(57)【要約】【課題】内燃機関の動弁装置において、機関弁の作動特性を変更する特性可変機構に起因する動弁装置の大型化の抑制および内燃機関の全高の抑制を図る。【解決手段】内燃機関Ｅの動弁装置Ｖは、吸気側動弁機構Viおよび排気側動弁機構Veとを備える。両動弁機構Vi，Veは、上下方向で吸気弁７と排気弁８との間に配置される共通のカム軸10を備え、吸気側動弁機構Viは、側面視で排気側動弁機構Veと重なるように配置された偏心体43と、平面視でカム軸10に対して吸気カム11とは反対側に位置する偏心体43に揺動可能に支持される制御リンク44を含む連動機構と、制御リンク44の揺動中心線L4の位置を変更する位置変更機構とを有する特性可変機構Ｍを備える。【選択図】    図１
2004190609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに設けられた吸気弁および排気弁の一方の弁である第１機関弁を開閉する第１動弁機構と、前記吸気弁および前記排気弁の他方の弁である第２機関弁を開閉する第２動弁機構とから構成される内燃機関の動弁装置において、
前記第１動弁機構および前記第２動弁機構は、上下方向で前記第１機関弁と前記第２機関弁との間に配置される共通の１つのカム軸を備え、前記第１動弁機構は、前記カム軸の回転に応動して前記第１機関弁を開閉する揺動カムからなる第１動弁カムと、前記第１機関弁の作動特性を変更する特性可変機構とを備え、前記特性可変機構は、側面視で前記第２動弁機構と重なるように配置された支持部と、平面視で前記カム軸に対して前記第１動弁カムとは反対側に位置する前記支持部に揺動可能に支持される制御アームを含んで前記カム軸の回転に連動する連動機構と、前記制御アームの揺動中心線の位置を変更する位置変更機構とを有し、前記第１動弁カムは、前記カム軸の回転に応動する前記制御アームの揺動により揺動すると共に前記揺動中心線の位置に応じて揺動範囲が変更されるように前記連動機構に連結されることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
前記位置変更機構は、前記第２動弁機構の構成部材に設けられた制御回転体と、前記制御回転体を回転させる回転機構とを備え、前記支持部は、前記揺動中心線が前記制御回転体の回転中心線に対して偏心するように前記制御回転体に設けられることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項３】
前記位置変更機構は、前記第１動弁カムの揺動範囲の全範囲において前記第１機関弁を開弁状態に保つ開弁保持位置に前記揺動中心線の位置を変更可能であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁および排気弁である機関弁を開閉作動させる動弁装置に関し、詳細には、機関弁の作動特性を変更する特性可変機構を備える動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸気弁および排気弁である機関弁の作動特性を変更する特性可変機構を備える内燃機関の動弁装置として、特許文献１に開示された動弁装置がある。この動弁装置では、吸気弁および排気弁に互いに独立して、クランク軸に連動して回転する駆動軸（カム軸に相当）と、該駆動軸に回転可能に設けられて吸気弁または排気弁を駆動する揺動カムとを機械的に連携する吸気側および排気側可変動弁機構が、それぞれ設けられる。各可変動弁機構は、全気筒に渡って気筒列方向に延びる駆動軸に固定して設けられる偏心カムと、偏心カムに回転可能に嵌合するリング状リンクと、アクチュエータにより回転駆動される制御軸に偏心して固定される制御カムと、制御カムの外周に回転可能に嵌合するロッカアームと、ロッカアームと揺動カムとをリンクを回転可能に連結するロッド状リンクとを備え、制御カムの回転によりロッカアームの揺動中心が制御軸の中心に対して回転移動して、吸気弁または排気弁のリフト量および作動角が連続的に変化する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３７２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術では、可変動弁機構が吸気弁および排気弁に対して互いに独立して設けられるため、そして駆動軸と制御軸とが気筒の軸線方向に並んで配置されるため、それぞれの可変動弁機構、ひいては動弁装置が気筒の軸線方向に大型化して、内燃機関の全高が高くなる難点がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１から請求項３記載の発明は、内燃機関の動弁装置において、機関弁の作動特性を変更する特性可変機構に起因する動弁装置の大型化の抑制および内燃機関の全高の抑制を図ることを目的とする。そして、請求項２記載の発明は、さらに、特性可変機構を備える動弁装置の部品点数の削減を図ることを目的とし、請求項３記載の発明は、通常の行程以外の任意の行程でも第１機関弁を開弁可能にして、動弁装置を小型化することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１記載の発明は、シリンダヘッドに設けられた吸気弁および排気弁の一方の弁である第１機関弁を開閉する第１動弁機構と、前記吸気弁および前記排気弁の他方の弁である第２機関弁を開閉する第２動弁機構とから構成される内燃機関の動弁装置において、前記第１動弁機構および前記第２動弁機構は、上下方向で前記第１機関弁と前記第２機関弁との間に配置される共通の１つのカム軸を備え、前記第１動弁機構は、前記カム軸の回転に応動して前記第１機関弁を開閉する揺動カムからなる第１動弁カムと、前記第１機関弁の作動特性を変更する特性可変機構とを備え、前記特性可変機構は、側面視で前記第２動弁機構と重なるように配置された支持部と、平面視で前記カム軸に対して前記第１動弁カムとは反対側に位置する前記支持部に揺動可能に支持される制御アームを含んで前記カム軸の回転に連動する連動機構と、前記制御アームの揺動中心線の位置を変更する位置変更機構とを有し、前記第１動弁カムは、前記カム軸の回転に応動する前記制御アームの揺動により揺動すると共に前記揺動中心線の位置に応じて揺動範囲が変更されるように前記連動機構に連結される内燃機関の動弁装置である。
