JP2013047472A - 車両用カムシャフトの軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の全長を短縮化するとともに、転がり軸受や軸受取り付け部などの寿命を向上させる車両用カムシャフトの軸受構造。
【解決手段】第１軸受取り付け部１０に、ボールベアリング１９を用いて吸気カムシャフト８が回転自在に軸支され、カムシャフト８の端部８１がシリンダヘッド３の側壁面３Ａより側方に突出し、タイミングチェーン１８によって回転駆動力が伝達される吸気側カムスプロケット１２が連結され、第１軸受取り付け部１０に軸受収納凹部１０Ａが形成され、この軸受収納凹部１０Ａにボールベアリング１９が収納され、ボールベアリング１９と第１軸受取り付け部１０の一部とが、シリンダヘッド３の側壁面３Ａより外側へ突出するように形成され、カムスプロケット１２におけるシリンダヘッド３の側壁面３Ａに対向する面に凹部１２Ａが形成され、この凹部１２Ａに、突出するボールベアリング１９第１軸受取り付け部１０の一部を収納した。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用カムシャフトの軸受構造に関する。

一般に、内燃機関のカムシャフトは、シリンダヘッドの上部に所定の間隔を隔てて配設された複数の軸受取り付け部に、例えば滑り軸受を用いて回転自在に軸支されている。カムシャフトの一方の端部には、内燃機関のクランクシャフトの回転がタイミングチェーンを介して伝達されるカムスプロケットが設けられている。このため、カムスプロケットに最も近い軸受取り付け部には、他の軸受取り付け部よりも大きな荷重がかかる。従来の軸受構造としては、カムスプロケットに最も近い軸受取り付け部に、摩擦抵抗を低減させて駆動トルクの低減を図る目的で転がり軸受を用いたものがある。

近年は、可変バルブタイミング機構を有する内燃機関が多くなっており、カムスプロケットにおけるシリンダヘッドと反対側に可変バルブタイミング機構の油圧式アクチュエータが一体的に設けられている場合が多い。そして、カムスプロケットに油圧式アクチュエータを設けた軸受構造では、カムスプロケットに最も近い軸受取り付け部に油圧式アクチュエータへのオイル供給路を設けている場合が多い（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２７０８３号公報

上述のように、カムスプロケットに最も近い軸受取り付け部は、オイル供給路やボールベアリング等の転がり軸受を配置するスペースが必要となる。加えて、カムスプロケットに最も近い軸受取り付け部に転がり軸受を設ける場合は、単にカムシャフトと軸受取り付け部とを回転自在に滑らせる滑り軸受とする場合に比べて、転がり軸受に要求される寿命を満足させるために転がり軸受のサイズ（幅、径など）を大きくする必要がある。このため、転がり軸受を用いると軸受取り付け部の全長（軸方向の長さ）が長くなる。このように軸受取り付け部の全長が長くなると、この軸受取り付け部が設けられたシリンダヘッドの全長も長くなってしまう。このように、カムスプロケットに最も近い軸受取り付け部に転がり軸受を用いるという構造では、内燃機関の全長が長くなってしまうという問題があった。

また、上記軸受構造では、カムシャフトの軸方向における、転がり軸受の位置（転がり軸受の中心線）から、カムスプロケットに掛け渡されたタイミングチェーンの位置（タイミングチェーンの中心線）までの距離が長くなる。その理由は、カムスプロケットに掛け渡されるタイミングチェーンがシリンダヘッドの側壁と干渉しないように、カムスプロケットをシリンダヘッドの側壁よりも外側に配置する必要があるからである。

カムシャフトの軸方向における、転がり軸受の位置（転がり軸受の中心線）からタイミングチェーンの位置（タイミングチェーンの中心線）まで、延いては油圧式アクチュエータの重心までの距離が長くなると、転がり軸受の負担が大きくなる。すなわち、タイミングチェーンの張力や油圧式アクチュエータの振動などが、長いモーメントアーム（転がり軸受の中心線から油圧式アクチュエータの重心までの長さ）に対応してモーメントの支点である転がり軸受に大きな荷重が加わり易くなる。したがって、転がり軸受や軸受取り付け部とカムシャフトとの間の摩擦抵抗が増加して転がり軸受などの寿命が短くなる虞があった。

