特許 6871152 動弁装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6871152

(24)【登録日】2021年4月19日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】動弁装置

(51)【国際特許分類】

   F01L 1/18 20060101AFI20210426BHJP

【ＦＩ】

   F01L1/18 H

   F01L1/18 A

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-248258(P2017-248258)

(22)【出願日】2017年12月25日

(65)【公開番号】特開2019-113026(P2019-113026A)

(43)【公開日】2019年7月11日

【審査請求日】2019年12月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】100087653

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴江 正二

(72)【発明者】

【氏名】小山 秀行

(72)【発明者】

【氏名】田中 良憲

(72)【発明者】

【氏名】山口 隆志

(72)【発明者】

【氏名】坂口 久美子

(72)【発明者】

【氏名】尾曽 洋樹

【審査官】 稲村 正義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２６３００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５５−１２７８１９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０２−０５６８０３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２００９／０９３６８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１６−１８８６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２６４７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１５２８１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｌ １／００−１／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室に臨むバルブと、前記バルブを駆動するロッカーアームと、前記バルブの受動側端部に被せられるキャップとを備え、
前記キャップは前記受動側端部に相対回動可能に被せられるとともに、前記ロッカーアームの円柱状の弁駆動側端部は、前記キャップの凹状の受圧面における偏心箇所を押す状態に構成され、
前記弁駆動側端部の押圧面の角アールを含まない径である有効径と、前記受圧面の隅アールを含まない径である有効径とは、偏り方向でそれぞれの外縁が一致し、かつ、前記押圧面の有効径は、前記受圧面の有効径の半分以下となる状態に構成されている動弁装置。

【請求項2】

前記偏心箇所は、前記受圧面における前記ロッカーアームの揺動軸心に沿う方向に偏った箇所に設定されている請求項１に記載の動弁装置。

【請求項3】

前記受圧面は、下方に凹んだ凹状面に形成されている請求項１又は２に記載の動弁装置。

【請求項4】

前記受圧面の縁に形成される隅Ｒの曲率は、前記弁駆動側端部の縁に形成される角Ｒの曲率よりもわずかに小さいものに設定されている請求項３に記載の動弁装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに組み込まれている動弁装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＯＨＣ（オーバーヘッドカムシャフト）やＯＨＶ（オーバーヘッドバルブ）形式のエンジンに用いられる動弁装置は、燃焼室に臨む吸気弁や排気弁などのバルブを、カムやプッシュロッドで揺動駆動されるロッカーアームで駆動する構成が採られている。

【0003】

そして、動弁装置においては、通常、バルブの軸部分であるステムの端、即ち受動側端部にキャップ（バルブキャップ）が被せられており、このキャップの上面がロッカーアームの先端である弁駆動側端部で駆動される、という構成が採られている。このような従来例としては、特許文献１において開示されるエンジンの動弁装置、が知られている。

【0004】

動弁装置における各摺動部へのオイル供給は、オイル飛散（油飛沫）により行われている。特許文献１のものでは、その図１に示されるように、カム（３０）の上方に配置されているオイルパイプ（３２）の孔（３２ａ，３２ｂ）からオイル飛散させ、カム（３０）とロッカーアーム（２０）との摺動部やロッカーアーム（２０）とキャップ（７）との摺動部などにオイル供給させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−８１５１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の動弁装置におけるオイル飛散によるオイル供給手段は、言わば、飛び散っているオイルが偶然に摺動部に降り掛かる現象を用いたものである。従って、各摺動部に十分にオイルが供給されるように設計並びに実験が行われ、潤滑性能が十分なものとなるように検証されてから商品化されるようになっている。

【0007】

オイル飛散によるオイル供給では、気温や天候、或いはエンジンが搭載された産業車両の凹凸路走行や傾斜などにより、実使用時でのオイル飛散状況が変化し易い面がある。つまり、各摺動部へオイルが安定供給されないことも考えられるため、場合によっては摺動部への潤滑油供給が不足がちになるおそれがあった。特に、高負荷エンジンではその傾向が増し、フリクションロスの増加や磨耗し易いといった不利や、所期した耐久性が発揮され難いといった問題の出るおそれがあった。

