JP5585789B2 - カムシャフトの潤滑構造 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受でシリンダヘッドに回転自在に支持される組立式カムシャフトに潤滑を施すカムシャフトの潤滑構造に関する。

自動車に搭載されるレシプロ式エンジンは、クランクの軸出力で駆動されるカムシャフトを用いて、各気筒の吸気バルブ、排気バルブを開閉させている。このカムシャフトの多くは、鋳造製の一体形のカムシャフトを、滑り軸受で、カムシャフトのカムジャーナル部をシリンダヘッドに対して回転自在に支持させている。
近時では、コストや摺動抵抗の低減化により、別体に成形されたカムローブを中空の鋼製のシャフト部材に組み付けるカムシャフト（組立式カムシャフト）を用い、同カムシャフトのカムジャーナル部を転がり軸受でシリンダヘッドに支持させる構造が検討されてきている。

組立式のカムシャフトでも、鋳造製一体形のカムシャフトの滑り軸受と同様、転がり軸受の各摺動面は、潤滑油による潤滑が求められる。
滑り軸受では、カムシャフトが組み付くカムジャーナル部の周壁に給油孔を穿設して、カムシャフトの軸部内に形成されている送油路の潤滑油を直接、滑り軸受部へ供給している。しかし、転がり軸受は、僅かなクリアランスへ潤滑油を供給する滑り軸受とは異なり、クリアランスが大きいので、カムジャーナル部に給油孔を設けて給油する構造では、過剰にクリアリンスから潤滑油がリークしてしまい、エンジンの潤滑油の循環系に負担を与えてしまう。

そこで、給油孔の径を小さくすることが考えられるが、鋼製のシャフト部材の孔加工は、径が小さくなる程、加工が難しく、しかも費やす加工時間が長くなるため、コスト的な負担が大きくなる問題があり、カムジャーナル部に給油孔を設けて、直接する転がり軸受に給油するのは難しい。
そのため、組立式のカムシャフトにおいて転がり軸受へ潤滑油を導く給油路には、特許文献１に開示されているようなスリーブを用いて間接的に供給する構造が提案されている。これは、カムローブと転がり軸受との間に存するシャフト部材の周壁に、給油孔を穿設し、同給油孔を含むカムローブと転がり軸受間の周壁部分にスリーブをルーズに嵌めて、給油孔から供給される潤滑油を、シャフト部材とスリーブとの間に形成される潤滑油が通過可能な隙間（給油路）を通じて、転がり軸受へ導く構造である。

特開２００９− ２４６４４号公報

ところが、こうした潤滑油をスリーブの隙間を通じ間接的に転がり軸受に供給する構造は、スリーブの隙間で潤滑油が制御されるため、給油孔の大きさの制約は回避されるものの、別体部品のスリーブを用意するうえ、同スリーブをシャフト部材に組み付ける作業が求められるため、構造が複雑で、コスト的にも高価になる問題がある。
そこで、本発明の目的は、簡単な構造、かつコストを抑えた構造で、給油孔の大きさの制約を回避しながら、シャフト部材内からの潤滑油で、転がり軸受の潤滑を可能としたカムシャフトの潤滑構造を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、シャフト部材の内部の送油路から、カムローブと隣接した転がり軸受へ潤滑油を導く給油路を、カムローブが組み付くシャフト部材の周壁に穿設され、送油路の潤滑油をカムローブとシャフト部材間へ導く給油孔と、シャフト部材の外周面に形成され、シャフト部材の軸心方向に沿って給油孔からカムジャーナル部まで延びた中継溝とを有して構成した。

同構成によると、シャフト部材内からの潤滑油が、給油孔を通じて、カムローブとシャフト部材間に導かれ、さらに同シャフト部材の外周面の中継溝を通じて、カムジャーナル部へ導かれ、転がり軸受を潤滑する。こうした間接的な給油は、中継溝で潤滑油が制御されるため、給油孔の大きさの制約はなくなる。しかも、中継構造は、別途部材を必要とせずに、カムローブが組み付くシャフト部材の周壁に、加工しやすい大きさの範囲内で給油孔を形成し、シャフト部材の外周面に、加工が容易な溝を形成するといった簡単、かつ安価な構造ですむ。

