(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁傘部が一端に設けられた吸気用または排気用のバルブと、前記バルブを閉弁方向に常時付勢するバルブスプリングとを有する内燃機関の動弁装置において、
前記バルブスプリングは、前記弁傘部側に位置する第１バルブスプリングと、前記第１バルブスプリングに対して直列に配置され、前記バルブの他端側に位置する第２バルブスプリングとにより構成され、前記第１バルブスプリング及び前記第２バルブスプリングはばね定数がほぼ同一とされるとともに、前記第２バルブスプリングを前記第１バルブスプリングよりも軽量材で形成し、前記第２バルブスプリングの重量を前記第１バルブスプリングの重量よりも軽量としたことを特徴とする、内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
前記第１バルブスプリングと前記第２バルブスプリングとは、長さがほぼ同一とされていることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項３】
前記第１バルブスプリングは鋼材で構成され、前記第２バルブスプリングはチタン材で構成されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の内燃機関の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に使用される動弁装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２，図３に従来から内燃機関に使用されている動弁装置の一例を示す。
内燃機関の吸気用または排気用のバルブ３の一端には、吸気用または排気用のポート１１を開閉する弁傘部１が設けられており、バルブ３はバルブスプリング７により閉弁方向に常時付勢されている。そしてカムシャフトと一体に回転するカム８が、バルブスプリング７の付勢力に抗してバルブ３を開弁方向に押し下げることで燃焼室９とポート１１とを連通させ、所定のタイミングで吸気または排気を行なう構成としている。
【０００３】
従来より、摩耗条件が厳しく高い疲労強度が要求されるバルブスプリング７の材料としては、高強度のピアノ線やシリコンクロム鋼線が用いられている。しかし、これらの材料は比較的重いため、長期間使用していると特に自重分の負担がかかるバルブスプリング７下部の疲労強度が低下したり、バルブスプリング７の座面２に摩耗が発生する惧れがあり耐久性が問題となる。またバルブスプリング７の重量が重いとエンジン高回転域での動弁系特性が悪化する惧れがある。
【０００４】
すなわち、エンジン高回転時、バルブ３がカム８の動きに追従しなくなりエンジン出力の低下や騒音の発生を招く惧れがある。詳しくは、エンジン高回転域ではカム８の回転が高速となり、バルブスプリング７端部が急激に圧縮される。急激に圧縮されたバルブスプリング７は全体が一様に圧縮されず、図３に示すように端から部分的に圧縮され、その圧縮部分４がバルブスプリング７の固有振動数で上下に往復するサージングと呼ばれる現象が起こる。このサージングの周波数と、カム８による強制振動の周波数とが一致すると共振現象が起こり、バルブ３がカム８の動きに追従しなくなる。これにより、吸排気のタイミングがずれてエンジン出力が低下したり、バルブ３が閉じた直後にバルブスプリング７がスプリングシート５にあたって跳ね返るバウンズと呼ばれる現象が発生して、バルブスプリング７の打音により騒音が発生したりする課題を生じる。
【０００５】
これらの課題は、バルブスプリング７自体を軽量化することで解決することができる。すなわち、バルブスプリング７自体を軽量化すればバルブスプリング７下部に与える自重分の負担を軽減することができ、耐久性を向上できる。また、バルブスプリング７の固有振動数は、バルブスプリング７に作用する重量に反比例するため、バルブスプリング７自体を軽量化するとバルブスプリング７に作用する重量が低下して固有振動数が上がり、カム８からの強制振動の周波数とサージングの周波数とが一致しなくなり、共振現象の発生を抑制することもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のようにバルブスプリング７を軽量化するための材料として、一般にチタン材やアルミ材等を使用することが考えられる。
しかし、チタンやアルミ等の軽量材料には、従来から使用されているピアノ線やクロム鋼線ほど高強度の材料でないため、特にバルブスプリング７下部の耐久性を確保しようとすると、メッキ等の表面処理を行なう必要があり製造工程が煩雑化するといった問題がある。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、内燃機関の高回転域での動弁系特性を良好に保ちながらバルブスプリングの下部における耐久性を確保することができるようにした、内燃機関の動弁装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明の内燃機関の動弁装置では、バルブスプリングは、弁傘部側に位置する第１バルブスプリングと、前記第１バルブスプリングに対して直列に配置され、前記バルブの他端側に位置する第２バルブスプリングとにより構成され、前記第１バルブスプリング及び前記第２バルブスプリングはばね定数がほぼ同一とされるとともに、前記第２バルブスプリングを前記第１バルブスプリングよりも軽量材で形成し、前記第２バルブスプリングの重量を前記第１バルブスプリングの重量よりも軽量としている。すなわち、第１バルブスプリングはバルブの下方に位置する弁傘部側に設けられ、より軽量な第２バルブスプリングは第１バルブスプリングの上方に設けられることになる。このため、バルブスプリングの固有振動数を効果的に上げて動弁系特性を向上させることができ、バルブスプリング下部に与える重量の負担が小くなるため、メッキ等の表面処理を行なわなくても金属疲労や摩耗が起こることはなく、十分な耐久性を確保することができる。
