(57)【要約】【課題】バルブステムの先端の摩耗を抑制でき、バルブステムの耐久性の向上を図る。【解決手段】ロッカーアーム２６が支持端部３２の支点部３３０２を支点として揺動すると、吸気バルブ１８はバルブスプリング２８により回転体３８が揺動端部３４の溝部４０に当接する方向に付勢されているので、その揺動に追従して吸気バルブ１８はバルブステム１８０２の軸方向に往復直線移動し、吸気ポート１７を開閉する。回転体３８は、ロッカーアーム２６の揺動に追従して、凹部４４内で回転しつつ、揺動端部３４の溝部４０に沿って回転しつつ移動する。そのため、バルブステム１８０２の先端１８０４の摩耗を抑制でき、バルブステム１８０２の耐久性の向上を図る上で有利となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブが閉じる方向に付勢されたバルブステムの先端をロッカーアームの揺動により前記バルブステムの軸方向に移動させることによりバルブを開閉する内燃機関の動弁装置において、
前記バルブステムの先端の凹部で回転体を回転可能に支持し、
前記回転体を前記ロッカーアームに接触させるようにした、
ことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
前記回転体が接触する前記ロッカーアームの箇所に、前記ローカーアームの長手方向に延在し前記回転体が回転可能に接触する溝部が形成されている、
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】
前記溝部の底部は、前記バルブが閉じている状態で前記回転体が前記底部と接触する箇所が、前記バルブが開いている状態で前記回転体が前記底部と接触する箇所よりも前記回転体側に突出するように湾曲状に傾斜している、
ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項４】
前記ロッカーアームの前記回転体と接触する箇所には、前記ロッカーアームの上面から下面まで貫通する貫通孔を備える
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項５】
前記回転体の表面硬さは、前記回転体が接触する前記ロッカーアームの箇所の表面硬さと、前記回転体が接触する前記凹部の表面硬さとの間の値である、
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の内燃機関の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブステムの先端をロッカーアームに当接させ、ロッカーアームの揺動によりバルブステムを軸方向に移動させることによりバルブを開閉する内燃機関の動弁装置が提供されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１５１１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、バルブステムの先端とロッカーアームの部分とが直接接触し、しかも、ロッカーアームの揺動に伴いロッカーアームとバルブステムとが接触する箇所がロッカーアームの長手方向に移動するため、バルブステムの先端が摩耗しやすい不利があった。
また、ロッカーアームは揺動の際に、バルブステムに当接する面の角度がバルブステムに対して変化するため、ロッカーアームとバルブステムの先端とを面接触させることは難しく、ロッカーアームのバルブステムに当接する面若しくはバルブステムの先端を球面上に突出させるのが一般的である。しかし、この場合ロッカーアームとバルブステムの先端との接触面積が小さくなるため、ロッカーアームの揺動の際にバルブステムの先端の単位面積当たりにかかる荷重は大きくなりやすく、これによりバルブステムの先端の摩耗が、より促進される。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、バルブステムの先端の摩耗を抑制でき、バルブステムの耐久性の向上を図る上で有利な内燃機関の動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、バルブが閉じる方向に付勢されたバルブステムの先端をロッカーアームの揺動により前記バルブステムの軸方向に移動させることによりバルブを開閉する内燃機関の動弁装置において、前記バルブステムの先端の凹部で回転体を回転可能に支持し、前記回転体を前記ロッカーアームに接触させるようにしたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記回転体が接触する前記ロッカーアームの箇所に、前記ローカーアームの長手方向に延在し前記回転体が回