JP2015124707A - Ｏｈｖエンジンの可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造のＯＨＶエンジンの可変動弁機構を提供する。【解決手段】ＯＨＶエンジン（Ｅ）の可変動弁機構６０を、カムシャフトに並設された第１カム６１および第１カム６１よりもリフト量が大きい第２カム６２、第１カム６１に摺接し、プッシュロッド５５の下端５５ｂを支持する第１ロッカアーム６４、および第２カム６２に摺接する第２ロッカアーム６５を含むものとする。第２ロッカアーム６５に対し、第１ロッカアーム６４と係合する係合位置と第１ロッカアーム６４から離脱する離脱位置とをとり得るように下部ロッカシャフト６３の軸方向に移動可能かつ第２ロッカアーム６５と共に回動するようにクラッチ７１を設ける。さらに、クラッチ７１を係合位置に向けて付勢する付勢手段（７２）を設けるとともに、クラッチ７１の回動を許容しつつクラッチ７１の係合位置側への移動を規制する規制手段（８０）を設ける。【選択図】図９

Description

本発明は、排気弁または吸気弁のリフト量の切替が可能なＯＨＶエンジンの可変動弁機構に関する。

４ストローク制御自着火エンジンにおいて、良好な応答性をもって吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを切り替え可能とした可変動弁機構が知られている（特許文献１）。この可変動弁機構は、シリンダヘッドに設けられた吸気弁および排気弁を開閉駆動する上部ロッカアームが、クランクケースに設けられたカムシャフトによってプッシュロッドを介して揺動駆動される、いわゆるＯＨＶ（オーバーヘッドバルブ）エンジンに適用されている。そして、可変動弁機構は、カムシャフトとプッシュロッドとの間に介装した下部ロッカアームに設けられている。

具体的には、特許文献１の可変動弁機構では、調時伝動装置を介してクランクシャフトによって回転駆動され、低リフトカムを備えた第１カム軸と、第１カム軸を同軸上で貫通して第１カム軸と相対回転可能かつ軸方向移動不能に配置され、高リフトカムを備えた第２カム軸とにより動弁カム軸を構成し、第１カム軸の端面に係合凹部を形成する。一方、係合凹部に係合して第１及び第２カム軸を所定の位相関係に連結する連結位置と、係合凹部から離脱して第１及び第２カム軸の連結を解除する非連結位置との間を摺動しうるように、クラッチ部材を第２カム軸にスプライン嵌合し、クラッチ部材を連結位置及び非連結位置間でシフトすべく、クラッチシフト手段を第２カム軸に軸方向摺動自在に支持させている。

特開２０１２−７５９６号公報

しかしながら、特許文献１の可変動弁機構は、２つのカム軸にそれぞれカムを設けたうえで両カム軸を同軸上に貫通する態様で組み付ける構成となっており、カムシャフトの構造が複雑である。そのため、ユニフロー２ストロークエンジンのような簡易な構造のエンジンには、より簡易で小型な可変排気バルブタイミング機構が求められる。

本発明は、このような背景に鑑み、簡易な構造のＯＨＶエンジンの可変動弁機構を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明は、クランクケース（２）によって回転可能に支持され、クランクシャフト（８）によって駆動されるカムシャフト（延出部１４）と、前記クランクケースに設けられた下部ロッカシャフト（６３）によって揺動可能に支持され、前記カムシャフトによって駆動される下部ロッカアーム（６４、６５）と、前記下部ロッカアーム（６４）によって支持される下端（５５ｂ）を有するプッシュロッド（５５）と、シリンダヘッド（４）に設けられた上部ロッカシャフト（５３）によって揺動可能に支持され、前記プッシュロッドにより駆動される上部ロッカアーム（５４）と、前記シリンダヘッドに変位可能に設けられ、前記上部ロッカアームによって駆動されるバルブ（４８）とを備えたＯＨＶエンジン（Ｅ）の可変動弁機構（５０、６０）に関する。本発明は、前記カムシャフトが第１カム（６１）および当該第１カムよりもリフト量が大きい第２カム（６２）を有し、前記下部ロッカアームが、前記第１カムに摺接し、前記プッシュロッドの下端を支持する第１ロッカアーム（６４）、および前記第２カムに摺接する第２ロッカアーム（６５）を含み、前記第２ロッカアームに対して前記下部ロッカシャフトの軸方向に移動可能かつ前記第２ロッカアームと共に回動するように設けられ、前記第１ロッカアームと係合する係合位置と前記第１ロッカアームから離脱する離脱位置とをとり得るクラッチ（７１）と、前記クラッチを前記係合位置に向けて付勢する付勢手段（７２）と、前記クラッチの回動を許容しつつ前記クラッチの前記係合位置側への移動を規制する規制手段（８０）とを備えた構成とする。

ここで、ＯＨＶエンジンとは、一般的には４ストロークエンジンの一形式を指すものとして用いられるが、ここではエンジンが４ストロークであることを特定するものではなく、単に、バルブがシリンダヘッド（頭上）に設けられる一方、カムシャフトがシリンダヘッド（頭上）に設けられないことを特定するものである。また、ここでいう「リフト量が大きい」とは、全ての開弁角度幅にわたってリフト量が大きいことを特定するものではなく、少なくとも一部の開弁角度においてリフト量が大きいことを意味する。したがって、最大リフト量は同一であってもよい。また、開弁角度幅は大きくなっても当然よいが、同一であってもよい。

この構成によれば、クラッチが第１ロッカアームに係合しないときには、第１ロッカアーム及び第２ロッカアームが非連結状態となり、第２ロッカアームはロストモーションを行い、プッシュロッドは第１ロッカアームにより第１カムのカムプロファイルに従って駆動される。一方、クラッチが第１ロッカアームに係合したときには、第１ロッカアーム及び第２ロッカアームが連結状態となり、プッシュロッドは第２カムのカムプロファイルに従って駆動される。そして、規制手段によって係合位置側への移動を規制されることで第１ロッカアームと第２ロッカアームとの連結及び非連結を切り替えるクラッチが、第２ロッカアームに対してスプライン嵌合の態様で取付可能である。そのため、カムシャフトを複雑な構造にすることなく、簡易な構造で可変動弁機構を実現できる。

