JP2011001878A - カムシャフト装置及びこれを備えたエンジン、並びにカムシャフト装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】カムシャフトの回転トルクを低減することが可能なカムシャフト装置を提供する。
【解決手段】カムシャフト装置10は、カム18を備えたカムシャフト11と、このカムシャフト11に対して軸方向に間隔をあけて取り付けられる複数の転がり軸受12と、エンジンのシリンダヘッド15に装着され、かつ転がり軸受12が嵌合する複数の支持孔25を同一軸線上に有するとともに各支持孔25に嵌合された転がり軸受12を介して前記カムシャフト11を回転自在に支持する支持フレーム13とを備える。支持フレーム13は、複数の分割体27,28を連結することによって構成されており、複数の分割体27,28は、各支持孔25の半分を構成する複数の第1凹部29が一体に形成された第1分割体27と、各支持孔25の他の半分を構成する複数の第2凹部30が一体に形成された第2分割体28とを含む。
【選択図】 図2
【解決手段】カムシャフト装置10は、カム18を備えたカムシャフト11と、このカムシャフト11に対して軸方向に間隔をあけて取り付けられる複数の転がり軸受12と、エンジンのシリンダヘッド15に装着され、かつ転がり軸受12が嵌合する複数の支持孔25を同一軸線上に有するとともに各支持孔25に嵌合された転がり軸受12を介して前記カムシャフト11を回転自在に支持する支持フレーム13とを備える。支持フレーム13は、複数の分割体27,28を連結することによって構成されており、複数の分割体27,28は、各支持孔25の半分を構成する複数の第1凹部29が一体に形成された第1分割体27と、各支持孔25の他の半分を構成する複数の第2凹部30が一体に形成された第2分割体28とを含む。
【選択図】 図2
Description
本発明は、エンジンのシリンダヘッドに装着されるカムシャフト装置及びこれを備えたエンジン、並びにカムシャフト装置の製造方法に関するものである。
自動車等に使用されるエンジンには、吸排気用のバルブを開閉動作させるためのカムシャフトが設けられている。例えばDOHC型エンジンでは、エンジン内の上部に取り付けられた複数個の軸受を介してカムシャフトが回転自在に支持されている。
また、カムシャフトを支持する軸受として、従来、滑り軸受(例えば特許文献1参照)や、深溝玉軸受やニードル軸受等の転がり軸受(例えば特許文献2参照)が用いられている。
また、カムシャフトを支持する軸受として、従来、滑り軸受(例えば特許文献1参照)や、深溝玉軸受やニードル軸受等の転がり軸受(例えば特許文献2参照)が用いられている。
カムシャフトを支持する軸受は、エンジン内に設けられた支持孔に嵌合されている。この支持孔は、シリンダヘッドの上部に形成された上方開放状の半円弧形凹部と、シリンダヘッドにボルト固定されるキャップ部材に形成された下方開放状の半円弧形凹部とから二つ割り構造とされている。
そして、シリンダヘッドに形成された複数の半円弧形凹部に対して複数のキャップ部材の半円弧形凹部をそれぞれ合致させ、各キャップ部材をシリンダヘッドにボルト固定することによって複数の支持孔が形成されている。
そして、シリンダヘッドに形成された複数の半円弧形凹部に対して複数のキャップ部材の半円弧形凹部をそれぞれ合致させ、各キャップ部材をシリンダヘッドにボルト固定することによって複数の支持孔が形成されている。
しかし、複数のキャップ部材は、それぞれ個別にシリンダヘッドに取り付けられるので、複数の支持孔の間で真円度がばらついたり、同軸度が低下したりするという欠点がある。このような欠点は、キャップ部材やシリンダヘッドに対して支持孔の加工を行う際に、全てのキャップ部材をシリンダヘッドに組み付け、全ての支持孔を一体加工したとしても、解消することはできない。
カムシャフトを支持する軸受として滑り軸受を用いる場合は、滑り軸受の外周面と支持孔の内周面との間に僅かな隙間が形成されるので、複数の支持孔の真円度にばらつきがあったり同軸度が低かったりしても、支持孔内で滑り軸受を回転させることが可能であるが、滑り軸受が円滑に回転できるように馴染むまでに長時間を要する。また、一般に、滑り軸受は常に支持孔内に接触して摺動しているので、転がり軸受に比べて回転トルクが大きく、騒音も発生しやすいという欠点もある。
これに対して、転がり軸受は滑り軸受よりも回転抵抗が小さいので、カムシャフトを支持する軸受として用いれば容易に回転トルクを低減できると考えられる。しかし、実際には、転がり軸受は支持孔の内周面によって堅く締め付けられるので、複数の支持孔の同軸度が低いことによって転がり軸受の間のミスアライメントが大きくなると、転がり軸受の内部隙間を適正に保てなくなり、かえって回転トルクが増大する場合がある。
