JP4143031B2

JP4143031B2 - 内燃機関の動弁系のタペット機構

Info

Publication number: JP4143031B2
Application number: JP2003434104A
Authority: JP
Inventors: 徳明藤井; 久夫酒井; 忠晴庄司; 元弘丸山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005188472A; CN1637236A; CN100339566C

Description

本発明は、内燃機関の動弁系のタペット機構に関するものである。

従来、４サイクル内燃機関の動弁機構として、シリンダヘッドに揺動可能に支持されたロッカアームでキノコ形の吸気弁あるいは排気弁を開弁駆動するものが知られている。これらの吸気弁あるいは排気弁は、シリンダヘッドに形成されたスプリングシートと、バルブステムにコッタを介して固定されたスプリングリテーナとの間に縮設されたバルブスプリングによって常時閉弁付勢されている。また、エンジン本体にロッカアームを揺動自在に設け、回転するカムでロッカアームを揺動させることにより、そのロッカアームを介して吸気弁あるいは排気弁を開弁するようにしたものがある。

上記ロッカアームを設けたものでは、そのロッカアームにおけるバルブステム側の揺動端部にバルブステムに当接するタペット部材を設けており、そのタペット調整をする必要がある。タペット調整構造にあっては、ロッカアームの支点での調整機構を持つもの以外では、タペット部材にねじ部を形成し、そのタペット部材をロッカアームの揺動端部にねじ込むと共にねじ込み量を調整してロックナットで固定するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

また、上記ねじによりタペット調整するものにあって、タペット部材におけるバルブステムに当接する部分を球面としたものがある。この球面接触部を有するねじの軸線方向位置をロックナットで固定するものにあっては、ねじによりタペット調整を容易に行うことができることから作業性が良く、また簡単な構造により信頼性も高いため、最も広く用いられているという利点がある。
特開平８−３５４０８号公報（第３−４頁、図１）

しかしながら、球面接触部を持つねじとロックナットとによるものにあっては、ねじすなわちタペット部材自体を回転させるために接触部は球面でなければならず、球面であるために接触面圧が高く、当該部材には高い耐摩耗性、耐ピッチング性が要求される。そのため、タペット部材の加工に高度な技術が要求され、製造コストが高いという問題があった。

このような課題を解決して、タペット調整の作業性が良くかつが安価なタペット機構を実現するために本発明に於いては、内燃機関の動弁系のロッカアーム（４）にタペット調整するべく取り付けられたアジャストスクリュー（３１）と、前記アジャストスクリュー（３１）にその軸線回りに相対的に回動自在に連結されかつ円筒面の一部からなる面（１７ｃ）をバルブステム（３ａ）に当接させるように形成されたタペット部材(１７)と、前記タペット部材（１７）を前記軸線方向に変位自在かつ前記軸線回りに回転規制するべく前記ロッカアーム（４）に設けられた回り止め手段（４ａ・４ｂ）とを有し、前記アジャストスクリュー（３１）と前記タペット部材（１７）との互いに密接し得る面が互いに同一曲率の球面の一部で形成され、前記アジャストスクリュー（３１）における前記タペット部材（１７）と密接する前記球面の半径（Ｒ１）の中心と、前記タペット部材（１７）における前記円筒面の半径（Ｒ２）の中心とが同一であるものとした。

特に、カム（２）とそのカムリフトを前記バルブステム（３ａ）に伝達するロッカアーム（４）との間にバルブリフト可変装置（１）が設けられているものに好適である。

このように本発明によれば、タペット調整用のアジャストスクリューに連結されたタペット部材がバルブステム（バルブステムエンド）に当接すると共にその当接面が円筒面の一部からなることから、両者の接触が円筒面接触となり、面圧を低減することができる。そのため、バルブステムエンドの耐摩耗性も低く設定しても良くなると共に、アジャストスクリューも、従来のように直接バルブステムと摺接することが無いため硬い材料を用いる必要が無いなど、それらに安価な材料の適用が可能になり、部品コストを低廉化し得る。さらに、アジャストスクリューでタペット調整できるため作業性が良い。

