WO2014033910A1 - 内燃機関の直動型バルブリフタ - Google Patents

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cam sliding
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眞 安池
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日鍛バルブ株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L1/12Transmitting gear between valve drive and valve
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    • F01L1/143Tappets; Push rods for use with overhead camshafts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
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    • F01L1/02Valve drive
    • F01L1/04Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047Camshafts
    • F01L1/053Camshafts overhead type
    • F01L1/0532Camshafts overhead type the cams being directly in contact with the driven valve
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2307/00Preventing the rotation of tappets

Definitions

  • the present invention relates to a cylindrical direct acting valve lifter constituting a valve mechanism of an internal combustion engine. Of these, the present invention is directed to a valve lifter with a variable lift mechanism.
  • This type is a valve unit that operates by switching the high lifter part with the high lift cam sliding contact surface and the low lifter part with the low lift cam sliding contact surface to the cam unit that integrates the high lift cam and the low lift cam.
  • the lift amount (valve opening amount) can be adjusted in two steps, high and low. In general, when the lift amount is high, the efficiency is high at a high rotation speed, but the efficiency decreases at a low rotation speed. When the lift amount is low, the efficiency is low and the rotation efficiency is good, but the efficiency decreases at a high rotation speed. From this, the lift amount of the valve is switched between a high lift amount for high rotation and a low lift amount for low rotation corresponding to the high rotation range and low rotation range of the internal combustion engine.
  • ⁇ A valve lifter with a variable lift mechanism with such a mechanism is required to have a certain direction with respect to the cam unit.
  • the second reason is the prevention of misalignment of the oil supply path.
  • the cam switch mechanism of the valve lifter is operated by supplying hydraulic pressure from the engine side, but when the valve lifter rotates and faces in a different direction, the oil supply port on the engine side and the oil receiving port on the valve lifter side are positioned. The oil supply will be hindered and the cam switching mechanism will not operate normally.
  • valve lifter is required to have a certain direction with respect to the cam unit, that is, the direction of the valve lifter is required. This has been realized by providing a means for preventing the valve lifter from rotating.
  • a pin 102 protrudes from the side surface of the valve lifter 101 and engages with a vertical groove 104 formed on the inner periphery of the cylinder bore 103.
  • the pin 101 and the longitudinal groove 104 are a means for preventing the valve lifter 101 from rotating.
  • Reference numeral 105 in FIG. 14 denotes a center lifter that moves forward and backward by the oil pressure of the oil passage 106. When the center lifter is at the retracted position shown in FIG. 110 slidably contacts. As a result, the valve 111 opens and closes with a low lift amount.
  • Such conventional anti-rotation means not only requires complicated processing such as formation of vertical grooves and attachment of pins and is complicated to manufacture, but also has a complicated structure and unavoidable deterioration of wear and durability. It also caused problems such as sound generation.
  • the problem to be solved by the present invention is how to realize the directionality of the valve lifter with a variable lift mechanism without such a complicated structure.
  • the cam sliding contact surface on which the high lift cam and the low lift cam are in sliding contact is formed on a smooth inclined surface, the cam sliding contact start point on the sliding contact surface is lower than the cam sliding contact end point, Provide an altitude difference.
  • both the high lift cam and the low lift cam always move the cam sliding contact surface from the lower one to the higher one along the inclination toward the cam sliding contact end point higher than the low cam sliding contact start point.
  • the cam sliding contact locus on the cam sliding contact surface is along the inclination direction of the cam sliding contact surface, so that the valve lifter does not receive a force around the reciprocating movement axis from the cam. For this reason, the direction of the valve lifter is constant.
  • the anti-rotation can be realized with a simple configuration in which the cam sliding contact surface is inclined, so that the number of parts can be reduced and the weight can be reduced. Since there is no need to machine a vertical groove to prevent rotation on the cylinder bore side, machining costs can be reduced. Excellent effect.
