JP4785781B2 - バルブ休止機構付きバルブリフタ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の動弁機構におけるバルブ休止機構を備えたバルブリフタに関する。

内燃機関の直打式動弁機構において、排気ガス中のＣＯ₂低減や低燃費と高出力の両立を図る一手段として、バルブリフタのバルブ休止機構が知られている。バルブ休止機構を備えたバルブリフタにおいて、バルブ休止機構の円筒形状の可動ピストンが、その軸方向への移動や振動等により僅かに回転すると、可動ピストンに形成されたバルブステム挿通孔がバルブステムの軸心からずれてバルブステムが係合できなくなり、バルブ休止状態へのスムースな切り替えができなくなる。

このような不具合を解消するため、例えば特許文献１は、図８に示すように、可動ピストン１に形成したバルブステム２の一端が係合する案内溝３の側面と、バルブステム２のエンド部２ａの外側面とを接触させることで、可動ピストン１の回転規制を行うことを開示している。また、可動ピストン１を軸方向に摺動自在に保持するピストンガイド４の油圧室側の内壁に周溝５を形成し、周溝５にスナップリング６を設置することで可動ピストン１の軸方向位置を規制している。なお、７は、バルブリフタ本体、８はプレート、９はカムである。

実開昭６１−１６０２０６号

バルブステム２のエンド部２ａには、一般にＣ面取りが施されている。特に、バルブ休止機構に用いられるバルブステムのエンド部は、バルブ休止状態への切り替えの際に可動ピストンのバルブステム挿通孔への挿通をスムースにするため、０．５〜１．０ｍｍ程度のＣ面取りが施されている。

特許文献１などの従来技術に示されたバルブ休止機構のように、バルブステム２のエンド部２ａの側面と可動ピストン１に形成された案内溝３の内側面とを接触させることで可動ピストン１の回転規制を行う場合、バルブステム２のエンド部２ａにＣ面取りが施されていると、可動ピストン１の案内溝３の深さをバルブステム２のエンド部２ａのＣ面取りの寸法分以上に大きくすることが必要である。可動ピストン１の案内溝３の深さが大きくなると、可動ピストン自体の強度や剛性が低下してしまい、バルブの動作状態と休止状態の切り替えをスムースに行うことが困難になる等の問題があった。

また、バルブクリアランスの経時変化やバルブ側のジャンプ、バウンス等の異常挙動の発生を考慮する必要があり、これらを予め考慮した案内溝の深さとすると、可動ピストンへの強度や剛性面での影響が更に大きくなる問題があった。更に、バルブステム２は、バルブガイド（図示していない）との隙間内で曲げ作用や異常挙動等により微振動が発生することがあり、この振動は、可動ピストン側にも案内溝３の内側面を通じて伝達され、可動ピストン１のピストンガイド４の内壁でフレッティング等の問題を引き起こすことがある。

また、可動ピストン１の摺動軸方向の位置規制手段として、油圧室側のピストンガイド４の内壁に周溝５を形成してスナップリング６を配置した構成は、可動ピストン１を通してスプリングの反力による加速度を伴う衝撃力や、可動ピストン１の跳ね返り等による衝撃力が伝達され、スナップリング６やスナップリングを配置した周溝５が損傷し、可動ピストン１の軸方向の位置がずれ、バルブ休止機構が機能しないという重大な問題や損傷を招く可能性があった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決するものであり、可動ピストンの強度や剛性を低下することなく可動ピストンの回転規制を行うことが可能であり、更に可動ピストンの軸方向の位置規制を行うことが可能なバルブ休止機構付きバルブリフタを提供することである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本発明のバルブ休止機構付きバルブリフタは、バルブとカムとの間に配置され、倒立カップ状のバルブリフタ本体と、バルブリフタ本体内に配置され、油圧によりバルブ動作を制御するバルブ休止機構とを備え、バルブ休止機構がバルブステム挿通孔の形成された可動ピストンと、可動ピストンを摺動自在に保持するピストンガイドが形成されかつ上部および下部に貫通孔が形成されたピストン保持部と、ピストン保持部のピストンガイド内に配置され、可動ピストンを一定方向に付勢するバネ部材とを有するものであって、ピストン保持部は下部貫通孔内に環状リングを保持し、可動ピストンは下側に凹部が形成され、可動ピストンがバルブ休止およびバルブ動作の位置を摺動する間に、環状リングの上端部が可動ピストンの凹部内に位置することを特徴とする。これにより、環状リング上端面で可動ピストンの回転変位を規制することができる。