【０００７】
これにより、特性可変機構の支持部が、平面視で第２動弁機構と重なるように配置されるので、第２動弁機構が上下方向で占める領域を利用して特性可変機構の一部を配置することがことができる。また、第１，第２動弁機構で共用されるカム軸が上下方向で第１，第２機関弁の間に配置されて、しかも支持部は平面視でカム軸に対して第１動弁カムとは反対側に位置するので、制御アームを含むと共に第１動弁カムに連結される連動機構の高さ位置を低くすることができる。
【０００８】
この結果、請求項１記載の発明によれば、次の効果が奏される。すなわち、第２動弁機構が上下方向で占める領域を利用して特性可変機構の一部を配置することがことができるので、特性可変機構を設けたことによる動弁装置の上下方向での大型化を抑制できる。また、制御アームを含むと共に第１動弁カムに連結される連動機構の高さ位置を低くすることができるので、特性可変機構に起因して内燃機関の全高が高くなることを抑制できる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の動弁装置において、前記位置変更機構は、前記第２動弁機構の構成部材に設けられた制御回転体と、前記制御回転体を回転させる回転機構とを備え、前記支持部は、前記揺動中心線が前記制御回転体の回転中心線に対して偏心するように前記制御回転体に設けられるものである。
【００１０】
これにより、位置変更機構を構成する制御回転体が第２動弁機構の構成部材を利用して設けられるので、制御回転体をカム軸ホルダに組み付けるための部材を別途設ける必要がなく、特性可変機構の部材数が減少し、また側面視で制御回転体を第２動弁機構と重なるように配置することができる。
【００１１】
この結果、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、特性可変機構の部材数が減少するうえ、側面視で制御軸を第２動弁機構と重なるように配置することができるので、上下方向での特性可変機構の大型化、ひいては動弁装置および内燃機関の大型化が抑制される。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の内燃機関の動弁装置において、前記位置変更機構は、前記第１動弁カムの揺動範囲の全範囲において前記第１機関弁を開弁状態に保つ開弁保持位置に前記揺動中心線の位置を変更可能であるものである。
【００１３】
これにより、通常の行程以外の任意の行程で第１機関弁を開弁することができるので、第１機関弁に吸気のための機能または排気のための以外の機能を持たせることができて、例えば、第１機関弁に吸気または排気以外の機能、例えばデコンプ機能や、第１機関弁としての排気弁に排気ポートから燃焼室への排気ガスの還流を行う排気還流（ＥＧＲ）機能を持たせることができる。
【００１４】
この結果、請求項３記載の発明によれば、引用された請求項記載の発明の効果に加えて、次の効果が奏される。すなわち、第１機関弁に吸気または排気以外の機能、例えばデコンプ機能や排気還流機能を持たせることができるので、それら機能を行うための専用の部材が不要となり、動弁装置を小型化することができる。
【００１５】
なお、この明細書において、上下方向は、シリンダ軸線の方向であり、平面視とは、シリンダ軸線の方向から見ることを意味し、側面視とは、カム軸の回転中心線の方向から見ることを意味する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１ないし図８を参照して説明する。
図１，図２を参照すると、本発明が適用された動弁装置Ｖが備えられる内燃機関Ｅは、小型車両や自動二輪車に搭載されるＳＯＨＣ型の単気筒４ストローク内燃機関である。内燃機関Ｅは、ピストン（図示されず）が往復動可能に嵌合するシリンダ孔が形成されたシリンダ（図示されず）の上端に結合されたシリンダヘッド１と、シリンダヘッド１の上端に結合されるヘッドカバー２とを備える。ここで、前記シリンダおよびシリンダヘッド１は、クランクケースにねじ込まれてそれらを挿通するスタッドボルトB1と、該スタッドボルトB1に螺合されるナットＮとにより該クランクケースに一体に結合され、ヘッドカバー２は、シリンダヘッド１の上端の締結部に形成されたねじ孔1cにそれぞれねじ込まれるボルトB2（図３参照）によりシリンダヘッド１に締結される。
【００１７】
シリンダヘッド１には、前記シリンダ孔に対向する位置に燃焼室３が形成され、さらに燃焼室３にそれぞれ開口する吸気ポート４および排気ポート５が形成される。吸気ポート４の吸気口および排気ポート５の排気口は、シリンダヘッド１に往復動可能に設けられて弁ばね６により閉弁方向に付勢される第１機関弁としての吸気弁７および第２機関弁としての排気弁８によりそれぞれ開閉される。さらに、シリンダヘッド１に配置されて、吸気弁７および排気弁８を開閉する動弁装置Ｖは、カム軸ホルダ20と共に、シリンダヘッド１とヘッドカバー２とで形成される動弁室９内に収納される。
