JP6457349B2 - Valve mechanism of internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、バルブのステムの端部にキャップが取り付けられる内燃機関の動弁機構に関する。 The present invention relates to a valve mechanism for an internal combustion engine in which a cap is attached to an end portion of a stem of a valve.
上記の動弁機構としては、特許文献1等に示す動弁機構がある。このような動弁機構は、一般的に、図6に示す従来例の動弁機構90のように、有底筒状のキャップ93の内底面93sの形状はクラウニング形状Rであり、それに当接するステム97の端面97sの形状はフラット形状である。そのクラウニング形状Rにより、図6cに示すように、キャップ93がステム97に対して両者間のクリアランスgにより傾いた(コックした)ときに、前記内底面93sが前記端面97sのエッジEに当たらないようにして、エッジロードを防止している。なお、このようなクラウニング形状Rは、冷間鍛造や切削により形成される。
As said valve mechanism, there exists a valve mechanism shown in
前記内底面93sはクラウニング形状Rであり、前記端面97sはフラット形状であるため、両者は点p状に接触(点接触)する。よって、接触面積が小さい。そのため、その点p状の接触部に荷重が集中して面圧が高くなることで、摩耗が発生し易い。
Since the
その一方で、接触面積(点p状の接触部の面積)を大きくするために、図7に示す動弁機構90’のように、クラウニング形状Rのカーブを緩く(即ち、曲率半径を大きく)すると、次に示す問題が生じる。即ち、図7cに示すように、キャップ93がステム97に対して両者間のクリアランスgにより傾いたときに、前記内底面93sが前記端面97sのエッジEに当たるエッジ当りが発生してしまう。そのため、エッジロードが発生して、前記エッジEに剥奪摩耗を引き起こすおそれや、前記内底面93sの前記エッジEが当たる部分に摩耗を引き起こすおそれがある。
On the other hand, in order to increase the contact area (the area of the point-p contact portion), the curve of the crowning shape R is loosened (that is, the radius of curvature is increased) as in the
特に、前記端面97sの仕様で窒化処理後に研磨なしのものについては、表面1000HV以上の硬度(ビッカース硬さ)を有している。そのため、通常の内燃機関で使われるSCM材(浸炭焼入焼き戻し)のキャップ93(硬度:800HV程度)の内底面93sに対しては、硬度差が200HV以上ある。そのため、前記内底面93sが摩耗し易い状況となっている。また、高硬度な材料のキャップ93もあるが、SCM材と比べ加工性が悪いため高価である。
In particular, the surface of the end face 97s without polishing after nitriding has a hardness (Vickers hardness) of 1000 HV or higher. Therefore, the hardness difference is 200 HV or more with respect to the
そこで、摩耗対策として、キャップの内底面とステムの端面との接触面積を大きくして面圧を低減するとともに、前記内底面が前記端面のエッジに当たるエッジ当りを防止することを目的とする。 Therefore, as a countermeasure against wear, an object is to increase the contact area between the inner bottom surface of the cap and the end surface of the stem to reduce the surface pressure and to prevent the inner bottom surface from hitting the edge of the end surface.
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の動弁機構は、筒状部とその一方の開口を塞ぐ端壁部とからなる有底筒状のキャップが、バルブのステムの端部に取り付けられる内燃機関の動弁機構において、前記端壁部の内底面の中央部と縁部との中間に位置する中間環状部が、中央部及び縁部のいずれからも曲面状に膨出しており、キャップがステムに対して傾斜していない通常の状態では、中間環状部がステムの端面のうちエッジを除くエッジ内方部分に円環状に当接し、前記内底面が前記エッジに当接しないことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a valve mechanism for an internal combustion engine according to the present invention has a bottomed cylindrical cap composed of a cylindrical portion and an end wall portion that closes one opening thereof attached to the end portion of the stem of the valve. In the valve mechanism of the internal combustion engine to be obtained, an intermediate annular portion located in the middle between the center portion and the edge portion of the inner bottom surface of the end wall portion bulges out from both the center portion and the edge portion in a curved shape, In a normal state where the cap is not inclined with respect to the stem, the intermediate annular portion abuts against the inner portion of the edge except the edge in an annular shape, and the inner bottom surface does not abut against the edge. Features.
