JP4800831B2 - エンジンのバルブ機構 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの給排気系統において使用されるバルブ機構に関する。

エンジンに備えられた給排気系統のバルブ機構は、バルブ軸（バルブステム）がシリンダヘッドに支持され、バルブ軸の軸方向に移動して吸気ポート或いは排気ポートの開閉を行うバルブのほか、バルブ軸の上端部に取付けられたスプリングリテーナ、スプリングリテーナとシリンダヘッドとの間に設けられてバルブをポートの閉止方向に押し上げるバルブスプリング、スプリングリテーナの上方においてバルブ軸の軸方向に移動自在に設けられたタペット（バルブリフターとも呼ばれる）及びバルブスプリングの付勢力に抗してバルブを（直接にはタペットを）ポートの開放方向に押し下げるカム機構等を有して構成される。

このようなバルブ機構では、バルブ軸の上端部とタペットの下面との間にインナーシムを介装してバルブクリアランス（ポートがバルブによって完全に閉じられている状態でのタペットの上面とカム面との間の隙間間隔）を調節し得るようになっている。インナーシムは円板状の金属製部材であり、その厚さを換える（厚さの異なるインナーシムに交換する）ことによってバルブ軸の上端部とタペットの下面との間の距離を変化させ、これによりバルブクリアランスの調整を行うことができる。スプリングリテーナにはバルブ軸の上端部を底面として上方に開口するシム取付け穴が形成されており、インナーシムはこのシム取付け穴に上方から嵌着される。このとき、インナーシムの下面にはバルブ軸の上面が接触し、インナーシムの上面にはタペットの下面が接触する（例えば、下記の特許文献参照）。
特開２００１−６５３１８号公報

インナーシムは上記のようにスプリングリテーナのシム取付け穴に上方から嵌着され、下面にはバルブ軸の上端部が接触し、上面にはタペットの下面が接触するので、通常のバルブ作動においてインナーシムがスプリングリテーナから（シム取付け穴から）脱落するようなことはない。しかし、バックファイヤーなどのエンジンの異常燃焼等によってバルブの異常作動（例えば、ジャンプやバウンスなど）が発生したような場合にはタペットがバルブの動きと同調しなくなってタペットの下面とインナーシムの上面が当接した状態でスプリングリテーナから浮き上がった状態となり、このような場合にはインナーシムがスプリングリテーナから脱落してしまうおそれがあった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、エンジンの異常燃焼等に起因してバルブの異常作動が発生したような場合であっても、インナーシムがスプリングリテーナから脱落しにくい構成のエンジンのバルブ機構を提供することを目的としている。

本発明に係るエンジンのバルブ機構は、バルブ軸がシリンダヘッドにより支持され、バルブ軸の軸方向に移動してポート(例えば、実施形態における吸気ポート１８ａ)の開閉を行うバルブと、バルブ軸におけるポートの反対側の端部に固定され、端部を底面としてポートの反対側に開口するシム取付け穴を有したスプリングリテーナと、スプリングリテーナのシム取付け穴にポートの反対側から嵌着され、嵌着された状態において、ポート側の面がバルブ軸の端部に接触し、ポートの反対側の面がシム取付け穴のポートの反対側の縁部よりもポート側に位置したインナーシムと、スプリングリテーナのポートの反対側にバルブ軸の軸方向に移動自在に設けられ、ポート側に開口した有底円筒状の部材からなり、バルブ軸に対して直交する方向に延びた円板部と、円板部の外周部からポート側に延びた円筒部とを有して構成され、円板部の中央部から円筒部の内方に突出して突起部（例えば、実施形態におけるシム押さえ突起４５ｃ）が形成され、この突起部がシム取付け穴のポートの反対側から入り込んだ状態でインナーシムのポートの反対側の面に接触したタペットとを有し、スプリングリテーナはタペットの円筒部内に収容されるとともに、インナーシムはタペットの突起部とバルブ軸の端部との間に挟持され、シム取付け穴のポートの反対側の縁部は、ポートの反対側に円筒状に突出したリテーナ突出部（例えば、実施形態における突起部４２ｇ）により形成され、タペットとリテーナ突出部との間に形成される空間のバルブ軸方向の厚さは、インナーシムのバルブ軸方向の厚さより薄く、インナーシムのバルブ軸に対して直交する径方向の長さは、バルブ軸を含む面でタペットを切断したと仮定した場合の断面におけるタペットの円筒部の内壁とタペットの突起部の外壁との間に形成される空間の径方向の長さより短く、且つ上記断面におけるタペットの円筒部の内壁とリテーナ突出部の外壁との間に形成される空間の径方向の長さより長いことを特徴とする。

