JP2015081518A - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロッカーアームとバルブステムとの間の当接部をより効率的に潤滑する。【解決手段】エンジンの支持部１１に揺動自在に支持されたロッカーアーム２０と、軸状のバルブステム５ｂの一端ａにバルブの弁孔４に接離する傘部５ａが設けられ他端ｂの端面又は他端に装着されたキャップ７の端面にロッカーアーム２０が当接するバルブ部材５とを備えたエンジンの動弁構造において、ロッカーアーム２０は、そのロッカーアーム２０を貫通しその開口がバルブステム５ｂの他端ｂの端面又はキャップ７の端面に臨む給油孔２２を備える構成を採用した。傘部５ａが弁孔４を完全に閉鎖する最小リフト時に、給油孔２２の開口は、最小リフト時におけるロッカーアーム２０とバルブステム５ｂの他端ｂの端面又はキャップ７の端面との接触点と、最大リフト時におけるロッカーアームとバルブステム５ｂの他端ｂの端面又はキャップ７の端面との接触点との間に位置している。【選択図】図１

Description

この発明は、吸排気弁を開閉動作させるエンジンの動弁装置に関する。

従来から、エンジンの吸排気弁を開閉動作させる動弁装置として、ロッカーアームを用いた構造がある。

ロッカーアームは、エンジンのシリンダヘッドに設けた支持部に揺動自在に支持され、カムの回転に伴って揺動を繰り返すようになっている。

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の端面には、ロッカーアームの揺動端部が当接する。

ロッカーアームの揺動により、ロッカーアーム先端の揺動端部がバルブステムに近づく側へ移動し、バルブステムの他端をバルブスプリングの付勢力に抗して押圧すれば、吸気弁や排気弁を開弁する。また、ロッカーアームの揺動端部がバルブステムの端部から離れる方向へ移動すれば、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。

なお、特許文献１には、バルブをオイル潤滑するために、ロッカーアームの揺動端部に、給油用の貫通孔を設けた技術が開示されている。

特開昭６３−１８３４０７号公報（図面の第１２図、第１３図等を参照）

上記特許文献１によれば、ロッカーアームに設けた給油用の貫通孔を通じて、シリンダヘッド側のオイルをバルブ側へ供給することができる。

しかし、上記特許文献１の貫通孔はロッカーアーム揺動端部のうち、特にバルブステム側面を挟み込む箇所に設けられており、この給油孔の直下にはバルブステムは位置しておらず、オイルはバルブステムにほとんど当たることなく、燃焼室側に落下していく。このため、ロッカーアームとバルブステムとの当接部を潤滑する機能を果たしていない。ロッカーアームとバルブステムとの当接部は、ロッカーアームの揺動とともに常に互いに摺接しているので、摩耗防止等のため効率的に潤滑することが望ましい。また、バルブステムの他端にエンドキャップと呼ばれるキャップを装着する場合は、そのロッカーアームとキャップとの当接部を、同じく効率的に潤滑することが望ましい。

そこで、この発明の課題は、ロッカーアームとバルブステムとの間の当接部、又は、ロッカーアームとバルブステムに装着したキャップとの当接部をより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、シリンダヘッドの支持部に揺動自在に支持されたロッカーアームと、軸状のバルブステムの一端にバルブの弁孔に接離する傘部が設けられ他端の端面又は他端に装着されたキャップの端面に前記ロッカーアームが当接するバルブ部材とを備えたエンジンの動弁構造において、前記ロッカーアームは、そのロッカーアームを貫通しその開口が前記バルブステムの他端の端面又は前記キャップの端面に臨む給油孔を備える構成を採用した。

このとき、前記傘部が前記弁孔を完全に閉鎖する最小リフト時に、前記給油孔の開口は、前記最小リフト時における前記ロッカーアームと前記バルブステムの他端の端面又は前記キャップの端面との接触点と、最大リフト時における前記ロッカーアームと前記バルブステムの他端の端面又は前記キャップの端面との接触点との間に位置する構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記給油孔の内面は、前記バルブステムに面する側と反対側の面への開口から、前記バルブステム側の面への開口に向かって徐々に狭くなるテーパ穴である構成を採用することができる。

また、これらの各態様において、前記ロッカーアームは、前記バルブステムに面する側と反対側の面に凹状のオイル溜まりを備え、前記給油孔は、前記オイル溜まりに開口している構成を採用することができる。