そして更に、次の態様であることが好ましい。即ち、前記筒状部とステムとの間のクリアランスの分、キャップがステムに対して最大限傾斜した状態では、中間環状部が前記エッジ内方部分に部分円環状に当接し、前記内底面が前記エッジに当接しない態様である。 Furthermore, the following aspect is preferable. That is, in a state where the cap is inclined to the maximum with respect to the clearance between the tubular portion and the stem, the intermediate annular portion abuts the inner portion of the edge in a partial annular shape, and the inner bottom surface is It is an aspect which does not contact | abut the said edge.
本発明によれば、中間環状部が前記端面に円環状に当接するため、点状に接触する場合に比べて接触面積が大きくなる。そのため、荷重が分散されて面圧が小さくなる。そのため、前記内底面と前記端面との摩耗が低減される。また、円環状に当接するため、点状に接触する場合に比べて、キャップはステムに対して安定性が良く傾き難い。そのため、前記エッジ当り及びそれによる摩耗が発生し難い。 According to the present invention, since the intermediate annular portion contacts the end face in an annular shape, the contact area is increased as compared with a case where the intermediate annular portion contacts in a dot shape. Therefore, the load is dispersed and the surface pressure is reduced. Therefore, wear between the inner bottom surface and the end surface is reduced. In addition, since the cap abuts in an annular shape, the cap is more stable and less inclined with respect to the stem than in the case where the cap contacts in a point shape. For this reason, the wear per edge and the resulting wear hardly occur.
また、前記内底面の中央部は中間環状部よりも凹むため、寸法精度のバラツキや中間環状部の摩耗等を考慮しても、中央部が中間環状部よりも膨出して、従来のクラウニングとあまり変わらない形状になってしまう心配がない。よって、寸法精度のバラツキや中間環状部の摩耗等を考慮しても、上記の効果が期待できる。 In addition, since the central portion of the inner bottom surface is recessed from the intermediate annular portion, the central portion bulges from the intermediate annular portion even when considering variations in dimensional accuracy and wear of the intermediate annular portion. There is no worry that the shape will not change much. Therefore, the above effect can be expected even when variation in dimensional accuracy, wear of the intermediate annular portion, and the like are taken into consideration.
また更に、上記の好ましい態様によれば、たとえキャップが最大傾斜しても前記内底面は前記エッジに当接しないので、前記エッジ当り及びそれによる摩耗は全く発生しない。 Still further, according to the above preferred embodiment, even if the cap is inclined to the maximum, the inner bottom surface does not come into contact with the edge, so that there is no wear per edge and thereby.
本発明の動弁機構の各部の寸法は、特に限定されないが、次の寸法であることが好ましい。即ち、中間環状部の頂上が描く円の直径(Db)は、前記端面のエッジが描く円の直径(De)の30〜90%であることが好ましい。30%以上なのは、それに満たない状態では、中間環状部と前記端面との接触面積を十分に大きくし難いからである。また、90%以下なのは、それを超えた状態では、前記エッジ当りを十分に低減し難いからである。 Although the dimension of each part of the valve operating mechanism of this invention is not specifically limited, It is preferable that it is the following dimension. That is, the diameter (Db) of the circle drawn by the top of the intermediate annular portion is preferably 30 to 90% of the diameter (De) of the circle drawn by the edge of the end face. The reason why it is 30% or more is that it is difficult to sufficiently increase the contact area between the intermediate annular portion and the end face in a state less than 30%. Further, the reason why it is 90% or less is that it is difficult to sufficiently reduce the per edge in a state exceeding that.
また、中間環状部の頂上が描く円の直径(Db)は、特に限定されないが、前記内底面の縁が描く円の直径(Dc)の40〜50%であることが好ましい。40%以上なのは、それに満たない状態では、中間環状部と前記端面と接触面積を十分に大きくし難いからである。また、50%以下なのは、それを超えた状態では、前記エッジ当りを十分に低減し難いからである。 Further, the diameter (Db) of the circle drawn by the top of the intermediate annular portion is not particularly limited, but is preferably 40 to 50% of the diameter (Dc) of the circle drawn by the edge of the inner bottom surface. The reason why it is 40% or more is that it is difficult to sufficiently increase the contact area between the intermediate annular portion and the end face in a state where it is less than 40%. Also, the reason why it is 50% or less is that it is difficult to sufficiently reduce the per edge in a state beyond this.
