JP4252590B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸排気弁の内、少なくとも一方の弁が２個以上のポペット弁よりなる内燃機関の動弁装置に関するものである。

従来の４ストロークサイクル内燃機関の動弁装置で、カムシャフトからロッカーアームを介して、吸排気弁の内の一方の弁を開閉駆動させ、他方の弁をカムシャフトから直接開閉駆動させるようにしたものがある。
特開平５−１３３２０７号公報

前記動弁装置では、１気筒につき、吸気ポペット弁が３個、排気ポペット弁が２個配設され、これらの各ポペット弁に１対１に対応して１気筒につき５個のカム山を備えたカムシャフトが用意され、一方の３個の吸気ポペット弁の頂端は、該カムシャフトの３個のカム山にそれぞれに当接されて、このカム山で直接開閉駆動され、他方の２個の排気ポペット弁は、それぞれ２本のロッカーアームを介して前記カムシャフトの２個のカム山によって開閉駆動されているため、カム山が多数必要とするとともに、点火栓を迂回してロッカーアームが２本必要となり、部品点数が多くなるとともに構造が複雑化し、生産性とコストの面で不利があった。

課題を解決するための手段および効果

本発明はこのような難点を克服した内燃機関の動弁装置の改良に係り、シリンダヘッドに、２個の吸気ポペット弁と２個の排気ポペット弁とが設けられ、前記シリンダヘッドの上部に前記吸排気弁の開閉を行うカムシャフトが配置される内燃機関において、前記カムシャフトは、中央の単一のカム山と、該中央のカム山の両側に形成された１対のカム山とを備え、かつ前記１対のカム山の前記中央のカム山とは反対の側に隣接して配置された１対のころがり軸受により回転自在に支持され、前記カムシャフトと前記排気ポペット弁との間に、単一のロッカーアームを揺動自在に支持するロッカーアームシャフトが配置され、前記ロッカーアームは、前記カムシャフトへ向けて突出するブラケット先端の軸に支持されて前記中央のカム山の作用を受けるローラと、前記カムシャフト側から前記２個の排気ポペット弁のそれぞれに向けて分岐して該排気ポペット弁のそれぞれを駆動する分岐部とを有し、前記ロッカーアームシャフトは、前記ローラの軸より下方で、かつ前記カムシャフトより下方に配置され、前記２個の吸気ポペット弁は前記１対のカム山によりリフタを介して開閉駆動され、前記リフタを摺動可能に支持する筒部を有する底部が前記カムシャフトの下方に設けられ、該底部は前記１対のころがり軸受間を連結し、前記カムシャフトの後方には壁部が形成され、該壁部と前記底部は潤滑油溜めとなる隅部を形成することを特徴とする。

請求項１記載の発明は、前述したように構成されているため、ロッカーアームで開閉駆動される側の２個以上のポペット弁について、１個のカム山を設けるだけですみ、ロッカーアームも１本で足り、部品点数および組立工数が削減されて、軽量化と、構造簡略化が可能となり、大幅な生産性向上とコストダウンとが達成される。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の動弁装置において、前記排気ポペット弁の一部が、前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーとの合わせ面よりも上方に配置され、前記カムシャフトの一端には、前記ころがり軸受よりもカムシャフトの端部側にドライブスプロケットが嵌着され、かつ該ドライブスプロケットに無端状にカムチエンが架け渡され、前記シリンダヘッドカバーには、前記ドライブスプロケットおよび前記カムチエンを収容する空間が形成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の動弁装置において、前記カムシャフトを保持するカムシャフトホルダに前記ロッカーアームシャフトを支持する支持部分が設けられ、該支持部分に上下方向に延出する支持ボスが設けられていることを特徴とする。

以上、図１ないし図４に図示された本発明の一実施形態について説明する。
水冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクルスロトーク内燃機関１は、図示されない自動二輪車に、クランクシャフト６が車巾方向に指向するように搭載され、図１に図示されるように、クランクケース２上にシリンダブロック３、シリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー５が順次重ねられ、これらを貫通する図示されないボルト等で、クランクケース２、シリンダブロック３、シリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー５は、相互に一体に結合されている。

また、クランクシャフト６はクランクケース２に回転自在に枢支され、シリンダブロック３のシリンダ孔７に上下へ摺動自在にピストン８が嵌装され、該ピストン８のピストンピン９とクランクシャフト６のクランクピン10とにコネクティングロッド11の両端が回転自在に枢着されており、シリンダヘッド４の下面中央の略段面三角形状の凹面とシリンダ孔７とピストン８の頂面とで画成される燃焼室12内にて、ピストン８の上死点近傍で間欠点に点火栓13（図３参照）でもって点火される燃焼ガスにより、ピストン８が下方へ押圧され、その押圧力によりクランクシャフト６は回転駆動されるようになっている。