さらに、これらの各態様において、前記ロッカーアームはカムシャフトの回転によって揺動し、前記カムシャフトはその上方又は側方に備えたオイルパイプに設けられた第一オイル供給部から噴射されるオイルによって潤滑されるようになっており、前記オイルパイプは、前記ロッカーアームの給油孔に向かってオイルを噴射する第二オイル供給部を備える構成を採用することができる。

この発明によれば、ロッカーアームに備えた給油孔の開口をバルブステムの端面又はキャップの端面に臨ませたので、ロッカーアームとバルブステムの他端の端面との間又はキャップの端面との間の摺接部を効率的に潤滑することができる。

また、最小リフト時に給油孔の開口が、その最小リフト時におけるロッカーアームと他端の端面又はキャップの端面との接触点と、最大リフト時におけるロッカーアームとバルブステムの他端の端面又はキャップの端面との接触点との間に位置するようにしたので、給油孔を通過したオイルは、バルブステムの他端の端面又はキャップの端面全域に行きわたりやすい。

この発明の一実施形態のエンジンの動弁装置を表す正面断面図である。 同実施形態のエンジンの動弁装置に用いられるロッカーアームを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 ロッカーアームとバルブステムとの当接部を示す要部拡大図であり、（ａ）はバルブステムの他端の端面をエンドキャップで構成している例、（ｂ）はエンドキャップを用いない例である。 （ａ）（ｂ）は、それぞれ他の実施形態のロッカーアームとバルブステムとの当接部を示す要部拡大図である。 他の実施形態のロッカーアームとバルブステムとの当接部を示す要部拡大図である。 さらに他の実施形態のエンジンの動弁装置に用いられるロッカーアームを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。

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動弁装置１０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。また、図面では、一つのシリンダ１のみを示しているが、エンジンは、単気筒であってもよいし、複数のシリンダ１を備えた多気筒であってもよい。

図１に示すように、シリンダ１には、燃焼室２に通じる吸気ポート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を例にエンジンの動弁装置１０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ことができる。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。

動弁装置１０は、図１に示すように、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、エンジンのシリンダ１に設けた支持部１１に揺動自在に支持されたロッカーアーム２０とを備える。バルブステム５ｂは、筒状のバルブステムガイド５ｃを介して、シリンダ１に形成されたバルブ挿通孔５ｄ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。

バルブスプリング６は、その下端、すなわち、燃焼室２に近い側の端部が受け部材６ａを介してシリンダ１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６ｂ及びコッタ６ｃを介してバルブステム５ｂに固定されている。リテーナ６ｂは円環状部材であり、その外周部でバルブスプリング６の上端を支持する。リテーナ６ｂの内周部には、コッタ６ｃを介してバルブステム５ｂが挿通される。

コッタ６ｃは、外周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６ｃが、同じく円錐面で構成されるリテーナ６ｂの内周面と、バルブステム５ｂの外周面とにそれぞれ面接触し、バルブステム５ｂとリテーナ６ｂを固定する。このとき、コッタ６ｃの内面には抜け止め突起６ｄが設けられており、この抜け止め突起６ｄがバルブステム５ｂの外周面に形成された抜け止め凹部５ｅに入り込んで軸方向への抜け止め機能を発揮する。

なお、この実施形態では、バルブステム５ｂは、コッタ６ｃ及びリテーナ６ｂに対して軸周り相対回転不能とされているが、このバルブステム５ｂを、コッタ６ｃ及びリテーナ６ｂに対して軸周り相対回転可能に支持する構造を採用する場合もある。

ロッカーアーム２０は、図２に示すように、支持端部２０ａから揺動端部２０ｂまでプレス加工等によって形成された長手状の本体部材２０ｃを備え、その本体部材２０ｃの長手方向の中程に、カム３０と摺接して力点として機能するローラ２１を備える。ローラ２１は支持軸２１ａによって本体部材２０ｃに回転自在に支持されている。

支持端部２０ａには、シリンダ１側に設けた前記支持部１１の凹部に嵌って、ロッカーアーム２０を揺動可能に支持する支点部材２５が設けられている。この実施形態では、支持部１１の凹部内面を球面とし、また、支点部材２５の外面を、その凹部内面に摺接する球面とすることにより、その球面同士の摺接によって、ロッカーアーム２０の揺動端部２０ｂが上下に揺動するようになっている。
支点部材２５の本体部材２０ｃへの固定は、その支点部材２５と一体のボルト２６が、本体部材２０ｃに設けられた孔に挿通され、ナット２７で締結されて一体化している。