転可能に接触する溝部が形成されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記溝部の底部は、前記バルブが閉じている状態で前記回転体が前記底部と接触する箇所が、前記バルブが開いている状態で前記回転体が前記底部と接触する箇所よりも前記回転体側に突出するように湾曲状に傾斜していることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記ロッカーアームの前記回転体と接触する箇所には、前記ロッカーアームの上面から下面まで貫通する貫通孔を備えることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記回転体の表面硬さは、前記回転体が接触する前記ロッカーアームの箇所の表面硬さと、前記回転体が接触する前記凹部の表面硬さとの間の値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、ロッカーアームとバルブステムの先端とが、バルブステムの先端で回転可能に支持された回転体が回転しつつロッカーアームの長手方向に移動する。
そのため、バルブステムの先端の摩耗を抑制でき、バルブステムの耐久性の向上を図る上で有利となる。また、バルブステムの先端と回転体との接触面積を大きく確保することができるため、バルブステムの先端にかかる荷重を分散させることができることから、バルブステムの先端の摩耗を抑制でき、バルブステムの耐久性の向上を図る上でより有利となる。
請求項２記載の発明によれば、回転体の回転を案内する上で有利となり、ロッカーアームの揺動によるバルブのバルブステムの軸方向に沿った移動を円滑に行なう上で有利となる。
請求項３記載の発明によれば、ロッカーアームにより回転体を介して効率よく押し下げる上で有利となる。
請求項４記載の発明によれば、ロッカーアーム、回転体、バルブステムの先端の潤滑を図る上で有利となる。
請求項５記載の発明によれば、バルブステムの凹部の摩耗、破損を抑制する上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施の形態に係る内燃機関の動弁装置を部分的に破断して示す断面図である。
【図２】ロッカーアームの側面図である。
【図３】ロッカーアームを下方から見た図である。
【図４】（Ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る内燃機関の動弁装置におけるロッカーアームの側面図である。
【図６】ロッカーアームを下方から見た図である。
【図７】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】（Ａ）は第２の実施の形態に係る内燃機関の動弁装置におけるバルブステムの先端の凹部に回転体が支持された状態を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関（エンジン）１０は、複数のシリンダ室１２が形成されたシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４の上側に設けられたシリンダヘッド１６と、シリンダヘッド１６に組み込まれた吸気バルブ１８および排気バルブ（不図示）と、シリンダ室１２に配設されたピストン２０と、動弁装置２２とを含んで構成されている。
【０００９】
本実施の形態では、吸気バルブ１８に本発明の動弁装置２２が適用された場合について説明するが、本発明は排気バルブにも無論適用可能である。
動弁装置２２は、カムシャフト２４と、ロッカーアーム２６と、吸気バルブ１８と、バルブスプリング２８とを含んで構成されている。
カムシャフト２４は、シリンダヘッド１６の上部で吸気バルブ１８の側方に配置され、カムシャフト２４のカム２４０２の回転によりロッカーアーム２６が揺動する。
ロッカーアーム２６は、細長の本体部３０と、本体部３０の長手方向の一端に設けられた支持端部３２と、本体部３０の長手方向の他端に設けられた揺動端部３４と、本体部３０の長手方向の中間に設けられたローラ３６とを含んで構成されている。
図１，図２に示すように、支持端部３２には、シリンダヘッド１６側に設けた凹部１６０２に嵌ってロッカーアーム２６を揺動可能に支持する支点部３３０２を有する支点部材３３がナットＮを介して設けられている。
ローラ３６は、カム２４０２と摺接して力点として機能するものであり、支軸３６０２を介して本体部３０に回転自在に支持されている。
【００１０】
図１に示すように、揺動端部３４は、吸気バルブ１８のバルブステム１８０２の先端が接触する箇所であり、本実施の形態では、後述するようにバルブステム１８０２の先端に設けられた球状の回転体３８が回転可能に接触する箇所である。
