JP2007046535A - エンジンのデコンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン本体のサイズアップや部品点数の増加を抑制しつつ、さまざまなタイプの動弁装置への適用が可能なエンジンのデコンプ装置を提供する。
【解決手段】バルブスプリング４によって閉弁方向に付勢される機関バルブ３をリフトさせて開弁する構成において、機関バルブ３のバルブステム３１に段差部３１ａを設けると共に、バルブステム３１を挟んで設けられた一対の凸状部材４１，４１を有する係合装置４０を備える。この係合装置４０は、一対の凸状部材４１，４１をバルブステム３１の軸心に略直交する方向に移動させてバルブステム３１に形成された段差部３１ａに係合させることにより、エンジン始動時に機関バルブ３をリフトさせた状態とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、エンジンのデコンプ装置に関し、特に機関バルブ（吸気バルブ、排気バルブ）を開弁させてエンジン始動時の筒内圧を低減するエンジンのデコンプ装置に関する。

従来のデコンプ装置としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。この装置は、ロッカアーム式動弁装置に適用されるものであり、エンジンのオイルポンプの吐出圧が所定値以下のときには、アクチュエータに連接するロッカアームがロッカシャフトに沿ってスライドして、ロッカアームのスリッパ部に設けられたデコンプカムがバルブステムを押圧してデコンプ動作させる一方、吐出圧が上昇すると、ロッカアームがロッカシャフトに沿って上記デコンプ動作時の逆方向へとスライドし、デコンプカムがバルブステムから外れてデコンプ（動作）が解除されるようになっている。
実開平２−８０７０６号公報

しかし、上記従来の装置は、ロッカアーム式動弁装置、すなわち、専用のロッカシャフトとロッカアームとを備えることを前提とする構成であるため、他のタイプの動弁装置、例えば直動式動弁装置には容易に適用することができない。
さらに、アクチュエータをエンジンの外側に配設しているため、エンジン本体のサイズにも影響を及ぼす（増大する）ことにもなる。特に、ハイブリッド車両においては、エンジン部品以外のハイブリッド専用部品も搭載するため、エンジン本体のコンパクト化や部品点数の軽減を図る必要があるが、上記従来の装置では、エンジン本体のサイズアップや部品点数の増加を招くこととなり、容易に適用できないという問題があった。

本発明は、このような従来の問題に着目してなされたものであり、エンジン本体のサイズアップや部品点数の増加を抑制しつつ、さまざまなタイプの動弁装置への適用が可能なエンジンのデコンプ装置を提供することを目的とする。

このため、本発明は、バルブスプリングによって閉弁方向に付勢される機関バルブ（吸気バルブ及び／又は排気バルブ）をリフトさせて開弁するエンジンにおいて、前記機関バルブのバルブステムに段差部を形成すると共に、前記バルブステムの軸心に略直交する方向に移動する係合部材を有する係合装置を備え、前記係合装置が前記係合部材を前記バルブステムの軸心に略直交する方向に移動させて前記バルブステムに形成された段差部に係合させることにより、エンジン始動時に前記機関バルブをリフトさせた状態とする（始動前にあらかじめ係合部材を移動させておいて機関バルブをリフトさせること、及び始動時に係合部材を移動させて機関バルブをリフトさせることの双方を含む）ことを特徴とする。

本発明によれば、係合装置が係合部材を移動させてバルブステムの段差部に係合させることにより、エンジン始動時に機関バルブをリフトさせた状態（開弁した状態）とするので、エンジン始動時における筒内圧を低減してエンジンの始動性を向上できる。さらに、動弁装置における必須の構成であるバルブステムに段差部を設け、これを利用して機関バルブをリフトさせる（デコンプ動作を行う）構成としたので、直動式、ロッカアーム式等のさまざまな動弁装置に対して容易に適用することができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。ここでは、便宜上、まず従来のいわゆる直動式動弁装置の概略構成及びデコンプ動作の必要性に関する説明をした後、本発明の実施形態（直動式動弁装置に適用した例）について説明することにする。なお、以下では、排気バルブを開閉するものについて説明しているが、吸気バルブを開閉するものであっても同様である。また、以下の説明及び図面において、同一符号は同一の部品（構成）を示すものとする。

