JPH11210419A - 直噴式多気筒四弁エンジンの頭上弁動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸気効率及び排気効率を高め、吸気弁口と排
気弁口との間に必要十分の冷却通路を確保し、吸排気弁
がピストンヘッドと干渉する事態を回避しつつ、所要の
バルブリフトを確保する。 【解決手段】 四弁エンジンＥのシリンダヘッド２に、
各シリンダボア１の内周縁に沿う状態で、吸気弁口２ａ
・２ｂと排気弁口３ａ・３ｂを開口し、それらを並列さ
せて、その並列方向をクランク軸心Ｚに対して傾斜させ
る。吸気弁４ａ・４ｂ同士及び排気弁５ａ・５ｂ同士
を、それぞれバルブブリッジ６・７で連携する。クラン
ク軸心Ｚと並列をなす単一のロッカアーム軸１３で枢支
したロッカアーム１１・１２のうち、その弁側腕長Ｄ・
ｄの長い方のロッカアーム１１を吸気動弁用とし、短い
方のロッカアーム１２を排気動弁用とし、上記バルブブ
リッジ６・７をそれぞれロッカアーム１１・１２で動弁
駆動するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、直噴式多気筒四
弁エンジンの頭上弁動弁装置に関し、さらに詳しくは、
四弁エンジンの吸気弁口と排気弁口とを適正に配置して
吸気効率や排気効率を高める技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】直噴式多気筒四弁エンジンの頭上弁動弁
装置としては、従来より本出願人の提案に係るもので、
例えば特開平６−２８８２０７号公報に開示されたもの
（以下従来例１という）が知られている。ここで図３は
従来例１に係る動弁装置を模式的に示す平面図である。
この動弁装置の基本構成は、図３に示すように、直噴式
多気筒四弁エンジンのシリンダヘッドに、各シリンダボ
ア１の内周縁に沿う状態で、二つの吸気弁口２ａ・２ｂ
と二つの排気弁口３ａ・３ｂを開口し、上記吸気弁口２
ａ・２ｂに設けた吸気弁４ａ・４ｂ同士、及び排気弁口
３ａ・３ｂに設けた排気弁５ａ・５ｂ同士を、それぞれ
バルブブリッジ６・７で連携し、ロッカアーム１１・１
２を枢支する単一のロッカアーム軸１３をクランク軸心
Ｚと並列をなすように配置し、上記バルブブリッジ６・
７をそれぞれロッカアーム１１・１２で動弁駆動するよ
うに構成されている。

【０００３】上記従来例１では、高速エンジンを対象と
しており、吸気動弁用ロッカアーム１１と排気動弁用ロ
ッカアーム１２の各腕長は、それぞれ同じ長さ（Ｄ・
Ｅ）で、吸気動弁カムのカムリフトは排気動弁カムのカ
ムリフトよりも大きく、全体として吸気用バルブリフト
は排気用バルブリフトよりも大きく設定されている。ま
た、上記従来例１では、燃焼室副室を備えるディーゼル
エンジンを対象としており、図３中の符号３０は燃焼室
副室の口金を、３１はその噴口を示す。

【０００４】この従来例１では、図３に示すように、吸
気弁口２ａ・２ｂの配列方向と排気弁口３ａ・３ｂの配
列方向とがロッカアーム軸１３に対して逆ハの字状に傾
斜して開口されているため、これを直接噴射式四弁エン
ジンに適用した場合には、吸気効率や排気効率が低下す
るという問題が残る。また、従来例１では、ロッカアー
ム軸１３に近い吸気弁口２ｂと排気弁口３ｂとの間隔が
狭くなることから、吸気弁口２ｂと排気弁口３ｂとの間
に形成されるべきヘッドジャケットの冷却通路が狭くな
る。

