JPH11148318A - 内燃機関のタペット用シム及び動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】たとえ機関始動時等であれ、より簡単な構造に
てタペット打音の低減及び摩耗の抑制を併せ図ることの
できる内燃機関のタペット用シム及び動弁装置を提供す
る。 【解決手段】内燃機関１０のシリンダヘッド１１内に配
設された動弁装置１４はバルブフェース部１５ａ及びバ
ルブステム部１５ｂを有するバルブ１５をリフトするバ
ルブリフタ（タペット）１７を備える。このバルブリフ
タ１７の上部には、シム２３が配設されている。このシ
ム２３は形状記憶合金によって形成されている。冷間時
におけるシム２３は円盤状基部２３ａと盛肉部２３ｂと
からなる上面中央が窪んだ略円盤状をなし、高温時にお
けるシム２３は形状変化を生じて上記扁平面２３ｃと同
等の高さを有する扁平円盤状となる。すなわち、シム２
３は高温時において、上記盛肉部２３ｂがなくなった円
盤状基部２３ａのみの形状となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関のタペット
用シム及び該シムを用いた動弁装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車等の内燃機関の動弁機構
においては、吸気及び排気を行うための吸気バルブ及び
排気バルブがカムによって開閉駆動される。すなわち、
それらバルブはスプリング等によって常時上方に付勢さ
れており、それらバルブの上部に配設されたバルブリフ
タ（タペット）がカムによって下方に押圧されることで
開放され、同カムによる押圧が解除されることでスプリ
ング等による付勢力のもとに閉成される。また通常、上
記タペット上部のカムとの当接面にはシムが配設され、
該シムを通じて同タペット上部のカムとの摺接（当接）
による摩耗を防ぐようにしている。

【０００３】ところで、こうした動弁機構においては、
内燃機関の温度上昇に伴うバルブステムの熱膨張を考慮
して、カムとシムとの間にバルブステムの熱膨張を許容
するクリアランス（タペットクリアランス）を設ける必
要がある。ところが、シムとカムとの間に余分なタペッ
トクリアランスがあると、カムがシムと当接する際に大
きな打音（タペット打音）が発生する。

【０００４】そこで従来、こうしたタペット打音を低減
するために、例えば実開昭６０−１７８３１２号公報に
記載のタペット用シムが提案されている。同公報に記載
のタペット用シムにおいては、シムを形状記憶合金にて
形成し、バルブステムの熱膨張による伸びをシムの形状
変化で吸収することによって、タペットクリアランスを
設けることを不要としている。すなわちこのタペット用
シムにおいては、機関低温時でもシムがロッカアームと
当接するように設定され、機関高温時にはシムがその熱
によってロッカアームから離間する方向へ形状変化する
ように設定されている。これにより、シムは、機関の温
度上昇に伴ってその厚さが減少するが、バルブステムの
熱膨張によって常にロッカアームと当接されるようにな
る。したがって、タペットクリアランスが不要となって
タペット打音が低減される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載のタペット用シムにおいては、熱膨張によるバ
ルブステムの形状変化量と、高温時におけるシムの形状
変化量とを一致させることが困難であるとともに、シム
及びロッカアームの摺動部の摩耗についてはこれを積極
的に抑制することができない。

【０００６】また一般に、上記シムとカムとの摺動部に
は潤滑油を供給してその摺動摩擦を緩和するようにして
いるが、特に内燃機関の始動直後などは、こうした潤滑
油の供給も滞りがちであり、その油膜切れに起因して上
記タペット打音も大きくなる傾向にある。

【０００７】本発明は、こうした実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、たとえ機関始動時等であ
れ、より簡単な構造にてタペット打音の低減及び摩耗の
抑制を併せ図ることのできる内燃機関のタペット用シム
及び動弁装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明では、内燃機関のバルブタ
ペットとカムとの摺接部に配設される内燃機関のシムで
あって、前記カムとの対向面周縁に盛肉部が形成された
断面凹形状を有することをその要旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の内燃機関のタペット用シムにおいて、形状記憶合金
からなり、常温時には前記断面凹形状を有し、温度の上
昇に伴い前記盛肉部が形状減衰して断面長方形状となる
ことをその要旨とする。

