JPH04209905A - 携帯型作業機用機関の弁駆動装置におけるカム機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、一個のカムにより二個のりフタ−を角度差を
置いて作動させることにより、先ず、排気弁、次に、吸
気弁を開閉させる機構を用いることにより、エンジンの
クランク軸方向の長さを短くし、更には、該機構と吸、
排気弁位置の組み合わせを工夫することにより作業者が
火傷しないようにすることができる携帯用作業機用４サ
イクル機関の弁駆動装置に関するものであり、更には、
排気弁、吸気弁のリフト曲線を異にし、排気弁の開弁速
度を小さくし閉弁速度を大とする一方、吸気弁の開弁速
度を大として閉弁速度を小とすることができる携帯型作
業機用機関の弁駆動装置におけるカム機構に関するもの
である。

（従来の技術） 刈払機、トリマー等の携帯型エンジン駆動作業機は第１
３図に示すように動力伝達軸部７０上の杷持部位７１に
対向し、その一方にエンジン７２、他端に作業機器７３
を装着するのが一般的である。動力伝達軸部は第１３図
には詳細示していないが、エンジンのクランク軸に接続
したクラッチを介して鋼索または鋼製棒をパイプ内で回
転自在に保持し作業機器たとえば草刈り用刃を伝達する
ものである。

作業機の保持体勢は第１３図に示したようにエンジン側
より作業機を見たとき人７４は作業機の左に位置するの
が一般的である。この場合、作業者がエンジンの高温排
気ガスにより火傷を負うことを防止するために排気マフ
ラー７５を作業者７４より遠い側、気化器の吸気ロアロ
を作業者に近い側に設けるのが一般である。また、使用
するエンジンは軽）；で、上記幾何学的配置の容易な２
サイクル機関が主として用いられている。しかし、騒音
低減、排気ガスの清浄化のために４サイクルエンジンを
装着することも必要である。この場合、エンジンの寸度
が大きくなり、携帯型作業機に要求される軽量小型性を
損なうこととなり、実用上大きな阻害となる。以下実用
例により問題点を説明する。

すなわち、第８図、第９図は従来型４サイクル′機間の
一例で、クランク軸３２ｄに固定されたクランク歯車３
１ｄが回転することにより該クランク歯車３１ｄと噛み
合うカム歯車１２ｄが逆方向に回転し、カム歯車１２ｄ
の回転軸に連設された吸気カム１１１ｄ、排気カム　１
１２ｄにより吸気弁５２ｄと排気弁５１ｄを作動させ、
一方、クランク軸３２ｄの一端はフライホイール、クラ
ッチを介して動力伝達素に動力を伝えるものである。

その際、吸気カム　１１１ｄと排気カム　１１２ｄを一
本の軸上に形成すると、通常は背型タペットを使用する
ので、傘部の関係でタペット４１ｄ、４２ｄの配置はク
ランク軸方向に所要の長さを必要としてしまい、結果と
してクランク軸−フライホイール間の寸度を大きくして
しまうということになる。

これは、特に、携帯用作業機を駆動するエンジンにあっ
てはクランク軸−フライホイール間の長さを極力小さく
してエンジン、作業機の寸度、重量を少な（することが
必要であり、従来の弁駆動装置の構造では、クランク軸
、フライホイール間の長さを小さくすることには自ら限
界がある。

また、第１４図に示すような他の実施例によると、該実
施例はクランク軸８θの側方にカム軸８１を配したもの
であるが、動力軸に対して直角方向が大きくなること、
動力軸に対する重量バランスが崩れることによって、携
帯型作業機としての必要条件を満たすことかできない。

また、第１Ｏ図に示すような従来がらの弁駆動装置にお
けるカム機構では、カム形状がタペットの上昇側と下降
側が対称に作られていて、リフト速度曲線が第１１図に
示すようにリフト最大の点を中心に左右対称に表われる
のであるが、特に、携帯型作業機を駆動するエンジンに
あっては、クランク軸回転速度を上げ重量あたりの出力
を大きくする必要があるのであるが、このためには、排
気弁は、開弁速度を小さ（して燃焼ガスの圧力をピスト
ンの下死点近くにまで有効に活用し、閉弁速度は大とし
て吸気弁開時の慣性効果を大とすることが必要であり、
吸気弁は、吸気弁開弁速度を大として排気弁閉時の慣性
効果を有効利用し、閉弁速度を小としてガスの吹き返し
の防止を図ることが必要となる。しかし、このための手
段として吸気、排気答弁を駆動するカムを別個とし、別
々の形状とする必要がありコスト高となる。

