CN101122246B - 具有可变气门装置的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有可变气门装置的内燃机，在具有可控制气门动作特性的可变气门装置的内燃机中，该内燃机可以分别控制进气阀和排气阀，同时，高效地布置该控制用的执行元件。可变气门装置(40)具有可控制由进气阀(34a)和排气阀(34b)组成的内燃机阀的气门动作特性的气门特性可变机构(61)，上述气门特性可变机构(61)具有使上述内燃机阀(34a、34b)的动作正时和升程变化的电动马达，该电动马达被配置在上述配气室(32)外，并且，执行元件的驱动轴线大致垂直于气缸轴线配置。

Description

具有可变气门装置的内燃机
技术领域
本发明涉及具有可变气门装置的内燃机。
背景技术
在现有技术中，在搭载在车辆上的内燃机中有这样一种内燃机，即，在气缸盖上具有的气门机构中，具有气门(valve)特性可变机构，该机构分别控制进气阀以及排气阀的动作正时(配气定时)和最大升程(例如，参照专利文献1～5)。气门特性可变机构具有单一的执行元件(actuator)(电动马达或者流体气缸等)作为对应于进、排气阀的驱动源。执行元件由于体积比较大的缘故，通常与各机构部件分开而配置在配气室外。
【专利文献1】日本专利申请公开公报特开2005-207254号
【专利文献2】日本专利申请公开公报特开2005-207255号
【专利文献3】日本专利申请公开公报特开2004-27865号
【专利文献4】日本专利申请公开公报特开2002-70596号
【专利文献5】日本专利申请公开公报特开2000-291419号
但是，在上述内燃机中，为了与其运行状态(负荷状态)相应而恰当设定气门重叠(valve overlap)量等，有效利用燃料利用率高的EGR(Exhaust Gas Recirculation；排出气体再循环)燃烧区域，最好对气门装置中的进、排气侧的各阀门分别进行控制，在这种情况下，十分有必要研究容易使体积大型化的执行元件的布局。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种具有控制气门动作特性的可变气门装置的内燃机，可以分别控制进气阀和排气阀，并可以高效地布置该控制用的执行元件。
作为上述课题的解决方法，技术方案1中所记载的发明提供一种具有可变气门装置的内燃机(例如实施例中的发动机20)，该内燃机搭载在车辆(例如实施例中的二轮摩托车1)上，具有气缸盖(例如实施例中的气缸盖24)和可变气门装置(例如实施例中的可变气门装置40)，其中，气缸盖与气缸主体(例如实施例中的气缸主体23)结合，形成燃烧室和配气室(例如实施例中的燃烧室31和配气室32)，可变气门装置具有气门特性可变机构(例如实施例中的气门特性可变机构61)，该气门特性可变机构对至少包含进气阀和排气阀(例如实施例中的进气阀34a和排气阀34b)之一方的内燃机阀的气门动作特性进行控制，上述气门特性可变机构具有使上述内燃机阀的动作正时和升程中的至少一方改变的执行元件(例如实施例中的电动马达62a，62b)，该执行元件被配置在上述配气室外，上述执行元件的驱动轴线(例如实施例中的驱动轴线C3)同时垂直于气缸轴线(例如实施例中的气缸轴线C1)和曲轴轴线配置。
技术方案2所记载的发明提供一种具有可变气门装置的内燃机(例如实施例中的发动机20)，气门特性可变机构对包含进气阀和排气阀(例如实施例的进气阀34a和排气阀34b)的内燃机阀的气门动作特性进行控制，上述执行元件设置有多个，它们分别控制上述进气阀和排气阀，从上述气缸轴线方向看去，在由上述多个执行元件所包围的空间内配置有气缸进气通路。
技术方案3、4中所记载的发明中，上述气门特性可变机构具有控制轴(例如实施例中的控制轴65a，65b)，该控制轴的旋转使得上述内燃机阀的动作正时和升程中的至少一方改变，该控制轴的一端部上设置有检测其旋转角度的传感器(例如实施例中的角度传感器86)。
技术方案5中所记载的发明中，相应于节气阀的开度和内燃机的转速来控制上述内燃机阀的动作正时和升程中的至少一方。
技术方案6、7中所记载的发明中，相应于节气阀的开度和内燃机的转速来驱动上述执行元件。
技术方案8-10中所记载的发明中，由电子节气阀的开度传感器的输出求得上述节气阀的开度。