請求項２に記載の発明は、さらに効果的に潤滑油が転がり軸受へ供給されるよう、中継溝は、給油孔から転がり軸受へ向う方向のみに形成されることとした。
請求項３に記載の発明は、さらに中継構造が転がり軸受に影響を与えないよう、中継溝は、シャフト部材の軸心方向において、転がり軸受を構成する外装部材と重なる位置まで延びた溝で形成した。

請求項４に記載の発明は、さらに潤滑油が転がり軸受へ供給しやすいよう、転がり軸受の外装部材は、油導出用の孔部を有した構成を採用して、転がり軸受から潤滑油を抜けやすくした。

請求項１の発明によれば、シャフト部材の給油孔からの潤滑油を、シャフト部材の外周面の中継溝を通じ、カムジャーナル部へ導くという、中継溝で潤滑油を制御する間接的な給油構造のため、給油孔の大きさの制約はなくなる。しかも、中継構造は、別途部材を必要とせずに、カムローブが組み付くシャフト部材の周壁に、加工しやすい大きさの範囲内で給油孔を形成し、シャフト部材の外周面に、加工が容易な溝を形成するだけでよく、簡単な構造であるうえ、安価ですむ。

したがって、簡単な構造、かつコストを抑えた構造で、給油孔の大きさの制約を回避しながら、シャフト部材内からの潤滑油で転がり軸受を潤滑することができる。しかも、カムローブからカムジャーナル部へ向う途中で周囲に飛散する潤滑油により、カムローブの外周面、すなわちタペットなどバルブ端と摺動するカム面における潤滑も併せて行うことができる。

請求項２の発明によれば、さらに給油孔からの潤滑油を、効果的に転がり軸受へ供給することができる。
請求項３の発明によれば、さらに中継溝が、ころ部材の位置する地点まで形成されないために、中継溝が転がり軸受に影響を与えることはない。
請求項４の発明によれば、さらに転がり軸受から潤滑油が抜けやすくなるため、潤滑油が転がり軸受の内部で流動しやすくなり、その分、転がり軸受へ潤滑油が供給しやすく、転がり軸受を効果的に潤滑することができる。

本発明の第１の実施形態に係るカムシャフトの一部を、同シャフトを搭載したエンジンの一部と共に示す平面図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う転がり軸受廻りの断面図。 図２中のＢ部の転がり軸受の潤滑構造を拡大して示す断面図。 本発明の第２の実施形態の要部を示す断面図。

以下、本発明を図１〜図３に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
図１はレシプロ式エンジン（内燃機関：以下、単にエンジンという）の平面を示し、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿う断面を示し、図３は図２中のＢ部を拡大した断面を示している。
図１および２中１は例えばアルミ合金製のシリンダヘッド、２は例えばアルミ合金製のシリンダブロック(図２に図示)、３はシリンダブロック２に形成されたシリンダ(図２に図示)、４は同シリンダ３内に往復可能に収められたピストン(図２に図示)を示している。シリンダ３は、エンジンの前後方向に沿って複数、配置されている。

シリンダヘッド１の上部には、シリンダ３を挟んだ両側に吸気用のカムシャフト６、排気用のカムシャフト（図示しない）が配置されている。いずれのカムシャフト６も、組立式構造が用いられている。具体的には、吸気側のカムシャフト６は、例えば図２にも示されるように中空の鋼製のシャフト７（本願のシャフト部材に相当）の外周面に、シリンダ毎、一対（二個）の吸気用カムローブ９を組み付け、吸気用カムローブ９間と両端側とにそれぞれカムジャーナル部１１を形成した構造が用いられている。図示しない排気用のカムシャフトも、同様に、中空の鋼製のシャフトの外周面に、シリンダ毎、一対（二個）の排気用カムローブを組み付け、排気用カムローブ間と両端側とにカムジャーナル部を形成した構造が用いられる。

