JP2015214941A - カムシャフトの軸受部潤滑構造 - Google Patents

Abstract

【課題】カムブラケット側の軸受面とジャーナル部との間の潤滑油の油膜保有性を改善したカムシャフトの軸受部潤滑構造を提供する。【解決手段】バルブリフタ２１を介してバルブを駆動するためのカムとジャーナル部８を有するカムシャフト２が、シリンダヘッド１の軸受面９にカムブラケット５により回転可能に軸受支持されている。カムブラケット５の軸受面５ａに潤滑油溝２２が形成されていて、潤滑油通路１２と油孔１３を介して潤滑油を供給する。カム７によりバルブリフタ２１が押圧されている時には油孔１３の開口部１３ａが潤滑油溝２２に臨まないように、且つカム７によりバルブリフタ２１が押圧され始める直前まで油孔１３の開口部１３ａが潤滑油溝２２に臨んでいるように、油孔１３の開口部１３ａの位置を設定してある。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の動弁系の主要素であるカムシャフトの軸受部潤滑構造に関し、特にカムシャフトの回転によりバルブリフタを介して吸排気バルブを開閉駆動するようにしたカムシャフトの軸受部潤滑構造に関する。

この種のカムシャフトの軸受部潤滑構造として例えば特許文献１に記載されたものが提案されている。特許文献１に記載された技術では、一対のカムを有するカムシャフトをシリンダヘッドとカムキャップとで形成した軸受部を介してシリンダヘッドに支持させるとともに、上記軸受部を一対のカム同士の間に設定し、カムシャフトの軸心方向に設けた軸心方向オイル通路を通してオイルを供給するとともに、この軸心方向オイル通路と連通しつつカムシャフトの径方向に延びて上記軸受部に開口する径方向オイル孔により上記軸受部を潤滑するにあたり、上記径方向オイル孔を、カムの頂部とカムシャフトの軸心とを通るカム最大径方向線を避けて形成したものである。

特開２００６−２７４８９４号公報

特許文献１に代表されるような動弁系におけるカムシャフトの軸受部潤滑構造において、カムブラケット（カムキャップ）側の軸受面とジャーナル部との間の潤滑性に着目した場合に、カムブラケット側の軸受面とジャーナル部との間の潤滑油の油膜保有が不十分で潤滑不足になることがあり、結果として摩擦抵抗の増大を招くという問題がある。

例えばカムによりバルブリフタを押し下げてバルブを開弁させている間は、カムはバルブに付帯するバルブスプリングの反力によりカムブラケット側に押し付けられ、それに伴って一対のカム同士の間で軸受支持されているジャーナル部もカムブラケット側の軸受面に押し付けられる。そして、上記バルブ開弁期間において、軸心方向オイル通路に連通している径方向オイル孔がカムブラケット側の軸受面に臨むことを許容しているので、径方向オイル孔からカムブラケット側の軸受面に供給すべき潤滑油が軸心方向オイル通路側に逆流してしまい、これによって上記のような潤滑不足を招くおそれがあった。

また、上記のような潤滑油の逆流を防止する上ではオイルポンプの容量や圧力を大きくすることが有効であるが、この場合には軸受面の潤滑には関与しない無駄な油量が増大するだけでなく、オイルポンプを補機とする機関の機械損失の増大を招くことになり、実用上好ましくない。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特にカムブラケット側の軸受面とジャーナル部との間の潤滑油の油膜保有性を改善したカムシャフトの軸受部潤滑構造を提供するものである。

本発明は、ジャーナル部がシリンダヘッドの軸受面にカムブラケットを介して回転可能に軸受支持されたカムシャフトと、上記カムシャフトの回転に伴うカムとの接触により押圧されてバルブを開閉動作させるバルブリフタと、上記カムブラケットの軸受面に形成された潤滑油溝と、上記カムシャフトに形成されて潤滑油溝に潤滑油を供給する潤滑油供給路を備え、上記カムシャフトの回転により潤滑油供給路からカムブラケット側の潤滑油溝に潤滑油を供給するようにしたカムシャフトの軸受部潤滑構造であって、上記カムシャフトのカムによりバルブリフタが押圧されている時には、潤滑油溝が密閉されて当該潤滑油溝内に潤滑油を保有した状態を維持することができるようになっていることを特徴とする。

