JP5488512B2 - カム構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（以下、これをエンジンとも称する）のカム構造に関するものである。

エンジンの動弁機構を構成するカム構造の一種として、従来から、カムローブのベースカムにおけるバルブリフト部の先端部にローラが設けられたカム構造が知られている。このようなローラ付のカム構造はローラ付でないカム構造に比べて、例えばフリクション低減による燃費向上や、低回転域でのカム駆動トルクの低減などの優れた効果が得られる。このようなローラ付のカム構造の具体例としては、例えば下記の特許文献１，２に開示されたものがある。

特許文献１に開示されているカム構造（図示省略）は、エンジンの作動と連動して回転するカムシャフトと、前記エンジンの動弁機構の被駆動部を駆動させるカムローブとを備えた構造である。前記カムローブは、ベースカムとローラとを有している。前記ベースカムは、筒体と、筒体を挾持する２枚の板状のカムピースとから構成され、ベース円部とバルブリフト部とを有している。前記ローラは、前記バルブリフト部の先端部に設けられるとともに前記カムシャフトの中心軸と平行な軸に対して回転自在になっている。前記カムシャフトは前記ベース円部に形成されたシャフト取り付け孔に挿通され、前記ローラの回転軸は前記バルブリフト部に形成された軸取り付け孔に挿通されている。

特許文献２に開示されているカム構造（図示省略）は、エンジンの作動と連動して回転するカムシャフトと、前記エンジンの動弁機構の被駆動部を駆動させるカムローブとを備えた構造である。前記カムローブは、ベース円部とバルブリフト部とから形成されるベースカムと、前記バルブリフト部の先端部に設けられるとともに前記カムシャフトの中心軸と平行な軸に対して回転自在なローラとを有している。前記バルブリフト部は、その先端部の外周面全体が切り欠かれて切り欠き部が形成されている。前記ローラは、前記ベースカムの切り欠き部に嵌め込まれ、ローラ回転軸が前記ベースカムの両側面にビスで固定されたプレートに支持されている。前記ローラの外周面と対向する前記切り欠き部の対向面は、前記ローラ側に曲がった曲面となっている。前記対向面（曲面）の曲率半径は前記ローラの外周面の曲率半径と中心位置が同じであり、前記対向面（曲面）と前記ローラの外周面との間には一定幅の隙間を有している。

実開昭６３−１４７５０５号公報 実開昭６３−０６５８０６号公報

特許文献１，２のカム構造は、ローラ付であるため前述のような優れた効果がある反面、次のような問題点を有している。

ローラ付のカム構造においては、カムローブの耐久性の観点から、バルブ加速度ピーク、即ちカムローブが動弁機構の被駆動部から受ける最大荷重を、カムローブのローラ部分ではなく、ベースカム部分で受けることが望ましい。しかし、特許文献１，２の何れにおいても、前記バルブ加速度ピークを確実にベースカム部分で受けることについては開示されていない。

また、特許文献１のカム構造の場合、２枚のカムピースのベース円部では、これらの間に円筒が介在していて全体的な幅が広くなっている一方、２枚のカムピースのバルブリフト部では、これらの間に何も介在されておらず、幅が狭く（即ち動弁機構の被駆動部との接触面積が小さく）なっている。このため、仮にローラ部分ではなくベースカム部分でバルブ加速度ピークを受けるようにしたとしても、幅の狭いバルブリフト部でバルブ加速度ピークを受けることになり、十分な耐久性が得られないおそれがある。

また、特許文献２のカム構造の場合、切り欠き部の対向面（曲面）の曲率半径はローラの外周面の曲率半径と中心位置が同じであるため、切り欠き部の対向面（曲面）とローラの外周面との間の隙間は一定幅の狭いものである（即ち開口が狭い隙間である）。このため、ローラ径の選定の自由度が小さい。また、隙間を介してローラへ潤滑油を供給しようとしても、かかる潤滑油の供給が困難である。また、隙間に切り粉等の異物が入り込んだ場合、当該異物の排出性が悪く、ローラへの異物の噛み込みを生じるおそれがある。

また、カムローブとカムシャフトが別体のものである場合、ピンを用いてカムローブをカムシャフトに連結することが考えられるが、この場合、例えばカムローブに設けるピン孔の位置によっては、カムローブの耐久性を損なうおそれがある。このため、ピンを用いる場合には、ピン孔の配置などに工夫を施す必要がある。

