JP4785782B2

JP4785782B2 - バルブ休止機構付きバルブリフタ

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Publication number: JP4785782B2
Application number: JP2007080813A
Authority: JP
Inventors: 明男吉元; 育朗高橋; 光宏前原; 在行当間
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: JP2008240601A

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７に示すように、可動ピストン１に形成した案内溝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り、ピストン保持部は上部貫通孔内に環状リングを保持し、可動ピストンは上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、環状リングの下端部が可動ピストンの上側の凹部内に位置することを特徴とする。これにより、環状リング下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。

可動ピストンの上下側にはそれぞれ平坦な面を含む凹部が形成され、環状リング側の下端部は、上側の凹部の平坦な面との間にクリアランスを有するように設定される。可動ピストンの下側の凹部の平坦な面は、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。環状リングは、前記クリアランスをもって、ピストン保持部の上部の貫通孔からピストンガイドに貫通して固定される。このように構成することにより、カムのベースサークル領域において、円筒形状の環状リングの下端部と可動ピストンの上側の凹部の平坦な面と、バルブステムのエンド部と可動ピストンの下側の凹部の平坦な面のそれぞれの間に隙間が構成され、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。

可動ピストンの上側の凹部と環状リングの下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、環状リングは、ピストン保持部に固定せず、環状リングをピストン保持部の上部貫通孔に外周クリアランスをもって装着し、環状リングの下端部が可動ピストンの上側の凹部の平坦な面に自重で接触する構成とし、環状リングの上端面とシム下端面又はシムを用いない場合はバルブリフタ本体のボス部との間に前記のクリアランスを形成する構造としても良い。

さらに、可動ピストンの上側の凹部には、平坦な面と摺動方向の対向する位置に側面を形成し、バルブ休止及びバルブ動作の状態において、環状リングの下端部の側面と可動ピストンの上側の凹部の摺動方向のバネ部材側及び油圧室側の側面のいずれかと当接させることで、可動ピストンの軸方向の位置を規制することができる。

さらに、可動ピストンの軸方向の位置を、上記とは異なり、可動ピストンの油圧室側端面とリフタスカートの内周面、可動ピストンの他方の端面とピストンガイド奥部を当接させることで規制し、環状リングの下端側の側周面と可動ピストン上側の凹部の軸方向側面との間に隙間を設けて、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環状リングをピストン保持部の上部の貫通孔からピストンガイドに貫通して配置することにより、環状リングの下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て回転規制を行うものと比べて、可動ピストンにバルブステムのエンド部のＣ面取りに対応する深い案内溝を形成する必要がない。従って、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とともに、環状リングおよびバルブステムのエンド部と面する可動ピストンの上部および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、動作の切り替えができなくなるような不具合がなく、可動ピストンの安定した動作を確保することができる。さらに、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側面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。

さらに、環状リングの下端部と可動ピストンの上側の凹部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下端部外周と可動ピストン上側の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下端部外周と可動ピストン上側の凹部の摺動軸方向の側面との間にクリアランスを設定し、可動ピストンの一端とバルブリフタのスカート部内壁、可動ピストンの他端と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平面図、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周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、略円錐台状の突出したボス部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の上部貫通孔７２からピストンガイド４６に挿着された環状リング５２と、バルブリフタ本体２０のボス部２６と当接するシム５４とを有している。

可動ピストン４４は、図４（ａ）、（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上側凹部６４と、上側凹部６４に対向する下側凹部６６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６８とを備えている。

上側凹部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、かつ摺動軸方向に長さＬの平坦な面６４ａと側面とを有する。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。同様に、下側凹部６６は平坦な面６６ａを有し、平坦な面６６ａは、バルブリフタのバルブ動作時にバルブステムのエンド部６０ａと接触する（図２（ａ）を参照）。

