JP2004124794A - 動弁装置及びこれを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】動弁装置としての性能特性を向上させる。
【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と一体回転するとともにその軸方向に相対移動可能に構成されたカム１３と、カム１３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、カム１３がカムシャフト１１の軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とした動弁装置であって、ドリブンギヤ４３の回転を規制する規制ユニット６０を設け、ピン６８が規制溝６９の端部に当接することによってカム１３のスライド方向両終端位置が決められるようにしている。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車或いは自動車等における動弁装置及びこれを備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関において、最近では可変位相とカム切替の組合せが出始め、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３次元カムは、長手方向（カムシャフトの軸方向）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。この場合に、所望のリフトカーブを持つように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するように設定されている。このようなカムをカムシャフトに沿って移動させることにより、吸気バルブのリフト量、作用角及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。
【０００４】
かかる３次元カムを吸気バルブに適用することにより、混合気を形成するためのスロットルバルブを廃止し、いわゆるノンスロットルバルフエンジンを実現することができる。スロットルバルブをなくすことにより、吸気ポート内の吸気圧は、脈動を平均して大気圧ないしそれに近い負圧となるため、例えば機関回転数に対する吸気バルブのリフト量や開口時期及び時間が異なる。これは、従来のエンジンではスロットルバルブがあることを前提に開発されており、気筒内への吸気量をまずスロットルバルブで流量（圧力）を調整した後、吸気バルブで調節するものである。その中に吸気バルブの動作を若干変更するものはあるが、スロットルバルブにて吸気通路を絞ることに依存して回転制御や出力制御しており、スロットルバルブをなくしてしまうと全く制御できない。本発明は、吸気ポート内の吸気圧といった条件が異なるため、各部の寸法や設定は全く異なるものである。説明の便宜上、同じ名称で説明してあっても果たす役割が全く異なるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４−１８７８０７号公報
【０００６】
【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、３次元カムと接触しバルブを進退させる機構等を持つことから、性能特性の向上を図る、例えば運動を高効率化させることや、装置の軽量化、コンパクト化、耐久性の向上を図ること等が重要である。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、３次元カムがカムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御するように構成された動弁装置にあって、動弁装置としての性能特性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【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、前記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、前記カムが前記カムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とした動弁装置であって、駆動源の駆動力が伝達される駆動側部材と、前記駆動側部材に螺合し、前記駆動側部材の駆動に従動して前記カムをスライドさせる従動側部材と、前記駆動側部材の駆動を規制して前記カムのスライド方向両終端位置を決める規制ユニットとを備えた点に特徴を有する。
【０００９】
また、前記規制ユニットは前記駆動側部材の駆動を減速させるギヤを含む点に特徴を有する。
【００１０】
本発明の他の動弁装置は、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、前記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、前記カムが前記カムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とした動弁装置であって、前記バルブリフタは、揺動可能に支持されるとともに、前記カムのカム面に押圧されて前記カムシャフトと略平行を保ったまま移動して両端部でそれぞれバルブを進退させる天秤状腕部を有し、前記天秤状腕部の一端にバルブの隙間調整のためのアジャスタ機構を設けた点に特徴を有する。
【００１１】
また、前記天秤状腕部の他端の移動を規制することにより当該他端側のバルブを休止させるバルブ休止ユニットを備えた点に特徴を有する。
【００１２】
