JP2008008157A - カム軸受け構造 - Google Patents

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    • F01L1/04Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047Camshafts
    • F01L2001/0476Camshaft bearings

Abstract

【課題】カムシャフトの組み付け時における手間を軽減し、挿通孔とシャフトとの間のフリクション増加を規制する。
【解決手段】本発明におけるカム軸受け構造において、シリンダヘッド1とヘッドカバー2との間に形成されたカム収容空間6には、複数のカムピース21Aとシャフト21Bとから構成されているカムシャフト21と、シャフト21Bを回転可能に軸支する挿通孔20を有し、シリンダヘッド1に固定されている複数の軸受けピース3とが設けられている。挿通孔20の内周面は、全周に沿って切れ目なく連続し、全周がシャフト21Bの外周面と摺接する摺接面とされている。これにより、カムキャップの脱着作業が不要となって挿通孔の真円度が一定に保たれるため、カムシャフト21の組み付け時における手間が軽減され、挿通孔20の内周面とシャフト21Bの外周面との間のフリクション増加が規制される。
【選択図】図1

Description

本発明は、内燃機関におけるカム軸受け構造に関する。
一般に、カムシャフトを回転可能に軸支する挿通孔を構成する部材は、軸心を含む平面によって上下に2分割されており、上面側のカムキャップと、下面側のカムキャリアとから構成されている。このように、カムキャップをカムキャリアに整合して組み付けることで挿通孔が構成されるカム軸受けの一般的構造として、下記特許文献1に記載のものが知られている。このものは、カムシャフトとの組み付け現場への搬送時には、カムキャップがボルト締めによりカムキャリアに仮止めされており、組み付け時には、ボルトを外して仮止め状態のカムキャップを取り外し、カムキャリアにカムシャフトを載せた後、再びカムキャップを被せてボルト締めすることで本止めされるようになっている。
特開平6−146822号公報
しかしながら、このものは、仮止めされたカムキャップを一旦取り外して再び組み付ける必要があるため、組み付け作業に手間がかかる。また、カムキャップのカムキャリアに対する組み付け精度が悪いと挿通孔の真円度が低下することになり、カムシャフトと挿通孔の内周面との間のフリクションが増加してしまう。本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、カムキャップの組み付け作業にかかる手間を軽減し、挿通孔の真円度を一定に保つことで挿通孔とカムシャフトとの間のフリクション増加を規制することを目的とする。
上記の目的を達成するための手段として、請求項1の発明は、複数のシリンダが並んで配されているシリンダブロックに組み付けられるシリンダヘッドには、ヘッドカバーがシール状態で組み付けられており、前記シリンダヘッドと前記ヘッドカバーとの間に形成されたカム収容空間には、前記各シリンダと対応して配されている複数のカムピースと丸棒状をなすシャフトとから構成されているカムシャフトと、前記シャフトを回転可能に軸支する挿通孔を有し、前記シリンダの並び方向に沿って配され、かつ前記シリンダヘッドに固定されている複数の軸受けピースとが設けられているカム軸受け構造であって、前記挿通孔の内周面は、全周に沿って切れ目なく連続し、前記カムシャフトが前記軸受けピースに組み付けられた状態において前記シャフトの外周面と摺接する摺接面を含んでいる構成としたところに特徴を有する。
請求項2の発明は、請求項1に記載のものにおいて、前記挿通孔の内周面は、全周に沿って前記摺接面とされており、前記カムシャフトは、別体で形成された前記カムピースと前記シャフトとを組み立てることで構成された組み立て式カムシャフトとされ、前記カムピースには、前記シャフトの外周面に連結するための連結孔が貫通して設けられており、前記組み立て式カムシャフトの前記軸受けピースへの組み付けは、前記カム収容空間において前記カムシャフトの組み付け方向同軸上に前記各カムピースを待機させて、前記シャフトを前記挿通孔に挿入しつつ前記連結孔に挿入することで、前記組み立て式カムシャフトの組み立てと並行して行われる方式であるところに特徴を有する。
