JP2007247449A - 内燃機関のバルブリフタ - Google Patents

Abstract

【課題】バルブリフタの摺動部分の潤滑性を向上させることによって摩耗や剥離を防ぐ内燃機関のバルブリフタを提供する。
【解決手段】カム３６によって押圧されてバルブを開閉する内燃機関のバルブリフタ２４であって、バルブリフタの冠面２４ａの下面から隆起し、バルブステムに当接するボス部２５と、ボス部２５を貫通せずに、カム３６の押圧領域よりも内周側のバルブリフタ冠面２４ａを貫通する孔部２６とを有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関のバルブリフタに関する。

バルブリフタは、内燃機関の吸排気バルブとバルブを押圧する駆動カムとの間に設けられる。バルブリフタは、その冠面を駆動カムが摺動することによって生じる摩耗・剥離を防止するために潤滑油が供給される。さらに、バルブリフタの内部にもバルブステムとの摺動部分が存在するため、この部分にも潤滑油を供給する必要がある。そこで、バルブリフタの冠面には内部に潤滑油を供給するための潤滑油供給孔が設けられている。

しかし、駆動カムとの接触領域に潤滑油供給孔が形成されていると、その部分の面圧が増大するために駆動カムやバルブリフタの磨耗や剥離を誘発させるおそれがあった。そこで、潤滑油供給孔が形成された部位での駆動カムの摺動を避けるために、潤滑油供給孔を外周側に設けたバルブリフタが提案されている。しかし、潤滑油供給孔と、バルブリフタとバルブステムの間の摺動部の距離が大きくなって摺動部に到達する油量が低下したり、内燃機関の構造上の制約などによりバルブリフタが傾斜して設けられている場合には、バルブリフタ内部の摺動部分に潤滑油が供給されにくいことがあった。

そこで、バルブリフタの冠面を回転させることによって潤滑油供給孔の位置を移動させて、潤滑油がバルブリフタ内部の摺動部分に供給されやすくなるように構成されたバルブリフタが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−３４２８１０号公報

しかし、揺動式の可変バルブリフト制御機構（Variable valve event and lift control system（ＶＥＬ））を採用した場合には、バルブリフタと駆動カムとの接触領域が外周側にシフトする。そのため、駆動カムによる最大面圧部が外周側に位置することになる。したがって、前述のバルブリフタでは潤滑油供給孔が形成された部位を駆動カムが摺動することによって面圧がさらに増大し、駆動カムやバルブリフタの冠面に摩耗・剥離が生じるおそれがあった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、摺動部分の潤滑性を向上させることによって摩耗や剥離を防止する内燃機関のバルブリフタを提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、カム（３６）によって押圧されてバルブ（２０）を開閉する内燃機関（１０）のバルブリフタ（２４）であって、バルブリフタ（２４）の冠面（２４ａ）の下面から隆起し、バルブステム（２１）に当接するボス部（２５）と、前記ボス部（２５）を貫通せずに、カム（３６）の押圧領域よりも内周側のバルブリフタ冠面（２４ａ）を貫通する孔部（２６）と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、潤滑油給油孔となる孔部がバルブリフタの中心付近に形成されることで潤滑油が摺動部分に供給されやすくなる。また、駆動カムの摺動領域及びボス部が形成されている領域を避けて孔部を形成するため、駆動カムやバルブリフタの摩耗・剥離を防止し、強度を維持することができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１は、本発明によるバルブリフタを備えた吸気バルブを搭載したエンジン１０の全体図である。

エンジン１０は、内部に燃焼室１１を有する。エンジン１０は、シリンダ１４と、シリンダ１４の内部を摺動するピストン１２を備える。燃焼室１１は、シリンダ１４の内部をピストン１２の冠面によって区切られて形成される。燃焼室１１では、その内部で点火プラグ１５によって混合気が点火されて燃焼する。ピストン１２は、連結されているクランクシャフトを通じて混合気の燃焼によって発生したエネルギーを外部に伝達する。

エンジン１０は、吸気ポート１８を備える。吸気ポート１８は、吸気マニホールド５１と連結する。吸気ポート１８は、燃料噴射弁５０を備える。燃料噴射弁５０は、図示しない燃料タンクと連結して燃焼室１１に燃料を供給する。燃料噴射弁５０は、燃料を霧状に噴射して吸気マニホールド５１から導かれる吸気と混ぜ合わせて混合気を生成する。燃焼室１１と吸気ポート１８との間には、吸気バルブ２０が備えられる。吸気バルブ２０は、吸気ポート１８と燃焼室１１との間を開閉して燃焼室１１への吸気量を調節する。

