JP2016008559A

JP2016008559A - カムシャフトの軸受け構造

Info

Publication number: JP2016008559A
Application number: JP2014130118A
Authority: JP
Inventors: 成啓藤原; Narihiro Fujiwara; 悠太西村; Yuta Nishimura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-01-18
Also published as: CN105317489A; US20150377088A1; EP2960478A1

Abstract

【課題】シリンダヘッドが変形した場合でも、それに伴うジャーナル孔の変形を抑制できるカムシャフトの軸受け構造を提供する。
【解決手段】カムシャフトの軸受け構造は、シリンダヘッド５の上部と同上部に組み付けられるカムキャップ６とによって形成されるジャーナル孔１により排気カムシャフト２及び吸気カムシャフト３をそれぞれ回転可能に支持するとともに、シリンダヘッド５及びカムキャップ６に両者の組み付け位置を決めるピンリング１６がそれぞれ圧入された軸受け部４を備えている。そして、この軸受け部４において、ピンリング１６を各カムシャフト２，３の軸線Ｌとシリンダヘッド５の上部の中央１３との間に位置する内側部分１４にのみ設けるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、カムシャフトを回転可能に支持するカムシャフトの軸受け構造に関する。

特許文献１には、吸気カムシャフトや排気カムシャフトの軸受け構造の一例が開示されている。図４に示すように、この軸受け構造は、ジャーナル孔１００に挿通されたカムシャフト１０１を回転可能に支持する軸受け部１０２を有している。このジャーナル孔１００は、シリンダヘッド１０３の上部と同上部に組み付けられカムキャップ１０４により形成されている。また、軸受け部１０２は、シリンダヘッド１０３の上部とカムキャップ１０４との両方に圧入されたピン１０５を備えている。シリンダヘッド１０３とカムキャップ１０４とを組みつける際に、このピン１０５がシリンダヘッド１０３とカムキャップ１０４とにそれぞれ圧入されることでシリンダヘッド１０３の所定の位置にカムキャップ１０４が組み付けられる。

特開２０１１‐２４１７００号公報

ところで、図５に示すように、排気の熱によりシリンダヘッド１０３が変形すると、同シリンダヘッド１０３の上部は、シリンダヘッド１０３の側面１０６に近づくにつれてせり上がるような形状に変形する。カムキャップ１０４はシリンダヘッド１０３に対してピン１０５により拘束されているため、シリンダヘッド１０３の上部がせり上がるように変形すると、図５に実線で示すように、カムキャップ１０４のジャーナル孔１００を囲む半円弧状の部分は、シリンダヘッド１０３の中央１０７側（図５の右側）に向かって撓むようになる。そして、このようにカムキャップ１０４が変形すると、ジャーナル孔１００の形状が変化してその内壁とカムシャフト１０１との間のクリアランスが部分的に小さくなるため、カムシャフト１０１の焼き付きが生じるおそれがある。

特に、排気カムシャフトの近傍では、排気の熱によりシリンダヘッドが高温になりやすく、熱変形量も大きくなるため、上述したような焼き付きが生じやすくなる。
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、シリンダヘッドが変形した場合でも、それに伴うジャーナル孔の変形を抑制できるカムシャフトの軸受け構造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軸受け構造は、シリンダヘッドの上部と同上部に組み付けられるカムキャップとによって形成されるジャーナル孔によりカムシャフトを回転可能に支持するとともに、シリンダヘッド及びカムキャップに両者の組み付け位置を決める位置決め部材がそれぞれ圧入された軸受け部を備えている。この軸受け部において、カムシャフトの軸線とシリンダヘッドの上部の中央との間に位置する部分を内側部分とし、カムシャフトの軸線を挟んで内側部分と反対側に位置する部分を外側部分とするとき、少なくとも排気カムシャフトの軸受け部は、位置決め部材が内側部分にのみ設けられている。