本発明の他の動弁装置は、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とともにその軸方向に相対移動可能に構成された排気制御用のカムと、前記カムのカム面に押圧されて、１気筒に設けられた複数の排気バルブを進退させるバルブリフタとを備え、前記カムが前記カムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とした動弁装置であって、前記１気筒に設けられた複数の排気バルブのうち一部を休止させるバルブ休止手段を設けるとともに、前記１気筒に設けられた複数の排気バルブそれぞれに独立した排気管路を連通させる点に特徴を有する。
【００１３】
また、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とともにその軸方向に相対移動可能に構成された吸気制御用のカムと、前記カムのカム面に押圧されて、１気筒に設けられた複数の吸気バルブを進退させるバルブリフタとを備え、前記カムが前記カムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とし、前記１気筒に設けられた複数の吸気バルブのうち一部を休止させるバルブ休止手段を設けるとともに、前記１気筒に設けられた複数の吸気バルブそれぞれに独立した吸気管路を連通させる点に特徴を有する。
【００１４】
本発明の他の動弁装置は、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、前記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、前記カムが前記カムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とした動弁装置であって、前記バルブリフタは、前記カムのカム面に追従する球状面を有する接触子を有し、前記カムのカム高さ頂点のスライド方向軌跡が曲線状になっている点に特徴を有する。
【００１５】
また、前記曲線のうち平坦な領域を常用域とする点に特徴を有する。
【００１６】
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、上記本発明の動弁装置を備えた点に特徴を有する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、図面に基づいて、本発明による好適な実施形態を説明する。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、本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を例とする。
【００１８】
まず、本実施形態に係る自動二輪車１００の全体構成について説明する。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が設けられる。
【００１９】
フロントフォーク１０３の下部には前輪１０６が回転自在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を有する。
【００２０】
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、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。
【００２１】
スイングアーム１０９の後端には後輪１１１が回転自在に支持され、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。
【００２３】
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。
【００２４】
ここで、エンジンユニット１のシリンダヘッド２のシリンダヘッドカバー２ａ所定部位には、後述するアクセルモータ４５が装着される。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４５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２とは相互に干渉しないように配置される。
【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が揺動自在に取り付けられ、後輪１１１を接地させたり、地面から浮かせたりできる。
【００２６】
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に連結する。
【００２７】
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に連通する。
【００２８】
図２は動弁装置の要部を示す断面図、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、図５は図４のＣ−Ｃ線断面図である。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。本実施形態で説明するエンジンユニット１は並列２気筒エンジンであって、各気筒ごとに吸気側（ＩＮ）及び排気側（ＥＸ）にそれぞれ２つのバルブ（つまり４バルブ）を有する。
【００２９】
本実施形態の動弁装置は、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、必要に応じて各気筒の２つの吸気バルブ３１のうち一方の吸気バルブ３１を休止させるバルブ休止ユニット５０とを含む。
【００３０】
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タペットユニット２０_ＥＸと、排気制御するバルブユニット３０_ＥＸとを含む。なお、排気側においてバルブ休止ユニットは含まれない。
