JP2015081517A - エンジンのバルブ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】抜け止め突起と抜け止め溝との間を効率的に潤滑する。
【解決手段】 バルブステムの一端に傘部を備えたバルブ部材と、バルブステムの他端側に配置されるコッタと、コッタの外周に配置されバルブスプリングを支持するリテーナと、コッタの内面に形成された周方向への複数の抜け止め突起と、バルブステムの外面に形成され複数の前記抜け止め突起がそれぞれ入り込む周方向への複数の抜け止め溝と、コッタの内面に形成された連通溝とを備え、連通溝は、複数の抜け止め突起のうちの一の抜け止め突起を軸方向へ横断する一の連通溝と、一の抜け止め突起に隣接する他の抜け止め突起を軸方向へ横断する他の連通溝とを備え、一の連通溝と他の連通溝とは、周方向にずれた位置に設けられているバルブ構造とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンのバルブ構造に関する。

エンジンの吸排気弁としては、それぞれ軸状のバルブステムの一端に弁体部である傘部が設けられたバルブ（以下、「バルブ部材」と称する。）が用いられる。バルブ部材は、バルブスプリングによって、傘部が弁孔を閉じる方向に付勢されている。傘部が弁孔に接離することによって、吸排気弁は開閉する。

バルブステムの他端、すなわち、傘部を設けた側の反対側の端部であるステムエンドに、カムの作用によって押圧力が作用することにより、バルブ部材はバルブスプリングの付勢力に抗してシリンダ内の燃焼室側へ押圧され、吸気弁や排気弁を開弁する。また、押圧力が弱まれば、バルブ部材はバルブスプリングの付勢力によって移動し、吸気弁や排気弁を閉弁する。

バルブ部材は、ステムエンドの近傍に、コッタを介して円環状のリテーナを装着する。また、バルブステムは、シリンダに形成されたバルブ挿通孔に挿通され、シリンダに対して軸方向へ進退自在である。

バルブスプリングは、その下端、すなわち、燃焼室に近い側の端部がシリンダに支持され、その上端、すなわち、シリンダヘッド側の端部はリテーナに支持されている。

コッタは、その外面が円錐面となっている２つ割りの分割コレットである。このコッタが、同じく円錐面で構成されるリテーナの内面と、バルブステムの外面とにそれぞれ接触する。これにより、コッタとリテーナとは一体に軸周り回転する。また、コッタの内面には周方向に沿って抜け止め突起が設けられており、この抜け止め突起がバルブステムの外面に形成された周方向の抜け止め溝に入り込んで、コッタとリテーナとが軸方向へ抜けるのが防止されている。

なお、バルブステムは、バルブステム外面とコッタ内面との密着によりコッタ及びリテーナに対して軸周り相対回転不能とされている場合と、バルブステム外面とコッタ内周面とが密着せずコッタ及びリテーナに対して軸周り相対回転可能に支持されている場合とがある。

特許文献１には、コッタの内面に、バルブステムの軸方向に沿ってオイルを流下させるオイル流下溝を設けた技術が開示されている。

特開２００８−２６７２９６号公報

上記特許文献１によれば、コッタ内のオイル流下溝を通じて、ステムエンド側から傘部側へとオイルを流下させることができる。

しかし、このオイル流下溝は、コッタの他端側端部と一端側端部とを直線状に結ぶように設けられている。このため、オイルは、オイル流下溝内をコッタの他端側から一端側へと直線状に通り抜けてしまい、抜け止め突起と抜け止め溝との間には、充分なオイルを供給できない場合がある。

そこで、この発明の課題は、コッタ側の抜け止め突起とバルブステム側の抜け止め溝との間を効率的に潤滑することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、バルブステムの一端に傘部を備えたバルブ部材と、前記バルブステムの他端側に配置されるコッタと、前記コッタの外周に配置されバルブスプリングを支持するリテーナと、前記コッタの内面に形成された環状の複数の抜け止め突起と、前記バルブステムの外面に形成され複数の前記抜け止め突起がそれぞれ入り込む環状の複数の抜け止め溝と、前記コッタの内面に形成された連通溝とを備え、前記連通溝は、前記複数の抜け止め突起のうちの一の抜け止め突起を軸方向へ横断する一の連通溝と、前記一の抜け止め突起に隣接する他の抜け止め突起を軸方向へ横断する他の連通溝とを備え、前記一の連通溝と前記他の連通溝とは、周方向にずれた位置に設けられていることを特徴とするバルブ構造を採用した。

