JP3644279B2

JP3644279B2 - エンジンの動弁装置

Info

Publication number: JP3644279B2
Application number: JP35323998A
Authority: JP
Inventors: 貴光徳岡
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1998-12-11
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2018-12-11
Also published as: JP2000179308A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの動弁装置に関し、より詳細には、シリンダヘッド構造の改良により、直動式の動弁装置において、吸排気バルブ着座時のバルブシートの偏摩耗やバルブ傘部付け根部への異常入力を回避して、閉弁動作を確実化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動弁装置は、バルブリフタの頂部内面に当接するバルブステムと該バルブステムに連結するバルブ傘部とからなる吸排気バルブを、バルブガイドの中心線に並進して往復運動させることにより、吸排気ポートを開閉する。このため、前記バルブリフタが摺動するバルブリフタボア孔は、その中心線が前記バルブガイドの中心線と重なるように、シリンダヘッドに配置される（特開平６−１７６１１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際のエンジンでは、バルブリフタボア孔とバルブリフタとの間には、潤滑のため、オイルクリアランスが設けられている。このクリアランスは、組付け時の変形、摩耗、実働時の変形、或いは永久変形等により増加する。
【０００４】
このため、従来の動弁装置では、バルブリフタが、増加したクリアランスにより傾斜し、揺動運動を伴ってバルブリフタボア孔内を摺動する。従って、バルブ傘部がバルブシートに傾斜して着座するため、バルブシートに偏摩耗が生じ、またバルブ傘部付け根部にも過大な応力がかかる。これらのことは、閉弁不良の原因となるばかりでなく、構成部品の消耗を早める原因ともなる。これに対し、前記オイルクリアランスを減少させる方法も考えられるが、焼付き問題や、部品加工精度の問題から困難である。
【０００５】
このことに鑑み、本発明では、シリンダヘッド構造の改良により、閉弁時において、バルブリフタをバルブガイドの中心線に並進して摺動させることによって、バルブ傘部をバルブシートにフェース面全体で着座できるようにして、上述の問題を解消し、閉弁動作を確実化することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る発明では、カムにより、シリンダヘッドのバルブリフタボア孔に摺動自在に挿入されたバルブリフタを介して、バルブガイドにバルブステムを摺動自在に挿入された吸排気バルブを駆動するエンジンの動弁装置において、カム軸に垂直な面内において、バルブリフタの中心線を、バルブ全閉時の状態でバルブガイドの中心線上に配置する一方、バルブリフタボア孔の中心線を、バルブガイドの中心線に対してカムの回転方向に、バルブリフタボア孔とバルブリフタとのクリアランスによるバルブリフタボア孔内でのバルブリフタの傾斜可能な最大角度以下の所定角度傾斜させて配置した。
【０００７】
かかる配置によれば、カムが回転すると、カムとバルブリフタとの接触点がバルブリフタの中心からずれるため、閉弁時において、バルブリフタにカムの回転方向と反対の方向のモーメントが生じる。このモーメントの作用により、バルブリフタは、バルブリフタボア孔とのクリアランスによる許容範囲内で、バルブリフタボア孔の中心線に対し、カムの回転方向と反対の方向に傾斜する。
【０００８】
一方、バルブリフタボア孔の中心線がバルブガイドの中心線に対してカムの回転方向に前記所定角度だけ傾斜しているため、結果として、バルブリフタは、バルブガイドの中心線に並進して摺動するのである。
【０００９】
請求項２に係る発明では、前記所定角度を前記最大角度と略同一とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明では、バルブ全閉時のバルブステムとバルブリフタとの当接部の位置を中心として、前記バルブリフタボア孔の中心線を傾斜させたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、バルブステムとバルブリフタとの当接部において、バルブステム側を半球凸形状に成形し（以下、半球状凸部と称する）、またバルブリフタ側を半球凹形状に成形した（以下、半球状凹部と称する）ことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明では、バルブステム側の半球状凸部の半径をｒとし、バルブリフタ側の半球状凹部の半径をＲとしたとき、各半径を、ｒ＜Ｒの関係を満たすように設定したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、バルブリフタが閉弁時にバルブガイドの中心線に並進して摺動することにより、バルブ傘部がバルブシートに傾斜せずにフェース面全体で着座するため、バルブシートの偏摩耗を防止できると共に、バルブ傘部付け根部への異常入力を低減することができる。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、バルブリフタが閉弁時に揺動運動を伴わずに摺動するため、閉弁動作をより円滑化できると共に、バルブシートの偏摩耗をより効果的に防止し、バルブ傘部付け根部への異常入力を更に低減することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、バルブ全閉時におけるバルブステムとバルブリフタとの当接部の位置により、バルブリフタボア孔を傾斜させる際の基準位置を容易に設定でき、また、バルブリフタボア孔を的確に傾斜させることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、バルブ作動時に、バルブステムとバルブリフタとが傾斜して当接する場合でも、当接部おける面圧が低減されるため、当接部の摩耗を防止でき、また、バルブステムとバルブリフタとの間の力の伝達が効率よく行われる。
【００１７】
請求項５に係る発明によれば、半球状凸部が半球状凹部により小さい面積で当接するため、当接部の摩耗をより効果的に防止でき、バルブをより円滑に開閉することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンの動弁装置のカム軸に対して垂直な面における断面図であり、これを参照して本動弁装置の基本構成について説明する。
【００１９】
エンジンのシリンダヘッド１には、バルブリフタボア孔２が設けられる。
バルブリフタボア孔２は、その中心線をシリンダヘッド１に圧入されたバルブガイド３の中心線に対して後述するように傾斜させて配置される。
【００２０】
バルブリフタボア孔２の内部には、有蓋円筒状のバルブリフタ４が摺動自在に挿入される。
