JP2005248912A - バルブクリアランス自動調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】のこ歯ねじを利用したバルブクリアランス自動調整装置を組み込んだ動弁機構のバルブリフト量を安定させることである。
【解決手段】バルブクリアランス自動調整装置としてのラッシュアジャスタ１のアーム支持部材１１を、動弁機構のアーム５の一端部を支持するピボット部材９と、動弁機構のシリンダヘッド６に固定された雌ねじ部材１２にのこ歯ねじでねじ結合する雄ねじ部材１０とに分割して、ピボット部材９がアーム５一端部と摺動する際に、両者間のガタ等の影響でアーム５からピボット部材９に伝達される回転力が雄ねじ部材１０に伝わらないようにすることにより、本来の機能と無関係な雄ねじ部材１０の回転を防止して、ピボット部材９のアーム５支持位置を安定させたのである。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の動弁機構に組み込まれるバルブクリアランス自動調整装置に関する。

内燃機関の動弁機構は、バルブの開閉をその往復運動の軸線上に設けたカムシャフトにより直接的に行うダイレクト型と、バルブの往復運動の軸線上から外れた位置を支点として揺動するアームを介して行うアーム型とに大別できる。アーム型の中には、支点を貫通する固定軸を持たず、アームの一端部をピボットで支持してアーム他端部でバルブを往復運動させる、スイングアーム型と呼ばれるものがある。

上記スイングアーム型動弁機構では、通常、組立精度のばらつきや、バルブシートの摩耗、シリンダヘッドの熱膨張等に対してバルブクリアランス（バルブ軸端部とアーム他端部との隙間）を一定に保つために、ピボット側にラッシュアジャスタと呼ばれるバルブクリアランス自動調整装置を組み込んでいる。このラッシュアジャスタとしては、油圧式のもののほかに、のこ歯ねじを利用したものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

図５は、従来ののこ歯ねじ方式のラッシュアジャスタ５１を組み込んだスイングアーム型動弁機構の一例を示す。この動弁機構では、図５に示すバルブ２閉状態から、カムシャフト３が回転してカム４でアーム５中央部を押すと、アーム５がその一端部をラッシュアジャスタ５１に支持されて揺動し、他端部でバルブ２を押し下げることにより、バルブ２がシリンダヘッド６に取り付けられたバルブシート７から離れて開状態となる。そして、カム４がアーム５から離れると、バルブ２がバルブスプリング８の力で引き戻されて再び閉じられる。

この動弁機構に組み込まれたラッシュアジャスタ５１は、アーム５の一端部を支持するピボット部５２ａと外周面にのこ歯ねじが形成された雄ねじ部５２ｂとを有するアーム支持部材５２と、このアーム支持部材５２とねじ結合する円筒状の雌ねじ部材５３と、アーム支持部材５２をアーム５の一端部に押し付ける方向に付勢するばね部材５４とを備えており、アーム支持部材５２の雄ねじ部５２ｂおよび雌ねじ部材５３内周に形成されたのこ歯ねじが、アーム５から押込荷重を受けたときにロックし、押込荷重が解除されたときにばね部材５４の付勢力により滑り回転を生じるように設計されている。また、雌ねじ部材５３は、シリンダヘッド６の保持穴６ａに固定されている。

従って、開弁時には、アーム５から押込荷重を受けたアーム支持部材５２が、ねじのガタ分だけ押し込まれた後、のこ歯ねじのロックにより停止する。のこ歯ねじがロックする際には僅かな滑り回転を生じるが、この滑り回転分は、閉弁時に、押込荷重が解除されたアーム支持部材５２がばね部材５４の付勢力によりねじのガタ分だけ押し上げられた後に滑り回転することによって相殺される。これにより、動弁機構は、アーム５が一定の位置でアーム支持部材５２のピボット部５２ａに支持され、一定のバルブリフト量でバルブ２を開くことができる。

