JP4026734B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク軸に連動して回転するカム軸により、該カム軸のカム面に摺接するロッカーアームを介して、吸気弁や排気弁を開閉駆動するようにした内燃機関の動弁装置に関し、特に、カム軸に並設された低速用カムと高速用カムを選択的に使用することで吸気弁や排気弁のリフト量を変えるようにした内燃機関の可変動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
クランク軸に連動して回転するカム軸により、該カム軸のカム面に摺接するロッカーアームを介して、吸気弁や排気弁を開閉駆動するようにした内燃機関の動弁装置では、内燃機関の運転条件に応じた好ましいバルブリフト特性を得るために、リフト量の異なる低速用カムと高速用カムをカム軸上に並設し、それらの各カムに対向して、低速用カムに摺接する主ロッカーアームと、高速用カムに摺接する副ロッカーアームを、別々に回動可能な状態で設置すると共に、弁と直接的に連係する主ロッカーアームに対し、油圧作動によるロック機構を介して、副ロッカーアームを連動状態と空動状態に選択的に切り換え可能とすることで、主ロッカーアームにより直接的に低速用カムを弁に連係させる状態と、副ロッカーアームにより主ロッカーアームを介して間接的に高速用カムを弁に連係させる状態との何れかに選択的に切り換えて、吸気弁や排気弁のリフト量を変えるようにした、所謂可変動弁装置が従来から種々提案されている。
【0003】
そして、そのような内燃機関の可変動弁装置において、油圧による作動部からロックする箇所までの距離が長くなることで切り換え時の応答性が低くなるのを回避するために、弁と直接的に連係する主ロッカーアームに対して副ロッカーアームを連動状態と空動状態に選択的に切り換えるための機構(モード切換機構)について、油圧による作動部を含む機構全体を主ロッカーアームに対して付設したような構造が従来から公知となっている。(特開平8−177427号公報,特開平8−270422号公報)
【0004】
すなわち、例えば、特開平8−177427号公報中には、低速用カムと摺接するロッカーアーム(主ロッカーアーム)に対して、高速用カムと摺接する自由カムフォロア(副ロッカーアーム)を回動可能に軸支すると共に、作動プランジャーとレバー部材をそれぞれ付設することによって、ロッカーアーム(主ロッカーアーム)に軸支されてリターンスプリングで付勢されたレバー部材を、ロッカーアーム(主ロッカーアーム)のメインロッカーシャフト(ロッカー軸)から作動油が供給される作動プランジャーにより、リターンスプリングの付勢力に抗して回動させることで、高速用カムと摺接するようにロストモーションスプリングで付勢されている自由カムフォロア(副ロッカーアーム)を、高速用カムに摺接させた位置でレバー部材によりロックして、ロッカーアーム(主ロッカーアーム)に連動させるというような構造が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来公知の内燃機関の可変動弁装置では、主ロッカーアームに対して回動自在に軸支された副ロッカーアームをロック状態とするために、主ロッカーアームに軸支されてリターンスプリングでロック解除方向に付勢されたレバー部材が使用されていることで、副ロッカーアームのカム摺接面と高速用カムの隙間の精度を確保するためには、主ロッカーアーム上における副ロッカーアームやレバー部材の各回動軸の位置の精度と、副ロッカーアームやレバー部材の高い部品精度とが合わせて要求されることとなり、その結果、部品の製造コストが上昇してしまう。
【0006】
また、例えば、特開平8−177427号公報中の図3に示されているように、副ロッカーアームがロックされていない空動状態のときに、副ロッカーアームとレバー部材が干渉するのを防止するために、副ロッカーアームとレバー部材の間にクリアランス(隙間)を設けることが必要となることから、切り換え時の応答性がどうしても低下してしまう。
【0007】
さらに、リターンスプリングでロック解除方向に付勢された状態で回動可能に軸支されたレバー部材を、副ロッカーアームと干渉することなく主ロッカーアームに組み込むことによって、副ロッカーアームやレバー部材を主ロッカーアームに付設した装置全体が嵩張ったものとなって、装置全体のコンパクト化を図ることが困難であると共に、各部品の主ロッカーアームに対する組み付けも面倒なものとなっている。
