JP4627304B2 - シリンダヘッドおよびこれを備える内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダヘッドおよびこれを備える内燃機関に関するものである。

従来、この種のシリンダヘッドとしては、バルブリフタを保持するためのバルブリフタガイドボスを備えるものが提案されている。
このシリンダヘッドでは、バルブリフタガイドボスのうち、バルブリフタを周期的に押し下げるカムの回転方向に対応する部分を切り欠くことにより、カムとバルブリフタガイドボスとが干渉するのを防止している。
特許第２５２３３２６号公報（第１，２，３図）

しかしながら、こうしたシリンダヘッドでは、バルブリフタガイドボスを切り欠いた分、カム回転方向におけるバルブリフタのバルブリフタガイドボスとの摺動長さが低減するため、バルブリフタの摺動姿勢が不安定になる場合が生ずる。
なお、バルブリフタの摺動姿勢を安定させるために、バルブリフタやバルブリフタガイドボスの寸法精度を向上させて両者間のクリアランスを縮小させれば良いが、コストアップとなってしまうという問題点があった。

本発明のシリンダヘッドは、バルブリフタの摺動姿勢の安定性を簡易に確保することを目的の一つとする。また、コストアップを抑制しながらバルブリフタの摺動姿勢の安定性を確保することを目的の一つとする。さらに、本発明の内燃機関は、バルブリフタ打音による騒音を低減することを目的とし、請求項１のシリンダヘッドは、カムシャフトの回転に伴い回転するカムにより、周期的に押し下げられて摺動するバルブリフタを保持するためのバルブリフタガイドボスを備えるシリンダヘッドであって、前記バルブリフタガイドボスは、前記カムの回転による該カムとの干渉を避けるために所定幅かつ所定深さをもつ凹状の逃げ溝が形成されるとともに、該逃げ溝の溝底部のうち隅部を除く部分のみに前記バルブリフタの摺動をガイドするためのガイド部が該摺動方向に突出形成されてなることである。

また、請求項２のシリンダヘッドは、前記ガイド部は、前記逃げ溝に一体形成されてなることである。

また、請求項３のシリンダヘッドは、前記ガイド部は、前記カムの幅方向中心に対して略対称な形状に形成されてなることである。

また、請求項４のシリンダヘッドは、前記隅部には隅アールが形成されてなり、前記ガイド部は、幾何公差を考慮しても前記逃げ溝の底面における前記隅アールの立ち上がり部にかからないよう形成されてなることである。

また、請求項５の本発明の内燃機関は、請求項１ないし４いずれか記載のシリンダヘッドを備え、クランクシャフトの回転を利用して前記カムシャフトを回転するよう構成されていることである。

本発明のシリンダヘッドは、カムシャフトの回転に伴い回転するカムにより、周期的に押し下げられて摺動するバルブリフタを保持するためのバルブリフタガイドボスを備えるシリンダヘッドであって、前記バルブリフタガイドボスは、前記カムの回転による該カムとの干渉を避けるために所定幅かつ所定深さをもつ凹状の逃げ溝が形成されるとともに、該逃げ溝の溝底部のうち隅部を除く部分のみに前記バルブリフタの摺動をガイドするためのガイド部が該摺動方向に突出形成されてなることにより、バルブリフタガイドボスの逃げ溝の溝底部のうち隅部を除く部分のみにガイド部を突出形成するだけで、一般に応力集中を避ける等の理由から隅アール等が設けられ対象物との干渉において最も感度が高くなる隅部と、カムとの距離を十分とりながらも、ガイド部によってバルブリフタを安定してガイドすることができるから、バルブリフタの摺動姿勢の安定性を簡易に確保することができる。

また、前記ガイド部は、前記逃げ溝に一体形成されてなることにより、こうすれば、部品点数の増加を抑えることができ、コストアップを抑制しながらバルブリフタの摺動姿勢の安定性を確保することができる。

また、前記ガイド部は、前記カムの幅方向中心に対して略対称な形状に形成されてなることにより、こうすれば、バルブリフタの摺動姿勢をより安定したものとすることができる。

