WO2007029632A1 - エンジン - Google Patents

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WO2007029632A1
WO2007029632A1 PCT/JP2006/317428 JP2006317428W WO2007029632A1 WO 2007029632 A1 WO2007029632 A1 WO 2007029632A1 JP 2006317428 W JP2006317428 W JP 2006317428W WO 2007029632 A1 WO2007029632 A1 WO 2007029632A1
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lift amount
valve
catalyst
exhaust valve
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PCT/JP2006/317428
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English (en)
French (fr)
Inventor
Noboru Nowatari
Hideo Fujita
Original Assignee
Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an engine, and more particularly to an engine that enables both purification of exhaust gas and securing of output.
  • a catalyst is generally arranged to purify exhaust gas. From the viewpoint of ensuring engine output performance, it is desirable to dispose the catalyst as far as possible from the engine exhaust loca, but from the viewpoint of exhaust gas purification, the catalyst should be located as close to the engine exhaust port as possible. Desirable.
  • Patent Document 1 discloses a technique that can meet the above-mentioned contradictory demands.
  • a switching valve 12 is provided in the exhaust pipe, the exhaust passages are made into two systems 10 and 11, a catalyst 14 is arranged in the exhaust passage 10, and a catalyst 17 is arranged downstream of the catalyst 14. .
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-176523
  • the switching valve 12 is exposed to high-temperature gas, so that there is a problem that the function and reliability of the valve are likely to occur, and the heat damage countermeasure of the valve control mechanism is difficult.
  • the above-mentioned conventional apparatus has another problem that the exhaust path cannot be completely switched due to its structure.
  • An object of the present invention is to provide an engine capable of purifying exhaust gas and improving engine output.
  • the invention of claim 1 includes first and second exhaust valves, first and second exhaust passages opened and closed by the first and second exhaust valves, and first and second exhaust passages disposed in the first exhaust passage.
  • first and second exhaust valves opened and closed by the first and second exhaust valves
  • first and second exhaust passages disposed in the first exhaust passage.
  • a variable valve mechanism configured to be able to change the amount of exhaust gas between approximately zero and maximum, and at least at the time of start-up, the amount of exhaust gas passing through the second exhaust passage is greater than the amount of exhaust gas passing through the first exhaust passage.
  • variable operation is performed so that the amount of exhaust gas passing through the first exhaust passage is larger than the amount of exhaust gas passing through the second exhaust passage at least in the high-speed rotation / high load operation region after completion of warm-up operation.
  • An engine comprising a lift amount control unit that controls a lift amount of the first and second exhaust valves by using a valve mechanism.
  • variable valve mechanism in the present invention includes one that continuously increases the lift amount of the exhaust valve from substantially zero to the maximum, and one that switches between two stages or three or more stages.
  • the invention of claim 2 provides the variable valve mechanism according to claim 1, wherein the variable valve mechanism increases or decreases the lift amount of the first and second exhaust valves as the control amount is increased or decreased by the lift amount control unit.
  • the lift amount control unit is configured so that the lift amount of the first exhaust valve becomes substantially zero and the lift amount of the second exhaust valve becomes substantially maximum at least at the time of starting.
  • the lift amount of the first exhaust valve is greater than the maximum lift amount of the second exhaust valve, controlling the variable valve mechanism, and at least in the high-speed rotation / high-load operation region after the warm-up operation is completed, and
  • the variable valve mechanism is controlled so that the lift amount of the second exhaust valve becomes substantially zero.
  • the lift amount of the first exhaust valve is made substantially zero, not only the lift amount is made zero, but the exhaust gas of an amount that allows the viewpoint power of the exhaust gas property to be allowed is also the first exhaust passage. It is meant that the present invention also includes the case of flowing through the first catalyst.
  • variable valve mechanism is disposed in parallel with the crankshaft, and is driven to rotate by the crankshaft, and swings in parallel with the camshaft.
  • a swing member that is swingable around the shaft and driven to swing by the cam shaft;
  • a swinger arm that is swingably arranged around the control shaft and that opens and closes the exhaust valve, and between the rocking force arm and the swinging member or between the upper camshaft and the swinging member,
  • an intermediate member arranged so that the swing position of the swing member can be transmitted to the rocker arm and the relative position of the swing center with respect to the swing member can be changed.
  • the relative position of the intermediate member with respect to the swinging member is controlled so that the lift amount of the first exhaust valve becomes substantially zero and the lift amount of the second exhaust valve becomes substantially maximum.
  • the lift amount of the first exhaust valve is larger than the maximum lift amount of the second exhaust valve and the lift amount of the second exhaust valve is substantially at least in the high speed rotation and high load operation region after the warm-up operation is completed. Above to be zero It is characterized by controlling the relative position with respect to the swing member member.
  • the invention of claim 4 is the invention according to claim 2 or 3, wherein the lift amount control unit is configured to increase the lift amount of the second exhaust valve as the start-time power warm-up operation proceeds. 1
  • the variable valve mechanism is controlled so that the lift amount of the exhaust valve increases and an overlapping region in which the second exhaust valve and the first exhaust valve lift together is obtained.
  • a substantial exhaust passage area due to a decrease in the lift amount of the second exhaust valve and an increase in the lift amount of the first exhaust valve is substantially constant or Is characterized by a continuous increase.
  • the invention of claim 6 is characterized in that, in claim 1, the second catalyst is disposed in a second exhaust port provided in the cylinder head and constituting a part of the second exhaust passage. Yes.
  • the invention of claim 7 is the invention according to claim 6, wherein two of the first exhaust valves are arranged side by side in the cam shaft direction, and the second exhaust valve is located between the two first exhaust valves.
  • the second exhaust port is disposed so as to be positioned between the first exhaust port forming a part of the first exhaust passage and the cylinder block side mating surface when viewed in the camshaft direction. It is characterized by that!
  • the invention of claim 8 is the invention of claim 1, wherein the second catalyst is disposed in a second exhaust pipe connected to the second exhaust port of the cylinder head and constituting a part of the second exhaust passage. It is characterized by this.
  • the invention's effect is the invention of claim 1, wherein the second catalyst is disposed in a second exhaust pipe connected to the second exhaust port of the cylinder head and constituting a part of the second exhaust passage. It is characterized by this.
  • the exhaust passage has two systems of the first and second exhaust passages, and the second catalyst is closer to the engine than the first catalyst of the first passage is in the second exhaust passage. Since the amount of exhaust gas passing through the second exhaust passage is greater than the amount of exhaust gas passing through the first exhaust passage at least at the start, the second catalyst placed near the engine The temperature rises to the activation temperature in a short time, and the exhaust gas properties are particularly likely to deteriorate. ⁇ ⁇ Exhaust gas purification at the start of the engine can be performed reliably.
  • the exhaust gas hardly flows through the second exhaust passage having the second catalyst disposed in the immediate vicinity of the engine, and a lot of exhaust gas flows through the first exhaust passage.
  • the first catalyst disposed in the first exhaust passage is disposed at a position sufficiently away from the engine.
  • the intake pulsation in the first exhaust passage can be fully utilized to increase the amount of intake air, and the engine output can be improved as compared with the case where the first catalyst is disposed in the immediate vicinity of the engine.
  • the amount of exhaust gas passing through the second catalyst disposed in the immediate vicinity of the engine is controlled, so that the second catalyst can be protected from the heat damage of the high temperature gas.
  • the lift amount of the first exhaust valve becomes substantially zero and the lift amount of the second exhaust valve becomes substantially maximum.