【0008】
本発明は、上記のような問題の解消を課題とするものであり、具体的には、油圧作動によるモード切換機構を主ロッカーアームに対して一体的に付設したような内燃機関の可変動弁装置において、該装置を構成する多くの部品に高い部品精度を必要とすることなく、部品の製造コストを抑えることができ、また、切り換え時における高い応答性を実現することができ、さらに、装置全体をコンパクトに纏めることができて、しかも、各部品の組み付けも簡単に行なうことができるようにすることを課題とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような課題を解決するために、上記の請求項1に記載したように、カム軸上に並設された低速用カムと高速用カムに対向して、低速用カムに摺接する主ロッカーアームと、高速用カムに摺接する副ロッカーアームが、別々に回動可能な状態で設置されていると共に、弁と直接的に連係する主ロッカーアームに対し、油圧作動によるモード切換機構を介して、副ロッカーアームが連動状態と空動状態に選択的に切り換え可能とされているような内燃機関の可変動弁装置において、副ロッカーアームが、主ロッカーアームのロッカー軸と平行に配置された結合ピンにより、主ロッカーアームに対して回動可能に軸支されており、油圧作動によるモード切換機構として、ロストモーションスプリングで付勢されたモード切換リフターと、副ロッカーアームを高速用カムに摺接させた位置でモード切換リフターをロックするためのプランジャーとが、それぞれ主ロッカーアームに対して付設されていて、全体が円筒状をなすモード切換リフターが、副ロッカーアームの下方で主ロッカーアームに縦方向に開設されたリフタ−孔内に摺動可能に配置されていると共に、主ロッカーアームのリフタ−孔により直線的に移動可能なように保持されたモード切換リフターに対して、モード切換リフターをロックするために油圧で作動されるプランジャーが、その軸心が主ロッカーアームのロッカー軸を通るように、該ロッカー軸とモード切換リフターの間に配置されていて、副ロッカーアームの下端突起部がモード切換リフターの上面に当接されていることを特徴とするものである。
【0010】
また、上記の請求項1に記載した内燃機関の可変動弁装置において、上記の請求項2に記載したように、モード切換リフターが、その上端面に取替え可能なパッドを一体的に取り付け、該パッドを介して副ロッカーアームと当接するものであることを特徴とするものである。
【0011】
また、上記の請求項1又は2に記載した内燃機関の可変動弁装置において、上記の請求項3に記載したように、円筒形状であるモード切換リフターの外周面に、プランジャーの先端面が摺接するように、平坦な切欠き面が形成されていることを特徴とするものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の可変動弁装置の実施形態について図面に基づいて説明する。
【0014】
図1は、本発明の可変動弁装置が設置されているエンジンのシリンダヘッドの吸気側を示すもので、本実施形態では、可変動弁装置1は、クランク軸(図示せず)に連動して回転するカム軸3のカム面に摺接すると共に、吸気ポート4の燃焼室側開口部を開閉する吸気弁5のステムヘッド5aと当接するように、カム軸3と平行に配置されたロッカー軸6により、シリンダヘッド2に対して回動自在に軸支されている。
【0015】
それにより、バルブスプリング7によりスプリングリテーナー8を介して常に上方(閉弁方向)に付勢されている吸気弁5が、カム軸3のカム面によって間欠的に下方に押圧される可変動弁装置1を介して、間接的に下方に間欠的に押圧されることで、吸気ポート4の燃焼室側開口部を開閉するように上下方向に往復駆動されることとなる。
【0016】
その場合に、可変動弁装置1を間欠的に下方に押圧するカムが、カム軸3上に並設された低速用カム3aと高速用カム3bのどちらかに選択的に切り換えられることで、可変動弁装置1によって間欠的に押圧される吸気弁5の移動量、すなわち、吸気弁5のリフト量が、低速運転に適した高さと高速運転に適した高さの何れかに任意に切り換えることとなる。
【0017】
