JP2018003741A - 可変動弁機構、エンジン及び自動二輪車 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易でコンパクトな可変動弁機構を実現すること。【解決手段】可変動弁機構（７）は、エンジン回転数に応じて吸気バルブ（５０）又は排気バルブ（５１）の開閉タイミングを切り替えるものである。可変動弁機構は、クランクシャフトの回転に応じて回転するカムスプロケット（５３）と、吸気カム（６２）が一体的に設けられる吸気カムシャフト（６０）と、排気カム（６３）が一体的に設けられる排気カムシャフト（６１）と、カムスプロケットの回転を吸気カムシャフト及び排気カムシャフトに伝達するガバナーフランジ（７０）とを備える。吸気カムシャフト及び排気カムシャフトは、一方に対して他方が挿通され、相対回転可能に構成される。ガバナーフランジは、吸気カムシャフトに対して回転一体に設けられ、所定条件下において、カムスプロケットに対して相対回転する。【選択図】図４

Description

本発明は、可変動弁機構、エンジン及び自動二輪車に関し、特に、ＳＯＨＣ（Single OverHead Camshaft）式の動弁装置に適用可能な可変動弁機構、エンジン及び自動二輪車に関する。

従来より、自動二輪車のエンジンにおいては、エンジン回転数に応じて吸気バルブ及び排気バルブの作動特性（バルブ開閉のタイミングやバルブのリフト量）を変化させる可変動弁機構を備えたものが存在する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の可変動弁機構は、ＳＯＨＣ式の動弁装置に適用されるものである。具体的に、特許文献１では、１本のカムシャフトに作動特性の異なる２種類のカム（低速カム及び高速カム）が設けられている。また、吸排気バルブを駆動するロッカーアームが、カムシャフトの軸方向にスライド可能に構成される。エンジン回転数に応じてロッカーアームがスライドすることで低速カムと高速カムとを切り替えることができ、動弁機構において所望の作動特性を得ることが可能になっている。

特開２０１２−２２５２７７号公報

しかしながら、上記文献では、カムの種類が増えることで構成が複雑になるだけでなく、ロッカーアームをスライドさせるためのスペースを確保すべく、機構全体が軸方向に大きくなってしまうという問題がある。

本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、簡易でコンパクトな構成を実現することができる可変動弁機構、エンジン及び自動二輪車を提供することを目的とする。

本発明に係る可変動弁機構は、エンジン回転数に応じて吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを切り替える可変動弁機構であって、クランクシャフトの回転に応じて回転するカムスプロケットと、吸気側及び排気側のいずれか一方のカムが一体的に設けられる第１のカムシャフトと、いずれか他方のカムが一体的に設けられる第２のカムシャフトと、前記カムスプロケットの回転を前記第１及び第２のカムシャフトに伝達する伝達部材とを備え、前記第１及び第２のカムシャフトは、一方のカムシャフトに対して他方のカムシャフトが挿通され、相対回転可能に構成され、前記伝達部材は、前記第１及び第２のカムシャフトのいずれか一方に対して回転一体に設けられ、所定条件下において、前記カムスプロケットに対して相対回転することを特徴とする。

この構成によれば、所定条件下において、伝達部材がカムスプロケットに対して相対回転することにより、伝達部材を介して第１及び第２のカムシャフトが相対回転する。これにより、吸気側及び排気側のカムとの間に回転位相差が生じ、カムの種類を増やすことなく吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを変化させることができる。特に、第１及び第２のカムシャフトのうち、一方のカムシャフトに対して他方のカムシャフトが挿通されることで、第１及び第２のカムシャフトを軸方向でラップするように配置することができる。この結果、可変動弁機構全体として、軸方向に大きくなるのを防止することができる。このように、簡易で且つコンパクトな構成で可変動弁機構を実現することができる。

また、本発明に係る上記可変動弁機構において、前記伝達部材は、エンジン回転数が所定回転数を越えた場合には前記カムスプケットに対して相対回転し、エンジン回転数が所定回転数以下の場合には前記カムスプロケットと一体回転することが好ましい。この構成によれば、エンジン回転数に応じて伝達部材をカムスプロケットに対して相対回転又は一体回転させることにより、第１及び第２のカムシャフトの回転位相を変化させることができる。よって、エンジンの状態に応じて適宜バルブタイミングを調整することができる。

また、本発明に係る上記可変動弁機構は、前記カムスプロケット及び前記伝達部材の相対回転又は一体回転を切り替え可能にする中間作動部材を更に備え、前記中間作動部材は、前記カムスプロケット及び前記伝達部材に係合し、エンジン回転数が所定回転数を越えた場合には、前記カムスプロケットの径方向外側に向かって移動することで前記カムスプケット及び前記伝達部材を相対回転させることが好ましい。この構成によれば、エンジン回転数に応じて中間作動部材が移動することにより、カムスプロケットに対して伝達部材を相対回転させることができる。このように、別途アクチュエータ等を用いることなく可変動弁機構を実現することができ、構成が簡略化される。

