JP6296048B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気バルブまたは排気バルブとして用いられるエンジンバルブを備える内燃機関の動弁装置に関する。

従来から、バルブステムの外周面の一部を細径面として形成したエンジンバルブが知られている。（例えば、特許文献１を参照。）。

具体的には、特許文献１に開示されたエンジンバルブは、ステムガイドと摺動するバルブステムの外周面の一部を細径面として形成することにより、エンジンバルブを軽量化している。

特開昭６２−１８６００７号公報

しかしながら、従来装置においては、ステムガイドと摺動するバルブステムの外周面の一部に細径面が形成されていることにより、ステムガイドとバルブステムとの隙間を流れる潤滑油の通過量が細径面を設けていないエンジンバルブに比べて増加する。また、弁傘に近いステムガイドとバルブステムとの摺動面においては、筒内の燃焼によって、潤滑油の温度が上昇することにより潤滑油の粘性が低下する。このため、弁傘に近いステムガイドとバルブステムとの摺動面は弁傘から遠いステムガイドとバルブステムとの摺動面に比べて潤滑油の通過油量が増加する。その結果、弁傘に近いステムガイドとバルブステムとの摺動面においては、弁傘から遠いステムガイドとバルブステムとの摺動面に比べてステムガイドとバルブステムで摩耗が生じやすい。

本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、バルブステムの外周面の一部に細径面を有するエンジンバルブに適用され、ステムガイドとバルブステムとの摺動面における部品間の摩耗の発生を抑制する内燃機関の動弁装置（「以下、「本発明装置」と称呼する。）を提供することにある。

本発明装置は、ステムガイドと摺動する円筒状の摺動面と前記摺動面の径に比べて径の小さい第１細径面が形成されたバルブステム部と、前記バルブステム部の一端に連結された弁傘部とを備えるエンジンバルブと、前記弁傘部のリフト量が開口側に最大となる全開位置と前記リフト量が最小となる全閉位置との間で前記エンジンバルブを駆動可能なバルブ駆動装置と、を備える内燃機関の動弁装置であって、前記摺動面は前記弁傘部と前記第１細径面との間における第１摺動面と、前記第１細径面と前記バルブステム部の他端との間における第２摺動面とで形成され、前記全開位置で前記ステムガイドと当接する前記第１摺動面の軸方向長さが、前記全閉位置で前記ステムガイドと当接する前記第２摺動面の軸方向長さに比べて長くなるように構成されている。

これによれば、全閉位置と全開位置との間でエンジンバルブが摺動する期間に、ステムガイドと当接する第２摺動面の軸方向における長さに比べてステムガイドと当接する第１摺動面の軸方向における長さが長くなる期間を、ステムガイドと当接する第１摺動面の軸方向における長さに比べてステムガイドと当接する第２摺動面の軸方向における長さが長くなる期間に比べて長くすることができる。従って、第２摺動面に比べて摩耗の生じやすい第１摺動面における潤滑油の保持性を第２摺動面における潤滑油の保持性に比べて大きくすることができる。その結果、バルブステム部に細径面を形成しながら、ステムガイドとバルブステム部の摩耗を抑制することができる。

更に、本発明装置の一態様においては、前記バルブステムは前記弁傘と前記第１摺動面との間に前記摺動面に比べて径の小さい第２細径面が形成され、前記第２細径面は前記全閉位置で前記ステムガイドと当接しない位置に構成される。

これによれば、第２細径面を設けていないエンジンバルブに比べて、エンジンバルブを軽量化することができる。

本発明の第１実施形態に係るエンジンバルブの概略断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジンバルブにおけるバルブステムとステムガイドとの隙間の潤滑油の流れを示す図である。 本発明の実施形態に係るエンジンバルブを内燃機関に組み付けた場合におけるエンジンバルブが全閉位置となるときの概略断面図である。 本発明の実施形態に係るエンジンバルブを内燃機関に組み付けた場合におけるエンジンバルブが全開位置となるときの概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジンバルブを内燃機関に組み付けた場合の概略断面図である。

以下、本発明の各実施形態に係るエンジンバルブについて図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
まず図１を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るエンジンバルブについて説明する。図１において、エンジンバルブ１は、バルブステム２の一端に弁傘３が一体に連結されている。更にバルブステム２の外周面には、後述するステムガイド１６と摺動する第１摺動面２ａ及び第２摺動面２ｂとが形成されている。更に第１摺動面２ａと第２摺動面２ｂとの間のバルブステム２の外周面には、第１摺動面２ａ及び第２摺動面２ｂの径に比べて径の小さい第１細径面２ｃが形成されている。