  • Exhaust gas purification at the start of the engine can be performed reliably by raising the temperature of the catalyst to the active temperature in a short time.
  • the lift amount of the first exhaust valve is maximized and the lift amount of the second exhaust valve is substantially zero, so exhaust pulsation in the first exhaust passage is fully utilized.
  • the amount of intake air can be increased and the engine output can be improved compared to the case where the first catalyst is arranged in the immediate vicinity of the engine.
  • the swinging member swings with the rotation of the cam shaft, the swinging of the swinging member swings the intermediate member, and the swinging of the intermediate member causes the rocker arm to swing.
  • the exhaust valve is driven to open and close via At this time, the lift amount of the exhaust valve can be freely changed by changing the relative position of the intermediate member with respect to the swinging member.
  • the lift amount of the first exhaust valve is made substantially zero, the lift amount of the second exhaust valve is made substantially maximum, and further, the first exhaust valve is operated at a high speed.
  • the reduction of the exhaust passage area due to the decrease in the lift amount of the second exhaust valve and the increase of the exhaust passage area due to the increase of the lift amount of the first exhaust valve are continuously performed. There is no sudden change in the actual exhaust passage area. Therefore, the second exhaust valve force can also switch the flow rate to the first exhaust valve continuously, and the switching shock with less combustion change is alleviated. As a result, a complicated control system for shock absorption is not required.
  • the second catalyst since the second catalyst is arranged in the second exhaust port provided in the cylinder head, the second catalyst can be used without complicating the structure of the exhaust system. It can be placed in the immediate vicinity of the engine exhaust.
  • two first exhaust valves are arranged side by side in the cam shaft direction, and the two first exhaust valves are arranged in parallel in the cam shaft direction.
  • the second exhaust port is located between the first exhaust port and the cylinder block side mating surface when viewed in the camshaft direction.
  • the second exhaust port can be formed by using it, and the second catalyst can be arranged in the vicinity of the exhaust port.
  • the second catalyst is arranged in the second exhaust pipe connected to the cylinder head, the second exhaust port in the cylinder head can have a simple structure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional side view of a variable valve mechanism portion of an engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a bottom view seen from the part-side mating surface of the cylinder head of the engine.
  • FIG. 3 is a front view of an exhaust port outlet portion of the engine.
  • FIG. 4 is a perspective view of the exhaust side variable valve mechanism of the engine.
  • FIG. 5 is a sectional side view of the exhaust-side variable valve mechanism.
  • FIG. 6 is a perspective view of the exhaust side variable valve mechanism.
  • FIG. 7 is a sectional side view of the exhaust-side variable valve mechanism.
  • FIG. 8 is a plan view of a control shaft of the exhaust side valve mechanism.
  • FIG. 9 is a perspective view of a rocker arm and an intermediate arm of the exhaust side valve mechanism.
  • FIG. 10 is a perspective view of the control shaft and the intermediate arm.
  • FIG. 11 is a perspective view of the control shaft.
  • FIG. 12 is a schematic plan view of the exhaust system of the engine.
  • FIG. 13 is a control shaft angle-maximum lift amount characteristic diagram of the valve operating mechanism.
  • FIG. 14 is a schematic plan view of a modified example of the exhaust system of the engine.
  • FIG. 15 is a schematic plan view of a modified example of the exhaust system of the engine.
  • 1 to 13 are views for explaining an engine according to an embodiment of the present invention.
  • 1 is a cylinder head of a water-cooled four-cycle parallel four-cylinder engine
  • 2 is a head cover that is detachably mounted on the upper mating surface la of the cylinder head 1.
  • Head cover As will be described in detail below, a variable valve mechanism that characterizes the present embodiment is disposed in the engine head constituted by 2 and the cylinder head 1.
  • the lower mating surface lb of the cylinder head 1 corresponds to cylinders 1 to 4 # 1 to # 4 (see Fig. 12) arranged in parallel in the crankshaft direction (the direction perpendicular to the page of Fig. 1).
  • the four combustion chambers 1c are recessed.
  • two intake ports Id and Id per cylinder and two main exhaust ports le and le are arranged in parallel in the crankshaft direction and open toward the combustion chamber.
  • one sub exhaust port If opens between the main exhaust ports le and le. As shown in FIG. 2, the sub exhaust port If is located between the main exhaust ports le and le and at the outer peripheral edge of the combustion chamber lc.
  • the cylinder axial force is located further away.
  • the two intake ports Id and Id are provided in a siamese intake port lg which is introduced from one vertical wall lh of the cylinder head 1 and branches into two ports 18 along the way.
  • the two main exhaust ports le and le are also led to the other vertical wall lj by a siamese main exhaust port li (hereinafter referred to as a main exhaust port) that branches along two ports along the way.
  • the intake port lg and the main exhaust port li may be independent ports for each intake port and exhaust port instead of the siamese type.
  • the sub exhaust port If is below the main exhaust port of the vertical wall lj by a sub exhaust port lk formed so as to pass between the main exhaust port li and the lower mating surface lb. Has been derived.
  • An exhaust device 3 is connected to the main exhaust port li (see FIG. 12).
  • the exhaust system 3 is a so-called 42-1 exhaust system, and the four first to fourth exhaust pipes 4a to 4a connected to the main exhaust ports li of the first to fourth cylinders # 1 to # 4 are used. 4d, the first and second exhaust pipes 4a and 4c, the second and fourth exhaust pipes 4b and 4d, respectively, and the first and second merge pipes 4e and 4f, and the first and second merge pipes It has one main pipe 4g that joins the pipes 4e and 4f.
  • the sub exhaust ports lk of the cylinders merge via the sub exhaust pipe 4h in the vicinity of the connection portion to the main exhaust port li of the first to fourth exhaust pipes 4a to 4d.
  • a main catalyst 5 is disposed in the main pipe 4g, and a sub catalyst 6 is disposed in each of the sub exhaust ports lk.
  • the main catalyst 5 is joined by all the exhaust pipes of the exhaust device 3.
  • the main pipe is arranged in 4g.
  • the arrangement position of the main catalyst 5 is set at a position far enough downstream from the exhaust port to increase the intake air amount using the exhaust pulsation.
  • the sub catalyst 6 is arranged in a sub exhaust port lk formed in the cylinder head 1.
  • the position of the sub-catalyst 6 is set at a position close enough to the exhaust port so that the heat of the exhaust gas can raise the catalyst to the activation temperature in a very short time.
  • a main exhaust passage (first exhaust passage) is formed by the main exhaust port li, the first to fourth exhaust pipes 4a to 4d, the first and second junction pipes 4e and 4f, and the main pipe 4g in the present embodiment.
  • 3a is configured, and the main catalyst 5 is the first catalyst of the present invention.
  • the sub exhaust port lk and the sub exhaust pipe 4h constitute a sub exhaust passage (second exhaust passage), and the sub catalyst 6 is the second catalyst of the present invention.
  • Intake ports 7, 7 are arranged at the intake ports Id, Id so that the intake ports can be opened and closed. Each intake valve 7 is biased in the closing direction by an intake valve spring 7a. Further, main exhaust valves (first exhaust valves) 8 and 8 are arranged at the main exhaust ports le and le so that the exhaust ports can be opened and closed. Each main exhaust valve 8 is energized in the closing direction by a main exhaust valve spring 8a. Furthermore, a sub exhaust valve (second exhaust valve) 9 is disposed at the sub exhaust port If so as to be able to open and close the exhaust port. The sub exhaust valve 9 is biased in the closing direction by a sub exhaust valve spring 9a.
