JP6547588B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁または排気弁として用いられるエンジンバルブを備える内燃機関の動弁装置に関する。

従来から、バルブステムの外周面の一部を細径面として形成したエンジンバルブが知られている。（例えば、特許文献１を参照。）。

具体的には、特許文献１に開示されたエンジンバルブは、ステムガイドと摺動するバルブステムの外周面の一部を細径面として形成することにより、エンジンバルブを軽量化している。

特開昭６２−１８６００７号公報

しかしながら、従来装置においては、ステムガイドと摺動するバルブステムの外周面の一部に細径面が形成されていることにより、ステムガイドとバルブステムとの隙間を流れる潤滑油の通過量が細径面を設けていないエンジンバルブに比べて増加する。また、ステムエンド側においては、カム等を用いたバルブ駆動機構によりステムエンドが付勢されるため、バルブステムが撓むことにより、ステムガイドとバルブステムとの面圧が増加する。その結果、ステムエンドに近いステムガイドとバルブステムとの摺動面は、潤滑油の保持性が低下するとともにステムガイドとバルブステムとの面圧が増加するため、弁傘に近いステムガイドとバルブステムとの摺動面に比べて部品間で摩耗が生じやすい。

本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、バルブステムの外周面の一部に細径面を有するエンジンバルブに適用され、ステムガイドとバルブステムとの摺動面における部品間の摩耗の発生を抑制する内燃機関の動弁装置（以下、単に「本発明装置」と称呼する。）を提供することにある。

本発明装置は、バルブステム部と、前記バルブステム部の一端に連結した弁傘部と、を備えるエンジンバルブと、前記バルブステム部の他端側に配設され、前記弁傘部がポート開口部を全開とする全開位置と全閉とする全閉位置との間で前記エンジンバルブを駆動可能なバルブ駆動装置と、を備える内燃機関の動弁装置であって、
前記バルブステム部は、ステムガイドと摺動する摺動面の径に比べて径の小さい細径面を有し、
前記摺動面は、前記弁傘部と前記細径面との間における第１摺動面と、前記細径面と前記バルブステム部の他端との間における第２摺動面とで形成され、前記全閉位置で前記ステムガイドと当接する前記第２摺動面の軸方向長さが、前記全開位置で前記ステムガイドと 当接する前記第１摺動面の軸方向長さに比べて長くなるように構成されている。

これによれば、ステムガイドと当接する第１摺動面の軸方向における長さに比べてステムガイドと当接する第２摺動面の軸方向における長さが長い期間をステムガイドと当接する第２摺動面の軸方向における長さに比べてステムガイドと当接する第１摺動面の軸方向における長さが長い期間に比べて長くすることができる。従って、第１摺動面に比べて摩耗の生じやすい第２摺動面における潤滑油の保持性を第１摺動面における潤滑油の保持性に比べて大きくすることができる。その結果、バルブステム部に細径面を形成しながら、ステムガイドとバルブステム部の摩耗を抑制することができる。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明の実施形態に係るエンジンバルブの概略断面図である。 本発明の実施形態に係るエンジンバルブにおけるバルブステムとステムガイドとの隙間の潤滑油の流れを示す図である。 本発明の実施形態に係るエンジンバルブを内燃機関に組み付けた場合におけるエンジンバルブの概略断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る内燃機関について図面を参照しながら説明する。

まず図１を参照しながら、本発明の実施形態に係るエンジンバルブについて説明する。図１において、エンジンバルブ１は、バルブステム２の一端に弁傘３が一体に連設されている。更にバルブステム２の外周面には、後述するバルブステム２の摺動方向を案内するステムガイド１６と摺動する第１摺動面２ａ及び第２摺動面２ｂとが形成されている。更に第１摺動面２ａと第２摺動面２ｂとの間のバルブステム２の外周面には、第１摺動面２ａ及び第２摺動面２ｂの径に比べて径の小さい細径面２ｃが形成されている。

