JP5321325B2 - 内燃機関のカムシャフト構造 - Google Patents
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Description
一方特開平10―141017号にあるような構造とすることで、偏磨耗及び、偏磨耗による回転抵抗の増大を防止することができる。
吸気側カムシャフト06には吸気バルブ(図示略)を開閉するカム08が1気筒あたり2個ずつ形成されている。吸気側カムシャフト06の略中央にある2のジャーナル06aに挟まれた部分には、他の部分よりも径が細くなった縮径部030が形成されている。
また、吸気側カムシャフト06の端部には可変バルブタイミング機構(以下VVT機構)023が配設されている。VVT機構はドリブンギア021に連結されている。
ドリブンギア021はエンジン(図示略)のクランクシャフト(図示略)の回転に同期して駆動される。VVT機構は油圧により駆動され、エンジンの回転数、負荷等により吸気バルブ(図示略)の開閉タイミングを早めたり、遅らせたりしてエンジン出力を最適な状態にコントロールする。
このため、噛合起振力の振動数と、吸気側振動系の固有振動数が一致して、共振現象が発生する恐れがある。その対応策として吸気側カムシャフト06の中間部で非軸支部分の所定の場所に縮径部030を設けて、縮径部030を振動モードの節とすることにより固有振動数を高くして、噛合起振力の振動数による共振を回避させている。
振動による曲げモーメント発生の変形は縮径部030だけで吸収する構造のため、当該部に高応力が発生することが予測される。
更に、カムシャフトの気筒間カム軸部にはバルブスプリングによる曲げモーメントが作用しており、カムシャフト06のジャーナル部06a或いは軸受部に偏磨耗をまねく可能性がある。
前記吸気バルブ又は排気バルブを閉塞するバルブスプリングの閉塞力に抗してバルブ開放時にカムシャフトに作用する反力によって各気筒間を連結する気筒間カム軸部に生じる変形を吸収するように、前記気筒間カム軸部に複数の縮径部と拡径部とからなる蛇腹部が形成され、さらに、前記縮径部および拡径部が螺旋状に形成されると共に、螺旋の方向が気筒間カム軸部の両側に配置された前記カムの端面から前記気筒間カム軸部を見た方向において、前記バルブスプリングの反力により前記拡径部の頂部をコイルスプリング線形と仮定したときに、コイルスプリングのピッチ及び径が小さくなる状態の螺旋方向に捩じられ、気筒間カム軸部の中間部で螺旋の方向が切替えられることを特徴とする。
更に、隣接する気筒間に位置する気筒間カム軸部で変形量を吸収するので、他の気筒に影響が及ばないため、カムシャフトを支軸するカム軸受とカムキャップとに偏当りして、偏摩耗の発生、偏摩耗によるカムシャフト回転のフリクション増大を防止できる。
従って、螺旋状の始点をカム頂点からカムの回転方向へ90度の範囲からずらすことにより螺旋始点部においての高応力の発生を防止して、カム軸の耐久性を向上させることができる。
更に、隣接する気筒間に位置する気筒間カム軸部で変形量を吸収するので、他の気筒に影響が及ばないため、カムシャフトを支軸するカム軸受とカムキャップとに偏当りして、偏摩耗の発生、偏摩耗によるカムシャフト回転のフリクション増大を防止できる。
更に、前記縮径部および拡径部が螺旋状に形成されると共に、螺旋の方向が気筒間カム軸部の両側に配置された前記カムの端面から前記気筒間カム軸部を見た方向において、前記バルブスプリングの反力により前記拡径部の頂部をコイルスプリング線形と仮定したときに、コイルスプリングのピッチ及び径が小さくなる状態の螺旋方向に捩じられて形成されるので、カムが捻れ難くなり、従って、吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングもずれ難くなる。エンジンの吸気及び排気バルブの開閉タイミングが守れ、エンジン性能が維持できる効果を有する。