また、バルブ２の軸端部の摩耗やシリンダヘッド６の熱膨張等によりバルブクリアランスが増加した場合は、閉弁時にアーム支持部材５２が上述した滑り回転によりアーム５一端部をクリアランスがなくなるまで押し上げるので、クリアランス増加分が即座に吸収される。一方、バルブ２の熱膨張やバルブシート７の摩耗等によりバルブクリアランスが減少した場合、アーム支持部材５２は、閉弁時にはねじのガタ分押し上げられるまでにアーム５一端部に軸方向移動を阻止されて滑り回転せず、前述の開弁時の僅かな滑り回転により少しずつ雌ねじ部材５３にねじ込まれていくので、クリアランス減少分が徐々に吸収される。これらの動作により、動弁機構のバルブクリアランスは自動的に調整される。

しかしながら、このラッシュアジャスタ５１では、アーム５の揺動に伴ってアーム支持部材５２のピボット部５２ａがアーム５一端部と摺動するときに、両者間のガタ等の影響により、アーム支持部材５２がアーム５から回転力を受けて回転することがある。このアーム支持部材５２の回転は、特にアーム５からの押込荷重が解除されるときに生じやすい。これは、アーム支持部材５２が、アーム５から押込荷重を受けていないときには、雌ねじ部材５３とのガタの範囲内で比較的自由に回転できる状態にあるからである。

このようにアーム支持部材５２が本来の機能と関係なく回転すると、ピボット部５２ａがアーム５を支持する位置が一定しなくなって、動弁機構のバルブリフト量が不安定となり、内燃機関の性能低下を引き起こすおそれがある。
米国特許第４９８１１１７号明細書 実開平４−４４４０７号公報

この発明の課題は、のこ歯ねじを利用したバルブクリアランス自動調整装置を組み込んだ動弁機構のバルブリフト量を安定させることである。

この発明は、上記の課題を解決するための一つの手段として、一端部を支持されたアームの揺動によりバルブの開閉を行う動弁機構に組み込まれ、前記アームの一端部を支持するピボット部と固定部材の内面にねじ結合する雄ねじ部とを有するアーム支持部材と、このアーム支持部材を前記アームの一端部に押し付ける方向に付勢するばね部材とを備え、前記アーム支持部材の雄ねじ部および固定部材の雌ねじ部に、前記アームから押込荷重を受けたときにロックし、前記押込荷重が解除されたときに前記ばね部材の付勢力により滑り回転を生じるのこ歯ねじが形成されたバルブクリアランス自動調整装置において、前記アーム支持部材を、前記ピボット部を有するピボット部材と前記雄ねじ部を有する雄ねじ部材とに分割した構成を採用したのである。

すなわち、アーム支持部材を、動弁機構のアームの一端部を支持するピボット部材と、固定部材の内面にねじ結合する雄ねじ部材とに分割して、ピボット部材がアーム一端部との摺動の際にアームから受ける回転力が、ピボット部材と雄ねじ部材との間の滑りにより吸収されて雄ねじ部材に伝わらないようにすることにより、本来の機能と無関係な雄ねじ部材の回転を防止して、ピボット部材がアームを支持する位置を安定させたのである。

上記の構成において、前記ピボット部材と雄ねじ部材の接触面のうち、少なくとも一方の接触面を凸形球面とすることにより、ピボット部材と雄ねじ部材の片当たりによる偏摩耗を防止し、これらの各部材の耐久性を向上させることができる。ここで、一方の接触面を凸形球面とし、他方を前記凸形球面と同じ曲率半径の凹形球面とすれば、両部材の接触面間の面圧が低くなり、各部材の耐久性がさらに向上する。

また、この発明では、前記課題を解決する他の手段として、前記バルブクリアランス自動調整装置において、前記ピボット部とアームの一端部との間に、低摩擦材を介在させた構成を採用したのである。

すなわち、ピボット部とアーム一端部との間に低摩擦材を介在させ、両者間の摩擦係数を低下させることにより、ピボット部がアームから受ける回転力を減少させて、この回転力によるアーム支持部材の回転を生じにくくし、ピボット部のアーム支持位置を安定させたのである。ここで、前記低摩擦材として硬質炭素膜を採用すれば、ピボット部の耐久性向上も図れる。

