JP6201902B2 - カムシャフトの支持構造 - Google Patents

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本発明は、カムシャフトを回転可能に支持する複数のカムジャーナルを備えるカムシャフトの支持構造に関する。
特許文献1には、シリンダヘッドの上面に固定されるカムハウジングにカムジャーナルを設けた構成が開示されている。このカムジャーナルは、一繋がりの円形のジャーナル孔を備えており、ジャーナル孔にカムシャフトが挿通されることによってカムシャフトが組み付けられる。このように、このカムジャーナルでは、ジャーナル孔を分割することなくカムシャフトを組み付けることができるため、一繋がりの円形のジャーナル孔によってカムシャフトが支持され、カムシャフトの回転が円滑になる。
特開2008‐157062号公報
ところで、内燃機関の軽量化を図るために、カムジャーナルを薄肉化することが考えられる。例えば、ジャーナル孔の中心軸の延伸方向におけるカムジャーナルの長さ、すなわちカムジャーナルの幅を短くして薄肉化することが考えられる。
ここで、カムジャーナルには、カムシャフトを介してバルブスプリングの反力による荷重が作用する。すなわち、カムシャフトの回転に伴いカムシャフトに固定されたカムロブが機関バルブを押し下げると、バルブスプリングからの反力によってカムシャフトを押し上げる荷重が作用する。このため、カムシャフトを支持するカムジャーナルにおいては部分的に大きな荷重が作用することになる。
このため、カムジャーナルでは、こうしたバルブスプリングからの反力による大きな荷重が作用する部分の幅を長くしてこの部分の剛性を確保する一方で、こうしたバルブスプリングからの反力による大きな荷重が作用しない部分の幅を短くして軽量化を図る必要がある。
しかしながら、このようにカムジャーナルの幅を部分的に短くして軽量化した場合には、カムジャーナルの開口縁部に段差が生じることになるため、ジャーナル孔の中心軸とカムシャフトの中心軸とを揃えてジャーナル孔にカムシャフトを挿通させるときにカムシャフトの先端が開口縁部に片当たりしやすくなる。そして、カムシャフトの先端がジャーナル孔の開口縁部に片当たりすると、ジャーナル孔の中心軸とカムシャフトの中心軸とがずれやすくなるため、カムシャフトをジャーナル孔に挿通しにくくなってしまう。
本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、カムシャフトが組み付けやすく且つ軽量なカムジャーナルを提供することにある。
上記課題を解決するためのカムシャフトの支持構造は、ジャーナル孔を有し、同ジャーナル孔に挿通されたカムシャフトを回転可能に支持する複数のカムジャーナルを備える。このカムジャーナルでは、ジャーナル孔の中心軸の延伸方向における長さを軸方向長さとすると、ジャーナル孔を形成している内周面におけるバルブスプリングからの反力による荷重を受ける部分の軸方向長さよりも、ジャーナル孔の中心軸を挟んでバルブスプリングからの反力による荷重を受ける部分とは反対側に位置する部分の軸方向長さが短く、中心軸の延伸方向における両端面のうち、一方の端面におけるジャーナル孔の開口縁部が、全周に亘って中心軸と直交する平面上に位置している。カムシャフトの支持構造における複数のカムジャーナルは、ジャーナル孔が同軸上に位置するように配置されており、複数のカムジャーナルはいずれも、中心軸の延伸方向において一方側の端面における開口縁部が、全周に亘って同中心軸と直交する平面上に位置している。
上記構成によれば、バルブスプリングからの反力による荷重を受けない部分の軸方向長さが、バルブスプリングからの反力による荷重を受ける部分の軸方向長さよりも短くされているため、荷重を受ける部分の剛性を確保しつつ、カムジャーナルの軽量化を図ることができる。
また、カムジャーナルの一方の端面における開口縁部が全周に亘ってジャーナル孔の中心軸と直交する平面上に位置しているため、ジャーナル孔の中心軸とカムシャフトの中心軸とを揃えて、この端面からカムシャフトを挿通するときに、カムシャフトの先端が開口部に片当たりし難くなる。したがって、カムシャフトを組み付ける際に、ジャーナル孔の中心軸とカムシャフトとの中心軸とがずれ難くなり、カムシャフトをジャーナル孔に円滑に挿通させることができるようになる。
したがって、上記構成によれば、カムシャフトが組み付けやすく且つ軽量なカムジャーナルを実現できる。
一実施形態としてのカムジャーナルを備えるカムハウジングの構成を示す上面図。 図1の2−2線に沿った断面図。 (a)〜(c)はカムハウジング、カムジャーナル、及びカムロブへのカムシャフトの組み付け態様を示す斜視図。 (a)〜(c)はカムジャーナルへのカムシャフトの組み付け態様を示す断面図。
以下、カムジャーナルを具体化した一実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。なお、本実施形態のカムジャーナルは、直列3気筒の内燃機関に適用されるカムジャーナルである。
