JP2004232612A - カムシャフト - Google Patents
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Abstract
【課題】カムのベース円部の振れに伴うバルブの着座力の低下を抑制することができるカムシャフトを提供する。
【解決手段】カムシャフト２５は、互いに隣接するジャーナル部２６間を連結する軸部２７と、軸部２７上に設けられかつノーズ部２９ｂとベース円部２９ａとからなるカム面２９を有するカム２８とを備える。軸部２７の断面形状は、該軸部２７の曲げ剛性が、該軸部２７に対応するカム２８のノーズ部２９ｂの中心及びベース円部２９ａの中心を通るカム中心線ＣＬと交差する方向において小さくなるような形状とされている。
【選択図】 図２
【解決手段】カムシャフト２５は、互いに隣接するジャーナル部２６間を連結する軸部２７と、軸部２７上に設けられかつノーズ部２９ｂとベース円部２９ａとからなるカム面２９を有するカム２８とを備える。軸部２７の断面形状は、該軸部２７の曲げ剛性が、該軸部２７に対応するカム２８のノーズ部２９ｂの中心及びベース円部２９ａの中心を通るカム中心線ＣＬと交差する方向において小さくなるような形状とされている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの運転中に同機関の気筒に設けられた吸気・排気バルブ等のバルブを開閉するカムシャフトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
吸排気弁を有する一般のエンジンにおいては、作動時の熱によるシリンダヘッドの膨張と動弁系要素の膨張との差を考慮して、吸排気弁の適切なシールを行なうため、所定のバルブクリアランスがあらかじめ設けてある。
【０００３】
ところが、長時間の使用により動弁系要素各部の摩滅等が生じ、初期設定したバルブクリアランスが大きくなることがある。バルブクリアランスの増大はエンジンの性能を低下させ騒音を増大させ、場合によっては有害な排気ガスの濃度をも増大しかねない。したがって、上記不具合を防止するために、バルブクリアランスの点検調整という時間のかかる作業が定期的に必要とされていた。
【０００４】
このエンジンにおける、所定のバルブクリアランスの点検調整の煩雑さを解決したのが、特許文献１に示されるように、自動的にバルブクリアランスを略零とする油圧ラッシュアジャスタを備えた動弁装置が提案されている。
【０００５】
この動弁装置では、シリンダヘッド内の所定位置に油圧ラッシュアジャスタが配置されている。油圧ラッシュアジャスタの頭部にはロッカアームの一端が当接しており、エンジン動作時にはロッカアームは、油圧ラッシュアジャスタの頭部を支点として揺動する。油圧ラッシュアジャスタは、伸びる方向には自ら素早く伸長するが、縮む方向には強い力が加わっても縮長しにくい構成となっている。ロッカアームの他端の下面には吸気バルブもしくは排気バルブの上端が当接しており、この吸気バルブもしくは排気バルブは、リターンスプリングにより閉じる方向へ付勢されている。カムはカムシャフトと一体となっており、カムシャフトの回転に伴って、カムが回転するようになっている。カムは、カムシャフトのジャーナル部と同軸であるベース円部と、ベース円部から突出したノーズ部とから構成される。ロッカアームはカムとの間で両者が接触する接触面を有している。
【０００６】
上記のように構成された動弁装置において、ロッカアームは油圧ラッシュアジャスタとバルブとによって、カムに向かって押圧されており、したがって、各接触面のクリアランスは零となっている。この状態からエンジンが始動されると、カムシャフトが回転しカムのベース円部からノーズ部まで接触面に対するカムの当接部が移動する。それによりノーズ部は、ロッカアームの接触面を押圧するが、油圧ラッシュアジャスタは上述したように外圧が加わっても縮長しないので、ロッカアームは油圧ラッシュアジャスタの頭部を支点として回動する。回動したロッカアームの他端がバルブを押し下げて、バルブの開弁動作を行なう。更に、カムが回動しノーズ部が戻るときには、ロッカアームはバルブを介して、リターンスプリングの付勢力によりカムに向かって押圧されているので、ロッカアームの他端はノーズ部の移動と共に上方に移動し、これによりバルブの閉弁動作が行なわれる。このような動弁系の動作中に、油圧ラッシュアジャスタは動弁系各部の熱膨張や摩耗による各部の変化を吸収し、それによりロッカアームの接触面とカムとの間隙すなわちバルブクリアランスを零とし、異音等の不具合を防止するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２８８０２０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、カムシャフトにおけるカムのベース円部は、ジャーナル部と同軸となるように形成されているが、加工公差があり、ジャーナル部の外形を基準としてベース円部が振れることが一般的である。このようにカムのベース円部が振れていると、上述したように油圧ラッシュアジャスタは外力を加えても縮長しにくいことから、ロッカアームによってバルブが押圧されることとなり、バルブの着座力が低下するという問題がある。特に、バルブが開弁状態から閉弁する時においてバルブの着座力が低下すると、各気筒における気密性が低下して、アイドリングが不安定な状態となるいわゆるラフアイドルなどエンジン不調の原因となることがある。
【０００９】
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、カムのベース円部の振れに伴うバルブの着座力の低下を抑制することができるカムシャフトを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、エンジンの気筒に対応したバルブを開閉するためのカムシャフトであって、エンジンに対して回転可能に支持される複数のジャーナル部と、互いに隣接するジャーナル部間を連結する軸部と、該軸部上に設けられかつノーズ部と前記ジャーナル部を基準とするベース円部とからなるカム面を有するカムとを備えたカムシャフトにおいて、前記軸部の断面形状を、該軸部の曲げ剛性が、該軸部に対応する前記カムのノーズ部の中心及びベース円部の中心を通るカム中心線と交差する方向において小さくなるような形状としたことを特徴とする。
