JP4962472B2 - 動弁機構の潤滑装置 - Google Patents

Description

本発明は、動弁機構の潤滑装置に関する。

内燃機関の動弁機構の潤滑装置として、内部給油式の中空カムシャフトを用いた装置が知られている。このような中空カムシャフトは、例えば下記特許文献１に記載されているように、中空部と、この中空部に連通し、カムの外周面に開口する給油孔とを有している。このカムシャフトの中空部に潤滑油を送り込むと、給油孔から潤滑油が噴射される。これにより、カムとその従動節との摺動面を潤滑することができる。

特開平９−２５０６２６号公報 特開２００３−３５１１９号公報 実開平７−３０３０５号公報 実開平５−７７５１２号公報

近年、自動車に対する燃費性能向上の要求がますます高まってきている。その要求に応えるため、オイルポンプをできるだけ小容量とし、オイルポンプによる消費動力をできるだけ小さくすることが求められている。

上記従来の潤滑装置において、オイルポンプの小容量化を図る観点からは、カムの給油孔から潤滑油を常時噴射することは、非効率的である。給油孔から噴射された潤滑油がカムの従動節に当たらないようなカム角度のときには、潤滑油を無駄に噴射することとなり、オイルの流量が無益に増大してしまうからである。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、少ない量の潤滑油で効率良く潤滑することのできる動弁機構の潤滑装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、動弁機構の潤滑装置であって、
バルブを開閉するためのカムを有するカムシャフトと、
前記カムシャフトの内部に形成されたオイル溜まりと、
前記カムの外周面に開口する給油孔と、
前記給油孔と前記オイル溜まりとを連通する油路と、
前記オイル溜まりに潤滑油を間欠的に流入させる間欠給油装置と、
を備え、
前記油路は、その途中に、９０°以下の角度をなして曲がる曲部を少なくとも一つ有することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記カムシャフトは、別部材で構成されたカムとシャフトとを組み立てることによって製造されたものであり、
前記油路の一部は、組み立て前の前記シャフトの外周面に設けられた溝によって形成されたものであることを特徴とする。

第１の発明によれば、カムシャフトの内部に形成されたオイル溜まりに、潤滑油を間欠的に流入させることができる。このため、カムシャフトが１回転するうちで、給油孔から潤滑油を噴射する必要のある角度範囲のみで潤滑油を噴射し、それ以外の範囲では潤滑油の噴射を停止することができる。このため、流出する潤滑油の量を大幅に低減することができ、オイルポンプの小容量化が図れる。また、第１の発明によれば、オイル溜まりと給油孔とを連通する油路の途中に、９０°以下の角度をなして曲がる曲部を設けたことにより、潤滑油の噴射が停止される給油停止範囲において、給油孔から遠心力によって潤滑油が排出されてしまうことを確実に抑制することができる。よって、オイル溜まり内に空隙が生ずることを確実に防止することができる。このため、給油範囲に入ったとき、給油孔から潤滑油を遅れなく噴射することができる。すなわち、正確なタイミングで潤滑油を噴射することができる。

第２の発明によれば、別部材で構成されたカムとシャフトとを組み立てることによってカムシャフトを製造する場合において、組み立て前のシャフトの外周面に溝を形成することにより、油路の一部を構成することができる。これにより、簡単な加工によって油路を形成することができ、容易に製造することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の動弁機構の潤滑装置（以下、単に「潤滑装置」と称する）を示す断面側面図である。図１に示す潤滑装置は、内燃機関（以下、エンジンと言う）の吸気バルブまたは排気バルブを駆動する動弁機構の潤滑を行うものである。

図１に示す潤滑装置１は、カムシャフト２を備えている。カムシャフト２は、バルブ３を開閉させるためのカム４を有している。バルブ３は、吸気バルブまたは排気バルブである。図１中のカムシャフト２は、カム４の位置での断面図として表されている。カムシャフト２は、エンジンのクランクシャフトにより駆動され、クランクシャフトの２分の１の速さで、図１中で時計回りに回転する。

カムシャフト２は、その中心部分が中空になっている。この中空部分によって、潤滑油が溜まるオイル溜まり５が構成されている。カム４の外周面には、給油孔６が開口している。給油孔６とオイル溜まり５とは、油路７を介して連通している。油路７は、その途中に、９０°以下の角度をなして曲がる曲部７１を有している。すなわち、この油路７は、オイル溜まり５から延びて曲部７１に達する第１の直線部分７２と、曲部７１から延びて給油孔６に達する第２の直線部分７３とを有している。そして、第１の直線部分７２と第２の直線部分７３とのなす角度は、９０°以下である。特に、図示の構成では、第１の直線部分７２と第２の直線部分７３とのなす角度は、４５°以下になっている。

