(57)【要約】【課題】動弁装置が備えるスプリングの共振現象を抑える。【解決手段】シリンダヘッドに摺動自在に取り付けられるバルブステム３２と、バルブステム３２に連なってポートを開閉する傘部と、を備える吸気バルブ１８と、バルブステム３２に取り付けられ、吸気バルブ１８を付勢するバルブスプリング３４の一端を支持するリテーナ３６と、を有し、リテーナ３６には空洞部７３が形成され、空洞部７３には鉄粉８０が収容される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドのポートを開閉する動弁装置であって、
前記シリンダヘッドに摺動自在に取り付けられる軸部と、前記軸部に連なって前記ポートを開閉する傘部と、を備えるバルブと、
前記バルブの前記軸部に取り付けられ、前記バルブを付勢するスプリングの一端を支持するリテーナと、
を有し、
前記リテーナには空洞部が形成され、前記空洞部にはウェイトが収容される、
動弁装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動弁装置において、
前記空洞部は、前記軸部を囲う環状である、
動弁装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の動弁装置において、
前記ウェイトは、粉粒体である、
動弁装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の動弁装置において、
前記ウェイトは、液体である、
動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッドのポートを開閉する動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関であるエンジンには、燃焼室のポートを開閉する吸気バルブや排気バルブが設けられている。また、吸気バルブや排気バルブの軸部であるバルブステムにはリテーナが取り付けられており、リテーナによってバルブスプリングの一端が支持されている（特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−１０７１２号公報
【特許文献２】実開昭６１−６２２０５号公報
【特許文献３】実開昭５９−１０２９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、吸気バルブや排気バルブを適切に開閉させるためには、伸縮を繰り返すバルブスプリングの共振現象を抑えることが必要である。この共振現象を抑えるためには、カムプロフィルを変更することや、バルブスプリングのバネ係数を変更すること等が必要であるが、これらを大きく変更することは困難であった。このため、カムプロフィルやバルブスプリングのバネ係数等を大きく変更することなく、バルブスプリングの共振現象を抑えることが求められている。
【０００５】
本発明の目的は、動弁装置が備えるスプリングの共振現象を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の動弁装置は、シリンダヘッドのポートを開閉する動弁装置であって、前記シリンダヘッドに摺動自在に取り付けられる軸部と、前記軸部に連なって前記ポートを開閉する傘部と、を備えるバルブと、前記バルブの前記軸部に取り付けられ、前記バルブを付勢するスプリングの一端を支持するリテーナと、を有し、前記リテーナには空洞部が形成され、前記空洞部にはウェイトが収容される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、リテーナに形成される空洞部にウェイトを収容することにより、ウェイトによってリテーナの質量を調整することができ、スプリングの共振現象を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態である動弁装置を備えたエンジンの一例を示す図である。
【図２】シリンダヘッドの内部構造の一例を示す断面図である。
【図３】（Ａ）は動弁装置の一部を示す断面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）の矢印Ｘ方向から動弁装置を示す平面図である。
【図４】（Ａ）はリテーナを単体で示した断面図であり、（Ｂ）は図４（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面図である。
【図５】リテーナを分解して示した断面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、リテーナに収容されるウェイトの他の例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態である動弁装置の一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
［エンジン構造］
