JP2016023576A - 動弁機構のカム - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の動弁機構において、タペットに対する振動や摩擦抵抗によるエネルギー損失を抑制するカムを提供する。
【解決手段】カム１は、内燃機関の弁を駆動する動弁機構に設けられるカムであって、ベース１１とホルダ１２と球状部材１３とを備える。ベース１１は、動弁機構のカムシャフト２に設けられる。ホルダ１２は、ベース１１に組み付けられて、バルブリフト区間を形成する。球状部材１３は、バルブリフト区間のリフト部（カム面）Ｂから一部を露出させてホルダ１２に保持されるとともにリフト部Ｂよりも内側に中心が配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の動弁機構のカムに関する。

内燃機関の動弁機構において、カムの摺動面における摩擦抵抗を軽減するために、バルブリフト部にあたるカムの長径部にローラを備えたカムが知られている。特許文献１に記載されたカムは、一体に形成されたベースカムのバルブリフト部にローラを装着するための溝を設け、カムシャフトと平行なローラ回転軸を介してローラを保持している。また、カムを幅方向に第１のベースカム分割部材と第２のベースカム分割部材とに分けて作り、それぞれカムシャフトに通してロウ付けすることで組み立てることが記載されている。

また、特許文献２には、バルブのリフト量を変化させるために、カム頂点区分（バルブリフト部）の半径方向に駆動するピストンが組み込まれたカムが記載されている。このピストンは、先端部に転動可能に支承された球を有している。カムは、カムシャフト内に設けられた潤滑油通路に連通する圧力室を有している。ピストンは、潤滑油通路に連通した圧力室に供給される潤滑油の圧力によって変位する。特許文献２では、カムと協動するタペットの転動面に沿って転動可能な球が回動可能に支承されていることによってタペットとカムとの間の摩耗および摩擦損失が著しく減じられることを開示している。

特開２０１１−０８０３７２号公報 特表２００５−５０７０４０号公報

ところで、カムによって押されるタペットは、同じ位置が擦れて摩耗しないように、カムシャフトに沿う方向へカムの摺動面に対して偏心して配置される。これにより、タペットは、カムとの摩擦抵抗によって少しずつ回転され、タペットの摺動面が局部的に摩耗することを防いでいる。

しかし、カムの摺動面（外周面）の幅の中心に対してタペットの摺動面の中心が偏心していると、特許文献１のようにカムにローラを設けても、タペットの回転に伴う捩れ摩擦がローラとタペットとの間に生じ、その摩擦に応じたエネルギー損失が生じる。また、特許文献２に記載されたカムの場合、球は、ピストンの先端に形成された半球状の支承面で支持される。したがって、球がタペットに転接している限りでは、特許文献１のような捩れ摩擦は生じない。しかし、ピストンから脱落しないように球を保持するためには、球の大円を越えて把持する必要がある。つまり、特許文献２の場合、球を把持するために、支承面の縁を半径方向で内方に曲げていることが明記されている。その結果、バルブのリフト量を変化させるために延び出たピストンがタペットに接するようになり、ピストンとタペットとの摩擦によるエネルギー損失が生じるだけでなく、ピストン及び球が、カムの外周面から不連続にタペットに接することになるため、振動を発生させる。

また、特許文献２において、各カムのピストンを駆動させる圧力室は、互いにカムシャフトの中心を通る潤滑油通路で連結されている。そのため、球がタペットに接しているピストンから球がタペットに接していないピストンへ、タペットを押すための力が潤滑油通路を介して逃げてしまう。つまり、特許文献２のカム機構ではバルブの開度を厳密に制御できない可能性がある。

そこで、本発明に係る一実施形態は、内燃機関の動弁機構において、タペットに対する振動や摩擦抵抗によるエネルギー損失を抑制するカムを提供する。

本発明に一実施形態のカムは、内燃機関の弁を駆動する動弁機構に設けられるカムであって、ベースとホルダと球状部材とを備える。ベースは、動弁機構のカムシャフトに設けられる。ホルダは、ベースに組み付けられて、バルブリフト区間を形成する。球状部材は、バルブリフト区間のカム面から一部を露出させてホルダに保持されるとともにカム面よりも内側に中心が配置される。

