JP2015183530A - エンジンの動弁装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンの動弁装置において、カムシャフトに備えられた規制部がシリンダヘッド若しくはカムハウジングに接触しないようにして、カムシャフトに発生する摩擦抵抗を低減することにある。【解決手段】動弁装置(13)は、バルブ(14A・14B)をカムシャフト(7A・7B)によって少なくとも2つ以上作動させる。カムシャフト(7A・7B)には、シリンダヘッド(3)若しくはカムハウジング(8)の一部と接触することにより、カムシャフト(7A・7B)が軸方向に移動することを規制する規制部(10A・10B)を備える。カムシャフト(7A・7B)によって作動されるバルブ(14A・14B)に備わるバルブスプリング(17A−L・17A−R、17B−L・17B−R)の巻き方向は、互いに異なるように組み合わされている。【選択図】図5

Description

この発明は、エンジンの動弁装置に係り、特にシリンダヘッドに形成されたポートを開閉するバルブと、バルブを開動作させるようにバルブの軸端を押圧するタペットと、バルブを閉動作させるようにタペットを付勢するバルブスプリングとを備えたエンジンの動弁装置に関する。
従来、車両のエンジンの動弁装置には、シリンダヘッドに形成されたポートを開閉するバルブと、シリンダヘッドとカムハウジングとによって回転自在に支持されたカムシャフトと、各気筒毎でカムシャフトに備えられたカムと、このカムのプロフィールに接してバルブを開動作させるようにバルブの軸端を押圧するタペットと、バルブを閉動作させるようにタペットを付勢するバルブスプリングとを備えた構造のものがある。
また、このようなエンジンの動弁装置としては、例えば、以下のような先行技術文献がある。
特開2013−113140号公報
特許文献1に係る内燃機関(エンジン)は、コイルスプリング(バルブスプリング)の両端部をピンでスプリングリテーナ(リテーナ)及びばね支持部に回転不可能に保持し、コイルスプリングの伸縮によってバルブを正逆回転し、エンジン回転数によってバルブの正転量と逆転量とが変動することで、バルブの弁部を弁座に強く当たる位置を周方向にずらし、偏摩耗を防止するものである。
ところで、4サイクルエンジンの動弁装置においては、バルブスプリングは、バルブの開閉に伴う縮みと伸びとで回転運動する。
従来、図8に示すように、例えば、3気筒用エンジンの動弁装置101において、1気筒当たり2つのバルブ102・102が隣接して備えられている場合に、カムシャフト103の一対のカム104・104にはタペット105・105を介してバルブ102・102が配置され、この場合、バルブ102・102に嵌装されるバルブスプリング106・106のスプリング巻き方向が全て同じであるため(右巻き)、バルブスプリング106・106の回転運動は、全て同じ方向に作用する。
そして、バルブスプリング106・106がリテーナ及びコッタによってバルブ102・102の上側の軸端に組み付けられていることから、バルブスプリング106・106の伸縮に伴い、縮み時には、カムシャフト103にかかる力が、端部から離れるように軸方向に作用し(図8の矢印P1・P1で示す)、一方、伸び時には、カムシャフト103にかかる力が、端部へ近づくように軸方向に作用して(図8の矢印P2・P2で示す)、バルブ102・102が回転運動する。そして、このバルブ102・102の回転運動によって接触しているタペット105・105も回転運動を起こし、このタペット105・105の回転運動によってカム104・104にスラスト方向の力が発生する。
このため、このカム104・104のスラスト方向に力を受けたカムシャフト103が軸方向へ移動して規制部107のスラストプレート108がシリンダヘッド若しくはカムハウジングに強く押し付けられるため、カムシャフト103に発生する摩擦抵抗(フリクションロス)が増加する不都合があった。
