JP2008240714A - ４サイクル内燃エンジンのカムプロフィール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ＯＨＣ型４サイクル内燃エンジンの安定した高速性能及び耐久性を向上する。
【解決手段】ＯＨＣ型エンジン１のロッカアーム16,17を揺動させるカムシャフト15のカムプロフィール10における作用領域20aは、閉じ側領域Aのカム面が穏やかに湾曲した形状を有し、他方、開き側領域Cのカム面が比較的直線的な形状を有する左右非対称の輪郭形状を有している。そして、開き側の角度θ１と閉じ側の角度θ２との比が（θ１／θ２）＝0.85である。
【選択図】図2

Description

本発明は４サイクル内燃エンジンのカムプロフィール構造に関し、より詳しくは、刈り払い機やチェーンソーに代表される手持ち式又は携帯式の作業機に搭載され且つ最高回転数の近傍で常用されるエンジンに関する。

手持ち式又は携帯式の作業機には排気量が２０〜６０cc程度の単気筒小型エンジンが搭載される。この種の作業機には、一般的には構造がシンプルな２サイクル内燃エンジンが搭載されるが、２サイクル内燃エンジンは効果的な排気ガス対策を施すのが難しいという問題を有していることから、比較的排気ガス対策を施し易い４サイクル内燃エンジンが注目されている。

特許文献１、２は、手持ち式又は携帯式の作業機に好都合な小型の４サイクル単気筒内燃エンジンを開示している。具体的には、特許文献１、２に開示のエンジンは、共に動弁機構としてＯＨＣ方式を採用しており、シリンダヘッドには、１本のカムシャフトと一対のロッカアームとが配設され、カムシャフトのカムと擦接して揺動するロッカアームによって吸気バルブ、排気バルブが開閉駆動される。

ＯＨＣ方式の動弁機構は、手持ち式又は携帯式作業機以外にも自動車でも一般的に採用されている。従来一般的に、実用エンジンで採用されている、カムシャフトのカムプロフィール（「カムプロファイル」とも呼ばれる）は、開き側カム面と閉じ側カム面とが共通の輪郭形状を備えた左右対称型である。

特開平１０−１１５２０２号公報 特開２００１−１５２９８１号公報

手持ち式又は携帯式の作業機に採用されるエンジンは、２サイクル、４サイクル共に、高回転型エンジンであり且つ常用回転数が最大回転数の近傍であるという点で一般車両のエンジンとは異なる。この種のエンジンを設計する場合には高速性の向上が課題となる。すなわち、手持ち式又は携帯式の作業機に採用される４サイクル内燃エンジンにあっては、一例として、開弁角及びバルブの最大リフト量を変化させないで最大回転数を高めるエンジン設計が求められる。

本発明の目的は、カムシャフトの回転をロッカアームを介して吸気バルブ、排気バルブに伝達して吸気バルブ、排気バルブを開閉させるＯＨＣ型４サイクル内燃エンジンを前提として、安定した高速性能及び耐久性を向上することのできるカムプロフィール構造を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
エンジンの燃焼室に臨んで開口した吸気ポートと排気ポートとを有し、これら吸気ポートと排気ポートとが、カムシャフトのカムによって揺動するロッカアームを介して開閉駆動される吸気バルブと排気バルブによって開閉される４サイクル内燃エンジンを前提として、
前記カムシャフトのカムのカムプロフィールが左右非対称であり、
前記カムプロフィールが、開き側の角度θ１と閉じ側の角度θ２との比（θ１／θ２）が0.7乃至0.9であることを特徴とする４サイクル内燃エンジンのカムプロフィール構造を提供することにより達成される。

このようなカムプロフィール構造を採用することにより、非対称であることで、ロッカアームを介して動作する吸気バルブ、排気バルブの開弁遅れを抑制して、バルブの開弁動作と閉弁動作を対称に近づけることができるため、エンジンの安定した高速性能を確保することができるだけでなく、最大エンジン回転数を高めることができると共に耐久性を向上することができる。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

