JP6198546B2 - 内燃機関用カムシャフト - Google Patents

Description

本発明は、長手方向端側に配置された駆動ホイール、特にチェーンホイール又はプーリを備え、かつ少なくとも１つの第１軸受及び少なくとも１つの第２軸受を備えた内燃機関用カムシャフトに関する。

一般的なカムシャフトは良く知られており、今日の内燃機関エンジンに幅広く用いられている。このようなカムシャフトをできるだけスムーズに取り付けることができるようにするために、これらカムシャフトは、通常、針状ころ軸受又は玉軸受などの所謂転がり軸受を介して取り付けられている。特に長手方向端においては、駆動ホイールが配置されているので、軸受は、そこで生じる比較的高い耐力を確実に吸収できるようにするために、一定の軸受径に届かないようにすべきである。直径２４ｍｍは、カムシャフト用の最小径と考えられている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、一般的なタイプのカムシャフトのより良い実施形態、特に、より小さな径の軽量なカムシャフトを提示することにある。

本発明は、カムシャフトの特に駆動ホイールの領域、即ち、例えばチェーンホイール又はベルトプーリの領域における取付性改善に関する概念に基づくものであり、この領域に使用された少なくとも第１軸受がころ軸受として設計され、内径が２４ｍｍ以上３０ｍｍ以下であって、カムシャフトの該第１軸受から遠い途上に配置された第２軸受上のカムシャフトの外径よりも大きいという点にある。これにより、カムシャフトを確実に取り付けることができると共に、カムシャフトを比較的小径な第１軸受に隣接させることができ、さらに、カムシャフトをコンパクトかつ軽量にすることができる。少なくとも第１軸受の一層大きな内径により、第１軸受で生じた力が問題なく第１軸受によって吸収され、さらに、カムシャフト取付用の軸受をより小さく設計することができる。カムシャフトを径方向においてより小さくするという観点から、少なくとも第１軸受とカムシャフトとの間において信頼性の高い結合を達成するために、本発明とは異なる参考形態では、カムシャフトは長手方向端側、特に駆動ホイールの領域に延出し、第１軸受がこの延出領域に配置される。総じて、従来のカムシャフトよりも著しく小さくて第１軸受から離れたカムシャフトの直径を具現化することができる。これは、第１軸受を有する領域だけが専ら拡大されているからである。残部が小さいカムシャフトによって、当該カムシャフトは、同時に要求されるような軽量化及び材料削減を達成することができる。

実際には、拡大された領域は、内部高圧成形法又は据込み加工によって製造される。内部高圧成形法及び据込み加工は、安全な製造方法であると同時に、本発明に係る領域の拡大を実現するための費用効率が高い方法であり、独立に適用することが可能である。

また、本発明は、第２軸受は転動体を有し、この転動体がカムシャフトの外周面上を転動している。

さらに、本発明は、ころ軸受であって、内径ｄ _ｉ が２４ｍｍ＜ｄ _ｉ ＜３０ｍｍであり、該内径ｄ _ｉ が第２軸受が設けられたカムシャフトの外径ｄ _ａ よりも大きい第３軸受をさらに備えている。この第３軸受はカムシャフトの延出領域に配置され、長手方向端において駆動ホイールと対向している。

あるいは、カムシャフトを大きくするために、第１軸受が取り付けられたスリーブがカムシャフトの第１軸受の領域に、つまりその外周に第１軸受が装着される。そのようなスリーブは、同様に、拡径し、当該スリーブは、例えば、最も単純な場合には、環状で形成されている。スリーブ又はリングのカムシャフトへの結合は、圧入又は熱嵌合が効果的である。接着又ははんだ付けによってもスリーブをカムシャフトに取り付けることも考えられることは言うまでもない。

また、あるいは従来のカムシャフトと第１の軸受とは、プラグのようにして、例えばカムシャフトが前記駆動ホイールに圧入され、例えば、固定的にカムシャフトに連結され、前記駆動ホイールに直接配置することができる。ここで、実際のドライブディスクに加えて駆動ホイールは、例えばギヤホイールや軸受ショルダー部からなり、この軸受ショルダー部はカムシャフトと比較して径方向に大きく、第1軸受が配置されている。この場合、例えば適切な拡径などのカムシャフトの工作が全く必要ない。さらに、本発明のカムシャフトは、連続的な同一小径、即ち、２５ｍｍ以下の径で、例えば管状に製造されている。

実際には、少なくとも１つの軸受がころ軸受又は針状ころ軸受として設計されており、その結果、スムーズな取り付けが可能な一方、針状ころ軸受の場合には比較的コンパクトにすることができる。もっとも有利な場合は、針状ころ軸受の転動体がカムシャフトの外周面を直接転動している。

本発明に係るカムシャフトにおいて、直径ｄが１８ｍｍ＜ｄ＜２４ｍｍであり、好ましくはｄ＝２２である。これは、直径が２３ｍｍ以上３０ｍｍ以下の従来のカムシャフトと比較して、明らかに小径である。

