JP2011190772A

JP2011190772A - 動弁装置におけるラッシュアジャスタ

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Publication number: JP2011190772A
Application number: JP2010059264A
Authority: JP
Inventors: Eiji Maeno; 栄二前野
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-16
Also published as: JP5472809B2

Abstract

【課題】エンジンブロックとバルブの線膨張係数の相違による収縮差をプランジャの軸方向スキマで吸収するようにした機械式ラッシュアジャスタにおいて、前記軸方向スキマを常に一定に保持できるようにする。
【解決手段】筒状のボディ２１内に組込まれたプランジャ２３をボディ２１の内周に形成された雌ねじ２２にねじ係合されるねじ部材２５と、先端部がボディ２１の一端開口から外部に臨むスライド部材２４とに分割し、ばね部材３０によりスライド部材２４に向けて移動する方向の回転力をねじ部材２５に付与する。スライド部材２４の下面に凹部３８を形成し、その凹部３８内に押圧子４１と弾性部材４４とを組込み、押圧子４１の先端部がスライド部材２４の下面より突出する状態で押圧子４１を抜止めするストッパ３９を設けて、ねじ部材２５とスライド部材２４の対向面間に押圧子４１の突出長さに相当する大きさの軸方向スキマ４５を形成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関における動弁装置のバルブクリアランスを自動調整するラッシュアジャスタに関する。

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）を開閉させる動弁装置には、アームによってバルブステムを押し下げるアーム型と、カムによってバルブステムを押し下げるダイレクト型とがあり、上記アーム型動弁装置にはスイングアーム式（エンドピボット式）とロッカアーム式とが存在する。

ここで、スイングアーム式動弁装置においては、カムの下方に配置されたアームの端部をピボットで支持し、そのアームをカムの回転によりピボットを中心に揺動させ、その揺動側の端部でバルブステムを押し下げてバルブを開放させるようにしている。

一方、ロッカアーム式動弁装置においては、カムの上方に設けられたロッカシャフトを中心にしてアームを揺動自在に支持し、上記カムの回転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ステムを押し下げてバルブを開放させるようにしている。

上記いずれの動弁装置においても、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している。

上記ラッシュアジャスタとして、油圧式のものが知られている。しかし、油圧式ラッシュアジャスタにおいては、エンジンオイルを作動油としているため、エンジンの回転数による油圧の変化や、エンジンオイルに混入するコンタミや気泡の影響を受け易く、また、構造が複雑で組立に手間がかかり、コスト的にも不利である。

特許文献１乃至３に記載された機械式ラッシュアジャスタにおいては、上記のような問題点の発生がなく、動弁装置への組込みに有利である。ここで、特許文献１乃至３に記載された機械式ラッシュアジャスタにおいては、捩じりコイルばねからなるばね部材によって互いにねじ係合する雌ねじ部材と雄ねじ部材の相互間に捩じりモーメントを与え、その雌ねじ部材と雄ねじ部材が伸長する方向への相対移動によりバルブクリアランスを吸収するようにしている。

一般に、エンジンにおいては、エンジンブロックがアルミ製とされ、バルブが鋼製とされて、エンジンブロックの線膨張係数がバルブの線膨張係数より大きくなっている。このようなエンジンの動弁系に上記機械式ラッシュアジャスタが組込まれると、エンジンの運転停止後にエンジンの温度が低下すると、エンジンブロックがバルブより大きく収縮するため、バルブが完全に閉じられなくなって、エンジンの再始動時に圧縮漏れが生じ、エンジンを再始動することができなくなるおそれが生じる。

そのような不都合を解消するため、特許文献４に記載された機械式ラッシュアジャスタにおいては、ボディ内に組込まれたプランジャを先端プランジャ部材と雄ねじ部材とに分割し、その先端プランジャ部材と雄ねじ部材間にスペーサばねを組込んで、先端プランジャ部材と雄ねじ部材の対向面間に軸方向スキマを形成し、その軸方向スキマの範囲内でスペーサばねを弾性変形させ、そのスペーサばねの弾性変形により、エンジンブロックとバルブの線膨張係数の相違による収縮差を吸収してバルブが不完全に閉鎖するのを防止するようにしている。

