WO2019003630A1

WO2019003630A1 - 内燃機関および車両

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Publication number: WO2019003630A1
Application number: PCT/JP2018/017284
Authority: WO
Inventors: 安雄岡本
Original assignee: ヤマハ発動機株式会社
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-01-03
Also published as: EP3647557B1; JP2019011714A; EP3647557A4; JP6458090B2; US11066963B2; EP3647557A1; US20210140348A1

Abstract

燃費の低下および可変動弁機構の大型化が抑えられ、高回転時にサージングが生じにくく、ロッカーアームの小型化または軽量化が可能な内燃機関を提供することを目的とする。　内燃機関（１０）は、ロッカーアーム（４０）をカム（２３Ａ）に向けて付勢するロストモーションスプリングとして、シリンダヘッド（１２）に支持された圧縮コイルスプリング（６８）を備えている。圧縮コイルスプリング（６８）の内側に、圧縮コイルスプリング（６８）の巻き軸線（６８ｄ）に沿って延びる軸（７０）が配置されている。

Description

内燃機関および車両

　本発明は、内燃機関および車両に関する。

　従来から、例えば特許文献１に開示されているように、バルブの動作状態を切り換えることのできる可変動弁機構を備えた内燃機関が知られている。可変動弁機構は、シリンダヘッドに揺動可能に支持された第１アームと第１アームに揺動可能に支持された第２アームとを有するロッカーアームと、第１アームと第２アームとを着脱可能に連結する連結機構とを備えている。第１アームは、バルブに当接する当接部を有している。第２アームは、カムシャフトに設けられたカムと接触する接触部を有している。第１アームと第２アームとが連結機構により連結されている場合、第２アームは第１アームと一体となって揺動する。そのため、カムが第２アームの接触部を押すと、第１アームおよび第２アームは一体となって揺動し、第１アームの当接部がバルブを押すことによりバルブが開かれる。一方、第１アームと第２アームとが連結機構により連結されていない場合、第２アームは第１アームに対して揺動する。カムが第２アームの接触部を押すと、第１アームの当接部は第２アームが揺動した後にバルブを押し、バルブは遅れて開かれる。あるいは、カムが第２アームの接触部を押すと、第２アームは揺動するが第１アームは揺動せず、バルブは閉じられたままとなる。可変動弁機構は、このようにしてバルブの動作状態を切り換えることができる。

　また、可変動弁機構は、第２アームをカムに向けて付勢するロストモーションスプリングを備えている。特許文献１に開示された内燃機関の可変動弁機構は、ロストモーションスプリングとして、第１アームおよび第２アームに取り付けられたねじりコイルばねを備えている。

特開２００９－１８５７５３号公報

　ロストモーションスプリングとしてねじりコイルばねを用いる場合、ロッカーアームの第１アームおよび第２アームにねじりコイルばねの取付部を設ける必要がある。そのため、ロッカーアームが大型化したり、重量化する。そこで、ロストモーションスプリングとして、ロッカーアームに取り付けられるねじりコイルばねに代えて、ロッカーアームとは別体の圧縮コイルスプリングを用いることが考えられる。

　しかし、可変動弁機構は、カムおよびロッカーアームに加えて、バルブ、バルブスプリング、およびバルブスプリングリテーナなどを備える。圧縮コイルスプリングを設置する場合、設置スペースが制限される場合が多い。圧縮コイルスプリングを用いる場合、他の部材と干渉しないように、圧縮コイルスプリングの巻き径を小さく抑える必要がある。ところが、圧縮コイルスプリングは所要の力を出力しなければならない。巻き径を小さくする場合、十分な長さを確保する必要がある。よって、ロストモーションスプリングとして、細くて長い圧縮コイルスプリングを用いる必要がある。

　ところが、細くて長い圧縮コイルスプリングは、伸縮時に巻き軸線に対して曲がりやすい。そのため、所要の力を安定して出力できず、第２アームの作動が不安定となることで連結機構の動作速度が変化して、バルブの開閉動作の切換タイミングがずれてしまうおそれがある。その結果、バルブの動作状態の切換可能範囲を狭めることになり、内燃機関の燃費が低下するおそれがある。また、圧縮コイルスプリングは、伸縮時に巻き軸線に対して曲がってしまうと、他の部材に接触するおそれがある。そのような接触を避けるよう、他の部材との間に十分なクリアランスを設ける必要があり、可変動弁機構の大型化を招くおそれがある。さらに、細くて長い圧縮コイルスプリングは、内燃機関の高回転時にサージングを起こしやすい。

　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃費の低下および可変動弁機構の大型化が抑えられ、高回転時にサージングが生じにくく、ロッカーアームの小型化または軽量化が可能な内燃機関およびそれを備えた車両を提供することである。

　本発明に係る内燃機関は、シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに形成されたポートと、前記シリンダヘッドに組み付けられ、前記ポートを開閉するバルブと、前記シリンダヘッドに回転可能に支持されたカムシャフトと、前記カムシャフトに設けられたカムと、前記シリンダヘッドに支持された圧縮コイルスプリングと、ロッカーアームとを備える。前記ロッカーアームは、前記シリンダヘッドに揺動可能に支持された被支持部および前記バルブに当接する当接部を有する第１アームと、前記カムに接触する接触部および前記圧縮コイルスプリングの力を受けるばね力入力部を有し、前記第１アームに揺動可能に支持された第２アームと、を有する。前記内燃機関は更に、前記第１アームと前記第２アームとを着脱自在に連結する連結機構と、前記圧縮コイルスプリングの内側に配置され、前記圧縮コイルスプリングの巻き軸線に沿って延びる軸とを備える。