従って本発明は、バルブ加速度ピークを確実にベースカム部分で受けるようにしてバルブ加速度ピークに対する十分な耐久性を得ることができるなど、上記の各問題点を解決することが可能なカム構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決する第１発明のカム構造は、内燃機関の作動と連動して回転するカムシャフトと、
前記内燃機関の動弁機構の被駆動部を駆動させるカムローブと
を備えたカム構造であって、
前記カムローブは、ベース円部とバルブリフト部とから形成されたベースカムと、前記バルブリフト部の先端部に設けられるとともに前記カムシャフトの中心軸と平行な軸に対して回転自在なローラとを有し、
前記ベースカムは、バルブリフトの立ち上がりで正の第１のバルブ加速度ピークを生じ、前記バルブリフトの立下りで正の第２のバルブ加速度ピークを生じ、前記第１のバルブ加速度ピークと前記第２のバルブ加速度ピークとの間でバルブ加速度が負となるバルブ加速度特性を有しており、
前記第１のバルブ加速度ピークと前記第２のバルブ加速度ピークとの間で、前記動弁機構の被駆動部が、バルブリフトの立ち上がりでは前記バルブリフト部から前記ローラに乗り、バルブリフトの立ち下りでは前記ローラから前記バルブリフト部に乗り移るように、前記ローラの外径と取り付け位置とが設定されており、
前記ローラは、前記バルブリフト部の先端部に形成された切り欠き部に設けられ、
前記ローラの外周面と対向する前記切り欠き部の対向面のエッジ部は、前記第１及び第２のバルブ加速度ピークが生じる部分よりも前記バルブリフト部の先端部側に位置するように設定されており、
前記切り欠き部の対向面は、前記ローラ側に曲がった曲面であり、
前記曲面の曲率半径は、前記ローラの外周面の曲率半径と中心位置が異なり、且つ、前記ローラの外周面の曲率半径よりも大きく設定されている
ことを特徴とする。

また、第２発明のカム構造は、第１発明のカム構造において、
前記カムローブは、前記カムシャフトと別体に形成され、前記ベース円部に設けられたシャフト取り付け孔に前記カムシャフトを挿通した後、前記対向面に設けられたピン孔を介して、ピンにより前記カムシャフトに連結されていることを特徴とする。

また、第３発明のカム構造は、第２発明のカム構造において、
前記カムシャフトは、内部に潤滑油が流れる油路を備え、
前記ピンは、前記カムシャフトに連結された状態で、前記油路と連通されるとともに前記切り欠き部の対向面に位置する端部で開口する油孔を備えていることを特徴とする。

第１発明のカム構造によれば、内燃機関の作動と連動して回転するカムシャフトと、前記内燃機関の動弁機構の被駆動部を駆動させるカムローブとを備えたカム構造であって、前記カムローブは、ベース円部とバルブリフト部とから形成されたベースカムと、前記バルブリフト部の先端部に設けられるとともに前記カムシャフトの中心軸と平行な軸に対して回転自在なローラとを有し、前記ベースカムは、バルブリフトの立ち上がりで正の第１のバルブ加速度ピークを生じ、前記バルブリフトの立下りで正の第２のバルブ加速度ピークを生じ、前記第１のバルブ加速度ピークと前記第２のバルブ加速度ピークとの間でバルブ加速度が負となるバルブ加速度特性を有しており、前記第１のバルブ加速度ピークと前記第２のバルブ加速度ピークとの間で、前記動弁機構の被駆動部が、バルブリフトの立ち上がりでは前記バルブリフト部から前記ローラに乗り、バルブリフトの立ち下りでは前記ローラから前記バルブリフト部に乗り移るように、前記ローラの外径と取り付け位置とが設定されていることを特徴としているため、第１及び第２のバルブ加速度ピーク、即ちカムローブが動弁機構の被駆動部から受ける最大荷重を、ローラ部分ではなくベースカムで受けることができる。このため、ベースカムのバルブリフト部の先端部にローラが取り付けられたカムローブの耐久性が向上する。

また、第１発明のカム構造によれば、前記ローラは、前記バルブリフト部の先端部に形成された切り欠き部に設けられ、前記ローラの外周面と対向する前記切り欠き部の対向面のエッジ部は、前記第１及び第２のバルブ加速度ピークが生じる部分よりも前記バルブリフト部の先端部側に位置するように設定されていることを特徴としているため、第１及び第２のバルブ加速度ピークを、ベースカムのバルブリフト部における切り欠き部の無い幅の広い部分（即ち動弁機構の被駆動部との接触面積が大きい部分）で受けることができる。このため、カムローブの耐久性が向上する。

また、第１発明のカム構造によれば、前記切り欠き部の対向面は、前記ローラ側に曲がった曲面であり、前記曲面の曲率半径は、前記ローラの外周面の曲率半径と中心位置が異なり、且つ、前記ローラの外周面の曲率半径よりも大きく設定されていることを特徴としているため、次のような作用効果を得ることができる。
即ち、切り欠き部の対向面を曲面とすることで、切り欠き部の設定が容易となり、ローラの外径や取り付け位置の選定の自由度を大きくすることができる。
また、切り欠き部の対向面（曲面）の曲率半径が、ローラの外周面の曲率半径と中心位置が異なり、且つ、ローラの外周面の曲率半径よりも大きく設定されているため、ローラの外周面と切り欠き部の対向面との間には、開口が広く、中央部が狭い隙間（通路）が形成される。従って、被駆動部の被駆動部（例えばバルブタペット）上の潤滑油を、切り欠き部の対向面のエッジ部で掻き揚げて、ローラの回転によりローラ部へ供給することができるため、ローラ廻りの潤滑を向上させるとともに、切り欠き部で潤滑油が適度に保持されるので、ローラと被駆動部との間の摺動抵抗が低減される。
また、ローラの外周面と切り欠き部の対向面との間の隙間は開口が広いため、当該隙間からの切り粉等の異物の排出性もよく、ローラへの異物の噛み込みを防止することができる。
更に、ローラの外周面と切り欠き部の対向面との間の隙間（空間）の拡大により、ローラの組み付け性も向上する。

