JP2005155484A - 動弁装置およびこれを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】作動音等を有効に低減し、さらには高回転化や耐久性等の向上を図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３１を進退させるバルブリフタ２０との相対移動により、バルブ３１のリフト特性を連続可変する。それぞれバルブスプリング３５を備える一対の吸気バルブ３１を含み、一方の吸気バルブ３１側に低リフト領域にて他方の吸気バルブ３１側のバルブスプリング３５よりも荷重が小さくなるように設定されたバルブスプリング３５を備えるとともに、このバルブスプリング３５に２段階のばね定数を持たせる。
【選択図】 図３

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、たとえば最大リフト時のバルブスプリングの荷重を同一とし、その場合バルブスプリングのスプリング特性を適宜設定することで、低リフト域においては左右２つの吸気バルブのリフト量に差を持たせ、かつ最大リフト量の差は略ゼロとする。これによりエンジン低回転域で旋回流を増加させ、出力および燃費向上を図ろうとする。低リフト域で左右バルブのリフト量の差を大きくするとバルブ着座付近での異音発生原因となるばかりか、エンジンの高回転化や耐久性等の向上に影響する。また、それらの対策にも構造上の工夫や改良等が余技なくされ、そうした場合には却ってコストが高くなってしまう。

本発明はかかる実情に鑑み、作動音等を有効に低減し、さらには高回転化や耐久性等の向上を図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、それぞれバルブスプリングを備える一対の吸気バルブを含み、一方の吸気バルブ側に低リフト領域にて他方の吸気バルブ側のバルブスプリングよりも荷重が小さくなるように設定されたバルブスプリングを備えるとともに、このバルブスプリングに２段階のばね定数を持たせたことを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記一対の吸気バルブのリフト量がゼロのとき、それぞれの前記バルブスプリングのセット荷重の差が略ゼロになるようにしたことを特徴とする。

また、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、それぞれバルブスプリングを備える一対の吸気バルブを含み、一方のバルブスプリングのセット長を調整可能な調整装置を設けたことを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、他方のバルブスプリングのセット長が、一方の前記バルブスプリングにおいて調整されるセット長の最小値と実質的に同一に設定されたことを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記調整装置を駆動する駆動装置とこの駆動装置の制御装置を設け、前記制御装置は前記立体カムのカム高さおよびエンジン回転数をパラメータとして、前記調整装置に調整動作を行なわせるように前記駆動装置を制御することを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記調整装置は、前記バルブスプリングのスプリングシートに環状に並設した複数の傾斜面を利用して、該バルブスプリングのセット長を調整することを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記スプリングシートの外周部に付設したピニオンとこのピニオンに噛合するように支持されたラックとによりラック・ピニオン機構を構成し、アクチュエータによって前記ラックを駆動することにより前記傾斜面の位相を変化させることを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、前記調整装置は、前記バルブスプリングのスプリングシートとして２つの部材から構成され、各部材の合せ面に環状に対向配置された一対の傾斜面の相対的位相を変更することにより、前記２つの部材の重ね方向寸法を変化させ、前記バルブスプリングのセット長を調整することを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、各バルブスプリングの同一のセット荷重で、リフト量に差が生じるように調整することを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、各バルブスプリングの同一のリフト量で、セット荷重に差が生じるように調整することを特徴とする。

また、本発明の動弁装置において、一方のバルブスプリングのスプリングシートを固定する固定部材を有す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。

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、一方の吸気バルブ側に低リフト領域にて他方の吸気バルブ側のバルブスプリングよりも荷重が小さくなるように設定されたバルブスプリングを備えるとともに、このバルブスプリングに２段階のばね定数を持たせる。このように吸気バルブのバルブスプリングのばね特性を設定することで、閉じ側着座付近の加速度を必要かつ十分な程度にまで落すことができる。これにより特に中リフト領域さらには高リフト領域でもリフトカーブは極めて滑らかなものとなり、バルブ着座時の所謂カチカチ音等の異音の発生を防止するとともに、部品の耐久性等を向上することができる。

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。

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は本発明に係る動弁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。この実施形態ではたとえば２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。

本実施形態の動弁装置は、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４０とを含んでいる。

まず、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４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。

