(57)【要約】【課題】内燃機関の高出力化対応として、動弁系バルブリフタの外径を大きくせずにバルブリフト量を増加させると共に冠壁をカムに対して円滑に摺動接触させる。【解決手段】動弁系バルブリフタ（１）の冠壁（２）の少なくとも一部に球面状の凸曲面（４）を環状に形成し、冠壁（２）の凸曲面（４）に接触するカム（３）の少なくとも連結面（３３）に相補的凹曲面（５）を形成すると、カム（３）と冠壁（２）の接触点を冠壁外周より径方向内側にすることができ、基礎面（３０）又は隆起面（３２）に続いてカム（３）の連結面（３３）が冠壁（２）の凸曲面（４）に連続的かつ円滑に摺動接触する。このため、バルブリフト量を増加できると共にカム（３）と冠壁（２）との衝撃が緩和され、衝撃音を抑制することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎面と、基礎面より径方向に突出する隆起面と、基礎面と隆起面とを接続する連続的な曲率を有する連結面とを備えた摺動面が形成されたカムに当接する冠壁を有する動弁系バルブリフタにおいて、
冠壁の少なくとも一部に球面状の凸曲面を環状に形成したことを特徴とする動弁系バルブリフタ。
【請求項２】
前記冠壁の凸曲面の高さをリフター直径に対して１％以上とした請求項１に記載の動弁系バルブリフタ。
【請求項３】
凸曲面は、一定半径の球面又は連続的に半径が変化する複合球面として形成される請求項１又は２に記載の動弁系バルブリフタ。
【請求項４】
バルブリフタは、バルブステムの中心軸周りに回転可能に取り付けられる請求項１〜３の何れか１項に記載の動弁系バルブリフタ。
【請求項５】
凸曲面の延長上に形成される冠壁の中央部は、凸曲面と同一の半径で形成される球面、凸曲面に対し円滑な曲面を形成する延長凸曲面又は凸曲面に対し円滑に接続された平坦面の何れかにより形成される請求項１〜４の何れか１項に記載の動弁系バルブリフタ。
【請求項６】
冠壁の凸曲面に接触する少なくともカムの連結面に、凸曲面に対し相補的な凹曲面を形成したことを特徴とする動弁系バルブリフタ構造。
【請求項７】
凹曲面に形成されるカムの基礎面を円筒状に形成した請求項６に記載の動弁系バルブリフタ構造。
【請求項８】
凹曲面を形成する半径は、凸曲面を形成する半径より大きい請求項１〜５の何れか１項に記載の動弁系バルブリフタ及び請求項６又は７の動弁系バルブリフタ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気排気の開閉動作を行うバルブとカムとの間に取り付けられ、バルブリフタの外径を増加させずにより大きなバルブリフト量を確保できる動弁系バルブリフタ及び動弁系バルブリフタ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の直打式動弁系に使用される動弁系バルブリフタは、特許文献１に示されるように、カムに当接する冠壁を有する。図６に示すように、この動弁系バルブリフタ（１）は、カム（３）の摺動面（３０）に接触する平坦な冠壁（５０）を有する。カム（３）の摺動面（３０）は、基礎面（３１）と、基礎面（３１）より径方向に突出する隆起面（３２）と、基礎面（３１）と隆起面（３２）とを接続する連続的な曲率を有する連結面（３３）とを備えている。基礎面（３１）は、部分的な円筒面として形成され、隆起面（３２）は、基礎面（３１）より小さい連続的な曲率を有し、部分的な円筒面に近い形状に形成されるのに対し、連結面（３３）は、連続的な曲率変化を有するが平坦面に近い形状で形成される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２６９１２号公報
【特許文献２】
特開２０００−３４５８１２公報
【特許文献３】
