JP4400484B2

JP4400484B2 - カムシャフト支持装置

Info

Publication number: JP4400484B2
Application number: JP2005068866A
Authority: JP
Inventors: 弘上野; 和芳山川; 智哉服部
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2025-03-11
Also published as: JP2006250062A

Description

本発明は、エンジンの給排気弁を開閉動作させるためのカムシャフトを支持するカムシャフト支持装置に関する。

自動車等の車両に用いられるエンジンは、給排気弁を開閉動作させるためのカムシャフトを有している。このカムシャフトは、軸方向に複数のカムが配列された軸体であり、エンジンのシリンダヘッドとヘッドカバーとによって囲まれた動弁室内に配置されており、軸方向に所定の間隔で複数個配置された滑り軸受を有するカムシャフト支持装置によって、前記シリンダヘッドに対して回転可能に支持されている。
しかし、このカムシャフト支持装置の滑り軸受は、エンジンの回転数が低い状態において比較的摩擦抵抗が高く回転トルクが増大する場合があり、エンジンの燃費性能を低下させる要因の一つとなっていた。そこで、エンジンの燃費性能を向上させるべく、カムシャフトを転がり軸受によって支持することで、摩擦抵抗を低減し、その回転トルクを低下させる試みがなされていた（例えば、特許文献１、２参照）。

実開平６−８７０４号公報（図１）特開平４−１２１０２号公報（図１）

上記従来例のカムシャフト支持装置の転がり軸受は、エンジン内を循環する潤滑油によって潤滑されていた。このエンジン内を循環する潤滑油には、燃焼ガスによるカーボンスラッジや、エンジン内部の金属摩擦により発生する摩耗粉などの異物が含まれており、このような異物を含んだ潤滑油によって転がり軸受が潤滑されると、前記転がり軸受の内部にこれら異物が侵入し、振動や騒音を発生させたり、異常摩耗を発生させて当該カムシャフト支持装置の寿命を低下させる、といった問題を誘引していた。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、低トルク化を図るべく転がり軸受を用いたとしても、振動や騒音の発生、及び寿命低下を抑制することができるカムシャフト支持装置を提供することを目的とする。

本発明のカムシャフト支持装置は、複数のカムを有するカムシャフトと、エンジンのシリンダヘッドとヘッドカバーとによって囲まれた動弁室内に配置され、前記シリンダヘッドに対して前記カムシャフトを回転自在とするために当該カムシャフトの両端を支持するとともに、内部にグリースが封入された複数の転がり軸受と、エンジンの潤滑油が前記複数の転がり軸受内部に侵入するのを遮蔽する遮蔽手段と、を備え、前記遮蔽手段は、前記動弁室を、前記転がり軸受が配置されている軸受室と前記カムが配置されているカム室とに仕切り、当該カム室のエンジンの潤滑油が当該軸受室に侵入するのを遮蔽する遮蔽板であり、前記遮蔽板は、前記シリンダヘッドに形成された下部遮蔽板と、前記ヘッドカバーに形成されかつ当該ヘッドカバーを前記シリンダヘッドに取り付けた状態で前記下部遮蔽板の上端面が一致する下端面を有している上部遮蔽板とを備え、前記下部遮蔽板及び前記上部遮蔽板のそれぞれには、前記カムシャフトが挿通しかつ当該カムシャフトとの間で隙間を有する孔を構成している切り欠き部が形成されていることを特徴としている。
上記のように構成されたカムシャフト支持装置によれば、前記遮蔽手段を有しているので、前記一対の転がり軸受内部にエンジンの潤滑油が侵入するのを防止できる。これによって、当該転がり軸受内部に、エンジンの潤滑油に含まれているカーボンスラッジや金属粉等の異物の侵入するのを抑制しつつ、これら転がり軸受は、その内部に封入されたグリースによって確実に潤滑することができる。

なお、上記カムシャフト支持装置において、前記複数の転がり軸受は、前記カムシャフトの両端のみを支持する場合、例えば、前記カムシャフトをより多数の軸受で支持した場合と比較して、前記カムシャフト周辺のシリンダヘッド等の構成を簡略化できる。また、前記カムシャフトは、当該転がり軸受以外の軸受で支持されないので、前記カムシャフトをより多数の軸受で支持した場合と比較して、このカムシャフトの回転トルクをより低下させることができる。

上記カムシャフト支持装置において、前記遮蔽手段は、前記シリンダヘッド及びヘッドカバーに形成されるとともに、前記動弁室内を仕切ることでエンジンの潤滑油の侵入を遮蔽しつつ前記複数の転がり軸受が配置される軸受室を前記動弁室内に形成する遮蔽板であるので、特に潤滑油を遮蔽するための部材を別途組み込むことなく、容易に前記複数の転がり軸受をエンジンの潤滑油から遮蔽することができる。