【００１０】請求項３に記載の発明では、内燃機関の吸
排気ポートを開閉するバルブと、カムの回転に伴って該
バルブを上下動せしめるバルブタペットと、該バルブタ
ペットの上面に前記カムのベースサークルから所定のク
リアｒんすをもって配されて同カムに摺接されるシムと
を備え、前記シムは、前記カムとの対向面周縁に盛肉部
が形成された断面凹形状を有し、前記カムの回転時、そ
の対向面周縁の盛肉部からカムに摺接されることをその
要旨とする。

【００１１】請求項４に記載の発明では、請求項３に記
載の内燃機関の動弁装置において、前記シムは形状記憶
合金からなり、常温時には前記断面凹形状を有して周縁
の盛肉部から前記カムに摺接され、機関温度の上昇時に
は前記盛肉部が形状減衰して断面長方形状となった扁平
部にて前記カムに摺接されることをその要旨とする。

【００１２】（作用）請求項１または請求項３に記載の
構成によれば、シムのカムとの摺動面の周縁にカムが当
接する際に、その当接位置がカムのベースサークル部に
近くなる。そのため、該カムのシムに対する当接角速度
が遅くなり、カムがシムに当接する際に発生する打音
（タペット打音）が好適に低減される。また、シムの摺
動面の中央部は凹状となっているため、この中央部にカ
ム及びシムの摺動部の摩耗を低減するための潤滑油が溜
まりやすくなり、該カム及びシムの摺動部の摩耗がより
確実に抑制される。

【００１３】請求項２または請求項４に記載の構成によ
れば、機関温度上昇時には盛肉部が形状減衰するもの
の、バルブステムの熱膨脹等の影響でカムとの当接面は
相対的に上方移動するようになる。したがってこの場合
も、カムは角速度の遅い部分でシムに当接されるように
なり、タペット打音の低減が図られるようになる。ま
た、このように温度が上昇する機関運転時には潤滑油の
供給も円滑になされるため、上記摺動部の摩耗も自ずと
抑制されるようになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態を図１〜図６に従って説明する。図１は本実施形態
にかかる内燃機関のタペット用シム及び同シムを採用し
た動弁装置を模式的に示す断面図であり、図２は同実施
形態にかかるシムの斜視図である。

【００１５】同図１に示すように、内燃機関１０のシリ
ンダヘッド１１内には、吸気路または排気路としての通
気路１２と、その通気路１２と連通する燃焼室１３とが
設けられている。また、同シリンダヘッド１１内には、
動弁装置１４が配設されている。同動弁装置１４は、バ
ルブフェース部１５ａ及びバルブステム部１５ｂを有す
るバルブ１５、ベースサークル部１６ａ及びノーズ部１
６ｂからなるカム１６の回転に伴ってこのバルブ１５を
図中下方にリフトするバルブリフタ（タペット）１７、
このバルブリフタ１７を図中上方に付勢するコイルスプ
リング１８等を備えて構成されている。すなわち、この
動弁装置１４にあって、上記バルブ１５及びバルブリフ
タ１７は、カム１６及びコイルスプリング１８によって
上記シリンダヘッド１１内を上下に移動し、上記通気路
１２と燃焼室１３との連通部（ポート）１９を開閉す
る。なお、上記カム１６は、カムシャフト２０に固定さ
れている。

【００１６】一方、上記シリンダヘッド１１における上
記バルブフェース部１５ａと対応する箇所にはバルブシ
ート２１が配設されている。また、上記バルブステム部
１５ｂと対応する箇所にはバルブガイド２２が配設され
ている。

【００１７】さらに、上記バルブリフタ１７の上部に
は、シム２３が配設されている。このシム２３はＴｉ−
Ｎｉ合金やＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金等の形状記憶合金によ
って形成されており、そのセット時形状は、図２に示す
ように、その上面周縁が盛り上がった形状をなしてい
る。すなわち、セット時におけるシム２３は、円盤状基
部２３ａと盛肉部２３ｂとからなる上面中央が窪んだ略
円盤状をなしている。

