JP2015206283A - エンジンの動弁構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフト部材に対するカムローブの軸方向への移動を規制する。
【解決手段】複数のバルブ部材５のバルブステム５ｂの他端にそれぞれ設けられるタペット７と、タペット７の端壁部７ａの外面７ｄにそれぞれ摺接するカムローブ１１を一体の部材で形成したカム部材１２と、カム部材１２をそのカム部材１２とは別部材からなるシャフト部材１０に固定したカムシャフトＳとを備え、タペット７の端壁部７ａの外面７ｄは中央部が外周部よりも凸に、カムローブ１１のカム面１１ａは軸方向中央部が両端部よりも凸に形成され、カム部材１２が備える二つのカムローブ１１におけるカム面１１ａの頂部を通る各カム面中心線ｃ，ｃを、対応する各タペット７の端壁部７ａの外面７ｄの頂部を通る端壁部外面中心線ｂ，ｂ同士の間に配置したエンジンの動弁構造とした。また、バルブステム５ｂの軸心ａは、対応するタペット７の端壁部外面中心線ｂに対して、カムローブ１１が偏心する側と逆側に配置した。
【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構造に関する。

従来から、エンジンの吸排気弁を開閉動作させる動弁構造として、カムシャフトとタペットを用いた構造がある。

通常、吸排気弁の弁体としては、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。

タペットは、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（以下、「ステムエンド」と称する。）に配置される。その形状は、平面視円形の端壁部と、その端壁部の周縁からバルブ部材側に立ち上がる円筒状の周壁部とを有するカップ状である。

タペットの端壁部の外面に、エンジンのクランク軸の回転とともに回転するカムシャフトに設けられたカムローブが当接する。カムローブのカム面が、タペットを介して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、カム面による押圧が弱まれば、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。

ところで、カムシャフトの構造として、軸部材からなるシャフト部材に、そのシャフト部材とは別部材からなるカムローブを固定して一体化した組立式のカムシャフトがある。

組立式のカムシャフトは、シャフト部材とは別部材からなるカムローブを、焼き嵌め等によってシャフト部材の軸方向一端から順次挿入していき、キーを用いて各カムローブをシャフト部材の所定の軸方向位置、所定の軸周り方位に固定している（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００５−９０３４５号公報 特開２０１１−１４９３１９号公報（第５頁、明細書段落００２１）

上記組立式のカムシャフトによれば、カムローブに対する回転方向への繰返し荷重に伴って、カムローブをシャフト部材に保持しているキーにフレッチング摩耗が発生する場合がある。キーに摩耗が発生すると、カムローブがカムシャフトの軸方向に対して移動してしまう懸念がある。カムローブが軸方向に移動することは、タペット及びバルブへの適正な押圧力の付与を阻害する恐れがあるので好ましくない。また、カムローブが移動して隣接するカムジャーナルキャップ等に接触すると、部材の摩耗の原因となるので好ましくない。

そこで、この発明の課題は、シャフト部材に対するカムローブの軸方向への移動を規制することである。

上記の課題を解決するために、この発明は、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る複数のバルブ部材と、前記バルブステムの他端にそれぞれ設けられ前記他端が当接する端壁部とその端壁部の周縁から前記傘部側へ立ち上がる周壁部とからなるタペットと、前記複数のバルブ部材の前記タペットの端壁部外面にそれぞれ摺接するカムローブを一体の部材で形成したカム部材と、前記カム部材をそのカム部材とは別部材からなるシャフト部材に固定したカムシャフトとを備え、前記タペットの端壁部外面はそれぞれ中央部が外周部よりも凸に形成されており、前記カム部材が備える二つの前記カムローブにおける前記カムシャフトの軸方向に対する各カムローブ中心線を、対応する前記各タペットの前記端壁部外面の頂部を通る端壁部外面中心線同士の間、又は、前記端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したことを特徴とするエンジンの動弁構造を採用した。

また、この構成において、前記カムローブのカム面は前記カムシャフトの軸方向における中央部が両端部よりも凸に形成されており、前記カム部材が備える二つの前記カムローブにおける前記カム面の頂部を通る各カム面中心線を、対応する前記各タペットの前記端壁部外面中心線同士の間、又は、前記端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したことを特徴とするエンジンの動弁構造を採用した。