本発明は、以上のような実情に鑑み、カムシャフトを回転自在に支持する転がり軸受の回転トルクを低減することが可能なカムシャフト装置及びこれを備えたエンジン、並びにカムシャフト装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明のカムシャフト装置は、カムを嵌合したカムシャフトと、このカムシャフトに対して軸方向に間隔をあけて取り付けられる複数の転がり軸受と、エンジンのシリンダヘッドに装着され、かつ前記転がり軸受が嵌合する複数の支持孔を同一軸線上に有するとともに各支持孔に嵌合された前記転がり軸受を介して前記カムシャフトを回転自在に支持する支持フレームとを備え、
前記支持フレームは、複数の分割体を連結することによって構成されており、
前記複数の分割体は、前記各支持孔の半分を構成する複数の第1凹部が一体に形成された第1分割体と、各支持孔の他の半分を構成する複数の第2凹部が一体に形成された第2分割体とを含むことを特徴とする。
前記支持フレームは、複数の分割体を連結することによって構成されており、
前記複数の分割体は、前記各支持孔の半分を構成する複数の第1凹部が一体に形成された第1分割体と、各支持孔の他の半分を構成する複数の第2凹部が一体に形成された第2分割体とを含むことを特徴とする。
本発明のカムシャフト装置の支持フレームは、第1分割体に複数の第1凹部が一体に形成され、第2分割体に複数の第2凹部が一体に形成されている。そのため、支持フレームに対して複数の支持孔を加工する場合には、例えば、第1分割体と第2分割体とを組み合わせた状態で固定し、この第1,第2分割体に対して複数の支持孔を同時に形成することができる。また、支持孔を加工した後、第1,第2分割体を分離したとしても、各分割体に形成された複数の凹部同士の相対位置は一定に保たれる。そのため、第1,第2分割体を連結することにより形成される複数の支持孔は、同軸度が高められ、真円度のばらつきも小さくなり、複数の支持孔に嵌合された複数の転がり軸受の間のミスアライメントを小さくすることができる。したがって、転がり軸受の内部隙間を適正に維持することができ、転がり軸受の回転トルクを低減することが可能となる。
上記カムシャフト装置は、前記第1凹部と前記第2凹部とが互いに合致するように前記第1分割体と前記第2分割体とを位置決めする位置決め手段と、この位置決め手段によって位置決めされた前記第1分割体と前記第2分割体とを連結する連結手段とを備えることができる。
このような構成によって、第1,第2凹部を確実に合致させて第1,第2分割体を連結することができる。
このような構成によって、第1,第2凹部を確実に合致させて第1,第2分割体を連結することができる。
複数の前記連結手段の一部又は全部が、前記支持孔から軸方向に離れた位置に配置されていることが好ましい。
このように、支持孔から軸方向に離れた位置に配置された連結手段によって第1,第2分割体を連結すると、当該連結手段による第1,第2分割体の連結力は、当該支持孔に伝わるまでに支持フレームの撓みにより緩和される。そのため、転がり軸受の外周面が支持孔の内周面によって過度に締め付けられることが少なくなり、転がり軸受の内部隙間が小さくなって回転トルクが増大してしまうという不都合が生じることもなくなる。
なお、連結手段の配置は、軸方向に隣接する支持孔と支持孔との中間位置に配置するのがより好ましい。
このように、支持孔から軸方向に離れた位置に配置された連結手段によって第1,第2分割体を連結すると、当該連結手段による第1,第2分割体の連結力は、当該支持孔に伝わるまでに支持フレームの撓みにより緩和される。そのため、転がり軸受の外周面が支持孔の内周面によって過度に締め付けられることが少なくなり、転がり軸受の内部隙間が小さくなって回転トルクが増大してしまうという不都合が生じることもなくなる。
なお、連結手段の配置は、軸方向に隣接する支持孔と支持孔との中間位置に配置するのがより好ましい。
前記連結手段は、ボルトを含んでいることが好ましく、前記支持フレームには、前記ボルトが挿通するボルト挿通孔が形成されていることが好ましい。この場合、このボルト挿通孔内には、前記支持フレームよりも高剛性で、前記ボルトの締結力の少なくとも一部を受ける筒状体が固着されていることが好ましい。
近年、エンジンのクランクケースやシリンダブロック、シリンダヘッド等は軽量化のためにアルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金によって形成されている場合が多く、したがって、カムシャフト装置の支持フレームについてもアルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金で形成することが望まれる。しかし、これらの軽合金は鋼等と比較して剛性が低いため、ボルトの締め付け力によって歪みが生じやすく、その歪みが支持孔周辺にまで及ぶと支持孔の真円度や同軸度等に悪影響を与える可能性がある。したがって、本発明のようにボルト挿通孔の内部に支持フレームよりも高剛性の筒状体を固着し、この筒状体によってボルトの締結力の一部又は全部を受け持つことによって支持フレームの歪みを可及的に抑制することができる。もっとも、エンジンのクランクケース等や支持フレームが軽合金以外の材質である場合にも、当然にこの発明を適用することが可能である。
