JP2006336655A - 機械的なバルブクリアランス調整装置を備えた動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】公知先行技術による欠点を回避し、したがって、廉価に製作可能であるだけでなく、廉価なバルブクリアランス調整が動弁機構の保守の枠内でも可能となる、ロッカアーム状のカムフォロアと機械的なバルブクリアランス調整装置とを備えた動弁機構を提供する。
【解決手段】ボール８が、バルブクリアランス調整エレメント１９として交換可能に切欠き１４とボールソケット１５との間に挿入されており、バルブクリアランス調整のために、それぞれ異なる直径のボールが設けられているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに設けられた機械的なバルブクリアランス調整装置を備えた動弁機構であって、ロッカアーム状のカムフォロアが設けられており、該カムフォロアが、ガス交換バルブを操作するために、カムシャフトのカムと、ガス交換バルブとの間に配置されていて、シリンダヘッドの切欠き内に静的に支承された支持エレメントに旋回運動可能に支持されており、カムフォロアの球冠状の切欠きと、支持エレメントの、ボールソケットとして形成された端区分との間にボールが支承されている形式のものに関する。

このような動弁機構は、上位概念部を成すと見なされる特開２０００−１６１０２５号公報から明らかである。そこには、機械的なバルブクリアランス調整装置を備えたスイングアーム型ロッカアーム式動弁機構が提案されている。このスイングアーム型ロッカアーム式動弁機構では、スイングアーム型ロッカアームの旋回運動可能な支承のために、ボールが設けられている。このボールは、支持エレメントのボールソケットに支承されている。この支持エレメントは、調整したいバルブクリアランスの枠内で、適合された高さを備えた別の支持エレメントに交換することができる。したがって、動弁機構の初期組付けの間のバルブクリアランス調整だけでなく、動弁機構の保守の枠内でのバルブクリアランス調整に対しても、十分に小さな高さ段階付けを伴った十分に大きな数の支持エレメントが提供されなければならない。しかし、これに相俟った製造手間は欠点となる。なぜならば、支持エレメントが円筒状に形成されていて、達成したい直径・高さ精度が、周面側だけでなく端面側でも、コストのかかる精密加工を要求するからである。
特開２０００−１６１０２５号公報

したがって、本発明の課題は、前述した欠点を回避し、したがって、廉価に製作可能であるだけでなく、廉価なバルブクリアランス調整が動弁機構の保守の枠内でも可能となる、ロッカアーム状のカムフォロアと機械的なバルブクリアランス調整装置とを備えた動弁機構を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、ボールが、バルブクリアランス調整エレメントとして交換可能に切欠きとボールソケットとの間に挿入されており、バルブクリアランス調整のために、それぞれ異なる直径のボールが設けられているようにした。

したがって、公知先行技術に提案されたような、高さ段階付けられた支持エレメントの、手間およびコストのかかる製造と提供とを省略することができる。この代わりに、動弁機構の初期組付けの間のかつ保守の枠内でのバルブクリアランス調整に対して、転がり軸受け技術から、高負荷可能なかつ低摩耗の構成部材として知られているような、高い形状・寸法・表面精度を備えて製作可能な極端に廉価なボールに頼ることができる。

本発明の別の構成では、カムフォロアの球冠状の切欠きおよび／または支持エレメントのボールソケットが、円錐台形部として形成されていてよい。ボールの接触相手の、円錐台形部として形成されたジオメトリは、いわゆる「尖頭アーチ状のプロファイル」の限界事例と見なすことができる。この尖頭アーチ状のプロファイルは当業者に知られていて、接触相手へのボールの当付け時に、このボールが常に接触相手に、押圧に関して有利にかつ低摩耗で線接触することを保証している。この目的のためには、通常、スイングアーム型ロッカアームの場合に形成されているような球冠状の切欠きが、この球冠状の切欠きの対称軸線外に位置する中心点を備えた半径を有している。この場合、カムフォロアの球冠状の切欠きに対するプロファイルとしてのかつ／または支持エレメントのボールソケットの要求された円錐台形部は、理論的に無限に大きな半径の事例で生ぜしめられる。ボールの、円錐台形部として形成された接触相手の主要な利点は、それぞれ異なる直径のボールの場合でも、常に同一の開き角を備えた幾何学的に類似の球扇形が、ボール中心点と、ボールと円錐台形部との間の接触円との間に形成されることによって得られる。したがって、生ぜしめられた動弁力の、ボール中心点に向けられた力成分が、それぞれ異なるボール直径の場合でもコンスタントに保たれるのに対して、尖頭アーチ状のプロファイルは、ボールの拡大時に、ボール中心に向けられた力成分の増加を生ぜしめる。さらに、動弁機構の計算上の設計は、ボールの、円錐台形部として形成された接触相手の場合に、著しく減少させられた数の幾何学的なパラメータに基づき著しく簡単となり得る。

