JP2018150831A - エンジンの動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ローラまたはカムとタペットとの摺動部における潤滑油の保持性を向上させ、ローラとタペットとの摺動抵抗を低下させるエンジンの動弁機構を提供する。【解決手段】カムシャフト３に設けられたカム２の回転により、カム２の先端部に設けられたローラ４がタペット６を押してバルブを作動させるエンジンの動弁機構であって、ローラ４の外周面に供給された潤滑油を、ローラ４の回転に伴って、比較的面圧の高いローラ４の外周面の幅方向中央部に導くＶ字状の溝１０を、ローラ４の外周面に備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの動弁機構におけるカム部の潤滑構造に関する。

エンジンの動弁機構において、カムシャフトのカムにローラを備え、ローラを介してバルブ軸端部のタペットを往復動するように構成することで、フリクションを低減させ燃費を向上させることができる。
例えば、特許文献１には、ローラ付きのカムが開示されている。ローラは、カムの先端部に回転可能に支持されている。そして、カムシャフトの回転に伴いカムを回転駆動させることで、カムの先端部に設けられたローラがタペットを押して、タペットを往復動させる。

更に、特許文献１には、カムシャフトの中心部に設けられた給油路を介してローラの表面に潤滑油を供給することで、ローラとタペットとの摺動部における摺動抵抗を低減させ、動弁機構におけるフリクションを更に低減するように構成されている。

特許第５２８７６４８号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、ローラ付きのカムを使用し、更にローラとタペットとの摺動部に潤滑油を供給するようにしても、タペットとローラとは押し付け合いながら高速で回転するため、ローラとタペットとの摺動部から潤滑油がすぐに排出されてしまい、潤滑性能が低下してしまうといった問題点がある。
また、ローラのないカムについても、カムの先端部とタペットとの摺動面における潤滑性能を向上させることが要求されている。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ローラまたはカムとタペットとの摺動部における潤滑油の保持性を向上させ、ローラとタペットとの摺動抵抗を低下させるエンジンの動弁機構を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のエンジンの動弁機構は、カムシャフトに設けられたカムの回転により、前記カムの先端部または前記カムの先端部に設けられたローラがタペットを押してバルブを作動させるエンジンの動弁機構であって、前記カムまたはローラの外周面に供給された潤滑油を、前記カムまたはローラの回転に伴って、前記外周面の幅方向中央部に導く第１の溝を前記外周面に備えたことを特徴とする。

また、好ましくは、前記第１の溝は、前記ローラの外周面の幅方向中央部から幅方向両端部へ向かって夫々延び、当該第１の溝の両端部は中央部よりも前記ローラの回転方向先方側に位置するように形成されるとよい。
また、好ましくは、前記第１の溝は、前記カムの外周面の幅方向中央部から幅方向両端部へ向かって夫々延び、当該第１の溝の両端部は中央部よりも前記カムの回転方向先方側に位置するように形成されるとよい。

また、好ましくは、前記カムまたはローラに設けられた前記第１の溝の両端の少なくとも一方は、当該カムまたはローラの側面に達するまで延びているとよい。
また、好ましくは、前記第１の溝の端部の位置における前記カムまたはローラの径方向寸法は、当該カムまたはローラの幅方向中央部の径方向寸法よりも小さく形成されているとよい。

また、好ましくは、前記カムに隣接して配置されるカムジャーナルの外周面に、前記カムジャーナルの回転に伴って前記カムジャーナルの外周面から前記カムの外周面に潤滑油を導く第２の溝を備えるとよい。
また、好ましくは、前記第２の溝は、前記カムに近づくに伴って断面積が小さくなるとよい。

また、好ましくは、前記タペットを支持するシリンダヘッドに潤滑油を貯留するプールを備え、前記プールは前記タペットに隣接して配置され、前記プールから前記タペットの前記カムまたはローラとの摺動面に流入するとよい。

本発明のエンジンの動弁機構によれば、カムまたはローラの外周面に供給された潤滑油を、カムまたはローラの回転に伴って、外周面の幅方向中央部に導くので、カムまたはローラとタペットとが摺動する際に、摺動部の面圧の比較的高い位置に潤滑油が導かれるとともに、当該摺動部での潤滑油の保持性を向上させることができる。これにより、カムまたはローラとタペットとの摺動抵抗を抑え、エンジンの燃費性能を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態の動弁機構におけるカム及びカムジャーナルの概略構造を示す正面図である。 第１の実施形態の動弁機構におけるカム及びカムジャーナルの右側面図である。 第１の実施形態の動弁機構におけるローラの正面図である。 第１の実施形態の動弁機構におけるローラの右側面図である。 第２の実施形態の動弁機構におけるカムの正面図である。 第２の実施形態の動弁機構におけるカムの右側面図である。 第３の実施形態の動弁機構におけるカム及びカムジャーナルの正面図である。 第３の実施形態の動弁機構におけるカム及びカムジャーナルの右側面図である。 第３の実施形態の動弁機構における溝の断面図である。 第４の実施形態の動弁機構におけるカム及びカムジャーナルの正面図である。 第４の実施形態の動弁機構におけるカム及びカムジャーナルの右側面図である。 タペット周辺部のシリンダヘッドの概略構造図である。