揺動端部３４は、回転体３８が回転可能に接触する溝部４０を含んで構成されている。
溝部４０は、ロッカーアーム２６の長手方向に延在している。
溝部４０は、ロッカーアーム２６の揺動に追従して変化する回転体３８の移動軌跡よりも大きい長さで形成されている。
図４（Ａ）に示すように、吸気バルブ１８が吸気ポート１７を閉鎖している閉状態にあるときに、ロッカーアーム２６のバルブステム１８０２（回転体３８）に接触する箇所の溝部４０では、溝部４０の長手方向と直交する平面で切断した断面形状は、球状の回転体３８の直径の４分の１程度の深さで回転体３８の球面とほぼ合致した半径の円弧４００４で形成されている。
また、図４（Ｂ）に示すように、溝部４０の長手方向の端部、すなわち吸気バルブ１８が吸気ポート１７を開放している開状態にあるときに、ロッカーアーム２６のバルブステム１８０２（回転体３８）に接触する箇所では、溝部４０の長手方向と直交する平面で切断した断面形状は、球状の回転体３８の半径よりも若干大きい寸法の半径の円弧４００４で形成されている。
本実施の形態では、吸気バルブ１８が閉状態にあるときは、回転体３８が溝部４０の長手方向の中央部に位置し、吸気バルブ１８が開状態にあるときは、回転体３８が溝部４０の長手方向の支点部材３３とは反対側の端部に位置する。
【００１１】
図２に示すように、溝部４０は、ロッカーアーム２６の長手方向と直交する方向から見ると、その底部４００２の長手方向の中央部が長手方向の両端よりも回転体３８側、すなわち、バルブステム１８０２側に凸の湾曲状を呈している。
言い換えると、吸気バルブ１８が閉じている状態で底部４００２の回転体３８と接触する箇所が、吸気バルブ１８が開いている状態で底部４００２の回転体３８と接触する箇所よりも回転体３８側に突出するように湾曲状に傾斜している。
なお、本実施形態では、溝部４０の長手方向中央部が両端よりもバルブステム１８０２側に凸の湾曲状に傾斜しているものとしたが、少なくとも吸気バルブ１８が開いている状態で底部４００２の回転体３８と接触する箇所、すなわち溝部４０の長手方向の支点部材３３とは反対側のみが湾曲状に傾斜していれば良く、溝部４０の長手方向の支点部材３３側の形状は特に限定しない。
また、溝部４０も、吸気バルブ１８が閉じている状態で回転体３８と接触する箇所から吸気バルブ１８が開いている状態で回転体３８と接触する箇所までより若干大きく形成されていれば良く、吸気バルブ１８が閉じている状態で回転体３８と接触する箇所から支点部材３３側の溝はなくても良い。
また、揺動端部３４、すなわちロッカーアーム２６の回転体３８と接触する箇所には、その上面から溝部４０の底部４００２に貫通された少なくとも１つの貫通孔（給油孔４２）が形成されている。
したがって、不図示のオイル供給部から動弁装置２２に供給される潤滑油が飛散して揺動端部３４に掛かると、潤滑油は給油孔４２を介して溝部４０の底部４００２、回転体３８、バルブステム１８０２の先端１８０４に供給され、溝部４０の底部４００２、回転体３８、バルブステム１８０２の先端１８０４の潤滑がなされるように図られている。
【００１２】
図１に示すように、カムシャフト２４の回転によりロッカーアーム２６が揺動し、吸気バルブ１８による吸気ポート１７の開閉がなされる。
吸気バルブ１８は、バルブステム１８０２と、バルブステム１８０２の一端に形成されたバルブヘッド１８０６と、バルブステム１８０２の他端（先端１８０４）に形成された凹部４４と、回転体３８とを含んで構成されている。
本実施の形態では、回転体３８は、球状を呈している。
バルブステム１８０２は軸状を呈し、シリンダヘッド１６に組み込まれたバルブステムガイド４６を介して軸方向に移動可能に支持されている。
バルブヘッド１８０６は、吸気ポート１７の下流端に設けられたバルブシート４８に接触離間することで吸気ポート１７の開閉を行なう。
シリンダヘッド１６から突出するバルブステム１８０２の部分に、コッタ５０、リテーナ５２を介してバルブスプリング２８が巻装され、バルブスプリング２８は、バルブヘッド１８０６で吸気ポート１７を閉じる方向に吸気バルブ１８を付勢している。
【００１３】
凹部４４は、回転体３８を回転可能に支持する箇所である。
凹部４４は、回転体３８の半径よりも若干大きい寸法の半径の凹状の球面で形成されている。
凹部４４の深さは、回転体３８を脱落することなく回転可能に支持できる深さであればよく、例えば、回転体３８の直径の４分の１から回転体３８の半径と同程度の寸法であればよい。
溝部４０と凹部４４の深さや回転体３８の半径の大きさは、ロッカーアーム２６が、揺動した際にバルブステム１８０２の他端（先端１８０４）と接触しないように設定する。