本発明のさらなる重要な特徴及び利点は、従属項、図面、及び図面を用いた関連する説明から得られる。

上述の本発明の特徴及び以下で説明される本発明の特徴は、説明された各組合せだけでなく、他の組み合わせ、またはそれ自体によって、本発明の範囲から逸脱することなく理解されうる。

本発明の好ましい例示的な実施形態は図面に示され、以下の記載においてより詳しく説明されている。なお、同一の参照符号は、同一の、類似の、または、機能的に同一の構成を示している。

駆動ホイールに配置された第１軸受を備えた本発明の実施形態（一部は参考形態）に係るカムシャフトの断面図である。 スリーブによって拡径した第１軸受が図示しない駆動ホイール領域に設けられたカムシャフトを示す断面図である。 第１軸受領域が拡径したカムシャフトの断面図である。 第１軸受領域が拡径したカムシャフトの断面図である。 駆動ホイールから離れてカムシャフトの長手方向端に第３軸受を備えた、本発明の実施形態に係るカムシャフトの断面図である。 一対の第２軸受を備えたその他の実施形態（一部は参考形態）に係る一対の第２軸受を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１乃至図６に示すように、本発明の実施形態（後述の如く、図１〜図４及び図６では、一部は参考形態）に係るカムシャフト１は、第１軸受２及び第２軸受３を備えている。少なくとも第１軸受２は、転がり軸受であって、内径ｄ_ｉが２４ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。この内径ｄ_ｉは、第２軸受３に嵌合するカムシャフト１の外径ｄ_ａよりも大きい。

図１から分かるように、カムシャフト１に例えばチェーンホイール又はプーリのように配置され、この駆動ホイール４が例えばプラグのようにカムシャフト１に押し固められている。この場合、第１軸受２は駆動ホイール４に、即ち軸受ショルダー部５に配置され、この軸受ショルダー部５の外径は第１軸受２の内径ｄ_ｉに実質的に一致し、カムシャフト１の外径ｄ_ａよりも大きい。

図２に示すカムシャフト１の場合、スリーブ６又はリングが第１軸受２に配置され、第１軸受２に嵌合している。この場合、第１軸受２の内径ｄ_ｉは、スリーブ６の厚さ分だけカムシャフト１の外径ｄ_ａよりも大きい。この場合の第１軸受２及びスリーブ６は、図示しない駆動ホイール上に配置され、又は、この駆動ホイールに隣接している。

第１軸受２の拡径された内径ｄ_ｉは、駆動ホイール４の大径な軸受ショルダー部５が挿通でき、または、スリーブ６が挿通し得る。このスリーブ６は、カムシャフト１が圧入され、または、カムシャフト１に熱的に結合されている。なお、スリーブ６をカムシャフト１に接着、はんだ付け又は溶接してもよい。

図３及び図４はカムシャフト１を示している。この形態では、カムシャフト１は長手方向端側、特に図示しない駆動ホイール４の領域まで延出し、第１軸受２がカムシャフト１の延出領域７に配置されている。この延出領域７は、例えば内部高圧成形法又は据込み加工によって形成される。図３に示す上記延出領域７はカムシャフト１への材料圧縮によって形成されるのに対し、図４に示す上記延出領域７は成形、内部高圧成形法又は据込み加工によって形成される。

尚、図１〜図４に示したカムシャフト１は、少なくとも第１軸受２が、転がり軸受であって、内径ｄ _ｉ が２４ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、この内径ｄ _ｉ が、第２軸受３に嵌合するカムシャフト１の外径ｄ _ａ よりも大きい点、及び第２軸受３の転動体１０がカムシャフト１の外周面上を直接転動している点では、本発明の実施形態に相当するが、後述述の第３軸受８を有していないで参考形態となる。

図５に示すカムシャフト１は駆動ホイール４の領域に第１軸受２を備えている。この第１軸受２は駆動ホイール４の拡径された軸受ショルダー部５に配置されている。このカムシャフト１は少なくとも１つの第２軸受３を備えている。この第２軸受３は転がり軸受で設計され、図５の第２軸受３は針状ころ軸受である。さらに、第３軸受８が設けられている。この第３軸受８は、針状ころ軸受であって、内径ｄ_ｉが２４ｍｍ＜ｄ_ｉ＜３０ｍｍである。この第３軸受８の内径ｄ_ｉは、第２軸受３が取り付けられたカムシャフト１の外径ｄ_ａよりも大きい。この第３軸受８はカムシャフト１の延出領域７に配置され、長手方向端において駆動ホイール４と対向している。特に、駆動ホイール４と対向するカムシャフト１の長手方向端に第３軸受８を設ける必要がある場合、そこに生じる力は、例えばポンプを駆動するために例えばさらなる駆動ホイールを配置するために、第３軸受８を必要としている。第１軸受２は固定軸受であって、第２軸受３及び／又は第３軸受８は非固定軸受である。ここで、固定軸受とは、カムシャフト１の取り付けが径方向に可能なだけではなく、軸方向にも可能な軸受である。