特開平５−１０１０９号公報特開平５−１８２１４号公報特開平７−１３９３１５号公報実開昭６４−０３４４０７号公報

ところで、特許文献４に記載された機械式ラッシュアジャスタにおいては、長期の使用によってスペーサばねがへたり、自由長さが変化すると、先端プランジャ部材と雄ねじ部材の対向面間に形成された軸方向スキマが変化して、エンジン性能に影響を与えるおそれがある。

また、大きな荷重を受ける先端プランジャと雄ねじ部材の接触面が摩耗した際には、その摩耗により軸方向スキマが変化して、エンジン性能に影響を与えるおそれがある。

さらに、スペーサばねは、無負荷時に自由長さとなる組込みであるため、軸方向スキマを高精度に管理するために、ばね公差を非常に小さく設定する必要があり、量産時のコストアップの要因となるばかりでなく、スペーサばねと先端プランジャ部材、若しくは、先端プランジャ部材と雄ねじ部材の接触部で摩耗が生じると、上記軸方向スキマが変化し、エンジン性能に影響を与えるおそれがある。

ここで、エンジン性能への影響とは、軸方向スキマの減少による圧縮漏れ、軸方向スキマの拡大によるメカニカルノイズの増大および出力低下をいう。

この発明の課題は、冷却時のエンジンブロックとバルブの線膨張係数の相違による収縮差をプランジャの軸方向の分割面間に形成された軸方向スキマで吸収するようにした機械式ラッシュアジャスタにおいて、上記軸方向スキマを常に一定に保持できるようすることである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、内周に雌ねじが形成された筒状のボディ内にプランジャを組込み、そのプランジャを前記雌ねじにねじ係合されるねじ部材と、先端部がボディの一端開口から外部に臨むスライド部材とに分割し、前記ボディ内に組込まれたばね部材によりねじ部材にスライド部材に向けて移動する方向の回転力を付与した動弁装置のラッシュアジャスタにおいて、前記スライド部材のねじ部材に対する対向面に凹部を形成し、その凹部内に押圧子と、その押圧子の先端がねじ部材に当接する方向に向けて押圧子を付勢する弾性部材とを組込み、前記弾性部材が押圧子を付勢する弾性変形状態において押圧子の先端部がスライド部材のねじ部材に対する対向面より突出する状態で押圧子を抜止めするストッパを設けて、ねじ部材とスライド部材の対向面間に押圧子の突出長さに相当する大きさの軸方向スキマを形成した構成を採用したのである。

上記の構成からなるラッシュアジャスタを用いて、例えば、スイングアーム式動弁装置のバルブクリアランスを自動調整する場合は、アームの一端部をスライド部材の先端で支持する組込みとする。その組込みにおいて、バルブシートの摩耗など、バルブクリアランスが収縮しつつある時は、ボディとねじ部材のねじ係合面に滑りが生じて、ねじ部材がスライド部材から離反する方向に移動し、ラッシュアジャスタが収縮して、バルブクリアランスを吸収する。

一方、バルブステムエンドの摩耗などにより、バルブクリアランスが拡大しつつある場合は、ばね部材の弾性力によりねじ部材が回転しつつスライド部材に向けて移動し、ラッシュアジャスタが伸長して、バルブクリアランスを吸収する。

ここで、ラッシュアジャスタには、ねじ部材とスライド部材の対向面間に軸方向スキマが形成されているため、エンジンブロックとバルブの線膨張係数の相違による収縮差はその軸方向スキマで吸収されることになり、バルブが不完全に閉鎖するのが防止される。

この発明では、スライド部材の凹部内に組込まれ、弾性部材によってねじ部材に向けて付勢される押圧子を、その先端部がスライド部材のねじ部材に対する対向面より突出する状態で抜止めし、その押圧子の先端をねじ部材に当接させて、スライド部材とねじ部材の対向面間に軸方向スキマを形成するようにしているため、弾性部材の自然状態での長さにバラツキがあっても、軸方向スキマに影響を与えることがなく、弾性部材として製作の容易なコストの安い圧縮コイルばねを採用することができる。

