JPS63173808A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関のロッカアーム式の動弁装置に関し、
特にロッカアームのカムフォロワーの耐摩耗性を向上さ
せる技術に関する。

〈従来の技術〉 従来のこの主の動弁装置としては第３図に示すようなも
のがある（株式会社三栄書房　昭和６０年１２月１日発
行「モーターファン１２月号」第１３２頁等参照）。

概要を説明すると、シリンダヘッド１上にバルブクリア
ランス吸収用のハイドロリンクバルブリフター２をその
一端に内蔵したロッカアーム３の中央部を揺動自在に支
持しである。このロッカアーム３の一端は前記ハイドロ
リックバルブリフター２を介して吸・排気弁４のステム
エンド５に係合すると共に、他端に形成したカムフォロ
ワー６にはカム７が係合し、カム７の回転によりロッカ
アーム３が揺動することにより吸・排気弁４を開閉駆動
するようにしている。尚、８はバルブスプリングである
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、第３図に示すようにカムフォロワー６とカム
７の基円（半径Ｒｈ）とが接触している　゛状態からリ
フト途上状態において、カムフォロワ−６とカム７との
接点Ｊが、ロッカアーム３の揺動中心Ｏｒを中心として
カムフォロワー６の曲率中心Ｏａ　　（曲率半径Ｒａ）
が描く円弧（半径Ｄｒａ）と一致すると、カムフォロワ
−６側接点Ｊの接線方向の移動速度Ｖ、とこの移動速度
Ｖ、に平行な曲率中心Ｏａの移動速度■。、とが大きさ
が等しく反対向きの速度ベクトルとなる。このため、ロ
ッカアーム３の座標に対して接点Ｊが静止座標となり滑
り率が無限大となって、カムフォロワー６のこの部位が
他に比べ摩耗が激しくなる。このような偏摩耗が発生す
ると、ロッカアーム３及び吸・排気弁４がカム７のプロ
フィルに追従せずに、所望の動弁作動を得ることができ
なくなって、内燃機関の性能低下や騒音の増大を招く惧
れがあった。

カムフォロワ−６側接点Ｊの接線方向の移動速度■、と
この移動速度■、と平行な曲率中心Ｏａの移動速度■。

１とが大きさが等しく反対向きの速度ベクトルとなる理
由を以下に説明する。

第４図は、接点Ｊが、ロッカアーム３の揺動中心Ｏｒを
中心としてカムフォロワー６の曲率中心０ａが描く円弧
（半径Ｄｒａ）と一致している状態を示したものである
。ここで、カム７の回転中心ＯＣと接点Ｊとを結ぶ線０
ｃ−Ｊに直角な速度ベクトル■（接点Ｊのカム７面上の
速度ベクトル）を任意の長さに設定し、この速度ベクト
ル■を接点Ｊの接線方向と法線方向とに分解し、それぞ
れを速度ベクトル■、■とする。

そして、ロッカアーム３の揺動中心Ｏｒと接点Ｊとを結
ぶ線０ｒ−Ｊに直角な速度ベクトル■（接点Ｊのカムフ
ォロワー６面上の速度ベクトル）を、その接点Ｊに対す
る法線方向成分が速度ベクトル■と等しくなるようにし
て設定する。ここで、速度ベクトル■の法線方向成分と
速度ベクトル■の法線方向成分とを等しく設定するのは
、カム７とカムフォロワー６とは互いに常時接触しなが
ら回転及び揺動するものであるためである。

次にカムフォロワー６の曲率中心Ｏａの速度ベクトルで
あるが、カムフォロワー６は単純円筒面　・（曲率半径
Ｒａ）であるため、接点Ｊの法線は必ず曲率中心Ｏａを
通ることになる。このため、曲率中心Ｏａにおける接点
Ｊの法線方向の速度ベクトルは前記速度ベクトル■と等
しくなる。ここで、曲率中心Ｏａにおける速度ベクトル
■を、曲率中心Ｏａと揺動中心Ｏｒとを結ぶ線０ａ−Ｏ
ｒに直角な速度成分■に分解する。更に、速度ベクトル
■を速度ベクトル■に直角（接点Ｊの接線方向と平行）
な成分■（移動速度ｖ０．）に分解する。

また、前記速度ベクトル■を接点Ｊの接線方向に分解し
、その接線方向成分を速度ベクトル■（カムフォロワ−
６側接点Ｊの接線方向の移動速度ＶＪ）とする。

尚、第４図に示したカム７位置の状態は、接点Ｊが、揺
動中心Ｏｒを中心として曲率中心Ｏａが描く円弧と一致
したときであるため、揺動中心Ｏｒと接点Ｊとの距離は
揺動中心Ｏｒと曲率中心Ｏａとの距ｒ４Ｄｒａに等しい
。このため、揺動中心Ｏｒと接点Ｊと曲率中心Ｏａとが
なす三角形△Ｏｒ　ＪＯａは２等辺三角形となって、そ
の底角ＺｏｒＪＯａとｚｏｒ　Ｏａ　Ｊとは等しい。ま
た、速度ベクトルの■と■とがなす角度及び速度ベクト
ルの■と■とがなす角度はそれぞれ直角であり、更に、
辺Ｏｒ　Ｊと速度ベクトル■とがなす角度及び辺０ｒＯ
ａと速度ベクトル速度ベクトル■とがなす角度も直角で
ある。従って、速度ベクトルの■と■とがなす角度と、
■と■とがなす角度とが等しく、速度ベクトル■と速度
ベクトル■とは大きさの等しい反対方向のベクトルであ
る。

