JP5757899B2

JP5757899B2 - 動弁機構用シム及び動弁機構

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Publication number: JP5757899B2
Application number: JP2012049518A
Authority: JP
Inventors: 川原　和周; 和周川原; 正輝貴志
Original assignee: Otics Corp
Current assignee: Otics Corp
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: US20130233266A1; JP2013185465A; US8757118B2

Description

本発明は、ロッカアームとバルブとの間にシムを介装してバルブクリアランスを調整するタイプの内燃機関の動弁機構及びそのシムに関する。

図４（ａ）に示すように、ロッカアーム５０によりバルブ５２を開閉する動弁機構においては、ロッカアーム５０のパット面５１とバルブ５２のステム端面５３との間に、板状部の厚さが例えば数十μｍ毎に異なる複数ランクのシムから選ばれた所定厚さのシム５５を介装することにより、バルブクリアランスを調整するタイプのものがある（特許文献１）。シム５５は板状部５６とその周縁部から下方へ延びた筒状部５７とからなり、筒状部５７の内側にバルブ５２が下方から嵌入して、板状部５６の下面にステム端面５３が当接し、板状部５６の上面であるシム頂面５８にパット面５１が当接する。

シム頂面５８は種々の方法で作られているが、切削にて作る場合には、シム５５を旋盤にセットしてシム頂面５８の中心Ｘの回りに回転させ、シム頂面５８に刃を当てて切削する。シム頂面５８の中心Ｘは回転時にも周速が０になり切削できないため、中心Ｘには切削前にセンター穴５９を凹設しておく。切削後にもセンター穴５９は消失することなく残り、センター穴５９の内周面６０とシム頂面５８との交線ａが、センター穴５９の開口縁の角部となる。

また、図４（ｂ）に示すように、ロッカアーム５０とのミスアライメントによる角当たり、すなわちロッカアーム５０が傾いたときにパット面５１の角がシム頂面５８に当接する現象を防止する目的で、シム頂面５８には中心が上に凸となる高低差１〜２０μｍ程度のクラウニングを付けている。このクラウニングには、切削しやすくする目的もある。

同じく、下向きのパット面５１にも、幅方向にその中央が下に凸となる高低差１〜３０μｍ程度のクラウニングを付けており、長さ方向にその中央が下に凸となる曲率半径１０〜２０ｍｍ程度のクラウニングを付けている。

なお、図４（ｂ）（ｃ）に示すシム頂面５８及びパット面５１については、分かり易いように、湾曲を実際よりも誇張して示している。

特開平８−１９３５０７号公報

ロッカアーム５０は、揺動時、そのパット面５１がシム頂面５８に当接点を移動しながら当接して、バルブ８を上下動させる。その際、図４（ｂ）に示すように、パット面５１はセンター穴５９の内周面６０とシム頂面５８との交線ａ（センター穴５９の開口縁の角部）にも当たるため、その時にその交線ａで面圧が上昇し、図４（ｃ）に示すように、その交線ａ（角部）が欠けるようにして異常摩耗が発生してしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、シム頂面が切削にて作られ、該シム頂面の中心にセンター穴が凹設されたシムにおいて、ロッカアームが揺動してそのパット面がシム頂面に当接点を移動しながら当接するときの、センター穴の内周面とシム頂面との交線（センター穴の開口縁の角部）での面圧上昇を防ぎ、異常摩耗の発生を防ぐことにある。

上記目的を達成するため、本発明の動弁機構用シムは、ロッカアームのパット面とバルブのステム端面との間に介装されるシムであって、パット面が当接するシム頂面は該シム頂面の中心の回りに回転させて切削され、該シム頂面の中心には該中心が切削できないことからセンター穴が凹設された動弁機構用シムにおいて、シム頂面の形状を、ロッカアームの揺動時にパット面がセンター穴の内周面とシム頂面との交線に当接しない形状に設定したことを特徴とする。

シム頂面の形状は、ロッカアームの揺動時にパット面が当接するシム頂面の最大当接直径よりも小さいシム頂面の所定の中間直径に沿った中間直径部位が最も高く、中間直径部位から交線までの中心寄り部位が中間直径部位から交線に向かうほど低くなる形状を例示できる。

この例では、所定の中間直径が、最大当接直径の２０％以上である例が好ましく、３０〜５０％である例がさらに好ましい。これが２０％未満だと、中心寄り部位が狭くなって高低変化が急になるため面圧が上昇するおそれが生じるからである。