【0008】

本発明の目的は、当接及び離間が繰り返されることで上記問題が引き起こされ易い箇所、即ち、ロッカーアームとキャップとの摺動部に着目し、このロッカーアームとキャップとの摺動部の磨耗が軽減されて、所期された耐久性が発揮できるように改善された動弁装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、動弁装置において、
燃焼室に臨むバルブ１９と、前記バルブ１９を駆動するロッカーアーム１７と、前記バルブ１９の受動側端部１９Ｄに被せられるキャップ２３とを備え、
前記キャップ２３は前記受動側端部１９Ｄに相対回動可能に被せられるとともに、前記ロッカーアーム１７の円柱状の弁駆動側端部１７Ａは、前記キャップ２３の凹状の受圧面２３Ａにおける偏心箇所ｈを押す状態に構成され、
前記弁駆動側端部１７Ａの押圧面１７ｓの角アール１７ｒを含まない径である有効径１７ｄと、前記受圧面２３Ａの隅アール２３ｒを含まない径である有効径２３ｄとは、偏り方向でそれぞれの外縁が一致し、かつ、前記押圧面１７ｓの有効径１７ｄは、前記受圧面２３Ａの有効径２３ｄの半分以下となる状態に構成されていることを特徴とする。

【0010】

第２の本発明は、本発明による動弁装置において、
前記偏心箇所ｈは、前記受圧面２３Ａにおける前記ロッカーアーム１７の揺動軸心Ｘに沿う方向に偏った箇所に設定されていることを特徴とする。

【0011】

第３の本発明は、本発明又は第２の本発明による動弁装置において、
前記受圧面２３Ａは、下方に凹んだ凹状面に形成されていることを特徴とする。

【0012】

第４の本発明は、第３の本発明による動弁装置において、
前記受圧面２３Ａの縁に形成される隅アール２３ｒの曲率は、前記弁駆動側端部１７Ａの縁に形成される角アール１７ｒの曲率よりもわずかに小さいものに設定されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ロッカーアームの弁駆動側端部は、キャップの受圧面における偏心箇所を押すので、詳しくは、実施形態の項にて説明するが、ロッカーアームがキャップを駆動するに従い、バルブに対してキャップが回動するようになる。つまりエンジン作動時には、キャップが回動するので、キャップにおける弁駆動側端部と当接する箇所が周状のものとなる。
故に、キャップは常に同じ箇所を駆動される従来品に比べて、キャップの摺動面が実質的に拡大されるので、キャップの受圧面の磨耗量が低減されるようになる。

【0014】

その結果、ロッカーアームとキャップとの摺動部の磨耗が軽減されて、所期された耐久性が発揮できるように改善された動弁装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】ディーゼルエンジンの断面正面図

【図2】エンジン作動時における動弁機構の要部拡大図

【図3】エンジン停止時における動弁機構の要部拡大図

【図4】ロッカーアームとバルブとの連動構造を示し、（ａ）は要部の一部切欠きの側面図、（ｂ）は要部の平面図

【図5】ロッカーアームとバルブとの別連動構造を示す動弁装置の断面図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明による動弁装置の実施の形態を、産業用ディーゼルエンジンに適用される場合について、図面を参照しながら説明する。

【0017】

図１に示されるように、シリンダブロック１、シリンダヘッド２、ヘッドカバー３、オイルパン４、冷却ファン（図示省略）、ピストン５、コネクティングロッド６、クランク軸７、吸気マニホルド１２、オイルレベルゲージ９、ポンプ駆動部１０、排気マニホルド８などを有して頭上弁型（ＯＨＶ型）のディーゼルエンジンＡが構成されている。シリンダブロック１は、シリンダ部１Ａとクランクケース部１Ｂとを有している。

【0018】

図１に示されるように、ディーゼルエンジンＡの動弁装置Ｄは、シリンダ部１Ａ、シリンダヘッド２、ヘッドカバー３に跨って構成されているが、主要部はヘッドカバー３の内部に配置されている。動弁装置Ｄは、ギヤ機構（図示省略）を介してクランク軸７により駆動されるカム軸１３、カム軸１３に一体回転状態で装備されるカム１４、カム１４で駆動（押し駆動）されるプッシュロッド１５、ヘッドカバー３内に配備されるアーム軸１６に揺動可能に枢支されるロッカーアーム１７、燃焼室１８に臨む弁体１９Ａを有する排気弁（バルブの一例）１９などを備えて構成されている。

【0019】

図示は省略するが、排気弁１９と同様の構造で駆動される吸気弁（バルブの一例）も備えている。図１において、２０は燃料噴射ポンプ、２１は燃料噴射器、２２は副室、１１は、排気弁１９で開口可能であって排気マニホルド８に連通される状態でシリンダヘッド２に形成されている排気ポートである。

【0020】

図１〜図３に示されるように、上下向きに配されるプッシュロッド１５は、その下端部に、カム１４に摺接するタペット１５Ａが相対移動可能に支持されており、そして上端部には、臼状の凹入面１５Ｃ（図２，３を参照）を備える押付端１５Ｂが形成されている。凹入面１５Ｃは、図２，３に示されるように、おおよそ半球面に形成されている湾曲内底面１５ａと、湾曲内底面１５ａから先拡がり状に続く円錐面状の内側周面１５ｂとからなる。従って、押付端１５Ｂの縦断面形状は略Ｙ字形状に設定されている。