吸気用のカムシャフト６のカムジャーナル部１１、図示しない排気用のカムシャフトのカムジャーナル部には、いずれも図２に示されるように転がり軸受１３が嵌め込まれている。転がり軸受１３は、いずれも例えば筒形の外装シース１５（本願の外装部材に相当）内に、多数のころ部材１４を環状に回転自在に収めて構成される。この転がり軸受１３のころ部材１４群の中央がカムジャーナル部１１の外周面に回転自在に嵌め込まれ、多数のころ部材１４をカムジャーナル部１１の外周面を囲むように配置させ、外装シース１５を、それらころ部材１４の周囲に配置させている。

シリンダヘッド１の上部の各カムジャーナル部１１と対応した地点には、シリンダヘッド１と一体な半円形状のハウジング１７と、同ハウジング７と組み合う半円形状のアルミ合金製のキャップ１８（別体）とで形成されるホルダ部１９が形成されている。吸気用のカムシャフト６、排気用のカムシャフトは、いずれもハウジング１７とキャップ１８とで、それぞれ転がり軸受１３の外装シース１５の両側を挟み、両者をボルト部材２０（締結部材：図１）で締結することによって回転自在に支持されている。同構造にて、カムジャーナル部１１をシリンダヘッド１に対して回転自在に支持させている。

なお、転がり軸受１３の外装シース１５（鋼製）と、ハウジング７（アルミ合金製）やアルミ合金製のキャップ１８との熱膨張の違いを許容するために、ハウジング１７およびキャップ１８の内面と、外装シース１５の外周面との間はルーズにしてある。このため、
転がり軸受１３は、両側の隣接した一対の吸気用カムロ−ブ９、一対の排気用カムローブ（図示しない）により、軸方向の動きが規制されている。

図２に示されるように吸気用のカムシャフト６のカムローブ９は、図示しないシリンダ９の頭部に形成された燃焼室（図示しない）からシリンダヘッド上方へ延びる吸気バルブ２２の端、ここでは同端に装着されているタペット２２ａと転接し、排気用のカムシャフトのカムローブは、同じく燃焼室（図示しない）からシリンダヘッド上方へ延びる排気バルブ（図示しない）の端、ここでは同端に装着されているタペット（図示しない）と転接している。

さらに図１に示されるように吸気用のカムシャフト６、排気用のカムシャフト（図示しない）は、タイミングスプロケット２４、タイミングチェーン（図示しない）を介して、ピストン４の連結されるクランクシャフト（図示しない）に接続され、ピストン４の往復動で得られるクランクシャフトの軸出力で、吸気用のカムシャフト６、排気用のカムシャフト（図示しない）を回転させて、吸気バルブ２２、排気バルブ（図示しない）を開閉させる構造となっている。吸気側のカムシャフト６端には、カム位相変更機構２５が設けてある。

図２に示されるように吸気用のカムシャフト６、排気用のカムシャフト（図示しない）の内部には、いずれも中空部を活用した軸方向に延びる送油路２７が形成されている。送油路２７の端は、例えばシリンダヘッド１やシリンダブロック２に形成されたオイルギャラリ（図示しない）と連通していて、オイルポンプから圧送されるオイルパン（いずれも図示しない）からの潤滑油の供給を受ける構造となっている。

吸気用のカムシャフト６を支持する転がり軸受１３、排気用のカムシャフトを支持する転がり軸受（図示しない）は、いずれもカムシャフト内部から給油路２９を通じて、それぞれ転がり軸受１３へ潤滑油を導くことにより、潤滑される。
このうち例えば吸気用のカムシャフト６内から、シリンダ３を挟んだ両側の転がり軸受１３へ潤滑油を導く給油路２９に（両端の転がり軸受を除く）、本発明の要部となる、中継溝３５（後述）を用いて間接的に潤滑油を転がり軸受１３へ導く構造が用いられている。同転がり軸受１３の潤滑構造は、いずれも同じ構造が採用されている。図２には、そのうち２番気筒と隣り合う転がり軸受１３へ給油する給油路２９構造が示されている。