本発明の改良形では、カムフォロアの球冠状の切欠きの内側輪郭と外側輪郭との間に、ボールに無圧の潤滑オイルを供給するための開口が延びていることが提案されている。簡単に置き換えることができるこの手段によって、内燃機関の運転中にシリンダヘッドに形成される潤滑オイルミストを、低摩擦のかつ低摩耗の接触に関してボールに十分に潤滑オイルを供給するために使用することができる。にもかかわらず、圧力負荷された潤滑オイルをボールに供給することも有利であり得る。このためには、支持エレメントが、バケット状に形成されていて、中空円筒状の胴部と、底部とを有しており、該底部が、シリンダヘッドの切欠きの基部に載置しており、切欠きが、シリンダヘッド内に延びる圧油通路に接続されており、胴部または底部を貫いて、圧油通路に連通した開口が延びていることが望ましい。しかし、動弁機構はカムの基礎円位相で負荷されておらず、この場合、常に僅かなバルブクリアランスを有しているので、この位相において同じくクリアランス付随のボールが潤滑オイル圧に基づきボールソケットからの持上りを生ぜしめる。潤滑オイルの、圧力損失を発生させる体積流を制限するためには、圧油通路に連通する開口が、有利には絞り孔として形成されていることが望ましい。

さらに、カムフォロアが、スイングアーム型ロッカアームとして形成されており、該スイングアーム型ロッカアームが、第１の端領域で支持エレメントに支持されていて、第２の端領域でガス交換バルブを操作していて、中間領域でカムによって負荷されていることが提案されている。択一的には、カムフォロアが、シーソ型ロッカアームとして形成されており、該シーソ型ロッカアームが、第１の端領域でカムによって負荷されていて、第２の端領域でガス交換バルブを操作していて、中間領域で支持エレメントに支持されていてもよい。さらに、カムフォロアが、カムに対する低摩擦の接触面としての、回転可能にかつ選択的に転がり支承されたローラを有していることが望ましい。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。この場合、機能同一の構成部材または特徴には同じ符号が付してある。

図１には、本発明に対して重要な構成部材を備えた、内燃機関のシリンダヘッド２に設けられた機械的なバルブクリアランス調整装置を備えた動弁機構１が開示されている。この動弁機構１は、カムシャフト（図示せず）のカム３と、スイングアーム型ロッカアーム４として形成されたカムフォロア５と、シリンダヘッド２の切欠き６ａ内に静的に支承された支持エレメント７ａと、ボール８と、ガス交換バルブ９とを有している。スイングアーム型ロッカアーム４は中間領域１０ａで、低摩擦の接触面１２としての転がり支承されたローラ１１を介してカム３によって負荷されている。支持エレメント７ａは、ボール８に相俟って、スイングアーム型ロッカアーム４の第１の端領域１３ａの旋回運動可能な支持のために働く。この場合、ボール８は、スイングアーム型ロッカアーム４の球冠状のもしくはざる底球面状の切欠き１４と、支持エレメント７ａの、ボールソケット１５として形成された端区分１６との間に支承されている。ガス交換バルブ９の操作は、公知の形式でバルブステム載着部１７を介して行われる。このバルブステム載着部１７はスイングアーム型ロッカアーム４の第２の端領域１８ａに形成されている。

