JP2006291820A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏摩耗を抑制することのできる内燃機関の動弁装置を提供する。
【解決手段】この装置は、ロッカアーム３０を備える。このロッカアーム３０はその一端がラッシュアジャスタ２６に支持されるとともに他端が機関バルブのバルブステム１２に接触している。ロッカアーム３０をカムの回転によって揺動させることによって、機関バルブを開閉駆動する。バルブステム１２はステムキャップ１８を介してロッカアーム３０の接触部３４に係合される。ステムキャップ１８は、バルブステム１２及びロッカアーム３０の間で回転可能に設けられる。ステムキャップ１８は、その回転に伴ってバルブステム１２との相対位置が変化する形状に形成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置に関するものである。

近年、内燃機関の動弁装置として、例えば特許文献１に見られるようなピボット式の動弁装置が多用されている。この動弁装置はロッカアームを備えており、このロッカアームは、その一端が例えばラッシュアジャスタ等の支持部材によって支持され、他端が機関バルブのバルブステムに接触している。そして、このロッカアームがカムの回転によって揺動され、これにより機関バルブが開閉駆動されるようになっている。
特開平１１−２７０３１１号公報

ところで、上記動弁装置では、内燃機関が運転されてカムが回転している間、ロッカアームの同じ部分が押圧され続けるようになる。そのため、その押圧されている部分だけが摩耗することとなり、ロッカアームやこれを押圧するカム等、接触しつつ作動する部品の偏摩耗が避けられない。こうした偏摩耗は動弁装置の耐久性の低下を招く一因となるために好ましくない。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、偏摩耗を抑制することのできる内燃機関の動弁装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
先ず、請求項１に記載の発明は、一端が支持部材に支持されるとともに他端が機関バルブのバルブステムに接触するロッカアームを備え、該ロッカアームをカムの回転によって揺動させて機関バルブを開閉駆動する内燃機関の動弁装置において、前記バルブステムはステムキャップを介して前記ロッカアームの凹部に係合され、前記ステムキャップは、前記バルブステム及び前記ロッカアームの間で回転可能に設けられ、その回転に伴って前記バルブステムとの相対位置が変化する形状に形成されてなることをその要旨とする。

上記構成によれば、機関運転中にステムキャップが回転し、その回転に伴ってロッカアームが、支持部材による支持位置を支点として、カムの回転による揺動方向と交差する方向にも揺動するようになる。そのため、機関運転中に生じるステムキャップの回転に伴って、カムとロッカアームとの相対位置を変化させ、それらの接触部分を変化させることができる。したがって、カムとロッカアームとが常に同一の状態で接触する場合と比較して、それらの偏摩耗を好適に抑制することができるようになる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の動弁装置において、前記ステムキャップは、前記凹部に係合される部分の外形が円形をなし、該円形の中心から偏倚した位置が前記機関バルブの軸心となるように前記バルブステムに被装されることをその要旨とする。

上記構成によれば、ロッカアームの凹部内においてステムキャップを円滑に回転させることができるようになり、その回転を通じてカムとロッカアームとの相対位置を好適に変化させることができるようになる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の動弁装置において、前記ロッカアームは前記支持部材による支持位置が変化しない態様で支持され、前記凹部は、前記ロッカアームの長手方向における前記ステムキャップの移動を許容するように同長手方向に延びる形状を有することをその要旨とする。

上記構成によれば、ステムキャップが上記凹部内において長手方向に移動可能であるために、ステムキャップが回転しても、それに伴ってロッカアームに対してこれを長手方向に移動させる力が作用することがなく、ロッカアームが同長手方向に揺動することはない。したがって、ロッカアームの揺動動作を単純な動作にすることができ、機関高速回転時等においてもその動作の安定化を図ることができるようになる。

以下、本発明にかかる内燃機関の動弁装置を具体化した一実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態にかかる動弁装置の概略構成を示している。