ただし、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の記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明にすぎない。
図1は本発明のカムシャフトと吸気バルブとの関係を示す概略図である。
また、図1は内燃機関である多気筒(シリンダ1個=1気筒)の4バルブエンジン1(1気筒に吸気バルブ2個、排気バルブ2個)の吸気側カムシャフト5による吸気バルブ8が開閉される構造の概略図を示す。
尚、本参考例の説明では、吸気バルブ用のカムシャフトと、排気バルブ用のカムシャフトとは同じ考え方なので、吸気バルブ用のカムシャフトで説明する。
内燃機関であるエンジン1(以下エンジン1と記す)の上部は、シリンダブロック3にシリンダライナー13が嵌入され、その上部にシリンダヘッド2が載置される。シリンダヘッド2とシリンダライナー13とシリンダライナー13内を上下に往復行程をするピストン12の上面とで燃焼室14を形成している。
シリンダヘッド2の上面にはエンジン1のクランクシャフト(図示省略)に連動して回転するカムシャフト5が配設されている。カムシャフト5は端部にクランクシャフトと連動するための装置(図示省略)例えばギヤトレイン等で連動している。
また、図2に示すように、カムシャフト5の各気筒に対応するカム6間を連結している気筒間カム軸部8には、縮径部81と拡径部82(図2(b))とからなる蛇腹部83が形成されている。
このバルブスプリング9はエンジン1の高速回転時に、カム6の動作に吸気バルブ18(及び排気バルブ)を確実に追従させると共に、バルブスプリング9自体の共振を防止するため、バネ定数を高くしてある。
上述の通り、カム6は吸気バルブ18を下方に押し下げて、吸気ポート15を開く動作をするとバルブスプリング9の強い反力を受け、上方への曲げ力により変形する。その変形量がジャーナル部10を支点として隣接する気筒のジャーナル部10へレバー比状に大きく影響する。
また、複数の気筒間ごとの気筒間カム軸部8に蛇腹部83が形成されているので、カムシャフト20全体に変形が生じても、各気筒間の蛇腹部83が分担して変形量を吸収するので、カムシャフト20の各部に発生する応力を気筒間ごとに分散できる。
また、本参考例の場合、図2(b)に示すように、カム6と気筒間カム軸部8との連結部において、カム側面17から蛇腹部に移る部分にR部19を設け、R部19の末端部から蛇腹形状に移るようにして、断面剛性の変化を和らげ応力集中の防止を図っている。
また、中空状のカムシャフトの場合は、バルジ加工等で成形することができる。
バルジ加工とはパイプの中側(中空部)に油圧等をかけて、外型の形状に沿わせるように成形する方法で、気筒間カム軸部8の外周部に凹部を形成すると共に、中空管に外嵌したカムを中空管に固定することも可能である。
また、蛇腹部83はカム6間を連結している気筒間カム軸部8の全長にわたって形成されている構成について説明したが、一部であってもよいことは勿論である。
本発明によるカムシャフト構造の第1実施形態を図3に基づいて説明する。
尚、参考例と同じ部品については同一符号を使用する。
カムシャフト20の気筒間カム軸部21は螺旋状の蛇腹部85に形成されると共に、該螺旋の方向は吸気バルブ18の開放時にバルブスプリング9の反力により、螺旋状の拡径部の頂部211に張力が発生するように形成される。
即ち、螺旋状の拡径部の頂部211に張力が発生する螺旋の方向とは、カム22の側面24を気筒間カム軸部21の軸芯方向にみて(図3(a)(b)のX1方向、X2方向にみて)、カム22が吸気バルブ18を押下げる際に、バルブスプリング9の反力で螺旋状の拡径部の頂部211に引張力が作用する方向(螺旋状の拡径部の頂部211をコイルスプリング線形と仮定した時に、コイルスプリングのピッチ及び径が小さくなる状態の螺旋方向)である。また、言い換えるとバルブスプリング9の反力で蛇腹が締まる方向に形成された螺旋である。