以下、本発明を具体化したエンジンの動弁機構の一実施形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施形態のエンジンの動弁機構におけるカム２及びカムジャーナル５の概略構造を示す正面図である。図２は、図１のカム２の右側面図である。図３は本実施形態におけるローラ４の拡大正面図であり、図４は図３のローラ４の右側面図である。なお、図１は、カムシャフト３の一部を示しており、２つのカム２と、その間に配置されたカムジャーナル５を図示している。

図１、２に示すように、エンジンの吸気バルブまたは排気バルブを駆動する第１の実施形態の動弁機構は、カム２の先端部であるカムトップにローラ４が設けられたローラ付きカムを採用している。
ローラ４は、カムシャフト３の軸線と平行の軸線周りを回転可能に、カム２の先端部に支持されている。

カム２は、エンジンの各気筒における吸気バルブまたは排気バルブに対応してカムシャフト３に複数設けられており、カムシャフト３の回転に伴って回転する。本実施形態では、回転するカム２の先端部のローラ４がタペット６を押して、バルブを駆動する。
なお、動弁機構１は、潤滑油が供給されるシリンダヘッド内の空間に収納されている。潤滑油は、例えばカムシャフト３の中心部に設けられた潤滑油供給路を介して循環し、カムジャーナル５の支持部や、ローラ４とタペット６との間に供給される。

図３、４に示すように、本実施形態におけるローラ４には、Ｖ字状に形成された溝１０（第１の溝）が、ローラ４の外周面１１に周方向に間隔をおいて複数設けられている。溝１０は、Ｖ字状に屈曲している中央部１０ａがローラ４の幅方向中央部に位置し、ローラ４の幅方向中央部からローラ４の幅方向両外側端部に向かって夫々延びるように形成されている。更に、溝１０の両端部１０ｂは中央部１０ａよりも、ローラ４の回転方向先方側に位置している。即ち、ローラ４がタペット６に接触しながら回転する際に、両端部１０ｂと中央部１０ａとの間の溝１０の延びる区間では、先に両端部１０ｂの位置でタペット６に接触し、その後に中央部１０ａの位置でタペット６に接触することになる。

なお、図２に示すようにカム２の回転方向が右回転である場合には、ローラ４は左回転をする。
このようにローラ４の外周面１１にＶ字状の溝１０を設けることで、ローラ４の回転によって、ローラ４とタペット６との間に供給されている潤滑油ａを巻き込み、溝１０の中央部１０ａ、即ちローラ４の外周面１１の幅方向中央部に潤滑油を導く。これにより、面圧の比較的高いローラ４の外周面１１の幅方向中央部に潤滑油を供給して、ローラ４とタペット６との摺動抵抗を抑制することができる。ところで、ローラ４とタペット６との間に供給されている潤滑油は、ローラ４とタペット６とが押し付け合うことで、幅方向外側に移動してローラ４とタペット６との間から流出しようとする。しかしながら、本実施形態ではローラ４の回転によって潤滑油がローラ４の幅方向中央部に導かれるので、ローラ４とタペット６との間から流出し難くなる。これにより、ローラ４とタペット６との間に潤滑油が保持され易くなり、ローラ４とタペット６との摺動抵抗を抑え、よってエンジンの燃費性能を向上させることができる。

また、本実施形態のローラ４は、外周面１１の幅方向の両外側部１１ａ（例えば、端部から３ｍｍ程度）が中央部１１ｂよりも数ｍｍ程度外径が小さく形成されている。更に、溝１０の両端がローラ４の側面まで延びている。このように、ローラ４の外周面１１の両外側部１１ａが中央部１１ｂより外径が小さいことで、ローラ４の外周面１１の中央部１１ｂがタペット６に接触した際に両外側部１１ａとタペット６との間に隙間が確保される。したがって、この隙間に潤滑油が多く保持される。そして、この両外側部１１ａとタペット６との間に保持されている潤滑油は、端部がローラの側面まで延びている溝１０に入り込み、ローラ４の回転によってより多くの潤滑油をローラ４の外周面１１の中央部１０ａに導くことができる。