なお、図１と、後述する図２〜図５中では、網掛け部分が潤滑油を表している。

カム４の下方には、ロッカーアーム８が配置されている。ロッカーアーム８の一端は、バルブ３のステム３１の端部に当接している。ロッカーアーム８の他端は、油圧ラッシュアジャスタ９により支持されている。ロッカーアーム８の中間部には、円滑に回転可能なローラ１０が設置されている。カム４は、このローラ１０と接触している。

カム４がローラ１０を押圧すると、ロッカーアーム８が、油圧ラッシュアジャスタ９側の端部を中心に回動する。その結果、ロッカーアーム８がバルブ３のステム３１を押圧し、バルブ３が開く（リフトする）。バルブ３は、バルブスプリング１１により、閉じ方向に付勢されている。ロッカーアーム８が元の位置に戻ると、バルブ３は、バルブスプリング１１の付勢力により、閉じる。

潤滑装置１では、後述するように、給油孔６から潤滑油を噴射することにより、カム４とローラ１０との接触面や、ローラ１０の軸受を潤滑することができる。

図２は、本実施形態の潤滑装置１が備える間欠給油装置１２を説明するための断面図である。カムシャフト２には、軸受に支持される部分である複数のジャーナルが設けられている。図２中でのカムシャフト２は、複数のジャーナルのうちの一つのジャーナル１３の位置での断面図として表されている。

ジャーナル１３は、軸受１４によって支持されている。軸受１４は、カムキャリア１５に形成された半円状の内周面（摺動面）と、カムキャップ１６に形成された半円状の内周面（摺動面）とで構成されている。

カムキャリア１５の内部には、油路１７が形成されている。この油路１７の出口は、軸受１４の内周面に開口している。油路１７は、エンジンオイルの循環経路に接続されている。すなわち、油路１７には、エンジンのオイルポンプ（図示せず）によって圧送される潤滑油が供給されている。

前述したオイル溜まり５は、ジャーナル１３の内部まで連続して形成されている。ジャーナル１３の外周面には、周方向に沿った溝１８が、所定角度に渡って形成されている。溝１８の底面と、オイル溜まり５との間は、油路１９によって連通されている。

溝１８と油路１７の出口とが対向している状態、すなわち図２に示す状態のときには、油路１７に圧送されてきた潤滑油が、油路１９を通って、オイル溜まり５に流入する。これにより、オイル溜まり５内の油圧が上昇し、カム４の給油孔６から潤滑油が噴射される。

一方、油路１７の出口と溝１８とが対向していない状態のときには、オイル溜まり５への潤滑油の流入は停止する。このため、カム４の給油孔６から潤滑油は噴射されない。

上述したような間欠給油装置１２によれば、カムシャフト２の回転に伴い、オイル溜まり５に潤滑油を間欠的に供給することができる。すなわち、カムシャフト２が１回転するうちで、溝１８と油路１７の出口とが対向する所定角度範囲のときだけ、油路１７からオイル溜まり５へ潤滑油が流入し、カム４の給油孔６から潤滑油が噴射される。そして、上記所定角度範囲以外では、カム４の給油孔６からの潤滑油の噴射は停止する。以下の説明では、上記所定角度範囲、すなわち、溝１８と油路１７の出口とが対向し、給油孔６から潤滑油が噴射される範囲を「給油範囲」と称する。また、この給油範囲以外の範囲、すなわち、給油孔６からの潤滑油の噴射が停止する範囲を「給油停止範囲」と称する。

図３は、給油範囲を給油孔６の位置で表した図である。図３では、便宜上、給油範囲の両端の位置におけるカム４を重ねて描いている。図３に示すように、給油孔６がローラ１０と対向する範囲が、給油範囲とされている。この範囲において、給油孔６から潤滑油が噴射される。このため、カム４とローラ１０との接触面やローラ１０の軸受を、最小限の潤滑油量で、無駄なく、且つ確実に潤滑することができる。

一方、図４は、給油停止範囲を給油孔６の位置で表した図である。図４に示すように、給油孔６がローラ１０と対向しない範囲は、給油停止範囲とされており、給油孔６からの潤滑油の噴射は停止される。すなわち、給油孔６から噴射される潤滑油がローラ１０に当たらないような範囲においては、給油孔６からの潤滑油の噴射が停止される。このため、油路１７から流出する潤滑油の量を大幅に低減することができるので、オイルポンプの小容量化が図れる。

