JP5142896B2 - 予混合圧縮自着火式内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、動弁カム軸に、第１吸気カムと、この第１吸気カムよりリフトが低い第２吸気カムとを併設し、これら第１吸気カム及び第２吸気カムの一方の作動を交互に選択し、その選択した吸気カムの作動により吸気弁を開閉するようにした内燃機関の可変動弁装置の改良の改良に関する。

かゝる内燃機関の可変動弁装置は、下記特許文献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

本発明は、特に予混合圧縮自着火式の内燃機関の可変動弁装置において、その構造の簡素化を図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、第１吸気カムを動弁カム軸に相対回転可能に設ける一方、その第１吸気カムよりも低リフトの第２吸気カムと、排気弁を開閉する排気カムとを動弁カム軸に固設し、第１吸気カムには、この第１吸気カムを動弁カム軸に連結して該第１吸気カムを作動させる作動モードと、第２吸気カムを作動させるべく前記連結を解除する不作動モードとに交互に切り換え得るモード切換装置を連結し、そのモード切換装置のモード切換えにより作動を選択された一方の吸気カムにより吸気弁を開閉する、電気点火可能な予混合圧縮自着火式内燃機関であって、前記モード切換装置が、内燃機関の始動及び暖機運転時には前記作動モードとなり、また内燃機関の暖機完了後には前記不作動モードとなるように制御されるものにおいて、前記モード切換装置は、アクチュエータと、動弁カム軸中心部のロッドガイド孔に摺動自在に嵌挿されて、前記アクチュエータにより作動位置及び不作動位置間でシフトされる制御ロッドと、第１吸気カムに設けられる連結部と、前記制御ロッドの外周面に突設されて、該制御ロッドの作動位置では前記連結部に係合して動弁カム軸及び第１吸気カム間を連結し、該制御ロッドの不作動位置では前記連結部から離脱して第１吸気カムを動弁カム軸との連結から解放する連結ピンとで構成されていて、該制御ロッドが前記作動位置に在るときに前記作動モードに、また前記不作動位置に在るときに前記不作動モードにそれぞれ切換えられ、排気カムには、そのベース円部外方に突出して排気弁を、排気カムの通常リフトより小さいリフトで開放し得る突出位置と、そのベース円部内方に退去する退去位置との間を移動する排気還流カムが設けられると共に、この排気還流カムと前記制御ロッドとの間が、前記作動モード時には該排気還流カムを退去位置に、また前記不作動モード時には該排気還流カムを突出位置にそれぞれシフトするように連動、連結されることを第１の特徴とする。

さらに、本発明は、第１の特徴に加えて、第１吸気カム及び排気弁は、これら弁により吸気弁及び排気弁を開閉するとき、各々の開弁期間が一定期間重なるオーバーラップが発生するように構成され、また第２吸気カム及び排気弁は、これら弁により吸気弁及び排気弁を開閉するとき、前記オーバーラップが極小もしくはゼロとなるか、又は吸気弁の開き時期と排気弁の閉じ時期とが一定期間離れるネガティブオーバーラップが発生するように構成されることを第２の特徴とする。

さらにまた、本発明は、第２の特徴に加えて、前記第１吸気カムを、これによる前記吸気弁の閉じ時期が圧縮行程後半にくるように形成して、圧縮行程で燃焼室から吸気ポートへの吸気吹き戻しが生じるようにしたことを第３の特徴とする。

本発明の第１，第２の各特徴によれば、モード切換装置により、第１吸気カムを動弁カム軸に連結する作動モードと、その連結を解除する不作動モードとを交互に切り換えるという、簡単な構成により、吸気弁に対する第１吸気カム及び第２吸気カムの一方の作動を交互に選択して、吸気弁に機関の運転状況に応じた所望の開弁リフトや開閉タイミングを付与することができる。特に本発明では、電気点火可能な予混合圧縮自着火式内燃機関において、機関の始動及び暖機運転時には、第１吸気カムを作動モードに保持できるので、吸気弁及び排気弁に、内燃機関の火花点火運転に適したオーバーラップ特性を付与することができ、また内燃機関の暖機運転終了後には、第１吸気カムを不作動モードに切換えて第２吸気カムを作動させるので、その第２吸気弁及び排気カムによって吸気弁及び排気弁に、内燃機関の予混合圧縮自着火運転に適したオーバーラップ特性を付与することができる。

またモード切換装置では、動弁カム軸中心部のロッドガイド孔に制御ロッドを嵌挿し、この制御ロッドをアクチュエータにより往復作動することにより、連結ピンを、第１吸気カムの連結部に係合、離脱させて、第１吸気カムに、作動モード及び不作動モードを交互に与えることができる。しかも、制御ロッドを動弁カム軸内のロッドガイド孔に配設したことで、モード切換装置のコンパクト化を図ることができる。

