(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの上方に、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸が配設され、これら吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸のそれぞれに、タイミングチェーン又はタイミングベルトが巻き掛けられるスプロケット又はプーリが設けられた内燃機関の動弁装置において、
上記吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸の一方の揺動カム用駆動軸と同軸上に揺動可能に配設され、吸気弁又は排気弁を直接的に押し下げる揺動カムと、
この揺動カムと上記揺動カム用駆動軸とを機械的に連携するリンク機構と、
上記吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸の他方の固定カム用駆動軸と一体的に回転し、吸気弁又は排気弁のバルブリフタに当接してこれを押圧する固定カムと、を有し、
上記揺動カム用駆動軸の中心軸線及び固定カム用駆動軸の中心軸線を、上記吸気弁又は排気弁のバルブ軸線に対し、シリンダヘッドのヘッド内側又はヘッド外側へオフセットさせ、
かつ、上記揺動カム用駆動軸の中心軸線とそのバルブ軸線との距離を、上記固定カム用駆動軸の中心軸線とそのバルブ軸線との距離よりも長くしたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
上記吸気弁又は排気弁の閉弁時に上記揺動カムのカムノーズがヘッド内側を指向し、
かつ、上記揺動カム用駆動軸の中心軸線を、上記吸気弁又は排気弁のバルブ軸線よりもヘッド外側へオフセットさせたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項３】
上記吸気弁又は排気弁の閉弁時に上記揺動カムのカムノーズがヘッド外側を指向し、
かつ、上記揺動カム用駆動軸の中心軸線を、上記吸気弁又は排気弁のバルブ軸線よりもヘッド内側へオフセットさせたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項４】
上記揺動カムと上記吸気弁又は排気弁のバルブリフタとの接触移動距離を、このバルブリフタの半径よりも大きくしたことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項５】
上記揺動カム用駆動軸のスプロケット又はプーリに対し、この揺動カム用駆動軸の相対回転位相を変化させる位相変更機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項６】
上記リンク機構が、上記吸気弁又は排気弁の作動角を連続的に変更可能な作動角変更機構であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項７】
上記固定カム用駆動軸の中心軸線をそのバルブ軸線よりもヘッド外側へオフセットさせたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項８】
上記固定カム用駆動軸の中心軸線をそのバルブ軸線よりもヘッド内側へオフセットさせたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項９】
上記吸気弁のバルブ軸線とシリンダヘッドのヘッド中心線とのなす角と、排気弁のバルブ軸線とヘッド中心線とのなす角とが略同等であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項１０】
上記揺動カムがベースサークル区間でバルブリフタと接触する位置を、バルブリフタの最外周部の近傍に配置したことを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項１１】
上記固定カムと接触するバルブリフタの中心線を、そのバルブ軸線に対し、上記固定カム用駆動軸の中心軸線のオフセット方向と同方向へオフセットさせたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項１２】
上記固定カムのカム上り区間とカム下り区間のうち、バルブリフタ上の接触可能距離が短い方の最大リフト変化速度が、上記接触可能距離が長い方の最大リフト変化速度よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項１３】
上記固定カムのカム上り区間とカム下り区間のうち、バルブリフタ上の接触可能距離が短い方のカム開弁角度が、上記接触可能距離が長い方のカム開弁角度よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに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、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸のそれぞれに、タイミングチェーン又はタイミングベルトが巻き掛けられるスプロケット又はプーリが設けられた内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の動弁装置として、従来より、吸気弁及び排気弁の気筒列に沿って互いに平行に延びるカムシャフト（駆動軸）をシリンダヘッドの上方にそれぞれ配設し、各カムシャフトに、吸気弁又は排気弁を押し下げる固定カムを設けたオーバーヘッドカム・直接駆動式の動弁装置が知られている（例えば特開２０００−６４８１４号公報参照）。
【０００３】