このように、カムシャフトの軸方向における、転がり軸受の位置（転がり軸受の中心線）から油圧式アクチュエータの重心までの距離が長くなる場合も、転がり軸受に要求される寿命を満足させるために転がり軸受のサイズ（幅、径など）をさらに大きくする必要が生じてしまう。したがって、軸受取り付け部の全長が長くなり、延いては内燃機関の全長が長くなるという問題を発生させるものであった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の全長を短縮化するとともに、転がり軸受や軸受取り付け部などの寿命を向上させる車両用カムシャフトの軸受構造を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、シリンダヘッドの上部に間隔を隔てて配設された複数の軸受取り付け部に、軸受を用いてカムシャフトが回転自在に軸支され、カムシャフトの一方の端部がシリンダヘッドの側壁より側方に突出し、この一方の端部に、シリンダヘッドの側壁の側方に配置されかつタイミングチェーンによって回転駆動力が伝達されるカムスプロケットが連結され、このカムスプロケットに最も近い軸受取り付け部に設けられる軸受が転がり軸受でなる車両用カムシャフトの軸受構造であって、上記カムスプロケットに最も近い軸受取り付け部における、カムスプロケットと対向する面に軸受収納凹部が形成され、この軸受収納凹部に転がり軸受が収納され、この転がり軸受と、軸受取り付け部の転がり軸受を取り囲む部分とが、シリンダヘッドの側壁より外側へ突出するように形成され、カムスプロケットにおけるシリンダヘッドの側壁に対向する面に、カムスプロケット側凹部が形成され、このカムスプロケット側凹部に、シリンダヘッドの側壁より側方へ突出する軸受取り付け部および転がり軸受を収納したことを特徴とする。

上記態様としては、カムスプロケットにおけるシリンダヘッドと反対側に、可変バルブタイミング機構の油圧式アクチュエータが一体に設けられている構成としてもよい。

上記態様としては、カムスプロケットに最も近い軸受取り付け部は、油圧式アクチュエータに連通するオイル供給路が形成されている構成としてもよい。

上記態様としては、転がり軸受として、カムシャフトの外周面に固定される内輪と、軸受取り付け部側に固定される外輪と、これら内輪および外輪との間に転動可能に保持された回転体と、を備える構成を挙げることができる。

上記態様としては、カムシャフトとカムスプロケットに最も近い軸受取り付け部との最大隙間寸法（Ｓ１）よりも、上記回転体と上記外輪との最大隙間寸法（Ｓ２）の方が小さくなるように設定されていることが好ましい。

本発明に係る車両用カムシャフトの軸受構造によれば、内燃機関の全長を短縮化するとともに、転がり軸受や軸受取り付け部などの寿命を向上させることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両用カムシャフトの軸受構造を適用したエンジンの正面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る車両用カムシャフトの軸受構造を適用したエンジンのシリンダヘッドカバーを取り外した状態を示す平面図である。 図３は、図２のIII−III断面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る車両用カムシャフトの軸受構造の分解斜視図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る車両用カムシャフトの軸受構造の要部断面図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る車両用カムシャフトの軸受構造の要部拡大断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る車両用カムシャフトの軸受構造の詳細を図面に基づいて説明する。なお、図１は本実施の形態に係る車両用カムシャフトの軸受構造が適用されるエンジン１の正面図、図２はエンジン１のシリンダヘッドカバーを取り外した状態を示す平面図である。

図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上に取り付けられるシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３の上に取り付けられるシリンダヘッドカバー４と、シリンダブロック２の下に設けられるオイルパン５と、シリンダヘッド３の側方を覆うチェーンケース６（図２参照）と、を備える。

図１に示すように、シリンダブロック２は、複数の気筒におけるピストン（図示省略する）の往復運動やクランクシャフト７の回転運動を支える機能を備える。図２に示すように、シリンダヘッド３は、各気筒に連通する各吸・排気通路（図示省略する）などを備えるとともに、吸・排気バルブ（図示省略する）の開閉を行う吸気カムシャフト８、排気カムシャフト９が軸支されている。吸気カムシャフト８および排気カムシャフト９には、それぞれ適宜形状のカム８Ａ，９Ａが、図示しない吸・排気バルブの上方に位置するように設けられている。