また、本発明に係る上記可変動弁機構において、前記中間作動部材は、前記カムスプロケットに対して回動可能に支持される支持部と、前記支持部から離間して形成されるウェイト部と、前記伝達部材に係合する係合部とを有し、前記カムスプロケットの回転に伴って前記ウェイト部が径方向外側へ移動することで前記支持部を支点に回動することができる。この構成によれば、ウェイト部がカムスプロケットの回転に伴う遠心力を受けることで、中間作動部材が支持部を支点に回動される。これにより、係合部を介して伝達部材をカムスプロケットに対して相対回転させることができ、簡易な構成でバルブタイミングを調整することができる。

また、本発明に係る上記可変動弁機構において、前記中間作動部材は、前記カムスプロケット及び前記伝達部材に形成されるガイド溝に沿って摺動可能に構成され、前記カムスプロケットの回転に伴って中間部材が径方向外側へ移動することにより、前記カムスプケットに対して前記伝達部材が相対回転することもできる。この構成によれば、カムスプロケットの回転に伴う遠心力を受けることで、中間作動部材がガイド溝に沿って径方向外側に移動される。これにより、伝達部材をカムスプロケットに対して相対回転させることができ、簡易な構成でバルブタイミングを調整することができる。

また、本発明に係るエンジンは、上記可変動弁機構を備えることが好ましい。

また、本発明に係る自動二輪車は、上記エンジンを備えることが好ましい。

本発明によれば、吸気側及び排気側のカムシャフトを同軸上にラップさせて配置したことにより、可変動弁機構を簡易でコンパクトな構成にすることができる。

本実施の形態に係る可変動弁機構が適用されたエンジンを備える自動二輪車の概略構成を示す側面図である。 本実施の形態に係る動弁装置の斜視図である。 本実施の形態に係る可変動弁機構を示す斜視図である。 図３に示す可変動弁機構の分解斜視図である。 本実施の形態に係るカムシャフトアセンブリ（カムシャフト）の分解斜視図である。 図３に示す可変動弁機構の断面図である。 本実施の形態に係る可変動弁機構の動作説明図である。 変形例に係る可変動弁機構の斜視図である。 図８に示す可変動弁機構の断面図である。 変形例に係る可変動弁機構の構成部品の一部を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、本発明に係る可変動弁機構を自動二輪車のエンジンに適用した例について説明するが、適用対象はこれに限定されることなく変更可能である。例えば、本発明に係る可変動弁機構を、他のタイプの自動二輪車や、バギータイプの自動三輪車、自動四輪車等のエンジンに適用してもよい。また、方向について、車両前方を矢印ＦＲ、車両後方を矢印ＲＥでそれぞれ示す。また、以下の各図では、説明の便宜上、一部の構成を省略している。

図１を参照して、本実施の形態に係るエンジンが適用される自動二輪車の概略構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る可変動弁機構が適用されたエンジンを備える自動二輪車の概略構成を示す側面図である。

図１に示すように、自動二輪車１は、パワーユニット、電装系等の各部を搭載する鋼製又はアルミ合金製の車体フレーム１０にエンジン２を懸架して構成される。エンジン２は、例えば、単気筒の４サイクルエンジンである。エンジン２は、クランクケース２１の上方にシリンダブロックやシリンダヘッド等を組み合わせたシリンダアセンブリ２０（以下、単にシリンダ２０という）取り付けて構成される。

シリンダ２０内には、ピストン（不図示）や、動弁装置５（図２参照）等の構成部品が収容されている。詳細は後述するが、本実施の形態に係る動弁装置５は、ＳＯＨＣ（Single OverHead Camshaft）式の動弁装置で構成される。また、クランクケース２１内には、クランクシャフト（不図示）の他、クランクシャフトの回転を伝達する各種軸等が収容される。

エンジン前方の排気口には、エキゾーストパイプ１１が接続されている。エキゾーストパイプ１１は、排気口から下方に延出し、クランクケース２１の下方で屈曲して車体後方へ延びている。エキゾーストパイプ１１の後端には、マフラー１２が取り付けられている。燃焼後の排気ガスは、エキゾーストパイプ１１及びマフラー１２を通って外部に排出される。

車体フレーム１０の上部には、燃料タンク１３が配置される。燃料タンク１３の後方には、運転者シート１４及び同乗者シート１５がリヤカウル１６と共に配置されている。車体フレーム１０の前頭部には、左右一対のフロントフォーク３０がハンドルバー３１と共に操舵可能に支持されている。ハンドルバー３１の前方には、ヘッドランプ３２が設けられている。フロントフォーク３０の下部には前輪３３が回転可能に支持されており、前輪３３の上方はフロントフェンダ３４によって覆われている。

