JP2014034913A

JP2014034913A - 内燃機関の動弁装置

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Publication number: JP2014034913A
Application number: JP2012176020A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ozeki; 久志尾関
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: JP6035977B2

Abstract

【課題】装置所要部の剛性を確保しながら、軽量コンパクト化を図る内燃機関の動弁装置を提供する。
【解決手段】カムは、カムシャフト１８の軸方向に対して一方向に傾斜するカム面を有して動弁系部品に接触し、カムフォークシャフト４１はシリンダ軸線方向視で前記カムシャフト１８よりも、燃焼室中心に配置される点火プラグを嵌挿するための点火プラグボス側に近接配置される。カムフォーク４８の基端部はカム２０のカム高さ低位側の端面が、点火プラグの中心Ｚから移動方向へオフセットした位置とカムシャフト１０の軸受１９の位置との範囲内で移動する。
【選択図】図１８

Description

本発明は、自動二輪車あるいは自動車等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及び作用角を無段に可変制御する動弁装置に関するものである。

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、種々の工夫あるいは提案等がなされてきている。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バルブ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。

更に最近では可変位相とカム切換の組合せが出始め、その後バルブ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。

従来の動弁装置において例えば特許文献１に開示されるものでは、特にカム移動機構はカムシャフトと平行に配置されたアクセルシャフトと、アクセルシャフトに固着するとともにカムに連結する複数のアクセルフォークを含んでいる。アクセルシャフトはその軸方向にスライド可能にシリンダヘッドによって支持され、その一端側に連結された駆動モータの駆動力によりスライド運動するようになっている。このアクセルシャフトのスライド運動によりアクセルフォークを介して、カムがカムシャフトに沿ってスライドする。

この種の動弁装置の具体的な構成例につき要点的に、図２６及び図２７等を用いて概略説明する。カムシャフト２にスライド可能に支持された３次元カム１の一端側に設けたカムベアリング３をカムフォーク４が押すことで、３次元カム１が移動する。カムフォーク４の可動範囲ｙは点火プラグセンタｚに対してオフセットしており、これは上記のように３次元カム１の一端側にカムベアリング３に配置されているからである。

従来では３次元カム１の最大リフト側は、カムフォーク４の可動範囲ｙが点火プラグ５に対してオフセットした向きと同じ方向に設けられている。低リフト側から高リフト側に３次元カム１を移動させる際に発生する荷重の向きはｗ方向となり、カムフォーク４のボス部４ａのｘ部付近の応力が高くなる。このためかかる応力に対抗し得るようにするためにｘ部付近の径寸法を大きくし、即ち剛性強化を図っている。

特開２００３−３８１１号公報

従来の動弁装置においてボス部４ａのｘ部は、カムフォーク４の移動時に点火プラグセンタｚを跨ぐように配置される。このため従来の配置関係ではカムフォーク４のボス部４ａと点火プラグ５周りの形状（シリンダヘッドカバーにより形成される円筒形状）とのクリアランスｇを確保するために、点火プラグ５の中心とカムフォークシャフト６の中心との距離もしくは間隔ｈが大きくなる。これに伴い動弁系もしくはその構成部品であるボールスクリュー、シリンダヘッド、シリンダヘッドカバー及びカム駆動用モータ等の部品が外側に大きく張り出し、そのままではエンジンの車両への搭載性が悪くなり、重量も重くなる等の問題を招来する。