  • the intake valve 7 is driven to open and close by an intake side variable valve mechanism 10, and the main and sub exhaust valves 8, 9 are opened and closed by an exhaust side variable valve mechanism 11.
  • the intake side variable valve mechanism 10 and the exhaust side variable valve mechanism 11 are configured such that the lift amount and open period of each valve can be continuously changed from zero to a maximum value.
  • the intake side variable valve mechanism 10 includes an intake camshaft 12, an intake swing member 13, an intake port cam 14, an intake intermediate arm (intermediate member) 15, and the exhaust side variable valve mechanism 11 Are provided with an exhaust camshaft 16, an exhaust swing member 17, a main and sub exhaust outlet cover arms 18, 18 ', and main and sub exhaust intermediate arms (intermediate members) 19, 19'. Since the intake and exhaust side variable valve mechanisms 10 and 11 basically have the same structure, the detailed structure will be described below mainly based on the exhaust side variable valve mechanism 11.
  • the exhaust camshaft 16 is supported by the cylinder head 1 in parallel with a crankshaft (not shown), and is rotationally driven by the crankshaft via a timing belt (not shown). And above
  • the air camshaft 16 includes three cam noses 16a for each cylinder, and each cam nose 16a has a base circle portion 16b and a lift portion 16c having a lift amount of zero.
  • the exhaust rocking member 17 is provided in two sets for the main exhaust valves 8 and one set for the sub exhaust valves 9, and thus three sets for each cylinder.
  • Each exhaust rocking member 17 is in the form of an arm, and a ring portion 17a on the base end side thereof is swingably supported on the cylinder head lh by a peristaltic shaft 20 disposed in parallel with the cam shaft 16. ing.
  • a cam surface 17b is formed at the tip of the exhaust rocking member 17, and a rocking roller 21 is rotatably supported between the cam surface 17b and the ring portion 17a.
  • the cam surface 17b includes a base portion 17c and a lift portion 17d.
  • the base portion 17c is formed so as to form an arc centered on the axis of the oscillating shaft 20, so that the lift amount is constant at zero.
  • the lift portion 17d is formed to be continuous with the base portion 17c and to increase the lift amount as the distance from the base portion 17 increases.
  • the swing roller 21 is in rolling contact with the cam nose 16a of the exhaust camshaft 16.
  • the swinging member 17 is biased counterclockwise in FIG. 5 by the biasing spring 22 so that the swinging roller 21 is always in contact with the cam nose 16a.
  • the control shaft 23 is formed to be concentric with the axis a as shown in Figs. 4 and 11 and divided into four parts, and is a support part 23c for supporting the rocker arms 18, 18 '. Between the main eccentric pin portions 23a, 23a disposed between the support portions 23c and being decentered from the axis a to the outer peripheral side, and the main eccentric pin portions 23a, 23a. Sub-eccentric pin 2 arranged eccentrically on the opposite side of the main eccentric pin 23a across a 3b.
  • the base portions 19a, 19a 'of the main and sub intermediate arms 19, 19' are swingably supported by the main and sub eccentric pin portions 23a, 23b.
  • the base portions 19a and 19a are supported by eccentric pin portions 23a and 23b, and are latched by holding springs 24 and 24 'formed of leaf springs. As a result, the intermediate arm 19, W can be pivoted around the eccentric pin.
  • the pressing surface 19 c formed on the boss portion that pivotally supports the roller 19 b of the main intermediate arm 19 is in sliding contact with the pressed stepped portion 18 c formed on the main rocker arm 18.
  • the pin 19 that pivotally supports the roller 191 / of the sub intermediate arm 19 ⁇ is formed long in the axial direction so as to protrude further from the boss portion of the intermediate arm 19 ', and the protruding portion is formed in the sub intermediate arm 19'.
  • the rocker arm 18 is slidably inserted into a guide slot 18d formed.
  • an actuator such as a servomotor is connected to one end of the control shaft 23, and the control shaft 23 is rotated by a controller (lift amount control unit) via the actuator. Is controlled.
  • the relative position of the swing members 17 of the intermediate arms 19, 19 'with respect to the cam surface 17b changes, and the lift amount is variably controlled. Specifically, the lift amount increases as the roller 19b of the intermediate arm advances toward the lift portion 17d of the cam surface 17b, and conversely, the lift amount decreases as the intermediate arm roller 19b moves backward toward the base portion 17c.
  • the swing member 17 swings about the swing shaft 20 by the cam nose 16a, and the cam surface 17b of the swing member 17 is the main and sub intermediate arm 19. , 19 ', and main and sub exhaust valves 8, 9 are opened and closed via the main and sub rocker arms 18, 18'.
  • the lift amount and the open period of the main and sub exhaust valves 8 and 9 are continuously controlled by controlling the rotation angle of the control shaft 23 with the controller.
  • the intake valve side For example, as shown in FIG.
  • the rotation angle of the control shaft 23 is set to 0 0 to 0 1 (so that the main intermediate arm 19 is positioned in the vicinity of the rearward end where the main intermediate arm 19 is farthest from the swing member 17.
  • the roller 19b of the main intermediate arm 19 is in rolling contact with the rear end of the base circle portion 17c of the cam surface 17a of the swing member 17. Therefore, even if the cam shaft 16 rotates and the swing member 17 swings, the main intermediate arm 19 and the main rocker arm 18 do not swing, and as a result, the valve lift amount of the main exhaust valve 8 remains zero.
  • the sub intermediate arm 19 ′ is located near the forward end closest to the swing member 17. Therefore, the roller 19a 'of the sub intermediate arm 19' rolls near the boundary between the lift portion 17d and the base portion 17c of the cam surface 17a. Therefore, when the cam shaft 16 rotates and the swing member 17 swings, the sub intermediate arm 19 'and the sub rocker arm 18' swing significantly, and as a result, the noble lift amount of the sub exhaust valve 9 becomes substantially maximum.
  • the lift amount of the sub exhaust valve 9 gradually decreases when the rotation angle of the control shaft 23 increases from ⁇ 1, and becomes zero when the rotation angle ⁇ 2 is reached.
  • the lift amount of the main exhaust valve 8 increases when the rotation angle of the control shaft 23 increases from ⁇ 1 and becomes substantially maximum when the rotation angle becomes 03.
  • the rotation angle of the control shaft 23 is set to ⁇ 4 at the time of start-up and at the time of first idling before warm-up.
  • the valve lift amount of the main exhaust valve 8 becomes zero, and the valve lift amount of the sub exhaust valve 9 becomes substantially maximum. Therefore, at the time of start-up and at the time of fast idling, the exhaust gas is discharged from the sub exhaust port If through the sub exhaust port lk and the sub catalyst 6 to the outside.
  • the sub-catalyst 6 Since the sub-catalyst 6 is disposed in the immediate vicinity of the engine combustion chamber lc as described above, the high-temperature exhaust gas generated in the combustion chamber lc is supplied to the catalyst 6 as it is with almost no temperature drop. Is done. As a result, the temperature of the sub-catalyst 6 reaches the active temperature immediately after the engine is started, and the exhaust gas is reliably purified by the sub-catalyst 6 immediately after the engine is started. When the engine temperature during idling is low, the purification performance of exhaust gas can be improved.
  • the rotation angle of the control shaft 23 is controlled to, for example, ⁇ 5 in the idle operation state, and according to the engine operation state.
  • the maximum angle ⁇ 3 is controlled in the high speed rotation and high load operation range.