図１は本発明の一実施の形態である動弁装置１０を備えたエンジン１１の一例を示す図である。なお、図示するエンジン１１は水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、他の形式のエンジンに対して後述する動弁装置１０を適用しても良い。
【００１１】
図１に示すように、エンジン１１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１２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１３と、一対のシリンダブロック１２，１３に支持されるクランク軸１４と、を有している。各シリンダブロック１２，１３に形成されるシリンダボア１５にはピストン１６が収容されており、このピストン１６にはコネクティングロッド１７を介してクランク軸１４が連結されている。また、各シリンダブロック１２，１３には、吸気バルブ１８および排気バルブ１９等からなる動弁装置１０を備えたシリンダヘッド２０，２１が組み付けられている。なお、シリンダヘッド２０，２１は、ヘッド本体２２、カムキャリア２３およびロッカーカバー２４等によって構成される。
【００１２】
［動弁装置］
図２はシリンダヘッド２０の内部構造の一例を示す断面図である。図２には、約９０°回転させた状態でシリンダヘッド２０が示されるとともに、ロッカーカバー２４を外した状態でシリンダヘッド２０が示されている。また、図３（Ａ）は動弁装置１０の一部を示す断面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の矢印Ｘ方向から動弁装置１０を示す平面図である。以下の説明では、一方のシリンダヘッド２０の構造について説明するが、他方のシリンダヘッド２１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。
【００１３】
図２に示すように、シリンダヘッド２０のヘッド本体２２には、燃焼室２５に吸入空気を案内する吸気ポート（ポート）３０が形成されるとともに、吸気ポート３０内に先端が突出するバルブガイド３１が設けられている。また、吸気側のバルブガイド３１には、吸気ポート３０を開閉する吸気バルブ（バルブ）１８が取り付けられている。この吸気バルブ１８は、バルブガイド３１に摺動自在に取り付けられるバルブステム（軸部）３２と、バルブステム３２に連なって吸気ポート３０を開閉する傘部３３と、を有している。また、バルブステム３２を囲むようにバルブスプリング（スプリング）３４が配置されており、バルブステム３２の端部３２ａにはコッタ３５およびリテーナ３６を介してバルブスプリング３４の一端が支持されている。つまり、吸気バルブ１８を閉方向に付勢するバルブスプリング３４の一端は、リテーナ３６によって支持されている。
【００１４】
すなわち、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、バルブスプリング３４の一端には円盤状のリテーナ３６が配置されており、リテーナ３６の中央に形成されるテーパ穴３７にはバルブステム３２が挿入されている。そして、リテーナ３６のテーパ穴３７とバルブステム３２のコッタ溝３８との間にコッタ３５を嵌合させることにより、バルブステム３２にはコッタ３５およびリテーナ３６を介してバルブスプリング３４の一端が支持されている。なお、図３（Ｂ）に示すように、リテーナ３６とバルブステム３２との間には、円弧状の断面を有する一対のコッタ３５が組み付けられている。
【００１５】
図２に示すように、カムキャリア２３には、吸気カム４０を備えたカムシャフト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、オートラッシュアジャスタ４３に支持される支点部４２ａと、カムシャフト４１の吸気カム４０に接触するローラ部４２ｂと、バルブステム３２にシムを介して接触するリフタ部４２ｃと、を備えている。このロッカーアーム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を介してバルブステム３２の往復運動に変換される。
【００１６】
同様に、シリンダヘッド２０のヘッド本体２２には、燃焼室２５からの排出ガスを案内する排気ポート（ポート）５０が形成されるとともに、排気ポート５０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、排気ポート５０を開閉する排気バルブ（バルブ）１９が取り付けられている。この排気バルブ１９は、バルブガイド５１に摺動自在に取り付けられるバルブステム（軸部）５２と、バルブステム５２に連なって排気ポート５０を開閉する傘部５３と、を有している。また、吸気バルブ１８と同様に、排気バルブ１９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（スプリング）５４が設けられており、バルブステム５２の端部５２ａには図示しないコッタおよびリテーナ５６を介してバルブスプリング５４の一端が支持されている。つまり、排気バルブ１９を閉方向に付勢するバルブスプリング５４の一端は、リテーナ５６によって支持されている。