これを以下に式に従って説明すると、 ｌｏｔ　ＪＯａ　＝ｌＯｒ　Ｏａ　Ｊ ２■Ｊ■＝ｌ■Ｏａ■＝９０６ １ｏｒＪ■＝ｌＯｒＯａ■＝９０に こで、　　　　′ 、ｊｏｒ　ＪＯａ　＝、、：Ｏｒ　Ｏａ　Ｊ＝、＜Ｘと
すれば、 ｚｏｒＪ■＝ＺＪＯａ■＝、？Ｘ＋９０゜であるから１
．＜Ｘ＋９０”＝ＺＹとすれば、１ＱＤＪ■＝Ｚ■Ｏａ
■＝ＺＹ−９０”＝ＺＸとなり、 ｚ＠Ｊ■＝Ｚ■Ｏａ■＝９０’−ＺＸ であるから、速度ベクトル■と速度ベクトル■とは大き
さの等しいベクトルである。従って、速度ベクトル■及
び速度ベクトル■の接点Ｊに対する接線方向成分である
速度ベクトル■（カムフォロワ−６側接点Ｊの接線方向
の移動速度ＶＪ）と速度ベクトル■（移動速度■１に平
行な曲率中心Ｏａの移動速度Ｖ。、）とは等しくなる。

カムフォロワー６上の接点Ｊに対する接線方向の速度ベ
クトル■（移動速度ＶＪ）とこの速度ベクトル■に平行
なカムフォロワー６の曲率中心Ｏａの速度ベクトル■（
移動速度Ｖ、、）とが、上記のように反対向きで大きさ
が等しいときには、そのときの接点Ｊがロッカアーム３
の座標に対して静止することになり、滑り率が無限大と
なってしまうため、接点Ｊが曲率中心Ｏａが描く円弧と
重なったときにはその位置でカムフォロワー６がカム７
によって擦られて摩耗が促進されることになり、これに
よりカムフォロワー６が偏摩耗してカム７に対する追従
性が悪化するものである。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、リフト
の途上状態においてカムフォロワーの滑り率が無限大と
なることを回避して、カムフォロワーの偏摩耗を防止す
ることを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 そのため本発明では、ロッカアームの揺動中心からカム
とカムフォロワーとの接点までの最大距離が、ロッカア
ーム揺動中心からカムフォロワーの曲率中心までの距離
以下となるように設定して動弁装置を構成するようにし
た。

〈作用〉 カムフォロワーの滑り率が無限大になるのは、前述のよ
うに曲率中心Ｏａが描く円弧と接点Ｊが一致したとき、
即ち、△０ａＯｒＪ　（第４図参照）がＺＯａＯｒＪを
頂角とする２等辺三角形になり線分０ｒ−Ｊが揺動中心
Ｏｒと曲率中心Ｏａとの距離Ｄｒａと等しくなったとき
（線分０ｒ−Ｊ＝Ｄｒａ）である。ところで、線分０ｒ
−Ｊの最大値は、カムフォロワーがカムの基円（ベース
サークル）と接触しているときであるため、このときに
は線分０ｒ−Ｊ＝Ｄｒａとなってもリフト途上ではなく
面圧が小さいので問題とはならない。従って、線分０ｒ
−Ｊの最大値がＤｒａ以下となるように設定すれば、リ
フト途上で線分０ｒ−Ｊ＝Ｄｒａとなることが避けられ
、カムフォロワーの滑り率が無限大となることがない。

〈実施例） 以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。尚
、従来例と同一要素には同一符号を付してあり、動弁機
構については説明を省略する。

第１図は、揺動中心Ｏｒから接点Ｊまでの距離の最大値
（カムフォロワー６がカム７の基円と接触する接点Ｊ０
のとき）が、揺動中心Ｏｒと曲率中心Ｏａとの距離Ｄｒ
ａと一致するようにしたものである。

このように設定すれば、線分０ｒ−Ｊが最大のときで前
記距離Ｄｒａと一致するものであるから、接点Ｊ０以外
の接点Ｊのとき即ちリフト途上においては０ｒ−Ｊ＜Ｄ
ｒａとなって、揺動中心Ｏｒを中心として曲率中心Ｏａ
が描く円弧と接点Ｊが一致することはない（接点Ｊ０の
ときのみ一致する）。

従って、リフト途上においては、ΔＱａＯｒＪがＺＯａ
ＯｒＪを頂角とする２等辺三角形になることがなく、ｌ
■Ｊ■＝Ｚ■Ｏａ■にならないので速度ベクトル■と速
度ベクトル■とは等しくなることはない。このため、接
点Ｊがカムフォロワー６座標において静止座標となるこ
とがなく、滑り率が無限大に発散することがなく有限と
なるため、カムフォロワー６が偏摩耗することがなく、
長期に亘って安定した動弁作動を得ることができる。

