JP2007092666A

JP2007092666A - アーム式動弁装置

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Publication number: JP2007092666A
Application number: JP2005284142A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Fukami; 理之冨加見
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP4394058B2

Abstract

【課題】ラッシュアジャスタのコンパクト化、およびアームの耐久性の向上。
【解決手段】揺動アームのバルブステム上端と対向する位置に嵌合孔を形成し、該孔内に組込まれたラッシュアジャスタを、下端部にフランジを有するナット部材と、該ナット部材にねじ係合されたアジャストスクリュと、該アジャストスクリュをバルブステム側に押圧する弾性体と、ナット部材の上端部外周に圧入されたキャップとで形成し、キャップとフランジとでアームの端部を挟持する。またアーム揺動側端部下面に、ナット部材のフランジ外周に形成された平坦面が係合するストッパ面を設けてナット部材を回り止めし、該ストッパ面と上記フランジが衝合するアーム下面の交差部に円弧面を形成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関におけるアーム式動弁装置に関するものである。

カムの回転によって吸気バルブあるいは排気バルブ（以下、単にバルブという）を開閉させるようにしたアーム式動弁装置には、揺動自在に支持されたアームの上方にカムシャフトを配置し、そのカムシャフトに設けられたカムによりアームを押し下げてバルブを開放させるようにしたスイングアーム式動弁装置と、アームの下方にカムシャフトを配置し、そのカムシャフトに設けられたカムによりアームの一端部を押し上げ、アームの他端部でバルブを開放させるようにしたロッカアーム式動弁装置とが存在する。

これらのアーム式動弁装置においては、ラッシュアジャスタの組込みによってバルブクリアランスを自動調整することが行なわれている。

アーム式動弁装置に組込まれるラッシュアジャスタには、特許文献１に記載された油圧式ラッシュアジャスタと、特許文献２および３に記載された機械式ラッシュアジャスタが従来から知られている。
特開平１０−２３１７１１号公報実公平５−２１６０２号公報実開平２−１１４７０３号公報

ところで、特許文献１に記載された油圧式ラッシュアジャスタにおいては、作動油としてエンジンオイルを用いるようにしているため、下記のような不都合がある。

記
(1) エンジンオイルはクランクシャフトで攪拌されるため、オイル中に気泡が混入することが多く、その気泡混入のオイルがラッシュアジャスタの圧力室に供給されると、バルブの開放時にラッシュアジャスタは気泡を圧縮することにより、バルブのリフト量が変化することになる。
(2) エンジン運転時の温度変化や圧力変化によってエンジンオイル中の溶存空気量が増大し、エンジン停止後の冷却によりオイル中から空気が分離して圧力室内に溜り、前記と同様にバルブのリフト量が変化する。
(3) エンジン再始動時に油圧が確保されるまでラッシュアジャスタの機能を維持するためのリザーバ室を必要とするため、ラッシュアジャスタが大型化し、重量も重くなる。
(4) ラッシュアジャスタに作動油を導くため、アームに小径の給油通路を加工する必要が生じ、加工が極めて困難である。

一方、特許文献２および３に記載された機械式のラッシュアジャスタにおいては、油圧式ラッシュアジャスタの上記のような問題点はなく、きわめて有利である。しかしながら、底付き筒形リフタボディの内周に雄ねじ部材のねじ係合用の雌ねじを形成する必要であり、その雌ねじのタップ加工に際してリフタボディの閉塞端部に工具の逃げを設ける必要があるため、リフタボディの軸方向長さが長くなり、ラッシュアジャスタが大型化するという不都合がある。

この発明は、アームとバルブステム間に機械式ラッシュアジャスタを組込んだアーム式動弁装置において、ラッシュアジャスタの軸方向長さのコンパクト化と軽量化とを図ると共に、安定したバルブリフト量が得られるようにすること、およびアームの耐久性の向上を図ることを技術的課題としている。

