JP2010281295A - Valve gear of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブリフター(タペット)を介して機関弁を開閉作動させる内燃機関の動弁装置に関する。 The present invention relates to a valve operating apparatus for an internal combustion engine that opens and closes an engine valve via a valve lifter (tapet).
この種の従来の内燃機関の動弁装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献1に記載されたものが知られている。
As this type of conventional valve operating apparatus for an internal combustion engine, one described in the following
概略を説明すれば、前記動弁装置は、機関のクランクシャフトによって回転駆動される駆動軸と、吸気弁を開閉作動させる揺動カムを外周に有するカムシャフトと、前記揺動カムと吸気弁との間に介装されて、冠面に前記揺動カムのカム面が摺接する有蓋円筒状のバルブリフターと、前記駆動軸の外周に設けられた偏心カムの回転力を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達するリンク機構と、該リンク機構に連係して吸気弁のリフト特性を可変にする可変機構と、を備えている。 In brief, the valve operating apparatus includes a drive shaft that is rotationally driven by a crankshaft of an engine, a camshaft having an oscillating cam that opens and closes an intake valve, and the oscillating cam and the intake valve. And the rotational force of an eccentric cam provided on the outer periphery of the drive shaft is converted into a oscillating motion. A link mechanism for transmitting to the swing cam, and a variable mechanism for varying the lift characteristics of the intake valve in conjunction with the link mechanism.
また、前記揺動カムのカム面の幅方向の中心が、前記バルブリフターの冠部の中心に対して前記カムシャフトの軸方向へオフセット配置されている。 The center of the cam surface of the swing cam in the width direction is offset in the axial direction of the camshaft with respect to the center of the crown of the valve lifter.
これによって、機関運転中において前記バルブリフターがシリンダヘッドの摺動用孔内で円滑に回転して、冠面と揺動カムのカム面との偏摩耗の発生を抑制するようになっている。 As a result, during the engine operation, the valve lifter smoothly rotates in the sliding hole of the cylinder head, thereby suppressing the occurrence of uneven wear between the crown surface and the cam surface of the swing cam.
しかしながら、前記従来の動弁装置にあっては、前記吸気弁の回転については何ら考慮されておらず、したがって、該吸気弁の傘部(バルブフェース)が吸気ポートの開口端に設けられた円環状のバルブシートの同じ箇所に常に着座するようになっている。この結果、前記傘部とバルブシートとの間に偏摩耗などが発生するおそれがある。 However, in the conventional valve operating apparatus, no consideration is given to the rotation of the intake valve, and therefore the umbrella portion (valve face) of the intake valve is provided at the open end of the intake port. It is always seated at the same location on the annular valve seat. As a result, there is a risk that uneven wear or the like occurs between the umbrella portion and the valve seat.
本発明は、機関の駆動中にバルブリフターの他に、吸気弁や排気弁である機関弁をも回転させて、バルブシートとの間の偏摩耗などの発生を抑制し得る動弁装置を提供することを目的としている。 The present invention provides a valve operating apparatus that can suppress the occurrence of uneven wear with a valve seat by rotating an engine valve, which is an intake valve or an exhaust valve, in addition to a valve lifter during driving of the engine. The purpose is to do.
請求項1記載の発明は、とりわけ、バルブリフターの冠面の中心とカムのカム面の幅方向の中心を、カムシャフトの軸方向へオフセット配置すると共に、前記バルブリフターの突起部と前記機関弁のステムエンドの当接部を、機関弁のバルブステムの軸線に対してオフセット配置したことを特徴としている。 According to the first aspect of the present invention, in particular, the center of the crown surface of the valve lifter and the center of the cam cam surface in the width direction are offset in the axial direction of the camshaft, and the protrusion of the valve lifter and the engine valve The stem end contact portion is offset with respect to the axis of the valve stem of the engine valve.
