JP5100501B2 - エンジン用密閉型油圧タペット - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの弁頭間隙をゼロにすべく、動弁装置の、相互に作動力の授受を行う二部材間に介装されるエンジン用密閉型油圧タペットの改良に関する。

かゝる内燃機関の動弁装置は、下記特許文献１に開示されているように既に知られている。
特開平１０−５４２１３号公報

従来のかゝるエンジン用密閉型油圧タペットでは、シリンダ及びピストン間の油室に、油のリーク分を常に補充するためのオイルポンプを必要し、またオイルポンプから油圧タペットに油を誘導する長い油路をも必要としている。したがって、オイルポンプを持たない小型なエンジンには適用できなかった。

本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、オイルポンプに頼ることなく、また長い油路を形成することなく、弁頭間隙をゼロにし得るようにしたエンジン用密閉型油圧タペットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、エンジンの弁頭間隙をゼロにすべく、動弁装置の、相互に動弁力の授受を行う二部材間に介装されるエンジン用密閉型油圧タペットであって、軸方向一端に閉塞した第１端壁、他端に軸孔付きの第２端壁を有するシリンダと、このシリンダの内周面に摺動自在に嵌合して、該シリンダ内を前記第１端壁側の第１油室と前記第２端壁側の第２油室とに仕切るピストンと、このピストンに固設されて前記軸孔を摺動自在且つ液密に貫通するピストンロッドと、弁ばねのセット荷重より小さいセット荷重で前記ピストンを第２油室側に付勢するばねと、前記第２油室から前記第１油室への一方向のみの油の流れを許容する一方向弁と、前記シリンダ内に占める前記ピストンロッドの体積の変化を吸収する体積変化吸収手段と、前記ピストンの前記第１油室側への緩慢な移動を許容すべく前記第１及び第２油室間を連通する絞り通路とを有していて、前記シリンダ及びピストンロッドを前記二部材間に介装したものにおいて、前記ピストンと前記第２端壁との間で前記シリンダの内周面に、前記ピストンロッドが緩く貫通する環状の隔壁を突設して、該隔壁と前記ピストン間に前記第２油室を、また該隔壁と前記第２端壁間にシール部材収容室をそれぞれ画成し、前記シール部材収容室には、前記体積変化吸収手段を兼ねる環状の弾性シール部材を収容し、その弾性シール部材の、前記隔壁側の端部には、その内周側において前記ピストンロッドの外周面に摺動可能に密接する内側リップを、またその外周側において前記シリンダの内周面に密接する外側リップをそれぞれ形成し、これら内、外側リップにそれぞれ隣接するように、前記弾性シール部材の内周面と前記ピストンロッドの外周面間、並びに前記弾性シール部材の外周面と前記シリンダの内周面間にはそれぞれ空隙を設け、これら空隙は、前記シリンダ内に占める前記ピストンロッドの体積の変化を吸収すべく、前記弾性シール部材が圧縮変形することを許容することを第１の特徴とする。

また本発明は、第１の特徴に加えて、前記一方向弁を、前記ピストンに設けられて前記第１油室に開放される弁室と、この弁室を第１油室に連通する弁孔と、前記弁室に設けられ、前記第１油室の昇圧時には前記弁孔を閉じ、前記第２油室の昇圧時には前記弁孔を開く弁体とで構成したことを第２の特徴とする。