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（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。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１６（図３）を効果的に使用することができる。カム位相センサ１６は、カムシャフト１１の他端側に植設したピン１７を検知して、カム１３の位相を検出するようになっている。

排気側については、図２に示されるように板状のカム１３_EX（平面カム）とこれに当接する円板状タペット（タペットローラ）２１_EXを備える。

つぎに、吸気側のバルブリフタユニット２０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、取付ボルト２５によってシリンダヘッド２に固定される。また、タペットガイド２３にはガイド孔２３ａが形成されており、このガイド孔２３ａの内側にタペットローラ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、これによりタペットローラ２１がバルブステムの軸方向にのみ移動可能となる。タペットローラ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。腕部材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２２ａが設けられる。

吸気側のバルブユニット３０において、図２および図３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８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８の下流側に配置されたインジェクタ（図示せず）から噴霧される燃料との混合気が燃焼室に導入される（図５をも参照）。

各バルブステム３１ａの端部にはバルブリテーナ３３が設けられ、バルブリテーナ３３とバルブシート３４の間に装着されたバルブスプリング３５が弾性力を作用させる。さらにバルブリテーナ３３の上端開口にはタペットシム３６が装着されており、このタペットシム３６を介して腕部材２２の押圧部２２ａにより押圧される。

なお、排気側のバルブユニットは、上述した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がバルブリテーナ３４_EXを介して直接、排気バルブ３１_EXを作動させるようになっている。バルブ３１_EXがリフトすることにより、排気ポート８_EXを介して燃焼ガスがシリンダ内から排出されるようになっている（図５をも参照）。

アクセルシャフトユニット４０において、図２あるいは図３に示されるようにカムシャフト１１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に連結するアクセルフォーク４２とを備える。

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の出力軸に固着するドライブギヤ４４と噛合する。

アクセルフォーク４２は図３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側へ延出し、この延出部はフォーク状に二股に分岐している。また、カム１３の端部には、ベアリング４６を介して回転自在にされたフォークガイド４７を備える。アクセルフォーク４２の二股状の先端部はフォークガイド４７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がカムシャフト１１の軸方向に沿ってスライドするようになっている。

ここで、前述のようにエンジン気筒に左右２つの吸気バルブ３１を持ち、一方の吸気バルブ３１Lが左側の吸気ポート８L（図５参照）を、また他方の吸気バルブ３１Rが右側の吸気ポート８Rをそれぞれ開閉制御するものとする。本発明では図６に示されるように、吸気バルブ３１L側に装着されるバルブスプリング３５Lは、低リフト領域にて吸気バルブ３１Rのバルブスプリング３５Rよりも荷重が小さくなるように設定される。すなわち、バルブスプリング３５Lおよびバルブスプリング３５Rともリフト量に従って荷重が増大変化し、最終的には最大リフト量となるが、その間概してバルブスプリング３５Lの荷重はバルブスプリング３５Rよりも小さい。別言すると、バルブスプリング３５Rが「強スプリング」で、バルブスプリング３５Lが「弱スプリング」となり、吸気バルブ３１Rに作用するスプリング荷重の方が大きくなる。その傾向が顕著となる低リフト領域において、図示のようにバルブスプリング３５Lのばね定数が変化するようにし、つまりバルブスプリング３５Lに２段階のばね定数を持たせる。

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、アクセルモータ４５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。カム１３，１３_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１１，１１_EXに沿ってスライドする。この実施形態では吸気側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。このように吸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）に最も適した吸気を行うことができる。

特に本発明では上述のように２つの吸気バルブ３１のばね特性を設定することで、吸気バルブ３１R側にリフトが生じる低リフト領域において、吸気バルブ３１Rの閉じ側着座付近の加速度を必要かつ十分な程度にまで落すことができる。これにより図７（ａ）に示されるバルブリフトカーブのように、中リフト領域さらには高リフト領域でも特に吸気バルブ３１Rの閉じ側ランプ部分（図７（ａ）、Ｐ部）のカーブは極めて滑らかなものとなり、バルブ着座時の所謂カチカチ音等の異音の発生を防止するとともに、部品の耐久性等を向上することができる。