また、上記の発明において、前記規制手段は、前記クランクケースに設けられたガイド手段（７５）によって前記下部ロッカシャフトの軸方向に移動可能に支持され、前記クラッチの少なくとも前記係合位置側を向く面（７４ａ）に摺接するシフトプレート（７６）と、前記下部ロッカシャフトの軸方向と略直交する方向に延在するように前記クランクケースに回転可能に設けられ、前記シフトプレートに対して前記係合位置側に配置されて前記シフトプレートと接触する先端部（７８ａ）の断面形状がカム形状をなす制御シャフト（７８）とを含む構成とすることができる。

この構成によれば、第２ロッカアームと共に回動するクラッチと、クラッチの移動を規制するシフトプレートとの接触面積を大きくして局所的な摩擦力の上昇および摺動部の磨耗を抑制できる。

また、上記の発明において、前記クラッチの外周面には周方向に延在する係合溝（７４）が形成され、前記シフトプレートが前記係合溝に係合する円弧状の縁部（７６ｅ）を有する構成とすることができる。

この構成によれば、クラッチとシフトプレートとの接触面積を大きくできる。また、付勢手段によって係合位置に向けて付勢されているクラッチをシフトプレートが安定的に保持できる。そのため、クラッチが傾こうとする力が小さくなり、クラッチの移動抵抗を小さくできる。

また、上記の発明において、前記シフトプレートが、前記円弧状の縁部よりも上方および下方で前記下部ロッカシャフトの軸方向に延在する少なくとも２つのガイド部材（７５、７５）によって案内される構成とすることができる。

この構成によれば、ガイド部材によってシフトプレートの姿勢が維持される。そのため、シフトプレートのこじれが抑制され、シフトプレートの移動抵抗を小さくできる。

また、上記の発明において、前記第１ロッカアームは、前記第２ロッカアームに向けて突出する係合凸部（６４ｆ）を有し、前記クラッチは、前記第１ロッカアームに向けて開口し、前記係合凸部に係合可能な係合凹部（７３）を有し、当該係合凹部は、底側において前記係合凸部と相補完形状をなすとともに、開口に向けて拡開する一対の傾斜面（７３ａ）を有する構成とすることができる。

この構成によれば、クラッチが係合位置にあるときには係合凹部が係合凸部と確実に係合し、クラッチが離脱位置から係合位置に移動するときには係合凸部が係合凹部内に進入しやすくなる。

また、上記の発明において、前記バルブが排気弁（４８）であり、且つＯＨＶエンジンがユニフロー型２ストロークエンジンであり、前記カムシャフト（１４）が前記クランクシャフトと一体に設けられている構成とすることができる。

この構成によれば、カムシャフトを別途設ける必要がないため、エンジンをより小型化できる。なお、第１及び第２カムはクランクシャフトと共に回転するが、エンジンが２ストロークであるため問題はない。

このように本発明によれば、簡易な構造のＯＨＶエンジンの可変動弁機構を提供することができる。

実施形態に係るエンジンの縦断面図（図２中のＩ−Ｉ断面図） 図１中のII-II断面図 図２中のIII−III断面図 複リンク機構の動作説明図 図３中のＶ−Ｖ断面図 カムプロファイルの説明図 両カムによる排気弁開弁角度の説明図 可変動弁機構の透視斜視図 可変動弁機構の分解斜視図 可変動弁機構の動作説明図

以下、図面を参照して、本発明をユニフロー型単気筒２ストロークエンジン（以下、単にエンジンＥと称する。）に適用した実施形態について詳細に説明する。

図１および図２に示すように、エンジンＥの機関本体１は、内部にクランク室２ａを画成するクランクケース２と、クランクケース２の上部に起立状態で接合され、内部にシリンダボア３ａを画成するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に接合されるシリンダヘッド４と、シリンダヘッド４の上部に接合されてシリンダヘッド４との間に上部動弁室６を画成するヘッドカバー５とを有している。

クランクケース２は、図２に示すように、シリンダ軸線３Ｘを通る面で左右に分割された一対のクランクケース半体７、７によって構成される。左右のクランクケース半体７、７は、適所に配置された本実施形態では７本のボルト９（図１、図３）によって互いに締結されて一体となっている。各クランクケース半体７の側壁７Ｓには、クランクシャフト８を支持する第１ベアリングＢ１がそれぞれ設けられている。クランクシャフト８は、クランク室２ａにクランクスローが収容された状態で第１ベアリングＢ１を介してクランクケース２によって回転自在に支持される。

クランクシャフト８は、第１ベアリングＢ１によって支持される一対のジャーナル１１、１１と、両ジャーナル１１、１１の互いに近接する側の端部に結合された一対のウェブ１２、１２と、両ウェブ１２、１２によってジャーナル１１から偏心した位置に支持されたクランクピン１３と、各ジャーナル１１から同軸に延びる一対の延出部１４、１４とを有している。各ウェブ１２は、クランク軸線８Ｘを中心としてクランクピン１３までの距離よりも大きな半径を有する円盤状に形成されており、クランクシャフト８の回転を安定化させるフライホイールの役割を果たしている。

クランクシャフト８の各延出部１４は、各クランクケース半体７の側壁７Ｓに形成された貫通孔１５、１５を通ってクランクケース２の外部に延出している。クランクケース２の両側壁７Ｓにおける第１ベアリングＢ１の外側には、クランク室２ａの気密性を確保するための第１シール部材Ｓ１、Ｓ１がそれぞれ設けられている。図２および図３に示すように、右側のクランクケース半体７の側壁７Ｓには、クランクシャフト８の右側の延出部１４を取り囲むように突出する下部動弁ケース本体１７が一体に形成されている。

下部動弁ケース本体１７は、突出端が開放された有底筒状に形成されており、内部に下部動弁室１８を画成する。下部動弁ケース本体１７の突出端には、下部動弁室１８を塞ぐように動弁室カバー１９が取り付けられる。下部動弁ケース本体１７の突出端面にはシール溝１７ａが形成されており、シール溝１７ａに装着された第２シール部材Ｓ２によって下部動弁ケース本体１７と動弁室カバー１９とが気密性をもって接合される。

