JP6955940B2

JP6955940B2 - エンジン

Info

Publication number: JP6955940B2
Application number: JP2017181536A
Authority: JP
Inventors: 貴之中路
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2037-09-21
Also published as: JP2019056334A

Description

本発明は、カムによって駆動されるバルブを備えたエンジンに関する。

エンジンには、吸気ポートや排気ポートを開閉するため、カムによって駆動されるバルブが設けられている。また、バルブを確実に着座させる観点から、バルブとカムとの間には間隙つまりバルブクリアランスが設定されており、このバルブクリアランスによって熱膨張や摩耗による寸法変化が吸収されている。ところで、熱膨張や摩耗の状況によってはバルブクリアランスが拡大し、騒音の発生やリフト量の減少等を招いてしまう虞があることから、動弁機構にはバルブクリアランスを自動調整するラッシュアジャスタが設けられている。このラッシュアジャスタとして、ネジ式や油圧式のラッシュアジャスタが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−３２８９７１号公報

ところで、油圧式のラッシュアジャスタを用いることは、オイルポンプから吐出された油圧を消費する要因であり、エンジン負荷を増大させる要因となっていた。また、油圧式のラッシュアジャスタを組み付ける際には、油室や油路からエア抜きを行うことが必要であるため、油圧式のラッシュアジャスタを用いることは、組み付け時の作業コストを増加させる要因であった。

本発明の目的は、油圧を用いることなくバルブクリアランスを調整することにある。

本発明のエンジンは、カムによって駆動されるバルブを備えたエンジンであって、シリンダヘッドに形成されるピボット穴に収容される基端部と、前記ピボット穴から突出する先端部と、を備えるエンドピボットと、前記カムに接する力点部と、前記バルブに接する作用点部と、前記エンドピボットに接する支点部と、を備えるロッカーアームと、前記シリンダヘッドに形成され、前記ピボット穴と排気ポートとを互いに連通するガス流路と、前記ガス流路に設けられ、前記排気ポートから前記ピボット穴に向かうガス流れを許容する一方、前記ピボット穴から前記排気ポートに向かうガス流れを遮断するチェックバルブと、を有する。

本発明によれば、ピボット穴に収容されるエンドピボットと、ピボット穴と排気ポートとを互いに連通するガス流路と、ガス流路に設けられるチェックバルブと、を有する。これにより、排気ポートからの排出ガスの圧力によって、エンドピボットをロッカーアームに向けて押し出すことができ、バルブクリアランスを調整することができる。

本発明の一実施の形態であるエンジンを示す概略図である。シリンダヘッドの内部構造の一例を示す断面図である。ラッシュアジャスタおよびその近傍を簡単に示した断面図である。ラッシュアジャスタの構造を簡単に示した分解図である。図３の範囲αを拡大して示した断面図である。本発明の他の実施の形態であるエンジンが備えるラッシュアジャスタおよびその近傍を簡単に示した断面図である。

［エンジン構造］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるエンジン１０を示す概略図である。図１に示すように、エンジン１０は、一方のシリンダバンクに設けられるシリンダブロック１１と、他方のシリンダバンクに設けられるシリンダブロック１２と、一対のシリンダブロック１１，１２に支持されるクランク軸１３と、を有している。各シリンダブロック１１，１２に形成されるシリンダボア１４にはピストン１５が収容されており、このピストン１５にはコネクティングロッド１６を介してクランク軸１３が連結されている。

各シリンダブロック１１，１２には、動弁機構２０を備えたシリンダヘッド２１，２２が組み付けられている。また、各シリンダヘッド２１，２２には、燃焼室２３に連通する吸気ポート２４が形成されており、この吸気ポート２４を開閉する吸気バルブ（バルブ）２５が組み付けられている。さらに、各シリンダヘッド２１，２２には、燃焼室２３に連通する排気ポート２６が形成されており、この排気ポート２６を開閉する排気バルブ（バルブ）２７が組み付けられている。なお、シリンダヘッド２１，２２は、ヘッド本体２８、カムキャリア２９およびロッカーカバー３０等によって構成されている。