上記の課題を解決するために、この発明においては、カムの回転によって揺動されるアームの揺動側端部に上下に貫通する嵌合孔を設け、その嵌合孔内に組込まれたラッシュアジャスタを介してバルブステムを押し下げるようにしたアーム式動弁装置において、前記ラッシュアジャスタが、前記嵌合孔内に嵌合されて上端部がアームの上面より上方に臨み、下端部にアームの下面に衝合されるフランジが設けられたナット部材と、そのナット部材の内周に形成された雌ねじにねじ係合される雄ねじを外周に有するアジャストスクリュと、前記ナット部材の上端部外周に嵌合一体化されてアームの揺動側端部を前記フランジとで上下から挟持するキャップと、前記アジャストスクリュをバルブステムに向けて付勢する弾性体とから成り、前記ナット部材のフランジ外周に平坦面を設け、前記アームの揺動側端部の下面には前記平坦面が係合してナット部材を回り止めするストッパ面を形成し、そのストッパ面とアームの前記フランジが衝合される下面の交差部に円弧面を設け、前記ナット部材の雌ねじとアジャストスクリュの雄ねじのそれぞれをバルブステムからアジャストスクリュに負荷される軸方向の押し込み荷重を受ける圧力側フランクのフランク角が遊び側フランクのフランク角より大きい鋸歯状ねじとし、その鋸歯状ねじに弾性体の押圧によりアジャストスクリュが回転しつつ軸方向に移動するリード角を設けた構成を採用している。

ここで、アーム式動弁装置の軽量化を図るため、アームをアルミ合金製とするのがよい。

また、アームの嵌合孔内に組込まれたラッシュアジャスタの脱落をより確実に防止するため、キャップを圧入、加締め又は溶接によってナット部材に一体化するのがよい。

この発明に係るアーム式動弁装置において、アジャストスクリュの上端部外周にナット部材に形成された雌ねじの上端面に当接可能な突出部を設けると、エンジン回りのメンテナンス時に、エンジンからアーム式動弁装置を取外した際、アジャストスクリュは弾性体の押圧力により回転しつつ軸方向に移動して突出部が雌ねじの上端面に当接するため、アジャストスクリュをナット部材にねじ係合する状態で抜け止めすることができ、アーム式動弁装置の再組付けの容易化を図ることができる。

上記のように、この発明においては、アームの嵌合孔内に嵌合されたナット部材の上端部にキャップを取付け、そのキャップとナット部材の下端部に設けられたフランジとでアームの揺動側端部を挟持してナット部材を固定したことにより、ナット部材としてタップ工具の逃げを必要とすることのない両端開口の筒状のものを採用することができ、軸方向長さの短い簡単な構造の小型のラッシュアジャスタを得ることができる。

また、バルブステムを押し下げた際、そのバルブステムからラッシュアジャスタに負荷される反力をナット部材のフランジとアームの下面の衝合部で受けることができる。このため、嵌合孔の内周に肩部を設けて上記反力を受ける場合に比較して、アームの破断に対する耐久性が高く、上記アームの形成材料としてアルミ合金を採用することができ、アーム式動弁装置の軽量化を図ることができる。

さらに、ナット部材のフランジ外周に平坦面を形成し、その平坦面をアームの揺動側端部の下面に設けたストッパ面に係合してナット部材を回り止めしたことにより、カムのベース円がアームに接し、バルブステムの上端面にアームからの開弁力（押し下げ力）が伝わっていない時であってもナット部材が振動等で回転されるのを防止することができる。このため、安定したバルブリフト量を得ることができると共に、アームに設けられた嵌合孔の内周がナット部材との接触によって摩耗するのを防止することができる。

また、アームの揺動側端部の下面とストッパ面の交差部に円弧面を設けたことにより、上記交差部での応力集中を緩和することができる。このため、交差部からの破損を防止し、耐久性の向上を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、アーム１は中央部がロッカシャフト２により支持され、そのロッカシャフト２を中心に揺動可能とされている。

アーム１の一端部にはローラピン３を介してローラ４が回転自在に支持されている。ローラ４はカムシャフト５に設けられたカム６と接触し、そのカム６の回転によりアーム１が揺動し、そのアーム１の他端部でバルブステム７を押し下げて下端のバルブ８を開放させるようになっている。

ここで、バルブステム７はシリンダヘッド９に設けられたガイド孔１０内にスライド自在に挿入され、そのバルブステム７の上端部に取付けたスプリングリテナ１１とシリンダヘッド９の上面間にバルブスプリング１２が組込まれ、そのバルブスプリング１２によってバルブ８がバルブシート１３に密着する方向（閉鎖する方向）にバルブステム７が付勢されている。

