KR20130108270A - 캠샤프트 장치 - Google Patents

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KR20130108270A
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가즈키 하마다
히로시 우에노
이사오 우스키
히로노리 히라오카
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가부시키가이샤 제이텍트
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Abstract

본 발명은, 캠샤프트(camshaft) 장치의 구성을 복잡하게 하지 않고, 캠샤프트의 저토크저토크(lower torque)화를 실현할 수 있는 캠샤프트 장치를 제공하기 위한 것으로서, 흡기(吸氣) 캠샤프트 장치(1)는, 흡기 캠샤프트(4)와, 흡기 캠샤프트(4)의 양 단부를 회전 가능하게 지지하는 제1 롤링 베어링(15) 및 제2 롤링 베어링(16)과, 흡기 캠샤프트(4)를, 제1 및 제2 롤링 베어링(15, 16)의 사이에서 회전 가능하게 지지하는 제1 슬라이딩 베어링(17) 및 제2 슬라이딩 베어링(18)을 구비하고 있다. 제1 롤링 베어링(15)은, 흡기캠 스프로켓(9)의 회전면과 동일한 면 상에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 롤링 베어링(15)은, 흡기캠 스프로켓(9)의 복수의 톱니부와 축 방향으로 중첩되고 또한 중심축선 C와 직교하는 평면 P 내에 위치하고 있다. 제1 롤링 베어링(15)의 축 방향 후방에 제1 슬라이딩 베어링(17)이 인접 배치되어 있다.

Description

캠샤프트 장치{CAMSHAFT DEVICE}
본 발명은, 복수의 캠을 가지는 캠샤프트(camshaft)와, 이 캠샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링을 포함하는 캠샤프트 장치에 관한 것이다.
종래부터, 자동차 엔진의 흡배기(吸排氣) 밸브를 작동시키기 위한 캠이 축 방향으로 복수 개 설치된 캠샤프트가 알려져 있다. 캠샤프트에는, 상기 캠샤프트에 동력을 부여하는 체인을 걸기 위한 스프로켓(sprocket)이 장착되어 있다.
종래의 캠샤프트는, 그 외주면이, 엔진의 하우징 내에 고정된 복수의 슬라이딩 베어링의 각각에 의해 직접적으로 지지되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).
그러나, 이 경우, 미끄럼 마찰에 의한 회전 슬라이딩 이동 저항의 증대에 의해, 캠샤프트의 고토크(high torque)화가 생기기 쉬운 문제가 있다.
일본공개특허 제2000―220417호 공보
본 발명자들은, 슬라이딩 베어링을, 롤링 베어링(깊은 홈 볼베어링)으로 치환한 구조의 캠샤프트 장치를 검토하고 있다. 롤링 베어링의 채용에 의해, 캠샤프트의 회전 슬라이딩 이동 마찰을 저감시킬 수 있으므로, 저토크(lower torque)화를 도모할 수 있다. 그러나, 캠샤프트를 지지하는 모든 베어링을 롤링 베어링으로 하면, 구조가 복잡하게 될 우려가 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 캠샤프트 장치의 구성을 복잡하게 하지 않고, 캠샤프트의 저토크화를 실현할 수 있고, 이로써, 연비 효율의 향상을 도모할 수 있는 캠샤프트 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 청구항 1에 기재된 발명은, 샤프트 본체(7)와, 상기 샤프트 본체의 축 방향을 따라 설치된 복수의 캠(19A, 19B, 19C, 19D, 19E, 19F)을 구비하는 캠샤프트(4)와, 복수의 톱니부(71)를 가지고, 상기 캠샤프트의 중심축선 C 주위로 회전 가능하게 상기 캠샤프트에 장착된 기어(9)와, 상기 캠샤프트를 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링(15, 16, 17, 18)을 포함하고, 상기 기어에는, 동력을 전달하기 위한 전동(轉動) 부재(6)가 걸쳐져 있고, 상기 베어링은, 상기 복수의 톱니부를 포함하고 또한 상기 중심축선과 직교하는 평면 내에 설치된 롤링 베어링(15)과, 상기 롤링 베어링과 상기 축 방향으로 인접하여 설치된 슬라이딩 베어링(17)을 포함하는, 캠샤프트 장치(1)이다.
그리고, 괄호 내의 영숫자는, 후술하는 실시형태에 있어서의 대응 구성 요소 등을 나타내지만, 특허 청구의 범위를 실시형태에 한정하는 취지는 아니다. 이하, 이 항에 있어서 같다.
이 구성에 의하면, 롤링 베어링과, 이 롤링 베어링에 축 방향으로 인접하여 설치된 슬라이딩 베어링을 포함하는 복수의 베어링에 의해, 캠샤프트가 회전 가능하게 지지되어 있다. 기어에 감겨진 전동 부재의 하중은, 캠샤프트에서의, 기어의 복수의 톱니를 포함하고 또한 캠샤프트의 중심축선과 직교하는 평면 상의 부분에 집중하여 작용한다. 이 부분에 롤링 베어링이 설치되어 있다. 캠샤프트에서의 전동 부재의 하중을 주로 받는 부분을, 회전 슬라이딩 이동 마찰이 적은 롤링 베어링으로 지지하므로, 이로써, 캠샤프트 장치의 저토크화를 도모할 수 있다.
