JP5145133B2 - 汎用エンジンの排気還流構造 - Google Patents

Description

本発明は、汎用エンジンの排気還流構造の改良に関するものである。

従来のエンジンの排気還流構造として、スロットル開度に応じて排ガスの吸気系側への還流を制御する排気還流装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１６９６８７公報

特許文献１の図５、図６、図１３、図１５によれば、排気還流装置は、シリンダヘッド３に設けられた一対の支柱１０，１０’と、これらの支柱１０，１０’に取付けられた副ロッカ軸２０と、この副ロッカ軸２０に揺動自在に且つスライド自在に支持された副ロッカアーム２１と、吸気ロッカアーム１４ｉから延ばされて副ロッカアーム２１の一端部に設けられた長孔２２に挿入された連動ピン２３と、副ロッカアーム２１の他端部にねじ結合された間隔調整ボルト２４と、この間隔調整ボルト２４の先端を当てるために排気ロッカアーム１４ｅに突出形成された連接片２５と、副ロッカアーム２１に連結されたシフトフォーク２７と、副ロッカアーム２１をシフトフォーク２７を介して副ロッカ軸２０に沿って移動させる負圧式アクチュエータ３０とを備えている。

エンジン運転中に、スロットル開度が所定の開度になると、負圧式アクチュエータ３０に作用する負圧が所定値以上になり、負圧式アクチュエータ３０がシフトフォーク２７を引いて副ロッカアーム２１を排気ロッカアーム１４ｅ側へ移動させるため、間隔調整ボルト２４が連接片２５に乗るようなり、この状態で吸気ロッカアーム１４ｉが揺動して吸気バルブが開くときに、吸気ロッカアーム１４ｉの揺動に伴って連動ピン２３が副ロッカアーム２１を揺動させる。この結果、間隔調整ボルト２４を介して連接片２５が押し下げられ、排気ロッカアーム１４ｅが揺動して、排気弁８ｅが開き、排ガスが燃焼室５内に吸入される。即ち、排気環流が行われる。
上記の排気還流装置では、図１２に示されるように、スロットルバルブが所定の中間開度のときのみアクチュエータ３０が作動して、排気還流が行われる。

例えば、芝刈機等に搭載される小型の汎用エンジンでは、始動直後から負荷の変動に対して自動的にスロットルバルブを開閉することでエンジン回転数が一定の定格エンジン回転数となるようにエンジン回転数を調整するガバナが設けられ、操作性の向上が図られている。更に、このような小型の汎用エンジンでは、作業時の負担を軽減するために、小型化・軽量化が望まれ、排気還流構造を採用するに当たっても、上記のような複雑な排気環流装置の構造簡素化が求められる。
本発明の目的は、小型軽量化が図れる汎用エンジンの排気還流構造を提供することにある。

請求項１に係る発明は、エンジン始動時よりエンジン回転数が所定の作業回転数まで上昇するように設定され、吸気弁と、排気弁と、これらの吸気弁、排気弁を開閉するためにカムシャフトに設けられたカムとを備え、排気ガスの一部をシリンダ内に還流させる汎用エンジンの排気還流構造において、カムは、吸気弁と排気弁とを開閉するための正規カム山の他に、吸気弁が開いている時期に排気弁を開く排気還流用カム山が設けられた、単一のカムであり、排気還流用カム山が、シリンダ内の燃焼室から遠い側に形成され、排気還流用カム山の半径方向外側に、排気弁を駆動する排気側ロッカアームの一端部のみが配置されていることを特徴とする。

汎用エンジンを始動すると、エンジン回転数は設定された所定の作業回転数、即ち、定格回転数まで上昇する。そして、吸気弁が開いている時期に、排気弁を開閉する単一のカムに設けられた排気還流用カム山によって排気弁が開き、排気ガスの一部が排気弁を介してシリンダ内の燃焼室に還流される。即ち、エンジン始動時から排気還流が行われる。