車体フレーム１０の後部には、スイングアーム（不図示）が上下に揺動可能に連結されている。スイングアームの後部には、後輪４０が回転可能に支持されている。後輪４０の左側には、ドリブンスプロケット（不図示）が設けられており、ドライブチェーン（不図示）によってエンジン２の動力が後輪４０に伝達される。後輪４０の上方は、リヤカウル１６の後部に設けられたリヤフェンダ４１により覆われる。

次に、図２を参照して、本実施の形態に係る動弁装置について説明する。図２は、エンジンからシリンダヘッドカバーを取り外した図であり、本実施の形態に係る動弁装置の斜視図を示している。

図２に示すように、シリンダ２０の上部には、吸気バルブ５０及び排気バルブ５１の開閉を制御する動弁装置５が設けられている。上記したように、動弁装置５は、ＳＯＨＣ式の動弁装置であり、吸気バルブ５０及び排気バルブ５１の上方にカムシャフトアセンブリ６（以下、単にカムシャフト６という）を配置して構成される。

カムシャフト６に対して車両後方側には、２つの吸気バルブ５０が左右方向（車幅方向）に並んで配置されている。また、カムシャフト６に対して車両前方側には、２つの排気バルブ５１が左右方向に並んで配置されている。吸気バルブ５０及び排気バルブ５１には、それぞれバルブスプリング５２が設けられている。吸気バルブ５０及び排気バルブ５１は、バルブスプリング５２によって常時上方向（閉方向）に付勢されている。

カムシャフト６は左右方向に延びている。このカムシャフト６には、吸気カム６２及び排気カム６３が左右に並んで設けられている。具体的には、図２及び図３に示すように、軸方向左側が吸気カム６２であり、軸方向右側が排気カム６３である。また、カムシャフト６の右端には、カムスプロケット５３が設けられている。カムスプロケット５３には、クランクシャフトの回転を伝達するカムチェーン（共に不図示）が巻き掛けられる。

カムシャフト６は、吸気カムシャフト６０（第１のカムシャフト）と、排気カムシャフト６１（第２のカムシャフト）とを同軸上にアセンブリして構成される（図４参照）。詳細は後述するが、カムシャフト６及びこれらの周辺部品は、吸気バルブ５０及び排気バルブ５１の開閉タイミングを切り替える可変動弁機構７を構成する。

カムシャフト６（吸気カム６２及び排気カム６３）の上方には、吸気バルブ５０を開閉する吸気ロッカーアーム５４と、排気バルブ５１を開閉する排気ロッカーアーム５５が設けられている。吸気ロッカーアーム５４は、左右に延びる吸気ロッカーシャフト（不図示）に対して揺動可能に支持されている。具体的に吸気ロッカーアーム５４は、揺動支点となる支持部５４ａと、吸気カム６２に当接する当接部５４ｂと、吸気バルブ５０を押圧する押圧部５４ｃとによって構成される。

支持部５４ａは、吸気ロッカーシャフトを挿通可能な筒形状を有している。当接部５４ｂは、支持部５４ａから前下方に延び先端にローラ５４ｄを取り付けて構成される。ローラ５４ｄの外面は、吸気カム６２の外面に当接している。押圧部５４ｃは、支持部５４ａから後下方に向かって二又に延びており、各先端部分が吸気バルブ５０の上端に当接している。

排気ロッカーアーム５５も同様に、左右に延びる排気ロッカーシャフト（不図示）に対して揺動可能に支持されている。具体的に排気ロッカーアーム５５は、揺動支点となる支持部５５ａと、排気カム６３に当接する当接部５５ｂと、排気バルブ５１を押圧する押圧部５５ｃとによって構成される。

支持部５５ａは、排気ロッカーシャフトを挿通可能な筒形状を有している。当接部５５ｂは、支持部５５ａから後下方に延び先端にローラ５５ｄを取り付けて構成される。ローラ５５ｄの外面は、排気カム６３の外面に当接している。押圧部５５ｃは、支持部５５ａから前下方に向かって二又に延びており、各先端部分が排気バルブ５１の上端に当接している。

このように構成される動弁装置５では、クランクシャフトの回転に伴ってカムシャフト６が回転されると、吸気カム６２（排気カム６３）のカム面（外面）に沿って当接部５４ｂ（当接部５５ｂ）が摺動する。特に、吸気カム６２（排気カム６３）の突出部分では、当接部５４ｂ（当接部５５ｂ）が上方に押し上げられる。このため、吸気ロッカーアーム５４（排気ロッカーアーム５５）が支持部５４ａ（支持部５５ａ）を支点に回動し、押圧部５４ｃ（押圧部５５ｃ）が下方に移動する。