本発明はかかる実情に鑑み、装置所要部の剛性を確保しながら、軽量コンパクト化を図る内燃機関の動弁装置を提供することを目的とする。

本発明による内燃機関の動弁装置は、シリンダヘッドに回転自在に軸支されたカムシャフトと、該カムシャフトに回転一体且つその軸方向に移動可能としたカムと、前記カムシャフトの上方にてカムフォークを介して前記カムをその軸方向に移動させるカムフォークシャフトとを備えた内燃機関の動弁装置であって、前記カムは、前記カムシャフトの軸方向に対して一方向に傾斜するカム面を有して動弁系部品に接触し、前記カムフォークシャフトはシリンダ軸線方向視で前記カムシャフトよりも、燃焼室中心に配置される点火プラグを嵌挿するための点火プラグボス側に近接配置され、前記カムフォークの基端部は前記カムのカム高さ低位側の端面が、前記点火プラグの中心から移動方向へオフセットした位置と前記カムシャフトの軸受位置との範囲内で移動することを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の動弁装置において、前記カムフォークの基端部は前記カムのカム高さ低位側が、該カム高さ高位側よりも径方向に外側に大きくしたことを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の動弁装置において、前記カムは、そのカム面と対向する面を有するタペットローラと接触することでバルブを作動させることを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の動弁装置において、前記カムシャフトの上方であって、前記カムフォークシャフトに対して前記点火プラグとは反対側にカムフォークシャフトの駆動源であるアクセルモータが配置されることを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の動弁装置において、前記カムフォークの基端部と前記点火プラグボスの上方への延出部と間に所定の間隙が形成されることを特徴とする。

本発明によれば、カムフォークをカムに対してそのカム高さ低位側に取り付け、点火プラグボスの中心から外れた位置とカムフォークシャフトの軸受との範囲内で移動するようにする。この場合、具体的には点火プラグボスを逃げるようにカムフォークのボス部には凹部が形成される。これによりカムフォークシャフトをできるだけ点火プラグに近接配置することができる。装置全体のコンパクト化を図ることが可能になる。

本発明の実施形態に係る自動二輪車の全体構成例を示す側面図である。本発明の実施形態に係るシリンダヘッドの上面図である。本発明の実施形態に係るシリンダヘッドの側面図である。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。図２のＣ‐Ｃ線に沿う断面図である。本発明の実施形態に係るボールスクリューハウジングを示す側面図、上面図及び正面図である。本発明の実施形態に係るシリンダヘッドカバーを取り外した状態のシリンダヘッドの上面図である。本発明の実施形態に係るシリンダヘッドカバーを取り外した状態のシリンダヘッドの上面図である。本発明の実施形態に係るシリンダヘッドカバーを取り外した状態のシリンダヘッドの正面図である。本発明の実施形態に係るカムハウジングを示す側面図、上面図及び正面図である。本発明の実施形態に係るタペットの斜視図及び側面図である。本発明の実施形態に係るタペットの縦断面図及び横断面図である。本発明の実施形態に係るタペット及びタペットガイドのそれぞれ斜視図である。本発明の実施形態に係るカムスライド機構の主要構成を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る動弁装置の上面図及び正面図である。図１６（ａ）のＤ‐Ｄ線に沿う断面図及びＥ‐Ｅ線に沿う断面図である。本発明の実施形態に係るタペットのカム高さ低位部に当接時の状態を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係るカムが高速側スライド移動端にある状態を示す上面図である。本発明の実施形態に係るタペットのカム高さ高位部に当接時の状態を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係るカムフォークのボス部まわりの構成例を示す斜視図である。本発明の実施形態に係るカム及びカムフォークの係合関係を示す要部側面図である。本発明の実施形態に係るカムフォークのボス部まわりの構成例を示す要部上面図である。本発明の実施形態に係るカムフォークと点火プラグとの配置関係等を示す図である。本発明の実施形態に係るカムフォークと点火プラグとの配置関係等を示すシリンダヘッドの断面図である。従来の動弁装置におけるタペットのカム高さ低位部に当接時の状態を示す上面図である。従来の動弁装置におけるタペットのカム高さ低位部に当接時の状態を示す縦断面図である。

以下、図面に基づき、本発明における内燃機関の動弁装置の好適な実施の形態を説明する。
先ず図１は、本発明の適用例としての自動二輪車の側面図である。図１を用いて、この自動二輪車１００の全体構成について説明する。なお、図１を含め、以下の説明で用いる図においては、必要に応じて車両の前方を矢印Ｆｒにより、車両の後方を矢印Ｒｒにより示し、また、車両の側方右側を矢印Ｒにより、車両の側方左側を矢印Ｌにより示す。
図１において鋼製或いはアルミニウム合金材でなるメインフレーム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左右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共に、前輪１０６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。