このとき、ベースは、カムシャフトの軸線に垂直な面に沿って突出した凸部を有し、ホルダは、カムシャフトの軸線に沿う方向に凸部を挟む連結片を有し、カムは、カムシャフトの軸線に沿う方向へベース及びホルダを貫通する締結具をさらに備える。または、ホルダは、カムシャフトの軸線に垂直な面に沿って突出した凸部を有し、ベースは、カムシャフトの軸線に沿う方向に凸部を挟む連結片を有し、カムは、カムシャフトの軸線に沿う方向へベース及びホルダを貫通する締結具をさらに備える。締結具は、ボルトでもよいしキーやピンであってもよい。

また、ホルダは、カムシャフトの軸線に垂直に球状部材の中心を通る面で二分割に形成されていてもよい。また、突部は蟻型に形成され、連結片は蟻型に嵌合する蟻溝に形成されていることも好ましい。

本発明に係る発明のカムによれば、球状部材がバルブリフト区間を形成するホルダから一部を露出させ、かつ、カム面よりも内側に中心が配置されるので、バルブリフト区間におけるタペットに対する摺動がカム面から球状部材になだらかに遷移する。そして、タペットとの摩擦力が最大になるバルブリフト区間において、球状部材がタペットに転接することによって、摩擦抵抗を軽減する。さらにタペットが偏摩耗しないようにカムの中心とタペットの中心とがオフセットされている場合でも、球状部材が転接しているので、タペットの回転に伴う捩れ摩擦が生じない。つまり、このカムは、タペットに対する振動や摩擦抵抗によるエネルギー損失を抑制することができる。そして、球状部材を保持するホルダは、ベースに組み付けられるように別体に構成されているので、加工精度を損なうことなく製造コストを抑えることができる。さらに球状部材を採用していることによって、ローラの場合とは異なり支持軸が不要となり、部品点数を減らすことができる。

また、カムシャフトの軸線に垂直な面に沿って突出した凸部をベースが有し、カムシャフトの軸線に沿う方向に凸部を挟む連結片をホルダが有し、カムシャフトの軸線に沿う方向へベース及びホルダを貫通する締結具を備える発明のカム、または、カムシャフトの軸線に垂直な面に沿って突出した凸部をホルダが有し、カムシャフトの軸線に沿う方向に凸部を挟む連結片をベースが有し、カムシャフトの軸線に沿う方向へベース及びホルダを貫通する締結具を備える発明のカム、によれば、カム面に締結具が露出しない。ベースとホルダのカム面を加工しやすく組み立て時の誤差も少なくなる。

カムシャフトの軸線に垂直に球状部材の中心を通る面でホルダを二分割に形成する発明のカムによれば、球状部材をホルダに組み込むための構造が簡素であり製造も容易になる。

さらに、凸部が蟻型に形成され、連結片が蟻型に嵌合する蟻溝に形成される発明のカムによれば、カムがタペットに摺接しながら回転することによってベースとホルダの結合部に掛る負荷が、蟻型と蟻溝の結合部に分散されるため、結合具に係る剪断応力が軽減される。

本発明に係る第１の実施形態のカムの斜視図。 図１のカムの分解斜視図。 本発明に係る第２の実施形態のカムの斜視図。 図３のカムの分解斜視図。 本発明に係る第３の実施形態のカムの斜視図。 図５のカムの分解斜視図。