【００１１】
カムシャフトの回転に伴い、カムのノーズ部がバルブに当接する場合にはバルブがリフトされ、カムのベース円部がバルブに当接する場合にはバルブは着座して閉じられる。このとき、加工公差によりカムのベース円部がジャーナル部に対して振れている場合には、その振れ部分がバルブに当接すると、バルブに開方向の力が作用し、バルブの着座力が低下することとなる。
【００１２】
この点において、この構成によれば、カムを設けた軸部の曲げ剛性が、カムのノーズ部の中心及びベース円部の中心を通るカム中心線と交差する方向において小さくなっているので、カムを設けた軸部がバルブから離間する方向にわずかに撓み、バルブの着座力の低下が抑制される。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカムシャフトにおいて、前記軸部の断面形状は、前記カム中心線の方向における寸法が長く、該カム中心線と直交する方向における寸法が短い扁平状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、カムシャフトの軸部の断面形状をカム中心線の方向における寸法が長く、該カム中心線と直交する方向における寸法が短い扁平状に形成することによって、軸部の曲げ剛性を小さくすることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のカムシャフトにおいて、前記軸部の断面形状は、前記カム中心線にほぼ平行な部分を備えていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、軸部の加工を容易に行って軸部の曲げ剛性を変更することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のカムシャフトにおいて、前記軸部の断面形状は、前記カム中心線を中心として対称状をなすことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、軸部の断面形状はカム中心線を中心として対称状に形成されているため、カムシャフトの回転バランスの低下を抑制することができる。
請求項５に記載の発明は、エンジンの気筒に対応したバルブを開閉するためのカムシャフトであって、エンジンに対して回転可能に支持される複数のジャーナル部と、互いに隣接するジャーナル部間を連結する軸部と、該軸部上に設けられかつノーズ部と前記ジャーナル部を基準とするベース円部とからなるカム面を有するカムとを備えたカムシャフトにおいて、前記カムのカム面を、前記カムシャフトの回転方向においてベース円部の終端側から前記ジャーナル部までの寸法が、ベース円部の始端側から前記ジャーナル部までの寸法よりも大きくなる形状に形成したことを特徴とする。
【００１８】
カムシャフトの回転に伴い、カムのノーズ部がバルブに当接する場合にはバルブがリフトされ、カムのベース円部がバルブに当接する場合にはバルブは着座して閉じられる。このとき、カムのベース円部がジャーナル部に対して振れている場合には、その振れ部分がバルブに当接すると、バルブに開方向の力が作用し、バルブの着座力が低下することとなる。
【００１９】
この構成によれば、カムのカム面を、カムシャフトの回転方向においてベース円部の終端側からジャーナル部までの寸法が、ベース円部の始端側からジャーナル部までの寸法よりも大きくなる形状に形成している。このとき、加工公差によりベース円部がジャーナル部に対してその始端側に振れていても、ベース円部の終端側からジャーナル部までの寸法とベース円部の始端側からジャーナル部までの寸法との差によってベース円部の始端側への振れの一部が相殺され、ベース円部の始端側の振れは許容範囲内に収まる。そのため、ベース円部の始端側においてカムによりバルブに開方向の力が作用することを抑制することができ、バルブの着座力の低下が抑制される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明をエンジンの動弁装置に具体化した一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００２１】
図３に示すように、エンジンのシリンダヘッド１１には吸気通路１２が設けられ、吸気バルブ１３により開閉されるようになっている。吸気バルブ１３にはバルブステム１４が連結され、該バルブステム１４はシリンダヘッド１１に形成した貫通孔１５に貫通固定されたバルブガイド１６により案内されるようになっている。前記バルブステム１４の上端部にはスプリングリテーナ１７が取り付けられ、該リテーナ１７とシリンダヘッド１１との間には吸気バルブ１３を閉弁方向に付勢するリターンスプリング１８が介在されている。
【００２２】
シリンダヘッド１１の上面には前記バルブステム１４に近接して、それと平行に公知の油圧ラッシュアジャスタ２１が装設されている。油圧ラッシュアジャスタ２１にはシリンダヘッド１１に形成された図示しない油通路を介して作動油が供給、排出されるようになっており、油圧ラッシュアジャスタ２１は伸びる方向には自ら素早く伸長するが、縮む方向には強い力が加わっても縮長しにくい構成となっている。
【００２３】
油圧ラッシュアジャスタ２１の頭部２３にはロッカアーム２２の一端が当接しており、エンジン動作時にはロッカアーム２２は、油圧ラッシュアジャスタ２１の頭部２３を支点として揺動する。ロッカアーム２２の他端の下面には吸気バルブ１３の上端が当接している。カム２８は図１に示すカムシャフト２５と一体となっており、カムシャフト２５のＰ矢印方向への回転に伴って、カム２８が回転するようになっている。ロッカアーム２２は接触面２２ａにてカム２８と接触するようになっている。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態において、カムシャフト２５は、エンジンのシリンダヘッド１１に対して回転可能に支持される複数のジャーナル部２６と、互いに隣接するジャーナル部２６間を連結する複数の軸部２７と、各軸部２７上に設けられたカム２８とを備える。なお、カムシャフト２５の一端には、エンジンのクランクシャフト（図示略）の回転をカムシャフト２５に伝達するためのタイミングプーリ３０がカムシャフト２５と一体回転可能に取付けられている。
【００２５】