メインフレーム１０１はステアリングヘッドパイプ１０２の後部に接続され、更に後方に向けて左右一対が二又状に分岐し、それぞれが後下がりに傾斜して延出する。メインフレーム１０１の後部付近から、後上りに適度に傾斜してシートレール１０１Ａが延出し、後述するシートを支持する。なお、メインフレーム１０１やシートレール１０１Ａにより車体フレームが構成される。また、メインフレーム１０１の後部にはスイングアーム１０９が揺動可能に結合すると共に、両者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る。後輪１１１は、後述するエンジンの動力を伝達するチェーン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。後輪１１１の直近周囲にはその前上部付近を覆うインナフェンダ１１４が設けられると共に、そのインナフェンダ１１４の上方にはリヤフェンダ１１５が配置される。

メインフレーム１０１に搭載されたエンジンユニット１１６（点線部）には、図示しない燃料供給装置から混合気が供給されると共に、エンジン内での燃焼後の排気ガスがエキゾーストパイプ１１７を通って排気される。本実施形態において、エンジンは例えば４サイクル多気筒、典型的には４気筒エンジンであってよい。それぞれの気筒のエキゾーストパイプ１１７はエンジンユニット１１６の下側にて結合し、その後排気チャンバを経て車両後端付近で排気装置１１８から排気される。

また、エンジンユニット１１６の上方には燃料タンク１１９が搭載され、燃料タンク１１９の後方にシート１２０が連設される。このシート１２０は、ライダシート１２０Ａとタンデムシート１２０Ｂとを含む。ライダシート１２０Ａ及びタンデムシート１２０Ｂに対応して、フートレスト１２１及びフートレストもしくはピリオンステップ１２２が配置される。なお、この例では車両左側において、前後方向略中央下部に図示しないプロップスタンドを有している。

更に図１において、１２３はヘッドランプ、１２４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、１２５はステー１２６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。

車両外装において、フェアリング１２７及びサイドカウル１２８によって車両の主に前部及び側部が覆われ、車両後部にはサイドカバーあるいはシートカウル１２９が被着し、これらの外装部材により所謂、流線型を有する車両の外観フォルムが形成される。

ここで、この実施形態におけるエンジンユニット１１６は、ピストンを往復動可能に収容するシリンダもしくはシリンダブロック１１６Ａと、このシリンダブロック１１６Ａの下方に配置されたクランクケース１１６Ｂとを含み、これらが一体的に結合する。また、エンジンユニット１１６は複数のエンジンマウントを介してメインフレーム１０１に懸架されることでメインフレーム１０１に一体的に結合支持され、それ自体でメインフレーム１０１の剛性部材として作用する。

なお、図１に示されるようにドーム状もしくは甲羅状を呈する燃料タンク１１９は、メインフレーム１０１の上側全体を上部から蓋うようにメインフレーム１０１上に搭載支持される。更に、シリンダブロック１１６Ａのシリンダヘッドカバーの上側には、吸気装置に清浄空気を供給するためのエアクリーナ１３０が配置される。エアクリーナ１３０によって清浄化された空気は吸気装置によって吸気され、その後図１のようにインテークパイプ１３１内にて燃料が混合され、混合気としてエンジンユニット１１６に供給される。

図２〜図６は、エンジンユニット１１６のシリンダブロック１１６Ａ、特にシリンダヘッド１０の構成例を示している。シリンダブロック１１６Ａにおいてシリンダヘッド１０はシリンダ本体１１の上部に固定され、その内部に動弁装置を収容する。これらの図にも示されるように、この実施形態では並列４気筒エンジンであってよく、各気筒ごとに吸気（ＩＮ）側及び排気（ＥＸ）側にそれぞれ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３次元カムを適用した例とするが、吸気側及び排気側の双方に適用することもできる。また、シリンダ本体１１内ではピストンが略上下に往復動するようになっている。

シリンダヘッド１０は、この例では♯１〜♯４気筒の配列方向に沿って延設され、上部に被着するシリンダヘッドカバー１２により動弁装置の収容空間が密閉構造とされる。シリンダヘッド１０の底部には各気筒に対応する燃焼室１３が形成され、それぞれの燃焼室１３にはインテークポート１４とエキゾーストポート１５が連通形成される。燃焼室１３及びインテークポート１４間は、互いに隣接配置された一対の吸気バルブ１６によって開閉され、また、燃焼室１３及びエキゾーストポート１５間は互いに隣接配置された一対の排気バルブ１７によって開閉される。これら吸気バルブ１６及び排気バルブ１７を所定のタイミングで駆動制御することで、各気筒のシリンダに対する吸気及び排気を適正に制御することができる。

