JP2009074500A

JP2009074500A - Ｓｏｈｃ型内燃機関の動弁装置

Info

Publication number: JP2009074500A
Application number: JP2007246361A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Fujimoto; 智也藤本; Yoshihiro Fujiyoshi; 美広藤吉; Noriaki Fujii; 徳明藤井; Naoto Hirayama; 直人平山; Masaru Asari; 大浅利; Aritoshi Imazato; 有利今里
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-09-24
Filing date: 2007-09-24
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-24
Also published as: JP4772764B2

Abstract

【課題】慣性重量の低減や設計自由度の向上等を実現したＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置を提供する。
【解決手段】吸気ロッカシャフト１５は、作動時における干渉を防止すべく、その軸方向において排気スイングアーム１２に対してオフセットされ、図中に実線および二点鎖線で示すように、隣接する気筒の吸気ロッカアーム１１を１つずつ保持している。シリンダヘッド１の上面にはシャフトホルダ２０が載置されており、吸気ロッカシャフト１５は、シャフトホルダ２０の上面に突設された一対のシャフト保持部２１に保持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置に係り、詳しくは、慣性重量の低減や設計自由度の向上等を実現するための技術に関する。

近年、熱効率の向上や有害排出ガス成分の減少等を図るべく、シリンダヘッドの上部に気筒ごとに燃料噴射弁を設置し、燃焼室内に直接燃料を噴射するようにした直噴ディーゼルエンジンや筒内噴射ガソリンエンジン（以下、筒内噴射エンジンと記す）の開発／改良が進められている。筒内噴射エンジンには燃焼室中央に燃料噴射弁を配置したものが多いが、このような筒内噴射エンジン（特に、吸排気バルブが直立する直噴ディーゼルエンジン）にＳＯＨＣ型の動弁機構を採用するにあたっては、燃料噴射弁を避けるべく、吸排気バルブの側方にカムシャフトを寄せる必要がある。

吸排気バルブの側方にカムシャフトを寄せたディーゼルエンジンとしては、ロッカアームを支持するロッカシャフトをカムシャフトの近傍（斜め上方）に平行に配置したものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１のディーゼルエンジンでは、吸排気バルブをそれぞれ一対有するいわゆる４バルブＳＯＨＣ型の動弁機構が採用され、吸気バルブ用のロッカアーム（吸気ロッカアーム）と排気バルブ用のロッカアーム（排気ロッカアーム）とが単一のロッカシャフトで支持されている。
特開平９−２６４１１７号公報

特許文献１のディーゼルエンジンでは、吸気ロッカアームと排気ロッカアームとを単一のロッカシャフトで支持する構成を採ること等に起因し、以下のような問題が生じていた。すなわち、各一対の吸気バルブおよび排気バルブは、どちらもカムシャフトの軸線と直交する方向に並ぶかたちで配置され、これらが押圧部材（バルブブリッジ）を介してロッカアームに駆動されるため、慣性重量の増大によって高回転化への対応が難しくなる他、吸排気ポートのレイアウト等にも制約を受けていた。また、吸気ロッカアームや排気ロッカアームがカムシャフトの上方に位置するため、動弁機構の全高が大きくなり、エンジンの大型化や重量増大等も余儀なくされていた。

そこで、本発明者等は、上述した従来装置が有する種々の問題を解消すべく、例えば、カムシャフトの軸線に略平行な方向に沿って各一対の吸気バルブと排気バルブとをそれぞれ並べ、カムシャフトを排気バルブ側に寄せ、一対の排気ロッカアームをカムシャフトの下方に配置し、一対の吸気ロアアームをカムシャフトの側方に配置する動弁レイアウトを試みた。しかしながら、このような構成を採った場合、比較的長くなる吸気ロッカアームはロッカシャフト（吸気ロッカシャフト）によって支持する必要があるとともに、吸気ロッカシャフトは、排気ロッカアーム等との干渉を防ぐべく上方に配置せざるを得ない。その結果、吸気バルブのステム長が増大してしまうこと等により、慣性重量の増加や動弁機構（すなわち、エンジン体格）の大型化等がやはり避けられなかった。