このような直動式の動弁装置では、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのそれぞれに、タイミングチェーン又はタイミングベルトが巻き掛けられるスプロケット又はプーリが設けられ、このタイミングチェーン又はタイミングベルトを経由してクランクシャフトから回転動力が伝達される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
４サイクル機関の場合、カムシャフトの回転をクランクシャフトの回転に対して１／２に減速する必要があるため、カムシャフトのスプロケット又はプーリがクランクシャフトのスプロケット又はプーリに対して必然的に大きくなる（典型的には２倍となる）。また、面圧や強度の面からもスプロケット又はプーリの小径化には限界がある。このように隣り合うカムシャフトのスプロケット又はプーリにある程度の大きさが要求される関係で、吸気カムシャフト及び排気カムシャフト間の軸間距離が所定値以上に制約される。
【０００５】
また、カムシャフトに固定カムが設けられている構造では、主として固定カムとバルブリフタ（又はタペット等）との接触移動距離（トラベル範囲）を大きく確保するために、固定カムが吸気弁や排気弁の直上に配設される。つまり、カムシャフトの中心軸線が吸気弁や排気弁のバルブ軸線上に配設される。従って、上記の軸間距離によって、吸気弁のバルブ軸線と排気弁のバルブ軸線とのなすバルブ挟み角も規定される。
【０００６】
燃費向上の面では、燃焼速度の増加及び燃焼室の表面積の低減化による冷却損失の低減化を図るために、バルブ挟み角をできるだけ小さくして燃焼室のコンパクト化を図ることが望まれる。しかしながら、上述したような従来の直動式動弁装置では、カムシャフトの軸間距離によりバルブ挟み角が一義的に規定されるため、燃焼室のコンパクト化に限界があり、所望の燃費向上効果が得られない。
【０００７】
一方、出力向上の面では、吸気弁や排気弁のバルブ径を大きくするために、バルブ挟み角を大きくすることが望まれる。しかしながら、上述したような従来の直動式動弁装置では、カムシャフトの中心軸線がバルブ軸線上に配設されているため、バルブ挟み角の拡大に伴ってカムシャフトの軸間距離も拡大する。この結果、カムシャフトのスプロケット又はプーリがシリンダヘッドの外側へ張り出して、シリンダヘッド幅が増加し、重量の増加や搭載性の悪化を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、吸気側駆動軸と排気側駆動軸との軸間距離を拡大又は縮小することなく、バルブ挟み角を適宜に拡大及び縮小し得る新規な内燃機関の動弁装置を提供することを一つの目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の動弁装置は、シリンダヘッドの上方に、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸が配設され、これら吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸のそれぞれに、タイミングチェーン又はタイミングベルトが巻き掛けられるスプロケット又はプーリが設けられている。
【００１０】
そして、請求項１に係る発明は、上記吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸の一方の揺動カム用駆動軸と同軸上に揺動可能に配設され、吸気弁又は排気弁を直接的に押し下げる揺動カムと、この揺動カムと上記揺動カム用駆動軸とを機械的に連携するリンク機構と、上記吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸の他方の固定カム用駆動軸と一体的に回転し、吸気弁又は排気弁のバルブリフタに当接してこれを押圧する固定カムと、を有し、上記揺動カム用駆動軸の中心軸線及び固定カム用駆動軸の中心軸線を、上記吸気弁又は排気弁のバルブ軸線に対し、シリンダヘッドのヘッド内側又はヘッド外側へオフセットさせ、かつ、上記揺動カム用駆動軸の中心軸線とそのバルブ軸線との距離を、上記固定カム用駆動軸の中心軸線とそのバルブ軸線との距離よりも長くしたことを特徴としている。
【００１１】
典型的には、請求項２に係る発明のように、上記吸気弁又は排気弁の閉弁時に上記揺動カムのカムノーズがヘッド内側を指向し、かつ、上記揺動カム用駆動軸の中心軸線を、上記吸気弁又は排気弁のバルブ軸線よりもヘッド外側へオフセットさせる。
【００１２】
この場合、吸気弁駆動軸と排気弁駆動軸との軸間距離を縮小することなく、吸気弁のバルブ軸線と排気弁のバルブ軸線とのなすバルブ挟み角を縮小することができる。この結果、燃焼室のコンパクト化及びそれに伴う燃費の向上を図ることができる。つまり、隣設配置される吸気スプロケット（又はプーリ）と排気スプロケット（又はプーリ）とによって、吸気弁駆動軸と排気弁駆動軸との軸間距離が所定値以上に規定されるが、このような軸間距離にかかわらずバルブ挟み角を十分に小さくすることができる。
【００１３】
また、閉弁時に揺動カムのカムノーズがヘッド内側を指向し、かつ、中心軸線をバルブ軸線よりもヘッド外側へオフセットさせているため、請求項４に係る発明のように、上記揺動カムと上記吸気弁又は排気弁のバルブリフタとの接触移動距離を、このバルブリフタの半径よりも大きくとることができる。このように、接触移動距離を十分に大きくすることにより、所定のバルブリフト量を少ない揺動角で実現でき、動弁系のコンパクト化及び搭載性の向上を図ることができる。言い換えると、機関の大型化や搭載性の悪化を招くことなく、接触移動距離を拡大して、バルブリフト量や作動角を増加させることにより、出力の向上を図ることができる。
【００１４】