また、弾性部材は、弾性変形する状態での組込みであるため、その弾性部材にへたりが生じても、軸方向スキマは変化しない。さらに、弾性部材は押圧子をねじ部材に向けて付勢することができる程度のばね荷重を具える弾性力の弱いものでよいため、押圧子とねじ部材の接触部での摩耗は心配なく、軸方向スキマを常に一定に保持することができる。

このように、スライド部材とねじ部材の対向面間に一定大きさの軸方向スキマを常に確保することができるため、軸方向スキマの減少による圧縮漏れや、軸方向スキマの拡大によるメカニカルノイズの拡大および出力の低下を抑制することができる。

ここで、押圧子をねじ部材と同軸上の配置として、その接触面の大きさを弾性部材の外径より小径とすると、ねじ部材の回転抵抗が小さくなって、ねじ部材の回転運動が阻害されることがなくなり、ラッシュアジャスタを円滑に機能させることができる。

また、ねじ部材の押圧子と対向する上面にスペーサを設けると、スライド部材がボディの内径面間に形成される微小な隙間の範囲内で傾いたとしても、押圧子がねじ部材に片当たりすることがなく、ねじ部材の偏摩耗を防止することができる。

この場合、スペーサの下面を、中央に向けて下り勾配をもって傾斜するテーパ面とし、ねじ部材の上面をスペーサのテーパ面に適合するテーパ面とすると、押圧子が傾いた場合にスペーサも同様に傾いて押圧子の先端面の全体がスペーサに接触する状態を維持し、押圧子の先端面の偏摩耗を防止することができる。

また、押圧子、ねじ部材およびスペーサを鉄系材料で形成し、熱処理を施して表面硬度をＨｖ６５０以上とすると、耐摩耗性を向上させることができる。具体的には、クロム鋼（ＳＣｒ）やクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）などの浸炭材を素材とし、浸炭焼入れ焼き戻し処理を施すことにより、靭性を保ったまま硬度を高めることができるため、接触部の摩耗をより効果的に防止することができる。

上記のように、この発明においては、スライド部材の凹部内に組込まれ、弾性部材によってねじ部材に向けて付勢される押圧子を、その先端部がスライド部材のねじ部材に対する対向面より突出する状態で抜止めし、その押圧子の先端をねじ部材に当接させて、スライド部材とねじ部材の対向面間に軸方向スキマを形成するようにしているため、スライド部材とねじ部材の対向面間に形成される軸方向スキマを常に一定に保持することができ、軸方向スキマの減少による圧縮漏れや、軸方向スキマの拡大によるメカニカルノイズの拡大および出力の低下を抑制することができる。

この発明に係るラッシュアジャスタをスイングアーム式動弁装置に組込んだ状態を示す縦断正面図図１に示すラッシュアジャスタの一部切欠正面図図２のIII−III線に沿った断面図この発明に係るラッシュアジャスタの他の例を示す一部切欠正面図

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は、この発明に係るラッシュアジャスタを組込んだスイングアーム式動弁装置を示す。スイングアーム式動弁装置においては、シリンダヘッド１に形成された嵌合孔２にラッシュアジャスタＡを組込み、そのラッシュアジャスタＡによって一端部が支持された揺動可能なアーム３の中途にローラ４を回転自在に支持し、そのローラ４をカムシャフト５に設けられたカム６の回転により押し下げてアーム３を揺動させ、そのアーム３の他端部でバルブステム７を押し下げて、バルブステム７の下端に設けられたバルブ８を開放させるようにしている。

ここで、バルブステム７は、上端にスプリングリテナ９を有し、そのスプリングリテナ９に負荷されるバルブスプリング１０の押圧力によってバルブステム７は下端のバルブ８がバルブシート１１に密着する方向に付勢されている。また、アーム３の一端部の下面には半球状の球面座１２が形成されている。

図２および図３に示すように、ラッシュアジャスタＡは、図１に示す嵌合孔２に嵌合される筒状のボディ２１を有し、そのボディ２１の内周に雌ねじ２２が形成されている。雌ねじ２２は、三角ねじからなり、ボディ２１の軸方向長さの中央部から上部に至る三角ねじは不完全ねじ部２２ａとされて、その内径面が円筒面とされている。