또한, 롤링 베어링에 인접하여 슬라이딩 베어링이 설치되어 있다. 이들 롤링 베어링 및 슬라이딩 베어링의 양쪽에 의해 캠샤프트를 지지하므로, 캠샤프트 장치의 저토크화를 보다 한층 도모할 수 있다.
이로써, 캠샤프트 장치의 구성을 복잡하게 하지 않고, 캠샤프트의 저토크화를 실현할 수 있다. 이로써, 자동차의 연비 효율의 향상을 도모할 수 있다.
상기 전동 부재로서 체인이 채용되는 경우에는, 상기 기어로서 스프로켓을 채용할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 기어 및 상기 캠샤프트의 위상을 변화시키기 위한 유압식의 밸브 타이밍 기구(機構)(11)를 더 포함하고, 상기 기어는, 상기 롤링 베어링에 대하여 상기 슬라이딩 베어링의 축 방향 반대측에 설치되고, 상기 중심축선을 중심으로 하는 원통형의 주벽부(周壁部)(32)를 더 포함하고, 상기 복수의 톱니부가 상기 주벽부의 축 방향 한쪽의 단면(端面)에 설치되어 있고, 상기 슬라이딩 베어링에는, 상기 밸브 타이밍 기구에 상기 샤프트 본체 내를 통해 오일을 공급/배출하기 위한 유통공(流通孔)(47, 48)이 직경 방향으로 관통하여 형성되어 있는, 청구항 1에 기재된 캠샤프트 장치이다.
이 구성에 의하면, 샤프트 본체의 축 방향을 따라, 밸브 타이밍 기구, 롤링 베어링 및 슬라이딩 베어링이 이 순서로 배치되어 있다. 밸브 타이밍 기구에는, 슬라이딩 베어링의 유통공으로부터의 오일이, 샤프트 본체 내를 통하여 공급/배출되고 있다. 슬라이딩 베어링이 롤링 베어링에 인접하고 있으므로, 샤프트 본체 내에 형성되는 오일 유통용의 통로(50, 54)의 축 방향 거리를 짧게 할 수 있다.
청구항 3에 나타낸 바와 같이, 상기 롤링 베어링 및 상기 슬라이딩 베어링의 양쪽을 지지하는 지지 부재(41, 42)를 더 포함하고, 상기 지지 부재에는, 상기 밸브 타이밍 기구에, 상기 샤프트 본체 내 및 상기 오일 유통공을 통해 오일을 공급/배출하기 위한 오일 유통로(流通路)(43, 44)가 형성되어 있는, 청구항 2에 기재된 캠샤프트 장치이다.
이 구성에 의하면, 1개의 지지 부재가 롤링 베어링 및 슬라이딩 베어링의 양쪽을 지지하므로, 지지 부재의 부품수를 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 캠샤프트 장치가 적용된 흡기 캠샤프트 장치가 탑재되는 타이밍 체인 기구의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 흡기 캠샤프트 장치의 구성을 나타낸 단면도(斷面圖)이다.
도 3은 도 2의 절단면선 III―III로부터 본 단면도이다.
도 4는 제1 롤링 베어링, 제1 슬라이딩 베어링 및 가압캡(retaining cap)의 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시형태를, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일실시형태에 관한 캠샤프트 장치가 적용된 흡기 캠샤프트 장치(1)가 탑재되는 타이밍 체인 기구(2)의 구성을 나타낸 도면이다. 타이밍 체인 기구(2)는, 크랭크샤프트(crankshaft)(도시하지 않음)와, 흡기 캠샤프트(캠샤프트)(4)와, 배기 캠샤프트(5)와, 이들 크랭크샤프트, 흡기 캠샤프트(4) 및 배기 캠샤프트(5) 사이에 동력을 전달하기 위한 전동 부재로서의 타이밍 체인(6)을 구비하고 있고, 내연 기관으로서의 자동차용 엔진[도시하지 않음, 예를 들면 4기통 직렬 엔진] 내에 탑재되어 있다.
크랭크샤프트의 선단부(도 1에서는 지면에 직교하는 방향의 바로 앞쪽의 단부)에는 크랭크용 스프로켓(8)이 고정되어 있다. 흡기 캠샤프트(4)의 선단부(도 1에서는 지면에 직교하는 방향의 바로 앞쪽의 단부)에는 흡기캠 스프로켓(기어)(9)이 고정되어 있다. 배기 캠샤프트(5)의 선단부(도 1에서는 지면에 직교하는 방향의 바로 앞쪽의 단부)에는 배기용 스프로켓(10)이 고정되어 있다. 이들 3개의 스프로켓(8, 9, 10) 사이에 1개의 타이밍 체인(6)이 걸쳐져 있다. 바꾸어 말하면, 타이밍 체인 기구(2)는, 흡기 캠샤프트(4) 및 배기 캠샤프트(5)를 1개의 타이밍 체인(6)으로 구동하는 싱글 스테이지 체인이다.
