JP2014190259A - Cam structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの動弁機構を構成するカム構造に関する。 The present invention relates to a cam structure that constitutes a valve mechanism of an engine.
エンジンの動弁機構は、吸気ポート及び排気ポートの燃焼室側の端部に設けられた吸気弁及び排気弁(以下、単にバルブという)を開閉させるものであり、例えばロッカアームを用いない直動式の動弁機構が知られている。直動式の動弁機構は、バルブの基端部に接続されたタペットやバルブリフターと呼ばれる被駆動部と、バルブを閉弁状態に維持するためのバルブスプリングと、被駆動部を押圧するカムとを備えている。バルブは、カムの回転に伴って被駆動部が押圧されてバルブスプリングの付勢力に抗して開き、被駆動部への押圧力がなくなってバルブスプリングの付勢力が押圧力を上回ると閉じる。 A valve operating mechanism of an engine opens and closes an intake valve and an exhaust valve (hereinafter simply referred to as a valve) provided at ends of an intake port and an exhaust port on the combustion chamber side. For example, a direct acting type that does not use a rocker arm A valve operating mechanism is known. The direct-acting valve mechanism includes a driven part called a tappet or a valve lifter connected to the base end of the valve, a valve spring for maintaining the valve in a closed state, and a cam that presses the driven part. And. The driven portion is pressed against the urging force of the valve spring as the cam rotates, and the valve closes when the urging force of the valve spring exceeds the urging force.
被駆動部と接触するカムは、バルブの個数に応じた数だけカムシャフトに設けられており、一般的にカム面(被駆動部と接触する面)が周方向に亘って滑らかに連続するように形成されている。例えば特許文献1には、断面真円形状のベースサークル区間と、ベースサークル区間よりも***したリフトカーブ区間と、これらベースサークル区間とリフトカーブ区間とを滑らかにつなぐランプ区間とから構成されたカムが記載されている。このようにカム面が滑らかに連続して形成されることで被駆動部との接触部も連続するため、バルブの開閉動作が円滑になる。 The number of cams that come into contact with the driven parts is provided on the camshaft in accordance with the number of valves, and in general, the cam surface (surface that comes into contact with the driven parts) is smoothly continuous in the circumferential direction. Is formed. For example, Patent Document 1 discloses a cam composed of a base circle section having a perfectly circular cross section, a lift curve section raised from the base circle section, and a ramp section that smoothly connects the base circle section and the lift curve section. Is described. Since the cam surface is formed smoothly and continuously in this way, the contact portion with the driven portion also continues, so that the opening and closing operation of the valve becomes smooth.
カムシャフトは、エンジンのクランクシャフトと連動して回転するものであり、エンジンが高回転で作動している場合はカムシャフトの回転も高速となる。カムシャフトが高速で回転すると、カムに対するバルブの追従性が低下し、バルブジャンプやバルブバウンス等の異常挙動が生じ易い。そのため、従来から高回転域での異常挙動を抑制するための技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 The camshaft rotates in conjunction with the crankshaft of the engine. When the engine is operating at a high speed, the camshaft also rotates at a high speed. When the camshaft rotates at a high speed, the followability of the valve with respect to the cam decreases, and abnormal behavior such as valve jump and valve bounce is likely to occur. For this reason, a technique for suppressing abnormal behavior in a high rotation range has been proposed (for example, see Patent Document 2).
ところで、エンジンが低回転で作動している場合は、高回転時と比較して、エンジンオイルの油圧が低いため潤滑性が低下するとともにカムの回転に勢いがないため、カム駆動時の摩擦をいかに抑制するかが重要な課題となっている。これに対して、上記の特許文献2では、付勢力の弱いバルブスプリングを採用し得る構成とすることで、低回転域での摩擦抵抗を小さくでき、カムの駆動を円滑化できるとされている。しかしながら、バルブスプリングは、バルブの異常挙動の抑制やバルブの開閉動作に影響を及ぼすため、選択できる付勢力の大きさには限界がある。
By the way, when the engine is operating at a low speed, the oil pressure of the engine oil is lower than that at a high speed, so the lubricity is reduced and the cam rotation is not strong. How to suppress is an important issue. On the other hand, in
本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたもので、摩擦を低減することができるようにした、カム構造を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。 One of the objects of the present case has been invented in view of the above problems, and is to provide a cam structure capable of reducing friction. The present invention is not limited to this purpose, and is a function and effect derived from each configuration shown in the embodiments for carrying out the invention described later, and other effects of the present invention are to obtain a function and effect that cannot be obtained by conventional techniques. Can be positioned.