このとき、押圧部５４ｃ（押圧部５５ｃ）は、バルブスプリング５２の付勢力に抗して吸気バルブ５０（排気バルブ５１）を下方（開方向）に押し下げる。この結果、吸気バルブ５０（排気バルブ５１）が開放される。当接部５４ｂ（当接部５５ｂ）が吸気カム６２（排気カム６３）の突出部分を乗り越えると、吸気バルブ５０（排気バルブ５１）は、バルブスプリング５２の付勢力によって上方に押し上げられる。この結果、吸気バルブ５０（排気バルブ５１）が閉じられる。このようにして、吸気バルブ５０及び排気バルブ５１の開閉が制御される。

ところで、動弁装置には、エンジン回転数に応じて吸気バルブ及び排気バルブの作動特性（バルブタイミングやバルブリフト量）を変化させる可変動弁機構を備えたものが存在する。例えば、上記のようなＳＯＨＣ式の動弁装置に適用される可変動弁機構では、１本のカムシャフトに作動特性の異なる２種類のカム（低速カム及び高速カム）が設けられる。また、吸排気バルブを駆動するロッカーアームが、カムシャフトの軸方向にスライド可能に構成されるものが有る。

この場合、作動特性を変化させるためにカムの種類が増加してしまい、構成が複雑化してしまう。または、ロッカーアームをスライドさせるための構成やスライドスペースが必要となり、構成が複雑化するだけでなく、機構全体がカムシャフトの軸方向に大きくなってしまうという問題がある。

そこで、本実施の形態では、吸気カムシャフト６０を排気カムシャフト６１（共に図５参照）に対して挿通可能に構成し、吸気カムシャフト６０と排気カムシャフト６１とを軸方向でラップするように配置している。これにより、カムシャフト６が全体として軸方向に延びるのを防止している。また、エンジン回転数に応じて吸気カムシャフト６０と排気カムシャフト６１とを相対回転させることにより、吸気カムシャフト６０の回転位相をずらすことが可能になる。これにより、別途作動特性の異なるカムを設けることなく、簡易で且つコンパクトな構成で吸気カム６２（図５参照）の作動特性（回転位相）を変化させる可変動弁機構７を実現することが可能になる。

次に、図３から図６を参照して、本実施の形態に係る可変動弁機構について説明する。図３は、本実施の形態に係る可変動弁機構の一部を示す斜視図である。図４は、図３に示す可変動弁機構の分解斜視図である。図５は、本実施の形態に係るカムシャフトアセンブリ（カムシャフト）の分解斜視図である。図６は、図３に示す可変動弁機構の断面図である。

上記したように、本実施の形態に係る動弁装置５（図２参照）は、エンジン回転数に応じて吸気バルブ５０又は排気バルブ５１（共に図２参照）の開閉タイミングを切り替える可変動弁機構７を備えている。具体的には、図３に示すように、可変動弁機構７は、カムシャフト６（カムスプロケット５３）の回転に伴って生じる遠心力を用いて吸気バルブ５０のバルブタイミングを進角させる、いわゆるガバナー式の可変バルブタイミング機構である。

図３及び図４に示すように、可変動弁機構７は、カムシャフト６の右端に設けられたカムスプロケット５３の右側面に、ガバナーフランジ７０や、一対のガバナーアーム７１をボルト７２、７３で取り付けて構成される。詳細は後述するが、ガバナーアーム７１は、カムシャフト６の回転に伴って生じる遠心力によって回動可能に構成される。

カムスプロケット５３の中心には円形穴５３ａが形成されている。また、カムスプロケット５３の側面には、ガバナーアーム７１の回動支点となる２つの貫通口５３ｂが形成されている。２つの貫通口５３ｂは、円形穴５３ａを挟んで対向する位置に形成されている。カムスプロケット５３は、後述するスプロケットフランジ６６を介して排気カムシャフト６１に回転一体に取り付けられる。

ガバナーフランジ７０は、後述する吸気カムシャフト６０に係合する円形部７０ａと、円形部７０ａの外周から径方向外側に広がるフランジ部７０ｂとを有している。円形部７０ａの中央には、円形穴７０ｃが形成されている。この円形穴７０ｃにボルト７２が通され、ボルト７２が吸気カムシャフト６０にねじ込まれることにより、ガバナーフランジ７０が吸気カムシャフト６０に固定される。

円形部７０ａには、中心から径方向に離れた位置に係合ピン７０ｄが取り付けられている。係合ピン７０ｄは、カムシャフト６側に突出している。吸気カムシャフト６０の係合溝６０ｂに係合ピン７０ｄが係合することで、ガバナーフランジ７０と吸気カムシャフト６０とが回転一体に構成される。フランジ部７０ｂには、軸方向外側（右側）に突出する２つの係合ピン７０ｅが設けられている。各係合ピン７０ｅは、ガバナーアーム７１の係合穴７１ｄに係合する。このように構成されるガバナーフランジ７０は、カムスプロケット５３の回転を吸気カムシャフト６０に伝達する伝達部材として機能する。

