JP5369166B2 - カムシャフト構造 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに配置されるカムシャフト構造に関し、特に、カムシャフトの軸受部とジャーナル部との間に供給される潤滑油を良好に供給することができるカムシャフト構造に関する。

従来、エンジンに配置されるカムシャフトを軸支する軸受部と、カムシャフトのジャーナル部との間に潤滑油を供給するカムシャフト構造としては、例えば、特許文献１に開示されたカムシャフトの潤滑構造が知られている。

その特許文献１に記載のカムシャフトの潤滑構造は、カムシャフトの軸心部に形成された軸内油路（カムシャフト内通路）と、この軸内油路から外周面に向けて形成された油孔（油供給孔）と、カムアッパジャーナルの軸受面に形成した縦断面視して半円形状の溝部（油溝）と、で油路を形成している。

特開平８−２１８８３６号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載されたカムシャフトの潤滑構造や、従来のカムシャフトは、このカムシャフトの各所に形成される溝部の大きさが全て同一で、溝部の幅、深さ、圧力損失及び内部摩擦によって機械的エネルギーの消耗が起こることについては考慮されていなかった。
このため、カムシャフトと、カムシャフトの軸受との間に最適な油量の潤滑油を供給すことができなかったり、潤滑油の漏れが発生したりすることがあった。

そこで、本発明は、前記問題点を解決するために創案されたものであり、潤滑油の漏れを抑制しながら好適に潤滑油を供給することができるカムシャフト構造を提供することを課題とする。

本発明に係るカムシャフト構造は、軸受部で軸支される複数のジャーナル部と、該ジャーナル部にそれぞれ周方向に形成される環状の溝部と、軸本体の中を軸方向に延在する軸内油路と、該軸内油路と前記溝部をつなぐ径方向の油孔とを有するカムシャフト構造において、複数の前記溝部は、当該溝部よりも下流に潤滑油の供給先を有する第１溝部と、当該溝部において前記ジャーナル部の潤滑のみに潤滑油が利用される第２溝部と、を備えて成り、前記第１溝部は、前記第２溝部よりも断面積が大きいことを特徴とする。

かかる構成によれば、カムシャフトは、ジャーナル部の溝部のうち、この溝部よりも下流に潤滑油の供給先を有する第１溝部が、ジャーナル部の潤滑のみに潤滑油が利用される第２溝部よりも断面積が大きく形成されている。このため、第１溝部は、第２溝部よりも断面積が大きく形成されている分だけ、潤滑油の流動抵抗が低減されて流れがよくなるので、潤滑油の漏れ量を低減しながら、カムシャフトのジャーナル部と軸受部との間の各所に、好適に潤滑油を供給することができる。

また、前記第１溝部は、前記第２溝部と軸方向の幅は等しく、かつ、溝の深さが深く形成されることが好ましい。

かかる構成によれば、第１溝部は、第２溝部よりも溝の深さが深く形成されていることによって、溝の深さが深くなった分だけ、流路の断面積が広くなって潤滑油の流動抵抗が低減されるため、潤滑油の流れを良好にすることができる。
また、潤滑油の流動抵抗の減少に伴って潤滑油の漏れを減少させることができる。さらに、カムシャフトに複数ある各ジャーナル面の面圧を均等にすることができるため、各所の潤滑を良好に行うことができる。

また、前記ジャーナル部の軸受面は、真円状に形成され、前記第２溝部は、前記軸受面に凹設されており、かつ、断面視で単一の円弧状に形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、第２溝部は、軸受面に凹設されており、かつ、断面視で単一の円弧状に形成されていることによって、溝の深さを浅く形成することができるため、加工工数を削減することができると共に、その第２溝部を容易に正確に形成することができる。また、カムシャフトは、軸受部に対して回動しても、常に、第２溝部からカムシャフトの軸受面に潤滑油を良好に送り流すことが可能となる。

