JP2011052589A - カムシャフト支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カムシャフトを回転可能に支持するための軸受およびその周囲の温度上昇を抑制する。
【解決手段】本発明に係るカムシャフト支持装置１０は、カムシャフト６８を回転可能に支持するための軸受７８を含む支持構造体９８に形成されたオイル通路９０と、該オイル通路９０へ供給されるオイルを冷却するように設けられたオイルクーラ５８とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンの吸気弁および／または排気弁を開閉動作させるためのカムシャフトを支持するように構成されたカムシャフト支持装置に関する。

従来、自動車等の車両に用いられるエンジンでは、吸排気弁を所定のタイミングで開閉させるべく、カムシャフトが用いられている。カムシャフトは、単一のあるいは複数のカムを備え、エンジンのシリンダヘッドとヘッドカバーとの間に区画形成された動弁室に回転可能に支持される。

カムシャフトを回転自在に支持するために滑り軸受や転がり軸受を用いることが可能であり、転がり軸受を用いた例が特許文献１に開示されている。特許文献１のカムシャフト支持装置は、内部にグリースが封入された複数の転がり軸受を備え、複数の転がり軸受へエンジンの潤滑油が浸入することを遮蔽するように遮蔽板を備えている。

特開２００６−２５００６２号公報

エンジン作動時に、カムシャフトを回転可能に支持するように転動体とこれら転動体を保持する外輪とを備えて構成される転がり軸受やその周囲の温度は、特に動弁室にそのような転がり軸受が備えられた場合、上昇する。その結果、転動体と外輪との間にクリアランスが生じる可能性が高まる。そのようなクリアランスの発生は、転動体と外輪との間の不連続な接触あるいは衝突をもたらすので、例えば衝突音を生み出し、好ましくない。

そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、カムシャフトを回転可能に支持するための軸受およびその周囲の温度上昇を抑制することにある。

本発明に係るカムシャフト支持装置は、カムシャフトを回転可能に支持するための軸受を備えたカムシャフト支持装置において、前記軸受を含む支持構造体に形成されたオイル通路と、該オイル通路へ供給されるオイルを冷却するように設けられたクーラとを備えていることを特徴とする。

好ましくは、支持構造体は、固定支持部材および該固定支持部材に取り付けられるキャップ部材を含み、オイル通路は、キャップ部材に形成されている。

より好ましくは、オイル通路は、キャップ部材に形成された通路と、該通路につながるように固定支持部材に形成された通路とを含んで構成されている。

第１実施形態のカムシャフト支持装置が適用された内燃機関の概略的な透視図である。 図１の内燃機関の潤滑装置における潤滑油の流れを説明するための図である。 図１の内燃機関のカムシャフトを支持する支持構造体を説明するための模式図である。 図１の内燃機関のカムシャフトを支持する支持構造体を模式的に表した上面図およびＡ−Ａ線断面図である。 第２実施形態のカムシャフト支持装置の支持構造体を模式的に表した上面図およびＢ−Ｂ線断面図である。

以下、本発明に係る実施形態が添付図面に基づいて説明される。まず、第１実施形態が説明される。

本発明に係る第１実施形態のカムシャフト支持装置（支持装置）１０は、内燃機関１２に適用されている。内燃機関１２では、既知の如く、吸気系から導かれた空気と、燃料噴射弁から噴射された燃料との混合気を燃焼室で燃焼させて、シリンダ内でピストン１４を往復動させて、クランクシャフト１６を回転させる。そして、燃焼室での混合気の燃焼により生じた排気ガスは、排気系を介して排出される。

ここで、図１および図２に基づいて、内燃機関１２に適用された潤滑装置２０における潤滑油（オイル）の主な流れを説明する。種々の部材間の摺動箇所での摩擦や磨耗を減らすため、内燃機関１２は潤滑装置２０を備えている。潤滑装置２０は、それら摺動箇所にオイルを給油するように構成されている。内燃機関１２の潤滑装置２０は、オイルストレーナ２２、オイルポンプ２４、およびオイルフィルタ２６を有する。オイルパン２８に貯留されるオイル中にはオイルストレーナ２２が配置され、オイルストレーナ２２にはオイルポンプ２４が接続されている。そして、オイルパン２８に貯留されたオイルからオイルストレーナ２２で比較的大きな異物が除去され、それが除去されたオイルがオイルポンプ２４で吸い上げられて、オイルポンプ２４からオイルフィルタ２６に圧送される。なお、圧送されるオイル量等は、レギュレータバルブ３０やリリーフバルブ３２によって調整され得る。そしてオイルフィルタ２６で比較的小さな異物が除去された後に、メインギャラリ３４を介して、内燃機関１２の内部の各軸受部や摺動部である摺動箇所にオイルが分配されて、それらの潤滑や冷却が図られる。そして、自然落下等により、オイルパン２８にオイルは戻される。つまり、内燃機関１２では、オイルは循環される。