バルブリフト動作時にバルブステムのエンド部と当接する円筒状の可動ピストンの下側には平坦な面を含む凹部が形成され、前記平坦な面と環状リングの上端部との間には、バルブリフト動作状態において任意のクリアランスが設定される。環状リングは、前記クリアランスをもってピストン保持部の下部貫通孔からピストンガイドに貫通して固定される。バルブリフト動作状態で環状リングの上端部と可動ピストン下側の平坦な面との間にクリアランスを与えることにより、動作状態及び休止状態の切り替えに際して、可動ピストンが軸方向にスムースに滑動することができ、またバルブステムが各挿通孔内をスムースに挿通することができる。

可動ピストンの下側の平坦な面と環状リングの上端部との間のクリアランスは、大きすぎると可動ピストンの回転変位が大きくなるため、バルブステム径がφ４〜φ１０ｍｍのときに０．０２〜０．５ｍｍ（バルブステム径の０．５〜５％）のクリアランスを確保できるように設定することが好ましく、各部材の変形や熱膨張などの影響を避けるために、５０μm以上とすることがより好ましい。

また、環状リングの上端部の側面と可動ピストンの凹部の摺動軸方向の側面を当接させることで、可動ピストンの軸方向の位置を規制する機能を持たせてもよい。更に、可動ピストンの軸方向の位置を、上記と異なり、可動ピントンの一方の端面とバルブリフタ本体の内周面、および可動ピストンの他方の端面とピストン保持部のピストンガイド奥部を当接させることで規制し、環状リングの上端部の側面と可動ピストンの凹部側面との間に隙間を設け、両者を直接当接させない構造としてもよい。

本発明によれば、バルブステムが挿通される内径を有する円筒形状の環状リングをピストン保持部の底面の下部貫通孔からピストンガイドに貫通するように配置したことにより、環状リングの上端部で可動ピストンの回転変位を規制することができる。これにより、従来のようにバルブステムのエンド部の外側面と可動ピストンの案内溝の内側面とを接触させることにより回転規制をする構造のように、可動ピストンにバルブステムエンド部のＣ面取りに対応する深い案内溝を形成する必要がないため、可動ピストンの強度や剛性の低下を生じることがなく、スムースにバルブの動作状態と休止状態の切り替えを行うことが可能となる。さらに、環状リングおよびバルブステムのエンド部と当接する可動ピストンの下部を平坦な面で形成できることから製造が容易となる。

さらに、バルブクリアランスの経時変化やバルブのジャンプ,バウンス等の異常挙動によりクリアランスが変化しても、従来技術のようにバルブステムのエンド部が可動ピストンの案内溝から外れて可動ピストンの挿通孔の周辺部に乗り上げて動作の切り替えができなくなるようなことがなく、可動ピストンの安定した動作が確保できる。さらに、バルブステムエンドの外側面と可動ピストンとが接触しないため、バルブステムの曲げによる振動や、着座振動、異常挙動等の振動が伝わりにくく、各摺接部でのフレッティングなどによる異常摩耗等を防止することができる。

また、環状リングの上端面と可動ピストンの平坦な面に任意の微少クリアランスを形成させることにより、バルブリフト動作状態から休止状態に切り替わる際に、可動ピストンがピストンガイド内をスムースに摺動可能となるとともに、可動ピストンのバルブステム挿通孔にバルブステムを接触させることなくスムースに上下動することができ休止機構の耐久性を向上することができる。