汎用エンジンに、スロットルバルブの開度を調整するスロットルレバーなど、作業者が操作する操作部材を持たず、従来のようなアイドル回転数や低回転域といった回転域の設定がないため、エンジン回転数に応じて切り換える複雑な切換機構を排気還流構造に設ける必要がなく、単一のカムに単に排気還流用の排気還流用カム山を設けるだけであるから、排気還流構造が簡素になる。

請求項１に係る発明では、単一のカムに、吸気弁が開いている時期に排気弁を開くカム山が設けられているので、汎用エンジンを始動させたときにエンジン回転数を定格回転数まで上昇させて、吸気弁が開いている時期にカム山によって排気弁を開くことができ、排気ガスを還流させることができる。
従って、従来のような排気還流のための複雑な切換機構を設ける必要がなく、排気還流構造が簡素になり、汎用エンジンの小型軽量化を図ることができる。
また、排気還流用カム山は、シリンダ内の燃焼室から遠い側に形成され、排気還流用カム山の半径方向外側に、排気弁を駆動する排気側ロッカアームの一端部のみが配置されている。従って、排気還流用カムで排気側ロッカアームを駆動することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る排気還流構造を備えた汎用エンジンを示す正面図（一部断面図）であり、エンジン１０は、クランクケース１１と、このクランクケース１１の上部に取付けられたシリンダブロック１２と、このシリンダブロック１２に開けられたシリンダ穴１２ａに移動自在に挿入されたピストン１３と、このピストン１３にピストンピン１４を介して連結されたコネクティングロッド１６と、このコネクティングロッド１６に連結されるとともにクランクケース１１及びシリンダブロック１２のそれぞれの合わせ部で回転自在に支持されたクランクシャフト１７と、シリンダブロック１２の上部に一体に形成されたシリンダヘッド本体１８と、このシリンダヘッド本体１８の上部開口を塞ぐヘッドカバー１９と、シリンダヘッド本体１８に設けられた動弁機構２１と、この動弁機構２１を駆動するためにクランクシャフト１７及び動弁機構２１のそれぞれに渡された調時駆動部材２２と、エンジン始動時から負荷の変動に対して自動的にスロットルバルブ（不図示）の開度を調整することでエンジン回転数が作業回転数、即ち、一定の定格エンジン回転数となるようにエンジン回転数を調整するガバナ（不図示）とからなる。

動弁機構２１は、シリンダヘッド本体１８の中央部に回転自在に取付けられたカムシャフト２５と、シリンダヘッド本体１８に設けられた吸気側ロッカシャフト３１及び排気側ロッカシャフト３２と、これらの吸気側ロッカシャフト３１及び排気側ロッカシャフト３２にそれぞれ揺動自在に取付けられてカムシャフト２５に設けられたカム（不図示）に駆動される吸気側ロッカアーム３３及び排気側ロッカアーム３４と、これらの吸気側ロッカアーム３３及び排気側ロッカアーム３４のそれぞれの端部にアジャストスクリュー３６，３６を介して軸部端部が当てられた吸気弁４３及び排気弁４４とからなる。
吸気弁４３及び排気弁４４は、ピストン１３の上方に形成された燃焼室３７に通じる吸気ポート４１及び排気ポート４２の燃焼室３７側の開口をそれぞれ開閉する部品である。

調時駆動部材２２は、クランクシャフト１７に取付けられた駆動プーリ５１と、カムシャフト２５に取付けられた従動プーリ５２と、これらの駆動プーリ５１及び従動プーリ５２のそれぞれに掛け渡された歯付きベルト５３と、この歯付きベルト５３に張力を与えるベルトテンショナ（不図示）とからなる。

シリンダヘッド本体１８には、吸気装置６１と、排気ポート４２に連通する排気装置としての消音器６２とが取付けられている。
吸気装置６１は、エアクリーナ６４と、このエアクリーナ６４に接続されるとともにシリンダヘッド本体１８に吸気ポート４１に連通するように取付けられたキャブレタ６５とからなる。

キャブレタ６５は、エンジン１０の始動性を向上させるためにチョークバルブ（不図示）が設けられ、エンジン１０に前部に、チョークバルブを開閉するチョークレバー６６と、このチョークレバー６６及びキャブレタ６５のそれぞれを連結するリンク６７とが設けられている。なお、６８はキャブレタ６５に燃料を供給する燃料タンクである。