図2は、上記のように低速用カム3aと高速用カム3bを選択的に切り換えて使用することで吸気弁5のリフト量を変えるための可変動弁装置1と、該可変動弁装置1による切り換えを油圧で作動するための油圧制御系統を示すもので、この可変動弁装置1では、カム軸3の低速用カム3aと摺接するように低速カム摺接面11を設けた主ロッカーアーム10が、ロッカー軸6によりシリンダヘッドに対して回動可能に軸支されていると共に、カム軸3の高速用カム3bと摺接するように高速カム摺接面21を設けた副ロッカーアーム20が、結合ピン23により主ロッカーアーム10に対して回動可能に軸支されている。
【0018】
なお、本実施形態では、主ロッカーアーム10には、一つの気筒に配設された二つの吸気弁5の各ステムヘッド5aとそれぞれ当接するように、ロッカー軸6と直交する方向に延びる二つのアーム部12が、各アーム部12の上面にそれぞれ低速カム摺接面11を設けた状態で、間隔を置いて一体的に形成されており、副ロッカーアーム20は、二つのアーム部12の間に配置されて、ロッカー軸6と平行に配置された結合ピン23により主ロッカーアーム10に対して回動可能に軸支されている。
【0019】
図3は、可変動弁装置1の構成部品を分解して示すもので、装置1の組み付け母体となる主ロッカーアーム10には、既に述べたように、各アーム部12の間に配置された副ロッカーアーム20が、ロッカー軸6が貫通される回動軸孔13の上方に形成されたピン支持部14に対して、サークリップ24でピン支持部14に固定される結合ピン23を介して、回動可能に支持される。
【0020】
また、各アーム部12の先端部のそれぞれには、吸気弁5のステムヘッド5aとの間のクリアランス(隙間)を簡単に調整できるように、下端にステムヘッド5aとの当接部分を一体的に形成した隙間調整ネジ25が、各アーム部12の先端部に開設されたネジ孔15に対して、ナット26で螺入位置が固定されるように、着脱可能に取り付けられる。
【0021】
そのような主ロッカーアーム10に対して、更に、主ロッカーアーム10に対して副ロッカーアーム20を連動状態と空動状態に選択的に切り換えるための油圧作動によるモード切換機構として、ロストモーションスプリング32で付勢された状態のモード切換リフター30と、副ロッカーアーム20を高速用カム3aに摺接させた位置でモード切換リフター30をロックするためのプランジャー31とが、各アーム部12の間で副ロッカーアーム20の下方に位置する部分にそれぞれ付設される。
【0022】
すなわち、主ロッカーアーム10の各アーム部12の間をつなぐ部分には、モード切換リフター30を保持するためのリフター孔16が、縦方向に開設されており、リフター孔16の下部には、該孔16の下端部にサークリップ34で固定されたスプリングリテーナー33で抜け止めされた状態で、コイルスプリングであるロストモーションスプリング32が保持される。
【0023】
一方、リフター孔16の上部には、モード切換リフター30が上方から挿入されて、その下方のロストモーションスプリング32によって常に上方に付勢される状態で、図5と図6にそれぞれ示したモード切換リフター30の各位置の間だけ(すなわち、後で述べるようなプランジャー31の先端面が摺接するモード切換リフター30の切欠き面30aの上下方向の長さの範囲だけ)上下方向に摺動可能なように保持される。
【0024】
モード切換リフター30には、その上端部にパッド35が着脱可能に取り付けられ、その円筒状の外周面に、プランジャー31の先端面が摺接可能なように、平坦な切欠き面30aが形成されていると共に、該切欠き面30aに開口するように、横方向のロック孔30bが開設されていて、このロック孔30bの中には、第1ストッパーピン37と第2ストッパーピン38に挟まれた状態で、コイルスプリングであるプランジャー戻しスプリング36が内蔵される。
【0025】
さらに、主ロッカーアーム10の各アーム部12の間をつなぐ部分には、主ロッカーアーム10の外部から回動軸孔13の軸心部を横切ってリフター孔16に到達するように、プランジャー31を装着するためのプランジャー孔17が開設されており、後述するように油圧で作動されるプランジャー31は、プランジャー孔17を通して、主ロッカーアーム10の外部からリフター孔16の側方に設置され、その後でロッカー軸6を回動軸孔13に貫通させることで、ロッカー軸6によって抜け止めされる。
【0026】
プランジャー31の大きさについては、図5および図6に示すように、プランジャー31の後端部がロッカー軸6に当接した状態で、プランジャー31の先端部が、リフター孔16内に僅かに突出して、モード切換リフター30の平坦な切欠き面30aとの面間隙間が殆どないように、その長さが設定されていると共に、プランジャー31の外径については、モード切換リフター30のロック孔30b内に挿入可能なように、該ロック孔30bの内径よりも僅かに小さくなるように設定されている。
