JP4549284B2

JP4549284B2 - ロッカアーム式動弁装置およびロッカアーム

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Publication number: JP4549284B2
Application number: JP2005344363A
Authority: JP
Inventors: 理之冨加見
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: JP2007146783A

Description

この発明は、内燃機関におけるロッカアーム式動弁装置および動弁装置におけるロッカアームに関するものである。

カムの回転によって吸気バルブあるいは排気バルブ(以下、単にバルブという)を開閉させるようにした動弁装置として、ロッカシャフトによってロッカアームの中央部を支持し、そのロッカアームの一端部下方に設けられたカムシャフトのカムの回転によりロッカアームの一端部を押上げてロッカアームを揺動させ、そのロッカアームの他端部でバルブステムを押下げてバルブを開閉させるようにしたロッカアーム式動弁装置は従来から知られている。

上記のようなロッカアーム式動弁装置においては、ロッカアームの他端部にラッシュアジャスタを組込み、そのラッシュアジャスタを介してバルブステムを押下げると共に、そのラッシュアジャスタによってバルブクリアランスを自動調整することが行われている。

ロッカアーム式動弁装置に組込まれるラッシュアジャスタには、特許文献１に記載された油圧式ラッシュアジャスタと、特許文献２および３に記載された機械式ラッシュアジャスタが従来から知られている。
特開平１０−２３１７１１号公報実公平５−２１６０２号公報実開平２−１１４７０３号公報

ところで、特許文献１に記載された油圧式ラッシュアジャスタにおいては、作動油としてエンジンオイルを用いるようにしているため、下記のような問題がある。
記
(１)エンジンオイルはクランクシャフトで攪拌されるため、オイル中に気泡が混入することが多く、その気泡混入のオイルがラッシュアジャスタの圧力室に供給されると、バルブの開放時にラッシュアジャスタは気泡を圧縮することになり、バルブのリフト量が変化することになる。
(２)エンジン運転時の温度変化や圧力変化によってエンジンオイル中の溶存空気量が増大し、エンジン停止後の冷却によりオイル中から溶存空気が分離して圧力室内に溜まり、前記と同様にバルブリフト量が変化する。
(３)エンジン始動時に油圧が確保されるまでラッシュアジャスタの機能を維持するためのリザーバ室を必要とするため、ラッシュアジャスタが大型化し、重量も重くなる。
(４)ラッシュアジャスタに作動油を導くため、アームに小径の給油通路を加工する必要が生じ、加工が極めて困難になる。

一方、特許文献２および３に記載された機械式のラッシュアジャスタの場合、油圧式ラッシュアジャスタの上記のような問題点はなく、極めて有利である。しかしながら、底つき筒形リフタボデイの内周に雄ねじ部材をねじ係合させる雌ねじを形成する構成であるため、リフタボデイの軸方向長さが長くなり、ラッシュアジャスタが大型化するという不都合がある。

この発明の課題は、機械式ラッシュアジャスタの軸方向長さのコンパクト化と軽量化とを図ると共に、安定したバルブリフト量が得られるようにした軽量で耐摩耗性に優れたロッカアーム式動弁装置および耐摩耗性に優れた動弁装置のロッカアームを提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明に係るロッカアーム式動弁装置においては、ロッカシャフトが挿入されるシャフト嵌合孔を中央部に有し、カムの回転による一端部の押上げによって前記ロッカシャフトを中心に揺動されるロッカアームの揺動側端部に上下に貫通するアジャスタ嵌合孔を設け、そのアジャスタ嵌合孔内に組込まれたラッシュアジャスタを介してバルブステムを押し下げるようにしたロッカアーム式動弁装置において、前記ラッシュアジャスタが、前記アジャスタ嵌合孔内に嵌合されて上端部がロッカアームの上面より上方に臨み、下端部にはアームの下面に衝合されるフランジが設けられた両端開口の筒状のナット部材と、そのナット部材の内周に形成された雌ねじにねじ係合される雄ねじを外周に有するアジャストスクリュと、前記ナット部材の上端部外周に圧入されてロッカアームの揺動側端部を前記フランジとで上下から挟持するキャップと、前記アジャストスクリュをバルブステムに向けて付勢する弾性体とから成り、前記ナット部材に形成されたフランジの外周一部に平坦面を形成し、その平坦面をロッカアームの他端部下面に設けられた平坦なストッパ面に係合してナット部材を回り止めし、前記ナット部材の雌ねじとアジャストスクリュの雄ねじのそれぞれをバルブステムからアジャストスクリュに負荷される軸方向の押し込み荷重を受ける圧力側フランクのフランク角が遊び側フランクのフランク角より大きい鋸歯状ねじとし、その鋸歯状ねじに弾性体の押圧によりアジャストスクリュが回転しつつ軸方向に移動するリード角を設け、前記ロッカアームをアルミニウム合金により形成し、そのロッカアームに設けられたシャフト嵌合孔の内径面の面粗さＲａを０．１０以下とした構成を採用したのである。

