーナ３４が設けられ、バルブリテーナ３４とバルブシート３５の間に装着されたバルブスプリング３６が弾性力を作用させる。さらにバルブリテーナ３４の上端開口にはタペットシム３７が装着されており、このタペットシム３７を介して腕部材２２の押圧部２２ａにより押圧される。

なお、排気側のバルブリフタユニットおよびバルブユニットは、図２および図７にも示す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。この場合、タペットローラ２１_EXの腕部材２２_EXが、直接バルブリテーナ３４_EXを介して排気バルブ３０_EXを作動させるようになっている。

アクセルシャフトユニットにおいて、図２あるいは図４等に示されるようにカムシャフト１１，１１_EX間に平行に配置されたアクセルシャフト３８と、アクセルシャフト３８に固着するとともにカム１３，１３_EXに連結するアクセルフォーク３９とを備える。

アクセルシャフト３８は軸方向にスライド可能に支持され、一端側で送りネジ３８ａを介してドリブンギヤ４０（べベルギヤ）と螺合する。ドリブンギヤ４０はシリンダヘッド２に回転自在に支持され、図８に示すようにアクセルモータ４１の出力軸に固着するドライブギヤ４２（べベルギヤ）と噛合する。

アクセルフォーク３９は図４に示されるように、アクセルシャフト３８と直交方向にカムシャフト１１，１１_EX側へ延出し、それぞれ二股状の先端部を有する。また、カム１３，１３_EXの端部には、ベアリング４３，４３_EXを介して回転自在にされたフォークガイド４４，４４_EXを備える。アクセルフォーク３９の二股状の各先端はフォークガイド４４，４４_EXの係合溝に係合し、この係合溝に沿って移動可能である。これによりアクセルシャフト３８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１３，１３_EXがカムシャフト１１，１１_EXに沿ってそれぞれスライドする。

ここで、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４１が作動し、アクセルモータ４１の出力軸の回転によってドリブンギヤ４０を介してアクセルシャフト３８がスライドする。カム１３，１３_EXはアクセルフォーク３９を介してアクセルシャフト３８の動きに連動してカムシャフト１１，１１_EX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および作動角を無段階可変制御する。

このように吸気量および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（または車両速度）に最も適した吸排気を行うことができる。たとえばエンジン低速時にはタペットローラ２１，２１_EXはカム１３，１３_EXのカム面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、すなわちアクセルを開くと、アクセルモータ４１の作動によりドリブンギヤ４０が回転して、アクセルシャフト３８は図３において図中、右方向にスライドする。カム１３，１３_EXはアクセルフォーク３９を介してアクセルシャフト３８の動きに連動してカムシャフト１１，１１_EXに沿って同様にスライドする。カム１３，１３_EXのスライドによりタペットローラ２１，２１_EX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。

特に本発明ではタペットガイド位相可変機構によりタペットガイド２３の位相を変化させることで、スイングアーム２７のアーム比を可変させ、これによりカム１３の同一スライド位置でバルブリフト量を可変制御することができる。この場合、駆動モータ２５を駆動制御し、ドライブギヤ２６およびギヤ部２３ｃの噛合を介してタペットガイド２３の位相α（図２参照）を変化させる。図２のように位相α_maxでは腕部材２２の押圧部２２ａはスイングアーム２７のアーム比が最大（アーム比１以上）となる位置で、該スイングアーム２７に接触し、また位相α_minではスイングアーム２７のアーム比が最少（アーム比１以下）となる位置で、該スイングアーム２７に接触する。

このようにカム１３の同一スライド位置でスイングアーム２７のアーム比を変化させることによりバルブリフト量を任意に可変することができる。なお、タペットガイド２３の位相は、α_min〜α_maxの範囲で制限があるものの、たとえば図２の図示例では約２倍程度の可変範囲が確保される。

また、可変バルブタイミング機構１６を併用することで、タペットガイド位相可変機構によるタペットストローク位相の変化に伴ってリフトタイミングが変化しないように調整するとともに、その調整量を変えることによりリフトタイミングを可変制御することができる。

なお、この種のカムスライド機構を備えた動弁装置ではＶＶＴ機構等を併用した場合であっても、カムの同一スライド位置で基本的にはバルブのリフトタイミングしか自由設定することができない。これに対して本発明によれば、カム１３の同一スライド位置でバルブリフト量を可変制御することができるため、略同一の出力（トルク）域でもエンジンの全回転範囲において最適なバルブリフト量およびリフトタイミングを選定もしくは設定することが可能になる。これにより燃費性能や排ガス性能が格段に向上する。