さらに暖機完了後の予混合圧縮自着火運転状態では、第１吸気カムのみを動弁カム軸に連結するだけで、吸気弁及び排気弁のオーバーラップの期間を極小もしくはゼロ、又はネガティブオーバーラップとすることができる上、排気カムに、制御ロッドの不作動位置への移動に連動して作動する排気還流カムを設けたので、単一の排気カムを使用しながらも排気還流効果を得ることができる。したがって、吸気弁及び排気弁のオーバーラップの期間を極小もしくはゼロ等にすることによる、燃焼室での排ガスの残留不足を補うことができる。

さらに本発明の第３の特徴によれば、始動、暖機運転時の有効圧縮比を、予混合圧縮自着火運転用に設定された高圧縮比より、始動、暖機運転に適する圧縮比に低減することができ、始動、暖機運転を的確に行うことができる。また、暖機運転時には、吸気吹き戻しにより、吸気ポートを加熱することから、次々吸気行程での吸気温度を高めて、機関Ｅの暖機を促進して、その暖機運転時間の短縮を図り、暖機運転から予混合圧縮自着火運転への移行を極力早めることができる。

本発明の実施の形態を、添付図面に示す参考例及び本発明の好適な実施例に基づいて説明する。

図１は第１参考例に係る可変動弁装置を備える予混合圧縮自着火式内燃機関の縦断側面図、図２は図１中の可変動弁装置の斜視図、図３は図２の要部拡大図、図４は図１の４−４線拡大断面図、図５は図４の５−５線断面図、図６は図５の６−６線断面図、図７は図４に対応する作用説明図、図８は上記可変動弁装置における各種カムのリフト特性線図、図９は第２参考例を示す、図８との対応図、図１０は本発明の実施例を示す、図４との対応断面図、図１１は図９の１１−１１線断面図、図１２は図１０に対応する作用説明図、図１３は図１２の１３−１３線断面図、図１４は前記実施例における各種カムのリフト特性線図である。

先ず、図１〜図９に示す第１参考例の説明より始める。

図１及び図２において、予混合圧縮自着火式内燃機関（以下、単に内燃機関という。）Ｅの機関本体１は、クランクケース２、このクランクケース２の上部に連設され、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の上端に接合され、シリンダボア３ａに連なる燃焼室４ａを有するシリンダヘッド４とを備えており、クランクケース２に支持されるクランク軸５にコンロッド６を介して連接されるピストン７がシリンダボア３ａに嵌装される。

シリンダヘッド４には、それぞれ燃焼室４ａに開口する吸気ポート１０ｉ及び排気ポート１０ｅが形成されると共に、これらを開閉する吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅが設けられる。またシリンダヘッド４には、電極を燃焼室４ａに臨ませる点火プラグ１４が螺着される。この内燃機関Ｅの圧縮比は、通常の電気点火式内燃機関より大きく設定される。

さらに、シリンダヘッド４には、吸気ポート１０ｉに吸気道を連ねると共に燃料噴射弁を備えるスロットルボディ（図示せず）が連結され、空気及び燃料の混合気を内燃機関Ｅに供給するようになっている。

前記吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅには、これらを開閉駆動すると共に、これら弁の開弁リフト及び開弁タイミングを制御する可変動弁装置１５が連結される。この可変動弁装置１５について次に説明する。

図１〜図４に示すように、クランク軸５から調時伝動装置８を介して１／２の減速比で駆動される動弁カム軸１６がクランクケース２にベアリング２１，２２（図４参照）を介して回転自在に支持される。上記調時伝動装置８は、クランク軸５及び動弁カム軸１６にそれぞれ固着される駆動ギヤ８ａ及び従動ギヤ８ｂで構成される。

動弁カム軸１６上には、吸気弁１２ｉの開閉を制御する第１吸気カム１７ｉ及び第２吸気カム１８ｉが互いに隣接して、また排気弁１２ｅの開閉を制御する第１排気カム１７ｅ及び第２排気カム１８ｅが互いに隣接して配置される。その際、第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅは、互いに隣接して一体に成形され、もしくは連結されて、動弁カム軸１６に一方向クラッチ１９を介して支持される。この一方向クラッチ１９は、動弁カム軸１６の回転方向（図５参照）において、動弁カム軸１６が第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅに対して先行回転することを許容するが、第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅが動弁カム軸１６に対して先行回転することを阻止するようになっている。

また第２吸気カム１８ｉは、第１吸気カム１７ｉの外端面に隣接して動弁カム軸１６に圧入等に一体的に結合され、第２排気カム１８ｅは、第１排気カム１７ｅの外端面に隣接して動弁カム軸１６に圧入等に一体的に結合される。動弁カム軸１６の一端部には、前記調時伝動装置８の従動ギヤ８ｂがスプライン嵌合して固着される。

