JP5613141B2 - 内燃機関の動弁構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の動弁構造に関し、特に、内燃機関のロッカシャフトと、このロッカシャフトを保持するホルダ部とを締結する固定ボルトを備えた内燃機関の動弁構造に関する。

従来、内燃機関において、燃焼室への吸気、排気を行う吸気バルブと排気バルブは、カムシャフトに形成されたカム駒によって駆動されて、吸気と排気とを行っている。そのカム駒によって揺動されるロッカアームは、ホルダ部に保持されたロッカシャフトに軸支されている。ロッカシャフトは、ホルダ部に対して回転しないように固定ボルトで締結されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２４８９１４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来の内燃機関において、固定ボルトは、ロッカシャフトに加わる荷重の方向を考慮せずに、固定ボルトによってロッカシャフトをホルダ部に取り付ける取付作業の容易さだけを考慮して設けられている。このため、ロッカシャフトの固定ボルトは、カムシャフトの固定ボルト等と同様にシリンダ軸線方向に向けて設けられている。
その結果、固定ボルトは、ロッカシャフトに負荷された荷重や、曲げ荷重等がかかる構造になっているので、それに耐える強度を持たせるために、太く大きなものにしなければならないという問題点があった。

そこで、本発明は、前記問題点を解決するために創案されたものであり、ロッカシャフトとホルダ部とを締結する固定ボルトを小型化することができる内燃機関の動弁構造を提供することを課題とする。

本発明に係る内燃機関の動弁構造は、カム駒を有するカムシャフトと、該カム駒により揺動するロッカアームと、該ロッカアームを軸支するロッカシャフトと、該ロッカシャフトを保持するホルダ部と、前記ロッカシャフトと前記ホルダ部とを互いに締結する固定ボルトと、を有する内燃機関の動弁構造であって、前記ロッカアームは、前記ロッカシャフトに軸支される部位と、前記カム駒に当接する部位と、バルブに当接する部位と、がこの順序で設けられており、前記カム駒は、前記ロッカアームに対して前記バルブと反対側から当接し、前記固定ボルトは、その軸線を前記カム駒から前記ロッカアームを介して前記ロッカシャフトに加わる最大荷重の方向と略一致させるように、その軸線を前記カムシャフトの回動中心と、前記カム駒と前記ロッカアームの接点とをつなぐ直線と略平行に設けられており、前記内燃機関は多気筒であり、前記固定ボルトは、爆発順が隣り合う気筒間であって後に爆発する気筒側に寄って設けられていることを特徴とする。

かかる構成によれば、ロッカアームは、ロッカシャフトに軸支される部位と、カム駒に当接する部位と、バルブに当接する部位と、がこの順序で設けられており、カム駒は、ロッカアームに対してバルブと反対側から当接し、固定ボルトは、その軸線をカム駒からロッカアームを介してロッカシャフトに加わる最大荷重の方向と略一致させるように、その軸線をカムシャフトの回動中心と、カム駒とロッカアームの接点とをつなぐ直線と略平行に設けられていることによって、その最大荷重を固定ボルトの軸線方向に圧縮力がかかるようにして受けて、ねじ部にかかる曲げモーメントを抑制することができる。このため、固定ボルトは、ロッカシャフトに加わる最大荷重を受けても、ねじ部に折れ曲がる方向の力が加わるのを減少させることができるので、ねじ部を太く形成して強度を上げる必要がないため、固定ボルトの大型化を抑制することができる。
また、かかる構成によれば、固定ボルトは、爆発順が隣り合う気筒間であって後に爆発する気筒側に寄って設けられることによって、爆発が連続して発生するときにバルブから受ける反力が大きくなるので、これに伴って固定ボルトにかかる荷重も高くなるため、ロッカシャフトにホルダ部を設けた。そのロッカシャフトとホルダ部とは、固定ボルトで固定されているので、しっかりと荷重を受け止めることができる。
さらに、前記ロッカシャフトは、前記ホルダ部に対応する位置に、前記固定ボルトが挿入されるボルト挿入孔と、前記ボルト挿入孔の一端側に設けられた座面と、を有し、前記ホルダ部には、前記ボルト挿入孔及び前記座面を露出させるための斜面が切り欠き形成されており、前記座面及び前記斜面は、前記固定ボルトの軸線方向に略直交して形成されているのが好ましい。
また、前記ホルダ部は、前記固定ボルトに螺合する雌ねじ部と、この雌ねじ部に沿って前記固定ボルトの頭部と反対側に延設された突出部と、を有するのが好ましい。