ガバナーアーム７１は、カムスプロケット５３の周方向に沿うように、略三日月状に形成されている。具体的にガバナーアーム７１は、カムスプロケット５３に対して回動可能に支持される支持部７１ａと、支持部７１ａから離間して形成されるウェイト部７１ｂと、ガバナーフランジ７０（係合ピン７０ｅ）に係合する係合部７１ｃとを有している。

支持部７１ａは、ボルト７３を挿通可能な円筒形状を有している。ガバナーアーム７１は、支持部７１ａから回転方向前側に向かって延びており、先端が僅かに径方向内側に屈曲している。この屈曲した先端部分がウェイト部７１ｂとなっている。また、係合部７１ｃは、支持部７１ａから回転方向後側に向かって僅かに延びており、後端が支持部７１ａより僅かに径方向内側に位置している。係合部７１ｃの後端部分には、上記した係合ピン７０ｅが係合可能な係合穴７１ｄが形成されている。係合穴７１ｄは、径方向に長い略Ｓ字形状を有している。

一対のガバナーアーム７１は、係合穴７１ｄにガバナーフランジ７０の係合ピン７０ｅを係合させた状態で支持部７１ａ及びカムスプロケット５３の貫通口５３ｂにボルト７３を挿通し、ボルト７３をスプロケットフランジ６６にねじ込むことで、カムスプロケット５３に対して回動可能に取り付けられる。詳細は後述するが、ガバナーアーム７１は、カムスプロケット５３とガバナーフランジ７０との相対回転又は一体回転を切替え可能にする中間作動部材として機能する。

また、一対のガバナーアーム７１には、各ウェイト部７１ｂを径方向内側に付勢する一対のガバナースプリング７４が設けられている。ガバナースプリング７４は、例えば圧縮コイルバネで構成される。ガバナースプリング７４の一端は、いずれか一方側のガバナーアーム７１のウェイト部７１ｂの基端（ガバナーアーム７１の前側の屈曲部分）に係合している。また、ガバナースプリング７４の他端は、対向する他方側のガバナーアーム７１の後端部分（支持部７１ａと係合部７１ｃとの間）に係合している。

次に、カムシャフト６の詳細構成について説明する。図５に示すように、カムシャフト６は、吸気カムシャフト６０に対して円筒状の排気カムシャフト６１及びベアリング６５を通し、排気カムシャフト６１の右端にスプロケットフランジ６６を取り付けて構成される。

吸気カムシャフト６０は、中空形状を有しており、左右方向に延びている。吸気カムシャフト６０の左端側には、吸気カム６２が一体的に設けられている。吸気カムシャフト６０の右端には、ボルト７２（図４参照）用のネジ穴６０ａが形成されている。また、吸気カムシャフト６０の右端外周側には、ガバナーフランジ７０の係合ピン７０ｄが係合する係合溝６０ｂが形成されている。

また、吸気カムシャフト６０のうち吸気カム６２より右側であって、排気カムシャフト６１の内側に収まる部分では、基端部と右端部がその中間部分６０ｅに比べて径方向に大きく（太く）形成されている。この吸気カムシャフト６０の太くなった部分が、排気カムシャフト６１を支持する支持部６０ｃとして機能する。具体的に支持部６０ｃの外径は、排気カムシャフト６１の内径と略同一の大きさを有している。また、支持部６０ｃの外面には、環状溝６０ｄが形成されている。これらの環状溝６０ｄ及び中間部分６０ｅは、吸気カムシャフト６０と排気カムシャフト６１の摺動面にオイルを供給するためのオイル供給経路として機能する。

排気カムシャフト６１は、左側端、すなわちスプロケットのフランジ６６とは反対側の端部に、排気カム６３が一体的に設けられており、内側に吸気カムシャフト６０を挿通可能な円筒形状を有している。具体的に排気カムシャフト６１の内径は、吸気カムシャフト６０の外径より僅かに大きく設定されている。排気カムシャフト６１の長さは、吸気カム６２より右側における吸気カムシャフト６０の長さと略同一である。また、排気カムシャフト６１と吸気カムシャフト６０とは、相対回転可能に構成される。

排気カムシャフト６１の右側端に設けられるスプロケットフランジ６６には、カムスプロケット５３の貫通口５３ｂに対応して２つのネジ穴６６ａが形成されている。スプロケットフランジ６６は、排気カムシャフト６１に対して回転一体に取り付けられると共に、カムスプロケット５３が固定される。

次に、図７を参照して、本実施の形態に係る可変動弁機構の動作について説明する。図７は、本実施の形態に係る可変動弁機構の動作説明図である。図７Ａはガバナーアームが閉じた状態を示し、図７Ｂはガバナーアームが開いた状態を示している。なお、図７では説明の便宜上、ガバナースプリングや一部の構成を省略している。

