JP2018003687A - 動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回り止め部のさらなる工夫により、バルブブリッジと各バルブとの良好な組付け性を維持しながらも、回り止め部のガタツキによる振動や騒音の悪化も回避できるようにして、より改善された動弁装置を提供する。【解決手段】バルブブリッジ４を用いることで、一つのロッカーアーム８で二つのバルブ１，１を押し下げ駆動可能な動弁装置において、バルブブリッジ４の孔１０と、シリンダヘッド２１に支持される単一の軸７との嵌合により、バルブブリッジ４を往復移動可能に支持し、バルブブリッジ両端それぞれのバルブ出力部５，５にバルブ１，１の軸端部３，３に嵌る回り止め部１１，１２が形成され、一方の回り止め部１１と軸端部３とのすき間嵌めの寸法公差と、他方の回り止め部１２と軸端部３とのすき間嵌めの寸法公差とを、互いに異ならせて設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、産業用エンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンの動弁装置に係り、詳しくは、バルブスプリングにより閉弁方向に付勢される状態でスライド移動可能に支持されている一対のバルブと、各バルブの軸端部に当接するバルブ出力部を両端部に備えた状態で各軸端部に跨って架設されているバルブブリッジと、バルブブリッジの長手方向での中央域に形成されているブリッジ入力部に当接するアーム出力部を備えて揺動移動可能に支持されているロッカーアームとを備え、単一のロッカーアームにより、バルブブリッジを介して一対のバルブを同時に作動させるように構成されている動弁装置に関する。

一つのシリンダに複数の吸気バルブ或いは排気バルブを持つエンジンにおいては、複数のバルブの軸端部のそれぞれに跨るバルブブリッジと呼ばれる部品を載せ、そのバルブブリッジをロッカーアームで押し下げる構成の動弁装置を採用することがある。つまり、バルブブリッジを設けることにより、一つのロッカーアームの押し下げによって二つ以上のバルブの開閉動作を行わせることができる。

バルブブリッジを用いる動弁装置には、バルブブリッジをガイドする構造のものと、ガイドしない構造のものがある。前者の技術としては、特許文献１のものが知られており、後者の技術としては、特許文献２のもの（図１を参照）が知られている。本発明は、前者の技術、即ち、ガイドされるバルブブリッジを有する動弁装置の改良を行うものである。

通常、バルブのガイド付構造としては、シリンダヘッドなどのバルブブリッジ支持構造とバルブブリッジの中央部とに、軸と孔とを振り分け配置して嵌合させる軸嵌合部を設けることが為される。それによって、バルブの移動方向と同じ方向に、バルブブリッジをスライド移動可能に支持することができる（特許文献２を参照）。この構造では、バルブブリッジが軸回りに回動移動し得ることになるので、少なくとも一方のバルブの軸端部とバルブブリッジとに回り止め部が設けられている。

バルブ周辺は複数の部品によって構成されており、各部品の寸法公差（寸法誤差）が集積された際にも組付け可能とするために、通常、前述の回り止め部は一方の軸端部にのみ設ける構成が採られている。ところが、この片側だけに回り止め部を設ける手段では、その回り止め部側のバルブとバルブブリッジの動きが何らかの原因で同期しなくなった場合、バルブブリッジがバルブから脱落するリスクがある。

そこで、脱落のリスクを減らすべく、両側の軸端部に回り止め部を設けることが考えられるが、その双方に回り止め部を備える手段でも簡単ではないことが知見されてきた。即ち、各バルブとバルブブリッジとの良好な組付け性を維持するために、回り止め部における隙間の量をある程度広く取る必要があり、そうなるとガタツキが大きくなって振動や騒音が悪化する、という新たな問題を招くのである。