近年、エンジンのクランクケースやシリンダブロック、シリンダヘッド等は軽量化のためにアルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金によって形成されている場合が多く、したがって、カムシャフト装置の支持フレームについてもアルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金で形成することが望まれる。しかし、これらの軽合金は鋼等と比較して剛性が低いため、ボルトの締め付け力によって歪みが生じやすく、その歪みが支持孔周辺にまで及ぶと支持孔の真円度や同軸度等に悪影響を与える可能性がある。したがって、本発明のようにボルト挿通孔の内部に支持フレームよりも高剛性の筒状体を固着し、この筒状体によってボルトの締結力の一部又は全部を受け持つことによって支持フレームの歪みを可及的に抑制することができる。もっとも、エンジンのクランクケース等や支持フレームが軽合金以外の材質である場合にも、当然にこの発明を適用することが可能である。
前記支持フレームは、前記カムシャフトを間に挟んだ状態で当該カムシャフトの軸線に沿って配置された一対の側壁部と、この一対の側壁部の間に架設されているとともに、前記カムシャフトの軸方向に間隔をあけて配置された複数の支持壁部とを有し、前記各支持壁部に、前記支持孔が形成されていることが好ましい。
また、前記側壁部には、前記第1,第2分割体を連結するための連結手段が設けられ、前記連結手段と前記支持孔との間において前記支持フレームの剛性を低下させる除肉部が形成されていることが好ましい。このような除肉部を形成することによって支持フレームの軽量化を図ることができる。また、連結手段と支持孔との間の支持フレームの剛性を下げることによって、この部分において支持フレームが撓み易くなるので、連結手段による第1,第2分割体の連結力が緩和され、転がり軸受の外周面が支持孔の内周面によって過度に締め付けられることが少なくなり、転がり軸受の内部隙間が小さくなって回転トルクが増大してしまうのを防止することができる。また、支持フレームの剛性を下げることによって、僅かな転がり軸受の動きを許容することが可能となり、複数の転がり軸受の間のミスアライメントを吸収することができる。
前記支持フレームは、上下に分割されていてもよいし、左右に分割されていてもよい。支持フレームが上下に分割されている場合、下側の分割体の上にカムシャフトを載せ、さらにその上から上側の分割体を重ね合わせて両分割体を連結することによって、容易にカムシャフト装置を組み立てることができる。
本発明のエンジンは、上述したカムシャフト装置をシリンダケースの上面部に連結してなることを特徴とする。これによって、カムシャフトの回転に要する負荷を低減したエンジンを構成することができる。
上述したカムシャフト装置を製造するための本発明の製造方法は、第1,第2凹部が形成されていない第1分割体と第2分割体とを位置決めした状態で仮組みする工程と、仮組みされた第1分割体と第2分割体とに複数の前記支持孔を同一軸線上に形成する工程と、第1,第2分割体を分離した後、第1,第2分割体にそれぞれ形成された第1,第2凹部にカムシャフトに取り付けた転がり軸受を嵌合させながら、第1,第2分割体を再度位置決めして連結する工程と、を含むことを特徴とする。
このような方法によって、複数の支持孔の同軸度を高めるとともに、真円度のばらつきを少なくすることが可能となり、各支持孔に嵌合された複数の転がり軸受の間のミスアライメントを小さくすることができる。
このような方法によって、複数の支持孔の同軸度を高めるとともに、真円度のばらつきを少なくすることが可能となり、各支持孔に嵌合された複数の転がり軸受の間のミスアライメントを小さくすることができる。
本発明によれば、カムシャフトの回転トルクや振動を低減することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明のカムシャフト装置を示す斜視図、図2は、カムシャフト装置の分解斜視図である。
カムシャフト装置10は、カムシャフト11と、このカムシャフト11を転がり軸受12を介して回転自在に支持する支持フレーム13とを備えている。図1及び図2の例では、2つのカムシャフト装置10が並べて配置されており、それぞれDOHC型4サイクルエンジン14のシリンダヘッド15上に取り付けられる。
図1は、本発明のカムシャフト装置を示す斜視図、図2は、カムシャフト装置の分解斜視図である。
カムシャフト装置10は、カムシャフト11と、このカムシャフト11を転がり軸受12を介して回転自在に支持する支持フレーム13とを備えている。図1及び図2の例では、2つのカムシャフト装置10が並べて配置されており、それぞれDOHC型4サイクルエンジン14のシリンダヘッド15上に取り付けられる。