(1)ここで開示するカム構造は、エンジンの吸気弁又は排気弁の基端部に接続されたタペットを駆動するカム構造であって、前記エンジンのクランクシャフトと連動して回転するカムシャフトと、前記カムシャフトに組み付けられるカムローブと、を備える。前記カムローブは、ベース円部とバルブリフト部とから形成されたベースカムと、前記バルブリフト部の先端部に設けられ、前記カムシャフトの回転に伴い前記バルブリフト部に代わって前記タペットと接触して回転するローラと、から構成されている。さらに、前記カムローブは、前記タペットが前記バルブリフト部と前記ローラとを乗り換える時に、前記ローラと前記タペットとの接触部である第一接触部が前記バルブリフト部と前記タペットとの接触部である第二接触部よりも前記タペットの径方向外側に位置するように設定されていることを特徴としている。 (1) A cam structure disclosed herein is a cam structure that drives a tappet connected to a base end portion of an intake valve or an exhaust valve of an engine, and the camshaft rotates in conjunction with the crankshaft of the engine. And a cam lobe assembled to the camshaft. The cam lobe is provided at a base cam formed from a base circle portion and a valve lift portion, and at a tip portion of the valve lift portion, and contacts the tappet instead of the valve lift portion as the cam shaft rotates. And a rotating roller. Further, in the cam lobe, when the tappet changes between the valve lift portion and the roller, a first contact portion that is a contact portion between the roller and the tappet is a contact portion between the valve lift portion and the tappet. It is set so that it may be located in the radial direction outer side of the said tappet rather than a 2nd contact part.
(2)また、前記カムローブは、前記第一接触部が前記バルブリフト部と前記タペットとの接触範囲よりも前記タペットの径方向外側に位置するように設定されていることが好ましい。
(3)また、前記カムローブは、前記ローラの軸方向中心部が前記タペットの頂面の中心を通って回転移動するように設けられることが好ましい。
(2) Moreover, it is preferable that the said cam lobe is set so that the said 1st contact part may be located in the radial direction outer side of the said tappet rather than the contact range of the said valve lift part and the said tappet.
(3) Moreover, it is preferable that the said cam lobe is provided so that the axial direction center part of the said roller may rotate through the center of the top surface of the said tappet.
開示のカム構造によれば、カムローブがベースカムとローラとから構成されているため、ローラが付いていないカムと比較して、ローラがタペットを押圧する長さに相当する分だけ摩擦を低減することができる。さらに、開示のカム構造は、タペットがベースカムのバルブリフト部とローラとを乗り換える時に、ローラとタペットとの接触部である第一接触部がベースカムのバルブリフト部とタペットとの接触部である第二接触部よりもタペットの径方向外側に位置するように設定されている。つまり、第一接触部と第二接触部とがあえて離隔するように設定されている。そのため、ローラとタペットとの接触長さを長くすることができ、摩擦をより低減することができる。 According to the disclosed cam structure, since the cam lobe is composed of the base cam and the roller, the friction is reduced by an amount corresponding to the length that the roller presses the tappet as compared with the cam without the roller. Can do. Further, in the disclosed cam structure, when the tappet changes between the valve lift portion of the base cam and the roller, the first contact portion that is a contact portion between the roller and the tappet is a contact portion between the valve lift portion of the base cam and the tappet. It is set so as to be positioned on the radially outer side of the tappet with respect to the two contact portions. That is, the first contact portion and the second contact portion are set so as to be separated from each other. Therefore, the contact length between the roller and the tappet can be increased, and friction can be further reduced.
また、ローラとタペットとの接触長さを長くすることにより、エンジンが低回転で作動している場合でもローラの回転速度を高めることができる。そのため、ローラの回転によるくさび効果が強くなり、ローラの摺動部に油膜を形成しやすくすることができ、ローラの摩擦をより低減することができる。このように、カム構造全体の摩擦を低減することで燃費を向上させることができる。 Further, by increasing the contact length between the roller and the tappet, the rotation speed of the roller can be increased even when the engine is operating at a low speed. Therefore, the wedge effect due to the rotation of the roller becomes strong, it is possible to easily form an oil film on the sliding portion of the roller, and the friction of the roller can be further reduced. Thus, fuel consumption can be improved by reducing the friction of the entire cam structure.