吸気バルブ１６の軸方向、即ちそのバルブステム１６ａ上方には気筒の配列方向に沿って、カムシャフト１８が複数のベアリング１９を介して、シリンダヘッド１０に回転自在に支持される。カムシャフト１８には後述するカム２０がその軸方向にスライド可能に装着されるが、カム２０はカムシャフト１８に対して回転方向には固定される。なお、カムシャフト１８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２０等に注油することができる。各気筒に対応する計４つのカム２０を有し、各カム２０は３次元カムとして形成される。カム２０と吸気バルブ１６（のバルブステム１６ａ）の間には、タペットガイド２２によりガイドされてバルブステム１６ａの軸方向に往復動可能なローラ式のタペット２１が配置される。

排気バルブ１７の軸方向、即ちそのバルブステム１７ａ上方には気筒の配列方向に沿って、カムシャフト２３が複数のベアリング２４を介して、シリンダヘッド１０に回転自在に支持される。カムシャフト２３にはその軸方向所定位置にカム２５が装着固定される。各気筒に対応する計４つのカム２５を有し、排気側については各カム２５は平板状の所謂平面カムとして形成される。カム２５と排気バルブ１７のバルブステム１７ａとの間には、バルブステム１７ａの軸方向に往復動可能な、この例では直打式のタペット２６が配置される。

吸気側のカムシャフト１８及び排気側のカムシャフト２３のそれぞれ一端にはスプロケット２７，２８が固着している（図６、図８等参照）。これらのスプロケット２７，２８と、ここでは図示を省略するが、クランクシャフトの一端に固着するドライブスプロケットとの間にタイミングもしくはカムチェーンが巻回装架される。なお、タイミングチェーンは、付属のタイミングチェーンガイド、チェーンテンショナ及びチェーンテンショナアジャスタ等により適正走行するようになっている。これによりクランクシャフトの回転でカムシャフト１８及びカムシャフト２３が同期回転する。

更に具体的に説明すると、吸気バルブ１６はそのバルブステム１６ａがバルブガイド２９によってガイドされることで、バルブステム１６ａの軸方向に往復動する。バルブステム１６ａの端部に取り付けられたスプリングリテーナ３０とスプリングシート３１の間にバルブスプリング３２が装着され、このバルブスプリング３２の弾力によりバルブステム１６ａは常時上方へ付勢される。また、このときバルブステム１６ａの上端には、後述するシムを介してタペット２１が当接する。カム２０がバルブスプリング３２の弾力に抗してタペット２１を押し下げることで、バルブステム１６ａが下方へ付勢され、即ち吸気バルブ１６が開くようになっている。

排気バルブ１７についても吸気バルブ１６と同様に、バルブステム１７ａの端部に取り付けられたスプリングリテーナ３０とスプリングシート３１の間にバルブスプリング３２が装着される。この場合もカム２５によりタペット２１を押し下げて、排気バルブ１７を作動させるが、そのリフトタイミングやバルブリフト量は吸気バルブ１６とは異なる設定になっている。

ここで、吸気側のカム２０は前述のように「３次元カム」として構成され、また各気筒に１つのカム２０が設けられる。カム２０は、カムシャフト１８の軸方向であるその長手方向に緩やかに傾斜するプロフィルを持つカムロブを有し、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及びリフトタイミングも変化し、即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、更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２０をカムシャフト１８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。なお、カム２０の移動機構等については後述するものとする。

カム２０をカムシャフト１８に沿って移動させるためのカムスライド機構を有し、その駆動源として図２及び図３等に示すようにシリンダヘッドカバー１２上にアクセルモータ３３が搭載支持される。アクセルモータ３３は、この例ではシリンダ１０の右後側の角部に配置され、そのフランジ３３ａを介してボールスクリューハウジング３４（図７をも参照）に結合する。このボールスクリューハウジング３４内部には、後述するボールスクリュー等の部材が収容される。