【００３１】
また、アクセル開度に応じてカム／カムシャフトユニット１０、１０_ＥＸのカム１３、１３_ＥＸ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、吸気側及び排気側で共用される。
【００３２】
カム／カムシャフトユニット１０（及びカム／カムシャフトユニット１０_ＥＸ）において、シリンダヘッド２内でカムシャフト１１がベアリング１２を介して回転自在に支持される。
【００３３】
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がボールスプライン１１ａを有し、そのガイドによってカム１３がボール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。
【００３４】
カムシャフト１１の一端にはスプロケット１５が固着する。図６に示すように、吸気側のスプロケット１５と、同じく排気側のカムシャフト１１_ＥＸの一端に固着するスプロケット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。また、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。
【００３５】
ここで、カム１３は「３次元カム」として構成され、各気筒の吸気側及び排気側に１つずつ設けられる。図３、４に示すように長手方向（カムシャフト１１の軸方向）に傾斜するカム部を有し、バルブリフト量を連続的に変化させる形状とされている。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、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。
【００３６】
タペットユニット２０（及びタペットユニット２０_ＥＸ）において、外周面が球状面とされたタペットローラ２１を備え、その球状面がカム１３のカム面に接触する。タペットローラ２１を支持するピン２２はカムシャフト１１とは平行にスライダ２３に固定されており、ニードルベアリングを介してタペットローラ２１を回転自在に支持する。なお、タペットローラ２１はピン２２の軸方向にはスライドしないように、スライダ２３の内側に配置される。スライダ２３は矩形の断面形状を持ち、タペットホルダ２４に形成されたガイド孔２４ａにスライド可能に嵌合する。
【００３７】
ガイド孔２４ａはバルブステムの軸方向に沿って形成されており、これによりタペットローラ２１は、スライダ２３を介してタペットホルダ２４内部に収容されるかたちで浮動保持され、バルブステムの軸方向にのみ移動可能となる。このタペットローラ２１がカム１３のカム面に押されることにより、タペットユニット２０がバルブを進退させるバルブリフタとして機能する。
【００３８】
スライダ２３の下部にはピン２２と直交してピン２５が軸支され、このピン２５にニードルベアリングを介して天秤状腕部２６（スイングアーム）が揺動可能に保持される。天秤状腕部２６の両端にはタペットシム３３と当接する押圧部２６ａが設けられるとともに、特に吸気側においては天秤状腕部２６の片端の外側面に後述するバルブ休止ユニット５０のタペットストッパ５１との係合部として構成された嵌合凹部２６ｂが形成される。
【００３９】
この例では天秤状腕部２６の揺動支点であるピン２５は、タペットローラ２１の中心（ピン２２）に対して下方にオフセットして配置される。このようにオフセットすることにより、天秤状腕部２６は図３に示されるように下方に凸に湾曲した形態となっている。天秤状腕部２６はタペットストッパ５１によって規制されていないときには、カムシャフト１１とほぼ平行を保ったまま上下動する。また、タペットストッパ５１によって規制されているときには、嵌合凹部２６ｂを支点として揺動可能となる。
【００４０】
なお、タペットユニット２０のタペットホルダ２４は、図４に示すように、この例では４つのボルト２７によってシリンダヘッド２に固定される。この場合、２つのボルト２７に対してアジャスタ２８が装着され、その偏心カムによりタペットホルダ２４をカムシャフト１１の軸方向に位置調整し得るようになっている。
【００４１】
バルブユニット３０（及びバルブユニット３０_ＥＸ）において、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。各バルブステム３１ａの端部には、天秤状腕部２６の押圧部２６ａ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。
【００４２】
なお、排気側におけるカム／カムシャフトユニット１０_ＥＸ、タペットユニット２０_ＥＸ、及びバルブユニット３０_ＥＸは、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と異なる。
【００４３】
アクセルシャフトユニット４０において、カムシャフト１１及びカムシャフト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及びカム１３_ＥＸに連結するアクセルフォーク４２とを備える。
【００４４】
アクセルシャフト４１はその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（ホイール）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、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。従動側部材であるアクセルシャフト４１側から力が作用しても、送りネジのリードを鉄の動摩擦係数以下とすることで駆動側部材であるドリブンギヤ４３が動かないようにして、アクセル駆動エネルギ（アクセルモータ４５の電力）を節約し、燃費の更なる向上を図ることができる。