図２および図３を参照して、給油路２９構造並びに転がり軸受１３の潤滑構造を説明すると、吸気用カムローブ９がそれぞれ組み付くシャフト７の周壁となる、シャフト７の吸気用カムローブ９の取付孔内面と向き合う周壁部分には、それぞれ直径方向に延びる給油孔３０が穿設されている。これで、給油孔３０は、シャフト７内部の送油路２７と連通され、送油路２７からの潤滑油を、給油孔３０内を通じ、それぞれ吸気用カムローブ９の取付孔内面とシャフト７の外周面との間、すなわちカムローブ９とシャフト７との間へ導けるようにしている。

図３に拡大して示されるように各吸気用カムローブ９とシャフト７との間には、給油孔３０からの潤滑油を、同吸気用カムローブ９と隣接したカムジャーナル部１１（転がり軸受１３）へ導く中継路３２が形成されている。中継路３２は、いずれもシャフト７の外周面に、軸方向に延びる中継溝３５を形成してなる。
すなわち、中継溝３５は、シャフト７の外周面に潤滑油の通過が可能な隙間を形成する帯形の溝で形成される。中継溝３５は、シャフト７の軸心方向に沿って給油孔３０から、吸気用カムローブ９と隣り合うカムジャーナル部１１（転がり軸受１３）へ向かって延びた溝から構成され、給油孔３０からカムジャーナル部１１（転がり軸受１３）へ潤滑油が導けるようにしている。さらに述べれば、中継溝３５は、シャフト７の軸心方向において、外装シース１５端と重なる位置まで延びた溝で形成、ここでは中継溝３５端が、外装シース１５の端とシャフト７の外周面との間に存する隙間δ内に臨む地点まで延びた溝で形成されていて、中継溝３５で導かれる潤滑油を転がり軸受１３の両側から同軸受１３内部の各摺動部分（ころ部材１４、外装シース１５など）へ供給できるようにしている。つまり、給油路２９を構成している。この中継溝３５は、給油孔３０から転がり軸受１３へ向かう方向のみしか形成していない。

中継溝３５は、カムジャーナル部１１へ向う途中で、潤滑油の一部が、吸気用カムローブ９と外装シース１５との間の隙間Ｓから周囲に飛散される構造ともしてあり、吸気用カムローブ９のカム面９ａ（外周面）と吸気バルブ２２のタペット２２ａとの摺動部が、同潤滑油で潤滑される構造ともなっている。
こうした潤滑構造によると、エンジンの運転に伴い、エンジンのオイルギャラリ（図示しない）から潤滑油が、回転する吸気用のカムシャフト６の送油路２７へ圧送される。図２および図３に示されるように圧送された潤滑油の一部は、図２および図３に示されるように各給油孔３０を通じて、吸気用カムローブ９の内面（取付孔）とシャフト７の外周面との間へ導かれる。

さらに給油孔３０内の潤滑油は、シャフト７の外周面の中継溝３５から、吸気用カムローブ９とシャフト７間を通じて、カムジャーナル部１１へ導かれる。この潤滑油が、転がり軸受１３の外装シース１５端と重なる中継溝３５端から、転がり軸受１３の内部へ導入され、ころ部材１４とシャフト７との摺動部、ころ部材１４と外装シース１５との摺動部など転がり軸受１３の各部を潤滑する。

またカムジャーナル部１１へ向かう途中、潤滑油の一部は周囲に飛散する(遠心力による)。この飛散した潤滑油は、吸気用カムローブ９と外装シース１５との間の隙間Ｓから、さらに周囲へと飛散し、吸気用カムローブ９のカム面９ａと吸気バルブ２２のタペット２２ａとの間の摺接部分を潤滑する。
こうした給油路２９で行われる間接的な給油は、中継溝３５で潤滑油が制御されるため、給油孔３０を小さくせずにすむ。しかも、中継構造は、別途部材を必要とせずに、吸気用カムローブ９（排気用カムローブを含む）が組み付くシャフト７の周壁に、加工しやすい大きさの範囲内で給油孔３０を形成し、シャフト７の外周面に、加工が容易な中継溝３５を形成するだけでよく、簡単な構造であり、安価である。特にシャフト７の外周面に中継溝３５を設ける構造は、加工がしやすい。

