(57)【要約】【課題】  排気ガス浄化，エンジン出力の向上を図ることのできるエンジンを提供する。【解決手段】  第１排気通路３ａに配置された第１触媒５と、上記第２排気通路３ｂに上記第１触媒５より上流側に位置するように配置された第２触媒６と、第１，第２排気弁８，９のリフト量を略ゼロから最大の間で変化可能に構成された可変動弁機構１１と、少なくとも始動時においては、上記第２排気通路３６を通る排気ガス量が上記第１排気通路３ａを通る排気ガス量より多くなるよう上記可変動弁機構１１をして上記第１，第２排気弁８，９のリフト量を制御するリフト量制御部とを備えた。【選択図】    図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１，第２排気弁と、該第１，第２排気弁で開閉される第１，第２排気通路と、該第１排気通路に配置された第１触媒と、上記第２排気通路に上記第１触媒より上流側に位置するように配置された第２触媒と、上記第１，第２排気弁のリフト量を略ゼロから最大の間で変化可能に構成された可変動弁機構と、少なくとも始動時においては、上記第２排気通路を通る排気ガス量が上記第１排気通路を通る排気ガス量より多くなるよう、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転・高負荷運転域においては上記第１排気通路を通る排気ガス量が第２排気通路を通る排気ガス量より多くなるよう上記可変動弁機構をして上記第１，第２排気弁のリフト量を制御するリフト量制御部とを備えたことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
請求項１において、上記可変動弁機構は、上記第１，第２排気弁のリフト量を、リフト量制御部による制御量の増減に伴って増大又は減少させるよう構成されており、上記リフト量制御部は、少なくとも始動時においては、上記第１排気弁のリフト量が略ゼロとなり、かつ上記第２排気弁のリフト量が略最大となるように上記可変動弁機構を制御し、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転・高負荷運転域においては上記第１排気弁のリフト量が上記第２排気弁の最大リフト量より大となり、かつ上記第２排気弁のリフト量が略ゼロとなるように上記可変動弁機構を制御することを特徴とするエンジン。
【請求項３】
請求項２において、上記可変動弁機構は、クランク軸と平行に配置され、該クランク軸により回転駆動されるカム軸と、該カム軸と平行な揺動軸廻りに揺動可能に配置され、該カム軸により揺動駆動される揺動部材と、上記カム軸と平行なコントロールシャフト廻りに揺動可能に配置され、上記排気弁を開閉駆動するロッカアームと、該ロッカアームと上記揺動部材との間又は上記カム軸と揺動部材との間に、該揺動部材の揺動をロッカアームに伝達可能に、かつその揺動中心の上記揺動部材に対する相対位置を変化可能に配置された中間部材とを備え、上記リフト量制御部は、少なくとも始動時においては、上記第１排気弁のリフト量が略ゼロとなり、かつ上記第２排気弁のリフト量が略最大となるように上記中間部材の上記揺動部材に対する相対位置を制御し、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転・高負荷運転域においては上記上記第１排気弁のリフト量が上記第２排気弁の最大リフト量より大となり、かつ上記第２排気弁のリフト量が略ゼロとなるように上記中間部材の上記揺動部材に対する相対位置を制御することを特徴とするエンジン。
【請求項４】
請求項２又は３において、上記リフト量制御部は、上記始動時から暖機運転が進行するに伴って第２排気弁のリフト量が減少するとともに第１排気弁のリフト量が増加し、かつ第２排気弁と第１排気弁が共にリフトする重なり領域が得られるよう上記可変動弁機構を制御することを特徴とするエンジン。
【請求項５】
請求項４において、上記重なり領域においては、第２排気弁のリフト量減少と第１排気弁のリフト量増加とにより、実質的な排気通路面積が略一定又は連続的に増加することを特徴とするエンジン。
【請求項６】
