JP6661490B2 - ロッカアーム - Google Patents

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Description

本発明は、ロッカアームに関する。
ロッカアームは、内燃機関における動弁機構、すなわちクランク軸に連動して回転するカムの回転運動をこの内燃機関の吸気弁あるいは排気弁の弁軸の往復運動に変換する役割を果たすものである。このようなロッカアームは、一端側にラッシュアジャスタのピボットに当接される揺動支点を有するのに対し、他端側にエンジンバルブのステムに当接されるステム当接部を有している。この種のロッカアームを備えた内燃機関の一例として下記特許文献1に記載されたものが知られている。
特開2008−75482号公報
上記のようなロッカアームが揺動支点を中心に揺動すると、それに伴ってステム当接部とステムとに相対変位が生じるが、このときに両者の間に滑りが生じ、それに起因して大きなフリクションが発生することが懸念されていた。
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、フリクションを低減させることを目的とする。
本発明のロッカアームは、揺動支点側とは反対端側に配されてエンジンバルブのステムに当接するステム当接部と、前記ステムと前記ステム当接部との間に介在するステムローラと、前記ステム当接部に取り付けられて前記ステムローラを回動可能に保持するローラ保持部と、を備える。
このように、揺動支点側とは反対端側に配されるステム当接部には、ステムローラを介してエンジンバルブのステムが当接されている。ステムローラは、ステム当接部に取り付けられるローラ保持部によって回動可能に保持されているので、当該ロッカアームが揺動支点を中心に揺動するのに伴ってステム当接部とステムとが相対変位するとき、両者の間に介在するステムローラが回動される。これにより、ステム当接部とステムとの相対変位動作が円滑化され、両者間に生じ得るフリクションの低減が図られる。
本発明の実施態様として、次の構成が好ましい。
(1)前記ステムローラは、複数が間隔を空けて前記ステム当接部における接触面に沿って並ぶ形で配されている。このようにすれば、仮にステムとステム当接部との間に1つのステムローラを介在させるようにした場合に比べると、個々のステムローラが小型化及び軽量化されるので、慣性質量の増加を抑制することができる。これにより、例えばバルブスプリングを用いた場合にバルブスプリングに作用する荷重を低減でき、その結果フリクションの低減を図る上でより好適となる。
(2)前記ステム当接部は、前記接触面が、前記揺動支点側の端部とその反対側の端部とからそれぞれ遠ざかるに連れて前記ステム側に向けて膨出する曲面状をなしている。このようにすれば、当該ロッカアームが揺動支点を中心に揺動すると、それに伴ってステム当接部に対してステムローラを介して当接されるステムが相対変位されるが、このときにステムは、ステム当接部において曲面状をなす接触面の形状に沿うようにして相対変位される。ステムとステム当接部との間に介在するステムローラは、複数が間隔を空けて接触面に沿って並ぶ形で配されているので、ステム当接部とステムとの相対変位動作をより円滑化することができ、もってフリクションの低減を図る上でより好適となる。
(3)前記ステムローラは、揺動時における揺動軸に並行する回動軸を持つ棒状をなしている。このようにすれば、当該ロッカアームが揺動支点を中心にして揺動軸周りに揺動するのに伴ってステム当接部とステムとが相対変位するとき、両者の間に介在するステムローラは、ロッカアームの揺動軸に並行する回動軸周りに回動される。従って、仮にステムローラが球状をなしていて特定の回動軸を有さない場合に比べると、ステム当接部とステムとの相対変位動作をより円滑化することができ、もってフリクションの低減を図る上でより好適となる。
(4)揺動時における揺動軸の軸線方向について両側から前記ステム当接部を挟み込む一対の側壁が備えられており、前記ローラ保持部は、前記一対の側壁の間に挟み込まれる形で配されている。このようにすれば、ローラ保持部が一対の側壁によって挟み込まれることで、ローラ保持部がステム当接部に対して揺動軸の軸線方向について位置ずれするのが防がれる。