ＤＥ−１９９１３２９０Ａ１公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年の内燃機関では、バルブリフタのリフト量を増加させることが、高出力化に有効な手段の一つであることが知られている。バルブリフタを介してカムの回転をバルブの往復運動に変換する直打式動弁装置では、リフト量を増加するためには、隆起面（３２）（カムノーズ）をより高くする必要がある。しかしながら、カムノーズを高くすると、カム（３）とバルブリフタ（１）の冠壁（５０）との接触点が冠壁（５０）の径方向外側に移動するため、図６に示すように、接触点が冠壁（５０）の外側に移動してしまい、所望のリフト量を得られない問題がある。また、冠壁（５０）の外部に接触点が移動すると、カム（３）の摺動部と冠壁（５０）の外周部とが局所的に衝突して、カム（３）又はバルブリフタ（１）の摺動面に欠損若しくは異常摩耗が生じ又は衝突時に騒音が発生し、円滑な摺動接触を達成できない問題がある。バルブリフタ（１）のリフト量を増加させるため、カムノーズを高くするに伴い、バルブリフタの直径も増加させれば、ある程度前記の問題を克服できるが、バルブリフタの直径を単純に増加させると、リフターレイアウト上の制約及び動弁系慣性質量の増大を招来し、延いては、軽量化の要求から乖離し、内燃機関の性能が低下する問題がある。燃焼室を小型化し、複合弁化を採用する傾向がある近年の内燃機関の設計では、バルブリフタのサイズを増大することは時流に逆行すると共に、高リフト化の制約となっている。
【０００５】
前記の問題に対して、スカート状のガイド部を小径に形成し、バルブリフタの冠面部をガイド部より大きな直径で形成して必要なリフト量を確保しかつバルブリフタの軽量化を図る構造が特許文献２に開示されている。特許文献２に示されるバルブリフタでは、ガイド部を小径化できるが、大きな直径の冠壁のため、隣接するシリンダボアとのピッチを減少できない問題がある。
【０００６】
更に、特許文献３に示されるように、バルブリフタの冠壁を円筒状に仕上げ、高リフト化を実現させた例も知られている。図７及び図８は、円筒状に形成された特許文献３の冠壁（６０）を示す。特許文献３のバルブリフタでは、カムが常に一定の方向からバルブリフタの冠壁（６０）に接触すると同時に、バルブリフタの回転を阻止する回転防止手段を設けなければならない。事実、図７及び図８に示すように、特許文献３のバルブリフタは、回転防止用のロールピン（６１）が嵌着される。また、ロールピン（６１）を回転方向に拘束する縦方向に摺動可能なロールピン案内溝（６２）をシリンダヘッド側に設置する必要があり、構造が複雑となるため、耐久信頼性、加工性及び製造価格の問題並びにバルブリフタの重量増加に伴う限界回転数の低下を招く等の弊害があった。
【０００７】
そこで、本発明は、カムに対して円滑に摺動接触する冠壁を有し、バルブリフタ径を増大させることなく大きなバルブリフト量を確保できる動弁系バルブリフタ及び動弁系バルブリフタ構造を提供することを目的とする。また、本発明は、カムとの衝撃音を抑制できる動弁系バルブリフタ及び動弁系バルブリフタ構造を提供することを目的とする。更に、本発明は、回転防止手段を設ける必要のない動弁系バルブリフタ及び動弁系バルブリフタ構造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】
本発明による動弁系バルブリフタ（１）は、基礎面（３１）と、基礎面（３１）より径方向に突出する隆起面（３２）と、基礎面（３１）と隆起面（３２）とを接続する連続的な曲率を有する連結面（３３）とを備えた摺動面（３０）が形成されたカム（３）に当接する冠壁（２）を有する。冠壁（２）の少なくとも一部に球面状の凸曲面（４）を環状に形成することにより、高出力化の対応でカムノーズを高くしたときに、カム（３）と冠壁（２）の接触点を冠壁外周より径方向内側にできるため、バルブリフタ（１）の外径を大きくすることなくバルブリフト量を増加することができ、所望のバルブリフト量を確保することが可能となる。また、カム（３）と冠壁（２）の接触点が冠壁外周より径方向内側とすることで、カム（３）と冠壁（２）端部との衝撃を回避でき、衝撃音の発生を阻止することができる。前記の効果を得るために、冠壁（２）の凸曲面（４）の高さは、リフター直径に対して１％以上とすることが好ましい。更に、冠壁（２）の少なくとも一部に球面状の凸曲面（４）を環状に形成し、冠壁（２）の凸曲面（４）に接触する少なくともカム（３）の連結面（３３）に、凸曲面（４）に対し相補的な凹曲面（５）を形成することで、基礎面（３０）又は隆起面（３２）に続いてカム（３）の連結面（３３）が冠壁（２）の凸曲面（４）に連続的かつ円滑に摺動接触することができる。また、冠壁（２）の少なくとも一部に球面状の凸曲面（４）が環状に形成されるので、バルブリフタ（１）が回転しても、カム（３）の摺動面（３０）が常に同一形状の凸曲面（４）に当接するので、バルブリフタ（１）の回転防止手段を要しない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明による動弁系バルブリフタ及び動弁系バルブリフタ構造の実施の形態を図１〜図５について説明する。図１〜図５では、図６〜図８に示す箇所と同一の部分に同一の符号を付して説明を省略する。
