JP2020169586A

JP2020169586A - エンジンの動弁装置

Info

Publication number: JP2020169586A
Application number: JP2019070467A
Authority: JP
Inventors: 智也田中; Tomoya Tanaka; 章智 ▲高▼木; Akitomo Takagi
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2020-10-15

Abstract

【課題】バルブスプリングの伸縮に伴ってバルブを回転し易くしてバルブステム部の全周に亘ってバルブステム部に付着した煤などの粒子状物質をバルブガイドによって除去することができるエンジンの動弁装置を提供する。【解決手段】エンジンの動弁装置は、バルブ５０と、バルブガイド８０と、バルブ５０を閉方向に付勢するバルブスプリングと、バルブスプリングの付勢力に抗してバルブ５０を開方向に押圧するカムシャフトを備える。バルブ５０は、バルブガイド８０に挿通されるバルブステム部５１と、バルブステム部５１の下端部に設けられるバルブ傘部５２とを有し、バルブステム部５１は、バルブガイド８０の端部８１，８２に対向する部分にバルブ５０の軸方向に沿ってバルブ５０の径方向外側に膨出する曲面５３ａ，５３ｂを有する膨出部５３を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンの動弁装置に関する。

自動車等のエンジンには、吸気バルブや排気バルブを開閉駆動する動弁装置が備えられている。エンジンの動弁装置は一般に、バルブガイドに挿通された吸気バルブなどのバルブをバルブスプリングによって閉方向に付勢すると共に、クランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトのカムによってバルブスプリングの付勢力に抗してバルブを開方向に押圧し、シリンダヘッドに形成されたポートを開閉するように構成されている。

このように構成される動弁装置を備えたディーゼルエンジンを搭載した車両では、エンジンから排出される排気ガス中に煤などの粒子状物質（ＰＭ）が含有されることから、動弁装置のバルブに煤などの粒子状物質が付着するおそれがある。

これに対し、例えば特許文献１には、カムがバルブリフタを介して直接バルブを開閉駆動する動弁装置について、カム中心線とバルブリフタ中心線とをオフセットさせてバルブを回転可能に構成し、バルブが所定温度以上時のみカムベース円とバルブリフタとの間のクリアランスを零にさせることで、バルブが所定温度以上になるとバルブが回転してバルブシートとバルブフェースとの摺動によってバルブフェースに堆積する堆積物を除去させるものが開示されている。

特開平０９−１１２２２１号公報

ディーゼルエンジンを搭載した車両では、動弁装置のバルブに煤などの粒子状物質がバルブフェースだけでなくバルブステム部にも付着するおそれがある。バルブステム部に粒子状物質が付着してバルブステム部とバルブガイドとの間に粒子状物質が詰まると、バルブステム部を移動させることができずポートを閉じることができなくなるおそれがある。特に排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に還流させるＥＧＲシステムが用いられる場合、粒子状物質が吸気バルブに堆積しやすく、このような問題がより顕著になり得る。

ところで、エンジンの動弁装置では、バルブスプリングとしてコイルスプリングが用いられることから、バルブの開閉時にバルブスプリングの伸長及び収縮に伴ってバルブスプリングに固着されたバルブがバルブの周方向一方側及び周方向他方側に回転し、エンジン回転数が高くなるにつれて周方向一方側の回転量と周方向他方側の回転量が異なってバルブが周方向一方側に回転することが知られている。

エンジンの動弁装置ではまた、カムシャフトがクランク軸の軸方向に延びるように配置され、円柱状に形成されるバルブステム部と円筒状に形成されるバルブガイドとの間に所定のクリアランスが設けられることから、バルブステム部は、上端部がカムシャフトの回転に伴ってカムを介してクランク軸の軸方向と直交する方向の力を受けてバルブガイドに傾斜した状態で支持されることとなる。

したがって、バルブの開閉時にバルブステム部がバルブガイド内を軸方向に移動するときにバルブステム部が接触するバルブガイドの端部によってバルブステム部に付着した煤などの粒子状物質を除去すると共に、バルブスプリングの伸縮に伴ってバルブが回転してバルブステム部に付着した粒子状物質をバルブステム部の周方向全体に亘って除去することができると考えられる。

しかしながら、バルブステム部が円柱状に形成されると共にバルブガイドが円筒状に形成される場合、バルブステム部とバルブガイドの端部との接触部分において接触面圧が高く摩擦力が大きいことから、バルブステム部やバルブガイドに粒子状物質が付着するとバルブスプリングの伸縮に伴って回転されるバルブの回転が阻害され、バルブステム部の全周に亘ってバルブステム部に付着した粒子状物質をバルブガイドによって除去することができなくなるおそれがある。このことは、バルブステム部の軸方向の移動停止を引き起こし、ポートを閉じることができなくなるおそれがある。