(5)前記ローラ保持部は、前記ステム当接部を前記揺動支点側とその反対側とから挟み込む一対の取付部を有する。このようにすれば、一対の取付部によってステム当接部に対してローラ保持部を取り付け状態に保つことができる。
本発明によれば、フリクションを低減させることができる。
本発明の実施形態1に係る車両用エンジンを示す断面図 ローラが取り付けられたロッカアームの本体部とステムローラを保持したローラ保持部とを示す斜視図 ステム当接部とエンジンバルブのステムとステムローラを保持したローラ保持部とを示す断面図 本発明の実施形態2に係るステム当接部とステムに装着されたステムキャップとステムローラを保持したローラ保持部とを示す断面図
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1から図3によって説明する。図1はシリンダヘッド1の上部を示しており、ここにはピボット2、カムシャフト3、エンジンバルブ4、バルブスプリング5、ロッカアーム6によって構成された動弁装置が設けられている。なお、以下では、上下方向について図1及び図3を基準とする。
ロッカアーム6は、図1に示すように、ローラ7を有するローラロッカアームの形式であり、ローラ7は、カムシャフト3のカム3Aの外周面に接触している。このロッカアーム6の一端側には、ピボット2の上端と当接する揺動支点8が形成されているのに対し、ロッカアーム6の他端側(揺動支点8側とは反対側)には、エンジンバルブ4のステム(バルブステム)4Aの上端と係合するステム当接部10が形成されている。このロッカアーム6の揺動軸は、図1における紙面の法線方向に並行している。かくして、上記した動弁装置は、カムシャフト3の回転に伴いロッカアーム6が揺動支点8を中心として揺動し、このときにステム4Aの上端側をバルブスプリング5に抗して押圧すると、エンジンバルブ4はエンジンの吸排気の各ポートを所定タイミングで開閉する。なお、ピボット2は、ロッカアーム6の揺動支点8を支える部材であり、例えば、カムハウジング14に取り付けられている。
このロッカアーム6は、図2に示すように、本体部(ロッカアーム本体)9と、この本体部9に組み込まれたローラ7と、詳しくは後述するステムローラ16を保持するローラ保持部17と、を少なくとも有する。本体部9は、金属製の板材をプレスにて折り曲げ加工によって一体に形成されたものであり、その中央部はローラ7を収容するためのローラ収容部11となっている。このローラ収容部11は、上下両側に開口しており、その開口部分を通してローラ7が収容されている。ローラ収容部11は、ローラ7をその厚み方向(回転軸の軸線方向)について両側から挟み込む形で配される一対の側壁12を有している。これら一対の側壁12間には、ローラ7を回転可能に軸支するためのローラ支持軸13が架け渡されている。一対の側壁12には、ローラ支持軸13の両端部を挿通するための軸端部挿通孔12Aがそれぞれ貫通形成されている。
ローラ7は、図1及び図2に示すように、全体として略円筒型(側方から視てドーナツ型)をなしており、その中心位置にローラ支持軸13の中央側部分を挿通するための支持軸挿通孔(不図示)が幅方向に沿って貫通形成されている。ローラ支持軸13は、支持軸挿通孔に挿入可能な略円柱状をなしており、その長さ方向(軸線方向)の両端部が一対の側壁12に形成された軸端部挿通孔12Aにそれぞれ挿通されてかしめ付けられることで各側壁12に対して固定されるのに対し、中央側部分が支持軸挿通孔に挿入されることでローラ7を回転可能な状態で支持していてローラ7の回転軸を構成している。
本体部9の一端側には、図1に示すように、既述した通りロッカアーム6の揺動支点8が設けられている。揺動支点8は、ピボット2の上端部に整合状態で被せ付けられるよう、絞り加工によって膨出されてドーム状をなす受け凸部15からなる。一方、本体部9の他端側には、既述した通りステム4Aの上端部に当接されるステム当接部10が設けられている。ステム当接部10は、図2に示すように、一対の側壁12のうち揺動支点8側とは反対側の支点反対端部12B間に挟まれる形で配されるとともに、両支点反対端部12Bに連ねられている。一対の支点反対端部12Bは、その一部がステム当接部10の下面(後述する当接部側接触面10A)よりも下方(ステム4A側)に突き出す形で配されて互いに対向状をなしている。また、ステム当接部10は、図3に示すように、同図の左右方向についての長さ寸法が、ステム4Aの同長さ寸法よりも大きくなっている。