回転体３８の半径は、大きいほど後述するバルブステム１８０２にかかる荷重の分散作用が大きくなるが、半径を大きくしすぎると凹部４４から脱落しやすくなるため、バルブステム１８０２の他端（先端１８０４）の径を考慮して、凹部４４に対して回転体３８の直径の少なくとも４分の１が納まるように設定すると良い。
回転体３８は、凹部４４に回転可能に配置され、バルブスプリング２８により吸気バルブ１８が付勢されていることから、ロッカーアーム２６の溝部４０に回転可能に接触している。
【００１４】
回転体３８の表面硬さは、回転体３８が接触するロッカーアーム２６の箇所、本実施の形態ではロッカーアーム２６の溝部４０の面の表面硬さと、回転体３８が接触する凹部４４の表面硬さとの間の値となっている。
本実施の形態では、例えば、回転体３８の表面硬さがビッカース硬さでＨｖ５００、回転体３８が接触するロッカーアーム２６の箇所の表面硬さがＨｖ７００、回転体３８が接触する凹部４４の表面硬さがＨｖ４００である。
一般的に互いに接触する２つの部材の表面硬さの差が大きいほど表面硬さが低い部材の摩耗が顕著となり、また、衝撃を受けた時に表面硬さが低い部材の破損が生じやすくなる。
本実施の形態では、回転体３８の表面硬さをロッカーアーム２６とバルブステム１８０２の表面硬さの間の値とし、回転体３８とバルブステム１８０２との表面硬さの差異を小さくすることで、バルブステム１８０２の凹部４４の摩耗、破損を抑制する上で有利となっている。また、回転体３８とロッカーアーム２６との表面硬さの差も小さくすることで、回転体３８の摩耗、破損も抑制することができる。
【００１５】
次に作用効果について説明する。
カムシャフト２４によりカム２４０２が回転すると、ローラ３６を介してロッカーアーム２６が支持端部３２の支点部３３０２を支点として揺動する。
吸気バルブ１８はバルブスプリング２８により回転体３８が揺動端部３４の溝部４０に当接する方向に付勢されているので、ロッカーアーム２６が揺動すると、その揺動に追従して吸気バルブ１８はバルブステム１８０２の軸方向に往復直線移動し、吸気ポート１７を開閉する。
この場合、回転体３８は、ロッカーアーム２６の揺動に追従して、凹部４４内で回転しつつ、揺動端部３４の溝部４０に沿って回転しつつ移動する。
【００１６】
従来の動弁装置２２では、バルブステム１８０２の先端１８０４とロッカーアーム２６の揺動端部３４とが直接接触し、しかも、ロッカーアーム２６の揺動に伴いロッカーアーム２６とバルブステム１８０２とが互いに接触する箇所が移動するため、バルブステム１８０２の先端１８０４が摩耗しやすい不利があった。
これに対して、本実施の形態では、バルブステム１８０２の先端１８０４で回転可能に支持された回転体３８が回転しながら溝部４０を移動するため、バルブステム１８０２の先端１８０４の摩耗を抑制でき、バルブステム１８０２の耐久性の向上を図る上で有利となる。
したがって、表面硬さがそれほど高くできない焼入れ性の低い安価な材料でバルブを製造した場合であっても、バルブステム１８０２の耐久性の向上を図ることができ、動弁装置２２のコストダウンを図る上で有利となる。
【００１７】
また、本実施の形態では、回転体３８が接触するロッカーアーム２６の箇所に、回転体３８が回転可能に接触しロッカーアーム２６の長手方向に延在する溝部４０が形成されているので、回転体３８の回転を案内する上で有利となり、ロッカーアーム２６の揺動によるバルブのバルブステム１８０２の軸方向に沿った移動を円滑に行なう上で有利となる。
また、溝部４０、凹部４４と回転体３８が接触するため、ロッカーアーム２６がバルブステム１８０２を押す荷重を、回転体３８と同じ径の平面で受けるときに比べて大きな接触面積で受けることになるので、荷重を分散させることができ、バルブステム１８０２の先端１８０４の摩耗を抑制でき、バルブステム１８０２の耐久性の向上を図る上で有利となる。
【００１８】
また、本実施の形態では、ロッカーアーム２６の溝部４０は、ロッカーアーム２６の長手方向と直交する方向から見ると、その底部４００２の長手方向の中央部が長手方向の両端よりも回転体３８側（バルブステム１８０２側）に凸の湾曲状を呈している。
そのため、ロッカーアーム２６が揺動することで、バルブステム１８０２の仮想延長線に対するロッカーアーム２６の角度が変化しても、バルブステム１８０２の仮想延長線がロッカーアーム２６の溝部４０の底部４００２を形成する仮想の円の中心にほぼ向かうことになるので、ロッカーアーム２６により回転体３８を介して効率よく押し下げる上で有利となる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について図５から図８を参照して説明する。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について重点的に説明する。