また、本実施形態の吸気バルブ２０には、揺動式の可変バルブリフト制御機構３０が適用される。なお、詳細は後述する。

エンジン１０は、燃焼室１１と排気ポート１９との間に排気バルブ４０を備える。排気ポート１９は、排気マニホールド５２と連結する。排気バルブ４０は、排気ポート１９と燃焼室１１との間を開閉して排ガスを排出する。排ガスは、排気マニホールド５２から触媒によって浄化された後に外部に排出される。

次に、可変バルブリフト制御機構３０について説明する。図２は、可変バルブリフト制御機構３０の全体を示す図である。可変バルブリフト制御機構３０は、カムシャフト３１と、揺動カム３６と、偏心カム３４と、制御軸３２と、制御カム３５と、ロッカーアーム３７と、第１リンク３８と、第２リンク３９と、を有する。

カムシャフト３１は、クランクシャフトから可変バルブタイミング制御機構２９を介して伝達される回転動力により軸周りに回転する。

揺動カム３６は、カムシャフト３１に揺動可能に取り付けられ、吸気弁２０のバルブリフタ２４に当接して押圧作動させる。偏心カム３４は、カムシャフト３１に偏心して一体的に設けられる。制御軸３２は、作動角変更時に作動角制御アクチュエータ４１により回転駆動される。制御カム３５は、制御軸３２に偏心して一体的に設けられる。

ロッカーアーム３７は、制御カム３５に回転可能に取り付けられる。第１リンク３８は、リング状に形成され、ロッカーアーム３７の一端と偏心カム３４とを連携する。第２リンク３９は、ロッド状に形成され、ロッカーアーム３７の他端と揺動カム３６とを連携する。

したがって、クランクシャフトに連動してカムシャフト３１が回転すると、このカムシャフト３１の偏心カム３４を中心として第１リンク３８がほぼ並進作動し、この第１リンク３８に連携するロッカーアーム３７及び第２リンク３９を介して揺動カム３６が揺動し、吸気弁が開閉作動する。

また、機関運転状態に応じて制御軸３２を回動することにより、ロッカーアーム３７の揺動中心となる制御カム３５の機関本体に対する位置が変化して、各リンク２７，２８や揺動カム３６等の初期姿勢が変化する。この結果、図３に示すように、クランク角度に対する吸気弁の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気弁の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。なお、図４はゼロリフトの状態を示しており、図５はフルリフトの状態を示している。

図６は、本発明によるバルブリフタ２４を搭載した吸気バルブ周辺の断面図であり、バルブリフタ２４の内部を示している。

バルブリフタ２４の内部には、吸気バルブ２０のバルブステム２１と、コッター２２と、スプリングリテーナー２３と、バルブスプリング２８とが備えられる。

バルブリフタ２４は、円筒状に形成される。バルブリフタ２４は、上端開口部を閉塞する冠面２４ａが形成されている。冠面２４ａは、揺動カム３６と当接してバルブステム２１を介して吸気バルブ２０に動力を伝達する。冠面２４ａには、揺動カム３６との接触面の反対側の下面にボス部２５が形成されている。ボス部２５は、円柱状である。ボス部２５は、バルブリフタ２４と同軸に下端部に向かって隆起している。ボス部２５は、底面でバルブステム２１と当接する。バルブリフタ２４は、シリンダヘッド内にボス部２５を中心に回転可能に配置される。バルブリフタ２４は、ボス部２５の底面とバルブステム２１の先端部との当接部２７で摺動する。

バルブステム２１には、コッター２２が環装されている。コッター２２は、円錐台形状である。コッター２２には、バルブステム２１を挿通するために円柱状の中空部が軸線上に形成されている。また、この中空部の内壁面には円周方向に凸条部が形成されている。バルブステム２１は、上端部の外周上に環状溝が形成されている。コッター２２の凸条部はバルブステム２１の環状溝と嵌合して、コッター２２をバルブステム２１に固定する。コッター２２は、軸線に沿って２分割されており、径の小さい面がバルブステム２１の下方を向くようにバルブステム２１を挟み込んで装着する。

