JP2016191307A - カムキャップ - Google Patents

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Abstract

【課題】スラストプレートを収容している収容溝のスプロケット側の側壁にも潤滑油を供給することを可能としたカムキャップを提供する。【解決手段】カムキャップ10は、カムシャフト30におけるジャーナル部35に被せられてジャーナル部35を支持する軸受けを構成する。カムキャップ10は、スラストプレート33を収容する収容溝12と、カムシャフト油溝32と対向する位置に開口して収容溝12に連通する油路13と、収容溝12の側壁12Aに設けられた窪みからなる油溜まり部14と、を備えている。そして、カムキャップ10は、収容溝12が油路13よりもスプロケット20側に位置するようにジャーナル部35に被せられ、収容溝12にスラストプレート33を収容したときに、スラストプレート33の外周縁部33Aよりも外側で油路13と油溜まり部14とが連通する。【選択図】図4

Description

本発明はカムシャフトを支持する軸受けを構成するカムキャップであり、特にスラストプレートとの摺動部に潤滑油を供給する給油構造を具備するカムキャップに関する。
カムシャフトが軸方向に移動することを規制するために、カムシャフトに円盤状の突起であるスラストプレートを設ける構成が広く用いられている。
そして、特許文献1には、スラストプレートを備えるカムシャフトを支持する軸受けを構成するカムキャップに、スラストプレートとの摺動部まで潤滑油を導く油溝を設け、この油溝を介してスラストプレートとの摺動部に潤滑油を供給するようにした構成が開示されている。
なお、スラストプレートを備えるカムシャフトを支持する軸受けとしては、図7に示すように、カムキャップ110にスラストプレート133を収容する収容溝112を設け、スラストプレート133が設けられているジャーナル部135をカムキャップ110で覆う構成を適用することもできる。
例えば、こうした軸受けの場合には、カムシャフト130のジャーナル部135に設けられたカムシャフト油溝132を通じて供給された潤滑油が、ジャーナル部135とカムキャップ110との隙間を通じて収容溝112内に供給される。
特開平9−242523号公報
ところで、カムシャフト130に取り付けられたスプロケット120に巻き掛けられたタイミングチェーン121の張力によってカムシャフト130には、図7に示すようなR1方向のモーメントが発生する。そのため、上記のような構成の軸受けでは、収容溝112の側壁112A,112Bのうち、スプロケット120側に位置する側壁112Aにスラストプレート133を押し付けるような荷重がかかることになる。
このようにタイミングチェーン121の張力に起因してスラストプレート133が押し付けられる部分には、潤滑油を十分に供給する必要がある。しかし、潤滑油がジャーナル部135とカムキャップ110との隙間を通じて収容溝112まで到達したとしても、さらにスラストプレート133の外側を回り込ませて、スプロケット120側に位置する側壁112Aまで潤滑油を導くことは難しい。
また、図7に示すように、スラストプレート133を収容する収容溝が、ジャーナル部135を下方から覆うカムハウジング108に設けられていない場合には、図8に示すように、収容溝112がカムキャップ110の下端110Cで開放されていることになる。そのため、矢印で示すように、下端110Cにおける収容溝112が開放されている部分から潤滑油が漏れ出してしまい、収容溝112の側壁112A(図7参照)とスラストプレート133との間に潤滑油が特に供給されづらい。
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スラストプレートを収容している収容溝のスプロケット側の側壁にも潤滑油を供給することを可能としたカムキャップを提供することである。