また、参考発明のカムシャフト支持装置は、エンジンのシリンダヘッドとヘッドカバーとによって囲まれた動弁室の外部に配置され、前記シリンダヘッドもしくはヘッドカバーから両端部が突出した状態で動弁室内を通るカムシャフトの両端部に取り付けられて前記カムシャフトを前記シリンダヘッドに対して回転自在に支持する一対の転がり軸受を備えていることを特徴とするものである。
上記のように構成されたカムシャフト支持装置によれば、前記一対の転がり軸受は、動弁室の外部に配置されているので、その内部にエンジンの潤滑油が流入することがない。従って、これら転がり軸受の内部に、エンジンの潤滑油に含まれる異物等が侵入するのを防止することができる。

上記カムシャフト支持装置において、前記一対の転がり軸受の内、少なくとも一方は、玉軸受であることが好ましい。
この場合、前記カムシャフトに作用する軸方向の負荷を当該玉軸受によって支持することができる。

本発明のカムシャフト支持装置によれば、低トルク化を図るべく転がり軸受を用いたとしても、エンジンの潤滑油に含まれる異物等が当該転がり軸受内部に侵入するのを抑制することができるので、当該転がり軸受における振動や騒音の発生、及び寿命低下を抑制することができる。

以下、好ましい実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係るカムシャフト支持装置が組み込まれた４サイクルエンジン上部の断面図である。

図１において、カムシャフト支持装置１は、４サイクルエンジン上部のシリンダヘッド２と、このシリンダヘッド２の上部を覆うヘッドカバー３とによって囲まれた動弁室Ｄ内に配置されており、このシリンダヘッド２に備えられた図示しない給排気弁を開閉動作させるためのカムシャフト４を回転自在に支持している。

カムシャフト４は、その一端部がシリンダヘッド２及びヘッドカバー３に形成された動弁室Ｄの内外を連通する孔Ｐからヘッドカバー３の外部に突出されている。そしてその外部に突出した先端には、カムシャフト４を図示しないクランク軸と同期回転させるための歯付きプーリ４ａが取り付けられている。また、カムシャフト４は、シャフト本体４ｂと、図示しない給排気弁を開閉させる動弁機構を作動させるための複数のカム４ｃと、これらカム４ｃの軸方向間隔を位置決めするための円筒状の複数のスペーサ４ｄと、を有している。このカムシャフト４は、カム４ｃ及びスペーサ４ｄをシャフト本体４ｂに所定の配列で圧入嵌合することによって構成されている。

カムシャフト支持装置１は、カムシャフト４のプーリ４ａ側である一端部に取り付けられた第一の転がり軸受５と、他端部に取り付けられた第二の転がり軸受６と、動弁室Ｄ内を仕切ることで第一及び第二の転がり軸受が配置された軸受室Ｄ１を動弁室Ｄ内に形成している遮蔽板Ｓと、を有しており、この第一及び第二の転がり軸受５、６によって、カムシャフト４の両端をシリンダヘッド２に対して回転自在に支持している。

第一の転がり軸受５は、内輪５ａと、外輪５ｂと、これら内外輪間に配置された複数の円筒ころ５ｃとを備えるとともに、シールによって内外輪５ａ、５ｂ間にグリースが封入された、グリース封入型の円筒ころ軸受を構成している。第一の転がり軸受５の内輪５ａ内周側には、カムシャフト４のシャフト本体４ｂが圧入状態で挿入されている。そして、第一の転がり軸受５は、スペーサ４ｄによって、カムシャフト４の一端部側における所定位置に位置決めされている。また、第一の転がり軸受５は、シリンダヘッド２に形成されたブラケット２ｂと、キャップ２ｃとによって外輪５ｂ外周面を挟持されて、シリンダヘッド２側に固定されている。

第二の転がり軸受６は、内輪６ａと、外輪６ｂと、これら内外輪間に配置された複数の玉６ｃとを備えるとともに、シールによって内外輪６ａ、６ｂ間にグリースが封入された、グリース封入型の玉軸受を構成している。第二の転がり軸受６の内輪６ａ内周側には、カムシャフト４のシャフト本体４ｂが圧入状態で挿入されている。そして、第一の転がり軸受５は、スペーサ４ｄによって、カムシャフト４の他端部側における所定位置に位置決めされている。また、第二の転がり軸受６は、シリンダヘッド２に形成されたブラケット２ｄと、キャップ２ｅとによってその外周面が挟持されて、シリンダヘッド２側に固定されている。