本発明は、上記状況に基づいてなされたものであり、慣性重量の低減や設計自由度の向上等を実現したＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、シリンダヘッド上に設置され、吸気バルブと排気バルブとのうちどちらか一方を第１バルブ、どちらか他方を第２バルブとしたとき、前記第１バルブがロッカアームを介してカムシャフトに駆動されるＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置であって、前記ロッカアームは、軸方向に分割された分割ロッカシャフトによって回動自在に支持され、前記分割ロッカシャフトは、その軸方向において前記第２バルブの駆動関連部材に対してオフセットされていることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記第２バルブは、前記カムシャフトにより、スイングアームを介して、または、直接駆動されることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記シリンダヘッド上には、前記分割ロッカシャフトを支持するシャフトホルダが載置され、前記分割ロッカシャフトは、前記シャフトホルダの上面に形成されたシャフト保持部に締結部材を介して締結されることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記締結部材は、前記ロッカシャフトの軸方向で前記ロッカアームの基端部に重なる位置にあり、前記ロッカアームが運転時作動領域外に揺動した状態で当該ロッカアームに形成された締結部材嵌挿孔に嵌挿されることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記シャフトホルダは、前記ロッカシャフトの軸方向での前記ロッカアームの移動を規制する移動規制手段を有することを特徴とする。

また、第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記シャフトホルダには、前記シリンダヘッド側から前記ロッカシャフト側にエンジンオイルを供給する油路が形成されたことを特徴とする。

また、第７の発明は、第６の発明において、前記ロッカシャフトには、当該ロッカシャフトの両端からエンジンオイルを噴出させるオイル噴出孔が形成されたことを特徴とする

また、第８の発明は、第６または第７の発明において、前記ロッカシャフトには、前記ロッカアームにエンジンオイルを供給するオイル供給路が形成されたことを特徴とする。

第１の発明によれば、例えば、排気ロッカアーム等と干渉することなく、吸気ロッカシャフトや吸気ロッカアームを比較的自由な位置に設置することができるようになり、慣性重量の低減によって高回転化への対応が可能となる他、吸排気ポートのレイアウト等も容易となる。また、第２の発明によれば、第２バルブの駆動関連部材としてロッカシャフトが不要となるため、構成部品点数の削減等が実現される。また、第３の発明によれば、ロッカアームを保持したロッカシャフトをシャフトホルダのシャフト保持部に締結することで組付けが行えるため、動弁装置の組立作業性の向上等が実現される。また、第４の発明によれば、ロッカアームにおけるカムローラの設置自由度向上や、締結部材による軸方向スペースの減少抑制、ロッカアームの剛性向上等が図りやすくなる。また、第５の発明によれば、例えば、一対の第１バルブを隣接配置しても、連れ回り等が生じなくなる。また、第６の発明によれば、独立したオイルパイプ等が不要となり、部品点数や製造コストが削減される。また、第７の発明によれば、動弁系部品の潤滑を効果的に行える。また、第８の発明によれば、ロッカアームの先端に設置した油圧タペットへの作動油の供給が円滑に行える。

以下、図面を参照して、本発明をＳＯＨＣ型ディーゼルエンジンの動弁装置に適用した実施形態とその変形例とを詳細に説明する。
図１は実施形態に係る動弁装置の斜視図であり、図２は実施形態に係る動弁装置の平面図であり、図３は実施形態に係る動弁装置の側面図である。なお、実施形態では、記載が煩雑になることを防ぐべく、吸気バルブ側部材と排気バルブ側部材とで同一機能を有するものに対しては、形状が異なっている場合にも同一の符号を付して説明する。

＜実施形態の構成＞
図１〜図３に示すように、実施形態のＳＯＨＣ型ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す）Ｅは、シリンダヘッド１に気筒あたり各一対の吸気バルブ（第１バルブ）２と排気バルブ（第２バルブ）３とを有する４バルブ式エンジンであり、燃焼室４の略中央に燃料噴射弁６を備えている。両吸気バルブ２は気筒列方向に略沿って並ぶように配置され、両排気バルブ３も気筒列方向に略沿って並ぶように配置されている。また、吸気バルブ２には略直立したトップフィード型の吸気ポート７が接続する一方、排気バルブ３にはサイドエキゾースト型の排気ポート８が接続している。

燃焼室４の上方には排気バルブ３側にカムシャフト１０が配置されており、このカムシャフト１０により、一対の吸気ロッカアーム１１を介して各吸気バルブ２が駆動され、吸気ロッカアーム１１の内側に配置された一対の排気スイングアーム（駆動関連部材）１２を介して各排気バルブ３が駆動される。吸気ロッカアーム１１は、カムシャフト１０の側面に転接するカムローラ１３と、吸気バルブ２のステムエンドに当接する油圧タペット（油圧式バルブクリアランスオートアジャスタ）１４とを備えるとともに、比較的短尺の吸気ロッカシャフト（分割ロッカシャフト）１５によって揺動自在に支持されている。また、排気スイングアーム１２は、カムシャフト１０の下面に転接するカムローラ１６を備えており、シリンダヘッド１に設置された油圧タペット１７にその基端が揺動自在に支持されている。