請求項１において、上記第２触媒は、シリンダヘッドに設けられ第２排気通路の一部を構成する第２排気ポート内に配置されていることを特徴とするエンジン。
【請求項７】
請求項６において、上記第１排気弁はカム軸方向に並べて２本配置され、上記第２排気弁は、上記２本の第１排気弁の間に１本配置され、上記第２排気ポートは、カム軸方向に見たとき、第１排気通路の一部を形成する第１排気ポートとシリンダブロック側合面との間に位置するように配置されていることを特徴とするエンジン。
【請求項８】
請求項１において、上記第２触媒は、シリンダヘッドの第２排気ポートに接続され第２排気通路の一部を構成する第２排気管内に配置されていることを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに関し、より詳細には、排気ガスの浄化と出力確保の両立を可能とするエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気系では、排気ガスの浄化を図るために触媒を配置するのが一般的である。この触媒は、エンジンの出力性能確保の観点からはなるべくエンジンの排気口から遠く離して配置するのが望ましく、一方、排気ガス浄化の観点からはなるべくエンジンの排気口の近くに配置するのが望ましい。
【０００３】
上述の矛盾する要請に応えることができるようにしたものが例えば特許文献１に開示されている。この従来装置では、排気管内に切り替えバルブ１２を設けて排気通路を１０，１１の２系統とし、排気通路１０内に触媒１４を配置し、この触媒１４より下流側に触媒１７を配置している。
【特許文献１】特開平１０−１７６５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし上記従来装置では、上記切り替えバルブ１２は、高温ガスにさらされるため、バルブの機能，信頼性に問題が生じ易く、またバルブ制御機構の熱害対策が困難であるといった問題が生じる。さらに、上記従来装置では、その構造上、上記排気通路を完全に切り替えることはできないといった問題もある。
【０００５】
本発明は、排気ガス浄化，エンジン出力の向上を図ることのできるエンジンを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、第１，第２排気弁と、該第１，第２排気弁で開閉される第１，第２排気通路と、該第１排気通路に配置された第１触媒と、上記第２排気通路に上記第１触媒より上流側に位置するように配置された第２触媒と、上記第１，第２排気弁のリフト量を略ゼロから最大の間で変化可能に構成された可変動弁機構と、少なくとも始動時においては、上記第２排気通路を通る排気ガス量が上記第１排気通路を通る排気ガス量より多くなるよう、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転・高負荷運転域においては上記第１排気通路を通る排気ガス量が第２排気通路を通る排気ガス量より多くなるよう上記可変動弁機構をして上記第１，第２排気弁のリフト量を制御するリフト量制御部とを備えたことを特徴とするエンジンである。
【０００７】
ここで本発明における可変動弁機構は、排気弁のリフト量を略ゼロから最大まで連続的に増加させるもの、及び２段階又は３段階以上に切り替えるものが含まれる。
【０００８】
また本発明において、「上記第２排気通路を通る排気ガス量が上記第１排気通路を通る排気ガス量より多くなるよう、」とは、全ての排気ガスが上記第２排気通路を通り、上記第１排気通路を通る排気ガス量がゼロの場合も本発明に含まれることを意味する。また「上記第１排気通路を通る排気ガス量が第２排気通路を通る排気ガス量より多くなるよう」とは、全ての排気ガスが第１排気通路を通り、第２排気通路を通る排気ガス量がゼロの場合も本発明に含まれることを意味する。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、上記可変動弁機構は、上記第１，第２排気弁のリフト量を、リフト量制御部による制御量の増減に伴って増大又は減少させるよう構成されており、上記リフト量制御部は、少なくとも始動時においては、上記第１排気弁のリフト量が略ゼロとなり、かつ上記第２排気弁のリフト量が略最大となるように上記可変動弁機構を制御し、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転・高負荷運転域においては上記上記第１排気弁のリフト量が上記第２排気弁の最大リフト量より大となり、かつ上記第２排気弁のリフト量が略ゼロとなるように上記可変動弁機構を制御することを特徴としている。