【0027】
図4は、油圧制御系統からの油圧を可変動弁装置1のプランジャー31まで導くためのオイル通路を示すもので、プランジャー31を作動させるためのオイルは、図2に示すような油圧制御系統におけるソレノイドバルブの切り換えにより、ロッカー軸6に形成されたオイル通路6a,6bを通してプランジャー孔17のリフター孔16側に供給されるものである。
【0028】
なお、図1に示すように、ロッカー軸6の軸心部に形成されたオイル通路6aを、プランジャー31よりも上方に位置させることで、プランジャー31の油室(すなわち、ロッカー軸6とリフター孔16の間のプランジャー孔17)に空気が混入しても、オイル通路6bを通して上方のオイル通路6aに空気が抜けるため、プランジャー31の油圧作動を安定した信頼性の高いものとすることができる。
【0029】
図5〜図7は、そのような油圧制御系統から供給される油圧によって切り換えられる可変動弁装置1の作動状態をそれぞれ示すもので、プランジャー31に油圧が作用しないときには、図5に示すように、プランジャー31は、プランジャー戻しスプリング36の付勢力により、第1ストッパーピン37を介して、ロッカー軸6に押し付けられており、この状態では、プランジャー31が第1ストッパーピン37を押してモード切換リフター30のロック孔30b内に入り込むことはなく、モード切換リフター30は、ロストモーションスプリング32により付勢された状態で、リフター孔16内で摺動自在となっている。
【0030】
そのようにモード切換リフター30がプランジャー31によってロックされていない状態では、図6に示すように、カム軸3の回転により高速用カム3bが高速カム摺接面21を介して副ロッカーアーム20を間欠的に押し下げても、副ロッカーアーム20の下端突起部22が当接するモード切換リフター30をリフター孔16内で往復動させるだけで、副ロッカーアーム20は結合ピン23を中心に回動して空動し、副ロッカーアーム20の動きに主ロッカーアーム10が連動することはない。
【0031】
その結果、主ロッカーアーム10は、高速用カム3bによる副ロッカーアーム20の動きに関係なく、低速用カム3aの低速カム摺接面11を介した間欠的な押し下げにより、ロッカー軸6を回動軸として上下方向に往復回動され、そのような主ロッカーアーム10の動きにより吸気弁5のステムヘッド5aが間欠的に押し下げられることで、吸気弁5のリフト量は、低速用カム3aに対応したものとなる。
【0032】
これに対して、ロッカー軸6のオイル通路6a,6bを通してオイルが圧入され、プランジャー31に油圧が作用すると、プランジャー31はモード切換リフター30の側に押し付けられ、その結果、図7に示すように、プランジャー戻しスプリング36の付勢力に抗して第1ストッパーピン37を押し込むことで、モード切換リフター30のロック孔30b内にプランジャー31が入り込むこととなり、モード切換リフター30は、副ロッカーアーム20を高速用カム3bに摺接させた位置で、プランジャー31によってリフター孔16内で摺動不能にロックされる。
【0033】
そのようにモード切換リフター30がプランジャー31によってロックされている状態では、カム軸3の回転により高速用カム3bが高速カム摺接面21を介して副ロッカーアーム20を間欠的に押し下げて、副ロッカーアーム20の下端突起部22がモード切換リフター30を間欠的に押し下げることで、モード切換リフター30とプランジャー31を介して、副ロッカーアーム20の動きに主ロッカーアーム10が連動することとなる。
【0034】
その結果、主ロッカーアーム10は、高速用カム3bによる副ロッカーアーム20の動きに連動することで、高速用カム3bの高速カム摺接面21を介した副ロッカーアーム20の間欠的な押し下げに連動して、ロッカー軸6を回動軸として上下方向に往復回動され、そのような副ロッカーアーム21に連動した主ロッカーアーム10の動きにより吸気弁5のステムヘッド5aが間欠的に押し下げられることで、吸気弁5のリフト量は、高速用カム3bに対応したものとなる。
【0035】
以上に述べたような本実施形態の内燃機関の可変動弁装置1によれば、リフター孔16に挿入されるロストモーション機構(ロストモーションスプリング32とモード切換リフター30)の部分だけで、各部品の寸法のバラツキを吸収することができ、同時に、副ロッカーアーム20の高速カム摺接面21と高速用カム3bの隙間も調整できるため、各部品に対して高い部品精度が要求されず、その結果、部品の製造コストを抑えることができる。