  • Sectional view around a direct acting valve lifter for an internal combustion engine embodying the present invention 1 illustrates the internal mechanism of the valve lifter of FIG. 1 during low lift.
  • Operation explanatory diagram around the valve lifter of FIG. 1 illustrates the internal mechanism of the valve lifter of FIG. 1 during high lift.
  • FIG. 2 is an operation explanatory diagram for explaining a rotation direction of the valve lifter of FIG. 1 and shows a state viewed from a plane.
  • FIG. 2 is an operation explanatory diagram for explaining a rotation direction of the valve lifter of FIG.
  • 11 is a cylinder head of an automobile engine, and 12 is an intake port.
  • 13 is an intake valve
  • 14 is a valve stem
  • 15 is a valve lifter with a variable lift mechanism
  • 16 is a cam.
  • 16a is a high lift cam
  • 16b is a low lift cam.
  • Reference numeral 18 denotes a cylinder bore, which is closed by pressing the intake valve 13 against the intake port 12 by a coil spring 19 inside thereof.
  • the cam 16 (16a or 16b) pushes the valve lifter 15 downward against the coil spring 19 to open the intake valve 13.
  • Reference numeral 20 denotes a cam sliding contact surface of the valve lifter 15.
  • the cam 16 slides on this surface to push the valve lifter 15 and open the intake valve 13. By repeating this, the valve lifter 15 reciprocates linearly within the cylinder bore 18.
  • the cam lift contact surface 20 of the valve lifter 15 is provided with a high lifter portion 15a having a high lift cam slide contact surface 20a and low lifter portions 15b and 15b having low lift cam slide contact surfaces 20b and 20b (FIGS. 2 to 5). 5). These are arranged so that the low lifter portions 15b and 15b sandwich the high lifter portion 15a from the left and right, and when the hydraulic pin 21 penetrating the high lifter portion 15a moves hydraulically, the tip is inserted into the low lifter portion 15b ( 4), the high lifter portion 15a and the left and right low lifter portions 15b and 15b are integrated (FIG. 5). When the hydraulic pin 21 comes out of the low lifter portion 15b (FIG. 2), the high lifter portion 15a and the low lifter portion 15b are separated, and the high lifter portion 15a freely moves up and down with respect to the low lifter portion 15b (FIG. 3).
  • the high lift cam 16a does not push down the valve lifter 15 even when it comes into contact with the high lift cam sliding contact surface 20a.
  • the low lift cam 16b comes into contact with the low lift cam sliding contact surface 20b and pushes down the low lifter portion 15b, so that the valve lifter 15 operates with a low lift amount.
  • the high lifter portion 15a is integrated with the low lifter portion 15b, and the high lift cam 16a contacts the high lift cam sliding contact surface 20a to push down the valve lifter 15. As a result, the valve lifter 15 operates with a high lift amount.
  • 22 is a hydraulic oil receiving port
  • 23 is an operating pin that pushes the hydraulic pin
  • 24 is an initial position of the high lifter portion 20a (a position where the high lift cam slide contact surface 20a and the low lift cam slide contact surface 20b are aligned at the same level).
  • the cam sliding contact surface 20 (the high lift cam sliding contact surface 20a and / or the low lift cam sliding contact surface 20b) of the present invention has a smooth inclined surface.
  • the cam 16 (the high lift cam 16 a or the low lift cam 16 b) first makes point contact with a high portion H that is off the center of the cam sliding contact surface 20. Assuming that this point is a cam sliding contact start point A, the cam 16 slides on the surface of the cam sliding contact surface 20 along with its rotation and leaves the cam sliding contact surface 20 at the cam sliding contact end point B (FIG. 7).
  • the valve lifter 15 moves in the direction from point A to point B, that is, in the direction indicated by the arrow in FIG. ). In other words, the valve lifter 15 receives a clockwise rotational force from the cam 16.