ちなみに本発明のようなばね定数を持たない場合では、たとえば図７（ｂ）のバルブリフトカーブのように特に強スプリング側のバルブが閉じる際、大きな加速度を維持したまま着座し（図７（ｂ）、Ｐ1部）、あるいは加速度が若干低下するもののかなりの加速度を維持したまま着座する（図７（ｂ）、Ｐ′1部）。このためその着座音が大きいばかりかバルブ座部まわりの応力が増大する等の問題がある。

また、本発明では低乃至中リフト領域（エンジン低回転数域）で吸気バルブ３１Lおよび吸気バルブ３１Rのリフト量に適度な差を確保し、図５に示されるように吸気バルブ３１L側から吸気バルブ３１R側へ回り込む旋回流Ｒを増加させる。これによりエンジン低回転数域において出力および燃費性能等を向上する上、実質的なエンジンの高回転化が可能になる。

この実施形態においてまた、一対の吸気バルブ３１L，３１Rのリフト量がゼロのとき、それぞれのバルブスプリング３５L，３５Rのセット荷重の差が略ゼロになるように設定される。この場合、図８のバルブリフトカーブのように両吸気バルブ３１L，３１Rともなだらかなカーブでリフト量ゼロに収束するように着座し（図８、Ｐ2部）、着座音をさらに抑制もしくは低減することができる。

（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Ｃ−Ｃ線に沿う断面図、図１１は図９のＤ−Ｄ線に沿う断面図、図１２は図９のＥ−Ｅ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。なお、第２の実施形態においては単気筒エンジンに対して本発明を適用するものとする。

第２の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とを含む。

さらに、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との間に配置され、吸気側および排気側で共用される。

吸気側のカム／カムシャフトユニット１０において、第１の実施形態と同様に３次元カムとして構成されたカム１３が、カムシャフト１１の軸方向にスライド可能に装着される。排気側のカム／カムシャフトユニット１０_EXにおいても、３次元カムとして構成されたカム１３_EXが、カムシャフト１１_EXの軸方向にスライド可能に装着される。カム１３_EXは、長手方向に傾斜するカム面１３ａ_EX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る。なお、カム１３_EXの具体的な諸元についてはカム１３と異なる。

排気側のバルブリフタユニット２０_EXにおいて、図１２に示すように外周面が球状面とされたタペットローラ_EX２１を備え、その外周面がカム１３_EXに接触する。タペットローラ２１_EX内には腕部材２２_EXが配置される。タペットローラ２１_EXの内周面は球状面とされており、この内周面と腕部材２２_EX中央の大径部との間にボール２４_EXが介在する。したがって、ボール２４_EXを介してタペットローラ２１_EXが回転可能に支持されるとともに、腕部材２２_EXが揺動可能である。腕部材２２_EXがタペットローラ２１_EXに対して傾いたときにもタペットローラ２１_EXを正常回転可能とする調芯機能を発揮する。

吸気側のバルブユニット３０および排気側のバルブユニット３０_EXの基本構成は実質的に同様である。なお、吸気側のバルブユニット３０には、後述するようにバルブスプリング３５のセット長を調整可能な調整装置が設けられる。

アクセルシャフトユニット４０において、図９あるいは図１０に示すようにカムシャフト１１および１１_EX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に支持されるとともにカム１３，１３_EXに連結するアクセルフォーク４２とを備える。

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、アクセルモータ４５（図１３参照）の出力軸に固着するドライブギヤ（べベルギヤ）４４と噛合する。したがって、アクセルモータ４５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。

アクセルフォーク４２は図１０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１１，１１_EX側へ延出し、それら両側に二股状の先端部を有する。また、各カム１３，１３_EXの端部には、ベアリング４６，４６_EXを介して回転自在にされたフォークガイド４７，４７_EX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４７，４７_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、それぞれのカム１３，１３_EXがカムシャフト１１，１１_EXに沿ってスライドする。

ここで、第２の実施形態では前述したように、吸気側のバルブユニット３０のバルブスプリング３５のセット長を調整可能な調整装置を備える。この実施形態では調整装置は、バルブスプリング３５のスプリングシート３４に環状に並設した複数の傾斜面を利用し、該バルブスプリング３５のセット長を調整するものである。