（車両用カムシャフトの軸受構造）
吸気カムシャフト８と排気カムシャフト９の軸受構造は同様であるため、以下、吸気カムシャフト８の軸受構造の説明を行い、排気カムシャフト９の軸受構造の説明を省略する。なお、図１〜４には、説明の便宜を図るため矢印でエンジンの方向を示すが、これに限定されるものではない。

図２に示すように、シリンダヘッド３の上部には、前後方向に沿って間隔を隔てて、前側から後側へ向けて第１軸受取り付け部１０とその他の複数の軸受取り付け部１１が順次設けられている。これら第１軸受取り付け部１０とその他の複数の軸受取り付け部１１には、吸気カムシャフト８が回転自在に軸支されている。

図３および図４に示す吸気カムシャフト８の一方の端部８１は、シリンダヘッド３の側壁面３Ａより前側（側方）に突出している（図３参照）。この一方の端部８１は、シリンダヘッド３の側壁面３Ａの前側に配置された吸気側カムスプロケット１２と、この吸気側カムスプロケット１２の前側（シリンダヘッド３と反対側）に配置された吸気側油圧式アクチュエータ１３と、に連結するように、ボルト１４で固定されている。なお、排気カムシャフト９の一方の端部９１も、上記吸気カムシャフト８側と同様に、シリンダヘッド３の側壁面３Ａの前側に配置された排気側カムスプロケット１５と、この排気側カムスプロケット１５の前側（シリンダヘッド３と反対側）に配置された排気側油圧式アクチュエータ１６と、に連結するように、ボルト１７で固定されている。

図１に示すように、吸気側カムスプロケット１２と、排気側カムスプロケット１５と、上記クランクシャフト７とには、タイミングチェーン１８が掛け渡されている。このため、クランクシャフト７の回転駆動力がタイミングチェーン１８を介して吸気側カムスプロケット１２と、排気側カムスプロケット１５とに伝達される。これら吸気側カムスプロケット１２に最も近い第１軸受取り付け部１０には、転がり軸受としてのボールベアリング１９が設けられている。

図５に示すように、第１軸受取り付け部１０における、吸気側カムスプロケット８と対向する面には、軸受収納凹部１０Ａが形成され、この軸受収納凹部１０Ａにボールベアリング１９が収納されている。このボールベアリング１９と、第１軸受取り付け部１０におけるボールベアリング１９を取り囲む部分（前端部）が、シリンダヘッド３の側壁面３Ａより前側（側方）へ突出するように形成されている。なお、第１軸受取り付け部１０における、吸気側カムスプロケット８と対向する面と、軸受収納凹部１０Ａに収納されたボールベアリング１９における吸気側カムスプロケット８と対向する端面とは、ほぼ同位置（面一）になるように設定されている。

なお、ボールベアリング１９は、吸気カムシャフト８の外周面に固定される内輪１９Ａと、第１軸受取り付け部１０に固定される外輪１９Ｂと、これら内輪１９Ａおよび外輪１９Ｂとの間に転動可能に保持された回転体としての鋼球１９Ｃと、を備える。

一方、吸気側カムスプロケット１２におけるシリンダヘッド３の側壁面３Ａに対向する面には、カムスプロケット側凹部１２Ａが形成され、このカムスプロケット側凹部１２Ａに、シリンダヘッド３の側壁面より突出するボールベアリング１９およびボールベアリング１９を保持する第１軸受取り付け部１０の一部（前端部）が収納されている。すなわち、図５に示すように、本実施の形態の車両用カムシャフトの軸受構造では、ボールベアリング１９およびボールベアリング１９を保持する第１軸受取り付け部１０の一部（前端部）が、シリンダヘッド３の側壁面３Ａから前方（側方）へ突出して、吸気側カムスプロケット１２のカムスプロケット側凹部１２Ａに嵌合した構造となっている。

