JP2006152941A

JP2006152941A - エンジンの動弁装置

Info

Publication number: JP2006152941A
Application number: JP2004345538A
Authority: JP
Inventors: Sukenori Noguchi; 祐則野口
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】吸気バルブや排気バルブを駆動する動弁装置の部品点数を削減する。
【解決手段】吸気側ロッカアーム２８および排気側ロッカアーム２９を揺動自在に支持するロッカ軸２７が設けられ、捩りコイルばね３５のコイル部３５ａにロッカ軸２７が案内されている。捩りコイルばね３５のコイル部３５ａの両端からそれぞれ腕部３５ｂ，３５ｃが延びて設けられており、一方の腕部３５ｂは吸気バルブ２４の軸部に係合して、吸気バルブ２４を閉方向に付勢するのに対し、他方の腕部３５ｃは排気バルブ２５の軸部に係合して、排気バルブ２５を閉方向に付勢するようになっている。このように、１つの捩りコイルばね３５によって吸気バルブ２４と排気バルブ２５とを作動させることができ、動弁装置１０の部品点数を削減するとともに製造コストを引き下げることが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、吸気バルブを開閉駆動する吸気側ロッカアームと、排気バルブを開閉駆動する排気側ロッカアームとを備えるエンジンの動弁装置に関する。

動弁装置を備える４サイクルエンジンにあっては、燃焼室に連通する吸気ポートと排気ポートとがシリンダヘッドに形成され、これらのポートを開閉する吸気バルブと排気バルブとがシリンダヘッドに組み付けられている。これらのバルブはクランク軸に連動して回転するカム軸によって開閉駆動され、カム軸と吸気バルブとの間には、カム軸の回転運動を往復運動に変換して吸気バルブに伝達するロッカアームが組み込まれており、カム軸と排気バルブとの間には、往復運動を排気バルブに対して伝達するロッカアームが組み込まれている。

これらのロッカアームをカム軸の回転運動によって揺動させることにより、吸気バルブや排気バルブは開方向に押し込まれることになるが、吸気バルブや排気バルブの開閉動作をカム軸のカム面に追従させるため、吸気バルブや排気バルブには、バルブを閉方向に付勢するバルブスプリングが組み付けられている。また、バルブスプリングの共振に伴うサージングを抑制するため、バルブスプリングに加えて捩りコイルばねを組み付けるようにした動弁装置が提案されている(たとえば、特許文献１参照)。

ところで、エンジンの動弁装置としては、１本のカム軸によって吸気バルブと排気バルブとを開閉制御するようにしたＳＯＨＣ型の動弁装置や、吸気側と排気側とに設けられる２本のカム軸によって吸気バルブと排気バルブとを開閉制御するようにしたＤＯＨＣ型の動弁装置が開発されている。ＤＯＨＣ型の動弁装置にあっては、往復部の慣性質量を低減することが容易である一方、ＳＯＨＣ型の動弁装置にあっては、部品点数、製造コスト、重量などの点で優れることから、要求されるエンジン特性に応じて、いずれのタイプを採用するかが決定されている。たとえば、発電機や圧縮機の動力源として用いられる汎用エンジンにあっては、製造コストの削減が重視されるため、ＳＯＨＣ型の動弁装置を採用することが多い。
特開２０００−１１０５２１号公報

しかしながら、ＳＯＨＣ型の動弁装置を採用することによって、製造コストを引き下げようとした場合であっても、前述したように、吸気バルブや排気バルブのそれぞれにバルブスプリングを組み付ける必要があるため、更なる部品点数の削減を図ることは困難となっていた。そこで、バルブスプリングの共用化を図ることにより、部品点数を削減するとともに製造コストを引き下げるようにした動弁装置が所望されている。

