JP4140029B2 - 内燃機関のカムシャフトの構造 - Google Patents
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Valve Device For Special Equipments (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用吸気カムシャフト、排気カムシャフト等に適用され、ジャーナルの外側に、カム角センサに対向して配置されたカム角検出体を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けた内燃機関のカムシャフトの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用吸気カムシャフトや排気カムシャフトにおいては、カム（カムロブ）に作用する曲げ荷重やねじりトルク、可変バルブタイミング機構により作用するねじりトルク等に対処して、軸の強度や剛性を増大させており、かかる手段の１つに特許文献１（特開平９―２２８８１２号公報）の発明がある。
【０００３】
かかる発明においては、カムジャーナルの外側に、可変バルブタイミング機構を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けたカムシャフトにおいて、複数のカムジャーナルの外径を、前記可変バルブタイミング機構側が最大径で該可変バルブタイミング機構から遠ざかるに従い小さくするとともに、前記可変バルブタイミング機構寄りの軸部を該可変バルブタイミング機構側が大径となるようなテーパ状に形成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９―２２８８１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１の技術は、カムジャーナルの外側に、可変バルブタイミング機構を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けたカムシャフトに係るもので、カムジャーナルの外径を可変バルブタイミング機構側が最大径で該可変バルブタイミング機構から遠ざかるに従い小さくすることによりカムシャフトの剛性を増大させるものであり、該特許文献１には、カム角センサを備えてカムジャーナルの外側に該カム角センサに対向して配置されたカム角検出体を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けたカムシャフトの強度及び剛性の向上については何等開示されていない。
【０００６】
本発明はかかる従来技術に鑑み、カム角センサを備えてカムジャーナルの外側に該カム角センサに対向して配置されたカム角検出体を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けたカムシャフトにおいて、重量増加を伴うことなくカム角検出体のカムジャーナルによる片持ち支持部における応力を低減して強度を増大した内燃機関のカムシャフトを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる目的を達成するもので、一端部側に可変バルブタイミング機構が設けられるとともに他端部側にカム角センサに対向して配置されるカム角検出体が片持ち支持形態で設けられ、軸線方向の複数個所に形成されたカムジャーナル部分でシリンダヘッドに支持される内燃機関のカムシャフトにおいて、
前記カム角検出体が、前記カムシャフトの他端部にあるカムジャーナルから同カムジャーナルよりも大径のベース円を有するカムを介して突出された張出し軸部の先端に設けられると共に前記ベース円よりも大径に形成され、前記張出し軸部が、前記カム側が大径部で前記カム角検出体側が小径部となるように前記カム側に向けて拡径したテーパ軸に形成されて、同張出し軸部の前記大径部が前記カムのベース円になめらかに繋がるとともに前記他端部のカムジャーナルの径よりも大きく形成さ、前記小径部が前記カムジャーナル径より小さく形成されたことを特徴とする。
【０００８】
（削除）
【０００９】
エンジンの運転時において、本発明の対象とするカムシャフトにおいては、カム角検出体が該カムジャーナルによる片持ち支持形態となっているため、カムが吸気弁あるいは排気弁を押し上げる際に発生する振動によってカム角検出体が共振を起こし易い。
そして、かかる共振が発生した際には、該共振による最大繰り返し曲げ応力が、片持ち梁を構成するカムジャーナルとカム角検出体との間の張出し軸部のカムジャーナル側付け根部に発生する。
【００１０】
しかるにかかる発明によれば、前記片持ち梁を構成する張出し軸部のカムジャーナル側付け根部における外径をカム角検出体側の外径よりも大きく、しかも前記端部のカムジャーナルの径より大きくしてカムのベース円になめらかに繋がるようにし、さらにカム角検出体側の外径を前記端部のカムジャーナルの径より小さくして、該張出し軸部をテーパ軸に形成しているので、該張出し軸部が実質的に平等強さの梁と同様な構造となって軸方向における各断面の曲げ応力が略均等となって、結果として応力集中が大きくなるジャーナル側付け根部における曲げ応力を低く抑えることが可能となる。