さらに、前記シリンダヘッド４の車体後側（図１で右側）に左右１対の吸気ポート14が形成されるとともに、該シリンダヘッド４の車体前側（図１で左側）に左右１対の排気ポート15が形成され、該吸気ポート14および排気ポート15の開口をそれぞれ開閉する吸気ポペット弁16および排気ポペット弁17が、バルブ狭角の小さな角度で、ガイド筒18に摺動可能に嵌装され、該吸気ポペット弁16および排気ポペット弁17の頂端に設けられたリフタ37（吸気ポペット弁16側）およびリテーナ19（排気ポペット弁17側）と、シリンダヘッド４の頂面とにバルブスプリング20が介装されており、該バルブスプリング20のバネ力で吸気ポペット弁16および排気ポペット弁17は常に閉じられるようになっている。

さらにまた、図２に図示されるように、カムシャフト21がクランクシャフト６と平行になるように、該カムシャフト21をころがり軸受39を介して回転自在に枢支するダイカスト製のカムシャフトホルダー25が、シリンダヘッド４に図示されないボルトでもって一体に装着され、該カムシャフトホルダー25は平面形状が略コ字状に形成され、該カムシャフト21の左端（図３，図４で手前側）にドライブスプロケット26が一体に嵌着され、クランクシャフト６の左側に嵌着されたドライブスプロケット27と該ドライブスプロケット26とに無端状のカムチエン28が架渡され、ドライブスプロケット27とドライブスプロケット26との歯数が２：１に設定されており、クランクシャフト６が回転すると、カムシャフト21は１／２の回転速度で回転駆動されるようになっている。

しかして、シリンダヘッド４に対するカムシャフトホルダー25の取り付け孔の内の１個の取り付け孔をオイル通路とし、該カムシャフトホルダー25のオイル通路からカムシャフト21のカム山22，23，24に向けて潤滑油が吐出されるようになっている。

また、図１に示されるように、カムシャフト21に対し車体前側（左側）下方に位置してカムシャフトホルダー25にロッカーアームシャフト29が嵌合され、該ロッカーアームシャフト29は、カムシャフトホルダー25をシリンダヘッド４に取り付ける図示されないボルトでもって抜け止めと回り止めされるように、該ボルトに一部係止され、該ロッカーアームシャフト29にロッカーアーム30が揺動自在に枢支され、該ロッカーアーム30の一端（車体後端側）の左右１対のブラケット31に軸32を介してローラ33が回転自在に枢支され、該ロッカーアーム30の他端は、左右へＵ字状に分岐して分岐部とされ、分岐部の両先端は、車体前方（図１で左端）に位置している２個の排気ポペット弁17の頂端にそれぞれ当接され、前記ロッカーアーム30の一端のローラ33はカムシャフト21の中央のカム山22に車体前方の位置で当接されている。ロッカーアームシャフト29は、図４に示すように、カムシャフトホルダー25の一部をなす支持部40により支持され、支持部40には上下方向のボス41が設けられている。

そして、図１に図示されるように、カムシャフトホルダー25の車体後方の壁部34の下端から斜前上方に向って底部35が形成され、該底部35には吸気ポペット弁16のリフタ37を遊嵌しうる筒部36が形成されている。

さらに、車体後方（図１で右側）に位置している２個の吸気ポペット弁16の頂端には、リフタ37を介して、前記中央のカム山22の車体左右両側に位置したカム山23，24が当接され、これらカムシャフト21のカム山22，23，24は、水冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクルスロトーク内燃機関１の所要の運転状況に適合した吸気特性と排気特性とを吸気ポペット弁16および排気ポペット弁17に与えるように、それぞれ所定の形状に形成されている。

さらにまた、図１に図示されるように、側面視で吸気ポペット弁16と排気ポペット弁17との略中央に位置しやや前傾した状態で点火栓ガイド筒38がシリンダヘッド４と一体に形成され、該点火栓ガイド筒38の下端に点火栓13が着脱自在に嵌着されている。なお、該点火栓ガイド筒38はシリンダヘッド４に一体に圧入され、または、シリンダヘッド４に一体に鋳込まれてもよい。

図１ないし図４に図示の実施形態では、前述したように、弁径が大きくて弁重量が大きな吸気ポペット弁16がカムシャフト21のカム山23，24により直接開閉駆動され、弁重量の小さな排気ポペット弁17がロッカーアーム30を介してカム山22により間接開閉駆動されているので、吸気系と排気系の等価重量が均等化され、高速回転域における弁開閉追従特性が優れている。

また、カムシャフト21は１本で、かつ点火栓13を収納した壁部34を跨ぐようにロッカーアーム30がＵ字状に分岐した形状に形成されているので、吸気ポペット弁16および排気ポペット弁17のバルブ狭角が小さく設定され、その結果、圧縮比が高く、燃焼効率が高い燃焼室が容易に構成され、高性能の水冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクルスロトーク内燃機関１が得られる。

さらに、カムシャフト21は１本で足り、カムシャフト21およびロッカーアームシャフト29が１個のカムシャフトホルダー25で枢支され、２本の排気ポペット弁17が１個のロッカーアーム30で開閉駆動されるため、部品点数が著しく削減されるとともに構造が簡略化され、大巾なコストダウンと軽量化が可能となる。

