JP6077372B2 - 動弁装置の嵌合構造 - Google Patents

Description

本発明は、動弁装置の嵌合構造に関する。

内燃機関の動弁装置において、ロッカアームを揺動可能に支持するために、半球状をなす凸部と凹部による凹凸の嵌合構造を有するものがある。例えば、特許文献１には、エンジンヘッドに設けられた油圧式のラッシュアジャスタに設けられた半球状の凸部と、ロッカアームに設けられた半球状の凹部とが嵌合するもの、および、ロッカアームに取り付けられたアジャストスクリューに設けられた半球状の凸部と、エンジンヘッドに設けられた半球状の凹部とが嵌合するものが開示されている。

特開２０１０−１３９４１号公報

上記のような動弁装置では、ロッカアームの揺動につれて凸部が凹部の表面を摺動するため、双方の摺接面において摩耗が発生するおそれがある。そこで、摩耗の発生を防ぎ、凸部と凹部とを円滑に摺動させるために、摺接面に潤滑油を供給する機構を設けることがある。

ここで、凸部を有する構成部品がアジャストスクリューである場合、ロッカアームを軸支するロッカシャフトに第１の給油通路を設けるとともに、タペットおよびロッカアームに、第１の給油通路と連通する第２の給油通路を設け、第１および第２の給油通路から潤滑油を供給することが一般的である。

しかし、凸部を有する構成部品が油圧式のラッシュアジャスタである場合、油圧機構を内蔵するラッシュアジャスタに、潤滑油の給油のための通路をさらに設けることは難しい。また、ラッシュアジャスタの調整機能により、タペットクリアランスが常に０となるため、凸部と凹部との隙間に外部から潤滑油を供給することも期待しにくい。このため、凸部と凹部との摺接面の潤滑不足による異常摩耗が生じるおそれがあった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、異常摩耗を回避できる動弁装置の嵌合構造を提供することを目的とする。

本発明の動弁装置の嵌合構造は、カムの回転に従動して開閉作動されるバルブを備える内燃機関の動弁装置に設けられるものであって、前記カムの運動を前記バルブに伝達する伝達経路を構成する伝達部材に設けられた装着部と、この装着部に摺動自在に装着されるものであって、半球状の凸部を備えるプランジャとを備えるラッシュアジャスタと、前記凸部を首振り自在に支持する半球状の凹部を備える受け部材と、前記凸部と前記凹部との間に介在する中間部材とを備え、前記凹部と前記中間部材、および、前記中間部材と前記凸部とが互いに異なる位置で接触しており、前記中間部材が、中心位置において厚さ方向に貫通する第１の油供給孔と、前記凹部と前記中間部材の接触位置と前記中間部材と前記凸部との接触位置との間に設けられて厚さ方向に貫通する第２の油供給孔とを備えるものである。

上記のような構成によれば、凹部や中間部材の開口部から供給された潤滑油は、第１の油供給孔および第２の油供給孔を通って、凹部と中間部材との隙間、および、中間部材と凸部との隙間全体に行き渡る。これにより、凹凸の嵌合部分における異常摩耗を回避できる。

前記中間部材が、前記凸部と前記凹部との間に介在する本体と、前記本体と係合または連結される押さえ部と、この押さえ部に連結されて前記伝達部材に係合する係合部とを備える脱落防止部とを備えるものであってもよい。

上記のような構成によれば、凸部と凹部との摺動に伴って、中間部材がずれて脱落してしまうことを防止できる。

本発明によれば、異常摩耗を回避できる動弁装置の嵌合構造を提供できる。

実施形態の動弁装置の一部を破断して示す側面図 実施形態の動弁装置における支承凸部と支承凹部との嵌合構造を示す側断面図 実施形態の中間カップの上面図 実施形態の中間カップの側断面図 変形例１の動弁装置における支承凸部と支承凹部との嵌合構造を示す側断面図 変形例２の動弁装置における支承凸部と支承凹部との嵌合構造を示す側断面図