本発明は、潤滑油の漏れを抑制しながら好適に潤滑油を供給することができるカムシャフト構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係るカムシャフト構造の設置状態を示す要部概略斜視図である。 カムシャフトの斜視図である。 第１溝部を示す要部拡大縦断面図である。 第２溝部を示す要部拡大縦断面図である。 （ａ）は第１溝部を示す要部拡大縦断面図、（ｂ）は第２溝部を示す要部拡大縦断面図である。 カムシャフトに供給される潤滑油の流れを示すブロック図である。

図１〜図６を参照して、本発明の実施形態に係るカムシャフト構造を説明する。実施形態の説明において、上下方向は、シリンダ軸線方向に一致するものとする。本発明のカムシャフト構造は、縦置きのエンジン及び横置きのエンジンＥに対して利用可能であるが、その一例として横置きのエンジンＥの場合を例に挙げて説明する。

≪エンジンの構成≫
図１に示すように、エンジンＥは、多気筒（直列４気筒）の４サイクルエンジンからなる。エンジンＥは、エンジン本体Ｅ１と、このエンジン本体Ｅ１の長手方向に沿って設けられた前後一対のカムシャフト１，１と、カムシャフト１，１に沿って平行に設けられた前後一対のロッカシャフト４１，４２と、を備えている。なお、縦置きのエンジンの場合は、図１等に示す前後方向と左右方向とが逆の方向になる。
エンジン本体Ｅ１は、例えば、シリンダヘッドであり、上部に前後のカムシャフト１，１（吸気用カムシャフト２及び排気用カムシャフト３）をそれぞれ軸支する軸受部６（６ａ〜６ｋ）が軸方向に並設されている。エンジン本体Ｅ１は、不図示の燃焼室の上部を形成して、エンジンＥの吸排気システム（図示省略）が取り付けられる。エンジン本体Ｅ１の上部には、前後方向に所定間隔で気筒１１ａ〜１１ｄが設けられている。

≪軸受部の構成≫
図１に示すように、軸受部６（６ａ〜６ｋ）は、互いに平行に配置されたカムシャフト１をエンジン本体Ｅ１に対して軸支するための軸受部材である。軸受部６は、エンジン本体Ｅ１の上部に一体形成されたホルダ基台部６１と、このホルダ基台部６１上にカムシャフト１を介在させて載置され、ホルダ固定ボルト６３によってボルト締めされたホルダキャップ６２と、から主に構成されている。軸受部６は、エンジン本体Ｅ１の上部において、吸気用カムシャフト２及び排気用カムシャフト３の軸方向に沿って適宜な間隔で二列に配置されている。図３及び図４参照に示すように、ホルダ基台部６１及びホルダキャップ６２の軸受面には、凹溝６１ａ，６２ａが環状に形成されている。凹溝６１ａ，６２ａは、後記するジャーナル部２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆの溝部２４ａ〜２４ｆ，３４ａ〜３４ｆと協働して環状の油路を形成する。

図１に示すように、５つの軸受部６ｇ〜６ｋは、吸気用カムシャフト２の６箇所を適宜な間隔で軸支している。また、６つの軸受部６ａ〜６ｆは、排気用カムシャフト３の６箇所を適宜な間隔で軸支している。
軸受部６は、エンジン本体Ｅ１とカムシャフト１との間で潤滑油の受け渡しを行なう機能を有する軸受部６ａ，６ｂ，６ｆ，６ｇ，６ｈ，６ｉと、エンジン本体Ｅ１とカムシャフト１との間で潤滑油の受け渡しを行なわない（カムシャフト１を軸支するだけの）軸受部６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｊ，６ｋと、の２種類に大別される。

≪ロッカシャフトの構成≫
図１に示すように、ロッカシャフト４１，４２は、ロッカシャフト４１，４２の軸心を支点として揺動して不図示のバルブを開閉させるロッカアーム（図示省略）の支点となる軸であり、吸気用のロッカシャフト４１と排気用のロッカシャフト４２からなる。ロッカシャフト４１，４２は、不図示のロッカアームのホルダ部（図示省略）にボルト締めされている。

