JP4864031B2

JP4864031B2 - 動弁機構の潤滑構造

Info

Publication number: JP4864031B2
Application number: JP2008061073A
Authority: JP
Inventors: 惠一朗畔上
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: JP2009215991A

Description

本発明は、動弁機構の潤滑構造に関し、特にシリンダヘッドに形成された軸受面に回転自在に軸支されたカム軸の回転によって吸排気バルブを開閉するバルブリフタを備えた動弁機構の潤滑構造に関する。

従来からエンジンにおいて、カム軸と、吸排気バルブに結合されたバルブリフタとを有し、カム軸の回転により周期的に押圧して吸排気バルブを開閉する駆動機構がある。

この種の動弁機構にあっては、長期に亘り円滑な作動を得るために摺動面となるカムとバルブリフタとの間に及び軸受面とカム軸のカムジャーナル部との間に潤滑油を供給する必要がある。

カムとバルブリフタとの間及び軸受面とカムジャーナル部に潤滑油を供給する技術に関しては例えば特許文献１がある。この特許文献１の潤滑構造について図１１乃至図１３を参照して説明する。

図１１は動弁機構の要部を示す縦断面図、図１２は要部を示す一部を破断した平面図であり、図１３は要部を示す拡大縦面図である。

図１１に示すようにカム軸１０１の軸心中空部に潤滑油通路１０２が形成される。このカム軸１０１には、図１２に仮想線で示すように一対のカム１０３が軸方向に離間して一体に形成されるとともに、両カム１０３間にカムジャーナル部１０４が形成される。カムジャーナル部１０４は図１３に示すようにシリンダヘッドに形成されたジャーナル軸受１１１と、ジャーナル軸受１１１にボルト結合されたカムキャップ１１２によって形成される軸受面１１３に回転自在に軸支されている。

カム軸１０１のカムジャーナル部１０４には径方向に給油孔１０５が穿孔されており、この給油孔１０５は、軸方向から見てカム１０３の略半円形のベース部１０３ａとカムノーズ部１０３ｃの中間箇所のランプ部１０３ｂに合致する位置に形成される。

一方、軸受面１１３を形成するジャーナル軸受１１１の内周面１１３ａに、図１２に示すように潤滑油溝１１４が凹設されている。この潤滑油溝１１４はジャーナル軸受１１１の内周面１１３ａに上部近傍から底部にまで延びる潤滑油導入溝部１１４ａと、この潤滑油導入溝部１１４ａに連通して両側の吸気バルブ１１５の先端に設けられたバルブリフタ１１６とカム１０３との摺接面に向かって斜め下方に延出する一対の潤滑油噴出溝部１１４ｂとからなる。

カム軸１０１の回転に伴い、給油孔１０５が潤滑油溝１１４の潤滑油導入溝部１１４ａの上端部分に対向した時点で潤滑油通路１０２の潤滑油が給油孔１０５を介して潤滑油導入溝部１１４ａ内に流入し始め、この流入量がカム軸１０１の回転とともに更に増大する。そして、カム１０３のランプ部１０３ｂがバルブリフタ１１６に接触する直前に、潤滑油導入溝部１１４ａに充満した潤滑油が各潤滑油導出部１１４ｂからバルブリフタ１１６とカム１０３との間の接触面に向かって噴出される。また、カム軸１０１のカムジャーナル部１０４の外周面と軸受面１１３との間にも潤滑油が給油される。

実開平７−３０３０５号公報

上記特許文献１によると、カム軸１０１の回転に伴い給油孔１０５及び潤滑油溝１１４を介してカム１０３とバルブリフタ１１６との間の接触面及びカム軸１０１のカムジャーナル部１０４と軸受面１１３の間に潤滑油を供給することができる。

しかし、カムジャーナル部１０４と軸受面１１３との間に給油孔１０５から常時潤滑油が供給されることから、オイルポンプからの潤滑油の吐出損出が大きくなることが懸念される。

従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、動弁機構の潤滑を確保すると共にポンプからの潤滑油の吐出損出の低減が得られる動弁機構の潤滑構造を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載の動弁機構の潤滑構造は、シリンダヘッドに形成された軸受面にカムジャーナル部が回転自在に軸支されたカム軸及び、該カム軸の回転に伴うカム面の接触によって吸排気バルブを開閉するバルブリフタを備えた動弁機構の潤滑構造において、上記軸受面に給油口が開口する潤滑油通路と、上記軸受面に導入口が開口して上記バルブリフタ上面に向けて噴出口が開口するバルブリフタ供給油路と、上記カムジャーナル部の周面に開口する第１開口部及び第２開口部を有する上記カムジャーナル部に形成された連通路と、を有し、上記吸排気バルブの開閉状態に応じたカム軸の回転に伴い上記第１開口部が上記給油口に連通し第２開口部が導入口に連通するバルブリフタ給油路と、上記第２開口部が給油口に連通し第１開口部が上記軸受面に向けて開口する軸受面給油路とが形成されることを特徴とする。

