JP4590384B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランク軸より駆動されるカム軸上のカムの回転により機関弁を開閉するようにした、内燃機関の動弁装置に関し、特に、カムによる機関弁の開閉タイミングを変え得るようにした、内燃機関の動弁装置に関する。

機関弁の開閉タイミングを変え得るようにした、内燃機関の動弁装置は、特許文献１に開示されるように、既に知られている。
特公平５−８１７２５号公報

機関弁の開閉タイミングを変え得るようにした、従来の内燃機関の動弁装置では、構造が複雑で安価に提供することが困難である。

本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で機関弁の開閉タイミングを変え得るようにした安価な内燃機関の動弁装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、クランク軸より駆動されるカム軸上のカムの回転により機関弁を開閉するようにした、内燃機関の動弁装置であって、カム軸にカムを、このカムが所定の低速位相位置と、この低速位相位置から一定角度進角した高速位相位置との間を回動し得るように嵌合し、カム軸もしくはカム軸と一体回転する回転部材に、機関回転数の上昇に応じて収縮位置から拡張位置に向かって揺動する遠心重錘を軸支し、この遠心重錘及びカム間を、を前記カムに、遠心重錘の収縮位置から拡張位置への揺動に応じてカムを低速位相位置から高速位相位置へ回動させる切換機構を介して連結したものにおいて、前記切換機構が、カム軸に取り付けられると共に遠心重錘の収縮位置及び拡張位置への揺動に連動して、カム軸の直径方向で第１摺動位置及び第２摺動位置間を摺動するスライダと、このスライダの両端に取り付けられる第１及び第２キー部材と、カムの内周面に形成され、スライダが第１摺動位置にあるとき第１キー部材が係合してカムを低速位相位置に誘導保持する第１カム溝と、スライダが第２摺動位置にあるとき第２キー部材が係合してカムを高速位相位置に誘導保持する第２カム溝とで構成したことを第１の特徴とする。

尚、前記機関弁は、後述する本発明の実施例中の主吸気弁２９ｍに、また前記カムは主吸気カム３６ｍにそれぞれ対応する。

さらに本発明は、第１の特徴に加えて、スライダと、第１及び第２キー部材との各間に、スライダの摺動方向に沿う一定の遊びを設けると共に、スライダに対して各キー部材を外方に付勢するばねを介装したことを第２の特徴とする。

さらにまた本発明は、第１又は第２の特徴に加えて、カム軸及びカムの一方に周方向の位置決め溝を形成し、それらの他方には、位置決め溝の一方の内端壁に当接してカムの低速位相位置を規定し、この位置決め溝の他方の内端壁に当接してカムの低速位相位置を規定する位置決めピンを固設したことを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、遠心重錘の揺動により、切り換え機構を介して第１及び第２キー部材を第１及び第２カム溝に交互に係合、離脱させて、カムの位相を切り換え、機関弁の開閉タイミングを変更するようにしたので、その構造は簡単であり、安価に提供することができる。その上、構造簡単な切換機構により、遠心重錘の揺動を第１及び第２キー部材に伝達して、これらを作動することができる。

また本発明の第２の特徴によれば、スライダを第１及び第２位置間で移動するとき、先ず一方のキー部材を対応する一方のカム溝から離脱させ、次いでばねの弾発力により他方のキー部材を対応する他方のカム溝側へ押圧することになるから、他方のキー部材の他方のカム溝への係合がスムーズに行われ、カムの位相切り換えを的確に行うことができる。

さらに本発明の第３の特徴によれば、カムの位相切り換え時、カムの過回動を防ぎ、カムを所定の低速位相位置もしくは高速位相位置に保持することができる。

本発明の実施の形態を、添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の実施例に係る内燃機関の破断側面図（図２の１−１線断面図）、図２は図１の２−２線断面図、図３は図２の３−３線拡大断面図、図４は燃焼室に対する主、副吸気ポート及び排気ポートの配置図、図５は図２の動弁装置部の拡大図、図６は機関の始動状態で示す、図５の６−６線断面図、図７は機関の高速運転状態で示す、図６との対応図、図８は機関の始動状態（デコンプ状態）で示す、図５の８−８線断面図、図９は主吸気カムの低速位相状態で示す、図５の９−９線断面図、図１０は動弁装置のリフトピン用戻しばねの斜視図、図１１は動弁装置における弁開閉タイミング可変機構の要部分解平面図、図１２は機関の高速運転状態（ＥＧＲ状態）を示す、図８との対応図、図１３は主吸気カムの高速位相状態を示す、図９との対応図、図１４は機関回転数（遠心重錘位置）と制御軸の回動位置との関係を示す線図、図１５は動弁装置の弁開閉タイミング線図である。