第２発明のカム構造によれば、第１発明のカム構造において、前記カムローブは、前記カムシャフトと別体に形成され、前記ベース円部に設けられたシャフト取り付け孔に前記カムシャフトを挿通した後、前記対向面に設けられたピン孔を介して、ピンにより前記カムシャフトに連結されていることを特徴としているため、ピン孔の一方の開口は切り欠き部の対向面上に位置し、ピン孔の他方の開口はベース円部の外周面上に位置する。このため、ピン孔によってバルブリフト部における被駆動部との接触面積を減らすことがなく、即ちカムローブの耐久性を損なうことなく、カム作成時にカムローブに生じる歪みを抑制することができる。

第３発明のカム構造によれば、第２発明のカム構造において、前記カムシャフトは、内部に潤滑油が流れる油路を備え、前記ピンは、前記カムシャフトに連結された状態で、前記油路と連通されるとともに前記切り欠き部の対向面に位置する端部で開口する油孔を備えていることを特徴としているため、潤滑油を切り欠き部に確実に供給できるので、ローラと被駆動部との間の摺動抵抗をより確実に低減することができる。また、ピン内部に潤滑油が流通する油孔を設けることで、カムローブに新たに孔を設ける必要が無いため、カムローブの耐久性を維持することができる。

（ａ）は本発明の実施の形態例に係るカム構造の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視の断面図である。 図１（ｂ）のＢ−Ｂ線矢視の断面図である。 ピンをカムシャフトに連結（カムシャフトのシャフト取り付け孔及びカムローブのピン孔に挿通）する前の状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態例に係るカム構造を用いた動弁機構の構成図である。 （ａ）は本発明の比較例に係るカム構造の側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線矢視の断面図である。 本発明の実施の形態例に係るカム構造と本発明の比較例に係るカム構造の各領域を対比した図である。 本発明の実施の形態例に係るカム構造と本発明の比較例に係るカム構造の動弁特性（バルブリフト特性、バルブ加速度特性）を対比した図である。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき詳細に説明する。

＜構成＞
まず、図１（ａ），図１（ｂ），図２及び図３に基づき、本発明の実施の形態例に係るカム構造１１の構成について説明する。

これらの図に示すように、本実施の形態例のカム構造１１は、車両の走行駆動用のエンジンの作動と連動して回転するカムシャフト１２と、前記エンジンの動弁機構の被駆動部を駆動させるカムローブ１３とを備えている。なお、図示は省略するが、カムローブ１３は前記エンジンの各気筒におけるバルブ（吸気バルブ又は排気バルブ）に対応させて、カムシャフト１２に複数設けられており、何れも同じ構造を有している。

カムローブ１３は、ベースカム１４とローラ１５とを有している。ベースカム１４は、ベース円部１４ａとバルブリフト部１４ｂとから形成されており、外周面が周方向全体に亘って連続している。

カム構造１１の回転方向は図１（ｂ）に示す矢印Ｄの方向であり、バルブリフト部１４ｂは、図１（ｂ）における右側がバルブリフトの立ち上がり側（バルブが開く側）、右側がバルブリフトの立下り側（バルブが閉じる側）である。

バルブリフト部１４ｂの先端部（カムトップ部）１４ｄには、切り欠き部１４ｅが設けられている。切り欠き部１４ｅは、バルブリフト部１４ｂの先端部１４ｄ（以下、バルブリフト先端部と称する）の幅方向（図１（ｂ）の左右方向）の中央部に形成されている。このため、バルブリフトの立ち上がり側及び立下り側におけるバルブリフト部１４ｂの基端部１４ｆ（以下、バルブリフト基端部と称する）では、ベース円部１４ａと同じ広い幅を有している一方、バルブリフト先端部１４ｄでは、切り欠き部１４ｅの幅の分だけ、バルブリフト基端部１４ｆの幅よりも狭くなっている。

ローラ１５は、バルブリフト先端部１４ｄに設けられるとともに、カムシャフト１２の中心軸と平行な軸に対して回転自在となっている。具体的には、ローラ１５は、切り欠き部１４ｅに嵌め込んだ状態で、回転軸１５ａをカムシャフト１２の中心軸と平行にしてローラ１５に形成された軸取り付け孔１５ｂと、バルブリフト先端部１４ｄに形成された軸取り付け孔１４ｎとに挿通することにより、バルブリフト先端部１４ｄに取り付けられている。また、ローラ１５は、外周面の一部が、バルブリフト先端部１４ｄの外周面よりも外側に出るように取り付けられている。