【００１０】
ここで第１排気弁のリフト量を略ゼロにするとは、このリフト量をゼロにする場合だけでなく、排気ガス性状の観点から許容できる程度の量の排気ガスが第１排気通路から第１触媒を通って流れる場合も本発明に含まれるとの意味である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２において、上記可変動弁機構は、クランク軸と平行に配置され、該クランク軸により回転駆動されるカム軸と、該カム軸と平行な揺動軸廻りに揺動可能に配置され、該カム軸により揺動駆動される揺動部材と、上記カム軸と平行なコントロールシャフト廻りに揺動可能に配置され、上記排気弁を開閉駆動するロッカアームと、該ロッカアームと上記揺動部材との間又は上カム軸と揺動部材との間に、該揺動部材の揺動をロッカアームに伝達可能に、かつその揺動中心の上記揺動部材に対する相対位置を変化可能に配置された中間部材とを備え、上記リフト量制御部は、少なくとも始動時においては、上記第１排気弁のリフト量が略ゼロとなり、かつ上記第２排気弁のリフト量が略最大となるように上記中間部材の上記揺動部材に対する相対位置を制御し、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転・高負荷運転域においては上記上記第１排気弁のリフト量が上記第２排気弁の最大リフト量より大となり、かつ上記第２排気弁のリフト量が略ゼロとなるように上記中間部材の上記揺動部材に対する相対位置を制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項２又は３において、上記リフト量制御部は、上記始動時から暖機運転が進行するように伴って第２排気弁のリフト量が減少するにつれて第１排気弁のリフト量が増加し、かつ第２排気弁と第１排気弁が共にリフトする重なり領域が得られるよう上記可変動弁機構を制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４において、上記重なり領域においては、第２排気弁のリフト量減少と第１排気弁のリフト量増加とによる実質的な排気通路面積が略一定又は連続的に増加することを特徴としている。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１において、上記第２触媒は、シリンダヘッドに設けられ第２排気通路の一部を構成する第２排気ポート内に配置されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項６において、上記第１排気弁はカム軸方向に並べて２本配置され、上記第２排気弁は、上記２本の第１排気弁の間に１本配置され、上記第２排気ポートは、カム軸方向に見たとき、第１排気通路の一部を形成する第１排気ポートとシリンダブロック側合面との間に位置するように配置されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１において、上記第２触媒は、シリンダヘッドの第２排気ポートに接続され第２排気通路の一部を構成する第２排気管内に配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、排気通路を第１，第２排気通路の２系統とし、第２排気通路に第２触媒を、第１通路の第１触媒よりエンジンに近接させて配置し、少なくとも始動時においては、上記第２排気通路を通る排気ガス量が上記第１排気通路を通る排気ガス量より多くなるようしたので、エンジンの近くに配置された第２触媒が短時間で活性化温度に昇温し、特に排気ガス性状が悪化し易いエンジン始動時の排気ガス浄化を確実に行なうことができる。
【００１８】