크랭크샤프트의 회전 구동에 따라 타이밍 체인(6)이 소정의 일방향(도 1에 나타낸 시계 회전 방향)으로 회전하는 동시에, 이 타이밍 체인(6)의 회전에 따라, 흡기 캠샤프트(4) 및 배기 캠샤프트(5)가 각각 회전하게 되어 있다. 흡기 캠샤프트(4)에는, 흡기 밸브(도시하지 않음)의 개폐 타이밍(이하, 「밸브 타이밍」이라고 함)을 변경하기 위한 가변 밸브 타이밍(이하, 「VVT」라고 함) 기구(11)가 설치되어 있다. 구체적으로는, VVT 기구(11)는 유압을 사용하여 흡기 캠샤프트(4)에 의해 흡기캠 스프로켓(9)과의 사이의 위상을 변화시키고, 이로써, 흡기 밸브의 개폐 타이밍을 변경한다.
또한, 타이밍 체인 기구(2)는, 타이밍 체인(6)의 신장측(tensioned side)과 맞닿는 체인 가이드(12)와, 타이밍 체인(6)의 이완측(slackened side)을 내측을 향해 압압(押壓)하여, 타이밍 체인(6)에 텐션을 부여하는 텐션 부여 암(arm)(13)을 구비하고 있다.
도 2는 흡기 캠샤프트(4)를 포함하는 흡기 캠샤프트 장치(1)의 구성을 나타낸 단면도이다.
흡기 캠샤프트 장치(1)는, 자동차용 엔진의 하우징(20) 내에 회전 가능하게 수용되어 있다.
흡기 캠샤프트 장치(1)는, 흡기 캠샤프트(4)와, 흡기 캠샤프트(4)의 양 단부를 회전 가능하게 지지하는 제1 롤링 베어링(15) 및 제2 롤링 베어링(16)과, 흡기 캠샤프트(4)를, 제1 및 제2 롤링 베어링(15, 16)의 사이에서 회전 가능하게 지지하는 제1 슬라이딩 베어링(17) 및 제2 슬라이딩 베어링(18)을 구비하고 있다. 제1 롤링 베어링(15)과 제1 슬라이딩 베어링(17)이 축 방향으로 인접하여 배치되어 있다. 흡기 캠샤프트(4)는, 직선형의 샤프트 본체(7)와, 이 샤프트 본체(7)의 축 방향을 따라 설치된 복수의 캠(19A~19F)을 가지고 있다. 샤프트 본체(7)는, 원기둥형 또는 원통형의 축체이다. 캠(19A~19F)은, 샤프트 본체(7)와는 별개의 부재로 형성되어 있고, 샤프트 본체(7)에 외측으로부터 끼워져 고정되어 있다. 그리고, 도 2에 나타낸 캠샤프트(4)에서는, 샤프트 본체(7)와 캠(19A~19F)이 조립에 의해 일체로 되어 있지만, 흡기 캠샤프트(4)가 주조(鑄造)에 의해 일체로 형성되어 있어도 된다.
도 2에 나타낸 흡기 캠샤프트 장치(1)에서는, 일방향 측(도 2에 나타낸 좌측)으로부터 순차로, 제1 캠(19A), 제2 캠(19B), 제3 캠(19C), 제4 캠(19D), 제5 캠(19E) 및 제6 캠(19F)의 합계 6개의 캠(19A~19F)이 장착되어 있다. 제1 및 제2 캠(19A, 19B)은 엔진의 제1 기통(도시하지 않음)용의 캠이며, 제3 캠(19C)은 엔진의 제2 기통(도시하지 않음)용의 캠이며, 제4 캠(19D)은, 엔진의 제3 기통(도시하지 않음)용의 캠이며, 제5 및 제6 캠(19E, 8F)은, 엔진의 제4 기통(도시하지 않음)용의 캠이다.
제1 롤링 베어링(15)으로서, 예를 들면, 깊은 홈 볼베어링이 채용되어 있다. 제1 롤링 베어링(15)은, 흡기 캠샤프트(4)에 외측으로부터 끼워져 고정되는 내륜(21)과, 엔진의 하우징(20)의 내주에 내측으로부터 끼워져 고정된 외륜(22)을 구비하고 있다. 내륜(21)에는, 복수의 전동체(轉動體)(23)가 전동하기 위한 내륜 궤도홈(24)(도 4 참조)이 형성되어 있다. 외륜(22)에는, 복수의 전동체(23)가 전동하기 위한 외륜 궤도홈(25)(도 4 참조)이 형성되어 있다. 내륜(21)과 외륜(22)과의 사이에는, 일렬로 배열된 복수의 전동체(23)가 개재(介在)되어 있다.