これにより、ジャーナル側付け根部における最大曲げ応力を、従来技術のような前記張出し軸部が等径のカムシャフトに比べて、カムシャフトの重量増加を伴うことなく低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１２】
図１は本発明の実施例に係るカムシャフトのカム角検出体近傍の要部側面図、図２は吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの平面図である。また図３は比較例としての従来のカムシャフトを示す図１対応図である。
【００１３】
実施例を示す図１、２において、１はカムシャフトで、この実施例では図２における吸気カムシャフト１を示す。
該吸気カムシャフト１において、３は該カムシャフト１の軸線方向複数箇所に形成されたカムジャーナルで、該カムシャフト１は前記各カムジャーナル３においてシリンダヘッド１００に固定されたカム軸受（図示省略）に、カム軸心６廻りに回転自在に支持されている。２はカム（吸気カム）で、前記各カムジャーナル３の間に各シリンダ毎に２個形成されている。
【００１４】
１０は該吸気カムシャフト１のカム角を検知するためのカム角センサ、１１は可変バルブタイミング機構（該可変バルブタイミング機構１１は公知であるので、詳細な構造説明は省略する）である。５はカム角検出体で、前記カムジャーナル３のうち、前記可変バルブタイミング機構１１の反対側端部のカムジャーナル３ａから端部側のカム２ａを介して片持ち支持形態で突出された張出し軸部４の先端に形成されている。
【００１５】
前記張出し軸部４は、カムジャーナル３ａ側の外径Ｄ１がカム角検出体５側の外径Ｄ２よりも大きくなるように，カムジャーナル側３ａに向けて拡径したテーパ軸に形成されている。該大径部の外径Ｄ１は、前記カム２のベース円外径以下で極力大きく、該ベース円になめらかに繋がるよう形成するのが好ましい。
また、大径部である前記端部側のカム２ａの付け根部７及び小径部である前記カム角検出体５の付け根部８は、夫々半径Ｒ１及びＲ２にて滑らかにカム２ａ及びカム角検出体５に接続され、応力集中を最小限に抑制している。
【００１６】
図２において、０１は排気カムシャフトである。０３は該排気カムシャフト０１の軸線方向複数箇所に形成されたカムジャーナルで、該排気カムシャフト０１は前記各カムジャーナル０３においてシリンダヘッド１００に固定されたカム軸受（図示省略）に、カム軸心０６廻りに回転自在に支持されている。０２は排気カムで、前記各カムジャーナル０３の間に各シリンダ毎に２個形成されている。１１は可変バルブタイミング機構である。
尚、前記吸気カムシャフト１に代えて、排気カムシャフト０１に前記カム角検出体５を形成し、該カム角検出体５に対向して前記カム角センサ１０を配設してもよい。
【００１７】
かかる構成からなるカムシャフト１を備えたエンジンの運転時において、前記張出し軸部４は、カム角検出体５が前記端部のカムジャーナル３ａに片持ち支持された片持ち梁の形態となっているため、端部側のカム２ａが吸気弁を押し上げる際に発生する振動によって該カム角検出体５が共振を起こすことがある。
かかる共振が発生した際には、カムシャフト１の先端部に形成された慣性重量の大きいカム角検出体５の慣性力によって前記張出し軸部４の付け根部７に、該共振による最大繰り返し曲げ応力が発生する。
【００１８】
しかるにかかる実施例によれば、前記片持ち梁を構成する張出し軸部４のカムジャーナル３ａ側付け根部７における外径Ｄ１をカム角検出体５側の外径Ｄ２よりも大きくして、該張出し軸部４をテーパ軸に形成しているので、該張出し軸部４が実質的に平等強さの梁と同様な構造となる。
従って、該張出し軸部４の軸心方向における各断面の曲げ応力が略均等となり、結果として応力集中が大きくなるカムジャーナル３ａ側付け根部７における曲げ応力を低く抑えることが可能となる。
【００１９】
図３に示される従来のカムシャフト１Ａにおいては、張出し軸部０４が等径であるため、該張出し軸部０４のカムジャーナル３ａ側付け根部０７における最大繰り返し曲げ応力を、かかる実施例と同一レベルに抑制しようとするならば、前記張出し軸部０４の外径Ｄ０を実施例における外径Ｄ１と同一にする必要があり、該張出し軸部０４全体が大径となって、カムシャフト１Ａの重量が増大するが、かかる実施例においては、該張出し軸部４が実質的に平等強さの梁と同様な構造となっているため、前記従来のカムシャフト１Ａに比べて、カムシャフトの重量増加を伴うことなく、カムジャーナル３ａ側付け根部７における最大曲げ応力を低減することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、エンジンの吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフト等の、カムジャーナルの外側に、カム角センサに対向して配置されたカム角検出体を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けたカムシャフトにおいて、カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けた張出し軸部が実質的に平等強さの梁と同様な構造となって、軸方向における各断面の曲げ応力が略均等となり、結果として応力集中が大きくなるジャーナル側付け根部における曲げ応力を低く抑えることが可能となる。