この発明のバルブクリアランス自動調整装置は、上述したように、動弁機構のアームの一端部を支持するアーム支持部材をピボット部材と雄ねじ部材とに分割して、ピボット部材がアームから受ける回転力が雄ねじ部材に伝わらないようにしたものであるから、雄ねじ部材が本来の機能と無関係に回転することがなく、ピボット部材のアーム支持位置が安定している。

また、アーム支持部材を分割する代わりに、ピボット部とアーム一端部との間に低摩擦材を介在させるようにしても、ピボット部がアームから受ける回転力が小さくなるので、この回転力による雄ねじ部材の回転が生じにくくなり、ピボット部のアーム支持位置が安定する。

従って、上記のいずれかのバルブクリアランス自動調整装置を組み込んだ動弁機構は、常に安定したバルブリフト量を得ることができる。

以下、図１乃至図４に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態のバルブクリアランス自動調整装置としてのラッシュアジャスタ１を組み込んだスイングアーム型動弁機構を示す。この動弁機構の基本的な構成および動作は、前述の図５に示したものと同じである。すなわち、この動弁機構では、図１に示すバルブ２閉状態から、カムシャフト３が回転してカム４でアーム５中央部を押すと、アーム５がその一端部をラッシュアジャスタ１に支持されて揺動し、他端部でバルブ２を押し下げることにより、バルブ２がシリンダヘッド６に取り付けられたバルブシート７から離れて開状態となる。そして、カム４がアーム５から離れると、バルブ２がバルブスプリング８の力で引き戻されて再び閉じられる。

この動弁機構に組み込まれたラッシュアジャスタ１は、図２にも示すように、アーム５の一端部を支持するピボット部材９と外周面にのこ歯状の雄ねじ部１０ａが形成された雄ねじ部材１０とで構成されるアーム支持部材１１と、雄ねじ部材１０とねじ結合する円筒状の雌ねじ部材１２と、アーム支持部材１１をアーム５一端部に押し付ける方向に付勢するばね部材１３とを備えている。雌ねじ部材１２の上端部外周には、ピボット部材９を抜け止めするストッパ１４が嵌め込まれ、下端部外周には、ばね部材１３の下端を支持する底蓋１５が嵌め込まれている。また、雌ねじ部材１２は、シリンダヘッド６の保持穴６ａに埋め込まれて固定される。

前記ピボット部材９は、アーム５一端部の凹部５ａに摺動可能に嵌め込まれるピボット部９ａと、雌ねじ部材１２内周のストレート部１２ａに摺動可能に嵌め込まれる胴部９ｂとから成る。

前記雄ねじ部材１０は、下端側からの穴１０ｂに挿入されたばね部材１３に付勢されて、上端の平面でピボット部材胴部９ｂの下端の平面と当接している。

雄ねじ部材１０の雄ねじ部１０ａおよび雌ねじ部材１２の雌ねじ部１２ｂに形成されるのこ歯ねじは、アーム５からピボット部材９を介して伝達される押込荷重を受ける圧力側フランク面のフランク角が、ばね部材１３の付勢力を受ける滑り側フランク面のフランク角よりも大きく形成され、アーム５から押込荷重を受けたときにロックし、押込荷重が解除されたときには、ばね部材１３の付勢力により滑り回転を生じるようになっている。

このラッシュアジャスタ１は、上記の構成であり、前述した従来のものと同じメカニズムで動弁機構のアーム５の支持およびバルブクリアランスの調整を行う。

すなわち、動弁機構が開弁動作を行うときには、アーム５一端部からピボット部材９を介して雄ねじ部材１０に押込荷重が伝達される。押込荷重を受けた雄ねじ部材１０は、ねじのガタ分だけ押し込まれ、雌ねじ部材１２と圧力側フランク面どうしで接触して僅かに滑り回転した後、ねじ面間の摩擦力によりロックして停止する。そして、開弁動作が終わるまで、この状態でピボット部材９がアーム５一端部を支持する。

