JP2008223534A - ラッシュアジャスタ - Google Patents

Abstract

【課題】弁口のシート面における摩耗を低減するとともに、シート面に対する弁体の吸着を防止する。
【解決手段】シート面２５に対して離間・当接することで弁口２４を開閉する弁体３３を、窒化ケイ素を含むセラミックス製とし、弁体３３の中心線表面粗さ（Ｒａ）を０．１３μｍ以下とし、閉弁状態において弁体３３からシート面２５に付与される圧力を、１，３８６ＭＰａ以下とした。これにより、シート面２５と弁体３３との間の摩擦抵抗が低減され、シート面２５の摩耗の進行が抑えられ、弁体３３がシート面２５に食い込んで吸着される食い付き現象を防止できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置における油圧式のラッシュアジャスタに関するものである。

油圧式のラッシュアジャスタとしては、シリンダヘッドに有底筒状のシリンダを固定し、そのシリンダ内にプランジャを上下移動可能に収容し、そのプランジャのシリンダから突出した上端部でロッカアームを支承する構造のものがある。プランジャの中空内は低圧室とされ、シリンダの下端部空間はプランジャの底壁によって区画された高圧室とされ、プランジャの底壁には逆止弁の弁口が開口されている。低圧室は、シリンダの周壁の連通孔とプランジャの周壁の連通孔を介してシリンダヘッドの油供給路から供給された作動油で満たされ、更に弁口を通して高圧室にも作動油が満たされている。

高圧室内には、球形の弁体が弁口を閉塞する方向に付勢された状態で収容されており、この弁体と弁口によって逆止弁が構成されている。プランジャに対してロッカアーム側から下向きの押圧力が作用する状態では、弁体が弁口を閉じることによって高圧室を密閉とし、高圧室内に充填されている作動油によりプランジャの下降が阻止される。また、プランジャが上昇して高圧室の容積が増大すると、弁体がプランジャに対して相対的に下降して弁口が開き、作動油が低圧室から高圧室内へ流入し、高圧室内に作動油が満たされた状態が保たれる（例えば、特許文献１を参照）。
特開平５−２８８０２０号公報

上記の逆止弁を備えたラッシュアジャスタにおいては、弁体が弁口を開閉する度に弁口のシート面に衝突するのであるが、従来のものでは、弁体が比重の大きい鋼鉄製（例えば、ＳＵＪ２）のものであったため、弁体の衝突が繰り返されることによってシート面が摩耗し、弁体がシート面に食い込んで吸着される食い付きと称される現象が発生してしまう虞がある。
本願発明は上記事情に鑑みて創案され、シート面に対する弁体の食い付き防止することを目的としている。

請求項１の発明は、シリンダヘッドに固定された有底筒状のシリンダと、上端部においてロッカアームを支承するようになっているとともに、前記シリンダの内周面に摺接しつつ上下移動可能なプランジャとを備え、前記プランジャ内には、作動油が貯留された低圧室が設けられ、前記シリンダの中空内下端部には、前記プランジャの底壁によって前記低圧室との間を仕切られるとともに前記作動油が充填された高圧室が形成され、前記プランジャの底壁を貫通するように形成された弁口と、前記高圧室内に収容されて前記弁口のシート面に対して当接・離間可能な球形の弁体と、前記弁体を前記シート面に当接させる閉弁方向へ付勢する付勢部材とによって逆止弁が構成されているラッシュアジャスタにおいて、前記弁体を、窒化ケイ素を含むセラミックス製とし、前記弁体の中心線表面粗さ（Ｒａ）を、０．１３μｍ以下とし、閉弁状態において前記弁体から前記シート面に付与される圧力を、１，３８６ＭＰａ以下とした。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記付勢部材の付勢方向と平行であって前記弁体の中心を通る付勢方向線と、前記弁体の中心を始点として前記弁体と前記シート面との当接位置を通る当接方向線とのなす角度を、３０°〜７５°とした。

＜請求項１の発明＞
シート面に対して離間・当接することで弁口を開閉する弁体を、窒化ケイ素を含むセラミックス製とし、弁体の中心線表面粗さ（Ｒａ）を０．１３μｍ以下とし、閉弁状態において弁体からシート面に付与される圧力を、１，３８６ＭＰａ以下とした。これにより、シート面と弁体との間の摩擦抵抗が低減され、シート面の摩耗の進行が抑えられ、シート面に対する弁体の食い付きを防止できる。