采用技术方案1中所记载的发明，可以抑制执行元件沿气缸轴线方向从气缸盖突出，即使在有多个执行元件的情况下，也可以谋求气缸整体在气缸轴线方向上的小型化。
采用技术方案2中所记载的发明，由于可以分别改变进气阀和排气阀的动作正时和升程，所以可以有效利用燃料利用率高的EGR燃烧区域。另外，可以高效布置各执行元件和气缸进气通路。
采用技术方案3、4中所记载的发明，由于可以以传感器直接检测控制轴的旋转角度，所以容易进行内燃机阀的动作正时和升程的调整。
采用技术方案5-7中所记载的发明，可以相应于节气阀开度和内燃机转速恰当设定与EGR燃烧区段，同时，可以使EGR燃烧区域最适宜，提高燃料利用率。
采用技术方案8-10中所记载的发明，在电子节气阀式发动机中，由于可通过节气阀的开度传感器的输出求得上述节气阀的开度，所以可以进行更准确的发动机控制，同时，可抑制部件个数的增加。
附图说明
图1是本发明的实施例中的二轮摩托车的左侧视图。
图2是上述二轮摩托车的发动机的气缸盖及其周围的剖视图。
图3是沿图2的A-A线的剖视图。
图4是沿图2的B-B线的剖视图。
图5是沿图2的C-C线的剖视图。
图6是表示上述发动机的气门动作特性的曲线图，横轴表示凸轮轴的旋转角，纵轴表示内燃机阀的升程。
图7是上述发动机的进气阀在最大气门动作特性时的作用说明图，(a)表示进气阀的关闭状态，(b)表示进气阀的开启状态。
图8是上述发动机的进气阀在最小气门动作特性时的作用说明图，(a)表示进气阀的关闭状态，(b)表示进气阀的开启状态。
图9是上述发动机的排气阀在最大气门动作特性时的作用说明图，(a)表示排气阀的关闭状态，(b)表示排气阀的开启状态。
图10是上述发动机的排气阀在最小气门动作特性时的作用说明图，(a)表示排气阀的关闭状态，(b)表示排气阀的开启状态。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。另外，以下的说明中，前、后、左、右等的朝向如无特别记述，与车辆的前、后、左、右等的朝向相同。另外，图中箭头FR表示车辆前方，箭头LH表示车辆左方，箭头UP表示车辆上方。
在图1中所表示的二轮摩托车1中，位于车架2前端部的头管3上通过方向柱6以可以操纵方向的方式枢支有左、右前叉5，左、右前叉5轴支于前轮4。方向柱6的上部安装有转向用的方向把7。方向把7的右把手部作为节气阀操纵把手。
就车架2而言，一根主管8从头管3开始向后下方倾斜延伸，使头管3和乘坐者用的座垫9之间成为低部，而使其成为容易跨骑的所谓脊骨式车架。主管8的后端部上接合有左、右枢支板(pivot plate)10，该左、右枢支板10上以可以摆动的方式枢支有摇臂12的前端部，摇臂12轴支于后轮11。
主管8的后部上接合有向后上方倾斜延伸的左、右座垫骨架13的前端部，该左、右座垫骨架13的前后方向中间部和摇臂12的左、右臂后端部之间配置有左、右后减震器14。左、右座垫骨架13的上方配置有上述座垫9，该座垫9在前后方向上具有驾驶者用和后部同乘者用的座面。
车架2的前部被合成树脂制的前罩15适宜地覆盖，车架2的后部同样被由合成树脂制的后罩16适当地覆盖。后罩16支承着左、右座垫骨架13和座垫9。后罩16内配置有位于座垫9下面的物品收纳箱17，该物品收纳箱17的前部下侧内配置有燃料箱18，该燃料箱18支承于左、右座垫骨架13的前部。
车架2的中央下部内侧(上述低部内侧)上配置有二轮摩托车1的动力机即发动机(内燃机)20。发动机20是其未在图中表示出的曲轴沿车宽方向(左右方向)配置的风冷单气缸发动机，其基本结构是从曲轴箱21的前端部向车辆前方直立设置气缸部22。发动机20的曲轴箱21的后部上、下被左、右枢支板10支承，同时，曲轴箱21的上部通过发动机架8a被支承在主管8的前后方向中间部上。
发动机20的气缸部22的轴线(气缸轴线)C1相对地面大致水平(具体而言是稍微前高后低)地从曲轴箱21的前端部向前方(车辆行进方向)突出。气缸部22主要包括：安装在曲轴箱21的前端部上的气缸主体23，安装在该气缸主体23的前端部上的气缸盖24，安装在该气缸盖24的前端部上的气缸盖罩25。气缸主体23内嵌装有活塞23a，该活塞23a的往复运动变换为上述曲轴的转动。