クランクシャフト８の右側の延出部１４は、動弁室カバー１９を貫通してさらに外方に延出している。動弁室カバー１９のクランクシャフト８を貫通させる貫通孔１９ａの内面には、下部動弁室１８の気密性を確保し、ひいてはクランク室２ａの気密性を確保するための第３シール部材Ｓ３が設けられている。

図１に示すように、クランクシャフト８は、クランクピン１３の回転中心となるクランク軸線８Ｘ、すなわちジャーナル１１の軸心がシリンダ軸線３Ｘに対して一側方（図１の左側方）にオフセットした位置に配置される。クランクピン１３には、３つの支点（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）を有するトリゴナルリンク２０の中間支点をなす筒状の中間筒部２０ａが第２ベアリングＢ２を介して回動自在に連結されている。

本実施形態では、トリゴナルリンク２０は、中間筒部２０ａによって互いに平行に延在するように連結された２つの板状部２０ｄ、２０ｄと、両端部近傍で両板状部２０ｄ、２０ｄによってそれぞれ両軸端を支持されてそれぞれ支点をなす第１連結ピン２０ｂおよび第２連結ピン２０ｃとを有しており、３つの支点（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が略直線上に概ね等間隔に配置されている。

トリゴナルリンク２０のシリンダ軸線３Ｘ側の第１連結ピン２０ｂ（一端部）には、コネクティングロッド（以下、コンロッド２１と略称する。）の大端部２１ａが第３ベアリングＢ３を介して回動自在に連結されている。コンロッド２１の小端部２１ｂは、シリンダボア３ａを昇降するピストン２２にピストンピン２２ａおよび第４ベアリングＢ４を介して連結されている。

クランク軸線８Ｘに対してシリンダ軸線３Ｘと相反する側、かつクランク軸線８Ｘよりも下側には、クランク軸線８Ｘと平行な軸線を有する支点軸２３が配置されている。支点軸２３は、図２に示すように両端部がクランクケース２に形成された有底孔２４に圧入されることによってクランクケース２に固定されている。支点軸２３には揺動リンク２５の基端部２５ａが第５ベアリングＢ５を介して回動可能に連結されている。揺動リンク２５は基端部２５ａから概ね上方に向けて延び、その上端となる揺動端部２５ｂがトリゴナルリンク２０のシリンダ軸線３Ｘから遠い側の第２連結ピン２０ｃ（他端部）に第６ベアリングＢ６を介して回動可能に連結される。

このように、エンジンＥは、コンロッド２１に加えてトリゴナルリンク２０および揺動リンク２５を備えた複リンク機構３０を有している。複リンク機構３０は、ピストン２２の往復運動をクランクシャフト８の回転運動に変換する。そして複リンク機構３０を構成する部材は、予混合された混合気の自着火が適切に行われるように燃料の特性に応じて設定された圧縮比（動的圧縮比およびこれに対応する幾何学的圧縮比）が実現されるように、その配置や寸法などが設定される。燃料としては、ガソリン、軽油、灯油、ガス（都市ガスやＬＰガス）などが用いられる。

エンジンＥが複リンク機構３０を備えることにより、エンジンＥの大型化を抑制しつつ、大きなピストンストロークＬによって燃焼エネルギーの取出量を増やすことが可能になり、熱効率が大幅に向上する。すなわち、図４（Ａ）に示すように、ピストン２２の上死点では、コンロッド２１の大端部２１ａが、トリゴナルリンク２０の右端の第１連結ピン２０ｂによってクランクピン１３よりも上方へ第１距離Ｄ１だけ押し上げられる。一方、図４（Ｂ）に示すように、ピストン２２の下死点では、コンロッド２１の大端部２１ａは、トリゴナルリンク２０の右端の第１連結ピン２０ｂによってクランクピン１３よりも下方へ第２距離Ｄ２だけ押し下げられる。その結果、ピストンストロークＬは、コンロッド２１の大端部２１ａをクランクピン１３に直接連結した同一クランク半径Ｒを有する通常のレシプロエンジンに比べ、上記距離の和（Ｄ１＋Ｄ２）だけ伸長することになる。従って、本実施形態のエンジンＥでは、クランクケース２の大型化やエンジンＥの全高の増大を抑制しつつ、ピストンストロークＬを増大させることが可能である。

また、このエンジンＥでは、コンロッド２１の大端部２１ａの軌跡Ｔが図４に示すように円形ではなく縦長な形状になる。すなわち、同一クランク半径Ｒを有する通常のレシプロエンジンに比べ、コンロッド２１の揺動角度が小さくなる。そのため、シリンダボア３ａの小径化を可能にしながら、シリンダ下端部（後述するシリンダスリーブ４２の下端部）とコンロッド２１との干渉を回避することができる。また、コンロッド２１の揺動角度が小さくなることから、ピストン２２がスラスト側および反スラスト側でシリンダに与える荷重が低減される。

図１に示すように、旋回するトリゴナルリンク２０や揺動する揺動リンク２５、縦長の軌跡Ｔをもって回転運動するコンロッド２１の大端部２１ａなどが干渉しないように、クランク室２ａは、揺動リンク２５側では幅方向に長く、ピストン２２の直下では上下方向に長く形成される。クランクケース２の上部には、クランク室２ａに接続する円形断面の開口部３１が鉛直に延在するように形成されている。開口部３１は、シリンダスリーブ４２の下部の外径よりも大きな内径を有し、シリンダスリーブ４２の下部の周囲にクランク室２ａに繋がる環状の空間を形成する。

また、クランクケース２の上部における開口部３１に隣接した位置には、吸気ポート３２が斜め上方からクランクシャフト８に向けてクランク室２ａに接続するように形成されている。吸気ポート３２には、吸気ポート３２側からクランク室２ａ側への流体の流れを許容する一方で、クランク室２ａ側から吸気ポート３２側への流体の流れを阻止するリード弁３３が設けられている。リード弁３３は、ベース部材３３ａと、ベース部材３３ａに取り付けられた板状の一対の弁体３３ｂ、３３ｂと、各弁体３３ｂの背面側に設けられる一対のストッパ３３ｃ、３３ｃとを有している。弁体３３ｂはストッパ３３ｃとともにベース部材３３ａに固定されている。リード弁３３は、通常は閉弁しており、ピストン２２の上昇によってクランク室２ａ内の圧力が低下すると開弁する。