以下、図面を用いて実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。なお、図1〜図3では、カムローブ30の形状をデフォルメしている。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is merely an example, and there is no intention to exclude various modifications and technical applications that are not explicitly described in the following embodiment. 1 to 3, the shape of the
[1.構成]
[1−1.全体構造]
図3に示すように、本実施形態にかかるカム構造10は、車両に搭載されるエンジン(何れも図示略)の動弁機構1を構成する部品の一つであり、エンジンのクランクシャフト(図示略)と連動して回転するカムシャフト20と、カムシャフト20に組み付けられてカムシャフト20とともに回転するカムローブ30とを備えている。
[1. Constitution]
[1-1. Overall structure]
As shown in FIG. 3, the
動弁機構1は、カム構造10と、カム構造10によって駆動される有底円筒型のタペット11と、図示しないシリンダヘッドに固定される固定部12と、タペット11と固定部12との間に介設されたスプリング13とを備えている。タペット11はバルブリフターとも呼ばれ、カムシャフト20の回転運動を往復運動に変換するものである。タペット11には、エンジンの各気筒における吸気弁又は排気弁(以下、バルブ2という)の基端部が接続されている。
The valve mechanism 1 includes a
タペット11は、バルブ2側に開口が位置するように設けられ、円筒内部にバルブ2の基端部及びスプリング13の一部が配置される。タペット11の円形の頂面11a(以下、タペット頂面11aという)には、カムローブ30が接触する。図2(b)に示すように、タペット頂面11aの中心Pを通る線CT(以下、タペット中心線Tという)の上には、カムシャフト20の軸心Sが位置している。なお、動弁機構1の動作については後述する。
The
[1−2.カム構造]
図2(a)及び(b)に示すように、カムシャフト20は中空のパイプで構成され、エンジンのクランクシャフトからタイミングチェーンやタイミングベルト(何れも図示略)を介して回転が伝達されて回転する。カムシャフト20の中空内部には、オイルポンプ(図示略)で圧送されたエンジンオイル(以下、単にオイルという)が流通する。
[1-2. Cam structure]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
カムシャフト20は、支持部40によりエンジン本体に支持されており、支持部40に対して回転する。そのため、カムシャフト20の支持部40が取り付けられる部分には、カムシャフト20の外周面と支持部40の内周面との接触部にオイルを供給するための貫通孔部44が設けられている。カムシャフト20の中空内部を流通するオイルは、この貫通孔部44を通じてカムシャフト20と支持部40との接触部に供給され、この接触部を潤滑する。
The
カムシャフト20の軸方向には、バルブ2を開閉するためのカムローブ30が、バルブ2の個数に応じて複数固定されている。カムローブ30は、カムシャフト20の軸方向とタペット中心線Tとに直交する方向からカム構造10及びタペット11を見たときに、タペット中心線Tに対して、ベースカム31の幅方向中心部を通る線が一致しないように設けられている。図2(a)では、ベースカム31の幅方向中心部がタペット中心線Tに対して右側に偏移して設けられている。カムローブ30は、何れも同様の構成を有しているため、ここでは一つのカムローブ30を示し、その構造について説明する。
A plurality of
カムローブ30は、カム本体であるベースカム31と、ベースカム31に取り付けられるローラ32とから構成される。ベースカム31は、ベース円部31aとバルブリフト部31bとから形成されており、外周面(カム面)が周方向全体に亘って連続している。ベース円部31aは、ベースカム31の円形の部分を意味し、中央にカムシャフト20が取り付けられる円形の孔部31h(以下、カムシャフト取付孔31hという)が形成されている。言い換えると、ベース円部31aは、カムシャフト20(カムシャフト取付孔31h)の軸心Sからの距離が一定の部分に対応する。なお、ベース円部31aとタペット頂面11aとの間には、図2(b)に示すように僅かな隙間が設けられており、バルブ2の不要な開閉動作が防止される。
The
バルブリフト部31bは、ベース円部31aから突出した部分であり、タペット頂面11aを押圧してバルブ2を開閉動作させる部分である。図2(b)には、ベース円部31aとバルブリフト部31bとの境界線を二点鎖線で示している。バルブリフト部31bの図2(b)における右側は、カムローブ30が図中の矢印Bの方向に回転したときにベース円部31aの次にタペット頂面11aに対向する部分であり、バルブリフトの立上り部31b1(バルブ2が開く側)である。バルブリフト部31bの図2(b)における左側は、カムローブ30が図中の矢印Bの方向に回転したときに、ローラ32がタペット頂面11aに対向した後にタペット頂面11aに対向する部分であり、バルブリフトの立下り部31b2(バルブ2が閉じる側)である。
The
バルブリフト部31bは、その先端部(カムトップ部)31cに切欠部31nを有する。切欠部31nは、ベースカム31の幅方向(カムシャフト20が挿通される方向)の中間部に、立上り部31b1から立下り部31b2までを貫通するように切り欠いて形成された空間である。この切欠部31nには、後述するローラ32がベースカム31に対して回転自在となるように設けられる。また、切欠部31nのうちローラ32の外周面と対向する対向面31fは、ローラ32側(バルブリフト部31bの先端側)に曲がった曲面形状をなし、対向面31fの曲率半径はローラ32の外周面の曲率半径よりも大きく設定されている。
The