可変動弁機構７では、図７に示すように、ガバナースプリング７４（不図示）によってガバナーアーム７１がカムスプロケット５３の径方向内側に付勢されている。例えば、エンジン回転数が所定回転数以下の場合、図７Ａに示すように、ウェイト部７１ｂに生じる遠心力がガバナースプリング７４の付勢力よりも小さい。このため、ガバナーアーム７１は支持部７１ａを支点に回動することがない。

また、ウェイト部７１ｂは、カムスプロケット５３の外縁から径方向外側に突出しない閉位置に位置付けられている。このとき、ガバナーフランジ７０の係合ピン７０ｅは、係合穴７１ｄの径方向内側の端部に接触している。この場合、ガバナーフランジ７０とカムスプロケット５３は、相対回転することなく一体的に回転する。これにより、ガバナーフランジ７０に係合する吸気カムシャフト６０及び排気カムシャフト６１（共に図５参照）もカムスプロケット５３と一体回転する。この結果、動弁装置５（図２参照）では、通常のバルブタイミングで吸気バルブ５０及び排気バルブ５１の開閉が制御される。

一方、エンジン回転数が所定回転数を超えると、ウェイト部７１ｂに生じる遠心力がガバナースプリング７４の付勢力よりも大きくなる。このため、図７Ｂに示すように、ガバナーアーム７１は支持部７１ａを支点に回動し、ウェイト部７１ｂが径方向外側に移動する。これにより、ウェイト部７１ｂは、カムスプロケット５３の外縁から径方向外側に突出した開位置に位置付けられる。

また、ガバナーアーム７１が回動することで係合部７１ｃは径方向内側に移動する。これに伴い、ガバナーフランジ７０は、係合穴７１ｄの径方向外側の端部に係合ピン７０ｅが接触すると共に、カムスプロケット５３に対して反対方向に相対回転する。この結果、吸気バルブ５０の開閉タイミングが調整される。このように、可変動弁機構７では、エンジン回転数に応じてガバナーアーム７１を回動させ、ガバナーフランジ７０とカムスプロケット５３とを相対回転させることにより、吸気バルブ５０の開閉タイミングを変化させることが可能になっている。

このように、本実施の形態に係る可変動弁機構７では、所定条件下において、ガバナーフランジ７０がカムスプロケット５３に対して相対回転することにより、ガバナーフランジ７０を介して吸気カムシャフト６０及び排気カムシャフト６１が相対回転する。これにより、吸気カム６２に回転位相差が生じ、カムの種類を増やすことなく吸気バルブ５０の開閉タイミングを変化させることができる。特に、排気カムシャフト６１に対して吸気カムシャフト６０が挿通されることで、吸気カムシャフト６０及び排気カムシャフト６１を軸方向でラップするように配置することができる。この結果、可変動弁機構７全体として、軸方向に大きくなるのを防止することができる。このように、簡易で且つコンパクトな構成で可変動弁機構７を実現することができる。

また、ガバナーフランジ７０は、エンジン回転数が所定回転数を越えた場合にはカムスプケット５３に対して相対回転し、エンジン回転数が所定回転数以下の場合にはカムスプロケット５３と一体回転する。このように、エンジン回転数に応じてガバナーフランジ７０をカムスプロケット５３に対して相対回転又は一体回転させることにより、吸気カムシャフト６０の回転位相を変化させることができる。よって、エンジンの状態に応じて適宜バルブタイミングを調整することができる。

また、可変動弁機構７では、エンジン回転数に応じてガバナーアーム７１が移動することにより、カムスプロケット５３に対してガバナーフランジ７０を相対回転させることができる。よって、別途アクチュエータ等を用いることなく可変動弁機構７を実現することができ、構成が簡略化される。また、ウェイト部７１ｂがカムスプロケット５３の回転に伴う遠心力を受けることで、ガバナーアーム７１が支持部７１ａを支点に回動される。これにより、係合部７１ｃを介してガバナーフランジ７０をカムスプロケット５３に対して相対回転させることができ、簡易な構成でバルブタイミングを調整することができる。

次に、図８から図１０を参照して、変形例に係る可変動弁機構について説明する。図８は、変形例に係る可変動弁機構の斜視図である。図９は、図８に示す可変動弁機構の断面図である。図１０は、変形例に係る可変動弁機構の構成部品の一部を示す図である。図１０Ａはカムスプロケットを右側から見た図であり、図１０Ｂは円形プレート及びを左側から見た図である。なお、変形例では、カムシャフトアセンブリ６（カムシャフト６）の構成が本実施の形態と略同一のため、同一名称の構成について同一の符号を付し、その説明は省略する。

図８から図１０に示すように、変形例に係る可変動弁機構９は、カムシャフト６の右端に設けられたカムスプロケット９０の右側面に、円形プレート９１、スプラインフランジ９２を取り付けて構成されて構成される。詳細は後述するが、円形プレート９１及びスプラインフランジ９２は、カムシャフト６の回転に伴って生じる遠心力によって回動可能に構成される。