また、前記隅部には隅アールが形成されてなり、前記ガイド部は、幾何公差を考慮しても前記逃げ溝の底面における前記隅アールの立ち上がり部にかからないよう形成されてなることにより、こうすれば、応力集中を生じやすい切り欠き部（不完全アール）が隅部に形成されるのを防止できるとともに、ガイド部の幅を最大限に確保することができるから、バルブリフタの摺動姿勢をより安定したものとすることができる。

また、本発明の内燃機関は、請求項１ないし４いずれか記載のシリンダヘッドを備え、クランクシャフトの回転を利用して前記カムシャフトを回転するものであるため、本発明のシリンダヘッドが奏する効果と同様の効果、例えば、バルブリフタの摺動姿勢の安定性を簡易に確保することができる効果や、コストアップを抑制しながらバルブリフタの摺動姿勢の安定性を確保することができる効果等を奏することができ、バルブリフタ打音による騒音を低減することができる。

図１は、内燃機関の縦断面概略構成図であり、内燃機関１は、シリンダブロック２上にシリンダヘッド３が設けられており、シリンダブロック２内にはピストン４が配設されて、爆発燃焼によりピストン４が上下動しコンロッド５を介してクランクシャフト６が回転されるように構成され、このクランクシャフト６の回転を利用してシリンダヘッド３上に配置されたカムシャフト７，７が回転されるように構成されている。
各カムシャフト７には、それぞれカム８が設けられており、カムシャフト７の回転に伴いカム８が回転して、カム８により周期的にバルブリフタ９が押し下げられ、バルブリフタ９は、シリンダヘッド３に一体形成されたバルブリフタガイドボス１２のリフタボア内を摺動し、下方のスプリング１０を備えたバルブ１１を押し下げ、弁孔１２ｂが開かれるように構成されている。

図２は、ロッカーカバーを取り外した状態のシリンダヘッド３の平面構成図を示すものであり、シリンダヘッド３には、４気筒分のバルブリフタガイドボス１２，１２，１２が排気側および吸気側にそれぞれ一体形成されており、各バルブリフタガイドボス１２の内側は、バルブリフタ９が摺動可能なリフタボア１２ａとなっている。なお、図中１５は、カムシャフト７を支持するためのカムシャフト軸受部である。
なお、各バルブリフタガイドボス１２におけるカム８の回転方向に対応する部分には、凹状に逃げ溝１３が形成されており、この凹状の逃げ溝１３によりカム８とバルブリフタガイドボス１２との干渉が防がれている。

なお、図３は、図２におけるＹ−Ｙ線断面拡大図であり、逃げ溝１３は、バルブリフタ９の摺動軸を挟んでカム８の回転方向両側にそれぞれ形成されており、このそれぞれの逃げ溝１３の溝底部１３ｂから上方に立ち上げて、バルブリフタ９の摺動をガイドするためのガイド部１４がリフタボア１２ａと連続状に一体形成されている。

なお、図４は、図２のＸ−Ｘ線断面拡大構成図であり、ガイド部１４は、逃げ溝１３内で回転されるカム８の幅方向中心線８Ｐに対して、図示左右方向に対称な形状に逃げ溝１３の溝底部１３ｂから立ち上げ形成されている。
なお、逃げ溝１３の溝底部１３ｂにおける幅方向左右の隅部１３ａ，１３ａには、応力集中を避けるため、あるいは、製造上の形状として隅アール１３Ｒがそれぞれ形成されており、この逃げ溝１３の溝底部１３ｂにおける隅アール１３Ｒの立ち上がり部１３ＲＰにかからないようガイド部１４が立ち上げ形成されている。
なお、逃げ溝１３の溝底部１３ｂにおける隅アール１３Ｒの立ち上がり部１３ＲＰからガイド部１４を立ち上げ形成すれば、ガイド部１４の幅を最大にすることができ、バルブリフタ９を安定してガイドすることができるが、ガイド部１４の立ち上がり部は、逃げ溝１３の幅寸法ばらつきや隅アール１３Ｒの寸法ばらつき，ガイド部１４の幅寸法ばらつきなどを含めて、隅アール１３Ｒの立ち上がり部１３ＲＰにかからないように設定されている。
即ち、寸法ばらつきを考慮しても隅部１３ａ，１３ａに応力集中を生じやすい切り欠き部（不完全アール）が形成されないように、隅アール１３Ｒの立ち上がり部１３ＲＰよりも内側にガイド部１４が立ち上げ形成されている。