同时参照图2，在气缸盖24上，在其上侧(进气侧)上经由绝热体28连接节气阀装置26的下游侧，同时在其下侧(排气侧)上连接排气管27的基端侧。就节气阀装置26而言，其内部的进气通路向后下方倾斜，其后端侧(下游侧)经由向下侧(气缸侧)弯曲的绝热体28被连接在气缸盖24上。
这里，节气阀装置26的节气阀(蝶阀butterfly valve)26a为电子节气阀，其相应于上述节气阀操纵把手的操纵量(驾驶者的输出要求)等由电动马达36的驱动力动作。另外，图2中的符号26b表示节气阀26a的转动轴，符号36a表示电动马达36的输出轴，符号36b表示输出轴36a和转动轴26b之间的减速齿轮轴。另外，转动轴26b上设置有检测节气阀26a开度的未在图中表示出的开度传感器。
节气阀装置26的上游侧(前端例)上，连接有被上述主管8的前部下侧支承的空气滤清器29。在上述绝热体28的弯曲外周侧上，从其上方安装有喷嘴(燃料喷射阀)28a。另外，图2中的线26c表示节气阀装置26内的进气通路的轴线，线28c表示喷嘴28a的中心轴线(沿着燃料喷射方向的轴线)。
气缸盖24与气缸主体23以及活塞23a共同形成燃烧室31，同时，气缸盖24与气缸盖罩25共同形成配气室32。本实施例中的发动机20是OHC2气门发动机，气缸盖24内分别形成具有单一的燃烧室侧开口的进气孔33a和排气孔33b，其各气门孔33a、33b的燃烧室侧开口分别由进气阀34a和排气阀34b(以下，将这两个阀称为内燃机阀)开闭。
各个内燃机阀34a、34b具有与各气门孔33a、33b的燃烧室侧开口匹配的伞状的阀体和从该阀体延伸出的棒状的气门杆。各内燃机阀34a、34b的气门杆以渐向着气缸盖罩25侧(向配气室32内)逐渐互相离开的方式在侧面视图中呈V字状斜向延伸，各内燃机阀34a、34b的气门杆贯穿被固定设置在气缸盖24上的气门导管(vavle guide)并由其支承，且相对其可往复运动。各内燃机阀34a、34b的气门杆前端侧上，间隔着挡圈被气门弹簧的弹簧力施力(都未在图中表示出)，由于该弹簧力的作用，各内燃机阀34a、34b的阀体封闭各气门孔33a、33b的燃烧室侧开口。另一方面，通过使各内燃机阀34a、34b克服上述弹簧力而运动，该阀体使各气门孔33a、33b的燃烧室侧开口开放。
进气阀34a在活塞23a向曲轴箱21侧下降的吸气冲程中开启，可通过上述空气滤清器29和节气阀装置26，将外界空气吸入气缸内，该外界空气在进气孔33a内与从喷嘴28a喷射出的燃料混合并被吸入燃烧室31内。接下来，在活塞23a向气缸盖24侧上升的压缩冲程中，进气阀34a关闭，被吸入燃烧室31内的混合气被压缩，同时，该混合气被两个火花塞31a、31b点火而燃烧(参照图3)。
接下来，在活塞23a再次下降的做功冲程中，该活塞23a受到燃烧室31内的燃烧气体的压力而将转矩赋予上述曲轴，之后，在活塞23a再次上升的排气冲程中，排气阀34b开启，通过与燃烧室31连通的排气孔33b，燃烧室31内的已燃气体被排放到气缸外。
这里，如图2所示，发动机20具有可控制各内燃机阀34a、34b的气门动作特性的可变气门装置40。
可变气门装置40包括气门驱动机构41和气门特性可变机构61，其中气门驱动机构41使各内燃机阀34a、34b开启、关闭，气门特性可变机构61使各内燃机阀34a、34b中的包括动作时间和最大升程的气门动作特性改变。
同时参照图3、4，气门驱动机构41具有：凸轮轴42，其在配气室32内与上述曲轴平行沿左右方向延伸；进气和排气副摇臂43a、43b，其分别由设置在该凸轮轴42上的进气驱动凸轮42a和排气驱动凸轮42b驱动而摆动；进气和排气转动凸轮45a、45b，其通过连接部件44a、44b与该副摇臂43a、43b中的一个连结，并因他们的摆动而转动；进气和排气主摇臂46a、46b，其跨在各转动凸轮45a、45b中的一个和各内燃机阀34a或34b之间。
另外，图2表示的是气门驱动机构41的进气侧，副摇臂43a、43b、连接部件44a、44b、转动凸轮45a、45b以及主摇臂46a、46b分别在进、排气侧有大致相同的结构(参照图7、9)，它们大致围绕气缸轴线C1以180°旋转对称配置。
凸轮轴42被配置在各内燃机阀34a、34b的气门杆之间，其左、右两端部被气缸盖24和固定在气缸盖24上的凸轮支架35支承且相对其可旋转。凸轮轴42的左端上安装有从动链轮47，凸轮链挂在该从动链轮47和设置在上述曲轴上的驱动链轮上(都未在图中表示出)，所以，凸轮轴42随着曲轴的旋转而以曲轴转速的1/2的速度被旋转驱动。另外，图中箭头F表示凸轮轴42的旋转方向(正转方向)，轴线C2表示凸轮轴42的旋转轴线(凸轮轴线)。