本発明によれば、カムシャフトのカムによりバルブリフタが押圧されているバルブの開弁期間中は、カムブラケット側の潤滑油溝には潤滑油が封じ込められたままであり、潤滑油溝内に潤滑油を保有した状態を維持していることから、カムブラケット側の軸受面とジャーナル部との間に潤滑油の油膜を十分に保有することができて、潤滑不足を未然に防止できる。また、オイルポンプの容量や圧力の増大化も不要であり、機関の機械損失の増大化を招くこともない。

本発明に係るカムシャフトの軸受部潤滑構造の第１の実施の形態を示す図で、シリンダヘッドおよびカムシャフトを主要素とする動弁系の分解図。 図１の要部の断面説明図。 図１，２における吸気系のカムシャフトの単独での詳細を示す説明図。 吸気系の動弁系の詳細を示す図で、（Ａ）は図３のａ−ａ線断面に相当する断面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるカムブラケットの下面図。 図４の（Ａ）の状態からカムがさらに回転した時の説明図。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、（Ａ）は図４の（Ａ）と同等部位の断面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるカムブラケットの下面図。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、（Ａ）は図４の（Ａ）と同等部位の断面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるカムブラケットの下面図。

図１〜５は本発明に係るカムシャフトの軸受部潤滑構造を実施するためのより具体的な形態を示す図であり、特に図１は内燃機関におけるシリンダヘッド１およびカムシャフト２，３を主要素とする動弁系の分解図を、図２は図１の要部の断面図をそれぞれ示している。さらに図３は図１，２における吸気系のカムシャフト２単独での詳細を、図４の（Ａ）は図３のａ−ａ線断面に相当する断面説明図をそれぞれ示している。

図１，２に示すように、シリンダヘッド１の上面には吸気系のカムシャフト２と排気系のカムシャフト３とが互いに平行に配置されている。これらのカムシャフト２，３は、双方のカムシャフト２，３が共有するカムブラケット４のほか、各カムシャフト２，３ごとに独立した複数のカムブラケット５，６によりシリンダヘッド１の上面に回転可能に軸受支持されている。そして、吸気系のカムシャフト２には複数のカム７が、排気系のカムシャフト３には同じく複数のカム１０がそれぞれに設けられている。なお、周知のように、吸気系のカムシャフト２は後述する吸気バルブ１７を、排気系のカムシャフト３は同じく後述する排気バルブ１９をそれぞれ開閉駆動する機能を有する。

双方のカムシャフト２，３のうち例えば吸気系のカムシャフト２を例にとるならば、図３に示すように、カムシャフト２には一気筒につき同位相の一対のカム（カムロブ）７が軸心方向に沿って気筒数分だけ設けられていて（図１，３では３気筒の例を示す）、並設された同位相の一対のカム７同士の間に軸受部となるジャーナル部８が形成されている。そして、シリンダヘッド１の上面には各ジャーナル部８に対応する位置に略半円状の軸受面９（図４の（Ａ）参照）が形成されているとともに、図１，２に示すように、このシリンダヘッド１側の軸受面９に合致する同じく略半円状の軸受面５ａ（図４の（Ａ）参照）を有する複数のカムブラケット５がシリンダヘッド１の上面にボルト締め結合されようになっている。これにより、各ジャーナル部８がシリンダヘッド１側の軸受面９と各カムブラケット５の軸受面５ａとにより軸受支持され、結果としてシリンダヘッド１の上面にカムシャフト２が回転可能に軸受支持さていることになる。