【００１７】
また、カムキャリア２３には、排気カム６０を備えたカムシャフト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、オートラッシュアジャスタ６３に支持される支点部６２ａと、カムシャフト６１の排気カム６０に接触するローラ部６２ｂと、バルブステム５２にシムを介して接触するリフタ部６２ｃと、を備えている。このロッカーアーム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を介してバルブステム５２の往復運動に変換される。
【００１８】
［リテーナ構造］
前述した吸気バルブ１８や排気バルブ１９を適切に開閉させるためには、伸縮を繰り返すバルブスプリング３４の共振現象を抑えることが必要である。この共振現象を抑えるためには、吸気カム４０や排気カム６０のプロフィルを変更することや、バルブスプリング３４，５４のバネ係数を変更すること等が必要であるが、これらを大きく変更することは困難であった。そこで、図３（Ａ）に示すように、バルブスプリング３４を支持するリテーナ３６には空洞部７３が形成されており、この空洞部７３には所定量の鉄粉８０が収容されている。なお、以下の説明では、吸気バルブ１８に取り付けられるリテーナ３６の構造について説明するが、排気バルブ１９に取り付けられるリテーナ５６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。
【００１９】
図４（Ａ）はリテーナ３６を単体で示した断面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面図である。また、図５はリテーナ３６を分解して示した断面図である。図４および図５に示すように、リテーナ３６は、環状の収容溝７０を備えたリテーナ本体７１と、リテーナ本体７１に取り付けられるカバー部７２と、を有している。なお、リテーナ本体７１およびカバー部７２にはネジ部７１ａ，７２ａが形成されており、リテーナ本体７１とカバー部７２とは互いにネジ結合されている。また、図４（Ａ）に示すように、リテーナ本体７１の収容溝７０をカバー部７２によって覆うことにより、リテーナ３６内にはバルブステム３２を囲う環状の空洞部７３が形成されている。さらに、リテーナ３６の空洞部７３には、粉や粒の集合体である鉄粉（ウェイト，粉粒体）８０が収容されている。この空洞部７３に収容される鉄粉８０の総体積は、空洞部７３の容積よりも小さく設定されている。また、空洞部７３に収容される鉄粉８０の粒径については、特に限定されるものではないが、往復運動するリテーナ３６のバランスを良好に保つためには、空洞部７３内を自在に移動することのできる粒径が好ましい。そのため、空洞部７３に鉄粉８０が収容された場合であっても、空洞部７３には空間７４が残されている。なお、リテーナ３６を構成するリテーナ本体７１およびカバー部７２は、鉄鋼、アルミニウム、チタニウム等の金属材料を用いて形成される。
【００２０】
前述したように、リテーナ３６内の空洞部７３に鉄粉８０を封入したので、鉄粉８０の封入量を変更するだけで、リテーナ３６の質量を簡単に変更することが可能である。このように、鉄粉８０を用いてリテーナ３６の質量を変更することにより、バルブスプリング３４、リテーナ３６および吸気バルブ１８からなる振動系の固有振動数を変更することができる。これにより、カムシャフト４１による加振入力の振動数の整数倍から振動系の固有振動数を外すことができ、振動系つまりバルブスプリング３４の共振現象を回避することができる。しかも、リテーナ３６はバルブスプリング３４に接触することから、リテーナ３６の質量を変更することにより、バルブスプリング３４を含む振動系の固有振動数を適切に変更することができる。また、リテーナ３６内に鉄粉８０を収容する構造であることから、外形形状を変更せずにリテーナ３６の質量を調整することができるため、動弁装置１０を設計する際の自由度を高めることができる。
【００２１】
図示する例では、リテーナ本体７１とカバー部７２とを互いにネジ結合しているが、これに限られることはない。例えば、リテーナ本体７１とカバー部７２とを摩擦圧接しても良く、リテーナ本体７１とカバー部７２とを溶接しても良い。
【００２２】
［ウェイト］
前述の説明では、リテーナ３６の空洞部７３に収容するウェイトとして、鉄粉８０を用いているが、これに限られることはなく、ウェイトして珪砂や酸化アルミニウム等の粉粒体を使用しても良い。また、リテーナ３６に封入されるウェイトとしては、鉄粉８０などの粉粒体に限られることはなく、液体等の他の物体をウェイトとして使用しても良い。ここで、図６（Ａ）〜（Ｃ）はリテーナ３６に収容されるウェイトの他の例を示す図である。