【００１８】こうしたセット時におけるシム２３の形状
は、冷間時（常温時）における形状であり、エンジン１
１の運転によって上記燃焼室１３内の熱がシム２３に伝
わると、シム２３はその熱によって形状変化を生じる。
そして、該シム２３は、盛肉部２３ｂが同図２に示す２
点鎖線位置まで沈み込み（形状減衰し）、上記窪みの底
部となる扁平面２３ｃと同等の高さを有する扁平円盤状
となる。すなわち、シム２３は高温時において、上記盛
肉部２３ｂがなくなった円盤状基部２３ａのみの形状と
なる。

【００１９】次に、このように構成された動弁装置１４
の動作について、図３〜図６に従って説明する。まず、
内燃機関１０の始動時等、冷間時における主にシム２３
及びカム１６の動作を説明する。なお、図３及び図４
は、冷間時におけるシム２３及びカム１６の関係を示す
概略断面図である。

【００２０】同図３及び図４に示すように、内燃機関１
０の始動時等の冷間時において、シム２３は、その上面
周縁に盛肉部２３ｂを有するとともに、中央部分が窪ん
だ形状をなしている。また、図３に示すように、カム１
６は、そのベースサークル部１６ａとシム２３の扁平面
２３ｃとの間にクリアランスＣを空けて配設されてい
る。このクリアランスＣは、後記する内燃機関１０の高
温時において同内燃機関１０の温度上昇に伴って生じる
上記バルブステム部１５ｂの熱膨張を十分に許容できる
間隔に設定されている。このように配設されたカム１６
は、そのノーズ部１６ｂが同図に示すように２点鎖線の
軌跡を描きながら矢印方向に回転する。そして、カム１
６は、図４に示すように、その軸心から距離Ｌ１だけ離
間した摺動（押圧）開始ポイントＰ１にてシム２３と当
接する。すなわち、カム１６は、このポイントＰ１から
シム２３に摺接し、シム２３を下方に押圧し始める。な
お、上記距離Ｌ１は、カム１６がシム２３に当接する際
の角速度を十分に小さくすることのできる、すなわちタ
ペット打音を十分に低減することのできる値（距離）で
ある。このため、上記シム２３の盛肉部２３ｂの形状
は、この距離Ｌ１をなす上記摺動開始ポイントＰ１にて
当接するように設定されている。

【００２１】また、内燃機関１０の冷間時において、シ
ム２３の上面中央部は盛肉部２３ｂに囲まれた凹状をな
しているため、同図３及び図４に併せ示すように、この
上面中央部には、カム１６とシム２３との摺動摩擦を緩
和するための潤滑油ＯＩＬが溜まりやすくなる。一般に
機関運転時等のある程度温度が上昇した状態において
は、こうした潤滑油ＯＩＬも円滑に供給されるものの、
機関始動時、あるいは始動直後等はその供給がどうして
も滞りがちである。しかし、本実施形態のシム２３のよ
うに、機関始動時（低温時）にこうして潤滑油ＯＩＬが
溜められることにより、前記油膜切れに起因するタペッ
ト打音の増大もなくなる。むしろ、この溜められた潤滑
油ＯＩＬが緩衝材となって、タペット打音のさらなる低
減が期待される。

【００２２】続いて、内燃機関１０の運転時等、高温時
における主にシム２３及びカム１６の動作を説明する。
なお、図５及び図６は、高温時におけるシム２３及びカ
ム１６の関係を示す概略断面図である。

【００２３】同図５及び図６に示すように、内燃機関１
０の運転時等の高温時において、シム２３は、内燃機関
１０の熱によって形状変化を生じ、上記盛肉部２３ｂが
なくなった扁平円盤状をなすようになる。このため通常
は、図６に１点鎖線で示すように、カム１６のノーズ部
１６ｂは、その軸心から距離Ｌ２だけ離間した摺動開始
ポイントＰ２にてシム２３と当接し、シム２３を下方に
押圧し始める。そのため、摺動開始ポイントＰ２は、内
燃機関１０の冷間時におけるカム１６のシム２３に対す
る摺動開始ポイントＰ１よりもベースサークル部１６ａ
から離れた位置になる。すなわち、上記各摺動開始ポイ
ントＰ１，Ｐ２とカム１６の軸心までの各距離Ｌ１，Ｌ
２の長さの関係は、Ｌ２≧Ｌ１となるため、カム１６が
シム２３に当接する際の角速度は、冷間時よりも大きく
なってタペット打音が大きくなることが考えられる。

