JP6937712B2 - 内燃機関のカムシャフト構造 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のカムシャフト構造に関するものである。

従来、例えば特許文献１に見られるように、シャフトの軸方向に、排気弁を駆動するカム山３１と、クランクシャフトからの動力が入力される入力部である従動歯車８２と、ケース部材に回転自在に支持されるジャーナル部３２と、バランスウエイト５１，５２とが配置された内燃機関のカムシャフト構造が知られている。
このようなカムシャフト構造によれば、バランスウエイトが設けられていることによって、内燃機関の振動を抑制することができる。

特許第３７３００６４号公報

上述した従来の内燃機関のカムシャフト構造では、バランスウエイトに穴が設けられており、この穴にシャフトの端部が圧入されていた。
このような構造であると、バランスウエイトの穴の外周には、シャフト端部の圧入に耐え得るだけの所定の肉厚を有するリング部分（例えば同文献図６において符号５２ａで示されるリング状部分）が必要になる。そのため、その分バランスウエイトがラジアル方向に大型化し、結果としてシリンダヘッドも大型化するという難点があった。
本発明が解決しようとする課題は、シリンダヘッドの大型化を抑制することができる内燃機関のカムシャフト構造を提供することである。

上記課題を解決するために本発明の内燃機関のカムシャフト構造は、
シャフトの軸方向に、吸気弁または排気弁を駆動するカム山と、クランクシャフトからの動力が入力される入力部と、ケース部材に回転自在に支持されるジャーナル部と、バランスウエイトとが配置された内燃機関のカムシャフト構造において、
軸方向に関し、前記ジャーナル部の外側に、片持ち配置となるカム山を設けるとともに、少なくとも当該カム山を設けた側のシャフトの端部を筒状とし、前記バランスウエイトには軸部を一体に設け、この軸部を前記筒状部に圧入することで、シャフトの端部にバランスウエイトを取り付けたことを特徴とする。
この内燃機関のカムシャフト構造によれば、
軸方向に関し、前記ジャーナル部の外側に、片持ち配置となるカム山が設けられるとともに、少なくとも当該カム山が設けられた側のシャフトの筒状端部に対して、軸部が一体的に設けられたバランスウエイトの当該軸部が圧入されることで、シャフトの端部にバランスウエイトが取り付けられるから、従来技術で必要とされた前記リング部分が不要となる。
リング部分が不要となった分、バランスウエイトをラジアル方向に小型化でき、結果としてシリンダヘッドの大型化を抑制することができる。

この内燃機関のカムシャフト構造においては、
前記シャフトは筒状であり、前記バランスウエイトの軸部は、軸方向に関し、前記ジャーナル部まで伸びている構成とすることができる。
このように構成すると、前記シャフトを筒状とすることで軽量化を図りつつ、バランスウエイトの軸部を、軸方向に関し、前記ジャーナル部まで伸ばすことによって、片持ち配置となっているカム山が受けるバルブスプリング反力を、シャフトとバランスウエイトの軸部とで共同して、カム山位置からジャーナル部までの間に亘って分散吸収することができる。
したがって、カムシャフト構造の軽量化を図りつつ強度を向上させることができる。

この内燃機関のカムシャフト構造においては、
前記シャフトは筒状であり、前記バランスウエイトの軸部は、軸方向に関し、前記ジャーナル部を超える位置まで伸びており、ジャーナル部の内周面と対向する軸部の外周面の径は、ジャーナル部の内周面の径よりも小さい構成とすることができる。
このように構成すると、バランスウエイトの軸部のシャフトへの圧入に伴うジャーナル部の変形を防止してカムシャフト構造の強度を向上させることができる。

この内燃機関のカムシャフト構造においては、
前記バランスウエイトの軸部は、軸方向に関し、前記カム山と前記ジャーナル部との間と、前記ジャーナル部を超えた位置とにおいて、前記シャフトに対してタイト圧入されてシャフトと一体化される構成とすることができる。
このように構成すると、圧入に伴うカム山やジャーナル部の歪みを防止しつつ、片持ち支持となるカム山側のシャフトの振れをジャーナル部とその両側のタイト圧入部とに分散させて低減することができる。