そこで、本発明は、バルブスプリングの伸縮に伴ってバルブを回転し易くしてバルブステム部の全周に亘ってバルブステム部に付着した煤などの粒子状物質をバルブガイドによって除去することができるエンジンの動弁装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに形成されたポートを開閉するバルブと、前記バルブが挿通されて筒状に形成されるバルブガイドと、前記バルブを閉方向に付勢するバルブスプリングと、前記バルブスプリングの付勢力に抗して前記バルブを開方向に押圧するカムを有するカムシャフトとを備えたエンジンの動弁装置であって、前記バルブは、前記バルブガイドに挿通されて軸状に延びるバルブステム部と、前記バルブステム部の下端部に設けられて前記ポートを開閉するバルブ傘部とを有し、前記バルブステム部は、前記バルブガイドの端部に対向する部分に前記バルブの軸方向に沿って前記バルブの径方向外側に膨出する曲面を有する膨出部を備えていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記膨出部は、前記バルブガイドの端部に対向する部分に前記バルブの軸方向に沿って前記バルブの軸方向端部側から前記バルブの軸方向中央側に向かうにつれて前記バルブの径方向外側に凸状に膨出する曲面を有していることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記バルブステム部は、前記バルブガイドの下端部に対向する部分に前記バルブの軸方向に沿って前記バルブの径方向外側に膨出する曲面を有する膨出部を備え、前記バルブガイドは、下端部の内周側に上側に窪む凹部を有し、前記バルブガイドの内周面と前記凹部との間に角部が形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載の発明において、前記角部は、直角又は鋭角に形成されていることを特徴とする。

本願の請求項１に記載の発明によれば、バルブと、バルブが挿通されるバルブガイドと、バルブを閉方向に付勢するバルブスプリングと、バルブスプリングの付勢力に抗してバルブを開方向に押圧するカムを有するカムシャフトとを備えたエンジンの動弁装置において、バルブは、バルブガイドに挿通されるバルブステム部と、バルブステム部の下端部に設けられるバルブ傘部とを有し、バルブステム部は、バルブガイドの端部に対向する部分にバルブの軸方向に沿ってバルブの径方向外側に膨出する曲面を有する膨出部を備える。

これにより、バルブステム部に設けられる膨出部によって、バルブステム部に膨出部が設けられない場合に比して、バルブステム部がバルブガイドに傾斜した状態で支持されるときにバルブステム部とバルブガイドの端部との接触面圧を低下させることができるので、バルブステム部とバルブガイドの端部との間の摩擦力を低減させてバルブスプリングの伸縮に伴って回転されるバルブの回転が阻害されることを抑制してバルブを回転し易くすることができる。

バルブステム部は、上端部がカムシャフトの回転に伴ってカムを介してクランク軸の軸方向と直交する方向の力を受けてバルブガイドに傾斜した状態で支持され、バルブの開閉時にバルブガイド内を軸方向に移動されるときにバルブステム部が接触するバルブガイドの端部によってバルブステム部に付着した煤などの粒子状物質を除去することができる。

バルブスプリングの伸縮に伴ってバルブを回転し易くすることができることから、バルブステム部が接触するバルブガイドの端部によってバルブステム部に付着した煤などの粒子状物質を除去することをバルブステム部の全周に亘って行うことができる。

したがって、バルブスプリングの伸縮に伴ってバルブを回転し易くしてバルブステム部の全周に亘ってバルブステム部に付着した煤などの粒子状物質をバルブガイドによって除去することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、膨出部は、バルブガイドの端部に対向する部分にバルブの軸方向に沿ってバルブの軸方向端部側から軸方向中央側に向かうにつれてバルブの径方向外側に凸状に膨出する曲面を有することにより、膨出部の凸状の曲面によってバルブステム部とバルブガイドの端部との接触部分の接触面圧を低下させることができるので、バルブスプリングの伸縮に伴って回転されるバルブの回転が阻害されることを抑制することができ、前記効果を有効に得ることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、バルブガイドは、下端部の内周側に上側に窪む凹部を有し、バルブガイドの内周面と凹部との間に角部が形成されることにより、バルブガイドの下端部の内周側に凹部が形成されない場合に比して、バルブステム部が接触するバルブガイドの下端部の接触部分を上側に移動させて燃焼室から離間させることができるので、バルブステム部が接触するバルブガイドの下端部の接触部分への燃焼室からの熱影響を低減して摩耗を抑制することができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、バルブガイドの内周面と凹部との間に形成される角部は、直角又は鋭角に形成されることにより、バルブが軸方向に移動されるときに、角部が鈍角に形成される場合に比して、バルブステム部に堆積した煤などの粒子状物質をより有効に除去することができる。