請求項3の発明は、請求項1または請求項2のいずれかに記載のものにおいて、前記軸受けピースは、前記シリンダの並び方向に沿って互いに連結されて一体化されているところに特徴を有する。
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のものにおいて、前記カム収容空間には、吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトとが並列して一対配されており、これらを支持する前記軸受けピースは、互いに連結されて一体化されているところに特徴を有する。
請求項5の発明は、請求項1または請求項2に記載のものにおいて、前記カムピースは、前記連結孔から一方向に突出するカム作用部を有し、全てが同一形状とされ、前記挿通孔は、前記カムピースの輪郭形状とほぼ適合する孔形状とすることで、前記カムピースが内部に挿通可能とされ、前記挿通孔において前記カム作用部を通過させるための切り欠き部は、全て同一方向を向いており、前記挿通孔の内周面において前記切り欠き部と反対側の面が前記摺接面であるところに特徴を有する。
請求項6の発明は、請求項5に記載のものにおいて、前記切り欠き部は、バルブに対向する側を向いているところに特徴を有する。
<請求項1の発明>
請求項1の発明によると、挿通孔の内周面は、全周に沿って切れ目なく連続しているから、従来のようにカムシャフトを組み付ける際にカムキャップを取り外して再び組み付けるという工程が不要となり、組み付けに伴う手間が軽減される。また、請求項1の発明によると、挿通孔の真円度を一定に保つことができるため、挿通孔とカムシャフトとの間のフリクション増加を規制することができる。
<請求項2の発明>
請求項2の発明によると、シャフトの外周面を全周に沿って支持することができるから、カムシャフトを安定した状態で回転させることができる。この場合の組み付け作業は、組み立て式カムシャフトを採用し、カム収容空間においてカムピースをシャフトの組み付け方向同軸上に待機させて、シャフトを挿通孔に挿入しつつ連結孔に挿入することで、カムシャフトの組み立てを行いつつ、この組み立てられたカムシャフトを軸受けピースに組み付ける方式により行われる。この組み付け作業によると、カムピースの輪郭が挿通孔の内径より大きい場合でもカムシャフトを軸受けピースに組み付けることができる。
<請求項3の発明>
各軸受けピースを個別にシリンダヘッドに設置する場合には、各挿通孔の軸心が同軸となるように位置調整を行う必要がある。その点、請求項3の発明によると、各挿通孔の軸心が同軸となった状態で一体成形することで、各軸受けピースの位置調整が不要となる。また、請求項5の発明によると、各軸受けピースを高精度に配置することが可能となるため、挿通孔の内周面とシャフトの外周面との間のフリクションを低減することができる。さらに、各軸受けピースがユニット化されることで、シリンダヘッドへの設置作業が容易になる。
<請求項4の発明>
請求項4の発明によると、吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトを支持する各軸受けピースがユニット化されることで、シリンダヘッドへの設置作業が容易になる。また、軸受けピースをシリンダヘッドにボルト締めする箇所を共用化する等して、全体として構造を簡素化することも可能である。
<請求項5の発明>
請求項5の発明によると、各カムピースが所定方向を向くように角度調整されて、かつ固定された状態の組み立て式カムシャフト、または、各カムピースが予め所定方向を向くように一体成形された一体型カムシャフトに対して、個別の軸受けピースを回転させながら組み付けていき、全ての軸受けピースがカムシャフトに組み付けられた後、シリンダヘッド上に固定することができる。したがって、カムシャフトを摺接面に押し当てた状態に付勢しておくことで回転可能に軸支することができる。
<請求項6の発明>
請求項6の発明によると、切り欠き部がバルブに対向する側を向いているから、バルブに組み込まれているバルブスプリングのばね力によってシャフトを摺接面に押し当てた状態に付勢することができる。
<実施形態1>