さらに本発明は、第１の特徴に加えて、前記絞り通路を、前記シリンダ及び前記ピストン間の摺動間隙で構成したことを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、油圧タペットを密閉型に構成して、オイルポンプを用いることなく、ピストン及びピストンロッドの昇降を可能にし、機関弁の弁頭間隙をゼロにすることができ、エンジンの作動騒音の低減に寄与し得る。また特にピストンと第２端壁との間でシリンダの内周面に、ピストンロッドが緩く貫通する環状の隔壁を突設して、該隔壁とピストン間に第２油室を、また該隔壁と第２端壁間にシール部材収容室をそれぞれ画成し、シール部材収容室には、シリンダ内に占めるピストンロッドの体積の変化を吸収する体積変化吸収手段を兼ねる環状の弾性シール部材を収容し、その弾性シール部材の、隔壁側の端部には、その内周側においてピストンロッドの外周面に摺動可能に密接する内側リップを、またその外周側においてシリンダの内周面に密接する外側リップをそれぞれ形成し、これら内、外側リップにそれぞれ隣接するように、弾性シール部材の内周面とピストンロッドの外周面間、並びに弾性シール部材の外周面とシリンダの内周面間にはそれぞれ空隙を設け、これら空隙は、弾性シール部材が圧縮変形することを許容するので、シリンダに特別な体積変化吸収手段を設ける必要がなくなり、油圧タペットのコンパクト化に寄与することができる。

本発明の第２の特徴によれば、一方向弁を全てピストンに収めることができ、したがって、シリンダに一方向弁のための油路を形成する必要がなく、油圧タペットのコンパクト化に寄与し得る。

本発明第３の特徴によれば、シリンダ及びピストンにオリフィスを形成する必要がなく、油圧タペットのコンパクト化に寄与し得る。

本発明の実施の形態を、図面に示す本発明の好適な実施例に基づき以下に説明する。

図１は本発明の実施例に係る密閉型油圧タペットを備える汎用エンジンの要部縦断正面図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図２に対応する作用説明図、図６は図２に対応する別の作用説明図である。

先ず、図１において、汎用エンジンＥのエンジン本体１は、クランクケース２と、このクランクケース２の一側部から斜め上方に延出するシリンダブロック３と、このシリンダブロック３の上端に接合されるシリンダヘッド４とで構成される。クランクケース２では、クランク軸６が収容、支持され、シリンダブロック３のシリンダボア３ａに嵌装されるピストン７に上記クランク軸６がコンロッド８を介して連接される。このコンロッド８の大端部にはオイルディッパ９が付設される。このオイルディッパ９は、クランク軸６の回転時、クランクケース２内の底部に貯留する潤滑オイルを飛散させるもので、そのとき発生する油沫によりエンジンＥ内の各部を潤滑するようになっている。したがって、このエンジンＥはオイルポンプを備えていない。

シリンダヘッド４には、シリンダボア３ａに連なる燃焼室１０と、この燃焼室１０に内端を開口する吸気ポート１１及び排気ポート（図示せず）とが形成されると共に、これら吸気ポート１１及び排気ポートを開閉する吸気弁１２及び排気弁（図示せず）が設けられる。以下、吸気弁１２及び排気弁を総称して機関弁１２と呼ぶことにする。

機関弁１２には、これを閉弁方向に付勢する弁ばね１５がそれぞれ装着される。これら弁ばね１５との協働で機関弁を開閉駆動する動弁装置１６がクランクケース２からシリンダヘッド４に亙り配設される。符号１７は点火プラグである。

機関弁１２は、前記弁ばね１５と協働する動弁装置１６によって開閉される。この動弁装置１６は、クランクケース２に収容、支持されてクランク軸６の下方に配置されるカム軸２０を備えており、これらクランク軸６及びカム軸２０間には、クランク軸６の回転を２分の１に減速して伝達する歯車式の調時伝動装置２１が設けられる。

一方、シリンダヘッド４には、ロッカアーム２２が支点部材２３を介して揺動自在に支持され、このロッカアーム２２は、一端部を機関弁１２の弁頭に当接させると共に、他端部をプッシュロッド２４に当接させるように配置される。プッシュロッド２４は、シリンダブロック３及びシリンダヘッド４に亙りシリンダボア３ａの下側に隣接して形成されるガイド孔２５に配置され、このプッシュロッド２４と、前記カム軸２０のカム２０ａとの間に、本発明の密閉型油圧タペットＴ（以下、単に油圧タペットという。）が介装される。