ベースカム31に欠成された切欠部31nの幅方向両側には、対向する一対のヨーク部31y,31yが形成される。対向する一対のヨーク部31y,31yは、図2(b)に示すように軸方向から見て切欠部31nと同一形状をなし、図2(a)に示すように軸方向に直交する方向から見て同一の幅を有している。つまり、切欠部31nは、ベースカム31の幅方向中心部に形成されている。
A pair of opposing
対向する一対のヨーク部31y,31yには、幅方向に貫通した孔部31m,31mが一直線上に設けられている。孔部31mは、その中心軸がベース円部31aに形成されたカムシャフト取付孔31hの軸心Sと平行になるように形成されている。この孔部31mには、ローラ32をベースカム31に取り付けるためのローラシャフト33が挿通され、かしめによりベースカム31に組み付けられて固定される。以下、この孔部31mをローラシャフト取付孔31mという。
A pair of opposing
ローラ32は、その中心にローラシャフト33が挿通される貫通孔32hを有しており、貫通孔32hがベースカム31のヨーク部31y,31yに形成されたローラシャフト取付孔31mと重なるように切欠部31nに配置される。そして、カムシャフト20の軸心S(カムシャフト取付孔31hの中心軸)と平行になるように、ローラシャフト33がローラシャフト取付孔31mと貫通孔32hとに挿通され、ローラ32がベースカム31に取り付けられる。
The
ローラ32は、ベースカム31に固定されたローラシャフト33に対して回転する。そのため、ローラ32の貫通孔32hの内周面とローラシャフト33の外周面との接触面は滑りながら動く部分(摺動部)となる。この摺動部へは、オイル通路34を通って潤滑油としてのオイルが供給される。オイル通路34は、カムシャフト20の中空内部を流通するオイルをローラ32の摺動部へ供給するための流路であり、カムローブ30がカムシャフト20に組み付けられた状態でカムシャフト20の中空内部とベースカム31に形成された切欠部31nとが連通するように設けられている。
The
オイル通路34は、ローラ32側へ供給されるオイルの流量を制限するための絞り部34aと、オイルを蓄えておくための油溜り部34bとから構成されている。絞り部34aはカムシャフト20に設けられており、油溜り部34bはベースカム31に設けられている。絞り部34aは、カムシャフト20の外周面を貫通する貫通孔として形成されており、一端がカムシャフト20の中空内部に開口し、他端がカムシャフト20の外周面に開口している。
The
絞り部34aは、油溜り部34bよりもカムシャフト20の中空内部側(オイル通路34の上流側)に設けられ、カムシャフト20の中空内部からローラ32側へ供給されるオイルが最初に流入してくる部分である。絞り部34aの流路断面積は、油溜り部34bの流路断面積よりも小さく形成されている。なお、絞り部34aの流路断面積は、上記したカムシャフト20と支持部40との接触部を潤滑するための貫通孔部44の流路断面積よりも小さい。
The
一方、油溜り部34bは、一端が切欠部31nの対向面31fに開口し、他端がカムシャフト取付孔31hに開口している。つまり、油溜り部34bはカムシャフト取付孔31hから切欠部31nの対向面31fまでを貫通する貫通孔として形成されている。油溜り部34bは、絞り部34aを流通してきたオイルが流入してローラ32側へ漏れ出ていく部分であるとともに、オイルの粘度によってローラ32側へ漏出しなかったオイルが蓄えられる部分でもある。なお、カムシャフト20とカムローブ30との組み付け時には、これら絞り部34aと油溜り部34bとが連通状態となって一つのオイル通路34を形成するように組み付けられる。
On the other hand, the
図2(a)に示すように、ローラ32は、二つのヨーク部31y,31yとの隙間が略同等となるように、切欠部31nの幅方向中心部に配置される。これにより、オイル通路34を通って切欠部31nに供給されたオイルが、ローラ32と二つのヨーク部31y,31yとの隙間の何れか一方に片寄ることなく、ローラ32の摺動部及びタペット頂面11a上に供給される。
As shown in FIG. 2A, the
ローラ32は、その外周面の一部がバルブリフト部31bの先端部31cの外周面よりも外側に突出するように取り付けられる。このバルブリフト部31bからの突出量とローラ32の外径と、ベースカム31のバルブリフト部31bの形状とは、所定の関係を満たすように設定されている。この設定について、図1(a)及び(b)を用いて説明する。図1(a)は、図2(b)に示すようにタペット中心線T上にローラシャフト33の軸心が位置する状態(以下、初期状態という)から、カムローブ30が矢印Bの方向に角度θ2だけ回転した時の状態を示している。
The
また、図1(b)は、タペット11の上面図であり、カムローブ30が初期状態から矢印Bの方向に回転したときに、ベースカム31及びローラ32とタペット頂面11aとの接触部の軌跡を表している。黒塗り矢印C(以下、矢印Cという)は、バルブリフト部31bの立上り部31b1がタペット頂面11aに接触する軌跡を示したものである。また、黒塗り矢印D(以下、矢印Dという)は、バルブリフト部31bの立下り部31b2がタペット頂面11aに接触する軌跡を示したものである。ここでは、矢印C及び矢印Dによりバルブリフト部31bの幅方向一部の軌跡を表現しているが、実際にはバルブリフト部31bの幅全体でタペット頂面11aと接触する。
FIG. 1B is a top view of the
また、白抜き矢印R(以下、矢印Rという)は、ローラ32がタペット頂面11aに接触する軌跡を示したものである。ここでは、矢印Rによりローラ32の軸方向中心部の軌跡を表現しているが、実際にはローラ32の幅全体でタペット頂面11aと接触する。なお、矢印C及び矢印Dは、矢印Rと同一のライン上に位置するが、わかりやすくするために矢印Rとずらして表現している。さらに、矢印C及び矢印Dは、Uターンしていることがわかるように、折り返し前と折り返し後との軌跡の位置もずらして表現している。
A white arrow R (hereinafter referred to as an arrow R) indicates a trajectory where the