제2 롤링 베어링(16)으로서, 예를 들면, 깊은 홈 볼베어링이 채용되어 있다. 제2 롤링 베어링(16)은, 흡기 캠샤프트(4)에 외측으로부터 끼워져 고정되는 내륜(26)과, 엔진의 하우징(20)의 내주에 내측으로부터 끼워져 고정된 외륜(27)을 구비하고 있다. 내륜(26)에는, 복수의 전동체(28)가 전동하기 위한 내륜 궤도홈(29)이 형성되어 있다. 외륜(22)에는, 복수의 전동체(28)가 전동하기 위한 외륜 궤도홈(30)이 형성되어 있다. 내륜(26)과 외륜(27)과의 사이에는, 일렬로 배열된 복수의 전동체(28)가 개재되어 있다.
또한, 제1 슬라이딩 베어링(17)은, 한쌍의 대략 반원형의 가압캡(지지 부재)(41, 42)을 통하여 하우징(20)에 고정 지지되어 있다. 이 한쌍의 가압캡(41, 42)은, 제1 슬라이딩 베어링(17)뿐아니라 제1 롤링 베어링(15)도 고정 지지하는 것이다. 가압캡(41) 및 가압캡(42)은, 흡기 캠샤프트(4), 제1 슬라이딩 베어링(17) 및 제1 롤링 베어링(15)을 끼워넣은 상태로, 지그(jig)(도시하지 않음)에 의해 서로 연결되어 있다. 제1 롤링 베어링(15) 및 제1 슬라이딩 베어링(17)이라는 2개의 베어링을 한쌍의 가압캡(41, 42)를 사용하여 지지하므로, 이로써, 가압캡의 부품수를 저감할 수 있다.
제2 슬라이딩 베어링(18)은, 샤프트 본체(7)에서의 제3 캠(19C)의 장착 위치와 제4 캠(19D)의 장착 위치와의 사이의 부분을 지지하고 있다.
전술한 설명에서는, 샤프트 본체(7)를 원기둥체 또는 원통체로 하였으나, 구체적으로는, 샤프트 본체(7)에서의 제2 캠(19B)의 장착 위치와 제3 캠(19C)의 장착 위치와의 사이의 부분, 및 샤프트 본체(7)에서의 제4 캠(19D)의 장착 위치와 제5 캠(19E)의 장착 위치와의 사이의 부분은, 샤프트 본체(7)에서의 다른 부분보다 약간 직경이 작게 되어 있다.
VVT 기구(11)는, 흡기캠 스프로켓(9)의 하우징을 이루는 스프로켓 어셈블리(31)를 구비하고 있다. 스프로켓 어셈블리(31)는, 흡기캠 스프로켓(9)의 하우징과 VVT 기구(11)의 하우징을 겸하고 있다. 스프로켓 어셈블리(31)는, 흡기 캠샤프트(4)에서의 제1 롤링 베어링(15)보다 전방(도 2에 나타낸 좌측)의 부분의 주위를 에워싸도록 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 샤프트 본체(7)의 축 방향을 따라, VVT 기구(11)[주로 후술하는 로터(34)], 제1 롤링 베어링(15) 및 제1 슬라이딩 베어링(17)이 전방(도 2에 나타낸 좌측)으로부터 이 순서로 배치되어 있게 된다. 스프로켓 어셈블리(31)는 후방(도 2에 나타낸 우측)이 개방된 바닥이 있는 원통형을 이루고 있다. 더욱 상세하게는, 스프로켓 어셈블리(31)는, 원통형의 주벽부(32)와, 주벽부(32)의 전단면(前端面)(도 2에 나타낸 좌측의 단면)을 폐색(閉塞)하는 바닥면부(33)를 구비하고 있다.
주벽부(32)의 후단면(도 2에 나타낸 우단면)에 원환형(圓環形)의 흡기캠 스프로켓(9)이 설치되어 있다. 흡기캠 스프로켓(9)은, 도 2에 나타낸 바와 같이 스프로켓 어셈블리(31)에 일체로 형성되어 있어도 되고, 별체로 형성되어 있어도 된다. 흡기캠 스프로켓(9)은 흡기 캠샤프트(4)의 중심축선 C 주위로 회전한다. 흡기캠 스프로켓(9)의 톱니부(71)(도 3 참조)는, 상기 흡기캠 스프로켓(9)의 외주면에 형성되어 있다.