ここで、上記エンジンのバルブ機構においては、インナーシムの外周面と接触するシム取付け穴の内周面に、シム取付け穴の中心方向に向かって突出する複数の凸状部が設けられていることが好ましい。

本発明に係るエンジンのバルブ機構では、スプリングリテーナのシム取付け穴に嵌着されたインナーシムは、その上面がシム取付け穴の上縁よりも下方に位置するように設けられており、シム取付け穴内にしっかりと保持された状態となっているので、バルブの通常作動時はもとより、エンジンの異常燃焼等に起因してバルブの異常作動が発生したような場合であってもインナーシムはシム取付け穴から脱落しにくい。

また、上記発明に係るエンジンのバルブ機構において、インナーシムの外周面と接触するシム取付け穴の内周面に、シム取付け穴の中心方向に向かって突出する複数の凸状部を設けられているのであれば、シム取付け穴の内周面とインナーシムの外周面との間の摩擦力を大きくすることができ、インナーシムのシム取付け穴内への保持力を高めることができるので、インナーシムのスプリングリテーナから（シム取付け穴から）の脱落をより確実に防止することが可能である。

さらに、上記発明に係るエンジンのバルブ機構において、シム取付け穴の上縁部を、上方に円筒状に突出した突出部により形成することにより、このシム取付け穴の上部においては、周囲のみを高くすることでスプリングリテーナを軽量化することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図２は本発明の一実施形態に係るバルブ機構を備えたエンジン１の概略構成を示している。このエンジン１は例えば自動二輪車に備えられるものであり、シリンダブロック１０に形成されたシリンダ１１内にピストン１２を有し、ピストン１２にはピストンピン１３を介してコネクティングロッド１４の上端部が取付けられている。コネクティングロッド１４の下端部はクランクピン（図示せず）を介して図示しないクランクシャフトに連結されている。

シリンダブロック１０の上部にはシリンダヘッド１６が取付けられており、シリンダヘッド１６とシリンダ１１とが対向して形成される空間には燃焼室１７が形成されている。シリンダヘッド１６にはシリンダ１１内に繋がる吸気通路１８及び排気通路１９が設けられており、シリンダ１１と吸気通路１８との連通部分である吸気ポート１８ａは吸気バルブ３１によって開閉され、シリンダ１１と排気通路１９との連通部分である排気ポート１９ａは排気バルブ３２によって開閉されるようになっている。これら吸気バルブ３１及び排気バルブ３２はバルブ駆動カム（吸気側カム２１及び排気側カム２２）を介して上記クランクシャフトによって駆動される。

吸気バルブ３１及び排気バルブ３２のバルブ機構はそれぞれ、図２に示すように、バルブ４１、スプリングリテーナ４２、バルブスプリング４３、インナーシム４４及びタペット４５を有して構成される。以下、図１も参照して吸気バルブ３１について説明するが、排気バルブ３２も吸気バルブ３１と基本的に同じ構成である。

バルブ４１はいわゆるポペットバルブであり、棒状のバルブ軸（バルブステム）４１ａとこのバルブ軸４１ａの下端に設けられた円板状の傘部４１ｂとを有して構成される。バルブ軸４１ａはシリンダヘッド１６内をほぼ上下方向に延びて設けられた管状のバルブガイド１６ａ内を延びており、傘部４１ｂはバルブガイド１６ａの下端部よりも下方に位置している。バルブ軸４１ａはバルブガイド１６ａにガイドされて軸方向に移動自在であり、バルブ軸４１ａが軸方向に移動すると、傘部４１ｂによって吸気ポート１８ａ（排気バルブ３２では排気ポート１９ａ）が開閉される。