  • the valve lifter 15 rotates and the cam sliding contact start point A reaches the low point L of the cam sliding contact surface 20, the frictional resistance of the cam 16 from point A to point B is orthogonal to the center line of the valve lifter 15 and rotates the valve lifter 15. The force is lost and the rotation of the valve lifter 15 stops.
  • the cam sliding contact surface 20 exhibits an inclined surface, so that the cam sliding contact start point is a low portion L of the cam sliding contact surface 20 regardless of the rotation direction of the cam 16.
  • the rotation of the valve lifter 15 stops.
  • the inclined surface of the cam sliding contact surface 20 is not limited to a flat surface (FIG. 11). Either crowning (FIG. 9) or inverse crowning (FIG. 10) may be used. In short, the cam sliding contact start point should be lower than the cam sliding contact end point, and there should be an altitude difference between the two points.
  • FIG. 10 shows an example of reverse crowning even when the cam sliding contact surface 20 is the same crowning. That is, the cam sliding contact surface 20 is formed with a downward slope surface 27 on the left half and a horizontal surface 28 on the right half from the center.
  • the boundary between the descending slope surface 27 and the horizontal surface 28 is continuously connected with a loose curved surface, and the entire cam sliding contact surface 20 forms a reverse crowning with a low center. Also in the example of reverse crowning, the cam sliding contact start point settles at a position lower than the cam sliding contact end point.
  • the height difference between the two points needs to exceed 15 ⁇ m at the minimum, and preferably 30 ⁇ m or more.
  • FIG. 12 shows an example in which a low lifter portion 30 is arranged inside an annular high lifter portion 29, and FIG. 13 shows an example in which arc-shaped low lifter portions 32 and 32 are arranged on the left and right sides of a rectangular high lifter portion 31. is there. Both examples are included in the cam sliding contact surface of the present invention.