アーム１はアルミ合金から成る。このアーム１の他端部にはバルブステム７の上端と対応する位置に上下に貫通する嵌合孔１４が形成され、その嵌合孔１４内にバルブステム７を押し下げるラッシュアジャスタ２０が組込まれている。

図２に示すように、ラッシュアジャスタ２０は、嵌合孔１４内に嵌合された鋼製のナット部材２１と、そのナット部材２１内に組込まれたアジャストスクリュ２２と、このアジャストスクリュ２２をバルブステム７に向けて付勢する弾性体２３と、上記ナット部材２１の上端開口を閉塞する鋼製のキャップ２４とから成る。

ナット部材２１は両端が開口する筒状をなし、その内周には軸方向のほぼ中央から下端にわたって雌ねじ２５が形成されている。また、ナット部材２１の下端部外周にはフランジ２６が設けられ、そのフランジ２６がアーム１の他端部下面に当接する状態でナット部材２１の上端部は嵌合孔１４の上端開口から上方に突出している。

アジャストスクリュ２２は外周に雄ねじ２７を有し、その雄ねじ２７はナット部材２１の雌ねじ２５とねじ係合している。

ここで、ナット部材２１の雌ねじ２５とアジャストスクリュ２２の雄ねじ２７は、バルブステム７からアジャストスクリュ２２に負荷される軸方向の押し込み荷重を受ける圧力側フランク２８のフランク角が遊び側フランク２９のフランク角より大きい鋸歯状ねじとされ、その鋸歯状ねじに弾性体２３の押圧によってアジャストスクリュ２２が回転しつつ軸方向に移動するリード角が設けられている。

また、アジャストスクリュ２２の上端面にはドライバ等の回し工具が係合可能な係合凹部３０が設けられ、一方、下端は球面３１とされてバルブステム７の上端面と点接触している。

さらに、アジャストスクリュ２２の上端部外周には塑性加工等によって突出部３２が設けられている。この突出部３２はナット部材２１の内周に形成された前記雌ねじ２５の上端面に対して係合可能とされ、その係合によってアーム式動弁装置の取外し時にアジャストスクリュ２２がナット部材２１の下方に脱落するのを防止する。

前記キャップ２４は、ナット部材２１の上端部外周に圧入されてナット部材２１の下端部に設けられた前記フランジ２６とでアーム１の他端部を上下から挟持しており、その挟持によってナット部材２１は軸方向に非可動の支持とされている。上記キャップ２４の端板２４ａには工具挿入孔３３が設けられている。

ナット部材２１とアーム１の相互間にはナット部材２１を回り止めする回り止め手段４０が設けられている。

図２および図３に示すように、回り止め手段４０は、ナット部材２１の下端部に設けられたフランジ２６の外周一部に平坦面４１を形成し、一方、アーム１の他端部下面には平坦なストッパ面４２を設け、このストッパ面４２に対する平坦面４１の係合によってナット部材２１を回り止めしている。

上記ストッパ面４２とアーム１の他端部下面の交差部には円弧面４３が形成され、一方、ナット部材２１のフランジ２６に形成されたストッパ面４２の上面と平坦面４１の交差部には上記円弧面４３との干渉をさけるチャンファ４４が設けられている。

ここで、円弧面４３は、フランジ２６の厚みｔを厚くすることで曲率半径を大きくでき、応力集中の緩和に効果を挙げることができるが、この場合、ロッカアームの大型化を防ぐにはナット部材２１の挿入長さＬが短くなってしまい、逆に強度が低下してしまい好ましくない。また、平坦面４１の軸方向長さａを短くすることによって曲率半径を大きくすることができるが、この場合、回り止め効果が悪くなり好ましくない。このため、応力集中の緩和とアーム１の強度低下を防止するうえにおいて、円弧面４３の曲率半径は、０．５〜１．５ｍｍ、好ましくは０．８〜１．５ｍｍの範囲とするのがよい。

実施の形態で示すアーム式動弁装置は上記の構造からなり、図１に示すカムシャフト５が回転し、カム６の突出部６ａによってローラ４が押し上げられると、アーム１は他端部が下方に移動する方向に揺動し、バルブステム７はラッシュアジャスタ２０を介して押し下げられ、バルブ８が開放する。