詳細は後述するが、ベースカム１４は、バルブリフトの立ち上がりで正の第１のバルブ加速度ピーク（即ちバルブリフトの立ち上がりにおいてカムローブ１３が、動弁機構の被駆動部から受ける最大荷重）を生じ、バルブリフトの立下りで正の第２のバルブ加速度ピーク（即ちバルブリフトの立下りにおいてカムローブ１３が、動弁機構の被駆動部から受ける最大荷重）を生じ、前記第１のバルブ加速度ピークと前記第２のバルブ加速度ピークとの間でバルブ加速度が負となるバルブ加速度特性を有している。そして、ローラ１５は、前記第１のバルブ加速度ピークと前記第２のバルブ加速度ピークとの間で、動弁機構の被駆動部が、バルブリフトの立ち上がりではバルブリフト部１４ｂからローラ１５に乗り、バルブリフトの立ち下りではローラ１５からバルブリフト部１４ｂに乗り移るように、ローラ１５の外径と取り付け位置とが設定されている。

ローラ１５の外周面と対向する切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇは、ローラ１５側（バルブリフト部１４ｂの先端側）に曲がった曲面となっている。しかも、対向面（曲面）１４ｇの曲率半径は、ローラ１５の外周面の曲率半径と中心位置が異なっており、且つ、ローラ１５の外周面の曲率半径よりも大きく設定されている。このため、対向面１４ｇとローラ１５の外周面との間に形成される隙間（通路）１６は、左右両端部の開口１６ａ，１６ｂで幅が広く、中央部１６ｃで幅が狭くなっている。

また、対向面１４ｇの一方のエッジ部１４ｈは、前記第１のバルブ加速度ピークが生じる部分（☆印で示す部分）２０ａよりもバルブリフト先端部１４ｄ側に位置するように設定されている。同様に、対向面１４ｇの他方のエッジ部１４ｉは、前記第２のバルブ加速度ピークが生じる部分（☆印で示す部分）２０ｂよりもバルブリフト先端部１４ｄ側に位置するように設定されている。即ち、第１及び第２のバルブ加速度ピーク２０ａ，２０ｂが生じる部分が、バルブリフト部１４ｂのうちの切り欠き部１４ｅが形成されていない幅の広い部分（動弁機構の被駆動部との接触面積が大きい部分）となるように設定されている。

図１（ｂ）に示すように、カム構造１１（カムローブ１３）のバルブリフトの立ち上がり側及び立下り側において、領域ａ₁，ａ₁’が、バルブリフト部１４ａのうちの、切り欠き部１４ｅが形成されていない、幅の広い領域（動弁機構の被駆動部との接触面積が大きい領域）、領域ｂ₁，ｂ₁’が、バルブリフト部１４ｂのうちの、切り欠き部１４ｅが形成されている、幅の狭い領域（動弁機構の被駆動部との接触面積が大きい領域）、領域ｃ₁，ｃ₁’が、バルブリフトに関わるローラ１５の領域（動弁機構の被駆動部がバルブリフト部１４ｂからローラ１５に乗り移る領域）、領域ｄ₁が、ベース円部１４ａの領域である。切り欠き部１４ｅの対向面（曲面）１４ｇの曲率半径やローラ１５の外径及び取り付け位置の設定に応じて、領域ａ₁，ａ₁’と領域ｂ₁，ｂ₁’の境界位置や領域ｂ₁，ｂ₁’と領域ｃ₁，ｃ₁’の境界位置は変化する。

カムローブ１３は、カムシャフト１２と別体に形成されており、ベース円部１４ａに設けられたシャフト取り付け孔１４ｃにカムシャフト１２を挿通した後、対向面１４ｇに設けられたピン孔１４ｊを介して、ピン２２によりカムシャフト１２に連結されている。

更に説明すると、カムシャフト１２は、カムシャフト１２の中心軸と垂直な方向に沿って形成された貫通孔１２ａを有している。ピン２２は、貫通孔１２ａに挿入（圧入）されて締結されることにより、カムシャフト１２に固定されている。ピン孔１４ｊは、カムシャフト１２をシャフト取り付け孔１４ｃに挿通した状態で、カムシャフト１２の中心軸と垂直な方向になるようにベースカム１４に形成され、一端側の開口１４ｋが対向面１４ｇ上に位置し、他端側の開口１４ｍがベース円部１４ａの外周面上に位置している。また、ピン孔１４ｊの径は、ピン孔１４ｊの内周面とピン２２の外周面との間に隙間２３が形成されるように設定されている。

また、カムシャフト１２には油路１２ｂが形成され、ピン２２には油孔２２ａが形成されている。油路１２ｂは、カムシャフト１２の中心軸の方向に沿ってカムシャフト１２に形成され、内部に潤滑油が流れる。油孔２２ａは、ピン２２がカムシャフト１２に連結された状態で（即ちカムシャフト１２の貫通孔１２ａ及びベースカム１４のピン孔１４ｊに挿通された状態で）、油路１２ｂと連通されるとともに切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇに位置する端部で開口するようにピン２２に形成されている。従って、図示しない潤滑油供給手段から供給されて油路１２ｂ内を流れる潤滑油は、油孔２２ａの一方の端部（開口）から油孔２２ａへ流入して、油孔２２ａ内を流れ、油孔２２ａの他方の端部（開口）から流出して、ローラ１５へ供給される。