このとき、前記一の連通溝と前記他の連通溝とは、バルブステムの他端に近い側が遠い側よりも、その溝の流路の断面積が大きくなるように形成されている構成を採用することができる。

また、前記連通溝は、前記バルブステムの軸方向に沿って少なくとも３箇所設けられて、その３箇所の連通溝は前記抜け止め突起間に形成された凹溝を介して繋がっており、
前記３箇所の連通溝が、軸方向に沿って順に周方向へ１２０度ずつずれた位置に設けられている構成を採用することができる。

さらに、前記コッタは、２つ割りの分割コレットが前記リテーナによって外径側から内径側に締め付けられて前記バルブステムに取り付けられ、前記分割コレット同士の押圧力は、その分割コレットの内面が前記バルブステムの外面に加える押圧力よりも大きくされている構成を採用することができる。

この発明によれば、コッタの内面に、複数の抜け止め突起のうちの一の抜け止め突起を軸方向へ横断する一の連通溝と、一の抜け止め突起に隣接する他の抜け止め突起を軸方向へ横断する他の連通溝を設け、さらに、その一の連通溝と他の連通溝の位置を周方向へずらしたので、一の連通溝と他の連通溝とを通じて、各抜け止め溝、抜け止め突起間に円滑にオイルが供給される。このため、コッタの抜け止め突起とバルブステムの抜け止め溝との間を効率的に潤滑することができる。

この発明の一実施形態のエンジンのバルブ構造を表す正面断面図である。 バルブステムとコッタ、リテーナの要部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 バルブステムの要部拡大斜視図である。 （ａ）はバルブステムとコッタ、リテーナの詳細を示す切断斜視図、（ｂ）は装着前のコッタの平面図である。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態は、自動車用エンジンのバルブ構造である。図面では、この発明に直接関係する部材、手段のみを示し、他の部材等については図示省略している。

図１に示すように、シリンダ１には、燃焼室２に通じるポート（吸気ポート）３と、この吸気ポート３の弁孔４を開閉するバルブ５（以下「バルブ部材５」と称する。）が設けられている。吸気ポート３内には、その吸気ポート３内に燃料を噴射する燃料噴射装置（図示せず）が設けられ、吸気ポート３内の吸入空気に燃料を噴射し混合気を形成する。以下、この吸気ポート３を例にエンジンのバルブ構造について説明するが、排気ポートにおいても同様の構造を採用する。なお、エンジンは、燃料噴射装置を吸気ポート３内に設けるものに限らず、燃焼室２内に設けられて、燃焼室２内の吸入空気に燃料を噴射し混合気を形成する、筒内直接噴射式エンジンであってもよい。

バルブやその周囲のシリンダ等の基本的な構成は、従来例と同様である。すなわち、バルブ構造は、バルブ部材５と、そのバルブ部材５を弁孔４の閉弁方向に付勢する弾性部材６（以下、「バルブスプリング６」と称する。）とを備える。バルブ部材５は、軸状のバルブステム５ｂの一端に、弁孔４に接離する弁体部として機能する傘部５ａが設けられている。また、バルブステム５ｂの他端５ｃは、シリンダヘッド側へ伸びている。

バルブステム５ｂは、筒状のバルブステムガイド等を介して、シリンダ１に形成されたバルブ挿通孔に挿通され、シリンダ１に対して軸方向へ進退自在である。

また、バルブスプリング６は、その下端がシリンダ１に支持され、その上端は、円環状部材からなるリテーナ７の外周部の下面で支持されている。リテーナ７の内周部には、コッタ８を介してバルブステム５ｂが挿通される。

コッタ８は、その外面が円錐面となっている２つ割りの分割コレットである。このコッタ８が、同じく円錐面で構成されるリテーナ７の内面と、バルブステム５ｂの外面とにそれぞれ面接触する。

このとき、コッタ８の内面には抜け止め突起９が設けられており、この抜け止め突起９が、バルブステム５ｂの外面に形成された抜け止め凹部１０に入り込んで軸方向への抜け止め機能を発揮する。