本発明に係る第１の実施形態のカムについて、図１及び図２を参照して説明する。図１に示すカム１は、内燃機関の弁を駆動する動弁機構に設けられる。カム１は、ベース１１とホルダ１２とボール（球状部材）１３とを備える。ベース１１は、内燃機関と連動して回転するカムシャフト２の中心に対して半径の小さい、すなわち弁を閉じた状態に維持するベース区間のカム面であるベース部Ａを形成し、カムシャフト２に一体に形成される。ホルダ１２は、ベース１１に組み付けられる別部材に形成され、カムシャフト２を中心に半径の大きい、すなわち弁の開度を最大にするバルブリフト区間のカム面であるリフト部Ｂを形成する。

球状部材であるボール１３は、ホルダ１２のバルブリフト区間のリフト部Ｂの先端部から一部を露出させ、外周面の一部がリフト部Ｂの外周面よりも外側に出るようにてホルダ１２に回動自由に保持される。このときボール１３は、ホルダ１２においてリフト部Ｂよりも内側に中心が位置するように配置される。具体的には、バルブリフト区間のリフト部Ｂからボール１３の外表面へなだらかに遷移するように、リフト部Ｂの曲率に対してボール１３の半径が設定される。したがって、ボール１３は、カムシャフト２の軸線に沿う方向の直径の両端部がホルダ１２に保持されるので、ホルダ１２から脱落することはない。

図２に示すように、ベース１１は、カムシャフト２の軸線に垂直な面に沿って突出した凸部１４を有している。この凸部１４は、カムシャフト２の軸線に交差する方向に直線状に延びており、ボール１３と対向している。またベース１１には、カムシャフト２の軸線に沿って凸部１４を挟むように接合座部１４２が設けられている。ホルダ１２は、カムシャフト２の軸線に沿う方向に凸部１４を挟む連結片１５を有している。本実施形態において、ホルダ１２は、カムシャフト２の軸線に垂直にボール１３の中心を通る面で二分割に形成されている。バルブリフト区間（リフト部Ｂ）の頂点となる端部には二分割にされたホルダ１２の合わせ面に対称でリフト部Ｂの端部に切欠を設けてそれぞれボールを収納する球面状の凹部１６が形成されている。二分割にされたホルダ１２は、カムシャフト２に沿う方向においてホルダ１２の凹部１６とリフト部Ｂに囲まれた部分をカムシャフト２の軸線に沿う方向に貫通する二本の結合ボルト１７で一体に結合される。

また、ホルダ１２は、カムシャフト２の軸線に沿う方向へベース１１の凸部１４とホルダ１２の連結片１５とを貫通する締結具１８によって、二分割にされたホルダ１２が連結片１５の下面がベース１１の頂部１４１と、ボルト１７及び締結部１８の締結位置よりも下方（カムシャフト２側）に位置する接合座部１４２とに当接し、ベース１１の凸部１４とボール１３とをカムシャフト２の軸方向に沿って挟むようにベース１１に組み付けられる。この締結具１８は、連結片１５の片側から反対側まで貫通したボルトであって、連結片１５の一方に締結具１８に螺合するネジ孔が設けられる。締結具１８は、ベース１１の凸部１４に形成されたネジ穴に分割されたホルダ１２の連結片１５をそれぞれ締め付ける２つのボルトであってもよい。また、締結具１８は、凸部１４と連結片１５を位置決めかつ固定するピンであってもよい。ピンを装着する場合は、運転中にピンが脱落しないように溶接する、かしめる、冷し嵌めする、もしくは圧入してもよい。また、締結具１８とは別に位置決め専用のピンを設けてもよい。締結具１８として１本のボルトを示しているが、結合ボルト１７と兼用にした複数本、例えば２本、の締結具１８を設けてもよい。

さらに、本実施形態において、ホルダ１２から露出したボール１３の反対側の部分は、図２に示すようにベース１１の凸部１４の頂部１４１に当接するように形成されている。ボール１３がタペットに転接する場合、タペットから反力を受ける。本実施形態では、その力をホルダ１２だけでなくベース１１でも受け止めるようにすることで、ホルダ１２に係る負荷を軽減する。ボール１３に対して潤滑油を供給する場合、カムシャフト２の軸線を通る油供給路からカムシャフト２の半径方向へ凸部１４の頂部１４１に向けて延びる分配路を介して供給する。分配路は、頂部から油供給路に向けて穿孔される。したがって、カム１の外周面であるカム面（ベース部Ａ及びリフト部Ｂ）に分配路を加工するための孔が露出しない。なお、ボール１３を凸部１４の頂部で直接支持する代わりに、凸部１４の頂部１４１にボール１３を受け止める専用の受座を設けてもよい。