【００１８】
吸気ポート４の入口が開口するシリンダヘッド１の一側面1aには、吸入空気と燃料供給手段としての気化器から供給された燃料とで形成された混合気を吸気ポート４に導く吸気管を備える吸気装置（図示されず）が取り付けられる。また、排気ポート５の出口が開口するシリンダヘッド１の他側面1bには、燃焼室３から排気ポート５を通って流出する排気ガスが通る排気管を備える排気装置（図示されず）が取り付けられる。
【００１９】
そして、吸気弁７が開弁して、前記ピストンが下降する吸気行程で吸気ポート４から燃焼室３内に吸入された混合気は、圧縮行程で上昇する前記ピストンにより圧縮された後、点火栓（図示されず）により点火されて燃焼し、膨張行程で燃焼ガスの圧力により下降する前記ピストンが、コンロッドを介して前記クランク軸を回転駆動する。燃焼ガスは、排気行程で排気ガスとして燃焼室３から排気ポート５に排出される。
【００２０】
動弁装置Ｖは、吸気弁７を開閉する第１動弁機構としての吸気側動弁機構Viと排気弁８を開閉する第２動弁機構としての排気側動弁機構Veとから構成される。吸気側動弁機構Viは、シリンダヘッド１に組み付けられたカム軸ホルダ20に回転可能に支持される１つのカム軸10と、カム軸10の回転に応動して吸気弁７を開閉する揺動カムからなる第１動弁カムとしての吸気カム11と、カム軸ホルダ20に設けられて吸気カム11を支持する支持軸12と、吸気弁７の弁ステム7aの上端部を押圧すると共に吸気カム11により駆動されて吸気弁７を開閉する第１カムフォロアとしてのリフタ13と、カム軸10の回転運動を吸気カム11に伝達して吸気弁７を開閉すると共に、吸気弁７の作動特性、ここではリフト量、開弁期間および開閉時期を変更する特性可変機構Ｍとを、その構成部材として備える。
【００２１】
排気側動弁機構Veは、吸気側動弁機構Viと共用されるカム軸10と、カム軸10に設けられて排気弁８を開閉する第２動弁カムとしての排気カム14と、排気弁８の弁ステム8aの上端部に押圧すると共に排気カム14により駆動されて排気弁８を開閉する第２カムフォロアとしてのロッカアーム15と、カム軸ホルダ20に設けられてロッカアーム15を揺動可能に支持するロッカ軸16とを、その構成部材として備える。
【００２２】
図３を併せて参照すると、シリンダ軸線L0（図１参照）の方向である上下方向で吸気弁７と排気弁８との間に配置されて、上下方向で吸気弁７および排気弁８の弁ステム7a，8aの上端部よりも下方にその大部分が位置するカム軸10（図１参照）は、その両端部に１つずつ装着される１対の軸受17がシリンダヘッド１１とカム軸ホルダ20とに挟持されることにより、それら軸受17を介してシリンダヘッド１１およびカム軸ホルダ20に回転可能に支持される。カム軸10は、カム軸10の一端部に設けられたカムスプロケット18aと前記クランク軸に設けられた駆動スプロケットとそれら両スプロケットに掛け渡されるタイミングチェーン19とから構成される伝動機構を介して伝達される前記クランク軸の動力により、該クランク軸に連動してその１／２の回転速度で回転駆動される。ここで、カムスプロケット18aは、カム軸10の前記一端部に圧入により固定されたフランジ18bにボルトで一体に結合される。
【００２３】
カム軸ホルダ20は、軸受17を介してカム軸10を支持する１対の第１，第２支持壁21，22と、カム軸10の回転中心線L1の方向A1（以下、軸方向A1という。）に延びて両支持壁21，22を連結する１対の連結壁23，24とを有し、それら壁21〜24が一体成形された一体型のホルダである。両連結壁23，24は、平面視で回転中心線L1に対して、吸気弁７が配置される吸気弁側および排気弁８が配置される排気弁側にそれぞれ位置する。そして、カム軸ホルダ20は、前記シリンダおよびシリンダヘッド１を前記クランクケースに一体に結合するスタッドボルトB1を利用して、各支持壁21，22で前記吸気弁側および前記排気弁側にそれぞれ形成された１対の締結部にそれぞれ挿通されるスタッドボルトB1およびナットＮによりシリンダヘッド１に固定される。
【００２４】
図２に示されるように、前記吸気弁側で第１，第２支持壁21，22に跨って配置される支持軸12は、第１支持壁21のボス部21aに形成された貫通孔からなる保持孔25および第２支持壁22のボス部22aに形成された有底の孔からなる保持孔26に挿入されて、カム軸10に平行に延びており、ボルトB3により締め付けられて両支持壁21，22に対して移動不能に固定される。
【００２５】
図１，図２を参照すると、吸気カム11は、後述する揺動範囲SＣ（図５参照）で揺動するように、両ボス部21a，22aの間で軸方向A1での移動を規制された状態で支持軸12に支持される。吸気カム11は、弁ばね６の閉弁力により吸気弁７を閉弁するベース部11aと、ベース部11aに連続して径方向に突出するカム山部11bとを有する。リフタ13を押圧することにより弁ばね６の閉弁力に抗して吸気弁７を開弁するカム山部11bは、一方の揺動方向A2に吸気カム11が揺動するとき、次第に吸気弁７のリフト量が大きくなる形状を有する。
【００２６】
リフタ13はシリンダヘッド１に円筒状の保持部1eの内側に摺動可能に保持される。そして、カム軸10の回転に応動して揺動する吸気カム11が、吸気カム11の揺動により往復動するリフタ13を介して吸気弁７を開閉する。
【００２７】
カム軸10に一体成形されて、カム軸10と一体に回転する排気カム14は、弁ばね６の閉弁力により排気弁８を閉弁するベース円部14aと、排気行程を含む所定の開弁時期に所定のリフト量で弁ばね６の閉弁力に抗して排気弁８を開弁するカム山部14bとを有する。