【０００５】そこで上記問題点を解消するために、吸気
弁口と排気弁口とを図４に示すように配置して吸気効率
や排気効率を高めることが考えられる。ここで、図４は
特開平８−２３２６６６号公報に開示されたもの（以下
従来例２という）で、直噴式多気筒四弁ディーゼルエン
ジンのシリンダヘッドの要部横断平面図である。この従
来例２は、二つの吸気弁口２ａ・２ｂと二つの排気弁口
３ａ・３ｂとをシリンダ内周面１に沿う状態で開口する
とともに、吸気弁口２ａ・２ｂと排気弁口３ａ・３ｂと
を並列させ、その並列方向をクランク軸心Ｚに対して傾
斜させたものである。なお、図４中の符号８ａ・８ｂは
ダブル吸気ポート、９は排気ポート、１０は燃料噴射
器、３２はシリンダヘッド固定用のボルト挿通孔を示
す。

【０００６】即ち、この従来例２は、直噴式多気筒四弁
エンジンにおいて、二つの吸気弁口２ａ・２ｂをシリン
ダボア１の内周縁に沿う状態で開口するとともに、吸気
弁口２ａ・２ｂを排気弁口３ａ・３ｂと並列させて傾斜
配列することにより、６本のヘッドボルト３２を適当間
隔に配置して、ダブル吸気ポート８ａ・８ｂ及び排気ポ
ート９の流路断面を必要かつ十分に確保しつつ、燃焼室
内に所望の吸気スワールを効率よく生成させて吸気効率
及び排気効率を高めるとともに、吸気弁口２ｂと排気弁
口３ｂとの間に必要かつ十分の冷却通路を確保するよう
に構成したものである。

【０００７】しかし、吸気弁口２ａ・２ｂと排気弁口３
ａ・３ｂを従来例２（図４）のように配置し、この直接
噴射式多気筒四弁エンジンに従来例１の動弁装置をその
まま適用した場合には、吸気動弁用ロッカアーム１１の
出力端部１１ｂが排気動弁用ロッカアーム１２の出力端
部１２ｂよりもロッカアーム軸１３から遠ざかる。従っ
て、吸気動弁用ロッカアーム１１の弁側腕長を排気動弁
用ロッカアーム１２の弁側腕長よりも短かくせざるを得
ないことから、動弁カムのカムリフトを多少補正しただ
けでは、吸気用バルブリフトを排気用バルブリフトより
も大き設定することは不可能で、排気弁がピストンヘッ
ドと干渉する事態も生ずる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情を考慮してなされたもので、直噴射式多気筒四弁エン
ジンに従来例１の頭上弁動弁装置を適用した場合におい
て、 吸気効率及び排気効率を高めること、 吸気弁口と排気弁口との間に必要十分の冷却通路を
確保すること、 吸排気弁がピストンヘッドと干渉する事態を回避し
つつ、所要のバルブリフトを確保すること、を技術課題
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するものとして、以下のように構成される。即ち、請求
項１に記載の発明は、前記基本構成を備える直噴式多気
筒四弁エンジンの頭上弁動弁装置において、吸気弁口２
ａ・２ｂと排気弁口３ａ・３ｂとを並列させて開口する
とともに、その並列方向をクランク軸心Ｚに対して傾斜
させて構成した、ことを特徴とするものである。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
した直噴式多気筒四弁エンジンの頭上弁動弁装置におい
て、ロッカアーム１１・１２のうち、その弁側腕長Ｄ・
ｄの長い方のロッカアーム１１を吸気動弁用とし、短い
方のロッカアーム１２を排気動弁用とした、ことを特徴
とするものである。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
した直噴式多気筒四弁エンジンの頭上弁動弁装置におい
て、吸気動弁カム１５のカムリフトｈを排気動弁カム１
６のカムリフトＨより小さく設定するとともに、吸気弁
４ａ・４ｂのバルブリフトを排気弁５ａ・５ｂのバルブ
リフトより大きく設定した、ことを特徴とするものであ
る。