請求項2に記載の発明は、前記機関弁のバルブステムの軸線と前記バルブリフターの冠部の中心を同一軸線上に配置すると共に、前記突起部の端面を球面状に形成し、該球面状の端面と前記機関弁のステムエンドの先端面との接点を前記バルブステムの軸線に対してオフセット配置したことを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, the axis of the valve stem of the engine valve and the center of the crown of the valve lifter are arranged on the same axis, and the end surface of the protrusion is formed into a spherical shape. The contact point between the end face of the engine valve and the tip end face of the stem end of the engine valve is offset with respect to the axis of the valve stem.
請求項3に記載の発明は、前記突起部をバルブリフターの冠部の中心とほぼ同軸上に配置すると共に、前記バルブリフターの円筒部の軸心を、前記摺動用孔を介してバルブステムの軸線に対してカムシャフトの軸方向へオフセット配置したことを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, the protruding portion is arranged substantially coaxially with the center of the crown portion of the valve lifter, and the shaft center of the cylindrical portion of the valve lifter is connected to the valve stem via the sliding hole. It is characterized in that it is arranged offset in the axial direction of the camshaft with respect to the axis.
本発明によれば、機関の駆動中において、バルブリフターの自由な回転が得られると共に、機関弁の自由な回転も得られることから、カムとバルブリフターの冠面との間の偏摩耗の発生を抑制できると共に、機関弁の傘部とバルブシートとの間の偏摩耗などの発生を抑制できる。 According to the present invention, during rotation of the engine, free rotation of the valve lifter can be obtained and free rotation of the engine valve can also be obtained, so occurrence of uneven wear between the cam and the crown surface of the valve lifter. And the occurrence of uneven wear between the umbrella portion of the engine valve and the valve seat can be suppressed.
以下、本発明にかかる内燃機関の動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。 Embodiments of a valve operating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
〔第1実施形態〕
図1〜図4は本発明の第1実施形態を示し、例えばV型6気筒の4サイクルガソリン機関の吸気側に適用したもので、シリンダヘッド1の上端部に図外の軸受を介して回転自在に支持されたカムシャフト2と、該カムシャフト2の外周に一体に設けられた一般的な卵型の駆動カム3と、シリンダヘッド1の内部に形成された図外の吸気ポートの燃焼室側の開口端を開閉する吸気弁4と、前記シリンダヘッド1の上端部に形成された摺動用孔5内に摺動自在に保持され、前記駆動カム3の回転力を前記吸気弁4に伝達するバルブリフター6と、を備えている。
[First embodiment]
1 to 4 show a first embodiment of the present invention, which is applied, for example, to the intake side of a V-type six-cylinder four-cycle gasoline engine, and rotates at the upper end of the
前記シリンダヘッド1は、例えばアルミ合金材によって形成され、前記摺動用孔5の上端部には図2、図4に示すように、前記駆動カム3回転時のカムノーズ部3bの逃げ部となる凹溝5aが形成されている。
The
前記カムシャフト2は、鋼材によって丸棒状に形成されて、機関の前後方向に延設され、一端部に設けられた図外の従動スプロケットに巻回されたチェーンを介してクランクシャフトから回転力が伝達されるようになっており、その回転数はクランクシャフトの1/2に設定されている。
The
前記駆動カム3は、吸気弁4にそれぞれ対応して設けられ、カムシャフト2の外周面に沿って形成された円筒状のベースサークル部3a、該ベースサークル部3aの外周面に突設されたカムノーズ部3bと、を有し、前記ベースサークル部3aとカムノーズ部3bの連続した外周面がカム面3cとして構成されている。
The