この発明によると、吸排気バルブの開閉状態に応じたカム軸の回転に伴い第１開口部が給油口に連通し第２開口部が導入口に連通してバルブリフタに潤滑油を供給するバルブリフタ給油路と、第２開口部が給油口に連通し第１開口部が軸受面に向けて開口する軸受面給油路が形成され、カムのカム面とバルブリフタとの接触面、及びカムジャーナル部と軸受面の間に集中的に潤滑油が供給される。

しかも、潤滑油路の給油口に連通路の第１開口部或いは第２開口部が対向していない期間では、潤滑油路の給油口がカムジャーナル部の周面によって閉塞されることから、オイルポンプの噴出損出を格段に低減できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１の動弁機構の潤滑構造において、上記第１開口部が給油口に連通し第２開口部が導入口に連通するバルブリフタ給油路は、カム面がバルブリフタに対して接触開始する直前に形成されることを特徴とする。

この発明によると、カムのカム面がバルブリフタに対して接触が開始される直前の最も好ましいタイミングで潤滑油がカムのカム面及びバルブリフタに集中的に供給され、カムとバルブリフタとの相互の接触面の広範囲に亘り厚い油膜を効率的に形成できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２の動弁機構の潤滑構造において、上記第２開口部が給油口に連通し第１開口部が上記軸受面に向けて開口する軸受面給油路は、最大揚程時に形成され、かつ第１開口部は軸受面の最大軸荷重受部分に対向することを特徴とする。

この発明によると、カム軸が回転して軸受面に作用する軸受荷重が最大になる最大揚程時に軸受面の最大軸荷重受部分に対向して集中的に潤滑油が供給される。

請求項４に記載の発明は、請求項３の動弁機構の潤滑構造において、上記最大軸荷重受部分は、シリンダヘッドのジャーナル部に結合されるカムキャップのカムキャップ軸受面であることを特徴とする。

この発明によると、カム軸が回転して軸受面に作用する軸受荷重が最大になる最大揚程時にカムキャップのカムキャップ軸受面に対向して集中的に潤滑油が供給される。

本発明によると、カム軸の回転中において、カムのカム面及びバルブリフタと軸受面に効率的に集中的に潤滑油が供給される。

しかも、カム軸の回転中においてカムのカム面及びバルブリフタや、軸受面に潤滑油を供給していない期間では、潤滑油路の給油口がカムジャーナル部の周面によって閉塞されることから、オイルポンプの噴出損出が格段に低減できる。

以下本発明による動弁機構の潤滑構造の一実施の形態を、吸気バルブを開閉する動弁機構の潤滑構造を例に図１乃至図１０を参照して説明する。

図１は潤滑構造の概要を示すシリンダヘッドの縦断面図、図２はシリンダヘッドの要部平面図、図３は図２のＩ−Ｉ線断面図、図４はジャーナル部の要部縦断面図、図５乃至図８は作動説明図である。

図１及び図２に示すようにシリンダヘッド１０は、アッパデッキ１１とロアデッキ１２と、サイドウォール１３を有する箱状で、アッパデッキ１１及びサイドウォール１３に連続形成された隔壁１４によって上部内が区画され、下面が図示しないシリンダブロックに結合される。

シリンダブロックに複数並設されたシリンダに対応してシリンダヘッド１０の下面に形成された燃焼室１５からロアデッキ１２とアッパデッキ１１との間に延在する吸気ポート１６が形成され、吸気ポート１６の燃焼室１５側の開口部に環状のバルブシート１７が装着される。吸気ポート１６に円筒状のバルブガイド１８が装着されている。また隔壁１４に隣接してアッパデッキ１１に円筒状のバルブリフタガイド１９がバルブガイド１８と同軸上に形成される。

吸気ポート１６を開閉する吸気バルブ２１は、バルブガイド１８に摺動可能に貫通する棒状のステム２２と、ステム２２に一体形成されたバルブヘッド２３を有し、アッパデッキ１１から突出するステム１９の先端近傍に取り付けられたリテーナ２４とアッパデッキ１１との間に弾装されたバルブスプリング２５によってバルブヘッド２３のバルブフェース２３ａがバルブシート１７に着座して吸気ポート１６を閉塞する図１に示す閉位置に付勢される。