次に図８は、シリンダヘッド１０からシリンダヘッドカバー１２を取り外した状態を示している。動弁装置の主要構成要素であるカム・カムシャフトユニットは、シリンダヘッド１０に取付固定されたカムハウジング３５内に収容されるが、この場合、排気側のカムシャフト２３及びカム２５は略全体がカムハウジング３５内にすっぽりと収容される。一方、吸気側のカムシャフト１８及びカム２０は、カムハウジング３５の実質的に外部に配置されるカムスライド機構と連結もしくはリンクするため、そのような連結構造を配設可能とすべく開放構造とし、即ちその一部がカムハウジング３５から露呈する。ここで、図９は、本実施形態におけるカムハウジング３５を示している。カムハウジング３５全体としてはカムシャフト１８及びカムシャフト２３の上方を覆うカバー構造となっているが、吸気側についてはカムスライド機構を搭載するために必要なフレーム部３５ａ等を除き、開放構造となっている。

前述したようにタペット２１は、タペットガイド２２によりガイドされる。タペットユニットについて更に説明すると、図１０及び図１１に示すようにその内側にベアリング３７を収容する収容部を有する概略ドーナッツ状に形成されたタペットローラ３６と、ベアリング３７を介してタペットローラ３６を支持する芯部３８と、芯部３８の両外側方へ延設するアーム３９とを有する。タペットローラ３６は、バルブスプリング３２の弾力に基づきカム２０のカムロブに当接する。ベアリング３７はこの例では芯部３８の外周に沿って配列された複数のニードルベアリングとする。アーム３９はバルブステム１６ａの上端まで延出し、シム４０を介してバルブステム１６ａの上端と間接的に当接する。なお、芯部３８の両外側からタペットローラ３６側へ延出する突片３８Ａが付設され、タペットローラ３６組付時のベアリング３７の脱落防止を図っている。

シリンダヘッド１０適所にはタペットガイド２２が配置固定されており、タペット２１は図１２ようにタペットガイド２２内側に収容されるかたちで浮動保持される。タペット２１は、そのタペットローラ３６がカム２０のカム面に押されることで、アーム３９がバルブスプリング３２の弾力に抗してバルブステム１６ａを押動させ、これにより吸気バルブ１６を開かせるバルブリフタとして機能する。

図１３〜図１６は、動弁装置の吸気側構成例を示している。前述したようにシリンダヘッドカバー１２上にアクセルモータ３３が搭載され、このアクセルモータ３３を駆動源としてカムスライド機構もしくはカム進退機構を作動させる。先ず、シリンダヘッドカバー１２内には、カムシャフト１８の上方にてその軸方向に沿って所定間隔おいて、カムフォークシャフト４１が平行配置されている。このカムフォークシャフト４１はカムハウジング３５に設けた複数、この例では５つの軸受部３５ｂ（図９等参照）により、その軸方向にスライド可能に支持される。ボールスクリューハウジング３４内部において、カムフォークシャフト４１と平行且つ略同一高さ位置にボールスクリュー４２（スクリューシャフト）が配置される。このボールスクリュー４２はその両軸端付近にて、シリンダヘッドカバー１２及びボールスクリューハウジング３４の合せ面で一対のベアリング４３により回転可能に支持される。ボールスクリュー４２のアクセルモータ３３側の端部にはギア４４が取り付けられると共に、該アクセルモータ３３の出力軸にはピニオンギア４５が取り付けられ、これらのギア４４及びピニオンギア４５が噛合し、即ちアクセルモータ３３の作動によりボールスクリュー４２が回転駆動される。

ボールスクリュー４２には、回転方向に固定されたスライドナット４６（スクリューナット）が噛合する。このスライドナット４６はナットフォーク４７を介してカムフォークシャフト４１と連結する。ナットフォーク４７はボールスクリュー４２の軸方向に配置されたベースプレート４７ａを有し、このベースプレート４７ａがカムフォークシャフト４１と結合する。より具体的にはカムフォークシャフト４１には各気筒に対応して４つのカムフォーク４８が固定され、このうち♯２及び♯３気筒に対するカムフォーク４８とベースプレート４７ａとが相互に結合される。各カムフォーク４８は、カム２０の端部に装着されたベアリング４９を介して、そのカム２０と回転自在に係合する。即ち、ベアリング４９はカムシャフト１８の径方向でカム２０とカムフォーク４８との間に配置されて、両者を回転自在に結合する。