例えば、ピストン１４にはオイルジェット３６を介してオイルが供給される。また、クランクシャフト１６に分配されたオイルは、コンロッド４０、ピストン１４、シリンダ４２へ供給される。さらに、シリンダヘッド５０へ分配されたオイルは、カムシャフトタイミングプーリ（プーリ）５１等に供給され、また、カムシャフトジャーナル５２を介してバルブリフタ５３およびバルブステム５４、またはカム５６に供給される。

さらに、シリンダヘッド５０に分配されたオイルの一部は、オイルクーラ５８に送られる。オイルクーラ５８は、内燃機関１２の外殻構造体の１つであるシリンダヘッド５０の外部に設けられている。つまり、オイルクーラ５８は外付けオイルクーラである。なお、オイルクーラは、シリンダヘッド５０の外壁部や外部に限らず、ヘッドカバー、シリンダブロック、オイルパン２８、チェーンカバー等の外壁部や外部に設けられても、他の箇所に設けられてもよい。

ここでは、クーラ（冷却機器）であるオイルクーラ５８は空冷式クーラとされている。具体的には、図示しないが、オイルクーラ５８は複数の冷却用フィンを備え、送られてきたオイルを冷却するように構成されている。なお、冷却用フィンの数は１つでもよい。また、オイルクーラは空冷式以外の他の形式のクーラとされてもよい。好ましくは、オイルクーラ５８はオイルの温度が所定温度以上、例えば８０℃以上になると機能するように構成されるとよく、第２所定温度未満、例えば８０℃未満の温度にまでオイルを冷却するように構成されるとよい。オイルクーラ５８で冷却されたオイルは、カムシャワーパイプ６０から、カムシャフト６６、６８の支持構造体の一部を構成するカムキャップなどに向けて供給される（浴びせかけられる）。

本第１実施形態の内燃機関１２は２つのカムシャフト６６、６８を有するが、以下では、その内の一方のカムシャフト６８の支持構成に関して説明される。これは、他方のカムシャフト６６を支持するための構成は、カムシャフト６８を支持するための構成と概ね同じであるからである。それ故、他方のカムシャフト６６の支持構成に関するさらなる説明は省略される。

カムシャフト６８は、シリンダヘッド５０と、このシリンダヘッド５０の上部を覆うように取り付けられるヘッドカバー（図３では不図示）とによってその間に区画形成される動弁室７０に回転可能に支持される。カムシャフト６８の先端には、カムシャフト６８をクランクシャフト１６と同期回転させるためのプーリ７２が取り付けられる。

カムシャフト６８は、複数のカム５６を備えている。具体的には、内燃機関１２は直列４気筒エンジンでありかつ気筒ごとに２つの排気弁７６を備えるので、カムシャフト６８は気筒数等に対応した数の８つのカム５６を備える。このようなカムシャフト６８を動弁室７０に回転可能に支持するために、ここでは、２つの軸受７８、８０が用いられる。２つの軸受７８、８０は、カムシャフト６８のプーリ７２側の一端部に取り付けられる第１転がり軸受７８および他端部に取り付けられる第２転がり軸受８０である。

第１転がり軸受７８は、内輪７８ａと、外輪７８ｂと、これら内外輪７８ａ、７８ｂ間に配置された複数のコロ（転動体）７８ｃとを備える。なお、第１転がり軸受７８はグリース封入型であってもよい。内輪７８ａはカムシャフト６８の所定位置に圧入固定されている。そして、第１転がり軸受７８は、シリンダヘッド５０に形成されたブラケット８２と、ブラケット８２に固定手段を用いて取り付けられたキャップ（カムキャップ）８４との間に挟持されて、シリンダヘッド５０側に固定されている。なお、ブラケット８２は、シリンダヘッド５０に固定された支持部材であるので、ここでは固定支持部材と称され得る。また、カムキャップ８４は、ここではキャップ部材と称され得る。