本発明の実施形態1を図1ないし図3によって説明する。本実施形態におけるカム軸受け構造は、図1に示すように、複数のシリンダ7が並んで(図1では紙面と直交する方向に)配されているシリンダブロック(図示しない)の上面においてヘッドガスケット(図示しない)を介してボルト締めにより固定されているシリンダヘッド1と、そのシリンダヘッド1の上面を覆うようにして同じくボルト締めにより固定されているヘッドカバー2とを備えている。シリンダヘッド1の上面は、後述するバルブ10,11を収容するバルブ収容部1Aと、その上方において後述するカムシャフト21,22を収容するカムシャフト収容部1Bとから構成されている。バルブ収容部1Aの上部には、バルブ収容部1Aの外周壁から連続して立ち上がる外壁4が設けられている。この外壁4は、カムシャフト収容部1Bの外周壁を構成している。
ヘッドカバー2は、下方に開口するフード状をなし、その開口縁部には、外方に張り出す形態のシール面2Aが全周方向に沿って形成されている。一方、外壁4の上端縁部には、外方に張り出す形態のシール受け面4Aが全周方向に沿って形成されている。シール面2Aとシール受け面4Aは、シールパッキン(図示しない)を介在させた状態で面接触し、複数のカバー固定用ボルト5によってボルト締めによりシール状態で固定されている。これにより、ヘッドカバー2の内面とカムシャフト収容部1Bの内周面とバルブ収容部1Aの上面とから構成されるカム収容空間6から外部にオイル漏れすることが規制されるようになっている。
カム収容空間6には、図示左側の吸気側カムシャフト21と図示右側の排気側カムシャフト22と、両カムシャフト21,22を支持する複数の軸受けピース3とが配されている。両カムシャフト21,22は並列して一対配されている。吸気側カムシャフト21は、別体で形成された複数のカムピース21Aと丸棒状をなすシャフト21Bとを組み立てることで構成された組み立て式カムシャフトとされている。同様にして、排気側カムシャフト22は、別体で形成された複数のカムピース22Aと丸棒状をなすシャフト22Bとを組み立てることで構成された組み立て式カムシャフトとされている。両カムピース21A,22Aは、それぞれシリンダ7の並び方向に沿って配され、シャフト21B,22Bとの連結部から一方向に突出するカム作用部21C,22Cを有している。尚、両カムシャフト21,22の構成はいずれも同一であり、以下の構造説明において重複する場合は、吸気側カムシャフト21を代表として説明を行うこととし、以下単にカムシャフト21という。
カムピース21Aには、シャフト21Bを内部に挿入可能とし、かつシャフト21Bの外周面と連結するための連結孔25が貫通して形成されている。シャフト21Bは、図1および図2においては図面の簡略化のため中実シャフトとされているものの、実際には中空シャフトとされており、その内部には潤滑油が流し込まれている。シャフト21Bにおいて軸受けピース3の挿通孔20の内周面Aと対向するところには、潤滑油の供給口が開口しており、挿通孔20の内周面Aと両シャフト21B,22Bとの間には油膜が形成されて、円滑な回転動作が実現されている。尚、カムピース21Aをシャフト21Bに組み付ける際には、カムピース21Aを高温に加熱して連結孔25を拡径させておき、この拡径された連結孔25にシャフト21Bを挿入した後に、カムピース21Aを冷却することで連結孔25を縮径させて、カムピース21Aがシャフト21Bの外周面に固定されるようになっている。
シリンダヘッド1の下面には、シリンダ7を構成する内壁の上面部7Aが形成されている。上面部7Aには、図示左側の吸気通路8と図示右側の排気通路9とが開口している。シリンダ7と吸気通路8を連通する吸気ポート12の開口縁部には、吸気ポート12を開閉可能な吸気バルブ10が設けられている。同じく、シリンダ7と排気通路9を連通する排気ポート13の開口縁部には、排気ポート13を開閉可能な排気バルブ11が設けられている。尚、両バルブ10,11の構成はいずれも同一であり、以下の構造説明において重複する場合は、吸気バルブ10を代表として説明を行うこととし、以下単にバルブ10という。