上記の各構成において、前記カム部材は、そのカム部材が備える前記カムローブから選択される二つのカムローブが、そのカム部材が備える軸方向両端の前記カムローブ間の中点を挟んで、軸方向へ対称に配置した構成を採用することができる。

さらに、上記の各構成において、前記バルブステムの軸心を、対応する前記タペットの前記端壁部中心線に対して、そのタペットに摺接するカムローブが偏心する側と逆側に配置した構成を採用することができる。

この発明は、一体の部材で形成された二つのカムローブにおける各カムローブ中心線を、中央部が両端部より凸に形成された各タペットの端壁部外面の頂部を通る端壁部外面中心線同士の間に、又は、端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したので、シャフト部材に対するカムローブの軸方向への移動を規制することができる。

あるいは、一体の部材で形成された二つのカムローブの中央部が両端部よりも凸に形成されたカム面の頂部を通る各カム面中心線を、各タペットの端壁部外面の頂部を通る端壁部外面中心線同士の間、又は、前記端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したので、シャフト部材に対するカムローブの軸方向への移動を規制することができる。
また、カムローブのカム面に、タペット同様の凸面形成加工を施すことにより、カムローブの軸方向への移動規制効果と併せて、タペット表面への傷、摩耗低減効果も期待できる。

この発明の一実施形態のエンジンの動弁構造を表す正面断面図である。 他の実施形態を示す要部拡大図である。 さらに他の実施形態を示す正面断面図である。 カムシャフトとバルブとの配置を示す断面図である。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。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、エンジンは、複数の吸気バルブ又は複数の排気バルブを並列して備える限りにおいて、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。

カムシャフトＳは、図１に示すように、軸部材からなるシャフト部材１０と、そのシャフト部材１０に固定されるカム部材１２とを備える。

カム部材１２は、複数のカムローブ１１を一体の部材で形成した金属製の部材である。この実施形態では、軸方向に隣接する二つのカムローブ１１を一体の部材で形成している。また、シャフト部材１０は、カム部材１２とは別部材からなる金属製の部材である。カム部材１２は、カムローブ１１の数が、エンジンのバルブの数と同数になるように、適宜の数配置される。

シャフト部材１０は、軸方向全長に亘って断面円形の一様な断面形状を有している。このシャフト部材１０の軸方向一端には大径部２１が形成されており、この大径部２１にスプロケットやプーリ等が固定される。

この実施形態では、図１に示すように、軸方向に隣り合うカムローブ１１は、カムジャーナル１４を介して接続され、カムジャーナル１４の外周にはカムジャーナルキャップ２０が配置されている。カムジャーナルキャップ２０は、シャフト部材１０の軸方向に沿って複数配置される。

カムシャフトＳは、これらのカムジャーナルキャップ２０及びカムジャーナル１４を介して、シリンダヘッドに回転可能に支持されている。

カム部材１２は、シャフト部材１０上に設けたキー溝１３ａと、カム部材１２のシャフト挿通孔内面に設けたキー溝１３ｂとに、１本のキー１３を挿通することにより、シャフト部材１０と一体化されている。この一体化により、カム部材１２はシャフト部材１０に対して相対回転不能、軸方向相対移動不能である。

このカムシャフトＳが配置されるエンジンの例を、図４に示す。エンジンのシリンダ１には、燃焼室２に通じるポート３と、このポート３の弁孔４を開閉するバルブ部材５が設けられている。ポート３は吸気ポートと排気ポートとがある。吸気ポート内には、その吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射装置（図示せず）が設けられ、吸気ポート内の吸入空気に燃料を噴射し混合気を形成する。

吸気ポート及び排気ポートを開閉するバルブ構造は、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バルブスプリング６とを備える。バルブ部材５は、軸状のバルブステム５ｂと、そのバルブステム５ｂの一端にバルブの弁孔４に接離する傘部５ａとを備える。バルブステム５ｂは、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。