図2に示すように、各カムシャフト装置10のカムシャフト11は、シャフト本体17と、軸方向に間隔をあけてシャフト本体17に設けられた複数のカム18とを備えている。本実施形態のカム18は、2個を1組として軸方向に4組設けられている。
カムシャフト11の軸方向の一端には、歯付きプーリ19が取り付けられ、この歯付きプーリ19に図示しないクランクシャフトからの動力がタイミングベルトを介して伝達される。
カムシャフト11の軸方向の一端には、歯付きプーリ19が取り付けられ、この歯付きプーリ19に図示しないクランクシャフトからの動力がタイミングベルトを介して伝達される。
また、シャフト本体17には複数の転がり軸受12が取り付けられている。具体的に、転がり軸受12は、各組における2個のカム18の間と、歯付きプーリ19側のシャフト本体17の端部との合計5箇所にそれぞれ取り付けられている。この転がり軸受12は、例えば深溝玉軸受やニードル軸受等であり、環状の内外輪及び転動体を備えている。
また、本実施形態の内輪及び外輪は、分割型(半割型)ではなく円環状の一体型のものが用いられている。このように内外輪として一体型のものを用いることで、分割型の内外輪のように転動体が分割面を通過することに起因して振動や騒音が発生するのを防止することができる。
また、前述のカム18は、シャフト本体17と一体成形されるのではなく別部品として構成され、シャフト本体17の外周面に嵌合することによって取り付けられている。このようなカム18を使用することによって、一体型の内外輪を有する転がり軸受12であってもカム18とともにシャフト本体17に取り付けることができる。
なお、転がり軸受12は、内輪を省略し、シャフト本体17自体を内輪として用いたものであってもよい。また、転がり軸受12は、カム18の各組の間に取り付けられていてもよい。
図3は、カムシャフト装置10の支持フレーム13を示す平面図、図4は図3のVI−VI矢視図、図5は図3のV−V断面図である。支持フレーム13は、アルミ合金や鋳鉄により形成されている。そして、支持フレーム13は、カムシャフト11の軸線に沿って配置された一対の側壁部23と、一対の側壁部23の間に架設された複数の支持壁部24を備えており、平面視でラダー構造(ハシゴ構造)に形成されている。
各支持壁部24には、転がり軸受12を嵌合させるための複数の支持孔25が同一軸線上に形成されている。本実施形態では、転がり軸受12と同数の5つの支持壁部24(支持孔25)が設けられている。
また、支持フレーム13は、上下2分割構造とされている。具体的には、図2に示すように、上部側の第1分割体27と、下部側の第2分割体28とを互いに連結することによって支持フレーム13が構成されている。
支持フレーム13の側壁部23及び支持壁部24はそれぞれ上下に2分割され、支持壁部24に形成された支持孔25も上下に2分割されている。したがって、支持孔25は、図4に示すように、上側の第1分割体27に形成された下部開放状の半円弧形凹部(第1凹部)29と、下側の第2分割体28に形成された上部開放状の半円弧形凹部(第2凹部)30とから構成されている。
第1分割体27と第2分割体28とは、第1凹部29と第2凹部30とが適切に位置合わせされるように、適宜箇所に設けられた位置決めピン31(図1及び図2参照)によって互いに位置決めされている。なお、位置決めピン31は、第1,第2分割体27,28の一方の合わせ面に突設され、他方の合わせ面に形成された位置決め孔(図示略)に挿入される。したがって、これら位置決めピン31及び位置決め孔が第1,第2分割体27,28を位置決めする位置決め手段を構成している。
図3に示すように、一方の側壁部23と各支持壁部24との交差部付近にはボルト挿通孔34が形成されている。また、他方の側壁部23において、軸方向に隣接する支持壁部24と支持壁部24との中間の位置にもボルト挿通孔34が形成されている。軸方向一方側の端部(右端部)に配置された支持壁部24には、他方の側壁部23との交差部付近にもボルト挿通孔34が形成されている。
そして、第1分割体27と第2分割体28とは、図5に示すように、各ボルト挿通孔34に挿通されたボルト36Aと、このボルト36Aが螺合する雌ネジを有するナット部材36Bとからなる連結具(連結手段)36によって互いに連結されている。
本実施形態では、各ボルト挿通孔34に挿入されたボルト36Aは、シリンダヘッド15に形成された雌ネジに螺合され、第1,第2分割体27,28がシリンダヘッド15に共締め固定されている。したがって、ナット部材36Bはシリンダヘッド15自体によって構成されている。
なお、連結具36は、圧入ピンやラチェットピン等、ピンによって締結する構成であってもよい。
なお、連結具36は、圧入ピンやラチェットピン等、ピンによって締結する構成であってもよい。
各ボルト挿通孔34の内部には、支持フレーム13よりも高剛性の材質、例えば、支持フレーム13がアルミ合金やマグネシウム合金等の軽合金で形成されている場合には、鋼等により形成された筒状体38が圧入により固着されている。この筒状体38は、ボルト挿通孔34の全体に亘る長さでボルト36Aの頭部やワッシャ36Cよりも大径に形成され、連結具36による締結力を受けることができるように構成されている。