≪カムシャフトの構成≫
カムシャフト１，１は、吸気用カムシャフト２と、排気用カムシャフト３と、からなる。カムシャフト１は、このカムシャフト１の軸方向に沿って予め設定された間隔で配置された複数のジャーナル部２１ｂ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆによってエンジン本体Ｅ１に回動自在に軸支されている。カムシャフト１の下方には、それぞれロッカシャフト４１，４２が配置されている。

図２〜図４に示すように、各カムシャフト１は、それぞれ後記する複数のカム駒２ａ，３ａと、複数のジャーナル部２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆと、各ジャーナル部２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆの周方向に形成された溝部２４ａ〜２４ｆ，３４ａ〜３４ｆと、軸内油路２３，３３と、油孔２５ａ〜２５ｆ，３５ａ〜３５ｆと、を有している。

＜カム駒の構成＞
図２に示すように、カム駒２ａ，３ａは、燃焼室内の吸気と排気をさせる不図示の吸気バルブ及び排気バルブを開閉させるカムであり、吸気用カムシャフト２及び排気用カムシャフト３にそれぞれ一体形成されている。

＜ジャーナル部の構成＞
ジャーナル部２１ｂ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆは、軸受部６（図１参照）で軸支される吸気用カムシャフト２及び排気用カムシャフト３の軸支部位であり、本実施形態では、吸気用カムシャフト２に５箇所及び排気用カムシャフト３に６箇所に形成されている。なお、ジャーナル部２１ａは、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ（図示省略）が取り付けられる部位である。ジャーナル部２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆの外周面の軸線方向の中央部には、溝部２４ａ〜２４ｆ，３４ａ〜３４ｆが形成されている。また、この溝部２４ａ〜２４ｆ，３４ａ〜３４ｆ内には、油孔２５ａ〜２５ｆ，３５ａ〜３５ｆが形成されている。油孔２５ａ〜２５ｆ，３５ａ〜３５ｆは、図３及び図４に示すように、カムシャフト１，１内に形成された軸内油路２３，３３と溝部２４ａ〜２４ｆ，３４ａ〜３４ｆとを連通している。これにより、軸内油路２３，３３と溝部２４ａ〜２４ｆ，３４ａ〜３４ｆとの間で潤滑油の授受が行なわれるようになっている。

＜軸内油路の構成＞
図３及び図４に示すように、軸内油路２３，３３は、吸気用カムシャフト２及び排気用カムシャフト３の軸の内部に軸方向に延在する円筒状に形成され、油路２２，３２を一部を形成している。

＜油孔の構成＞
図２〜図４に示すように、油孔２５ａ〜２５ｆ，３５ａ〜３５ｆは、軸内油路２３，３３と溝部２４ａ〜２４ｆ，３４ａ〜３４ｆをつなぐ径方向に向けて形成された流路である。

＜油路の構成＞
図３〜図５（ａ）、（ｂ）に示すように、油路２２，３２は、吸気用カムシャフト２及び排気用カムシャフト３において、カムシャフト１のジャーナル部２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆに供給する潤滑油が流れる流路である。この油路２２，３２は、後記する溝部２４ａ〜２４ｆ，３４ａ〜３４ｆと、ホルダ基台部６１の凹溝６１ａと、ホルダキャップ６２の凹溝６２ａと、軸内油路２３，３３と、油孔２５ａ〜２５ｆ，３５ａ〜３５ｆとを連通して形成されている。油路２２，２３は、エンジン本体Ｅ１に形成されるオイル通路と連通している。