そして、ステム当接部10は、図3に示すように、その下面がステム4Aの上端部に対して、ローラ保持部17によって保持されたステムローラ16を介して間接的に当接されている。従って、ステム4Aの上端面がステムローラ16に接触されるステム側接触面4A1とされ、ステム当接部10の下面がステムローラ16に接触される当接部側接触面(接触面)10Aとされる。ステム側接触面4A1は、図3における左右方向に沿ってほぼ真っ直ぐな面とされているのに対し、当接部側接触面10Aは、図3の左右方向(ロッカアーム6の長さ方向)についての両端部(揺動支点8側の端部とその反対側の端部)から遠ざかって中央部に近づくのに連れて下側(ステム4A側)に向けて弓形に膨出する略円弧状(曲面状)をなしている。なお、ステム当接部10の上面は、当接部側接触面10Aに並行する略円弧状の曲面とされており、それによりステム当接部10の厚みは概ね一定に保たれている。
ステムローラ16は、図3に示すように、ステム4Aとステム当接部10との間に上下から挟み込まれる形で配されており、ステム4Aのステム側接触面4A1とステム当接部10の当接部側接触面10Aとにそれぞれ接触される。ステムローラ16は、同図における紙面の法線方向に沿って延在するとともに断面形状が円形状の棒状をなしている。つまり、ステムローラ16は、ロッカアーム6の揺動軸及びローラ7の回転軸に並行する回動軸を持つ棒状をなしており、その外周面がステム側接触面4A1や当接部側接触面10Aに対して線接触(側方から視て点接触)されている。ステムローラ16は、ステム当接部10の当接部側接触面10Aに沿って複数(本実施形態では5つ)が間隔を空けて並んで配されている。5つのステムローラ16は、並び方向が図3の左右方向(回動軸と直交する方向)と一致しており、隣り合うステムローラ16間の間隔がほぼ等しくされている。これら5つのステムローラ16は、当接部側接触面10Aに沿って並ぶとともにその全てが当接部側接触面10Aに対して接触されている。その一方、5つのステムローラ16は、当接部側接触面10Aに沿って並んでいるため、その一部(図3では2つ)がステム側接触面4A1に接触しており、残り(図3では3つ)がステム側接触面4A1とは非接触とされている。各ステムローラ16の径寸法は、ステム側接触面4A1及び当接部側接触面10Aにおける図3の左右方向についての延面距離(ステム4A及びステム当接部10における図3の左右方向についての長さ寸法)に比べて十分に小さなものとされる。なお、5つのステムローラ16の中のいずれのステムローラ16がステム側接触面4A1に対して接触され非接触とされるかに関しては、常に固定されておらず、ロッカアーム6の揺動に伴うステム4Aとステム当接部10との相対変位動作に応じて変化するよう流動性を持っている。また、なお、ステムローラ16の具体的な材料には、金属材料、合成樹脂材料、無機材料(セラミック)などを用いることが可能である。
ローラ保持部17は、図2及び図3に示すように、ステム当接部10に対して取り付けられることで、上記した5つのステムローラ16をステム側接触面4A1に対して接触した状態に保持するものとされる。ローラ保持部17は、金属製とされており、当接部側接触面10Aに沿って湾曲した板状をなす保持部本体17Aと、保持部本体17Aにおける図3の左右方向についての両端部(揺動支点8側の端部とその反対側の端部)から上方(ステム当接部10側)に向けて突出する一対の取付部17Bと、から構成される。このローラ保持部17は、ステム当接部10に対して取り付けられると、ステム当接部10から下方に突出する一対の支点反対端部12Bの間に図3の紙面の法線方向(ロッカアーム6の揺動軸の軸線方向)について両側から挟み込まれる。言い換えると、互いに対向する一対の支点反対端部12Bの間に有される空間がローラ保持部17の取付空間となっている。これにより、ローラ保持部17がステム当接部10に対して揺動軸の軸線方向について位置ずれするのが防がれるとともに、ローラ保持部17が側方から視て外部に露出することが避けられる。