【００２８】
ロッカアーム15は、中央部の被支持部15aにおいてロッカ軸16に揺動可能に支持され、一端部の作用部15bにおいて弁ステム8aの上端部を押圧し、他端部の接触部としてのローラ15cにおいて排気カム14に接触する。前記排気弁側で第１，第２支持壁21，22に跨って配置されるロッカ軸16は、第１支持壁21のボス部21bに形成された貫通孔からなる保持孔27および第２支持壁22のボス部22bに形成された有底の孔からなる保持孔28に挿入されて、カム軸10に平行に延びており、その切欠部が保持孔27内で第１支持壁21のスタッドボルトB1の軸部と係合することにより両支持壁21，22に対して移動不能に固定される。そして、カム軸10の回転方向A0での回転に応動して回転する排気カム14が、排気カム14の回転により揺動するロッカアーム15を介して排気弁８を開閉する。
【００２９】
図１〜図４を参照すると、特性可変機構Ｍは、カム軸10に設けられてカム軸10と一体に回転する支持部としての偏心体40と、偏心体40に枢支されてカム軸10の回転に応動して後述する制御リンク44を駆動する駆動部材としての駆動リンク41と、支持軸としてのロッカ軸16に回転可能に支持された制御回転体としての制御軸42と、制御軸42に設けられて制御軸42と一体に回転する支持部としての偏心体43と、偏心体43に揺動可能に支持されると共に駆動リンク41に枢着された制御アームとしての制御リンク44と、制御リンク44の揺動運動を吸気カム11に伝達するために制御リンク44および吸気カム11に枢着された接続リンク45と、制御軸42を回転させる回転機構Ｒとを備える。
【００３０】
偏心体40は、カム軸10の回転中心線L1に対して所定偏心量e1（図５参照）だけ偏心した中心軸線L2を持つ円柱面からなる外周面を有する。そして、駆動リンク41は、一端部の被支持部41aにおいてニードル軸受からなる軸受46を介して偏心体40に支持され、他端部の連結部41bにおいて制御リンク44の被支持部44aと連結部44bとの間で、かつ常に前記排気弁側で、制御リンク44に圧入された連結ピン47に枢支されて制御リンク44に枢着される。制御リンク44の軸方向A1の移動は、偏心体40に形成された鍔部10aおよびカム軸10に挿入されるリング19により規制される。
【００３１】
制御軸42には、後述する駆動ギヤ52と噛合する被動ギヤ50と、偏心体43とが、軸方向A1に隣接して一体成形される（図４参照）。そして、制御軸42は、両ボス部21b，22bの間で（図２参照）、ロッカアーム15の被支持部15aに軸方向A1で隣接してロッカ軸16の外周に嵌合されて、ロッカ軸16に回転可能に支持される。
【００３２】
偏心体43は、制御軸42の回転中心線L3（ロッカ軸16の中心軸線でもある。）から所定偏心量e2（図５参照）だけ偏心した中心軸線L4を持つ円柱面からなる外周面を有する。そして、制御リンク44は、一端部の被支持部44aにおいて偏心体43の外周に揺動可能に嵌合され、他端部の連結部44bにおいて該連結部44bに圧入される連結ピン48に枢支される接続リンク45の一端部の第１連結部45aに枢着される。接続リンク45は、その他端部の第２連結部45bにおいて吸気カム11の連結部11cに圧入される連結ピン49に枢支されて吸気カム11に枢着される。
【００３３】
制御リンク44は、中心軸線L4を揺動中心線L4として揺動可能であり、揺動中心線L4の位置は、回転機構Ｒを通じて回転させられる制御軸42の回転位置、したがって偏心体43の回転位置に応じて、回転中心線L3を中心とした半径が前記所定偏心量e2である円柱面の一部からなる移動経路上で変更される。
【００３４】
図１〜図３を参照すると、後述する駆動装置Ｄにより回転駆動される回転機構Ｒは、カム軸ホルダ20に回転可能に設けられた回転軸51と、回転軸51と一体に回転するように該回転軸51にスプライン結合された駆動ギヤ52と、ウォームホイールと53とから構成される。
【００３５】
前記排気側側で第１，第２支持壁21，22に跨って配置される回転軸51は、第１，第２支持壁21，22のボス部21c，22cにそれぞれ形成された貫通孔からなる保持孔29，30に回転可能に挿入されて、カム軸10に平行に延びており、その一端部51aの鍔部51a1が第１支持壁21に当接した状態で、第２支持壁22から突出する他端部51bに、第２支持壁22に当接するリング31が止め輪32により抜止めされて取り付けられることにより、両支持壁21，22に対する軸方向A1での移動が規制される。また、駆動ギヤ52は、制御軸42の被動ギヤ50と噛合する一方で、そのボス部52aにはウォームホイール53が圧入により固定される。
【００３６】
ここで、図１，図２を参照すると、制御軸42、偏心体43および被動ギヤ50は、側面視でロッカアーム15と重なるように配置され、平面視で、カム軸10に対して、吸気弁７、支持軸12および吸気カム11が配置される前記吸気弁側とは反対側である前記排気弁側に配置される。また、揺動中心線L4は、側面視で、排気側動弁機構Veが占める領域内に収まるように、この実施例ではロッカ軸16と重なる位置を占める。さらに、上下方向でほぼ同じ高さ位置を占めるロッカ軸16および支持軸12と、制御軸42の回転中心線L2および吸気カム11の揺動中心線L4とは、上下方向でカム軸10の上端とカム軸ホルダ20の上端との間に配置される。また、制御リンク44は、前記排気弁側に位置する偏心体43から前記吸気弁側に位置する接続リンク45まで、カム軸10の上方を、平面視で交差するように延びて配置される。また、回転軸51はロッカアーム15の作用部15bの上方に形成されるスペースに配置される。