図1に示すように、内燃機関のシリンダヘッドの上面に固定されるカムハウジング10には、複数のカムジャーナル11が設けられている。各カムジャーナル11には、円形のジャーナル孔12が設けられている。各カムジャーナル11は、カムハウジング10において図1の上方側に位置する吸気側カムジャーナル13と、カムハウジング10において図1の下方側に位置する排気側カムジャーナル14とに分けられる。吸気側カムジャーナル13は、それぞれの吸気側カムジャーナル13に設けられたジャーナル孔12が同軸上に位置し、各ジャーナル孔12に挿通された吸気カムシャフト15を回転可能に支持している。また、排気側カムジャーナル14は、それぞれの排気側カムジャーナル14に設けられたジャーナル孔12が同軸上に位置し、各ジャーナル孔12に挿通された排気カムシャフト16を回転可能に支持している。
吸気カムシャフト15及び排気カムシャフト16には、気筒毎に2つのカムロブ17が固定されている。また、吸気カムシャフト15及び排気カムシャフト16の一端には、スプロケット18がそれぞれ固定されている。各スプロケット18はチェーンベルトを介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトが回転すると、これと同期して吸気カムシャフト15及び排気カムシャフト16が回転する。そして、こうして吸気カムシャフト15及び排気カムシャフト16が回転すると、バルブスプリングの弾性力に抗して、吸気カムシャフト15に固定されたカムロブ17が吸気バルブを押し下げ、排気カムシャフト16に固定されたカムロブ17が排気バルブを押し下げる。これにより、吸気バルブや排気バルブが開閉駆動される。
次に、図2を参照して、カムジャーナル11の構成について詳細に説明する。なお、吸気側カムジャーナル13及び排気側カムジャーナル14の構成は同一である。このため、以下では、吸気側カムジャーナル13の構成について説明し、排気側カムジャーナル14の構成については説明を省略する。
図2に示すように、吸気側カムジャーナル13は、ジャーナル孔12の中心軸Cの延伸方向における両端面のうち、一方の端面19におけるジャーナル孔12の開口縁部21が、全周に亘って中心軸Cと直交する平面上に位置している。また、吸気側カムジャーナル13は、下方の半周部分が、他方の端面20側から肉抜きされている。このため、吸気側カムジャーナル13において、ジャーナル孔12の中心軸Cの延伸方向における長さを軸方向長さとすると、ジャーナル孔12を形成している内周面22における上方の半周部分である上部23の軸方向長さL1よりも、中心軸Cを挟んで上部23とは反対側に位置する下部24の軸方向長さL2が短くなっている(L2<L1)。
次に、図3を参照して、カムジャーナル11への各カムシャフト15,16の組み付け方法について説明する。
図3(a)に示すように、まず、カムハウジング10に設けられた吸気側カムジャーナル13及び排気側カムジャーナル14の間に、貫通孔を有するカムロブ17をそれぞれ配設する。吸気側カムジャーナル13の間に設けられた各カムロブ17は、その貫通孔が吸気側カムジャーナル13のジャーナル孔12と同軸上に位置するように治具によって固定されている。また、排気側カムジャーナル14の間に設けられた各カムロブ17は、その貫通孔が排気側カムジャーナル14のジャーナル孔12と同軸上に位置するように治具によって固定されている。なお、治具には、発熱装置が設けられている。
そして、カムロブ17が治具によって加熱され、貫通孔が拡径した状態において、図3(b)に示すように、吸気カムシャフト15及び排気カムシャフト16を各カムジャーナル13,14及び各カムロブ17にそれぞれ挿通する。そして、図3(c)に示すように、吸気カムシャフト15及び排気カムシャフト16を所定の位置まで挿通して、各カムシャフト15,16を各カムジャーナル13,14に組み付ける。その後、カムロブ17を冷ますことにより貫通孔を縮径させて、カムロブ17を各カムシャフト15,16に固定する。
次に、本実施形態のカムジャーナル11の作用について説明する。
直列3気筒の内燃機関では、各カムシャフト15,16の回転に伴ってカムロブ17が機関バルブを押し下げると、バルブスプリングからの反力によって各カムシャフト15,16を押し上げる荷重が作用する。このため、各カムシャフト15,16を支持する各カムジャーナル11においてはその上部23に大きな荷重が作用することになる。
本実施形態では、バルブスプリングからの反力による荷重を受けない下部24の軸方向長さL2が、バルブスプリングからの反力による荷重を受ける上部23の軸方向長さL1よりも短くされている。このため、カムジャーナル11において荷重を受ける上部23の剛性を確保しつつ、カムジャーナル11の軽量化が図られる。
また、カムジャーナル11の一方の端面19における開口縁部21が全周に亘ってジャーナル孔12の中心軸Cと直交する平面上に位置している。