【００１０】
図１に示す実施の形態では、本発明による動弁系バルブリフタ（１）の冠壁（２）の全面は、一定半径（Ｒ０）の球面により連続する凸曲面（４）で形成され、冠面（２）の中央部（７）が最凸となる。このときの冠壁（２）の凸曲面（４）の高さは、リフター直径に対して１％以上としている。冠面（２）の形状に対応して、図２に示すように、基礎面（３１）、隆起面（３２）及び連結面（３３）を含むカム（３）の摺動面（３０）には、中心部も外周部も全面にわたり均一な半径（Ｒ１）の円弧断面を有する凹曲面（５）により形成される。凹曲面（５）は、凸曲面（４）に対して相補的な形状を有するが、冠壁（２）に対してカム（３）を円滑に摺動させるため、摺動面（３０）の断面に形成される半径（Ｒ１）は、凸曲面（４）の半径（Ｒ０）より僅かに大きく、凸曲面（４）が凹曲面（５）内に嵌合して互いに接触する。凸曲面（４）と凹曲面（５）とが摺動接触する際に、凸曲面（４）が図示しないばねにより凹曲面（５）に対して押圧され、スラスト方向の押圧力は、カム（３）を支持する支持軸（８）により規制される。どの位置でも同一の曲率半径で形成され凸曲面（４）とカム（３）との接触面は、自由に回転可能となる。また、バルブステム（６）の中心軸周りに回転可能に取り付けられるバルブリフタ（１）がどの角度に回転しても、一定の半径（Ｒ０）を有する凸曲面（４）に接触する。冠壁（２）に凸曲面（４）を形成する本実施の形態では、カムノーズを高く設定したときに、カム（３）と冠壁（２）との接触点が冠壁（２）の径方向内側、即ち中心側に移り、カム（３）は冠壁（２）に対して常に円滑に接触するので、所望のバルブリフト量およびカム特性が得られる。本実施の形態では、連結面（３３）は、従来と同様に、連続的な曲率変化を有するが平坦面に近い形状で形成される。
【００１１】
図４に示す本発明による他の実施の形態では、球面状の凸曲面（４）を必ずしも冠壁（２）の全面に形成する必要はなく、所望のバルブリフト量を得られるカムノーズ高さに設定し、カム（３）との衝突による接触を防止するため、カム（３）との衝突が予測される冠壁（２）の一部に球面状の凸曲面（４）を形成することができる。即ち、図４に示すように、球面状の凸曲面（４）を冠壁（２）の外周部に形成し、凸曲面（４）に対し円滑に連続する平坦部を冠壁（２）の中央部（７）に形成することができる。このときの冠壁（２）の凸曲面（４）の高さは、リフター直径に対して１％以上としている。この場合に、冠壁（２）の外周部に形成される球面状の凸曲面（４）に当接するカム（３）の連結面（３３）には凸曲面（４）に対応する凹曲面（５）が形成される。部分的に相補的凹曲面（５）に形成されるカム（３）の連結面（３３）以外の摺動面（３０）は円筒状に形成される。この場合も、凹曲面（５）を形成する半径（Ｒ１）は、球面状の凸曲面（４）の半径（Ｒ０）より大きく形成することが好ましい。
【００１２】
要するに、本発明では、カム（３）の摺動面（３０）に当接する冠壁（２）の少なくとも一部に球面状の凸曲面（４）を環状に形成することが必要であり、好ましくは、冠壁（２）の凸曲面（４）に接触する少なくともカム（３）の連結面（３３）に相補的凹曲面（５）を形成することが必要である。これにより、高出力化の対応でカムノーズを高くしたときに、カム（３）と冠壁（２）の接触点を冠壁外周より径方向内側にすることができ、バルブリフタ（１）外径を大きくすることなくバルブリフト量を増加することができるため、所望のバルブリフト量を確保することが可能となる。また、カム（３）と冠壁（２）の接触点が冠壁外周より径方向内側とすることで、カム（３）と冠壁（２）端部との衝撃を回避でき、衝撃音の発生を阻止することができる。