先ず、図１〜図３において、汎用４サイクル内燃機関Ｅの機関本体１は、下部に据え付け座２ａを持つクランクケース２と、このクランクケース２に一体に連設され、上向き傾斜のシリンダボア３ａを有するシリンダブロック３と、このシリンダブロック３の上端面に接合されるシリンダヘッド５とを構成要素している。

クランクケース２は一側面を開放しており、その開放面からやゝ内方寄りの内周壁には、上記開放側面側を向いて周方向に並ぶ複数の段部８，８…（図２）が一体に形成され、これら段部８，８…に軸受ブラケット１０が複数のボルト１１，１１…により固着される。この軸受ブラケット１０とクランクケース２の他側壁とで水平姿勢のクランク軸１２の両端部がベアリング１３，１３′を介して支承される。またクランク軸１２と平行に隣接配置されるバランサ軸１４の両端部が、同じく軸受ブラケット１０とクランクケース２の他側壁とでベアリング１５，１５を介して支承される。

クランクケース２には、その一側の開放面を閉鎖するサイドカバー１７が複数のボルト２４，２４…により接合される。クランク軸１２の一端部は、出力軸部として、このサイドカバー１７を貫通して外方に突出し、この出力軸部の外周面に密接するオイルシール１８がサイドカバー１７に取り付けられる。

クランク軸１２の他端部は、クランクケース２の他側壁を貫通し、このクランク軸１２の他端部に密接するオイルシール１９が、前記ベアリング１３′の外側に隣接してクランクケース２の他側壁に取り付けられる。クランク軸１２の他端部には発電機２０のロータを兼るフライホイール２１が固着され、このフライホイール２１の外側面には冷却ファン２２が付設される。さらにクランク軸１２の他端部には、クランクケース２に支持されるリコイル式スタータ２３が対置される。

図３及び図４に示すように、前記クランク軸１２には、シリンダボア３ａに嵌装されるピストン２５がコンロッド２６を介して連接される。シリンダヘッド５には、シリンダボア３ａに連なる燃焼室２７と、この燃焼室２７にそれぞれ開口する主吸気ポート２８ｍ、副吸気ポート２８ｓ及び排気ポート２８ｅとが形成されると共に、これら主吸気ポート２８ｍ、副吸気ポート２８ｓ及び排気ポート２８ｅの燃焼室２７への開口部は、燃焼室２７の天井面に埋設される環状の主吸気弁座部材３１ｍ、副吸気弁座部材３１ｓ及び排気弁座部材３１ｅで構成され、その際、副吸気弁座部材３１ｓは主吸気弁座部材３１ｍはよりも小径に形成される。またシリンダヘッド５には、電極を燃焼室２７に電極を臨ませる点火プラグ３９が螺着される。

主吸気弁座部材３１ｍは、燃焼室２７の最外周部に配置され、副吸気弁座部材３１ｓは、主吸気弁座部材３１ｍの一側に隣接し且つ主吸気弁座部材３１ｍより燃焼室２７の中心寄りに配置され、排気弁座部材３１ｅは、主吸気弁座部材３１ｍと反対側の副吸気弁座部材３１ｓの一側に隣接して配置され、点火プラグ３９の電極は、主吸気弁座部材３１ｍ及び排気弁座部材３１ｅ間で燃焼室２７の中心に極力近接して配置される。

主吸気ポート２８ｍには、空燃比が理論空燃比より大なる混合気、即ち希薄混合気を供給する希薄混合気供給装置３２が接続され、また副吸気ポート２８ｓには、空燃比が理論空燃比より小なる混合気、即ち濃厚混合気を供給する濃厚混合気供給装置３３が接続される。