また、請求項３に係る発明では、上記吸気弁又は排気弁の閉弁時に上記揺動カムのカムノーズがヘッド外側を指向し、かつ、上記揺動カム用駆動軸の中心軸線を、上記吸気弁又は排気弁のバルブ軸線よりもヘッド内側へオフセットさせている。
【００１５】
この場合、吸気弁駆動軸と排気弁駆動軸との軸間距離を拡大することなく、吸気弁のバルブ軸線と排気弁のバルブ軸線とのなすバルブ挟み角を拡大することができる。この結果、軸間距離の拡大による大型化や搭載性の悪化を招くことなく、バルブ挟み角の拡大に伴って吸気弁や排気弁のバルブ径を拡大して、出力向上を図ることができる。
【００１６】
また、閉弁時に揺動カムのカムノーズがヘッド外側を指向し、かつ、揺動カム用駆動軸の中心軸線をバルブ軸線よりもヘッド内側へオフセットさせているため、請求項４に係る発明のように、上記揺動カムと上記吸気弁又は排気弁のバルブリフタとの接触移動距離を、このバルブリフタの半径よりも大きくとることができる。このように、接触移動距離を十分に大きくすることにより、所定のバルブリフト量を少ない揺動角で実現でき、動弁系のコンパクト化及び搭載性の向上を図ることができる。
【００１７】
より好ましくは請求項５に係る発明のように、上記揺動カム用駆動軸のスプロケット又はプーリに対し、この揺動カム用駆動軸の相対回転位相を変化させる位相変更機構を有している。
【００１８】
更に好ましくは請求項６に係る発明のように、上記リンク機構が、上記吸気弁又は排気弁の作動角を連続的に変更可能な作動角変更機構である。
【００１９】
本発明の一実施形態では、上記吸気弁駆動軸が上記揺動カム用駆動軸であり、かつ、上記排気弁駆動軸と一体的に回転し、排気弁のバルブリフタに当接してこれを押圧する固定カムを有し、上記排気弁駆動軸の中心軸線を排気弁のバルブ軸線よりもヘッド外側又は内側へオフセットさせている。この場合、バルブ挟み角の設定の自由度を更に向上できる。従って、例えば燃費を重視する場合には、タイミングプーリやスプロケットの径などにより制約される吸・排気弁駆動軸の軸間距離を縮めることなく、バルブ挟み角を狭めることにより、燃焼室のコンパクト化およびそれに伴う燃費の向上を図ることができる。出力重視の場合には、上記軸間距離を広げることなく、バルブ挟み角を広げることにより、シリンダヘッドのヘッド幅を増加させることなく、体積効率の向上を図ることができる。
【００２０】
吸気弁の閉弁時に揺動カムのカムノーズがヘッド内側を指向する構成では、排気弁駆動軸の中心軸線を排気弁のバルブ軸線よりもヘッド外側へオフセットさせることにより、揺動カムとバルブリフタとの接触移動距離を長く確保できるとともに、吸・排気弁駆動軸の軸間距離を縮めることなく、バルブ挟み角を狭めることができ、燃焼室のコンパクト化およびそれに伴う燃費の向上を図ることができる。
【００２１】
吸気弁の閉弁時に揺動カムのカムノーズがヘッド外側を指向する構成では、排気弁駆動軸の中心軸線を排気弁のバルブ軸線よりもヘッド内側へオフセットさせることにより、揺動カムとバルブリフタとの接触移動距離を長く確保できるとともに、吸・排気弁駆動軸の軸間距離を広げることなく、バルブ挟み角を広げることができ、ヘッド幅を増加させずに、体積効率を向上し、出力向上を図ることができる。
【００２２】
典型的には、吸気弁のバルブ軸線とシリンダヘッドのヘッド中心線とのなす角と、排気弁のバルブ軸線とヘッド中心線とのなす角とを略同等とする。この場合、吸気弁開口面積の確保による全開時の体積効率の確保と、耐ノック性の確保と、を良好に両立できる。
【００２３】
固定カムを備えた排気弁側では、排気弁のバルブ軸線と排気弁駆動軸の中心軸線との距離を短くするほど、固定カムとバルブリフタとが接触する接触移動距離を長く確保し易い。これに対し、揺動カムを備えた吸気弁側では、吸気弁のバルブ軸線と吸気弁駆動軸の中心軸線との距離をある程度長くした方が、接触移動距離を長く確保できる。従って、好ましくは、吸気弁のバルブ軸線と吸気弁駆動軸の中心軸線との距離を、排気弁のバルブ軸線と排気弁駆動軸の中心軸線との距離よりも長くする。これにより、例えば固定カムが適用される排気弁側では、その時間面積を十分に確保でき、既燃ガスのガス交換の遅延によるポンプ損失増大による燃費悪化や、高負荷時の既燃ガス残留量の増大による体積効率の低下を抑制できる。
【００２４】
所定の回転範囲内を揺動（往復回転）する揺動カムにおいては、この揺動カムがベースサークル区間でバルブリフタと接触する位置を、バルブリフタの最外周部の近傍に配置することにより、揺動カムとバルブリフタとの接触移動距離を最も長く確保できる。また、揺動カムが適用される吸気弁駆動軸のバルブ軸線に対するオフセット量も大きくなるので、吸・排気弁の駆動軸間距離を増減させることなく、固定カムが適用される排気弁駆動軸のバルブ軸線に対するオフセット量を少なくできる。従って、排気弁側の時間面積を更に大きく確保できる。
【００２５】
排気弁のバルブ軸線に対し、固定カムと接触するバルブリフタの中心線を、排気弁駆動軸の中心軸線のオフセット方向と同方向へオフセットさせることにより、バルブリフタの中心線に対する排気弁駆動軸の中心軸線のオフセット量を更に低減することができる。これにより、固定カムがベースサークル区間でバルブリフタと接触する位置を、バルブリフタの中心へ近づけることができ、その接触移動範囲を大きく確保し易くなる。従って、排気弁の時間当たりの開口面積（時間面積）を大きく設定できる。
【００２６】