したがって、カム軸２０の回転により、カム２０ａが油圧タペットＴをリフトさせれば、そのリフト力は吸気プッシュロッド２４を介してロッカアーム２２に伝達して、これを機関弁１２の開弁方向に揺動させ、カム２０ａの油圧タペットＴに対するリフト力が解放されると、弁ばね１５の反発力が機関弁１２を閉じると共に、吸気ロッカアーム２２を先刻と反対方向に揺動し、吸気プッシュロッド２４を介して油圧タペットＴをカム２０ａのベース面に押しつけることになり、この繰り返しにより機関弁１２は開閉される。

ところで、エンジン本体１はアルミ合金製、プッシュロッド２４は、アルミ合金より熱膨張係数が小さい鉄製である。したがって、それらの素材の熱膨張係数の差により、エンジンＥが高温となる通常運転時には、弁頭間隙、即ち機関弁１２及びロッカアーム２２間の間隙が増加傾向になり、これとは反対に、エンジンＥが運転停止後、冷えるに従い、動弁間隙は減少傾向となる。

このように、エンジンＥの温度が変化しても、常に弁頭間隙をゼロにするよう、油圧タペットＴは次のように構成される。

図２及び図３において、油圧タペットＴは、軸方向一端に閉塞したフランジ状の第１端壁３０ａ、他端に軸孔３１付きの第２端壁３０ｂを有するシリンダ３０と、このシリンダ３０の内周面に摺動自在に嵌合して、シリンダ３０内を前記第１端壁３０ａ側の第１油室３３と前記第２端壁３０ｂ側の第２油室３４とに仕切るピストン３２と、このピストン３２に固設されて前記軸孔３１を摺動自在且つ液密に貫通するピストンロッド３６と、前記弁ばね１５のセット荷重より小さいセット荷重でピストン３２を第２油室３４側に付勢するばね３７と、第２油室３４から第１油室３３への一方向のみの油の流れを許容する一方向弁３８と、前記軸孔３１をシールすべくシリンダ３０に装着される環状の弾性シール部材４０と、ピストン３２の第１油室３３側への緩慢な移動を許容すべく第１及び第２油室３３，３４間を連通する絞り通路３９とで構成される。

環状の前記弾性シール部材４０は、ピストンロッド３６を囲繞し、且つシリンダ３０の第２端壁３０ｂと、シリンダ３０の内周面の中間部から突出した環状の隔壁３０ｃとの間に挟まれるようにしてシリンダ３０に装着される。即ち、その隔壁３０ｃとピストン３２間には第２油室３４が、また隔壁３０ｃと第２端壁３０ｂ間にはシール部材収容室Ｃがそれぞれ画成されていて、そのシール部材収容室Ｃに、本発明の体積変化吸収手段を兼ねる環状の弾性シール部材４０が収容されている。

そして、この弾性シール部材４０の、隔壁３０ｃ側の端部には、内周側にピストンロッド３６の外周面に密接する内側リップ４０ａが、また外周側にシリンダ３０の内周面に密接する外側リップ４０ｂが形成されており、これらリップ４０ａ，４０ｂに隣接するように、弾性シール部材４０の内周面とピストンロッド３６の外周面、弾性シール部材４０の外周面とシリンダ３０の内周面の各間には空隙４２，４２が設けられる。これら空隙４２，４２は、シリンダ３０内に占めるピストンロッド３６の体積の変化を吸収すべく、弾性シール部材４０が圧縮変形することを許容する。

而して、シリンダ３０はガイド孔２５に摺動自在に嵌合され、そのシリンダの第１端壁３０ａにカム２０ａが摺接し、ピストンロッド３６の外端に形成された係合凹部４４にプッシュロッド２４の端部が係合される。こうして、シリンダ３０及びピストンロッド３６は、カム２０ａ及びプッシュロッド２４間に介装される。