【００４５】
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及びカムシャフト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及びカム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及びカム１３_ＥＸがカムシャフト１１及びカムシャフト１１_ＥＸに沿ってそれぞれスライドする。
【００４６】
バルブ休止ユニット５０において、２つの吸気バルブ３１の一方の吸気バルブ３１を休止させるように構成されたタペットストッパ５１を備える。タペットストッパ５１は、シリンダヘッド２に装着されたスリーブ５２のガイド孔５２ａに内挿され、カムシャフト１１と平行にスライド可能である。
【００４７】
タペットストッパ５１の一端には天秤状腕部２６の嵌合凹部２６ｂに係合可能な球状のストッパ部５１ａが設けられ、他端には後述するフォークが係合するフォークガイド５３が取り付けられる。ガイド孔５２ａには、ストッパ部５１ａを天秤状腕部２６の嵌合凹部２６ｂ側へ付勢するリターンスプリング５４が装着される。
【００４８】
タペットストッパ５１を駆動（後退駆動）するための駆動装置５５は、カムシャフト１１と平行に配置された駆動シャフト５６を進退させる。駆動シャフト５６にはフォーク５７が結合しており、このフォーク５７はタペットストッパ５１のフォークガイド５３と係合する。２つのタペットストッパ５１は相互に、駆動シャフト５６によって連結されており、同期作動するようになっている。
【００４９】
ここで、図４、図７（図４のＤ−Ｄ線に沿う断面図）、図８（図４のＥ−Ｅ線に沿う断面図）に示すように、アクセルシャフトユニット４０のドリブンギヤ４３（ホイール）には、アクセルシャフト４１と反対方向に延出する軸部６１が形成されている。軸部６１の先端には径方向に突出するアーム部６２が形成されており、アーム部６２の端部にアクセルシャフト４１と平行に配置されたシャフト６３が圧入固定され、シャフト６３により遊星ギヤ６４が回転自在に支持されている。
【００５０】
また、シリンダヘッド２には、軸部６１と同軸上に配置された軸６５が固定されている。軸６５により第１のギヤ６６が圧入固定された状態で支持されており、遊星ギヤ６４に噛合する。また、第１のギヤ６６に隣り合うように軸６５により第２のギヤ６７が回転自在に支持されており、遊星ギヤ６４に噛合する。第２のギヤ６７にはピン６８が突設されており、図８に示すように、そのピン６８が第１のギヤ６６の側面に形成された長孔形状の規制溝６９に係合する。
【００５１】
このようにした規制ユニット６０では、アクセルモータ４５が作動してドリブンギヤ４３が回転すると、アーム部６２の回転により遊星ギヤ６４が第１のギヤ６６の周りを公転するとともに自転する。そして、遊星ギヤ６４の回転により第２のギヤ６７が減速された状態で回転して、ピン６８が規制溝６９内を移動する。かかる構造においては、ピン６８が規制溝６９の端部に当接することによりドリブンギヤ４３の回転が規制されることになる。
【００５２】
以上述べた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４５が作動し、その出力軸の回転によりドリブンギヤ４３を介してアクセルシャフト４１がスライドする。カム１３及びカム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の動きに連動してカムシャフト１１及びカムシャフト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。
【００５３】
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、タペットローラ２１はカム１３に対してカム高さの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。カム１３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１３に沿って、同様に図中右方にスライドする。カム１３のスライドによりタペットローラ２１は次第にカム高さの高い部位に当接し、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。
【００５４】
なお、エンジンの低中速回転域において、バルブ休止ユニット５０のタペットストッパ５１によって天秤状腕部２６を規制し、一方の吸気バルブ３１を休止させる。これによって、天秤状腕部２６が嵌合凹部２６ｂを支点として揺動して他方の吸気バルブ３１のみをリフトさせて、燃焼室内に吸気スワール流を生成し、いわゆるリーンバーン化が可能となる。この場合、燃料の注入速度を速くすることで出力アップを図ることができる。
【００５５】
バルブ休止時には天秤状腕部２６が揺動するので、両方の吸気バルブ３１をリフトさせる通常のバルブリフト量に対して、他方の吸気バルブ３１のバルブリフト量が増大する。バルブ休止時には片方の吸気ポートによる吸気となるから、そのこと自体では吸気抵抗が高くなるが、リフト量の増大により実行バルブ開口面積は拡大する。これによりバルブ休止のＯＮ／ＯＦＦ切替時におけるバルブ開口面積や吸気抵抗による吸気量の差を実質的になくし、あるいは僅少にしてスムーズな切替を行うことができる。
【００５６】