なお、図３〜５に示すように、第１軸受取り付け部１０は、下側取り付け部１０１と、上側取り付け部１０２と、でボールベアリング１９を上下に挟むように組み付けて構成される。なお、下側取り付け部１０１の凹部の内面には、周方向にオイル供給路１０１Ａ，１０１Ｂが形成されている。また、上側取り付け部１０２の凹部内周には、オイル供給路１０１Ａ，１０１Ｂにそれぞれ連通するオイル供給路１０２Ａ，１０２Ｂが形成されている。これらオイル供給路１０１Ａ，１０２Ａ同士、オイル供給路１０１Ｂ，１０２Ｂ同士が連通することにより、図示しない他のオイル供給路に連通して吸気側油圧式アクチュエータ１３の図示しない進角用油圧室や遅角用油圧室にオイルを供給できるようになっている。このため、本実施の形態に係る軸受構造では、吸気側油圧式アクチュエータ１３が作動することにより、吸気カムシャフト８が進角されたり遅角されたりするようになっている。

本実施の形態では、図６に示すように、吸気カムシャフト８と第１軸受取り付け部１０との最大隙間寸法Ｓ１よりも、鋼球１９Ｃと外輪１９Ｂとの最大隙間寸法Ｓ２の方が小さくなるように設定されている。

（軸受構造の作用）
上述した構成の本実施の形態では、図５に示すように、シリンダヘッド３の側壁面３Ａから前方（側方）へ、ボールベアリング１９およびボールベアリング１９を保持する第１軸受取り付け部１０の一部（前端部）が突出して、吸気側カムスプロケット１２のカムスプロケット側凹部１２Ａに嵌合した構造となっている。

したがって、図５に示すように、タイミングチェーンの中心線Ｔｃとボールベアリング１９の中心線Ｒｃとの距離（モーメントアームの長さ）Ｌ２を短くすることができるため、吸気側カムスプロケット１２にタイミングチェーン１８から張力が掛かってもボールベアリング１９に掛かる負荷を軽減することができる。したがって、ボールベアリング１９が大型化することを抑制できる。

このように、ボールベアリング１９を吸気側カムスプロケット１２および吸気側油圧式アクチュエータ１３に近接させることにより、従来構造に比べて、吸気側カムスプロケット１２に巻き掛けられたタイミングチェーン１８および吸気側油圧式アクチュエータ１３をボールベアリング１９に近づけることができる。

そのため、吸気側油圧式アクチュエータ１３がシリンダヘッド３の側壁面３Ａから前方に突出する突出量（オーバーハング量）を抑えることができるとともに、軸方向においてタイミングチェーン１８の中心線Ｔｃと第１軸受取り付け部１０の中心線Ｒｃとの距離Ｌ２およびタイミングチェーン１８の中心線Ｔｃから第１軸受取り付け部１０のタイミングチェーン１８から離れた側の端面までの距離Ｌ１を小さくできる。

また、本実施の形態に係る軸受構造では、シリンダヘッド３の側壁面３Ａから前方（側方）へ、第１軸受取り付け部１０の一部（前端部）が突出しているため、第１軸受取り付け部１０の軸方向の長さＬ１を確保でき、オイル供給路１０２Ａ，１０２Ｂ等を形成するスペースを確保できる。このように第１軸受取り付け部１０の軸方向の長さＬ１を確保しつつ、第１軸受取り付け部１０がシリンダヘッド３と軸方向において重なる長さを短くしたことにより、シリンダヘッド３の軸方向の全長を長さＬ２程度削減することが可能となり、シリンダヘッド３の全長の短縮化を可能としている。なお、本実施の形態においては、シリンダヘッド３の側壁面３Ａから吸気側油圧式アクチュエータ１３の前端面までの長さＬ３は、従来と同様である。

したがって、本実施の形態では、軸方向でのエンジンの全長を短縮できるとともに、タイミングチェーン１８の張力や重量物である吸気側油圧式アクチュエータ１３の振動によって、ボールベアリング１９や第１軸受取り付け部１０が受ける荷重（例えば、オフセットモーメントなど）を低減でき、ボールベアリング１９や第１軸受取り付け部１０の寿命を向上することができる。

また、本実施の形態に係る軸受構造では、図６に示すように、吸気カムシャフト８と第１軸受取り付け部１０との最大隙間寸法Ｓ１を、鋼球１９Ｃと外輪１９Ｂとの間の最大隙間寸法（ラジアル隙間寸法）Ｓ２より大きく設定したことにより、タイミングチェーン１８の張力や吸気側油圧式アクチュエータ１３の振動によって吸気カムシャフト８が変位しようとした際に、最初にボールベアリング１９で吸気カムシャフト８を受けることができ、第１軸受取り付け部１０で吸気カムシャフト８からの荷重を受けることを低減できる。

