JP2008223534A - ラッシュアジャスタ - Google Patents
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Abstract
【課題】弁口のシート面における摩耗を低減するとともに、シート面に対する弁体の吸着を防止する。
【解決手段】シート面25に対して離間・当接することで弁口24を開閉する弁体33を、窒化ケイ素を含むセラミックス製とし、弁体33の中心線表面粗さ(Ra)を0.13μm以下とし、閉弁状態において弁体33からシート面25に付与される圧力を、1,386MPa以下とした。これにより、シート面25と弁体33との間の摩擦抵抗が低減され、シート面25の摩耗の進行が抑えられ、弁体33がシート面25に食い込んで吸着される食い付き現象を防止できる。
【選択図】 図3
【解決手段】シート面25に対して離間・当接することで弁口24を開閉する弁体33を、窒化ケイ素を含むセラミックス製とし、弁体33の中心線表面粗さ(Ra)を0.13μm以下とし、閉弁状態において弁体33からシート面25に付与される圧力を、1,386MPa以下とした。これにより、シート面25と弁体33との間の摩擦抵抗が低減され、シート面25の摩耗の進行が抑えられ、弁体33がシート面25に食い込んで吸着される食い付き現象を防止できる。
【選択図】 図3
Description
本発明は、内燃機関の動弁装置における油圧式のラッシュアジャスタに関するものである。
油圧式のラッシュアジャスタとしては、シリンダヘッドに有底筒状のシリンダを固定し、そのシリンダ内にプランジャを上下移動可能に収容し、そのプランジャのシリンダから突出した上端部でロッカアームを支承する構造のものがある。プランジャの中空内は低圧室とされ、シリンダの下端部空間はプランジャの底壁によって区画された高圧室とされ、プランジャの底壁には逆止弁の弁口が開口されている。低圧室は、シリンダの周壁の連通孔とプランジャの周壁の連通孔を介してシリンダヘッドの油供給路から供給された作動油で満たされ、更に弁口を通して高圧室にも作動油が満たされている。
高圧室内には、球形の弁体が弁口を閉塞する方向に付勢された状態で収容されており、この弁体と弁口によって逆止弁が構成されている。プランジャに対してロッカアーム側から下向きの押圧力が作用する状態では、弁体が弁口を閉じることによって高圧室を密閉とし、高圧室内に充填されている作動油によりプランジャの下降が阻止される。また、プランジャが上昇して高圧室の容積が増大すると、弁体がプランジャに対して相対的に下降して弁口が開き、作動油が低圧室から高圧室内へ流入し、高圧室内に作動油が満たされた状態が保たれる(例えば、特許文献1を参照)。
特開平5−288020号公報
上記の逆止弁を備えたラッシュアジャスタにおいては、弁体が弁口を開閉する度に弁口のシート面に衝突するのであるが、従来のものでは、弁体が比重の大きい鋼鉄製(例えば、SUJ2)のものであったため、弁体の衝突が繰り返されることによってシート面が摩耗し、弁体がシート面に食い込んで吸着される食い付きと称される現象が発生してしまう虞がある。
本願発明は上記事情に鑑みて創案され、シート面に対する弁体の食い付き防止することを目的としている。
本願発明は上記事情に鑑みて創案され、シート面に対する弁体の食い付き防止することを目的としている。
請求項1の発明は、シリンダヘッドに固定された有底筒状のシリンダと、上端部においてロッカアームを支承するようになっているとともに、前記シリンダの内周面に摺接しつつ上下移動可能なプランジャとを備え、前記プランジャ内には、作動油が貯留された低圧室が設けられ、前記シリンダの中空内下端部には、前記プランジャの底壁によって前記低圧室との間を仕切られるとともに前記作動油が充填された高圧室が形成され、前記プランジャの底壁を貫通するように形成された弁口と、前記高圧室内に収容されて前記弁口のシート面に対して当接・離間可能な球形の弁体と、前記弁体を前記シート面に当接させる閉弁方向へ付勢する付勢部材とによって逆止弁が構成されているラッシュアジャスタにおいて、前記弁体を、窒化ケイ素を含むセラミックス製とし、前記弁体の中心線表面粗さ(Ra)を、0.13μm以下とし、閉弁状態において前記弁体から前記シート面に付与される圧力を、1,386MPa以下とした。
請求項2の発明は、請求項1に記載のものにおいて、前記付勢部材の付勢方向と平行であって前記弁体の中心を通る付勢方向線と、前記弁体の中心を始点として前記弁体と前記シート面との当接位置を通る当接方向線とのなす角度を、30°〜75°とした。
<請求項1の発明>