また、カム６のベース円６ｂがローラ４に接触すると、バルブスプリング１２の押圧によりバルブステム７が上昇し、バルブ８が閉鎖する。

アーム１の揺動によるバルブ８の開閉において、ラッシュアジャスタ２０がバルブステム７を押し下げるとき、バルブステム７からアジャストスクリュ２２に反力が負荷される。また、バルブスプリング１２によってバルブステム７が押し上げられるとき、そのバルブステム７からアジャストスクリュ２２に押圧力が負荷され、その押圧力や上記反力はナット部材２１の雌ねじ２５とアジャストスクリュ２２の雄ねじ２７の圧力側フランク２８で受けられる。

このため、アジャストスクリュ２２は回転することはなく、そのアジャストスクリュ２２からナット部材２１に押圧力や反力が負荷されることになり、その押圧力や反力はナット部材２１のフランジ２６が衝合するアーム１の他端部下面の衝合面で受けられる。

このように、バルブステム７からラッシュアジャスタ２０のアジャストスクリュ２２に負荷される押圧力や反力等の荷重はアーム１の他端部下面で受けられ、その他端部は厚肉であるため耐久性は比較的高い。

このため、アーム１をアルミ合金製のものとすることが可能となり、アーム式動弁装置の軽量化を図ることができる。

内燃機関の温度上昇に伴うシリンダヘッド９の熱膨張等によってバルブステム７の上端面とアジャストスクリュ２２の下面間にバルブクリアランスが生じようとすると、弾性体２３の押圧力によりアジャストスクリュ２２が遊び側フランク２９に沿って回転しつつ軸方向に移動して上記バルブクリアランスを吸収する。また、アジャストスクリュ２２がバルブステム７の上端面から押し込み力を受けると、雄ねじ２７と雌ねじ２５のねじ係合部に形成された軸方向のねじ隙間を詰めるまでアジャストスクリュ２２が後退し、さらに押し込み力がかかると、互に圧接する圧力側フランク２８により上記押し込み力を受けてアジャストスクリュ２２が回転しつつ後退するのを防止する。

反対に、バルブ８が接触、離反するバルブシート１３の摩耗等によりバルブステム７の上端面とアジャストスクリュ２２の下面間の距離が縮まると、アジャストスクリュ２２はバルブステム７から負荷される軸方向の変動荷重により徐々に押し込まれて後退し、その後退によってカム６のベース円６ｂがローラ４と接触するバルブ閉鎖時に、バルブ８はバルブシート１３に密着する状態とされ、圧縮漏れが生じるのを防止する。このとき、アジャストスクリュ２２は前記軸方向の変動荷重の最小値が０となる位置からさらにねじのガタ分だけ押し込まれ、それ以上は後退しない。

実施の形態におけるアーム式動弁装置においては、ナット部材２１の上端部外周に圧入したキャップ２４とナット部材２１の下端部に設けたフランジ２６とでアーム１の他端部を上下から挟持するようにしたので、ナット部材２１を安定よく取付けることができ、しかも、ナット部材２１としてタップ工具の逃げの形成を不要とすることができる両端開口の筒状のものを採用することができるため、軸方向長さのコンパクトなラッシュアジャスタを得ることができる。

ここで、実施の形態ではキャップ２４を圧入により取付けるようにしたが、加締め、あるいはスポット溶接等の溶接によりナット部材２１にキャップ２４を固定することによって、ナット部材２１の取付けの信頼性をより高めることができる。

また、ナット部材２１のフランジ２６に設けられた平坦面４１をアーム１の下面に形成されたストッパ面４２に係合してナット部材２１を回り止めしたことにより、カム６のベース円６ｂがローラ４に接し、アーム１からバルブステム７に開弁力が伝わっていない時であってもナット部材２１の回転が防止される。したがって、安定したバルブリフト量を得ることができると共に、アーム１に設けられた嵌合孔１４の内周面の摩耗を防止することができる。

さらに、アジャストスクリュ２２の上端部に突出部３２を設けたことにより、エンジン回りのメンテナンスによってアーム式動弁装置を取外すと、弾性体２３の押圧によりアジャストスクリュ２２が回転しつつ軸方向に移動して突出部３２が雌ねじ２５の上端面に当接し、その当接によってアジャストスクリュ２２を雌ねじ２５とねじ係合する状態で抜け止めすることができる。