バルブ部材５は、軸状のバルブステム５ｂの一端ａ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ｂは、ロッカーアーム２の揺動端部２０ｂまで伸びている。

ロッカーアーム２０の揺動端部２０ｂには、バルブステム５ｂの他端ｂに当接する当接部材２５が設けられている。当接部材２５の下面２４はスリッパ面となっている。なお、当接部材２５をロッカーアーム２０とは別材料からなる別体に形成してもよいし、同一材で一体に形成してもよい。

この実施形態では、バルブステム５ｂの他端ｂに、エンドキャップと呼ばれる金属製の凹状のキャップ７が嵌められている。このため、ロッカーアーム２０の当接部材２５の下面２４は、バルブステム５ｂのキャップ７の端面に当接する。すなわち、当接部材２５の下面２４は、キャップ７の端面に点接触する。キャップ７は、平面視円形であり前記端面を形成する端面部材７ａと、その端面部材７ａの周縁から、前記端面の反対側に向かって全周に亘って立ち上がる円筒状の周壁部７ｂを備える。

なお、バルブステム５ｂの他端ｂにキャップ７を嵌めないで使用する場合には、当接部材２５の下面２４は、バルブステム５ｂの他端ｂの端面に直接当接する。すなわち、当接部材２５の下面２４は、バルブステム５ｂの他端ｂの端面に点接触する。

カム３０が、カムシャフト３１の軸周りにカムシャフト３１と共に回転することにより、カム３０のカム面３０ａからローラ２１に対して押圧力が作用する。カム３０の作用により、ロッカーアーム２０は、支持端部２０ａを支点として揺動端部２０ｂが、シリンダヘッド側と燃焼室２側とを結ぶ方向に上下動する。

このとき、当接部材２５が下降すれば、当接部材２５の下面２４が、バルブステム５ｂの他端ｂをバルブスプリング６の弾性力に抗して押圧し、バルブ部材５が下降して弁孔４を開放させる。当接部材２５が上昇すれば、バルブ部材５は、バルブスプリング６の弾性力によって上昇し、弁孔４を閉鎖する。このように、カム３０の回転及びそれに伴うロッカーアーム２０の揺動によって、バルブ部材５は、所定のタイミングで吸気ポート３を開閉する。

なお、カムシャフト３１への動力の伝達は、カムシャフト３１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。

ここで、ロッカーアーム２０の当接部材２５には、そのロッカーアーム２０を貫通し、キャップ７の端面に臨む給油孔２２が設けられている。

給油孔２２のバルブステム５ｂ側の開口は、図３（ａ）に示すように、バルブステム５ｂの軸心ｃから偏心した位置ｍで、キャップ７の端面に臨んでいる。位置ｍは、断面円形の給油孔２２の中心線ｄと端面との交点である。図３（ａ）は、傘部５ａが弁孔４を完全に閉鎖する最小リフト時のようすを示している。符号ｐは、その最小リフト時におけるロッカーアーム２０の当接点である。

給油孔２２を設けたことにより、ロッカーアーム２０とキャップ７の端面との当接部を、その軸心ｃ付近のみならず、その端面全面にわたってより効率的に潤滑することができる。さらに、キャップ７は、バルブステム５ｂに対してそのバルブステム５ｂの軸心ｃ周りに回転自在であるので、その回転とともに、オイルが端面全体に行きわたりやすい。

これらの効果は、キャップ７を省略した場合においても同様である。特に、バルブステム５ｂがシリンダ１に対して軸周り相対回転可能である場合は、キャップ７の回転と同じ効果が期待できる。

ロッカーアーム２０を揺動させるカムシャフト３１は、図１に示すように、その上方に備えたオイルパイプ３２に設けられた第一オイル供給部３２ａから噴射されるオイルによって潤滑されるようになっている。

このオイルパイプ３２に、ロッカーアーム２０の給油孔２２に向かってオイルを噴射する第二オイル供給部３２ｂが設けられている。第二オイル供給部３２ｂを備えたことにより、ロッカーアーム２０の給油孔２２へのオイルの供給を充分に確保することができる。この実施形態では、第一オイル供給部３２ａは、オイルパイプ３２に設けられカム３０を指向する下向きの孔であるのに対し、第二オイル供給部３２ｂは、ロッカーアーム２０の給油孔２２を指向する横向き又は斜め下向きの孔で構成されている。

