JP2010038081A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易でありながら動弁系の軽量化やシリンダヘッドの高さを抑制することができる内燃機関の動弁装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の吸気ポート又は排気ポートを開閉するバルブ２と、バルブ２のバルブステム２ａの端部が入る穴１ａを有するタペット１と、バルブステム２ａの端部とタペット１の穴１ａとの間に介装されるコッタ４と、内燃機関のシリンダヘッド５とタペット１との間に介装されてバルブ２を閉じる側に付勢するスプリング６とを備え、タペット１の穴１ａの内面は、バルブステム２ａの端部側へ向かうほど拡がるテーパ面となっており、タペット１にスプリング６の付勢力が加わり、タペット１の穴１ａのテーパ面とバルブステム２ａの外面との間でコッタ４を押えた状態で、タペット１がコッタ４を介してバルブステム２ａに取り付けられるよう構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置に関する。

従来、内燃機関における直動式の動弁装置においては、一般に、タペットの中にスプリングの一端を支えるリテーナが存在している。このリテーナは、動弁系の軽量化のために小径化やアルミニウム等の軽量材料への置き換えが行われることがある。また、このリテーナをバルブの棒状部分であるバルブステムに固定する部材であるコッタを装着するためのスペースが必要となるため、シリンダヘッドの高さの抑制に対する要求を満たすための障害のひとつとなっている。

このため、タペットによりスプリングの一端を支えることで、タペットにリテーナの機能を持たせることによりリテーナを無くし、動弁系の軽量化やシリンダヘッドの高さを抑制した動弁装置が知られている。このような動弁装置の一例が下記特許文献１に開示されている。

特開平５−１５６９０６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される内燃機関の動弁装置では、タペットをバルブステムに固定するために、テーパ面が形成されたコッタをバルブステムに装着した上で、タペットとコッタとの間に外面に螺子溝が形成された螺子部材を配置し、この螺子部材により螺子止めして固定している。このため、新たに螺子部材を用意しタペットにも螺子溝を加工する必要があり、組立時には螺子部材を回して螺子止めする必要もあるため、製造にかかるコストや手間が増えてしまうという問題がある。

以上のことから、本発明は、製造が容易でありながら動弁系の軽量化やシリンダヘッドの高さを抑制することができる内燃機関の動弁装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係る内燃機関の動弁装置は、内燃機関の吸気ポート又は排気ポートを開閉するバルブと、前記バルブのバルブステムの端部が入る穴を有するタペットと、前記バルブステムの端部と前記タペットの前記穴との間に介装されるコッタと、前記内燃機関のシリンダヘッドと前記タペットとの間に介装されて前記バルブを閉じる側に付勢するスプリングとを備え、前記タペットの前記穴の内面は、前記バルブステムの端部側へ向かうほど拡がるテーパ面となっており、前記タペットに前記スプリングの付勢力が加わり、前記タペットの前記穴のテーパ面と前記バルブステムの外面との間で前記コッタを押えた状態で、前記タペットが前記コッタを介して前記バルブステムに取り付けられるよう構成されていることを特徴とする。

これにより、前記タペットが前記スプリングにより押し上げられることで自動的に前記コッタを介して前記バルブステムに固定させることができるため、前記バルブステムに前記タペットを容易に取り付けることができる。
また、従来の動弁装置に存在していたリテーナが果たしていた機能を前記タペットに持たせたことによりリテーナが不要となったため、動弁系の質量が軽くなり、また、スプリング荷重を低減できるため低フリクション化を図ることができる。
また、従来のリテーナが不要となることで、高さ方向のスペースが節約できシリンダヘッドの高さを抑制することができるため、内燃機関の高さを抑制することができる。
また、従来のリテーナが不要であり、さらに、上記特許文献１に開示されるような螺子部材も不要であるため、部品点数を少なくすることができ、組立時に螺子部材を回して螺子止めするような煩雑な作業も必要もないため、製造にかかるコストや部品の加工や組立にかかる手間を軽減することができる。