（エンジンバルブのバルブステムの外周面に細径面を設けた場合の課題）
図１に示されるようにエンジンバルブ１のバルブステム２の外周面の一部に細径面２ｃを設ける構成とした場合、ステムガイド１６とバルブステム２との間を流れる潤滑油の通過油量Ｑが細径面２ｃを設けていないエンジンバルブに比べて増加し、ステムガイド１６とバルブステム２との間を流れる潤滑油の保持性が低下する。

具体的には、図２を参照しながら説明する。図２は、エンジンバルブ１のバルブステム２とステムガイド１６との隙間の潤滑油の流れを示す図である。なお、Ｄはバルブステム２の直径、ｙはバルブステム２とステムガイド１６との隙間の大きさ、ｌａはステムガイド１６に当接している第１摺動面２ａのバルブステムの軸方向の長さ、ｌｂはステムガイド１６に当接している第２摺動面２ｂのバルブステム２の軸方向の長さ、ｌｍはステムガイド１６に当接している第１細軸面２ｃのバルブステム２の軸方向の長さ、Ｑはバルブステム２とステムガイド１６との隙間を通過する通過油量Ｑを示している。なお、「当接」とは、ステムガイド１６がバルブステム２の外周面と直接又は潤滑油を介して接触していることを示している。

ステムガイド１６とバルブステム２との隙間を流れる潤滑油の通過油量Ｑは、下述する環状隙間の式（式１）により表すことができる。なお、Δｐは差圧、μは潤滑油の粘性係数、ｌは隙間の大きさを示している。環状隙間の式については、公知の式であるため詳細な説明は省略するが、エンジンバルブ１の外周面に細径面２ｃが形成されていない場合、隙間の大きさｌは、ｌａ、ｌｂ及びｌｍを加算した値となる。一方、図２に示すようにバルブステム２の摺動面に細径面が形成されている場合、第１摺動面２aにおける隙間の大きさｌはｌaとなり、第２摺動面２ｂにおける隙間の大きさｌはｌｂとなる。従って、式１によれば第1摺動面２ａとステムガイド１６の隙間を通過する油量Ｑ１及び第２摺動面２ｂとステムガイド１６の隙間を通過する油量Ｑ２は、細径面２ｃを形成しない場合のバルブステムとステムガイドの間を通過する油量に比べて大きくなる。その結果、細径面２ｃを形成することにより、ステムガイド１６とステムバルブ２との隙間における潤滑油の保持性が細径面２ｃを形成しない場合に比べて低下する。
（式１）

加えて、第２摺動面２ｂにおいては、後述するバルブ駆動装置１７によりバルブステム２が付勢されるため、バルブステム２が撓むことにより、ステムガイド１６とバルブステム２との面圧が増加する。その結果、第２摺動面２ｂにおいては、潤滑油の保持性が低下するとともにステムガイド１６とバルブステム２との面圧が増加することによって、第１摺動面２ａに比べて部品間で摩耗が生じやすい。

そこで、本発明の実施形態においては、エンジンバルブの開度が全閉となる位置でステムガイド１６に当接している第２摺動面２ｂのバルブステム２の軸方向における長さは、エンジンバルブ１の開度が全開となる位置でステムガイド１６に当接している第１摺動面２ａのバルブステムの軸方向における長さに比べて長くなるように構成されている。具体的には、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照しながら説明する。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、上述したエンジンバルブ１を内燃機関１０のシリンダヘッド１１に組み付けた図を示している。シリンダヘッド１１には、燃焼室１２に通じる吸気ポート１３が形成されている。なお、図３及び図４に示す概略断面図は、吸気ポート１３の径方向中央部を含むようにシリンダヘッド１１を切断した断面を示している。また、吸気ポート１３の燃焼室１２に対する開口部１３ａは、略円形となるように形成され、開口部１３ａの周囲にはエンジンバルブ１の弁傘２が着座する弁座１５が設けられている。

