JP4089431B2 - 動弁装置及びこれを備えた内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車や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、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は、３次元カムのスライド機構、３次元カムに接触しバルブを進退させる機構等を持つことから、これらの機構における組付性等が要求される。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、カムが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にあって、カムのスライド機構やバルブの進退機構における組付性等の向上を図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カム面が形成され、カムシャフトと一体回転するとともにその軸方向にスライド可能に構成されたカムと、上記カムのカム面に押圧されて、シムを介してバルブを進退させるバルブリフタとを備え、上記カムが上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、上記カムには、上記バルブリフタと上記バルブのシムとの間に隙間を確保してその隙間から上記シムを着脱可能とするシム着脱面が上記カム面とは別に設けられており、このシム着脱面が上記カム面におけるバルブリフト量がゼロとなるカム面の基円よりも小径の断面部分を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の動弁装置の他の特徴とするところは、両端部でそれぞれバルブを進退させる腕部材と、上記腕部材の一端の動きを規制して、上記腕部材を揺動させて該一端側のバルブを休止させるバルブ休止手段と、上記腕部材の他端が所定位置より上方へ動くのを規制する規制手段とを備え、上記カムのカム面のうち上記バルブ休止手段によるバルブ休止状態で上記バルブリフタを押圧する面が、上記カム面の基円より小径の断面部分を有するようにして、上記カム面を上記シム着脱面として利用する点にある。
【００１４】
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、上記本発明のいずれかの動弁装置を備えた点に特徴を有する。
【００１５】
【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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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との間にリヤショックアブソーバ１１０が装架される。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。内燃機関であるエンジンユニット１のシリンダ内でピストンが上下に往復動するとともに、ピストンの上部に配置されたシリンダヘッド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は単気筒エンジンであって、吸気側（ＩＮ）及び排気側（ＥＸ）にそれぞれ２つのバルブを有する。
【００２６】
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、バルブユニット３０を構成する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。
【００２７】
また、排気側において、カム／カムシャフトユニット１０EXと、カム／カムシャフトユニット１０EXの下側に配置されるタペットユニット２０EXと、排気制御するバルブユニット３０EX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。
【００２８】
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、１０EXのカム１３、１３EX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１０EXとの間に配置され、吸気側及び排気側で共用される。
【００２９】
吸気側のカム／カムシャフトユニット１０において、図３、５に示すように、シリンダヘッド２内でベアリング１２を介して回転自在に支持されるカムシャフト１１を備える。カムシャフト１１の一端にはスプロケット１５が固着し、この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１１EXの一端に固着するスプロケット１５EXと、図示しない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カムチェーンが巻回装架される。
【００３０】
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とカム１３との間にボール１４が介在するスプラインが構成され、カム１３とカムシャフト１１の相対回転が規制されるとともに、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。なお、カムシャフト１１は中空構造を有し、その中空内部が潤滑油路となってスプライン部分等に注油することができる。
【００３１】
ここで、カム１３は「３次元カム」として構成され、長手方向（カムシャフト１１の軸方向）に傾斜するカム面１３ａ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る。
【００３２】
本実施形態において、カム１３には、カム面１３ａの最小リフト部（カム高さの最も低い部位で、無リフトプロフィル域）の隣に、カム面１３ａの基円（無リフトプロフィル域）より小径の断面部分を有するシム着脱面１３ｂが形成される。また、カム１３が最小リフト位置(図３を参照)にある状態で、カム１３の最大リフト部側端部（カム高さの最も高い部位）の隣には空間１６が確保される。したがって、その空間１６方向にカム１３をスライドさせることにより、シム着脱面１３ｂを後述するタペットユニット２０のタペットローラ２１上に位置させることができる。
【００３３】
なお、排気側のカム／カムシャフトユニット１０EXは、吸気側のカム／カムシャフトユニット１０と基本構成が同様であるが、カム１３EXの具体的な諸元についてはカム１３と異なる。
【００３４】
吸気側のタペットユニット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させている。
【００３５】