［動弁機構構造］
続いて、動弁機構２０の構造について説明する。図２はシリンダヘッド２１の内部構造の一例を示す断面図である。図２にはロッカーカバー３０を外した状態のシリンダヘッド２１が示されている。なお、以下の説明では、一方のシリンダヘッド２１の構造について説明するが、他方のシリンダヘッド２２についても同様の構造を有することから、その説明を省略する。

図２に示すように、シリンダヘッド２１のヘッド本体２８には、燃焼室２３に吸入空気を案内する吸気ポート２４が形成されるとともに、吸気ポート２４内に先端が突出するバルブガイド３１が設けられている。この吸気側のバルブガイド３１には、吸気バルブ２５のバルブステム３２が摺動自在に支持されている。また、バルブステム３２を囲むようにバルブスプリング３３が配置されており、バルブステム３２の端部にはリテーナ３４を介してバルブスプリング３３が拘束されている。

図２に示すように、カムキャリア２９には、吸気カム（カム）４０を備えたカム軸４１が回転自在に支持されている。吸気カム４０とバルブステム３２との間には、吸気カム４０からバルブステム３２に動力を伝達するロッカーアーム４２が設置されている。ロッカーアーム４２は、ラッシュアジャスタ４３に接触する支点部４２ａと、カム軸４１の吸気カム４０に接触するローラ部（力点部）４２ｂと、バルブステム３２に接触するリフタ部（作用点部）４２ｃと、を備えている。ロッカーアーム４２を設けることにより、吸気カム４０の回転運動はロッカーアーム４２を介して往復運動に変換され、吸気カム４０によって吸気バルブ２５を開閉することができる。

同様に、シリンダヘッド２１のヘッド本体２８には、燃焼室２３からの排出ガスを案内する排気ポート２６が形成されるとともに、排気ポート２６内に先端が突出するバルブガイド５１が設けられている。この排気側のバルブガイド５１には、排気バルブ２７のバルブステム５２が摺動自在に支持されている。また、吸気バルブ２５と同様に、排気バルブ２７においても、バルブステム５２を囲むようにバルブスプリング５３が設けられており、バルブステム５２の端部にはリテーナ５４を介してバルブスプリング５３が拘束されている。

また、カムキャリア２９には、排気カム（カム）６０を備えたカム軸６１が回転自在に支持されている。排気カム６０とバルブステム５２との間には、排気カム６０からバルブステム５２に動力を伝達するロッカーアーム６２が設置されている。ロッカーアーム６２は、ラッシュアジャスタ６３に接触する支点部６２ａと、カム軸６１の排気カム６０に接触するローラ部（力点部）６２ｂと、バルブステム５２にシムを介して接触するリフタ部（作用点部）６２ｃと、を備えている。ロッカーアーム６２を設けることにより、排気カム６０の回転運動はロッカーアーム６２を介して往復運動に変換され、排気カム６０によって排気バルブ２７を開閉することができる。

［ラッシュアジャスタ構造］
続いて、バルブクリアランスを調整するラッシュアジャスタ４３，６３の構造について説明する。図３はラッシュアジャスタ４３，６３およびその近傍を簡単に示した断面図であり、図４はラッシュアジャスタ４３，６３の構造を簡単に示した分解図である。なお、図３および図４においては、吸気ポート２４および吸気バルブ２５を省略して図示している。

図２〜図４に示すように、シリンダヘッド２１のヘッド本体２８には、排気バルブ２７の近傍にアジャスタ組付穴７０が形成されており、吸気バルブ２５の近傍にアジャスタ組付穴７１が形成されている。また、図４に示すように、排気側および吸気側のアジャスタ組付穴７０，７１は、底側に設けられるバルブ収容部（ガス流路）７２と、開口端側に設けられるピボット収容部（ピボット穴）７３と、によって構成される。また、バルブ収容部７２には連通路（ガス流路）７４，７５が接続されており、これらの連通路７４，７５には排気ポート２６に連通する連通路（ガス流路）７６が接続されている。つまり、ピボット収容部７３と排気ポート２６とは、ガス流路を構成するバルブ収容部７２および連通路７４〜７６を介して互いに連通している。