（エンジンバルブのバルブステムの外周面に細径面を設けた場合の課題）
図１に示されるようにエンジンバルブ１のバルブステム２の外周面の一部に第１細径面２ｃを設ける構成とした場合、ステムガイド１６とバルブステム２から排出される潤滑油の通過油量が第１細径面２ｃを設けていないエンジンバルブに比べて増加し、ステムガイド１６とバルブステム２との間を流れる潤滑油の保持性が低下する。

具体的には、図２を参照しながら説明する。図２は、エンジンバルブ１のバルブステム２とステムガイド１６との隙間の潤滑油の流れを示す図である。なお、Ｄはバルブステム２の直径、ｙはバルブステム２とステムガイド１６との隙間の大きさ、ｌａはステムガイド１６に当接している第１摺動面２ａのバルブステムの軸方向の長さ、ｌｂはステムガイド１６に当接している第２摺動面２ｂのバルブステム２の軸方向の長さ、ｌｍはステムガイド１６に当接している第１細径面２ｃのバルブステム２の軸方向の長さ、Ｑはバルブステム２とステムガイド１６との隙間を通過する油量を示している。なお、「当接」とは、ステムガイド１６がバルブステム２の外周面と直接又は潤滑油を介して接触していることを示している。

ステムガイド１６とバルブステム２との隙間を流れる潤滑油の通過油量Ｑは、下述する環状隙間の式（式１）により表すことができる。なお、Δｐは差圧、μは潤滑油の粘性係数、ｌは隙間の大きさを示している。環状隙間の式については、公知の式であるため詳細な説明は省略するが、エンジンバルブ１の外周面に細径面２ｃが形成されていない場合、隙間の大きさｌは、ｌａ、ｌｂ及びｌｍを加算した値となる。一方、図２に示すようにバルブステム２の摺動面に第１細径面が形成されている場合、第１摺動面２aにおける隙間の大きさｌはｌaとなり、第２摺動面２ｂにおける隙間の大きさｌはｌｂとなる。従って、式１によれば第1摺動面２ａとステムガイド１６の隙間を通過する油量Ｑ１及び第２摺動面２ｂとステムガイド１６の隙間を通過する油量Ｑ２は、細径面２ｃを形成しない場合のバルブステムとバルブガイドの間を通過する油量に比べて大きくなる。その結果、第１細径面２ｃを形成することにより、ステムガイド１６とステムバルブ２との隙間における潤滑油の保持性が細径面２ｃを形成しない場合に比べて低下する。
（式１）

加えて、第１摺動面２ａにおいては、燃焼室内の燃焼により潤滑油の温度が上昇し、潤滑油の粘性係数μが低下する。このため、第１摺動面２ａは第２摺動面２ｂに比べて潤滑油の保持性が低下しやすい。従って、第１摺動面２ａは第２摺動面２ｂに比べて部品間で摩耗が生じやすい。

そこで、本発明の第１実施形態においては、エンジンバルブ１が全開となる全開位置でステムガイド１６に当接している第１摺動面２ａのバルブステムの軸方向における長さは、エンジンバルブ１が全閉となる位置でステムガイド１６と当接している第２摺動面のバルブステム２の軸方向における長さに比べて長くなるように構成されている。具体的には、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照しながら説明する。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、上述したエンジンバルブ１を内燃機関１０のシリンダヘッド１１に組み付けた図を示している。シリンダヘッド１１には、燃焼室１２に通じる吸気ポート１３が形成されている。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す概略断面図は、吸気ポート１３の径方向中央部を含むようにシリンダヘッド１１を切断した断面を示している。また、吸気ポート１３の燃焼室１２に対する開口部１３ａは、略円形となるように形成され、開口部１３ａの周囲にはエンジンバルブ１の弁傘２が着座する弁座１５が設けられている。

更にシリンダヘッド１１は、外部から吸気ポート１３に向かって、吸気ポート１３の開口部１３ａに略対面している位置に開口する貫通孔１１ａが形成されている。なお、貫通孔１１ａは、中心線が開口部１３ａの略中心を通過するような位置に形成される。貫通孔１１ａには円筒状のステムガイド１６が圧入されている。

エンジンバルブ１のバルブステム２は、ステムガイド１６を介してシリンダヘッド１１に摺動自在に取り付けられている。なお、バルブステム２の一端は、弁傘３が連結されており、反対側の一端は、図示しないカム等を用いたバルブ駆動装置１７と接続される。エンジンバルブ１は、バルブ駆動装置１７によりバルブステム２を進退させることで、弁傘３を着座または離座させることができる。バルブステム２とステムガイド１６との隙間には、バルブ駆動装置１７側から潤滑油が供給される。

