JP2002021975A - 中空カム軸 - Google Patents

中空カム軸

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JP2002021975A
JP2002021975A JP2000203362A JP2000203362A JP2002021975A JP 2002021975 A JP2002021975 A JP 2002021975A JP 2000203362 A JP2000203362 A JP 2000203362A JP 2000203362 A JP2000203362 A JP 2000203362A JP 2002021975 A JP2002021975 A JP 2002021975A
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JP
Japan
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oil
hollow
camshaft
oil supply
wall
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JP2000203362A
Other languages
English (en)
Inventor
Akio Yoshimoto
明男 吉元
其俊 ▲レイ▼
Kishun Rei
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Riken Corp
Original Assignee
Riken Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02Valve drive
    • F01L1/04Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047Camshafts
    • F01L2001/0475Hollow camshafts

Landscapes

  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量化を損ねることなく、流路面積を縮小さ
せ油圧レスポンスを向上させるとともに、カム配置に対
して給油バランスをとることが可能な中空カム軸を提供
することにある。 【解決手段】 壁部に給油穴を設けるとともに軸方向に
中空部を設けた中空カム軸本体と、外周部に複数の油溝
を設け、前記中空部内に配置される挿入部材と、前記挿
入部材の端面と前記中空部の内壁との間に形成される油
室と、前記油溝と前記中空部の内壁との間に形成され、
前記油室から各カム軸受けに連絡する前記給油穴まで連
通する給油通路とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気バ
ルブおよび排気バルブを動作させる中空カム軸に関す
る。
【0002】
【従来の技術】内燃機関におけるカム軸は、従来より、
軽量化を目的に、軸内部を中空化させることが知られて
おり、近年、軽量化促進のためにさらに中空部の容積を
拡大させる方向にある。
【0003】図6は、従来方式による内燃機関の動弁装
置におけるカム軸への給油状態の概要を示す。カム軸1
は、軽量化目的で、中心部に軸方向に沿って大きな中空
部2が構成されている。この中空部2は、給油通路とし
て利用され、この給油通路に連通する給油穴6,7を介
してカム軸受け3およびカム摺接面4,5への給油を行
っている。
【0004】中空部2の左方に示す端部2aは、給油穴
8を介して動弁給油メーン通路11に連絡する導入口9
と連通している。中空部2の右方に示す開放端2bは、
固定用フランジ10で閉塞されている。動弁給油メーン
通路11は、オイルパン12に連絡している。オイルパ
ン12には潤滑油13が注油されており、潤滑油13
は、潤滑油ポンプ15に連絡するオイルストレーナ14
から吸い上げれオイルフィルタ16を介して導入口9へ
導かれる。また、潤滑油ポンプ15には、リリーフバル
ブ17を設けたバイパス路が併設されている。また、動
弁給油メーン通路11には、メーンギャラリーへ潤滑油
を給油する通路18が設けてある。
【0005】このよう構成された従来方式による給油装
置では、中空部2は、カム軸受け3ならびにカム摺接部
4,5への油供給を行うための油通路としても使えるた
め、通路確保のための後加工を必要とせず、コスト的な
メリットもある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、中空部2の拡
大は、油通路容積の拡大を招くため、機関始動時におけ
る動弁系給油末端部での油圧立ち上がりの応答遅れが助
長される。
【0007】すなわち、カム軸1の中空部2内の潤滑油
は、機関を停止し長時間放置した場合、カム軸受け3に
隙間が構成されているため、給油穴6,7,8から、こ
の隙間を経てロッカ室側へ完全に流出することになる。
【0008】その後、機関を再始動した場合、同時に潤
滑油ポンプ15も回転し潤滑油の圧送動作も開始される
が、油抜けにより中空部2内の広い空間に潤滑油が満た
されていないことから、その中空部2に潤滑油が充満さ
せるための時間が必要となり、始動と同時に末端部に油
圧が発生せず、油圧立ち上がりに応答遅れが発生する。