特開２０１１−０７４７６９号公報 特開２００３−０５６３１７号公報

本発明の目的は、回り止め部のさらなる工夫により、バルブブリッジと各バルブとの良好な組付け性を維持しながらも、回り止め部のガタツキによる振動や騒音の悪化も回避できるようにして、より改善された動弁装置を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、バルブスプリング２により閉弁方向に付勢される状態でスライド移動可能に支持されている一対のバルブ１，１と、
各バルブ１の軸端部３に当接するバルブ出力部５を両端部に備えた状態で前記各軸端部３，３に跨って架設されているバルブブリッジ４と、
前記バルブブリッジ４の長手方向での中央域に形成されているブリッジ入力部６に当接するアーム出力部９を備えて揺動移動可能に支持されているロッカーアーム８とを備え、
前記ロッカーアーム８により、前記バルブブリッジ４を介して一対の前記バルブ１，１を同時に作動させるように構成されている動弁装置において、
前記バルブブリッジ４を往復移動可能とすべく、単一の軸７とこの軸に嵌合する孔１０とを、前記バルブブリッジ４の長手方向での中央域とバルブブリッジ支持構造体２１とに振り分け配置し、かつ、双方の前記バルブ出力部５，５に前記軸端部３，３に嵌る回り止め部１１，１２が形成され、
一方の前記回り止め部１１と前記軸端部３とのすき間嵌めの寸法公差と、他方の前記回り止め部１２と前記軸端部３とのすき間嵌めの寸法公差とを、互いに異ならせてあることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の動弁装置において、
一方の前記回り止め部１１と前記軸端部３とが精密なすき間嵌めに設定され、他方の前記回り止め部１２と前記軸端部３とは、一方の前記回り止め部１１と前記軸端部３との嵌め合いの寸法公差が最大のときでも、他方の前記回り止め部１２と前記軸端部３とが嵌合できる緩いすき間嵌めに設定されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の動弁装置において、
精密なすき間嵌めの精密さが、転合又は精転合に仕上げられていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の動弁装置において、
一方の前記回り止め部１１及び／又は他方の前記回り止め部１２が、前記軸端部３を挟む二面幅部に構成されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の動弁装置において、
前記単一の軸７が前記バルブブリッジ支持構造体２１に配備され、前記孔１０が前記バルブブリッジ４に形成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、良好な組付け性を維持しながら振動や騒音が悪化しないようにすることができる。
即ち、一方の回り止め部では、バルブ出力部と軸端部とのガタツキによる振動や騒音が出ないように、それら両者のすき間が狭くなるすき間嵌めとし、他方の回り止め部は、一方の回り止め部ガタ（遊び）と、各部品や加工部における寸法公差の集積と、による寸法のバラつき範囲より大きいすき間嵌めに設定する、という手段を採ることができる。
一方の回り止め部では、軸端部とバルブ出力部とが接触するものの、狭いすき間嵌めによって振動や騒音が軽減又は回避できるとともに、他方の回り止め部では、緩いすき間嵌めによって軸端部とバルブ出力部との接触が回避できるものとなる。

また、すき間嵌めの寸法公差が互いに異なるから、寸法公差が集積した場合でも、各軸端部と対応するバルブ出力部とは嵌め合うことが可能になる。
その結果、回り止め部のさらなる工夫により、バルブブリッジと各バルブとの良好な組付け性を維持しながらも、回り止め部のガタツキによる振動や騒音の悪化も回避できるようにして、より改善された動弁装置を提供することができる。

請求項２の発明によれば、一方の回り止め部は精密なすき間嵌めに、他方の回り止め部は緩いすき間嵌めにそれぞれ設定されているので、請求項１の発明による上記効果を、より良好な状態で得ることができる利点がある。この場合、請求項３の発明のように、精密なすき間嵌めの精密さを転合又は精転合に仕上げることが好都合である。

請求項４の発明によれば、双方の回り止め部を、軸端部を挟む二面幅部に構成する手段であり、円穴などに形成させる場合に比べて、各軸端部を結ぶ線分方向の寸法公差の多少に拘らず、バルブ出力部の加工精度を向上させることができ、振動や騒音を抑える点で好都合である。

請求項５の発明によれば、バルブブリッジに孔（又は穴）を設ける手段であり、可動部品であるバルブブリッジをより軽くすることができ、軽量化だけでなく慣性低減効果も得られる利点がある。

エンジンの動弁装置を示す要部の縦断側面図 図１の動弁装置の平面図 バルブブリッジを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断断面図 図３のバルブブリッジを示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は第１回り止め部側の側面図 二面幅と軸端部との嵌め合い状態を誇張して示す模式図

以下に、本発明による動弁装置の実施の形態を、立形多気筒ディーゼルエンジンの動弁装置について、図面を参照しながら説明する。

図１に示されるように、シリンダブロック（図示省略）の上部にシリンダヘッド２１が取り付けられ、シリンダヘッド２１の上部にヘッドカバー２２が取り付けられている。シリンダヘッド２１内には吸気ポート２３と排気ポート（図示省略）とプッシュロッド挿通孔２４とが設けられている。吸気ポート２３には一対の吸気弁口２５，２５が設けられ、この一対の吸気弁口２５，２５を開閉する一対の吸気バルブ１，１が配置されている。