また、作用角についてもカム１３を僅かにずらした位置でバルブリフト量およびリフトタイミングを調整することで、調整前のスライド位置と同様な出力（トルク）に設定することができるとともに、バルブオーバラップ量も自由に設定可能となる。これによりエンジン回転数全域においてリフト特性を自由設定することができるようになるため、つねに出力（トルク）および回転数に合ったリフト特性が選定可能になる。

さらに、直打式バルブリフタの場合よりも、スイングアーム２７のアーム比を１以上に設定することでバルブリフト量を増大することができる。このようにバルブリフト量を増大できる分だけ、相対的にカム１３のカムロブ自体によるバルブリフト量を減少させることができ、該カムロブのスライド方向に沿うカム山傾斜角度を小さく設定することができる。これによりタペットローラ２１（球状接触子）を小さくし、往復運動部の重量を軽量化することでスイングアーム２７による重量増加を相殺することができるとともに、カム１３のスライドストロークを短縮することができるためシリンダヘッド２の幅を実質的に狭くすることができる。

また、単一のタペットローラ２１によって２つの吸気バルブ３０を開閉駆動するとともに、該タペットローラ２１は自動調心機能を有する（排気側についても同様である）。この場合、特に２つの吸気バルブ３０のバルブスプリング３６のスプリング荷重に差を持たせることができ、これにより低バルブリフト領域付近のバルブストローク量が相違するように設定することができる。
たとえば最低のバルブリフト領域では２つの吸気バルブ３０のうち一方を休止状態にすることで、タービランス性能および吸気流入速度が改善され、燃費性能や排ガス性能が向上するとともにリーンバーン化が可能になる。低中バルブリフト領域付近ではそれらのバルブリフト量（特にバルブ開き始め）に差がつくため、タービランスが増加して出力および燃費性能等が向上する。

また、スイングアーム２７のタペットとの接触面は、バルブリフト量が０の時にカムシャフト１１の軸心を中心とする所定の曲率半径Ｒを持つ。スイングアーム２７の接触面をこのように形成することで、タペットガイド位相可変時において０リフトタイミングではリフトしなようにする。

また、タペット（腕部材２２の押圧部２２ａ）のスイングアーム２７との接触面は、スイングアーム２７の接触面よりも小さい曲率半径を持つ。押圧部２２ａの接触面をこのように形成することで、押圧部２２ａの端部でスイングアーム２７と接触しなようにし、これにより耐久性を向上することができる。

また、スイングアーム２７の揺動支点（スイングアームシャフト２９）は、吸気バルブ３０および排気バルブ３０_EXのバルブステム３０ａ，３０ａ_EXによって設定されるＶバンク外側に配置される。スイングアームシャフト２９をこのように配置することで、プラグホールの影響を受けることなく配置可能になり、その分だけＶバンクを狭い角度に設定することができる。

（第２の実施形態）
つぎに、本発明による動弁装置の第２の実施形態を説明する。
図９は本発明の第２の実施形態に係る動弁装置の要部側断面図、図１０は図９のＦ−Ｆ線に沿う断面図、図１１は図９のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。この実施形態における基本構成は実質的に、前述した第１の実施形態の場合と同様であり、同一または対応する部材には同一符号を用いるものとする。

第２の実施形態においても動弁装置は、車幅（左右）方向に沿って配置されるカム／カムシャフトユニットと、カム／カムシャフトユニット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と、吸排気を制御するバルブユニットと、アクセル開度に応じてカムをカムシャフトの軸方向にスライド変位させるアクセルシャフトユニットと、バルブリフタユニットのタペットとバルブの間に介挿されたスイングアーム機構とを含んでいる。

第２の実施形態では吸気側においてシリンダヘッド２の適所、すなわち２つの吸気バルブ３０の間にタペットガイド４５が固定して配置される。タペットローラ２１内には腕部材２２が配置される。タペットローラ２１の内周面は球状面とされており、この内周面と腕部材２２中央の大径部との間にボール２４が介在する。したがって、ボール２４を介してタペットローラ２１が回転可能に支持されるとともに、腕部材２２が揺動可能である。腕部材２２がタペットローラ２１に対して傾いたときにもタペットローラ２１を正常回転可能とする調芯機能を発揮する。

タペットとバルブの間、すなわち腕部材２２とタペットシム３７との間にはスイングアーム４６が介挿される。スイングアーム４６はスイングアームホルダ４７によって保持され、このスイングアームホルダ４７を介してスイングアーム４６におけるアーム比を変化させることにより、カム１３およびバルブリフタ間の任意相対位置においてバルブのリフト量およびリフトタイミングが可変するようにしている。