図１は、実施例の４サイクル内燃エンジンの上部を抽出して断面した部分断面図である。図１を参照して、４サイクル内燃エンジン１は、そのシリンダブロック２に空冷用フィン３を有し且つ単気筒であり、排気量は２０〜６０cc程度の小型の空冷エンジンである。この４サイクル小型エンジン１は、典型的には、刈り払い機やチェーンソーなどの動力源として用いられる。

シリンダブロック２のシリンダボア４には、ピストン５が往復動可能に嵌装されており、このピストン５とシリンダヘッド６との間に燃焼室７が画成されている。シリンダヘッド６には、燃焼室７に臨んで吸気ポート８と排気ポート９とが形成され、この吸気ポート８と排気ポート９は、夫々、吸気バルブ１０と排気バルブ１１によって開閉される。吸気バルブ１０及び排気バルブ１１は、圧縮コイルバネ１２、１３によって閉弁方向に付勢されている。

シリンダヘッド６には、また、吸気バルブ１０と排気バルブ１１との間に、これらバルブ１０、１１を開閉するための動弁機構１４が配設されている。動弁機構１４は、１本のカムシャフト１５を有し、このカムシャフト１５には、軸線方向に離間した第１、第２の２つのカム１５ａ、１５ｂを備えている。動弁機構１４は、更に、カムシャフト１５の２つのカム１５ａ、１５ｂによって夫々駆動される第１、第２の２つのロッカアーム１６、１７を有している。第１のロッカアーム１６は吸気バルブ１０用であり、第２のロッカアーム１７は排気バルブ１１用であり、１本のカムシャフト１５が回転することにより第１、第２のロッカアーム１６、１７が揺動して吸気バルブ１０、排気バルブ１１が開閉される。すなわち、４サイクル内燃エンジン１はＳＯＨＣ方式のエンジンである。なお、この第１、第２のロッカアーム１６、１７は専用部品であってもよいが、吸気及び排気兼用の共用部品であるのがよい。

カムシャフト１５はエンジン１の出力軸であるクランクシャフト（図示せず）によって回転駆動され、クランクシャフトの回転に同期したタイミングで吸気バルブ１０と排気バルブ１１が開閉される。エンジン１のクランクシャフトとカムシャフト１５との間の動力伝達手段はタイミングベルトであってもよいし、特許文献１に開示のように歯車列であってもよい。

吸気ポート１０には、吸気系部品として、図示を省略したが、上流側からエアクリーナ、スロットルバルブ、気化器などが配設され、気化器には、燃料タンク内のガソリン又は潤滑油を混入したガソリンが供給される。

図２は、カムシャフト１５のカムプロフィール２０を示し、このカムプロフィール２０は、吸気バルブ１０を駆動するためのカムと、排気バルブ１１を駆動するためのカムとで共通である。カムプロフィール２０は、吸気バルブ１０又は排気バルブ１１の開閉動作に関与する作用領域２０ａと、吸気バルブ１０又は排気バルブ１１の開閉動作に実質的に関与しない非作用領域２０ｂとに区分することができる。

作用領域２０ａは、吸気バルブ１０又は排気バルブ１１の開き始めから閉じるまでの間に第１又は第２のロッカアーム１６、１７と擦接する部位であり、この作用領域２０ａは、吸気バルブ１０又は排気バルブ１１を閉じ方向に変位させる閉じ側領域Ａと、吸気バルブ１０又は排気バルブ１１を実質的に全開状態に維持するトップ領域Ｂと、吸気バルブ１０又は排気バルブ１１を開き方向に変位させる開き側領域Ｃとで構成されている。

なお、非作用領域２０ｂと作用領域２０ａとの間、つまり、非作用領域２０ｂから閉じ側領域Ａへ移行する過渡領域と開き側領域Ｃから非作用領域２０ｂに移行する過渡領域にランプ部を設けてもよい。

図２から理解できるように、カムプロフィール１０は、閉じ側領域Ａのカム面が穏やかに湾曲した形状を有し、他方、開き側領域Ｃのカム面が比較的直線的な形状を有し、カムプロフィール１０の回転中心Ｏとトップ領域Ｂの中心とを結ぶ中心線２２を挟んで左右非対称の輪郭形状を有している。