シリンダヘッド２１の上部にはロッカーアームブラケット２６が取り付けられ、このロッカーアームブラケット２６に枢軸２７を介してロッカーアーム８が揺動自在に取り付けられている。プッシュロッド挿通孔２４にはプッシュロッド２８が挿通されている。ロッカーアームブラケット２６とロッカーアーム８は、ヘッドカバー２２内に収容されている。

図１に示されるように、一対の吸気バルブ１，１は、動弁カム（図示省略）からタペット（図示省略）とプッシュロッド２８とロッカーアーム８とバルブブリッジ４とを順に介して連動される。また、排気ポート（図示省略）の排気弁口（図示省略）も２つで、図２に示されるように、一対の排気バルブ２９，２９は動弁カム(図外)からタペット（図示省略）とプッシュロッド（図示省略）とロッカーアーム２０とバルブブリッジ１７とを介して連動される。

図１に示されるように、吸気バルブ１，１のロッカーアーム８の上部にあるオイル流出孔３０には、オイルパン（図示省略）のエンジンオイル（図示省略）が、オイルポンプ（図示省略）の圧送力で、オイルギャラリ（図示省略）と枢軸２７とを介して供給される構成とされている。排気バルブ２９のロッカーアーム２０の上部にあるオイル流出孔３１にも、同様にオイルパン（図示省略）のエンジンオイル（図示省略）が供給される構成とされている。

吸気バルブ１の動弁装置Ａの概要は、次の通りである。
図１，図２に示されるように、バルブスプリング２により閉弁方向に付勢される状態でスライド移動可能に支持されている一対のバルブ１，１と、各バルブ１，１の軸端部３に載って当接するバルブ出力部５を両端部に備えた状態で各軸端部３，３に跨って架設されているバルブブリッジ４と、バルブブリッジ４の長手方向での中央域に形成されているブリッジ入力部６に当接するアーム出力部９を備えて揺動移動可能に支持されているロッカーアーム８とを備え、単一のロッカーアーム８により、バルブブリッジ４を介して一対のバルブ１，１を同時に作動させるように構成されている。

バルブブリッジ４の長手方向中央部に内嵌取付けされているブリッジ入力部６の上面６ａにロッカーアーム８の先端のアーム出力部９が当接され、アーム出力部９が下に移動するロッカーアーム８の揺動により、バルブブリッジ４が下向きに押され、一対のバルブ１，１がバルブスプリング２，２の付勢力に抗して下降して開弁される。そして、アーム出力部９が上に移動するロッカーアーム８の揺動により、一対のバルブ１，１とバルブブリッジ４とがバルブスプリング２，２の付勢力によって上昇し、一対のバルブ１，１が閉弁される。

バルブブリッジ４は、図３，図４に示されるように、両端それぞれにバルブ出力部５を備えるブリッジ本体１８と、その長手方向中央において下方に延びる円筒ボス部１９とを有して、対称形状を為す部材である。バルブブリッジ４の長手方向の中央には、上下に貫通する円孔１０が形成され、その上端部はブリッジ入力部６を内装するための大径孔部１０Ａに形成されている。円孔１０の上部には、オイル孔及び呼吸用孔１０ａが形成されている。また、ブリッジ本体１８の上面には、後述する第１回り止め部１１（第２回り止め部１２でも良い）の側であることを示すマークｍが凹入形成されている。

ブリッジ本体１８の一端に形成される第１回り止め部１１は、バルブ出力部５の下方両端部に互いに平行な挟み面１３を有する垂下片１５，１５を延長形成することで構成されている。第１回り止め部１１は、各垂下片１５，１５の挟み面１３，１３による二面幅部に構成されているが、その他の形状（コ字状部や円穴、長円穴）でも良い。ブリッジ本体１８の他端に形成される第２回り止め部１２は、同様に、互いに平行な挟み面１４，１４を有する一対の垂下片１６，１６によりなり、挟み面１４，１４による二面幅部が構成されている。

バルブブリッジ４の円孔１０を、一対の吸気バルブ１，１の間にてシリンダヘッド２１に立設されている円柱状の支軸７に外嵌することにより、上下スライド移動可能に支持されている。従って、吸気バルブ１，１とバルブブリッジ４は、互いに平行に往復移動可能となるように設定されている。なお、図１において、円孔１０内に仮想線で描かれているのは、バルブブリッジ４が最大に押し下げられたときの相対的な支軸７の上端位置である。