したがって、簡単な構造、かつコストを抑えた構造で、給油孔３０の大きさの制約を回避しながら、カムシャフト内部からの潤滑油の供給で、転がり軸受１３を潤滑することができる。しかも、吸気用カムローブ９（排気用カムローブを含む）からカムジャーナル部１１へ向う途中、周囲に飛散する潤滑油により、吸気用カムローブ９（排気用カムローブを含む）の外周面、すなわちタペット２２ａなどバルブ端と摺動するカム面９ａにおける潤滑ができ、バルブ端と接する摺動部における潤滑も併せて行うことができる。

特に中継溝３５は、給油孔３０から転がり軸受１３へ向う方向のみに形成してあるから、潤滑油を効果的に給油孔３０から転がり軸受１３へ供給することができる。
また中継溝３５は、外装シース１５と重なる位置まで延びた溝であるため、ころ部材１４の位置する地点に形成されずにすみ、転がり軸受１３に影響を与えることはない。
図４は、本発明の第２の実施形態を示す。

本実施形態は、第１の実施形態の変形例で、転がり軸受１３の外装シース１５（本願の外装部材に相当）に、潤滑油の導出用の孔部として油導出孔４０を穿設したものである。
具体的には、外装シース１５の背面をなす周壁部に油導出孔４０を形成して、転がり軸受１３内部に導入された潤滑油を、油導出孔４０、外装シース１５とハウジング１７の内面およびキャップ１８の内面との間の隙間α（ルーズ構造で形成）を通じ、外部へ抜けやすくしたものである。

これにより、潤滑油は、転がり軸受１３内を流動しやすくなり、その分、転がり軸受１３内部へ潤滑油が供給しやすくなり、効果的に転がり軸受１３を潤滑することができる。
なお、図４において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
また、本発明の潤滑構造は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。上述した実施形態では、吸気側と排気側とに分かれたＤＯＨＣ式エンジンの吸気用のカムシャフトに本発明を適用した例を挙げたが、これに限らず、排気用のカムシャフトや吸気バルブと排気バルブとが１つのシャフトに有するＳＯＨＣ式のエンジンのカムシャフトに本発明を適用してもよい。

１ シリンダヘッド
６ カムシャフト
７ シャフト（シャフト部材）
９ カムローブ
１１ カムジャーナル部
１３ 転がり軸受
１４ ころ部材
１５ 外装シース（外装部材）
２７ 送油路
２９ 給油路
３０ 給油孔
３５ 中継溝
４０ 油導出孔（孔部）

Claims (4)

1. 内部に送油路を有するシャフト部材の外周面に、バルブを駆動するカムローブを組み付け、同カムローブと隣接した前記外周面にカムジャーナル部を形成したカムシャフトと、前記カムジャーナル部をシリンダヘッドに対して回転自在に支持する転がり軸受と、前記送油路内の潤滑油を前記転がり軸受へ導く給油路とを有したカムシャフトの潤滑構造であって、
   前記給油路は、
   前記カムローブが組み付く前記シャフト部材の周壁に穿設され、前記送油路の潤滑油を前記カムローブと前記シャフト部材間へ導く給油孔と、
   前記シャフト部材の外周面に形成され、前記シャフト部材の軸心方向に沿って前記給油孔から前記カムジャーナル部まで延びた中継溝とを有して構成される
   ことを特徴とするカムシャフトの潤滑構造。
2. 前記中継溝は、前記給油孔から前記転がり軸受へ向う方向のみに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の潤滑構造。
3. 前記転がり軸受は、前記カムジャーナル部の外周面を囲むように配置された多数のころ部材と、同ころ部材を周囲から回転自在に収める筒形の外装部材とを有し、
   前記中継溝は、前記シャフト部材の軸心方向において前記外装部材と重なる位置まで延びた溝である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカムシャフトの潤滑構造。
4. 前記転がり軸受の外装部材は、油導出用の孔部を有していることを特徴とする請求項３に記載のカムシャフトの潤滑構造。

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