本発明の目的は、吸気バルブや排気バルブを駆動制御する動弁装置の部品点数を削減することにより、動弁装置の製造コストを引き下げることにある。

本発明のエンジンの動弁装置は、カム軸の回転運動によって吸気バルブを開閉駆動する吸気側ロッカアームと、排気バルブを開閉駆動する排気側ロッカアームとを備えるエンジンの動弁装置であって、前記カム軸に平行に設けられ、前記吸気側ロッカアームおよび前記排気側ロッカアームを揺動自在に支持するロッカ軸と、前記ロッカ軸に取り付けられ、前記ロッカ軸が挿通されるコイル部および前記コイル部の両端から延びる一対の腕部を備える捩りコイルばねとを有し、前記腕部の一方を前記吸気バルブの軸部に係合させ、前記吸気バルブを閉方向に付勢する一方、前記腕部の他方を前記排気バルブの軸部に係合させ、前記排気バルブを閉方向に付勢することを特徴とする。

本発明のエンジンの動弁装置は、前記吸気側ロッカアームと前記排気側ロッカアームとは１本の前記カム軸によって駆動されることを特徴とする。

本発明のエンジンの動弁装置は、前記吸気側ロッカアームと前記排気側ロッカアームとは板金製のロッカアームであることを特徴とする。

本発明によれば、ロッカ軸に捩りコイルばねを取り付け、捩りコイルばねの一方の腕部によって吸気バルブを閉方向に付勢するとともに、他方の腕部によって排気バルブを閉方向に付勢するようにしたので、１つの捩りコイルばねによって吸気バルブと排気バルブとを作動させることができ、動弁装置の部品点数を削減するとともに製造コストを引き下げることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である動弁装置１０を備えた４サイクルエンジン１１(以下、エンジンという)を示す部分断面図である。なお、図示するエンジン１１は、発電機や圧縮機の動力源として用いられる汎用エンジンであり、ＳＯＨＣ型の動弁装置１０を備えている。

まず、図１に示すように、エンジン１１は、クランク軸１２を回転自在に収容するクランクケース１３と、ピストン１４を往復動自在に収容するシリンダ１５とを備えており、クランクケース１３とシリンダ１５とは一体になってシリンダブロック１６を形成している。クランクケース１３に回転自在に収容されるクランク軸１２と、シリンダ１５に往復動自在に収容されるピストン１４とは、コネクティングロッド１７を介して連結されており、往復運動を行うピストン１４によってクランク軸１２が回転されるようになっている。なお、クランクケース１３内には潤滑油Ｌが貯留されており、コネクティングロッド１７に設けられるオイルディッパ１８によって潤滑油Ｌが掻き上げられ、エンジン１１内の各摺動部に供給されるようになっている。

また、シリンダ１５の上端面には動弁装置１０が組み込まれたシリンダヘッド２０が組み付けられ、シリンダヘッド２０、シリンダ１５およびピストン１４によって燃焼室２１が形成されている。シリンダヘッド２０には、燃焼室２１に混合気を供給する吸気ポート２２と、燃焼ガスを排出する排気ポート２３とが形成されており、吸気ポート２２を開閉する吸気バルブ２４と、排気ポート２３を開閉する排気バルブ２５とが開閉自在に組み付けられている。さらに、吸気バルブ２４と排気バルブ２５とを開閉駆動するため、シリンダヘッド２０にはカム２６ａを備えたカム軸２６が回転自在に装着されている。そして、カム軸２６に平行となってシリンダヘッド２０に装着されるロッカ軸２７には、吸気バルブ２４を開閉駆動する吸気側ロッカアーム２８と、排気バルブ２５を開閉駆動する排気側ロッカアーム２９とが揺動自在に装着されている。

ここで、図２(Ａ)は吸気側ロッカアーム２８を示す斜視図であり、(Ｂ)は排気側ロッカアーム２９を示す斜視図である。また、図３(Ａ)はヘッドカバー３０を取り外した状態のもとで図１の矢印ａ方向から動弁装置１０を示す平面図であり、(Ｂ)は(Ａ)と同じ部位を一部を切り欠いた状態で示す平面図である。

吸気バルブ２４や排気バルブ２５を開閉駆動するロッカアーム２８，２９は、それぞれ板金をプレス加工して製造される板金製のロッカアームである。図２(Ａ)に示すように、吸気側ロッカアーム２８は、主壁部２８ａとこれに一体となってほぼ直角に折り曲げられた側壁部２８ｂ，２８ｃとを有し、一方の側壁部２８ｂにはカム２６ａに接触するスリッパ部２８ｄが形成されている。また、主壁部２８ａには吸気バルブ２４の軸端部に当接する調整ねじ３１を取り付けるためのねじ孔２８ｅが形成され、両方の側壁部２８ｂ，２８ｃにはロッカ軸２７が案内される支持孔２８ｆ，２８ｇが形成されている。