図８に、上記第１、第２吸気カム１７ｉ，１８ｉ、並びに第１、第２排気カム１７ｅ，１８ｅのリフト特性線図、換言すれば吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開弁特性が示される。それから明らかなように、第２吸気カム１８ｉのプロファイルは、第１吸気カム１７ｉのプロファイルの範囲に収まっており、また第１吸気カム１７ｉは、第２吸気カム１８ｉよりノーズ部の高さが大きく、さらに第２吸気カム１８ｉのノーズ部の頂点は、第１吸気カム１７ｉのノーズ部の頂点よりクランク角上、一定角度θｉ進角している。

また、第２排気カム１８ｅのプロファイルは、第１排気カム１７ｅのプロファイルの範囲に収まっており、また第１排気カム１７ｅは、第２排気カム１８ｅよりノーズ部の高さが大きく、さらに第２排気カム１８ｅのノーズ部の頂点は、第１排気カム１７ｅのノーズ部の頂点よりクランク角上、一定角度θｅ遅角している。

さらに、第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅが吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開閉を支配するときは、吸気弁１２ｉの開き時期と排気弁１２ｅの閉じ時期とが前後して、両弁１２ｉ，１２ｅ開弁期間が一定期間α重なるオーバーラップが生じるようになっている。即ち、吸気弁１２ｉは上死点前に開き始め、排気弁１２ｅは上死点後に閉じ終わるようになっている。

また第２吸気カム１８ｉ及び第２排気カム１８ｅが吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開閉を支配するときは、吸気弁１２ｉの開き時期と排気弁１２ｅの閉じ時期とが一定期間β離れるネガティブオーバーラップが生じるようになっている。即ち、吸気弁１２ｉは上死点後に開き始め、排気弁１２ｅは上死点前に閉じ終わるようになっている。

再び図２〜図４において、動弁カム軸１６に平行して支持軸２０が機関本体１に回転自在に支持され、この支持軸２０には吸気リフタ２５ｉ及び排気リフタ２５ｅが揺動自在に支持され、吸気リフタ２５ｉは、そのスリッパ部２５ａを第１吸気カム１７ｉ及び第２吸気カム１８ｉの両外周面に摺接可能に配置され、その排気リフタ２５ｅは、そのスリッパ部２５ａを第１排気カム１７ｅ及び第２排気カム１８ｅの両外周面に摺接可能に配置される。

一方、シリンダヘッド４には、吸気及び排気弁１２ｉ，１２ｅの各上端に各一端部を当接させる吸気及び排気ロッカアーム２７ｉ，２７ｅが揺動自在に軸支され、これら吸気及び排気ロッカアーム２７ｉ，２７ｅの各他端部に、吸気及び排気プッシュロッド２８ｉ，２８ｅを介して上記吸気及び排気リフタ２５ｉ，２５ｅが連接され、吸気及び排気リフタ２５ｉ，２５ｅの揺動と、吸気及び排気弁１２ｉ，１２ｅにそれぞれ装着された弁ばね２９ｉ，２９ｅとの協働により吸気及び排気弁１２ｉ，１２ｅを開閉するようになっている。

図４〜図７において、第１排気カム１７ｅの、第２排気カム１８ｅに対向する端面には、連結突起３０ａを残して優弧状の連結凹部３０が、また第２排気カム１８ｅの、第１排気カム１７ｅに対向する端面には逃がし凹部３１がそれぞれ形成される。

動弁カム軸１６の中心部には、一端が閉じ栓３２で閉鎖され、他端が開放される軸方向のロッドガイド孔３３が、またその軸方向中間部には、ロッドガイド孔３３を動弁カム軸１６の外周面に連通する軸方向の長孔３４がそれぞれ形成され、そのロッドガイド孔３３には制御ロッド３５が摺動自在に嵌挿され、この制御ロッド３５の中間部には、その外周面から突出して前記長孔３４を貫通し、そして前記連結凹部３０及び逃がし凹部３１に交互に進入し得る連結ピン３６が固設される。閉じ栓３２には、制御ロッド３５の摺動時、ロッドガイド孔３３内の空気の出入りを許す通気孔３２ａが設けられる。

制御ロッド３５は、連結ピン３６を連結凹部３０に進入させる作動位置Ａ（図４及び図５参照）と、連結ピン３６を連結凹部３０から離脱させて逃がし凹部３１に進入させる不作動位置Ｂ（図７参照）との間でシフトされるもので、そのシフトのために、制御ロッド３５にロッド戻しばね３７と電磁アクチュエータ３９とが連結される。そのロッド戻しばね３７は、閉じ栓３２と制御ロッド３５の内端との間において、制御ロッド３５を前記不作動位置Ｂ側に弾発付勢するように縮設され、電磁アクチュエータ３９は機関本体１に取り付けられ、その出力プランジャ３９ａを、制御ロッド３５の、ロッドガイド孔３３から突出する外端に出力プランジャ３９ａを相対回転可能に当接させる。而して、電磁アクチュエータ３９の作動時には、出力プランジャ３９ａがロッド戻しばね３７の付勢力に抗し軸方向に前進して制御ロッド３５を作動位置Ａにシフトする。