特に、バルブリフト可変装置を設けた動弁系にあっては、従来の構造にすると、アジャストスクリュー先端部をバルブステムに当接かつ摺動する面積を広く形成しなければならず、それを球面接触で実現することは困難であるのに対して、本発明による円筒面接触によれば容易に対応可能であり、バルブリフト可変装置に好適である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１並びに図２は、本発明が適用される内燃機関のバルブリフト可変装置の基本構成を示している。このバルブリフト可変装置１は、吸気弁あるいは排気弁の開度を連続的且つ無段階に変化させるものである。図示例では、吸気カム２のリフトを吸気弁３に伝達するロッカアーム４と、ロッカアーム４の上部にローラフォロワ５と共にアッパピン６をもってその二股部が連結されたアッパリンク部材７と、ロッカアーム４の下部にその一端がロワピン８をもって連結されたロワリンク部材９とが設けられている。

アッパリンク部材７の他端は、シリンダヘッド（図示せず）上に固定されたロッカアーム支持軸１０に枢着され、ロワリンク部材９の他端は、クランク部材１１のクランクピン部１２に枢着されている。

クランク部材１１のクランクピン部１２にクランクウェブ部１３ａ・１３ｂを介して接続されたクランク軸部１４の両端は、例えばヘッドカバーＨＣ等のシリンダヘッドと実質的に一体をなす部材に形成された支持孔１５に枢着されている。このクランク軸部１４の中間部は、直列する各気筒上のバルブリフト可変装置１におけるロッカアーム４の下部とロワリンク部材９との連結部を挟む一対のクランクウェブ部１３ａ・１３ｂ同士間を相互に連結して気筒列方向に延在している。なお、図２においては、ロッカアーム４の下部とロワリンク部材９との連結部を明示するために、クランクピン部１２を分断して一方のクランクウェブ部１３ａを右方へ偏倚させている。

吸気カム２が内燃機関のクランク軸と同期回転するカム軸１６に一体形成され、ロッカアーム４の遊端がタペット部材１７を介して２つの吸気弁３の各バルブステム３ａの上端に当接し、カム軸１６の回転で吸気カム２がロッカアーム４に枢着されたローラフォロワ５を押圧し、これによって２つの吸気弁３を同時に開弁駆動する点については、周知の内燃機関の動弁機構と何等変わるところはない。なお、吸気弁３はバルブスプリングによって常時閉弁付勢されているが、これらの構造に関しては後に詳述する。

支持孔１５から突出したクランク軸部１４の端末には、コントロールアーム１８の上端が固定されている。そしてコントロールアーム１８の下端には、図３に示すように、ねじ軸２０に螺合したナット部材２１にその一端をピン結合した連結リンク２２の他端がピン結合されている。このねじ軸２０は、例えばシリンダヘッドのクランク軸方向端面などに取り付けられた電動機（図示せず）によって駆動される。

クランク部材１１のクランク軸部１４は、吸気カム２のベース円部分がローラフォロワ５に摺接してロッカアーム４が上昇位置にあるとき（図１の状態）、つまり吸気弁３が閉弁状態にあるときは、ロッカアーム４の下部に枢着されたロワピン８と同軸上に位置している。

この状態から電動機を駆動すると、ねじ軸２０の回転によってナット部材２１が直線移動し、ナット部材２１に連結リンク２２を介して接続されたコントロールアーム１８が回動する。これにより、クランク部材１１がクランク軸部１４を中心に回動し、クランクピン部１２がクランク軸部１４を中心とする円弧Ａ上を移動することとなり、クランクピン部１２に上下方向への変位が与えられる。

次に、本装置の作動要領について説明する。

電動機を駆動してナット部材２１を図３に示した前進位置から後退させ、コントロールアーム１８を図３における反時計方向へ回動させると、コントロールアーム１８に連結されたクランク部材１１が反時計方向に回動し、図４に示すようにクランク部材１１のクランクピン部１２が上向きに変位する。これにより、ロッカアーム支持軸１０、アッパピン６、ロワピン８及びクランクピン部１２を結ぶ四節リンクの形状が、ロッカアーム支持軸１０側に頂点を置いた略三角形になる。この状態で吸気カム２がローラフォロワ５を押圧すると、四節リンクが変形してロッカアーム４が想像線で示す位置から実線で示す位置へと大きく揺動し、タペット部材１７が吸気弁３のバルブステム３ａの上端を押圧して、吸気弁３を高バルブリフトＨＬで開弁させる。