上述したように、排気弁駆動軸の中心軸線を排気弁のバルブ軸線よりもヘッド外側又は内側へオフセットさせると、多くの場合、固定カムが接触し得るバルブリフタ上の接触可能距離は、カム上り区間とカム下り区間とで互いに異なるものとなる。ここで、固定カムのカム上り区間又はカム下り区間が実際に接触するバルブリフタ上の接触移動距離は、その区間における最大リフト変化速度が大きくなるほど長くなる。従って、上記固定カムのカム上り区間とカム下り区間のうち、バルブリフタ上の接触可能距離が短い方の最大リフト変化速度を、上記接触可能距離が長い方の最大リフト変化速度よりも小さく設定する。言い換えると、上記固定カムのカム上り区間とカム下り区間のうち、バルブリフタ上の接触可能距離が短い方のカム開弁角度を、上記接触可能距離が長い方のカム開弁角度よりも大きく設定する。すなわち、固定カムのカムプロフィールを、最大リフト位置が進角あるいは遅角側に偏った非対称形状とする。これにより、排気弁の時間当たりの開口面積（時間面積）を十分に大きく設定できる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、シリンダヘッドの上方に、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸が配設され、これら吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸のそれぞれに、タイミングチェーン又はタイミングベルトが巻き掛けられるスプロケット又はプーリが設けられた構造でありながら、吸気弁駆動軸と排気弁駆動軸との軸間距離を縮小又は拡大することなく、吸気バルブ軸線と排気バルブ軸線とのなすバルブ挟み角を縮小又は拡大することができ、設定の自由度が向上する。
【００２８】
請求項２に係る発明によれば、軸間距離の縮小を伴うことなく、バルブ挟み角を縮小して、燃焼室を縮小し、燃費向上を図ることができる。
【００２９】
請求項３に係る発明によれば、軸間距離の拡大を伴うことなく、バルブ挟み角を拡大することができる。この結果、シリンダヘッド幅の拡大を伴うことなく、吸気弁や排気弁のバルブ径を拡大して、出力向上を図ることができる。
【００３０】
請求項４に係る発明によれば、接触移動距離の拡大により、動弁系の大型化や搭載性の悪化を伴うことなくバルブリフト量（作動角）を拡大して出力向上等を図ることができる。
【００３１】
請求項５又は請求項６に係る発明によれば、運転条件に応じて適切なバルブリフト特性を実現でき、更なる燃費や出力の向上を図ることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図示実施形態に基づいて、本発明に係る内燃機関の動弁装置を説明する。なお、共通する構成には同一参照符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００３３】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の動弁装置を示している。シリンダヘッドＳＨの上方には、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸２及び排気弁駆動軸１５が回転可能に支持されている。吸気弁駆動軸２の一端には吸気スプロケット１が設けられている。この吸気スプロケット１は、例えば吸気弁駆動軸２の一端に固定されており、あるいは図４に示すように位相変更機構２０を介して吸気弁駆動軸２の外周に同軸上に配置されている。また、排気弁駆動軸１５の一端には、排気スプロケット１６が固定的に配設されている。
【００３４】
これらの吸気スプロケット１及び排気スプロケット１６は、互いに同径，同歯数で隣設配置されており、図示せぬタイミングチェーンが巻き掛けられている。このタイミングチェーンは、クランクシャフトのクランクスプロケットにも巻き掛けられている。従って、このタイミングチェーンを介してクランクシャフトから吸気弁駆動軸２及び排気弁駆動軸１５へ回転動力が伝達される。なお、４サイクル機関では、クランクスプロケットと吸・排気スプロケット１，１６との減速比が１／２に設定され、典型的には吸・排気スプロケット１，１６の直径がクランクスプロケットの直径の約２倍となっている。
【００３５】
吸気弁駆動軸２には、吸気弁のバルブリフタ１４に当接してこれを押し下げる揺動カム１３が各気筒毎に相対回転可能に外嵌されており、各揺動カム１３と吸気弁駆動軸２とが、作動角変更機構としてのリンク機構により機械的に連携されている。つまり、吸気弁駆動軸２には、各気筒毎に偏心カム３が偏心して固定されており、この偏心カム３の外周には、リング状の第１リンク４が相対回転可能に外嵌している。この第１リンク４の先端部は、ピン５を介してロッカアーム６の一端部に連携されている。
【００３６】
また、吸気弁駆動軸２の斜め上方には、この吸気弁駆動軸２と平行に気筒列方向へ延びる制御軸７が、ブラケット９を介してシリンダヘッドＳＨに対して回転可能に支持されている。この制御軸７には各気筒毎に制御カム８が偏心して固定されており、各制御カム８の外周には、上記のロッカアーム６の中央部が揺動可能に外嵌している。つまり、ロッカアーム６は、制御カム８に揺動可能に支持されている。このロッカアーム６の他端は、ピン１０を介してロッド状の第２リンク１１の一端と連携している。この第２リンク１１の他端は、ピン１２を介して揺動カム１３の先端部と連携している。この揺動カム１３は、吸気弁駆動軸２の外周に回転可能に外嵌している。
【００３７】
従って、クランクシャフトの回転に連動して吸気弁駆動軸２が回転すると、偏心カム３を介して第１リンク４がほぼ並進方向（図のほぼ上下方向）に作動し、この第１リンク４の並進運動がロッカアーム６の揺動運動に変換されて、第２リンク１１を介して揺動カム１３が吸気弁駆動軸２の中心軸線３１を中心として揺動する。この揺動する揺動カム１３が吸気弁のバルブリフタ１４に当接してこれを押圧することにより、吸気弁が図外のバルブスプリングの反力に抗して押し下げられ、この吸気弁が開閉駆動される。
【００３８】