図１は、従来のディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という場合もある）の直動式動弁装置の概略構成を示している。この直動式動弁装置は、図１に示すように、エンジンのシリンダヘッド１に形成された排気ポート２を開閉する排気バルブ３と、排気バルブ３を閉弁方向に常時付勢するバルブスプリング４と、排気バルブ３のバルブステム３１の上端面（バルブステムエンド）３１ｂに取り付けられるバルブリフタ５と、このバルブリフタ５を介して排気バルブ３を開閉駆動するカム（偏心カム）６と、を含んで構成される。

排気バルブ３は、そのバルブステム３１がシリンダヘッド１側に設けられたバルブガイド８内を軸方向に移動可能に配設されている。また、バルブガイド８の上部には、バルブステム３１の外周に当接するバルブステムシール（オイルシール）９が配設されている。このバルブステムシール９によって、排気バルブ３の開閉動作に伴う潤滑オイル等の漏洩（特に、燃焼室内への混入）が防止される。

バルブスプリング４は、排気バルブ３のバルブステム３１の上方に取り付けられたスプリングリテーナ１０とシリンダヘッド１側のスプリング取付部（スプリングシート）１１との間に配設されており、排気バルブ３を閉弁方向に常時付勢している。
バルブリフタ５は、カップ（有底円筒部材）を伏せたような形状を有しており、その内部にスプリングリテーナ１０やバルブスプリング４の一部（上部）が収容されるようになっている。バルブリフタ５の冠面（上面）にはシム１２が取り付けられている。バルブリフタ５の冠面（上面）は、カム６の押し付け面として機能するものであるが、製造誤差や熱膨張差等によってバルブリフタ５が押し下げられて開弁することがないように、通常はカム６とバルブリフタ５の冠面との間にいわゆるバルブクリアランスが設けられている。上記シム１２は、このバルブクリアランスを調整するために取り付けられるものである。

カム６は、タイミングチェーン等を介してクランクシャフト（図示省略）に連動して回転する排気カムシャフト１３に一体形成又は固定されており、バルブリフタ５の冠面（より具体的には、シム１２）に接して配設される。このため、排気カムシャフト１３が回転するとカム６も回転し、そのカムプロフィールに応じて、バルブリフタ５をバルブスプリング４の付勢力に抗して押し下げることになる。これにより、バルブステム３１が下方に移動することとなり、シリンダヘッド１のバルブシート部１４と排気バルブ３との間に隙間が生じる（すなわち、排気バルブ３が開弁する）。つまり、排気カムシャフト１３（すなわち、カム６）の回転運動とバルブスプリング４の伸縮運動とによって排気バルブ３の開閉が行われる。

次に、デコンプ動作の必要性について説明する。
ディーゼルエンジンなどの圧縮比の高いエンジンを始動させようとした場合、圧縮圧（筒内圧）によるポンピングロスが大きく、スタータモータへの負荷も増大する。
また、ディーゼルエンジンと電気モータとを走行駆動源とするハイブリッド車両においては、停車中や電気モータによる走行中などエンジンを停止させる機会が多いため、エンジンの停止・始動が頻繁に行われることになるが、このときのエンジン始動の動力源は基本的に電気モータとなる。

ところが、この電気モータは、一般に、エンジンのクランクシャフトに直結されるものであるため、ギヤ列を介して接続される（すなわち、トルクが増幅される）通常のスタータモータよりも大きな駆動力を必要とし、その結果、耐久性と高出力性能とを持ち合わせたものを使用することになる。
今のところ、電気モータは、その出力によりサイズが決定されてしまうため、高出力が要求されれば、それだけ大きなサイズの電気モータを使用せざるを得ず、ハイブリッド車両の開発においては、コスト面やスペース面等からも電気モータのサイズダウンが重要な課題の一つとなっている。

ここで、圧縮圧によるポンピングロス（負荷の増大）を低減することができれば、エンジン始動のための駆動力も低減することができ、ひいては電気モータに要求される出力値も抑えることができるので、電気モータのサイズダウンが可能になる。
このようなポンピングロスは、エンジン始動時のシリンダ内の（高）圧縮圧を開放して減圧（低減）させることで減少することができ、エンジン始動性の向上という観点ばかりでなく、ハイブリッド車両における電気モータのサイズダウンという観点からもデコンプ動作を行うことが望まれる。

しかしながら、上記従来の直動式動弁装置のままでは、デコンプ動作を容易に行うことはできないし、また、ハイブリッド車両におけるスペース面等をも課題としているから、電気モータをサイズダウンできたとしても、デコンプ動作のための構成を付加することでエンジン本体のサイズが増大してしまっては問題である。また、部品点数があまりに増大してしまってはコスト面や組立性の面で更なる問題が生じるおそれもある。