さらに、円筒形状の環状リングの上端部外周と可動ピストン凹部の摺動軸方向であるバネ部材側および油圧室側の側面とを接触させて可動ピストンの位置決め機能を持たせることで、バルブリフト動作位置と休止位置を確実に設定することができる。一方、これとは逆に、環状リングに可動ピストンの軸方向位置決め機能を持たせない円筒形状の環状リングの上端部外周と可動ピストンの凹部の側面との間にクリアランスを設定し、可動ピストンの一方の端面とバルブリフタ本体の内壁、可動ピストンの他方の端面とピストン保持部のバルブガイド奥部とを当接して位置決めを行う構造とすることで、バルブ休止機構を組み付けた際に、バネ部材に付勢された可動ピストンの一端がバルブリフタのスカート部内壁を押圧することによる締結力によって、バルブ休止機構部がバルブリフタ本体から脱落することを防止する効果も得られるとともに、可動ピストンの軸方向動作時の衝撃荷重を環状リングが直接受けないため、環状リングの取り付け信頼性を向上できる。

以下に本発明に係るバルブ休止機構を備えたバルブリフタの実施態様について図面を参照して説明する。

図１乃至図５は、本発明のバルブ休止機構付きバルブリフタの第１の実施例の概略を示し、図１（ａ）はバルブリフト休止状態の縦断面方向の概略図、図１（ｂ）はそのＸ−Ｘ線の横断面方向の概略図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ部拡大図、図２（ａ）はバルブリフト動作状態の縦断面方向の概略図、図２（ｂ）はそのＸ−Ｘ線の横断面方向の概略図、図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ部拡大図、図３は、図１（ａ）について９０°回転した位置における縦断面方向の概略を拡大した図、図４（ａ）は可動ピストンを拡大した底面図、図４（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図、図５はピストン保持部の概略断面図である。

本実施例に係るバルブ休止機構付きバルブリフタ１０は、バルブリフタ本体２０と、その内部にバルブ休止機構部４０とを有している。バルブリフタ本体２０は、カム３０と摺動する円形状の冠面部２２と、冠面部２２から垂直方向に延びる円筒状の側面を形成するスカート部２４とを有し、倒立カップ状に形成されている。円形状の冠面部２２の内側の中心部には、突出した略円錐台状のボス部２６が形成され、スカート部２４には、外部から油圧を導入するための油導入口２８が形成されている。

バルブ休止機構部４０は、バルブリフタ本体２０内に収容され、バルブ休止機構用のバルブスプリング４２によってバルブリフタ本体２０のボス部２６に向けて押圧されている。バルブ休止機構部４０は、円筒形状の可動ピストン４４と、可動ピストン４４を摺動可能に保持する円筒状の空洞のピストンガイド４６が形成されたピストン保持部４８と、ピストンガイド４６内において可動ピストン４４の一方の端部を油圧に抗して付勢するバネ部材５０と、ピストン保持部４８の下部貫通孔７４からピストンガイド４６に挿着された環状リング５２とを有している。

可動ピストン４４は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、バルブステム６０が進入可能な垂直方向に貫通するバルブステム挿通孔６２と、平坦な面を提供する凹部６４と、バネ部材５０を収容する空間を提供するバネ部材用凹部６６とを備えている。

凹部６４は、図４(ａ)に示すように、バルブステム挿通孔６２の径と略等しい幅であり、かつ摺動軸方向に深さＤ、長さＬの平坦な面６４ａと側面６４ｂ、６４ｃとを有している。平坦な面６４ａの長さＬは、摺動軸方向に対向する側面６４ｂ、６４ｃによって規定されている。側面６４ａ、６４ｂは、環状リング５２の外周に沿うように湾曲した曲面であってもよく、平面であってもよい。平坦な面６４ａの長さＬは、後述するように、可動ピストン４４の軸方向のストローク、すなわち、バルブリフタのバルブ休止時とバルブ動作時の可動ピストンの位置を規制することができる。