また、前記固定ボルトは、その頭部を上方に向け、ねじ部を前記ロッカシャフトの軸心方向に向けて設けられていることが好ましい。

かかる構成によれば、固定ボルトは、その頭部を上方に向け、ねじ部をロッカシャフトの軸心方向に向けて設けられていることによって、カムシャフトを避けてロッカシャフトに容易に締結することができる。

本発明は、ロッカシャフトとホルダ部とを締結する固定ボルトを小型化することができる内燃機関の動弁構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の動弁構造を示す要部概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の動弁構造を示す図であり、カムシャフトの斜視図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の動弁構造を示す図であり、固定ボルトの設置状態を示す要部拡大縦断面図である。

図１〜図３を参照して、本発明の実施形態に係る内燃機関の動弁構造を説明する。実施形態の説明において、上下方向は、シリンダ軸線方向に一致するものとする。

≪内燃機関及びシリンダヘッドの構成≫
図１に示すように、内燃機関１は、多気筒（直列４気筒）の４サイクルのエンジンであり、シリンダヘッド２のシリンダ軸線の一方側には、シリンダヘッド２の短手方向に一対に配置されたカムシャフト３及びロッカシャフト４が、長手方向に沿って平行に設けられている。
シリンダヘッド２は、不図示の燃焼室のシリンダ軸線の一方側を形成して、内燃機関１の吸排気システム（図示省略）が取り付けられるエンジン本体である。シリンダヘッド２のシリンダ軸線の一方側には、カムシャフト方向に所定間隔で気筒１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄが設けられている。

≪カムシャフトの構成≫
カムシャフト３は、吸気用カムシャフト３１と、排気用カムシャフト３２と、からなる。カムシャフト３は、このカムシャフト３に沿って予め設定された間隔で配置された複数のカムホルダ６によって、シリンダヘッド２に回動自在に軸支されている。吸気用カムシャフト３１と排気用カムシャフト３２とのシリンダ軸線の他方側方向には、それぞれロッカシャフト４が配置されている。

図２に示すように、前記カムシャフト３は、燃焼室内の吸気と排気を行うバルブ８（吸気バルブ、排気バルブ）を開閉する複数のカム駒３ａと、潤滑油が流れる油路の一部を形成する油溝３ｂとを有する軸である。
吸気用カムシャフト３１には、５つのカムホルダ６（図１参照）によってそれぞれ軸支される軸支部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅを有している。軸支部３１ａ〜３１ｅの外周面の軸方向の中央部には、油路の半体部位を形成する環状形状の油溝３ｂがそれぞれ形成されている。

この吸気用カムシャフト３１と同様に、排気用カムシャフト３２にも、６つのカムホルダ６（図１参照）によってそれぞれ軸支される軸支部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆが形成されている。排気用カムシャフト３２の各軸支部３２ａ〜３２ｆには、油路を形成する油溝３ｂがそれぞれ形成されている。

≪カムホルダの構成≫
図１に示すように、カムホルダ６は、互いに平行に配置された吸気用カムシャフト３１及び排気用カムシャフト３２をシリンダヘッド２に対して軸支するための軸受部材である。吸気用カムシャフト３１は、前記した５つのカムホルダ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅによって軸支されている。また、排気用カムシャフト３２は、６つのカムホルダ６ｆ，６ｇ，６ｈ，６ｉ，６ｊ，６ｋによって軸支されている。
図３に示すように、カムホルダ６は、シリンダヘッド２のシリンダ軸線の一方側に一体形成されたホルダ基台６１と、このホルダ基台６１上にカムシャフト３を介在させて載置され、ホルダ固定ボルト６３によってボルト締めされたホルダキャップ６２と、から主に構成されている。カムホルダ６は、シリンダヘッド２のシリンダ軸線の一方側において、吸気用カムシャフト３１及び排気用カムシャフト３２に沿って軸方向に適宜な間隔で二列に配置されている。