電動機を駆動してナット部材２１を図３に示した前進位置に戻すと、コントロールアーム１８に連結されたクランク部材１１が時計方向へ回動し、図５に示すようにクランク部材１１のクランクピン部１２が下向きに変位する。これにより、ロッカアーム支持軸１０、アッパピン６、ロワピン８及びクランクピン部１２を結ぶ四節リンクの形状が、タペット部材１７側に頂点を置いた略三角形になる。この状態で吸気カム２がローラフォロワ５を押圧すると、四節リンクが変形してロッカアーム４が想像線に示す位置から実線で示す位置へと僅かに揺動し、タペット部材１７が吸気弁３のバルブステム３ａの端を押圧して、吸気弁３を低バルブリフトＬＬで開弁させる。

このようにして、本発明に係るバルブリフト可変装置１によれば、ロワリンク部材９の他端（クランクピン部１２）の位置を無段階且つ連続的に移動させることにより、図６に示すように、高リフト時（図４に対応）のリフト量と、低リフト時（図５に対応）のリフト量との間で、バルブタイミングは一定のままでリフト量だけを無段階且つ連続的に変化させることができる。

次にロッカアーム４と吸気弁３との連動部の構造について説明する。

カムリフトをバルブリフトに変換するロッカアーム４の揺動端部（ロッカアーム支持軸１０及びクランクピン部１２とは相反する側の端部）には、アジャストスクリューとしてのアジャストスクリュー３１がねじ込まれている。そのアジャストスクリュー３１の下端部には、吸気弁３のバルブステム３ａの図における上端（バルブステムエンド）に直接当接するタペット部材（チップ）１７が一体的に連結されている。

本図示例では図７に示されるように、アジャストスクリュー３１の先端部（図の下端部）に形成したロッド部３１ａに周方向溝を形成し、タペット部材１７に形成したロッド部挿入用の円環状ボス部１７ａの対応する部分にも周方向溝を形成し、両溝間にスナップリング４１を嵌め込んでアジャストスクリュー３１とタペット部材１７とが互いに抜け止め状態に連結されている。

タペット部材１７は、図７及び図８に併せて示されるように、上記した円環状ボス部１７ａと、舟形のソール部１７ｂとを一体にした形状に形成されている。ソール部１７ｂの底面１７ｃは、バルブステム３ａに当接すると共に、円筒面の一部を形成するように形成されている。

なお、バルブステム３ａの上端部には、コッタ３４を介してスプリングリテーナ３３が係合している。このスプリングリテーナ３３と、シリンダヘッドに固定されたスプリングシート３８との間には、所定のばね定数のバルブスプリング３９が組み込まれており、吸気弁３が閉弁方向へ常時弾発付勢されている。

次に、上記したアジャストスクリュー３１とタペット部材１７との連結構造の詳細について説明する。ロッカアーム４におけるアジャストスクリュー３１を螺着する部分には、タペット部材１７のボス部１７ａを挿入状態に受容する孔４ａと、ソール部１７ｂの長手方向両端部を嵌め込み状態に受容する各凹設溝４ｂとが形成されている。これらにより、タペット部材１７は、ボス部１７ａの軸線方向（アジャストスクリュー３１の軸線方向）に変位自在であるが、その軸線回りの周方向には回転を規制される回り止め手段が構成されている。なお、その回転規制位置は、ロッカアーム４が揺動運動してもバルブステム３ａのエンドに対してタペット部材１７の底面１７ｃである円筒面が常に同じ状態で面接触する位置である。

また、スナップリング４１と係合する各周方向溝の少なくとも一方の溝幅をスナップリング４１の厚さよりも広く設定して、アジャストスクリュー３１をタペット部材１７に対して軸線方向回りに回転自在にしている。これにより、タペット調整をするべくアジャストスクリュー３１を回した時に、上記凹設溝４ｂによるソール部１７ｂに対する回転規制により回転すること無くタペット部材１７が軸線方向に変位し得るため、アジャストスクリュー３１とロックナット４２とによる良好な調整作業性を容易に確保することができる。