また、溝１０の両端部１０ｂをローラ４の回転方向に向かって屈曲させている。このように両端部１０ｂを屈曲させて溝１０の両端部１０ｂにおける開口面積を大きくすることで、両端部１０ｂから溝１０への潤滑油の取り込みを容易にすることができる。また、両端部１０ｂがローラ４の回転方向に屈曲させていることで、両端部１０ｂから取り込んだ潤滑油を中央部１０ａに向かってスムーズに導入させることができる。これにより、ローラ４とタペット６との間から潤滑油を流出し難くすることができ、潤滑油を効率的にローラ４とタペット６との間に保持することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態のエンジンの動弁機構におけるカム２１の正面図である。図６は、図５のカム２１の右側面図である。
本発明の第２の実施形態の動弁機構では、先端部にローラのないカム２１に対して、その外周面２２に溝２３（第１の溝）を設けている。
溝２３は、第１の実施形態に設けられた溝１０と同様にＶ字状に形成されており、カム２１の外周面２２に周方向に間隔をおいて複数配置されている。溝２３は、屈曲している中央部２３ａがカム２１の外周面２２の幅方向中央部に位置し、カム２１の幅方向中央部からカム２１の幅方向両外側端部に向かって夫々延びるように形成されている。更に、溝２３の両端部２３ｂは中央部２３ａよりも、カム２１の回転方向先方側に位置している。即ち、カム２１がタペット６に接触しながら回転する際に、両端部２３ｂと中央部２３ａとの間の溝２３の延びる区間において、先に両端部２３ｂの位置でタペット６に接触し、その後に中央部２３ａの位置でタペット６に接触することになる。

また、本実施形態のカム２１は、第１の実施形態のローラ４と同様に、外周面２２の両外側部２２ａが中央部２２ｂよりもわずかに外径が小さく形成されている。更に、溝２３の両端部２３ｂ（幅方向端部）がカム２１の側面まで延びている。
これにより、カム２１とタペット６との間に供給されている潤滑油が、カム２１の回転によって、カム２１の幅方向中央部に導かれ、カム２１の先端部においても面圧の比較的高いカム２１の幅方向中央部に潤滑油が導かれる。そして、カム２１とタペット６との摺動面に潤滑油を保持し易くすることができ、カム２１とタペット６との摺動抵抗を抑え、第１の実施形態と同様に、エンジンの燃費性能を向上させることができる。

なお、カム２１に設けられる溝２３については、両端部２３ｂがカム２１の昇り面２ａに位置し、中央部２３ａがカム２１の先端部近傍に位置するものがあるとよい。カム２１の昇り面２ａは、外周面２２のうち、カム２１の回転方向でカム２１の先端部に向かうに伴って径方向寸法が大きくなる面である。なお、図６において２３ａ及び２３ｂを記載した溝２３がこの溝２３に該当する。このように配置した溝２３により、カム２１の昇り面２ａでタペット６を押しつけた際に潤滑油が溝２３の両端部２３ｂに入り込み、カム２１の先端部近傍の中央部２３ａに導入される。これにより、カムの外周面２２のうち最も面圧が高くなる先端部に、潤滑油を潤沢に供給することができる。

また、第１の実施形態のローラ４を有するカム２に対して、更に本実施形態のように溝２３を設けてもよい。これにより、カム２の回転によってカム２の幅方向中央部に潤滑油を供給し、カム２の先端部のローラ４とタペット６との摺動面に潤滑油を更に保持し易くすることが可能となる。よって、第１の実施形態よりも更にローラ４とタペット６との摺動面における潤滑性能を向上させることができる。

図７は、第３の実施形態のエンジンの動弁機構におけるカム２及びカムジャーナル３１の概略構造を示す正面図である。図８は、図７のカム２及びカムジャーナル３１の右側面図である。図９は、第３の実施形態の動弁機構における溝３３の断面図である。
図７、８に示すように、第３の実施形態の動弁機構では、第１の実施形態のローラ４付きのカム２に対し、カム２に隣接するカムジャーナル３１の外周面３２に、カム２に向かって潤滑油を導く溝３３（第２の溝）を設けている。

カムジャーナル３１の外周面３２には、カムシャフト３４の中心部に設けられた油路３５を介して潤滑油が排出される開口部３６を備えている。開口部３６は、例えばカムジャーナル３１の幅方向中央部に１つ設けられている。この開口部３６から排出された潤滑油は、カムジャーナル３１の外周面３２に供給されて、カムジャーナル３１の支持部の潤滑を行う。