スプリングリテーナ４２は上下方向（バルブ軸４１ａの延びる方向）に延びた円筒部４２ａと、この円筒部４２ａから外方（バルブ軸４１ａと垂直な方向）に延びたリング状の鍔部４２ｂとを有して構成される。円筒部４２ａの中央部には下方に狭まる形状のバルブ軸固定穴４２ｃが上下方向に貫通して延びており、スプリングリテーナ４２はこのバルブ軸固定穴４２ｃに取付けられたコッタ４６を介してバルブ軸４１ａの上端部に固定されている。コッタ４６は下方に狭まる円錐状の外周面を有した中空の部材であり、内部にバルブ軸４１ａの上端部が圧入されており、コッタ４６自身はバルブ軸固定穴４２ｃ内に圧入されている。スプリングリテーナ４２がコッタ４６を介してバルブ軸４１ａの上端部に固定された状態では、バルブ軸４１ａの上端部はバルブ軸固定穴４２ｃ内に位置しており、バルブ軸固定穴４２ｃにおけるバルブ軸４１ａの上端部よりも上の部分は、バルブ軸４１ａの上端部を底面として上方に開口するシム取付け穴４２ｄとなっている。なお、シム取付け穴４２ｄの上部は、鍔部４２ｂの上面から上方に円筒状に延びて突出した突出部４２ｇにより形成されている。

シリンダヘッド１６におけるスプリングリテーナ４２の鍔部４２ｂと対向する位置には、円盤状のスプリングシート１６ｂがバルブガイド１６によって貫通された状態で設けられており、バルブスプリング４３はこのスプリングシート１６ｂとスプリングリテーナ４２の鍔部４２ｂとの間に縮設されている。ここで、スプリングリテーナ４２は上述のようにコッタ４６を介してバルブ軸４１ａに固定されているため、バルブ４１はスプリングリテーナ４２及びコッタ４６を介してバルブスプリング４３によって上方に付勢された状態となっており、傘部４１ｂが吸気ポート１８ａのシート部１６ｃに下方から当接した位置において、吸気ポート１８ａ（排気バルブ３２では排気ポート１９ａ）は閉止状態（図１に示す状態）となる。

インナーシム４４は円板状の金属製部材であり、スプリングリテーナ４２に形成された上述のシム取付け穴４２ｄ（バルブ軸固定穴４２ｃの上部領域）に上方から嵌着される。インナーシム４４がシム取付け穴４２ｄに嵌着された状態では、インナーシム４４の下面はバルブ軸４１ａの上端部に接触し、インナーシム４４の上面はシム取付け穴４２ｄの上縁４２ｅよりも下方に位置する。

タペット４５は下方に開口した有底円筒状の部材からなり、バルブ軸４１ａの軸と直交する方向に延びた円板部４５ａと、この円板部４５ａの外周部から下方に延びた円筒部４５ｂとを有する。シリンダヘッド１６におけるスプリングリテーナ４２の上方位置にはタペット通路１６ｄがバルブ軸４１ａと同軸に設けられており、タペット４５の円筒部４５ｂはこのタペット通路１６ｄ内をバルブ軸４１ａの軸方向に移動自在となっている。タペット４５の円筒部４５ｂ内には、スプリングリテーナ４２やバルブスプリング４３の上部が収容される。タペット４５の円板部４５ａの下面中央部からは下方に突出して延びたシム押さえ突起４５ｃが設けられており、このシム押さえ突起４５ｃはスプリングリテーナ４２のシム取付け穴４２ｄの内部に上方から入り込んだ状態でインナーシム４４の上面に接触している。

吸気側カム２１はピストン１２の２往復につき１回回転し、その１回転の間に外周面（カム面）に設けられた凸部（ノーズ部）２１ａによりタペット４５の上面（円板部４５ａの上面）を下方に押圧するが、これによりタペット４５はインナーシム４４を介してバルブ軸４１ａの上端部を押し下げるので、バルブ４１はバルブスプリング４３の付勢力に抗して下動し、吸気ポート１８ａ（排気バルブ３２では排気ポート１９ａ）が開放される。なお、この間もバルブ４１はスプリングリテーナ４２及びコッタ４６を介してバルブスプリング４３から上方への付勢力を受けており、バルブ４１が吸気ポート１８ａを最大限に開いた後は上動に転じ、その後吸気ポート１８ａは閉止される。