【0036】
特に、本実施形態では、モード切換リフター30の上端部にパッド35を取り替え可能に取り付けていることで、副ロッカーアーム20の高速カム摺接面21と高速用カム3bの隙間の調整を、パッド35を取り替えるだけで簡単に行なうことができる。
【0037】
なお、低速カム摺接面11や高速カム摺接面21を、主ロッカーアーム10や副ロッカーアーム20に対して、別体で取り替え可能とすることによっても、各ロッカーアーム10,20と各カム3a,3bとの間の隙間を調整することができる。
【0038】
また、本実施形態の可変動弁装置1では、副ロッカーアーム20を主ロッカーアーム10に連動させるために、副ロッカーアーム20のロストモーション機構(ロストモーションスプリング32により付勢されたモード切換リフター30)をプランジャー31によって直接ロックしていることで、ロストモーション機構により付勢されている副ロッカーアームをレバー部材(連結レバー)を介してロックするような場合と比べて、切り換えの応答性を良くすることができる。
【0039】
すなわち、副ロッカーアームとレバー部材(連結レバー)との干渉を防止するための隙間に相当するようなクリアランスを設ける必要がなく、プランジャー31の先端面とモード切換リフター30の切欠き面30aとの面間隙間も極めて微小であり、しかも、プランジャー31やモード切換リフター30に内蔵された第1ストッパーピン37も軽量部材であるため、高い応答性を実現することができる。
【0040】
また、本実施形態の可変動弁装置1では、副ロッカーアーム20の下方で、主ロッカーアーム10の各アーム部12の間の部分にモード切換リフター30を配置すると共に、モード切換リフター30をロックするためのプランジャー31を、その軸心がロッカー軸6を通るように、プランジャー31に油圧作動用オイルを供給するためのオイル通路6a,6bが形成されたロッカー軸6と、モード切換リフター30との間に配置していることで、装置1全体を嵩張ることなくコンパクトに纏めることができる。
【0041】
そして、主ロッカーアーム10の各アーム部12の間の部分に開設された内径が真円のリフター孔16により、外周面が円筒形状に形成されたモード切換リフター30を保持すると共に、主ロッカーアーム10の外部からロッカー軸5の回動軸孔16の軸心部を横切ってリフター孔16に到達するようなプランジャー孔17により、プランジャー31を保持していることで、各部品の組み付けを容易に行なうことができる。
【0042】
すなわち、プランジャー戻しスプリング36や各ストッパーピン37,38をロック孔30b内に組み込んだ状態のモード切換リフター30を、ロック孔30bがプランジャー孔17と合わないようにリフター孔16に挿入してから、プランジャー孔17を通してモード切換リフター30に当接するようにプランジャー31を装着して、その後でロッカー軸6を回動軸孔13に貫通させて、プランジャー31をロッカー軸6によって抜け止めしてから、モード切換リフター30のロック孔30bとプランジャー31を位置合わせすることで、各部品の組み付けも容易に行なうことができる。
【0043】
特に、本実施形態では、モード切換リフター30の円筒状外周面に、プランジャー31の先端面が摺接可能なように、平坦な切欠き面30aを形成し、且つ、該切欠き面30aにロック孔30bを開口させていることで、プランジャー31の先端面をモード切換リフター30の切欠き面30aと当接させることによって、プランジャー31とモード切換リフター30のロック孔30bとの位置合わせを自動的に行なうことができ、また、モード切換リフター30がリフター孔16内で回動してプランジャー31とロック孔30bの位置がずれるのを防止することができる。
【0044】