ところで、アクセルモータ４５が作動してアクセルシャフト４１がスライドし、カム１３（１３_ＥＸ）をカムシャフト１１（１１_ＥＸ）に沿ってスライドさせる構造にあって、特にアクセルモータ４５を安価に大駆動力とするために一般的なブラシ付きモータとする場合、カム１３（１３_ＥＸ）のスライド方向両終端（全閉〜全開）間で高速駆動するとオーバシュートすることがある。そのため、図９に示すように、カム１３（１３_ＥＸ）の全閉側及び全開側にそれぞれクリアランスを持たせる必要がある。
【００５７】
このようにカム１３（１３_ＥＸ）の全閉側と全開側とにそれぞれクリアランスを持たせると、カム１３（１３_ＥＸ）のストロークがその分少なくなるため、カム部の傾斜をきつくしなければならず、タペットローラ２１の幅を大きくする等の必要が生じ、高回転化の妨げとなりメカロスも増加する。また、万が一送りネジ４１ａがロックするまでオーバシュートすると、送りネジ４１ａの摩擦力でロック解除するのに大電力と時間を要することになり、消費電力が増加し、スムーズな運転の妨げにもなる。
【００５８】
そこで、本実施形態では、上述したようにドリブンギヤ４３の回転を規制する規制ユニット６０を設け、ピン６８が規制溝６９の端部に当接するタイミング（ドリブンギヤ４３の回転規制タイミング）が、全閉、全開側のロックより早く働くようにしている。すなわち、カム１３（１３_ＥＸ）のスライド方向両終端位置が規制ユニット６０により決められる。このようにした規制ユニット６０を設けることにより、全閉側及び全開側のクリアランスを狭くすることができ、カム部の傾斜をきつくしなくてもよく、タペットローラ２１の幅を大きくする等の必要がないので、慣性重量を軽くしてメカロスを低減させて高回転化が可能となる。また、送りネジ４１ａがロックするまでオーバシュートするのを規制することができるので、省電力化とスムーズな運転が可能となる。
【００５９】
なお、従動側部材であるアクセルシャフト４１側から力が作用しても駆動側部材であるドリブンギヤ４３が動かないようするとともにアクセルモータ４５の小さな駆動トルクを回転数で補う点から、ドリブンギヤ４３側からアクセルシャフト４１側に大きな減速比が必要となる。そのため、カム１３（１３_ＥＸ）の全閉〜全開間でドリブンギヤ４３は数回転するが、そのままで摩擦力が働かずに回転規制することができない。そこで、上述のように遊星ギヤ６４、第１、２のギヤ６６、６７を用いて減速させ、第２のギヤ６７が１回転以下となるようにすることで、ピン６８と規制溝６９とを用いた規制が可能となる。
【００６０】
また、遊星ギヤ６４としていわゆる不思議遊星ギヤ（ベアリングを使わず、ギヤのみの構造で大きなトルクを出すことができる）を用いれば、大きな減速比を確保しつつコンパクト化を図ることができ、図４に示すように第１、２のギヤ６６、６７を隣り合わせて配置することが可能となり、全体のコンパクト化、高精度化を実現することができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、タペットユニット２０（２０_ＥＸ）の天秤状腕部２６（２６_ＥＸ）にバルブの隙間調整のためのアジャスタ機構を設けている。なお、動弁装置の基本構成は上記第１の実施形態で説明したものと同様であり、以下では上記第１の実施形態との相違点を中心に説明し、同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００６２】
以下、吸気側を図示する図１０を参照して説明するが、排気側においても同様である。図１０に示すように、タペットユニット２０の天秤状腕部２６の図中左端には押圧部２６ａが設けられるが、上記第１の実施形態で説明したタペットシム３３をなくして、押圧部２６ａが直接バルブリテーナ３４と当接するようにしている。なお、吸気側においては、天秤状腕部２６の図中左端をやや大きめにして、その外側面にバルブ休止ユニット５０のタペットストッパ５１との係合部として構成された嵌合凹部２６ｂが形成される。
【００６３】
一方、天秤状腕部２６の図中右端にはネジ穴７１が形成されている。ネジ穴７１には下方から挿入されるアジャスタボルト７２が螺合し、天秤状腕部２６の上面においてアジャスタボルト７２の先端にアジャスタナット７３が設けられる。すなわち、天秤状腕部２６の図中右端では、押圧部２６ａが設けられるのではなく、アジャスタボルト７２のボルト頭がバルブステム３１の頂部と当接する。
【００６４】
図３に示すようにタペットシム３３を用いる場合、天秤状腕部２６の両端側のうち一方の端部側のシム厚を固定しておき、他方の端部側のシム厚を調整することで各気筒２バルブの隙間調整を行う。この場合、タペットシム３３の出し入れが可能なようにタペットローラ２１やタペットホルダ２４の位置をずらす必要がある。
【００６５】
それに対して、本実施形態では、タペットローラ２１やタペットホルダ２４を組み付けた状態のままで、アジャスタナット７３を回転させてアジャスタボルト７２の位置を変更することにより各気筒２バルブの隙間調整を行うことができ、隙間調整のための作業時間の短縮化を図ることができる。
【００６６】
しかも、アジャスタボルト７２による調整となるので、隙間交差を小さくすることができる。したがって、特に吸気側においては、バルブ休止時のリフト量を非休止時の約２倍に近づけることができ、バルブ休止、非休止時における燃焼状態間の変化を小さくすることができる。
【００６７】