同図１に示すように、機関バルブ１０において、そのバルブステム１２にはリテーナ１４が取り付けられ、ステムエンド１６にはステムキャップ１８が被装されている。上記バルブステム１２は円板状のリテーナ１４の中心部分を貫通しており、同リテーナ１４はバルブステム１２に対して軸線方向に移動しないように取り付けられている。リテーナ１４とシリンダヘッド２０との間には圧縮状態のコイルスプリング２２が設けられている。そして、このコイルスプリング２２の付勢力によって上記機関バルブ１０は常時閉弁方向に付勢されている。

機関バルブ１０を開閉させる動弁装置は、クランクシャフト（図示略）の回転が伝達されるカム２４と、カム２４の回転によって揺動されるロッカアーム３０とを備えている。
ロッカアーム３０の一端部（図中右端部）には支持部３２として半球形状の凹部が形成されている。この支持部３２にはシリンダヘッド２０に設けられたラッシュアジャスタ２６の先端が係合されている。また、ロッカアーム３０の他端部（図中左端部）には接触部３４が形成されている。この接触部３４には、機関バルブ１０のステムエンド１６（詳しくは、上記ステムキャップ１８）が係合されている。なお、接触部３４として詳しくは、ロッカアーム３０の長手方向におけるステムキャップ１８の移動を許容するように同長手方向に延びる凹部が形成されている。更に、ロッカアーム３０における支持部３２と接触部３４との間には、ローラ３６が回転可能に支持されている。このローラ３６には上記カム２４が接触している。

こうした動弁装置にあってカム２４が回転すると、同カム２４によってローラ３６が押されて、ロッカアーム３０が支持部３２を中心に揺動するようになる。そして、この揺動するロッカアーム３０によって機関バルブ１０のステムエンド１６が押されるようになる。その結果、ロッカアーム３０による押圧力とコイルスプリング２２による付勢力とに基づき、機関バルブ１０がその軸線方向に往復移動して開閉動作するようになる。

ここで、前述したように従来の動弁装置にあっては、その構造上、ロッカアームの同じ部分がカムによって押圧され続けることとなるために、ロッカアームやこれを押圧するカム等、接触しつつ作動する部品の偏摩耗が避けられない。

そこで、本実施の形態にかかる動弁装置では、そうした偏摩耗を抑制するために、機関運転中において、カム２４とロッカアーム３０（詳しくは、ローラ３６）との相対位置を変化させて、それらが接触する部分（接触部分）を変化させるようにしている。

以下、上記接触部分を変化させるための構造について説明する。
図２に、上記ステムキャップ１８の具体構造を示す。なお、同図にあって（ａ）はステムキャップ１８の底面図を示しており、（ｂ）はステムキャップ１８の側面図を示している。

同図２に示すように、ステムキャップ１８は、円柱形状のキャップ本体１８ａと同キャップ本体１８ａに形成された配設穴１８ｂとにより構成される。この配設穴１８ｂは、断面円形状で上記キャップ本体１８ａの軸線方向と並行に延設され、その断面中心Ｃｈがステムキャップ１８の断面中心Ｃｋから偏倚した位置になるように形成されている。なお、図２では、理解を容易にするために、ステムキャップ１８の断面中心Ｃｋからの上記配設穴１８ｂの断面中心Ｃｈの偏倚量を誇張して示しているが、実際の偏倚量は少量である。ちなみに、後に示す図３〜図５についても同様の理由から、上記偏倚量を誇張して示している。

そして、上記配設穴１８ｂにステムエンド１６（図１）が挿入されてステムキャップ１８が上記バルブステム１２に被装されている。また、ステムキャップ１８が上記ロッカアーム３０の接触部３４に係合されている。このように、ステムキャップ１８は、その断面中心から偏倚した位置が機関バルブ１０の軸心となる状態で、バルブステム１２及びロッカアーム３０の間に設けられる。また、ステムキャップ１８は、バルブステム１２の軸心を中心に回転可能に設けられている。このステムキャップ１８は、内燃機関が運転されて機関振動が発生すると、その振動に応じて回転するようになる。そして、本実施の形態にかかる動弁装置では、このステムキャップ１８の回転に伴って、上記接触部分が変化するようになる。