動弁機構１のバルブクリアランス調整は、バルブクリアランス調整エレメント１９として働くボール８を介して行われる。このボール８は、この目的のために、スイングアーム型ロッカアーム４の球冠状の切欠き１４と、支持エレメント７ａのボールソケット１５との間に別の固定手段なしに挿入されているにすぎず、動弁機構１の運転中に専ら形状接続的にこの位置に保持される。シリンダヘッド２への動弁機構１の初期組付けの間のかつ動弁機構１の保守時のバルブクリアランス調整のために、それぞれ異なる直径のボールが設けられている。これらのボールにボール８は交換可能である。ガス交換バルブ９の閉鎖時にカム３とローラ１１との間に存在する、択一的にカム３にローラ１１が接触している場合にはバルブステム載着部１７とガス交換バルブ９との間でも測定可能であるバルブクリアランス２０は、たとえばボール８の交換により、より大きな直径を備えたボールによって減少させられる。類似して、過度に小さなバルブクリアランス２０は、より小さな直径のボールへのボール８の交換によって増加させることができる。

スイングアーム型ロッカアーム４の球冠状の切欠き１４と、支持エレメント７ａのボールソケット１５とは、動弁機構１の確実な運転のために維持したい運動学上の限界値が上回られたり、下回られたりすることなしに、可能な限り大きな直径を備えたボール８だけでなく、可能な限り小さな直径を備えたボール８も収容することができると同時に確実に支承することができるように形成されている。この運動学上の限界値は当業者に委ねられているので、この箇所では詳しく説明しない。しかし、これに相俟って、支持エレメント７ａの、円錐台形部２１として形成されたボールソケット１５は特殊性を成している。スイングアーム型ロッカアーム４の、偏心的な球冠半径に基づく既知の尖頭アーチ状のプロファイルを備えた球冠状の切欠き１４に比べて、円錐台形部２１は、その線接触部が、それぞれ異なる直径のボールに対しても常に幾何学的に類似の球扇形を描く特性を有している。この限りにおいて、円錐台形部２１とボール８との間の線接触部に生ぜしめられる、ボール中心に向けられた支持力の力成分の増大に対する量である力導入角が、ボール８の直径と無関係にコンスタントに保たれる。しかし、図１および図２に示した実施例に対して、択一的には、カムフォロア５の球冠状の切欠き１４が円錐台形部として形成されていてもよいし、切欠き１４だけでなく、ボールソケット１５も尖頭アーチ状のプロファイルを有していてもよいし、円錐台形部として形成されていてもよい。

ボール８と、球冠状の切欠き１４と、ボールソケット１５との間の低摩擦のかつ低摩耗の接触部を形成するためには、内燃機関の運転の間にシリンダヘッド２に形成される潤滑オイルミストが使用される。このためには、スイングアーム型ロッカアーム４の切欠き１４の内側輪郭２２と外側輪郭２３との間に開口２４が延びている。この開口２４を通って、無圧の潤滑オイルがボール８と切欠き１４との間の接触部に到達する。

ボールの、バルブクリアランス調整のための必要となる直径範囲、すなわち、動弁機構１の初期組付けの間のかつ保守の間のバルブクリアランス調整のために設けられていなければならない、可能な限り大きなボール８と可能な限り小さなボール８との間の直径差は、周知の通り、バルブクリアランス２０に対して重要となる構成部材誤差と、動弁機構１の、内燃機関の寿命にわたって見込まれ得る構成部材摩耗とに関連している。これに対して、調整したいバルブクリアランス２０の量は、内燃機関の運転の間にバルブクリアランス２０の変化を招く熱的に生ぜしめられる構成部材長さ変化と、保守インターバル内の見込まれ得る構成部材摩耗とに関連している。動弁機構１の運動学に基づき、ボール８と、球冠状の切欠き１４と、ボールソケット１５との間の接触に相俟って、ボール８の直径の変化と、これに基づき生ぜしめられる、バルブクリアランス２０の変化との間に線形の関係性は存在しないので、動弁機構１の保守時のバルブクリアランス２０の調整は、たとえば以下に記載したように行うことができる。