ステムエンドであるバルブステム５ｂの他端５ｃ側には、シリンダヘッドに嵌め込み固定されたバルブリフタ（図示せず）が配置されている。このバルブリフタにカムが当接することにより、押圧力をバルブ部材５へと伝達する。

なお、カムを備えるカムシャフトへの動力の伝達は、カムシャフト側に設けたスプロケットとクランクシャフト側に設けたスプロケットとの間をタイミングチェーン等で連結することにより行われている。

コッタ８の内面には、周方向に沿って伸びる複数の抜け止め突起９が設けられている。この実施形態では、抜け止め突起９は、バルブステム５ｂの軸方向に沿って他端５ｃ側から傘部５ａ側である一端側に向かって順に、第一抜け止め突起９ａ、第二抜け止め突起９ｂ、第三抜け止め突起９ｃと、合計３つが等間隔に設けられている。全ての抜け止め突起９は、それぞれ周方向全周に亘る環状の突起である。なお、第一抜け止め突起９ａ、第二抜け止め突起９ｂ、第三抜け止め突起９ｃ間の幅及び互いの間隔は、バルブの仕様に応じて適宜設定できる。

バルブステム５ｂの外面には、複数の抜け止め突起９がそれぞれ入り込む周方向への複数の抜け止め溝１０が設けられている。この実施形態では、抜け止め溝１０は、バルブステム５ｂの軸方向に沿って他端５ｃ側から傘部５ａ側に向かって順に、第一抜け止め溝１０ａ、第二抜け止め溝１０ｂ、第三抜け止め溝１０ｃと、合計３つが等間隔に設けられている。全ての抜け止め溝１０は、それぞれ周方向全周に亘る環状の溝である。

第一抜け止め突起９ａが対応する第一抜け止め溝１０ａに、第二抜け止め突起９ｂが対応する第二抜け止め溝１０ｂに、第三抜け止め突起９ｃが対応する第三抜け止め溝１０ｃにそれぞれ入り込むことで、コッタ８とリテーナ７とは、バルブステム５ｂに対して軸方向他端５ｃ側へ抜けるのが防止される３ビード仕様である。

なお、コッタ８側の第一抜け止め突起９ａ、第二抜け止め突起９ｂ、第三抜け止め突起９ｃの間はそれぞれ凹溝１４となっており、他端５ｃ側から傘部５ａ側に向かって順に、第一凹溝１４ａ、第二凹溝１４ｂが形成されている。また、バルブステム５ｂ側の第一抜け止め溝１０ａ、第二抜け止め溝１０ｂ、第三抜け止め溝１０ｃ間はそれぞれ突条１３となっており、他端５ｃ側から傘部５ａ側に向かって順に第一突条１３ａ、第二突条１３ｂが形成されている。

このため、第一抜け止め突起９ａ、第二抜け止め突起９ｂ、第三抜け止め突起９ｃが、それぞれ対応する第一抜け止め溝１０ａ、第二抜け止め溝１０ｂ、第三抜け止め溝１０ｃに入り込めば、同時に、第一突条１３ａ、第二突条１３ｂが、それぞれ第一凹溝１４ａ、第二凹溝１４ｂに入り込んで互いに噛み合うことになる。

コッタ８とリテーナ７とは、コッタ８の外面の円錐面１１が、リテーナ７の内面の円錐面１２と面接触し、コッタ８とリテーナ７とは一体に軸周り回転する状態である。コッタ８とリテーナ７とは軸周り相対回転不能である。

なお、バルブステム５ｂは、コッタ８及びリテーナ７に対して軸周り相対回転可能に支持されている。コッタ８を構成する２つ割りの分割コレットは、バルブステム５ｂへの装着前の状態で、それぞれバルブステム５ｂの軸心を挟んで両側の分割面８ａ，８ｂ（図４（ｂ）の角度α参照）同士が同一面上になく、分割コレットの両側の分割面８ａ，８ｂ同士は、その平面視において、バルブステム５ｂの軸心を中心として、１８０度よりもやや小さい角度に設定されている。

そして、２つの分割コレットがリテーナ７によって外径側から内径側に締め付けられて弾性変形すると、両分割面８ａ，８ｂの面方向同士が、バルブステム５ｂの軸心を中心とする１８０度の位置関係となり、すなわち、同一面上に位置するようになる（図１（ｂ）参照）。これにより、２つの分割コレットの各分割面８ａ，８ｂ同士が面接触し、コッタ８がバルブステム５ｂの外面を過度に押圧することなく、バルブステム５ｂとコッタ８との相対回転を許容するようになっている。