また、本実施形態では、給油孔６が、カム４のベース円部分に形成されているとともに、カム山に対し回転方向の前方側に配置されている。これにより、カム４のカム山がローラ１０を押圧する直前に、潤滑油をローラ１０に噴射することができる。このため、カム４とローラ１０との間に荷重（圧力）が掛かる直前に、両者の間に油膜を確実に形成することができ、特に効果的に潤滑を行うことができる。

また、このような潤滑装置１では、カムシャフト２の内部のオイル溜まり５と給油孔６とを連通する油路７の途中に前述したような曲部７１を設けたことにより、給油停止範囲において給油孔６から潤滑油が遠心力の作用によって排出されてしまうことを確実に抑制することができる。この効果について理解を容易にするために、まず、比較例について説明する。

図５は、比較例のカムシャフトが備えるカム９０の断面図である。このカム９０の外周面に開口する給油孔９１は、油路９２を介して、オイル溜まり９３に連通している。油路９２は、給油孔９１とオイル溜まり９３とを直線的に結んでいる。このカム９０が回転すると、油路９２内の潤滑油には、遠心力が作用する。カム９０の回転速度が早くなるほど、この遠心力は大きくなる。給油孔９１の位置が給油停止範囲にあるときには、オイル溜まり９３への潤滑油の流入が停止するので、通常は、給油孔９１からの潤滑油の噴射は停止する。しかしながら、カム９０の回転速度が速い場合には、給油孔９１が給油停止範囲にあるときにも、油路９２内の潤滑油が上記の遠心力によって給油孔９１から外へ飛び出してしまうことがある。油路９２内の潤滑油が飛び出すと、オイル溜まり９３内の潤滑油も、油路９２内に引き込まれて、更に飛び出してしまう。その結果、オイル溜まり９３内に空隙９４が発生してしまう。

オイル溜まり９３内に空隙９４が発生すると、次のような問題がある。給油孔９１が次に給油範囲に入って、オイル溜まり９３内に潤滑油が供給されたとき、その潤滑油は、まず空隙９４に充填され、空隙９４を埋め尽くした後、油路９２に流入して、給油孔９１から噴出する。すなわち、給油孔９１が給油範囲に入っても、すぐには給油孔９１から潤滑油が噴射されず、タイミングが遅れて噴射が開始される。このため、ローラ１０に十分に潤滑油が供給されず、潤滑が不完全となる。

これに対し、本実施形態の潤滑装置１では、カム４の回転速度が速い場合であっても、次のようにして、給油孔６からの潤滑油の排出を抑制することができる。図４に示すように、給油停止範囲において、油路７の第１の直線部分７２内の潤滑油に遠心力が作用したとしても、この第１の直線部分７２の径方向外方は、曲部７１によって塞がれている。それゆえ、第１の直線部分７２内の潤滑油が遠心力によって排出されることはない。従って、潤滑装置１では、給油停止範囲において、油路７の第２の直線部分７３内の潤滑油の一部が排出されることはあっても、第１の直線部分７２内の潤滑油が排出されることはない。よって、オイル溜まり５内に空隙が生ずることを確実に防止することができる。このため、給油孔６が給油範囲に入ったとき、給油孔６から潤滑油を遅れなく噴射することができる。これにより、正確なタイミングで潤滑油を噴射することができる。なお、第２の直線部分７３に空隙があったとしても、この部分の容積は小さいので、潤滑油の噴射タイミングの遅れは小さく、問題はない。

本発明では、曲部７１の角度（曲部７１を挟む上流側の部分と下流側の部分とがなす角度）が９０°以下であれば、上記のような効果が得られるが、この角度はより好ましくは６０°以下であり、更に好ましくは４５°以下である。曲部７１の角度を小さくするほど、給油停止範囲における給油孔６からの潤滑油の排出をより確実に防止することができる。

実施の形態２．
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

図６は、本実施形態のカムシャフト４０を示す斜視図である。図６に示すように、本実施形態のカムシャフト４０は、シャフト４１とカム４２とを組み立てることによって製造される、組立式のカムシャフトである。カム４２には、シャフト４１が挿入される円形のシャフト挿入孔４３が形成されている。このシャフト挿入孔４３にシャフト４１を圧入することにより、カム４２がシャフト４１に固定される。図６中には、シャフト４１に固定される前のカム４２と、固定された後のカム４２との二つが描かれている。