カムローブ30が初期状態から矢印Bの方向に回転すると、タペット頂面11aにはバルブリフト部31bの立上り部31b1が最初に接触し、タペット11は立上り部31b1により押圧される。このときのカムローブ30の回転角(初期状態から回転した角度)を第一カム角θ1とし、バルブリフト部31bとタペット頂面11aとの接触部を立上り始点部Csとする。
When the
カムローブ30が第一カム角θ1からさらに回転すると、バルブリフト部31bとタペット頂面11aとの接触部は、立上り始点部Csからタペット11の径方向外側(以下、タペット外側という)へ移動し、ある部分で折り返してタペット11の中心側へと移動する。この折り返し部分を立上り反転部Ctとする。なお、ここでいうタペット11の径方向とは、中心Pを通る方向であって、矢印Rの方向(ローラ32がタペット頂面11a上を移動する方向)と平行な方向である。
When the
カムローブ30がさらに回転して、図1(a)に示すようにカムローブ30の回転角が第二カム角θ2となると、タペット頂面11aはバルブリフト部31bの立上り部31b1からローラ32へ乗り換えて、タペット11はローラ32により押圧されるようになる。この乗り換え時における立上り部31b1とタペット頂面11aとの接触部を立上り終点部(第二接触部)Cf,ローラ32とタペット頂面11aとの接触部をローラ始点部(第一接触部)Rsとする。ローラ始点部Rsは、立上り終点部Cfよりもタペット外側に位置するように設定されている。つまり、ローラ始点部Rsと立上り終点部Cfとは離隔するように設定されている。
言い換えると、カムローブ30が初期状態から第二カム角θ2まで回転し、タペット11を押圧する部分がベースカム31からローラ32へ移るときに、ローラ32がタペット頂面11aに接触し始める部分(ローラ始点部Rs)が、バルブリフト部31bとタペット頂面11aとが離れ始める部分(立上り終点部Cf)よりもタペット外側に位置するように設定されている。さらにここでは、ローラ始点部Rsが立上り反転部Ctよりもタペット外側に位置するように設定されている。つまり、ローラ始点部Rsは、バルブリフト部31bの立上り部31b1がタペット頂面11aと接触する範囲よりもタペット外側に位置するように設定されている。
In other words, when the
カムローブ30が第二カム角θ2からさらに回転すると、矢印Rで示すようにローラ32がタペット頂面11a上を一直線状に走行し、タペット11を押圧する。そして、タペット11がローラ32から再びベースカム31のバルブリフト部31bへ乗り換える。つまり、タペット11がバルブリフト部31bの立下り部31b2に押圧されるようになる。タペット11がローラ32から立下り部31b2へ乗り換える時のカムローブ30の回転角を第三カム角θ3とする。
When the
また、この乗り換え時におけるローラ32とタペット頂面11aとの接触部をローラ終点部(第一接触部)Rf,立下り部31b2とタペット頂面11aとの接触部を立下り始点部(第二接触部)Dsとする。ローラ終点部Rfは、立下り始点部Dsよりもタペット外側に位置するように設定されている。つまり、ローラ終点部Rfと立下り始点部Dsとは離隔するように設定されている。
The
言い換えると、カムローブ30が初期状態から第三カム角θ3まで回転し、タペット11を押圧する部分がローラ32からベースカム31へ移るときに、ローラ32がタペット頂面11aから離れ始める部分(ローラ終点部Rf)が、バルブリフト部31bとタペット頂面11aとが接触し始める部分(立下り始点部Ds)よりもタペット外側に位置するように設定されている。
In other words, when the
カムローブ30が第三カム角θ3からさらに回転すると、バルブリフト部31bの立下り部31b2とタペット頂面11aとの接触部は、立下り始点部Dsからタペット外側へ移動し、ある部分で折り返してタペット11の中心側へと移動する。この折り返し部分を立下り反転部Dtとする。さらにここでは、ローラ終点部Rfが立下り反転部Dtよりもタペット外側に位置するように設定されている。つまり、ローラ終点部Rfは、バルブリフト部31bの立下り部31b2がタペット頂面11aと接触する範囲よりもタペット外側に位置するように設定されている。
When the
バルブリフト部31bがタペット頂面11aから離れ始めるときのカムローブ30の回転角を第四カム角θ4とし、このときのバルブリフト部31bの立下り部31b2とタペット頂面11aとの接触部を立下り終点部Dfとする。カムローブ30が第四カム角θ4よりも回転すると、バルブリフト部31bがタペット頂面11aから離れ、タペット11への押圧力がゼロとなる。
以上をまとめると、図1(b)に示すように、ローラ始点部Rsからローラ終点部Rfまでの長さF(すなわち、ローラ32の接触長さ)が、バルブリフト部31bの立上り終点部Cfから立下り始点部Dsまでの長さGよりも長くなるように設定されている(F>G)。さらにここでは、立上り反転部Ctからローラ始点部Rsまでの長さH1及び立下り反転部Dtからローラ終点部Rfまでの長さH2が、何れもゼロよりも大きくなるように設定されている(H1>0,H2>0)。
In summary, as shown in FIG. 1B, the length F from the roller start point Rs to the roller end point Rf (that is, the contact length of the roller 32) is the rising end point Cf of the
なお、タペット頂面11aを上面から見て、ローラ32がタペット頂面11a上を移動する方向に垂直な中心線と立下り始点部Dsとの長さをG1とおき、同じ中心線と立上り終点部Cfとの長さをG2とおく。また、この中心線とローラ終点部Rfとの長さをF1とおき、同じ中心線とローラ始点部Rsとの長さをF2とおくと、カムローブ30は、G1<F1且つG2<F2となるように設定されている。
Incidentally, a look at the tappet
[2.作用・動作]
次に、本カム構造10を備えた動弁機構1の動作について、図4を加えて説明する。図4は、図1(a)に示すカム構造10の回転に伴って変化するタペット頂面11aとの接触部をグラフ化したものであり、横軸にカムローブ30の回転角θをとり、縦軸にタペット頂面11aの中心Pからの変位量をとっている。図4中の符号は、図1(b)と対応している。