スイングアームホルダ４７はカムシャフト１１と同心外側で回動可能となるようにシリンダヘッド２によって支持される支持部４７ａ（図１０および図１１等参照）と、駆動モータ２５によって作動するドライブギヤ２６と噛合するギヤ部４７ｂとを備えている。この例でもシリンダヘッド２乃至シリンダヘッドカバー２ａにはスイングアームホルダ４７の位相を可変制御するための駆動モータ２５が搭載されており、その出力軸に設けたドライブギヤ２６がギヤ部４７ｂと噛合するようになっている。これらの部材は、スイングアームホルダ４７の位相を変化させるスイングアームホルダ位相可変機構を構成する。

図１０にも示されるように２つの吸気バルブ３０の各々に対してスイングアーム４６が設けられる。この場合、図１２に示すように各スイングアーム４６は、スイングアームホルダ４７に圧入固定されたスイングアームシャフト４８によって回動可能に支持される。スイングアーム４６の揺動支点であるスイングアームシャフト４８は、バルブのバルブステムによって設定されるＶバンク外側に配置される（図９参照）。

ここで、スイングアーム４６のタペット（腕部材２２の押圧部２２ａ）との接触面は、図９に示されるようにカムシャフト１１の軸心を中心とする所定の曲率半径Ｒ₁を持つように形成される。また、タペットの押圧部２２ａのスイングアーム４６との接触面は、かかるスイングアーム４６の接触面よりも小さい曲率半径ｒを持つように形成される。この場合、押圧部２２ａの接触面の曲率中心Ｏrは、タペットのストローク軌跡よりもスイングアーム４６の揺動支点（スイングアームシャフト４８）に対して反対側に適度に偏倚(オフセット量Ｓ)して設定される。

スイングアーム４６のバルブ（タペットシム３７）との接触面は、図９に示されるようにカムシャフト１１の軸心を中心とする所定の曲率半径Ｒ₂（＞Ｒ₁）を持つように形成される。また、吸気バルブ３０のタペットシム３７の頂部（スイングアーム４６との接触面）は球面状に形成されている。

第２の実施形態におてもアクセルグリップ（もしくはアクセルペダル）を操作すると、アクセルモータ４１が作動し、アクセルモータ４１の出力軸の回転によってドリブンギヤ４０を介してアクセルシャフト３８がスライドする。カム１３，１３_EXはアクセルフォーク３９を介してアクセルシャフト３８の動きに連動してカムシャフト１１，１１_EX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動角を無段階可変制御する。

特にこの実施形態ではスイングアームホルダ位相可変機構によりスイングアームホルダ４７の位相を変化させることで、スイングアーム４６のアーム比を可変させ、これによりカム１３の同一スライド位置でバルブリフト量を可変制御することができる。この場合、駆動モータ２５を駆動制御し、ドライブギヤ２６およびギヤ部４７ｂの噛合を介してスイングアームホルダ４７の位相α（図９参照）を変化させる。図９のように位相α_maxでは腕部材２２の押圧部２２ａはスイングアーム４６のアーム比が最大となる位置で、該スイングアーム４６に接触し、また位相α_minではスイングアーム４６のアーム比が最少となる位置で、該スイングアーム４６に接触する。

このようにカム１３の同一スライド位置でスイングアーム４６のアーム比を変化させることによりバルブリフト量を任意に可変することができる。特にこの第２の実施形態ではＶＶＴ機構等を用いないでも、予め設定したタイミングがずれすことなく、同一のバルブ作用角でバルブリフト量を可変することができる。

一方、可変バルブタイミング機構１６を併用することで、タペットガイド位相可変機構によるタペットストローク位相の変化に伴ってリフトタイミングが変化しなように調整するとともに、その調整量を変えることによりリフトタイミングを可変制御することができる。

このようにカム１３の同一スライド位置でバルブリフト量を可変制御することができるため、略同一の出力（トルク）域でもエンジンの全回転範囲において最適なバルブリフト量およびリフトタイミングを選定もしくは設定することが可能になる。これにより燃費性能や排ガス性能が格段に向上する。

また、作用角についてもカム１３を僅かにずらした位置でバルブリフト量およびリフトタイミングを調整することで、調整前のスライド位置と同様な出力（トルク）に設定することができるとともに、バルブオーバラップ量も自由に設定可能となる。これによりエンジン回転数全域においてリフト特性を自由設定することができるようになるため、つねに出力（トルク）および回転数に合ったリフト特性が選定可能になる。