この内燃機関のカムシャフト構造においては、
前記バランスウエイトの軸部の外径は、前記カム山と前記ジャーナル部との間の位置の外径に比べて、前記ジャーナル部を超えた位置の外径の方が小さくなっている構成とすることができる。
このように構成すると、圧入に伴う圧入痕の影響を少なくして、カム山とジャーナル部との間の位置におけるシャフトとバランスウエイトの軸部との結合強度を高めることができる。

この内燃機関のカムシャフト構造においては、
前記バランスウエイトの軸部は筒状であり、その穴は貫通穴である構成とすることができる。
このように構成すると、カムシャフト構造のさらなる軽量化を図ることができる。

この内燃機関のカムシャフト構造においては、
前記吸気弁または排気弁は１つの燃焼室に対して複数設けられ、それら吸気弁または排気弁を駆動するカム山も１つの燃焼室に対して吸気弁または排気弁と同数設けられ、
前記吸気弁または排気弁は、その弁軸線同士が燃焼室から前記カム山に向かって開く放射状となっており、
前記片持ち配置となるカム山は、前記複数のカム山の間に位置するジャーナル部がケース部材によって支持されることで片持ち状態となっている構成とすることができる。

吸気弁または排気弁が１つの燃焼室に対して複数設けられ、それら吸気弁または排気弁を駆動するカム山も１つの燃焼室に対して吸気弁または排気弁と同数設けられ、
吸気弁または排気弁が、その弁軸線同士が燃焼室からカム山に向かって開く放射状となっており、
片持ち配置となるカム山が、複数のカム山の間に位置するジャーナル部がケース部材によって支持されることで片持ち状態となっている構成となっている場合、
弁軸線同士が平行になっている場合に比べて、前記ジャーナル部から片持ち配置となっているカム山までの距離が、弁軸同士が平行である場合に比べて長くなるため、シャフトおよびジャーナル部に対する負荷は大きくなる。
これに対し、この発明によれば、バランスウエイトの軸部を前記ジャーナル部まで伸ばすことによる補強効果とバランスウエイトによる制振性とが相俟って、前記ジャーナル部の負荷低減を図ることができ、結果として、カムシャフト構造の軽量化を図ることができる。

本発明に係る内燃機関のカムシャフト構造の実施の形態を用いた内燃機関のシリンダヘッド部を示す概略図（図２における１−１断面図に相当する図）。 同じく概略平面図。 本発明に係る内燃機関のカムシャフト構造の実施の形態を示す図で、（ａ）は左側面図、（ｂ）は図（ａ）におけるｂ−ｂ断面図、（ｃ）は図（ｂ）の部分拡大図。 バランスウエイトを示す図で、（ａ）は左側面図、（ｂ）は図（ａ）におけるｂ−ｂ断面図。

以下、本発明に係る内燃機関のカムシャフト構造の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、同一部分ないし相当する部分には、同一の符号を付してある。

図１〜図３に示すように、この実施の形態の内燃機関のカムシャフト構造１は、
シャフト１０の軸方向に、吸気弁または排気弁を駆動するカム山１１，１２と、クランクシャフト（図示せず）からの動力が入力される入力部１３と、ケース部材としてのシリンダヘッド２に回転自在に支持されるジャーナル部１４，１５と、バランスウエイト２０とが配置されている。

シャフト１０は筒状となっており（図３参照）、軸方向に関し、ジャーナル部１４の外側に、片持ち配置となるカム山１１が設けられている。
図４にも示すように、バランスウエイト２０には軸部２２が一体に設けられており、この軸部２２がシャフト１０の筒状部１６に圧入されることで、シャフト１０の端部１０ｃにバランスウエイト２０が取り付けられている。