これにより、ジャーナル側付け根部における最大曲げ応力を、従来技術のような前記張出し軸部が等径のカムシャフトに比べて、カムシャフトの重量増加を伴うことなく低減することができる。
また本発明は、カム角検出体を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で、可変バルブタイミング機構の反対側端部に設けたカムシャフトに適用すれば、前記と同様な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るカムシャフトのカム角検出体近傍の要部側面図である。
【図２】 吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの平面図である。
【図３】 比較例としての従来のカムシャフトを示す図１対応図である。
【符号の説明】
１ カムシャフト（吸気カムシャフト）
０１ 排気カムシャフト
２ カム（吸気カム）
２ａ 端部側のカム
３ カムジャーナル
３ａ 端部のカムジャーナル
４ 張出し軸部
５ カム角検出体
７ カムの付け根部
８ カム角検出体の付け根部
１０ カム角センサ
１１ 可変バルブタイミング機構
Ｄ１ 大径部の外径
Ｄ２ カム角検出体側の外径
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用吸気カムシャフト、排気カムシャフト等に適用され、ジャーナルの外側に、カム角センサに対向して配置されたカム角検出体を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けた内燃機関のカムシャフトの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用吸気カムシャフトや排気カムシャフトにおいては、カム（カムロブ）に作用する曲げ荷重やねじりトルク、可変バルブタイミング機構により作用するねじりトルク等に対処して、軸の強度や剛性を増大させており、かかる手段の１つに特許文献１（特開平９―２２８８１２号公報）の発明がある。
【０００３】
かかる発明においては、カムジャーナルの外側に、可変バルブタイミング機構を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けたカムシャフトにおいて、複数のカムジャーナルの外径を、前記可変バルブタイミング機構側が最大径で該可変バルブタイミング機構から遠ざかるに従い小さくするとともに、前記可変バルブタイミング機構寄りの軸部を該可変バルブタイミング機構側が大径となるようなテーパ状に形成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９―２２８８１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１の技術は、カムジャーナルの外側に、可変バルブタイミング機構を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けたカムシャフトに係るもので、カムジャーナルの外径を可変バルブタイミング機構側が最大径で該可変バルブタイミング機構から遠ざかるに従い小さくすることによりカムシャフトの剛性を増大させるものであり、該特許文献１には、カム角センサを備えてカムジャーナルの外側に該カム角センサに対向して配置されたカム角検出体を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けたカムシャフトの強度及び剛性の向上については何等開示されていない。
【０００６】
本発明はかかる従来技術に鑑み、カム角センサを備えてカムジャーナルの外側に該カム角センサに対向して配置されたカム角検出体を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けたカムシャフトにおいて、重量増加を伴うことなくカム角検出体のカムジャーナルによる片持ち支持部における応力を低減して強度を増大した内燃機関のカムシャフトを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる目的を達成するもので、一端部側に可変バルブタイミング機構が設けられるとともに他端部側にカム角センサに対向して配置されるカム角検出体が片持ち支持形態で設けられ、軸線方向の複数個所に形成されたカムジャーナル部分でシリンダヘッドに支持される内燃機関のカムシャフトにおいて、