また、この発明に係るロッカアームにおいては、ロッカシャフトが挿入されるシャフト嵌合孔を中央部に有し、カムの回転による一端部の押し上げにより前記ロッカシャフトを中心に揺動して他端部でバルブステムを押し下げるロッカアームにおいて、全体をアルミニウム合金により形成し、前記シャフト嵌合孔の内径面の面粗さＲａを０．１０以下とした構成を採用したのである。

上記のように、この発明に係るロッカアーム式動弁装置においては、ロッカアームのアジャスタ嵌合孔内に嵌合されたナット部材の上端部にキャップを取付け、そのキャップとナット部材の下端部に設けられたフランジとでロッカアームの揺動側端部を挟持してナット部材を固定したことにより、ナット部材としてタップ工具の逃げを必要とすることのない両端開口の筒状のものを採用することができ、軸方向長さの短い簡単な構造の小型のラッシュアジャスタを得ることができる。

また、バルブステムを押下げた際、そのバルブステムからラッシュアジャスタに負荷される反力をナット部材のフランジとロッカアームの下面の衝合部で受けることができるため、アジャスタ嵌合孔の内周に肩部を設けて上記反力を受ける場合に比較して、ロッカアームの破断に対する耐久性が高く、上記ロッカアームの形成材料としてアルミニウム合金を採用することができ、ロッカアーム式動弁装置の軽量化を図ることができる。

この発明に係るロッカアームにおいては、全体をアルミニウム合金で形成し、ロッカシャフトが挿入されるシャフト嵌合孔の内径面の面粗さＲａを０．１０以下とすることによって、シャフト嵌合孔の内径面の摩耗を抑制することができ、耐久性に優れた軽量のロッカアームを得ることができる。

以下、この発明の実施形態を図面に基いて説明する。図１は、ロッカアーム式動弁装置を示す。図示のように、ロッカアーム１はロッカシャフト２によって中央部が支持され、そのロッカアーム１の一端部にローラピン３を介してローラ４が回転自在に支持されている。ローラ４はカムシャフト５に設けられたカム６と接触し、そのカム６の回転によりロッカアーム１の一端部が押上げられてロッカアーム１が揺動し、そのロッカアーム１の他端部でバルブステム７を押下げて下端のバルブ８を開放させるようになっている。

ここで、バルブステム７はシリンダヘッド９に設けられたガイド孔１０内にスライド自在に挿入され、そのバルブステム７の上端部に取付けたスプリングリテナ１１とシリンダヘッド９の上面間に組込まれたバルブスプリング１２はバルブ８がバルブシート１３に密着する方向に向けてバルブステム７を付勢している。

ロッカアーム１の他端部にはバルブステム７の上端と対向する位置に上下に貫通するアジャスタ嵌合孔１４が形成され、そのアジャスタ嵌合孔１４内にバルブステム７を押下げるラッシュアジャスタ２０が組み込まれている。

図２に示すように、ラッシュアジャスタ２０は、アジャスタ嵌合孔１４内に嵌合されたナット部材２１と、そのナット部材２１内に組込まれたアジャストスクリュ２２と、このアジャストスクリュ２２をバルブステム７に向けて押圧する弾性体２３と、上記ナット部材２１の上端開口を閉塞するキャップ２４とからなる。

ナット部材２１は両端が開口する筒状をなし、その内周には軸方向のほぼ中央から下端にわたって雌ねじ２５が形成されている。また、ナット部材２１の下端部外周にはフランジ２６が設けられ、そのフランジ２６がロッカアーム１の他端部下面に当接する状態でナット部材２１の上端部はアジャスタ嵌合孔１４の上端開口から上方に突出している。