また、機関運転状態に応じて制御軸７をアクチュエータ２３（図４参照）で回転駆動すると、ロッカアーム６の揺動中心となる制御カム８の中心位置がシリンダヘッドＳＨに対して変化して、このロッカアーム６及びリンク４，１１の姿勢が変化し、揺動カム１３の揺動特性が変化する。これにより、吸気弁の作動角及びバルブリフト量が連続的に変更される。
【００３９】
このような構成の作動角変更機構は、吸気弁のバルブリフタ１４を押し下げる揺動カム１３が吸気弁駆動軸２と同軸上に配置されているため、揺動カム１３と吸気弁駆動軸２との軸ズレ等を生じるおそれがなく、制御精度に優れていると共に、ロッカアーム６や各リンク４，１１を吸気弁駆動軸２の周囲に集約させて、機構のコンパクト化を図ることができる。また、偏心カム３と第１リンク４との軸受部や、制御カム８とロッカアーム６との軸受部のように、部材間の連結部の多くが面接触となっているため、潤滑が行いやすく、耐久性，信頼性にも優れている。
【００４０】
更に、この作動角変更機構を、図１の排気弁側のように固定カム（１５ａ）及びカムシャフト（排気弁駆動軸１５）を備えた一般的な直動式動弁系に適用する場合にも、これら固定カム及びカムシャフトの位置に揺動カム１３及び吸気弁駆動軸２を配置すれば良く、レイアウトの変更が非常に少なくて済むため、その適用が極めて容易である。
【００４１】
一方、排気弁側には、この実施形態では作動角変更機構が適用されておらず、カムシャフトとしての排気弁駆動軸１５には、この駆動軸１５と一体的に回転する固定カム１５ａが各気筒毎に固定又は一体形成されており、各固定カム１５ａが排気弁のバルブリフタ１７に当接してこれを押し下げることにより、排気弁が開閉作動する。
【００４２】
このように固定カム１５ａが設けられる駆動軸１５の中心軸線３３は、第１〜第４実施形態では、図１に示す軸方向視で排気弁のバルブ軸線３４（バルブステムの中心線）の延長線上に配設される。この理由として、固定カム１５ａのカム上り区間とカム下り区間とが略同一プロフィールに設定されている場合、仮に排気弁駆動軸１５の中心軸線３３を排気バルブ軸線３４に対してオフセットさせると、固定カム１５ａとバルブリフタ１７との接触移動範囲も排気バルブ軸線３４に対して全体的にオフセットすることとなる。この結果、接触移動範囲を十分に大きく設定することができず、作動角及びバルブリフト量が制限され、所望の出力特性を得ることができなくなる。また、固定カム１５ａから排気弁へ作用するモーメントが大きくなる等の不具合を生じる。つまり、排気弁駆動軸１５と一体的に回転する固定カム１５ａのカム上り区間とカム下り区間とを略同一プロフィールとした構成では、バルブ軸線３４の延長線上に中心軸線３３を配置する必要がある。
【００４３】
これに対し、揺動カム１３を備えた吸気弁側では、吸気弁駆動軸２の中心軸線３１を、吸気弁のバルブ軸線３２に対してシリンダヘッドＳＨのヘッド外側（図１，２の右側、排気弁駆動軸１５と反対側）へオフセットさせている。言い換えると、吸気バルブ軸線３２を、吸気弁駆動軸２の中心軸線３１に対してヘッド内側（図１，２の左側、排気弁駆動軸１５側、シリンダ中央側）へオフセットさせている。また、吸気弁の閉弁時に、揺動カム１３のカムノーズ１３ａがヘッド内側を指向するように設定されている。言い換えると、吸気弁の閉弁行程では、揺動カム１３のカムノーズ１３ａがヘッド内側へ向けて（図１，２の時計回り方向へ）回転するように設定されている。
【００４４】
従って、排気バルブ軸線３４と吸気バルブ軸線３２とのなすバルブ挟み角αを、仮に吸気弁のバルブ軸線３２’が吸気弁駆動軸２の中心軸線３１上を通る場合に比して、Δαだけ小さくすることができる。この結果、燃焼室のコンパクト化及びそれに伴う燃費の向上を図ることができる。つまり、隣設配置される吸気スプロケット１と排気スプロケット１６とによって、吸気弁駆動軸２と排気弁駆動軸１５との軸間距離ΔＤが所定値以上に規定されるが、このような軸間距離ΔＤにかかわらずバルブ挟み角αを十分に小さくすることができる。
【００４５】
また、上述したように、閉弁行程における揺動カム１３のカムノーズ１３ａの回転方向をヘッド内側とし、かつ、吸気弁駆動軸２の中心軸線３１をバルブ軸線３２に対してヘッド外側へオフセットさせている関係で、図２に示すように、揺動カム１３とバルブリフタ１４の上面とが接触するトラベル範囲（接触移動距離）は、吸気弁駆動軸２の中心軸線３１を通ってバルブ軸線３２と平行に延びる補助線Ｌ１よりもヘッド内側、つまり吸気弁の閉弁時に吸気弁駆動軸２のカムノーズ１３ａが指向する側（図２の左側）に大きく延在することとなる。つまり、吸気弁のバルブ軸線３２’が吸気弁駆動軸２の中心軸線３１上を通る場合に比して、バルブ軸線３２に対する中心軸線３１のオフセット分、トラベル範囲を拡大することができる。
【００４６】
すなわち、仮に吸気バルブ軸線３２’が吸気弁駆動軸２の中心軸線３１を通る設定では、最大トラベル範囲がバルブリフタ１４の半径以下に制約される。しかしながら、本実施形態のように、吸気バルブ軸線３２を、吸気弁駆動軸２の中心軸線３１に対し、吸気弁の閉弁時に吸気弁駆動軸２のカムノーズ１３ａが指向するヘッド内側にオフセットさせていると、トラベル範囲をバルブリフタ１４の半径よりも大きく設定することが可能となる。この結果、動弁系の大型化や搭載性の悪化を招くことなく、最大トラベル範囲を十分に大きく確保して、最大バルブリフト量（作動角）を拡大し、出力向上を図ることができる。
【００４７】
図３に示す第２実施形態では、図１，２に示す第１実施形態における吸気弁側の構成を、排気弁側にも適用している。つまり、シリンダ中心面Ｐに対して吸気弁側と排気弁側とがほぼ面対称に構成されている。なお、排気弁側の構成要素には、対応する吸気弁側の構成要素の参照符号にＥを付加した参照符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００４８】