したがって、第1,第2分割体27,28を強固に連結するべく連結具36を強固に締め付けたとしても、その締結力がボルト36Aの頭部から支持フレーム13に直接伝わり難く、支持フレーム13に歪みが生じるのを防止することができる。したがって、このような歪みが支持孔25の真円度や同軸度に悪影響を及ぼすこともほとんどない。
なお、筒状体38は、支持フレーム13の成形時に一緒に鋳込むことによって支持フレーム13に固着してもよい。
なお、筒状体38は、支持フレーム13の成形時に一緒に鋳込むことによって支持フレーム13に固着してもよい。
図1に示すように、2つのカムシャフト装置10の各支持フレーム13において、エンジン14の内部側に配置されている側壁部23には第1,第2分割体27,28の双方に跨るように開口部40が形成されている。この開口部40によって支持フレーム13の軽量化を図ることができる。
なお、各支持フレーム13において、エンジン外部側の側壁部23にも同様の開口部40を形成することも可能であるが、エンジン内のオイルが開口部40から漏れる可能性があるため、本実施形態のように、エンジン内部側の側壁部23のみに開口部40を形成することがより好ましい。ただし、別途、支持フレーム13の外側を覆うカバーが備えられる場合には、エンジン外側の側壁部23に開口部40を形成しても支障はない。
支持フレーム13の第1,第2分割体27,28は、アルミダイキャストや低圧鋳造等によって成形される。また、成形後の第1,第2分割体27,28には、合わせ面の加工や位置決めピン31の取り付け等が施されたのちに、支持孔25が形成される。
支持フレーム13に支持孔25を形成するには、まず、第1,第2分割体27,28を、位置決めピン31によって位置決めしながら互いに重ね合わせ、クランプや連結具等によって固定することによって仮組みする。そして、仮組みされた第1,第2分割体27,28の複数の支持壁部24を貫通するように下孔をあけ、その後、リーマ仕上げ等を施すことによって所定精度の支持孔25を形成する。
支持フレーム13に支持孔25を形成するには、まず、第1,第2分割体27,28を、位置決めピン31によって位置決めしながら互いに重ね合わせ、クランプや連結具等によって固定することによって仮組みする。そして、仮組みされた第1,第2分割体27,28の複数の支持壁部24を貫通するように下孔をあけ、その後、リーマ仕上げ等を施すことによって所定精度の支持孔25を形成する。
以上に説明したカムシャフト装置10において、支持フレーム13の第1分割体27には複数の第1凹部29が一体に形成され、第2分割体28には複数の第2凹部30が一体に形成されている。そのため、各分割体27,28において、複数の凹部29,30同士の相対位置は一定とされ、複数の凹部29,30の間で軸心のずれは生じない。そして、複数の第1凹部29と第2凹部30とを合致させながら、第1,第2分割体27,28を連結することによって複数の支持孔25を同時に形成することができる。したがって、従来のように、シリンダヘッド15に複数のキャップ部材を個別に取り付けて複数の支持孔25を個々に形成する場合に比べて、各支持孔25の同軸度を高めることができ、各支持孔25に嵌合された複数の転がり軸受12のミスアライメントを小さくし、転がり軸受12の回転トルクを低減することができる。
また、支持フレーム13の複数の支持孔25は、第1,第2分割体27,28を仮組みした状態で同時に加工されるので、より同軸度を高め、真円度のばらつきも少なくすることができる。
また、図3に示すように、連結具36が取り付けられるボルト挿通孔34は、右端の支持孔25を除く他の各支持孔25に対して、1つは支持孔25の径方向外方に配置されて軸方向に関する位置が重複しているが、他は支持孔25の径方向外方から軸方向に外れた位置に配置されている。このように支持孔25から軸方向に外れた位置にボルト挿通孔34が配置されていると、当該ボルト挿通孔34を用いて連結具36を強固に締め付けたとしても、その締結力は、支持孔25に到るまでに支持フレーム13の撓みによって若干緩和される。そのため、転がり軸受12の外輪が支持孔25の内周面によって過度に締め付けられることはほとんどなく、転がり軸受12の内部隙間の減少により回転トルクが増大することもない。
また、図3に示すように、連結具36が取り付けられるボルト挿通孔34は、右端の支持孔25を除く他の各支持孔25に対して、1つは支持孔25の径方向外方に配置されて軸方向に関する位置が重複しているが、他は支持孔25の径方向外方から軸方向に外れた位置に配置されている。このように支持孔25から軸方向に外れた位置にボルト挿通孔34が配置されていると、当該ボルト挿通孔34を用いて連結具36を強固に締め付けたとしても、その締結力は、支持孔25に到るまでに支持フレーム13の撓みによって若干緩和される。そのため、転がり軸受12の外輪が支持孔25の内周面によって過度に締め付けられることはほとんどなく、転がり軸受12の内部隙間の減少により回転トルクが増大することもない。