機関は回転しているにもかかわらず、動弁系の摺動部は
無潤滑状態で動作され高面圧な摺動部にダメージを与
え、またフリクションロスを増大させることになる。さ
らに、潤滑油の供給は、給油口8から最も距離の離れる
右端部のカムで最も遅れることになり問題も助長される
ことになる。
【0009】従って、カム軸1の中空容積が大きくなる
ほど、油圧の応答性が悪化し、無潤滑運転の時間が長く
なり、特に高面圧で使用されるカム摺接面4,5やカム
軸受け3においては、摺接面の負荷およびフリクション
の増加を招く可能性がある。この状況は、カム軸1の導
入口9からカム配置までの送油距離が長くなるほど助長
される。
【0010】さらに、カム軸1上にバルブ開閉時期なら
びにバルブタイミングを可変制御させるシステムでは、
油圧による切り替え動作や、アクチュエータの動作を行
わせており、前述した始動時の油圧応答性が悪化した場
合、最適な制御動作を達成できず、排気ガス、燃費、運
転性能を損ねる結果となる。その対応としては、カム軸
の中空化による軽量効果を損うことなく、油通路の容積
を縮小させることが必要であり、基本的に、長時間放置
時のカム軸内部から漏れる油の量を少なくし、再始動時
における潤滑油送油経路内の油充填時間を短縮させるこ
とにより油圧応答性を高めていくことが求められる。さ
らに、これらの機能性の改善策は、簡単な構成で達成さ
せることが望まれる。
【0011】なお、特開平5−285558号公報に
は、カム軸内の中空内壁面に独立した複数個の小断面油
通路を構成した例が示されているが、このような従来例
では、油通路容積の確実な縮小化が図れる反面、小断面
油通路を確保するための複雑な製造法が要求され、高コ
ストになる可能性がある。
【0012】本発明は斯かる従来の問題点を解決するた
めになされたもので、その目的は、軽量化を損ねること
なく、流路面積を縮小させ油圧レスポンスを向上させる
とともに、カム配置に対して給油バランスをとることが
可能な中空カム軸を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
壁部に給油穴を設けるとともに軸方向に中空部を設けた
中空カム軸本体と、外周部に複数の油溝を設け、前記中
空部内に配置される挿入部材と、前記挿入部材の端面と
前記中空部の内壁との間に形成される油室と、前記油溝
と前記中空部の内壁との間に形成され、前記油室から各
カム軸受けに連絡する前記給油穴まで連通する給油通路
とを備えたことを特徴とする。
【0014】請求項2に係る発明は、請求項1記載の中
空カム軸において、前記給油通路の中空カム軸本体に垂
直な面の断面積を、前記油室から各カム軸受けに連絡す
る前記給油穴の位置までの距離に比例して大きく設定す
ることを特徴とする。請求項3に係る発明は、請求項1
記載の中空カム軸において、前記挿入部材は、カム軸本
体の比重より小さい材質で構成されていることを特徴と
する。
【0015】請求項4に係る発明は、請求項1記載の中
空カム軸において、前記挿入部材は、中空構造を為し、
端面を閉塞していることを特徴とする。
【0016】(作用)本発明によれば、例えば、軸方向
に小断面の油溝を設定した軽量な挿入部材を、中空部内
に配置させたことにより流路容積を大幅に縮小させ、ま
た、同時に中空部内壁とで断面積の異なる、独立した複
数本の給油通路を簡単に設定でき、給油通路容積の縮小
と給油距離に応じた送油抵抗を設定することが可能とな
る。従って、機関停止からの長時間放置条件でも、カム
軸内の油の抜け落ちる量が少ないため、油圧の応答性が
高く、カム軸受けならびにカム摺接面への油供給が素早
く達成され、摺動部の摩耗問題やフリクションロスの問
題を解決できる。
【0017】また、給油距離が長い末端部のカム配置に
おいても、給油通路断面積をより大きく設定することに
より、送油抵抗を差別化でき、機関の気筒数が増えて
も、バランスのとれたカム給油を確保できる。なお、挿
入部材は、軽量部材を選択し、さらに、その内部の中空
化等により、軽量化ができることから、基本素材の、軽
量メリットを損ねることなく根本問題を解決でき、ま
た、カム軸上に可変動弁機構が設置される場合、始動時
の油圧応答性の改善により、制御性の向上や、排ガスの
安定保持、燃費率や運転性の悪化等の防止にもつなが
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて実施例
を説明する。図1〜図4は、本発明の一実施形態に係る
中空カム軸を示す(請求項1、請求項2に対応する)。
本実施形態に係る中空カム軸20は、壁部に給油穴22
を設けるとともに軸方向に中空部23を設けた中空カム
軸本体21と、外周部に複数の油溝31を設け、中空部
23内に配置される挿入部材30と、挿入部材30の端
面32と中空部23の内壁24との間に形成される油室
35と、油溝31と中空部23の内壁24との間に形成
され、油室35からカム軸受け41に連絡する給油穴2
2まで連通する給油通路40とを備えている。
【0019】中空カム軸本体21は、鉄系材料で構成さ
れており、軽量化目的で、大きな中空部23を形成して
いる。中空部23内に配置される挿入部材30は、鉄系
(比重:7.6〜7.9g/cm3)よりも比重の小さ
い素材、例えば、200℃以上の耐熱性を有する材料で
あれば特に限定されないが、Mg系材料(比重:1.7