そこで、この発明は、カムシャフトに発生する摩擦抵抗を低減するエンジンの動弁機構を提供することを目的とする。
この発明は、エンジンのシリンダヘッドに形成されたポートを開閉するバルブと、前記シリンダヘッドとカムハウジングとによって回転自在に支持されたカムシャフトと、気筒毎で前記カムシャフトに備えられたカムと、前記カムのプロフィールに接して前記バルブを開動作させるように前記バルブの軸端を押圧するタペットと、前記バルブを閉動作させるように前記バルブを付勢するバルブスプリングとを備えたエンジンの動弁装置であって、前記バルブを前記カムシャフトによって少なくとも2つ以上作動させ、前記シリンダヘッド若しくは前記カムハウジングの一部と接触することにより前記カムシャフトが軸方向に移動することを規制する規制部を前記カムシャフトに備えたエンジンの動弁装置において、前記カムシャフトによって作動されるバルブに備わるバルブスプリングの巻き方向を互いに異なるように組み合わせたことを特徴とする。
この発明は、カムシャフトに備えられた規制部がシリンダヘッド若しくはカムハウジングに強く接触しないようにして、カムシャフトに発生する摩擦抵抗を低減することができる。
図1はエンジンのシリンダヘッドの平面図である。(実施例) 図2は図1のII−II線によるエンジンのシリンダヘッドの断面図である。(実施例) 図3は図1のIII−III線によるエンジンのシリンダヘッドの断面図である。(実施例) 図4(A)は左巻きのバルブスプリングの動きを説明する図である。図4(b)は右巻きのバルブスプリングの動きを説明する図である。(実施例) 図5は吸気カムと吸気バルブ周りの側面図である。(実施例) 図6は排気カムと排気バルブ周りの側面図である。(実施例) 図7(A)は1気筒のエンジンにおいて1気筒当たり2つのバルブを備えた構造の説明図である。図7(B)は2気筒のエンジンにおいて1気筒当たり2つのバルブを備えた構造の説明図である。図7(C)は3気筒のエンジンにおいて1気筒当たり2つのバルブを備えた構造の説明図である。図7(D)は4気筒以上のエンジンにおいて1気筒当たり2つのバルブを備えた構造の説明図である。図7(E)は2気筒以上のエンジンにおいて1気筒当たり4つのバルブ(2個の吸気バルブ、2個の排気バルブ)を備えた構造の説明図である。(変形例) 図8はカムとバルブ周りの側面図である。(従来例)
この発明は、カムシャフトに発生する摩擦抵抗を低減する目的を、隣接するバルブスプリングの巻き方向を互いに異なる組み合わせとして実現するものである。
図1〜図6は、この発明の実施例を示すものである。
図1、図2に示すように、車両に搭載される多気筒(例えば3気筒)の4サイクルエンジン(以下「エンジン」という)1は、1気筒当たり複数個のバルブとして、4つのバルブを備える。
このエンジン1は、図2に示すように、シリンダブロック2とシリンダヘッド3とを備える。
シリンダヘッド3には、図2に示すように、各気筒毎で、中央部位の下面に燃焼室4が形成されているとともに、この燃焼室4に連通するポートとして、一側部位で一対の吸気ポート5A及び他側部位で一対の排気ポート5Bが形成されている。
シリンダヘッド3の上部には、図1に示すように、各気筒毎で、3つの点火プラグ取付部6が備えられている。
シリンダヘッド3には、図1、図2に示すように、カムシャフトとして、吸気カムシャフト7Aと排気カムシャフト7Bとが回転自在に並んで支持されている。
吸気カムシャフト7Aと排気カムシャフト7Bとは、図1に示すように、長手方向の一側端部で端部カムハウジング8によって回転自在に支持されている。また、吸気カムシャフト7Aは、他の部位で所定間隔に配置した複数の吸気カムハウジング9Aによって回転自在に支持されている。排気カムシャフト7Bは、他の部位で所定間隔に配置した複数の排気カムハウジング9Bによって回転自在に支持されている。