主吸気ポート２８ｍは、燃焼室２７の半径方向外側から旋回しつゝ主吸気弁座部材３１ｍに到達するようにヘリカル状に形成され、この主吸気ポート２８ｍから燃焼室２７に供給する希薄混合気に、燃焼室２７の外周部領域３４ａで一定方向の第１スワールＳ１を与えるようになっている。それに対して副吸気ポート２８ｓは、燃焼室２７の中心部領域３４ｂの接線方向を指向するように形成され、これにより、副吸気ポート２８ｓから燃焼室２７に供給する濃厚混合気に中心部領域３４ｂで第１スワールＳ１と同方向の第２スワールＳ２を与えるようになっている。前記外周部領域３４ａ及び中心部領域３４ｂ間を仕切るように、ピストン２５の頂面には環状凸壁３４が一体に突設されると共に、この環状凸壁３４内は、外周部領域３４ａより深いキャビティ２５ａに形成される。

前記主吸気弁２９ｍ、副吸気弁２９ｓ及び排気弁２９ｅには、これらを閉じ方向に付勢する弁ばね３０ｍ，３０ｓ，３０ｅがそれぞれ装着される。そして、これら弁ばね３０ｍ，３０ｓ，３０ｅと協働する動弁装置３５により、図１５に示す弁開閉特性で主吸気弁２９ｍ、副吸気弁２９ｓ及び排気弁２９ｅは開閉駆動される。

その動弁装置３５について、図２、図３、図５〜図１３を参照しながら説明する。

先ず図２、図３及び図５において、動弁装置３５は、クランク軸１２と平行にシリンダヘッド５に支承されカム軸３６と、クランク軸１２及びカム軸３６間を連結するタイミング伝動装置３７とを備える。

タイミング伝動装置３７は、クランク軸１２に固着される歯付きの駆動プーリ４５と、カム軸３６に固着される歯付きで、その歯数が駆動プーリ４５より１／２である従動プーリ４６と、これら駆動及び従動プーリ４５，４６に巻き掛けられる無端のタイミングベルト４７とで構成される。而して、クランク軸１２の回転は、このタイミング伝動装置３７により１／２に減速されてカム軸３６に伝達される。

カム軸３６には、主吸気カム３６ｍ、副吸気カム３６ｓ及び排気カム３６ｅが設けられ、主吸気カム３６ｍ及び主吸気弁２９ｍ間が主吸気ロッカアーム３８ｍにより、また副吸気カム３６ｓ及び副吸気弁２９ｓ間が副吸気ロッカアーム３８ｓにより、また排気カム３６ｅ及び排気弁２９ｅ間が排気ロッカアーム３８ｅによりそれぞれ連接される。上記三本のロッカアーム３８ｍ，３８ｓ，３８ｅは、シリンダヘッド５に支持される共通一本のロッカ軸４０に揺動自在に支承される。

カム軸３６は、その一端部がボールベアリング４１を介してシリンダヘッド５に支持され、その他端部は、シリンダヘッド５と一体に形成された軸受ボス４２により支持される。このカム軸３６に、ボールベアリング４１側から順に、排気カム３６ｅ、主吸気カム３６ｍ及び副吸気カム３６ｓが設けられる。その際、排気カム３６ｅは、カム軸３６に一体に形成され、主吸気カム３６ｍは、カム軸３６に回転自在に嵌合され、副吸気カム３６ｓは、カム軸３６に圧入固定される筒軸４４に一体に形成される。この筒軸４４が前記軸受ボス４２に直接支持される。

図５及び図６に示すように、カム軸３６の、ボールベアリング４１外に突出する一端部に前記従動プーリ４６が固着される。この従動プーリ４６の側壁には、カム軸３６を取り囲むように略Ｕ字状に形成される遠心重錘５１の一端部が枢軸５２を介して支持される。遠心重錘５１は、その内周面がカム軸３６の外周面に当接する収縮位置Ａ（図６参照）と、その外周面が従動プーリ４６のリム部内周面に当接する拡張位置Ｂ（図７参照）との間を枢軸５２周りに揺動するようになっており、この遠心重錘５１を収縮位置Ａ側に所定のセット荷重をもって付勢する第１戻しばね５３が遠心重錘５１の係止孔５４と従動プーリ４６の係止ピン５５との間に縮設される。上記遠心重錘５１及び第１戻しばね５３とで、後述する制御軸５７を駆動する遠心機構５０が構成される。

一方、カム軸３６の中心部に、その全長に亙り形成される軸孔３６ａには制御軸５７が回転自在に嵌合され、この制御軸５７は、外端が従動プーリ４６との対応位置から始まって内端が主吸気カム３６ｍとの対応位置で終わるように延びている。この制御軸５７には、カム軸３６の周方向に延びる長孔５８を貫通してその半径方向外方に突出する作動レバー５９が固設されており、この作動レバー５９は、遠心重錘５１に形成される一対の挟み腕６０，６０間に係合される。