次に、図４に基づき、本実施の形態例のカム構造１１を用いた動弁機構の構成について説明する。

図４に示すように、動弁機構３０は、カム構造１１と、カム構造１１によって駆動されるバルブタペット３１（動弁機構の被駆動部）と、固定部３２と、バルブタペット３１と固定部３２との間に介設されたバルブスプリング３３とを有して成るものである。バルブタペット３１には、バルブ（吸気バルブ又は排気バルブ）４１の基端部が接続されている。また、カム構造１１におけるベースカム１４のベース円部１４ａと、バルブタペット３１との間には僅かな隙間が設定されており、バルブ４１の不要な開閉動作を防止している。

エンジンの作動と連動してカムシャフト１２が矢印Ｄのように回転すると、このカムシャフト１２とともにカムローブ１３が回転する。このとき、ベースカム１４のベース円部１４ａがバルブタペット３１と対向している間は、前記隙間が設定されているため、ベース円部１４ａからバルブタペット３１への押圧力は生じない。従って、バルブ４１は開閉動作をせず、バルブスプリング３３のバネ力で全閉状態に保持される。その後、カムローブ１３が更に回転して、バルブタペット３１がベースカム１４のベース円部１４ａからバルブリフト部１４ｂに乗り移ると、バルブリフト部１４ｂに押圧される。このため、バルブスプリング３３のバネ力に抗して、バルブ４１がバルブタペット３１とともに押し下げられることにより、開き始める（バルブリフトが立ち上がり始める）。

続いて、バルブタペット３１がバルブリフト部１４ｂからローラ１５に乗り移ると、ローラ１５がバルブタペット３１を押圧する。このため、バルブスプリング３３のバネ力に抗してバルブ４１が更に押し下げられ、バルブリフトが更に増加し、ついには最大のバルブリフトとなる。その後は逆にバルブスプリング３３のバネ力により、バルブ４１は押し上げられて閉まり始め（バルブリフトが立下り始め）、ついには全閉となる。

次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に基づき、本発明の比較例に係るカム構造５１について説明する。

本比較例のカム構造５１は、ローラ１５の外周面と対向する切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇが、平面になっており、その他の構成についてはカム構造１１と同様である。

図５（ｂ）に示すように、カム構造５１（カムローブ１３）のバルブリフトの立ち上がり側及び立下り側において、領域ａ₂，ａ₂’が、バルブリフト部１４ｂのうちの、切り欠き部１４ｅが形成されていない、幅の広い領域（動弁機構の被駆動部との接触面積が大きい領域）、領域ｂ₂，ｂ₂’が、バルブリフト部１４ｂのうちの、切り欠き部１４ｅが形成されている、幅の狭い領域（動弁機構の被駆動部との接触面積が大きい領域）、領域ｃ₂，ｃ₂’が、バルブリフトに関わるローラ１５の領域（動弁機構の被駆動部がバルブリフト部１４ｂからローラ１５に乗り移る領域）、領域ｄ₂が、ベース円部１４ａの領域である。

また、カム構造１１の各領域ａ₁，ａ₁’，ｂ₁，ｂ₁’，ｃ₁，ｃ₁’，ｄ₁と、カム構造５１の各領域ａ₂，ａ₂’，ｂ₂，ｂ₂’，ｃ₂，ｃ₂’，ｄ₂とを対比したものが、図６である。カム構造１１では対向面１４ｇを曲面とし、カム構造５１では対向面１４ｇを平面としているため、第１及び第２のバルブ加速度ピークが生じる部分２０ａ，２０ｂが、カム構造１１では幅の広い領域ａ₁，ａ₁’に位置しているに対して、カム構造５１では幅の狭い領域ｂ₂，ｂ₂’に位置している。なお、カム構造１１の領域ｃ₁，ｃ₁’，ｄ₁とカム構造５１のｃ₂，ｃ₂’，ｄ₂については、両者とも同じである。

次に、図７に基づき、カム構造１１とカム構造５１の動弁特性（バルブリフト特性、バルブ加速度特性）について説明する。図７（ａ）〜図７（ｄ）には、カム構造１１，５１が矢印Ｄ方向への回転しているときの各カム回転角における状態を表しており、切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇに関しては、カム構造１１（曲面）の場合を実線で示し、カム構造５１（平面）の場合を一点鎖線で示している。図７（ｅ）において、縦軸は左側がバルブリフト、右側がバルブ加速度、横軸はカム回転角である。そして、図７中の点線はベースカム１４のバルブリフト特性、実線はベースカム１４のバルブ加速度特性である。また、図７中の一点鎖線は、ローラ１５に関するバルブリフト特性、二点鎖線はローラ１５に関するバルブ加速度特性である。