高速回転・高負荷運転域では、排気ガスはエンジン直近に配置された第２触媒を有する第２排気通路はほとんど流れずに、第１排気通路を多くの排気ガスが流れることとなるが、この第１排気通路に配置された第１触媒は、エンジンから充分に離れた位置に配置されている。そのため、第１排気通路での排気脈動を充分に利用して吸気量を増大でき、第１触媒をエンジン直近に配置した場合に比べてエンジン出力を向上できる。また、高負荷運転域では、エンジン直近に配置された第２触媒を通る排気ガス量は制御されるので、高温ガスの熱害から、第２触媒を保護することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、始動時においては、上記第１排気弁のリフト量が略ゼロとなり、かつ上記第２排気弁のリフト量が略最大となるので、エンジン始動時に第２触媒を短時間で活性化温度に昇温させてエンジン始動時の排気ガス浄化を確実に行なうことができる。また高速回転・高負荷においては、上記第１排気弁のリフト量が最大となり、かつ上記第２排気弁のリフト量が略ゼロとなるので、第１排気通路での排気脈動を充分に利用して吸気量を増大でき、第１触媒をエンジン直近に配置した場合に比べてエンジン出力を向上できる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、カム軸の回転に伴って揺動部材が揺動し、該揺動部材の揺動が中間部材を揺動させ、該中間部材の揺動がロッカアームを介して排気弁を開閉駆動する。このとき中間部材の揺動部材に対する相対位置を変化させることにより、排気弁のリフト量を自由に変化させることができる。このようにして始動時においては、上記第１排気弁のリフト量を略ゼロとし、かつ上記第２排気弁のリフト量を略最大とし、さらに高速回転・高負荷においては、上記第１排気弁のリフト量を最大とし、かつ上記第２排気弁のリフト量をゼロとする具体的な可変動弁機構を提供できる。
【００２１】
請求項４, ５の発明によれば、第２排気弁のリフト量減少による排気通路面積の減少と、第１排気弁のリフト量増加による排気通路面積の増加が連続的に行なわれ、実質的な排気通路面積の急な変化がない。従って第２排気弁から第１排気弁に流量を連続的に切り替えることができ、燃焼変化が少なく、切り替えショックが緩和される。その結果ショック吸収のための複雑な制御系を必要としない。
【００２２】
請求項６の発明によれば、上記第２触媒を、シリンダヘッドに設けられた第２排気ポート内に配置したので、排気系の構造を複雑にすることなく第２触媒をエンジンの排気口の直近に配置することができる。
【００２３】
請求項７の発明によれば、上記第１排気弁はカム軸方向に並べて２本配置され、上記第２排気弁をカム軸方向に並列配置された２本の第１排気弁の間に配置し、第２排気ポートを、カム軸方向に見たとき、第１排気ポートとシリンダブロック側合面との間に位置するように形成したので、シリンダヘッドの空きスペースを有効利用して第２排気ポートを形成できるとともに、第２触媒を排気口直近に配置できる。
【００２４】
請求項８の発明によれば、第２触媒をシリンダヘッドに接続された第２排気管に配置したので、シリンダヘッド内の第２排気ポートを簡単な構造にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図１３は本発明の一実施形態に係るエンジンを説明するための図である。図において、１は水冷式４サイクル並列４気筒エンジンのシリンダヘッド、２は該シリンダヘッド１の上側合面１ａに着脱可能に装着されたヘッドカバーである。該ヘッドカバー２と上記シリンダヘッド１とで構成されたエンジン頭部内に、以下詳述するように、本実施形態の特徴をなす可変動弁機構が配設されている。
【００２６】
上記シリンダヘッド１の下側合面１ｂには、クランク軸方向（図１紙面直角方向）に並列配置された第１〜第４気筒♯１〜♯４（図１２参照）に対応するように４つの燃焼室１ｃが凹設されている。該各燃焼室１ｃには気筒当たり２つの吸気口１ｄ，１ｄと、２つのメイン排気口１ｅ，１ｅとがそれぞれクランク軸方向に並列配置され、燃焼室に向けて開口している。また上記メイン排気口１ｅ，１ｅ間には、１つのサブ排気口１ｆが開口している。このサブ排気口１ｆは、図２に示すように、メイン排気口１ｅ，１ｅ間でかつ燃焼室１ｃの外周縁部に位置しており、図５に示すクランク軸方向視で、メイン排気口１ｅより気筒軸線から離れて位置している。
