JP2015224573A - 動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張や熱変形による不具合を生じないようにしつつも、カムの摩耗、損傷を簡易な構成によって抑制することができる動弁機構を提供する。
【解決手段】動弁機構１１は、カム２１と、カムが接触するローラ面３１ａを有するロッカーアーム３１と、ロッカーアームのうちローラ面よりも一端側に先端を接触させた支持部材５１と、ロッカーアームのうちローラ面よりも他端側に、バルブステム４１ｃのバルブステムエンド４１ｂを対向させたバルブ４１と、を備え、カムによってローラ面が押圧されると、支持部材の先端５１ｂを支点としてロッカーアームが揺動し、ロッカーアームによってバルブステムエンドが押圧されてバルブステムが軸方向に移動し、バルブのバルブヘッド４１ａが吸気ポート７のバルブシート７ａから離間する。また、ローラ面をカムに押し付ける付勢力を、支持部材を介してロッカーアームに作用させる付勢部材５３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、カムの回転動力を、ロッカーアームを介してバルブに伝達する動弁機構に関する。

従来の動弁機構として、例えば特許文献１に示されるように、所謂スイングアーム式の動弁機構が知られている。この動弁機構においては、ロッカーアームの一端側に、ピボット部（アジャストスクリュの先端）が接触するピボット受けが形成され、他端側にバルブステムを押圧する押圧部が形成されている。そして、カムによってロッカーアームのローラ面が押圧されると、ピボット部を支点としてロッカーアームが揺動し、押圧部によってバルブステムが軸方向に移動して、吸気ポートまたは排気ポートが開弁される。

特開２００８−２８０９７６号公報

上記の動弁機構においては、カムとロッカーアームとの間にバルブクリアランスが設けられており、バルブリフトしていない状態、すなわち、ロッカーアームが揺動しておらず初期の姿勢に保持されている状態では、カムとロッカーアームとが非接触となるように設計されている。これにより、熱膨張や熱変形によって、バルブステムがロッカーアーム側に伸長したとしても、この伸長分がバルブクリアランスによって吸収され、不具合が生じないようになっている。

しかしながら、上記のようにバルブクリアランスを設けると、カムとロッカーアームとが非接触状態となっているときに、カムの外周面に対してローラ面が傾くようにロッカーアームが振動する場合がある（所謂ピッチング）。このように、ローラ面がカムの外周面に対して傾いた状態で、カムとロッカーアーム（ローラ面）との接触が開始されると、カムの外周面が、ローラ面にエッジ当たりしてしまい、カムの外周面が摩耗、損傷するという課題がある。

そこで、本発明は、熱膨張や熱変形による不具合を生じないようにしつつも、カムの摩耗、損傷を簡易な構成によって抑制することができる動弁機構を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の動弁機構は、カムと、前記カムが接触するローラ面を有するロッカーアームと、前記ロッカーアームのうち前記ローラ面よりも一端側に先端を接触させた支持部材と、前記ロッカーアームのうち前記ローラ面よりも他端側に、バルブステムのバルブステムエンドを対向させたバルブと、を備え、前記カムによって前記ローラ面が押圧されると、前記支持部材の先端を支点として前記ロッカーアームが揺動するとともに、該ロッカーアームによって前記バルブステムエンドが押圧されて前記バルブステムが軸方向に移動し、該バルブステムに設けられたバルブヘッドが吸気ポートまたは排気ポートのバルブシートから離間する動弁機構であって、前記ローラ面を前記カムに押し付ける付勢力を、前記支持部材を介して前記ロッカーアームに作用させる付勢部材を備え、前記支持部材は、先端が球面状に形成されたピボットで構成され、前記ロッカーアームには、前記ピボットの先端が接触するピボット受けが形成されていることを特徴とする。

また、前記吸気ポートまたは前記排気ポートが形成されるシリンダヘッドを備え、前記シリンダヘッドには、先端を外部に突出させた状態で前記支持部材が収容される嵌合穴が形成され、前記付勢部材は、前記嵌合穴内に設けられるとともに、前記支持部材が該嵌合穴から突出する方向に付勢力を作用させるとよい。