吸気ロッカシャフト１５は、作動時における干渉を防止すべく、その軸方向において排気スイングアーム１２に対してオフセットされ、図１，図２中に実線および二点鎖線で示すように、隣接する気筒の吸気ロッカアーム１１を１つずつ保持している。シリンダヘッド１の上面には焼結成形品のシャフトホルダ２０が載置されており、図４に示すように、吸気ロッカシャフト１５は、シャフトホルダ２０の上面に突設された一対のシャフト保持部２１に保持される。図５に示すように、シャフト保持部２１は、各吸気ロッカアーム１１に形成された凹部１１ａに嵌り込むことで、吸気ロッカアーム１１がスラスト方向に移動することを防止している。シャフト保持部２１の上部には、吸気ロッカシャフト１５が嵌り込む円弧状の保持面２１ａが形成されている。また、シャフトホルダ２０には、シリンダヘッド１に対する締結性（シリンダヘッド１との摩擦）を向上させるべく、その下面にスリットやディンプル、ツールマーク（加工痕）等の凹凸が形成されている。なお、シャフトホルダ２０としては、焼結成形品に限らず、熱間鍛造品や冷間鍛造品、ロストワックス成形品等を採用してもよい。また、シャフトホルダ２０の下面に凹凸を形成する代わりに、上下面に凹凸を有するスペーサをシリンダヘッド１とシャフトホルダ２０との間に介装させるようにしてもよい。

図４に示すように、吸気ロッカシャフト１５とシャフトホルダ２０とには、吸気ロッカアーム１１の基端と重なる位置にボルト孔１５ａ，２０ａがそれぞれ一対ずつ穿設されており、これらボルト孔１５ａ，２０ａに嵌挿された６角孔付ボルト（締結部材：以下、単にボルトと記す）２２によって吸気ロッカシャフト１５とシャフトホルダ２０とがシリンダヘッド１に締結される。吸気ロッカアーム１１の基部にはボルト挿通孔１１ｂが形成されており、吸気ロッカアーム１１を傾けた状態で、ボルト２２をボルト挿通孔１１ｂの上方から挿し込むことにより、組立時におけるカムローラ１３とボルト２２との干渉が防止される。また、ボルト２２の頭部が吸気ロッカシャフト１５に完全に嵌入するため、吸気ロッカアーム１１は、吸気ロッカシャフト１５側にボルト２２用の逃げ凹部を設ける必要がなくなり、その剛性を高めることができた。なお、締結部材としては、６角孔付ボルト２２に代えて、ヘクスローブボルト等を採用してもよい。

図６に示すように、シャフトホルダ２０では、シリンダヘッド１からのエンジンオイルを導入するために、ボルト孔２０ａがオイル孔（油路）を兼ねている。また、吸気ロッカシャフト１５には、オイル孔（油路）を兼ねたボルト孔１５ａの他、軸方向に穿設されて両端面に開口したオイル噴出孔１５ｂと、水平方向に穿設されて外周面に開口したオイル供給孔（オイル供給路）１５ｃとが形成されている。オイル噴出孔１５ｂからは、吸気ロッカシャフト１５の両端側に向けてエンジンオイルが噴出され、排気バルブ３の摺動面等の潤滑や冷却が効果的に行われる。また、吸気ロッカアーム１１には、吸気ロッカシャフト１５のオイル供給孔１５ｃからのエンジンオイルを作動油として油圧タペット１４に導くべく、オイル供給孔１１ｃが形成されている。なお、吸気ロッカシャフト１５の誤組付けの防止や組付作業の容易化を図るべく、オイル噴出孔１５ｂおよびオイル供給孔１５ｃは２回対称（図６において左右対称）に形成されている。

＜実施形態の作用＞
本実施形態では、上述した構成を採ったことにより、吸気ロッカシャフト１５と排気スイングアーム１２との干渉を防止しながらコンパクトかつ軽量な動弁機構を実現でき、エンジンの全高や重量が低減される他、吸排気ポート７，８のレイアウトも容易となり、スワール比の向上や高回転化に適したトップフィード型の吸気ポート７を採用できる。また、吸排気バルブ２，３のステム長を短くできる他、その駆動にバルブブリッジ等が不要になること等も相俟って、動弁系の慣性質量が低減されて高回転化への対応等が容易となる。また、シャフトホルダ２０では、シャフト保持部２１に形成された円弧状の保持面２１ａに吸気ロッカシャフト１５が嵌り込むようにしたため、吸気ロッカシャフト１５に加わる滑り荷重に対して十分な抗力を実現できるとともに、シャフト保持部２１が各吸気ロッカアーム１１に形成された凹部１１ａに嵌り込むようにしたため、吸気ロッカアーム１１のスラスト方向への移動を規制するスラストベアリング等が不要となる。