図３に示すカムシャフト２の中心部にはその軸心方向に沿って潤滑油通路１２が形成されていて、図示しない潤滑油供給源（オイルポンプ）から所定の潤滑油が供給される。また、図４の（Ａ）は図３のａ−ａ線断面に相当する断面説明図を示していて、カムシャフト２のうちジャーナル部８に相当する部分では、潤滑油通路１２に連通しつつその潤滑油通路１２からジャーナル部８の半径方向に直角に分岐して、カムシャフト２が回転した時に開口部１３ａをもってシリンダヘッド１側およびカムブラケット５側の軸受面９，５ａに開口する油孔１３が形成されている。この油孔１３は先に述べた潤滑油通路１２とともに潤滑油供給路１１を形成している。

また、この油孔１３は、カムシャフト２の中心部の潤滑油通路１２をジャーナル部８の外周面に臨ませるべく、一つのジャーナル部８についてそのジャーナル部８の半径に相当する長さの単一のものとして形成されていて、それ故に一つのジャーナル部８の外周面について単一の開口部１３ａのみが開口している。なお、潤滑油通路１２に対する油孔１３の分岐位置は必ずしもジャーナル部８の範囲内にある必要はなく、開口部１３ａがジャーナル部８の幅内にあれば良い。

さらに、図４に示すカム７は、ベースサークル径のベース部７ａとカムノーズ部７ｂとを有している。

なお、上記のような吸気系のカムシャフト２の構造およびその軸受支持構造は図１，２の排気系のカムシャフト３についても基本的に同様である。また、図１の符号１４，１５は、それぞれのカムシャフト２，３を駆動するためのスプロケット１４ａ，１５ａと一体化されたバルブタイミングコントロールユニットを示す。これにより、双方のカムシャフト２，３は図示しないタイミングチェーンを介して同期して回転駆動されることになる。

図２に示すように、シリンダヘッド１の吸気ポート１６には吸気バルブ１７が、排気ポート１８には排気バルブ１９がそれぞれに設けられている。各バルブ１７，１９はそれぞれに独立したバルブスプリング２０により閉弁方向に付勢されている。また、各バルブ１７，１９の上方側には先に述べたカムシャフト２，３側の対応するカム７または１０が位置している。さらに、各バルブ１７，１９の上端部には上記カム７または１０との間に位置するようにして有底円筒状のバルブリフタ２１が装着されていて、各バルブリフタ２１の上面が対応するカム７または１０との当接面となっている。

そして、図１，２のほか図４に示すように、各カムシャフト２，３が回転駆動されることにより、各カム７，１０およびバルブリフタ２１を介して双方のバルブ１７，１９が所定のタイミングで開閉弁駆動されることになる。つまり、吸気系の動弁系を例にとるならば、図４の（Ａ）に示すように、カム７のベース部７ａはバルブリフタ２１に当接しないように設定されており、この場合には吸気バルブ１７は対応するバルブスプリング２０により押し上げられて閉弁状態にある。その一方、カム７のカムノーズ７ｂ部のうちベース部７ａに近い部分がバルブリフタ２１に当接するようになると、吸気バルブ１７はバルブスプリング２１の付勢力に抗してバルブリフタ２０とともに押し下げられることから、これにより各吸気バルブ１７は開弁動作することになる。

ここで、図４の（Ａ），（Ｂ）に示すように、カムブラケット５の軸受面５ａには角溝状の潤滑油溝２２が軸受面５ａと同心状に形成されているとともに、この潤滑油溝２２の円周方向（長手方向）の両端部はカムブラケット５のうちシリンダヘッド１に対する当該カムブラケット５の着座面５ｂに開口している。その一方で、カムブラケット５側の着座面５ｂをシリンダヘッド１に着座させた上で先に述べたようにカムブラケット５をシリンダヘッド１に対しボルト締め締結してしまえば、図４の（Ａ）から明らかなように、ジャーナル部８側の油孔１３の開口部１３ａが潤滑油溝２２に臨んでいない状態では、その潤滑油溝２２は実質的に密閉状態とすることができるから、潤滑油溝２２はそれまでに油孔１３側から供給された潤滑油を封入したままで保有することができるようになっている。