スプリングリテーナー２３は、コッター２２の外周に配置される。スプリングリテーナー２３は、同心円状の中心部の厚みが増す段差面を有する円盤状に形成される。スプリングリテーナー２３は、中心にコッター２２を挿通する中空部を有している。この中空部の形状は、コッター２２と嵌合する円錐台形状をなしている。スプリングリテーナー２３は、バルブスプリング２８の一方を固定している。バルブスプリング２８は、他方を図示しないシリンダヘッドに固定されている。バルブスプリング２８は、スプリングリテーナー２３を介して吸気バルブ２０を閉弁方向に付勢するバネである。すなわち、バルブスプリング２８はスプリングリテーナー２３を図の上方に向かって付勢している。バルブスプリング２８は、スプリングリテーナー２３とシリンダヘッドとの間に圧縮された状態で装着される。スプリングリテーナー２３は、バルブスプリング２８の付勢力によってコッター２２を介してバルブステム２１に固定されている。

揺動カム３６は、前述のようにカムシャフト３１に支持され、カムシャフト３１の回転に応じて矢印Ｂの示す方向に揺動する。揺動カム３６が矢印Ｂの下方向に揺動すると、バルブリフタ２４は揺動カム３６に押圧されてバルブステム２１を下方向に押し込む。このように吸気バルブ２０は開弁され、エンジンに新気が吸入される。一方、揺動カム３６が矢印Ｂの上方向に揺動すると、バルブリフタ２４は上方向に移動する。吸気バルブ２０は、バルブスプリング２８の反発力によって閉弁される。

バルブリフタ２４の冠面２４ａに供給された潤滑油は、揺動カム３６の摺動によって潤滑油供給孔２６に誘導される。潤滑油供給孔２６を通過した潤滑油は、図２の矢印Ａに示す経路を通過してバルブリフタ２４内部の摺動部に到達する。バルブリフタ２４内部の摺動部には、バルブリフタ２４とバルブステム２１との間の当接部２７やコッター２２とスプリングリテーナー２３の間の当接部などが挙げられる。さらに、スプリングリテーナー２３上に滴下された潤滑油は、閉弁時のバルブスプリング２８の作動によって跳ね上げられ、霧状となって摺動部に供給される。

図７は、本発明によるバルブリフタの平面図である。図中の一点鎖線Ｘはバルブリフタ２４の中心線を示し、二点鎖線Ｓは揺動カム３６の中心線を示す。

揺動カム３６は、冠面２４ａに対して線接触する。図中符号３６ａは、この接触部である。揺動カム３６が揺動すると、接触部３６ａは図中Ｃの範囲で冠面２４ａに対して摺動する。実際には、接触領域Ｃよりバルブリフタ冠面２４ａの中心側においても、揺動カム３６は、バルブリフタ２４と接触する。しかし、揺動カム３６は、吸気バルブ２０が開き始める又は閉じ終わるわずかな時間に接触部３６ａが通り過ぎるとともに、揺動カム３６からバルブリフタ冠面２４ａに伝わる押圧力も、接触領域Ｃで伝わる押圧力に比べてはるかに小さくなっている。一方、接触領域Ｃでは、吸気バルブを実質的に開弁するべく比較的大きな押圧力が加わり、これに当接するバルブリフタ側の領域Ｄ（詳細は後述）が、請求項記載のカムの押圧領域に相当する。

また、接触領域Ｃは、バルブリフタ２４の中心（中心線Ｘ）に対して偏心している。図７では、接触領域Ｃは中心線Ｘよりも右側に偏心している。したがって、吸気バルブ２０を開弁するために揺動カム３６が揺動（図２の矢印Ｂの下方向に揺動）すると、接触部３６ａは図７を下から上に移動する。このとき、中心線Ｘよりも右側の領域が左側の領域よりも大きいことから右側に作用する力によって、バルブリフタ２４は矢印Ｆの方向に回転する。

このようにバルブリフタ２４が回転することによって、揺動カム３６と冠面２４ａとは図中の領域Ｄで接触することになる。したがって、揺動カム３６と冠面２４ａとの接触を分散させることができるため、冠面２４ａが偏摩耗を起こすことを抑制できる。

また、潤滑油供給孔２６が接触領域Ｄに設けられると、前述のように揺動カム３６と冠面２４ａとの摺動による面圧が増大して磨耗や剥離を引き起こしやすくなる。

さらに、ボス部２５が形成されている領域に潤滑油供給孔２６を設けると、強度が低下する。

したがって、潤滑油供給孔２６は揺動カム３６の摺動領域Ｄよりも中心側の領域に形成することが望ましい。また、潤滑油供給孔２６はボス部２５が形成されている領域の外周側に設けることが望ましい。したがって、潤滑油供給孔２６は図７の領域Ｅに形成するとよい。