図５及び図６に示すように、連結ピン３６が連結凹部３０側にシフトされ、第１排気カム１７ｅに対し動弁カム軸１６の回転方向に沿って回転して、連結凹部３０に臨む連結突起３０ａに当接すると、動弁カム軸１６の回転がこの連結ピン３６を介して第１排気カム１７ｅ及び第１吸気カム１７ｉに伝達されるようになり、この状態が第１吸気及び排気弁１２ｉ，１２ｅの作動モードとなる。

第２排気カム１８ｅの端面に形成される逃がし凹部３１は環状をなしていて、連結凹部３０から離脱した連結ピン３６を収容するものであり、連結ピン３６の連結凹部３０からの離脱によれば、第１吸気及び排気カム１７ｉ，１７ｅは、動弁カム軸１６との連結を解かれて自由になり、この状態が第１吸気及び排気カム１７ｉ，１７ｅの不作動モードとなる。

而して、上記電磁アクチュエータ３９、ロッド戻しばね３７、制御ロッド３５、連結ピン３６、連結凹部３０及び逃がし凹部３１は、第１吸気及び排気カム１７ｉ，１７ｅの状態を作動モードと不作動モードとに交互に切換えるモード切換装置４０を構成する。

電磁アクチュエータ３９には、その作動を制御する電子制御ユニット４２が接続される。この電子制御ユニット４２は、機関温度、例えば機関本体１のウォータジャケットの水温を検出する温度センサ４３の出力信号を受けて、機関温度が所定値未満の低温域にあると判別したときは、電磁アクチュエータ３９及び点火プラグ１４を共に作動状態に制御し、内燃機関Ｅの温度が所定値以上の高温域にあると判別したときは、電磁アクチュエータ３９及び点火プラグ１４を共に不作動状態に制御するようになっている。

この参考例の作用について説明する。

内燃機関Ｅの始動及び暖機運転時には、機関温度は所定の低温域にあるから、電子制御ユニット４２は、電磁アクチュエータ３９を作動状態にすると共に点火プラグ１４をも作動状態にする。この電磁アクチュエータ３９の作動により制御ロッド３５は、図４に示すように、ロッド戻しばね３７の付勢力に抗して作動位置Ａにシフトされ、連結ピン３６を第１排気カム１７ｅの連結凹部３０に係合させる。そして、この連結ピン３６を連結凹部３０の起立面３０ａに当接させたとき、第１排気カム１７ｅは、この連結ピン３６を介して動弁カム軸１６と連結状態となる。この第１排気カム１７ｅには、第１吸気カム１７ｉが一体に連結されているから、これら第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅと、動弁カム軸１６に固設されている第２吸気カム１８ｉ及び第２排気カム１８ｅとは、動弁カム軸１６と一体になって回転することになる。しかしながら、第１及び第２吸気カム１７ｉ，１８ｉは、ベース円部では互いに面一になっているが、ノーズ部では、第１吸気カム１７ｉの方が第２吸気カム１８ｉより高くなっており、同じく第１及び第２排気カム１７ｅ，１８ｅは、ベース円部では互いに面一になっているが、ノーズ部では、第１排気カム１７ｅの方が第２排気カム１８ｅより高くなっているため、第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅが優先的に吸気リフタ２５ｉ及び排気リフタ２５ｅを揺動させて、吸気及び排気プッシュロッド２８ｉ，２８ｅを上下動させ、吸気及び排気ロッカアーム２７ｉ，２７ｅを介して吸気及び排気弁１２ｉ，１２ｅを開閉することになる。

尚、連結ピン３６が連結凹部３０の起立面３０ａに当接したとき、当接衝撃により、第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅが動弁カム軸１６に対して先行回転しようとしても、そのような先行回転は、第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅと動弁カム軸１６との間に介装される一方向クラッチ１９により阻止されるので、連結ピン３６と連結凹部３０の起立面３０ａとの当接状態を確実に保持することができる。

このように、内燃機関Ｅの始動及び暖機運転時には、第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅが吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開閉を支配するので、前述のように、吸気弁１２ｉの開き時期と排気弁１２ｅの閉じ時期とが前後して、両弁１２ｉ，１２ｅ開弁期間が一定期間α重なるオーバーラップが生じるようになり、吸気行程での掃気を確実に行わせ、点火プラグ１４による火花点火によって、スムーズな始動及び暖機運転を可能にする。

内燃機関Ｅの暖機運転が終了すると、機関温度は所定の高温域に入るから、電子制御ユニット４２は、電磁アクチュエータ３９を不作動状態にすると共に点火プラグ１４をも不作動状態にするので、機関Ｅを、電気点火運転から予混合圧縮自着火運転へと移すことになる。