上記課題を解決するためのカムキャップは、スプロケットが取り付けられたカムシャフトにおけるジャーナル部に被せられてジャーナル部を支持する軸受けを構成するカムキャップである。このカムキャップは、ジャーナル部に設けられたスラストプレートを収容する収容溝と、ジャーナル部に設けられたカムシャフト油溝と対向する位置に開口して収容溝に連通する油路と、収容溝の一対の側壁のうち油路が開口している側壁とは反対側の側壁に設けられた窪みからなる油溜まり部とを備えている。そして、このカムキャップは、収容溝が油路よりもスプロケット側に位置するようにジャーナル部に被せられ、収容溝にスラストプレートを収容したときに、スラストプレートの径方向におけるスラストプレートの外周縁部よりも外側で油路と油溜まり部とが連通する。
上記構成によれば、カムシャフト油溝から供給された潤滑油をカムキャップの内部に設けた油路を通じてスラストプレートの外側から油溜まり部に導くことができる。そして、スラストプレートよりもスプロケット側に位置する油溜まり部に溜まった潤滑油は、収容溝のスプロケット側の側面とスラストプレートとの摺動部に供給されるようになる。したがって、スラストプレートを収容している収容溝のスプロケット側の側面にも潤滑油を供給することができるようになる。
また、このカムキャップの一態様では、カムシャフト油溝と対向する位置からカムシャフトの径方向に延びる縦穴と、縦穴及び収容溝と交差する横穴とを備え、油路が縦穴と横穴とによって形成されており、油溜まり部が横穴の先端部によって形成されている。
上記構成によれば、縦穴および横穴の2つの油穴を形成することによって油路と油溜まり部とを形成することができる。
また、このカムキャップの一態様では、横穴がカムキャップの側面から延びる穿孔であり、側面における横穴の開口部を封止する封止栓を備える。
上記構成によれば、横穴を機械加工によって形成することができるため、カムキャップを形成する際に横穴を鋳込むような場合と比較して、横穴を容易に形成することができる。
また、このカムキャップの一態様では、カムシャフト油溝と対向する位置からカムシャフトの径方向に延びる縦穴と、カムキャップのスプロケット側の側面から延びて収容溝及び縦穴と交差する穿孔からなる横穴と、側面における横穴の開口部を封止する封止栓とを備え、油路が縦穴と横穴とによって形成されており、油溜まり部が封止栓によって封止された横穴の末端部によって形成されている。
上記構成によれば、封止栓の形状によって油溜まり部の深さ、すなわち油溜まり部の容量を調整することができる。
また、このカムキャップの一態様では、縦穴がカムシャフト油溝と対向する位置から形成された穿孔である。
上記構成によれば、縦穴を機械加工によって形成することができるため、カムキャップを形成する際に縦穴を鋳込むような場合と比較して、縦穴を容易に形成することができる。
第1実施形態のカムキャップが取り付けられる内燃機関におけるカムシャフトとクランクシャフトとの関係を模式的に示す内燃機関の側面図。 第1実施形態のカムキャップ及びカムハウジングの斜視図。 第1実施形態のカムキャップの斜視図。 第1実施形態のカムキャップを用いて構成された軸受けの断面図。 第1実施形態のカムキャップの断面の拡大図。 第2実施形態のカムキャップの断面の拡大図。 カムシャフトの軸受けの断面図。 図7のA−A線に沿った断面図。
(第1実施形態)
カムキャップの第1実施形態について図1〜図5を参照して説明する。
まず、第1実施形態のカムキャップが取り付けられる内燃機関におけるカムシャフトとクランクシャフトとの関係を、図1を参照して説明する。
図1に示すように、第1実施形態のカムキャップが取り付けられる内燃機関では、シリンダヘッド1の下方にシリンダブロック2が固定されている。そして、シリンダブロック2の下部には、オイルを貯留するオイルパン5が固定されている。
シリンダブロック2の下部にはスプロケット22が取り付けられたクランクシャフト23が回動可能に支持されている。
シリンダヘッド1の上部には、シリンダヘッド1の上方を覆うヘッドカバー6が固定されている。シリンダヘッド1は、シリンダブロック2の上部に固定されたシリンダヘッド本体7と、シリンダヘッド本体7の上部に固定されたカムハウジング8とからなる。
カムハウジング8には2つのカムシャフト30が回動可能に支持されている。なお、これら2つのカムシャフト30は、吸気カムシャフトと排気カムシャフトである。
2つのカムシャフト30にはそれぞれスプロケット20が取り付けられている。クランクシャフト23に取り付けられたスプロケット22と、これら2つのスプロケット20にはタイミングチェーン21が巻き掛けられている。