バルブ10は、一体で構成される円板状の弁体と棒状のバルブステム10Aとを有している。シリンダヘッド1の内部には、カム収容空間6と吸気通路8とを連通する貫通孔19が形成されており、貫通孔19には筒状のバルブガイド(図示しない)が組み込まれている。バルブステム10Aは、バルブガイドによってオイルシールされた状態で軸方向に沿って移動可能に保持されている。バルブステム10Aの上端は、バルブガイドを貫通してカム収容空間6へ突入しており、ここにはキャップ16が嵌着されている。バルブステム10Aにおいてキャップ16の下方には、円板状のばね押さえ14が固着されている。一方、シリンダヘッド1の上面において貫通孔19の開口縁部には、ばね受け部19Aが全周方向に沿って凹設されている。ばね押さえ14とばね受け部19Aとの間には、バルブスプリング15が圧縮状態で組み込まれている。このバルブスプリング15のばね力によって、バルブ10は、常には吸気ポート12を閉弁状態に保持するように付勢されている。
カム収容空間6においてキャップ16とカムピース21Aとの間には、ロッカアーム17が配されている。ロッカアーム17は、回動部17Aを挟む両側にラッシュアジャスタ18に対する受け面17Bとバルブ側接点17Cとを備えている。回動部17Aは、常時カムピース21Aと接触した状態とされており、カムピース21Aの回転運動に伴って回転可能とされている。バルブ10の閉弁時においてバルブ側接点17Cとキャップ16との間には、所定のバルブクリアランスが設定されているものの、ラッシュアジャスタ18がバルブクリアランスを自動的に調整することで、バルブ側接点17Cとキャップ16が常時接触するようにされている。これにより、ロッカアーム17は、受け面17Bを支点としてバルブ側接点17Cが揺動変位可能とされ、回動部17Aによってカムピース21Aの回転運動を往復運動に変換し、バルブ側接点17Cを通じてバルブ10に対して開閉動作を行わせることが可能となっている。
軸受けピース3は、図3に示すように、挿通孔20を構成する本体部3Aと、その両側に配される一対の固定部3B,3Bとが一体成形されている。挿通孔20は、本体部3Aを貫通することにより、挿通孔20の内周面20Aが、全周に沿って切れ目なく連続して形成されている。挿通孔20の内周面20Aは、図2に示すように、シャフト21Bの外周面と全周に沿って摺接する摺接面とされており、カムシャフト21を回転可能に軸支している。固定部3Bには、通し穴24が挿通孔20の軸方向と直交する方向に貫通して形成されている。各軸受けピース3は、各挿通孔20の軸心が同軸をなすようにして、各シリンダ7の並び方向に沿って配置され、軸受け固定用ボルト23を通し穴24に挿通してバルブ収容部1Aの上面にボルト締めすることにより固定されている。
本実施形態は以上のような構造であって、続いてその作用を説明する。
まず、各軸受けピース3をバルブ収容部1Aの上面に載せて、各挿通孔20の軸心が同軸となるように位置調整を行う。そして、軸受け固定用ボルト23を固定部3Bの通し穴24に挿通し、ボルト締めを行うことにより各軸受けピース3をバルブ収容部1Aの上面に固定する。次に、各カムピース22Aをカム収容空間6内において各シリンダ7と対応する位置に保持しておく。この状態で、シャフト21Bを各シリンダ7の並び方向に沿って各挿通孔20と各連結孔25に順次挿入していく。シャフト21Bの挿入が完了すると、カムピース21Aのカム作用部21Cが所定の方向を向くように角度調整を行い、連結孔25の内周面をシャフト21Bの外周面に固定する。こうして、カムシャフト21の組み立てを行いつつカムシャフト21の軸受けピース3への組み付けが行われる。
カムシャフト21が各軸受けピース3に組み付けられた状態では、カムピース21Aがロッカアーム17を介してバルブ10から押圧力を受けるため、シャフト21Bの外周面が挿通孔20の内周面(摺接面)20Aに押し当てられている。これにより、カムシャフト21は、挿通孔20によって回転可能に軸支される。したがって、カムシャフト21が回転すると、ロッカアーム17の回動部17Aがカムピース21Aの外周面と接触状態を保ちながら回転し、カム作用部21Cが回動部17Aを通過する際には、ロッカアーム17が押し下げられて、バルブ10を押し下げるため、吸気ポート12が開弁され、カム作用部21Cが回動部17Aを通過すると、バルブ10が押し上げられて吸気ポート12が閉弁される。尚、排気側カムシャフト22については、吸気側カムシャフト21と同一作用であるため、ここではその説明を省略する。
以上のように、本実施形態によると、次のような効果を奏することができる。
1.従来のようにカムキャップを取り外して再び組み付けるという工程が不要となり、組み付けに伴う手間が軽減される。