ピストン保持部４８の上部には、図５に示すように、バルブリフタ本体２０のボス部２６と接触する環状の凸部７０が形成されている。環状の凸部７０にシムを配し、シムを介してボス部２６と接触するように形成しても良い。環状の凸部７０の内側には、ピストンガイド４６に貫通する円形状の上部貫通孔７２が形成され、さらに、ピストン保持部４８の底面には、上部貫通孔７２の中心と一致し、かつピストンガイド４６に貫通する下部貫通孔７４が形成されている。下部貫通孔７４は、環状リング５２の外径と略等しい径を有し、挿入された環状リング５２を保持する。上部貫通孔７２は、下部貫通孔７４の径よりも幾分だけ小さいが、その径は、バルブステム６０が進入可能な大きさである。さらに、ピストン保持部４８の底面には、下部貫通孔７４に隣接する一定の平坦な面を含む窪み７６が形成されている

環状リング５２は、図１（ｃ）および図２（ｃ）に示すように、バルブステム６０が挿通される内径を規定する環状部５２ａと、環状部５２ａの外周に形成されたリブ部５２ｂとを有している。環状リング５２は、その上端面５２ｃが可動ピストン４４の平坦な面６４ａとクリアランスＬを有するように、ピストン保持部４８の下部貫通孔７４に固定される。このとき、環状リング５２のリブ部５２ｂがピストン保持部４８の底面の窪み７６内に受容され、環状リング５２の上端部がピストンガイド４６内に突出している。環状リング５２の下部貫通孔７４への固定は、圧入、接着、溶接、加締め等の手段を用いることができ、この固定手段に応じて、環状リング５２の環状部５２ａおよびリブ部５２ｂの外径寸法及び形状を適宜変更することができる。

環状リング５２の外周にリブ部５２ｂを形成することで、ピストン保持部４８への取り付け強度を増すとともに、取り付け深さを一定にすることができる。環状部５２ａの内径は、環状リング５２がピストン保持部４８に固定された状態でバルブステム６０がスムースに挿通可能となるように、可動ピストン４４のバルブステム挿通孔６２の内径と同等の大きさに形成されている。これにより、バルブ休止状態において、バルブステム６０が環状リング５２の内径部の内周面に殆ど接触することなく移動することができる。

環状リング５２の上端面５２ｃと可動ピストン４４の下側の平坦な面６４ａとのクリアランスＬは、可動ピストン４４の平坦な面６４ａの深さ寸法Ｄと、環状リング５２およびピストン保持部４８の取付部の寸法により設定することができる。適度なクリアランスＬを設定することにより、油圧制御により可動ピストン４４がピストンガイド４６内を軸方向にスムースにスライドすることができる。可動ピストン４４は、軸方向への摺動による振動やバネ部材のねじり力等により回転力が生じることがあり、クリアランスＬを有することで僅かに回転変位を生じることになるが、環状リング５２の上端面５２ｃと接触することで可動ピストン４４の回転モーメントが打ち消され、可動ピストン４４の回転変位が規制される。クリアランスＬにより、可動ピストン４４が僅かに回転することで、可動ピストン４４のバルブステム挿通孔６２の角度に変位が生じるため、バルブステム６０とバルブステム挿通孔６２とが接触しない範囲でクリアランスを設定することが望ましい。環状リング５２の上端面５２ｃと可動ピストン４４の下側の平坦な面６４ａとのクリアランスＬは、大きすぎると可動ピストン４４の回転変位が大きくなるため、バルブステム６０の径がφ４〜φ１０ｍｍのときに、０．０２〜０．５ｍｍ（バルブステム径の０．５〜５％）のクリアランスＬを確保できるように、可動ピストン４４の下側の凹部６４と環状リング５２の上端面５２ｃとの間のクリアランスを設定することが好ましく、各部材の変形や熱膨張などから、５０μm以上とすることがより好ましい。