＜請求項２の発明＞
付勢部材の付勢方向と平行であって弁体の中心を通る付勢方向線と、弁体の中心を始点として弁体とシート面との当接位置を通る当接方向線とのなす角度を７５°以下としたので、シート面に対して弁体が楔状に食い込む作用が緩和され、弁体の食い付きを確実に防止することができる。

＜実施形態１＞
以下、本発明を具体化した実施形態１を図１乃至図４を参照して説明する。本実施形態の油圧式ラッシュアジャスタＡが適用される内燃機関の動弁装置について説明する。動弁装置は、バルブ４１、ラッシュアジャスタＡ、ロッカアーム４２、及びカム４３を備えて構成され、カム４３の回転に伴い、ロッカアーム４２がラッシュアジャスタＡの上端を支点として上下方向に揺動しつつバルブ４１を上下動させるようになっている周知の構造のものである。

次に、ラッシュアジャスタＡについて説明する。ラッシュアジャスタＡは、シリンダ１０とプランジャ２０とを備えて構成される。
シリンダ１０は、円形の底壁部１１の周縁から円筒状の周壁部１２を立ち上げた有底筒状をなし、シリンダヘッド４０の上面に開口させた取付孔４４内に固定されている。シリンダ１０の周壁部１２には、その内外両周面間に貫通する外部連通孔１３が形成されており、この外部連通孔１３は、シリンダヘッド４０内に設けた作動油供給路４５に連通している。

プランジャ２０は、円形の底壁部２１の周縁から円筒状の周壁部２２を立ち上げた有底筒状をなしており、このプランジャ２０の中空内は低圧室２３となっている。プランジャ２０の底壁部２１には、その中心に位置する円形の弁口２４が上下に貫通して形成され、この弁口２４における下側（後述する高圧室３１側）の開口縁には下広がり（高圧室３１側に向かって拡径するような形態）であって断面が略円弧状をなすシート面２５が形成されている。底壁部２１の下面（高圧室３１に臨む面）には、弁口２４と同心であって弁口２４よりも径が大きい凹部２１ａが形成されている。

また、プランジャ２０の周壁部２２の外周には縮径部２６が形成され、この縮径部２６においては周壁部２２を貫通する内部連通孔２７が形成されている。プランジャ２０の上端部には、略半球状（ドーム状）の支承部２８が形成され、この支承部２８の外面にはロッカアーム４２が上から当接され、この支承部２８においてロッカアーム４２の揺動支点を支持するようになっている。支承部２８の頂上部中央には、上下に貫通する円形の通気孔２９が形成されている。

このプランジャ２０は、シリンダ１０内に嵌め込まれ、双方の周面同士を摺接させつつ上下移動する。また、プランジャ２０の縮径部２６とシリンダ１０の内周面との間には周方向の連通路３０が形成され、この連通路３０は、外部連通孔１３と内部連通孔２７の双方に連通している。

また、シリンダ１０の中空下端部には、プランジャ２０の底壁部２１によって低圧室２３から仕切られた高圧室３１が構成されている。この高圧室３１内には、弁口２４とともに逆止弁３２を構成する弁体３３が、第１バネ３４（本発明の構成要件である付勢部材）により弁口２４を閉じる方向（上方）に付勢された状態で設けられている。弁体３３は、外径寸法が弁口２４の内径よりも大きい球体からなり、ボールケージ３５内に収容されている。ボールケージ３５は、弁口２４と同心円形をなす筒部３５ａと、筒部３５ａ下端を塞ぐ底板３５ｂと、筒部３５ａの上端縁から径方向外側へ張り出したバネ受け部３５ｃとからなる。筒部３５ａには、その内周から外周に貫通する複数の連通孔３５ｄが形成され、底板３５ｂにはその中央部分を上方へ突出させた膨出部３５ｅが形成されている。かかるボールケージ３５は、そのバネ受け部３５ｃの外周縁を凹部２１ａの内周壁に圧入することによってプランジャ２０の底壁部２１に固着されている。