さらにこの例では、交線が、中間直径部位に対して１〜３０μｍ低い例が好ましく、１．５〜２０μｍ低い例がさらに好ましい。これが１μｍ未満だと、クラウニングの付いたパット面が交線に当接するおそれが生じるからであり、３０μｍを超えると、無用に低すぎて板状部の強度を低下させるだけだからである。

さらにこの例では、シム頂面の中心寄り部位は、断面形状が中間直径の２〜２００倍の曲率半径をなす曲面とされることが好ましく、３〜１５０倍の曲率半径をなす曲面とされることがさらに好ましい。前記の中間直径の好ましい範囲及び交線の好ましい低さを適切に実現できるからであり、また、中心寄り部位の高低変化が緩やかで面圧が上昇するおそれがないからである。なお、シム頂面の中心寄り部位は、断面形状が楕円曲線、指数曲線、正弦曲線等の各種曲面とされてもよい。

また、シム頂面の形状は、中間直径部位からシム頂面周縁までの周縁寄り部位が中間直径部位からシム頂面周縁に向かうほど低くなる形状を、好ましく例示できる。ロッカアームとのミスアライメントによる角当たりを防止することができるからである。

この例では、シム頂面周縁が、中間直径部位に対して１〜４０μｍ低い例が好ましく、５〜３０μｍ低い例がさらに好ましい。４０μｍを超えると、無用に低くすぎて板状部の強度を低下させるだけだからである。

さらにこの例では、シム頂面の周縁寄り部位は、断面形状が最大当接直径の２５〜３００倍の曲率半径をなす曲面とされることが好ましく、３０〜１００倍の曲率半径をなす曲面とされることがさらに好ましい。前記のシム頂面周縁の好ましい低さを適切に実現できるからであり、また、周縁寄り部位の高低変化が緩やかで面圧が上昇するおそれもないからである。なお、シム頂面の周縁寄り部位は、断面形状が楕円曲線、指数曲線、正弦曲線等の各種曲面とされてもよい。

また、センター穴は、開口縁（前記の交線）の直径が０．２〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．５〜１．５ｍｍであることがより好ましい。０．２ｍｍ以下だと、加工が困難になるおそれがあるからであり、２．０ｍｍ以上だと、該センター穴によってシム頂面のパット面との当接が不安定になるおそれがあるからである。

同目的を達成するため、本発明の動弁機構は、ロッカアームのパット面とバルブのステム端面との間にシムが介装され、パット面が当接するシム頂面は該シム頂面の中心の回りに回転させて切削され、該シム頂面の中心には該中心が切削できないことからセンター穴が凹設された動弁機構において、パット面にはクラウニングが付けられ、シム頂面の形状を、ロッカアームの揺動時にパット面がセンター穴の内周面とシム頂面との交線に当接しない形状に設定したことを特徴とする。

この動弁機構のシムについても、上記のシム頂面の形状についての説明を援用する。

本発明によれば、シム頂面が切削にて作られ、該シム頂面の中心にセンター穴が凹設されたシムにおいて、ロッカアームが揺動してそのパット面がシム頂面に当接点を移動しながら当接するときの、センター穴の内周面とシム頂面との交線（センター穴の開口縁の角部）での面圧上昇を防ぎ、異常摩耗の発生を防ぐことができる。

本実施例の動弁機構を示す側面断面図である。（ａ）は同動弁機構のロッカアームのパット面、シム及びバルブのステム端面を示す正面断面図、（ｂ）はロッカアームのパット面及びシムのシム頂面を示す正面断面図である。（ａ）は同動弁機構のシムを示す斜視図、（ｂ）はその一部分を断面で表した斜視図である。（ａ）は従来例の動弁機構のロッカアームのパット面、シム及びバルブのステム端面を示す正面断面図、（ｂ）はロッカアームのパット面及びシムのシム頂面を示す正面断面図、（ｃ）はシム頂面のセンター穴の開口縁の角部が欠けたときを示す正面断面図である。

