JP2000240705A

JP2000240705A - 弁ばね装置

Info

Publication number: JP2000240705A
Application number: JP11040348A
Authority: JP
Inventors: Yuji Isono; 裕司礒野; Ikoku Son; 維国孫; Keiichirou Teratoko; 圭一郎寺床
Original assignee: Suncall Corp
Current assignee: Suncall Corp
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2000-09-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、モータスポーツ用の高速エンジンに
好適な、サージング抑制機能を有する弁ばね装置を提供
することを目的とする。【解決手段】本発明に係る弁ばね装置は、弁ばねの一端
のばね座に高さ方向に弾性変形が可能なワッシャが組込
組み込まれたものである。この弁ばね装置は、弁ばねに
生じるサージ波をばね座に組み込まれたワッシャが弾性
的に吸収し、サージングを抑制する機能を有する。な
お、かかるワッシャは周方向に波形断面形状を有するウ
ェーブワッシャで構成することができ、内燃機関の弁ば
ね取付部のように高さの制限される設置領域にも配設す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弁ばね装置に関
し、弁ばねのサージングを抑制するものであり、モータ
スポーツ等の高速回転状態で用いられる内燃機関の弁ば
ね装置として好適である。

【０００２】

【従来の技術】図５に示すように、内燃機関は、シリン
ダ機構で構成され、吸気孔１０ａと排気孔１０ｂとを有
する燃焼室１０と、燃焼室１０の吸気孔１０ａと排気孔
１０ｂにそれぞれ連通する吸気配管１０ｃ・排気配管１
０ｄと、吸気配管１０ｃ・排気配管１０ｄの開閉をそれ
ぞれ制御するバルブ装置５０とを備える。

【０００３】図６に示すように、バルブ装置５０におい
て、弁ばね５２はコイルばねで構成され、バルブ５４の
ステム部５４ａに組み込まれ、カム機構５６と共にバル
ブ５４の開閉を操作する部材である。なお、図６中、５
８はガイド、６０はリテーナ、６２はリフタを示す。

【０００４】弁ばね５２は、一般にある初期荷重を有す
る状態で取付けられ、最大開弁時において最大たわみ状
態となり、取付点と最大圧縮点との間で繰り返し変形す
ることになる。

【０００５】弁ばね５２が繰返し変形を行なう場合にお
いて、その繰返し速度が速くなって弁ばね５２の固有振
動数に近づくと、静かにたわむ場合と異なって、各コイ
ルのたわみが一様でなくなり、ピッチの変化が一端から
伝わって他端に達すると折り返るような粗密波（サージ
波）を生じる。サージ波が弁ばね５２の有効部分を一応
復する時間をサージ時間という。外力による繰返しの時
間（周期）が短くなって、このサージ時間と一致する
と、共振して激しい振動現象（サージング）を起す。

【０００６】図７は、エンジンの回転数と弁ばねの振幅
増加率との関係を示す図面である。「振幅増加率」と
は、静的な応力を１としたときの動的な応力の比率であ
る。例えば、内燃機関の弁ばねにおいて、静的な応力が
２００ＭＰａであり、エンジンを回転させたときの応力
が、５００ｒｐｍのとき２０５ＭＰａ、２０００ｒｐｍ
のとき２３０ＭＰａである場合、「振幅増加率」は、５
００ｒｐｍのとき２０５／２００＝１．０２５となり、
２０００ｒｐｍのとき２３０／２００＝１．１５とな
る。

【０００７】特に、モータスポーツ用の高速エンジン等
は、毎分６０００回転以上という高速回転で使用され
る。この場合、図７に示すように、弁ばねは激しいサー
ジングを起す。このサージングの程度によっては弁ばね
が破損する可能性がある。なお、図７中の１．４３なる
表記は、エンジン回転数が６５００ｒｐｍにおける振幅
増加率を示す。

【０００８】サージングの問題を回避する方法として
は、弁ばねの固有振動数を変化させることと、弁ばねの
ばね座に減衰装置を設けることが知られている。

【０００９】このうち、弁ばねの固有振動数を変化させ
る方法は、非線型な不等ピッチばねを用いることが有効
である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】モータスポーツなどに
おいて高速回転で使用される内燃機関の弁ばねは、有効
巻数が非常に少なく２〜３程度に設計される。このた
め、サージング抑制効果を得るために十分な不等ピッチ
を構成することが難しい。

