JP5397147B2

JP5397147B2 - 可変動弁装置

Info

Publication number: JP5397147B2
Application number: JP2009238429A
Authority: JP
Inventors: 禎久奥野
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: JP2011085072A

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。

エンジン（内燃機関）の動弁装置として、バルブリフト量と作動角（バルブ開き期間）を変化させる可変動弁装置が知られている。

可変動弁装置には、連続的にバルブリフト量を変化させる連続式と、段階的にバルブリフト量を切り換え可能なステージ式と、がある。

連続式可変動弁装置として、例えば、カムシャフトの軸方向にカム高さ（バルブリフト量に比例する。）とカム作動角とが連続的に変化するとともにカムシャフトの軸方向に移動自在なカムを備えた可変動弁装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。連続式可変動弁装置は、バルブリフト量とカム作動角を連続的に制御することでスロットルバルブを用いることなく吸気量の制御を行うことができる。

他方、ステージ式可変動弁装置として、例えば、カムシャフトの軸方向にカム高さとカム作動角とが段階的に切り換えるとともに、カムシャフトの回転軸に平行な方向に移動自在なロッカーアームを備えた可変動弁装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−３８１１号公報特開２００５−１５５５５５号公報

従来の連続式可変動弁装置は、バルブリフト量を連続的に変化させることで吸気量を適切に制御し、エンジンの出力向上や燃費の向上、排気ガスの清浄化を図る。

しかし、従来の連続式可変動弁装置は、カムシャフトの軸方向にカム高さとカム作動角とが連続的に変化する三次元形状を有するカムを備えるため、カムとフォロア（ローラフォロア）とが常に点接触し、高い接触応力を生じてしまう。

また、従来の連続式可変動弁装置は、三次元形状を有するカムをカムシャフトの軸方向に移動させてバルブリフト量を制御し吸気量を調整するため、カムの位置検出や駆動位置制御に高い技術が要求される。

さらに、従来の連続式可変動弁装置は、例えば４バルブ式（吸排気それぞれ２バルブ）のエンジンにおいて、互いの吸気バルブのバルブリフト量に差を設けることが難しい。換言すれば、連続式可変動弁装置は、互いの吸気バルブのバルブリフト量に差を設け、シリンダ内にスワール（筒内流動）を促進させて燃料を効率よく燃焼させることが難しい。

他方、従来のステージ式可変動弁装置は、バルブリフト量を切り換えるとき、すなわち、カムとフォロアとの接触位置を変更させるとき、各段のカムノーズに近い部分で切り換えることが困難であった。これは、バルブリフト量を切り換える際の応答遅れとなる。

また、従来のステージ式可変動弁装置は、階段状のカム面のいずれかの段に位置されるロッカーアームを備えるため、従来の連続式可変動弁装置と同様に、複数のバルブ間でバルブリフト量に差を設けることが難しく、燃料室内にスワールを促進させて燃料を効率よく燃焼させることが難しい。

そこで、本発明は、カムの移動制御が簡便であるとともに、混合気の燃焼効率およびカムの耐久性に優れた可変動弁装置を提案する。

前記の課題を解決するため本発明に係る可変動弁装置は、燃焼室を有するシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに設けられ前記燃焼室を開閉させる複数のバルブと、前記シリンダヘッドに軸支されたカムシャフトと、前記カムシャフトと一体的に回転されるとともに前記カムシャフトの軸方向に移動自在なカム部と、前記カム部にそれぞれ異なるカム形状で形成され前記カムシャフトの回転軸に平行なカム面を有する複数の平カム形状部と、前記平カム形状部の間に一体に形成され前記カム面を連続的に繋ぐ曲カム面を有する移行形状部と、前記カム面に対応させた側面と前記曲カム面に対応させた角丸部分とを有し前記カム部に従動される複数のローラフォロアと、前記ローラフォロアそれぞれが軸支され前記バルブをそれぞれ独立に開閉させる複数のロッカーアームと、を備え、前記バルブは、２つの吸気バルブを有し、それぞれの前記吸気バルブは、異なる前記平カム形状部に従動するそれぞれの前記ローラフォロアによって独立に開閉されることを特徴とする。

また、本発明に係る可変動弁装置は、燃焼室を有するシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに設けられ前記燃焼室を開閉させる複数のバルブと、前記シリンダヘッドに軸支されたカムシャフトと、前記カムシャフトと一体的に回転されるとともに前記カムシャフトの軸方向に移動自在なカム部と、前記カム部にそれぞれ異なるカム形状で形成され前記カムシャフトの回転軸に平行なカム面を有する複数の平カム形状部と、前記平カム形状部の間に一体に形成され前記カム面を連続的に繋ぐ曲カム面を有する移行形状部と、前記カム面に対応させた側面と前記曲カム面に対応させた角丸部分とを有し前記カム部に従動される複数のローラフォロアと、前記ローラフォロアそれぞれが軸支され前記バルブをそれぞれ独立に開閉させる複数のバルブリフタと、を備え、前記バルブは、２つの吸気バルブを有し、それぞれの前記吸気バルブは、異なる前記平カム形状部に従動するそれぞれの前記ローラフォロアによって独立に開閉されることを特徴とする。