また、２つの吸気バルブ３０のバルブスプリング３６のスプリング荷重に差を持たせることができ、これにより低バルブリフト領域付近のバルブストローク量が相違するように設定することができる。
たとえば最低のバルブリフト領域では２つの吸気バルブ３０のうち一方を休止状態にすることで、タービランス性能および吸気流入速度が改善され、燃費性能や排ガス性能が向上するとともにリーンバーン化が可能になる。低中バルブリフト領域付近ではそれらのバルブリフト量（特にバルブ開き始め）に差がつくため、タービランスが増加して出力および燃費性能等が向上する。

また、スイングアーム４６のタペットおよびバルブとの接触面は、バルブリフト量が０の時にカムシャフト１１の軸心を中心とする所定の曲率半径Ｒ₁またはＲ₂を持つように形成する。このようにスイングアーム４６の接触面を形成することで、スイングアームホルダ４７の位相可変時において０リフトタイミングではリフトしなようにする。

また、タペット（腕部材２２の押圧部２２ａ）のスイングアーム４６との接触面は、スイングアーム４６の接触面よりも小さい曲率半径を持つ。押圧部２２ａの接触面をこのように形成することで、押圧部２２ａの端部でスイングアーム４６と接触しなようにし、これにより耐久性を向上することができる。

また、タペットにおける押圧部２２ａの接触面の曲率中心Ｏrは、タペットのストローク軌跡よりもスイングアーム４６の揺動支点（スイングアームシャフト４８）に対して反対側に適度に偏倚して設定される。スイングアーム４６およびタペット間に接触点の移動量を大きくとれるので、その分だけスイングアーム４６の曲率半径を大きくすることができるため、ヘルツ応力を下げることができる。これにより耐久性が向上するとともに、接触子のコンパクト化を図り、往復動動部の重量を軽減することで高回転が可能になる。

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、単気筒エンジンの場合の例を説明したが、本発明は２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。

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。 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２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 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２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図２のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図２のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施形態における動弁装置の要部側断面図である。 図９のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。 図９のＧ−Ｇ線に沿う断面図である。 図９のＨ−Ｈ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
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５
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
１６ 可変バルブタイミング機構
１７ カム位相センサ
２１ タペットローラ
２２ 腕部材
２３ タペットガイド
２５ 駆動モータ
２６ ドライブギヤ
２７ スイングアーム
２９ スイングアームシャフト
３０ 吸気バルブ
３２ 吸気ポート
３４ バルブリテーナ
３６ バルブスプリング
３７ タペットシム
３８ アクセルシャフト
３９ アクセルフォーク
４０ ドリブンギヤ
４１ アクセルモータ

Claims (11)

1. カム高さとカム作用角が連続的に変化する立体カムと、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の相対移動により、前記バルブのリフト特性を連続可変するようにした動弁装置であって、
   前記バルブリフタのタペットと前記バルブの間にスイングアームを介挿して、前記スイングアームにおけるアーム比を変化させることにより、前記立体カムおよび前記バルブリフタ間の任意の相対移動位置において前記バルブのリフト量およびリフトタイミングが可変するようにしたことを特徴とする動弁装置。
2. 前記スイングアームのアーム比を可変させるように、タペットガイドの位相を変化させるタペットガイド位相可変機構を持つことを特徴とする請求項１に記載の動弁装置。
3. 前記スイングアームのアーム比を可変させるように、スイングアームホルダの位相を変化させるスイングアームホルダ位相可変機構を持つことを特徴とする請求項１に記載の動弁装置。
4. 前記バルブの作動タイミング特性を変更するバルブタイミング連続可変機構が併設され、同一の作用角で前記バルブのリフトタイミングおよびリフト量を自由設定可能にした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. 単一の前記タペットによって２つのバルブを開閉駆動するとともに、該タペットは自動調心機能を有し、前記２つのバルブのバルブスプリング荷重に差を持たせることにより、低リフト領域付近のバルブストローク量が相違するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の動弁装置。
6. 前記スイングアームの前記タペットとの接触面は、前記カムシャフトの軸心を中心とする所定の曲率半径を持つように形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の動弁装置。
7. 前記タペットの前記スイングアームとの接触面は、前記スイングアームの前記接触面よりも小さい曲率半径を持つように形成されることを特徴とする請求項６に記載の動弁装置。
8. 前記タペットの前記接触面の曲率中心は、前記タペットのストローク軌跡よりも前記スイングアームの揺動支点に対して反対側に偏倚して設定されることを特徴とする請求項７に記載の動弁装置。
9. 前記スイングアームのバルブシムとの接触面は、前記カムシャフトの軸心を中心とする所定の曲率半径を持つように形成されることを特徴とする請求項６に記載の動弁装置。
10. 前記スイングアームの揺動支点は、前記バルブのバルブステムによって設定されるＶバンク外側に配置されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の動弁装置。
11. 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１〜１０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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