以上のように構成された第１の実施形態のカム１は、バルブリフト区間においてボール１３でタペットに転接する。したがって、カム１とタペットの間の摩擦抵抗が軽減されるとともに、偏摩耗を防止するためにカム１の中心に対してタペットの中心を偏心させて配置している場合に、回転するタペットに対してカム１のバルブリフト区間による捩れ摩擦を発生させない。その結果、このカム１を採用することで、摩擦抵抗に起因するエネルギー損失を抑制することができる。

また、ボール１３を支持するためのホルダ１２の構造が簡素であり、カムシャフト２側の加工も容易になるため、カム１のバルブリフト区間がカムシャフト２に一体に形成された現状のものから容易に構造変更することができる。ボール１３から受ける荷重を凸部１４の頂部（または受座）で支持するので、二分割されたホルダを押し広げる方向の力がホルダ１２に作用しない。したがって、結合ボルト１７に加わる荷重が軽減される。

本発明に係る第２の実施形態のカム１について、図３及び図４を参照して説明する。第２の実施形態において、第１の実施形態のカム１と同じ機能を有する構成は、以下の説明及び図中において同一の符号を付し、詳細な説明は第１の実施形態の記載を参酌することとする。図３はカム１の斜視図であり、図４はカム１の分解斜視図である。

図３及び図４に示すカム１は、カムシャフト２の中心に向かって延びた凸部１４をホルダ１２に有し、連結片１５をベース１１に有している。ホルダ１２は、図４に示すようにカムシャフト２の軸線に垂直にボール１３の中心を通る面で二分割に形成されている。これに伴って、凸部１４も同じく二分割される。なお、締結具１８は、第１の実施形態と同様に、二分割にされたホルダ１２を組み合わせる結合ボルト１７と兼用に設けられてもよい。

以上のように構成されているカム１によれば、ボール１３に加わる荷重が二分割されたホルダ１２に対して押し広げる方向に作用しても、凸部１４が連結片１５によって保持されるので結合ボルト１７に加わる荷重は軽減される。上記以外の構成は、第１の実施形態のカム１と同様であり、簡素な構造によって同じ効果を奏する。

本発明に係る第３の実施形態のカム１について、図５及び図６を参照して説明する。第３の実施形態において、第１の実施形態のカムと同じ機能を有する構成は、以下の説明及び図中において同一の符号を付し、詳細な説明は第１の実施形態の記載を参照することとする。図５はカム１の斜視図であり、図６はカム１の分解斜視図である。

図５及び図６に示すカム１は、ベース１１に凸部１４を有し、ホルダ１２に連結片１５を有している。第３の実施形態のカム１において、凸部１４は、頂部１４１に向かって幅広になる逆テーパ形状の断面、いわゆる「蟻型」のレールに形成され、連結片１５は、カムシャフト２に直交する方向へこの蟻型に嵌合するいわゆる「蟻溝」に形成されている。

また、ホルダ１２に設けられる球面状の凹部１６は、カムシャフト２の半径方向へベース１１側から加工されている。したがって、バルブリフト区間のリフト部Ｂには、ボール１３の一部が露出する部分のみ開口される。ボール１３を所定の位置に保持するために、受座１９が、ベース１１に面したホルダ１２の内側に取り付けられる。受座１９は、外周にネジを有し、ホルダ１２に設けられたネジに螺合される。受座１９が動かないように、ネジに接着剤を塗布してもよいし、締結具１８と同じ方向に受座１９のネジに突き当たる止めネジを取り付けてもよい。締結具１８は、蟻型の凸部１４と蟻溝の連結片１５をカムシャフト２に沿う方向へ貫通するように取り付けられる。