また、４サイクル機関においても、上記のような作業者
が火傷を負わないようにする工夫が強く要望されていた
。

（発明が解決しようとする問題点） そこで本発明は、体積が少なく重置が小さい携帯型作業
機の駆動エンジンを得るために、クランク軸−フライホ
イール間に至る長さを小さくすることができ、更には、
弁駆動機構と吸排気位置の組合せが作業者が火傷しない
ような位置に配設されている携帯型作業機用の弁駆動装
置を開発し、更に、一個のカムを用いて吸気排気弁の開
弁速度を合目的的に異なったものとすることができる携
帯用作業機用の弁駆動装置におけるカム機構を開発する
ことを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） すなわち本発明は、動力伝達軸の一方にエンジン、他端
に作業機器を装着するエンジン駆動作業機器において一
個のカムに当接し、動力伝達軸に平行な軸上を揺動する
揺動回転式リフターを該カムを回転させることにより作
動させて、排気弁を開き１次いで、吸気弁を開くことに
より吸排両弁を開閉する弁駆動機構を備える携帯型作業
機用機関の弁駆動装置とすることにより、更には、上記
携帯型作業機用機関の弁駆動装置において、弁駆動機構
がエンジンの作業機駆動側と反対の位置にあり、かつ、
エンジン側より作業機器側を見たとき、排気弁が右手、
吸気弁が左手に位置し、クランク軸が時計針方向に回転
し、カム軸が反時計方向に回転させることによって、上
記目的を達成しようとするものである。

更には、最大リフト点に対してプッシュロッド上昇側、
下降側のカム形状がほぼ対称的な形状を有するカムと、
該カムの回転軸に平行な軸まわりに揺動し該カムとの当
接部分が平面状である一対のプッシュロッドリフターに
より吸気弁、排気弁を開閉する携帯型作業機用機関の弁
駆動装置におけるカム機構とすることにより、上言己目
的を達成しようとするものである。特に、上記カム機構
においては、従来は第１５図に示すようにカムとの当接
部分が曲面になっているのが一般的であるが、本発明に
おいては該カムの回転軸に平行な軸まわりに揺動するカ
ムとの当接部分平面状であることが特徴となっている。

（作　　　用） 上記手段により構成される本発明においては、カムのカ
ム歯車と噛み合うクランク歯車等を回転させることによ
り該カムを回転させ、該カムに当接する一対の揺動回転
式リフターの一方を回転させ、排気側プッシュロッドを
介して排気弁を開かせる。次に、更にカムを回転させる
と、該カムに当接する他の一方の揺動回転式リフターを
回転させ、吸気側プッシュロッドを介して吸気弁を開か
せ、所定の時期に排気弁を閉じ、更に、吸気弁を閉じる
ことによって弁の作動を完了する。これにより、一つの
カムにより柱動回転式リフターを回転させるので、カム
の軸方向の長さを小さくすることになり、単一のカムで
済むので重量も軽量となる。

その際、弁駆動装置において、関大リフト点に対してプ
ッシュロッド上昇側、下降側のカム形状がほぼ対称的な
形状を有するカムと、該カムの回転軸に平行な軸まわり
に揺動する一対のブシュロッドリフターによるカム機構
を使用すると以下のように作用し、排気弁と吸気弁のリ
フト曲線を異にすることができる。