ピストン保持部４８の上部には、図５に示すように、環状の凸部７０が形成されている。環状の凸部７０は、バルブリフタ本体２０のボス部２６と接触してバルブクリアランスを調整するシム５４を組み付けるものである。バルブリフタ本体２０のボス部２６と環状凸部７０を直接接触させ、シム５４を用いずにバルにクリアランスを調整する構成としてもよい。環状の凸部７０の内側には、ピストンガイド４６に接続される円形状の上部貫通孔７２が形成され、さらに上部貫通孔７２の中心と一致する円形状の下部貫通孔７４が形成される。上部貫通孔７２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。下部貫通孔７４は、上部貫通孔７２の径よりも小さく、その径は、バルブステム６０が進入可能な大きさである。

環状リング５２は、図１（ｃ）および図２（ｃ）に示すように、環状リング５２の下端面５２ａが可動ピストン４４の上側の平坦な面６４ａとクリアランスＬを有するように、ピストン保持部４８の上部貫通孔７２に固定される。環状リング５２の上部貫通孔７２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な値が選択される。好ましくは、可動ピストン４４に形成されたバルブステム挿通孔６２と同等の内径寸法で形成されている。これにより、バルブ休止状態において、バルブステム６０は、環状リング５２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の下端面５２ａと可動ピストン４４の上側の平坦な面６４ａとのクリアランスＬは、可動ピストン４４の平坦な面６４ａの高さ（深さ）寸法と、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。また、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５０のねじり力等により回転力が生じることがあり、前述のクリアランス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の下端面５２ａと接触することにより可動ピストン４４の回転モーメントを打ち消し、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が僅かに回転し、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Ｌが設定されることが望ましい。クリアランスＬが大きすぎると、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％）のクリアランスを確保できるように、可動ピストン４４の上側凹部６４すなわちその平坦な面６４ａと環状リング５２の下端面５２ａとの間のクリアランスＬを設定することが好ましい。さらに、クリアランスＬは、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）、（ｂ）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の下端の側面と可動ピストン４４の上側凹部６４の摺動軸方向の一方の側面とが当接し、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と一致し、バルブステム６０は、上部貫通孔７２に固定された環状リング５２内に進入する。

また、バルブリフタ１０が動作状態（図２（ａ）、（ｂ）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の下端の側面と可動ピストン４４の上側凹部６４の摺動軸方向の他方の側面とが当接し、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、可動ピストン４４の下側凹部、すなわち平坦な面６６ａ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、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図３のときと同じ位置で示した概略断面図である。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、環状リングとシムとを一体構造にしたシム付き環状リング８０とした点が第１の実施例と異なる。第２の実施例のように、一体構造のシム付き環状リング８０を用いることで、環状リング自体の強度を向上するばかりでなく、バルブリフタ本体への取り付け強度も向上することができる。

なお、バルブ休止機構の環状リングの設置方法については、上記のようにピストン保持部４８へ強度を付与した状態で確実に固定して取り付けられるが、環状リング５２により可動ピストン４４の摺動軸方向の位置決め規制を行わない場合や、摺動軸方向への移動による応力や摩擦などが小さい場合などは、環状リング５２とピストン保持部４８の上部貫通孔７２との間に隙間を設定して、環状リング５２を可動ピストン４４の平面部（６４ａ）に自重で乗せた状態とし、シム５４の下面またはシムを用いない場合はバルブリフタ本体２０のボス部２６と環状リング５２の上端面との間にクリアランスを設定する構造としても良い。

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平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。ピストン保持部の概略断面図である。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（バルブ休止状態）の概略断面を示した拡大図である。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５４：シム
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：上側凹部
６４ａ：平坦な面６６：下側凹部
６６ａ：平坦な面７０：凸部
７２：上部貫通孔７４：下部貫通孔
８０：シム付き環状リング

Claims

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が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、バルブリフタ本体の冠面部側の貫通孔内に環状リングを保持し、可動ピストンは、前記バルブリフタ本体の冠面部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。
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。
環状リングとバルブリフタ本体との間にシムを配した、請求項２に記載のバルブ休止機構付きバルブリフタ。
前記環状リングとシムは一体構造である、請求項２または３に記載のバルブ休止機構付きバルブリフタ。
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。
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、前記バルブステム径の０．５〜５．０％の範囲に設定される、請求項２乃至５のいずれかに記載のバルブ休止機構付きバルブリフタ。