なお、上記実施形態の変形例として、複数のボルト挿通孔34のうち、いずれかを第1分割体27と第2分割体28との連結のみに用い、他を第1,第2分割体27,28とシリンダヘッド15との連結のために用いることも可能である。
例えば、図3に示すように、各支持フレーム13において、4つのボルト挿通孔34(特に符号34Aを付して示す)を第1分割体27と第2分割体28との連結専用とし、他の5つのボルト挿通孔34を第1,第2分割体27,28とシリンダヘッド15との共締め用とすることができる。
例えば、図3に示すように、各支持フレーム13において、4つのボルト挿通孔34(特に符号34Aを付して示す)を第1分割体27と第2分割体28との連結専用とし、他の5つのボルト挿通孔34を第1,第2分割体27,28とシリンダヘッド15との共締め用とすることができる。
このように構成した場合、第1,第2分割体27,28の間にカムシャフト11を組み込んだ状態で、ボルト挿通孔34Aを用いて連結具36により第1,第2分割体27,28を連結することによって、支持フレーム13とカムシャフト11とからなるカムシャフト装置10を単独で組み立てることが可能となる。そして、この単独で組み立てられたカムシャフト装置10において、カムシャフト11が円滑に回転するように第1,第2分割体27,28の連結具合(連結具36の締め付け具合等)を調整し、このカムシャフト装置10を、残りのボルト挿通孔34を用いて連結具36によりシリンダヘッド15に装着することが可能となる。
なお、この変形例において、第1,第2分割体27,28とシリンダヘッド15との共締め用のボルト挿通孔34に取り付けた連結具36の締め付け力は、すでに連結具合が調整された第1,第2分割体27,28の支持孔25に影響を与えないようにすることが必要とされる。そのため、全ての共締め用のボルト挿通孔34を、当該支持孔25から軸方向に外れた位置、例えば、側壁部23における、軸方向に隣接する支持壁部24と支持壁部24との中間位置に設けることが好ましい。
なお、この変形例において、第1,第2分割体27,28とシリンダヘッド15との共締め用のボルト挿通孔34に取り付けた連結具36の締め付け力は、すでに連結具合が調整された第1,第2分割体27,28の支持孔25に影響を与えないようにすることが必要とされる。そのため、全ての共締め用のボルト挿通孔34を、当該支持孔25から軸方向に外れた位置、例えば、側壁部23における、軸方向に隣接する支持壁部24と支持壁部24との中間位置に設けることが好ましい。
図6は、本発明の第2の実施形態に係るカムシャフト装置10の支持フレーム13を示す平面図、図7は図6のVII−VII矢視断面図である。本実施形態では、支持フレーム13の右端の支持壁部24に形成されたボルト挿通孔34を除く他のボルト挿通孔34が、一対の側壁部23に対して軸方向に隣接する支持壁部24と支持壁部24との中間位置に設けられている。したがって、当該他のボルト挿通孔34は支持孔25から軸方向に離れた位置に配置され、当該他のボルト挿通孔34を用いて連結具36を強固に締め付けたとしても、その締結力は、支持孔25に到るまでの支持フレーム13の撓みによって緩和されて支持孔25に伝わる。
さらに、図7に示すように、一方の側壁部23には、ボルト挿通孔34が形成された部分の両側に開口部(除肉部)40が形成され、ボルト挿通孔34と支持壁部24との間の側壁部23の剛性が特に下げられている。そのため、ボルト挿通孔34を用いて連結具36を強固に締め付けたとしても、その締結力は、支持孔25に到るまでに支持フレーム13の撓みによってより緩和され易くなる。そのため、転がり軸受12の外輪が支持孔25の内周面によって過度に締め付けられることがなく、転がり軸受12の内部隙間の減少による回転トルクの増大をより確実に抑制することができる。また、側壁部23の撓みにより僅かな転がり軸受12の動きを許容することが可能となり、複数の転がり軸受12の間のミスアライメントを吸収し、回転トルクを低減することができる。なお、一方の側壁部23に形成された除肉部40は、当該側壁部23を貫通する開口部に代えて、当該側壁部23を貫通しない凹部としてもよい。
図8は、本発明の第3の実施形態に係るカムシャフト装置10の斜視図である。本実施形態のカムシャフト装置10は、第1の実施形態における2つの支持フレーム13をほぼ一体化したものに相当し、2本のカムシャフト11を1つの支持フレーム13によって回転自在に支持している。具体的に、支持フレーム13は、一対の側壁部23と、両側壁部23の中間に配置された中間壁部41と、一方の側壁部23と中間壁部41との間、他方の側壁部23と中間壁部41との間にそれぞれ架設された複数の支持壁部24とを有している。また、中間壁部41と支持壁部24との交差部分には、より大径のボルト(連結具)を挿通可能なボルト挿通孔35が形成されている。したがって、本実施形態では、第1実施形態のように、2つの支持フレーム13に備わったボルト挿通孔34よりも少数のボルト挿通孔34,35を用いて第1,第2分割体27,28を連結することができるとともに、中間壁部41に形成されたボルト挿通孔35を大径とすることによって、第1,第2分割体27,28の連結箇所を減らしても連結強度を十分に確保できるようにしている。