≪ロッカシャフトの構成≫
図３に示すように、前記ロッカシャフト４は、揺動運動をするロッカアーム５の支点となる軸であり、略円筒形状に形成されている。ロッカシャフト４には、このロッカシャフト４を後記するホルダ部１０に固定するための固定ボルト７が挿入されるボルト挿入孔４ａと、このボルト挿入孔４ａの開口端の外面に形成された斜めに平らな座面４ｂと、が形成されている。

図１に示す気筒１１ａ〜１１ｄは、カムシャフト３の一端側から気筒１１ａ、気筒１１ｃ、気筒１１ｄ、気筒１１ｂ、気筒１１ａの順で爆発する。爆発順が隣り合う気筒１１ａと気筒１１ｂとの間、及び、気筒１１ｃと気筒１１ｄとの間は、爆発が連続して発生するときに、図３に示すバルブ８から受ける反力が大きくなるので、これに伴って固定ボルト７にかかる荷重も高くなるため、ロッカシャフト４にホルダ部１０を設けている。そのロッカシャフト４とホルダ部１０とは、固定ボルト７でしっかりと固定されている。

このため、固定ボルト７が挿入されるボルト挿入孔４ａは、図１に示すように、６つのカムホルダ６ｆ〜６ｋのうちで高い荷重がかかるカムシャフト３の一端側（不図示のタイミングチェーンなどの伝達機構が配置される側）から２番目のカムホルダ６ｇに隣接した位置（気筒１１ａと気筒１１ｂとの間）と、カムシャフト３の他端側（不図示のトランシミッションが配置される側）から３番目のカムホルダ６ｉに隣接した位置（気筒１１ｃと気筒１１ｄとの間）と、の二箇所に形成されている。ボルト挿入孔４ａは、斜め外側のシリンダ軸線の一方側方向からロッカシャフト４の中心Ｏ３を通ってシリンダヘッド２中央側に向けて斜めに形成された貫通孔である。
座面４ｂは、固定ボルト７をボルト挿入孔４ａに螺合させたときに頭部７ａが当接する面であり、軸心線Ｌ２−Ｌ２に対して直交する方向に平らな面に形成されている。

≪ロッカアームの構成≫
図３に示すように、ロッカアーム５は、カム駒３ａとの接点Ｂが、このカム駒３ａによって押圧されることによって、ロッカシャフト４の軸心Ｏ３を支点として揺動しバルブ８を開閉させる揺動部材である。ロッカアーム５は、ロッカシャフト４によって軸支されている。ロッカアーム５は、カム駒３ａが当接する位置にローラ５１を有している。ローラ５１は、軸心Ｏ２を中心に回転自在に設けられている。

≪ホルダ部の構成≫
図３に示すように、ホルダ部１０は、ロッカシャフト４をシリンダヘッド２に軸支するための部位であり、シリンダヘッド２に一体に配置されている。このホルダ部１０には、ロッカシャフト４が挿入されるシャフト挿入部１０ａと、シャフト挿入部１０ａのシリンダ軸線の一方側を外側へ斜めシリンダ軸線の他方側方向に向けて平らに形成された斜面１０ｂと、後記する固定ボルト７のねじ部７ｂが螺合される雌ねじ部１０ｃと、この雌ねじ部１０の中心線Ｌ２−Ｌ２に沿ってシリンダ軸線の他方側方向に延設されて突出部１０ｄと、が形成されている。