【００１２】

【発明の作用・効果】請求項１に記載した発明では、前
記基本構成を備える直噴式多気筒四弁エンジンの頭上弁
動弁装置において、吸気弁口２ａ・２ｂと排気弁口３ａ
・３ｂとを並列させて開口するとともに、その並列方向
をクランク軸心Ｚに対して傾斜させて構成したことか
ら、吸気弁口と排気弁口との間に必要十分のヘッドジャ
ケット（冷却通路）を確保しつつ、燃焼室内に所望の吸
気スワールを効率よく生成させることができる。これに
より、吸気効率及び排気効率を高めることができる。

【００１３】請求項２に記載した発明では、請求項１に
記載した直噴式多気筒四弁エンジンの頭上弁動弁装置に
おいて、ロッカアーム１１・１２のうち、その弁側腕長
Ｄ・ｄの長い方のロッカアーム１１を吸気動弁用とし、
短い方のロッカアーム１２を排気動弁用としたことか
ら、吸気動弁用ロッカアーム１１の弁側腕長Ｄが排気動
弁用ロッカアーム１２の弁側腕長ｄよりも長くなり、動
弁カム１５・１６のカムリフトをわずかに補正するだけ
で、吸気用バルブリフトを排気用バルブリフトよりも大
きく設定することができる。これにより、吸気効率を一
層高めることができる。

【００１４】請求項３に記載した発明では、請求項２に
記載した直噴式多気筒四弁エンジンの頭上弁動弁装置に
おいて、吸気動弁カム１５のカムリフトｈを排気動弁カ
ム１６のカムリフトＨより小さく設定することにより、
吸気動弁用ロッカアーム１１の弁側腕長Ｄが排気動弁用
ロッカアーム１２の弁側腕長ｄよりも長いことと相まっ
て、カムリフトをわずかに補正するだけで、吸気弁４ａ
・４ｂのバルブリフトを排気弁５ａ・５ｂのバルブリフ
トより大きく設定し、吸排気弁のバルブリフトを規制し
て所要のバルブリフトを確保しつつ、吸排気弁がピスト
ンヘッドと干渉する事態を回避することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいてさらに詳しく説明する。図１は本発明の実施形
態に係る頭上弁動弁装置を示し、図１（Ａ）はその平面
図、図１（Ｂ）はロッカアームの正面図、図１（Ｃ）は
動弁カム軸の正面図である。また、図２は本発明の実施
形態に係る直噴式多気筒四弁ディーゼルエンジンの頭上
弁動弁装置の要部縦断面図である。

【００１６】この直噴式多気筒四弁ディーゼルエンジン
Ｅは、図２に示すように、シリンダブロック２０に多気
筒シリンダボア１を形成し、各シリンダボア１内にピス
トン２５を摺動自在に内嵌し、上記シリンダブロック２
０の上にシリンダヘッド２を固設し、頭上弁動弁装置を
ヘッドカバー２１で覆って構成されている。

【００１７】この頭上弁動弁装置は、図１（Ａ）及び図
２に示すように、従来例１と同様の基本構成を備える。
即ち、この動弁装置は、上記シリンダヘッド２に、各シ
リンダボア１の内周縁に沿う状態で、二つの吸気弁口２
ａ・２ｂと二つの排気弁口３ａ・３ｂを開口し、上記吸
気弁口２ａ・２ｂに設けた吸気弁４ａ・４ｂ同士、及び
排気弁口３ａ・３ｂに設けた排気弁５ａ・５ｂ同士を、
それぞれバルブブリッジ６・７で連携し、ロッカアーム
１１・１２を枢支する単一のロッカアーム軸１３をクラ
ンク軸心Ｚと並列をなすように配置し、上記バルブブリ
ッジ６・７をそれぞれロッカアーム１１・１２の出力端
部１１ｂ・１２ｂで動弁駆動するように構成されてい
る。