図２に示すように、カム２８は、ジャーナル部２６を基準とするベース円部２９ａと、ベース円部２９ａから突出したノーズ部２９ｂとからなるカム面２９を有する。また、本実施形態において、各軸部２７の断面形状は、該軸部２７に対応するカム２８のノーズ部２９ｂの中心及びベース円部２９ａの中心を通るカム中心線ＣＬに平行な一対の側縁２７ａを有する扁平状に形成されている。そして、該軸部２７はカム中心線ＣＬを中心として対称状をなし、カム中心線ＣＬの方向における寸法が長く、カム中心線ＣＬと直交する方向における寸法が短くなっている。従って、該軸部２７において、カム中心線ＣＬ方向における曲げ剛性と、カム中心線ＣＬ方向と直交する方向における曲げ剛性との大きさは異なり、カム中心線ＣＬ方向と直交する方向における曲げ剛性は、カム中心線ＣＬ方向における曲げ剛性よりも小さくなる。
【００２６】
上記のように構成された動弁装置において、ロッカアーム２２は油圧ラッシュアジャスタ２１と吸気バルブ１３とによって、カム２８に向かって押圧されており、従って、ロッカアーム２２の接触面２２ａとカム２８との間のクリアランスは零となっている。
【００２７】
この状態からエンジンが始動されると、カムシャフト２５がＰ矢印方向に回転しカム２８のベース円部２９ａからノーズ部２９ｂまで接触面２２ａに対するカム２８の当接部が移動する。それによりノーズ部２９ｂは、ロッカアーム２２の接触面２２ａを押圧するが、油圧ラッシュアジャスタ２１は上述したように外圧が加わっても縮長しないので、ロッカアーム２２は油圧ラッシュアジャスタ２１の頭部２３を支点として回動する。回動したロッカアーム２２の他端がバルブステム１４を押し下げて、吸気バルブ１３の開弁動作を行なう。
【００２８】
更に、カム２８が回動しノーズ部２９ｂが戻るときには、ロッカアーム２２は吸気バルブ１３を介して、リターンスプリング１８の付勢力によりカム２８に向かって押圧されているので、ロッカアーム２２の他端はノーズ部２９ｂの移動と共に上方に移動し、これにより吸気バルブ１３の閉弁動作が行なわれる。そして、図３に示すように、カム２８が回動しカム２８のベース円部２９ａがロッカアーム２２に当接すると吸気バルブ１３はシートに着座して閉じられる。
【００２９】
上記のように構成されたカムシャフト２５において、カム２８のカム面２９はジャーナル部２６の外形を基準としてカムミラー（研磨装置）によって加工されるが、ベース円部２９ａはジャーナル部２６の外形を基準とした完全な円弧とはならず、加工公差による振れが発生している可能性がある。このように、カム２８のベース円部２９ａが振れていると、油圧ラッシュアジャスタ２１は外力に対して縮長しにくい構成のため、閉弁状態の吸気バルブ１３を押圧する開弁方向の力が作用し、吸気バルブ１３の着座力が低下することとなる。特に、吸気バルブ１３が開弁状態から閉弁する時において吸気バルブ１３の着座力が低下すると、各気筒における気密性が低下してアイドリングが不安定な状態となるいわゆるラフアイドルなどエンジン不調の原因となることがある。
【００３０】
しかしながら、本実施形態のカムシャフト２５は、各軸部２７の曲げ剛性がカム中心線ＣＬと直交する方向において小さくなっているので、カム２８を設けた軸部２７が吸気バルブ１３から離間する方向にわずかに撓むようになる。その結果、軸部２７の撓み分だけ吸気バルブ１３を開弁方向に押圧する力が小さくなり、吸気バルブ１３の着座力の低下が抑制される。
【００３１】
以上のように構成された動弁装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
・ カムシャフト２５のカム２８が設けられた軸部２７の断面形状は、該軸部２７の曲げ剛性が、その軸部２７に対応するカム２８のカム中心線ＣＬと交差する方向において小さくなるような形状とされている。そのため、加工公差によりカム２８のベース円部２９ａがジャーナル部２６の外周に対して振れている場合にはと、軸部２７が吸気バルブ１３から離間する方向にわずかに撓み、その分だけ吸気バルブ１３を開弁方向に押圧する力を小さくして吸気バルブ１３の着座力の低下を抑制することができる。
【００３２】
・ カムシャフト２５の軸部２７の断面形状を、カム中心線ＣＬの方向における寸法が長く、該カム中心線ＣＬと直交する方向における寸法が短い扁平状に形成するという簡易な構成によって、軸部２７のカム中心線ＣＬと直交する方向における曲げ剛性を小さくすることができる。
【００３３】
・ カムシャフト２５の軸部２７の断面形状を、カム中心線ＣＬに平行な一対の側縁２７ａを形成することによって扁平状とすることができ、軸部２７の加工を容易に行って軸部２７の曲げ剛性を変更することができる。
【００３４】
・ カムシャフト２５の軸部２７の断面形状はカム中心線ＣＬを中心として対称状をなす扁平状に形成されているので、カムシャフト２５の回転バランスの低下を抑制することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図４〜６に基づいて説明する。なお、重複説明を避けるため、図１において説明したものと同じ要素については、同じ参照番号が付されている。
【００３６】
第１実施形態においては、カムシャフト２５のジャーナル部２６間を連結する軸部２７の断面形状を変更することによって軸部２７の曲げ剛性を変更し、カム２８のベース円部２９ａの振れによる吸気バルブ１３の着座力の低下を抑制するようにしている。
【００３７】
本実施形態においては、図３に示す動弁装置において上記カムシャフト２５に代えて、図４、５に示されるカム４３を備えたカムシャフト４０が使用されている。
【００３８】
図４に示すように、本実施形態において、カムシャフト４０は、エンジンのシリンダヘッド１１に対して回転可能に支持される複数のジャーナル部４１と、互いに隣接するジャーナル部４１間を連結する複数の軸部４２と、各軸部４２上に設けられたカム４３とを備える。図５に示すように、各軸部４２の断面形状は、ジャーナル部４１と同心状の円形状に形成されており、各軸部４２の曲げ剛性はその周方向において均一である。
【００３９】
図５に示されるように、カム４３は、ジャーナル部４１を基準とするベース円部４５と、ベース円部４５から突出したノーズ部４６とからなるカム面４４を有する。本実施形態において、カム４３のカム面４４はノーズ部４６の中心及びベース円部４５の中心を通るカム中心線ＣＬに対して非対称状に形成されている。カムシャフト４０のＰ矢印回転方向においてベース円部４５の始端４５ａ側は吸気バルブ１３の閉じ側であり、ベース円部４５の終端４５ｂ側は吸気バルブ１３の開き側である。
