JPS60237104A - 内燃機関の弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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）などで使用する弁観構、特に、ポペット弁をその閉
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、ポペット弁
と同心に設置してあって弁口ツカその他のアクチュエー
タによる弁の開放に弾力的に対抗させている。したがっ
て、コイルばねはポペット弁をその閉位置に向って通常
片寄せるように設けてあシ、したがって、このばねを表
わすのに「弁もとしばね」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はねの形
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、したがって、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　Ｅ９ＭｃＣｏｒｍｉｃｋに１９６７年８
月２２日許された、「ｖａｌｖｅＳｔｅｍ　５ｅａｌ　
Ｊなる名称の米国特許第３，３３６，９１３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
しまシ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υ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シの可能性を排除し
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じばねの丸ワイ
ヤ５イル部の内径面に生じる研摩、摩耗であシ、また、
このよう、、、ｓ□ヵ８□８゜。１カッ１．８１　［た
場合に、ショッ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ったくなくなシ、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
ポペット弁のヘッドに隣接して位置し、たとえば、エン
ジンのシリンダヘッ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
形態となっている改良弁機構に関するものである。

したがって、本発明はポペット弁の弁もどしばねと一緒
に使用するようになっておシ、偏平ワイヤで作ってあシ
、外径部の少なくとも底のところにコイル部を有し、対
応したポペット弁のヘッ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っ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ってお
シ、対応したポペット弁のヘッ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がら本発明を実施例によって
説明する。

第１図を参照して、ここには−例としてオーバーヘッド
型の内燃機関の一部が示してあシ、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、ヘッド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ット弁１２によって
制御され、このポペット弁の弁ステム１４は弁案内ポス
ト２３およびシリンダヘッド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
ダヘッド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シ、
そのヘッド１２＆はステム１４の上部を囲む丸ワイヤの
まっすぐなコイル型弁もとしばね１８によって環状の弁
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によってポ
ペット弁のステムに適当に固着された普通のはね・リテ
ナ２８と係合し、その反対端すなわち底端はシリンダヘ
ッド１０と係合している。

弁１２の開放は公知要領、たとえば、ロッカアーム（図
示せず）によって行なわれる。

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と作動状態に組合わせてあり、また、シ
リンダヘッド１０の一体直立弁案内ポスト２３と組合わ
せである。

後に詳しく説明するように本発明に従って構成した内部
型偏平ワイヤばねダンパ３０が弁もとしばね１８内に同
心に設置してあシ、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ッド１０と係合している。

ここで弁もとしばね１８およびはねダンパ３０の両方に
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シ、すなわち、シリンダヘッド１
０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。したがって、第１図で見て、弁もどしばね１
８およびばねダンパ３０の底端というのは対応する弁１
２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
ンワイヤのまっすぐなコイノし式ばねダンパ３０′が示
してあシ、これ番またとえばばね鋼で作ってあシ、弁も
どしはね１Ｂと組合わせである。普通のように、ばねダ
ンパ３０′はその全長にわたってほぼ均一な内外径とな
っている。

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′の外径は弁もどしはね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シ、それによって、この
ような−組のもどしばねおよびばねダンパのすえ付は状
態においては、ばねダンパ２０′のコイル部は弁もとし
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シ、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１４、はね波動に向
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、弁もとしばね１８の対応する
弁をその閉位置に向っ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。したがって、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シ、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ョッ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
所望のショッ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、対応した弁のヘッドに隣
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っているからである。この
配置によシ、ばねダンパ３０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って
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
ル部はこの圧縮は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
ねじシ応力を伝える。ばねの中間コイル部は、もちろん
、底端コイル部に向ってこの波動を自由に伝える。底端
コイル部（拘束点である）はたわむことによってこの波
動を受け取る。各主要波と反射波の交差現象が相まって
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、はね組立体（ばねリテナ、キーおよび弁）の
質量が相まっ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ってばね
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。　（ したがって、弁もとしばね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、とのばねダンパ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って半径方向内方
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
底コイル部が成る外径、したがって、成る内径を有し、
それによって、この底端コイル部がシリンダヘッド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３
０の底コイル部のみが縮小外径となっていて弁もとしば
ね１Ｂ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は得る
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ッドと直接衝合し、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−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。したがって、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
断面図であシ、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〉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　シリンダヘッドを有する内燃機関で使用する弁機構
   であって、シリンダヘッドによって摺動自在に支持され
   ておシ開閉位置間で動くことのできるポペット弁を包含
   し、このポペット弁がシリンダヘッドに設けた案内孔を
   通ってい′るステムを有し、このポペット弁と作動状態
   で組合わせてあってそれを往復動させるアクチュエータ
   手段が設けてあシ、このアクチュエータ手段がコイル状
   の弁もどしはねを包含し、この弁もどしばねが弁のステ
   ムをゆるく囲んでおシ、底端がシリンダヘッドと作動衝
   合し、反対端がポペット弁のステムと作動的に組合わせ
   てあってポペット弁をその閉位置に向って通常片寄せて
   おシ、偏平９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である弁機構に
   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
   っておシ、それによって、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っ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、前記弁はねダンパが前記弁もどしばねの底に隣
   接して前記弁はねの約２巻牛のコイル部に相当する軸線
   方向範囲にわたって縮小外径となっていることを特徴と
   する弁機構。