【００１８】上記バルブブリッジ６・７は、図２に示す
ように、その中央部をシリンダヘッド２に打ち込んだガ
イドピン２２で昇降自在に支持されており、動弁カム軸
１７に設けられた動弁カム１５・１６、タペット１８、
プッシュロッド１９を介してロッカアーム１１・１２の
入力端部１１ａ・１２ａを突き上げ、その出力端部１１
ｂ・１２ｂで当該バルブブリッジ６・７を押し下げるこ
とにより、吸気弁４ａ・４ｂ及び排気弁５ａ・５ｂを動
弁駆動するように構成されている。なお、動弁カム軸１
７は、図１（Ｃ）に示すように矢印Ｒ方向に回転され、
動弁カム１５・１６の開き角度θは、排気行程の終期で
早期に吸気弁２ａ・２ｂが開くように設定されている。

【００１９】以下、本発明の特徴をなす構成について説
明する。上記吸気弁口２ａ・２ｂと排気弁口３ａ・３ｂ
とは、並列させて開口するとともに、その並列方向をク
ランク軸心Ｚに対して傾斜させて構成する。これは、６
本のヘッドボルト３２を適当間隔に配置して、吸気ポー
ト及び排気ポートの流路断面を必要かつ十分に確保しつ
つ、燃焼室内に所望の吸気スワールを効率よく生成させ
て吸気効率及び排気効率を高めるとともに、吸気弁口２
ｂと排気弁口３ｂとの間に必要十分のヘッドジャケット
（冷却通路）を確保することを意図したものである。

【００２０】また、本発明では、ロッカアーム１１・１
２のうち、その弁側腕長（Ｄ・ｄ）の長い方のロッカア
ーム１１を吸気動弁用とし、短い方のロッカアーム１２
を排気動弁用とした。これは、吸気動弁用ロッカアーム
１１を排気動弁用ロッカアーム１２よりも長くして、動
弁カム１５・１６のカムリフトをわずかに補正するだけ
で、吸気用バルブリフトを排気用バルブリフトよりも大
きく設定し得るように意図したものである。これによ
り、小型高速エンジンを対象とした場合に、吸気効率を
一層高めることができる。

【００２１】また、本発明では、図１（Ｃ）に示すよう
に、吸気動弁カム１５のカムリフトｈを排気動弁カム１
６のカムリフトＨより小さく設定するとともに、吸気弁
４ａ・４ｂのバルブリフトを排気弁５ａ・５ｂのバルブ
リフトより大きく設定している。これは、吸気動弁用ロ
ッカアーム１１の弁側腕長Ｄが排気動弁用ロッカアーム
１２の弁側腕長ｄよりも長いことと相まって、カムリフ
トをわずかに補正するだけで、所要のバルブリフトを確
保しつつ、吸排気弁がピストンヘッドと干渉する事態を
回避することを意図したものである。

【００２２】ちなみに、上記実施形態では、吸気動弁用
ロッカアーム１１の弁側腕長Ｄとタペット側腕長Ｅとの
比を略１．８とし、吸気動弁カム１５のカムリフトｈを
略５．９ｍｍとして、吸気弁４ａ・４ｂのバルブリフト
を１０．３ｍｍに設定し、排気動弁用ロッカアーム１２
の弁側腕長（ｄ）とタペット側腕長（ｅ）との比を略
１．４とし、排気動弁カム１６のカムリフトＨを略６．
９ｍｍとして、排気弁５ａ・５ｂのバルブリフトを９．
４ｍｍに設定した。これにより、従来例１の動弁カムの
カムリフトをわずかに補正するだけで、所要のバルブリ
フトを確保しつつ、吸排気弁がピストンヘッドと干渉す
る事態を回避することができた。