バルブスプリング６は、その下端、すなわち、燃焼室２に近い側の端部がバルブスプリングシートを介してシリンダ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８及びコッタ９を介してバルブステム５ｂに固定されている。

バルブステム５ｂの他端側には、そのバルブステム５ｂの他端（ステムエンド）の端面が当接するタペット７が配置される。タペット７は、平面視円形の端壁部７ａと、その端壁部７ａの周縁からバルブ部材５側に立ち上がる円筒状の周壁部７ｂとを有するカップ状の部材である。

タペット７は、シリンダヘッド内に形成されたガイド孔に嵌り、そのガイド孔の内面に摺動する。ステムエンドは、タペット７の端壁部７ａの内面に設けた凸部７ｃに当接し、また、その端壁部７ａの外面７ｄに、エンジンのクランク軸の回転とともに回転するカムローブ１１が当接する。

カムローブ１１が回転すると、そのカムローブ１１の外周のカム面１１ａは、対応するタペット７の端壁部７ａの外面７ｄにそれぞれ摺接する。カムの作用により、タペット７を介してバルブステム５ｂがバルブスプリング６の付勢力に抗して押圧されれば、バルブ部材５が下降して弁孔４を開放させる。カムの作用による押圧力が弱まれば、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、カムローブ１１の回転によって、バルブ部材５は、所定のタイミングでポート３を開閉する。

カムローブ１１を備えたカムシャフトＳへの動力の伝達は、カムシャフトＳの大径部２１に設けたスプロケットやプーリ等と、クランクシャフト側に設けたスプロケットやプーリ等との間をタイミングチェーンやベルト等で連結することにより行われている。

タペット７の端壁部７ａの外面７ｄには、それぞれクラウニング（凸状面）が形成されている。すなわち、タペット７の端壁部７ａの外面７ｄは、それぞれ中央部が外周部よりも凸に形成されている。このクラウニングは、図１に示すように、タペット７の中心線（平面視における端壁部７ａの中心を通り、バルブステム５ｂの軸心方向に伸びる線）上に頂部を備え、その頂部から端壁部７ａと周壁部７ｂとの稜線に向かって、全周に亘って徐々に傘部５ａ側へ傾斜している。その傾斜面は、正面視の断面において、頂部から稜線に向かって円弧形状である。タペット７の端壁部７ａの外面７ｄに設けられるクラウニングの中心線である端壁部外面中心線（端壁部７ａの外面７ｄのクラウニングの頂部を通り、バルブステム５ｂの軸心方向に伸びる線で、以下、クラウニング中心線ｂと称する。）は、このタペット７の中心線に一致している。

また、カムローブ１１のカム面１１ａにもクラウニングが形成されている。すなわち、カムローブ１１のカム面１１ａは、カムシャフトＳの軸方向における中央部が両端部よりも凸に形成されている。このクラウニングは、カム面１１ａのカムシャフトＳの軸方向に対する中心線上に頂部を備え、その頂部からカム面１１ａの軸方向端部に向かって、軸周り全周に亘って徐々にカムシャフトＳの軸心側へ傾斜している。その傾斜面は、正面視の断面において、頂部からカム面１１ａの軸方向端部に向かって円弧形状であり、カムローブ１１の断面は全体として樽型を成している。カムローブ１１のカム面１１ａに設けられるクラウニングの中心線であるカム面中心線ｃ（カムローブ１１におけるクラウニングの頂部を通り、バルブステム５ｂの軸心方向に伸びる線で、以下、カム側クラウニング中心線ｃと称する。）は、カム面１１ａのカムシャフトＳの軸方向に対する中心線（以下、カムローブ中心線と称する。）に一致している。

ここで、一つのカム部材１２が備える二つのカムローブ１１におけるカム側クラウニング中心線ｃ，ｃは、対応する各タペット７のクラウニング中心線ｂ，ｂ同士の間に配置されている。

このように、タペット７側のクラウニング中心線ｂと、カムローブ１１側のカム側クラウニング中心線ｃとをオフセットすることにより、二つのカムローブ１１は、いずれも両側のタペット７のクラウニングの頂部間に挟まれた配置となる。このため、カムローブ１１は、タペット７のクラウニングの頂部を乗り越えることができず、カム部材１２が、スラスト方向へ移動することが規制される。すなわち、カムローブ１１が、カムシャフトＳの軸方向へ移動することを防止することができる。