図１，２に示されるように、バルブブリッジ４は、単一の支軸７で上下に往復移動可能に嵌合されているので、支軸７の軸心Ｐ回りに回動移動できる状態になっている。作動中にバルブブリッジ４が回動移動すると、バルブ出力部５と軸端部３との当接ができなくなって都合が悪い。そこで、バルブブリッジ４の各バルブ出力部５には、軸端部３と嵌り合う回り止め部１１，１２が形成されている。

図３〜図５に示されるように、回り止め部１１，１２はバルブ出力部５と軸端部３との軸心Ｐ周りの相対回動を規制する機能を備えている。即ち、一方の回り止め部である第１回り止め部１１及び、他方の回り止め部である第２回り止め部１２は、共に一対の垂下片１５，１６がバルブ出力部５に設けられ、これら垂下片１５，１６で軸端部３を挟む二面幅部に構成されている。垂下片１５，１６は、各吸気バルブ１のバルブ軸心Ｑ，Ｑ、及び支軸７の軸心Ｐを結ぶ直線と平行な挟み面１３，１４を有している。

第１回り止め部１１の挟み面１３，１３の間隔である第１二面幅ｗ１は、軸端部３の外径ｄより大きい側で極力ｄに近い値として、精密なすき間嵌めに設定されている。具体的には転合又は精転合に設定されている。第２回り止め部１２の挟み面１４，１４の間隔である第２二面幅ｗ２は、軸端部３の外径ｄより大きい側でｄに近い値で、かつ、ｗ１よりは大きい値として、緩いすき間嵌めに設定されている。具体的には緩合又は軽転合に設定されている。なお、精転合、緩合などの表現は「ＪＩＳ使い方シリーズ、製図マニュアル（精度編）」による。
精密なすき間嵌めとは、滑らかに挿入できながらも組付け後にはガタ付かない構成であり、緩いすき間嵌めとは、組付け後に回り止めされるが接触はしない構成である、と言える。緩合は、Ｈ９とｃ９の組合せであり、軽転合は、Ｈ７とｅ７、Ｈ８とｄ９又はｅ８、或いはＨ９とｄ９又はｅ９の組合せである。転合は、Ｈ６とｆ６、Ｈ７とｆ７、或いはＨ８とｆ７又はｆ８の組合せであり、精転合は、Ｈ６とｇ５、Ｈ７とｇ６の組合せである。

寸法例としては、軸端部３の外径ｄが６ｍｍであるときに、第１二面幅ｗ１は６．１ｍｍ〜６．２５ｍｍ（６．１≦ｗ１≦６．２５）に設定され、第２二面幅ｗ２は６．５ｍｍ〜６．６５ｍｍ（６．５≦ｗ２≦６．６５）に設定される。なお、軸端部３の外径寸法の仕上げ例としては、５．９５７ｍｍ〜５．９６５ｍｍ（５．９５７≦ｄ≦５．９６５）というのがある。
また、各垂下片１５，１６における挟み面１３，１４の下端縁は、軸端部３の入りれ込みを行い易くするために、バルブ軸心Ｑに対して１０〜２５度（例：１７．５度）で開いた面取り加工（符記省略）が施されている。

つまり、バルブブリッジ４を往復移動可能とすべく、単一の軸７とこの軸７に嵌合する孔１０とを、バルブブリッジ４の長手方向での中央域とシリンダヘッド（バルブブリッジ支持構造体の一例）２１とに振り分け配置し、かつ、双方のバルブ出力部５，５に軸端部３に嵌る回り止め部１１，１２が形成され、一方の回り止め部１１と軸端部３とのすき間嵌めの寸法公差と、他方の回り止め部１２と軸端部３とのすき間嵌めの寸法公差とを、互いに異ならせてある、という構成である。

本発明の技術思想は次の通りである。まず、第１回り止め部１１では、軸端部３と垂下片１５，１５とのガタツキによる振動や騒音が出ない又は殆ど出ないように、それら両者のすき間が狭くなるように、軸端部３の径ｄ及び第１二面幅ｗ１を寸法設定する。そして、第１回り止め部１１の狭い隙間による微小なガタ（遊び）、及び各部品や加工部における寸法公差の集積により、その最悪の寸法公差となる条件においても、垂下片１６，１６の間に軸端部３が入り込めるように、第２回り止め部１２における軸端部３の外径ｄと第２二面幅ｗ２を寸法設定する、というものである。