【００２７】
上記２つの吸気口１ｄ，１ｄは、シリンダヘッド１の一方の縦壁１ｈから導入され、途中で２つのポート１ｇ´に分岐されるサイアミーズ吸気ポート１ｇに設けられている。また上記２つのメイン排気口１ｅ，１ｅは同じく途中で２つのポート１ｉ´に分岐するサイアミーズメイン排気ポート１ｉ (以下メイン排気ポートと言う）により他方の縦壁１ｊに導出されている。なお、上記吸気ポート１ｇ，メイン排気ポート１ｉはサイアミーズ型でなく各吸気口，排気口毎に独立したタイプのポートであっても良い。
【００２８】
さらにまた上記サブ排気口１ｆは、上記メイン排気ポート１ｉと上記下側合面１ｂとの間を通るように形成されたサブ排気ポート１ｋにより上記縦壁１ｊのメイン排気ポート１ｉより下側に導出されている。
【００２９】
上記メイン排気ポート１ｉには排気装置３が接続されている（図１２参照）。この排気装置３は、いわゆる４−２−１排気系であり、上記第１〜第４気筒♯１〜♯４のメイン排気ポート１ｉに接続された４本の第１〜第４排気管４ａ〜４ｄと、第１，第３排気管４ａ，４ｃ、第２，第４排気管４ｂ，４ｄをそれぞれ合流させる２本の第１，第２合流管４ｅ，４ｆと、該第１，第２合流管４ｅ，４ｆを合流させる１本のメイン管４ｇとを有する。
【００３０】
そして上記各気筒の各サブ排気ポート１ｋは、サブ排気管４ｈを介して、上記第１〜第４排気管４ａ〜４ｄのメイン排気ポート１ｉへの接続部直近に合流している。
【００３１】
上記メイン管４ｇにはメイン触媒５が、また上記各サブ排気ポート１ｋにはサブ触媒６が配設されている。ここで、上記メイン触媒５は、排気装置３の全ての排気管が合流したメイン管４ｇに配置されている。このメイン触媒５の配置位置は、排気脈動を利用して吸気量を増量するのに充分なほど排気口から下流側に離れた位置に設定されている。一方、サブ触媒６は、シリンダヘッド１内に形成されたサブ排気ポート１ｋ内に配置されている。このサブ触媒６の配置位置は、排気ガスの熱により極短時間で触媒が活性化温度に昇温するのに充分なほど排気口に近接した位置に設定されている。
【００３２】
ここで本実施形態における上記メイン排気ポート１ｉ，第１〜第４排気管４ａ〜４ｄ、第１，第２合流管４ｅ，４ｆ及びメイン管４ｇによりメイン排気通路（第１排気通路）３ａが構成されており、上記メイン触媒５が本発明の第１触媒となっている。また上記サブ排気ポート１ｋ及びサブ排気管４ｈによりサブ排気通路（第２排気通路）が構成されており、上記サブ触媒６が本発明の第２触媒となっている。
【００３３】
上記吸気口１ｄ，１ｄには吸気弁７，７が該吸気口を開閉可能に配置されている。該各吸気弁７は、吸気弁ばね７ａで閉方向に付勢されている。また上記メイン排気口１ｅ，１ｅにはメイン排気弁（第１排気弁）８，８が該排気口を開閉可能に配置されている。該各メイン排気弁８はメイン排気弁ばね８ａで閉方向に付勢されている。さらにまた上記サブ排気口１ｆにはサブ排気弁（第２排気弁）９が該排気口を開閉可能に配置されている。該サブ排気弁９はサブ排気弁ばね９ａで閉方向に付勢されている。
【００３４】
上記吸気弁７は、吸気側可変動弁機構１０により、また上記メイン，サブ排気弁８，９は排気側可変動弁機構１１によりそれぞれ開閉駆動される。上記吸気側可変動弁機構１０及び排気側可変動弁機構１１は、各弁のリフト量及び開期間をゼロから最大値まで連続的に変化可能に構成されている。
【００３５】
上記吸気側可変動弁機構１０は、吸気カム軸１２，吸気揺動部材１３，吸気ロッカアーム１４，吸気中間アーム（中間部材）１５を、また上記排気側可変動弁機構１１は、排気カム軸１６，排気揺動部材１７，メイン，サブ排気ロッカアーム１８，１８′、メイン，サブ排気中間アーム（中間部材）１９，１９′を備えている。この吸気，排気側可変動弁機構１０，１１は基本的に同一構造を有しているので、以下、主として排気側可変動弁機構１１に基づいてその詳細構造を説明する。
【００３６】