而して、電磁アクチュエータ３９が不作動状態になると、制御ロッド３５は、図７に示すように、ロッド戻しばね３７の付勢力をもって不作動位置Ｂにシフトされ、連結ピン３６を前記連結凹部３０から離脱させると同時に、第２排気カム１８ｅの逃がし凹部３１に収容させる。その結果、両者一体の第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅは、動弁カム軸１６との連結を解かれ、最早、吸気リフタ２５ｉ及び排気リフタ２５ｅを揺動し得なくなるため、今度は、動弁カム軸１６と一体回転する第２吸気カム１８ｉ及び第２排気カム１８ｅが、吸気リフタ２５ｉ及び排気リフタ２５ｅを揺動させて、吸気及び排気プッシュロッド２８ｉ，２８ｅを上下動させ、吸気及び排気ロッカアーム２７ｉ，２７ｅを介して吸気及び排気弁１２ｉ，１２ｅを開閉することになる。

このように予混合圧縮自着火運転状態では、第２吸気カム１８ｉ及び第２排気カム１８ｅが吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開閉をそれぞれ支配するので、前述のように、吸気弁１２ｉの開き時期と排気弁１２ｅの閉じ時期とが一定期間β離れるネガティブオーバーラップが生じるようになり、内燃機関Ｅのポンピングロスを減少させて低燃費性を向上を向上させると共に、排気行程で燃焼室４ａ内に既燃ガスを残留させることができる。この残留既燃ガスは、次の吸気行程で新規の混合気に混合して、その混合気温度を効果的に高め、予混合圧縮自着火を確実にすると共に、その混合気の燃焼時にはＮＯｘの発生を抑えることに寄与する。

ところで、可変動弁装置１５では、モード切換装置４０により、第１吸気及び排気カム１７ｉ，１７ｅを動弁カム軸１６に連結する作動モードと、それらの連結を解除する不作動モードとを交互に切り換えるという、簡単な構成により、吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅに対する第１吸気及び排気カム１７ｉ，１７ｅ及び第２吸気及び第２排気カム１７ｉ，１７ｅの一方の作動を交互に選択して、吸気及び排気弁１２ｉ，１２ｅに機関Ｅの運転状況に応じた所望の開弁リフトや開閉タイミングを付与することができる。しかも、制御ロッド３５を動弁カム軸１６内のロッドガイド孔３３に配設したことで、モード切換装置４０のコンパクト化を図ることができる。

次に、図９に示す第２参考例について説明する。

この第２参考例では、第１吸気カム１７ｉは、これによる吸気弁１２ｉの閉じ時期が、圧縮行程後半にくるように形成され、圧縮行程で燃焼室４ａから吸気ポート１０ｉへの吸気吹き戻しが生じるようになっている。これによれば、始動、暖機運転時の有効圧縮比を、予混合圧縮自着火運転用に設定された高圧縮比より、始動、暖機運転に適する圧縮比に低減することができ、始動、暖機運転を的確に行うことができる。また、暖機運転時には、吸気吹き戻しにより、吸気ポート１０ｉを加熱することから、次々吸気行程での吸気温度を高めて、機関Ｅの暖機を促進して、その暖機運転時間の短縮を図ることができる。その結果、暖機運転から予混合圧縮自着火運転への移行を極力早めることができる。その他の構成は、前参考例と同様であるので、図９中、前参考例と対応する部分には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

次に、図１０〜図１４に示す本発明の実施例について説明する。

図１０において、動弁カム軸１６には、第１吸気カム１７ｉが一方向クラッチ１９を介して回転自在に設けられると共に、この第１吸気カム１７ｉに隣接する第２吸気カム１８ｉが圧入等により固設される。この第２吸気カム１８ｉには、前参考例の第１排気カム１７ｅと同一プロファイルの単一の排気カム１７ｅが一体に形成されている。したがって、この排気カム１７ｅも、第２吸気カム１８ｉと共に動弁カム軸１６に固設されることになる。第１及び第２吸気カム１７ｉ，１８ｉの外周面には、前参考例と同様に幅広の吸気リフタ２５ｉが摺接可能に配置されるが、排気カム１７ｅの外周面には、幅狭の排気リフタ２５ｅが摺接可能に配置される。これら吸気及び排気リフタ２５ｉ，２５ｅから吸気及び排気弁１２ｉ，１２ｅ（図２参照）までの連動機構は、前参考例と同様である。

第１吸気カム１７ｉの外端端面には、前参考例と同様な連結突起３０ａが形成される。また動弁カム軸１６の中心部のロッドガイド孔３３に摺動自在に嵌挿される制御ロッド３５には、動弁カム軸１６の長孔３４を貫通して前記連結突起３０ａに当接し得る連結ピン３６が固設される。