凸轮轴42的左右方向的中间部上，例如从左开始依次且以规定的间隔并列设置上述进气驱动凸轮42a和排气驱动凸轮42b。各驱动凸轮42a、42b的外周面(凸轮面)上具有零升程面Z1和提升面Y1，零升程面Z1为圆筒状，与凸轮轴42同轴，提升面Y1相对该零升程面Z1向外周侧膨胀，径向尺寸增大。当副摇臂43a或43b的输入部抵接到各驱动凸轮42a、42b的零升程面Z1上时，主摇臂46a或46b的输入部抵接到相应的转动凸轮45a或45b的零升程面Z2上，各驱动凸轮42a、42b不使相应的内燃机阀34a或34b提升，使气门孔33a或33b的燃烧室侧开口保持关闭状态。
另一方面，当副摇臂43a或43b的输入部移动到各驱动凸轮42a、42b的提升面Y1上时，各驱动凸轮42a、42b使该副摇臂43a或43b摆动而使主摇臂46a或46b的输入部移动到相应的转动凸轮45a或45b的提升面Y2上，从而使相应的内燃机阀34a或34b提升，开放气门孔33a或33b的燃烧室侧开口。
各副摇臂43a、43b构成如下，其作为摆动支点的一端部，以中间隔着凸轮轴42的方式配置在相应的内燃机阀34a或34b的相反侧，且从该一端部开始围绕凸轮轴42的下方(气缸盖24侧)向上述内燃机阀34a或34b侧延伸，其前端部通过连接部件44a或44b被连接到转动凸轮45a或45b上。各副摇臂43a、43b的一端部通过与凸轮轴42平行的轴51被后面叙述到的支承件67a或67b支承且相对其可摆动。另外，各副摇臂43a、43b的纵长方向中间部上靠近上述一端部的部位为上述输入部，该输入部支承着在驱动凸轮42a或42b的凸轮面上滚动的凸轮滚轮52。
各转动凸轮45a、45b与相应的驱动凸轮42a或42b的左右方向的外侧邻接配置，被凸轮轴42贯穿支承且与凸轮轴42同轴并可相对其旋转。在各转动凸轮45a、45b上相应的内燃机阀34a或34b侧突设有与连接部件44a或44b连接用的连接部53，同时，在各转动凸轮45a、45b的外周面上的气缸盖罩25侧，形成有包含了上述零升程面Z2和提升面Y2的凸轮面。零升程面Z2制成与凸轮轴42同轴的圆筒状，提升面Y2制成这样的曲面状：沿着零升程面Z2的切线方向向上述相应的内燃机阀34a或34b的相反侧延伸，其径向尺寸逐渐增大，并向气缸盖24侧弯曲。在形成提升面Y2的凸轮突起部54上，与上述提升面Y2相反侧的部位制成台阶状，该台阶具有沿着凸轮轴的径向延伸的平坦部。
各主摇臂46a、46b的作为上述输入部的一端部配置在凸轮轴42的上方(气缸盖罩25侧)，其从该一端部开始向相应的内燃机阀34a或34b的气门杆前端延伸，其纵长方向中间部通过与凸轮轴42平行的轴55被凸轮支架35支承且相对其可摆动。各主摇臂46a、46b的上述一端部上支承有在相应的转动凸轮45a或45b的凸轮面上滚动的凸轮滚轮56，各主摇臂46a、46b的另一端侧上固定有抵接到相应的内燃机阀34a或34b的气门杆顶端的挺柱螺栓(tappet bolt)57。
在这样的结构中，凸轮轴42与上述曲轴共同旋转驱动，当副摇臂43a或43b的凸轮滚轮52移动到各驱动凸轮42a、42b的提升面Y1上时，该副摇臂43a或43b摆动，通过连接部件44a或44b而使转动凸轮45a或45b转动。这样，该转动凸轮45a或45b的凸轮突起部54向相应的主摇臂46a或46b的凸轮滚轮56侧移动，使上述主摇臂46a或46b的凸轮滚轮56移动到该提升面Y2上，使该主摇臂46a或46b摆动而使处于关闭状态的内燃机阀34a或34b开启(参照图7、9)。
如图2、3、5所示，气门特性可变机构61具有：进气侧和排气侧电动马达62a、62b，其分别作为进、排气侧的驱动源；进气侧和排气侧第二驱动轴63a、63b，其分别传送该电动马达62a、62b的旋转动力；进气侧和排气侧蜗轮对64a、64b，其分别使该第二驱动轴63a、63b的旋转动力减速同时将其旋转方向变换90°；进气侧和排气侧控制轴65a、65b，其分别通过该蜗轮对64a、64b被驱动；进气侧和排气侧臂部件66a、66b，其一端部分别与设置在该控制轴65a、65b上的偏心凸轮75卡合；进气侧和排气侧支承件67a、67b，其分别与该臂部件66a、66b的另一端部连接。