上記排気カム軸１６は、クランク軸（図示せず）と平行にシリンダヘッド１に支持され、該クランク軸により図示しないタイミングベルトを介して回転駆動される。そして上記排気カム軸１６は、各気筒毎に３つのカムノーズ１６ａを備え、該各カムノーズ１６ａはリフト量ゼロのベース円部１６ｂとリフト部１６ｃとを有する。
【００３７】
上記排気揺動部材１７は上記各メイン排気弁８用が２組、サブ排気弁９用が１組、従って各気筒毎に３組ずつ配設されている。該各排気揺動部材１７は、アーム状のものであり、その基端側のリング部１７ａがカム軸１６と平行に配置された揺動軸２０によりシリンダヘッド１ｈに揺動自在に支持されている。またこの排気揺動部材１７の先端部にはカム面１７ｂが形成され、該カム面１７ｂと上記リング部１７ａとの間には揺動ローラ２１が回転自在に支持されている。
【００３８】
上記カム面１７ｂは、ベース部１７ｃとリフト部１７ｄを備えている。このベース部１７ｃは、揺動軸２０の軸線を中心とする円弧をなすように、従ってリフト量がゼロ一定となるように形成されている。また上記リフト部１７ｄは上記ベース部１７ｃに連続させて、かつ該ベース部１７から離れるほどリフト量が大きくなるよう形成されている。
【００３９】
また上記揺動ローラ２１は上記排気カム軸１６のカムノーズ１６ａに転接している。そしてこの揺動部材１７は、付勢ばね２２により上記揺動ローラ２１が上記カムノーズ１６ａに常に当接するように図５の反時計回りに付勢されている。
【００４０】
上記メイン排気弁８用のメインロッカアーム１８は気筒毎に２組、サブ排気弁９用のサブロッカアーム１８′は気筒毎に１組配設されている。該各ロッカアーム１８，１８′はその基端側のリング部１８ａ，１８ａ′がカム軸と平行にシリンダヘッド１に回動自在に支持された共通のコントロールシャフト２３の支持部２３ｃにより揺動可能に支持されている。また各ロッカアームの１８，１８′の先端側に形成された押圧部１８ｂ，１８ｂ′がそれぞれメイン，サブ排気弁８，９の上端面にパッドを介して当接している。なお、上述の通りサブ排気弁９がメイン排気弁８より気筒軸線から外方に離れるように配置されているため、サブロッカアーム１８′がメインロッカアーム１８より長く形成されている。
【００４１】
上記コントロールシャフト２３は、図４，図１１に示すように軸線ａと同心をなすように、かつ４つの部分に分けられて形成され、上記ロッカアーム１８, １８´を支持する支持部２３ｃと、これら支持部２３ｃ間に、上記軸線ａから外周側に偏心させて配置されたメイン偏心ピン部２３ａ，２３ａと、該両メイン偏心ピン部２３ａ，２３ａの間に位置し、かつ上記軸線ａを挟んで該メイン偏心ピン２３ａの反対側に偏心させて配置されたサブ偏心ピン２３ｂを有する。
【００４２】
上記メイン，サブ偏心ピン部２３ａ，２３ｂによりメイン，サブ中間アーム１９，１９′の基部１９ａ，１９ａ′が揺動可能に支持されている。この基部１９ａ，１９ａ′は半円状をなし、上記偏心ピン部２３ａ，２３ｂに外側から径方向内側に向けて装着可能となっている。この基部１９ａ，１９ａは偏心ピン部２３ａ，２３ｂに支持され、板ばねからなる保持ばね２４，２４′により掛止されている。これにより中間アーム１９，１９′は偏心ピンを中心に揺動可能となっている。
【００４３】
また上記メイン中間アーム１９のローラ１９ｂを軸支するボス部に形成された押圧面１９ｃは、上記メインロッカアーム１８に形成された被押圧段部１８ｃに摺接している。さらにまた上記サブ中間アーム１９′のローラ１９ｂ′を軸支するピン１９ｃ′は、該中間アーム１９´のボス部からさらに突出するように軸方向に長く形成され、該突出部が上記サブロッカアーム１８´に形成されたガイド長孔１８ｄに摺動可能に挿入されている。これにより上記揺動部材１７の揺動に伴って上記メイン，サブ中間アーム１９，１９′及びメイン，サブロッカアーム１８，１８′が揺動し、メイン，サブ排気弁８，９を開閉駆動するようになっている。
【００４４】
ここで、上記コントロールシャフト２３の一端部には、サーボモータ等のアクチュエータが接続されており、該コントロールシャフト２３はアクチュエータを介してコントローラ（リフト量制御部）により、その回転角度が制御される。
【００４５】