上記の課題を解決する第２の発明に係る内燃機関の動弁装置は、第１の発明に係る内燃機関の動弁装置において、前記タペットの頂面に、前記バルブを開く側に押すカムのカム面と接触するシムを備えることを特徴とする。これにより、バルブクリアランスを調整し、前記タペットの頂面の中央部に形成した前記穴を塞ぎ、前記タペットの頂面の摩耗を抑制することができる。

上記の課題を解決する第３の発明に係る内燃機関の動弁装置は、第２の発明に係る内燃機関の動弁装置において、前記シムと前記バルブステムの端部との間に第２のシムを備えることを特徴とする。これにより、前記バルブの上昇時と下降時とで前記バルブの移動量に差が生じてしまうことを抑制することができる。

上記の課題を解決する第４の発明に係る内燃機関の動弁装置は、第２の発明に係る内燃機関の動弁装置において、前記シムと前記タペットとの間に第３のシムを備えることを特徴とする。これにより、前記バルブの上昇時と下降時とで前記バルブの移動量に差が生じてしまうことを抑制することができる。

本発明によれば、製造が容易でありながら動弁系の軽量化やシリンダヘッドの高さを抑制することができる内燃機関の動弁装置を実現することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の動弁装置の実施形態について図を用いて説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の動弁装置のバルブ軸方向での断面図、図２は本発明に係る内燃機関の動弁装置の組立手順を示した工程図、図３は本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の動弁装置の構成図である。なお、図１〜３中の矢印ＵＰで示す方向は上方を意味し、矢印ＤＯＷＮで示す方向は下方を意味するものとし、以下の本発明の実施形態の説明において用いる上方及び下方については、図１〜３中に示した方向に従うものとする。

はじめに、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の動弁装置の構造について説明する。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の動弁装置におけるタペット１は、バルブ２上部の棒状部分であるバルブステム２ａと、カムシャフト３に形成されたカム３ａとの間に位置している。

タペット１の形状は、上端が閉で下端が開の円筒形状となっている。タペット１の頂面の中央部には穴１ａが形成されており、この穴１ａの内面には上方から下方に向かうほど内径が小さくなるようなテーパ面が形成されている。また、タペット１の頂面には、円形であるタペット１の頂面の外径と同心円状に凹部１ｂが形成されている。

バルブステム２ａの端部近傍の外面には、タペット１とバルブステム２ａとを固定するために必要な部材であるコッタ４が取り付けられている。このコッタ４は、軸方向に半分に割れる半割れ形状となっている。コッタ４の外面４ａは上方から下方に向かうほど外径が小さくなるようなテーパ面が形成されている。

なお、第１の実施形態においては、コッタ４は、コッタ４の外面４ａに上方から下方に向かうほど外径が小さくなるようなテーパ面が形成される場合を例として説明するが、コッタ４はタペット１に後述するスプリング６の付勢力が加わり、タペット１の穴１ａのテーパ面とバルブステム２ａの外面との間でコッタ４を押えた状態で、タペット１がコッタ４を介してバルブステム２ａに取り付けられるよう構成されていさえすればよい。

このため、例えば、コッタ４の材質をタペット１の材質よりも柔らかい材質とし、タペット１の取り付け時にタペット１とコッタ４とを強圧することでコッタ４の外面４ａが変形してタペット１の穴１ａのテーパ面と密に接合するようにすることで、タペット１をコッタ４を介してバルブステム２ａに取り付ける構成とすることも可能である。なお、この場合には、コッタ４の外面４ａの形状はタペット１の穴１ａのテーパ面と完全に整合する形状でなくてもよく、さらに、コッタ４の外面４ａの上部のみを面取りしてテーパ面を形成した形状とするなど、様々な形状を取りうるものである。

コッタ４の内面には上端部から中央部においては上方から下方に向かうほど内径が小さくなり、中央部から下端部においては上方から下方に向かうほど内径が大きくなるようなテーパ面が形成されている。