ステム２２の先端には、バルブスプリング２５の上半部を覆う円板状のカム摺接面２６ａ及びバルブリフタガイド１９に摺動自在に嵌合保持される円筒状の胴部２６ｂを有するカップ状のバルブリフタ２６が冠着される。

一方、隔壁１４に形成されたジャーナル軸受３１のジャーナル軸受面３３ａと、ジャーナル軸受３１にボルト３０によって結合されるカムキャップ３２のカムキャップ軸受面３３ｂによって形成された軸受面３３にカム軸３５が回転自在に軸支される。

カム軸３５は、軸受面３３に軸支されるカムジャーナル部３６の両側に軸方向に離間して一対のカム３８が形成される。カム３８は略半円形のベース部３９ａと、カムノーズ部３９ｃと、ベース部３９ａとカムノーズ部３９ｃとの間のランプ部３９ｂ、３９ｄが連続形成されたカム面３９を有する。

カム面３９のベース部３９ａは、バルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに非接触状態に形成される。一方カム軸３５の回転に伴いカム３８が回転するとカム面３９のランプ部３９ｂがバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに接触及び摺接してバルブリフタ２６を介してバルブスプリング２５の付勢に抗して吸気バルブ２１を押圧して閉弁位置からバルブフェース２３ａがバルブシート１７から離れてバルブフェース２３ａとバルブシート１７との間隙が増大する揚程、即ちリフトを開始する。

更なるカム軸３５の回転によりカム面３９のカムノーズ部３９ｃがバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに摺接して押圧すると図７に示すようにバルブフェース２３ａとバルブシート１７との間隙が最大となる最大揚程位置となる。

更に、カム軸３５が回転すると、カム３８の回転に伴いランプ部３９ｄがバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに摺接しつつバルブスプリング２５によって付勢された吸気バルブ２１のバルブフェース２３ａがバルブシート１７に接近してバルブフェース２３ａとバルブシート１７との間隙が減少する。

更にカム軸３５が回転してカム面３９がバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａから離れてカム面３９によるバルブリフタ２６の押圧が解除されると、図１に示すようにバルブヘッド２３のバルブフェース２３ａがバルブシート１７に着座して吸気ポート１６を閉塞する。

このカム軸３５の回転による軸受面３３に作用する軸受荷重は、図７に示すバルブスプリング２５が最大圧縮される最大揚程時において最大になり、カム軸３５の延在方向から見てカムノーズ部３９ｃと反対側となる軸受面３３の部位の軸受荷重が最大となり、当該部分が最大軸荷重受部分３３ｃとなる。

一方、図１及び図２に示すように、シリンダヘッド１０のサイドウォール１３及び隔壁１４にオイルポンプＰから潤滑油が供給される潤滑油通路４１が形成され、図４に示すように潤滑油通路４１の給油口４１ａがジャーナル軸受３１のジャーナル軸受面３３ａに開口している。

更に、ジャーナル軸受３１には給油口４１ａからジャーナル軸受面３３ａの周方向に離間してジャーナル軸受面３３ａに導入口４２ａが開口すると共に閉弁位置におけるバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａとカム３８のカム面３９ａとの接触面間に向けて噴出口４２ｂが開口する油孔によって形成されたバルブリフタ供給油路４２を有する。

カムジャーナル部３６の周面３６ａに、カム軸３５の回転中においてジャーナル軸受３１に開口する給油口４１ａ及び導入口４２ａにそれぞれ対応して開口する第１開口４５ａ及び第２開口４５ｂを有する油孔からなる連通路４５が形成される。このカムジャーナル部３６に形成される連通路４５の第２開口部４５ｂが、図７及び図８に示すようにカムジャーナル部３６に開口する給油口４１ａに対応するカム軸３５の回転位置においては第１開口部４５ａが軸受面３３の最大軸荷重受部分３３ｃに対向して開口する位置に設定される。

そして、カム軸３５が回転状態において図５及び図６に示すカム面３９のランプ３９ｂがバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに接触開始する直前、換言すると吸気バルブ２１が揚程開始直前におけるカム軸３５の回転位置において第１開口４５ａが給油口４１ａと対向して潤滑油通路４１と連通路４５が連通すると共に第２開口部４５ｂが導入口４２ａと対向して連通路４５とバルブリフタ給油路が形成される。また、図７及び図８に示す最大揚程時におけるカム軸３５の回転位置において第２開口部４５ｂが給油口４１ａに対向して潤滑油通路４１と連通路４５が連通して軸受面給油路が形成される。