そして、同じく図４の（Ａ）に示すように、ジャーナル部８に対応しているカム７とそのジャーナル部８に形成された油孔１３との位置関係、すなわちジャーナル部８に対応しているカム７のノーズ部７ｂの位相位置とそのジャーナル部８に形成された油孔１３の開口部１３ａの位相位置との相対位置関係に着目した場合に、カム７によりバルブリフタ２１が押圧されている時、言い換えるならば、カム７によりバルブリフタ２１が押し下げられて（リフト動作して）対応する吸気バルブ１７を開弁動作させている時には、油孔１３の開口部１３ａがカムブラケット５側の潤滑油溝２２に臨まないように、ジャーナル部８の円周方向における当該油孔１３の開口部１３ａの位置を設定してある。その上で、さらに図４の（Ａ）に示すように、カム７によりバルブリフタ２１が押圧され始める直前まで、油孔１３の開口部１３ａがカムブラケット５側の潤滑油溝２２に臨んでいるように、ジャーナル部８の円周方向における当該油孔１３の開口部１３ａの位置を設定してある。

このようなジャーナル部８に対応しているカム７のノーズ部７ｂの位相位置とそのジャーナル部８に形成された油孔１３の開口部１３ａの位相位置との相対位置関係は、位相が異なる他の組のカム７のほか、図１，２に示した排気系のカムシャフト３についても同様である。

したがって、このように構成された本実施の形態によれば、図２のほか図４に示すように、カム７のベース部７ａはバルブリフタ２１に接触しないようにその直径を設定してあることから、カム７のノーズ部７ｂがバルブリフタ２１に当接しないかぎり対応する吸気バルブ１７は閉弁したままである。この場合において、吸気バルブ１７が閉弁状態にある時には、図４の（Ａ）に示すカム７はそのカムノーズ部７ｂが同図に示す位置より上向きとなる位置にあることにほかならないから、油孔１３の開口部１３ａはカムブラケット５側に潤滑油溝２２に開口または臨んでいることになる。そのため、カムブラケット５側の潤滑油溝２２には潤滑油供給路１１である潤滑油通路１２および油孔１３を通して潤滑油が供給されて、この潤滑油溝２２には潤滑油が充満している状態となっている。この状態は潤滑油溝２２の周長方向でのいずれかの位置に油孔１３の開口部１３ａが開口または臨んでいるかぎり継続される。

その一方、図４の（Ａ）に示すように、カムシャフト２の回転に伴いカム７のノーズ部７ｂのうちベース部７ａに近い部分がバルブリフタ２１に当接するようになると、カム７がバルブリフタ２１を押し下げ始めてバルブリフタ２１がリフト動作を開始し、対応する吸気バルブ１７が開弁し始める。このタイミングでは、同図に示すように、カム７によりバルブリフタ２１が押圧され始める直前まで油孔１３の開口部１３ａがカムブラケット５側の潤滑油溝２２に臨んでいて、カム７によりバルブリフタ２１が押圧され始めるのと相前後して、同図に示すように油孔１３の開口部１３ａが潤滑油溝２２から離間することになる。このことは、それまで潤滑油が充満していた潤滑油溝２２が実質的に密閉状態になることにほかならず、潤滑油溝２２には潤滑油が十分に保有されている。

そして、図４の（Ａ）の状態からカム７（カムシャフト２）がさらに回転すると、カム７のカムノーズ部７ｂに向かってカム変位量が徐々に増大し、それに伴いバルブリフタ２１のリフト量も徐々に大きくなることで対応する吸気バルブ１７の開度が大きくなる。そして、図５に示すように、カムノーズ部７ｂの頂部がバルブリフタ２１に当接するようになった時点でバルブリフタ２１のリフト量および対応する吸気バルブ１７の開度も最大となる。このようにバルブリフタ２１のリフト量および対応する吸気バルブ１７の開度が最大となるまでの過渡状態においても、なおも潤滑油溝２２は潤滑油が充満したままで実質的に密閉状態にある。