図１７に示されるように、ベアリング４９は転がり軸受として内輪４９ａ、外輪４９ｂ及び転動体４９ｃ（ボール）を含み、カムフォーク４８が外輪４９ｂの少なくとも一の側面に当接してカム２０をカムシャフト１８の軸方向に移動可能にしている。この場合、ベアリング４９は、カム２０におけるカム高さ低位側の一端部に配設される。

カムフォークシャフト４１に固定されたカムフォーク４８は図１５等に示すように、カムシャフト１８側へ延出し、ベアリング４９の略半周部位に対応するように概略三日月状に形成される。図１７に示されるようにベアリング４９はカム２０のベースサークル側の端部に嵌着するが、カムフォーク４８の先端部がその外輪４９ｂに係合する。この場合、ベアリング４９の外輪４９ｂの外周面とカムフォーク４８の間にガイドリング５０が介挿される。なお、ガイドリング５０は例えばＣリング５１によって係止されるようになっている。カムフォーク４８は二又状に分岐する先端部４８ａ，４８ｂを有し、一方の先端部４８ａが外輪４９ｂの一側面と当接すると共に、他方の先端部４８ｂがガイドリング５０の他側面と当接する。つまりカムフォーク４８の先端部４８ａ，４８ｂの間に、外輪４９ｂ及びガイドリング５０が一体的に挟着保持されるようになっている。

カムスライド機構において、アクセルモータ３３によりボールスクリュー４２が回転すると、スライドナット４６及びナットフォーク４７を介してカムフォークシャフト４１がその軸方向にスライドする。そして、このようにカムフォークシャフト４１がスライドするのに連動もしくは同期して、各カム２０が同時にカムシャフト１８の軸方向に沿ってスライドする。このように回転するカム２０をスライド移動させるために、ベアリング４９の側面部をカムフォーク４８で押すことでこれを実現する。

実車の例ではエンジン運転時、自動二輪車１００のアクセルグリップを操作するとアクセルモータ３３が作動し、ボールスクリュー４２が回転することでスライドナット４６及びナットフォーク４７を介してカムフォークシャフト４１がスライドする。このカムフォークシャフト４１のスライドによりカムフォーク４８を介して、各カム２０が同時にカムシャフト１８の軸方向に沿ってスライドする。

例えば、エンジン低速時にはタペット２１のタペットローラ３６はカム２０に対して、図１８のようにカム高さ低位部に当接している。この状態で加速、即ちアクセルを開いてくと、アクセルモータ３３の作動によりカムフォークシャフト４１を介して、図１８において点線により示されるようにカムフォーク４８は所定の可動範囲Ｓ内でスライド可能である。即ち、図１９のようにエンジン高速時に対応するスライド端まで移動し、その間カムフォーク４８の先端部４８ａ，４８ｂがベアリング４９の外輪４９ｂの側面を付勢することにより、カム２０をスライド移動させる。このカム２０のスライドに伴いタペット２１のタペットローラ３６は次第に、そのカム高さ高位部側へと当接していく。そして、カム２０のリフト特性に従ってバルブリフト量が増大し、図２０のようにタペットローラ３６がカム高さ高位部に当接することで最大バルブリフト量となる。

前述したように各カムフォーク４８は、カムフォークシャフト４１に固定される。ここで、本実施形態におけるカムフォーク４８まわりの特徴的構成について説明する。図２１に示されるようにカムフォーク４８はその基端側にボス部５２を有し、このボス部５２にてカムフォークシャフト４１に嵌着固定される。また、図２２（要部側面図）に示されるようにカムフォーク４８は、カム２０のカム高さ低位部側の端部にベアリング４９を介して該カム２０と係合する。この場合、ボス部５２は、カム２０のカム高さ低位側の端面５２ａとカム高さ高位側の端面５２ｂを有する。