【００３７】
そして、カム軸10と一体に偏心体40が回転方向A0に回転すると、偏心体40に枢支された駆動リンク41が制御リンク44を揺動中心線L4を中心に揺動させ、揺動する制御リンク44が、接続リンク45を介して、吸気カム11を支持軸12の中心軸線を揺動中心線L5として揺動させる。それゆえ、連結ピン47，48により互いに枢着される駆動リンク41、制御リンク44および接続リンク45と、偏心体43とは、カム軸10の回転に連動するリンク機構からなる連動機構を構成する。
【００３８】
図１，図３を参照すると、特性可変機構Ｍの回転機構Ｒを回転駆動する駆動装置Ｄは、ヘッドカバー２にその外側で固定されるアクチュエータとしての逆回転可能な電動モータ60と、電動モータ60の回転を、回転機構Ｒの入力部としてのウォームホイール53に伝達する駆動装置Ｄの出力部としてのウォーム61とから構成される。動弁室９に収納されるウォーム61は、ヘッドカバー２と電動モータ60のハウジング60bとに渡って両者に固定されて設けられた支持軸62に回転可能に支持されて、ヘッドカバー２を貫通して動弁室９内に延びる電動モータ60の回転軸60aにより回転駆動される。そのために、ウォーム61には、回転軸60aに形成されたピニオン60a1に噛合する減速ギヤ61aが一体に設けられる。
【００３９】
それゆえ、電動モータ60の回転は、回転軸60a、ウォーム61、ウォームホイール53を介して駆動ギヤ52に伝達され、該駆動ギヤ52により回転駆動される被動ギヤ50と一体に回転する制御軸42が、電動モータ60の回転方向に応じて正転方向および逆転方向に回転する。
【００４０】
電動モータ60は、内燃機関Ｅの負荷、回転速度、始動時、前記クランク軸の回転位置であるクランク角などの機関運転状態を検出する各種の運転状態検出センサ、さらに電動モータ60の作動量である回転量を検出する作動状態検出センサとしてのポテンショメータ63からの検出信号が入力される電子制御装置（ＥＣＵ）70により制御される。ヘッドカバー２に固定されたポテンショメータ63は、回転軸51の一端部51aに係合する検出ロッド63aを備え、検出ロッド63aが回転軸51と一体に回転することにより、回転軸51の回転量を通じて制御軸42の回転量を検出する。
【００４１】
電動モータ60の回転量、回転方向、回転時期および停止時期などの作動状態は、機関運転状態と電動モータ60の駆動制御内容との関係が予め設定された制御マップに基づいて、機関運転状態に応じて制御される。このとき、制御軸42の回転量は、ポテンショメータ63により制御軸42の実際の回転量が検出されることでフィードバック制御される。
【００４２】
図５，図６に示されるように、電動モータ60の作動により制御軸42の回転位置が変更されると、制御リンク44の揺動中心線L4の位置が、機関運転状態に応じて制御軸42の回転中心線L2を中心とした前記移動経路上を移動して、制御リンク44の揺動範囲SＬが変更され、さらに吸気カム11の揺動範囲SＣが変更される。
【００４３】
それゆえ、吸気カム11は、カム軸10の回転に駆動リンク41を介して応動する制御リンク44の揺動により揺動すると共に、揺動中心線L4の位置に応じて揺動範囲SＣが変更されるように、駆動リンク41、制御リンク44および接続リンク45を有する前記連動機構に連結される。また、偏心体43が設けられた制御軸42と回転機構Ｒとは、制御軸42を中心とした偏心体43の回転位置、すなわち回転中心線L2まわりの制御リンク44の揺動中心線L4の位置を変更する位置変更機構を構成する。
【００４４】
図１，図２を参照すると、特性可変機構Ｍを有する吸気側動弁機構Viおよび排気側動弁機構Ve、具体的には駆動リンク41、制御リンク44、接続リンク45、偏心体43が設けられた制御軸42、回転軸51、ウォームホイール53、吸気カム11、支持軸12、ロッカ軸16、ロッカアーム15およびカム軸10は、シリンダヘッド１に組み付けられる前のカム軸ホルダ20に予め一体に組み付けられる。
【００４５】
すなわち、先ず、駆動リンク41、制御リンク44、接続リンク45および吸気カム11が連結ピン47〜49によりそれぞれ連結される。そして、一体になった駆動リンク41、制御リンク44、接続リンク45および吸気カム11は、駆動リンク41の被支持部41aに軸受46を介して偏心体40が挿入されることにより、カム軸10に組み付けられる。次いで、カム軸10には、リング19および１対の軸受17が装着され、フランジ18bが圧入される。その後、制御軸42に設けられた偏心体43が制御リンク44の被支持部44aに嵌合され、さらにカム軸ホルダ20に挿入される支持軸12およびロッカ軸16により、カム軸10に組み付けられた駆動リンク41、制御リンク44、接続リンク45、吸気カム11およびロッカアーム15がカム軸ホルダ20に組み付けられる。その後、第１支持壁21の保持孔29に挿入された回転軸51に、ウォームホイール53が圧入された駆動ギヤ52が他端部51bから挿入され、さらに回転軸51が第２支持壁22の保持孔30に挿入されて、駆動ギヤ52、ウォームホイール53および回転軸51がカム軸ホルダ20に組み付けられる。
【００４６】
また、駆動装置Ｄを構成する電動モータ60およびウォーム61は、シリンダヘッド１に組み付けられる前のヘッドカバー２に予め組み付けられる。具体的には、電動モータ60のハウジング60bに固定された支持軸62にウォーム61が保持された状態で、支持軸62の先端部62aがヘッドカバー２の保持孔2aに保持されるように電動モータ60が、ボルト（図示されず）によりヘッドカバー２に締結される。