  • the valve lift amount of the sub exhaust valve 9 is set to zero, and only the valve lift amount of the main exhaust valve 8 is controlled according to the engine operating state.
  • the output can be improved as compared with the case where it is provided. That is, the main catalyst 5 is disposed at a position that is sufficiently separated from the exhaust port force to use the exhaust pulsation to increase the intake air amount of each cylinder, so that it becomes an obstacle when the exhaust pulsation is used. There is nothing.
  • the exhaust gas does not flow through the sub-catalyst 6, so that the sub-catalyst 6 is not damaged by heat.
  • the lift amount of the main and sub exhaust valves 8, 9 can be freely set from zero to the maximum by changing the relative positions of the intermediate arms 19, 19 'with the swing member 17. Since the operation of the variable valve mechanism 11 configured as described above is used to switch the exhaust gas flow path, there is a problem with the conventional apparatus in which the switching valve is provided in the exhaust path, that is, the switching valve is a hot gas. Therefore, it is possible to avoid problems such as low valve function and reliability due to exposure to heat, and difficulty in countermeasures against heat damage of the valve control mechanism. In addition, the conventional apparatus has a structural problem that the exhaust passage cannot be completely switched. In this embodiment, the exhaust valve originally provided in the exhaust port is used, and the lift amount of the exhaust valve is reduced to zero. Since it controls, the exhaust passage can be completely switched.
  • the sub catalyst 6 since the sub catalyst 6 is disposed in the sub exhaust port 1 k provided in the cylinder head 1, the sub catalyst 6 is exhausted from the engine without complicating the structure of the exhaust system. It can be placed in the immediate vicinity of the mouth.
  • the sub exhaust port lk in which the sub catalyst 6 is disposed is formed so as to be positioned between the main exhaust port li and the cylinder block side mating surface lb when viewed in the camshaft direction.
  • the sub-catalyst 6 can be arranged by effectively using the free space in the head 1.
  • the sub-catalyst 6 is placed in the cylinder head 1 for each cylinder 1 # 1 to # 4.
  • various modifications can be adopted for the arrangement of the sub-catalyst 6 in the present invention.
  • four sub exhaust ports lk of each cylinder are merged with one (or plural) ports in the cylinder head 1, and one (or plural) sub catalyst is added to the merge portion. It may be arranged.
  • the sub catalyst of the present invention does not necessarily need to be built in the cylinder head.
  • the sub catalyst is heated so that the temperature of the sub catalyst is raised to the activation temperature in a short time. What is necessary is just to arrange
  • a second exhaust pipe 11 sub-catalyst 6 ′ connected to the second exhaust port lk may be provided.

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Abstract

　第１排気通路３ａに配置された第１触媒５と、上記第２排気通路３ｂに上記第１触媒５より上流側に位置するように配置された第２触媒６と、第１，第２排気弁８，９のリフト量を略ゼロから最大の間で変化可能に構成された可変動弁機構１１と、少なくとも始動時においては、上記第２排気通路３６を通る排気ガス量が上記第１排気通路３ａを通る排気ガス量より多くなるよう上記可変動弁機構１１をして上記第１，第２排気弁８，９のリフト量を制御するリフト量制御部とを備えた。

Description

明 細 書
エンジン
技術分野
[0001] 本発明は、エンジンに関し、より詳細には、排気ガスの浄ィ匕と出力確保の両立を可 能とするエンジンに関するものである。
背景技術
[0002] エンジンの排気系では、排気ガスの浄ィ匕を図るために触媒を配置するのが一般的 である。この触媒は、エンジンの出力性能確保の観点からはなるべくエンジンの排気 ロカ 遠く離して配置するのが望ましぐ一方、排気ガス浄ィ匕の観点からはなるべくェ ンジンの排気口の近くに配置するのが望まし 、。
[0003] 上述の矛盾する要請に応えることができるようにしたものが例えば特許文献 1に開 示されている。この従来装置では、排気管内に切り替えバルブ 12を設けて排気通路 を 10, 11の 2系統とし、排気通路 10内に触媒 14を配置し、この触媒 14より下流側に 触媒 17を配置している。