[2. Action / Operation]
Next, the operation of the valve mechanism 1 having the
図3に示すように、エンジンのクランクシャフトと連動してカムシャフト20が矢印Bの方向に回転すると、カムシャフト20とともにカムローブ30が回転する。このとき、ベースカム31のベース円部31aがタペット頂面11aと対向している間(すなわち図3の状態となる前)は、上記のようにベース円部31aとタペット頂面11aとの間に隙間が設けられているため、ベース円部31aからタペット11への押圧力は生じない。したがって、バルブ2は開閉動作をせず、スプリング13の弾性力により全閉状態に保持される。
As shown in FIG. 3, when the
その後、図4に示すように、カムローブ30がさらに回転して第一カム角θ1となると、タペット11がベースカム31のベース円部31aからバルブリフト部31bの立上り部31b1に乗り換え、タペット11はバルブリフト部31bに押圧される。このため、スプリング13の弾性力に抗して、バルブ2がタペット11とともに押し下げられて開き始める(バルブリフトが立ち上がり始める)。このとき、バルブリフト部31bの立上り部31b1は、図1(b)中の矢印Cで示す軌跡を辿ってタペット頂面11a上を移動する。
Thereafter, as shown in FIG. 4, when the
さらにカムローブ30が回転して第二カム角θ2となると、タペット11がバルブリフト部31bからローラ32に乗り換える。つまり、図4に示すように、第二カム角θ2ではタペット頂面11aと立上り部31b1との接触部(立上り終点部Cf)と、タペット頂面11aとローラ32との接触部(ローラ始点部Rs)とが離隔する。さらにカムローブ30が回転すると、ローラ32はタペット頂面11aの上を図3中の矢印Eの方向に回転しながら、矢印Rの軌跡を辿って移動する。つまり、ローラ32がタペット11を押圧することになる。これにより、スプリング13の弾性力に抗してバルブ2がさらに押し下げられ、バルブリフトが増加する。
When the
そして、カムローブ30の回転角θが180度のときにローラ32がタペット頂面11aの中心Pに位置し、最大のバルブリフト量となる。バルブリフト量が最大となりローラ32が中心Pを通り過ぎた後は、スプリング13の弾性力によりバルブ2は押し上げられて閉まり始める(バルブリフトが立ち下がり始める)。
When the rotation angle θ of the
カムローブ30が第三カム角θ3まで回転すると、今度はタペット11がローラ32からバルブリフト部31bに乗り換える。つまり、図4に示すように、第三カム角θ3ではタペット頂面11aとローラ32との接触部(ローラ終点部Rf)と、タペット頂面11aと立下り部31b2との接触部(立下り始点部Ds)とが離隔する。タペット11がローラ32からバルブリフト部31bの立下り部31b2へ乗り換えた後は、立下り部31b2は図1(b)中の矢印Dで示す軌跡を辿ってタペット頂面11a上を移動する。
When the
そして、カムローブ30が第四カム角θ4以上になると、タペット11はバルブリフト部31bの立下り部31b2からベース円部31aに乗り換え、タペット11への押圧力がなくなり、バルブ2は全閉となる。動弁機構1は、このような動作をカムシャフト20の回転中に繰り返す。
When the
なお、カム構造10におけるローラ32の摺動部への潤滑について簡単に説明すると、オイルポンプによりカムシャフト20の中空内部を流通するエンジンオイルは、その油圧が高い場合はオイル通路34を通って切欠部31nに供給される。このとき、絞り部34aにより切欠部31nに供給されるオイルの流量が適度に制限され、大量のオイルがローラ32側へ供給されて油圧が低下することを防ぐ。
The lubrication of the sliding portion of the
一方、アイドル運転時や始動時のようにエンジンの回転速度が極低回転であり、エンジンオイルの油圧が低く、オイルが絞り部34aを通過することができない場合には、油溜り部34bに蓄えられたオイルが切欠部31nに供給される。これにより、エンジンオイルの油圧変動の有無にかかわらず、過不足なく切欠部31nへオイルを供給することができる。
On the other hand, when the engine speed is extremely low, such as during idling or starting, and the oil pressure of the engine oil is low and the oil cannot pass through the
切欠部31nに供給されたオイルは、カムローブ30とタペット頂面11aとの間に図示しない油膜を形成し、カムローブ30とタペット頂面11aとの接触部の摩擦を低減する。また、切欠部31nに供給されたオイルは、ローラ32の回転によるくさび効果によってローラ32の摺動部に引き込まれ、ローラ32の貫通孔32hの内周面とローラシャフト33の外周面との間に油膜を形成し、ローラ32の摩擦を低減する。
The oil supplied to the
[3.効果]
したがって、本実施形態に係るカム構造10によれば、カムローブ30がベースカム31とローラ32とから構成されているため、ローラが付いていないカムと比較して、ローラ32がタペット11を押圧する長さに相当する分だけ摩擦を低減することができる。さらに、本カム構造10は、タペット11がベースカム31のバルブリフト部31bとローラ32とを乗り換える時に、ローラ32とタペット11との接触部(ローラ始点部Rs,ローラ終点部Rf)がバルブリフト部31bとタペット11との接触部(立上り終点部Cf,立下り始点部Ds)よりもタペット外側に位置するように設定されている。つまり、前者と後者とがあえて離隔するように設定されている。そのため、ローラ32とタペット頂面11aとの接触長さを長くすることができ、摩擦をより低減することができる。
[3. effect]
Therefore, according to the