스프로켓 어셈블리(31)는, 전체로서, 후방(도 2에 나타낸 우측)이 개방된 바닥이 있는 원통형을 이루고 있다. VVT 기구(11)는, 스프로켓 어셈블리(31) 내에 수용되고, 중심축선 C 주위로 회전 가능하게 설치된 로터(34)를 구비하고 있다. 로터(34)는 볼트(도시하지 않음)의 체결에 의해 흡기 캠샤프트(4)에 고정되어 있다. VVT 기구(11)는 로터(34)를 엔진의 유압에 의해 회전 구동함으로써, 흡기캠 스프로켓(9)과, 로터(34)에 의해 고정된 흡기 캠샤프트(4)와의 사이의 위상을 변화시킨다.
도 3은 도 2의 절단면선 III―III로부터 본 단면도이다. VVT 기구(11)의 로터(34)는, 상기 로터(34)의 회전 중심에 위치하고, 흡기 캠샤프트(4)에 고정되는 원환형부(35)와, 원환형부(35)의 외주에 부채꼴로 형성된 복수 개(예를 들면, 3개)의 베인(vain)(36)을 구비하고 있다.
스프로켓 어셈블리(31)는, 원통형의 주벽부(32)의 전체 주위에 걸쳐 주벽부(32)의 내주면으로부터 흡기 캠샤프트(4)의 직경 방향 내측을 향해 돌출하는 복수의 돌출형부(37)를 구비하고 있다. 이 상태에서, 각각의 돌출형부(37)의 내주면은, 원환형부(35)의 외주면에 슬라이드 접촉하고 있다. 인접하는 한쌍의 돌출형부(37)끼리의 사이는 오목부(38)를 구성하고 있다. 각 베인(36)은 각각의 오목부(38) 내에 수용되어 있다. 이 상태에서, 각 베인(36)의 외주면은 주벽부(32)의 내주면에 슬라이드 접촉하고 있다. 각 베인(36)에 의해 각각의 오목부(38)는 2개의 압력실로 구획되어 있다. 구체적으로는, 각각의 오목부(38)에서의, 흡기 캠샤프트(4)에 대하여 회전 방향과는 반대측에는 진각측(進角側; lead angle side) 유압실(40)이 형성된다. 각각의 오목부(38)에서의, 흡기 캠샤프트(4)에 대하여 회전 방향 측에는 지각측(遲角側; lag angle side) 유압실(39)이 형성되어 있다. 진각측 유압실(40) 및 지각측 유압실(39)에는, 각각 오일이 공급되도록 되어 있다. 베인(36)은, 이들 각각의 유압실(39, 40)에 공급된 오일의 유압의 크기에 따른 양만큼, 흡기 캠샤프트(4)의 중심축선 C 주위로 양 방향으로 회동(回動)한다.
도 4는 제1 롤링 베어링(15), 제1 슬라이딩 베어링(17) 및 가압캡(41, 42)의 구성을 확대하여 나타낸 단면도이다. 이하, 도 2 ~ 도 4를 적절히 참조하여 설명한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 롤링 베어링(15)은, 흡기캠 스프로켓(9)의 회전면과 동일한 면 상에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 롤링 베어링(15)은, 복수의 톱니부(71)(도 3 참조)와 축 방향으로 중첩되고 또한 중심축선 C와 직교하는 평면 P(도 4 참조) 내에 위치하고 있다. 그리고, 그 제1 롤링 베어링(15)의 축 방향 후방(도 4에 나타낸 우측)에 인접하여 제1 슬라이딩 베어링(17)이 배치되어 있다.
한쪽의 가압캡(41)에는, 진각 캡 오일 유통로(오일 유통로)(43)가, 그 내외주면을 관통하여 형성되어 있다. 진각 캡 오일 유통로(43)에는 진각측 유압 통로 P1의 일단부가 접속되어 있다. 또한 이 가압캡(41)에는, 지각 캡 오일 유통로(오일 유통로)(44)가, 그 내외주면을 관통하여 형성되어 있다. 지각 캡 오일 유통로(44)에는 지각측 유압 통로 P2의 일단부가 접속되어 있다.
제1 슬라이딩 베어링(17)에는 진각 캡 오일 유통로(43)의 형성 위치에 대응하는 부분에, 제1 슬라이딩 베어링(17)의 내주면과 외주면을 직경 방향으로 관통하는 진각 베어링 오일 통로(유통공)(47)가 형성되어 있다. 진각 베어링 오일 통로(47)는, 주위 방향의 대략 전역(全域)으로 연장되어 형성되어 있다. 또한, 제1 슬라이딩 베어링(17)에는 지각 캡 오일 유통로(44)의 형성 위치에 대응하는 부분에, 제1 슬라이딩 베어링(17)의 내주면과 외주면을 직경 방향으로 관통하는 지각 베어링 오일 통로(유통공)(48)가 형성되어 있다. 지각 베어링 오일 통로(48)는, 주위 방향의 대략 전역으로 연장되어 형성되어 있다. 지각 베어링 오일 통로(48)는 진각 베어링 오일 통로(47)에 대하여, 중심축선 C 주위에 회전 방향으로 90˚어긋나 있다.