以下、上記接触部分の変化態様について説明する。
本実施の形態にかかる動弁装置では、支持部３２（半球形状の凹部）とラッシュアジャスタ２６の先端との係合を通じて、ロッカアーム３０が同ラッシュアジャスタ２６によって常時同じ位置で支持されている。

また、ロッカアーム３０の接触部３４（長手方向に延びる凹部）には、上記ステムキャップ１８が係合されている。そして、機関運転中において、ステムキャップ１８が上記機関バルブ１０の軸心を中心にその周りを回転移動し、その結果バルブステム１２とステムキャップ１８との相対位置が変化するようになる。

その際、回転に伴うステムキャップ１８の移動分のうち、ロッカアーム３０の短手方向への移動分については、これがステムキャップ１８と接触部３４との係合を通じてロッカアーム３０に伝達される。これにより、ロッカアーム３０がその短手方向において揺動するようになる。一方、ロッカアーム３０の長手方向への移動分については、ステムキャップ１８が上記接触部３４内において同長手方向に移動可能であるために、ロッカアーム３０に伝達されない。そのため、ステムキャップ１８が回転移動しても、それに伴ってロッカアーム３０がその長手方向に揺動することはない。

図３は、ロッカアーム３０を上記機関バルブ１０側から見た図を示している。
本実施の形態にかかる動弁装置では、ステムキャップ１８の回転に伴い、バルブステム１２とロッカアーム３０との相対位置が「図３（ａ）に示す位置→（ｂ）に示す位置→（ｃ）に示す位置→（ｂ）に示す位置→（ａ）に示す位置」といった順に変化するようになる。言い換えれば、ロッカアーム３０はラッシュアジャスタ２６による支持位置を支点として上記カム２４の回転による揺動方向と交差する方向（詳しくは、ロッカアーム３０の短手方向）に揺動するようになる。

図４は、ロッカアーム３０の側面断面図を示している。
上記ロッカアーム３０の短手方向における揺動に伴って、上記カム２４とローラ３６との接触状態が「図４（ａ）に示す状態→（ｂ）に示す状態→（ｃ）に示す状態→（ｂ）に示す状態→（ａ）に示す状態」といったように変化するようになる。このように、本実施の形態にかかる動弁装置では、機関運転中に、カム２４とローラ３６との相対位置が変化するようになる。これにより、カム２４の上記ローラ３６に接触する部分が変化するようになり、同カム２４の偏摩耗が抑制されるようになる。ちなみに、カム２４とローラ３６との接触部分に作用する力は、同接触部分の中でも同ローラ３６の角部分が当接する部分において特に大きい。カムとローラとの相対位置の変化しない動弁装置では、ローラの角部分がカムの同一部分に接触し続けるために、その接触部分の温度が高くなり易く、その摩耗進行も早い。本実施の形態にかかる動弁装置では、機関運転中に、カム２４に対して上記ローラ３６の角部分（図４（ａ）中に矢印Ａで示す部分）の接触する位置が変化するために、そうした角部分の接触する部分の温度上昇を抑制することができ、カム２４の偏摩耗を好適に抑制することができるようになる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）ステムキャップ１８を介してロッカアーム３０の接触部３４にバルブステム１２を係合させるようにした。更に、ステムキャップ１８を、バルブステム１２及びロッカアーム３０の間に回転可能に設けるようにし、その回転に伴ってバルブステム１２との相対位置を変更可能な形状に形成するようにした。そのため、機関運転中に、カム２４とローラ３６との相対位置を変化させることができるようになり、カムとロッカアームとが常に同一の状態で接触する場合と比較して、カム２４の偏摩耗を抑制することができるようになる。