本発明によれば、カムの移動制御が簡便であるとともに、混合気の燃焼効率およびカムの耐久性に優れた可変動弁装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る可変動弁装置を搭載した自動二輪車を示した左側面図。本発明の実施形態に係る可変動弁装置を示した断面図。本発明の実施形態に係る可変動弁装置を示した要部拡大図。本発明の実施形態に係る可変動弁装置を示した要部拡大図。本発明の実施形態に係る可変動弁装置を示した要部拡大図。本発明の実施形態に係る可変動弁装置の吸気側カムを回転軸方向から示した図。本発明の実施形態に係る可変動弁装置の吸気側カムの突出部分を回転軸方向から示した図。本発明の実施形態に係る可変動弁装置のバルブリフト曲線を示した図。本発明の実施形態に係る可変動弁装置によるバルブ開度マップを示した図。本発明の実施形態に係る可変動弁装置の他の例を示した図。本発明の実施形態に係る可変動弁装置の他の例を示した図。

以下、本発明に係る４サイクルエンジンの実施の形態について、図１から図１１を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置を搭載した自動二輪車を示した左側面図である。

図１に示すように、自動二輪車１は、骨組みを構成する車体フレーム２を備える。車体フレーム２は、前側に設置されるヘッドパイプ３と、ヘッドパイプ３から後側斜め下方に向かって延出された左右一対のメインフレーム４と、ヘッドパイプ３から下方に向かって延出されたダウンチューブ５と、ダウンチューブ５の下端に接続された前端側を有し後方に向かって延出された左右一対のロアチューブ７と、メインフレーム４の後端に接続された上端とロアチューブ７の後端に接続された下端とを有するピボットフレーム８と、を備える。

ヘッドパイプ３は、車体フレーム２の前側に配置されたステアリング機構１１を回動自在に軸支する。

ステアリング機構１１は、車体フレーム２に対し左右方向に回動自在に軸支される。ステアリング機構１１は、ヘッドパイプ３に回動自在に軸支されたステアリングヘッド１２と、ステアリングヘッド１２に設けられた左右一対のフロントフォーク１３と、フロントフォーク１３の下部に回転自在に軸支された前輪１４と、フロントフォーク１３に設けられ前輪１４の上部を覆うフロントフェンダ１５と、ステアリングヘッド１２の上方に設けられたハンドルバー１７と、を備える。ステアリング機構１１は、ハンドルバー１７に加わる操舵によって前輪１４を左右に回動させる。

左右一対のピボットフレーム８は、車体フレーム２の後側に配置された後輪懸架装置１８を車体フレーム２の上下方向に揺動自在に軸支する。

後輪懸架装置１８は、ピボットフレーム８の下端部に架設されたピボット軸１９に枢着される。後輪懸架装置１８は、ピボット軸１９に枢着された前端を有するスイングアーム２１と、スイングアーム２１の後端に回動自在に軸支された後輪２２と、スイングアーム２１を車体フレーム２に弾性的に支持させるサスペンション２３と、を備える。

また、自動二輪車１は、メインフレーム４とダウンチューブ５とロアチューブ７とピボットブフレーム２４とによって囲まれた空間内にエンジン２６を備える。

エンジン２６は、可変動弁装置２７を有するシリンダヘッド２８を備えた内燃機関である。エンジン２６の吸気側は、スロットルバルブ（図示省略）を備えたスロットルボディ２９に接続され、他方、エンジン２６の排気側は、排気管３１に接続される。排気管３１は、エンジン２６の右側方を回り込んで車体フレーム２の後方に延設される。排気管３１の後端は、排気マフラー３２に連結される。エンジン２６の動力は、ドライブスプロケット（図示省略）と、チェーン３３と、ドリブンスプロケット３４とを順次に介して後輪２２に伝達される。

さらに、自動二輪車１は、エンジン２６の上方に配置された燃料タンク３６と、燃料タンク３６の後方に配置されたライダー用の着座シート３７と、着座シート３７の下部および後部の周囲を覆う後部フレームカバー３８と、着座シート３７の後部から車体フレーム２後方へ向かって延設され後輪２２の上部を覆うリヤフェンダ３９と、を備える。

図２は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置を示した断面図である。

図２に示すように、エンジン２６のシリンダヘッド２８は、シリンダブロック４１との間に形成された燃焼室４２と、燃焼室４２に連通された２つの吸気ポート４３（図２中は、一方のみ示す。）と、燃焼室４２に連通された排気ポート４４と、を有する。吸気ポート４３および排気ポート４４は、燃焼室４２との接続部分のそれぞれにバルブシート４６、４７を備える
また、シリンダヘッド２８は、それぞれの吸気ポート４３を開閉させる吸気バルブ４８（図２中は、一方のみ示す。）と、吸気バルブ４８を摺動自在に保持するステムガイド４９と、排気ポート４４を開閉させる排気バルブ５１と、排気バルブ５１を摺動自在に保持するステムガイド５２と、吸気バルブ４８および排気バルブ５１のそれぞれを開閉させる可変動弁装置２７を備える。