本発明によれば、熱膨張や熱変形による不具合を生じないようにしつつも、カムの摩耗、損傷を簡易な構成によって抑制することができる。

動弁機構の概略断面図である。 変形例の支持部材を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

一般的な４サイクルエンジンにおいては、ピストンが収容されたシリンダブロックにシリンダヘッドが固定されており、シリンダヘッド、シリンダブロックおよびピストンに囲繞された燃焼室が形成される。シリンダヘッドには、吸気通路および排気通路が形成されており、吸気通路は吸気ポートを介して燃焼室に連通し、排気通路は排気ポートを介して燃焼室に連通している。また、シリンダヘッドには、吸気ポートおよび排気ポートごとにバルブが設けられており、このバルブのリフト動作によって、吸気ポートおよび排気ポートが開弁される。

以下では、吸気ポートおよび排気ポートを機械的に開閉する動弁機構について説明する。なお、本実施形態の４サイクルエンジンにおいては、シリンダヘッドに、吸気ポートおよび排気ポートがそれぞれ２つ設けられており、動弁機構も吸気ポートおよび排気ポートごとに設けられているが、基本的な構成はいずれも同じであるため、ここでは、１つの吸気ポートと、それを開閉する１つの動弁機構について図を用いて説明する。

図１は、動弁機構１１の概略断面図である。本実施形態の４サイクルエンジンＥは、不図示のシリンダブロックにシリンダヘッド１が固定されており、シリンダブロックとシリンダヘッド１との間に燃焼室３が形成されている。そして、シリンダヘッド１には、吸気通路５が形成されており、この吸気通路５が、吸気ポート７を介して燃焼室３に連通している。

そして、シリンダヘッド１には、吸気ポート７を開閉するための動弁機構１１が設けられている。動弁機構１１は、不図示のクランクシャフトの回転に連動するカム２１と、カム２１の回転に伴って揺動するロッカーアーム３１と、ロッカーアーム３１の揺動に伴って可動するバルブ４１と、ロッカーアーム３１を支持する支持部材５１と、を含んで構成される。

カム２１は、カムシャフト２３に固定されており、カムシャフト２３と一体回転する。４サイクルエンジンＥは、燃焼室３における爆発圧力によって摺動するピストンに連係された不図示のクランクシャフトと、このクランクシャフトの回転動力をカムシャフト２３に伝達する不図示のタイミングベルトと、を備えている。タイミングベルトは、クランクシャフトとカムシャフト２３とに巻き回されており、カムシャフト２３はクランクシャフトと一体回転する。このようにしてカムシャフト２３が回転することにより、カム２１が回転することとなる。

カム２１は、非リフト面２１ａと、この非リフト面２１ａに連続するリフト面２１ｂとで構成される外周面を有している。非リフト面２１ａは、回転中心からの距離が等しく、同一半径内に位置する面であり、リフト面２１ｂは、回転中心から最も離隔した頂点２１ｃに向かって、回転中心からの距離が漸増する面である。

ロッカーアーム３１は、カム２１の非リフト面２１ａ、リフト面２１ｂに接触するローラ面３１ａを備えている。ローラ面３１ａは、曲率が一定の円弧面で構成されており、その幅は、カム２１の非リフト面２１ａ、リフト面２１ｂの幅（回転軸方向の厚さ）とほぼ等しい。また、ロッカーアーム３１には、ローラ面３１ａよりも一端側（図中左側）にピボット受け３１ｂが形成されている。このピボット受け３１ｂは、カム２１に対向する側の面と反対側の面に形成された半球面状の凹みであり、上記の支持部材５１の先端が接触する。一方、ロッカーアーム３１のうち、ローラ面３１ａよりも他端側（図中右側）には、押圧部３１ｃが形成されている。この押圧部３１ｃは、ロッカーアーム３１のうちピボット受け３１ｂと同一面側に設けられた曲面で構成されている。