図１〜図３は、動弁機構の実施例を示している。但し、図２（ｂ）に示すパット面６及びシム頂面１３については、分かり易いように、湾曲を実際よりも誇張して示している。カムシャフト１に回転カム２が形成されている。回転カム２の下方にロッカアーム３が設けられ、ロッカアーム３の基端部はピボット４により揺動可能に支持され、ロッカアーム３の長さ方向中間部に回転カム２に当接するローラ５が回転可能に軸着されている。ロッカアーム３の先端部には、下面に下向きのパット面６が形成され、両側部にパット面６を挟むように下方へ延びる側壁７が形成されている。下向きのパット面６には、幅方向にその中央が下に凸となるクラウニングが付けられており、中央と幅方向両端との高低差は２５μｍである。また、パット面６には、長さ方向にその中央が下に凸となる曲率半径１５ｍｍのクラウニングが付けられている。

パット面６の下方にはバルブ８が上下動可能に設けられ、パット面６とバルブ８のステム端面９との間にはシム１０が介装されている。シム１０は円板状の板状部１１とその周縁部から下方へ延びた円筒状の筒状部１２とからなる。筒状部１２の内側にバルブ８が嵌入して、板状部１１の下面にステム端面９が当接し、板状部１１の上面であるシム頂面１３にパット面６が当接する。よって、板状部１１の厚さが例えば数十μｍ毎に異なる複数ランクのシム１０を用意しておき、これらから選ばれた所定厚さのシム１０を前記のとおり介装することにより、バルブクリアランスを調整することができる。

シム１０の寸法を例示すると、板状部１１の厚さは２ｍｍ前後（前記の複数ランクがある。）、板状部１１及び筒状部１２の外直径は８．５ｍｍ、筒状部１２の内直径は５．５ｍｍ、筒状部１２の下端からシム頂面１３までの高さは約５ｍｍである。よって、シム頂面１３はその周縁（以下「シム頂面周縁ｄ」という。）の直径Ｄｄが８．５ｍｍであるが、その全体にパット面６が当接するわけではなく、ロッカアーム３の揺動時にパット面６が当接点を移動しながら当接する最大範囲ｃであるシム頂面１３の最大当接直径Ｄｃは、本実施例では６．２ｍｍとなっている。

シム１０は、鍛造により板状部１１及び筒状部１２を一体成形してから、熱処理した後、シム頂面１３を切削にて作ったものである。具体的には、前記の従来例と同じく鍛造後のシム１０を旋盤にセットしてシム頂面１３の中心Ｘの回りに回転させ、シム頂面１３に刃を当てて切削する。シム頂面１３の中心Ｘは回転時にも周速が０になり切削できないため、中心Ｘには切削前に（例えば前記の鍛造により同時に）センター穴１４を凹設しておく。切削前のセンター穴１４の寸法形状を例示すると、開口縁の直径が約１ｍｍ、深さが約０．５ｍｍの逆円錐形状であり、切削量が僅かであることから、切削後のこの寸法変化は０．２ｍｍ以下である。従って、切削後にもセンター穴１４は消失することなく残り、センター穴１４の内周面１５とシム頂面１３との交線ａが円形に生じ、その交線ａは、センター穴１４の開口縁の角部となる。

さて、本実施例では、シム頂面１３の形状が、ロッカアーム３の揺動時にそのパット面６が前記の交線ａに当接しない形状に設定され、該形状のシム頂面１３が前記の切削により作られている。

具体的には、シム頂面１３の形状は、前記の最大当接直径Ｄｃよりも小さいシム頂面１３の所定の中間直径Ｄｂに沿った中間直径部位ｂが最も高く、中間直径部位ｂから交線ａまでの中心寄り部位１６が中間直径部位ｂから交線ａに向かうほど低くなる形状とされている。所定の中間直径Ｄｂを例示すると、最大当接直径Ｄｃの４０〜４８％である２．５〜３ｍｍである。これにより中心寄り部位１６が適度な広さとなるため、面圧が上昇するおそれはなく、また、シム頂面１３のパット面６との当接面積が減少しすぎることもない。

交線ａは、中間直径部位ｂに対して約１５μｍ低い。これにより、ロッカアーム３が揺動してそのパット面６がシム頂面１３に当接点を移動しながら当接するときに、クラウニングの付いたパット面６が交線ａに当接するおそれはなくなるため、交線ａ（センター穴１４の開口縁の角部）での面圧上昇を防ぎ、異常摩耗の発生を防ぐことができる。

中心寄り部位１６は、断面形状が中間直径Ｄｂの３．３〜４倍である１０ｍｍの曲率半径をなす曲面とされている。これにより、前記の中間直径Ｄｂの好ましい範囲及び交線ａの好ましい低さを適切に実現でき、また、中心寄り部位１６の高低変化が緩やかで面圧が上昇するおそれもない。