本発明の実施形態に係る動弁装置を備えたエンジンのシステム構成を示す図である。動弁装置を備えたエンジンのシリンダヘッドを示す断面図である。図２に示すシリンダヘッドの要部拡大図である。バルブの膨出部を説明するための説明図である。バルブステム部とバルブガイドの端部との接触状態を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る動弁装置を備えたエンジンのシステム構成を示す図である。図１に示すエンジン１は、複数の気筒が列状に配置された多気筒のディーゼルエンジンであり、これに限定されるものではないが、４つの気筒が列状に配置された直列４気筒のディーゼルエンジンである。

エンジン１のエンジン本体は、シリンダヘッド２、シリンダブロック３及びオイルパン４によって外形が形成されている。シリンダブロック３に設けられた気筒５内には、ピストン６が上下動自在に挿通され、ピストン６の頂面とシリンダヘッド２の下面との間に燃焼室７が形成されている。

シリンダヘッド２には、燃焼室７に燃料を直接噴射する燃料噴射弁８と、エンジン１の冷間始動時に吸気を暖めるためのグロープラグ９とが設けられると共に、燃料噴射弁８の噴口を取り囲むように燃焼室７に開口する１つ又は複数の吸気ポート１１及び排気ポート１２が設けられている。吸気ポート１１及び排気ポート１２にはそれぞれ、吸気バルブ５０及び排気バルブ６０が配設されている。

吸気バルブ５０は、クランクシャフト１３にチェーンを介して駆動連結されて回転駆動される吸気カムシャフト１６によってクランクシャフト１３の回転と同期して所定のタイミングで開閉されるようになっている。排気バルブ６０は、クランクシャフト１３にチェーンを介して駆動連結されて回転駆動される排気カムシャフト１７によってクランクシャフト１３の回転と同期して所定のタイミングで開閉されるようになっている。

吸気ポート１１には、吸気通路２１が接続されている。吸気通路２１には、上流側から下流側に向かって、吸気を濾過するエアクリーナ２２、燃焼室７に吸気を過給するターボ過給機４１のコンプレッサ４１ａ、コンプレッサ４１ａにより圧縮された吸気を冷却するインタークーラ２３、及び各気筒５の燃焼室７への吸気量を調節するスロットル弁２４が配設されている。

スロットル弁２４は、アクセル開度に基づいて通常運転時には全開状態に制御され、アイドル運転時には全閉状態に制御される。なお、スロットル弁２４近傍には、図示されていないが、スロットル弁２４の全閉状態においてもスロットル弁２４をバイパスして吸気が流れるバイパス通路が設けられている。

一方、排気ポート１２には、排気通路３１が接続されている。排気通路３１には、上流側から下流側に向かって、ターボ過給機４１のタービン４１ｂ、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯを酸化して浄化するための酸化触媒３２、排気ガス中に含まれる煤などの粒子状物質を捕集するためのパティキュレータフィルタ３３、及び排気音を低減するサイレンサ３４が配設されている。

エンジン１にはまた、排気ガス中に含まれるＮＯｘを低減することを主な目的として、排気通路３１のタービン４１ｂ上流側から比較的高圧の排気ガスの一部を吸気通路２１に還流させる高圧ＥＧＲ装置４２と、排気通路３１のタービン４１ｂ下流側、具体的にはパティキュレータフィルタ３３下流側から比較的低圧の排気ガスの一部を吸気通路２１に還流させる低圧ＥＧＲ装置４５とが設けられている。

高圧ＥＧＲ装置４２は、排気ガスの流れ方向においてタービン４１ｂより上流側の排気通路３１から分岐して、スロットル弁２４より下流側の吸気通路２１に繋がる高圧還流通路４３を備えている。高圧還流通路４３には、排気ガスを排気通路３１から吸気通路２１へ還流させる還流量を調整するための高圧排気ガス還流弁４４が配設されている。

低圧ＥＧＲ装置４５は、排気ガスの流れ方向においてパティキュレータフィルタ３３より下流側の排気通路３１から分岐して、エアクリーナ２２より下流側且つコンプレッサ４１ａより上流側の吸気通路２１に繋がる低圧還流通路４６を備えている。低圧還流通路４６には、排気ガスを排気通路３１から吸気通路２１へ還流させる還流量を調整するための低圧排気ガス還流弁４７及び排気ガスを冷却するための低圧ＥＧＲクーラ４８が配設されている。