ここで、線分０ｒ−ＪＯ≦Ｄｒａなる寸法関係を得るよ
うにするためには、以下のようにして各要素を決定すれ
ば良い。

尚、第２図に示すように、０ｒ−Ｊｏ　（接点Ｊと揺動
中心Ｏｒとの最大距離）をａ、揺動中心Ｏｒとカム７の
回転中心Ｏｃとの距離をＤｃｒ、接点Ｊ０のときの曲率
中心位置をＯａいカムフォロワー６の曲率半径をＲａ、
接点Ｊ０のときのｚＯｒＯｃＪｏをδ。とする。また、
接点Ｊ０のときには、カムフォロワー６はカム７の基円
と接触するため、曲率中心Ｏａと接点Ｊ０とカム７の回
転中心Ｏｃとの３点を結ぶ線は直線となる。

八〇　ｒ　Ｏｃ　Ｏａｏにおいて、 Ｄｒａ”＝　Ｄｃｒ”＋　（Ｒａ　十Ｒｈ）”　−２Ｄ
ｃｒ　（Ｒａ＋Ｒｂ）ｃｏｓδ。−・−・−（１）一方
、△０ｒＯｃＪ、において、 ａ　”＝　Ｄｃｒ”＋　Ｒｂ　”　−２ＤｃｒＲｂ　ｃ
ｏｓδ６・・（２）また、ａｆａＤｒａであれば、ａｔ
≦Ｄｒａ”であるから、前記（１１，（２＋式より、 Ｄｃｒ”＋　Ｒｂ　”　　２　ＤｃｒＲｂ　ｃｏｓδ≦
Ｄ　ｃｒ”　＋　（Ｒａ十Ｒｂ）２２Ｄｃｒ　（Ｒａ＋
Ｒｈ）ｃｏｓδ。

となり、上記の式を整理すると、 ｃｏｓδ。≦（２Ｒｂ＋Ｒａ）／２Ｄｃｒ・・１３）δ
。≧ｃｏｓ−’　（（２Ｒｂ＋Ｒａ）／２Ｄｃｒ）とな
る。

上記（３）式を（１）式に代入すると、Ｄｒａ２≧Ｄｃ
ｒ”−Ｒｂ　（Ｒａ＋Ｒｂ）となるから、 Ｄｒａ≧　（Ｄｃｒ２−　Ｒｂ　　（Ｒａ　＋　Ｒｂ）
　）　””となる。

以上のように、線分Ｑｒ−Ｊ６≦Ｄｒａの関係を得るに
は、ロッカアーム３の揺動中心Ｏｒとカムフォロワー６
の曲率中心Ｏａとの距離Ｄｒａが、Ｄｒａ≧（Ｄｃｒ２
−Ｒｂ　（Ｒａ　＋Ｒｂ）　）　””なる関係を満足す
るようにするか、又は、ＺＯｒＯＣＪ６即ちδ。が、 δ０≧ｃｏｓ−’　（（２Ｒｂ　＋　Ｒａ）　／　２　
Ｄｃｒ）となるようにすれば良い。

揺動中心Ｏｒとカム７の回転中心ＯＣとの距離Ｄｃｒ、
カムフォロワー６の曲率半径をＲａ及びカム７の基円半
径Ｒｂは、一定値であるから上記の式に基づき距離Ｄｒ
ａ若しくは角度δ。を設定することができる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、リフト途上におい
てカムフォロワーの滑り率が無限大に発散することがな
く、カムフォロワーの偏摩耗を回避できるため、長期に
亘って安定した動弁作動を得ることができるようになる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における寸法関係を示す構成
図、第２図は本発明にかかる寸法関係を導き出すための
寸法関係図、第３図は従来例を示す構成図、第４図は従
来の寸法関係を示す構成図である。 ３・・・ロッカアーム　　４・・・吸・排気弁　　５・
・・ステムエンド　　６・・・カムフォロワー　　７・
・・カム　　Ｏｒ・・・ロッカアーム揺動中心　　Ｊ・
・・カムとカムフォロワーとの接点　　Ｊｏ・・・Ｏｒ
から最大距離の接点　　Ｏａ・・・カムフォロワーの曲
率中心 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロッカアームの中央部をシリンダヘッド上に揺動自在に
   支持すると共に、該ロッカアームの一端を吸・排気弁の
   ステムエンドに係合させ、他端に形成したカムフォロワ
   ーに係合させたカムの回転によりロッカアームを揺動さ
   せて吸・排気弁を開閉駆動するようにした内燃機関の動
   弁装置において、前記ロッカアームの揺動中心から前記
   カムとカムフォロワーとの接点までの最大距離が、ロッ
   カアーム揺動中心からカムフォロワーの曲率中心までの
   距離以下となるように設定したことを特徴とする内燃機
   関の動弁装置。