ここで、吸気ポート１８ａがバルブ４１によって完全に閉じられている状態（図１及び図２に示す状態）では、タペット４５の上面と吸気側カム２１の外周面との間には隙間が生じるが、その隙間間隔、すなわちバルブクリアランスΔはインナーシム４４の厚さを変えることによって所望の値に調整することができる。すなわち、インナーシム４４の厚さを大きくすることによってバルブクリアランスΔを小さくすることができ、インナーシム４４の厚さを小さくすることによってバルブクリアランスΔを大きくすることができる。

上記のように、吸気側カム２１によってタペット４５が下方に押圧されているときには、タペット４５はシム押さえ突起４５ｃによってインナーシム４４を介してバルブ軸４１ａを下方に押し下げ、バルブスプリング４３によってバルブ軸４１ａが上方に押し戻されているときには、バルブ軸４１ａはインナーシム４４を介してタペット４５のシム押さえ突起４５ｃを上方に押し上げる。このため通常のバルブ作動においてインナーシム４４はバルブ軸４１ａの上端部とタペット４５との間に挟持された状態となっており、インナーシム４４がスプリングリテーナ４２のシム取付け穴４２ｄから脱落することはない。また、バックファイヤーなどのエンジン１の異常燃焼等が生じたときには、タペット４５がバルブ４１とは同期しない動きをすることがあり（例えば、ジャンプやバウンスなど）、このときタペット４５のシム押さえ突起４５ｃとインナーシム４４の上面が当接した状態でスプリングリテーナ４２から浮き上がった状態となりシム取付け穴４２ｄの外部（上方）に出てしまうこともあり得るが、インナーシム４４は上述したようにその上面がシム取付け穴４２ｄの上縁４２ｅよりも下方に位置するように設けられており、シム取付け穴４２ｄ内にしっかりと保持された状態となっているので、上記のようなエンジン１の異常燃焼等に起因してバルブの異常作動が発生したような場合であってもインナーシム４４はシム取付け穴４２ｄから脱落しにくい。

ここで、インナーシム４４の外周面と接触するシム取付け穴４２ｄの内周面に、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すような、シム取付け穴４２ｄの中心方向に向かって突出する複数の凸状部４２ｆが設けられているのであれば、シム取付け穴４２ｄの内周面とインナーシム４４の外周面との間の摩擦力を大きくすることができ、インナーシム４４のシム取付け穴４２ｄ内へ保持力を高めることができるので、インナーシム４４のスプリングリテーナ４２から（シム取付け穴４２ｄから）の脱落をより確実に防止することが可能である。ここで、図３（Ａ）は上下方向に延びてシム取付け穴４２ｄの中心方向に向かって突出した断面三角状の凸状部４２ｆがシム取付け穴４２ｄの内周方向に多数並んで設けられた場合の例であり、図３（Ｂ）はシム取付け穴４２ｄの円周方向に延びてシム取付け穴４２ｄの中心方向に向かって突出した断面三角状の凸状部４２ｆが上下方向に複数並んで設けられた場合の例である。また、図３（Ｃ）はシム取付け穴４２ｄの中心方向に向かって突出した突起状の凸状部４２ｆがシム取付け穴４２ｄの内周面に沿って複数個（ここでは３個）飛び飛びに並んで設けられた場合の例である。