本発明の実施形態を、図１〜図４を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態の動弁装置の嵌合構造（以下、「嵌合構造」と略記する）は、動弁装置１において、ロッカアーム２０とプッシュロッド３４との当接部に設けられるものである。

動弁装置１は、車両のエンジン２（内燃機関の一種）において、カム３０の回転に従動して開閉作動されるバルブ４０を備えるものである。この動弁装置１は、カム３０と、このカム３０の回転がタペット３６およびプッシュロッド３４を介して伝達されることにより揺動するロッカアーム２０と、このロッカアーム２０の揺動に従動して開閉作動されるバルブ４０とを備えている。タペット３６、プッシュロッド３４およびロッカアーム２０が、カム３０の運動をバルブ４０に伝達する伝達経路を構成する。

エンジン２のシリンダヘッド３には、円筒状に形成されたロッカシャフト１０が、軸線を水平に向けた姿勢で取り付けられており、このロッカシャフト１０にロッカアーム２０（伝達部材に該当）が支持されている。

ロッカアーム２０は、ロッカシャフト１０の軸線方向と交差方向に延びる細長いアーム本体２１を備えている。このアーム本体２１における長さ方向の中央位置には、シャフト嵌合孔２２が貫通形成されている。そして、このシャフト嵌合孔２２にロッカシャフト１０が挿通されることにより、ロッカアーム２０が周方向への変位を許容した状態で軸支される。これにより、ロッカアーム２０が、ロッカシャフト１０を中心として、その長さ方向の一方の端部と他方の端部とが交互に上下動するように揺動し得るようにされている。

ロッカアーム２０のアーム本体２１における長さ方向の一方の端部（バルブ側端部２３）の下方には、バルブブリッジ４６が配されており、このバルブブリッジ４６を介して２つのバルブ４０が接続されている。バルブブリッジ４６によって、エンジン２の燃焼のタイミングに合わせて２つのバルブ４０を同期的に開閉させることができるようにされている。

バルブ４０は、円板状の弁部材４１と、この弁部材４１の上面から上方に延びる丸棒状のバルブステム４２とを備えている。弁部材４１は、シリンダヘッド３に設けられてシリンダの内部空間と連通する吸気通路４または排気通路５にそれぞれ配され、シリンダと吸気通路４または排気通路５を連通する吸気ポート６または排気ポート７を開閉可能とされている。

シリンダヘッド３の内部には、バルブステム４２を貫通させる貫通孔８が設けられている。この貫通孔８には、筒状のバルブガイド９が組み込まれている。バルブステム４２は、バルブガイド９に対して摺動可能に保持されている。

バルブステム４２の上端部は、バルブガイド９を貫通してシリンダヘッド３の上方へ突出しており、バルブブリッジ４６に下側から当接している。バルブステム４２の上端よりもやや下方には、円板状のばね押さえ４３が固着されている。一方、シリンダヘッド３の上面において貫通孔８の開口縁部は、ばね受け部４４とされており、ばね押さえ４３とばね受け部４４との間には、バルブスプリング４５が圧縮状態で組み込まれている。このバルブスプリング４５のばね力によって、バルブ４０は、常には上方向に、すなわち弁部材４１が吸気ポート６または排気ポート７を閉塞するように付勢されている。

一方、アーム本体２１における他方の端部（カム側端部２４）には、油圧式のラッシュアジャスタ２５が設けられている。このラッシュアジャスタ２５は、カム側端部２４に設けられた有底筒状の装着部２６の内部に、プランジャ２７を上下移動可能に収容した一般的な構成のものである。プランジャ２７は、その下端部がアーム本体２１から下方に突出し、ここには、半球状の支承凸部２８（凸部に該当）が形成されている。

この支承凸部２８には、下方からプッシュロッド３４（受け部材に該当）が当接している。支承凸部２８は、プッシュロッド３４の上端面に半球状に凹み形成された支承凹部３５（凹部に該当）に対して摺動可能に嵌合されている。