【００４７】
次に、図１，図５〜図８を参照して、特性可変機構Ｍの動作について説明する。
図１，図５を参照すると、例えば高負荷運転域などの吸気量が多い内燃機関Ｅの運転域では、高出力を得るために、吸気弁７は、大きい最大リフト量および長い開弁期間で開弁される。そのために、電子制御装置70が制御する電動モータ60の作動により、ウォーム61、ウォームホイール53、回転軸51、駆動ギヤ52および被動ギヤ50を通じて制御軸42が回転し、偏心体43は機関運転状態に応じて設定された回転位置を占めて、制御リンク44の揺動中心線L4が大開弁位置を占める。
【００４８】
このとき、制御リンク44は回転するカム軸10の偏心体43に枢支された駆動リンク41により、回転中心線L2に対する揺動中心線L4の位置により規定される揺動範囲SＬ、すなわち図５に実線で示される下限位置と二点鎖線で示される上限位置との間で揺動し、揺動する制御リンク44が接続リンク45を介して吸気カム11を、揺動範囲SＬに対応する揺動範囲SＣで揺動中心線L5を中心に揺動させる。このとき、吸気弁７は、図８の実線の曲線Ti1で示されるように、動弁装置Ｖにおいて最大の最大リフト量および最も長い開弁期間で開弁される。また、排気弁８は、排気カム14により規定される固定された作動特性である図８の曲線Teで示されるリフト量および開閉時期で開閉される。
【００４９】
図６を参照すると、例えばアイドル運転域や低負荷運転域や低速運転域などの吸気量が少ない運転域では、ポンピングロスを低減するために、吸気弁７は、小さい最大リフト量および短い開弁期間で開弁される。そのために、電動モータ60の作動により制御軸42が回転し、偏心体43は機関運転状態に応じて設定された回転位置を占めて、制御リンク44の揺動中心線L4が小開弁位置を占める。そして、制御リンク44は、揺動中心線L4の位置により規定される、図６の実線で示される下限位置と二点鎖線で示される上限位置との間で、揺動範囲SＬで揺動する。このときの揺動範囲SＬは、図５でのときとあまり変わらないが、揺動中心線L4が異なるため、制御リンク44の揺動により吸気カム11がその揺動範囲SＬに対応して図５でのときよりも小さい揺動範囲SＣで揺動すると共に、図５でのときに比べて、揺動範囲SＣにおいて吸気カム11のベース部11aがリフタ13と接触する範囲の割合が、カム山部11bのそれよりも多くなる。このため、吸気弁７は、図８の実線の曲線Ti2で示されるように、小さい最大リフト量および短い開弁期間で開弁され、開弁時期および閉弁時期は、曲線Ti1に比べて、それぞれ遅角および進角される。
【００５０】
図５に示される最大開度で吸気弁７が開弁されるときの特性可変機構Ｍの状態から、図６に示される小開度で吸気弁７が開弁されるときの特性可変機構Ｍの状態への移行は次のようにして行われる。図５において、電動モータ60により回転軸51および駆動ギヤ52が回転方向A3（反時計方向）に回転し、制御軸42に設けられた被動ギヤ50および偏心体43と一体に回転方向A4（時計方向）に回転して、揺動中心線L4が移動経路上で回転方向A4に回転して移動し、図６に示される揺動中心線L4の前記小開弁位置を占める。
【００５１】
また、揺動中心線L4が、図５の位置から図６の位置まで移動経路上を移動するにつれて、吸気弁７の最大リフト量は小さく、開弁期間は短く、開弁時期は遅角され、閉弁時期は進角するように、その作動特性が連続的に変化する。そのため、両図５，図６に示される揺動中心線L4の間に揺動中心線L4が位置する場合、例えば図８の曲線Ti3に示される作動特性で、吸気弁７が開閉する。
【００５２】
さらに、図６において、電動モータ60の作動により駆動ギヤ52が回転方向A3に回転し、被動ギヤ50および偏心体43が回転方向A4に回転して、揺動中心線L4が例えば図７の位置を占めるとき、吸気弁７は、図７に実線で示されるように、制御リンク44の下限位置においても開弁する開弁保持位置を占める。そのため、揺動中心線L4がこの開弁保持位置を占めるとき、吸気弁７は、図８の曲線Ti4に示されるように、そのリフト量がカム軸10の回転位置に応じて変化するものの、カム軸10の回転位置に関わらず、吸気カム11の揺動範囲SＣの全範囲で開弁状態に保たれる。
【００５３】
そのため、内燃機関Ｅの始動時の圧縮行程時に、揺動中心線L4が前記開弁保持位置を占めるように電動モータ60を制御して、吸気弁７を開弁して、圧縮圧力を低減するデコンプ作動を行わせることができる。このとき、吸気弁７のリフト量は、電動モータ60を作動させて、制御軸42の回転位置、すなわち揺動中心線L4の位置を変更することにより、最適な値に設定することができる。
【００５４】
次に、前述のように構成された実施例の作用および効果について説明する。
内燃機関Ｅの動弁装置Ｖは、特性可変機構Ｍを有する吸気側動弁機構Viおよび排気側動弁機構Veを備え、吸気側動弁機構Viおよび排気側動弁機構Veは、共用される１つのカム軸10を備え、特性可変機構Ｍは、偏心体43と、前記連動機構と、制御リンク44の揺動中心線L4の位置を変更する前記位置変更機構とを有し、吸気カム11は、支持軸12に揺動可能に支持されて揺動中心線L4の位置に応じて揺動範囲Scが変更される。そして、偏心体43が平面視で排気側動弁機構Veと重なるように配置されることにより、排気側動弁機構Veが上下方向で占める領域を利用して特性可変機構Ｍの一部を配置することがことができるので、特性可変機構Ｍを設けたことによる動弁装置Ｖの上下方向での大型化を抑制できる。また、吸気側動弁機構Viおよび排気側動弁機構Veが、上下方向で吸気弁７と排気弁８との間に配置される共通の１つのカム軸10を備え、しかも偏心体43は平面視でカム軸10に対して吸気カム11とは反対側に位置することにより、制御リンク44、接続リンク45を含むと共に吸気カム11に連結される前記連動機構の高さ位置を低くすることができるので、特性可変機構Ｍに起因して内燃機関Ｅの全高が高くなることを抑制できる。