そこで、上述したような従来の直動式動弁装置を含めたさまざまなタイプの動弁装置に対して適用することができ、エンジン本体のサイズアップや部品点数の増大をほとんど招くことなく、デコンプ動作を行えるように構成したものが本発明のデコンプ装置である。以下、本発明の実施形態に係るデコンプ装置について説明するが、大まかな構成は、上記従来の直動式動弁装置と同様であるので、主として相違点（特徴的な構成）を説明することにする。

図２は、直動式動弁装置に適用したデコンプ装置であり、本発明の一実施形態を示している。この実施形態は、上述した従来の直動式動弁装置に対して、（１）バルブスプリング４を取り付けるスプリング取付部（スプリング保持部材に相当する）１１１をシリンダヘッド１と別体で構成し、これをシリンダヘッド１に形成した取付孔にねじ込み固定する（ねじ嵌合する）ようにした点、（２）排気バルブ３のバルブステム３１に段差部３１ａを設けるとともに、排気バルブ３（バルブステム３１）の軸心に略直交する方向に移動して上記段差部３１ａに係合する凸状部材（係合部材に相当する）４１，４１を備えた係合装置４０を設けている点、を主たる特徴としている。

図３は、かかる実施形態における排気バルブ３の周辺構成の概略図である。なお、図において左側は、凸状部材４１，４１がバルブステム３１の段差部３１ａに係合して排気バルブ３が完全に閉弁しない状態（デコンプ動作時）を示し、右側は、凸状部材４１，４１がバルブステム３１の段差部３１ａから退避しており（係合せず）、排気バルブ３が完全に閉弁する状態（通常時）を示している。

図に示すように、本実施形態における排気バルブ３のバルブステム３１は、段差部３１ａを境にバルブリフタ５側の小径部と燃焼室側の大径部とに分けられている。但し、これに限るものではなく、後述する凸状部材４１，４１と係合する部分（段差）がバルブステム３１に形成されていればよい。なお、段差部３１ａは、開弁時においてもバルブステムシール９の上方に位置するように設定されている。

スプリング取付部１１１は、円筒状カップを伏せたような形状を有しており、その上面にバルブスプリング４の取付用のボス部１１１ａが形成されている。このボス部１１１ａにバルブスプリング４（の内周）を嵌め込むことでバルブスプリング４（の下端側）が保持される。また、排気バルブ３のバルブステム３１が挿通される挿通孔１１１ｂがボス部１１１ａを貫通して形成されており、図で見て下方の外周面には、ねじ加工が施されたねじ部１１１ｃが形成されている。このねじ部１１１ｃにより、スプリング取付部１１１はシリンダヘッド１側に形成されるねじ孔にねじ込み固定される（したがって、ボルト等の固定部材を別途設ける必要がない）。

係合装置４０は、上記スプリング取付部１１１の内部に収容（内蔵）されている。この係合装置４０は、図４（図３のＡ−Ａ断面拡大図である）に示すように、排気バルブ３のバルブステム３１を挟むように配置される一対の凸状部材４１，４１と、この凸状部材４１，４１をバルブステム３１方向に常時付勢するスプリング４２，４２と、油圧室４３、４３と、を含んで構成されている。なお、油圧室４３，４３は、凸状部材４１，４１の下方で連通しており、図示しない油圧供給手段によりシリンダヘッド１に形成された油圧通路４４を介して油圧が供給され、また、該油圧通路４４を介して油圧室４３，４３から油圧が戻されるようになっている。

そして、このような構成のもと、通常時においては、図５（図４に相当する図である）に示すように、油圧室４３，４３内に油圧が供給されており、凸状部材４１，４１がスプリング４２，４２の付勢力に抗してバルブステム３１から離れた位置へと移動するようになっている。この状態では、凸状部材４１，４１は排気バルブ３の動作に何ら関与しない（すなわち、排気バルブ３の閉動作時に、凸状部材４１，４１がバルブステム３１の段差部３１ａと係合しない）。このため、カム６の回転に応じて排気バルブ３がリフトして開弁し、また、バルブシート部１４に着座することで閉弁する。