以上、本発明の内燃機関の可変動弁装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に示したようなものに限らず、例えば、上記の実施形態に示した可変動弁装置1は4バルブエンジンの2つの吸気弁に対して配設されたものであるが、本発明の可変動弁装置は、あらゆるバルブ数のエンジンの吸気弁又は排気弁あるいはその両方に対してもそれぞれ適用可能であり、その具体的な構造についても、駆動するバルブ数に合わせて主ロッカーアームの形状を変える等、適宜設計変更可能なものであることはいうまでもない。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したような本発明の内燃機関の可変動弁装置によれば、装置を構成する多くの部品に高い部品精度を必要とすることなく、部品コストを抑えることができ、また、切り換え時の高い応答性を実現することができると共に、装置全体を嵩張ることなくコンパクトに纏めることができて、しかも、各部品の組み付けを簡単に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可変動弁装置が設置されているエンジンのシリンダヘッドの吸気側について、可変動弁装置の中央部に沿った縦断面と、吸気弁に沿った縦断面とをそれぞれ示すような縦断面図。
【図2】カム軸の要部および可変動弁装置の外観と、可変動弁装置の油圧制御系統とを合わせて示す斜視説明図。
【図3】可変動弁装置の構成部品を分解して示す分解斜視図。
【図4】油圧制御系統からの油圧を可変動弁装置に導入するためのオイル通路を示す横断面図。
【図5】プランジャーに油圧が作用せず、モード切換リフターがプランジャーによりロックされていない状態を示す、可変動弁装置の中央部に沿った縦断面図。
【図6】モード切換リフターがプランジャーによりロックされておらず、副ロッカーアームが主ロッカーアームに対して空動している状態を示す、可変動弁装置の中央部に沿った縦断面図。
【図7】モード切換リフターがプランジャーによりロックされ、主ロッカーアームが副ロッカーアームと連動している状態を示す、可変動弁装置の中央部に沿った縦断面図。
【符号の説明】
1 可変動弁装置
3 カム軸
3a 低速用カム
3b 高速用カム
5 弁
6 ロッカー軸
10 主ロッカーアーム
20 副ロッカーアーム
23 結合ピン
30 モード切換リフター
30a (モード切換リフターの)切欠き面
31 プランジャー
32 ロストモーションスプリング
35 パッド
Claims (3)
- カム軸上に並設された低速用カムと高速用カムに対向して、低速用カムに摺接する主ロッカーアームと、高速用カムに摺接する副ロッカーアームが、別々に回動可能な状態で設置されていると共に、弁と直接的に連係する主ロッカーアームに対し、油圧作動によるモード切換機構を介して、副ロッカーアームが連動状態と空動状態に選択的に切り換え可能とされているような内燃機関の可変動弁装置において、副ロッカーアームが、主ロッカーアームのロッカー軸と平行に配置された結合ピンにより、主ロッカーアームに対して回動可能に軸支されており、油圧作動によるモード切換機構として、ロストモーションスプリングで付勢されたモード切換リフターと、副ロッカーアームを高速用カムに摺接させた位置でモード切換リフターをロックするためのプランジャーとが、それぞれ主ロッカーアームに対して付設されていて、全体が円筒状をなすモード切換リフターが、副ロッカーアームの下方で主ロッカーアームに縦方向に開設されたリフタ−孔内に摺動可能に配置されていると共に、主ロッカーアームのリフタ−孔により直線的に移動可能なように保持されたモード切換リフターに対して、モード切換リフターをロックするために油圧で作動されるプランジャーが、その軸心が主ロッカーアームのロッカー軸を通るように、該ロッカー軸とモード切換リフターの間に配置されていて、副ロッカーアームの下端突起部がモード切換リフターの上面に当接されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
- モード切換リフターが、その上端部にパッドを取り替え可能に取り付け、該パッドを介して副ロッカーアームと当接するものであることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 円筒形状であるモード切換リフターの外周面に、プランジャーの先端面が摺接するように、平坦な切欠き面が形成されていると共に、該切欠き面に開口するようにプランジャーが挿入可能なロック孔が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の可変動弁装置。
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1998
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