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が揺動可能とされ、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。
【００３６】
腕部材２２を覆うようにしてタペットガイド２３が配置される。タペットガイド２３は、正面方向（図２）から見ると略逆凹形状を有し、図３に示すように、両端開口から腕部材２２の両端部が突出する。タペットガイド２３は、取り付けボルト２５によってシリンダヘッド２に固定される。
【００３７】
また、タペットガイド２３の上面にはガイド孔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。
【００３８】
タペットガイド２３の上面内側は、図３の左端から右端にかけて高くなるように傾斜する。そして、タペットローラ２１がカム面１３ａの最小リフト部に当接してバルブリフト量が０の状態で、タペットガイド２３上面内側の最低端部（図３の左端）が腕部材２２に当接する。
【００３９】
腕部材２２の両端部には、後述するバルブユニット３０のタペットシム３７に当接する押圧部２２ａが設けられる。また、腕部材２２は中空とされており、吸気側においてはその一端開口が後述するバルブ休止ユニット５０のタペットストッパ５１との係合部として機能する。腕部材２２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が、タペットストッパ５１によって規制されているときには、タペットストッパ５１との係合部を支点として揺動する。
【００４０】
なお、排気側のタペットユニット２０EXは、図４に示すように、吸気側のバルブユニット３０と基本構成が同様であり、タペットガイド２３EXの上面内側が図４の右端から左端にかけて高くなるように傾斜する。ただし、吸気側のバルブユニット３０とは異なり、タペットローラ２１EXがカム面１３ａEXの最小リフト部に当接してバルブリフト量が０の状態で、タペットガイド２３EX上面内側の最低端部（図４の右端）と腕部材２２EXとの間に間隔が確保される（なお、図４は、タペットローラ２１EXがシム着脱面１３ｂEXに当接する状態であり、該間隔が無くなっている状態である）。
【００４１】
吸気側のバルブユニット３０において、図２、３に示すように、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３３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３３の下流側に配置されたインジェクタ１２７から噴霧される燃料との混合気が燃焼室に導入される。
【００４２】
各バルブステム３１ａの端部には、コレット３４を介してバルブリテーナ３５が設けられ、バルブリテーナ３５にバルブスプリング３６の弾性力が作用する。さらにバルブリテーナ３５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。
【００４３】
なお、排気側のバルブユニット３０EXは、吸気側のバルブユニット３０と基本構成が同様である。
【００４４】
アクセルシャフトユニット４０において、図２、５に示すように、カムシャフト１１、１１EX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に固着するとともにカム１３、１３EXに連結するアクセルフォーク４２とを備える。
【００４５】
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、図６に示すように、アクセルモータ４４の出力軸に固着するドライブギヤ４５（べベルギヤ）と噛合する。
【００４６】
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、１１EX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、１３EXの端部には、ベアリング４６、４６EXを介して回転自在にされたフォークガイド４７、４７EX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、４７EXの係合溝に係合し、この係合溝に沿って移動可能とされる。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、１３EXがカムシャフト１１、１１EXに沿ってそれぞれスライドする。
【００４７】
バルブ休止ユニット５０において、図３に示すように、吸気側のバルブユニット３０を構成する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内に内挿され、カムシャフト１１と平行にスライド可能である。
【００４８】
タペットストッパ５１の先端は、腕部材２２の一端開口に係合可能な球状とされる。スリーブ５２内には、タペットストッパ５１を腕部材２２側へ付勢するスプリング５３が装着される。駆動装置５４は、駆動シャフト５５を前進させて、フォーク５６を介してタペットストッパ５１を前進駆動する。
【００４９】
また、図７に示すように、バルブ休止ユニット５０によるバルブ休止状態を解除するための解除機構６０を備える。解除機構６０は略直角に屈曲するアーム６１を備え、そのアーム６１の二股状の先端部がタペットストッパ５１の先端に係合し、他端のローラ部がアクセルシャフト４１に当接する。アーム６１は屈曲部分で回転自在に支持され、その回転軸部分にはアーム６１の他端をアクセルシャフト４１側へ付勢するスプリング６２が装着される。
【００５０】
アクセルシャフト４１の所定位置には段部６３が形成されており、図７に示す状態からアクセルシャフト４１が矢印Ｘ方向にスライドすると、段部６３を乗り越えるようにしてアーム６１が矢印Ｒ方向に回動するので、タペットストッパ５１を後退させてバルブ休止状態を解除することができる。
【００５１】
なお、図中符号７０は、カム１３の位置を検出するカム位置センサであり、カム１３の直線運動を回転運動に変換するリンクアーム７２と、リンクアーム７２の回転運動を検出するロータリエンコーダ７１を備える。
【００５２】
上記構成とした動弁装置において、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４４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、１３EX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、１１EX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、１３EXのカム面１３ａ、１３ａEXに対してカム高さの比較的低い部位に当接する。
【００５４】
