(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムの運動に対応して揺動するロッカーアームを備え、このロッカーアームに形成された孔部にプッシュロッドが挿入されており、前記ロッカーアームの揺動に伴い前記プッシュロッドが前進するとバルブスプリングの付勢力に抗してバルブを開く一方、前記プッシュロッドが後退すると前記バルブスプリングの付勢力により前記バルブを閉じるバルブ開閉機構であって、
前記プッシュロッドにサークリップが設けられている一方、前記プッシュロッドのヘッドと前記バルブにおけるステムエンドが当接しているとともに、
前記バルブの熱膨張による変位量を吸収する変位量吸収機構が設けられており、
この変位量吸収機構は、前記ロッカーアームにおける孔部に形成され、前記バルブから遠ざかる方向にいくにしたがって縮径するテーパ部と、前記プッシュロッドとの間に配置され、前記プッシュロッドの長手方向に沿って移動可能であるプッシュロッド拘束手段、および前記プッシュロッド拘束手段を受け部として、前記バルブスプリングの付勢力よりも弱い付勢力で前記プッシュロッドのヘッドを前記バルブ方向に付勢して、前記バルブの熱膨張による変位量を吸収するリターンスプリングを備えており、
前記バルブを開く際には、前記プッシュロッド拘束手段が、前記ロッカーアームに対して相対的に前記バルブから遠ざかる方向に移動して、前記ロッカーアームと前記プッシュロッドの間に挟まり、前記プッシュロッドが拘束された状態で前記ロッカーアームと一体となって前進し、
前記バルブを閉じる際には、前記プッシュロッド拘束手段が、前記ロッカーアームに対して相対的に前記バルブに近づく方向に移動して、前記プッシュロッドが非拘束状態となり、前記ロッカーアームが前記サークリップに当接して前記プッシュロッドが後退する構成としたことを特徴とするエンジンにおけるバルブ開閉機構。
【請求項２】
前記プッシュロッドに放熱ホールおよび放熱リブカットを形成し、前記放熱ホール内に冷却用オイルが流し込まれていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンにおけるバルブ開閉機構。
【請求項３】
前記変位量吸収機構が吸気側のバルブおよび排気側のバルブのそれぞれに対して設けられており、
前記排気側のバルブに対する変位量吸収機構の吸収量の方が、前記吸気側のバルブに対する変位量吸収機構の吸収量よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンにおけるバルブ開閉機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンにおけるバルブ開閉機構に係り、特に、タペットクリアランスの調整を不要としたエンジンにおけるバルブ開閉機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０（ａ）に示すように、自動車などのエンジンにおけるバルブ開閉機構においては、通常、カム１の運動に対応して揺動するロッカーアーム２，３が設けられている。このロッカーアーム２，３に形成された孔部には、プッシュロッド５，５がそれぞれ挿入されている。そして、カム１が回転してロッカーアーム２，３が順次揺動し、たとえば排気側のプッシュロッド５が前進すると、バルブスプリング１２の付勢力に抗してバルブステム１１が下方に移動し、バルブ１０が開く。逆に、プッシュロッド５が後退すると、バルブスプリング１２の付勢力によりバルブステム１１が上方に移動して、バルブ１０が閉じる構造となっている。この構造は、吸気側のバルブ２０におけるバルブステム２１、バルブスプリング２２において実質的に同じである。
【０００３】
このバルブ開閉機構においては、エンジンの駆動などに伴い、バルブ１０が熱によって膨張する。膨張前は、図１１（ａ）に示す状態にあるバルブ１０が膨張すると、プッシュロッド５に当たってバルブ１０の下端部が下がり、図１１（ｂ）に示すように、バルブ１０と燃焼室３０の間に隙間Ｂが生じてしまい、ガスが漏れてエンジンの機能を果たさないという事態が発生する。かかる事態を回避すべく、従来においては、図１０（ｂ）に示すように、バルブ１０とプッシュロッド５の間にタペットクリアランスＴＣが形成されるようにバルブ開閉機構を構成していた。そして、バルブ１０が熱膨張した場合には、このタペットクリアランスＴＣで、その熱膨張による変位量を吸収するようにしていた。
【０００４】