另外，图2表示的是气门特性可变机构61的进气侧，电动马达62a、62b、第二驱动轴63a、63b、蜗轮对64a、64b以及控制轴65a、65b分别在进、排气侧有大致相同的结构(参照图7、9)，它们大致相对气缸轴线C1呈轴对称配置。另外，臂部件66a、66b以及支承件67a、67b也分别在进、排气侧有大致相同的结构(参照图7、9)，它们大致围绕气缸轴线C1以180°旋转对称配置。
各电动马达62a、62b以规定的间隔左右并列设置在气缸盖罩25的进气侧并且在气缸前端侧上，其驱动轴68的驱动轴线(旋转轴线)C3与气缸轴线C1和凸轮轴线C2大致垂直相交，并且，以使其轴向一端侧与气缸盖罩25的进气侧抵接的方式将其安装。此时，各电动马达62a、62b的驱动轴68进入配气室32内，线圈等发热体被收容进箱69内并以此状态被配置在配气室32外，其中箱69沿着上述轴线C3大致呈圆筒状。沿气缸轴线C1方向看去，各电动马达62a、62b之间(箱69之间)配设有包含了节气阀装置26的气缸进气通路(参照图5)。
各第二驱动轴63a、63b在配气室32内的气缸前端侧的左、右与对应的电动马达62a或62b的驱动轴68平行配置，其两端部被气缸盖罩25支承且相对其可旋转。在电动马达62a或62b的驱动轴68的外周侧上形成有第一齿轮71，上述各第二驱动轴63a、63b的马达侧端部上设置有与该第一齿轮71啮合的直径较大的第二齿轮72。各第二驱动轴63a、63b的纵长方向中间部上形成有蜗轮73，该蜗轮73与齿轮74啮合，其中，齿轮74被设置在位于该气缸盖24侧的控制轴65a或65b上。另外，也可以不采用各第二驱动轴63a、63b而采用将各电动马达62a、62b的驱动轴68直接与蜗轮对64a、64b连接的结构。
各控制轴65a、65b在配气室32内与凸轮轴42平行且沿左右方向延伸，进气侧的控制轴在左，排气侧的控制轴在右且互相同轴地配置，它们分别被凸轮支架35支承且可相对其旋转。各控制轴65a、65b的左右方向的内侧端部上一体地设置有上述偏心凸轮75，各控制轴65a、65b的左右方向的外侧端部上一体地设置有上述齿轮74。各偏心凸轮75呈圆盘状，其中心轴线C5相对各控制轴65a、65b的旋转轴线C4平行且偏心，该偏心凸轮75外周上以可摆动的方式嵌合有臂部件66a、66b的一端部。
各臂部件66a、66b是与凸轮轴42大致垂直相交的板状部件，与各偏心凸轮75同样位于气缸左右方向的内侧，其一端部与相应的偏心凸轮75卡合。各臂部件66a、66b从上述一端部侧开始向气缸盖24侧逐渐变细地延伸，其前端部(另一端部)与相应的支承件67a或67b卡合。
各支承件67a、67b具有和凸轮轴42大致垂直相交的板状的第一和第二支承部件76、77。就两支承部件76、77而言，其一端部被凸轮轴42以可相对旋转的方式贯穿支承，从该一端部侧开始向相应的内燃机阀34a、34b相反侧逐渐变细地延伸。两支承部件76、77大致呈同一形状，而且从凸轮轴方向看去(左右方向视图)被大致重叠地配置。
各支承件67a、67b的第一支承部件76与臂部件66a、66b同样位于气缸左右方向的内侧，各支承件67a、67b的第二支承部件77位于气缸左右方向的外侧。在各支承件67a、67b的第一支承部件76的上述一端部近旁的气缸盖罩25侧，突设有相应臂部件66a或66b连接用的连接部78。将两支承部件76、77以规定的间隔配设，以在其两者之间放入驱动凸轮42a或42b以及转动凸轮45a或45b。
两支承部件76、77的中间部之间和前端部(另一端部)之间分别保持有中间和前端衬垫81、82。在中间衬垫81的左右方向的内侧，上述副摇臂43a、43b的一端部通过上述轴51被以可摆动的方式支承。中间衬垫81的左右方向的外侧设置有弹簧承载部83b，该弹簧承载部83b与突设在转动凸轮45a、45b上的气缸盖24侧的弹簧承载部83a相对，两弹簧承载部之间压缩设置有螺旋弹簧83c(参照图2)。
前端衬垫82的左右方向的内侧上设置有弹簧承载部84b，该弹簧承载部84b与突设在副摇臂43a、43b上的凸轮滚轮52近旁的弹簧承载部84a相对，两弹簧承载部之间压缩设置有螺旋弹簧84c(参照图2)。前端衬垫82的左右方向的外侧上设置有弹簧承载部85b，该弹簧承载部85b与设置在例如凸轮支架35上的未在图中表示出的弹簧承载部相对，两弹簧承载部之间压缩设置有螺旋弹簧85c(参照图2)。