【００４０】
そして、ベース円部４５の終端４５ｂ側からジャーナル部４１までの寸法Ｌｂは、ベース円部４５の始端４５ａ側からジャーナル部４１までの寸法Ｌａよりも所定値だけ大きくなる形状に形成されている。
【００４１】
このように、カム４３のカム面４４をカム中心線ＣＬに対して非対称状に形成することによって、ベース円部４５の振れによる吸気バルブ１３の着座力の低下を抑制することができるようになっている。
【００４２】
上記したように、カム４３のベース円部４５が振れていると、油圧ラッシュアジャスタ２１は外力に対して縮長しにくい構成のため、閉弁状態の吸気バルブ１３を押圧する開弁方向の力が作用し、吸気バルブ１３の着座力が低下することとなる。吸気バルブ１３の閉じ側において吸気バルブ１３の着座力が低下すると、各気筒における気密性が低下してアイドリングが不安定な状態となるいわゆるラフアイドルなどエンジン不調の原因となることがあるため、閉じ側のベース円部４５の始端４５ａでの振れを厳しく制限する必要がある。これに対して、吸気バルブ１３の開き側においても吸気バルブ１３の着座力を必要とするものの、開き側のベース円部４５の終端４５ｂでの振れの制限は閉じ側の始端４５ａでの振れの制限よりも緩くすることができる。従って、ベース円部４５における振れクライテリア（振れ量許容値）は、図６に破線で示されるように、閉じ側のベース円部４５の始端４５ａでは小さな値となり、開き側のベース円部４５の終端４５ｂでは閉じ側よりも大きな値となる。
【００４３】
今、仮に、カム４３のベース円部４５を、ジャーナル部４１の外形を基準とする円弧状の通常プロフィールに設定すると、閉じ側の始端４５ａから開き側の終端４５ｂに到る任意の部位において加工公差による振れが発生する可能性がある。このとき、閉じ側の始端４５ａ付近で振れが発生しているとすると、この振れ量は閉じ側での振れクライテリアを超えてしまうおそれがあり、閉じ側の始端４５ａ（吸気バルブ１３の閉じ側）において所要の着座力を得ることができなくなる。
【００４４】
そのため、本実施形態において、カム４３におけるカム面４４の形状は、ベース円部４５の終端４５ｂ側からジャーナル部４１までの寸法Ｌｂが、ベース円部４５の始端４５ａ側からジャーナル部４１までの寸法Ｌａよりも所定値α（図６参照）だけ大きくなるような形状に形成されている。このように、ベース円部４５の終端４５ｂ側からジャーナル部４１までの寸法Ｌｂに所定値αを加えることにより、加工公差によるベース円部４５の始端４５ａ側への振れが生じたとしても、カム面４４は実線で示されるプロフィールとなり、この振れ量は閉じ側の始端４５ａでの振れクライテリア以内に収まる。すなわち、前記所定値αによってベース円部４５の始端４５ａ側への振れの一部をキャンセルすることができるようになる。
【００４５】
例えば、図５に示されるように、加工公差がカム中心線ＣＬと直交する方向に生じたとすると、カム４３のカム面４４は鎖線で示すようにジャーナル部４１に対して変位することとなるが、この変位量が前記所定値αの範囲内の値である場合にはベース円部４５の始端４５ａ側での振れ量の増加を抑制することができる。
【００４６】
以上のように構成された動弁装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
・ カム４３のカム面４４を、カムシャフト４０の回転方向においてベース円部４５の終端４５ｂ側からジャーナル部４１までの寸法が、始端４５ａ側からジャーナル部４１までの寸法よりも所定値だけ大きくなる形状に形成している。そのため、加工公差によりベース円部４５の始端４５ａ側が振れていても、ベース円部４５の終端４５ｂ側に設定した所定値によってベース円部４５の始端４５ａ側への振れの一部を相殺することができ、ベース円部４５の始端４５ａ側の振れを許容範囲内に収めることができる。その結果、吸気バルブ１３の閉弁時においてベース円部４５の始端４５ａ側においてカム４３により吸気バルブ１３に開方向の力が作用することを抑制することができ、吸気バルブ１３の着座力の低下を抑制することができる。
【００４７】
なお、実施の形態は、次のように変更してもよい。
・ 上記第１実施形態においては、カムシャフト２５のジャーナル部２６間における軸部２７を断面形状が扁平状をなす中実体としたが、この軸部２７を断面外形が円形状をなす中空状とし、中空部の形状を適宜設定することによって軸部の曲げ剛性を異なる値となるようにしてもよい。
【００４８】
・ 上記第１実施形態のカムシャフト２５において、軸部２７上に形成されるカム２８のカム面の形状を、第２実施形態におけるカム４３のカム面４４と同様の形状としてもよい。
【００４９】
・ 上記各実施形態においては、エンジンの吸気バルブ１３を開閉するためのカムシャフト２５，４０に具体化したが、排気バルブを開閉するためのカムシャフトに実施することができ、この場合にも同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５０】
・ 上記各実施形態では、油圧ラッシュアジャスタ２１上にロッカアーム２２を支持する構成の動弁装置に具体化したが、油圧ラッシュアジャスタを内蔵したバルブリフタを備える動弁装置に実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態のカムシャフトを示す正面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ線における断面図。
【図３】エンジンの動弁装置全体を示す縦断面図。
【図４】第２実施形態のカムシャフトを示す正面図。
【図５】図４のＹ−Ｙ線における断面図。
【図６】第２実施形態のカムを設計するための説明図。
【符号の説明】
１１…エンジンを構成するシリンダヘッド、１３…吸気バルブ、２５，４０…カムシャフト、２６，４１…ジャーナル部、２７，４２…軸部、２８，４３…カム、２９，４４…カム面、２９ａ，４５…ベース円部、２９ｂ，４６…ノーズ部、４５ａ…始端、４５ｂ…終端、ＣＬ…カム中心線、Ｌａ，Ｌｂ…寸法。
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの運転中に同機関の気筒に設けられた吸気・排気バルブ等のバルブを開閉するカムシャフトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