コッタ４が取り付けられるバルブステム２ａの端部近傍の外面には、コッタ４の内面に形成されたテーパ面と対応する形状の凹部２ｂが形成されている。これにより、バルブステム２ａにコッタ４を取り付けたときに、バルブステム２ａとコッタ４とが契合する構造となっている。

そして、タペット１が後述するスプリング６により押し上げられることにより、タペット１の穴１ａの内面のテーパ面とコッタ４の外面４ａのテーパ面が接してタペット１とコッタ４とが固定されることで、タペット１をコッタ４を介してバルブステム２ａに固定される。このような構造により、従来存在したリテーナが果たしていた機能をタペット１に持たせることができるため、従来のリテーナを廃止することができる。

タペット１の頂面の裏面とシリンダ上部のシリンダヘッド５の上面との間には、スプリング６が設置されている。シリンダヘッド５の上面とスプリング６との間には鍔状の薄板であるスプリングシート７が設置されている。シリンダヘッド５には、バルブ２を的確に上下動させるためのバルブガイド８が設置されている。バルブガイド８の上部にはオイルが漏れることを防ぐためのステムシール９が設置されている。

また、タペット１の頂面に形成された凹部１ｂには、バルブクリアランスを調整するための部材であるシム１０が設置されている。このシム１０は、円板状の金属製の薄板である。なお、シム１０には様々な厚さのものを用意しておくことで、必要に応じてバルブクリアランスを容易に調整することが可能であり、加工精度の誤差を容易に修正することも可能である。また、シム１０は、タペット１の頂面の中央部に形成した穴１ａを塞ぐ役割や、タペット１の頂面の摩耗を防止する役割も果たしている。

バルブステム２ａの端面とシム１０との間には、バルブステム２ａの端面とシム１０との間の隙間を埋めるためのサブシム１１（第２のシム）が設置されている。このサブシム１１を設置する理由は、バルブステム２ａの端面とシム１０との間に隙間があると、バルブ２が上昇する際にはスプリング６によりカム５側にタペット１を押し付ける力が働くためタペット１とバルブ２は一体となって上昇するが、バルブ２が下降する際にはカム３ａによりシム１５が押されるためタペット１とバルブ２との結合が解除されてシム１０が直接バルブステム２ａの端面を押すこととなってしまい、バルブ２の上昇時と下降時とでバルブ２の移動量にバルブステム２ａの端面とシム１５との間の隙間分の差が生じてしまうためである。そして、バルブステム２ａの端面とシム１０との間にサブシム１１を設置することにより、バルブ２の上昇時と下降時とでバルブ２の移動量に差が生じてしまうことを抑制することができる。

なお、第１の実施形態では、バルブステム２ａの端面とシム１０との間にサブシム１１を設置したが、動弁装置の種類によってはバルブ２の上昇時と下降時とでバルブ２の移動量にバルブステム２ａの端面とシム１０との間の隙間分程度の差であれば許容できる範囲内の差である場合もあるため、そのような場合にはサブシム１１を設置しないようにしてもよい。

また、上述した第１の実施形態では、バルブステム２ａの端面とシム１０との間にサブシム１１を設置したが、図３に示すように、本発明の第２の実施形態として、タペット１とシム１０との間に第２のサブシム１２（第３のシム）を介装する構成とすることも可能である。なお、図３（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の動弁装置のバルブ軸方向での断面図、図３（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の動弁装置における第２のサブシム１２の平面図である。

図３（ａ）に示すように、第２の実施形態においては、タペット１とシム１０との間に第２のサブシム１２を介装する。図３（ｂ）に示すように、第２のサブシム１２の形状は円板状となっており、中央部には穴１２ａが形成されている。そして、図３（ａ）に示すように、バルブステム２ａは、第２のサブシム１２の穴１２ａの内部を通って、シム１０とバルブステム２ａの端面とが接している。

本発明の第２の実施形態によれば、第２のサブシム１２に様々な厚さのものを用意しておくことで、バルブ２の上昇時と下降時とでバルブ２の移動量に差が生じてしまうことを抑制することができる。