【００２４】ところが実際には、内燃機関１０の温度上
昇に伴って上記バルブステム部１５ｂが熱膨張を生じ、
図５及び図６に示すようにシム２３がカム１６に近接す
ることが予測される。すなわち、冷間時におけるカム１
６のベースサークル部１６ａとシム２３の扁平面２３ｃ
との間のクリアランスＣは、クリアランスＣ’となる。
このため、図６に示すように、カム１６のノーズ部１６
ｂは、その軸心から上記冷間時における距離Ｌ１に近い
距離Ｌ１’だけ離間した摺動開始ポイントＰ１’にてシ
ム２３と当接し、シム２３を下方に押圧し始める。した
がって、こうした機関高温時においても、冷間時と同様
にタペット打音が好適に低減される。しかも、上記クリ
アランスＣ，Ｃ’の存在により、上記バルブステム部１
５ｂ等の熱膨張に起因する不都合の発生も好適に回避さ
れる。また、こうした機関高温時には、潤滑油ＯＩＬの
供給も円滑になされるため、シム２３とカム１６との摺
動部の摩耗も自ずと抑制されるようになる。

【００２５】以上詳述したように、本実施形態のタペッ
ト用シム及び動弁装置によれば、以下のような効果が得
られるようになる。・内燃機関１０の冷間時において
は、カム１６のシム２３に対する当接角速度を遅くする
ことができるため、カム１６がシム２３に当接する際に
発生するタペット打音を確実に低減させることができ
る。しかも、シム２３の上面中央部にカム１６とシム２
３との摺動摩擦を緩和するための潤滑油ＯＩＬが溜まり
やすいため、特に内燃機関１０の始動時に、カム１６と
シム２３との間の油ぎれを防止することができ、同カム
１６とシム２３との摺動部の摩耗を好適に抑制すること
ができる。また、油膜切れに起因するタペット打音の増
大もなく、むしろ、潤滑油ＯＩＬの緩衝によってタペッ
ト打音のさらなる低減が図られる。

【００２６】・内燃機関１０の高温時には、バルブステ
ム部１５ｂの熱膨張によって低温時におけるカム１６と
シム２３との間のクリアランスＣが、それよりも小さい
クリアランスＣ’となる。そして、カム１６は、冷間時
におけるカム１６のシム２３に対する摺動開始ポイント
Ｐ１に近いポイントＰ１’にてシム２３と当接する。す
なわち、機関高温時においてもカム１６は、冷間時と同
等の角速度にてシム２３に当接するため、タペット打音
を確実に低減させることができる。しかも、上記バルブ
ステム部１５ｂ等の膨脹に起因する不都合の発生も好適
に回避することができる。

【００２７】なお、上記実施形態は以下のように変更し
てもよく、その場合でも同様の作用および効果を得るこ
とができる。・上記実施形態では、シム２３を形状記憶
合金にて形成し、その盛肉部２３ｂが内燃機関１０の高
温になると沈み込んでなくなってしまうようにしたが、
このシム２３を形状記憶合金でなく、通常の金属を用い
て上記盛肉部２３ｂを備えた態様で形成する。このよう
にすれば、少なくとも低温始動時等におけるタペット打
音の低減、及びシム２３とカム１６との摺動部の摩耗抑
制が図られるとともに、シムを安価な材料にて製造する
ことができる。

【００２８】・上記シム２３の断面凹形状は、上記実施
形態にて図示した形状に限られない。要は潤滑油ＯＩＬ
が溜まる形状であればよい。以上、各実施形態について
説明したが、各実施形態から把握できる請求項以外の技
術的思想について、以下にその効果と共に記載する。

【００２９】（１）内燃機関の吸排気ポートを開閉する
バルブと、カムの回転に伴って該バルブを上下動せしめ
るバルブタペットと、該バルブタペットの上面に前記カ
ムのベースサークルから所定のクリアランスをもって配
されて同カムに摺接するシムとを備え、前記シムは、少
なくとも常温以下の温度において前記カムとの対向面に
機関の潤滑油を貯溜する潤滑油貯溜構造を有して形成さ
れることを特徴とする内燃機関の動弁装置。