シート面に対して離間・当接することで弁口を開閉する弁体を、窒化ケイ素を含むセラミックス製とし、弁体の中心線表面粗さ(Ra)を0.13μm以下とし、閉弁状態において弁体からシート面に付与される圧力を、1,386MPa以下とした。これにより、シート面と弁体との間の摩擦抵抗が低減され、シート面の摩耗の進行が抑えられ、シート面に対する弁体の食い付きを防止できる。
シート面に対して離間・当接することで弁口を開閉する弁体を、窒化ケイ素を含むセラミックス製とし、弁体の中心線表面粗さ(Ra)を0.13μm以下とし、閉弁状態において弁体からシート面に付与される圧力を、1,386MPa以下とした。これにより、シート面と弁体との間の摩擦抵抗が低減され、シート面の摩耗の進行が抑えられ、シート面に対する弁体の食い付きを防止できる。
<請求項2の発明>
付勢部材の付勢方向と平行であって弁体の中心を通る付勢方向線と、弁体の中心を始点として弁体とシート面との当接位置を通る当接方向線とのなす角度を75°以下としたので、シート面に対して弁体が楔状に食い込む作用が緩和され、弁体の食い付きを確実に防止することができる。
付勢部材の付勢方向と平行であって弁体の中心を通る付勢方向線と、弁体の中心を始点として弁体とシート面との当接位置を通る当接方向線とのなす角度を75°以下としたので、シート面に対して弁体が楔状に食い込む作用が緩和され、弁体の食い付きを確実に防止することができる。
<実施形態1>
以下、本発明を具体化した実施形態1を図1乃至図4を参照して説明する。本実施形態の油圧式ラッシュアジャスタAが適用される内燃機関の動弁装置について説明する。動弁装置は、バルブ41、ラッシュアジャスタA、ロッカアーム42、及びカム43を備えて構成され、カム43の回転に伴い、ロッカアーム42がラッシュアジャスタAの上端を支点として上下方向に揺動しつつバルブ41を上下動させるようになっている周知の構造のものである。
以下、本発明を具体化した実施形態1を図1乃至図4を参照して説明する。本実施形態の油圧式ラッシュアジャスタAが適用される内燃機関の動弁装置について説明する。動弁装置は、バルブ41、ラッシュアジャスタA、ロッカアーム42、及びカム43を備えて構成され、カム43の回転に伴い、ロッカアーム42がラッシュアジャスタAの上端を支点として上下方向に揺動しつつバルブ41を上下動させるようになっている周知の構造のものである。
次に、ラッシュアジャスタAについて説明する。ラッシュアジャスタAは、シリンダ10とプランジャ20とを備えて構成される。
シリンダ10は、円形の底壁部11の周縁から円筒状の周壁部12を立ち上げた有底筒状をなし、シリンダヘッド40の上面に開口させた取付孔44内に固定されている。シリンダ10の周壁部12には、その内外両周面間に貫通する外部連通孔13が形成されており、この外部連通孔13は、シリンダヘッド40内に設けた作動油供給路45に連通している。
シリンダ10は、円形の底壁部11の周縁から円筒状の周壁部12を立ち上げた有底筒状をなし、シリンダヘッド40の上面に開口させた取付孔44内に固定されている。シリンダ10の周壁部12には、その内外両周面間に貫通する外部連通孔13が形成されており、この外部連通孔13は、シリンダヘッド40内に設けた作動油供給路45に連通している。
プランジャ20は、円形の底壁部21の周縁から円筒状の周壁部22を立ち上げた有底筒状をなしており、このプランジャ20の中空内は低圧室23となっている。プランジャ20の底壁部21には、その中心に位置する円形の弁口24が上下に貫通して形成され、この弁口24における下側(後述する高圧室31側)の開口縁には下広がり(高圧室31側に向かって拡径するような形態)であって断面が略円弧状をなすシート面25が形成されている。底壁部21の下面(高圧室31に臨む面)には、弁口24と同心であって弁口24よりも径が大きい凹部21aが形成されている。
また、プランジャ20の周壁部22の外周には縮径部26が形成され、この縮径部26においては周壁部22を貫通する内部連通孔27が形成されている。プランジャ20の上端部には、略半球状(ドーム状)の支承部28が形成され、この支承部28の外面にはロッカアーム42が上から当接され、この支承部28においてロッカアーム42の揺動支点を支持するようになっている。支承部28の頂上部中央には、上下に貫通する円形の通気孔29が形成されている。
このプランジャ20は、シリンダ10内に嵌め込まれ、双方の周面同士を摺接させつつ上下移動する。また、プランジャ20の縮径部26とシリンダ10の内周面との間には周方向の連通路30が形成され、この連通路30は、外部連通孔13と内部連通孔27の双方に連通している。