図７（ｅ）に示すように、カム構造１１とカム構造５１は同じバルブリフト特性及びバルブ加速度特性を有しているが（バルブリフト特性及びバルブ加速度特性は切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇの形状によらず一定であるが）、第１及び第２のバルブ加速度ピークが生じる領域に関しては異なる。

詳述すると、図７（ｅ）に示すようにカム構造１１，５１のバルブ加速度特性においては、Ｐ１〜Ｐ６の正のバルブ加速度ピークが生じる。

バルブリフトの立ち上がりでは、まず、バルブタペット３１がベースカム１４のベース円部１４ａ（領域ｄ₁，ｄ₂）からバルブリフト部１４ｂ（領域ａ₁，ａ₂）に乗り移るとき、小さなバルブ加速度ピークＰ１が発生する。

その後、一旦、バルブ加速度が０になってから、大きなバルブ加速度ピークＰ２（第１のバルブ加速度ピーク）が生じ、バルブリフト（バルブ４１の開度）が急速に大きくなる。そして、このバルブ加速度ピークＰ２が、カム構造１１では切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇを曲面にしてエッジ部１４ｈの位置を調整したため、バルブリフト部１４ｂにおける幅の広い領域ａ₁で生じる一方、カム構造５１では切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇが平面であり、エッジ部１４ｈの位置調整を行っていないため、バルブリフト部１４ｂにおける幅の狭い領域ｂ₂で生じる。

バルブ加速度ピークＰ２が発生した後、バルブ加速度は低下して負になるが、バルブタペット３１がベースカム１４のバルブリフト部１４ｂ（領域ｂ₁，ｂ₂）からローラ１５（領域ｃ₁，ｃ₂）に乗り移るときには、バルブ加速度ピークＰ２に比べて小さなバルブ加速度ピークＰ３が生じる。換言すれば、ベースカム１４のバルブ加速度特性において、バルブリフトの立ち上がりで正のバルブ加速度ピークＰ２が発生した後、バルブ加速度が低下して負になったときに（或いはバルブ加速度が、バルブ加速度ピークＰ２から下降している途中でもよい）、バルブタペット３１が、ベースカム１４のバルブリフト部１４ｂ（領域ｂ₁，ｂ₂）からローラ１５（領域ｃ₁，ｃ₂）に乗り移るように、ローラ１５の外径と取り付け位置が設定されている。

バルブ加速度ピークＰ３が生じた後は、バルブ加速度が負となる状態が続くが、この間にバルブリフト（バルブ４１の開度）は最大値に達し、これ以降は小さくなっていく（バルブリフトの立ち上がりから立下りへ移る）。

バルブリフトの立ち下がりでは、バルブリフトの立ち上がりの場合と逆の順序でバルブ加速度ピークＰ４〜Ｐ６が生じる。まず、バルブタペット３１がローラ１５（領域ｃ₁，ｃ₂）からベースカム１４のバルブリフト部１４ｂ（ｂ₁’，ｂ₂’）に乗り移るときに、バルブ加速度ピークＰ５（第２のバルブ加速度ピーク）に比べて小さなバルブ加速度ピークＰ４が生じる。換言すれば、ベースカム１４のバルブ加速度特性において、バルブリフトの立ち下がりで正のバルブ加速度ピークＰ５が発生する前のバルブ加速度が負のときに（或いはバルブ加速度が、バルブ加速度ピークＰ５へと上昇している途中でもよい）、バルブタペット３１が、ローラ１５（領域ｃ₁’，ｃ₂’）からベースカム１４のバルブリフト部１４ｂ（ｂ₁’，ｂ₂’）に乗り移るように、ローラ１５の外径と取り付け位置が設定されている。

バルブ加速度ピークＰ４が発生した後、ベースカム１４のバルブリフト部１４ｂでは、大きなバルブ加速度ピークＰ５（第２のバルブ加速度ピーク）が生じる。

即ち、バルブ加速度ピークＰ２（第１のバルブ加速度ピーク）とバルブ加速度ピークＰ５（第２のバルブ加速度ピーク）との間で、バルブタペット３１が、バルブリフトの立ち上がりではバルブリフト部１４ｂ（領域ｂ₁，ｂ₂）からローラ１５（領域ｃ₁，ｃ₂）に乗り、バルブリフトの立ち下りではローラ１５（領域ｃ₁，ｃ₂）からバルブリフト部１４ｂに乗り移るように、ローラ１５の外径と取り付け位置とが設定されている。

しかも、バルブ加速度ピークＰ５が、カム構造１１では切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇを曲面にしてエッジ部１４ｉの位置を調整したため、バルブリフト部１４ｂの幅の広い領域ａ₁’で生じる一方、カム構造５１では切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇが平面であり、エッジ部１４ｉの位置調整を行っていないため、バルブリフト部１４ｂの幅の狭い領域ｂ₂’で生じる。

その後、一旦、バルブ加速度が０になってから、バルブタペット３１がベースカム１４のバルブリフト部１４ｂ（領域ａ₁’，ａ₂’）からベース円部１４ａに乗り移るときに小さなバルブ加速度ピークＰ６が生じる。