同様に、排気側ロッカアーム２９は、図２(Ｂ)に示すように、主壁部２９ａとこれに一体となってほぼ直角に折り曲げられた側壁部２９ｂ，２９ｃとを有し、一方の側壁部にはカム２６ａに接触するスリッパ部２９ｄが形成されている。また、主壁部２９ａには排気バルブ２５の軸端部に当接する調整ねじ３２を取り付けるためのねじ孔２９ｅが形成され、両方の側壁部２９ｂ，２９ｃにはロッカ軸２７が案内される支持孔２９ｆ，２９ｇが形成されている。

このような吸気側ロッカアーム２８をカム軸２６と吸気バルブ２４との間に設け、排気側ロッカアーム２９をカム軸２６と排気バルブ２５との間に設けることにより、カム軸２６を回転させることによって吸気バルブ２４と排気バルブ２５とを開閉駆動することが可能となっている。つまり、カム２６ａによってロッカアーム２８，２９のスリッパ部２８ｄ，２９ｄが押し上げられると、ロッカアーム２８，２９の端部に設けられる調整ねじ３１，３２が押し下げられ、調整ねじ３１，３２によって吸気バルブ２４や排気バルブ２５が開方向に押し下げられるようになっている。

また、図３(Ａ)および(Ｂ)に示すように、吸気バルブ２４と排気バルブ２５とを閉方向に押し上げるため、ロッカ軸２７には捩りコイルばね３５が装着されている。捩りコイルばね３５は、ロッカ軸２７が挿通されるコイル部３５ａと、コイル部３５ａの両端から延びる一対の腕部３５ｂ，３５ｃとを有しており、一方の腕部３５ｂは吸気バルブ２４の軸部に固定されたリテーナ３６ａに係合するのに対し、他方の腕部３５ｃは排気バルブ２５の軸部に固定されたリテーナ３６ｂに係合するようになっている。つまり、吸気バルブ２４と排気バルブ２５とは、捩りコイルばね３５からのばね力によって閉方向に付勢されるようになっており、カム軸２６の回転に追従させながらバルブ２４，２５を正確に開閉動作させることが可能となる。なお、腕部３５ｂ，３５ｃの先端はフック状に曲げられており、吸気バルブ２４や排気バルブ２５の軸部に引っ掛けられるようになっている。

そして、図１に一点鎖線で示すように、クランク軸１２にはクランクスプロケット４０が組み付けられ、カム軸２６にはカムスプロケット４１が組み付けられており、これらのスプロケット４０，４１の間にはタイミングチェーン４２が掛け渡されている。このように、クランク軸１２とカム軸２６とは同期して回転するようになっており、吸気バルブ２４と排気バルブ２５とは、往復動するピストン１４に干渉することなく、クランク角に同期して適切なタイミングで開閉動作を行うようになっている。

続いて、吸気バルブ２４と排気バルブ２５との開閉動作について説明する。図４(Ａ)は吸気行程における動弁装置１０の作動状態を示す説明図であり、(Ｂ)は排気行程における動弁装置１０の作動状態を示す説明図である。図４(Ａ)に示すように、混合気が燃焼室２１に流入する吸気行程においては、カム軸２６のカム２６ａによって吸気側ロッカアーム２８のスリッパ部２８ｄが押し上げられ、ロッカ軸２７を支点に揺動する吸気側ロッカアーム２８により、吸気バルブ２４は捩りコイルばね３５のばね力に抗して開方向に押し下げられる。このとき、排気バルブ２５に係合する腕部３５ｃはその位置が規制されるため、吸気バルブ２４に係合する腕部３５ｂを押し下げることにより、捩りコイルばね３５にはばね力が蓄えられる。そして、カム２６ａの回転に伴って吸気バルブ２４が最大リフト量に達した後には、吸気バルブ２４は捩りコイルばね３５からのばね力によって閉方向に押し上げられることになる。