第１バネ３４は、弁口２４と同軸状に配置された圧縮コイルバネからなり、ボールケージ３５の底板３５ｂの上面と弁体３３との間に装着されることで、弁体３３を上方（閉弁方向）へ付勢している。この第１バネ３４により、弁体３３は、常にはシート面２５に対して線接触状に当接して弁口２４を塞ぐ閉弁状態に保持されている。また、第１バネ３４の付勢に抗して弁体３３がシート面２５から下方へ離間すると、逆止弁３２が開弁する。尚、第１バネ３４の下端部は、底板３５ｂに対してその膨出部３５ｅに外嵌されるように当接しているので、第１バネ３４が水平方向（軸線と直角な方向）へ位置ずれする虞はない。したがって、第１バネ３４の上端部は球形の弁体３３に対して同軸状に当接する状態を維持する。また、弁体３３が過剰に下降したときには、弁体３３が膨出部３５ｅの頂上面に当接して、それ以上の下降動作が規制されるので、第１バネ３４が過剰に弾性変形する虞はない。

また、高圧室３１内においては、弁口２４と同軸状の圧縮コイルバネからなる第２バネ３６が、ボールケージ３５のバネ受け部３５ｃとシリンダ１０の内底面との間に装着されており、この第２バネ３６はプランジャ２０を上方へ付勢している。そして、シリンダヘッド４０の作動油供給路４５から、外部連通孔１３、連通路３０、内部連通孔２７を順に通って供給された作動油が、低圧室２３内に貯留され、さらに弁口２４を通って高圧室３１内に充填されている。

プランジャ２０に対してロッカアーム４２側から下向きの押圧力が作用する状態では、弁体３３がシート面２５に当接して弁口２４を閉じることにより高圧室３１内を密閉とし、高圧室３１内に充填されている作動油によりプランジャ２０の下降が阻止される（図３を参照）。また、プランジャ２０が上昇して高圧室３１の容積が増大すると、弁体３３がプランジャ２０に対して相対的に下降しつつシート面２５から離間して弁口２４を開き（図４を参照）、作動油が低圧室２３から高圧室３１内へ流入し、高圧室３１内に作動油が満たされた状態が保たれる。プランジャ２０の上昇が停止すると、弁体３３が第１バネ３４の付勢によりシート面２５に当接して弁口２４が閉じられ、高圧室３１内が作動油で満たされた密閉状態となる。

このように逆止弁３２は、弁体３３が弁口２４を開閉する度に弁口２４のシート面２５に衝突するのであるが、従来では、弁体が比重の大きい鋼鉄製（例えば、ＳＵＪ２）のものであって慣性質量が大きかったため、弁体の衝突が繰り返されることによってシート面２５が摩耗したり、弁体がシート面２５に食い込んで吸着されて食い付きと称される現象を来すことが懸念される。

そこで本実施形態では、弁体３３を、鋼球に替えて、窒化ケイ素を含むセラミックス製としている。この窒化ケイ素セラミックス製の弁体３３は、高い硬度を有しており、シート面２５に衝突しても弁体３３に割れや変形を来すことがなく、弁体３３としての機能を十分に発揮することができる。また、弁体３３は、セラミックス製としたことにより、鋼球の弁体３３に比べて比重が小さくなるので、シート面２５への衝突時の慣性質量も小さくなる。したがって、弁体３３の衝突に起因するシート面２５の摩耗が低減されるとともに、弁体３３がシート面２５に食い込んで吸着されることが防止される。

尚、弁体３３を構成する窒化ケイ素セラミックスの機械的特性については、比重が３．２、硬度が１５００［ＨＶ］、線膨張係数が３．２×１０−６［１／℃］、耐熱温度が８００［℃］である。また、比較のために従来の鋼球（ＳＵＪ２）の機械的特性を示すと、比重は７．８、硬度は７５０［ＨＶ］、線膨張係数は１２．５×１０−６［１／℃］、耐熱温度は１８０［℃］である。

さらに、本実施形態では、シート面２５に対する弁体３３の吸着（食い付き）を防止する手段として、弁体３３の表面粗さとシート面２５に対する弁体３３の当接圧力を、次のように設定している。即ち、弁体３３の中心線表面粗さ（Ｒａ）を、０．１３μｍ以下とし、閉弁状態において弁体３３からシート面２５に付与される圧力を、１，３８６ＭＰａ以下としている。この圧力は、第１バネ３４の弾性復元力によるものである。また、シート面２５の形成されているプランジャ２０の材質は、機械構造用炭素鋼、クロムモリブデン鋼、クロム鋼等であって、その硬度は、ＨＶ６００以上である。さらに、第１バネ３４の付勢方向と平行であって弁体３３の中心を通る付勢方向線Ｌａ（弁口２４と同軸の線）と、弁体３３の中心を始点として弁体３３とシート面２５との当接位置を通る当接方向線Ｌｂとのなす角度θを、７５°以下であって、３０°以上の角度とした。