溝３３は、カムジャーナル３１の外周面３２上でＶ字状に形成されており、カムジャーナル３１の幅方向中央部の開口部３６から幅方向両外側端部に向かって夫々斜めに延びるように形成されている。更に、溝３３の両端部３３ｂは開口部３６よりも、カムジャーナル３１の回転方向後方側に位置している。溝３３の内角は、例えば６０度から１６０度である。溝３３の両端３３ｂは、カムジャーナル３１の幅方向両端まで延び、カム２の外周面に向かって開口している。

このように、溝３３は、その中央部にある開口部３６からカムジャーナル３１の回転方向と反対方向に進むに伴って、カムジャーナル３１の幅方向端部に向かって斜めに形成されているので、開口部３６から排出された潤滑油の多くは、カムジャーナル３１の回転に伴って、溝３３内を中央部から幅方向両外側に向かって移動する。
これにより、カムシャフト３４内の油路３５を介してカムジャーナル３１の支持部に供給される潤滑油の多くを、カムジャーナル３１からカム２の外周面に向かって供給させることができる。

なお、図９に示すように、本実施形態のカムジャーナル３１に設けられている溝３３は、底部３３ａが円弧状に形成されている。このように、溝３３の底部３３ａを円弧状に形成することによって溝３３内で潤滑油を流れ易くして、溝３３内における潤滑油の移動速度を増加させることができる。これにより、溝３３からカム２への潤滑油の供給量を増加させることができる。

更に、溝３３の深さ及び幅の少なくとも一方を、溝３３の中央部から両端３３ｂに向かって徐々に小さくなるように形成している。これにより、幅方向中央部からカム２に近づくに伴って溝３３の断面積が小さくなるので、溝３３内を流れる潤滑油の流速を両端３３ｂに向かって増加させることができる。このように、溝３３内の潤滑油の移動速度を増加させることで、溝３３の両端３３ｂから潤滑油が勢いよく排出され、カムジャーナル３１からカム２の外周面に潤滑油をより多く供給することができる。

図１０は、第４の実施形態のエンジンの動弁機構におけるカム２及びカムジャーナル４１の概略構造を示す正面図である。図１１は、図１０のカム２及びカムジャーナル４１の右側面図である。
第４の実施形態の動弁機構では、第３の実施形態と同様に、カムジャーナル４１の外周面４２に溝４３（第２の溝）を設けているが、その形状が異なる。

第４の実施形態の溝４３は、第３の実施形態の溝３３に対し、両端４３ｂがカム２の昇り面２ａまで延長している点が異なる。このように溝４３の両端４３ｂの位置が指定されているため、第３の実施形態の溝３３と比較して、概ね溝４３の中央部の内角が小さく、長さが長くなる。
このように、本実施形態では、溝４３の両端がカム２の昇り面２ａまで延長しているので、カムジャーナル４１の回転に伴って溝４３の両端４３ｂから排出された潤滑油は、カム２の昇り面２ａに供給される。そして、カム２の昇り面２ａに到達した潤滑油は、カム２の回転に伴ってカム２の先端部に向かって移動する。これにより、カム２の先端部のローラ４へ潤滑油を効率的に供給することができ、ローラ４とタペット６との摺動抵抗を更に低減させることができる。

図１２は、タペット６周辺部のシリンダヘッド５０の概略構造図である。図１２は、シリンダヘッド５０における１つのタペット６の周囲部分のみ記載している。
図１２に示すように、上記の各種実施形態において、更に、タペット６が設けられているシリンダヘッド５０に、潤滑油を貯留するプール５１を設けるとよい、
プール５１は、略円柱状のタペット６の外周面に隣接して形成されており、シリンダヘッド５０のデッドスペースを利用して設けるとよい。プール５１の上部はシリンダヘッド５０及び図示しないヘッドカバーで密閉された空間内で開放されており、エンジンの作動に伴ってプール５１の上方から潤滑油が流入する。また、プール５１を区画する側壁５２には、プール５１内の潤滑油を排出して、潤滑油の油面ｂを規定する長方形状の上部排出口５３が形成されている。上部排出口５３の下端は、タペット６が最下方に位置したときのタペットの上面（図１２中ｃ）よりも上方に位置している。

このように、タペット６に隣接して潤滑油を貯留するプール５１を設けておき、少なくともタペット６が最下方に位置したときに、タペット６の上面にプール５１から潤滑油が流れ込むように構成されている。これにより、タペット６が往復動する毎に、プール５１からタペット６の上面に潤滑油が供給され、タペット６とカム２またはローラ４との摺動面に潤滑油を供給して潤滑性能を更に向上させることができる。