制御ロッド３５は、連結ピン３６を連結突起３０ａに当接させる作動位置Ａ（図１０参照）と、連結ピン３６を連結突起３０ａから離脱させる不作動位置Ｂ（図１２参照）との間でシフトされるもので、そのシフトのために、制御ロッド３５には、ロッド戻しばね３７と電磁アクチュエータ３９とが連結される。ロッド戻しばね３７は、閉じ栓３２と制御ロッド３５の内端との間において、制御ロッド３５を前記作動位置Ａ側に弾発付勢するように縮設され、電磁アクチュエータ３９は機関本体１に取り付けられ、その出力プランジャ３９ａを、制御ロッド３５の、ロッドロッドガイド孔３３から突出する外端に相対回転可能に当接させる。而して、電磁アクチュエータ３９の作動時には、その出力プランジャ３９ａがロッド戻しばね３７の付勢力に抗し軸方向に前進して制御ロッド３５を不作動位置Ｂにシフトする。

この実施例の場合、電磁アクチュエータ３９に接続される電子制御ユニット４２は、機関温度を検出する温度センサ４３の出力信号を受けて、機関温度が所定値未満の低温域にあると判別したときは、電磁アクチュエータ３９を不作動にする一方、点火プラグ１４（図１参照）を作動状態に制御し、内燃機関Ｅの温度が所定値以上の高温域にあると判別したときは、電磁アクチュエータ３９を作動状態に制御する一方、点火プラグ１４を不作動状態に制御するようになっている。

動弁カム軸１６及び排気カム１７ｅには、動弁カム軸１６のロッドガイド孔３３から排気カム１７ｅのベース円部１７ｅａに達する横孔４５が設けられ、また制御ロッド３５の外周面には、上記横孔４５との対応位置にカム溝４６が設けられ、このカム溝４６に内端を係合させる円柱状の排気還流カム４７が横孔４５に摺動自在に嵌合される。排気還流カム４７は、その中間部にフランジ４７ａを有しており、このフランジ４７ａと、排気カム１７ｅのベース円部１７ｅａに圧入されるリテーナ４８との間に、排気還流カム４７を制御ロッド３５側に付勢するピン戻しばね４９が縮設される。

前記カム溝４６は、制御ロッド３５が前記作動位置Ａ（連結ピン３６を第１吸気カム１７ｉの連結突起３０ａに当接させる位置）にシフトされたときには、その溝底４６ａに排気還流カム４７を受け入れて、排気還流カム４７を排気カム１７ｅのベース円部１７ｅａから退去させる退去位置Ｃ（図１０及び図１１参照）を排気還流カム４７に与え、また制御ロッド３５が前記不作動位置Ｂ（連結ピン３６を第１吸気カム１７ｉの連結突起３０ａから離脱させる位置）にシフトされたときには、該カム溝４６の一端の斜面４６ｂにより排気還流カム４７を半径方向へ押し出して、排気還流カム４７をベース円部１７ｅａから一定量突出させる突出位置Ｄ（図１２及び図１３参照）を排気還流カム４７に与えるようになっており、その突出位置Ｄでは、機関Ｅの吸気行程中に排気リフタ２５ｅを押し上げて排気弁１２ｅを開くようになっている。このときの排気還流カム４７の突出長さは、排気カム１７ｅのノーズ部の高さより小さく設定される。

図１４に、上記第１、第２吸気カム１７ｉ，１８ｉ、排気カム１７ｅ及び排気還流カム４７のリフト特性線図、換言すれば吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開弁特性が示される。それからも明らかなように、第１及び第２吸気カム１７ｉ，１８ｉのプロファイルは、前参考例の第１及び第２吸気カム１７ｉ，１８ｉのそれと同じであり、排気カム１７ｅのプロファイルは、前参考例の第１排気カム１７ｅのそれと同じである。また排気還流カム４７は、吸気行程の中間時期に排気弁１２ｅを僅かに開くようになっている。

その他の構成は、前記参考例と同様であるので、図１０〜図１４中、前参考例と対応する部分には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。

この実施例の作用について説明する。

内燃機関Ｅの始動及び暖機運転時には、機関温度は所定の低温域にあるから、電子制御ユニット４２は、電磁アクチュエータ３９を不作動状態にする一方、点火プラグ１４を作動状態にする。この電磁アクチュエータ３９の不作動状態によれば、制御ロッド３５は、図１０に示すように、ロッド戻しばね３７の付勢力により作動位置Ａにシフトされ、連結ピン３６を第１吸気カム１７ｉの連結突起３０ａに当接させるので、連結ピン３６を介して第１吸気カム１７ｉは動弁カム軸１６と連結される。

ところで、第１及び第２吸気カム１７ｉ，１８ｉは、ベース円部では互いに面一になっているが、ノーズ部では、第１吸気カム１７ｉの方が第２吸気カム１８ｉより高くなっているため、第１吸気カム１７ｉが優先的に吸気リフタ２５ｉを揺動させて、吸気プッシュロッド２８ｉを上下動させ、ロッカアーム２７ｉを介して吸気弁１２ｉを開閉することになる。

