JPH024766B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関（以下、単にエンジンと呼ぶ
こともある）などで使用する弁機構、特に、ポペ
ツト弁をその閉位置に通常片寄せるのに使用して
いる弁もどしばねの波動を減少あるいは除去する
ばねダンパに関する。

普通に内燃機関などで使用されているような弁
操作機構では、コイルばねが対応した弁、たとえ
ば、ポペツト弁と同心に設置してあつて弁ロツカ
その他のアクチユエータによる弁の開放に弾力的
に対抗させている。したがつて、コイルばねはポ
ペツト弁をその閉位置に向つて通常片寄せるよう
に設けてあり、したがつて、このばねを表わすの
に「弁もどしばね」なる用語が使用されている。

また、このような弁もどしばねが弁を閉じるた
めに使用されている場合、それは通常丸いワイヤ
の圧縮ばねの形をしており、この圧縮ばねはエン
ジンの作動振動数内で生じることの多いばね共振
点を持つことも知られている。

このようなばねコイル共振、したがつて、ワイ
ヤコイルにおける応力を減らす周知の方法として
は、たとえば、Harold E.McCormickに1967年
８月22日許された、「Valve Stem Seal」なる名
称の米国特許第3336913号に示されているように
丸ワイヤのコイル弁もどしばねの内径部にしまり
ばめした通常偏平ワイヤである内部型ばねダンパ
を設ける方法がある。弁もどしばね内へのばねダ
ンパのしまりばめで摩擦により弁もどしばねのコ
イル部の運動を拘束し、高い応力および弁はね返
りの可能性を排除している。

このような内部型ダンパばねの使用に際しての
欠点がダンパばねの外径面と接触している弁もど
しばねの丸ワイヤコイル部の内径面に生じる研
摩、摩耗であり、また、このような摩耗が弁もど
しばねの高応力区域に発生した場合に、シヨツト
ピーニングなどによるコイルの圧縮予応力作用が
最終的にまつたくなくなり、応力集中部を発生し
て、弁もどしばねの早期破損を生じさせることが
あるということが発見されている。

本発明は弁もどしばねと一緒に使用するばねダ
ンパを包含し、このばねダンパが弁もどしばねの
底端（対応したポペツト弁のヘツドに隣接して位
置し、たとえば、エンジンのシリンダヘツドなど
と衝合する端）から約１巻半のコイル部分で通常
発生する弁もどしばねの高応力域でのダンパと弁
もどしばねとの接触の可能性を防ぐような形態と
なつている改良弁機構に関するものである。

したがつて、本発明はポペツト弁の弁もどしば
ねと一緒に使用するようになつており、偏平ワイ
ヤで作つてあり、外径部の少なくとも底のところ
にコイル部を有し、対応したポペツト弁のヘツド
に隣接した弁もどしばねの端のところで少なくと
も１巻き半のコイル部との接触から外れた状態を
保つようになつている改良ばね振動ダンパを提供
する。

本発明は、また、少なくとも一端が縮小外径と
なつており、対応したポペツト弁のヘツドに隣接
した弁もどしばねの端、すなわち、弁もどしばね
の底から約２巻き半のコイル部まで弁もどしばね
のコイルと接触していない改良偏平ワイヤ弁ばね
ダンパを提供する。

以下、添付図面を参照しなら本発明を実施例に
よつて説明する。

第１図を参照て、ここには一例としてオーバー
ヘツド型の内燃機関の一部が示してあり、このエ
ンジンは燃焼室（図示せず）と流れ連通している
通路１１を有するシリンダヘツド１０を包含し、
この通路１１はシリンダの吸気通路または排気通
路のいずれかである。

通路１１と燃焼室の間の流れはポペツト弁１２
によつて制御され、このポペツト弁の弁ステム１
４は弁案内ポスト２３およびシリンダヘツド１０
にこの目的のために設けた弁ステム案内孔１５内
で軸線方向に往復動するように摺動自在に案内さ
れる。弁ステム１４の上端はシリンダヘツド１０
の上方に突出している。

普通の要領で、弁１２は閉位置に通常保持され
ており、そのヘツド１２ａはステム１４の上部を
囲む丸ワイヤのまつすぐなコイル型弁もどしばね
１８によつて環状の弁座（図示せず）に対して着
座し、弁もどしばねの一端（第１図で見て上端）
は公知の要領でキー２１によつてポペツト弁のス
テムに適当に固着された普通ばね・リテナ２０と
係合し、その反対端すなわち底端はシリンダヘツ
ド１０と係合している。

弁１２の開放は公知要領、たとればロツカアー
ム（図示せず）によつて行なわれる。また、図示
した構造では、普通の弁ステム・シール２２が弁
ステム１４作動状態に組合わせてあり、また、シ
リンダヘツド１０の一体直立弁案内ポスト２３と
組合わせてある。