一方、吸気ロッカシャフト１５は、隣接する気筒の吸気ロッカアーム１１を１つずつ保持するため、吸気バルブ２の駆動に伴う荷重が２つの吸気ロッカアーム１１から同時に入力せず、その撓み変形等が発生し難くなる。また、シャフトホルダ２０に形成されたボルト孔２０ａがオイル孔を兼ねるため、独立したオイル配管等を設けることなくシリンダヘッド１から吸気ロッカアーム１１の油圧タペット１４に作動油を供給することができるとともに、シャフトホルダ２０の形状が単純なものとなって加工性（生産性）も向上する。また、図７に示すように、カムシャフト１０と吸気ロッカアーム１１側のカムローラ１３とを結ぶ直線Ｌ１と、カムシャフト１０と排気スイングアーム１２側のカムローラ１６とを結ぶ直線Ｌ２とが９０°に近い角度θ（本実施形態では、約１００°）で交わっているため、カムローラ１３，１６の一方から受ける反力によってカムシャフト１０が僅かに撓んだ場合にも、カムローラ１３，１６の他方が殆ど変位せず、吸気バルブ２や排気バルブ３の意図しないリフトの変化が生じ難くなる。

＜第１変形例＞
図８は第１変形例に係るシャフトホルダおよびシリンダヘッド要部を示す斜視図であり、図９は第１変形例に係るシャフトホルダおよびシリンダヘッドを示す縦断面図である。
第１変形例は、上述した実施形態と略同様の構成を採っているが、シリンダヘッド１からシャフトホルダ２０にエンジンオイルを供給する油路の構成が異なっている。

図８，図９に示すように、第１変形例のシリンダヘッド１では、シャフトホルダ２０の設置部位から離れた位置にオイル供給孔１ａが垂直に穿設されており、実施形態のようにボルト孔２０ａにオイル孔を兼ねさせることができない。そこで、シリンダヘッド１の上面にオイル供給孔１ａに連通するオイル溝１ｂが形成される一方、シャフトホルダ２０からはシリンダヘッド１のオイル供給孔１ａおよびオイル溝１ｂを覆う腕部２０ｂが延設され、シャフトホルダ２０の下面にシリンダヘッド１側のオイル溝１ｂとシャフトホルダ２０の基部とを連通させるオイル溝２０ｃが形成されている。腕部２０ｂの先端にはボルト孔２０ｄが形成されており、このボルト孔２０ｄに軸部が挿通される皿ボルト２３によって腕部２０ｂの先端がシリンダヘッド１に締結されることにより、シリンダヘッド１とシャフトホルダ２０との間からエンジンオイルが漏洩することが防止される。

エンジンＥの運転時において、シリンダヘッド１のオイル供給孔１ａから供給されたエンジンオイルは、シリンダヘッド１およびシャフトホルダ２０のオイル溝１ｂ，２０ｃを介して、シャフトホルダ２０の基部から吸気ロッカシャフト１５に導入される。第１変形例では、このような構成を採ったことにより、シャフトホルダ２０の設置部位とオイル供給孔１ａとが離れていても、シリンダヘッド１にオイル孔を穿設することなくシャフトホルダ２０側にエンジンオイルを供給することができるようになり、オイル孔閉鎖用のプラグ等が不要となる。また、オイル溝１ｂ，２０ｃは、シリンダヘッド１やシャフトホルダ２０の上面あるいは下面に形成されるため、ミーリングや鋳抜き等によって形成することができるために生産性も向上する。