すなわち、排気弁駆動軸２Ｅには、各気筒毎に揺動カム１３Ｅが揺動可能に外嵌されており、各揺動カム１３Ｅと排気弁駆動軸２Ｅとが、作動角変更機構としてのリンク機構により機械的に連携されている。そして、排気弁の閉弁時に揺動カム１３Ｅのカムノーズがヘッド内側を指向するように設定されており、かつ、排気弁駆動軸２Ｅの中心軸線３１Ｅを、排気弁のバルブ軸線３２ＥよりもシリンダヘッドＳＨのヘッド外側（図３の左側、吸気弁駆動軸２の反対側）へオフセットさせている。言い換えるならば、排気バルブ軸線３２Ｅを、中心軸線３１Ｅに対してヘッド内側（図３の右側、吸気弁駆動軸２側）へオフセットさせている。
【００４９】
このように、排気弁側にも第１実施形態の吸気弁側の構成を適用することにより、第１実施形態に比して、バルブ挟み角α２を更に小さくすることが可能であり、更なる燃焼室のコンパクト化，燃費向上を図ることができる。
【００５０】
図４に示す第３実施形態では、上記第１又は第２実施形態における吸気弁駆動軸２（及び／又は排気弁駆動軸２Ｅ）と吸気スプロケット１（及び／又は排気スプロケット１Ｅ）との間に位相変更機構２０を介在させている。
【００５１】
すなわち、この位相変更機構２０は、吸気スプロケット１に対して吸気弁駆動軸２を相対的に回動することにより、クランクシャフトの回転位相に対する吸気弁の作動角の中心位相を連続的に変更する機能を有している。このような位相変更機構２０の構成は公知であり、ここでは説明を省略するが、代表的なものとして、吸気スプロケット１及び吸気弁駆動軸２の双方に噛合するヘリカルギヤを用いたものや、ベーンを用いたものが挙げられる。
【００５２】
なお、図４において、２１は位相変更機構２０への供給油圧を切り換える油圧制御弁、２３は制御軸７を回転駆動するアクチュエータ、２４は吸気弁駆動軸２の回転位相を検出する駆動軸センサ、２５は制御軸７の回転位相を検出する制御軸センサ、２２は各種センサからの検出信号等に基づいてアクチュエータ２３や油圧制御弁２１に制御信号を出力するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）である。
【００５３】
このような位相変更機構２０は、吸気弁の作動角の中心位相を連続的に変更，保持できるため、制御の自由度が高い。また、吸気弁駆動軸２の一端部に適用されており、シリンダヘッドＳＨ内部のレイアウト等を変更する必要がないので、既存の機関へ容易に適用可能である。
【００５４】
しかしながら、このような位相変更機構２０において、スプロケット１を小径化すると、油圧駆動の場合には受圧面積が小さくなるため、応答性の低下を招く。そこで、応答性を向上させるために、位相変更機構２０を機関前後方向つまり駆動軸２の軸方向に拡大化すると、今度は搭載性の悪化を招いてしまう。このような理由から、本実施形態のようにスプロケット１と駆動軸２との間に設けられる位相変更機構２０は、バルブ挟み角の小さい機関への適用が困難な傾向にある。
【００５５】
これに対し、本実施形態のようにスプロケット１が設けられた駆動軸２の中心軸線３１とバルブ軸線３２とをオフセットさせることにより、スプロケット１を小型化することなく、バルブ挟み角を縮小できる。従って、バルブ挟み角の小さい機関に対しても、十分なスプロケット径を確保することができ、この種の位相変更機構２０を容易に適用することができる。
【００５６】
以上の第１〜３実施形態では、主に燃費向上のためにバルブ挟み角を縮小（低減）する場合について説明してきたが、図５に示す第４実施形態では、主に出力向上を図るためにバルブ挟み角を拡大して吸気弁や排気弁のバルブ径を拡大する場合について説明する。
【００５７】
この実施形態では、図１，２に示す第１実施形態とは逆に、吸気弁の閉弁時に吸気側の揺動カム１３のカムノーズ１３ａがヘッド外側を指向するように設定されている。言い換えると、吸気弁の閉弁行程では揺動カム１３のカムノーズ１３ａがヘッド外側へ向けて（図５の反時計回りの方向へ）回転するように設定されている。そして、吸気弁駆動軸２の中心軸線４１を、吸気弁のバルブ軸線４２に対してヘッド内側へオフセットさせている。言い換えると、バルブ軸線４２を中心軸線４１に対してヘッド外側へオフセットさせている。
【００５８】
つまり、この実施形態では、バルブ軸線４２に対する吸気弁駆動軸２や揺動カム１３等の動弁系のレイアウトや回転方向等が、図１，２に示す第１実施形態に対して略対称となっている。
【００５９】
このような第４実施形態によれば、吸気弁駆動軸２の中心軸４１が吸気弁のバルブ軸線４２’上に配置される場合に比して、バルブ挟み角βをΔβだけ拡大することが可能となる。つまり、吸気弁駆動軸２と排気弁駆動軸１５との軸間距離ΔＤを拡大することなく、バルブ挟み角βを拡大することができる。この結果、軸間距離ΔＤの拡大に伴うシリンダヘッド幅の拡大化を招くことなく、バルブ挟み角βの拡大に伴って吸気弁や排気弁のバルブ径を大型化し、出力の向上を図ることができる。
【００６０】
図６に示す第５実施形態は、基本的には図１に示す第１実施形態とほぼ同様の構成である。すなわち、吸気弁の閉弁時に揺動カム１３のカムノーズ１３ａがヘッド内側を指向し、この揺動カム１３が設けられる吸気弁駆動軸（揺動カム用駆動軸）２の中心軸線３１を、吸気弁のバルブ軸線３２に対してヘッド外側へオフセットさせている。また、排気弁駆動軸１５と一体的に回転する固定カム（回転カム）１５ａが、排気弁のバルブリフタ１７に当接してこれを押圧する構成となっている。
【００６１】
そして、この第５実施形態では、吸気弁側と同様、排気弁駆動軸１５の中心軸線３３を、排気弁のバルブ軸線３４に対し、ヘッド外側（図６の左側）へオフセットさせている。従って、吸・排気弁駆動軸の軸間距離ΔＤを縮めることなく、バルブ挟み角αを更に狭めることができ、更なる燃焼室のコンパクト化及び燃費向上を図ることができる。