また、エンジン１に関係する構成として、図示されていないが、吸入空気量を検出するエアフローセンサ、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ、排気ガスの圧力を検出する排気ガス圧力センサ、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサ、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ、車速を検出する車速センサ、変速機の変速段を検出する変速機検出センサなどの構成が設けられている。

更に、図示されていないが、エンジン１及びそれに関係する構成を制御する制御装置が設けられている。前記制御装置は、エンジン１の総合的な制御装置であり、各種センサなどの情報に基づいて、燃料噴射弁８、グロープラグ９、スロットル弁２４、高圧ＥＧＲ装置４２の高圧排気ガス還流弁４４、及び低圧ＥＧＲ装置４５の低圧排気ガス還流弁４７などの各種制御を行うようになっている。

前記制御装置は、所定の運転状態において、排気ガスの一部を排気通路３１から吸気通路２１に還流させるように高圧ＥＧＲ装置４２の高圧排気ガス還流弁４４、低圧ＥＧＲ装置４５の低圧排気ガス還流弁４７及び低圧ＥＧＲクーラ４８の作動を制御する。

このようにして構成されるエンジン１には、吸気ポート１１及び排気ポート１２をそれぞれ開閉する吸気バルブ５０及び排気バルブ６０と、吸気バルブ５０及び排気バルブ６０をそれぞれ開閉駆動する吸気カムシャフト１６及び排気カムシャフト１７とが備えられ、ＤＯＨＣ型エンジンの動弁装置７０が備えられている。

図２は、動弁装置を備えたエンジンのシリンダヘッドを示す断面図である。図２に示すように、動弁装置７０は、吸気ポート１１を開閉する吸気バルブ５０と、シリンダヘッド２に圧入結合されて吸気バルブ５０が挿通されるバルブガイド８０と、吸気バルブ５０を閉方向に付勢するバルブスプリング５５と、バルブスプリング５５の付勢力に抗して吸気バルブ５０を開方向に押圧するカム１６ａを有するカムシャフト１６とを備えている。

図３は、図２に示すシリンダヘッドの要部拡大図であり、吸気バルブ周辺の構成を示している。図３に示すように、吸気バルブ５０は、略円筒状に形成されたバルブガイド８０に挿通されて軸状に延びる略円柱状のバルブステム部５１と、バルブステム部５１の下端部に設けられて吸気ポート１１を開閉する略円盤状のバルブ傘部５２とを有している。吸気バルブ５０は、バルブステム部５１がバルブガイド８０の上端部及び下端部からそれぞれ上方及び下方に突出するようにバルブガイド８０に挿通されている。バルブガイド８０の上側部分には吸気バルブ５０との間を閉塞するオイルシール５６が取り付けられている。

吸気バルブ５０の上側部分には、コッタ５７を介して略円盤状のアッパスプリングシート５８が固着されている。アッパスプリングシート５８とシリンダヘッド２の上面に固着された略円盤状のロアスプリングシート５９との間にコイルスプリングからなるバルブスプリング５５が装着され、バルブスプリング５５によって吸気バルブ５０が閉方向である上側に付勢されている。吸気バルブ５０が閉方向に移動されると、バルブ傘部５２がシリンダヘッド２の下面に固着されたバルブシート１１ａに密着し、吸気ポート１１が閉じられるようになっている。

吸気バルブ５０の上端部には、図２に示すように、スイングアーム７１を介してカムシャフト１６のカム１６ａによる押圧力が吸気バルブ５０の開方向である下側に作用するようになっている。スイングアーム７１は、一端部が油圧アジャスタ７２に支持される共に他端部が吸気バルブ５０、具体的にはバルブステム部５１の上端部に当接するようになっている。

スイングアーム７１は、略中央部に回転自在に設けられたカムフォロア７１ａがカムシャフト１６のカム１６ａによって押圧されると、一端部を支点として揺動して他端部がバルブスプリング５５の付勢力に抗して吸気バルブ５０を押し下げて開方向である下側に移動させるようになっている。油圧アジャスタ７２は、バルブフェース５２ａとバルブシート１１ａとが密着するように吸気バルブ５０の上端部とスイングアーム７１との間のクリアランスをゼロに自動的に調整する。

カムシャフト１６は、クランク軸の軸方向に平行に配置され、シリンダヘッド２とシリンダヘッド２に結合されたカムキャップ１０との間に回転自在に支持されている。カムシャフト１６は、クランクシャフト１３にチェーンを介して駆動連結されて回転駆動され、カム１６ａの外周面がスイングアーム７１のカムフォロア７１ａに当接して吸気バルブ５０を開閉駆動するようになっている。