这里，如图3、5所示，气缸盖罩25的左右方向的两侧上分别配置有电位计(potentiometer)等角度传感器86，该角度传感器86可测出在相应侧配置的控制轴65a或65b的旋转角度。各角度传感器86的配置如下：其主体86a置于配气室32外，角度检测用的转动轴86b进入配气室32内。上述转动轴86b以不能相对旋转的方式卡合在相应的控制轴65a或65b的左右方向的外侧端部上。从该角度传感器86输出的检测信号被输入控制各电动马达62a、62b动作的ECU87。
如图5所示，ECU87是以运行状态检测构件88输出的检测信号和上述角度传感器86输出的检测信号等为基础，来控制各电动马达62a、62b的动作即气门特性可变机构61的动作，从而可得到与发动机20的运行状况等相应的气门动作特性下的发动机运行，其中运行状态检测构件88可以检测发动机20的运行状态，其包括检测进入空气量的空气流量计、检测活塞位置和发动机转速的曲柄角传感器、以及检测节气阀26a的开度(节气阀开度)的上述开度传感器等。
接下来，对作用进行说明。
如图6的曲线图所示，就进、排气阀34a、34b的动作正时(开闭时间)和最大升程而言，其由气门特性可变机构61分别而且无级地控制在各自的最大气门动作特性Kimax、Kemax和最小气门动作特性Kimin、Kemin之间。另外，图6中的最小气门动作特性Kimix、Kemin相当于气门升程是0的状态(即气门休止状态)。
具体而言，首先对于进气阀34a，例如从最大的气门动作特性Kimax变到任意的小气门动作特性Ki时，其开启时间从θiomax到θio相位角连续滞后，同时，关闭时间从θicmax到θic相位角连续而且比较平缓地提前，因此气门开启的时间连续地变短，而且可以得到最大升程的凸轮轴42的旋转角(也是曲轴旋转位置的曲轴角)被连续地滞后，同时最大升程连续变小。
另一方面，对于排气阀34b，例如从最大的气门动作特性Kemax变到任意的小气门动作特性Ke时，其开启时间从θeomax到θeo相位角连续而且比较平缓地滞后，同时，关闭时间从θecmax到θec相位角连续地提前，从而气门开启的时间连续地变短，并且可以得到最大升程的凸轮轴42的旋转角被连续地提前角，同时最大升程连续变小。
如图7(a)所示，在气门特性可变机构61的进气侧，由进气侧电动马达62a的驱动，通过蜗轮对64a使控制轴65a转动，在使臂部件66a升至图中上方(气缸盖罩25侧)的移动极限位置的状态下，支承件67a克服上述螺旋弹簧85c的弹簧力转动到图中右旋(凸轮逆转方向)的转动极限位置，同时，副摇臂43a移动到图中右旋的移动极限位置，并且通过连接部件44a，转动凸轮45a转动到图中右旋的转动极限位置。此时，转动凸轮45a的凸轮突起部54移动到图中右旋的移动极限位置，该凸轮突起部54的提升面Y2与主摇臂46a的凸轮滚轮56(输入部)最接近。
在此状态下凸轮轴42旋转驱动，如图7(b)所示，当副摇臂43a的凸轮滚轮52移动到进气驱动凸轮42a的提升面Y1上时，该副摇臂43a克服上述螺旋弹簧84c的弹簧力而摆动，通过连接部件44a使转动凸轮45a克服上述螺旋弹簧83c的弹簧力而转动，通过该转动凸轮45a的提升面Y2，使主摇臂46a摆动而使进气阀34a开启。此时的气门动作特性是上述最大气门动作特性Kimax，即，进气阀34a的开启时间是最大提前角，同时关闭时间是最大滞后角，并且，可得到其最大升程的凸轮轴42的旋转角是最大提前角，同时最大升程是最大值。
另外，如图8(a)所示，通过进气侧电动马达62a的驱动，使臂部件66a下降到图中下方(气缸盖24侧)的任意的移动位置时，副摇臂43a移动到图中左旋(凸轮轴正转方向)的任意的移动位置，同时，转动凸轮45a的凸轮突起部54移动到图中左旋的任意的移动位置，该凸轮突起部54的提升面Y2从主摇臂46a的凸轮滚轮56离开。
在该状态下凸轮轴42驱动，如图8(b)所示，当副摇臂43a的凸轮滚轮52移动到进气驱动凸轮42a的提升面Y1上时，与上述一样，副摇臂43a摆动而使转动凸轮45a转动，通过该转动凸轮45a的提升面Y2，使主摇臂46a摆动而进气阀34a开启。此时的气门动作特性是上述小气门动作特性Ki，即，进气阀34a的开启时间是滞后角，同时，关闭时间是提前角，并且，可得到最大升程的凸轮轴42的旋转角是滞后角，同时最大升程变小。