ボディ２１の内部にはプランジャ２３が組込まれている。プランジャ２３は、スライド部材２４とねじ部材２５とに分割され、上記スライド部材２４はボディ２１内において軸方向にスライド自在とされ、一方、ねじ部材２５は、外周に形成された雄ねじ２６がボディ２１の雌ねじ２２にねじ係合されている。

ここで、三角ねじからなる雌ねじ２２および雄ねじ２６は、リード角が小さく、ねじ係合面での相対滑りが生じることのないようなねじ諸元とされている。なお、三角ねじに代えて、図４に示すように、雌ねじ２２および雄ねじ２６のそれぞれを、圧力側フランク２７のフランク角が遊び側フランク２８のフランク角より大きい鋸歯状ねじとしてもよい。この場合、ねじ係合面での相対滑りをより効果的に防止することができる。

図２および図３に示すように、ボディ２１の下端部内には閉塞端を有する円筒状のばねケース２９が閉塞端を上向きとして圧入され、そのばねケース２９内にばね部材３０が収容されている。

ばね部材３０は、ゼンマイばねからなる。このばね部材３０の外端部はばねケース２９に固定され、内端部はトルク伝達軸３１に連結されている。トルク伝達軸３１は、ばねケース２９の閉塞端壁を貫通し、上端部に形成された角軸部３２がねじ部材２５の軸心上に形成された角孔３３内に配置され、その角軸部３２に沿ってねじ部材２５がスライド自在とされている。

また、角軸部３２と角孔３３の係合により、ねじ部材２５には、ばね部材３０によってスライド部材２４に向けて移動する方向の回転力が負荷されている。

ねじ部材２５のスライド部材２４と対向する上面にはスペーサ３４が設けられている。スペーサ３４の上側には平坦面３５が形成され、下側には中央に向けて下り勾配をもつテーパ面３６が設けられ、そのテーパ面３６がねじ部材２５の上側に形成されたテーパ面３７に面接触している。

スライド部材２４のねじ部材２５と対向する下面には凹部３８が形成され、その凹部３８の下端開口はストッパ３９よって閉塞されている。ストッパ３９は、凹部３８内に圧入される円筒部３９ａの一端に端板３９ｂを設け、その端板３９ｂの中央に挿入孔４０を形成した構成とされ、上記端板３９ｂを下向きとし、その端板３９ｂの下面がスライド部材２４の下面と同一高さ、または、上位とする取付けとされている。

凹部３８内には押圧子４１が組込まれている。押圧子４１は、フランジ４２を下端部に有し、そのフランジ４２の下面中央部に小径の突軸部４３が形成されている。この押圧子４１は、凹部３８内に組込まれてフランジ４２を押圧する弾性部材４４により下向きに付勢され、ストッパ３９の端板３９ｂに対するフランジ４２の当接によって抜止めされている。また、突軸部４３は、端板３９ｂに形成された挿入孔４０からスライド部材２４の下面より下方に突出してスペーサ３４の上面に当接しており、上記スペーサ３４とスライド部材２４の対向面間に突軸部４３の突出長さに相当する大きさの軸方向スキマ４５が形成されている。図２のδは、軸方向スキマ４５の大きさを示す。

ここで、ねじ部材２５、スペーサ３４および押圧子４１は、クロム鋼（ＳＣｒ）やクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）等の浸炭材を素材とし、浸炭焼入れ焼戻しによる熱処理によって表面硬度がＨｖ６５０以上とされている。

スライド部材２４は、先端部がボディ２１の上端開口から上方に位置し、その先端部にはアーム３の球面座１２を支持する球面部４６が形成されている。また、スライド部材２４の先端部外周には平坦部４７が形成され、その平坦部４７とボディ２１の上端開口部内に板状のセット部材４８の先端部を圧入することによってスライド部材２４とねじ部材２５とからなるプランジャ２３がボディ２１内に押し込まれた初期セット状態にラッシュアジャスタＡが保持されるようになっている。