プッシュロッド３４の下端部には、タペット３６を介してカム３０が当接されるようになっている。カム３０は、略卵型をなしており、円形状をなすカムベース部３１と、このカムベース部３１から外方へ突出するカムノーズ部３２とを備えている。このカム３０は、ロッカシャフト１０と平行に配されたカムシャフト３３に固定されている。カムシャフト３３とカム３０とは、エンジン２に設けられたクランクシャフト（図示せず）からの出力により一体的に回転するようにされている。

上記のように構成された動弁装置１においては、カム３０及びカムシャフト３３の回転により、プッシュロッド３４が上下方向に往復運動し、この往復運動によって、ロッカアーム２０が、ロッカシャフト１０を支点としてシーソー状に揺動する。この揺動によってバルブブリッジ４６が上下に往復動し、この往復動によって、２つのバルブ４０が、バルブスプリング４５の付勢に抗して開弁方向（下方向）に変位する動作と、バルブスプリング４５の付勢にしたがって閉弁方向（上方向）に変位する動作とを交互に繰り返す。このとき、カム３０からのロッカアーム２０への押圧力の変化に追従してラッシュアジャスタ２５のプランジャ２７が上下動することにより、バルブブリッジ４６とロッカアーム２０のバルブ側端部２３との隙間（タペットクリアランス）が常に０に保たれる。

さて、プランジャ２７の支承凸部２８とプッシュロッド３４の支承凹部３５との間には、中間カップ５０が介在している。これらの支承凸部２８、支承凹部３５および中間カップ５０が、動弁装置１の嵌合構造を構成する。中間カップ５０は、金属板材により、外側面が半球状の凸面５１Ａ、内側面が半球状の凹面５１Ｂとされた半球形のカップ状に形成されたカップ本体５１を備えている。

ここで、上記のように半球状をなす凸部と凹部による嵌合構造では、凹部と凸部とを同一の曲率半径を持つように形成するには高度な加工精度が要求され、現実には困難である。そして、凹部よりも凸部の方が大きい曲率半径を有する場合は、凸部は凹部の開口縁に接触することになる。これに対して、凸部よりも凹部の方が大きい曲率半径を有する場合には、凸部における半球の頂部と凹部の底部とが点接触してしまう。何れの場合においても凹部と凸部との接触が不安定となってしまう。

そこで、凹部を中心位置の異なる複数の球面を接合した形状とし、凹部と凸部とが環状に線接触するように設計するという対応策が取られることが多い。本実施形態では、プランジャ２７における支承凸部２８の凸面２８Ａがほぼ完全な球面であるのに対し、中間カップ５０の凸面５１Ａおよび凹面５１Ｂは単純な球面ではなく、中心位置の異なる複数の球面を接合した形状をなしている。また、プッシュロッド３４における支承凹部３５の凹面３５Ａも単純な球面ではなく、中心位置の異なる複数の球面を接合した形状をなしている。これにより、中間カップ５０の凸面５１Ａは、支承凹部３５の凹面３５Ａに対して、最下部（半球の頂点位置）よりもやや上側（半球の平面に近づく側）の位置で環状に線接触している。また、支承凸部２８の凸面２８Ａも、中間カップ５０の凹面５１Ｂに対して、最下部よりもやや上側の位置で環状に線接触している。

さらに、支承凹部３５の凹面３５Ａと中間カップ５０の凸面５１Ａとの接触位置、および中間カップ５０の凹面５１Ｂと支承凸部２８の凸面２８Ａとの接触位置が、互いに上下方向（半球の平面と交差方向）について異なる位置となるようにされている。すなわち、支承凹部３５の凹面３５Ａと中間カップ５０の凸面５１Ａとは、最下部（半球の頂点位置）よりもやや上側（半球の平面に近づく側）の位置（第１の接触位置Ｌ１）で環状に線接触している。そして、中間カップ５０の凹面５１Ｂと支承凸部２８の凸面２８Ａとは、第１の接触位置Ｌ１よりもさらに上側位置（第２の接触位置Ｌ２）で環状に線接触している。