図9は、本発明の第4の実施形態に係るカムシャフト装置10の斜視図である。本実施形態のカムシャフト装置10は、第3の実施形態と同様に、2本のカムシャフト11を1つの支持フレーム13によって回転自在に支持している。また、本実施形態の支持フレーム13は、組立時の基本構造は第3の実施形態の支持フレーム13と略同様であるが、分割形態が異なっている。すなわち、支持フレーム13は、中央部に配置された第1分割体47と、この第1分割体47の左右両側に配置された2つの第2分割体48とによって左右方向に3分割され、適所に設けられたボルト挿通孔34,35を用いて第1,第2分割体47,48が連結されるようになっている。
また、各第2分割体48における支持壁部24には第1分割体47側へ突出する凸部48Aが形成され、この凸部48Aの先端には支持孔25の半分を構成する第2凹部50が形成されている。また、第1分割体47における支持壁部24の両側には凹部47Aが形成され、この凹部47Aの底部には支持孔25の他の半分を構成する第1凹部49が形成されている。そして、この凹部47A内に凸部48Aを挿入することによって、第1,第2凹部49,50が適合され、支持孔25が形成されている。
図10は、本発明の第5の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図、図11は、同カムシャフト装置の支持フレームの部分平面図である。本実施形態では、支持フレーム13の第1,第2分割体27,28の合わせ面に潤滑油の油溝51が形成されている点で第1の実施形態と異なり、その他の構成は第1の実施形態と同様である。
この油溝51は、第1,第2分割体27,28の長手方向の一端部から側壁部23に沿って延び、さらに各支持孔25とカム18へ向けて分岐している。したがって、この油溝51を利用することによって各転がり軸受12や各カム18等へ向けて潤滑油を導くことが可能となっている。そのため、潤滑油を導くための配管等を別途支持フレーム13内に設ける必要が無くなり、支持フレーム13及びその周囲の構造の簡素化を図ることができる。
この油溝51は、第1,第2分割体27,28の長手方向の一端部から側壁部23に沿って延び、さらに各支持孔25とカム18へ向けて分岐している。したがって、この油溝51を利用することによって各転がり軸受12や各カム18等へ向けて潤滑油を導くことが可能となっている。そのため、潤滑油を導くための配管等を別途支持フレーム13内に設ける必要が無くなり、支持フレーム13及びその周囲の構造の簡素化を図ることができる。
図12は、本発明の第6の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。本実施形態では、第1分割体27における支持壁部24が平面視で略X字形状に形成されており、その他の構成は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、側壁部23に開口部40が形成され、この開口部40によって支持フレーム13の剛性が低下している。しかし、本実施形態では、第1分割体27の支持壁部24を平面視で略X字形状とすることによって第1分割体27の剛性を高め、開口部40を形成することに伴う支持フレーム13の剛性の低下を支持壁部24によって補っている。
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、側壁部23に開口部40が形成され、この開口部40によって支持フレーム13の剛性が低下している。しかし、本実施形態では、第1分割体27の支持壁部24を平面視で略X字形状とすることによって第1分割体27の剛性を高め、開口部40を形成することに伴う支持フレーム13の剛性の低下を支持壁部24によって補っている。
このようにして第1分割体27の剛性を高めると、この第1分割体27を第2分割体28に連結するときの第1分割体27の歪みが小さくなり、各支持孔25の真円度や同軸度に与える影響を小さくすることができる。そのため、各支持孔25に嵌合される転がり軸受12の内部隙間の精度のばらつきも小さくなり、カムシャフトの曲げに配慮した小さい内部隙間の設定(例えば0〜15μm程度)が可能となる。
図13は、本発明の第7の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。本実施形態では、第1分割体27における支持壁部24と側壁部23との間の四角形状の空間に略X字状のリブ55が設けられている点で第1の実施形態と異なり、その他の構成は第1の実施形態と同様である。