これによって、タイミングチェーン１８や吸気側油圧式アクチュエータ１３から大きな荷重が吸気カムシャフト８に伝達されたとしても、第１軸受取り付け部１０と吸気カムシャフト８との間の摩擦抵抗の増大を防ぐことができ、第１軸受取り付け部１０の寿命の低下を抑えることができる。

上述のように、本実施の形態に係る車両用カムシャフトの軸受構造によれば、内燃機関の全長を短縮化するとともに、転がり軸受や軸受取り付け部などの寿命を向上させることができる。

以上、吸気カムシャフト８側の構成を中心に説明したが、排気カムシャフト９側においても同様の作用・効果を奏することは云うまでもない。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、この実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記実施の形態では、転がり軸受としてボールベアリング１９を用いたが、ローラベアリングやニードルベアリングなどを適用することも勿論可能である。

また、上記実施の形態では、吸気側カムスプロケット１２に吸気側油圧式アクチュエータ１３を一体的に設けた構成としたが、吸気側油圧式アクチュエータ１３を備えない吸気側カムスプロケット１２とした場合でも、エンジンの全長を短縮化できる効果を奏する。したがって、本発明は、カムスプロケットが油圧式アクチュエータを備えない場合にも適用されることは云うまでもない。

１ エンジン
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
３Ａ 側壁面
４ シリンダヘッドカバー
７ クランクシャフト
８ 吸気カムシャフト
９ 排気カムシャフト
１０ 第１軸受取り付け部
１０Ａ 軸受収納凹部
１１ 軸受取り付け部（他の軸受取り付け部）
１２ 吸気側カムスプロケット
１２Ａ カムスプロケット側凹部
１３ 吸気側油圧式アクチュエータ
１５ 排気側カムスプロケット
１６ 排気側油圧式アクチュエータ
１８ タイミングチェーン
１９ ボールベアリング
１９Ａ 内輪
１９Ｂ 外輪
１９Ｃ 鋼球
８１ 端部（一方の端部）
１０１ 下側取り付け部
１０２ 上側取り付け部

Claims (5)

1. シリンダヘッドの上部に間隔を隔てて配設された複数の軸受取り付け部に、軸受を用いてカムシャフトが回転自在に軸支され、前記カムシャフトの一方の端部が前記シリンダヘッドの側壁より側方に突出し、該一方の端部に、前記シリンダヘッドの側壁の側方に配置されかつタイミングチェーンによって回転駆動力が伝達されるカムスプロケットが連結され、前記カムスプロケットに最も近い前記軸受取り付け部に設けられる前記軸受が転がり軸受でなる車両用カムシャフトの軸受構造であって、
   前記カムスプロケットに最も近い前記軸受取り付け部における前記カムスプロケットと対向する面に、軸受収納凹部が形成され、前記軸受収納凹部に前記転がり軸受が収納され、
   前記転がり軸受と前記軸受取り付け部の前記転がり軸受を取り囲む部分とが、前記シリンダヘッドの側壁より外側へ突出するように形成され、
   前記カムスプロケットにおける前記シリンダヘッドの側壁に対向する面にカムスプロケット側凹部が形成され、該カムスプロケット側凹部に、前記シリンダヘッドの側壁より突出する前記軸受取り付け部および前記転がり軸受を収納したことを特徴とする車両用カムシャフトの軸受構造。
2. 前記カムスプロケットは、前記シリンダヘッドと反対側に、可変バルブタイミング機構の油圧式アクチュエータが一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用カムシャフトの軸受構造。
3. 前記カムスプロケットに最も近い前記軸受取り付け部は、油圧式アクチュエータに連通するオイル供給路が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用カムシャフトの軸受構造。
4. 前記転がり軸受は、前記カムシャフトの外周面に固定される内輪と、前記軸受取り付け部側に固定される外輪と、前記内輪および前記外輪との間に転動可能に保持された回転体と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の車両用カムシャフトの軸受構造。
5. 前記カムシャフトと前記カムスプロケットに最も近い前記軸受取り付け部との最大隙間寸法（Ｓ１）よりも、前記回転体と前記外輪との最大隙間寸法（Ｓ２）の方が小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用カムシャフトの軸受構造。

Images