すなわち、コッタ８は、２つ割りの分割コレットが、リテーナ７によって外径側から内径側に締め付けられてバルブステム５ｂに取り付けられ、分割コレット同士の接触部の押圧力は、その分割コレットの内面がバルブステム５ｂの外面に加える押圧力よりも大きくされている。

コッタ８の内面には、軸方向へ伸びる連通溝が設けられている。連通溝は、複数の抜け止め突起９のうちの第一抜け止め突起９ａを軸方向へ横断する第一連通溝２０ａと、第一抜け止め突起９ａに隣接する第二抜け止め突起９ｂを軸方向へ横断する第二連通溝２０ｂと、第二抜け止め突起９ｂに隣接する第三抜け止め突起９ｃを軸方向へ横断する第三連通溝２０ｃとを備える。

第一連通溝２０ａの他端５ｃ側の端部はコッタ８の端面側に向かって開放されており、第一連通溝２０ａ内の空間はシリンダ１内の空間に臨んでいる。また、第三連通溝２０ａの傘部５ａ側の端部はコッタ８の端面側に向かって開放されており、第三連通溝２０ａ内の空間はシリンダ１内の空間に臨んでいる。

第一連通溝２０ａ、第二連通溝２０ｂ、第三連通溝２０ｃは、互いに抜け止め突起９間に形成された凹溝１４を介して繋がっている。第一連通溝２０ａと第二連通溝２０ｂとは、第一凹溝１４ａを介して繋がっており、第二連通溝２０ｂと第三連通溝２０ｃとは、第二凹溝１４ｂを介して繋がっている。

なお、この実施形態では、抜け止め突起９を軸方向に沿って３つ設け、そのそれぞれに連通溝２０を一つずつ設けたが、連通溝２０の数は、コッタ８に形成された抜け止め突起９の段数等に応じて自由に設定できる。例えば、抜け止め突起９の段数が２段であれば、各抜け止め突起９にそれぞれ連通溝２０を一つずつ設けて、連通溝２０の数を合計２つとしてもよいし、また、抜け止め突起９の段数が４段であれば、各抜け止め突起９にそれぞれ連通溝２０を一つずつ設けて、連通溝２０の数を合計４つとしてもよい。さらに、１つの抜け止め突起９に対して、周方向に沿って複数の連通溝２０を設けてもよい。

これらの連通溝２０を設けたことにより、シリンダヘッド側から供給されるオイルは、図２に矢印で示すように、第一連通溝２０ａ、第一凹溝１４ａ、第二連通溝２０ｂ、第二凹溝１４ｂ、第三連通溝２０ｃを経由して、傘部５ａ側に流下する。このため、抜け止め突起９と抜け止め溝１０との間を効率的に潤滑することができる。

流路が、連通溝２０と凹溝１４とを交互に通過し、その流れ方向が軸方向、周方向へと交互に階段状に変化することも、円滑なオイルの流通に寄与している。

また、バルブステム５ｂが軸周りに回転することにより、凹溝１４内のオイルはその回転時の慣性により、流路に沿ってその移動が促進される。また、バルブ部材５が軸方向へ移動することにより、連通溝２０内のオイルはその軸方向移動の慣性により、流路に沿ってその移動が促進される。

このとき、連通溝２０は、バルブステム５ｂの他端５ｃに近い側が遠い側よりも、その溝の流路の断面積が大きくなるように形成されていることが望ましい。この実施形態では、第一連通溝２０ａ、第二連通溝２０ｂ、第三連通溝２０ｃの順に、徐々に溝幅が小さくなるように設定されている。このため、他端５ｃ側から傘部５ａ側に向かって流路が先細りとなって、傘部５ａ側にオイルが誘導されやすい。

連通溝２０の流路の断面積が、バルブステム５ｂの他端５ｃに近い側が遠い側よりも大きくなるようにするためには、例えば、第一連通溝２０ａ、第二連通溝２０ｂ、第三連通溝２０ｃの順に、徐々に溝の深さが浅くなるように設定してもよい。また、各連通溝間の溝幅の差異と溝の深さの差異を併用して、流路の断面積の差異を設定してもよい。