また、ローラ32とタペット頂面11aとの接触長さを長くすることにより、エンジンが低回転で作動している場合でもローラ32の回転速度を高めることができる。そのため、ローラ32の回転によるくさび効果が強くなり、ローラ32の貫通孔32hの内周面とローラシャフト33の外周面との間の油膜を形成しやすくすることができ、ローラ回転時の摩擦をさらに低減することができる。このように、カム構造10全体の摩擦を低減することで燃費を向上させることができる。
Further, by increasing the contact length between the
また、カムローブ30は、ローラ始点部Rs及びローラ終点部Rfがバルブリフト部31bとタペット頂面11aとの接触範囲よりもタペット外側に位置するように設定されている。言い換えると、ローラ始点部Rsが立上り反転部Ctよりもタペット外側に位置し、ローラ終点部Rfが立下り反転部Dtよりもタペット外側に位置するように設定されている。これにより、カムローブ30はタペット11を大きく押し下げることができ、バルブリフト量を大きく設定することができる。
The
なお、本カム構造10は、カムローブ30がタペット中心線Tに対してベースカム31の幅方向中心部を通る線が一致しないように設けられているため、カムシャフト20の回転に伴ってタペット11をタペット中心線T回りに回転させることができる。これにより、カムローブ30とタペット11との摩擦低減や、タペット頂面11a上の油膜切れを回避することができるとともに、カムローブ30が同じ箇所に接触し続けることによる偏摩耗を防止することができる。
In this
また、本カム構造10は、流路断面積の異なる絞り部34aと油溜り部34bとからなるオイル通路34が設けられている。オイル通路34の絞り部34aによって、ローラ32側に供給されるオイルの流量を制限することができ、エンジンオイルの油圧低下を防止することができる。これにより、オイルポンプの駆動仕事を低減することができ、さらに燃費を向上させることができる。また、オイル通路34の油溜り部34bにオイルを蓄えることができるため、エンジンオイルの油圧が低い場合であっても、油溜り部34bから切欠部31nへオイルを供給することができる。これにより、エンジンオイルの油圧低下を防止しながら、摩擦を低減することができる。
Further, the
[4.その他]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上記実施形態では、ローラ32がベースカム31に対して、幅方向中心部に取り付けられているものを例示しているが、ローラ32とベースカム31との幅方向の位置関係はこれに限られない。例えば、切欠部31nをバルブリフト部31bの先端部31cの幅方向中心部ではなく片寄った位置に形成し、ローラ32の軸方向中心部とベースカム31の幅方向中心部とを偏移させて設けてもよい。この場合、ベースカム31の幅方向中心部がタペット頂面11aの中心Pから偏心した位置でタペット頂面11aに接触するようにし、さらにローラ32の軸方向中心部はタペット頂面11aの中止Pを通って回転移動するようにカムローブ30を設けることが好ましい。
[4. Others]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
In the above-described embodiment, the
これにより、ローラ32とタペット11との接触範囲をタペット頂面11aの最も長い部分とすることができる。そのため、カム設計の自由度を最大とすることができ、高いバルブリフト量を設定することができるとともに、エンジンの性能を向上させることができる。また、ローラ32とタペット11との接触範囲を最大にすることで、摩擦をより低減して燃費を向上させることができ、低回転域でのカム駆動トルクを低減することができる。なお、ローラ32の軸方向中心部とベースカム31の幅方向中心部とを偏移させる場合に、一対のヨーク部31y,31yの幅を異なるものとすることで、カムローブ30の組み付け方向の目印とすることができ、組付け性を向上させることができる。
Thereby, the contact range of the
また、上記実施形態では、ベースカム31が立上り反転部Ct及び立下り反転部Dtを有するように設定されているが、カムローブ30はベースカム31とタペット頂面11aとの接触部が折り返さないような形状であってもよい。つまり、ベースカム31がタペット頂面11a上を一方向に移動するような形状であってもよい。この場合であっても、ローラ始点部Rsが立上り終点部Cfよりもタペット外側に位置するように設定され、ローラ終点部Rfが立下り始点部Dsよりもタペット外側に位置するように設定されてることで、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
Moreover, in the said embodiment, although the
なお、上記実施形態では、ローラ始点部Rs,ローラ終点部Rfが、それぞれバルブリフト部31bの立上り部31b1,立下り部31b2よりもタペット外側に位置するように設定されているが、ベースカム31とタペット頂面11aとの接触範囲と同程度の位置に設定されていてもよい。つまり、立上り反転部Ctからローラ始点部Rsまでの長さH1,立下り反転部Dtからローラ終点部Rfまでの長さH2がゼロ以下に設定されていてもよい。あるいは、長さH1及びH2の何れか一方はゼロよりも大きく設定され、他方はゼロ以下に設定されていてもよい。
In the above embodiment, the roller start point Rs and the roller end point Rf are set so as to be located on the outside of the tappet with respect to the rising
また、図1等には左右対称の形状を有するカムローブ30を図示しているが、立上り部31b1と立下り部31b2のカムプロフィールが異なっていてもよく、同一であってもよい。さらに、上記実施形態では、カムローブ30がG1<F1且つG2<F2となるように設定されているが、G<Fの関係を満たしていれば、G1<F1又はG2<F2となるように設定されていてもよい。
Moreover, although the