吸気バルブ５０は、吸気バルブ５０の開閉時にバルブスプリング５５の伸長及び収縮に伴って吸気バルブ５０の周方向一方側及び周方向他方側に回転し、エンジン回転数が高くなるにつれて周方向一方側の回転量と周方向他方側の回転量が異なって吸気バルブ５０が周方向一方側に回転するようなっている。

動弁装置７０はまた、排気ポート１２を開閉する排気バルブ６０と、シリンダヘッド２に圧入結合されて排気バルブ６０が挿通されるバルブガイド９０と、排気バルブ６０を閉方向に付勢するバルブスプリング６５と、バルブスプリング６５の付勢力に抗して排気バルブ６０を開方向に押圧するカム１７ａを有するカムシャフト１７とを備えている。

排気バルブ６０は、吸気バルブ５０と同様に、略円筒状に形成されたバルブガイド９０に挿通されて軸状に延びる略円柱状のバルブステム部６１と、バルブステム部６１の下端部に設けられて排気ポート１２を開閉する略円盤状のバルブ傘部６２とを有している。排気バルブ６０は、バルブステム部６１がバルブガイド９０の上端部及び下端部からそれぞれ上方及び下方に突出するようにバルブガイド９０に挿通されている。バルブガイド９０の上側部分には排気バルブ６０との間を閉塞するオイルシール６６が取り付けられている。

排気バルブ６０の上側部分には、コッタ６７を介して略円盤状のアッパスプリングシート６８が固着されている。アッパスプリングシート６８とシリンダヘッド２の上面に固着された略円盤状のロアスプリングシート６９との間にコイルスプリングからなるバルブスプリング６５が装着され、バルブスプリング６５によって排気バルブ６０が閉方向である上側に付勢されている。排気バルブ６０が閉方向に移動されると、バルブ傘部６２がシリンダヘッド２の下面に固着されたバルブシート１２ａに密着し、排気ポート１２が閉じられるようになっている。

排気バルブ６０の上端部には、スイングアーム７３を介してカムシャフト１７のカム１７ａによる押圧力が排気バルブ６０の開方向である下側に作用するようになっている。スイングアーム７３は、一端部が油圧アジャスタ７４に支持される共に他端部が排気バルブ６０、具体的にはバルブステム部６１の上端部に当接するようになっている。

スイングアーム７３は、略中央部に回転自在に設けられたカムフォロア７３ａがカムシャフト１７のカム１７ａによって押圧されると、一端部を支点として揺動して他端部がバルブスプリング６５の付勢力に抗して排気バルブ６０を押し下げて開方向である下側に移動させるようになっている。油圧アジャスタ７４は、バルブフェース６２ａとバルブシート１２ａとが密着するように排気バルブ６０の上端部とスイングアーム７３との間のクリアランスをゼロに自動的に調整する。

カムシャフト１７は、クランク軸の軸方向に平行に配置され、シリンダヘッド２とシリンダヘッド２に結合されたカムキャップ１０との間に回転自在に支持されている。カムシャフト１７は、クランクシャフト１３にチェーンを介して駆動連結されて回転駆動され、カム１７ａの外周面がスイングアーム７３のカムフォロア７３ａに当接して排気バルブ６０を開閉駆動するようになっている。

排気バルブ６０についても、排気バルブ６０の開閉時にバルブスプリング６５の伸長及び収縮に伴って排気バルブ６０の周方向一方側及び周方向他方側に回転し、エンジン回転数が高くなるにつれて周方向一方側の回転量と周方向他方側の回転量が異なって排気バルブ６０が周方向一方側に回転するようなっている。

図４は、バルブの膨出部を説明するための説明図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）はそれぞれ、閉状態及び開状態にある吸気バルブ及びバルブガイドを模式的に示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、吸気バルブ５０は、所定のクリアランスを有してバルブガイド８０に挿通され、略円柱状のバルブステム部５１と略円盤状のバルブ傘部５２とを有している。

本実施形態では、吸気バルブ５０のバルブステム部５１は、バルブ５０の軸方向と直交する断面が円形状に形成されて略円柱状に形成され、バルブガイド８０の端部に対向する部分にバルブ５０の軸方向、具体的には軸線Ｃに沿ってバルブ５０の径方向外側に膨出する曲面を有する膨出部５３を備えている。膨出部５３は、バルブガイド８０の端部に対向する部分にバルブ５０の軸方向に沿ってバルブ５０の軸方向端部側からバルブ５０の軸方向中央側に向かうにつれてバルブ５０の径方向外側に凸状に膨出する円弧回転体の曲面５３ａ，５３ｂを有している。