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５の矢印Ｘ方向にスライドする。カム１３、１３EX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、１１EXに沿って同様に矢印Ｘ方向にスライドする。カム１３、１３EXのスライドによりタペットローラ２１、２１EX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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、エンジンの低中速回転域では、吸気側において、タペットストッパ５１によって腕部材２２の一端の動きを規制する。これにより、腕部材２２がタペットストッパ５１との係合部を支点として揺動し、一方の吸気バルブ３１を休止させ、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。
【００５７】
バルブ休止状態では腕部材２２がタペットストッパ５１との係合部を支点として揺動するので、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。バルブ休止状態では片方の吸気ポート３３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。
【００５８】
エンジンの低中速回転域を超えて、アクセルシャフト４１が所定量だけスライドすると、上述したようにアクセルシャフト４１の段部６３によりアーム６１が回動し、タペットストッパ５１を後退させてバルブ休止状態を強制的に解除することができる。
【００５９】
以上述べた第１の実施形態の動弁装置では、吸気側もしくは排気側において、２バルブのうち一方のシム厚を固定しておき、他方のシム厚を調整することで隙間調整を行うが、その際、タペットローラ２１（２１EX）やタペットガイド２３（２３EX）等を取り外すような手間が不要となり、組付性を大幅に向上させることができる。
【００６０】
すなわち、シム厚調整時には、空間１６（１６EX）方向にカム１３（１３EX）をスライドさせることにより、シム着脱面１３ｂ（１３ｂEX）をタペットローラ２１（２１EX）上に位置させる。
【００６１】
図３は、吸気側において、カム１３のカム面１３ａがタペットローラ２１上に位置する状態を示すが、この状態からカム１３をスライドさせてシム着脱面１３ｂをタペットローラ上に位置させる。シム着脱面１３ｂではカム面１３ａの基円より小径の断面部分を有するので、タペットローラ２１が上方へ動くのが許容され、腕部材２２を揺動させることができる。上述したようにタペットガイド２３の上面内側が図３の左端から右端にかけて高くなるように傾斜するので、この傾斜に沿って腕部材２２を傾ける。
【００６２】
このように腕部材２２を傾ければ、腕部材２２の一端を上昇させることができるので、タペットシム３７との間に隙間が形成される。したがって、その隙間から後述する図４に示すのと同様に細長い板状もしくは棒状の治具１２８を差し入れて、タペットシム３７を取り外したり、装着したりすることができる。
【００６３】
図４には、排気側において、シム着脱面１３ｂEXをタペットローラ２１EX上に位置させた状態を示す。シム着脱面１３ｂEXではカム面１３ａEXの基円より小径の断面部分を有するので、タペットローラ２１EX及び腕部材２２EXを上方に動かすことができる。上述したようにタペットガイド２３EXの上面内側が図４の右端から左端にかけて高くなるように傾斜するので、この傾斜に沿って腕部材２２EXを傾ける。
【００６４】
このように腕部材２２EXを傾ければ、腕部材２２EXの一端を上昇させることができるので、タペットシム３７EXとの間に隙間が形成される。したがって、その隙間から細長い板状もしくは棒状の治具１２８を差し入れて、タペットシム３７EXを取り外したり、装着したりすることができる。
【００６５】
この場合に、図８に示すように、バルブリテーナ３５（３５EX）上部開口の側部に、治具１２８の先端を挿入することができる切り欠き３５ａ（３５ａEX）を形成しておく。そして、この切り欠き３５ａ（３５ａEX）から治具１２８の先端をタペットシム３７（３７EX）の下面側に差し入れることで、てこの原理でタペットシム３７（３７EX）を簡単に取り外すことができる。
【００６６】
なお、タペットガイド２３（２３EX）上面内側の傾斜方向については、図３、４に示すように、治具１２８をカム１３（１３EX）のある側と反対方向から差し入れることができるように決めればよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、カム１３にカム面１３とは別にシム着脱面１３ｂが形成される例を説明したが、吸気側においては、カム面１３のうち最小リフト部に窪みを形成し、カム面１３ａの基円より小径の断面部分を有するようにしてもよい。
【００６８】
すなわち、吸気側において、エンジンの低速回転域では、腕部材２２はタペットストッパ５１との係合部を支点として揺動し、しかも、係合部と反対側の端部の上方への動きはタペットガイド２３上面内側の最低端部が規制手段として働いて規制される。したがって、カム面１３ａの最小リフト部に窪みがあっても、腕部材２２が躍ってしまうのを規制することができる。
【００６９】
このようにカム１３に特別にシム着脱面１３ｂを設けるのではなく、カム面の一部をシム着脱面として利用する場合、シム着脱面１３ｂをタペットローラ２１上に位置させるためにカム１３をスライドさせる空間１６が不要となる。したがって、その分エンジン回転時におけるカム１３のスライド量を大きくすることができ、カム面１３ａの傾斜角を小さくすることができるので、タペットローラ２１の幅を小さくして高速回転化が可能となる。
【００７０】
（第２の実施形態）
以下、図９〜１１を参照して、第２の実施形態について説明する。上記第１の実施形態ではバルブの進退機構について説明したが、第２の実施形態はカムのスライド機構における組付性等の向上を図るものについて説明する。なお、第２の実施形態の動弁装置では、上記第１の実施形態で説明したシム厚調整のための構造（カム１３のシム着脱面１３ｂや空間１６等）を採用していないが、基本構成は同様であるので、第１の実施形態で説明した構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
上記第１の実施形態でも説明したように、カムシャフト１１（１１EX）にはその軸方向にカム１３（１３EX）がスライド可能に装着される。上記第１の実施形態では、カムシャフト１１（１１EX）の外周面に軸方向に平行な３本の凸部が形成されていたが、本実施形態では、カムシャフト１１（１１EX）の外周面に軸方向に平行な１本のキー溝１１ａ（１１ａEX）が形成され、そのキー溝１１ａ（１１ａEX）に細長い板状のキー１７（１７EX）が嵌合する。なお、カム１３（１３EX）の内周面に軸方向に平行な３本の溝１３ｃ（１３ｃEX）が形成されることは第１の実施形態と同じである。
【００７２】