また、切欠部31nの形状やオイル通路34の構成は、上記したものに限られず、適宜変更可能である。例えば、切欠部31nがバルブリフト部31bの先端部31cからベース円部31aの一部にかけて形成されていてもよいし、切欠部31nの対向面31fが平面状に形成されていてもよい。また、オイル通路34が同一径の貫通孔で形成されていてもよいし、ベースカム31に絞り部34aを形成して油溜り部34bの容積を小さくしてもよい。
Further, the shape of the
また、上記実施形態では、ローラ32がベースカム31に固定されたローラシャフト33に対して回転するカム構造10を説明したが、ローラ32とローラシャフト33とが固定され、ローラシャフト33がベースカム31に対して回転するカム構造であってもよい。また、ローラ32がローラシャフト33に対して回転自在であり、さらにローラシャフト33もベースカム31に対して回転自在であってもよい。このような場合であっても、切欠部31nにオイルが供給されることにより摺動部に油膜が形成され、摩擦を低減することができる。
In the above embodiment, the
また、本カム構造10により駆動されるタペット11の形状は特に限定されない。例えば、タペット11の頂面11aに、カム構造10側に向かって凸となる部分球面状のクラウニングが形成されていてもよい。
Further, the shape of the
1 動弁機構
2 バルブ(吸気弁又は排気弁)
10 カム構造
11 タペット
11a タペット頂面
20 カムシャフト
30 カムローブ
31 ベースカム
31a ベース円部
31b バルブリフト部
31b1 立上り部
31b2 立下り部
31n 切欠部
31y ヨーク部
32 ローラ
33 ローラシャフト
34 オイル通路
34a 絞り部
34b 油溜り部
Rs ローラ始点部(第一接触部)
Rf ローラ終点部(第一接触部)
Cf 立上り終点部(第二接触部)
Ds 立下り始点部(第二接触部)
1
DESCRIPTION OF
Rf Roller end point (first contact part)
Cf rising end point (second contact part)
Ds falling start point (second contact part)
Claims (3)
前記エンジンのクランクシャフトと連動して回転するカムシャフトと、
前記カムシャフトに組み付けられるカムローブと、を備え、
前記カムローブは、
ベース円部とバルブリフト部とから形成されたベースカムと、前記バルブリフト部の先端部に設けられ、前記カムシャフトの回転に伴い前記バルブリフト部に代わって前記タペットと接触して回転するローラと、から構成されるとともに、
前記タペットが前記バルブリフト部と前記ローラとを乗り換える時に、前記ローラと前記タペットとの接触部である第一接触部が前記バルブリフト部と前記タペットとの接触部である第二接触部よりも前記タペットの径方向外側に位置するように設定されている
ことを特徴とする、カム構造。 A cam structure for driving a tappet connected to a base end of an intake valve or an exhaust valve of an engine,
A camshaft that rotates in conjunction with the crankshaft of the engine;
A cam lobe assembled to the camshaft,
The cam lobe is
A base cam formed from a base circle portion and a valve lift portion; a roller provided at a tip portion of the valve lift portion and rotating in contact with the tappet instead of the valve lift portion as the cam shaft rotates; , And
When the tappet changes between the valve lift portion and the roller, the first contact portion that is a contact portion between the roller and the tappet is more than the second contact portion that is a contact portion between the valve lift portion and the tappet. The cam structure is set so as to be positioned on an outer side in the radial direction of the tappet.
ことを特徴とする、請求項1記載のカム構造。 2. The cam according to claim 1, wherein the cam lobe is set so that the first contact portion is positioned on a radially outer side of the tappet with respect to a contact range between the valve lift portion and the tappet. Construction.
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のカム構造。 The cam structure according to claim 1 or 2, wherein the cam lobe is provided such that an axial center portion of the roller rotates through a center of a top surface of the tappet.
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