バルブ４１は、先端にバルブヘッド４１ａが形成され、基端にバルブステムエンド４１ｂを有するバルブステム４１ｃを備えており、シリンダヘッド１に摺動自在に保持されている。具体的には、シリンダヘッド１には貫通孔１ｂが形成されており、この貫通孔１ｂに嵌め込まれたバルブステムガイド４３に、バルブステム４１ｃが摺動自在に挿通されている。

そして、バルブステム４１ｃのうち、貫通孔１ｂよりもバルブステムエンド４１ｂ側には、アッパスプリングシート４５ａおよびロアスプリングシート４５ｂが設けられており、これらアッパスプリングシート４５ａおよびロアスプリングシート４５ｂ間に、バルブスプリング４７が設けられている。このバルブスプリング４７は圧縮コイルバネで構成されており、アッパスプリングシート４５ａおよびロアスプリングシート４５ｂが、バルブステム４１ｃの軸方向に互いに離間する弾性力を作用させている。このバルブスプリング４７の弾性力により、バルブ４１はバルブステムエンド４１ｂ側に常時付勢され、バルブヘッド４１ａがバルブシート７ａに着座して吸気ポート７を閉弁することとなる。

支持部材５１は、円筒状の本体５１ａの先端５１ｂが球面状に形成されたピボットで構成され、シリンダヘッド１に形成された嵌合穴１ｃに本体５１ａが収容されている。この状態では、支持部材５１の先端５１ｂが嵌合穴１ｃの外部に突出して位置しており、嵌合穴１ｃ内、より詳細には、本体５１ａ内には、圧縮コイルバネからなる付勢部材５３が収容されている。この付勢部材５３は、支持部材５１が嵌合穴１ｃから突出する方向に付勢力を作用させている。

ここで、支持部材５１の先端５１ｂは、ロッカーアーム３１のうちローラ面３１ａよりも一端側に設けられたピボット受け３１ｂに接触しており、バルブ４１のバルブステムエンド４１ｂは、アッパスプリングシート４５ａを介して、ロッカーアーム３１のうちローラ面３１ａよりも他端側に設けられた押圧部３１ｃに接触している。

換言すれば、ロッカーアーム３１は、支持部材５１の先端５１ｂがピボット受け３１ｂに接触し、バルブ４１のバルブステムエンド４１ｂが、アッパスプリングシート４５ａを介して押圧部３１ｃに接触することにより、図示の位置に保持されている。このとき、支持部材５１には、付勢部材５３の付勢力が作用しており、この付勢力によって、ロッカーアーム３１には、押圧部３１ｃを支点としてピボット受け３１ｂ側を押し上げる力が作用する。このように、付勢部材５３の付勢力によってロッカーアーム３１のピボット受け３１ｂ側が押し上げられると、ロッカーアーム３１のローラ面３１ａが、カム２１の外周面に押し付けられる。つまり、付勢部材５３は、ローラ面３１ａをカム２１に押し付ける付勢力を、支持部材５１を介してロッカーアーム３１に常時作用させていると言える。

なお、ローラ面３１ａは、その全幅がカム２１の外周面に押し付けられ、付勢部材５３の付勢力は、押圧部３１ｃがバルブステムエンド４１ｂを押圧する力となってバルブ４１に作用する。ただし、付勢部材５３の付勢力は、バルブスプリング４７の弾性力よりも小さく設定されており、付勢部材５３によってバルブ４１が開弁してしまうことはない。

上記の構成からなる動弁機構１１によれば、非リフト面２１ａがローラ面３１ａに対向しているとき、ローラ面３１ａが非リフト面２１ａに対して全幅に亘り接触する。このとき、バルブ４１は、バルブスプリング４７の弾性力によってバルブステムエンド４１ｂ側に押し付けられ、バルブヘッド４１ａがバルブシート７ａに着座して吸気ポート７が閉じられている。この状態からカム２１が回転してリフト面２１ｂがローラ面３１ａに対向すると、リフト面２１ｂによってローラ面３１ａが押圧され、支持部材５１の先端５１ｂを支点としてロッカーアーム３１が揺動する。このようにしてロッカーアーム３１が揺動すると、押圧部３１ｃによってバルブステムエンド４１ｂが押圧されてバルブステム４１ｃが軸方向に移動し、バルブ４１のバルブヘッド４１ａが吸気ポート７のバルブシート７ａから離間して吸気ポート７が開かれることとなる。