吸気バルブ４８は、傘形状の弁体５４と、弁体５４から略上方に向かって延設されたバルブステム５５と、を備える。弁体５４は、バルブシート４６とともに吸気ポート４３を開閉させる。バルブステム５５は、ステムガイド４９に摺動自在に挿通される。

排気バルブ５１は、傘状の弁体５８と、弁体５８から略上方に向かって延設されたバルブステム５９と、を備える。弁体５８は、バルブシート４７とともに排気ポート４４を開閉させる。バルブステム５９は、ステムガイド５２に摺動自在に挿通される。

そして、シリンダヘッド２８の側面視において、吸気バルブ４８および排気バルブ５１は、バルブステム５５、５９が略Ｖ字形状を描くように配設される。

可変動弁装置２７は、オーバーヘッド・カムシャフト式（ＳＯＨＣ：ＳｉｎｇｌｅＯｖｅｒＨｅａｄＣａｍｓｈａｆｔ、単にＯＨＣとも言う。）の動弁装置である。

また、可変動弁装置２７は、シリンダヘッド２８に回転自在に軸支されたカムシャフト６４と、カムシャフト６４に設けられた吸気側カム６５（カム部）と、吸気側カム６５のカムプロフィール（吸気側カム６５の外周パターン）に従い吸気バルブ４８をリフトさせる吸気側ロッカーアーム６１と、吸気バルブ４８を閉じる方向に付勢させる吸気側バルブスプリング６６と、カムシャフト６４に設けられた排気側カム６７と、排気側カム６７のカムプロフィール（排気側カム６７の外周パターン）に従い排気バルブ５１をリフトさせる排気側ロッカーアーム６２と、排気バルブ５１を閉じる方向に付勢させる排気側バルブスプリング６８と、を備える。

カムシャフト６４は、吸気バルブ４８と排気バルブ５１との略中央に位置されシリンダヘッド２８およびヘッドカバー（図示省略）によって回転自在に軸支される。カムシャフト６４の軸芯は、シリンダ（図示省略）中心の略延長線上に配置される。

吸気側ロッカーアーム６１は、シリンダヘッド２８に設けられたロッカーシャフト６９によって揺動自在に軸支される。吸気側ロッカーアーム６１は、吸気側カム６５のカムプロフィールに従いカムシャフト６４の回転運動を吸気バルブ４８の往復運動に変換する。

吸気側バルブスプリング６６は、バルブステム５５の上端部に設けられたスプリングリテーナ７１とステムガイド４９に遊嵌されたスプリングシート７２との間に設けられる。吸気側バルブスプリング６６は、スプリングリテーナ７１を介して吸気バルブ４８を閉じる方向に付勢する。吸気側バルブスプリング６６は、この付勢力によって弁体５４をバルブシート４６に押圧させ吸気ポート４３を閉じる。

排気側カム６７は、カムシャフト６４に一体に形成される。また、排気側カム６７は、排気バルブ５１をリフト可能な適宜の位置に設けられる。

排気側ロッカーアーム６２は、シリンダヘッド２８に設けられたロッカーシャフト７４によって揺動自在に軸支される。排気側ロッカーアーム６２は、排気側カム６７のカムプロフィールに従いカムシャフト６４の回転運動を排気バルブ５１の往復運動に変換する。

排気側バルブスプリング６８は、バルブステム５９の上端部に設けられたスプリングリテーナ７５とステムガイド５２に遊嵌されたスプリングシート７６との間に設けられる。排気側バルブスプリング６８は、スプリングリテーナ７５を介して排気バルブ５１を閉じる方向に付勢する。排気側バルブスプリング６８は、この付勢力によって弁体５８をバルブシート４７に押圧させ排気ポート４４を閉じる。

図３は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置を示した要部拡大図である。

図３に示すように、可変動弁装置２７は、カムシャフト６４と一体的に回転されるとともにカムシャフト６４の軸方向に移動自在な吸気側カム６５と、カムシャフト６４に一体に形成された排気側カム７７と、吸気側カム６５に従動されるローラフォロア７８と、ローラフォロア７８が軸支され吸気バルブ４８を開閉させる吸気側ロッカーアーム６１と、吸気側カム６５を移動させるカム移動機構部８１と、吸気側カム６５の軸方向の移動位置を適宜の間隔毎に係止させるカム係止機構部８２（係止機構）と、を備える。

カムシャフト６４は、径方向に開口された係止球出没孔８４を有する。

吸気側カム６５は、回転軸方向にカムの断面形状が連続的に変化するいわゆる「３次元カム」である。吸気側カム６５は、回転軸方向の両端部および中間部分に３カ所以上、カムシャフト６４の回転軸（図３中、一点鎖線Ｃ）に平行な部分を有する。具体的には、吸気側カム６５は、それぞれ異なるカム形状で形成されカムシャフト６４の回転軸Ｃに平行なカム面８５を有する複数の平カム形状部８６と、平カム形状部８６の間に一体に形成されカム面８５を連続的に繋ぐ曲カム面８７を有する移行形状部８８と、を備える。また、吸気側カム６５は、カムシャフト６４が挿通された貫通孔８９を有する。