さらに、図１０に示すように、アジャスタ機構（アジャスタボルト７２、アジャスタナット７３）を、バルブ休止ユニット５０との係合部（嵌合凹部２６ｂ）と反対側に配置することにより、やや大きめにした天秤状腕部２６の図中左端と、アジャスタ機構を設けた天秤状腕部２６の図中右端とに作用する重量バランスを同程度にすることができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、排気側においても、必要に応じて各気筒の２つの吸気バルブ３１_ＥＸのうち一方の吸気バルブ３１_ＥＸを休止させるバルブ休止ユニット５０_ＥＸを含む。バルブ休止ユニット５０_ＥＸの具体的構成については吸気側のバルブ休止ユニット５０と同様である。なお、動弁装置の基本構成は上記第１の実施形態で説明したものと同様であり、以下では上記第１の実施形態との相違点を中心に説明し、同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００６９】
図１１、１２に示すように、１気筒の２つの吸気バルブ３１にそれぞれ独立した吸気ポート８が連通する。上述したように、エンジンの低中速回転域においてバルブ休止ユニット５０によって一方の吸気バルブ３１を休止させることにより、１気筒あたりの管路断面積が約１／２となるので吸気速度を速くすることができる。そして、下式（１）
Ｌ≒π／２・√（Ｌ’Ｖ／Ｆ）　　…（１）
ただし、Ｌ：等価管長［ｍ］
Ｌ’：実管長＋管端補正長［ｍ］
Ｖ：行程容積［ｍ^３］
Ｆ：１気筒あたりの管路断面積［ｍ^２］
からも理解されるように等価管長Ｌを約√２倍長くすることができるので、エンジンの低中速回転域において最大慣性効果を得ることができ、出力アップによる燃費向上を図ることができる。
【００７０】
さらに、本実施形態では、１気筒の２つの排気バルブ３１_ＥＸにそれぞれ独立した排気ポート８_ＥＸが連通する。また、シリンダヘッド２には排気管８０が固定されており、排気ポート８_ＥＸにそれぞれ独立した排気管８０が接続する。吸気側と同様に、エンジンの低中速回転域においてバルブ休止ユニット５０_ＥＸによって一方の排気バルブ３１_ＥＸを休止させることにより、１気筒あたりの管路断面積が約１／２となるので吸い出し効果を得ることができる。そして、上式（１）にも示したように、等価管長Ｌを約√２倍長くすることができるので、エンジンの低中速回転域において最大慣性効果が得られ、出力アップによる燃費向上を図ることができる。
【００７１】
なお、独立とは、完全な独立を意味するのではなく、上記の効果が得られる程度の長さに設定された管路が独立に構成されていればよい。例えば、１気筒の各吸気ポート８はエアクリーナ１１４に接続するが、エアクリーナ１１４に対して独立したまま接続してもよいし、途中から１本の管路をなす状態で接続してもよい。
【００７２】
また、バルブを休止させるための手段として、上述したバルブ休止ユニット５０、５０_ＥＸ以外のものを用いてもかまわない。例えば、バルブスプリング３６の代わりにバネ定数を変化させられるような付勢部材を使用し、エンジンの低中速回転域において吸気側、排気側の片側のバルブがリフトしないようにする構成とすれば、コストダウン及び軽量化を図ることができる。
【００７３】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、カム１３のカム部の傾斜に特徴を有する。なお、動弁装置の基本構成は上記第１の実施形態で説明したものと同様であり、以下では上記第１の実施形態との相違点を中心に説明し、同一の構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００７４】
図１３に示すように、カム１３は、エンジンの低速回転域から高速回転域に対応する領域１３ａと、エンジンの極低速回転（アイドリング）域に対応する領域１３ｂとを有する。
【００７５】
図１４には、カム１３の３次元カム構成諸元の一具体例を示す。カム１３の領域１３ａにおいては、エンジンの低速回転域ではカム高さが低く、高速回転域になるに従いカム高さが高くなるよう設定される。かかるカム１３をカムシャフト１１の軸方向にスライドさせることにより、吸気バルブ３１のリフト量、作用角及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。
【００７６】
ここで、例えば図１４に示すバルブリフトカーブ特性を実現させるためには、カム１３のカム面に、リフトカーブ頂点Ｔ_１〜Ｔ_８を得るためのカム高さ頂点ａ_１〜ａ_８をスライド方向に順に配置する必要がある。この場合に、図１３の実線に示すように、カム高さ頂点ａ_１〜ａ_８のスライド方向軌跡を直線状、すなわちカム高さ頂点ａ_１〜ａ_８と軸方向寸法とが比例するようにすれば、カム設計は容易である。
【００７７】
ところが、カム高さ頂点ａ_１〜ａ_８のスライド方向軌跡が直線状である場合、各カム高さ頂点ａ_１〜ａ_８付近でのタペットローラ２１のころがり接触点（線）が常に同じ個所（直線に対して垂直に接触する個所）となってしまう。カム高さ頂点ａ_１〜ａ_８付近では、バルブスプリング３６の荷重によるヘルツ応力が最大となるため、その応力がタペットローラ２１の同じ個所に常に作用すると寿命が短くなってしまう。
【００７８】
そこで、図１３のＴＹＰＥ１〜３に示すように、リフトカーブ頂点Ｔ_１〜Ｔ_８を得るためのカム高さ頂点のスライド方向軌跡を曲線状、すなわちカム高さ頂点と軸方向寸法とが比例しないように設計する。例えば、ＴＹＰＥ１でいえば、リフトカーブ頂点Ｔ_１〜Ｔ_８を得るためのカム高さ頂点ｂ_１〜ｂ_８（カム高さ頂点ａ_１〜ａ_８と同じ高さ）が図中右側に偏在する。逆に、ＴＹＰＥ３でいえば、符号は省略するが、リフトカーブ頂点Ｔ_１〜Ｔ_８を得るためのカム高さ頂点（カム高さ頂点ａ_１〜ａ_８と同じ高さ）が図中左側に偏在する。
【００７９】