吸排気弁を有する一般のエンジンにおいては、作動時の熱によるシリンダヘッドの膨張と動弁系要素の膨張との差を考慮して、吸排気弁の適切なシールを行なうため、所定のバルブクリアランスがあらかじめ設けてある。
【０００３】
ところが、長時間の使用により動弁系要素各部の摩滅等が生じ、初期設定したバルブクリアランスが大きくなることがある。バルブクリアランスの増大はエンジンの性能を低下させ騒音を増大させ、場合によっては有害な排気ガスの濃度をも増大しかねない。したがって、上記不具合を防止するために、バルブクリアランスの点検調整という時間のかかる作業が定期的に必要とされていた。
【０００４】
このエンジンにおける、所定のバルブクリアランスの点検調整の煩雑さを解決したのが、特許文献１に示されるように、自動的にバルブクリアランスを略零とする油圧ラッシュアジャスタを備えた動弁装置が提案されている。
【０００５】
この動弁装置では、シリンダヘッド内の所定位置に油圧ラッシュアジャスタが配置されている。油圧ラッシュアジャスタの頭部にはロッカアームの一端が当接しており、エンジン動作時にはロッカアームは、油圧ラッシュアジャスタの頭部を支点として揺動する。油圧ラッシュアジャスタは、伸びる方向には自ら素早く伸長するが、縮む方向には強い力が加わっても縮長しにくい構成となっている。ロッカアームの他端の下面には吸気バルブもしくは排気バルブの上端が当接しており、この吸気バルブもしくは排気バルブは、リターンスプリングにより閉じる方向へ付勢されている。カムはカムシャフトと一体となっており、カムシャフトの回転に伴って、カムが回転するようになっている。カムは、カムシャフトのジャーナル部と同軸であるベース円部と、ベース円部から突出したノーズ部とから構成される。ロッカアームはカムとの間で両者が接触する接触面を有している。
【０００６】
上記のように構成された動弁装置において、ロッカアームは油圧ラッシュアジャスタとバルブとによって、カムに向かって押圧されており、したがって、各接触面のクリアランスは零となっている。この状態からエンジンが始動されると、カムシャフトが回転しカムのベース円部からノーズ部まで接触面に対するカムの当接部が移動する。それによりノーズ部は、ロッカアームの接触面を押圧するが、油圧ラッシュアジャスタは上述したように外圧が加わっても縮長しないので、ロッカアームは油圧ラッシュアジャスタの頭部を支点として回動する。回動したロッカアームの他端がバルブを押し下げて、バルブの開弁動作を行なう。更に、カムが回動しノーズ部が戻るときには、ロッカアームはバルブを介して、リターンスプリングの付勢力によりカムに向かって押圧されているので、ロッカアームの他端はノーズ部の移動と共に上方に移動し、これによりバルブの閉弁動作が行なわれる。このような動弁系の動作中に、油圧ラッシュアジャスタは動弁系各部の熱膨張や摩耗による各部の変化を吸収し、それによりロッカアームの接触面とカムとの間隙すなわちバルブクリアランスを零とし、異音等の不具合を防止するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−２８８０２０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、カムシャフトにおけるカムのベース円部は、ジャーナル部と同軸となるように形成されているが、加工公差があり、ジャーナル部の外形を基準としてベース円部が振れることが一般的である。このようにカムのベース円部が振れていると、上述したように油圧ラッシュアジャスタは外力を加えても縮長しにくいことから、ロッカアームによってバルブが押圧されることとなり、バルブの着座力が低下するという問題がある。特に、バルブが開弁状態から閉弁する時においてバルブの着座力が低下すると、各気筒における気密性が低下して、アイドリングが不安定な状態となるいわゆるラフアイドルなどエンジン不調の原因となることがある。
【０００９】
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、カムのベース円部の振れに伴うバルブの着座力の低下を抑制することができるカムシャフトを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、エンジンの気筒に対応したバルブを開閉するためのカムシャフトであって、エンジンに対して回転可能に支持される複数のジャーナル部と、互いに隣接するジャーナル部間を連結する軸部と、該軸部上に設けられかつノーズ部と前記ジャーナル部を基準とするベース円部とからなるカム面を有するカムとを備えたカムシャフトにおいて、前記軸部の断面形状を、該軸部の曲げ剛性が、該軸部に対応する前記カムのノーズ部の中心及びベース円部の中心を通るカム中心線と交差する方向において小さくなるような形状としたことを特徴とする。
【００１１】
カムシャフトの回転に伴い、カムのノーズ部がバルブに当接する場合にはバルブがリフトされ、カムのベース円部がバルブに当接する場合にはバルブは着座して閉じられる。このとき、加工公差によりカムのベース円部がジャーナル部に対して振れている場合には、その振れ部分がバルブに当接すると、バルブに開方向の力が作用し、バルブの着座力が低下することとなる。
【００１２】
この点において、この構成によれば、カムを設けた軸部の曲げ剛性が、カムのノーズ部の中心及びベース円部の中心を通るカム中心線と交差する方向において小さくなっているので、カムを設けた軸部がバルブから離間する方向にわずかに撓み、バルブの着座力の低下が抑制される。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のカムシャフトにおいて、前記軸部の断面形状は、前記カム中心線の方向における寸法が長く、該カム中心線と直交する方向における寸法が短い扁平状に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、カムシャフトの軸部の断面形状をカム中心線の方向における寸法が長く、該カム中心線と直交する方向における寸法が短い扁平状に形成することによって、軸部の曲げ剛性を小さくすることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のカムシャフトにおいて、前記軸部の断面形状は、前記カム中心線にほぼ平行な部分を備えていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、軸部の加工を容易に行って軸部の曲げ剛性を変更することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のカムシャフトにおいて、前記軸部の断面形状は、前記カム中心線を中心として対称状をなすことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、軸部の断面形状はカム中心線を中心として対称状に形成されているため、カムシャフトの回転バランスの低下を抑制することができる。