　上記内燃機関によれば、ロストモーションスプリングとして、ロッカーアームとは別体の圧縮コイルスプリングを備える。ロッカーアームにねじりコイルばねを取り付ける必要がないので、ロッカーアームの小型化および軽量化が可能となる。また、圧縮コイルスプリングの内側に配置された軸が圧縮コイルスプリングの曲がりを規制するので、圧縮コイルスプリングは巻き軸線に対して曲がりにくい。そのため、圧縮コイルスプリングは所要の力を安定して出力することができ、バルブの開閉動作の切換タイミングがずれにくい。よって、バルブの動作状態の切換可能範囲が狭められることがなく、燃費の低下が抑えられる。また、圧縮コイルスプリングは巻き軸線に対して曲がりにくいので、圧縮コイルスプリングは周辺の部材と干渉しにくい。よって、圧縮コイルスプリングと周辺の部材とのクリアランスを大きくする必要がなく、可変動弁機構の大型化を抑制することができる。さらに、圧縮コイルスプリングは軸と接触し得るので、内燃機関の高回転時にサージングが発生しそうになると、圧縮コイルスプリングと軸との接触によりサージングが減衰する。よって、高回転時にサージングが生じにくい。

　本発明の好ましい一態様によれば、前記軸は、第１軸端部と、前記第１軸端部よりも前記第２アームの方に配置された第２軸端部と、を有する。前記内燃機関は、前記軸の前記第１軸端部に設けられ、前記圧縮コイルスプリングを受けるスプリングシートを更に備える。

　上記態様によれば、シリンダヘッドに対する圧縮コイルスプリングの組み付けが容易となる。また、軸を設置するときにスプリングシートも併せて設置されるので、スプリングシートの設置忘れを防止することができる。

　本発明の好ましい一態様によれば、前記圧縮コイルスプリングは、第１端部と、前記第１端部よりも前記第２アームの方に配置された第２端部とを有する。前記内燃機関は、前記圧縮コイルスプリングの前記第２端部に支持されかつ前記第２アームの前記ばね力入力部と接触する天板部と、前記天板部から前記軸の軸方向に沿って前記圧縮コイルスプリングの方に延びる筒部とを有するリテーナを更に備えている。

　上記態様によれば、リテーナの筒部により、圧縮コイルスプリングの曲がりを更に規制することができる。そのため、圧縮コイルスプリングは、より安定して所要の力を出力することができる。

　本発明の好ましい一態様によれば、前記第１アームと前記第２アームとが前記連結機構により連結されかつ前記バルブが閉じているときに、前記リテーナの前記筒部の一部は、前記第１軸端部よりも前記第２軸端部の方かつ前記第２軸端部よりも前記第１軸端部の方に位置している。

　上記態様によれば、リテーナの筒部が長い。圧縮コイルスプリングの一部は、前記軸の径方向の外方に位置し、かつ、リテーナの筒部の径方向の内方に位置する。そのため、圧縮コイルスプリングの曲がりを更に規制することができる。

　本発明の好ましい一態様によれば、前記シリンダヘッドは孔を有し、前記圧縮コイルスプリングの少なくとも一部、前記軸の少なくとも一部、および前記リテーナの少なくとも一部は、前記孔の内部に配置されている。

　上記態様によれば、シリンダヘッドに対して圧縮コイルスプリング、軸、およびリテーナを安定して組み付けることができる。また、孔の内周面により、圧縮コイルスプリングの曲がりがより一層規制される。

　本発明の好ましい一態様によれば、前記天板部に貫通口が形成されている。

　圧縮コイルスプリングの少なくとも一部、軸の少なくとも一部、およびリテーナの少なくとも一部が孔の内部に配置されている場合、孔の内部の空気圧の変動により、リテーナの動きが妨げられるおそれがある。しかし、上記態様によれば、リテーナの天板部の貫通口を通じて、孔の内部と外部との間で空気が行き来することができる。よって、孔の内部の空気圧の変動が緩和され、リテーナの動きが円滑化される。

　本発明の好ましい一態様によれば、前記シリンダヘッドは孔を有し、前記圧縮コイルスプリングの少なくとも一部および前記軸の少なくとも一部は、前記孔の内部に配置されている。

　上記態様によれば、シリンダヘッドに対して圧縮コイルスプリングおよび軸を安定して組み付けることができる。また、孔の内周面により、圧縮コイルスプリングの曲がりがより一層規制される。

　本発明の好ましい一態様によれば、前記圧縮コイルスプリングのピッチは一定である。

　ピッチが一定の圧縮コイルスプリングは、ピッチが一定でない圧縮コイルスプリングに比べて、長さを短くすることができる。コンパクトが可能となる。しかし、ピッチが一定の圧縮コイルスプリングは、ピッチが一定でない圧縮コイルスプリングに比べてサージングが生じやすい。ところが、上記態様によれば、圧縮コイルスプリングと軸との接触により、圧縮コイルスプリングのサージングを抑制することができる。上記態様によれば、コンパクト化に寄与する一定ピッチの圧縮コイルスプリングを支障なく用いることができる。

　本発明の好ましい一態様によれば、前記内燃機関は、前記バルブに固定されたバルブスプリングリテーナと、前記シリンダヘッドに支持された第１スプリング端部と前記バルブスプリングリテーナに支持された第２スプリング端部とを有する他の圧縮コイルスプリングからなるバルブスプリングと、を備えている。前記圧縮コイルスプリングの巻き径は、前記バルブスプリングの巻き径よりも小さい。

　上記態様によれば、圧縮コイルスプリングの巻き径は比較的小さい。そのため、圧縮コイルスプリングと周辺の部材との干渉を容易に避けることができる。

　本発明の好ましい一態様によれば、前記バルブスプリングは、前記第１スプリング端部から前記第２スプリング端部に向けてピッチが一定でない不等ピッチ部と、前記不等ピッチ部から前記第２スプリング端部に向けてピッチが一定である等ピッチ部とを含んでいる。前記第１アームと前記第２アームとが前記連結機構により連結されかつ前記バルブが閉じているときに、前記圧縮コイルスプリング一部は前記等ピッチ部よりも前記不等ピッチ部の方に位置し、前記圧縮コイルスプリングの他の一部は前記不等ピッチ部よりも前記等ピッチ部の方に位置する。