而して、図６及び図１４に示すように、遠心重錘５１は、機関回転数の上昇に応じて収縮位置Ａから拡張位置Ｂへと回動するとき、制御軸５７を初期位置Ｌ、第１回動位置Ｍ（機関回転数がアイドリング回転数Ｎｉより若干低いデコンプ終了回転数Ｎｄのとき）及び第２回動位置Ｎ（機関回転数が所定の高速回転数Ｎｈ以上のとき）へと回動するようになっている。

また制御軸５７の外周面には、主吸気カム３６ｍのベース面との対応位置に、互いに位相を異にする第１及び第２カム凹部６３ａ，６３ｂが形成され、さらに制御軸５７の内端には、その外周面に近接した偏心位置にカム軸３６の軸線と平行するシフトピン６２が一体に突設される。

図５及び図８に示すように、前記排気カム３６ｅのベース面の一部に、互いに位相を異にする第１及び第２凹部６１ａ，６１ｂが設けられ、これら第１及び第２凹部６１ａ，６１ｂの各底面から前記軸孔３６ａに達する半径方向の第１及び第２第２ガイド孔６４ａ，６４ｂがカム軸３６に穿設され、これら第１及び第２ガイド孔６４ａ，６４ｂに第１及び第２リフトピン６５ａ，６５ｂが摺動自在に嵌合される。

第１及び第２リフトピン６５ａ，６５ｂは、第１及び第２凹部６１ａ，６１ｂの底面に対向するフランジ６６ａ，６６ｂをそれぞれ中間部に有しており、第１リフトピン６５ａは、内端を第１ガイド孔６４ａに収めると共に外端を排気カム３６ｅのベース面外方に僅かに突出させる作動位置Ｃ（図８参照）と、フランジ６６ａを第１凹部６１ａの底面に当接して、内端を軸孔３６ａ側に突出させると共に外端を排気弁２９ｅのベース面内方に退去させる休止位置Ｄ（図１２参照）との間を移動し得る。而して、制御軸５７が前記初期位置Ｌを占めるとき、その外周面が第１リフトピン６５ａを作動位置Ｃへ押し上げ、制御軸５７が第１回動位置Ｍに回動すると、第１カム凹部６３ａが第１リフトピン６５ａに対向してその休止位置Ｄへの後退を許容するようになっている。

また第２リフトピン６５ｂは、その第２フランジ６６ｂを第２凹部６１ｂの底面に当接して、内端を軸孔３６ａ側に突出させると共に外端を排気弁２９ｅのベース面内方に退去させる休止位置Ｅ（図８参照）と、内端を第２ガイド孔６４ｂに収めると共に外端を排気カム３６ｅのベース面外方に僅かに突出させる作動位置Ｆ（図１２参照）との間を移動し得る。而して、制御軸５７が第２回動位置Ｎに達する手前までは、第２カム凹部６３ｂが第２リフトピン６５ｂに対向してその休止位置Ｅへの後退を許容し、制御軸５７が第２回動位置Ｎ以上に回動すると、その外周面が第２リフトピン６５ｂを作動位置Ｆへ押し上げるようになっている。

図５、図８及び図１０に示すように、カム軸３６と第１及び第２リフトピン６５ａ，６５ｂとの間には、第１及び第２リフトピン６５ａ，６５ｂをそれぞれ制御軸５７側に付勢する第２戻しばね６７が取り付けられる。この第２戻しばね６７は、カム軸３６の外周に嵌合して排気カム３６ｅ及び主吸気カム３６ｍ間に挟まれるばね材製のリング部６７ｃと、このリング部６７ｃの外周部から第１及び第２凹部６１ａ，６１ｂにそれぞれ収容されるように屈曲したフォーク状の第１及び第２弾性アーム部６７ａ，６７ｂとからなっており、これら第１及び第２弾性アーム部６７ａ，６７ｂが第１及び第２リフトピン６５ａ，６５ｂをそれぞれ跨ぎながらフランジ６６ａ，６６ｂの外端面に弾発的に圧接して、第１及び第２リフトピン６５ａ，６５ｂを第１及び第２ガイド孔６４ａ，６４ｂ側に付勢するようになっている。こうして、単一の第２戻しばね６７により第１及び第２リフトピン６５ａ，６５ｂをそれぞれ制御軸５７側に付勢することができ、しかもその第１及び第２弾性アーム部６７ａ，６７ｂを排気カム３６ｅベース面の狭小な第１及び第２凹部６１ａ，６１ｂに収めて、動弁装置３５のコンパクト化に寄与し得る。