さらにまた、図１に図示されるように、カムシャフトホルダー25には、その後部に壁部34が形成されるとともに、その壁部34の下縁に前方へ向って上方へやや傾斜した底部35が形成されるため、この壁部34、底部35の隅部が潤滑油溜めとなり、カム山22とリフタ37との当接部が充分に潤滑される。

しかも、吸気ポペット弁16のリフタ37がカム山23，24に当接する位置と、排気ポペット弁17のロッカーアーム30のローラ33がカム山22に当接位置とは、カムシャフト21の中心軸を中心として略９０°離れた関係にあり、また吸気ポペット弁16と排気ポペット弁17の開放タイミングは、クランクシャフト６の回転角で１８０°、カムシャフト21の回転角で９０°離れているため、カム山22とカム山23，24とのカム山は略同一位相角になっている。

また、吸気ポペット弁16の開弁反力の向きと、排気ポペット弁17の開弁反力の向きは、略９０°異った方向であるため、カムシャフト21に大きな開弁反力が働かず、カムシャフト21の剛性を大きくする必要がなくなり、軽量化が図られるとともに、高速化にも対応しうる。

さらに、ロッカーアーム30の一端にローラ33が枢支されているため、カムシャフト21の回転摩擦力が低減するとともに、カム山22の摩擦が少ない。

さらにまた、カムシャフト21のカム山22，23，24よりも大径のころがり軸受39を介してカムシャフト21がカムシャフトホルダー25に嵌合されているため、カムシャフト21をカムシャフトホルダー25の側方から嵌着することが可能となって組付け性が大巾に向上する。

本発明の動弁装置を備えた内燃機関の縦断側面図である。 図１に図示の内燃機関の縦断正面図である。 シリンダヘッドカバーを取り除いた前記内燃機関の頂面図である。 前記動弁装置の要部拡大斜視図である。

符号の説明

１…水冷頭上弁火花点火式単気筒４サイクルスロトーク内燃機関、２…クランクケース、３…シリンダブロック、４…シリンダヘッド、５…シリンダヘッドカバー、６…クランクシャフト、７…シリンダ孔、８…ピストン、９…ピストンピン、10…クランクピン、11…コネクティングロッド、12…燃焼室、13…点火栓、14…吸気ポート、15…排気ポート、16…吸気ポペット弁、17…排気ポペット弁、18…ガイド筒、19…リテーナ、20…バルブスプリング、21…カムシャフト、22…カム山、23…カム山、24…カム山、25…カムシャフトホルダー、26…ドライブスプロケット、27…ドライブスプロケット、28…カムチエン、29…ロッカーアームシャフト、30…ロッカーアーム、31…ブラケット、32…軸、33…ローラ、34…壁部、35…底部、36…筒部、37…リフタ、38…点火栓ガイド筒、39…ころがり軸受。

Claims (3)

1. シリンダヘッドに、２個の吸気ポペット弁と２個の排気ポペット弁とが設けられ、前記シリンダヘッドの上部に前記吸排気弁の開閉を行うカムシャフトが配置される内燃機関において、
   前記カムシャフトは、中央の単一のカム山と、該中央のカム山の両側に形成された１対のカム山とを備え、かつ前記１対のカム山の前記中央のカム山とは反対の側に隣接して配置された１対のころがり軸受により回転自在に支持され、
   前記カムシャフトと前記排気ポペット弁との間に、単一のロッカーアームを揺動自在に支持するロッカーアームシャフトが配置され、前記ロッカーアームは、前記カムシャフトへ向けて突出するブラケット先端の軸に支持されて前記中央のカム山の作用を受けるローラと、前記カムシャフト側から前記２個の排気ポペット弁のそれぞれに向けて分岐して該排気ポペット弁のそれぞれを駆動する分岐部とを有し、
   前記ロッカーアームシャフトは、前記ローラの軸より下方で、かつ前記カムシャフトより下方に配置され、
   前記２個の吸気ポペット弁は前記１対のカム山によりリフタを介して開閉駆動され、
   前記リフタを摺動可能に支持する筒部を有する底部が前記カムシャフトの下方に設けられ、該底部は前記１対のころがり軸受間を連結し、
   前記カムシャフトの後方には壁部が形成され、該壁部と前記底部は潤滑油溜めとなる隅部を形成することを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 前記排気ポペット弁の一部が、前記シリンダヘッドとシリンダヘッドカバーとの合わせ面よりも上方に配置され、
   前記カムシャフトの一端には、前記ころがり軸受よりもカムシャフトの端部側にドライブスプロケットが嵌着され、かつ該ドライブスプロケットに無端状にカムチエンが架け渡され、
   前記シリンダヘッドカバーには、前記ドライブスプロケットおよび前記カムチエンを収容する空間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
3. 前記カムシャフトを保持するカムシャフトホルダに前記ロッカーアームシャフトを支持する支持部分が設けられ、該支持部分に上下方向に延出する支持ボスが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の動弁装置。」

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