〜1.9g/cm3)、Ti系材料(比重:4.5〜
4.6g/cm3)およびAl系材料(比重:2.6〜
2.8g/cm3)等の非鉄金属、ウレタン等の樹脂系
材料(比重:1.0〜2.5g/cm3)が用いられ
る。
【0020】挿入部材30は、中空部23の内径とほぼ
同径の外径を有し、隙間交差の設定により、中空カム軸
本体21の右側開口部より中空部23内に挿入される。
また、挿入部材30の右側端面では、図3に示すよう
に、段付き形状のフランジ32を設定し、中空部23の
内壁24との間で圧入部33を構成させ、段付き部25
により中空カム軸本体21に対する軸方向の位置決めを
行うことにより、挿入部材30の固定が完結される。
【0021】中空カム軸本体21の左側端面近傍では、
図2に示すように、動弁系給油のメーン給油導入口50
が配置され、中空カム軸20の中空部23と連通させる
ための給油穴24を介して挿入部材30の端面に形成さ
れた油室35に連通されている。この油室35の機能
は、各カム軸受け41へ油流れの動圧を防止するための
制流機能を持たせた空間確保を目的として設置され、制
流された油は、図4のカム断面構造に示されるように、
挿入部材30の軸方向に形成され、かつ中空部23の内
壁24とで構成される複数個の各給油通路40につなが
る。
【0022】また、給油通路40の断面積は、動弁系メ
ーン給油の導入口50からの給油距離に比例して、より
大きく設定される構造を持ち、すなわち、給油距離が長
くなるほど、通路を拡大し通路抵抗を減少させ、油の流
動性をよくすることにより、油圧の立ち上がりを早め、
全体的ににそのバランスとることを目的とした構造とす
る。
【0023】なお、中空部23内への挿入部材30につ
いては、カム軸材の線膨張係数を考慮し、できるだけ差
のない組み合わせを選定する必要があるが、互いの線膨
張係数に差が生じても、右側端を圧入固定とし、左側端
部では隙間交差で中空部23の内壁24に案内されてい
ることから、挿入部材30は、温度差が生じても自由に
伸縮できるため、内部での変形や応力劣化等の問題を発
生させない構成である。
【0024】また、本実施形態では、中実の挿入部材3
0を用いたが、強度を維持できる範囲で中実をくりぬく
ことにより、軽量化を促進することが可能である。図5
は、本発明の別の実施形態を示す(請求項1、請求項
2,請求項4に対応する)。本実施形態では、挿入部材
30の軽量化をさらに促進させる手法の例を示し、挿入
部材30を端面が閉塞されたパイプ形状とし、また給油
溝31をプレス成形としたことを特徴とする。
【0025】このように、鋼材で製作した場合でも強度
が高いため、パイプ材の薄肉化が可能となり、軽量化の
命題を損ねることがない。また、この構成ではパイプの
ひきぬき工程で同時に外周部の溝を形成できるため、製
造工程を減らすことが可能で有利である。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、中空化カムシャフトの
軽量化効果を損ねることなく、簡単な構造で中空部に軽
量部材を挿入することにより、中空部の油溜まり容積を
縮小することができ、機関の停止放置からの再始動条件
における、中空部内部のオイル抜けに伴う油圧応答性の
悪化を阻止でき、始動時における動弁系の無給油運転時
間を短縮させ、特に、高面圧を伴うカム摺接面やカム軸
受け部の異常摩耗問題を改善できフリクション増加も防
止できる。
【0027】また、カム配置に対して独立させた給油通
路を持つため、この断面積の大小で油の通路抵抗に優位
差を持たせることができ、バランスよく給油タイミング
のずれを修正することができ、給油距離が長い末端部で
の潤滑上の問題悪化を抑制できる。また、本発明による
と、中空部への挿入部材を単に円筒状のパイプ材などで
構成でき、簡単な構成で複数本の独立給油通路を確保で
きることから、コスト的にも有利な構造である。
【0028】また、本発明では、寒冷地で使われる場
合、潤滑油粘度が高まることによる始動時の無給油状況
悪化に対しても有効な手段となる。さらに、カム軸上に
可変動弁機構が設置される場合、始動時の油圧応答性の
改善は、制御性の向上につながり、排気ガス性状の安定
保持、燃費率や運転性の悪化等の防止にも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る中空カム軸を示す断
面図である。
【図2】図1のA部の詳細を示す拡大断面図である。
【図3】図1のB部の詳細を示す拡大断面図である。
【図4】図1のC−C線に沿った断面図である。
【図5】本発明の別の実施形態に係る中空カム軸を示す
断面図である。
【図6】従来方式による動弁系潤滑油の送油説明図であ
る。
【符号の説明】
20 中空カム軸 21 中空カム軸本体 22 給油穴 23 中空部 24 内壁 30 挿入部材 33 外壁 35 油室 40 給油通路 38,39 カム軸受け 40 カム摺接面 41 油溜め
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G016 AA19 BA25 BA33 CA02 CA04 CA11 CA12 CA15 CA19 CA32 CA33 CA35 CA36 CA45 CA56 EA07 EA08 EA12 FA38 FA39 GA06 3J030 EA01 EA15 EC01 EC07