図４(Ａ)に示す吸気行程から、混合気を圧縮する圧縮行程、混合気を燃焼してピストン１４を押し下げる燃焼行程を経て、燃焼室２１から燃焼ガスを排出する排気行程が実行される。図４(Ｂ)に示すように、排気行程においては、カム２６ａによって排気側ロッカアーム２９のスリッパ部２９ｄが押し上げられ、ロッカ軸２７を支点に揺動する排気側ロッカアーム２９により、排気バルブ２５は捩りコイルばね３５のばね力に抗して開方向に押し下げられる。このとき、吸気バルブ２４に係合する腕部３５ｂはその位置が規制されるため、排気バルブ２５に係合する腕部３５ｃを押し下げることにより、捩りコイルばね３５にはばね力が蓄えられる。そして、カム２６ａの回転に伴って排気バルブ２５が最大リフト量に達した後には、排気バルブ２５は捩りコイルばね３５からのばね力によって閉方向に押し上げられることになる。

このように、ロッカ軸２７に捩りコイルばね３５を取り付け、捩りコイルばね３５の一方の腕部３５ｂによって吸気バルブ２４を閉方向に付勢するとともに、捩りコイルばね３５の他方の腕部３５ｃによって排気バルブ２５を閉方向に付勢するようにしたので、それぞれバルブ２４，２５にバルブスプリングを設ける必要がなく、１つの捩りコイルばね３５によって吸気バルブ２４と排気バルブ２５のそれぞれを正確に作動させることができる。これにより、動弁装置１０の部品点数を削減することができ、動弁装置１０の低コスト化や軽量化を達成することができる。また、板金製のロッカアーム２８，２９を使用することにより、ロッカアーム２８，２９の内側に捩りコイルばね３５を収容することができるため、動弁装置１０の更なる小型化を達成することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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変更可能であることはいうまでもない。たとえば、吸気バルブ２４や排気バルブ２５を開閉駆動するロッカアーム２８，２９としては、板金製のロッカアームに限られることはなく、鋳造製や鍛造製のロッカアームであっても良い。

本発明の一実施の形態である動弁装置を備えた４サイクルエンジンを示す部分断面図である。 (Ａ)は吸気側ロッカアームを示す斜視図であり、(Ｂ)は排気側ロッカアームを示す斜視図である。 (Ａ)はヘッドカバーを取り外した状態のもとで図１の矢印ａ方向から動弁装置を示す平面図であり、(Ｂ)は(Ａ)と同じ部位を一部を切り欠いた状態で示す平面図である。 (Ａ)は吸気行程における動弁装置の作動状態を示す説明図であり、(Ｂ)は排気行程における動弁装置の作動状態を示す説明図である。

符号の説明

１０動弁装置
１１エンジン
１２クランク軸
２４吸気バルブ
２５排気バルブ
２６カム軸
２７ロッカ軸
２８吸気側ロッカアーム
２９排気側ロッカアーム
３５捩りコイルばね
３５ａコイル部
３５ｂ，３５ｃ腕部

Claims

カム軸の回転運動によって吸気バルブを開閉駆動する吸気側ロッカアームと、排気バルブを開閉駆動する排気側ロッカアームとを備えるエンジンの動弁装置であって、
前記カム軸に平行に設けられ、前記吸気側ロッカアームおよび前記排気側ロッカアームを揺動自在に支持するロッカ軸と、
前記ロッカ軸に取り付けられ、前記ロッカ軸が挿通されるコイル部および前記コイル部の両端から延びる一対の腕部を備える捩りコイルばねとを有し、
前記腕部の一方を前記吸気バルブの軸部に係合させ、前記吸気バルブを閉方向に付勢する一方、
前記腕部の他方を前記排気バルブの軸部に係合させ、前記排気バルブを閉方向に付勢することを特徴とするエンジンの動弁装置。
請求項１記載のエンジンの動弁装置において、前記吸気側ロッカアームと前記排気側ロッカアームとは１本の前記カム軸によって駆動されることを特徴とするエンジンの動弁装置。
請求項１または２記載のエンジンの動弁装置において、前記吸気側ロッカアームと前記排気側ロッカアームとは板金製のロッカアームであることを特徴とするエンジンの動弁装置。