更に、冠壁（２）の少なくとも一部に球面状の凸曲面（４）を環状に形成し、冠壁（２）の凸曲面（４）に接触する少なくともカム（３）の連結面（３３）に、凸曲面（４）に対し相補的な凹曲面（５）を形成することで、基礎面（３０）又は隆起面（３２）に続いてカム（３）の連結面（３３）が冠壁（２）の凸曲面（４）に連続的かつ円滑に摺動接触することができる。また、冠壁（２）の少なくとも一部に球面状の凸曲面（４）が周方向に環状に形成されるので、バルブリフタ（１）が回転しても、カム（３）の摺動面（３０）が常に同一形状の凸曲面（４）に当接するので、バルブリフタ（１）の回転防止手段を必要としない。
【００１３】
本発明の実施の形態では、変更が可能である。例えば、一定半径（Ｒ０）の球面で形成する代わりに、連続的に半径が変化する複合球面として凸曲面（４）を形成してもよい。凸曲面（４）は連続する円滑な単一円弧又は複合円弧の回転体により形成されればよい。また、バルブステム（６）に潤滑油を供給する貫通孔を冠壁（２）に形成し、カム（３）及び／又はバルブリフタ（１）の接触面等に各種表面処理を施すことも可能である。前記の例では、本発明を内燃機関に適用する例を示したが、開閉弁を有する加圧室を形成する圧縮機等内燃機関以外の開閉弁にも本発明を適用することができる。最大リフト時の断面を示す図２のように、カム（３）の全外周面に凹曲面（５）を形成する代わりに、図３に示すように、カム（３）の外周面の一部にのみ凹曲面（５）を形成し、他の部分を平坦面に形成してもよい。
【００１４】
冠壁（２）に形成した球面状の凸曲面（４）と、少なくともカム（３）の連結面（３３）とに形成した相補的凹曲面（５）とを摺動接触させる本発明の実施の形態では、下記の作用効果が得られる。
［１］  比較的小さい直径のバルブリフタ（１）でも大きなバルブリフト量を稼げる。
［２］  カム（３）との間で常に球面接触が行われる冠壁（２）の部分摩耗を防止することができる。
［３］  バルブリフタ（１）の周方向回転を阻止する回転防止手段が不要なため、コスト、重量の点で有利となり、重量増加に伴う回転限界の低下がない。
［４］  回転防止手段を省略することにより、システムの動作信頼性が増加し、摺動部の摩擦抵抗も減少する。
［５］  平坦形状よりも剛性の高い球形状に冠壁（２）近傍を薄い肉厚で形成でき、軽量化を図ることができる。
［６］  バルブリフタ（１）を冷間鍛造する際に、金型内で組成が流動し易い球形の冠壁（２）は、鍛造が容易であり、精度も向上する利点がある。
［７］  冠壁（２）の球面及びカム（３）の円弧溝を比較的簡単に研磨できる。
【００１５】
【発明の効果】
前述のように、本発明による動弁系バルブリフタでは、バルブリフタの冠壁の少なくとも一部を球面状の凸曲面で形成するため、大きなバルブリフト量を確保できると共にカムとの衝撃音を抑制でき、カムと冠壁とが円滑に摺動接触し、バルブリフタの回転防止手段を要しないため、構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】カムに接触する本発明による動弁系バルブリフタの断面図
【図２】図１から９０度の角度だけ離間した最大リフト時の断面図
【図３】図１から９０度の角度だけ離間した最大リフト時の他の断面図
【図４】凸曲面を部分的に形成した冠壁を有する本発明による動弁系バルブリフタの断面図
【図５】動弁系バルブリフタの凸曲面に部分的に嵌合接触する凹曲面を有する図４に使用するカムの斜視図
【図６】従来の動弁系バルブリフタの断面図
【図７】円筒状に形成された冠壁を有する従来の動弁系バルブリフタの断面図
【図８】図７から９０度の角度だけ回転した面の断面図
【符号の説明】
（１）・・バルブリフタ、  （２）・・冠壁、  （３）・・カム、（４）・・凸曲面、  （５）・・凹曲面、  （６）・・バルブステム、  （７）・・中央部、  （８）・・支持軸、  （３０）・・摺動面、  （３１）・・基礎面、  （３２）・・隆起面、  （３３）・・連結面、
【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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