請求項５に記載の発明は、エンジンの気筒に対応したバルブを開閉するためのカムシャフトであって、エンジンに対して回転可能に支持される複数のジャーナル部と、互いに隣接するジャーナル部間を連結する軸部と、該軸部上に設けられかつノーズ部と前記ジャーナル部を基準とするベース円部とからなるカム面を有するカムとを備えたカムシャフトにおいて、前記カムのカム面を、前記カムシャフトの回転方向においてベース円部の終端側から前記ジャーナル部までの寸法が、ベース円部の始端側から前記ジャーナル部までの寸法よりも大きくなる形状に形成したことを特徴とする。
【００１８】
カムシャフトの回転に伴い、カムのノーズ部がバルブに当接する場合にはバルブがリフトされ、カムのベース円部がバルブに当接する場合にはバルブは着座して閉じられる。このとき、カムのベース円部がジャーナル部に対して振れている場合には、その振れ部分がバルブに当接すると、バルブに開方向の力が作用し、バルブの着座力が低下することとなる。
【００１９】
この構成によれば、カムのカム面を、カムシャフトの回転方向においてベース円部の終端側からジャーナル部までの寸法が、ベース円部の始端側からジャーナル部までの寸法よりも大きくなる形状に形成している。このとき、加工公差によりベース円部がジャーナル部に対してその始端側に振れていても、ベース円部の終端側からジャーナル部までの寸法とベース円部の始端側からジャーナル部までの寸法との差によってベース円部の始端側への振れの一部が相殺され、ベース円部の始端側の振れは許容範囲内に収まる。そのため、ベース円部の始端側においてカムによりバルブに開方向の力が作用することを抑制することができ、バルブの着座力の低下が抑制される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明をエンジンの動弁装置に具体化した一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００２１】
図３に示すように、エンジンのシリンダヘッド１１には吸気通路１２が設けられ、吸気バルブ１３により開閉されるようになっている。吸気バルブ１３にはバルブステム１４が連結され、該バルブステム１４はシリンダヘッド１１に形成した貫通孔１５に貫通固定されたバルブガイド１６により案内されるようになっている。前記バルブステム１４の上端部にはスプリングリテーナ１７が取り付けられ、該リテーナ１７とシリンダヘッド１１との間には吸気バルブ１３を閉弁方向に付勢するリターンスプリング１８が介在されている。
【００２２】
シリンダヘッド１１の上面には前記バルブステム１４に近接して、それと平行に公知の油圧ラッシュアジャスタ２１が装設されている。油圧ラッシュアジャスタ２１にはシリンダヘッド１１に形成された図示しない油通路を介して作動油が供給、排出されるようになっており、油圧ラッシュアジャスタ２１は伸びる方向には自ら素早く伸長するが、縮む方向には強い力が加わっても縮長しにくい構成となっている。
【００２３】
油圧ラッシュアジャスタ２１の頭部２３にはロッカアーム２２の一端が当接しており、エンジン動作時にはロッカアーム２２は、油圧ラッシュアジャスタ２１の頭部２３を支点として揺動する。ロッカアーム２２の他端の下面には吸気バルブ１３の上端が当接している。カム２８は図１に示すカムシャフト２５と一体となっており、カムシャフト２５のＰ矢印方向への回転に伴って、カム２８が回転するようになっている。ロッカアーム２２は接触面２２ａにてカム２８と接触するようになっている。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態において、カムシャフト２５は、エンジンのシリンダヘッド１１に対して回転可能に支持される複数のジャーナル部２６と、互いに隣接するジャーナル部２６間を連結する複数の軸部２７と、各軸部２７上に設けられたカム２８とを備える。なお、カムシャフト２５の一端には、エンジンのクランクシャフト（図示略）の回転をカムシャフト２５に伝達するためのタイミングプーリ３０がカムシャフト２５と一体回転可能に取付けられている。
【００２５】
図２に示すように、カム２８は、ジャーナル部２６を基準とするベース円部２９ａと、ベース円部２９ａから突出したノーズ部２９ｂとからなるカム面２９を有する。また、本実施形態において、各軸部２７の断面形状は、該軸部２７に対応するカム２８のノーズ部２９ｂの中心及びベース円部２９ａの中心を通るカム中心線ＣＬに平行な一対の側縁２７ａを有する扁平状に形成されている。そして、該軸部２７はカム中心線ＣＬを中心として対称状をなし、カム中心線ＣＬの方向における寸法が長く、カム中心線ＣＬと直交する方向における寸法が短くなっている。従って、該軸部２７において、カム中心線ＣＬ方向における曲げ剛性と、カム中心線ＣＬ方向と直交する方向における曲げ剛性との大きさは異なり、カム中心線ＣＬ方向と直交する方向における曲げ剛性は、カム中心線ＣＬ方向における曲げ剛性よりも小さくなる。
【００２６】
上記のように構成された動弁装置において、ロッカアーム２２は油圧ラッシュアジャスタ２１と吸気バルブ１３とによって、カム２８に向かって押圧されており、従って、ロッカアーム２２の接触面２２ａとカム２８との間のクリアランスは零となっている。
【００２７】
この状態からエンジンが始動されると、カムシャフト２５がＰ矢印方向に回転しカム２８のベース円部２９ａからノーズ部２９ｂまで接触面２２ａに対するカム２８の当接部が移動する。それによりノーズ部２９ｂは、ロッカアーム２２の接触面２２ａを押圧するが、油圧ラッシュアジャスタ２１は上述したように外圧が加わっても縮長しないので、ロッカアーム２２は油圧ラッシュアジャスタ２１の頭部２３を支点として回動する。回動したロッカアーム２２の他端がバルブステム１４を押し下げて、吸気バルブ１３の開弁動作を行なう。