図２に図示のカムプロフィール１０は、排気量28.5cc、カムリフト量３mmであって、開き側の角度θ１と閉じ側の角度θ２との比が（θ１／θ２）＝0.85である。比較例として、開弁角及びカムリフト量が実施例と共通であるが、θ１＝θ２とした従来の設計に従ってカムプロフィールを作成した。

図３は実施例と比較例との吸気バルブ１０又は排気バルブ１１の負の最大加速度を示す。同図から分かるように、従来に比べて実施例では吸気バルブ１０又は排気バルブ１１の負の最大加速度の絶対値が約４０％以上低減できていることが分かる。したがって、例えば最大エンジン回転数が従来では約１万ｒｐｍであったとすると、実施例のカムプロフィール１０を採用することにより最大エンジン回転数を約１０％向上することが可能となり（最大エンジン回転数＝約11,000rpmが可能）、また、安定した高速性能を発揮させることができる。

また、吸気バルブ１０又は排気バルブ１１の負の最大加速度の絶対値を低減することができるため、耐久性能も向上することができる。また、非対称のカムプロフィール１０を採用することでバルブの開弁遅れを抑制することができ、これにより吸気バルブ１０又は排気バルブ１１の最大リフト量(図２のＬ)の変更無しで充填効率を向上することで高回転領域での発生トルクを維持することができる。

カムプロフィール１０の開き側の角度θ１と閉じ側の角度θ２との比は、（θ１／θ２）＝0.7〜0.9であるのがよい。これによれば第１、第２のロッカアーム１６、１７によって開閉される吸気バルブ１０、排気バルブ１１の開弁角と閉弁角の比は、約0.9〜1.1となる。カムプロフィール１０の開き側の角度θ１と閉じ側の角度θ２との比は、好ましくは（θ１／θ２）＝0.75〜0.85であるのがよく、更に好ましくは、（θ１／θ２）＝0.8〜0.85であるのがよい。

カムプロフィール１０の開き側の角度θ１と閉じ側の角度θ２との比（θ１／θ２）が0.7よりも下回ると、加速度が逆に大きくなるので好ましくなく、また、比（θ１／θ２）が0.9を上回ると効果が小さくなるので好ましくない。

実施例の４サイクル内燃エンジンの上部の断面図である。 実施例のＳＯＨＣ型エンジンのカムプロフィールを示す図である。 実施例と比較例との吸気バルブ又は排気バルブの負の最大加速度を示す図である。

符号の説明

１ ４サイクル内燃エンジン
２ シリンダブロック
５ ピストン
６ シリンダヘッド
７ 燃焼室
８ 吸気ポート
９ 排気ポート
１０ 吸気バルブ
１１ 排気バルブ
１４ 動弁機構
１５ カムシャフト
１６ ロッカアーム（吸気側）
１７ ロッカアーム（排気側）
２０ カムプロフィール
２０ａ カムプロフィールの作用領域
２０ｂ カムプロフィールの非作用領域

Claims (4)

1. エンジンの燃焼室に臨んで開口した吸気ポートと排気ポートとを有し、これら吸気ポートと排気ポートとが、カムシャフトのカムによって揺動するロッカアームを介して開閉駆動される吸気バルブと排気バルブによって開閉される４サイクル内燃エンジンにおいて、
   前記カムシャフトのカムのカムプロフィールが左右非対称であり、
   前記カムプロフィールが、開き側の角度θ１と閉じ側の角度θ２との比（θ１／θ２）が0.7乃至0.9であることを特徴とする４サイクル内燃エンジンのカムプロフィール構造。
2. 前記開き側の角度θ１と閉じ側の角度θ２との比（θ１／θ２）が0.7乃至0.9である、請求項１に記載の４サイクル内燃エンジンのカムプロフィール構造。
3. 前記開き側の角度θ１と閉じ側の角度θ２との比（θ１／θ２）が0.75乃至0.85である、請求項１に記載の４サイクル内燃エンジンのカムプロフィール構造。
4. 前記エンジンが、排気量２０〜６０ccの単気筒空冷エンジンである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の４サイクル内燃エンジンのカムプロフィール構造。

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