【００６２】
また、図６及び図７（ａ）に示すように、シリンダヘッドＳＨのヘッド中心線（シリンダの中心軸線）３５と吸気弁のバルブ軸線３２とのなす角θ１と、ヘッド中心線３５と排気弁のバルブ軸線３４とのなす角θ２と、を略同一に設定している。これにより、吸気弁の開口面積の確保による全開時の体積効率の確保と、耐ノック性の確保と、を良好に両立することが可能となる。これに対し、吸気弁に適用される揺動カムの特性を生かすために、図７（ｂ）に示す参考例のように、吸気弁のバルブ軸線３２とヘッド中心線３５とのなす角θ１’をかなり小さく設定した場合、排気弁のバルブ軸線３４とヘッド中心線３５とのなす角θ２’は、バルブ開口面積を確保するために大きく取らざるを得ない。すると、吸気側の燃焼室容積に対し、排気側の燃焼室容積が小さくなる。このように温度の高い排気側の容積が小さくなると、吸気側のエンドガスでのノックが生じ易くなってしまう。
【００６３】
再び図６を参照して、固定カム１５ａを備えた排気弁側では、固定カム１５ａがベースサークル区間４６でバルブリフタ１７と接触する基準接触位置４３、すなわち駆動軸の中心軸線３３を通ってバルブ軸線３４に平行な補助線がバルブリフタ１７の冠面と交わる位置４３に対し、固定カム１５ａとバルブリフタ１７との接触範囲が両側に存在する。従って、排気弁のバルブ軸線３４と排気弁駆動軸の中心軸線３３との距離（オフセット量）を短くするほど、固定カム１５ａとバルブリフタ１７とが接触する接触移動距離を長く確保し易い。これに対し、所定の回転範囲内を揺動（往復回転）する揺動カム１３を備えた吸気弁側では、揺動カム１３がベースサークル区間でバルブリフタ１４と接触する基準接触位置４３’に対し、揺動カム１３とバルブリフタ１４との接触範囲が一方にしか存在しない。従って、吸気弁のバルブ軸線３２と吸気弁駆動軸の中心軸線３１との距離（オフセット量）を大きくするほど、揺動カム１３とバルブリフタ１４とが接触する接触移動範囲を大きく確保し易い。
【００６４】
そこで本実施形態では、揺動カム１３を有する吸気弁側のバルブ軸線３２と吸気弁駆動軸２の中心軸線３１との間の距離（オフセット量）γを、固定カム１５ａを有する排気弁側のバルブ軸線３４と排気弁駆動軸１５の中心軸線３３との間の距離（オフセット量）δよりも大きく設定している。これにより、吸・排気弁側の双方の実際の接触移動距離を長く確保でき、例えば固定カムが適用される排気弁側の時間面積を十分に確保して、既燃ガスのガス交換の遅延によるポンプ損失増大による燃費悪化や、高負荷時の既燃ガス残留量の増大による体積効率の低下を有効に抑制できる。
【００６５】
なお、図６に図示した構成に対し、吸・排気弁駆動軸２，１５の軸間距離ΔＤを変えずに、揺動カム１３がベースサークル区間でバルブリフタ１４と接触する基準接触位置４３’を、バルブリフタ１４の最外周部の近傍に配置することにより、吸気弁側のオフセット量γが更に拡大するとともに、排気弁側のオフセット量δが更に縮小し、吸・排気弁側の双方のトラベル余裕を更に増加させることができる。
【００６６】
次に図８〜１０を参照して第６実施形態について説明する。基本的な構成は図６に示す第５実施形態とほぼ同様である。すなわち、揺動カム１３が設けられる吸気弁駆動軸２の中心軸線３１を、吸気弁のバルブ軸線３２に対してヘッド外側へオフセットさせている。また、固定カム１５ａが設けられる排気弁駆動軸１５の中心軸線３３を、排気弁のバルブ軸線３４に対し、ヘッド外側へオフセットさせている。
【００６７】
そして本実施形態では、図９に示すように、排気弁のバルブ軸線３４に対し、排気弁のバルブリフタ１７の中心線１７ａを、バルブリフタ１７の内側に配設されるバルブスプリング３６の外径に接触しない程度まで、シリンダヘッドＳＨのヘッド外側方向（図８及び図９の右方向）、すなわち排気弁駆動軸１５の中心軸線３３のオフセット方向と同方向へオフセットさせている。このようにバルブリフタ１７をオフセットさせた分、バルブリフタ１７の中心線１７ａに対する排気弁駆動軸１５の中心軸線３３のオフセット量を低減することができる。この結果、固定カム１５ａを備えた排気弁駆動軸１５の中心軸線３３がバルブリフタ１７の中心線１７ａに近づけられ、固定カム１５ａとバルブリフタ１７との接触移動距離を長く確保し易くなる。
【００６８】
より詳しくは、固定カム１５ａが図９の時計回りの方向へ回転するように設定されているため、固定カム１５ａのベースサークル区間４６がバルブリフタ１７と接触する基準接触位置４３に対し、カム上り区間４４では接触可能距離が短い側（図９の右側）でバルブリフタ１７と接触し、カム下り区間４５では接触可能距離が長い側（図９の左側）でバルブリフタ１７と接触する。ここで本実施形態では、排気弁のバルブリフタ１７の中心線１７ａを、相対的に接触可能距離が短い側（図９の右側）へオフセットさせているため、このように接触可能距離が短いカム上り区間４４の接触可能距離を有効に長くできる。従って、このカム上り区間４４における最大リフト変化速度を大きくして、排気弁の時間当たりの開口面積（時間面積）を大きく設定できる。
【００６９】
図１０は、排気弁駆動軸１５及び固定カム１５ａの回転角度に対するバルブリフト量（下段）及びリフト変化速度（上段）を示している。なお、この図では最大バルブリフト時にカム角度が１８０゜となるように設定されている。
【００７０】
固定カムを用いた直動式の同弁機構では、周知のように、カム上り区間４４及びカム下り区間４５における最大リフト変化速度ｃ，ｄは、それぞれ基準接触位置４３からの接触移動距離に実質的に比例する。従って本実施形態および第５実施形態のように、バルブリフタ１７の中心線１７ａが排気弁駆動軸１５の中心軸線３３に対してオフセットしている場合、仮に固定カム１５ａのカムプロフィールを一般的な略対称形状に設定すると、接触可能距離が長い側の実際の接触移動距離が短い側の接触移動距離と同程度に制限されてしまい、弁の時間当たりの開口面積（時間面積）を大きく設定できない。