【００２３】前記シリンダ２５は、図２に示すように、
その頂面にリエントラント型燃焼室２６を凹設し、その
燃焼室２６内の中央部に部分球面状の凸部２７を大きく
突設してある。これは、特に小型高速ディーゼルエンジ
ンにおいて、スキッシュ流を生じさせ、リエントラント
型燃焼室２６内における燃料噴霧の拡散と空気利用率を
高め、かつ、コンロッド２８のピストンピン２９の組付
位置を可能な限り上方へ位置させて側圧の低減を図るこ
とを意図したものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る頭上弁動弁装置を示
し、図１（Ａ）はその平面図、図１（Ｂ）はロッカアー
ムの正面図、図１（Ｃ）は動弁カム軸の正面図である。

【図２】本発明の実施形態に係る直噴式多気筒四弁ディ
ーゼルエンジンの頭上弁動弁装置の要部縦断面図であ
る。

【図３】従来例１に係る頭上弁動弁装置を模式的に示す
平面図である。

【図４】従来例２に係る直噴式多気筒四弁エンジンのシ
リンダヘッドの要部横断平面図である。

【符号の説明】

１…シリンダボア、２…シリンダヘッド、２ａ・２ｂ…
吸気弁口、３ａ・３ｂ…排気弁口、４ａ・４ｂ…吸気
弁、５ａ・５ｂ…排気弁、６・７…バルブブリッジ、１
１…吸気動弁用ロッカアーム、１２…排気動弁用ロッカ
アーム、１３…ロッカアーム軸、１５…吸気動弁カム、
１６…排気動弁カム、Ｅ…四弁エンジン、Ｄ・ｄ…ロッ
カアームの弁側腕長、Ｚ…クランク軸心、ｈ…吸気動弁
カムのカムリフト、Ｈ…排気動弁カムのカムリフト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上山 満 大阪府堺市石津北町64 株式会社クボタ堺 製造所内 (72)発明者 前小屋 哲 大阪府堺市石津北町64 株式会社クボタ堺 製造所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 四弁エンジン（Ｅ）のシリンダヘッド
   （２）に、各シリンダボア（１）の内周縁に沿う状態
   で、二つの吸気弁口（２ａ・２ｂ）と二つの排気弁口
   （３ａ・３ｂ）を開口し、 上記吸気弁口（２ａ・２ｂ）に設けた吸気弁（４ａ・４
   ｂ）同士、及び上記排気弁口（３ａ・３ｂ）に設けた排
   気弁（５ａ・５ｂ）同士を、それぞれバルブブリッジ
   （６・７）で連携し、 ロッカアーム（１１・１２）を枢支する単一のロッカア
   ーム軸（１３）をクランク軸心（Ｚ）と並列をなすよう
   に配置し、 上記バルブブリッジ（６・７）をそれぞれロッカアーム
   （１１・１２）で動弁駆動するように構成した、直噴式
   多気筒四弁エンジンの頭上弁動弁装置において、 上記吸気弁口（２ａ・２ｂ）と排気弁口（３ａ・３ｂ）
   とを並列させて開口するとともに、その並列方向をクラ
   ンク軸心（Ｚ）に対して傾斜させて構成した、ことを特
   徴とする直噴式多気筒四弁エンジンの頭上弁動弁装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載した直噴式多気筒四弁エ
   ンジンの頭上弁動弁装置において、 上記ロッカアーム（１１・１２）のうち、その弁側腕長
   （Ｄ・ｄ）の長い方のロッカアーム（１１）を吸気動弁
   用とし、短い方のロッカアーム（１２）を排気動弁用と
   した、ことを特徴とする直噴式多気筒四弁エンジンの頭
   上弁動弁装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載した直噴式多気筒四弁エ
   ンジンの頭上弁動弁装置において、 吸気動弁カム（１５）のカムリフト（ｈ）を排気動弁カ
   ム（１６）のカムリフト（Ｈ）より小さく設定するとと
   もに、吸気弁（４ａ・４ｂ）のバルブリフトを排気弁
   （５ａ・５ｂ）のバルブリフトより大きく設定した、こ
   とを特徴とする直噴式多気筒四弁エンジンの頭上弁動弁
   装置。