まず、カム３とローラ１１との間の実際バルブクリアランスまたは択一的にカム３にローラ１１が接触している場合にはバルブステム載着部１７とガス交換バルブ９との間の実際バルブクリアランスが検出され得る。この実際バルブクリアランスが目標バルブクリアランスに対する所定の範囲外にある事例では、バルブクリアランス２０が、別の直径のボールへのボール８の交換によって調整され得る。この場合、まず、これまで組み付けられていたボール８の実際直径が測定され得る。ボール８が直径記載を備えて特徴付けられていない限り、このことは、ボール８の単純な測定によって行うことができる。さらに、目標バルブクリアランスと、測定された実際バルブクリアランスとの間の差値が算出され得る。この場合、新たに組み付けたいボールの直径は、ボールの直径範囲内のそれぞれ異なる直径による丸められた差値が分類されて格納されている表を用いて知ることができる。同時に、各差値には、新たに組み付けたいボールの直径が割り当てられている。この場合、これまで組み付けられていたボール８の直径と、差値との入力が、新たに組み付けたいボールの直径の出力に通じる。

この方法は、図２に示した本発明の第２の実施例にも使用することができる。カムフォロア５は、この実施例では、シーソ型ロッカアーム２５として形成されている。このシーソ型ロッカアーム２５は第１の端領域１３ｂでローラ１１を介してカム３によって負荷されていて、第２の端領域１８ｂでガス交換バルブ９を操作していて、中間領域１０ａで、シーソ型ロッカアーム２５の球冠状の切欠き１４と、支持エレメント７ｂのボールソケット１５との間に支承されたボール８を介して支持エレメント７ｂに旋回運動可能に支持されている。シリンダヘッド２の切欠き６ｂ内に静的に支承された支持エレメント７ｂは、この実施例では、バケット状に形成されていて、中空円筒状の胴部２６と、底部２７とを有している。この底部２７は切欠き６ｂの基部２８に載置している。切欠き６ｂは、シリンダヘッド２内に延びる圧油通路２９に接続されている。この圧油通路２９から、圧力負荷された潤滑オイルが、支持エレメント７ｂの底部２７に延びる開口３０を介してボール８に到達する。潤滑オイルは、まず、ボール８とボールソケット１５との間の接触部に到達し、そこから、ボール８とシーソ型ロッカアーム２５の球冠状の切欠き１４との間の接触部に到達する。シリンダヘッド２内の圧油通路２９の位置に関連して、開口３０は、支持エレメント７ｂの胴部２６に配置されていてもよく、潤滑オイルの、ボール８に向かって流出する体積流ひいては圧油通路２９内の圧力損失を制限するために、有利には絞り孔３１として形成されている。増加させられた体積流は、特にガス交換バルブ９の閉鎖時のカム３の図示の基礎円位相で見込まれ得る。この基礎円位相の間、バルブクリアランス２０は、潤滑オイルの、ボール８に加えられる圧力に相俟って、ボールソケット１５からのボール８の離反を生ぜしめ得る。

その他の点でかつ他のことが述べられない限り、両構成に対して記載した特徴は相互にならびに組み合わせても、スイングアーム型ロッカアーム式動弁機構だけでなく、シーソ型ロッカアーム式動弁機構１に対しても設けることができる。したがって、たとえば、ボール８に、圧力負荷された潤滑オイルだけでなく、無圧の潤滑オイルを供給することが可能である。この無圧の潤滑オイルは、球冠状の切欠き１４の内側輪郭２２と外側輪郭２３との間に延びる開口２４を介して、ボール８と切欠き１４との間の接触部に到達する。

さらに、本発明は、ロッカアーム状のカムフォロアがボールジョイントに旋回運動可能に支持されたような、機械的なバルブクリアランス調整装置を備えた動弁機構にも使用可能である。これには、たとえば、球冠状の切欠きによってプッシュロッドの球形の端区分に旋回運動可能にカム側で支持されたシーソ型ロッカアームを備えたプッシュロッド式動弁機構が属している。

機械的なバルブクリアランス調整装置を備えたスイングアーム型ロッカアーム式動弁機構の断面図である。 機械的なバルブクリアランス調整装置を備えたシーソ型ロッカアーム式動弁機構の断面図である。