クランクケース２には、リード弁３３を介して通路部材３４が取り付けられている。通路部材３４は、鉛直に延在して吸気ポート３２に接続する吸気通路３４ａを画成するとともに、吸気通路３４ａを開閉するスロットル弁３４ｂを水平な軸心をもって軸支している。また、通路部材３４には、吸気通路３４ａのスロットル弁３４ｂよりも下流側を臨む位置に燃料噴射弁３５が取り付けられている。燃料噴射弁３５は、噴射ノズル３５ａを斜め下方のリード弁３３に向けて傾斜配置されており、リード弁３３が開くタイミングに合わせて吸気通路３４ａの下流側部分に燃料を噴射する。通路部材３４の上流側には、上方に向けて延びた後に屈曲して水平に延在するＬ字状の吸気管３６が接続されている。

クランクケース２の上面には、上方に向けて突出する４本のスタッドボルト３８がシリンダボア３ａを取り囲むように四隅に植設されている（図１、図５参照）。シリンダブロック３およびシリンダヘッド４は、これら４本のスタッドボルト３８およびそれぞれに螺合する袋ナット３９によってクランクケース２に共締めされている。

図１および図２に示すように、シリンダブロック３には上下方向に延在する円形断面の貫通孔４１が形成されており、この貫通孔４１に円筒状のシリンダスリーブ４２が下端を突出させるように圧入されている。シリンダブロック３の貫通孔４１は、上部において下部よりも大きな径を有する段付孔となっており、この段部には上向きの環状肩面４１ａが形成される。貫通孔４１の上部における下部に対して拡径した部分（正確には、後述する環状突起４２ｂよりも上方の部分）には、環状空間４１ｂが形成される。

シリンダスリーブ４２は、面取りされた下端を除き、軸方向の全長にわたって同一の内径を有しており、シリンダスリーブ４２の内周面４２ａによってシリンダボア３ａが画成される。一方、シリンダスリーブ４２の外径は、シリンダブロック３から下方に突出した部分において他の部分よりも小さくなっている。また、シリンダスリーブ４２の外周面における環状肩面４１ａに対応する位置には環状突起４２ｂが形成されており、環状突起４２ｂが環状肩面４１ａに係止されることによってシリンダブロック３に対するシリンダスリーブ４２の下方への位置決めがなされる。シリンダスリーブ４２は、シリンダブロック３の高さよりも大きな高さを有しており、上端面をシリンダブロック３の上端面と同一平面上に配置するとともに、下部をシリンダブロック３よりも下方に突出させるとともにクランクケース２の開口部３１に突入させている。

シリンダスリーブ４２の前後両側には、周壁を貫通する掃気孔４２ｃ、４２ｃが形成されている。各掃気孔４２ｃは、シリンダブロック３とクランクケース２との接合面よりも高い位置に配置された上端を有している。両掃気孔４２ｃ、４２ｃは、同一の形状および同一の大きさに形成され、シリンダ軸線３Ｘを中心として１８０度異なる位置に且つ同一の高さに配置されてる。本実施形態では、各掃気孔４２ｃは、図２に示すように左右に２分割された構成とされている。

図１に示すように、シリンダブロック３における掃気孔４２ｃに対向する位置には、クランク室２ａ側から掃気孔４２ｃに混合気を円滑に流すべく湾曲形状とされた凹部３ｂが形成されている。この凹部３ｂと掃気孔４２ｃとにより、開口部３１を介してクランク室２ａとシリンダボア３ａとを連通する掃気ポート４３が形成される。掃気ポート４３は、ピストン２２の下降行程の終期および上昇行程の初期に開口部３１を介してクランク室２ａとシリンダボア３ａ（ピストン２２よりも上側の燃焼室４４）とを連通させる。すなわちピストン２２の昇降によって掃気ポート４３の開閉が行われる。

図１および図２に示すように、シリンダヘッド４の下面におけるシリンダボア３ａに対応する位置には、ドーム状のヘッド側燃焼室４ａが凹設されており、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド４との間に燃焼室４４が形成される。また、シリンダヘッド４の下面におけるヘッド側燃焼室４ａの周囲には、前述したシリンダブロック３に形成された環状空間４１ｂと接続する環状溝４ｂが形成されている。環状空間４１ｂおよび環状溝４ｂによって、ヘッド側燃焼室４ａおよびシリンダボア３ａの上部を囲繞するウォータージャケット４５が構成される。

シリンダヘッド４には、排気ポート４６が燃焼室４４の頂部に開口するように形成されるとともに、点火プラグ４７が燃焼室４４に臨むように螺着されている。点火プラグ４７は、エンジン始動時に点火駆動され、燃焼室４４内の混合気に火花点火を行う。また、シリンダヘッド４には、排気ポート４６を開閉するポペット型の排気弁４８が、クランク軸線８Ｘ方向に傾斜した状態でステムエンドを上部動弁室６に配置して摺動可能に設けられている。上部動弁室６には、排気弁４８を開閉駆動する動弁機構５０の一部が配置されている。

動弁機構５０は、排気弁４８を閉弁方向（上方）に付勢するバルブスプリング５１と、シリンダヘッド４に設けられた支柱５２によってクランクシャフト８と直交する方向に支持された上部ロッカシャフト５３と、上部ロッカシャフト５３によって揺動自在に支持された上部ロッカアーム５４とを含んでいる。上部ロッカアーム５４は、クランクシャフト８と概ね平行に延在しており、一端にはプッシュロッド５５の上端５５ａに当接する受け部５４ａが形成され、他端には排気弁４８のステムエンドに当接するスクリュアジャスタ５４ｂが設けられている。プッシュロッド５５の上端５５ａは半球状とされており、上部ロッカアーム５４の受け部５４ａは、プッシュロッド５５に対応する球状に凹陥した座面を形成してプッシュロッド５５の上端５５ａを摺動可能に受容する。