具体的には、エンジンを組み立てる際、図１０（ｂ）に示すように、図示しないシックネスゲージや差圧計を使用して、タペットクリアランスＴＣを所定の厚みになるようにアジャストスクリュー４１をドライバー４２で回転させて調整していた。また、タペットクリアランスＴＣの調整作業は、作業員が行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、タペットクリアランスＴＣの調整は、作業員により行われていたことから、人的ロスが生じうるとともに、調整不良や未調整などの問題が発生するものであった。また、シックネスゲージなどを用いた手作業であることから、信頼性の低いものであった。さらに、タペットクリアランスＴＣの調整作業を行うために、長時間を要するものであった。
他方、タペットクリアランスＴＣがあるため、バルブ１０を押し開く際、プッシュロッド５がバルブステム１１に当たって、タペットノイズと呼ばれる騒音が発生することを避けられないという問題もあった。
【０００６】
これらの問題に対して、オイルタペットと呼ばれるものも知られている。このオイルタペットとは、油圧を利用して、タペットクリアランスを自動的に調整し、隙間をなくす機構である。ところが、このオイルタペットは、油圧通路を必要とするため、比較的複雑なバルブ開閉機構を有しているので、たとえば、本出願人のＶ−ＴＥＣエンジンに適用するのは、困難なものであった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、プッシュロッドとバルブの間の隙間をなくしてタペットクリアランスの調整を不要とし、もってタペットクリアランスの調整に伴う上記不具合を解消するとともに、Ｖ−ＴＥＣエンジンなど、比較的複雑な機構のエンジンに対しても容易に適用することができるバルブ開閉機構を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は、カムの運動に対応して揺動するロッカーアームを備え、このロッカーアームに形成された孔部にプッシュロッドが挿入されており、前記ロッカーアームの揺動に伴い前記プッシュロッドが前進するとバルブスプリングの付勢力に抗してバルブを開く一方、前記プッシュロッドが後退すると前記バルブスプリングの付勢力により前記バルブを閉じるバルブ開閉機構であって、
前記プッシュロッドにサークリップが設けられている一方、前記プッシュロッドのヘッドと前記バルブにおけるステムエンドが当接しているとともに、
前記バルブの熱膨張による変位量を吸収する変位量吸収機構が設けられており、
この変位量吸収機構は、前記ロッカーアームにおける孔部に形成され、前記バルブから遠ざかる方向にいくにしたがって縮径するテーパ部と、前記プッシュロッドとの間に配置され、前記プッシュロッドの長手方向に沿って移動可能であるプッシュロッド拘束手段、および前記プッシュロッド拘束手段を受け部として、前記バルブスプリングの付勢力よりも弱い付勢力で前記プッシュロッドのヘッドを前記バルブ方向に付勢して、前記バルブの熱膨張による変位量を吸収するリターンスプリングを備えており、
前記バルブを開く際には、前記プッシュロッド拘束手段が、前記ロッカーアームに対して相対的に前記バルブから遠ざかる方向に移動して、前記ロッカーアームと前記プッシュロッドの間に挟まり、前記プッシュロッドが拘束された状態で前記ロッカーアームと一体となって前進し、
前記バルブを閉じる際には、前記プッシュロッド拘束手段が、前記ロッカーアームに対して相対的に前記バルブに近づく方向に移動して、前記プッシュロッドが非拘束状態となり、前記ロッカーアームが前記サークリップに当接して前記プッシュロッドが後退する構成としたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明において好ましくは、前記プッシュロッドに放熱ホールおよび放熱リブカットを形成し、前記放熱ホール内に冷却用オイルが流し込まれていることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明において好ましくは、前記変位量吸収機構が吸気側のバルブおよび排気側のバルブのそれぞれに対して設けられており、
前記排気側のバルブに対する変位量吸収機構の吸収量の方が、前記吸気側のバルブに対する変位量吸収機構の吸収量よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、具体的に説明する。