第２転がり軸受８０は、内輪８０ａと、外輪８０ｂと、これら内外輪８０ａ、８０ｂ間に配置された複数の玉（転動体）８０ｃとを備える。なお、第２転がり軸受８０はグリース封入型であってもよい。内輪８０ａはカムシャフト６８の所定位置に圧入固定されている。そして、第２転がり軸受８０は、シリンダヘッド５０に形成されたブラケット８６と、ブラケット８６に固定手段を用いて取り付けられたカムキャップ８８との間に挟持されて、シリンダヘッド５０側に固定されている。なお、ブラケット８６も固定支持部材と称され得、カムキャップ８８もキャップ部材と称され得る。

これら第１転がり軸受７８および第２転がり軸受８０の各々は、カムシャフト６８の支持構造体の一部を構成する。同様に、カムシャフト６６の支持構造体も構成される。そして、これらの支持構造体を含んで支持装置１０が構成されている。

なお、本第１実施形態では、第１転がり軸受７８はコロ軸受より具体的には円筒コロ軸受であり、第２転がり軸受は玉軸受である。しかし、第１転がり軸受７８が他の種類のコロ軸受や玉軸受であってもよく、また、第２転がり軸受８０がコロ軸受であってもよい。第１転がり軸受および第２転がり軸受の各々は、種々の形式の軸受であり得る。第１転がり軸受および第２転がり軸受の各々は内輪を備えなくてもよい。なお、カムシャフトを支持するために、これら軸受７８、８０以外に、さらなる軸受が用いられてもよい。つまり、カムシャフト６８を支持するための支持構造体は２つに限らず、３つ以上設けられてもよい。なお、軸受７８、８０の各々の転動体はＦｅ系材料で構成され、外輪はＡｌ系材料で構成されるが、それらは他の材料でつくられてもよい。また、ブラケットおよびカムキャップはＡｌ系材料でつくられるが、他の材料でつくられてもよい。ブラケットおよびカムキャップを含む支持構造体は熱伝導率の高い材料でつくられるとよい。

第１転がり軸受７８の周囲を通るようにオイル通路９０が設けられる（区画形成される）。同様に、オイル通路９２が第２転がり軸受８０に関しても設けられる。なお、オイル通路９０とオイル通路９２とは同様の構成を備えると共に同様の位置に設けられるので、以下では、オイル通路９０に関してのみ説明する。

図４には、第１転がり軸受７８、ブラケット８２およびカムキャップ８４が固定手段としてのボルト９４、９６によって一体化されることで構成された支持構造体９８が模式的に表されている（一部が省略されて表されている）。オイル通路９０は、カムキャップ８４内に延びるように形成されている。オイル通路９０は、オイル受部（溜部）９０ａと、このオイル受部９０ａに通じると共に第１転がり軸受７８の外輪７８ｂ周囲を通るように延びる複数のオイル孔９０ｂとから構成されている。オイル受部９０ａは、カムキャップ８４の上部に形成され、支持構造体９８に浴びせかけられたオイルを受けることができるような凹部とされている。ここで、オイル受部９０ａは、異なる場所で同じ深さを有する矩形状凹部であるが、異なる場所で異なる深さを有してもまたは円形、多角形などの異なる形状を有してもよい。オイル孔９０ｂは１つ以上、幾つでもよいが、ここでは４つ設けられている。４つのオイル孔９０ｂは、カムキャップ８４を上部からみたときにオイル受部９０ａから実質的に放射状に延びると共に、外輪７８ｂ周囲に外輪７８ｂの接線方向に延びるように、形成されている。図４では明らかにされていないが、オイル孔９０ｂは、カムキャップ８４の最大厚さＨの半分以上の深さｈを有する。そして、４つのオイル孔９０ｂの各々は、オイルキャップ８４の側部に開口する。オイル孔９０ｂを流れたオイルは、自然落下により、オイルパン２８に戻ることができる。