図４に示すように、アジャスタ組付穴７０，７１のバルブ収容部７２には、逆止弁や一方向バルブとも呼ばれるチェックバルブ７７が組み付けられている。チェックバルブ７７は、入力ポート７８ｉおよび出力ポート７８ｏを備えるバルブハウジング７８と、バルブハウジング７８内に収容される弁体７９と、弁体７９を入力ポート７８ｉに向けて付勢するバネ部材８０と、を有している。このチェックバルブ７７においては、入力ポート７８ｉに作用する圧力が所定圧力を上回ると、バネ力に抗して弁体７９が移動することで入力ポート７８ｉが開放される一方、入力ポート７８ｉに作用する圧力が所定圧力を下回ると、バネ力によって弁体７９が押し付けられることで入力ポート７８ｉが閉塞される。このようなチェックバルブ７７をバルブ収容部７２に組み付ける際には、入力ポート７８ｉが連通路７４，７５側つまり排気ポート２６側に向けて配置される。このような向きでチェックバルブ７７を組み付けることにより、排気ポート２６からピボット収容部７３に向かうガス流れが許容される一方、ピボット収容部７３から排気ポート２６に向かうガス流れが遮断される。

また、アジャスタ組付穴７０，７１のピボット収容部７３には、ラッシュアジャスタ４３，６３を構成するエンドピボット８１が摺動自在に収容されている。このエンドピボット８１は、ピボット収容部７３に収容される基端部８２と、ピボット収容部７３から突出する先端部８３と、によって構成される。図３に示すように、アジャスタ組付穴７０，７１に収容されるチェックバルブ７７とエンドピボット８１との間にはガス室８４が区画されており、このガス室８４にはチェックバルブ７７および連通路７４〜７６を介して排気ポート２６が接続されている。つまり、エンドピボット８１が収容されるピボット収容部７３には、その底部に排気ポート２６からの排出ガスを充填するためのガス室８４が区画されている。また、エンドピボット８１の基端部８２にはＯリング８５が装着されており、ガス室８４の気密性はＯリング８５およびチェックバルブ７７によって保持される。

このように、エンドピボット８１の底面８１ａ側にガス室８４を区画することにより、ガス室８４に充填された排出ガスの圧力によって、エンドピボット８１をロッカーアーム４２，６２に向けて押し出すことができる。ここで、図５は図３の範囲αを拡大して示した断面図である。図５に矢印ａ１で示すように、エンジン運転中に燃焼室２３から排気ポート２６に排出ガスが放出されると、この排出ガスは排気ポート２６から連通路７４〜７６を経てチェックバルブ７７に案内される。そして、チェックバルブ７７の入力ポート７８ｉに作用する排出ガスの圧力が所定圧力を上回ると、矢印ａ２で示すように、チェックバルブ７７が開いてガス室８４に排出ガスが導入される。そして、ガス室８４に充填される排出ガスの圧力Ｐａは、エンドピボット８１の底面８１ａに作用することから、エンドピボット８１は推力Ｆａで押し上げられる。なお、ガス室８４におけるエンドピボット８１の受圧面積は、ラッシュアジャスタとして必要な推力Ｆａが得られるように、加圧室に充填可能な排出ガスの圧力Ｐａに基づき設定されている。

このように、エンドピボット８１を推力Ｆａで押し上げることにより、ロッカーアーム４２，６２のローラ部４２ｂ，６２ｂを吸気カム４０や排気カム６０に押し付けることができ、ロッカーアーム４２，６２のリフタ部４２ｃ，６２ｃを吸気バルブ２５や排気バルブ２７に押し付けることができる。つまり、動弁機構２０のバルブクリアランスが、熱膨張や摩耗によって拡大する場合であっても、バルブクリアランスをゼロに向けて調整することができる。これにより、バルブクリアランスの拡大に伴う騒音発生やリフト量減少を抑制することができる。また、バルブクリアランスがゼロに向けて調整されることから、吸気カム４０や排気カム６０の揚程曲線におけるランプ高さを縮小することができ、エンジン１０の燃費性能や出力性能を高めることができる。