つまり、第７図（イ）において、Ａをカム軸の中心、Ｂ
を揺動リフターの回転中心、揺動リフターの回転角をａ
、揺動リフターの回転中心とプッシュロッドとの距離を
ＬとするとプッシュロッドのリフトはＬαとなる。Ｘ軸
はカムに固定した座標軸、θはカムと揺動リフターの接
触面がカムノ輪郭上を移動するときのＸ軸との相対角度
である。この場合のθはカム軸の回転角度と同一ではな
（、カム軸の回転角度はΦとなる。ここで、カムとの接
触点ＰとＱとの距離は機構学の公式によりｄ　ｙ　／　
ｄθとなり、接触面が基円に接するときのａの値をａｏ
とし、揺動リフターの回転中心とカムの回転中心との距
離をＣとすると、Ｃ３ｌＮ（ａ＋ｃｙｏｌ＝　（Ｒ＋ｙ
＋ａ）ａ　＋　ａ　ｏ　＝ＳＩＮ　−’［（Ｒ＋　ｙ　
＋　ａｔ／ＣＩΦ＝θ十（α＋ａ　ｏ　） よって、 ｄ　ａ　／　ｄΦ＝（ｄｙ／ｄθＬ／［ｄｙ／ｄθ＋ｃ
ｃｏｓ（α＋ａ、ｌ］ プッシュロッドのリフト速度はＬ　ｄ　ｙ　／　ｄΦで
あるから、ｄ　ｙ／ｄΦの絶対値が同じでもプッシュロ
ッドの上昇時にはプッシュロッドのリフト速度は下降時
よりも遅くなる。その理由は、上昇時にはｄｙ／ｄΦの
値が正となるのに反し、下降時には負となるからである
。よって、ブ・ソシュロツドの上昇側と下降側でカム形
状が対称に作られているカムの場合、排気側プッシュロ
ッドに対しては第１２図（イ）に示すように上昇時速度
が下降時速度より遅くなり従来機関に勝る特性が得られ
る。

更に、第７図（ロ）に示したプッシュロッドに対しては
、第７図（イ）の場合と回転方向が相対的に逆になるの
で、 Ｃ３ｌＮｆβ＋βｏｌ＝　（Ｒ＋　ｙ　＋ａ　）β＋β
ｏ　＝　ＳＩＮ　−’　［ｌＲ＋　ｙ　＋　ａ　ｌ／Ｃ
］Φ＝θ−（β十８０） よって、 ｄβ／ｄΦ＝　　（ｄｙ／ｄθ）／Ｉ−ｄｙ／ｄθ＋ｃ
ｃｏｓｔβ＋β。）１ よって、ｄ　ｙ　／　ｄΦの絶対値が同じでもプッシュ
ロッドの上昇時にはプッシュロッドのリフト速度は下降
時よりも早くなる。つまり、プッシュロッドの上昇側と
下降側のカム形状が対称に作られているカムの場合には
、吸気側プッシュロッドに対しては、第１２図（ロ）に
示すように上昇時速度が下降時速度よりも早くなり、従
来型機関に勝る特性を得ることができる。

なお、各種実験によると、携帯型作業機用機関としては
、プッシュロッドの上昇時速度に対する下降時速度の比
が排気側においては、　１２０％〜１７０％、吸気側に
あっては８３％〜５８％であることが適当である。

（実　　施　　例） 引き続き本発明の要旨をより明確とするため、図面を利
用して一実施例の説明をする。

第１図に示すように携帯型作業機用機関の弁駆動装置Ｅ
は、一個のカム１１と該カムに当接した一対の揺動回転
式リフター２１．２２とからなり、該−対の揺動回転式
リフター２１．２２は共にリフター軸部２３を中心とし
て回転するように構成されている。該カムの歯車部ｌ・
２は、クランク３におけるクランク歯車３１と噛み合う
ように形成されていて。

また、一方の揺動回転式リフター２１は排気弁用ロッド
４１に、他方の揺動回転式リフター２２は吸気弁用ロッ
ド４２に連設されている。そして、該一対の揺動回転式
リフター２１．２２は、上方から視認すると第２図に示
すように両揺動回転式リフターが該軸部から中心部側へ
折曲するように形成されていて、排気弁用ロッド４１と
吸気弁、用ロッド４２が同一平面上にあるように配設さ
れる。

上記携帯型作業機用機関の弁駆動装置の使用状態につい
て説明すると、クランク３のクランク軸３２を動力取り
出し側よりエンジンを見たときに反時計方向に回転させ
ることにより、クランク歯車３１と噛み合うカムの歯車
部１２を回転させ、これにより該カム１１を回転させ、
該カム１１に当接する一対の揺動回転式リフター２１．
２２の一方を回転させ、排気側プッシュロッド４１を介
して排気弁を開かせる。次に、更にカム１１を回転させ
ると、該カム１１に当接する他の一方の揺動回転式リフ
ター２２を回転させ、吸気側プッシュロッド４２を介し
て吸気弁を開かせ、所定の時期に排気弁を閉じ、更に、
吸気弁を閉じることによって弁の作動を完了する。これ
により、一つのカムにより揺動回転式リフターを回転さ
せるので、カムの軸方向の長さを小さくすることになり
、単一のカムで済むので重量も軽量となる。