符号の説明

１ 動弁機構、 ２ シリンダヘッド、 ３ カム、 ４ スイングアーム型ロッカアーム、 ５ カムフォロア、 ６ａ，６ｂ 切欠き、 ７ａ，７ｂ 支持エレメント、 ８ ボール、 ９ ガス交換バルブ、 １０ａ，１０ｂ 中間領域、 １１ ローラ、 １２ 接触面、 １３ａ，１３ｂ 端領域、 １４ 切欠き、 １５ ボールソケット、 １６ 端区分、 １７ バルブステム載着部、 １８ａ，１８ｂ 端領域、 １９ バルブクリアランス調整エレメント、 ２０ バルブクリアランス、 ２１ 円錐台形部、 ２２ 内側輪郭、 ２３ 外側輪郭、 ２４ 開口、 ２５ シーソ型ロッカアーム、 ２６ 胴部、 ２７ 底部、 ２８ 基部、 ２９ 圧油通路、 ３０ 開口、 ３１ 絞り孔

Claims (8)

1. 内燃機関のシリンダヘッド（２）に設けられた機械的なバルブクリアランス調整装置を備えた動弁機構（１）であって、ロッカアーム状のカムフォロア（５）が設けられており、該カムフォロア（５）が、ガス交換バルブ（９）を操作するために、カムシャフトのカム（３）と、ガス交換バルブ（９）との間に配置されていて、シリンダヘッド（２）の切欠き（６ａ，６ｂ）内に静的に支承された支持エレメント（７ａ，７ｂ）に旋回運動可能に支持されており、カムフォロア（５）の球冠状の切欠き（１４）と、支持エレメント（７ａ，７ｂ）の、ボールソケット（１５）として形成された端区分（１６）との間にボール（８）が支承されている形式のものにおいて、ボール（８）が、バルブクリアランス調整エレメント（１９）として交換可能に切欠き（１４）とボールソケット（１５）との間に挿入されており、バルブクリアランス調整のために、それぞれ異なる直径のボールが設けられていることを特徴とする、機械的なバルブクリアランス調整装置を備えた動弁機構。
2. カムフォロア（５）の球冠状の切欠き（１４）および／または支持エレメント（７ａ，７ｂ）のボールソケット（１５）が、円錐台形部（２１）として形成されている、請求項１記載の動弁機構。
3. カムフォロア（５）の球冠状の切欠き（１４）の内側輪郭（２２）と外側輪郭（２３）との間に、ボール（８）に無圧の潤滑オイルを供給するための開口（２４）が延びている、請求項１記載の動弁機構。
4. 支持エレメント（７ｂ）が、バケット状に形成されていて、中空円筒状の胴部（２６）と、底部（２７）とを有しており、該底部（２７）が、シリンダヘッド（２）の切欠き（６ｂ）の基部（２８）に載置しており、切欠き（６ｂ）が、シリンダヘッド（２）内に延びる圧油通路（２９）に接続されており、胴部（２６）または底部（２７）を貫いて、圧力負荷された潤滑オイルをボール（８）に供給するための、圧油通路（２９）に連通した開口（３０）が延びている、請求項１記載の動弁機構。
5. 開口（３０）が、絞り孔（３１）として形成されている、請求項４記載の動弁機構。
6. カムフォロア（５）が、スイングアーム型ロッカアーム（４）として形成されており、該スイングアーム型ロッカアーム（４）が、第１の端領域（１３ａ）で支持エレメント（７ａ）に支持されていて、第２の端領域（１８ａ）でガス交換バルブ（９）を操作していて、中間領域（１０ａ）でカム（３）によって負荷されている、請求項１記載の動弁機構。
7. カムフォロア（５）が、シーソ型ロッカアーム（２５）として形成されており、該シーソ型ロッカアーム（２５）が、第１の端領域（１３ｂ）でカム（３）によって負荷されていて、第２の端領域（１８ｂ）でガス交換バルブ（９）を操作していて、中間領域（１０ｂ）で支持エレメント（７ｂ）に支持されている、請求項１記載の動弁機構。
8. カムフォロア（５）が、カム（３）に対する接触面（１２）としての、回転可能にかつ選択的に転がり支承されたローラ（１１）を有している、請求項１記載の動弁機構。

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