また、この実施形態では、図１に示すように、バルブステム５ｂの軸心ａを、対応するタペット７のクラウニング中心線ｂに対して、そのタペット７に摺接するカムローブ１１が偏心する側と逆側に偏心させて配置している。

図１において、図中左側のバルブステム５ｂの軸心ａは、対応する左側のタペット７のクラウニング中心線ｂに対して、カムローブ１１のカム側クラウニング中心線ｃの位置する側の反対側に配置されている。また、図中右側のバルブステム５ｂの軸心ａは、対応する右側のタペット７のクラウニング中心線ｂに対して、カムローブ１１のカム側クラウニング中心線ｃが位置する側の反対側に配置されている。

このように、バルブステム５ｂの軸心ａを、タペット７のクラウニング中心線ｂに対して、すなわち、タペット７の中心線に対して、カムローブ１１と逆方向にオフセットさせたので、タペット７の回転性が向上し、タペット摩耗低減に寄与することができる。タペット７に対してカムローブ１１をオフセットさせたことに伴い、このようにバルブステム５ｂをオフセットすることが、タペット７の回転を円滑にする上で有効である。

なお、タペット７の回転性が確保できるならば、図２に示す実施形態のように、バルブステム５ｂの軸心ａを、タペット７のクラウニング中心線ｂに対して、すなわち、タペット７の中心線に対して一致させてもよい。

他の実施形態を図３に示す。

この実施形態は、一つのカム部材１２が備える二つのカムローブ１１における各クラウニングの頂部を通るカム側クラウニング中心線ｃ，ｃを、それぞれ、対応する各タペット７のクラウニングの頂部を通るクラウニング中心線ｂ，ｂ同士の間よりも外側に配置したものである。二つのカムローブ１１のカム側クラウニング中心線ｃ，ｃの間に、タペット７のクラウニング中心線ｂ，ｂが挟まれた配置である。

このように、タペット７側のクラウニング中心線ｂと、カムローブ１１側のカム側クラウニング中心線ｃとをオフセットすることにより、二つのカムローブ１１は、いずれも二つのタペット７のクラウニングの頂部間の外側への配置となる。このため、カムローブ１１は、タペット７のクラウニングの頂部を乗り越えることができず、カム部材１２が、スラスト方向へ移動することが規制される。すなわち、カムローブ１１が、カムシャフトＳの軸方向へ移動することを防止することができる。

図３では、バルブステム５ｂの軸心ａを、対応するタペット７のクラウニング中心線ｂに対して、そのタペット７に摺接するカムローブ１１が偏心する側と逆側に偏心させて配置しているが、バルブステム５ｂの軸心ａを、タペット７のクラウニング中心線ｂに一致させてもよい点は同様である。

この実施形態では、カムローブ１１のカム側クラウニング中心線ｃを、カム面１１ａのカムシャフトＳの軸方向に対する中心線であるカムローブ中心線に一致させていたが、カムローブ１１のカム側クラウニング中心線ｃが、カム面１１ａのカムローブ中心線に一致していない態様も考えられる。

さらに、カムローブ１１のカム面１１ａに、クラウニングを設けない態様を採用することもできる。

この場合、タペット７の端壁部７ａの外面７ｄには、それぞれクラウニングが形成されているので、カム部材１２が備える二つのカムローブ１１のカム面１１ａにおけるカムシャフトＳの軸方向に対する中心線である各カムローブ中心線を、対応する各タペット７のクラウニングの頂部を通るクラウニング中心線ｂ，ｂ同士の間に配置するとよい。二つのカムローブ１１のカムローブ中心線が、いずれも両側のタペット７のクラウニングの頂部間に挟まれた配置となる。

あるいは、カム部材１２が備える二つのカムローブ１１のカム面１１ａにおけるカムシャフトＳの軸方向に対する各カムローブ中心線を、対応する各タペット７のクラウニング中心線ｂ，ｂ同士の間よりも外側に配置するとよい。二つのカムローブ１１のカムローブ中心線の間に、タペット７のクラウニング中心線ｂ，ｂが挟まれた配置である。