また、シム頂面１３の形状は、中間直径部位ｂからシム頂面周縁ｄまでの周縁寄り部位１７が中間直径部位ｂからシム頂面周縁ｄに向かうほど低くなる形状とされている。これにより、ロッカアーム３とのミスアライメントによる角当たりを防止することができる。

シム頂面周縁ｄは、中間直径部位ｂに対して２０μｍ低い。これにより板状部の強度を低下させることはない。

周縁寄り部位１７は、断面形状が最大当接直径Ｄｃの３８倍である２４０ｍｍの曲率半径をなす曲面とされている。これにより、前記のシム頂面周縁ｄの好ましい低さを適切に実現でき、また、周縁寄り部位１７の高低変化が緩やかで面圧が上昇するおそれもない。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。

３ロッカアーム
６パット面
８バルブ
９ステム端面
１０シム
１３シム頂面
１４センター穴
１５内周面
１６中心寄り部位
１７周縁寄り部位
Ｘセンター穴の中心
ａ交線
ｂ中間直径部位
ｃ当接する最大範囲
ｄシム頂面周縁
Ｄａセンター穴の開口縁の直径
Ｄｂ中間直径
Ｄｃ最大当接直径
Ｄｄシム頂面の直径

Claims

ロッカアーム（３）のパット面（６）とバルブ（８）のステム端面（９）との間に介装されるシム（１０）であって、パット面（６）が当接するシム頂面（１３）は該シム頂面の中心（Ｘ）の回りに回転させて切削され、該シム頂面の中心（Ｘ）には該中心（Ｘ）が切削できないことからセンター穴（１４）が凹設された動弁機構用シム（１０）において、
シム頂面（１３）の形状を、ロッカアーム（３）の揺動時にパット面（６）がセンター穴（１４）の内周面（１５）とシム頂面（１３）との交線（ａ）に当接しない形状に設定したことを特徴とする動弁機構用シム。
シム頂面（１３）の形状は、ロッカアーム（３）の揺動時にパット面（６）が当接するシム頂面（１３）の最大当接直径（Ｄｃ）よりも小さいシム頂面（１３）の所定の中間直径（Ｄｂ）に沿った中間直径部位（ｂ）が最も高く、中間直径部位（ｂ）から交線（ａ）までの中心寄り部位（１６）が中間直径部位（ｂ）から交線（ａ）に向かうほど低くなる形状である請求項１記載の動弁機構用シム。
所定の中間直径（Ｄｂ）が、最大当接直径（Ｄｃ）の２０％以上である請求項２記載の動弁機構用シム。
交線（ａ）が、中間直径部位（ｂ）に対して１〜３０μｍ低い請求項３記載の動弁機構用シム。
シム頂面（１３）の中心寄り部位（１６）は、断面形状が中間直径（Ｄｂ）の２〜２００倍の曲率半径をなす曲面とされた請求項４記載の動弁機構用シム。
シム頂面（１３）の形状は、中間直径部位（ｂ）からシム頂面周縁（ｄ）までの周縁寄り部位（１７）が中間直径部位（ｂ）からシム頂面周縁（ｄ）に向かうほど低くなる形状である請求項２〜５のいずれか一項に記載の動弁機構用シム。
シム頂面周縁（ｄ）が、中間直径部位（ｂ）に対して１〜４０μｍ低い請求項６記載の動弁機構用シム。
シム頂面（１３）の周縁寄り部位（１７）は、断面形状が最大当接直径（Ｄｃ）の２５〜３００倍の曲率半径をなす曲面とされた請求項７記載の動弁機構用シム。
ロッカアーム（３）のパット面（６）とバルブ（８）のステム端面（９）との間にシム（１０）が介装され、パット面（６）が当接するシム頂面（１３）は該シム頂面の中心（Ｘ）の回りに回転させて切削され、該シム頂面の中心（Ｘ）には該中心（Ｘ）が切削できないことからセンター穴（１４）が凹設された動弁機構において、
パット面（６）にはクラウニングが付けられ、
シム頂面（１３）の形状を、ロッカアーム（３）の揺動時にパット面（６）がセンター穴（１４）の内周面（１５）とシム頂面（１３）との交線（ａ）に当接しない形状に設定したことを特徴とする動弁機構。