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 壁部に給油穴を設けるとともに軸方向に
    中空部を設けた中空カム軸本体と、 外周部に複数の油溝を設け、前記中空部内に配置される
    挿入部材と、 前記挿入部材の端面と前記中空部の内壁との間に形成さ
    れる油室と、 前記油溝と前記中空部の内壁との間に形成され、前記油
    室から各カム軸受けに連絡する前記給油穴まで連通する
    給油通路とを備えたことを特徴とする中空カム軸。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の中空カム軸において、 前記給油通路の中空カム軸本体に垂直な面の断面積を、
    前記油室から各カム軸受けに連絡する前記給油穴の位置
    までの距離に比例して大きく設定することを特徴とする
    中空カム軸。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の中空カム軸において、 前記挿入部材は、カム軸本体の比重より小さい材質で構
    成されていることを特徴とする中空カム軸。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の中空カム軸において、 前記挿入部材は、中空構造を為し、端面を閉塞している
    ことを特徴とする中空カム軸。
JP2000203362A 2000-07-05 2000-07-05 中空カム軸 Pending JP2002021975A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005069383A (ja) * 2003-08-25 2005-03-17 Musashi Seimitsu Ind Co Ltd カムシャフト

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005069383A (ja) * 2003-08-25 2005-03-17 Musashi Seimitsu Ind Co Ltd カムシャフト
JP4565540B2 (ja) * 2003-08-25 2010-10-20 武蔵精密工業株式会社 カムシャフト

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