上述の技術思想を式で表すと、
・技術思想Ｚ＝（ｗ１−ｄの最大値）＋寸法公差の集積＜（ｗ２−ｄの最小値）
である。より詳しくは、ｗ１−ｄは、振動や騒音が生じない軽微で済む程度の値（＝精密なすき間嵌め）であり、（ｗ１−ｄの最大値）とは、ｗ１及びｄのそれぞれに製品としての寸法公差範囲があるので、それらの寸法公差を考慮した設計上の最大値である。この技術思想を端的に表した模式図を図５に示す。なお、図５は、バルブブリッジ４と各軸端部３，３との寸法関係の特徴を誇大化したものである。

つまり、両方のバルブ出力部５，５に回り止め部１１，１２を設け、一方の回り止め部１１を精密なすき間嵌めに、かつ、他方の回り止め部１１を緩い隙間嵌めとして、互いのすき間嵌めの寸法公差を異ならせる手段である。
このような構成とすれば、第１回り止め部１１においては軸端部３と垂下片１５、１５とが側面接触するが、第２回り止め部１２において軸端部３と垂下片１６，１６とは側面接触しないから、ガタツキによる振動や騒音は発生しないか殆ど発生しないものとなる。そして、軸端部３とバルブ出力部５との組み付け（嵌合）に関しても、各回り止め部１１，１２と対応する軸端部３との嵌合操作も円滑に行うことができる。

本発明による動弁装置Ａにおいては、バルブブリッジ４の両バルブ出力部５，５に回り止め部１１，１２を設けてあるので、バルブ１とバルブブリッジ４の動きが何らかの原因（バルブサージングなど）で同期しなくなった際のバルブからの脱落リスクが解消されるとともに、一方の回り止め部の精密なすき間嵌めによってガタツキが無く、振動や騒音も回避される、という優れた効果を発揮することができる。

〔別実施形態〕
本実施形態における第１回り止め部１１と第２回り止め部１２とを互いに反対に設定した構成の動弁装置Ａでも良い。
吸気バルブ１，１におけるバルブブリッジ４との上述の構成を、排気バルブ２９，２９とそのバルブブリッジ１７との構成に適用しても良い。
なお、軸７と嵌合する孔１０は、穴でも可能である。

１ バルブ
２ バルブスプリング
３ 軸端部
４ バルブブリッジ
５ バルブ出力部
６ ブリッジ入力部
７ 軸
８ ロッカーアーム
９ アーム出力部
１０ 孔
２１ バルブブリッジ支持構造体
１１ 第１回り止め部
１２ 第２回り止め部

Claims (5)

1. バルブスプリングにより閉弁方向に付勢される状態でスライド移動可能に支持されている一対のバルブと、
   各バルブの軸端部に当接するバルブ出力部を両端部に備えた状態で前記各軸端部に跨って架設されているバルブブリッジと、
   前記バルブブリッジの長手方向での中央域に形成されているブリッジ入力部に当接するアーム出力部を備えて揺動移動可能に支持されているロッカーアームとを備え、
   前記ロッカーアームにより、前記バルブブリッジを介して一対の前記バルブを同時に作動させるように構成されている動弁装置であって、
   前記バルブブリッジを往復移動可能とすべく、単一の軸とこの軸に嵌合する孔とを、前記バルブブリッジの長手方向での中央域とバルブブリッジ支持構造体とに振り分け配置し、かつ、双方の前記バルブ出力部に前記軸端部に嵌る回り止め部が形成され、
   一方の前記回り止め部と前記軸端部とのすき間嵌めの寸法公差と、他方の前記回り止め部と前記軸端部とのすき間嵌めの寸法公差とを、互いに異ならせてある動弁装置。
2. 一方の前記回り止め部と前記軸端部とが精密なすき間嵌めに設定され、他方の前記回り止め部と前記軸端部とは、一方の前記回り止め部と前記軸端部との嵌め合いの寸法誤差が最大のときでも、他方の前記回り止め部と前記軸端部とが嵌合できる緩いすき間嵌めに設定されている請求項１に記載の動弁装置。
3. 精密なすき間嵌めの精密さが、転合又は精転合に仕上げられている請求項１又は２に記載の動弁装置。
4. 一方の前記回り止め部及び／又は他方の前記回り止め部が、前記軸端部を挟む二面幅部に構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の動弁装置。
5. 前記単一の軸が前記バルブブリッジ支持構造体に配備され、前記孔が前記バルブブリッジに形成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の動弁装置。

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