なお、プール５１から上部排出口５３へ潤滑油が排出される際に、少なくとも面圧の高いタペット６の中心部を潤滑油が通過するように、好ましくはタペット６の中心部と縁部との中点より中心部側を全域に亘って潤滑油が通過するように、タペット６の中心部よりもプール５１と反対方向の位置まで上部排出口５３が延びているとよい。また、上部排出口５３の形状については、長方形以外の形状でもよい。

また、プール５１の下部には、下部排出口５４が備えられている。下部排出口５４は、エンジン作動時、例えばアイドル運転時において上部からプール５１に流入する油量よりも少ない量の潤滑油が排出されるような小径の穴に形成されている。したがって、エンジン作動時には、プール５１内に潤滑油を十分に貯留することができるとともに、エンジン停止時にはプール５１から下部排出口５４を介して潤滑油を排出することができる。これにより、プール５１内に貯留する潤滑油の循環を促し、プール５１内での潤滑油の劣化を防止することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は以上の実施形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態のローラ４や第２の実施形態のカム２に備えた溝１０、２３については、ローラ４やカム２の幅方向中央部から幅方向両外側端部まで直線状に延びるＶ字状に形成されているが、幅方向中央部から幅方向両外側端部まで曲線としたＵ字状やジグザグ状等のようにその他の形状に形成してもよい。また、溝１０、２３を、幅方向中央部からいずれか一方の外側端部まで延びるように形成してもよい。

また、第１の実施形態のローラ４や第２の実施形態のカム２について、その幅方向両外側の外径を幅方向中央部の外径よりも小さくしているが、溝１０、２３が形成されている周囲のみ小さくしてもよい。
また、第３の実施形態及び第４の実施形態の動弁機構では、第１の実施形態のローラ４付きのカム２に対し、カムジャーナル３１、４１の外周面３２、４２に溝３３、４３を設けているが、第２の実施形態のようにローラのないカム２１に対しても適用することができる。

また、各溝１０、２３の詳細な形状については、適宜変更することが可能であり、カム２またはローラ４の回転に伴って、面圧の高い摺動面の幅方向中央部に潤滑油を導く形状であればよい。
本発明は、各種エンジンの動弁機構におけるローラまたはカムとタペットとの摺動部に広く適用することができる。

２ カム
３ カムシャフト
４ ローラ
５、３１、４１ カムジャーナル
６ タペット
１０、２３ 溝（第１の溝）
１０ｂ、２３ｂ 両端部（幅方向端部）
３３、４３ 溝（第２の溝）
５１ プール

Claims (8)

1. カムシャフトに設けられたカムの回転により、前記カムの先端部または前記カムの先端部に設けられたローラがタペットを押してバルブを作動させるエンジンの動弁機構であって、
   前記カムまたはローラの外周面に供給された潤滑油を、前記カムまたはローラの回転に伴って、前記外周面の幅方向中央部に導く第１の溝を前記外周面に備えたことを特徴とするエンジンの動弁機構。
2. 前記第１の溝は、前記ローラの外周面の幅方向中央部から幅方向両端部へ向かって夫々延び、当該第１の溝の両端部は中央部よりも前記ローラの回転方向先方側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁機構。
3. 前記第１の溝は、前記カムの外周面の幅方向中央部から幅方向両端部へ向かって夫々延び、当該第１の溝の両端部は中央部よりも前記カムの回転方向先方側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁機構。
4. 前記カムまたはローラに設けられた前記第１の溝の両端の少なくとも一方は、当該カムまたはローラの側面に達するまで延びていることを特徴とする請求項２または３に記載のエンジンの動弁機構。
5. 前記第１の溝の端部の位置における前記カムまたはローラの径方向寸法は、当該カムまたはローラの幅方向中央部の径方向寸法よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの動弁機構。
6. 前記カムに隣接して配置されるカムジャーナルの外周面に、前記カムジャーナルの回転に伴って前記カムジャーナルの外周面から前記カムの外周面に潤滑油を導く第２の溝を備えたことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のエンジンの動弁機構。
7. 前記第２の溝は、前記カムに近づくに伴って断面積が小さくなることを特徴とする請求項６に記載のエンジンの動弁機構。
8. 前記タペットを支持するシリンダヘッドに潤滑油を貯留するプールを備え、
   前記プールは前記タペットに隣接して配置され、前記プールから前記タペットの前記カムまたはローラとの摺動面に潤滑油が流入することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のエンジンの動弁機構。

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