前記吸気弁4は、先端側に一体に形成されて、前記吸気ポートの開口端に固定された円環状のバルブシートに離着座する傘部と、該傘部の上端に一体に設けられて図外の円筒状バルブガイドを介してシリンダヘッド1に摺動自在に保持されたバルブステム4aと、を有している。
The
前記バルブステム4aの一端側には、バルブスプリング7の上端部を弾持する多段形状の円盤状スプリングリテーナ8が図外のコッタを介して一体的に固定されている。
A multi-stage disc-
前記バルブリフター6は、鋼材によって一体に形成され、外周面が前記摺動用孔5の内周面を摺動する円筒部9と、該円筒部9の上端部に一体に設けられた円盤状の冠部10と、該冠部10の冠面(上面)10aと反対側の裏面側に一体に設けられた突起部11と、を有している。
The
前記円筒部9は、外径が前記摺動用孔5の内径よりも僅かに小さく設定されて、機関の駆動時に、摺動用孔5の内周面に保持されつつ上下に摺動案内されるようになっている。前記冠部10の冠面10aには、機関の駆動時に前記駆動カム3のカム面3cが常時摺接するようになっている。
The outer diameter of the
前記突起部11は、ほぼ円柱状に形成されていると共に、球面状に形成された下端面11aに前記バルブスプリング7のばね力を介して前記吸気弁4のバルブステム4aのステムエンド4bの上端面が弾接しており、前記駆動カム3の回転によってバルブリフター6の冠部10と突起部11を介して吸気弁4に開作動力を伝達するようになっている。
The
そして、前記バルブリフター6の円筒部9は、図1に示すように、吸気弁4の閉弁時において、その中心線Xが前記駆動カム3のカム面3cの幅方向の中心線Yからカムシャフト2の軸方向へα分だけ僅かにオフセット配置されている。すなわち、例えばカムシャフト2の軸方向の位置を予め正規の位置よりもα分だけ僅かにずらして配置するか、あるいは、前記摺動用孔5の形成位置を予め正規の位置よりもα分だけカムシャフト2の軸方向へ僅かにずらして形成することによって、前記円筒部9の中心線Xとカム面3cの幅方向の中心線Yがカムシャフト2の軸方向にオフセット配置するようになっている。
As shown in FIG. 1, the
また、前記突起部11の下端面11aとバルブステム4aのステムエンド4bの上端面との当接位置(接点S)が、前記バルブステム4aの軸線Z(図1ではXと重なる)に対してカムシャフト2の軸方向にβ分だけオフセットしている。すなわち、前記突起部11は、その中心軸線Qが図1に示す状態で、冠部10の中心線Xよりもβ分だけ図中左側へ僅かに偏倚した位置に設けられており、これによって、前記当接部がバルブステム4aの軸線Zからβ分だけオフセットしている。
Further, the contact position (contact S) between the
したがって、この実施形態によれば、機関の運転中に、クランクシャフトによってカムシャフト2が回転して、図3及び図4に示すように、駆動カム3のカムノーズ部3b(カム面3c)が冠面10aを介してバルブリフター6を押し下げて吸気弁4に開弁力が作用する。そうすると、前記両者3c、10a間に発生した大きな摩擦力によってバルブリフター6に回転力が発生して該バルブリフター6が摺動用孔5内で一方向へ回転する。
Therefore, according to this embodiment, during operation of the engine, the
また、前記バルブリフター6が回転すると、突起部11の球面状下端面11aとバルブステム4aのステムエンド4bの上端面との接点Sが、バルブステム4aの軸線Zを中心に公転する。このため、前記両者の接点Sに作用する摩擦力によって吸気弁4に回転力が発生して、該吸気弁4を一方向へ安定的に回転させることができる。
When the valve lifter 6 rotates, the contact S between the spherical
以上のように、バルブリフター6の自由な回転によって、該バルブリフター6の冠面10aと駆動カム3のカム面3cとの間の偏摩耗が抑制される。
As described above, by the free rotation of the
また、前記吸気弁4の自由な回転が得られることから、傘部外周のフェース面と吸気ポート側のバルブシートとの間の偏摩耗も効果的に抑制することができる。
Further, since the
すなわち、従来技術のように、吸気弁4が回転しない場合は、前記吸気弁の傘部とバルブシートとの間に偏摩耗が発生し易くなって、バルブクリアランスに経時的な変化が発生し、この結果、機関の回転数が不安定になる。また、場合によっては、機関の爆発工程で両者の当接面(シール面)から燃焼ガスが漏れて燃焼不良を発生させる。
That is, as in the prior art, when the
本実施形態では、前述のように、吸気弁4が自由に回転することから、傘部とバルブシートとの当たり面が均一化するため、偏摩耗の発生が抑制でき、この結果、傘部(フェース面)の摩耗量が減少して耐久性の向上が図れる。
In the present embodiment, as described above, since the
一方、バルブシート側の当接面も、前記傘部のフェース面全体とまんべんなく接して、均一な当たりとなることから、かかる部位の摩耗量も減少して耐久性が向上する。 On the other hand, since the contact surface on the valve seat side is in contact with the entire face surface of the umbrella portion and is evenly contacted, the amount of wear at the portion is reduced and the durability is improved.