バルブリフタ１０が休止状態（図１（ａ）ないし（ｃ）を参照）にあるとき、油導入口２８からの油圧が作用していないため、可動ピストン４４は、バネ部材５０により図の右側へ移動される。可動ピストン４４の位置は、環状リング５２の上端部５２ｃの側面と可動ピストン４４の下側凹部６４の一方の側面６４ｃとが当接し、可動ピストン４４が位置決めされている。可動ピストン４４のバルブステム挿通孔６４は、ピストン保持部４８の上部貫通孔７２および下部貫通孔７４と一致し、バルブステム６０は、環状リング５２を挿通し、上部貫通孔７２まで進入する。

また、バルブリフタ１０が動作状態（図２（ａ）ないし（ｃ）を参照）にあるとき、油導入口２８からの油圧が作用して可動ピストン４４がバネ部材５０に抗して図の左側へ移動される。可動ピストン４４の位置は、環状リング５２の上端部５２ｃの側面と可動ピストン４４の下側凹部６４の他方の側面６４ｂとが当接し、可動ピストン４４が位置決めされている。可動ピストン４４のバルブステム挿通孔６２は、ピストン保持部４８の上部貫通孔７２および下部貫通孔７４と一致せず、バルブステム６０のエンド部６０ａは、環状リング５２の内径部を通過し、可動ピストン４４の下側凹部６４の平坦な面６４ａに当接される。

このように、第１の実施例に係るバルブ休止機構付きバルブリフタ１０において、環状リング５２は、ピストン保持部４８の下部貫通孔７４からピストンガイド４６内に突出して可動ピストン４４の回転規制を行うとともに、可動ピストン４４の軸方向の動作位置を規制する２つの役割を担っている。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。図６は、第２の実施例に係るバルブ休止機構付きバルブリフタの概略を示す断面図である。第２の実施例に係るバルブ休止機構付きバルブリフタは、第１の実施例と環状リングの形状を異にしている。すなわち。図６に示すように、環状リング８０は、リブ部を形成しない円筒形状となっている。これにより、環状リングの８０の加工コストを低減することができる。

次に、本発明の第３の実施例について図７を参照して説明する。第３の実施例に係るバルブ休止機構付きバルブリフタは、第１の実施例のときと可動ピストン４４の軸方向の位置決め手段を異にするが、環状リング等のそれ以外の構成は同様である。

第３の実施例では、図７(ａ)に示すバルブリフト休止状態において、油導入口２８から油圧が作用していないためバネ部材５０により可動ピストン４４が図の右側に移動し、可動ピストン４４は、可動ピストンの油圧室側の端面６８ａ（図４を参照）とバルブリフタ本体２０のスカート部２４の内壁面とが当接することで位置決めされる。また、バルブリフト動作状態（図７（ｂ）を参照）においては、油導入口２８から内部に油圧が作用して、可動ピストン４４をバネ部材５０に抗して図の左側へ移動させ、可動ピストン４４は、他方の端面６８ｂ（図４を参照）とピストンガイド奥部７６（図５を参照）とが当接することで位置決めされる。

バルブ休止機構部４０がバルブリフタ本体２０から取り外された状態では、可動ピストン４４は、バネ部材５０の反力で環状リング５２の上端部５２ｃの側面と可動ピストン４４の凹部の側面６４ｃ（図４を参照）に設定されたクリアランス分、ピストンガイド４６から突出することになるが、これをバルブリフタ本体２０内に可動ピストン４４を押し込んだ状態で組み付けると、バルブリフタ本体２０のスカート部２４の内壁にバネ部材５０の反力が作用して可動ピストン４４の端面６８ａが接触して摩擦抵抗が生じる。このため、例えばバルブ休止機構付きバルブリフタをエンジンヘッドに下向きで組み付ける場合に、バルブ休止機構がバルブリフタ本体内部から下側にズレ落ちるといった問題も解決することができる。さらに、バルブリフト動作状態においても、環状リング５２と可動ピストン４４の下側の平坦な面６４ａの側面６４ｂ、６４ｃとがクリアランスを有して当接しない構成であることから、環状リング５２に可動ピストン４４の軸方向の動作衝撃を伝えないため、環状リング５２の取り付け強度を緩和できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明に係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明に係るバルブ休止機構付きバルブリフタは、内燃機関の動弁機構に利用される。