シャフト挿入部１０ａは、縦断面視して、斜面１０ｂが切り欠き形成されて開口され、ロッカシャフト４のボルト挿入孔４ａが露出するように形成されている。
斜面１０ｂは、ホルダ部１０の斜めシリンダ軸線の一方側からロッカシャフト４のボルト挿入孔４ａを露出させるために形成された面であり、雌ねじ部１０の中心線Ｌ２−Ｌ２と、最大荷重方向（矢印Ｃ方向）に対して直交して形成されている。
雌ねじ部１０ｃは、シャフト挿入部１０ａの内面から突出部１０ｄの中心線に沿って形成されて、突出部１０ｄの先端面で開口するように形成されている。
雌ねじ部１０ｃは、中心線Ｌ２−Ｌ２が、最大荷重方向（矢印Ｃ方向）と略一致するように形成されている。
突出部１０ｄは、雌ねじ部１０ｃの長さが中心線Ｌ２−Ｌ２の方向に長くなるように形成されて、雌ねじ部１０ｃの強度を向上させている。

≪固定ボルトの構成≫
図３に示すように、固定ボルト７は、ロッカシャフト４とホルダ部１０とを互いに締結させるボルトであり、例えば、座金付きの頭部７ａと、ねじ部７ｂとを有している。固定ボルト７は、その頭部７ａをシリンダ軸線の一方側方向に向け、ねじ部７ｂをその他方側方向に向けて、ホルダ部１０の斜面１０ｂ側からロッカシャフト４のボルト挿入孔４ａに挿入して雌ねじ部１０ｃに螺合される。この場合、ねじ部７ｂは、ロッカシャフト４の軸心Ｏ３方向（軸線Ｌ２−Ｌ２方向）に向けて設けられている。換言すると、固定ボルト７は、この固定ボルト７の軸線Ｌ２−Ｌ２をロッカシャフト４に加わる最大荷重の方向（矢印Ｃ方向）と略一致させて形成されている。固定ボルト７の締結方向（締結角度）は、その軸線Ｌ２-Ｌ２をロッカシャフト４に加わる最大荷重の方向（矢印Ｃ方向）と略一致させて設けられている。

≪作用≫
次に、図１〜図３を参照しながら本発明の実施形態に係る内燃機関の動弁構造の作用を説明する。

図３は、内燃機関１の運転時にロッカシャフト４に最大荷重が加わっているときの状態を示す要部拡大断面図である。なお、内燃機関１の全運転領域の中で、高回転時に最大荷重が発生する。図３に示すように、内燃機関１の高回転時にカムシャフト３の回転と共にカム駒３ａが高回転した際に、カム駒３ａからロッカシャフト４に最大荷重が加わるときは、慣性力が支配的で、加速度が高いバルブ８の開き始めと開き終わり、つまり、カム駒３ａのリフト始め及びリフト終わりの接点Ｂである。直線Ｌ１−Ｌ１は、カム駒３ａのベース円と、ロッカアーム５の接点Ｂと、カムシャフト３の中心Ｏ１とをつなぐ線であり、最大荷重が加わる方向と略一致している。この直線Ｌ１−Ｌ１上には、カムシャフト３の中心Ｏ１と、カム駒３ａのリフト始め及びリフト終わりの接点Ｂと、ローラ５１の中心Ｏ２とが同一直線上にある。

固定ボルト７は、この固定ボルト７の軸線Ｌ２−Ｌ２をロッカシャフト４に加わる最大荷重の方向（矢印Ｃ方向）と略一致させて設けられていることによって、固定ボルト７に曲げ応力がかからない状態に配置できる。このため、固定ボルト７は、最大荷重の方向（矢印Ｃ方向）に対して強度を備えているので、固定ボルト７の大型化を抑制することができる。

また、固定ボルト７は、この固定ボルト７の軸線Ｌ２−Ｌ２をカムシャフト３の回動中心Ｏ３と、カム駒３ａとロッカアーム５の接点Ｂとを繋ぐ直線Ｌ１−Ｌ１と略平行に設けられることによって、固定ボルト７の軸線Ｌ２−Ｌ２をバルブ８の開け始めのときの最大荷重方向（矢印Ｃ方向）と略一致させることができる。このため、固定ボルト７は、ロッカシャフト４に加わる最大荷重を受けても、ねじ部７ｂに折れ曲がる方向の力が加わることがないので、ねじ部７ｂを太く形成して強度を上げる必要がないため、固定ボルトの大型化を抑制することができる。