この場合において、カム７がバルブリフタ２１を押し下げている間は、カム７は図２に示したバルブスプリング２０の反力を受けてカムブラケット５側に押し付けられ、それに伴ってジャーナル部８もカムブラケット５側に押し付けられることになるが、先に述べたように密閉された潤滑油溝２２には潤滑油が充満状態で保有されたままである。そのため、ジャーナル部８がカムブラケット５に対して強く押し付けられたとしても、ジャーナル部８とカムブラケット５の軸受面５ａとの間に潤滑油の油膜を十分に保有することができて、潤滑不足を招くようなことはない。これにより、いわゆる動弁系のフリクションの低減化にも寄与することができる。

また、図４の（Ａ）に示すように、潤滑油通路１２からジャーナル部８の半径方向に分岐した油孔１３およびその開口部１３ａは共に単一のものであり、例えばジャーナル部８を直径方向に貫通するように油孔を形成してその油孔の両端の二つの開口部をジャーナル部８の外周面に開口させた場合と比べて、余分な油漏れを招くことがない。

このように本実施の形態によれば、カムシャフト２のカム７によりバルブリフタ２１が押圧されている吸気バルブ１７の開弁期間中は、カムブラケット５側の軸受面５ａに形成された潤滑油溝２２に対してジャーナル部８側の油孔１３の開口部１３ａが開口または臨むことはないので、潤滑油溝２２には吸気バルブ１７の開弁期間以外に供給された潤滑油が封じ込められたままとなる。そのため、カムブラケット５側の軸受面５ａとジャーナル部８との間に潤滑油の油膜を十分に保有することができて、潤滑不足を未然に防止できることになる。

図６は本発明に係る軸受部潤滑構造の第２の実施の形態を示す図で、図４と共通する部分には同一符号を付してある。

この第２の実施の形態では、カムブラケット５の軸受面５ａに形成される潤滑油溝３２の形状が図４のものと異なっている。より具体的には、図４ではカムブラケット５の軸受面５ａに形成された潤滑油溝２２の両端部が、シリンダヘッド１に対するカムブラケット５側の着座面５ｂに開口しているのに対して、図６の（Ａ），（Ｂ）に示す第２の実施の形態では、潤滑油溝３２の両端部がシリンダヘッド１に対するカムブラケット５側の着座面５ｂに開口しておらず、潤滑油溝３２の両端部がシリンダヘッド１に対するカムブラケット５側の着座面５ｂに臨むことなくカムブラケット５側の軸受面５ａの周長内に納まるように形成してある。さらに、図６に示すように、潤滑油溝３２の深さがカムブラケット５の軸受面５ａの周長方向においてカムブラケット５の着座面５ｂから遠くなるほど漸次大きくなるように設定してある。

また、図７は本発明に係る軸受部潤滑構造の第３の実施の形態を示していて、この第３の実施の形態では、図６の第２の実施の形態の構造を踏襲しつつ、図７の（Ａ），（Ｂ）に示すように、潤滑油溝４２の深さおよび幅寸法共にカムブラケット５の軸受面５ａの周長方向においてカムブラケット５の着座面５ｂから遠くなるほど漸次大きくなるように設定してある。

これらの第２，第３の実施の形態によれば、先の第１の実施の形態と同様の効果が得られるほか、潤滑油溝３２，４２の両端部がカムブラケット５の着座面５ｂに臨んでいないので、潤滑油溝３２，４２からの潤滑油の漏れ出しを抑制して、その潤滑油溝３２，４２での潤滑油の保有性能を一段と高めることができるほか、オイルポンプの機械損失を低減できる利点がある。

１…シリンダヘッド
２…吸気系のカムシャフト
３…排気系のカムシャフト
５…カムブラケット
５ａ…軸受面
５ｂ…着座面
６…カムブラケット
７…カム
８…ジャーナル部
９…軸受面
１０…カム
１１…潤滑油供給路
１２…潤滑油通路
１３…油孔
１３ａ…開口部
１７…吸気バルブ
１９…排気バルブ
２１…バルブリフタ
２２…潤滑油溝
３２…潤滑油溝
４２…潤滑油溝