従って、カム22の側面からの見る方向(X1方向、X2方向)により螺旋の方向が変わるため、カム軸21の中間部(各気筒間の中心部分)には螺旋の方向を切替える中間帯23が設けてある。
カムシャフト5の捻れ剛性が低いと、図4に示すように、バルブスプリング9の反力により、カム6が吸気ポート15を開く場合、即ち、吸気バルブ18を下方へ押す時は押し戻され、吸気ポート15を開く開始時期が遅くなる。吸気ポート15を閉塞する時は、カム6の頂部が吸気バルブ18から逃げていく(回転)方向なので、カム6が速く回転する方向へバルブスプリング9に押圧され吸気ポート15の閉塞時期が早くなる。
従って、燃焼室内14は新しい空気不足からエンジン1の十分な出力が確保できなくなる。
また、排気バルブ側も同様なタイミングとなるため、十分な排気ができなく排気ガスが燃焼室14内に残り、燃料の不完全燃焼に近い状態になる。
また、本実施形態の場合、図3(b)に示すように、カム22と気筒間カム軸部21との連結部において、カム側面24から蛇腹の螺旋部に移る部分にR部25を設け、R部25の末端部から螺旋形状に移るようにして、断面剛性の変化を和らげ応力集中の防止を図っている。
本発明によるカムシャフト構造の第2実施形態を図5に基づいて説明する。
カムシャフト20のカム22の端面24に形成したR部25から螺旋へ続く接続部である始点を、カム22の頂点からカム22の回転方向へ90度の範囲には位置しないように形成し、即ち図5のθの範囲内に位置するようにした。
従って、蛇腹部85を形成する螺旋状の始点をカム頂点からカムの回転方向へ90度の範囲からずらすことにより螺旋始点部の高応力発生を防止して、カム軸の耐久性を向上させると共に、カムシャフト20が捻れ難く吸気バルブ18(及び排気バルブ、図示省略)の開閉タイミングをずれ難くする効果を有する。
2 シリンダヘッド
5 カムシャフト
6、22 カム
7 カムキャップ
8、21 気筒間カム軸部
9 バルブスプリング
10 ジャーナル部
11 カム軸受
18 吸気バルブ
20 カムシャフト
25 R部
81 縮径部
82 拡径部
83、85 蛇腹部
Claims (3)
- 内燃機関の機関本体に軸支され、端部で前記内燃機関のクランクシャフトの回転に連動して回転し、前記内燃機関の各気筒に配設され吸気バルブ又は排気バルブを開閉するカムを備えたカムシャフトにおいて、
前記吸気バルブ又は排気バルブを閉塞するバルブスプリングの閉塞力に抗してバルブ開放時にカムシャフトに作用する反力によって各気筒間を連結する気筒間カム軸部に生じる変形を吸収するように、前記気筒間カム軸部に複数の縮径部と拡径部とからなる蛇腹部が形成され、
さらに、前記縮径部および拡径部が螺旋状に形成されると共に、螺旋の方向が気筒間カム軸部の両側に配置された前記カムの端面から前記気筒間カム軸部を見た方向において、前記バルブスプリングの反力により前記拡径部の頂部をコイルスプリング線形と仮定したときに、コイルスプリングのピッチ及び径が小さくなる状態の螺旋方向に捩じられ、気筒間カム軸部の中間部で螺旋の方向が切替えられることを特徴とする内燃機関のカムシャフト構造。 - 前記気筒間カム軸部と該気筒間カム軸部の両側に配置された前記カムの端面との接続部にはコーナR部を形成し、気筒間カム軸部上の前記R部末部から前記蛇腹部に滑らかに接続するよう形成したことを特徴とする請求項1記載の内燃機関のカムシャフト構造。
- 前記蛇腹部の拡径部の螺旋の始点位置が前記カム頂点から前記カム回転方向へ90度の範囲を除いた部分に形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関のカムシャフト構造。
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