このように第二の転がり軸受６に玉軸受を用いることで、エンジン運転時にカムシャフト４に作用する軸方向の負荷をこの第二の転がり軸受６によって支持することができる。
また、本実施形態では、第一及び第二の転がり軸受５、６によって、カムシャフト４をその両端部のみで支持しているので、例えば、カムシャフト４をより多数の軸受で支持した場合と比較して、カムシャフト４周辺のシリンダヘッド２等の構成を簡略化できる。さらに、カムシャフト４をより多数の軸受で支持した場合と比較して、軸受の回転トルクが低減されるので、カムシャフト４の低トルク化に有利である。

遮蔽板Ｓは、ヘッドカバー３の内側に形成された上部遮蔽板Ｓ１と、シリンダヘッド２に形成された下部遮蔽板Ｓ２とを有している。図２は、図１中、ＩＩ−ＩＩ線の断面図である。図のように、上部及び下部遮蔽板Ｓ１、Ｓ２は、シリンダヘッド２の上面を覆うべくヘッドカバー３をシリンダヘッド２に取り付けたときに上部及び下部遮蔽板Ｓ１、Ｓ２の端面が一致するようにされている。また、上部及び下部遮蔽板Ｓ１、Ｓ２には、それぞれ半円状の切り欠き部Ｓ１ａ、Ｓ２ａが形成されている。この切り欠き部Ｓ１ａ、Ｓ２ａは、上部及び下部遮蔽板Ｓ１、Ｓ２の端面を一致させたときに、互いに組み合わされてカムシャフト４が挿通する孔Ｓ３を構成するようにされている。この孔Ｓ３の直径は、カムシャフト４の外周径に対して、エンジンの潤滑油が容易に通過できない程度の隙間となるように設定されている。

図１に戻って、このような遮蔽板Ｓは、動弁室Ｄ内の長手方向両端部を仕切ることで、第一及び第二の転がり軸受５、６が配置された軸受室Ｄ１と、カム４ｃや図示しない動弁機構が配置されたカム室Ｄ２とを動弁室Ｄ内に形成している。カム室Ｄ２内は、カム４ｃや図示しない動弁機構を潤滑するために、エンジンの潤滑油が供給されるようになっている。一方、軸受室Ｄ１は、遮蔽板Ｓによってエンジンの潤滑油が容易に侵入できないようにされている。これによって、カム室Ｄ２内のエンジンの潤滑油が、第一及び第二の転がり軸受５、６に掛からないようにされており、第一及び第二の転がり軸受５、６の内部にエンジンの潤滑油が侵入するのを防止している。すなわち、遮蔽板Ｓは、第一及び第二の転がり軸受５、６の内部にエンジンの潤滑油が侵入するのを遮蔽する遮蔽手段を構成している。

このように構成された本実施形態のカムシャフト支持装置１によれば、第一及び第二の転がり軸受５、６に対して動弁室Ｄ内のエンジンの潤滑油を遮蔽する遮蔽板Ｓを有しているので、第一及び第二の転がり軸受５、６にエンジンの潤滑油が流れ込むのを防止できる。よって、第一及び第二の転がり軸受５、６の内部に、エンジンの潤滑油に含まれているカーボンスラッジや金属粉等の異物が侵入するのを抑制するとともに、第一及び第二の転がり軸受５、６は、その内部に封入されたグリースによって確実に潤滑される。従って、当該カムシャフト支持装置１の低トルク化を図るべくカムシャフト４を第一及び第二の転がり軸受５、６で支持したとしても、前記異物等に起因するこれら転がり軸受５、６の振動や騒音の発生、及び寿命低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、シリンダヘッド２及びヘッドカバー３に遮蔽板Ｓを設けたので、特にエンジンの潤滑油を遮蔽するための部材を別途組み込むことなく、容易に第一及び第二の転がり軸受５、６をエンジンの潤滑油から遮蔽することができる。
また本実施形態では、カムシャフト４の両端のみを第一及び第二の転がり軸受５、６で支持したが、多気筒の比較的長尺のカムシャフトを支持する場合等には、必要に応じて複数のカム４ｃ間に滑り軸受等を配置してもよい。

図３は、参考発明のカムシャフト支持装置が組み込まれた４サイクルエンジン上部の断面図である。参考発明のカムシャフト支持装置と前記実施形態との主な相違点は、第一及び第二の転がり軸受５、６が動弁室Ｄの外部に配置されるとともに、動弁室Ｄ内を通りシリンダヘッド２及びヘッドカバー３から両端が突出しているカムシャフト４の両端部を支持している点と、シリンダヘッド２及びヘッドカバー３に遮蔽板Ｓが形成されていない点と、第一の転がり軸受５に玉軸受を用いている点である。その他の点については、第一の実施形態と同様なので説明を省略する。