また、上記第１の実施形態でも説明したように、カムシャフト１１（１１EX）とカム１３（１３EX）との間にボール１４（１４EX）が介在する。上記第１の実施形態では、カムシャフト１１（１１EX）とカム１３（１３EX）との間に互いに独立するボール１４（１４EX）を挿入していたが、本実施形態では、ケージ１８（１８EX）を用い、円周方向の３箇所おいて軸方向に平行な２列のボール１４（１４EX）群をそれぞれ保持するようにしている。そして、ボール１４（１４EX）及びケージ１８（１８EX）を組み立てたベアリング組立品をカム１３（１３EX）とカムシャフト１１（１１EX）との間に介装し、リテーナ及びサークリップにより外れを防止する。
【００７３】
この場合に、図１１に示すように、キー１７（１７EX）両端とカム１３（１３EX）の溝１３ｃ（１３ｃEX）両側部とによりボール１４（１４EX）を係合させて、カム１３（１３EX）がカムシャフト１１（１１EX）と相対回転するのを規制する。カム１３（１３EX）とカムシャフト１１（１１EX）を相対回転させる回転トルク反力はバルブスプリング３６（３６EX）によるものであり、１個所での回転規制でも十分な耐久性が得られる。
【００７４】
そして、キー１７（１７EX）部分の２箇所では、ボール１４（１４EX）はカム１３（１３EX）とカムシャフト１１（１１EX）の径方向の軸受として機能するが、相対回転方向を規制しない。したがって、ボール１４（１４EX）とカム１３（１３EX）の溝１３ｃ（１３ｃEX）両側部との間に隙間１９（１９EX）を形成し、無接触とすることができるので、溝１３ｃ（１３ｃEX）の幅やボール１４（１４EX）の大きさ等の寸法精度を厳密に確保する必要がなくなる。
【００７５】
以上述べた第２の実施形態の動弁装置では、カムシャフト１１（１１EX）の外周面のキー溝１１ａ（１１ａEX）にキー１７（１７EX）を嵌合させる構成としたので、カムシャフト１１（１１EX）の外周面にスプラインを構成する凸部を形成するような手間が不要となり、その加工が容易になる。
【００７６】
また、カムシャフト１１（１１EX）外周面に凸部を一体形成する場合、それら凸部やカム１３（１３EX）内周面の溝１３ｃ（１３ｃEX）の寸法精度を確保しなければならないが、本実施形態では、キー１７（１７EX）の寸法精度さえ確保すれば、ボール１４（１４EX）とカム１３（１３EX）及びカムシャフト１１（１１EX）との間のクリアランス等を調整することができるので、組付性を向上させることができる。例えば、キー１７（１７EX）として高さや幅の異なるものを複数用意しておき、そこから適正なキーを選択すればよいので、組付性を大幅に向上させることができる。
【００７７】
また、ボール１４（１４EX）及びケージ１８（１８EX）を組み立てたものをカム１３（１３EX）とカムシャフト１１（１１EX）との間に挿入すればよいので、組付性を大幅に向上させることができる。
【００７８】
なお、図９〜１１では単気筒のものを説明したが、多気筒化する場合には、さらに顕著な効果が得られる。すなわち、１本のカムシャフト１１（１１EX）に多気筒分の複数のカム１３（１３EX）が装着される場合、カムシャフト１１（１１EX）がそれだけ長くなるので、凸部を一体形成してスプラインを構成するに際して加工等が困難となる。それに対して、本実施形態のようにキー溝１１ａ（１１ａEX）にキー１７（１７EX）を嵌合させる構成では、カムシャフト１１（１１EX）の加工が容易である。
【００７９】
また、気筒ごとのタイミングに合わせてカム１３（１３EX）の位相をずらす必要があるが、カムシャフト１１（１１EX）外周面に凸部を一体形成する場合は、カム１３（１３EX）のカム山に対してスプライン位相を変えたものを用意する必要がある。それに対して、本実施形態の場合は、気筒ごとにカム１３（１３EX）の位相に合わせてキー溝１１ａ（１１ａEX）を形成していけばよいので、各気筒でカム１３（１３EX）を共通化させることも可能となる。
【００８０】
また、気筒ごとにキー１７（１７ａEX）の位相をずらす場合、その端面を隣のカム１３（１３EX）の抜け止めとして用いることも可能である。
【００８１】
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気筒以上のエンジンに対しても有効に適用可能である。
【００８２】
【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、３次元カムのスライド機構やバルブの進退機構における組付性等を向上させることができる。
【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】アクセルモータ４４まわりの構成を示す図である。
【図７】バルブ休止状態を解除するための解除機構６０を示す図である
【図８】バルブリテーナ３５（３５EX）の平面図である。
【図９】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１０】図９のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１１】カム１３（１３EX）とカムシャフト１１（１１EX）部分の拡大図である。
【符号の説明】
１ エンジンユニット
２ シリンダヘッド
１０（１０EX） カム／カムシャフトユニット
１１（１１EX） カムシャフト
１１ａ（１１ａEX） キー溝
１３（１３EX） カム
１３ａ（１３ａEX） カム面
１３ｂ（１３ｂEX） シム着脱面
１４（１４EX） ボール
１６（１６EX） 空間
１７（１７EX） キー
１８（１８EX） ケージ
２０（２０EX） タペットユニット
２１（２１EX） タペットローラ
２２（２２EX） 腕部材
２３（２３EX） タペットガイド
２４（２４EX） ボール
３０（３０EX） バルブユニット
３１ 吸気バルブ
３１EX 排気バルブ
３５（３５EX） バルブリテーナ
３５ａ（３５ａEX） 切り欠き
３７（３７EX） タペットシム
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
５０ バルブ休止ユニット
５１ タペットストッパ