＜溝部の構成＞
図２に示す吸気用カムシャフト２及び排気用カムシャフト３の溝部２４ａ〜２４ｆ，３４ａ〜３４ｆは、ジャーナル部２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆにそれぞれ周方向に形成された環状溝からなる。
図３に示す断面積Ｓ１は、その溝部２４ａ〜２４ｄ，３４ｂ，３４ｆ自身よりも下流に潤滑油の供給先がある溝部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，３４ｂ，３４ｆ（第１溝部Ａ（以下、全部の第１溝部Ａをいうときは適宜「第１溝部Ａ」という。））を軸線方向に縦断面したときの面積である。
図４に示す断面積Ｓ２は、溝部２４ｅ，２４ｆ，３４ａ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅにおいてジャーナル部２１ｅ，２１ｆ，３１ａ，３１ｃ，３１ｄの潤滑のみに潤滑油が利用される溝部２４ｅ，２４ｆ，３４ａ，３４ｃ，３４ｄ（第２溝部Ｂ（以下、全部の第２溝部Ｂをいうときは適宜「第２溝部Ｂ」という。））を軸線方向に縦断面したときの面積である。第１溝部Ａの断面積Ｓ１は、第２溝部Ｂの断面積Ｓ２よりも大きく形成されている。

図３に示す第１溝部Ａは、溝の深さＨ１（例えば、約３ｍｍ）、溝の幅Ｌ１（例えば、約３〜４ｍｍ）の断面凹部形状に形成され、図４に示す第２溝部Ｂの溝の最大深さＨ２（約１ｍｍ）、溝の幅Ｌ２（例えば、４ｍｍ）の前後方向に縦断した断面が円弧形状の第２溝部Ｂよりも大きく形成されている。
このため、第１溝部Ａは、第２溝部Ｂと比較して、溝の幅Ｌ１，Ｌ２が略同一で、深さＨ１が大きく形成されて、断面積Ｓ１が大きくなっている分だけ、潤滑油の流動抵抗が小さくて流れ易く、加工する際も形成し易い。

図３に示す溝部２４ａは、締結部品であるＶＴＣへの潤滑油が供給される部位であり、溝の深さＨ１で深く形成されている。
第１溝部Ａのうち溝部２４ｂ，２４ｃ，３４ｂは、軸受部６から供給された潤滑油を、さらに、軸内油路２３，３３に潤滑油を供給する部位であり、溝の深さＨ１（図３参照）で、深く形成されている。
第１溝部Ａのうち溝部２４ｄ，３４ｆは、軸受部６へ潤滑油を供給する部位であり、溝の深さＨ１で、深く形成されている。
第２溝部Ｂの溝部２４ｅ，２４ｆ，３４ａ，３４ｃ，３４ｄは、ジャーナル部２１，３１への潤滑油の供給のみに利用される部位であり、真円状のジャーナル部２１ｅ，２１ｆ，３１ａ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅに形成されると共に、前記軸受面に凹設されており、かつ、断面視で単一の円弧状に形成されている。

このようにカムシャフト１の溝部２４ａ〜２４ｆ，３４ａ〜３４ｆは、潤滑油が流動する所望量に基づいて、図３及び図４に示すように、潤滑油の所望量に合わせて溝の断面積Ｓ１，Ｓ２（深さＨ１，Ｈ２及び幅Ｌ１，Ｌ２）の大きさが設定されている。

≪作用≫
次に、図６を主に参照しながら本発明の実施形態に係るカムシャフト構造の作用を潤滑油の流れと共に説明する。

図６に示すように、潤滑油は、まず、潤滑油供給源であるオイルパンＥ２からオイルコントロールバルブＯＣＶに供給され、その後、吸気用のジャーナル部２１ｂ側と軸受部６ａ側とに分かれて流れる。吸気用のジャーナル部２１ｂに流れた潤滑油は、次にバルブタイミングコントロール装置ＶＴＣが配置されたジャーナル部２１ａに流れる。吸気用のジャーナル部２１ａ，２１ｂは、このように潤滑油の受け渡しが行われることから、流路の断面積Ｓ１の大きい溝部２４ａ，２４ｂ（第１溝部Ａ）が形成されて、潤滑油が流れる流動抵抗を低減させて流れ易くしている。このため、潤滑が良好に行われる。