図１に示すように、本発明に係るバルブ開閉機構においては、カム１の運動に対応して揺動する吸気側のロッカーアーム２、排気側のロッカーアーム３が設けられている。また、排気側のロッカーアーム３の揺動により、排気側のバルブ１０の開閉を行い、吸気側のロッカーアーム２の揺動により、吸気側のバルブ２０の開閉を行う。そして、ガスの流れを矢印で示すように、吸気側のバルブ２０を開放することにより、シリンダヘッド５１に形成された吸気口５２から、バルブ１０，２０とピストン５３との間に形成された燃焼室３０にガスが吸気される。また、排気側のバルブ１０を開放することにより、排気口５４から燃焼室３０内のガスが排出される。なお、符号５５はカバー、符号５６はピストンロッドである。
【００１２】
ここで、バルブ開閉機構の構成について排気側を例にとって説明すると、図２および図３に示すように、ロッカーアーム３の先端に設けられた保持部材３Ａには、本発明の孔部となる貫通孔４が形成されており、この貫通孔４には、プッシュロッド５が貫入されている。プッシュロッド５の下端部には、バルブ１０におけるバルブステム１１のステムエンド１１Ａと常に接しているヘッド６が設けられている。貫通孔４のほぼ中央部には、上方にいくにしたがって縮径するテーパ部４Ａが形成されており、このテーパ部４Ａとヘッド６の間に、伸長スプリングからなるリターンスプリング７およびこのリターンスプリング７の受け部となるロッキングボール８，８…が介在されている。そして、リターンスプリング７によってロッキングボール８，８…が上方向に、ヘッド６が下方向に、それぞれ付勢されている。また、ロッキングボール８，８…は、プッシュロッド５の長手方向に沿って移動可能であり、本発明のプッシュロッド拘束手段を構成する。
【００１３】
さらに、プッシュロッド５の上端部には、サークリップ９が設けられており、サークリップ９が保持部材３Ａの上面に当接することにより、プッシュロッド５がロッカーアーム３に対して相対的に下方向に移動するのを抑制している。
これらプッシュロッド５、リターンスプリング７、ロッキングボール８，８…などは、吸気側においても同様のものが設けられているが、その構成は上記した排気側のものとほぼ同じであるので、その説明は省略する。
【００１４】
次に、本発明に係るバルブ開閉機構におけるバルブ１０が熱膨張した際の膨張量の吸収作用について説明する。
本発明に係るバルブ開閉機構では、図２および図３に示すように、プッシュロッド５のヘッド６とバルブステム１１のステムエンド１１Ａが常に接しており、バルブ１０の熱膨張による変位量を吸収するための隙間は形成されておらず、リターンスプリング７が、その吸収機能を果たしている。
【００１５】
この吸収機能について、図４を参照して説明すると、図４（ａ）に示すように、バルブ１０に熱膨張が生じていない通常時でも、リターンスプリング７が、ロッキングボール８を受け部としてヘッド６をバルブステム１１方向に付勢している。このため、ヘッド６とバルブステム１１におけるステムヘッド１１Ａの間に隙間が生じることはない。
【００１６】
そして、バルブ１０に熱膨張が生じると、図４（ｂ）に示すように、バルブステム１１が伸長し、ステムヘッド１１ＡがΔＬ１  だけ上昇する。このとき、本発明では、バルブスプリング１２の付勢力よりも弱い付勢力で、リターンスプリング７がヘッド６をバルブステム１１方向に付勢している。そのため、バルブステム１１が熱膨張しステムヘッド１１Ａが上昇した長さをΔＬ１  、リターンスプリング７がバルブステム１１の熱膨張を吸収して収縮する長さをΔＬ２  とすると、ΔＬ１  ＝ΔＬ２  となる。このように、バルブ１０の熱膨張量はリターンスプリング７に完全に吸収されるので、図１１（ｂ）に示したようなバルブステム１１と燃焼室３０の間の隙間Ｂが生じることはない。
したがって、タペットクリアランスの調整が不要となり、エンジンの組立時間の短縮化を図ることができるとともに、タペットノイズが生じることもない。また、オイルタペットのように油圧通路などを要することもないので、Ｖ−ＴＥＣエンジンなど、比較的複雑な構造のエンジンに対しても容易に適用することができる。
【００１７】
次に、本発明に係るバルブ開閉機構におけるバルブの開閉動作について、図５を参照して説明する。
図５（ａ）に示すように、バルブ１０が閉じた状態では、サークリップ９がロッカーアーム３における保持部材３Ａの上面に当接している。そして、ロッカーアーム３が下方に急加速で移動し始めて、バルブ１０の開動作が始まる。そのときの加速度により、プッシュロッド５およびロッキングボール８，８は、ロッカーアーム３に対して相対的に上方に移動する。そして、上方に行くにしたがって縮径するテーパ部４Ａの作用により、しばらくすると、図５（ｂ）に示すように、テーパ部４Ａとプッシュロッド５の間にロッキングボール８，８が挟まって矢印Ｆ，Ｆ方向に力が働き、ロッカーアーム３がプッシュロッド５を拘束した状態となる。プッシュロッド５がロッカーアーム３に拘束されると、プッシュロッド５は、ロッカーアーム３と一体となって下降（前進）し、バルブステム１１を押し下げて、バルブ１０を徐々に開放していく。