흡기 캠샤프트(4)의 외주면에는 진각 베어링 오일 통로(47)에 대응하는 위치에 제1 외주측 오일 유통구(流通口)(49)가 형성되어 있다. 또한, 흡기 캠샤프트(4)의 선단부에는, 각각의 진각측 유압실(40)에 노출되는 위치에 각각의 제1 선단측 오일 유통구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 흡기 캠샤프트(4) 내에는, 제1 외주측 오일 유통구(49)와 제1 선단측 오일 유통구를 접속하는 진각측 샤프트 오일 통로(오일 유통용의 통로)(50)가 형성되어 있다. 진각측 샤프트 오일 통로(50)는, 제1 외주측 오일 유통구(49)로부터 직경 방향을 따라 흡기 캠샤프트(4)의 중심축선 C 부근의 소정의 제1 위치까지 연장되는 제1 직경 방향로(51)와, 제1 직경 방향로(51)의 단부(중심축측 단부)와 제1 선단측 오일 유통구를 접속하고, 축 방향을 따라 연장되는 제1 축 방향로(52)를 구비하고 있다.
지각 베어링 오일 통로(48)에 대응하는 위치에 제2 외주측 오일 유통구(53)가 형성되어 있다. 또한, 흡기 캠샤프트(4)의 선단부에는, 각각의 지각측 유압실(39)에 노출되는 위치에 각각의 제2 선단측 오일 유통구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 흡기 캠샤프트(4) 내에는, 각각의 제2 외주측 오일 유통구(53)와 제2 선단측 오일 유통구를 접속하는 지각측 샤프트 오일 통로(오일 유통용의 통로)(54)가 형성되어 있다. 지각측 샤프트 오일 통로(54)는, 제2 외주측 오일 유통구(53)로부터 직경 방향을 따라 흡기 캠샤프트(4)의 중심축선 C 부근의 소정의 제2 위치까지 연장되는 제2 직경 방향로(55)와, 제2 직경 방향로(55)의 단부(중심축측 단부)와 제2 선단측 오일 유통구를 접속하고, 축 방향을 따라 연장되는 제2 축 방향로(56)를 구비하고 있다.
제1 슬라이딩 베어링(17)이 제1 롤링 베어링(15)에 인접 배치되어 있으므로, 베어링 오일 통로(47, 48)를 가지는 제1 슬라이딩 베어링(17)으로 VVT 기구(11)과의 축 방향 위치가 가깝다. 이로써, 샤프트 본체(7) 내에 형성되는 샤프트 오일 통로(50, 54)의 축 방향 거리를 짧게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 가압캡(41)의 외주면에서의 진각 캡 오일 유통로(43)가 개구된 부분에는, 진각측 유압 통로 P1의 일단부가 접속되어 있다. 또한, 가압캡(41)의 외주면에서의 지각 캡 오일 유통로(44)가 개구된 부분에는, 지각측 유압 통로 P2의 일단부가 접속되어 있다.
진각측 유압 통로 P1의 타단부 및 지각측 유압 통로 P2의 타단부는, 각각 오일 컨트롤 밸브(이하, 「OCV」라고 함)(60)에 접속되어 있다. 또한, 유압실(39, 40)에 대하여 공급되는 오일을 저류하기 위한 오일 팬(61)에는, 오일이 순환하는 순환 배관(62)의 상류단 및 하류단이 접속되어 있다. 순환 배관(62)은, OCV(60)를 경유하여 오일 팬(61)으로 다시 돌아오고 있다. 순환 배관(62)의 도중부에는, 오일 팬(61)에 저류(貯留)되어 있는 오일을, 퍼내기 위한 오일 펌프(64)가 설치되어 있다. 또한, 순환 배관(62)의 상류단에는, 여과기(63)가 설치되어 있다.
OCV(60)는, 복수의 포트를 가지는 케이싱을 구비하고 있다. 이들 복수의 포트에는, 각각 진각측 유압 통로 P1의 일단, 지각측 유압 통로 P2의 일단, 순환 배관(62)의 상류측 부분의 하류단 및 순환 배관(62)의 하류측 부분의 상류단이 접속되어 있다. 케이싱 내에는, 밸브체를 가지는 스풀(도시하지 않음)이 이동 가능하게 수용되어 있다. 또한, 케이싱에는, 스풀을 이동시키기 위한, 예를 들면, 전자 솔레노이드로 이루어지는 구동부가 내장되어 있다. 구동부는, 엔진의 운전 상태를 통괄 제어하는 ECU(70)에 의해 제어된다.
엔진의 운전에 따라 오일 펌프(64)가 구동되면, 오일 팬(61)에 저류되어 있는 오일은 여과기(63)를 통하여 오일 펌프(64) 내에 흡인되고, 또한, 동 오일 펌프(64)에 의해 가압되어 토출된다. 그리고, 토출된 오일은 OCV(60)에 있어서, 진각측 유압 통로 P1, 지각측 유압 통로 P2 또는 순환 배관(62)에서의 하류측 부분에 선택적으로 압송된다.