弁体３３の中心線表面粗さ（Ｒａ）を０．１３μｍとし、閉弁状態において弁体３３からシート面２５に付与される圧力を、１，３８６ＭＰａとし、付勢方向線Ｌａと当接方向線Ｌｂとのなす角度θを２５．５°とした条件の下で、弁体３３をシート面２５に繰り返し当接させる実験を行った。尚、シート面２５の断面における曲率半径は０．８ｍｍであり、弁体３３の外径は３．０ｍｍであり、弁口２４の内径は２．０５ｍｍであり、閉弁状態における弁体３３とシート面２５の線接触状の当接領域（当接円）の直径は２．３８ｍｍである。この実験の結果、シート面２５に対する弁体３３の当接と離間を、１０，０００，０００サイクル／日で５日間連続して行っても、シート面２５に対する弁体３３の食い付きは発生しなかった。この１０，０００，０００サイクル／日で５日間連続して行った場合の当接・離間回数は、一般にラッシュアジャスタに要求される耐用回数の基準を満たすものである。

本実施形態によれば、弁体３３の中心線表面粗さ（Ｒａ）を０．１３μｍ以下とし、閉弁状態において弁体３３からシート面２５に付与される圧力を、１，３８６ＭＰａ以下としたので、シート面２５と弁体３３との間の摩擦抵抗が低減される。これにより、シート面２５の摩耗の進行が抑えられるので、シート面２５に対する弁体３３の食い付きを防止できる。

また、第１バネ３４の付勢方向と平行であって弁体３３の中心を通る付勢方向線Ｌａと、弁体３３の中心を始点として弁体３３とシート面２５との当接位置を通る当接方向線Ｌｂとのなす角度θを７５°以下としたので、シート面２５（弁口２４）に対して弁体３３が楔状に食い込む作用が緩和され、弁体３３の食い付きを確実に防止することができる。

実施形態１においてラッシュアジャスタをシリンダヘッドに取り付けた状態をあらわす断面図 ラッシュアジャスタの断面図 弁体が弁口を閉じた状態の拡大断面図 弁体が弁口を開いた状態の拡大断面図

符号の説明

Ａ…ラッシュアジャスタ
１０…シリンダ
２０…プランジャ
２３…低圧室
２４…弁口
２５…シート面
３１…高圧室
３２…逆止弁
３３…弁体
３４…第１バネ（付勢部材）
４０…シリンダヘッド
Ｌａ…付勢方向線
Ｌｂ…当接方向線

Claims (2)

1. シリンダヘッドに固定された有底筒状のシリンダと、
   上端部においてロッカアームを支承するようになっているとともに、前記シリンダの内周面に摺接しつつ上下移動可能なプランジャとを備え、
   前記プランジャ内には、作動油が貯留された低圧室が設けられ、
   前記シリンダの中空内下端部には、前記プランジャの底壁によって前記低圧室との間を仕切られるとともに前記作動油が充填された高圧室が形成され、
   前記プランジャの底壁を貫通するように形成された弁口と、前記高圧室内に収容されて前記弁口のシート面に対して当接・離間可能な球形の弁体と、前記弁体を前記シート面に当接させる閉弁方向へ付勢する付勢部材とによって逆止弁が構成されているラッシュアジャスタにおいて、
   前記弁体を、窒化ケイ素を含むセラミックス製とし、
   前記弁体の中心線表面粗さ（Ｒａ）を、０．１３μｍ以下とし、
   閉弁状態において前記弁体から前記シート面に付与される圧力を、１，３８６ＭＰａ以下としたことを特徴とするラッシュアジャスタ。
2. 前記付勢部材の付勢方向と平行であって前記弁体の中心を通る付勢方向線と、前記弁体の中心を始点として前記弁体と前記シート面との当接位置を通る当接方向線とのなす角度を、３０°〜７５°としたことを特徴とする請求項１記載のラッシュアジャスタ。

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