このように、カム面１１ａにクラウニングを設けない構成においても、カム部材１２が、スラスト方向へ移動することを規制することができる。

なお、カム部材１２が、例えば、三つ以上のカムローブ１１を一体の部材として備える場合、それらのカムローブ１１から選択される二つのカムローブ１１が、上記各実施形態のようなタペット７との位置関係に配置されていることが望ましい。その選択される二つのカムローブ１１は、カム部材１２が備える軸方向両端のカムローブ１１，１１のカムローブ中心線間の中点を挟んで、軸方向へ対称に配置されているものであることが望ましく、また、その場合、他のカムローブ１１は、タペット７に対して偏心していないことが望ましい。特に、選択される二つのカムローブ１１は、軸方向両端のカムローブ１１，１１とすることが望ましい。

カムシャフトＳを組立てる際には、まず、二つのカムローブ１１を備えたカム部材１２の軸方向孔に、軸部材からなるシャフト部材１０を挿通する。カム部材１２の軸方向孔へのシャフト部材１０の挿通は、焼き嵌め等によって行ってよい。カム部材１２が所定の軸方向位置、軸周り方位に配置されたら、キー溝１３ａ，１３ｂ内にキー１３を圧入することにより、シャフト部材１０にカム部材１２を固定する。その後、次なるカム部材１２の取り付けを行う。軸方向に隣接するカム部材１２，１２間にスペーサや一体型カムジャーナル等を配置する場合は、そのスペーサや一体型カムジャーナル等を配置した後、次のカム部材１２の取り付けを行う。

カム部材１２のカムローブ１１，１１間のカムジャーナル外周にカムジャーナルキャップ２０を配置する場合は、カムローブ１１が比較的大径であるので、分割型カムジャーナルキャップを用いる。シャフト部材１０にカム部材１２を固定した後、カムローブ１１，１１間のカムジャーナル１４にカムジャーナルキャップ２０を宛がい、カムシャフトＳをシリンダヘッド内の予め定められた箇所にボルト等を用いて固定する。

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
７ タペット
７ａ 端壁部
７ｂ 周壁部
７ｄ 外面
１０ シャフト部材
１１ カムローブ
１１ａ カム面
１２ カム部材
１３ キー
１４ カムジャーナル
２０ カムジャーナルキャップ
Ｓ カムシャフト

Claims (4)

1. 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る複数のバルブ部材と、
   前記バルブステムの他端にそれぞれ設けられ前記他端が当接する端壁部とその端壁部の周縁から前記傘部側へ立ち上がる周壁部とからなるタペットと、
   前記複数のバルブ部材の前記タペットの端壁部外面にそれぞれ摺接する複数のカムローブを一体の部材で形成したカム部材と、
   前記カム部材をそのカム部材とは別部材からなるシャフト部材に固定したカムシャフトとを備え、
   前記タペットの端壁部外面はそれぞれ中央部が外周部よりも凸に形成されており、
   前記カム部材が備える少なくとも二つの前記カムローブにおける前記カムシャフトの軸方向に対する各カムローブ中心線を、対応する前記各タペットの前記端壁部外面の頂部を通る端壁部外面中心線同士の間、又は、前記端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したことを特徴とするエンジンの動弁構造。
2. 前記カムローブのカム面は前記カムシャフトの軸方向における中央部が両端部よりも凸に形成されており、
   前記カム部材が備える少なくとも二つの前記カムローブにおける前記カム面の頂部を通る各カム面中心線を、対応する前記各タペットの前記端壁部外面中心線同士の間、又は、前記端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁構造。
3. 前記カム部材は、そのカム部材が備える前記カムローブから選択される二つのカムローブが、そのカム部材が備える軸方向両端の前記カムローブ間の中点を挟んで、軸方向へ対称に配置した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構造。
4. 前記バルブステムの軸心を、対応する前記タペットの前記端壁部外面中心線に対して、そのタペットに摺接するカムローブが偏心する側と逆側に配置した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構造。

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