特許文献 1 :特開平 10— 176523号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかし上記従来装置では、上記切り替えバルブ 12は、高温ガスにさらされるため、 バルブの機能，信頼性に問題が生じ易ぐまたバルブ制御機構の熱害対策が困難 であるといった問題が生じる。さらに、上記従来装置では、その構造上、上記排気通 路を完全に切り替えることはできな ヽと 、つた問題もある。
[0005] 本発明は、排気ガス浄化，エンジン出力の向上を図ることのできるエンジンを提供 することを課題としている。
課題を解決するための手段
[0006] 請求項 1の発明は、第 1,第 2排気弁と、該第 1,第 2排気弁で開閉される第 1,第 2 排気通路と、該第 1排気通路に配置された第 1触媒と、上記第 2排気通路に上記第 1 触媒より上流側に位置するように配置された第 2触媒と、上記第 1,第 2排気弁のリフ ト量を略ゼロから最大の間で変化可能に構成された可変動弁機構と、少なくとも始動 時においては、上記第 2排気通路を通る排気ガス量が上記第 1排気通路を通る排気 ガス量より多くなるよう、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転 ·高負荷運転域に おいては上記第 1排気通路を通る排気ガス量が第 2排気通路を通る排気ガス量より 多くなるよう上記可変動弁機構をして上記第 1,第 2排気弁のリフト量を制御するリフト 量制御部とを備えたことを特徴とするエンジンである。
[0007] ここで本発明における可変動弁機構は、排気弁のリフト量を略ゼロから最大まで連 続的に増加させるもの、及び 2段階又は 3段階以上に切り替えるものが含まれる。
[0008] また本発明において、「上記第 2排気通路を通る排気ガス量が上記第 1排気通路を 通る排気ガス量より多くなるよう、」とは、全ての排気ガスが上記第 2排気通路を通り、 上記第 1排気通路を通る排気ガス量がゼロの場合も本発明に含まれることを意味す る。また「上記第 1排気通路を通る排気ガス量が第 2排気通路を通る排気ガス量より 多くなるよう」とは、全ての排気ガスが第 1排気通路を通り、第 2排気通路を通る排気 ガス量がゼロの場合も本発明に含まれることを意味する。
[0009] 請求項 2の発明は、請求項 1において、上記可変動弁機構は、上記第 1,第 2排気 弁のリフト量を、リフト量制御部による制御量の増減に伴って増大又は減少させるよう 構成されており、上記リフト量制御部は、少なくとも始動時においては、上記第 1排気 弁のリフト量が略ゼロとなり、かつ上記第 2排気弁のリフト量が略最大となるように上記 可変動弁機構を制御し、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転 ·高負荷運転域 においては上記上記第 1排気弁のリフト量が上記第 2排気弁の最大リフト量より大と なり、かつ上記第 2排気弁のリフト量が略ゼロとなるように上記可変動弁機構を制御 することを特徴としている。
[0010] ここで第 1排気弁のリフト量を略ゼロにするとは、このリフト量をゼロにする場合だけ でなぐ排気ガス性状の観点力も許容できる程度の量の排気ガスが第 1排気通路か ら第 1触媒を通って流れる場合も本発明に含まれるとの意味である。
[0011] 請求項 3の発明は、請求項 2において、上記可変動弁機構は、クランク軸と平行に 配置され、該クランク軸により回転駆動されるカム軸と、該カム軸と平行な揺動軸廻り に揺動可能に配置され、該カム軸により揺動駆動される揺動部材と、上記カム軸と平 行なコントロールシャフト廻りに揺動可能に配置され、上記排気弁を開閉駆動する口 ッカアームと、該ロッ力アームと上記揺動部材との間又は上カム軸と揺動部材との間 に、該揺動部材の揺動をロッカアームに伝達可能に、かつその揺動中心の上記揺動 部材に対する相対位置を変化可能に配置された中間部材とを備え、上記リフト量制 御部は、少なくとも始動時においては、上記第 1排気弁のリフト量が略ゼロとなり、か つ上記第 2排気弁のリフト量が略最大となるように上記中間部材の上記揺動部材に 対する相対位置を制御し、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転，高負荷運転 域においては上記上記第 1排気弁のリフト量が上記第 2排気弁の最大リフト量より大 となり、かつ上記第 2排気弁のリフト量が略ゼロとなるように上記中間部材の上記揺動 部材に対する相対位置を制御することを特徴としている。
[0012] 請求項 4の発明は、請求項 2又は 3において、上記リフト量制御部は、上記始動時 力 暖機運転が進行するように伴って第 2排気弁のリフト量が減少するにつれて第 1 排気弁のリフト量が増加し、かつ第 2排気弁と第 1排気弁が共にリフトする重なり領域 が得られるよう上記可変動弁機構を制御することを特徴としている。
[0013] 請求項 5の発明は、請求項 4において、上記重なり領域においては、第 2排気弁の リフト量減少と第 1排気弁のリフト量増加とによる実質的な排気通路面積が略一定又 は連続的に増加することを特徴として 、る。
[0014] 請求項 6の発明は、請求項 1において、上記第 2触媒は、シリンダヘッドに設けられ 第 2排気通路の一部を構成する第 2排気ポート内に配置されていることを特徴として いる。
[0015] 請求項 7の発明は、請求項 6において、上記第 1排気弁はカム軸方向に並べて 2本 配置され、上記第 2排気弁は、上記 2本の第 1排気弁の間に 1本配置され、上記第 2 排気ポートは、カム軸方向に見たとき、第 1排気通路の一部を形成する第 1排気ポー トとシリンダブロック側合面との間に位置するように配置されて 、ることを特徴として!/ヽ る。
[0016] 請求項 8の発明は、請求項 1において、上記第 2触媒は、シリンダヘッドの第 2排気 ポートに接続され第 2排気通路の一部を構成する第 2排気管内に配置されていること を特徴としている。 発明の効果
[0017] 請求項 1の発明によれば、排気通路を第 1,第 2排気通路の 2系統とし、第 2排気通 路に第 2触媒を、第 1通路の第 1触媒よりエンジンに近接させて配置し、少なくとも始 動時においては、上記第 2排気通路を通る排気ガス量が上記第 1排気通路を通る排 気ガス量より多くなるようしたので、エンジンの近くに配置された第 2触媒が短時間で 活性化温度に昇温し、特に排気ガス性状が悪化し易!ヽエンジン始動時の排気ガス 浄ィ匕を確実に行なうことができる。
[0018] 高速回転 ·高負荷運転域では、排気ガスはエンジン直近に配置された第 2触媒を 有する第 2排気通路はほとんど流れずに、第 1排気通路を多くの排気ガスが流れるこ ととなるが、この第 1排気通路に配置された第 1触媒は、エンジンから充分に離れた 位置に配置されている。そのため、第 1排気通路での排気脈動を充分に利用して吸 気量を増大でき、第 1触媒をエンジン直近に配置した場合に比べてエンジン出力を 向上できる。また、高負荷運転域では、エンジン直近に配置された第 2触媒を通る排 気ガス量は制御されるので、高温ガスの熱害から、第 2触媒を保護することができる。
[0019] 請求項 2の発明によれば、始動時においては、上記第 1排気弁のリフト量が略ゼロ となり、かつ上記第 2排気弁のリフト量が略最大となるので、エンジン始動時に第 2触 媒を短時間で活性ィ匕温度に昇温させてエンジン始動時の排気ガス浄ィ匕を確実に行 なうことができる。また高速回転 '高負荷においては、上記第 1排気弁のリフト量が最 大となり、かつ上記第 2排気弁のリフト量が略ゼロとなるので、第 1排気通路での排気 脈動を充分に利用して吸気量を増大でき、第 1触媒をエンジン直近に配置した場合 に比べてエンジン出力を向上できる。