カムスプロケット９０は、スプロケットフランジ６６を介して排気カムシャフト６１と回転一体に取り付けられる。カムスプロケット９０の中央には、円形穴９０ａが形成されている。また、カムスプロケット９０の右側面には、複数の球面溝９０ｂ（図１０では１５個）が周方向に等間隔で形成されている。具体的に、球面溝９０ｂは、側面視において径方向に長い長円形状を有している。また、球面溝９０ｂの長手方向は、カムスプロケット９０の径方向に対して僅かに回転方向後側に傾斜している。詳細は後述するが、各球面溝９０ｂには、ボール９３の左半部が収容される。なお、球面溝９０ｂの個数は上記に限らず適宜変更が可能である。

円形プレート９１は、カムスプロケット９０と略同一径を有しており、中央に円形穴９１ａが形成されている。円形プレート９１は、カムスプロケット９０の右側面に対向するように取り付けられる。カムスプロケット９０に対向する円形プレート９１の側面（左側面）には、カムスプロケット９０の球面溝９０ｂに対応して、複数の球面溝９１ｂ（球面溝９０ｂと同様に１５個）が周方向に等間隔で形成されている。具体的に、球面溝９１ｂは、側面視において径方向に長い長円形状を有している。また、球面溝９１ｂの長手方向は、カムスプロケット９０の径方向と一致している。詳細は後述するが、各球面溝９１ｂには、ボール９３の右半部が収容される。

円形プレート９１の円形穴９１ａには、円筒状のスプラインフランジ９２が取り付けられる。円形穴９１ａの内面及びスプラインフランジ９２の外面には、図示しないスプラインが形成されている。円形プレート９１とスプラインフランジ９２とがスプライン嵌合することにより、円形プレート９１及びスプラインフランジ９２が回転一体に構成される。スプラインフランジ９２の中央にボルト９４が挿通され、ボルト９４が吸気カムシャフト６０のネジ穴６０ａ（図５参照）にねじ込まれることにより、スプラインフランジ９２が吸気カムシャフト６０に固定される。

なお、スプラインフランジ９２には、図示しない係合ピンが設けられており、当該係合ピンが吸気カムシャフト６０の係合溝６０ｂ（図５参照）に係合することで、円形プレート９１及びスプラインフランジ９２と吸気カムシャフト６０とが回転一体に構成される。このように構成される円形プレート９１及びスプラインフランジ９２は、カムスプロケット９０の回転を吸気カムシャフト６０に伝達する伝達部材として機能する。

カムスプロケット９０及び円形プレート９１の間には、各球面溝９０ｂ、９１ｂにボール９３が収容される。ボール９３は、各球面溝９０ｂ、９１ｂに沿って摺動可能な大きさを有している。すなわち、各球面溝９０ｂ、９１ｂが協働してボール９３の移動をガイドするガイド溝９５を構成する。また、詳細は後述するが、ボール９３は、カムスプロケット９０とガバナーアーム円形プレート９１（スプラインフランジ９２）との相対回転又は一体回転を切替え可能にする中間作動部材として機能する。

円形プレート９１の右側面には、スプリングワッシャ９６、リングスペーサ９７及びＣリング９８が順番に取り付けられる。具体的にスプリングワッシャ９６及びリングスペーサ９７は、スプラインフランジ９２に通される。また、Ｃリング９８は、スプラインフランジ９２の外面に係合しており、リングスペーサ９７及びスプリングワッシャ９６の軸方向右側の移動を規制する。スプリングワッシャ９６は、軸方向に付勢力を有しており、円形プレート９１をカムスプロケット９０に向かって左側に付勢する。これにより、複数のボール９３は、カムスプロケット９０及び円形プレート９１によって挟持された状態となっている。

このように構成される可変動弁機構９では、図９に示すように、エンジンが始動していない状態、又は、エンジン回転数が所定回転数以下の場合、ボール９３がガイド溝９５の径方向内側の端部に位置付けられている。このとき、カムスプロケット９０及び円形プレート９１（スプラインフランジ９２）は、相対回転することなく、一体回転可能となっている。よって、動弁装置５（図２参照）では、通常のバルブタイミングで吸気バルブ５０及び排気バルブ５１の開閉が制御される。

一方、エンジン回転数が所定回転数を超えると、ボール９３に生じる遠心力によって、ボール９３がガイド溝９５に沿って径方向外側に移動する。このとき、カムスプロケット９０の球面溝９０ｂが径方向に対して回転方向後側に傾斜しているため、ボール９３の移動に合わせて円形プレート９１が後側に回転する。すなわち、カムスプロケット９０に対して円形プレート９１（スプラインフランジ９２）が相対回転する。これにより、カムスプロケット９０に対して吸気カムシャフト６０が相対回転され、吸気バルブ５０の開閉タイミングが調整される。このように、変形例に係る可変動弁機構９では、カムスプロケット９０の回転に伴う遠心力を受けることで、ボール９３（中間作動部材）がガイド溝９５に沿って径方向外側に移動される。これにより、円形プレート９１（伝達部材）をカムスプロケット９０に対して相対回転させることができ、簡易な構成でバルブタイミングを調整することができる。以上より、変形例においても、遠心力を利用してバルブタイミングを調整することが可能になっている。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態においては、単気筒のエンジン２を例にして説明したが、この構成に限定されない。例えば、本実施の形態に係る動弁装置５（可変動弁機構７、９）を多気筒のエンジンに適用してもよい。