図3に示すように、排気カムシャフト7Bには、端部カムハウジング8側で規制部としての排気規制部10Bが備えられる。この排気規制部10Bは、排気カムシャフト7Bに形成した排気スラストプレート11Bと、この排気スラストプレート11Bから隙間S・Sで軸方向に離れてシリンダヘッド3及び軸部カムハウジング8に形成した排気スラスト溝12Bとで構成されている。この排気規制部10Bは、シリンダヘッド3若しくは端部カムハウジング8の一部と接触することにより、排気カムシャフト7Bが軸方向に移動することを規制する。
また、図5に示すように、吸気カムシャフト7Aには、排気カムシャフト7Bの場合と同様に、規制部としての吸気規制部10Aが備えられる。この吸気規制部10Aは、吸気スラストプレート11Aと吸気スラスト溝12Aとで構成され、リンダヘッド3若しくは端部カムハウジング8の一部と接触することにより、吸気カムシャフト7Aが軸方向に移動することを規制する。
エンジン1には、図1、図2に示すように、動弁装置13が備えられる。
この動弁装置13において、シリンダヘッド3には、1気筒当たりポートを開閉するバルブとして、図1、図5に示すように、一対の吸気ポート5Aを開閉する吸気バルブ14A・14Aと、図1、図6に示すように、一対の排気ポート5Bを開閉する排気バルブ14B・14Bとが配置されている。
吸気カムシャフト7Aには、図5に示すように、各気筒毎で、カムとして、吸気バルブ14A・14A毎に隣接して配置された一対の吸気カム15A・15Aが備えられている。
排気カムシャフト7Bには、図6に示すように、各気筒毎で、カムとして、排気バルブ14B・14B毎に隣接して配置された一対の排気カム15B・15Bが備えられている。
吸気バルブ14A・14Aには、図5に示すように、この吸気バルブ14A・14Aの上側の軸端を押圧するタペットとして、吸気タペット16A・16Aが備えられる。この吸気タペット16A・16Aは、吸気カム15A・15Aのプロフィールに接して吸気ルブ14A・14Aを開動作させる。
排気バルブ14B・14Bには、図6に示すように、この排気バルブ14B・14Bの上側の軸端を押圧するタペットとして、排気タペット16B・16Bが備えられる。この排気タペット16B・16Bは、排気カム15B・15Bのプロフィールに接して排気バルブ14B・14Bを開動作させる。
動弁装置13は、吸気バルブ14A・14A、排気バルブ14B・14Bを、吸気カムシャフト7A、排気カムシャフト7Bによって少なくとも2つ以上作動させる構造である。
図5に示すように、吸気バルブ14A・14Aには、この吸気バルブ14A・14Aを閉動作させるように吸気バルブ14A・14Aを付勢する左巻きの吸気バルブスプリング17A−L・右巻きの吸気バルブスプリング17A−Rが嵌装して備えられる。つまり、吸気カムシャフト7Aの軸方向において、各気筒毎で、端部カムハウジング8側から順次に、左巻きの吸気バルブスプリング17A−Lと右巻きの吸気バルブスプリング17A−Rとが配置されている。
図2に示すように、吸気バルブスプリング17A−Lは、上側の軸端が吸気コッタ18Aと吸気リテーナ19Aとによって吸気タペット16A内に組み付けられているとともに、下端が吸気ステムシール20Aと吸気スプリングシート21Aとを介してシリンダヘッド3の吸気スプリング支持部22Aに支持されている。
なお、吸気バルブスプリング17A−Rは、吸気バルブスプリング17A−Lと同様に配置されるので、ここでは、その説明を省略する。
また、図6に示すように、排気バルブ14B・14Bには、この排気バルブ14B・14Bを閉動作させるように排気バルブ14B・14Bを付勢する左巻きの排気バルブスプリング17B−L・右巻きの排気バルブスプリング17B−Rが嵌装して備えられる。つまり、排気カムシャフト7Bの軸方向において、各気筒毎で、端部カムハウジング8側から順次に、左巻きの排気バルブスプリング17B−Lと右巻きの排気バルブスプリング17B−Rとが配置されている。