本実施例の場合は、■吸気弁開時期　ピストン上死点前
　クランク回転角　２０度　■吸気弁閉時期　ピストン
下死点後　クランク回転角　６０度■排気弁開時期　ピ
ストン下死点前　クランク回転角　６０度　■排気弁閉
時期　ピストン上死点後２９２２回転角　２０度　の場
合で行なっていて、□。

一対の揺動回転式リフター２１．２２とカムとの接触面
がなす角は、（１８０＋Ａ＋Ｂ）　／２　（度）　　（
Ａ：排気弁開の角度　下死点前６０度、Ｂ：吸気弁開の
角度　上死点前２０度）により導出されるので、本実施
例の場合は、ｆ１８０＋６０−２０１　／２＝　　１１
０度となる。

上記実施例で示した弁駆動装置Ｅを携帯用作業機に使用
すると、第３図のようになり、クランク軸３２を回転さ
せることにより、所定時期に排気弁５１と吸気弁５２を
開閉し、エンジンを作動させて、該動力を図中布の作業
機側へ伝達するものである。この場合、弁駆動機構がエ
ンジンの作業機駆動側と反対の位置にあり、かつ、エン
ジン例より作業機器側を見たとき、排気弁が右手、吸気
弁が左手に位置し、クランク軸が時計針方向に回転し、
カム軸が反時計方向に回転するように形成されていて、
該携帯作業機用機関を手に持ったとき排気側が手前側に
来ないので、火傷をすることがパ１ ない。

更に、本実施例に基づけば、最大リフト点に対してプッ
シュロッド上昇側、下降側のカム形状がほぼ対称的な形
状を有するカムと、該カムの回転軸に平行な軸まわりに
揺動する一対のブシュロッドリフターによりカム機構を
構成するので、上記作用に基づき、排気弁、吸気弁のリ
フト曲線を異にすることができる。

続゛いて、第二実施例について説明する。携帯型作業機
用機関の弁駆動装置Ｆは、第４図、第５図に示すように
、リフターを第一実施例の場合と比して単純形状とし、
カムと一対のリフターの接触面をカム方向に若干ずらし
て形成されたものである。このように構成することによ
り、カムの製造コストを少なくすることができる。

続いて、第三実施例について説明する。携帯型作業機用
機関の弁駆動装置Ｇは、第６図に示すように、リフター
を支持する軸を二本とした場合であり、これによりリフ
ターの軸部２３１．　２３２を設ける必要があるが、第
一実施例のようにリフターを内側へ折曲させなくても、
両ロッドをカム軸と垂直の平面方向に同一線上に配設す
ることができ、エンジンのクランク軸方向の長さを短く
することができる。

本発明は本実施例に限定されるものではなく、前記した
本発明の上記した目的と作用及び後記する発明の効果の
達成される範囲内において任意に変更可能であり、これ
らの変更はいずれも本発明の要旨を変更するものではな
いことは申すまでもない。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明、携帯型作業機用機関
の弁駆動装置は、動力伝達軸の一端にエンジン、他端に
作業機器を装着するエンジン駆動作業機において、一個
のカムに当接し、動力伝達軸とシリンダ内径線を含む平
面内にあって動力伝達軸に平行な軸上を揺動する一対の
揺動回転式リフターを該カムを回転させることにより作
動させて、排気弁を開き、次いで、吸気弁を開くことに
より吸排両弁を開閉する弁駆動機構を備えてなるので、
従来のようにタペットの配置にクランク軸方向に所定の
長さを必要とせず、よって、軸方向の寸度な少なくする
ことができる。　また、カムが一個で形成されるので、
カムの製造コストが少なくなり、製造コストを安くする
ことができる。

また、弁部動機構をエンジンの作業ｍ駆動側と反対の位
置にあり、かつ、エンジン側より作業槽！ｉ例を見たと
き、排気弁が右手、吸気弁が左手に位置し、クランク軸
が時計針方向に回転し、カム軸が反時計方向に回転する
ように構成すると、該携帯作業機用種間を手に持ったと
き排気側が手前側に来ないので、火傷をすることがない
。