平カム形状部８６は、それぞれのベースサークルから突出した部分が階段状になるように配置される。また、平カム形状部８６は、バルブリフト量が最小となるカム形状を有する平カム形状部８６ａと、バルブリフト量が中間的なカム形状を有する平カム形状部８６ｂと、バルブリフト量が最大となるカム形状を有する平カム形状部８６ｃとが順次に配置される。

さらに、平カム形状部８６は、突出した部分が小さいものから大きいものの順、具体的には、平カム形状部８６ａ、平カム形状部８６ｂ、平カム形状部８６ｃの順次に排気側カム７７に向かって配置される。

移行形状部８８は、平カム形状部８６ａと平カム形状部８６ｂとの間と、平カム形状部８６ｂと平カム形状部８６ｃとの間と、に設けられ、各々を滑らかに繋げる。曲カム面８７は、曲線状または円弧状の断面を有し、曲面状または球面状に形成される。

貫通孔８９は、径外方向に凹没させた複数の係止溝９１を有する。それぞれの係止溝９１は、吸気側カム６５を移動させるときの１回当たりの移動距離と等しく離間させて形成される。

ローラフォロア７８および吸気側ロッカーアーム６１は、それぞれの吸気バルブ４８（以下、それぞれ「第一吸気バルブ４８ａ」、「第二吸気バルブ４８ｂ」と呼ぶ。）に対応させて第一ローラフォロア７８ａおよび第一吸気側ロッカーアーム６１ａと、第二ローラフォロア７８ｂおよび第二吸気側ロッカーアーム６１ｂと、を備える。

第一ローラフォロア７８ａおよび第二ローラフォロア７８ｂは、角丸円筒状に形成されたローラであり、回転軸に対して平行な側面９３と、側面９３に連続させて形成された角丸部９４（角丸部分）とを有する。

ローラフォロア７８の回転軸は、カムシャフト６４の回転軸Ｃに対し平行に配置される。したがって、側面９３は、平カム形状部８６のカム面８５に対して平行に配置される。これによって、ローラフォロア７８の側面９３と平カム形状部８６のカム面８５とは線接触した状態で当接される。

一方、角丸部９４は、移行形状部８８の曲カム面８７を臨むように、バルブリフト量がより大きい側の平カム形状部８６に向かって位置される。

カム移動機構部８１は、油圧シリンダ、電動モータ、ステッピングモータ、遠心調速機を動力源とし、溝カム機構などによってカムシャフト６４の軸方向へ吸気側カム６５を往復動させる軸方向力を加える。

カム係止機構部８２は、カムシャフト６４の係止球出没孔８４に遊嵌された係止球９６と、係止球９６をカムシャフト６４の径外方向へ付勢し吸気側カム６５の係止溝９１に位置させる弾性部材９７と、を備える。カム係止機構部８２は、吸気側カム６５に加えられる軸方向力が所定の大きさを超えると、弾性部材９７の付勢力に抗して係止球９６を係止球出没孔８４に没入させ係止を解除する。

また、カム係止機構部８２は、一旦係止が解除され、吸気側カム６５に加えられる軸方向力が無くなると、弾性部材９７の付勢力によって吸気側カム６５の移動方向に並設された係止溝９１に係止球９６を係止させて吸気側カム６５の移動を停止させる。このとき、カム係止機構部８２は、ローラフォロア７８が平カム形状部８６によって従動される位置に吸気側カム６５を係止させる。

さらに、カム係止機構部８２は、第一ローラフォロア７８ａおよび第二ローラフォロア７８ｂの間隔と同じ間隔毎にカムシャフト６４と吸気側カム６５との移動位置を係止させる。

ここで、平カム形状部８６とローラフォロア７８との寸法関係を説明する。

先ず、それぞれの平カム形状部８６のカム面８５は、それぞれのローラフォロア７８と同じ距離に離間させて配置される。また、この離間距離は、カム移動機構部８１およびカム係止機構部８２によって移動される吸気側カム６５の一回当たりの移動距離に等しい。

具体的には、平カム形状部８６ａ、８６ｂ、８６ｃのそれぞれのカム面８５ａ、８５ｂ、８５ｃの離間距離Ｌ１と、第一ローラフォロア７８ａと第二ローラフォロア７８ｂとの離間距離Ｌ２と、吸気側カム６５の一回当たりの移動距離Ｌ３とは、離間距離Ｌ１＝離間距離Ｌ２＝移動距離Ｌ３の関係を有する。