図２および図３に示すように、プッシュロッド５５は、シリンダブロック３に対してクランク軸線８Ｘ方向の一側に概ね鉛直に延在するように配置され、シリンダヘッド４に接続された上端を有する中空のロッドケース５６に収容されている。ロッドケース５６はシリンダヘッド４と下部動弁ケース本体１７とに掛け渡され、ロッドケース５６の下端は下部動弁ケース本体１７の上壁に接続している。

ロッドケース５６の下端は、クランクシャフト８がシリンダ軸線３Ｘからオフセットしていることから、下部動弁ケース本体１７の上壁におけるクランクシャフト８から側方にオフセットした部位に接続される。下部動弁室１８にも動弁機構５０の一部が配置される。下部動弁室１８に配置される動弁機構５０の一部は、排気弁４８のリフト量を変更可能な可変動弁機構６０を構成する。下部動弁ケース本体１７の下壁には、下部動弁室１８内の潤滑油を排出するためのドレン孔５７が形成されており、ドレンプラグ５８によってドレン孔５７は閉塞される。

図５に併せて示すように、可変動弁機構６０は、クランクシャフト８の下部動弁室１８内に延在する部位に並設された第１カム６１および第２カム６２と、クランクケース２の側壁７Ｓと動弁室カバー１９とによってクランクシャフト８と平行に支持された下部ロッカシャフト６３と、下部ロッカシャフト６３によって２つのカム６１、６２に対応する位置に揺動自在に支持された第１ロッカアーム６４および第２ロッカアーム６５とを含んでいる。すなわちクランクシャフト８の一方（図２の右側）の延出部１４がカムシャフト６６を構成している。

図６に示すように、第１カム６１は比較的小さなリフト量を実現するカムプロファイルを有しており、主にエンジン始動時や低速回転及び低負荷運転時に用いられる。一方、第２カム６２は第１カム６１に比べて大きなリフト量を実現するカムプロファイルを有しており、主に高速回転及び高負荷運転時に用いられる。なお、両カム６１、６２のベース円ＢＣは、同一径であり、図６中の二点鎖線はベース円ＢＣの延長仮想線を示している。

図７は、ピストン２２が上死点ＴＤＣにあるときのクランクシャフト８の回転角度を０度としたときの（Ａ）第１カム６１による排気弁４８の開弁角度、および（Ｂ）第２カム６２による排気弁４８の開弁角度をそれぞれ示している。図示するように、第１カム６１のカムプロファイルは、クランク角１８０度を挟んで比較的小さな回転角度幅に設定され、第２カム６２のカムプロファイルは、クランク角１８０度を挟んで第１カム６１によるものよりも大きな回転角度幅に設定されている。また、第２カム６２では、第１カム６１に比べて早いタイミング（回転角）で排気弁４８が開弁し、第１カム６１に比べて遅いタイミングで排気弁４８が閉弁するように設定されている。

図３および図５に示すように、第１ロッカアーム６４は、下部ロッカシャフト６３によって支持される筒部６４ａと、筒部６４ａからクランクシャフト８側に延びる第１アーム６４ｂと、第１アーム６４ｂの端部に軸支され、第１カム６１に転接するローラ６４ｃと、筒部６４ａから第１アーム６４ｂと反対側に延びる第２アーム６４ｄと、第２アーム６４ｄの端部に形成されてプッシュロッド５５の下端５５ｂを支持する受け部６４ｅとを有している。プッシュロッド５５の下端５５ｂは半球状とされており、受け部６４ｅはこれに対応する球面状に凹陥する座面を形成してプッシュロッド５５の下端５５ｂを摺動可能に受容する。第２アーム６４ｄの基部には、第２ロッカアーム６５に向けて突出する係合凸部６４ｆが形成されている。

一方、第２ロッカアーム６５は、図５、図８および図９に示すように、下部ロッカシャフト６３によって支持される筒部６５ａと、筒部６５ａからクランクシャフト８側に延びる第１アーム６５ｂと、第１アーム６５ｂの端部に軸支され、第２カム６２に転接するローラ６５ｃとを有している。第２ロッカアーム６５の第１アーム６５ｂと下部動弁ケース本体１７との間には、ローラ６５ｃを第２カム６２に転接させる向きに第１アーム６５ｂを付勢するロストモーションスプリング６７が設けられる。ロストモーションスプリング６７の下部動弁ケース本体１７には、ロストモーションスプリング６７の付勢力を調整する調整スクリュ６８が設けられる。

第２ロッカアーム６５の筒部６５ａは筒状を呈し、その外周面に下部ロッカシャフト６３と平行に延びる複数のキー溝６９が形成されている。すなわち、第２ロッカアーム６５の筒部６５ａは、下部ロッカシャフト６３と同軸のスプラインシャフト７０を構成する。第２ロッカアーム６５の筒部６５ａには、第１ロッカアーム６４と第２ロッカアーム６５との連結及び非連結を切り替えるための筒状のクラッチ７１が、キー溝６９方向に移動可能にスプライン嵌合している。これにより、クラッチ７１は、下部ロッカシャフト６３の軸線方向に移動可能に、且つ第２ロッカアーム６５と共に回動するように、スプラインシャフト７０によって支持される。クラッチ７１と動弁室カバー１９との間には付勢手段である圧縮円錐コイルばね７２が縮設され、クラッチ７１が圧縮円錐コイルばね７２によって常時第１ロッカアーム６４側に付勢される。

図９に示すように、クラッチ７１の第１ロッカアーム６４側の端縁には、第１ロッカアーム６４に向けて開口する切欠である係合凹部７３が形成されている。係合凹部７３は、第１および第２ロッカアーム６４、６５が第１および第２カム６１、６２のベース円ＢＣに接しているときに第１ロッカアーム６４の係合凸部６４ｆに対応する位置に形成され、図１０（Ａ）に併せて示すように、底側において係合凸部６４ｆと相補完形状をなすとともに、第１ロッカアーム６４側の端縁側の開口に向けて拡開する一対の傾斜面７３ａを有している。