一方、動弁カム軸１６と常時一体回転する排気カム１７ｅは、前参考例の第１排気カム１７ｅと同様のカムプロファイルを有するので、結局、内燃機関Ｅの始動及び暖機運転時には、上記第１吸気カム１７ｉ及び排気カム１７が吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開閉を支配し、吸気弁１２ｉの開き時期と排気弁１２ｅの閉じ時期とが前後して、両弁１２ｉ，１２ｅ開弁期間が一定期間α重なるオーバーラップが生じるようになり、吸気行程での掃気を確実に行わせ、点火プラグ１４による火花点火によって、スムーズな始動及び暖機運転を可能にする。

内燃機関Ｅの暖機運転が終了すると、機関温度は所定の高温域に入るから、電子制御ユニット４２は、電磁アクチュエータ３９を作動状態にすると共に点火プラグ１４をも不作動状態にするので、機関Ｅを、電気点火運転から予混合圧縮自着火運転へと移すことになる。

而して、電磁アクチュエータ３９の作動によれば、図１２に示すように、制御ロッド３５を不作動位置Ｂにシフトして、連結ピン３６を前記連結突起３０ａから離脱させる。その結果、第１吸気カム１７ｉは、動弁カム軸１６との連結を解かれ、最早、吸気リフタ２５ｉを揺動し得なくなるため、今度は、動弁カム軸１６と一体回転する第２吸気カム１８ｉとが、吸気リフタ２５ｉを揺動させ、吸気プッシュロッド２８ｉを上下動させ、吸気ロッカアーム２７ｉを介して吸気弁１２ｉを開閉することになる。一方、動弁カム軸１６に固設される排気カム１７ｅは、暖機運転時と変わらず、継続的に排気弁１２ｅを開閉する。

また、制御ロッド３５が、電磁アクチュエータ３９の作動により不作動位置にシフトされると、この制御ロッド３５のカム溝４６の斜面４６ｂにより、排気還流カム４７を排気カム１７ｅのベース円部１７ｅａから突出する突出位置Ｄに作動するので、機関Ｅの吸気行程中、僅かな一定期間、この排気還流カム４７が排気リフタ２５ｅを揺動させて排気弁１２ｅを微小開度開き、排気ポート１０ｅに残留する排ガスを適量、燃焼室４ａに導入することができる。

上記のように、予混合圧縮自着火運転状態では、第２吸気カム１８ｉ及び排気カム１８が吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開閉をそれぞれ支配するので、吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅのオーバーラップ期間αが極短く、もしくは略ゼロとなり、内燃機関Ｅのポンピングロスを減少させて、低燃費性を向上させることができる。しかも、吸気行程では、排気ポート１０ｅから適量導入した排ガスが新規の混合気に混合して、その混合気温度を効果的に高め、予混合圧縮自着火を確実にすると共に、その混合気の燃焼時にはＮＯｘの発生を抑えることができる。

ところで、この実施例によれば、可変動弁装置１５では、モード切換装置４０により、第１吸気カム１７ｉのみを動弁カム軸１６に連結する作動モードと、その連結を解除する不作動モードとを交互に切り換えるという、更に簡単な構成により、機関Ｅの運転状況に応じて吸気及び排気弁１２ｉ，１２ｅ相互に所望の開弁リフトや開閉タイミングを付与することができる。

また、予混合圧縮自着火運転状態では、第１吸気カム１７ｉのみを動弁カム軸１６に連結するだけで、吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅのオーバーラップ期間αを極短く、もしくは略ゼロとすることができる上、排気カム１７ｅに、制御ロッド３５の不作動位置Ｂへの移動に連動する排気還流カム４７を設けたので、単一の排気カム１７ｅを使用しながら、排気還流効果を得ることができる。

本発明は、上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、電動モータ３６に代えて、電磁式や油圧式のアクチュエータを使用することもできる。また連結突起３０ａを、連結ピン３６がガタ無く係合し得る溝に置き換えて、一方向クラッチ１９を単純なベアリングとすることもできる。

第１参考例に係る可変動弁装置を備える予混合圧縮自着火式内燃機関の縦断側面図。 図１中の可変動弁装置の斜視図。 図２の要部拡大図。 図１の４−４線拡大断面図。 図４の５−５線断面図。 図５の６−６線断面図。 図４に対応する作用説明図。 上記可変動弁装置における各種カムのリフト特性線図。 第２参考例を示す、図８との対応図。 本発明の実施例を示す、図４との対応断面図。 図９の１１−１１線断面図。 図１０に対応する作用説明図。 図１２の１３−１３線断面図。 前記実施例における各種カムのリフト特性線図。