図４の想像線で示すように、逃げ溝１３の幅寸法や逃げ溝１３の深さ寸法，隅アール１３Ｒの寸法，ガイド部１４の幅寸法，カム８の幅寸法，カム８の径方向寸法などそれぞれの寸法が干渉しやすい方向に最もばらついたときに（図４中、カム８’とバルブリフタガイドボス１２’）、カム８の下端の幅方向端部（以下、角部８ａという。）と隅アール１３Ｒとが最も接近することになるため、これら寸法が干渉しやすい方向に最もばらついてもカム８の角部８ａと逃げ溝１３の隅アール１３Ｒとが干渉しないようにカム８と逃げ溝１３との間のクリアランスは設定されている。
このように、カム８の角部８ａと逃げ溝１３の隅アール１３Ｒとの干渉防止を基準としてカム８と逃げ溝１３とのクリアランスが設定されているため、角部８ａと隅アール１３Ｒとが最も接近した場合でも、カム８のカム面８ｂと逃げ溝１３の溝底部１３ｂとの間には、干渉するまでの余裕代ｔが存在する。ガイド部１４は、この余裕代ｔに相当する高さ、即ち、上述した寸法が干渉しやすい方向に最もばらついたときでもカム面８ｂと干渉しない高さに設定される。

図５は、カム８の回転によりバルブリフタ９が押し下げられてリフタボア１２ａ内を摺動する際の動作説明図であり、図６は、カム８の回転角θと、カム８のトラベル量Ｔｄ（バルブリフタ９の摺動軸中心からカム８とバルブリフタ９との接触部までの距離），バルブリフタ９の加速度α，バルブリフタ９のストローク量（リフト量Ｌ）との関係を示す関係図である。

バルブリフタ９は、図６に示すように、カム８の回転により押し下げられて下方へ移動を開始する。このとき、バルブリフタ９のカム８との接触部には、バルブリフタ９を押し下げようとする力Ｆｙ（バルブリフタ９の摺動軸方向の力）が作用する。この力Ｆｙの大きさは、カム８やバルブリフタ９などの動弁系の各部慣性質量ｍとバルブリフタ９の加速度αとの積により決まる。

カム８の回転角θが値θａとなってトラベル量Ｔｄが最大値Ｔｄｍａｘ近傍に達したときに、バルブリフタ９の加速度αは、図６に示すように、最大値αｍａｘとなるから、力Ｆｙも最大値Ｆｙｍａｘとなる。また、バルブリフタ９の摺動軸中心からカム８とバルブリフタ９との接触部までの距離であるトラベル量Ｔｄが最大値Ｔｄｍａｘに近い値となるから、バルブリフタ９を図５中の矢印ア方向に倒そうとする回転モーメントも最大値に近い値となる。一方、バルブリフタ９のリフト量Ｌは、比較的小さな値Ｌａとなっていることから（図６参照）、カム８の回転角θが値θａとなったときに、バルブリフタ９は、図５中の矢印ア方向に倒れやすいものとなる。このとき、溝底部１３ｂの図５中の矢印ア方向に形成されたガイド部１４が、バルブリフタ９の倒れを抑制してバルブリフタ９の摺動を安定してガイドするから、バルブリフタ打音による騒音を低減することができる。しかも、逃げ溝１３の溝底部１３ｂにガイド部１４を立ち上げ形成するだけで、カム８とバルブリフタガイドボス１２との干渉において最も感度が高くなるカム８の角部８ａと逃げ溝１３の隅アール１３Ｒとの間のクリアランスを十分にとりながらも、ガイド部１４によってバルブリフタ９を安定してガイドすることができるから、バルブリフタ９の摺動姿勢の安定性を簡易に確保することができる。

また、ガイド部１４を、逃げ溝１３内で回転されるカム８の幅方向中心線８Ｐに対して左右方向に対称な形状に形成するとともに、ガイド部１４の立ち上がり部を、逃げ溝１３の幅寸法ばらつきや隅アール１３Ｒの寸法ばらつき，ガイド部１４の幅寸法ばらつきなどを含めて隅アール１３Ｒの立ち上がり部１３ＲＰにかからないように設定し、応力集中を生じやすい切り欠き部（不完全アール）が隅部に形成されるのを防止して、ガイド部の幅を最大限に確保するから、バルブリフタ９の摺動姿勢をより安定したものとすることができる。