次に、バルブリフト量が最大となるカム形状を有する平カム形状部８６ｃの幅（カムシャフト６４の回転軸方向の長さ）は、両吸気バルブ４８を開閉可能な幅を有する。

具体的には、平カム形状部８６ｃの幅は、それぞれの平カム形状部８６のカム面８５の離間距離とローラフォロア７８の側面９３の幅（カムシャフト６４の回転軸方向の長さ）との和よりも長く構成される。より詳しくは、平カム形状部８６ｃの幅Ｗ１と、平カム形状部８６ａ、８６ｂ、８６ｃのそれぞれのカム面８５ａ、８５ｂ、８５ｃの離間距離Ｌ１と、ローラフォロア７８の側面９３の幅Ｗ２とは、幅Ｗ１＞離間距離Ｌ１＋幅Ｗ２の関係を有する。

吸気側カム６５とローラフォロア７８との関係について、さらに詳細に説明する。

先ず、エンジン２６のアイドリング状態における可変動弁装置２７（図３）について説明する。

図３に示すように、エンジン２６のアイドリング状態において可変動弁装置２７は、異なる平カム形状部８６に従動されるローラフォロア７８によって吸気バルブ４８を開閉させる。

具体的には、可変動弁装置２７は、平カム形状部８６ａに従動される第一ローラフォロア７８ａによって第一吸気バルブ４８ａを開閉させ、平カム形状部８６ｂに従動される第二ローラフォロア７８ｂによって第二吸気バルブ４８ｂを開閉させる（この状態を、以下「吸気側カム６５の第一の位置」と呼ぶ。）。

平カム形状部８６ａおよび平カム形状部８６ｂによって開閉される排気バルブ５１のバルブリフト量およびカム作動角は、エンジン２６のアイドリング状態に対応させて最適化される。

具体的には、平カム形状部８６ａは、バルブリフトなし、または極めて小さいバルブリフト量（例えば、約１ｍｍ以下）に設定される。他方、平カム形状部８６ｂは、平カム形状部８６ａのバルブリフト量に加え、エンジン２６のアイドリングを安定させるバルブリフト量に設定される。平カム形状部８６ａに微小なバルブリフト量を設定しておくことは、エンジン２６のアイドリングを維持させる観点において一方の吸気バルブ４８（ここでは第二吸気バルブ４８ｂ）の開閉のみで足りるところ、他方の吸気バルブ４８（ここでは第一吸気バルブ４８ａ）の吸気ポート４３側に燃料が溜まってしまうことを防ぐためである。仮に吸気バルブ４８（詳しくは弁体５４）の吸気ポート４３側に燃料が溜まると、エンジン２６の回転数の上昇にともなって両吸気バルブ４８を開いた際に、エンジン出力が急峻に変化する虞があり、これを回避するためである。

次に、エンジン２６が最大トルクを発生させる回転数付近における可変動弁装置２７について説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置を示した要部拡大図である。

図４に示すように、エンジン２６が最大トルクを発生させる回転数付近において可変動弁装置２７は、異なる平カム形状部８６に従動されるローラフォロア７８によって吸気バルブ４８を開閉させる。具体的には、可変動弁装置２７は、平カム形状部８６ｂに従動される第一ローラフォロア７８ａによって第一吸気バルブ４８ａを開閉させ、平カム形状部８６ｃに従動される第二ローラフォロア７８ｂによって第二吸気バルブ４８ｂを開閉させる（この状態を、以下「吸気側カム６５の第二の位置」と呼ぶ。）。

平カム形状部８６ｂおよび平カム形状部８６ｃによって開閉される排気バルブ５１のバルブリフト量およびカム作動角は、エンジン２６の最大トルク発生時の回転数に対応させて最適化される。

具体的には、平カム形状部８６ｃは、第二吸気バルブ４８ｂを最大開度でリフトさせるバルブリフト量に設定される。他方、平カム形状部８６ｂは、平カム形状部８６ｃのバルブリフト量（最大開度）とともにエンジン２６の最大トルク発生時に最適化させたバルブリフト量に設定される。

すなわち、平カム形状部８６ｂのカムプロフィールは、平カム形状部８６ａとの組み合わせにおけるエンジン２６のアイドリング運転の安定化と、平カム形状部８６ｃとの組み合わせにおけるエンジン２６の最大トルク発生時の吸気量の最適化との均衡を保ちつつ設定される。なお、エンジン２６の吸気量の制御は、スロットルバルブによっても行われる。

また、平カム形状部８６ｃおよび平カム形状部８６ｂは、第二吸気バルブ４８ｂと第一吸気バルブ４８ａとのバルブリフト量に差（図４中、実線矢Ｄ）を設けて吸気ポート４３と燃料室４２とを連通させる。この第二吸気バルブ４８ｂと第一吸気バルブ４８ａとのバルブリフト量の差によって、可変動弁装置２７は、シリンダ内にスワール（筒内流動）を促進させて燃料を効率よく燃焼させることができる。

次に、エンジン２６が最大出力を発生させる回転数付近における可変動弁装置２７について説明する。

図５は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置を示した要部拡大図である。

図５に示すように、エンジン２６が最大出力を発生させる回転数付近において可変動弁装置２７は、同一の平カム形状部８６に従動されるローラフォロア７８によって吸気バルブ４８を開閉させる。具体的には、可変動弁装置２７は、平カム形状部８６ｃに従動されるローラフォロア７８によって吸気バルブ４８を開閉させる（この状態を、以下「吸気側カム６５の第三の位置」と呼ぶ。）。