【0021】

図１〜図３に示されるように、筒軸状のアーム軸１６に枢支されるロッカーアーム１７は、そのプッシュロッド側となる根元側の端部に、ロックナット２７を伴って軸ピン２４が螺着されている。そして、バルブ側となる先端側は、平ら又は小なる曲率の凸曲面でなる押圧面１７ｓを下端に有する弁駆動側端部１７Ａに形成されている。

【0022】

ロッカーアーム１７におけるプッシュロッド１５に押される箇所である被押付端２４Ａは、プッシュロッド１５の長手方向へ螺進可能にロッカーアーム１７に螺着される軸ピン２４により形成されている。ロッカーアーム１７には、これを枢支するアーム軸１６に外嵌する嵌合内周面１７ａに開口し、かつ、軸ピン２４を螺着するための雌ねじ部１７ｂに開口する第１油路ｗ１が形成されている。

【0023】

また、図２，３に示されるように、ロッカーアーム１７には、嵌合内周面１７ａに開口し、かつ、アーム軸１６の上側に延びて開口する孔である第３油路ｗ３が形成されている。つまり、エンジン作動に伴い、第３油路ｗ３から噴出されてヘッドカバー３内を飛散するオイル（エンジンオイルのことであり、以下、単に「オイル」とする）により、各摺動部に潤滑油が適宜に供給されるように構成されている。

【0024】

軸ピン２４は、その下端に球面状の被押付端２４Ａが、そして上下中間部の大部分には雄ねじ部２４Ｂが形成されている。軸ピン２４には、雄ねじ部２４Ｂの上下中間部に若干小さい径の部分として形成される小径部２８と、被押付端２４Ａの下端に開口して上方に延びる縦穴２９と、縦穴２９の上端部に連通する状態で小径部２８に開口する横孔３０と、でなる第２油路ｗ２が形成されている。

【0025】

排気弁１９は、弁体１９Ａ、弁体１９Ａに一体化される弁軸１９Ｂ、弁軸１９Ｂの上端部に支持されるばね座１９Ｃ、弁軸１９Ｂの上端の受動側端部１９Ｄと、を有して構成されている。排気弁１９は、燃焼室１８に連通する空気の排気ポート１１（図３参照）を弁体１９Ａにより開閉する弁であって、バルブスプリング３１により、排気ポート１１が弁体１９Ａで閉じられる状態に閉じ付勢されている。

【0026】

図２，３に示されるように、プッシュロッド１５の上端の押付端１５Ｂに、軸ピン２４の下端の被押付端２４Ａが内嵌収容されている。つまり、被押付端２４Ａと、被押付端２４Ａを収容する押付端１５Ｂとにより、プッシュロッド１５とロッカーアーム１７との接触部（符記省略）が構成されている。

【0027】

ロッカーアーム１７の先端の弁駆動側端部１７Ａは、キャップ２３を介して受動側端部１９Ｄに当接して、バルブスプリング３１の付勢力に抗して排気弁１９を押し下げ駆動することが可能に構成されている。軸ピン２４の螺着構造及びロックナット２７により、軸ピン２４のロッカーアーム１７に対する高さ位置の調節設定が可能である。

【0028】

〔実施形態１〕
次に、動弁装置Ｄの主要部について説明する。図２〜図４に示されるように、キャップ２３は受動側端部１９Ｄに相対回動可能に被せられるとともに、ロッカーアーム１７の弁駆動側端部１７Ａは、キャップ２３の受圧面２３Ａにおける偏心箇所ｈを押す状態に構成されている。偏心箇所ｈは、受圧面２３Ａにおけるロッカーアーム１７の揺動軸心Ｘに沿う方向に偏った箇所に設定されている。

【0029】

受圧面２３Ａは、下方に凹んだ凹状面に形成されている。受圧面２３Ａの縁に形成される隅アール２３ｒの曲率は、弁駆動側端部１７Ａの縁に形成される角アール１７ｒの曲率よりもわずかに小さいものに設定されている。弁駆動側端部１７Ａの押圧面１７ｓの有効径１７ｄは、受圧面２３Ａの有効径２３ｄの半分以下（１７ｄ≦２３ｄ／２）となる状態に構成されている。