ガバナは、一般的に知られている構造のものであり、例えば、特開平８−１７７４４１号の図１に記載されたガバナＧと同一構造か、これに近い構造のものである。

図２（ａ），（ｂ）は本発明に係る排気還流構造を示す説明図である。
（ａ）は吸気側ロッカアーム３３及び排気側ロッカアーム３４のそれぞれの一端部３３ａ，３４ａがカムシャフト２５に形成されたカム７５の基準円７５ａ上に接触した状態を示している。この状態では、吸気弁４３（図１参照）及び排気弁４４（図１参照）はそれぞれ閉じた状態にある。なお、符号７７はアジャストスクリュー３６をロックするロックナットである。

（ｂ）は吸気側ロッカアーム３３の一端部３３ａがカム７５の正規カム山７５ｂに当たり、吸気側ロッカアーム３３が（ａ）の状態から矢印Ａに示すように吸気側ロッカシャフト３１を中心にスイングした状態を示している。この結果、吸気側ロッカアーム３３の他端部のアジャストスクリュー３６が吸気弁４３（図１参照）の軸部端部を押し付け、吸気弁４３が開く。

また、排気側ロッカアーム３４の一端部３４ａがカム７５の排気還流用カム山７５ｃに当たり、排気側ロッカアーム３４が（ａ）の状態から矢印Ｂに示すように排気側ロッカシャフト３２を中心にわずかにスイングした状態を示している。この結果、排気側ロッカアーム３４の他端部のアジャストスクリュー３６が排気弁４４（図１参照）の軸部端部を押し付け、排気弁４４がわずかに開く。

図３は図１の３−３線断面図であり、排気還流用カム７５ｃと排気側ロッカアーム３４との位置関係を示している。
カムシャフト２５は、シリンダヘッド本体１８に取付けられた支軸７８に回転自在に支持され、カム７５の燃焼室３７から遠い側に排気還流用カム７５ｃが形成され、この排気還流用カム山７５ｃの半径方向外側に排気側ロッカアーム３４の一端部３４ａが配置されている。従って、排気還流用カム７５ｃで排気側ロッカアーム３４を駆動させることができる。

また、排気側ロッカアーム３４の一端部３４ａは、カム７５の排気還流用カム７５ｃが無い部分の半径方向外側まで延びているので、正規カム山７５ｂ（図２（ｂ）参照）でも排気側ロッカアーム３４が駆動される。

図４は図１の４−４線断面図であり、排気還流用カム７５ｃと吸気側ロッカアーム３３との位置関係を示している。
即ち、吸気側ロッカアーム３３の一端部３３ａは、排気還流用カム７５ｃの半径方向外側には配置されておらず、カム７５の排気還流用カム７５ｃが形成されていない部分であるカム７５の燃焼室３７から近い側に且つカム７５の半径方向外側に配置されている。従って、排気還流用カム７５ｃで吸気側ロッカアーム３３は駆動されない。

図５は本発明に係るキャブレタの要部を示す断面図であり、キャブレタ６５のキャブレタボディ８１に主空気通路８１ａが開けられ、この主空気通路８１ａの中央部に他の部分よりも内径が小さくされたベンチュリ部８１ｂが形成され、このベンチュリ部８１ｂに対して空気の流れの上流側に開度調整可能なチョークバルブ８２が設けられ、ベンチュリ部８１ｂに対して空気の流れの下流側にガバナによって開度が自動調整されるスロットルバルブ８３が設けられている。

スロットルバルブ８３を手動によって調整するスロットルレバー等の操作部材は汎用エンジン１０（図１参照）には設けられておらず、従って、作業者がスロットルバルブ８３の開度を調整することはできない。

ここで、符号８４は主空気通路８１ａに燃料を吐出するメインノズル、８６はチョークバルブ８２を支持するためにキャブレタボディ８１に回転自在に取付けられたチョークバルブ軸、８７はスロットルバルブ８３を支持するためにキャブレタボディ８１に取付けられたスロットルバルブ軸である。