バルブステム部５１の膨出部５３は、吸気バルブ５０の閉状態及び開状態においても、バルブステム部５１の径方向外側に膨出する曲面５３ａ，５３ｂがバルブガイド８０の端部に対向するように設けられている。膨出部５３は、上側の曲面５３ａがバルブガイド８０の上端部８１に対向するように設けられ、下側の曲面５３ｂがバルブガイド８０の下端部８２に対向するように設けられている。

膨出部５３は、上側の曲面５３ａと下側の曲面５３ｂとの間に、二点鎖線で示す上側の曲面５３ａ及び下側の曲面５３ｂと同じ曲率半径Ｒを有する曲面より径方向内側においてバルブ５０の軸方向に平行に設けられる側面５３ｃを有している。

バルブガイド８０は、所定の内径を有する内周面８０ａと所定の外径を有する外周面８０ｂとを備えて略円筒状に形成されている。バルブガイド８０は、上端面８１ａを有する上端部８１と下端面８２ａを有する下端部８２とを備えると共に、下端部８２の内周側に上側に円柱状に窪む凹部８３が形成されている。

バルブガイド８０の下端部８２に形成された凹部８３とバルブガイド８０の内周面８０ａとの間には角部８４が形成され、角部８４は、直角に形成されている。バルブガイド８０の凹部８３は、バルブガイド８０の軸方向に直交する方向に延びる上面部８３ａと、上面部８３ａの外周側から下側に円筒状に延びる側面部８３ｂとを備え、凹部８３の上面部８３ａとバルブガイド８０の内周面８０ａとのなす角度が９０度に形成されている。バルブガイド８０の上端面８１ａと内周面８０ａとの間に形成される角部８５についても、直角に形成されている。

図５は、バルブステム部とバルブガイドの端部との接触状態を説明するための説明図である。図５に示すように、吸気バルブ５０は、バルブステム部５１の上端部がカムシャフト１６の回転に伴ってカム１６ａ及びスイングアーム７１を介してクランク軸の軸方向と直交する方向の力を受けてバルブステム部５１はバルブガイド８０に傾斜した状態で支持され、バルブステム部５１は、バルブガイド８０の端部８１，８２、具体的には上端部８１及び下端部８２に接触してバルブガイド８０に支持される。

バルブステム部５１に、バルブガイド８０の端部８１，８２に対向する部分にバルブ５０の軸方向に沿ってバルブ５０の軸方向外側から軸方向中央側に向かうにつれてバルブ５０の径方向外側に凸状に膨出する円弧回転体の曲面５３ａ，５３ｂを有する膨出部５３が設けられ、バルブステム部５１は、吸気バルブ５０が軸方向に移動されるときに膨出部５３においてバルブガイド８０の端部８１，８２に接触して移動されることとなる。これにより、吸気バルブ５０の開閉時にバルブガイド８０内を軸方向に移動されるときにバルブステム部５１が接触するバルブガイド８０の端部８１，８２によってバルブステム部５１に付着した煤などの粒子状物質を除去することができる。

また、バルブステム部５１に設けられる膨出部５３によって、バルブステム部５１がバルブガイド８０に傾斜した状態で支持されるときにバルブステム部５１とバルブガイド８０の端部８１，８２との接触面圧を低下させることができるので、バルブステム部５１とバルブガイド８０の端部８１，８２との間の摩擦力を低減させてバルブスプリング５５の伸縮に伴って回転される吸気バルブ５０の回転が阻害されることを抑制して吸気バルブ５０を回転し易くすることができ、バルブステム部５１に付着した煤などの粒子状物質を有効に除去することができる。

排気バルブ６０についても、吸気バルブ５０と同様に構成され、排気バルブ６０のバルブステム部６１に、バルブガイド９０の端部に対向する部分に、バルブ６０の軸方向に沿ってバルブ６０の軸方向端部側からバルブ６０の軸方向中央側に向かうにつれてバルブ６０の径方向外側に凸状に膨出する円弧回転体の曲面を有する膨出部が備えられている。

排気バルブ６０が挿通されるバルブガイド９０についても、吸気バルブ５０が挿通されるバルブガイド８０と同様に構成され、上端面を有する上端部と下端面を有する下端部とを備えて略円筒状に形成され、下端部の内周側に上側に円柱状に窪む凹部が形成されている。バルブガイド９０の下端部に形成された凹部とバルブガイド９０の内周面との間には角部が形成され、角部は、直角に形成されている。バルブガイド９０の上端面と内周面との間に形成される角部についても、直角に形成されている。

排気バルブ６０についても、吸気バルブ５０と同様に、排気バルブ６０の開閉時にバルブガイド９０内を軸方向に移動されるときにバルブステム部６１が接触するバルブガイド９０の端部によってバルブステム部９１に付着した煤などの粒子状物質を除去することができる。