  • the present invention can be widely used for valve lifters with a variable lift mechanism incorporated in internal combustion engines such as automobiles and industrial vehicles.
  • 11 is a cylinder head
  • 12 is an intake port
  • 13 is an intake valve
  • 14 is a valve stem
  • 15 is a valve lifter
  • 16 is a cam
  • 18 is a cylinder bore
  • 19 is a coil spring
  • 20 is a cam sliding contact surface
  • A is a cam sliding contact start point.
  • B is cam slide contact end point

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Abstract

可変リフト機構付バルブリフタはカムユニットに対し一定の方向をなすことが要求されるが、これを従来の縦溝とピンの嵌合のような余計な加工を必要とする方法によらずに、簡易な構成で達成する。高リフトカムや低リフトカムが摺接するバルブリフタのカム摺接面を滑らかな傾斜面に形成し、当該摺接面におけるカム摺接開始地点をカム摺接終了地点よりも低くし、両地点間に高度差を設ける。これにより高リフトカムも低リフトカムも、常に、低いカム摺接開始地点より高いカム摺接終了地点に向け、傾斜に沿って低い方から高い方へカム摺接面を移動するから、バルブリフタはカムから往復動軸線回りの力を受けない。このためバルブリフタの方向が一定となる。

Description

内燃機関の直動型バルブリフタ
 本発明は内燃機関の動弁機構を構成する円筒形の直動型バルブリフタに関する。そのうち本発明が対象とするのは、可変リフト機構付バルブリフタである。
 この形式のものは、高リフトカムと低リフトカムが一体化したカムユニットに対し、高リフトカム摺接面をもつ高リフタ部と低リフトカム摺接面をもつ低リフタ部を切替えて動作することで、バルブのリフト量(開弁量)を高低の二段階に調整できる構造になっている。一般に高リフト量のときは高回転で効率が良いが低回転時に効率が低下し、低リフト量のときは低回転で効率が良いが高回転時に効率が低下する。このことから内燃機関の高回転域と低回転域に対応して、バルブのリフト量を高回転向きの高リフト量と低回転向きの低リフト量とに切替えるのである。
 このような仕組みの可変リフト機構付バルブリフタはカムユニットに対し一定の方向をなすことが要求される。
 その理由の一はカムとバルブリフタの衝突防止である。もしバルブリフタが往復動軸線の回りに回転し向きが変わると、高リフタ部が定位置からずれ、低リフトカムで運転するとき、高リフトカムが高リフタ部から外れて低リフタ部に激突し破壊することになる。
 理由の二はオイル供給経路の位置ずれ防止である。この形式ではバルブリフタのカム切替機構をエンジン側から油圧を供給して操作するが、バルブリフタが回転してその向きが違う方向に向くと、エンジン側のオイル供給口とバルブリフタ側のオイル受け口の位置がずれて、オイルの供給に支障を来たし、カム切替機構が正常に動作しなくなる。
 これらの理由から、バルブリフタがカムユニットに対し一定の方向をなすこと、すなわちバルブリフタの方向性が要求されるのであるが、これを従来はバルブリフタに回り止め手段を講じることにより実現していた。
 たとえば図14(特許文献1の図1)では、バルブリフタ101の側面にピン102を突き出し、これをシリンダボア103の内周に形成した縦溝104に係合する。このピン101と縦溝104がバルブリフタ101の回り止め手段である。
 図14の105は油路106の油圧で前進後退するセンタリフタで、図14に示す後退位置にあるとき、高リフト用センタカム108はスリット107を通過して空打ちとなり、低リフトカム109が低リフタ部110に摺接する。その結果、バルブ111は低リフト量で開閉する。他方、センタリフタ105がスリット107に進出して前進位置にあれば、高リフトカム108がセンタリフタ105の外周面に摺接してバルブ110が高リフト量で開閉する。