一方、エンジン停止時（停止動作に入った停止直前の状態を含む）においては、図６（図４及び図５に相当する図である）に示すように、油圧室４３，４３から油圧が逃がされ（油圧供給源へと戻され）、凸状部材４１，４１は、スプリング４２，４２の付勢力によってバルブステム３１側へと移動するようになっている。このため、排気バルブ３の閉動作時に、凸状部材４１，４１がバルブステム３１の段差部３１ａに両側から挟み込むようにして係合することとなり、排気バルブ３を閉弁しようとしても、完全にはバルブシート部１４に着座できず（完全に閉弁されず）、バルブシート部１４との間に隙間Ｘが生じることになる（図３参照）。そして、かかる状態を、エンジン始動時においてもアイドル回転速度（所定回転速度）を超えるまでの間はそのまま維持するようにし、エンジン回転速度がアイドル回転速度（所定回転速度）を超えると、油圧室４３，４３に油圧を供給して上記した通常時に状態に戻すようにする（すなわち、凸状部材４１，４１の段差部３１ａへの係合を解除する）。

これにより、図７に示すように、エンジン始動〜アイドル回転速度以下の領域、及びエンジン停止中は、排気バルブ３がわずかに開弁しており、燃焼室内圧力（筒内圧）が減少する燃焼室内減圧状態（デコンプ動作時）となっている。したがって、特にエンジン始動時において、圧縮圧力によるポンピングロスを回避することができる。なお、排気バルブ３とバルブシート部１４との隙間Ｘは、０．５〜１．０ｍｍ程度であっても十分に上記燃料室内減圧状態とすることができることが確認されている。

この実施形態によると、エンジン停止時に係合装置４０が凸状部材４１，４１を移動させてバルブステム３１に形成した段差部３１ａに係合させ、始動時においてもこれを維持することにより、エンジン始動時に排気バルブ３をリフトさせた状態とすることができるので、筒内圧を低減してエンジンの始動性が向上する。
また、係合装置４０をスプリング取付部１１１に内蔵する構成としたので、エンジン本体（動弁装置）のサイズアップを抑制することができる。なお、バルブステム３１に段差部３１を形成した上でスプリング取付部１１１及び係合装置４０を設けるようにすれば、他の部分については従来の構成部品をそのまま使用できるため、さまざまなタイプの動弁装置への適用が容易である。

また、バルブステム３１において段差部３１ａのバルブリフタ５側（上側）が、燃焼室側（下側）よりも小径となっているため、誤動作等によって凸状部材４１，４１がバルブステム３１側に移動してしまった場合であっても、この凸状部材４１，４１によりバルブリフト動作（排気バルブ３の開弁）が妨げられることはない。
また、段差部３１ａは、開弁時においてもバルブステムシール９の上方に位置するように設定されているので、この段差部３１ａを設けたことによるバルブステムシール９のシール性の悪化は防止されている。

さらに、ハイブリッド車両におけるエンジンに適用した場合には、電気モータを小型化できるので、車両への搭載性を向上できると共に、コストダウンも図れる。
なお、以上では、エンジン停止中及びエンジン始動時において排気バルブ３を（わずかに）開弁させるようにしているが、エンジン始動時のみとしてもよい。
また、係合装置４０において、スプリング４２，４２によって付勢された凸状部材４１，４１を油圧により移動させる油圧駆動式のものとしているが、スプリング４２，４２がない構成とすることはもちろん、その他の駆動方式、例えば、電磁駆動式のものとしてもよい。特に電磁駆動式の場合には、エンジン始動時であっても凸状部材４１，４１を速やかに移動させることができるという利点がある。（いずれにしても公知の技術の適用により構成できるので、その詳細な説明は省略する）。

さらに、以上は本発明の一実施形態を説明したものに過ぎず、さまざまな改良、変形等が可能であることは言うまでもない。図８〜１１は、その変形例を示している。
図８は、第１変形例を示しており、上記図３に相当する図である。この変形例は、上記実施形態がスプリング取付部１１１をねじ嵌合によりシリンダヘッド１に取り付ける構成であるのに対して、ボルト５０等の固定部材によりスプリング取付部１１２をシリンダヘッド１に取り付ける（固定する）ようにした点が相違し、その他は同様である。すなわち、スプリング取付部１１２は、ボルト５０等の固定部材を挿通させる挿通孔が形成されたフランジ部１１２ａを有して構成される。このようにしても、上記実施形態と同様の効果が得られる。なお、上記実施形態に対して、ボルト等の固定部材が必要となりその分部品点数が増加する点で不利であるが、取付時にスプリング取付部１１２を回転させる必要がないので、作業性の面では有利である。