前記第１バルブスプリングと前記第２バルブスプリングとは、長さがほぼ同一とされていることが好ましい。また、前記第１バルブスプリングを鋼材で構成し、前記第２バルブスプリングをチタン材で構成することにより、前記第２バルブスプリングを前記第１バルブスプリングよりも軽量材で形成し、前記第２バルブスプリングの重量を前記第１バルブスプリングの重量よりも軽量とすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の動弁装置の概略図である。図１中、上述の従来例と同じ構成は同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施形態の内燃機関の動弁装置に用いるバルブスプリング７は、図１に示すように、バルブ７の弁傘部１側に位置する第１バルブスプリング１７と、スプリングガイド１９を間に挟んで第１バルブスプリング１７に対して直列に配置され、バルブ７の他端側（弁傘部１側とは逆側）に位置する第２バルブスプリング１５とにより構成され、第１バルブスプリング１７はクロム鋼線で、第２バルブスプリング１５はクロム鋼線よりも軽量材であるチタンで形成され、第２バルブスプリング１５の重量は第１バルブスプリング１７の重量よりも軽量としている。
【００１０】
また、本実施形態では、第１バルブスプリング１７と第２バルブスプリング１５との長さ及びばね定数はいずれもほぼ同一としている。
本発明の一実施形態としての内燃機関の動弁装置は、上述のように第２バルブスプリング１５の重量を第１バルブスプリング１７の重量よりも軽量にしているので、バルブスプリング７の固有振動数を効果的に上げることができる。つまり、前述した通り、バルブスプリング７の固有振動数はバルブスプリング７に作用する重量に反比例するため、軽量化した部分がバルブスプリング７上部に近いほど、バルブスプリング７全体に作用する重量は小さくなり、バルブスプリング７の固有振動数は上がるためである。換言すると、バルブスプリング７全重量のうち、上部の重量のみがバルブスプリング７の固有振動数に影響するため、第２バルブスプリング１５を軽量化することで、効果的に固有振動数を上げることができる。
【００１１】
好ましくは、第２バルブスプリング１５の長さを少なくとも全体（バルブスプリング７の全長）の１／３（又は略１／３）以上にする。
さらに、従って、本実施形態にかかる内燃機関の動弁装置では、バルブスプリング７の固有振動数が高く、高回転に伴うサージングの周波数とカム８からの強制振動の周波数領域とが一致することがないため、バルブスプリング７に共振現象が起こることはなく、バルブスプリング７の共振に伴う騒音やエンジン出力の低下を招くこともない。
【００１２】
また、カム８の動きにバルブスプリング７の動きが追従すると、カム８がバルブスプリング７に与える荷重を低減させることができるため、カムシャフトのフリクショントルクが低減し、燃費の向上も図ることができる。
さらに、第２バルブスプリング１５が軽量であるため、第２バルブスプリング１５が第１バルブスプリング１７に与える荷重は少なく、長期間使用したとしてもバルブスプリング７下部（この場合第１バルブスプリング１７）に疲労強度の低下や座面に摩耗が発生することを防止することができる。
【００１３】
従って、表面処理等により製造工程が煩雑化することなく、十分な耐久性を確保することができる。
なお、本実施形態では、第２バルブスプリング１５にチタン、第１バルブスプリング１７に高強度のクロム鋼線を用いたが、これに限定されるものではなく、第２バルブスプリング１５が第１バルブスプリング１７よりも軽量材で構成され、第２バルブスプリング１５の重量が第１バルブスプリング１７の重量よりも軽量であれば、第１バルブスプリング１７の強度如何に関わらず、同様の効果を得ることができるものである。
【００１４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の内燃機関の動弁装置によれば、第２バルブスプリングが第１バルブスプリングよりも軽量材で形成されるとともに、第２バルブスプリングの重量が第１バルブスプリングの重量よりも軽量であるため、固有振動数を効果的に上げることができて動弁系特性が良好になるとともに、第１バルブスプリングに与える荷重が少ないため耐久性も確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の動弁装置の概略図である。
【図２】従来技術の内燃機関の動弁装置の概略図である。
【図３】従来技術の内燃機関の動弁装置の作動説明図である。
【符号の説明】
３  バルブ
４  圧縮部分
５  スプリングシート
７  バルブスプリング
９  燃焼室
１１  ポート
１５  第２バルブスプリング
１７  第１バルブスプリング
１９  スプリングガイド
【図１】
0003580186.tif 000002
【図２】
0003580186.tif 000003
【図３】
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