したがって、本実施形態においても第1分割体27の剛性が高められ、第6の実施形態と同様の作用効果を奏する。
したがって、本実施形態においても第1分割体27の剛性が高められ、第6の実施形態と同様の作用効果を奏する。
図14は、本発明の第8の実施形態に係るカムシャフト装置及びシリンダヘッドの分解斜視図である。本実施形態では、第1分割体27の上面に天板57が設けられ、支持壁部24と側壁部23との間の四角形状の空間が天板57によって閉塞されている点で第1の実施形態と異なり、その他の点は第1の実施形態と同様である。
したがって、本実施形態においても第1分割体27の剛性が高められ、第6の実施形態と同様の作用効果を奏する。更に、天板57をシリンダヘッドカバーとして機能させることができる。
したがって、本実施形態においても第1分割体27の剛性が高められ、第6の実施形態と同様の作用効果を奏する。更に、天板57をシリンダヘッドカバーとして機能させることができる。
本発明は、上記各実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、上記実施形態では、2本のカムシャフト11を備えたDOHC型のエンジンについて例示したが、SOHC型のエンジンに本発明を適用してもよい。
10:カムシャフト装置、11:カムシャフト、12:転がり軸受、13:支持フレーム、14:エンジン、15:シリンダヘッド、17:シャフト本体、18:カム、23:側壁部、24:支持壁部、25:支持孔、27:第1分割体、28:第2分割体、29:第1凹部、30:第2凹部、31:位置決めピン(位置決め手段)、34:ボルト挿通孔、36:連結具(連結手段)、36A:ボルト、36B:ナット部材、38:筒状体、40:開口部、41:中間壁部、47:第1分割体、48:第2分割体
Claims (10)
- カムを嵌合したカムシャフトと、このカムシャフトに対して軸方向に間隔をあけて取り付けられる複数の転がり軸受と、エンジンのシリンダヘッドに装着され、かつ前記転がり軸受が嵌合する複数の支持孔を同一軸線上に有するとともに各支持孔に嵌合された前記転がり軸受を介して前記カムシャフトを回転自在に支持する支持フレームとを備え、
前記支持フレームは、複数の分割体を連結することによって構成されており、
前記複数の分割体は、前記各支持孔の半分を構成する複数の第1凹部が一体に形成された第1分割体と、各支持孔の他の半分を構成する複数の第2凹部が一体に形成された第2分割体とを含むことを特徴とするカムシャフト装置。 - 前記第1凹部と前記第2凹部とが互いに合致するように前記第1分割体と前記第2分割体とを位置決めする位置決め手段と、この位置決め手段によって位置決めされた前記第1分割体と前記第2分割体とを連結する複数の連結手段とを備えている請求項1に記載のカムシャフト装置。
- 複数の連結手段の一部又は全部が、前記支持孔から軸方向に離れた位置に配置されている請求項2に記載のカムシャフト装置。
- 前記連結手段がボルトを含んでおり、
前記支持フレームに、前記ボルトが挿通するボルト挿通孔が形成されており、
このボルト挿通孔内には、前記支持フレームよりも高剛性で、前記ボルトの締結力の少なくとも一部を受ける筒状体が固着されている請求項2又は3に記載のカムシャフト装置。 - 前記支持フレームは、前記カムシャフトを間に挟んだ状態で当該カムシャフトの軸線に沿って配置された一対の側壁部と、この一対の側壁部の間に架設されているとともに、前記カムシャフトの軸方向に間隔をあけて配置された複数の支持壁部とを有し、
前記各支持壁部に、前記支持孔が形成されている請求項1〜4のいずれかに記載のカムシャフト装置。 - 前記側壁部には、前記第1,第2分割体を連結するための連結手段が設けられ、
前記連結手段と前記支持孔との間において前記支持フレームの剛性を低下させる除肉部が形成されている請求項5に記載のカムシャフト装置。 - 前記支持フレームが上下に分割されている請求項1〜6のいずれかに記載のカムシャフト装置。
- 前記支持フレームが左右に分割されている請求項1〜6のいずれかに記載のカムシャフト装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のカムシャフト装置を、シリンダケースの上面部に連結してなるエンジン。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のカムシャフト装置の製造方法であって、
第1,第2凹部がそれぞれ形成されていない第1分割体と第2分割体とを位置決めした状態で仮組みする工程と、
仮組みした第1分割体と第2分割体とに複数の支持孔を同一軸線上に形成する工程と、
第1,第2分割体を分離した後、当該第1,第2分割体にそれぞれ形成された第1,第2凹部にカムシャフトに取り付けた転がり軸受を嵌合させながら、前記第1,第2分割体を再度位置決めして連結する工程と、を含むカムシャフト装置の製造方法。
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