なお、図７には前述のベースカム１４のベース円部１４ａとバルブタペット３１との間の隙間を考慮しない場合の動弁特性を示しており、実際には前記隙間が設定されているため、小さなバルブ加速度ピークＰ１，Ｐ６は発生せず、バルブリフト立ち上がりの最初に大きなバルブ加速度ピークＰ２（第１バルブ加速度ピーク）が生じ、バルブリフト立ち下がりの最後に大きなバルブ加速度ピークＰ５（第２のバルブ加速度ピーク）が生じる。

＜作用効果＞
以上のように、本実施の形態例のカム構造１１によれば、エンジンの作動と連動して回転するカムシャフト１と、エンジンの動弁機構３０のバルブタペット３１を駆動させるカムローブ１３とを備えたカム構造１１であって、カムローブ１３は、ベース円部１４ａとバルブリフト部１４ｂとから形成されたベースカム１４と、バルブリフト先端部１４ｄに設けられるとともにカムシャフト１２の中心軸と平行な軸１５ａに対して回転自在なローラ１５とを有し、ベースカム１４は、バルブリフトの立ち上がりで正の第１のバルブ加速度ピークＰ２を生じ、バルブリフトの立下りで正の第２のバルブ加速度ピークＰ５を生じ、第１のバルブ加速度ピークＰ２と第２のバルブ加速度ピークＰ５との間でバルブ加速度が負となるバルブ加速度特性を有しており、第１のバルブ加速度ピークＰ２と第２のバルブ加速度ピークＰ５との間で、動弁機構３０のバルブタペット３１が、バルブリフトの立ち上がりではバルブリフト部１４ｂからローラ１５に乗り、バルブリフトの立ち下りではローラ１５からバルブリフト部１４ｂに乗り移るように、ローラ１５の外径と取り付け位置とが設定されていることを特徴としているため、第１及び第２のバルブ加速度ピークＰ２，Ｐ５、即ちカムローブ１３が動弁機構３０のバルブタペット３１から受ける最大荷重を、ローラ１５部分ではなくベースカム１４で受けることができる。このため、ベースカム１４のバルブリフト先端部１４ｄにローラ１５が取り付けられたカムローブ１３の耐久性が向上する。

また、本実施の形態例のカム構造１１によれば、ローラ１５は、バルブリフト先端部１４ｄに形成された切り欠き部１４ｅに設けられ、ローラ１５の外周面と対向する切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇのエッジ部１４ｈ，１４ｉは、第１及び第２のバルブ加速度ピークＰ２，Ｐ５が生じる部分２０ａ，２０ｂよりもバルブリフト先端部１４ｄ側に位置するように設定されていることを特徴としているため、第１及び第２のバルブ加速度ピークＰ２，Ｐ５を、ベースカム１４のバルブリフト部１４ｂにおける切り欠き部１４ｅの無い幅の広い部分（即ち動弁機構３０のバルブタペット３１との接触面積が大きい部分）で受けることができる。このため、カムローブ１３の耐久性が向上する。

また、本実施の形態例のカム構造１１によれば、切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇは、ローラ１５側に曲がった曲面であり、前記曲面の曲率半径は、ローラ１５の外周面の曲率半径と中心位置が異なり、且つ、ローラ１５の外周面の曲率半径よりも大きく設定されていることを特徴としているため、次のような作用効果を得ることができる。
即ち、切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇを曲面とすることで、切り欠き部１４ｅの設定が容易となり、ローラ１５の外径や取り付け位置の選定の自由度を大きくすることができる。

また、切り欠き部１４ｅの対向面（曲面）１４ｇの曲率半径が、ローラ１５の外周面の曲率半径と中心位置が異なり、且つ、ローラ１５の外周面の曲率半径よりも大きく設定されているため、ローラ１５の外周面と切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇとの間には、開口１６ａ，１６ｂが広く、中央部１６ｃが狭い隙間（通路）１６が形成される。従って、被駆動部３０のバルブタペット３１上の潤滑油を、切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇのエッジ部１４ｈ，１４ｉ（特にバルブリフトの立下り側のエッジ部１４ｉ）で掻き揚げて、ローラ１５の回転によりローラ１５部へ供給することができるため、ローラ１５廻りの潤滑を向上させるとともに、切り欠き部１４ｅで潤滑油が適度に保持されるので、ローラ１５とバルブタペット３１との間の摺動抵抗が低減される。
また、ローラ１５の外周面と切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇとの間の隙間１６は開口１６ａ，１６ｂが広いため、当該隙間１６からの切り粉等の異物の排出性もよく、ローラ１５への異物の噛み込みを防止することができる。
更に、ローラ１５の外周面と切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇとの間の隙間（空間）１６の拡大により、ローラ１５の組み付け性も向上する。