Ｅ・・・・・予混合圧縮自着火式内燃機関
１２ｉ，１２ｅ・・・吸気弁、排気弁
１５・・・・可変動弁装置
１６・・・・動弁カム軸
１７ｉ・・・第１吸気カム
１７ｅ・・・排気カム
１８ｉ・・・第２吸気カム
３０ａ・・・連結部（連結突起）
３３・・・・ロッドガイド孔
３５・・・・制御ロッド
３６・・・・連結ピン
３９・・・・アクチュエータ（電磁アクチュエータ）
４０・・・・モード切換装置
４７・・・・排気還流カム

Claims (3)

1. 第１吸気カム（１７ｉ）を動弁カム軸（１６）に相対回転可能に設ける一方、その第１吸気カム（１７ｉ）よりも低リフトの第２吸気カム（１８ｉ）と、排気弁（１２ｅ）を開閉する排気カム（１７ｅ）とを動弁カム軸（１６）に固設し、第１吸気カム（１７ｉ）には、この第１吸気カム（１７ｉ）を動弁カム軸（１６）に連結して該第１吸気カム（１７ｉ）を作動させる作動モードと、第２吸気カム（１８ｉ）を作動させるべく前記連結を解除する不作動モードとに交互に切り換え得るモード切換装置（４０）を連結し、そのモード切換装置（４０）のモード切換えにより作動を選択された一方の吸気カム（１７ｉ，１８ｉ）により吸気弁（１２ｉ）を開閉する、電気点火可能な予混合圧縮自着火式内燃機関であって、
   前記モード切換装置（４０）が、内燃機関（Ｅ）の始動及び暖機運転時には前記作動モードとなり、また内燃機関（Ｅ）の暖機完了後には前記不作動モードとなるように制御されるものにおいて、
   前記モード切換装置（４０）は、アクチュエータ（３９）と、動弁カム軸（１６）中心部のロッドガイド孔（３３）に摺動自在に嵌挿されて、前記アクチュエータ（３９）により作動位置（Ａ）及び不作動位置（Ｂ）間でシフトされる制御ロッド（３５）と、第１吸気カム（１７ｉ）に設けられる連結部（３０ａ）と、前記制御ロッド（３５）の外周面に突設されて、該制御ロッド（３５）の作動位置（Ａ）では前記連結部（３０ａ）に係合して動弁カム軸（１６）及び第１吸気カム（１７ｉ）間を連結し、該制御ロッド（３５）の不作動位置（Ｂ）では前記連結部（３０ａ）から離脱して第１吸気カム（１７ｉ）を動弁カム軸（１６）との連結から解放する連結ピン（３６）とで構成されていて、該制御ロッド（３５）が前記作動位置（Ａ）に在るときに前記作動モードに、また前記不作動位置（Ｂ）に在るときに前記不作動モードにそれぞれ切換えられ、
   排気カム（１７ｅ）には、そのベース円部（１７ｅａ）外方に突出して排気弁（１２ｅ）を、排気カム（１７ｅ）の通常リフトより小さいリフトで開放し得る突出位置（Ｃ）と、そのベース円部（１７ｅａ）内方に退去する退去位置（Ｄ）との間を移動する排気還流カム（４７）が設けられると共に、この排気還流カム（４７）と前記制御ロッド（３５）との間が、前記作動モード時には該排気還流カム（４７）を退去位置（Ｄ）に、また前記不作動モード時には該排気還流カム（４７）を突出位置（Ｃ）にそれぞれシフトするように連動、連結されることを特徴とする、予混合圧縮自着火式内燃機関の可変動弁装置。
2. 請求項１に記載の予混合圧縮自着火式内燃機関の可変動弁装置において、
   第１吸気カム（１７ｉ）及び排気弁（１７ｅ）は、これら弁により吸気弁（１２ｉ）及び排気弁（１２ｅ）を開閉するとき、各々の開弁期間が一定期間（α）重なるオーバーラップ（α）が発生するように構成され、
   また第２吸気カム（１８ｉ）及び排気弁（１７ｅ）は、これら弁により吸気弁（１２ｉ）及び排気弁（１２ｅ）を開閉するとき、前記オーバーラップ（α）が極小もしくはゼロとなるか、又は吸気弁（１２ｉ）の開き時期と排気弁（１２ｅ）の閉じ時期とが一定期間（β）離れるネガティブオーバーラップが発生するように構成されることを特徴とする、予混合圧縮自着火式内燃機関の可変動弁装置。
3. 請求項２記載の予混合圧縮自着火式内燃機関の可変動弁装置において、
   前記第１吸気カム（１７ｉ）を、これによる前記吸気弁（１２ｉ）の閉じ時期が圧縮行程後半にくるように形成して、圧縮行程で燃焼室（４ａ）から吸気ポート（１０ｉ）への吸気吹き戻しが生じるようにしたことを特徴とする、予混合圧縮自着火式内燃機関の可変動弁装置。

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