カム４２には、その外周面（好ましくはベース円上）に開口する給油孔４４と、この給油孔４４に連通する貫通孔４５とが形成されている。貫通孔４５は、シャフト挿入孔４３の内周面へ貫通している。貫通孔４５は、シャフト挿入孔４３の内周面の接線方向に沿って形成されている。

シャフト４１は、中空部を有しており、その中空部によってオイル溜まり４６が構成されている。組立前のシャフト４１の外周面には、周方向に延びる溝４７が形成されている。溝４７の一端には、オイル溜まり４６へ貫通する貫通孔４８が形成されている。シャフト４１とカム４２とを組み立てた後には、溝４７はカム４２の下に隠れ、溝４７の他端と貫通孔４５とが連通する。

図７は、本実施形態のカムシャフト４０が給油範囲にある状態を示す断面図である。図７に示すように、シャフト４１とカム４２とを組み立ててなるカムシャフト４０においては、貫通孔４５と溝４７と貫通孔４８とが繋がることにより、オイル溜まり４６から給油孔４４への油路が構成される。この油路の途中には、貫通孔４５と溝４７との間に第１の曲部５０が形成され、溝４７と貫通孔４８との間に第２の曲部５１が形成される。図示の構成では、第１の曲部５０は４５°以下の角度をなしており、第２の曲部５１は９０°の角度をなしている。

図８は、本実施形態のカムシャフト４０が給油停止範囲にある状態を示す断面図である。本実施形態によれば、前述した実施の形態１と同様に、カムシャフト４０の回転速度が速い場合であっても、給油停止範囲において、給油孔４４からの潤滑油の排出を確実に抑制することができる。すなわち、図８に示すように、給油停止範囲にあるとき、カムシャフト４０では、第１の曲部５０より下流側（貫通孔４５）の潤滑油が遠心力によって排出されることはあるが、第１の曲部５０より上流側の潤滑油が排出されることは確実に抑制される。よって、オイル溜まり４６内に空隙が生ずることを確実に防止することができるので、給油範囲に入ったときに給油孔４４から潤滑油を遅れなく噴射することができる。

特に、本実施形態のカムシャフト４０では、第１の曲部５０に加えて、第２の曲部５１が更に設けられていることにより、給油停止範囲にあるときの潤滑油の排出をより確実に抑制することができる。

また、本実施形態において、カム４２の貫通孔４５や、シャフト４１の溝４７および貫通孔４８は、それぞれ、単純な機械加工等によって容易に形成することができる。このため、カムシャフト４０の内部の油路を容易に設けることができるので、製造が容易であり、コストの低減が図れる。

本発明の実施の形態１の動弁機構の潤滑装置を示す断面側面図である。 本発明の実施の形態１の潤滑装置が備える間欠給油装置を説明するための断面図である。 給油範囲を給油孔の位置で表した図である。 給油停止範囲を給油孔の位置で表した図である。 比較例のカムシャフトが備えるカムの断面図である。 本発明の実施の形態２のカムシャフトを示す斜視図である。 本発明の実施の形態２のカムシャフトが給油範囲にある状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態２のカムシャフトが給油停止範囲にある状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 潤滑装置
２ カムシャフト
３ バルブ
３１ ステム
４ カム
５ オイル溜まり
６ 給油孔
７ 油路
７１ 曲部
７２ 第１の直線部分
７３ 第２の直線部分
８ ロッカーアーム
９ 油圧ラッシュアジャスタ
１０ ローラ
１１ バルブスプリング
１２ 間欠給油装置
１３ ジャーナル
１４ 軸受
１５ カムキャリア
１６ カムキャップ
１７ 油路
１８ 溝
１９ 油路
４０ カムシャフト
４１ シャフト
４２ カム
４３ シャフト挿入孔
４４ 給油孔
４５ 貫通孔
４６ オイル溜まり
４７ 溝
４８ 貫通孔
５０ 第１の曲部
５１ 第２の曲部

Claims (2)

1. バルブを開閉するためのカムを有するカムシャフトと、
   前記カムシャフトの内部に形成されたオイル溜まりと、
   前記カムの外周面に開口する給油孔と、
   前記給油孔と前記オイル溜まりとを連通する油路と、
   前記オイル溜まりに潤滑油を間欠的に流入させる間欠給油装置と、
   を備え、
   前記油路は、その途中に、９０°以下の角度をなして曲がる曲部を少なくとも一つ有することを特徴とする動弁機構の潤滑装置。
2. 前記カムシャフトは、別部材で構成されたカムとシャフトとを組み立てることによって製造されたものであり、
   前記油路の一部は、組み立て前の前記シャフトの外周面に設けられた溝によって形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の動弁機構の潤滑装置。

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