JP3580186B2

JP3580186B2 - Valve train for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3580186B2
Application number: JP21405199A
Authority: JP
Inventors: 俊弘山口
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-07-28
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JP2001041014A

Description

【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a valve train used for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2 and 3 show an example of a valve train conventionally used in an internal combustion engine.
At one end of an intake or exhaust valve 3 of the internal combustion engine, a valve head 1 for opening and closing an intake or exhaust port 11 is provided, and the valve 3 is always attached in a valve closing direction by a valve spring 7. It is being rushed. The cam 8, which rotates integrally with the camshaft, pushes down the valve 3 in the valve opening direction against the urging force of the valve spring 7, thereby allowing the combustion chamber 9 to communicate with the port 11, and intake or exhaust at a predetermined timing. Is performed.
[0003]
Conventionally, a high-strength piano wire or a silicon chrome steel wire has been used as a material of the valve spring 7 which requires severe fatigue conditions and high fatigue strength. However, since these materials are relatively heavy, if they are used for a long period of time, the fatigue strength of the lower part of the valve spring 7, which is particularly burdened by its own weight, may be reduced, and the seating surface 2 of the valve spring 7 may be worn. Therefore, durability becomes a problem. If the weight of the valve spring 7 is heavy, there is a concern that the valve operating system characteristics in the high engine speed range are deteriorated.
[0004]
That is, when the engine is running at high speed, the valve 3 does not follow the movement of the cam 8, which may cause a decrease in engine output or noise. Specifically, in the high engine speed region, the rotation of the cam 8 becomes high speed, and the end of the valve spring 7 is rapidly compressed. The rapidly compressed valve spring 7 is not uniformly compressed as a whole, but is partially compressed from the end as shown in FIG. 3, and the compressed portion 4 reciprocates up and down at the natural frequency of the valve spring 7. A phenomenon called. When the frequency of this surging matches the frequency of the forced vibration by the cam 8, a resonance phenomenon occurs, and the valve 3 does not follow the movement of the cam 8. As a result, a phenomenon called a bounce occurs in which the engine output is reduced due to a shift in the intake / exhaust timing, or the valve spring 7 rebounds against the spring seat 5 immediately after the valve 3 is closed. Or a problem occurs.
[0005]
These problems can be solved by reducing the weight of the valve spring 7 itself. That is, if the valve spring 7 itself is reduced in weight, the load of its own weight applied to the lower part of the valve spring 7 can be reduced, and the durability can be improved. Further, the natural frequency of the valve spring 7 is inversely proportional to the weight acting on the valve spring 7. Therefore, if the valve spring 7 itself is reduced in weight, the weight acting on the valve spring 7 decreases and the natural frequency rises, and the cam 8 Therefore, the frequency of the forced vibration and the frequency of the surging do not match, and the occurrence of the resonance phenomenon can be suppressed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as a material for reducing the weight of the valve spring 7 as described above, it is generally conceivable to use a titanium material, an aluminum material, or the like.
However, lightweight materials such as titanium and aluminum are not as high-strength materials as conventionally used piano wire and chrome steel wire. There is a problem that it is necessary to perform the processing and the manufacturing process becomes complicated.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has been made to be able to secure durability in a lower portion of a valve spring while maintaining good valve train characteristics in a high rotation range of an internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a valve train for an engine.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the valve train of an internal combustion engine of the present invention, the valve spring is disposed in series with the first valve spring located on the valve head side and the first valve spring. is constituted by a second valve spring which is located on the other end side of the valve, the first valve spring and the second valve spring is a spring constant is almost the same Rutotomoni, the second said valve spring first valve spring The second valve spring is made lighter than the first valve spring. That is, the first valve spring is provided on the side of the valve head located below the valve, and the lighter second valve spring is provided above the first valve spring. For this reason, the natural frequency of the valve spring can be effectively increased to improve the valve operating system characteristics, and the burden on the lower part of the valve spring can be reduced, so that surface treatment such as plating is not required. No metal fatigue or wear occurs, and sufficient durability can be ensured.
It is preferable that the first valve spring and the second valve spring have substantially the same length. Further, the first valve spring is made of a steel material, and the second valve spring is made of a titanium material, so that the second valve spring is formed of a lighter material than the first valve spring. The weight of the spring may be smaller than the weight of the first valve spring.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of a valve gear of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same components as those of the above-described conventional example are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