排気カムシャフトの軸受け部は、排気の熱により高温になりやすく、熱変形量も大きくなりやすい。
上記構成によれば、排気カムシャフトの軸受け部の外側部分では、カムキャップが位置決め部材によって拘束されないため、排気の熱によってシリンダヘッドの上部が側面に近づくにつれてせり上がるような形状に変形したときに、外側部分においてシリンダヘッドがカムキャップに対して相対移動するようになる。このため、カムキャップが位置決め部材により拘束されている場合と比較して、カムキャップのジャーナル孔を囲む半円弧状の部分の変形量が小さくなり、その変形に伴うジャーナル孔の変形も小さくなる。その結果、シリンダヘッドが変形した場合でも、それに伴うジャーナル孔の変形を抑制することができるようになる。

カムシャフトの軸受け構造の一実施形態の断面図。同実施形態の排気カムシャフトの軸受け部を拡大して示す断面図。同実施形態の排気カムシャフトの軸受け部の変形態様を模式的に示す断面図。従来のカムシャフトの軸受け構造を示す断面図。従来のカムシャフトの軸受け構造における軸受け部の変形態様を模式的に示す断面図。

以下、カムシャフトの軸受け構造の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、カムシャフトの軸受け構造は、ジャーナル孔１に挿通された排気カムシャフト２や吸気カムシャフト３を回転可能に支持する軸受け部４を有している。シリンダヘッド５の上面には半円状の凹部７が並んで設けられている。また、カムキャップ６には各凹部７と対向する半円弧状の部分によって凹部７と対称な半円状の凹部８がそれぞれ形成されている。そして、シリンダヘッド５の上面にカムキャップ６が組み付けられることで凹部７及び凹部８によって円形状のジャーナル孔１がそれぞれ形成されている。このように、軸受け部４のジャーナル孔１は、シリンダヘッド５の上部と同上部に組み付けられるカムキャップ６とにより形成されている。なお、シリンダヘッド５は、その上面からヘッドボルト９が挿通されており、このヘッドボルト９を介してシリンダヘッド５の下方に設けられたシリンダブロック１０に組み付けられている。

次に、図２を参照して、排気カムシャフト２の軸受け部４の構成について説明する。なお、吸気カムシャフト３の軸受け部４の構成は、排気カムシャフト２の軸受け部４の構成と略同一である。このため、以下では、吸気カムシャフト３の軸受け部４の構成については説明を省略する。

図２に示すように、カムキャップ６には、ジャーナル孔１を挟んで１対のボルト孔１１が設けられている。そして、このボルト孔１１に挿通されたボルト１２を介してカムキャップ６とシリンダヘッド５とが締結されている。ボルト１２とボルト孔１１の壁面との間にはクリアランスが設けられている。

また、軸受け部４において、各カムシャフト２，３の軸線Ｌとシリンダヘッド５の上部の中央１３との間に位置する部分（「内側部分１４」という）では、カムキャップ６に設けられたボルト孔１１１の下端に上端側の部分よりも拡径された拡径部１１２が設けられている。

シリンダヘッド５の上部には、ボルト孔１１と対向する位置にボルトが螺合される螺合孔１５が設けられている。そして、拡径部１１２と対向する部分には、螺合孔１５の上部が拡径されることで拡径部１１２と同形状の拡径部１５１が形成されている。拡径部１１２及び拡径部１５１には、シリンダヘッド５とカムキャップ６との組み付け位置を決める位置決め部材としてのピンリング１６がそれぞれ圧入されている。ピンリング１６は、筒形状であり、その内径がボルト１２の外径と略同一である。ボルト孔１１１に挿通されたボルト１２は、ピンリング１６を貫通してシリンダヘッド５の螺合孔１５に螺合されている。

一方、軸受け部４において、各カムシャフト２，３の軸線Ｌを挟んで内側部分１４と反対側に位置する部分、すなわちシリンダヘッド５の側面１７に近い部分（「外側部分１８」という）には、ピンリング１６が設けられていない。