また、ロッカーアーム２０の揺動端部２０ｂには、その上面、すなわち、バルブステム５ｂに面する側と反対側の面に、凹状のオイル溜まり２３を備えている。また、給油孔２２は、そのオイル溜まり２３に開口している。このため、給油孔２２及びバルブステム５ｂ側へのオイルの供給を円滑にすることができる。

なお、バルブステム５ｂに装着するキャップ７を省略した場合、図３（ｂ）に示すように、給油孔２２の開口は、バルブステム５ｂの他端ｂの端面に直接臨むこととなる。この際も、給油孔２２の開口は、バルブステム５ｂの軸心ｃから偏心した位置に臨んでいるので、バルブステム５ｂの他端ｂの端面を、その軸心ｃ付近のみならず、その端面全面にわたってより効率的に潤滑することができる。図３（ｂ）が、最小リフト時のようすを示している点は同様である。

また、バルブステム５ｂの軸心ｃは、図１に示すように、バルブステム５ｂの他端ｂが一端ａよりも一方向側、すなわち、ロッカーアーム２０の支持端部２０ａ側へ傾斜している。この傾斜は、鉛直方向に対して角度αに相当する。

そして、給油孔２２の開口は、バルブステム５ｂの軸心ｃから他方向側、すなわち、ロッカーアーム２０の支持端部２０ａから遠い側へ偏心した位置でキャップ７の端面、又は、バルブステム５ｂの他端ｂの端面に臨んでいる。キャップ７の端面やバルブステム５ｂの他端ｂの端面は、いずれも軸心ｃに直交する平面で構成されているので、その平面は、一方向側から他方向側へ向かって仰角αの上り勾配である。

ここで、給油孔２２の開口を、バルブステム５ｂの軸心ｃからその軸心ｃの傾斜方向とは逆側、すなわち、前記端面の上り勾配の上方寄り（他方向側）へ偏心した位置で、その端面に臨ませたので、給油孔２２を通過したオイルは、ロッカーアーム２０との当接面であるキャップ７の端面、あるいは、バルブステム５ｂの他端ｂの端面の全域に行きわたりやすい。

なお、最小リフト時は、ロッカーアーム２０の揺動端部２０ｂの位置が比較的上方に位置し、揺動端部２０ｂは、カム３０の上方に備えたオイルパイプ３２に近い位置にある。このため、少なくともオイルが供給されやすい最小リフト時において、給油孔２２の開口は、バルブステム５ｂの軸心ｃから他方向側、すなわち、端面の勾配の上方寄りへ偏心した位置でキャップ７の端面、又は、バルブステム５ｂの他端ｂの端面に臨んでいることが望ましい。

この実施形態では、図４（ａ）に示すように、最小リフト時における給油孔２２の開口の位置を、最小リフト時におけるロッカーアーム２０とバルブステム５ｂの他端ｂの端面（キャップ７を用いる場合はキャップ７の端面）との接触点ｐと、最大リフト時におけるローカーアーム２０とバルブステム５ｂの他端ｂの端面（キャップ７を用いる場合はキャップ７の端面）との接触点ｑとの間に配置している。最大リフト時において、給油孔２２の開口が端面に臨む点は符号ｎで示す点である。符号ｎで示す位置は、給油孔２２の中心線ｄと端面との交点である。

給油孔２２の開口が、少なくとも最小リフト時において、ロッカーアーム２０とバルブステム５ｂとの摺接範囲（キャップ７を用いる場合はキャップ７との摺接範囲）に位置するため、潤滑が必要な範囲に充分なオイルの供給が可能である。特に、最大リフト時おけるロッカーアーム２０とバルブステム５ｂの他端ｂの端面（キャップ７を用いる場合はキャップ７の端面）との接触点ｑにも、給油孔２２の開口が臨む期間が設定されるので、オイルが不足しがちな最大リフト時において、その潤滑性能を高めることができる。

また、図４（ｂ）は、最小リフト時における給油孔２２の開口の位置を、バルブステム５ｂの端面において軸心ｃ（キャップ７を用いる場合はキャップ７の端面において軸心ｃ）に位置させたものである。この例において、最小リフト時において、給油孔２２の開口の位置は軸心ｃに対して偏心していないが、ここでも、最小リフト時における給油孔２２の開口の位置は、最小リフト時におけるロッカーアーム２０とバルブステム５ｂの他端ｂの端面（キャップ７を用いる場合はキャップ７の端面）との接触点ｐと、最大リフト時におけるローカーアーム２０とバルブステム５ｂの他端ｂの端面（キャップ７を用いる場合はキャップ７の端面）との接触点ｑとの間に位置している。