【００１１】また、ばね座に減衰装置を設けるには、取
付けスペースや重量が重くなるなどの問題をクリアする
必要がある。

【００１２】そこで、本発明は、モータスポーツ用の高
速エンジンに好適な、サージング抑制機能を有する弁ば
ね装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る弁ばね装置
は、弁ばねの一端において、ばね座に高さ方向に弾性変
形可能なワッシャを組み込んだものである。例えば、ワ
ッシャは周方向に波形断面を有するウェーブワッシャが
好適である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る弁ばね装置の
一実施形態について図面に基づいて説明する。

【００１５】図１は、本実施形態に係る弁ばね装置を具
備する内燃機関のバルブ装置を示す図である。このバル
ブ装置２０は、バルブ２２と、ガイド２４と、弁ばね装
置２６と、リテーナ２８と、リフタ３０と、カム機構３
２とを有する。

【００１６】バルブ２２は、弁部２２ａと、ステム部２
２ｂとを有する。弁部２２ａは燃焼室１０（図５参照）
の吸気孔１０ａと排気孔１０ｂにそれぞれ密着するよう
に設けられる部位で、ステム部２２ｂは、弁部２２ａか
ら直角に伸びる部位である。

【００１７】ガイド２４は、吸気配管１０ｃ・排気配管
１０ｄ（図５参照）にそれぞれ取付けられ、バルブ２２
を前記両配管（１０ｃ，１０ｄ）の外側から操作できる
ように、バルブ２２のステム部２２ｂを前記両配管（１
０ｃ，１０ｄ）の内側から外側へ摺動自在に導く部材で
ある。

【００１８】弁ばね装置２６は、弁ばね２６ａとウェー
ブワッシャ２６ｂを有し、バルブ２２のステム部２２ｂ
に挿通された状態で前記両配管（１０ｃ，１０ｄ）の外
側に固定される。

【００１９】リテーナ２８は、バルブ２２のステム部２
２ｂの端部外側面に取付けられ弁ばね装置２６をバルブ
２２に固定する部材である。

【００２０】リフタ３０は、バルブ２２のステム部２２
ｂの端部に取付けられ、外側面３０ａが内燃機関の外壁
に摺動自在に配設される。また、リフタ３０の外側の端
面にはカム機構３２のカム３２ｂが当接する当接面３０
ｂを有する。

【００２１】カム機構３２は、エンジンのシリンダ機構
に対して所定のタイミングでバルブ２２を開閉させる機
構で、エンジンのクランクシャフト（図示省略）にタイ
ミングベルト（図示省略）を介して連結され、クランク
シャフトに対して１／２の回転速度で回転するカムシャ
フト３２ａと、カムシャフト３２ａに取付けられてリフ
タ３０に当接する略卵型のカム３２ｂとを備える機構で
ある。

【００２２】バルブ２２は、弁ばね２６の作用によっ
て、常時リフタ３０がカム３２ｂに当接するように支持
されている。なお、バルブ２２はカム３２ｂの突出部３
２ｂ１がリフタ３０に当接していないときは、配管（１
０ｃ，１０ｄ）を閉鎖し、カム３２ｂの突出部３２ｂ１
がリフタ３０に当接するときに配管（１０ｃ，１０ｄ）
を開放する。

【００２３】以下、本実施形態における弁ばね装置２６
について詳述する。

【００２４】図２に示すように、弁ばね装置２６は、上
述のように、弁ばね２６ａとウェーブワッシャ２６ｂと
を有する。

【００２５】弁ばね２６ａは、自然状態での高さを「自
然高さ」といい、バルブ装置２０に取付けられた状態で
の高さを「セット高さ」といい、カム機構３２によって
最大まで圧縮された状態での高さを「最大使用高さ」と
いう。図２に示すように、弁ばね２６ａは、両端の巻回
部分を座巻部２６ａ１といい、座巻部２６ａ１を除いた
部分を有効巻部２６ａ２という。

【００２６】弁ばね２６ａはバルブ装置２０に設置され
た状態で安定するように、弁ばね２６ａの端部を為す座
巻部２６ａ１が巻回軸に対して直角となるように研磨さ
れる。弁ばね２６ａは、有効巻部２６ａ２の巻数を有効
巻数という。有効巻数は、弁ばね２６ａの全巻数から両
端の座巻部２６ａ１の巻数を引いた巻数で示される。本
実施形態の弁ばね２６ａは、モータスポーツ用エンジン
仕様に設計されたもので、有効巻数は２．５に設計され
たものである。

【００２７】図３（ａ），（ｂ）に示すように、ウェー
ブワッシャ２６ｂは、略円板形状の部材で、周方向に波
形の断面形状を有する。本実施形態のウェーブワッシャ
２６ｂは、周方向に１２０°毎に山部２６ｂ１と谷部２
６ｂ２を有する。このウェーブワッシャ２６ｂは、高さ
方向に弾性変形が可能な部材である。なお、周方向に波
形の断面形状を有するウェーブワッシャは、設置状態が
安定しているので、高速回転で使用される内燃機関に適
用する場合に好ましい。