上記タペット部材１７の回り止めかつタペット調整機構により、タペット調整に影響されずに常にタペット部材１７の底面１７ｃとバルブステム３ａのエンドとによる円筒面の一部と端面との接触状態が確保される。これにより、タペット部材１７とバルブステム３ａとが面接触状態になるため、タペット部材１７のバルブステム３ａとの接触面圧を下げることができる。さらに、ロッカアーム４の揺動運動に伴ってタペット部材１７とバルブステム３ａとが摺接するが、その摺接部が面接触状態になることから油膜厚さが上がり、耐久性を高めたタペット機構を実現し得る。また、面接触により接触面圧が低くなり、バルブステム３ａのエンドの耐摩耗性も低く設定しても良くなり、安価な材料の適用も可能になり、部品コストを低廉化し得る。

また、ロッド部３１ａの先端を球面の一部で形成すると共に、ボス部１７ａの底面も同一曲率の球面の一部で形成し、ロッド部３１ａの先端とボス部１７ａの底面１７ｃとが密接し得るようにしている。そして、ロッド部３１ａの先端の球面の半径Ｒ１と、タペット部材１７の底面１７ｃの円筒面の半径Ｒ２とが同一の中心となるようにされている。これにより、バルブステム３ａからの荷重（反力）Ｆが底面１７ｃのどの位置に作用しても、荷重Ｆの向きは図７に示されるように各半径Ｒ１・Ｒ２の中心に向けて作用するため、タペット部材１７に大きな荷重がかかってもアジャストスクリュー３１に対してタペット部材１７がずれる力が発生せず、異音やタペット部材１７におけるアジャストスクリュー３１の挿入部（ボス部１７ａ）の摩耗なども発生しない。また、この機構に使用するアジャストスクリュー３１にあっては、作動中に摺動する部分が無いため、特別に硬い材料を使う必要が無く、コストダウンも図れる。

このように、本タペット機構によれば、タペット部材１７の面圧が低くなって耐摩耗性が大きくなるので、従来のロッカアームの設計においてタペット部材の耐久性よって制限されていた部分に対する設計の自由度が増すため、コンパクトで軽量かつ高剛性の動弁系の設計が可能となり、高リフト時や低リフト時やそれらの間のどの状態においても上記円筒面による面接触状態が維持されるため、バルブリフト量が可変となる内燃機関の動弁系のタペット機構に好適である。特に、図示例のようなバルブリフト可変装置を設けた動弁系において、低負荷の微小リフト時にはカムの緩衝曲線の部分（図６の範囲ａ・ｂ）ではなく、リフト線の部分（図６の範囲ｃ）での弁の開き始めに強くなる衝撃を本構造により回避可能であり、その衝撃を低減することができる。

なお、タペット部材１７の底面１７ｃの形状にあっては、円筒面以外にも自由な曲面を使用できるので、例えば面圧の大きな部分のＲを大きくして耐久性を上げたり、バルブリフトカーブを変えたりすることも可能である。また、本発明によれば、各種の可変機構を持った動弁系の設計も可能である。

なお、本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。

バルブリフト可変装置の一部切除して示す側面図である。バルブリフト可変装置の一部切除して示す斜視図である。駆動装置の要部斜視図である。バルブリフト可変装置の作動説明図である。バルブリフト可変装置の作動説明図である。バルブリフトの特性線図である。アジャストスクリューとタペット部材との連結状態を示す要部拡大側断面図である。ロッカアームとタペット部材との関係を示す要部斜視図である。

符号の説明

１バルブリフト可変装置
２カム
３ａバルブステム
４ロッカアーム
４ａ孔（回り止め手段）
４ｂ凹設溝（回り止め手段）
１７タペット部材
３１アジャストスクリュー

Claims

内燃機関の動弁系のロッカアームにタペット調整するべく取り付けられたアジャストスクリューと、前記アジャストスクリューにその軸線回りに相対的に回動自在に連結されかつ円筒面の一部からなる面をバルブステムに当接させるように形成されたタペット部材と、前記タペット部材を前記軸線方向に変位自在かつ前記軸線回りに回転規制するべく前記ロッカアームに設けられた回り止め手段とを有し、
前記アジャストスクリューと前記タペット部材との互いに密接し得る面が互いに同一曲率の球面の一部で形成され、
前記アジャストスクリューにおける前記タペット部材と密接する前記球面の半径の中心と、前記タペット部材における前記円筒面の半径の中心とが同一であることを特徴とする内燃機関の動弁系のタペット機構。
カムとそのカムリフトを前記バルブステムに伝達するロッカアームとの間にバルブリフト可変装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁系のタペット機構。