クラッチ７１は、スプラインシャフト７０上の下部ロッカシャフト６３の軸線方向に移動することにより、図１０（Ｂ）に示す、係合凹部７３が係合凸部６４ｆを受容することで第１ロッカアーム６４と係合する係合位置と、図１０（Ａ）に示す、係合凹部７３が係合凸部６４ｆから離反することで第１ロッカアーム６４から離脱する離脱位置とをとり得る。クラッチ７１が図１０（Ｂ）の係合位置にあるときには、第１および第２ロッカアーム６４、６５は連結されて一体となって回動する。一方、クラッチ７１が図１０（Ａ）の係合位置にあるときには、第１および第２ロッカアーム６４、６５は、その連結を解除され、個別に回動する。

図８および図９に示すように、クラッチ７１の外周面における第１アーム６５ｂや第２カム６２と相反する前側には、周方向に延びる係合溝７４が形成されている。係合溝７４は、下部ロッカシャフト６３やスプラインシャフト７０の軸線方向と直交する方向に延在するように形成されている。クラッチ７１の近傍には、下部ロッカシャフト６３と同様にクランクケース２の側壁７Ｓと動弁室カバー１９とによって両端部を支持された２本のガイドロッド７５、７５が設けられている。両ガイドロッド７５は、それぞれ下部ロッカシャフト６３と平行に延在しており、第１ロッカアーム６４の第２アーム６４ｄの上側および下側に配置される。

両ガイドロッド７５には、これによって案内され、クラッチ７１のスプラインシャフト７０方向への移動を規制するシフトプレート７６が設けられる。シフトプレート７６は、クラッチ７１の外周面に対応した円弧形状を呈するプレート部７６ａと、プレート部７６ａの上端および下端に一体に設けられ、ガイドロッド７５を挿通させる筒状のロッド支持部７６ｂ、７６ｃとを有している。シフトプレート７６は、プレート部７６ａの径方向内側の円弧状の縁部７６ｅをクラッチ７１の係合溝７４に係合させた状態で、ガイドロッド７５、７５をロッド支持部７６ｂ、７６ｃに挿通させるように組み付けられる。

図８および図１０に示すように、このように組み付けられるシフトプレート７６の第１ロッカアーム６４側（係合位置側）には、シフトプレート７６の第１ロッカアーム６４側への移動を規制する制御シャフト７８が設けられる。図５に示すように、制御シャフト７８は、スプラインシャフト７０の軸方向と略直交する前後方向に延在するようにクランクケース２に回転可能に設けられており、下部動弁ケース本体１７の前側壁に取り付けられた電動モータ７９によって回転駆動される。なお、下部動弁ケース本体１７における制御シャフト７８を貫通させる位置には、下部動弁室１８の気密性を確保するために第４シール部材Ｓ４が設けられる。

制御シャフト７８におけるシフトプレート７６と接触する先端部７８ａの断面形状は略半円形すなわち回転中心７８Ｘから輪郭線までの距離が変化するカム形状となっている。制御シャフト７８が電動モータ７９によって回転駆動されることにより、シフトプレート７６が圧縮円錐コイルばね７２の付勢力に抗してクラッチ７１を第２ロッカアーム６５側（離脱位置側）に移動させる。このような構成により、シフトプレート７６は、圧縮円錐コイルばね７２によって付勢されたクラッチ７１の係合溝７４の第１ロッカアーム６４を向く側面７４ａに摺接し、クラッチ７１の回動を許容しつつ、クラッチ７１の第１ロッカアーム６４側（係合位置側）への移動を規制する。

これらのシフトプレート７６および制御シャフト７８により、クラッチ７１の回動を許容しつつクラッチ７１の係合位置側への移動を規制する規制手段８０が構成される。

次に、このように構成された可変動弁機構６０の動作について図１０を参照しながら詳細に説明する。図１０（Ａ）に示すように、制御シャフト７８が円弧面側をシフトプレート７６側に向けているときには、シフトプレート７６がクラッチ７１を図中左側の離脱位置に保持しており、クラッチ７１の係合凹部７３に第１ロッカアーム６４の係合凸部６４ｆが進入していない。この状態では、第１ロッカアーム６４は、クラッチ７１によって第２ロッカアーム６５と連結されておらず、第１カム６１のカムプロファイルに従って揺動する。なお、第２ロッカアーム６５は、第２カム６２のカムプロファイルに従って揺動しているが、その運動はプッシュロッド５５に伝わらないロストモーションとなっている。クラッチ７１は、係合溝７４の第１ロッカアーム６４を向く側面７４ａをシフトプレート７６のプレート部７６ａに摺接させながら第２ロッカアーム６５と共に回動する。

制御シャフト７８が白抜き矢印方向に回転駆動されて、図１０（Ｂ）に示すように弦側をシフトプレート７６側に向けると、圧縮円錐コイルばね７２によって付勢されたクラッチ７１およびクラッチ７１に係合するシフトプレート７６は、図中右側の係合位置に移動し、クラッチ７１の係合凹部７３に第１ロッカアーム６４の係合凸部６４ｆが進入する。この状態では、第１ロッカアーム６４は、クラッチ７１によって第２ロッカアーム６５と連結され、リフトが大きな第２カム６２のカムプロファイルに従って揺動する。このときも、クラッチ７１は、係合溝７４の第１ロッカアーム６４を向く側面７４ａをシフトプレート７６のプレート部７６ａに摺接させながら第２ロッカアーム６５と共に回動する。

逆に、図１０（Ｂ）に示す状態で制御シャフト７８が駆動されて図１０（Ａ）のように円弧面側をシフトプレート７６側に向けて回転する際には、一対のガイドロッド７５、７５に案内されて移動するシフトプレート７６がクラッチ７１を図中左側に移動させることにより、クラッチ７１と第１ロッカアーム６４との係合が解除される。

このように構成されたエンジンＥは、始動後、次のように作動する。なお、エンジン始動時には、可変動弁機構６０の規制手段８０は、図１０（Ａ）に示す状態、すなわち、離脱位置にあるクラッチ７１の係合位置側への移動を制御シャフト７８によって規制した状態にある。この状態では、クラッチ７１が第１ロッカアーム６４から離脱していることから、上部ロッカアーム５４およびプッシュロッド５５を介して第１ロッカアーム６４によって駆動される排気弁４８が第１カム６１のカムプロファイルに従って駆動される。