保持部本体17Aは、図2及び図3に示すように、当接部側接触面10Aと同様に、図3の左右方向についての両端部から遠ざかって中央部に近づくのに連れて下側(ステム4A側)に向けて弓形に膨出する略円弧状(曲面状)をなしている。保持部本体17Aには、ステムローラ16を収容するステムローラ収容部18が開口形成されている。ステムローラ収容部18は、ステムローラ16の設置数及び配置に対応付けられており、5つが図3の左右方向について間隔を空けて並んで配されている。各ステムローラ収容部18の内周縁のうち、各ステムローラ16の回動軸に並行する内縁には、各ステムローラ16の外周面(回動方向)に沿って上下に突出する保持突部19がそれぞれ設けられている。保持突部19は、ステムローラ16を図3の左右方向について両側から挟み込むとともに、ステムローラ16の外周面に対して部分的に接することで、ステムローラ16の保持を図っている。
一対の取付部17Bは、図2及び図3に示すように、ステム当接部10を図3の左右方向について両側から挟み込むことで、ローラ保持部17をステム当接部10に対して取付状態に保持するものとされる。各取付部17Bは、ステム当接部10の外面のうち当接部側接触面10Aに隣り合う両側面に接する。各取付部17Bにおける上端部には、内向きに突出することでステム当接部10における上端部に係止される係止突部20が設けられている。
本実施形態は以上のような構造であり、続いてその作用を説明する。図1に示すように、エンジンのクランクシャフトの回転に伴ってカムシャフト3が回転すると、カム3Aが回転する。カム3Aが回転すると、カム3Aの周面と接触しているローラ7が当該カム3Aによって押圧される。カム3Aによってローラ7が押圧されると、ロッカアーム6がピボット2と当接する揺動支点8を支点として揺動運動を行う。これにより、エンジンバルブ4のステム4Aがステム当接部10によってバルブスプリング5に抗して上方から押圧されるので、エンジンの吸排気の各ポートが所定のタイミングで開閉されるようになっている。
詳しくは、ロッカアーム6は、図1に示すように、揺動支点8を中心としてローラ7の回転軸に並行する揺動軸周りに揺動し、それに伴って上下動するステム当接部10に追従してステム4Aが上下動することになるが、このときステム当接部10とステム4Aとが相対変位するため、両者4A,10間にフリクションが発生することが懸念される。その点、これらステム当接部10とステム4Aとの間には、図3に示すように、回動可能(正逆いずれの向きにも回転自在)なステムローラ16が介在する形で配されているので、ステム当接部10とステム4Aとが相対変位するのに伴ってステムローラ16が回動される。これにより、ステム当接部10とステム4Aとの相対変位動作が円滑化され、両者4A,10間に生じ得るフリクションの低減が図られる。
しかも、ステムローラ16は、複数が間隔を空けてステム当接部10における当接部側接触面10Aに沿って並ぶ形で配されているので、仮にステム4Aとステム当接部10との間にローラ7のような1つの大型のステムローラを介在させる構成を採った場合に比べると、個々のステムローラ16が小型化及び軽量化されるので、慣性質量の増加を抑制することができる。これにより、バルブスプリング5に作用する荷重を低減でき、その結果フリクションの低減を図る上でより好適となる。さらには、ステム当接部10は、当接部側接触面10Aが、揺動支点8側の端部とその反対側の端部とからそれぞれ遠ざかるに連れてステム4A側に向けて膨出する曲面状をなしているから、その当接部側接触面10Aに沿って間欠的に並ぶ複数のステムローラ16によって、当接部側接触面10Aの形状に沿うようにして相対変位されるステム4Aの相対変位動作をより円滑化することができ、もってフリクションの低減を図る上でより好適となる。
また、ステムローラ16は、ロッカアーム6の揺動軸に並行する回動軸を持つ棒状をなしていて定められた方向(回動軸周り)のみに回動されるようになっているから、仮にステムローラが球状をなしていて特定の回動軸を有さない場合に比べると、ステム当接部10とステム4Aとの相対変位動作をより円滑化することができ、もってフリクションの低減を図る上でより好適となる。