前記軸受部６ａに供給された潤滑油は、排気用のジャーナル部３１ａと軸受部６ｂとに分かれて流れる。その排気用のジャーナル部３１ａに流れた潤滑油は、ジャーナル部３１ａにのみ潤滑油が供給されて、その後、他の部位に供給されていないため、ジャーナル部３１ａには流路の断面積Ｓ２の小さい溝部３４ａ（第２溝部Ｂ）で形成されている。

軸受部６ｂに流れた潤滑油は、排気用のジャーナル部３１ｂと、排気用のロッカシャフト４２と、軸受部６ｈとの３つに分かれて供給される。
そのうちの排気用のジャーナル部３１ｂに流れた潤滑油は、排気用カムシャフト３内の軸内油路３３を通って、溝部３４ｃ〜３４ｅが形成された排気用のジャーナル部３１ｃ〜３１ｅにそれぞれ流れ、さらに、排気用のジャーナル部３１ｆまで流れる。このため、排気用のジャーナル部３１ｂは、潤滑油が供給されて、下流の潤滑油の供給先へ送り出されるので、流路の断面積Ｓ１の大きい溝部３４ｂ（第１溝部Ａ）が形成されている。

前記溝部３４ｃ〜３４ｅは、ここに供給される潤滑油がジャーナル部３１ｃ，３１ｄの潤滑にのみ使用されるため、流路の断面積Ｓ２の小さい第２溝部Ｂが形成されている。

前記排気用のジャーナル部３１ｆに流れた潤滑油は、排気用のジャーナル部３１ｆからポンプベース１２を介してリフタ１３に流れる。このため、排気用のジャーナル部３１ｆに形成された溝部３４ｆは、流路の断面積Ｓ１の大きい第１溝部Ａで形成されている。前記排気用のロッカシャフト４２に流れた潤滑油は、排気用のロッカシャフト４２を介してさらに排気用ロッカアーム４４に流れる。

また、前記軸受部６ｂから軸受部６ｈに流れた潤滑油は、吸気用のジャーナル部２１ｃから吸気用カムシャフト２の軸内油路２３を通って吸気用のジャーナル部２１ｄに流れた後、さらに、軸受部６ｉと吸気用のジャーナル部２１ｅ，２１ｆとに分かれて流れる。このため、吸気用のジャーナル部２１ｃ，２１ｄに形成された溝部３４ｃは、流路の断面積Ｓ１の大きい第１溝部Ａで形成されている。

吸気用のジャーナル部２１ｅ，２１ｆに形成された溝部２４ｅ，２４ｆは、このジャーナル部２１ｅ，２１ｆにのみ潤滑油が供給されて、その潤滑油がその後、他の部位に供給されていないため、流路の断面積Ｓ２の小さい第２溝部Ｂで形成されている。
前記軸受部６ｉに流れた潤滑油は、吸気用のロッカシャフト４１を介して吸気用ロッカアーム４３に流れる。

このように吸気用カムシャフト２及び排気用カムシャフト３は、図３及び図５（ａ）に示すように、潤滑油の受け渡しが行われる第１溝部Ａの流路の断面積Ｓ１が、第２溝部Ｂの流路の断面積Ｓ２よりも大きく形成している。このため、流動抵抗が減少して、潤滑油を流れ易くし、潤滑が要求されるジャーナル部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，３１ｂ，３１ｅ，３１ｆに潤滑油を良好に供給することができる。その結果、潤滑油の漏れを抑制しながら好適に潤滑油を供給先に供給することができる。