【００２３】
図６（Ａ）に示すように、リテーナ３６の空洞部７３に収容するウェイトとして、液体であるエンジンオイル８１を使用しても良い。また、リテーナ３６の空洞部７３に収容するウェイトとして、液体であるシリコーンオイル等を使用しても良く、運転時の温度上昇によって液化するナトリウムを使用しても良い。このように、ウェイトとしてエンジンオイル８１等の液体を使用する場合であっても、リテーナ３６の質量を自在に調整することができる。また、空洞部７３に収容されるウェイトつまりエンジンオイル８１等の総体積は、空洞部７３の容積よりも小さく設定されている。さらに、エンジンオイル８１等の液体は、空洞部７３内を自在に移動することから、往復運動するリテーナ３６のバランスを良好に保つことができる。
【００２４】
また、図６（Ｂ）に示すように、リテーナ３６の空洞部７３に収容するウェイトとして、金属材料等を用いて形成されるウェイト片８２を使用しても良い。なお、ウェイト片８２の大きさや形状としては、如何なる大きさや形状であっても良いが、往復運動するリテーナ３６のバランスを良好に保つためには、空洞部７３内を自在に移動することのできる大きさや形状が好ましい。さらに、図６（Ｃ）に示すように、リテーナ３６の空洞部７３に収容するウェイトとして、金属材料等を用いて形成される環状のリング部材８３を使用しても良い。
【００２５】
［他の実施形態］
図２に示した例では、吸気バルブ１８毎に１つのバルブスプリング３４を取り付けており、排気バルブ１９毎に１つのバルブスプリング５４を取り付けているが、これに限られることはなく、吸気バルブ１８や排気バルブ１９毎に、２つのバルブスプリングを取り付けても良い。ここで、図７は本発明の他の実施の形態である動弁装置９０の一部を示す断面図である。図７において、図３（Ａ）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。
【００２６】
図７に示すように、動弁装置９０には、吸気バルブ１８や排気バルブ１９のバルブステム３２，５２を囲むように、２つのバルブスプリング（スプリング）９１，９２が設けられている。つまり、動弁装置９０には、バルブスプリングとして、巻き径の小さなインナスプリング９１および巻き径の大きなアウタスプリング９２が設けられている。このように、吸気バルブ１８や排気バルブ１９毎に、２つのバルブスプリング９１，９２を組み付ける場合であっても、リテーナ３６に空洞部７３を形成して鉄粉８０等のウェイトを収容することにより、前述した動弁装置１０と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
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。前述の説明では、リテーナ３６，５６に対して１つの空洞部７３を形成しているが、これに限られることはなく、リテーナ３６，５６に対して複数の空洞部を形成しても良い。また、前述の説明では、吸気バルブ１８に取り付けられるリテーナ３６と、排気バルブ１９に取り付けられるリテーナ５６との双方に、空洞部７３を形成して鉄粉８０等のウェイトを収容しているが、これに限られることはない。例えば、リテーナ３６，５６の一方だけに鉄粉８０等のウェイトを収容しても良く、リテーナ３６，５６の一方だけに空洞部７３を形成しても良い。また、リテーナ３６，５６の空洞部７３に収容するウェイトとして、粉粒体や液体等を組み合わせて使用しても良い。また、図示する動弁装置１０は、ロッカーアーム４２，６２を用いてバルブステム３２，５２を押し込んでいるが、これに限られることはなく、バルブリフタを用いて直接的にバルブステム３２，５２を押し込むタイプであっても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１０    動弁装置
１８    吸気バルブ（バルブ）
１９    排気バルブ（バルブ）
２０，２１    シリンダヘッド
３０    吸気ポート（ポート）
３２    バルブステム（軸部）
３３    傘部
３４    バルブスプリング（スプリング）
３６    リテーナ
５０    排気ポート（ポート）
５２    バルブステム（軸部）
５３    傘部
５４    バルブスプリング（スプリング）
５６    リテーナ
７３    空洞部
８０    鉄粉（ウェイト，粉粒体）
８１    エンジンオイル（ウェイト，液体）
８２    ウェイト片（ウェイト）
８３    リング部材（ウェイト）
９０    動弁装置
９１    インナスプリング（バルブスプリング，スプリング）
９２    アウタスプリング（バルブスプリング，スプリング）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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