이 때, ECU(70)가 구동부에 대한 통전을 정지하고 있을 때는, 진각측 유압 통로 P1 내와 순환 배관(62)에서의 상류측 부분의 내부와의 사이가 연통되는 동시에, 지각측 유압 통로 P2 내와 순환 배관(62)에서의 하류측 부분의 내부와의 사이가 연통된다. 그 결과, 오일 펌프(64)로부터 토출된 오일은, 순환 배관(62)에서의 상류측 부분, 진각측 유압 통로 P1, 진각 캡 오일 유통로(43), 진각 베어링 오일 통로(47) 및 진각측 샤프트 오일 통로(50)을 통하여 진각측 유압실(40)에 공급된다. 또한, 지각측 유압실(39) 내의 오일은, 지각측 샤프트 오일 통로(54), 지각 베어링 오일 통로(48), 지각 캡 오일 유통로(44), 지각측 유압 통로 P2 및 순환 배관(62)에서의 하류측 부분을 통하여, 오일 팬(61)으로 되돌려진다.
또한, ECU(70)가 구동부를 100%의 듀티비로 구동하고 있을 때는, 진각측 유압 통로 P1 내와 순환 배관(62)에서의 하류측 부분의 내부와의 사이가 연통되는 동시에, 지각측 유압 통로 P2 내와 순환 배관(62)에서의 상류측 부분의 내부와의 사이가 연통된다. 그 결과, 오일 펌프(64)로부터 토출된 오일은, 순환 배관(62)에서의 하류측 부분, 지각측 유압 통로 P2, 지각 캡 오일 유통로(44), 지각 베어링 오일 통로(48) 및 지각측 샤프트 오일 통로(54)를 통하여 지각측 유압실(39)에 공급된다. 또한, 진각측 유압실(40) 내의 오일은, 진각측 샤프트 오일 통로(50), 진각 베어링 오일 통로(47), 진각 캡 오일 유통로(43), 진각측 유압 통로 P1 및 순환 배관(62)에서의 상류측 부분을 통하여, 오일 팬(61)으로 되돌려진다.
진각측 유압실(40)에 오일이 공급되는 동시에, 지각측 유압실(39) 내의 오일이 지각측 유압실(39)로부터 배출되면, 각 베인(36)[로터(34)]가 흡기 캠샤프트(4)의 회전 방향과 같은 방향으로 상대 회동하게 된다. 각 베인(36)의 회전에 의해, 진각측 유압실(40)이 확대되는 동시에, 지각측 유압실(39)이 축소된다. 이로써, 흡기 캠샤프트(4)의 회전 위상이 흡기캠 스프로켓(9)에 대하여 진행되어 밸브 타이밍이 빨라진다.
한편, 지각측 유압실(39)에 오일이 공급되는 동시에, 진각측 유압실(40) 내의 오일이 진각측 유압실(40)로부터 배출되면, 각 베인(36)[로터(34)]이 흡기 캠샤프트(4)의 회전 방향과 같은 방향으로 상대 회동하게 된다. 각 베인(36)의 회전에 의해, 지각측 유압실(39)이 확대되는 동시에, 진각측 유압실(40)이 축소된다. 이로써, 흡기 캠샤프트(4)의 회전 위상이 흡기캠 스프로켓(9)에 대하여 지연되어, 밸브 타이밍이 지연되게 된다.
이로써, 이 실시형태에 따르면, 제1 롤링 베어링(15)과, 제1 롤링 베어링(15)에 축 방향으로 인접하여 설치된 슬라이딩 베어링(17)을 포함하는 복수의 베어링(15~18)에 의해, 흡기 캠샤프트(4)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 흡기캠 스프로켓(9)에 걸쳐진 타이밍 체인(6)의 체인 하중은, 흡기 캠샤프트(4)에서의, 흡기캠 스프로켓(9)의 복수의 톱니를 포함하고 또한 흡기 캠샤프트(4)의 중심축선 C와 직교하는 평면 상의 부분에 집중하여 작용한다. 흡기 캠샤프트(4)에서의, 타이밍 체인(6)의 체인 하중을 주로 받는 부분을 회전 슬라이딩 이동 마찰이 적은 제1 롤링 베어링(15)으로 지지하므로, 이로써, 흡기 캠샤프트 장치(1)의 저토크화를 도모할 수 있다.
또한, 제1 롤링 베어링(15)에 인접하여 제1 슬라이딩 베어링(17)이 설치되어 있다. 이들 제1 롤링 베어링(15) 및 제1 슬라이딩 베어링(17)의 양쪽에 의해 흡기 캠샤프트(4)를 지지하므로, 흡기 캠샤프트 장치(1)의 저토크화를 보다 한층 도모할 수 있다.
따라서, 흡기 캠샤프트 장치(1)의 구성을 복잡하게 하지 않고, 흡기 캠샤프트(4)의 저토크화를 실현할 수 있다. 이로써, 자동차의 연비 효율의 향상을 도모할 수 있다.