また、キャップの中心線を通る断面で切った正面断面視(図3b)での中間環状部(33b)の曲率半径は、80〜180mmであることが好ましい。80mm以上なのは、それに満たない状態では、中間環状部のカーブがきつくなり過ぎて中間環状部と前記端面との接触面積を十分に大きくし難くなるからである。また、180mm以下なのは、それを超えると中間環状部のカーブが緩くなり過ぎて、前記エッジ当りを十分に低減し難くなるからである。但し、中間環状部の断面形状は、正確な円弧状でなくてもよく、例えば、中間環状部の頂上を境にその内側と外側とで曲率半径が変わるものであってもよい。 Moreover, it is preferable that the curvature radius of the intermediate | middle annular part (33b) in the front sectional view (FIG. 3b) cut in the cross section which passes along the centerline of a cap is 80-180 mm. The reason why it is 80 mm or more is that if it is less than that, the curve of the intermediate annular portion becomes too tight and it is difficult to sufficiently increase the contact area between the intermediate annular portion and the end face. Further, the reason why it is 180 mm or less is that if it exceeds that, the curve of the intermediate annular portion becomes too loose and it is difficult to sufficiently reduce the edge contact. However, the cross-sectional shape of the intermediate annular portion does not have to be an accurate arc shape. For example, the radius of curvature may change between the inside and the outside with the top of the intermediate annular portion as a boundary.
次に、本発明の実施例を示す。但し、本発明は実施例の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。 Next, examples of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the configuration of the embodiment, and can be appropriately modified and embodied without departing from the spirit of the invention.
図1〜4に示す本実施例1の動弁機構1は、内燃機関(レジプロエンジン)のバルブ7を駆動するための機構である。そのバルブ7は、図1に示すように、内燃機関の吸気口又は排気口を塞ぐバルブ本体77と、バルブ本体77から延びるステム70とを備えている。そのステム70の端部は、端面73側に進むに従いテーパー状に縮径している。そのため、端面73の径は、ステム70の他の部分の径よりも小さくなっている。そして、ステム70には、バルブ7を閉じる方向に付勢するバルブスプリング78が外嵌されている。そして、動弁機構1は、カム10と、ロッカアーム20と、キャップ30とを備えている。
1 to 4 is a mechanism for driving a
カム10は、図1に示すように、内燃機関の回転に従い回転するカムシャフト18に突設されている。そして、このカム10は、ベース円11と、ベース円11から突出したノーズ12とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
ロッカアーム20は、図1に示すように、カム10に当接するローラ21を備えている。そして、このロッカアーム20は、ピボット28によって揺動可能に支持されている。そして、このロッカアーム20は、カム10によりローラ21が押圧されと揺動してキャップ30を介してバルブ7を押圧することで、バルブ7を駆動する。
As shown in FIG. 1, the
キャップ30は、図2に示すように、筒状部36とその一方の開口を塞ぐ端壁部31とからなる有底筒状の部材である。そして、このキャップ30は、筒状部36の内側にステム70の端部が挿入されることで、ステム70の端部に取り付けられている。そして、端壁部31の上面32は、ロッカアーム20に当接している。また、端壁部31の下面である内底面33は、前記端面73に当接している。そして、筒状部36の内周面とステム70の外周面との間には、クリアランスgが形成されている。そのクリアランスgにより、ステム70に対するキャップ30の回動が許容されている。そのため、内燃機関の振動等により、キャップ30がステム70に対して回転して、端壁部31の上面32や内底面33の摩耗が一箇所に集中しないようになっている。
As shown in FIG. 2, the
そして、内底面33は、次の形状をしている。即ち、内底面33の中央部33aと縁部33cとの中間に位置する中間環状部33bが、該中央部33a及び縁部33cのいずれからも曲面状に膨出している。そのため、キャップ30の中心線Aを通る断面で切った正面断面視(図3b)では、前記内底面33は、かもめ形状(双山形状)をしている。
The
そして、図3に示すように、キャップ30がステム70に対して傾斜していない通常の状態では、中間環状部33bがステム70の端面73のうちエッジEを除くエッジ内方部分73iに円環r状に当接する。そのため、前記内底面33は前記エッジEに当接しない。
As shown in FIG. 3, in a normal state where the