また、バルブステム部６１に設けられる膨出部によって、バルブステム部６１とバルブガイド９０の端部との間の摩擦力を低減させてバルブスプリング６５の伸縮に伴って回転される排気バルブ６０の回転が阻害されることを抑制して排気バルブ６０を回転し易くすることができ、バルブステム部６１に付着した煤などの粒子状物質を有効に除去することができる。

本実施形態では、バルブステム部５１，６１に設けられる膨出部５３は、上側の曲面５３ａと下側の曲面５３ｂとの間に上側の曲面５３ａ及び下側の曲面５３ｂと同じ曲率半径Ｒを有する曲面より径方向内側においてバルブ５０，６０の軸方向に平行に設けられる側面５３ｃを有しているが、側面５３ｃを上側の曲面５３ａ及び下側の曲面５３ｂと同じ曲率半径Ｒを有する円弧回転体によって形成することも可能である。

また、バルブステム部５１，６１に設けられる膨出部５３は、バルブガイド８０の端部に対向する部分にバルブ５０，６０の軸方向に沿ってバルブ５０の軸方向端部側から軸方向中央側に向かうにつれてバルブ５０の径方向外側に凸状に膨出する円弧回転体の曲面５３ａ，５３ｂを有しているが、バルブ５０の軸方向端部側からバルブ５０の軸方向中央側に向かうにつれてバルブ５０の径方向外側に凸状に膨出する楕円弧回転体などの曲面を有するようにしてもよい。

本実施形態では、吸気バルブ５０及び排気バルブ６０についてそれぞれ、バルブステム部５１，６１がバルブガイド８０，９０の端部８１，８２に対向する部分にバルブ５０，６０の軸方向に沿ってバルブ５０，６０の径方向外側に膨出する曲面５３ａ，５３ｂを有する膨出部５３を備えているが、吸気バルブ５０のみに膨出部５３を設けることも可能である。また、吸気バルブ５０及び排気バルブ６０はそれぞれ、上下方向にエンジン１のシリンダ軸と平行に延びるように設けられているが、上下方向にエンジン１のシリンダ軸に対して傾斜して延びるように設けることも可能である。

また、バルブガイド８０，９０の内周面８０ａと凹部８３との間に形成される角部８４は、鈍角又は鋭角に形成することも可能であるが、好ましくは直角又は鋭角に形成される。バルブガイド８０，９０の上端面と内周面との間に形成される角部についても、鈍角又は鋭角に形成することも可能であるが、好ましくは直角又は鋭角に形成される。

このように、本実施形態に係るエンジン１の動弁装置７０によれば、バルブ５０，６０と、バルブ５０，６０が挿通されるバルブガイド８０，９０と、バルブ５０，６０を閉方向に付勢するバルブスプリング５５，６５と、バルブスプリング５５，６５の付勢力に抗してバルブ５０，６０を開方向に押圧するカム１６ａ，１７ａを有するカムシャフト１６，１７とを備え、バルブ５０，６０は、バルブガイド８０，９０に挿通されるバルブステム部５１，６１と、バルブステム部５１，６１の下端部に設けられるバルブ傘部５２，６２とを有し、バルブステム部５１，６１は、バルブガイド８０，９０の端部に対向する部分にバルブ５０，６０の軸方向に沿ってバルブ５０，６０の径方向外側に膨出する曲面５３ａ，５３ｂを有する膨出部５３を備える。

これにより、バルブステム部５１，６１に設けられる膨出部５３によって、バルブステム部５１，６１に膨出部５３が設けられない場合に比して、バルブステム部５１，６１がバルブガイド８０，９０に傾斜した状態で支持されるときにバルブステム部５１，６１とバルブガイド８０，９０の端部との接触面圧を低下させることができるので、バルブステム部５１，６１とバルブガイド８０，９０の端部との間の摩擦力を低減させてバルブスプリング５５，６５の伸縮に伴って回転されるバルブ５０，６０の回転が阻害されることを抑制してバルブ５０，６０を回転し易くすることができる。

バルブステム部５１，６１は、上端部がカムシャフト１６，１７の回転に伴ってカム１６ａ，１７ａを介してクランク軸の軸方向と直交する方向の力を受けてバルブガイド８０，９０に傾斜した状態で支持され、バルブ５０，６０の開閉時にバルブガイド８０，９０内を軸方向に移動されるときにバルブステム部５１，６１が接触するバルブガイド８０，９０の端部によってバルブステム部５１，６１に付着した煤などの粒子状物質を除去することができる。