As shown in FIG. 1, the valve spring 7 used in the valve train of the internal combustion engine of the present embodiment has a first valve spring 17 located on the valve head 1 side of the valve 7 and a spring guide 19 interposed therebetween. The second valve spring 15 is disposed in series with the first valve spring 17 and is located at the other end of the valve 7 (the side opposite to the valve head 1). The second valve spring 15 is made of titanium, which is a lighter material than a chrome steel wire, and the weight of the second valve spring 15 is lighter than the weight of the first valve spring 17.
[0010]
In the present embodiment, the length and the spring constant of the first valve spring 17 and the second valve spring 15 are substantially the same.
Since the weight of the second valve spring 15 is smaller than the weight of the first valve spring 17 in the valve gear of the internal combustion engine as one embodiment of the present invention as described above, the natural frequency of the valve spring 7 is Can be effectively raised. That is, as described above, since the natural frequency of the valve spring 7 is inversely proportional to the weight acting on the valve spring 7, the weight acting on the entire valve spring 7 becomes smaller as the lightened portion is closer to the upper portion of the valve spring 7. This is because the natural frequency of the valve spring 7 increases. In other words, since only the upper part of the total weight of the valve spring 7 affects the natural frequency of the valve spring 7, the natural frequency can be effectively increased by reducing the weight of the second valve spring 15. it can.
[0011]
Preferably, the length of the second valve spring 15 is at least 1/3 (or approximately 1/3) or more of the whole (the entire length of the valve spring 7) .
Furthermore, in the valve gear of the internal combustion engine according to the present embodiment, the natural frequency of the valve spring 7 is high, and the frequency of surging due to high rotation and the frequency range of forced vibration from the cam 8 coincide. Therefore, no resonance phenomenon occurs in the valve spring 7, and no noise and a decrease in engine output due to the resonance of the valve spring 7 are caused.
[0012]
Further, when the movement of the valve spring 7 follows the movement of the cam 8, the load applied to the valve spring 7 by the cam 8 can be reduced, so that the friction torque of the camshaft can be reduced and the fuel efficiency can be improved. .
Furthermore, since the second valve spring 15 is lightweight, the load exerted on the first valve spring 17 by the second valve spring 15 is small, and even if the second valve spring 15 is used for a long time, the load is applied to the lower part of the valve spring 7 (in this case, the first valve spring 17). It is possible to prevent a decrease in the fatigue strength and the occurrence of wear on the seat surface.
[0013]
Therefore, sufficient durability can be ensured without complicating the manufacturing process due to surface treatment or the like.
In the present embodiment, titanium is used for the second valve spring 15 and high-strength chrome steel wire is used for the first valve spring 17, but the present invention is not limited to this. If the second valve spring 15 is made of a lighter material than the spring 17 and the weight of the second valve spring 15 is lighter than the weight of the first valve spring 17, the same effect can be obtained regardless of the strength of the first valve spring 17. Can be done.
[0014]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the valve train of an internal combustion engine of the present invention, the second valve spring is formed of a lighter material than the first valve spring, and the weight of the second valve spring is reduced by the first valve spring. , The natural frequency can be effectively increased, the valve system characteristics can be improved, and the durability can be ensured because the load applied to the first valve spring is small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a valve gear of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a prior art valve train for an internal combustion engine.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an operation of a valve train of an internal combustion engine according to the related art.
[Explanation of symbols]
3 Valve 4 Compression part 5 Spring seat 7 Valve spring 9 Combustion chamber 11 Port 15 Second valve spring 17 First valve spring 19 Spring guide

Claims

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。In a valve operating device for an internal combustion engine having a valve for intake or exhaust provided with a valve head at one end, and a valve spring that constantly biases the valve in a valve closing direction,
The valve spring includes a first valve spring positioned on the valve head portion side, and a second valve spring positioned in series with the first valve spring and positioned on the other end side of the valve . wherein the first valve spring and the second valve spring is a spring constant substantially the same Rutotomoni, the second to form a valve spring lightweight material than the first valve spring, the weight of the second valve spring A valve train for an internal combustion engine, wherein the valve train is lighter in weight than the first valve spring.

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。The valve operating device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the first valve spring and the second valve spring have substantially the same length.

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。3. The valve train for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the first valve spring is made of a steel material, and the second valve spring is made of a titanium material. 4.