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車や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、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は、３次元カムのスライド機構、３次元カムに接触しバルブを進退させる機構等を持つことから、これらの機構における組付性等が要求される。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、カムが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にあって、カムのスライド機構やバルブの進退機構における組付性等の向上を図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カム面が形成され、カムシャフトと一体回転するとともにその軸方向にスライド可能に構成されたカムと、上記カムのカム面に押圧されて、シムを介してバルブを進退させるバルブリフタとを備え、上記カムが上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、上記カムには、上記バルブリフタと上記バルブのシムとの間に隙間を確保してその隙間から上記シムを着脱可能とするシム着脱面が上記カム面とは別に設けられており、このシム着脱面が上記カム面におけるバルブリフト量がゼロとなるカム面の基円よりも小径の断面部分を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の動弁装置の他の特徴とするところは、両端部でそれぞれバルブを進退させる腕部材と、上記腕部材の一端の動きを規制して、上記腕部材を揺動させて該一端側のバルブを休止させるバルブ休止手段と、上記腕部材の他端が所定位置より上方へ動くのを規制する規制手段とを備え、上記カムのカム面のうち上記バルブ休止手段によるバルブ休止状態で上記バルブリフタを押圧する面が、上記カム面の基円より小径の断面部分を有するようにして、上記カム面を上記シム着脱面として利用する点にある。
【００１４】
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、上記本発明のいずれかの動弁装置を備えた点に特徴を有する。
【００１５】
【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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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との間にリヤショックアブソーバ１１０が装架される。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。内燃機関であるエンジンユニット１のシリンダ内でピストンが上下に往復動するとともに、ピストンの上部に配置されたシリンダヘッド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は単気筒エンジンであって、吸気側（ＩＮ）及び排気側（ＥＸ）にそれぞれ２つのバルブを有する。
【００２６】
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、バルブユニット３０を構成する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。
【００２７】
また、排気側において、カム／カムシャフトユニット１０EXと、カム／カムシャフトユニット１０EXの下側に配置されるタペットユニット２０EXと、排気制御するバルブユニット３０EX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。
【００２８】
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、１０EXのカム１３、１３EX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１０EXとの間に配置され、吸気側及び排気側で共用される。
【００２９】
吸気側のカム／カムシャフトユニット１０において、図３、５に示すように、シリンダヘッド２内でベアリング１２を介して回転自在に支持されるカムシャフト１１を備える。カムシャフト１１の一端にはスプロケット１５が固着し、この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１１EXの一端に固着するスプロケット１５EXと、図示しない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カムチェーンが巻回装架される。
【００３０】
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とカム１３との間にボール１４が介在するスプラインが構成され、カム１３とカムシャフト１１の相対回転が規制されるとともに、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。なお、カムシャフト１１は中空構造を有し、その中空内部が潤滑油路となってスプライン部分等に注油することができる。
【００３１】
ここで、カム１３は「３次元カム」として構成され、長手方向（カムシャフト１１の軸方向）に傾斜するカム面１３ａ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る。
【００３２】
本実施形態において、カム１３には、カム面１３ａの最小リフト部（カム高さの最も低い部位で、無リフトプロフィル域）の隣に、カム面１３ａの基円（無リフトプロフィル域）より小径の断面部分を有するシム着脱面１３ｂが形成される。また、カム１３が最小リフト位置(図３を参照)にある状態で、カム１３の最大リフト部側端部（カム高さの最も高い部位）の隣には空間１６が確保される。したがって、その空間１６方向にカム１３をスライドさせることにより、シム着脱面１３ｂを後述するタペットユニット２０のタペットローラ２１上に位置させることができる。
【００３３】
なお、排気側のカム／カムシャフトユニット１０EXは、吸気側のカム／カムシャフトユニット１０と基本構成が同様であるが、カム１３EXの具体的な諸元についてはカム１３と異なる。
【００３４】
吸気側のタペットユニット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させている。
【００３５】
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が揺動可能とされ、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。
【００３６】
腕部材２２を覆うようにしてタペットガイド２３が配置される。タペットガイド２３は、正面方向（図２）から見ると略逆凹形状を有し、図３に示すように、両端開口から腕部材２２の両端部が突出する。タペットガイド２３は、取り付けボルト２５によってシリンダヘッド２に固定される。
【００３７】
また、タペットガイド２３の上面にはガイド孔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。
【００３８】
タペットガイド２３の上面内側は、図３の左端から右端にかけて高くなるように傾斜する。そして、タペットローラ２１がカム面１３ａの最小リフト部に当接してバルブリフト量が０の状態で、タペットガイド２３上面内側の最低端部（図３の左端）が腕部材２２に当接する。