更にシリンダヘッド１１は、外部から吸気ポート１３に向かって、吸気ポート１３の開口部１３ａに略対面する位置に開口する貫通孔１１ａが形成されている。なお、貫通孔１１ａは、中心線が開口部１３ａの略中心を通過するような位置に形成される。貫通孔１１ａには円筒状のステムガイド１６が設置されている。

エンジンバルブ１のバルブステム２は、ステムガイド１６を介してシリンダヘッド１１に摺動自在に取り付けられている。なお、バルブステム２の一端は、弁傘３が連結されており、反対側の一端は、図示しないカム等を用いたバルブ駆動装置１７と接続される。エンジンバルブ１は、バルブ駆動装置１７によりバルブステム２を進退させることで、弁傘３を着座または離座させることができる。バルブステム２とステムガイド１６との隙間には、バルブ駆動装置１７側から潤滑油が供給される。

図３（Ａ）は、弁傘３が弁座１５に着座した全閉位置を示し、図３（Ｂ）はエンジンバルブ１が最大の開弁量に達した全開位置を示す。エンジンバルブ１は、図３（Ａ）に示す全閉位置から図３（Ｂ）に示す全開位置との間でステムガイド１に挿入されているバルブステム２の外周面には、弁傘３側でステムガイド１６と摺動する第１摺動面２ａと、弁傘３側とは反対側でステムガイド１６と摺動する第２摺動面２ｂとが形成されている。更に、第１摺動面２ａ及び第２摺動面２ｂの径に比べて径の小さい細径面２ｃが第１摺動面２ａと第２摺動面２ｂとの間に形成されている。加えて、図３（Ａ）に示す全閉位置でステムガイド１６に当接している第２摺動面２ｂのバルブステム２の軸方向における長さＦＵは、図３（Ｂ）に示す全開位置でステムガイド１６に当接している第１摺動面２ａのバルブステム２の軸方向における長さＦＬに比べて長くなるように構成されている。

これによれば、ステムガイド１６と当接する第１摺動面２ａの軸方向における長さに比べてステムガイド１６と当接する第２摺動面２ｂの軸方向における長さが長い期間が、ステムガイド１６と当接する第２摺動面２ｂの軸方向における長さに比べてステムガイド１６と当接する第１摺動面２ａの軸方向における長さが長い期間に比べて長くすることができる。従って、第２摺動面２ｂにおける潤滑油の保持性を第１摺動面２ａにおける潤滑油の保持性に比べて大きくすることができる。その結果、バルブステム２に細径面２ｃを形成しつつ、ステムガイド１６とバルブステム２の摩耗を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、エンジンバルブを吸気ポートに配置する構成としたが、エンジンバルブを排気ポートに配置する構成としてもよい。

１…エンジンバルブ、２…バルブステム、３…弁傘、１０…内燃機関、１６…ステムガイド。

Claims (1)

1. バルブステム部と、前記バルブステム部の一端に連結した弁傘部と、を備えるエンジンバルブと、
   前記バルブステム部の他端側に配設され、前記弁傘部がポート開口部を全開とする全開位置と全閉とする全閉位置との間で前記エンジンバルブを駆動可能なバルブ駆動装置と、を備える内燃機関の動弁装置であって、
   前記バルブステム部の、前記全開位置及び前記全閉位置においてステムガイド内に配置される部分における外周面は、前記ステムガイドと摺動する摺動面と、前記摺動面の径に比べて径の小さい細径面と、で構成され、
   前記摺動面は、
   前記細径面より前記弁傘部側の部分である第１摺動面と、前記細径面より前記バルブステム部の前記他端側の部分である第２摺動面とで構成され、かつ、
   前記全閉位置で前記ステムガイドと当接する前記第２摺動面の軸方向長さが、前記全開位置で前記ステムガイドと当接する前記第１摺動面の軸方向長さに比べて長くなるように構成されている内燃機関の動弁装置。