【００２８】図１に示すように、本実施形態の弁ばね装
置２６は、バルブ２２のステム部２２ｂに挿通されて組
付けられる。バルブ装置２０のリテーナ２８側の取付部
には、弁ばね２６の一端が取付けられる。配管（１０
ｃ，１０ｄ）の外側の取付け部には、ばね座としてワッ
シャ２６ｃを介してウェーブワッシャ２６ｂが組付けら
れる。また、弁ばね２６ａとウェーブワッシャ２６ｂと
は間にワッシャ２６ｃを介して組付けられる。

【００２９】図４に示すように、本実施形態を用いた弁
ばね装置２６では、エンジンの回転数の上昇に対して振
幅増加率の変化が抑制されていることがわかる。なお、
図４中の１．３３なる表記は、エンジン回転数が６５０
０ｒｐｍにおける振幅増加率を示す。

【００３０】これは、弁ばね２６ａに生じるサージ波を
ウェーブワッシャ２６ｂが弾性的に吸収し、サージング
を抑制するからである。すなわち、ウェーブワッシャ２
６ｂは減衰装置と同様の作用をする。また、ウェーブワ
ッシャ２６ｂは、略円板形状であるので、内燃機関の弁
ばね取付部のように高さの制限される設置領域にも配設
することが可能である。

【００３１】従って、本実施形態の弁ばね装置２６は、
内燃機関、特に、モータスポーツ用エンジンにおいて、
サージング抑制機能を有する弁ばね装置として好適であ
る。

【００３２】以上、本発明に係る弁ばね装置の一実施形
態について説明したが、本発明に係る弁ばね装置は、上
記形態に限定されるものではない。

【００３３】例えば、弁ばねの一端に組付けられる高さ
方向に弾性変形可能なワッシャとして、ウェーブワッシ
ャを示したが、かかるワッシャは、ウェーブワッシャに
限定されるものではない。例えば、高さ方向に弾性変形
可能な皿ばねや半径方向弾面が波形のワッシャを、上記
ウェーブワッシャに替えて用いても良い。また、ウェー
ブワッシャの形状は上記のものに限定されない。

【００３４】

【発明の効果】本発明に係る弁ばね装置は、弁ばねの一
端のばね座に高さ方向に弾性変形可能なワッシャが組み
込まれているので、弁ばねに生じるサージ波をばね座に
組み込まれたワッシャが弾性的に吸収し、サージングを
抑制することができる。

【００３５】かかるワッシャは略円板形状ものであるの
で、内燃機関の弁ばね取付部のように高さの制限される
設置領域にも配設することができる。

【００３６】特に、周方向に波形断面を有するウェーブ
ワッシャは、その設置状態が安定しているので、高速回
転で使用される内燃機関の弁ばね装置に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る弁ばね装置を具備
するバルブ装置を示す断面図。

【図２】本発明の一実施形態に係る弁ばね装置を示す
側面図。

【図３】（ａ）は本発明の一実施形態に係る弁ばね装
置のウェーブワッシャの平面図である。（ｂ）は本発明
の一実施形態に係る弁ばね装置のウェーブワッシャの側
面図である。

【図４】本発明の一実施形態の弁ばね装置を具備する
バルブ装置におけるエンジンの回転数と弁ばねの振幅の
増加率との関係を示す図面である。

【図５】内燃機関の吸排気構造を示す図面。

【図６】内燃機関のバルブ装置を示す断面図。

【図７】内燃機関のバルブ装置におけるエンジンの回
転数と弁ばねの振幅の増加率との関係を示す図面であ
る。

【符号の説明】

２６弁ばね装置２６ａ弁ばね２６ａ１座巻部２６ａ２有効巻部２６ｂウェーブワッシャ２６ｂ１山部２６ｂ２谷部２６ｃワッシャ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者寺床圭一郎京都府京都市右京区梅津西浦町十四番地サンコール株式会社内Ｆターム(参考） 3J059 AA08 AC05 AD02 BA01 BA15 BA19 BB03 BB08 BC02 BD01 DA22 GA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弁ばねの一端において、ばね座に高さ方向
に弾性変形可能なワッシャを組み込んだことを特徴とす
る弁ばね装置。
【請求項２】前記ワッシャが、周方向に波形断面を有す
るウェーブワッシャであることを特徴とする請求項１記
載の弁ばね装置。