【００３９】
腕部材２２の両端部には、後述するバルブユニット３０のタペットシム３７に当接する押圧部２２ａが設けられる。また、腕部材２２は中空とされており、吸気側においてはその一端開口が後述するバルブ休止ユニット５０のタペットストッパ５１との係合部として機能する。腕部材２２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が、タペットストッパ５１によって規制されているときには、タペットストッパ５１との係合部を支点として揺動する。
【００４０】
なお、排気側のタペットユニット２０EXは、図４に示すように、吸気側のバルブユニット３０と基本構成が同様であり、タペットガイド２３EXの上面内側が図４の右端から左端にかけて高くなるように傾斜する。ただし、吸気側のバルブユニット３０とは異なり、タペットローラ２１EXがカム面１３ａEXの最小リフト部に当接してバルブリフト量が０の状態で、タペットガイド２３EX上面内側の最低端部（図４の右端）と腕部材２２EXとの間に間隔が確保される（なお、図４は、タペットローラ２１EXがシム着脱面１３ｂEXに当接する状態であり、該間隔が無くなっている状態である）。
【００４１】
吸気側のバルブユニット３０において、図２、３に示すように、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３３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３３の下流側に配置されたインジェクタ１２７から噴霧される燃料との混合気が燃焼室に導入される。
【００４２】
各バルブステム３１ａの端部には、コレット３４を介してバルブリテーナ３５が設けられ、バルブリテーナ３５にバルブスプリング３６の弾性力が作用する。さらにバルブリテーナ３５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。
【００４３】
なお、排気側のバルブユニット３０EXは、吸気側のバルブユニット３０と基本構成が同様である。
【００４４】
アクセルシャフトユニット４０において、図２、５に示すように、カムシャフト１１、１１EX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に固着するとともにカム１３、１３EXに連結するアクセルフォーク４２とを備える。
【００４５】
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、図６に示すように、アクセルモータ４４の出力軸に固着するドライブギヤ４５（べベルギヤ）と噛合する。
【００４６】
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、１１EX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、１３EXの端部には、ベアリング４６、４６EXを介して回転自在にされたフォークガイド４７、４７EX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、４７EXの係合溝に係合し、この係合溝に沿って移動可能とされる。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、１３EXがカムシャフト１１、１１EXに沿ってそれぞれスライドする。
【００４７】
バルブ休止ユニット５０において、図３に示すように、吸気側のバルブユニット３０を構成する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内に内挿され、カムシャフト１１と平行にスライド可能である。
【００４８】
タペットストッパ５１の先端は、腕部材２２の一端開口に係合可能な球状とされる。スリーブ５２内には、タペットストッパ５１を腕部材２２側へ付勢するスプリング５３が装着される。駆動装置５４は、駆動シャフト５５を前進させて、フォーク５６を介してタペットストッパ５１を前進駆動する。
【００４９】
また、図７に示すように、バルブ休止ユニット５０によるバルブ休止状態を解除するための解除機構６０を備える。解除機構６０は略直角に屈曲するアーム６１を備え、そのアーム６１の二股状の先端部がタペットストッパ５１の先端に係合し、他端のローラ部がアクセルシャフト４１に当接する。アーム６１は屈曲部分で回転自在に支持され、その回転軸部分にはアーム６１の他端をアクセルシャフト４１側へ付勢するスプリング６２が装着される。
【００５０】
アクセルシャフト４１の所定位置には段部６３が形成されており、図７に示す状態からアクセルシャフト４１が矢印Ｘ方向にスライドすると、段部６３を乗り越えるようにしてアーム６１が矢印Ｒ方向に回動するので、タペットストッパ５１を後退させてバルブ休止状態を解除することができる。
【００５１】
なお、図中符号７０は、カム１３の位置を検出するカム位置センサであり、カム１３の直線運動を回転運動に変換するリンクアーム７２と、リンクアーム７２の回転運動を検出するロータリエンコーダ７１を備える。
【００５２】
上記構成とした動弁装置において、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４４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、１３EX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、１１EX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、１３EXのカム面１３ａ、１３ａEXに対してカム高さの比較的低い部位に当接する。
【００５４】
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５の矢印Ｘ方向にスライドする。カム１３、１３EX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、１１EXに沿って同様に矢印Ｘ方向にスライドする。カム１３、１３EXのスライドによりタペットローラ２１、２１EX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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、エンジンの低中速回転域では、吸気側において、タペットストッパ５１によって腕部材２２の一端の動きを規制する。これにより、腕部材２２がタペットストッパ５１との係合部を支点として揺動し、一方の吸気バルブ３１を休止させ、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。
