JP6400319B2 - 内燃機関の動弁機構用のカム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の動弁機構用のカムに関する。

従来より、内燃機関において、回転するカムのカムローブにより弁体を駆動する駆動体、典型的にはバルブリフタを押圧し、吸気バルブ又は排気バルブを開閉させる動弁機構が知られている。

このような動弁機構において、駆動体は弁体とともにスプリングにより閉弁側に付勢されており、吸気バルブ又は排気バルブを開弁させる際にはカムローブがスプリングによる付勢力に抗してバルブリフタを押し下げる。

また、カムの軽量化を図るべく、カムのベースサークルを形作る円筒面の両側部を面取りして肉を削り込むことが行われている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００１−８２１１１号公報

動弁機構において、摩擦損失を可能な限り軽減させる目的で、吸気バルブ又は排気バルブが閉弁状態にある際にカムのベースサークルと駆動体との間にクリアランスが存在するように、カムと駆動体との相対位置を設計することが考えられる。

一方、この種の動弁機構では、弁体を弁座に確実に着座させて吸気ポート又は排気ポートを確実に閉塞するべく、強力なスプリングにより駆動体に対して常時閉弁側に向かう強い付勢力を与えている。このことから、開弁状態から閉弁状態に遷移する際に、クリアランスを設けているにも関わらず、駆動体がカムに衝突することがある。しかも、その衝突の瞬間に駆動体の対カム接触面、典型的にはバルブリフタの頂面とカムのベースサークルの中心を通る軸線とが平行であるとは限らず、カムの円筒面に対して傾斜した駆動体の対カム接触面がカムの円筒面の側端縁に点線触することがある。

すると、駆動体の対カム接触面に施された摩擦軽減のためのコーティング（例えば、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）コーティング）が剥離するおそれがある。このようなコーティングが剥離すると、駆動体とカムローブとの間の摩擦が大きくなることによるメカロスが発生し、燃費の悪化につながる。

本発明は以上の点に着目し、開弁状態から閉弁状態となる際に駆動体がカムの円筒面の側端縁に点線触することによるコーティングの剥離を抑止し、ひいては燃費の悪化を阻止することを目的とする。

以上の課題を解決すべく、本発明に係る内燃機関の動弁機構は、以下に述べるような構成を有する。すなわち本発明に係る内燃機関の動弁機構は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの開閉駆動に用いられる動弁機構用のカムであって、吸気バルブ又は排気バルブの弁体を駆動する駆動体を押圧するカムローブと、カムローブに連なりベースサークルの一部をなすとともに前記駆動体に対して近接する円筒面と、円筒面の側方に位置し軸方向に対して傾斜した方向を向き周方向に沿って拡張している傾斜面と、前記円筒面と前記傾斜面とが交わる角部を面取りし又は角部にＲを付けたものであり周方向に沿って途切れることなく延長している保護部とを具備し、前記円筒面、前記傾斜面及び前記保護部を備えるベースサークル部が、カムローブを形作るカムローブ部よりも薄肉となっており、前記ベースサークル部を前記カムローブ部よりも薄肉とするべく、前記傾斜面はベースサークル部における前記円筒面に隣接する部位にのみ設けられ、カムローブ部には設けられておらず、前記カムローブと比較して前記軸方向に沿った幅が狭い前記円筒面と、その円筒面の側方にあって前記ベースサークル部を前記カムローブ部よりも薄肉とするべく設けられた傾斜面とが交わる部位に、前記保護部が形成され、前記保護部が、前記カムローブ部における前記カムローブの側端よりも前記軸方向に沿って内方に位置している。

このようなものであれば、開弁状態から閉弁状態となるときに駆動体がカムに衝突する場合でも、円筒面と傾斜面とが交わる角部に保護部を設けているので、駆動体の対カム接触面とカムとが点線触することによるコーティングの剥離を抑止することができる。

本発明によれば、開弁状態から閉弁状態となる際に吸気バルブ又は排気バルブの弁体を駆動する駆動体がカムの円筒面の側端縁に点線触することによるコーティングの剥離を抑止し、ひいては燃費の悪化を阻止することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の気筒上部の概略図。 同実施形態に係るカムの側面図。 図２におけるＡ−Ａ断面図。 図２における要部の拡大図。

本発明の一実施形態を、図１〜図４を参照しつつ以下に述べる。

本実施形態の車両用内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒を具備している。図１は、そのうちの一つの気筒１の上部を拡大して示すものである。図中、符号１は気筒、符号２は吸気ポート、符号３は吸気バルブ、符号４は排気ポート、符号５は排気バルブである。内燃機関におけるインジェクタ（燃料噴射弁。図示せず）は、吸気ポート２内に燃料を噴射するポート噴射式のものであってもよいし、気筒１の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式のものであってもよい。