なお、上述のようにスプリングリテーナ４２のシム取付け穴４２ｄの上部を、鍔部４２ｂから上方に円筒状に突出する突起部４２ｇにより構成することにより、周囲のみを高くすることでスプリングリテーナ４２を軽量化することができる。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述の実施形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施形態において示したスプリングリテーナ４２の形状やスプリングリテーナ４２をバルブ軸４１ａの上端部に固定する構成、シム取付け穴４２ｄを形成するための構成などは一例に過ぎず、スプリングリテーナ４２はバルブ軸４１ａの上端部に固定されていればよく、シム取付け穴４２ｄはバルブ軸４１ａの上端部を底面として上方に開口するものであれば他の形態を有していても構わない。また、シム取付け穴４２の内周面に設けられる複数の凸状部４２ｆは、シム取付け穴４２ｄの中心方向に向かって突出するものであればよく、図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示した形態のものに限られない。また、上述の実施形態では、本発明が自動二輪車用のエンジンに適用された例を示したが、本発明は自動二輪車用のエンジンに限られず、他の用途に用いられるエンジンにも適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係るバルブ機構を備えたエンジンにおける吸気バルブのバルブ機構の一部を示している 上記エンジンの一部断面図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は--*、スプリングリテーナにおけるシム取付け穴の内周面に設けられた凸状部の例を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
１８ａ 吸気ポート（ポート）
２１ 吸気側カム
３１ 吸気バルブ
４１ バルブ
４１ａ バルブ軸
４２ スプリングリテーナ
４２ｄ シム取付け穴
４２ｅ シム取付け穴の上縁
４２ｇ 突出部
４２ｆ 凸状部
４３ バルブスプリング
４４ インナーシム
４５ タペット
４５ｃ シム押さえ突起（突起部）

Claims (2)

1. バルブ軸（４１ａ）がシリンダヘッド（１６）により支持され、前記バルブ軸（４１ａ）の軸方向に移動してポートの開閉を行うバルブ（４１）と、
   前記バルブ軸（４１ａ）における前記ポートの反対側の端部に固定され、前記端部を底面として前記ポートの反対側に開口するシム取付け穴（４２ｄ）を有したスプリングリテーナ（４２）と、
   前記スプリングリテーナ（４２）の前記シム取付け穴（４２ｄ）に前記ポートの反対側から嵌着され、前記嵌着された状態において、前記ポート側の面が前記バルブ軸（４１ａ）の端部に接触し、前記ポートの反対側の面が前記シム取付け穴（４２ｄ）の前記ポートの反対側の縁部よりも前記ポート側に位置したインナーシム（４４）と、
   前記スプリングリテーナ（４２）の前記ポートの反対側に前記バルブ軸（４１ａ）の軸方向に移動自在に設けられ、前記ポート側に開口した有底円筒状の部材からなり、前記バルブ軸（４１ａ）に対して直交する方向に延びた円板部（４５ａ）と、前記円板部（４５ａ）の外周部から前記ポート側に延びた円筒部（４５ｂ）とを有して構成され、前記円板部（４５ａ）の中央部から前記円筒部（４５ｂ）の内方に突出して突起部（４５ｃ）が形成され、前記突起部（４５ｃ）が前記シム取付け穴（４２ｄ）の前記ポートの反対側から入り込んだ状態で前記インナーシム（４４）の前記ポートの反対側の面に接触したタペット（４５）とを有し、
   前記スプリングリテーナ（４２）は前記タペット（４５）の円筒部（４５ｂ）内に収容されるとともに、前記インナーシム（４４）は前記タペット（４５）の突起部（４５ｃ）と前記バルブ軸（４１ａ）の端部との間に挟持され、
   前記シム取付け穴（４２ｄ）の前記ポートの反対側の縁部は、前記ポートの反対側に円筒状に突出したリテーナ突出部（４２ｇ）により形成され、前記タペット（４５）と前記リテーナ突出部（４２ｇ）との間に形成される空間の前記バルブ軸（４１ａ）方向の厚さは、前記インナーシム（４４）の前記バルブ軸（４１ａ）方向の厚さより薄く、
   前記インナーシム（４４）の前記バルブ軸（４１ａ）に対して直交する径方向の長さは、
   前記バルブ軸（４１ａ）を含む面で前記タペット（４５）を切断したと仮定した場合の断面における前記タペット（４５）の円筒部（４５ｂ）の内壁と前記タペット（４５）の突起部（４５ｃ）の外壁との間に形成される空間の径方向の長さより短く、
   且つ前記断面における前記タペット（４５）の円筒部（４５ｂ）の内壁と前記リテーナ突出部（４２ｇ）の外壁との間に形成される空間の径方向の長さより長いことを特徴とするエンジンのバルブ機構。
2. 前記インナーシム（４４）の外周面と接触する前記シム取付け穴（４２ｄ）の内周面に、前記シム取付け穴（４２ｄ）の中心方向に向かって突出する複数の凸状部（４２ｆ）が設けられたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンのバルブ機構。

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