次に、本発明に係る内燃機関の動弁装置の組立手順について説明する。
図２（ａ）に示すように、タペット１を押し下げてバルブステム２ａの端部近傍の外面に形成された凹部２ｂがタペット１の頂面よりも上方に位置させて、バルブステム２ａの端部近傍の外面にコッタ４を取り付けられる状態にする。
図２（ｂ）に示すように、バルブステム２ａの端部近傍の外面に形成された凹部２ｂに、半割れ形状のコッタ４をバルブステム２ａの凹部２ｂを両側方から挟み込むようにして取り付ける。

図２（ｃ）に示すように、押し下げていたタペット１を放すと、タペット１はスプリング６により上方に押し上げられ、タペット１の頂面の中央部に形成された穴１ａの内面とバルブステム２ａに取り付けられたコッタ４の外面４ａとが接することで、タペット１がバルブステム２ａに固定される。
このように、本発明に係る内燃機関の動弁装置では、タペット１がスプリング６により押し上げられることで自動的にコッタ４を介してバルブステム２ａに固定させることができるため、バルブステム２ａにタペット１を容易に取り付けることができる。

以上に説明したように、本発明に係る内燃機関の動弁装置によれば、タペット１がスプリング６により押し上げられることで自動的にコッタ４を介してバルブステム２ａに固定させることができるため、バルブステム２ａにタペット１を容易に取り付けることができる。

また、従来の動弁装置に存在していたリテーナが果たしていた機能をタペット１に持たせたことにより、リテーナが不要となったため動弁系の質量が軽くなり、また、スプリング荷重を低減できるため低フリクション化を図ることができる。
また、従来のリテーナが不要となることで、高さ方向のスペースが節約できシリンダヘッドの高さを抑制することができるため、エンジンの高さを抑制することができる。

また、従来のリテーナが不要であり、さらに、上記特許文献１に開示されるような螺子部材も不要であるため、部品点数を少なくすることができ、組立時に螺子部材を回して螺子止めするような煩雑な作業も必要もないため、製造にかかるコストや部品の加工や組立にかかる手間を軽減することができる。

本発明は、例えば、自動車に搭載されるエンジンにおける直動式の動弁装置に利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の動弁装置のバルブ軸方向での断面図である。 本発明に係る内燃機関の動弁装置の組立手順を示した工程図である。 本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の動弁装置の構成図である。

符号の説明

１ タペット
１ａ タペット頂面の中央部に形成された穴
１ｂ タペット頂面に形成された凹部
２ バルブ
２ａ バルブステム
２ｂ バルブステム端部近傍外面に形成された凹部
３ カムシャフト
３ａ カム
４ コッタ
４ａ コッタ外面
５ シリンダヘッド
６ スプリング
７ スプリングシート
８ バルブガイド
９ ステムシール
１０ シム
１１ サブシム
１２ 第２のサブシム

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気ポート又は排気ポートを開閉するバルブと、
   前記バルブのバルブステムの端部が入る穴を有するタペットと、
   前記バルブステムの端部と前記タペットの前記穴との間に介装されるコッタと、
   前記内燃機関のシリンダヘッドと前記タペットとの間に介装されて前記バルブを閉じる側に付勢するスプリングと
   を備え、
   前記タペットの前記穴の内面は、前記バルブステムの端部側へ向かうほど拡がるテーパ面となっており、
   前記タペットに前記スプリングの付勢力が加わり、前記タペットの前記穴のテーパ面と前記バルブステムの外面との間で前記コッタを押えた状態で、前記タペットが前記コッタを介して前記バルブステムに取り付けられるよう構成されている
   ことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 前記タペットの頂面に、前記バルブを開く側に押すカムのカム面と接触するシムを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
3. 前記シムと前記バルブステムの端部との間に第２のシムを備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の動弁装置。
4. 前記シムと前記タペットとの間に第３のシムを備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の動弁装置。

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