前記吸気弁4は、特に機関低回転域では回転しにくい傾向にあり、一般に低回転で使用されるディーゼル機関や、ガソリン機関でも低回転領域での使用頻度が多い場合には、前記偏摩耗が発生し易いが、本実施形態にように、簡単な構造でいわば強制的に吸気弁4を回転させることができるので、製造コストの抑制しつつディーゼル機関、ガソリン機関を問わず機関低回転域での偏摩耗を有効に抑制することが可能になる。
The
また、前記突起部11の下端面11aを球面状に形成したことによって、ステムエンド4bの上端面とのオフセット配置がし易くなると共に、接点Sが点接触になってバルブステム4aの軸線Zを中心に公転することから、該接点Sに作用する摩擦力によってバルブステム4aの回転伝達力が良好になって吸気弁4の回転性を高めることが可能になる。
Further, since the
さらに、吸気弁4の開弁期間中、常に前記接点Sがオフセットしているので、突起部11の回転により前記接点Sで吸気弁4を安定的に回転させることができる。
〔第2実施形態〕
図5〜図8は本発明の第2実施形態を示し、カムシャフト2や駆動カム3、バルブリフター6などの基本構造は第1実施形態と同様であるが、異なるところは、駆動カム3のカム面3cの幅方向の中心線Yと吸気弁4のバルブステム4a軸線Zを同軸線上に配置すると共に、この同軸線に対してバルブリフター6の円筒部9の中心線X(冠部10の中心)をオフセット配置したものである。
Furthermore, since the contact S is always offset during the opening period of the
[Second Embodiment]
5 to 8 show a second embodiment of the present invention. The basic structures of the
具体的に説明すれば、図5に示すように、吸気弁4の閉弁時において、バルブリフター6の冠部10の中心線X上に前記突起部11の軸線Qが同軸線上に配置されていると共に、かかる同軸上の前記中心線Xと軸線Qが、同軸上にある前記カム面3cの中心線Yとバルブステム4aの軸線Zに対してカムシャフト2の図中左方向へγ分だけオフセット配置されている。
More specifically, as shown in FIG. 5, when the
したがって、この実施形態も、機関の運転中に、クランクシャフトによってカムシャフト2が回転すると、図7及び図8に示すように、駆動カム3のカムノーズ部3b(カム面3c)が冠面10aを介してバルブリフター6を押し下げて吸気弁4に開弁力が作用する。そうすると、前記両者3c、10a間に発生した大きな摩擦力によってバルブリフター6に回転力が発生して該バルブリフター6が摺動用孔5内で一方向へ回転する。
Therefore, also in this embodiment, when the
また、前記バルブリフター6が回転すると、突起部11の球面状下端面11aとバルブステム4aのステムエンド4bの上端面との接点Sが、バルブステム4aの軸線Zを中心に公転する。このため、前記両者の接点Sに作用する摩擦力によって吸気弁4に回転力が発生して、該吸気弁4を一方向へ安定的に回転させることができる。
When the
したがって、第1実施形態と同様に、バルブリフター6の自由な回転によって、該バルブリフター6の冠面10aと駆動カム3のカム面3cとの間の偏摩耗が抑制されると共に、前記吸気弁4の自由な回転も得られることから、傘部外周のフェース面とバルブシートとの間の偏摩耗も効果的に抑制することができる。
Therefore, as in the first embodiment, the free rotation of the
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば動弁装置として前記従来技術として掲げた吸気弁の作動角やリフト量を可変にする可変動弁装置にも適用でき、また、前記一般的な駆動カムの他に、従来技術のような揺動カムを用いたものにも適用可能である。この揺動カムを用いる場合には、バルブリフターの回転方向が変化すると共に、吸気弁の回転方向も変化することになり、効果的には前記各実施形態と異なるところはない。 The present invention is not limited to the configuration of each of the embodiments described above, and can also be applied to a variable valve operating device that varies the operating angle and lift amount of the intake valve listed as the prior art as the valve operating device, for example. In addition to the general drive cam, the present invention can also be applied to those using a swing cam as in the prior art. When this swing cam is used, the rotation direction of the valve lifter changes and the rotation direction of the intake valve also changes, and there is no difference from the above embodiments effectively.