一方、バルブリフタ２４内部の摺動部はバルブリフタ２４の中心部に位置するため、潤滑油供給孔２６は冠面２４ａの中心付近に設けられるほど潤滑性が向上する。また、揺動カム３６は供給された潤滑油を冠面２４ａの中心方向に導く方向に摺動する。したがって、揺動カム３６によって潤滑油が導かれる領域である冠面２４ａの中心付近に潤滑油供給孔２６を形成することによって安定した潤滑性を確保することができる。本実施形態では揺動カム３６が右側に偏心して配置されているため、中心Ｏからの距離が中心線Ｘから接触領域Ｃの左端までの距離よりも短い内側の範囲に潤滑油供給孔２６を形成するとよい。このように配置することによって、潤滑油供給孔２６にはバルブリフタ２４の回転にかかわらず常に潤滑油が導かれる。

したがって、図７に示すように本実施形態では、潤滑油供給孔２６を領域Ｅの範囲内であって、かつ、揺動カム３６によって潤滑油が導かれる領域に少なくとも径の半分がかかる位置に形成する。

本実施形態によれば、潤滑油供給孔２６がバルブリフタ２４の冠面２４ａの中心付近に設けられているため、バルブリフタ内部の摺動部の潤滑性を向上させることができる。また、潤滑油供給孔２６は冠面２４ａが回転しても、揺動カム３６が潤滑油を導く領域に常にかかるように形成されているため、バルブリフタ２４内部の摺動部分に安定して潤滑油を供給することができる。

また、本実施形態によれば、潤滑油供給孔２６は揺動カム３６と接触しない位置に形成される。したがって、揺動カム３６が潤滑油供給孔２６上を摺動することによってバルブリフタ２４の冠面２４ａが摩耗したり剥離することを防止することができる。また、潤滑油供給孔２６はボス部２５の外周側に形成されるため、バルブリフタ２４の強度を維持することができる。

さらに、本実施形態によれば、潤滑油供給孔２６の配置を変更することによって前述の効果を得ることができるため、シリンダーヘッドなどのエンジンの構造部品を共用化できる。また、バルブリフタ２４の形状は潤滑油供給孔２６の配置以外は同一であるため、生産設備を共通化できる。したがって、本発明は新たな設備投資やエンジン部品の大幅な設計変更を必要とせず、実施に際してコストの増加を最小限に抑えることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、本実施形態では吸気バルブに本発明によるバルブリフタを適用したが、排気バルブに適用してもよい。また、潤滑油供給孔を複数設けてもよい。このようにすると、揺動カムの摺動領域と潤滑油供給孔の回転位置との関係で潤滑油が供給されにくい場合であっても、潤滑油供給孔を２箇所設けることで少なくとも一方の供給孔からバルブリフタ内部に潤滑油を供給することができる。また、この場合にはバルブリフタの冠面の対角に位置するように潤滑油供給孔を形成するとよい。同様に、３箇所以上の潤滑油供給孔を設けてもよい。

本発明によるバルブリフタを搭載した吸気バルブを備えたエンジンの断面図である。 本実施形態で用いられる可変バルブリフト制御機構及び可変バルブタイミング制御機構の斜視図である。 本実施形態で用いられる可変バルブリフト制御機構の吸気バルブの作動角及びバルブリフト量の変更特性を示す特性図である。 本実施形態で用いられる可変バルブリフト制御機構の吸気バルブのリフト量最小（ゼロリフト）のときの最小揺動状態及び最大揺動状態を示す図である。 本実施形態で用いられる可変バルブリフト制御機構の吸気バルブのリフト量最大（フルリフト）のときの最小揺動状態及び最大揺動状態を示す図である。 本発明によるバルブリフタを搭載した吸気バルブ周辺部の断面図である。 本発明によるバルブリフタの平面図である。

符号の説明

１０ エンジン（内燃機関）
２０ 吸気バルブ
２１ バルブステム
２３ スプリングリテーナー
２４ バルブリフタ
２４ａ 冠面
２５ ボス部
２６ 潤滑油供給孔（孔部）
２８ バルブスプリング
３６ 揺動カム（カム）

Claims (3)

1. カムによって押圧されてバルブを開閉する内燃機関のバルブリフタであって、
   バルブリフタの冠面の下面から隆起し、バルブステムに当接するボス部と、
   前記ボス部を貫通せずに、カムの押圧領域よりも内周側のバルブリフタ冠面を貫通する孔部と、
   を有することを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
2. 前記カムの摺動により前記冠面との間に生じる摩擦力によって回転する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブリフタ。
3. 前記カムは、前記冠面を外周側から内周側に向かって摺動することによって冠面に供給された潤滑油を内周側に導き、
   前記孔部は、潤滑油が導かれる領域に少なくとも一部が重なるように形成される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のバルブリフタ。