図2に示すように、排気バルブスプリング17B−Lは、上側の軸端が排気コッタ18Bと排気リテーナ19Bとによって排気タペット16B内に組み付けられているとともに、下端が排気ステムシール20Bと排気スプリングシート21Bとを介してシリンダヘッド3の排気スプリング支持部22Bに支持されている。
なお、排気バルブスプリング17B−Rは、排気バルブスプリング17B−Lと同様に配置されるので、ここでは、その説明を省略する。
この動弁装置13では、吸気カム15A・排気カム15Bがクランク軸の2回転に対して1回転し、吸気タペット16A・排気タペット16Bを介して吸気バルブスプリング17A−L・17A−R及び排気バルブスプリング17B−L・17B−Rを伸縮し、吸気バルブ14A・排気バルブ14Bを動作して吸気・排気を行う。
一般に、図4(A)に示すように、1気筒において、左巻きのバルブスプリングSP−Lにあっては、縮み時には(矢印X1で示す)、反時計方向へ回転して(矢印Z1で示す)、タペットにかかる力が右方から左方に作用(矢印Y1で示す)する。一方、伸び時には(矢印X2で示す)、時計方向へ回転して(矢印Z2で示す)、タペットにかかる力が左方から右方に作用(矢印Y2で示す)する。
また、図4(B)に示すように、右巻きのバルブスプリングSP−Rにあっては、縮み時には(矢印X1で示す)、時計方向へ回転して(矢印Z1で示す)、タペットにかかる力が左方から右方に作用(矢印Y1で示す)する。一方、伸び時には(矢印X2で示す)、反時計方向へ回転して(矢印Z2で示す)、タペットにかかる力が右方から左方に作用(矢印Y2で示す)する。
そこで、この実施例においては、カムシャフトによって作動されるバルブに備わるバルブスプリングの巻き方向を、互いに異なるように組み合わせている。また、1つの気筒で隣接して配置されるバルブスプリングを、スプリング巻き方向が互いに異なるように組み合わせている。
図5に示すように、例えば、1つの気筒において、隣接して配置される端部ハウジング8側の一方を左巻きの吸気バルブスプリング17A−Lとし、隣接して配置される他方を右巻きの吸気バルブスプリング17A−Rとして、隣り合うバルブスプリングの巻き方向を逆にしている。
これにより、図5に示すように、隣接する左巻きの吸気バルブスプリング17A−L・右巻きの吸気バルブスプリング17A−Rの縮み時には、吸気カムシャフト7Aにかかる力が、軸方向において隣接する吸気カム15Aと吸気カム15Aとの夫々外方に作用し(図5のP1・P1で示す)、一方、吸気バルブスプリング17A−L・吸気バルブスプリング17A−Rの伸び時には、吸気カムシャフト7Aにかかる力が、軸方向において隣接する吸気カム15Aと吸気カム15Aとの間で内方向に作用することから(図5のP2・P2で示す)、相対する方向の力が夫々相殺されてスラスト方向の力を抑制させることができる。
また、図6に示すように、例えば、1つの気筒において、隣接して配置される端部ハウジング8側の一方を左巻きの排気バルブスプリング17B−Lとし、隣接して配置される他方を右巻きの排気バルブスプリング17B−Rとして、隣り合うバルブスプリングの巻き方向を逆にしている。
これにより、図6に示すように、隣接する左巻きの排気バルブスプリング17B−L・右巻きの排気バルブスプリング17B−Rの縮み時には、排気カムシャフト7Bにかかる力が、軸方向において隣接する排気カム15Bと排気カム15Bとの夫々外方に作用し(図6のP1・P1で示す)、一方、排気バルブスプリング17B−L・排気バルブスプリング17B−Rの伸び時には、排気カムシャフト7Bにかかる力が、軸方向において隣接する排気カム15Bと排気カム15Bとの間で内方向に作用することから(図6のP2・P2で示す)、相対する方向の力が夫々相殺されてスラスト方向の力を抑制させることができる。