なお、バルブステム５ｂの軸心ｃの傾き、及び、バルブステム５ｂの他端ｂの端面（キャップ７を用いる場合はキャップ７の端面）の勾配が設定されていないエンジンにおいても、給油孔２２を設けた効果が期待できる。
特に、最小リフト時における給油孔２２の開口の位置を、最小リフト時におけるロッカーアーム２０とバルブステム５ｂの他端ｂの端面（キャップ７を用いる場合はキャップ７の端面）との接触点ｐと、最大リフト時におけるロッカーアーム２０とバルブステム５ｂの他端ｂの端面（キャップ７を用いる場合はキャップ７の端面）との接触点ｑとの間に配置すれば、両者の当接部へのオイルの供給を促進する効果が期待できる。
さらに、キャップ７がバルブステム５ｂの軸心ｃ周りに回転可能である場合、キャップ７を省略し且つバルブステム５ｂがシリンダ１に対して軸心ｃ周りに相対回転可能である場合は、その遠心力効果も手伝って、広い範囲に円滑にオイルを供給することができる。

図５は、ロッカーアーム２０の揺動端部２０ｂに設ける凹状のオイル溜まり２３の設置を省略したものである。それ以外の構成は、前述の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

図６は、給油孔２２の内面を、シリンダヘッド側、すなわち、バルブステム５ｂに面する側と反対側の面への開口から、燃焼室２側、すなわち、バルブステム５ｂ側の面への開口に向かって徐々に狭くなるテーパ穴としたものである。

給油孔２２の内面形状を、バルブステム５ｂ側に向かって徐々に狭まるテーパ穴とすることにより、オイルはロッカーアーム２０上から給油孔２２へ導かれやすくなり、バルブステム５ｂやキャップ７との当接部をより効率的に潤滑できるようになる。

また、テーパ穴を採用したことにより、ロッカーアーム２０の上昇時、すなわち、ロッカーアーム２０がバルブの最大リフト時に対応する位置から最小リフト時に対応する位置へ戻る場合、そのロッカーアーム２０の揺動に伴う慣性力が働いて、給油孔２２内のオイルを残らずバルブステム５ｂ側に向かって排出することができる。

１ シリンダ
２ 燃焼室
３ 吸気ポート
４ 弁孔
５ バルブ部材（バルブ）
５ａ 傘部
５ｂ バルブステム
６ バルブスプリング
７ キャップ
１０ 動弁装置
１１ 支持部
２０ ロッカーアーム
２１ ローラ
２２ 給油孔
２３ オイル溜まり
２４ 下面
２５ 当接部材
３０ カム
３１ カムシャフト
３２ オイルパイプ

Claims (5)

1. シリンダヘッドの支持部に揺動自在に支持されたロッカーアームと、
   軸状のバルブステムの一端にバルブの弁孔に接離する傘部が設けられ他端の端面又は他端に装着されたキャップの端面に前記ロッカーアームが当接するバルブ部材とを備えたエンジンの動弁構造において、
   前記ロッカーアームは、そのロッカーアームを貫通しその開口が前記バルブステムの他端の端面又は前記キャップの端面に臨む給油孔を備えることを特徴とするエンジンの動弁装置。
2. 前記傘部が前記弁孔を完全に閉鎖する最小リフト時に、前記給油孔の開口は、前記最小リフト時における前記ロッカーアームと前記他端の端面又は前記キャップの端面との接触点と、最大リフト時における前記ロッカーアームと前記他端の端面又は前記キャップの端面との接触点との間に位置することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁装置。
3. 前記給油孔の内面は、前記バルブステムに面する側と反対側の面への開口から、前記バルブステム側の面への開口に向かって徐々に狭くなるテーパ穴であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの動弁装置。
4. 前記ロッカーアームは、前記バルブステムに面する側と反対側の面に凹状のオイル溜まりを備え、前記給油孔は、前記オイル溜まりに開口していることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のエンジンの動弁装置。
5. 前記ロッカーアームはカムシャフトの回転によって揺動し、前記カムシャフトはその上方又は側方に備えたオイルパイプに設けられた第一オイル供給部から噴射されるオイルによって潤滑されるようになっており、前記オイルパイプは、前記ロッカーアームの給油孔に向かってオイルを噴射する第二オイル供給部を備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のエンジンの動弁装置。

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