後に詳しく説明するように本発明に従つて構成
した内部型偏平ワイヤばねダンパ３０が弁もどし
ばね１８内に同心に設置てあり、その一端はばね
リテナ２０と衝合し、その底端はシリンダヘツド
１０と係合している。

ここで弁もどしばね１８およびばねダンパ３０
の両方の使用している「底端」なる用語はこのよ
うな構成要素の非可動端を意味しており、すなわ
ち、シリンダヘツド１０のような固定要素に底着
きあるいは衝合する端を意味している。したがつ
て、第１図で見て、弁もどしばね１８およびばね
ダンパ３０の底端というのは対応する弁１２の往
復動中に固定したままとなる下端である。

次に第２図を参照して、ここには従来の内部型
偏平リボンワイヤのまつすぐなコイル式ばねダン
パ３０′が示してあり、これはたとえばばね鋼で
作つてあり、弁もどしばね１８と組合わせてあ
る。普通のように、ばねダンパ３０′はその全長
にわたつてほぼ均一な内外径となつている。

この分野で周知のように、このような内部型ば
ねダンパ３０′の外径は弁もどしばね１８のコイ
ル部の有効均一内径に対して予め選定されてお
り、それによつて、このような一組のもどしばね
およびばねダンパのすえ付け状態においては、ば
ねダンパ２０′のコイル部は弁もどしばね１８の
コイル部の内面に対して側方に張力を加え、弁も
どしばねが側方に湾曲または変形する傾向に対し
て弾力的に抵抗する。さらに、ばねダンパ３０′
のコイル部と弁もどしばね１８のコイル部の摩擦
接触により、弁もどしばねのコイル部の所定範囲
までの動きを拘束し、エンジン作動中の振動性反
応を減衰し、ばね波動に向う傾向および振動周期
の増大を除去する。摩擦接触によるこの拘束は、
もちろん、弁もどしばね１８の対応する弁をその
閉位置に向つて片寄せる通常の機能を損なうほど
ではない。

こうして、第２図に示すように、このような公
知の内部型ばねダンパは対応した弁もどしばねの
コイル部すべてと摩擦係合するように作動する。
したがつて、エンジン作動中、この従来のばねダ
ンパは外側の弁もどしばねのコイル部の内径面を
こすり、その摩耗を生じさせる。この外側の弁も
どしばねのワイヤコイル部が摩耗すると、弁もど
しばねの最大ひずむ区域、たとえば、第２図で見
て底の方すなわち下方の１巻半のコイル部に応力
集中部を発生させる可能性がある。さらに、この
弁もどしばねのワイヤコイルがシヨツトピーニン
グを受けた場合（この分野では普通である）、こ
のワイヤコイル部の摩耗は所望のシヨツトピーニ
ング効果を打ち消してしまう。

しかしながら、第１，３図に示すような本発明
によるばねダンパ３０は、実際に、解放された偏
平ワイヤ式内部型ばねダンパである。それは、そ
の底端、すなわち、対応した弁のヘツドに隣接し
たコイル端、すなわち、第１，３図で見て下端の
ところのコイル部が他のコイル部（対応した弁も
どしばね１８のコイル部と摩擦係合する寸法のコ
イル部分）の外径に比べて縮小した外径となつて
いるからである。この配置により、ばねダンパ３
０のこれらの底すなわち下方コイル部（第１，３
図で見た場合）は弁もどしばねの隣接したコイル
部と摩擦係合することがない。

弁もどしばね１８の最大ひずみ区域がその底
端、すなわち、第１，３図で見て下方（拘束）端
におけるほぼ最後の１巻き半のコイル部で生じる
ので、ばねダンパ３０の解放区域すなわち縮小外
径区域はこれらのコイル部と対応した弁もどしば
ね１８の底の最後の１巻き半のコイル部（すなわ
ち、第１，３図で見て下方端の１巻き半のコイル
部）の摩擦接触を防ぐように適当な範囲にわたつ
て軸線方向に延在しているのが好ましい。

弁もどしばね１８の底端における最後の１巻き
半のコイル部はこの圧縮ばねの最大応力発生区
域、すなわち、破損が生じ得る区域である。

破損が生じた場合の圧縮作用でなぜばねの底端
から１巻き半のコイル部の区域に破損が生じるの
かを説明するものとして次の理論が考えられる。
このようなばねに荷重がかけられているいないに
かかわらず、発生した波動は荷重点からばね長さ
方向に拘束点すなわちばねの底までねじり応力を
伝える。ばねの中間コイル部は、もちろん、底端
コイル部に向つてこの波動を自由に伝える。底端
コイル部（拘束点である）はたわむことによつて
この波動を受け取る。各主要波と反射波の交差現
象が相まつて中実底端コイル部のところで拡大波
動として作用する。最終的に、ばね組立体（ばね
リテナ、キーおよび弁）の質量が相まつてばねの
中実底端に対して作用する。ばねのコイル部に作
用するこれらの現象が組合わさつてばねの底端か
ら１巻き半のコイル部全体にあるいはその付近に
なんらかの疲労破壊が生じる可能性がある。