【００７１】
そこで本実施形態では、固定カム１５ａの形状を非対称形状としている。より具体的には、基準接触位置４３からの接触可能距離が短い側でバルブリフタと接触するカム上り区間４４では、相対的にカムの最大リフト変化速度ｃを小さくするとともに、カム開弁角度ａを相対的に大きくする。一方、基準接触位置４３からの接触可能距離が長い側でバルブリフタと接触するカム下り区間４５では、相対的にカムのリフト速度ｄを大きくするとともに、カム開弁角度ｂを相対的に小さくする。これにより、排気弁側の時間当たりの開口面積（時間面積）を大きくできる。
【００７２】
このように本実施形態では、吸気弁に比して作動流体の温度が高く、弁作動時に比較的時間面積に影響を受けない排気弁側のバルブ軸線３４と排気弁駆動軸の中心軸線３３とをオフセットさせるとともに、リフト量が増加するカム上り区間４４では、リフト最大速度を相対的に小さくし（ｃ＜ｄ）、かつ、作動角を相対的に大きくすることにより（ａ＞ｂ）、所望の排気弁の時間面積を確保しつつ、バルブリフタとの接触移動距離を制限（低減）できる。リフト量が減少するカム下り区間４５では、長い接触可能距離を活かし、リフト最大速度を相対的に大きくし、作動角を相対的に小さくすることにより、所望の排気弁の時間面積を拡大する。このように、排気弁側の固定カム１５ａとバルブリフタ１７との接触範囲のうち、リフト量増大側つまりカム上り区間４４の接触可能距離が短い場合であっても、排気弁の時間当たりの開口面積（時間面積）を十分に大きく設定できる。
【００７３】
上述したバルブリフタ１７のオフセットと、固定カム１５ａの非対称化と、の組合わせは、トレードオフの関係にはなく、双方の効果を合わせて得ることができる。
【００７４】
図１１は第７実施形態の要部を示している。この第７実施形態は、基本的には上述した第４実施形態とほぼ同じ構成である。すなわち、吸気弁の閉弁時に揺動カム１３のカムノーズ１３ａがヘッド外側（図１１の右側）を指向するように設定されている。
【００７５】
そして本実施形態では、排気弁側のバルブ軸線３４に対し、固定カム１５ａが設けられた排気弁駆動軸１５の中心軸線３３を、ヘッド内側へオフセットさせている。これにより、第４実施形態の効果に加えて、吸・排気弁駆動軸２，１５の軸間距離の増加を伴うことなく、バルブ挟み角βを大きくでき、ヘッド幅の増加によるシリンダヘッドＳＨの大型化を招くことなく、体積効率を向上して出力向上を図ることができる。
【００７６】
より好ましくは、第６実施形態と同様、排気弁のバルブ軸線３４に対し、排気弁のバルブリフタ１７の中心線を、排気弁駆動軸１５のバルブ軸線３４のオフセット方向と同方向（ヘッド内側方向，図１１の右方向）へオフセットさせる。更に好ましくは、第６実施形態と同様、排気側の固定カム１５ａを非対称形状とする。より具体的には、図１０の場合とは逆に、相対的に接触可能距離が短い側（図１１の右側）でバルブリフタ１７と接触するカム下り区間（排気弁のリフト量が減少する領域）では、リフト最大速度を相対的に小さくするとともに、作動角を相対的に大きくする。一方、相対的に接触可能距離が長い側（図１１の左側）でバルブリフタ１７と接触するカム上り区間（リフトが増加する領域）では、リフト最大速度を相対的に大きくするとともに、作動角を相対的に小さくする。
【００７７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図５の第４実施形態において、バルブ挟み角を更に拡大する目的で、吸気弁側の構成を排気弁側にも適用しても良く、また図４に示す第３実施形態と同じように位相変更機構２０を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の動弁装置を示す正面対応図。
【図２】上記第１実施形態の要部を示す正面対応図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の動弁装置を示す正面対応図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る内燃機関の動弁装置を示す斜視対応図。
【図５】本発明の第４実施形態に係る内燃機関の動弁装置を示す正面対応図。
【図６】本発明の第５実施形態に係る内燃機関の動弁装置を示す正面対応図。
【図７】第５実施形態の作用説明図。
【図８】本発明の第６実施形態に係る内燃機関の動弁装置を示す構成図。
【図９】上記第６実施形態の排気弁側の動弁レイアウトを示す要部説明図。
【図１０】上記第６実施形態の排気弁側の固定カムの特性を示す特性図。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る内燃機関の動弁装置を示す正面対応図。
【符号の説明】
ＳＨ…シリンダヘッド
１…吸気スプロケット
２…吸気弁駆動軸
１３…揺動カム
１４…バルブリフタ
１５…排気弁駆動軸
１６…排気スプロケット
３１，３３…中心軸線
３２，３４…バルブ軸線
【図１】
0003807274.tif 000002
【図２】
0003807274.tif 000003
【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】
0003807274.tif 000008
【図８】
0003807274.tif 000009
【図９】
0003807274.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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