ラッシュアジャスタＡは、その初期セット状態において嵌合孔２内に組込まれる。そのラッシュアジャスタＡの組込み後、アーム３及びカムシャフト５をセットして、セット部材４８を引抜くと、ばね部材３０の押圧によってねじ部材２５が回転しつつスライド部材２４に向けて移動すると共に、スライド部材２４が上方に移動して、先端の球面部４６がアーム３の球面座１２を支持し、動弁装置のバルブクリアランスを吸収する作動状態になる。

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、エンジンの定常運転状態では、カム６のカム片６ａがローラ４に接触して、そのローラ４が押し下げられることにより、アーム３がスライド部材２４の球面部４６を中心にして他端が下方に移動する方向に向けて揺動し、そのアーム３の他端でバルブステム７が押し下げられ、バルブ８が開放する。

このとき、バルブスプリング１０が圧縮変形し、そのバルブスプリング１０の反力がアーム３を介してスライド部材２４に入力される。その入力荷重によりスライド部材２４が下降し、スペーサ３４との間に形成された軸方向スキマ４５に相当する分だけ下降するとスペーサ３４に当接する。

このとき、上記入力荷重はスペーサ３４から雌ねじ２２と雄ねじ２６のねじ係合部に作用するが、その雌ねじ２２と雄ねじ２６は、ねじ係合部において滑りが生じることのないねじ諸元に設定されているため、スライド部材２４はスペーサ３４に当接すると停止する。また、スライド部材２４の下降により、押圧子４１は、弾性部材４４の弾性に抗して凹部３８内に押し込められる状態となる。

カム６が回転してカム片６ａがローラ４から離れ、カム６のベース円６ｂがローラ４と接触すると、バルブスプリング１０の押圧により、バルブステム７が上方に移動し、バルブ８がバルブシート１１に密着してバルブ８は閉鎖する。

このとき、スライド部材２４に負荷されていたバルブスプリング１０の反力が抜ける状態となるため、弾性部材４４の押圧力によりスライド部材２４が上方に移動し、その移動に伴って押圧子４１の突軸部４３がスライド部材２４の下面から突出する。

スライド部材２４と押圧子４１は、ストッパ３９の端板３９ｂがフランジ４２に当接する位置まで相対移動し、その移動によってスライド部材２４とねじ部材２５の対向面間に突軸部４３の突出量に相当する大きさの軸方向スキマ４５が形成される。

このように、カム６の一回転毎にスライド部材２４は軸方向スキマ４５に相当する分だけ上下動し、ラッシュアジャスタＡはそれ以上に伸縮するようなことはない。実際には、雌ねじ２２と雄ねじ２６のねじ係合部に入力荷重が作用する瞬間に、ねじ係合部に僅かな相対滑りが生じるが、上記入力荷重が抜ける瞬間に、ばね部材３０の弾性によりねじ部材２５が回転してスライド部材２４に向けて移動して元の位置に戻ることになる。

バルブシート１１の摩耗など、バルブクリアランスが収縮しつつある時は、ボディ２１とねじ部材２５のねじ係合部におけるねじ係合面に滑りが生じて、ねじ部材２５がスライド部材２４から離反する方向に移動し、ラッシュアジャスタＡが収縮して、バルブクリアランスを吸収する。

一方、バルブステム７のエンドの摩耗などにより、バルブクリアランスが拡大しつつある場合は、ばね部材３０の弾性力によりねじ部材２５が回転しつつスライド部材２４に向けて移動すると共にスライド部材２４もねじ部材２５と同方向に移動し、ラッシュアジャスタＡが伸長して、バルブクリアランスを吸収する。

ここで、ラッシュアジャスタＡには、スライド部材２４とねじ部材２５の対向面間に軸方向スキマ４５が形成されているため、シリンダヘッド１とバルブ８の線膨張係数の相違による収縮差はその軸方向スキマ４５で吸収されることになり、バルブ８が不完全に閉鎖するのが防止される。