これにより、クランクシャフト23が回転するとクランクシャフト23の回転に連動して2つのカムシャフト30も回転することになる。なお、機関運転に伴い、クランクシャフト23はR2方向に回転する。また、クランクシャフト23にはオイルポンプ24が接続されている。オイルポンプ24はクランクシャフト23の回転によって駆動され、オイルパン5内の潤滑油を汲み上げ、シリンダブロック2やシリンダヘッド1内に設けられた潤滑油通路を通じて機関各部に潤滑油を供給する。なお、機関各部に供給された潤滑油はシリンダヘッド1やシリンダブロック2内を伝い落ちてオイルパン5に再び貯留される。
図2に示すように、第1実施形態のカムキャップ10は、カムハウジング8に取り付けられてカムハウジング8とともに軸受けを構成するものである。なお、図2はカムハウジング8を、シリンダヘッド本体7側から仰ぎ見たときの状態を示す斜視図である。
図2に示すように、カムハウジング8には支持壁8Xが梯子状に複数設けられている。それぞれの支持壁8Xには、半円状のカムハウジング凹部8Aが2つずつ設けられている。それぞれの支持壁8Xには、カムキャップが1つずつ取り付けられる。これにより、2つのカムシャフト30を支持する軸受けが構成される。
第1実施形態のカムキャップ10は、最もスプロケット20に近い支持壁8Xに取り付けられる。カムキャップ10には、カムハウジング凹部8Aに対向する位置に、半円状のカムキャップ凹部10Aが設けられている。
これにより、図2に示すようにカムキャップ10をカムハウジング8に組み付けた状態では、カムハウジング凹部8Aとカムキャップ凹部10Aとによって円形の軸受けが構成される。
なお、カムハウジング8の下面には、油孔8Cが設けられている。この油孔8Cはカムハウジング8がシリンダヘッド本体7に取り付けられたときに、シリンダヘッド本体7に設けられている潤滑油通路と接続される。これにより、オイルパン5からシリンダブロック2を経て、シリンダヘッド本体7に供給された潤滑油の一部が、この油孔8Cを通じてカムハウジング8内に導入される。
図3に示すように、カムキャップ10の下端10Cには、カムハウジング8の油孔8Cを通じて供給される潤滑油をカムキャップ凹部10Aに導くカムキャップ油溝11Aが設けられている。また、カムキャップ10の下端10Cにおける2つのカムキャップ凹部10Aの間に位置する部分には双方のカムキャップ凹部10Aを繋ぐ連通溝11Bが設けられている。
図4に示すように、カムシャフト30におけるカムキャップ10によって支持されるジャーナル部35には、全周に亘って延びる環状のカムシャフト油溝32が設けられている。
これにより、油孔8Cを通じてカムハウジング8に導入された潤滑油は、カムキャップ油溝11Aを通じて一方のカムキャップ凹部10Aに導かれ、カムシャフト油溝32を通じてジャーナル部35と軸受けとの摺動部に供給される。また、連通溝11Bを通じて他方のカムキャップ凹部10Aにも潤滑油が導入されるため、連通溝11Bを通じて潤滑油が供給された他方の軸受けにおいてもカムシャフト油溝32を通じてジャーナル部35との摺動部に潤滑油が供給される。
図4に示すように、カムシャフト30のジャーナル部35には、円盤状の突起であるスラストプレート33が形成されている。そして、図3及び図4に示すようにカムキャップ10の各カムキャップ凹部10Aには収容溝12が形成されている。これにより、図4に示すように、収容溝12にスラストプレート33が収容される。この内燃機関では、こうしてスラストプレート33がカムキャップ10の収容溝12に収容されることにより、カムシャフト30の軸方向への移動が規制される。
カムシャフト30の端部には、スプロケット20がボルト40によって取り付けられている。図1を参照して説明したように、スプロケット20にはタイミングチェーン21が巻き掛けられており、タイミングチェーン21の張力が作用する。そのため、カムシャフト30にはR3方向のモーメントが発生する。したがって、この内燃機関では、スラストプレート33を挟んで位置する収容溝12の一対の側壁12A,12Bのうち、スプロケット20側に位置する側壁12Aにスラストプレート33を押し付けるような荷重がかかることになる。
このようにタイミングチェーン21の張力に起因してスラストプレート33が押し付けられる部分には、潤滑油を十分に供給する必要がある。しかし、潤滑油がジャーナル部35とカムキャップ凹部10Aとの隙間を通じて収容溝12まで到達したとしても、さらにスラストプレート33の外側を回り込ませて、スプロケット20側に位置する側壁12Aまで潤滑油を導くことは難しい。