另一方面，如图9(a)所示，在气门特性可变机构61的排气侧，由排气侧电动马达62b的驱动，通过蜗轮对64b使控制轴65b转动，在臂部件66b升至图中上方(气缸盖罩25侧)的移动极限位置的状态下，支承件67b克服上述螺旋弹簧85c的弹簧力而转动到图中左旋(凸轮轴正旋方向)的转动极限位置，同时，副摇臂43b移动到图中左旋的移动极限位置，并且通过连接部件44b，转动凸轮45b转动到图中左旋的转动极限位置。此时，转动凸轮45b的凸轮突起部54移动到图中左旋的移动极限位置，该凸轮突起部54的提升面Y2与主摇臂46b的凸轮滚轮56(输入部)最接近。
在此状态下凸轮42旋转驱动，如图9(b)所示，当副摇臂43b的凸轮滚轮52移动到排气驱动凸轮42b的提升面Y1上时，该副摇臂43b克服上述螺旋弹簧84c的弹簧力而摆动，通过连接部件44b使转动凸轮45b克服上述螺旋弹簧83c的弹簧力而转动，通过该转动凸轮45b的提升面Y2，使主摇臂46b摆动而使排气阀34b开启。此时的气门动作特性是上述最大气门动作特性Kemax，即，排气阀34b的开启时间是最大提前角，同时关闭时间是最大滞后角，并且，可得到其最大升程的凸轮轴42的旋转角是最大滞后角，同时最大升程是最大值。
另外，如图10(a)所示，当由排气侧电动马达62b的驱动，使臂部件66b下降到图中下方(气缸盖24侧)的任意的移动位置时，副摇臂43b的凸轮滚轮52(输入端)移动到在图中右旋(凸轮轴逆转方向)的任意的移动位置，同时，转动凸轮45b的凸轮突起部54移动到图中右旋的任意的移动位置，该凸轮突起部54的提升面Y2从主摇臂46b的凸轮滚轮56离开。
在此状态下凸轮轴42旋转驱动，如图10(b)所示，当副摇臂43b的凸轮滚轮52移动到排气驱动凸轮42b的提升面Y1上时，与上述一样，副摇臂43b摆动而使转动凸轮45b转动，通过该转动凸轮45b的提升面Y2使主摇臂46b摆动而使排气阀34b开启。此时的气门动作特性是上述小气门动作特性Ke，即，排气阀34b的开启时间是滞后角，同时关闭时间是提前角，并且可得到最大升程的凸轮轴42的旋转角是滞后角，同时最大升程变小。
上述的可变气门装置40由上述ECU87相应于发动机20的运行状况来控制。即，在发动机20的低负荷区域中，使进、排气阀34a、34b的升程变小，并且使开启时间是滞后角，同时使关闭时间是提前角。这样，气门重叠量变小，可得到燃料利用率高的稳定燃烧。另一方面，在发动机20的中高负荷区域中，使进、排气阀34a、34b的升程增大，并且使开启时间是提前角，同时使关闭时间是滞后角。这样，气门重叠量变大，进气充填效率提高，可以得到充分的输出，同时，利用内部EGR(Exhaust Gas Recirculation；排出气体再循环)可以提高燃料利用率和排气性能。
如以上所说明，上述实施例中的发动机20搭载在二轮摩托车1上，具有气缸盖24和可变气门装置40，其中气缸盖24与气缸主体23结合，形成燃烧室31和配气室32，可变气门装置40具有气门特性可变机构61a，该气门特性可变机构61a控制由进气阀34a和排气阀34b组成的内燃机阀的气门动作特性，上述气门特性可变机构61具有使上述内燃机阀34a、34b的动作正时和升程改变的电动马达62a、62b，该电动马达62a、62b被配置在上述配气室32外，同时，上述电动马达62a、62b靠近节气阀装置26配置在气缸进气侧。
采用该结构，可以有效地利用进气系统部件的周围，尤其是在连接气缸盖24和空气滤清器的节气阀装置26周围的容易产生的空间，配置容易使体积大型化的电动马达62a、62b，即使在有多个电动马达62a、62b的情况下，也可以使发动机整体小型化，同时，能提高电动马达62a、62b的冷却性能。
另外，在上述发动机20中，上述电动马达62a、62b的驱动轴线C3以相对气缸轴线C1大致垂直的方式配置，这样，抑制了电动马达62a、62b从气缸盖24在气缸轴线C1方向上的突出，即使在有多个电动马达62a、62b的情况下，也可以使气缸整体在气缸轴线C1方向上小型化。
另外，在上述发动机20中，为了分别控制上述进气阀34a和排气阀34b而设有多个电动马达62a、62b，这样，可以使进气阀34a和排气阀34b的动作正时和升程分别改变，可以有效利用燃料利用率高的EGR燃烧区域。