【００２８】
更に、カム２８が回動しノーズ部２９ｂが戻るときには、ロッカアーム２２は吸気バルブ１３を介して、リターンスプリング１８の付勢力によりカム２８に向かって押圧されているので、ロッカアーム２２の他端はノーズ部２９ｂの移動と共に上方に移動し、これにより吸気バルブ１３の閉弁動作が行なわれる。そして、図３に示すように、カム２８が回動しカム２８のベース円部２９ａがロッカアーム２２に当接すると吸気バルブ１３はシートに着座して閉じられる。
【００２９】
上記のように構成されたカムシャフト２５において、カム２８のカム面２９はジャーナル部２６の外形を基準としてカムミラー（研磨装置）によって加工されるが、ベース円部２９ａはジャーナル部２６の外形を基準とした完全な円弧とはならず、加工公差による振れが発生している可能性がある。このように、カム２８のベース円部２９ａが振れていると、油圧ラッシュアジャスタ２１は外力に対して縮長しにくい構成のため、閉弁状態の吸気バルブ１３を押圧する開弁方向の力が作用し、吸気バルブ１３の着座力が低下することとなる。特に、吸気バルブ１３が開弁状態から閉弁する時において吸気バルブ１３の着座力が低下すると、各気筒における気密性が低下してアイドリングが不安定な状態となるいわゆるラフアイドルなどエンジン不調の原因となることがある。
【００３０】
しかしながら、本実施形態のカムシャフト２５は、各軸部２７の曲げ剛性がカム中心線ＣＬと直交する方向において小さくなっているので、カム２８を設けた軸部２７が吸気バルブ１３から離間する方向にわずかに撓むようになる。その結果、軸部２７の撓み分だけ吸気バルブ１３を開弁方向に押圧する力が小さくなり、吸気バルブ１３の着座力の低下が抑制される。
【００３１】
以上のように構成された動弁装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
・ カムシャフト２５のカム２８が設けられた軸部２７の断面形状は、該軸部２７の曲げ剛性が、その軸部２７に対応するカム２８のカム中心線ＣＬと交差する方向において小さくなるような形状とされている。そのため、加工公差によりカム２８のベース円部２９ａがジャーナル部２６の外周に対して振れている場合にはと、軸部２７が吸気バルブ１３から離間する方向にわずかに撓み、その分だけ吸気バルブ１３を開弁方向に押圧する力を小さくして吸気バルブ１３の着座力の低下を抑制することができる。
【００３２】
・ カムシャフト２５の軸部２７の断面形状を、カム中心線ＣＬの方向における寸法が長く、該カム中心線ＣＬと直交する方向における寸法が短い扁平状に形成するという簡易な構成によって、軸部２７のカム中心線ＣＬと直交する方向における曲げ剛性を小さくすることができる。
【００３３】
・ カムシャフト２５の軸部２７の断面形状を、カム中心線ＣＬに平行な一対の側縁２７ａを形成することによって扁平状とすることができ、軸部２７の加工を容易に行って軸部２７の曲げ剛性を変更することができる。
【００３４】
・ カムシャフト２５の軸部２７の断面形状はカム中心線ＣＬを中心として対称状をなす扁平状に形成されているので、カムシャフト２５の回転バランスの低下を抑制することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図４〜６に基づいて説明する。なお、重複説明を避けるため、図１において説明したものと同じ要素については、同じ参照番号が付されている。
【００３６】
第１実施形態においては、カムシャフト２５のジャーナル部２６間を連結する軸部２７の断面形状を変更することによって軸部２７の曲げ剛性を変更し、カム２８のベース円部２９ａの振れによる吸気バルブ１３の着座力の低下を抑制するようにしている。
【００３７】
本実施形態においては、図３に示す動弁装置において上記カムシャフト２５に代えて、図４、５に示されるカム４３を備えたカムシャフト４０が使用されている。
【００３８】
図４に示すように、本実施形態において、カムシャフト４０は、エンジンのシリンダヘッド１１に対して回転可能に支持される複数のジャーナル部４１と、互いに隣接するジャーナル部４１間を連結する複数の軸部４２と、各軸部４２上に設けられたカム４３とを備える。図５に示すように、各軸部４２の断面形状は、ジャーナル部４１と同心状の円形状に形成されており、各軸部４２の曲げ剛性はその周方向において均一である。
【００３９】
図５に示されるように、カム４３は、ジャーナル部４１を基準とするベース円部４５と、ベース円部４５から突出したノーズ部４６とからなるカム面４４を有する。本実施形態において、カム４３のカム面４４はノーズ部４６の中心及びベース円部４５の中心を通るカム中心線ＣＬに対して非対称状に形成されている。カムシャフト４０のＰ矢印回転方向においてベース円部４５の始端４５ａ側は吸気バルブ１３の閉じ側であり、ベース円部４５の終端４５ｂ側は吸気バルブ１３の開き側である。
【００４０】
そして、ベース円部４５の終端４５ｂ側からジャーナル部４１までの寸法Ｌｂは、ベース円部４５の始端４５ａ側からジャーナル部４１までの寸法Ｌａよりも所定値だけ大きくなる形状に形成されている。
【００４１】
このように、カム４３のカム面４４をカム中心線ＣＬに対して非対称状に形成することによって、ベース円部４５の振れによる吸気バルブ１３の着座力の低下を抑制することができるようになっている。
【００４２】
上記したように、カム４３のベース円部４５が振れていると、油圧ラッシュアジャスタ２１は外力に対して縮長しにくい構成のため、閉弁状態の吸気バルブ１３を押圧する開弁方向の力が作用し、吸気バルブ１３の着座力が低下することとなる。吸気バルブ１３の閉じ側において吸気バルブ１３の着座力が低下すると、各気筒における気密性が低下してアイドリングが不安定な状態となるいわゆるラフアイドルなどエンジン不調の原因となることがあるため、閉じ側のベース円部４５の始端４５ａでの振れを厳しく制限する必要がある。これに対して、吸気バルブ１３の開き側においても吸気バルブ１３の着座力を必要とするものの、開き側のベース円部４５の終端４５ｂでの振れの制限は閉じ側の始端４５ａでの振れの制限よりも緩くすることができる。従って、ベース円部４５における振れクライテリア（振れ量許容値）は、図６に破線で示されるように、閉じ側のベース円部４５の始端４５ａでは小さな値となり、開き側のベース円部４５の終端４５ｂでは閉じ側よりも大きな値となる。