また、吸気用カムシャフト２及び排気用カムシャフト３は、図４及び図５（ｂ）に示すように、潤滑油の受け渡しが行われず、潤滑油が供給されるのみの第２溝部Ｂを、溝の最大深さＨ２が第１溝部Ａよりも浅く、流路の断面積Ｓ２が第１溝部Ａよりも小さく形成している。このため、潤滑油をその部位で必要な量だけ供給して、ジャーナル部２１ｅ，２１ｆ，３１ａ，３１ｃ，３１ｄに潤滑油で良好に潤滑させることができる。また、第２溝部Ｂは、第１溝部Ａよりも浅く、流路の断面積Ｓ２が小さい分だけ、加工量が少ないので、加工時間を削減して容易に形成することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。

［変形例］
前記実施形態では、潤滑油の受け渡しが行われる第１溝部Ａの大きさを、第２溝部Ｂよりも大きくすることを説明したが、大きくする場所は適宜変更しても構わない。

例えば、図１に示す気筒１１ａ〜１１ｄは、気筒１１ａ、気筒１１ｃ、気筒１１ｄ、気筒１１ｂ、１１ａの順で爆発する。爆発順が隣り合う気筒１１ａと気筒１１ｂとの間、及び、気筒１１ｃと気筒１１ｄとの間は、爆発が連続して発生するときに、その近傍に配置されたジャーナル部２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆにも反力がかかる。このため、気筒１１ａ〜１１ｄにかかる荷重も高くなった分だけ、ジャーナル部２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆの幅を広くすると共に、潤滑油の供給量を多くするために溝部２４，３４の断面積Ｓ１，Ｓ２を大きくしても構わない。

このため、ジャーナル部２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆは、図１に示すように、前後の二列にそれぞれ６つあるジャーナル部２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆのうちで、気筒１１ａと気筒１１ｂとの間に配置されたジャーナル部２１ｅ，３１ｄと、気筒１１ｃと気筒１１ｄとの間に配置されたたジャーナル部２１ｃ，３１ｂと、に高い荷重がかかるため、大きくしても構わない。

このようにすれば、比較的大きな荷重がかかるジャーナル部２１ｅ，３１ｄ，２１ｃ，３１ｂの強度を強くすることができるため、荷重に対する変形を抑制して潤滑油の漏れを防止することができる。

１ カムシャフト
６，６ａ〜６ｋ 軸受部
２１ａ〜２１ｆ，３１ａ〜３１ｆ ジャーナル部
２２，３２ 油路
２３，３３ 軸内油路
２４ａ〜２４ｄ，３４ｂ，３４ｆ 溝部（第１溝部）
２４ｅ，２４ｆ，３４ａ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ 溝部（第２溝部）
Ａ 第１溝部
Ｂ 第２溝部
Ｅ エンジン
Ｅ１ エンジン本体
Ｈ１ 第１溝部の溝の深さ
Ｈ２ 第２溝部の溝の深さ
Ｌ１ 第１溝部の軸方向の幅
Ｌ２ 第２溝部の軸方向の幅
Ｓ１ 第１溝部の断面積
Ｓ２ 第２溝部の断面積

Claims (3)

1. 軸受部で軸支される複数のジャーナル部と、該ジャーナル部にそれぞれ周方向に形成される環状の溝部と、軸本体の中を軸方向に延在する軸内油路と、該軸内油路と前記溝部をつなぐ径方向の油孔とを有するカムシャフト構造において、
   複数の前記溝部は、当該溝部よりも下流に潤滑油の供給先を有する第１溝部と、当該溝部において前記ジャーナル部の潤滑のみに潤滑油が利用される第２溝部と、を備えて成り、
   前記第１溝部は、前記第２溝部よりも断面積が大きいことを特徴とするカムシャフト構造。
2. 前記第１溝部は、前記第２溝部と軸方向の幅は等しく、かつ、溝の深さが深く形成されることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト構造。
3. 前記ジャーナル部の軸受面は、真円状に形成され、
   前記第２溝部は、前記軸受面に凹設されており、かつ、断面視で単一の円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のカムシャフト構造。

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