以上説明したように本実施形態のロッカアーム6は、揺動支点8側とは反対端側に配されてエンジンバルブ4のステム4Aに当接するステム当接部10と、ステム4Aとステム当接部10との間に介在するステムローラ16と、ステム当接部10に取り付けられてステムローラ16を回動可能に保持するローラ保持部17と、を備える。
このように、揺動支点8側とは反対端側に配されるステム当接部10には、ステムローラ16を介してエンジンバルブのステム4Aが当接されている。ステムローラ16は、ステム当接部10に取り付けられるローラ保持部17によって回動可能に保持されているので、当該ロッカアーム6が揺動支点8を中心に揺動するのに伴ってステム当接部10とステム4Aとが相対変位するとき、両者の間に介在するステムローラ16が回動される。これにより、ステム当接部10とステム4Aとの相対変位動作が円滑化され、両者間に生じ得るフリクションの低減が図られる。
また、ステムローラ16は、複数が間隔を空けてステム当接部10における当接部側接触面(接触面)10Aに沿って並ぶ形で配されている。このようにすれば、仮にステム4Aとステム当接部10との間に1つのステムローラを介在させるようにした場合に比べると、個々のステムローラ16が小型化及び軽量化されるので、慣性質量の増加を抑制することができる。これにより、例えばバルブスプリング5を用いた場合にバルブスプリング5に作用する荷重を低減でき、その結果フリクションの低減を図る上でより好適となる。
また、ステム当接部10は、当接部側接触面10Aが、揺動支点8側の端部とその反対側の端部とからそれぞれ遠ざかるに連れてステム4A側に向けて膨出する曲面状をなしている。このようにすれば、当該ロッカアーム6が揺動支点8を中心に揺動すると、それに伴ってステム当接部10に対してステムローラ16を介して当接されるステム4Aが相対変位されるが、このときにステム4Aは、ステム当接部10において曲面状をなす当接部側接触面10Aの形状に沿うようにして相対変位される。ステム4Aとステム当接部10との間に介在するステムローラ16は、複数が間隔を空けて当接部側接触面10Aに沿って並ぶ形で配されているので、ステム当接部10とステム4Aとの相対変位動作をより円滑化することができ、もってフリクションの低減を図る上でより好適となる。
また、ステムローラ16は、揺動時における揺動軸に並行する回動軸を持つ棒状をなしている。このようにすれば、当該ロッカアーム6が揺動支点8を中心にして揺動軸周りに揺動するのに伴ってステム当接部10とステム4Aとが相対変位するとき、両者の間に介在するステムローラ16は、ロッカアーム6の揺動軸に並行する回動軸周りに回動される。従って、仮にステムローラが球状をなしていて特定の回動軸を有さない場合に比べると、ステム当接部10とステム4Aとの相対変位動作をより円滑化することができ、もってフリクションの低減を図る上でより好適となる。
また、揺動時における揺動軸の軸線方向について両側からステム当接部10を挟み込む一対の側壁12が備えられており、ローラ保持部17は、一対の側壁12の間に挟み込まれる形で配されている。このようにすれば、ローラ保持部17が一対の側壁12によって挟み込まれることで、ローラ保持部17がステム当接部10に対して揺動軸の軸線方向について位置ずれするのが防がれる。
また、ローラ保持部17は、ステム当接部10を揺動支点8側とその反対側とから挟み込む一対の取付部17Bを有する。このようにすれば、一対の取付部17Bによってステム当接部10に対してローラ保持部17を取り付け状態に保つことができる。
<実施形態2>
本発明の実施形態2を図4によって説明する。この実施形態2では、ステム4A−1に装着されるステムキャップ21を追加したものを示す。なお、上記した実施形態1と同様の構造、作用及び効果について重複する説明は省略する。
本実施形態に係るステム4A−1の上端部(ステム当接部10−1側の端部)には、図4に示すように、ステムキャップ21が装着されている。ステムキャップ21は、例えば金属製とされており、ステム4A−1の上端部を上側からすっぽりと覆う形で配されている。従って、本実施形態では、ステムローラ16−1に対するステム4A−1におけるステム側接触面4A1−1は、ステムキャップ21における上端面により構成される。つまり、ステムローラ16−1は、ステム4A−1に対してステムキャップ21を介して当接されることになる。このステムキャップ21は、ステム4A−1とステム当接部10−1の間に介在するスペーサの機能を有しており、異なる厚さの複数のステムキャップ21から、適切な厚さのステムキャップ21を選択することで、図示しないカムとローラ7−1の間のクリアランスを調整することができる。