また、この実施形態では、連通溝は、バルブステム５ｂの他端５ｃに近い側から遠い側に向かって、軸方向に沿って順に周方向へ１２０度ずつずれた位置に設けられている。すなわち、第一連通溝２０ａ、第二連通溝２０ｂ、第三連通溝２０ｃの順に、周方向へ平面視反時計回りに１２０度ずつずれた位置に設けられている。
このため、全ての隣り合う連通溝２０間の周方向距離、すなわち、一つの連通溝２０を出たオイルが次なる連通溝２０に至るまでの周方向への移動距離が均等となり、円滑なオイルの誘導が可能である。

ただし、連通溝２０を設ける方位は、求められる潤滑の程度に応じて自由に設定できる。例えば、第一連通溝２０ａ、第二連通溝２０ｂ、第三連通溝２０ｃの順に、周方向へ平面視時計回りに１２０度ずつずれた位置に設けてもよい。また、例えば、第一連通溝２０ａ、第二連通溝２０ｂ、第三連通溝２０ｃの順に、周方向へ１８０度ずつずれた位置に設けてもよい。

なお、この実施形態では、バルブステム５ｂは、コッタ８及びリテーナ７に対して軸周り相対回転可能な構造を採用したが、バルブステム５ｂを、コッタ８及びリテーナ７に対して軸周り相対回転不能に支持する構造においても、この発明の連通溝を採用することができる。

また、この実施形態では、バルブ部材５を軸方向へ進退運動させる動弁装置として、ステムエンド側のバルブリフタにカムが当接することにより、押圧力をバルブ部材５へと伝達する構造としたが、その他にも、例えば、カムの作用によりロッカーアームを揺動させることにより、押圧力をバルブ部材５へと伝達する構造等、他の動弁装置を採用してもよい。

１ シリンダ
２ 燃焼室
３ ポート
４ 弁孔
５ バルブ部材（バルブ）
５ａ 傘部
５ｂ バルブステム
５ｃ ステムエンド（他端）
６ バルブスプリング
７ リテーナ
８ コッタ
９ 抜け止め突起
９ａ 第一抜け止め突起
９ｂ 第二抜け止め突起
９ｃ 第三抜け止め突起
１０ 抜け止め溝
１０ａ 第一抜け止め溝
１０ｂ 第二抜け止め溝
１０ｃ 第三抜け止め溝
１１，１２ 円錐面
１３ 突条
１３ａ 第一突条
１３ｂ 第二突条
１４ 凹溝
１４ａ 第一凹溝
１４ｂ 第二凹溝
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 連通溝

Claims (4)

1. バルブステムの一端に傘部を備えたバルブ部材と、
   前記バルブステムの他端側に配置されるコッタと、
   前記コッタの外周に配置されバルブスプリングを支持するリテーナと、
   前記コッタの内面に形成された環状の複数の抜け止め突起と、
   前記バルブステムの外面に形成され複数の前記抜け止め突起がそれぞれ入り込む環状の複数の抜け止め溝と、
   前記コッタの内面に形成された連通溝とを備え、
   前記連通溝は、
   前記複数の抜け止め突起のうちの一の抜け止め突起を軸方向へ横断する一の連通溝と、
   前記一の抜け止め突起に隣接する他の抜け止め突起を軸方向へ横断する他の連通溝とを備え、
   前記一の連通溝と前記他の連通溝とは、周方向にずれた位置に設けられていることを特徴とするバルブ構造。
2. 前記一の連通溝と前記他の連通溝とは、バルブステムの他端に近い側が遠い側よりも、その溝の流路の断面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ構造。
3. 前記連通溝は、前記バルブステムの軸方向に沿って少なくとも３箇所設けられて、その３箇所の連通溝は前記抜け止め突起間に形成された凹溝を介して繋がっており、
   前記３箇所の連通溝が、軸方向に沿って順に周方向へ１２０度ずつずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ構造。
4. 前記コッタは、２つ割りの分割コレットが前記リテーナによって外径側から内径側に締め付けられて前記バルブステムに取り付けられ、
   前記分割コレット同士の押圧力は、その分割コレットの内面が前記バルブステムの外面に加える押圧力よりも大きくされていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のバルブ構造。

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