実施の形態で示すように、スライド部材２４の凹部３８内に組込まれ、弾性部材４４によってねじ部材２５に向けて付勢される押圧子４１を、その先端部がスライド部材２４の下面より突出する状態で抜止めし、その押圧子４１の先端をねじ部材２５に当接させて、スライド部材２４とねじ部材２５の対向面間に軸方向スキマ４５を形成することにより、弾性部材４４の自然状態での長さにバラツキがあっても、軸方向スキマ４５に影響を与えることがなく、弾性部材４４として製作の容易なコストの安い圧縮コイルばねを採用することができる。

また、弾性部材４４は、弾性変形する状態での組込みであるため、その弾性部材４４にへたりが生じても、軸方向スキマ４５は変化しない。さらに、弾性部材４４は押圧子４１をねじ部材２５に向けて付勢することができる程度のばね荷重を具える弾性力の弱いものでよいため、押圧子４１とねじ部材２５の接触部での摩耗は心配なく、軸方向スキマ４５を常に一定に保持することができる。

このように、スライド部材２４とねじ部材２５の対向面間に一定大きさの軸方向スキマ４５を常に確保することができるため、軸方向スキマ４５の減少による圧縮漏れや、軸方向スキマ４５の拡大によるメカニカルノイズの拡大および出力の低下を抑制することができる。

図１では、スイングアーム式動弁装置にラッシュアジャスタＡを適用した場合を例にとって説明したが、ラッシュアジャスタＡが適用される動弁装置はこれに限定されるものではない。

例えば、カムの上方に設けられたロッカシャフトを中心にしてアームを揺動自在に支持し、上記カムの回転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ステムを押し下げて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や、カムによってバルブステムを押し下げるダイレクト型動弁装置にも適用することができる。さらに、カムシャフトを下方に設置し、プッシュロッドでシリンダ上部に配置したロッカアームを揺動させるようにしたＯＨＶエンジンのロッカアームの先端部に組込むことも可能である。

２１ボディ
２２雌ねじ
２３プランジャ
２４スライド部材
２５ねじ部材
３０ばね部材
３４スペーサ
３６テーパ面
３７テーパ面
３８凹部
３９ストッパ
４１押圧子
４４弾性部材
４５軸方向スキマ

Claims

内周に雌ねじが形成された筒状のボディ内にプランジャを組込み、そのプランジャを前記雌ねじにねじ係合されるねじ部材と、先端部がボディの一端開口から外部に臨むスライド部材とに分割し、前記ボディ内に組込まれたばね部材によりねじ部材にスライド部材に向けて移動する方向の回転力を付与した動弁装置のラッシュアジャスタにおいて、
前記スライド部材のねじ部材に対する対向面に凹部を形成し、その凹部内に押圧子と、その押圧子の先端がねじ部材に当接する方向に向けて押圧子を付勢する弾性部材とを組込み、前記弾性部材が押圧子を付勢する弾性変形状態において押圧子の先端部がスライド部材のねじ部材に対する対向面より突出する状態で押圧子を抜止めするストッパを設けて、ねじ部材とスライド部材の対向面間に押圧子の突出長さに相当する大きさの軸方向スキマを形成したことを特徴とする動弁装置のラッシュアジャスタ。
前記弾性部材が、圧縮コイルばねからなる請求項１に記載の動弁装置のラッシュアジャスタ。
前記押圧子を前記ねじ部材と同軸上の配置とした請求項１又は２に記載の動弁装置のラッシュアジャスタ。
前記ねじ部材の押圧子と対向する上面にスペーサを設けた請求項１乃至３のいずれかの項に記載の動弁装置におけるラッシュアジャスタ。
前記スペーサの下面を、中央に向けて下り勾配をもって傾斜するテーパ面とし、前記ねじ部材の上面をスペーサのテーパ面に適合するテーパ面とした請求項４に記載の動弁装置におけるラッシュアジャスタ。
前記押圧子が鉄系材料からなり、その押圧子を熱処理して、表面硬度をＨｖ６５０以上とした請求項１乃至５のいずれかの項に記載の動弁装置におけるラッシュアジャスタ。
前記鉄系材料が、クロム鋼またはクロムモリブデン鋼からなり、熱処理が、浸炭焼入れ焼き戻しからなる請求項６に記載の動弁装置におけるラッシュアジャスタ。