また、本実施の形態例のカム構造１１によれば、カムローブ１３は、カムシャフト１２と別体に形成され、ベース円部１４ａに設けられたシャフト取り付け孔１４ｃにカムシャフト１２を挿通した後、対向面１４ｇに設けられたピン孔１４ｊを介して、ピン２２によりカムシャフト１２に連結されていることを特徴としているため、ピン孔１４ｊの一方の開口１４ｋは切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇ上に位置し、ピン孔１４ｊの他方の開口１４ｍはベース円部１４ａの外周面上に位置している。このため、ピン孔１４ｊによってバルブリフト部１４ｂにおけるバルブタペット３１との接触面積を減らすことがなく、即ちカムローブ１３の耐久性を損なうことなく、カム作成時にカムローブ１３に生じる歪みを抑制することができる。

また、本実施の形態例のカム構造１１によれば、カムシャフト１２は、内部に潤滑油が流れる油路１２ｂを備え、ピン２２は、カムシャフト１２に連結された状態で、油路１２ｂと連通されるとともに切り欠き部１４ｅの対向面１４ｇに位置する端部で開口する油孔２２ａを備えていることを特徴としているため、潤滑油を切り欠き部１４ｅに確実に供給できるので、ローラ１５とバルブタペット３１との間の摺動抵抗をより確実に低減することができる。また、ピン２２内部に潤滑油が流通する油孔２２ａを設けることで、カムローブ１３に新たに孔を設ける必要が無いため、カムローブ１３の耐久性を維持することができる。

本発明はエンジンのカム構造に関するものであり、特にローラ付のカム構造に適用して有用なものである。

１１ カム構造
１２ カムシャフト
１２ａ 貫通孔
１２ｂ 油路
１３ カムローブ
１４ ベースカム
１４ａ ベース円部
１４ｂ バルブリフト部
１４ｃ シャフト取り付け孔
１４ｄ バルブリフト先端部
１４ｅ 切り欠き部
１４ｆ バルブリフト基端部
１４ｇ 切り欠き部の対向面
１４ｈ，１４ｉ 対向面のエッジ部
１４ｊ ピン孔
１４ｋ，１４ｍ ピン孔の開口
１４ｎ 軸取り付け孔
１５ ローラ
１５ａ ローラ回転軸
１５ｂ 軸取り付け孔
１６ 切り欠き部の対向面とローラの外周面との間の隙間
１６ａ，１６ｂ 隙間の開口
１６ｃ 隙間の中央部
２０ａ 第１のバルブ加速度ピークが生じる部分
２０ｂ 第２のバルブ加速度ピークが生じる部分
２２ ピン
２２ａ 油孔
２３ ピンの内周面とピンの外周面との間の隙間
３０ 動弁機構
３１ バルブタペット
３２ 固定部
３３ バルブスプリング
４１ バルブ（吸気バルブ又は排気バルブ）
５１ カム構造

Claims (3)

1. 内燃機関の作動と連動して回転するカムシャフトと、
   前記内燃機関の動弁機構の被駆動部を駆動させるカムローブと
   を備えたカム構造であって、
   前記カムローブは、ベース円部とバルブリフト部とから形成されたベースカムと、前記バルブリフト部の先端部に設けられるとともに前記カムシャフトの中心軸と平行な軸に対して回転自在なローラとを有し、
   前記ベースカムは、バルブリフトの立ち上がりで正の第１のバルブ加速度ピークを生じ、前記バルブリフトの立下りで正の第２のバルブ加速度ピークを生じ、前記第１のバルブ加速度ピークと前記第２のバルブ加速度ピークとの間でバルブ加速度が負となるバルブ加速度特性を有しており、
   前記第１のバルブ加速度ピークと前記第２のバルブ加速度ピークとの間で、前記動弁機構の被駆動部が、バルブリフトの立ち上がりでは前記バルブリフト部から前記ローラに乗り、バルブリフトの立ち下りでは前記ローラから前記バルブリフト部に乗り移るように、前記ローラの外径と取り付け位置とが設定されており、
   前記ローラは、前記バルブリフト部の先端部に形成された切り欠き部に設けられ、
   前記ローラの外周面と対向する前記切り欠き部の対向面のエッジ部は、前記第１及び第２のバルブ加速度ピークが生じる部分よりも前記バルブリフト部の先端部側に位置するように設定されており、
   前記切り欠き部の対向面は、前記ローラ側に曲がった曲面であり、
   前記曲面の曲率半径は、前記ローラの外周面の曲率半径と中心位置が異なり、且つ、前記ローラの外周面の曲率半径よりも大きく設定されている
   ことを特徴とするカム構造。
2. 請求項１に記載のカム構造において、
   前記カムローブは、前記カムシャフトと別体に形成され、前記ベース円部に設けられたシャフト取り付け孔に前記カムシャフトを挿通した後、前記対向面に設けられたピン孔を介して、ピンにより前記カムシャフトに連結されている
   ことを特徴とするカム構造。
3. 請求項２に記載のカム構造において、
   前記カムシャフトは、内部に潤滑油が流れる油路を備え、
   前記ピンは、前記カムシャフトに連結された状態で、前記油路と連通されるとともに前記切り欠き部の対向面に位置する端部で開口する油孔を備えている
   ことを特徴とするカム構造。

Images