　上記態様によれば、圧縮コイルスプリングは、バルブスプリングの巻き線方向に関して、バルブスプリングの等ピッチ部から不等ピッチ部に至るまで延びている。圧縮コイルスプリングの長さが比較的長い。よって、圧縮コイルスプリングは、巻き径が小さくても、所要の力を安定して出力することができる。

　本発明に係る車両は、前記内燃機関を備えた車両である。

　これにより、前述の効果を奏する車両を得ることができる。

　本発明によれば、燃費の低下および可変動弁機構の大型化が抑えられ、高回転時にサージングが生じにくく、ロッカーアームの小型化または軽量化が可能な内燃機関およびそれを備えた車両を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関が自動車に搭載された例を表す図である。上記内燃機関の部分断面図である。上記内燃機関の部分拡大断面図である。ロッカーアームおよび支持部材の側面図である。ロッカーアームおよび支持部材の平面図である。ロッカーアームの第１アームおよび第２アームの分解斜視図である。図４のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。連結状態のロッカーアームの図７相当図である。連結状態のロッカーアームが支持部材に対して揺動したときの側面図である。第２アームが第１アームに対して揺動したときのロッカーアームの図７相当図である。第２アームが第１アームに対して揺動したときのロッカーアームおよび支持部材の側面図である。リテーナ、圧縮コイルスプリング、軸、およびスプリングシートの斜視図である。可変動弁機構の側面図である。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態に係る内燃機関は、車両に搭載され、車両の推進源として利用されるものである。車両の種類は特に限定されず、自動二輪車、自動三輪車、ＡＴＶ（All Terrain Vehicle）などの鞍乗型車両であってもよく、自動車であってもよい。例えば図１に示すように、内燃機関１０は自動車５のエンジンルームに配置されていてもよい。

　本実施形態に係る内燃機関１０は、複数の気筒を有する多気筒エンジンである。内燃機関１０は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、および排気行程を行う４ストロークのエンジンである。図２は、内燃機関１０の部分断面図である。図２に示すように内燃機関１０は、クランクケース（図示せず）と、クランクケースに接続されたシリンダボディ７と、シリンダボディ７に接続されたシリンダヘッド１２とを備えている。クランクケースの内部には、クランクシャフト（図示せず）が配置されている。シリンダボディ７の内部には、複数のシリンダ６が設けられている。各シリンダ６の内部にはピストン８が配置されている。ピストン８とクランクシャフトとは、コンロッド（図示せず）により連結されている。

　シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２１が回転可能に支持されている。吸気カムシャフト２３には吸気カム２３Ａが設けられ、排気カムシャフト２１には排気カム２１Ａが設けられている。

　シリンダヘッド１２には、吸気ポート１６および排気ポート１４が形成されている。吸気ポート１６の一端には吸気口１８が形成されている。排気ポート１４の一端には排気口１７が形成されている。吸気ポート１６は、吸気口１８を通じて燃焼室１５と連通している。排気ポート１４は、排気口１７を通じて燃焼室１５と連通している。吸気ポート１６は、空気と燃料との混合気を燃焼室１５に向かって導入する役割を果たす。排気ポート１４は、燃焼室１５から排出される排ガスを導出する役割を果たす。

　シリンダヘッド１２には、吸気バルブ２２および排気バルブ２０が組み付けられている。吸気バルブ２２は吸気ポート１６の吸気口１８を開閉する。排気バルブ２０は排気ポート１４の排気口１７を開閉する。吸気バルブ２２および排気バルブ２０はいわゆるポペットバルブである。吸気バルブ２２は軸部２２ａおよび傘部２２ｂを有しており、排気バルブ２０は軸部２０ａおよび傘部２０ｂを有している。吸気バルブ２２の構成と排気バルブ２０の構成とは同様であるので、以下では吸気バルブ２２の構成について説明し、排気バルブ２０の構成の説明は省略することとする。吸気バルブ２２の軸部２２ａは、円筒状のスリーブ２４を介してシリンダヘッド１２にスライド可能に支持されている。スリーブ２４の一端および吸気バルブ２２の軸部２２ａには、バルブステムシール２５が取り付けられている。吸気バルブ２２の軸部２２ａは、スリーブ２４およびバルブステムシール２５を貫通している。軸部２２ａの先端には、タペット２６が嵌め込まれている。

　図３に示すように、吸気バルブ２２の軸部２２ａにはコッタ２８が取り付けられている。コッタ２８は、バルブスプリングリテーナ３０に嵌め込まれている。バルブスプリングリテーナ３０は、コッタ２８を介して吸気バルブ２２に固定されている。バルブスプリングリテーナ３０は、吸気バルブ２２と共に、吸気バルブ２２の軸方向に移動可能である。吸気バルブ２２はバルブスプリングリテーナ３０を貫通している。

　図３に示すように、内燃機関１０は、吸気バルブ２２に対して吸気口１８を閉じる向き（図３の上向き）の力を与えるバルブスプリング３２を備えている。バルブスプリング３２は、圧縮コイルスプリングからなっており、シリンダヘッド１２に支持された第１スプリング端部３２ｂと、バルブスプリングリテーナ３０に支持された第２スプリング端部３２ａとを有している。

　内燃機関１０は、吸気カム２３Ａから力を受けて吸気バルブ２２を開閉するロッカーアーム４０を備えている。ロッカーアーム４０は、支持部材３５を介してシリンダヘッド１２に揺動可能に支持されている。図４はロッカーアーム４０および支持部材３５の側面図であり、図５はロッカーアーム４０および支持部材３５の平面図である。ロッカーアーム４０は、第１アーム４１と、ローラ４３を有する第２アーム４２とを含んでいる。