調整装置の具体的構成において、図９あるいは図１１に示されるように調整装置５０は実質的に一方の吸気バルブ３１のスプリングシート３４として、その下部に一体に構成された調整部材５１とこの調整部材５１の下側に別体に構成された調整部材５２とを含む。調整部材５１および調整部材５２は概略円形あるいは円板状に形成され、調整部材５２は一体または別体に形成された回り止め突起もしくはピン５３を介して、シリンダヘッド２に固定される。上下に重ねられる調整部材５１および調整部材５２の合せ面には、図１４に示されるようにバルブステム３１ａ（あるいはバルブガイド３２）のまわりに環状に対向配置された一対の傾斜カム５１ａおよび５２ａが形成される。

さらに、調整装置５０を駆動する駆動装置とこの駆動装置の制御装置を有し、この制御装置はカム１３のカム高さおよびエンジン回転数をパラメータとして、調整装置５０に調整動作を行なわせるように駆動装置を制御するようになっている。

駆動装置として、図１１あるいは図１４等に示すようにシリンダヘッド２の適所に搭載されたアクチュエータとしての駆動モータ５４を含み、この駆動モータ５４は、後述するラック・ピニオン機構を介して調整部材５１を駆動する。この場合、駆動モータ５４および調整部材５１間で往復動可能に（可動ストロークＳ）シリンダヘッド２に装着された調整用シャフト５５を有する。調整用シャフト５５の一端側には、駆動モータ５４の出力軸に設けたピニオン５６と噛合するラック５５ａが形成されている。ここで、調整部材５１の外周部には、その円周方向に沿ってピニオン５７が付設形成されている。調整用シャフト５５の他端側には、ピニオン５７と噛合するラック５５ｂが形成されており、この例のように調整部材５１はラック・ピニオン機構を介して駆動モータ５４と連結される。

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、アクセルモータ４５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。カム１３，１３_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１１，１１_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用角を無段階可変制御する。

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（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はカム１３，１３_EXのカム面１３ａ，１３ａ_EX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１０の矢印Ｘ方向にスライドする。カム１３，１３_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１１，１１_EXに沿って同様に矢印Ｘ方向にスライドする。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。

さて、第２の実施形態において、駆動モータ５４が作動することで調整用シャフト５５を介して、そのラック５５ｂと噛合するピニオン５７が付設された調整部材５１が回転する。固定の調整部材５２に対する調整部材５１の回転により、調整部材５１および調整部材５２のそれぞれ傾斜カム５１ａおよび５２ａの合せ面である傾斜面の相対的位相が変更される。この相対的位相の変更で調整部材５１および調整部材５２の重ね方向寸法を変化させ、バルブスプリング３５のセット長Ｈ（図１１参照）を調整することができる。たとえば図１４に示したように、傾斜カム５１ａ，５２ａの回転角度θ（＝１２０°）に対して最大調整角度θ′のとき、最大イニシャル調整量ｈが得られる。

この図示例では左右のバルブスプリング３５のセット長を同一とし、これらのうちセット長が調整されない側を強スプリング、セット長が調整される側を弱スプリングとする。なお、左右のバルブスプリング３５を同一とし、セット長が調整されない側のバルブスプリング３５のセット長を、最大イニシャル調整量分だけ短く設定、すなわち調整されるセット長の最小値と実質的に同一に設定しても同様である。この場合、２つのバルブスプリング３５のばね定数は同一になるが、ばね定数に変化を持たせるためには、異なるバルブスプリング３５を用いればよい。

図１５は、バルブスプリング荷重線図の例を示している。同一スプリングのうちセット長を最大イニシャル調整量ｈ分だけ短く設定された強スプリングと、これと同一ばね定数を持つ弱スプリング（点線図示）との強弱差をつけることで、バルブリフト量およびエンジン回転数ごとに燃費、出力に最適なスプリング荷重の左右差（リフト量左右差）を任意に設定することができる。また、異なるスプリングを用いることで、一点鎖線で示されるように任意のばね定数を選択することができる。