前記カム角検出体が、前記カムシャフトの他端部にあるカムジャーナルから同カムジャーナルよりも大径のベース円を有するカムを介して突出された張出し軸部の先端に設けられると共に前記ベース円よりも大径に形成され、前記張出し軸部が、前記カム側が大径部で前記カム角検出体側が小径部となるように前記カム側に向けて拡径したテーパ軸に形成されて、同張出し軸部の前記大径部が前記カムのベース円になめらかに繋がるとともに前記他端部のカムジャーナルの径よりも大きく形成さ、前記小径部が前記カムジャーナル径より小さく形成されたことを特徴とする。
【０００８】
（削除）
【０００９】
エンジンの運転時において、本発明の対象とするカムシャフトにおいては、カム角検出体が該カムジャーナルによる片持ち支持形態となっているため、カムが吸気弁あるいは排気弁を押し上げる際に発生する振動によってカム角検出体が共振を起こし易い。
そして、かかる共振が発生した際には、該共振による最大繰り返し曲げ応力が、片持ち梁を構成するカムジャーナルとカム角検出体との間の張出し軸部のカムジャーナル側付け根部に発生する。
【００１０】
しかるにかかる発明によれば、前記片持ち梁を構成する張出し軸部のカムジャーナル側付け根部における外径をカム角検出体側の外径よりも大きく、しかも前記端部のカムジャーナルの径より大きくしてカムのベース円になめらかに繋がるようにし、さらにカム角検出体側の外径を前記端部のカムジャーナルの径より小さくして、該張出し軸部をテーパ軸に形成しているので、該張出し軸部が実質的に平等強さの梁と同様な構造となって軸方向における各断面の曲げ応力が略均等となって、結果として応力集中が大きくなるジャーナル側付け根部における曲げ応力を低く抑えることが可能となる。
これにより、ジャーナル側付け根部における最大曲げ応力を、従来技術のような前記張出し軸部が等径のカムシャフトに比べて、カムシャフトの重量増加を伴うことなく低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１２】
図１は本発明の実施例に係るカムシャフトのカム角検出体近傍の要部側面図、図２は吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの平面図である。また図３は比較例としての従来のカムシャフトを示す図１対応図である。
【００１３】
実施例を示す図１、２において、１はカムシャフトで、この実施例では図２における吸気カムシャフト１を示す。
該吸気カムシャフト１において、３は該カムシャフト１の軸線方向複数箇所に形成されたカムジャーナルで、該カムシャフト１は前記各カムジャーナル３においてシリンダヘッド１００に固定されたカム軸受（図示省略）に、カム軸心６廻りに回転自在に支持されている。２はカム（吸気カム）で、前記各カムジャーナル３の間に各シリンダ毎に２個形成されている。
【００１４】
１０は該吸気カムシャフト１のカム角を検知するためのカム角センサ、１１は可変バルブタイミング機構（該可変バルブタイミング機構１１は公知であるので、詳細な構造説明は省略する）である。５はカム角検出体で、前記カムジャーナル３のうち、前記可変バルブタイミング機構１１の反対側端部のカムジャーナル３ａから端部側のカム２ａを介して片持ち支持形態で突出された張出し軸部４の先端に形成されている。
【００１５】
前記張出し軸部４は、カムジャーナル３ａ側の外径Ｄ１がカム角検出体５側の外径Ｄ２よりも大きくなるように，カムジャーナル側３ａに向けて拡径したテーパ軸に形成されている。該大径部の外径Ｄ１は、前記カム２のベース円外径以下で極力大きく、該ベース円になめらかに繋がるよう形成するのが好ましい。
また、大径部である前記端部側のカム２ａの付け根部７及び小径部である前記カム角検出体５の付け根部８は、夫々半径Ｒ１及びＲ２にて滑らかにカム２ａ及びカム角検出体５に接続され、応力集中を最小限に抑制している。
【００１６】
図２において、０１は排気カムシャフトである。０３は該排気カムシャフト０１の軸線方向複数箇所に形成されたカムジャーナルで、該排気カムシャフト０１は前記各カムジャーナル０３においてシリンダヘッド１００に固定されたカム軸受（図示省略）に、カム軸心０６廻りに回転自在に支持されている。０２は排気カムで、前記各カムジャーナル０３の間に各シリンダ毎に２個形成されている。１１は可変バルブタイミング機構である。
尚、前記吸気カムシャフト１に代えて、排気カムシャフト０１に前記カム角検出体５を形成し、該カム角検出体５に対向して前記カム角センサ１０を配設してもよい。
【００１７】
かかる構成からなるカムシャフト１を備えたエンジンの運転時において、前記張出し軸部４は、カム角検出体５が前記端部のカムジャーナル３ａに片持ち支持された片持ち梁の形態となっているため、端部側のカム２ａが吸気弁を押し上げる際に発生する振動によって該カム角検出体５が共振を起こすことがある。
かかる共振が発生した際には、カムシャフト１の先端部に形成された慣性重量の大きいカム角検出体５の慣性力によって前記張出し軸部４の付け根部７に、該共振による最大繰り返し曲げ応力が発生する。
【００１８】
しかるにかかる実施例によれば、前記片持ち梁を構成する張出し軸部４のカムジャーナル３ａ側付け根部７における外径Ｄ１をカム角検出体５側の外径Ｄ２よりも大きくして、該張出し軸部４をテーパ軸に形成しているので、該張出し軸部４が実質的に平等強さの梁と同様な構造となる。