　図６は、第１アーム４１および第２アーム４２の分解斜視図である。第１アーム４１は、プレート４１Ａと、プレート４１Ｂと、当接プレート４１Ｃと、連結プレート４１Ｄとを有している。プレート４１Ａとプレート４１Ｂとは、平行に配置されている。当接プレート４１Ｃおよび連結プレート４１Ｄは、プレート４１Ａおよびプレート４１Ｂと交差している。また、当接プレート４１Ｃおよび連結プレート４１Ｄは、プレート４１Ａとプレート４１Ｂとを繋いでいる。プレート４１Ａには、孔４６Ａおよび孔４８が形成されている。プレート４１Ｂには、孔４６Ｂ（図７参照）および孔４８が形成されている。孔４６Ａ、４６Ｂ、および４８は、吸気カムシャフト２３（図３参照）の軸線方向と平行な方向に延びている。

　図７は図４のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。図７に示すように、プレート４１Ａの孔４６Ａの周囲には、円筒状のボス部４９Ａが設けられている。孔４６Ａの内部には、連結ピン６０Ａがスライド可能に挿入されている。プレート４１Ｂの孔４６Ｂの周囲には、有底円筒状のカバー部４９Ｂが設けられている。カバー部４９Ｂには孔４６Ｂよりも小径の孔４７が形成されているが、孔４７はなくてもよい。孔４６Ｂの内部には、連結ピン６０Ｂがスライド可能に挿入されている。また、孔４６Ｂの内部には、スプリング６４が配置されている。スプリング６４はカバー部４９Ｂと連結ピン６０Ｂとの間に介在しており、連結ピン６０Ｂをプレート４１Ａの方に付勢している。

　第２アーム４２は第１アーム４１の内側に配置されている。すなわち、第２アーム４２は、プレート４１Ａとプレート４１Ｂとの間に配置されている。図６に示すように、第２アーム４２は、プレート４２Ａと、プレート４２Ｂと、当接プレート４２Ｃと、連結プレート４２Ｄとを有している。プレート４２Ａとプレート４２Ｂとは、平行に配置されている。当接プレート４２Ｃおよび連結プレート４２Ｄは、プレート４２Ａおよびプレート４２Ｂと交差している。また、当接プレート４２Ｃおよび連結プレート４２Ｄは、プレート４２Ａとプレート４２Ｂとを繋いでいる。プレート４２Ａおよびプレート４２Ｂのそれぞれには、孔５０および孔５２が形成されている。

　図７に示すように、プレート４２Ａの孔５０およびプレート４２Ｂの孔５０には、円筒状のローラ４３が回転可能に支持されている。詳しくは、プレート４２Ａおよびプレート４２Ｂの孔５０には、円筒状のカラー５４が挿入されている。ローラ４３は、このカラー５４に回転可能に支持されている。カラー５４の内部には、連結ピン６２がスライド可能に挿入されている。カラー５４は孔５０の内部に配置されているので、連結ピン６２は孔５０の内部にスライド可能に挿入されている。なお、カラー５４は必ずしも必要ではない。連結ピン６２がローラ４３を回転可能に支持していてもよい。

　連結ピン６０Ｂの外径は、カラー５４の内径以下である。連結ピン６０Ｂは、カラー５４の内部に挿入可能に形成されている。連結ピン６２の外径は孔４６Ａの内径以下である。連結ピン６２は、孔４６Ａの内部に挿入可能に形成されている。本実施形態では、カラー５４の内径と孔４６Ａの内径とは等しい。連結ピン６０Ｂの外径と、連結ピン６２の外径と、連結ピン６０Ａの外径とは等しい。

　図４に示すように、支持部材３５と第１アーム４１と第２アーム４２とは、支持ピン５６によって連結されている。支持ピン５６は、第１アーム４１のプレート４１Ａの孔４８と、プレート４１Ｂの孔４８と、第２アーム４２のプレート４２Ａの孔５２と、プレート４２Ｂの孔５２とに挿入されている。第１アーム４１および第２アーム４２は、支持ピン５６により、支持部材３５に揺動可能に支持されている。また、第２アーム４２は、支持ピン５６により、第１アーム４１に揺動可能に支持されている。

　図７に示すように、ロッカーアーム４０の側方には、連結切換ピン６６が配置されている。連結切換ピン６６は、連結ピン６０Ａに接近する方向と連結ピン６０Ａから離反する方向とに移動可能に構成されている。

　図８に示すように、連結切換ピン６６が連結ピン６０Ａから離れる方向に移動すると、連結ピン６０Ａ，６２，６０Ｂはスプリング６４の力により、図８の左方にスライドする。これにより、連結ピン６０Ｂは孔４６Ｂの内部および孔５０の内部（詳しくは、カラー５４の内部）に位置する状態となり、連結ピン６２は孔５０の内部（詳しくは、カラー５４の内部）および孔４６Ａの内部に位置する状態となる。以下、この状態のことを連結状態と言う。連結状態では、第１アーム４１と第２アーム４２とは、連結ピン６０Ｂおよび連結ピン６２によって連結される。その結果、図９に示すように、第１アーム４１および第２アーム４２は一体となって、支持ピン５６の軸心を中心として揺動可能となる。

　図７に示すように、連結切換ピン６６が連結ピン６０Ａの方に移動すると、連結ピン６０Ａ，６２，６０Ｂは連結切換ピン６６によって押され、図７の右方にスライドする。これにより、連結ピン６０Ｂは孔４６Ｂの内部に位置しかつ孔５０の内部に位置しない状態となり、連結ピン６２は孔５０の内部に位置しかつ孔４６Ａの内部に位置しない状態となる。以下、この状態のことを非連結状態と言う。非連結状態では、図１０に示すように、連結ピン６２は連結ピン６０Ａおよび連結ピン６０Ｂに対してスライド可能となる。その結果、図１１に示すように、第２アーム４２は第１アーム４１に対して、支持ピン５６の軸心を中心として揺動可能となる。そのため、第２アーム４２が支持ピン５６の軸心を中心として揺動しても、第１アーム４１は揺動しないこととなる。