前記一方向弁３８は、ピストン３２に設けられる弁室４６と、この弁室４６を第１油室３３に連通する弁孔４７と、弁室４６に設けられ、第１油室３３の昇圧時には弁孔４７を閉じ、第２油室３４の昇圧時には弁孔４７を開く弁体４８とで構成され、弁室４６は、複数の通孔４９，４９…（図４参照）を介して第２油室３４に開放されている。ピストンロッド３６の基部には、前記弁孔４７を第２油室３４に連通する横孔４３が設けられる。

また前記絞り通路３９は、図２に明示するように、シリンダ３０及びピストン３２間の摺動間隙（例えば，２０μｍ）で構成される。その代替手段として、ピストン３２に設けるオリフィスにより第１及び第２油室３３，３４間を連通することもできる。

次に、この実施例の作用について説明する。

始動後のエンジンＥが時間の経過と共に昇温していくと、カム２０ａが、そのベース円部で油圧タペットＴのシリンダ３０の第１端壁３０ａを支承することで、機関弁１２が弁ばね１５の付勢力をもって閉じたときに、アルミ合金製のエンジン本体１と、鉄製のプッシュロッド２４との熱膨張係数の差により、機関弁１２の弁頭間隙、即ち機関弁１２及びロッカアーム２２間に間隙が発生し、その結果、油圧タペットＴは無負荷状態となる。そうなると、図２に示すように、油圧タペットＴでは、ばね３７がそのセット荷重により、ピストン３２を第２油室３４側に押し上げ、このピストン３２の上昇に伴ない第２油室３４が昇圧すると同時に第１油室３３が減圧するので、一方向弁３８が開いて、第２油室３４の油が一方向弁３８を通過して第１油室３３へと流動し、油圧タペットＴは全体として伸長する。その結果、ピストン３２と一体のピストンロッド３６がプッシュロッド２４を押し上げるので、ロッカアーム２２は、弁頭間隙をゼロにするように、即ち機関弁１２の弁頭に当接するように揺動する。

こうして弁頭間隙がゼロになった状態で、次にカム２０ａの回転が進み、そのノーズ部がシリンダ３０をリフトすると、そのリフト力がシリンダ３０及びピストンロッド３６間に軸方向の圧縮荷重として作用し、図５に示すように、ピストン３２が第１油室３３側に押圧されることで、第１油室３３が昇圧すると同時に第２油室３４が減圧するので、一方向弁３８が直ちに閉じて、第１油室３３から第２油室３４への油の流動を止める。その結果、ピストン３２は油圧ロック状態となり、油圧タペットＴは軸方向に縮むことがないから、カム２０ａのリフト力は、油圧タペットＴからプッシュロッド２４、ロッカアーム２２へと確実に伝達して、機関弁１２を的確に開くことができる。

次に、エンジンＥが運転停止後、放熱により温度低下していくと、アルミ合金製のエンジン本体１と、鉄製のプッシュロッド２４との熱膨張係数の差により、弁ばね１５の荷重に抗して機関弁１２を押し下げようとする開弁現象が発生するが、この場合、同時に、油圧タペットＴにはカム２０ａ及びプッシュロッド２４から圧縮荷重を受けることになり、この状態が長時間続くことになる。すると、図６に示すように、ピストン３２はばね３７の荷重に抗して第１油室３３側に押圧され続けるため、第１油室３３は高圧となり、第１油室３３の油が絞り通路３９、即ちシリンダ３０及びピストン３２間の摺動間隙３９を通して第２油室３４に徐々に移動していき、油圧タペットＴは収縮し、これに伴ない前記熱膨張係数の差による機関弁１２の開弁現象がなくなると、ピストン３２の移動は停止する。これにより弁頭間隙のゼロ状態を維持しながら、機関弁１２の閉弁状態を確保することができ、次のエンジン始動に対応することができる。尚、上記絞り通路３９は、第１及び第２油室３３，３４間に瞬間的に圧力差が発生したときは、大なる絞り抵抗を発揮して、第１及び第２油室３３，３４間での油の移動を実質上阻止するので、エンジンＥの運転中の油圧タペットＴの瞬間的な油圧ロック状態には影響を与えない。