【0030】

キャップ２３は、下向き開放状の円穴２３ａと、皿状で上向きの受圧面２３Ａとを有する円柱状の部品であり、排気弁１９のバルブ軸心Ｚの回りで相対回動可能に円柱状の受動側端部１９Ｄに外嵌装着されている。受圧面２３Ａは、平らな面又小なる曲率で凹む凹曲面(以後、便宜上「平ら凹面」と略称する)で円形の中央面２５と、その径外側に向けて立上る隅アール２３ｒが施された円環状の外周縁２６を有して形成されている。

【0031】

ロッカーアーム１７の弁駆動側端部１７Ａは、下向きに突出した短い円柱状の部分であり、平ら又は小なる曲率の凸曲面（以後、便宜上「平ら凸面」と略称する）でなる押圧面１７ｓが形成されている。押圧面１７ｓの径外側に角アール１７ｒが全周に亘って形成されている。なお、角アール１７ｒは、受圧面２３Ａに対する偏心箇所、即ち、隅アール２３ｒに対峙する部分にのみ形成される構成でも良い。

【0032】

図４（ａ），（ｂ）に示されるように、例として弁駆動側端部１７Ａの下端部はバルブ軸心Ｚの方向視で円形をなし、キャップ２３に対して揺動軸心Ｘの方向に目一杯偏る状態にロッカーアーム１７とキャップ２３即ち排気弁１９とが相対配置されている。弁駆動側端部１７Ａの外周縁である角アール１７ｒが、受圧面２３Ａの最外側に当る隅アール２３ｒに当接せんばかりに寄せられている。押圧面１７ｓの中心と中央面２５の中心（＝バルブ軸心Ｚ）とはズレ量αで偏心されている。なお、図４（ａ）では、簡単のため、ばね座１９Ｃを弁軸１９Ｂに係止するための部品（コレット）は省いてある。

【0033】

つまり、図４（ｂ）に示されるように、弁駆動側端部１７Ａの摺接面（平ら凸面）１７ｓの有効径（角アール１７ｒを含まない径）１７ｄと、受圧面２３Ａの中央面（平ら凹面）２５の有効径（隅アール２３ｒを含まない径）２３ｄとは、偏り方向（バルブ軸心Ｚ方向）で外縁が一致し、かつ、押圧面１７ｓの有効径１７ｄは、中央面２５の有効径２３ｄの１／２以下となるように構成されている。図４（ｂ）においては、ズレ量α＝２３ｄ／２−１７ｄ／２に設定されている。

【0034】

弁駆動側端部１７Ａがキャップ２３に当接して排気弁１９を押し下げ駆動するのは、詳しくは、押圧面１７ｓが中央面２５の一部を押すことでなされる構造である。このロッカーアーム１７の揺動による押圧面１７ｓと中央面２５との偏心箇所ｈでの当接及び離間の繰返しにより、図４（ｂ）に示されるように、キャップ２３はバルブ軸心Ｚ回りの矢印ｐ又は矢印ｑ方向にゆっくりと回動するようになる。

【0035】

このような構成であるから、エンジンの回転による動弁装置Ｄの作動により、ロッカーアーム１７の揺動によって、キャップ２３が回動しながら押し駆動されるので、キャップは常に同じ箇所を押し駆動される従来品に比べて、キャップ２３の摺動面が大きく拡大される。従って、キャップの摺動部である中央面２５の磨耗量が明確に低減され、耐久性向上が図れるようになる。

【0036】

また、キャップ２３は、その上面である受圧面２３Ａが下方に凹んだ凹状面である皿状に形成されているので、図２に示されるように、ロッカーアーム１７のアーム軸１６の上側において上向きに開口する第３油路ｗ３などから噴出されて飛散するオイルを受止めて溜めることが可能となる。

【0037】

従って、受圧面２３Ａには常にある程度のオイルｅが存在しており、押圧面１７ｓと中央面２５との間の潤滑が良好に行われるようになる。加えて、角アール１７ｒの曲率よりも隅アール２３ｒの曲率が僅かに小さいので、これら両者１７ｒ，２３ｒの間には下窄まりの湾曲した隙間が形成され、その隙間にもオイルが供給されて良好な潤滑が可能になる。

【0038】

従って、ロッカーアーム１７とキャップ２３との摺動部には、皿状の受圧面２３Ａによって常にオイル潤滑されており、この点からもフリクションロスの低減、並びに磨耗低減が図れ、耐久性向上という効果を奏することができるようになる。弁駆動側端部１７Ａの押圧面１７ｓの有効径１７ｄを、受圧面２３Ａの有効径２３ｄの丁度半分とすれば、受圧面２３Ａには、キャップ２３の回動による押圧面１７ｓとの常時重なり部分がゼロとなり、有効径２３ｄを全て使用しながら耐久性に優れる利点がある。また、有効径１７ｄを有効径２３ｄの半分以下にしても、キャップ２３の耐久性向上が得られる。