しかも、エンドピボット８１が排出ガスの圧力によって押し出される構造であり、エンドピボット８１が油圧によって押し出される構造ではないことから、図示しないオイルポンプを駆動するエンジン１０の負荷を軽減することができ、エンジン１０の燃費性能を向上させることができる。また、エンドピボット８１が排出ガスの圧力によって押し出される構造であり、エンドピボット８１が油圧によって押し出される構造ではないことから、エンドピボット８１を組み付ける際のエア抜き作業を無くすことができ、エンドピボット８１を簡単に組み付けることができる。図２に示すように、水平対向エンジン１０等においては、エンドピボット８１が水平に近い状態で組み付けられるため、空気溜まりを発生させないように油圧式のラッシュアジャスタの圧力室を形成することは困難である。このため、油圧式のラッシュアジャスタを採用した場合には、圧力室の空気溜まりから空気を排出するエア抜き作業が必要になるが、エンドピボット８１を排出ガスの圧力によって押し出す構造を採用することにより、エア抜き作業が不要になってエンドピボット８１を簡単に組み付けることができる。

［他の実施形態］
前述の説明では、１つのエンドピボット８１に対して１つのチェックバルブ７７を設けているが、これに限られることはなく、複数のエンドピボット８１に対して１つチェックバルブ７７を設けても良い。ここで、図６は本発明の他の実施の形態であるエンジン９０が備えるラッシュアジャスタ９１，９２およびその近傍を簡単に示した断面図である。なお、図６において、図３に示した部材や部品と同様の部材や部品については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図６に示すように、シリンダヘッド２１のヘッド本体２８には、排気バルブ２７の近傍にピボット穴９３が形成されており、吸気バルブ２５の近傍にピボット穴９４が形成されている。また、各ピボット穴９３，９４には連通路（ガス流路）９５，９６が接続されており、これらの連通路９５，９６には排気ポート２６に連通する連通路（ガス流路）９７が接続されている。さらに、連通路９７には、チェックバルブ７７が設けられている。チェックバルブ７７を連通路９７に組み付ける際には、入力ポート７８ｉが排気ポート２６側に向けて配置される。このような向きでチェックバルブ７７を組み付けることにより、排気ポート２６からピボット穴９３，９４に向かうガス流れが許容される一方、ピボット穴９３，９４から排気ポート２６に向かうガス流れが遮断される。また、ピボット穴９３，９４には、エンドピボット８１が摺動自在に収容されている。さらに、エンドピボット８１が収容されるピボット穴９３，９４には、その底部に排気ポート２６からの排出ガスを充填するためのガス室８４が区画されている。このように、２つのエンドピボット８１に対して１つのチェックバルブ７７を設けた場合であっても、前述したラッシュアジャスタ４３，６３と同様に機能させることが可能である。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前述の説明では、水平対向エンジン１０に対して本発明を適用しているが、これに限られることはなく、直列エンジンやＶ型エンジン等のエンジンに対して本発明を適用しても良い。

１０エンジン
２１，２２シリンダヘッド
２５吸気バルブ（バルブ）
２７排気バルブ（バルブ）
４０吸気カム（カム）
４２ロッカーアーム
４２ａ支点部
４２ｂローラ部（力点部）
４２ｃリフタ部（作用点部）
６０吸気カム（カム）
６２ロッカーアーム
６２ａ支点部
６２ｂローラ部（力点部）
６２ｃリフタ部（作用点部）
７２バルブ収容部（ガス流路）
７３ピボット収容部（ピボット穴）
７４連通路（ガス流路）
７５連通路（ガス流路）
７６連通路（ガス流路）
７７チェックバルブ
８１エンドピボット
８２基端部
８３先端部
８４ガス室
９０エンジン
９３ピボット穴
９４ピボット穴
９５連通路（ガス流路）
９６連通路（ガス流路）
９７連通路（ガス流路）

Claims

カムによって駆動されるバルブを備えたエンジンであって、
シリンダヘッドに形成されるピボット穴に収容される基端部と、前記ピボット穴から突出する先端部と、を備えるエンドピボットと、
前記カムに接する力点部と、前記バルブに接する作用点部と、前記エンドピボットに接する支点部と、を備えるロッカーアームと、
前記シリンダヘッドに形成され、前記ピボット穴と排気ポートとを互いに連通するガス流路と、
前記ガス流路に設けられ、前記排気ポートから前記ピボット穴に向かうガス流れを許容する一方、前記ピボット穴から前記排気ポートに向かうガス流れを遮断するチェックバルブと、
を有する、エンジン。
請求項１に記載のエンジンにおいて、
前記エンドピボットが収容される前記ピボット穴に、前記排気ポートからの排出ガスを充填するガス室が区画される、
エンジン。