また、スラストプレート33を収容する収容溝が、ジャーナル部35を下方から覆うカムハウジング8に設けられておらず、図2に示すように、収容溝12がカムキャップ10の下端10Cで開放されている。そのため、下端10Cにおける収容溝12が開放されている部分から潤滑油が漏れ出し、ジャーナル部35とカムキャップ凹部10Aとの隙間からは側壁12Aに潤滑油が供給されづらい。
そこで、カムキャップ10には、側壁12Aに潤滑油を導く、油路13と油溜まり部14とが設けられている。
図5を参照してこの油路13と油溜まり部14について詳しく説明する。
図5に示すように、カムキャップ10には、カムシャフト油溝32と対向する位置に開口してカムシャフト30の径方向に延びる縦穴13Vが設けられている。縦穴13Vはカムキャップ凹部10A側から機械加工によって形成された穿孔である。なお、図3から分かるように、縦穴13Vはそれぞれの軸受けに対して1つずつ設けられている。
そして、カムキャップ10には、縦穴13V及び収容溝12の双方と交差する横穴13Hが設けられている。横穴13Hはカムキャップ10の図5における右側の側面から図5における左側に向かって機械加工によって形成された穿孔である。カムキャップ10の側面における横穴13Hの開口部15は封止栓16によって塞がれている。このような縦穴13Vと横穴13Hとによりカムシャフト油溝32と対向する位置に開口して収容溝12に連通する油路13が形成されている。
なお、図4に示すように、横穴13Hは収容溝12よりもスプロケット20側まで延びている。これにより、収容溝12の一対の側壁12A,12Bのうち油路13が開口している側壁12Bとは反対側の側壁12Aには、横穴13Hの先端部による窪みが形成されている。そして、カムキャップ10では、この窪みが油溜まり部14になっている。また、油路13は収容溝12よりもスプロケット20から離間した位置にある。すなわち、カムキャップ10は、収容溝12が油路13よりもスプロケット20側に位置するようにジャーナル部35に被せられている。
図5に示すように、横穴13Hの位置は、スラストプレート33が収容溝12に収容されているときに、スラストプレート33の外周縁部33Aよりも外側で油路13と油溜まり部14とが連通するように設定されている。ここでは、横穴13Hの位置は、スラストプレート33の外周縁部33Aが横穴13H内に位置し、スラストプレート33の外周縁部33Aと横穴13H内の壁面との間に隙間Gが生じるように設定されている。
次に、カムキャップ10の作用について説明する。
カムハウジング8の油孔8Cを通じて供給された潤滑油がカムキャップ油溝11A、連通溝11B及びカムシャフト油溝32を通じて双方の軸受けにおけるジャーナル部35との摺動部に供給される。また、油路13の開口である縦穴13Vの開口がカムシャフト油溝32と対向する位置に設けられているため、カムシャフト油溝32を通じて供給された潤滑油の一部は油路13に流れ込む。油路13に流れ込んだ潤滑油はスラストプレート33の外周縁部33Aよりも外側の隙間Gを通って油溜まり部14に到達する。そして、油溜まり部14に溜まった潤滑油が収容溝12の側壁12Aとスラストプレート33との摺動部に供給されるようになる。
第1実施形態のカムキャップ10によれば、以下に示される効果が得られる。
(1)カムシャフト油溝32から供給された潤滑油をカムキャップ10の内部に設けた油路13を通じてスラストプレート33の外側から油溜まり部14に導くことができる。そして、スラストプレート33よりもスプロケット20側に位置する油溜まり部14に溜まった潤滑油は、収容溝12のスプロケット20側の側壁12Aとスラストプレート33との摺動部に供給されるようになる。このため、スラストプレート33を収容している収容溝12のスプロケット20側の側壁12Aにも潤滑油を供給することができる。
(2)カムシャフト30の径方向に延びる縦穴13Vと、縦穴13V及び収容溝12と交差する横穴13Hとにより油路13を形成し、横穴13Hの先端部により油溜まり部14を形成する。このため、縦穴13Vおよび横穴13Hの2つの油穴によって油路13と油溜まり部14とを形成することができる。