　図３に示すように、第１アーム４１のうち支持ピン５６によって支持された部分（詳しくは、プレート４１Ａにおける孔４８の周囲の部分およびプレート４１Ｂにおける孔４８の周囲の部分）は、シリンダヘッド１２に揺動可能に支持された被支持部４１Ｓを構成している。当接プレート４１Ｃは、タペット２６を介して吸気バルブ２２に当接する当接部を構成している。

　図３に示すように、内燃機関１０は、ロッカーアーム４０を吸気カム２３Ａに向けて付勢するロストモーションスプリングとして、圧縮コイルスプリング６８を備えている。吸気カムシャフト２３の回転に伴って、吸気カム２３Ａは、ロッカーアーム４０のローラ４３を押しつける状態と押しつけない状態とを繰り返す。ローラ４３が下方に押しつけられると、第２アーム４２は支持ピン５６の軸心を中心として下方に揺動する。これに伴い、第２アーム４２の当接プレート４２Ｃがリテーナ７４を介して圧縮コイルスプリング６８を押しつけ、圧縮コイルスプリング６８は収縮する。第２アーム４２は、圧縮コイルスプリング６８から上向きの力を常時受けている。吸気カム２３Ａがローラ４３を下方に押しつけない状態では、圧縮コイルスプリング６８は伸張し、第２アーム４２は圧縮コイルスプリング６８の力によって、支持ピン５６の軸心を中心として上方に揺動する。

　圧縮コイルスプリング６８の内側には、圧縮コイルスプリング６８の巻き軸線６８ｄに沿って延びる軸７０が配置されている。軸７０は、第１軸端部７０ａと、第１軸端部７０ａよりも第２アーム４２の方に配置された第２軸端部７０ｂとを有している。第１軸端部７０ａには、圧縮コイルスプリング６８を受けるスプリングシート７２が設けられている。スプリングシート７２は軸７０に固定されていてもよく、スプリングシート７２および軸７０は一体成形されていてもよい。

　圧縮コイルスプリング６８は、第１端部６８ａと、第１端部６８ａよりも第２アーム４２の方に配置された第２端部６８ｂとを有している。第２端部６８ｂには、リテーナ７４が支持されている。リテーナ７４は、円板状の天板部７４ａと、円筒状の筒部７４ｂとを有している。筒部７４ｂは、天板部７４ａから軸７０の軸方向に沿って圧縮コイルスプリング６８の方に延びている。天板部７４ａは、圧縮コイルスプリング６８の第２端部６８ｂに支持されている。天板部７４ａは、ロッカーアーム４０の第２アーム４２の当接プレート４２Ｃと接触している。第２アーム４２の当接プレート４２Ｃは、リテーナ７４を介して圧縮コイルスプリング６８の力を受けるばね力入力部を構成している。

　シリンダヘッド１２には孔７６が形成されている。スプリングシート７２と、軸７０の少なくとも一部と、圧縮コイルスプリング６８の少なくとも一部と、リテーナ７４の筒部７４ｂの少なくとも一部とは、孔７６の内部に配置されている。

　図３に示すように、ロッカーアーム４０の第１アーム４１と第２アーム４２とが連結ピン６０Ｂ，６２により連結され、かつ、吸気バルブ２２が閉じているときに、リテーナ７４の筒部７４ｂの一部は、軸７０の第１軸端部７０ａよりも第２軸端部７０ｂの方かつ第２軸端部７０ｂよりも第１軸端部７０ａの方に位置している。

　吸気バルブ２２、バルブスプリング３２、軸７０、リテーナ７４、圧縮コイルスプリング６８、および支持部材３５は、互いに平行に配置されている。リテーナ７４は、バルブスプリング３２と支持部材３５との間に配置されている。軸７０は、バルブスプリング３２と支持部材３５との間に配置されている。

　図１２は、リテーナ７４、軸７０、圧縮コイルスプリング６８、およびスプリングシート７２の斜視図である。図１２に示すように、リテーナ７４の天板部７４ａには、貫通口７４ｃが形成されている。上述の通り、リテーナ７４の筒部７４ｂの少なくとも一部は、シリンダヘッド１２の孔７６の内部に配置されている（図３参照）。孔７６は、リテーナ７４によって塞がれている。天板部７４ａに貫通口７４ｃが形成されていない場合、リテーナ７４の上下移動に伴って孔７６の内部の空気圧が変動し、リテーナ７４の動きが妨げられるおそれがある。しかし、天板部７４ａに貫通口７４ｃが形成されている場合、孔７６の内部と外部とは貫通口７４ｃを通じて連通する。そのため、孔７６の内部と外部との間で、空気を行き来させることができる。それにより、孔７６の内部の空気圧の変動が緩和される。よって、リテーナ７４の動きが円滑化される。

　本実施形態では、圧縮コイルスプリング６８のピッチ６８ｐは一定である。一方、図１３に示すように、バルブスプリング３２は、第１スプリング端部３２ｂから第２スプリング端部３２ａに向けてピッチが一定でない不等ピッチ部３２Ｂと、不等ピッチ部３２Ｂから第２スプリング端部３２ａに向けてピッチが一定である等ピッチ部３２Ａとを含んでいる。圧縮コイルスプリング６８とバルブスプリング３２とは、寸法が相違している。圧縮コイルスプリング６８の長さは、バルブスプリング３２の長さよりも短い。圧縮コイルスプリング６８の巻き径６８Ｄは、バルブスプリング３２の巻き径３２Ｄよりも小さい。図１３に示すように、ロッカーアーム４０の第１アーム４１と第２アーム４２とが連結ピン６０Ｂ，６２により連結され、かつ、吸気バルブ２２が閉じているときに、圧縮コイルスプリング６８の一部は等ピッチ部３２Ａよりも不等ピッチ部３２Ｂの方に位置し、圧縮コイルスプリング６８の他の一部は不等ピッチ部３２Ｂよりも等ピッチ部３２Ａの方に位置する。圧縮コイルスプリング６８は、等ピッチ部３２Ａの一部および不等ピッチ部３２Ｂの一部と隣り合っている。

