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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