また、シリンダ10の中空下端部には、プランジャ20の底壁部21によって低圧室23から仕切られた高圧室31が構成されている。この高圧室31内には、弁口24とともに逆止弁32を構成する弁体33が、第1バネ34(本発明の構成要件である付勢部材)により弁口24を閉じる方向(上方)に付勢された状態で設けられている。弁体33は、外径寸法が弁口24の内径よりも大きい球体からなり、ボールケージ35内に収容されている。ボールケージ35は、弁口24と同心円形をなす筒部35aと、筒部35a下端を塞ぐ底板35bと、筒部35aの上端縁から径方向外側へ張り出したバネ受け部35cとからなる。筒部35aには、その内周から外周に貫通する複数の連通孔35dが形成され、底板35bにはその中央部分を上方へ突出させた膨出部35eが形成されている。かかるボールケージ35は、そのバネ受け部35cの外周縁を凹部21aの内周壁に圧入することによってプランジャ20の底壁部21に固着されている。
第1バネ34は、弁口24と同軸状に配置された圧縮コイルバネからなり、ボールケージ35の底板35bの上面と弁体33との間に装着されることで、弁体33を上方(閉弁方向)へ付勢している。この第1バネ34により、弁体33は、常にはシート面25に対して線接触状に当接して弁口24を塞ぐ閉弁状態に保持されている。また、第1バネ34の付勢に抗して弁体33がシート面25から下方へ離間すると、逆止弁32が開弁する。尚、第1バネ34の下端部は、底板35bに対してその膨出部35eに外嵌されるように当接しているので、第1バネ34が水平方向(軸線と直角な方向)へ位置ずれする虞はない。したがって、第1バネ34の上端部は球形の弁体33に対して同軸状に当接する状態を維持する。また、弁体33が過剰に下降したときには、弁体33が膨出部35eの頂上面に当接して、それ以上の下降動作が規制されるので、第1バネ34が過剰に弾性変形する虞はない。
また、高圧室31内においては、弁口24と同軸状の圧縮コイルバネからなる第2バネ36が、ボールケージ35のバネ受け部35cとシリンダ10の内底面との間に装着されており、この第2バネ36はプランジャ20を上方へ付勢している。そして、シリンダヘッド40の作動油供給路45から、外部連通孔13、連通路30、内部連通孔27を順に通って供給された作動油が、低圧室23内に貯留され、さらに弁口24を通って高圧室31内に充填されている。
プランジャ20に対してロッカアーム42側から下向きの押圧力が作用する状態では、弁体33がシート面25に当接して弁口24を閉じることにより高圧室31内を密閉とし、高圧室31内に充填されている作動油によりプランジャ20の下降が阻止される(図3を参照)。また、プランジャ20が上昇して高圧室31の容積が増大すると、弁体33がプランジャ20に対して相対的に下降しつつシート面25から離間して弁口24を開き(図4を参照)、作動油が低圧室23から高圧室31内へ流入し、高圧室31内に作動油が満たされた状態が保たれる。プランジャ20の上昇が停止すると、弁体33が第1バネ34の付勢によりシート面25に当接して弁口24が閉じられ、高圧室31内が作動油で満たされた密閉状態となる。
このように逆止弁32は、弁体33が弁口24を開閉する度に弁口24のシート面25に衝突するのであるが、従来では、弁体が比重の大きい鋼鉄製(例えば、SUJ2)のものであって慣性質量が大きかったため、弁体の衝突が繰り返されることによってシート面25が摩耗したり、弁体がシート面25に食い込んで吸着されて食い付きと称される現象を来すことが懸念される。
そこで本実施形態では、弁体33を、鋼球に替えて、窒化ケイ素を含むセラミックス製としている。この窒化ケイ素セラミックス製の弁体33は、高い硬度を有しており、シート面25に衝突しても弁体33に割れや変形を来すことがなく、弁体33としての機能を十分に発揮することができる。また、弁体33は、セラミックス製としたことにより、鋼球の弁体33に比べて比重が小さくなるので、シート面25への衝突時の慣性質量も小さくなる。したがって、弁体33の衝突に起因するシート面25の摩耗が低減されるとともに、弁体33がシート面25に食い込んで吸着されることが防止される。
尚、弁体33を構成する窒化ケイ素セラミックスの機械的特性については、比重が3.2、硬度が1500[HV]、線膨張係数が3.2×10−6[1/℃]、耐熱温度が800[℃]である。また、比較のために従来の鋼球(SUJ2)の機械的特性を示すと、比重は7.8、硬度は750[HV]、線膨張係数は12.5×10−6[1/℃]、耐熱温度は180[℃]である。