図５及び図９において、主吸気カム３６ｍの内周面には周方向に延びる位置決め溝８３が設けられ、制御軸５７に固設されて半径方向に突出する位置決めピン８４がこの位置決め溝８３に移動可能に係合される。而して、位置決めピン８４が、位置決め溝８３の、カム軸３６回転方向Ｒ前寄りの内端壁８３ａに当接することで主吸気カム３６ｍの低速位相位置が規制され、また位置決めピン８４が、位置決め溝８３の、カム軸３６回転方向Ｒ後寄りの内端壁８３ｂに当接することで、主吸気カム３６ｍの、低速位相位置から一定角度α進角した高速位相位置が規制されるようになっている。

カム軸３６の両壁には、その直径線に沿って並ぶ第１及び第２摺動孔７０ａ，７０ｂが設けられ、これら摺動孔７０ａ，７０ｂに亙ってスライダ８０が摺動自在に嵌合される。このスライダ８０の両端に第１及び第２キー部材７２ａ，７２ｂが取り付けられる。

図９及び図１１に示すように、スライダ８０は、第１及び第２摺動孔７０ａ，７０ｂに亙って摺動自在に嵌合する連結筒７９と、この連結筒７９の両端に一体的に形成した一対のばね座７８，７８とで構成され、一方のばね座７８に第１キー部材７２ａが、他方のばね座７８に第２キー部材７２ｂがそれぞれ次のように取り付けられる。

各キー部材７２ａ，７２ｂは、半球状頭部７３と、この係合頭部７３の内端から突出する杆部７４とで構成されており、その杆部７４が対応するばね座７８を摺動可能に嵌合され、その先端部には、連結筒７９内でばね座７８に当接し得るストッパ環７６が係止される。したがって、スライダ８０と各キー部材７２ａ，４２ｂとの間には、ストッパ環７６がばね座７８に当接する位置を限界として、スライダ８０の摺動方向に沿う一定の遊びが設けられる。そして、各キー部材７２ａ，４２ｂの半球状頭部７３と対応するばね座７８との間には、キー部材７２ａ，４２ｂをスライダ８０に対して外方に付勢するばね７７が縮設される。

スライダ８０の連結筒７９の中央部一側壁には、前記シフトピン６２が係合する連結溝８１が設けられ、前記制御軸５７が初期位置Ｌと第２回動位置Ｎとの間を回動するとき、シフトピン６２がスライダ８０を第１摺動位置Ｇと第２摺動位置Ｈとの間でシフトさせるようになっている。

前記ストッパ環７６はＣ型もしくはＥ型のクリップで構成され、このストッパ環７６の杆部７４への装着を可能にするため、連結筒７９の両端部の側壁にスリット７２，７２が設けられる。

一方、主吸気カム３６ｍの内周面には、該カム３６ｍが前記低速位相位置を占めるとき第１キー部材７２ａの半球状頭部７３と対向する第１カム溝７１ａと、該カム３６ｍが前記高速位相位置を占めるとき第２キー部材７２ｂの半球状頭部７３と対向する第２カム溝７１ｂとが形成される。これらカム溝７１ａ，７１ｂは、対応するキー部材７２ａ，７２ｂの半球状頭部７３との係合により主吸気カム３６ｍを低速位相位置もしくは高速位相位置に誘導保持し得るよう、横断面が略半円筒状に形成される。

而して、制御軸５７が前記初期位置Ｌ及び第２回動位置Ｎ間を回動するとき、シフトピン６２がスライダ８０を第１及び第２摺動位置Ｇ、Ｈ間でシフトさせ、第１及び第２キー部材７２ａ，７２ｂが第１及び第２カム溝７１ａ，７１ｂに交互に係合・離脱させるようになっている。各キー部材７２ａ，７２ｂの対応するカム溝７１ａ，７１ｂからの離脱は、スライダ８０が対応するキー部材７２ａ，４２ｂのストッパ環７６を強制的に内方に引き寄せることにより行われ、また各キー部材７２ａ，７２ｂの対応するカム溝７１ａ，７１ｂへの係合は、スライダ８０がばね７７を介して対応するキー部材７２ａ，７２ｂを外方に押圧することにより行われる。