図２１及び図２３（要部平面図）に示されるようにボス部５２におけるカム高さ低位側の端部（端面５２ａ側）が、カム高さ高位側の端部（端面５２ｂ側）よりも径方向に外側に大きくなるように形成される。即ち、カム部５２のカム高さ高位側は、図２４にも示されるようにカムフォーク４８がカムフォークシャフト４１に組み付けられた状態でみて、ボス部５２の上部から点火プラグ側の側部にかけての部位を凹ませて凹部５２ｃとし、この部位が薄肉化される。

ここで、各気筒の燃焼室１３（図４をも参照）には図２５に示されるように点火プラグ５３が装着され、その中心軸線Ｚとする。点火プラグ５３とカムフォーク４８、特にボス部５２との配置関係等につき、図１８のようにタペットローラ３６がカム２０のカム高さ低位部に当接するカム２０の一方のスライド端にあるとき、図８から分かるようにボス部５２の端面５２ａは点火プラグ５３の中心軸線Ｚに対して、カム２０の他方のスライド端（即ちタペットローラ３６がカム２０のカム高さ高位部に当接する図２０の状態）側へ偏倚（オフセット）している。この場合、図８あるいは図２５に示されるように点火プラグ５３に対してボス部５２の凹部５２ｃが対応配置される。

図２２等に示されるようにカム２０は、カムシャフト１８の軸方向に対して一方向に傾斜するカム面２０ａを有する。一方、タペット２１のタペットローラ３６はカム面２０ａに対向して、これに接触する外周面３６ａを有し、カムシャフト１８の軸方向における両者の相対移動の際にはタペットローラ３６がカム面２０ａに乗り上げ、あるいは乗り越していく。
また、図２４等に示されるようにカムフォークシャフト４１はシリンダ軸線方向視で、即ちこの例では点火プラグ５３の中心軸線Ｚ方向に見ると、カムシャフト１８よりも点火プラグ５３側に配置される。

更に、図４あるいは図５に示したようにカムフォークシャフト４１の駆動源であるアクセルモータ３３はカムシャフト１８の上方であって、カムフォークシャフト４１に対して点火プラグ５３とは反対側に配置される。即ち、カムフォークシャフト４１よりもシリンダ軸線から離間する側に配置される。

上記構成において、例えば図２２に示すようにタペットローラ３６がカム２０のカム高さ高位部側へと当接していくようにカム２０をスライドさせると（図２２、矢印Ｆ）、カムフォーク４８に対してベアリング４９を介してモーメントＭが作用する。このモーメントＭの発生によりボス部５２の特にＸ部及びＹ部の応力が高くなり、即ち図２４に示されるようにボス部５２の上側（ＵＰ）ではカム高さ低位側、ボス部５２の下側（ＤＮ）ではカム高さ高位側に大きな応力が作用する。このためＸ部及びＹ部にはそのような応力に対する剛性が必要になる。本発明では上記のようにボス部５２の特にカム高さ低位側の端部（Ｘ部まわり）を大径化することで十分な剛性を確保する。そして、カム２０のスライド時の応力に適正に対応することができ、常に適正且つ円滑動作が保証される。一方、ボス部５２におけるＸ部よりもカム高さ高位部側には凹部５２ｃが形成されているが、この部位の応力は実質的に小さいため剛性自体もそれ程必要なく、凹部５２ｃを設けても何ら問題ない。

また、カム２０は、図１８のようにタペットローラ３６がカム２０のカム高さ低位部に当接するカム２０の一方のスライド端（図８をも参照）から、図２０のようにタペットローラ３６がカム２０のカム高さ高位部に当接するカム２０の他方のスライド端（図１９をも参照）まで可動範囲Ｓ内でスライド移動する。このカム２０のスライド動作において、カム２０の一方のスライド端では既にボス部５２の端面５２ａ側の大径部は点火プラグ５３の中心軸線Ｚに対して、カム２０の他方のスライド端側へオフセットしている。つまりカム２０のスライド動作中、ボス部５２の端面５２ａ側は点火プラグ５３の中心軸線Ｚにこれ以上接近することなく、即ち点火プラグ５３の中心軸線Ｚを跨ぐかたちで移動することがない。