以上のように、カム２１の回転動力がロッカーアーム３１を介してバルブ４１に伝達されるが、ロッカーアーム３１のローラ面３１ａがカム２１の全周に亘って、常時、接触状態に維持されることで、次のような作用、効果が実現される。すなわち、従来の動弁機構では、本実施形態の付勢部材５３が設けられておらず、非リフト面２１ａがローラ面３１ａに対向しているとき、すなわち、バルブリフトしていない状態では、ローラ面３１ａと非リフト面２１ａとの間にバルブクリアランスが形成されていた。これは、熱膨張や熱変形によって、バルブステム４１ｃがロッカーアーム３１側に伸長したとしても、この伸長分をバルブクリアランスによって吸収して、不具合が生じないようにするためである。

しかしながら、上記のようにバルブクリアランスを設けると、カム２１とロッカーアーム３１とが非接触状態となっているときに、ローラ面３１ａがカム２１の外周面に対して傾くようにロッカーアーム３１が振動する、所謂、ピッチングが発生する場合がある。通常、ローラ面３１ａの幅方向、および、カム２１の幅方向は、いずれもカムシャフト２３の軸方向と平行な関係となっており、ローラ面３１ａとカム２１の外周面との距離は、幅方向の一端側から他端側まで等しい。ところが、上記のピッチング発生時には、ローラ面３１ａとカム２１の外周面との距離が、幅方向の一端側において小さくなり、幅方向の他端側において大きくなる。このように、ローラ面３１ａがカム２１の外周面に対して傾いた状態で、ローラ面３１ａとカム２１のリフト面２１ｂとが対向、接触を開始すると、カム２１の外周面が、ローラ面３１ａにエッジ当たりしてしまい、カム２１の外周面が摩耗、損傷するおそれがある。

これに対して、本実施形態の動弁機構１１によれば、付勢部材５３の付勢力により、ロッカーアーム３１のローラ面３１ａが、カム２１の全周に亘って、常時、接触状態に維持される。このようにローラ面３１ａとカム２１の外周面とが接触状態に維持されることで、そもそもロッカーアーム３１にピッチングが発生しなくなり、カム２１の外周面が、ローラ面３１ａにエッジ当たりすることもなくなる。

また、熱膨張や熱変形によって、バルブステム４１ｃがロッカーアーム３１側に伸長した場合には、付勢部材５３が撓むことで、バルブステム４１ｃの伸長分が吸収されるので、不具合が生じることもない。以上のように、本実施形態の動弁機構１１によれば、熱膨張や熱変形による不具合を生じないようにしつつも、カム２１の摩耗、損傷を簡易な構成によって抑制することができる。

なお、上記の４サイクルエンジンＥの組み付け工程では、嵌合穴１ｃに、付勢部材５３を収容した後に、続けて支持部材５１を収容するといった作業が必要となる。こうした作業は、吸気ポート７や排気ポートの数だけ必要となり、気筒数が多くなるほど、組み付け作業が煩雑となってしまう。そこで、図２に示す変形例のように、支持部材と付勢部材とをユニット化した構成としてもよい。

この図２に示す変形例の支持部材６１は、上記の支持部材５１と同様に、円筒状の本体６１ａの先端６１ｂが球面状に形成されたピボットで構成されている。そして、本体６１ａ内に付勢部材６３が収容された状態で、本体６１ａの基端６１ｃにベース体６５が嵌め込まれている。本体６１ａには、径方向に貫通するピン孔６１ｄが形成されており、ベース体６５には、ピン孔６１ｄに対して径方向に対向する抜け止め孔６５ａが形成されている。ピン孔６１ｄおよび抜け止め孔６５ａにはピン６７が挿通されており、このピン６７によって、本体６１ａからベース体６５が抜け落ちるのが防止されている。