【００５７】
バルブ休止状態では腕部材２２がタペットストッパ５１との係合部を支点として揺動するので、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。バルブ休止状態では片方の吸気ポート３３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。
【００５８】
エンジンの低中速回転域を超えて、アクセルシャフト４１が所定量だけスライドすると、上述したようにアクセルシャフト４１の段部６３によりアーム６１が回動し、タペットストッパ５１を後退させてバルブ休止状態を強制的に解除することができる。
【００５９】
以上述べた第１の実施形態の動弁装置では、吸気側もしくは排気側において、２バルブのうち一方のシム厚を固定しておき、他方のシム厚を調整することで隙間調整を行うが、その際、タペットローラ２１（２１EX）やタペットガイド２３（２３EX）等を取り外すような手間が不要となり、組付性を大幅に向上させることができる。
【００６０】
すなわち、シム厚調整時には、空間１６（１６EX）方向にカム１３（１３EX）をスライドさせることにより、シム着脱面１３ｂ（１３ｂEX）をタペットローラ２１（２１EX）上に位置させる。
【００６１】
図３は、吸気側において、カム１３のカム面１３ａがタペットローラ２１上に位置する状態を示すが、この状態からカム１３をスライドさせてシム着脱面１３ｂをタペットローラ上に位置させる。シム着脱面１３ｂではカム面１３ａの基円より小径の断面部分を有するので、タペットローラ２１が上方へ動くのが許容され、腕部材２２を揺動させることができる。上述したようにタペットガイド２３の上面内側が図３の左端から右端にかけて高くなるように傾斜するので、この傾斜に沿って腕部材２２を傾ける。
【００６２】
このように腕部材２２を傾ければ、腕部材２２の一端を上昇させることができるので、タペットシム３７との間に隙間が形成される。したがって、その隙間から後述する図４に示すのと同様に細長い板状もしくは棒状の治具１２８を差し入れて、タペットシム３７を取り外したり、装着したりすることができる。
【００６３】
図４には、排気側において、シム着脱面１３ｂEXをタペットローラ２１EX上に位置させた状態を示す。シム着脱面１３ｂEXではカム面１３ａEXの基円より小径の断面部分を有するので、タペットローラ２１EX及び腕部材２２EXを上方に動かすことができる。上述したようにタペットガイド２３EXの上面内側が図４の右端から左端にかけて高くなるように傾斜するので、この傾斜に沿って腕部材２２EXを傾ける。
【００６４】
このように腕部材２２EXを傾ければ、腕部材２２EXの一端を上昇させることができるので、タペットシム３７EXとの間に隙間が形成される。したがって、その隙間から細長い板状もしくは棒状の治具１２８を差し入れて、タペットシム３７EXを取り外したり、装着したりすることができる。
【００６５】
この場合に、図８に示すように、バルブリテーナ３５（３５EX）上部開口の側部に、治具１２８の先端を挿入することができる切り欠き３５ａ（３５ａEX）を形成しておく。そして、この切り欠き３５ａ（３５ａEX）から治具１２８の先端をタペットシム３７（３７EX）の下面側に差し入れることで、てこの原理でタペットシム３７（３７EX）を簡単に取り外すことができる。
【００６６】
なお、タペットガイド２３（２３EX）上面内側の傾斜方向については、図３、４に示すように、治具１２８をカム１３（１３EX）のある側と反対方向から差し入れることができるように決めればよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、カム１３にカム面１３とは別にシム着脱面１３ｂが形成される例を説明したが、吸気側においては、カム面１３のうち最小リフト部に窪みを形成し、カム面１３ａの基円より小径の断面部分を有するようにしてもよい。
【００６８】
すなわち、吸気側において、エンジンの低速回転域では、腕部材２２はタペットストッパ５１との係合部を支点として揺動し、しかも、係合部と反対側の端部の上方への動きはタペットガイド２３上面内側の最低端部が規制手段として働いて規制される。したがって、カム面１３ａの最小リフト部に窪みがあっても、腕部材２２が躍ってしまうのを規制することができる。
【００６９】
このようにカム１３に特別にシム着脱面１３ｂを設けるのではなく、カム面の一部をシム着脱面として利用する場合、シム着脱面１３ｂをタペットローラ２１上に位置させるためにカム１３をスライドさせる空間１６が不要となる。したがって、その分エンジン回転時におけるカム１３のスライド量を大きくすることができ、カム面１３ａの傾斜角を小さくすることができるので、タペットローラ２１の幅を小さくして高速回転化が可能となる。
【００７０】
（第２の実施形態）
以下、図９〜１１を参照して、第２の実施形態について説明する。上記第１の実施形態ではバルブの進退機構について説明したが、第２の実施形態はカムのスライド機構における組付性等の向上を図るものについて説明する。なお、第２の実施形態の動弁装置では、上記第１の実施形態で説明したシム厚調整のための構造（カム１３のシム着脱面１３ｂや空間１６等）を採用していないが、基本構成は同様であるので、第１の実施形態で説明した構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
上記第１の実施形態でも説明したように、カムシャフト１１（１１EX）にはその軸方向にカム１３（１３EX）がスライド可能に装着される。上記第１の実施形態では、カムシャフト１１（１１EX）の外周面に軸方向に平行な３本の凸部が形成されていたが、本実施形態では、カムシャフト１１（１１EX）の外周面に軸方向に平行な１本のキー溝１１ａ（１１ａEX）が形成され、そのキー溝１１ａ（１１ａEX）に細長い板状のキー１７（１７EX）が嵌合する。なお、カム１３（１３EX）の内周面に軸方向に平行な３本の溝１３ｃ（１３ｃEX）が形成されることは第１の実施形態と同じである。
【００７２】
また、上記第１の実施形態でも説明したように、カムシャフト１１（１１EX）とカム１３（１３EX）との間にボール１４（１４EX）が介在する。上記第１の実施形態では、カムシャフト１１（１１EX）とカム１３（１３EX）との間に互いに独立するボール１４（１４EX）を挿入していたが、本実施形態では、ケージ１８（１８EX）を用い、円周方向の３箇所おいて軸方向に平行な２列のボール１４（１４EX）群をそれぞれ保持するようにしている。そして、ボール１４（１４EX）及びケージ１８（１８EX）を組み立てたベアリング組立品をカム１３（１３EX）とカムシャフト１１（１１EX）との間に介装し、リテーナ及びサークリップにより外れを防止する。
【００７３】