上記の場合、スプリング荷重の左右差の設定方法として基本的には、（イ）エンジン低回転数域で左右差大とし、高回転数になるに従って左右差小となる。（ロ）バルブ低リフト領域で左右差大とし、高リフト領域になるに従って左右差小となる。（ハ）極低リフト領域で左右差小とし、バルブ閉時のバウンス対策とする。（ニ）最大リフト付近は左右差ゼロとし、出力向上および高回転化を可能にする。

かかる指針に従ってスプリング荷重の左右差を設定し、強弱スプリングを装着した左右バルブのリフト量差をマップ化し、これに従って最終的には吸気バルブ３１を開閉制御する。図１６は、バルブリフト量（エンジントルク）およびエンジン回転数に対応して、リフト量左右差をマップ化した例を示している。たとえば図１６（ａ）のように高リフト領域、高回転数域（高出力域）では左右差をかなり小さくし（略ゼロ）、シリンダ内での旋回流を抑制して高出力化を図る。また、図１６（ｂ）のように高リフト領域、低回転数域では左右差をかなり大きく確保し、旋回流を増加させることでトルク増大および低燃費化を図る。また、図１６（ｃ）のように低・中リフト領域、低回転数域では図１６（ｂ）の場合と同様にトルク増大および低燃費化を図る。また、図１６（ｄ）のように極低リフト領域、低回転数域では左右差をかなり小さくし（略ゼロ）、バルブ閉じ側のバウンスを防止してタペット音の発生防止を図る。このようにバルブリフト量およびエンジン回転数をパラメータにして、バルブスプリング３５のセット長をマップ状に設定することで、エンジン全回転域において出力および燃費性能等を大幅に向上することができる。

（第３の実施形態）
つぎに、本発明による動弁装置の第３の実施形態を説明する。
図１７は本発明の第３の実施形態に係る動弁装置の要部側断面図、図１８は図１７のＩ−Ｉ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２の実施形態の場合と同様である。

第２の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とを含む。

さらに、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との間に配置され、吸気側および排気側で共用される。

第３の実施形態においても、吸気側のバルブユニット３０のバルブスプリング３５のセット長を調整可能な調整装置５０を備える。調整装置５０の具体的構成において、実質的に一方の吸気バルブ３１のスプリングシート３４として、その下部に一体に構成された調整部材５１とこの調整部材５１の下側に別体に構成された調整部材５２とを含む。調整部材５１および調整部材５２は概略円形あるいは円板状に形成され、調整部材５２は一体または別体に形成された回り止め突起もしくはピン５３を介して、シリンダヘッド２に固定される。上下に重ねられる調整部材５１および調整部材５２の合せ面には、図１９に示されるようにバルブステム３１ａ（あるいはバルブガイド３２）のまわりに環状に対向配置された一対の傾斜カム５１ａおよび５２ａが形成される。

さらに、調整装置５０を駆動する駆動装置として、図１９等にも示すようにシリンダヘッド２の適所に装着された調整ギヤ５８を含み、この調整ギヤ５８は回転軸５８ａのまわりに回転可能である。なお、調整ギヤ５８の上面には回転用の六角穴５８ｂが形成されている。調整ギヤ５８のドライブギヤ５８ｃ（平歯車であってよい）は、調整部材５１の外周部に付設形成されているドリブンギヤ５９（平歯車であってよい）と噛合する。調整ギヤ５８の長穴５８ｄを貫通してシリンダヘッド２に螺着する固定ボルト６０を有し、この固定ボルト６０によって調整ギヤ５８、したがって調整部材５１を所望の回転位置に固定することができる。

第３の実施形態において、たとえば図２０に示すように左右のバルブスプリング３５のばね特性を異ならせることでバルブリフト量に左右差をつけ、これにより特にエンジン低回転数域での出力および燃費性能を向上することができる。この場合、調整ギヤ５８を操作してバルブスプリング３５のセット長を調整後、固定ボルト６０により調整部材５１を適正な回転位置に固定する。これによりバルブリフト量の左右差のバラツキを小さく抑えることができ、出力や空燃比のバラツキを抑え、排気ガスを少なくすることができる。また、バルブ着座付近におけるバルブリフト量の左右差のバラツキを小さくすることで、その小さくした分だけ着座側ランプ高さを小さくでき、作用角が小さくなって熱効率が向上する。