ただし、本体６１ａに形成された抜け止め孔６５ａは、ピン６７の直径よりも、支持部材６１の軸方向に長さを有する長孔で構成されており、ベース体６５は、支持部材６１に対して軸方向に僅かに移動可能となっている。付勢部材６３は、本体６１ａとベース体６５との間に圧縮された状態で収容されており、ベース体６５が支持部材６１の基端６１ｃから抜け落ちる方向に付勢力を作用させている。したがって、通常は、図２に示すように、支持部材６１の基端６１ｃとベース体６５との間に隙間が維持されており、基端６１ｃとベース体６５とが近接する方向に力が作用すると、付勢部材６３の付勢力に抗して、基端６１ｃとベース体６５とが近接することとなる。このように、支持部材６１と付勢部材６３とをユニット化することで、上記実施形態と同様の作用効果を実現しつつ、組み付け作業を簡素化することができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

上記実施形態では、バルブ４１によって吸気ポート７が開閉される場合について説明したが、排気ポートを開閉する動弁機構も上記と同様の構成である。また、上記の動弁機構１１は、吸気ポートおよび排気ポートのいずれか一方にのみ採用してもよい。

また、上記実施形態では、支持部材５１が、先端５１ｂを球面状に形成したピボットで構成され、ピボットの先端５１ｂが接触するピボット受け３１ｂが、ロッカーアーム３１に形成されている場合について説明した。しかしながら、例えば、球面状の凹みからなるピボット受けを支持部材の先端に形成し、このピボット受けに接触、支持される球面状の突起をロッカーアームに形成してもよい。いずれにしても、カムによってローラ面が押圧されると、支持部材の先端を支点としてロッカーアームが揺動する関係性を有していれば、支持部材やロッカーアームの形状、構成については特に限定されるものではない。

本発明は、カムの回転動力を、ロッカーアームを介してバルブに伝達する動弁機構に利用できる。

１ …シリンダヘッド
１ｃ …嵌合穴
７ …吸気ポート
７ａ …バルブシート
１１ …動弁機構
２１ …カム
３１ …ロッカーアーム
３１ａ …ローラ面
３１ｂ …ピボット受け
４１ …バルブ
４１ａ …バルブヘッド
４１ｂ …バルブステムエンド
４１ｃ …バルブステム
５１、６１ …支持部材
５１ｂ、６１ｂ …先端
５３、６３ …付勢部材

Claims (2)

1. カムと、
   前記カムが接触するローラ面を有するロッカーアームと、
   前記ロッカーアームのうち前記ローラ面よりも一端側に先端を接触させた支持部材と、
   前記ロッカーアームのうち前記ローラ面よりも他端側に、バルブステムのバルブステムエンドを対向させたバルブと、を備え、
   前記カムによって前記ローラ面が押圧されると、前記支持部材の先端を支点として前記ロッカーアームが揺動するとともに、該ロッカーアームによって前記バルブステムエンドが押圧されて前記バルブステムが軸方向に移動し、該バルブステムに設けられたバルブヘッドが吸気ポートまたは排気ポートのバルブシートから離間する動弁機構であって、
   前記ローラ面を前記カムに押し付ける付勢力を、前記支持部材を介して前記ロッカーアームに作用させる付勢部材を備え、
   前記支持部材は、先端が球面状に形成されたピボットで構成され、
   前記ロッカーアームには、前記ピボットの先端が接触するピボット受けが形成されていることを特徴とする動弁機構。
2. 前記吸気ポートまたは前記排気ポートが形成されるシリンダヘッドを備え、
   前記シリンダヘッドには、先端を外部に突出させた状態で前記支持部材が収容される嵌合穴が形成され、
   前記付勢部材は、前記嵌合穴内に設けられるとともに、前記支持部材が該嵌合穴から突出する方向に付勢力を作用させることを特徴とする請求項１に記載の動弁機構。

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