そして、第１の接触位置Ｌ１、および第２の接触位置Ｌ２以外の領域では、支承凹部３５の凹面３５Ａと中間カップ５０の凸面５１Ａとの間、および中間カップ５０の凹面５１Ｂと支承凸部２８の凸面２８Ａとの間にクリアランスＣが設けられている。以下、支承凹部３５と中間カップ５０との間のクリアランスＣのうち、第１の接触位置Ｌ１よりも内側（半球の頂点側）領域を第１クリアランスＣ１、第１の接触位置Ｌ１よりも外側を第２クリアランスＣ２という。また、以下、中間カップ５０と支承凸部２８との間のクリアランスＣのうち、第２の接触位置Ｌ２よりも内側（半球の頂点側）領域を第３クリアランスＣ３、第２の接触位置Ｌ２よりも外側を第４クリアランスＣ４という。

中間カップ５０の最下部（半球状の凹面５１Ｂおよび凸面５１Ａの中心位置）には、板厚方向に貫通する第１の油供給孔５２が形成されている。また、中間カップ５０において、２つの接触位置Ｌ１、Ｌ２に挟まれた領域には、板厚方向に貫通する第２の油供給孔５３が形成されている。第２の油供給孔５３は、周方向（半球の平面に沿う方向）に等間隔に複数（本実施形態では４つ）が設けられている。

この中間カップ５０は、バルブスプリング４５の取り付け荷重によって支承凹部３５と支承凸部２８との間で中間カップ５０が撓まされる力に抗して、支承凹部３５と中間カップ５０との間、および中間カップ５０と支承凸部２８との間に設定されているクリアランスＣをある程度保持することができ、かつ、割れにくいことが求められる。このため、中間カップ５０の材料としては、ある程度の剛性及びばね性のある材料が好ましく、例えば冷間圧延鋼材（ＳＰＣＣ）、ばね鋼鋼材（ＳＵＰ）が好ましく用いられる。

支承凸部２８、中間カップ５０、および支承凹部３５には、例えばロッカアーム２０の近傍に設けたシャワーパイプ（図示せず）等を用いて潤滑油が供給される。供給された潤滑油は、支承凹部３５および中間カップ５０の開口部から、第１クリアランスＣ１および第３クリアランスＣ３に進入する。進入した潤滑油は、第２の油供給孔５３を通って、第１クリアランスＣ１から第４クリアランスに入り込み、さらに第１の油供給孔５２を通って第３クリアランスＣ３に入り込む。

そして、バルブ４０の開閉に伴い、クリアランスＣに対する潤滑油の吸入−排出が繰り返される。

バルブ開弁時には、カムノーズ部３２がプッシュロッド３４に当接し、カム３０がプッシュロッド３４を介してカム側端部２４をリフトする。これに伴い、バルブ側端部２３が、バルブブリッジ４６を介してバルブ４０を押し下げる。このとき、支承凹部３５−支承凸部２８間にかかる荷重が増大し、中間カップ５０が撓むことにより、クリアランスＣが減少し、潤滑油が外部に排出される。

一方、バルブ閉弁時には、カムベース部３１がプッシュロッド３４に当接しており、カム３０がプッシュロッド３４を介してロッカアーム２０のカム側端部２４を下側から押し上げる力、および、バルブ４０がバルブブリッジ４６を介してロッカアーム２０のバルブ側端部２３を下側から押圧する力は、基本的に０である。このとき、支承凹部３５−支承凸部２８間にかかる荷重は小さくなり、中間カップ５０が弾性復元することにより、クリアランスＣが大きくなり、潤滑油が外部から吸入される。