【００３０】（２）前記（１）に記載の内燃機関の動弁
装置において、前記シムは形状記憶合金からなり、常温
時には前記潤滑油貯溜構造を保持し、機関温度の上昇時
にはその形状変化に伴って同潤滑油貯溜構造を解除する
ものであることを特徴とする内燃機関の動弁装置。

【００３１】上記（１）または（２）のようにすれば、
機関始動時等、機関低温時においても、カムとシムとの
摺接部に潤滑油が供給されるため、該摺接部の摩耗抑制
を図ることができる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１または請求項３に記載の発明に
よれば、シムのカムとの摺動面の周縁にカムが当接する
際に、その当接位置がカムのベースサークル部に近くな
る。そのため、該カムのシムに対する当接角速度を遅く
して、カムがシムに当接する際に発生する打音（タペッ
ト打音）を好適に低減することができる。また、シムの
摺動面の中央部は凹状となっているため、この中央部に
カム及びシムの摺動部の摩耗を低減するための潤滑油が
溜まりやすくなり、該カム及びシムの摺動部の摩耗をよ
り確実に抑制することができる。

【００３３】請求項２または請求項４に記載の発明によ
れば、機関温度上昇時には盛肉部が形状減衰するもの
の、バルブステムの熱膨脹等の影響でカムとの当接面は
相対的に上方移動するようになる。したがってこの場合
も、カムを角速度の遅い部分でシムに当接させることが
できるようになり、タペット打音の低減を図ることがで
きるようになる。また、このように温度が上昇する機関
運転時には潤滑油の供給も円滑になされるため、上記摺
動部の摩耗も自ずと抑制されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の内燃機関のタペット用シム及び動
弁装置を模式的に示す断面図。

【図２】同実施形態にかかるシムの斜視図。

【図３】同実施形態の冷間時におけるシム及びカムの関
係を示す断面図。

【図４】同実施形態の冷間時におけるシム及びカムの関
係を示す断面図。

【図５】同実施形態の高温時におけるシム及びカムの関
係を示す断面図。

【図６】同実施形態の高温時におけるシム及びカムの関
係を示す断面図。

【符号の説明】

１０…内燃機関、１４…動弁装置、１５…バルブ、１５
ａ…バルブフェース部、１５ｂ…バルブステム部、１６
…カム、１６ａ…ベースサークル部、１６ｂ…ノーズ
部、１７…バルブリフタ、２３…シム、２３ａ…円盤状
基部、２３ｂ…盛肉部、２３ｃ…扁平面、ＯＩＬ…潤滑
油。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のバルブタペットとカムとの摺
   接部に配設される内燃機関のシムであって、 前記カムとの対向面周縁に盛肉部が形成された断面凹形
   状を有する内燃機関のタペット用シム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の内燃機関のタペット用
   シムにおいて、 形状記憶合金からなり、常温時には前記断面凹形状を有
   し、温度の上昇に伴い前記盛肉部が形状減衰して断面長
   方形状となる内燃機関のタペット用シム。
3. 【請求項３】 内燃機関の吸排気ポートを開閉するバル
   ブと、 カムの回転に伴って該バルブを上下動せしめるバルブタ
   ペットと、 該バルブタペットの上面に前記カムのベースサークルか
   ら所定のクリアランスをもって配されて同カムに摺接さ
   れるシムとを備え、 前記シムは、前記カムとの対向面周縁に盛肉部が形成さ
   れた断面凹形状を有し、前記カムの回転時、その対向面
   周縁の盛肉部からカムに摺接されることを特徴とする内
   燃機関の動弁装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の内燃機関の動弁装置に
   おいて、 前記シムは形状記憶合金からなり、常温時には前記断面
   凹形状を有して周縁の盛肉部から前記カムに摺接され、
   機関温度の上昇時には前記盛肉部が形状減衰して断面長
   方形状となった扁平部にて前記カムに摺接されることを
   特徴とする内燃機関の動弁装置。