[0020] 請求項 3の発明によれば、カム軸の回転に伴って揺動部材が揺動し、該揺動部材 の揺動が中間部材を揺動させ、該中間部材の揺動がロッカアームを介して排気弁を 開閉駆動する。このとき中間部材の揺動部材に対する相対位置を変化させることによ り、排気弁のリフト量を自由に変化させることができる。このようにして始動時において は、上記第 1排気弁のリフト量を略ゼロとし、かつ上記第 2排気弁のリフト量を略最大 とし、さらに高速回転 '高負荷においては、上記第 1排気弁のリフト量を最大とし、力 つ上記第 2排気弁のリフト量をゼロとする具体的な可変動弁機構を提供できる。 [0021] 請求項 4, 5の発明によれば、第 2排気弁のリフト量減少による排気通路面積の減少 と、第 1排気弁のリフト量増加による排気通路面積の増加が連続的に行なわれ、実質 的な排気通路面積の急な変化がない。従って第 2排気弁力も第 1排気弁に流量を連 続的に切り替えることができ、燃焼変化が少なぐ切り替えショックが緩和される。その 結果ショック吸収のための複雑な制御系を必要としない。
[0022] 請求項 6の発明によれば、上記第 2触媒を、シリンダヘッドに設けられた第 2排気ポ ート内に配置したので、排気系の構造を複雑にすることなく第 2触媒をエンジンの排 気口の直近に配置することができる。
[0023] 請求項 7の発明によれば、上記第 1排気弁はカム軸方向に並べて 2本配置され、上 記第 2排気弁をカム軸方向に並列配置された 2本の第 1排気弁の間に配置し、第 2排 気ポートを、カム軸方向に見たとき、第 1排気ポートとシリンダブロック側合面との間に 位置するように形成したので、シリンダヘッドの空きスペースを有効利用して第 2排気 ポートを形成できるとともに、第 2触媒を排気口直近に配置できる。
[0024] 請求項 8の発明によれば、第 2触媒をシリンダヘッドに接続された第 2排気管に配 置したので、シリンダヘッド内の第 2排気ポートを簡単な構造にすることができる。 図面の簡単な説明
[0025] [図 1]本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁機構部分の断面側面図である
[図 2]上記エンジンのシリンダヘッドの部側合面から見た底面図である。
[図 3]上記エンジンの排気ポート出口部分の正面図である。
圆 4]上記エンジンの排気側可変動弁機構の斜視図である。
[図 5]上記排気側可変動弁機構の断面側面図である。
[図 6]上記排気側可変動弁機構の斜視図である。
[図 7]上記排気側可変動弁機構の断面側面図である。
[図 8]上記排気側動弁機構のコントロールシャフトの平面図である。
[図 9]上記排気側動弁機構のロッカアーム，中間アームの斜視図である。
[図 10]上記コントロールシャフトと中間アームの斜視図である。
[図 11]上記コントロールシャフトの斜視図である。 [図 12]上記エンジンの排気系の平面模式図である。
[図 13]上記動弁機構のコントロールシャフト角度—最大リフト量特性図である。
[図 14]上記エンジンの排気系の変形例の平面模式図である。
[図 15]上記エンジンの排気系の変形例の平面模式図である。
符号の説明
[0026] 1 シリンダヘッド
lb シリンダブロック側合面
li メイン排気ポート (第 1排気ポート）
lk サブ排気ポート (第 2排気ポート）
3a 第 1排気通路
3b 第 2排気通路
5 メイン触媒 (第 1触媒）
6 サブ触媒 (第 2触媒）
8 メイン排気弁 (第 1排気弁）
9 サブ排気弁 (第 2排気弁）
11 排気側可変動弁機構
11a リフト量制御部
16 カム軸
17 揺動部材
18, 18' ロッカアーム
19, 19' 中間アーム（中間アーム）
20 摇動軸
23 コントロールシャフト
発明を実施するための最良の形態
[0027] 以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図 1〜図 13は本発明の一実施形態に係るエンジンを説明するための図である。図 において、 1は水冷式 4サイクル並列 4気筒エンジンのシリンダヘッド、 2は該シリンダ ヘッド 1の上側合面 laに着脱可能に装着されたヘッドカバーである。該ヘッドカバー 2と上記シリンダヘッド 1とで構成されたエンジン頭部内に、以下詳述するように、本実 施形態の特徴をなす可変動弁機構が配設されて 、る。
[0028] 上記シリンダヘッド 1の下側合面 lbには、クランク軸方向（図 1紙面直角方向）に並 列配置された第 1〜第 4気筒 # 1〜#4 (図 12参照）に対応するように 4つの燃焼室 1 cが凹設されている。該各燃焼室 lcには気筒当たり 2つの吸気口 Id, Idと、 2つのメ イン排気口 le, leとがそれぞれクランク軸方向に並列配置され、燃焼室に向けて開 口している。また上記メイン排気口 le, le間には、 1つのサブ排気口 Ifが開口してい る。このサブ排気口 Ifは、図 2に示すように、メイン排気口 le, le間でかつ燃焼室 lc の外周縁部に位置しており、図 5に示すクランク軸方向視で、メイン排気口 leより気 筒軸線力 離れて位置して 、る。
[0029] 上記 2つの吸気口 Id, Idは、シリンダヘッド 1の一方の縦壁 lhから導入され、途中 で 2つのポート 18Ίこ分岐されるサイアミーズ吸気ポート lgに設けられている。また上 記 2つのメイン排気口 le, leは同じく途中で 2つのポート Ίこ分岐するサイアミーズ メイン排気ポート li (以下メイン排気ポートと言う）により他方の縦壁 ljに導出されてい る。なお、上記吸気ポート lg,メイン排気ポート liはサイアミーズ型でなく各吸気口， 排気口毎に独立したタイプのポートであっても良い。
[0030] さらにまた上記サブ排気口 Ifは、上記メイン排気ポート liと上記下側合面 lbとの間 を通るように形成されたサブ排気ポート lkにより上記縦壁 ljのメイン排気ポート より 下側に導出されている。
[0031] 上記メイン排気ポート liには排気装置 3が接続されている（図 12参照)。この排気装 置 3は、いわゆる 4 2— 1排気系であり、上記第 1〜第 4気筒 # 1〜 #4のメイン排気 ポート liに接続された 4本の第 1〜第 4排気管 4a〜4dと、第 1,第 3排気管 4a, 4c、 第 2,第 4排気管 4b, 4dをそれぞれ合流させる 2本の第 1,第 2合流管 4e, 4fと、該第 1,第 2合流管 4e, 4fを合流させる 1本のメイン管 4gとを有する。
[0032] そして上記各気筒の各サブ排気ポート lkは、サブ排気管 4hを介して、上記第 1〜 第 4排気管 4a〜4dのメイン排気ポート liへの接続部直近に合流している。
[0033] 上記メイン管 4gにはメイン触媒 5が、また上記各サブ排気ポート lkにはサブ触媒 6 が配設されている。ここで、上記メイン触媒 5は、排気装置 3の全ての排気管が合流し たメイン管 4gに配置されている。このメイン触媒 5の配置位置は、排気脈動を利用し て吸気量を増量するのに充分なほど排気口から下流側に離れた位置に設定されて いる。一方、サブ触媒 6は、シリンダヘッド 1内に形成されたサブ排気ポート lk内に配 置されている。このサブ触媒 6の配置位置は、排気ガスの熱により極短時間で触媒が 活性化温度に昇温するのに充分なほど排気口に近接した位置に設定されている。
[0034] ここで本実施形態における上記メイン排気ポート li,第 1〜第 4排気管 4a〜4d、第 1,第 2合流管 4e, 4f及びメイン管 4gによりメイン排気通路 (第 1排気通路) 3aが構成 されており、上記メイン触媒 5が本発明の第 1触媒となっている。また上記サブ排気ポ ート lk及びサブ排気管 4hによりサブ排気通路 (第 2排気通路）が構成されており、上 記サブ触媒 6が本発明の第 2触媒となっている。
[0035] 上記吸気口 Id, Idには吸気弁 7, 7が該吸気口を開閉可能に配置されている。該 各吸気弁 7は、吸気弁ばね 7aで閉方向に付勢されている。また上記メイン排気口 le , leにはメイン排気弁 (第 1排気弁) 8, 8が該排気口を開閉可能に配置されている。 該各メイン排気弁 8はメイン排気弁ばね 8aで閉方向に付勢されて ヽる。さらにまた上 記サブ排気口 Ifにはサブ排気弁 (第 2排気弁) 9が該排気口を開閉可能に配置され て 、る。該サブ排気弁 9はサブ排気弁ばね 9aで閉方向に付勢されて 、る。