受座１９は、ネジを設ける代わりに、ボール１３から凸部１４の頂部１４１までの寸法に合致するように作られてもよい。また、第２の実施形態のように、蟻型の凸部１４をホルダ１２に形成し、蟻溝の連結片１５をベース１１に形成してもよい。第３の実施形態のカム１の場合、ホルダ１２は、ベース１１に対して蟻型と蟻溝とで嵌合しているため、カムシャフト２の半径方向に保持される。したがって、ホルダ１２を蟻溝の連結片１５に沿って移動しないように固定すればよい。そこで、締結具１８は、カムシャフト２に沿う方向に差し込まれるピンであってもよい。

以上のように構成された第３の実施形態のカム１は、第１及び第２の実施形態と同様にタペットに対する摩擦抵抗が軽減されるとともに捩れ摩擦も発生させないので、摩擦抵抗に起因するエネルギー損失を抑制することができる。さらに、ベース１１とホルダ１２が蟻型と蟻溝によって連結されているので、ベース１１とホルダ１２との接合部において締結具１８に掛る応力が軽減される。また、ホルダ１２を二分割していないので、結合ボルト１７が不要になり、組立作業が簡素化される。

なお、以上のように本発明のいくつかの実施形態を説明した、ただし、上述の実施形態は一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上述の実施形態は、そのほかの様々な形態で実施されることが可能である、すなわち発明の用紙を逸脱しない範囲で、一部の構成要素の省略、生き換え、変更を行うことができる。これらによって生じる実施形態やその変形例は、発明の範囲や用紙に含まれるとともに特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、第１及び第２の実施形態のカムにおいて、凸部と連結片の形状を第３の実施形態の蟻型の凸部とこれに対応する蟻溝の連結片に形成されていてもよい。また、第３の実施形態において凸部がホルダに形成され、連結片がベースに形成されていてもよい。また、第１から第３の実施形態における凸部と連結片の嵌合部の形状として、凸部がＴ字形のレールに形成され、連結片がこのレールに嵌合するＴ字形のスロットを形成するように設けられていてもよい。

１…カム、２…カムシャフト、１１…ベース、１２…ホルダ、１３…ボール（球状部材）、１４…凸部、１５…連結片、１６…凹部、１８…締結具、Ａ…ベース部（カム面）、Ｂ…リフト部（カム面）

Claims (5)

1. 内燃機関の弁を駆動する動弁機構に設けられるカムであって、
   前記動弁機構のカムシャフトに設けられるベースと、
   前記ベースに組み付けられてバルブリフト区間を形成したホルダと、
   前記バルブリフト区間のカム面から一部を露出させてホルダに保持されるとともに前記カム面よりも内側に中心が配置された球状部材と
   を備えることを特徴とするカム。
2. 前記ベースは、前記カムシャフトの軸線に垂直な面に沿って突出した凸部を有し、
   前記ホルダは、前記カムシャフトの軸線に沿う方向に前記凸部を挟む連結片を有し、
   前記カムシャフトの軸線に沿う方向へ前記ベース及び前記ホルダを貫通する締結具をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載されたカム。
3. 前記ホルダは、前記カムシャフトの軸線に垂直な面に沿って突出した凸部を有し、
   前記ベースは、前記カムシャフトの軸線に沿う方向に前記凸部を挟む連結片を有し、
   前記カムシャフトの軸線に沿う方向へ前記ベース及び前記ホルダを貫通する締結具をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載されたカム。
4. 前記ホルダは、前記カムシャフトの軸線に垂直に前記球状部材の中心を通る面で二分割に形成される
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載されたカム。
5. 前記凸部は、蟻型に形成され、
   前記連結片は、前記蟻型と嵌合する蟻溝に形成される
   ことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載されたカム。

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