図７のシリンダヘッドの平面図で、また図８に図７のＷ−Ｗ線断面拡大構成図で示すものは第２実施例であり、この第２実施例では、逃げ溝１３から一体状に立ち上げ形成したガイド部１４のカム８の回転方向における長さを短く形成したものであり、ガイド部１４の強度に問題がなければガイド部１４が短くなった分、シリンダヘッド３を軽量化できるものである。
なお、隅部１３ａとカム８との距離を十分にとりながら、ガイド部１４の幅方向寸法を最大限に加工して、ガイド部１４によりバルブリフタ９の摺動を良好にガイドし、バルブリフタ９の摺動姿勢を安定化させることができるものである。

実施例１，２では、ガイド部１４は、逃げ溝１３の溝底部１３ｂに立ち上げ状に一体形成するものとしたが、ガイド部１４は、逃げ溝１３の溝底部１３ｂとは別体に形成して、溶接などにより溝底部１３ｂに固定するものとしても差し支えない。

実施例１，２では、ガイド部１４は、逃げ溝１３内で回転されるカム８の幅方向中心線８Ｐに対して左右方向に対称な形状に形成するものとしたが、軸方向中心線８Ｐに対して左右方向に非対称な形状であっても構わない。

実施例１，２では、ガイド部１４は、バルブリフタ９の摺動軸を挟んでカム８の回転方向両側にそれぞれ形成された逃げ溝１３の両方それぞれに形成するものとしたが、ガイド部１４は、カム８が回転により入ってくる側の逃げ溝１３のみに形成するものとしても構わない。

以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

内燃機関の縦断面概略構成図である。 シリンダヘッドの平面構成図である。 図２のＹ−Ｙ線断面拡大構成図である。 図２のＸ−Ｘ線断面拡大構成図である。 カム８の回転によりバルブリフタ９が押し下げられてリフタボア１２ａ内を摺動する際の動作説明図である。 カム８の回転角θと、カム８のトラベル量Ｔｄ（バルブリフタ９の摺動軸中心からカム８とバルブリフタ９との接触部までの距離），カム８の加速度α，バルブリフタ９のストローク量（リフト量Ｌ）との関係を示す関係図である。 第２実施例のシリンダヘッドの平面構成図である。 図７のＷ−Ｗ線断面拡大構成図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ピストン
５ コンロッド
６ クランクシャフト
７ カムシャフト
８，８’ カム
８ａ 角部
８ｂ カム面
８Ｐ カムの幅方向中心線
９ バルブリフタ
１０ スプリング
１１ バルブ
１２ バルブリフタガイドボス
１２ａ リフタボア
１２ｂ 弁孔
１３ 逃げ溝
１３ａ 隅部
１３ｂ 溝底部
１３Ｒ 隅アール
１３ＲＰ 隅アールの立ち上がり部
１４ ガイド部
１５ カムシャフトの軸受部

Claims (5)

1. カムシャフトの回転に伴い回転するカムにより、周期的に押し下げられて摺動するバルブリフタを保持するためのバルブリフタガイドボスを備えるシリンダヘッドであって、
   前記バルブリフタガイドボスは、
   前記カムの回転による該カムとの干渉を避けるために所定幅かつ所定深さをもつ凹状の逃げ溝が形成されるとともに、該逃げ溝の溝底部のうち隅部を除く部分のみに前記バルブリフタの摺動をガイドするためのガイド部が該摺動方向に突出形成されてなる
   シリンダヘッド。
2. 前記ガイド部は、前記逃げ溝に一体形成されてなる請求項１記載のシリンダヘッド。
3. 前記ガイド部は、前記カムの幅方向中心に対して略対称な形状に形成されてなる請求項１または２記載のシリンダヘッド。
4. 前記隅部には隅アールが形成されてなり、
   前記ガイド部は、幾何公差を考慮しても前記逃げ溝の底面における前記隅アールの立ち上がり部にかからないよう形成されてなる請求項１ないし３いずれか記載のシリンダヘッド。
5. 請求項１ないし４いずれか記載のシリンダヘッドを備え、クランクシャフトの回転を利用して前記カムシャフトを回転する内燃機関。

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