＜第２変形例＞
図１０は、第２変形例に係るシャフトホルダおよびシリンダヘッドを示す縦断面図である。
第２変形例も、上述した第１変形例と略同様の構成を採っているが、シリンダヘッド１からシャフトホルダ２０にエンジンオイルを供給する油路の構成が異なっている。すなわち、図１０に示すように、第２変形例では、オイル供給孔１ａとシャフトホルダ２０の基部とを連通させるオイル溝１ｂがシリンダヘッド１側に形成されており、シャフトホルダ２０の腕部２０ｂがこのオイル溝１ｂを覆うようになっている。第２変形例の作用および効果は、上述した第１変形例と同様である。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は４バルブ式ディーゼルエンジンに本発明を適用したものであるが、本発明は燃焼室の中央に点火プラグが配置されたガソリンエンジン等にも適用可能である。また、上記実施形態は、吸排気バルブがロッカアームとスイングアームを介してカムシャフトに駆動されるエンジンに本発明を適用したものであるが、本発明は、例えば、吸気バルブや排気バルブがカムシャフトによって直に駆動されるエンジンにも適用可能である。また、上記両変形例ではオイル溝をシリンダヘッド側に形成したが、シャフトホルダ側のみに形成するようにしてもよく、その場合には、シリンダヘッドに対するオイル溝のミーリング加工が不要となるとともに、鋳抜きを採用することでシャフトホルダに対するオイル溝のミーリング加工を不要とすることができる。その他、ロッカアームやロッカシャフトの具体的形状やその具体的支持形態、オイル通路の具体的形状等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係る動弁装置の斜視図である。実施形態に係る動弁装置の平面図である。実施形態に係る動弁装置の側面図である。実施形態に係るロッカシャフトおよびロッカアームの組付方法を示す斜視図である。実施形態に係るロッカアームとシャフトホルダとの組付状態を示す正面図である。実施形態に係るエンジンオイル通路を示す要部縦断面図である。実施形態の作用説明図である。第１変形例に係るシャフトホルダおよびシリンダヘッド要部を示す斜視図である。第１変形例に係るシャフトホルダおよびシリンダヘッドを示す縦断面図である。第２変形例に係るシャフトホルダおよびシリンダヘッドを示す縦断面図である。

符号の説明

１シリンダヘッド
２吸気バルブ（第１バルブ）
３排気バルブ（第２バルブ）
４燃焼室
６燃料噴射弁
７吸気ポート
８排気ポート
１０カムシャフト
１１吸気ロッカアーム
１１ａ凹部
１１ｂボルト挿通孔（締結部材嵌挿孔）
１１ｃオイル孔
１２排気スイングアーム（駆動関連部材）
１３カムローラ
１４油圧タペット
１５吸気ロッカシャフト（分割ロッカシャフト）
１５ｂオイル噴出孔
１５ｃオイル供給孔（オイル供給路）
１６カムローラ
１７油圧タペット
２０シャフトホルダ
２０ａボルト孔（油路）
２１シャフト保持部（移動規制手段）
２１ａ保持面
２２ボルト（締結部材）
Ｅエンジン（ＳＯＨＣ型内燃機関）

Claims

シリンダヘッド上に設置され、吸気バルブと排気バルブとのうちどちらか一方を第１バルブ、どちらか他方を第２バルブとしたとき、前記第１バルブがロッカアームを介してカムシャフトに駆動されるＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置であって、
前記ロッカアームは、軸方向に分割された分割ロッカシャフトによって回動自在に支持され、
前記分割ロッカシャフトは、その軸方向において前記第２バルブの駆動関連部材に対してオフセットされていることを特徴とするＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置。
前記第２バルブは、前記カムシャフトにより、スイングアームを介して、または、直接駆動されることを特徴とする、請求項１に記載されたＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置。
前記シリンダヘッド上には、前記分割ロッカシャフトを支持するシャフトホルダが載置され、
前記分割ロッカシャフトは、前記シャフトホルダの上面に形成されたシャフト保持部に締結部材を介して締結されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載されたＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置。
前記締結部材は、前記ロッカシャフトの軸方向で前記ロッカアームの基端部に重なる位置にあり、前記ロッカアームが運転時作動領域外に揺動した状態で当該ロッカアームに形成された締結部材嵌挿孔に嵌挿されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置。
前記シャフトホルダは、前記ロッカシャフトの軸方向での前記ロッカアームの移動を規制する移動規制手段を有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置。
前記シャフトホルダには、前記シリンダヘッド側から前記ロッカシャフト側にエンジンオイルを供給する油路が形成されたことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置。
前記ロッカシャフトには、当該ロッカシャフトの両端からエンジンオイルを噴出させるオイル噴出孔が形成されたことを特徴とする、請求項６に記載されたＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置。
前記ロッカシャフトには、前記ロッカアームにエンジンオイルを供給するオイル供給路が形成されたことを特徴とする、請求項６または請求項７に記載されたＳＯＨＣ型内燃機関の動弁装置。