次に、このように構成された動弁機構の潤滑構造の作用を説明する。

図１に示すようにカム軸３５に形成されたカム３８のカム面３９がバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａから離れる吸気バルブ２１が閉弁位置においては、図４に示すようにジャーナル軸受部３３ａに開口する潤滑通路４１の導入口４２ａがカム軸３５のカムジャーナル部３６の周面３６ａによって閉塞され、潤滑通路４１からの潤滑油供給が停止状態となる。

カム軸３５が回転し、図５に示すカム面３９のランプ部３９ｂがバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに接触開始する直前、即ち吸気バルブ２１の揚程開始直前におけるカム軸３５の回転位置に達すると、図６に示すようにカムジャーナル部３６に形成され連通路４５の第１開口部４５ａが給油口４１ａと対向すると共に第２開口部４５ｂがバルブリフタ供給油路４２の導入孔４２ａと対向して潤滑油路４１から連通路４５を介してバルブ供給油路４２に至るバルブリフタ給油路が形成され、潤滑油路４１からの潤滑油が噴出口４２ａからバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａとカム３８のカム面３９、特にランプ部３９ｂに向けて噴出される。従って、カム３８のランプ部３９ｂ及びバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに、ランプ部３９ｂがカム摺接面２６ａに対する接触が開始される直前の最も好ましいタイミングで潤滑油が集中的に噴出されるので、カム３８とバルブリフタ２６との相互の接触面の広範囲に亘り厚い油膜が効率的に形成される。

更に、カム軸３５が回転すると、ジャーナル軸受部３３ａに開口する潤滑通路４１の給油口４１ａがカムジャーナル部３６の周面３６ａによって閉塞され、潤滑通路４１からの潤滑油供給が停止すると共に、カム面３９のランプ部３９ｂがバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに接触及び摺接して吸気バルブ２１の揚程を開始する。

更にカム軸３５が回転して図７に示す軸受面３３に作用する軸受荷重が最大になる最大掲程時におけるカム軸３５の回転位置に達すると、図８に示すようにカムジャーナル部３６に開口する第２開口部４５ｂがジャーナル軸受３１のジャーナル軸受面３３ａに開口する給油口４１ａと対向すると共に第１開口部４５ａがジャーナル軸受面３３の最大軸荷重受部分３３ｃに対向し、潤滑油路４１から連通路４５を介して最大軸荷重受部分３３ｃに至る軸受面給油路が形成され、潤滑油路４１から潤滑油が第１開口部４５ａから最大軸荷重受部分３３ｃに供給される。これにより最大掲程時に最も軸受荷重が付与されるカムキャップ３２のカムキャップ軸受面３３ｂに油膜が形成される。

更にカム軸３５が回転すると、ジャーナル軸受部３３ａに開口する潤滑通路４１の給油口４１ａがカムジャーナル部３６の周面３６ａによって閉塞され、潤滑通路４１からの潤滑油供給が停止すると共に、カム面３９のランプ部３９ｄがバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに接触及び摺接して吸気バルブ２１のバルブフェース２３ａがバルブシート１７に接近してバルブフェース２３ａとバルブシート１７との間隙が減少する。更にカム軸３５が回転してカム面３９がバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａから離れてカム面３９によるバルブリフタ２６の押圧が解除されると、バルブヘッド２３のバルブフェース２３ａがバルブシート１７に着座して吸気ポート１６を閉塞する。

従って、カム軸３５の回転中において、カム３８のランプ部３９ｂがバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに対して接触が開始される直前の最も好ましいタイミングで潤滑油がカム３８のカム面３９及びバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに集中的に噴出されるので、カム３８とバルブリフタ２６との相互の接触面の広範囲に亘り厚い油膜を効率的に形成できる。また、カム軸３５が回転して軸受面３３に作用する軸受荷重が最大になる最大揚程時にジャーナル軸受面３３の最大軸荷重受部分３３ｃに対向して集中的に潤滑油が供給され、最大揚程時に軸受荷重が付与されるカムキャップ３２のカムキャップ軸受面３３ｂに油膜が形成される。