[0036] 上記吸気弁 7は、吸気側可変動弁機構 10により、また上記メイン，サブ排気弁 8, 9 は排気側可変動弁機構 11によりそれぞれ開閉駆動される。上記吸気側可変動弁機 構 10及び排気側可変動弁機構 11は、各弁のリフト量及び開期間をゼロから最大値 まで連続的に変化可能に構成されて 、る。
[0037] 上記吸気側可変動弁機構 10は、吸気カム軸 12,吸気揺動部材 13,吸気口ッカァ ーム 14,吸気中間アーム（中間部材) 15を、また上記排気側可変動弁機構 11は、排 気カム軸 16,排気揺動部材 17,メイン，サブ排気口ッカアーム 18, 18' 、メイン，サ ブ排気中間アーム（中間部材） 19, 19' を備えている。この吸気，排気側可変動弁 機構 10, 11は基本的に同一構造を有しているので、以下、主として排気側可変動弁 機構 11に基づ!、てその詳細構造を説明する。
[0038] 上記排気カム軸 16は、クランク軸（図示せず）と平行にシリンダヘッド 1に支持され、 該クランク軸により図示しないタイミングベルトを介して回転駆動される。そして上記排 気カム軸 16は、各気筒毎に 3つのカムノーズ 16aを備え、該各カムノーズ 16aはリフト 量ゼロのベース円部 16bとリフト部 16cとを有する。
[0039] 上記排気揺動部材 17は上記各メイン排気弁 8用が 2組、サブ排気弁 9用が 1組、従 つて各気筒毎に 3組ずっ配設されている。該各排気揺動部材 17は、アーム状のもの であり、その基端側のリング部 17aがカム軸 16と平行に配置された摇動軸 20によりシ リンダヘッド lhに揺動自在に支持されている。またこの排気揺動部材 17の先端部に はカム面 17bが形成され、該カム面 17bと上記リング部 17aとの間には揺動ローラ 21 が回転自在に支持されて 、る。
[0040] 上記カム面 17bは、ベース部 17cとリフト部 17dを備えている。このベース部 17cは 、揺動軸 20の軸線を中心とする円弧をなすように、従ってリフト量がゼロ一定となるよ うに形成されている。また上記リフト部 17dは上記ベース部 17cに連続させて、かつ 該ベース部 17から離れるほどリフト量が大きくなるよう形成されている。
[0041] また上記揺動ローラ 21は上記排気カム軸 16のカムノーズ 16aに転接している。そし てこの揺動部材 17は、付勢ばね 22により上記揺動ローラ 21が上記カムノーズ 16aに 常に当接するように図 5の反時計回りに付勢されている。
[0042] 上記メイン排気弁 8用のメインロッカアーム 18は気筒毎に 2組、サブ排気弁 9用のサ ブロッ力アーム 18' は気筒毎に 1組配設されている。該各ロッカアーム 18, W は その基端側のリング部 18a, 18a' 力カム軸と平行にシリンダヘッド 1に回動自在に 支持された共通のコントロールシャフト 23の支持部 23cにより揺動可能に支持されて いる。また各ロッカアームの 18, 18' の先端側に形成された押圧部 18b, 18b' 力 S それぞれメイン，サブ排気弁 8, 9の上端面にパッドを介して当接している。なお、上 述の通りサブ排気弁 9がメイン排気弁 8より気筒軸線力 外方に離れるように配置され ているため、サブロッカアーム 18' カ^ィンロッカアーム 18より長く形成されている。
[0043] 上記コントロールシャフト 23は、図 4,図 11に示すように軸線 aと同心をなすように、 かつ 4つの部分に分けられて形成され、上記ロッカアーム 18, 18 'を支持する支持部 23cと、これら支持部 23c間に、上記軸線 aから外周側に偏心させて配置されたメイン 偏心ピン部 23a, 23aと、該両メイン偏心ピン部 23a, 23aの間に位置し、かつ上記軸 線 aを挟んで該メイン偏心ピン 23aの反対側に偏心させて配置されたサブ偏心ピン 2 3bを有する。
[0044] 上記メイン，サブ偏心ピン部 23a, 23bによりメイン，サブ中間アーム 19, 19' の基 部 19a, 19a' が揺動可能に支持されている。この基部 19a, 19a' は半円状をなし 、上記偏心ピン部 23a, 23bに外側カも径方向内側に向けて装着可能となっている。 この基部 19a, 19aは偏心ピン部 23a, 23bに支持され、板ばねからなる保持ばね 24 , 24' により掛止されている。これにより中間アーム 19, W は偏心ピンを中心に摇 動可能となっている。
[0045] また上記メイン中間アーム 19のローラ 19bを軸支するボス部に形成された押圧面 1 9cは、上記メインロッカアーム 18に形成された被押圧段部 18cに摺接している。さら にまた上記サブ中間アーム 19^ のローラ 191/ を軸支するピン 19 は、該中間ァ ーム 19'のボス部からさらに突出するように軸方向に長く形成され、該突出部が上記 サブロッカアーム 18Ίこ形成されたガイド長孔 18dに摺動可能に挿入されている。こ れにより上記揺動部材 17の揺動に伴って上記メイン，サブ中間アーム 19, 19' 及 びメイン，サブロッカアーム 18, 18' が揺動し、メイン，サブ排気弁 8, 9を開閉駆動 するようになっている。
[0046] ここで、上記コントロールシャフト 23の一端部には、サーボモータ等のァクチユエ一 タが接続されており、該コントロールシャフト 23はァクチユエータを介してコントローラ (リフト量制御部）により、その回転角度が制御される。
[0047] 上記コントロールシャフト 23の回転角度に応じて中間アーム 19, 19' の揺動部材 17のカム面 17bに対する相対位置が変化し、これによりリフト量が可変制御される。 具体的には、中間アームのローラ 19bがカム面 17bのリフト部 17d側に前進するほど リフト量は大きくなり、逆にベース部 17c側に後退するほどリフト量は小さくなる。
本実施形態エンジンでは、カム軸 16が回転すると、カムノーズ 16aにより揺動部材 17が摇動軸 20を中心に揺動し、該摇動部材 17のカム面 17bがメイン，サブ中間ァ ーム 19, 19' 及びメイン，サブロッカアーム 18, 18' を介してメイン，サブ排気弁 8, 9を開閉駆動する。この場合に、上述のようにコントロールシャフト 23の回動角度をコ ントローラで制御することによって、メイン，サブ排気弁 8, 9のリフト量及び開期間が 連続的に制御される。なお、吸気弁側についても同様である。 [0048] 例えば図 5 (a)に示すように、メイン中間アーム 19が揺動部材 17から最も離れる後 退端付近に位置するように上記コントロールシャフト 23の回動角度が 0 0〜 0 1 (図 13参照）に制御されると、メイン中間アーム 19のローラ 19bは揺動部材 17のカム面 1 7aのベース円部 17cの後端端部に転接する。そのためカム軸 16が回転して揺動部 材 17が揺動してもメイン中間アーム 19及びメインロッカアーム 18は揺動せず、その 結果メイン排気弁 8のバルブリフト量はゼロのままである。
[0049] 一方、上記状態では、サブ中間アーム 19' は、揺動部材 17に最も近い前進端付 近に位置している。そのためサブ中間アーム 19' のローラ 19a' はカム面 17aのリフ ト部 17dとベース部 17cとの境界付近に転接して 、る。従ってカム軸 16が回転して摇 動部材 17が揺動するとサブ中間アーム 19' 及びサブロッカアーム 18'が大きく揺動 し、その結果サブ排気弁 9のノ レブリフト量は略最大となる。
[0050] 上記サブ排気弁 9のリフト量は、上記コントロールシャフト 23の回動角度が θ 1より 増加すると徐々に減少し、回動角度 Θ 2になるとゼロとなる。一方、メイン排気弁 8のリ フト量は、上記コントールシャフト 23の回動角度が θ 1より増加すると増加し、回動角 度 0 3になると略最大となる。
[0051] 本実施形態エンジン 1では、始動時及び暖機前のファーストアイドル時には、上記 コントロールシャフト 23の回動角度は Θ 4に設定される。これによりメイン排気弁 8の バルブリフト量はゼロとなり、サブ排気弁 9のバルブリフト量は略最大となる。そのため 始動時及びファーストアイドル時には、排気ガスはサブ排気口 Ifからサブ排気ポート lk,サブ触媒 6を通って外部に排出される。