このようにして、支承凹部３５と中間カップ５０との界面、および中間カップ５０と支承凸部２８との界面に潤滑油が行き渡る。

また、支承凹部３５−支承凸部２８間の摺動面の相対速度は、中間カップ５０が介在することにより、支承凹部３５の凹面３５Ａと中間カップ５０の凹面５１Ｂとの相対速度、および中間カップ５０の凹面５１Ｂと支承凸部２８の凸面２８Ａとの相対速度に分散される。このため、それぞれの相対速度は中間カップ５０が介在しない場合に比べて小さくなる。

さらに、支承凹部３５と支承凸部２８との嵌合部分に大きな荷重が加えられる際には、中間カップ５０が撓むことにより支承凹部３５の凹面３５Ａと中間カップ５０の凹面５１Ｂ、および中間カップ５０の凹面５１Ｂと支承凸部２８の凸面２８Ａが面接触するようになり、面圧増加を緩和することができる。
これらにより、凹凸の嵌合部分における異常摩耗を回避できる。

以上のように本実施形態によれば、動弁装置の嵌合構造は、カム３０の回転に従動して開閉作動されるバルブ４０を備える内燃機関の動弁装置１に設けられるものであって、カム３０の運動をバルブ４０に伝達する伝達経路を構成する伝達部材の一つであるロッカアーム２０に設けられた装着部２６と、この装着部２６に摺動自在に装着されるものであって、半球状の支承凸部２８を備えるプランジャ２７とを備えるラッシュアジャスタ２５と、支承凸部２８を首振り自在に支持する半球状の支承凹部３５を備えるプッシュロッド３４と、支承凸部２８と支承凹部３５との間に介在する中間カップ５０とを備えている。支承凹部３５と中間カップ５０との接触位置（第１の接触位置Ｌ１）と中間カップ５０と支承凸部２８との接触位置（第２の接触位置Ｌ２）とは、互いに異なっている。そして、中間カップ５０は、中心位置において厚さ方向に貫通する第１の油供給孔５２と、第１の接触位置Ｌ１と第２の接触位置Ｌ２との間に設けられて厚さ方向に貫通する第２の油供給孔５３とを備える。

上記のような構成によれば、支承凹部３５や中間カップ５０の開口部から供給された潤滑油は、第１の油供給孔５２および第２の油供給孔５３を通って、支承凹部３５と中間カップ５０との隙間、および、中間カップ５０と支承凸部２８との隙間全体に行き渡る。これにより、凹凸の嵌合部分における異常摩耗を回避できる。

＜変形例１＞
図５には、変形例１の動弁装置における支承凸部２８と支承凹部３５との嵌合構造を示した。なお、本変形例において、中間カップ６０以外の構成は上記実施形態と同様であるから、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本変形例の中間カップ６０は、カップ本体５１と、このカップ本体５１と一体に形成された脱落防止部６１とを備えている。カップ本体５１の構成は、上記実施形態と同様であるから、同一の符号を付して説明を省略する。

脱落防止部６１は、カップ本体５１の開口縁から、プッシュロッド３４の上端面に沿って外側へ延設される上板部６２と、この上板部６２の延設端から、さらにプッシュロッド３４の側面に沿って下方へ延設される側板部６３とを備えている。

上記のような構成によれば、実施形態と同様に、凹凸の嵌合部分における異常摩耗を回避できる。さらに、脱落防止部６１が支承凹部３５の縁部に引っ掛かることにより、カップ本体５１が支承凹部３５から脱落することを防止できる。

＜変形例２＞
図６には、変形例２の動弁装置における支承凸部２８と支承凹部３５との嵌合構造を示した。なお、本変形例において、中間カップ７０以外の構成は上記実施形態と同様であるから、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本変形例の中間カップ７０は、カップ本体５１と、このカップ本体５１と別体に形成された脱落防止部材７１とを備えている。カップ本体５１の構成は、上記実施形態と同様であるから、同一の符号を付して説明を省略する。