更に、最大リフト点に対してプッシュロッド上昇例、下
ＲｆＲのカム形状がほぼ対称的な形状を有するカムと、
該カムの回転軸に平行な軸まわりに揺動する一対のブシ
ュロッドリフターにより吸気弁、排気弁を開閉するよう
にすると、一個のカムにより吸気、排気答弁のリフト曲
線を真にし、排１　　気弁の開弁速度を小、閉弁速度を
大とすると共［に、吸気弁の開弁速度を大、閉弁速度を
小とすることができ、携帯型作業機を駆動するエンジン
のクランク回転速度を上げ１重量あたりの出力を大きく
することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明携帯型作業機用の弁駆動装置の一実施例を
示したもので、第１図は弁駆動装置を示′　す正面図、
第２図は該弁駆動゛装置を示す平面図。 第３図は該弁駆動装置を使用したエンジンの断面図、第
４図は第三実施例における弁駆動装置の断面図であり、
第５図は第４図の弁駆動装置における要部を示した側断
面図であり、第６図は第三実施例における弁駆動□装置
を示した正面図、第７図はカム機構の作用を示すための
説明図であり。 （イ）は排気用ロッドに連接される揺動回転リフターの
作用を示すものであり、１口）は吸気用ロッドに連設さ
れる揺動回転リフターの作用を示すものである。第８図
は従来の弁駆動装置を示す正面図であり、Ｗ！９図は該
従来の弁駆動装置を使用したエンジンを示す断面図であ
る。第１０図は従来の弁駆動装置のカム機構の作用を示
すための説明図であり、第１１図は従来の弁駆動装置に
おけるカム機構のカム軸回転角に対するリフトとリフト
曲線、の関係な示すためのグラフであり、第１２図は本
発明に右けるカム軸回転角に対するリフトとリフト曲線
の間係を示すためのグラフであり。 （イ）は排気側カム機構について示すものであり、（ロ
）Ｌｉ暖気例カム８１＃ｌＩについて示すもの、１１１
３図は従来の携帯型エンジン駆動作業機の使用状態を示
す説明図、第１４図は従来の弁駆動装置を使用したエン
ジンを示す断面図である。第１５図は従来の揺動回転式
リフターを示す断面図である。 Ｅ、Ｆ、Ｇ−−一弁駆動装置 １１−−−−−−一カム １２−−−−−−一カムの歯車部 １３−−−−−−一カム軸 ２１．２２−−−−一揺動回転式リフタ−２３−−−−
−−−リフター軸部 ３−−−−−−−クランク ３１−−−−−−一カム歯車 ３２−−−−−−一カム軸 ４１−−−−−−−−排気弁用ロッド ４２−−−−−−一吸気弁用ロッド ５１−−−−−−　＋排気弁 ５２−−−−−−一吸気弁 特許出願人　リョービ　株式会社 代　　理　　人　　　弁理士　　長　　　屋　　　文　
　　雄第１図 第２図 第３図 第６図 第７図（ロ） 第８図 第９図 第１３図　　　　′３ 第１１図 第１２図 （イ）　　　　　　（ロ） 第１５図 平成　４年　３月１６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、動力伝達軸の一方にエンジン、他端に作業機器を装
   着するエンジン駆動作業機において、一個のカムに当接
   し、動力伝達軸とシリンダ内径中心線を含む平面内にあ
   って動力伝達軸に平行な軸上を揺動する揺動式回転式リ
   フターを該カムを回転させることにより作動させて、排
   気弁を開き、次いで、吸気弁を開くことにより吸排気両
   弁を開閉する弁駆動機構を備えることを特徴とする携帯
   型作業機用機関の弁駆動装置。 ２、弁駆動機構がエンジンの作業機駆動側と反対の位置
   にあり、かつ、エンジン側より作業機器側を見たとき、
   排気弁が右手、吸気弁が左手に位置し、クランク軸が時
   計針方向に回転し、カム軸が反時計方向に回転すること
   を特徴とする請求項１記載の携帯型作業機用機関の弁駆
   動装置。 ３、最大リフト点に対してプッシュロッド上昇側、下降
   側のカム形状がほぼ対称的な形状を有するカムと、該カ
   ムの回転軸に平行な軸まわりに揺動し該カムとの当接部
   分が平面状である一対のプッシュロッドリフターにより
   吸気弁、排気弁を開閉することを特徴とする携帯型作業
   機用機関の弁駆動装置におけるカム機構。