また、上記した実施の形態において、一気筒につき、吸気バルブ５０及び排気バルブ５１がそれぞれ２つずつ、合計４つ設けられる、いわゆる４バルブ式の動弁装置で構成したが、この構成に限定されない。吸気バルブ５０及び排気バルブ５１の数は適宜変更が可能である。

また、上記の実施の形態では、各部材同士が係合する部分において、一方が係合ピンで他方が係合穴や溝で形成される構成としたが、この構成に限定されない。例えば、一方が係合穴や溝で形成され、他方が係合ピン等の突起で形成されてもよい。

また、上記の実施の形態において、可変動弁機構７は、吸気バルブ５０の開閉タイミングを調整する構成としたが、この構成に限定されない。排気バルブ５１の開閉タイミングを調整するように可変動弁機構７を構成してもよい。

また、上記の実施の形態において、可変動弁機構７が作動する（ガバナーアーム７１が回動する）際の所定の遠心力（エンジン回転数）は、調整したいバルブタイミングに応じて適宜変更が可能である。

以上説明したように、本発明は、簡易でコンパクトな構成を実現することができるという効果を有し、特に、ＳＯＨＣ（Single OverHead Camshaft）式の動弁装置に適用可能な可変動弁機構、エンジン及び自動二輪車に有用である。

１ 自動二輪車
２ エンジン
５ 動弁装置
５０ 吸気バルブ
５１ 排気バルブ
５３、９０ カムスプロケット
６ カムシャフト
６０ 吸気カムシャフト（第１のカムシャフト）
６１ 排気カムシャフト（第２のカムシャフト）
６２ 吸気カム（吸気側のカム）
６３ 排気カム（排気側のカム）
７、９ 可変動弁機構
７０ ガバナーフランジ（伝達部材）
７１ ガバナーアーム（中間作動部材）
７１ａ 支持部
７１ｂ ウェイト部
７１ｃ 係合部
９１ 円形プレート（伝達部材）
９２ スプラインフランジ（伝達部材）
９３ ボール（中間作動部材）
９５ ガイド溝

Claims (7)

1. エンジン回転数に応じて吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを切り替える可変動弁機構であって、
   クランクシャフトの回転に応じて回転するカムスプロケットと、
   吸気側及び排気側のいずれか一方のカムが一体的に設けられる第１のカムシャフトと、
   いずれか他方のカムが一体的に設けられる第２のカムシャフトと、
   前記カムスプロケットの回転を前記第１及び第２のカムシャフトに伝達する伝達部材とを備え、
   前記第１及び第２のカムシャフトは、一方のカムシャフトに対して他方のカムシャフトが挿通され、相対回転可能に構成され、
   前記伝達部材は、前記第１及び第２のカムシャフトのいずれか一方に対して回転一体に設けられ、所定条件下において、前記カムスプロケットに対して相対回転することを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記伝達部材は、エンジン回転数が所定回転数を越えた場合には前記カムスプケットに対して相対回転し、エンジン回転数が所定回転数以下の場合には前記カムスプロケットと一体回転することを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構。
3. 前記カムスプロケット及び前記伝達部材の相対回転又は一体回転を切り替え可能にする中間作動部材を更に備え、
   前記中間作動部材は、前記カムスプロケット及び前記伝達部材に係合し、エンジン回転数が所定回転数を越えた場合には、前記カムスプロケットの径方向外側に向かって移動することで前記カムスプケット及び前記伝達部材を相対回転させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載に可変動弁機構。
4. 前記中間作動部材は、前記カムスプロケットに対して回動可能に支持される支持部と、前記支持部から離間して形成されるウェイト部と、前記伝達部材に係合する係合部とを有し、前記カムスプロケットの回転に伴って前記ウェイト部が径方向外側へ移動することで前記支持部を支点に回動することを特徴とする請求項３に記載の可変動弁機構。
5. 前記中間作動部材は、前記カムスプロケット及び前記伝達部材に形成されるガイド溝に沿って摺動可能に構成され、
   前記カムスプロケットの回転に伴って前記中間作動部材が径方向外側へ移動することにより、前記カムスプケットに対して前記伝達部材が相対回転することを特徴とする請求項３に記載の可変動弁機構。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の可変動弁機構を備えることを特徴とするエンジン。
7. 請求項６に記載のエンジンを備えることを特徴とする自動二輪車。

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