さらに、固定ボルト７は、この固定ボルト７の頭部７ａをシリンダ軸線の一方側方向に向け、ねじ部７ｂをロッカシャフト４の軸心Ｏ３方向に向けて設けられていることによって、カムシャフト３を避けてロッカシャフト４に容易に締結させることができる。

また、図１に示すように、内燃機関１は、爆発順序が隣り合う気筒１１ａ，１１ｂ間及び気筒１１ｃ，１１ｄ間に互いの荷重が加わることで一層大きな荷重が加わる。固定ボルト７が配置されるボルト挿入孔４ａは、爆発順が隣り合う気筒１１ａ，１１ｂ間及び気筒１１ｃ，１１ｄ間に設けられることにより、内燃機関１の駆動中に、高い荷重が負荷される部位を固定しているので、前記したようにしっかりと固定して軸力を最大限に生かせる締結構造としたため、効率よくボルト締めして、ロッカシャフト４とホルダ部１０とを締結する固定ボルト７を小型化することができる。

また、固定ボルト７は、頭部７ａ側が斜めシリンダ軸線の一方側方向を向くようにロッカシャフト４に締結されるので、ボルト締めする際に、障害物が無いため、動弁系の組付後のボルト締め作業を容易に行うことができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。なお、既に説明した構成は同じ符号を付してその説明を省略する。

前記実施形態では、固定ボルト７の一例として図３に示すような一般的なボルトを例に挙げて説明したが、適宜にその他の種類のボルトに変更しても構わない。

１ 内燃機関
２ シリンダヘッド
３ カムシャフト
３ａ カム駒
４ ロッカシャフト
５ ロッカアーム
７ 固定ボルト
７ａ 頭部
７ｂ ねじ部
１０ ホルダ部
１１ａ〜１１ｄ 気筒
Ａ 最大荷重の方向
Ｂ カム駒とロッカアームの接点
Ｌ１ 直線
Ｌ２ 軸線
Ｏ１ カムシャフトの回動中心
Ｏ３ ロッカシャフトの軸心

Claims (4)

1. カム駒を有するカムシャフトと、該カム駒により揺動するロッカアームと、該ロッカアームを軸支するロッカシャフトと、該ロッカシャフトを保持するホルダ部と、前記ロッカシャフトと前記ホルダ部とを互いに締結する固定ボルトと、を有する内燃機関の動弁構造であって、
   前記ロッカアームは、前記ロッカシャフトに軸支される部位と、前記カム駒に当接する部位と、バルブに当接する部位と、がこの順序で設けられており、
   前記カム駒は、前記ロッカアームに対して前記バルブと反対側から当接し、
   前記固定ボルトは、その軸線を前記カム駒から前記ロッカアームを介して前記ロッカシャフトに加わる最大荷重の方向と略一致させるように、その軸線を前記カムシャフトの回動中心と、前記カム駒と前記ロッカアームの接点とをつなぐ直線と略平行に設けられており、
   前記内燃機関は多気筒であり、前記固定ボルトは、爆発順が隣り合う気筒間であって後に爆発する気筒側に寄って設けられていることを特徴とする内燃機関の動弁構造。
2. 前記固定ボルトは、その頭部を上方に向け、ねじ部を前記ロッカシャフトの軸心方向に向けて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁構造。
3. 前記ロッカシャフトは、前記ホルダ部に対応する位置に、前記固定ボルトが挿入されるボルト挿入孔と、前記ボルト挿入孔の一端側に設けられた座面と、を有し、
   前記ホルダ部には、前記ボルト挿入孔及び前記座面を露出させるための斜面が切り欠き形成されており、
   前記座面及び前記斜面は、前記固定ボルトの軸線方向に略直交して形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の動弁装置。
4. 前記ホルダ部は、前記固定ボルトに螺合する雌ねじ部と、この雌ねじ部に沿って前記固定ボルトの頭部と反対側に延設された突出部と、を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の動弁装置。

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