上記コントロールシャフト２３の回転角度に応じて中間アーム１９，１９′の揺動部材１７のカム面１７ｂに対する相対位置が変化し、これによりリフト量が可変制御される。具体的には、中間アームのローラ１９ｂがカム面１７ｂのリフト部１７ｄ側に前進するほどリフト量は大きくなり、逆にベース部１７ｃ側に後退するほどリフト量は小さくなる。
本実施形態エンジンでは、カム軸１６が回転すると、カムノーズ１６ａにより揺動部材１７が揺動軸２０を中心に揺動し、該揺動部材１７のカム面１７ｂがメイン，サブ中間アーム１９，１９′及びメイン，サブロッカアーム１８，１８′を介してメイン，サブ排気弁８，９を開閉駆動する。この場合に、上述のようにコントロールシャフト２３の回動角度をコントローラで制御することによって、メイン，サブ排気弁８，９のリフト量及び開期間が連続的に制御される。なお、吸気弁側についても同様である。
【００４６】
例えば図５（ａ）に示すように、メイン中間アーム１９が揺動部材１７から最も離れる後退端付近に位置するように上記コントロールシャフト２３の回動角度がθo 〜θ1 （図１３参照）に制御されると、メイン中間アーム１９のローラ１９ｂは揺動部材１７のカム面１７ａのベース円部１７ｃの後端端部に転接する。そのためカム軸１６が回転して揺動部材１７が揺動してもメイン中間アーム１９及びメインロッカアーム１８は揺動せず、その結果メイン排気弁８のバルブリフト量はゼロのままである。
【００４７】
一方、上記状態では、サブ中間アーム１９′は、揺動部材１７に最も近い前進端付近に位置している。そのためサブ中間アーム１９′のローラ１９ａ′はカム面１７ａのリフト部１７ｄとベース部１７ｃとの境界付近に転接している。従ってカム軸１６が回転して揺動部材１７が揺動するとサブ中間アーム１９′及びサブロッカアーム１８´が大きく揺動し、その結果サブ排気弁９のバルブリフト量は略最大となる。
【００４８】
上記サブ排気弁９のリフト量は、上記コントロールシャフト２３の回動角度がθ１より増加すると徐々に減少し、回動角度θ２になるとゼロとなる。一方、メイン排気弁８のリフト量は、上記コントールシャフト２３の回動角度がθ１より増加すると増加し、回動角度θ３になると略最大となる。
【００４９】
本実施形態エンジン１では、始動時及び暖機前のファーストアイドル時には、上記コントロールシャフト２３の回動角度はθ４に設定される。これによりメイン排気弁８のバルブリフト量はゼロとなり、サブ排気弁９のバルブリフト量は略最大となる。そのため始動時及びファーストアイドル時には、排気ガスはサブ排気口１ｆからサブ排気ポート１ｋ，サブ触媒６を通って外部に排出される。
【００５０】
このように、エンジン燃焼室１ｃの直近部にサブ触媒６を配置したので、該触媒６には燃焼室１ｃ内で生成された高温の排気ガスが殆ど温度降下することなくそのまま供給される。これにより、上記サブ触媒６の温度がエンジン始動後直ちに活性化温度に達し、該サブ触媒６により排気ガスの浄化がエンジン始動直後から確実に行なわれ、その結果、エンジン始動時及びファーストアイドル時のエンジン温度が低い場合の排気ガスの浄化性能を向上できる。
【００５１】
一方、エンジンの暖機運転完了後においては、上記コントロールシャフト２３の回転角度は、例えばアイドル運転状態ではθ５に制御され、またエンジン運転状態に応じて、例えば高速回転，高負荷運転域になるほど最大角度θ３側に制御される。これによりサブ排気弁９は全閉状態に保持され、排気ガスはメイン排気口から各排気管４ａ〜４ｄ、各合流管４ｅ，４ｆ、メイン管４ｇさらにメイン触媒５を通って外部に排出される。この場合、上述の暖機運転においてメイン触媒５は活性化温度に達しているので排気ガスの浄化を確実に行なうことができる。
【００５２】
また暖機運転後はサブ排気弁９のバルブリフト量はゼロとし、メイン排気弁８のバルブリフト量のみをエンジン運転状態に応じて制御するようにしたので、メイン触媒５をエンジン直近に設けた場合に比べて出力を向上できる。即ち、メイン触媒５は、排気脈動を利用して各気筒の吸気量を増大させるのに充分なほど排気口から離れた位置に配置されているので、排気脈動を利用する際の邪魔になることはない。
【００５３】