次に、図３を参照して、本実施形態の作用及びその効果について説明する。
図３に示すように、シリンダヘッド５の上部は、排気の熱によってその側面１７に近づくにつれてせり上がるような形状に変形する。また、シリンダヘッド５がヘッドボルト９によってシリンダブロック１０に組み付けられると、ヘッドボルト９の頭部によって押圧されることでシリンダヘッド５の上面が凹状に湾曲する。このため、このヘッドボルト９の締結力によっても、上述したような変形がシリンダヘッド５の上部に生じるようになる。そして、このようにシリンダヘッド５の上部が変形すると、その変形に伴って軸受け部４の外側部分１８も変形するようになる。

本実施形態では、軸受け部４において、変形量の大きい外側部分１８にはピンリング１６が設けられず、内側部分１４にのみピンリング１６が設けられている。すなわち、カムキャップ６において外側部分１８に位置する部位では、ピンリング１６による拘束がない。このため、排気の熱やヘッドボルト９による組み付けによってシリンダヘッド５の上部が側面１７に近づくにつれてせり上がるような形状に変形したときには、図２及び図３に黒丸で示すように、外側部分１８においてカムキャップ６に対してシリンダヘッド５が側面１７側に変位することになる。このため、カムキャップ６がピンリング１６により拘束されている場合と比較して、カムキャップ６のジャーナル孔１を囲む半円弧状の部分の変形量が小さくなり、その変形に伴うジャーナル孔１の変形も小さくなる。したがって、シリンダヘッド５が変形した場合でも、それに伴うジャーナル孔１の変形を抑制することができるようになる。その結果、ジャーナル孔の変形によって生じる焼き付きを抑制できる。

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。
・一つのカムキャップ６により排気カムシャフト２のジャーナル孔１と吸気カムシャフト３のジャーナル孔１とを形成したが、別々のカムキャップにより各ジャーナル孔１を形成してもよい。

・シリンダヘッド５を、シリンダヘッド本体と、同シリンダヘッド本体の上部に固定されるカムハウジングとによって構成し、カムハウジングの上部にカムキャップ６を組み付けるようにした構成を採用してもよい。

・軸受け部４の内側部分１４にのみピンリング１６を設ける構成を、排気カムシャフト２の軸受け部４と吸気カムシャフト３の軸受け部４の双方に適用したが、排気カムシャフト２の軸受け部４のみに適用してもよい。

・上記実施形態では、位置決め部材としてピンリング１６を例に説明したが、例えば、従来の軸受け構造において採用されていたピン１０５等を位置決め部材として採用してもよい。

１…ジャーナル孔、２…排気カムシャフト、３…吸気カムシャフト、４…軸受け部、５…シリンダヘッド、６…カムキャップ、７…凹部、８…凹部、９…ヘッドボルト、１０…シリンダブロック、１１，１１１…ボルト孔、１１２…拡径部、１２…ボルト、１３…中央、１４…内側部分、１５…螺合孔、１５１…拡径部、１６…ピンリング、１７…側面、１８…外側部分、１００…ジャーナル孔、１０１…カムシャフト、１０２…軸受け部、１０３…シリンダヘッド、１０４…カムキャップ、１０５…ピン、１０６…側面、１０７…中央。

Claims

シリンダヘッドの上部と同上部に組み付けられるカムキャップとによって形成されるジャーナル孔によりカムシャフトを回転可能に支持するとともに、前記シリンダヘッド及び前記カムキャップに両者の組み付け位置を決める位置決め部材がそれぞれ圧入された軸受け部を備え、
前記軸受け部において、前記カムシャフトの軸線と前記シリンダヘッドの上部の中央との間に位置する部分を内側部分とし、前記カムシャフトの軸線を挟んで前記内側部分と反対側に位置する部分を外側部分とするとき、
少なくとも排気カムシャフトの前記軸受け部は、前記位置決め部材が前記内側部分にのみ設けられている
カムシャフトの軸受け構造。