図３中、シリンダヘッド２及びヘッドカバー３のエンジン長手方向側面には、動弁室Ｄの内外を連通する孔Ｐ、Ｑが形成されている。カムシャフト４は、これら孔Ｐ、Ｑに挿通されることによって、その両端部がシリンダヘッド２及びヘッドカバー３から突出した状態で動弁室Ｄ内を通って配置されている。
カムシャフト４を支持している第一及び第二の転がり軸受５、６は、それぞれシリンダヘッド２の動弁室Ｄ外部に形成されたブラケット２ｂ、２ｄと、キャップ２ｃ、２ｅとによって外周を挟持されて、シリンダヘッド２側に固定されている。そして、

このように構成された参考発明のカムシャフト支持装置１によれば、第一及び第二の転がり軸受５、６は、動弁室Ｄの外部に配置されているので、第一及び第二の転がり軸受５、６の内部にエンジンの潤滑油が流入することがなく、エンジンの潤滑油内に含まれる異物等が侵入するのを防止できる。従って、前記異物等に起因する第一及び第二の転がり軸受５、６の振動や騒音の発生、及び寿命低下を抑制することができる。

また、第一及び第二の転がり軸受５、６は、エンジンの外部に配置されているので、動弁室Ｄ内部に配置したものと比較してこれら転がり軸受５、６の周囲温度をより低く抑えることができる。従って、より粘度の低いグリースを封入することができ、カムシャフト４の回転トルクをより低下させることができる。また、これら転がり軸受５、６の周囲温度が抑えられることで、これら転がり軸受５、６のシールの材質やグリース封入形態の自由度が高まる。

また、第一及び第二の転がり軸受５、６として玉軸受を用いたが、第一の実施形態のように、いずれか一方のみが玉軸受であってもよく、この場合、上述したようにエンジン運転時にカムシャフト４に作用する軸方向の負荷を玉軸受によって支持することができる。また、本実施形態では、カムシャフト４の両端部のみを支持するようにされているが、多気筒の比較的長尺のカムシャフトを支持する場合等には、必要に応じて複数のカム４ｃ間に滑り軸受等を配置してもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、動弁室Ｄの両端に軸受室Ｄ１が設けられるように遮蔽板Ｓをシリンダヘッド２及びヘッドカバー３に形成したが、遮蔽板Ｓは別部材で構成してもよいし、当該転がり軸受を箱体で覆うようにして潤滑油から遮蔽してもよい。また、例えば、カムシャフト４の中央付近に配置された転がり軸受を遮蔽する場合には、この転がり軸受の両側に遮蔽板Ｓを設けて軸受室を設けることもできる。

また、上記実施形態において、カムシャフト４は、カム４ｃとシャフト本体４ｂとスペーサ４ｄとを組み立てたものを用いたが、カム及びシャフトが一体成形されたカムシャフトを用いることもできる。また、このカムシャフト４を支持する第一及び第二の転がり軸受には、内外輪を有する転がり軸受を用いたが、カムシャフト４の外周面に軌道を形成し、内輪を廃した転がり軸受としてもよい。

本発明の第一の実施形態に係るカムシャフト支持装置が組み込まれた４サイクルエンジン上部の断面図である。図１中、ＩＩ−ＩＩ線の断面図である。参考発明のカムシャフト支持装置が組み込まれた４サイクルエンジン上部の断面図である。

１カムシャフト支持装置
２シリンダヘッド
３ヘッドカバー
４カムシャフト
５第一の転がり軸受
６第二の転がり軸受
Ｄ動弁室
Ｄ１軸受室
Ｓ遮蔽板

Claims

複数のカムを有するカムシャフトと、
エンジンのシリンダヘッドとヘッドカバーとによって囲まれた動弁室内に配置され、前記シリンダヘッドに対して前記カムシャフトを回転自在とするために当該カムシャフトの両端を支持するとともに、内部にグリースが封入された複数の転がり軸受と、
前記複数の転がり軸受内部にエンジンの潤滑油が侵入するのを遮蔽する遮蔽手段と、を備え、
前記遮蔽手段は、前記動弁室を、前記転がり軸受が配置されている軸受室と前記カムが配置されているカム室とに仕切り、当該カム室のエンジンの潤滑油が当該軸受室に侵入するのを遮蔽する遮蔽板であり、
前記遮蔽板は、前記シリンダヘッドに形成された下部遮蔽板と、前記ヘッドカバーに形成されかつ当該ヘッドカバーを前記シリンダヘッドに取り付けた状態で前記下部遮蔽板の上端面が一致する下端面を有している上部遮蔽板とを備え、
前記下部遮蔽板及び前記上部遮蔽板のそれぞれには、前記カムシャフトが挿通しかつ当該カムシャフトとの間で隙間を有する孔を構成している切り欠き部が形成されていることを特徴とするカムシャフト支持装置。
前記一対の転がり軸受の内、少なくとも一方は、玉軸受である請求項１記載のカムシャフト支持装置。