この場合に、図１１に示すように、キー１７（１７EX）両端とカム１３（１３EX）の溝１３ｃ（１３ｃEX）両側部とによりボール１４（１４EX）を係合させて、カム１３（１３EX）がカムシャフト１１（１１EX）と相対回転するのを規制する。カム１３（１３EX）とカムシャフト１１（１１EX）を相対回転させる回転トルク反力はバルブスプリング３６（３６EX）によるものであり、１個所での回転規制でも十分な耐久性が得られる。
【００７４】
そして、キー１７（１７EX）部分の２箇所では、ボール１４（１４EX）はカム１３（１３EX）とカムシャフト１１（１１EX）の径方向の軸受として機能するが、相対回転方向を規制しない。したがって、ボール１４（１４EX）とカム１３（１３EX）の溝１３ｃ（１３ｃEX）両側部との間に隙間１９（１９EX）を形成し、無接触とすることができるので、溝１３ｃ（１３ｃEX）の幅やボール１４（１４EX）の大きさ等の寸法精度を厳密に確保する必要がなくなる。
【００７５】
以上述べた第２の実施形態の動弁装置では、カムシャフト１１（１１EX）の外周面のキー溝１１ａ（１１ａEX）にキー１７（１７EX）を嵌合させる構成としたので、カムシャフト１１（１１EX）の外周面にスプラインを構成する凸部を形成するような手間が不要となり、その加工が容易になる。
【００７６】
また、カムシャフト１１（１１EX）外周面に凸部を一体形成する場合、それら凸部やカム１３（１３EX）内周面の溝１３ｃ（１３ｃEX）の寸法精度を確保しなければならないが、本実施形態では、キー１７（１７EX）の寸法精度さえ確保すれば、ボール１４（１４EX）とカム１３（１３EX）及びカムシャフト１１（１１EX）との間のクリアランス等を調整することができるので、組付性を向上させることができる。例えば、キー１７（１７EX）として高さや幅の異なるものを複数用意しておき、そこから適正なキーを選択すればよいので、組付性を大幅に向上させることができる。
【００７７】
また、ボール１４（１４EX）及びケージ１８（１８EX）を組み立てたものをカム１３（１３EX）とカムシャフト１１（１１EX）との間に挿入すればよいので、組付性を大幅に向上させることができる。
【００７８】
なお、図９〜１１では単気筒のものを説明したが、多気筒化する場合には、さらに顕著な効果が得られる。すなわち、１本のカムシャフト１１（１１EX）に多気筒分の複数のカム１３（１３EX）が装着される場合、カムシャフト１１（１１EX）がそれだけ長くなるので、凸部を一体形成してスプラインを構成するに際して加工等が困難となる。それに対して、本実施形態のようにキー溝１１ａ（１１ａEX）にキー１７（１７EX）を嵌合させる構成では、カムシャフト１１（１１EX）の加工が容易である。
【００７９】
また、気筒ごとのタイミングに合わせてカム１３（１３EX）の位相をずらす必要があるが、カムシャフト１１（１１EX）外周面に凸部を一体形成する場合は、カム１３（１３EX）のカム山に対してスプライン位相を変えたものを用意する必要がある。それに対して、本実施形態の場合は、気筒ごとにカム１３（１３EX）の位相に合わせてキー溝１１ａ（１１ａEX）を形成していけばよいので、各気筒でカム１３（１３EX）を共通化させることも可能となる。
【００８０】
また、気筒ごとにキー１７（１７ａEX）の位相をずらす場合、その端面を隣のカム１３（１３EX）の抜け止めとして用いることも可能である。
【００８１】
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気筒以上のエンジンに対しても有効に適用可能である。
【００８２】
【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、３次元カムのスライド機構やバルブの進退機構における組付性等を向上させることができる。
【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】アクセルモータ４４まわりの構成を示す図である。
【図７】バルブ休止状態を解除するための解除機構６０を示す図である
【図８】バルブリテーナ３５（３５EX）の平面図である。
【図９】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１０】図９のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図１１】カム１３（１３EX）とカムシャフト１１（１１EX）部分の拡大図である。
【符号の説明】
１ エンジンユニット
２ シリンダヘッド
１０（１０EX） カム／カムシャフトユニット
１１（１１EX） カムシャフト
１１ａ（１１ａEX） キー溝
１３（１３EX） カム
１３ａ（１３ａEX） カム面
１３ｂ（１３ｂEX） シム着脱面
１４（１４EX） ボール
１６（１６EX） 空間
１７（１７EX） キー
１８（１８EX） ケージ
２０（２０EX） タペットユニット
２１（２１EX） タペットローラ
２２（２２EX） 腕部材
２３（２３EX） タペットガイド
２４（２４EX） ボール
３０（３０EX） バルブユニット
３１ 吸気バルブ
３１EX 排気バルブ
３５（３５EX） バルブリテーナ
３５ａ（３５ａEX） 切り欠き
３７（３７EX） タペットシム
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
５０ バルブ休止ユニット
５１ タペットストッパ
Claims (3)
- カム高さとカム作用角が連続的に変化するようにカム面が形成され、カムシャフトと一体回転するとともにその軸方向にスライド可能に構成されたカムと、上記カムのカム面に押圧されて、シムを介してバルブを進退させるバルブリフタとを備え、
上記カムが上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、
上記カムには、上記バルブリフタと上記バルブのシムとの間に隙間を確保してその隙間から上記シムを着脱可能とするシム着脱面が上記カム面とは別に設けられており、このシム着脱面が上記カム面におけるバルブリフト量がゼロとなるカム面の基円よりも小径の断面部分を有することを特徴とする動弁装置。 - 両端部でそれぞれバルブを進退させる腕部材と、
上記腕部材の一端の動きを規制して、上記腕部材を揺動させて該一端側のバルブを休止させるバルブ休止手段と、
上記腕部材の他端が所定位置より上方へ動くのを規制する規制手段とを備え、
上記カムのカム面のうち上記バルブ休止手段によるバルブ休止状態で上記バルブリフタを押圧する面が、上記カム面の基円より小径の断面部分を有するようにして、上記カム面を上記シム着脱面として利用することを特徴とする請求項１に記載の動弁装置。 - 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又は２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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