2.挿通孔20の真円度を一定に保つことができるため、挿通孔20の内周面とシャフト21Bの外周面との間のフリクション増加が規制される。
3.シャフト21Bの外周面を全周に沿って支持することができるから、カムシャフト21を安定した状態で回転させることができる。
4.カムシャフト21の組み立てを行いつつカムシャフト21を軸受けピース3に組み付ける方式としたので、カムピース21Aの輪郭が挿通孔20の内径より大きい場合でもカムシャフト21を軸受けピース3に組み付けることができる。
<実施形態2>
図4は本発明の実施形態2を示す。本実施形態におけるカム軸受け構造は、実施形態1の軸受けピース3の挿通孔20の形状を一部変更したものであり、その他の重複する構造については説明を省略する。また、吸気側カムシャフト21と排気側カムシャフト22の構造説明において重複する部分については、吸気側カムシャフト21を代表として説明し、以下、単にカムシャフト21という。本実施形態における軸受けピース30は、挿通孔31を備えており、挿通孔31は、カムピース21Aとほぼ適合する孔形状とされており、カムピース21Aが挿通孔31の内部に挿通可能とされている。挿通孔31においてカム作用部21Cを通過させるための切り欠き部32は、その出っ張り方向が全て同一方向(バルブ10と対向する側)を向いており、挿通孔31の内周面31Aにおいて切り欠き部32と反対側の面がシャフト21Bに対する摺接面とされている。
切り欠き部32の出っ張り方向が全て同一方向を向いているのは、次の事情に基づく。カムシャフト21を通すためだけであれば、切り欠き部32の出っ張り方向は他を向いていてもよいはずである。しかし、本願で敢えて切り欠き部32の出っ張り方向をバルブ10と対向する側に向けて摺接面が上を向くようにした理由は、バルブ10に組み込まれたバルブスプリング15によって押圧力をうける支持面が摺接面を兼ねるようにするためである。
このような構成によると、カムシャフト21に対して、個別の軸受けピース30を回転させながら組み付けていき、全ての軸受けピース30がカムシャフト21に組み付けられた後、シリンダヘッド1上に固定することができる。したがって、カムシャフト21を摺接面に押し当てた状態に付勢しておくことで回転可能に軸支することができる。
<実施形態3>
図5は本発明の実施形態3を示す。本実施形態におけるカム軸受け構造は、実施形態1における各軸受けピース3の各固定部3Bが各シリンダ7の並び方向に沿って互いに連結されて一体成形されることで軸受けピース33が設けられており、その他の重複する構造については説明を省略する。すなわち、本実施形態によると、各挿通孔20の軸心が同軸となった状態で一体成形されることで、各軸受けピース3を高精度に配置することが可能となる。この結果、挿通孔20の内周面とシャフト21B(22B)の外周面との間のフリクションを低減させることができる。また、各軸受けピース3がユニット化されることで、バルブ収容部1Aの上面への設置作業が容易になる。
<実施形態4>
図6は本発明の実施形態4を示す。本実施形態におけるカム軸受け構造は、実施形態1において吸気側カムシャフト21と排気側カムシャフト22を支持する両軸受けピース3,3の固定部3Bのうち隣り合う固定部3B,3B同士が連結されて一体形成されるとともに、隣り合う固定部3B,3Bの2個の通し穴24,24のうち1個の通し穴24を省略することで軸受けピース34が設けられており、その他の重複する構造については説明を省略する。すなわち、本実施形態によると、両カムシャフト21,22の並び方向に沿って隣り合う両軸受けピース3,3がユニット化されることで、バルブ収容部1Aの上面への設置作業が容易になる。また、通し穴24を一部共用化することにより、全体として構造を簡素化することが可能である。
<実施形態5>
図7は本発明の実施形態5を示す。本実施形態におけるカム軸受け構造は、実施形態4における軸受けピース34の両端に配されている両固定部3B,3Bが各シリンダ7の並び方向に沿って連結されて一体形成されることで軸受けピース35が設けられている。その他の重複する構造および効果については実施形態3および4と同様であるため、ここではその説明を省略する。
<他の実施形態>