カムキャップ８４にオイルを浴びせかけることで、上記したようなオイル通路９０にオイルクーラ５８で冷却されたオイルが供給される。オイル通路９０はカムキャップ８４に形成されているので、オイル通路９０を通る冷却オイルによって、キャップ８４および第１転がり軸受７８は冷却される。したがって、キャップ８４や軸受７８の温度上昇を適切に抑制することができる。故に、オイルの温度が例えば８０℃以上となる温間時のカムキャップ８４の熱膨張を抑制でき、第１転がり軸受７８の転動体であるコロ７８ｃと外輪７８ｂとの間にクリアランス（例えばラジアル隙間）が生じることを抑制できる。例えば、これにより、コロ７８ｃが外輪７８ｂの合わせ面（分割型タイプの上下外輪の接触面）の段差を乗り越えるときに音が発生することを抑制することができる。

次に、本発明に係る第２実施形態のカムシャフト支持装置１００を説明する。支持装置１００は、上記支持装置１０に対して、オイル通路がシリンダヘッドのブラケットにまで延びるという特徴を有する。支持装置１００は、それ以外の点では支持装置１０と概ね同じ構成を備え、支持装置１０と同様の変更が適用され得る。それ故、以下では、支持装置１００のオイル通路に関して主に説明し、既に説明した構成要素に対応する構成要素には対応する符号を付して、重複する説明を省略する。

図５は、上記支持装置１０に関する図４に相当する図である。カムシャフト６８を支持するための１つの支持構造体１９８は、第１転がり軸受１７８、ブラケット１８２およびカムキャップ１８４がボルト１９４、１９６によって一体化されることで構成されている。オイル通路１９０は、カムキャップ１８４からブラケット１８２にまで延びるように形成されている。オイル通路１９０は、カムキャップ１８４に形成された第１オイル通路１９０ｐとブラケット１８２に形成された第２オイル通路１９０ｑとから構成されている。第１オイル通路１９０ｐは、オイル受部（溜部）１９０ａと、このオイル受部１９０ａに通じると共に第１転がり軸受１７８の外輪１７８ｂ周囲を通るように延びる複数のオイル孔１９０ｂとから構成されている。４つのオイル孔１９０ｂは、カムキャップ１８４を上部からみたときに、凹部であるオイル受部１９０ａから実質的に放射状に延びると共に、外輪１７８ｂ周囲に延びるように、形成されている。そして、４つのオイル孔１９０ｂの各々は、カムキャップ１８４を貫通し、ブラケット１８２の第２オイル通路１９０ｑにつながる。第２オイル通路１９０ｑは、オイル孔１９０ｂの数に対応する数の通路を備え、ブラケット１８２の側部に開口する。なお、第２オイル通路１９０ｑは（上記オイル孔９０ｂと同様に）、ブラケット１８２の最大厚さの半分以上の深さを有する。

本第２実施形態の支持装置１００はこのような構成を備えるので、オイルクーラ１５８で冷却された冷却オイルが、オイルキャップ１８４からブラケット１８２にまで延びるオイル通路１９０を流れることができる。故に、より適切に支持構造体１９８を冷却することができる。したがって、第１転がり軸受１７８にクリアランスが生じることをより適切に抑制することが可能になる。

なお、支持装置の支持構造体に形成されるオイル通路は、支持構造体の軸受の外輪にまで延びてもよい。また、オイル通路は、オイル受部を備えなくてもよい。また、オイル通路は、種々の長さを有し得る。

なお、上記両実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明はこれらに限定されず、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。

１０、１００ カムシャフト支持装置
５８、１５８ オイルクーラ
６８ カムシャフト
７８、１７８ 第１転がり軸受
８０ 第２転がり軸受
９０、１９０ オイル通路
９８、１９８ 支持構造体

Claims (3)

1. カムシャフトを回転可能に支持するための軸受を備えたカムシャフト支持装置において、
   前記軸受を含む支持構造体に形成されたオイル通路と、
   該オイル通路へ供給されるオイルを冷却するように設けられたクーラと
   を備えていることを特徴とするカムシャフト支持装置。
2. 前記支持構造体は、固定支持部材および該固定支持部材に取り付けられるキャップ部材を含み、
   前記オイル通路は、前記キャップ部材に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト支持装置。
3. 前記オイル通路は、前記キャップ部材に形成された通路と、該通路につながるように前記固定支持部材に形成された通路とを含んで構成されていることを特徴とする請求項２に記載のカムシャフト支持装置。

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