この場合、ボス部５２には凹部５２ｃが形成されているため、カムフォークシャフト４１をできるだけ点火プラグ５３に近接配置することができる。ここで、図２５に示したようにシリンダヘッド１０の一部でなる点火プラグボス５４により、点火プラグ５３を嵌挿するためのプラグホール５５が形成される。点火プラグ５３はキャップもしくはアタッチメント５６を付帯して、プラグホール５５に装着される。この場合、シリンダヘッドカバー１２の一部により、点火プラグボス５４から上方へ延出部５４Ａが形成される。凹部５２ｃで点火プラグ５３から逃げるようにボス部５２を配置することで、実質的にボス部５２と点火プラグボス５４の延出部５４Ａとの必要な間隙Ｇを確保した上で、上記のようにカムフォークシャフト４１を点火プラグ５３に近接配置することが可能になる。

このようにボス部５２の必要な剛性を有効に確保しながら、カムフォークシャフト４１と点火プラグ５３を近接配置することにより、装置の軽量コンパクト化を図ることができる。これにより本発明の動弁装置を備えたエンジンの車両への搭載性が向上し、車両自体の軽量化等にも寄与する。
また、本実施形態のようにアクセルモータ３３等の部品が装置外側に配置される場合、その機能を保証しながら外側への張出しを有効に抑える。この点でも装置の軽量コンパクト化を図ることができる。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、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。
上記実施形態において、カム２０と接触する動弁系部品としてタペットローラ３６の他に、例えばロッカーアーム等に接触する場合にも同様に本発明を適用可能である。
また、エンジンユニット１１６は４気筒以外の多気筒エンジン、更には単気筒エンジンであっても同様に作用効果を得ることができる。

１０シリンダヘッド、１１シリンダ本体、１２シリンダヘッドカバー、１３燃焼室、１４インテークポート、１５エキゾーストポート、１６吸気バルブ、１６ａバルブステム、１７排気バルブ、１８カムシャフト、１９ベアリング、２０カム、２１タペット、２２タペットガイド、２３カムシャフト、２５カム、２６タペット、２７，２８スプロケット、２９バルブガイド、３０スプリングリテーナ、３１スプリングシート、３２バルブスプリング、３３アクセルモータ、３４ボールスクリューハウジング、３５カムハウジング、３６タペットローラ、３７ベアリング、３８芯部、３９アーム、４０シム、４１カムフォークシャフト、４２ボールスクリュー、４３ベアリング、４４ギア、４５ピニオンギア、４６スライドナット、４７ナットフォーク、４８カムフォーク、４８ａ基部、４９ベアリング、４９ａ内輪、４９ｂ外輪、４９ｃ転動体、５０ガイドリング、５１Ｃリング、５２ボス部、５３点火プラグ、５４点火プラグボス、５５プラグホール、５６キャップ、１００自動二輪車、１１６エンジンユニット、１１６Ａシリンダブロック。

Claims

シリンダヘッドに回転自在に軸支されたカムシャフトと、該カムシャフトに回転一体且つその軸方向に移動可能としたカムと、前記カムシャフトの上方にてカムフォークを介して前記カムをその軸方向に移動させるカムフォークシャフトとを備えた内燃機関の動弁装置であって、
前記カムは、前記カムシャフトの軸方向に対して一方向に傾斜するカム面を有して動弁系部品に接触し、
前記カムフォークシャフトはシリンダ軸線方向視で前記カムシャフトよりも、燃焼室中心に配置される点火プラグを嵌挿するための点火プラグボス側に近接配置され、
前記カムフォークの基端部は前記カムのカム高さ低位側の端面が、前記点火プラグの中心から移動方向へオフセットした位置と前記カムシャフトの軸受位置との範囲内で移動することを特徴とする内燃機関の動弁装置。
前記カムフォークの基端部は前記カムのカム高さ低位側が、該カム高さ高位側よりも径方向に外側に大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
前記カムは、そのカム面と対向する面を有するタペットローラと接触することでバルブを作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の動弁装置。
前記カムシャフトの上方であって、前記カムフォークシャフトに対して前記点火プラグとは反対側にカムフォークシャフトの駆動源であるアクセルモータが配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の動弁装置。
前記カムフォークの基端部と前記点火プラグボスの上方への延出部と間に所定の間隙が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の動弁装置。