【0039】

〔作用効果のまとめ〕
実施形態１による動弁装置Ｄでは、次の（１）〜（３）の作用効果が得られる。
（１）主にキャップ２３と弁駆動側端部１７Ａとの改造によるものであるから、高負荷でも潤滑性が向上し、耐摩耗性が増してエンジンとしての耐久性向上が図れるものを安価にて提供することができる。

【0040】

（２）キャップ２３とロッカーアーム１７との摺動部におけるフリクションロスが減るので、エンジンの燃費改善が可能となる。
（３）キャップ２３とロッカーアーム１７との摺動部での摩擦熱が低減されるので、その分オイルの温度低下に寄与でき、オイル劣化の抑制が可能になる。

【0041】

〔実施形態２〕
本発明は、一対のバルブを同時に押すバルブブリッジを備えたエンジンの動弁装置に適用することが可能である。なお、実施形態１の動弁装置Ｄと同じ機能部品は、互いに同じ符号を付け、その説明がなされたものとする。

【0042】

実施形態２による動弁装置Ｄの概要を述べると、図５に示されるように、一対の吸気弁（バルブ）１９，１９の間において、円柱状の支軸３２がシリンダヘッド２に立設されており、支軸３２の上端部に、バルブブリッジ３３が上下スライド移動可能に支持されている。吸気弁１９の軸心Ｚと、支軸３２の軸心Ｙとは互いに平行である。

【0043】

バルブブリッジ３３の両端のバルブ出力部３４，３４が一対の受動側端部１９Ｄ，１９Ｄを駆動（押し駆動）する状態に構成され、バルブブリッジ３３の支軸３２を内嵌する装着孔３５の上部開口を覆う状態でキャップ２３が内嵌装備されている。そして、ロッカーアーム１７の弁駆動側端部１７Ａの押圧面１７ｓが、キャップ２３の凹状面である受圧面２３Ａを駆動する状態に構成されている。

【0044】

従って、この動弁装置Ｄでは、ロッカーアーム１７の揺動により、弁駆動側端部１７Ａがキャップ２３を押し下げ駆動し、押下げ駆動されるバルブブリッジ３３が一対の吸気弁１９，１９を同時に押し下げ駆動するように構成されている。
この実施形態２による動弁装置Ｄでも、実施形態１の動弁装置Ｄによる場合と同様の作用効果を得ることができる。

【0045】

〔別実施形態〕
偏心箇所ｈは、弁駆動側端部１７Ａがキャップ２３に対して、揺動軸心Ｘ方向で、かつ、図４（ｂ）に示される方向とは反対側に寄せられた構成でもよい。また、偏心箇所ｈは、揺動軸心Ｘに対して遠近される方向や、これらの方向に対する斜め方向に寄せられる構成でもよい。

【0046】

キャップ２３の受圧面２３Ａは、すり鉢状や凹球面状に凹んだ単一の曲面からなる凹状面に形成されてもよい。この場合、弁駆動側端部１７Ａの押圧面１７ｓを、単一の曲面でなる受圧面２３Ａの曲率と同じか僅かに大きい曲率を有する単一の凸曲面とされていれば、ロッカーアーム１７の揺動に拘らずに、受圧面２３Ａと弁駆動側端部１７Ａとが面での当接状態になって好都合である。

【0047】

弁駆動側端部１７Ａの有効径１７ｄが、受圧面２３Ａの有効径２３ｄの半分より大きく、かつ、有効径２３ｄ以下となる範囲に設定される構成でもよい。この場合、受圧面２３Ａには、キャップ２３の回動による押圧面１７ｓとの常時重なり部分が存在するが、有効径２３ｄを全使用しながら耐久性を高めることは可能となる利点がある。

【0048】

弁駆動側端部１７Ａを半球状として、球面状の押圧面１７ｓとしてもよい。押圧面１７ｓを球面とすれば、受圧面２３ａと当接した状態でもこれら両者１７ｓ，２３Ａ間の広い隙間にオイルが満たされ、摺動部としての摩擦抵抗をより低減させることが可能になる。

【符号の説明】

【0049】

１７ ロッカーアーム
１７Ａ 弁駆動側端部
１７ｄ 有効径
１７ｒ 角アール
１７ｓ 押圧面
１９ バルブ
１９Ｄ 受動側端部
２３ キャップ
２３Ａ 受圧面
２３ｄ 有効径
２３ｒ 隅アール
Ｘ 揺動軸心
ｈ 偏心箇所

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】