図１を参照すると、まず、ピストン２２の上昇行程では、これに伴ってクランク室２ａの減圧によってリード弁３３が開弁し、スロットル弁３４ｂによって流量を制御された新気と、この新気に向けて燃料噴射弁３５によって噴射された燃料とが混合気を形成しつつ、リード弁３３および吸気ポート３２を通過してクランク室２ａに吸入される。なお、シリンダボア３ａ内の混合気はピストン２２によって圧縮され、ピストン２２の上死点近傍で点火プラグ４７が火花点火を行うことにより燃料が着火する。

その後、ピストン２２が下降行程に移ると、リード弁３３が閉じることからスロットル弁３４ｂ側への逆流が阻止され、クランク室２ａ内の混合気は圧縮される。ピストン２２の下降が進んでピストン２２が掃気ポート４３を開放する前に、第１カム６１のカムプロファイルに従って動弁機構５０によって駆動された排気弁４８が排気ポート４６を開放する。排気ポート４６の開放期間（クランク角度）は、図７（Ａ）に示した通りである。次いで、ピストン２２が掃気ポート４３を開放すると、圧縮された混合気が掃気ポート４３を通ってシリンダボア３ａ内（燃焼室４４内）に送り込まれる。燃焼室４４内の燃焼ガスは混合気によって押し出されるようにして排気ポート４６から排出され、その一部は内部ＥＧＲガスとして燃焼室４４内に残留する。排気弁４８の閉弁タイミングは、燃焼室４４内に残留するＥＧＲガス量が比較的多くなり、ＥＧＲガス量の増大に伴って上昇する混合気の圧縮時温度の上昇によって自着火が容易になるように設定されている。

ピストン２２が再び上昇行程に移ると、ピストン２２が掃気ポート４３を閉じた後、第１カム６１によって駆動された排気弁４８が排気ポート４６を閉じ、ピストン２２の上昇に伴ってシリンダボア３ａ内（燃焼室４４）内の混合気を圧縮しつつ、クランク室２ａ内を減圧してリード弁３３から混合気を吸入させる。エンジンＥの回転が安定してくると、ピストン２２が上死点近傍に到達したときに混合気が自着火して燃焼、膨張し、ピストン２２を下降させるようになる。

このようにして、エンジンＥは２サイクル動作を行い、始動時には点火プラグ４７によって火花点火を行いながらも、回転が安定してくると、予混合圧縮自着火による２サイクル動作を行う。そして、掃気ポート４３からシリンダボア３ａを経由して排気ポート４６へと流れる掃排気の流れは、曲がりの少ないユニフローとなる。

燃料噴射弁３５による燃料噴射量を増やすとともにスロットル弁３４ｂの開度を大きくして吸気量を増やし、エンジンＥの回転数（回転速度）を高速域に移行させたとき、あるいは高負荷運転になったときには、電動モータ７９が制御シャフト７８を反転させる。すると、可変動弁機構６０の規制手段８０が図１０（Ｂ）に示す状態、すなわち、クラッチ７１の係合位置への移動が可能になり、圧縮円錐コイルばね７２の付勢力によってクラッチ７１が係合位置側に移動しつつ係合凹部７３に第１ロッカアーム６４の係合凸部６４ｆを受容した状態となる。この状態では、クラッチ７１が第１ロッカアーム６４と係合することから、上部ロッカアーム５４およびプッシュロッド５５を介して第１ロッカアーム６４によって駆動される排気弁４８が第２カム６２のカムプロファイルに従って駆動される。

高速回転あるいは高負荷運転時には、排気弁４８が図７（Ｂ）に示すクランク角度（期間）で開弁するため、ピストン下降行程においては、前述した始動時および低速回転及び低負荷運転時よりも早いタイミングで排気ポート４６が開放され、ピストン上昇行程においては、前述した始動時および低速回転及び低負荷運転時よりも遅いタイミングで排気ポート４６が閉じられる。そのため、燃焼室４４に残留するＥＧＲガス量は、始動時および低速回転及び低負荷運転時よりも少なくなる。

このように、高速回転及び高負荷運転時に排気弁４８の開閉タイミングを変更することにより、運転条件に最適なガス交換が可能となる。また、始動性（始動直後の着火性）が悪い燃料を用いる場合には、始動直後に大量のＥＧＲガスを燃焼室４４内に残留させることによって筒内昇温を早期化して始動性を向上させることができる。

そして、第２ロッカアーム６５に下部ロッカシャフト６３と同軸に一体形成されたスプラインシャフト７０に対し、第１ロッカアーム６４と係合する係合位置と第１ロッカアーム６４から離脱する離脱位置とをとり得るように下部ロッカシャフト６３の軸方向に移動可能にスプライン嵌合したクラッチ７１と、圧縮円錐コイルばね７２によって係合位置に向けて付勢されたクラッチ７１の係合位置側への移動を規制する規制手段８０とを備えている。これにより、簡易な構成で第１カム６１による駆動と第２カム６２による駆動との切替が可能な可変動弁機構６０が実現される。

本実施形態では、規制手段８０が、下部ロッカシャフト６３の軸方向に移動可能にクランクケース２に設けられ、クラッチ７１の少なくとも係合位置側を向く側面７４ａに摺接するシフトプレート７６と、下部ロッカシャフト６３の軸方向と略直交する方向に延在するようにクランクケース２に回転可能に設けられ、シフトプレート７６と接触する先端部７８ａの断面形状がカム形状をなしてシフトプレート７６に対して係合位置側に配置された制御シャフト７８とを含んでいる。これにより、第２ロッカアーム６５と共に回動するクラッチ７１とシフトプレート７６との接触面積とを大きくすることが可能となり、局所的な摩擦力の上昇および摺動部の磨耗が抑制される。

本実施形態では、クラッチ７１の外周面には周方向に延在する係合溝７４が形成され、シフトプレート７６のプレート部７６ａが係合溝７４に係合する円弧状の縁部７６ｅを有することにより、クラッチ７１とシフトプレート７６との接触面積をさらに大きくすることが可能になる。また、圧縮円錐コイルばね７２によって係合位置に向けて付勢されたクラッチ７１がシフトプレート７６によって安定的に保持される。そのため、クラッチ７１が傾こうとする力が小さくなり、クラッチ７１の移動抵抗が小さくなる。