従って、該張出し軸部４の軸心方向における各断面の曲げ応力が略均等となり、結果として応力集中が大きくなるカムジャーナル３ａ側付け根部７における曲げ応力を低く抑えることが可能となる。
【００１９】
図３に示される従来のカムシャフト１Ａにおいては、張出し軸部０４が等径であるため、該張出し軸部０４のカムジャーナル３ａ側付け根部０７における最大繰り返し曲げ応力を、かかる実施例と同一レベルに抑制しようとするならば、前記張出し軸部０４の外径Ｄ０を実施例における外径Ｄ１と同一にする必要があり、該張出し軸部０４全体が大径となって、カムシャフト１Ａの重量が増大するが、かかる実施例においては、該張出し軸部４が実質的に平等強さの梁と同様な構造となっているため、前記従来のカムシャフト１Ａに比べて、カムシャフトの重量増加を伴うことなく、カムジャーナル３ａ側付け根部７における最大曲げ応力を低減することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、エンジンの吸気カムシャフトあるいは排気カムシャフト等の、カムジャーナルの外側に、カム角センサに対向して配置されたカム角検出体を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けたカムシャフトにおいて、カムジャーナルによる片持ち支持形態で設けた張出し軸部が実質的に平等強さの梁と同様な構造となって、軸方向における各断面の曲げ応力が略均等となり、結果として応力集中が大きくなるジャーナル側付け根部における曲げ応力を低く抑えることが可能となる。
これにより、ジャーナル側付け根部における最大曲げ応力を、従来技術のような前記張出し軸部が等径のカムシャフトに比べて、カムシャフトの重量増加を伴うことなく低減することができる。
また本発明は、カム角検出体を該カムジャーナルによる片持ち支持形態で、可変バルブタイミング機構の反対側端部に設けたカムシャフトに適用すれば、前記と同様な効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るカムシャフトのカム角検出体近傍の要部側面図である。
【図２】 吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの平面図である。
【図３】 比較例としての従来のカムシャフトを示す図１対応図である。
【符号の説明】
１ カムシャフト（吸気カムシャフト）
０１ 排気カムシャフト
２ カム（吸気カム）
２ａ 端部側のカム
３ カムジャーナル
３ａ 端部のカムジャーナル
４ 張出し軸部
５ カム角検出体
７ カムの付け根部
８ カム角検出体の付け根部
１０ カム角センサ
１１ 可変バルブタイミング機構
Ｄ１ 大径部の外径
Ｄ２ カム角検出体側の外径
Claims (1)
- 一端部側に可変バルブタイミング機構が設けられるとともに他端部側にカム角センサに対向して配置されるカム角検出体が片持ち支持形態で設けられ、軸線方向の複数個所に形成されたカムジャーナル部分でシリンダヘッドに支持される内燃機関のカムシャフトにおいて、
前記カム角検出体が、前記カムシャフトの他端部にあるカムジャーナルから同カムジャーナルよりも大径のベース円を有するカムを介して突出された張出し軸部の先端に設けられると共に前記ベース円よりも大径に形成され、
前記張出し軸部が、前記カム側が大径部で前記カム角検出体側が小径部となるように前記カム側に向けて拡径したテーパ軸に形成されて、同張出し軸部の前記大径部が前記カムのベース円になめらかに繋がるとともに前記他端部のカムジャーナルの径よりも大きく形成され、前記小径部が前記カムジャーナル径より小さく形成されたことを特徴とする内燃機関のカムシャフトの構造。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003123400A JP4140029B2 (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | 内燃機関のカムシャフトの構造 |
| DE102004020566A DE102004020566A1 (de) | 2003-04-28 | 2004-04-27 | Nockenwellenstruktur |
| CNB2004100373357A CN100360765C (zh) | 2003-04-28 | 2004-04-27 | 凸轮轴结构 |
| US10/833,545 US7004126B2 (en) | 2003-04-28 | 2004-04-28 | Camshaft structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003123400A JP4140029B2 (ja) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | 内燃機関のカムシャフトの構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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