この内燃機関のカムシャフト構造１によれば、
軸方向に関し、前記ジャーナル部１４の外側に、片持ち配置となるカム山１１が設けられるとともに、少なくとも当該カム山１１が設けられた側のシャフト１０の筒状端部１０ｃに対して、軸部２２が一体的に設けられたバランスウエイト２０の当該軸部２２が圧入されることで、シャフト１０の端部１０ｃにバランスウエイト２０が取り付けられるから、従来技術で必要とされたリング部分（例えば特許文献１である特許第３７３００６４号公報の図６において符号５２ａで示されるリング部分）が不要となる。
リング部分が不要となった分、バランスウエイト２０をラジアル方向に小型化でき、結果としてケース部材であるシリンダヘッド２の大型化を抑制することができる。

前述したようにシャフト１０は筒状であり、図３に示すように、バランスウエイト２０の軸部２２も筒状である。そして、バランスウエイト２０の軸部２２は、軸方向に関し、前記ジャーナル部１４まで伸びている。

このように構成すると、シャフト１０およびバランスウエイト２０の軸部２２をいずれも筒状とすることで軽量化を図りつつ、バランスウエイト２０の軸部２２を、軸方向に関し、前記ジャーナル部１４まで伸ばすことによって、片持ち配置となっているカム山１１が受けるバルブスプリング反力Ｆ（図１、図３（ｂ）参照）を、シャフト１０とバランスウエイト２０の軸部２２とで共同して、カム山１１位置からジャーナル部１４までの間に亘って分散吸収することができる。
したがって、カムシャフト構造１の軽量化を図りつつ強度を向上させることができる。

図３に示すように、バランスウエイト２０の軸部２２は、軸方向に関し、ジャーナル部１４を超える位置Ｐ２まで伸びており、図３（ｃ）に示すように、ジャーナル部１４の内周面１４ｓと対向する軸部２２の外周面２２ｓの径２２ｄ１は、ジャーナル部１４の内周面１４ｓの径１４ｄ１よりも小さい。

このように構成すると、バランスウエイト２０の軸部２２のシャフト１０への圧入に伴うジャーナル部１４の変形を防止してカムシャフト構造１の強度を向上させることができる。
バランスウエイト２０の軸部２２のシャフト１０への圧入に伴ってジャーナル部１４が変形（拡径）すると、軸受け部４（図１）との間の抵抗が増大して耐久性が低下するおそれがあるが、この実施の形態によれば、そのようなおそれを防止することができる。

図３に示すように、バランスウエイト２０の軸部２２は、軸方向に関し、カム山１１とジャーナル部１４との間Ｐ３と、ジャーナル部１４を超えた位置Ｐ２とにおいて、シャフト１０に対してタイト圧入されてシャフト１０と一体化されている。なお、タイト圧入というのは、このカムシャフト構造が採用される内燃機関が作動動する上で、バランスウエイト２０の軸部２２とシャフト１０との間に両者を相対的に回動させようとする力（トルク）が作用しても両者が相対的に回動しないようにしっかりと圧入されているという意味である。

このように構成すると、圧入に伴うカム山１１やジャーナル部１４の歪みを防止しつつ、片持ち支持となるカム山１１側のシャフト１０の振れをジャーナル部１４とその両側のタイト圧入部Ｐ３，Ｐ２とに分散させて低減することができる。

図３（ｂ）（ｃ）に示すように、バランスウエイト２０の軸部２２の外径は、カム山１１とジャーナル部１４との間の位置Ｐ３の外径２２ｄ３に比べて、ジャーナル部１４を超えた位置Ｐ２の外径２２ｄ２の方が小さくなっている。

このように構成すると、圧入に伴う圧入痕の影響を少なくして、カム山１１とジャーナル部１４との間の位置Ｐ３におけるシャフト１０とバランスウエイト２０の軸部２２との結合強度を高めることができる。