図６にはカムシャフト１が示されており、これは図４と実質的に対応し、一対の異なる種類の第２軸受３が設けられている。中間の第２軸受３は転動体１０（本実施例では針状ころ）を有し、この転動体１０がカムシャフト１の外周面上を転動している。右側の第２軸受３はさらに内輪９を備え、この外周面を転動体１０（すなわち針状ころ）が転動している。内輪９はカムシャフト１の外周面に押圧され、または、熱結合嵌合されている。中間の第２軸受３は、右側の第２軸受３よりもよりコンパクトな構成となっている。

尚、図６に示したカムシャフト１は、図１〜図４に示したカムシャフト１と同様に、少なくとも第１軸受２が、転がり軸受であって、内径ｄ _ｉ が２４ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、この内径ｄ _ｉ が、第２軸受３に嵌合するカムシャフト１の外径ｄ _ａ よりも大きい点では、本発明の実施形態に相当するが、一方の第２軸受３の転動体１０がカムシャフト１の外周面上を直接転動していない点、及び上述の第３軸受８を有していない点で参考形態となる。

各軸受２，３，８の間には、内燃機関エンジンの弁を制御するカム１１が周知の方法で配置されている。ころ軸受として描かれた第１軸受２は、転動体として複数のボールを備えたころ軸受として示され、径方向及び軸方向に取付可能となっている。明らかに、固定軸受として針状ころ軸受としても設計され得る。

本発明に係るカムシャフト１の取り付けは、分割されたシリンダヘッドにカムシャフト１を配置することによって、ころ軸受２，３、そして該当する場合にはころ軸受８を用いて実行される。段状のカムシャフト１におけるシリンダヘッドの軸受ギャラリに対応する外輪の当該カムシャフト１への取り付けも考えられる。

本発明に係るカムシャフト１を用いると、図１及び図２に示すように単に２２ｍｍ以下である少なくとも主要な領域を通じて、当該カムシャフト１を例えば単に２２ｍｍの外径ｄ_ａに明確に小径にすることができる。その結果、カムシャフト１はより小さな取付スペースが必要なだけではなく、顕著に軽量化することができる。カムシャフト１を車両の内燃機関エンジンに取り付けることにより、燃料を節約することができる。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関用カムシャフトは、コンパクト化及び軽量化する用途に適用することができる。

Claims (6)

1. 特にチェーンホイール又はベルトプーリで構成される駆動ホイール（４）を長手方向端に備え、かつ駆動ホイール（４）の領域に配置された少なくとも１つの第１軸受（２）と該駆動ホイール（４）から該第１軸受（２）よりも遠い位置に配置された第２軸受（３）とを備えた内燃機関用カムシャフトであって、
   少なくとも上記第１軸受（２）は、転がり軸受として設計され、かつ２４ｍｍ＜ｄ_ｉ＜３０ｍｍの内径ｄ_ｉを有し、当該内径ｄ_ｉが上記第２軸受（３）に嵌合する上記カムシャフトの、該第２軸受（３）が設けられる部分の外径ｄ_ａよりも大きく、
   少なくとも上記第２軸受（３）の転動体（１０）は、上記カムシャフトの外周面上を直接転動していて、
   ころ軸受であって、内径ｄ _ｉ が２４ｍｍ＜ｄ _ｉ ＜３０ｍｍであり、該内径ｄ _ｉ が上記第２軸受（３）が設けられた上記カムシャフトの、該第２軸受（３）が設けられる部分の外径ｄ _ａ よりも大きい第３軸受（８）をさらに備え、
   上記カムシャフトは、上記駆動ホイール（４）と対向する長手方向端に、該カムシャフトと一体形成されかつ上記第３軸受（８）の内径に対応して拡径された延出領域（７）を有し、
   上記第３軸受（８）は、上記カムシャフト（１）の上記延出領域（７）に配置されていることを特徴とする内燃機関用カムシャフト。
2. 請求項１に記載の内燃機関用カムシャフトにおいて、
   上記第１軸受（２）は、上記駆動ホイール（４）の軸受ショルダー部（５）に配置されていることを特徴とする内燃機関用カムシャフト。
3. 請求項１に記載の内燃機関用カムシャフトにおいて、
   上記延出領域（７）は、内部高圧成形法、据込み加工、または材料を厚くすることによって形成されることを特徴とする内燃機関用カムシャフト。
4. 請求項１に記載の内燃機関用カムシャフトにおいて、
   上記第１軸受（２）の領域において、該第１軸受（２）が取り付けられている上記カムシャフトにスリーブ（６）が配置されていることを特徴とする内燃機関用カムシャフト。
5. 請求項４に記載の内燃機関用カムシャフトにおいて、
   上記スリーブ（６）は、上記カムシャフトに押圧され、または、該カムシャフトに熱的に結合されていることを特徴とする内燃機関用カムシャフト。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関用カムシャフトにおいて、
   上記カムシャフトは、１８ｍｍ＜ｄ_ａ＜２４ｍｍである外径ｄ_ａを有することを特徴とする内燃機関用カムシャフト。