なお、この実施例の構造を、図7(A)〜図7(E)に示すように、各種エンジンに適用可能である。
図7(A)は、1気筒のエンジン(SOHC)において、1気筒当たり2つのバルブとして、1個の吸気バルブと1個の排気バルブとを備える構造である。この場合、1気筒において、例えば、一方のバルブに左巻きバルブスプリングを配置し、他方のバルブに右巻きバルブスプリングを配置する。
図7(B)は、2気筒のエンジン(DOHC)において、1気筒当たり2つのバルブを備える構造である。この場合、例えば、第1の気筒のバルブに左巻きバルブスプリングを配置し、第2の気筒のバルブに右巻きバルブスプリングを配置する。
図7(C)は、3気筒のエンジンにおいて、1気筒当たり2つのバルブを備える構造である。この場合、例えば、第1の気筒のバルブに左巻きバルブスプリングを配置し、第2の気筒のバルブに右巻きバルブスプリングを配置し、また、第3の気筒のバルブに左巻きバルブスプリングを配置する。
図7(D)は、4気筒以上のエンジンにおいて、1気筒当たり2つのバルブを備える構造である。この場合、例えば、第1の気筒のバルブに左巻きバルブスプリングを配置し、第2の気筒のバルブに右巻きバルブスプリングを配置し、第3の気筒のバルブに左巻きバルブスプリングを配置し、また、第4の気筒のバルブに右巻きバルブスプリングを配置する。
図7(E)は、2気筒以上のエンジンにおいて、1気筒当たり4つのバルブ(2個の吸気バルブ・2個の排気バルブ)を備える構造である。この場合、例えば、第1の気筒において、一方のバルブに左巻きバルブスプリングを配置するとともに他方のバルブに右巻きバルブスプリングを配置し、また、第2の気筒においては、一方のバルブに左巻きバルブスプリングを配置するとともに他方のバルブに右巻きバルブスプリングを配置する。
従って、上記の図7(A)〜図7(E)の構造では、1気筒当たり1つのバルブしかなくても、隣接する気筒のバルブと、バルブスプリングの巻き方向を互いに異なるようにすることでも、バルブの回転によるカムシャフトのスラスト方向への移動を抑制することができる。
より具体的に説明すると、この実施例においては、例えば、2気筒エンジン(クランク角同位相)で、1気筒当たり1つのバルブを1つのカムシャフト(カムシャフトは、2つのバルブを作動)の場合、バルブ作動タイミングが各気筒共で同じである。これにより、バルブの回転によるカムシャフトのスラスト力を、バルブの作動時に相殺することができる。
また、例えば、2気筒エンジン(クランク角360°位相)で、1気筒当たり1つのバルブを1つのカムシャフト(カムシャフトは、2つのバルブを作動)の場合、バルブ作動タイミングが各気筒では異なる。この場合、同じ巻き方向のバルブスプリングばかりでは、バルブの回転によるカムシャフトのスラスト方向への移動が、一方向へ限定されてしまうので、その方向側の規制部の接触が強くなる。しかし、バルブスプリングの巻き方向を互いに異なるようにすることで、バルブの回転によるカムシャフトのスラスト方向への移動を両方向に分散させることができる。
なお、3気筒エンジンや4気筒エンジンで、1気筒当たり1つのバルブを1つのカムシャフト(カムシャフトは、2つ以上のバルブを作動)の場合でも、上記の場合と同様であり、ここでは、その説明を省略する。
以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項1に係る発明では、カムシャフトによって作動されるバルブに備わるバルブスプリングの巻き方向を、互いに異なるように組み合わせている。