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)本実施形態においては、外壁4がシリンダヘッド1と一体成形されたものを例示しているが、本発明によると、外壁4は、軸受けピース3と別体で構成されたものであればよく、ヘッドカバー2と一体成形されたものであってもよい。
(2)本実施形態においては、吸気側カムシャフト21と排気側カムシャフト22とを備えるDOHCタイプのものを例示しているが、本発明によると、カムシャフトの本数は限定されず、例えば、SOHCタイプのものであってもよい。
(3)本実施形態においては、各カムピース21A,22Aをカム収容空間6内に保持しておく方法については種々考えられ、本発明によると、例えば、仮保持用治具を用いて、その上に各カムピース21A,22Aを保持しておくようにしてもよい。
実施形態1におけるカム軸受け構造を示す断面図 その軸受けピースの摺接面における断面図 その軸受けピースの斜視図 実施形態2における軸受けピースの斜視図 実施形態3における軸受けピースの斜視図 実施形態4における軸受けピースの斜視図 実施形態5における軸受けピースの斜視図
符号の説明
1…シリンダヘッド
2…ヘッドカバー
3,30,33,34,35…軸受けピース
6…カム収容空間
7…シリンダ
10…吸気バルブ
11…排気バルブ
20,31…挿通孔
20A,31A…挿通孔の内周面
21…吸気側カムシャフト
22…排気側カムシャフト
21A,22A…カムピース
21B,22B…シャフト
21C,22C…カム作用部
25…連結孔

Claims (6)

  1. 複数のシリンダが並んで配されているシリンダブロックに組み付けられるシリンダヘッドには、ヘッドカバーがシール状態で組み付けられており、前記シリンダヘッドと前記ヘッドカバーとの間に形成されたカム収容空間には、前記各シリンダと対応して配されている複数のカムピースと丸棒状をなすシャフトとから構成されているカムシャフトと、前記シャフトを回転可能に軸支する挿通孔を有し、前記シリンダの並び方向に沿って配され、かつ前記シリンダヘッドに固定されている複数の軸受けピースとが設けられているカム軸受け構造であって、
    前記挿通孔の内周面は、全周に沿って切れ目なく連続し、前記カムシャフトが前記軸受けピースに組み付けられた状態において前記シャフトの外周面と摺接する摺接面を含んでいることを特徴とするカム軸受け構造。
  2. 前記挿通孔の内周面は、全周に沿って前記摺接面とされており、前記カムシャフトは、別体で形成された前記カムピースと前記シャフトとを組み立てることで構成された組み立て式カムシャフトとされ、前記カムピースには、前記シャフトの外周面に連結するための連結孔が貫通して設けられており、前記組み立て式カムシャフトの前記軸受けピースへの組み付けは、前記カム収容空間において前記カムシャフトの組み付け方向同軸上に前記各カムピースを待機させて、前記シャフトを前記挿通孔に挿入しつつ前記連結孔に挿入することで、前記組み立て式カムシャフトの組み立てと並行して行われる方式であることを特徴とする請求項1記載のカム軸受け構造。
  3. 前記軸受けピースは、前記シリンダの並び方向に沿って互いに連結されて一体化されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載のカム軸受け構造。
  4. 前記カム収容空間には、吸気側カムシャフトと排気側カムシャフトとが並列して一対配されており、これらを支持する前記軸受けピースは、互いに連結されて一体化されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のカム軸受け構造。
  5. 前記カムピースは、前記連結孔から一方向に突出するカム作用部を有し、全てが同一形状とされ、前記挿通孔は、前記カムピースの輪郭形状とほぼ適合する孔形状とすることで、前記カムピースが内部に挿通可能とされ、前記挿通孔において前記カム作用部を通過させるための切り欠き部は、全て同一方向を向いており、前記挿通孔の内周面において前記切り欠き部と反対側の面が前記摺接面であることを特徴とする請求項1または請求項2記載のカム軸受け構造。
  6. 前記切り欠き部は、バルブに対向する側を向いていることを特徴とする請求項5記載のカム軸受け構造。
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