また高速回転，高負荷運転域では、排気ガスはサブ触媒６を流れないので、該サブ触媒６が熱害を受けることもない。
【００５４】
また本実施形態では、中間アーム１９，１９′の揺動部材１７との相対位置を変化させるとこにより、メイン，サブ排気弁８，９のリフト量をゼロから最大まで自由にできるように構成された可変動弁機構１１の動作を利用して、排気ガスの流れる経路を切り替えるようにしたので、切り替えバルブを排気経路内に設ける従来装置での問題、即ち切り替えバルブが高温ガスにさらされるためバルブの機能，信頼性が低い、バルブ制御機構の熱害対策が困難である、といった問題を回避できる。また従来装置では、上記排気通路を完全に切り替えることはできないといった構造上の問題があったが、本実施形態では、排気ポートに本来設けられる排気弁を利用し、その排気弁のリフト量をゼロに制御するので、排気通路の完全な切り替えが可能である。
【００５５】
また本実施形態では、サブ触媒６を、シリンダヘッド１に設けられたサブ排気ポート１ｋ内に配置したので、排気系の構造を複雑にすることなくサブ触媒６をエンジンの排気口の直近に配置することができる。
【００５６】
さらにまた上記サブ触媒６を配置するサブ排気ポート１ｋを、カム軸方向に見たとき、メイン排気ポート１ｉとシリンダブロック側合面１ｂとの間に位置するように形成したので、シリンダヘッド１の空きスペースを有効利用してサブ触媒６を配置できる。
【００５７】
なお、上記実施形態では、サブ触媒６を、気筒１♯１〜♯４毎にシリンダヘッド１に内蔵させたが、本発明におけるサブ触媒６の配置については各種の変形例が採用可能である。例えば、図１４に示すように、各気筒の４つのサブ排気ポート１ｋをシリンダヘッド１内で１つ（又は複数）のポートに合流させ、該合流部に１つ（又は複数）のサブ触媒６′を配置しても良い。
【００５８】
また上記サブ触媒をシリンダヘッドに内蔵したが、本発明のサブ触媒は必ずしもシリンダヘッドに内蔵する必要はなく、要はサブ触媒が短時間で活性化温度まで昇温するように、サブ触媒を可能な限り排気口に近接させて配置すれば良い。例えば図１５に示すように、第２排気ポート１ｋに接続された第２排気管１ｋ´にサブ触媒６´を配設しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁機構部分の断面側面図である。
【図２】上記エンジンのシリンダヘッドの部側合面から見た底面図である。
【図３】上記エンジンの排気ポート出口部分の正面図である。
【図４】上記エンジンの排気側可変動弁機構の斜視図である。
【図５】上記排気側可変動弁機構の断面側面図である。
【図６】上記排気側可変動弁機構の斜視図である。
【図７】上記排気側可変動弁機構の断面側面図である。
【図８】上記排気側動弁機構のコントロールシャフトの平面図である。
【図９】上記排気側動弁機構のロッカアーム，中間アームの斜視図である。
【図１０】上記コントロールシャフトと中間アームの斜視図である。
【図１１】上記コントロールシャフトの斜視図である。
【図１２】上記エンジンの排気系の平面模式図である。
【図１３】上記動弁機構のコントロールシャフト角度−最大リフト量特性図である。
【図１４】上記エンジンの排気系の変形例の平面模式図である。
【図１５】上記エンジンの排気系の変形例の平面模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  シリンダヘッド
１ｂ  シリンダブロック側合面
１ｉ  メイン排気ポート（第１排気ポート）
１ｋ  サブ排気ポート（第２排気ポート）
３ａ  第１排気通路
３ｂ  第２排気通路
５  メイン触媒（第１触媒）
６  サブ触媒（第２触媒）
８  メイン排気弁（第１排気弁）
９  サブ排気弁（第２排気弁）
１１  排気側可変動弁機構
１１ａ  リフト量制御部
１６  カム軸
１７  揺動部材
１８，１８′  ロッカアーム
１９，１９′中間アーム（中間アーム）
２０  揺動軸
２３  コントロールシャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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