本発明のバルブ休止機構付きバルブリフタの第１の実施例の概略を示し、（ａ）はバルブリフト休止状態の縦断面方向の概略図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線の横断面方向の概略図、（ｃ）は（ａ）のＡ部拡大図である。 本発明のバルブ休止機構付きバルブリフタの第１の実施例の概略を示し、（ａ）はバルブリフト動作状態の縦断面方向の概略図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線の横断面方向の概略図、（ｃ）は（ａ）のＡ部拡大図である。 図１（ａ）を９０°回転させたときの縦断面方向の概略を拡大した図である。 （ａ）は可動ピストンを拡大した底面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。 ピストン保持部を拡大した概略断面図である。 本発明のバルブ休止機構付きバルブリフタの第２の実施例の概略断面を示した図である。 本発明のバルブ休止機構付きバルブリフタの第３の実施例の概略断面を示した図であり、(ａ)は休止状態、（ｂ）は動作状態を示している。 従来技術のバルブ休止機構の概略を示した図である。

符号の説明

１０：バルブリフタ ２０：バルブリフタ本体
２２：冠面部 ２４：スカート部
２６：ボス部 ２８：油導入口
３０：カム ４２：バルブスプリング
４４：可動ピストン ４８：ピストン保持部
４６：ピストンガイド ５０：バネ部材
５２：環状リング ５２ａ：環状部
５２ｂ：リブ部 ５２ｃ：上端面
６０：バルブステム ６０ａ：バルブステムのエンド部
６２：バルブステム挿通孔 ６４：凹部
６４ａ：平坦な面 ６８ａ、６８ｂ：端面
７０：凸部 ７２：上部貫通孔
７４：下部貫通孔 ７６：ピストンガイド奥部
８０：窪み

Claims (5)

1. バルブとカムとの間に配置され、倒立カップ状のバルブリフタ本体と、バルブリフタ本体内に配置され、油圧によりバルブ動作を制御するバルブ休止機構とを備え、バルブ休止機構がバルブステム挿通孔の形成された可動ピストンと、可動ピストンを摺動自在に保持するピストンガイドが形成されかつバルブステムを挿入可能な貫通孔が形成されたピストン保持部と、ピストン保持部のピストンガイド内に配置され、可動ピストンを一定方向に付勢するバネ部材とを有するバルブ休止機構付きバルブリフタにおいて、
   ピストン保持部は、バルブ側の貫通孔内に環状リングを保持し、可動ピストンは、前記バルブ側の貫通孔と対向する側に凹部が形成され、可動ピストンがバルブ休止およびバルブ動作の位置を摺動する間に、環状リングの端部が可動ピストンの前記凹部内に位置することを特徴とするバルブ休止機構付きバルブリフタ。
2. 環状リングの端部と可動ピストンの前記凹部との間にクリアランスが設定されている、請求項１に記載のバルブ休止機構付きバルブリフタ。
3. 可動ピストンの前記凹部は、平坦な面と摺動方向の対向する位置に側面を有し、バルブ休止及びバルブ動作の状態において、環状リングの端部が可動ピストンの前記凹部の側面の一方に当接する、請求項１又は２に記載のバルブ休止機構付きバルブリフタ。
4. 可動ピストンの一方の端面が前記バルブリフタ本体の内壁面に当接可能であり、可動ピストンの他方の端面がピストン保持部のピストンガイド奥部に当接可能であり、可動ピストンのバルブ休止及びバルブ動作の状態において、可動ピストンの位置が規制される、請求項１又は２に記載のバルブ休止機構付きバルブリフタ。
5. 前記クリアランスは、環状リングの端部と可動ピストンの前記凹部の平坦な面との間の距離であって、前記バルブステム挿通孔の径の０．５〜５．０％の範囲に設定される、請求項２乃至４のいずれかに記載のバルブ休止機構付きバルブリフタ。

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