第２の実施の形態は、回転体５４の形状が円柱状である点が第１の実施の形態と異なっている。
回転体５４は、均一外径の円筒面を有している。
【００２０】
ロッカーアーム２６の揺動端部３４は、円柱状の回転体５４が回転可能に接触する溝部５６を含んで構成されている。
図５、図６に示すように、溝部５６は、ロッカーアーム２６の長手方向に延在している。
溝部５６は、ロッカーアーム２６の揺動に追従して変化する回転体５４の移動軌跡よりも大きい長さで形成されている。
図７に示すように、溝部５６は、回転体５４の軸方向の長さよりも若干大きな寸法の幅でロッカーアーム２６の長手方向に延在する底面５６０２と、底面５６０２の両側から起立する互いに平行する平坦な側面５６０４とで形成されている。
図５に示すように、溝部５６の底部すなわち底面５６０２は、ロッカーアーム２６の長手方向と直交する方向から見ると、その底面５６０２の長手方向の中央部が長手方向の両端よりも回転体５４側、すなわち、バルブステム１８０２側に凸の湾曲状に形成され、言い換えるとバルブステム１８０２側に凸の円筒面で形成されている。
また、第１の実施の形態と同様に、揺動端部３４には、その上面から溝部５６の底面５６０２に貫通された少なくとも１つの給油孔４２が形成され、潤滑油が給油孔４２を介して溝部５６の底面５６０２、回転体５４、バルブステム１８０２の先端１８０４に供給され、溝部５６の底面５６０２、回転体５４、バルブステム１８０２の先端１８０４の潤滑がなされるように図られている。
【００２１】
図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、吸気バルブ１８の先端には回転体５４を回転可能に支持する凹部５８が形成されている。
凹部５８は、回転体５４の軸心をロッカーアーム２６の揺動中心軸と平行する方向に延在させた状態で回転体５４を回転可能に支持している。
凹部５８は、回転体５４の軸方向の長さよりも若干大きな寸法の幅を有し、回転体５４の半径よりも若干大きい寸法の半径を有する底面５８０２と、底面５８０２の両側から起立して互いに平行する一対の側面５８０４とを備えている。
なお、凹部５８は一対の側面５８０４を備えている必要は無い。すなわち、回転体５４の軸方向の長さをバルブステム１８０２の先端１８０４の径より大きくし、凹部５８がバルブステム１８０２の先端１８０４を径方向で貫通するように、凹部５８を形成しても良い。この場合、回転体５４の軸方向の動きはロッカーアーム２６の溝部５６の側面５６０４で規制する。
凹部５８の深さは、回転体５４を脱落することなく回転可能に支持できる深さであればよく、例えば、回転体５４の半径程度の寸法であればよい。
【００２２】
第１の実施の形態と同様に、回転体５４の表面硬さは、回転体５４が接触するロッカーアーム２６の箇所、本実施の形態ではロッカーアーム２６の溝部５６の面の表面硬さと、回転体５４が接触する凹部５８の表面硬さとの間の値となっている。
【００２３】
このような第２の実施の形態においても、カムシャフト２４によりカム２４０２が回転し、ローラ３６を介してロッカーアーム２６が支持端部３２の支点部３３０２を支点として揺動すると、その揺動に追従して吸気バルブ１８はバルブステム１８０２の軸方向に往復直線移動し、吸気ポート１７を開閉する。
そして、第１の実施の形態と同様に、回転体５４は、ロッカーアーム２６の揺動に追従して、凹部５８内で回転しつつ、揺動端部３４の溝部５６に沿って回転しつつ移動する。
【００２４】
したがって、第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、ロッカーアーム２６とバルブステム１８０２の先端１８０４とが、回転可能に支持された回転体５４を介して接触するため、バルブステム１８０２の先端１８０４の摩耗を抑制でき、バルブステム１８０２の耐久性の向上を図る上で有利となり、動弁装置２２のコストダウンを図る上で有利となる。
【符号の説明】
【００２５】
１０  内燃機関
１８  吸気バルブ
１８０２  バルブステム
１８０４  先端
２２  動弁装置
２６  ロッカーアーム
３８  回転体
４０  溝部
４４  凹部
５４  回転体
５６  溝部
５８  凹部
【図１】
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【図２】
2019132167.tif 000004
【図３】
2019132167.tif 000005
【図４】
2019132167.tif 000006
【図５】
2019132167.tif 000007
【図６】
2019132167.tif 000008
【図７】
2019132167.tif 000009
【図８】
2019132167.tif 000010