ところで、上記制御軸５７、シフトピン６２、スライダ８０、ばね７７，７７は、遠心重錘５１が収縮位置Ａ及び拡張位置Ｂ間を揺動するとき、第１及び第２キー部材７２ａ，７２ｂが第１及び第２カム溝７１ａ，７１ｂに交互に係合・離脱させる切換機構８５を構成する。

次に、この実施例の作用について説明する。

スタータ２３の作動による内燃機関Ｅのクランキング時には、機関回転数はデコンプ終了回転数Ｎｄを超えないから、遠心重錘５１は第１戻しばね５３のセット荷重により収縮位置Ａに保持され、これに伴い制御軸は初期位置Ｌに保持されて、第１リフトピン６５ａを作動位置Ｃ（図８参照）に制御する。したがって、排気カム３６ｅのベース面より僅かに突出した第１リフトピン６５ａの外端が圧縮行程で排気ロッカアーム３８ｅを僅かに押し上げて排気弁２９ｅを微小開度開くことになる。その結果、シリンダボア３ａ内の圧縮ガスの一部が排気ポート２８ｅへ排出され、その圧縮圧力の上昇が抑えられるため、スタータ２３の操作荷重を軽減し、機関Ｅを軽快に始動することができる。

始動後、機関回転数がデコンプ終了回転数Ｎｄ以上になると、遠心重錘５１が第１戻しばね５３のセット荷重に抗して回動し始め、制御軸５７を第１回動位置Ｍまで回動すると、第１リフトピン６５ａは第１弾性アーム部６７ａの付勢力で休止位置Ｄ（図１２参照）に後退し、排気カム３６ｅのベース面から退去することになる。したがって、その後、機関回転数がアイドリング回転数Ｎｉ以上且つ所定の高速回転数Ｎｈ未満となる機関Ｅの低速運転領域では、第２リフトピン６５ｂも休止位置Ｅに保持され、また第１キー部材７２ａの第１カム溝７１ａへの係合により主吸気カム３６ｍは低速位相位置に保持されているので、図１５に示すように、カム軸３６の回転により、排気弁２９ｅ、主吸気弁２９ｍ及び副吸気弁２９ｓが順次開閉される。

特に、吸気行程が始まると、先ず主吸気弁２９ｍが開くので、希薄混合気が主吸気ポート２８ｍから燃焼室２７に導入される。このとき、希薄混合気は、ヘリカル形状の主吸気ポート２８ｍにより誘導されて燃焼室２７の外周部領域３４ａで一定方向の第１スワールＳ１を発生する。副吸気弁２９ｓは、吸気行程の後半に開き始め、その開きは、吸気行程の終了時期に主吸気弁２９ｍが閉じ終わっても継続し、燃焼室２７の残留負圧が無くなる圧縮行程の前半で閉じる。これによって濃厚混合気が副吸気ポート２８ｓから燃焼室２７の中心部領域３４ｂに供給される。副吸気ポート２８ｓは、第１スワールＳ１の方向に向かうべく中心部領域３４ｂの接線方向を指向するので、中心部領域３４ｂでは濃厚混合気が第１スワールＳ１と同方向の第２スワールＳ２を発生させることになる。このように、濃厚混合気の第２スワールＳ２は、希薄混合気の第１スワールＳ１よりも遅く発生することで、希薄混合気と濃厚混合気との混合を極力回避することができる。

しかも、燃焼室２７においては、外周部領域３４ａと、これに囲繞される中心部領域３４ｂとが、ピストン２５の環状凸壁３４により区画されると共に、中心部領域３４ｂ内は、外周部領域３４ａよりも深いキャビティ２５ａに形成されているので、環状凸壁３４により希薄混合気及び濃厚混合気の混合を防ぐと共に、キャビティ２５ａにより濃厚混合気を保持することにより、圧縮行程の後半でも両混合気の混合を回避することができる。また希薄混合気の第１スワールＳ１と濃厚混合気の第２スワールＳ２とが同一方向を取ることも、スワール相互の干渉を防ぎ、両混合気の混合を回避する上で有効である。