　図２に示すように、吸気バルブ２２と同様、排気バルブ２０にもバルブスプリング３２、バルブスプリングリテーナ３０、ロッカーアーム４０、支持部材３５、圧縮コイルスプリング６８、軸７０等が設けられている。それらの構成は前述の構成と同様であるので、詳しい説明は省略する。

　本実施形態に係る内燃機関１０では、連結切換ピン６６の状態を切り換えることにより、吸気バルブ２２および排気バルブ２０の動作状態を切り換えることができる。

　すなわち、連結切換ピン６６を連結状態に切り換えると、ロッカーアーム４０の第１アーム４１および第２アーム４２は、連結ピン６０Ｂおよび連結ピン６２によって連結される（図８参照）。吸気カムシャフト２３の回転に伴って吸気カム２３Ａがロッカーアーム４０のローラ４３を押すと、第１アーム４１および第２アーム４２は一体となって、支持ピン５６の軸心を中心として揺動する（図９参照）。その結果、第１アーム４１の当接プレート４１Ｃが吸気バルブ２２を押し、吸気ポート１６の吸気口１８が開かれる。同様に、排気カムシャフト２１の回転に伴って排気カム２１Ａがロッカーアーム４０のローラ４３を押すと、第１アーム４１および第２アーム４２は一体となって、支持ピン５６の軸心を中心として揺動する。その結果、第１アーム４１の当接プレート４１Ｃが排気バルブ２０を押し、排気ポート１４の排気口１７が開かれる。

　連結切換ピン６６を非連結状態に切り換えると、連結ピン６０Ｂおよび連結ピン６２による第１アーム４１および第２アーム４２の連結が解除される（図７参照）。第２アーム４２は第１アーム４１に対して揺動可能となる（図１０参照）。吸気カムシャフト２３の回転に伴って吸気カム２３Ａがローラ４３を押すと、第２アーム４２は支持ピン５６の軸心を中心として揺動するが、第１アーム４１は揺動しない（図１１参照）。そのため、第１アーム４１の当接プレート４１Ｃが吸気バルブ２２を押すことはなく、吸気口１８は吸気バルブ２２によって閉じられたままとなる。同様に、排気カムシャフト２１の回転に伴って排気カム２１Ａがローラ４３を押すと、第２アーム４２は支持ピン５６の軸心を中心として揺動するが、第１アーム４１は揺動しない。そのため、第１アーム４１の当接プレート４１Ｃが排気バルブ２０を押すことはなく、排気口１７は排気バルブ２０によって閉じられたままとなる。このように、本実施形態では、連結切換ピン６６を非連結状態に切り換えることにより、複数の気筒のうちの一部を休止状態にすることができる。例えば、負荷の小さいときに一部の気筒を休止させることとすれば、燃費を向上させることができる。

　以上が本実施形態に係る内燃機関１０の構成である。内燃機関１０によれば、ロストモーションスプリングとして、ロッカーアーム４０とは別体の圧縮コイルスプリング６８を備えている。ロッカーアーム４０にねじりコイルばねを取り付ける必要がないので、ロッカーアーム４０の小型化および軽量化が可能となる。

　本実施形態に係る圧縮コイルスプリング６８は、比較的細いコイルスプリングである。圧縮コイルスプリング６８の巻き径６８Ｄはバルブスプリング３２の巻き径３２Ｄよりも小さい。そのため、圧縮コイルスプリング６８と周辺の部材（例えば、バルブスプリングリテーナ３０、バルススプリング３２、支持部材３５など）との干渉を容易に避けることができる。

　また、本実施形態に係る圧縮コイルスプリング６８は、比較的長いコイルスプリングである。図１３に示すように、ロッカーアーム４０の第１アーム４１と第２アーム４２とが連結されかつバルブ２０，２２が閉じているときに、圧縮コイルスプリング６８の一部はバルブスプリング３２の等ピッチ部３２Ａよりも不等ピッチ部３２Ｂの方に位置し、圧縮コイルスプリング６８の他の一部は不等ピッチ部３２Ｂよりも等ピッチ部３２Ａの方に位置する。圧縮コイルスプリング６８は、バルブスプリング３２の巻き線方向に関して、バルブスプリング３２の等ピッチ部３２Ａから不等ピッチ部３２Ｂに至るまで延びている。このように圧縮コイルスプリング６８は比較的長いので、巻き径６８Ｄが比較的小さくても、所要の力を安定して出力することができる。

　本実施形態によれば、圧縮コイルスプリング６８は細くて長いコイルスプリングであるが、軸７０が圧縮コイルスプリング６８の曲がりを規制するので、圧縮コイルスプリング６８は巻き軸線６８ｄに対して曲がりにくい。そのため、圧縮コイルスプリング６８は所要の力を安定して出力することができ、バルブ２０，２２の開閉動作の切換タイミングがずれにくい。よって、バルブ２０，２２の動作状態の切換可能範囲が狭められることがなく、内燃機関１０の燃費の低下が抑えられる。

　また、圧縮コイルスプリング６８は巻き軸線６８ｄに対して曲がりにくいので、圧縮コイルスプリング６８は周辺の部材と干渉しにくい。よって、圧縮コイルスプリング６８と周辺の部材（例えば、バルブスプリングリテーナ３０、バルススプリング３２、支持部材３５など）とのクリアランスを大きくする必要がなく、可変動弁機構の大型化を抑制することができる。