しかも、カム軸３５の回転中において、カム３８のランプ部３９ｂがバルブリフタ２６のカム摺接面２６ａに対して接触が開始される直前とカム軸３５の回転に伴い軸受面３３に作用する軸受け荷重が最大になる最大揚程時以外の潤滑油路４１の給油口４１ａに連通路４５の第１開口部４５ａ或いは第２開口部４５ｂが対向していない期間では、潤滑油路４１の給油口４１ａがカムジャーナル部３６の周面３６ａによって閉塞されるから、潤滑油路４１の給油口４１ａから潤滑油が噴出することがなく、オイルポンプＰの噴出損出を格段に低減できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では連通路４５をジャーナル部３６に穿設された油孔により形成したが、図９に図４に対応するジャーナル部３６の断面図を示すように、ジャーナル軸受３１に開口する給油口４１ａ及び導入口４２ａにそれぞれ対応する第１開口部４６ａ及び第２開口部４６ｂを有するカムジャーナル部３６の周面３６ａに凹設された連通溝４６によって形成することもできる。このカムジャーナル部３６に形成される連通溝４６の第２開口部４６ｂが、カムジャーナル部３６に開口する給油口４１ａに対応するカム軸３５の回転位置においては第１開口部４６ａが軸受面３３の最大軸荷重受部分３３ｃに対応する位置に設定される。

また、バルブリフタ供給油路４２は、図１０に図３に対応する断面図を示すように、油孔にかえて導入口４２ａから噴出口４２ｂに至るジャーナル軸受３１のジャーナル軸受面３３ａに凹設された凹溝４７によって形成することもできる。

また、上記実施の形態においては吸気バルブを開閉する動弁機構の潤滑構造を例に説明したが、排気バルブを開閉する動弁機構の潤滑構造において適用できる。

本発明の実施に形態に係る弁機構の潤滑構造の概要を示すシリンダヘッドの縦断面図である。シリンダヘッドの要部平面図である。図２のＩ−Ｉ線断面図である。ジャーナル部の要部縦断面図である。作動を説明する図１に対応するシリンダヘッドの縦断面図である。作動を説明する図４に対応するジャーナル部の要部縦断面図である。作動を説明する図１に対応するシリンダヘッドの縦断面図である。作動を説明する図４に対応するジャーナル部の要部縦断面図である。他の連通路の概要を示す図４に対応するジャーナル部の要部縦断面図である。他のバルブリフタ供給油路の概要を示す図３に対応する断面図である。従来の動弁機構の要部を示す縦断面図である。図１１の要部を示す一部を破断した平面図である。要部を示す拡大縦面図である。

符号の説明

１０シリンダヘッド
２１吸気バルブ
２２ステム
２３バルブヘッド
２４アッパリテーナ
２５バルブスプリング
２６バルブリフタ
２６ａカム摺接面
２６ｂ胴部
３０ボルト
３１ジャーナル軸受
３２カムキャップ
３３軸受面
３３ａジャーナル軸受面
３３ｂカムキャップ軸受面
３３ｃ最大軸荷重受部分
３５カム軸
３６カムジャーナル部
３６ａ周面
３８カム
３９カム面
３９ａベース部
３９ｂ、３９ｄランプ部
３９ｃカムノーズ部
４１潤滑油通路
４１ａ給油口
４２バルブリフタ供給油路
４２ａ導入口
４２ｂ噴出口
４５連通路
４５ａ第１開口
４５ｂ第２開口

Claims

シリンダヘッドに形成された軸受面にカムジャーナル部が回転自在に軸支されたカム軸及び、該カム軸の回転に伴うカム面の接触によって吸排気バルブを開閉するバルブリフタを備えた動弁機構の潤滑構造において、
上記軸受面に給油口が開口する潤滑油通路と、
上記軸受面に導入口が開口して上記バルブリフタ上面に向けて噴出口が開口するバルブリフタ供給油路と、
上記カムジャーナル部の周面に開口する第１開口部及び第２開口部を有する上記カムジャーナル部に形成された連通路と、を有し、
上記吸排気バルブの開閉状態に応じたカム軸の回転に伴い上記第１開口部が上記給油口に連通し第２開口部が導入口に連通するバルブリフタ給油路と、上記第２開口部が給油口に連通し第１開口部が上記軸受面に向けて開口する軸受面給油路とが形成されることを特徴とする動弁機構の潤滑構造。
上記第１開口部が給油口に連通し第２開口部が導入口に連通するバルブリフタ給油路は、カム面がバルブリフタに対して接触開始する直前に形成されることを特徴とする請求項１に記載の動弁機構の潤滑構造。
上記第２開口部が給油口に連通し第１開口部が上記軸受面に向けて開口する軸受面給油路は、最大揚程時に形成され、かつ第１開口部は軸受面の最大軸荷重受部分に対向することを特徴とする請求項１または２に記載の動弁機構の潤滑構造。
上記最大軸荷重受部分は、シリンダヘッドのジャーナル部に結合されるカムキャップのカムキャップ軸受面であることを特徴とする請求項３に記載の動弁機構の潤滑構造。