図１に示すように、吸気バルブ３は、弁体３０が吸気ポート２の終端部にある弁座であるバルブシート２１に着座することにより吸気ポート２の終端部を閉塞するポペットバルブである。弁体３０は、皿状をなしており、棒状のバルブステム３１の一端部と一体に形成されている。バルブステム３１の他端部は、バルブリフタ３３にシム３２を介して接続されている。バルブリフタ３３は、シム３２及びバルブステム３１を介して開閉弁を行うための作用を弁体３０に伝達し該弁体３０を駆動する駆動体である。

吸気バルブ３の弁体３０、バルブステム３１、シム３２及びバルブリフタ３３は、付勢手段であるコイルスプリング３５により閉弁側すなわち弁体３０をバルブシート２１に着座させる方向に弾性付勢されている。このコイルスプリング３５とバルブリフタ３３との間には、スプリングリテーナ３４を介在させている。このスプリングリテーナ３４は、バルブステム３１を取り巻くように配置している。コイルスプリング３５は、一端側がシリンダヘッドの所定箇所の壁面に支持され、他端側はスプリングリテーナ３４の基端側の部位に支持される。

バルブリフタ３３は、一方が開口した円筒状をなし、バルブステム３１及びコイルスプリング３５を内部に収容するように、シム３２を介してバルブステム３１に冠着してある。また、このバルブリフタ３３の頂面３３ａには、摩擦軽減のためのコーティング、例えばＤＬＣコーティングが施してある。

バルブリフタ３３の頂面３３ａの上方には、カム６が存在している。カム６は、カムシャフト７に固設されている。カム６及びカムシャフト７は、内燃機関の図示しないクランクシャフトから巻掛伝動機構（タイミングベルトまたはタイミングチェーン等）を介して回転駆動力の伝達を受け、回転する。また、カム６のカムプロフィールは、図１〜図３に示すように、カムローブ６ａと、ベースサークル６ｂとを有する周知の構成のものである。

また、図１に示すように、本実施形態の内燃機関の排気バルブ５は、吸気バルブ３の駆動機構と同様の構成を有している。すなわち、排気バルブ５は、弁体５０が排気ポート４の始端部にある弁座であるバルブシート４１に着座することにより排気ポート４の始端部を閉塞するポペットバルブである。弁体５０は、皿状をなしており、棒状のバルブステム５１の一端部と一体に形成されている。バルブステム５１の他端部は、バルブリフタ５３にシム５２を介して接続されている。バルブリフタ５３は、シム５２及びバルブステム５１を介して開閉弁を行うための作用を弁体５０に伝達し該弁体５０を駆動する駆動体である。

排気バルブ５の弁体５０、バルブステム５１、シム５２及びバルブリフタ５３も、付勢手段であるコイルスプリング５５により閉弁側すなわち弁体５０をバルブシート４１に着座させる方向に弾性付勢されている。このコイルスプリング５５とバルブリフタ５３との間にも、スプリングリテーナ５４を介在させている。

バルブリフタ５３も、吸気側のバルブリフタ３３と同様の構成を有する。このバルブリフタ５３の頂面５３ａにも、摩擦軽減のためのコーティング、例えばＤＬＣコーティングが施してある。そして、排気側のバルブリフタ５３の頂面５３ａの上方にも、カム６が存在している。

さらに詳述すると、カム６は、図２〜図４に示すように、バルブリフタ３３、５３を押圧するカムローブ６ａを形作るカムローブ部６１と、ベースサークル６ｂの一部を形成するベースサークル部６２とからなる。ベースサークル部６２は、カムローブ６ａに連なりベースサークル６ｂの一部を形作るとともにバルブリフタ３３、５３に対して近接する円筒面６２ａと、円筒面６２ａの側方に位置し軸方向に対して傾斜した方向を向き周方向に沿って拡張している傾斜面６２ｂと、前記円筒面６２ａと前記傾斜面６２ｂとが交わる角部に設けられた保護部６２ｃとを備えている。保護部６２ｃは、前記角部を面取りしたもので、周方向に沿って途切れることなく延長している。そして、閉弁状態にある際にカム６のベースサークル部６２とバルブリフタ３３、５３との間にクリアランスが存在するように、換言すれば円筒面６２ａとバルブリフタ３３、５３の頂面３３ａ、５３ａとが摺動せずに近接するように、カム６及びバルブリフタ３３、５３の相対位置を設計している。

本実施形態では、吸気バルブ３のバルブリフタ３３及び排気バルブ５のバルブリフタ５３は、カム６により全く同様の作用を受け、全く同様に作動する。以下、カム６による吸気バルブ３のバルブリフタ３３の作動及びその際のカム６の状態について述べる。

吸気バルブ３の開弁時には、カム６のカムローブ６ａとバルブリフタ３３の頂面３３ａとが互いに接触し、コイルスプリング３５の付勢力に抗してバルブリフタ３３が押し下げられる。