このようにリフトカーブ頂点Ｔ_１〜Ｔ_８を得るためのカム高さ頂点のスライド方向軌跡が曲線状であれば、各カム高さ頂点ａ_１〜ａ_８付近でのタペットローラ２１のころがり接触点（線）が変化する。ＴＹＰＥ１で具体的に説明すれば、カム高さ頂点ｂ_１〜ｂ_５あたりでは急峻なので、タペットローラ２１の球状面の端部付近がころがり接触点（線）となるが、カム高さ頂点ｂ_６〜ｂ_８あたりでは平坦になる（平坦に近くなる）ので、タペットローラ２１の球状面の中央付近（ローラ最大径頂点付近）がころがり接触点（線）となる。このようにころがり接触点（線）が変化するので、応力がタペットローラ２１の同じ個所に集中するのを避けて、寿命を長くすることができる。
【００８０】
平坦な領域とは、カム軸を軸の剪断方向から見たときにおいて、カム山のカム山頂点、カム山中腹等において複数箇所で想像できるカム軸方向の接線がカム軸中心となす角が小さい、すなわち、カム軸中心に限りなく平行な形状であるカム面をさす。
【００８１】
ところで、ＴＹＰＥ１ではリフトカーブ頂点Ｔ_６〜Ｔ_８を得るためのカム高さ頂点ｂ_６〜ｂ_８あたりが平坦になるのに対して、ＴＹＰＥ２ではリフトカーブ頂点Ｔ_４〜Ｔ_５を得るためのカム高さ頂点あたりが平坦になり、ＴＹＰＥ３ではリフトカーブ頂点Ｔ_１〜Ｔ_３を得るためのカム高さ頂点あたりが平坦になる。一方で、タペットローラ２１のローラ最大径頂点付近がころがり接触点（線）となるほうが、カム１３に対する接触周期が長くなることから耐久性という点では望ましい。
【００８２】
上記の点から、ＴＹＰＥ１〜３のいずれを選択するかは車種等に応じて決めればよい。すなわち、リフト量が大きい状態を常用する場合、例えばレース用の車種等では、高リフト側（カム高さ頂点ｂ_６〜ｂ_８）で平坦となるＴＹＰＥ１を採用すればよい。また、リフト量が中程度の状態を常用する場合、例えば高速道路が発達し車速が比較的高いヨーロッパ市場の車種やハーフ開度使用度が高い船外機等では、中リフト側で平坦となるＴＹＰＥ２を採用すればよい。また、リフト量の小さい状態を常用する場合、例えば高速道路での車速が低く街中走行の多いアジア市場の車種等では、低リフト側で平坦となるＴＹＰＥ３を採用すればよい。このようにＴＹＰＥ１〜３を選択すれば、長い時間使用される常用域において、タペットローラ２１のローラ最大径頂点付近がころがり接触点（線）となるので、寿命を長くすることができる。
【００８３】
なお、本実施形態では、吸気側のカム１３に対して本発明を適用したが、排気側のカム１３_ＥＸに適用することもできる。
【００８４】
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、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、本発明は単気筒のエンジンや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。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、３次元カムがカムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御するように構成された動弁装置にあって、動弁装置としての性能特性を向上させることができる。
【００８６】
すなわち、駆動側部材の駆動を規制してカムのスライド方向両終端位置を決める規制ユニットを設けることにより、カムのスライド方向両終端位置側のクリアランスを狭くすることができるので、カム部の傾斜をきつくしなくてもよく、タペットローラの幅を大きくする等の必要がないので、慣性重量を軽くしてメカロスを低減させて高回転化が可能となる。また、従動側部材と駆動側部材の螺合がロックするまでモータ等の駆動源がオーバシュートするのを規制することができるので、省電力化とスムーズな運転が可能となる。
【００８７】
また、天秤状腕部の一端にバルブの隙間調整のためのアジャスタ機構を設けることにより、隙間調整のための作業の容易化、時間短縮化を図ることができる。
【００８８】
また、１気筒に設けられた複数の排気バルブのうち一部を休止させるバルブ休止手段を設けるとともに、１気筒に設けられた複数の排気バルブそれぞれに独立した排気管路を連通させることにより、例えばエンジンの低中速回転域において一部の排気バルブを休止させたときに、１気筒あたりの管路断面積が小さくなるので吸い出し効果を得ることができる。また、等価管長を長くすることができるので、最大慣性効果が得られ、出力アップによる燃費向上を図ることができる。
【００８９】
また、カムのカム高さ頂点のスライド方向軌跡を曲線状とすることにより、カムのカム面に追従する球状面のころがり接触点（線）が変化するので、応力が同じ個所に集中するのを避けて、寿命を長くすることができる。
【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】第１の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図である。
【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】図４のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図６】動弁装置の回転駆動系を示す図である。
【図７】図４のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図８】図４のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【図９】規制ユニットのない動弁装置の要部を示す断面図である。
【図１０】第２の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図である。
【図１１】第３の実施形態の動弁装置の要部を示す断面図である。
【図１２】図１１のＰ方向から見た管路（吸気ポート８、排気ポート８_ＥＸ及び排気管８０）の配置関係を示す図である。