【００１８】
そして、図５（ｃ）に示すように、ロッカーアーム３は、最下点に到達した時点で一旦停止し、その動きが逆転して急加速で上昇を始める。この時の加速度により、プッシュロッド５およびロッキングボール８，８は、ロッカーアーム３に対して相対的に下方に移動し、ロッキングボール８，８によるプッシュロッド５に対する拘束が解かれて、プッシュロッド５は非拘束状態となる。その後、図５（ｄ）に示すように、ロッカーアーム３における保持部材３Ａの上面が、プッシュロッド５の上部に設けられたサークリップ９に当接して、プッシュロッド５が上昇（後退）する。プッシュロッド５が上昇すると、バルブスプリング１２の付勢力によって、バルブステム１１が上方に移動し、やがてバルブ１０が閉じる。
【００１９】
そして、ロッカーアーム３が最上点に達した時点で、図５（ａ）に示す状態に戻って、一旦停止する。それから、ロッカーアーム３の動きが再度逆転して下降を始める。以後、この往復運動が繰り返されて、バルブ１０の開閉動作が行われる。
【００２０】
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図６に示すように、本実施形態においては、プッシュロッド５の内部に、その長手方向に沿って放熱ホール５Ａが形成されており、この放熱ホール５Ａに冷却オイルが流し込まれている。また、プッシュロッド５の表面には、その長手方向に沿って放熱リブカット５Ｂ，５Ｂ…が刻設されている。
【００２１】
本発明に係るプッシュロッド５は、常にバルブステム１１のステムヘッド１１Ａに当接していることから、燃焼室３０（図１参照）から高熱が伝わりやすい状況にある。この点、本実施形態においては、プッシュロッド５に放熱ホール５Ａが形成され、この放熱ホール５Ａに冷却オイルが流し込まれているとともに、冷却リブカット５Ｂが形成されていることから、プッシュロッド５を効率的に冷却することができる。
なお、本実施形態においては、プッシュロッド５に放熱ホール５Ａが形成されていて、この放熱ホール５Ａに冷却オイルが流し込まれている態様としたが、放熱ホール５Ａおよび冷却リブカット５Ｂの一方のみを形成する態様としてもよいし、放熱ホール５Ａに冷却オイルを流し込まない態様とすることもできる。また、冷却オイルの代わりに、冷却水などの他の冷却媒体を放熱ホール５Ａに流し込む態様とすることもできる。
【００２２】
さらに、本発明の第３の実施の形態について説明する。図７（ａ）に吸気側のバルブ開閉機構、（ｂ）に排気側のバルブ開閉機構を示すが、図１に示すガスの流れから判るように、吸気側のバルブ２０からは低温のガスが吸気され、排気側のバルブ１０からは、高温のガスが排気される。このため、排気側のバルブ１０の方が、吸気側のバルブ２０よりも高温に晒されて、膨張しやすい状態にある。そこで、本実施形態においては、排気側のバルブに対する変位量吸収機構の吸収量の方が、吸気側のバルブに対する変位量吸収機構の吸収量よりも大きくなるように構成されている。
具体的には、吸気側のロッカーアーム２の保持部材２Ａに形成されたテーパ部４Ａ′の傾斜角度α１  の方を、排気側のロッカーアーム３の保持部材３Ａに形成されたテーパ部４Ａの傾斜角度α２  よりも大きくする。このように、それぞれのテーパ部４Ａ′，４Ａの傾斜角度α１  ，α２  を設定することにより、排気側のロッキングボール８，８の方が、吸気側のロッキングボール８′，８′よりも上方まで移動できるようになる。すなわち、排気側のバルブ１０の変位量をΔｌ１  、吸気側のバルブ２０の変位量をΔｌ２  として、Δｌ＝Δｌ２  −Δｌ１  分だけ多く、排気側のバルブ１０の方がその変位量を吸収することができる。
【００２３】
なお、本実施形態のように、テーパ部４Ａ（４Ａ′）の傾斜角度を調整することにより、変位量吸収機構の吸収量を調整する代わりに、ロッキングボール８（８′）の大きさを変えることにより、変位量吸収機構の吸収量を調整することもできる。すなわち、同じ傾斜角度のテーパ部であれば、小径のロッキングボールを用いた方が、多くの変位量を吸収することができる。
【００２４】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