動弁機構の動作が開弁から閉弁に移ると、アーム５からの押込荷重が解除された雄ねじ部材１０が、ばね部材１３の付勢力によりねじのガタ分だけ押し上げられて、雌ねじ部材１２と滑り側フランク面どうしで接触した後、上述の開弁時の滑り回転分を相殺する分だけ滑り回転し、ピボット部材９を開弁開始時の位置に押し上げる。これにより、ピボット部材９は、常に一定の位置でアーム５を支持することができる。

また、バルブクリアランスが増加した場合は、上述した閉弁時の雄ねじ部材１０の滑り回転によりピボット部材９がアーム５一端部を押し上げてクリアランス増加分を吸収し、バルブクリアランスが減少した場合は、雄ねじ部材１０が閉弁時に滑り回転せず、開弁時の僅かな滑り回転により少しずつ雌ねじ部材１２にねじ込まれ、ピボット部材９が雌ねじ部材１２内に押し込まれていってクリアランス減少分を吸収するようになっている。

さらに、アーム支持部材１１がピボット部材９と雄ねじ部材１０とに分割されているため、ピボット部材９のピボット部９ａがアーム５の一端部と摺動するときにアーム５から回転力を受けても、この回転力はピボット部材９と雄ねじ部材１０との間の滑りにより吸収されて雄ねじ部材１０に伝わらず、雄ねじ部材１０が上述した本来の機能と関係なく回転することがない。

従って、このラッシュアジャスタ１では、ピボット部材９のアーム５支持位置が従来よりも安定しており、動弁機構のバルブリフト量の安定化を図ることができる。

図３は、ピボット部材と雄ねじ部材の接触面形状の変形例を示す。図３（ａ）はピボット部材９の下端面のみを凸形球面とした例、図３（ｂ）は雄ねじ部材１０の上端面のみを凸形球面とした例、図３（ｃ）はピボット部材９下端面と雄ねじ部材１０上端面をともに凸形球面とした例である。また、図３（ｄ）は、ピボット部材９下端面を凸形球面とし、この凸形球面と同じ曲率半径の凹形球面を雄ねじ部材１０上端に形成した例である。図３（ｅ）の例では、図３（ｄ）の例と逆に、雄ねじ部材１０上端面を凸形球面、ピボット部材９下端面を凹形球面としている。なお、底蓋１５の形状および雌ねじ部材１２への取り付け方は、図１および図２に示した例と異なるが、ねじ部材１３を支持する機能は同じである。

これらの各変形例を採用すれば、アーム５からピボット部材９に伝達される押込荷重の方向とピボット部材９軸方向のずれのためにピボット部材９が僅かに傾いても、ピボット部材９と雄ねじ部材１０とが片当たりすることがないので、各部材９、１０の偏摩耗を防止でき、耐久性の向上を図ることができる。特に、図３（ｄ）、（ｅ）の例では、両部材９、１０の接触面間の面圧が低くなり、耐久性の面で優れている。

図４は、第２の実施形態を示す。この実施形態のバルブクリアランス自動調整装置としてのラッシュアジャスタ１６は、アーム５一端部を支持するピボット部１７ａと外周面にのこ歯ねじを有する雄ねじ部１７ｂとを一体に形成したアーム支持部材１７と、上半部の内周にアーム支持部材１７の雄ねじ部１７ｂとねじ結合する雌ねじ部１８ａが形成された雌ねじ部材１８とを備えている。アーム支持部材１７は、雄ねじ部１７ｂの下端面をばね部材１９に付勢され、ピボット部１７ａにはＤＬＣ（Diamond Like Carbon ）と呼ばれる硬質炭素膜２０がコーティングされている。なお、ばね部材１９を支持する底蓋２１は、雌ねじ部材１８の下端部内周に嵌め込まれている。その他の部分の構成および基本的な機能は、第１の実施形態と同じである。

この実施形態では、アーム支持部材１７のピボット部１７ａに低摩擦材としての硬質炭素膜２０がコーティングされているので、ピボット部１７ａとアーム５一端部との間の摩擦係数が従来よりもかなり小さい。このため、ピボット部１７ａがアーム５と摺動するときにアーム５から受ける回転力が小さく、アーム支持部材１７が本来の機能と無関係な回転を生じにくい。従って、第１の実施形態と同様に、ピボット部１７ａのアーム５支持位置が安定しており、動弁機構のバルブリフト量の安定化が図れる。一方、本来の機能によるアーム支持部材１７の回転動作はスムーズに行われるので、バルブクリアランスの調整を従来よりも迅速かつ確実に行うことができる。