（２）ステムキャップ１８の外形を断面円形状に形成し、該円形の中心から偏倚した位置が機関バルブ１０の軸心となるように同ステムキャップ１８をバルブステム１２に被装するようにした。そのため、接触部３４内においてステムキャップ１８を円滑に回転させることができるようになり、その回転を通じてカム２４とローラ３６との相対位置を好適に変化させることができるようになる。

（３）ロッカアーム３０をラッシュアジャスタ２６による支持位置の変化しない態様で支持させるようにし、接触部３４として同ロッカアーム３０の長手方向におけるステムキャップ１８の移動を許容するように同長手方向に延びる凹部を形成するようにした。そのため、ロッカアーム３０を常時同じ位置でラッシュアジャスタ２６によって支持させるとともに、同位置を支点として揺動させることができるようになる。したがって、ロッカアーム３０における上記ステムキャップ１８の接触位置とラッシュアジャスタ２６による支持位置とが共に変化する動弁装置と比べて、ロッカアーム３０の揺動動作を単純な動作にすることができ、機関高速回転時等においてもその動作の安定化を図ることができるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態では、ステムキャップ１８のキャップ本体１８ａを円柱形状に形成するようにしたが、接触部３４と係合する部分の断面形状が円形であれば、他の部分の形状は任意に変更可能である。

・また、接触部３４と係合する部分の断面形状が円形である必要もなく、バルブステム１２とロッカアーム３０との間でのステムキャップ１８の回転が可能であれば、例えばその外周に凹凸を有する断面形状のものを用いること等も可能である。

・図５に一例を示すように、ステムキャップ４８の断面形状を非円形に形成するとともに、ロッカアーム４０に接触部４４として断面円形状の凹部を形成するようにしてもよい。こうした構成によっても、ステムキャップ４８の回転に伴ってバルブステム１２とロッカアーム４０との相対位置を変化させることが可能である。

・本発明は、ローラを有していない動弁装置、すなわちカムによってロッカアームが直接押される構造の動弁装置にも適用可能である。
・本発明は、ロッカアームとカムとの間に同カムの作用角を可変設定するための作用角可変機構が設けられた動弁装置、すなわち作用角可変機構を介してロッカアームが押される構造の動弁装置にも適用可能である。

本発明を具体化した一実施の形態の概略構成図。 ステムキャップの具体構成を示す（ａ）底面図及び（ｂ）側面図。 （ａ）〜（ｃ）ロッカアームを機関バルブ側から見た図。 （ａ）〜（ｃ）ロッカアームの側面断面図。 本発明を具体化した他の実施の形態にかかるロッカアームを機関バルブ側から見た部分図。

符号の説明

１０…機関バルブ、１２…バルブステム、１４…リテーナ、１６…ステムエンド、１８，４８…ステムキャップ、１８ａ…キャップ本体、１８ｂ…配設穴、２０…シリンダヘッド、２２…コイルスプリング、２４…カム、２６…支持部材としてのラッシュアジャスタ、３０，４０…ロッカアーム、３２…支持部、３４，４４…接触部、３６…ローラ。

Claims (3)

1. 一端が支持部材に支持されるとともに他端が機関バルブのバルブステムに接触するロッカアームを備え、該ロッカアームをカムの回転によって揺動させて機関バルブを開閉駆動する内燃機関の動弁装置において、
   前記バルブステムはステムキャップを介して前記ロッカアームの凹部に係合され、
   前記ステムキャップは、前記バルブステム及び前記ロッカアームの間で回転可能に設けられ、その回転に伴って前記バルブステムとの相対位置が変化する形状に形成されてなる
   ことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の動弁装置において、
   前記ステムキャップは、前記凹部に係合される部分の外形が円形をなし、該円形の中心から偏倚した位置が前記機関バルブの軸心となるように前記バルブステムに被装される
   ことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の動弁装置において、
   前記ロッカアームは前記支持部材による支持位置が変化しない態様で支持され、前記凹部は、前記ロッカアームの長手方向における前記ステムキャップの移動を許容するように同長手方向に延びる形状を有する
   ことを特徴とする内燃機関の動弁装置。

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