ここで、バルブリフタボア孔２とバルブリフタ４との間には潤滑のためオイルクリアランスが設けられており、バルブリフタ４は、バルブ作動中に、このクリアランスによる許容範囲内にて傾斜可能である（図では、便宜上、極端な例を示す）。
【００２１】
バルブリフタ４の頂部に設けられた凹部にはシム５が嵌合され、バルブリフタ４は、シム５を介してカム６と接し、カム６の回転運動（図の矢印の方向）を往復運動に変換する。
【００２２】
前記バルブリフタ４の往復運動は、バルブリフタ４と後述するように当接するバルブステム７に、当接部８の機能によって伝達される。
バルブステム７は、バルブガイド３に摺動自在に挿入される。
【００２３】
バルブステム７とバルブガイド３との間にも、同様の理由から、オイルクリアランスが設けられており（図は極端な例を示す）、バルブステム７もクリアランスによる許容範囲内にて傾斜可能である。
【００２４】
バルブステム７の下端部にはバルブ傘部９ａが一体的に連結され、以て吸排気バルブ９を構成している。
バルブ傘部９ａは、バルブステム７に伝達されたバルブリフタ４の往復運動に合わせてバルブシート１０から離座し、また、着座することによって、吸排気ポート１１を開閉する。
【００２５】
一方、バルブステム７の上端側にはコッタ１２を介してリテーナ１３が固着される。リテーナ１３には、シリンダヘッド１との間に圧縮状態で装着されるバルブスプリング１４の作用力が、吸排気バルブ９の閉弁方向に作用している。
【００２６】
次に、バルブリフタボア孔２の傾斜角度について、図２及び図３を参照して説明する。
図２はバルブリフタボア孔２とバルブガイド３との角度関係を示しており、図中の直線Ａ−Ａはエンジンのシリンダに対して鉛直な直線を、直線Ｂ−Ｂはバルブガイド３の中心線を、また直線Ｃ−Ｃはバルブリフタボア孔２の中心線を示す。
【００２７】
また、バルブ傘部９ａはバルブシート１０に着座しており、吸排気ポート１１は完全に閉塞されている。
この状態にて、バルブステム７はバルブガイド３の中心線上に位置し、当接部８において、バルブリフタ４が、バルブガイド３の中心線と直交してバルブステム７と当接する。
【００２８】
バルブガイド３は、シリンダヘッド１に、図示のごとく、一定のバルブ挟み角θ１をもって圧入されており、また、バルブリフタボア孔２は、その中心線とバルブガイド３の中心線とのなす角がθ２となるように、カム６の回転方向に傾斜させて配置される。
【００２９】
本実施の形態では、バルブリフタボア孔２を傾斜させる際に、この状態、即ち、バルブ全閉時における当接部８を中心とする。
また、θ２は、バルブリフタボア孔２とバルブリフタ４とのクリアランスによるバルブリフタボア孔２内でのバルブリフタ４の傾斜可能な最大角度に設定する。
【００３０】
即ち、図３（Ａ）に示すように、バルブリフタボア孔内径をＤ、バルブリフタ外径をｄ、バルブリフタ長をＬとすると、θ２は、図３（Ｂ）を参照して下式（１）を満たすように設定する。
【００３１】
ｄcos(θ２) ＋Ｌsin(θ２) ＝Ｄ（１）
次に、当接部８について、図４を参照して説明する。
当接部８では、半球状凹部を設けたバルブリフタ４の頂部内面と、半球状凸部を設けたバルブステム７の上端部とが摺接する。
【００３２】
本実施の形態では、図示のごとく、半球状凹部の半径Ｒを、半球状凸部の半径ｒと比して大きく設定する。
以上のように構成されたエンジンの動弁装置の動作について、図５を参照して説明する。
【００３３】
図１に示す状態からカム６が回転すると、カム６の機能によりバルブリフタ４が下降を開始し、開弁動作に入る（Ａ）。
また、カム６が回転すると、カム６とシム５との接触点がカム６の形状によってシム５の中心からずれるため、バルブリフタ４にはカム６の回転方向にモーメントが生じる。このモーメントは、バルブリフタ４に、バルブリフタボア孔２との間のクリアランス内でカム６の回転方向に傾斜させる作用を及ぼす。
【００３４】
従って、開弁時には、バルブリフタ４は、バルブガイド３の中心線に対してカム６の回転方向に傾斜した状態でバルブリフタボア孔２内を下降する。
バルブリフタ４が下降すると、バルブステム７は、当接部８の機能により力を受け、バルブスプリング１４による作用力との均衡を保ちつつ、バルブガイド３との間のクリアランス内で傾斜して、下降する。
【００３５】
従って、バルブステム７と一体的に連結するバルブ傘部９ａは、バルブシート１０から、傾斜しつつ離座する。
しかし、開弁時には、バルブ傘部９ａとバルブステム７との連結部或いはバルブシート１０に対して、応力或いは摩擦力が作用しないため、問題は生じない。
【００３６】
カム６が更に回転すると、バルブ９は最大リフト位置に到達し（Ｂ）、その後、閉弁動作に移行する。
閉弁動作に入ると、カム６とシム５との接触点は、カム６の回転に従ってシム５の中心から開弁時とは反対の方向にずれる。
【００３７】
このことにより、バルブリフタ４にはカム６の回転方向と反対の方向のモーメントが生じる。このモーメントの作用により、バルブリフタ４は、バルブリフタボア孔２の中心線に対してカム６の回転方向と反対の方向に傾斜する。
【００３８】
本実施の形態では、バルブリフタ４がクリアランスにより傾斜可能な最大角度だけ、バルブリフタボア孔２をカム６の回転方向に傾斜させて配置しているため、ある位置までカム６が回転し、バルブリフタ４の傾斜角度が前記最大角度に達すると、（Ｃ）に示すごとく、バルブリフタ４の頂部内面がバルブガイド３の中心線と直交する。
【００３９】
ここで、カム６から作用する力と、バルブスプリング１４から作用する力と、バルブリフタボア孔２の内壁から作用する力とが均衡しており、バルブリフタ４は、この均衡を保ちつつ、バルブガイド３の中心線に並進して上昇する。
【００４０】
その後、カム６とシム５との接触点がシム５の中心と一致する着座時には、バルブステム７の中心線とバルブガイド３の中心線とが重なり、バルブ傘部９ａは、バルブシート１０に対して垂直に、フェース面全体で着座する（Ｄ）。
【００４１】
その後、カム６が更に回転すると、再び開弁動作に入り、同様の行程を繰り返す。
このように、バルブリフタボア孔２の中心線を、バルブガイド３の中心線に対し、カム６の回転方向に傾斜させることにより、バルブ傘部９ａがバルブシート１０にフェース面全体で着座するため、バルブシート１０の偏摩耗が防止でき、また、バルブ傘部付け根部への異常入力を低減することができる。
【００４２】
更に、バルブステム７とバルブリフタ４との当接部８において、バルブステム７側を半球状凸部とし、バルブリフタ４側を、前記半球状凸部より大きい半径を有する半球状凹部とすることにより、当接部８の摩耗を効果的に防止し、バルブ９を円滑に開閉させることができる。
【００４３】
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの動弁装置の断面概略図
【００４５】
【図２】バルブリフタボア孔とバルブガイドとの配置関係を示す図
【００４６】
【図３】バルブリフタボア孔の傾斜角度の詳細を示す図
【００４７】
【図４】当接部の断面拡大図
【００４８】
【図５】本発明の一実施形態に係るエンジンの動弁装置の動作を示す図
【００４９】
【符号の説明】
１シリンダヘッド
２バルブリフタボア孔
３バルブガイド
４バルブリフタ
５シム
６カム
７バルブステム
８当接部
９吸排気バルブ
９ａバルブ傘部
１０バルブシート
１１吸排気ポート
１２コッタ
１３リテーナ
１４バルブスプリング