図６は本発明に係る吸気弁及び排気弁のリフト量を説明するグラフであり、縦軸は吸気弁及び排気弁のリフト量、横軸はクランク角度（単位は°）を示している。グラフ中の実線は排気弁、一点鎖線は吸気弁を示している。

排気弁は、汎用エンジンの膨張行程の後半で開き始め、吸気行程の前半で閉じる。
吸気弁は、汎用エンジンの排気行程の後半で開き始め、圧縮行程の前半で閉じる。この吸気弁が開いているクランク角度範囲内のある時期、即ち吸気行程中に、排気弁は再び開いて閉じる。このときの排気弁のリフト量は排気行程中でのリフト量に比べて小さい。

このように、吸気行程中に排気弁が開くことで、燃焼室から一旦排気ポート、消音器側に流出した排気ガスが燃焼室内に還流される。これにより、燃焼室における燃焼温度の過度の上昇が抑えられ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。

図７は本発明に係る吸気弁及び排気弁のリフト量の別実施形態を説明するグラフであり、縦軸は吸気弁及び排気弁のリフト量、横軸はクランク角度（単位は°）を示している。グラフ中の実線は排気弁、一点鎖線は吸気弁を示している。

排気弁は、汎用エンジンの膨張行程の後半で開き始め、排気行程の中間の時期で正規リフト量となる第１のピークが発生し、吸気行程の前半でリフト量は一旦小さくなるが、その後にリフト量は次第に大きくなり、吸気行程の中間の時期で第１のピークのリフト量よりは小さいが排気還流のための第２のピークが発生し、吸気行程の終了とほぼ同時期に閉じる。

以上の図１、図２、図５に示したように、エンジン始動時よりエンジン回転数が所定の作業回転数まで上昇するように設定され、吸気弁４３と、排気弁４４と、これらの吸気弁４３、排気弁４４を開閉するためにカムシャフト２５に設けられたカム７５（図３参照）を備え、排気ガスの一部をシリンダ穴１２ａ内の燃焼室３７に還流する汎用エンジン１０の排気還流構造において、カム７５に、吸気弁４３が開いている時期に排気弁４４を開くカム山としての排気還流用カム山７５ｃが設けられているので、汎用エンジン１０を始動させたときにエンジン回転数を定格回転数まで上昇させて、吸気弁４３が開いている時期に排気還流用カム山７５ｃによって排気弁４４を開くことができ、排気ガスを還流させることができる。
従って、従来のような排気還流のための複雑な切換機構を設ける必要がなく、排気還流構造が簡素になり、汎用エンジン１０の小型軽量化を図ることができる。

本発明の排気還流構造は、汎用エンジンに好適である。

本発明に係る排気還流構造を備えた汎用エンジンを示す正面図である。 本発明に係る排気還流構造を示す説明図である。 図１の３−３線断面図である。 図１の４−４線断面図である。 本発明に係るキャブレタの断面図である。 本発明に係る吸気弁及び排気弁のリフト量を説明するグラフである。 本発明に係る吸気弁及び排気弁のリフト量の別実施形態を説明するグラフである。

符号の説明

１０…汎用エンジン、２５…カムシャフト、４３…吸気弁、４４…排気弁、７５…カム、７５ｃ…カム山（排気還流用カム山）。

Claims (1)

1. エンジン始動時よりエンジン回転数が所定の作業回転数まで上昇するように設定され、吸気弁と、排気弁と、これらの吸気弁、排気弁を開閉するためにカムシャフトに設けられたカムとを備え、排気ガスの一部をシリンダ内に還流させる汎用エンジンの排気還流構造において、
   前記カムは、前記吸気弁と前記排気弁とを開閉するための正規カム山の他に、前記吸気弁が開いている時期に前記排気弁を開く排気還流用カム山が設けられた、単一のカムであり、
   前記排気還流用カム山は、前記シリンダ内の燃焼室から遠い側に形成され、該排気還流用カム山の半径方向外側に、前記排気弁を駆動する排気側ロッカアームの一端部のみが配置されていることを特徴とする汎用エンジンの排気還流構造。

Images