図９は、第２変形例を示しており、上記図３、８に相当する図である。この変形例は、上記実施形態がスプリング取付部１１１の上部にボス部１１１ａを形成し、このボス部１１１ａにバルブスプリング４を嵌め込むことでバルブスプリング４をスプリング取付部１１１の上部に固定・保持しているのに対して、バルブスプリング４をスプリング取付部１１３の外周に嵌め込むようにし、スプリング取付部１１３をバルブスプリング４の内部（内側）に収容できるようにした点が相違し、その他は同様である。このようにしても、上記実施形態等と同様の効果が得られる。また、より確実にバルブスプリング４を保持できることにもなる。

図１０は、第３変形例を示しており、上記図３、８、９に相当する図である。この変形例は、上記第１変形例において、上記第２変形例のようにスプリング取付部１１４をバルブスプリング４の内部（内側）に収容できるようにしたものである。このようにしても、上記実施形態等と同様の効果が得られる。
図１１は、第４変形例を示しており、上記図２に相当する図である。この変形例は、上記実施形態（及び各変形例）が直動式動弁装置に適用したデコンプ装置であるのに対して、（スイング）ロッカアーム式動弁装置（すなわち、カム６の回転によってスイング式のロッカアーム２１１がピボット（ＨＬＡ）２１２との当接部を支点として揺動して排気バルブ３を開弁させる構成）に適用したものである。このように、ロッカアーム式動弁装置に適用した場合であっても、上記実施形態等と同様の効果を得ることができる。つまり、本発明に係るデコンプ装置では、動弁装置におけるバルブステム（必須の構成要素と言える）に段差部を設け、この段差部に係合する凸状部材を有する係合装置を備える構成としているので、上記直動式、ロッカアーム式等のさまざまなタイプの動弁装置に対して比較的容易に適用することができる。

直動式動弁装置の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るデコンプ装置の概略構成を示す図である。 図２における機関バルブ（排気バルブ）の近傍の拡大図である。 図３のＡ−Ａ断面（拡大）図である。 通常時における係合装置の動作状態を示す図である。 デコンプ動作時（係合時）における係合装置の動作状態を示す図である。 エンジン回転速度、燃焼室内圧縮圧の変化を説明する図である。 上記実施形態の第１変形例を示す図である。 同上第２変形例を示す図である。 同上第３変形例を示す図である。 同上第４変形例（ロッカアーム式動弁装置への適用例）を示す図である。

符号の説明

１…シリンダヘッド、２…排気ポート、３…排気バルブ、４…バルブスプリング、５…バルブリフタ、６…カム、８…バルブガイド、９…バルブステムシール（オイルシール）、１０…スプリングリテーナ、１２…シム、１３…排気カムシャフト、１４…バルブシート部、３１…バルブステム、３１ａ…段差部、３１ｂ…バルブステムエンド、４０…係合装置、４１…凸状部材（係合部材）、４２…スプリング、４３…油圧室、４４…油圧通路、１１１，１１２，１１３，１１４…スプリング取付部（スプリング保持部材）

Claims (8)

1. バルブスプリングによって閉弁方向に付勢される機関バルブをリフトさせて開弁するエンジンにおいて、
   前記機関バルブのバルブステムに段差部を設けると共に、
   前記バルブステムの軸心に略直交する方向に移動する係合部材を有する係合装置を備え、
   前記係合装置は、前記係合部材を前記バルブステムの軸心に略直交する方向に移動させて前記バルブステムに形成された段差部に係合させることにより、エンジン始動時に前記機関バルブをリフトさせた状態とすることを特徴とするエンジンのデコンプ装置。
2. 前記係合装置は、前記係合部材を油圧駆動により移動させることを特徴とする請求項１記載のエンジンのデコンプ装置。
3. 前記係合装置は、前記係合部材を電磁駆動により移動させることを特徴とする請求項１記載のエンジンのデコンプ装置。
4. 前記バルブスプリングの一端側を保持するスプリング保持部材がシリンダヘッドとは別体で形成され、
   前記係合装置は、前記スプリング保持部材に内蔵されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンのデコンプ装置。
5. 前記スプリング保持部材は、前記シリンダヘッドに形成される取付孔にねじ嵌合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンのデコンプ装置。
6. 前記係合装置は、エンジン停止時に前記機関バルブをリフトさせた状態とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のエンジンのデコンプ装置。
7. 前記係合装置は、エンジン回転速度がアイドル回転速度を超えた場合には、前記機関バルブをリフトさせた状態を解除することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のエンジンのデコンプ装置。
8. 前記エンジンはハイブリッド車両に搭載され、電気モータと共に走行駆動源を構成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のエンジンのデコンプ装置。
   

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