こうして、中心部領域３４ｂの濃厚混合気は、外周部領域３４ａの希薄混合気により希薄化されることなく、圧縮行程の終わりを迎えるので、点火プラグ３９の点火時には、的確に着火することができ、その結果、発生する火炎により希薄混合気を確実に燃焼させ、安定した成層燃焼を行うことができ、低燃費性の向上を図ることができる。

ところで、機関の始動状態ないし低速運転状態においては、カム軸３６と一体回転する位置決めピン８４は、主吸気カム３６ｍの位置決め溝８３の、カム軸３６回転方向Ｒ前寄りの内端面８３ａに当接しているので、カム軸３６の回転トルクを位置決めピン８４を介して主吸気カム３６ｍに伝達することになり、第１キー部材７２ａと第１カム溝７１ａとの係合力が弱くとも、カム軸３６は主吸気カム３６ｍを確実に駆動回転することができる。

機関回転数が所定の高速回転数Ｎｈ以上となる機関Ｅの高速運転状態では、遠心重錘５１は拡張位置Ｂ（図７参照）まで回動して制御軸５７を第２回動位置Ｎへと回動するので、第２リフトピン６５ｂを作動位置Ｆ（図１２参照）に制御して、その外端を排気カム３６ｅのベース面より僅かに突出させる。したがって、第２リフトピン６５ｂの外端は、吸気行程ないし圧縮行程初期でリフトピン６４が排気ロッカアーム３８ｅを介して排気弁２９ｅを僅かに開くので、排気ポート２８ｅ内の残留排ガスが燃焼室２７に適量吸入される。つまりＥＧＲ（排気還流）が行われるため、膨張行程での燃焼温度の過度の上昇を抑制し、ＮＯｘの発生を防ぐことができる。

また制御軸５７の第２回動位置Ｎへの回動によれば、シフトピン６２がスライダ８０を第２摺動位置Ｈにシフトするため、スライダ８０は、第１キー部材７２ａを第１カム溝７１ａから離脱させると共に、第２キー部材７２ｂ側のばね７７を圧縮しながら第２キー部材７２ｂを第２カム溝７１ｂ側に押圧する。即ち、スライダ８０は、先ず第２摺動位置Ｈへの移動により第１キー部材７２ａを第１カム溝７１ａから離脱させ、次いで圧縮された上記ばね７７の弾発力により第２キー部材７２ｂの半球状頭部７３が第２カム溝７１ｂの端縁を押圧しながら第２カム溝７１ｂに確実に係合して、主吸気カム３６ｍをスムーズに、低速位相位置から所定角度α進角した高速位相位置（図１３参照）へと誘導し、保持することができる。

而して、この高速位相の主吸気カム３６ｍは、主吸気弁２９ｍの開閉タイミングを所定角度α進角させることになるから、排気弁２９ｅ及び主吸気弁２９ｍの弁重合期間が増加し、排気慣性を利用して燃焼室２７の掃気を促進しつゝ充填効率を高め、機関出力の増強を図ることができる。主吸気カム３６ｍが高速位置に回動したときは、位置決めピン８４は、位置決め溝８３の、カム軸３６回転方向Ｒご寄りの内端面８３ｂに当接して、主吸気カム３６ｍの過回動を防ぐことになる。

機関Ｅが高速運転状態から低速運転状態に移る場合には、上記と反対の作用により、主吸気カム３６ｍは高速位相位置から低速位相位置へと制御されることは明らかであろう。

このように、遠心重錘５１により駆動される単一の制御軸５７により、排気カム３６ｅに設けられる第１及び第２リフトピン６５ａ，６５ｂを順次作動することにより、動弁装置３５はデコンプ機能及び排気還流機能を発揮することができ、その構造は簡単で安価に提供することができる。

さらに遠心重錘５１の揺動により、切り換え機構８５を介して第１及び第２キー部材７２ａ，７２ｂを第１及び第２カム溝７１ａ，７１ｂに交互に係合、離脱させて、主吸気カム３６ｍの位相を切り換え、主吸気弁２９ｍの開閉タイミングを変更するようにしたので、その構造も簡単であり、安価に提供することができる。

尚、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、弁の位相切り換えは、主吸気弁２９ｍに限らず、排気弁２９ｅにも適用することができ、勿論、通常タイプの内燃機関の吸気弁にも適用可能である。