さらに、吸気弁の他に排気弁にも適用できることは勿論であり、全ての機関弁の他に一部の機関弁に適用することも可能である。 Furthermore, it can of course be applied to exhaust valves in addition to intake valves, and can be applied to some engine valves in addition to all engine valves.
また、前記突起部の下端面を球面状に形成したが、平坦面状に形成することも可能である。 Moreover, although the lower end surface of the protrusion is formed in a spherical shape, it can be formed in a flat surface shape.
1…シリンダヘッド
2…カムシャフト
3…駆動カム
4…吸気弁(機関弁)
4a…バルブステム
4b…ステムエンド
5…摺動用孔
6…バルブリフター
7…バルブスプリング
9…円筒部
10…冠部
11…突起部
11a…下端面
X…バルブリフター(円筒部)の中心線
Y…駆動カムのカム面の幅方向の中心線
Z…バルブステムの軸線
Q…突起部の中心線
DESCRIPTION OF
4a ...
Claims (3)
ステムエンドの先端面が前記バルブリフターの突起部の端面に当接しつつ開閉作動する機関弁と、
前記冠部の冠面をカム面で押圧するカムを有するカムシャフトと、
を備えた内燃機関の動弁装置であって、
前記バルブリフターの冠面の中心と前記カムのカム面の幅方向の中心を、前記カムシャフトの軸方向へオフセット配置すると共に、
前記バルブリフターの突起部と前記機関弁のステムエンドの当接部を、機関弁のバルブステムの軸線に対してオフセット配置したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 A cylindrical portion slidably in contact with the inner peripheral surface of the sliding hole formed in the cylinder head, a disc-shaped crown portion integrally formed at one axial end portion of the cylindrical portion, and a protrusion provided on the back side of the crown portion And a valve lifter comprising:
An engine valve that opens and closes while the tip end surface of the stem end is in contact with the end surface of the protrusion of the valve lifter;
A camshaft having a cam that presses a crown surface of the crown portion with a cam surface;
A valve operating apparatus for an internal combustion engine comprising:
The center of the crown surface of the valve lifter and the center in the width direction of the cam surface of the cam are offset in the axial direction of the cam shaft, and
2. A valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein a protruding portion of the valve lifter and an abutting portion of the stem end of the engine valve are arranged offset with respect to an axis of the valve stem of the engine valve.
前記機関弁のバルブステムの軸線と前記バルブリフターの冠部の中心を同一軸線上に配置すると共に、前記突起部の端面を球面状に形成し、該球面状の端面と前記機関弁のステムエンドの先端面との接点を前記バルブステムの軸線に対してオフセット配置したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 The valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The axis of the valve stem of the engine valve and the center of the crown of the valve lifter are arranged on the same axis, and the end surface of the projection is formed in a spherical shape, and the spherical end surface and the stem end of the engine valve A valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein a contact point with a tip surface of the internal combustion engine is offset with respect to an axis of the valve stem.
前記突起部をバルブリフターの冠部の中心とほぼ同軸上に配置すると共に、前記バルブリフターの円筒部の軸心を、前記摺動用孔を介してバルブステムの軸線に対してカムシャフトの軸方向へオフセット配置したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 The valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The protruding portion is arranged substantially coaxially with the center of the crown portion of the valve lifter, and the axial center of the cylindrical portion of the valve lifter is arranged in the axial direction of the camshaft with respect to the axis of the valve stem through the sliding hole. A valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein the valve operating apparatus is offset.
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