平カム形状部８６ｃによって開閉される排気バルブ５１のバルブリフト量は、最大となるように設定される。

具体的には、平カム形状部８６ｃは、第一吸気バルブ４８ａおよび第二吸気バルブ４８ｂを最大開度でリフトさせるバルブリフト量に設定される。これによって、可変動弁装置２７は、シリンダ内に最大流量の混合気を送給する。

そして、可変動弁装置２７は、吸気側カム６５がカムシャフト６４の回転軸方向に移動するとき（すなわち、吸気側カム６５が第一の位置から第二の位置へ、第二の位置から第三の位置へ、第三の位置から第二の位置へ、第二の位置から第一の位置へ、それぞれ移動するとき）、ローラフォロア７８が平カム形状部８６の突出部分に当接されていれば、ローラフォロア７８の角丸部９４を吸気側カム６５の移行形状部８８に乗り上げさせて、連続的に吸気バルブ４８のバルブリフト量を切り換える。

図６は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置の吸気側カムを回転軸方向から示した図である。

図７は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置の吸気側カムの突出部分を回転軸方向から示した図である。

図８は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置のバルブリフト曲線を示した図である。

図６および図７に示すように、可変動弁装置２７の吸気側カム６５は、平カム形状部８６毎に異なるカム高さ（バルブリフト量に比例する。）を有する突出部分９８を備える。突出部分９８の最大リフト位置は、互いに異なる位相角に配置される。

また、図７および図８に示すように、可変動弁装置２７の吸気側カム６５は、平カム形状部８６毎に突出部分９８の基点が異なる。

具体的には、平カム形状部８６ａの基点９９ａと、平カム形状部８６ｂの基点９９ｂと、平カム形状部８６ｃの基点９９ｃとは、吸気側カム６５の回転方向（図７中、実線矢）に見て基点９９ｃが最も先行した位相に位置され、基点９９ａが最も遅れた位相に位置される（図７）。

これによって、エンジン２６のアイドリング運転時は、排気バルブ５１のバルブリフト曲線Ａと、吸気バルブ４８のバルブリフト曲線Ｂとの重なりが小さくなり、アイドリングの安定が図られる（図８）。

他方、エンジン２６の回転数が上昇し最大トルク運転または最大出力運転となったときは、排気バルブ５１のバルブリフト曲線Ａと、最大トルク運転時における吸気バルブ４８のバルブリフト曲線Ｃまたは最大出力運転時における吸気バルブ４８のバルブリフト曲線Ｄとの重なりが大きくなり、燃焼ガスが持つ運動エネルギーによって排気が促進される（図８）。

なお、平カム形状部８６ｂの基点９９ｂと、平カム形状部８６ｃの基点９９ｃとの位相の先後関係は、それぞれの運転状態における最適化のため前後され得る。

可変動弁装置２７による吸気側カム６５の移動制御について説明する。

図９は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置によるバルブ開度マップを示した図である。

図９に示すように、可変動弁装置２７は、エンジン２６の回転数およびスロットルバルブの開度に基づき、カム移動機構部８１を制御して吸気側カム６５を移動させ、吸気バルブ４８のバルブリフト量を切り換える。この吸気側カム６５の切換制御は、エンジン２６の回転数と、スロットルバルブの開度と、吸気側カム６５の移動位置（第一の位置、第二の位置、または第三の位置）と、からなるいわゆる三次元マップに基づいて行われる。

具体的には、可変動弁装置２７は、エンジン２６の回転数が低くアイドリングに近い状態のとき、吸気側カム６５を第一の位置に位置させる。また、可変動弁装置２７は、エンジン２６の回転数が上昇し最大トルクを発生させる回転数（図９中、回転数Ｒ１）が近づいたとき、吸気側カム６５を第二の位置に位置させる。さらに、可変動弁装置２７は、エンジン２６の回転数が上昇し最大出力を発生させる回転数（図９中、回転数Ｒ２）が近づいたとき、吸気側カム６５を第三の位置に位置させる。

また、可変動弁装置２７は、スロットルバルブの開度が大きくなるほどエンジン２６の回転数に対し吸気側カム６５をバルブリフト量の大きい側へ移動させる時期を早める。

図１０は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置の他の例を示した図である。

図１０に示すように、可変動弁装置２７Ａは、スイングアーム式の吸気側ロッカーアーム６１Ａおよび排気側ロッカーアーム６２Ａを備える。

このように、可変動弁装置２７、２７Ａは、シーソー式およびスイングアーム式のロッカーアームのいずれにも適用できる。

図１１は、本発明の実施形態に係る可変動弁装置の他の例を示した図である。

図１１に示すように、エンジン２６のシリンダヘッド２８は、ダブル・オーバーヘッド・カムシャフト式（ＤＯＨＣ：ＤｏｕｂｌｅＯｖｅｒＨｅａｄＣａｍｓｈａｆｔ）の動弁装置である可変動弁装置２７Ｂを備える。