本発明のプッシュロッド拘束手段としては、ロッキングボール８を用いる代わりに、図８に要部分解斜視図で示すように、ドーナツ状のリング部材８Ａを用いることもできる。このリング部材８Ａの内径は、図９（ａ）に示すように、プッシュロッド５のロッド径よりも大きくされている。
【００２５】
このリング部材８Ａにより、プッシュロッド５を拘束する際の作用について簡単に説明すると、ロッカーアーム３が最上点に位置するときには、図９（ａ）に示すように、リング部材８Ａは、リターンスプリング７Ａにより、側面視して、一方が高くなるように、本実施形態では図面右側が高くなるように支持され、付勢されている。そして、ロッカーアーム３が揺動を開始し下方に移動してしばらくすると、ロッカーアーム３の移動に伴う加速度により、リング部材８Ａが相対的に上方に移動するとともに、テーパ部４Ａに当たり、リング部材８Ａは図面左方に若干移動する。そして、図９（ｂ）に示すように、リング部材８Ａの一部がテーパ部４Ａとプッシュロッド５の間に挟まれ、プッシュロッド５がロッカーアーム３によって拘束され、ロッカーアーム３とともプッシュロッド５が下方に移動する。このプッシュロッド５によってバルブ１０が押し下げられて、やがて開放する。
その後、ロッカーアーム３が最下点に到達し運動方向が逆転して上方に移動する際には、上方に向けた加速度により、リング部材８Ａは、相対的に下方に移動する。そのため、プッシュロッド５は、ロッカーアーム３の拘束から開放され非拘束状態となる。ロッカーアーム３は、そのまま上方への移動を継続し、このとき、図示はしないが、ロッカーアーム３における保持部材３Ａの上面がサークリップ９に当接して、プッシュロッド５を押し上げ、バルブステム１１は、バルブスプリング１２の付勢力により、上方向に移動してやがてバルブ１０が閉じた状態となる。その後、ロッカーアーム３、プッシュロッド５などは、そのまま図９（ａ）に示す位置に戻り、再び運動方向が逆転して、ロッカーアーム３は下方への移動を開始する。以後、これらの動作を繰り返して、バルブ１０の開閉が行われる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明に係るバルブ開閉機構によれば、プッシュロッドとバルブの間に隙間を形成することがないので、タペットクリアランスの調整が不要となる。したがって、タペットクリアランスの調整に伴う不具合を解消することができる。しかも、タペットクリアランスの調整を不要とするために、油圧通路などを必要としないため、比較的複雑な機構のエンジンに対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバルブ開閉機構を示す断面図である。
【図２】本発明に係るバルブ開閉機構の要部を示す一部断面側面図である。
【図３】本発明に係るバルブ開閉機構の要部の分解斜視図である。
【図４】本発明に係るバルブ開閉機構における変位量吸収機構の作用図である。
【図５】本発明に係るバルブ開閉機構によるバルブ開閉動作の作用図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す一部断面側面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の作用を示す作用図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態の要部分解斜視図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態の作用を示す作用図である。
【図１０】（ａ）は、従来のバルブ開閉機構の断面図、（ｂ）は、タペットクリアランスの調整動作を示す要部断面図である。
【図１１】バルブの熱膨張に伴い、バルブと燃焼室の間に隙間が生じる状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１        カム
２        （吸気側の）ロッカーアーム
３        （排気側の）ロッカーアーム
４        貫通孔
４Ａ    テーパ部
５        プッシュロッド
６        ヘッド
７        リターンスプリング
８        ロッキングボール
９        サークリップ
１０    バルブ
１１    バルブステム
１２    バルブスプリング
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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