[0052] このように、エンジン燃焼室 lcの直近部にサブ触媒 6を配置したので、該触媒 6に は燃焼室 lc内で生成された高温の排気ガスが殆ど温度降下することなくそのまま供 給される。これにより、上記サブ触媒 6の温度がエンジン始動後直ちに活性ィ匕温度に 達し、該サブ触媒 6により排気ガスの浄ィ匕がエンジン始動直後から確実に行なわれ、 その結果、エンジン始動時及びファーストアイドル時のエンジン温度が低 、場合の排 気ガスの浄ィ匕性能を向上できる。
[0053] 一方、エンジンの暖機運転完了後においては、上記コントロールシャフト 23の回転 角度は、例えばアイドル運転状態では Θ 5に制御され、またエンジン運転状態に応じ て、例えば高速回転，高負荷運転域になるほど最大角度 Θ 3側に制御される。これ によりサブ排気弁 9は全閉状態に保持され、排気ガスはメイン排気口力ゝら各排気管 4 a〜4d、各合流管 4e, 4f、メイン管 4gさらにメイン触媒 5を通って外部に排出される。 この場合、上述の暖機運転においてメイン触媒 5は活性ィ匕温度に達しているので排 気ガスの浄ィ匕を確実に行なうことができる。
[0054] また暖機運転後はサブ排気弁 9のバルブリフト量はゼロとし、メイン排気弁 8のバル ブリフト量のみをエンジン運転状態に応じて制御するようにしたので、メイン触媒 5を エンジン直近に設けた場合に比べて出力を向上できる。即ち、メイン触媒 5は、排気 脈動を利用して各気筒の吸気量を増大させるのに充分なほど排気口力 離れた位 置に配置されているので、排気脈動を利用する際の邪魔になることはない。
[0055] また高速回転，高負荷運転域では、排気ガスはサブ触媒 6を流れな 、ので、該サ ブ触媒 6が熱害を受けることもな 、。
[0056] また本実施形態では、中間アーム 19, 19' の揺動部材 17との相対位置を変化さ せるとこにより、メイン，サブ排気弁 8, 9のリフト量をゼロから最大まで自由にできるよ うに構成された可変動弁機構 11の動作を利用して、排気ガスの流れる経路を切り替 えるようにしたので、切り替えバルブを排気経路内に設ける従来装置での問題、即ち 切り替えバルブが高温ガスにさらされるためバルブの機能，信頼性が低い、バルブ 制御機構の熱害対策が困難である、といった問題を回避できる。また従来装置では、 上記排気通路を完全に切り替えることはできないといった構造上の問題があった力 本実施形態では、排気ポートに本来設けられる排気弁を利用し、その排気弁のリフト 量をゼロに制御するので、排気通路の完全な切り替えが可能である。
[0057] また本実施形態では、サブ触媒 6を、シリンダヘッド 1に設けられたサブ排気ポート 1 k内に配置したので、排気系の構造を複雑にすることなくサブ触媒 6をエンジンの排 気口の直近に配置することができる。
[0058] さらにまた上記サブ触媒 6を配置するサブ排気ポート lkを、カム軸方向に見たとき、 メイン排気ポート liとシリンダブロック側合面 lbとの間に位置するように形成したので 、シリンダヘッド 1の空きスペースを有効利用してサブ触媒 6を配置できる。
[0059] なお、上記実施形態では、サブ触媒 6を、気筒 1 # 1〜#4毎にシリンダヘッド 1に内 蔵させたが、本発明におけるサブ触媒 6の配置については各種の変形例が採用可 能である。例えば、図 14に示すように、各気筒の 4つのサブ排気ポート lkをシリンダ ヘッド 1内で 1つ（又は複数)のポートに合流させ、該合流部に 1つ（又は複数)のサブ 触媒 を配置しても良い。
また上記サブ触媒をシリンダヘッドに内蔵した力 本発明のサブ触媒は必ずしもシ リンダヘッドに内蔵する必要はなく、要はサブ触媒が短時間で活性ィ匕温度まで昇温 するように、サブ触媒を可能な限り排気口に近接させて配置すれば良い。例えば図 1 5に示すように、第 2排気ポート lkに接続された第 2排気管 11Πこサブ触媒 6'を配設 しても良い。

Claims

請求の範囲
[1] 第 1,第 2排気弁と、該第 1,第 2排気弁で開閉される第 1,第 2排気通路と、該第 1 排気通路に配置された第 1触媒と、上記第 2排気通路に上記第 1触媒より上流側に 位置するように配置された第 2触媒と、上記第 1,第 2排気弁のリフト量を略ゼロから 最大の間で変化可能に構成された可変動弁機構と、少なくとも始動時においては、 上記第 2排気通路を通る排気ガス量が上記第 1排気通路を通る排気ガス量より多くな るよう、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転 ·高負荷運転域においては上記第 1排気通路を通る排気ガス量が第 2排気通路を通る排気ガス量より多くなるよう上記 可変動弁機構をして上記第 1,第 2排気弁のリフト量を制御するリフト量制御部とを備 えたことを特徴とするエンジン。
[2] 請求項 1において、上記可変動弁機構は、上記第 1,第 2排気弁のリフト量を、リフト 量制御部による制御量の増減に伴って増大又は減少させるよう構成されており、上 記リフト量制御部は、少なくとも始動時においては、上記第 1排気弁のリフト量が略ゼ 口となり、かつ上記第 2排気弁のリフト量が略最大となるように上記可変動弁機構を制 御し、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転 ·高負荷運転域においては上記第 1排気弁のリフト量が上記第 2排気弁の最大リフト量より大となり、かつ上記第 2排気 弁のリフト量が略ゼロとなるように上記可変動弁機構を制御することを特徴とするェン ジン。
[3] 請求項 2において、上記可変動弁機構は、クランク軸と平行に配置され、該クランク 軸により回転駆動されるカム軸と、該カム軸と平行な揺動軸廻りに揺動可能に配置さ れ、該カム軸により揺動駆動される揺動部材と、上記カム軸と平行なコントロールシャ フト廻りに揺動可能に配置され、上記排気弁を開閉駆動するロッカアームと、該ロッ力 アームと上記揺動部材との間又は上記カム軸と揺動部材との間に、該揺動部材の摇 動をロッカアームに伝達可能に、かつその揺動中心の上記揺動部材に対する相対 位置を変化可能に配置された中間部材とを備え、上記リフト量制御部は、少なくとも 始動時においては、上記第 1排気弁のリフト量が略ゼロとなり、かつ上記第 2排気弁 のリフト量が略最大となるように上記中間部材の上記揺動部材に対する相対位置を 制御し、また少なくとも暖機運転完了後の高速回転 ·高負荷運転域においては上記 上記第 1排気弁のリフト量が上記第 2排気弁の最大リフト量より大となり、かつ上記第
2排気弁のリフト量が略ゼロとなるように上記中間部材の上記揺動部材に対する相対 位置を制御することを特徴とするエンジン。
[4] 請求項 2又は 3において、上記リフト量制御部は、上記始動時から暖機運転が進行 するに伴って第 2排気弁のリフト量が減少するとともに第 1排気弁のリフト量が増加し
、かつ第 2排気弁と第 1排気弁が共にリフトする重なり領域が得られるよう上記可変動 弁機構を制御することを特徴とするエンジン。
[5] 請求項 4において、上記重なり領域においては、第 2排気弁のリフト量減少と第 1排 気弁のリフト量増加とにより、実質的な排気通路面積が略一定又は連続的に増加す ることを特徴とするエンジン。
[6] 請求項 1にお 、て、上記第 2触媒は、シリンダヘッドに設けられ第 2排気通路の一部 を構成する第 2排気ポート内に配置されていることを特徴とするエンジン。
[7] 請求項 6において、上記第 1排気弁はカム軸方向に並べて 2本配置され、上記第 2 排気弁は、上記 2本の第 1排気弁の間に 1本配置され、上記第 2排気ポートは、カム 軸方向に見たとき、第 1排気通路の一部を形成する第 1排気ポートとシリンダブロック 側合面との間に位置するように配置されていることを特徴とするエンジン。
[8] 請求項 1において、上記第 2触媒は、シリンダヘッドの第 2排気ポートに接続され第
2排気通路の一部を構成する第 2排気管内に配置されていることを特徴とするェンジ ン。
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