特别是，沿上述气缸轴线C1方向看去，由于在被上述多个的电动马达62a、62b包围的空间内配置了气缸进气通路，所以可以高效布置各电动马达62a、62b和气缸进气通路。
另外，在上述发动机20中，上述气门特性可变机构61具有为了使上述内燃机阀34a、34b的动作正时和升程改变而转动的控制轴65a、65b，该控制轴65a、65b的一端部上设置有可检测其旋转角度的角度传感器86，所以，控制轴65a、65b的旋转角度可以直接由角度传感器86测得，能容易地进行对内燃机阀34a、34b的动作正时和升程的调整。
另外，在上述发动机20中，为了对应节气阀开度和发动机转速来控制上述内燃机阀34a、34b的动作正时和升程而驱动上述电动马达62a、62b，这样，可以设定与节气阀开度和发动机转速相应的合适的EGR燃烧区段，同时，可使EGR燃烧区域最适宜，提高燃料利用率。
而且，在电子节气阀式发动机20中，由节气阀26a的开度传感器的输出求得上述节气阀的开度，可以进行更准确的发动机控制，同时可抑制部件件数的增加。
另外，本发明不限于上述实施例，例如，气门特性可变机构可以是控制进、排气阀之一的气门动作特性的机构，并且也可以是使进、排气阀的动作正时和升程之一改变的机构。另外，气门特性可变机构的驱动源(执行元件)也可以采用利用流体压力的流体马达或气缸等来代替电动马达。
另外，本发明不仅适用于电子节气阀式发动机，也适用于通过缆绳等机械驱动节气阀的发动机。
另外，本发明不仅适用于具有大致水平的气缸的发动机，还适用于具有前倾、后倾或者左右倾斜的气缸的发动机。另外，也适用于进、排气阀的至少一方设置有多个的发动机。并且，也适用于并列式或V型等多气缸发动机、或者使曲轴沿车辆前后方向纵向配置的发动机等各种形式的往复式发动机。
另外，上述实施例中的结构是本发明的一例，本发明不限于二轮摩托车，也可适用于三轮或四轮车辆，不言而喻，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种的变更。

Claims (10)

1.一种具有可变气门装置的内燃机，搭载在车辆上，具有气缸盖和可变气门装置，其中气缸盖与气缸主体结合，形成燃烧室和配气室，可变气门装置具有气门特性可变机构，该气门特性可变机构对至少包含进气阀和排气阀之一方的内燃机阀的气门动作特性进行控制，上述气门特性可变机构具有使上述内燃机阀的动作正时和升程中的至少一方变化的执行元件，该执行元件被配置在上述配气室外，这样的内燃机具有如下特征：
上述执行元件的驱动轴线同时垂直于气缸轴线和曲轴轴线配置。
2.如权利要求1所述的具有可变气门装置的内燃机，其特征在于：
上述气门特性可变机构对包含进气阀和排气阀的内燃机阀的气门动作特性进行控制，上述执行元件设置有多个，以分别控制上述进气阀和排气阀，从上述气缸轴线方向看去，在由上述多个执行元件所围的空间内配置有气缸进气通路。
3.如权利要求1所述的具有可变气门装置的内燃机，其特征在于：上述气门特性可变机构具有控制轴，该控制轴的旋转使得上述内燃机阀的动作正时和升程中的至少一方变化，该控制轴的一端部上设置有检测其旋转角度的传感器。
4.如权利要求2所述的具有可变气门装置的内燃机，其特征在于：上述气门特性可变机构具有控制轴，该控制轴的旋转使得上述内燃机阀的动作正时和升程中的至少一方变化，该控制轴的一端部上设置有检测其旋转角度的传感器。
5.如权利要求1至4中任一项所述的具有可变气门装置的内燃机，其特征在于：相应于节气阀开度和内燃机转速来控制上述内燃机阀的动作正时和升程中的至少一方。
6.如权利要求1至4中任一项所述的具有可变气门装置的内燃机，其特征在于：相应于节气阀开度和内燃机转速驱动上述执行元件。
7.如权利要求5所述的具有可变气门装置的内燃机，其特征在于：相应于节气阀开度和内燃机转速驱动上述执行元件。
8.如权利要求5所述的具有可变气门装置的内燃机，其特征在于：上述节气阀开度由电子节气阀的开度传感器的输出求得。
9.如权利要求6所述的具有可变气门装置的内燃机，其特征在于：上述节气阀开度由电子节气阀的开度传感器的输出求得。
10.如权利要求7所述的具有可变气门装置的内燃机，其特征在于：上述节气阀开度由电子节气阀的开度传感器的输出求得。
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