ところで、油圧タペットＴの上記作用において、ピストンロッド３６がピストン３２と共にシリンダ３０内を昇降するとき、シリンダ３０内に占めるピストンロッド３６の体積が変化するが、その体積変化は、シリンダ３０の内周面及びピストンロッド３６の外周面に密接してシリンダ３０の軸孔３１をシールする弾性シール部材４０の弾性変形により吸収される。したがって、この弾性シール部材４０は、シリンダ３０内に占める前記ピストンロッド３６の体積の変化を吸収する体積変化吸収手段４０に対応する。

かくして、油圧タペットＴを密閉型に構成して、オイルポンプを用いることなく、ピストン３２及びピストンロッド３６の昇降を可能にし、機関弁１２の弁頭間隙をゼロにすることができ、エンジンＥの作動騒音の低減に寄与し得る。

また、一方向弁３８は、ピストン３２に設けられて第１油室３３に開放される弁室４６と、この弁室４６を第１油室３３に連通する弁孔４７と、弁室４６に設けられ、第１油室３３の昇圧時には弁孔４７を閉じ、第２油室３４の昇圧時には弁孔４７を開く弁体４８とで構成されるので、一方向弁３８を全てピストン３２に収めることができ、したがって、シリンダ３０に一方向弁３８のための油路を形成する必要がなく、油圧タペットＴのコンパクト化に寄与し得る。

さらに、絞り通路３９は、シリンダ３０及びピストン３２間の摺動間隙３９で構成されるので、シリンダ３０及びピストン３２にオリフィスを形成する必要がなく、油圧タペットＴのコンパクト化に寄与し得る。

さらにまた、体積変化吸収手段４０として、シリンダ３０の内周面及びピストンロッド３６の外周面に密接して軸孔３１をシールする弾性シール部材４０をシリンダ３０に装着し、この弾性シール部材４０の弾性変形により、シリンダ３０内に占めるピストンロッド３６の体積の変化を吸収するようにしたので、シリンダ３０に特別な体積変化吸収手段を設ける必要がなく、油圧タペットＴのコンパクト化に寄与し得る。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、本発明の密閉型油圧タペットＴは、各種形式の動弁装置にも適用可能である。例えば、オーバヘッドカムシャフト型の動弁装置においては、ロッカアームの揺動端と弁頭との間に介装することもでき、また特許文献１に開示されるように、ロッカアームの支点部に設置することもできる。

本発明の実施例に係る密閉型油圧タペットを備える汎用エンジンの要部縦断正面図。 図１の２−２線拡大断面図。 図２の３−３線断面図。 図２の４−４線断面図。 図２に対応する作用説明図。 図２に対応する別の作用説明図。

Ｃ・・・・・・シール部材収容室
Ｅ・・・・・・内燃機関
Ｔ・・・・・・密閉型油圧タペット
１６・・・・・動弁装置
２０ａ，２４・・・動弁装置の二部材（カム、プッシュロッド）
３０・・・・・シリンダ
３０ａ・・・・第１端壁
３０ｂ・・・・第２端壁
３０ｃ・・・・隔壁
３１・・・・・軸孔
３２・・・・・ピストン
３３・・・・・第１油室
３４・・・・・第２油室
３５・・・・・ピストンロッド
３７・・・・・ばね
３８・・・・・一方向弁
３９・・・・・絞り通路（摺動間隙）
４０・・・・・体積変化吸収手段（弾性シール部材）
４０ａ・・・・内側リップ
４０ｂ・・・・外側リップ
４２・・・・・空隙
４６・・・・・弁室
４７・・・・・弁孔
４８・・・・・弁体

Claims (3)