Claims

カムにより、シリンダヘッドのバルブリフタボア孔に摺動自在に挿入されたバルブリフタを介して、バルブガイドにバルブステムを摺動自在に挿入された吸排気バルブを駆動するようにしたエンジンの動弁装置において、
カム軸に垂直な面内において、バルブリフタの中心線を、バルブ全閉時の状態でバルブガイドの中心線上に配置する一方、バルブリフタボア孔の中心線を、バルブガイドの中心線に対してカムの回転方向に、バルブリフタボア孔とバルブリフタとのクリアランスによるバルブリフタボア孔内でのバルブリフタの傾斜可能な最大角度以下の所定角度傾斜させて配置したことを特徴とするエンジンの動弁装置。
前記所定角度を前記最大角度と略同一としたことを特徴とする請求項１記載のエンジンの動弁装置。
バルブ全閉時におけるバルブステムとバルブリフタとの当接部の位置を中心として、前記バルブリフタボア孔の中心線を傾斜させたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの動弁装置。
バルブステムとバルブリフタとの当接部を、バルブステム側を半球状凸部とし、バルブリフタ側を半球状凹部としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの動弁装置。
バルブステム側の半球状凸部の半径をｒとし、バルブリフタ側の半球状凹部の半径をＲとしたとき、ｒ＜Ｒとしたことを特徴とする請求項４記載のエンジンの動弁装置。