また、図4に示すように、前記筒状部36とステム70との間のクリアランスgの分、キャップ30がステム70に対して最大限傾斜した状態では、中間環状部33bが前記エッジ内方部分73iに部分円環r’状に当接する。そのため、この状態でも、前記内底面33は前記エッジEに当接しない。
Further, as shown in FIG. 4, when the
そのため、キャップ30がステム70に対して、前記クリアランスgの範囲内でいずれの角度に傾斜しても、前記内底面33が前記エッジEに当たるエッジ当りは発生しない。
Therefore, even if the
この内底面33は、本実施例1では冷間鍛造より加工されている。また、この内底面33の各部の寸法は、適宜変更して実施することができるが、本実施例1では次の通りとなっている。即ち、図3bに示す、中間環状部33bの頂上Bが描く円の直径Dbは、約2.5mmである。それに対して、前記端面73のエッジEが描く円の直径Deは、約4.9mmであり、また、前記内底面33の縁Cが描く円の直径Dcは、約5.5mmである。よって、中間環状部33bの頂上Bが描く円の直径Dbは、前記端面73のエッジEが描く円の直径Deの約50%であり、前記内底面33の縁Cが描く円の直径Dcの約45%である。また、キャップ30の中心線Aを通る断面で切った正面断面視(図3b)での中間環状部33bの曲率半径は、約120mmである。なお、図面では、分かり易いように、中間環状部33bの曲率は誇張して(即ち、見かけ上の曲率半径をかなり小さく)示している。
The
本実施例1によれば、中間環状部33bが前記端面73に円環r状に当接するため、点状に接触する場合に比べて接触面積が大きくなる。そのため、荷重が分散されて面圧が小さくなる。そのため、前記内底面33と前記端面73との摩耗が低減される。また、円環r状に当接するため、点状に接触する場合に比べて、キャップ30はステム70に対して安定性が良く傾き難い。
According to the first embodiment, since the intermediate
また、前記内底面33の中央部33aは中間環状部33bよりも凹むため、寸法精度のバラツキや中間環状部33bの摩耗等を考慮しても、中央部33aが中間環状部33bよりも膨出して、従来のクラウニングとあまり変わらない形状になってしまう心配がない。よって、寸法精度のバラツキや中間環状部33bの摩耗等を考慮しても、上記の効果が期待できる。
In addition, since the
また更に、キャップ30がステム70に対して、前記クリアランスgの範囲内でいずれの角度に傾斜しても、前記エッジ当りは発生しないので、それによる摩耗は全く発生しない。
Still further, even if the
図5に示す本実施例2の動弁機構2は、次に示す点で、実施例1の動弁機構1と相違し、その他の点で同様である。即ち、この動弁機構2のキャップ30の内底面33の形状は、切削により加工されている。そのため、切削できない内底面33の中央部33aの中心部には、予めセンター穴34が凹設されている。そして、内底面33の縁部33cには、加工逃し35が設けられている。本実施例2によっても、実施例1と同様の効果を得ることができる。
The valve mechanism 2 of the second embodiment shown in FIG. 5 is different from the
1 動弁機構(実施例1)
2 動弁機構(実施例2)
7 バルブ
30 キャップ
31 端壁部
33 内底面
33a 中央部
33b 中間環状部
33c 縁部
36 筒状部
70 ステム
73 端面
73i エッジ内方部分
B 中間環状部の頂上
C 内底面の縁
E 端面のエッジ
r 円環
r’ 部分円環
Db 中間環状部の頂上が描く円の直径
Dc 内底面の縁が描く円の直径
De 端面のエッジが描く円の直径
1 Valve mechanism (Example 1)
2 Valve mechanism (Example 2)
7
Claims (3)
前記端壁部(31)の内底面(33)の中央部(33a)と縁部(33c)との中間に位置する中間環状部(33b)が、中央部(33a)及び縁部(33c)のいずれからも曲面状に膨出しており、
キャップ(30)がステム(70)に対して傾斜していない通常の状態では、中間環状部(33b)がステム(70)の端面(73)のうちエッジ(E)を除くエッジ内方部分(73i)に円環(r)状に当接し、前記内底面(33)が前記エッジ(E)に当接しないことを特徴とする内燃機関の動弁機構。 An internal combustion engine in which a bottomed cylindrical cap (30) comprising a cylindrical portion (36) and an end wall portion (31) closing one of the openings is attached to an end portion of a stem (70) of a valve (7). In the valve mechanism of
An intermediate annular portion (33b) located between the center portion (33a) and the edge portion (33c) of the inner bottom surface (33) of the end wall portion (31) has a center portion (33a) and an edge portion (33c). It bulges in a curved shape from any of the
In a normal state where the cap (30) is not inclined with respect to the stem (70), the intermediate annular portion (33b) is an edge inner portion (except the edge (E)) of the end surface (73) of the stem (70) ( 73i), and the inner bottom surface (33) does not contact the edge (E).
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