　ところで、細くて長い圧縮コイルスプリング６８は、短時間の間に多くの伸縮を繰り返すとサージングを起こしやすい。そのため、内燃機関１０の高回転時にサージングを起こしやすい。しかし、本実施形態に係る内燃機関１０によれば、圧縮コイルスプリング６８は軸７０と接触し得るので、内燃機関１０の高回転時にサージングが発生しそうになると、圧縮コイルスプリング６８と軸７０との接触によりサージングが減衰する。よって、高回転時にサージングが生じにくい。

　したがって、本実施形態に係る内燃機関１０によれば、燃費の低下および可変動弁機構の大型化を抑えることができ、高回転時にサージングが生じにくく、ロッカーアーム４０の小型化および軽量化が可能となる。

　スプリングシート７２は必ずしも必要ではないが、本実施形態では、軸７０の第１軸端部７０ａに圧縮コイルスプリング６８を受けるスプリングシート７２が設けられている。これにより、シリンダヘッド１２に対する圧縮コイルスプリング６８の組み付けが容易となる。また、孔７６の内部に軸７０を設置するときにスプリングシート７２も併せて設置されるので、スプリングシート７２の設置忘れを防止することができる。

　本実施形態によれば、リテーナ７４は天板部７４ａと筒部７４ｂとを有している。そのため、筒部７４ｂにより、圧縮コイルスプリング６８の曲がりを更に規制することができる。よって、圧縮コイルスプリング６８は、より安定して所要の力を出力することができる。

　本実施形態によれば、ロッカーアーム４０の第１アーム４１と第２アーム４２とが連結され、かつ、バルブ２０，２２が閉じているときに、リテーナ７４の筒部７４ｂの一部は、軸７０の第１軸端部７０ａよりも第２軸端部７０ｂの方かつ第２軸端部７０ｂよりも第１軸端部７０ａの方に位置している（図３参照）。巻き軸線６０ｄと直交する所定の断面において、圧縮コイルスプリング６８は軸７０と筒部７４ｂとの間に配置されている。このように本実施形態によれば、リテーナ７４の筒部７４ｂが長い。圧縮コイルスプリング６８の一部は、軸７０の径方向の外方に位置し、かつ、筒部７４ｂの径方向の内方に位置する。そのため、軸７０および筒部７４ｂの双方により圧縮コイルスプリング６８の曲がりを規制することができるので、圧縮コイルスプリング６８の曲がりを更に規制することができる。

　本実施形態によれば、シリンダヘッド１２に孔７６が形成され、圧縮コイルスプリング６８の少なくとも一部、軸７０の少なくとも一部、およびリテーナ７４の少なくとも一部は、孔７６の内部に配置されている。本実施形態によれば、シリンダヘッド１２に対して圧縮コイルスプリング６８、軸７０、およびリテーナ７４を安定して組み付けることができる。また、孔７６の内周面により、圧縮コイルスプリング６８の曲がりを更に規制することができる。

　本実施形態のように圧縮コイルスプリング６８の少なくとも一部、軸７０の少なくとも一部、およびリテーナ７４の少なくとも一部が孔７６の内部に配置されている場合、孔７６の内部の空気圧の変動により、リテーナ７４の動きが妨げられるおそれがある。しかし、本実施形態では、図１２に示すように、リテーナ７４の天板部７４ａに貫通口７４ｃが形成されている。この貫通口７４ｃを通じて、孔７６の内部と外部との間で空気が行き来することができる。よって、孔７６の内部の空気圧の変動が緩和され、リテーナ７４の動きが円滑化される。

　圧縮コイルスプリング６８のピッチ６８ｐは一定でなくてもよいが、本実施形態では一定である。圧縮コイルスプリングが等ピッチ部と不等ピッチ部とを含む場合、圧縮コイルスプリングに作用する外力が過大でない場合、等ピッチ部は収縮するが、不等ピッチ部は実質的に収縮しない状態となる。その場合、不等ピッチ部は実質的に弾性力を発揮しないことになる。そのため、ピッチが一定の第１の圧縮コイルスプリングと、等ピッチ部および不等ピッチ部を含む第２の圧縮コイルスプリングとの長さが等しい場合、外力が過大でなければ、第１の圧縮コイルスプリングの方が弾性力を出力する部分の長さが長いので、より大きな弾性力を出力することができる。逆に、第１の圧縮コイルスプリングと第２の圧縮コイルスプリングとが同一の弾性力を出力する場合、第１の圧縮コイルスプリングの方が第２の圧縮コイルスプリングよりも短くて済む。よって、ピッチが一定の圧縮コイルスプリング６８は、ピッチが一定でない圧縮コイルスプリングに比べて、コンパクトにすることができる。

　一方、ピッチが一定の圧縮コイルスプリング６８は、ピッチが一定でない圧縮コイルスプリングに比べてサージングが生じやすい。しかし前述の通り本実施形態では、軸７０が圧縮コイルスプリング６８のサージングを抑制する。そのため、ピッチが一定の圧縮コイルスプリング６８を支障なく用いることができる。圧縮コイルスプリング６８と軸７０との接触により圧縮コイルスプリング６８のサージングを抑制するという効果が、より顕著に発揮される。

　以上、本発明の実施の一形態について説明したが、本発明の実施形態が前記実施形態に限定されないことは勿論である。次に、他の実施形態の例について簡単に説明する。

　前記実施形態では、第１アーム４１は、カム２１Ａ，２３Ａと接触しないように構成されている。前記実施形態では、ロッカーアーム４０の第１アーム４１および第２アーム４２を非連結状態に切り換えることにより、バルブ２０，２２を休止状態にすることとした。しかし、第１アーム４１は、ローラ４３がカム２１Ａ，２３Ａに押されることにより第２アーム４２が揺動を開始した後にカム２１Ａ，２３Ａに接触する接触部を有していてもよい。この場合、第１アーム４１および第２アーム４２を非連結状態に切り換えることにより、バルブ２０，２２を開くタイミングおよび閉じるタイミングを変えることが可能である。これにより、バルブ２０，２２の開いている期間を変更することができる。例えば、内燃機関１０の回転数が高い場合にバルブ２０，２２の開いている期間を長くすることにより、高回転時の性能を向上させることができる。