【００４３】
今、仮に、カム４３のベース円部４５を、ジャーナル部４１の外形を基準とする円弧状の通常プロフィールに設定すると、閉じ側の始端４５ａから開き側の終端４５ｂに到る任意の部位において加工公差による振れが発生する可能性がある。このとき、閉じ側の始端４５ａ付近で振れが発生しているとすると、この振れ量は閉じ側での振れクライテリアを超えてしまうおそれがあり、閉じ側の始端４５ａ（吸気バルブ１３の閉じ側）において所要の着座力を得ることができなくなる。
【００４４】
そのため、本実施形態において、カム４３におけるカム面４４の形状は、ベース円部４５の終端４５ｂ側からジャーナル部４１までの寸法Ｌｂが、ベース円部４５の始端４５ａ側からジャーナル部４１までの寸法Ｌａよりも所定値α（図６参照）だけ大きくなるような形状に形成されている。このように、ベース円部４５の終端４５ｂ側からジャーナル部４１までの寸法Ｌｂに所定値αを加えることにより、加工公差によるベース円部４５の始端４５ａ側への振れが生じたとしても、カム面４４は実線で示されるプロフィールとなり、この振れ量は閉じ側の始端４５ａでの振れクライテリア以内に収まる。すなわち、前記所定値αによってベース円部４５の始端４５ａ側への振れの一部をキャンセルすることができるようになる。
【００４５】
例えば、図５に示されるように、加工公差がカム中心線ＣＬと直交する方向に生じたとすると、カム４３のカム面４４は鎖線で示すようにジャーナル部４１に対して変位することとなるが、この変位量が前記所定値αの範囲内の値である場合にはベース円部４５の始端４５ａ側での振れ量の増加を抑制することができる。
【００４６】
以上のように構成された動弁装置によれば、以下の効果が得られるようになる。
・ カム４３のカム面４４を、カムシャフト４０の回転方向においてベース円部４５の終端４５ｂ側からジャーナル部４１までの寸法が、始端４５ａ側からジャーナル部４１までの寸法よりも所定値だけ大きくなる形状に形成している。そのため、加工公差によりベース円部４５の始端４５ａ側が振れていても、ベース円部４５の終端４５ｂ側に設定した所定値によってベース円部４５の始端４５ａ側への振れの一部を相殺することができ、ベース円部４５の始端４５ａ側の振れを許容範囲内に収めることができる。その結果、吸気バルブ１３の閉弁時においてベース円部４５の始端４５ａ側においてカム４３により吸気バルブ１３に開方向の力が作用することを抑制することができ、吸気バルブ１３の着座力の低下を抑制することができる。
【００４７】
なお、実施の形態は、次のように変更してもよい。
・ 上記第１実施形態においては、カムシャフト２５のジャーナル部２６間における軸部２７を断面形状が扁平状をなす中実体としたが、この軸部２７を断面外形が円形状をなす中空状とし、中空部の形状を適宜設定することによって軸部の曲げ剛性を異なる値となるようにしてもよい。
【００４８】
・ 上記第１実施形態のカムシャフト２５において、軸部２７上に形成されるカム２８のカム面の形状を、第２実施形態におけるカム４３のカム面４４と同様の形状としてもよい。
【００４９】
・ 上記各実施形態においては、エンジンの吸気バルブ１３を開閉するためのカムシャフト２５，４０に具体化したが、排気バルブを開閉するためのカムシャフトに実施することができ、この場合にも同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５０】
・ 上記各実施形態では、油圧ラッシュアジャスタ２１上にロッカアーム２２を支持する構成の動弁装置に具体化したが、油圧ラッシュアジャスタを内蔵したバルブリフタを備える動弁装置に実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態のカムシャフトを示す正面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ線における断面図。
【図３】エンジンの動弁装置全体を示す縦断面図。
【図４】第２実施形態のカムシャフトを示す正面図。
【図５】図４のＹ−Ｙ線における断面図。
【図６】第２実施形態のカムを設計するための説明図。
【符号の説明】
１１…エンジンを構成するシリンダヘッド、１３…吸気バルブ、２５，４０…カムシャフト、２６，４１…ジャーナル部、２７，４２…軸部、２８，４３…カム、２９，４４…カム面、２９ａ，４５…ベース円部、２９ｂ，４６…ノーズ部、４５ａ…始端、４５ｂ…終端、ＣＬ…カム中心線、Ｌａ，Ｌｂ…寸法。
Claims (5)
- エンジンの気筒に対応したバルブを開閉するためのカムシャフトであって、エンジンに対して回転可能に支持される複数のジャーナル部と、互いに隣接するジャーナル部間を連結する軸部と、該軸部上に設けられかつノーズ部と前記ジャーナル部を基準とするベース円部とからなるカム面を有するカムとを備えたカムシャフトにおいて、
前記軸部の断面形状を、該軸部の曲げ剛性が、該軸部に対応する前記カムのノーズ部の中心及びベース円部の中心を通るカム中心線と交差する方向において小さくなるような形状とした
ことを特徴とするカムシャフト。 - 請求項１に記載のカムシャフトにおいて、
前記軸部の断面形状は、前記カム中心線の方向における寸法が長く、該カム中心線と直交する方向における寸法が短い扁平状に形成されている
ことを特徴とするカムシャフト。 - 請求項２に記載のカムシャフトにおいて、
前記軸部の断面形状は、前記カム中心線にほぼ平行な部分を備えている
ことを特徴とするカムシャフト。 - 請求項３に記載のカムシャフトにおいて、
前記軸部の断面形状は、前記カム中心線を中心として対称状をなす
ことを特徴とするカムシャフト。 - エンジンの気筒に対応したバルブを開閉するためのカムシャフトであって、エンジンに対して回転可能に支持される複数のジャーナル部と、互いに隣接するジャーナル部間を連結する軸部と、該軸部上に設けられかつノーズ部と前記ジャーナル部を基準とするベース円部とからなるカム面を有するカムとを備えたカムシャフトにおいて、
前記カムのカム面を、前記カムシャフトの回転方向においてベース円部の終端側から前記ジャーナル部までの寸法が、ベース円部の始端側から前記ジャーナル部までの寸法よりも大きくなる形状に形成した
ことを特徴とするカムシャフト。
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