이상, 본 발명의 일실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 다른 형태에서도 실시할 수 있다.
예를 들면, 제1 롤링 베어링(15)으로서 깊은 홈 볼베어링을 채용했지만, 앵귤러 볼베어링 등 다른 래디얼 볼베어링이라도 된다. 또한, 볼베어링이 아니고 롤러 베어링을 채용할 수도 있다.
또한, 캡 오일 유통로(43, 44)는, 가압캡(42)에 설치되어도 되고, 가압캡(41, 42)에 1개씩 설치되어 있어도 된다.
전동 부재로서 타이밍 체인(6)이 채용되는 경우에는, 기어로서 스프로켓(흡기캠 스프로켓)(9)이 채용되지만, 전동 부재로서 타이밍 벨트가 채용되는 경우에는, 기어에 상당하는 회전 부재로서, 예를 들면, 타이밍 풀리를 채용할 수도 있다.
또한, 본 발명을, 배기 캠샤프트(5)에 작용할 수도 있다. 즉, 배기 캠샤프트(5)에서의 배기 캠용 스프로켓의 회전면과 동일한 면 상에 배치된 롤링 베어링과, 제1 롤링 베어링(15)에 축 방향으로 인접 배치된 슬라이딩 베어링에 의해, 배기 캠샤프트(5)를 지지시켜도 된다.
그 외에, 특허 청구의 범위에 기재된 사항의 범위에서 각종 설계 변경을 행할 수 있다.
본 출원은, 2010년 9월 3일자 출원의 일본국 특허 출원 제2010―198015호에 기초한 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 원용한다.
1: 흡기 캠샤프트 장치(캠샤프트 장치), 4: 흡기 캠샤프트(캠샤프트), 6: 타이밍 체인(전동 부재), 7: 샤프트 본체(샤프트 본체), 9: 흡기캠 스프로켓(기어), 11: VVT 기구(밸브 타이밍 기구), 15: 제1 롤링 베어링, 16: 제2 롤링 베어링, 17: 제1 슬라이딩 베어링, 18: 제2 슬라이딩 베어링, 19A: 제1 캠, 19B: 제2 캠, 19C: 제3 캠, 19D: 제4 캠, 19E: 제5 캠, 19F: 제6 캠, 32: 주벽부, 41: 가압캡(지지 부재), 42: 가압캡(지지 부재), 43: 진각 캡 오일 유통로(오일 유통로), 44: 지각 캡 오일 유통로(오일 유통로), 47: 진각 베어링 오일 통로(유통공), 48: 지각 베어링 오일 통로(유통공), 50: 진각측 샤프트 오일 통로(오일 유통용의 통로), 54: 지각측 샤프트 오일 통로(오일 유통용의 통로), 71: 톱니부, C: 중심축선

Claims (3)

  1. 샤프트 본체와, 상기 샤프트 본체의 축 방향을 따라 설치된 복수의 캠을 구비하는 캠샤프트(camshaft);
    복수의 톱니부를 가지고, 상기 캠샤프트의 중심축선 주위로 회전 가능하게 상기 캠샤프트에 장착된 기어; 및
    상기 캠샤프트를 회전 가능하게 지지하는 복수의 베어링;
    을 포함하고,
    상기 기어에는, 동력을 전달하기 위한 전동(轉動) 부재가 걸쳐져 있고,
    상기 베어링은, 상기 복수의 톱니부와 상기 축 방향으로 중첩되고 또한 상기 중심축선과 직교하는 평면 내에 설치된 롤링 베어링과, 상기 롤링 베어링과 상기 축 방향으로 인접하여 설치된 슬라이딩 베어링을 구비하는,
    캠샤프트 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기어 및 상기 캠샤프트의 위상을 변화시키기 위한 유압식의 밸브 타이밍 기구(機構)를 더 포함하고,
    상기 기어는, 상기 롤링 베어링에 대하여 상기 슬라이딩 베어링의 축 방향 반대측에 설치되고, 상기 중심축선을 중심으로 하는 원통형의 주벽부(周壁部)를 더 구비하고,
    상기 복수의 톱니부가 상기 주벽부의 축 방향 한쪽의 단면(端面)에 형성되어 있고,
    상기 슬라이딩 베어링에는, 상기 밸브 타이밍 기구에 상기 샤프트 본체 내를 통해 오일을 공급/배출하기 위한 유통공(流通孔)이 직경 방향으로 관통되어 형성되어 있는, 캠샤프트 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 롤링 베어링 및 상기 슬라이딩 베어링의 양쪽을 지지하는 지지 부재를 더 포함하고,
    상기 지지 부재에는, 상기 밸브 타이밍 기구에, 상기 샤프트 본체 내 및 상기 오일 유통공을 통해 오일을 공급/배출하기 위한 오일 유통로(流通路)가 형성되어 있는, 캠샤프트 장치.
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