このため、アーム式動弁装置を容易に再組付けすることができる。その組付けの際に、アジャストスクリュ２２がバルブ８を突き上げる場合は、アジャストスクリュ２２を回転して突き上げを解除する。この場合、キャップ２４に設けられた工具挿入孔３３に回し工具を挿入し、その回し工具の先端をアジャストスクリュ２２の係合凹部３０に係合して回転させることによりアジャストスクリュ２２を引き上げることができるため、バルブ８の突き上げを容易に解除することができる。

また、アーム１の他端部下面とストッパ面４２の交差部に円弧面４３を設けたことにより、上記交差部での応力集中を緩和することができ、交差部からの破損は少なく耐久性に優れたアーム１を得ることができる。

因みに、円弧面４３の曲率半径を０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍとした４種類のアーム１と、円弧面４３の形成されていないアーム１とを用意し、これらのアームの静破壊試験を行ったところ、表１に示す結果を得た。

試験に際し、図５に示すように、試験機５０のＶブロック５１で各アームの揺動中心となる支点軸５２を支持し、ラッシュアジャスタ２０のアジャストスクリュ２２を固定ブロック５３に形成されたストッパ面５４に当接して、アームが破損するまでローラ４に下向きの荷重を負荷し続けた。

上記試験結果から明らかように、円弧面４３の曲率半径を０．４ｍｍとしたアーム１においては、円弧面４３が形成されていないアームに比し、静破壊強度が１０％向上し、また、円弧面４３の曲率半径を０．８ｍｍ、１．０ｍｍとしたアーム１においては静破壊強度が２０％向上し、円弧面４３の曲率半径を１．５ｍｍとしたアーム１においては、静破壊強度が３０％向上することが理解できる。

実施の形態では、ロッカアーム式の動弁装置を例にとって説明したが、アーム式動弁装置はこれに限定されるものではない。例えば、スイングアーム式のアーム式動弁装置であってもよい。

この発明に係るアーム式動弁装置の実施の形態を示す縦断正面図図１に示すラッシュアジャスタ部の拡大断面図図２のIII−III線に沿った断面図ラッシュアジャスタ部の分解斜視図アームの静破壊試験状態を示す正面図

符号の説明

１アーム
６カム
１４嵌合孔
２０ラッシュアジャスタ
２１ナット部材
２２アジャストスクリュ
２３弾性体
２４キャップ
２５雌ねじ
２６フランジ
２７雄ねじ
２８圧力側フランク
２９遊び側フランク
３２突出部
４１平坦面
４２ストッパ面
４３円弧面

Claims

カムの回転によって揺動されるアームの揺動側端部に上下に貫通する嵌合孔を設け、その嵌合孔内に組込まれたラッシュアジャスタを介してバルブステムを押し下げるようにしたアーム式動弁装置において、
前記ラッシュアジャスタが、前記嵌合孔内に嵌合されて上端部がアームの上面より上方に臨み、下端部にアームの下面に衝合されるフランジが設けられたナット部材と、そのナット部材の内周に形成された雌ねじにねじ係合される雄ねじを外周に有するアジャストスクリュと、前記ナット部材の上端部外周に嵌合一体化されてアームの揺動側端部を前記フランジとで上下から挟持するキャップと、前記アジャストスクリュをバルブステムに向けて付勢する弾性体とから成り、前記ナット部材のフランジ外周に平坦面を設け、前記アームの揺動側端部の下面には前記平坦面が係合してナット部材を回り止めするストッパ面を形成し、そのストッパ面とアームの前記フランジが衝合される下面の交差部に円弧面を設け、前記ナット部材の雌ねじとアジャストスクリュの雄ねじのそれぞれをバルブステムからアジャストスクリュに負荷される軸方向の押し込み荷重を受ける圧力側フランクのフランク角が遊び側フランクのフランク角より大きい鋸歯状ねじとし、その鋸歯状ねじに弾性体の押圧によりアジャストスクリュが回転しつつ軸方向に移動するリード角を設けたことを特徴とするアーム式動弁装置。
前記アームが、アルミ合金から成る請求項１に記載のアーム式動弁装置。
前記アジャストスクリュの上端部外周にナット部材に形成された雌ねじの上端面に当接可能な突出部を設けた請求項１又は２に記載のアーム式動弁装置。