また、アーム支持部材１７のピボット部１７ａを、その素材である鋼よりも硬度が高く、耐摩耗性に優れた硬質炭素膜２０で覆うことは、アーム支持部材１７の耐久性向上にもつながる。

なお、図４の例では、硬質炭素膜２０をピボット部１７ａにコーティングしたが、相手側となるアーム５一端部の凹部５ａにコーティングしてもよい。また、硬質炭素膜のほかにも、硬質クロムメッキ等をピボット部とアーム一端部との間に介在させる低摩擦材として採用することができる。

第１の実施形態のラッシュアジャスタを組み込んだ動弁機構の正面断面図 図１のラッシュアジャスタを拡大して示す正面断面図 ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅは、それぞれ図１のラッシュアジャスタのピボット部材 と雄ねじ部材の接触面形状の変形例を示す正面断面図 第２の実施形態のラッシュアジャスタの正面断面図 従来のラッシュアジャスタを組み込んだ動弁機構の正面断面図

符号の説明

１ ラッシュアジャスタ
５ アーム
５ａ 凹部
６ シリンダヘッド
６ａ 保持穴
９ ピボット部材
９ａ ピボット部
９ｂ 胴部
１０ 雄ねじ部材
１０ａ 雄ねじ部
１１ アーム支持部材
１２ 雌ねじ部材
１２ａ ストレート部
１２ｂ 雌ねじ部
１３ ばね部材
１６ ラッシュアジャスタ
１７ アーム支持部材
１７ａ ピボット部
１７ｂ 雄ねじ部
１８ 雌ねじ部材
１８ａ 雌ねじ部
１９ ばね部材
２０ 硬質炭素膜

Claims (5)

1. 一端部を支持されたアームの揺動によりバルブの開閉を行う動弁機構に組み込まれ、前記アームの一端部を支持するピボット部と固定部材の内面にねじ結合する雄ねじ部とを有するアーム支持部材と、このアーム支持部材を前記アームの一端部に押し付ける方向に付勢するばね部材とを備え、前記アーム支持部材の雄ねじ部および固定部材の雌ねじ部に、前記アームから押込荷重を受けたときにロックし、前記押込荷重が解除されたときに前記ばね部材の付勢力により滑り回転を生じるのこ歯ねじが形成されたバルブクリアランス自動調整装置において、前記アーム支持部材を、前記ピボット部を有するピボット部材と前記雄ねじ部を有する雄ねじ部材とに分割したことを特徴とするバルブクリアランス自動調整装置。
2. 前記ピボット部材と雄ねじ部材の接触面のうち、少なくとも一方の接触面を凸形球面としたことを特徴とする請求項１に記載のバルブクリアランス自動調整装置。
3. 前記ピボット部材と雄ねじ部材の接触面のうち、一方の接触面を凸形球面とし、他方を前記凸形球面と同じ曲率半径の凹形球面としたことを特徴とする請求項２に記載のバルブクリアランス自動調整装置。
4. 一端部を支持されたアームの揺動によりバルブの開閉を行う動弁機構に組み込まれ、前記アームの一端部を支持するピボット部と固定部材の内面にねじ結合する雄ねじ部とを有するアーム支持部材と、このアーム支持部材を前記アームの一端部に押し付ける方向に付勢するばね部材とを備え、前記アーム支持部材の雄ねじ部および固定部材の雌ねじ部に、前記アームから押込荷重を受けたときにロックし、前記押込荷重が解除されたときに前記ばね部材の付勢力により滑り回転を生じるのこ歯ねじが形成されたバルブクリアランス自動調整装置において、前記ピボット部とアームの一端部との間に、低摩擦材を介在させたことを特徴とするバルブクリアランス自動調整装置。
5. 前記低摩擦材が硬質炭素膜であることを特徴とする請求項４に記載のバルブクリアランス自動調整装置。

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