【００５５】
カム軸10の大部分が、上下方向で、吸気弁７および排気弁８のそれぞれの前記上端部よりも下方に位置し、偏心体43および支持軸12は、上下方向でカム軸10の上端とカム軸ホルダ20の上端との間に配置されると共に、上下方向でほぼ同じ高さ位置を占めることにより、前記連動機構の高さ位置を低くすることができので、この点でも、内燃機関の全高を抑制できる。
【００５６】
前記位置変更機構は、排気側動弁機構Veの構成部材であるロッカ軸16に設けられた制御軸42と、制御軸42を回転させる回転機構Ｒとを備え、偏心体43は、揺動中心線L4が制御軸42の回転中心線L2に対して偏心するように制御軸42に設けられることにより、前記位置変更機構を構成する制御軸42が排気側動弁機構Veの構成部材を利用して設けられ、制御軸42をカム軸ホルダ20に組み付けるための部材を別途設ける必要がなく、特性可変機構Ｍの部材数が減少するうえ、側面視で制御軸42がロッカアーム15と重なるように配置されるので、上下方向での特性可変機構Ｍの大型化、ひいては動弁装置Ｖおよび内燃機関Ｅの大型化が一層抑制される。
【００５７】
前記位置変更機構は、吸気カム11の揺動範囲Scの全範囲において吸気弁７を開弁状態に保つ開弁保持位置に揺動中心線L4の位置を変更可能であることにより、通常の行程である吸気行程以外の任意の行程で吸気弁７を開弁することができて、吸気弁７に吸気以外のための機能、例えば、吸気弁７にデコンプ機能を持たせることができるので、デコンプ機能などを行うための専用の部材が不要となり、動弁装置Ｖを小型化することができる。
【００５８】
カム軸ホルダ20が組み付けられるシリンダヘッド１に配置される内燃機関Ｅの動弁装置Ｖにおいて、制御軸42と回転機構Ｒとからなる前記位置変更機構と、前記連動機構と、支持軸12に揺動可能に支持されて揺動中心線L4の位置に応じて揺動範囲Scが変更される吸気カム11とが、カム軸ホルダ20に一体に組み付けられていることにより、偏心体43、制御軸42、前記連動機構および吸気カム11は、カム軸ホルダ20がシリンダヘッド１に組み付けられる前に、カム軸ホルダ20に予め組み付けられて、カム軸ホルダ20と一体化された１つのユニット部品にすることができる。その結果、前記位置変更機構および前記連動機構を有する特性可変機構Ｍと吸気カム11とカム軸ホルダ20とが一体のユニット部品とされて、シリンダヘッド１へのカム軸ホルダ20の組付により特性可変機構Ｍおよび吸気カム11がシリンダヘッド１に組み付けられるので、特性可変機構Ｍのシリンダヘッド１への組付工数が削減されて、特性可変機構Ｍの組付性、ひいては動弁装置Ｖの組付性が向上して、内燃機関Ｅの生産性が向上し、コストを削減することができる。
【００５９】
さらに、シリンダヘッド１に組み付けられる前のカム軸ホルダ20には、連結ピン47〜49により一体化された駆動リンク41、制御リンク44、接続リンク45および吸気カム11が組み付けられたカム軸10が組み付けられることにより、特性可変機構Ｍはもちろん、吸気側動弁機構Viおよび排気側動弁機構Veをカム軸ホルダ20と一体化した状態で、シリンダヘッド１に組み付けることができるので、動弁装置Ｖの組付性が一層向上する。
【００６０】
特性可変機構Ｍを有する吸気側動弁機構Viおよび排気側動弁機構Veは、カム軸ホルダ20がシリンダヘッド１に組み付けられる前に予めカム軸ホルダ20に組み付けられ、駆動装置Ｄを構成する電動モータ60およびウォーム61は、ヘッドカバー２がシリンダヘッド１に組み付けられる前に予めヘッドカバー２に組み付けられて一体化された１つのユニット部品にされることにより、シリンダヘッド１にカム軸ホルダ20を組み付けて、その後シリンダヘッド１にヘッドカバー２を組み付けることで、動弁装置Ｖおよび駆動装置Ｄがシリンダヘッド１に組み付けられるので、動弁装置Ｖおよび駆動装置Ｄの組付工程が削減され、この点でも内燃機関Ｅの生産性が向上する。
【００６１】
カム軸ホルダ20の第１支持壁21および第２支持壁22には、特性可変機構Ｍを含む吸気側動弁機構Viおよび排気側動弁機構Veをカム軸ホルダ20に組み付けるための支持軸12、ロッカ軸16および回転軸51が跨って設けられることにより、カム軸ホルダ20の剛性が高められるので、吸気弁７および排気弁８の安定した開閉作動を実現できる。
【００６２】
制御リンク44は、前記排気弁側に位置する偏心体43から前記吸気弁側に位置する接続リンク45まで、平面視で交差するように延びて配置され、駆動リンク41は、制御リンク44の被支持部44aと連結部44bとの間で、かつ前記排気弁側の位置で制御リンク44に枢着されることにより、揺動中心線L4および連結ピン47の間の距離に対する揺動中心線L4および連結ピン48の間の距離の比であるレバー比を大きくすることができるので、駆動リンク41の上下方向での移動幅が小さい場合にも揺動範囲Scを大きく変更することができて、吸気弁７のリフト量および開弁時期の変化を大きく設定することが可能になる。
【００６３】
以下、前述した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