アジャストスクリュ２２は外周に雄ねじ２７を有し、その雄ねじ２７はナット部材２１の雌ねじ２５とねじ係合している。

ここで、ナット部材２１の雌ねじ２５とアジャストスクリュ２２の雄ねじ２７は、バルブステム７からアジャストスクリュ２２に負荷される軸方向の押込み荷重を受ける圧力側フランク２８のフランク角が遊び側フランク２９のフランク角より大きい鋸歯状とされ、その鋸歯状ねじに弾性体２３の押圧によってアジャストスクリュ２２が回転しつつ軸方向に移動するリード角が設けられている。

また、アジャストスクリュ２２の上端面にはドライバ等の回し工具が係合可能な係合凹部３０が設けられ、一方、下面は球面３１とされてバルブステム７の上端面と点接触している。

さらに、アジャストスクリュ２２の上端部外周には塑性加工等によって突出部３２が設けられている。突出部３２はナット部材２１の内周に形成された前記雌ねじ２５の上端面に対して係合可能とされ、その係合によってロッカアーム式動弁装置の取外し時に、アジャストスクリュ２２がナット部材２１の下方に脱落するのを防止するようになっている。

前記キャップ２４は、ナット部材２１の上端部外周に圧入されてナット部材２１の下端部に設けられた前記フランジ２６とでロッカアーム１他端部を上下から挟持しており、その挟持によってナット部材２１は軸方向に非可動の支持とされている。

ナット部材２１とロッカアーム１の相互間にはナット部材２１を回り止めする回り止め手段４０が設けられている。

図２および図３に示すように、回り止め手段４０は、ナット部材２１の下端部に設けられたフランジ２６の外周一部に平坦面４１を形成し、一方、ロッカアーム１の他端部下面には平坦なストッパ面４２を設け、このストッパ面４２に対する平坦面４１の係合によってナット部材２１を回り止めしている。

実施の形態で示すロッカアーム式動弁装置は上記の構造から成り、図１に示すカムシャフト５が回転し、カム６の突出部６ａによってローラ４が押上げられると、ロッカアーム１は他端部が下方に移動する方向に揺動し、バルブステム７はラッシュアジャスタ２０を介して押し下げられ、バルブ８が開放する。

また、カム６のベース円６ｂがローラ４と接触すると、バルブスプリング１２の押圧によりバルブステム７が上昇し、バルブ８が閉鎖する。

ロッカアーム１の揺動によるバルブ８の開閉において、ラッシュアジャスタ２０がバルブステム７を押し下げるとき、バルブステム７からアジャストスクリュ２２に反力が負荷される。また、バルブスプリング１２によってバルブステム７が押し上げられるとき、そのバルブステム７からアジャストスクリュ２２に押圧力が負荷され、その押圧力や上記反力はナット部材２１の雌ねじ２５とアジャストスクリュ２２の雄ねじ２７の圧力側フランク２８で受けられる。

このため、アジャストスクリュ２２は回転することはなく、そのアジャストスクリュ２２からナット部材２１に押圧力や反力が負荷されることになり、その押圧力や反力はナット部材２１のフランジ２６が衝合するロッカアーム１の他端部下面で受けられる。

このように、バルブステム７からアジャストスクリュ２２に負荷される押圧力や反力等の荷重はロッカアーム１の他端部下面で受けられ、その他端部は厚肉であるため、破断することはない。このため、ロッカアーム１をアルミ二ウム合金製としても充分の耐久性を得ることができる。そこで、実施の形態では、ロッカアーム１をアルミ二ウム合金で形成しており、ロッカアーム式動弁装置の軽量化を図るようにしている。

内燃機関の温度上昇に伴うシリンダヘッド９の熱膨張等によってバルブステム７の上端面とアジャストスクリュ２２の下面間にバルブクリアランスが生じようとすると、弾性体２３の押圧力によりアジャストスクリュ２２が軸方向に移動して、上記バルブクリアランスを吸収する。

また、アジャストスクリュ２２がバルブステム７の上端面から押込み力を受けると、雄ねじ２７と雌ねじ２５のねじ係合部に形成された軸方向のねじ隙間を詰めるまで後退し、さらに押込み力を受けると、互いに圧接する圧力側フランク２８により上記押込み力を受けてアジャストスクリュ２２が後退するのを防止する。