【図１３】第４の実施形態におけるカム１３のカム高さ頂点のスライド方向軌跡を表す図である。
【図１４】カム１３の３次元カム構成諸元の一具体例を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　エンジンユニット
２　　　　　　　シリンダヘッド
８　　　　　　　吸気ポート
８_ＥＸ　　　　　　排気ポート
１０（１０_ＥＸ）　カム／カムシャフトユニット
１１（１１_ＥＸ）　カムシャフト
１３（１３_ＥＸ）　カム
２０（２０_ＥＸ）　タペットユニット
２１（２１_ＥＸ）　タペットローラ
２６（２６_ＥＸ）　天秤状腕部
３０（３０_ＥＸ）　バルブユニット
３１　　　　　　吸気バルブ
３１_ＥＸ　　　　　排気バルブ
４０　　　　　　アクセルシャフトユニット
４１　　　　　　アクセルシャフト
４１ａ　　　　　送りネジ
４３　　　　　　ドリブンギャ
４５　　　　　　アクセルモータ
５０（５０_ＥＸ）　バルブ休止ユニット
６０　　　　　　規制ユニット
６４　　　　　　遊星ギヤ
６６　　　　　　第１のギヤ
６７　　　　　　第２のギヤ
６８　　　　　　ピン
６９　　　　　　規制溝
７１　　　　　　ネジ穴
７２　　　　　　アジャスタボルト
７３　　　　　　アジャスタナット
８０　　　　　　排気管

Claims (9)

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、
   前記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、
   前記カムが前記カムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とした動弁装置であって、
   駆動源の駆動力が伝達される駆動側部材と、
   前記駆動側部材に螺合し、前記駆動側部材の駆動に従動して前記カムをスライドさせる従動側部材と、
   前記駆動側部材の駆動を規制して前記カムのスライド方向両終端位置を決める規制ユニットとを備えたことを特徴とする動弁装置。
2. 前記規制ユニットは前記駆動側部材の駆動を減速させるギヤを含むことを特徴とする請求項１に記載の動弁装置。
3. 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、
   前記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、
   前記カムが前記カムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とした動弁装置であって、
   前記バルブリフタは、揺動可能に支持されるとともに、前記カムのカム面に押圧されて前記カムシャフトと略平行を保ったまま移動して両端部でそれぞれバルブを進退させる天秤状腕部を有し、
   前記天秤状腕部の一端にバルブの隙間調整のためのアジャスタ機構を設けたことを特徴とする動弁装置。
4. 前記天秤状腕部の他端の移動を規制することにより当該他端側のバルブを休止させるバルブ休止ユニットを備えたことを特徴とする請求項３に記載の動弁装置。
5. 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とともにその軸方向に相対移動可能に構成された排気制御用のカムと、
   前記カムのカム面に押圧されて、１気筒に設けられた複数の排気バルブを進退させるバルブリフタとを備え、
   前記カムが前記カムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とした動弁装置であって、
   前記１気筒に設けられた複数の排気バルブのうち一部を休止させるバルブ休止手段を設けるとともに、前記１気筒に設けられた複数の排気バルブそれぞれに独立した排気管路を連通させることを特徴とする動弁装置。
6. 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とともにその軸方向に相対移動可能に構成された吸気制御用のカムと、
   前記カムのカム面に押圧されて、１気筒に設けられた複数の吸気バルブを進退させるバルブリフタとを備え、
   前記カムが前記カムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とし、
   前記１気筒に設けられた複数の吸気バルブのうち一部を休止させるバルブ休止手段を設けるとともに、前記１気筒に設けられた複数の吸気バルブそれぞれに独立した吸気管路を連通させることを特徴とする請求項５に記載の動弁装置。
7. 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、
   前記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、
   前記カムが前記カムシャフトの軸方向にスライドすることによりバルブリフト量及びバルブ作動角を無段連続に可変制御する構成とした動弁装置であって、
   前記バルブリフタは、前記カムのカム面に追従する球状面を有する接触子を有し、
   前記カムのカム高さ頂点のスライド方向軌跡が曲線状になっていることを特徴とする動弁装置。
8. 前記曲線のうち平坦な領域を常用域とすることを特徴とする請求項７に記載の動弁装置。
9. 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、
   請求項１〜８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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