このため、図4(a)に示すようにジャーナル孔12の中心軸Cと各カムシャフト15,16の中心軸とを揃え、一方の端面19から各カムシャフト15,16を挿通するときには、図4(b)に示すように、各カムシャフト15,16の先端が全周に亘って開口縁部21と当接し、各カムシャフト15,16の先端が開口縁部21に片当たりし難くなる。このため、各カムシャフト15,16を組み付ける際に、ジャーナル孔12の中心軸Cと各カムシャフト15,16との中心軸とがずれ難くなり、図4(c)に示すように、各カムシャフト15,16をジャーナル孔12に円滑に挿通させることができるようになる。
以上説明した一実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)下部24の軸方向長さL2を、上部23の軸方向長さL1よりも短くした。このため、荷重を受ける上部23の剛性を確保しつつ、カムジャーナル11の軽量化を図ることができる。また、カムジャーナル11の一方の端面19における開口縁部21が全周に亘ってジャーナル孔12の中心軸Cと直交する平面上に位置するようにした。このため、カムシャフト15(16)を組み付ける際に、ジャーナル孔12の中心軸Cとカムシャフト15(16)との中心軸とがずれ難くなり、カムシャフト15(16)をジャーナル孔12に円滑に挿通させることができるようになる。したがって、カムシャフト15(16)が組み付けやすく且つ軽量なカムジャーナル11を実現できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・上記実施形態では、カムジャーナル11において、ジャーナル孔12を形成している内周面22における上方の半周部分を上部23とし、内周面22における下方の半周部分を下部24として、上部23の軸方向長さL1よりも下部24の軸方向長さL2を短くするようにした。こうした構成に代えて、バルブスプリングからの反力による荷重を受ける部分の軸方向長さを確保することができるのであれば、ジャーナル孔12を形成している内周面22において、上方の半周部分の一部を上部としてもよい。こうした場合には、ジャーナル孔12の中心軸Cを挟んでこの上部とは反対側に位置する下方の半周部分の一部を下部として、この下部の軸方向長さを上部の軸方向長さよりも短くすればよい。こうした構成によっても、上記(1)と同様の効果を得ることができる。
・吸気側カムジャーナル13及び排気側カムジャーナル14の全てが上述した構成を備えるカムジャーナルである例を示したが、各カムジャーナル11のうちの1つ以上のカムジャーナルが上述した構成を備えるものであればよい。例えば、吸気側カムジャーナル13及び排気側カムジャーナル14のいずれか一方のカムジャーナルのみが上述した構成を備えるものであってもよい。
・上記実施形態では、直列3気筒の内燃機関を例に説明したが、気筒数は適宜変更してもよい。また、内燃機関としては、気筒が直列に配列された直列式の内燃機関に限らず、気筒がV字状に配列されたV型の内燃機関であってもよい。こうした内燃機関では、カムジャーナルにおいてバルブスプリングからの反力による荷重が作用する部分が上記実施形態と異なる場合がある。このため、こうした場合には、カムジャーナル11において、ジャーナル孔12を形成している内周面22におけるバルブスプリングからの反力による荷重を受ける部分の軸方向長さよりも、ジャーナル孔12の中心軸Cを挟んでバルブスプリングからの反力による荷重を受ける部分とは反対側に位置する部分の軸方向長さを短くするようにすればよい。そしてこうした構成において、中心軸Cの延伸方向における両端面のうち、一方の端面19におけるジャーナル孔12の開口縁部21を、全周に亘って中心軸Cと直交する平面上に位置するようにすれば、上記(1)と同様の効果を得ることができる。
10…カムハウジング、11…カムジャーナル、12…ジャーナル孔、13…吸気側カムジャーナル、14…排気側カムジャーナル、15…吸気カムシャフト、16…排気カムシャフト、17…カムロブ、18…スプロケット、19…一方の端面、20…他方の端面、21…開口縁部、22…内周面、23…上部、24…下部。

Claims (1)

  1. ジャーナル孔を有し、同ジャーナル孔に挿通されたカムシャフトを回転可能に支持する複数のカムジャーナルを備えるカムシャフトの支持構造であって、
    前記カムジャーナルは、
    前記ジャーナル孔の中心軸の延伸方向における長さを軸方向長さとすると、
    前記ジャーナル孔を形成している内周面におけるバルブスプリングからの反力による荷重を受ける部分の前記軸方向長さよりも、前記ジャーナル孔の中心軸を挟んで前記バルブスプリングからの反力による荷重を受ける部分とは反対側に位置する部分の前記軸方向長さが短く、
    前記中心軸の延伸方向における両端面のうち、一方の端面における前記ジャーナル孔の開口縁部が、全周に亘って前記中心軸と直交する平面上に位置しており、
    前記複数のカムジャーナルは、前記ジャーナル孔が同軸上に位置するように配置されており、
    前記複数のカムジャーナルはいずれも、前記中心軸の延伸方向において一方側の端面における前記開口縁部が、全周に亘って前記中心軸と直交する平面上に位置している
    カムシャフトの支持構造
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