バルブスプリング３５のセット長の調整に際して、図２０に示すように左右のバルブスプリング３５間で、任意の同一荷重によるリフト差ΔＬで調整する。あるいはまた、任意
の同一リフト量による荷重差ΔＷで調整し、これによりセット長のバラツキやバルブスプ
リング３５自体の特性のバラツキを抑えることができる。

また、固定ボルト６０により調整部材５１を固定する際、スプリングシート３４が調整方向に移動しても的確に固定することができる。この場合、セット長は連続的に可変することができるため、無段階に精確に調整可能である。

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、単気筒あるいは２気筒エンジンの場合の例を説明したが、それ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。 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Ｂ矢視方向に見た図である。 第１の実施形態に係るバルブスプリング特性の例を示す図である。 第１の実施形態に係るそれぞれバルブリフトカーブの例を示す図である。 第１の実施形態に係るバルブリフトカーブの例を示す図である。 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Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。 図９のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図９のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアクセルモータの取付構造を示す図である。 図９のＦ−Ｆ線に沿う断面図および調整装置の構成例を示す図である。 第２の実施形態に係るバルブスプリング特性の例を示す図である。 第２の実施形態に係るバルブリフトカーブの例を示す図である。 本発明の第３の実施形態における動弁装置の要部側断面図である。 図１７のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 図１７のＪ−Ｊ線に沿う断面図および調整装置の構成例を示す図である。 第３の実施形態に係るバルブスプリング特性の例を示す図である。

符号の説明

１ エンジンユニット
２ シリンダヘッド
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
２０ バルブリフタユニット
２１ タペットローラ
２２ 腕部材
２３ タペットガイド
３０ バルブユニット
３１ 吸気バルブ
３３ バルブリテーナ
３５ 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
４５ アクセルモータ

Claims (12)

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、
   それぞれバルブスプリングを備える一対の吸気バルブを含み、一方の吸気バルブ側に低リフト領域にて他方の吸気バルブ側のバルブスプリングよりも荷重が小さくなるように設定されたバルブスプリングを備えるとともに、このバルブスプリングに２段階のばね定数を持たせたことを特徴とする動弁装置。
2. 前記一対の吸気バルブのリフト量がゼロのとき、それぞれの前記バルブスプリングのセット荷重の差が略ゼロになるようにした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、
   それぞれバルブスプリングを備える一対の吸気バルブを含み、一方のバルブスプリングのセット長を調整可能な調整装置を設けたことを特徴とする動弁装置。
4. 他方のバルブスプリングのセット長が、一方の前記バルブスプリングにおいて調整されるセット長の最小値と実質的に同一に設定されたことを特徴とする請求項３に記載の動弁装置。
5. 前記調整装置を駆動する駆動装置とこの駆動装置の制御装置を設け、前記制御装置は前記立体カムのカム高さおよびエンジン回転数をパラメータとして、前記調整装置に調整動作を行なわせるように前記駆動装置を制御することを特徴とする請求項３または４に記載の動弁装置。
6. 前記調整装置は、前記バルブスプリングのスプリングシートに環状に並設した複数の傾斜面を利用して、該バルブスプリングのセット長を調整することを特徴とする請求項３に記載の動弁装置。
7. 前記スプリングシートの外周部に付設したピニオンとこのピニオンに噛合するように支持されたラックとによりラック・ピニオン機構を構成し、アクチュエータによって前記ラックを駆動することにより前記傾斜面の位相を変化させることを特徴とする請求項６に記載の動弁装置。
8. 前記調整装置は、前記バルブスプリングのスプリングシートとして２つの部材から構成され、各部材の合せ面に環状に対向配置された一対の傾斜面の相対的位相を変更することにより、前記２つの部材の重ね方向寸法を変化させ、前記バルブスプリングのセット長を調整することを特徴とする請求項３に記載の動弁装置。
9. 各バルブスプリングの同一のセット荷重で、リフト量に差が生じるように調整することを特徴とする請求項３に記載の動弁装置。
10. 各バルブスプリングの同一のリフト量で、セット荷重に差が生じるように調整することを特徴とする請求項３に記載の動弁装置。
11. 一方のバルブスプリングのスプリングシートを固定する固定部材を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の動弁装置。
12. 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１〜１１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。
    

Images