<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)上記した各実施形態にて図示した構成以外にも、ステムローラの具体的な設置数、設置間隔、径寸法、長さ寸法、材料、材質などは適宜に変更可能である。ステムローラの設置数を1つとすることも可能である。ステムローラの具体的な材料には、金属材料、合成樹脂材料、無機材料(セラミック)以外の材料を用いることも可能である。
(2)上記した各実施形態にて図示した構成以外にも、ローラ保持部における具体的なステムローラの保持構造は適宜に変更可能である。例えば、ローラの保持構造と同様に、ステムローラの回動中心に軸部材を貫通させ、その軸部材をローラ保持部に固定させたり、ローラ保持部に回動可能に軸支したりすることも可能である。
(3)上記した各実施形態にて図示した構成以外にも、ローラ保持部における具体的なステム当接部に対する取付構造は適宜に変更可能である。例えば、ネジなどを用いてローラ保持部をステム当接部に取り付けるようにしても構わない。
(4)上記した各実施形態にて図示した構成以外にも、ステム当接部における当接部側接触面の具体的な断面形状は適宜に変更可能である。例えば、略円弧状をなす当接部側接触面における曲率や湾曲の仕方などを図示以外に変更することもできるが、それ以外にも、例えば当接部側接触面をステム側接触面に並行する直線状に形成することも可能である。
(5)上記した各実施形態では、棒状のステムローラを用いた場合を示したが、それ以外にも例えば球状のステムローラを用いることも可能である。その場合は、球状のステムローラを、当接部側接触面の面内において二次元的に複数ずつ分散配置するのが好ましいが、具体的な設置数や面内分布は任意である。また、球状のステムローラが1つのみ設置されていてもよい。
(6)上記した各実施形態では、ローラ保持部が一対の側壁における支点反対端部の間に挟み込まれる構成を示したが、ローラ保持部が一対の側壁の間に挟み込まれずに、側方から視て外部に露出する構成となっていても構わない。
4…エンジンバルブ、4A,4A−1…ステム、6…ロッカアーム、8…揺動支点、10,10−1…ステム当接部、10A…当接部側接触面(接触面)、12…側壁、16,16−1…ステムローラ、17…ローラ保持部、17B…取付部

Claims (4)

  1. 揺動支点側とは反対端側に配されてエンジンバルブのステムに間接的に当接するステム当接部と、
    前記ステムと前記ステム当接部との間に介在するステムローラと、
    前記ステム当接部に取り付けられて前記ステムローラを回動可能に保持するローラ保持部と、を備え
    前記ステムローラは、複数が間隔を空けて前記ステム当接部における接触面に沿って並ぶ形で配されており、
    前記ステム当接部は、前記接触面が、前記揺動支点側の端部とその反対側の端部とからそれぞれ遠ざかるに連れて前記ステム側に向けて膨出する曲面状をなしており、
    複数の前記ステムローラは、全てが前記ステムと前記ステム当接部との間に挟み込まれるとともに前記ステム当接部の前記接触面に対して接触される一方で、一部が前記ステムにおけるステム側接触面に接触して残りが前記ステム側接触面とは非接触とされるロッカアーム。
  2. 前記ステムローラは、揺動時における揺動軸に並行する回動軸を持つ棒状をなしている請求項1記載のロッカアーム。
  3. 揺動時における揺動軸の軸線方向について両側から前記ステム当接部を挟み込む一対の側壁が備えられており、
    前記ローラ保持部は、前記一対の側壁の間に挟み込まれる形で配されている請求項1または請求項2記載のロッカアーム。
  4. 前記ローラ保持部は、前記ステム当接部を前記揺動支点側とその反対側とから挟み込む一対の取付部を有する請求項1から請求項のいずれか1項に記載のロッカアーム。
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