1. エンジン（Ｅ）の弁頭間隙をゼロにすべく、動弁装置（１６）の、相互に動弁力の授受を行う二部材（２０ａ，２４）間に介装されるエンジン用密閉型油圧タペットであって、 軸方向一端に閉塞した第１端壁（３０ａ）、他端に軸孔（３１）付きの第２端壁（３０ｂ）を有するシリンダ（３０）と、このシリンダ（３０）の内周面に摺動自在に嵌合して、該シリンダ（３０）内を前記第１端壁（３０ａ）側の第１油室（３３）と前記第２端壁（３０ｂ）側の第２油室（３４）とに仕切るピストン（３２）と、このピストン（３２）に固設されて前記軸孔（３１）を摺動自在且つ液密に貫通するピストンロッド（３６）と、弁ばね（１５）のセット荷重より小さいセット荷重で前記ピストン（３２）を第２油室（３４）側に付勢するばね（３７）と、前記第２油室（３４）から前記第１油室（３３）への一方向のみの油の流れを許容する一方向弁（３８）と、前記シリンダ（３０）内に占める前記ピストンロッド（３６）の体積の変化を吸収する体積変化吸収手段（４０）と、前記ピストン（３２）の前記第１油室（３３）側への緩慢な移動を許容すべく前記第１及び第２油室（３３，３４）間を連通する絞り通路（３９）とを有していて、前記シリンダ（３０）及びピストンロッド（３６）を前記二部材（２０ａ，２４）間に介装したものにおいて、
   前記ピストン（３２）と前記第２端壁（３０ｂ）との間で前記シリンダ（３０）の内周面に、前記ピストンロッド（３６）が緩く貫通する環状の隔壁（３０ｃ）を突設して、該隔壁（３０ｃ）と前記ピストン（３２）間に前記第２油室（３４）を、また該隔壁（３０ｃ）と前記第２端壁（３０ｂ）間にシール部材収容室（Ｃ）をそれぞれ画成し、
   前記シール部材収容室（Ｃ）には、前記体積変化吸収手段（４０）を兼ねる環状の弾性シール部材（４０）を収容し、
   その弾性シール部材（４０）の、前記隔壁（３０ｃ）側の端部には、その内周側において前記ピストンロッド（３６）の外周面に摺動可能に密接する内側リップ（４０ａ）を、またその外周側において前記シリンダ（３０）の内周面に密接する外側リップ（４０ｂ）をそれぞれ形成し、
   これら内、外側リップ（４０ａ，４０ｂ）にそれぞれ隣接するように、前記弾性シール部材（４０）の内周面と前記ピストンロッド（３６）の外周面間、並びに前記弾性シール部材（４０）の外周面と前記シリンダ（３０）の内周面間にはそれぞれ空隙（４２，４２）を設け、
   これら空隙（４２，４２）は、前記シリンダ（３０）内に占める前記ピストンロッド（３６）の体積の変化を吸収すべく、前記弾性シール部材（４０）が圧縮変形することを許容することを特徴とするエンジン用密閉型油圧タペット。
2. 請求項１記載のエンジン用密閉型油圧タペットにおいて、
   前記一方向弁（３８）を、前記ピストン（３２）に設けられて前記第１油室（３３）に開放される弁室（４６）と、この弁室（４６）を第１油室（３３）に連通する弁孔（４７）と、前記弁室（４６）に設けられ、前記第１油室（３３）の昇圧時には前記弁孔（４７）を閉じ、前記第２油室（３３）の昇圧時には前記弁孔（４７）を開く弁体（４８）とで構成したことを特徴とするエンジン用密閉型油圧タペット。
3. 請求項１記載のエンジン用密閉型油圧タペットにおいて、
   前記絞り通路（３９）を、前記シリンダ（３０）及び前記ピストン（３２）間の摺動間隙（３９）で構成したことを特徴とするエンジン用密閉型油圧タペット。

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