脱落防止部材７１は、プッシュロッド３４の上面を覆う上板部７２と、この上板部７２の外周縁からプッシュロッド３４の側面に沿って下方へ延設される側板部７３とを備えている。上板部７２には、支承凹部３５の開口部と整合する位置に、支承凸部２８を挿通可能な挿通孔７４が貫通形成されている。この挿通孔７４は、中間カップ５０におけるカップ本体５１の開口縁の大きさよりも小さく形成されており、上板部７２によって、カップ本体５１の開口縁を上側から押さえることができるようにされている。

上記のような構成によれば、実施形態と同様に、凹凸の嵌合部分における異常摩耗を回避できる。さらに、脱落防止部材７１が支承凹部３５の縁部に引っ掛かることにより、カップ本体５１が支承凹部３５から脱落することを防止できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、中間カップ５０に第１の油供給孔５２が１つ、第２の油供給孔５３が４つ設けられていたが、第１の油供給孔および第２の油供給孔の数に特に制限はなく、第１の油供給孔が複数設けられていてもよく、第２の油供給孔が３つ以下、あるいは５個以上設けられていても構わない。

（２）上記実施形態では、半球状の支承凹部３５と、これと嵌合する半球状の支承凸部２８とが、プッシュロッド３４とラッシュアジャスタ２５との当接部に設けられていたが、本発明の動弁装置の嵌合構造は、動弁装置のどの部分に適用されてもよく、例えばタペット３６とプッシュロッド３４との当接部に適用されていてもよい。

（３）上記実施形態の動弁装置では、ロッカアーム２０がロッカシャフトによって軸支されるいわゆるシーソー式のものであったが、ロッカアームは、その一方の端部がピボットによって支承されるいわゆるスイングアーム式のものであっても構わない。この場合、本発明の動弁装置の嵌合構造が、ピボットと、このピボットを受ける受け部との当接部に適用されていてもよい。

１…内燃機関の動弁装置
２０…ロッカアーム（伝達部材）
２５…ラッシュアジャスタ
２６…装着部
２７…プランジャ
２８…支承凸部（凸部）
３０…カム
３４…プッシュロッド（受け部材）
３５…支承凹部（凹部）
４０…バルブ
５０…中間カップ（中間部材）
５２…第１の油供給孔
５３…第２の油供給孔

Claims (3)

1. カムの回転に従動して開閉作動されるバルブを備える内燃機関の動弁装置に設けられるものであって、
   前記カムの運動を前記バルブに伝達する伝達経路を構成する伝達部材に設けられた装着部と、この装着部に摺動自在に装着されるものであって、半球状の凸部を備えるプランジャとを備えるラッシュアジャスタと、
   前記凸部を首振り自在に支持する半球状の凹部を備える受け部材と、
   前記凸部と前記凹部との間に介在する中間部材とを備え、
   前記凹部と前記中間部材、および、前記中間部材と前記凸部とが互いに異なる位置で接触しており、
   前記中間部材が、中心位置において厚さ方向に貫通する第１の油供給孔と、前記凹部と前記中間部材の接触位置と前記中間部材と前記凸部との接触位置との間に設けられて厚さ方向に貫通する第２の油供給孔とを備えるものである、動弁装置の嵌合構造。
2. 前記中間部材が、前記凸部と前記凹部との間に介在する本体と、前記本体の外縁部から延長され、前記受け部材の外縁部に引っ掛かることで、当該中間部材が前記凸部と前記凹部との間から脱落することを防止する脱落防止部と、を備えるものである、請求項１に記載の動弁装置の嵌合構造。
3. 前記中間部材とは別に、前記中間部材を含む前記受け部材の前記凹部を覆い、外側において前記受け部材の外縁部に引っ掛かることで前記中間部材が前記凸部と前記凹部との間から脱落することを防止する脱落防止部材を備え、
   前記脱落防止部材は、前記中間部材の外径よりも小さい孔径からなり前記凸部を挿通可能な挿通孔を備える、請求項１に記載の動弁装置の嵌合構造。

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