 このような可変リフト機構付のバルブリフタにおいては、図14とは逆に、ピン102をボア側に、縦溝104をバルブリフタ側に、それぞれ設けても図11の例と同効で、どちらの例においても、ピンが縦溝に沿うことでバルブリフタの回り止めが実現される。
特許4829562号公報
 このような従来の回り止め手段は、縦溝の形成やピンの取り付けなど余計な加工が必要で製造が煩雑であるばかりでなく、構造も複雑で磨耗や耐久性の低下が避けられず、異音発生等の不具合の原因にもなっていた。
 本発明が解決しようとする課題は、如何にこのような複雑な構造なしで可変リフト機構付バルブリフタの方向性を実現するか、である。
 本発明では、高リフトカムや低リフトカムが摺接するカム摺接面を滑らかな傾斜面に形成し、当該摺接面におけるカム摺接開始地点をカム摺接終了地点よりも低くし、両地点間に高度差を設ける。
 本発明では、高リフトカムも低リフトカムも、常に、低いカム摺接開始地点より高いカム摺接終了地点に向け、傾斜に沿って低い方から高い方へカム摺接面を移動する。その結果、カム摺接面におけるカムの摺接軌跡がカム摺接面の傾斜方向に沿うことから、バルブリフタはカムから往復動軸線回りの力を受けない。このためバルブリフタの方向が一定となる。
 このように本発明によれば、従来の回り止め手段と違い、カム摺接面を傾斜加工するだけのシンプルな構成で回り止めが実現できるので、部品点数が削減できて軽量化ができる、またシリンダボア側に回転防止用の縦溝などを加工する必要がないため加工費が低減できる、さらに、組み付けも簡単で製造が容易で磨耗や異音発生のおそれがなく信頼性が向上する、などの優れた効果を奏する。
本発明を実施した内燃機関用直動型バルブリフタ周辺の断面図 低リフト時における図1のバルブリフタの内部機構説明図 図2のバルブリフタ周辺の動作説明図 高リフト時における図1のバルブリフタの内部機構説明図 図4のバルブリフタ周辺の動作説明図 図1のバルブリフタの回転方向を説明するための作用説明図であり、バルブリフタを正面から見た状態を表す。 図1のバルブリフタの回転方向を説明するための作用説明図であり、平面から見た状態を表す。 図1のバルブリフタの回転方向を説明するための作用説明図であり、平面から見た状態を表す。 本発明を実施したバルブリフタの各種カム摺接面の断面図で、カム摺接面がクラウニングの例を示す。 本発明を実施したバルブリフタの各種カム摺接面の断面図で、逆クラウニングの例を示す。 本発明を実施したバルブリフタの各種カム摺接面の断面図で傾斜した平面の例を示す。 本発明を実施したバルブリフタの異なる例の斜視図 本発明を実施したバルブリフタの異なる例の斜視図 従来例のバルブリフタ周辺の断面図
 図1において、11は自動車用エンジンのシリンダヘッドで、12は吸気ポートを示す。13は吸気バルブ、14はバルブステム、15は可変リフト機構付のバルブリフタ、16はカムである。そのうち16aは高リフトカムで16bは低リフトカムを示す。これらは共通のカムシャフト17に一体的に取り付けられてユニット化されている。
 18はシリンダボアで、その内側のコイルバネ19により吸気バルブ13を吸気ポート12に押し付けて閉じる。カム16(16aまたは16b)はバルブリフタ15をコイルバネ19に抗して図中下方に押し、吸気バルブ13を開く。20はバルブリフタ15のカム摺接面で、ここをカム16が摺接してバルブリフタ15を押し、吸気バルブ13を開く。これを反復し、バルブリフタ15はシリンダボア18内を直線往復動する。
 バルブリフタ15のカム摺接面20には、高リフトカム摺接面20aを有する高リフタ部15aと低リフトカム摺接面20b、20bを有する低リフタ部15b、15bが配備されている(図2~図5)。これらは高リフタ部15aを左右から低リフタ部15b、15bが挟むように配置されていて、高リフタ部15aを横に貫く油圧ピン21が油圧で移動すると先端が低リフタ部15bに挿入し(図4)、高リフタ部15aと左右の低リフタ部15b、15bが一体化する(図5)。油圧ピン21が低リフタ部15bから抜けると(図2)、高リフタ部15aと低リフタ部15bが切り離され、高リフタ部15aは低リフタ部15bに対し自由に昇降する(図3)。
 このことから明らかなように、図3の状態では、高リフトカム16aは高リフトカム摺接面20aに接してもバルブリフタ15を下押しせず、いわゆる空打ち状態となる。その結果、低リフトカム16bが低リフトカム摺接面20bに接して低リフタ部15bを押し下げ、バルブリフタ15は低リフト量の作動となる。他方、図5の状態では、高リフタ部15aが低リフタ部15bと一体化し、高リフトカム16aが高リフトカム摺接面20aに接してバルブリフタ15を押し下げる。その結果、バルブリフタ15は高リフト量の作動となる。