可変動弁装置２７Ｂは、吸気側カムシャフト１０１と、排気側カムシャフト１０２と、をそれぞれ別個に備える。また、可変動弁装置２７Ｂは、吸気側カムシャフト１０１と一体的に回転されるとともに吸気側カムシャフト１０１の軸方向に移動自在な吸気側カム６５Ｂと、排気側カムシャフト１０２と一体的に回転されるとともに排気側カムシャフト１０２の軸方向に移動自在な排気側カム７７Ｂと、を備える。

吸気側カム６５Ｂおよび排気側カム７７Ｂは、吸気側カム６５と同様に回転軸方向にカムの断面形状が連続的に変化するいわゆる「３次元カム」である。

このように、可変動弁装置２７、２７ＡをＤＯＨＣ式の動弁装置に適用することもできる。

また、可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、吸気側ロッカーアーム６１、６１Ａおよび排気側ロッカーアーム６２、６２Ａを備えるが、ロッカーアームに替えてタペット（図示省略）を備えた直打式の動弁装置に適用することもできる。この場合、カムに従動されるローラフォロア７８は、タペットに設けられる。

さらに、可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、エンジン２６の特性によって吸気側カム６５、６５Ｂおよび排気側カム７７Ｂの平カム形状部８６の段数を適宜に増減させても良い。

このように構成された本実施形態に係る可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、吸気側カム６５、６５Ｂおよび排気側カム７７Ｂを移動させてバルブリフト量を切り換えるときを除けば、吸気側カム６５、６５Ｂおよび排気側カム７７Ｂとローラフォロア７８とが常に線接触する。これによって、可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、従来の連続式可変動弁装置に比べ、吸気側カム６５、６５Ｂおよび排気側カム７７Ｂとローラフォロア７８に発生する接触応力を緩和できる。

また、本実施形態に係る可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、吸気側カム６５、６５Ｂおよび排気側カム７７Ｂを移動させてバルブリフト量を切り換えるとき、カム係止機構部８２によって吸気側カム６５、６５Ｂおよび排気側カム７７Ｂの一回当たりの移動距離が設定される。これによって、可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、従来の連続式可変動弁装置に比べ、移動に係る位置検出および位置制御を高度に行う必要が無く、吸気側カム６５、６５Ｂおよび排気側カム７７Ｂを非常に簡便に移動させることができる。

さらに、本実施形態に係る可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、第一吸気バルブ４８ａおよび第二吸気バルブ４８ｂにバルブリフト量の差を設けることができる。これによって、可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、シリンダ内にスワール（筒内流動）を促進させて燃料を効率よく燃焼させることができる。

さらにまた、本実施形態に係る可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、吸気側カム６５、６５Ｂおよび排気側カム７７Ｂを移動させてバルブリフト量を切り換えるとき、平カム形状部８６間に形成された移行形状部８８によってどのような位相角に回転した状態であっても、適切にバルブリフト量を切り換えることができる。

また、本実施形態に係る可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、第一吸気バルブ４８ａおよび第二吸気バルブ４８ｂのバルブリフト量を組み合わせることでシリンダへの吸気量を適切に制御できる。

さらに、本実施形態に係る可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂは、それぞれの平カム形状部８６に適宜の位相角差を設けることによって、スロットルバルブで複雑な開閉制御を必要とせず、吸気側カム６５、６５Ｂの切換位置毎に適切な作動角で吸気バルブ４８を開くことができる。

さらに、本実施形態に係る可変動弁装置２７、２７Ａは、平カム形状部８６ａ、８６ｂ、８６ｃの配置によって、移行形状部８８の角丸部９４を排気側カム７７側に位置させることができるので、カムシャフト６４の回転軸方向に小型化できる。

したがって、本発明に係る可変動弁装置２７、２７Ａ、２７Ｂによれば、吸気側カム６５、６５Ｂおよび排気側カム７７Ｂの移動制御が簡便であるとともに、混合気の燃焼効率およびカムの耐久性に優れた動弁装置が構成できる。