バルブスプリング５５，６５の伸縮に伴ってバルブ５０，６０を回転し易くすることができることから、バルブステム部５１，６１が接触するバルブガイド８０，９０の端部によってバルブステム部５１，６１に付着した煤などの粒子状物質を除去することをバルブステム部５１，６１の全周に亘って行うことができる。

したがって、バルブスプリング５５，６５の伸縮に伴ってバルブ５０，６０を回転し易くしてバルブステム部５１，６１の全周に亘ってバルブステム部５１，６１に付着した煤などの粒子状物質をバルブガイド８０，９０によって除去することができる。

また、膨出部５３は、バルブガイド８０，９０の端部に対向する部分にバルブ５０，６０の軸方向に沿ってバルブ５０，６０の軸方向端部側から軸方向中央側に向かうにつれてバルブ５０，６０の径方向外側に凸状に膨出する曲面５３ａ，５３ｂを有する。これにより、膨出部５３の凸状の曲面５３ａ，５３ｂによってバルブステム部５１，６１とバルブガイド８０，９０の端部との接触部分の接触面圧を低下させることができるので、バルブスプリング５５，６５の伸縮に伴って回転されるバルブ５０，６０の回転が阻害されることを抑制することができる。

また、バルブガイド８０，９０は、下端部８１の内周側に上側に窪む凹部８３を有し、バルブガイド８０，９０の内周面８０ａと凹部８３との間に角部８４が形成される。これにより、バルブガイド８０，９０の下端部８２の内周側に凹部が形成されない場合に比して、バルブステム部５１，６１が接触するバルブガイド８０，９０の下端部８２の接触部分を上側に移動させて燃焼室７から離間させることができるので、バルブステム部５１，６１が接触するバルブガイド８０，９０の下端部８２の接触部分への燃焼室７からの熱影響を低減して摩耗を抑制することができる。

また、バルブガイド８０，９０の内周面８０ａと凹部８３との間に形成される角部８４は、直角又は鋭角に形成される。これにより、バルブ５０，６０が軸方向に移動されるときに、角部８４が鈍角に形成される場合に比して、バルブステム部５１，６１に堆積した煤などの粒子状物質をより有効に除去することができる。

本実施形態では、バルブガイド８０，９０の下端部８２の内周側に上側に窪む凹部８３が設けられているが、凹部８３を形成しないことも可能である。また、本実施形態では、ディーゼルエンジンであるエンジン１について説明されているが、ガソリンエンジンについても同様に適用することができる。

本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

以上のように、本発明によれば、バルブスプリングの伸縮に伴ってバルブを回転し易くしてバルブステム部に付着した煤などの粒子状物質をバルブの開閉時にバルブガイドによって除去することが可能となるから、動弁装置を備えたディーゼルエンジンなどのエンジンないし車両の製造技術分野において好適に利用される可能性がある。

１エンジン
２シリンダヘッド
１１吸気ポート
１２排気ポート
１６，１７カムシャフト
１６ａ，１７ａカム
５０吸気バルブ
５１，６１バルブステム部
５２，６２バルブ傘部
５３膨出部
５５，６５バルブスプリング
６０排気バルブ
７０動弁装置
８０，９０バルブガイド
８３凹部
８４，８５角部

Claims

シリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに形成されたポートを開閉するバルブと、前記バルブが挿通されて筒状に形成されるバルブガイドと、前記バルブを閉方向に付勢するバルブスプリングと、前記バルブスプリングの付勢力に抗して前記バルブを開方向に押圧するカムを有するカムシャフトとを備えたエンジンの動弁装置であって、
前記バルブは、前記バルブガイドに挿通されて軸状に延びるバルブステム部と、前記バルブステム部の下端部に設けられて前記ポートを開閉するバルブ傘部とを有し、
前記バルブステム部は、前記バルブガイドの端部に対向する部分に前記バルブの軸方向に沿って前記バルブの径方向外側に膨出する曲面を有する膨出部を備えている、
ことを特徴とするエンジンの動弁装置。
前記膨出部は、前記バルブガイドの端部に対向する部分に前記バルブの軸方向に沿って前記バルブの軸方向端部側から前記バルブの軸方向中央側に向かうにつれて前記バルブの径方向外側に凸状に膨出する曲面を有している、
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。
前記バルブステム部は、前記バルブガイドの下端部に対向する部分に前記バルブの軸方向に沿って前記バルブの径方向外側に膨出する曲面を有する膨出部を備え、
前記バルブガイドは、下端部の内周側に上側に窪む凹部を有し、
前記バルブガイドの内周面と前記凹部との間に角部が形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの動弁装置。
前記角部は、直角又は鋭角に形成されている、
ことを特徴とする請求項３に記載のエンジンの動弁装置。