したがつて、弁もどしばね１８のこれら１巻き
半のコイル部との接触を阻止すべく、ばねダンパ
３０の少なくとも底端におけるコイル部に、この
ばねダンパ３０の「底」すなわち下端から、第３
図で最も良くわかるように、対応した弁もどしば
ね１８のほぼ２巻き半のコイル部の軸線方向寸法
に対応する距離から始まつて半径方向内方にテー
パを付ける。

第１，３図に示したように、ばねダンパ３０の
底コイル部すなわち下方コイル部の内方テーパ
は、ばねダンパの底コイル部が或る外径、したが
つて、或る内径を有し、それによつて、この底端
コイル部がシリンダヘツド１０の対応した弁案内
ポスト２３の下端を囲んでいて半径方向に保持さ
れ案内されるように予め選定する。

第１，３図に示した好ましい実施例では、ばね
ダンパ３０の底コイル部のみが縮小外径となつて
いて弁もどしばね１８の少なくとも底１巻き半コ
イル部との接触から外れているようにしている
が、ばねダンパ３０の両端に縮小外径コイル部を
形成して本発明によるばねダンパの対応した弁も
どしばねとの不正組立ての可能性を避け得ること
は当業者には明らかであろう。しかしながら、こ
のような両端縮小外径ばねダンパがその底端と反
対側の端で対応した弁もどしばねに対する機能的
な有効性で幾分劣ることになるのも明らかであろ
う。

本発明をここに開示した構造について説明して
きたが、当業者には明らかなように種々の変更、
修正をなし得るからこれら特殊な構造に発明を限
定するつもりはない。たとえば、図示構造では弁
もどしばねおよびばねダンパを一端でシリンダヘ
ツドと直接衝合し、反対端でばねリテナと衝合す
るコイル部を持つように示しているが、このよう
な端コイル部を、特に一組のばね要素をこの分野
で普通のように排気弁と組合わせた場合に普通の
弁ローテータと作動衝合するように設置すること
もできることは当業者には明らかであろう。した
がつて、この出願では添付の特許請求の範囲内で
行ない得るような修正、変更も含むことを意図と
している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるばねダンパを組合わせた
弁機構を示す、内燃機関の一部の横断面図であ
る。第２図は従来の弁もどしばねおよびばねダン
パの拡大断面図である。第３図は第１図の弁もど
しばねおよびばねダンパの拡大断面図であり、本
発明によるばねダンパの構造を示す図である。 主要部分の符号の説明、１０……シリンダヘツ
ド、１２……ポペツト弁、１５……案内孔、１４
……ステム、１８……弁もどしばね、３０……弁
ばねダンパ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シリンダヘツドを有する内燃機関で使用する
   弁機構であつて、シリンダヘツドによつて摺動自
   在に支持されており開閉位置間で動くことのでき
   るポペツト弁を包含し、このポペツト弁がシリン
   ダヘツドに設けた案内孔を通つているステムを有
   し、このポペツト弁と作動状態で組合わせてあつ
   てそれを往復動させるアクチユエータ手段が設け
   てあり、このアクチユエータ手段がコイル状の弁
   もどしばねを包含し、この弁もどしばねが弁のス
   テムをゆるく囲んでおり、底端がシリンダヘツド
   と作動衝合し、反対端がポペツト弁のステムと作
   動的に組合わせてあつてポペツト弁をその閉位置
   に向つて通常片寄せており、偏平ワイヤをコイル
   状にした内部型の弁ばねダンパが弁もどしばね内
   に作動状態で設置してある弁機構において、 前記弁ばねダンパが前記弁もどしばねの前記底
   端に隣接したところから前記反対端まで軸線方向
   に縮小外径となつており、それによつて、前記弁
   もどしばねの前記底端のところの少なくとも１巻
   き半のコイル部までダンパ対ばねの接触をなくし
   たことを特徴とする弁機構。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の弁機構におい
   て、前記弁ばねダンパが前記弁もどしばねの軸線
   方向作動寸法に対応する軸線方向作動寸法を持つ
   ていることを特徴とする弁機構。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の弁
   機構において、前記弁ばねダンパが前記弁もどし
   ばねの底に隣接して前記弁ばねの約２巻半のコイ
   ル部に相当する軸線方向範囲にわたつて縮小外径
   となつていることを特徴とする弁機構。