このような構造により、バルブスプリング17A−L・17A−R、17B−L・17B−Rが伸縮するときに発生するカムシャフト7A・7Bの軸方向への動きが、隣接するバルブスプリング17A−L・17A−R、17B−L・17B−R同士で相殺され、つまり、バルブスプリング17A−L・17A−R、17B−L・17B−Rの伸縮に伴う回転力が、バルブスプリング17A−L・17A−R、17B−L・17B−R→バルブ14A・14B→リテーナ19A・19B→コッタ18A・18B→タペット16A・16Bヘと作用する回転運動によるカム15A、15Bのスラスト方向に作用する力を相殺し、これにより、カムシャフト7A・7Bが軸方向に移動することがなくなり、規制部10A・10Bのスラストプレート11A・11Bがシリンダヘッド3若しくは端部カムハウジング8に強く接触しなくなり、カムシャフト7A・7Bの摩擦抵抗を低減することができる。
請求項2に係る発明では、バルブを1気筒当たり複数個配置する場合に、1つの気筒で隣接して配置されるバルブスプリングを、スプリング巻き方向が互いに異なるように組み合わせている。
このような構造により、バルブが1気筒当たり複数個配置される場合に、1気筒内の隣接したバルブ間でバルブスプリングの巻き方向を互いに異ならせることで、上記の請求項1に係る発明と同様に、バルブの作動と同時にバルブの回転によるカムシャフトのスラスト力を相殺することができる(各気筒毎に相殺が成立する)。これにより、カムシャフトのスラスト方向への移動を、より効果的に抑制することができる。
この発明に係る動弁装置を、ロッカアーム式によるバルブ駆動を有するエンジンにも適用可能である。
1 エンジン
2 シリンダブロック
3 シリンダヘッド
4 燃焼室
5A 吸気ポート
5B 排気ポート
6 点火プラグ取付部
7A 吸気カムシャフト
7B 排気カムシャフト
8 端部カムハウジング
9A 吸気カムハウジング
9B 排気カムハウジング
10A 吸気規制部
10B 排気規制部
11A 吸気スラストプレート
11B 排気スラストプレート
12A 吸気スラスト溝
12B 排気スラスト溝
13 動弁装置
14A 吸気バルブ
14B 排気バルブ
15A 吸気カム
15B 排気カム
16A 吸気タペット
16B 排気タペット
17A−L 吸気バルブスプリング(左巻き)
17A−R 吸気バルブスプリング(右巻き)
17B−L 排気バルブスプリング(左巻き)
17B−R 排気バルブスプリング(右巻き)
18A 吸気コッタ
18B 排気コッタ
19A 吸気リテーナ
19B 排気リテーナ
20A 吸気ステムシール
20B 排気ステムシール
21A 吸気スプリングシート
21B 排気スプリングシート
22A 吸気スプリング支持部
22B 排気スプリング支持部

Claims (2)

  1. エンジンのシリンダヘッドに形成されたポートを開閉するバルブと、前記シリンダヘッドとカムハウジングとによって回転自在に支持されたカムシャフトと、気筒毎で前記カムシャフトに備えられたカムと、前記カムのプロフィールに接して前記バルブを開動作させるように前記バルブの軸端を押圧するタペットと、前記バルブを閉動作させるように前記バルブを付勢するバルブスプリングとを備えたエンジンの動弁装置であって、前記バルブを前記カムシャフトによって少なくとも2つ以上作動させ、前記シリンダヘッド若しくは前記カムハウジングの一部と接触することにより前記カムシャフトが軸方向に移動することを規制する規制部を前記カムシャフトに備えたエンジンの動弁装置において、前記カムシャフトによって作動されるバルブに備わるバルブスプリングの巻き方向を互いに異なるように組み合わせたことを特徴とするエンジンの動弁装置。
  2. 前記バルブを1気筒当たり複数個配置する場合に、1つの気筒で隣接して配置されるバルブスプリングをスプリング巻き方向が互いに異なるように組み合わせたことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの動弁装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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