 図中、22は油圧のオイル受け口、23は油圧ピン21を押す作動ピン、24は高リフタ部20aを初期位置(高リフトカム摺接面20aと低リフトカム摺接面20bが同じレベルに並ぶ位置)に戻す復帰バネである。
 しかして本発明のカム摺接面20(高リフトカム摺接面20a及び/または低リフトカム摺接面20b)は滑らかな傾斜面を呈している。
 このため、図6に示すように、カム16(高リフトカム16aまたは低リフトカム16b)は最初にカム摺接面20の中心から外れた高い箇所Hに点接触する。この箇所をカム摺接開始地点Aとすると、カム16はその回転に伴いカム摺接面20の面上を摺接しつつカム摺接終了地点Bでカム摺接面20から離れる(図7)。点AとBを結ぶ線分はカム摺接面20の中心から外れているため、バルブリフタ15はカム16の摩擦抵抗により、点Aから点Bへ向かう方向、すなわち図7の矢印方向(時計方向)に回転する。換言するとバルブリフタ15はカム16から時計方向の回転力を受ける。バルブリフタ15が回転しカム摺接開始地点Aがカム摺接面20の低い箇所Lに到達すると、点Aから点Bへ向かうカム16の摩擦抵抗はバルブリフタ15の中心線に直交しバルブリフタ15の回転力が失われ、バルブリフタ15の回転が停止する。
 このことはカム16が逆方向に回転する場合も同様である。
 回転が逆方向の場合は、カム摺接開始地点が図8の点Bとなり、カム摺接終了地点が点Aとなる。このときのカム16の摩擦抵抗は点Bから点Aへ向かう方向に作用し、これによりバルブリフタ15は図8の矢印方向(反時計方向)に回転する。その結果、カム摺接開始地点Bがカム摺接面20の低い箇所Lに到達すると、バルブリフタ15の回転力が失われ、バルブリフタ15の回転が停止する。
 これらから明らかなとおり、本発明によれば、カム摺接面20が傾斜面を呈していることで、カム摺接開始地点がカム16の回転方向に関係なくカム摺接面20の低い箇所Lに落ち着き、バルブリフタ15の回転が停止する。
 カム摺接面20の傾斜面は平面(図11)に限らない。クラウニング(図9)でも逆クラウニング(図10)のいずれでもよい。要はカム摺接開始地点をカム摺接終了地点よりも低くし、両地点間に高度差があればよい。
 図9のクラウニングの例では、中心から左半分が水平面25で、右半分が下り勾配面26に形成されている。水平面25と下り勾配面26の境界はゆるい曲面で連続的に繋がり、カム摺接面全体は中高のクラウニングを成している。このため最終的には、カム16がカム摺接面20に接触しはじめるカム摺接開始地点Aが、カム16がカム摺接面20から離れるカム摺接終了地点Bより低い位置に落ち着く。
 図10はカム摺接面20が同じクラウニングでも逆クラウニングの例である。すなわち、カム摺接面20が、中心から左半分が下り勾配面27で、右半分が水平面28に形成されている。下り勾配面27と水平面28の境界はゆるい曲面で連続的に繋がり、カム摺接面20の全体は中央が低い逆クラウニングを成している。
 逆クラウニングの例においても、カム摺接開始地点はカム摺接終了地点より低い位置で落ち着く。
 両地点の高度差はバルブリフタが外径30mmの場合、最低で15μmを越える必要があり、30μm以上が好ましい。計算上、平均勾配は最低で
(0.015/30)×100=0.05%以上である。
 ところで可変リフト機構付のバルブリフタには、高リフトカム摺接面を有する高リフタ部と低リフトカム摺接面を有する低リフタ部の配置が異なるものが存在する。
 図12は環状の高リフタ部29の内側に低リフタ部30が配置された例で、図13は長方形の高リフタ部31の左右に円弧状の低リフタ部32,32が配置された例である。本発明のカム摺接面には、これらどちらの例も含まれる。
 本発明は自動車、産業用車両などの内燃機関に組み込まれている可変リフト機構付バルブリフタに広く利用できる。
 11はシリンダヘッド、12は吸気ポート、13は吸気バルブ、14はバルブステム、15はバルブリフタ、16はカム、18はシリンダボア、19はコイルバネ、20はカム摺接面、Aはカム摺接開始地点、Bはカム摺接終了地点

Claims (3)

  1.  カム摺接面の傾斜面がバルブリフタ往復動方向に直交する平面に対し傾斜した平面であり、且つ、当該カム摺接面上のカム摺接開始地点がカム摺接終了地点よりも低いことを特徴とする円筒形の直動型バルブリフタ。
  2.  カム摺接面の傾斜面がクラウニングに加工され、且つ、当該カム摺接面上のカム摺接開始地点がカム摺接終了地点よりも低いことを特徴とする円筒形の直動型バルブリフタ。
  3.  カム摺接面の傾斜面が逆クラウニングに加工され、且つ、当該カム摺接面上のカム摺接開始地点がカム摺接終了地点よりも低いことを特徴とする円筒形の直動型バルブリフタ。
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