本発明の実施例に係る内燃機関の破断側面図（図２の１−１線断面図）。 図１の２−２線断面図。 図２の３−３線拡大断面図。 燃焼室に対する主、副吸気ポート及び排気ポートの配置図。 図２の動弁装置部の拡大図。 機関の始動状態で示す、図５の６−６線断面図。 機関の高速運転状態で示す、図６との対応図。 機関の始動状態（デコンプ状態）で示す、図５の８−８線断面図。 主吸気カムの低速位相状態で示す、図５の９−９線断面図。 動弁装置のリフトピン用戻しばねの斜視図。 動弁装置における弁開閉タイミング可変機構の要部分解平面図。 機関の高速運転状態（ＥＧＲ状態）を示す、図８との対応図。 主吸気カムの高速位相状態を示す、図９との対応図。 機関回転数（遠心重錘位置）と制御軸の回動位置との関係を示す線図。 動弁装置の弁開閉タイミング線図。

Ａ・・・・・遠心重錘の収縮位置
Ｂ・・・・・遠心重錘の拡張位置
Ｇ・・・・・スライダの第１摺動位置
Ｈ・・・・・スライダの第２摺動位置
２９ｍ・・・弁（主吸気弁）
３５・・・・動弁装置
３６・・・・カム軸
３６ｍ・・・カム（主吸気カム）
４６・・・・カム軸と一体回転する回転部材（従動プーリ）
５１・・・・遠心重錘
７１ａ，７１ｂ・・・第１、第２カム溝
７２ａ，７２ｂ・・・第１、第２キー部材
７７・・・・ばね
８０・・・・スライダ
８３・・・・位置決め溝
８４・・・・位置決めピン
８５・・・・切換機構

Claims (3)

1. クランク軸（１２）より駆動されるカム軸（３６）上のカム（３６ａ）の回転により機関弁（２９ｍ）を開閉するようにした、内燃機関の動弁装置であって、
   カム軸（３６）にカム（３６ｍ）を、このカム（３６ｍ）が所定の低速位相位置と、この低速位相位置から一定角度（α）進角した高速位相位置との間を回動し得るように嵌合し、カム軸（３６）もしくはカム軸（３６）と一体回転する回転部材（４６）に、機関回転数の上昇に応じて収縮位置（Ａ）から拡張位置（Ｂ）に向かって揺動する遠心重錘（５１）を軸支し、この遠心重錘（５１）及びカム（３６ｍ）間を、を前記カム（３６ｍ）に、遠心重錘（５１）の収縮位置（Ａ）から拡張位置（Ｂ）への揺動に応じてカム（３６ｍ）を低速位相位置から高速位相位置へ回動させる切換機構（８５）を介して連結したものにおいて、
   前記切換機構（８５）は、
   カム軸（３６）に取り付けられると共に遠心重錘（５１）の収縮位置（Ａ）及び拡張位置（Ｂ）への揺動に連動して、カム軸（３６）の直径方向で第１摺動位置（Ｇ）及び第２摺動位置（Ｈ）間を摺動するスライダ（８０）と、
   このスライダ（８０）の両端に取り付けられる第１及び第２キー部材（７２ａ，７２ｂ）と、
   カム（３６ｍ）の内周面に形成され、スライダ（８０）が第１摺動位置（Ｇ）にあるとき第１キー部材（７２ａ）が係合してカム（３６ｍ）を低速位相位置に誘導保持する第１カム溝（７１ａ）と、
   スライダ（８０）が第２摺動位置（Ｈ）にあるとき第２キー部材（７２ｂ）が係合してカム（３６ｍ）を高速位相位置に誘導保持する第２カム溝（７１ｂ）とで構成されることを特徴とする、内燃機関の動弁装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の動弁装置において、
   スライダ（８０）と、第１及び第２キー部材（７２ａ，７２ｂ）との各間に、スライダ（８０）の摺動方向に沿う一定の遊びを設けると共に、スライダ（８０）に対して各キー部材（７２ａ，７２ｂ）を外方に付勢するばね（７７，７７）を介装したことを特徴とする、内燃機関の動弁装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の動弁装置において、
   カム軸（３６）及びカム（３６ｍ）の一方に周方向の位置決め溝（８３）を形成し、それらの他方には、位置決め溝（８３）の一方の内端壁（８３ａ）に当接してカム（３６ｍ）の低速位相位置を規定し、この位置決め溝（８３）の他方の内端壁（８３ｂ）に当接してカム（３６ｍ）の低速位相位置を規定する位置決めピン（８４）を固設したことを特徴とする、内燃機関の動弁装置。

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