さらに、本実施形態では、シート面25に対する弁体33の吸着(食い付き)を防止する手段として、弁体33の表面粗さとシート面25に対する弁体33の当接圧力を、次のように設定している。即ち、弁体33の中心線表面粗さ(Ra)を、0.13μm以下とし、閉弁状態において弁体33からシート面25に付与される圧力を、1,386MPa以下としている。この圧力は、第1バネ34の弾性復元力によるものである。また、シート面25の形成されているプランジャ20の材質は、機械構造用炭素鋼、クロムモリブデン鋼、クロム鋼等であって、その硬度は、HV600以上である。さらに、第1バネ34の付勢方向と平行であって弁体33の中心を通る付勢方向線La(弁口24と同軸の線)と、弁体33の中心を始点として弁体33とシート面25との当接位置を通る当接方向線Lbとのなす角度θを、75°以下であって、30°以上の角度とした。
弁体33の中心線表面粗さ(Ra)を0.13μmとし、閉弁状態において弁体33からシート面25に付与される圧力を、1,386MPaとし、付勢方向線Laと当接方向線Lbとのなす角度θを25.5°とした条件の下で、弁体33をシート面25に繰り返し当接させる実験を行った。尚、シート面25の断面における曲率半径は0.8mmであり、弁体33の外径は3.0mmであり、弁口24の内径は2.05mmであり、閉弁状態における弁体33とシート面25の線接触状の当接領域(当接円)の直径は2.38mmである。この実験の結果、シート面25に対する弁体33の当接と離間を、10,000,000サイクル/日で5日間連続して行っても、シート面25に対する弁体33の食い付きは発生しなかった。この10,000,000サイクル/日で5日間連続して行った場合の当接・離間回数は、一般にラッシュアジャスタに要求される耐用回数の基準を満たすものである。
本実施形態によれば、弁体33の中心線表面粗さ(Ra)を0.13μm以下とし、閉弁状態において弁体33からシート面25に付与される圧力を、1,386MPa以下としたので、シート面25と弁体33との間の摩擦抵抗が低減される。これにより、シート面25の摩耗の進行が抑えられるので、シート面25に対する弁体33の食い付きを防止できる。
また、第1バネ34の付勢方向と平行であって弁体33の中心を通る付勢方向線Laと、弁体33の中心を始点として弁体33とシート面25との当接位置を通る当接方向線Lbとのなす角度θを75°以下としたので、シート面25(弁口24)に対して弁体33が楔状に食い込む作用が緩和され、弁体33の食い付きを確実に防止することができる。
A…ラッシュアジャスタ
10…シリンダ
20…プランジャ
23…低圧室
24…弁口
25…シート面
31…高圧室
32…逆止弁
33…弁体
34…第1バネ(付勢部材)
40…シリンダヘッド
La…付勢方向線
Lb…当接方向線
10…シリンダ
20…プランジャ
23…低圧室
24…弁口
25…シート面
31…高圧室
32…逆止弁
33…弁体
34…第1バネ(付勢部材)
40…シリンダヘッド
La…付勢方向線
Lb…当接方向線
Claims (2)
- シリンダヘッドに固定された有底筒状のシリンダと、
上端部においてロッカアームを支承するようになっているとともに、前記シリンダの内周面に摺接しつつ上下移動可能なプランジャとを備え、
前記プランジャ内には、作動油が貯留された低圧室が設けられ、
前記シリンダの中空内下端部には、前記プランジャの底壁によって前記低圧室との間を仕切られるとともに前記作動油が充填された高圧室が形成され、
前記プランジャの底壁を貫通するように形成された弁口と、前記高圧室内に収容されて前記弁口のシート面に対して当接・離間可能な球形の弁体と、前記弁体を前記シート面に当接させる閉弁方向へ付勢する付勢部材とによって逆止弁が構成されているラッシュアジャスタにおいて、
前記弁体を、窒化ケイ素を含むセラミックス製とし、
前記弁体の中心線表面粗さ(Ra)を、0.13μm以下とし、
閉弁状態において前記弁体から前記シート面に付与される圧力を、1,386MPa以下としたことを特徴とするラッシュアジャスタ。 - 前記付勢部材の付勢方向と平行であって前記弁体の中心を通る付勢方向線と、前記弁体の中心を始点として前記弁体と前記シート面との当接位置を通る当接方向線とのなす角度を、30°〜75°としたことを特徴とする請求項1記載のラッシュアジャスタ。
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Legal Events
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A02 | Decision of refusal |
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