バランスウエイト２０の軸部２２は筒状であり、その穴２２ｈは貫通穴である。
このように構成すると、カムシャフト構造１のさらなる軽量化を図ることができる。

図１に示すように、吸気弁７は１つの燃焼室Ｃに対して複数（図示のものは２つ）設けられ、それら吸気弁７を駆動するカム山（１１，１２）も１つの燃焼室Ｃに対して吸気弁７と同数（図示のものは２つ）設けられている。この実施の形態では、図２に示すように、排気弁８も１つの燃焼室Ｃに対して複数（図示のものは２つ）設けられ、それら排気弁８、８を駆動するカム山（３１，３２）も１つの燃焼室Ｃに対して排気弁８と同数（図示のものは２つ）設けられている。３０が排気側カムシャフトである。

図１に示すように、吸気弁７，７は、その弁軸線７ａ、７ａ同士が燃焼室Cからカム山１１，１２に向かって開く放射状となっている。なお、図２に示す排気弁８の弁軸線同士は平行になっている。
片持ち配置となるカム山１１は、カム山１１，１２の間に位置するジャーナル部１４がケース部材２によって支持されることで片持ち状態となっている。

上記のような構成、すなわち、吸気弁７が１つの燃焼室Ｃに対して複数設けられ、それら吸気弁７を駆動するカム山も１つの燃焼室Ｃに対して吸気弁７と同数設けられ、
吸気弁７が、その弁軸線７ａ同士が燃焼Ｃ室からカム山１１，１２に向かって開く放射状となっており、
片持ち配置となるカム山１１が、複数のカム山１１，１２の間に位置するジャーナル部１４がケース部材２によって支持されることで片持ち状態となっている構成となっている場合、
図２に示すように、ジャーナル部１４から片持ち配置となっているカム山１１までの距離Ｌ２が、弁軸同士が平行である場合のジャーナル部から片持ち配置となっているカム山までの距離（例えば図２において、排気側カムシャフト３０におけるのジャーナル部３４から片持ち配置となっているカム山３１までの距離Ｌ１）に比べて長くなるため、シャフト１０およびジャーナル部１４に対する負荷は大きくなる。

これに対し、この実施の形態によれば、図３に示したようにバランスウエイト２０の軸部２２をジャーナル部１４まで伸ばすことによる補強効果とバランスウエイト２０による制振性とが相俟って、ジャーナル部１４の負荷低減を図ることができ、結果として、カムシャフト構造の軽量化を図ることができる。

なお、上記の例では、吸気弁側について述べたが、排気弁が同様の構成となっている場合にも同様に適用することができる。
つまり、複数の排気弁の弁軸線同士が燃焼室から複数のカム山に向かって開く放射状となっており、片持ち配置となるカム山が、複数のカム山の間に位置するジャーナル部がケース部材によって支持されることで片持ち状態となっている構成の場合には、バランスウエイトの軸部が軸方向に関し、ジャーナル部まで伸びている構成とすることによって、上記と同様の効果すなわち、バランスウエイトの軸部をジャーナル部まで伸ばすことによる補強効果とバランスウエイトによる制振性とが相俟って、前記ジャーナル部の負荷低減を図ることができ、結果として、カムシャフト構造の軽量化を図ることができるという効果が得られる。

図１、図２において、５は吸気側シャフト１０のジャーナル部１５の軸受け部、６は入力部１３にボルト６ｂで固定される従動スプロケット、７ｒ、７ｒは吸気弁７のロッカーアームである。
５ｅは排気側シャフト３０のジャーナル部３５の軸受け部、６ｅは入力部１３ｅにボルト６ｂで固定される排気側従動スプロケット、８ｒ、８ｒは排気弁８のロッカーアームである。
従動スプロケット６，６ｅはチェーン６ｃで駆動される。
なお、従動スプロケット６，６ｅに変えて従動ギアを設けることもできる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能である。
例えば、
この実施の形態では、シャフト１０は筒状となっているが、少なくともカム山１１が設けられる側のシャフト１０の端部のみを筒状とすることもできる。また、バランスウエイト２０の軸部２２が圧入される範囲のみを筒状とすることもできる。
この実施の形態のカム山１１，１２は吸気弁を駆動するが、排気弁を駆動するカム山とすることもできる。