　前記実施形態では、内燃機関１０は多気筒エンジンである。しかし、内燃機関１０は、バルブ２０，２２の開閉タイミングを変更可変な単気筒エンジンであってもよい。

　ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではない。ここに示されかつ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、本発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものである。この開示は本発明の原理の実施形態を提供するものと見なされるべきである。それらの実施形態は、本発明をここに記載しかつ／又は図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、実施形態がここに記載されている。ここに記載した実施形態に限定されるものではない。本発明は、この開示に基づいて当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ、改良及び／又は変更を含むあらゆる実施形態をも包含する。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施形態に限定されるべきではない。

　５…自動車（車両）、１０…内燃機関、１２…シリンダヘッド、１４…排気ポート、１６…吸気ポート、２０…排気バルブ、２１…排気カムシャフト、２１Ａ…排気カム、２２…吸気バルブ、２３…吸気カムシャフト、２３Ａ…吸気カム、３２…バルブスプリング、３２Ａ…等ピッチ部、３２Ｂ…不等ピッチ部、３２ａ…第２スプリング端部、３２ｂ…第１スプリング端部、４０…ロッカーアーム、４１…第１アーム、４１Ｃ…当接プレート（当接部）、４１Ｓ…被支持部、４２…第２アーム、４２Ｃ…当接プレート（ばね力入力部）、４３…ローラ（接触部）、６６…連結切換ピン（連結機構）、６８…圧縮コイルスプリング、６８ａ…第１端部、６８ｂ…第２端部、７０…軸、７０ａ…第１軸端部、７０ｂ…第２軸端部、７２…スプリングシート、７４…リテーナ、７４ａ…天板部、７４ｂ…筒部、７４ｃ…貫通口、７６…孔

Claims

　シリンダヘッドと、
　前記シリンダヘッドに形成されたポートと、
　前記シリンダヘッドに組み付けられ、前記ポートを開閉するバルブと、
　前記シリンダヘッドに回転可能に支持されたカムシャフトと、
　前記カムシャフトに設けられたカムと、
　前記シリンダヘッドに支持された圧縮コイルスプリングと、
　前記シリンダヘッドに揺動可能に支持された被支持部および前記バルブに当接する当接部を有する第１アームと、前記カムに接触する接触部および前記圧縮コイルスプリングの力を受けるばね力入力部を有し、前記第１アームに揺動可能に支持された第２アームと、を有するロッカーアームと、
　前記第１アームと前記第２アームとを着脱自在に連結する連結機構と、
　前記圧縮コイルスプリングの内側に配置され、前記圧縮コイルスプリングの巻き軸線に沿って延びる軸と、
を備えた内燃機関。
　前記軸は、第１軸端部と、前記第１軸端部よりも前記第２アームの方に配置された第２軸端部と、を有し、
　前記軸の前記第１軸端部に設けられ、前記圧縮コイルスプリングを受けるスプリングシートを更に備えた、請求項１に記載の内燃機関。
　前記圧縮コイルスプリングは、第１端部と、前記第１端部よりも前記第２アームの方に配置された第２端部とを有し、
　前記圧縮コイルスプリングの前記第２端部に支持されかつ前記第２アームの前記ばね力入力部と接触する天板部と、前記天板部から前記軸の軸方向に沿って前記圧縮コイルスプリングの方に延びる筒部とを有するリテーナを更に備えた、請求項２に記載の内燃機関。
　前記第１アームと前記第２アームとが前記連結機構により連結されかつ前記バルブが閉じているときに、前記リテーナの前記筒部の一部は、前記第１軸端部よりも前記第２軸端部の方かつ前記第２軸端部よりも前記第１軸端部の方に位置している、請求項３に記載の内燃機関。
　前記シリンダヘッドは孔を有し、
　前記圧縮コイルスプリングの少なくとも一部、前記軸の少なくとも一部、および前記リテーナの少なくとも一部は、前記孔の内部に配置されている、請求項３または４に記載の内燃機関。
　前記天板部に貫通口が形成されている、請求項５に記載の内燃機関。
　前記シリンダヘッドは孔を有し、
　前記圧縮コイルスプリングの少なくとも一部および前記軸の少なくとも一部は、前記孔の内部に配置されている、請求項１または２に記載の内燃機関。
　前記圧縮コイルスプリングのピッチは一定である、請求項１～７のいずれか一つに記載の内燃機関。
　前記バルブに固定されたバルブスプリングリテーナと、
　前記シリンダヘッドに支持された第１スプリング端部と、前記バルブスプリングリテーナに支持された第２スプリング端部とを有する他の圧縮コイルスプリングからなるバルブスプリングと、を備え、
　前記圧縮コイルスプリングの巻き径は、前記バルブスプリングの巻き径よりも小さい、請求項１～８のいずれか一つに記載の内燃機関。
　前記バルブスプリングは、前記第１スプリング端部から前記第２スプリング端部に向けてピッチが一定でない不等ピッチ部と、前記不等ピッチ部から前記第２スプリング端部に向けてピッチが一定である等ピッチ部とを含み、
　前記第１アームと前記第２アームとが前記連結機構により連結されかつ前記バルブが閉じているときに、前記圧縮コイルスプリング一部は前記等ピッチ部よりも前記不等ピッチ部の方に位置し、前記圧縮コイルスプリングの他の一部は前記不等ピッチ部よりも前記等ピッチ部の方に位置する、請求項９に記載の内燃機関。
　請求項１～１０のいずれか一つに記載の内燃機関を備えた車両。