Claims (9)

1. ジャーナル部がシリンダヘッドの軸受面にカムブラケットを介して回転可能に軸受支持されたカムシャフトと、
   上記カムシャフトの回転に伴うカムとの接触により押圧されてバルブを開閉動作させるバルブリフタと、
   上記カムブラケットの軸受面に形成された潤滑油溝と、
   上記カムシャフトに形成されて潤滑油溝に潤滑油を供給する潤滑油供給路と、
   を備え、
   上記カムシャフトの回転により潤滑油供給路からカムブラケット側の潤滑油溝に潤滑油を供給するようにしたカムシャフトの軸受部潤滑構造であって、
   上記カムシャフトのカムによりバルブリフタが押圧されている時には、潤滑油溝が密閉されて当該潤滑油溝内に潤滑油を保有した状態を維持することができるようになっていることを特徴とするカムシャフトの軸受部潤滑構造。
2. 上記潤滑油供給路は、
   上記カムシャフトの軸心方向に沿って形成された潤滑油通路と、
   上記潤滑油通路からカムシャフトの半径方向に分岐してジャーナル部の外周面に開口している油孔と、
   から形成されていて、
   上記カムシャフトの回転により潤滑油通路から油孔を通してカムブラケット側の潤滑油溝に潤滑油を供給するようになっ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の軸受部潤滑構造。
3. 上記カムシャフトのカムによりバルブリフタが押圧されている時には、油孔の開口部がカムブラケット側の潤滑油溝に臨まないように、当該油孔の開口部の位置を設定してあることを特徴とする請求項２に記載のカムシャフトの軸受部潤滑構造。
4. 単一の気筒に対応する一対の同位相のカムがカムシャフトの軸心方向に沿って並設されているとともに、これら一対のカム同士の間にジャーナル部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のカムシャフトの軸受部潤滑構造。
5. 上記カムシャフトのカムによりバルブリフタが押圧され始める直前まで、油孔の開口部がカムブラケット側の潤滑油溝に臨んでいるように、当該油孔の開口部の位置を設定してあることを特徴とする請求項４に記載のカムシャフトの軸受部潤滑構造。
6. 上記カムシャフトの内部にその軸心方向に沿って潤滑油通路が形成されていて、この潤滑油通路からジャーナル部の半径方向に分岐してジャーナル部の外周面に単一の開口部をもって開口している油孔が単一のものであることを特徴とする請求項５に記載のカムシャフトの軸受部潤滑構造。
7. 上記カムブラケットの軸受面にその周方向に沿って形成された潤滑油溝の端部がシリンダヘッドに対するカムブラケットの着座面に臨んでいて、
   その潤滑油溝の底面がカムブラケットの軸受面と同心状のものとして形成されていることを特徴とする請求項６に記載のカムシャフトの軸受部潤滑構造。
8. 上記カムブラケットの軸受面にその周方向に沿って形成された潤滑油溝の端部がシリンダヘッドに対するカムブラケットの着座面に臨むことなくカムブラケットの軸受面の周長内に納まっていて、
   上記カムブラケットの軸受面の周長方向においてブラケットの着座面から遠くなるほど潤滑油溝の深さが大きくなるように設定してあることを特徴とする請求項６に記載のカムシャフトの軸受部潤滑構造。
9. 上記カムブラケットの軸受面にその周方向に沿って形成された潤滑油溝の端部がシリンダヘッドに対するカムブラケットの着座面に臨むことなくカムブラケットの軸受面の周長内に納まっていて、
   上記カムブラケットの軸受面の周長方向においてブラケットの着座面から遠くなるほど潤滑油溝の深さおよび幅寸法が大きくなるように設定してあることを特徴とする請求項６に記載のカムシャフトの軸受部潤滑構造。

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