(3)横穴13Hがカムキャップ10の側面から形成された穿孔であり、側面における横穴13Hの開口部15を封止栓16により封止している。このため、横穴13Hを機械加工により形成することができ、カムキャップ10を形成する際に横穴13Hを鋳込むような場合と比較して、横穴13Hをより容易に形成することができる。
(4)縦穴13Vがカムシャフト油溝32と対向する位置から形成された穿孔である。このため、縦穴13Vを機械加工により形成することができ、カムキャップ10を形成する際に縦穴13Vを鋳込むような場合と比較して、縦穴13Vをより容易に形成することができる。
(5)横穴13Hを穿孔によって形成しているため、横穴13Hの径を変更せずに、横穴13Hを形成する位置によって油溜まり部14に供給する潤滑油の流量を調整することができる。例えば、図5に示した例よりもスラストプレート33の径方向内側に横穴13Hを形成すれば、隙間Gが狭くなり、油溜まり部14に供給する潤滑油の流量を減らすことができる。油溜まり部14に供給する潤滑油の流量を減らす場合に、横穴13Hの径を細くすると加工時に工作機械の刃が折れたり、機械加工後の洗浄性が低下してしまうおそれがある。これに対して、横穴13Hを形成する位置によって油溜まり部14に供給する潤滑油の流量を調整するようにすれば、工作機械の刃が折れたり、機械加工後の洗浄性が低下してしまうことを抑制することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態のカムキャップ10について図6を参照して説明する。第2実施形態のカムキャップ10は、第1実施形態のカムキャップ10と比較して、封止栓16がカムキャップ10のスプロケット20側に設けられている点が異なる。
図6に示すように、第2実施形態のカムキャップ10の油路13を構成する横穴13Hは、カムキャップ10のスプロケット20側の側面から機械加工によって形成された穿孔である。横穴13Hは第1実施形態のカムキャップ10に設けられた横穴13Hと同様に縦穴13V及び収容溝12の双方と交差している。横穴13Hの開口部17は、封止栓18により封止されている。これにより、第2実施形態のカムキャップ10では、封止栓18とスラストプレート33との間に空間が形成され、この空間が油溜まり部14になっている。すなわち、第2実施形態のカムキャップ10では、油溜まり部14が封止栓18によって封止された横穴13Hの末端部によって形成されている。
第2実施形態のカムキャップ10によっても第1実施形態と同様の作用が生じる。すなわち、カムシャフト油溝32を通じて供給された潤滑油の一部が油路13に流れ込む。油路13に流れ込んだ潤滑油はスラストプレート33の外周縁部33Aよりも外側の隙間Gを通って油溜まり部14に到達する。そして、油溜まり部14に溜まった潤滑油が収容溝12の側壁12Aとスラストプレート33との摺動部に供給されるようになる。
また、第2実施形態のカムキャップ10では、収容溝12と封止栓18との間に位置する空間によって油溜まり部14が形成されるため、封止栓18の形状、例えば厚さを変更することにより、油溜まり部14の容量を変更することができる。
カムキャップ10を製造する場合には、横穴13Hを形成する機械加工の工程の後で、封止栓18の取付け工程となる。そのため、第2実施形態のカムキャップ10は、機械加工の工程よりも後の工程で油溜まり部14の容量を調整することができる。
第2実施形態のカムキャップ10によれば、第1実施形態のカムキャップ10により得られる効果に加えて、以下に示される効果がさらに得られる。
(5)油溜まり部14が封止栓18によって封止された横穴13Hの末端部によって形成されている。このため、封止栓18の形状によって油溜まり部14の深さ、すなわち油溜まり部14の容量を調整することができる。機械加工よりも後の工程で、油溜まり部14の容量を調整できるため、製造の自由度が向上する。
なお、上記各実施形態に共通して変更可能な要素としては次のようなものがある。
・2つのカムシャフト30を支持する2箇所の軸受け、すなわち吸気カムシャフトを支持する軸受けと排気カムシャフトを支持する軸受けの双方に油路13と油溜まり部14とを備えたカムキャップ10を例示したが、いずれか一方の軸受けにのみに油路13と油溜まり部14とを設けることもできる。