本実施形態では、シフトプレート７６が、円弧状の縁部７６ｅよりも上方および下方で下部ロッカシャフト６３の軸方向に延在する２つのガイドロッド７５、７５によって案内されるため、ガイドロッド７５、７５によってロッド支持部７６ｂ、７６ｃを介してプレート部７６ａの姿勢が維持される。そのため、シフトプレート７６のこじれが抑制され、シフトプレート７６の移動抵抗が小さくなる。

本実施形態では、第１ロッカアーム６４が第２ロッカアーム６５に向けて突出する係合凸部６４ｆを有し、クラッチ７１が、第１ロッカアーム６４に向けて開口して係合凸部６４ｆに係合可能な係合凹部７３を有し、この係合凹部７３が、底側において係合凸部６４ｆと相補完形状をなすとともに開口に向けて拡開する一対の傾斜面７３ａを有する。これにより、クラッチ７１が係合位置にあるときには係合凹部７３が係合凸部６４ｆと確実に係合し、クラッチ７１が離脱位置から係合位置に移動するときには係合凸部６４ｆが係合凹部７３内に進入しやすくなる。

本実施形態では、可変動弁機構６０が排気弁４８を備え、且つエンジンＥがＯＨＶユニフロー型２ストロークエンジンであり、カムシャフト６６がクランクシャフト８と一体に設けられている。そのため、カムシャフト６６を別途設ける必要がなく、エンジンＥの小型化が可能になる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として排気弁４８がシリンダヘッド４に設けられたユニフロー型２ストロークエンジンに本発明を適用したが、吸気弁および排気弁４８がシリンダヘッド４に設けられるＯＨＶ４ストロークエンジンに適用してもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

２ クランクケース
４ シリンダヘッド
８ クランクシャフト
１４ 延出部（カムシャフト）
４８ 排気弁
５０ 動弁機構
５３ 上部ロッカシャフト
５４ 上部ロッカアーム
５５ プッシュロッド
５５ｂ 下端
６０ 可変動弁機構
６１ 第１カム
６２ 第２カム
６３ 下部ロッカシャフト
６４ 第１ロッカアーム（下部ロッカアーム）
６４ｆ 係合凸部
６５ 第２ロッカアーム（下部ロッカアーム）
７１ クラッチ
７２ 圧縮円錐コイルばね（付勢手段）
７３ 係合凹部
７３ａ 傾斜面
７４ 係合溝
７４ａ 第１ロッカアーム６４を向く側面
７５ ガイドロッド（ガイド手段）
７６ シフトプレート
７６ｅ 縁部
７８ 制御シャフト
７８ａ 先端部
８０ 規制手段
Ｅ エンジン

Claims (6)

1. クランクケースによって回転可能に支持され、クランクシャフトによって駆動されるカムシャフトと、
   前記クランクケースに設けられた下部ロッカシャフトによって揺動可能に支持され、前記カムシャフトによって駆動される下部ロッカアームと、
   前記下部ロッカアームによって支持される下端を有するプッシュロッドと、
   シリンダヘッドに設けられた上部ロッカシャフトによって揺動可能に支持され、前記プッシュロッドにより駆動される上部ロッカアームと、
   前記シリンダヘッドに変位可能に設けられ、前記上部ロッカアームによって駆動されるバルブと
   を備えたＯＨＶエンジンの可変動弁機構であって、
   前記カムシャフトが第１カムおよび当該第１カムよりもリフト量が大きい第２カムを有し、
   前記下部ロッカアームが、前記第１カムに摺接し、前記プッシュロッドの下端を支持する第１ロッカアーム、および前記第２カムに摺接する第２ロッカアームを含み、
   前記第２ロッカアームに対して前記下部ロッカシャフトの軸方向に移動可能かつ第２ロッカアームと共に回動するように設けられ、前記第１ロッカアームと係合する係合位置と前記第１ロッカアームから離脱する離脱位置とをとり得るクラッチと、
   前記クラッチを前記係合位置に向けて付勢する付勢手段と、
   前記クラッチの回動を許容しつつ前記クラッチの前記係合位置側への移動を規制する規制手段と
   を備えたことを特徴とするＯＨＶエンジンの可変動弁機構。
2. 前記規制手段は、
   前記クランクケースに設けられたガイド手段によって前記下部ロッカシャフトの軸方向に移動可能に支持され、前記クラッチの少なくとも前記係合位置側を向く面に摺接するシフトプレートと、
   前記下部ロッカシャフトの軸方向と略直交する方向に延在するように前記クランクケースに回転可能に設けられ、前記シフトプレートに対して前記係合位置側に配置されて前記シフトプレートと接触する先端部の断面形状がカム形状をなす制御シャフトと
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のＯＨＶエンジンの可変動弁機構。
3. 前記クラッチの外周面には周方向に延在する係合溝が形成され、
   前記シフトプレートが前記係合溝に係合する円弧状の縁部を有することを特徴とする請求項２に記載のＯＨＶエンジンの可変動弁機構。
4. 前記シフトプレートが、前記円弧状の縁部よりも上方および下方で前記下部ロッカシャフトの軸方向に延在する少なくとも２つのガイド部材によって案内されることを特徴とする請求項３に記載のＯＨＶエンジンの可変動弁機構。
5. 前記第１ロッカアームは、前記第２ロッカアームに向けて突出する係合凸部を有し、
   前記クラッチは、前記第１ロッカアームに向けて開口し、前記係合凸部に係合可能な係合凹部を有し、当該係合凹部は、底側において前記係合凸部と相補完形状をなすとともに、開口に向けて拡開する一対の傾斜面を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＯＨＶエンジンの可変動弁機構。
6. 前記バルブが排気弁であり、且つＯＨＶエンジンがユニフロー型２ストロークエンジンであり、
   前記カムシャフトが前記クランクシャフトと一体に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のＯＨＶエンジンの可変動弁機構。

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