反対に、バルブ８が接触、離反するバルブシート１３の摩耗等によりバルブステム７の上端面とアジャストスクリュ２２の下面間の距離が縮まると、アジャストスクリュ２２はバルブステム７から負荷される軸方向の変動荷重により徐々に押込まれて後退する。その後退によってカム６のベース円６ｂがローラ４と接触する閉鎖時に、バルブ８はバルブシート１３に密着する状態とされ、圧縮漏れが生じるのを防止する。このとき、アジャストスクリュ２２は前記軸方向の変動荷重の最小値が０となる位置からさらにねじのガタ分だけ押込まれ、それ以上は後退しない。

ロッカアーム１は、ロッカアーム式動弁装置の軽量化を図るため、アルミニウム合金により形成しているが、このアルミニウム合金は柔らかいため、ロッカアーム１の高速度の揺動によってロッカシャフト２が挿入されるシャフト嵌合孔１５の内径面がロッカシャフト２との接触によって摩耗し易い。そこで、その内径面の面粗さと摩耗の関係を知るため、内径面の面粗さを変えて実験したところ、面粗さＲａを０．１０以下とすることによって摩耗の抑制に効果があることが判った。

因みに、シャフト嵌合孔１５の内径面の面粗さが異なる３種類(本発明品、比較品１、比較品２)のサンプルを用意してエンジンモータリング評価を実施したところ、表１に示す結果を得た。

試験条件は下記のとおりである。
カム回転数：３０００ｒｐｍ
潤滑油：エンジンオイル
油圧：３４０ｋＰａ

上記試験結果から明らかなように、シャフト嵌合孔１５の内径面の面粗さＲａを０．１０以下とすることによって摩耗量を抑制することが理解することができる。

この発明に係るロッカアーム式動弁装置の縦断正面図ラッシュアジャスタの組込み部を拡大して示す断面図図２のIII−III線に沿った断面図

符号の説明

１ロッカアーム
２ロッカシャフト
６カム
１４アジャスタ嵌合孔
１５シャフト嵌合孔
２０ラッシュアジャスタ
２１ナット部材
２２アジャストスクリュ
２３弾性体
２５雌ねじ
２６フランジ
２７雄ねじ
２８圧力側フランク
２９遊び側フランク
４０回り止め手段

Claims

ロッカシャフトが挿入されるシャフト嵌合孔を中央部に有し、カムの回転による一端部の押上げによって前記ロッカシャフトを中心に揺動されるロッカアームの揺動側端部に上下に貫通するアジャスタ嵌合孔を設け、そのアジャスタ嵌合孔内に組込まれたラッシュアジャスタを介してバルブステムを押し下げるようにしたロッカアーム式動弁装置において、
前記ラッシュアジャスタが、前記アジャスタ嵌合孔内に嵌合されて上端部がロッカアームの上面より上方に臨み、下端部にはアームの下面に衝合されるフランジが設けられた両端開口の筒状のナット部材と、そのナット部材の内周に形成された雌ねじにねじ係合される雄ねじを外周に有するアジャストスクリュと、前記ナット部材の上端部外周に圧入されてロッカアームの揺動側端部を前記フランジとで上下から挟持するキャップと、前記アジャストスクリュをバルブステムに向けて付勢する弾性体とから成り、前記ナット部材に形成されたフランジの外周一部に平坦面を形成し、その平坦面をロッカアームの他端部下面に設けられた平坦なストッパ面に係合してナット部材を回り止めし、前記ナット部材の雌ねじとアジャストスクリュの雄ねじのそれぞれをバルブステムからアジャストスクリュに負荷される軸方向の押し込み荷重を受ける圧力側フランクのフランク角が遊び側フランクのフランク角より大きい鋸歯状ねじとし、その鋸歯状ねじに弾性体の押圧によりアジャストスクリュが回転しつつ軸方向に移動するリード角を設け、前記ロッカアームをアルミニウム合金により形成し、そのロッカアームに設けられたシャフト嵌合孔の内径面の面粗さＲａを０．１０以下としたことを特徴とするロッカアーム式動弁装置。
ロッカシャフトが挿入されるシャフト嵌合孔を中央部に有し、カムの回転による一端部の押し上げにより前記ロッカシャフトを中心に揺動して他端部でバルブステムを押し下げるロッカアームにおいて、全体をアルミニウム合金により形成し、前記シャフト嵌合孔の内径面の面粗さＲａを０．１０以下としたことを特徴とするロッカアーム。