１自動二輪車
２車体フレーム
３ヘッドパイプ
４メインフレーム
５ダウンチューブ
７ロアチューブ
８ピボットフレーム
１１ステアリング機構
１２ステアリングヘッド
１３フロントフォーク
１４前輪
１５フロントフェンダ
１７ハンドルバー
１８後輪懸架装置
１９ピボット軸
２１スイングアーム
２２後輪
２３サスペンション
２４ピボットブフレーム
２６エンジン
２７、２７Ａ、２７Ｂ可変動弁装置
２８シリンダヘッド
２９スロットルボディ
３１排気管
３２排気マフラー
３３チェーン
３４ドリブンスプロケット
３６燃料タンク
３７着座シート
３８後部フレームカバー
３９リヤフェンダ
４１シリンダブロック
４２燃焼室
４２燃料室
４３吸気ポート
４３吸気ポート
４４排気ポート
４８吸気バルブ
４８ａ第一吸気バルブ
４８ｂ第二吸気バルブ
４９ステムガイド
５１排気バルブ
５２ステムガイド
５４弁体
５５バルブステム
４６バルブシート
５８弁体
５９バルブステム
４７バルブシート
６１、６１Ａ吸気側ロッカーアーム
６１ａ第一吸気側ロッカーアーム
６１ｂ第二吸気側ロッカーアーム
６２、６２Ａ排気側ロッカーアーム
６４カムシャフト
６５、６５Ｂ吸気側カム
６６吸気側バルブスプリング
６７排気側カム
６８排気側バルブスプリング
６９ロッカーシャフト
７１スプリングリテーナ
７２スプリングシート
７４ロッカーシャフト
７５スプリングリテーナ
７６スプリングシート
７７、７７Ｂ排気側カム
７８ローラフォロア
７８ａ第一ローラフォロア
７８ｂ第二ローラフォロア
８１カム移動機構部
８２カム係止機構部
８４係止球出没孔
８５カム面
８６、８６ａ、８６ｂ、８６ｃ平カム形状部
８７曲カム面
８８移行形状部
８９貫通孔
９１係止溝
９３側面
９４角丸部
９６係止球
９７弾性部材
９８突出部分
９９ａ基点
９９ｂ基点
９９ｃ基点
１０１吸気側カムシャフト
１０２排気側カムシャフト

Claims

燃焼室を有するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドに設けられ前記燃焼室を開閉させる複数のバルブと、
前記シリンダヘッドに軸支されたカムシャフトと、
前記カムシャフトと一体的に回転されるとともに前記カムシャフトの軸方向に移動自在なカム部と、
前記カム部にそれぞれ異なるカム形状で形成され前記カムシャフトの回転軸に平行なカム面を有する複数の平カム形状部と、
前記平カム形状部の間に一体に形成され前記カム面を連続的に繋ぐ曲カム面を有する移行形状部と、
前記カム面に対応させた側面と前記曲カム面に対応させた角丸部分とを有し前記カム部に従動される複数のローラフォロアと、
前記ローラフォロアそれぞれが軸支され前記バルブをそれぞれ独立に開閉させる複数のロッカーアームと、を備え、
前記バルブは、２つの吸気バルブを有し、それぞれの前記吸気バルブは、異なる前記平カム形状部に従動するそれぞれの前記ローラフォロアによって独立に開閉されることを特徴とする可変動弁装置。
燃焼室を有するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドに設けられ前記燃焼室を開閉させる複数のバルブと、
前記シリンダヘッドに軸支されたカムシャフトと、
前記カムシャフトと一体的に回転されるとともに前記カムシャフトの軸方向に移動自在なカム部と、
前記カム部にそれぞれ異なるカム形状で形成され前記カムシャフトの回転軸に平行なカム面を有する複数の平カム形状部と、
前記平カム形状部の間に一体に形成され前記カム面を連続的に繋ぐ曲カム面を有する移行形状部と、
前記カム面に対応させた側面と前記曲カム面に対応させた角丸部分とを有し前記カム部に従動される複数のローラフォロアと、
前記ローラフォロアそれぞれが軸支され前記バルブをそれぞれ独立に開閉させる複数のバルブリフタと、を備え、
前記バルブは、２つの吸気バルブを有し、それぞれの前記吸気バルブは、異なる前記平カム形状部に従動するそれぞれの前記ローラフォロアによって独立に開閉されることを特徴とする可変動弁装置。
２つの前記吸気バルブは、同じ最大バルブリフト量で開閉されることを特徴とする請求項１または２に記載の可変動弁装置。
前記平カム形状部は、バルブリフト量が最小となるカム形状を有するものからバルブリフト量が最大となるカム形状を有するものまで順次に配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の可変動弁装置。
それぞれの前記平カム形状部の最大リフト位置は、互いに異なる位相角に配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の可変動弁装置。
それぞれの前記平カム形状部は、それぞれの前記吸気バルブを開閉させる前記ローラフォロアと同じ間隔に離間されたことを特徴とする請求項５に記載の可変動弁装置。
バルブリフト量が最大となるカム形状を有する前記平カム形状部は、２つの前記吸気バルブを開閉可能な回転軸方向長さを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の可変動弁装置。
前記カムシャフトと前記カム部との軸方向の移動位置を適宜に係止させる係止機構を備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の可変動弁装置。
前記係止機構は、前記ローラフォロアと同じ間隔毎に前記カムシャフトと前記カム部との軸方向の移動位置を係止させることを特徴とする請求項８に記載の可変動弁装置。
前記係止機構は、前記ローラフォロアが前記平カム形状部によって従動される位置に前記カム部を係止させることを特徴とする請求項９に記載の可変動弁装置。
シングルオーバーヘッドカムシャフト形式の可変動弁装置において、
前記カムシャフトに一体に形成された排気側カムを備え、
前記カム部は、吸気バルブを開閉させ、
前記平カム形状部は、バルブリフト量が最小となるカム形状を有するものからバルブリフト量が最大となるカム形状を有するものまで順次に前記排気側カムに向かって配置されたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の可変動弁装置。