図３（Ａ）は、弁傘３が弁座１５に着座した全閉位置を示し、図３（Ｂ）はエンジンバルブ１が最大の開弁量に達した全開位置を示す。エンジンバルブ１は、図３（Ａ）に示す全閉位置から図３（Ｂ）に示す全開位置との間で、ステムガイド１に挿入されているバルブステム２の外周面には、弁傘３側でステムガイド１６と摺動する第１摺動面２ａと、前記弁傘側とは反対側でステムガイド１６と摺動する第２摺動面２ｂとが形成されている。更に、第１摺動面２ａ及び第２摺動面２ｂの径に比べて径の小さい第１細径面２ｃが第１摺動面２ａと第２摺動面２ｂとの間に形成されている。加えて、図３（Ｂ）に示す全開位置でステムガイド１６に当接している第１摺動面２ａの前記バルブステム２の軸方向における長さＦＬは、図３（Ａ）に示す全閉位置でステムガイド１６に当接している第２摺動面２ｂのバルブステム２の軸方向における長さＦＵに比べて長くなるように構成されている。

この第１実施形態によれば、全閉位置と全開位置との間でエンジンバルブ１が摺動する期間にステムガイド１６と当接する第２摺動面２ｂの軸方向における長さに比べてステムガイド１６と当接する第１摺動面２ａの軸方向における長さが長い期間をステムガイド１６と当接する第１摺動面２ａの軸方向における長さに比べてステムガイド１６と当接する第２摺動面２ｂの軸方向における長さが長い期間に比べて長くすることができる。従って、第２摺動面２ｂに比べて摩耗の生じやすい第１摺動面２ａにおける潤滑油の保持性を第２摺動面２ｂにおける潤滑油の保持性に比べて大きくすることができる。その結果、バルブステム２に第１細径面２ｃを形成しながら、ステムガイド１６とバルブステム２の摩耗を抑制することができる。
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係るエンジンバルブ２１は、図４に示したように、弁傘３と第１摺動面２ａとの間のバルブステムの外周面に、第１摺動面２ａ及び第２摺動面２ｂの径に比べて径の小さい第２細径面２ｄが形成されている点が、第１実施形態に係るエンジンバルブ１と相違する。以下、第１実施形態と同様の部品及び機構等については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図４は、第２実施形態に係るエンジンバルブ２１を内燃機関１０に組み込んだ図であり、弁傘３が弁座４に着座した全閉位置を示している。エンジンバルブ２１は、上述したように弁傘３と第１摺動面２ａとの間のバルブステムの外周面に、第１摺動面２ａ及び第２摺動面２ｄの径に比べて径の小さい第２細径面２ｄが形成されている。また、エンジンバルブ２１は、全閉位置において、第２細径面２ｄがステムガイド１６に当接しない位置に組み付けられており、第２細径面２ｄが吸気ポート１３に露出している。

この第２実施形態によれば、第２細径面２ｄを設けないエンジンバルブに比べてエンジンバルブを軽量化できる。加えて、第２細径面２ｄを設けることにより、第２細径面２ｄを設けないエンジンバルブに比べて吸気通路の流路抵抗を低減できるため、吸気の圧力損失を低減することができる。

以上、説明したように、本発明の各実施形態によれば、全開位置から全閉位置の間で、ステムガイド１６に当接している第１摺動面２ａの軸方向における長さがステムガイド１６に当接している第２摺動面２ｂの軸方向における長さに比べて長くなる割合が大きくなる。従って、第１摺動面２ａにおける潤滑油の保持性の低下を抑制することができる。その結果、第１摺動面ａにおけるステムガイド１６とバルブステム２の摩耗を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、エンジンバルブを吸気ポートに配置する構成としたが、エンジンバルブを排気ポートに設ける構成としてもよい。

１…エンジンバルブ、２…バルブステム、３…弁傘、１０…内燃機関、１６…ステムガイド。

Claims (2)

1. ステムガイドと摺動する円筒状の摺動面と前記摺動面の径に比べて径の小さい第１細径面が形成されたバルブステム部と、前記バルブステム部の一端に連結された弁傘部とを備えるエンジンバルブと、
   前記弁傘部のリフト量が開口側に最大となる全開位置と前記リフト量が最小となる全閉位置との間で前記エンジンバルブを駆動可能なバルブ駆動装置と、を備える内燃機関の動弁装置であって、
   前記摺動面は前記弁傘部と前記第１細径面との間における第１摺動面と、前記第１細径面と前記バルブステム部の他端との間における第２摺動面とで形成され、前記全開位置で前記ステムガイドと当接する前記第１摺動面の軸方向長さが、前記全閉位置で前記ステムガイドと当接する前記第２摺動面の軸方向長さに比べて長くなるように構成されている内燃機関の動弁装置。
   
2. 請求項１に記載の内燃機関の動弁装置において、
   前記バルブステム部は前記弁傘部と前記第１摺動面との間に前記第１摺動面の径に比べて径の小さい第２細径面が形成され、
   前記第２細径面は前記全閉位置で前記ステムガイドと当接しない位置に構成されている内燃機関の動弁装置。