・カムハウジング8にスラストプレート33を収容する収容溝が設けられていない内燃機関において油路13と油溜まり部14とを備えたカムキャップ10を適用した例を示したが、カムハウジング8にスラストプレート33を収容する収容溝が設けられている内燃機関に上記各実施形態と同様のカムキャップ10を適用してもよい。
・最もスプロケット20側のジャーナル部35を支持する軸受けを構成するカムキャップとして油路13と油溜まり部14とを備えたカムキャップ10を適用した例を示したが、その他のジャーナル部35に同様のカムキャップ10を適用してもよい。
・油路13を穿孔によって構成する例を示したが、油路13を形成する方法は変更することができる。例えば、カムキャップ10を鋳造する際に油路13を鋳込んで形成してもよい。例えば、縦穴13V、横穴13Hの何れかを鋳込んで形成したり、縦穴13V、横穴13Hの双方を鋳込んで形成してもよい。
・縦穴13Vと横穴13Hとを交差させて油路13を形成した例を示したが、油路13の形状は変更してもよい。例えば、カムシャフト油溝32と対向する位置から収容溝12と交差するようにまっすぐに延びる油路13を形成するようにしてもよい。また、油路13は途中で湾曲していてもよい。
・カムキャップ10を用いて構成されるそれぞれの軸受けに対して油路13及び油溜まり部14を1つずつ設けた構成を例示したが、1つの軸受けに対して油路13及び油溜まり部14を複数設けてもよい。
・2つのカムキャップ凹部10Aを備え、2本のカムシャフト30を支持するカムキャップ10を例示したが、1つのカムキャップ凹部を備え1本のカムシャフトを支持するカムキャップや、3つ以上のカムキャップ凹部を備え3本以上のカムシャフトを支持するカムキャップにおいて油路13及び油溜まり部14を設ける構成を適用することもできる。
10…カムキャップ、12…収容溝、12A…側壁、13…油路、13H…横穴、13V…縦穴、14…油溜まり部、15…開口部、16…封止栓、20…スプロケット、30…カムシャフト、32…カムシャフト油溝、33…スラストプレート、33A…外周縁部、35…ジャーナル部。

Claims (5)

  1. スプロケットが取り付けられたカムシャフトにおけるジャーナル部に被せられて同ジャーナル部を支持する軸受けを構成するカムキャップであって、
    前記ジャーナル部に設けられたスラストプレートを収容する収容溝と、
    前記ジャーナル部に設けられたカムシャフト油溝と対向する位置に開口して前記収容溝に連通する油路と、
    前記収容溝の一対の側壁のうち前記油路が開口している側壁とは反対側の側壁に設けられた窪みからなる油溜まり部とを備え、
    前記収容溝が前記油路よりも前記スプロケット側に位置するように前記ジャーナル部に被せられ、前記収容溝に前記スラストプレートを収容したときに、同スラストプレートの径方向における同スラストプレートの外周縁部よりも外側で前記油路と前記油溜まり部とが連通する
    ことを特徴とするカムキャップ。
  2. 前記カムシャフト油溝と対向する位置から前記カムシャフトの径方向に延びる縦穴と、
    前記縦穴及び前記収容溝と交差する横穴とを備え、
    前記油路が前記縦穴と前記横穴とによって形成されており、
    前記油溜まり部が前記横穴の先端部によって形成されている
    請求項1に記載のカムキャップ。
  3. 前記横穴が前記カムキャップの側面から延びる穿孔であり、
    前記側面における前記横穴の開口部を封止する封止栓を備える
    請求項2に記載のカムキャップ。
  4. 前記カムシャフト油溝と対向する位置から前記カムシャフトの径方向に延びる縦穴と、
    前記カムキャップの前記スプロケット側の側面から延びて前記収容溝及び前記縦穴と交差する穿孔からなる横穴と、
    前記側面における前記横穴の開口部を封止する封止栓とを備え、
    前記油路が前記縦穴と前記横穴とによって形成されており、
    前記油溜まり部が前記封止栓によって封止された前記横穴の末端部によって形成されている
    請求項1に記載のカムキャップ。
  5. 前記縦穴が前記カムシャフト油溝と対向する位置から形成された穿孔である
    請求項2〜4のいずれか一項に記載のカムキャップ。
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