前記実施例では、吸気弁７は、吸気側動弁機構Viの特性可変機構Ｍにより変更される作動特性で開閉され、排気弁８は、排気側動弁機構Veの排気カム14により規定される固定的な作動特性により開閉されたが、特性可変機構Ｍが排気側動弁機構に備えられて、排気弁８が特性可変機構Ｍにより変更される作動特性で揺動する排気カムにより開閉され、吸気弁７が吸気側動弁機構の吸気カムにより規定される固定的な作動特性により開閉されるようにされてもよい。この場合には、第１機関弁、第１動弁カム、第１動弁機構、第２機関弁、第２動弁カム、第２動弁機構が、それぞれ、排気弁８、排気カム、排気側動弁機構、吸気弁７、吸気カム、吸気側動弁機構になる。
【００６４】
そして、特性可変機構Ｍが排気側動弁機構に備えられる場合、排気弁８が制御リンク44の下限位置においても開弁している開弁保持位置を占める位置に揺動中心線L4が位置するときは、カム軸10の回転位置に関わらず、排気弁８は排気カムの揺動範囲の全範囲で開弁する。そのため、内燃機関Ｅの始動時の圧縮行程時に、揺動中心線L4を前記開弁保持位置にすることで、圧縮圧力を低減するデコンプ機能を行わせることができるほかに、吸気行程時に、排気弁８を開弁させることで、排気ポート５を通じて燃焼室３内に排気ガスを還流させる排気還流（ＥＧＲ）機能を行うことができて、ポンピングロスの減少により、燃費を改善することができ、同時に窒素酸化物の発生を低減して、排気エミッションを改善することができる。
【００６５】
また、吸気側動弁機構および排気側動弁機構が、それぞれ特性可変機構Ｍを備えていてもよい。さらに、前記実施例では、カム軸10はカム軸ホルダ20とシリンダヘッド１とに支持されたが、カム軸ホルダ20のみに回転可能に支持されてもよい。
【００６６】
偏心体43が設けられる制御回転体は、カム軸ホルダ20に回転可能に支持されたロッカ軸16に、該ロッカ軸16と別部材で構成されてロッカ軸16に一体に回転するように設けられてもよい。また、制御回転体がロッカ軸16に一体成形されてもよく、この場合には、ロッカ軸16自体が制御回転体を構成することになる。さらに、ロッカ軸16がカム軸ホルダ20に回転可能に支持される場合、ロッカ軸16にウォームホイールを取り付けてもよい。この場合、ロッカ軸16が回転可能に支持されたロッカ軸16を利用してウォームホイールが取り付けられるので、第１実施例に比べてウォームホイール53が設けられる支持軸51、駆動ギヤ52が不要となり、特性可変機構Ｍが小型化される。
【００６７】
１つのシリンダに対して、複数の吸気弁７または複数の排気弁８が設けられ、複数の吸気弁７または複数の排気弁８が特性可変機構Ｍにより開閉されてもよい。また、制御回転体は被動ギヤ50が設けられたものである必要はなく、制御回転体がアクチュエータにより直接回転駆動されてもよい。前記内燃機関Ｅは、単気筒であったが、多気筒であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示し、本発明の動弁装置を備える内燃機関において、図２の概略Ｉ−Ｉ矢視での動弁装置の断面図であり、カム軸ホルダおよびリンダヘッドについては吸気弁および排気弁の弁ステムの中心軸線を通る面での断面図である。
【図２】図１の内燃機関のヘッドカバーを外したときの動弁装置の上平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視での要部断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ矢視での断面図である。
【図５】図１の動弁装置の特性可変機構の動作を説明するための模式図であり、吸気弁が最大の最大リフト量で開弁するときの状態を示す。
【図６】図５と同様の図であり、吸気弁が小さい最大リフト量で開弁するときの状態を示す。
【図７】図５と同様の図であり、吸気弁が、その揺動範囲の全範囲で開弁するときの状態を示す。
【図８】図１の動弁装置により作動される吸気弁および排気弁の作動特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…シリンダヘッド、２…ヘッドカバー、３…燃焼室、４…吸気ポート、５…排気ポート、６…弁ばね、７…吸気弁、８…排気弁、９…動弁室、10…カム軸、11…吸気カム、12…支持軸、13…リフタ、14…排気カム、15…ロッカアーム、16…ロッカ軸、17…軸受、18a…スプロケット、18b…フランジ、19…リング、
20…カム軸ホルダ、21，22…支持壁、23，24…連結壁、25〜30…保持孔、31…リング、32…止め輪、
40…偏心体、41…駆動リンク、42…制御軸、43…偏心体、44…制御リンク、45…接続リンク、46…軸受、47〜49…連結ピン、50…被動ギヤ、51…回転軸、52…駆動ギヤ、53…ウォームホイール、
60…電動モータ、61…ウォーム、62…支持軸、63…ポテンショメータ、
Ｖ…動弁装置、Ｅ…内燃機関、B1，B2，B3…ボルト、Ｍ…特性可変機構、Ｎ…ナット、L0…シリンダ軸線、L1…回転中心線、L2…中心軸線、L3…回転中心線、L4…揺動中心線（中心軸線）、L5…揺動中心線、A0…回転方向、A1…軸方向、A2…揺動方向、A3，A4…回転方向、e1，e2…偏心量、Ｒ…回転機構、Ｄ…駆動装置、SＬ，SＣ…揺動範囲。
【図１】
2004190609.tif 000003
【図２】
2004190609.tif 000004
【図３】
2004190609.tif 000005
【図４】
2004190609.tif 000006
【図５】
2004190609.tif 000007
【図６】
2004190609.tif 000008
【図７】
2004190609.tif 000009
【図８】
2004190609.tif 000010