１：内燃機関のカムシャフト構造、２：ケース部材、７：吸気弁、１０：シャフト、１１：カム山、１３：入力部、１４：ジャーナル部、１４ｓ：ジャーナル部１４の内周面、１６：筒状部、２０：バランスウエイト、２２：軸部、２２ｓ：軸部２２の外周面、２２ｈ：穴。

Claims (7)

1. シャフト（１０）の軸方向に、吸気弁（７）または排気弁を駆動するカム山（１１）と、クランクシャフトからの動力が入力される入力部（１３）と、ケース部材（２）に回転自在に支持されるジャーナル部（１４）と、バランスウエイト（２０）とが配置された内燃機関のカムシャフト構造において、
   軸方向に関し、前記ジャーナル部（１４）の外側に、片持ち配置となるカム山（１１）を設けるとともに、少なくとも当該カム山（１１）を設けた側のシャフト（１０）の端部を筒状（１６）とし、前記バランスウエイト（２０）には軸部（２２）を一体に設け、この軸部（２２）を前記筒状部（１６）に圧入することで、シャフト（１０）の端部（１０ｃ）にバランスウエイト（２０）を取り付けたことを特徴とする内燃機関のカムシャフト構造。
2. 請求項１において、
   前記シャフト（１０）は筒状であり、前記バランスウエイト（２０）の軸部（２２）は、軸方向に関し、前記ジャーナル部（１４）まで伸びていることを特徴とする内燃機関のカムシャフト構造。
3. 請求項１において、
   前記シャフト（１０）は筒状であり、前記バランスウエイト（２０）の軸部（２２）は、軸方向に関し、前記ジャーナル部（１４）を超える位置（Ｐ２）まで伸びており、ジャーナル部（１４）の内周面（１４ｓ）と対向する軸部（２２）の外周面（２２ｓ）の径（２２ｄ１）は、ジャーナル部（１４）の内周面（１４ｓ）の径（１４ｄ１）よりも小さいことを特徴とする内燃機関のカムシャフト構造。
4. 請求項３において、
   前記バランスウエイト（２０）の軸部（２２）は、軸方向に関し、前記カム山（１１）と前記ジャーナル部（１４）との間（Ｐ３）と、前記ジャーナル部（１４）を超えた位置（Ｐ２）とにおいて、前記シャフト（１０）に対してタイト圧入されてシャフト（１０）と一体化されることを特徴とする内燃機関のカムシャフト構造。
5. 請求項４において、
   前記バランスウエイト（２０）の軸部（２２）の外径は、前記カム山（１１）と前記ジャーナル部（１４）との間の位置（Ｐ３）の外径（２２ｄ３）に比べて、前記ジャーナル部（１４）を超えた位置（Ｐ２）の外径（２２ｄ２）の方が小さくなっていることを特徴とする内燃機関のカムシャフト構造。
6. 請求項１から５のうちいずれか一項において、
   前記バランスウエイト（２０）の軸部（２２）は筒状であり、その穴（２２ｈ）は貫通穴であることを特徴とする内燃機関のカムシャフト構造。
7. 請求項２から６のうちいずれか一項において、
   前記吸気弁（７）または排気弁は１つの燃焼室に対して複数設けられ、それら吸気弁（７）または排気弁を駆動するカム山も１つの燃焼室に対して吸気弁（７）または排気弁と同数設けられ、
   前記吸気弁（７）または排気弁は、その弁軸線同士が燃焼室から前記カム山（１１，１２）に向かって開く放射状となっており、
   前記片持ち配置となるカム山（１１）は、前記複数のカム山（１１，１２）の間に位置するジャーナル部（１４）がケース部材（２）によって支持されることで片持ち状態となっていることを特徴とする内燃機関のカムシャフト構造。

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