その後、カムローブ６ａがバルブリフタ３３の頂面３３ａに接触した状態から円筒面６２ａがバルブリフタ３３の頂面３３ａに対向する状態に移ると、コイルスプリング３５の付勢力によりバルブリフタ３３が押し上げられ、バルブ３の弁体３０がバルブシート２１に着座する。

その中途で、バルブリフタ３３がコイルスプリング３５から強い付勢力を受けることにより、傾斜した姿勢でカム６の円筒面６２ａの側端縁ないしその近傍に衝き当たることがある。しかし、本実施形態では、円筒面６２ａの側端縁、換言すれば円筒面６２ａと傾斜面６２ｂとが交わる部位に途切れることなく保護部６２ｃを設けているので、バルブリフタ３３は保護部６２ｃに面的に衝突するか、あるいは円筒面６２ａと保護部６２ｃとが交わる部位に衝突することとなる。そして、上述したように、保護部６２ｃは円筒面６２ａと傾斜面６２ｂとが交わる角部を面取りして形成されているので、円筒面６２ａと保護部６２ｃとがなす角度は、円筒面６２ａと傾斜面６２ｂとがなす角度よりも大きい。

すなわち本実施形態によれば、バルブリフタ３３、５３がカム６の円筒面６２ａの側端縁近傍に衝き当たっても、この部位に保護部６２ｃを設けているので、上述したように、円筒面６２ａと保護部６２ｃとが交わる部位に衝突することがあっても、円筒面６２ａと傾斜面６２ｂとがなす角度よりも大きいので、円筒面６２ａの側方に傾斜面６２ｂのみを設ける従来の構成と比較して、バルブリフタ３３、５３がカム６の円筒面６２の側端縁に点線触することによるバルブリフタ３３、５３の頂面３３ａ、５３ａに施したコーティングの剥離を抑止することができ、ひいては燃費の悪化を阻止することができる。

また、保護部６２ｃが、前記円筒面６２ａと前記傾斜面６２ｂとが交わる箇所の全域に途切れることなく設けられているので、バルブリフタ３３、５３の頂面３３ａ、５３ａが前記円筒面６２ａに対して傾斜した状態でカムローブ６ａにより押圧されても、バルブリフタ３３、５３の一部のみが強く押圧されることがなく、振動及び騒音を低減することもできる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、上述した実施形態では、カムローブよりもベースサークルを薄肉に形成しているが、全体の厚さ寸法を均一にするなど、各部の厚さ寸法は任意に設定してよい。

また、カムによりバルブリフタを押し下げてバルブを開弁させる動弁機構だけでなく、カムにより駆動対象物であるロッカアームの一方の端部に操作力を加え、ロッカアームからバルブに操作力を伝達することにより開弁させる動弁機構のカムに本発明を採用してももちろんよい。

加えて、上述した実施形態では、円筒面と傾斜面とが交わる箇所をさらに面取りすることにより保護部を設けるようにしているが、円筒面と傾斜面とが交わる角部にＲを付けることにより保護部を設けるようにしてももちろんよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

３…吸気バルブ
５…排気バルブ
３０、５０…弁体
３３、５３…駆動体（バルブリフタ）
６…カム
６ａ…カムローブ
６ｂ…ベースサークル
６２ａ…円筒面
６２ｂ…傾斜面
６２ｃ…保護部

Claims (1)

1. 内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの開閉駆動に用いられる動弁機構用のカムであって、
   吸気バルブ又は排気バルブの弁体を駆動する駆動体を押圧するカムローブと、
   カムローブに連なりベースサークルの一部をなすとともに前記駆動体に対して近接する円筒面と、
   円筒面の側方に位置し軸方向に対して傾斜した方向を向き周方向に沿って拡張している傾斜面と、
   前記円筒面と前記傾斜面とが交わる角部を面取りし又は角部にＲを付けたものであり周方向に沿って途切れることなく延長している保護部と
   を具備し、
   前記円筒面、前記傾斜面及び前記保護部を備えるベースサークル部が、カムローブを形作るカムローブ部よりも薄肉となっており、
   前記ベースサークル部を前記カムローブ部よりも薄肉とするべく、前記傾斜面はベースサークル部における前記円筒面に隣接する部位にのみ設けられ、カムローブ部には設けられておらず、
   前記カムローブと比較して前記軸方向に沿った幅が狭い前記円筒面と、その円筒面の側方にあって前記ベースサークル部を前記カムローブ部よりも薄肉とするべく設けられた傾斜面とが交わる部位に、前記保護部が形成され、
   前記保護部が、前記カムローブ部における前記カムローブの側端よりも前記軸方向に沿って内方に位置している内燃機関の動弁機構用のカム。

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